專利名稱：檢測(cè)功率轉(zhuǎn)換器的切換電流的裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一種切換控制電路，特別是有關(guān)一種方法及裝置，用來檢測(cè)在連續(xù) 電流模式下操作的功率轉(zhuǎn)換器切換電流。
背景技術(shù)：
功率轉(zhuǎn)換器用來將不規(guī)律的功率源轉(zhuǎn)換為規(guī)律的電壓或電流源。功率轉(zhuǎn)換器一 般包括變壓器或磁性裝置，其具有初級(jí)繞組與次級(jí)繞組。連接至初級(jí)繞組的一切換 電路用來控制能量由初級(jí)繞組轉(zhuǎn)移至次級(jí)繞組。圖1是表示現(xiàn)有的功率轉(zhuǎn)換器?？?制器50產(chǎn)生切換信號(hào)Vcj，以根據(jù)反饋信號(hào)VFB來調(diào)整功率轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)。反
饋信號(hào)Vra與功率轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)Vo相關(guān)。切換信號(hào)VG驅(qū)動(dòng)功率晶體管20， 以切換變壓器10。變壓器10連接至功率變壓器的輸入電壓VIN。變壓器10的能量 透過整流器40與電容器45而整流濾波后輸出至功率轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)V0。電阻 器30與功率晶體管20串聯(lián)，以根據(jù)變壓器10的切換電流Ip來產(chǎn)生切換電流信號(hào) Vj。切換電流信號(hào)V,耦合至控制器50，以控制功率轉(zhuǎn)換器。當(dāng)在切換周期的起始 之前且變壓器10完全地放電時(shí)，功率轉(zhuǎn)換器將操作在非連續(xù)電流模式 (discontinuous current mode,以下稱DCM)。假使切換信號(hào)VG在變壓器10完全 放電之前被致能，功率轉(zhuǎn)換器將操作在連續(xù)電流模式(continuous current mode,以 下稱CCM)。當(dāng)功率轉(zhuǎn)換器操作在CCM下時(shí)，連續(xù)電流將持續(xù)存在于變壓器10 中。圖2是表示切換電流Ip的CCM波形圖，其中，連續(xù)電流U表示儲(chǔ)存在變壓 器10的能量。斜坡電流Ic是在切換周期T的導(dǎo)通時(shí)間ToN的期間內(nèi)被充電至變壓 器10的能量。連續(xù)電流U表示變壓器10的主要能量轉(zhuǎn)換。在切換電流Ip的上升 緣會(huì)產(chǎn)生電壓突增(voltage spike)及噪聲。而此電壓突增及噪聲將會(huì)產(chǎn)生取樣誤
差。本發(fā)明的目的在于發(fā)展一種方法及裝置，以測(cè)量切換電流Ip的連續(xù)電流lA與
斜坡電流Ic。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種用來檢測(cè)功率轉(zhuǎn)換器的切換電流的方法，用來檢測(cè)功率轉(zhuǎn)換器 的切換電流。首先，根據(jù)功率轉(zhuǎn)換器的切換信號(hào)的脈波寬度來產(chǎn)生取樣信號(hào)，接著 在切換信號(hào)與取樣信號(hào)的期間對(duì)取樣電流進(jìn)行取樣，以產(chǎn)生第一電流信號(hào)及第二電 流信號(hào)。根據(jù)第一電流信號(hào)及第二電流信號(hào)來產(chǎn)生多個(gè)輸出信號(hào)。切換信號(hào)用來切 換功率轉(zhuǎn)換器的磁性裝置，且多個(gè)輸出信號(hào)與切換電流的值相關(guān)聯(lián)。
本發(fā)明另提供一種用以檢測(cè)功率轉(zhuǎn)換器的切換電流的裝置，用以檢測(cè)功率轉(zhuǎn)換 器的切換電流。此檢測(cè)裝置包括信號(hào)產(chǎn)生電路、取樣維持電路、以及計(jì)算電路。信 號(hào)產(chǎn)生電路根據(jù)切換信號(hào)的脈波寬度來產(chǎn)生一取樣信號(hào)。取樣維持電路接收取樣信 號(hào)與切換電流信號(hào)，以產(chǎn)生第一電流信號(hào)與第二電流信號(hào)。計(jì)算電路接收第一電流 信號(hào)與第二電流信號(hào)以產(chǎn)生多個(gè)輸出信號(hào)。切換信號(hào)用來切換功率轉(zhuǎn)換器的磁性裝
置，且多個(gè)輸出信號(hào)與切換電流的值相關(guān)聯(lián)。
本發(fā)明又提供一種用來檢測(cè)功率轉(zhuǎn)換器的切換電流的方法，用來檢測(cè)功率轉(zhuǎn)換 器的切換電流。首先，根據(jù)功率轉(zhuǎn)換器的切換電流來產(chǎn)生一切換電流信號(hào)，接著， 在切換電流信號(hào)的波形中定義峰點(diǎn)以及取樣點(diǎn)。根據(jù)在峰點(diǎn)與取樣點(diǎn)之間的斜率來 計(jì)算多個(gè)輸出信號(hào)。


為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下面將配合附圖對(duì)本發(fā)明 的較佳實(shí)施例作詳細(xì)說明，其中 圖1表示現(xiàn)有的功率轉(zhuǎn)換器；
圖2表示在連續(xù)電流模式(CCM)下，切換電流的波形圖3表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的控制器的電路架構(gòu)；
圖4表示本發(fā)明實(shí)施例的信號(hào)產(chǎn)生電路的詳細(xì)電路；
圖5表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的單擊電路架構(gòu)；
圖6表示圖4及圖5所示的電路的信號(hào)波形；
圖7表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的取樣維持電路的詳細(xì)電路；
圖8表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的切換電流信號(hào)波形；以及
圖9表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的計(jì)算電路的詳細(xì)電路。
具體實(shí)施例方式
圖3是表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的控制器50的電路架構(gòu)， 一并參閱圖1。觸發(fā)
6器70與與門75產(chǎn)生切換信號(hào)Sw與VG，以驅(qū)動(dòng)晶體管20并切換變壓器10 (顯示 于圖l)。檢測(cè)電路100接收切換電流信號(hào)V,，以產(chǎn)生直流(direct-current, DC) 輸出信號(hào)VxA與交流(alternating current, AC)輸出信號(hào)Vxc。檢測(cè)電路100包括 信號(hào)產(chǎn)生電路150、取樣維持電路200、以及計(jì)算電路300。信號(hào)產(chǎn)生電路150根 據(jù)切換信號(hào)Sw的脈波寬度來產(chǎn)生取樣信號(hào)S2。取樣維持電路200接收取樣信號(hào)S2
以及切換電流信號(hào)K (圖中未示)，以產(chǎn)生第一電流信號(hào)IMB1、以及Imb2以及第 二電流信號(hào)lMD。計(jì)算電路300接收第一電流信號(hào)lM!M、以及1細(xì)2以及第二電流信 號(hào)Imd,以產(chǎn)生直流輸出信號(hào)Vxa與交流輸出信號(hào)VXC。直流瑜出信號(hào)Vxa與交流
輸出信號(hào)Vxc與功率轉(zhuǎn)換器的切換電流Ip的值相關(guān)聯(lián)。
參閱圖4至圖6，其中，圖4表示圖3中的信號(hào)產(chǎn)生電路150，其包括充電電 路、電容器160及161、以及輸出電路。電流源151與開關(guān)153、 154、及157組成 充電電路，其用來對(duì)電容器160及161充電。電容器160產(chǎn)生斜率信號(hào)Ss。根據(jù) 在前一切換周期期間內(nèi)充電在電容器160的電流，電容器161產(chǎn)生電平信號(hào)SL。 電平信號(hào)Si^與切換信號(hào)Sw的脈波寬度相關(guān)聯(lián)。由電阻器167及168所組成的分壓 器根據(jù)經(jīng)過緩沖器165所接收的電平信號(hào)S^來產(chǎn)生分壓信號(hào)Sd。分壓信號(hào)Sd因此 與一比例的電平信號(hào)S^ (例如^i)相關(guān)聯(lián)。由或非門(NOR) 171、比較器170、 以及反相器175所組成的輸出電"路，根據(jù)比較結(jié)果信號(hào)Sc與第一單擊信號(hào)Sw來 產(chǎn)生取樣信號(hào)S2。其中比較結(jié)果信號(hào)Sc根據(jù)分壓信號(hào)Sd及斜率信號(hào)Ss透過比較 器170而產(chǎn)生。信號(hào)產(chǎn)生電路150還包括單擊電路181及185，用以產(chǎn)生第一單擊
信號(hào)S^及第二單擊信號(hào)SM2。
圖5表示圖4的單擊電路181及185的實(shí)施例。 一旦晶體管192關(guān)閉時(shí)，固定 電流源190用來對(duì)電容器193充電。單擊電路181與185的輸入端IN耦接晶體管 192的柵極以及或非(NOR)門196的一輸入端。或非(NOR)門196的另一輸入 端耦接電容器193。因此，單擊電路根據(jù)其輸入信號(hào)的下降源而在或非門196的輸 出端產(chǎn)生一單擊信號(hào)。固定電流源190的電流與電容器193的電容值決定了此單擊 信號(hào)的脈波寬度。
圖6是表示圖4及圖5所示的電路的信號(hào)波形。如前所述，由于分壓信號(hào)Sd 的值與一比例的電平信號(hào)S^相關(guān)聯(lián)且電平信號(hào)Si的電平大小是與切換信號(hào)Sw的 脈波寬度相關(guān)聯(lián)，當(dāng)脈波信號(hào)的脈寬較寬(開啟周期較大)時(shí)，相對(duì)電平較高。因 此一旦斜率信號(hào)Ss大于電平信號(hào)St取樣信號(hào)S2時(shí)，取樣信號(hào)S2被重置。
圖7是表示根據(jù)圖3中本發(fā)明實(shí)施例的取樣維持電路200的示意圖。參閱圖6及圖7，取樣電路200包括第一電容器216，其接收切換電流信號(hào)V,以根據(jù)切換信 號(hào)Sw來產(chǎn)生第一取樣信號(hào)Sfl，并根據(jù)第二單擊信號(hào)Sm2將第一取祥信號(hào)Sn轉(zhuǎn)移 到電容器217。第二電容器256接收切換電流信號(hào)V,以根據(jù)取樣信號(hào)S2來產(chǎn)生第 二取樣信號(hào)Sfi，并根據(jù)被致能的第二單擊信號(hào)Sm2將第二取祥信號(hào)Se轉(zhuǎn)移到電容 器257。由運(yùn)算放大器220、晶體管225、以及電阻221所組成的第一電壓轉(zhuǎn)電流 (voltage-to-current, V-to-I)電路根據(jù)第一取樣信號(hào)Sn的電壓而將其轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng) 的第一電流Ivi。由運(yùn)算放大器260、晶體管265、以及電阻器261所組成的第二電 壓轉(zhuǎn)電流電路根據(jù)第二取樣信號(hào)Sn的電壓值而產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的第二電流IV2。第一電流 鏡(由晶體管230、 231、 232、及233所組成)根據(jù)第一電流IV1而產(chǎn)生電流信號(hào)
以及IMB2 (第一電流信號(hào))。在此實(shí)施例中，第一電流鏡中的晶體管比
例等于l，所以 第二電流鏡(由晶體管270、 271、 275、及276所
組成)的比例亦等于1，其產(chǎn)生與第二電流Iv2成比例的電流信號(hào)lMM，且根據(jù)第一 電流信號(hào)I,與電流信號(hào)lMM之間的差來產(chǎn)生第二電流信號(hào)IMD。由于第一電流信 號(hào)imb鏡射于第一電流iv,且電流信號(hào)imm是鏡射于第二電流IV2，因此第二電流信 號(hào)lMD亦與第一電流信號(hào)lMB與電流信號(hào)lMM之間的差成比例。
圖8是表示圖6中切換電流信號(hào)V！的波形。點(diǎn)C與B分別表示在此波形中的
一峰點(diǎn)(peakpoint)與取樣點(diǎn)(Samplepoint) 。 lB表示峰點(diǎn)C的電流，且Im表示
取樣點(diǎn)B的電流，lD表示峰點(diǎn)電流lB與取樣點(diǎn)電流lM之間的差。連續(xù)電流lA表示 儲(chǔ)存在變壓器10的能量。斜坡電流Ic是在導(dǎo)通時(shí)間期間內(nèi)充電至變壓器10的能 量。連續(xù)電流lA與斜坡電流Ic可由以下式子來導(dǎo)出表示
由于斜率Scb二Sca，因此 7。 = 7c
<formula>formula see original document page 8</formula>( 1 )
<formula>formula see original document page 8</formula>(2)
由公式(1)可得
<formula>formula see original document page 8</formula>(3)
<formula>formula see original document page 8</formula>(4)
由式(3) 、(4)可獲得
<formula>formula see original document page 8</formula> (5)
<formula>formula see original document page 8</formula> (6)
圖9是表示圖3中本發(fā)明實(shí)施例的計(jì)算電路300。計(jì)算電路300接收第一電流信號(hào)IMB1與IMB2以及第二電流信號(hào)IMD，以產(chǎn)生直流輸出信號(hào)Vxa與交流瑜出信號(hào)
Vxc。計(jì)算電路300包括第一電流鏡(由晶體管310及311所組成)、第二電流鏡 (由晶體管315、 316、及317所組成)、以及第三電流鏡(由晶體管327及328
所組成)，這些電流鏡接收第一電流信號(hào)lMB與lMB2以及第二電流信號(hào)lMD，以透
過電阻器R37o來產(chǎn)生直流輸出信號(hào)VxA。第四電流鏡(由晶體管353與354所組成) 以及第五電流鏡(由晶體管356與357所組成)用來產(chǎn)生交流輸出信號(hào)Vxc。在此 實(shí)施例中，第一電流鏡中的比例為l:n;第二、第三、第四、及第五電流鏡中的每
一者的比例等于1。計(jì)算電路300的電流信號(hào)I(m Io5可由以下式子來表示
7(91 = w x 7膨=w x (/扁—/認(rèn))=w x (/柳—/認(rèn)) (7 )
二 Arm - =義ws — w(/細(xì)—7謝) (g )"=[;-"C - D]x " L ", ( 15 )
其中，"為固定的比值，且《。及《為定值。
因此，根據(jù)式(14)及(15)，直流輸出信號(hào)VxA以及交流輸出信號(hào)Vxc皆
與切換電流的值相關(guān)聯(lián)，其中直流輸出信號(hào)VxA與該切換電流的連續(xù)電流U相關(guān)
聯(lián)，且該交流輸出信號(hào)Vxc與該切換電流的一斜坡電流Ic相關(guān)聯(lián)。
綜上所述，本發(fā)明可根據(jù)功率轉(zhuǎn)換器的切換信號(hào)的脈波寬度來對(duì)信號(hào)取樣， 且電壓突增與噪聲將不會(huì)影響信號(hào)取樣。信號(hào)取樣可設(shè)計(jì)在切換電流Ip的下降緣
之前，并藉由計(jì)算電路，可計(jì)算出直流輸出信號(hào)VxA與交流輸出信號(hào)Vxc。
本發(fā)明雖以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明的范圍，任何所
9屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作出種種等 同的改變或替換，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的本申請(qǐng)權(quán)利要求范圍所界定的 為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1. 一種用來檢測(cè)功率轉(zhuǎn)換器的切換電流的方法，其特征在于，包括根據(jù)該功率轉(zhuǎn)換器的一切換信號(hào)的脈波寬度來產(chǎn)生一取樣信號(hào)；在該切換信號(hào)與該取樣信號(hào)的期間對(duì)該切換電流的波形進(jìn)行取樣，以產(chǎn)生一第一電流信號(hào)及一第二電流信號(hào)；以及根據(jù)該第一電流信號(hào)及該第二電流信號(hào)來產(chǎn)生多個(gè)輸出信號(hào)；其中，該切換信號(hào)用來切換該功率轉(zhuǎn)換器的一磁性裝置，且所述輸出信號(hào)與該切換電流的值相關(guān)聯(lián)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用來檢測(cè)功率轉(zhuǎn)換器的切換電流的方法，其特征在于，該取樣信號(hào)的脈波寬度是一比例的該切換信號(hào)的脈波寬度，且該比例一為常數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用來檢測(cè)功率轉(zhuǎn)換器的切換電流的方法，其特征在于，所述輸出信號(hào)根據(jù)該比例的常數(shù)而產(chǎn)生。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用來檢測(cè)功率轉(zhuǎn)換器的切換電流的方法，其特征在于，所述輸出信號(hào)包括一直流輸出信號(hào)及一交流輸出信號(hào)，該直流輸出信號(hào)與該切換電流的一連續(xù)電流相關(guān)聯(lián)，且該交流輸出信號(hào)與該切換電流的一斜坡電流相關(guān)聯(lián)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的用來檢測(cè)功率轉(zhuǎn)換器的切換電流的方法，其特征在于，所述輸出信號(hào)根據(jù)該比例而產(chǎn)生，且該交流輸出信號(hào)根據(jù)該比例以及該第一電流信號(hào)與該第二電流信號(hào)間的差值產(chǎn)生。
6. —種用來檢測(cè)功率轉(zhuǎn)換器的切換電流的裝置，其特征在于，包括一信號(hào)產(chǎn)生電路，用以根據(jù)一切換信號(hào)的脈波寬度來產(chǎn)生一取樣信號(hào)；一取樣維持電路，用以接收該取樣信號(hào)與一切換電流信號(hào)，以產(chǎn)生一第一電流信號(hào)與一第二電流信號(hào)；以及一計(jì)算電路，用以接收該第一電流信號(hào)與該第二電流信號(hào)，以產(chǎn)生多個(gè)輸出信號(hào)；其中，該切換信號(hào)用來切換該功率轉(zhuǎn)換器的一磁性裝置，且所述輸出信號(hào)與該切換電流的值相關(guān)聯(lián)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的用來檢測(cè)功率轉(zhuǎn)換器的切換電流的裝置，其特征在于，該取樣信號(hào)的脈波寬度是一比例的該取樣信號(hào)的脈波寬度，且該比例一為定值。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的用來檢測(cè)功率轉(zhuǎn)換器的切換電流的裝置，其特征在于，該取樣維持電路在該切換信號(hào)與該取樣信號(hào)的期間對(duì)該切換電流信號(hào)該切換電流信號(hào)進(jìn)行取樣。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的用來檢測(cè)功率轉(zhuǎn)換器的切換電流的裝置，其特征在于，所述輸出信號(hào)包括一直流輸出信號(hào)及一交流輸出信號(hào)，該直流輸出信號(hào)與該切換電流的一連續(xù)電流相關(guān)聯(lián)，且該交流輸出信號(hào)與該切換電流的一斜坡電流相關(guān)聯(lián)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的用來檢測(cè)功率轉(zhuǎn)換器的切換電流的裝置，其特征在于，所述輸出信號(hào)根據(jù)該比例而產(chǎn)生，且該交流輸出信號(hào)根據(jù)該比例以及該第一電流信號(hào)與該第二電流信號(hào)間的差值產(chǎn)生。
11. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的用來檢測(cè)功率轉(zhuǎn)換器的切換電流的裝置，其特征在于，該信號(hào)產(chǎn)生電路包括一充電電路，用以對(duì)一電容器充電且根據(jù)該切換信號(hào)產(chǎn)生一斜率信號(hào)及一電平信號(hào)；一分壓器，用以根據(jù)該電平信號(hào)來產(chǎn)生一分壓信號(hào)；以及一輸出電路，用以根據(jù)該分壓信號(hào)與該斜率信號(hào)來產(chǎn)生該取樣信號(hào)；其中，該電平信號(hào)與該切換信號(hào)的脈波寬度相關(guān)聯(lián)，且該分壓信號(hào)為該電平信號(hào)的一比例。
12. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的用來檢測(cè)功率轉(zhuǎn)換器的切換電流的裝置，其特征在于，該取樣維持電路包括-一第一電容器，耦接該切換電流信號(hào)，以根據(jù)該切換信號(hào)來產(chǎn)生一第一取樣信號(hào)；一第二電容器，耦接該切換電流信號(hào)，以根據(jù)該取樣信號(hào)來產(chǎn)生一第二取樣信號(hào)；一第一電壓轉(zhuǎn)電流電路，用以根據(jù)該第一取樣信號(hào)來產(chǎn)生一第一電流-,一第二電壓轉(zhuǎn)電流電路，用以根據(jù)該第二取樣信號(hào)來產(chǎn)生一第二電流；一第一電流鏡，用以根據(jù)該第一電流來產(chǎn)生該第一電流信號(hào)；以及一第二電流鏡，用以根據(jù)該第二電流信號(hào)來產(chǎn)生該第二電流信號(hào)。
13. —種用來檢測(cè)功率轉(zhuǎn)換器的切換電流的方法，其特征在于，包括根據(jù)該功率轉(zhuǎn)換器的該切換電流來產(chǎn)生一切換電流信號(hào)；在該切換電流信號(hào)的一波形中定義一峰點(diǎn)以及一取樣點(diǎn)；以及根據(jù)在該峰點(diǎn)與該取樣點(diǎn)之間的斜率來計(jì)算多個(gè)輸出信號(hào)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的用來檢測(cè)功率轉(zhuǎn)換器的切換電流的方法，其特征在于，還包括根據(jù)該峰點(diǎn)與該取樣點(diǎn)的電流及脈波寬度來產(chǎn)生一連續(xù)電流與一斜坡電流。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的用來檢測(cè)功率轉(zhuǎn)換器的切換電流的方法，其特征在于，所述輸出信號(hào)包括一直流輸出信號(hào)及一交流輸出信號(hào)，該直流輸出信號(hào)與該切換電流的一連續(xù)電流相關(guān)聯(lián)，且該交流輸出信號(hào)與該切換電流的一斜坡電流相關(guān)聯(lián)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用以檢測(cè)功率轉(zhuǎn)換器的切換電流的裝置及其方法。此檢測(cè)裝置包括信號(hào)產(chǎn)生電路、取樣維持電路、以及計(jì)算電路。信號(hào)產(chǎn)生電路根據(jù)切換信號(hào)的脈波寬度來產(chǎn)生一取樣信號(hào)。取樣維持電路接收取樣信號(hào)與切換電流信號(hào)，以產(chǎn)生第一電流信號(hào)與第二電流信號(hào)。計(jì)算電路接收第一電流信號(hào)與第二電流信號(hào)以產(chǎn)生多個(gè)輸出信號(hào)。切換信號(hào)用來切換功率轉(zhuǎn)換器的磁性裝置，且多個(gè)輸出信號(hào)與切換電流的值相關(guān)聯(lián)。
文檔編號(hào)H02M7/02GK101499730SQ20091000409
公開日2009年8月5日 申請(qǐng)日期2009年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月13日
發(fā)明者李俊慶, 楊大勇, 立 林, 許勝福, 陳榮升 申請(qǐng)人:崇貿(mào)科技股份有限公司