TW201006135A - Pulse width modulation controller, circuit and method thereof - Google Patents

Description

201006135 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種電路設計技術，尤指一種脈波寬度調 變（Pulse Width Modulation ; PWM )電路之短路保護技術。 【先前技術】 脈波寬度調變控制器常應用於切換式電壓調節器 (switching regulator)技術中。圖1為一習知脈波寬度調變控 制器的應用方式。脈波寬度調變控制器將一輸入電壓 轉換成一穩定輸出電壓。 為避免輸出電壓Vout意外地被耦接到接地電位（或稱為短 路），脈波寬度調變控制器108内部除了電壓轉換模組1 〇4 外，另有短路保護的設計。一般短路保護的設計為以一短 路保護功能模組106偵測一反饋腳位FB的電位。當輸出端 Vout被短路時’功率電晶體102被關閉，其關閉狀態亦送至 電壓轉換模組104,以表示短路狀態的發生。另外，反饋腳 位FB的電壓驟降也使脈波寬度調變控制器i 〇8暫時關閉。 然在此種短路保護設計下’此路徑上的元件及脈波寬度調 變控制器仍可能因過大的電流通過而損壞。 圖2顯示其他類型的短路保護設計。在此種設計中，以一 P型金氧半電晶體202阻斷系統電源VDDS被輸出電壓VQut 影響。另外短路保護功能模組206亦偵測一輸入電壓鎖定 (Under Voltage Lock Out; UVLO)訊號，若UVLO訊號指示 脈波寬度調變控制器208的輸入電壓VDD過低，一PRDB腳 位送出一閘控制訊號使電晶體2〇2暫時為開路。然在此架構 201006135 下，當電晶體202被設為開路後，VDDS電壓恢復原來的電 位將使UVLO訊號不再指示輸入電壓VDD過低，進而使 PRDB腳位再將電晶體202設為通路。如此反覆導通/不導通 電晶體202的狀態使VDDS的電位無法維持穩定電位而略 呈二角波形，且此狀態會維持至輸出電壓v〇ut的短路狀態 解除。又，此種短路保護設計在脈波寬度調變控制器 尚在初始階段時，短路保護機制並未啟動，將無法對整個 電路提供短路保護的功能。 因此，如何增進短路保護的效能，實為設計脈衝寬度調 變控制晶片之重要課題。 【發明内容】 本發明之脈波寬度調變控制器之一實施例包括有一電壓 轉換模組、一電壓感測裝置及一計時裝置。電壓轉換模組 用以將一輸入電壓轉換成一輸出電壓。電壓感測裝置用於 偵測一第一端點的電壓《計時裝置用以記測上述第一端點 的電壓低於一參考電壓之時間長度，當上述時間長度超過 一預設時間長度時，發出一短路訊號。 本發明之脈波寬度調變控制器之一實施例包括一脈波寬 度調變控制器、一系統電源、一開關以及—第一端點。第 一端點透過開關耦接至上述系統電源，當上述第一端點的 電壓低於一參考電壓且歷時超過一預設時間長度時，上述 脈波寬度調變控制器使上述開關為開路。 本發明之脈波寬度調變控制方法之一實施例，其步驟包 括比較上述第一端點的電壓與一參考電壓，接著記測上述 201006135 第一端點的電壓低於上述參考電壓之時間長度，當上述時 間長度超過一預設時間長度時，發出一短路訊號。 【實施方式】 圖3A顯示應用本發明之脈波寬度調變控制器3〇&一實施 例之方塊圖。脈波寬度調變控制器3〇a包括一電壓轉換模組 302及一短路保護模組304。電壓轉換模組3〇2至少包括一振 盪器306及一控制邏輯（contr〇l l〇gic)3 〇8，使一輸入電壓γ^· ❹ 透過脈波寬度調變控制器30a被轉換至其他位準的輸出訊 號AVDD。短路保護模組304包括一電壓感測裝置31〇及一計 時裝置312。電壓感測裝置310用以偵測一第一端點avdd 的電壓’此第一端點即為可能被短路的端點。計時裝置312 記測上述第一端點AVDD的電壓低於一參考電壓vSF之時 間長度。當上述時間長度超過一預設時間長度丁^時，計時 裝置312發出一短路訊號，由一 PrdB腳位送出，以代表上 述第一端點AVDD發生短路。在短路訊號被送出後，脈波 © 寬度調變控制器30a會被暫時關閉，以保護脈波寬度調變控 制器30a内部的元件，也避免不正常的外界狀況使脈波寬度 調變控制器輸出非期望的訊號。 除了如圖3A之非同步式的電壓轉換以外，脈波寬度調變 器另可應用於同步式的電壓轉換，如圖3B所示。圖3B所示 之脈波寬度調變器30b的輸出訊號可為至少一對的閘控制 訊號UGATE及LGATE，以控制下一級的上橋開關及下橋開 關等。 圖4顯示短路保護裝置3〇4之一實施例。電壓感測裝置31〇 201006135 包括一對分壓電阻402、404及一電晶體406。分壓電阻402、 404將第一端點AVDD的電壓分壓’當分壓過後的AVdd電 壓低於電晶體406的臨界電壓（vt)時’節點408的電位會升 咼’以表示驅動計時裝置312。計時裝置312包括一閂鎖器 410及一電阻電容電路（RC電路）412。當計時裝置312收到節 點408傳來的驅動指示以後，電容416開始被充電。當上述 電容416之電荷超過一門植電壓時’上述閂鎖器4丨〇發出上 ❹ 述短路訊號至PRDB腳位，此短路訊號使上述第一端點 avdd與一系統電源為開路。電晶體418可使電容416在計時 裝置312未被驅動時，保持不被充電的狀態。 由於電阻電容電路412的時間常數可控制計時裝置312的 預設時間長度’在本發明的其他實施例中，電阻電容電路 412可不必設置在脈波寬度調變控制器内。圖5a及圖化顯 示電阻電容電路設置在脈波寬度調變控制器之外的架構 圖。圖5A中電容Csh可設置在脈波寬度調變控制器5〇&外， φ 並以一 CD腳位與脈波寬度調變控制器50a耦接。圖5B中， 電容Csh及電阻Rsh皆設置於脈波寬度調變控制器5外。在 此類型的電路配置中’預設時間長度Tsh可由調整電阻、電 容值來改變，更增加使用上的彈性。 圖6顯示本發明之脈波寬度調變控制電路之一實施例。在 本實施例中，僅顯示脈波寬度調變控制器602的部分腳位。 由於脈波寬度調變控制器的腳位隨不同應用方式而有異， 為節省篇幅，在此不--介紹。另外本文所述腳位之名稱 僅為說明及識別用，並非用以限定本發明僅得用於有相同 201006135 名稱之腳位。脈波寬度調變控制電路60包括一脈波寬度調 變控制器602、一系統電源VDDS、一開關604及一第一端 點AVDD。第一端點AVDD透過上述開關604耦接至上述系 統電源VDDS。上述開關604可用一 P型金氧半電晶體實 現，且其閘極可由脈波寬度調變控制器602的PRDB腳位控 制。當上述第一端點AVDD耦接至一低電位或甚至接地電 位時，脈波寬度調變控制器602會記測第一端點AVDD位於 低電位的時間長度。若上述第一端點AVDD位於低電位的 時間長度超過一預設時間長度Tsh時，上述脈波寬度調變控 制器的PRDB接腳送出一短路訊號，使開關604為不導通， 進而切斷第一端點AVDD與VDDS的耦接關係。 圖7顯示系統電源VDDS、輸入電源VDD、PRDB腳位及 第一端點AVDD的時序變化圖。在時間點q時，第一端點 AVDD的電壓降到參考電位VSF以下，進而使第一端點 AVDD電壓的分壓降到臨界電壓Vt以下。這會驅動計時裝 置開始計數Tsh的時間長度。在時間點t3時，由於第一端點 AVDD之電壓已不低於參考電壓VSF，故沒有短路訊號被送 出，PRDB腳位維持低電位。在時間點t4時，第一端點AVDD 的電壓降到參考電位VSF以下，進而使第一端點AVDD電壓 的分壓降到臨界電壓Vt以下。在時間點t5時，由於第一端 點AVDD之電壓仍低於參考電壓VSF，故一短路訊號被送 出，PRDB腳位改為高電位以切斷系統電源VDDS及第一端 點AVDD的耦接關係。 本發明之技術内容及技術特點揭示如上，然而熟悉本項 201006135 技術之人士仍可能基於本發明之教示及揭示而作種種不背 離本發明精神之替換及修飾。因此，本發明之保護範圍應 不限於實施例所揭示者，而應包括各種不背離本發明之替 換及修飾，並為以下之申請專利範圍所涵蓋。 【圖式簡單說明】 圖1為習知脈波寬度調變控制的應用範例； 圖2為習知脈波寬度調變控制器之短路保護設計； 〇 圖3A、3B顯示應用本發明之脈波寬度調變控制器實施例 之方塊圖； 圖4顯示短路保護裝置之一實施例； 圖5 A及圖5B顯示電阻電容電路設置在脈波寬度調變控 制器外之架構圖； 圖6顯示應用本發明之脈波寬度調變控制電路之一實施 例；及 圖7顯示系統電源、輸入電源、PRDB腳位及第一端點的 • 時序變化圖。 【主要元件符號說明】 102 電晶體 104 電壓轉換模組 106 短路保護功能模組 108 脈波寬度調變控制器 202 p型金氧半電晶體 204 電壓轉換模組 206 短路保護功能模組 208 脈波寬度調變控制器 302 電麗轉換模組 304 短路保護功能模組 201006135 306 振盪器 308 控制邏輯 310 電壓感測裝置 312 ( 計時裝置 404 分壓電阻 402 分壓電阻 406 電晶體 408 節點 410 閂鎖器 412 電阻電容電路 Ri 電阻 Di 二極體 r2 電阻 L 電感 ❹ R3 電阻 Vin 輸入電壓 VDD 供應電壓 V〇ut 輸出電壓 AVDD第一端點 Cl 電容 Rsh 電阻 CSh 電容 VDDS系統電源 604 開關 C〇ut 輸出電壓 11

Claims (1)

1. 201006135 、申請專利範圍： 一種脈波寬度調變控制器，包括： -電讓模組’用以將一輸入電壓轉換成_ 壓； -電壓感測裝置’ _接於上述電壓轉換模組，並偵測 第端點的電壓，其中上述第一端點的電壓與上述輸出 電壓成正相關；以及 一計時裝置，用以記測上述第一端點的電壓低於一參 考電壓之時間長度，當上述時間長度超過一預設時間長度 時，發出一短路訊號。 2_根據請求項1之脈波寬度調變控制器，其中上述電壓感測 裝置係比較上述第一端點的電壓之分壓與一臨界電壓， 且上述计時裝置s己測上述分壓低於上述臨界電壓之時間 長度。 3 ·根據請求項2之脈波寬度調變控制器，其中上述計時裝置 包括一電阻電容電路及一閂鎖器，當上述分麗低於上述 臨界電壓時，上述問鎖器被設定且上述電阻電容電路具 有之電容被充電，當上述電容具有之電荷超過一門檻電 壓時，上述閂鎖器發出上述短路訊號。 4. 根據請求項1之脈波寬度調變控制器，其中上述短路訊號 使上述第一端點與一系統電源為開路。 5. —種脈波寬度調變控制電路’包含： 一脈波寬度調變控制器； 一系統電源，以及 12 201006135 開關，备上述開關導通時，上述系統電源耦接至一 第端點，當上述第一端點的電壓低於一參考電壓且歷時 超過預设時間長度時，上述脈波寬度調變控制器使上述 開關不導通。 6.根據請求項5之脈波寬度調變控制電路，其中上述脈波寬 度調變控制器更包括： 電壓感測裝置，用於偵測上述第一端點的電壓；以 ❿ 及 一計時裝置，用以記測上述第一端點的電壓低於上述 參考電壓之時間長度，當上述時間長度超過一預設時間長 度時，發出一短路訊號，且上述短路訊號使上述開關不導 通0 7·根據請求項6之脈波寬度調變控制電路，其中上述電壓感 測裝置係比較上述第一端點的電壓之分壓與一臨界電 壓，且上述計時裝置記測上述分壓低於上述臨界電壓之 參 時間長度。 8· 一種脈波寬度調變控制方法，包括： 比較一第一端點的電壓與一參考電壓； 記測上述第一端點的電壓低於上述參考電麼之時間長 度；以及 當上述時間長度超過一預設時間長度時，發出一短路 訊號，其中上述短路訊號使一系統電源與上述第一端點里 開路。 9.根據請求項8之脈波寬度調變控制方法，其中比較上述第 13 201006135 一端點的電壓與上述參考電壓之步驟更包括比較上述第 一端點的電壓之分壓與一臨界電壓，且上述時間長度為 上述分壓低於上述臨界電壓之時間長度。

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