[发明专利]单输入多输出直流电源供应系统及相关降压调节控制电路

说明书

一种降压调节控制电路，用于一单输入多输出直流电源供应系统，该单输入多输出电源供应系统的一第一降压调节器于一软启动阶段时，当一第二降压调节器的一第二高端开关维持关闭状态时，该降压调节控制电路可控制该第一降压调节器的一第一高端开关由关闭状态切换为导通状态。如此可避免该第一高端开关及该第二高端开关同时由关闭状态切换为导通状态，以降低浪涌电流。

技术领域

本发明是指一种单输入多输出的直流电源供应系统及相关降压调节控制电路，尤指一种可降低开机瞬间的浪涌电流，并兼顾纹波电压的单输入多输出的直流电源供应系统及相关降压调节控制电路。

背景技术

单输入多输出的直流电源供应系统在现有电子系统中已广泛应用，举凡笔记本电脑、桌面计算机、服务器系统或是其他计算机系统等，其多以一较高的直流电压作为输入来源，再经由多个脉冲宽度调变(Pulse Width Modulation，PWM)的降压调节器(BuckVoltage Regulator)来转换出不同的输出电压源，以供应系统内部组件所需的电源。例如，电源供应器(Power Supply Unit，PSU)或是电池组(Battery Pack)可将单一交流电源转换成较高电压准位的直流电压源，再利用多个降压调节器降转出多个低电压准位的直流电压源。

图1为习知技术之一降压调节器1的功能方块图。降压调节器1包含一脉冲宽度调变控制器10、一栅极驱动电路11、一高端开关HSW(例如，金氧半场效晶体管(High SideMosFET)、一低端开关LSW、一输出电感L以及一输出电容C。脉冲宽度调变控制器10用来根据一电压启动信号V_EN，产生一脉冲宽度调变信号PWM至栅极驱动电路11。栅极驱动电路11、高端开关HSW、低端开关LSW、输出电感L及输出电容C的组合用来根据脉冲宽度调变信号PWM，将一输入直流电压V_IN转换为一输出直流电压V_OUT。关于电压转换的详细操作应为本领域所熟知，于此不赘述。

当降压调节器1处于关闭状态时，输出电容C的初始电压为零伏特。当降压调节器1处于启动状态，且脉冲宽度调变信号PWM为高准位(High level)时，可导通高端开关HSW，使输入直流电压V_IN对应的直流电流I经由高端开关HSW及输出电感L，对输出电容C充电。当高端开关HSW导通时，输出电容C的储存电位(即输出直流电压V_OUT)逐渐由零伏特向上增加，其中输出电容C的瞬间充电电流I可表示为C*(dV_OUT)/(dT)，T为充电时间。因为降压调节器1刚启动的瞬间，输出直流电压V_OUT的初始状态为零伏特，因此在此刻的单位时间充电电压dV_OUT/dT将为最大值(dV_OUT趋近于输入直流电压V_IN，且单位充电时间dT趋近于零)，所以此时的输出电容C上的瞬间充电电流I也是最大值。随着输出直流电压V_OUT慢慢增加，充电电流I会逐渐降低。

浪涌电流(inrush current)指当一个较高准位的输入直流电压开始对电源供应系统内部的等效电容充电时，其瞬间产生的最大电流值。当设计者为了让电源供应系统的各个电压源的纹波电压(ripple voltage)被压抑在可接受的范围内时，往往会尝试增加各个电压源的输出电容值(例如，降压调节器1的输出电容C)，以降低其纹波电压。然而，上述设计会导致电源供应系统的等效电容值上升，其中电源供应系统的等效电容值相当于各个降压调节器的输出电容值的总和。电源供应系统的等效电容值越大，所造成的浪涌电流就越大，尤其是当电源供应系统内部所有的降压调节器都在同一时间开启时，可能会导致电源供应器或输入电池组的瞬间输出电流超过该电源供应系统可提供的最大额定电流。假设电源供应系统包含N个降压调节器，当N个高端开关HSW同时导通时，则电源供应系统的浪涌电流可表示为个别输出电容C1、C2、…、Cn的瞬间充电电流的总和I_inrush＝I1+…+In＝C1*(dV_OUT1)/(dT)+…+Cn*(dV_OUTn)/(dT)。在此情况下，浪涌电流I_inrush可能触发电源供应系统的过电流保护机制(over current protection，OCP)，进而导致电源供应系统被强制关闭。