TWI822227B - 具共用接腳之高效率升壓功因修正電路及其轉換控制電路 - Google Patents

具共用接腳之高效率升壓功因修正電路及其轉換控制電路 Download PDF

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Abstract

一種升壓型功因修正電路，包含：彼此耦接的開關及電感器；電流感測元件，用以根據流經開關的電流而產生電流感測訊號；溫度感測元件，以非接觸方式耦接於電感器，用以產生溫度感測訊號；以及轉換控制電路，用以操作開關，其中轉換控制電路為積體電路，包括：共用接腳，耦接於溫度感測元件與電流感測元件；電流感測電路以及溫度感測電路，用以通過共用接腳分別於開關導通、不導通時，分別感測相關於電流感測訊號、溫度感測訊號的多工感測訊號；其中溫度感測訊號相關於輸入電壓、輸出電壓及溫度感測元件隨待測溫度變化之至少一電性參數。

Description

具共用接腳之高效率升壓功因修正電路及其轉換控制電路
本發明係有關一種升壓型功因修正電路，特別是指一種具有共用接腳之高效率升壓型功因修正電路。本發明也有關用於高效率升壓功因修正電路的轉換控制電路。
請參照圖1， 圖1是先前技術之升壓型功因修正電路的示意圖。如圖1所示，先前技術之升壓型功因修正電路1000包含升壓型功率級電路101、控制電路102及溫敏電阻RT1。升壓型功因修正電路1000用以轉換輸入電壓VI而產生具有功因修正的輸出電壓VO。升壓型功率級電路101包括電感L、開關SW11及開關SW12。控制電路102為積體電路，經由接腳FB而偵測回授電壓VF，且經由接腳CS而偵測電流感測電阻RC1所產生的電流感測訊號VC1，並根據回授電壓VF與電流感測訊號VC1而經由接腳GA控制開關SW11及開關SW12根據占空比而切換。此外，控制電路102需經由接腳GD而連接於接地電位。為避免升壓型功因修正電路1000因溫度過高而損毀，控制電路102經由接腳TS耦接於溫敏電阻RT1，藉此偵測溫敏電阻RT1所產生的溫度感測訊號VT1而進行過高溫度保護(over temperature protection, OTP)。
上述先前技術之缺點在於，控制電路102需採用專用接腳進行溫度感測，以達成升壓型功因修正電路1000的過高溫度保護，因此將增加積體電路面積，且增加成本。
有鑑於此，本發明即針對上述先前技術之不足，提出一種具有共用接腳之高效率升壓型功因修正電路，不僅可以在減少耗費積體電路面積且降低成本的情況下，達成升壓型功因修正電路的過高溫度保護，更可以提升升壓型功因修正電路的效率。
本發明提供了一種升壓型功因修正電路，用以轉換一輸入電壓以產生具功因修正的一輸出電壓，包含：一升壓型功率級電路，包括彼此耦接的一第一開關及一第一電感器；一電流感測元件，耦接於該第一開關，用以根據流經該第一開關的電流而產生一電流感測訊號；一溫度感測元件，以非接觸方式耦接於該第一電感器，用以產生一溫度感測訊號；以及一轉換控制電路，用以操作該第一開關，以控制該第一電感器根據一占空比而於該輸出電壓與一接地電位之間切換，以轉換該輸入電壓而產生該輸出電壓，其中該轉換控制電路為一積體電路，該轉換控制電路包括：一共用接腳，耦接於該溫度感測元件與該電流感測元件；一電流感測電路，用以於該第一開關導通時，通過該共用接腳感測一多工感測訊號，此時該多工感測訊號相關於該電流感測訊號，其中該轉換控制電路用以根據該電流感測訊號以控制該占空比；以及一溫度感測電路，用以於該第一開關不導通時，通過該共用接腳感測該多工感測訊號，此時該多工感測訊號對應於該溫度感測訊號，其中當該溫度感測訊號超過一溫度感測閾值時，示意一待測溫度高於一預設溫度閾值；其中該溫度感測訊號相關於該輸入電壓、該輸出電壓及該溫度感測元件隨該待測溫度變化之至少一電性參數。
在一些實施例中，上述升壓型功因修正電路更包含一第二電感器，用以通過電磁感應方式耦接於該第一電感器，其中該第二電感器之第一端耦接於該溫度感測元件，其中該溫度感測訊號相關於該輸入電壓與該輸出電壓之差。
在一些實施例中，上述第二電感器與該第一電感器形成一變壓器，該第一電感器對應於該變壓器的一第一繞組，該第二電感器對應於該變壓器的一第二繞組。
在一些實施例中，上述溫度感測電路用以於該第二電感器的一去磁時段內，通過該共用接腳感測該溫度感測訊號。
在一些實施例中，上述升壓型功因修正電路更包含一單向導通元件，耦接於該第二電感器與該溫度感測元件之間，藉此使得該共用接腳之電壓不小於0。
在一些實施例中，上述升壓型功因修正電路更包含：一分壓電阻，耦接於該單向導通元件；以及一濾波電阻，耦接於該電流感測訊號與該多工感測訊號之間，用以將該電流感測訊號濾波而產生該多工感測訊號；其中該第二電感器通過電磁感應方式而產生一輔助電壓，其中於該第一開關不導通時，該分壓電阻、該溫度感測元件、該濾波電阻與該電流感測元件用以將該輔助電壓分壓，以產生該多工感測訊號，此時該多工感測訊號相關於該溫度感測訊號。
在一些實施例中，上述溫度感測元件為具有正溫度係數或負溫度係數之一溫敏電阻，其中該溫度感測訊號正比於該輸出電壓與該輸入電壓之差值，且反比於該溫敏電阻之電阻值。
在一些實施例中，上述電流感測元件為一電流感測電阻，串聯於該第一開關，其中該溫度感測訊號更正比於該第二電感器與該第一電感器之間的一匝數比，且該溫度感測訊號更正比於該輸出電壓與該輸入電壓之差值之一分壓，其中該分壓相關於該溫敏電阻之電阻值與該電流感測電阻之電阻值。
在一些實施例中，上述轉換控制電路更包括：一脈寬控制電路，用以根據該輸出電壓與相關於該電流感測訊號的一電流相關訊號而產生一脈寬調變訊號且決定該占空比，其中該脈寬調變訊號用以控制該第一開關根據該占空比而切換，其中該脈寬控制電路還用以產生相關於該脈寬調變訊號的一致能訊號； 其中該溫度感測電路包括：一比較電路，耦接於該共用接腳，用以根據該致能訊號示意該第一開關為關斷時，比較該溫度感測訊號與該溫度感測閾值，以判斷該待測溫度是否高於該預設溫度閾值。
在一些實施例中，上述轉換控制電路更包括一去抖動電路或一計數器，用以降低該溫度感測訊號之雜訊。
在一些實施例中，上述升壓型功因修正電路更包含一零電流偵測電阻，其中該轉換控制電路更包括：一零電流偵測接腳，其中該零電流偵測電阻耦接於該零電流偵測接腳與該第二電感器之第一端之間，其中該第二電感器之該第一端耦接於溫度感測元件；以及一箝位與偵測電路，用以通過該零電流偵測接腳箝位該零電流偵測接腳上的一零電流偵測電壓使其不低於一預設之負電壓，且用以偵測該零電流偵測電壓而判斷該第一電感器之電流到達0之一零電流時點。
在一些實施例中，上述轉換控制電路更根據該零電流時點而控制該升壓型功率級電路操作於一邊界導通模式或一不連續導通模式。
在一些實施例中，上述該第二電感器之第一端通過該零電流偵測電阻耦接於該零電流偵測接腳，藉此於該零電流偵測接腳產生該零電流偵測電壓。
在一些實施例中，上述該箝位與偵測電路更根據該零電流偵測電壓而產生該溫度感測閾值。
本發明也提供了一種轉換控制電路，用於一升壓型功因修正電路，其中該升壓型功因修正電路用以轉換一輸入電壓以產生具功因修正的一輸出電壓，且包括：一升壓型功率級電路，包括彼此耦接的一第一開關及一第一電感器；一電流感測元件，耦接於該第一開關，用以根據流經該第一開關的電流而產生一電流感測訊號；以及一溫度感測元件，以非接觸方式耦接於該第一電感器，用以產生一溫度感測訊號；該轉換控制電路用以操作該第一開關，以控制該第一電感器根據一占空比而於該輸出電壓與一接地電位之間切換，以轉換該輸入電壓而產生該輸出電壓，其中該轉換控制電路為一積體電路，該轉換控制電路包含：一共用接腳，耦接於該溫度感測元件與該電流感測元件；一電流感測電路，用以於該第一開關導通時，通過該共用接腳感測一多工感測訊號，此時該多工感測訊號相關於該電流感測訊號，其中該轉換控制電路用以根據該電流感測訊號以控制該占空比；以及一溫度感測電路，用以於該第一開關不導通時，通過該共用接腳感測該多工感測訊號，此時該多工感測訊號對應於該溫度感測訊號，其中當該溫度感測訊號超過一溫度感測閾值時，示意一待測溫度高於一預設溫度閾值；其中該溫度感測訊號相關於該輸入電壓、該輸出電壓及該溫度感測元件隨該待測溫度變化之至少一電性參數。
以下將藉由具體實施例詳加說明，以更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
本發明中的圖式均屬示意，主要意在表示各電路間之耦接關係，以及各訊號波形之間之關係，至於電路、訊號波形與頻率則並未依照比例繪製。為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明，但這並不旨在限制本發明的申請專利範圍。
請參照圖2，圖2是本發明之一實施例中升壓型功因修正電路的示意圖。在一實施例中，整流器10將交流電壓整流而產生輸入電壓Vin，升壓型功因修正電路2000用以轉換輸入電壓Vin以產生具功因修正的輸出電壓Vout。在一實施例中，升壓型功因修正電路2000包含升壓型功率級電路120、電流感測元件Rcs、溫度感測元件Rt及轉換控制電路220。在一實施例中，升壓型功率級電路120包括第一開關、第二開關及第一電感器L1。在一實施例中，第一開關對應於下橋開關，第二開關對應於上橋開關，其中第一開關可以為金氧半(MOS, Metal-Oxide-Semiconductor)電晶體，第二開關可以為開關或二極體。本實施例中，第一開關為電晶體Q1(NMOS電晶體)，第二開關為二極體D1。在一實施例中，第一電感器L1之第一端、電晶體Q1之第一端、二極體D1之第一端共同耦接於節點N1，藉此將輸入電壓Vin升壓轉換為輸出電壓Vout。在一實施例中，電流感測元件Rcs為電流感測電阻，串聯於電晶體Q1與接地電位之間。
在一實施例中，如圖2所示，電流感測元件Rcs耦接於電晶體Q1，用以根據流經電晶體Q1的電流而產生電流感測訊號Scs，溫度感測元件Rt以非接觸方式耦接於第一電感器L1，用以產生溫度感測訊號Sts，其中溫度感測元件Rt之至少一電性參數，例如電阻，相關於環境溫度，可具有正溫度係數或負溫度係數。在一實施例中，轉換控制電路220用以操作電晶體Q1，以控制第一電感器L1根據占空比而於輸出電壓Vout與接地電位之間切換，以轉換輸入電壓Vin而產生輸出電壓Vout。在一實施例中，轉換控制電路220為積體電路，轉換控制電路220包括：共用接腳Pm、接腳Gt、接腳Gn、接腳Fb、電流感測電路20、溫度感測電路30以及脈寬控制電路40。在一實施例中，共用接腳Pm耦接於溫度感測元件Rt與電流感測元件Rcs，接腳Gt耦接於電晶體Q1的閘極電壓Vg，接腳Gn耦接於接地電位，接腳Fb耦接於回授訊號Vfb。
請同時參照圖2與圖3，圖3是本發明之一實施例中升壓型功因修正電路的操作波形圖。在一實施例中，於圖3所示之時點t0至時點t1之時段中，電晶體Q1受閘極電壓Vg控制而導通，流經第一電感器L1的電流IL1隨時間而增加，電流感測電路20用以通過共用接腳Pm感測多工感測訊號Vms，以產生電流相關訊號Vcs’，此時(時點t0至時點t1之時段中)多工感測訊號Vms相關於電流感測訊號Scs；於圖3所示之時點t2至時點t3之時段中，電晶體Q1受閘極電壓Vg控制而不導通，流經第一電感器L1的電流IL1隨時間而降低，溫度感測電路30用以通過共用接腳Pm感測多工感測訊號Vms，此時(時點t2至時點t3之時段中)多工感測訊號Vms對應於溫度感測訊號Sts，溫度感測訊號Sts相關於待測溫度，當溫度感測訊號Sts超過溫度感測閾值Vref時，溫度感測電路30示意待測溫度高於預設溫度閾值，相關細節詳如後述。在一實施例中，溫度感測訊號Sts相關於輸入電壓Vin、輸出電壓Vout及溫度感測元件Rt隨待測溫度變化之至少一電性參數。在一實施例中，脈寬控制電路40用以根據回授訊號Vfb與相關於電流感測訊號Scs的電流相關訊號Vcs’而產生脈寬調變訊號PWM且決定其占空比，其中脈寬調變訊號PWM用以控制電晶體Q1根據占空比而切換。
在一實施例中，溫度感測元件Rt為具有正溫度係數或負溫度係數之溫敏電阻。請同時參照圖4A與圖4B，圖4A是本發明之一實施例中溫度感測元件為具有正溫度係數溫敏電阻的電阻值與溫度關係圖，圖4B是本發明之一實施例中溫度感測元件為具有負溫度係數溫敏電阻的電阻值與溫度關係圖。請同時參照圖2與圖4A，在一實施例中，當溫度感測元件Rt為具有正溫度係數之溫敏電阻時，如圖4A所示，電阻值隨溫度升高而增加，預設溫度閾值Tth1可對應於電阻值Rth1，本實施例中，電阻值Rth1又可對應於溫度感測閾值Vref，因此當溫度感測訊號Sts超過溫度感測閾值Vref時，溫度感測電路30產生過溫訊號OTP以示意待測溫度高於預設溫度閾值Tth1，脈寬控制電路40並根據過溫訊號OTP而控制電晶體Q1關斷，以進行過高溫度保護。請同時參照圖2與圖4B，在一實施例中，當溫度感測元件Rt為具有負溫度係數之溫敏電阻時，如圖4B所示，電阻值隨溫度升高而降低，預設溫度閾值Tth2可對應於電阻值Rth2，本實施例中，電阻值Rth2又可對應於溫度感測閾值Vref，因此當溫度感測訊號Sts低於溫度感測閾值Vref時，溫度感測電路30產生過溫訊號OTP以示意待測溫度高於預設溫度閾值Tth2，脈寬控制電路40並根據過溫訊號OTP而控制電晶體Q1關斷，以進行過高溫度保護。
請同時參照圖5A與圖5B，圖5A是本發明之一實施例中升壓型功率級電路的示意圖，圖5B是本發明之另一實施例中升壓型功率級電路的示意圖。圖5A之升壓型功率級電路121相似於圖2之升壓型功率級電路120，在一具體實施例中，升壓型功率級電路121更包括線圈Lc及微分器15，線圈Lc用以偵測第一電感器L1的電流IL，微分器15用以將電流IL微分而產生第一電感器L1的跨壓VL，藉此使得溫度感測元件Rt根據跨壓VL而產生溫度感測訊號Sts。圖5B之升壓型功率級電路122相似於圖2之升壓型功率級電路120，在一具體實施例中，升壓型功率級電路122更包括第二電感器L2，第二電感器L2用以通過電磁感應方式耦接於第一電感器L1，本實施例中，溫度感測訊號Sts相關於輸入電壓Vin與輸出電壓Vout之差。
請參照圖6，圖6是本發明之一實施例中升壓型功因修正電路的示意圖。圖6之升壓型功因修正電路6000相似於圖2之升壓型功因修正電路2000，在一實施例中，升壓型功因修正電路6000更包含第二電感器L2、單向導通元件、分壓電阻Rset、濾波電阻Rp、濾波電容Cp以及零電流偵測電阻Rzc，其中單向導通元件例如為二極體或同步整流開關，本實施例中，單向導通元件為二極體Dt，用以使得共用接腳Pm之電壓不小於0。在一實施例中，轉換控制電路226更包括箝位與偵測電路70及零電流偵測接腳Zc。在一實施例中，溫度感測電路31包括：比較電路50及去抖動電路或計數器60，比較電路50耦接於共用接腳Pm，用以比較溫度感測訊號Sts與溫度感測閾值Vref以產生前置過溫訊號OTP’，去抖動電路或計數器60用以根據前置過溫訊號OTP’而產生過溫訊號OTP，藉此降低溫度感測訊號Sts之雜訊(例如來自升壓型功率級電路120之切換所造成之振鈴雜訊)。
在一實施例中，如圖6所示，第二電感器L2用以通過電磁感應方式耦接於第一電感器L1，以產生輔助電壓Vaux，本實施例中，第二電感器L2與第一電感器L1形成變壓器，第一電感器L1對應於變壓器的第一繞組，第二電感器L2對應於變壓器的第二繞組，其中第一繞組與第二繞組之匝數比為1:n。在一實施例中，第二電感器L2之第一端耦接於溫度感測元件Rt，二極體Dt耦接於第二電感器L2與溫度感測元件Rt之間，藉此使得共用接腳Pm之電壓不小於0，亦即使得多工感測訊號Vms之電壓不小於0。在一實施例中，分壓電阻Rset耦接於二極體Dt與第二電感器L2之間，或耦接於二極體Dt與溫度感測元件Rt之間，用以將輔助電壓Vaux分壓或限制流經第二電感器L2的電流。在一實施例中，濾波電阻Rp耦接於電流感測訊號Scs與多工感測訊號Vms之間，濾波電容Cp耦接於多工感測訊號Vms與接地電位之間。在一實施例中，脈寬控制電路40更用以產生相關於脈寬調變訊號PWM的致能訊號EN。在一實施例中，零電流偵測電阻Rzc耦接於零電流偵測接腳Zc與第二電感器L2之第一端之間，第二電感器L2之第一端通過零電流偵測電阻Rzc耦接於零電流偵測接腳Zc，藉此於零電流偵測接腳Zc產生零電流偵測電壓Vzc，箝位與偵測電路70用以通過零電流偵測接腳Zc箝位零電流偵測電壓Vzc，使其不低於預設之負電壓且不高於預設之正電壓。且箝位與偵測電路70用以偵測零電流偵測電壓Vzc而判斷第一電感器L1之電流IL到達0之零電流時點。
請同時參照圖3與圖6，在一實施例中，於第二電感器L2的激磁時段內，即圖3的時點t0至時點t1之時段中，電流感測電路20通過共用接腳Pm感測多工感測訊號Vms，此時多工感測訊號Vms相關於電流感測訊號Scs。具體而言，時點t0至時點t1之時段中，脈寬控制電路40所產生的脈寬調變訊號PWM經由接腳Gt控制電晶體Q1的閘極電壓Vg為高位準，使得電晶體Q1導通，濾波電阻Rp用以將電流感測訊號Scs濾波而產生多工感測訊號Vms，藉此使得多工感測訊號Vms在時點t0至時點t1之時段中對應於濾波後的電流感測訊號Scs。需說明的是，圖6之實施例中，在時點t0至時點t1之時段中，輔助電壓Vaux為-n*Vin。
在一實施例中，於第二電感器L2的去磁時段內(即第二電感器L2的電流下降至0之前)，即圖3的時點t2至時點t3之時段中，溫度感測電路31通過共用接腳Pm感測溫度感測訊號Sts。具體而言，時點t2至時點t3之時段中，脈寬控制電路40所產生的脈寬調變訊號PWM經由接腳Gt控制電晶體Q1的閘極電壓Vg為低位準，使得電晶體Q1不導通，且脈寬控制電路40用以產生致能訊號EN以示意電晶體Q1為關斷，藉此使得比較電路50根據致能訊號EN比較溫度感測訊號Sts與溫度感測閾值Vref，以判斷待測溫度是否高於預設溫度閾值。需說明的是，於時點t2至時點t3之時段中，多工感測訊號Vms對應於溫度感測訊號Sts。舉例而言，在一實施例中，當溫度感測元件Rt為具有正溫度係數之溫敏電阻時，於時點t2至時點t3之時段中，當待測溫度為溫度T1時，如圖3中Vms(T1)之波形，對應於溫度感測訊號Sts的多工感測訊號Vms之電壓低於溫度感測閾值Vref之電壓，比較電路50判斷待測溫度(T1)未高於預設溫度閾值；當待測溫度為溫度T2時，如圖3中Vms(T2)之波形，對應於溫度感測訊號Sts的多工感測訊號Vms之電壓高於溫度感測閾值Vref之電壓，比較電路50產生前置過溫訊號OTP’以示意待測溫度(T2)高於預設溫度閾值，去抖動電路或計數器60根據前置過溫訊號OTP’而產生過溫訊號OTP，脈寬控制電路40並根據過溫訊號OTP而控制電晶體Q1關斷，以進行過高溫度保護。
圖6之實施例中，在時點t2至時點t3之時段中，輔助電壓Vaux為n*(Vout-Vin)，分壓電阻Rset、溫度感測元件Rt、濾波電阻Rp與電流感測元件Rcs用以將輔助電壓Vaux分壓，以產生多工感測訊號Vms，多工感測訊號Vms可以下列式1表示：
Vms=[(Vout-Vin)*n-VDt]*(Rcs+Rp)/(Rset+Rt+Rcs+Rp)     式1
式1中，Vms為多工感測訊號Vms之電壓，對應於溫度感測訊號Sts之電壓，n為第二電感器L2與第一電感器L1的匝數比，VDt為二極體Dt之電壓，Rset、Rt、Rp、Rcs分別為分壓電阻Rset、溫度感測元件Rt、濾波電阻Rp、電流感測元件Rcs各自對應的電阻值，本實施例中，分壓電阻Rset為具有相對較低溫度係數的電阻，溫度感測元件Rt為具有相對較高溫度係數的溫敏電阻。由式1可知，溫度感測訊號Sts之電壓正比於輸出電壓Vout與輸入電壓Vin之差值之一分壓，也正比於第二電感器L2與第一電感器L1之間的匝數比n，且反比於溫敏電阻之電阻值。其中該分壓相關於溫敏電阻之電阻值與電流感測電阻之電阻值。
請參照圖7，圖7是本發明之一具體實施例中升壓型功因修正電路的示意圖。圖7之升壓型功因修正電路7000相似於圖6之升壓型功因修正電路6000，在一實施例中，圖7之轉換控制電路227中的箝位與偵測電路71包括比較器80、電晶體B1、電晶體B2、電晶體B3、電晶體M1、電晶體M2、電阻R1及二極體Dz。在一實施例中，電晶體B1、電晶體B2與電晶體B3為相同導電型雙極性接面電晶體(BJT, bipolar junction transistor)，其中電晶體B1與電晶體B2為二極體耦接式BJT，電晶體M1與電晶體M2為相同導電型金氧半(MOS, Metal-Oxide-Semiconductor) 電晶體。在一實施例中，二極體Dz為齊納二極體(Zener diode)，二極體Dz用以通過零電流偵測接腳Zc箝位零電流偵測電壓Vzc使其不低於預設之負電壓且不高於預設之正電壓，本實施例中，預設之負電壓為齊納二極體順向偏壓之相反數，預設之正電壓為齊納二極體逆向偏壓之相反數。
請同時參照圖3與圖7，在一實施例中，電晶體B1、電晶體B2、電晶體B3、二極體Dz用以鏡像電流源產生的電流Ib而產生電流I1，電晶體M1與電晶體M2用以鏡像電流I1而產生電流I2，電阻R1根據電流I2而產生與輸入電壓Vin相關的訊號kVin，電流Irz亦根據電流I2而產生。需說明的是，在圖3中時點t0至時點t1之時段中，由於輔助電壓Vaux相關於輸入電壓Vin，電流Irz又相關於輔助電壓Vaux，因此電流I2相關於輸入電壓Vin，進而使得訊號kVin相關於輸入電壓Vin。
請繼續參照圖3與圖7，在一實施例中，比較器80用以偵測零電流偵測電壓Vzc，並用以比較零電流偵測電壓Vzc與電壓閾值Vtr以產生比較電壓Vcmp，藉此判斷第一電感器L1之電流IL1到達0之零電流時點(穩態時，第一電感器L1之電流IL1之谷底為0)，具體而言，如圖3所示，當零電流偵測電壓Vzc小於電壓閾值Vtr之瞬間，比較電壓Vcmp示意偵測到零電流偵測電壓Vzc之膝點，並藉此判斷第一電感器L1之電流IL1到達0之零電流時點(時點t3)，進而使得脈寬控制電路40根據比較電壓Vcmp而控制比較電路50轉為禁能狀態。在一實施例中，比較電壓Vcmp也可用以判斷時點t2。在一實施例中，脈寬控制電路40更根據上述零電流時點(時點t3) 而控制升壓型功率級電路120操作於不連續導通模式(Discontinuous Conduction Mode, DCM)，如圖3所示，當比較電壓Vcmp偵測到膝點並示意到達零電流時點(時點t3)時，脈寬調變訊號PWM控制電晶體Q1持續不導通，此時二極體D1亦轉為不導通，直到下一個週期開始(時點t4)，因此，於時點t3至時點t4之時段中，輔助電壓Vaux、零電流偵測電壓Vzc及多工感測訊號Vms都將出現震盪波形。
請同時參照圖7與圖8，圖8是本發明之一實施例中升壓型功因修正電路的操作波形圖。在一實施例中，脈寬控制電路40更根據上述零電流時點(時點t3) 而控制升壓型功率級電路120操作於邊界導通模式(Boundary Conduction Mode, BCM)，如圖8所示，當比較電壓Vcmp偵測到膝點並示意到達零電流時點(時點t3)時，脈寬調變訊號PWM控制電晶體Q1轉為導通，即開始新的週期。需說明的是，在邊界導通模式中，第一電感器L1之電流IL1到達0時(時點t3)，立即進入下一個週期，因此，輔助電壓Vaux、零電流偵測電壓Vzc及多工感測訊號Vms將不會出現震盪波形。還需說明的是，第一電感器L1的第一端上的電壓Vlx，在時點t0至時點t1之時段中相關於輸入電壓Vin，在時點t2至時點t3之時段中相關於輸出電壓Vout與輸入電壓Vin之差值。
請參照圖9，圖9是本發明之一具體實施例中升壓型功因修正電路中轉換控制電路的示意圖。圖9的轉換控制電路229相似於圖7的轉換控制電227，在一實施例中，轉換控制電路229更包括訊號產生電路90，訊號產生電路90用以根據零電流偵測電壓Vzc而產生溫度感測閾值Vref。
綜上所述，本發明之升壓型功因修正電路使用共用接腳，使得電流感測電路、溫度感測電路可分別於第一開關導通、不導通時，分別偵測電流、溫度，因此可以在減少耗費積體電路面積且降低成本的情況下，達成升壓型功因修正電路的過高溫度保護，更可以提升升壓型功因修正電路的效率。
以上已針對較佳實施例來說明本發明，唯以上所述者，僅係為使熟悉本技術者易於了解本發明的內容而已，並非用來限定本發明之權利範圍。所說明之各個實施例，並不限於單獨應用，亦可以組合應用，舉例而言，兩個或以上之實施例可以組合運用，而一實施例中之部分組成亦可用以取代另一實施例中對應之組成部件。此外，在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化以及各種組合，舉例而言，本發明所稱「根據某訊號進行處理或運算或產生某輸出結果」，不限於根據該訊號的本身，亦包含於必要時，將該訊號進行電壓電流轉換、電流電壓轉換、及／或比例轉換等，之後根據轉換後的訊號進行處理或運算產生某輸出結果。由此可知，在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化以及各種組合，其組合方式甚多，在此不一一列舉說明。因此，本發明的範圍應涵蓋上述及其他所有等效變化。
10:整流器 15:微分器 101:升壓型功率級電路 102:控制電路 120:升壓型功率級電路 121:升壓型功率級電路 122:升壓型功率級電路 1000:升壓型功因修正電路 20:電流感測電路 220:轉換控制電路 226:轉換控制電路 227:轉換控制電路 229:轉換控制電路 2000:升壓型功因修正電路 30:溫度感測電路 31:溫度感測電路 40:脈寬控制電路 50:比較電路 60:去抖動電路或計數器 6000:升壓型功因修正電路 70:箝位與偵測電路 71:箝位與偵測電路 7000:升壓型功因修正電路 80:比較器 90:訊號產生電路 B1, B2, B3:電晶體 Cp:濾波電容 CS:接腳 D1:二極體 Dt:二極體 Dz:二極體 EN:致能訊號 FB:接腳 Fb:接腳 GA:接腳 GD:接腳 Gn:接腳 Gt:接腳 I1:電流 I2:電流 Ib:電流 IL:電流 IL1:電流 Irz:電流 kVin:訊號 L:電感 L1:第一電感器 L2:第二電感器 Lc:線圈 M1, M2:電晶體 n:匝數比 N1:節點 OTP:過溫訊號 OTP’:前置過溫訊號 Pm:共用接腳 PWM:脈寬調變訊號 Q1:電晶體 R1:電阻 RC1:電流感測電阻 Rcs:電流感測元件 Rp:濾波電阻 Rset:分壓電阻 Rt:溫度感測元件 RT1:溫敏電阻 Rth1:電阻值 Rth2:電阻值 Rzc:零電流偵測電阻 Scs:電流感測訊號 Sts:溫度感測訊號 SW11:開關 SW12:開關 t0~t4:時點 T1, T2:溫度 TS:接腳 Tth1:預設溫度閾值 Tth2:預設溫度閾值 Vaux:輔助電壓 VC1:電流感測訊號 Vcmp:比較電壓 Vcs’:電流相關訊號 VF:回授電壓 Vfb:回授訊號 Vg:閘極電壓 VI:輸入電壓 Vin:輸入電壓 VL:跨壓 Vlx:電壓 Vms:多工感測訊號 VO:輸出電壓 Vout:輸出電壓 Vref:溫度感測閾值 VT1:溫度感測訊號 Vtr:電壓閾值 Vzc:零電流偵測電壓 Zc:零電流偵測接腳
圖1是先前技術之升壓型功因修正電路的示意圖。
圖2是本發明之一實施例中升壓型功因修正電路的示意圖。
圖3是本發明之一實施例中升壓型功因修正電路的操作波形圖。
圖4A是本發明之一實施例中溫度感測元件為具有正溫度係數溫敏電阻的電阻值與溫度關係圖。
圖4B是本發明之一實施例中溫度感測元件為具有負溫度係數溫敏電阻的電阻值與溫度關係圖。
圖5A是本發明之一實施例中升壓型功率級電路的示意圖。
圖5B是本發明之另一實施例中升壓型功率級電路的示意圖。
圖6是本發明之一實施例中升壓型功因修正電路的示意圖。
圖7是本發明之一具體實施例中升壓型功因修正電路的示意圖。
圖8是本發明之一實施例中升壓型功因修正電路的操作波形圖。
圖9是本發明之一具體實施例中升壓型功因修正電路中轉換控制電路的示意圖。
120:升壓型功率級電路
20:電流感測電路
226:轉換控制電路
31:溫度感測電路
40:脈寬控制電路
50:比較電路
60:去抖動電路或計數器
6000:升壓型功因修正電路
70:箝位與偵測電路
Cp:濾波電容
D1:二極體
Dt:二極體
EN:致能訊號
Fb:接腳
Gn:接腳
Gt:接腳
IL1:電流
L1:第一電感器
L2:第二電感器
n:匝數比
OTP:過溫訊號
OTP’:前置過溫訊號
Pm:共用接腳
PWM:脈寬調變訊號
Q1:電晶體
Rcs:電流感測元件
Rp:濾波電阻
Rset:分壓電阻
Rt:溫度感測元件
Rzc:零電流偵測電阻
Scs:電流感測訊號
Sts:溫度感測訊號
Vaux:輔助電壓
Vcs’:電流相關訊號
Vfb:回授訊號
Vg:閘極電壓
Vin:輸入電壓
Vms:多工感測訊號
Vout:輸出電壓
Vref:溫度感測閾值
Vzc:零電流偵測電壓
Zc:零電流偵測接腳

Claims (28)

  1. 一種升壓型功因修正電路，用以轉換一輸入電壓以產生具功因修正的一輸出電壓，包含： 一升壓型功率級電路，包括彼此耦接的一第一開關及一第一電感器； 一電流感測元件，耦接於該第一開關，用以根據流經該第一開關的電流而產生一電流感測訊號； 一溫度感測元件，以非接觸方式耦接於該第一電感器，用以產生一溫度感測訊號；以及 一轉換控制電路，用以操作該第一開關，以控制該第一電感器根據一占空比而於該輸出電壓與一接地電位之間切換，以轉換該輸入電壓而產生該輸出電壓，其中該轉換控制電路為一積體電路，該轉換控制電路包括： 一共用接腳，耦接於該溫度感測元件與該電流感測元件； 一電流感測電路，用以於該第一開關導通時，通過該共用接腳感測一多工感測訊號，此時該多工感測訊號相關於該電流感測訊號，其中該轉換控制電路用以根據該電流感測訊號以控制該占空比；以及 一溫度感測電路，用以於該第一開關不導通時，通過該共用接腳感測該多工感測訊號，此時該多工感測訊號對應於該溫度感測訊號，其中當該溫度感測訊號超過一溫度感測閾值時，示意一待測溫度高於一預設溫度閾值； 其中該溫度感測訊號相關於該輸入電壓、該輸出電壓及該溫度感測元件隨該待測溫度變化之至少一電性參數。
  2. 如請求項1所述之升壓型功因修正電路，更包含一第二電感器，用以通過電磁感應方式耦接於該第一電感器，其中該第二電感器之第一端耦接於該溫度感測元件，其中該溫度感測訊號相關於該輸入電壓與該輸出電壓之差。
  3. 如請求項2所述之升壓型功因修正電路，其中該第二電感器與該第一電感器形成一變壓器，該第一電感器對應於該變壓器的一第一繞組，該第二電感器對應於該變壓器的一第二繞組。
  4. 如請求項2所述之升壓型功因修正電路，其中該溫度感測電路用以於該第二電感器的一去磁時段內，通過該共用接腳感測該溫度感測訊號。
  5. 如請求項2所述之升壓型功因修正電路，更包含一單向導通元件，耦接於該第二電感器與該溫度感測元件之間，藉此使得該共用接腳之電壓不小於0。
  6. 如請求項5所述之升壓型功因修正電路，更包含： 一分壓電阻，耦接於該單向導通元件；以及 一濾波電阻，耦接於該電流感測訊號與該多工感測訊號之間，用以將該電流感測訊號濾波而產生該多工感測訊號； 其中該第二電感器通過電磁感應方式而產生一輔助電壓，其中於該第一開關不導通時，該分壓電阻、該溫度感測元件、該濾波電阻與該電流感測元件用以將該輔助電壓分壓，以產生該多工感測訊號，此時該多工感測訊號相關於該溫度感測訊號。
  7. 如請求項2所述之升壓型功因修正電路，其中該溫度感測元件為具有正溫度係數或負溫度係數之一溫敏電阻，其中該溫度感測訊號正比於該輸出電壓與該輸入電壓之差值，且反比於該溫敏電阻之電阻值。
  8. 如請求項7所述之升壓型功因修正電路，其中該電流感測元件為一電流感測電阻，串聯於該第一開關，其中該溫度感測訊號更正比於該第二電感器與該第一電感器之間的一匝數比，且該溫度感測訊號更正比於該輸出電壓與該輸入電壓之差值之一分壓，其中該分壓相關於該溫敏電阻之電阻值與該電流感測電阻之電阻值。
  9. 如請求項1所述之升壓型功因修正電路，其中該轉換控制電路更包括： 一脈寬控制電路，用以根據該輸出電壓與相關於該電流感測訊號的一電流相關訊號而產生一脈寬調變訊號且決定該占空比，其中該脈寬調變訊號用以控制該第一開關根據該占空比而切換，其中該脈寬控制電路還用以產生相關於該脈寬調變訊號的一致能訊號； 其中該溫度感測電路包括： 一比較電路，耦接於該共用接腳，用以根據該致能訊號示意該第一開關為關斷時，比較該溫度感測訊號與該溫度感測閾值，以判斷該待測溫度是否高於該預設溫度閾值。
  10. 如請求項1所述之升壓型功因修正電路，其中該轉換控制電路更包括一去抖動電路或一計數器，用以降低該溫度感測訊號之雜訊。
  11. 如請求項2所述之升壓型功因修正電路，更包含一零電流偵測電阻，其中該轉換控制電路更包括： 一零電流偵測接腳，其中該零電流偵測電阻耦接於該零電流偵測接腳與該第二電感器之第一端之間，其中該第二電感器之該第一端耦接於溫度感測元件；以及 一箝位與偵測電路，用以通過該零電流偵測接腳箝位該零電流偵測接腳上的一零電流偵測電壓使其不低於一預設之負電壓，且用以偵測該零電流偵測電壓而判斷該第一電感器之電流到達0之一零電流時點。
  12. 如請求項11所述之升壓型功因修正電路，其中該轉換控制電路更根據該零電流時點而控制該升壓型功率級電路操作於一邊界導通模式或一不連續導通模式。
  13. 如請求項11所述之升壓型功因修正電路，其中該第二電感器之第一端通過該零電流偵測電阻耦接於該零電流偵測接腳，藉此於該零電流偵測接腳產生該零電流偵測電壓。
  14. 如請求項11所述之升壓型功因修正電路，其中該箝位與偵測電路更根據該零電流偵測電壓而產生該溫度感測閾值。
  15. 一種轉換控制電路，用於一升壓型功因修正電路，其中該升壓型功因修正電路用以轉換一輸入電壓以產生具功因修正的一輸出電壓，且包括：一升壓型功率級電路，包括彼此耦接的一第一開關及一第一電感器；一電流感測元件，耦接於該第一開關，用以根據流經該第一開關的電流而產生一電流感測訊號；以及一溫度感測元件，以非接觸方式耦接於該第一電感器，用以產生一溫度感測訊號；該轉換控制電路用以操作該第一開關，以控制該第一電感器根據一占空比而於該輸出電壓與一接地電位之間切換，以轉換該輸入電壓而產生該輸出電壓，其中該轉換控制電路為一積體電路，該轉換控制電路包含： 一共用接腳，耦接於該溫度感測元件與該電流感測元件； 一電流感測電路，用以於該第一開關導通時，通過該共用接腳感測一多工感測訊號，此時該多工感測訊號相關於該電流感測訊號，其中該轉換控制電路用以根據該電流感測訊號以控制該占空比；以及 一溫度感測電路，用以於該第一開關不導通時，通過該共用接腳感測該多工感測訊號，此時該多工感測訊號對應於該溫度感測訊號，其中當該溫度感測訊號超過一溫度感測閾值時，示意一待測溫度高於一預設溫度閾值； 其中該溫度感測訊號相關於該輸入電壓、該輸出電壓及該溫度感測元件隨該待測溫度變化之至少一電性參數。
  16. 如請求項15所述之轉換控制電路，其中該升壓型功因修正電路更包括一第二電感器，用以通過電磁感應方式耦接於該第一電感器，其中該第二電感器之第一端耦接於該溫度感測元件，其中該溫度感測訊號相關於該輸入電壓與該輸出電壓之差。
  17. 如請求項16所述之轉換控制電路，其中該第二電感器與該第一電感器形成一變壓器，該第一電感器對應於該變壓器的一第一繞組，該第二電感器對應於該變壓器的一第二繞組。
  18. 如請求項16所述之轉換控制電路，其中溫度感測電路用以於該第二電感器的一去磁時段內，通過該共用接腳感測該溫度感測訊號。
  19. 如請求項16所述之轉換控制電路，其中該升壓型功因修正電路更包括一單向導通元件，耦接於該第二電感器與該溫度感測元件之間，藉此使得該共用接腳之電壓不小於0。
  20. 如請求項19所述之轉換控制電路，其中該升壓型功因修正電路更包括： 一分壓電阻，耦接於該單向導通元件；以及 一濾波電阻，耦接於該電流感測訊號與該多工感測訊號之間，用以將該電流感測訊號濾波而產生該多工感測訊號； 其中該第二電感器通過電磁感應方式而產生一輔助電壓，其中於該第一開關不導通時，該分壓電阻、該溫度感測元件、該濾波電阻與該電流感測元件用以將該輔助電壓分壓，以產生該多工感測訊號，此時該多工感測訊號相關於該溫度感測訊號。
  21. 如請求項16所述之轉換控制電路，其中該溫度感測元件為具有正溫度係數或負溫度係數之一溫敏電阻，其中該溫度感測訊號正比於該輸出電壓與該輸入電壓之差值，且反比於該溫敏電阻之電阻值。
  22. 如請求項21所述之轉換控制電路，其中該電流感測元件為一電流感測電阻，串聯於該第一開關，其中該溫度感測訊號更正比於該第二電感器與該第一電感器之間的一匝數比，且該溫度感測訊號更正比於該輸出電壓與該輸入電壓之差值之一分壓，其中該分壓相關於該溫敏電阻之電阻值與該電流感測電阻之電阻值。
  23. 如請求項15所述之轉換控制電路，更包含： 一脈寬控制電路，用以根據該輸出電壓與相關於該電流感測訊號的一電流相關訊號而產生一脈寬調變訊號且決定該占空比，其中該脈寬調變訊號用以控制該第一開關根據該占空比而切換，其中該脈寬控制電路還用以產生相關於該脈寬調變訊號的一致能訊號； 其中該溫度感測電路包括： 一比較電路，耦接於該共用接腳，用以根據該致能訊號示意該第一開關為關斷時，比較該溫度感測訊號與該溫度感測閾值，以判斷該待測溫度是否高於該預設溫度閾值。
  24. 如請求項15所述之轉換控制電路，更包含：一去抖動電路或一計數器，用以降低該溫度感測訊號之雜訊。
  25. 如請求項16所述之轉換控制電路，其中該升壓型功因修正電路更包括一零電流偵測電阻，該轉換控制電路更包含： 一零電流偵測接腳，其中該零電流偵測電阻耦接於該零電流偵測接腳與該第二電感器之第一端之間，其中該第二電感器之該第一端耦接於溫度感測元件；以及 一箝位與偵測電路，用以通過該零電流偵測接腳箝位該零電流偵測接腳上的一零電流偵測電壓使其不低於一預設之負電壓，且用以偵測該零電流偵測電壓而判斷該第一電感器之電流到達0之一零電流時點。
  26. 如請求項25所述之轉換控制電路，更根據該零電流時點而控制該升壓型功率級電路操作於一邊界導通模式或一不連續導通模式。
  27. 如請求項25所述之轉換控制電路，其中該第二電感器之第一端通過該零電流偵測電阻耦接於該零電流偵測接腳，藉此於該零電流偵測接腳產生該零電流偵測電壓。
  28. 如請求項25所述之轉換控制電路，其中該箝位與偵測電路更根據該零電流偵測電壓而產生該溫度感測閾值。
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