CN102208870B - 侦测磁性装置的连续电流模式运作的方法及装置 - Google Patents

侦测磁性装置的连续电流模式运作的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种侦测磁性装置的连续电流模式运作的方法及装置，其方法依据该磁性装置的一切换电流产生一电流讯号，并取样该电流讯号产生一第一电流讯号与一第二电流讯号。该方法更依据该第一电流讯号与该第二电流讯号产生一模式讯号。该模式讯号表示该磁性装置运作于连续电流模式或非连续电流模式。本发明的装置包含一第一取样电路、一第二取样电路与一仲裁器。该第一取样电路取样该电流讯号以产生该第一电流讯号，该第二取样电路取样该电流讯号以产生该第二电流讯号。该仲裁器依据该第一电流讯号与该第二电流讯号产生该模式讯号，以表示该磁性装置运作于连续电流模式或非连续电流模式。

Description

侦测磁性装置的连续电流模式运作的方法及装置
技术领域
本发明涉及一种侦测一磁性装置的一运作模式的方法及装置，尤其是指一种侦测磁性装置的一连续电流模式/非连续电流模式(CCM/DCM)运作的方法及装置。
背景技术
功率转换器已频繁被用于转换一未调整电源为一恒定电压源及/或一恒定电流源。为了解决功率损耗的问题，低导通阻抗晶体管已被用于取代整流二极管且提供功率转换器的一同步整流。为了提高功率转换器的效率，其非常重要的是要在磁性装置运作于连续电流模式(continuous current mode，CCM)时，将同步整流器致能。当磁性装置运作于非连续电流模式(discontinuous currentmode，DCM)或连续电流模式下，系统特性与电路行为是不同地。并且，为了让系统回路稳定，连续电流模式/非连续电流模式的回路补偿应为不同。因此，若可辨识出连续电流模式运作，即有助于功率转换器与功率修正因子(powerfactor correction，PFC)电路，以达到更佳效能。连续电流模式与非连续电流模式的详细描述可参考美国专利第7,518,416号“Method and apparatus for detectingswitching current of magnetic device operated in continuous current mode”与美国专利第7,570,038号“Control circuit to reduce reverse current of synchronous rectifier”。
请参阅图1，其为现有切换电路的电路图。如图所示，切换电路包含一磁性装置10、一功率晶体管20、一电流感测装置30与一控制电路50。磁性装置10的一端接收一输入电压VIN。磁性装置10的另一端耦接功率晶体管20的一汲极。电流感测装置30耦接于功率晶体管20的一源极与一接地端的间。控制电路50产生一切换讯号VG至功率晶体管20的一闸极，以控制功率晶体管20切换磁性装置10。一切换电流IP将随切换讯号VG的致能而产生。也就是说，切换电流IP被切换讯号VG致能。流经电流感测装置30的切换电流IP将产生一电流讯号VP至控制电路50。电流讯号VP随磁性装置10的切换电流IP而产生。控制电路50依据回授讯号VFB与电流讯号VP产生切换讯号VG。
发明内容
本发明目的之一，在于提供一种侦测方法及装置，以侦测磁性装置的运作模式，磁性装置包含电感、变压器及/或一马达的绕组等。
本发明目的之一，在于提供一种侦测方法及装置，以侦测磁性装置的连续电流模式运作，磁性装置包含电感、变压器及/或马达的绕组等。
本发明的技术方案是这样实现的：一种侦测磁性装置的连续电流模式运作的方法，其包含有：
依据该磁性装置的一切换电流产生一电流讯号；
取样该电流讯号以产生一第一电流讯号与一第二电流讯号；以及
依据该第一电流讯号与该第二电流讯号产生一模式讯号；
其中，该切换电流被一切换讯号致能，该第一电流讯号相关于在该切换讯号的导通期间的该切换电流的一平均值，该第二电流讯号相关于在该切换讯号的导通期间的该切换电流的一峰值，该模式讯号表示该磁性装置运作于一连续电流模式或一非连续电流模式。
本发明中，更包含依据该切换讯号的一致能，而产生一第一取样讯号与一第二取样讯号，该第一取样讯号与该第二取样讯号用于分别产生该第一电流讯号与该第二电流讯号，且该第二取样讯号的一脉波宽度较长于该第一取样讯号的一脉波宽度。
本发明中，其中该第一电流讯号被取样于该切换讯号的该导通时间的中间点，而该第二电流讯号被取样于该切换讯号的该导通时间的结束点。
本发明中，其中两倍的该第一电流讯号高于该第二电流讯号时，该模式讯号则致能。
本发明还公开了一种侦测磁性装置的连续电流模式运作的装置，其包含有：
一第一取样电路，取样一电流讯号以产生一第一电流讯号，该电流讯号相关于该磁性装置的一切换电流；
一第二取样电路，取样该电流讯号以产生一第二电流讯号；以及
一仲裁器，依据该第一电流讯号与该第二电流讯号产生一模式讯号，该模式讯号表示该磁性装置运作于一连续电流模式或一非连续电流模式。
本发明中，其中该切换电流被一切换讯号致能，该第一电流讯号相关于该切换讯号的导通期间的该切换电流的一平均值，该第二电流讯号相关于该切换讯号的导通期间的该切换电流的一峰值。
本发明中，更包含一PWM电路，其产生该切换讯号以切换该磁性装置。
本发明中，其中该第一电流讯号被取样于一切换讯号的导通时间的中间点，而该第二电流讯号被取样于该切换讯号的导通时间的结束点。
本发明中，其中两倍的该第一电流讯号高于该第二电流讯号时，该仲裁器致能该模式讯号。
本发明中，更包含一讯号产生器，其依据一切换讯号的致能，产生一第一取样讯号与一第二取样讯号，该第一取样讯号与该第二取样讯号用于分别产生该第一电流讯号与该第二电流讯号，且该第二取样讯号的一脉波宽度长于该第一取样讯号的一脉波宽度。
本发明中，更包含一电流感测装置，其依据该磁性装置的该切换电流产生该电流讯号。
本发明中，更包含一电压对电流转换器，其转换该第一电流讯号与该第二电流讯号为一平均电流与一峰值电流，该仲裁器依据该平均电流与该峰值电流产生该模式讯号。
本发明具有的有益效果：本发明所述侦测磁性装置的连续电流模式运作的装置与所述侦测磁性装置的连续电流模式运作的方法，依据该第一电流讯号与该第二电流讯号产生一模式讯号，该模式讯号表示磁性装置运作于连续电流模式或非连续电流模式。
附图说明
图1是一现有切换电路的电路图；
图2是本发明的一较佳实施例的切换电流与切换讯号的波形图；
图3是本发明的控制电路的一较佳实施例的电路图；
图4是图3的取样讯号的波形图；
图5是图3的电压对电流转换器的一较佳实施例的电路图；
图6是图3的仲裁器的一较佳实施例的电路图；
图7是图3的讯号产生器的一较佳实施例的电路图；及
图8是图3的PWM电路的一较佳实施例的电路图。
【图号对照说明】
10    磁性装置            20    功率晶体管
30    电流感测装置        50    控制电路
51    开关                52    电容
53    开关                55    电容
61    开关                62    电容
63    开关                65    电容
70    电压对电流转换器    71    运算放大器
72    晶体管              73    电阻
772   晶体管              773   电流源
776   反相器              775   电容
777   反相器              778   缓冲器
779   与门                782   晶体管
783   电流源              785   电容
786   反相器              787   反相器
792   晶体管              793   电流源
795   电容                796   反相器
799   与门                80    电压对电流转换器
85    晶体管              86    晶体管
860   震荡器              870   D型正反器
875   与门                880   反相器
885   比较器              90    仲裁器
92    晶体管              93    晶体管
95    反相器              100   讯号产生器
200   PWM电路             CLR   清除讯号
I      输出讯号        I1    平均电流
2I1    电流            I2    峰值电流
I72    电流            IA    门坎电流
IB     平均电流        IC    峰值电流
IP     切换电流        PLS   脉波讯号
Q      输出            T1    时序
T2     时序            T3    时序
T4     时序            TB    时序
TC     时序            TW    脉波宽度
V      输入讯号        VB    第一电流讯号
VC     第二电流讯号    VCC   供应电压
VFB    回授讯号        VG    切换讯号
VIN    输入电压        VP    电流讯号
R      重置输入        SB    第一取样讯号
SC     第二取样讯号    SM    模式讯号
ST     取样讯号
具体实施方式
为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：
请参阅图2，其是切换电流IP与切换讯号VG的波形图。如图所示，切换讯号VG与切换电流IP随功率晶体管20的导通而产生。脉波宽度TW为切换讯号VG的一导通时间(on-time)。时序TB为切换讯号VG的导通时间的中间点。时序TC为切换讯号VG的导通时间的结束点。当切换讯号VG致能时，若一门坎电流IA存在于切换电流IP，则表示磁性装置10运作于连续电流模式(CCM)。假如门坎电流IA为零，即表示磁性装置10运作于非连续电流模式(DCM)。一平均电流IB为切换讯号VG的导通期间的切换电流IP的一平均值。一峰值电流IC为切换讯号VG的导通期间的切换电流IP的一峰值。假如两倍的平均电流IB高于峰值电流IC，则门坎电流IA必定高于零且磁性装置10将运作于连续电流模式。换言之，假如两倍的平均电流IB小于峰值电流IC，则门坎电流IA必定等于零，而磁性装置10将运作于非连续电流模式。磁性装置10包含电感、变压器及/或一马达的绕组等等。
请参阅图3，其是本发明的控制电路50的一较佳实施例的电路图。如图所示，控制电路50包含一讯号产生器(SG)100、一PWM电路(PWM)200、一第一取样电路、一第二取样电路、电压对电流转换器(V/I)70、80与一仲裁器(ARBITER)90。PWM电路200依据回授讯号VFB与电流讯号VP产生切换讯号VG。讯号产生器100耦接PWM电路200并依据切换讯号VG产生一第一取样讯号SB、一第二取样讯号SC与一取样讯号ST。第一取样电路包含开关51、53与电容52、55。开关51受控于第一取样讯号SB，并耦接于电流讯号VP与电容52之间。电容52耦接于开关51与接地端之间。开关53受控于取样讯号ST，并耦接电容55与电容52的一讯号之间。电容55耦接于开关53与接地端之间。一第一电流讯号VB产生于电容55。简而言之，第一取样电路耦接讯号产生器100，以接收第一取样讯号SB与取样讯号ST。并且，第一取样电路依据第一取样讯号SB与取样讯号ST取样电流讯号VP，以产生第一取样讯号VB。
第二取样电路包含开关61、63与电容62、65。开关61受控于第二取样讯号SC，并耦接电容62与电流讯号VP之间。电容62耦接于开关61与接地端之间。开关63受控于取样讯号ST，并耦接于电容65与电容62的一讯号之间。电容65耦接于开关63与接地端之间。电容65产生一第二电流讯号VC。简而言之，第二取样电路耦接讯号产生器100，并接收第二取样讯号SC与取样讯号ST。并且，第二取样电路依据第二取样讯号SC与取样讯号ST取样电流讯号VP，并产生第二电流讯号VC。如上述所提到，第一取样讯号SB与第二取样讯号SC分别用于产生第一电流讯号VB与第二电流讯号VC。第一取样电路与第二取样电路藉由取样电流讯号VP，而产生第一电流讯号VB与第二电流讯号VC。
电压对电流转换器70耦接第一取样电路并接收第一电流讯号VB，以产生一平均电流I1。电压对电流转换器80耦接第二取样电路并接收第二电流讯号VC，以产生一峰值电流I2。第一电流讯号VB与第二电流讯号VC经由电压对电流转换器70、80被转换为平均电流I1与峰值电流I2。平均电流I1与峰值电流I2耦接仲裁器90，以产生一模式讯号SM。在此方式中，第一电流讯号VB相关于切换讯号VG的导通期间的电流讯号VP的一平均值。第二电流讯号VC相关于切换讯号VG的导通期间的电流讯号VP的一峰值。电流讯号VP相关于切换电流IP(如图2所示)。因此，第一电流讯号VB相关于切换讯号VG的导通期间的切换电流IP的平均值，而第二电流讯号VC相关于切换讯号VG的导通期间的切换电流IP的峰值。模式讯号SM依据第一电流讯号VB与第二电流讯号VC而产生。模式讯号SM表示磁性装置运作于连续电流模式或非连续电流模式。
请参阅图4，其是本发明的一较佳实施例的取样讯号SB、SC与ST以及切换讯号VG的波形图。如图所示，第一取样讯号SB与第二取样讯号SC是随切换讯号VG的致能而产生。此外，第一取样讯号SB产生于切换讯号VG的导通期间。第二取样讯号Sc与切换讯号VG是同相位，且脉波宽度也相同。取样讯号ST产生于切换讯号VG的导通时间之后。同时，取样讯号SB、SC与切换讯号VG皆具有位在时序T1的上升边缘。第二取样讯号SC与切换讯号VG具有位在时序T3的下降边缘。在时序T1与时序T3之间，第一取样讯号SB具有位在时序T2的下降边缘。
第二取样讯号SC的脉波宽度大于第一取样讯号SB的脉波宽度。因为第一取样讯号SB被禁能在切换讯号VG的导通时间的中间点(时序T2)，且第二取样讯号SC被禁能在切换讯号VG的导通时间的结束点(时序T3)。因此，第一电流讯号VB(如图3所示)被取样于切换讯号VG的导通时间的中间点，且第二电流讯号VC(如图3所示)被取样于切换讯号VG的导通时间的结束点。藉由取样讯号ST将储存于电容52与62的讯号分别转换至电容55与65。取样讯号ST被产生于第二取样讯号SC的结束点之后，而在时序T4与时序T5，之间。
请参阅图5，其是本发明的电压对电流转换器的一较佳实施例的电路图。如图所示，每一电压对电流转换器70与80包含一运算放大器71、一晶体管72、一电阻73与由晶体管85与86构成的一电流镜。运算放大器71的正输入端接收一输入讯号V。输入讯号V为第一电流讯号VB或第二电流讯号VC(如图3所示)。运算放大器71的一负输入端耦接晶体管72的一源极。晶体管72的一闸极耦接运算放大器71的一输出端。电阻73耦接于运算放大器71与接地端之间。
藉由输入讯号V除以电阻73，以产生一电流I72于晶体管72的一汲极。晶体管85的一汲极接收电流I72。晶体管85与晶体管86的闸极相互耦接，且晶体管85与晶体管86的闸极耦接晶体管85与晶体管72的汲极。晶体管85与晶体管86的源极耦接一供应电压VCC。一输出讯号I随电流I72产生于晶体管86的一汲极。输出讯号I为平均电流I1或峰值电流I2(如图3所示)。换言之，晶体管85的汲极接收电流I72并藉由电流镜镜射电流I72至晶体管86的汲极。因此，电流镜接收电流I72以产生输出讯号I。电压对电流转换器接收输入讯号V以产生输出讯号I。
请参阅图6，其是本发明的仲裁器90的一较佳实施例的电路图。如图所示，仲裁器90包含一反相器95与晶体管92、93形成的一电流镜。晶体管92的一汲极接收平均电流I1。晶体管92与晶体管93的闸极相互耦接，且晶体管92与晶体管93的闸极耦接晶体管92的汲极。晶体管92与晶体管93的源极耦接于接地端。然而，晶体管93的几何尺寸为晶体管92的几何尺寸的两倍。藉由晶体管92、93形成的电流镜，晶体管93的一汲极产生一电流2I1，电流2I1为平均电流I1的两倍。
反相器95耦接晶体管93的汲极与峰值电流I2。经由反相器95并比较峰值电流I2与电流2I1，而产生模式讯号SM，且电流2I1为两倍的平均电流I1。假如两倍的平均电流I1(电流2I1)高于峰值电流I2，则模式讯号SM将被致能(高逻辑)。因此，假如两倍的第一电流讯号VB高于第二电流讯号VC(如图3所示)时，模式讯号SM则被致能。同时，模式讯号SM表示磁性装置运作于连续电流模式。换言之，假如两倍的第一电流讯号VB低于第二电流讯号VC时，模式讯号SM则被禁能，且磁性装置运作于非连续电流模式。
请参阅图7，其是本发明的讯号产生器100的一较佳实施例的电路图。如图所示，一晶体管772的一闸极经由一反相器776接收切换讯号VG。切换讯号VG经由反相器776控制晶体管772。一电流源773耦接于供应电压VCC与晶体管772的一汲极之间。晶体管772的一源极耦接于接地端。一电容775连接晶体管772的汲极与接地端之间。晶体管772并联电容775，一旦晶体管772导通，电容775则会放电。电流源773连接于供应电压VCC，用于在晶体管772截止时对电容775充电。因此，电流源773与电容775的电容值决定跨在电容775的电压的脉波宽度(如图4所示，在时序T1与时序T2之间)。
切换讯号VG更传送至一与门779的一输入端。与门779的另一输入端经由一反相器777耦接电容775与晶体管772的汲极。因此，与门779的一输出端产生第一取样讯号SB，且电流源773与电容775的电容值决定第一取样讯号SB的脉波宽度(在时序T1与时序T2之间)。第二取样讯号SC经由一缓冲器778而随切换讯号VG所产生，缓冲器778耦接切换讯号VG。第二取样讯号SC的脉波宽度(如图4所示，在时序T1与时序T3之间)相关于切换讯号VG。
切换讯号VG经由一晶体管782的一闸极控制晶体管782。一电流源783耦接供应电压VCC与晶体管782的一汲极之间。晶体管782的一源极耦接于接地端。一电容785连接于晶体管782的汲极与接地端之间。晶体管782并联于电容785，一旦晶体管782导通时电容785则放电。电流源783连接供应电压VCC，用于在晶体管782截止时对电容785充电。因此，电流源783与电容785的电容值决定跨在电容785的电压的脉波宽度(如图4所示，在时序T3与时序T4之间)。
一晶体管792的一闸极经由一反相器787耦接电容785与晶体管782的汲极。一电流源793耦接于供应电压VCC与晶体管792的一汲极之间。晶体管792的一源极耦接于接地端。一电容795连接于晶体管792的汲极与接地端之间。晶体管792并联电容795，一旦晶体管792导通则对电容795进行放电。电流源793连接供应电压VCC，用于在晶体管792截止时对电容795进行充电。因此，电流源793与电容795的电容值决定跨在电容795的电压的脉波宽度(如图4所示，在时序T4与时序T5之间)。
复参阅图7，一与门799的一第一输入端经由一反相器796耦接电容795与晶体管792的汲极。与门799的一第二输入端耦接电容785与晶体管782的汲极。与门799的一第三输入端经由一反相器786接收切换讯号VG。因此，与门799的一输出端产生取样讯号ST，且电流源793与电容795的电容值决定取样讯号ST的脉波宽度(在时序T4与时序T5之间)。
请参阅图8，其是本发明的PWM电路200的一较佳实施例的电路图。如图所示，PWM电路200包含一震荡器(OSC)860、一反相器880、一D型正反器870、一与门875与一比较器885。震荡器860产生一脉波讯号PLS。D型正反器870的一频率输入端ck经由反相器880接收脉波讯号PLS。反相器880耦接于震荡器860与D型正反器870的频率输入端ck之间。供应电压VCC提供至D型正反器870的一D输入端。来自功率转换器的输出端的回授讯号VFB供应至比较器885的一正输入端。比较器885的一负输入端连接电流感测装置30(如图1所示)，以接收电流讯号VP。D型正反器870的一重置输入端R耦接比较器885的一输出端，以接收一清除讯号CLR。与门875的一第一输入端耦接反相器880的一输出端。与门875的一第二输入端耦接D型正反器870的一输出端Q。与门875的一输出端依据脉波讯号PLS与清除讯号CLR以产生切换讯号VG，而切换功率晶体管20(如图1所示)。当电流讯号VP高于回授讯号VFB时，比较器885产生清除讯号CLR，以周期性的禁能切换讯号VG。因此，功率转换器的输出可被调整。
综上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims (12)

1.一种侦测磁性装置的连续电流模式运作的方法，其特征在于，其包含有：
依据该磁性装置的一切换电流产生一电流讯号；
取样该电流讯号以产生一第一电流讯号与一第二电流讯号；以及
依据该第一电流讯号与该第二电流讯号产生一模式讯号；
其中，该切换电流被一切换讯号致能，该第一电流讯号相关于在该切换讯号的导通期间的该切换电流的一平均值，该第二电流讯号相关于在该切换讯号的导通期间的该切换电流的一峰值，该模式讯号表示该磁性装置运作于一连续电流模式或一非连续电流模式。
2.如权利要求1所述的侦测磁性装置的连续电流模式运作的方法，其特征在于，更包含依据该切换讯号的一致能，而产生一第一取样讯号与一第二取样讯号，该第一取样讯号与该第二取样讯号用于分别产生该第一电流讯号与该第二电流讯号，且该第二取样讯号的一脉波宽度长于该第一取样讯号的一脉波宽度。
3.如权利要求1所述的侦测磁性装置的连续电流模式运作的方法，其特征在于，其中该第一电流讯号被取样于该切换讯号的该导通时间的中间点，而该第二电流讯号被取样于该切换讯号的该导通时间的结束点。
4.如权利要求1所述的侦测磁性装置的连续电流模式运作的方法，其特征在于，其中两倍的该第一电流讯号高于该第二电流讯号时，该模式讯号则致能。
5.一种侦测磁性装置的连续电流模式运作的装置，其特征在于，其包含有：
一第一取样电路，取样一电流讯号以产生一第一电流讯号，该电流讯号相关于该磁性装置的一切换电流；
一第二取样电路，取样该电流讯号以产生一第二电流讯号；以及
一仲裁器，依据该第一电流讯号与该第二电流讯号产生一模式讯号，该模式讯号表示该磁性装置运作于一连续电流模式或一非连续电流模式。
6.如权利要求5所述的侦测磁性装置的连续电流模式运作的装置，其特征在于，其中该切换电流被一切换讯号致能，该第一电流讯号相关于该切换讯号的导通期间的该切换电流的一平均值，该第二电流讯号相关于该切换讯号的导通期间的该切换电流的一峰值。
7.如权利要求6所述的侦测磁性装置的连续电流模式运作的装置，其特征在于，更包含一PWM电路，其产生该切换讯号以切换该磁性装置。
8.如权利要求5所述的侦测磁性装置的连续电流模式运作的装置，其特征在于，其中该第一电流讯号被取样于一切换讯号的导通时间的中间点，而该第二电流讯号被取样于该切换讯号的导通时间的结束点。
9.如权利要求5所述的侦测磁性装置的连续电流模式运作的装置，其特征在于，其中两倍的该第一电流讯号高于该第二电流讯号时，该仲裁器致能该模式讯号。
10.如权利要求5所述的侦测磁性装置的连续电流模式运作的装置，其特征在于，更包含一讯号产生器，其依据一切换讯号的致能，产生一第一取样讯号与一第二取样讯号，该第一取样讯号与该第二取样讯号用于分别产生该第一电流讯号与该第二电流讯号，且该第二取样讯号的一脉波宽度长于该第一取样讯号的一脉波宽度。
11.如权利要求5所述的侦测磁性装置的连续电流模式运作的装置，其特征在于，更包含一电流感测装置，其依据该磁性装置的该切换电流产生该电流讯号。
12.如权利要求5所述的侦测磁性装置的连续电流模式运作的装置，其特征在于，更包含一电压对电流转换器，其转换该第一电流讯号与该第二电流讯号为一平均电流与一峰值电流，该仲裁器依据该平均电流与该峰值电流产生该模式讯号。
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