TWI382189B - 電源轉換器和其短路檢測電路以及短路檢測方法 - Google Patents

Description

電源轉換器和其短路檢測電路以及短路檢測方法

本發明是有關於一種短路檢測電路，且特別是有關於一種電源轉換器中之短路檢測電路。

在液晶顯示面板中，利用白色發光二極體(LED)作為背光源的應用已經愈來愈普遍。一般而言，設計者均會設計具有高電壓和大電流的單一驅動IC，並以其盡可能地驅動愈多的發光二極體。因此，如何偵測和保護驅動IC及其相關的發光二極體，便顯得非常重要。

當驅動IC的輸出節點或輸出接腳(如：LX接腳)短路時，通常會利用誤差放大器(error amplifier)來偵測其電壓準位，並藉此進行過電流保護(over－current protection；OCP)的動作。然而，利用誤差放大器所進行的過電流保護，在某些情況下可能會發生錯誤或是無法執行。因此，便需要一種更為確定且安全的方式，來偵測和保護整個電路。

本發明的目的是在提供一種短路檢測電路，用以偵測電路發生短路的情況。

本發明之另一目的是在提供一種電源轉換器，藉以更安全地將電源作轉換。

本發明之又一目的是在提供一種短路檢測方法，藉以 偵測並保護整體電路。

依照本發明一實施例，提出一種短路檢測電路，用以偵測電源轉換器中由輸入電壓所轉換之輸出電壓其所相對應之一輸出節點。短路檢測電路包含一第一電流源、一充電/放電單元、一比較器以及一邏輯控制單元。充電/放電單元在輸出節點短路之情形下，根據第一電流源進行充電操作，以產生一充電信號。比較器係用以比較充電信號以及一參考信號，以輸出一致能信號。邏輯控制單元在輸出節點短路之情形下，由致能信號所控制而產生一錯誤信號，以關閉耦接於輸出節點和輸入電壓間之一第一開關。

依照本發明另一實施例，提出一種電源轉換器，其包含一第一開關以及一短路檢測電路。第一開關耦接於一輸入電壓以及由輸入電壓所轉換之一輸出電壓所相對應之一輸出節點之間。短路檢測電路在輸出節點短路之情形下，產生一錯誤信號以關閉第一開關。短路檢測電路包含一充電/放電單元、一比較器以及一邏輯控制單元。充電/放電單元在輸出節點短路之情形下，根據一第一電流源進行充電操作，以產生一充電信號。比較器係用以比較充電信號以及一參考信號，以輸出一致能信號。邏輯控制單元由致能信號所控制而產生錯誤信號。

依照本發明又一實施例，提出一種短路檢測方法，用以偵測電源轉換器中由輸入電壓所轉換之輸出電壓其所相對應之一輸出節點。此短路檢測方法包含：進行充電操作，以在輸出節點短路之情形下，利用一第一電流源產生一充 電信號；比較充電信號和一參考信號，以產生一致能信號；以及藉由致能信號控制一邏輯控制單元，以在輸出節點短路之情形下，產生一錯誤信號而關閉耦接於輸出節點和輸入電壓間之一第一開關。

根據本發明之技術內容，應用前述電源轉換器中的短路檢測電路以及短路檢測方法，可使電源轉換器在其輸出端短路時受到保護。因此，電源轉換器的可靠度便可提昇，且應用此電源轉換器的電路系統亦會更加安全。

第1圖係繪示依照本發明實施例之一種電源轉換器的示意圖。電源轉換器100包括驅動電路102、電晶體開關M1、電感L1、二極體D1、電容C1以及複數個串聯相接的發光二極體(LED)104，其中驅動電路102可設計成單一驅動IC。驅動電路102由輸入電壓VIN供給電源，以驅動上述串聯相接的發光二極體104。電晶體開關M1可由一PMOS電晶體來實現，其閘極耦接於驅動電路102的FAULT端，其第一源汲極耦接於輸入電壓VIN，而其第二源汲極經由電感L1耦接於輸出節點LX。電感L1之一端、驅動電路102的LX端(亦即電源轉換器100的輸出節點)以及二極體D1的陽極，係相互耦接於輸出節點LX。電容C1則是耦接於接地端和二極體D1的陰極之間。

當電源轉換器100正常操作或是操作在非短路之情形下時，電晶體開關M1會開啟，使得電感L1藉由輸入電壓 VIN充電，且因此會在二極體D1的陰極端，產生相對應輸出節點LX或驅動電路102之LX端，並由輸入電壓VIN所轉換而來的輸出電壓VOUT。

驅動電路102中更包括一短路檢測電路，用以偵測電源轉換器100中由輸入電壓VIN所轉換之輸出電壓VOUT，其所相對應之輸出節點LX。第2圖係繪示依照本發明實施例之一種短路檢測電路的示意圖。短路檢測電路200包括電流源202、電晶體開關M2、充電/放電單元210、比較器204以及邏輯控制單元220。

電流源202係用以提供電流I，並且可由兩PMOS電晶體M3和M4所組成之電流鏡來實現。電晶體開關M2耦接於輸出節點LX和電流源202之間。在輸出節點LX非短路之情形下，電晶體開關M2會藉由致能信號EN開啟，使得輸出節點LX導通，且電源轉換器100可如往常一般操作。在本實施例中，電晶體開關M2可由NMOS電晶體來實現，其閘極由致能信號EN所控制，其汲極耦接於輸出節點LX，而其源極耦接於電流源202。

充電/放電單元210係根據電流源202所提供的電流I來進行充電和放電操作，並在輸出節點LX短路之情形下，產生一充電信號，且在輸出節點LX非短路之情形下，產生一放電信號。充電/放電單元210可更包括一能量儲存元件(如：電容C2)、一充電元件(如：電阻R)、一放電元件(如：電阻5R)以及一多工器212。

多工器212係耦接於電阻R和電阻5R，並選擇電流流 經電阻R或電阻5R之電流路徑。其中，電阻R和電阻5R係並聯相接，且均與電容C2耦接，使得電容C2可在輸出節點LX短路之情形下經由電阻R進行充電，以產生充電信號，或者是在輸出節點LX非短路之情形下經由電阻5R進行放電，以產生放電信號。在此值得注意的是，本實施例中的電阻R與電阻5R的電阻值不同。舉例而言，電阻5R的電阻值是電阻R的5倍，藉此減少放電所需的時間，並加速放電的過程。

在輸出節點LX短路之情形下，電晶體開關M2關閉，且電流I會流至充電/放電單元210中。此時，多工器212會選擇電流路徑，以供電流I流經電阻R，且電容C2因此充電而產生充電信號(即VFA)，傳送至比較器204中。另一方面，在輸出節點LX非短路之情形下，電晶體開關M2則是會開啟。此時，多工器212會選擇電流路徑，以供電流I流經電阻5R，且電容C2因此放電而產生放電信號(即VFA)，傳送至比較器204中。

比較器204係耦接於充電/放電單元210，並接收充電/放電信號VFA，以根據充電/放電信號VFA輸出一致能/去能信號CTRL。當電容C2充電而產生充電信號VFA時，比較器204會比較充電信號VFA和一參考信號VREF，以輸出致能信號CTRL。另一方面，當電容C2放電而產生放電信號VFA時，比較器204則是比較放電信號VFA和參考信號VREF，以輸出去能信號CTRL。

邏輯控制單元220係由致能/去能信號CTRL所控制， 以產生一錯誤/非錯誤信號FAULT。其中，邏輯控制單元220更包括電流源222、偵測元件224以及電晶體開關M5。電流源222係用以提供電流I_BIAS，並且可由兩NMOS電晶體M6和M7所組成之電流鏡來實現。偵測元件224係耦接於輸入電壓VIN和電流源222之間，並且可由一電阻R1來實現，其中電阻R1之一端耦接於輸入電壓VIN，另一端則經由電阻R2耦接於電流源222，並產生錯誤/非錯誤信號FAULT。電晶體開關M5可為一NMOS電晶體，其閘極用以接收比較器204所輸出之致能/去能信號CTRL，其源極耦接於接地端，而其汲極耦接於NMOS電晶體M6和M7的閘極。

在輸出節點LX短路之情形下，比較器204會如上所述輸出致能信號CTRL，且電晶體開關M5藉由致能信號CTRL開啟，以關閉電流源222；亦即NMOS電晶體M6和M7關閉，使得相對應電流I_BIAS的電流I_FAULT不會產生。因此，電阻R1偵測不到流經的電流，而藉以使得高準位的錯誤信號FAULT產生，以關閉電晶體開關M1(如第1圖所示)，且電源轉換器100因此而受到保護。

另一方面，在輸出節點LX非短路之情形下，比較器204會如上所述輸出去能信號CTRL，且電晶體開關M5藉由去能信號CTRL關閉，以開啟電流源222；亦即NMOS電晶體M6和M7開啟，使得相對應電流I_BIAS的電流I_FAULT產生。因此，電阻R1偵測到流經的電流，而藉以使得低準位的非錯誤信號FAULT產生，以開啟電晶體開關 M1(如第1圖所示)，且電源轉換器100因此而正常操作。

第3圖係繪示依照本發明實施例之一種電源轉換器中由輸入電壓所轉換之輸出電壓，其所相對應之輸出節點的短路檢測方法的流程圖。參照第1、2和3圖。首先，判別電源轉換器100的輸出節點LX(或驅動電路102的LX端)是否在短路的情況下(步驟302)。當輸出節點LX在短路的情況下時，進行充電操作，以利用如電流源202產生充電信號VFA(步驟304)。接著，藉由如比較器204比較充電信號VFA和參考信號VREF，以產生致能信號CTRL(步驟306)。之後，藉由致能信號CTRL控制邏輯控制單元220，以產生錯誤信號FAULT而關閉電晶體開關M1(步驟308)。一旦電晶體開關M1被關閉，電源轉換器100便可視為關閉而因此受到保護。

在步驟304中，能量儲存元件(如：電容C2)可由電流源202和充電元件(如：電阻R)進行充電，以產生生充電信號VFA。在步驟308中，電晶體開關M5可由致能信號CTRL開啟而關閉電流源222。當電流源222關閉時，錯誤信號FAULT可根據偵測元件224和輸入電壓VIN產生。

另一方面，若輸出節點LX在非短路的情況下，則進行放電操作，以產生放電信號VFA(步驟310)。接著，藉由如比較器204比較放電信號VFA和參考信號VREF，以產生去能信號CTRL(步驟312)。之後，藉由去能信號CTRL控制邏輯控制單元220，以產生非錯誤信號FAULT而開啟電晶體開關M1(步驟314)。一旦電晶體開關M1被開啟， 電源轉換器100便可正常操作。

在步驟310中，能量儲存元件(如：電容C2)可由放電元件(如：電阻5R)進行放電，以產生生放電信號VFA。在步驟314中，電晶體開關M5可由去能信號CTRL關閉而開啟電流源222。當電流源222開啟時，非錯誤信號FAULT可根據偵測元件224和輸入電壓VIN產生。

由上述本發明之實施例可知，應用前述電源轉換器中的短路檢測電路以及短路檢測方法，可使電源轉換器在其輸出端短路時受到保護。因此，電源轉換器的可靠度便可提昇，且應用此電源轉換器的電路系統亦會更加安全。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何具有本發明所屬技術領域之通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，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。

100‧‧‧電源轉換器

102‧‧‧驅動電路

104‧‧‧發光二極體

200‧‧‧短路檢測電路

202、222‧‧‧電流源

204‧‧‧比較器

210‧‧‧充電/放電單元

212‧‧‧多工器

220‧‧‧邏輯控制單元

224‧‧‧偵測元件

302~314‧‧‧步驟

第1圖係繪示依照本發明實施例之一種電源轉換器的示意圖。

第2圖係繪示依照本發明實施例之一種短路檢測電路的示意圖。

第3圖係繪示依照本發明實施例之一種電源轉換器中由輸入電壓所轉換之輸出電壓，其所相對應之輸出節點的短路檢測方法的流程圖。

200‧‧‧短路檢測電路

202、222‧‧‧電流源

204‧‧‧比較器

210‧‧‧充電/放電單元

212‧‧‧多工器

220‧‧‧邏輯控制單元

224‧‧‧偵測元件

Claims (17)

1. 一種短路檢測電路，用以偵測電源轉換器中由輸入電壓所轉換之輸出電壓其所相對應之一輸出節點，該短路檢測電路包含：一第一電流源；一充電/放電單元，在該輸出節點短路之情形下，根據該第一電流源進行充電操作，以產生一充電信號；一比較器，用以比較該充電信號以及一參考信號，以輸出一致能信號；以及一邏輯控制單元，在該輸出節點短路之情形下，由該致能信號所控制而產生一錯誤信號，以關閉耦接於該輸出節點和該輸入電壓間之一第一開關，其中該邏輯控制單元更包含：一第二電流源；一偵測元件，耦接於該輸入電壓和該第二電流源之間；以及一第二開關，由該致能信號所開啟而關閉該第二電流源，使得該錯誤信號根據該偵測元件和該輸入電壓產生。
2. 如申請專利範圍第1項所述之短路檢測電路，其中該充電/放電單元更包含：一能量儲存元件；以及一充電元件，耦接於該能量儲存元件，使得該能量儲 存元件在該輸出節點短路之情形下充電而產生該充電信號。
3. 如申請專利範圍第2項所述之短路檢測電路，其中該充電/放電單元更包含：一放電元件，耦接於該能量儲存元件，並與該充電元件並聯相接，使得該能量儲存元件在該輸出節點非短路之情形下放電而產生一放電信號。
4. 如申請專利範圍第3項所述之短路檢測電路，其中該比較器係用以比較該放電信號和該參考信號，以輸出一去能信號而關閉該第二開關，使得該第二電流源開啟，且一非錯誤信號根據該偵測元件和該輸入電壓產生而開啟該第一開關。
5. 如申請專利範圍第3項所述之短路檢測電路，其中該充電/放電單元更包含：一多工器，耦接於該充電元件和該放電元件，並選擇電流流經該充電元件或該放電元件之電流路徑。
6. 如申請專利範圍第1項所述之短路檢測電路，更包含：一第三開關，耦接於該輸出節點和該第一電流源之間，並在該輸出節點非短路之情形下開啟。
7. 一種電源轉換器，包含：一第一開關，耦接於一輸入電壓以及由該輸入電壓所轉換之一輸出電壓所相對應之一輸出節點之間；以及一短路檢測電路，在該輸出節點短路之情形下，產生一錯誤信號以關閉該第一開關，該短路檢測電路包含：一充電/放電單元，在該輸出節點短路之情形下，根據一第一電流源進行充電操作，以產生一充電信號；一比較器，用以比較該充電信號以及一參考信號，以輸出一致能信號；以及一邏輯控制單元，由該致能信號所控制而產生該錯誤信號，其中該邏輯控制單元更包含：一第二電流源；一偵測元件，耦接於該輸入電壓和該第二電流源之間；以及一第二開關，由該致能信號所開啟而關閉該第二電流源，使得該錯誤信號根據該偵測元件和該輸入電壓產生。
8. 如申請專利範圍第7項所述之電源轉換器，其中該充電/放電單元更包含：一能量儲存元件；以及一充電元件，耦接於該能量儲存元件，使得該能量儲存元件在該輸出節點短路之情形下充電而產生該充電信 號。
9. 如申請專利範圍第8項所述之電源轉換器，其中該充電/放電單元更包含：一放電元件，耦接於該能量儲存元件，並與該充電元件並聯相接，使得該能量儲存元件在該輸出節點非短路之情形下放電而產生一放電信號。
10. 如申請專利範圍第9項所述之電源轉換器，其中該比較器係用以比較該放電信號和該參考信號，以輸出一去能信號而關閉該第二開關，使得該第二電流源開啟，且一非錯誤信號根據該偵測元件和該輸入電壓產生而開啟該第一開關。
11. 如申請專利範圍第9項所述之電源轉換器，其中該充電/放電單元更包含：一多工器，耦接於該充電元件和該放電元件，並選擇電流流經該充電元件或該放電元件之電流路徑。
12. 如申請專利範圍第7項所述之電源轉換器，更包含：一第三開關，耦接於該輸出節點和該第一電流源之間，並在該輸出節點非短路之情形下開啟。
13. 一種短路檢測方法，用以偵測電源轉換器中由輸入電壓所轉換之輸出電壓其所相對應之一輸出節點，該短路檢測方法包含：進行充電操作，以在該輸出節點短路之情形下，利用一第一電流源產生一充電信號；比較該充電信號和一參考信號，以產生一致能信號；以及藉由該致能信號控制一邏輯控制單元，以在該輸出節點短路之情形下，產生一錯誤信號而關閉耦接於該輸出節點和該輸入電壓間之一第一開關，其中該控制步驟更包含：藉由該致能信號開啟一第二開關，以關閉一第二電流源；以及根據一偵測元件以及該輸入電壓產生該錯誤信號。
14. 如申請專利範圍第13項所述之短路檢測方法，其中該進行充電操作之步驟更包含：藉由該第一電流源以及耦接於一能量儲存元件之一充電元件對該能量儲存元件進行充電，以產生該充電信號。
15. 如申請專利範圍第14項所述之短路檢測方法，更包含：進行放電操作，以在該輸出節點非短路之情形下，產生一放電信號。
16. 如申請專利範圍第15項所述之短路檢測方法，其中該進行放電操作之步驟更包含：藉由耦接於該能量儲存元件之一放電元件對該能量儲存元件進行放電，以產生該放電信號。
17. 如申請專利範圍第15項所述之短路檢測方法，更包含：比較該放電信號和該參考信號以產生一去能信號；以及藉由該去能信號控制該邏輯控制單元，以產生一非錯誤信號而開啟該第一開關。