TWI772032B - 具負電流偵測機制的電源轉換器 - Google Patents

具負電流偵測機制的電源轉換器 Download PDF

Info

Publication number
TWI772032B
TWI772032B TW110118370A TW110118370A TWI772032B TW I772032 B TWI772032 B TW I772032B TW 110118370 A TW110118370 A TW 110118370A TW 110118370 A TW110118370 A TW 110118370A TW I772032 B TWI772032 B TW I772032B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
transistor
terminal
operational amplifier
circuit
negative current
Prior art date
Application number
TW110118370A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202246935A (zh
Inventor
林信太
顏子揚
Original Assignee
茂達電子股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 茂達電子股份有限公司 filed Critical 茂達電子股份有限公司
Priority to TW110118370A priority Critical patent/TWI772032B/zh
Priority to CN202110605072.9A priority patent/CN115378233A/zh
Priority to US17/389,353 priority patent/US11552545B2/en
Application granted granted Critical
Publication of TWI772032B publication Critical patent/TWI772032B/zh
Publication of TW202246935A publication Critical patent/TW202246935A/zh

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/088—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the simultaneous control of series or parallel connected semiconductor devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0009—Devices or circuits for detecting current in a converter
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1588—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load comprising at least one synchronous rectifier element
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)

Abstract

本發明公開一種具負電流偵測機制的電源轉換器。負電流偵測電路包含第一運算放大器、第一電晶體以及第二電晶體。第一運算放大器的非反相輸入端連接感測電阻的第二端。第一運算放大器的反相輸入端連接第一電容的第一端。第一電晶體的控制端以及第二電晶體的控制端連接第一運算放大器的輸出端。第一電晶體的第一端連接感測電阻的第二端。第一電晶體的第二端接地。第二電晶體的第一端連接第一運算放大器的反相輸入端以及第一電晶體的第一端。第二電晶體的第二端接地。

Description

具負電流偵測機制的電源轉換器
本發明涉及一種電源轉換器，特別是涉及一種具負電流偵測機制的電源轉換器。
對於電子裝置而言，電壓轉換器為不可缺少的裝置，用以轉換電壓，並供應轉換後的電壓給電子裝置。電壓轉換器的傳統偵測電路是偵測下橋開關的電流，並基於偵測的電流與下橋開關的導通電阻值，以計算電壓值，電壓轉換器的控制電路依據計算出的電壓值，以控制驅動電路切換電壓轉換器的上橋開關和下橋開關。然而，當電壓轉換器原有的下橋開關更換為其他具有不同導通電阻值的下橋開關時，需重新取得更換後的下橋開關的導通電阻值，才能適當地切換上橋開關和下橋開關。
本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種具負電流偵測機制的電源轉換器，包含上橋開關、下橋開關、電感、輸出電容、第一電阻、第一電容、感測電阻以及負電流偵測電路。上橋開關的第一端連接輸入電壓，上橋開關的控制端連接一觸發電路。下橋開關的第一端連接上橋開關的第二端。下橋開關的第二端接地。下橋開關的控制端連接觸發電路。電感的第一端連接上橋開關的第二端以及下橋開關的第一端之間的節點。輸出電容的第一端連接電感的第二端。輸出電容的第二端接地。第一電阻的第一端連接電感的第一端。第一電容的第一端連接第一電阻的第二端。第一電容的第二端連接電感的第二端。感測電阻的第一端連接電感的第二端。負電流偵測電路包含第一運算放大器、第一電晶體以及第二電晶體。第一運算放大器的非反相輸入端連接感測電阻的第二端。第一運算放大器的反相輸入端連接第一電容的第一端。第一電晶體的控制端連接第一運算放大器的輸出端，第一電晶體的第一端連接第一運算放大器的非反相輸入端，第一電晶體的第二端接地。第二電晶體的控制端連接第一運算放大器的輸出端。第二電晶體的第一端耦接共用電壓並連接第一運算放大器的非反相輸入端以及第一電晶體的第一端。第二電晶體的第二端接地。
在一實施例中，負電流偵測電路更包含第一電流鏡電路。第一電流鏡電路的輸入端連接第二電晶體的第一端。第一電流鏡電路的輸出端為所述具負電流偵測機制的電源轉換器的第一輸出端。
在一實施例中，第一電流鏡電路包含第三電晶體以及第四電晶體。第三電晶體的第一端以及第四電晶體的第一端耦接共用電壓。第三電晶體的第二端連接第二電晶體的第一端、第三電晶體的控制端以及第四電晶體的控制端。第四電晶體的第二端為所述具負電流偵測機制的電源轉換器的第一輸出端。
在一實施例中，所述具負電流偵測機制的電源轉換器更包含箝位電路。箝位電路連接第一運算放大器的非反相輸入端、第一電晶體的第一端、第二電晶體的第一端以及第三電晶體的第二端。
在一實施例中，箝位電路包含一運算放大器以及一電晶體。電晶體的第一端連接第三電晶體的第二端。運算放大器的非反相輸入端連接第一電晶體的第一端以及第一運算放大器的非反相輸入端。運算放大器的反相輸入端連接第二電晶體的第一端以及電晶體的第二端。運算放大器的輸出端連接電晶體的控制端。
在一實施例中，所述具負電流偵測機制的電源轉換器更包含負電流限制電路。負電流限制電路包含負電流判斷電路。負電流判斷電路連接第四電晶體的第二端以及觸發電路的輸入端。負電流判斷電路配置以依據第四電晶體的第二端的電流，輸出電流限制訊號至觸發電路，以控制觸發電路開啟或關閉上橋開關以及下橋開關。
在一實施例中，負電流限制電路更包含第二運算放大器。第二運算放大器的非反相輸入端連接第四電晶體的第二端。第二運算放大器的反相輸入端耦接參考電壓。第二運算放大器的輸出端連接負電流判斷電路的輸入端。
在一實施例中，負電流限制電路更包含電阻。電阻的第一端連接第二運算放大器的非反相輸入端。電阻的第二端接地。
在一實施例中，所述具負電流偵測機制的電源轉換器更包含正電流偵測電路。正電流偵測電路包含第三運算放大器以及第五電晶體。第三運算放大器的非反相輸入端連接第一電容的第一端。第三運算放大器的反相輸入端連接感測電阻的第二端。第三運算放大器的輸出端連接第五電晶體的控制端。第五電晶體的第一端耦接共用電壓。第五電晶體的第二端連接三運算放大器的反相輸入端。
在一實施例中，正電流偵測電路更包含第二電流鏡電路。第二電流鏡電路的輸入端連接第五電晶體的第一端。第二電流鏡電路的輸出端為所述具負電流偵測機制的第二輸出端。
在一實施例中，第二電流鏡電路包含第六電晶體以及第七電晶體。第六電晶體的第一端以及第七電晶體的第一端耦接共用電壓。第六電晶體的第二端連接第五電晶體的第一端、第六電晶體的控制端以及第七電晶體的控制端。第七電晶體的第二端為所述具負電流偵測機制的電源轉換器的第二輸出端。
如上所述，本發明提供一種具負電流偵測機制的電源轉換器，其設有負電流偵測電路，在未增加額外的引腳、未取得下橋開關的導通電阻值的情況下，也就是下橋開關任意更換後，仍可即時偵測電感的負電流，特別是在電源轉換器輸出低電壓時。當電感的負電流到達電流門檻值時，負電流限制電路可指示觸發電路即時適當地切換上橋開關以及下橋開關，以限制電感的負電流保持不大於電流門檻值。
為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。
以下是通過特定的具體實施例來說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不背離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包含相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。
[第一實施例]
請參閱圖1，其為本發明第一實施例的具負電流偵測機制的電源轉換器的電路布局圖。
本實施例的電源轉換器可包含上橋開關UG、下橋開關LG、電感L、輸出電容Cout、第一電阻R1、第一電容C1、感測電阻RSEN以及負電流偵測電路NCS。
上橋開關UG的第一端可連接輸入電壓VIN。上橋開關UG的第二端可連接下橋開關LG的第一端。下橋開關LG的第二端接地。
上橋開關UG的控制端及下橋開關LG的控制端可連接觸發電路或可直接耦接參考電位。舉例而言，觸發電路可包含反相器N1、控制電路以及驅動電路，但本發明不以此為限。控制電路的輸出端可連接驅動電路的輸入端。驅動電路的輸出端可連接反相器N1的輸入端以及上橋開關UG的控制端。反相器N1的輸出端可連接下橋開關LG的控制端。控制電路可輸出控制訊號至驅動電路。驅動電路可依據控制訊號輸出上橋導通訊號Ton至上橋開關UG以控制上橋開關UG，並可輸出上橋導通訊號Ton至反相器N1以透過反相後形成一反相訊號輸出至下橋開關LG以控制下橋開關LG。
電感L可具有阻值DCR。電感L的第一端可連接上橋開關UG的第二端以及下橋開關LG的第一端之間的節點。電感L的第二端可連接輸出電容Cout的第一端。輸出電容Cout的第二端接地。
第一電阻R1的第一端可連接電感L的第一端。第一電阻R1的第二端可連接第一電容C1的第一端。第一電容C1的第二端可連接電感L的第二端。感測電阻RSEN的第一端可連接電感L的第二端以及輸出電容Cout的第一端之間的節點。
值得注意的是，負電流偵測電路NCS可包含第一運算放大器P1、第一電晶體M1以及第二電晶體M2。
第一運算放大器P1的非反相輸入端可連接感測電阻RSEN的第二端。第一運算放大器P1的反相輸入端可連接第一電容C1的第一端以及第一電阻R1的第二端之間的節點。若有需要，第一運算放大器P1的另一輸入端可接收偏壓電流OFS，以防止電感L的電流為零值時，由於第一運算放大器P1的偏壓，導致第一電晶體M1(以及如圖4、圖5所示的第五電晶體M5)導通，形成漏電路徑。
第一電晶體M1的控制端可連接第一運算放大器P1的輸出端。第一電晶體M1的第一端可連接第一運算放大器P1的非反相輸入端。第一電晶體M1的第二端可接地。
第二電晶體M2的控制端可連接第一運算放大器P1的輸出端。第二電晶體M2的第一端可耦接共用電壓(未圖示)，並可連接第一運算放大器P1的非反相輸入端以及第一電晶體M1的第一端。第二電晶體M2的第二端可接地。第二電晶體M2的第一端的電流可作為本實施例的電源轉換器的負電流偵測電路NCS所偵測的電流。
若有需要，本實施例的電源轉換器可更包含第一電流鏡電路MR1。第一電流鏡電路MR1的電路元件及其配置可如本實施例舉例，但本發明不以此為限。第一電流鏡電路MR1的輸入端可連接第二電晶體M2的第一端。第一電流鏡電路MR1的輸出端可為電源轉換器的第一輸出端。第一電流鏡電路MR1的輸出端的輸出電流可為電源轉換器的負電流偵測電路NCS所偵測的電流。
詳言之，第一電流鏡電路MR1可包含第三電晶體M3以及第四電晶體M4。第三電晶體M3的第一端以及第四電晶體M4的第一端可耦接共用電壓(未圖示)。第三電晶體M3的第二端可連接第二電晶體M2的第一端、第三電晶體M3的控制端以及第四電晶體M4的控制端。
第四電晶體M4的第二端可為電源轉換器的第一輸出端。第四電晶體M4的第二端的電流可為電源轉換器的負電流偵測電路NCS所偵測的電流。
第一電流鏡電路MR1的輸入端(即第三電晶體M3的第二端)的輸入電流與第一電流鏡電路MR1的輸出端(即第四電晶體M4的第二端)的輸出電流的比例可為1：K，其中K為比例係數，可為任意適當的數值。
第一運算放大器P1配置以將第一運算放大器P1的非反相輸入端的電壓CSN，與第一運算放大器P1的反相輸入端的電壓CSP的差值乘以一增益值，以輸出第一運算放大訊號至第一電晶體M1的控制端以及第二電晶體M2的控制端。
電壓CSP與電壓CSN的差值是與電感L的負電流ILn正相關的電壓值。因此，當負電流ILn流經電感L時，負電流Isn流經感測電阻RSEN，電源轉換器的負電流偵測電路NCS偵測出的電流為K倍的負電流ILn，其中K值大小取決於第一電流鏡電路MR1的比例。應理解，當第一電流鏡電路MR1的比例係數K為1時，負電流偵測電路NCS檢測出的電流等於電感L的負電流ILn。
若有需要，本實施例的電源轉換器可包含箝位電路CLA。箝位電路CLA可連接第一運算放大器P1的非反相輸入端以及第一電晶體M1的第一端，並可連接在第二電晶體M2的第一端以及第三電晶體M3的第二端之間。
箝位電路CLA可配置以箝位第一電晶體M1的第一端以及第二電晶體M2的第一端至相同的一目標電壓，使得負電流偵測電路NCS偵測出的電流可確實為K倍的負電流ILn。
[第二實施例]
請參閱圖2，其為本發明第二實施例的具負電流偵測機制的電源轉換器的負電流偵測電路的電路布局圖。與第一實施例相同之處，不在此贅述。
舉例而言，電源轉換器的負電流偵測電路NCS的箝位電路CLA可包含運算放大器Pa以及電晶體Ma，但本發明不以此為限。
電晶體Ma的第一端可連接第三電晶體M3的第二端(即第一電流鏡電路MR1的輸入端)。電晶體Ma的第二端可連接第二電晶體M2的第一端。
運算放大器Pa的非反相輸入端可連接第一電晶體M1的第一端以及第一運算放大器P1的非反相輸入端。運算放大器Pa的反相輸入端可連接第二電晶體M2的第一端以及電晶體Ma的第二端之間的節點。運算放大器Pa的輸出端可連接電晶體Ma的控制端。
[第三實施例]
請參閱圖3，其為本發明第三實施例的具負電流偵測機制的電源轉換器的電路布局圖。與第一實施例相同之處，不在此贅述。
在本實施例中，電源轉換器可更包含負電流限制電路NCLS。
負電流限制電路NCLS可包含負電流判斷電路NEU。負電流判斷電路NEU可直接連接第四電晶體M4的第二端以及觸發電路所包含的控制電路的輸入端。負電流判斷電路NEU可依據第四電晶體M4的第二端的電流大小，以輸出電流限制訊號至觸發電路，以控制觸發電路所包含的控制電路控制驅動電路開啟或關閉上橋開關UG以及下橋開關LG。
若有需要，負電流限制電路NCLS可更包含第二運算放大器P2。第二運算放大器P2的非反相輸入端可連接第四電晶體M4的第二端。第二運算放大器P2的反相輸入端可耦接參考電壓OCTH。第二運算放大器P2的輸出端可連接負電流判斷電路NEU的輸入端。
第二運算放大器P2配置以將第四電晶體M4的第二端的電壓VSEN與參考電壓OCTH的差值乘上一增益值，以輸出第二運算放大訊號。負電流判斷電路NEU可依據第二運算放大訊號，以輸出電流限制訊號至觸發電路，以控制觸發電路所包含的控制電路控制驅動電路開啟或關閉上橋開關UG以及下橋開關LG。
若有需要，負電流限制電路NCLS可更包含電阻RNCL。電阻RNCL的第一端可連接第二運算放大器P2的非反相輸入端。電阻RNCL的第二端可接地。
[第四實施例]
請參閱圖4，其為本發明第四實施例的具負電流偵測機制的電源轉換器的電路布局圖。
本實施例的電源轉換器可包含負電流偵測電路NCS以及正電流偵測電路PCS兩者，但本發明不以此為限。實務上，可依據實際需求，在電源轉換器中僅設置負電流偵測電路NCS用於偵測電感L的負電流ILn，或是僅設置正電流偵測電路PCS用於偵測電感L的正電流ILp。
本實施例的負電流偵測電路NCS可與第一或第二實施例的負電流偵測電路NCS相同，在此不贅述，以下針對正電流偵測電路PCS進行描述。
正電流偵測電路PCS可包含第三運算放大器P3以及第五電晶體M5。
第三運算放大器P3的非反相輸入端可連接第一電容C1的第一端以及第一電阻R1的第二端之間的節點。第三運算放大器P3的反相輸入端連接感測電阻RSEN的第二端。第三運算放大器P3的輸出端可連接第五電晶體M5的控制端。第五電晶體M5的第一端可耦接共用電壓(未圖示)。第五電晶體M5的第二端連接第三運算放大器P3的反相輸入端。流經第五電晶體M5的第一端的電流ISEN可為電源轉換器的正電流偵測電路PCS所偵測的電流。
若有需要，正電流偵測電路PCS可更包含第二電流鏡電路MR2。第二電流鏡電路MR2的輸入端可連接第五電晶體M5的第一端。第二電流鏡電路MR2的輸出端可作為電源轉換器的第二輸出端。第二電流鏡電路MR2的輸出端的輸出電流可為電源轉換器的正電流偵測電路PCS所偵測的電流。
詳言之，第二電流鏡電路MR2可包含第六電晶體M6以及第七電晶體M7。第六電晶體M6的第一端以及第七電晶體M7的第一端可耦接共用電壓(未圖示)。第六電晶體M6的第二端可連接第五電晶體M5的第一端、第六電晶體M6的控制端以及第七電晶體M7的控制端。第七電晶體M7的第二端可為電源轉換器的第二輸出端。第七電晶體M7的輸出端的輸出電流可為電源轉換器的正電流偵測電路PCS所偵測的電流。
第二電流鏡電路MR2的輸入端(即第六電晶體M6的第二端)的輸入電流與第二電流鏡電路MR2的輸出端(即第七電晶體M7的第二端)的輸出電流的比例可為1：K，其中K為比例係數，可為任意適當的數值。
電壓CSP與電壓CSN的差值是與電感L的正電流ILp相關的電壓值。因此，當正電流ILp流經電感L時，正電流Isp流經感測電阻RSEN，正電流偵測電路PCS偵測出的電流為K倍的正電流ILp，其中K值大小取決於第二電流鏡電路MR2的比例。應理解，當第二電流鏡電路MR2的比例係數K為1時，正電流偵測電路PCS檢測出的電流等於電感L的正電流ILp。
[第五實施例]
請參閱圖5和圖6，其中圖5為本發明第五實施例的具負電流偵測機制的電源轉換器的電路布局圖；圖6為本發明第五實施例的具負電流偵測機制的電源轉換器的電路的訊號的波形圖。
如圖5所示，在本實施例的電源轉換器可包含上橋開關UG、下橋開關LG、電感L、輸出電容Cout、第一電阻R1、第一電容C1、感測電阻RSEN、正電流偵測電路PCS、負電流偵測電路NCS以及負電流限制電路NCLS，這些電路元件的配置與前述相同，不在此贅述。
值得注意的是，當電源轉換器的輸出電壓Vout過小時，會因第二電流鏡MR2的餘度電壓，使得正電流偵測電路PCS無法用於偵測小於零值的電流，因此本發明各實施例改良正電流偵測電路PCS的電路配置，以形成負電流限制電路NCLS，適用於偵測電感L的負電流ILn。
當電源轉換器的輸出端的輸出電壓Vout緩降時，負電流判斷電路NEU依據從外部電路接收到的頻率脈寬調變訊號FPWMS，指示觸發電路開啟下橋開關LG，以對輸出電壓VOUT放電，此時電感L的電流IL為負值，電流ILn由電源轉換器的輸出端往下橋開關LG流動，最後流到地。
當電感L的電流IL下降至電流門檻值時，第二運算放大器P2的第一輸入端例如非反相輸入端的電壓VSEN到達參考電壓OCTH。此時，負電流判斷電路NEU可依據第二運算放大器P2所輸出的高準位的第二運算放大訊號，以輸出下橋關閉指示訊號NCLPL。觸發電路依據下橋關閉指示訊號NCLPL，以輸出上橋導通訊號Ton至上橋開關UG，以開啟上橋開關UG，並輸出上橋導通訊號Ton至反相器N1，上橋導通訊號Ton透過反相後形成一反相訊號至下橋開關LG以關閉下橋開關LG。
在上橋導通訊號Ton的導通時間結束後，再開啟下橋開關LG，並關閉上橋開關UG。藉由輪流切換上橋開關UG以及下橋開關LG僅導通一段時間，以限制電感L的電流IL不下降至低於電流門檻值，以防止電源轉換器的下橋開關LG燒毀。如圖6所示的開關切換訊號CTS為高準位代表切換上橋開關UG以及下橋開關LG。
綜上所述，本發明提供一種具負電流偵測機制的電源轉換器，其設有負電流偵測電路，在未增加額外的引腳、未取得(更換後的)下橋開關的導通電阻值的情況下，也就是下橋開關任意更換後，仍可即時偵測電感的負電流，特別是在電源轉換器輸出低電壓時。當電感的負電流到達電流門檻值時，負電流限制電路可指示觸發電路即時適當地切換上橋開關以及下橋開關，以限制電感的負電流保持不大於電流門檻值。
以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。
UG:上橋開關 LG:下橋開關 VIN:輸入電壓 Ton:上橋導通訊號 N1:反相器 L:電感 DCR:阻值 R1:第一電阻 C1:第一電容 Vout:輸出電壓 Cout:輸出電容 RSEN:感測電阻 CSP、CSN、VSEN:電壓 ILn、Isn:負電流 ILp、Isp:正電流 NCS:負電流偵測電路 P1:第一運算放大器 OFS:偏壓電流 M1:第一電晶體 M2:第二電晶體 CLA:箝位電路 MR1:第一電流鏡電路 M3:第三電晶體 M4:第四電晶體 K:比例係數 Pa:運算放大器 Ma:電晶體 NCLS:負電流限制電路 P2:第二運算放大器 OCTH:參考電壓 NEU:負電流判斷電路 FPWMS:頻率脈寬調變訊號 NCLPL:下橋關閉指示訊號 RNCL:電阻 PCS:正電流偵測電路 P3:第三運算放大器 M5:第五電晶體 MR2:第二電流鏡電路 M6:第六電晶體 M7:第七電晶體 ISEN、IL:電流 CTS:開關切換訊號
圖1為本發明第一實施例的具負電流偵測機制的電源轉換器的電路布局圖。
圖2為本發明第二實施例的具負電流偵測機制的電源轉換器的負電流偵測電路的電路布局圖。
圖3為本發明第三實施例的具負電流偵測機制的電源轉換器的電路布局圖。
圖4為本發明第四實施例的具負電流偵測機制的電源轉換器的電路布局圖。
圖5為本發明第五實施例的具負電流偵測機制的電源轉換器的電路布局圖。
圖6為本發明第五實施例的具負電流偵測機制的電源轉換器的電路的訊號的波形圖。
UG:上橋開關
LG:下橋開關
VIN:輸入電壓
Ton:上橋導通訊號
N1:反相器
L:電感
DCR:阻值
R1:第一電阻
C1:第一電容
Vout:輸出電壓
Cout:輸出電容
RSEN:感測電阻
CSP、CSN:電壓
ILn、Isn:負電流
ILp、Isp:正電流
NCS:負電流偵測電路
P1:第一運算放大器
OFS:偏壓電流
M1:第一電晶體
M2:第二電晶體
CLA:箝位電路
MR1:第一電流鏡電路
M3:第三電晶體
M4:第四電晶體
K:比例係數

Claims (11)

  1. 一種具負電流偵測機制的電源轉換器，包含：一上橋開關，該上橋開關的第一端連接一輸入電壓，該上橋開關的控制端連接一觸發電路；一下橋開關，該下橋開關的第一端連接該上橋開關的第二端，該下橋開關的第二端接地，該下橋開關的控制端連接該觸發電路；一電感，該電感的第一端連接該上橋開關的第二端以及該下橋開關的第一端之間的節點；一輸出電容，該輸出電容的第一端連接該電感的第二端，該輸出電容的第二端接地；一第一電阻，該第一電阻的第一端連接該電感的第一端；一第一電容，該第一電容的第一端連接該第一電阻的第二端，該第一電容的第二端連接該電感的第二端；一感測電阻，該感測電阻的第一端連接該電感的第二端；以及一負電流偵測電路，包含：一第一運算放大器，該第一運算放大器的非反相輸入端連接該感測電阻的第二端，該第一運算放大器的反相輸入端連接該第一電容的第一端；一第一電晶體，該第一電晶體的控制端連接該第一運算放大器的輸出端，該第一電晶體的第一端連接該感測電阻的第二端以及該第一運算放大器的非反相輸入端，該第一電晶體的第二端接地；以及一第二電晶體，該第二電晶體的控制端連接該第一運算放大器的輸出端，該第二電晶體的第一端耦接一共用電壓並連接該第一運算放大器的非反相輸入端以及該第一電晶 體的第一端，該第二電晶體的第二端接地。
  2. 如請求項1所述的具負電流偵測機制的電源轉換器，其中該負電流偵測電路更包含一第一電流鏡電路，該第一電流鏡電路的輸入端連接該第二電晶體的第一端，該第一電流鏡電路的輸出端為所述具負電流偵測機制的電源轉換器的第一輸出端。
  3. 如請求項2所述的具負電流偵測機制的電源轉換器，其中該第一電流鏡電路包含一第三電晶體以及一第四電晶體，該第三電晶體的第一端以及該第四電晶體的第一端耦接該共用電壓，該第三電晶體的第二端連接該第二電晶體的第一端、該第三電晶體的控制端以及該第四電晶體的控制端，該第四電晶體的第二端為所述具負電流偵測機制的電源轉換器的第一輸出端。
  4. 如請求項3所述的具負電流偵測機制的電源轉換器，更包含一箝位電路，連接該第一運算放大器的非反相輸入端、該第一電晶體的第一端、該第二電晶體的第一端以及該第三電晶體的第二端。
  5. 如請求項4所述的具負電流偵測機制的電源轉換器，其中該箝位電路包含一運算放大器以及一電晶體，該電晶體的第一端連接該第三電晶體的第二端，該運算放大器的非反相輸入端連接該第一電晶體的第一端以及該第一運算放大器的非反相輸入端，該運算放大器的反相輸入端連接該第二電晶體的第一端以及該電晶體的第二端，該運算放大器的輸出端連接該電晶體的控制端。
  6. 如請求項3至5中任一項所述的具負電流偵測機制的電源轉換器，更包含一負電流限制電路，該負電流限制電路包含一負電流判斷電路，連接該第四電晶體的第二端以及該觸發電 路的輸入端，配置以依據該第四電晶體的第二端的電流，輸出一電流限制訊號至該觸發電路，以控制該觸發電路開啟或關閉該上橋開關以及該下橋開關。
  7. 如請求項6所述的具負電流偵測機制的電源轉換器，其中該負電流限制電路更包含一第二運算放大器，該第二運算放大器的非反相輸入端連接該第四電晶體的第二端，該第二運算放大器的反相輸入端耦接參考電壓，該第二運算放大器的輸出端連接該負電流判斷電路的輸入端。
  8. 如請求項7所述的具負電流偵測機制的電源轉換器，其中該負電流限制電路更包含一電阻，該電阻的第一端連接該第二運算放大器的非反相輸入端，該電阻的第二端接地。
  9. 如請求項1所述的具負電流偵測機制的電源轉換器，更包含一正電流偵測電路，該正電流偵測電路包含一第三運算放大器以及一第五電晶體，該第三運算放大器的非反相輸入端連接該第一電容的第一端，該第三運算放大器的反相輸入端連接該感測電阻的第二端，該第三運算放大器的輸出端連接該第五電晶體的控制端，該第五電晶體的第一端耦接該共用電壓，該第五電晶體的第二端連接該第三運算放大器的反相輸入端。
  10. 如請求項9所述的具負電流偵測機制的電源轉換器，其中該正電流偵測電路更包含一第二電流鏡電路，該第二電流鏡電路的輸入端連接該第五電晶體的第一端，該第二電流鏡電路的輸出端為所述具負電流偵測機制的第二輸出端。
  11. 如請求項10所述的具負電流偵測機制的電源轉換器，其中該第二電流鏡電路包含一第六電晶體以及一第七電晶體，該第六電晶體的第一端以及該第七電晶體的第一端耦接該共用電壓，該第六電晶體的第二端連接該第五電晶體的第一端、該 第六電晶體的控制端以及該第七電晶體的控制端，該第七電晶體的第二端為所述具負電流偵測機制的電源轉換器的第二輸出端。
TW110118370A 2021-05-21 2021-05-21 具負電流偵測機制的電源轉換器 TWI772032B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW110118370A TWI772032B (zh) 2021-05-21 2021-05-21 具負電流偵測機制的電源轉換器
CN202110605072.9A CN115378233A (zh) 2021-05-21 2021-05-31 具有负电流检测机制的电源转换器
US17/389,353 US11552545B2 (en) 2021-05-21 2021-07-30 Power converter having negative current detection mechanism

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW110118370A TWI772032B (zh) 2021-05-21 2021-05-21 具負電流偵測機制的電源轉換器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TWI772032B true TWI772032B (zh) 2022-07-21
TW202246935A TW202246935A (zh) 2022-12-01

Family

ID=83439706

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW110118370A TWI772032B (zh) 2021-05-21 2021-05-21 具負電流偵測機制的電源轉換器

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11552545B2 (zh)
CN (1) CN115378233A (zh)
TW (1) TWI772032B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW517441B (en) * 1999-09-01 2003-01-11 Intersil Corp Synchronous-rectified DC to DC converter with improved current sensing
TWI336431B (en) * 2003-09-23 2011-01-21 Semiconductor Components Ind Negative current compensation method and circuit
TW201624890A (zh) * 2014-12-19 2016-07-01 力智電子股份有限公司 電源轉換裝置的電流感測電路與方法
WO2021005820A1 (ja) * 2019-07-09 2021-01-14 株式会社村田製作所 電源システム

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6127814A (en) * 1998-11-23 2000-10-03 Switch Power, Inc. System to protect switch mode DC/DC converters against overload current
US5982160A (en) * 1998-12-24 1999-11-09 Harris Corporation DC-to-DC converter with inductor current sensing and related methods
US6441597B1 (en) * 2001-10-31 2002-08-27 Semtech Corporation Method and apparatus for sensing output inductor current in a DC-to-DC power converter

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW517441B (en) * 1999-09-01 2003-01-11 Intersil Corp Synchronous-rectified DC to DC converter with improved current sensing
TWI336431B (en) * 2003-09-23 2011-01-21 Semiconductor Components Ind Negative current compensation method and circuit
TW201624890A (zh) * 2014-12-19 2016-07-01 力智電子股份有限公司 電源轉換裝置的電流感測電路與方法
WO2021005820A1 (ja) * 2019-07-09 2021-01-14 株式会社村田製作所 電源システム

Also Published As

Publication number Publication date
CN115378233A (zh) 2022-11-22
TW202246935A (zh) 2022-12-01
US11552545B2 (en) 2023-01-10
US20220376599A1 (en) 2022-11-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI294215B (zh)
US9184651B2 (en) Current detection and emulation circuit, and method thereof
US10018658B2 (en) Class D audio amplifier and method for reading a current supplied by the amplifier
US8143944B2 (en) Method and apparatus for sensing a current for varying impedance loads
TW200605483A (en) Inductive load current control circuit and power supply apparatus
US9461589B2 (en) Asymmetric H-bridge in a class D power amplifier
US11309848B2 (en) Class D transconductance amplifier
TW201444259A (zh) 電源設備
JP2019168892A (ja) 演算増幅回路及びこれを使用した電流検出装置
JP2021500787A (ja) スイッチング増幅器出力における電流測定
US20090174391A1 (en) Zero current detector for a dc-dc converter
US10746778B2 (en) Fully differential current sensing
TWI772032B (zh) 具負電流偵測機制的電源轉換器
US20100039177A1 (en) Amplifier Arrangement and Method for Amplification
JP7315547B2 (ja) Ｄ級増幅器のための負荷電流検出回路
KR101996963B1 (ko) 넓은 출력 전압 범위에서 동작하는 제로 전류 감지기
WO2006117732A3 (en) A peak or zero current comparator
CN109951078B (zh) 双向开关电源用的电流检测装置
TW201417469A (zh) 供電電路
TWI812471B (zh) 採用開迴路的電感電流仿真電路
TWI812472B (zh) 採用閉迴路的電感電流仿真電路
TWI317428B (en) Current sensing circuit and power supply using the same
US9667243B2 (en) High speed tracking current sense system
JP4705724B2 (ja) オートゼロ補正回路
KR100993788B1 (ko) 디지털 오디오 증폭회로