TWI728543B

TWI728543B - 電阻補償量測輸出電流的方法及其轉換電路

Info

Publication number: TWI728543B
Application number: TW108140595A
Authority: TW
Inventors: 彭左任; 王思浩
Original assignee: 群光電能科技股份有限公司
Priority date: 2019-02-01
Filing date: 2019-11-08
Publication date: 2021-05-21
Also published as: TWI720681B; TW202037053A; TW202135440A; TWI723533B; TW202030961A; TWI726482B; TW202037051A; TWI774209B; TW202030487A

Abstract

一種電阻補償量測輸出電流的方法，包括下列步驟：(a)提供轉換單元的次級側迴路，且次級側迴路包括偵測電阻與第一線路。(b)提供控制轉換單元的控制單元，且控制單元耦接第一線路與偵測電阻。(c)利用第一電流流過次級側迴路取得第一線路的第一等效線阻。(d)控制單元提供第二電流流經偵測電阻、第一線路及控制單元的迴路取得第二線路的第二等效線阻。及(e)控制單元根據第一等效線阻與第二等效線阻補償偵測電阻。

Description

電阻補償量測輸出電流的方法及其轉換電路

本發明係有關一種電阻補償量測輸出電流的方法及其轉換電路，尤指一種降低線路布局困難度的電阻補償量測輸出電流的方法及其轉換電路。

現今在電力輸送(PD；Power Delivery)技術越來越普及的情況，具有電力輸送功能的適配器也越來越多。一般適配器在進行輸出電流偵測時，都會在內部轉換電路的次級側增加一顆電流偵測電阻來偵測輸出電流，以達到監控輸出電流的目的。在此應用下，為了得到精準的輸出電流偵測，線路布局的連接位置就變得很重要。其中，為了避免實際線路的阻抗影響電流偵測的精準度，在線路布局上就必須使用特殊的布局。

具體而言，電流偵測電阻兩端必須直接連接控制器的兩個電流偵測接腳，而不能由任意的接地點耦接至控制器的電流偵測接腳。其原因在於，若由任意的接地點耦接至控制器的情況下，電流偵測電阻至接地點的線路會產生額外的線路阻抗。由於輸出電流流過此線路阻抗也會造成壓降，會造成控制器電流偵測的誤判而錯誤地控制轉換電路。但實際狀況下，若是在線路布局未注意或不熟悉的情況下，容易錯誤地將控制器地電流偵測接腳的其中一個接腳連接至其他的接地點而未直接連接電流偵測電阻，進而造成了電流偵測的誤判。

此外，由於現今的控制器接腳的設計越來越精密，使得其單一接腳越來越具有多功能性。因此現今控制器的其中一個電流偵測接腳除了電流偵測功能，額外還增加了控制器接地的功能。在此狀況下，具有接地功能的電流偵測接腳就必須要直接連接在轉換電路輸出電容的接地端，才能準確的偵測到接地點的電壓。因此造成輸出電容接地端又需要直接地耦接在電流偵測電阻地其中一端，使得在控制器能夠為了取得精確地輸出電流與精確地接地電壓情況下，線路布局的困難度大幅度地被增加。

因此，如何設計出一種電阻補償量測輸出電流的方法及其轉換電路，利用簡單的電阻補償計算方式，以在控制器能夠為了取得精確地輸出電流與精確地接地電壓情況下，降低線路布局的困難度，乃為本案發明人所欲行研究的重要課題。

為了解決上述問題，本發明係提供一種電阻補償量測輸出電流的方法，以克服習知技術的問題。因此，本發明之電阻補償量測輸出電流的方法，包括下列步驟：提供轉換單元的次級側迴路，次級側迴路包括偵測電阻與第一線路，第一線路為偵測電阻的第一端至接地點。提供控制轉換單元的控制單元，控制單元耦接接地點與偵測電阻的第二端，且第二端以最短耦接距離耦接控制單元。根據第一電流流過次級側迴路，取得第一線路的第一等效線阻，且控制單元的阻抗高於偵測電阻與第一等效線阻。根據控制單元提供第二電流流經偵測電阻、接地點及控制單元的迴路，取得接地點至控制單元的第二線路的第二等效線阻。及控制單元根據第一等效線阻與第二等效線阻補償偵測電阻。

於一實施例中，第一電流流過偵測電阻與第一線路產生第一電壓，且通過第一電壓減去偵測電阻的偵測電壓取得第一線路的第一線路電壓。

於一實施例中，控制單元根據第一電流與第一線路電壓取得第一等效線阻。

於一實施例中，第二電流流過偵測電阻、第一線路及第二線路產生第二電壓，且通過第二電壓減去偵測電壓與第一線路電壓取得第二線路的第二線路電。

於一實施例中，控制單元根據第二電流與第二線路電壓求得第二等效線阻。

於一實施例中，第一電流由耦接次級側迴路的負載所提供。

於一實施例中，控制單元在轉換單元運作前求得第一等效線阻與第二等效線阻，且在轉換單元運作時，根據偵測電阻的電壓訊號得知輸出電流的大小。

於一實施例中，控制單元通過耦接第一端的第一接點與耦接接地點的第二接點完成控制單元的接地與輸出電流的量測。

為了解決上述問題，本發明係提供一種電阻補償量測輸出電流的轉換電路，以克服習知技術的問題。因此，本發明之電阻補償量測輸出電流的轉換電路，包括：轉換單元，包括次級側迴路，且次級側迴路包括：偵測電阻，串聯於次級側迴路。及第一線路，由偵測電阻的第一端延伸至接地點。控制單元，耦接接地點與偵測電阻的第二端，且第二端以最短耦接距離耦接控制單元。其中，控制單元根據第一電流流過次級側迴路取得第一線路的第一等效線阻，且控制單元提供第二電流流經偵測電阻、接地點及控制單元的迴路取得接地點至控制單元的第二線路的第二等效線阻；控制單元根據第一等效線阻與第二等效線阻補償偵測電阻，且控制單元的阻抗高於偵測電阻與第一等效線阻。

於一實施例中，控制單元包括：第一接點，耦接接地點。及第二接點，耦接第二端。其中，控制單元通過第一接點與第二接點完成控制單元的接地與輸出電流的量測。

為了能更進一步瞭解本發明為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得一深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

100:轉換電路

1:轉換單元

12:初級側迴路

14:次級側迴路

142:濾波電路

144:隔離開關

146:回授補償電路

Rs:偵測電阻

A:第一端

B:第二端

C:輸出電容

G:接地點

T1:第一線路

R1:第一等效線阻

T2:第二線路

R2:第二等效線阻

T3:第三線路

R3:第三等效線阻

2:控制單元

P1:第一接點

P2:第二接點

200:負載

Vin:輸入電源

Vo:輸出電源

V1:第一電壓

V2:第二電壓

Vt1:第一線路電壓

Vt2:第二線路電壓

Vt3:第三線路電壓

Vs:偵測電壓

Io:輸出電流

I1:第一電流

I2:第二電流

圖1為本發明電阻補償量測輸出電流的轉換電路之電路方塊圖；圖2為本發明電阻補償計算方式第一步驟之電路方塊示圖；及圖3為本發明電阻補償計算方式第二步驟之電路方塊示圖。

茲有關本發明之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下：請參閱圖1為本發明電阻補償量測輸出電流的轉換電路之電路方塊圖。轉換電路100包括轉換單元1及控制單元2，且在轉換電路100實際運作時，控制單元2控制轉換單元1將輸入電源Vin轉換為輸出電源Vo，以提供負載 200運作所需之電源。轉換單元1包括初級側迴路12與次級側迴路14，且控制單元2控制初級側迴路12與次級側迴路14，以將輸入電源Vin轉換為輸出電源Vo。次級側迴路14包括濾波電路142、隔離開關144、回授補償電路146及偵測電阻Rs，且濾波電路142、隔離開關144、負載200及偵測電阻Rs以串接的方式構成封閉迴路。在轉換電路100發生異常的情況，通過控制單元2關斷隔離開關144的方式，使轉換電路100不再提供輸出電源Vo至負載200，以提供轉換電路100異常時的電路保護。

輸出電容C的接地端設定為接地點G，其接地點G為次級側迴路14與控制單元2的總接地位置。回授補償電路146耦接濾波電路142至負載200的路徑上，且偵測輸出電源Vo而提供至控制單元2進行回授補償，使控制單元2能夠穩定的控制輸出電源Vo。其中，偵測電阻Rs的第一端A延伸至接地點G的線路定義為第一線路T1，且第一線路T1的線路阻抗為第一等效線阻R1。控制單元2包括第一接點P1與第二接點P2，第一接點P1耦接接地點G，且第二接點P2耦接偵測電阻Rs的第二端B。第一接點P1延伸至接地點G的線路定義為第二線路T2，且第二線路T2的線路阻抗為第二等效線阻R2。偵測電阻Rs的第二端B延伸至第二接點P2的線路定義為第三線路T3，且第三線路T3的線路阻抗為第三等效線阻R3。

具體而言，由於第一線路T1、第二線路T2及第三線路T3皆具有等效線組(R1~R3)，其等效線組(R1~R3)會使得控制單元2通過偵測電阻Rs所量測的電壓訊號不夠準確。其原因在於，等效線組(R1~R3)上流過輸出電流Io時，也會產生線路壓降。意即，電壓訊號的電壓值等同於等效線組(R1~R3)與偵測電阻Rs兩端上的跨壓，而並非單僅有偵測電阻Rs兩端上的跨壓。使得，控制單元2所量測到的電壓訊號並非實際等同於輸出電流Io的大小。此外，在線路佈局方面，若是偵測電阻Rs的第一端A與第二端B等距離地分別耦接控制單元2的第一接點P1與第二接點P2時，的確可解決輸出電流Io量測不準確的問題，但是輸出電容C的接地端又必須直接耦接在偵測電阻Rs的第一端A，且為了使接地點的準位能夠精準地為零，因此上述三點(輸出電容C的接地端、偵測電阻Rs的第一端A及控制單元的第一接點P1)又必須要盡可能地靠近。使得在線路佈局上，為考慮上述原因而造成線路佈局的困難。

因此，本發明之主要目的在於，通過本發明的電阻補償方式，即可使輸出電容C的接地端不需要盡可能地靠近偵測電阻Rs的第一端A，且偵測電阻Rs的第一端A與第二端B也無須等距離地分別耦接控制單元2的第一接點P1與第二接點P2。因此，由於上述特點，本發明之轉換電路100通過上述的線路設計可達成線路布局容易之功效。此外，由於控制單元2在轉換電路100實際運作前，已先進行電阻補償，因此轉換電路100實際運作時，即可準確地量測輸出電流Io。因此，由於上述特點，本發明之轉換電路100可達成提高輸出電流Io量測準確度高之功效。值得一提，於本發明之一實施例中，轉換電路100的細部結構及補償計算方式，會於後文有更進一步的說明。

請參閱圖2為本發明電阻補償計算方式第一步驟之電路方塊示圖，復配合參閱圖1。其第一步驟首先，在轉換電路100尚未實際運作前，利用第一電流I1流過次級側迴路14而取得第一等效線阻R1的阻值。第一電流I1可使用外部電子設備提供，而最為容易實施的方式，是使用電子負載耦接轉換電路100。意即負載200即為電子負載，其可根據操作者的設定而抽取特定的電流。當第一電流I1流過次級側迴路14時，第一電流I1會流過偵測電阻Rs與第一線路T1。此時，控制單元2取得偵測電阻Rs的第二端B至接地點G的第一電壓V1。然後，控制單元2再將第一電壓V1減去偵測電阻Rs的偵測電壓Vs而取得第一線路T1的第一線路電壓Vt1。值得一提，由於控制單元2的第一接點P1與第二接點P2的阻抗為高阻抗(通常阻抗為kΩ等級)，其必定遠高於偵測電阻Rs與第一等效線阻R1的阻抗(通常偵測電阻Rs與第一等效線阻R1的阻抗小於等於Ω等級)。因此，當第一電流I1流過次級側迴路14時，第一電流I1無法通過第二線路T2與第三線路T3流至控制單元2(意即，分流往第一接點P1與第二接點P2的電流趨近於零)。

其中，由於在電路設計時，偵測電阻Rs的阻值已知，因此控制單元2在進行電阻補償計算方式第一步驟之前，即取得偵測電阻Rs的阻值。而且，第一電流I1可根據操作者的設定而抽取特定的電流，因此控制單元2也已取得第一電流I1的電流值。在偵測電阻Rs與第一電流I1已知的情況下，控制單元2即可求得偵測電壓Vs。然後，控制單元2再通過第一電壓V1減去偵測電壓Vs即可得到第一線路T1的第一線路電壓Vt1。最後，控制單元2即可通過已知的第一線路電壓Vt1與第一電流I1取得第一等效線阻R1的阻值。綜上所述，電阻補償計算方式第一步驟之關係式可由：V1=Vs+Vt1=I1*(Rs+R1)所表示，且控制單元2通過第一電流I1流過次級側迴路14即可取得第一等效線阻R1的阻值。

請參閱圖3為本發明電阻補償計算方式第二步驟之電路方塊示圖，復配合參閱圖1~2。其第二步驟首先，在取得第一等效線阻R1的阻值後，控制單元2提供第二電流I2由第二接點P2流經偵測電阻Rs、接地點G至第一接點P1的迴路，或由第一接點P1流經接地點G、偵測電阻Rs至第二接點P2的迴路，取得第二線路T2的第二等效線阻R2。其中，由於此迴路還包括了偵測電阻Rs第二端B至控制單元2第二接點P2的第三線路T3的第三等效線阻R3。因此，此迴路包括了第二等效線阻R2與第三等效線阻R3兩個未知參數。在此迴路包括了兩個未知參數的情況下，若未有特殊的計算方式，僅能獲得第二等效線阻R2與第三等效線阻R3的總阻值。控制單元2雖然也可利用總阻值來進行電阻補償，但由於無法準確地單獨得知第二等效線阻R2的阻值與第三等效線阻R3的阻值，因此相較之下，獲得總阻值的電阻補償所求得的輸出電流Io精確度會稍微低於各別獲得阻值的精確度。

為求取高精確度的情況下，偵測電阻Rs第二端B至控制單元2第二接點P2的耦接距離必須要盡可能地靠近，以使第三線路T3盡可能地縮短。當偵測電阻Rs的第二端B以最短耦接距離耦接控制單元2的第二接點P2時，第三線路T3的線路長度趨近於零，使得第三等效線阻R3的阻值也會趨近於零。藉此，可以使得此迴路僅剩餘一個第二等效線阻R2的未知參數。在線路布局方面，由於發明的轉換電路100僅需要將偵測電阻Rs第二端B至控制單元2第二接點P2的耦接距離盡可能地靠近，而其他接地線路的線路布局並無需要使用特殊的耦接方式。因此可以達成線路布局容易，且易於設計之功效。

當第二電流I2流過控制單元2、偵測電阻Rs及接地點G的迴路時，第二電流I2會流過偵測電阻Rs、第一線路T1、第二線路T2及第三線路T3。此時，控制單元2取得第一接點P1至第二接點P2的第二電壓V2(意即，偵測電阻Rs、第一線路T1、第二線路T2及第三線路T3上的跨壓)。然後，控制單元2再將第一電壓V1減去偵測電壓Vs與的第一線路電壓Vt1而取得第二線路T2的第二線路電壓Vt2與第三線路T3的第三線路電壓Vt3。其中，由於第三等效線阻R3的阻值趨近於零，因此第三線路電壓Vt3也趨近於零。在此條件下，即可得知第二線路T2的第二線路電壓Vt2。

其中，由於偵測電阻Rs的阻值與第一等效線阻R1的阻值已知，因此控制單元2在進行電阻補償計算方式第二步驟之前，即取得偵測電阻Rs與第一等效線阻R1的阻值。而且，第二電流I2是由控制單元2所提供，因此控制單元2也已取得第二電流I2的電流值。在偵測電阻Rs與第一等效線阻R1的阻值、第二電流I2已知的情況下，控制單元2即可求得偵測電壓Vs與第一線路電壓Vt1。然後，控制單元2再通過第二電壓V2減去偵測電壓Vs與第一線路電壓 Vt1即可得到第二線路T2的第二線路電壓Vt2(第三線路電壓Vt3趨近於零)。最後，控制單元2即可通過已知的第二線路電壓Vt2與第二電流I2取得第二等效線阻R2的阻值。綜上所述，電阻補償計算方式第二步驟之關係式可由：V2=Vs+Vt1+Vt2+Vt3=I2*(R1+R2+R3+Rs)所表示，且控制單元2通過第二電流I2流過第一接點P1至第二接點P2的迴路即可取得第二等效線阻R2的阻值。

復參閱圖2~3，本發明之電阻補償方法在轉換單元1實際運作前，控制單元2即取得第一等效線阻R1與第二等效線阻R2的阻值。在控制單元2取得第一等效線阻R1與第二等效線阻R2的阻值後，控制單元2即根據第一等效線阻R1與第二等效線阻R2補償偵測電阻Rs，以在轉換單元1實際運作前完成電阻補償。因此，轉換電路100在實際運作時，控制單元2通過偵測電阻Rs所量測的電壓訊號能夠準確地得知轉換單元1的輸出電流Io。意即，控制單元2所量測到的電壓訊號事實上是偵測電阻Rs、第一等效線阻R1及第二等效線阻R2所產生壓降，控制單元2將其壓降再利用阻抗換算為對應的電流，即為準確的輸出電流Io的大小。

值得一提，於本發明之一實施例中，控制單元2適用僅使用第一接點P1與第二接點P2完成控制單元2的接地與輸出電流Io的量測的控制器。具體而言，由於控制器的設計越來越精密，使得其單一接腳越來越具有多功能性。在習知的控制器中，通常控制器的接地與輸出電流Io的量測的接腳是分開的，因此需要三個接腳才能完成控制器的接地與輸出電流Io的量測。而本發明主要是在控制單元2將接地與輸出電流Io量測的接腳整合為兩個的情況，其良好的線路布局設計更為困難的條件下，使用本發明的電阻補償來降低線路布局的困難度與提高輸出電流Io偵測的精確度。

綜上所述，本發明的實施例的主要優點與功效在於，本發明之轉換電路通過本發明的電阻補償方式，即可使次級側迴路上的輸出電容的接地端無需要盡可能地靠近偵測電阻，且偵測電阻的兩端也無須等距離地分別耦接控制單元，即可達成準確的量測輸出電流與降低線路布局困難度之功效。

惟，以上所述，僅為本發明較佳具體實施例之詳細說明與圖式，惟本發明之特徵並不侷限於此，並非用以限制本發明，本發明之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準，凡合於本發明申請專利範圍之精神與其類似變化之實施例，皆應包括於本發明之範疇中，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。此外，在申請專利範圍和說明書中提到的特徵可以分別單獨地或按照任何組合方式來實施。