12680氣 doc/006 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於—種切換式電源轉換器之限泣 且特別是有關於一種利較大器的特性: 本身硬體體積的切換式電源轉換器之限流保 【先前技術】 ，係繪不習知的切換式電源轉換器之電路 二：：1圖卜開關電晶體1〇1的第一源/汲極端係 ，接切料電源轉換器之輸人，係用來接收輸入電壓 in’而其第二源/汲極端則透過串接的電感器 口:、效電阻态103b耦接至切換式電源轉換器的輸 im此ί卜:一極體1〇7的一端也耦接至開關電晶體 的第二源/汲極端，而另一端則透過電阻器 接地。在切換式電源轉換器的輸出上還透過電容器 111接地，使得電容器的兩端具有直流輸出電壓 凊繼續參照圖1，在脈波寬度調變電路130中， ^括了限流比較器131，其正電壓輸入端和負電壓入 h係耦接至電阻态1 〇9的兩端，並且限流比較器工3工 的正電壓輸入端更透過一參考電壓Vf耦接至電阻器 109的其中一端。此外，限流比較器131也耦接至直 流電壓ve，使得脈波寬度調變電路13〇可以正常工 作，而限流比較器131的輸出，係透過脈波寬度調變 doc/006 電路130的輸出耦接至開關電晶體1〇1的閘極端。 在圖1所繪示的切換式電源轉換器中，電阻1〇9 兩，，電壓Vr會依據通過的電流來決定其大小。也 ，是說，當通過切換式電源轉換器的工作電流〗太大 時，相對地，也會使通過電阻1〇9的電流變大。當電 ，10^9兩端的電壓％大過一預設的電壓值時，脈波 寬度調變電路130就會關閉(turn off)開關電晶體 101，此時，電感請和電容器lu會開始 並且使得流過切換式電源轉換器的電流〗下降，因而 達到限流保護的目的。 s習知的切換式電源轉換器之限流保護技術的缺 點，在於若是考慮電路散熱的問題，則需要將電阻 =9的體積增加，以利熱源的散逸，但是如此就會使 =整體電路的體積增加。另外，為了減低電路功率的 政逸會降低電阻109的阻值，一般來說，電阻1〇9 的阻值έ小於〇·〇〇5歐姆。在這麼小的阻值下又需要 疋的精準度，係使得元件的製造不易，相對地價格 也會較昂貴，進而使得電路的硬體成本上升。、 在美國專利第5,982，160號（發明人為Walters; Michael ]V[:和 Hawkes; Charles Ε·)中，係揭露 了一種 具有電感電流感測之直流轉換器與其相關方法"。 此專利係利用流過輸出電感電流感應之電壓，經過訊 號^理而彳于到一電壓波形，然後再與輸出回授作尖峰 電流核式控制以用來將輸出穩壓。此專利的缺點在於 1268(^—06 應的電壓為直流電壓加上交流電壓，而直汽電 電壓放大，則直流電壓將電流感應的 序及線路非常複雜。 災仟铢忭扛 【發明内容】 因此’本發明的目的就是在提供一 轉換器，係能夠降低功率的損耗。 換式電源 的再—目的是提供—種切換式電源轉換 為可以有效地降低電路的體積。 本考X月的又一目的是提供一種切換 ^的保護電路，可以適用於多種脈波寬度調變ς體電 =。’而達到對切換式電源轉換器進行限流保護的作 本發明之目的在提供一種切換式電 限流保護電路，宜^扛7私I3 γ 评俠為之 路。1中二//Λ 和脈波寬度調變電 ，、中放大窃用來偵測當一工作電流流過切換 :源轉換器時所造成的感應電壓，然後放大器會將: 感應電壓放大而得到一比較電壓。而脈 ^嫩 路則接收放大器之輸出，以依據比較電壓與：：= 壓的比較結果來決定脈波寬度調變電路之輪出^並且 切換式電源轉換器會依據脈波寬度調變 而限制工作電流的大小。 峪的輸出 在本發明的實施例中，脈波寬度調變電路包括了 I2680l49〇twf.doc/006 限机=較态，其一電壓輸入端係耦接參考電壓，而 *一 5 f輸入端則接收放大器之輸出。此外，限流比 又為的輸出端係㈣至脈波寬度難電路的輸入。 和—Ϊ :写切換 1 式，源轉換器則包括了 -開關電晶體 接，開關電晶體的第—源/汲極端輕 則 1，八閘極端則耦接脈波寬度調變電路之 二1而電感器的一端係耦接開關電晶體的第二源/ 外極=另端則_切換式電源轉換器的輸出 η刀^電源轉換器還包括了電阻器和第-電容 汲極端晶體的第二源/ -電容器輕接放大！的第-輸入端。而第 端則耦接放:器的㈡η-^入端’另-式電源轉換器的輸以入一 切換 提及之感應電壓。$電“兩鈿係具有上述 括了： ί:中’切換式電源轉換器更包 端輕接開關電晶體。;中，二^體的陰極 接地。而第二雷办的弟一源，及極鳊，而其陽極端則 之輸出及接地端t是用來連接切換式電源轉換器 的差2:=路兄下放了大器致係-高輸錄抗 從另一觀點炎善並 整之極點（p〇ie)。 換器，包括了門關敕本發明提供—種切換式電源轉 括了開關、整流濾波電路和限流保護電路， I2680f}P〇twf>doc/006 其中整流/慮波電路的輸入係透過開關I馬接至一輸入 電壓。而在限流保護電路中，係具有一放大器和一脈 波寬度調變電路，其中放大器用來偵測當一工作電流 流過整流濾波電路時所造成的感應電壓，並且放大器 會將此感應電壓放大而得到一比較電壓。脈波寬度調 變電路則是接收放大器的輸出，以依據比較電壓^一 參考電壓的比較結果來決定脈波寬度調變電路之輸 出，而開關就是依據脈波寬度調變電路之輸出來決定 限流保護是否動作。 ' 綜上所述，本發明因為具有放大器，而能夠將第 一電容裔兩端的感應電壓放大。因此，感應電壓值不 必太大，就能夠控制脈波寬度調變電路的輸出，進而 控制工作電流的大小。也因為感應電壓值不必太大， 因此電阻器的阻值也不用太大，所以本發明能夠降低 功率的損耗，相對地散熱裝置也可以縮小。此外，只 要改變本發明之放大器之放大倍率值，就可以改變放 大斋所輸出之比較電壓的大小。因此本發明可以適用 於多種脈波寬度調變電路。 為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更 明顯易懂’下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式， 作詳細說明如下。 【實施方式】 圖2係繪示依照本發明之一較佳實施例的一種 切換式電源轉換器之電路圖。請參照圖2，在切換式 I268〇49〇twf.doc/〇〇6 電源轉換器200中，整流濾波電路210的輸入，係透 過開關220耦接至輸入電壓Vin，使得整流濾波電路 210能夠透過開關220而將輸入電壓vin轉換成輸出 電壓Vo以驅動負載224。整流濾波電路210係耦接 至限流保護電路240的輸入in，而開關220則依據 限流保護電路240的輸出來決定是否將整流濾波電 路210的輸入IN與輸入電壓vin互相導通。 請繼續參照圖2，開關220包括例如MOSFET 開關電晶體222。開關電晶體222的第一源/汲極端耦 接輸入電壓Vin，其第二源/汲極端耦接整流濾波電路 210的輸入IN’而開關電晶體222的閘極端則接收限 流保護電路2 4 0的輸出。 在整流濾波電路210中，電感器212的一端麵接 整k ;慮波電路210的輸入in，另一端則搞接整流濾、 波電路210的輸出OUT。此外，電阻器214的一端 同樣也耦接整流濾波電路210的輸入ιΝ，另一端則 串接第一電容216而耦接至整流濾波電路2丨〇的輸出 OUT 〇 除此之外，在整流濾波電路210中還包括了二極 體218和第二電容器226。其中，二極體218的&極 端係透過開關220耦接至輸入電壓vin，另一端則接 地。同樣地，整流濾波電路210的輪出〇υτ也透過 第二電容226接地。此外，在第二電容226的兩端， 係具有輸出電壓V0，以用來驅動負載224。 11 1268〇4|}〇twf.doc/0〇6 而在限流保護電路240中，放大器242的第一輸 入端和第二輸入端，係分別耦接第一電容216的兩 側，以接收當整流濾波電路運作時流過之工作電流工 而造成的感應電壓vc，並且放大器242會將感應電 · 壓Ve放大後，而產生比較電壓Va至脈波寬度調變電 路 250。 在較佳的情況下，脈波寬度調變電路25〇可以用 積體電路來實現。 脈波寬度調變電路250可以包括限流比較器 參 252，其一端（在本實施例為負電壓輸入端）耦接放大 為242的輸出，另一端（在本實施例為正電壓輸入端） 則耦接參考電壓。 请繼續參照圖2，限流比較器242的負電壓輸入 端係耦接放大器242的輸出，以用來接收比較電壓 va，而正電壓輸入端則耦接參考電壓Vr。限流比較 為252係依據比較電壓va和參考電壓vr之比較結 果’來控制脈波寬度調變電路250的輸出，以決定開 籲 關220是否正常導通。 在正常的工作電流I下，第一電容216所感應出 來的感應電壓Vc，經過放大器242放大後而產生的 比較電墨va會比參考電壓V〆〗、，因此限流比較器252 會控制脈波寬度調變電路250的輸出，而使得開關 220能正常導通，此時輸入電壓Vin繼續對電感器212 提供電流。而若是工作電流I太大時，感應電壓Vc 12 1268〇亂 doc/006 會相對地提高，而經過放大器242後所產生的比較電 壓va也會同樣的上升，當比較電壓Va上升到超過泉 考電壓vr時，限流比較器252會控制限流保護電路 250的輸出，使得開關220關閉。此時輸入電壓* 對電感器212不提供電流，感應電壓％會下降，而 經過放大器242後所產生的比較電壓％也會同樣的 下降’比較電壓Va小於參考電壓vr，限流比較器252 會控制限流保護電路250的輸出，使得開關220導 通，Vin繼續對電感器212提供電流，但流過之電流 ❿ 仍很大，足以再令開關220關閉。如此週而復始運 作，即為「脈波式限流方式」，其用意在抑制流過開 關220之最大電流，以保護切換式電源轉換器之安 全。 在圖2中，電感器212的等效電路，實質上會包 括電感212a和等效電阻2l2b，其中電感212a具有 電感值L ’而等效電阻212b則具有電阻值rl。其中， 等效電阻212b和流過電感212a之電流IL的關係， _ 可以表示成下式：
Vc^ILxRL 而為了降低切換式電源轉換器的功率消耗，因此 我們會降低等效電阻212b的電阻值RL。但若是等效 電阻212b的電阻值RL降低，就會使得感應電壓vc 降低。此時，若是脈波寬度調變電路25〇係直接接收 感應電壓Ve，可能會發生感應電壓ve還未大於參考 13 12680船 twf.doc/006 電壓Vr，而工作電流I的值就已經大到足夠造成切換 式電源轉換器200的損毀。 因此，本發明才會利用放大器242來對感應電壓 Vc進行放大，並且產生比較電壓Va。所以使用者只 要調整放大器242的放大倍率，就可以任意調整脈波 寬度調變電路250在工作電流I大於某個電流值時， 即關閉開關220，以保護電路不致損毀。 圖3係緣示圖2中感應電壓Vc與比較電壓Va 波形曲線圖。請合併參照圖3，從圖3中可以很清楚 的看到，原本感應電壓Ve很小。但是經過放大器242 將其放大了數倍後，就會產生比較電壓Va。 圖4係繪示依照本發明之一實施例的一種放大 器之電路圖。請參照圖4，除放大感應電壓訊號外， 並用以濾除高頻雜訊（主要係針對工作頻率），本實 施例係提供一種放大器的電路。 在圖4中的放大器可以是差動放大器電路，其包括了運算 放大器401和403，其中運算放大器401的負電壓輸入端係透 過電阻算放大器403的負電壓輸入端，則透過電阻409 耦接至運算放大器401的輸出端V01，並且透過極 點提供電路411耦接至其輸出端V02。 運算放大器403的輸出端V02係耦接至例如圖 2中脈波寬度調變電路250的輸入端，而運算放大器 401和403的正電壓輸入端則分別耦接至例如圖2之 第一電容216的兩端，以接收感應電壓Vc。理想上， 14 I268〇49〇twfdoc/006 運异放大器401和403的輸入阻抗為無限大，而在實 際上雖然丨又有辦法大到無限大，但是阻抗值還是非常 咼，因此幾乎可以完全反映感應電壓％值，而不受 負載效應之影響。 清繼續參照圖4，在極點提供電路411中，係包 括了電容器411a和電阻411b，並且電容器411a和電 阻411 b係彼此並聯。極點提供電路4丨丨係用來提供 一極點，可以讓圖4的差動放大器具有低通濾波的特 性更加顯著’调整電容器411 a的值，即可調整轉折 頻率的大小。 圖5係繪示依照本發明另一實施例的一種放大 器之電路圖。請參照圖5，其中繪示的放大器結構同 樣也是差動放大器電路，並且圖5之差動放大器的特 性，大致上與圖4中的差動放大器電路相同，但效果 更佳。 一 在圖5中，運算放大器501的負電壓輸入端係透 過電阻503耦接至其輸出端v〇l，並且透過可變電 阻505耦接至運算放大器507的負電壓輸入端，而運 异放大裔507的負電壓輸入端也透過電阻509 |馬接至 其輸出端V02。其中，運算放大器5〇1和5〇7的正 電壓輸入端，同樣也是耦接至例如圖2之第一電容 216的兩端，以接收感應電壓vc。 此外，運算放大器511的負電壓輸入端，係透過 電阻513而搞接至運异放大器501的輸出端vqi， 15 I26804Q— 並且透過極點提供電路515耦接至其輸出端 V03， 其中極點提供電路515的結構與功能，係與圖4中之 極，提供電路411相同，因此不在多作贅述。運算放 大器511的正電壓輸入端則透過電阻517和519，分 別耦接至運异放大器507的輸出端v〇2和接地。 ^本實施例的差動放大器的特點，在於只要調整可 變電阻505的阻值，就可以調整此差動放大器的倍 率，因此使得圖5所提供的差動放大器能夠適用不同 規格的脈波寬度調變積體電路。 以上圖4和圖5雖然提供兩種差動放大器，但是 ，不以此來限定本發明。熟習此技藝者可以自行依據 貫際上的需要來設計放大器的規格，因此放大器的規 格不會影響本發明的精神。 綜上所述，本發明至少有以下優點： 1.在本發明中，係利用放大器放大感應電壓，因 此可以將電感器的等效電阻降低，而不會影響到本發 明限流保護的作用。 2·因為本發明可以使用較低等效電阻之電感 器，因此功率消耗較小。 3 ·因為本發明之功率消耗相對很低，無須額外 增加散熱裝置，而使得電路的體積能夠縮小。 4·本發明只要改變放大器放大的倍率，就可以改 變比較電壓的大小，因此可用於不同規格的脈波寬度 調變積體電路。 16 1268〇4〇_。_ 5·本發明内的差動放大器因為具有报高的輸入 阻抗，並且在控制時也可以提供極點，除可精準放大 感應電壓訊號外，並可以濾除高頻的雜訊。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非 用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發 明之精神和範圍内，當可作些許之更動與潤飾，因此 本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定 者為準。 【圖式簡單說明】 · 圖1係繪不習知的一種切換式電源轉換器之電 路圖。 圖2係繪示依照本發明之一較佳實施例的一種 切換式電源轉換器之電路圖。 圖3係繪示圖2中感應電壓與比較電壓波形曲線 圖。 圖4係繪示依照本發明之一實施例的一種放大 器之電路圖。 · 圖5係繪示依照本發明另一實施例的一種放大 器之電路圖。 【主要元件符號說明】 101、222 :電晶體開關 103、212 :電感器 109 、 214 、 405 、 407 、 409 、 411b 、 503 、 509 、 513、517、519 :電阻器 17 12680銳— 111、411a :電容器 130 :脈波寬度調變電路 131、252 :限流比較器 200 :切換式電源轉換器 210 :整流濾波電路 103a、212a :電感 103b、212b :等效電阻 216 :第一電容 218 :二極體 226 ·•第二電容 224 :負載 220 :開關 240 :限流保護電路 242 :放大器 250 :脈波寬度調變電路 401、403、501、507、511 :運算放大器 411、515 :極點提供電路 505 :可變電阻