TWI812472B - 採用閉迴路的電感電流仿真電路 - Google Patents

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Abstract

本發明公開一種採用閉迴路的電感電流仿真電路。仿真控制電路依據電源轉換器的下橋開關的第一端的電流，以產生仿真電壓訊號。當仿真控制電路輸出仿真電壓訊號至充放電電路時，充放電電路依據仿真電壓訊號，以輸出充放電電流至電容的第一端。當仿真控制電路輸出仿真電壓訊號至電容的控制端以調整電容的電容值時，充放電電路依據電源轉換器的輸入電壓、輸出電壓或兩者以輸出充放電電流至電容的第一端。

Description

採用閉迴路的電感電流仿真電路
本發明涉及電源轉換器，特別是涉及一種適用於電源轉換器的採用閉迴路的電感電流仿真電路。
對於電子裝置而言，電源轉換器為不可缺少的裝置，用以調整電力，並供應調整後的電力給電子裝置。電源轉換器的上橋開關以及下橋開關，必須依據電源轉換器的電路元件的電壓或電流等數據，進行切換，如此才能提供適當的電力給電源轉換器的輸出端連接的電力裝置。然而，現有電源轉換器的偵測電路所偵測到的電感電流不準確且不即時，還需進行校正。
本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種採用閉迴路的電感電流仿真電路。電感電流仿真電路適用於電源轉換器。電源轉換器包含驅動電路、上橋開關、下橋開關、電感以及輸出電容。驅動電路的輸出端連接上橋開關的控制端以及下橋開關的控制端。上橋開關的第一端耦接輸入電壓。上橋開關的第二端連接下橋開關的第一端。下橋開關的第二端接地。上橋開關的第二端以及下橋開關的第一端之間的節點的連接電感的第一端。電感的第二端連接輸出電容的第一端。輸出電容的第二端接地。 所述的採用閉迴路的電感電流仿真電路包含電流感測電路、仿真控制電路、反饋電路以及充放電電路。電流感測電路連接下橋開關的第一端。電流感測電路配置以感測流經下橋開關的第一端的電流以輸出一電流感測訊號。仿真控制電路連接電流感測電路。仿真控制電路配置以依據電流感測訊號的多個電流值以決定一仿真電壓訊號的多個波形的多個電壓值，並輸出仿真電壓訊號。反饋電路連接電容的第一端以及仿真控制電路。電容的第二端接地。反饋電路配置以依據電容的電壓訊號或電流訊號以輸出反饋訊號。仿真控制電路依據反饋訊號以補償仿真電壓訊號，並輸出補償後的仿真電壓訊號。充放電電路連接電容的第一端。當仿真控制電路輸出仿真電壓訊號至相連接的充放電電路時，充放電電路依據仿真電壓訊號，以輸出一充放電電流至電容。當仿真控制電路輸出仿真電壓訊號至相連接的電容的控制端以調整電容的電容值時，充放電電路依據輸入電壓、電感的第二端與輸出電容的第一端之間的節點的電壓或兩者以輸出另一充放電電流至電容的第一端。
在實施例中，反饋電路取得電容的電壓訊號，接著將電容的電壓訊號轉換成電流訊號作為反饋訊號。
在實施例中，仿真控制電路包含取樣和保持電路。取樣和保持電路配置以取樣和保持電流感測訊號以及反饋訊號的多個波形的多個波段上的多個電流值。
在實施例中，取樣和保持電路所取樣和保持的多個電流值包含電流感測訊號、反饋訊號或兩者的多個波形中的一或多者的波谷值。
在實施例中，取樣和保持電路取樣和保持的多個電流值包含電流感測訊號、反饋訊號或兩者在當下時間到達下橋開關開啟的時間的一半時的電流值。
在實施例中，仿真控制電路更包含運算電路。運算電路連接取 樣和保持電路。運算電路配置以計算電流感測訊號的每一波段上在不同時間點的多個電流值之間的差值。
在實施例中，運算電路配置以計算反饋訊號的每一波段上在不同時間點的多個電流值之間的差值。
在實施例中，仿真控制電路更包含第一電阻以及第二電阻。第一電阻的第一端以及第二電阻的第一端連接運算電路。第一電阻的第二端以及第二電阻的第二端接地。運算電路提供電流感測訊號的多個電流值之間的差值至第一電阻，提供反饋訊號的多個電流值之間的差值至第二電阻。所述仿真電壓訊號的電壓取決於第一電阻、第二電阻或兩者的電壓。
在實施例中，仿真控制電路更包含比較電路。比較電路連接第一電阻的第一端以及第二電阻的第一端。比較電路配置以比較第一電阻的第一端的電壓與第二電阻的第一端的電壓以輸出一比較訊號。所述仿真電壓訊號的電壓取決於比較訊號。
在實施例中，仿真控制電路更包含計數器。計數器連接比較電路。計數器配置以依據比較訊號進行計數，以輸出仿真電壓訊號。
在實施例中，仿真控制電路更包含第三電阻。第三電阻的第一端連接取樣和保持電路。第三電阻的第二端接地。第三電阻配置以接收取樣和保持電路所取樣的電流感測訊號的每一波形的起始電流。第三電阻的電壓提供至電容。
在實施例中，所述的採用閉迴路的電感電流仿真電路更包含初始控制電路。初始控制電路連接仿真控制電路以及電容的第一端。仿真控制電路依據感測電流訊號的波谷電流或第三電阻經起始電流充電後的電壓以輸出初始訊號。初始控制電路依據初始訊號以輸出一初始電流至電容，以將電容的電壓訊號的電壓拉至一波谷電壓。
在實施例中，初始控制電路包含開關元件。開關元件的第一端連接仿真控制電路。開關元件的第二端連接電容的第一端。開關元件的控制端耦接一波谷時間脈波訊號。開關元件依據波谷時間脈波訊號的準位而開啟或關閉。
在實施例中，充放電電路包含第一比較器、第一充電電阻以及第一電晶體。第一比較器的第一輸入端連接電感的第二端與輸出電容的第一端之間的節點。第一比較器的第二輸入端連接第一充電電阻的第一端。第一充電電阻的第二端接地。第一比較器的輸出端連接第一電晶體的控制端。第一電晶體的第一端耦接共用電壓。第一電晶體的第二端連接第一充電電阻的第一端。電容的第一端連接第一電晶體的第一端。
在實施例中，仿真控制電路連接第一充電電阻的控制端，以輸出仿真電壓訊號至第一充電電阻的控制端，以調整第一充電電阻的電阻值。
在實施例中，充放電電路更包含第二電晶體。第二電晶體的控制端連接第一比較器的輸出端。第二電晶體的第一端耦接共用電壓。第二電晶體的第二端連接電容的第一端。
在實施例中，充放電電路更包含第三電晶體以及第四電晶體。第三電晶體的第一端和控制端連接第二電晶體的第二端以及第四電晶體的控制端。第四電晶體的第一端連接第一充電電阻的第一端。第三電晶體以及第四電晶體的第二端接地。
在實施例中，充放電電路更包含第二比較器、第二充電電阻以及第五電晶體。第二比較器的第一輸入端耦接輸入電壓。第二比較器的第二輸入端連接第二充電電阻的第一端。第二充電電阻的第二端接地。第一比較器的輸出端連接第五電晶體的控制端。第五電晶體的第一端耦接共用電壓。第五電晶體的第二端連接第二充電電阻的第一端。電容的第一端連接第五電 晶體的第一端。
在實施例中，仿真控制電路連接第二充電電阻的控制端，以輸出仿真電壓訊號至第二充電電阻的控制端，以調整第二充電電阻的電阻值。
在實施例中，充放電電路更包含第六電晶體。第六電晶體的控制端連接第二比較器的輸出端。第六電晶體的第一端耦接共用電壓。第六電晶體的第二端連接電容的第一端。
在實施例中，充放電電路更包含開關元件。開關元件的第一端連接第六電晶體的第二端。開關元件的第二端連接電容的第一端。開關元件的控制端連接驅動電路以從驅動電路接收用以控制上橋開關運作的一上橋導通訊號。在上橋導通訊號的導通時間內，上橋開關以及開關元件開啟。
如上所述，本發明提供一種採用閉迴路的電感電流仿真電路，其採用不同於傳統電源轉換器的偵測電路的電路架構，以偵測電源轉換器的下橋開關的電流訊號的多個波形的多個電流值，並依據偵測到的下橋開關的多個波形的多個電流值，精確地仿真出電感電流完整的資訊。
為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。
90:驅動電路
VIN:輸入電壓
UG:上橋開關
LG:下橋開關
LX:節點
L:電感
IL、IL1、IL2:電感電流
Cout:輸出電容
VOUT:輸出電壓
10:電流感測電路
20:仿真控制電路
31、32:充放電電路
40:反饋電路
50:初始控制電路
Isen:電流感測訊號
Vinit:初始訊號
Iemu1、Iemu2:反饋訊號
Vcomp1、Vcomp2:仿真電壓訊號
Vemu1、Vemu2:電壓訊號
Cm1、Cm2:電容
201:取樣和保持電路
21:第一取樣和保持電路
22:第二取樣和保持電路
23:第三取樣和保持電路
24:第四取樣和保持電路
25:第五取樣和保持電路
202:運算電路
2021:第一算數運算器
2022:第二算數運算器
R1:第一電阻
R2:第二電阻
R3:第三電阻
203:比較器
204:計數器
VCC:共用電壓
310:第一比較器
R41、R42:第一充電電阻
T1:第一電晶體
T2:第二電晶體
T3:第三電晶體
T4:第四電晶體
320:第二比較器
R51、R52:第二充電電阻
T5:第五電晶體
T6:第六電晶體
SW1、SW501:開關元件
VTPS:波谷時間脈波訊號
Vem、Vem21、Vem22:電壓訊號
Vtar、Vtar21、Vtar22:預設電壓訊號
A、B:標示放大區域框線
圖1為本發明第一實施例的採用閉迴路的電感電流仿真電路的電路圖。
圖2為本發明第二實施例的採用閉迴路的電感電流仿真電路的仿真控制電路的電路圖。
圖3為本發明第三實施例的採用閉迴路的電感電流仿真電路的 充放電電路的電路圖。
圖4為本發明第四實施例的採用閉迴路的電感電流仿真電路的初始控制電路的電路圖。
圖5為本發明第五實施例的採用閉迴路的電感電流仿真電路的電路圖。
圖6為本發明第六實施例的採用閉迴路的電感電流仿真電路的仿真控制電路的電路圖。
圖7為本發明第七實施例的採用閉迴路的電感電流仿真電路的充放電電路的電路圖。
圖8為本發明第八實施例的採用閉迴路的電感電流仿真電路的初始控制電路的電路圖。
圖9為本發明第一至第八實施例的採用閉迴路的電感電流仿真電路的訊號的波形圖。
圖10A為本發明第一至第八例的採用閉迴路的電感電流仿真電路的訊號的波形圖。
圖10B為本發明第一至第八實施例的採用閉迴路的電感電流仿真電路的訊號的波形圖。
圖11為本發明第一至第八實施例的採用閉迴路的電感電流仿真電路的訊號的波形圖。
以下是通過特定的具體實施例來說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基 於不同觀點與應用，在不背離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包含相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。
請參閱圖1、圖9、圖10A、圖10B和圖11，其中圖1為本發明第一實施例的採用閉迴路的電感電流仿真電路的電路圖，圖9、圖10A、圖10B和圖11為本發明第一至第八實施例的採用閉迴路的電感電流仿真電路的訊號的波形圖。
本發明實施例的電感電流仿真電路適用於仿真出電源轉換器的電感L的電流即圖1所示的電感電流IL相應的電壓訊號。
電源轉換器包含驅動電路90、上橋開關UG、下橋開關LG、電感L以及輸出電容Cout。驅動電路90的輸出端連接上橋開關UG的控制端以及下橋開關LG的控制端。上橋開關UG的第一端耦接輸入電壓VIN。上橋開關UG的第二端連接下橋開關LG的第一端。下橋開關LG的第二端接地。
上橋開關UG的第二端以及下橋開關LG的第一端之間的節點LX連接電感L的第一端。電感L的第二端連接輸出電容Cout的第一端。輸出電容Cout的第二端接地。電感L的第二端以及輸出電容Cout的第一端之間的節點為電源轉換器的輸出端，此電源轉換器的輸出端的電壓為輸出電壓VOUT。
值得注意的是，本發明實施例的電感電流仿真電路可包含電流感測電路10、仿真控制電路20、充放電電路31以及反饋電路40。若有需要，電感電流仿真電路更可包含初始控制電路50。
電流感測電路10的輸入端連接下橋開關LG的第一端。電流感測電路10的輸出端連接仿真控制電路20的輸入端。仿真控制電路20的輸出端連 接初始控制電路50的輸入端。初始控制電路50的輸出端連接電容Cm1的第一端。電容Cm1的第二端接地。
充放電電路31的輸出端連接電容Cm1的第一端。反饋電路40的輸入端連接電容Cm1的第一端。反饋電路40的輸出端連接仿真控制電路20的輸入端。仿真控制電路20的輸出端連接充放電電路31的輸入端。
首先，電流感測電路10感測流經下橋開關LG的第一端的電流，以輸出一電流感測訊號Isen。仿真控制電路20依據從電流感測電路10接收到的電流感測訊號Isen的多個波形的多個電流值，以決定一仿真電壓訊號Vcomp1的多個波形的多個電壓值，並輸出仿真電壓訊號Vcomp1至充放電電路31。充放電電路31依據從仿真控制電路20接收到的仿真電壓訊號Vcomp1，以輸出一充放電電流至電容Cm1，以對電容Cm1進行充放電。
更進一步，反饋電路40依據電容Cm1的電壓訊號或電流訊號，以輸出反饋訊號Iemu1至仿真控制電路20。舉例而言，反饋電路40取得電容Cm1的電壓訊號，接著將電容Cm1的電壓訊號轉換成電流訊號作為反饋訊號Iemu1輸出至仿真控制電路20，在此僅舉例說明，本發明不以此為限。
當仿真控制電路20從反饋電路40接收到反饋訊號Iemu1時，仿真控制電路20依據反饋訊號Iemu1(其為電容Cm1的電壓訊號或電流訊號)，以補償仿真電壓訊號Vcomp1，並將補償後的仿真電壓訊號Vcomp1輸出至充放電電路31。充放電電路31依據補償後的仿真電壓訊號Vcomp1，以輸出另一充放電電流至電容Cm1，以對電容Cm1進行充放電。
換言之，仿真控制電路20可依據從電流感測電路10接收到的電流感測訊號Isen、從反饋電路40取得的反饋訊號Iemu1或兩者，以輸出仿真電壓訊號Vcomp1輸出至充放電電路31。充放電電路31依據從仿真控制電路20接收到的仿真電壓訊號Vcomp1以對電容Cm1進行充放電。
最後，本發明的電感電流仿真電路可透過電容Cm1充電後的電容電壓以及電容Cm1(向反饋電路40)放電後的電壓訊號的電壓，以仿真出電感電流IL相應的一電壓訊號Vemu1的多個波形的多個波段，包含上升波段以及下降波段。
如圖9、圖10A和圖10B所示，預設電壓訊號Vtar的電壓為電感電流IL的電流值的一半。本發明的電感電流仿真電路依據電感電流IL仿真出電壓訊號Vem。
若電感L的電感值不同，例如分別為0.47uH以及0.68uH時，電感L的電流可分別為如圖11所示的電感電流IL1、電感電流IL2。如圖11所示，本發明的電感電流仿真電路依據電感電流IL1所仿真出的電壓訊號Vem21基本上與一預設電壓訊號Vtar21重疊。本發明的電感電流仿真電路依據電感電流IL2所仿真出的電壓訊號Vem22基本上與一預設電壓訊號Vtar22重疊。顯然，無論電感L的電感值大小，本發明都可精準的仿真出電感電流的資訊。
每當充放電電路31依據仿真電壓訊號Vcomp1所提供的充放電電流所充電的電容Cm1的電壓訊號的時間到達電感電流IL的波谷值的時間點時，初始控制電路50可依據從仿真控制電路20取得的初始訊號Vinit，以輸出一初始電流至電容Cm1，以將電容Cm1的電壓訊號Vemu1的電壓直接拉至一波谷電壓。如此，能更順利仿真出電源轉換器的電感電流IL相應的電壓訊號。
請參閱圖2，其為本發明第二實施例的採用閉迴路的電感電流仿真電路的仿真控制電路的電路圖。
本發明的電感電流仿真電路可包含仿真控制電路例如圖2所示的仿真控制電路20。本發明第一實施例的仿真控制電路20內的配置可與如圖2所示的仿真控制電路20的配置相同，在此僅舉例說明，本發明不以此為限。
如圖2所示，仿真控制電路20的電路元件可包含以下一或多者： 取樣和保持電路201、運算電路202、比較電路(包含比較器203)以及計數器204、第一電阻R1、第二電阻R2以及第三電阻R3。
電流感測電路10的輸出端以及反饋電路40的輸出端連接仿真控制電路20的取樣和保持電路201的輸入端。
取樣和保持電路201的輸出端連接運算電路202的輸入端以及初始控制電路50的輸入端以及第三電阻R3的第一端。第三電阻R3的第二端接地。運算電路202的輸出端連接比較電路的比較器203的第一輸入端和第二輸入端、第一電阻R1的第一端以及第二電阻R2的第一端。第一電阻R1的第二端以及第二電阻R2的第二端接地。
比較電路的比較器203的輸出端連接計數器204的輸入端。計數器204的輸出端連接充放電電路31的輸入端。如圖1所示，充放電電路31的輸出端以及初始控制電路50的輸出端連接電容Cm1。
取樣和保持電路201可為單一電路，或可包含多個取樣和保持電路例如但不限於圖2所示的第一取樣和保持電路21、第二取樣和保持電路22、第三取樣和保持電路23、第四取樣和保持電路24以及第五取樣和保持電路25。
運算電路202可為單一電路，或可包含多個算數運算器例如但不限於圖2所示的第一算數運算器2021以及第二算數運算器2022。
如圖2所示，第一取樣和保持電路21的輸入端、第二取樣和保持電路22的輸入端以及第三取樣和保持電路23的輸入端可連接電流感測電路10的輸出端。第一取樣和保持電路21的輸出端可連接初始控制電路50的輸入端以及第三電阻R3的第一端。
第二取樣和保持電路22的輸出端以及第三取樣和保持電路23的輸出端可連接第一算數運算器2021的輸入端。第一算數運算器2021的輸出端可連接比較電路的比較器203的第一輸入端以及第一電阻R1的第一端。
第四取樣和保持電路24的輸入端以及第五取樣和保持電路25的輸入端可連接反饋電路40的輸出端。第四取樣和保持電路24的輸出端以及第五取樣和保持電路25的輸出端可連接第二算數運算器2022的輸入端。第二算數運算器2022的輸出端可連接比較電路的比較器203的第二輸入端以及第二電阻R2的第一端。
首先，第二取樣和保持電路22可取樣和保持電流感測訊號Isen的多個波形的每一波段(包含上升波段和下降波段)上的多個電流值中的其中一電流值，例如但不限於在到達圖1所示的下橋開關LG開啟的時間的一半時，電流感測訊號Isen的下降波段的電流值。
第三取樣和保持電路23可取樣和保持電流感測訊號Isen的多個波形的每一波段(包含上升波段和下降波段)上的多個電流值中的另一電流值，例如電流感測訊號Isen的波谷電流值。
接著，第一算數運算器2021可計算第二取樣和保持電路22所保持的電流值與第三取樣和保持電路23所保持的電流值之間的差值，以輸出第一電流訊號至比較器203的第一輸入端或第一電阻R1的第一端。
第四取樣和保持電路24可取樣和保持反饋訊號Iemu1(其為電容Cm1的電壓訊號或電流訊號)的多個波形的每一波段(包含上升波段和下降波段)上的多個電壓值或電流值中的其中一者，例如但不限於在到達如圖1所示的下橋開關LG開啟的時間的一半時，反饋訊號Iemu1的電壓值或電流值。
第五取樣和保持電路25可取樣和保持反饋訊號Iemu1的多個波形的每一波段(包含上升波段和下降波段)上的多個電流值中的另一電流值，例如但不限於反饋訊號Iemu1的波谷電壓值或波谷電流值。
第二算數運算器2022可計算第四取樣和保持電路24所保持的數值(電壓值或電流值)與第五取樣和保持電路25所保持的數值(電壓值或電流值) 的差值，以輸出第二電流訊號或第二電壓訊號至比較器203的第二輸入端或第二電阻R2的第一端。
接著，比較器203可將比較器203的第一輸入端的電壓與比較器203的第二輸入端的電壓進行比較，以輸出一比較訊號。計數器204可依據從比較器203接收到的比較訊號進行計數，以輸出一仿真電壓訊號Vcomp1。
第一取樣和保持電路21可取樣和保持電流感測訊號Isen的波谷電流，並依據保持的電流感測訊號Isen的波谷電流以輸出初始訊號Vinit至初始控制電路50。替換地，第一取樣和保持電路21可將保持的電流感測訊號Isen的波谷電流提供至第三電阻R3以充電第三電阻R3，並將充電後的第三電阻R3的電壓訊號作為初始訊號Vinit提供至初始控制電路50。
每當充放電電路31依據仿真電壓訊號Vcomp1所提供的充放電電流充電的電容Cm的電壓訊號的時間點到達電感電流IL的波谷值的時間點時，初始控制電路50可依據從仿真控制電路20的第一取樣和保持電路21或第三電阻R3取得的初始訊號Vinit，以輸出一初始電流至電容Cm1，以將電容Cm1的電壓訊號Vemu1的電壓拉至一波谷電壓。如此，能更順利仿真出電源轉換器的電感電流IL相應的電壓訊號。
請參閱圖3，其為本發明第三實施例的採用閉迴路的電感電流仿真電路的充放電電路的電路圖。
本發明的電感電流仿真電路可包含充放電電路例如圖3所示的充放電電路31。本發明第一實施例的充放電電路31的配置可與如圖2所示的充放電電路31的配置相同，在此僅舉例說明，本發明不以此為限。
如圖3所示，充放電電路31可包含第一比較器310、第一充電電阻R41以及第一電晶體T1。
充放電電路31的第一比較器310的第一輸入端例如非反相輸入 端連接電源轉換器的輸出端，即如圖1所示的電感L的第二端以及輸出電容Cout的第一端之間的節點，以接收此節點的輸出電壓VOUT。
第一比較器310的第二輸入端例如反相輸入端連接第一充電電阻R41的第一端。第一比較器310的輸出端連接第一電晶體T1的控制端。第一電晶體T1的第一端耦接共用電壓VCC。第一電晶體T1的第二端連接第一充電電阻R41的第一端。第一充電電阻R41的第二端接地。
值得注意的是，在本實施例中，充放電電路31的第一充電電阻R41為可變電阻，仿真控制電路20連接第一充電電阻R41的控制端，以輸出仿真電壓訊號Vcomp1至第一充電電阻R41的控制端，以依據仿真電壓訊號Vcomp1的電壓值來調整第一充電電阻R41的電阻值，進而調整第一電晶體T1的電流。
若有需要，充放電電路31更可包含第二電晶體T2，與第一電晶體T1形成第一電流鏡。第一電晶體T1的第一端的電流作為第一電流鏡的輸入電流，第二電晶體T2的第二端的電流為第一電流鏡的輸出電流。第一電流鏡的輸入電流與第一電流鏡的輸出電流的比例為1：N，N為正值。如此，可將第一電晶體T1的第一端的電流放大或縮減為N倍後形成第二電晶體T2的第二端的電流。
若有需要，充放電電路31更可包含第三電晶體T3以及第四電晶體T4，組成第二電流鏡。第三電晶體T3的第一端至第二端的電流等於第二電晶體T2的第一端至第二端的電流。第三電晶體T3的第一端的電流作為第二電流鏡的輸入電流，第四電晶體T4的第一端至第二端的電流為第二電流鏡的輸出電流。第二電流鏡的輸入電流與第二電流鏡的輸出電流的比例為1：M，M為正值。如此，可將第一電晶體T1的第一端至第二端的電流放大或縮減為N×M倍後形成第四電晶體T4的第一端至第二端的電流。
第一電晶體T1的第一端至第二端的電流(經放大或縮減為N×M倍後)可對電容Cm1進行放電。放電後的電容Cm1的電壓訊號作為本發明的電感電流仿真電路依據電源轉換器的電感L的電感電流IL所仿真出的相應的電壓訊號的(下降)波段。
充放電電路31可更包含第二比較器320、第二充電電阻R51以及第五電晶體T5。
若有需要，第二比較器320的第一輸入端例如非反相輸入端耦接輸入電壓VIN。第二比較器320的第二輸入端例如反相輸入端連接第二充電電阻R51的第一端。第二充電電阻R51的第二端接地。
第二比較器320的輸出端連接第五電晶體T5的控制端。第五電晶體T5的第一端耦接共用電壓VCC。第五電晶體T5的第二端連接第二充電電阻R51的第一端。
值得注意的是，在本實施例中，充放電電路31的第二充電電阻R51為可變電阻，仿真控制電路20連接第二充電電阻R51的控制端，以輸出仿真電壓訊號Vcomp1至第二充電電阻R51的控制端，以依據仿真電壓訊號Vcomp1的電壓值來調整第二充電電阻R51的電阻值，進而調整流經第二充電電阻R51以及第五電晶體T5的電流值。
若有需要，充放電電路31更可包含第六電晶體T6，與第五電晶體T5組成第三電流鏡。第五電晶體T5的第一端的電流作為第三電流鏡的輸入電流，第六電晶體T6的第二端的電流為第三電流鏡的輸出電流。第三電流鏡的輸入電流與第三電流鏡的輸出電流的比例為1：P，P為正值。如此，可將第五電晶體T5的第一端至第二端的電流放大或縮減為P倍形成第六電晶體T6的第二端的電流。
若有需要，充放電電路31更可包含開關元件SW1。開關元件SW1 的第一端連接第六電晶體T6的第二端。開關元件SW1的第二端連接電容Cm1的第一端。開關元件SW1的控制端可連接如圖1所示的驅動電路90或其他驅動電路的輸出端。
當驅動電路90驅動開關元件SW1在上橋導通訊號(在高準位)的導通時間即上橋開關UG開啟的時間內開啟時，第五電晶體T5的第一端至第二端的電流(經放大或縮減為P倍後)通過開關元件SW1提供至電容Cm1，以對電容Cm1進行充電。充電後的電容Cm1的電壓訊號作為本發明的電感電流仿真電路依據電源轉換器的電感L的電感電流IL所仿真出的相應的電壓訊號的(上升)波段。
請參閱圖4，其為本發明第四實施例的採用閉迴路的電感電流仿真電路的初始控制電路的電路圖。
如圖1所示的電感電流仿真電路可包含如圖4所示的初始控制電路50。如圖1所示的初始控制電路50的電路元件配置可與如圖4所示的初始控制電路50相同。
如圖4所示，初始控制電路50可包含開關元件SW501。開關元件SW501的第一端連接仿真控制電路20的輸出端。開關元件SW501的第二端連接電容Cm1的第一端。
開關元件SW501的控制端可連接如圖1所示的驅動電路90的輸出端，以從驅動電路90接收一波谷時間脈波訊號VTPS。依據波谷時間脈波訊號VTPS，在每到達經仿真控制電路20充電或放電後的電容Cm1的電壓訊號的波谷的時間點，開關元件SW501開啟，以將電容Cm1的電壓訊號的電壓拉至一波谷電壓。
請參閱圖5，其為本發明第五實施例的採用閉迴路的電感電流仿真電路的電路圖。第五實施例與第一實施例的相同之處不在此贅述。
第五實施例與第一實施例的差異之一在於，第一實施例的電容Cm1為固定電容，但第五實施例的電容Cm2為可變電容且此可變電容的控制端連接仿真控制電路20，以通過仿真控制電路20來調整電容Cm2的電容值。
仿真控制電路20依據從電流感測電路10接收到的電流感測訊號Isen，以輸出仿真電壓訊號Vcomp2至電容Cm2的控制端，以依據仿真電壓訊號Vcomp2的電壓值來調整電容Cm2的電容值。
在第五實施例中，充放電電路32不依據仿真電壓訊號Vcomp2，而是依據電源轉換器的上橋開關UG的第一端的輸入電壓Vin與電源轉換器的輸出電壓VOUT(即電感L的第二端與輸出電容Cout的第一端之間的節點的電壓)或兩者，以輸出一充放電電流至電容Cm2的第一端，以充電電容Cm2。
反饋電路40可依據電容Cm2的電壓訊號或電流訊號，以輸出反饋訊號Iemu2至仿真控制電路20。舉例而言，反饋電路40取得電容Cm2的電壓訊號，接著將電容Cm2的電壓訊號轉換成電流訊號作為反饋訊號Iemu2輸出至仿真控制電路20，在此舉例說明，本發明不以此為限。
接著，仿真控制電路20可依據從反饋電路40接收到的反饋訊號Iemu2，來補償仿真電壓訊號Vcomp2，並將補償後的仿真電壓訊號Vcomp2輸出至電容Cm2的控制端，以依據補償後的仿真電壓訊號Vcomp2的電壓值來調整電容Cm2的電容值。
也就是說，仿真控制電路20可依據從電流感測電路10接收到的電流感測訊號Isen、從反饋電路40接收到的反饋訊號Iemu2或兩者，來調整電容Cm2的電容值。
請參閱圖6，其為本發明第六實施例的採用閉迴路的電感電流仿真電路的仿真控制電路的電路圖。第六實施例與第二實施例相同之處不在此贅述。
如圖6所示的仿真控制電路20可與如圖2所示的仿真控制電路20相同，在此僅舉例說明，本發明不以此為限。如圖5所示的仿真控制電路20內的配置可與如圖6所示的仿真控制電路20內的配置相同。
圖6的第六實施例與圖2的第二實施例差異僅在於，圖2的仿真控制電路20的計數器204的輸出端連接至充放電電路30的輸入端，但圖6的仿真控制電路20的計數器204的輸出端連接至電容Cm2的控制端。在第六實施例中，電容Cm2的電容值依據仿真控制電路20的計數器204輸出的仿真電壓訊號Vcomp2的電壓值而調整。
請參閱圖7，其為本發明第七實施例的採用閉迴路的電感電流仿真電路的充放電電路的電路圖。
如圖7所示的充放電電路32可與如圖3所示的充放電電路32相同，在此僅舉例說明，本發明不以此為限。如圖5所示的充放電電路32內的配置可與如圖7所示的充放電電路32內的配置相同。第七實施例與第三實施例相同之處不在此贅述。
圖7的第七實施例與圖3的實施例差異在於，圖3的第一充電電阻R41以及第二充電電阻R51為可變電阻，此可變電阻的電阻值隨仿真電壓訊號Vcomp1的電壓而調整，而圖7的第一充電電阻R42以及第二充電電阻R52為固定電阻，此固定電阻的電阻值為恆定值、不隨仿真電壓訊號Vcomp2的電壓值改變。
再者，圖3的充放電電路31的開關元件SW1的第二端以及第四電晶體T4的第一端連接為固定電容的電容Cm1的第一端，而圖7的充放電電路32的開關元件SW1的第二端以及第四電晶體T4的第一端則是連接為可變電容的電容Cm2的第一端。
請參閱圖8，其為本發明第八實施例的採用閉迴路的電感電流仿 真電路的初始控制電路的電路圖。第八實施例與第四實施例相同之處不在此贅述。
圖4的第四實施例與圖8的第八實施例差異在於，圖4的開關元件SW501的第二端連接為固定電容的電容Cm1的第一端但仿真控制電路20不連接電容Cm1，但圖8的開關元件SW501的第二端連接為可變電容的電容Cm2的第一端並且仿真控制電路20連接可變電容的電容Cm2的控制端以調整為可變電容的電容Cm2的電容值。
綜上所述，本發明提供一種採用閉迴路的電感電流仿真電路，其採用不同於傳統電源轉換器的偵測電路的電路架構，以偵測電源轉換器的下橋開關的電流訊號的多個波形的多個電流值，並依據偵測到的下橋開關的多個波形的多個電流值，精確地仿真出電感電流完整的資訊。
以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。
90:驅動電路
VIN:輸入電壓
UG:上橋開關
LG:下橋開關
LX:節點
L:電感
IL:電感電流
Cout:輸出電容
VOUT:輸出電壓
10:電流感測電路
20:仿真控制電路
31:充放電電路
40:反饋電路
50:初始控制電路
Isen:電流感測訊號
Vinit:初始訊號
Iemu1:反饋訊號
Vcomp1:仿真電壓訊號
Vemu1:電壓訊號
Cm1:電容

Claims (21)

  1. 一種採用閉迴路的電感電流仿真電路，適用於一電源轉換器，該電源轉換器包含一驅動電路、一上橋開關、一下橋開關、一電感以及一輸出電容，該驅動電路的輸出端連接該上橋開關的控制端以及該下橋開關的控制端，該上橋開關的第一端耦接一輸入電壓，該上橋開關的第二端連接該下橋開關的第一端，該下橋開關的第二端接地，該上橋開關的第二端以及該下橋開關的第一端之間的節點的連接一電感的第一端，該電感的第二端連接該輸出電容的第一端，該輸出電容的第二端接地，所述的採用閉迴路的電感電流仿真電路包含： 一電流感測電路，連接該下橋開關的第一端，配置以感測流經該下橋開關的第一端的電流以輸出一電流感測訊號； 一仿真控制電路，連接該電流感測電路，配置以依據該電流感測訊號的多個電流值以決定一仿真電壓訊號的多個波形的多個電壓值，並輸出該仿真電壓訊號； 一反饋電路，連接一電容的第一端以及該仿真控制電路，該電容的第二端接地，該反饋電路配置以依據該電容的一電壓訊號或一電流訊號以輸出一反饋訊號，該仿真控制電路依據該反饋訊號以補償該仿真電壓訊號，並輸出補償後的該仿真電壓訊號；以及 一充放電電路，連接該電容的第一端； 其中，當該仿真控制電路輸出該仿真電壓訊號至相連接的該充放電電路時，該充放電電路依據該仿真電壓訊號，以輸出一充放電電流至該電容的第一端； 其中，當該仿真控制電路輸出該仿真電壓訊號至相連接的該電容的控制端以調整該電容的電容值時，該充放電電路依據該輸入電壓、該電感的第二端與該輸出電容的第一端之間的節點的電壓或兩者以輸出另一充放電電流至該電容的第一端。
  2. 如請求項1所述的採用閉迴路的電感電流仿真電路，其中該反饋電路取得該電容的該電壓訊號，接著將該電容的該電壓訊號轉換成該電流訊號作為該反饋訊號。
  3. 如請求項1所述的採用閉迴路的電感電流仿真電路，其中該仿真控制電路包含一取樣和保持電路，配置以取樣和保持該電流感測訊號以及該反饋訊號的多個波形的多個波段上的多個電流值。
  4. 如請求項3所述的採用閉迴路的電感電流仿真電路，其中該取樣和保持電路所取樣和保持的該多個電流值包含該電流感測訊號、該反饋訊號或兩者的該多個波形中的一或多者的波谷值。
  5. 如請求項3所述的採用閉迴路的電感電流仿真電路，其中該取樣和保持電路取樣和保持的該多個電流值包含該電流感測訊號、該反饋訊號或兩者在當下時間到達該下橋開關開啟的時間的一半時的電流值。
  6. 如請求項3所述的採用閉迴路的電感電流仿真電路，其中該仿真控制電路更包含一運算電路，連接該取樣和保持電路，配置以計算該電流感測訊號的每一該波段上在不同時間點的該多個電流值之間的差值。
  7. 如請求項6所述的採用閉迴路的電感電流仿真電路，其中該運算電路配置以計算該反饋訊號的每一該波段上在不同時間點的該多個電流值之間的差值。
  8. 如請求項7所述的採用閉迴路的電感電流仿真電路，其中該仿真控制電路更包含一第一電阻以及一第二電阻，該第一電阻的第一端以及該第二電阻的第一端連接該運算電路以及該充放電電路，該第一電阻的第二端以及該第二電阻的第二端接地，該運算電路提供該電流感測訊號的該多個電流值之間的差值至該第一電阻，提供該反饋訊號的該多個電流值之間的差值至該第二電阻，該仿真電壓訊號的電壓取決於該第一電阻、該第二電阻或兩者的電壓。
  9. 如請求項8所述的採用閉迴路的電感電流仿真電路，其中該仿真控制電路更包含一比較電路，連接該第一電阻的第一端以及該第二電阻的第一端，配置以比較該第一電阻的第一端的電壓與該第二電阻的第一端的電壓以輸出一比較訊號，該仿真電壓訊號的電壓取決於該比較訊號。
  10. 如請求項9所述的採用閉迴路的電感電流仿真電路，其中該仿真控制電路更包含一計數器，連接該比較電路，配置以依據該比較訊號進行計數，以輸出該仿真電壓訊號。
  11. 如請求項10所述的採用閉迴路的電感電流仿真電路，其中該仿真控制電路更包含一第三電阻，該第三電阻的第一端連接該取樣和保持電路，該第三電阻的第二端接地，該第三電阻配置以接收該取樣和保持電路所取樣的該電流感測訊號的每一該波形的一起始電流，該第三電阻的電壓提供至該電容。
  12. 如請求項11所述的採用閉迴路的電感電流仿真電路，更包含： 一初始控制電路，連接該仿真控制電路以及該電容的第一端，其中該仿真控制電路依據該感測電流訊號的波谷電流或該第三電阻經該起始電流充電後的電壓以輸出一初始訊號，該初始控制電路依據該初始訊號以輸出一初始電流至該電容，以將該電容的該電壓訊號的電壓拉至一波谷電壓。
  13. 如請求項12所述的採用閉迴路的電感電流仿真電路，其中該初始控制電路包含一開關元件，該開關元件的第一端連接該仿真控制電路，該開關元件的第二端連接該電容的第一端，該開關元件的控制端耦接一波谷時間脈波訊號，該開關元件依據該波谷時間脈波訊號的準位而開啟或關閉。
  14. 如請求項1所述的採用閉迴路的電感電流仿真電路，其中該充放電電路包含一第一比較器、一第一充電電阻以及一第一電晶體，該第一比較器的第一輸入端連接該電感的第二端與該輸出電容的第一端之間的節點，該第一比較器的第二輸入端連接該第一充電電阻的第一端，該第一充電電阻的第二端接地，該第一比較器的輸出端連接該第一電晶體的控制端，該第一電晶體的第一端耦接一共用電壓，該第一電晶體的第二端連接該第一充電電阻的第一端，該電容的第一端連接該第一電晶體的第一端。
  15. 如請求項14所述的採用閉迴路的電感電流仿真電路，其中該仿真控制電路連接該第一充電電阻的控制端，以輸出該仿真電壓訊號至該第一充電電阻的控制端，以調整該第一充電電阻的電阻值。
  16. 如請求項14所述的採用閉迴路的電感電流仿真電路，其中該充放電電路更包含一第二電晶體，該第二電晶體的控制端連接該第一比較器的輸出端，該第二電晶體的第一端耦接該共用電壓，該第二電晶體的第二端連接該電容的第一端。
  17. 如請求項16所述的採用閉迴路的電感電流仿真電路，其中該充放電電路更包含一第三電晶體以及一第四電晶體，該第三電晶體的第一端和控制端連接該第二電晶體的第二端以及該第四電晶體的控制端，該第四電晶體的第一端連接該第一充電電阻的第一端，該第三電晶體以及該第四電晶體的第二端接地。
  18. 如請求項17所述的採用閉迴路的電感電流仿真電路，其中該充放電電路更包含一第二比較器、一第二充電電阻以及一第五電晶體，該第二比較器的第一輸入端耦接該輸入電壓，該第二比較器的第二輸入端連接該第二充電電阻的第一端，該第二充電電阻的第二端接地，該第一比較器的輸出端連接該第五電晶體的控制端，該第五電晶體的第一端耦接該共用電壓，該第五電晶體的第二端連接該第二充電電阻的第一端，該電容的第一端連接該第五電晶體的第一端。
  19. 如請求項18所述的採用閉迴路的電感電流仿真電路，其中該仿真控制電路連接該第二充電電阻的控制端，以輸出該仿真電壓訊號至該第二充電電阻的控制端，以調整該第二充電電阻的電阻值。
  20. 如請求項19所述的採用閉迴路的電感電流仿真電路，其中該充放電電路更包含一第六電晶體，該第六電晶體的控制端連接該第二比較器的輸出端，該第六電晶體的第一端耦接該共用電壓，該第六電晶體的第二端連接該電容的第一端。
  21. 如請求項20所述的採用閉迴路的電感電流仿真電路，其中該充放電電路更包含一開關元件，該開關元件的第一端連接該第六電晶體的第二端，該開關元件的第二端連接該電容的第一端，該開關元件的控制端連接該驅動電路以從該驅動電路接收用以控制該上橋開關運作的一上橋導通訊號，該上橋開關以及該開關元件在該上橋導通訊號的一導通時間內開啟。
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