CN109687695A - 电源系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电源系统，其包含控制电路、电源转换电路、电流侦测电路以及过热侦测电路。控制电路用以产生至少一个脉冲信号。电源转换电路电性耦接于控制电路，且控制电路用以依据至少一个脉冲信号产生输出电流。电流侦测电路电性耦接于电源转换电路，且电流侦测电路用以依据输出电流产生感测电流。过热侦测电路电性耦接于电流侦测电路和控制电路，且过热侦测电路用以依据电源转换电路的温度产生修正电流。控制电路依据修正感测电流调整至少一个脉冲信号的占空比，以调整输出电流。借此，本发明的电源系统，可以依据电源转换电路的实际温度，调整施加于对应的输出电流的回授控制，进而能精确地将电源转换电路的温度维持在不过热的状态。

Description

电源系统

技术领域

本发明有关一种电源系统，尤其指一种具有过热侦测电路的电源系统。

背景技术

一般的电源系统会依据输出电流的大小，调整输出电路的占空比，进而达到对输出电流的回授控制，以避免输出电路发生过热。然而，用以调变占空比的控制电路可能存在输出误差，而降低了电源系统防止过热的能力。另外，由于输出电流的大小与输出电路的温度不会呈现等比例关系，因此仅依据输出电流的大小而进行的输出电流回授控制，无法准确地控制输出电路的温度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电源系统，可以依据电源转换电路的实际温度，调整施加于对应的输出电流的回授控制，进而能精确地将电源转换电路的温度维持在不过热的状态。

本发明提供一种电源系统的实施例，电源系统包含：控制电路、电源转换电路、电流侦测电路以及过热侦测电路。控制电路用以产生至少一个脉冲信号。电源转换电路电性耦接于控制电路，用以依据上述至少一个脉冲信号产生输出电流。电流侦测电路电性耦接于电源转换电路，用以依据输出电流产生感测电流。过热侦测电路电性耦接于电流侦测电路和控制电路，用以依据电源转换电路的温度产生修正电流。控制电路还用于依据修正感测电流调整至少一个脉冲信号的占空比，以调整输出电流，且修正感测电流为感测电流和修正电流的总和。

借由上述实施例，本发明的电源系统可以依据电源转换电路的实际温度，调整施加于对应的输出电流的回授控制，进而能精确地将电源转换电路的温度维持在不过热的状态。

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，并配合所附附图作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明一实施例的电源系统的功能方块图。

图2为本发明另一实施例的电源系统的功能方块图。

图3为图2的其中一个过热侦测电路的一实施例的功能方块图。

图4为图2的其中一个过热侦测电路的另一实施例的功能方块图。

具体实施方式

在说明书及权利要求书所提及的耦接在此包含任何直接及间接的连接手段。因此，若文中描述第一元件耦接于第二元件，则代表第一元件可通过电性连接或无线传输、光学传输等信号连接方式而直接地连接于第二元件，或者通过其他元件或连接手段间接地电性或信号连接至第二元件。

图1为本发明一实施例的电源系统100的功能方块图。如图1所示，电源系统100包含控制电路110和供电单元101，且供电单元101能依据控制电路110来对输入电压Vin进行电压转换，并将转换结果输出。供电单元101包含电源转换电路120、电流侦测电路130和过热侦测电路140。电流侦测电路130电性耦接于控制电路110和电源转换电路120之间。过热侦测电路140电性耦接于控制电路110和电流侦测电路130。

电源转换电路120会依据输入电压Vin以及控制电路110产生的脉冲信号PWM，产生输出电流Iout和输出电压Vout。当输出电流Iout上升时，感测电流Isen会随之上升，当输出电流Iout下降时，感测电流Isen会随之下降。因此，电流侦测电路130会依据输出电流Iout的大小，接收来自控制电路110的感测电流Isen。

在图1的实施例中，过热侦测电路140会依据电源转换电路120的实际温度，接收来自控制电路110的修正电流Itmp，以动态修正控制电路110对输出电流Iout的回授控制。具体而言，当电源转换电路120的温度上升时，修正电流Itmp会随之上升，当电源转换电路120的温度下降时，修正电流Itmp会随之下降。

在电源系统100的运作过程中，电流侦测电路130接收的感测电流Isen和过热侦测电路140接收的修正电流Itmp皆会流经与控制电路110电性耦接的节点N1。因此，控制电路110会输出修正感测电流Isen’，且修正感测电流Isen’的大小等于感测电流Isen和修正电流Itmp的大小的总和。也即，电流侦测电路130和过热侦测电路140会共同经由节点N1，自控制电路110接收修正感测电流Isen’。

感测电流Isen经由修正电流Itmp的修正后产生了修正感测电流Isen’，所以修正感测电流Isen’能准确将电源转换电路120的温度反应给控制电路110，使控制电路110能将电源转换电路120的温度维持在不过热的状态。具体而言，当电源转换电路120的温度上升时，过热侦测电路140会依据电源转换电路120的温度变化调整修正电流Itmp使之上升，据此，修正感测电流Isen’会随之上升。此时，控制电路110会依据上升的修正感测电流Isen’调降脉冲信号PWM的占空比，以调降输出电流Iout的大小，进而调降电源转换电路120的温度。当电源转换电路120的温度下降时，过热侦测电路140会依据电源转换电路120的温度变化调整修正电流Itmp使之下降，据此，修正感测电流Isen’会随之下降。此时，控制电路110会依据下降的修正感测电流Isen’调升脉冲信号PWM的占空比，以调升输出电流Iout的大小。

在一实施例中，电源系统100可利用源-汲极导通电阻电流测量法(RDS(ON)current sensing method)或是直流电阻值电流测量法(direct current resistance(DCR)current sensing method)，以将输出电流Iout转换为感测电流Isen。

在电源系统100是采用源-汲极导通电阻电流测量法的某些实施例中，电流侦测电路130可用具有适当电阻值的电阻来实现。而在电源系统100是采用直流电阻值电流测量法的另一些实施例中，电流侦测电路130可用合适的放大器电路配合电阻来实现。

图2为本发明另一实施例的电源系统200的功能方块图。如图2所示，电源系统200包含控制电路210、多个供电单元201。控制电路210用以产生多个脉冲信号PWM，多个供电单元201电性耦接于控制电路210，并各自依据对应的脉冲信号PWM产生输出电压Vout和输出电流Iout。供电单元201的内部许多功能方块的运作方式以及相关的优点，都和供电单元101相似，为简洁起见，在此不做赘述。

当任意一供电单元201的电源转换电路120的温度上升时，控制电路210会降低对应的PWM信号的占空比以调降供电单元201的输出电流Iout，进而降低供电单元201的电源转换电路120的温度。当任意一供电单元201的电源转换电路120的温度下降时，控制电路210会增加对应的PWM信号的占空比以调升供电单元201的输出电流Iout。因此，电源转换电路201的电源转换电路120的温度便能维持在不过热的状态。

在图2的实施例中，即使多个供电单元201彼此的位置较为靠近而发生热重叠现象，多个供电单元201也可配合控制电路210将各自的电源转换电路120的温度维持在不过热的状态，进而使电源系统200的整体温度趋于一致。

实际操作上，多个供电单元201各自产生的输出电压Vout和输出电流Iout的相位，可以彼此不相同，且电源系统200中的供电单元201的数量可依实际负载需求而调整。

在一实施例中，电源系统200电性耦接于快速变化的负载(例如，中央处理器，CPU)，电源系统200可包含四个供电单元201，且每个输出电压Vout彼此之间的相位差为25度，而每个输出电流Iout彼此之间的相位差也为25度。

图3为图2的过热侦测电路140的一实施例的功能方块图。如图3所示，过热侦测电路140包含第一电阻310、第二电阻320、分压电阻330、热敏电阻340、比较电路350和电流调变开关360。热敏电阻340设置于对应的电源转换电路120附近。第一电阻310的第一端用以接收驱动电压VCC，第一电阻310的第二端电性耦接于比较电路350的反向输入端。第二电阻320的第一端电性耦接于第一电阻310的第二端，第二电阻320的第二端用以接收参考电压Vref。分压电阻330的第一端电性耦接于比较电路350的非反向输入端，分压电阻330的第二端用以接收驱动电压VCC。热敏电阻340的第一端电性耦接于分压电阻330的第一端，热敏电阻340的第二端接收参考电压Vref。电流调变开关360的控制端电性耦接于比较电路350的输出端，电流调变开关360的第一端通过上述的节点N1电性耦接于控制电路210和对应的电流侦测电路130，电流调变开关360的第二端用以接收参考电压Vref。

第一电阻310和第二电阻320用以对驱动电压VCC和参考电压Vref进行分压，以于第一电阻310和第二电阻320之间产生调节电压Vx，也即在比较电路350的反向输入端产生调节电压Vx。分压电阻330和热敏电阻340用以对驱动电压VCC和参考电压Vref进行分压，以在分压电阻330和热敏电阻340之间产生温感电压Vtmp，也即在比较电路350的非反向输入端产生温感电压Vtmp。因此，比较电路350的非反向输入端会接收温感电压Vtmp，而反向输入端则会接收调节电压Vx。

在本实施例中，热敏电阻340具有正温度系数且被设置于对应的电源转换电路120附近。驱动电压VCC大于参考电压Vref。因此，当电源转换电路120的温度上升时，热敏电阻340的电阻值会随之上升，使得温感电压Vtmp上升。当温感电压Vtmp上升至高于调节电压Vx时，比较电路350产生开关信号SW导通电流调变开关360，使电流调变开关360接收来自控制电路210的修正电流Itmp。

当电源转换电路120的温度下降时，热敏电阻340的电阻值会随之下降，使得温感电压Vtmp下降。当温感电压Vtmp下降至低于调节电压Vx时，比较电路350输出开关信号SW关断电流调变开关360。

在一实施例中，可以将限流电阻(图中未描述)电性耦接于电流调变开关360的第一端和节点N1之间，以将修正电流Itmp控制在预定范围内。

在一实施例中，参考电压Vref可以是接地电压，而开关360则可以利用N型或P型场效晶体管(field-effect transistor)来实现。

在一实施例中，可以使用具有负温度系数的热敏电阻取代热敏电阻340，并将比较电路350的非反向输入端改为接收调节电压Vx，将比较电路350的反向输入端改为接收温感电压Vtmp。因此，当电源转换电路120的温度上升时，具有负温度系数的热敏电阻的电阻值会随之下降，进而使得温感电压Vtmp下降。而当温感电压Vtmp下降至低于调节电压Vx时，比较电路350便会导通电流调变开关360。

图4为图2的过热侦测电路140的另一实施例的功能方块图。在图4的实施例中，过热侦测电路140包含第一电阻410、第二电阻420、分压电阻430、热敏电阻440、比较电路450和限流电阻460。热敏电阻440设置于对应的电源转换电路120附近。限流电阻460的第一端电性耦接于控制电路210和对应的电流侦测电路130。第一电阻410的第一端电性耦接于限流电阻460的第二端。第二电阻420的第一端电性耦接于第一电阻410的第二端，第二电阻420的第二端电性耦接于分压电阻430的第一端。热敏电阻440的第一端电性耦接于分压电阻430的第一端，热敏电阻440的第二端用以接收参考电压Vref。分压电阻430的第二端用以接收驱动电压VCC。比较电路450的非反向输入端用以接收参考电压Vref，比较电路450的输出端电性耦接于第一电阻410的第一端。

分压电阻430和热敏电阻440用以对驱动电压VCC和参考电压Vref进行分压，以在分压电阻430和热敏电阻440之间产生温感电压Vtmp。也即，温感电压Vtmp会传递至第二电阻420的第二端。

在本实施例中，热敏电阻440具有正温度系数且被设置于电源转换电路120附近。驱动电压VCC大于参考电压Vref。第一电阻410、第二电阻420和比较电路450组成了反向放大电路470，且反向放大电路470会自控制电路210接收修正电流Itmp，也即修正电流Itmp会经由限流电阻460流入比较电路450的输出端。

当电源转换电路120的温度上升时，热敏电阻440的电阻值会随之上升，使得温感电压Vtmp上升。当温感电压Vtmp上升时，反向放大电路470的输出端的电压会下降，使得反向放大电路470接收来自控制电路210的修正电流Itmp增加。

当电源转换电路120的温度下降时，热敏电阻440的电阻值会随之下降，使得温感电压Vtmp下降。当温感电压Vtmp下降时，反向放大电路470的输出端的电压会上升，使得反向放大电路470接收来自控制电路210的修正电流Itmp减少。

反向放大电路470的输入电压与输出电压之间具有线性关系，也即，温感电压Vtmp与比较电路450的输出端的电压之间为线性关系。因此，修正电流Itmp与温感电压Vtmp之间也呈现线性变化。

虽然本发明已经以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的变动与润饰，所以本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (10)

1.一种电源系统，其特征在于，所述电源系统包含：

控制电路，其用以产生至少一个脉冲信号；

电源转换电路，其电性耦接于所述控制电路，且所述电源转换电路用以依据所述至少一个脉冲信号产生输出电流；

电流侦测电路，其电性耦接于所述电源转换电路，且所述电流侦测电路用以依据所述输出电流产生感测电流；以及

过热侦测电路，其电性耦接于所述电流侦测电路和所述控制电路，且所述过热侦测电路用以依据所述电源转换电路的温度产生修正电流；

其中，所述控制电路依据修正感测电流调整所述至少一个脉冲信号的占空比，以调整所述输出电流，且所述修正感测电流为所述感测电流和所述修正电流的总和。

2.根据权利要求1所述的电源系统，其特征在于，当所述电源转换电路的温度上升时，所述过热侦测电路会调升所述修正电流，以调升所述修正感测电流，且所述控制电路会依据经调升的所述修正感测电流降低所述至少一个脉冲信号的占空比，以降低所述输出电流。

3.根据权利要求1所述的电源系统，其特征在于，当所述电源转换电路的温度下降时，所述过热侦测电路会调降所述修正电流，以调降所述修正感测电流，且所述控制电路会依据经调降的所述修正感测电流增加所述至少一个脉冲信号的占空比，以增加所述输出电流。

4.根据权利要求1所述的电源系统，其特征在于，所述过热侦测电路包含：

比较电路，其用以比较温感电压和调节电压，以产生开关信号；

电流调变开关，所述电流调变开关的控制端用以接收所述开关信号，所述电流调变开关的第一端电性耦接于所述控制电路和所述电流侦测电路，所述电流调变开关的第二端用以接收参考电压，其中所述电流调变开关用以依据所述开关信号进行切换操作，以产生所述修正电流；

第一电阻，所述第一电阻的第一端用以接收驱动电压，所述第一电阻的第二端电性耦接于所述比较电路的反向输入端；以及

第二电阻，所述第二电阻的第一端电性耦接于所述第一电阻的第二端,所述第二电阻的第二端用以接收所述参考电压；

其中，所述第一电阻和所述第二电阻用以对所述驱动电压和所述参考电压进行分压，以在所述第一电阻和所述第二电阻之间产生所述调节电压。

5.根据权利要求4所述的电源系统，其特征在于，当所述温感电压高于所述调节电压时，所述比较电路会导通所述电流调变开关以产生所述修正电流，当所述温感电压低于所述调节电压时，所述比较电路会关断所述电流调变开关。

6.根据权利要求4所述的电源系统，其特征在于，所述过热侦测电路还包含：

分压电阻，所述分压电阻的第一端电性耦接于所述比较电路的非反向输入端，所述分压电阻的第二端用以接收所述驱动电压；以及

热敏电阻，所述热敏电阻的第一端电性耦接于所述分压电阻的所述第一端，所述热敏电阻的第二端用以接收所述参考电压；

其中，所述分压电阻和所述热敏电阻用以对所述驱动电压和所述参考电压进行分压，以在所述分压电阻和所述热敏电阻之间产生所述温感电压。

7.根据权利要求1所述的电源系统，其特征在于，所述过热侦测电路包含：

限流电阻，所述限流电阻的第一端电性耦接于所述控制电路和所述电流侦测电路；

第一电阻，所述第一电阻的第一端电性耦接于所述限流电阻的第二端；

第二电阻，所述第二电阻的第一端电性耦接于所述第一电阻的第二端，所述第二电阻的第二端用以接收温感电压；以及

比较电路，所述比较电路的非反向输入端用以接收参考电压，所述比较电路的反向输入端电性耦接于所述第一电阻的所述第二端，所述比较电路的输出端电性耦接于所述第一电阻的所述第一端。

8.根据权利要求7所述的电源系统，其特征在于，当所述温感电压上升时，所述比较电路的所述输出端的电压会下降以调升所述修正电流，当所述温感电压下降时，所述比较电路的所述输出端的电压会上升以调降所述修正电流。

9.根据权利要求7所述的电源系统，其特征在于，所述过热侦测电路还包含：

分压电阻，所述分压电阻的第一端电性耦接于所述第二电阻的所述第二端，所述分压电阻的第二端用以接收驱动电压；以及

热敏电阻，所述热敏电阻的第一端电性耦接于所述分压电阻的所述第一端，所述热敏电阻的第二端用以接收所述参考电压；

其中，所述分压电阻和所述热敏电阻用以对所述驱动电压和所述参考电压进行分压，以在所述分压电阻和所述热敏电阻之间产生所述温感电压。

10.根据权利要求9所述的电源系统，其特征在于，所述热敏电阻具有正温度系数。