CN110957694A - 电源装置、电流侦测电路及电流侦测方法 - Google Patents

电源装置、电流侦测电路及电流侦测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了电源装置、电流侦测电路及电流侦测方法，其中，电源装置包括电源转换电路及电流侦测电路，电源转换电路产生输出电流，电流侦测电路包括第一及第二电流感测电阻以及控制电路，第一及第二电流感测电阻感测输出电流以分别产生第一及第二感测电压，控制电路耦接第一电流感测电阻的两端及第二电流感测电阻的两端以接收第一感测电压及第二感测电压，分别将第一及第二感测电压转换为第一及第二电流感测值，当第一电流感测值大于第一过电流保护值时，控制电路触发保护机制，在第一电流感测值未大于第一过电流保护值的情况下，若第二电流感测值大于第二过电流保护值，控制电路触发保护机制，第一过电流保护值大于第二过电流保护值。

Description

电源装置、电流侦测电路及电流侦测方法
技术领域
本发明涉及电源装置技术领域，尤其涉及一种符合限功率源(Limited PowerSource，LPS)规范的电源装置及其电流侦测电路与电流侦测方法。
背景技术
随着科技的进步，电子信息产品已成为人们日常生活中不可或缺的工具。为了提供电子信息产品运作所需的电源，各种电源装置也应运而生。另外，为了确保电源装置在供电上的安全性，电源装置须通过各种安全性测试。
详细来说，在安规标准IEC60950－1的规范中，要求电子信息产品必须设置合适的防火外壳，并同时规范当电子信息产品的电力是由限功率源(Limited Power Source，LPS)来提供时，若电子零件是安插在防火等级V－1以上的印刷电路板上，则此电子信息产品可以不必提供防火外壳。因此，电子信息产品的供应厂商通常会要求电源装置可以符合限功率源的要求。
然而，为了让电源装置可以通过限功率源的测试项目，通常须在电源装置中设置额外的两组侦测电路，其中为了避免侦测电路影响电源装置的转换效率，侦测电路通常会设置电阻值很小的侦测电阻。除此之外，为了取得精确的侦测值，侦测电阻需额外搭配放大电路，如此一来，将会增加电源装置的制造成本。因此，如何让电源装置可以通过限功率源的测试项目，同时避免增加太多的制造成本，乃是本领域技术人员面临的重大课题之一。
因此，亟需一种电源装置、电流侦测电路及电流侦测方法来解决上述问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种电源装置、电流侦测电路及电流侦测方法，不仅可让电源装置通过限功率源的测试项目，还可避免大幅度地增加电源装置的制造成本。
为了实现上有目的，本发明公开了一种电流侦测电路，其包括第一电流感测电阻、第二电流感测电阻以及控制电路。第一电流感测电阻用以感测电源装置的输出电流以产生第一感测电压。第二电流感测电阻用以感测输出电流以产生第二感测电压。控制电路耦接第一电流感测电阻的两端及第二电流感测电阻的两端以接收第一感测电压及第二感测电压，分别将第一感测电压及第二感测电压转换为第一电流感测值及第二电流感测值。当第一电流感测值大于第一过电流保护值时，控制电路触发保护机制。在第一电流感测值未大于第一过电流保护值的情况下，若第二电流感测值大于第二过电流保护值，控制电路触发保护机制，其中第一过电流保护值大于第二过电流保护值。
在本发明的一实施例中，在第一电流感测值未大于第一过电流保护值的情况下，若第一电流感测值等于参考电流值且第二电流感测值大于第二过电流保护值，控制电路判断第一电流感测电阻被短路，且控制电路触发保护机制以限制输出电流，其中参考电流值小于第二过电流保护值。
在本发明的一实施例中，参考电流值为零电流值。
在本发明的一实施例中，控制电路包括放大电路、第一模拟转数字转换电路、第二模拟转数字转换电路以及控制主体。放大电路耦接在第一电流感测电阻的两端以对第一感测电压进行放大，并据以产生放大后电压。第一模拟转数字转换电路耦接放大电路以接收放大后电压，且将放大后电压进行模拟至数字转换以产生第一电流感测值。第二模拟转数字转换电路直接耦接在第二电流感测电阻的两端，用以对第二感测电压进行模拟至数字转换，并据以产生第二电流感测值。控制主体耦接第一模拟转数字转换电路及第二模拟转数字转换电路以接收第一电流感测值及第二电流感测值。在第一电流感测值未大于第一过电流保护值的情况下，若第一电流感测值等于参考电流值且第二电流感测值大于第二过电流保护值，控制主体判断第一电流感测电阻被短路，且控制主体触发保护机制以限制输出电流，其中参考电流值小于第二过电流保护值。
本发明的电源装置包括电源转换电路以及电流侦测电路。电源转换电路用以产生输出电流。电流侦测电路耦接电源转换电路以侦测输出电流。电流侦测电路包括第一电流感测电阻、第二电流感测电阻以及控制电路。第一电流感测电阻用以感测输出电流以产生第一感测电压。第二电流感测电阻用以感测输出电流以产生第二感测电压。控制电路耦接第一电流感测电阻的两端及第二电流感测电阻的两端以接收第一感测电压及第二感测电压，分别将第一感测电压及第二感测电压转换为第一电流感测值及第二电流感测值。当第一电流感测值大于第一过电流保护值时，控制电路触发保护机制。第一电流感测值未大于第一过电流保护值的情况下，若第二电流感测值大于第二过电流保护值，控制电路触发保护机制，其中第一过电流保护值大于第二过电流保护值。
本发明的电流侦测方法包括以下步骤：透过第一电流感测电阻感测电源装置的输出电流以得到第一感测电压。透过第二电流感测电阻感测输出电流以得到第二感测电压。透过控制电路分别将第一感测电压及第二感测电压转换为第一电流感测值及第二电流感测值。若第一电流感测值大于第一过电流保护值，则透过控制电路触发保护机制。在第一电流感测值未大于第一过电流保护值的情况下，若第二电流感测值大于第二过电流保护值，则透过控制电路触发保护机制，其中第一过电流保护值大于第二过电流保护值。
基于上述，本发明实施例所提供的电源装置、电流侦测电路及电流侦测方法，借由第一电流感测值未大于第一过电流保护值且第二电流感测值大于第二过电流保护值之判断条件，可让控制电路正确地触发保护机制。如此一来，不仅可让电源装置顺利通过限功率源的测试项目，还可降低电源装置的制造成本。
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是依照本发明一实施例所绘示的电源装置的电路方块示意图。
图2是依照本发明一实施例所绘示的控制电路的电路方块示意图。
图3是依照本发明一实施例所绘示的电流侦测方法的步骤流程示意图。
图4是依照本发明一实施例所绘示的图3的步骤S330的细节步骤流程示意图。
图5是依照本发明一实施例所绘示的图3的步骤S340的细节步骤流程示意图。
符号说明
100：电源装置； 120：电源转换电路；
140：电流侦测电路； 143：控制电路；
CS1：第一电流感测值； CS2：第二电流感测值；
Io：输出电流； OCP1：第一过电流保护值；
OCP2：第二过电流保护值； R1：第一电流感测电阻；
R2：第二电流感测电阻； REF：参考电流值；
Vo：输出电压； VS1：第一感测电压；
VS2：第二感测电压。
具体实施方式
为了使本发明的内容可以被更容易明了，以下特举实施例做为本发明确实能够据以实施的范例。另外，凡可能之处，在图式及实施方式中使用相同标号的组件/构件，是代表相同或类似部件。
图1是依照本发明一实施例所绘示的电源装置的电路方块示意图。请参照图1，电源装置100包括电源转换电路120以及电流侦测电路140。电源转换电路120用以产生输出电压Vo及输出电流Io，以提供负载运作所需的电力。电流侦测电路140耦接电源转换电路120以侦测输出电流Io。
详言之，电流侦测电路140包括第一电流感测电阻R1、第二电流感测电阻R2以及控制电路143。第一电流感测电阻R1用以感测输出电流Io以产生第一感测电压VS1。第二电流感测电阻R2用以感测输出电流Io以产生第二感测电压VS2。控制电路143耦接第一电流感测电阻R1的两端及第二电流感测电阻R2的两端以接收第一感测电压VS1及第二感测电压VS2。控制电路143将第一感测电压VS1及第二感测电压VS2分别转换为第一电流感测值CS1及第二电流感测值CS2。控制电路143可根据第一电流感测值CS1及第二电流感测值CS2来判断是否触发保护机制。
更进一步来说，在第一电流感测电阻R1及第二电流感测电阻R2皆为正常的情况下，当输出电流Io小于过电流值时，第一电流感测值CS1将小于第一过电流保护值OCP1，且第二电流感测值CS2也小于第二过电流保护值OCP2，因此控制电路143可判断电源装置100为正常运作而不会触发保护机制。相对地，当输出电流Io大于上述过电流值时，第一电流感测值CS1将大于第一过电流保护值OCP1，因此控制电路143可判断电源装置100发生异常而触发保护机制。
另外，在对电源装置100进行限功率源(LPS)的测试时，第一电流感测电阻R1会被短路，以仿真电源装置100在其单一零件发生故障的情况下是否能通过限功率源(LPS)的测试。由于第一电流感测电阻R1被短路，即使输出电流Io大于上述过电流值，控制电路143所接收到的第一感测电压VS1始终极小，使得第一电流感测值CS1未大于第一过电流保护值OCP1。于此情况下，控制电路143则可根据第二电流感测值CS2来判断是否触发保护机制，以让电源装置100可通过限功率源的测试。详细来说，在第一电流感测值CS1未大于第一过电流保护值OCP1的情况下，若第二电流感测值CS2大于第二过电流保护值OCP2，则控制电路143可判断输出电流Io大于上述过电流值并据以触发保护机制，其中第一过电流保护值OCP1大于第二过电流保护值OCP2。
可以理解的是，第二电流感测电阻R2可用来辅助控制电路143判断第一电流感测电阻R1是否被短路。此外，在第一电流感测电阻R1为短路的情况下，控制电路143可根据第二电流感测值CS2来判断是否触发保护机制，以让电源装置100通过限功率源的测试。
在本发明的一实施例中，在第一电流感测值CS1未大于第一过电流保护值OCP1的情况下，若第一电流感测值CS1等于参考电流值REF且第二电流感测值CS2大于第二过电流保护值OCP2，则控制电路143判断第一电流感测电阻R1被短路，且控制电路143将触发保护机制以限制电源转换电路120的输出电流Io，其中参考电流值REF小于第二过电流保护值OCP2。
在本发明的一实施例中，参考电流值REF可例如是零电流值，但本发明不限于此，端视实际应用或设计需求而定。
在本发明的一实施例中，当控制电路143触发保护机制时，控制电路143可产生一控制信号至电源转换电路120。电源转换电路120可反应于此控制信号而执行过电流保护运作，以降低输出电流Io的电流值。由于过电流保护运作为本领域技术人员所熟悉，故在此不再赘述。
在本发明的一实施例，电源装置100可例如是输出电压及输出电流可调整的电力供应(Power Delivery，PD)装置，但不限于此。在本发明的一实施例，电源装置100可例如是支持USB3.1电力供应规范的电力供应装置。
在本发明的一实施例中，电源转换电路120可例如是具有过电流保护功能的交流转直流转换器或是直流转直流转换器，但本发明不限于此，本发明并不对电源转换电路120的类型加以限制。
图2是依照本发明一实施例所绘示的控制电路的电路方块示意图。请合并参照图1及图2。控制电路143可包括放大电路1433、第一模拟转数字转换电路1431、第二模拟转数字转换电路1432以及控制主体1434。放大电路1433耦接在第一电流感测电阻R1的两端以对第一感测电压VS1进行放大，并据以产生放大后电压VA。第一模拟转数字转换电路1431耦接放大电路1433以接收放大后电压VA，且将放大后电压VA进行模拟至数字转换以产生第一电流感测值CS1。第二模拟转数字转换电路1432直接耦接在第二电流感测电阻R2的两端，用以对第二感测电压VS2进行模拟至数字转换，并据以产生第二电流感测值CS2。
控制主体1434用以做为控制电路143的运作核心。详细来说，控制主体1434耦接第一模拟转数字转换电路1431及第二模拟转数字转换电路1432以接收第一电流感测值CS1及第二电流感测值CS2。控制主体1434可将第一电流感测值CS1与参考电流值REF进行比较，以及将第二电流感测值CS2与第二过电流保护值OCP2进行比较。在第一电流感测值CS1未大于第一过电流保护值OCP1的情况下，若第一电流感测值CS1等于参考电流值REF且第二电流感测值CS2大于第二过电流保护值OCP2，则控制主体1434判断第一电流感测电阻R1被短路，且控制主体1434触发保护机制以限制电源转换电路120的输出电流Io。另外，关于控制主体1434的其他运作细节，可参考上述控制电路143的相关说明，在此不再赘述。
值得一提的是，为了降低控制电路143的硬件成本，第二模拟转数字转换电路1432与第二电流感测电阻R2之间并未设置另一放大电路。也就是说，第二模拟转数字转换电路1432是直接耦接在第二电流感测电阻R2的两端，并直接将第二感测电压VS2转换为第二电流感测值CS2。如此的设计虽然会让第二电流感测值CS2的精确度低于第一电流感测值CS1的精确度，但是借由第一电流感测值CS1等于参考电流值REF且第二电流感测值CS2大于第二过电流保护值OCP2之判断条件的辅助，控制电路143仍可在第一电流感测电阻R1被短路的情况下正确地判断输出电流Io大于或等于过电流值，并触发保护机制，以让电源装置100通过限功率源的测试项目。
在本发明的一实施例中，放大电路1433可采用运算放大器(OperationalAmplifier，OPA)来实现，但本发明不限于此。在本发明的另一实施例中，放大电路1433可采用现有的电压放大电路来实现。
在本发明的一实施例中，第一模拟转数字转换电路1431及第二模拟转数字转换电路1432可采用现有的模拟转数字转换器来实现。
在本发明的一实施例中，控制主体1434可以是硬件、韧体或是储存在内存而由微处理器(或微控制器)所加载执行的软件或机器可执行程序代码。若是采用硬件来实现，则控制主体1434可以是由单一整合电路芯片来实现，也可以由多个电路芯片来实现，但本发明并不以此为限制。上述多个电路芯片或单一整合电路芯片可采用特殊功能集成电路(ASIC)或可程序化逻辑门阵列(FPGA)或复杂可编程逻辑设备(CPLD)来实现。而上述内存可以是例如随机存取内存、只读存储器或是闪存等等。
图3是依照本发明一实施例所绘示的电流侦测方法的步骤流程示意图，可应用于图1所示的电源装置100，但不限于此。请合并参照图1及图3，电流侦测方法包括步骤S310、S320、S330及S340。于步骤S310中，透过第一电流感测电阻R1感测电源装置100的输出电流Io以得到第一感测电压VS1。于步骤S320中，透过第二电流感测电阻R2感测输出电流Io以得到第二感测电压VS2。可以理解的是，步骤S320的执行顺序可在步骤S310之前，或者是，步骤S310与步骤S320可同时执行。
接着，于步骤S330中，透过控制电路143分别将第一感测电压VS1及第二感测电压VS2转换为第一电流感测值CS1及第二电流感测值CS2。然后，于步骤S340中，若第一电流感测值CS1大于第一过电流保护值OCP1，则透过控制电路143触发保护机制；以及在第一电流感测值CS1未大于第一过电流保护值OCP1的情况下，若第二电流感测值CS2大于第二过电流保护值OCP2，则透过控制电路143触发上述的保护机制，其中第一过电流保护值OCP1大于第二过电流保护值OCP2。
图4是依照本发明一实施例所绘示的图3的步骤S330的细节步骤流程示意图。需先说明的是，图4的步骤仅是范例，并非用以限制各细节步骤的执行顺序。请合并参照图1及图4，步骤S330包括细节步骤S331￣S333。于步骤S331中，对第一感测电压VS1进行放大以产生放大后电压VA。接着，于步骤S332中，将放大后电压VA进行模拟至数字转换以产生第一电流感测值CS1。另一方面，于步骤S333中，直接对第二感测电压VS2进行模拟至数字转换以产生第二电流感测值CS2。
图5是依照本发明一实施例所绘示的图3的步骤S340的细节步骤流程示意图。请合并参照图1及图5，步骤S340包括细节步骤S342、S344及S346。首先，于步骤S342中，判断第一电流感测值CS1是否大于第一过电流保护值OCP1以得到第一判断结果。若第一判断结果为是，表示输出电流Io大于过电流值，则透过控制电路143触发保护机制以限制输出电流Io，如步骤S346所示。相对地，若第一判断结果为否，则判断是否第一电流感测值CS1等于参考电流值REF且第二电流感测值CS2大于第二过电流保护值OCP2以得到第二判断结果，如步骤S344所示。若第二判断结果为是，表示输出电流Io大于过电流值，则透过控制电路143触发保护机制以限制输出电流Io，如步骤S346所示。相对地，若第二判断结果为否，表示输出电流Io小于过电流值，则回到图3的步骤S310，以执行下一次的电流侦测运作。
另外，本发明实施例的电流侦测方法可以由图1和图2实施例之叙述中获致足够的教示、建议与实施说明，因此不再赘述。
综上所述，本发明实施例所提供的电源装置、电流侦测电路及电流侦测方法，可在第二电流感测值的精确度低于第一电流感测值的精确度的情况下，借由第一电流感测值未大于第一过电流保护值且第二电流感测值大于第二过电流保护值之判断条件，可让控制电路正确地触发保护机制。如此一来，不仅可让电源装置顺利通过限功率源的测试项目，还可避免为了提高第二电流感测值的精确度而增加电源装置的制造成本。
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具有通常知识者，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后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (12)

1.一种电流侦测电路，其特征在于，包括：
一第一电流感测电阻，用以感测一电源装置的一输出电流以产生一第一感测电压；
一第二电流感测电阻，用以感测所述输出电流以产生一第二感测电压；以及
一控制电路，耦接所述第一电流感测电阻的两端及所述第二电流感测电阻的两端以接收所述第一感测电压及所述第二感测电压，分别将所述第一感测电压及所述第二感测电压转换为一第一电流感测值及一第二电流感测值，其中当所述第一电流感测值大于一第一过电流保护值时，所述控制电路触发一保护机制，
其中在所述第一电流感测值未大于所述第一过电流保护值的情况下，若所述第二电流感测值大于一第二过电流保护值，所述控制电路触发所述保护机制，其中所述第一过电流保护值大于所述第二过电流保护值。
2.如权利要求1所述的电流侦测电路，其特征在于：在所述第一电流感测值未大于所述第一过电流保护值的情况下，若所述第一电流感测值等于一参考电流值且所述第二电流感测值大于所述第二过电流保护值，所述控制电路判断所述第一电流感测电阻被短路，且所述控制电路触发所述保护机制以限制所述输出电流，其中所述参考电流值小于所述第二过电流保护值。
3.如权利要求2所述的电流侦测电路，其特征在于：所述参考电流值为一零电流值。
4.如权利要求1所述的电流侦测电路，其特征在于，所述控制电路包括：
一放大电路，耦接在所述第一电流感测电阻的两端以对所述第一感测电压进行放大，并据以产生一放大后电压；
一第一模拟转数字转换电路，耦接所述放大电路以接收所述放大后电压，且将所述放大后电压进行模拟至数字转换以产生所述第一电流感测值；
一第二模拟转数字转换电路，直接耦接在所述第二电流感测电阻的两端，用以对所述第二感测电压进行模拟至数字转换，并据以产生所述第二电流感测值；以及
一控制主体，耦接所述第一模拟转数字转换电路及所述第二模拟转数字转换电路以接收所述第一电流感测值及所述第二电流感测值，
其中在所述第一电流感测值未大于所述第一过电流保护值的情况下，若所述第一电流感测值等于一参考电流值且所述第二电流感测值大于所述第二过电流保护值，所述控制主体判断所述第一电流感测电阻被短路，且所述控制主体触发所述保护机制以限制所述输出电流，其中所述参考电流值小于所述第二过电流保护值。
5.一种电源装置，其特征在于，包括：
一电源转换电路，用以产生一输出电流；以及
一电流侦测电路，耦接所述电源转换电路以侦测所述输出电流，所述电流侦测电路包括：
一第一电流感测电阻，用以感测所述输出电流以产生一第一感测电压；
一第二电流感测电阻，用以感测所述输出电流以产生一第二感测电压；以及
一控制电路，耦接所述第一电流感测电阻的两端及所述第二电流感测电阻的两端以接收所述第一感测电压及所述第二感测电压，分别将所述第一感测电压及所述第二感测电压转换为一第一电流感测值及一第二电流感测值，其中当所述第一电流感测值大于一第一过电流保护值时，所述控制电路触发一保护机制，
其中在所述第一电流感测值未大于所述第一过电流保护值的情况下，若所述第二电流感测值大于一第二过电流保护值，所述控制电路触发所述保护机制，其中所述第一过电流保护值大于所述第二过电流保护值。
6.如权利要求5所述的电源装置，其特征在于：在所述第一电流感测值未大于所述第一过电流保护值的情况下，若所述第一电流感测值等于一参考电流值且所述第二电流感测值大于所述第二过电流保护值，所述控制电路判断所述第一电流感测电阻被短路，且所述控制电路触发所述保护机制以限制所述输出电流，其中所述参考电流值小于所述第二过电流保护值。
7.如权利要求6所述的电源装置，其特征在于：所述参考电流值为一零电流值。
8.如权利要求5所述的电源装置，其特征在于，所述控制电路包括：
一放大电路，耦接在所述第一电流感测电阻的两端以对所述第一感测电压进行放大，并据以产生一放大后电压；
一第一模拟转数字转换电路，耦接所述放大电路以接收所述放大后电压，且将所述放大后电压进行模拟至数字转换以产生所述第一电流感测值；
一第二模拟转数字转换电路，直接耦接在所述第二电流感测电阻的两端，用以对所述第二感测电压进行模拟至数字转换，并据以产生所述第二电流感测值；以及
一控制主体，耦接所述第一模拟转数字转换电路及所述第二模拟转数字转换电路以接收所述第一电流感测值及所述第二电流感测值，
其中在所述第一电流感测值未大于所述第一过电流保护值的情况下，若所述第一电流感测值等于一参考电流值且所述第二电流感测值大于所述第二过电流保护值，所述控制主体判断所述第一电流感测电阻被短路，且所述控制主体触发所述保护机制以限制所述输出电流，其中所述参考电流值小于所述第二过电流保护值。
9.一种电流侦测方法，其特征在于，包括：
透过一第一电流感测电阻感测一电源装置的一输出电流以得到一第一感测电压；
透过一第二电流感测电阻感测所述输出电流以得到一第二感测电压；
透过一控制电路分别将所述第一感测电压及所述第二感测电压转换为一第一电流感测值及一第二电流感测值；
若所述第一电流感测值大于一第一过电流保护值，则透过所述控制电路触发一保护机制；以及
在所述第一电流感测值未大于所述第一过电流保护值的情况下，若所述第二电流感测值大于一第二过电流保护值，则透过所述控制电路触发所述保护机制，其中所述第一过电流保护值大于所述第二过电流保护值。
10.如权利要求9所述的电流侦测方法，其特征在于，所述透过所述控制电路分别将所述第一感测电压及所述第二感测电压转换为所述第一电流感测值及所述第二电流感测值的步骤包括：
对所述第一感测电压进行放大以产生一放大后电压；
将所述放大后电压进行模拟至数字转换以产生所述第一电流感测值；以及
直接对所述第二感测电压进行模拟至数字转换以产生所述第二电流感测值。
11.如权利要求9所述的电流侦测方法，其特征在于，在所述第一电流感测值未大于所述第一过电流保护值的情况下，若所述第二电流感测值大于所述第二过电流保护值，则透过所述控制电路触发所述保护机制的步骤包括：
若所述第一电流感测值等于一参考电流值且所述第二电流感测值大于所述第二过电流保护值，则透过所述控制电路触发所述保护机制以限制所述输出电流，其中所述参考电流值小于所述第二过电流保护值。
12.如权利要求11所述的电流侦测方法，其特征在于：所述参考电流值为一零电流值。
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