CN102255480A - 电源转换装置及其脉宽调变信号控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电源转换装置及其脉宽调变信号控制装置，该脉宽调变信号控制装置包括信号引脚、核心电路、设定判断电路、信号调整及选择电路以及计时电路。信号引脚连接设定元件，用以接收外部输入信号。设定判断电路接收设定信号，比较设定信号与参考值，并藉以产生设定判断结果。信号调整及选择电路在第一状态时耦接信号引脚至设定判断电路并依据设定元件调整外部输入信号为设定信号，并于第二状态时耦接信号引脚至核心电路，设定信号依据设定元件所产生。计时电路产生选择信号。计时电路控制信号调整及选择电路的状态，其中计时电路于预定时间周期内使信号调整及选择电路位于第一状态。

Description

电源转换装置及其脉宽调变信号控制装置

技术领域

本发明涉及一种电源转换装置，且特别涉及一种电源转换装置及其脉宽调变信号控制装置。

背景技术

由于现今的电子产品的多功能化，通过一种所谓的功率转换装置(powerconverter)来产生并提供不同的操作电源是一种很受欢迎的方式。其中，电源转换装置通过利用脉宽调变(Pulse Width Modulation，PWM)信号来对功率晶体管开关(power transistor switch)进行切换，以达成电源间的转换动作。

脉宽调变信号通常通过脉宽调变信号控制装置来产生。而在脉宽调变信号控制装置被集成电路(Integrated Circuit，IC)化的状况下，为增加脉宽调变信号控制装置新的功能，常需要增加额外的引脚来提供额外的输入信号。由于在集成电路中，这些额外的引脚，将会在脉宽调变信号控制装置的电路布局中占去较大的电路面积，而使电路成本增加。另外，在总引脚数增加的情况下，集成电路化的脉宽调变信号控制装置将可能必须变更其封装的型态，而使得承载脉宽调变信号控制装置的电路板也要对应修改。换句话说，这个增加额外的引脚的动作，将衍生许多麻烦的工程问题。

发明内容

本发明提供一种脉宽调变信号控制装置，使模式设定功能可以通过信号引脚来完成，不需要多余的引脚。

本发明提供一种电源转换装置，其脉宽调变信号控制装置的模式设定功能可以通过信号引脚来完成，不需要多余的引脚。

本发明提出一种脉宽调变信号控制装置，包括信号引脚、核心电路、设定判断电路、信号调整及选择电路以及计时电路。信号引脚连接设定元件，用以接收外部输入信号。设定判断电路接收设定信号，比较设定信号与参考值，并藉以产生设定判断结果。信号调整及选择电路耦接信号引脚，位于第一状态时耦接信号引脚至设定判断电路并依据设定元件调整外部输入信号为设定信号，以及位于一第二状态时耦接信号引脚至核心电路。其中设定信号依据设定元件所产生。计时电路产生选择信号。计时电路耦接信号调整及选择电路以控制信号调整及选择电路的状态，其中计时电路于预定时间周期内使信号调整及选择电路位于第一状态。

在本发明的一实施例中，上述的设定判断电路包括比较器，用以接收外部输入信号以及参考值，并比较设定信号与参考值以产生设定判断结果。

在本发明的一实施例中，上述的设定判断电路还包括锁存器。锁存器耦接比较器，依据锁存信号来锁存设定判断结果。

在本发明的一实施例中，上述的计时电路还在计时达到预定时间周期时，产生锁存信号。

在本发明的一实施例中，上述的设定判断电路包括第一模数转换器以及处理器。第一模数转换器耦接信号引脚，接收并转换模拟格式的设定信号为数位格式。处理器接收数位格式的设定信号，并依据比较数位格式的设定信号与参考值，以产生设定判断结果。

在本发明的一实施例中，上述的设定判断电路还包括寄存器。寄存器耦接模数转换器，依据锁存信号来锁存数位格式设定信号。

在本发明的一实施例中，上述的脉宽调变信号控制装置还包括第二模数转换器。第二模数转换器耦接处理器，接收模拟格式的反馈信号，并转换模拟格式的反馈信号为数位格式。其中，反馈信号为反馈电压及反馈电流的至少其中之一。

在本发明的一实施例中，上述的处理器接收数位格式的反馈信号，并依据数位格式的反馈信号来产生保护信号。

在本发明的一实施例中，上述的脉宽调变信号控制装置还包括脉宽调变信号产生电路。脉宽调变信号产生电路耦接设定判断电路，依据设定判断结果及保护信号来产生至少一脉宽调变信号。

在本发明的一实施例中，上述的信号调整及选择电路包括电流源、第一开关元件以及第二开关元件。电流源耦接信号引脚。第一开关元件串接在电流源以及参考电压间。第二开关元件串接于核心电路与信号引脚间。其中，当第一开关元件导通时，电流源提供调整电流通过参考电阻，并藉以调整外部输入信号为设定信号。

本发明另提出一种电源转换装置，包括至少一电源转换电路以及脉宽调变信号控制装置。脉宽调变信号控制装置耦接电源转换电路，用以产生至少一脉宽调变信号以控制电源转换电路的电源转换动作，脉宽调变信号控制装置包括信号引脚、核心电路、设定判断电路、信号调整及选择电路以及计时电路。信号引脚连接设定元件，用以接收外部输入信号。设定判断电路接收设定信号，比较设定信号与参考值，并藉以产生设定判断结果。信号调整及选择电路耦接信号引脚，位于第一状态时耦接信号引脚至设定判断电路并依据设定元件调整外部输入信号为设定信号以及位于第二状态时耦接信号引脚至核心电路，其中设定信号依据设定元件所产生。计时电路产生选择信号。计时电路耦接信号调整及选择电路以控制信号调整及选择电路的状态，其中计时电路于预定时间周期内使信号调整及选择电路位于第一状态。

在本发明的一实施例中，上述的电源转换电路为直流转直流电源转换电路、直流转交流电源转换电路或交流转直流电源转换电路。

基于上述，本发明通过计时电路依据脉宽调变信号控制装置的操作电源被供应的时间点来进行计时。并依据计时的结果来通过信号调整及选择电路调整外部输入信号为设定信号以完成模式设定的功能。如此一来，模式设定功能可以通过信号引脚来完成，并不需要提供额外的引脚，有效节省电路面积。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

附图说明

图1所示为本发明的一实施例的脉宽调变信号控制装置100的示意图。

图2A所示为脉宽调变信号控制装置200的一实施方式的示意图。

图2B所示为图2A的实施方式的动作波形图。

图3所示为本发明另一实施例的脉宽调变信号控制装置300的示意图。

图4A～4C分别为本发明三种实施例的电源转换装置400的示意图。

主要元件符号说明

100、200、300：脉宽调变信号控  110、310：信号引脚；制装置；

120、320：信号调整及选择电路； 130、330：设定判断电路；

140、340：核心电路；           150、350：计时电路；

121：电压耦合元件；            131：比较器；

122、123、322、323：开关元件； 132：锁存器；

360、331：模数转换器；         370：脉宽调变信号产生电路；

332：寄存器；                  333：处理器；

321：电流源；                  400：电源转换装置；

410～430：电源转换电路；       Vref：参考值；

START：起始计数标记；          Td：延迟时间；

PGOOD、VDC、VAC：电压；        PROT：保护信号；

IFB、dIFB：反馈电流；          VFB、dVFB：反馈电压；

MSET、dMSET：设定信号；        SEL、SEL1、SEL2：选择信号；

Vdd：外部输入信号；            Rref：参考电阻；

MODE_SET：设定判断结果；       SETF：锁存信号；

PWM_OUT：脉宽调变信号；        TA：临界时间点。

具体实施方式

请参照图1，图1所示为本发明的一实施例的脉宽调变信号控制装置100的示意图。脉宽调变信号控制装置100包括信号引脚110、信号调整及选择电路120、设定判断电路130、核心电路140以及计时电路150。以集成电路化的脉宽调变信号控制装置100为范例，脉宽调变信号控制装置100通过信号引脚110外接一设定元件，并通过设定元件接收一参考准位信号，在本实施例为外部输入信号Vdd。

信号调整及选择电路120耦接信号引脚110，并依据选择信号SEL耦接信号引脚110至核心电路140，或是调整外部输入信号Vdd为设定信号MSET并耦接信号引脚110至设定判断电路130。

具体说明，信号调整及选择电路120依据选择信号SEL来进行外部输入信号Vdd的调整及耦接的动作。举例来说，当选择信号SEL为第一准位时(例如是逻辑低准位“0”)，信号调整及选择电路120此时位于第一状态以调整外部输入信号Vdd为另一个电压准位的设定信号MSET。并且，信号调整及选择电路120将耦接信号引脚110至设定判断电路130以传送设定信号MSET至设定判断电路130。在此请注意，设定信号MSET是依据设定元件的一电性特征来设定。在本实施例中，设定元件为参考电阻Rref，故设定信号MSET是依据参考电阻Rref的阻值来设定的，在其他实施例，设定元件也可以是电容、二极管等。也就是说，使用者可以通过改变外接的设定元件的电性特征值，例如：参考电阻Rref的阻值，来达到改变设定信号MSET的目的，并进而对脉宽调变信号控制装置100进行不同的模式设定。

此外，当选择信号SEL为第二准位时(例如是逻辑高准位“1”)，信号调整及选择电路120此时位于的第二状态以耦接信号引脚110至核心电路140，使核心电路140可以根据外部输入信号Vdd来正常的作动。在本实施例中，核心电路140可以是所谓的电源优良控制电路，也就是判断脉宽调变信号控制装置100所控制的一转换电路(未图示)的一输出电压是否已接近或上升到一个稳定不改变的准位，以获知是否可以产生一电源优良信号以通知其他电路开始运作。

选择信号SEL是由计时电路150所产生。其中，计时电路150依据脉宽调变信号控制装置100的操作电源(在本实施例中，操作电源等同于外部输入信号Vdd)被供应的时间点来进行计时。当计时电路150的计时结果小于一个预先设定好的时间周期时，计时电路150产生选择信号SEL使信号调整及选择电路120将耦接信号引脚110至设定判断电路130以将设定信号MSET传送至设定判断电路130。相对的，在当计时电路150的计时结果大于或等于预定时间周期时，计时电路150改变所产生的选择信号SEL使信号调整及选择电路120耦接信号引脚110至核心电路140以直接连接外部输入信号Vdd至核心电路140。

更仔细一点来说明，当脉宽调变信号控制装置100的操作电源刚开始上升至稳定的状态。此时，脉宽调变信号控制装置100刚开始运作。由于处于模式配置阶段，脉宽调变信号控制装置100所控制的转换电路尚未开始运作，因此，转换电路的输出电压尚未接近一预定的电压值，核心电路140并不需要动作。在此，信号调整及选择电路120将设定信号MSET传送至设定判断电路130，以使设定判断电路130针对设定信号MSET与参考值的比较动作。计时电路150经过预设的时间周期之后，允许设定判断电路130输出模式设定信号MODE_SET。于此同时，脉宽调变信号控制装置100控制的一转换电路开始运作，而信号调整及选择电路120则直接连接外部输入信号Vdd至核心电路140，使核心电路140可以开始动作以判断输出电压的状态。如此一来，通过单一个信号引脚110，就可以完成脉宽调变信号控制装置100的模式设定以及原有的核心电路140等两个不同的动作，并不需要增加额外的引脚。

在此，设定判断电路130的比较动作是针对设定信号MSET与参考值的大小来进行比较。当参考值只有一个数值时，设定判断电路130可以通过这个比较动作来获得可以设定两个模式的设定判断结果MODE_SET(例如设定判断结果MODE_SET为一个位元的信号)。当然，若参考值包括有多个数值时，设定判断电路130可以通过这个比较动作来获得可以设定更多模式的设定判断结果MODE_SET(例如设定判断结果MODE_SET为多个位元的信号)。而脉宽调变信号控制装置100即可根据设定判断结果MODE_SET，于复数个操作模式中，对应决定操作于何操作模式。

举个实际的例子来说明，如果参考值只有一个数值V1时，可以通过设定信号MSET是否大于数值V1来获得可设定两个模式的设定判断结果MODE_SET。若是参考值包括两个不同的数值V1及V2且数值V1大于V2时，可以通过设定信号MSET是大于数值V1、介于数值V1与V2间或是小于数值V2来获得可设定三个模式的设定判断结果MODE_SET。

值得一提的，为使设定判断电路130所产生的设定判断结果MODE_SET可以稳定的呈现，当计时电路150的计时达到预定时间周期时，还产生锁存信号SETF。锁存信号SETF被传送至设定判断电路130，而设定判断电路130则依据锁存信号SETF来锁存住其所产生的设定判断结果MODE_SET。

接着请参照图2A，图2A所示为脉宽调变信号控制装置200的一实施方式的示意图。在图2A所示中，信号调整及选择电路120包括电压耦合元件121以及开关元件122、123。电压耦合元件121耦接信号引脚110以接收外部输入信号Vdd。开关元件123串接在电压耦合元件121以及参考电压GND间，受控于选择信号SEL1。开关元件122串接于核心电路140与信号引脚110间，受控于选择信号SEL2。其中，当开关元件123导通时，电压耦合元件121耦合信号引脚110上的电压以产生设定信号MSET。并且，开关元件123及开关元件122并不会同时截止，在配置阶段，初始状态开关元件122和开关元件123都导通，接着开关元件122截止，表示脉宽调变信号控制装置200在进行模式设定动作。相对的，当脉宽调变信号控制装置200完成模式设定动作后，开关元件122被导通以连接外部输入信号Vdd至核心电路140，在此之后，开关元件123被截止。

设定判断电路130则包括比较器131以及锁存器132。比较器131接收设定信号MSET以及参考值Vref，并比较设定信号MSET与参考值Vref以产生设定判断结果MODE_SET。锁存器132耦接比较器131，依据锁存信号SETF来锁存设定判断结果MODE_SET。

以下请同步参照图2A及图2B，其中图2B所示为图2A的实施方式的动作波形图。在外部输入信号Vdd稳定被提供至信号引脚110并经一延迟时间Td后，计时电路150依据起始计数标记START开始计时动作。此时，由于计时尚未达到预定时间周期，因此，信号引脚110上的电压PGOOD被调整为设定信号MSET。同时，计时电路150产生逻辑高准位的选择信号SEL2以截止开关元件122，并使设定信号MSET被耦合到比较器131上，以与参考值Vref进行比较，并进而产生设定判断结果MODE_SET。而在计时电路150的计时到达到预定时间周期，即在临界时间点TA时，计时电路150产生锁存信号SETF来锁存设定判断结果MODE_SET，并产生逻辑低准位的选择信号SEL2来导通开关元件122，在此之后，计时电路150还产生逻辑高准位的选择信号SEL1以截止开关元件123以使外部输入信号Vdd被直接连接至核心电路140。

以下请参照图3，图3所示为本发明另一实施例的脉宽调变信号控制装置300的示意图。脉宽调变信号控制装置300除包括信号引脚310、信号调整及选择电路320、设定判断电路330、核心电路340以及计时电路350外，还包括模数转换器360以及脉宽调变信号产生电路370。

与图2A所示的实施方式不同的是，本实施例中的设定判断电路330包括模数转换器331、寄存器332以及处理器333。其中，模数转换器331耦接信号引脚310以接收并转换模拟格式的设定信号MSET为数位格式的设定信号dMSET。寄存器332则耦接至模数转换器331以接收数位格式的设定信号dMSET。寄存器332另耦接至计时电路350以接收锁存信号SETF，并通过锁存信号SETF来锁存数位格式的设定信号dMSET。

处理器333耦接寄存器332以接收寄存器332所锁存的数位格式的设定信号dMSET。处理器333另耦接至模数转换器360以及脉宽调变信号产生电路370。其中，模数转换器360接收模拟格式的反馈信号，这个反馈信号为反馈电压VFB及反馈电流IFB的至少其中之一。在此，反馈电压VFB及反馈电流IFB为由脉宽调变信号控制装置300所应用的电源转换装置(未图示)的输出端所反馈的电压及电流信号。

模数转换器360转换所接收的反馈电压VFB及反馈电流IFB的至少其中之一为数位格式的反馈电压dVFB及反馈电流dIFB。处理器333则接收数位格式的反馈电压dVFB及反馈电流dIFB的至少其中之一来与设定信号dMSET进行比较，并藉以判断电源转换装置是否有发生所谓的电压或电流异常的现象。在此，电压异常现象包括电压过高(over voltage)及电压过低(undervoltage)，而电流异常现象包括电流过高(over current)及电流过低(under current)等现象。

举个简单的例子来说明，当处理器333判断设定信号dMSET大于反馈电压dVFB时，表示发生电压过低现象；设定信号dMSET小于反馈电压dVFB时，表示发生电压过高现象；而设定信号dMSET大于反馈电流dIFB时，表示发生电流过低现象；设定信号dMSET小于反馈电流dIFB时，表示发生电流过高现象。

处理器333还依据上述判断出来的现象来产生保护信号PROT，而脉宽调变信号产生电路370接收处理器333所产生的保护信号PROT时进入保护模式以停止输出脉宽调变信号PWM_OUT。

此外，本实施例中的信号调整及选择电路320包括电流源321以及开关元件322、323。配置阶段，选择信号SEL1和SEL2均默认为低准位，而当计时电路350计时未达到预定时间周期时，提供选择信号SEL2来截止开关元件322(与此同时，选择信号SEL1默认为低准位以导通开关元件323)。在此同时，电流源321提供调整电流通过参考电阻Rref，并藉以调整外部输入信号Vdd为设定信号MSET。换句话说，设定信号MSET可以由参考电阻Rref的阻值大小来进行设定。而若当计时电路350计时达到预定时间周期时，计时电路350提供选择信号SEL2来导通开关元件322，然后提供选择信号SEL1来截止开关元件323，并切断电流源321所提供调整电流的流通路径，进而传送外部输入信号Vdd至核心电路340进行正常的运作。

以下请参照图4A～4C，图4A～4C分别为本发明三种实施例的电源转换装置400的示意图。在图4A中，电源转换装置400包括电源转换电路410以及脉宽调变信号控制装置300。其中，脉宽调变信号控制装置300即为前图3所示的实施例。而电源转换电路410耦接至脉宽调变信号控制装置300以接收其所产生的脉宽调变信号PWM_OUT。电源转换电路410是为直流转直流的电源转换器，接收直流电压VDC并通过脉宽调变信号PWM_OUT进行电源转换而产生直流的输出电压VOUT。

在此，脉宽调变信号控制装置300也可以被置换为图2A所示的脉宽调变信号控制装置200。而图4A所示的直流转直流的电源转换器410也可以为其他种形式的直流转直流电源转换器所置换。

在图4B中，电源转换装置400包括电源转换电路420以及脉宽调变信号控制装置300。电源转换电路420耦接至脉宽调变信号控制装置300以接收其所产生的脉宽调变信号PWM_OUT。电源转换电路420是为交流转直流的电源转换器，接收交流电压VAC并通过脉宽调变信号PWM_OUT进行电源转换而产生直流的输出电压VOUT。

在图4B中，脉宽调变信号控制装置300也可以被置换为图2A所示的脉宽调变信号控制装置200。而其中的交流转直流的电源转换器420也可以为其他种形式的交流转直流电源转换器所置换。

在图4C中，电源转换装置400包括电源转换电路430以及脉宽调变信号控制装置300。电源转换电路430耦接至脉宽调变信号控制装置300以接收其所产生的脉宽调变信号PWM_OUT。电源转换电路430是为直流转交流的电源转换器，接收直流电压VDC并通过脉宽调变信号PWM_OUT进行电源转换而产生交流的输出电压VOUT。

相同的，在图4C中，脉宽调变信号控制装置300也可以被置换为图2A所绘示的脉宽调变信号控制装置200。而其中的直流转交流的电源转换器430也可以为其他种形式的直流转交流电源转换器所置换。

综上所述，本发明利用计时器来计时，使信号引脚可以在不同的时间点分别接收外部输入信号及设定信号。并在信号引脚接收设定信号时，完成模式设定的动作。并在模式设定的动作完成后，恢复原先信号引脚所连接的核心电路原有的动作。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (12)

1.一种脉宽调变信号控制装置，其特征在于，包括：

一信号引脚，连接一设定元件，用以接收一外部输入信号；

一核心电路，耦接该信号引脚；

一设定判断电路，接收一设定信号，比较该设定信号与一参考值，并藉以产生一设定判断结果；

一信号调整及选择电路，耦接该信号引脚，该信号调整及选择电路位于一第一状态时耦接该信号引脚至该设定判断电路并依据该设定元件调整该外部输入信号为该设定信号以及位于一第二状态时耦接该信号引脚至该核心电路，其中该设定信号依据该设定元件所产生；以及

一计时电路，耦接该信号调整及选择电路以控制该信号调整及选择电路的状态，其中该计时电路于一预定时间周期内使该信号调整及选择电路位于该第一状态。

2.根据权利要求1所述的脉宽调变信号控制装置，其特征在于，其中该设定判断电路包括：

一比较器，接收该设定信号以及该参考值，并比较该设定信号与该参考值以产生该设定判断结果。

3.根据权利要求2所述的脉宽调变信号控制装置，其特征在于，其中该设定判断电路还包括：

一锁存器，耦接该比较器，其中该计时电路于该信号调整及选择电路位于该第一状态的期间内产生一锁存信号来锁存该设定判断结果。

4.根据权利要求1所述的脉宽调变信号控制装置，其特征在于，其中该设定判断电路包括：

一第一模数转换器，耦接该信号引脚，接收并转换该模拟格式的该设定信号为数位格式；

一处理器，接收数位格式的该设定信号，并依据比较数位格式的该设定信号与该参考值，以产生该设定判断结果；以及

一寄存器，耦接该模数转换器，依据一锁存信号来锁存数位格式的该设定信号。

5.根据权利要求4所述的脉宽调变信号控制装置，其特征在于，还包括：

一第二模数转换器，耦接该处理器，接收模拟格式的一反馈信号，并转换模拟格式的该反馈信号为数位格式，其中该反馈信号为一反馈电压及一反馈电流的至少其中之一，该处理器接收数位格式的该反馈信号，并依据数位格式的该反馈信号来产生一保护信号。

6.根据权利要求5所述的脉宽调变信号控制装置，其特征在于，还包括：

一脉宽调变信号产生电路，耦接该设定判断电路，依据该保护信号来决定是否产生至少一脉宽调变信号。

7.根据权利要求1所述的脉宽调变信号控制装置，其特征在于，其中该信号调整及选择电路包括：

一第一开关元件，耦接在该信号引脚以及一参考电压间；以及

一第二开关元件，耦接于该核心电路与该信号引脚间。

8.根据权利要求1所述的脉宽调变信号控制装置，其特征在于，其中该设定元件为电阻。

9.一种电源转换装置，其特征在于，包括：

至少一电源转换电路；以及

一脉宽调变信号控制装置，耦接该电源转换电路，用以产生至少一脉宽调变信号以控制该电源转换电路的电源转换动作，该脉宽调变信号控制装置包括：

一信号引脚，连接一设定元件，用以接收一外部输入信号；

一核心电路，耦接该信号引脚；

一设定判断电路，接收一设定信号，比较该设定信号与一参考值，并藉以产生一设定判断结果；

一信号调整及选择电路，耦接该信号引脚，该信号调整及选择电路位于一第一状态时耦接该信号引脚至该设定判断电路并依据该设定元件调整该外部输入信号为该设定信号以及位于一第二状态时耦接该信号引脚至该核心电路，其中该设定信号依据该设定元件所产生；以及

一计时电路，耦接该信号调整及选择电路以控制该信号调整及选择电路的状态，其中该计时电路于一预定时间周期内使该信号调整及选择电路位于该第一状态。

10.根据权利要求9所述的电源转换装置，其特征在于，其中该脉宽调变信号控制装置具有复数个操作模式，并根据该设定判断结果决定操作于对应的操作模式。

11.根据权利要求9所述的电源转换装置，其特征在于，其中该脉宽调变信号控制装置接收一反馈信号，并根据该反馈信号及该设定判断结果决定是否停止产生该至少一脉宽调变信号。

12.根据权利要求11所述的电源转换装置，其特征在于，其中该电源转换电路为直流转直流电源转换电路、直流转交流电源转换电路或交流转直流电源转换电路。

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