TWI543506B - 電源控制電路 - Google Patents

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TWI543506B TW103143008A TW103143008A TWI543506B TW I543506 B TWI543506 B TW I543506B TW 103143008 A TW103143008 A TW 103143008A TW 103143008 A TW103143008 A TW 103143008A TW I543506 B TWI543506 B TW I543506B
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    • G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
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Description

電源控制電路
本發明實施例是有關於一種控制電路，且特別是有關於一種電源控制電路。
有一些電子裝置，例如筆記型電腦，可以直接從市電系統取得操作所需的電力。這樣的電子裝置通常具有電源轉換器(adapter)和電源電路。電源轉換器將市電系統的交流電壓轉換為直流電壓。電源電路將電源轉換器所產生的直流電壓進一步轉換為電子裝置中的各組件所需的操作電壓。以上的組件例如是筆記型電腦的處理器和記憶體。
上述的電源電路通常封裝成獨立的積體電路(IC：integrated circuit)。電源電路具有過電流(over current)保護機制以避免輸出電流過大而損壞電子裝置。電源電路需要設定一個設定電壓，做為輸出電流是否過大以及是否觸發過電流保護機制的判斷依據。設定電壓是透過電源電路的內部電流源、電源電路的一個腳位(pin)、以及耦接此腳位的外接電阻而設定。電源電路的內部電流源提供電流，此電流通過上述的腳位和外接電阻而形成設 定電壓。只要調整外接電阻就能產生不同的設定電壓。
本發明實施例提供一種電源控制電路，可讓設定電壓的設定更加靈活，也可讓單獨一個腳位具有更多功能。
本發明實施例的電源控制電路包括腳位與電流源。電流源耦接腳位，並供應基準電流至腳位以產生設定電壓。設定電壓在電流源供應基準電流至腳位之後隨時間而遞增。電源控制電路根據設定電壓而啟動過電流保護機制。
本發明實施例的另一種電源控制電路包括放大器和腳位。放大器根據參考電壓和電源控制電路所控制的輸出電壓的迴授電壓比較而輸出誤差電壓。電源控制電路根據誤差電壓控制上述輸出電壓。腳位耦接放大器，用以為放大器輸出的誤差電壓到放大器接收的輸出電壓的負迴授迴圈提供頻率補償。腳位用以接收基準電流並產生設定電壓。電源控制電路根據設定電壓而啟動過電流保護機制。
為讓本發明的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。
100‧‧‧電源控制電路
101~105‧‧‧腳位
111‧‧‧電流源
112‧‧‧誤差放大器
113、118‧‧‧比較器
114‧‧‧控制邏輯電路
115‧‧‧暫存器
116‧‧‧取樣記錄器
117‧‧‧電流感應器
121、122‧‧‧電源電晶體
123‧‧‧電感
124‧‧‧負載
125‧‧‧啟動開關
126‧‧‧外部電路
127‧‧‧電阻
128、129‧‧‧電容
131~138、141~144‧‧‧電壓訊號或電流訊號
150‧‧‧電源電路
C‧‧‧電容值
dt‧‧‧時間長度
I OC ‧‧‧基準電流
R C ‧‧‧電阻值
T1、T2‧‧‧時間點
V OCSET (t)‧‧‧設定電壓
圖1是依照本發明的一實施例的一種電源控制電路的示意 圖。
圖2是依照本發明的一實施例的一種電源控制電路中的設定電壓的示意圖。
圖1是依照本發明的一實施例的一種電源電路150與其中的電源控制電路100的示意圖。電源控制電路100可封裝成一個獨立的積體電路。電源控制電路100可包括五個腳位101~105、電流源111、誤差放大器(error amplifier)112、兩個比較器113和118、控制邏輯電路114、暫存器115、取樣記錄器(sample-and-hold circuit)116、以及電流感應器117。在本發明的某些實施例中，電源控制電路100可應用在脈寬調變(PWM：pulse width modulation)控制器。
取樣記錄器116耦接腳位104。暫存器115耦接取樣記錄器116。比較器118耦接取樣記錄器116和電流感應器117。誤差放大器112耦接腳位104和105。比較器113耦接誤差放大器112和腳位104。電流源111耦接腳位104。控制邏輯電路114耦接比較器113和腳位101和103。腳位101~103和105耦接電源電晶體121、122、電感123、電容129、以及負載(load)124。腳位104耦接啟動開關125和外部電路126。外部電路126可包括電阻127和電容128。電阻127和電容128串列耦接於腳位104和地線之間。在一實施例中，電源電晶體121與電源電晶體122可為N通 道金氧半場效電晶體(n-channel rmetal-oxide-semiconductor field-effect transistor)。在其他實施例中，電源電晶體121與電源電晶體122亦可為P通道金氧半場效電晶體(p-channel metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)。本發明實施例並不限定電源電晶體121與電源電晶體122的類型及其搭配方式，在其他實施例中，亦可使用其他開關元件代替電源電晶體121與電源電晶體122。類似的，啟動開關125亦可以是n通道金氧半場效電晶體、p通道金氧半場效電晶體或其他非金氧半場效電晶體之開關元件。
電流源111可供應基準電流133。基準電流133通過腳位104和外部電路126而產生設定電壓134。取樣記錄器116可在預設時間點取樣設定電壓134做為基準電壓135。取樣記錄器116可記錄基準電壓135，並輸出基準電壓135。
電流感應器117可提供感應電壓136。感應電壓136和電源控制電路100所控制的電源電路150的輸出電流143成正比。舉例來說，可透過電流感應器117與腳位102來偵測輸出電流143，並對應地輸出感應電壓136。輸出電流的偵測方式種類繁多，細節就不在此贅述。
比較器118可比較基準電壓135和感應電壓136。基準電壓135是輸出電流143是否過大的判斷依據。當感應電壓136大於基準電壓135，表示輸出電流143已經過大。比較器118的輸出會在感應電壓136大於基準電壓135時啟動過電流保護機制。舉 例來說，當感應電壓136大於基準電壓135時，比較器118將對應地輸出數位訊號「0」，此數位訊號可進一步提供給例如控制邏輯電路114以對電流電晶體121與電流電晶體122執行對應的開啟/關閉的操作，以啟動過電流保護機制。在其他實施例中，亦可使用其他過電流保護機制，相關機制的細節就不在此贅述。
暫存器115可接收並儲存一個設定數值。取樣記錄器116可根據此設定數值而決定取樣並記錄設定電壓134的預設時間點。暫存器115可開放供使用者設定。這樣使用者就能自行決定取樣設定電壓134的時間。基準電流133會對外部電路126其中的電容128充電而使設定電壓134隨時間而遞增。使用者可以在不同時間取樣設定電壓134以取得不同的基準電壓135。
誤差放大器112可根據參考電壓131和電源控制電路100所控制的電源電路150的輸出電壓144的比較而輸出誤差電壓132。比較器113比較誤差電壓132和參考電壓138。參考電壓131是一個恆定的電壓。參考電壓138則是週期性的三角波電壓訊號，例如，參考電壓138可以是鋸齒波(saw tooth)電壓或斜波(ramp)電壓。
控制邏輯電路114根據比較器113的輸出而產生兩個脈衝訊號141和142。簡單的說，控制邏輯電路114使用脈寬調變技術透過脈衝訊號141和142分別控制電源電晶體121和122的切換(switching)，進而控制輸出電壓144。電感123和電容129可組成輸出濾波器，以穩定輸出電壓144。輸出電壓144迴授至誤差放 大器112的負輸入端(inverting input)。
基於上述過程，從誤差放大器112輸出的誤差電壓132到誤差放大器112接收的輸出電壓144，形成一個負迴授迴圈(negative feedback loop)。由電阻127和電容128組成的外部電路126可透過腳位104為這個負迴授迴圈提供頻率補償(frequency compensation)，以提高電源電路150的穩定度。舉例來說，可透過頻率補償的方式使電源電路150輸出穩定的電壓。
腳位104可藉由啟動開關125的導通或截止狀態影響誤差電壓132而控制電源控制電路100和電源電路150是否啟動。因為啟動開關125耦接於腳位104和地線之間，當啟動訊號137重置(de-assert)而使啟動開關125導通時，誤差電壓132被拉低至地線的電壓。此時因為誤差電壓132過低，使比較器113的輸出維持在邏輯低準位，而使相對應的脈衝訊號141和142停止電源電晶體121和122的切換。這樣就關閉了電源控制電路100和電源電路150。
另一方面，當啟動訊號137設立(assert)而使啟動開關125截止時，電流源111的基準電流133通過外部電路126，使誤差電壓132上升至超過一個預設的臨界值，而使比較器113和控制邏輯電路114正常動作。這樣就啟動了電源控制電路100和電源電路150。在一實施例中，啟動訊號137可為來自於外部電路之訊號。
下面配合圖2進一步說明設定電壓134。設定電壓134可用下面的公式(1)表示。
V OCSET (t)=V R +dV C =(I OC *R C )+(I OC /C)*dt……………(1)
公式(1)當中，V OCSET (t)就是設定電壓134的電壓值。V R 是電阻127的跨壓。dV C 是電容128的跨壓。I OC 是基準電流133的電流值。R C 是電阻127的電阻值。C是電容128的電容值。dt是電容128的充電時間的長度。
如圖2所示，一開始啟動訊號137設立而使啟動開關125截止。電流源111在時間點T1開始供應基準電流133至腳位104和外部電路126。在時間點T1，設定電壓134等於電阻127的跨壓V R ，也就是I OC *R C 。然後電容128的充電使設定電壓134隨時間而遞增。使用者可透過暫存器115其中的設定數值而決定基準電壓135的大小。例如，若使用者的設定數值使取樣記錄器116在時間點T2取樣設定電壓134，則依照公式(1)可知基準電壓135等於(I OC *R C )+(I OC /C)*(T2-T1)。如上所述，基準電壓135可當作過電流保護機制的觸發參考點。
舉一個基準電壓135的數值計算的範例。在本發明的一個實施例中，電流值I OC 為10uA，電阻值R C 為10kΩ，電容值C為10nF，充電時間長度dt為1ms。則依照公式(1)可計算出基準電壓135等於1.1V。
由公式(1)可知基準電壓135可由電流值I OC 、電阻值R C 、電容值C、以及充電時間長度dt這四個變數共同決定。所以電源電路150的過電流保護機制的觸發參考點有很大的設定彈性。舉例來說，可透過調整電容值C和/或電阻值R C 的方式，在固定電 流或小電流的情形下，仍可產生所需之設定電壓134。在某些實施例中，電阻值R C 和電容值C可能會因為提供頻率補償而不能變動。即使如此，也仍然可調整電流值I OC 和充電時間長度dt這兩個變數而得到不同的基準電壓135。這樣的設定彈性仍然超出只能調整一個變數(電阻值)的傳統技術。
綜上所述，本發明實施例對於電源電路的過電流保護機制的觸發參考點可提供非常靈活的設定彈性。本發明實施例的電源控制電路只用單一腳位就能提供電路啟動、頻率補償、以及設定過電流保護機制的觸發參考點的多重功能。藉由此設計可以將傳統的多個腳位合併為一，以減少積體電路封裝的腳位數量。另外，本發明實施例可相容現有的應用線路。因為本發明實施例可直接利用補償網路中的電阻和電容來設定過電流保護機制的觸發參考點，不需要另一個外部電阻和電容，所以能簡化過電流保護機制的觸發參考點的設定。
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，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧電源控制電路
101~105‧‧‧腳位
111‧‧‧電流源
112‧‧‧誤差放大器
113、118‧‧‧比較器
114‧‧‧控制邏輯電路
115‧‧‧暫存器
116‧‧‧取樣記錄器
117‧‧‧電流感應器
121、122‧‧‧電源電晶體
123‧‧‧電感
124‧‧‧負載
125‧‧‧啟動開關
126‧‧‧外部電路
127‧‧‧電阻
128、129‧‧‧電容
131~138、141~144‧‧‧電壓 訊號或電流訊號
150‧‧‧電源電路

Claims (13)

  1. 一種電源控制電路，包括：一腳位；一電流源，耦接該腳位，並供應一基準電流至該腳位以產生一設定電壓，其中該設定電壓在該電流源供應該基準電流至該腳位之後隨時間而遞增，該電源控制電路根據該設定電壓而啟動一過電流保護機制；以及一暫存器，耦接一取樣記錄器，接收並儲存一設定數值，該取樣記錄器根據該設定數值而決定一預設時間點。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電源控制電路，更包括：該取樣記錄器，耦接該腳位，在該預設時間點取樣該設定電壓做為一基準電壓，記錄該基準電壓，並輸出該基準電壓，其中該電源控制電路根據該基準電壓而啟動該過電流保護機制。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的電源控制電路，更包括：一電流感應器，提供一感應電壓，其中該感應電壓和該電源控制電路所控制的一輸出電流成正比；以及一比較器，耦接該取樣記錄器和該電流感應器，比較該基準電壓和該感應電壓，並在該感應電壓大於該基準電壓時啟動該過電流保護機制。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的電源控制電路，其中該腳位用以耦接一外部電路，該外部電路包括一電阻和一電容，該基準電流通過該腳位和該外部電路而產生該設定電壓。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的電源控制電路，其中該電阻和該電容串列耦接於該腳位和一地線之間。
  6. 一種電源控制電路，包括：一放大器，根據一第一參考電壓和該電源控制電路所控制的一輸出電壓的迴授電壓比較而輸出一誤差電壓，其中該電源控制電路根據該誤差電壓控制該輸出電壓；以及一腳位，耦接該放大器，用以為該放大器輸出的該誤差電壓到該放大器接收的該輸出電壓的一負迴授迴圈提供一頻率補償，其中該腳位用以接收一基準電流並產生一設定電壓，其中該電源控制電路根據該設定電壓而啟動一過電流保護機制。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的電源控制電路，更包括：一電流源，耦接該腳位，以提供該基準電流。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的電源控制電路，更包括：一比較器，耦接該放大器，比較該誤差電壓和一第二參考電壓；以及一控制邏輯電路，耦接該比較器，根據該比較器的輸出而產生一第一脈衝訊號和一第二脈衝訊號，並使用脈寬調變技術透過該第一脈衝訊號和該第二脈衝訊號控制該輸出電壓。
  9. 如申請專利範圍第6項所述的電源控制電路，其中該腳位藉由影響該誤差電壓而控制該電源控制電路是否啟動。
  10. 如申請專利範圍第6項所述的電源控制電路，其中該腳位用以耦接一啟動開關和一外部電路，該啟動開關的導通或截止 狀態控制該電源控制電路是否啟動，該外部電路耦接於該腳位和一地線之間並為該負迴授迴圈提供該頻率補償。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的電源控制電路，其中當該啟動開關導通時，該誤差電壓被拉低至該地線的電壓而關閉該電源控制電路；當該啟動開關截止時，該基準電流通過該外部電路而使該誤差電壓上升至超過一臨界值而啟動該電源控制電路。
  12. 如申請專利範圍第10項所述的電源控制電路，其中該外部電路包括一電阻和一電容，該基準電流通過該腳位和該外部電路而產生該設定電壓。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的電源控制電路，其中該電阻和該電容串列耦接於該腳位和該地線之間。
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