TWI845426B

TWI845426B - 用於控制電源轉換器的阻擋開關的控制器

Info

Publication number: TWI845426B
Application number: TW112137837A
Authority: TW
Inventors: 林孟宏; 李建龍; 吳宜恒
Original assignee: 力林科技股份有限公司
Filing date: 2023-10-03
Publication date: 2024-06-11

Abstract

本發明提供一種用於控制電源轉換器的阻擋開關的控制器。控制器包括控制引腳以及感測電路。控制引腳耦接於阻擋開關的控制端以及阻擋開關的輸出端。感測電路包括控制開關以及判斷電路。控制開關的第一端耦接於控制引腳。控制開關的第二端耦接於參考低電壓。判斷電路在阻擋開關被斷開的期間導通控制開關以獲得流經控制開關的電流的感測電流值。當感測電流值低於參考電流值時，判斷電路提供用於允許導通阻擋開關的通知信號。

Description

用於控制電源轉換器的阻擋開關的控制器

本發明是有關於一種控制器，且特別是有關於一種用於控制電源轉換器的阻擋開關的控制器。

一般來說，電源轉換器可透過阻擋開關（blocking switch）來輸出電源轉換器所提供的輸出電源。基於Vsafe0V的規範，當位於阻擋開關的輸出端的電壓值低於一規範值（如，0~0.8伏特）時，阻擋開關才允許被導通。因此，用於控制阻擋開關的控制器必需有用於控制阻擋開關的控制引腳以及用於偵測位於阻擋開關的輸出端（如，Vbus端）的電壓值的偵側引腳。

基於元件的尺寸縮小的趨勢，控制器的引腳的數量被降低。因此，如何利用相同的引腳來偵測位於阻擋開關的輸出端的電壓值並且對阻擋開關進行開關操作，是本領域技術人員的研究重點之一。

本發明提供一種用於控制電源轉換器的阻擋開關的控制器，能夠利用單一引腳來偵測位於阻擋開關的輸出端的電壓值並且對阻擋開關進行開關操作。

本發明的控制器用於控制電源轉換器的阻擋開關。控制器包括控制引腳以及感測電路。控制引腳耦接於阻擋開關的控制端以及阻擋開關的輸出端。控制器透過控制引腳來控制阻擋開關的開關操作。感測電路包括控制開關以及判斷電路。控制開關的第一端耦接於控制引腳。控制開關的第二端耦接於參考低電壓。判斷電路耦接於控制開關的第一端以及控制引腳。判斷電路在阻擋開關被斷開的期間導通控制開關以獲得流經控制開關的電流的感測電流值。當感測電流值低於參考電流值時，判斷電路提供用於允許導通阻擋開關的通知信號。

基於上述，控制引腳耦接於阻擋開關的控制端以及阻擋開關的輸出端。控制器透過控制引腳來控制阻擋開關的開關操作。判斷電路透過控制引腳獲得感測電流值並據以決定是否提供通知信號。本發明的控制器能夠透過控制引腳來控制阻擋開關的開關操作並且偵測位於阻擋開關的輸出端的電壓值。如此一來，控制器的引腳的數量能夠被減少。此外，控制器的尺寸也能夠被縮小。

本發明的部份實施例接下來將會配合附圖來詳細描述，以下的描述所引用的元件符號，當不同附圖出現相同的元件符號將視為相同或相似的元件。這些實施例只是本發明的一部份，並未揭示所有本發明的可實施方式。更確切的說，這些實施例只是本發明的專利申請範圍中的範例。

請參考圖1，圖1是依據本發明一實施例所繪示的阻擋開關以及控制器的示意圖。圖1示出了電源轉換器的阻擋開關（blocking switch）SWB以及用於控制阻擋開關SWB的控制器100。在本實施例中，控制器100包括控制引腳110以及感測電路120。控制引腳110耦接於阻擋開關SWB的控制端TC以及阻擋開關SWB的輸出端TO。控制器100透過控制引腳110來控制阻擋開關SWB的開關操作。

舉例來說，阻擋開關SWB可以是由N型場效電晶體來實施。阻擋開關SWB例如是NMOS場效電晶體。阻擋開關SWB的輸入端TI接收輸出電源VCC。控制器100透過控制引腳110將具有高電壓準位的控制信號SD提供至阻擋開關SWB的控制端TC，從而導通阻擋開關SWB。因此，阻擋開關SWB會將輸出電源VCC傳輸到輸出端。控制器100透過控制引腳110將具有低電壓準位的控制信號SD提供至阻擋開關SWB的控制端TC，從而斷開阻擋開關SWB。因此，阻擋開關SWB不會將輸出電源VCC傳輸到輸出端。

在本實施例中，感測電路120包括控制開關SWC以及判斷電路121。控制開關SWC的第一端耦接於控制引腳110。控制開關SWC的第二端耦接於參考低電壓VSS。判斷電路121耦接於控制開關SWC的第一端以及控制引腳110。判斷電路121在阻擋開關SWB被斷開的期間導通控制開關SWC以獲得流經控制開關SWC的電流IG的感測電流值ISEN。當感測電流值ISEN低於參考電流值IREF時，判斷電路121提供用於允許導通阻擋開關SWB的通知信號SN。控制器100反應於通知信號SN來斷開控制開關SWC並透過控制引腳110來導通阻擋開關SWB。

在此值得一提的是，控制器100透過控制引腳110來控制阻擋開關SWB的開關操作。判斷電路121透過控制引腳110獲得感測電流值ISEN並據以決定是否提供通知信號SN。本發明的控制器100能夠透過控制引腳110來控制阻擋開關SWB的開關操作並且偵測位於阻擋開關SWB的輸出端TO的電壓值。如此一來，控制器100的引腳的數量能夠被減少。此外，控制器100的尺寸也能夠被縮小。

進一步來說，當感測電流值ISEN低於參考電流值IREF時，判斷電路121獲知位於阻擋開關SWB的輸出端TO的電壓值低於阻擋開關SWB被允許導通的規範電壓值。這表示阻擋開關SWB可符合Vsafe0V的規範而允許被導通。因此，判斷電路121提供通知信號SN。

在本實施例中，當感測電流值ISEN高於或等於參考電流值IREF時，判斷電路121則不提供通知信號SN。因此，控制器100持續斷開阻擋開關SWB並持續導通控制開關SWC。在本實施例中，在控制開關SWC被導通的期間，控制器100利用參考低電壓VSS來下拉位於控制引腳110的電壓值。因此，阻擋開關SWB持續被斷開。

在本實施例中，控制引腳110經由電阻電路ERC耦接至阻擋開關SWB的輸出端TO。感測電流值ISEN由位於阻擋開關SWB的輸出端TO的電壓值、電阻電路ERC的等效電阻值REQ以及參考低電壓VSS來決定。

在本實施例中，控制開關SWC可以是由電晶體開關來實施。以本實施例為例，控制開關SWC可以是NMOS場效電晶體。控制開關SWC的控制端接收控制信號SC，並反應於控制信號SC而被導通或被斷開。

請參考圖2，圖2是依據本發明一實施例所繪示的阻擋開關以及控制器的示意圖。在本實施例中，控制器200包括控制引腳210以及感測電路220。控制引腳210耦接於阻擋開關SWB的控制端TC以及阻擋開關SWB的輸出端TO。控制器200透過控制引腳210來控制阻擋開關SWB的開關操作。感測電路220包括控制開關SWC以及判斷電路221。控制開關SWC的第一端耦接於控制引腳210。控制開關SWC的第二端耦接於參考低電壓。在本實施例中，參考低電壓是接地端。

在阻擋開關SWB被斷開的期間，判斷電路221導通控制開關SWC。判斷電路221包括電流感測器2211以及比較器2212。電流感測器2211耦接於控制開關SWC的第一端。電流感測器2211在阻擋開關SWB被斷開的期間感測流經控制開關SWC的電流IG以產生感測電流值ISEN。比較器2212耦接於電流感測器2211。比較器2212在阻擋開關SWB被斷開的期間對感測電流值ISEN與參考電流值IREF進行比較。當感測電流值ISEN低於參考電流值IREF時，比較器2212提供通知信號SN。

在本實施例中，比較器2212的反相輸入端接收感測電流值ISEN。比較器2212的非反相輸入端接收參考電流值IREF。因此，比較器2212所輸出的通知信號SN是具有高電壓準位的信號。控制器100反應於通知信號SN來斷開控制開關SWC並透過控制引腳110來導通阻擋開關SWB。

在本實施例中，控制引腳210經由電阻電路ERC耦接至阻擋開關SWB的輸出端TO。電阻電路ERC包括電阻器R1、R2以及二極體D1。電阻器R1耦接於阻擋開關SWB的輸出端TO與控制引腳110之間。電阻器R2的第一端耦接於阻擋開關SWB的輸出端TO。電阻器R2的第二端耦接於二極體D1的陽極。二極體D1的陰極耦接於控制引腳110。

舉例來說，假設位於阻擋開關SWB的輸出端TO的電壓值必須低於0.1伏特時，阻擋開關SWB才允許被導通。換言之，當位於阻擋開關SWB的輸出端TO與接地端之間的電壓差值低於0.1伏特時，阻擋開關SWB才允許被導通。因此，參考電流值IREF等於0.1伏特除以電阻電路ERC的等效電阻值REQ所產生的商值。當感測電流值ISEN低於參考電流值IREF時，這表示位於阻擋開關SWB的輸出端TO的電壓值低於0.1伏特。因此，比較器2212提供通知信號SN。在另一方面，當感測電流值ISEN高於或等於參考電流值IREF時，比較器2212不提供通知信號SN。

請參考圖3，圖3是依據本發明一實施例所繪示的阻擋開關以及控制器的示意圖。在本實施例中，控制器200’包括控制引腳210以及感測電路220’。控制引腳210耦接於阻擋開關SWB的控制端TC以及阻擋開關SWB的輸出端TO。控制器200’透過控制引腳210來控制阻擋開關SWB的開關操作。感測電路220’包括控制開關SWC以及判斷電路221。判斷電路221的配置以及電阻電路ERC已經在圖2的實施例中清楚說明，故不在此重述。控制開關SWC的第一端耦接於控制引腳210。控制開關SWC的第二端耦接於參考低電壓VSS。與圖2不同的是，本實施例中的參考低電壓VSS是由電壓源VDC來提供。

舉例來說，位於阻擋開關SWB的輸出端TO的電壓值必須低於0.1伏特時，阻擋開關SWB才允許被導通。電壓源VDC提供具有0.1伏特的參考低電壓VSS。換言之，當位於阻擋開關SWB的輸出端TO與參考低電壓VSS之間的電壓差值低於0伏特時，阻擋開關SWB才允許被導通。因此，參考電流值IREF等於0安培。當感測電流值ISEN低於參考電流值IREF時（即，感測電流值ISEN低於0安培），這表示位於阻擋開關SWB的輸出端TO的電壓值低於0.1伏特。因此，比較器2212提供通知信號SN。在另一方面，當感測電流值ISEN高於或等於參考電流值IREF時（即，感測電流值ISEN高於或等於0安培），比較器2212不提供通知信號SN。

綜上所述，控制器包括控制引腳以及感測電路。控制引腳耦接於阻擋開關的控制端以及阻擋開關的輸出端。控制器透過控制引腳來控制阻擋開關的開關操作。判斷電路透過控制引腳獲得感測電流值並據以決定是否提供通知信號。控制器能夠透過控制引腳來控制阻擋開關的開關操作並且偵測位於阻擋開關的輸出端的電壓值。如此一來，控制器的引腳的數量能夠被減少。此外，控制器的尺寸也能夠被縮小。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100、200、220’:控制器 110、210:控制引腳 120、220、220’:感測電路 121、221:判斷電路 2211:電流感測器 2212:比較器 D1:二極體 ERC:電阻電路 IG:流經控制開關的電流 IREF:參考電流值 ISEN:感測電流值 R1、R2:電阻器 REQ:等效電阻值 SC、SD:控制信號 SN:通知信號 SWB:阻擋開關 SWC:控制開關 TC:阻擋開關的控制端 TI:阻擋開關的輸入端 TO:阻擋開關的輸出端 VCC:輸出電源 VDC:電壓源 VSS:參考低電壓

圖1是依據本發明一實施例所繪示的阻擋開關以及控制器的示意圖。圖2是依據本發明一實施例所繪示的阻擋開關以及控制器的示意圖。圖3是依據本發明一實施例所繪示的阻擋開關以及控制器的示意圖。

100:控制器

110:控制引腳

120:感測電路

121:判斷電路

ERC:電阻電路

IG:流經控制開關的電流

IREF:參考電流值

ISEN:感測電流值

REQ:等效電阻值

SC、SD:控制信號

SN:通知信號

SWB:阻擋開關

SWC:控制開關

TC:阻擋開關的控制端

TI:阻擋開關的輸入端

TO:阻擋開關的輸出端

VCC:輸出電源

VSS:參考低電壓

Claims

一種用於控制電源轉換器的阻擋開關的控制器，包括：單一個控制引腳，耦接於所述阻擋開關的控制端以及所述阻擋開關的輸出端，其中所述控制器透過所述控制引腳來控制所述阻擋開關的開關操作；以及感測電路，透過所述控制引腳耦接所述阻擋開關，包括：控制開關，所述控制開關的第一端耦接於所述控制引腳，所述控制開關的第二端耦接於參考低電壓；以及判斷電路，耦接於所述控制開關的第一端，並且經所述控制引腳耦接阻擋開關，經配置以在所述阻擋開關被斷開的期間導通所述控制開關以獲得流經所述控制開關的電流的感測電流值，並且當所述感測電流值低於參考電流值時，提供用於允許導通所述阻擋開關的通知信號。
如請求項1所述的控制器，其中所述控制器反應於所述通知信號來斷開所述控制開關，並透過所述控制引腳來導通所述阻擋開關。
如請求項1所述的控制器，其中當所述感測電流值高於或等於所述參考電流值時，判斷電路不提供所述通知信號。
如請求項1所述的控制器，其中當所述感測電流值高於或等於所述參考電流值時，所述控制器持續斷開所述阻擋開關並持續導通所述控制開關。
如請求項1所述的控制器，其中當所述感測電流值低於所述參考電流值時，所述判斷電路獲知位於所述阻擋開關的輸出端的電壓值低於所述阻擋開關被允許導通的規範電壓值。
如請求項1所述的控制器，其中所述參考低電壓是接地端。
如請求項1所述的控制器，其中所述參考低電壓由電壓源來提供。
如請求項1所述的控制器，其中所述控制引腳經由電阻電路耦接至所述阻擋開關的輸出端。
如請求項8所述的控制器，其中所述感測電流值由位於所述阻擋開關的輸出端的電壓值、所述電阻電路的等效電阻值以及所述參考低電壓來決定。
如請求項1所述的控制器，其中所述判斷電路包括：電流感測器，耦接於所述控制開關的第一端，經配置以在所述阻擋開關被斷開的期間感測流經控制開關的電流以產生感測電流值；以及比較器，耦接於所述電流感測器，經配置以在所述阻擋開關被斷開的期間對所述感測電流值與所述參考電流值進行比較，並且當所述感測電流值低於所述參考電流值時提供所述通知信號。