CN102654536B - 电感检测装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电感检测装置与方法。由于以往被动元件越做越小时，其每个被动元件几乎越来越相似，若不慎将电阻或是其它被动元件被误认为电感，且焊接在交换式电源稳压器的输出端时，常会因为此不谨慎的动作而造成交换式稳压器损坏。所以交换式稳压器最好能够提供一个检查外部元件是否正确的机制，以避免因为外部元件的放置疏失而导致交换式稳压器的本体毁坏。

Description

电感检测装置与方法

技术领域

本发明涉及一种电感检测方法，特别是涉及一种电感检测装置及其方法。

背景技术

由于可携式电子产品近年来的蓬勃发展，可有效管理其电力的电源管理IC(Power management IC)成为重要的关键零组件。电源管理IC可将电池电压转换成可携式电子产品当中不同子电路所需求的固定电压，例如：将3.3伏特转1.2伏特，或者，将3.3伏特转2.5伏特等。此类电压转换应用范围的电源管理电路，其设计重心以高效率、高精确度、低杂讯且体积小为目标。一般而言，电源转换器分为三种：交换式稳压器(Switching regulator)、线性稳压器(Liner regulator)及电荷泵稳压器(charge pump regulator)。

其中，交换式稳压器为一高效率的电压转换器，其提供的效率理论值可达100％。现今的电子系统通常为多范围的电压供应系统，当系统的外部供给的电压为单一时，便会由内建许多电压范围的交换式稳压器提供多范围的电压给系统使用。此外，为了降低功率的消耗，高效率的交换式稳压器为最为常用的选择。

接着，请参考图1，其为现有技术的交换式稳压器的内部设计，其采用PWM(脉宽调制)信号控制晶体管的开关而输出高频杂讯的输出电压(Vout)至外部电感元件与电容元件。接着，经过外部电感元件与电容元 件所组合而成的低通滤波器把高频的杂讯滤除掉后，输出一平稳且无杂讯的固定电压(VRout)给予负载。交换式稳压器一般需要外接电感与电容，以作为电源转换时滤波。

由现有技术得知，交换式稳压器的集成电路外部须装置一电感与一电容。但现有技术有以下的问题点：

1.当被动元件越做越小时，每个被动元件的外观会越来越相似，以致于常常发生将电阻或其它被动元件误认为是电感而焊在交换式电源稳压器的输出端，此一不谨慎的动作会造成交换式稳压器的损坏。

2.以往交换式稳压器因为外部的电感元件的阻抗值有不适当时，会引发过电压的现象并进而损坏交换式稳压器。现有技术并没有适当的保护机制去保护交换式稳压器，进而造成交换式稳压器损坏的情形发生。

有鉴于此，所以交换式稳压器最好主动能够提供一个检查外部元件是否正确的机制，以避免因为外部元件的放置疏失而导致交换式稳压器的本体毁坏。

发明内容

本发明的目的为提供一种电感检测装置，耦接一待测物，包含：控制单元、电流脉冲产生单元、待测物与检测单元。一电流脉冲产生单元，用以依据一控制信号以产生一电流脉冲信号至待测物；一检测单元，耦接待测物与电流脉冲产生单元，用以测量经由待测物响应该电流脉冲信号的一反射信号，并对反射信号进行计算以产生一判断信号；及一控制单元，耦接检测单元与电流脉冲产生单元，产生控制信号，并依据判断信号致能交换式稳压器以产生一输出电压。

本发明的另一目的为提供一种电感检测方法，包含以下步骤：产生一控制信号；依据控制信号产生一电流脉冲信号至一待测物；检测待测物所 产生的一反射信号，并对反射信号进行计算以产生一判断信号；及依据判断信号致能交换式稳压器以产生一输出电压。

以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使本领域的普通技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所披露的内容、申请专利范围及图式，任何本领域的普通技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。

附图说明

图1为现有技术交换式稳压器电路图；

图2为本发明的电感检测装置的实施例；

图3为本发明的电感检测装置的检测单元的第一实施例；

图4为本发明的电感检测装置的外部电感实施例；

图5为本发明的外部电感波形图的第一实施例；

图6为本发明的外部电感波形图的第二实施例；

图7为本发明的外部电感波形图的第三实施例；

图8为本发明的电感检测装置的外部电阻实施例；

图9为本发明的外部电阻波形图的实施例；

图10为本发明的电感检测装置的检测单元的第二实施例；及

图11为本发明的电感检测方法的实施例。

【主要元件符号说明】

10    交换式稳压器系统图

20    交换式稳压器

30    待测物

32    电感

34    电阻

40    电容

50    检测单元

52    比较器

54    计数器

56    判断器

58    模拟数字转换器

60    波形计算器

70    电流脉冲产生单元

100   控制单元

200    电感检测装置

P1    点

具体实施方式

由于电感具有在不同频率下拥有不同阻抗值的特性(也即，具有频率响应的特性)，而电阻具有在任何频率下皆会有相同阻抗值的特性(不具频率响应的特性)，因此，本发明利用此两种被动元件的对不同频率的频率响应的特性，来作为判断交换式电源供应器的外部被动元件是否为合适者。具体而言，本发明利用一频率信号输出至交换式稳压器的输出端元件，且依据输出端元件对此频率信号所产生的响应来辨识输出端元件为正确范围的电感或者为不正确范围的电感或者电阻。

请先参考图2，其为本发明的电感检测装置的功能方块图。其中，电感检测装置200包含：控制单元100、电流脉冲产生单元70与检测单元50。控制单元100用以发出一控制信号，并依据判断信号以产生致能信号至交换式稳压器20，以致能交换式稳压器20。电流脉冲产生单元70耦接控制单元100，用以接收控制信号以产生电流脉冲信号。待测物30一端耦接电流脉冲产生单元70，另一端耦接交换式稳压器20。待测物30接收电流脉冲信号而响应一反射信号。检测单元50，耦接待测物30与电流脉冲产生单元70，用以测量经由待测物30响应的反射信号，并进行计算以产生判断信号。

其中，控制单元100为系统主控者。测量开始由控制单元100连续发出至少一步阶信号至电流脉冲产生单元70。电流脉冲产生单元70可为一固定电流源与晶体管的组合，其晶体管的作用为一开关。当送出步阶信号对电流脉冲产生单元70的开关作进行切换的动作时，电流脉冲产生单元70的固定电流源将产生一电流脉冲信号至待测物30，当待测物30接收此电流脉冲信号会响应一反射信号。此时，检测单元50可以测量此反射信号，并利用检测单元50来判断此反射信号为电感或电阻所产生者，并且，可判断此反射信号所代表的电感的电感值是否是符合交换式稳压器20所预设的外部电感元件的电感值。当检测单元50判断外部元件为电感时，且其电感值又符合交换式稳压器20预设的外部电感元件的阻抗值的范围 内，此时，检测单元50会产生判断信号至控制单元100。当控制单元100接收此判断信号时，则会产生一致能信号至交换式稳压器20。其中，当交换式稳压器20接收到致能信号时，则产生输出电压。反之，当交换式稳压器20未接收到致能信号时，则不产生输出电压(禁能)。

以下，将分别列举两个电感检测装置的检测单元的实施例。

请参考图3，其为本发明的电感检测装置200的检测单元50的第一实施例。检测单元50包含：比较器52、计数器54与判断器56。计数器54，用以计数而产生一计数值。比较器52，耦接该电流脉冲产生单元70与该待测物，设有一上限范围Range1与一下限范围Range2，当反射信号介于上限范围Range1与下限范围Range2之间，则计数器54进行计数而产生该计数值。判断器56耦接计数器54与控制单元100，用以接收计数值并进行判断，当计数值超过一预设计数值时，则产生判断信号。

其中，比较器52通常利用运算放大器OPA来加以设计。例如，比较器52可由两个OPA所组成，其中，一个OPA具有上限范围，另一个OPA具有下限范围Range2。当反射信号与两个OPA的上限范围Range1与下限范围Range2进行判断比较时，可求得一比较信号。请注意：本发明并未限定仅以上述的OPA架构组成，也可运用其它架构来实现比较器52。

接着，请参考图4，其为当待测物为电感的实施例。一般外部元件电感的电感值L的范围为2.2uH至4.7uH，而阻抗值为WL，而W为输入电流脉冲信号的频率。比较器52可以设定上限范围Range1与下限范围Range2，且比较器52接收反射信号X并依据上限范围Range1与下限范围Range2而产生一比较信号COMP。接下来，其相关公式的应用如下所述：

比较器的公式如下：

If(X＝Range1and X＞Range2).........条件1

COMP＝0；

Else If(X＜Range1and X＞Range2).........条件2

COMP＝1；

Else If(X＜Range2).........条件3

COMP＝0；

接着，以下列举三个范例来说明公式的判断与应用：

范例一：

由图5可以得知，当外部元件为电感且阻抗值过大时，控制单元100每次发出一步阶信号时，便会发生图5的现象。图中由电流脉冲产生单元70产生电流脉冲信号给待测物30并响应的反射信号。当此反射信号有振荡过大以致于超过上限范围Range1与下限范围Range2的设定范围，经由条件1的推论可得知每次所响应的反射信号，将可依据条件1而得到比较信号为0。当比较信号为0时，其计数器54的计数值则加以不进行累计。

其中，在实务应用时，系统可设定一预设计数值，例如：50。其控制单元100可以重复送出100次步阶信号至电流脉冲产生单元70并检测待测物30的反射信号，每次则利用检测单元50的比较器52进行公式判断。若发生条件1的状况，则计数器54的计数值不进行累计；若发生条件2的状况，则计数器54的计数值进行累计；若发生条件3的状况，则计数器54的计数值不进行累计。例如：当电感的阻抗值过大，使得经过100次测试后最后计数值的结果若为20时，则判断器56判断计数值为20，且不超过一预设计数值为50(20＜50)，此时判断器56就不会产生判断信号 至控制单元100。当控制单元100未接收此判断信号，则不会产生致能信号至交换式稳压器20，此时，交换式稳压器20将不会产生输出电压。

范例二：

由图6可以得知，当外部元件为电感时，且电感的阻抗值适当时，当控制单元100每次发出一步阶信号时，便会发生图6的现象。图中由电流脉冲产生单元70产生一电流脉冲信号给待测物30并响应的一反射信号。当此反射信号有振荡适当以致于小于上限范围Range1，并大过下限范围Range2的设定范围，经由条件2的推论可得知每次所响应的反射信号，将可依据条件2而得到比较信号为1。当比较信号为1时，其计数器54的计数值则进行累计。

其中，在实务上的应用，系统可以设定一预设计数值，例如：50。其控制单元100可以重复送出100次步阶信号至电流脉冲产生单元70并检测待测物30的反射信号，每次则利用检测单元50的比较器52进行公式判断。若发生条件1的状况，则计数器54的计数值不进行累计；若发生条件2的状况，则计数器54的计数值进行累计，若发生条件3的状况；则计数器54的计数值不进行累计。例如：当电感的阻抗值适当时，经过100次测试后最后计数值的结果若为90时，则判断器56判断计数值为90，且超过一预设计数值为50(90＞50)，此时判断器56将产生判断信号至控制单元100。当控制单元100接收此判断信号，则产生致能信号至交换式稳压器20，此时，交换式稳压器20将会产生输出电压。

范例三：

由图7可以得知，当外部元件为电感时，且电感的阻抗值过小时，当控制单元100每次发出一步阶信号时，便会发生图7的现象。图中由电流脉冲产生单元70产生一电流脉冲信号给待测物30并响应的一反射信号，当此反射信号有振荡过大以致于超过上限范围Range1与下限范围Range2 之设定范围，经由条件3的推论可得知每次所响应的反射信号，将可依据条件3而得到比较信号为0。当比较信号为0时，其计数器54的计数值则加以不进行累计。

其中，在实务上的应用，系统可以设定一预设计数值，例如：50。其控制器可以重复送出100次步阶信号至电流脉冲产生单元70并检测待测物30的反射信号，每次则利用检测单元50的比较器52进行公式判断。若发生条件1的状况，则计数器54的计数值不进行累计；若发生条件2的状况，则计数器54的计数值进行累计；若发生条件3的状况，则计数器54的计数值不进行累计。例如：当电感的阻抗值为小时，经过100次测试后最后计数值的结果若为5时，则判断器56判断计数值为5，且不超过一预设计数值为50(5＜50)，此时判断器56就不会产生判断信号至控制单元100。当控制单元100未接收此判断信号，则不产生致能信号至交换式稳压器20，此时，交换式稳压器20将不会产生输出电压。

请注意：上述公式与条件的参数及其数值并非特别限定，参数的选用及数值大小的设定当可视系统的实际应用来加以选择与改变。

请参考图8，其说明本发明的电感检测装置200的外部电阻实施例。而遇到电阻34时，因为电阻34的阻抗值与输入电流脉冲信号的频率无关，所以在各频率下的阻抗值都相同，且阻抗值也较低，相关频率响应请参考图9中的电阻波形图。

由图9可以得知，若外部元件为电阻时，当控制单元100发出一步阶信号时，电流脉冲产生单元70接收该步阶信号后会产生响应该步阶信号的电流脉冲信号而传给待测物30。由于待测物30为一电阻，其响应的反射信号将产生一固定电压，请参考图9的反射信号的现象。当该固定电压不超过上限范围Range1与下限范围Range2，依据条件3则比较信号输出为0。

其中，在实务应用时，系统可设定一预设计数值，例如50。控制器可以重复送出100次步阶信号至待测物30，再分别利用比较器52的公式统计而产生一计数值。本实施例的外部元件为电阻，每次步阶信号所响应的反射信号经由比较器52比较的结果会使得比较信号COMP为0，所以每次计数值都不会计数。经过100次测试后最后计数值的结果为0时，则判断器56判断计数值为0，且不超过一预设计数值为(0＜50)，此时将不会产生判断信号至控制单元100。当控制单元100未接收此判断信号，则不会产生致能信号至交换式稳压器20，此时，交换式稳压器20将不会产生输出电压。

请注意：当外部元件是电感时，通过图5、图6、图7的电感波形图与当外部元件是电阻时，通过图9的电阻波形图，可以查看不同的外部元件确实有不同的波形，可以达到检测其外部元件是否为电感或是被误接为电阻。如果想要检测电感的感值是否为预设的合理值，依据比较器52的上限范围Range1与下限范围Range2来决定外部电感是图5或图6或图7的电感波形图，通过这些波形可以得知外部元件为电感时，由图6确实可得知其为最合适的电感元件。所以通过波形图可对应外部电感的阻抗值，且该阻抗值如果没有在预设的范围内，便关闭交换式稳压器20的输出电压，藉以保护交换式稳压器20不会因为被动元件的误置而毁坏。

接着，请参考图10，其说明本发明的电感检测装置的检测单元50的第二实施例。检测单元50包含：模拟数字转换器58、波形计算器60、计数器54与判断器56。模拟数字转换器58用以接收反射信号，并转换为一数字信号。波形计算器60耦接模拟数字转换器58并具有设定一上限范围Range1与一下限范围Range2，用以接收数字信号并依据上限范围Range1与下限范围Range2进行波形运算以产生一比较信号。计数器54耦接波形计算器60，用以接收比较信号并进行计数以产生一计数值。判断器56耦接计数器54与控制器10，用以接收计数值并进行判断，当计数值超过一预设计数值时，则产生判断信号。

其中，模拟数字转换器58用以将模拟信号并转换成数字信号，且数字信号可输入至波形计算器60，来加以分析反射信号的波形。波形计算器60可由系统预设一上限范围Range1与一下限范围Range2，通过波形计算器60可分析经由数字信号可得到一比较信号。

当波形计算器60分析数字信号小于上限范围Range1，且大于下限范围Range2时，则比较信号输出为1，计数器54的计数值则进行累计。反之，当波形计算器60分析数字信号大于上限范围Range1且超过下限范围Range2或小于下限范围Range2时，则比较信号输出为0，此时计数器54的计数值将不进行累计。

请注意：上述检测单元50的设计并非特别限定，检测单元50的架构当可视系统的实际应用来加以选择与改变。

请参考图11，本发明的电感检测方法的实施例，包含以下的步骤：

步骤110：产生一控制信号。

步骤120：依据控制信号产生一电流脉冲信号至一待测物。

步骤130：检测待测物所产生的一反射信号，并对反射信号进行计算以产生一判断信号。

步骤140：依据判断信号致能交换式稳压器以产生一输出电压。

其中控制信号为至少一个步阶信号，例如，可预连续送出100个步阶信号至待测物。

其中，还包含以下的步骤：当反射信号介于一上限范围与一下限范围之间，产生一计数值；及当计数值超过一预设计数值时，产生该判断信号。

其中，还包含以下的步骤：将反射信号转换为一数字信号；当数字信号介于一上限范围与一下限范围之间，产生一计数值；及当计数值超过一预设计数值时，则产生该判断信号。

请注意，本发明的装置与方法，确实能够改善现有技术的问题点。

1.电感的保护机制

当被动元件越做越小时，且每一被动元件会越来越相似，若不慎将电阻或是其它被动元件焊在交换式电源稳压器电路的输出端时，进而造成交换式稳压器的损坏。本发明加入新的保护机制，确实能够保护到当错误零件焊在的交换式电源稳压器电路的输出端情形。

2.过电压的保护机制

以往交换式稳压因外接的电感元件的阻抗值过大而发生过电压情形时，先前并没有加入保护机制而导致发生交换式稳压器损坏的情形。针对此问题点，本发明也有判断过电压的保护机制，实务上也确实能够保护到过电压的情形。

虽然本发明的技术内容已经以优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神所作些许的更动与润饰，皆应涵盖于本发明的范畴内，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (10)

1.一种电感检测装置，耦接一待测物与一交换式稳压器，包含：

一电流脉冲产生单元，依据一控制信号产生一电流脉冲信号至所述待测物；

一检测单元，耦接所述待测物与所述电流脉冲产生单元，用以测量所述待测物响应所述电流脉冲信号的一反射信号，并对所述反射信号进行计算以产生一判断信号；及

一控制单元，耦接所述检测单元与所述电流脉冲产生单元，产生所述控制信号，并依据所述判断信号致能所述交换式稳压器以产生一输出电压。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制单元的所述控制信号为至少一个步阶信号。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述检测单元包含：

一计数器，用以计数而产生一计数值；

一比较器，耦接所述电流脉冲产生单元与所述待测物，设有一上限范围与一下限范围，当所述反射信号介于所述上限范围与所述下限范围之间，致能所述计数器以产生所述计数值；及

一判断器，耦接所述计数器与所述控制单元，接收所述计数值，当所述计数值超过一预设计数值时产生所述判断信号。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述检测单元包含：

一计数器，用以计数而产生一计数值；

一模拟数字转换器，用以接收所述反射信号，并转换为一数字信号；

一波形计算器，耦接所述模拟数字转换器，设有一上限范围与一下限范围，当所述数字信号介于所述上限范围与所述下限范围之间，致能所述计数器以产生所述计数值；及

一判断器，耦接所述计数器与所述控制单元，接收所述计数值，当所述计数值超过一预设计数值时产生所述判断信号。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，当所述控制单元未接收到所述判断信号时，禁能所述交换式稳压器的所述输出电压的输出。

6.一种电感检测方法，包含以下步骤：

产生一控制信号的第一步骤；

依据所述控制信号产生一电流脉冲信号至一待测物的第二步骤；

检测所述待测物所产生的一反射信号，并对所述反射信号进行计算以产生一判断信号的第三步骤；及

依据所述判断信号致能一交换式稳压器以产生一输出电压的第四步骤。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述控制信号为至少一个步阶信号。

8.根据权利要求6所述的方法，所述第三步骤进一步包括以下步骤：

当所述反射信号介于一上限范围与一下限范围之间，产生一计数值；及

当所述计数值超过一预设计数值时，产生所述判断信号。

9.根据权利要求6所述的方法，所述第三步骤进一步包括以下步骤：

转换所述反射信号为一数字信号；

当所述数字信号介于一上限范围与一下限范围之间，产生一计数值；及

当所述计数值超过一预设计数值时，产生所述判断信号。

10.根据权利要求6所述的方法，

在所述第三步骤完成之后，当未接收到所述判断信号时，禁能该所述交换式稳压器的所述输出电压的输出。