TWI492515B - 交直流電源轉換器以及其控制方法及控制積體電路 - Google Patents

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Description

交直流電源轉換器以及其控制方法及控制積體電路
本發明係有關一種交直流電源轉換器，特別是關於一種使用雙極性接面電晶體(Bipolar Junction Transistor；BJT)作為功率開關的交直流電源轉換器。
近來，由於成本上的考量，有一些交直流電源轉換器使用雙極性接面電晶體(BJT)取代金屬氧化物半導體電晶體(MOSFET)作為功率開關，例如US 8,045,348、US 7,961,484及US 2010/0202165所提出的交直流電源轉換器。
BJT驅動技術可以分為基極驅動(Base Driving；BD)及射極驅動(Emitter Driving；ED)兩種。圖1顯示使用BD技術的交直流電源轉換器，其中整流電路10整流交流電壓VAC產生輸入電壓Vin，BJT Q1的集極作為輸入端連接電感Np，BJT Q1的射極作為輸出端連接感測電阻Rcs，控制積體電路(Integrated Circuit；IC)12的腳位Output連接BJT Q1的基極且提供基極電流Ib以控制BJT Q1的切換將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vo，控制IC 12的腳位Isense連接感測電阻Rcs以偵測BJT Q1的輸出電流Ie。當BJT Q1被導通(turn on)時，電感Np的電感電流Ic開始上升，在理想狀況下，電感電流Ic近似電流Ie，因此控制IC 12可以根據感測電阻Rcs上的電壓Vcs判斷電感電流Ic，並在電感電流Ic達到預設峰值時截止(turn off)BJT Q1，此外控制IC 12的內部電路也可以根據電壓Vcs設定基極電流Ib。然而，控制IC 12所能提供的基極電流Ib的範圍是固定的，一旦所需要的基極電流Ib超出此範圍時，便無法得到最佳化效能。
圖2顯示另一種使用BD技術的交直流電源轉換器，其中整流電路10整流交流電壓VAC產生輸入電壓Vin，控制IC 12的腳位Base連接BJT Q1的基極以控制BJT Q1的切換將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vo，電流設定電阻Rset連接在腳位VDD及VDD-B之間，電流設定電阻Rset根據其上的跨壓產生基極電流Ib至控制IC 12。圖3係圖2中控制IC 12，其包括開關SW1及SW2以及驅動器16，當驅動器16打開(turn on)開關SW1且關閉(turn off)開關SW2時，如圖4的時間t1所示，電流設定電阻Rset產生基極電流Ib至BJT Q1的基極以導通BJT Q1，同時電感電流Ic開始上升使得感測電阻Rcs的電壓Vcs也開始上升，在電壓Vcs達到預設值時，驅動器16關閉開關SW1並打開開關SW2以截止BJT Q1，如圖4的時間t2所示。在此交直流電源轉換器中，BJT Q1的基極電流Ib係由控制IC 12外部的電流設定電阻Rset決定，故使用者可以選擇適當的電流設定電阻Rset以得到所要的基極電流Ib，但卻需要額外的腳位VDD-B。再者，BJT有個特點，當BJT Q1截止時，BJT Q1的輸出電流Ie結束，但是BJT Q1上將產生復原(recovery)電流Irb由BJT Q1的集極流向其基極，因此BJT Q1的集極上的電感電流Ic在電 流Ie結束後仍會持續上升一段時間，如圖4的時間t2至t3所示，這導致感測電阻Rcs上的電壓Vcs無法代表電感電流Ic，控制IC 12無法由電壓Vcs取得正確的電感電流Ic。
圖5係使用ED技術的交直流電源轉換器，其中整流電路10整流交流電壓VAC產生輸入電壓Vin，控制IC 18的腳位ED連接BJT Q1的射極以控制BJT Q1的切換將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vo，電流設定電阻Rset的一端連接BJT Q1的基極，電流設定電阻Rset的另一端連接BJT Q2的基極，因此藉由選擇電流設定電阻Rset可以得到所要的基極電流Ib，控制IC 18的腳位GND連接感測電阻Rcs的第一端20並根據其上的電壓Vgnd決定控制IC 18的參考電位，控制IC 18的腳位CS連接感測電阻Rcs的第二端22，控制IC 18根據感測電阻Rcs的跨壓Vcs-Vgnd判斷電感Np的電感電流Ic。圖6顯示圖5的控制IC 18，其包括開關SW3連接在腳位ED及GND之間，以及驅動器24控制開關SW3，當驅動器24打開開關SW3時，電流設定電阻Rset根據基極電壓V2產生基極電流Ib使BJT Q1導通，如圖7的時間t1所示，BJT Q1的集極上的電感電流Ic及BJT Q1的輸出電流Ie因而開始上升，此時電流Ie通過感測電阻Rcs，由於感測電阻Rcs的第一端20的電壓Vgnd為控制IC 18的參考電位，因此對控制IC 18而言，腳位CS上的電壓Vcs-Vgnd=-Ie×Rcs為負電壓，如圖7中Vcs-Vgnd的波形所示，當電壓Vcs-Vgnd 達到預設值時，驅動器24將關閉開關SW3以截止BJT Q1，如圖7的時間t2所示。然而，如前所述，當BJT Q1截止時，BJT Q1上將產生復原電流Irb導致感測電阻Rcs上的跨壓Vcs-Vgnd無法代表電感電流Ic，如圖7的時間t2至t3所示，控制IC 18無法藉由感測電阻Rcs的跨壓Vcs-Vgnd取得正確的電感電流Ic。
另外，圖1、圖2及圖5的交直流電源轉換器皆根據感測電阻Rcs的電壓Vcs來判斷電感電流Ic，並在電感電流Ic達到預設峰值Ipeak時截止BJT Q1，然而，從電感電流Ic達到預設峰值Ipeak至BJT Q1關閉會有一段主要由BJT開啟時的儲存電荷產生的延遲時間Td，如圖8所示，延遲時間Td將使電感電流Ic的峰值超出預設峰值Ipeak。再者，電感電流Ic的斜率會隨著輸入電壓Vin變化，在低輸入電壓Vin時，電感電流Ic的斜率較低，峰值誤差△I1較小，如圖8的波形26所示。在高輸入電壓Vin時，電感電流Ic的斜率較高，峰值誤差△I2也較大，如圖8的波形28。
本發明的目的之一，在於提出一種由控制IC的外部設定基極電流的交直流電源轉換器及其控制方法。
本發明的目的之一，在於提出一種正確偵測電感電流的交直流電源轉換器及其控制方法。
本發明的目的之一，在於提出一種補償延遲時間的交直流電源轉換器及其控制方法。
本發明的目的之一，在於提出一種交直流電源轉換器的控制IC。
根據本發明，一種使用BJT作為功率開關的交直流電源轉換器包括控制IC及電流設定電阻連接該控制IC的腳位，該控制IC偵測該電流設定電阻的電阻值決定該BJT的基極電流。該控制IC包括基極電流設定電路及電流源，該基極電流設定電路偵測該電流設定電阻的電阻值以產生電流控制信號，在該雙極性接面電晶體導通期間，該電流源根據該電流控制信號產生該基極電流。
根據本發明，一種使用BJT作為功率開關的交直流電源轉換器包括控制IC及感測電阻，該BJT的輸出端的輸出電流及該BJT的復原電流通過該感測電阻，該控制IC根據該感測電阻的跨壓正確的判斷與該BJT連接的電感的電感電流。
根據本發明，一種交直流電源轉換器包括功率開關，電感連接該功率開關，感測電阻根據該功率開關上的電流在其第一端產生第一電壓以及在其第二端產生第二電壓，平移電路平移該第二電壓以補償延遲時間，以及控制IC根據該第一電壓及該平移後的第二電壓之間的相對電壓判斷該電感的電感電流。
根據本發明，一種交直流電源轉換器的控制方法包括偵測電流設定電阻的電阻值以產生電流控制信號，以及根據該電流控制信號決定提供給雙極性接面電晶體的基極電流，其中該雙極性接面電晶體為該交直流電源轉換器的 功率開關。
根據本發明，一種交直流電源轉換器的控制方法包括在功率開關導通期間，將該功率開關的輸出端的輸出電流提供至感測電阻以在該感測電阻的第一端及第二端分別產生第一電壓及第二電壓；平移該第二電壓以補償延遲時間；偵測該第一電壓及該平移後的第二電壓之間的相對電壓；以及在該相對電壓達到預設值時，截止該功率開關。其中該功率開關可以是BJT或MOSFET。
圖9顯示根據本發明的馳返式交直流電源轉換器，其中整流電路10整流交流電壓VAC產生輸入電壓Vin，BJT Q1為功率開關，控制IC 30的腳位BD連接BJT Q1的基極以控制BJT Q1的切換將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vo，BJT Q1的集極作為輸入端連接電感並接收電感電流Ic，BJT Q1的射極作為輸出端提供輸出電流Ie，電流設定電阻Rset連接控制IC 30的腳位CS用以設定基極電流Ib，控制IC 30的腳位GND連接感測電阻Rcs的第一端20，控制IC 30的參考電位由該第一端20的電壓Vgnd決定，感測電阻Rcs的第二端22經電流設定電阻Rset連接腳位CS。在控制IC 30中，基極電流設定電路32連接腳位CS，在設定基極電流Ibb的期間，如圖10的時間T1至T2所示，基極電流設定電路32偵測電流設定電阻Rset的電阻值產生及儲存電流控制信號Scc，電流源40根據電流控制信號Scc提供基極電流Ibb，迴路控制器42提供控 制信號UC及LC分別控制開關SW1及SW2以控制BJT Q1的切換，電流感測器44偵測腳位CS的電壓Vcs2及腳位GND的電壓Vgnd之間的相對電壓(Vcs2-Vgnd)以判斷電感電流Ic的值。基極電流設定電路32可以只在交直流電源轉換器啟動時設定一次基極電流Ibb，也可以在BJT Q1的每個切換週期都重新設定基極電流Ibb。較佳者，當BJT Q1打開時，基極電流設定電路32可以根據腳位CS的電壓Vcs2即時調整電流控制信號Scc，進而調整基極電流Ibb。基極電流設定電路32係利用感測電感電流Ic的腳位CS來設定基極電流Ibb，因此無需再增加腳位。
當迴路控制器42打開(turn on)開關SW1並關閉(turn off)開關SW2時，電流源40提供基極電流Ibb至BJT Q1的基極以導通(turn on)BJT Q1，二次側的電感電流Ic及BJT Q1的輸出電流Ie開始上升，如圖10的時間T2所示，通過感測電阻Rcs的電流Ircs=Ie+Irb也隨電流Ie開始上升，因此根據感測電阻Rcs的跨壓可以得知電感電流Ic的值。電阻Rcomp及Rset組成的平移電路提供電壓Vof平移感測電阻Rcs第二端的電壓Vcs1產生電壓Vcs2至腳位CS，電流感測器44根據腳位CS的電壓Vcs2及腳位GND的電壓Vgnd之間的相對電壓Vcs2-Vgnd判斷電感電流Ic的值，平移後的電壓Vcs2將使電流感測器44在電感電流Ic達到預設峰值Ipeak前先送出電流感測信號Is至迴路控制器42以截止BJT Q1，進而補償延遲時間Td所造成的峰值誤差。在此實施例中，電壓Vcs2小於電壓 Vgnd，故相對電壓Vcs2-Vgnd=-Ircs×Rcs為負電壓。電阻Rcomp及Rset分壓輔助線圈Na上的電壓Vaux以在電阻Rset上產生跨壓Vof=[Rset/(Rset+Rcomp)]×Vaux，適當的選擇電阻Rcomp及Rset的比例來調整電壓Vof可以使電感電流Ic的峰值等於預設峰值Ipeak。此外，在BJT Q1導通期間，輔助線圈Na上的電壓Vaux係隨輸入電壓Vin變化，故電壓Vof將隨輸入電壓Vin變化，以補償不同輸入電壓Vin下的峰值誤差。
當迴路控制器42關閉開關SW1並打開開關SW2以截止BJT Q1時，如圖10的時間T3所示，此時BJT Q1上產生復原電流Irb由BJT Q1的集極經BJT Q1的基極及開關SW2流向感測電阻Rcs，因此，感測電阻Rcs上的電流Ircs仍隨電感電流Ic持續上升，如圖10的時間T2至T4所示電流Ircs的波形與電感電流Ic一致，控制IC 30可以根據感測電阻Rcs的跨壓正確的感測電感電流Ic，也就是說，電流感測器44可以根據相對電壓Vcs2-Vgnd正確的感測電感電流Ic。
圖11顯示另一種感測電感電流Ic的實施例，其中控制IC 30的腳位CS連接感測電阻Rcs的第一端20，控制IC 30的腳位GND連接感測電阻Rcs的第二端22，開關SW2連接在控制IC 30的腳位BD及CS之間，腳位GND上的電壓Vgnd為控制IC的參考電位。當開關SW1打開而開關SW2關閉以使BJT Q1導通時，輸出電流Ie通過感測電阻Rcs。當開關SW1關閉而開關SW2打開使BJT Q1截止時，復原電流Irb由BJT Q1的集極經BJT Q1的基極及開關SW2流向感測電阻Rcs，故電流感測器44可以根據電壓Vcs2及電壓Vgnd之間的相對電壓Vcs2-Vgnd正確的感測電感電流Ic。在此實施例中，電壓Vcs2大於電壓Vgnd，故相對電壓Vcs2-Vgnd=Ircs×Rcs為正電壓。
在圖9的實施例中，基極電流設定電路32包括偵測器34、儲存單元36及轉換電路38，偵測器34在交直流電源轉換器啟動時或BJT Q1截止期間偵測電流設定電阻Rset的電阻值以產生偵測信號Sd，儲存單元36在交直流電源轉換器啟動時或BJT Q1截止期間儲存偵測信號Sd，轉換電路38根據儲存在儲存單元36的偵測信號Sd產生控制基極電流Ibb的電流控制信號Scc。較佳者，當BJT Q1打開時，轉換電路38可以根據腳位CS的電壓Vcs2即時調整電流控制信號Scc，進而調整基極電流Ibb。
圖12顯示實現圖9中基極電流設定電路32的第一實施例，其使用類比數位轉換器(Analogy-to-Digital Converter；ADC)作為偵測器34來偵測電流設定電阻Rset的阻值並將其轉換為數位的偵測信號Sd，使用記憶體作為儲存單元36以儲存數位的偵測信號Sd，使用數位類比轉換器(Digital-to-Analogy Converter；DAC)作為轉換電路38將儲存在儲存單元36的偵測信號Sd轉換為類比的電流控制信號Scc。較佳者，當BJT Q1打開時，轉換電路38可以根據腳位CS的電壓Vcs2即時調整電流控制信號Scc。
圖13顯示實現圖9中基極電流設定電路32的第二實施例，其與圖12的實施例同樣都使用ADC及記憶體來分別作為偵測器34及儲存單元36，但是圖13的實施例係使用對應表(mapping table)作為轉換電路38，轉換電路38以查表方式根據儲存在記憶體的偵測信號Sd選擇對應的電流控制信號Scc。較佳者，當BJT Q1打開時，轉換電路38可以根據腳位CS的電壓Vcs2即時調整電流控制信號Scc。
圖14顯示實現圖9中基極電流設定電路32的第三實施例，其中偵測器34包括電流源46及ADC 48，電流源46提供電流Id至電流設定電阻Rset以產生電壓Vset供判斷電流設定電阻Rset的電阻值，ADC 48將電壓Vset轉換為數位的偵測信號Sd，作為儲存單元36的記憶體儲存偵測信號Sd，轉換電路38包括電流源50根據偵測信號Sd提供電流控制信號Scc。電流源40包括由電晶體M1及M2組成的電流鏡以鏡射電流控制信號Scc產生基極電流Ibb。較佳者，當BJT Q1打開時，電流源50可以根據腳位CS的電壓Vcs2即時調整電流控制信號Scc。
圖15顯示實現圖9中基極電流設定電路32的第四實施例，其中偵測器34包括運算放大器52及電晶體M3及M4，運算放大器52將電壓Vref施加至電流設定電阻Rset以產生電流Im1供判斷電流設定電阻Rset的電阻值，電流Im1通過電晶體M3及M4並決定電晶體M4的閘極上的偵測信號Sd。圖15的實施例係使用取樣及維持(Sample and Hold；S/H)電路36作為儲存單元以儲存偵測信號Sd。圖15的轉換電路38包括電晶體M5、M6及M7，儲存單元36提供偵測信號Sd至電晶體M5的閘極，由於電晶體M4及M5的閘極上的電壓相同，因此電晶體M4及M5組成電流鏡以鏡射電流Im1產生電流Im2，轉換電路38的電晶體M6及M7亦組成電流鏡以鏡射電流Im2產生電流控制信號Scc。電流源40包括由電晶體M1及M2組成的電流鏡以鏡射電流控制信號Scc產生基極電流Ibb。
在圖12至圖15的實施例中，偵測器34及儲存單元36可以根據電源開啟重置(power on reset)信號POR在交直流電源轉換器啟動時偵測電流設定電阻Rset及儲存偵測信號Sd，或者根據控制信號UC或LC在每次BJT Q1的截止期間偵測電流設定電阻Rset及儲存偵測信號Sd。
圖16顯示另一種基極電路設定電路32的架構，其包括偵測器34及儲存單元36，偵測器34偵測電流設定電阻Rset的電阻值產生電流控制信號Scc，儲存單元36儲存電流控制信號Scc並將電流控制信號Scc提供給電流源40以控制基極電流Ibb。偵測器34如圖12至圖15所示，儲存單元36可以是記憶體或取樣及維持電路。在圖16中，偵測器34及儲存單元36可以根據電源開啟重置(power on reset)信號POR在交直流電源轉換器啟動時偵測電流設定電阻Rset及儲存電流控制信號Scc，或者根據控制信號UC或LC在每次BJT Q1的截止期間偵測電流設定電阻Rset及儲存電流控制信號Scc。
除了圖9所示的馳返式交直流電源轉換器之外，本發明也可以應用在降壓式或升壓式交直流電源轉換器。圖17顯示根據本發明的降壓式交直流電源轉換器，其中整流電路10整流交流電壓VAC產生輸入電壓Vin，控制IC 30的腳位BD連接BJT Q1的基極以控制BJT Q1的切換，進而將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vo。控制IC 30的操作與圖9的電路相同，基極電流設定電路32藉由偵測電流設定電阻Rset的電阻值產生電流控制信號Scc給電流源40進而決定基極電流Ibb，當開關SW1被打開而開關SW2被關閉時，電流Ibb被提供至BJT Q1的基極以導通BJT Q1。在BJT Q1導通期間，電流Ircs=Ie通過感測電阻Rcs，控制IC 30係根據感測電阻Rcs的第一端20的電壓Vgnd作為參考電位，輔助線圈Na感測電感L1的電壓產生電壓Vaux，電阻Rcomp及Rset分壓電壓Vaux以在電阻Rset上產生跨壓Vof供補償延遲時間Td，電阻Rset的跨壓Vof平移電阻Rcs的第二端22的電壓Vcs1產生電壓Vcs2至腳位CS，控制IC 30中的電流感測器44根據電壓Vcs2及電壓Vgnd之間的相對電壓(Vcs2-Vgnd)產生電流感測信號Is。由於電感L1的電壓係隨輸入電壓Vin變化，故電阻Rset的跨壓Vof也隨輸入電壓Vin變化，故可使電感電流IL在不同輸入電壓Vin下都具有相同峰值。當開關SW1被關閉而開關SW2被打開時，BJT Q1被截止，此時BJT Q1上產生復原電流Irb從集極經基極及開關SW2流向感測電阻Rcs，故感測電阻Rcs上的電流Ircs的波形與電感電流 IL的上升波形一致，控制IC 30可以藉由感測電阻Rcs的跨壓取得電感電流IL的上升波形。
圖18顯示根據本發明的升壓式交直流電源轉換器，其中整流電路10整流交流電壓VAC產生輸入電壓Vin，控制IC 30的腳位BD連接BJT Q1的基極以控制BJT Q1的切換，進而將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vo。控制IC 30的操作與圖9的電路相同，其中的基極電流設定電路32藉由偵測電流設定電阻Rset的電阻值產生電流控制信號Scc給電流源40進而決定基極電流Ibb。當開關SW1被打開而開關SW2被關閉時，基極電流Ibb被提供至BJT Q1的基極以導通BJT Q1。在BJT Q1導通期間，電流Ircs=Ie通過感測電阻Rcs，控制IC 30係根據感測電阻Rcs的第一端20的電壓Vgnd作為參考電位，輔助線圈Na感測電感L1的電壓產生電壓Vaux，電阻Rcomp及Rset分壓電壓Vaux以在電阻Rset上產生跨壓Vof供補償延遲時間Td，電阻Rset的跨壓Vof平移電阻Rcs的第二端22的電壓Vcs1產生電壓Vcs2至腳位CS，控制IC 30中的電流感測器44根據電壓Vcs2與電壓Vgnd之間的相對電壓(Vcs2-Vgnd)產生電流感測信號Is。由於電感L1的電壓係隨輸入電壓Vin變化，故電阻Rset的跨壓Vof也隨輸入電壓Vin變化，故可使電感電流IL在不同輸入電壓Vin下都具有相同峰值。當開關SW1被關閉而開關SW2被打開以截止BJT Q1時，BJT Q1上產生復原電流Irb從集極經基極及開關SW2流向感測電阻Rcs，故感測電阻Rcs上的 電流Ircs的波形與電感電流IL的上升波形一致，控制IC 30可以藉由感測電阻Rcs的跨壓取得電感電流IL的上升波形。
在前述的實施例中，雖然都是以使用BD技術的交直流電源轉換器作為說明，但這並不表示本發明的技術只可以用在使用BD技術的交直流電源轉換器，本領域的技術人員根據前述實施例可以輕易地將本發明的技術應用到使用ED技術的交直流電源轉換器。此外，在前述的實施例中，基極電流設定電路32係利用感測電感電流Ic的腳位CS來達成基極電流Ibb的設定，但在其他實施例中，基極電流設定電路32也可以使用具有其他功能的腳位或是使用單獨的腳位來達成基極電流Ibb的設定。
在使用MOSFET作為功率開關的電源轉換器中，同樣有延遲時間Td的問題，本發明的延遲時間補償方法同樣可以應用在此類的電源轉換器中。圖19顯示使用MOSFET作為功率開關的電源轉換器，其中迴路控制器64經控制IC 60的腳位GD連接MOSFET Mp的閘極以控制MOSFET Mp的切換，感測電阻Rcs的第一端20連接控制IC 60的腳位GND及MOSFET Mp的輸出端，串聯的電阻Rcomp及Rset連接感測電阻Rcs的第二端22，用以分壓電壓Vaux以在電阻Rset上產生跨壓Vof，電阻Rset的跨壓Vof平移電阻Rset的第二端22的電壓Vcs1產生電壓Vcs2至控制IC 60的腳位CS，電流感測器62根據平移後的電壓Vcs2提早觸發電流感測信號Is，以補償延 遲時間Td的問題。較佳者，電壓Vaux可以隨輸入電壓Vin變化，以使MOSFET Mp上的電流Imp的峰值不隨輸入電壓Vin改變。
10‧‧‧整流電路
12‧‧‧控制IC
14‧‧‧控制IC
16‧‧‧驅動器
18‧‧‧控制IC
20‧‧‧感測電阻Rcs的第一端
22‧‧‧感測電阻Rcs的第二端
24‧‧‧驅動器
26‧‧‧電感電流Ic
28‧‧‧電感電流Ic
30‧‧‧控制IC
32‧‧‧基極電流設定電路
34‧‧‧偵測器
36‧‧‧取樣及維持電路
38‧‧‧轉換電路
40‧‧‧電流源
42‧‧‧迴路控制器
44‧‧‧電流感測器
46‧‧‧電流源
48‧‧‧類比數位轉換器
50‧‧‧電流源
52‧‧‧運算放大器
60‧‧‧控制IC
62‧‧‧電流感測器
64‧‧‧迴路控制器
圖1顯示使用BD技術的交直流電源轉換器；圖2顯示另一種使用BD技術的交直流電源轉換器；圖3係圖2中的控制IC；圖4顯示圖2中信號的波形；圖5顯示使用ED技術的交直流電源轉換器；圖6顯示圖5中的控制IC；圖7顯示圖5中信號的波形；圖8顯示在不同輸入電壓Vin下電感電流Ic；圖9顯示根據本發明的交直流電源轉換器；圖10顯示圖9中信號的波形；圖11顯示另一種感測電感電流Ic的實施例；圖12顯示實現圖9中基極電流設定電路的第一實施例；圖13顯示實現圖9中基極電流設定電路的第二實施例；圖14顯示實現圖9中基極電流設定電路的第三實施例；圖15顯示實現圖9中基極電流設定電路的第四實施例；圖16顯示另一種基極電路設定電路的架構； 圖17顯示根據本發明的降壓式交直流電源轉換器；圖18顯示根據本發明的升壓式交直流電源轉換器；以及圖19顯示使用MOSFET作為功率開關的電源轉換器。
10‧‧‧整流電路
20‧‧‧感測電阻Rcs的第一端
22‧‧‧感測電阻Rcs的第二端
30‧‧‧控制IC
32‧‧‧基極電流設定電路
34‧‧‧偵測器
36‧‧‧取樣及維持電路
38‧‧‧轉換電路
40‧‧‧電流源
42‧‧‧迴路控制器
44‧‧‧電流感測器

Claims (39)

  1. 一種交直流電源轉換器，包括：整流電路，整流交流電壓以產生輸入電壓；雙極性接面電晶體，連接該整流電路，在被導通時其輸出端提供輸出電流；電感，連接該雙極性接面電晶體；電流設定電阻；以及控制積體電路，具有第一腳位連接該雙極性接面電晶體以控制該雙極性接面電晶體的切換以及第二腳位連接該電流設定電阻，該控制積體電路包含：基極電流設定電路，連接該第二腳位，偵測該電流設定電阻的電阻值以產生電流控制信號；以及電流源，連接該基極電流設定電路，在該雙極性接面電晶體導通期間，根據該電流控制信號產生基極電流至該雙極性接面電晶體的基極。
  2. 如請求項1之交直流電源轉換器，更包括感測電阻具有第一端連接該控制積體電路的第三腳位以及第二端經該電流設定電阻連接該第二腳位，該感測電阻根據該輸出電流以及該雙極性接面電晶體的復原電流決定該第三腳位的電壓，其中該第三腳位的電壓決定該控制積體電路的參考電位。
  3. 如請求項2之交直流電源轉換器，其中該控制積體電路更包括電流感測器，連接該第二腳位，根據該第二腳位及該第三腳位之間的相對電壓判斷該電感電流的值，並在該相對電壓達到預設值產生電流感測信號以截止該雙極性接面電晶體。
  4. 如請求項2之交直流電源轉換器，其中該第二腳位的電壓等於該電流設定電阻的跨壓及該感測電阻的第二端的電壓之和。
  5. 如請求項4之交直流電源轉換器，其中在該電感電流上升期間，該電流設定電阻的跨壓隨該輸入電壓變化。
  6. 如請求項1之交直流電源轉換器，其中該基極電流設定電路在該交直流電源轉換器的啟動時，偵測該電流設定電阻的電阻值以產生並儲存該電流控制信號。
  7. 如請求項1之交直流電源轉換器，其中該基極電流設定電路在該雙極性接面電晶體的截止期間，偵測該電流設定電阻的電阻值以產生並儲存該電流控制信號。
  8. 如請求項1之交直流電源轉換器，其中該基極電流設定電路包括：偵測器，連接該第二腳位，偵測該電流設定電阻的電阻值，以產生偵測信號；儲存單元，連接該偵測器，用以儲存該偵測信號；以及轉換電路，連接該儲存單元，將儲存在該儲存單元的偵測信號轉換為該電流控制信號。
  9. 如請求項8之交直流電源轉換器，其中該轉換電路在該雙極性接面電晶體導通時，根據該第二腳位的電壓調整該電流控制信號。
  10. 如請求項1之交直流電源轉換器，其中該基極電流設定電路包括：偵測器，連接該第二腳位，偵測該電流設定電阻的電阻值，以產生該電流控制信號；以及儲存單元，連接該偵測器及該電流源，用以儲存及輸出該電流控制信號。
  11. 一種交直流電源轉換器，包括：整流電路，整流交流電壓以產生輸入電壓；功率開關，連接該整流電路；電感，連接該功率開關；感測電阻，連接該功率開關，根據該功率開關上的電流在其第一端產生第一電壓以及在其第二端產生第二電壓；平移電路，連接該感測電阻的第二端，提供第三電壓平移該第二電壓產生第四電壓；以及控制積體電路，具有第一腳位連接該功率開關用以控制該功率開關的切換、第二腳位連接該感測電阻的第一端及第三腳位連接該平移電路，根據該第一電壓及該第四電壓之間的相對電壓判斷該電感的電感電流。
  12. 如請求項11之交直流電源轉換器，其中該功率開關包括 金屬氧化物半導體電晶體。
  13. 如請求項11之交直流電源轉換器，其中該功率開關包括雙極性接面電晶體。
  14. 如請求項13之交直流電源轉換器，其中該雙極性接面電晶體在截止時，其復原電流通過該感測電阻。
  15. 如請求項11之交直流電源轉換器，其中該第三電壓隨該輸入電壓變化。
  16. 如請求項11之交直流電源轉換器，其中該平移電路包括：輔助線圈，感測該輸入電壓產生第五電壓；第一電阻，連接在該輔助線圈及該第三腳位之間；以及第二電阻，連接在該第三腳位及該感測電阻的第二端之間，該第一電阻及該第二電阻分壓該第五電壓及該第二電壓之間的壓差產生該第三電壓；其中，該第一電阻及該第二電阻的電阻比例決定該第三電壓以決定該第四電壓。
  17. 一種交直流電源轉換器的控制積體電路，用以控制雙極性接面電晶體的切換以控制電感的電感電流，該控制積體電路包括：腳位，供連接電流設定電阻；基極電流設定電路，連接該腳位，用以偵測連接至該腳位的該電流設定電阻的電阻值，以產生電流控制信號；以及電流源，連接該基極電流設定電路，在該雙極性接面 電晶體導通期間，根據該電流控制信號產生基極電流至該雙極性接面電晶體的基極。
  18. 如請求項17之控制積體電路，其中該基極電流設定電路在該交直流電源轉換器的啟動時，偵測連接至該腳位的該電流設定電阻的電阻值以產生並儲存該電流控制信號。
  19. 如請求項17之控制積體電路，其中該基極電流設定電路在該雙極性接面電晶體的截止期間，偵測連接至該腳位的該電流設定電阻的電阻值以產生並儲存該電流控制信號。
  20. 如請求項17之控制積體電路，其中該基極電流設定電路包括：偵測器，連接該腳位，供偵測連接至該腳位的該電流設定電阻的電阻值，以產生偵測信號；儲存單元，連接該偵測器，用以儲存該偵測信號；以及轉換電路，連接該儲存單元，將儲存在該儲存單元的偵測信號轉換為該電流控制信號。
  21. 如請求項20之控制積體電路，其中該轉換電路在該雙極性接面電晶體導通時，根據該第二腳位的電壓調整該電流控制信號。
  22. 如請求項17之控制積體電路，其中該基極電流設定電路包括：偵測器，連接該腳位，供偵測連接至該腳位的該電流設定電阻的電阻值，以產生該電流控制信號；以及 儲存單元，連接該偵測器及該電流源，用以儲存及輸出該電流控制信號。
  23. 如請求項17之控制積體電路，更包括電流感測器連接該腳位，根據該腳位的電壓及該控制積體電路的參考電位之間的相對電壓判斷該電感電流的值，並在該相對電壓達到預設值時產生電流感測信號以截止該雙極性接面電晶體。
  24. 一種交直流電源轉換器的控制方法，該交直流電源轉換器包含整流電路用以整流交流電壓產生輸入電壓以及控制積體電路用以控制雙極性接面電晶體的切換以控制電感的電感電流，該控制方法包括下列步驟：(A)偵測電流設定電阻的電阻值以產生電流控制信號；以及(B)根據該電流控制信號決定提供給該雙極性接面電晶體的基極電流。
  25. 如請求項24之控制方法，其中該步驟A包括在該交直流電源轉換器的啟動時，偵測該電流設定電阻的電阻值以產生並儲存該電流控制信號。
  26. 如請求項24之控制方法，其中該步驟A包括在該雙極性接面電晶體的截止期間，偵測該電流設定電阻的電阻值以產生並儲存該電流控制信號。
  27. 如請求項24之控制方法，其中該步驟A包括：偵測該電流設定電阻的電阻值，以產生偵測信號；儲存該偵測信號；以及將儲存的偵測信號轉換為該電流控制信號。
  28. 如請求項24之控制方法，其中該步驟A包括儲存該電流控制信號。
  29. 如請求項24之控制方法，更包括在該雙極性接面電晶體導通時，根據該電流設定電阻的電壓調整該電流控制信號。
  30. 如請求項24之控制方法，更包括在該雙極性接面電晶體導通期間，將該雙極性接面電晶體的輸出端的輸出電流提供至感測電阻，以在該感測電阻的第一端及第二端分別產生第一電壓及第二電壓；提供第三電壓以平移該第二電壓產生第四電壓；根據該第一電壓及該第四電壓之間的相對電壓判斷該電感電流；在該相對電壓達到預設值時，截止該雙極性接面電晶體；以及在該雙極性接面電晶體截止時，將該雙極性接面電晶體的復原電流供應至該感測電阻。
  31. 如請求項30之控制方法，更包括利用該電流設定電阻提供該第三電壓。
  32. 如請求項30之控制方法，更包括提供隨該輸入電壓變化的第三電壓。
  33. 如請求項30之控制方法，其中該提供第三電壓以平移該第二電壓產生第四電壓的步驟包括：利用輔助線圈感測該輸入電壓產生第五電壓；以及 藉由在該輔助線圈及該感測電阻的第二端之間的一對串聯電阻分壓該第五電壓及該第二電壓之間的壓差產生該第三電壓以平移該第二電壓產生第四電壓；其中，該對串聯電阻的電阻比例決定該第三電壓以決定該第四電壓。
  34. 一種交直流電源轉換器的控制方法，該交直流電源轉換器包含整流電路用以整流交流電壓產生輸入電壓以及控制積體電路用以控制功率開關的切換以控制電感的電感電流，該控制方法包括下列步驟：(A)在該功率開關導通期間，將該功率開關的輸出端的輸出電流提供至感測電阻，以在該感測電阻的第一端及第二端分別產生第一電壓及第二電壓；(B)提供第三電壓以平移該第二電壓產生第四電壓；(C)根據該第一電壓及該第四電壓之間的相對電壓判斷該電感電流；以及(D)在該相對電壓達到預設值時，截止該功率開關。
  35. 如請求項34之控制方法，更包括使用金屬氧化物半導體電晶體作為該功率開關。
  36. 如請求項34之控制方法，更包括使用雙極性接面電晶體作為該功率開關。
  37. 如請求項36之控制方法，更包括在該雙極性接面電晶體截止時，將該雙極性接面電晶體的復原電流供應至該電阻。
  38. 如請求項34之控制方法，更包括提供隨該輸入電壓變化的第三電壓。
  39. 如請求項34之控制方法，其中該步驟B包括：利用輔助線圈感測該輸入電壓產生第五電壓；以及藉由在該輔助線圈及該感測電阻的第二端之間的一對串聯電阻分壓該第五電壓及該第二電壓之間的壓差產生該第三電壓以平移該第二電壓產生第四電壓；其中，該對串聯電阻的電阻比例決定該第三電壓以決定該第四電壓。
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