TWI473402B - 電源轉換裝置 - Google Patents

Description

電源轉換裝置

本發明是有關於一種電源轉換裝置，且特別是有關於一種電源轉換裝置的過溫保護機制。

請參照圖1，圖1繪示習知的電源轉換裝置100電路圖。電源轉換裝置100藉由驅動器110依據脈寬調變信號PWM來產生控制信號CTRL。控制信號CTRL被傳送至功率電晶體PM的閘極，並控制功率電晶體PM的導通以及斷開。透過功率電晶體PM週期性的導通以及斷開動作，電源轉換裝置100可針對所接收的輸入電壓進行轉換而產生輸出電壓。

為了確保功率電晶體PM或其它易產生高溫的元件不會因為溫度過高導致燒毀，可將熱敏電阻RNTC放置於需保護元件旁，而習知的電源轉換裝置100設置由熱敏電阻RNTC、比較器CMP1以及電流源I1所建構的溫度偵測器電路。其中，電流源I1提供電流流經熱敏電阻RNTC，而熱敏電阻RNTC與比較器CMP1所連接的端點則據以產生電壓。比較器CMP1將這個電壓與預設的臨界電壓Vref進行比較，來判定環境溫度是否過高，並據以產生過溫保護信號OTP。

在電源轉換裝置100晶片化條件下，功率電晶體PM以及熱敏電阻RNTC通常都是外掛在晶片外的元件。因 此，習知的電源轉換裝置100需要兩個獨立的接腳GD以及OT來分別連接功率電晶體PM以及熱敏電阻RNTC。如此一來，會造成晶片面積的增加，導致產品成本的增加。

本發明提供一種電源轉換裝置，不需要為進行溫度增測而增加額外的接腳。

本發明提出一種電源轉換裝置，包括功率電晶體、熱敏電阻以及溫度偵測電路。功率電晶體耦接至輸入電壓，功率電晶體的控制端接收控制信號。功率電晶體依據控制信號以轉換輸入電壓以產生輸出電壓。熱敏電阻串接在功率電晶體的控制端以及參考接地電壓間，其中，熱敏電阻具有負溫度係數。溫度偵測電路耦接熱敏電阻以及功率電晶體，用以產生控制信號並藉由控制信號提供驅動電流至功率電晶體的控制端。溫度偵測電路更依據偵測驅動電流來產生過溫保護信號。

在本發明之一實施例中，上述之溫度偵測電路包括驅動器、電流偵測器以及比較器。驅動器接收脈寬調變信號，並依據脈寬調變信號產生控制信號，且藉由控制信號以提供驅動電流至功率電晶體的控制端。電流偵測器耦接驅動器以依據偵測驅動電流來產生比較電壓。比較器耦接電流偵測器。比較器接收比較電壓，並針對比較電壓及預設的臨界電壓進行比較以產生過溫保護信號。

在本發明之一實施例中，上述之驅動器包括第一電晶 體以及第二電晶體。第一電晶體，具有第一端、第二端以及控制端，其第一端接收操作電壓，其第二端耦接至功率電晶體的控制端，第一電晶體的控制端接收脈寬調變信號。第二電晶體，具有第一端、第二端以及控制端，其第二端接收參考接地電壓，其第一端耦接至功率電晶體的控制端，第二電晶體的控制端接收脈寬調變信號。

在本發明之一實施例中，上述之第一電晶體以及第二電晶體不同時被導通。

在本發明之一實施例中，上述之電流偵測器依據流經第一電晶體的驅動電流以獲得偵測電流。電流偵測器並轉換偵測電流以產生比較電壓。

在本發明之一實施例中，上述之電流偵測器包括轉導放大器以及電阻。轉導放大器的二輸入端分別耦接至第一電晶體的第一端及第二端，其輸出端耦接至比較器接收比較電壓的端點。電阻的第一端耦接至轉導放大器的輸出端並產生比較電壓，電阻的第二端耦接至參考接地電壓。

在本發明之一實施例中，電源轉換裝置更包括變壓器以及整流器。變壓器的一次側耦接在功率電晶體的第一端及輸入電壓間。整流器耦接至變壓器的二次側，並針對變壓器的二次側上的電壓進行整流，並藉以產生輸出電壓。

在本發明之一實施例中，上述之整流器包括二極體以及電容。二極體的陽極耦接變壓器的二次側，其陰極產生輸出電壓。電容的一端耦接二極體的陰極，電容的另一端耦接至參考接地電壓。

基於上述，本發明藉由將熱敏電阻連接在功率電晶體的控制端上，並透過偵測流至熱敏電阻上的驅動電流的大小，來判知電源轉換裝置所處的環境溫度是否過高，進以產生過溫保護信號。如此一來，不需要額外的接腳來連接熱敏電阻，在電源轉換裝置進行晶片化的過程中，可以降低所需要的晶片面積，提升價格競爭力。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

請參照圖2，圖2繪示本發明實施例的電源轉換裝置200的示意圖。電源轉換裝置200包括功率電晶體PM、熱敏電阻RNTC以及溫度偵測電路210。功率電晶體PM耦接至輸入電壓Vin。功率電晶體PM的控制端接收控制信號CTRL。功率電晶體PM據控制信號CTRL以轉換輸入電壓Vin以產生輸出電壓Vout。熱敏電阻RNTC則串接在功率電晶體PM的控制端(例如是閘極)以及參考接地電壓GND間，其中，熱敏電阻RNTC具有負溫度係數，也就是說，熱敏電阻RNTC的電阻值與其所處環境的環境溫度成反比。

溫度偵測電路210耦接至熱敏電阻RNTC以及功率電晶體PM。溫度偵測電路210產生控制信號CTRL，並藉由所產生的控制信號CTRL來提供流往功率電晶體PM控制端的驅動電流。由於熱敏電阻RNTC與功率電晶體PM控 制端是耦接在一起的，因此，這個驅動電流除了要對功率電晶體PM的控制端上的寄生電容充電外，還需要驅動熱敏電阻RNTC。

當熱敏電阻RNTC所處環境的環境溫度上升時，熱敏電阻RNTC的電阻值會隨之下降，如此一來，要驅動電阻值逐漸下降的熱敏電阻RNTC所需要的驅動電流的電流值也會隨之上升。在此同時，溫度偵測電路210會依據偵測驅動電流的大小，來得知熱敏電阻RNTC的電阻值的變化狀態，並進以得知環境溫度的變化狀態。也就是說，溫度偵測電路210可在當驅動電流來產生過溫保護信號。

在另一方面，電源轉換裝置200更包括變壓器T1、整流器250以及電阻Rcs。變壓器T1的一次側耦接在功率電晶體PM的第一端及輸入電壓Vin間，變壓器T1的二次側耦接至整流器250。當功率電晶體PM依據控制信號CTRL依序導通及斷開，變壓器T1會透過其一次側上的電壓變化轉換並傳送至其二次側上。整流器250則接收變壓器T1二次側上的電壓並進行整流，來產生輸出電壓Vout。

整流器250則包括二極體D1以及電容C1，二極體D1的陽極耦接至變壓器T1的二次側，二極體D1的陰極與電容C1的一端相耦接，電容C1未耦接二極體D1的端點則耦接至參考接地電壓GND。

在本實施例中，由於熱敏電阻RNTC與功率電晶體PM的控制端耦接至相同的端點上，因此，在進行電源轉換裝置200的晶片化時，只需要提供單一個接腳GD來連 接熱敏電阻RNTC與功率電晶體PM即可，不需要提供額外的接腳。

此外，電阻Rcs串接在功率電晶體PM的第二端以及參考接地電壓GND間，可用以偵測流經功率電晶體PM的電流。

以下請參照圖3，圖3繪示本發明實施例的溫度偵測電路210的示意圖。溫度偵測電路210包括電流偵測器211、驅動器212以及比較器CMP2。驅動器212透過接腳GD耦接熱敏電阻RNTC。驅動器212接收脈寬調變信號PWM，並依據脈寬調變信號PWM產生控制信號CTRL。驅動器212並藉由控制信號CTRL以透過接腳GD提供驅動電流至功率電晶體PM的控制端。

電流偵測器211耦接至驅動器212，依據偵測驅動器212所提供驅動電流來產生比較電壓CPV。比較器CMP2耦接電流偵測器211並接收比較電壓CPV，比較器CMP2另接收預先設定的臨界電壓Vref進行比較，並藉以產生過溫保護信號OTP。

具體來說，當環境溫度升高時，熱敏電阻RNTC的電阻值對應下降。驅動器212產生足以驅動熱敏電阻RNTC的控制信號CTRL所具有的驅動電流以對應增加。電流偵測器211透過偵測到逐漸上升的驅動電流，並據以產生電壓值逐漸上升的比較電壓CPV。當比較電壓CPV高於臨界電壓Vref時，比較器CMP2對應產生過溫保護信號OTP以通知電源轉換裝置200溫度過高的現象已經發生。

附帶一提的，在電源轉換裝置200發生溫度過高的狀態下，可以暫時性的停止功率電晶體PM的導通及斷開的動作(保持在斷開狀態)，或降低功率電晶體PM的導通及斷開的頻率，以使環境溫度可以適度的下降。

請參照圖4，圖4繪示本發明實施例的電流偵測器211以及驅動器212的實施方式。驅動器212包括做為開關的電晶體M1以及M2。電晶體M1，具有第一端、第二端以及控制端，其第一端接收操作電壓VCC，其第二端耦接至功率電晶體PM的控制端。電晶體M1的控制端接收脈寬調變信號PWM。電晶體M2同樣具有第一端、第二端以及控制端。電晶體M2的第二端接收參考接地電壓GND，其第一端耦接至功率電晶體PM的控制端。電晶體M2的控制端接收脈寬調變信號PWM。其中，電晶體M1以及M2不會同時被導通。

其中，當電晶體M1被導通(電晶體M2被斷開時)，電晶體M1在其第一端及第二端間產生驅動電流IUD，並提供驅動電流IUD至接腳GD。另外，當電晶體M2被導通(電晶體M1被斷開時)，電晶體M2由其第一端汲取電流ILD至其第二端。

電流偵測器211則包括轉導放大器GM1以及電阻RA，轉導放大器GM1的輸入端分別耦接至電晶體M1的第一端及第二端，轉導放大器GM1的輸出端則耦接至電阻RA的一端以及比較器CMP2的負輸入端。另外，電阻RA未耦接至轉導放大器GM1的端點則耦接至參考接地電 壓GND。在當驅動電流IUD流經電晶體M1的第一端及第二端時，電晶體M1的第一端及第二端上的跨壓會被傳送至轉導放大器GM1。轉導放大器GM1則依據電晶體M1的第一端及第二端上的跨壓來產生電流，並使這個電流通過電阻RA流至參考接地電壓GND。

在此同時，電阻RA耦接比較器CMP2的正輸入端的端點上會依據轉導放大器GM1所產生的電流來產生比較電壓CPV。如此一來，比較器CMP2便可以進行比較電壓CPV以及臨界電壓Vref的比較動作，以產生過溫保護信號OTP。

以下請參照圖5，圖5繪示本發明實施例的波形圖。其中，當脈寬調變信號PWM由低電壓準位轉態到高電壓準位時，接腳GD上的電壓對應被拉高。而在脈寬調變信號PWM由低電壓準位轉態到高電壓準位的瞬間，驅動器提供的驅動電流IUD會瞬間被拉高後，再降至一個穩定的電流準位。此時，當驅動電流IUD穩定被產生的狀態下，比較器會透過依據驅動電流IUD來轉換產生的比較電壓與臨界電壓進行比較，來對應產生過溫保護信號。

另外，在脈寬調變信號PWM由高電壓準位轉態到低電壓準位的瞬間，驅動器則汲取電流ILD，並使接腳GD上的電壓對應被拉。

綜上所述，本發明將熱敏電阻連接到功率電晶體的控制端上，並藉由偵測流至功率電晶體的控制端的驅動電流的大小，來判斷環境溫度的變化情形，並據以產生過溫保 護信號。如此一來，不需要提供額外的接腳來連接熱敏電阻，有效節省電路的面積，提升產品的價格競爭力。

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，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故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‧‧‧電源轉換裝置

110‧‧‧驅動器

200‧‧‧電源轉換裝置

210‧‧‧溫度偵測電路

211‧‧‧電流偵測器

212‧‧‧驅動器

250‧‧‧整流器

PWM‧‧‧脈寬調變信號

CTRL‧‧‧控制信號

PM‧‧‧功率電晶體

I1‧‧‧電流源

RNTC‧‧‧熱敏電阻

CMP1、CMP2‧‧‧比較器

Vref‧‧‧臨界電壓

OTP‧‧‧過溫保護信號

D1‧‧‧二極體

C1‧‧‧電容

RNTC‧‧‧熱敏電阻

Vin‧‧‧輸入電壓

Vout‧‧‧輸出電壓

Rcs、RA‧‧‧電阻

T1‧‧‧變壓器

GD、OT‧‧‧接腳

M1~M2‧‧‧電晶體

VCC‧‧‧操作電壓

IUD‧‧‧驅動電流

ILD‧‧‧電流

GM1‧‧‧轉導放大器

圖1繪示習知的電源轉換裝置100電路圖。

圖2繪示本發明實施例的電源轉換裝置200的示意圖。

圖3繪示本發明實施例的溫度偵測電路210的示意圖。

圖4繪示本發明實施例的電流偵測器211以及驅動器212的實施方式。

圖5繪示本發明實施例的波形圖。

200‧‧‧電源轉換裝置

210‧‧‧溫度偵測電路

250‧‧‧整流器

D1‧‧‧二極體

C1‧‧‧電容

PM‧‧‧功率電晶體

RNTC‧‧‧熱敏電阻

Vin‧‧‧輸入電壓

CTRL‧‧‧控制信號

Vout‧‧‧輸出電壓

GND‧‧‧參考接地電壓

Rcs‧‧‧電阻

T1‧‧‧變壓器

GD‧‧‧接腳

Claims (8)

1. 一種電源轉換裝置，包括：一功率電晶體，耦接至一輸入電壓，該功率電晶體的控制端接收一控制信號，該功率電晶體依據該控制信號以轉換該輸入電壓以產生一輸出電壓；一熱敏電阻，串接在該功率電晶體的控制端以及一參考接地電壓間，其中該熱敏電阻具有負溫度係數；以及一溫度偵測電路，耦接該熱敏電阻以及該功率電晶體，產生該控制信號並藉由該控制信號提供一驅動電流至該功率電晶體的控制端，該溫度偵測電路更依據偵測該驅動電流來產生一過溫保護信號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電源轉換裝置，其中該溫度偵測電路包括：一驅動器，接收一脈寬調變信號，依據該脈寬調變信號產生該控制信號，並藉由該控制信號以提供該驅動電流至該功率電晶體的控制端；一電流偵測器，耦接該驅動器，依據偵測該驅動電流來產生一比較電壓；以及一比較器，耦接該電流偵測器，接收該比較電壓，針對該比較電壓及預設的一臨界電壓進行比較以產生該過溫保護信號。
3. 如申請專利範圍第2項所述之電源轉換裝置，其中該驅動器包括：一第一電晶體，具有第一端、第二端以及控制端，其 第一端接收一操作電壓，其第二端耦接至該功率電晶體的控制端，該第一電晶體的控制端接收該脈寬調變信號；以及一第二電晶體，具有第一端、第二端以及控制端，其第二端接收該參考接地電壓，其第一端耦接至該功率電晶體的控制端，該第二電晶體的控制端接收該脈寬調變信號。
4. 如申請專利範圍第3項所述之電源轉換裝置，其中該第一電晶體以及該第二電晶體不同時被導通。
5. 如申請專利範圍第3項所述之電源轉換裝置，其中該電流偵測器依據流經該第一電晶體的該驅動電流以獲得一偵測電流，該電流偵測器並轉換該偵測電流以產生該比較電壓。
6. 如申請專利範圍第4項所述之電源轉換裝置，其中該電流偵測器包括：一轉導放大器，其二輸入端分別耦接至該第一電晶體的第一端及第二端，其輸出端耦接至該比較器接收該比較電壓的端點；以及一電阻，其第一端耦接至該轉導放大器的輸出端並產生該比較電壓，其第二端耦接至該參考接地電壓。
7. 如申請專利範圍第1項所述之電源轉換裝置，其中更包括：一變壓器，其一次側耦接在該功率電晶體的第一端及該輸入電壓間；以及一整流器，耦接該變壓器的二次側，針對該變壓器的 二次側上的電壓進行整流，並藉以產生該輸出電壓。
8. 如申請專利範圍第7項所述之電源轉換裝置，其中該整流器包括：一二極體，其陽極耦接該變壓器的二次側，其陰極產生該輸出電壓；以及一電容，其一端耦接該二極體的陰極，該電容的另一端耦接至該參考接地電壓。