TW201339783A - 電源控制電路及使用該電源控制電路的環路測試裝置 - Google Patents

Abstract

一種電源控制電路，包括主控制器、電流檢測單元以及電性連接至所述主控制器的模式切換單元，所述電流檢測單元用於配合所述主控制器檢測一電源電路的輸出電流，所述主控制器用於判斷所述輸出電流的值是否低於一限定電流值，並根據比較結果相應判斷出電源電路工作於電流斷續模式或電流連續模式，當電源電路工作於電流斷續模式時，所述主控制器還用於藉由所述模式切換單元控制所述電源電路切換至電流連續模式。本發明還涉及一種具有所述電源控制電路的環路測試儀。

Description

電源控制電路及使用該電源控制電路的環路測試裝置

本發明涉及一種電源控制電路，尤其涉及一種用於對電源進行環路測試的電源控制電路及使用該電源控制電路的環路測試裝置。

在對電源電路進行設計時，一般需要藉由環路分析儀測試電源電路的波特圖，以測試電源電路的穩定性。習知的電源電路一般會根據不同的負載進入不同的工作模式，例如，當電源電路的負載為輕載時，其工作於電流斷續模式（Discontinuous Conduction Mode，DCM），即電源電路的電感電流在其開關週期的最後部分期間為零，於DCM模式中，整個電源電路的輸出電流較小；當電源電路的負載為重載時，其工作於電流連續模式（Continuous Conduction Mode, CCM），此時電源電路的輸出電流相對於DCM模式較大。

習知的環路分析儀經常出現以下問題：當電源電路帶輕載時，環路分析儀可能因輸出電流過小而無法從電源電路接收到完整的回饋訊號，因此無法準確測的所述電源電路於輕載下的波特圖。

對於上述問題，習知的解決方法一般是更改電源電路的周邊電路，藉由調節周邊電路使所述電源電路始終工作於CCM模式。然而，上述方法在測試完成之後需要將更改過的周邊電路還原，不僅造成工作時間的浪費，還容易使電源電路所在的主板損壞。

有鑒於此，有必要提供一種能方便地控制所述電源電路的工作模式的電源控制電路。

另，還有必要提供一種具有上述電源控制電路的環路測試裝置。

一種電源控制電路，用於控制一電源電路工作於電流斷續模式或電流連續模式，所述電源控制電路包括主控制器、電流檢測單元以及電性連接至所述主控制器的模式切換單元，所述電流檢測單元用於配合所述主控制器檢測所述電源電路的輸出電流，所述主控制器用於判斷所述輸出電流的值是否低於一限定電流值，並根據比較結果相應判斷出電源電路工作於電流斷續模式或電流連續模式，當電源電路工作於電流斷續模式時，所述主控制器還用於藉由所述模式切換單元控制所述電源電路切換至電流連續模式。

一種環路測試裝置，包括電源電路、用於所述電源電路進行環路測試的環路測試儀以及用於控制所述電源電路工作於電流斷續模式或電流連續模式的電源控制電路，所述電源控制電路包括主控制器、電流檢測單元以及電性連接至所述主控制器的模式切換單元，所述電流檢測單元用於配合所述主控制器檢測所述電源電路的輸出電流，所述主控制器用於判斷所述輸出電流的值是否低於一限定電流值，並根據比較結果相應判斷出電源電路工作於電流斷續模式或電流連續模式，當電源電路工作於電流斷續模式時，所述主控制器還用於藉由所述模式切換單元控制所述電源電路切換至電流連續模式。

所述的電源控制電路以及對應的環路測試裝置藉由主控制器以及電流檢測單元的配合檢測出電源電路的輸出電流以判斷電源電路的工作模式。若電源電路負載為輕載並工作於電流斷續模式，主控制器則藉由模式切換單元控制電源電路切換至電流連續模式，如此，可在不改變電源電路周邊線路的情況下對帶動輕載的電源電路進行較為精確的環路測試。

請參閱圖1，本發明較佳實施方式的環路測試裝置100包括環路測試儀10、電源電路20以及電源控制電路30。環路測試儀10用於對電源電路20進行環路測試。電源控制電路30用於控制電源電路20始終工作於CCM模式。

請一併參閱圖2，於本實施方式中，電源電路20為一降壓轉換電路，其包括脈衝寬度調製（Pulse Width Modulation，PWM）控制器21、驅動器22、輸入電源23、高側金屬氧化物半導體場效應電晶體（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）Q1、低側MOSFET Q2、電感L1以及充放電電容C1。

PWM控制器21包括控制訊號輸出引腳PWM以及模式切換引腳CCM。PWM控制器藉由控制訊號輸出引腳PWM輸出一PWM訊號至驅動器22，藉由改變該PWM訊號的佔空比，可以改變電源電路20的輸出電流的大小。模式切換引腳CCM用於切換所述電源電路20的工作模式。當模式切換引腳CCM為高電平時，PWM控制器21相應改變PWM訊號的佔空比使得電源電路20工作於CCM模式；當模式切換引腳CCM為低電平時，PWM控制器21相應改變PWM訊號的佔空比使得電源電路20工作於DCM模式。

驅動器22電性連接至PWM控制器21的控制訊號輸出引腳PWM，驅動器22用於為高側MOSFET Q1及低側MOSFET Q2提供閘極驅動電壓，以控制高側MOSFET Q1及低側MOSFET Q2的導通與截止。

高側MOSFET Q1的閘極g1電性連接至驅動器22，汲極d1電性連接至輸入電源23，以接收輸入電源23輸出的輸入電壓Vi。當高側MOSFET Q1導通時，輸入電源23藉由高側MOSFET Q1對電感L1及充放電電容C1充電。低側MOSFET Q2的閘極g2電性連接至驅動器22，源極s2接地，汲極d2電性連接至高側MOSFET Q1的源極s1。驅動器22根據所述PWM控制訊號來驅動所述高側MOSFET Q1及低側MOSFET Q2依次導通與截止，從而對電感L1及充放電電容C1充電與放電，實現將輸入電源23轉換為一輸出電壓Vout。

電感L1與充放電電容C1串聯，電感L1的另一端電性連接至汲極d2與源極s1之間，充放電電容C1的另一端接地，且電感L1與充放電電容C1之間輸出所述輸出電壓Vout及一輸出電流Iout至一負載（圖未示）。

電源控制電路30包括電流檢測單元31、主控制器32、連接切換單元33、模式切換單元34、顯示器35以及輸入單元36。連接切換單元33及模式切換單元34均電性連接至主控制器32；電流檢測單元31及顯示器35均連接至連接切換單元33，連接切換單元33於主控制器32的控制下選擇性地將電流檢測單元31或顯示器35電性連接至主控制器32。

電流檢測單元31用於配合主控制器32檢測電源電路20的輸出電流Iout。電流檢測單元31包括電壓監控晶片311、感測電阻R1以及濾波單元312。感測電阻R1串聯至電感L1與充放電電容C1之間。電壓監控晶片311包括第一電壓輸入引腳Vin+、第二電壓輸入引腳Vin-、資料引腳SDA1以及時鐘引腳SCL1。資料引腳SDA1以及時鐘引腳SCL1用於實現電流檢測單元31與主控制器32之間的通訊。第一電壓輸入引腳Vin+電性連接至電感L1與感測電阻R1之間的節點；第二電壓輸入引腳Vin-電性連接至感測電阻R1與充放電電容C1之間的節點。

電壓監控晶片311用於藉由第一電壓輸入引腳Vin+及第二電壓輸入引腳Vin-檢測感測電阻R1上的電壓，並將檢測到的感測電阻R1上的類比電壓轉換為數位電壓值輸出至所述主控制器32。主控制器32根據感測電阻R1的阻值以及感測電阻R1上的電壓，計算出感測電阻R1上的電流，即電源電路20的輸出電流Iout。主控制器32再根據接收到的輸出電流Iout的值判斷該輸出電流Iout是否低於一限定電流值，從而相應判斷出電源電路20工作於CCM模式或是DCM模式，並且將所述限定電流值、計算出的輸出電流Iout以及電源電路20的工作模式的判斷結果藉由顯示器35進行顯示。

具體地，當輸出電流Iout的值低於所述限定電流值時，則主控制器32判斷出電源電路20工作於DCM模式；反之，則判斷出電源電路20工作於CCM模式。

於本實施方式中，電壓監控晶片311為德州儀器（Texas Instrument, TI）公司的型號為INA219的電流監控晶片。

濾波單元312用於對第一電壓輸入引腳Vin+、第二電壓輸入引腳Vin-以及感測電阻R1進行濾波，以提高電壓檢測的精確度。濾波單元312包括濾波電容C2以及濾波電阻R2、R3。濾波電阻R2、濾波電容C2以及濾波電阻R3依次串聯後並聯至感測電阻R1兩端；濾波電容C2電性連接至第一電壓輸入引腳Vin+及第二電壓輸入引腳Vin-之間。

請一併參閱圖3，主控制器32包括資料引腳SDA2、時鐘引腳SCL2、選擇引腳P1、P2以及模式控制引腳P3。資料引腳SDA2及時鐘引腳SCL2可選擇地連接至電流檢測單元31或者顯示器35；主控制器32藉由選擇引腳P1、P2來控制連接切換單元33連接至電流檢測單元31或者顯示器35；藉由模式控制引腳P3控制模式切換單元34切換電源電路20的工作模式。

連接切換單元33用於選擇性地將電流檢測單元31或顯示器35電性連接至主控制器32。連接切換單元33包括切換晶片U1。切換晶片U1包括第一連接引腳AN、第二連接引腳BN、第三連接引腳A0、第四連接引腳B0、第五連接引腳A1、第六連接引腳B1以及選擇引腳S0、S1。第一連接引腳AN及第二連接引腳BN分別電性連接至主控制器32的資料引腳SDA2以及時鐘引腳SCL2；第三連接引腳A0及第四連接引腳B0分別連接至電壓監控晶片311的資料引腳SDA1以及時鐘引腳SCL1；第五連接引腳A1及第六連接引腳B1分別電性連接至顯示器35的資料引腳SDA3及時鐘引腳SCK3；選擇引腳S0、S1分別對應電性連接至主控制器32的選擇引腳P1、P2。

主控制器32藉由控制選擇引腳S0、S1上的電平高低的組合來相應控制切換晶片U1將第一連接引腳AN及第二連接引腳BN分別連接至第三連接引腳A0及第四連接引腳B0或者分別連接至第五連接引腳A1及第六連接引腳B1。從而使得主控制器32電性連接至電壓監控晶片311或者顯示器35。例如，當主控制器32需要與電壓監控晶片311通訊以檢測輸出電流Iout的值時，主控制器32可藉由選擇引腳P1、P2分別使得選擇引腳S0、S1的電平為低電平、低電平，即邏輯00，切換晶片U1將第一連接引腳AN及第二連接引腳BN分別連接至第三連接引腳A0及第四連接引腳B0，主控制器32即可與電壓監控晶片311進行通訊。而當主控制器32需要與顯示器35進行通訊以顯示電源電路20的輸出電流Iout的值時，主控制器32可藉由選擇引腳P1、P2分別使得選擇引腳S0、S1的電平為低電平、高電平，即邏輯01時，切換晶片U1將第一連接引腳AN及第二連接引腳BN分別連接至第五連接引腳A1及第六連接引腳B1，主控制器32可與顯示器35進行通訊，從而控制顯示器35顯示相應的資訊。

模式切換單元34包括電子開關以及限流電阻R4、R5。於本實施方式中，電子開關為MOSFET Q3，其閘極g3藉由限流電阻R4電性連接至主控制器32的模式控制引腳P3，源極s3接地，汲極d3藉由所述限流電阻R5電性連接至一供電電源，如圖3所示的+5V電源。汲極d3與限流電阻R5之間的節點電性連接至PWM控制器21的模式切換引腳CCM。

當對電源電路20進行環路測試時，若電源電路20所帶負載為輕載或者不帶負載時，電源電路20工作於DCM模式。主控制器32檢測到電源電路20工作於DCM模式後，則藉由模式控制引腳P3發送一低電平訊號（邏輯0）至MOSFET Q3，使得MOSFET Q3截止，此時PWM控制器21的模式切換引腳CCM呈高電平（邏輯1），控制電源電路20工作於CCM模式。而當環路測試完成後，主控制器32則發送一高電平訊號（邏輯1）MOSFET Q3，使得MOSFET Q3導通，此時PWM控制器21的模式切換引腳CCM呈低電平（邏輯0），控制電源電路20恢復DCM模式。

輸入單元36用於供操作者輸入所述限定電流值。於本實施方式中，輸入單元36為一鍵盤，其與主控制器32的電路連接為習知技術，故在此不再贅述。

下面簡述環路測試裝置100的工作過程。

電源控制電路30的主控制器32首先控制切換晶片U1切換，以連接至電流檢測單元31。主控制器32藉由電流檢測單元31檢測電源電路20的輸出電流Iout，再根據所述輸出電流Iout的值判斷電源電路20的工作模式。主控制器32再控制切換晶片U1切換至顯示器35，以將輸出電流Iout的值以及檢測到的電源電路20的工作模式藉由顯示器35進行顯示。若主控制器32判斷出電源電路工作於DCM模式，主控制器32則藉由模式切換單元34將電源電路20的工作模式切換至CCM模式。隨後環路測試儀10對電源電路20進行環路測試並獲取電源電路20的波特圖。而當環路測試完成後，主控制器32再藉由模式切換單元34控制電源電路20恢復至DCM模式。

所述的電源控制電路30藉由主控制器32以及電流檢測單元31的配合檢測出電源電路20的輸出電流Iout以判斷電源電路20的工作模式。若電源電路20負載為輕載並工作於DCM模式，主控制器32則藉由模式切換單元34控制電源電路20切換至CCM模式，如此，可在不改變電源電路20線路的情況下準確地對帶動輕載的電源電路20進行環路測試。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之實施方式，本發明之範圍並不以上述實施方式為限，舉凡熟悉本案技藝之人士，於援依本案發明精神所作之等效修飾或變化，皆應包含於以下之申請專利範圍內。

100．．．環路測試裝置

10．．．環路測試儀

20．．．電源電路

30．．．電源控制電路

21．．．PWM控制器

22．．．驅動器

23．．．輸入電源

31．．．電流檢測單元

32．．．主控制器

33．．．連接切換單元

34．．．模式切換單元

35．．．顯示器

36．．．輸入單元

311．．．電壓監控晶片

312．．．濾波單元

Q1．．．高側MOSFET

Q2．．．低側MOSFET

Q3．．．MOSFET

g1、g2、g3．．．閘極

d1、d2、d3．．．汲極

s1、s2、s3．．．源極

L1．．．電感

C1．．．充放電電容

C2．．．濾波電容

R1．．．感測電阻

R2、R3．．．濾波電阻

R4、R5．．．限流電阻

U1．．．切換晶片

PWM．．．控制訊號輸出引腳

CCM．．．模式切換引腳

SDA1、SDA2、SDA3．．．數據引腳

SCL1、SCL2、SCL3．．．時鐘引腳

P1、P2．．．選擇引腳

P3．．．模式控制引腳

Vin+．．．第一電壓輸入引腳

Vin-．．．第二電壓輸入引腳

AN．．．第一連接引腳

BN．．．第二連接引腳

A0．．．第三連接引腳

B0．．．第四連接引腳

A1．．．第五連接引腳

B1．．．第六連接引腳

S0、S1．．．選擇引腳

Iout．．．輸出電流

Vout．．．輸出電壓

Vi．．．輸入電壓

圖1為本發明較佳實施方式的環路測試裝置的系統框圖。

圖2為圖1所示環路測試裝置的電源電路及電流檢測單元的電路圖。

圖3為圖1所示環路測試裝置的部分電路圖。

100．．．環路測試裝置

10．．．環路測試儀

20．．．電源電路

30．．．電源控制電路

31．．．電流檢測單元

32．．．主控制器

33．．．連接切換單元

34．．．模式切換單元

35．．．顯示器

36．．．輸入單元

Claims (10)

1. 一種電源控制電路，用於控制一電源電路工作於電流斷續模式或電流連續模式，其改良在於：所述電源控制電路包括主控制器、電流檢測單元以及電性連接至所述主控制器的模式切換單元，所述電流檢測單元用於配合所述主控制器檢測所述電源電路的輸出電流，所述主控制器用於判斷所述輸出電流的值是否低於一限定電流值，並根據比較結果相應判斷出電源電路工作於電流斷續模式或電流連續模式，當電源電路工作於電流斷續模式時，所述主控制器還用於藉由所述模式切換單元控制所述電源電路切換至電流連續模式。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電源控制電路，其中所述電流檢測單元包括電性連接至電源電路輸出端的檢測電阻以及電性連接至所述檢測電阻兩端的電壓監控晶片，所述電壓監控晶片用於檢測所述檢測電阻兩端的電壓並將該電壓的值輸出至所述主控制器，所述主控制器還用於根據該電壓的值除以所述檢測電阻的阻值以得到所述輸出電流的值。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之電源控制電路，其中所述電源控制電路還包括電性連接至所述主控制器的輸入單元，所述輸入單元用於向所述主控制器輸入所述限定電流值。
4. 如申請專利範圍第1或2項所述之電源控制電路，其中所述模式切換單元包括金屬氧化物半導體場效應電晶體及供電電源，所述金屬氧化物半導體場效應電晶體的閘極電性連接至主控制器，源極接地，汲極電性連接至所述供電電源，所述供電電源與所述汲極之間的節點電性連接至所述電源電路，所述主控制器藉由改變所述閘極的電平狀態以使所述金屬氧化物半導體場效應電晶體導通或截止，從而相應控制所述電源電路工作於電流斷續模式或者電流連續模式。
5. 如申請專利範圍第1或2項所述之電源控制電路，其中所述電源控制電路還包括電性連接至所述主控制器的顯示器，所述顯示器用於顯示所述電流限定值、輸出電流的值以及所述電源電路的工作模式。
6. 如申請專利範圍第5項所述之電源控制電路，其中所述電源控制電路還包括連接切換單元，所述連接切換單元包括電性連接至所述主控制器、顯示器以及電流檢測單元的切換晶片，所述切換晶片於所述主控制器的控制下，選擇性地將所述顯示器或者電流檢測單元電性連接至所述主控制器。
7. 一種環路測試裝置，包括電源電路、用於所述電源電路進行環路測試的環路測試儀以及用於控制所述電源電路工作於電流斷續模式或電流連續模式的電源控制電路，所述電源控制電路包括主控制器、電流檢測單元以及電性連接至所述主控制器的模式切換單元，所述電流檢測單元用於配合所述主控制器檢測所述電源電路的輸出電流，所述主控制器用於判斷所述輸出電流的值是否低於一限定電流值，並根據比較結果相應判斷出電源電路工作於電流斷續模式或電流連續模式，當電源電路工作於電流斷續模式時，所述主控制器還用於藉由所述模式切換單元控制所述電源電路切換至電流連續模式。
8. 如申請專利範圍第7項所述之環路測試裝置，其中所述電流檢測單元包括電性連接至電源電路輸出端的檢測電阻以及電性連接至所述檢測電阻兩端的電壓監控晶片，所述電壓監控晶片用於檢測所述檢測電阻兩端的電壓並將該電壓的值輸出至所述主控制器，所述主控制器還用於根據該電壓的值除以所述檢測電阻的阻值以得到所述輸出電流的值。
9. 如申請專利範圍第7或8項所述之環路測試裝置，其中所述電源控制電路還包括電性連接至所述主控制器的輸入單元，所述輸入單元為用於向所述主控制器輸入所述限定電流值。
10. 如申請專利範圍第7或8項所述之環路測試裝置，其中所述模式切換單元包括金屬氧化物半導體場效應電晶體及供電電源，所述電源電路包括脈衝寬度調製控制器，所述脈衝寬度調製控制器包括模式切換引腳，當所述模式切換引腳為高電平時，所述脈衝寬度調製控制器控制所述電源電路工作於電流連續模式，當模式切換引腳為低電平時，所述脈衝寬度調製控制器控制所述電源電路工作於電流連續模式；所述金屬氧化物半導體場效應電晶體的閘極電性連接至主控制器，源極接地，汲極電性連接至所述供電電源，所述供電電源與所述汲極之間的節點電性連接至所述模式切換引腳，所述主控制器藉由改變所述閘極的電平狀態以使所述金屬氧化物半導體場效應電晶體導通或截止，從而相應改變所述模式切換引腳的電平狀態以控制所述電源電路工作於電流斷續模式或者電流連續模式。