CN101420176B - 具有限流功能的电源转换器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有限流功能的电源转换器，包括低通滤波器、直流变换器以及限流电路。本发明采用串接在低通滤波器的输入端与反馈端的限流电路，来限制电源转换器于启动时所产生的涌入电流。其中，限流电路只由一晶体管与多个被动元件所构成，故其电路架构简单且易于实现。此外，低通滤波器中电感的布局面积还能有效地被缩减。因此，本发明的电源转换器具有微型化与低成本的优势。

Description

具有限流功能的电源转换器

技术领域

本发明是有关于一种电源转换器，且特别是有关于一种具有限流功能的电源转换器。

背景技术

随着人们对生活品质的不断地要求，单一功能性的电子产品已不能满足人们的需求。因此，现今的电子产品大多采用数种不同规格的集成电路(integratedcircuit)，来达到集多功能于一机的特色。此种多功能性的电子产品往往必须搭配一电源转换器(power converter)，以将一固定电位的电压转换为各个集成电路所需的操作电压。

电源转换器是一种利用电感与电容交互充电的电压转换电路，不但具有升压型(boost)的架构，尚有降压(buck)、反转(inverting)以及变压器返驰(transformerflyback)等多种不同的架构。然而，不论是哪一种型态，电源转换器都存有因涌入电流(inrush current)而形成的杂讯干扰。主要的原因在于，当电源转换器对电感进行充放电的同时，会产生一个快速上升的涌入电流。此种涌入电流的频率通常很高，且拥有很高的电流值，因此会对电源转换器形成严重的杂讯干扰。

为了解决上述问题，设计者通常采用一限流电路来降低涌入电流。传统的限流电路通常由复杂的电流感应器(current sensor)与比较器(comparator)所构成。换而言之，传统的限流电路往往需要大量的电子元件，且其所应用的电路理论也较为复杂。因此，不论是在微型化或是电路成本的考量上，传统的限流电路都阻碍了电源转换器的发展。

发明内容

本发明提供一种具有限流功能的电源转换器，利用串接在低通滤波器的输入端与反馈端的限流电路，来限制电源转换器于启动时所产生的涌入电流。

本发明提供一种具有限流功能的电源转换器，包括低通滤波器、直流变换器以及限流电路。低通滤波器具有输入端、输出端以及反馈端。直流变换器耦接至低通滤波器的输出端，而限流电路则耦接在低通滤波器的输入端与反馈端之间。在整体操作上，低通滤波器的输入端用以接收输入信号。且低通滤波器会滤除输入信号中的高频成份，以透过其输出端传送出。直流变换器。限流电路用以降低电源转换器在启动时的涌入电流。

更值得一提的是，上述的限流电路包括第一电阻、第一电容、第一二极管、第二电阻、第二电容、第三电阻以及晶体管。其中，第一电阻的第一端耦接至输入端。第一电容耦接在第一电阻的第二端与地端之间。第一二极管的阴极端耦接至第一电阻的第二端。第二电阻耦接在第一二极管的阳极端与输入端之间。第二电容的第一端耦接至第一二极管的阳极端。第三电阻耦接在第二电容的第二端与低通滤波器的反馈端之间。晶体管的第一源/漏极耦接至低通滤波器的反馈端，晶体管的第二源/漏极耦接至地端，晶体管的栅极耦接至第一二极管的阳极端。上述的低通滤波器包括电感及第三电容。电感耦接在低通滤波器的输入端与低通滤波器的输出端之间。第三电容耦接在低通滤波器的输出端与低通滤波器的反馈端之间。

本发明采用串接在低通滤波器的输入端与反馈端的限流电路，来限制电源转换器于启动时所产生的涌入电流。且与传统技术相较之下，本发明的限流电路的电路架构简单，且低通滤波器中电感的布局面积还能有效地被缩减。因此，本发明所提出的电源转换器将具备微型化与低成本的优势。

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，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1绘示为依据本发明一实施例的具有限流功能的电源转换器的电路方块图。

图2绘示为根据本发明一实施例的低通滤波器的详细电路图。

具体实施方式

图1绘示为依据本发明一实施例的具有限流功能的电源转换器的电路方块图。请参照图1，电源转换器100包括限流电路110、低通滤波器120以及直流变换器130。低通滤波器120具有输入端IN、输出端OUT以及反馈端FB。直流变换器130耦接至输出端OUT，且限流电路110耦接于输入端IN与反馈端FB之间。

低通滤波器120透过其输入端IN接收一输入信号VIN，并滤除输入信号VIN中的高频成份。之后，低通滤波器120会将滤波后的输入信号VIN传送至其输出端OUT。藉此，直流变换器130会将滤波后的输入信号VIN变换成一输出信号VOUT。

更近一步来看，限流电路110包括电阻R1～R3、电容C1～C2、二极管D1～D2以及晶体管T1。其中，电阻R1的第一端耦接至输入端IN。电容C1耦接在电阻R1的第二端与地端之间。二极管D1的阴极端耦接至电阻R1的第二端。电阻R2耦接在二极管D1的阳极端与输入端IN之间。

此外，电容C2的第一端耦接至二极管D1的阳极端。电阻R3耦接在电容C2的第二端与反馈端FB之间。此外，晶体管T1的第一源/漏极耦接至反馈端FB，其第二源/漏极耦接至地端，且其栅极耦接至二极管D1的阳极端。二极管D2的阴极端耦接至晶体管T1的栅极，且其阳极端耦接至地端。值得注意的是，在本实施例中，二极管D2为一齐纳二极管。

请继续参照图1，当电源转换器100未被启用时，输入信号VIN的电位将维持在一低电位(譬如为0V)。此时，晶体管T1的两端将呈现断路状态，且低通滤波器120的输入端IN也无电流流入。

当电源转换器100被启用时，输入信号VIN的电位将从低电位快速上升至一高电位。此时，电容C1会经由电阻R1所形成的电流路径进行充电，而致使其第一端的电压慢慢上升。相对地，二极管D1的阴极端的电压也会随之慢慢上升。此时，二极管D1将会导通，使得电容C1透过电阻R2与二极管D1所形成的另一电流路径进行充电。其中，二极管D1两端的跨压将保持在其导通电压(turn on voltage)。

然而，当二极管D1的阳极端的电压逐渐升高至二极管D2的逆向崩溃电压时，二极管D1的阳极端的电压会被箝制而不再升高。另一方面，电容C1会继续充电，使得二极管D1的阴极端的电压继续升高。相对地，二极管D1将处在逆向偏压。

值得注意的是，二极管D1的阳极端的电压在逐渐升高的过程中，晶体管T1的两端也将逐渐导通。此时，电容C2将透过电阻R3与晶体管T1所形成的电流路径放电至地端。且电容C2的第二端的电压也会随着本身的放电而开始缓缓下降。当晶体管T1完全被导通时，电容C2的第二端的电压也将下降至低电位(譬如0V)。

换而言之，当电源转换器100被启用时，假若限流电路110中的晶体管T1尚未导通，则低通滤波器120将无法产生涌入电流。相对地，当晶体管T1被导通时，低通滤波器120才会开始产生涌入电流。且知，晶体管T1的导通时间点，取决于输入信号VIN透过电阻R1对电容C1的充电时间。因此，限流电路110可以依据电容C1的电容质及/或电阻R1的电阻值，来决定涌入电流的产生时间。

再者，当晶体管T1开始导通时，反馈端FB的电压会因电容C2经由电阻R3的放电而线性下降。且知，反馈端FB上的电压，其于单位时间内所下降的电压值，正比于低通滤波器120所产生的涌入电流的电流值。因此，熟悉此技术者可以利用电容C2的电容值及/或电阻R3之电阻值，来决定涌入电流的大小。

值得一提的是，本实施例所提及的直流变换器130包括是降压转换器(buckconverter)或是升压转换器(boost converter)。然而，不论是哪一种直流变换器，其皆可利用限流电路110来限制涌入电流的大小。

更进一步来看，图2绘示为根据本发明一实施例的低通滤波器的详细电路图。请参照图2，低通滤波器120包括电感L1与电容C3。其中，电感L1耦接在输入端IN与输出端OUT之间，电容C3耦接在输出端OUT与反馈端FB之间。低通滤波器120在搭配限流电路110的使用下，电感L1的电抗值无须提升就可以有效地抑制涌入电流的大小。换而言之，电感L1的电抗值在被缩减的情况下，将有助于电源转换器100的微型化。

综上所述，本发明是利用串接在低通滤波器的输入端与反馈端的限流电路，来抑制涌入电流的大小。其中，由于限流电路只包括一晶体管与多个被动元件，故与传统技术相较之下，本发明的限流电路的电路架构简单且易于实现。此外，低通滤波器在配合限流电路的使用下，其内部电感的布局面积还可有效地被缩减。换而言之，本发明所提出的电源转换器将具备微型化与低成本的优势。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许更动与润饰，因此本发明的保护范围当以权利要求所界定的为准。

Claims (7)

1.一种具有限流功能的电源转换器，包括

一低通滤波器，具有一输入端、一输出端以及一反馈端；

一直流变换器，耦接至该输出端；以及

一限流电路，耦接于该输入端与该反馈端之间，用以降低该低通滤波器中的一涌入电流，该限流电路包括：

一第一电阻，其第一端耦接至该输入端；

一第一电容，耦接在该第一电阻的第二端与地端之间；

一第一二极管，其阴极端耦接至该第一电阻的第二端；

一第二电阻，耦接在该第一二极管的阳极端与该输入端之间；

一第二电容，其第一端耦接至该第一二极管的阳极端；

一第三电阻，耦接在该第二电容的第二端与该反馈端之间；以及

一晶体管，其第一源/漏极耦接至该反馈端，该晶体管的第二源/漏极耦接至地端，该晶体管的栅极耦接至该第一二极管的阳极端；

其中该低通滤波器包括：

一电感，耦接在该输入端与该输出端之间；以及

一第三电容，耦接在该输出端与该反馈端之间。

2.如权利要求1所述的具有限流功能的电源转换器，其特征在于，该限流电路还包括一第二二极管，其阴极端耦接至该晶体管的栅极，该第二二极管的阳极端耦接至地端。

3.如权利要求2所述的具有限流功能的电源转换器，其特征在于，该第二二极管为一齐纳二极管。

4.如权利要求1所述的具有限流功能的电源转换器，其特征在于，该直流变换器包括一升压转换器。

5.如权利要求1所述的具有限流功能的电源转换器，其特征在于，该直流变换器包括一降压转换器。

6.如权利要求1所述的具有限流功能的电源转换器，其特征在于，该限流电路依据该第一电容的电容值及/或该第一电阻的电阻值，来决定该涌入电流的产生时间。

7.如权利要求1所述的具有限流功能的电源转换器，其特征在于，该涌入电流的大小取决于该第二电容的电容值及/或该第三电阻的电阻值。

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