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