CN101562391A - 用于电源供应器的电流电平判断装置及其相关电源供应器 - Google Patents

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Abstract

用于电源供应器的电流电平判断装置，包含有接收端，用来接收电流感测信号；参考电压产生单元，用来产生第一参考电压；参考电压修正单元，耦接于该参考电压产生单元及该接收端，用来根据该电流感测信号的变化，调整该第一参考电压，以产生第二参考电压；第一比较器，耦接于该接收端及该参考电压修正单元，用来比较该电流检测补偿信号及该第二参考电压，以产生第一比较结果；以及控制单元，耦接于该第一比较器，用来根据该第一比较结果，控制该电源供应器的功率开关的导通状态。

Description

用于电源供应器的电流电平判断装置及其相关电源供应器
技术领域
本发明提供一种用于电源供应器的电流电平判断装置及其相关电源供应器，尤指一种根据电流感测信号的变化，调整参考电压，使得实际启动过电流保护的电压与预期启动过电流保护的电压相同，以改善传递延迟时间的问题及保护点电压差异的电流电平判断装置及其相关电源供应器。
背景技术
电源供应器是用来提供电子装置操作所需的电源，依其电路结构，通常可分为线性电源供应器(Linear Power Supply)及切换式电源供应器(Switching Power Supply)等两种。其中，切换式电源供应器具有体积小、重量轻及转换效率高的优点，使其已被广泛地运用至各领域，例如移动通讯装置、个人数字助理、计算机与接口设备、服务器以及网络设备等电子装置中。
为求电源供应器正常稳定的运作，电源供应器的控制电路中的保护机制是非常重要的部分，例如过电压、过电流、过功率等保护功能，一旦遇有过载或短路的情况发生，备有周全保护机制的电源供应器便可避免内部元件或相关设备遭受损害。
请参考图1，图1为已知交换式电源供应器10的示意图。交换式电源供应器10具有过电流保护功能，用来将输入电压信号VIN转换成适当大小的输出电压信号VOUT，其主要是由变压器100、控制单元102、比较器104、开关晶体管Q1及电流感测电阻Rs所组成，运作方式如下。首先，电流感测电阻Rs根据变压器100的一次侧电流Id的大小，产生电流感测信号VCS。接着，比较器104比较电流感测信号VCS与参考电压VREF，以输出指示信号SOC至控制单元102，使得控制单元102可据以判断是否已达过电流保护范围。例如，当电流感测信号VCS高于参考电压VREF时，比较器104可通过指示信号SOC指示过电流情形发生，则控制单元102可控制开关晶体管Q1关闭，以降低一次侧电流Id的大小。
简单来说，上述的保护机制是比较电流感测信号VCS与参考电压VREF，据以将一次侧电流Id控制在适当的范围内，以达到保护的目的。然而，当电流感测信号VCS高于参考电压VREF时，由于电路中必定存在非理想因子，使得开关晶体管Q1并非实时关闭，尚需一段时间后，控制单元102才能关闭开关晶体管Q1。亦即，自检测出过电流发生到开关晶体管Q1实际停止导通间，存在着传递延迟时间T_D，因而实际停止导通的电流大小会略高于设定值。换句话说，开始进行过电流保护时的电压(以下简称保护点电压)会较过电流发生时的电压大，且在不同输入电压VIN的情况下，保护点电压亦会不同。
详细来说，请参考图2，图2为传递延迟时间对不同输入电压的保护点电压差异的示意图。交换式电源供应器10的输入电压信号VIN与电流感测信号VCS电压值上升斜率是呈正比。亦即，当参考电压VREF的大小相同时，高输入电压VH会产生斜率较大的电流感测信号，而低输入电压VL则产生斜率较小的电流感测信号；其中，同一电源供应器中有相同的传递延迟时间T_D，传递延迟时间T_D与输入电压大小无关。如图2所示，当电流感测信号VCS上升至参考电压VREF的功率限制电平时，亦即电流感测信号VCS大于或等于参考电压VREF时，比较器104传送指示信号SOC至控制单元102，以将开关晶体管Q1关闭。由于电路中存在非理想因子，因此，经传递延迟时间T_D后，开关晶体管Q1始关闭，则一次侧电流Id随之切断。自检测出过电流发生至开关晶体管Q1实际停止导通的时间，输入电压会持续传递功率，使得对应于高输入电压VH的保护点电压为VOPPH，而对应于低输入电压VL的保护点电压为VOPPL。换句话说，保护点电压会高于参考电压VREF，且输入电压越高，差异状况越明显。在此情形下，当输入电压在大范围内变化，保护点会严重漂移，使得高低输入电压的输出功率的落差极大。
发明内容
因此，本发明的主要目的即在于提供一种用于电源供应器的电流电平判断装置及其相关电源供应器。
本发明揭露一种用于电源供应器的电流电平判断装置，包含有接收端，用来接收电流感测信号；参考电压产生单元，用来产生第一参考电压；参考电压修正单元，耦接于该参考电压产生单元及该接收端，用来根据该电流感测信号的变化，调整该第一参考电压，以产生第二参考电压；第一比较器，耦接于该接收端及该参考电压修正单元，用来比较该电流检测补偿信号及该第二参考电压，以产生第一比较结果；以及控制单元，耦接于该第一比较器，用来根据该第一比较结果，控制该电源供应器的功率开关的导通状态。
本发明还揭露一种可防止过电流损害的电源供应器，包含有变压装置，包含有一次侧电路及二次侧电路；开关晶体管，耦接于该一次侧电路；电流感测单元，耦接于该开关晶体管，用来根据流经该开关晶体管的该一次侧电路的电流，产生电流感测信号；以及电流电平判断装置，耦接于该电流感测单元及该开关晶体管。该电流电平判断装置包含有接收端，用来接收电流感测信号；参考电压产生单元，用来产生第一参考电压；参考电压修正单元，耦接于该参考电压产生单元及该接收端，用来根据该电流感测信号的变化，调整该第一参考电压，以产生第二参考电压；第一比较器，耦接于该接收端及该参考电压修正单元，用来比较该电流检测补偿信号及该第二参考电压，以产生第一比较结果；以及控制单元，耦接于该第一比较器，用来根据该第一比较结果，控制该电源供应器的功率开关的导通状态。
附图说明
图1为已知交换式电源供应器的示意图。
图2为传递延迟时间对不同输入电压的保护点电压差异的示意图。
图3为本发明实施例一电源供应器的示意图。
图4为图3中电流电平判断装置的示意图。
图5为图4中参考电压修正单元的较佳实施例示意图。
图6为图5中第二比较结果的产生方式示意图。
[主要元件标号说明]
10          交换式电源供应器
100         变压器
102、408    控制单元
104         比较器
Q1          开关晶体管
Rs          电流感测电阻
30          电源供应器
300            变压装置
302            电流电平判断装置
400            接收端
402            参考电压产生单元
404            参考电压修正单元
406            第一比较器
Q2             开关晶体管
Q3             重置晶体管
500            第一电流源
502            第二比较器
504            滤波单元
506            分流单元
508、R1        电阻
C1、C2         电容
510            第二电流源
512            第三电流源
CMP1           第一比较结果
CMP2           第二比较结果
VIN            输入电压信号
VOUT           输出电压信号
Id             一次侧电流
VCS            电流感测信号
VREF           参考电压
VREF1          第一参考电压
VREF2          第二参考电压
SOC            指示信号
T_D            传递延迟时间
VH、VL         输入电压
VOPPH、VOPPL、OCP_P1、OCP_P2、OCP_P3、OCP_P4、OCP_P5、OCP_P6保护点电压
具体实施方式
请参考图3，图3为本发明实施例一电源供应器30的示意图。电源供应器30可防止过电流损害，其较佳地为切换式电源供应器，包含有变压装置300、开关晶体管Q1、电流感测电阻Rs及电流电平判断装置302。变压装置300包含有一次侧电路及二次侧电路，用来将输入电压信号VIN转换成输出电压信号VOUT。开关晶体管Q1耦接于变压装置300的一次侧电路，用来切换变压装置300的运作。电流感测电阻Rs耦接于开关晶体管306，用来根据流经开关晶体管Q1的一次侧电流Id，产生电流感测信号VCS。电流电平判断装置302耦接于开关晶体管Q1及电流感测电阻Rs，用来实时监控一次侧电流Id是否在适当的保护范围内，一旦超出安全保护范围时，会将开关晶体管Q1关闭，以达过电流保护的目的。
请参考图4，图4为图3中电流电平判断装置302的示意图。电流电平判断装置302包含有接收端400、参考电压产生单元402、参考电压修正单元404、第一比较器406及控制单元408。接收端400耦接于电流感测电阻Rs，用来接收电流感测信号VCS，以将电流感测信号VCS传送至适应性参考电压产生单元404及第一比较器406。参考电压产生单元402耦接于适应性参考电压产生单元，用来产生第一参考电压VREF1。参考电压修正单元404接收到电流感测信号VCS及第一参考电压VREF1后，可根据电流感测信号VCS的变化，调整第一参考电压VREF1，以产生第二参考电压VREF2。接着，比较器404比较电流感测信号VCS及第二参考电压VREF2，以产生第一比较结果CMP1至控制单元408，则控制单元408可根据第一比较结果CMP1，控制开关晶体管Q1的导通状态。简单来说，电流电平判断装置302可根据电流感测信号VCS的变化，调整第一参考电压VREF1，使得第二参考电压VREF2能符合不同系统的要求。
请参考图5，图5为图4中参考电压修正单元404的较佳实施例示意图。参考电压修正单元404包含有开关晶体管Q2、重置晶体管Q3、第一电流源500、第二比较器502、滤波单元504、分流单元506及电阻508。第二比较器502用来比较第一参考电压VREF1与电流感测信号VCS，以产生第二比较结果CMP2至开关晶体管Q2的栅极，从而控制开关晶体管Q2的导通。在此例中，开关晶体管Q2为p型金属氧化物半导体晶体管，因此，如图6所示，当电流感测信号VCS小于第一参考电压VREF1时，第二比较结果CMP2为低电平，开关晶体管Q2不导通；而当电流感测信号VCS大于第一参考电压VREF1时，第二比较结果CMP2为高电平，开关晶体管Q2导通，使得第一电流源500所产生的电流导通至滤波单元504。滤波单元504是由电容C1、C2及电阻R1所组成，用来对开关晶体管Q2的漏极信号进行滤波。分流单元506是由第二电流源510及第三电流源512所组成，而第三电流源512受控于滤波单元504的滤波结果，以调整流入电阻508的电流量。电阻508的作用是电流至电压转换器，换句话说，当电流感测信号VCS大于第一参考电压VREF1时，参考电压修正单元404可加大第三电流源512所产生的电流大小，使得流入电阻508的电流减小。如此一来，可使得第二参考电压VREF2小于第一参考电压VREF1，以符合不同系统的要求。另外，在图5中，重置晶体管Q3为n型金属氧化物半导体晶体管，用来根据重置信号RST，对参考电压修正单元404进行重置，以将第二参考电压VREF2回复为其初始值(即第一参考电压VREF1)。
因此，通过参考电压修正单元404，电源供应器30可调整第一参考电压VREF1，以解决传递延迟时间的问题，避免保护点漂移的问题发生。特别注意的是，图3至图5所示为本发明的实施例示意图，本领域技术人员当可据以做不同的修饰。
综上所述，本发明可根据电流感测信号的变化，调整参考电压，使得实际启动过电流保护的电压与预期启动过电流保护的电压相同，以改善传递延迟时间的问题及保护点电压差异的情况。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (16)

1.一种用于电源供应器的电流电平判断装置，包含有：
接收端，用来接收电流感测信号；
参考电压产生单元，用来产生第一参考电压；
参考电压修正单元，耦接于该参考电压产生单元及该接收端，用来根据该电流感测信号的变化，调整该第一参考电压，以产生第二参考电压；
第一比较器，耦接于该接收端及该参考电压修正单元，用来比较该电流检测补偿信号及该第二参考电压，以产生第一比较结果；以及
控制单元，耦接于该第一比较器，用来根据该第一比较结果，控制该电源供应器的功率开关的导通状态。
2.根据权利要求1所述的电流电平判断装置，其中该参考电压修正单元包含有：
开关单元，包含有第一端、第二端及第三端，用来根据该第二端所接收的信号，导通该第一端至该第三端的信号连接；
第一电流源，耦接于该开关单元的该第一端，用来产生第一电流；
第二比较器，耦接于该参考电压产生单元、该接收端及该开关单元的该第二端，用来比较该第一参考电压与该电流感测信号，以产生第二比较结果至该开关单元的该第二端；
滤波单元，耦接于该开关单元的该第三端，用来对该开关单元的该第三端的信号进行滤波；
分流单元，耦接于该滤波单元，用来根据该滤波单元的滤波结果，产生电流信号；以及
电流至电压转换单元，耦接于该分流单元与该第一比较器，用来根据该分流单元所产生的该电流信号，产生该第二参考电压至该第一比较器。
3.根据权利要求2所述的电流电平判断装置，其中该开关单元是p型金属氧化物半导体晶体管，该第一端是源极，该第二端是栅极，以及该第三端是漏极。
4.根据权利要求2所述的电流电平判断装置，其中该滤波单元包含有：
第一电容，其一端耦接于该开关单元的该第三端，另一端耦接于地端；
电阻，耦接于该开关单元的该第三端；以及
第二电容，其一端耦接于该电阻，另一端耦接于地端。
5.根据权利要求2所述的电流电平判断装置，其中该分流单元包含有：
电流输出端，耦接于该电流至电压转换单元，用来输出该电流信号；
第二电流源，耦接于该电流输出端，用来产生第二电流至该电流输出端；以及
第三电流源，耦接于该电流输出端、该滤波单元及地端，用来产生由该电流输出端至该地端的第三电流，并根据该滤波单元的滤波结果，调整该第三电流的大小。
6.根据权利要求2所述的电流电平判断装置，其中该电流至电压转换单元是电阻。
7.根据权利要求2所述的电流电平判断装置，其还包含重置单元，包含有第一端耦接于该开关单元的该第三端，第二端耦接于重置信号，及第三端耦接于地端，用来根据该第二端所接收的信号，导通该第一端至该第三端的信号连接。
8.根据权利要求7所述的电流电平判断装置，其中该重置单元是n型金属氧化物半导体晶体管，该第一端是漏极，该第二端是栅极，以及该第三端是源极。
9.一种可防止过电流损害的电源供应器，包含有：
变压装置，包含有一次侧电路及二次侧电路；
开关晶体管，耦接于该一次侧电路；
电流感测单元，耦接于该开关晶体管，用来根据流经该开关晶体管的该一次侧电路的电流，产生电流感测信号；以及
电流电平判断装置，耦接于该电流感测单元及该开关晶体管，包含有：
接收端，用来接收电流感测信号；
参考电压产生单元，用来产生第一参考电压；
参考电压修正单元，耦接于该参考电压产生单元及该接收端，用来根据该电流感测信号的变化，调整该第一参考电压，以产生第二参考电压；
第一比较器，耦接于该接收端及该参考电压修正单元，用来比较该电流检测补偿信号及该第二参考电压，以产生第一比较结果；以及
控制单元，耦接于该第一比较器，用来根据该第一比较结果，控制该电源供应器的功率开关的导通状态。
10.根据权利要求9所述的电源供应器，其中该参考电压修正单元包含有：
开关单元，包含有第一端、第二端及第三端，用来根据该第二端所接收的信号，导通该第一端至该第三端的信号连接；
第一电流源，耦接于该开关单元的该第一端，用来产生第一电流；
第二比较器，耦接于该参考电压产生单元、该接收端及该开关单元的该第二端，用来比较该第一参考电压与该电流感测信号，以产生第二比较结果至该开关单元的该第二端；
滤波单元，耦接于该开关单元的该第三端，用来对该开关单元的该第三端的信号进行滤波；
分流单元，耦接于该滤波单元，用来根据该滤波单元的滤波结果，产生电流信号；以及
电流至电压转换单元，耦接于该分流单元与该第一比较器，用来根据该分流单元所产生的该电流信号，产生该第二参考电压至该第一比较器。
11.根据权利要求10所述的电源供应器，其中该开关单元是p型金属氧化物半导体晶体管，该第一端是源极，该第二端是栅极，以及该第三端是漏极。
12.根据权利要求10所述的电源供应器，其中该滤波单元包含有：
第一电容，其一端耦接于该开关单元的该第三端，另一端耦接于地端；
电阻，耦接于该开关单元的该第三端；以及
第二电容，其一端耦接于该电阻，另一端耦接于地端。
13.根据权利要求10所述的电源供应器，其中该分流单元包含有：
电流输出端，耦接于该电流至电压转换单元，用来输出该电流信号；
第二电流源，耦接于该电流输出端，用来产生第二电流至该电流输出端；以及
第三电流源，耦接于该电流输出端、该滤波单元及地端，用来产生由该电流输出端至该地端的第三电流，并根据该滤波单元的滤波结果，调整该第三电流的大小。
14.根据权利要求10所述的电源供应器，其中该电流至电压转换单元是电阻。
15.根据权利要求10所述的电源供应器，其还包含重置单元，包含有第一端耦接于该开关单元的该第三端，第二端耦接于重置信号产生器，及第三端耦接于地端，用来根据该第二端所接收的信号，导通该第一端至该第三端的信号连接。
16.根据权利要求15所述的电源供应器，其中该重置单元是n型金属氧化物半导体晶体管，该第一端是漏极，该第二端是栅极，以及该第三端是源极。
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