TW201433070A - 電壓轉換電路以及電壓轉換控制器與應用於其中的參數設定方法 - Google Patents

電壓轉換電路以及電壓轉換控制器與應用於其中的參數設定方法 Download PDF

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Abstract

一種電壓轉換電路，包括：功率開關，用以產生脈寬調變訊號以驅動電流負載，脈寬調變訊號係於第一電位與第二電位來回切換；感測接腳，當脈寬調變訊號為第一電位時，感測接腳接收第一感測訊號，而當脈寬調變訊號為第二電位時，感測接腳接收第二感測訊號；參數取樣設定單元，具有輸入端耦接於感測接腳，當脈寬調變訊號為第二電位時，參數取樣設定單元產生預設電流或預設電壓於感測接腳，並取樣第二感測訊號以產生取樣訊號，而當脈寬調變訊號為第一電位時，參數取樣設定單元保持取樣訊號，用以設定電壓轉換電路之參數。

Description

電壓轉換電路以及電壓轉換控制器與應用於其中的參數設定方法
本發明係關於一種電壓轉換電路以及電壓轉換控制器，特別是一種在不需額外增加針腳之前提下，能以節省之硬體資源對積體電路之參數進行設定之電壓轉換電路以及電壓轉換控制器。
請參考美國專利號US7,315,190。其電壓轉換控制器200係以積體電路之方式實現，用以減少電壓轉換電路之實際尺寸，亦可降低成本。為了設定電壓轉換控制器200之內部電路參數，此習知技術利用外部之電阻元件Roc連接於功率元件驅動級之輸出針腳P4，並於電壓轉換控制器200在一開始啟動而未進入正常操作狀態之前，利用電壓轉換控制器200內部之預設電流源，於電阻元件Roc上形成一電壓，再取樣並保持該電壓而用以設定電壓轉換控制器200之內部電路參數。如此電壓轉換控制器200不需要額外的針腳以進行內部電路參數的設定，再者改變電阻元件Roc之電阻值即可調整對應之內部電路參數。
上述先前技術可在電路尚未進入正常操作前的啟動階段進行內部電路參數設定，但不能在正常操作狀態下進行內部電路參數設定。
鑒於以上的問題，本發明係提供一種電壓轉換電路以及電壓轉換控制器，能在不需額外增加針腳之前提下，能以節省之硬體資源對電壓轉換控制器之參數進行設定。本發明既能在啟動階段進行內部 電路參數設定，也能在正常操作狀態下進行內部電路參數設定，可兩者擇一或兼具。
本發明提出一種電壓轉換控制器，係應用於電壓轉換電 路。電壓轉換電路產生脈寬調變訊號以操作其中之一功率開關，用以驅動電流負載。脈寬調變訊號係於第一電位與第二電位來回切換，電壓轉換電路包括第一電阻以及第二電阻，電壓轉換控制器包括感測接腳以及參數取樣設定單元。
當脈寬調變訊號為第一電位時，感測接腳接收第一感測訊號，而當脈寬調變訊號為第二電位時，感測接腳接收第二感測訊號。參數取樣設定單元具有輸入端耦接於感測接腳，且當脈寬調變訊號為第二電位時，參數取樣設定單元產生預設電流或預設電壓於感測接腳以產生第二感測訊號，並取樣第二感測訊號以產生取樣訊號，而當脈寬調變訊號為第一電位時，參數取樣設定單元保持取樣訊號，用以設定電壓轉換控制器之參數。
本發明又提出一種電壓轉換電路，包括功率開關、第一電阻、第二電阻、感測接腳、以及參數取樣設定單元。功率開關受控於一脈寬調變訊號以驅動電流負載，脈寬調變訊號係於第一電位與第二電位來回切換。感測接腳在脈寬調變訊號為第一電位時，接收第一感測訊號，而在脈寬調變訊號為第二電位時，接收第二感測訊號。參數取樣設定單元具有輸入端耦接於感測接腳，當脈寬調變訊號為第二電位時，參數取樣設定單元產生預設電流或預設電壓於感測接腳以產生第二感測訊號，並取樣第二感測訊號以產生取樣訊號，而當脈寬調變訊號為第一電位時，參數取樣設定單元保持取樣訊號，用以設定電壓轉換電路之參數。
本發明又提出一種電壓轉換電路之參數設定方法，該電壓轉換電路具有一電壓轉換控制器，其產生一脈寬調變訊號以操作一功率開關以進行電壓轉換，該電壓轉換控制器包含一感測接腳以偵測一感測電流，且該電壓轉換控制器接收一電源， 該參數設定方法包含：於電路啟動階段，當該電源上升高於一預設參考位準時，該電壓轉換控制器經該感測接腳對外部送出一電流；以及根據該感測接腳之電壓，設定該電壓轉換控制器之參數。
本發明的功效在於，在電壓轉換電路工作的啟動階段或是正常操作的每一週期中，當電壓轉換控制器上之感測接腳並未用於回授控制時，以預設電流或預設電壓配合電阻元件於感測接腳之上產生一訊號，並以參數取樣設定單元進行接收感測接腳上之訊號，用以設定電壓轉換控制器之參數。如此不僅不需額外增加針腳，更能以節省之硬體資源對電壓轉換控制器之參數進行設定。
有關本發明的特徵、實作與功效，茲配合圖式作最佳實施例詳細說明如下。
100、200、300‧‧‧電壓轉換電路
110、210、310、710‧‧‧功率開關控制單元
120、220、320、325、720‧‧‧功率開關驅動單元
130、230、330、400、500‧‧‧參數取樣設定單元
140、240、340、740‧‧‧第一電阻
150、250、350、750‧‧‧第二電阻
160‧‧‧轉換變壓器
170、270‧‧‧輸出二極體
180、280、360、380、780‧‧‧功率開關
190、290、390‧‧‧感測接腳
195、295、395、795‧‧‧電壓轉換控制器
260、370‧‧‧轉換電感
400‧‧‧參數取樣設定單元
410‧‧‧設定電流源
420‧‧‧設定開關
430‧‧‧輸入緩衝級
440‧‧‧電壓取樣保持電路
441、541‧‧‧輸入端
442、542‧‧‧輸出端
443、543‧‧‧控制端
445‧‧‧參數第一輸出端
450‧‧‧輸出緩衝級
460‧‧‧電壓轉電流電路
470‧‧‧參數設定電壓訊號
480、560‧‧‧控制端
485‧‧‧參數設定電流訊號
490、590‧‧‧參數輸入端
510‧‧‧設定參考電壓
520‧‧‧電壓迴路放大器
521‧‧‧致能端
530‧‧‧電壓迴路電晶體
540‧‧‧電流取樣保持電路
550‧‧‧參數輸出端
551‧‧‧輸出電流訊號
591‧‧‧第二感測訊號
610‧‧‧電流輸入電晶體
620‧‧‧電流輸出電晶體
630‧‧‧電流取樣開關
640‧‧‧電流取樣電容
650‧‧‧供應電壓源
660‧‧‧輸入電流
670‧‧‧輸出電流
700‧‧‧馳返式開關電源轉換器
730‧‧‧輸出驅動設定電流
731、761‧‧‧切換關關
760‧‧‧輸出驅動預設電流
第1圖為本發明所揭露之第一實施例之電壓轉換電路之示意圖。
第2圖為本發明所揭露之第二實施例之電壓轉換電路之示意圖。
第3圖為本發明所揭露之第三實施例之電壓轉換電路之示意圖。
第4圖為本發明所揭露之參數取樣設定單元之一實施例之示意圖。
第5圖為本發明所揭露之參數取樣設定單元之另一實施例之示意圖。
第6圖為本發明所揭露之電流取樣保持電路之實施例之示意圖。
第7圖為參數取樣設定單元應用於一馳返式開關電源轉換器之電源轉換控制器之實施例示意圖。
第8圖以第1圖的實施例為例，顯示在正常操作狀態下進行參數設定的波形示意圖。
第9圖以第1圖的實施例為例，顯示在啟動階段進行參數設定的波形示意圖。
在說明書及後續的申請專利範圍當中，「耦接」一詞在此 係包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接於一第二裝置，則代表第一裝置可直接電氣連接於第二裝置，或透過其他裝置或連接手段間接地電氣連接至第二裝置。此外，電晶體元件一詞，係指一種固態半導體元件，至少具有三個端點，其中兩個端點之間形成一通道，第三個端點為控制端，作為控制通道之導通與截止之程度之用；電晶體可用於放大訊號、開關、穩壓、訊號調變和其他類比訊號以及數位訊號處理之工作，其用途為本領域具通常知識者所能輕易得知。
第1圖為本發明所揭露之第一實施例之電壓轉換電路100之示意圖。第1圖中並未包含完整之電壓轉換電路，僅以能夠詳細說明本發明之精神的主要元件部份示意並說明之。電壓轉換電路100係為一馳返式開關電源轉換器(flyback switching power converter)之樣態，係將一輸入電壓源進行升壓或降壓之操作而產生一直流輸出電壓，並推動位於輸出端上的電流負載。電壓轉換電路100包括了功率開關控制單元110、功率開關驅動單元120、參數取樣設定單元130、第一電阻140、第二電阻150、轉換變壓器160、輸出二極體170、功率開關180、以及感測接腳190。電壓轉換電路100係利用一回授電路(圖中未示)，決定功率開關元件180之通道的導通工作週期(duty cycle)。功率開關控制單元110產生控制訊號予功率開關驅動單元120，產生驅動功率開關180所需之驅動電壓或是驅動電流訊號，以控制功率開關180之通道的導通或截止，並於轉換變壓器160的二次側，亦即耦接於輸出二極體170之一側，產生一脈波寬度調變訊號，並經由輸出二極體170輸出以驅動一電流負載(圖中未示)。
進一步說明，當功率開關180之通道為導通時，轉換變壓器160之二次側未產生電流，且所述之二次側之脈寬調變訊號此時為第一電位，係與輸入電壓源之電壓值相關。而當功率開關180之通道為截止時，轉換變壓器160之二次側產生電流，且所述之二次側之脈寬調 變訊號此時為第二電位，係與直流輸出電壓之電壓值相關。由於功率開關180之通道係進行週期性地導通以及截止，因此所述之脈寬調變訊號係於第一電位與第二電位來回地切換。
如第1圖所示，其中功率開關控制單元110、功率開關驅動單元120、以及參數取樣設定單元130可以是電壓轉換控制器195之組成單元，電壓轉換控制器195可以是利用半導體製程所生產之積體電路，以減少電壓轉換電路100之實際尺寸，亦可降低成本。電壓轉換控制器195更包含感測接腳190，耦接於第二電阻150以及參數取樣設定單元130之輸入端。在習知技術中，感測接腳190係用以偵測與回授控制相關之第一感測訊號，例如當功率開關180之通道為導通時，作為感測流經功率開關180之感測電流之用，且感測電流與該電流負載之大小相關；然而當功率開關180之通道為截止時，感測接腳190上並未產生或用以偵測有意義之訊號。本發明之精神，係於脈寬調變訊號的每一週期中，當功率開關180之通道為截止時，以一預設電流或預設電壓配合電阻元件於感測接腳190之上產生一訊號，並以參數取樣設定單元130進行接收感測接腳190上之訊號，用以設定該電壓轉換控制器195之參數。
如第1圖所示，當功率開關180之通道為截止，亦即所述之脈寬調變訊號為第二電位時，參數取樣設定單元130產生一預設電流或一預設電壓於感測接腳190，並結合第一電阻140以及第二電阻150之串聯電路形成一第二感測訊號於感測接腳190，例如預設電流流經第一電阻140以及第二電阻150之串聯電路而形成一電壓型式之第二感測訊號，或是預設電壓偏壓於第一電阻140以及第二電阻150之串聯電路而形成一電流型式之第二感測訊號。此時參數取樣設定單元130透過感測接腳190接收並取樣第二感測訊號以產生一取樣訊號。而當功率開關180之通道為導通，亦即當脈寬調變訊號為第一電位時，前述之預設電流或預設電壓關閉，同時參數取樣設定單元130保持前述之取樣訊號，並用以設定電壓轉換控制器195之參數，而功率開關180之通道上的感測電流流經第一電阻140，並於第一電阻140之上形成第一感測訊號之 電壓，感測接腳190透過第二電阻150耦合至第一感測訊號並進行接收，以作為回授控制之用。
第2圖為本發明所揭露之第二實施例之電壓轉換電路200之示意圖。電壓轉換電路200係為一升壓式開關電源轉換器(boost switching power converter)之樣態，係將一輸入電壓源進行升壓之操作而產生一直流輸出電壓，並推動位於輸出端上的電流負載。電壓轉換電路200包括了功率開關控制單元210、功率開關驅動單元220、參數取樣設定單元230、第一電阻240、第二電阻250、轉換電感260、輸出二極體270、功率開關280、以及感測接腳290。其中功率開關控制單元210、功率開關驅動單元220、以及參數取樣設定單元230可以是電壓轉換控制器295之組成單元，且其功能可參考電壓轉換控制器195中相對應的單元。電壓轉換電路200係利用一回授電路(圖中未示)，決定功率開關元件280之通道的導通工作週期，並於轉換電感260與輸出二極體270的連接點形成一脈波寬度調變訊號，經由輸出二極體170輸出以驅動一電流負載(圖中未示)。
在習知技術中，當功率開關280之通道為截止時，感測接腳290上並未產生或用以偵測有意義之訊號。本發明所揭露之第二實施例，係於脈寬調變訊號的每一週期中，當功率開關280之通道為截止時，以一預設電流或預設電壓配合電阻元件於感測接腳290之上產生一訊號，並以參數取樣設定單元230進行接收感測接腳290上之訊號，用以設定該電壓轉換控制器295之參數。
如第2圖所示，當功率開關280之通道為截止，參數取樣設定單元230產生一預設電流或一預設電壓於感測接腳290，並結合第一電阻240以及第二電阻250之串聯電路形成一第二感測訊號於感測接腳290，例如預設電流流經第一電阻240以及第二電阻250之串聯電路而形成一電壓型式之第二感測訊號，或是預設電壓偏壓於第一電阻240以及第二電阻250之串聯電路而形成一電流型式之第二感測訊號。此時參數取樣設定單元230透過感測接腳290接收並取樣第二感測訊號以產生一取樣訊號。而當功率開關280之通道為導通，前述之預設電流 或預設電壓關閉，同時參數取樣設定單元230保持前述之取樣訊號，並用以設定電壓轉換控制器295之參數，而功率開關280之通道上的感測電流流經第一電阻240，並於第一電阻240之上形成第一感測訊號之電壓，感測接腳290透過第二電阻250耦合至第一感測訊號並進行接收，以作為回授控制之用。
第3圖為本發明所揭露之第三實施例之電壓轉換電路300之示意圖。電壓轉換電路300係為一降壓式開關電源轉換器(buck switching power converter)之樣態，係將一輸入電壓源進行降壓之操作而產生一直流輸出電壓，並推動位於輸出端上的電流負載。電壓轉換電路300包括了功率開關控制單元310、功率開關驅動單元320、功率開關驅動單元325、參數取樣設定單元330、第一電阻340、第二電阻350、轉換電感370、功率開關360、功率開關380、以及感測接腳390。其中功率開關控制單元310、功率開關驅動單元320、功率開關驅動單元325、以及參數取樣設定單元330可以是電壓轉換控制器395之組成單元，且其功能可參考電壓轉換控制器195中相對應的單元。電壓轉換電路300係利用一回授電路(圖中未示)，決定功率開關元件360以及開關元件380之通道的導通工作週期，並於開關元件360以及開關元件380的連接點形成一脈波寬度調變訊號，經由轉換電感370輸出以驅動一電流負載(圖中未示)。
在習知技術中，當功率開關380之通道為截止時，感測接腳390上並未產生或用以偵測有意義之訊號。本發明所揭露之第三實施例，係於脈寬調變訊號的每一週期中，當功率開關380之通道為截止時，以一預設電流或預設電壓配合電阻元件於感測接腳390之上產生一訊號，並以參數取樣設定單元330進行接收感測接腳390上之訊號，用以設定該電壓轉換控制器395之參數。
如第3圖所示，當功率開關380之通道為截止，參數取樣設定單元330產生一預設電流或一預設電壓於感測接腳390，並結合第一電阻340以及第二電阻350之串聯電路形成一第二感測訊號於感測接腳390，例如預設電流流經第一電阻340以及第二電阻350之串聯電 路而形成一電壓型式之第二感測訊號，或是預設電壓偏壓於第一電阻340以及第二電阻350之串聯電路而形成一電流型式之第二感測訊號。此時參數取樣設定單元330透過感測接腳390接收並取樣第二感測訊號以產生一取樣訊號。而當功率開關380之通道為導通，前述之預設電流或預設電壓關閉，同時參數取樣設定單元330保持前述之取樣訊號，並用以設定電壓轉換控制器395之參數，而功率開關380之通道上的感測電流流經第一電阻340，並於第一電阻340之上形成第一感測訊號之電壓，感測接腳390透過第二電阻350耦合至第一感測訊號並進行接收，以作為回授控制之用。
以上三個實施例中之電壓轉換控制器195/295/395中第二感測訊號的大小，係由預設電流或預設電壓之大小、第一電阻140/240/340之電阻值以及第二電阻150/250/350之電阻值決定。例如在設計上可以固定預設電流或預設電壓的大小，而藉由改變第一電阻140/240/340或第二電阻150/250/350之電阻值，即可調整由第二感測訊號之大小所決定之電壓轉換控制器195/295/395之參數。例如功率開關驅動單元120/220/320/325之輸出驅動電流，或是於電壓轉換控制器195/295/395中之一過電流保護單元(圖中未示)，具有一過電流閥值，係由第二感測訊號決定，而當負載電流大於過電流閥值時，電壓轉換控制器195/295/395即截止功率開關180/280/360/380之通道。
另外，於一實施例中，以參數取樣設定單元130/230/330進行取樣並保持第二感測訊號的動作，係於脈波寬度調變訊號的每一週期中發生，等效上係進行週期性地更新，因此可以將漏電問題的影響減到最小，而能以類比電路設計的方式來處理第二感測訊號並加以利用，也避免了需要以類比數位轉換器之類的較大電路來將所接收的訊號以數位方式保持，因而節省了電路的面積以及所需功耗。以第1圖的實施例為例，請參閱第8圖，可利用功率開關180之通道導通的時間(功率開關180的閘極訊號為第一電位)進行正常操作所需的電流偵測回授，又可利用功率開關180之通道截止的時間(功率開關180的閘極訊號為第二電位)進行參數設定。
於另一實施例中，參數取樣設定單元130/230/330係於電路啟動時，進行參數取樣設定。如有必要，則設定值可用任何方式儲存，例如轉換為數位值儲存。進行參數取樣設定亦可能僅需要設定一次而不需要儲存。以第1圖的實施例為例，請參閱第9圖，可在電壓轉換控制器195接收到的電源高於一預設參考位準時，進行參數設定；此參數設定例如但不限於可自參數取樣設定單元130經感測接腳190對外部送出一電流，經由第二、第一電阻150、140流至地，並由參數取樣設定單元130偵測感測接腳190的電壓，如此就可藉第二電阻150來進行參數設定。
再者，當電壓轉換控制器195/295/395係為半導體製程所實現之積體電路時，需透過封裝上的針腳與外部應用電路作電性的連接。然而在尺寸與成本的考量下，封裝上的針腳個數最小化是為設計上的趨勢。本發明所揭露之電壓轉換控制器195/295/395之感測接腳190/290/390之設計，係利用了各類型之開關電源轉換器(switching power converter)的特性，而在不增加針腳個數並且不影響開關電源轉換器電路工作的前提下，能以最少的硬體資源而以外部元件的參數來進行電壓轉換控制器之參數設定，因此大大地增加了本發明所揭露之電壓轉換控制器在應用上的彈性，以及產品本身的競爭力。
值得注意的是，以上三個實施例中之電壓轉換控制器195/295/395僅作為說明本發明之用，並不用以限定本發明所揭露之範圍，例如電壓轉換控制器195/295/395可以是利用半導體製程所實現之積體電路，或是由其他工藝所實現之等效電路，電壓轉換控制器195/295/395亦可以進一步包含功率開關180/280/360/380或其他的組成元件，在本領域具有通常知識者，皆可根據其應用上實際的需求、設計時的成本考量、以及先進技術所引進的技藝等，並根據本發明所揭露的精神，據以實施電壓轉換控制器195/295/395。
第4圖為本發明所揭露之參數取樣設定單元之一實施例，參數取樣設定單元400之示意圖。參數取樣設定單元400可應用於電壓轉換控制器195/295/395中之參數取樣設定單元130/230/330。參數 取樣設定單元400包括設定電流源410、設定開關420、輸入緩衝級430、電壓取樣保持電路440、參數輸入端490、參數第一輸出端445、以及控制端480。
如第4圖所示，參數輸入端490係為參數取樣設定單元400之輸入端，耦接於電壓轉換控制器195/295/395之感測接腳190/290/390。設定電流源410用以產生一預設電流。設定開關420之通道耦接於設定電流源410以及參數輸入端490之間，且設定開關420之控制端耦接於控制端480，控制端480之訊號可以與電壓轉換控制器195/295/395中之功率元件控制單元110/210/310之控制訊號連動，使設定開關420在脈寬調變訊號為第一電位時，設定開關420之通道為截止，而當脈寬調變訊號為第二電位時，設定開關420之通道為導通，此時設定電流源410之預設電流即流向參數輸入端490，亦即感測接腳190/290/390，並配合第一電阻140/240/340以及第二電阻150/250/350形成第二感測訊號。此段敘述所對應之相關設計方式應為本領域具有通常知識者可輕易得知者，因此不予贅述。
如第4圖所示，輸入緩衝級430係反應參數輸入端490之電壓訊號予電壓取樣保持電路440，輸入緩衝級430可以設定一電壓增益，使電壓取樣保持電路440有較好的輸入訊號之品質。值得注意的是，輸入緩衝級430並非參數取樣設定單元400之必要元件，此處係作為說明最佳實施例之用，本領域具有通常知識者可考量硬體成本與訊號品質的取捨而決定是否加入輸入緩衝級430，因此設計上亦可移除輸入緩衝級430，而直接將電壓取樣保持電路440之輸入端連接於參數輸入端490。
如第4圖所示，電壓取樣保持電路440具有一輸入端441、一輸出端442、以及一控制端443，輸入端441耦接於輸入緩衝級430之輸出端，輸出端442耦接於參數第一輸出端445，控制端443耦接於控制端480。在脈寬調變訊號為第二電位時，電壓取樣保持電路440係用以取樣參數輸入端490之訊號，亦即第二感測訊號，並產生一取樣訊號，而在脈寬調變訊號為第一電位時，電壓取樣保持電路440於參數 第一輸出端445保持所述之取樣訊號。參數第一輸出端445之訊號即可用於設定電壓轉換控制器195/295/395之參數，例如用於設定過電流保護單元之過電流閥值，使得當偵測到負載電流大於過電流閥值時，電壓轉換控制器195/295/395即截止功率開關180/280/360/380之通道。
另外，參數取樣設定單元400更可以進一步包括輸出緩衝級450以及電壓轉電流電路460。輸出緩衝級450具有一輸入端以及一輸出端，輸出緩衝級450之輸入端耦接於參數第一輸出端445，輸出緩衝級450之輸出端則根據其輸入端之訊號產生參數設定電壓訊號470，用以設定電壓轉換控制器195/295/395之參數，例如過電流保護單元之過電流閥值。輸出緩衝級450可以設計一電壓增益以適當地調整參數設定電壓訊號470之大小。電壓轉電流電路460具有一輸入端以及一輸出端，電壓轉電流電路460之輸入端耦接於參數第一輸出端445，電壓轉電流電路460之輸出端則根據其輸入端之訊號產生一參數設定電流訊號485，用以設定電壓轉換控制器195/295/395之參數，例如功率開關驅動單元120/220/320/325之輸出驅動電流。
第5圖為本發明所揭露之參數取樣設定單元之另一實施例，參數取樣設定單元500之示意圖。參數取樣設定單元500可應用於電壓轉換控制器195/295/395中之參數取樣設定單元130/230/330。參數取樣設定單元500包括設定參考電壓510、電壓迴路放大器520、電壓迴路電晶體530、電流取樣保持電路540、參數輸入端590、參數輸出端550以及控制端560。
如第5圖所示，參數輸入端590係為參數取樣設定單元500之輸入端，耦接於電壓轉換控制器195/295/395之感測接腳190/290/390。設定參考電壓510係用以產生一預設電壓。電壓迴路放大器520具有兩輸入端、一輸出端以及致能端521，其兩輸入端分別耦接於設定參考電壓510以及參數輸入端590，致能端521耦接於控制端560，控制端560之訊號可以與電壓轉換控制器195/295/395中之功率元件控制單元110/210/310之控制訊號連動，使得當脈寬調變訊號為第一電位時，電壓迴路放大器520為關閉，而當脈寬調變訊號為第二電位 時，電壓迴路放大器520為開啟。電壓迴路電晶體530係為一電晶體元件，其通道之一端耦接於參數輸入端590，其控制端耦接於電壓迴路放大器520之輸出端。當電壓迴路放大器520為開啟時，其與電壓迴路電晶體530所形成之負回授迴路使得參數輸入端590，亦即感測接腳190/290/390之電壓，亦為設定參考電壓510所產生之預設電壓之值，並配合第一電阻140/240/340以及第二電阻150/250/350形成電流型式之第二感測訊號591。
如第5圖所示，電流取樣保持電路540，具有輸入端541、輸出端542以及控制端543，輸入端541耦接於電壓迴路電晶體530之通道的另一端，輸出端542耦接於參數輸出端550，控制端543耦接於控制端560。當脈寬調變訊號為第二電位時，電流取樣保持電路540係用以取樣第二感測訊號591並產生一取樣訊號，而當脈寬調變訊號為該第一電位時，電流取樣保持電路540於輸出端542保持所述之取樣訊號。參數輸出端550之輸出電流訊號551即可用於設定電壓轉換控制器195/295/395之參數，例如功率開關驅動單元120/220/320/325之輸出驅動電流。
第6圖為本發明所揭露之電流取樣保持電路540之實施例之示意圖。電流取樣保持電路540進一步包括電流輸入電晶體610、電流輸出電晶體620、電流取樣開關630、電流取樣電容640、以及供應電壓源650。
如第6圖所示，電流輸入電晶體610之通道耦接於供應電壓源650與輸入端541之間，電流輸入電晶體610之控制端則耦接於電流取樣開關630之通道的一端。電流輸出電晶體620之通道耦接於供應電壓源650與輸出端542之間，電流輸出電晶體620之控制端則耦接於電流取樣開關630之通道的另一端以及電流取樣電容640。電流取樣開關630之控制端耦接於控制端543。當控制端543的訊號使電流取樣開關630之通道為導通時，電流輸入電晶體610以及電流輸出電晶體620形成一電流鏡(current mirror)之電路，電流輸入電晶體610上的輸入電流660即被反應為電流輸出電晶體620上的輸出電流670，意即電流 取樣保持電路540正對於第二感測訊號591進行取樣的動作，並產生一取樣訊號，即輸出電流670。其中輸出電流670對於輸入電流660之放大倍率則與電流輸入電晶體610以及電流輸出電晶體620之尺寸參數相關。而當控制端543的訊號改變而截止電流取樣開關630之通道時，電流輸出電晶體620之控制端上的電壓訊號被電流取樣電容640所保持，因此輸出電流670保持不變，意即電流取樣保持電路540保持所述之取樣訊號，直到脈寬調變訊號之下一週期改變電流取樣開關630之狀態，電流取樣保持電路540又重覆進行取樣的動作。而由於在脈寬調變訊號之週期下，電流取樣電容640的漏電流所造成的電壓變化相當微小，因此可以忽略電容漏電流的效應。
第7圖為參數取樣設定單元500應用於一馳返式開關電源轉換器700之電源轉換控制器795之實施例示意圖。馳返式開關電源轉換器700之相關操作可參考電壓轉換電路100之說明。惟馳返式開關電源轉換器700中之功率開關780係為一雙極性接面電晶體(bipolar junction transistor，BJT)，因此功率開關驅動單元720需輸出一驅動電流以導通功率開關780之通道。然此一驅動電流在設計上若是太大，則造成不必要的功耗浪費，若是太小，則造成馳返式開關電源轉換器700之操作速度以及轉換效率的犧牲，因此造成設計上的取捨。電源轉換控制器795即應用本發明所揭露之參數取樣設定單元500，利用調整第一電阻740或第二電阻750的電阻值，改變輸出電流訊號551，而用以設定功率開關驅動單元720之輸出驅動設定電流730之值，以決定功率開關驅動單元720之輸出驅動電流，使功率開關驅動單元720針對不同應用中各種功率開關780的特性進行最佳化的設定，以期滿足不同應用之功耗、操作速度以及轉換效率之需求。
另外，電源轉換控制器795更可以包含輸出驅動預設電流760、切換開關731以及切換開關761。切換開關731之通道耦接於輸出驅動設定電流730以及功率開關驅動單元720之間。切換開關761之通道耦接於輸出驅動預設電流760以及功率開關驅動單元720之間。輸出驅動預設電流760係為一固定大小之電流源。藉由控制切換開關 731以及切換開關761的導通或截止，可以決定功率開關驅動單元720之輸出驅動電流係由輸出驅動設定電流730決定，或是由輸出驅動預設電流760決定，或是由輸出驅動設定電流730以及輸出驅動預設電流760共同決定。
值得注意的是，以上所有實施例係作為舉例說明本發明，並不用以限定本發明所揭露之範圍，在本領域具有通常知識者，皆可根據其應用上實際的需求、設計時的成本考量、以及先進技術所引進的改良元件等，並根據本發明所揭露的精神，據以實施本發明。
本發明的功效在於，在電壓轉換電路工作的啟動階段或是正常操作的每一週期中，當電壓轉換控制器上之一感測接腳並未用於回授控制時，以一預設電流或預設電壓配合電阻元件於感測接腳之上產生一訊號，並以參數取樣設定單元進行接收感測接腳上之訊號，用以設定電壓轉換控制器之參數。如此不僅不需額外增加針腳，更能以較為節省之硬體資源對電壓轉換控制器之參數進行設定。與先前技術美國專利號US 7,315,190相比較，該先前技術是利用功率開關之控制接腳進行參數設定，本發明則是利用感測接腳進行參數設定，除了接腳不同之外，本發明可在啟動階段或是正常操作的每一週期中進行參數設定，而該先前技術僅能在啟動階段進行參數設定，因此本發明較該先前技術之應用性更為廣泛。
雖然本發明之實施例揭露如上所述，然並非用以限定本發明，任何熟習相關技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，舉凡依本發明申請範圍所述之形狀、構造、特徵及數量當可做些許之變更，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧電壓轉換電路
110‧‧‧功率開關控制單元
120‧‧‧功率開關驅動單元
130‧‧‧參數取樣設定單元
140‧‧‧第一電阻
150‧‧‧第二電阻
160‧‧‧轉換變壓器
170‧‧‧輸出二極體
180‧‧‧功率開關
190‧‧‧感測接腳
195‧‧‧電壓轉換控制器

Claims (23)

  1. 一種電壓轉換控制器，係應用於一電壓轉換電路，該電壓轉換電路產生一脈寬調變訊號以操作其中之一功率開關，用以驅動一電流負載，該脈寬調變訊號係於一第一電位與一第二電位來回切換，該電壓轉換控制器包含：一感測接腳，當該脈寬調變訊號為該第一電位時，該感測接腳接收一第一感測訊號，而當該脈寬調變訊號為該第二電位時，該感測接腳接收一第二感測訊號；以及一參數取樣設定單元，具有一輸入端耦接於該感測接腳，當該脈寬調變訊號為該第二電位時，該參數取樣設定單元產生一預設電流或一預設電壓於該感測接腳以產生該第二感測訊號，並取樣該第二感測訊號以產生一取樣訊號，而當該脈寬調變訊號為該第一電位時，該參數取樣設定單元保持該取樣訊號，用以設定該電壓轉換控制器之參數。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電壓轉換控制器，其中該電壓轉換電路更包含一第一電阻，該第一感測訊號係為電壓訊號，由一感測電流流經該第一電阻所形成，且該感測電流與該電流負載之大小相關。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電壓轉換控制器，其中該電壓轉換電路更包含一第一電阻以及一第二電阻，該第二感測訊號係為電壓訊號，由該預設電流流經該第一電阻與該第二電阻之串聯電路所形成，且該預設電流之大小係為一固定值。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電壓轉換控制器，其中該電壓轉換電路更包含一第一電阻以及一第二電阻，該第二感測訊號係 為電流訊號，由該預設電壓偏壓於該第一電阻與該第二電阻之串聯電路所形成，且該預設電壓之大小係為一固定值。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之電壓轉換控制器，其中更包含一功率開關驅動單元，用以驅動該功率開關，且該功率開關驅動單元之輸出驅動電流係由該第二感測訊號決定。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之電壓轉換控制器，其中更包含一過電流保護單元，具有一過電流閥值，係由該第二感測訊號決定，且當該負載電流大於該過電流閥值時，該電壓轉換控制器截止該功率開關之通道。
  7. 如申請專利範圍第3項所述之電壓轉換控制器，其中該參數取樣設定單元更包含：一設定電流源，用以產生該預設電流；一設定開關，其通道耦接於該設定電流源以及該感測接腳之間，且當該脈寬調變訊號為該第一電位時，該設定開關之通道為截止，而當該脈寬調變訊號為該第二電位時，該設定開關之通道為導通；以及一電壓取樣保持電路，具有一輸入端以及一輸出端，該電壓取樣保持電路之輸入端耦接於該感測接腳，當該脈寬調變訊號為該第二電位時，該電壓取樣保持電路係用以取樣該第二感測訊號並產生該取樣訊號，而當該脈寬調變訊號為該第一電位時，該電壓取樣保持電路於其輸出端輸出並保持該取樣訊號。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之電壓轉換控制器，其中該參數取樣設定單元更包含： 一輸出緩衝級，具有一輸入端以及一輸出端，該輸出緩衝級之輸入端耦接於該電壓取樣保持電路之輸出端，該輸出緩衝級之輸出端則根據其輸入端之訊號產生一參數設定電壓訊號，用以設定該電壓轉換控制器之參數；以及一電壓轉電流電路，具有一輸入端以及一輸出端，該電壓轉電流電路之輸入端耦接於該電壓取樣保持電路之輸出端，該電壓轉電流電路之輸出端則根據其輸入端之訊號產生一參數設定電流訊號，用以設定該電壓轉換控制器之參數。
  9. 如申請專利範圍第4項所述之電壓轉換控制器，其中該參數取樣設定單元更包含：一設定參考電壓，用以產生該預設電壓；一電壓迴路放大器，具有兩輸入端以及一輸出端，其兩輸入端分別耦接於該設定參考電壓以及該感測接腳；一電壓迴路電晶體，係為一電晶體，其通道之一端耦接於該感測接腳，其控制端耦接於該電壓迴路放大器之輸出端；以及一電流取樣保持電路，具有一輸入端以及一輸出端，該電流取樣保持電路之輸入端耦接於該電壓迴路電晶體之通道的另一端，當該脈寬調變訊號為該第二電位時，該電流取樣保持電路係用以取樣該第二感測訊號並產生該取樣訊號，而當該脈寬調變訊號為該第一電位時，該電流取樣保持電路於其輸出端保持該取樣訊號。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之電壓轉換控制器，其中該電壓轉換電路係為馳返式開關電源轉換器、升壓式開關電源轉換器、或降壓式開關電源轉換器之樣態。
  11. 一種電壓轉換電路，包含：一功率開關，受控於一脈寬調變訊號以驅動一電流負載，該脈寬調變訊號係於一第一電位與一第二電位來回切換；一感測接腳，當該脈寬調變訊號為該第一電位時，該感測接腳接收一第一感測訊號，而當該脈寬調變訊號為該第二電位時，該感測接腳接收一第二感測訊號；以及一參數取樣設定單元，具有一輸入端耦接於該感測接腳，當該脈寬調變訊號為該第二電位時，該參數取樣設定單元產生一預設電流或一預設電壓於該感測接腳以產生該第二感測訊號，並取樣該第二感測訊號以產生一取樣訊號，而當該脈寬調變訊號為該第一電位時，該參數取樣設定單元保持該取樣訊號，用以設定該電壓轉換電路之參數。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之電壓轉換電路，其中該電壓轉換電路更包含一第一電阻，該第一感測訊號係為電壓訊號，由一感測電流流經該第一電阻所形成，且該感測電流與該電流負載之大小相關。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之電壓轉換電路，其中該電壓轉換電路更包含一第一電阻以及一第二電阻，該第二感測訊號係為電壓訊號，由該預設電流流經該第一電阻與該第二電阻之串聯電路所形成，且該預設電流之大小係為一固定值。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之電壓轉換電路，其中該電壓轉換電路更包含一第一電阻以及一第二電阻，該第二感測訊號係為電流訊號，由該預設電壓偏壓於該第一電阻與該第二電阻之串聯電路所形成，且該預設電壓之大小係為一固定值。
  15. 如申請專利範圍第11項所述之電壓轉換電路，其中更包含一功率開關驅動單元，用以驅動該功率開關，且該功率開關驅動單元之輸出驅動電流係由該第二感測訊號決定。
  16. 如申請專利範圍第11項所述之電壓轉換電路，其中更包含一過電流保護單元，具有一過電流閥值，係由該第二感測訊號決定，且當該負載電流大於該過電流閥值時，該功率開關之通道截止。
  17. 如申請專利範圍第13項所述之電壓轉換電路，其中該參數取樣設定單元更包含：一設定電流源，用以產生該預設電流；一設定開關，其通道耦接於該設定電流源以及該感測接腳之間，且當該脈寬調變訊號為該第一電位時，該設定開關之通道為截止，而當該脈寬調變訊號為該第二電位時，該設定開關之通道為導通；以及一電壓取樣保持電路，具有一輸入端以及一輸出端，其輸入端耦接於該感測接腳，當該脈寬調變訊號為該第二電位時，該電壓取樣保持電路係用以取樣該第二感測訊號並產生該取樣訊號，而當該脈寬調變訊號為該第一電位時，該電壓取樣保持電路於其輸出端保持該取樣訊號。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之電壓轉換電路，其中該參數取樣設定單元更包含：一電壓緩衝級，具有一輸入端以及一輸出端，該輸出緩衝級之輸入端耦接於該電壓取樣保持電路之輸出端，該輸出緩衝級之輸出端則根據其輸入端之訊號產生一參數設定電壓訊號，用以設定該電壓轉換電路之參數；以及一電壓轉電流電路，具有一輸入端以及一輸出端，該電壓轉電流電路之輸入端耦接於該電壓取樣保持電路之輸出端，該電壓轉電流電路之輸出端則根據其輸入端之訊號產生一參數設定電流訊號，用以設定該電壓轉換電路之參數。
  19. 如申請專利範圍第14項所述之電壓轉換電路，其中該參數取樣設定單元更包含：一設定參考電壓，係用以決定該預設電壓之大小；一電壓迴路放大器，具有兩輸入端以及一輸出端，其兩輸入端分別耦接於該設定參考電壓以及該感測接腳；一電壓迴路電晶體，係為一電晶體，其通道之一端耦接於該感測接腳，其控制端耦接於該電壓迴路放大器之輸出端；以及一電流取樣保持電路，具有一輸入端以及一輸出端，該電流取樣保持電路之輸入端耦接於該電壓迴路電晶體之通道的另一端，當該脈寬調變訊號為該第二電位時，該電流取樣保持電路係用以取樣該第二感測訊號並產生該取樣訊號，而當該脈寬調變訊號為該第一電位時，該電流取樣保持電路於其輸出端保持該取樣訊號。
  20. 如申請專利範圍第11項所述之電壓轉換電路，其中該電壓轉換電路係為馳返式開關電源轉換器、升壓式開關電源轉換器、或降壓式開關電源轉換器之樣態。
  21. 一種電壓轉換電路之參數設定方法，該電壓轉換電路具有一電壓轉換控制器，其產生一脈寬調變訊號以操作一功率開關以進行電壓轉換，該電壓轉換控制器包含一感測接腳以偵測一感測電流，且該電壓轉換控制器接收一電源，該參數設定方法包含：於電路啟動階段，當該電源上升高於一預設參考位準時，該電壓轉換控制器經該感測接腳對外部送出一設定電流；以及根據該感測接腳之電壓，設定該電壓轉換控制器之參數。
  22. 如申請專利範圍第21項所述之電壓轉換電路之參數設定方法，其中該電壓轉換電路係為馳返式開關電源轉換器、升壓式開關電源轉換器、或降壓式開關電源轉換器之樣態。
  23. 如申請專利範圍第21項所述之電壓轉換電路之參數設定方法，其中該電壓轉換電路係為馳返式開關電源轉換器，該功率開關係用以控制該馳返式開關電源轉換器之一變壓器的一次側而在該變壓器的二次側產生感應電流，且該感測接腳係偵測該一次側之電流。
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