CN101340147A - 在预充电模式抑制电压转换器输入电流突增的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种在预充电模式抑制电压转换器输入电流突增的装置，其中，电压转换器包括一连接在该转换器输出端的电容，在预充电模式下，一来自该转换器输入端的输入电流对该电容充电。一种在预充电模式下抑制该输入电流突增的装置及方法，包括在该预充电模式下控制该输入电流的上限值，并逐渐增加该上限值。
Description
技术领域
本发明涉及一种电压转换器，特别是关于一种在预充电模式抑制电压转换器输入电流突增(inrush)的装置。
背景技术
在目前的电子装置中，大部分都是利用电压转换器来提供电压源。图1是传统的升压式电压转换器100，其中电感L连接在输入端VIN及节点106之间，晶体管104连接在节点106及接地GND之间，电容CIN连接在输入端VIN及接地GND之间，二极管ZD连接在节点106及电容COUT之间，升压控制电路102切换晶体管104以将输入电压VIN转换为输出电压VOUT给负载RL。然而，在目前的电子装置中，大部分都具有输入电压过低锁定(UnderVoltage LockOut；UVLO)功能，其在输入电压过低时会自动关闭输出，因此，转换器100在刚接上VIN端时，可能会因为转换器100的输出电压VOUT的初始值过低而使输入电压VIN突降造成使用相同VIN的其它电子装置自动关闭，故在转换器100刚启动时会先进入预充电模式将电容COUT充至一默认值，例如电压VIN。
然而，在转换器100停机一段时间后启动，或将其热插拔(hot plug)连接至输入电压VIN时，输入电流Iin将因对电容CIN及COUT充电而突增，当对这些电容充电的输入电流Iin过大时可能会使VIN端电压突降造成其它电子装置自动关闭。图2是现有的升压式电压转换器200，其中电感L连接在输入端VIN及节点206之间，晶体管204连接在节点206及接地GND之间，电容CIN连接在输入端VIN及接地GND之间，晶体管208连接在节点206及电容COUT之间，电流限制控制电路(过电流控制电路)210连接升压控制电路202及晶体管208，升压控制电路202切换开关晶体管204及208以将输入电压VIN转换为输出电压VOUT给负载RL。当转换器200热插拔连接至输入电压VIN时，转换器200将进入预充电模式，在预充电模式下，电流限制控制电路210将提供一信号至晶体管208的闸极，以限制对电容COUT充电的输入电流Iin的上限值，然而，由于转换器200中对电容COUT充电的输入电流Iin的上限值是固定的，故也限制了负载RL的上限，若增加输入电流Iin限流上限值将使抑制输入电流Iin电流突增的效果降低。
因此，一种对任何负载做预充电并能有效抑制电压转换器输入电流突增的新装置，乃为人们所期望的。
发明内容
本发明的目的，在于提出一种在预充电模式抑制电压转换器输入电流突增的装置及方法。
一电压转换器包括一连接在该转换器输出端的电容，在预充电模式下，一来自该转换器输入端的输入电流对该电容充电。根据本发明，一种在该预充电模式下能调整该输入电流的上限值的装置及方法，包括一晶体管耦接在该转换器的输入端及该电容之间，用以限制该输入电流的上限值，以及一控制电路在该预充电模式下改变加在该晶体管闸极上的电压以调整该上限值。
附图简单说明
图1是传统的升压式电压转换器；
图2是现有的升压式电压转换器；
图3是本发明的实施例；
图4是图1、图2及图3中转换器100、200及300在预充电模式下且无载情况下输入电流Iin的波形图；
图5是图1、图2及图3中转换器100、200及300在预充电模式下且负载RL＝10ohm情况下输入电流Iin的波形图；
图6是图1、图2及图3中转换器100、200及300在预充电模式下且输出端VOUT为预短路(pre-short)情况下输入电流Iin的波形图；
图7显示图3中电流限制可变控制电路310的第一实施例；
图8显示图3中电流限制可变控制电路310的第二实施例；以及
图9显示图3中电流限制可变控制电路310的第三实施例。
具体实施方式
图3是本发明的实施例，在升压式电压转换器300中，电感L连接在输入端VIN及节点306之间，晶体管304连接在节点306及接地GND之间，电容CIN连接在输入端VIN及接地GND之间，晶体管308连接在节点306及电容COUT之间，电流限制可变控制电路(电流限制渐增控制电路)310连接升压控制电路302及晶体管308，升压控制电路302切换开关晶体管304及308以将输入电压VIN转换为输出电压VOUT给负载RL，其中晶体管308及电流限制渐增控制电路310组成一可变限流装置，在预充电模式下，该可变限流装置以可变方控制输入电流Iin的上限值。当转换器300热插拔连接至输入电压VIN而进入预充电模式时，晶体管308限制对电容COUT充电的输入电流Iin的上限值以防止输入电流Iin突增。在本发明中，输入电流Iin之上限为可变而非固定，在本实施例中，是将该上限值安排成渐增变化。由于晶体管308为PMOS晶体管，故电流限制可变控制电路310提供一逐渐降低的电压至晶体管308的闸极，以使输入电流Iin的上限逐渐增加。虽然在实际应用中，渐增变化较为实用，但如以其它方式变化输入电流Iin之上限，亦属本发明之范围。
图4是图1、图2及图3中转换器100、200及300在预充电模式下且无载情况下输入电流Iin的波形图，其中波形400为转换器100的输入电流Iin，波形402为转换器200的输入电流Iin，波形404为转换器300的输入电流Iin。当转换器100、200及300热插拔连接至输入电压VIN时，如时间0us所示，转换器100、200及300的输入电流Iin因电容CIN产生突增，在对电容CIN充电完成后，输入电流Iin跟着对电容COUT充电，转换器100由于没有限制对电容COUT充电的输入电流Iin大小，因此输入电流Iin再次突增，如波形400所示，转换器200由于设置了一上限值来限制对电容COUT充电的输入电流Iin，因此输入电流Iin没有出现很大的突增，如波402所示，转换器300由于设置一渐增的上限值来限制对电容COUT充电的输入电流Iin，因此输入电流Iin是逐渐增加的，并没有出现突增的情况，如波形404所示。
图5是图1、图2及图3中转换器100、200及300在预充电模式下且负载RL＝10ohm情况下输入电流Iin的波形图，其中波形500为转换器100的输入电流Iin，波形502为转换器200的输入电流Iin，波形504为转换器300的输入电流Iin。当转换器100、200及300热插拔连接至输入电压VIN时，如时间0ms所示，转换器100、200及300的输入电流Iin因电容CIN产生突增，在对电容CIN充电完成后，输入电流Iin跟着对电容COUT充电，转换器100由于没有限制对电容COUT充电的输入电流Iin大小，因此输入电流Iin再次突增，如波形500所示，转换器200由于设置了一上限值来限制对电容COUT充电的输入电流Iin，因此输入电流Iin没有出现很大的突增，如波形502所示，转换器300由于设置一渐增的上限值来限制对电容COUT充电的输入电流Iin，因此输入电流Iin是逐渐增加的，并没有出现突增的情况，如波形504所示。
图6是图1、图2及图3中转换器100、200及300在预充电模式下且输出端VOUT为预短路(pre-short)情况下输入电流Iin的波形图，其中波形600为转换器100的输入电流Iin，波形602为转换器200的输入电流Iin，波形604为转换器300的输入电流Iin。当转换器100、200及300热插拔连接至输入电压VIN时，如时间0ms所示，转换器100、200及300的输入电流Iin因电容CIN产生突增，在对电容CIN充电完成后，输入电流Iin跟着对电容COUT充电，转换器100由于没有限制对电容COUT充电的输入电流Iin大小，因此输入电流Iin再次突增并维持在突增后的准位，如波形600所示，转换器200由于设置了一上限值来限制对电容COUT充电的输入电流Tin，因此输入电流Iin没有出现很大的突增，其同样维持在突增后的准位，如波602所示，转换器300由于设置一渐增的上限值来限制对电容COUT充电的输入电流Iin，因此输入电流Iin是逐渐增加的，并没有出现突增的情况，如波形604所示。
图7显示图3中电流限制可变控制电路310的第一实施例，其中晶体管700与晶体管308组成电流镜，可变电流源702连接晶体管700及接地GND之间，当可变电流源702改变时，晶体管308闸极上的电压也将跟着变化，是以可以利用可变电流源702来控制通过晶体管308的电流。图8显示图3中电流限制可变控制电路310的第二实施例，其中晶体管800与晶体管308组成电流镜，可变电阻802连接晶体管800及接地GND之间，当可变电阻802改变时，晶体管308闸极上的电压也将跟着变化，是以可以藉由改变可变电阻802的阻值来控制通过晶体管308的电流。图9显示图3中电流限制可变控制电路310的第三实施例，其中晶体管900与晶体管308组成电流镜，晶体管902连接在晶体管900及电阻R1之间，电流源904对电容C1充电产生电压V1，在电流源904对电容C1充电的期间，电压V1将逐渐上升使得通过晶体管902的电流逐渐增加，进而使晶体管308闸极上的电压增加，是以通过晶体管308的电流将渐渐上升。
以上对于本发明的较佳实施例所作的叙述是为阐明之目的，而不是限定本发明所精确揭露的内容，实施例是为解释本发明的原理以及让熟悉该技术领域的普通技术人员了解到各种实施例是作为将本发明付诸实际应用的选择及说明，例如，输入电流Iin之上限变化可以呈其它变化形式，仅需限制输入电流Iin不致大幅突增，且能适当供应负载所需电流，应该属本发明的范围。故基于以上的教导或从本发明的实施例的精神和内容出发而作修改或变化是可能的，本发明的技术思想或方案由以下的申请专利范围及其等同物来决定。
主要组件标号说明
100 电压转换器
102 升压控制电路
104 晶体管
106 节点
200 电压转换器
202 升压控制电路
204 晶体管
206 节点
208 晶体管
210 电流限制控制电路，过电流控制电路
300 电压转换器
302 升压控制电路
304 晶体管
306 节点
308 晶体管
310 电流限制可变控制电路，电流限制渐增控制电路
400 转换器100的输入电流Iin波形
402 转换器200的输入电流Iin波形
404 转换器300的输入电流Iin波形
500 转换器100的输入电流Iin波形
502 转换器200的输入电流Iin波形
504 转换器300的输入电流Iin波形
600 转换器100的输入电流Iin波形
602 转换器200的输入电流Iin波形
604 转换器300的输入电流Iin波形
700 晶体管
702 可变电流源
800 晶体管
802 可变电阻
900 晶体管
902 晶体管
904 电流源
Claims (16)
1.一种在预充电模式抑制电压转换器输入电流突增的装置，该转换器包括一连接在该转换器输出端的电容，在该预充电模式下，一来自该转换器输入端的输入电流对该电容充电，该装置包括：
一第一晶体管，耦接在该转换器的输入端及该电容之间，用以限制该输入电流的上限值；以及
一控制该第一晶体管闸极电压的电流限制可变控制电路。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该电流限制可变控制电路逐渐增加加在该第一晶体管闸极上的电压以使该上限值逐渐增加。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该上限值是由零开始逐渐增加。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该电流限制可变控制电路包括：
一第二晶体管，与该第一晶体管形成一电流镜；以及
一可变电流源，连接该第二晶体管，用以决定通过该第一及第二晶体管的电流值。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该电流限制可变控制电路包括：
一第二晶体管，与该第一晶体管形成一电流镜；以及
一可变电阻，连接该第二晶体管，用以决定通过该第一及第二晶体管的电流值。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该电流限制可变控制电路包括：
一第二晶体管，与该第一晶体管形成一电流镜；
一第三晶体管，与该第二晶体管串联；
一第二电容；
一电流源，对该第二电容充电产生一充电电压至该第三晶体管的闸极，以决定通过该第一及第二晶体管的电流值。
7.一种在预充电模式抑制电压转换器输入电流突增的方法，该转换器包括一来自该转换器输入端的输入电流对一连接在该转换器输出端的电容充电，其特征在于，该方法包括下列步骤：
在该预充电模式下限制该输入电流的上限值；以及
在该预充电模式下调整该上限值。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，该在该预充电模式下调整该上限值的步骤包括逐渐增加该上限值。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，该在该预充电模式下调整该上限值的步骤包括由零开始逐渐增加该上限值。
10.一种电压转换器，其特征在于，包含：
一输入端，在预充电模式下，其接收一输入电流；
一输出端；以及
在该预充电模式下，以可变方式控制该输入电流上限值的可变限流装置。
11.如权利要求10所述的电压转换器，其特征在于，该可变限流装置在该预充电模式下逐渐增加该上限值。
12.如权利要求10所述的电压转换器，其特征在于，该转换器输出端与一电容电连接，该可变限流装置装置包括一晶体管耦接在该转换器的输入端及该电容之间，用以在该预充电模式下，限制该输入电流的上限值，随着该晶体管闸极上电压的改变使该上限值逐渐增加。
13.如权利要求12所述的电压转换器，其特征在于，该可变限流装置更包括一控制电路在该预充电模式下逐渐增加该晶体管闸极上的电压以使该上限值逐渐增加。
14.如权利要求10所述的电压转换器，其特征在于，该转换器输出端与一电容电连接，该可变限流装置包括：
一第一晶体管，耦接在该转换器的输入端及该电容之间，用以在该预充电模式下，限制该输入电流的上限值；
一第二晶体管，与该第一晶体管形成一电流镜；以及
一可变电流源，连接该第二晶体管，用以决定通过该第一及第二晶体管的电流值。
15.如权利要求10所述的电压转换器，其特征在于，该转换器输出端与一电容电连接，该可变限流装置包括：
一第一晶体管，耦接在该转换器的输入端及该电容之间，用以在该预充电模式下，限制该输入电流的上限值；
一第二晶体管，与该第一晶体管形成一电流镜；以及
一可变电阻，连接该第二晶体管，用以决定通过该第一及第二晶体管的电流值。
16.如权利要求10所述的电压转换器，其特征在于，该转换器输出端与一电容电连接，该可变限流装置包括：
一第一晶体管，耦接在该转换器的输入端及该电容之间，用以在该预充电模式下，限制该输入电流的上限值；
一第二晶体管，与该第一晶体管形成一电流镜；
一第三晶体管，与该第二晶体管串联；
一电容；
一电流源，对该电容充电产生一充电电压至该第三晶体管的闸极，以决定通过该第一及第二晶体管的电流值。
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