TW202326337A - 電源轉換器的智慧功率級電路及其電流監測電路 - Google Patents

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Abstract

一種電源轉換器的智慧功率級電路及其電流監測電路。智慧功率級電路包括輸出級電路及驅動器。輸出級電路接收輸入電壓以使電源轉換器提供輸出電壓及電感電流。驅動器耦接輸出級電路。驅動器包括驅動電路、監測信號產生電路及補償電路。驅動電路耦接輸出級電路，接收脈寬調變信號並提供驅動信號至輸出級電路。監測信號產生電路接收脈寬調變信號、輸入電壓及輸出電壓，用以產生與電感電流相關的監測信號。監測信號包括模擬電流信號。補償電路耦接監測信號產生電路，當模擬電流信號大於預設值時，補償電路產生補償信號疊加至模擬電流信號上。

Description

電源轉換器的智慧功率級電路及其電流監測電路
本發明與電源轉換器的智慧功率級電路(Smart Power Stage, SPS)有關，尤其是關於一種智慧功率級電路及電流監測電路。
隨著現行積體電路的整合性提高，將電源轉換器中的驅動電路與功率開關整合在一起的智慧輸出級電路產品需求在市場上愈來愈高，其主要功能之一為產生提供與流經輸出電感的電感電流相關的監測信號，以供電源轉換器的控制器根據監測信號調整脈寬調變信號或啟動其他保護機制。
由於在高頻應用下，功率開關導通時間短，無法單純採用直接感測的方式產生監控信號。故使用模擬的方式產生完整的或部分的監控信號以供控制器運作。目前實務上遭遇到的問題為，當電感電流過大使輸出電感飽和而出現異常波形時，監測信號無法真實呈現輸出電感飽和狀態的電感電流的異常波形，導致控制器無法即時做出相應操作(例如降低脈寬調變信號的佔空比、過電流保護等)。
舉例而言，如圖1所示，當電感電流IL上升達到電感飽和電流值ITH時，電感電流IL的波形會開始出現尖峰凸起(如虛線圈起處)，但此異常波形並不會在監測信號IMON的波形重現，導致控制器端誤判而未能即時做出保護反應。
有鑑於此，本發明的一範疇在於提出一種電源轉換器的智慧功率級電路及其電流監測電路，以有效解決先前技術所遭遇到的上述問題。
依據本發明的一具體實施例為一種電源轉換器的智慧功率級電路。於此實施例中，智慧功率級電路包括輸出級電路、驅動器、監測信號產生電路及補償電路。輸出級電路接收輸入電壓以產生輸出電壓及電感電流。驅動電路耦接輸出級電路，接收脈寬調變信號以提供驅動信號給輸出級電路。監測信號產生電路接收脈寬調變信號、輸入電壓及輸出電壓，用以產生與電感電流相關的監測信號。監測信號包括模擬電流信號。補償電路耦接監測信號產生電路。當模擬電流信號大於預設值時，補償電路產生補償信號疊加至模擬電流信號上。
於一實施例中，當模擬電流信號小於預設值時，補償電路停止產生補償信號。
於一實施例中，輸出級電路包括彼此串聯的第一開關與第二開關。監測信號產生電路還包括電流感測電路，用以感測流經第二開關的電流，以產生感測電流信號。監測信號產生電路根據脈寬調變信號選擇性地輸出模擬電流信號或感測電流信號作為監測信號。
於一實施例中，在脈寬調變信號由第一狀態轉為第二狀態後的預設時間，監測信號產生電路從輸出模擬電流信號切換為輸出感測電流信號。
於一實施例中，補償電路包括誤差放大電路、電晶體及補償信號產生電路。誤差放大電路具有第一輸入端第二輸入端及輸出端。第一輸入端接收監測信號且第二輸入端接收預設值。誤差放大電路根據監測信號與預設值產生誤差放大信號。電晶體具有第一端、第二端及控制端，控制端耦接誤差放大電路的輸出端，第二端耦接誤差放大電路的第二輸入端。補償信號產生電路耦接電晶體的第一端，且根據誤差放大信號選擇性地產生補償信號。
於一實施例中，補償電路還包括電阻。電阻耦接誤差放大電路的第二輸入端，用以調整補償信號的大小。
於一實施例中，輸出級耦接輸出電感。預設值為可調整的參考電壓，其與該輸出電感的飽和值有關。
於一實施例中，監測信號產生電路包括第一電流產生電路、疊加電路、第二電流產生電路及切換開關。第一電流產生電路接收輸入電壓及輸出電壓，且根據輸入電壓及輸出電壓產生模擬電流信號。疊加電路分別耦接第一電流產生電路及補償電路，且將補償信號疊加至模擬電流信號上。第二電流產生電路耦接輸出級電路，感測電感電流以產生感測電流信號。切換開關耦接第一電流產生電路及第二電流產生電路，受控於脈寬調變信號以選擇性地輸出模擬電流信號或感測電流信號作為監測信號。
依據本發明的另一具體實施例為一種電流監測電路。電流監測電路適用於電源轉換器的智慧功率級電路中。於此實施例中，電流監測電路包括監測信號產生電路以及補償電路。監測信號產生電路用以產生與電源轉換器的電感電流相關的監測信號。監測信號包括模擬電流信號。補償電路耦接監測信號產生電路，當模擬電流信號大於預設值時，補償電路產生補償信號疊加至模擬電流信號上。
於一實施例中，當模擬電流信號小於預設值時，補償電路停止產生補償信號。
於一實施例中，智慧功率級電路包括輸出級電路，輸出級電路包括彼此串聯的第一開關與第二開關。監測信號產生電路還包括電流感測電路，用以感測流經第二開關的電流，以產生感測電流信號。監測信號產生電路根據脈寬調變信號選擇性地輸出模擬電流信號或感測電流信號作為監測信號。
於一實施例中，在脈寬調變信號由第一狀態轉為第二狀態後的預設時間，監測信號產生電路從輸出模擬電流信號切換為輸出感測電流信號。
於一實施例中，補償電路包括誤差放大電路、電晶體及補償信號產生電路。誤差放大電路具有第一輸入端第二輸入端及輸出端。第一輸入端接收監測信號且第二輸入端接收預設值。誤差放大電路根據監測信號與預設值產生誤差放大信號。電晶體具有第一端、第二端及控制端，控制端耦接誤差放大電路的輸出端，第二端耦接誤差放大電路的第二輸入端。補償信號產生電路耦接電晶體的第一端，且根據誤差放大信號選擇性地產生補償信號。
於一實施例中，補償電路還包括電阻。電阻耦接誤差放大電路的第二輸入端，用以調整補償信號的大小。
於一實施例中，智慧功率級電路還耦接輸出電感。預設值為可調整的參考電壓，其與該輸出電感的飽和值有關。
於一實施例中，監測信號產生電路包括第一電流產生電路、疊加電路、第二電流產生電路及切換開關。第一電流產生電路接收電源轉換器的輸入電壓及輸出電壓，且根據輸入電壓及輸出電壓產生模擬電流信號。疊加電路分別耦接第一電流產生電路及補償電路，且將補償信號疊加至模擬電流信號上。第二電流產生電路感測電感電流以產生感測電流信號。切換開關耦接第一電流產生電路及第二電流產生電路，受控於脈寬調變信號以選擇性地輸出模擬電流信號或感測電流信號作為監測信號。
相較於先前技術，本發明的電源轉換器的智慧功率級電路及其電流監測電路，可透過補償電路在輸出電感處於飽和狀態時，對監測信號中的模擬電流信號的波形進行適當的補償，以使經補償後的監測信號能更真實地重現輸出電感飽和狀態下的電感電流波形，進而使控制器端能即時透過經補償後的監測信號判斷是否需要進行必要的保護動作，藉以有效提升系統的穩定性及安全性。
關於本發明的優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。
現在將詳細參考本發明的示範性實施例，並在圖式中說明所述示範性實施例的實例。在圖式及實施方式中所使用相同或類似標號的元件/構件是用來代表相同或類似部分。
依據本發明的一具體實施例為一種電源轉換器的智慧功率級(SPS)電路。於此實施例中，智慧功率級電路可應用於不同類型的電源轉換電路，例如降壓(Buck)轉換電路或升壓(Boost)轉換器電路，受控於控制器提供的脈寬調變信號並提供與電感電流相關的監測信號給控制器，例如電流型式的監測信號(IMON)或電壓型式的監測信號(VIMON)，使得控制器能根據監測信號即時控制智慧功率級電路調整電感電流或發出保護訊息，以有效提升系統的穩定性及安全性，但不以此為限。
請參照圖2，圖2繪示此實施例中電源轉換器的智慧功率級電路的示意圖。如圖2所示，智慧功率級電路1耦接輸出電感L且輸出電容C耦接於輸出電感L與接地端GND之間。智慧功率級電路1包括驅動器11及輸出級電路OS。驅動器11包括電流監測電路10及驅動電路12。電流監測電路10耦接驅動電路12。驅動電路12耦接輸出級電路OS。輸出級電路OS耦接輸出電感L。
輸出級電路OS接收輸入電壓VIN以使電源轉換器產生輸出電壓VOUT並提供一個流經輸出電感L的電感電流IL。輸出級電路OS包括彼此串聯於輸入電壓VIN與接地端GND之間的上橋開關(第一開關)M1及下橋開關(第二開關)M2。輸出電感L的一端耦接至上橋開關M1與下橋開關M2之間且其另一端具有輸出電壓VOUT。驅動電路12接收脈寬調變信號PWM以分別提供驅動信號DR1及DR2至輸出級電路OS來控制上橋開關M1及下橋開關M2的運作。
電流監測電路10包括監測信號產生電路100及補償電路102。補償電路102耦接監測信號產生電路100。監測信號產生電路100分別接收脈寬調變信號PWM、輸入電壓VIN及輸出電壓VOUT，用以產生與電感電流IL相關的監測信號IMON，監測信號IMON包括模擬電流信號。根據電路設計需求，監測信號IMON可為電流形式(IMON)或電壓形式(VIMON)。補償電路102接收監測信號產生電路100所產生的監測信號IMON。
當監測信號IMON中的模擬電流信號爬升而開始大於預設值VREF時，補償電路102即會開始產生補償信號CP至監測信號產生電路100，以對監測信號IMON的模擬電流信號進行補償。當監測信號IMON中的模擬電流信號下降而開始小於預設值VREF時，補償電路102即會停止產生補償信號CP至監測信號產生電路100，亦即停止對監測信號IMON的模擬電流信號進行補償。
實際上，預設值VREF為可調整的參考電壓，其可根據輸出電感L的飽和值，透過調整不同數量的二極體串來產生，但不以此為限。
請參照圖3，圖3繪示本發明的補償電路102的一實施例的示意圖。如圖3所示，補償電路102包括誤差放大電路1020、電晶體M、補償信號產生電路1022及電阻1024。誤差放大電路1020具有正輸入端+及負輸入端-。電阻1024耦接誤差放大電路1020的負輸入端-。正輸入端+接收來自至監測信號產生電路100的監測信號IMON且負輸入端-接收預設值VREF。電晶體M的第一端耦接補償信號產生電路1022，電晶體M的第二端耦接誤差放大電路1020的第二輸入端(負輸入端-)，電晶體M的控制端耦接誤差放大電路1020的輸出端。
實際上，電阻1024進一步可為可變電阻，藉以依設計需求改變補償電路102所產生的補償電流IMON_CP的大小，進而改變補償後的監測信號IMON的斜率，但不以此為限。
詳細而言，補償信號產生電路1022可包括電流鏡CCU、電流源CS1~CS2及切換開關SW1~SW2。電晶體M的第一端E1及第二端E2分別耦接至補償信號產生電路1022中的電流鏡CCU及誤差放大電路1020的負輸入端-，且電晶體M的控制端耦接至誤差放大電路1020的輸出端以接收誤差放大信號K，透過電晶體M的導通阻抗與電阻1024產生補償電流IMON_CP提供至電流鏡CCU。電流源CS1、切換開關SW1、切換開關SW2及電流源CS2依序串接於電壓VH(例如可為工作電壓)與接地端GND之間。電流鏡CCU分別耦接電流源CS1~CS2，且根據補償電流IMON_CP分別複製出電流CON1~CON2給電流源CS1~CS2輸出。切換開關SW1~SW2分別受控於脈寬調變信號PWM及其反相脈寬調變信號PWMB，輸出補償信號CP至監測信號產生電路100。
於一實施例中，如圖4所示，監測信號IMON為電流形式，且監測信號IMON全由模擬電流信號ISIM構成。監測信號產生電路100包括第一電流產生電路CG1及疊加電路ADD。疊加電路ADD耦接第一電流產生電路CG1及補償電路102。第一電流產生電路CG1分別接收輸入電壓VIN及輸出電壓VOUT並根據輸入電壓VIN及輸出電壓VOUT產生模擬電流信號ISIM至疊加電路ADD。當監測信號IMON中的模擬電流信號爬升而開始大於預設值VREF時，補償電路102即會開始提供補償信號CP至疊加電路ADD，以使疊加電路ADD將補償信號CP疊加至模擬電流信號ISIM上後輸出為監測信號IMON。在此實施例中，由於信號均為電流形式，故疊加電路ADD僅為電路節點。
於另一實施例中，如圖5所示，監測信號IMON的波形是由模擬電流信號ISIM的波形與感測電流信號ISEN的波形共同構成，並且模擬電流信號ISIM的波形是模擬在上橋開關M1導通且下橋開關M2關斷時的電感電流IL(即上橋開關電流I1)的波形而得，而感測電流信號ISEN的波形是感測在上橋開關M1關斷且下橋開關M2導通時的電感電流IL(即下橋開關電流I2)的波形而得。
換言之，由於此實施例中的模擬電流信號ISIM的波形是模擬上橋開關電流I1的波形而得，所以補償電路102僅有在上橋開關M1導通、下橋開關M2關斷且模擬電流信號ISIM上升大於預設值VREF時才開始提供補償信號CP至監測信號產生電路100。一旦模擬電流信號ISIM下降小於預設值VREF時，補償電路102即停止提供補償信號CP至監測信號產生電路100。
反之，若模擬電流信號ISIM的波形是模擬在上橋開關M1關斷且下橋開關M2導通時的電感電流IL(即下橋開關電流I2)的波形，則補償電路102僅有在上橋開關M1關斷、下橋開關M2導通且模擬電流信號ISIM上升大於預設值VREF時才開始提供補償信號CP至監測信號產生電路100。一旦模擬電流信號ISIM下降小於預設值VREF時，補償電路102即停止提供補償信號CP至監測信號產生電路100。
監測信號產生電路100包括第一電流產生電路CG1、第二電流產生電路CG2、疊加電路ADD及切換電路SW。疊加電路ADD耦接第一電流產生電路CG1及補償電路102。第一電流產生電路CG1分別接收輸入電壓VIN及輸出電壓VOUT並根據輸入電壓VIN及輸出電壓VOUT產生模擬電流信號ISIM至疊加電路ADD。當模擬電流信號ISIM爬升而開始大於預設值VREF時，補償電路102即會開始提供補償信號CP至疊加電路ADD，以供疊加電路ADD將補償信號CP疊加至模擬電流信號ISIM上。
由於此實施例的監測信號IMON的波形為模擬上橋開關電流I1的波形與感測下橋開關電流I2的波形而得，第二電流產生電路CG2中的電流感測電路SU耦接輸出級電路OS，用以在下橋開關M2導通期間感測流經下橋開關M2的下橋開關電流I2。第二電流產生電路CG2根據下橋開關電流I2(亦即下橋開關M2導通期間的電感電流IL)產生感測電流信號ISEN。切換電路SW受控於脈寬調變信號PWM而選擇性地耦接第一電流產生電路CG1或第二電流產生電路CG2，以選擇性地於不同時間分別輸出模擬電流信號ISIM的波形或感測電流信號ISEN的波形，藉以形成整個監測信號IMON的完整波形。
需說明的是，上述實施例雖以監測信號IMON的波形為模擬上橋開關電流I1的波形與感測下橋開關電流I2的波形而得為例進行說明，但實際上，監測信號IMON的波形亦可為模擬下橋開關電流I2的波形與感測上橋開關電流I1的波形而得，並無特定的限制。此外，對於電流型式的監測信號IMON而言，圖4及圖5中的疊加電路ADD實質上僅為電路節點即可。若需輸出電壓形式的監測信號，僅須視設計需求在疊加電路ADD後方配置電流轉電壓電路(未繪示)即可，在此不多做贅述。
於實際應用中，在脈寬調變信號PWM由第一狀態轉為第二狀態後的預設時間內(例如脈寬調變信號PWM由高位準變為低位準後的400奈秒，但不以此為限)，可根據感測電流信號ISEN對模擬電流信號ISIM進行校正，以防從模擬電流信號ISIM切換為感測電流信號ISEN時的監測信號IMON跳動。在預設時間後切換電路SW才從耦接第一電流產生電路CG1切換為耦接第二電流產生電路CG2，使得監測信號產生電路100從輸出模擬電流信號ISIM的波形切換為感測電流信號ISEN的波形。
請參照圖6，圖6繪示補償電路102根據監測信號產生電路100所產生的監測信號IMON選擇性地提供補償信號CP回到監測信號產生電路100的示意圖。
如圖6所示，補償電路102可包括誤差放大電路EA、開關M1~M2、可變電阻R以及補償信號產生電路1022。開關M1、開關M2及可變電阻R依序串接於電流鏡CM與接地端GND之間。開關M1的控制端耦接至誤差放大電路EA的輸出端且開關M2的控制端耦接至開關M1與M2之間。誤差放大電路EA的正輸入端+耦接至監測信號產生電路100且其負輸入端-耦接至開關M1與M2之間。補償信號產生電路1022分別耦接供電電壓VCC、開關M1及監測信號產生電路100。用以產生與預設值VREF的開關M2與可變電阻R的位置可互換，不會影響整體電路運作。
當監測信號產生電路100提供監測信號IMON至補償電路102時，誤差放大電路EA的正輸入端+接收監測信號IMON且其負輸入端-接收預設值VREF。誤差放大電路EA根據監測信號IMON與預設值VREF選擇性地產生誤差放大信號K至開關M1。開關M1提供補償電流IMON_CP至補償信號產生電路1022並由補償信號產生電路1022輸出補償信號CP至監測信號產生電路100。
需說明的是，由於供電電壓VCC與接地端GND之間有開關M1與可變電阻R，所以補償電流IMON_CP會與開關M1的導通阻抗及可變電阻R有關，亦即可透過改變可變電阻R的阻值來調整補償信號CP的大小。於一實施例中，補償電路102提供的補償信號CP的大小可藉由改變可變電阻R之阻值的方式來調整，但不以此為限。
開關M2為閘-源耦接構成二極體元件，利用其導通電壓產生預設值VREF。於另一實施例中，開關M2可為可調串聯數量的二極體串，使得預設值VREF可根據外部電感的飽和值設定，藉以調整補償信號CP的產生時機，但不以此為限。
請參照圖7，圖7繪示本發明圖4實施例中，經補償後的監測信號IMON’的波形會重現電感電流IL達到飽和時所出現的異常波形的時序圖。此實施例中的經補償後的監測信號IMON’為電流型式的監測信號，但不以此為限。需說明的是，監測信號IMON的回授路徑可視需求配置電壓-電流轉換電路以符合應用需求，在此不做贅述。
如圖7所示，在時間t1，脈寬調變信號PWM為高位準，電感電流IL的波形上升至飽和電流值ITH而達到飽和；在時間t2，脈寬調變信號PWM從高位準變為低位準，電感電流IL的波形開始下降；在時間t3，電感電流IL的波形下降至飽和電流值ITH而脫離飽和。因此，電感電流IL的波形會在時間t1至t3的期間處於飽和狀態。
在時間t1至t3的期間內，先前技術的監測信號IMON的波形仍會依照原本的斜率上升及下降而異於實際的電感電流IL的波形，但本發明的補償電路102會在時間t1因為監測信號IMON的波形上升達到預設值VREF而開始產生補償電流IMON_CP，以對監測信號IMON的波形進行補償(亦即開始改變IMON波形的斜率)，在時間t2，本發明的補償電路102會因為脈寬調變信號PWM從高位準變為低位準而開始從監測信號IMON的波形抽取相同大小的補償電流IMON_CP，即補償信號CP的值由正轉負，直至時間t3因為監測信號IMON的波形下降達到預設值VREF而停止產生補償電流IMON_CP，亦即停止產生補償信號CP。
至於時間t5至t7及時間t9至t11的情形差別僅在回授的監測信號IMON與預設值VREF誤差較大，使得補償電流IMON_CP的值較大，其他動作均相同，於此不另行贅述。
藉由上述方法，本發明經補償後的監測信號IMON’能如實呈現輸出電感飽和狀態下的波形，使得控制器端能根據補償後的監測信號IMON’即時發出保護訊息，故能有效提升系統的穩定性及安全性。
需說明的是，真實的電感電流IL並非平滑的直線，而是有些微飄動的曲線，但在不影響迴路運作的前提下，圖6中的監測信號IMON及經補償後的監測信號IMON’會以直線波型呈現。
依據本發明的另一具體實施例為一種電流監測電路。亦請參照圖2，於此實施例中，電流監測電路10耦接驅動電路12。輸出級電路OS包括串接於輸入電壓VIN與接地端GND之間的上橋開關M1及下橋開關M2。驅動電路12分別耦接輸出級電路OS的上橋開關M1及下橋開關M2的控制端。輸出級電路OS耦接輸出電感L並提供流經輸出電感L的電感電流IL。電流監測電路10包括監測信號產生電路100及補償電路102。監測信號產生電路100產生與電感電流IL有關的監測信號IMON。監測信號IMON包括模擬電流信號ISIM。
補償電路102耦接監測信號產生電路100，且根據監測信號IMON與預設值VREF的誤差放大信號選擇性地產生補償信號CP來對監測信號IMON的模擬電流信號ISIM進行補償。當模擬電流信號ISIM大於預設值VREF時，補償電路102產生補償信號CP對模擬電流信號ISIM進行補償。當模擬電流信號ISIM小於預設值VREF時，補償電路102停止產生補償信號CP。至於此實施例中的電流監測電路10的詳細說明可參照前面段落相關敘述，於此不另行贅述。
相較於先前技術，本發明的智慧功率級電路及電流監測電路可透過補償電路在輸出電感處於飽和狀態時對監測信號中的模擬電流信號的波形進行適當的補償，以使經補償後的監測信號的波形能更真實地表現電感電流的波形，進而使控制器端能即時透過經補償後的監測信號正確地判斷是否需要進行必要的保護動作，藉以有效提升系統的穩定性及安全性。
ITH:飽和電流值 1:智慧功率級電路 11:驅動器 10:電流監測電路 12:驅動電路 100:監測信號產生電路 102:補償電路 OS:輸出級電路 M1:上橋開關 M2:下橋開關 L:輸出電感 C:輸出電容 PWM:脈寬調變信號 IMON:監測信號 VIN:輸入電壓 VOUT:輸出電壓 VREF:預設值 CP:補償信號 DR1:驅動信號 DR2:驅動信號 GND:接地端 IL:電感電流 IMON_CP:補償電流 I1:上橋開關電流 I2:下橋開關電流 1020:誤差放大電路 1022:補償信號產生電路 1024:電阻 K:誤差放大信號 CCU:電流鏡 M:開關 CON1:控制信號 CON2:控制信號 VH:電壓 CS1:電流源 CS2:電流源 PWMB:反相脈寬調變信號 SW1:切換開關 SW2:切換開關 CG1:第一電流產生電路 CG2:第二電流產生電路 ADD:疊加電路 ISIM:模擬電流 ISEN:感測電流 SU:電流感測電路 SW:切換電路 EA:誤差放大器 +:正輸入端 -:負輸入端 R:可變電阻 VCC:供電電壓 CM:電流鏡 M3:開關 M4:開關 IMON’:經補償後的監測信號 t0~t11:時間
本發明所附圖式說明如下： 圖1繪示先前技術的監測信號無法重現輸出電感飽和時電感電流的異常波形的時序圖。 圖2繪示依據本發明的一具體實施例的智慧功率級電路的示意圖。 圖3繪示本發明的補償電路的一實施例的示意圖。 圖4繪示本發明的監測信號產生電路的一實施例的示意圖。 圖5繪示本發明的監測信號產生電路的另一實施例的示意圖。 圖6繪示本發明的補償電路根據監測信號產生電路產生的監測信號選擇性地提供補償信號回到監測信號產生電路的示意圖。 圖7繪示圖4經補償後的監測信號的波形會重現輸出電感達到飽和時所出現的異常波形的時序圖。
1:智慧功率級電路
11:驅動器
10:電流監測電路
12:驅動電路
100:監測信號產生電路
102:補償電路
OS:輸出級電路
M1:上橋開關(第一開關)
M2:下橋開關(第二開關)
L:輸出電感
C:輸出電容
PWM:脈寬調變信號
IMON:監測信號
VIN:輸入電壓
VOUT:輸出電壓
VREF:預設值
CP:補償信號
DR1:驅動信號
DR2:驅動信號
GND:接地端
IL:電感電流

Claims (16)

  1. 一種電源轉換器的智慧功率級電路，包括： 一輸出級電路，接收一輸入電壓，以使得該電源轉換器提供一輸出電壓及一電感電流；以及 一驅動器，耦接該輸出級電路，該驅動器包括： 一驅動電路，耦接該輸出級電路，接收一脈寬調變信號並提供一驅動信號至該輸出級電路； 一監測信號產生電路，接收該脈寬調變信號、該輸入電壓及該輸出電壓，用以產生與該電感電流相關的一監測信號，該監測信號包括一模擬電流信號；及 一補償電路，耦接該監測信號產生電路， 其中，當該模擬電流信號大於一預設值時，該補償電路產生一補償信號疊加至該模擬電流信號上。
  2. 如請求項1所述的智慧功率級電路，其中當該模擬電流信號小於該預設值時，該補償電路停止產生該補償信號。
  3. 如請求項1所述的智慧功率級電路，其中該輸出級電路包括彼此串聯的一第一開關及一第二開關，該監測信號產生電路還包括一電流感測電路，用以感測流經該第二開關的電流，以產生一感測電流信號，該監測信號產生電路根據該脈寬調變信號選擇性地輸出該模擬電流信號或該感測電流信號作為該監測信號。
  4. 如請求項3所述的智慧功率級電路，其中在該脈寬調變信號由一第一狀態轉為一第二狀態後的一預設時間，該監測信號產生電路從輸出該模擬電流信號切換為輸出該感測電流信號。
  5. 如請求項1所述的智慧功率級電路，其中該補償電路包括： 一誤差放大電路，具有一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出端，該第一輸入端接收該監測信號且該第二輸入端接收該預設值，該誤差放大電路根據該監測信號與該預設值產生一誤差放大信號； 一電晶體，具有一第一端、一第二端及一控制端，該控制端耦接該誤差放大電路的該輸出端，該第二端耦接該誤差放大電路的該第二輸入端；以及 一補償信號產生電路，耦接該電晶體的該第一端，且根據該誤差放大信號選擇性地產生該補償信號。
  6. 如請求項5所述的智慧功率級電路，其中該補償電路還包括： 一電阻，耦接該誤差放大電路的該第二輸入端，其中該電阻用以調整該補償信號的大小。
  7. 如請求項1所述的智慧功率級電路，該輸出級還耦接一輸出電感，其中該預設值為可調整的參考電壓，其與該輸出電感的飽和值有關。
  8. 如請求項1所述的智慧功率級電路，其中該監測信號產生電路包括： 一第一電流產生電路，接收該輸入電壓及該輸出電壓，且根據該輸入電壓及該輸出電壓產生該模擬電流信號； 一疊加電路，分別耦接該第一電流產生電路及該補償電路，且將該補償信號疊加至該模擬電流信號上； 一第二電流產生電路，感測該電感電流以產生一感測電流信號；以及 一切換開關，耦接該第一電流產生電路及該第二電流產生電路，受控於該脈寬調變信號以選擇性地輸出該模擬電流信號或該感測電流信號作為該監測信號。
  9. 一種電流監測電路，適用於一電源轉換器的智慧功率級電路中，該電流監測電路包括： 一監測信號產生電路，用以產生與該電源轉換器的一電感電流相關的一監測信號，其中該監測信號包括一模擬電流信號；以及 一補償電路，耦接該監測信號產生電路，其中，當該模擬電流信號大於一預設值時，該補償電路產生一補償信號疊加至該模擬電流信號上。
  10. 如請求項9所述的電流監測電路，其中當該模擬電流信號小於該預設值時，該補償電路停止產生該補償信號。
  11. 如請求項9所述的電流監測電路，其中該智慧功率級電路包括一輸出級電路，該輸出級電路包括彼此串聯的一第一開關及一第二開關，該監測信號產生電路還包括一電流感測電路，用以感測流經該第二開關的電流，以產生一感測電流信號，該監測信號產生電路根據一脈寬調變信號選擇性地輸出該模擬電流信號或該感測電流信號作為該監測信號。
  12. 如請求項11所述的電流監測電路，其中在該脈寬調變信號由一第一狀態轉為一第二狀態後的一預設時間，該監測信號產生電路從輸出該模擬電流信號切換為輸出該感測電流信號。
  13. 如請求項9所述的電流監測電路，其中該補償電路包括： 一誤差放大電路，具有一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出端，該第一輸入端接收該監測信號且該第二輸入端接收該預設值，該誤差放大電路根據該監測信號與該預設值產生一誤差放大信號； 一電晶體，具有一第一端、一第二端及一控制端，該控制端耦接該誤差放大電路的該輸出端，該第二端耦接該誤差放大電路的該第二輸入端；以及 一補償信號產生電路，耦接該電晶體的該第一端，且根據該誤差放大信號選擇性地產生該補償信號。
  14. 如請求項13所述的電流監測電路，其中該補償電路還包括： 一電阻，耦接該誤差放大電路的該第二輸入端，其中該電阻用以調整該補償信號的大小。
  15. 如請求項9所述的電流監測電路，該智慧功率級電路還耦接一輸出電感，其中該預設值為可調整的參考電壓，其與該輸出電感的飽和值有關。
  16. 如請求項9所述的電流監測電路，其中該監測信號產生電路包括： 一第一電流產生電路，接收該電源轉換器的一輸入電壓及一輸出電壓，且根據該輸入電壓及該輸出電壓產生該模擬電流信號； 一疊加電路，分別耦接該第一電流產生電路及該補償電路，且將該補償信號疊加至該模擬電流信號上； 一第二電流產生電路，感測該電感電流以產生一感測電流信號；以及 一切換開關，耦接該第一電流產生電路及該第二電流產生電路，受控於一脈寬調變信號以選擇性地輸出該模擬電流信號或該感測電流信號作為該監測信號。
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