TW201421879A - 電源轉換器控制電路 - Google Patents

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Abstract

本發明係揭露一種電源轉換器控制電路，其中至少包含電源轉換器電路及控制電路。此電源轉換器電路可以將輸入電壓升壓之後提供給被驅動元件，更可分別產生一電壓信號及一電流偵測信號，並且將二者混合成為電壓/電流偵測信號。控制電路係依據電壓/電流偵測信號配合調變信號解出過電壓信號及電流偵測信號，再輸入過電壓保護元件及過電流保護元件以進行比對，並據以進行過電壓及過電流之保護。

Description

電源轉換器控制電路
本發明是有關於一種電源轉換器控制電路，特別是有關於一種可減少接腳之電源轉換器控制電路。
近年來，隨著液晶顯示器(liquid-crystal display,LCD)的快速發展，發光二極體(light-emitting diode,LED)背光源已逐漸取代了傳統的冷陰極燈管(cold-cathode fluorescent lamps,CCFL)背光源。
請參閱第1圖，第1圖係為習知之具有升壓功能之發光二極體驅動電路，包含升壓電路10、分壓電路30及積體電路化之控制電路40、發光二極體20及回授電阻RFB。
當功率電晶體T1導通時，輸入電壓Vin跨接於電感儲能元件L1，使得電感儲能元件L1之電流呈線性增加，並且儲存能量於電感儲能元件L1中。若達到所預訂之導通時間，功率電晶體T1便立即關閉，以將電感儲能元件L1所儲存之能量經過二極體D1輸出至升壓電路10之輸出端，並且對電容C2進行充電。經由上述動作重複交替以將輸入電壓Vin提升至升壓電路10之輸出端所設定之準位，此即為升壓(boosting)之原理。
其中，升壓電路10之輸出端係依序電性串聯發光二極體20及回授電阻RFB，回授電阻RFB之非接地端電性 耦接至控制電路40的回授信號接腳FB。藉由回授電路之回授電壓輸出至控制電路40，再透過控制電路40輸出控制信號至功率電晶體T1之閘極，以達到設定的電流。
其中，過壓保護方式係為升壓電路10之輸出電壓透過分壓電路30輸出一分壓至過壓信號接腳OVP，並且與控制電路40內部之過壓保護比較器(未繪示)之參考電壓進行比較。若分壓超過參考電壓，則使得此驅動電路關閉並鎖住。
此外，電流偵測方式係經由功率電晶體T1之源極，經過電流偵測電阻RCS輸入至控制電路40之電流偵測信號腳位CS。
然而，在控制電路接腳數量受限的情況下，傳統上具有升壓功能之驅動電路便無法克服此問題而適用前述之控制電路。
有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之其中一目的在於提供一種電源轉換器控制電路，使得在成本考量及接腳數量受到限制的情況下，此電源轉換器控制電路還能夠保有升壓、偵測電流及過壓保護的功能。
緣是，本發明提出一種電源轉換器控制電路，包含電源轉換器電路及控制電路。電源轉換器電路用以產生一輸出電壓，電源轉換器電路具有電感儲能元件及功率 電晶體，並連接至外界之輸入電壓，其中電感儲能元件之一端為電性耦接至輸入電壓，功率電晶體的汲極為電性耦接至電感儲能元件之另一端，功率電晶體的閘極接收一共用之調變信號以產生輸出電壓至輸出端。控制電路用以控制輸出電壓，控制電路具有多功能輸入端、過電流偵測電路及過電壓偵測電路，其中多功能輸入端為電性耦接至功率電晶體的源極及輸出端，過電流偵測線路及過電壓偵測電路係分別接收共用之調變信號以電性耦合至多功能輸入端。
電源轉換器電路更包含電流偵測電阻、第一電阻、第二電阻、輸出端、第一電性節點及接地端，功率電晶體之汲極為電性耦接至輸出端，功率電晶體的源極與電流偵測電阻之一端為共同電性耦接至第一電性節點，電流偵測電阻之另一端則電性耦接至接地端，第一電阻之一端為電性耦接至輸出端，第一電阻之另一端為電性耦接至多功能輸入端，第二電阻兩端為電性耦接至第一電性節點及多功能輸入端。
過電流偵測電路包含電流信號偵測器及電流偵測信號輸出端，電流信號偵測器之第一輸入端接收共用之調變信號，電流信號偵測器之第二輸入端為電性耦接至多功能輸入端，電流信號偵測器之輸出端為電性耦接至過電流偵測信號輸出端；過電壓偵測電路包含反相器、控制電晶體及過電壓信號輸出端，反相器之輸入端接收共用之調變信號，反相器之輸出端電為性耦接至控制電晶體之閘極，控制電晶體之源極/汲極之一者為為電性耦接 至多功能輸入端，控制電晶體之源極/汲極之另一者則電性耦接至過電壓信號輸出端。
其中，共用之調變信號為例如為脈寬調變(pulse width modulation,PWM)信號，且控制電路為積體電路所構成。
續言之，過電壓信號輸出端及過電流偵測信號輸出端係分別電性耦接至過電壓保護比較器及過電流保護比較器之非反相輸入端，過電壓保護比較器及過電流保護比較器之反相輸入端係分別電性耦接至過電壓比較參考電壓及過電流比較參考電壓。
續言之，電源轉換器之輸出端可依序電性串聯例如為至少一發光二極體之被驅動元件及接地之回授電阻，該回授電阻之非接地端電性耦接至該控制電路。
此外，電源轉換器之輸出端可電性串聯複數個電性並聯之被驅動元件，其中被驅動元件例如為至少一發光二極體。
此外，電源轉換器之輸出端可依序電性串聯例如為至少一發光二極體之被驅動元件及亮度控制電晶體之汲極，亮度控制電晶體之源極係串聯接地之回授電阻，此回授電阻之非接地端為電性耦接至控制電路。
續言之，前述之被驅動元件為發光二極體(light-emitting diode,LED)或冷陰極燈管(cold-cathode fluorescent lamps,CCFL)。
承上所述，依據本發明之電源轉換器控制電路，其 可具有一或多個下述優點：
(1)本發明之電源轉換器控制電路，可將合併電流偵測信號之輸入接腳及過壓保護元件之輸入接腳結合為同一個接腳。
(2)本發明之電源轉換器控制電路，可在成本考量及接腳數量受到限制的情況下，使得此電源轉換器控制電路還能夠保有升壓、電流偵測及過壓保護的功能。
茲為使 貴審查委員對本發明之技術特徵及所達到之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明如後。
以下將參照相關圖式，說明依本發明電源轉換器控制電路之實施例，為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。
本發明係揭露一種電源轉換器控制電路，其中至少包含電源轉換器電路及控制電路。此電源轉換器電路可以將輸入電壓升壓之後提供給被驅動元件，更可分別產生一電壓信號及一電流偵測信號，並且將二者混合成為電壓/電流偵測信號。控制電路係依據電壓/電流偵測信號配合調變信號解出過電壓信號及電流偵測信號，再輸入過電壓保護元件及過電流保護元件以進行比對，並據以進行過電壓及過電流之保護。
請參閱第2圖、第3圖及第4圖，第2圖係為本發 明之電源轉換器控制電路之第一實施例之示意圖，第3圖係為本發明之電源轉換器控制電路之調變信號之示意圖，第4圖係為本發明之電源轉換器控制電路之處理信號之示意圖。
本發明之電源轉換器控制電路至少包含電源轉換器電路100及控制電路400。電源轉換器電路100包括電感儲能元件L1、功率電晶體T1、電流偵測電阻RCS、第一電阻R1、第二電阻R2、第一電性節點110、輸出端130及接地端140，並連接至外界之輸入電壓Vin。其中電感儲能元件L1之一端電性耦接至輸入電壓Vin，功率電晶體T1的汲極電性耦接至電感儲能元件L1之另一端，功率電晶體T1之源極及電流偵測電阻RCS之一端為共同電性耦接至第一電性節點110，功率電晶體T1的閘極接收一共用之調變信號，例如脈寬調變信號(PWM)，以控制產生輸出電壓，電流偵測電阻RCS另一端則電性耦接至接地端140。第一電阻R1之一端係電性耦接至輸出端130，第二電阻R2之一端為電性耦接至第一電性節點110。輸出端130依序電性串聯例如為至少一發光二極體或冷陰極燈管之被驅動元件200及接地之回授電阻RFB，回授電阻RFB之非接地端電性耦接至控制電路400之回授信號接腳FB。
其中，電源轉換器電路100之輸出電壓透過分壓電路300輸出一分壓，再與經由功率電晶體T1調控及電流偵測電阻RCS分壓後之輸出信號合併相加成為電流偵測/過電壓信號，並且透過多功能輸入端120輸入至控制電路400。
續言之，控制電路400具有多功能輸入端120、過電流偵測電路450及過電壓偵測電路440。第一電阻R1另一端與第二電阻R2另一端共同電性耦接至多功能輸入端120。過電壓偵測電路440包含反相器I1、控制電晶體T2及過電壓信號輸出端420，反相器I1之輸入端接收共用之脈寬調變信號PWM，反相器I1之輸出端電性耦接至控制電晶體T2之閘極，控制電晶體T2之源極/汲極之一者電性耦接至多功能輸入端120，控制電晶體T2之源極/汲極之另一者電性耦接至過電壓信號輸出端420。過電流偵測電路450包含電流信號偵測器S/H&S及電流偵測信號輸出端430，電流信號偵測器S/H&S之第一輸入端接收共用之脈寬調變信號PWM，該電流信號偵測器S/H&S之第二輸入端電性耦接至多功能輸入端120，電流信號偵測器S/H&S之輸出端係電性耦接至過電流偵測信號輸出端430。
如第3圖及第4圖所示，當脈寬調變信號PWM在電流偵測週期Phase-1之時間區間時，其狀態係為啟動。因此，功率電晶體T1會啟動產生輸出信號，電流信號偵測器S/H&S會配合脈寬調變信號PWM與時脈信號CLK以對多功能輸入端120之輸入信號進行取樣，並且除去其中之過電壓信號準位440，以獲得純粹之過電流偵測信號VCS_S，並且輸出至過電流偵測信號輸出端430；同時，脈寬調變信號PWM經過反相器I1時轉為關閉狀態，並且經由控制電晶體T2之閘極關閉控制電晶體T2輸出。當脈寬調變信號PWM在電壓偵測週期Phase-2之時間區間時其狀態為關 閉，因此功率電晶體T1會關閉輸出信號，使電流偵測/過電壓信號僅剩餘過分壓電路300輸出之分壓，脈寬調變信號PWM經過反相器I1時會轉為啟動狀態，並且經由控制電晶體T2之閘極控制輸出分壓信號至過電壓信號輸出端420；同時，脈寬調變信號PWM關閉電流信號偵測器S/H&S之輸出。
續言之，第5圖為本發明之電源轉換器控制電路之之電流信號偵測器之示意圖，其中第一比較器OP1、第二比較器OP2、時脈信號CLK、第三電容C3及配合電路共同構成電流信號偵測器S/H&S，時脈信號CLK用以控制取樣之頻率，第三電容C3用以保存取樣值；第三比較器OP3、第三電阻R3、第四電阻R4及配合電路構成減法電路，其功能為除去過電壓信號準位440，減法電路之輸出經由脈寬調變信號PWM進行調控以產生過電流偵測信號VCS_S。
如第2圖所示，過電壓信號輸出端420及過電流偵測信號輸出端430係分別電性耦接至過電壓保護比較器COMP1及過電流保護比較器COMP2之非反相輸入端。過電壓保護比較器COMP1及過電流保護比較器COMP2之反相輸入端係分別電性耦接至過電壓比較參考電壓Vov_ref及過電流比較參考電壓Vov_ref。若是過電壓信號輸出端420送出之過電壓信號準位高於過電壓比較參考電壓Vov_ref，過電壓保護比較器COMP1會送出起動控制信號，反之則送出關閉控制信號；同理，若是過電流偵測信號輸出端430送出之過電流偵測信號VCS_S準位高於過電流比較參考電壓Voc_ref，過電流保護比較器COMP2會送出 起動控制信號，反之則送出關閉控制信號。過電流偵測信號輸出端430係電性耦接至總和斜率補償電路410，以便進行過電流偵測信號VCS_S之後續處理。
請參閱第6圖，第6圖係為本發明之電源轉換器控制電路之第二實施例之示意圖。其中，電源轉換器電路100之輸出端130可電性串聯複數個電性並聯之被驅動元件500，其中被驅動元件500例如為至少一發光二極體或冷陰極燈管。
請參閱第7圖，第7圖係為本發明之電源轉換器控制電路之第三實施例之示意圖。其中，電源轉換器電路100之輸出端130依序電性串聯例如為至少一發光二極體或冷陰極燈管之被驅動元件200及亮度控制電晶體T3之汲極，亮度控制電晶體T3之源極係串聯接地之回授電阻RFB，回授電阻RFB之非接地端電性耦接至控制電路400。
總言之，本發明之具有升壓功能之電源轉換器控制電路將CS接腳及OVP接腳結合為多功能輸入端接腳CS/OVP，使得在成本考量及接腳數量受到限制的情況下，此電源轉換器控制電路還能夠保有升壓、電流偵測及過壓保護的功能。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
10‧‧‧升壓電路
20‧‧‧發光二極體
30‧‧‧分壓電路
40‧‧‧控制電路
100‧‧‧電源轉換器電路
110‧‧‧第一電性節點
120‧‧‧多功能輸入端
130‧‧‧輸出端
140‧‧‧接地端
200‧‧‧被驅動元件
300‧‧‧分壓電路
400‧‧‧控制電路
410‧‧‧總和斜率補償電路
420‧‧‧過電壓信號輸出端
430‧‧‧過電流偵測信號輸出端
440‧‧‧過電壓偵測電路
450‧‧‧過電流偵測電路
500‧‧‧被驅動元件
CLK‧‧‧時脈信號
CS‧‧‧電流偵測信號(接腳)
CS/OVP‧‧‧多功能輸入端信號(接腳)
COMP1‧‧‧過電壓保護比較器
COMP2‧‧‧過電流保護比較器
C1‧‧‧第一電容
C2‧‧‧第二電容
C3‧‧‧第三電容
DIM_OUT‧‧‧調光輸出信號接腳
D1‧‧‧二極體
FB‧‧‧回授信號接腳
GATE‧‧‧功率電晶體閘極信號接腳
I1‧‧‧反相器
L1‧‧‧電感儲能元件
OP1‧‧‧第一比較器
OP2‧‧‧第二比較器
OP3‧‧‧第三比較器
OVP‧‧‧過電壓信號(接腳)
Phase-1‧‧‧電流偵測週期
Phase-2‧‧‧電壓偵測週期
PWM‧‧‧脈寬調變信號
RCS‧‧‧電流偵測電阻
RFB‧‧‧回授電阻
R1‧‧‧第一電阻
R2‧‧‧第二電阻
R3‧‧‧第三電阻
R4‧‧‧第四電阻
S/H&S‧‧‧電流信號偵測器
T1‧‧‧功率電晶體
T2‧‧‧控制電晶體
T3‧‧‧亮度控制電晶體
VCS_S‧‧‧過電流偵測信號
Vin‧‧‧輸入電壓
Voc_ref‧‧‧過電流比較參考電壓
Vov_ref‧‧‧過電壓比較參考電壓
第1圖 係為習知之具有升壓功能之驅動電路示意圖。
第2圖 係為本發明之電源轉換器控制電路之第一實施例之示意圖。
第3圖 係為本發明之電源轉換器控制電路之脈寬調變信號之示意圖。
第4圖 係為本發明之電源轉換器控制電路之處理信號之示意圖。
第5圖 係為本發明之電源轉換器控制電路之電流信號偵測器之示意圖。
第6圖 係為本發明之電源轉換器控制電路之第二實施例之示意圖。
第7圖 係為本發明之電源轉換器控制電路之第三實施例之示意圖。
100‧‧‧電源轉換器電路
110‧‧‧第一電性節點
120‧‧‧多功能輸入端
130‧‧‧輸出端
140‧‧‧接地端
200‧‧‧被驅動元件
300‧‧‧分壓電路
400‧‧‧控制電路
410‧‧‧總和斜率補償電路
420‧‧‧過電壓信號輸出端
430‧‧‧過電流偵測信號輸出端
440‧‧‧過電壓偵測電路
450‧‧‧過電流偵測電路
CLK‧‧‧時脈信號
CS/OVP‧‧‧多功能輸入端接腳
COMP1‧‧‧過電壓保護比較器
COMP2‧‧‧過電流保護比較器
C1‧‧‧第一電容
C2‧‧‧第二電容
D1‧‧‧二極體
FB‧‧‧回授信號接腳
GATE‧‧‧功率電晶體閘極信號(接腳)
I1‧‧‧反相器
L1‧‧‧電感儲能元件
PWM‧‧‧脈寬調變信號
RCS‧‧‧電流偵測電阻
RFB‧‧‧回授電阻
R1‧‧‧第一電阻
R2‧‧‧第二電阻
S/H&S‧‧‧電流信號偵測器
T1‧‧‧功率電晶體
T2‧‧‧控制電晶體
Vin‧‧‧輸入電壓
Voc_ref‧‧‧過電流比較參考電壓
Vov_ref‧‧‧過電壓比較參考電壓

Claims (10)

  1. 一種電源轉換器控制電路，包含：一電源轉換器電路，用以產生一輸出電壓，該電源轉換器電路具有一電感儲能元件及一功率電晶體，並連接至外界之一輸入電壓，其中該電感儲能元件之一端電性耦接至該輸入電壓，該功率電晶體的汲極電性耦接至該電感儲能元件之另一端，該功率電晶體的閘極接收一調變信號以產生一輸出電壓至一輸出端；以及一控制電路，用以控制該輸出電壓，該控制電路具有一多功能輸入端、一過電流偵測電路及一過電壓偵測電路，其中該多功能輸入端電性耦接至該功率電晶體的源極及該輸出端，該過電流偵測線路及該過電壓偵測電路係分別接收該調變信號以電性耦合至該多功能輸入端。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電源轉換器控制電路，其中該電源轉換器電路更包含一電流偵測電阻、一第一電阻、一第二電阻、該輸出端、一第一電性節點及一接地端，該功率電晶體之汲極電性耦接至該輸出端，該功率電晶體的源極與該電流偵測電阻之一端共同電性耦接至該第一電性節點，該電流偵測電阻之另一端則電性耦接至該接地端，該第一電阻之一端係電性耦接至該輸出端，該第一電阻之另一端係電性耦接至該多功能輸入端，該第二電 阻兩端係電性耦接至該第一電性節點及該多功能輸入端。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之電源轉換器控制電路，其中該過電流偵測電路更包含一電流信號偵測器及一電流偵測信號輸出端，該電流信號偵測器之一第一輸入端接收該調變信號，該電流信號偵測器之一第二輸入端電性耦接至該多功能輸入端，該電流信號偵測器之輸出端係電性耦接至該過電流偵測信號輸出端；該過電壓偵測電路更包含一反相器、一控制電晶體及一過電壓信號輸出端，該反相器之輸入端接收該調變信號，該反相器之輸出端電性耦接至該控制電晶體之閘極，該控制電晶體之源極/汲極之一者電性耦接至該多功能輸入端，該控制電晶體之源極/汲極之另一者電性耦接至該過電壓信號輸出端。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之電源轉換器控制電路，其中該過電壓信號輸出端及該過電流偵測信號輸出端係分別電性耦接至一過電壓保護比較器及一過電流保護比較器之非反相輸入端，該過電壓保護比較器及該過電流保護比較器之反相輸入端係分別輸入一過電壓比較參考電壓及一過電流比較參考電壓。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之電源轉換器控制電路，其中該電源轉換器電路之該輸出端係依序電性 串聯一被驅動元件及接地之一回授電阻，該回授電阻之非接地端電性耦接至該控制電路。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之電源轉換器控制電路，其中該電源轉換器電路之該輸出端電性串聯複數個電性並聯之被驅動元件。
  7. 如申請專利範圍第2項所述之電源轉換器控制電路，其中該電源轉換器電路之該輸出端係依序電性串聯一被驅動元件及一亮度控制電晶體的源極/汲極之一者，該亮度控制電晶體的源極/汲極之另一者係串聯一接地之回授電阻，該回授電阻之非接地端電性耦接至該控制電路。
  8. 如申請專利範圍第3項所述之電源轉換器控制電路，其中該控制電路係由一積體電路組成。
  9. 如申請專利範圍第3項所述之電源轉換器控制電路，其中該調變信號為一脈寬調變信號。
  10. 如申請專利範圍第5項、第6項或第7項所述之電源轉換器控制電路，其中該被驅動元件係為發光二極體(light-emitting diode,LED)或冷陰極燈管(cold-cathode fluorescent lamps,CCFL)。
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