[发明专利]变频多相位电压调节器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多相电压调节器及其控制方法，尤其涉及一种在轻载下具有变频机制的多相电压调节器及其控制方法。 

背景技术

一般来说，电脑系统内中央处理器(CPU)的电源并不是直接由电源供应器(Power Supply，PSU)提供的，主要原因为中央处理器所需的核心电压Vcore是按照其负载的大小而不断改变，因此，中央处理器所需的核心电压Vcore可能瞬间内增强或减弱，而电源供应器是无法直接对如此突如其来的改变作出反应。为了解决此问题，主板上设有专为中央处理器供电的电压调节器(Voltage Regulator Module，VRM)，其主要由脉冲宽度调制控制单元(Pulse Width Modulation Controller，PWM控制单元)、晶体管(MOSFET)、电感(Choke)及电容(Capacitor)组成。它能感应来自中央处理器所发出的电压电平需求，原理是检测中央处理器的VID信号，并按信号将电压进行调整，不会因电流突如其来的改变，令电压突然骤变，影响中央处理器的运作。简单的来说，PWM控制单元能把输入的电压的变化转换成脉冲信号，监控功率电路的输出状态，并作出实时修正，并控制晶体管所形成的开关，进而掌控电流进出；电感则用为储能整流的元件，在电流通过时将过多的能量暂存起来，或在电流不足时再释放能量，以达到稳定电流的作用；电容则具备蓄电滤波的功能，不单可去除低频杂波，还负责储备电流，确保稳定供电给中央处理器。 

请参照图1，其所示为已知电脑主板上的单相式电压调节器(Single-PhaseVoltage Regulator Module)示意图。该单相式电压调节器包括PWM控制单元10、驱动单元(driver)20、功率级电路(power stage circuit)30。其中，PWM控制单元10可以输出脉波信号(PWM)至驱动单元20。 

再者，驱动单元20中有引导逻辑电路(steering logic circuit)22以及两 个驱动电路(driving circuit)24、26。该引导逻辑电路22根据脉波信号产生第一信号与第二信号，而两个驱动电路24、26分别接收第一信号与第二信号后产生第一驱动信号S1与第二驱动信号S2。 

再者，功率级电路30中包括上功率晶体管(upper power FET)M1、下功率晶体管(lower power FET)M2、输出电感(output choke)L、电感等效直流电阻(DC Resistance)Rs、输出电容(output capacitor)Co。其中，上功率晶体管M1漏极(D)连接至电源电压Vcc，上功率晶体管M1栅极(G)接收第一驱动信号S1，上功率晶体管M1源极(S)连接至输出电感L的第一端。下功率晶体管M2漏极(D)连接至输出电感L的第一端，下功率晶体管M2栅极(G)接收第二驱动信号S2，下功率晶体管M1源极(S)连接至接地端(GND)。再者，电感等效直流电阻Rs连接于输出电感L的第二端与核心电压输出端Vcore之间。而输出电容Co连接于核心电压输出端Vcore与接地端(GND)之间。 

再者，核心电压输出端Vcore可连接至主板上的电源层(power layer，未示出)，而电源层则接至中央处理器用以提供中央处理器所需的核心电压Vcore；再者，上功率晶体管M1与下功率晶体管M2为n型金属氧化物场效应晶体管(n-MOSFET)，而电源电压Vcc为12V。 

由于第一驱动信号与第二驱动信号的驱动，输出电感L以及电感等效直流电阻Rs上会产生输出电流Io至中央处理器。而根据输出电流Io的大小可以得知中央处理器处于高运转负载(重载)或者低运转负载(轻载)。当中央处理器处于高运转负载(重载)时，根据电感等效直流电阻Rs上的检测电压Vs，PWM控制单元10上的反馈逻辑电路(Feedback Logic Circuit)12可以接收检测电压Vs，并增加脉波信号的脉冲宽度(pulse width)以提高输出电流Io；反之，当中央处理器处于低运转负载(轻载)时，根据电感等效直流电阻Rs上的检测电压Vs，PWM控制单元10上的反馈逻辑电路12可以接收检测电压Vs，并减少脉波信号的脉冲宽度，以减少输出电流Io。