TW201801434A - 用於電壓調節器之過電流保護電路及方法 - Google Patents

用於電壓調節器之過電流保護電路及方法 Download PDF

Info

Publication number
TW201801434A
TW201801434A TW105142377A TW105142377A TW201801434A TW 201801434 A TW201801434 A TW 201801434A TW 105142377 A TW105142377 A TW 105142377A TW 105142377 A TW105142377 A TW 105142377A TW 201801434 A TW201801434 A TW 201801434A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
circuit
input
coupled
output
signal
Prior art date
Application number
TW105142377A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI709288B (zh
Inventor
陳剛
嘉博 瑞茲克
Original Assignee
半導體組件工業公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 半導體組件工業公司 filed Critical 半導體組件工業公司
Publication of TW201801434A publication Critical patent/TW201801434A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI709288B publication Critical patent/TWI709288B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H02H3/087—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current for dc applications
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/02—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current
    • H02H9/025—Current limitation using field effect transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/01—Details
    • H03K3/017—Adjustment of width or dutycycle of pulses
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K7/00—Modulating pulses with a continuously-variable modulating signal
    • H03K7/08—Duration or width modulation ; Duty cycle modulation

Abstract

一種電壓調節器包括一控制電路、一開關電路、一第一過電流保護電路、及一第二過電流保護電路。該控制電路產生一脈衝寬度調變(PWM)信號，該PWM信號具有與該電壓調節器之一輸出電壓成比例的一工作週期。當在該PWM信號之一切斷時間期間存在一過電流狀況時，該第一過電流保護電路阻擋該PWM信號直到該開關電路中之一低側開關電流感測位準下降至低於一設定電流限制位準，而當一斜坡調整電壓位準與該低側開關電流感測位準之和超過該設定電流限制位準及一設定臨限之一經加總位準，在該PWM信號之一導通時間期間存在一過電流狀況時，該第二過電流保護電路切斷該PWM信號。

Description

用於電壓調節器之過電流保護電路及方法
本揭露之態樣係關於電壓調節器，且具體而言，係關於一種用於電壓調節器之過電流保護電路及方法。
電壓調節器經常用於以一穩定輸出電壓提供電力至一負載。一特定類型電壓調節器係一切換式調節器，其使用一或多個開關來控制該電壓調節器之一輸出電壓，該一或多個開關依與該電壓調節器之一所測量輸出電壓成比例的一工作週期而導通及切斷。一般而言，該等開關包括金氧半導體場效電晶體(MOSFET)裝置，該等MOSFET裝置受控於：一切換電路，諸如一脈衝寬度調變(PWM)電路，其中該脈衝寬度經控制以維持恆定輸出電壓；或一恆定導通時間(COT)電路，其中脈衝寬度保持恆定，而脈衝之間之一持續期間（切斷時間）經控制以維持恆定輸出電壓。
根據一態樣，一種電壓調節器包括一控制電路、一開關電路、一第一過電流保護電路、及一第二過電流保護電路。該控制電路產生一PWM信號，該PWM信號具有與該電壓調節器之該輸出電壓成比例的一工作週期。當在該PWM信號之一切斷時間期間存在一過電流狀況時，該第一過電流保護電路阻擋該PWM信號直到該開關電路中之一低側開關電流感測位準下降至低於一設定電流限制位準，而當一斜坡調整電壓位準與該低側開關電流感測位準之和超過該設定電流限制位準及一設定臨限之一經加總位準，在該PWM信號之一導通時間期間發生一過電流狀況時，該第二過電流保護電路切斷該PWM信號。
[ 相關申請案的交叉參照 ] 本申請案主張於2016年1月11日申請、由Gang CHEN及Gabor REIZIK所發明之標題係「OVER-CURRENT PROTECTION CIRCUIT AND METHOD FOR VOLTAGE REGULATORS)」的美國臨時申請案第62/277109號之優先權，該案以引用方式併入本文中，並且在此聲明共同標的物之優先權。 本文描述之一適應性過電流保護拓樸之態樣提供一種用於限制切換式電壓調節器中之過電流狀況的電路及操作方法。該電路拓樸使用一切換電路中之一低側開關電流感測及兩個保護電路來限制施加至該切換電路之切換信號的切斷時間及導通時間兩者期間的過電流狀況。具體而言，可使用含一適應性斜坡信號及在該切換信號之切斷時間期間展現的電流位準之一所儲存值的一經加總信號，來控制在該切換信號之導通時間期間展現的過電流狀況。該經加總信號表示在該切換信號之該導通時間期間存在的一負載電流位準，其可饋送至該等保護電路之一者，用於限制在該切換信號之該等導通時間期間的過電流狀況。 一切換式電壓調節器係一特定類型電壓調節器，其使用一切換電路來控制一輸出電壓，該切換電路依與該電壓調節器之一所測量輸出電壓成比例的一工作週期而導通及切斷。該切換電路可包括例如耦合至一飛輪二極體之一單一開關（例如，一電晶體），以在切斷該開關時分流由一輸出電感器激發之反向電流。該切換電路可包括多個開關，諸如包括兩個開關之一推挽切換電路，該兩個開關交替地導通及切斷，用於產生至該電感器之一切換信號。 使用此類切換式電壓調節器可藉由減小或限制跨電壓調節器之開關的電壓降而提供優於非切換式調節器的增強效率。即，一切換式電壓調節器藉由依一工作週期交替地導通及切斷一或多個開關來調節其輸出，該工作週期足以在維持調節的同時使該等開關在其等之任一導通或切斷狀態中保持在一飽和狀況或保持接近一飽和狀況。然而，切換式電壓調節器面臨待克服以確保其適當操作的數項挑戰。例如，瞬變負載狀況（諸如跨一切換式電壓調節器之輸出之一短路）會造成透過其等的切換電路汲取過量電流，若未經適當控制或限制，則會造成永久損壞。 為了補救此問題，已實施用於過電流限制之數種習知做法。例如，已開發一種過電流保護做法，其感測一推挽切換電路之一高側開關電流感測點（例如，該切換電路之一輸入電壓(Vin)）。此電路可控制切換信號之導通時間期間的過電流狀況，但由於當高側開關導通時一般會在該電流感測點引起相對大的雜訊，因此經限制電流位準不是非常精確。此外，對於窄導通時間應用，實施使用該切換電路之該高側感測點的過電流保護電路可係一項挑戰。 另一類型習知過電流保護做法包括感測該推挽切換電路之一低側開關感測點者。雖然此習知做法在該切換信號之切斷時間期間有效地控制過電流狀況，然而此習知做法基本上無法在該切換信號之導通時間期間控制過電流狀況。上文描述之過電流保護做法的一種替代做法包括感測該切換電路之該高側開關電流感測點及該低側開關電流感測點兩者的一過電流保護電路。然而，一般而言，此類型過電流保護電路複雜，因此實施成本高昂。此外，此類型電路之實施仍需要克服窄導通時間應用的挑戰。 圖1繪示根據本揭露之一實施例之一實例切換式電壓調節器100。使用在此特定狀況中係一將一輸入電壓(Vin)轉換成一輸出電壓(Vout)之同步降壓轉換器的一切換式電壓調節器來實施切換式電壓調節器100。該切換式電壓調節器包括一脈衝寬度調變(PWM)電路106、一閘驅動電路108、一推挽切換電路110、一電感器112、及一回授電路114。PWM電路106產生一PWM信號，PWM信號經由驅動電路108饋送至推挽切換電路110，以自輸入(Vin)傳遞電力至輸出(Vout)，輸出(Vout)耦合至一負載116及一電容器118。如將於下文詳述，切換式電壓調節器100使用推挽切換電路110之一低側開關電流感測點124來修改傳送至切換電路110的PWM信號，因此切換式電壓調節器100可受到保護以防PWM信號之切斷時間期間以及PWM信號之導通時間期間所引起的過電流狀況。 在特定實例切換式電壓調節器100中，切換電路110係具有一上部開關122’及一下部開關122”之一推挽切換電路，其使用PWM信號來選擇性地將該電路之輸入Vin耦合至該電路之輸出Vout。雖然如所展示及描述之推挽切換電路110係一推挽切換電路，但是可使用其他類型切換電路來實施過電流保護電路100，諸如僅具有一單一開關及一飛輪二極體之一切換電路，其在開關切斷時使電感器112電流換向(commutate)。此外，雖然如所展示之開關122包含金氧半導體場效電晶體(MOSFET)，但是開關可係任何適合的類型，諸如雙極性電晶體、接面場效電晶體(JFET)及類似者。 對於使用MOSFET開關實施的推挽切換電路，低側電流感測點124通常參考至推挽切換電路110之一節點（其近接一低側開關122”之一汲極端子），而一高側感測點126參考至推挽切換電路110之一節點（接近高側開關122’之汲極端子）（即，Vin輸入）。此外，一連續電流感測點128定義為使電感器112與負載116互連的一節點。 控制電路106使用回授電路114產生一PWM信號，PWM信號具有與該電壓調節器之一輸出電壓成比例的一工作週期。誤差放大器監測介於輸出電壓感測(FB)信號與一電壓參考(VREF )信號之間之一差異，且據此提供用以控制PWM控制電路106之操作的一經補償誤差(COMP)信號。在正常操作中，PWM切換脈衝係藉由一PWM設定(PWM_S_1)信號而起始並藉由一PWM重設(PWM_R_1)信號而終止，由PWM控制電路106產生PWM設定(PWM_S_1)信號及PWM重設(PWM_R_1)信號。 應理解，圖1僅描述一切換式電壓調節器之一實例，且其他實施例設想可使用與本文描述相比具有額外組件、較少組件或其他類型組件的其他切換式電壓調節器來實施切換式電壓調節器100。例如，雖然如所展示及描述之切換式電壓調節器係減小介於其輸入與輸出之間之一電壓位準的一同步降壓轉換器，但是切換式電壓調節器之其他實施例亦可包括其他類型切換式電壓調節器，諸如一降壓升壓轉換器或一Zeta轉換器。 切換式電壓調節器100之一第一過電流保護電路132包括由一電流感測電路136饋給之一第一比較器134及一VILMT 臨限電壓源138。一般而言，當PWM信號之一切斷時間期間存在一過電流狀況時，第一過電流保護電路132根據由電流感測電路136所產生之一低側電流感測位準(CS)，經由一AND閘140及一PWM鎖存器142阻擋PWM信號。低側開關電流感測電路136藉由在低側開關（例如，MOSFET）122”之導通時間（即，PWM信號之切斷時間）期間測量跨低側開關122”之一汲極端子與一源極端子的一電壓降來感測電感器112電流，以產生電流感測(CS)信號。如果CS信號超過由電流限制參考產生器138所產生之一電流限制臨限VILMT 信號，則第一比較器134之輸出信號使用AND閘140來阻擋一第一信號(PWM_S_1)設定PWM鎖存器142。 切換式電壓調節器100之一第二過電流保護電路148包括一第二比較器150、一斜坡產生器152、及一臨限產生器154。第二比較器150經組態以根據包含一斜坡電壓與該低側電流感測(CS)信號之和的一斜坡調整電壓位準(CSR)信號，而在PWM信號之一導通時間期間存在一過電流狀況時切斷PWM信號。即，一旦CS信號及由斜坡產生器152所產生之一斜坡信號的總和高於第二臨限(CSR_TH)信號（其係電流限制臨限VILMT 信號及由臨限產生器154所產生之一輸出臨限VTH 信號的總和），第二比較器150之輸出使用一OR閘156重設PWM鎖存器142。 為了在可變操作狀況中具有一致過電流保護位準及穩定切換頻率，可在斜坡產生器152及臨限產生器154中使用適應性前饋控制。斜坡信號之轉換率(slew rate)與輸入供應電壓(Vin)及標稱切換頻率(FSW)成比例，而臨限信號(VTH )與輸出電壓(Vout)或一參考電壓(VREF )之任一者成比例。 圖2繪示根據本揭露之一實施例之由第一過電流保護電路132及第二過電流保護電路148之各種組件所產生之信號之實例波形。具體而言，波形202繪示由PWM鎖存器142所產生之PWM信號，波形204繪示由CS信號及斜坡信號之經加總組合所產生之CSR信號，波形206繪示由電流感測電路136所產生之CS信號，且波形208繪示由斜坡產生器152所產生之斜坡信號。此外，一CSL波形210係指表示電感器電流及低側開關122”之一導電電阻之乘積的一虛擬信號(fictive signal)。大致上而言，PWM信號具有由TON 及TON1 標示之導通時間（對應於PWM信號之邏輯高狀態），且具有由導通時間之間之週期標示之切斷時間（例如，邏輯lo）（對應於PWM信號之邏輯低狀態）。 在此實例狀況中，電流感測電路136在PWM信號之切斷時間（例如，PWM信號之谷值部分）期間感測及追蹤跨低側開關122”的一導電電壓降，並在整個PWM信號之導通時間期間使用一取樣保持電路保持該所感測的導電電壓降。CSR信號係CS信號及斜坡信號之總和，而CSR_TH信號係電流限制臨限(VILMT )信號及臨限電壓信號(VTH )之總和。 在時間(t0 )前，該切換式電壓調節器運作於一輸出電流低於一設定電流限制的正常狀況中。然而，在時間(t0 )後，一過電流事件發生於輸出負載116中，使得電感器電流由於PWM信號中之導通時間之一長持續期間而迅速上升。在時間(t1 )，CSR信號接近CSR_TH信號之值，且PWM信號由第二比較器150經由OR閘156重設。在此時點，只有在CS信號變成低於電流限制臨限信號(VILMT )時才能在時間(t2 )再次設定PWM信號。只要過電流事件持續，在PWM信號之持續週期期間，CSR信號將在介於CSR_TH信號與電流限制臨限信號(VILMT )之間之窗中運作。結果，由CSL描繪之低通濾波電流位準經充分鉗位至如由一電感器過電流電壓信號(VOC )表示之一平均位準。 在正常操作中，PWM信號具有一標稱切換週期(TSW )，且產生含導通時間(TON )之脈衝，導通時間(TON )可根據下式計算：
Figure TW201801434AD00001
良好的實踐係使過電流保護操作期間的過電流模式切換週期(TSW1 )接近標稱切換週期(TSW )。一般而言，若過電流模式切換週期(TSW1 )比標稱切換週期(TSW )更短許多，則切換損失增加。反之，若過電流模式切換週期(TSW1 )比標稱切換週期(TSW )更長許多，則輸出中的漣波電壓(ripple voltage)增加。因此，在一實施例中，可根據下式設定斜坡信號之轉換率(Sramp)：
Figure TW201801434AD00002
即，斜坡信號之轉換率可經設計成大致上同等於VTH 除以TON 之商數，因此臨限電壓信號(VTH )可經調整以在正常操作期間將切換週期(TSW1 )維持大致上相似於切換週期(TSW )。 圖3繪示根據本揭露之教示之另一實例切換式電壓調節器300，該實例切換式電壓調節器可利用一過電流保護電路。切換式電壓調節器300大致上包括一推挽切換電路302、一電感器304、一負載306、一AND閘308、一OR閘310、一PWM鎖存器312、及一回授電路314，其等之設計及建構相似於圖1之推挽切換電路110、電感器112、負載116、AND閘140、OR閘156、PWM鎖存器142及回授電路114。 切換式電壓調節器300亦包括一PWM控制電路318，PWM控制電路318可受控於一臨限產生器電路320與一電流感測及斜坡產生器電路322，以在由PWM電路318所產生之一PWM信號之導通時間及切斷時間兩者期間提供過電流保護。 藉由增益級放大器(GVo ) 324，臨限產生器電路320可產生與Vout成比例的一臨限信號VTH 。為了在低Vout狀況中減小切換頻率，臨限信號VTH 可具有一最小輸出電壓VMIN ，如藉由一最小電壓源Vmin 326所判定。接著，VTH 信號與來自一偏移電壓源VOS 328之一信號加總，以產生饋送至PWM控制電路318之一COMP_TH信號。 可使用電流感測及斜坡產生器電路322來在PWM信號之導通時間期間及切斷時間期間提供過電流保護。電流感測及斜坡產生器電路322包括具有一運算放大器(op-amp) 332、一第一延遲電路334、及一第二延遲電路336之一取樣保持電路。該取樣保持電路在切換電路302之導通時間期間追蹤及保持切換電路302之低側開關之一導電電壓。該取樣保持電路之延遲時間亦可加上一消隱時間(blanking time)以防止雜訊注入。當PWM信號切斷時，第一延遲電路334閘控一第一開關338以充電一電容器340，而在PWM信號之導通時間期間，第二延遲電路336閘控一第二開關342以施加所感測CS信號位準至一斜坡產生器。 該斜坡產生器具有一適應性電流源(iup ) 344、一開關346、及一電容器348。如所展示，由該斜坡產生器所產生之斜坡信號之轉換率係與Vin位準成比例且在PWM信號之導通時間期間藉由開關346被閘控至電容器348。即，電流源344係受控於Vin信號以獲得PWM信號之適應性脈衝寬度控制。CSR信號係斜坡信號及來自感測電路之所儲存CS信號的一組合。電容器348及電阻器350與352形成一加總電路以配合適當的時間常數將斜坡信號與來自該取樣保持電路之CS信號進行加總。 圖4繪示根據本揭露之一實施例之一過電流保護電路400之另一實施例，可使用過電流保護電路400來在PWM信號之切斷時間期間以及PWM信號之導通時間期間提供過電流保護。過電流保護電路400包括一PWM控制電路402、一多輸入比較器404、一第一反相器406、一AND閘408、兩個開關410、及一第二反相器412。 在一實施例中，PWM控制電路402可體現為一單片晶片(monolithic chip)，其用其內部電路系統提供一PWM_pre信號、一RAMP（斜坡）信號、及一COMPTH信號。因此根據本揭露之教示之過電流保護可減少整體部件計數。一般而言，圖4之RAMP信號及COMPTH信號的功能相似於如關於圖1所展示及描述之RAMP信號及VTH信號。過電流保護電路400亦可併入其他信號，相似於上文參考圖1描述之彼等。例如，過電流保護電路400可使用一CS信號，其功能相似於圖1之CS信號，而VILMT 信號之功能相似於圖1之VILMT 信號。 過電流保護電路400可使用至多輸入比較器404的CS信號及VILMT 信號來在PWM信號之切斷時間期間提供過電流保護，如上文參考圖1所描述。此外，過電流保護電路400可使用至多輸入比較器404的RAMP信號及COMPTH信號來在PWM信號之導通時間期間提供過電流保護。對於切斷時間過電流保護，當CS信號超過VILMT 信號之位準時，多輸入比較器404之輸出停留在一邏輯高位準，使得AND閘408經由反相器406阻擋PWM_pre信號傳播至一PWM信號，以控制一切換式電壓調節器。在PWM信號之此等切斷時間期間，藉由一第一開關410"將COMPTH信號自多輸入比較器404之輸入斷開，而使用一第二開關410'及反相器412將多輸入比較器404之輸入連接至接地或RAMP信號。在此期間，RAMP信號可停留在接地位準。 對於導通時間過電流保護（COMPTH經由第一開關410"連接至多輸入比較器404），當CS信號及斜坡信號之一經加總位準超過VILMT信號及COMPTH信號之一經加總位準時，多輸入比較器404之輸出達到一邏輯高位準，使得AND閘408經由反相器406阻擋PWM_pre信號傳播至PWM信號。 過電流保護電路400之實施例可具有優於圖1之過電流保護電路100的特定優點，該優點係使用由PWM控制電路402提供的斜坡信號及COMPTH信號而減少組件計數。 圖5繪示根據本揭露之一實施例之一過電流保護電路500之另一實例實施例，可使用過電流保護電路500來在PWM信號之切斷時間期間以及PWM信號之導通時間期間提供過電流保護。當使用一連續電流感測時（即，當跨一電感器或與該電感器串聯之一感測電阻器感測過電流狀況，而非如參考圖1所展示及上文描述之在推挽開關電路之一低側開關處感測過電流狀況），如所展示之過電流保護電路500可尤其實用。 過電流保護電路500大致上包括一PWM控制電路502、一切斷時間過電流保護電路504、一導通時間過電流保護電路506、及一PWM鎖存器508。PWM控制電路502可包括任何類型電路系統（例如，一單片電路晶片），其產生饋送至PWM鎖存器508的一PWM_S_pre信號及一PWM_R_pre信號。切斷時間電流限制電路504選擇性地將PWM_S_pre信號閘控至PWM鎖存器508，且導通時間電流限制電路506選擇性地將PWM_R_pre信號閘控至PWM鎖存器508。 切斷時間電流限制電路504可使用至一第一比較器510的CS信號及VILMT 信號來在PWM信號之切斷時間期間提供過電流保護，其中CS信號及VILMT 信號依相似於上文參考圖1描述之方式運作。當CS信號超過VILMT 信號之位準時，第一比較器510之輸出可達到一邏輯高位準，使得AND閘514經由反相器516阻擋PWM_S_pre信號傳播至一PWM信號，以控制一切換式電壓調節器。在PWM信號之此等切斷時間期間，藉由受控於一NAND閘522之一開關547將RAMP信號拉低，並藉由一AND閘518阻擋一第二比較器512之輸出傳播至給PWM鎖存器508的重設信號PWM_R。 對於導通時間過電流保護，在PWM信號之一導通時間期間，一旦CS信號達到高於VILMT 位準，即開始藉由一適應性電流源544對一電容器548充電。當RAMP信號超過COMPTH信號之位準時，第二比較器512之輸出可達到一邏輯高位準，使得一OR閘520重設PWM信號，以控制切換式電壓調節器。 雖然過電流保護電路100、300、400、及500繪示可用來為電壓調節器提供過電流保護的實例實施例，但是其他實施例可具有其他拓樸而未脫離本揭露之精神及範疇。例如，其他實施例可包括額外組件、較少組件或與本文所描述者不同的組件。此外，實例電路100、300、400、及500之各者的某些組件可整合成一單片電路晶片中，而其他組件則使用離散電路系統來實施。 據信，本揭露及許多其伴隨優點將藉由前文描述而理解，且將係顯而易見的是，可進行組件之形式、建構及配置的各種變更，而未脫離所揭示之標的物，亦未犧牲其所有具體優點。描述之形式僅僅係說明性的，而下文申請專利範圍意欲涵蓋並包括此類變更。 儘管已參考各種實施例描述本揭露，但是應理解，這些實施例係說明性且本揭露之範疇未受限於此等實施例。許多變化、修改、附加及改進均係可能的。更概括而言，已在特定實施方案之內容脈絡中描述根據本揭露之實施例。在本揭露之各種實施例中可以不同方式成塊分開或組合功能、或使用不同術語描述。這些及其變化、修改、附加及改進均落在下文申請專利範圍中所定義的本揭露之範疇。
100‧‧‧切換式電壓調節器；過電流保護電路
106‧‧‧脈衝寬度調變(PWM)電路；PWM控制電路；控制電路
108‧‧‧閘驅動電路；驅動電路
110‧‧‧推挽切換電路；切換電路
112‧‧‧電感器
114‧‧‧回授電路
116‧‧‧負載；輸出負載
118‧‧‧電容器
122'‧‧‧上部開關；高側開關
122"‧‧‧下部開關；低側開關
124‧‧‧低側開關電流感測點；低側電流感測點
126‧‧‧高側感測點
128‧‧‧連續電流感測點
132‧‧‧第一過電流保護電路
134‧‧‧第一比較器
136‧‧‧低側開關電流感測電路；電流感測電路
138V‧‧‧ILMT臨限電壓源；電流限制參考產生器
140‧‧‧AND閘
142‧‧‧PWM鎖存器
148‧‧‧第二過電流保護電路
150‧‧‧第二比較器
152‧‧‧斜坡產生器
154‧‧‧臨限產生器
156‧‧‧OR閘
202‧‧‧波形
204‧‧‧波形
206‧‧‧波形
208‧‧‧波形
210‧‧‧CSL波形
300‧‧‧切換式電壓調節器；過電流保護電路
302‧‧‧推挽切換電路
304‧‧‧電感器
306‧‧‧負載
308‧‧‧AND閘
310‧‧‧OR閘
312‧‧‧PWM鎖存器
314‧‧‧回授電路
318‧‧‧PWM控制電路；PWM電路
320‧‧‧臨限產生器電路
322‧‧‧電流感測及斜坡產生器電路
324‧‧‧增益級放大器(GVo)
326‧‧‧最小電壓源Vmin
328‧‧‧偏移電壓源VOS
332‧‧‧運算放大器
334‧‧‧第一延遲電路
336‧‧‧第二延遲電路
338‧‧‧第一開關
340‧‧‧電容器
342‧‧‧第二開關
344‧‧‧適應性電流源(iup)
346‧‧‧開關
348‧‧‧電容器
350‧‧‧電阻器
352‧‧‧電阻器
400‧‧‧過電流保護電路
402‧‧‧PWM控制電路
404‧‧‧多輸入比較器
406‧‧‧第一反相器；反相器
408‧‧‧AND閘
410'‧‧‧第二開關
410"‧‧‧第一開關
412‧‧‧第二反相器；反相器
500‧‧‧過電流保護電路
502‧‧‧PWM控制電路
504‧‧‧切斷時間過電流保護電路；切斷時間電流限制電路
506‧‧‧導通時間過電流保護電路；導通時間電流限制電路
508‧‧‧PWM鎖存器
510‧‧‧第一比較器
512‧‧‧第二比較器
514‧‧‧AND閘
516‧‧‧反相器
518‧‧‧AND閘
520‧‧‧OR閘
522‧‧‧NAN閘
544‧‧‧適應性電流源
547‧‧‧開關
548‧‧‧電容器
COMP‧‧‧經補償誤差（信號）
COMPTH‧‧‧信號
CS‧‧‧低側電流感測位準；電流感測（信號）
CSR‧‧‧斜坡調整電壓位準（信號）
CSR_TH‧‧‧第二臨限（信號）
COT‧‧‧恆定導通時間
FB‧‧‧輸出電壓感測（信號）
FSW‧‧‧標稱切換頻率
PWM_R_1PWM‧‧‧重設（信號）
PWM_S_1PWM‧‧‧設定（信號）；第一信號
PWM_pre‧‧‧信號
PWM_R_pre‧‧‧信號
PWM_S_pre‧‧‧信號
RAMP‧‧‧斜坡信號
Sramp‧‧‧斜坡信號之轉換率
TON‧‧‧導通時間
TON1‧‧‧導通時間
TSW‧‧‧標稱切換週期
TSW1‧‧‧過電流模式切換週期；切換週期
t0‧‧‧時間
t1‧‧‧時間
t2‧‧‧時間
VOC‧‧‧電感器過電流電壓信號
Vin‧‧‧輸入電壓；輸入；輸入供應電壓
VILMT‧‧‧電流限制臨限（信號）
Vout‧‧‧輸出電壓；輸出
VREF‧‧‧電壓參考（信號）；參考電壓
VTH‧‧‧輸出臨限（信號）；臨限電壓信號
本揭露之技術之各種特徵及優點將從如附圖中所繪示的彼等技術之特定實施例之下列說明而顯而易見。應注意，圖式並非一定按比例描繪；然而，圖中強調繪示技術觀念之原理。再者，圖式中相似的元件符號可指所有不同視圖中的相同部件。圖式僅描繪本揭露之一般實施例，且因此非視為範疇限制。 圖1繪示根據本揭露之一實施例之一實例切換式電壓調節器，可使用該實例切換式電壓調節器以提供在PWM信號之切斷時間期間以及PWM信號之導通時間期間的過電流保護。 圖2繪示根據本揭露之一實施例之由圖1之過電流保護電路之各種組件所產生之信號之實例波形。 圖3繪示根據本揭露之一實施例之另一實例切換式電壓調節器，該實例切換式電壓調節器可利用一過電流保護電路。 圖4繪示根據本揭露之一實施例之一過電流保護電路之另一實例實施例。 圖5繪示根據本揭露之一實施例之一過電流保護電路之另一實例實施例。
100‧‧‧切換式電壓調節器；過電流保護電路
106‧‧‧脈衝寬度調變(PWM)電路；PWM控制電路；控制電路
108‧‧‧閘驅動電路；驅動電路
110‧‧‧推挽切換電路；切換電路
112‧‧‧電感器
114‧‧‧回授電路
116‧‧‧負載；輸出負載
118‧‧‧電容器
122'‧‧‧上部開關；高側開關
122"‧‧‧下部開關；低側開關
124‧‧‧低側開關電流感測點；低側電流感測點
126‧‧‧高側感測點
128‧‧‧連續電流感測點
132‧‧‧第一過電流保護電路
134‧‧‧第一比較器
136‧‧‧低側開關電流感測電路；電流感測電路
138‧‧‧VILMT臨限電壓源；電流限制參考產生器
140‧‧‧AND閘
142‧‧‧PWM鎖存器
148‧‧‧第二過電流保護電路
150‧‧‧第二比較器
152‧‧‧斜坡產生器
154‧‧‧臨限產生器
156‧‧‧OR閘
COMP‧‧‧經補償誤差(信號)
CS‧‧‧低側電流感測位準；電流感測(信號)
CSR‧‧‧斜坡調整電壓位準(信號)
CSR_TH‧‧‧第二臨限(信號)
FB‧‧‧輸出電壓感測(信號)
PWM_R_1‧‧‧PWM重設(信號)
PWM_S_1‧‧‧PWM設定(信號)；第一信號
RAMP‧‧‧斜坡信號
Vin‧‧‧輸入電壓；輸入；輸入供應電壓
Vout‧‧‧輸出電壓；輸出
VREF‧‧‧電壓參考(信號)；參考電壓
VTH‧‧‧輸出臨限(信號)；臨限電壓信號

Claims (19)

  1. 一種電子電路，其包含： 一控制電路，其用以產生一PWM信號，該PWM信號具有與一電壓調節器之一輸出電壓成比例的一工作週期； 一開關電路，其使用該PWM信號來選擇性地耦合該調節器之一輸入至該調節器之一輸出； 一第一過電流保護電路，其包含： 一第一比較器，其具有：一輸出；一第一輸入，其耦合至該開關電路之一低側電流感測點；及一第二輸入，其耦合至一第一參考電壓；及 一第一閘，其具有：一輸出，其耦合至該開關電路；一第一輸入，其耦合至該控制電路；及一第二輸入，其耦合至該第一比較器之該輸出；及 一第二過電流保護電路，其包含： 一第一加總電路，其具有：一輸出；一第一輸入，其耦合至該開關電路之該低側電流感測點；及一第二輸入，其耦合至一斜坡產生器； 一第二加總電路，其具有：一輸出；一第一輸入，其耦合至該第一參考電壓；及一第二輸入，其耦合至一臨限產生器； 一第二比較器，其具有：一輸出；一第一輸入，其耦合至該第一加總電路之該輸出；及一第二輸入，其耦合至該第二加總電路之該輸出；及 一第二閘，其具有：一輸 出，其耦合至該開關電路；一第一輸入，其耦合至該控制電路；及一第二輸入，其耦合至該第二比較器之該輸出。
  2. 如請求項1之電子電路，其中該開關電路包含一推挽開關電路，該推挽開關電路包括一高側金氧半導體場效電晶體(MOSFET)開關及一低側MOSFET開關。
  3. 如請求項1之電子電路，其包含一取樣保持電路，用以在該PWM信號之一導通時間期間儲存該低側開關電流感測位準。
  4. 如請求項1之電子電路，其進一步包含一電路，該電路使用該電壓調節器之一連續電流感測點來感測該開關電路之該低側開關電流感測位準。
  5. 如請求項1之電子電路，其中該斜坡產生器產生具有一轉換率(slew rate)之一斜坡信號，該轉換率與該電壓調節器之該輸入電壓及該PWM信號之一切換頻率成比例。
  6. 如請求項5之電子電路，其中該斜坡信號之該轉換率經設定使得過電流保護期間的該切換頻率基本上相似於正常操作期間的該切換頻率。
  7. 如請求項1之電子電路，其中該臨限產生器耦合至該電壓調節器之該輸出及一第二參考電壓中之至少一者。
  8. 如請求項1之電子電路，其進一步包含一閘控電路，用以在該PWM信號之該等切斷時間期間停用該第二過電流保護電路之操作。
  9. 一種用於一電子電路之過電流保護方法，該方法包含： 當自一開關電路之一低側感測點獲得的一低側開關電流感測位準超過一第一參考電壓，在一PWM信號之一切斷時間期間存在一過電流狀況時，阻擋至該開關電路之該PWM信號；及 當包含一斜坡信號與該低側開關電流感測位準之和的一斜坡調整電壓位準超過該第一參考電壓及一臨限電壓之一經加總位準，在該PWM信號之一導通時間期間存在一過電流狀況時，切斷至該開關電路之該PWM信號。
  10. 如請求項9之方法，其進一步包含感測一推挽開關電路之該低側開關電流感測位準，該推挽開關電路包括一高側金氧半導體場效電晶體(MOSFET)開關及一低側MOSFET開關，該低側電流感測點包含該低側MOSFET開關之一汲極端子。
  11. 如請求項9之方法，其進一步包含使用該電壓調節器之一連續電流感測點來感測該開關電路之該低側開關電流感測位準。
  12. 如請求項9之方法，其進一步包含在該PWM信號之一導通時間期間儲存該低側開關電流感測位準。
  13. 如請求項9之方法，其進一步包含設定該斜坡信號以得到一轉換率，該轉換率與該電壓調節器之一輸入電壓及該PWM信號之一切換頻率成比例。
  14. 如請求項13之方法，其進一步包含設定該轉換率，使得過電流保護期間的該切換頻率基本上相似於正常操作期間的該切換頻率。
  15. 如請求項9之方法，其進一步包含將該臨限電壓設定成與一輸出電壓位準或一第二參考電壓成比例。
  16. 如請求項9之方法，其進一步包含在該PWM信號之該等切斷時間期間停用第二過電流保護電路之操作。
  17. 一種電子電路，其包含： 一控制電路，其用以產生一PWM信號，該PWM信號具有與電壓調節器之一輸出電壓成比例的一工作週期； 一推挽開關電路，其使用該PWM信號來選擇性地耦合開關電路之一輸入至該開關電路之一輸出，該推挽開關電路包括一高側金氧半導體場效電晶體(MOSFET)開關及一低側MOSFET開關； 一第一過電流保護電路，其包含： 一第一比較器，其具有：一輸出；一第一輸入，其耦合至該推挽開關電路之一低側開關電流感測點；及一第二輸入，其耦合至一第一參考電壓；及 一第一閘，其具有：一輸出，其耦合至該開關電路；一第一輸入，其耦合至該控制電路；及一第二輸入，其耦合至該第一比較器之該輸出；及 一第二過電流保護電路，其包含： 一取樣保持電路，其耦合至該低側開關電流感測點，該取樣保持電路在該PWM信號之一導通時間期間儲存該低側電流感測電壓位準； 一第一加總電路，其具有：一輸出；一第一輸入，其耦合至該取樣保持電路；及一第二輸入，其耦合至一斜坡產生器； 一第二加總電路，其具有：一輸出；一第一輸入，其耦合至該第一參考電壓；及一第二輸入，其耦合至一臨限產生器； 一第二比較器，其具有：一輸出；一第一輸入，其耦合至該第一加總電路之該輸出；及一第二輸入，其耦合至該第二加總電路之該輸出；及 一第二閘，其具有：一輸出，其耦合至該開關電路；一第一輸入，其耦合至該控制電路；及一第二輸入，其耦合至該第二比較器之該輸出。
  18. 如請求項17之電子電路，其中該斜坡產生器產生具有一轉換率之一斜坡信號，該轉換率與該電壓調節器之該輸入電壓及該PWM信號之一切換頻率成比例。
  19. 如請求項18之電子電路，其中該轉換率經設定使得過電流保護期間的該切換頻率基本上相似於正常操作期間的該切換頻率。
TW105142377A 2016-01-11 2016-12-21 用於電壓調節器之過電流保護電路及方法 TWI709288B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201662277109P 2016-01-11 2016-01-11
US62/277,109 2016-01-11
US15/158,377 US10090663B2 (en) 2016-01-11 2016-05-18 Over-current protection circuit and method for voltage regulators
US15/158,377 2016-05-18

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201801434A true TW201801434A (zh) 2018-01-01
TWI709288B TWI709288B (zh) 2020-11-01

Family

ID=59276033

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW105142377A TWI709288B (zh) 2016-01-11 2016-12-21 用於電壓調節器之過電流保護電路及方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10090663B2 (zh)
CN (1) CN206389107U (zh)
TW (1) TWI709288B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11095221B1 (en) 2020-04-16 2021-08-17 Elite Semiconductor Memory Technology Inc. Constant on-time controller and buck regulator device using the same
TWI737435B (zh) * 2020-08-06 2021-08-21 光寶電子（廣州）有限公司 多階層過電流保護電路
TWI743834B (zh) * 2020-06-15 2021-10-21 晶豪科技股份有限公司 恆定導通時間控制器和使用恆定導通時間控制器的降壓調節器裝置
CN113972837A (zh) * 2020-07-23 2022-01-25 晶豪科技股份有限公司 恒定导通时间控制器和使用该控制器的降压调节器装置

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6451829B2 (ja) * 2015-03-09 2019-01-16 富士電機株式会社 駆動回路および半導体モジュール
EP3232571A1 (en) * 2016-04-14 2017-10-18 Nexperia B.V. Solid state relay
US10412797B2 (en) * 2016-05-13 2019-09-10 Allegro Microsystems, Llc Apparatus and methods for converter mode and load configuration control
US9997925B2 (en) * 2016-07-14 2018-06-12 Getac Technology Corporation Power supplying method and device thereof
JP6806533B2 (ja) * 2016-11-09 2021-01-06 ローム株式会社 半導体装置
US10447154B2 (en) * 2017-07-14 2019-10-15 Renesas Electronics America Inc. PWM control scheme for providing minimum on time
DE102018200668A1 (de) * 2018-01-17 2019-07-18 Robert Bosch Gmbh Schaltung zum Erkennen von Schaltungsdefekten und zur Vermeidung von Überspannungen in Reglern
US10289136B1 (en) * 2018-01-25 2019-05-14 Alpha And Omega Semiconductore (Cayman) Ltd. Converting apparatus and method thereof
TWI697186B (zh) * 2018-01-26 2020-06-21 英屬開曼群島商萬國半導體（開曼）股份有限公司 轉換裝置及其方法
WO2019146641A1 (ja) * 2018-01-29 2019-08-01 ローム株式会社 発光素子駆動制御装置、発光素子駆動回路装置
JP7149104B2 (ja) * 2018-05-28 2022-10-06 ローム株式会社 半導体集積回路、オーディオ出力装置、電子機器
US20200195121A1 (en) * 2018-12-13 2020-06-18 Texas Instruments Incorporated Dynamically adjustable gate driver for switching devices and related methods
US10411600B1 (en) 2019-01-28 2019-09-10 Allegro Microsystems, Llc Apparatus and methods for converter mode and load configuration control
KR20200098754A (ko) * 2019-02-11 2020-08-21 삼성전자주식회사 Cds 회로, 이미지 센서 및 cds 회로의 출력 신호 분산 방법
CN110120656A (zh) * 2019-05-16 2019-08-13 深圳市华星光电技术有限公司 过电流保护电路及其驱动方法
CN110544967B (zh) * 2019-07-26 2022-02-11 恒大恒驰新能源汽车研究院(上海)有限公司 过流检测方法、过流保护方法、计算机设备及存储介质
US11223272B2 (en) * 2019-09-13 2022-01-11 Semiconductor Components Industries, Llc Uninterrupted current sense
KR20210034219A (ko) * 2019-09-20 2021-03-30 에스케이하이닉스 주식회사 신호 생성 회로 및 이를 이용하는 반도체 장치
CN112783472B (zh) * 2019-11-05 2023-12-12 何群 多值逻辑宽位高速加法器
CN114830517A (zh) * 2019-12-17 2022-07-29 罗姆股份有限公司 输出反馈控制电路
CN112636598B (zh) * 2021-03-11 2021-05-25 深圳市正浩创新科技有限公司 同步buck电路的控制方法、装置、系统和电子装置
US11757351B2 (en) * 2021-07-30 2023-09-12 Texas Instruments Incorporated Dynamic overcurrent limit threshold for a voltage regulator
US11923799B2 (en) * 2021-08-09 2024-03-05 Texas Instruments Incorporated Systems and methods for regulating slew time of output voltage of DC motor drivers
US11923762B2 (en) * 2021-11-30 2024-03-05 Texas Instruments Incorporated Power converters with reduced ripple voltage
CN117318681B (zh) * 2023-11-29 2024-03-22 深圳鹏城新能科技有限公司 一种pwm发生器的自适应调整方法、系统和存储介质

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT1306920B1 (it) * 1998-01-05 2001-10-11 Int Rectifier Corp Circuito integrato per il controllo di stabilizzatori per lampadea fluorescenza
US6465993B1 (en) * 1999-11-01 2002-10-15 John Clarkin Voltage regulation employing a composite feedback signal
US7245113B2 (en) * 2004-05-21 2007-07-17 Intersil Corporation High light load efficiency synchronous buck regulator with pulse skipping control
TWI262645B (en) * 2004-10-15 2006-09-21 Richtek Technology Corp Multiple-input-and-single-output power adapter and conversion method thereof
US8358518B2 (en) * 2009-08-14 2013-01-22 System General Corporation Switching regulator having terminal for feedback signal inputting and peak switching current programming

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11095221B1 (en) 2020-04-16 2021-08-17 Elite Semiconductor Memory Technology Inc. Constant on-time controller and buck regulator device using the same
TWI743834B (zh) * 2020-06-15 2021-10-21 晶豪科技股份有限公司 恆定導通時間控制器和使用恆定導通時間控制器的降壓調節器裝置
CN113972837A (zh) * 2020-07-23 2022-01-25 晶豪科技股份有限公司 恒定导通时间控制器和使用该控制器的降压调节器装置
CN113972837B (zh) * 2020-07-23 2023-08-08 晶豪科技股份有限公司 恒定导通时间控制器和使用该控制器的降压调节器装置
TWI737435B (zh) * 2020-08-06 2021-08-21 光寶電子（廣州）有限公司 多階層過電流保護電路

Also Published As

Publication number Publication date
TWI709288B (zh) 2020-11-01
US20170201086A1 (en) 2017-07-13
CN206389107U (zh) 2017-08-08
US10090663B2 (en) 2018-10-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI709288B (zh) 用於電壓調節器之過電流保護電路及方法
US9590608B2 (en) Bootstrap refresh control circuit, voltage converter and associated method
US9229035B2 (en) Current detection circuit and switch regulator using the same
US8018694B1 (en) Over-current protection for a power converter
CN108512428B (zh) 隔离式电压转换器及其控制方法
US7385375B2 (en) Control circuit for a depletion mode switch and method of operating the same
US7760520B2 (en) Current controlled switching mode power supply
WO2016139745A1 (ja) 電力変換器
JP2009303303A (ja) スイッチングレギュレータ
US10090755B2 (en) Pre-bias startup of a converter
US10199919B2 (en) Zero dead time control circuit
WO2006095327A2 (en) Switched mode power converter and method of operation thereof
EP2713493B1 (en) Control method and apparatus
US8503195B1 (en) System and method for zero volt switching of half bridge converters during startup and short circuit conditions
TW202220350A (zh) 降壓－升壓轉換器和混合控制方法及其控制器
Nagesha et al. Simulation and hardware implementation of 24 watt multiple output Flyback converter
Kelley et al. SiC JFET gate driver design for use in DC/DC converters
US9337738B2 (en) Transformer-coupled gate-drive power regulator system
JP4464263B2 (ja) スイッチング電源装置
CN108631271B (zh) 过流保护控制电路
JP2024501877A (ja) パワーコンバータ制御
JP2004040859A (ja) Ｄｃ／ｄｃコンバータ
JP2011142761A (ja) Ｄｃ−ｄｃコンバータ
TWI838215B (zh) 控制器和用於開關調節器的控制器中的方法
JP5890982B2 (ja) 過電流保護回路及びこれを用いた降圧型スイッチング電源装置