TWI452790B - 轉換控制器 - Google Patents

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TWI452790B
TWI452790B TW100107635A TW100107635A TWI452790B TW I452790 B TWI452790 B TW I452790B TW 100107635 A TW100107635 A TW 100107635A TW 100107635 A TW100107635 A TW 100107635A TW I452790 B TWI452790 B TW I452790B
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Shian Sung Shiu
Li Min Lee
Chung Che Yu
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Green Solution Tech Co Ltd
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Description

轉換控制器
本發明係關於一種轉換控制器，尤指一種具保護輸出腳位之轉換控制器。
請參見第一圖，為泉芯電子技術有限公司(QX Micro Devices Co.,Ltd.)所生產之QX9910應用於發光二極體驅動電路之電路示意圖。發光二極體驅動電路包含一轉換電路及一QX9910控制器10，用以驅動一發光二極體模組20。轉換電路包含一電感L、一肖特基二極管Z、一切換開關SW及一電流偵測電阻R。QX9910控制器10控制切換開關SW之導通與截止，使一輸入電源Vin之電力輸入轉換電路並轉成適當的電源以驅動發光二極體模組20發光。另外，可增加一輸入驅動電路，包含一輸入電阻Rin、一輸入電容Cin，以及一輸入齊納二極體Zin。輸入驅動電路耦接輸入電源Vin以產生一電源VDD並透過一電源腳位VD以提供QX9910控制器10操作所需之電力。QX9910控制器10的一啟動腳位EN同時耦接電源腳位VD，於電源VDD達一啟動準位時，QX9910控制器10開始操作。
QX9910控制器10包含一偵測電阻Rcs、一偵測電容Ccs、一比較器2、一SR正反器4、一驅動電路6、一固定截止時間電路OFT及一參考電壓產生器BG。電流偵測電阻R於切換開關SW導通時偵測流經發光二極體模組20之電流並產生一電流偵測訊號Ifb。偵測電阻Rcs及偵測電容Ccs透過一偵測腳位CS耦接電流偵測電阻R，以將電流偵測訊號Ifb濾波後輸入比較器2之非反相輸入端。比較器2之反相端接收由參考電壓產生器BG所產生的參考準位250mV，當電流偵測訊號Ifb之準位高於250mV時，產生一高準位輸出訊號。SR正反器4之一設定端S耦接固定截止時間電路OFT、一重設 端R耦接比較器2之輸出端，以及一輸出端Q耦接驅動電路6。驅動電路6透過一驅動腳位DR耦接切換開關SW之一控制端以及固定截止時間電路OFT。SR正反器4於重設端R接收比較器2之高準位輸出訊號時，透過驅動電路6截止切換開關SW，此時固定截止時間電路OFT開始計時。當切換開關SW截止達一預定截止時間時，觸發SR正反器4以重新導通切換開關SW。固定截止時間電路OFT的預定截止時間係透過一截止時間設定端TOF耦接由一設定電阻Rf及一設定電容Cf所構成之RC電路來設定。
然而，QX9910控制器10並未有保護機制，於電路有任何異常時無法進行保護。而且QX9910控制器10於一些需透過與其他電路(例如提供輸入電源Vin之電路)以達到保護之情況時，也並需額外以增加腳位的方式來與其他電路溝通，也會因為腳位之增加造成控制器封裝成本之增加。
鑑於先前技術中的轉換控制器會有無法針對電路異常進行保護，且與其他電路一同進行保護時也需額外增加腳位而造成成本之增加的問題。本發明透過多功能腳位之方式，不僅轉換控制器可對電路異常提供保護，也同時在不增加轉換控制器之成本下與其他電路配合以達到更加的保護效果。
為達上述目的，本發明提供了一種轉換控制器，包含一電源腳位、一接地腳位、至少一輸入腳位、至少一輸出腳位、至少一設定腳位以及一錯誤產生電路。電源腳位係用以耦接一電源以接收操作所需之電力，而接地腳位係用以耦接地。至少一輸入腳位係用以接收輸入訊號，而至少一輸出腳位係用以輸出訊號。至少一設定腳位係用以設定轉換控制器之操作參數。錯誤產生電路耦接至少一輸入腳位及至少一設定腳位其中之一使此腳位同時做為一保護輸出腳位。其中，錯誤產生電路於轉 換控制器處於一保護狀態時將保護輸出腳位之準位調整成一保護邏輯準位。
以上的概述與接下來的詳細說明皆為示範性質，是為了進一步說明本發明的申請專利範圍。而有關本發明的其他目的與優點，將在後續的說明與圖示加以闡述。
請參見第二圖，為根據本發明之具有多功能腳位之轉換控制器之電路示意圖。轉換控制器的腳位包含一電源腳位VD、一接地腳位GD、輸入腳位I1、I2、輸出腳位O1、O2、設定腳位S1、S2，其中輸入腳位、輸出腳位及設定腳位之數量可根據實際電路需求設定，數量不限定於複數個。電源腳位VD係用以耦接一電源VDD以接收操作所需之電力，而接地腳位GD係用以耦接地。輸入腳位I1、I2係用以接收輸入訊號，而輸出腳位O1、O2係用以輸出訊號。設定腳位S1、S2係用以設定轉換控制器之操作參數。轉換控制器更包含一錯誤產生電路，錯誤產生電路包含一保護單元PRO及一電晶體開關M。電晶體開關M的一端耦接一保護輸出腳位，另一端耦接電源腳位VD與接地腳位GD其中之一，在本實施例為接地腳位GD。保護輸出腳位為一多功能腳位，由於轉換控制器的輸出腳位係用以控制轉換電路中的切換開關，不宜同時做為保護輸出腳位，故由輸入腳位及設定腳位中選出。在本實施例，多功能腳位為設定腳位S1。在正常操作狀態下，設定腳位S1操作在非保護邏輯準位，在本實施例中保護邏輯準位為零電位。保護單元PRO於判斷電路異常時使轉換控制器處於一保護狀態，並產生一保護訊號Prot至電晶體開關M，使電晶體開關M導通。此時，設定腳位S1的準位會被拉成零電位，即保護邏輯準位。其他電路可耦接到設定腳位S1，於偵測到設定腳位S1的準位為保護邏輯準位時同時進行保護程序。
為避免轉換控制器的預設保護邏輯準位與其他電路用以判斷保護的準位設定不同，轉換控制器的保護輸出腳位可以外接一邏輯準位轉換電路ST，以調整保護邏輯準位。如第二圖所示，邏輯準位轉換電路ST包含一電晶體開關Mfa及一電阻Rfa。電晶體開關Mfa與電阻Rfa串聯於電源VDD及地之間。於設定腳位S1的準位為保護邏輯準位時，電晶體開關Mfa由導通轉為截止，使電晶體開關Mfa與電阻Rfa的連接點產生一高準位的錯誤訊號Fail至其他電路。
請參見第三圖，為根據本發明之一第一較佳實施例之具有多功能腳位之轉換控制器之電路示意圖，用以控制一轉換電路以驅動一發光二極體模組120。轉換電路包含一電感L、一肖特基二極體Z、一切換開關SW及一電流偵測電阻R。轉換控制器100控制切換開關SW之導通與截止，使一輸入電源Vin之電力輸入轉換電路並轉成適當的電源以驅動發光二極體模組120發光。一輸入驅動電路包含一輸入電阻Rin、一輸入電容Cin，以及一輸入齊納二極體Zin，耦接輸入電源Vin以產生一電源VDD並透過轉換控制器100的一電源腳位VD提供轉換控制器100操作所需之電力。轉換控制器100的一啟動腳位EN同時耦接電源腳位VD，於電源VDD達一啟動準位時，轉換控制器100開始操作。
轉換控制器100包含一偵測電阻Rcs、一偵測電容Ccs、一比較器102、一SR正反器104、一驅動電路106、一錯誤產生電路、一固定截止時間電路OFT及一參考電壓產生器BG，其中錯誤產生電路包含一保護單元110及一電晶體開關112。偵測電阻Rcs及偵測電容Ccs透過一偵測腳位CS耦接電流偵測電阻R，以將電流偵測電阻R所產生的電流偵測訊號Ifb濾波並輸入比較器102之非反相輸入端，而比較器102之反相端接收由參考電壓產生器BG所產生的參考訊號Vr。當電流偵測訊號Ifb之準位高於參考訊號Vr之準位時，比較器102產生一高準位輸出訊號。SR正反器104之一設定端S耦接固定截 止時間電路OFT、一重設端R耦接比較器102之輸出端，以及一輸出端Q耦接驅動電路106。驅動電路106透過一驅動腳位DR耦接切換開關SW之一控制端以及固定截止時間電路OFT。SR正反器104於重設端R接收比較器102之高準位輸出訊號時，透過驅動電路106截止切換開關SW，此時固定截止時間電路OFT開始計時。當切換開關SW截止達一預定截止時間時，觸發SR正反器104以重新導通切換開關SW。固定截止時間電路OFT的預定截止時間係透過一截止時間設定端TOF耦接由一設定電阻Rf及一設定電容Cf所構成之RC電路來設定。
錯誤產生電路的電晶體開關112之一端耦接電源腳位VD，另一端耦接截止時間設定端TOF，在此實施例中，截止時間設定端TOF為一多功能腳位。當轉換控制器100正常操作時，保護單元110輸出高準位之保護訊號Prot，而電晶體開關112為一P型金氧半場效電晶體，在此時處於截止狀態。截止時間設定端TOF於切換開關SW導通時，使設定電容Cf處於放電狀態，此時設定電容Cf上的電位為零。當切換開關SW截止時，截止時間設定端TOF停止對設定電容Cf放電。因此，流經設定電阻Rf的電流對設定電容Cf進行充電。當設定電容Cf之準位上升至一預定截止準位時，截止時間設定端TOF產生高準位訊號觸發SR正反器104，以使切換開關SW再度導通，同時使設定電容Cf處於放電狀態。預定截止準位低於電源VDD之準位。當轉換控制器100遭遇任何電路異常，例如：發光二極體模組120短路/開路、切換開關SW短路/開路/電流過大/跨壓過大等，保護訊號Prot轉為低準位使電晶體開關112導通。此時，截止時間設定端TOF之電位被拉至等於電源VDD之準位，即保護邏輯準位，以做為一錯誤訊號Fail輸出。錯誤訊號Fail可輸出至其他電路，例如：提供電源Vin之電源電路(未繪出)，使電源電路降低或停止提供電源Vin。
當然，本發明之多功能腳位也可以使用其他的腳位。例如：第三圖所示之轉換控制器100的啟動腳位EN若非直接連接電源腳位VD而是單獨接收外部的一啟動訊號時，錯誤產生電路的電晶體開關112之一端可以耦接接地腳位GD，另一端耦接啟動腳位EN。當轉換控制器100遭遇任何電路異常時，保護訊號Prot轉為低準位使電晶體開關112導通。此時啟動腳位EN之準位為零電位之保護邏輯準位，同時使轉換控制器100停止操作。而其他電路的保護判斷準位若設定為高準位，則可以在外接如第二圖所示之邏輯準位轉換電路ST，以轉成高準位之錯誤訊號Fail輸出。
請參見第四圖，為根據本發明之一第二較佳實施例之具有多功能腳位之轉換控制器之電路示意圖，用以控制一直流轉直流轉換電路以驅動一發光二極體模組220。在本實施例，直流轉直流轉換電路為一升壓轉換電路，包含一電感L、一切換開關SW、一二極體D、一電容C及一電流偵測電阻R，用以將一輸入電源Vin之電力轉成一輸出電壓Vout以驅動發光二極體模組220。電流偵測電阻R偵測發光二極體模組220之電流以產生一電流偵測訊號Ifb。轉換控制器200透過一迴授腳位FB接收電流偵測訊號Ifb，並於一驅動腳位DR輸出一控制訊號以控制切換開關SW的導通與截止，而且控制訊號之工作週期係根據電流偵測訊號Ifb而定。
轉換控制器200包含一誤差放大器202、一過流比較器203、一欠流比較器204、一錯誤產生電路、一脈寬調變比較器214、一三角波產生電路215、一邏輯驅動電路216以及一參考電壓產生器BG，其中錯誤產生電路包含一保護單元210及一電晶體開關212。誤差放大器202之反相輸入端透過迴授腳位FB接收接收電流偵測訊號Ifb，非反相輸入端接收參考電壓產生器BG所產生的一參考訊號Vr，並於輸出端產生一誤差放大訊號。而誤差放大器202之輸出端同時透過一補償腳位 COMP外接一補償電容Cc，以對誤差放大訊號進行補償。三角波產生電路215產生一三角波訊號至脈寬調變比較器214的反相輸入端，而脈寬調變比較器214的非反相輸入端接收補償後的誤差放大訊號以據此產生一脈寬調變訊號至邏輯驅動電路216。邏輯驅動電路216根據脈寬調變訊號及透過一調光腳位DIM所接收的調光訊號DDIM產生控制訊號經驅動腳位DR輸出以控制切換開關SW。
過流比較器203之非反相輸入端透過迴授腳位FB接收電流偵測訊號Ifb，反相輸入端接收由參考電壓產生器BG所產生的一過流參考訊號，並於電流偵測訊號Ifb之準位高於過流參考訊號Vocp之準位時，產生一過流保護訊號Soc，其中過流參考訊號Vocp之準位高於參考訊號Vr之準位。過流保護訊號Soc之產生，代表電路因短路或其他異常造成發光二極體模組220之電流不當升高並超過一預定的過流判斷值。欠流比較器204之反相輸入端透過迴授腳位FB接收電流偵測訊號Ifb，非反相輸入端接收由參考電壓產生器BG所產生的一欠流參考訊號Vucp，並於電流偵測訊號Ifb之準位低於欠流參考訊號Vucp之準位時，產生一欠流保護訊號Suc，其中欠流參考訊號Vucp之準位低於參考訊號Vr之準位。欠流保護訊號Suc之產生，代表電路因開路或其他異常造成發光二極體模組220之電流不當降低並低於一預定的欠流判斷值。保護單元210透過一多功能腳位MFP耦接一保護頻率電容Cp，以決定產生一保護頻率以供保護單元210計時。當保護單元210接收欠流保護訊號Suc及過流保護訊號Soc時，根據保護頻率開始計時，並於欠流保護訊號Suc及過流保護訊號Soc之任一持續產生超過一預定時間後導通電晶體開關212。電晶體開關212一端耦接多功能腳位MFP，另一端接地，於導通時將保護頻率電容Cp之電壓拉至零電位之保護邏輯準位。
轉換控制器200的多功能腳位MFP可以外接一邏輯準位 轉換電路ST，用以調整保護邏輯準位。邏輯準位轉換電路ST包含一電晶體開關Mfa及一電阻Rfa，且電晶體開關Mfa與電阻Rfa串聯於電源VDD及地之間。在本實施例，轉換控制器200於正常狀態下，保護頻率電容Cp上的電壓以保護頻率於3V-4V之間震盪。因此，此時的電晶體開關Mfa維持導通，使電晶體開關Mfa及電阻Rfa的連接點電位為零電位。當多功能腳位MFP之準位被拉低至零電位時，會使電晶體開關Mfa截止，使電晶體開關Mfa及電阻Rfa的連接點電位上升至電源VDD之電位而產生一錯誤訊號至其他電路。
值得注意的是，本實施例之三角波產生電路215透過一同步腳位SYN接收一同步訊號，使轉換控制器200與同步訊號同步。而多個轉換控制器200也可以透過同步腳位SYN之相互連接，使三角波產生電路215所產生的脈衝訊號透過同步腳位SYN傳送出去，而三角波產生電路215會根據透過同步腳位SYN所接受的其他轉換控制器200的脈衝訊號中頻率最高者為準進行同步，使轉換控制器200可同步操作。
如上所述，本發明完全符合專利三要件：新穎性、進步性和產業上的利用性。本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以下文之申請專利範圍所界定者為準。
先前技術：
10‧‧‧QX9910控制器
20‧‧‧發光二極體模組
L‧‧‧電感
Z‧‧‧齊納二極體
SW‧‧‧切換開關
R‧‧‧電流偵測電阻
Vin‧‧‧輸入電源
Rin‧‧‧輸入電阻
Cin‧‧‧輸入電容
Zin‧‧‧輸入齊納二極體
VDD‧‧‧電源
VD‧‧‧電源腳位
EN‧‧‧啟動腳位
Rcs‧‧‧偵測電阻
Ccs‧‧‧偵測電容
2‧‧‧比較器
4‧‧‧SR正反器
6‧‧‧驅動電路
OFT‧‧‧固定截止時間電路
BG‧‧‧參考電壓產生器
Ifb‧‧‧電流偵測訊號
CS‧‧‧偵測腳位
S‧‧‧設定端
R‧‧‧重設端
Q‧‧‧輸出端
DR‧‧‧驅動腳位
TOF‧‧‧截止時間設定端
Rf‧‧‧設定電阻
Cf‧‧‧設定電容
本發明：
100、200‧‧‧轉換控制器
102‧‧‧比較器
104‧‧‧SR正反器
106‧‧‧驅動電路
110、210‧‧‧保護單元
112、212‧‧‧電晶體開關
120、220‧‧‧發光二體模組
202‧‧‧誤差放大器
203‧‧‧過流比較器
204‧‧‧欠流比較器
214‧‧‧脈寬調變比較器
215‧‧‧三角波產生電路
216‧‧‧邏輯驅動電路
VD‧‧‧電源腳位
GD‧‧‧接地腳位
I1、I2‧‧‧輸入腳位
O1、O2‧‧‧輸出腳位
S1、S2‧‧‧設定腳位
VDD‧‧‧電源
PRO‧‧‧保護單元
M‧‧‧電晶體開關
Prot‧‧‧保護訊號
ST‧‧‧邏輯準位轉換電路
Mfa‧‧‧電晶體開關
Rfa‧‧‧電阻
Fail‧‧‧錯誤訊號
L‧‧‧電感
Z‧‧‧齊納二極體
SW‧‧‧切換開關
R‧‧‧電流偵測電阻
Rin‧‧‧輸入電阻
Cin‧‧‧輸入電容
Zin‧‧‧輸入齊納二極體
EN‧‧‧啟動腳位
Rcs‧‧‧偵測電阻
Ccs‧‧‧偵測電容
OFT‧‧‧固定截止時間電路
BG‧‧‧參考電壓產生器
CS‧‧‧偵測腳位
Ifb‧‧‧電流偵測訊號
Vr‧‧‧參考訊號
S‧‧‧設定端
R‧‧‧重設端
Q‧‧‧輸出端
DR‧‧‧驅動腳位
Rf‧‧‧設定電阻
Cf‧‧‧設定電容
D‧‧‧二極體
C‧‧‧電容
Vout‧‧‧輸出電壓
FB‧‧‧迴授腳位
COMP‧‧‧補償腳位
Cc‧‧‧補償電容
DIM‧‧‧調光腳位
C‧‧‧電容
Vout‧‧‧輸出電壓
FB‧‧‧迴授腳位
COMP‧‧‧補償腳位
Cc‧‧‧補償電容
DIM‧‧‧調光腳位
DDIM‧‧‧調光訊號
Vocp‧‧‧過流參考訊號
Soc‧‧‧過流保護訊號
Vucp‧‧‧欠流參考訊號
Suc‧‧‧欠流保護訊號
MFP‧‧‧多功能腳位
Cp‧‧‧保護頻率電容
SYN‧‧‧同步腳位
第一圖為泉芯電子技術有限公司所生產之QX9910應用於發光二極體驅動電路之電路示意圖。
第二圖為根據本發明之具有多功能腳位之轉換控制器之電路示意圖。
第三圖為根據本發明之一第一較佳實施例之具有多功能腳位 之轉換控制器之電路示意圖。
第四圖為根據本發明之一第二較佳實施例之具有多功能腳位之轉換控制器之電路示意圖
VD‧‧‧電源腳位
GD‧‧‧接地腳位
I1、I2‧‧‧輸入腳位
O1、O2‧‧‧輸出腳位
S1、S2‧‧‧設定腳位
VDD‧‧‧電源
PRO‧‧‧保護單元
M‧‧‧電晶體開關
Prot‧‧‧保護訊號
ST‧‧‧邏輯準位轉換電路
Mfa‧‧‧電晶體開關
Rfa‧‧‧電阻
Fail‧‧‧錯誤訊號

Claims (9)

  1. 一種轉換控制器，包含：一電源腳位，用以耦接一電源以接收操作所需之電力；一接地腳位，用以耦接地；至少一輸入腳位，用以接收輸入訊號；至少一輸出腳位，用以輸出訊號；至少一設定腳位，用以設定該轉換控制器之操作參數；以及一錯誤產生電路，耦接該至少一輸入腳位及該至少一設定腳位其中之一使該腳位同時做為一保護輸出腳位；其中，該錯誤產生電路於該轉換控制器處於一保護狀態時將該保護輸出腳位之準位調整成一保護邏輯準位。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之轉換控制器，更包含一震盪器耦接該保護輸出腳位，其中該震盪器根據該保護輸出腳位所外接之一元件決定所產生之一頻率訊號之頻率。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之轉換控制器，其中該錯誤產生電路耦接該震盪器，以根據該頻率訊號計時，並於該轉換控制器處於該保護狀態持續一預定時間後將該保護輸出腳位之準位調整成該保護邏輯準位。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之轉換控制器，其中該保護輸出腳位外接一邏輯準位轉換電路，以調整該保護邏輯準位。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之轉換控制器，其中該邏輯準位轉換電路包含一電晶體開關及一電阻，該電晶體開關與該電阻串聯於該電源及地之間。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之轉換控制器，用以控制一直流轉直流轉換電路以驅動一發光二極體模組。
  7. 如申請專利範圍第1項至第6項其中之一所述之轉換控制器，更包含一同步腳位以根據一同步訊號操作於一同步頻率。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之轉換控制器，其中該轉換控制器偵測該發光二極體模組之狀態，並於該發光二極體模組處於一開路狀態或一短路狀態時，進入該保護狀態。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之轉換控制器，其中該錯誤產生電路包含一電晶體開關耦接該電源腳位與該接地腳位其中之一及該保護輸出腳位，該錯誤產生電路將該電晶體開關導通使該保護輸出腳位之準位調整成該保護邏輯準位。
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