CN103312195B - 电源转换器的控制装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本专利提出的电源转换器的控制装置之一，包含有电流源电路、取样电路、信号处理电路、驱动电路及共用引脚。共用引脚用以耦接于电阻及开关。电流源电路耦接于共用引脚，用以于第一时段提供电流经由共用引脚流至电阻。取样电路耦接于共用引脚，用以对共用引脚的信号进行取样而产生第一取样值及第二取样值。信号处理电路耦接于取样电路，用以比较第一取样值及第二取样值。驱动电路耦接于共用引脚，用以产生驱动信号以导通开关。当第一取样值及第二取样值相同或者差距小于一预定值时，信号处理电路会设置驱动电路于第二时段间歇性的导通开关。上述的控制装置可以使内部的多个电路共用引脚，并且能确保控制装置能正确的运作，以控制电源转换器。

Description

电源转换器的控制装置及其控制方法

技术领域

本发明有关于一种控制装置，尤指一种可降低封装引脚数目的电源转换器的控制装置。

背景技术

随着科技的进步，电子设备的体积越来越精简，使各种电子元件也必须随着缩小，以便能容置于有限的空间内。以集成电路产品而言，由于集成电路常需要使用许多的输入及输出引脚(pin)与其它电路元件进行耦接，因此必须使用引脚较多且体积较大的封装(package)，而使得芯片(die)的面积常常远小于封装的面积，不但会浪费材料而造成环保问题，也会造成集成电路产品的体积无法有效地缩小。

在交流至直流转换器和直流至直流转换器等电源转换器的应用中，当电源转换器的控制装置以集成电路的方式实施时，其芯片的尺寸通常不大，然而却因为需要较多引脚数与其它电路元件耦接，以设置功率级(powerstage)、接收反馈信号及接收运作参数等，因而常常会受限于所需的引脚数目而必须采用较大的封装，使得产品设计的弹性受限。

有些集成电路产品会采用共用引脚的方式，以减少所需的引脚数目，而能够选用较小尺寸的封装。由于各种集成电路产品的特性不同，并没有一种共通的设计规则可以适用各种产品。然而，集成电路内部的各个电路区块共用引脚时仍必须藉由精确的控制，才能确保共用引脚的不同电路区块能够正常地提供功能。

发明内容

有鉴于此，在电源转换器的控制装置的应用中，如何善用封装的引脚而有效地降低所需的引脚数目及封装尺寸，实为业界有待解决的问题。

本说明书提供一种电源转换器的控制装置的实施例，包含有：一共用引脚，用以耦接于一电源转换器中的一开关以及一阻抗；一电流源电路，耦接于该共用引脚，用以于一第一时段中提供一电流至该共用引脚，使该电流经由该共用引脚流至该阻抗；一取样电路，耦接于该共用引脚，用以于一第一时间点及一第二时间点对该共用引脚的信号进行取样而分别产生一第一取样值及一第二取样值；一信号处理电路，耦接于该取样电路，用以比较该第一取样值及该第二取样值；以及一驱动电路，耦接于该共用引脚，用以产生一驱动信号，并通过该共用引脚将该驱动信号传输至该开关以导通该开关；其中，当该第一取样值及该第二取样值相同或者差距小于一预定值时，该驱动电路会于一第二时段中间歇性的导通该开关。

本说明书另提供一种电源转换器的控制装置的实施例，包含有：一共用引脚，用以耦接于一电源转换器中的一开关以及一阻抗；一电流源电路，耦接于该共用引脚，用以于一第一时段中提供一电流至该共用引脚，使该电流经由该共用引脚流至该阻抗；一取样电路，耦接于该共用引脚，用以对该共用引脚上的信号进行取样；一驱动电路，耦接于该共用引脚；以及一信号处理电路，耦接于该驱动电路及该取样电路，当该取样电路能够在该共用引脚取样到至少两个信号值相同或者差距小于一预定值后，该驱动电路会于一第二时段中，通过该共用引脚输出一驱动信号，以间歇性的导通该开关。

本说明书另提供一种电源转换器的控制方法的实施例，包含有：将一共用引脚耦接于一电源转换器中的一开关以及一阻抗；于一第一时段中提供一电流至该共用引脚，使该电流经由该共用引脚流至该阻抗；于一第一时间点及一第二时间点对该共用引脚的信号进行取样而分别产生一第一取样值及一第二取样值；比较该第一取样值及该第二取样值；以及当该第一取样值及该第二取样值相同或者差距小于一预定值时，于一第二时段中通过该共用引脚间歇性的导通该开关。

本说明书另提供一种电源转换器的控制方法的实施例，包含有：将一共用引脚耦接于该电源转换器中的一开关以及一阻抗；于一第一时段中提供一电流至该共用引脚，使该电流经由该共用引脚流至该阻抗；对该共用引脚上的信号进行取样；以及当在该共用引脚上取样到至少两个信号值相同或者差距小于一预定值后，于一第二时段中，通过该共用引脚间歇性的导通该开关。

上述实施例的优点之一是电源转换器的控制装置能够降低封装的引脚的需求，以更有弹性的选用引脚数较少且尺寸较小的封装，因此能有效的缩小集成电路产品的尺寸，并且达到环保的目的。上述实施例的另一优点是，电源转换器的控制装置会进行多次的确认动作，因此能够确保电源转换器能够正常地运作。本发明的其它优点将藉由以下的说明和附图进行更详细的说明。

附图说明

图1为本发明的交流至直流转换器的一实施例简化后的功能方块图。

图2为图1的控制装置的一实施例简化后的功能方块图。

图3是图1的交流至直流转换器运作时的一实施例简化后的时序图。

图4为图2的取样电路的一实施例简化后的功能方块图。

图5为本发明的直流至直流转换器的一实施例简化后的功能方块图。

图6为本发明的直流至直流转换器的另一实施例简化后的功能方块图。

具体实施方式

以下将配合相关图式来说明本发明之实施例。在这些图式中，相同的标号表示相同或类似的元件或流程/步骤。

以下将以电源转换器为例，说明如何将本发明的构思应用于电源转换器的控制装置，使控制装置的参数撷取电路以及驱动电路能够有效且正确地共用封装的特定引脚，以达到节省封装引脚数目的，而能选用尺寸较小的封装。

图1是本发明一实施例的交流至直流转换器100简化后的功能方块图，交流至直流转换器100包含有桥式整流器110、电容120和130、电感140、开关150、二极管160、电阻170及控制装置180。为简洁起见，图1的元件与连接关系已经过简化或省略，以便于说明。

在本实施例中，桥式整流器110用以将交流电源Vac的交流信号进行整流，以产生直流信号。在其它实施例中，也可以改用其它种类的整流器架构来取代桥式整流器110。

开关150可以采用金属氧化物半导体场效应电晶体(MOSFET)、双极性接面电晶体(BJT)、其它种类的电晶体或其它种类的开关。控制装置180耦接于电晶体的控制端(如MOSFET的闸极或BJT的基极等)，藉由适时的导通开关150，而将交流电源Vac转换为所需要的直流电源Vout。在本实施例中，开关150仅采用一个电晶体以简化说明，在其它的实施例中开关150也可以采用其它种类的电晶体或其它种类的开关。例如，可采用一个或多个电晶体搭配其它的电路元件的方式来实现开关150。

控制装置180除了控制开关150的导通状态之外，还可以接收直流电源Vout等信号，以调整交流至直流转换器100的运作方式。例如，控制装置180可以包含有调整交流至直流转换器100的功率因数等功能。

此外，控制装置180会依据电阻170的阻抗值，而采用对应的运作参数设置控制装置180或其它元件的运作方式。例如，控制装置180可依据电阻170的阻抗值大小而设置不同的过电流保护值，当交流至直流转换器100的电流大于过电流保护值时，控制装置180会停止至少部分元件的运作或采取其它保护措施，以避免造成交流至直流转换器100的毁损。

图2为图1中的控制装置180的一实施例简化后的功能方块图，控制装置180包含有驱动电路210、电流源电路230、取样电路250、信号处理电路270及共用引脚(sharedpin)290。在本实施例中，控制装置180的共用引脚290耦接于开关150的控制端及电阻170。

驱动电路210可以产生驱动信号，并藉由共用引脚290耦接于开关150的控制端，而控制开关150的导通状态，使交流至直流转换器100能够产生所需的直流电源Vout。在本实施例中，驱动电路210会产生脉波宽度调变信号作为驱动信号，以间歇性的导通开关150。在其它的实施例中，驱动电路210可以采用三态(tristate)的驱动电路，藉由信号处理电路270设置驱动电路210成为高阻抗(highimpedance)状态或是正常地产生驱动信号以驱动开关150的状态。

电流源电路230可以采用各种合适的电路架构，例如，采用电流镜(currentmirror)等电路架构以提供所需的电流。电流源电路230藉由共用引脚290耦接于电阻170，而可以将电流输出至电阻170，以于共用引脚290产生一个与电阻170的阻抗值相关的电压值。

取样电路250耦接于共用引脚290，且可以采用模拟数字转换电路(analog-to-digitalconverter)或者其它合适的电路架构，以对共用引脚290的电压进行取样，并将所取样的信号值传送至信号处理电路270。

信号处理电路270会接收取样电路250所传送的取样值，并将该取样值或者该取样值经过运算后的数值作为交流至直流转换器100的运作参数(可作为交流至直流转换器100整体的运作参数或者是交流至直流转换器100内部各元件的运作参数)。在本实施例中，为了避免取样电路250取样时受到噪声的影响，信号处理电路270会接收取样电路250所传送的多个取样值，并将这些取样值进行比较。当连续两个取样值相同或差距小于一预定值时，信号处理电路270才会将取样值作为交流至直流转换器100的运作参数。信号处理电路270可以采用处理器、微控制器、数字电路或模拟电路等搭配存储单元实施，而能够储存多个取样值并且进行比较的动作。例如，在一实施例中，可以使用一个或多个寄存器储存取样值，并且使用比较器电路将这些取样值进行比较。

图3为图1的交流至直流转换器100运作时的一实施例简化后的时序图，以下将以图3搭配图1和图2，进一步说明交流至直流转换器100及控制装置180的运作方式。

在图3中的时段T1中，交流电源Vac开始供电，开关150的电压Vsw也随着升高。此时，电流源电路230会通过共用引脚290而将电流输出至电阻170，而于共用引脚290产生电压Vpin。

然而，在时段T1中，由于交流至直流转换器100尚未正常运作，因此交流至直流转换器100内部的信号值还不太稳定。在本实施例中，取样电路250会分别于时间P1～P5时对共用引脚290上的电压Vpin进行取样而获得信号值S1～S5。由于图3中的信号值S1至S4中并没有连续两个相同或差距小于一预定值的取样值，因此信号处理电路270不会依据取样值S1至S4决定运作参数。当图3中的取样值S4与S5相同或差距小于一预定值时，则信号处理电路270便会将取样值S4或S5(或者取样值S4及/或S5经过运算的数值)作为运作参数。

当控制装置180已经成功撷取所需的运作参数后，控制装置180会于时段T2时开始正常运作，藉由设置驱动电路210产生驱动信号，以适当的导通开关150，而使交流至直流转换器100能够产生所需的直流电源Vout。

在上述的实施例的时段T1中，由于交流至直流转换器100尚未正常运作，驱动电路210可以不产生驱动信号，或者信号处理电路270可以设置驱动电路210成为高阻抗状态，使驱动信号不会输出至共用引脚290。因此，取样电路250对共用引脚290的电压Vpin进行取样的运作不会受到驱动信号的影响。而在某些实施例的时段T2中，驱动电路210会产生脉波宽度调变信号，并传送至开关150的控制端以作为驱动信号，以间歇性的导通开关150。

在上述的实施例中，取样电路250可以采用模拟电路及/或数字电路实现，而能将模拟的取样值及/或数字的取样值输出至信号处理电路270进行后续的运算。例如，取样电路250可以采用模拟的取样保持电路(analogsample-and-holdcircuit)、累加增量模拟数字转换电路(sigmadeltaADC)、逐次近似模拟数字转换电路(successiveapproximationADC)或者快闪型模拟数字转换电路(flashtypeADC)等电路架构实现。

例如，图4为图2中取样电路250的一实施例简化后的功能方块图，取样电路250包含有比较器410、寄存器420、与门430(ANDgate)、计数器440、电流源电路450及电阻460。

在本实施例中，当取样电路250进行取样时，信号处理电路270会先重置(reset)取样电路250，以将寄存器420及计数器440的内容设置为预设值(例如，重置为0)，而电流源电路450会依据计数器440的输出而产生对应的电流值，电流源电路450的输出电流流经电阻460而产生对应的电压信号，并且输入至比较器410的输入端。

比较器410会将电阻460的电压信号与共用引脚290的电压Vpin进行比较，若电阻460的电压信号与共用引脚290的电压Vpin不相等时，比较器410会输出一个不为0的值至寄存器420进行储存。

与门430会将一时钟信号与寄存器420所储存的值进行″与″(AND)运算，而输出至计数器440。计数器440累计与门430的输出，而对应地调整电流源电路450的输出电流，因此能调整电阻460的电压信号。

在本实施例中，当电阻460的电压信号与共用引脚290的电压Vpin不相等时，比较器410的输出不为0，使寄存器420的输出亦不为0，计数器440累计与门430的输出而调整电流源电路450的输出电流。当电阻460的电压信号与共用引脚290的电压Vpin相等时，比较器410的输出为0，使寄存器的输出亦为0，计数器440会输出相同的数值而使电流源电路450维持相同的输出电流，因而使电阻460的电压信号维持不变。此时，计数器440的输出可以用以代表共用引脚290的电压Vpin的数字格式，而输出至信号处理电路270进行后续的运算。

在上述的实施例中，交流至直流转换器100设置为升压形式(boosttype)，在其它的实施例中，交流至直流转换器100也可以配合对应的电路结构调整，而采用降压形式(bucktype)或升降压形式(buck-boosttype)等方式实施。此外，上述实施例也可应用于直流至直流转换器。

例如，图5是本发明另一实施例的直流至直流转换器500简化后的功能方块图，直流至直流转换器500为降压形式的直流至直流转换器，包含有开关510和520、电容530、电感540、电阻550及控制装置560。为简洁起见，图5的元件与连接关系已经过简化或省略，以便于说明。

控制装置560藉由控制开关510和520的导通状态，而设置直流至直流转换器500输出小于或等于电压Vdd的输出电压Vout。此外，控制装置560可以采用控制装置180的实施方式，依据电阻550的阻抗值，而以对应的运作参数设置控制装置560或其它元件的运作方式。例如，控制装置560可依据电阻550的阻抗值大小而设置不同的过电流保护值等运作参数。

图6是本发明另一实施例的直流至直流转换器600简化后的功能方块图，直流至直流转换器600为升降压形式的直流至直流转换器，包含有开关610和620、电容630、电感640、二极管650和660、电阻670及控制装置680。为简洁起见，图6的元件与连接关系已经过简化或省略，以便于说明。

控制装置680藉由控制开关610和620的导通状态，而设置直流至直流转换器600输出大于、小于或等于输入电压Vin的输出电压Vout。此外，控制装置680可以采用控制装置180的实施方式，依据电阻670的阻抗值，而以对应的运作参数设置控制装置680或其它元件的运作方式。例如，控制装置680可依据电阻670的阻抗值大小而设置不同的过电流保护值等运作参数。

在图3的时序图中，共用引脚290上的电压Vpin的波形以较夸张的方式绘示，以显示当共用引脚290上具有噪声时，上述的实施例仍能正确的运作。

在其它的实施例中，电阻170也可以采用一个或多个阻抗元件及/或配合主动的电路元件的方式实现。

在其它的实施例中，信号处理电路270也可以设置为比较不连续的两个或多个取样值，当进行比较的取样值相同或差距小于一预定值时，信号处理电路270才将取样值作为运作参数。

在其它的实施例中，信号处理电路270也可以使用其它的比较方式，以确定取样电路250所传送的取样值的正确性。例如，信号处理电路270会多次的接收取样电路250所传送的取样值，并且将最多的相同取样值作为运作参数。

在其它的实施例中，信号处理电路270也可以依据交流电源Vac的特性而设置取样电路250的取样时间。例如，在一实施例中，当交流电源Vac的频率为60Hz时，交流信号通过交流至直流转换器100的桥式整流器110及其它电路元件后，在1/(2*60)秒左右的时间内，共用引脚290的电压Vpin会较为稳定。因此，信号处理电路270可以适当地设置取样电路250的取样频率，以避免在信号较不稳定的时候进行取样。例如，将取样电路250的取样频率设置为60Hz的数倍以上，以于1/(2*60)秒内多次取样。在其它实施例中，也可以将取样电路250的取样频率设置为大于、小于或等于交流电源Vac的频率，并且也可以配合其它的技术以于信号较稳定时进行取样。

本发明的架构可以适用于升压、降压、升降压形式的交流对直流转换器、直流对直流转换器或者其它形式的电源转换器，并且对相关的电路进行对应的调整，而能够使参数撷取电路与驱动电路能共用封装的引脚，以更有弹性的选用引脚数较少且尺寸较小的封装，因此能够有效的缩小集成电路产品的尺寸，并且达到环保的目的。

在上述的实施例中，控制装置藉由多次的取样及比较，因此即使共用引脚上具有噪声时，控制装置仍旧能够撷取到正确的运作参数。当控制装置正确的撷取运作参数，使电源转换器运作于正确的操作模式后，控制装置才开始导通开关，因此能够确保电源转换器能够正常地运作。

在说明书及后续的申请专利范围当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属技术领域的技术人员应可理解，同样的元件可能会用不同的名词来称呼。本说明书及后续的申请专利范围并不以名称的差异作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异作为区分的基准。在通篇说明书及后续的权利要求当中所提及的「包含」为一开放式的用语，故应解释成「包含但不限定于...」。另外，「耦接」一词在此包含任何直接及间接的连接手段。因此，若文中描述一第一元件耦接于一第二元件，则代表该第一元件可直接(包含通过电性连接或无线传输、光学传输等信号连接方式)连接于该第二元件，或通过其它元件或连接手段间接地电性或信号连接至该第二元件。

在此所使用的「及/或」的描述方式，包含所列举的其中之一或多个项目的任意组合。另外，除非本说明书中有特别指明，否则任何单数格的用语都同时包含复数格的涵义。

以上所述仅为本发明之较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做之均等变化与修饰，皆应属本发明之涵盖范围。

Claims (12)

1.一种电源转换器的控制装置，包含有：

一共用引脚，用以耦接于一电源转换器中的一开关以及一阻抗；

一电流源电路，耦接于该共用引脚，用以于一第一时段中提供一电流至该共用引脚，使该电流经由该共用引脚流至该阻抗，而于该共用引脚产生电压；

一取样电路，耦接于该共用引脚，用以于一第一时间点及一第二时间点对该共用引脚的信号进行取样而分别产生一第一取样值及一第二取样值；

一信号处理电路，耦接于该取样电路，用以比较该第一取样值及该第二取样值；以及

一驱动电路，耦接于该共用引脚，用以产生一驱动信号，并通过该共用引脚将该驱动信号传输至该开关以导通该开关；

其中，当该第一取样值及该第二取样值相同或者差距小于一预定值时，该驱动电路会于一第二时段中利用该驱动信号间歇性的导通该开关。

2.如权利要求1所述的控制装置，其中该信号处理电路会将该第一取样值、该第二取样值、依据该第一取样值运算后的数值、及/或依据该第二取样值运算后的数值作为该电源转换器的运作参数。

3.如权利要求1所述的控制装置，其中该驱动电路在该第一时段中不会产生该驱动信号。

4.如权利要求1、2或3所述的控制装置，其中该驱动电路于该第二时段中所产生的该驱动信号为脉冲宽度调变信号，当该驱动信号传送至该开关的一控制端时，会间歇性的导通该开关。

5.如权利要求1、2或3所述的控制装置，其中该共用引脚用以耦接至该开关的一控制端。

6.一种电源转换器的控制装置，包含有：

一共用引脚，用以耦接于一电源转换器中的一开关以及一阻抗；

一电流源电路，耦接于该共用引脚，用以于一第一时段中提供一电流至该共用引脚，使该电流经由该共用引脚流至该阻抗，而于该共用引脚产生电压；

一取样电路，耦接于该共用引脚，用以对该共用引脚上的信号进行取样；

一驱动电路，耦接于该共用引脚；以及

一信号处理电路，耦接于该驱动电路及该取样电路，当该取样电路能够在该共用引脚取样到至少两个信号值相同或者差距小于一预定值后，该驱动电路会于一第二时段中，通过该共用引脚输出一驱动信号，以间歇性的导通该开关。

7.如权利要求6所述的控制装置，其中该信号处理电路会将该取样电路于该共用引脚所取样的信号值及/或依据所取样的信号值运算后的数值作为电源转换器的运作参数。

8.如权利要求6所述的控制装置，其中该驱动电路在该第一时段中不会产生该驱动信号。

9.如权利要求6、7或8所述的控制装置，其中该驱动电路于该第二时段中所产生的该驱动信号为脉冲宽度调变信号，当该驱动信号传送至该开关的一控制端时，会间歇性的导通该开关。

10.如权利要求6、7或8所述的控制装置，其中该共用引脚用以耦接至该开关的一控制端。

11.一种电源转换器的控制方法，包含有：

将一共用引脚耦接于一电源转换器中的一开关以及一阻抗；

于一第一时段中提供一电流至该共用引脚，使该电流经由该共用引脚流至该阻抗，而于该共用引脚产生电压；

于一第一时间点及一第二时间点对该共用引脚的信号进行取样而分别产生一第一取样值及一第二取样值；

比较该第一取样值及该第二取样值；以及

当该第一取样值及该第二取样值相同或者差距小于一预定值时，于一第二时段中通过该共用引脚间歇性的导通该开关。

12.一种电源转换器的控制方法，包含有：

将一共用引脚耦接于该电源转换器中的一开关以及一阻抗；

于一第一时段中提供一电流至该共用引脚，使该电流经由该共用引脚流至该阻抗，而于该共用引脚产生电压；

对该共用引脚上的信号进行取样；以及

当在该共用引脚上取样到至少两个信号值相同或者差距小于一预定值后，于一第二时段中，通过该共用引脚间歇性的导通该开关。