CN101132152A - 用于检测切换电流中连续电流的装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于检测切换电流的连续电流的设备和方法。响应于磁性装置的切换电流而产生电流信号。通过响应于切换信号的启用对电流信号的波形进行取样，产生第一电流信号和第二电流信号。根据第一电流信号和第二电流信号产生连续电流信号。将连续电流信号校正为切换电流的连续电流。

Description

用于检测切换电流中连续电流的装置与方法

技术领域

本发明涉及检测切换电流中连续电流的装置与方法，且更明确地说涉及一种检测磁性装置的连续电流的装置与方法。

背景技术

切换控制电路已广泛用于功率转换中。图1表示公知功率转换器(powerconversion)的电路示意图，其包含控制器50根据反馈信号V_FB产生切换信号S_W以调整功率转换器的输出。切换信号S_W驱动功率晶体管20以切换变压器10。变压器10连接到功率转换器的输入电压V_IN。变压器10的能量经由整流器40和电容器45而转换为功率转换器的输出电压V_O。电阻器R_S与功率晶体管20串联连接，并根据变压器10的切换电流I_P而产生电流信号V_I。电流信号V_I耦合到控制器50以控制功率转换器。

当磁性装置(例如，变压器10)在切换信号S_W致能前完全放电时，功率转换器可能操作在非连续电流模式(以下称为DCM)。若切换信号S_W在变压器10完全放电之前致能，则功率转换器可能操作在连续电流模式(以下称为CCM)。当功率转换器操作在CCM时，变压器中可能会保持一连续电流。图2表示公知切换电流I_P在CCM的波形图，其中连续电流I_A表示存储在变压器10中的能量。电流I_B是在切换信号S_W致能期间(on time)T_ON中进一步充入(charged into)变压器10中的能量。连续电流I_A代表变压器10的主要能量转换。

发明内容

本发明提供一种用于检测切换电流的连续电流的方法和装置。所述的方法与装置可使用于功率转换器的切换控制电路的中。其包含：切换控制电路产生切换信号以切换磁性装置，切换信号包含最小致能时间(a minimum ontime)。电流检测电路(current sense circuit)根据磁性装置的切换电流来产生电流信号。信号产生电路根据切换信号的致能而产生第一取样信号(sample signal)和第二取样信号。而检测电路根据磁性装置的切换电流，并分别对应于第一取样信号和第二取样信号以产生第一电流信号和第二电流信号。检测电路根据第一电流信号和第二电流信号产生连续电流信号，且连续电流信号被校正为切换电流的连续电流。连续电流信号的电平等于第一电流信号减去第一电流信号与第二电流信号之差。

综合上述，本发明因不需额外的电流量测装置即可判断功率转换器测切换电流。藉此，可避免不必要的功率消耗。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

本发明包含附图以提供对本发明的进一步理解，且附图并入本说明书中并组成本说明书的一部分。附图说明本发明实施例，并与描述内容一起用于阐释本发明的原理。

图1表示公知功率转换器(power conversion)的电路示意图

图2表示公知切换电流I_P在CCM的波形图。

图3表示本发明检测切换电流中连续电流的装置的较佳实施例使用于控制器50的电路示意图。

图4表示本发明中信号产生电路100的较佳实施例的电路图。

图5表示本发明中脉冲发生器的较佳实施例的电路图。

图6表示本发明中检测电路200的较佳实施例的电路图。

图7表示本发明较佳实施例的信号波形图。

具体实施方式

图3表示本发明检测切换电流中连续电流的装置的较佳实施例使用于控制器50的电路示意图。其中控制器50包含切换控制电路60、信号产生电路100以及检测电路200，其中切换控制电路60根据信号I_PS产生切换信号S_W。上述的检测切换电流中连续电流的装置还可包括电流检测电路，其电路结构可如图1所示的电阻器R_S与功率晶体管20串联连接而成，用以根据于磁性装置(如图1所示的变压器10)的切换电流I_P产生电流信号V_I。电流检测电路的电路结构可根据不同的电路需求而有不同的电路结构，在本技术领域普通技术人员经由本发明的公开应可轻易推知，在此不加累述。

振荡电路55用以产生振荡信号(oscillation signal)PLS，此振荡信号PLS经由反相器58产生信号I_PS。切换控制电路60包含触发器(flip-flop)70、与非门(NAND)67、与门(AND)75，和比较器65。触发器70经由与门75产生切换信号S_W。与门75的一输入端连接到触发器70的输出Q，其另一输入端连接到信号I_PS以限制切换信号S_W的最大致能时间。触发器70的致能与否则受控于信号I_PS。

切换信号S_W耦合到信号产生电路100，信号产生电路100根据切换信号S_W产生消隐信号(blanking signal)BLK以及取样信号S₁和S₂。消隐信号BLK用以确保切换信号S_W在致能时的最小致能时间。消隐信号BLK连接到与非门67的输入，与非门67的输出则耦合至触发器70的重置端R，用以重置触发器70。与非门67的另一输入则连接于比较器65的输出。比较器65的正输入经耦合以接收功率转换器(如图1所示)的电流信号V_I。请参考第一图，电流信号V_I可经由电阻器R_S与功率晶体管20串联连接以响应于变压器10的切换电流I_P而产生。比较器65的负输入经耦合以接收反馈信号V_FB来进行回授回路控制。此外，检测电路200经耦合接收电流信号V_I、振荡信号PLS以及取样信号S₁和S₂以产生连续电流信号S_A。

图4表示本发明中信号产生电路100的较佳实施例的电路图。切换信号S_W耦合到脉冲发生器110、120和130的输入。脉冲发生器110经由反相器115产生消隐信号BLK。脉冲发生器120和130分别产生取样信号S₁和S₂。因此，消隐信号BLK和取样信号S₁、S₂是根据切换信号S_W的致能而产生。取样信号S₁是具有第一期间T₁的脉冲信号。取样信号S₂是具有第二期间T₂的脉冲信号。消隐信号BLK的脉冲宽度比取样信号S₂的脉冲宽度长。取样信号S₂的脉冲宽度比取样信号S₁的脉冲宽度还长。

图5表示本发明中脉冲发生器的较佳实施例的电路图。恒定电流源320、晶体管310、电容器315、反相器324和或非门(NOR)325形成脉冲发生器，并根据输入信号IN的上升沿(rising edge)产生输出脉冲信号OUT。恒定电流源320的电流大小和电容器315的电容器值决定输出脉冲信号OUT的脉冲宽度。

图6表示本发明中检测电路200的较佳实施例的电路图。第二电容器215经由第二开关210接收电流信号V_I。第一电容器225经由第一开关220接收电流信号V_I。第一开关220受控于取样信号S₁，第二开关210受控于取样信号S₂。因此，第一电容器225在切换信号S_W致能后的第一期间T₁中，取样并保持(sample-and-hold)电流信号V_I以产生信号V₁。第二电容器215在切换信号S_W致能的后第二期间T₂中，经耦合以取样并保持电流信号V_I以产生信号V₂。运算放大器230、晶体管232和电阻器231形成电压-电流转换器(voltage-to-current converter)，以根据信号V₂产生电流I₂₃₂。晶体管234和235形成第一镜像电流电路(current mirror)，以根据电流I₂₃₂产生第二电流信号I₂。

运算放大器240、晶体管242和电阻器241形成另一电压-电流转换器，以根据信号V₁产生电流I₂₄₂。晶体管244、245和246形成第二镜像电流电路，以根据电流I₂₄₂产生第一电流信号I₁和电流I₂₄₅。晶体管260和261形成第三镜像电流电路以接收电流I₂₄₅并产生电流I₂₆₁。电流I₂₆₁的值设计成与第一电流信号I₁的量值相同。晶体管261进一步经耦合以接收第二电流信号I₂，从而根据第一电流信号I₁与第二电流信号I₂之差值以产生三角信号(deltasignal)。

晶体管262和263形成第四镜像电流电路以接收三角信号并产生电流I₂₆₃。晶体管263进一步经耦合以接收第一电流信号I₁。第一电流信号I₁和电流I₂₆₃产生差分信号(differential signal)，所述差分信号耦合到电阻器251以产生电压信号V₂₅₁。电容器275经由开关270对电压信号V₂₅₁进行取样，从而产生连续电流信号S_A，其中开关270受控于取样信号S_P。振荡信号PLS经由脉冲发生器300产生取样信号S_P。

然后，根据第一电流信号I₁和第二电流信号I₂产生连续电流信号S_A，并将连续电流信号S_A校正为切换电流I_P的连续电流。连续电流信号S_A均等于第一电流信号I₁减去第二电流信号I₂与第一电流信号I₁之差值。其可由下列方程式(1)至(3)表示：

S_A＝[I₁-(I₂-I₁)]×R₂₅₁----------------------------------------(1)

$S_A=[\frac{V_1}{R_{241}}-(\frac{V_2}{R_{231}}-\frac{V_1}{R_{241}})]\×R_{251}$ ----------------------------------(2)

S_A＝k×[V₁-(V₂-V₁)]---------------------------------------------(3)

其中R₂₃₁、R₂₄₁和R₂₅₁分别是电阻器231、241和251的电阻器值，且k是常数。

图7表示本发明较佳实施例的信号波形图。信号产生电路100根据切换信号S_W产生取样信号S₁和S₂。取样信号S₁包含第一期间T₁。取样信号S₂具有第二期间T₂。检测电路200在第一期间T₁对电流信号V_I进行取样以产生信号V₁。在第二期间T₂对电流信号V_I进行取样产生信号V₂，而连续电流信号S_A则是由信号V₁和V₂来决定。

所属领域的技术人员将了解，可在不脱离本发明的范围或精神的情况下对本发明的结构作出各种修改和变化。鉴于以上内容，希望本发明涵盖在所附权利要求书及其等效物的范围内的对本发明的修改和变化。

Claims (16)

1.一种检测切换电流的连续电流的装置，其特征在于，上述装置包括：

切换控制电路，产生切换信号以切换磁性装置；

电流检测电路，根据所述磁性装置的切换电流产生电流信号；

信号产生电路，产生第一取样信号和第二取样信号；以及

检测电路，根据所述电流信号并分别对应于所述第一取样信号和所述第二取样信号以产生第一电流信号和第二电流信号；

其中所述检测电路根据所述第一电流信号和所述第二电流信号产生一连续电流信号，并将所述连续电流信号校正为所述切换电流的所述连续电流。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号发生器响应于所述切换信号的致能而产生所述第一取样信号和所述第二取样信号，且所述第二取样信号的脉冲宽度长于所述第一取样信号的脉冲宽度。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述连续电流信号等于所述第一电流信号减去所述第一电流信号与所述第二电流信号之差值。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述切换信号具有最小致能时间。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述检测电路包括：

第一电容器，在所述第一取样信号的致能期间，经由第一开关来取样并保持所述电流信号；

第二电容器，在所述第二取样信号的致能期间，经由第二开关来取样并保持所述电流信号；以及

第三电容器，用以取样并保持所述连续电流信号：

其中所述第一电容器经耦合以产生所述第一电流信号，所述第二电容器经耦合以产生所述第二电流信号，根据所述第一电流信号与所述第二电流信号的间之差产生三角信号，且根据所述第一电流信号和所述三角信号产生所述连续电流信号。

6.一种检测切换电流的连续电流的方法，其特征在于，包括：

产生切换信号以切换磁性装置；

响应所述磁性装置的切换电流产生电流信号；

响应于所述切换信号的致能对所述电流信号进行取样以产生第一电流信号和第二电流信号；以及

根据所述第一电流信号和所述第二电流信号产生连续电流信号，并将所述连续电流信号校正为所述切换电流的所述连续电流。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述连续电流信号等于所述第一电流信号减去所述第一电流信号与所述第二电流信号的间之差。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括产生第一取样信号和第二取样信号以分别对所述电流信号进行取样，以分别产生所述第一电流信号和所述第二电流信号；所述第二取样信号的脉冲宽度长于所述第一取样信号的脉冲宽度。

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述切换信号具有最小致能时间。

10.一种检测功率转换器的切换电流的连续电流的装置，其特征在于，所述功率转换器根据切换信号以切换磁性装置并根据所述磁性装置的切换电流而产生电流信号，所述装置包括：

信号产生电路，根据所述功率转换器的所述切换信号产生第一取样信号和第二取样信号；以及

检测电路，根据所述第一取样信号与所述第二取样信号对所述功率转换器的所述电流信号进行取样并产生连续电流信号，并将所述连续电流信号校正为所述切换电流的所述连续电流。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述第二取样信号的脉冲宽度长于所述第一取样信号脉冲宽度。

12.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述检测电路包括：

第一电容器，在所述第一取样信号的致能期间，经由第一开关来取样并保持所述电流信号；

第二电容器，在所述第二取样信号的致能期间，经由第二开关来取样并保持所述电流信号；以及

第三电容器，用以取样并保持所述连续电流信号：

其中所述第一电容器经耦合产生第一电流信号，所述第二电容器经耦合产生第二电流信号，所述连续电流信号系根据所述第一电流信号和所述第二电流信号所产生。

13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述连续电流信号为均于所述第一电流信号减去所述第一电流信号与所述第二电流信号的间之差值。

14.一种检测切换电流的连续电流的方法，其特征在于，所述方法包括：

响应功率转换器的切换电流产生电流信号；

响应所述功率转换器的｜切换信号的致能对所述电流信号进行取样并产生第一电流信号和第二电流信号；以及

根据所述第一电流信号和所述第二电流信号产生连续电流信号，并将所述连续电流信号校正为所述切换电流的所述连续电流。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述连续电流信号等于所述第一电流信号减去所述第一电流信号与所述第二电流信号的间之差值。

16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，响应功率转换器的切换电流产生电流信号的步骤的后还包括：产生第一取样信号和第二取样信号以对所述电流信号和进行取样；所述第二取样信号的脉冲宽度长于所述第一取样信号的脉冲宽度。

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