TWI485410B - 靴帶電容偵測電路及靴帶式直流至直流轉換器 - Google Patents

靴帶電容偵測電路及靴帶式直流至直流轉換器 Download PDF

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Description

靴帶電容偵測電路及靴帶式直流至直流轉換器
本發明係指一種靴帶電容偵測電路及靴帶式直流至直流轉換器，尤指一種可對一靴帶電壓節點放電，再根據一靴帶電壓是否大幅降低，以偵測一靴帶電容是否正常連結的靴帶電容偵測電路及其靴帶式直流至直流轉換器。
電源供應相關裝置於現代資訊科技中扮演重要角色。在所有的電源供應裝置之中，直流至直流轉換器(DC-DC converter)已被廣泛使用，其主要功能在於提供穩定之輸出電壓給電子元件使用。
簡單來說，請參考第1圖，第1圖為習知一靴帶式(Bootstrap)直流至直流轉換器10之示意圖。如第1圖所示，當一時脈訊號VCLK 具有一高準位脈波而對一SR正反器100之一設定端S觸發時，SR正反器100會持續輸出高準位之一控制訊號CON予一預驅動單元102，預驅動單元102再據以控制上橋驅動單元104及下橋驅動單元106輸出上橋控制訊號UG及下橋控制訊號LG，使得上橋開關108開啟而下橋開關110關閉，以輸出一電感電流IL 及對應之一輸出電壓VOUT 予一負載RLOAD 。接著，當一回授電壓VF (輸出電壓VOUT 之一分壓)大於一參考電壓VREF時，一誤差放大器112輸出一誤差訊號EAO指示一脈波寬度調變(pulse width modulation，PWM) 控制迴路114對SR正反器100之一重置端R進行重置，此時SR正反器100輸出低準位之控制訊號CON，預驅動單元102再據以控制上橋驅動單元104及下橋驅動單元106輸出上橋控制訊號UG及下橋控制訊號LG，使得上橋開關108關閉而下橋開關110開啟，直到時脈訊號VCLK 再具有一高準位脈波而再對SR正反器100之設定端S觸發，然後重覆上述操作。
其中，當下橋控制訊號LG為高準位而控制下橋開關110開啟時，一開關116(包含一本體二極體118)亦會導通一系統電壓PVCC與一靴帶電容CBOOT 之連結以對靴帶電容CBOOT 進行充電，因此當控制訊號CON為高準位而欲開啟上橋開關108時，上橋驅動單元104之一驅動電壓大小足以開啟上橋開關108，此時耦接於上橋驅動單元104之驅動電壓之一輸入端之一靴帶電壓節點BOOT之一靴帶電壓VBOOT 大小為一輸入電壓VIN 加上靴帶電容CBOOT 之一跨壓(即系統電壓PVCC)，而上橋開關108之閘源極電壓差大小為靴帶電壓VBOOT 。靴帶式直流至直流轉換器10之操作為本領域具通常知識者所熟知，於此不贅述。
在此架構下，若靴帶電容CBOOT 於製作過程並未正常連結(如假焊或或失效，即等效上靴帶電容CBOOT 不存在，系統電壓PVCC對雜散電容進行充電)，則在開機過程中上橋驅動單元104無法有效由靴帶電壓VBOOT 驅動而完全開啟上橋開關108，因此上橋開關108輸出電感電流IL 時會因功率過大而燒毀。有鑑於此，習知技術 實有改善之必要。
因此，本發明之主要目的即在於提供一種可對一靴帶電壓節點放電，再根據一靴帶電壓是否大幅降低，以偵測一靴帶電容是否正常連結的靴帶電容偵測電路及其靴帶式直流至直流轉換器。
本發明揭露一種靴帶電容偵測電路，用於一靴帶式直流至直流轉換器中，該靴帶電容偵測電路包含有一電流源，用來提供一放電電流；一第一開關，耦接於一系統電壓與一靴帶電壓節點之間，用來根據一電源啟動重置訊號，導通該系統電壓與該靴帶電壓節點之間連結，以對該靴帶電壓節點進行充電；一第二開關，耦接於該電流源與該靴帶電壓節點之間，用來根據該電源啟動重置訊號，導通該電流源與該靴帶電壓節點之間連結，以對該靴帶電壓節點進行放電；以及一偵測單元，用來於該電流源對該靴帶電壓節點放電後，根據該靴帶電壓節點之一靴帶電壓，判斷一靴帶電容是否正常連結。
本發明另揭露一種靴帶式直流至直流轉換器，該靴帶式直流至直流轉換器包含有一靴帶電容；一上橋驅動單元，其一驅動電壓之一輸入端耦接於一靴帶電壓節點；以及一靴帶電容偵測電路。該靴帶電容偵測電路包含有一電流源，用來提供一放電電流；一第一開關，耦接於一系統電壓與該靴帶電壓節點之間，用來根據一電源啟動重置訊號，導通該系統電壓與該靴帶電壓節點之間連結，以對該 靴帶電壓節點進行充電；一第二開關，耦接於該電流源與該靴帶電壓節點之間，用來根據該電源啟動重置訊號，導通該電流源與該靴帶電壓節點之間連結，以對該靴帶電壓節點進行放電；以及一偵測單元，用來於該電流源對該靴帶電壓節點放電後，根據該靴帶電壓節點之一靴帶電壓，判斷一靴帶電容是否正常連結。
請參考第2圖，第2圖為本發明實施例一靴帶式(Bootstrap)直流至直流轉換器20之部分電路示意圖。靴帶式直流至直流轉換器20與靴帶式直流至直流轉換器10部分相似，因此功能相同之元件與訊號以相同符號表示，且為求簡潔第2圖僅繪示靴帶式直流至直流轉換器20部分電路，而於第2圖中未繪示部分與靴帶式直流至直流轉換器10相對應部分完全相同。靴帶式直流至直流轉換器20與靴帶式直流至直流轉換器10之主要差別在於，靴帶式直流至直流轉換器20另包含一靴帶電容偵測電路200，用來偵測靴帶電容CBOOT 是否正常連結。
詳細來說，靴帶電容偵測電路200包含有一電流源202、開關SW1、SW2以及一偵測單元204。電流源202耦接於開關SW2與一接地端之間，可提供一放電電流Id ，開關SW1耦接於系統電壓PVCC與靴帶電壓節點BOOT之間(透過開關116)，可根據一電源啟動重置(Power-on Reset)訊號POR，導通系統電壓PVCC與靴帶電壓節點BOOT之間連結，以對靴帶電壓節點BOOT進行充電，開關 SW2耦接於電流源202與靴帶電壓節點BOOT之間，用來根據電源啟動重置訊號POR，導通電流源202與靴帶電壓節點BOOT之間連結，以對靴帶電壓節點BOOT進行放電，偵測單元204可於電流源202對靴帶電壓節點BOOT放電後，根據靴帶電壓節點BOOT之一靴帶電壓VBOOT ，判斷靴帶電容CBOOT 是否正常連結，其中，靴帶電壓節點BOOT耦接於上橋驅動單元104之驅動電壓之輸入端，放電電流Id 之量級遠小於靴帶電容CBOOT 之量級。
在此情況下，若靴帶電容CBOOT 正常連結，則電流源202係透過靴帶電壓節點BOOT對大的靴帶電容CBOOT 放電，因此靴帶電壓VBOOT 降低幅度很小而大於一參考電壓VREF’，偵測單元204可據以判斷靴帶電容CBOOT 正常連結；另一方面，若靴帶電容CBOOT 未正常連結，則電流源202係透過靴帶電壓節點BOOT對小的雜散電容放電，因此靴帶電壓VBOOT 會降至接地準位而小於參考電壓VREF’，而偵測單元204可據以判斷靴帶電容CBOOT 未正常連結。如此一來，本發明可對靴帶電壓節點BOOT放電，再根據靴帶電壓VBOOT 是否大幅降低，以偵測靴帶電容CBOOT 是否正常連結，而避免上橋開關108會因功率過大而燒毀。
具體而言，請參考第3圖，第3圖為第2圖所示之靴帶式直流至直流轉換器20之訊號示意圖。如第3圖所示，於初始化且電源啟動重置訊號轉態POR前(電源啟動重置訊號轉態POR於系統電壓PVCC到達一特定值後一段時間轉態，以指示電路可開始正常運 作)，開關SW1為高準位以導通系統電壓PVCC與靴帶電壓節點BOOT之間連結以對靴帶電壓節點BOOT進行充電，使得靴帶電壓VBOOT 隨系統電壓PVCC上升，此時開關SW2為低準位以切斷電流源202與靴帶電壓節點BOOT之間連結，以避免電流源202對靴帶電壓節點BOOT放電。接著，於電源啟動重置訊號POR轉態後一特定期間T內(如10 s)，開關SW1為低準位以切斷系統電壓PVCC與靴帶電壓節點BOOT之間連結而停止對靴帶電壓節點BOOT進行充電，此時開關SW2為高準位以導通電流源202與靴帶電壓節點BOOT之間連結而對靴帶電壓節點BOOT進行放電。在此情況下，偵測單元204可於特定期間T結束前，根據靴帶電壓VBOOT 判斷靴帶電容CBOOT 是否正常連結(特定期間T結束後則開關SW1再次為高準位而導通系統電壓PVCC與靴帶電壓節點BOOT之間連結)。
舉例來說，請繼續參考第2圖。如第2圖所示，偵測單元204包含有一比較器206及一栓鎖器208。比較器206之一輸入端耦接於靴帶電壓節點BOOT以接收靴帶電壓VBOOT ，另一輸入端耦接於參考電壓VREF’，用來輸出一比較結果COM，栓鎖器208用來根據比較結果COM，產生一栓鎖訊號LAT指示靴帶電容CBOOT 是否正常連結。
具體而言，請參考第4A圖及第4B圖，第4A圖及第4B圖分別為靴帶電容CBOOT 正常連結及未正常連結時，靴帶式直流至直流轉換器20之訊號示意圖。如第4A圖所示，當靴帶電容CBOOT 正常 連結時，係先由系統電壓PVCC對正常連結之靴帶電容CBOOT 充電，再於特定期間T由電流源202對靴帶電容CBOOT 放電。由於放電電流Id 之量級遠小於靴帶電容CBOOT 之量級，因此靴帶電壓VBOOT 降低極小(僅約由4.525伏特降低至4.522伏特)，此時比較器206持續判斷靴帶電壓VBOOT 大於參考電壓VREF’而輸出高準位之比較結果COM，因此栓鎖器208於特定期間T結束前鎖定比較結果COM，而產生高準位之栓鎖訊號LAT指示靴帶電容CBOOT 為正常連結(第4A圖所示之栓鎖訊號LAT因電路延遲而於特定期間T結束後才輸出高準位之栓鎖訊號LAT)。
另一方面，如第4B圖所示，當靴帶電容CBOOT 未正常連結時，係先由系統電壓PVCC對雜散電容充電，再於特定期間T由電流源202對雜散電容放電。由於雜散電容遠小於放電電流Id 之量級，因此靴帶電壓VBOOT 降低至接近接地準位，此時比較器206持續判斷靴帶電壓VBOOT 小於參考電壓VREF’而輸出低準位之比較結果COM，因此栓鎖器208於特定期間T結束前鎖定比較結果COM，而產生低準位之栓鎖訊號LAT指示靴帶電容CBOOT 為未正常連結。
值得注意的是，本發明之主要精神在於可對靴帶電壓節點BOOT放電，再根據靴帶電壓VBOOT 是否大幅降低，以偵測靴帶電容CBOOT 是否正常連結，而避免上橋開關108會因功率過大而燒毀。本領域具通常知識者當可據以進行修飾或變化，而不限於此。舉例來說，開關SW1、SW2之時序操作，並不限於上述實施例，只要能 先對靴帶電壓節點BOOT充電再放電，以供偵測單元204判斷靴帶電壓VBOOT 是否大幅降低即可；此外，偵測單元204之實施方式亦不限於上述之電路，只要能判斷對靴帶電壓節點BOOT放電後靴帶電壓VBOOT 是否大幅降低即可。
在習知技術中，若靴帶電容CBOOT 於製作過程並未正常連結(如假焊或或失效，即等效上靴帶電容CBOOT 不存在，系統電壓PVCC對雜散電容進行充電)，則在開機過程中上橋驅動單元104無法有效由靴帶電壓VBOOT 驅動而完全開啟上橋開關108，因此上橋開關108輸出電感電流IL 時會因功率過大而燒毀。相較之下，本發明可對靴帶電壓節點BOOT放電，再根據靴帶電壓VBOOT 是否大幅降低，以偵測靴帶電容CBOOT 是否正常連結，而避免上橋開關108會因功率過大而燒毀。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10、20‧‧‧靴帶式直流至直流轉換器
100‧‧‧SR正反器
102‧‧‧預驅動單元
104‧‧‧上橋驅動單元
106‧‧‧下橋驅動單元
108‧‧‧上橋開關
110‧‧‧下橋開關
112‧‧‧誤差放大器
114‧‧‧脈波寬度調變控制迴路
116‧‧‧開關
118‧‧‧本體二極體
200‧‧‧靴帶電容偵測電路
202‧‧‧電流源
204‧‧‧偵測單元
206‧‧‧比較器
208‧‧‧栓鎖器
VCLK ‧‧‧時脈訊號
S‧‧‧設定端
CON‧‧‧控制訊號
UG‧‧‧上橋控制訊號
LG‧‧‧下橋控制訊號
IL ‧‧‧電感電流
VOUT ‧‧‧輸出電壓
RLOAD ‧‧‧負載
VF ‧‧‧回授電壓
VREF‧‧‧參考電壓
EAO‧‧‧誤差訊號
R‧‧‧重置端
PVCC‧‧‧系統電壓
CBOOT ‧‧‧靴帶電容
VBOOT ‧‧‧靴帶電壓
BOOT‧‧‧靴帶電壓節點
VIN ‧‧‧輸入電壓
QN ‧‧‧負輸出端
Q‧‧‧輸出端
SW1、SW2‧‧‧開關
Id ‧‧‧放電電流
VBOOT ‧‧‧靴帶電壓
VREF’‧‧‧參考電壓
COM‧‧‧比較結果
LAT‧‧‧栓鎖訊號
T‧‧‧特定期間
第1圖為習知一靴帶式直流至直流轉換器之示意圖。
第2圖為本發明實施例一靴帶式直流至直流轉換器之部分電路示意圖。
第3圖為第2圖所示之靴帶式直流至直流轉換器之訊號示意圖。
第4A圖及第4B圖分別為第2圖所示之一靴帶電容正常連結及 未正常連結時，靴帶式直流至直流轉換器之訊號示意圖。
20‧‧‧靴帶式直流至直流轉換器
102‧‧‧預驅動單元
104‧‧‧上橋驅動單元
106‧‧‧下橋驅動單元
108‧‧‧上橋開關
110‧‧‧下橋開關
116‧‧‧開關
118‧‧‧本體二極體
200‧‧‧靴帶電容偵測電路
202‧‧‧電流源
204‧‧‧偵測單元
206‧‧‧比較器
208‧‧‧栓鎖器
CON‧‧‧控制訊號
UG‧‧‧上橋控制訊號
LG‧‧‧下橋控制訊號
PVCC‧‧‧系統電壓
CBOOT ‧‧‧靴帶電容
VBOOT ‧‧‧靴帶電壓
BOOT‧‧‧靴帶電壓節點
VIN ‧‧‧輸入電壓
SW1、SW2‧‧‧開關
Id ‧‧‧放電電流
VBOOT ‧‧‧靴帶電壓
VREF’‧‧‧參考電壓
COM‧‧‧比較結果
LAT‧‧‧栓鎖訊號

Claims (13)

  1. 一種靴帶(Bootstrap)電容偵測電路，用於一靴帶式直流至直流轉換器(DC-DC converter)中，包含有：一電流源，用來提供一放電電流；一第一開關，耦接於一系統電壓與一靴帶電壓節點之間，用來根據一電源啟動重置(Power-on Reset)訊號，導通該系統電壓與該靴帶電壓節點之間連結，以對該靴帶電壓節點進行充電；一第二開關，耦接於該電流源與該靴帶電壓節點之間，用來根據該電源啟動重置訊號，導通該電流源與該靴帶電壓節點之間連結，以對該靴帶電壓節點進行放電；以及一偵測單元，用來於該電流源對該靴帶電壓節點放電後，根據該靴帶電壓節點之一靴帶電壓，判斷一靴帶電容是否正常連結；其中，於該電源啟動重置訊號轉態前，該第一開關導通該系統電壓與該靴帶電壓節點之間連結以對該靴帶電壓節點進行充電，而該第二開關切斷該電流源與該靴帶電壓節點之間連結。
  2. 如請求項1所述之靴帶電容偵測電路，其中該放電電流之量級遠小於該靴帶電容之量級。
  3. 如請求項1所述之靴帶電容偵測電路，其中該靴帶電壓節點耦 接於一上橋驅動單元之一驅動電壓之一輸入端。
  4. 如請求項1所述之靴帶電容偵測電路，其中於該電源啟動重置訊號轉態後一特定期間內，該第一開關切斷該系統電壓與該靴帶電壓節點之間連結以停止對該靴帶電壓節點進行充電，而該第二開關導通該電流源與該靴帶電壓節點之間連結以對該靴帶電壓節點進行放電。
  5. 如請求項4所述之靴帶電容偵測電路，其中該偵測單元於該特定期間結束前，根據該靴帶電壓判斷該靴帶電容是否正常連結。
  6. 如請求項5所述之靴帶電容偵測電路，其中該偵測單元於該靴帶電壓小於一參考電壓時，判斷該靴帶電容未正常連結，而於該靴帶電壓大於一參考電壓時，判斷該靴帶電容正常連結。
  7. 如請求項1所述之靴帶電容偵測電路，其中該偵測單元包含有：一比較器，其一輸入端耦接於該靴帶電壓節點，另一輸入端耦接於一參考電壓，用來輸出一比較結果；以及一栓鎖器，用來根據該比較結果，產生一栓鎖訊號指示該靴帶電容是否正常連結。
  8. 一種靴帶式直流至直流轉換器(DC-DC converter)，包含有：一靴帶(Bootstrap)電容； 一上橋驅動單元，其一驅動電壓之一輸入端耦接於一靴帶電壓節點；以及一靴帶電容偵測電路，包含有：一電流源，用來提供一放電電流；一第一開關，耦接於一系統電壓與該靴帶電壓節點之間，用來根據一電源啟動重置(Power-on Reset)訊號，導通該系統電壓與該靴帶電壓節點之間連結，以對該靴帶電壓節點進行充電；一第二開關，耦接於該電流源與該靴帶電壓節點之間，用來根據該電源啟動重置訊號，導通該電流源與該靴帶電壓節點之間連結，以對該靴帶電壓節點進行放電；以及一偵測單元，用來於該電流源對該靴帶電壓節點放電後，根據該靴帶電壓節點之一靴帶電壓，判斷一靴帶電容是否正常連結；其中，於該電源啟動重置訊號轉態前，該第一開關導通該系統電壓與該靴帶電壓節點之間連結以對該靴帶電壓節點進行充電，而該第二開關切斷該電流源與該靴帶電壓節點之間連結。
  9. 如請求項8所述之靴帶式直流至直流轉換器，其中該放電電流之量級遠小於該靴帶電容之量級。
  10. 如請求項8所述之靴帶式直流至直流轉換器，其中於該電源啟 動重置訊號轉態後一特定期間內，該第一開關切斷該系統電壓與該靴帶電壓節點之間連結以停止對該靴帶電壓節點進行充電，而該第二開關導通該電流源與該靴帶電壓節點之間連結以對該靴帶電壓節點進行放電。
  11. 如請求項10所述之靴帶式直流至直流轉換器，其中該偵測單元於該特定期間結束前，根據該靴帶電壓判斷該靴帶電容是否正常連結。
  12. 如請求項11所述之靴帶式直流至直流轉換器，其中該偵測單元於該靴帶電壓小於一參考電壓時，判斷該靴帶電容未正常連結，而於該靴帶電壓大於一參考電壓時，判斷該靴帶電容正常連結。
  13. 如請求項8所述之靴帶式直流至直流轉換器，其中該偵測單元包含有：一比較器，其一輸入端耦接於該靴帶電壓節點，另一輸入端耦接於一參考電壓，用來輸出一比較結果；以及一栓鎖器，用來根據該比較結果，產生一栓鎖訊號指示該靴帶電容是否正常連結。
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