CN106208694A - 电源控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种电源控制电路，包括脚位与电流源。电流源耦接脚位，并供应基准电流至脚位以产生设定电压。设定电压在电流源供应基准电流至脚位之后随时间而递增。电源控制电路根据设定电压而启动过电流保护机制。

Description

电源控制电路
技术领域
本发明实施例是有关于一种控制电路，且特别是有关于一种电源控制电路。
背景技术
有一些电子装置，例如笔记本电脑，可以直接从市电系统取得操作所需的电力。这样的电子装置通常具有电源转换器(adapter)和电源电路。电源转换器将市电系统的交流电压转换为直流电压。电源电路将电源转换器所产生的直流电压进一步转换为电子装置中的各组件所需的操作电压。以上的组件例如是笔记本电脑的处理器和存储器。
上述的电源电路通常封装成独立的集成电路(IC:integrated circuit)。电源电路具有过电流(over current)保护机制以避免输出电流过大而损坏电子装置。电源电路需要设定一个设定电压，作为输出电流是否过大以及是否触发过电流保护机制的判断依据。设定电压是通过电源电路的内部电流源、电源电路的一个脚位(pin)、以及耦接此脚位的外接电阻而设定。电源电路的内部电流源提供电流，此电流通过上述的脚位和外接电阻而形成设定电压。只要调整外接电阻就能产生不同的设定电压。
发明内容
本发明实施例提供一种电源控制电路，可让设定电压的设定更加灵活，也可让单独一个脚位具有更多功能。
本发明实施例的电源控制电路包括脚位与电流源。电流源耦接脚位，并供应基准电流至脚位以产生设定电压。设定电压在电流源供应基准电流至脚位之后随时间而递增。电源控制电路根据设定电压而启动过电流保护机制。
本发明实施例的另一种电源控制电路包括放大器和脚位。放大器根据第一参考电压和电源控制电路所控制的输出电压的反馈电压比较而输出误差电压。电源控制电路根据误差电压控制上述输出电压。脚位耦接放大器，用以为放大器输出的误差电压到放大器接收的输出电压的负反馈回路提供频率补偿。脚位用以接收基准电流并产生设定电压。电源控制电路根据设定电压而启动过电流保护机制。
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是依照本发明的一实施例的一种电源控制电路的示意图。
图2是依照本发明的一实施例的一种电源控制电路中的设定电压的示意图。
100：电源控制电路 101～105：脚位
111：电流源 112：误差放大器
113、118：比较器 114：控制逻辑电路
115：暂存器 116：取样记录器
117：电流感应器 121、122：电源晶体管
123：电感 124：负载
125：启动开关 126：外部电路
127：电阻 128、129：电容
131～138、141～144：电压信号或电流信号 150：电源电路
C：电容值 dt：时间长度
IOC：基准电流 RC：电阻值
T1、T2：时间点 VOCSET(t)：设定电压
具体实施方式
图1是依照本发明的一实施例的一种电源电路150与其中的电源控制电路100的示意图。电源控制电路100可封装成一个独立的集成电路。电源控制电路100可包括五个脚位101～105、电流源111、误差放大器(error amplifier)112、两个比较器113和118、控制逻辑电路114、暂存器115、取样记录器(sample-and-hold circuit)116、以及电流感应器117。在本发明的某些实施例中，电源控制电路100可应用在脉宽调变(PWM:pulse width modulation)控制器。
取样记录器116耦接脚位104。暂存器115耦接取样记录器116。比较器118耦接取样记录器116和电流感应器117。误差放大器112耦接脚位104和105。比较器113耦接误差放大器112和脚位104。电流源111耦接脚位104。控制逻辑电路114耦接比较器113和脚位101和103。脚位101～103和105耦接电源晶体管121、122、电感123、电容129、以及负载(load)124。脚位104耦接启动开关125和外部电路126。外部电路126可包括电阻127和电容128。电阻127和电容128串列耦接于脚位104和地线之间。在一实施例中，电源晶体管121与电源晶体管122可为N通道金属氧化物半导体场效应晶体管(n-channel metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)。在其他实施例中，电源晶体管121与电源晶体管122亦可为P通道金属氧化物半导体场效应晶体管(p-channel metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)。本发明实施例并不限定电源晶体管121与电源晶体管122的类型及其搭配方式，在其他实施例中，亦可使用其他开关元件代替电源晶体管121与电源晶体管122。类似的，启动开关125亦可以是N通道金属氧化物半导体场效应晶体管、P通道金属氧化物半导体场效应晶体管或其他非金属氧化物半导体场效应晶体管的开关元件。
电流源111可供应基准电流133。基准电流133通过脚位104和外部电路126而产生设定电压134。取样记录器116可在预设时间点取样设定电压134做为基准电压135。取样记录器116可记录基准电压135，并输出基准电压135。
电流感应器117可提供感应电压136。感应电压136和电源控制电路100所控制的电源电路150的输出电流143成正比。举例来说，可通过电流感应器117与脚位102来检测输出电流143，并对应地输出感应电压136。输出电流的检测方式种类繁多，细节就不在此赘述。
比较器118可比较基准电压135和感应电压136。基准电压135是输出电流143是否过大的判断依据。当感应电压136大于基准电压135，表示输出电流143已经过大。比较器118的输出会在感应电压136大于基准电压135时启动过电流保护机制。举例来说，当感应电压136大于基准电压135时，比较器118将对应地输出数字信号“0”，此数字信号可进一步提供给例如控制逻辑电路114以对电流晶体管121与电流晶体管122执行对应的开启/关闭的操作，以启动过电流保护机制。在其他实施例中，亦可使用其他过电流保护机制，相关机制的细节就不在此赘述。
暂存器115可接收并储存一个设定数值。取样记录器116可根据此设定数值而决定取样并记录设定电压134的预设时间点。暂存器115可开放供使用者设定。这样使用者就能自行决定取样设定电压134的时间。基准电流133会对外部电路126其中的电容128充电而使设定电压134随时间而递增。使用者可以在不同时间取样设定电压134以取得不同的基准电压135。
误差放大器112可根据参考电压131和电源控制电路100所控制的电源电路150的输出电压144的比较而输出误差电压132。比较器113比较误差电压132和参考电压138。参考电压131是一个恒定的电压。参考电压138则是周期性的三角波电压信号，例如，参考电压138可以是锯齿波(saw tooth)电压或斜波(ramp)电压。
控制逻辑电路114根据比较器113的输出而产生两个脉冲信号141和142。简单的说，控制逻辑电路114使用脉宽调变技术通过脉冲信号141和142分别控制电源晶体管121和122的切换(switching)，进而控制输出电压144。电感123和电容129可组成输出滤波器，以稳定输出电压144。输出电压144反馈至误差放大器112的负输入端(inverting input)。
基于上述过程，从误差放大器112输出的误差电压132到误差放大器112接收的输出电压144，形成一个负反馈回路(negative feedback loop)。由电阻127和电容128组成的外部电路126可通过脚位104为这个负反馈回路提供频率补偿(frequencycompensation)，以提高电源电路150的稳定度。举例来说，可通过频率补偿的方式使电源电路150输出稳定的电压。
脚位104可藉由启动开关125的导通或截止状态影响误差电压132而控制电源控制电路100和电源电路150是否启动。因为启动开关125耦接于脚位104和地线之间，当启动信号137重置(de-assert)而使启动开关125导通时，误差电压132被拉低至地线的电压。此时因为误差电压132过低，使比较器113的输出维持在逻辑低准位，而使相对应的脉冲信号141和142停止电源晶体管121和122的切换。这样就关闭了电源控制电路100和电源电路150。
另一方面，当启动信号137设立(assert)而使启动开关125截止时，电流源111的基准电流133通过外部电路126，使误差电压132上升至超过一个预设的临界值，而使比较器113和控制逻辑电路114正常动作。这样就启动了电源控制电路100和电源电路150。在一实施例中，启动信号137可为来自于外部电路的信号。
下面配合图2进一步说明设定电压134。设定电压134可用下面的公式(1)表示。
VOCSET(t)＝VR+dVC＝(IOC*RC)+(IOC/C)*dt……………(1)
公式(1)当中，VOCSET(t)就是设定电压134的电压值。VR是电阻127的跨压。dVC是电容128的跨压。IOC是基准电流133的电流值。RC是电阻127的电阻值。C是电容128的电容值。dt是电容128的充电时间的长度。
如图2所示，一开始启动信号137设立而使启动开关125截止。电流源111在时间点T1开始供应基准电流133至脚位104和外部电路126。在时间点T1，设定电压134等于电阻127的跨压VR，也就是IOC*RC。然后电容128的充电使设定电压134随时间而递增。使用者可通过暂存器115其中的设定数值而决定基准电压135的大小。例如，若使用者的设定数值使取样记录器116在时间点T2取样设定电压134，则依照公式(1)可知基准电压135等于(IOC*RC)+(IOC/C)*(T2-T1)。如上所述，基准电压135可当作过电流保护机制的触发参考点。
举一个基准电压135的数值计算的范例。在本发明的一个实施例中，电流值IOC为10uA，电阻值RC为10kΩ，电容值C为10nF，充电时间长度dt为1ms。则依照公式(1)可计算出基准电压135等于1.1V。
由公式(1)可知基准电压135可由电流值IOC、电阻值RC、电容值C、以及充电时间长度dt这四个变数共同决定。所以电源电路150的过电流保护机制的触发参考点有很大的设定弹性。举例来说，可通过调整电容值C和/或电阻值RC的方式，在固定电流或小电流的情形下，仍可产生所需的设定电压134。在某些实施例中，电阻值RC和电容值C可能会因为提供频率补偿而不能变动。即使如此，也仍然可调整电流值IOC和充电时间长度dt这两个变数而得到不同的基准电压135。这样的设定弹性仍然超出只能调整一个变数(电阻值)的传统技术。
综上所述，本发明实施例对于电源电路的过电流保护机制的触发参考点可提供非常灵活的设定弹性。本发明实施例的电源控制电路只用单一脚位就能提供电路启动、频率补偿、以及设定过电流保护机制的触发参考点的多重功能。藉由此设计可以将传统的多个脚位合并为一，以减少集成电路封装的脚位数量。另外，本发明实施例可相容现有的应用线路。因为本发明实施例可直接利用补偿网路中的电阻和电容来设定过电流保护机制的触发参考点，不需要另一个外部电阻和电容，所以能简化过电流保护机制的触发参考点的设定。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求范围所界定的为准。

Claims (14)

1.一种电源控制电路，其特征在于，包括：
一脚位；以及
一电流源，耦接该脚位，并供应一基准电流至该脚位以产生一设定电压，其中该设定电压在该电流源供应该基准电流至该脚位之后随时间而递增，该电源控制电路根据该设定电压而启动一过电流保护机制。
2.如权利要求1所述的电源控制电路，其特征在于，更包括：
一取样记录器，耦接该脚位，在一预设时间点取样该设定电压做为一基准电压，记录该基准电压，并输出该基准电压，其中该电源控制电路根据该基准电压而启动该过电流保护机制。
3.如权利要求2所述的电源控制电路，其特征在于，更包括：
一暂存器，耦接该取样记录器，接收并储存一设定数值，该取样记录器根据该设定数值而决定该预设时间点。
4.如权利要求2所述的电源控制电路，其特征在于，更包括：
一电流感应器，提供一感应电压，其中该感应电压和该电源控制电路所控制的一输出电流成正比；以及
一比较器，耦接该取样记录器和该电流感应器，比较该基准电压和该感应电压，并在该感应电压大于该基准电压时启动该过电流保护机制。
5.如权利要求1所述的电源控制电路，其特征在于，该脚位用以耦接一外部电路，该外部电路包括一电阻和一电容，该基准电流通过该脚位和该外部电路而产生该设定电压。
6.如权利要求5所述的电源控制电路，其特征在于，该电阻和该电容串列耦接于该脚位和一地线之间。
7.一种电源控制电路，其特征在于，包括：
一放大器，根据一第一参考电压和该电源控制电路所控制的一输出电压的反馈电压比较而输出一误差电压，其中该电源控制电路根据该误差电压控制该输出电压；以及
一脚位，耦接该放大器，用以为该放大器输出的该误差电压到该放大器接收的该输出电压的一负反馈回路提供一频率补偿，其中该脚位用以接收一基准电流并产生一设定电压，其中该电源控制电路根据该设定电压而启动一过电流保护机制。
8.如权利要求7所述的电源控制电路，其特征在于，更包括：
一电流源，耦接该脚位，以提供该基准电流。
9.如权利要求7所述的电源控制电路，其特征在于，更包括：
一比较器，耦接该放大器，比较该误差电压和一第二参考电压；以及
一控制逻辑电路，耦接该比较器，根据该比较器的输出而产生一第一脉冲信号和一第二脉冲信号，并使用脉宽调变技术通过该第一脉冲信号和该第二脉冲信号控制该输出电压。
10.如权利要求7所述的电源控制电路，其特征在于，该脚位藉由影响该误差电压而控制该电源控制电路是否启动。
11.如权利要求7所述的电源控制电路，其特征在于，该脚位用以耦接一启动开关和一外部电路，该启动开关的导通或截止状态控制该电源控制电路是否启动，该外部电路耦接于该脚位和一地线之间并为该负反馈回路提供该频率补偿。
12.如权利要求11所述的电源控制电路，其特征在于，当该启动开关导通时，该误差电压被拉低至该地线的电压而关闭该电源控制电路；当该启动开关截止时，该基准电流通过该外部电路而使该误差电压上升至超过一临界值而启动该电源控制电路。
13.如权利要求11所述的电源控制电路，其特征在于，该外部电路包括一电阻和一电容，该基准电流通过该脚位和该外部电路而产生该设定电压。
14.如权利要求13所述的电源控制电路，其特征在于，该电源控制电路封装于一集成电路中，该集成电路的启动功能、频率补偿功能、以及设定过电流保护机制功能整合于该脚位。
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