TWI439033B - 應用於靴帶電路之直流轉換器 - Google Patents

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Description

應用於靴帶電路之直流轉換器
本發明係指一種應用於一靴帶電路之直流轉換器，尤指一種具保護電路機制，可避免上橋開關損毀之直流轉換器。
電子裝置通常包含有不同的元件，每一元件所需的操作電壓可能都不同。因此，在電子裝置中，需要透過直流對直流電壓轉換電路，達到電壓準位的調節(升壓或降壓)，並使之穩定在所設定的電壓數值。依不同的電源需求，可延伸出許多不同型態的直流對直流電壓轉換器，但其皆源自於降壓式轉換器(Buck/Step Down Converter)及升壓式轉換器(Boost/Step Up Converter)。顧名思義，降壓式轉換器可將輸入端的直流電壓下降至一預設電壓準位，而升壓式轉換器則可提升輸入端的直流電壓。不論降壓式轉換器或升壓式轉換器，隨著電路技術的演進，兩者皆已演變出許多變化，以適用於不同的架構，或符合不同的需求。
舉例來說，請參考第1圖，第1圖為習知一直流轉換器10之示意圖。直流轉換器10包含有一驅動級電路100、一輸出級電路102、一控制模組104，一靴帶電路106及一上橋開關驅動電路108，用來將一輸入電壓Vin 轉換為一低於輸入電壓Vin 的穩定輸出電壓Vout 。詳細來說，驅動級電路100包含有一上橋開關Q1及一下橋開關Q2，其係根據上橋開關驅動電路108所產生之上橋開關控制訊號V_CTRL_U及控制模組104所產生之下橋開關控制訊號V_CTRL_L，控制上橋開關Q1及下橋開關Q2之狀態，使上橋開關Q1及下橋開關Q2分別於導通與關閉之間相互切換，即上橋開關Q1導通而下橋開關Q2關閉，接著上橋開關Q1關閉而下橋開關Q2導通，進而於輸出端X產生一切換訊號SS至輸出級電路102。輸出級電路102包含有一電感L及一電容C，耦接於驅動級電路100之輸出端X與一地端Vgnd 之間，其可根據驅動級電路100所輸出的切換訊號SS，使電感L持續切換於充電與放電兩種狀態，並配合電容C的穩壓功能，使輸出電壓Vout 維持在預設電壓值。靴帶電路106耦接於靴帶電壓端Vcc 與驅動級電路100之輸出端X之間，包含有一靴帶電容C_BS及一二極體D_BS。靴帶電路106係用來提供上橋開關驅動電路108一穩定電壓源。
由上述可知，控制模組104藉由指示上橋開關驅動電路108產生之上橋開關控制訊號V_CTRL_U，及其產生之下橋開關控制訊號V_CTRL_L，控制上橋開關Q1及下橋開關Q2的開關狀態，以調整兩種操作狀態的切換頻率，使得輸出電壓Vout 之值符合所需。然而，在直流轉換器10中，當靴帶電容C_BS兩端的電壓差過低時，上橋開關Q1的閘源偏壓便會過低，此時若不將上橋開關Q1關閉，上橋開關Q1可能會進入次臨界區，而使上橋開關Q1之一阻抗值增加，導致上橋開關Q1功率過大，進而毀損上橋開關Q1。在此情形下，如何適時且準確根據靴帶電容C_BS兩端的電壓差，控制上橋開關Q1的關閉，也就成為業界所努力的目標之一。
因此，本發明的主要目的，即在於提供應用於一靴帶電路之一直流轉換器，以改善習知技術的缺點。
本發明揭露一種直流轉換器，用以將一輸入電壓轉換為一輸出電壓，該直流轉換器包含有一驅動級電路，包含有一上橋開關及一下橋開關，用來根據一第一控制訊號及一第二控制訊號，將該輸入電壓轉換為一切換訊號，並由一輸出端輸出該切換訊號；一輸出級電路，耦接於該驅動級電路之該輸出端，用來將該切換訊號轉換為該輸出電壓；一靴帶電路，耦接於一高電位電壓端及該驅動級電路之該輸出端之間；一偵測單元，用來偵測該靴帶電路之一特性，並據以產生一感測結果；以及一控制單元，耦接於該偵測單元、該驅動級電路之該上橋驅動電路及該下橋開關，用來產生該第一控制訊號及該第二控制訊號，以驅動該驅動級電路，以及於該感測結果顯示該靴帶電路之該特性符合一預設條件時，透過該第一控制訊號，關閉該上橋開關。
請參考第2圖，第2圖為本發明實施例一直流轉換器20之示意圖。直流轉換器20包含有一驅動級電路200、一輸出級電路202、一靴帶電路204、一控制模組206及一上橋開關驅動電路208，其中控制模組206包含有一偵測單元210、一控制單元212及一系統訊號產生單元214。比較第2圖與第1圖可知，直流轉換器20之驅動級電路200、輸出級電路202、靴帶電路204及上橋開關驅動電路208與直流轉換器10之驅動級電路100、輸出級電路102、靴帶電路106及上橋開關驅動電路108大致相似，故相同元件沿用第1圖之符號表示，且其運作方式也大致相同，故不另贅述。直流轉換器20與直流轉換器10不同之處在於直流轉換器20調整了控制模組206的運作方式及實現方式，利用偵測靴帶式電路204之靴帶電容C_BS兩端電壓差，於電壓差過低時，控制上橋開關關閉，達到直流轉換器的電路保護作用。
詳細來說，在控制模組206中，偵測單元210係用來偵測靴帶電路204之一特性，並與一參考電壓Vref 比較，以產生一比較結果Q1_CTRL。在本發明中，靴帶電路204之特性係靴帶電容C_BS兩端的電壓差。系統訊號產生單元214係用來產生一用來回授比較結果Q1_CTRL的系統訊號。控制單元212根據偵測單元210輸出的比較結果Q1_CTRL，並依據系統訊號產生單元214輸出的系統訊號，控制上橋開關驅動電路208產生一上橋開關控制訊號V_CTRL_U，進而控制上橋開關Q1的開關狀態。舉例來說，當靴帶電容C_BS兩端的電壓差小於參考電壓Vref 時，偵測單元210產生之比較結果Q1_CTRL係用來指示控制單元212據以控制上橋開關驅動電路208產生上橋開關控制訊號V_CTRL_U，控制上橋開關Q1為關閉狀態，避免上橋開關Q1進入次臨界區，而使上橋開關Q1阻抗值變大，導致上橋開關Q1功率過大，進而毀損上橋開關Q1。
簡單來說，本發明係透過控制模組206中偵測單元210偵測靴帶電路204的特性並與參考電壓Vref 比較，以產生比較結果Q1_CTRL。控制單元212根據比較結果Q1_CTRL指示上橋驅動電路208產生關閉上橋開關Q1之上橋開關控制訊號V_CTRL_U，以達到保護直流轉換器20的目的。
關於偵測單元210偵測靴帶電路204並產生比較結果Q1_CTRL的方法，可利用習知偵測單元來完成。請參考第3圖，第3圖為習知一偵測單元300之示意圖。習知偵測單元300主要包含有比較單元302，耦接於兩待測電壓輸入端，以及一參考電壓端，用來輸出一比較結果。本發明實施例直流轉換器20可利用習知偵測單元300偵測靴帶電容C_BS兩端，透過比較單元302得到靴帶電容C_BS兩端的電壓差，並將靴帶電容C_BS兩端的電壓差與參考電壓Vref 比較，得到一比較結果Q1_CTRL。應注意的是，比較單元302通常包含一高壓電路，以用來直接比較C_BS兩端的電壓差與參考電壓Vref 。
除了使用習知偵測單元300之外，本發明另提出偵測單元210的實施方式。請參考第4圖，第4圖為本發明實施例一偵測單元400之示意圖。偵測單元400係第2圖中偵測單元210另一實施方式，包含有低壓電路402、404、及一比較單元406。低壓電路402將靴帶電容C_BS兩端的電壓差轉換為一電流資訊。低壓電路404將低壓電路402輸出之電流資訊轉換為電壓形式的偵測結果DET_rst。其中，低壓電路402、404互為等效。比較單元406包含一低壓電路，以用來比較C_BS兩端的電壓差與參考電壓Vref 。使用等效低壓電路的優點為，使用低壓元件就可達成低壓電路402、404的完全匹配，因此C_BS兩端的電壓差可簡單且準確獲得。
在習知技術中，若靴帶式電路之靴帶電容兩端的電壓差過低時，上橋開關的閘源偏壓便會過低；此時若不將上橋開關關閉，上橋開關可能會進入次臨界區，而使上橋開關Q1阻抗值變大，導致上橋開關Q1功率過大，進而毀損上橋開關Q1。相較之下，本發明之直流轉換器，可透過偵測靴帶式電路之靴帶電容兩端電壓差的方式，於電壓差過低時，控制上橋開關關閉，以保護直流轉換器之電路。
綜上所述，本發明之直流轉換器，可於靴帶式電路之靴帶電容兩端的電壓差過低時，控制上橋開關關閉，進而保護直流轉換器之電路。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10、20．．．直流轉換器
100、200．．．驅動級電路
102、202．．．輸出級電路
104、206．．．控制模組
106、204．．．靴帶電路
108、208．．．上橋開關驅動電路
210、300、400．．．偵測單元
212．．．控制單元
214．．．系統訊號產生單元
302、406．．．比較單元
402、404．．．低壓電路
Vin ．．．輸入電壓
Vout ．．．輸出電壓
Q1．．．上橋開關
Q2．．．下橋開關
V_CTRL_U．．．上橋開關控制訊號
V_CTRL_L．．．下橋開關控制訊號
X．．．輸出端
SS．．．切換訊號
L．．．電感
C．．．電容
Vgnd ．．．地端
Vcc ．．．靴帶電壓
C_BS．．．靴帶電容
D_BS．．．二極體
Q1_CTRL．．．比較結果
Vref ．．．參考電壓
DET_rst．．．偵測結果
第1圖為習知一直流轉換器之示意圖。
第2圖為本發明實施例一直流轉換器之示意圖。
第3圖為習知一偵測單元之示意圖。
第4圖為本發明實施例一偵測單元之示意圖。
20．．．直流轉換器
200．．．驅動級電路
202．．．輸出級電路
204．．．靴帶電路
206．．．控制模組
208．．．上橋開關驅動電路
210．．．偵測單元
212．．．控制單元
214．．．系統訊號產生單元
Vin ．．．輸入電壓
Vout ．．．輸出電壓
Q1．．．上橋開關
Q2．．．下橋開關
X．．．輸出端
SS．．．切換訊號
V_CTRL_U．．．上橋開關控制訊號
V_CTRL_L．．．下橋開關控制訊號
L．．．電感
C．．．電容
Vgnd ．．．地端
Vcc ．．．靴帶電壓
C_BS．．．靴帶電容
D_BS．．．二極體
Q1_CTRL．．．比較結果
Vref ．．．參考電壓

Claims (6)

  1. 一種直流轉換器，用以將一輸入電壓轉換為一輸出電壓，該直流轉換器包含有：一驅動級電路，包含有一上橋開關及一下橋開關，用來根據一上橋開關控制訊號及一下橋開關控制訊號，將該輸入電壓轉換為一切換訊號，並由一輸出端輸出該切換訊號；一輸出級電路，耦接於該驅動級電路之該輸出端，用來將該切換訊號轉換為該輸出電壓；一靴帶電路，耦接於一高電位電壓端及該驅動級電路之該輸出端之間；一上橋開關驅動電路，耦接於該驅動級電路及該高電位電壓端，用來產生該上橋開關控制訊號；以及一控制模組，耦接於該靴帶電路、該上橋開關驅動電路及該驅動級電路之該下橋開關，用來偵測該靴帶電路之一特性，並據以產生該下橋開關控制訊號，以及控制該上橋開關驅動電路產生該上橋開關控制訊號。
  2. 如請求項1所述之直流轉換器，其中該靴帶電路包含有串聯之一靴帶電容及一二極體。
  3. 如請求項2所述之直流轉換器，其中該特性係該靴帶電容兩端之一電壓差。
  4. 如請求項2所述之直流轉換器，其中該控制模組包含有：一系統訊號產生單元，用來產生一系統訊號；一偵測單元，耦接於該靴帶電容之兩端，用來偵測該靴帶電路之該特性，並與一參考電壓比較，產生一比較結果；以及一控制單元，耦接於該系統訊號產生單元及該偵測單元，用來根據該系統訊號及該比較結果，產生該下橋開關控制訊號，以及控制該上橋開關驅動電路產生該上橋開關控制訊號。
  5. 如請求項4所述之直流轉換器，其中該偵測單元包含有：一第一低壓電路，耦接於該靴帶電容之兩端，用來將該靴帶電路之該特性轉換為一電流資訊；一第二低壓電路，耦接於該第一低壓電路，用來將該低壓電流轉換為一電壓資訊；以及一比較單元，耦接於該第二低壓電路，用來比較該電壓資訊及該參考電壓，產生該比較結果。
  6. 如請求項1所述之直流轉換器，其中該輸出級電路包含有一電感及一電容，耦接於該驅動級電路之該輸出端與一地端之間，透過該電感及該電容間之一節點輸出該輸出電壓。
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