專利名稱：提供給切換式調(diào)節(jié)器的精準(zhǔn)平均電流限制電路及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)一種切換式調(diào)節(jié)器，特別是關(guān)于一種提供給切換式調(diào) 節(jié)器的精準(zhǔn)平均電流限制電路及方法。
背景技術(shù)：
通用序列總線(Universal Serial Bus; USB)的規(guī)范規(guī)定，USB在中 止(suspend)模式下只能從上游處抽取500ix A，配置模式下為500mA， 而未配置模式下則是lOOmA，且中止模式下的消耗電流不能超過(guò) 500mA。這些規(guī)范是非常重要的特性，因此，提供電流給USB的供電 裝置必須要能提供穩(wěn)定的輸出電流。
切換式調(diào)節(jié)器(Switching Regulator)是直流對(duì)直流(DC/DC)轉(zhuǎn)換器 中電源轉(zhuǎn)換率最高，但電源潔凈度也最難掌控的一種。熟悉電源轉(zhuǎn)換 技術(shù)的人員熟知，切換式調(diào)節(jié)器是由一控制電路控制其功率級(jí)中開(kāi)關(guān) 的切換，將輸入電壓轉(zhuǎn)換為一電感電流，對(duì)輸出電容充電以產(chǎn)生輸出 電壓。例如，圖1顯示一種固定時(shí)脈切換式調(diào)節(jié)器的電感電流的波形， 當(dāng)時(shí)脈周期CLK切換到低準(zhǔn)位時(shí)，功率級(jí)被切換使得電感電流下降， 直到時(shí)脈周期CLK切換到高準(zhǔn)位，才又切換功率級(jí)使電感電流上升， 并配合電流過(guò)載(Over Current; OC)電路，在電感電流達(dá)到臨界值時(shí)強(qiáng) 迫切換功率級(jí)使電感電流下降。然而，切換式調(diào)節(jié)器的電感電流與輸 入電壓和輸出電壓間的關(guān)系相關(guān)，例如將切換式調(diào)節(jié)器做為充電器來(lái) 說(shuō)，在一開(kāi)始充電時(shí)，被充電端的電壓低，對(duì)充電器而言即為其輸出 電壓低，此時(shí)輸入電壓與輸出電壓的間的差異大，電感電流大，但充 電一段時(shí)間后，被充電端的電壓會(huì)上升，對(duì)充電器而言即為其輸出電 壓變高，換言的，輸入電壓和輸出電壓變得接近，使得電感電流降低。 因此在輸入和輸出電壓之間的關(guān)系不固定的情況下，即使以峰值電流(peak current)做電流過(guò)載觸發(fā)控制，切換式調(diào)節(jié)器輸出的平均電感電 流仍難固定。
圖2顯示一種藉由上、下緣觸發(fā)控制的切換式調(diào)節(jié)器的電感電流 波形，電感電流上升到上緣時(shí)觸發(fā)電流限制使得功率級(jí)切換，電感電 流下降到下緣時(shí)，電流限制釋放，電感電流再次上升，如此重復(fù)使得 電感電流在一范圍內(nèi)變動(dòng)，但仍無(wú)法精準(zhǔn)地控制電感電流的平均值。
因此，一種可以精準(zhǔn)調(diào)控電感電流平均值的切換式調(diào)節(jié)器及其方 法極為人們所期待。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種為切換式調(diào)節(jié)器提供精準(zhǔn)平均 電流限制的電路。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種為切換式調(diào)節(jié)器提供精準(zhǔn)平 均電流限制的方法。
本發(fā)明的又一個(gè)目的在于提供一種可精準(zhǔn)調(diào)控平均電感電流的 切換式調(diào)節(jié)器。
實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明的技術(shù)解決方案是
一種提供給切換式調(diào)節(jié)器的精準(zhǔn)平均電流限制電路，所述切換式調(diào)節(jié)器 藉一電感將一輸入電壓轉(zhuǎn)換為一電感電流，其特征在于，包括適于
感測(cè)所述電感電流并相應(yīng)地產(chǎn)生第一訊號(hào)的感測(cè)組件；適于比較所述 輸入電壓與所述第一訊號(hào)并相應(yīng)地決定過(guò)載訊號(hào)的電流過(guò)載比較器； 適于將所述第一訊號(hào)濾波并相應(yīng)地產(chǎn)生第二訊號(hào)的濾波電路；適于將 所述輸入電壓偏移一電壓并相應(yīng)產(chǎn)生第三訊號(hào)的偏移電路；和適于根 據(jù)所述第二訊號(hào)及所述第三訊號(hào)之間的差值并相應(yīng)地產(chǎn)生補(bǔ)償訊號(hào)
給所述電流過(guò)載比較器的電流過(guò)載誤差放大器；其中，所述電流過(guò)載 比較器由所述補(bǔ)償訊號(hào)相應(yīng)地調(diào)整其產(chǎn)生所述過(guò)載訊號(hào)的條件；所述 感測(cè)組件包括一電阻且與所述電感串聯(lián)；所述感測(cè)組件包括一 MOS 且與所述電感串聯(lián)；所述濾波電路包括一電阻電容電路；所述補(bǔ)償訊 號(hào)是使所述電流過(guò)載比較器的臨界值改變；所述補(bǔ)償訊號(hào)是改變所述電流過(guò)載比較器產(chǎn)生所述過(guò)載訊號(hào)的延遲時(shí)間。
采用本發(fā)明所述的精準(zhǔn)平均電流限制電路的提供給切換式調(diào)節(jié)器的 精準(zhǔn)平均電流限制的方法，包括下列具體步驟-
1:產(chǎn)生一與所述電感電流相關(guān)的第一訊號(hào)；
2:比較所述第一訊號(hào)與所述輸入電壓并相應(yīng)地決定一過(guò)載訊號(hào)， 用來(lái)決定所述電感電流的峰值；
3:對(duì)所述第一訊號(hào)濾波并相應(yīng)地產(chǎn)生第二訊號(hào)； 4:將該輸入電壓偏移并相應(yīng)地產(chǎn)生第三訊號(hào)；
5:根據(jù)所述第二及第三訊號(hào)的間的差值相應(yīng)地產(chǎn)生一補(bǔ)償訊號(hào)；
和
6:由所述補(bǔ)償訊號(hào)改變觸發(fā)所述過(guò)載訊號(hào)的條件；其特征在于， 所述產(chǎn)生一與所述電感電流相關(guān)的第一訊號(hào)的步驟包括讓所述電感 電流一電阻性組件產(chǎn)生正比于所述電感電流的電壓；由所述補(bǔ)償訊號(hào) 改變觸發(fā)所述過(guò)載訊號(hào)的條件的步驟包括改所述觸發(fā)所述過(guò)載訊號(hào) 的延遲時(shí)間；由所述補(bǔ)償訊號(hào)改變觸發(fā)所述過(guò)載訊號(hào)的條件的步驟包 括改變觸發(fā)所述過(guò)載訊號(hào)的一臨界值。
一種精準(zhǔn)調(diào)控電感電流的切換式調(diào)節(jié)器，其特征在于，包括適 于具有一電感，藉以將一輸入電壓轉(zhuǎn)換為一電感電流的功率級(jí)，所述 電感電流對(duì)一輸出電容充電并相應(yīng)地產(chǎn)生一輸出電壓；適于用以監(jiān)視 所述電感電流及所述輸出電壓并相應(yīng)地切換所述功率級(jí)的控制電路； 適于用來(lái)感測(cè)所述電感電流并相應(yīng)地產(chǎn)生第一訊號(hào)的感測(cè)組件；適于 用來(lái)比較所述輸入電壓與所述第一訊號(hào)并相應(yīng)地決定一過(guò)載訊號(hào)給 所述控制電路的電流過(guò)載比較器；適于對(duì)所述第一訊號(hào)濾波并相應(yīng)地 產(chǎn)生第二訊號(hào)的濾波電路；適于用偏移所述輸入電壓并相應(yīng)地產(chǎn)生第 三訊號(hào)的偏移電路；和適于根據(jù)所述第二及第三訊號(hào)的時(shí)間的差值產(chǎn) 生補(bǔ)償訊號(hào)給所述電流過(guò)載比較器的電流過(guò)載誤差放大器，以調(diào)整其 產(chǎn)生所述過(guò)載訊號(hào)的條件；所述感測(cè)組件包括一電阻且與所述電感串 聯(lián)；所述感測(cè)組件包括一 MOS且與所述電感串聯(lián)；所述濾波電路包 括一電阻電容電路；所述補(bǔ)償訊號(hào)是使所述電流過(guò)載比較器的臨界值改變；所述補(bǔ)償訊號(hào)是改變所述電流過(guò)載比較器產(chǎn)生所述過(guò)載訊號(hào)的 延遲時(shí)間。
本發(fā)明的構(gòu)思是藉由設(shè)置一感測(cè)組件感測(cè)切換式調(diào)節(jié)器的電感 電流而產(chǎn)生與其相關(guān)的第一訊號(hào)， 一電流過(guò)載比較器在比較該第一訊 號(hào)與一輸入電壓而決定一過(guò)載訊號(hào)， 一濾波電路對(duì)該第一訊號(hào)濾波產(chǎn) 生一第二訊號(hào)， 一偏移電路偏移該輸入電壓而產(chǎn)生一第三訊號(hào)， 一電 流過(guò)載誤差放大器根據(jù)該第二訊號(hào)及該第三訊號(hào)的間的差值回授一 補(bǔ)償訊號(hào)給該電流過(guò)載比較器，使該電流過(guò)載比較器由該補(bǔ)償訊號(hào)調(diào) 整其產(chǎn)生該過(guò)載訊號(hào)的條件。
本發(fā)明的 一 種提供給切換式調(diào)節(jié)器的精準(zhǔn)平均電流限制電路及方法的重 要意義在于能夠精準(zhǔn)調(diào)控電感電流平均值。


圖1是一種已知的固定時(shí)脈切換式調(diào)節(jié)器的電感電流波形圖； 圖2是一種已知的上、下緣觸發(fā)控制的切換式調(diào)節(jié)器的電感電流 波形圖3是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例；
圖4是示出圖3中各訊號(hào)的波形；
圖5是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例；
圖6是根據(jù)本發(fā)明降低電感電流的波形圖7是根據(jù)本發(fā)明升高電感電流的波形圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合實(shí)施例及其附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步說(shuō)明。
請(qǐng)參閱圖3，圖3是本發(fā)明的第一實(shí)施例，顯示一個(gè)升壓(Boost) 的切換式調(diào)節(jié)器，芯片20中的邏輯及驅(qū)動(dòng)電路24提供驅(qū)動(dòng)訊號(hào)給 MOSSp使MOSS,導(dǎo)通或截止，輸入電壓V^被轉(zhuǎn)換成電感電流IL 對(duì)輸出電容CouT充電以產(chǎn)生輸出電壓VOUT，電阻RF1和RF2串聯(lián)組 成一分壓電路，提供一回授訊號(hào)給比較器28與參考電壓VREF相比較以供邏輯及驅(qū)動(dòng)電路26做回授控制，OC比較器24則用來(lái)偵測(cè)是 否發(fā)生電流過(guò)載。本實(shí)施例在輸入電壓V^和電感Ll的間插入一感 測(cè)電阻Rs，以產(chǎn)生與電感電流IL相關(guān)的訊號(hào)VA， VA=VIN-ILXRS。 在本實(shí)施例中，當(dāng)電感電流IL高時(shí)，訊號(hào)VA低，因此，OC比較器 24根據(jù)訊號(hào)VA是否低于一臨界值而判斷是否發(fā)生電流過(guò)載，并據(jù)以 提供過(guò)載訊號(hào)給邏輯及驅(qū)動(dòng)電路26，以強(qiáng)迫MOSS,關(guān)閉，降低電感 電流IL。訊號(hào)VA經(jīng)電阻Rf和電容Cf濾波后，產(chǎn)生直流訊號(hào)VB提 供給OC誤差放大器22。另一方面，輸入電壓V^經(jīng)電壓源VOFS偏 移產(chǎn)生電壓VC， VC = VIN —VOFS，再由OC誤差放大器22根據(jù)VC 和VB產(chǎn)生補(bǔ)償訊號(hào)給OC比較器24。偏移電壓VOFS的大小是由電 路設(shè)計(jì)者決定，例如在預(yù)設(shè)感測(cè)電阻Rs為O.IQ、電感電流IL為0.5A 時(shí)，計(jì)算得出感測(cè)電阻Rs上的壓差為L(zhǎng)IXRS=0.5A X0.1Q = 0.05V， 此一條件下的VOFS即設(shè)計(jì)為0.05V。
OC誤差放大器22根據(jù)訊號(hào)VB及VC的間的差值產(chǎn)生一補(bǔ)償訊 號(hào)給OC比較器24，以改變OC比較器24發(fā)出過(guò)載訊號(hào)的條件，藉 以調(diào)整電感電流IL。
圖4顯示當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)，訊號(hào)VA、 VB、 VC與電感電流IL、輸 入電壓Vw之間的關(guān)系。電感Ll將直流的輸入電壓V^轉(zhuǎn)換成電感電 流IL。訊號(hào)VC為一低于輸入電壓Vw的直流訊號(hào)。訊號(hào)VA與電感 電流IL反相關(guān)，電感電流IL大時(shí)，感測(cè)電阻Rs上的壓差大，使得 訊號(hào)VA小，電感電流IL小時(shí)，在感測(cè)電阻Rs上造成的壓差也小， 訊號(hào)VA大。訊號(hào)VB是從訊號(hào)VA濾波產(chǎn)生的，因此雖有微幅波動(dòng)， 但大致上而言是訊號(hào)VA的平均值。D是電流過(guò)載的訊號(hào)，在VA低 于默認(rèn)值時(shí)切換到髙準(zhǔn)位。由于補(bǔ)償訊號(hào)是根據(jù)訊號(hào)VB和VC的間 的差值產(chǎn)生的，藉偏移電路VOFS將VC設(shè)定為不同大小，可以改變 電感電流IL的平均值的設(shè)定值。
圖5是運(yùn)用本發(fā)明的第二實(shí)施例，顯示一降壓(Buck)的切換式調(diào) 節(jié)器，本實(shí)施例的功率級(jí)的上橋MOS P!及下橋MOS S,都在芯片30 中，特別是本實(shí)施例利用上橋MOS P,導(dǎo)通時(shí)的導(dǎo)通電阻作為感測(cè)電阻。與圖3的實(shí)施例相同地，OC誤差放大器32根據(jù)訊號(hào)VC與VB 的間的差值產(chǎn)生一補(bǔ)償訊號(hào)給OC比較器34，使OC比較器34提供 給邏輯及驅(qū)動(dòng)電路36的電流過(guò)載訊號(hào)改變，藉以使邏輯及驅(qū)動(dòng)電路 36切換上橋MOS Pt和下橋MOS Si的速度改變，因而達(dá)到調(diào)控電感 電流IL的目的。
除了圖3所示的電阻Rs及圖5所示的上橋MOSPl，也可以使用 其它電路及方法來(lái)產(chǎn)生訊號(hào)VA。例如，在某些實(shí)施例中，電阻電容 電路跨接到電感，可以感測(cè)出電感電流。
不同的電路也可以用來(lái)充作偏移電路。例如二極管或二極管串可 以用來(lái)決定偏移電壓VOFS。
圖6示出一種降低電感電流IL的方法，補(bǔ)償訊號(hào)使得OC比較器 觸發(fā)過(guò)載訊號(hào)的臨界值改變，例如將VA低于0.55V觸發(fā)改成VA低 于0.5V觸發(fā)，則峰值電流會(huì)降低(0.05/Rs)安培，使得電感電流IL的 平均值降低。
圖7則是一種提高電感電流IL的方法，補(bǔ)償訊號(hào)改變過(guò)載訊號(hào)D 的延遲，使得電感電流IL下降的時(shí)間延后，因而產(chǎn)生較高的電感電 流平均值，例如將過(guò)載訊號(hào)D延后10ns送出，則峰值電流上升(電感 電流斜率X10ns)安培。
權(quán)利要求
1. 一種提供給切換式調(diào)節(jié)器的精準(zhǔn)平均電流限制電路，所述切換式調(diào)節(jié)器藉一電感將一輸入電壓轉(zhuǎn)換為一電感電流，其特征在于，包括適于感測(cè)所述電感電流并相應(yīng)地產(chǎn)生第一訊號(hào)的感測(cè)組件；適于比較所述輸入電壓與所述第一訊號(hào)并相應(yīng)地決定過(guò)載訊號(hào)的電流過(guò)載比較器；適于將所述第一訊號(hào)濾波并相應(yīng)地產(chǎn)生第二訊號(hào)的濾波電路；適于將所述輸入電壓偏移一電壓并相應(yīng)地產(chǎn)生第三訊號(hào)的偏移電路；和適于根據(jù)所述第二訊號(hào)及所述第三訊號(hào)之間的差值并相應(yīng)地產(chǎn)生補(bǔ)償訊號(hào)給所述電流過(guò)載比較器的電流過(guò)載誤差放大器；其中，所述電流過(guò)載比較器由所述補(bǔ)償訊號(hào)相應(yīng)地調(diào)整其產(chǎn)生所述過(guò)載訊號(hào)的條件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的精準(zhǔn)平均電流限制電路，其特征在于， 所述感測(cè)組件包括一電阻且與所述電感串聯(lián)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的精準(zhǔn)平均電流限制電路，其特征在于， 所述感測(cè)組件包括一 MOS且與所述電感串聯(lián)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的精準(zhǔn)平均電流限制電路，其特征在于， 所述濾波電路包括一電阻電容電路。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的精準(zhǔn)平均電流限制電路，其特征在于， 所述補(bǔ)償訊號(hào)是使所述電流過(guò)載比較器的臨界值改變。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的精準(zhǔn)平均電流限制電路，其特征在于， 所述補(bǔ)償訊號(hào)是改變所述電流過(guò)載比較器產(chǎn)生所述過(guò)載訊號(hào)的延遲 時(shí)間。
7. —種提供給切換式調(diào)節(jié)器的精準(zhǔn)平均電流限制方法，所述方法采用權(quán) 利要求l所述的電路，包括下列具體步驟第一步產(chǎn)生一與所述電感電流相關(guān)的第一訊號(hào)；第二步比較所述第一訊號(hào)與所述輸入電壓并相應(yīng)地決定一過(guò)載訊號(hào)，用來(lái)決定所述電感電流的峰值；第三步對(duì)所述第一訊號(hào)濾波并相應(yīng)地產(chǎn)生第二訊號(hào)； 第四步將所述輸入電壓偏移并相應(yīng)地產(chǎn)生第三訊號(hào)； 第五步根據(jù)所述第二及第三訊號(hào)的時(shí)間的差值相應(yīng)地產(chǎn)生一補(bǔ)償訊號(hào)；和第六步由所述補(bǔ)償訊號(hào)改變觸發(fā)所述過(guò)載訊號(hào)的條件。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的精準(zhǔn)平均電流限制方法，其特征在于， 所述產(chǎn)生一與所述電感電流相關(guān)的第一訊號(hào)的步驟包括讓所述電感 電流一電阻性組件產(chǎn)生正比于所述電感電流的電壓。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的精準(zhǔn)平均電流限制方法，其特征在于， 由所述補(bǔ)償訊號(hào)改變觸發(fā)所述過(guò)載訊號(hào)的條件的步驟包括改變觸發(fā) 所述過(guò)載訊號(hào)的延遲時(shí)間。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的精準(zhǔn)平均電流限制方法，其特征在于， 由所述補(bǔ)償訊號(hào)改變觸發(fā)所述過(guò)載訊號(hào)的條件的步驟包括改變觸發(fā) 所述過(guò)載訊號(hào)的一臨界值。
11. 一種精準(zhǔn)調(diào)控電感電流的切換式調(diào)節(jié)器，其特征在于，包括適于具有一電感，藉以將一輸入電壓轉(zhuǎn)換為一電感電流的功率級(jí)，所述電感電流對(duì)一輸出電容充電并相應(yīng)地產(chǎn)生一輸出電壓；適于用以監(jiān)視所述電感電流及所述輸出電壓并相應(yīng)地切換所述功率級(jí)的控制電路；適于用來(lái)感測(cè)所述電感電流并相應(yīng)地產(chǎn)生第一訊號(hào)的感測(cè)組件； 適于用來(lái)比較所述輸入電壓與所述第一訊號(hào)并相應(yīng)地決定一過(guò)載訊號(hào)給所述控制電路的電流過(guò)載比較器；適于對(duì)所述第一訊號(hào)濾波并相應(yīng)地產(chǎn)生第二訊號(hào)的濾波電路； 適于用偏移所述輸入電壓并相應(yīng)地產(chǎn)生第三訊號(hào)的偏移電路；和 適于根據(jù)所述第二及第三訊號(hào)的時(shí)間的差值產(chǎn)生補(bǔ)償訊號(hào)給所述電流過(guò)載比較器的電流過(guò)載誤差放大器，以調(diào)整其產(chǎn)生所述過(guò)載訊號(hào)的條件。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的切換式調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述感測(cè)組件包括一電阻且與所述電感串聯(lián)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的切換式調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述感 測(cè)組件包括一 MOS且與所述電感串聯(lián)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的切換式調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述濾 波電路包括一電阻電容電路。
15. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的精準(zhǔn)平均電流限制電路，其特征在于， 所述補(bǔ)償訊號(hào)是使所述電流過(guò)載比較器的臨界值改變。
16. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的精準(zhǔn)平均電流限制電路，其特征在于， 所述補(bǔ)償訊號(hào)是改變所述電流過(guò)載比較器產(chǎn)生所述過(guò)載訊號(hào)的延遲 時(shí)間。
全文摘要
一種提供給切換式調(diào)節(jié)器的精準(zhǔn)平均電流限制電路和方法，所述切換式調(diào)節(jié)器藉一電感將一輸入電壓轉(zhuǎn)換為一電感電流，其特征在于，包括適于感測(cè)所述電感電流并相應(yīng)地產(chǎn)生第一訊號(hào)的感測(cè)組件；適于比較所述輸入電壓與所述第一訊號(hào)并相應(yīng)地決定過(guò)載訊號(hào)的電流過(guò)載比較器；適于將所述第一訊號(hào)濾波并相應(yīng)地產(chǎn)生第二訊號(hào)的濾波電路；適于將所述輸入電壓偏移一電壓并相應(yīng)產(chǎn)生第三訊號(hào)的偏移電路；和適于根據(jù)所述第二訊號(hào)及所述第三訊號(hào)之間的差值并相應(yīng)地產(chǎn)生補(bǔ)償訊號(hào)給所述電流過(guò)載比較器的電流過(guò)載誤差放大器；其中，所述電流過(guò)載比較器由所述補(bǔ)償訊號(hào)相應(yīng)地調(diào)整其產(chǎn)生所述過(guò)載訊號(hào)的條件。采用本發(fā)明的電路和方法能夠精準(zhǔn)調(diào)控電感電流平均值。
文檔編號(hào)H02M3/04GK101436824SQ20071018642
公開(kāi)日2009年5月20日 申請(qǐng)日期2007年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月12日
發(fā)明者呂建平, 朱冠任, 邱子寰, 龔能輝 申請(qǐng)人:立锜科技股份有限公司