CN103580460A - 电源转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电源转换装置，包括功率晶体管、热敏电阻以及温度检测电路。功率晶体管的控制端接收控制信号。功率晶体管依据控制信号以转换输入电压以产生输出电压。热敏电阻具有负温度系数。温度检测电路产生控制信号并通过控制信号提供驱动电流至功率晶体管的控制端。温度检测电路还依据检测驱动电流来产生过温保护信号。

Description

电源转换装置

技术领域

本发明是有关于一种电源转换装置，且特别是有关于一种过温保护机制的电源转换装置。

背景技术

请参照图1，图1示出现有的电源转换装置100电路图。电源转换装置100通过驱动器110依据脉宽调制信号PWM来产生控制信号CTRL。控制信号CTRL被传送至功率晶体管PM的栅极，并控制功率晶体管PM的导通以及断开。通过功率晶体管PM周期性的导通以及断开动作，电源转换装置100可针对所接收的输入电压进行转换而产生输出电压。

为了确保功率晶体管PM或其它易产生高温的元件不会因为温度过高导致烧毁，可将热敏电阻RNTC放置于需保护元件旁，而现有的电源转换装置100设置由热敏电阻RNTC、比较器CMP1以及电流源I1所构成的温度检测器电路。其中，电流源I1提供电流流经热敏电阻RNTC，而热敏电阻RNTC与比较器CMP1所连接的端点则据以产生电压。比较器CMP1将这个电压与预设的临界电压Vref进行比较，来判定环境温度是否过高，并据以产生过温保护信号OTP。

在电源转换装置100芯片化条件下，功率晶体管PM以及热敏电阻RNTC通常都是外挂在芯片外的元件。因此，现有的电源转换装置100需要两个独立的接脚GD以及接脚OT来分别连接功率晶体管PM以及热敏电阻RNTC。如此一来，会造成芯片面积的增加，导致产品成本的增加。

发明内容

本发明提供一种电源转换装置，不需要为进行温度增测而增加额外的接脚。

本发明提供一种电源转换装置，包括功率晶体管、热敏电阻以及温度检测电路。功率晶体管耦接至输入电压，功率晶体管的控制端接收控制信号。功率晶体管依据控制信号以转换输入电压以产生输出电压。热敏电阻串接在功率晶体管的控制端以及参考接地电压间，其中，热敏电阻具有负温度系数。温度检测电路耦接热敏电阻以及功率晶体管，用以产生控制信号并通过控制信号提供驱动电流至功率晶体管的控制端。温度检测电路还依据检测驱动电流来产生过温保护信号。

在本发明的一实施例中，上述的温度检测电路包括驱动器、电流检测器以及比较器。驱动器接收脉宽调制信号，并依据脉宽调制信号产生控制信号，且通过控制信号以提供驱动电流至功率晶体管的控制端。电流检测器耦接驱动器以依据检测驱动电流来产生比较电压。比较器耦接电流检测器。比较器接收比较电压，并针对比较电压及预设的临界电压进行比较以产生过温保护信号。

在本发明的一实施例中，上述的驱动器包括第一晶体管以及第二晶体管。第一晶体管，具有第一端、第二端以及控制端，其第一端接收操作电压，其第二端耦接至功率晶体管的控制端，第一晶体管的控制端接收脉宽调制信号。第二晶体管，具有第一端、第二端以及控制端，其第二端接收参考接地电压，其第一端耦接至功率晶体管的控制端，第二晶体管的控制端接收脉宽调制信号。

在本发明的一实施例中，上述的第一晶体管以及第二晶体管不同时被导通。

在本发明的一实施例中，上述的电流检测器依据流经第一晶体管的驱动电流以获得检测电流。电流检测器并转换检测电流以产生比较电压。

在本发明的一实施例中，上述的电流检测器包括跨导放大器以及电阻。跨导放大器的二输入端分别耦接至第一晶体管的第一端及第二端，其输出端耦接至比较器接收比较电压的端点。电阻的第一端耦接至跨导放大器的输出端并产生比较电压，电阻的第二端耦接至参考接地电压。

在本发明的一实施例中，电源转换装置还包括变压器以及整流器。变压器的一次侧耦接在功率晶体管的第一端及输入电压间。整流器耦接至变压器的二次侧，并针对变压器的二次侧上的电压进行整流，并借以产生输出电压。

在本发明的一实施例中，上述的整流器包括二极管以及电容。二极管的阳极耦接变压器的二次侧，其阴极产生输出电压。电容的一端耦接二极管的阴极，电容的另一端耦接至参考接地电压。

基于上述，本发明通过将热敏电阻连接在功率晶体管的控制端上，并通过检测流至热敏电阻上的驱动电流的大小，来判知电源转换装置所处的环境温度是否过高，进而产生过温保护信号。如此一来，不需要额外的接脚来连接热敏电阻，在电源转换装置进行芯片化的过程中，可以降低所需要的芯片面积，提升价格竞争力。

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，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1示出现有的电源转换装置100电路图；

图2示出本发明实施例的电源转换装置200的示意图；

图3示出本发明实施例的温度检测电路210的示意图；

图4示出本发明实施例的电流检测器211以及驱动器212的实施方式的示意图；

图5示出本发明实施例的波形图。

附图标记说明：

100：电源转换装置；

110：驱动器；

200：电源转换装置；

210：温度检测电路；

211：电流检测器；

212：驱动器；

250：整流器；

PWM：脉宽调制信号；

CTRL：控制信号；

PM：功率晶体管；

GND：参考接地电压；

I1：电流源；

RNTC：热敏电阻；

CMP1、CMP2：比较器；

Vref：临界电压；

OTP：过温保护信号；

D1：二极管；

C1：电容；

Vin：输入电压；

Vout：输出电压；

Rcs、RA：电阻；

T1：变压器；

GD、OT：接脚；

M1～M2：晶体管；

VCC：操作电压；

IUD：驱动电流；

ILD：电流；

CPV：比较电压；

GM1：跨导放大器。

具体实施方式

请参照图2，图2示出本发明实施例的电源转换装置200的示意图。电源转换装置200包括功率晶体管PM、热敏电阻RNTC以及温度检测电路210。功率晶体管PM耦接至输入电压Vin。功率晶体管PM的控制端接收控制信号CTRL。功率晶体管PM依据控制信号CTRL以转换输入电压Vin以产生输出电压Vout。热敏电阻RNTC则串接在功率晶体管PM的控制端(例如是栅极)以及参考接地电压GND间，其中，热敏电阻RNTC具有负温度系数，也就是说，热敏电阻RNTC的电阻值与其所处环境的环境温度成反比。

温度检测电路210耦接至热敏电阻RNTC以及功率晶体管PM。温度检测电路210产生控制信号CTRL，并通过所产生的控制信号CTRL来提供流往功率晶体管PM控制端的驱动电流。由于热敏电阻RNTC与功率晶体管PM控制端是耦接在一起的，因此，这个驱动电流除了要对功率晶体管PM的控制端上的寄生电容充电外，还需要驱动热敏电阻RNTC。

当热敏电阻RNTC所处环境的环境温度上升时，热敏电阻RNTC的电阻值会随之下降，如此一来，要驱动电阻值逐渐下降的热敏电阻RNTC所需要的驱动电流的电流值也会随之上升。在此同时，温度检测电路210会依据检测驱动电流的大小，来得知热敏电阻RNTC的电阻值的变化状态，并进而得知环境温度的变化状态。也就是说，温度检测电路210可依据检测驱动电流来产生过温保护信号。

在另一方面，电源转换装置200还包括变压器T1、整流器250以及电阻Rcs。变压器T1的一次侧耦接在功率晶体管PM的第一端及输入电压Vin间，变压器T1的二次侧耦接至整流器250。当功率晶体管PM依据控制信号CTRL依序导通及断开，变压器T1会通过其一次侧上的电压变化转换并传送至其二次侧上。整流器250则接收变压器T1二次侧上的电压并进行整流，来产生输出电压Vout。

整流器250则包括二极管D1以及电容C1，二极管D1的阳极耦接至变压器T1的二次侧，二极管D1的阴极与电容C1的一端相耦接，电容C1未耦接二极管D1的端点则耦接至参考接地电压GND。

在本实施例中，由于热敏电阻RNTC与功率晶体管PM的控制端耦接至相同的端点上，因此，在进行电源转换装置200的芯片化时，只需要提供单一个接脚GD来连接热敏电阻RNTC与功率晶体管PM即可，不需要提供额外的接脚。

此外，电阻Rcs串接在功率晶体管PM的第二端以及参考接地电压GND间，可用以检测流经功率晶体管PM的电流。

以下请参照图3，图3示出本发明实施例的温度检测电路210的示意图。温度检测电路210包括电流检测器211、驱动器212以及比较器CMP2。驱动器212通过接脚GD耦接热敏电阻RNTC。驱动器212接收脉宽调制信号PWM，并依据脉宽调制信号PWM产生控制信号CTRL。驱动器212并通过控制信号CTRL以通过接脚GD提供驱动电流至功率晶体管PM的控制端。

电流检测器211耦接至驱动器212，依据检测驱动器212所提供驱动电流来产生比较电压CPV。比较器CMP2耦接电流检测器211并接收比较电压CPV，比较器CMP2另接收预先设定的临界电压Vref进行比较，并借以产生过温保护信号OTP。

具体来说，当环境温度升高时，热敏电阻RNTC的电阻值对应下降。驱动器212产生足以驱动热敏电阻RNTC的控制信号CTRL所具有的驱动电流以对应增加。电流检测器211通过检测到逐渐上升的驱动电流，并据以产生电压值逐渐上升的比较电压CPV。当比较电压CPV高于临界电压Vref时，比较器CMP2对应产生过温保护信号OTP以通知电源转换装置200温度过高的现象已经发生。

附带一提的，在电源转换装置200发生温度过高的状态下，可以暂时性的停止功率晶体管PM的导通及断开的动作(保持在断开状态)，或降低功率晶体管PM的导通及断开的频率，以使环境温度可以适度的下降。

请参照图4，图4示出本发明实施例的电流检测器211以及驱动器212的实施方式的示意图。驱动器212包括作为开关的晶体管M1以及晶体管M2。晶体管M1，具有第一端、第二端以及控制端，其第一端接收操作电压VCC，其第二端耦接至功率晶体管PM的控制端。晶体管M1的控制端接收脉宽调制信号PWM。晶体管M2同样具有第一端、第二端以及控制端。晶体管M2的第二端接收参考接地电压GND，其第一端耦接至功率晶体管PM的控制端。晶体管M2的控制端接收脉宽调制信号PWM。其中，晶体管M1以及晶体管M2不会同时被导通。

其中，当晶体管M1被导通(晶体管M2被断开时)，晶体管M1在其第一端及第二端间产生驱动电流IUD，并提供驱动电流IUD至接脚GD。另外，当晶体管M2被导通(晶体管M1被断开时)，晶体管M2由其第一端汲取电流ILD至其第二端。

电流检测器211则包括跨导放大器GM1以及电阻RA，跨导放大器GM1的输入端分别耦接至晶体管M1的第一端及第二端，跨导放大器GM1的输出端则耦接至电阻RA的一端以及比较器CMP2的负输入端。另外，电阻RA未耦接至跨导放大器GM1的端点则耦接至参考接地电压GND。在当驱动电流IUD流经晶体管M1的第一端及第二端时，晶体管M1的第一端及第二端上的跨压会被传送至跨导放大器GM1。跨导放大器GM1则依据晶体管M1的第一端及第二端上的跨压来产生电流，并使这个电流通过电阻RA流至参考接地电压GND。

在此同时，电阻RA耦接比较器CMP2的正输入端的端点上会依据跨导放大器GM1所产生的电流来产生比较电压CPV。如此一来，比较器CMP2便可以进行比较电压CPV以及临界电压Vref的比较动作，以产生过温保护信号OTP。

以下请参照图5，图5示出本发明实施例的波形图。其中，当脉宽调制信号PWM由低电压准位转态到高电压准位时，接脚GD上的电压对应被拉高。而在脉宽调制信号PWM由低电压准位转态到高电压准位的瞬间，驱动器提供的驱动电流IUD会瞬间被拉高后，再降至一个稳定的电流准位。此时，当驱动电流IUD被稳定产生的状态下，比较器会通过依据驱动电流IUD来转换产生的比较电压与临界电压进行比较，来对应产生过温保护信号。

另外，在脉宽调制信号PWM由高电压准位转态到低电压准位的瞬间，驱动器则汲取电流ILD，并使接脚GD上的电压对应被拉低。

综上所述，本发明将热敏电阻连接到功率晶体管的控制端上，并通过检测流至功率晶体管的控制端的驱动电流的大小，来判断环境温度的变化情形，并据以产生过温保护信号。如此一来，不需要提供额外的接脚来连接热敏电阻，有效节省电路的面积，提升产品的价格竞争力。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种电源转换装置，其特征在于，包括：

一功率晶体管，耦接至一输入电压，该功率晶体管的控制端接收一控制信号，该功率晶体管依据该控制信号以转换该输入电压以产生一输出电压；

一热敏电阻，串接在该功率晶体管的控制端以及一参考接地电压间，其中该热敏电阻具有负温度系数；以及

一温度检测电路，耦接该热敏电阻以及该功率晶体管，产生该控制信号并通过该控制信号提供一驱动电流至该功率晶体管的控制端，该温度检测电路还依据检测该驱动电流来产生一过温保护信号。

2.根据权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，该温度检测电路包括：

一驱动器，接收一脉宽调制信号，依据该脉宽调制信号产生该控制信号，并通过该控制信号以提供该驱动电流至该功率晶体管的控制端；

一电流检测器，耦接该驱动器，依据检测该驱动电流来产生一比较电压；以及

一比较器，耦接该电流检测器，接收该比较电压，针对该比较电压及预设的一临界电压进行比较以产生该过温保护信号。

3.根据权利要求2所述的电源转换装置，其特征在于，该驱动器包括：

一第一晶体管，具有第一端、第二端以及控制端，其第一端接收一操作电压，其第二端耦接至该功率晶体管的控制端，该第一晶体管的控制端接收该脉宽调制信号；以及

一第二晶体管，具有第一端、第二端以及控制端，其第二端接收该参考接地电压，其第一端耦接至该功率晶体管的控制端，该第二晶体管的控制端接收该脉宽调制信号。

4.根据权利要求3所述的电源转换装置，其特征在于，该第一晶体管以及该第二晶体管不同时被导通。

5.根据权利要求3所述的电源转换装置，其特征在于，该电流检测器依据流经该第一晶体管的该驱动电流以获得一检测电流，该电流检测器并转换该检测电流以产生该比较电压。

6.根据权利要求4所述的电源转换装置，其特征在于，该电流检测器包括：

一跨导放大器，其二输入端分别耦接至该第一晶体管的第一端及第二端，其输出端耦接至该比较器接收该比较电压的端点；以及

一电阻，其第一端耦接至该跨导放大器的输出端并产生该比较电压，其第二端耦接至该参考接地电压。

7.根据权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，还包括：

一变压器，其一次侧耦接在该功率晶体管的第一端及该输入电压间；以及

一整流器，耦接该变压器的二次侧，针对该变压器的二次侧上的电压进行整流，并借以产生该输出电压。

8.根据权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，该整流器包括：

一二极管，其阳极耦接该变压器的二次侧，其阴极产生该输出电压；以及

一电容，其一端耦接该二极管的阴极，该电容的另一端耦接至该参考接地电压。

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