偵測電源轉換器平均輸出電流的裝置及相關的方法
【專利摘要】本發明公開了一種偵測電源轉換器平均輸出電流的裝置及相關的方法。該裝置包含一電流產生單元、一第一電壓產生單元、一第一電流鏡單元及一第二電流鏡單元。該電流產生單元根據一中間電壓，產生一第一充電電流；該第一電壓產生單元根據該第一充電電流、一第一放電電流、一放電時間與一反相的放電時間，產生一第一節點電壓；該第一電流鏡單元根據該第一節點電壓，產生一第一電流，和根據該第一電流，產生有關該電源轉換器的二次側的平均輸出電流的一第二電壓；該第二電流鏡單元根據該第一電流，產生該第一放電電流。因此，本發明不僅可實時偵測該平均輸出電流，也可根據該第二電壓，限制該電源轉換器的一次側的偵測電壓或對該一次側執行過電流保護。
【專利說明】偵測電源轉換器平均輸出電流的裝置及相關的方法
【技術領域】
[0001]本發明公開一種偵測電源轉換器平均輸出電流的裝置及偵測電源轉換器平均輸出電流的方法，尤指一種可實時得到有關于電源轉換器的二次側的平均輸出電流的動態信息的裝置與方法。
【背景技術】
[0002]請參照圖1和圖2，圖1是為現有技術說明一種電源轉換器100的示意圖，以及圖2是為說明一柵極控制信號GCS、電源轉換器100的二次側稱接一重載時的一次側PRI的電流IP和電源轉換器100的二次側耦接一輕載時的一次側PRI的電流IP的示意圖。如圖1所示，控制器可通過一電流偵測接腳CSP偵測一次側PRI的電流IP，以及根據電流IP和一偵測電阻RS所產生的偵測電壓VD，產生柵極控制信號GCS。然后，控制器可通過一柵極接腳GATE傳送柵極控制信號GCS至電源轉換器100的一次側PRI的功率開關102，以控制功率開關102的開啟與關閉。
[0003]如圖2所示，電源轉換器100可根據能量守恒原理、式⑴和式(2)，分別計算出電源轉換器100在二次側耦接輕載時的輸出功率P0UTDCM和在二次側耦接重載時的輸出功率P0UTCCM:
[0004]
【權利要求】
1.一種偵測電源轉換器的輸出電流的控制器，其特征在于，包含: 一比較單元，用以根據一偵測電壓、一中間電壓與該電源轉換器的一次側的功率開關的開啟時間，產生一第一可變開啟時間，其中一第二可變開啟時間是等于該開啟時間減去該第一可變開啟時間；及 一中間電壓產生單兀，稱接于該比較單兀、一充電電流與一放電電流，用以根據該第一可變開啟時間、該第二可變開啟時間、該開啟時間、該充電電流與該放電電流，調整該中間電壓，其中該輸出電流和該中間電壓有關。
2.如權利要求1所述的控制器，其特征在于，當該第一可變開啟時間等于該第二可變開啟時間時，該中間電壓是等于該偵測電壓在該開啟時間的一最大值與一最小值的和的一半。
3.如權利要求2所述的控制器，其特征在于，另包含: 一起始設定電路，用以當該電源轉換器開機時，設定該中間電壓介于該最大值與該最小值之間。
4.如權利要求1所述的控制器，其特征在于，當該中間電壓大于該偵測電壓在該開啟時間的一最大值與一最小值的和的一半時，該第一可變開啟時間小于該第二可變開啟時間，以及當該中間電壓小于該最大值與該最小值的和的一半時，該第一可變開啟時間大于該第二可變開啟時間。
5.如權利要求4所述的控制器，其特征在于，當該第一可變開啟時間大于該第二可變開啟時間時，該中間電壓產生單元根據該第一可變開啟時間、該開啟時間、該充電電流與該放電電流，增加該中間電壓；當該第一可變開啟時間小于該第二可變開啟時間時，該中間電壓產生單元根據該第一可變開啟時間、該開啟時間、該充電電流與該放電電流，降低該中間電壓。
6.如權利要求1所述的控制器，其特征在于，該充電電流大于該放電電流。
7.如權利要求1所述的控制器，其特征在于，該中間電壓產生單元包含: 一第一開關，耦接于該充電電流，用以根據該第一可變開啟時間開啟與關閉； 一第二開關，耦接于該放電電流與該第一開關之間，用以根據該開啟時間開啟與關閉； 一第一電容，稱接于該第一開關、該第二開關與一地端； 一第三開關，耦接于該第一開關、該第二開關與該第一電容，用以根據該第二可變開啟時間開啟與關閉； 一第二電容，耦接于該第三開關與該地端； 一第四開關，耦接于該第三開關與該第二電容，用以根據該第一可變開啟時間開啟與關閉；及 一第三電容，耦接于該第四開關與該地端。
8.如權利要求1所述的控制器，其特征在于，該比較單元包含: 一比較器，用以根據該偵測電壓和該中間電壓，產生一比較信號 '及 一與門，用以根據該比較信號和該開啟時間，產生該第一可變開啟時間。
9.如權利要求1所述的控制器，其特征在于，另包含: 一電流偵測接腳，用以根據流經該電源轉換器的一次側的電流，產生該偵測電壓。
10.一種偵測電源轉換器平均輸出電流的裝置，其特征在于，包含: 一電流產生單元，用以根據一中間電壓，產生一第一充電電流，其中該中間電壓是有關于該電源轉換器的二次側的平均輸出電流； 一第一電壓產生單兀，稱接于該電流產生單兀，用以根據該第一充電電流、一第一放電電流、一放電時間與一反相的放電時間，產生一第一節點電壓； 一第一電流鏡單兀，稱接于該第一電壓產生單兀，用以根據該第一節點電壓，產生一第一電流，以及根據該第一電流，產生一第二電壓，其中該第二電壓是有關于該電源轉換器的二次側的平均輸出電流；及 一第二電流鏡單兀，稱接于該第一電流鏡單兀，用以根據該第一電流，產生該第一放電電流。
11.如權利要求10所述的裝置，其特征在于，該放電時間是該電源轉換器的二次側的放電時間。
12.如權利要求10所述的裝置,其特征在于,該第一充電電流大于該第一放電電流。
13.如權利要求10所述的裝置，其特征在于，該電流產生單元包含: 一放大器，具有一第一輸入端，用以接收該中間電壓，一第二輸入端，及一輸出端；一第一 P型金屬氧化物半導體晶體管，具有一第一端，用以接收一第一電壓，一第二端，及一第三端，耦接 于該第一 P型金屬氧化物半導體晶體管的第二端； 一第二 P型金屬氧化物半導體晶體管，具有一第一端，用以接收該第一電壓，一第二端，耦接于該第一 P型金屬氧化物半導體晶體管的第二端，及一第三端； 一第一 N型金屬氧化物半導體晶體管，具有一第一端，耦接于該第一 P型金屬氧化物半導體晶體管的第三端，一第二端，耦接于該放大器的輸出端，及一第三端，耦接于該放大器的第二輸入端； 一第一電阻，具有一第一端，稱接于該放大器的第二輸入端，及一第二端，稱接于一地端，其中該第一電阻根據該中間電壓，產生一對應電流，且該第一充電電流是該對應電流的一第一預定倍數；及 一第五開關，具有一第一端，耦接于該第二 P型金屬氧化物半導體晶體管的第三端，一第二端，用以接收該放電時間，及一第三端，耦接于該第一電壓產生單元，其中該第五開關是用以根據該放電時間開啟與關閉。
14.如權利要求10所述的裝置，其特征在于，該第一電壓產生單元包含: 一第四電容，具有一第一端，稱接于該電流產生單兀，及一第二端，稱接于一地端；一第六開關，具有一第一端，耦接于該第四電容的第一端，一第二端，用以接收該反相的放電時間，及一第三端，其中該第六開關是用以根據該反相的放電時間開啟與關閉；一第五電容，具有一第一端，耦接于該第六開關的第三端，及一第二端，耦接于該地端; 一第七開關，具有一第一端，耦接于該第五電容的第一端，一第二端，用以接收該放電時間，及一第三端，其中該第七開關是用以根據該放電時間開啟與關閉；及 一第六電容，具有一第一端，耦接于該第七開關的第三端，及一第二端，耦接于該地端。
15.如權利要求10所述的裝置，其特征在于，該第一電流鏡單元包含: 一第三P型金屬氧化物半導體晶體管，具有一第一端，用以接收一第一電壓，一第二端，及一第三端，耦接于該第三P型金屬氧化物半導體晶體管的第二端； 一第四P型金屬氧化物半導體晶體管，具有一第一端，用以接收該第一電壓，一第二端，耦接于該第三P型金屬氧化物半導體晶體管的第二端，及一第三端，耦接于該第二電流鏡單元，其中該第四P型金屬氧化物半導體晶體管是用以鏡像該第一電流，產生一第二電流； 一第二 N型金屬氧化物半導體晶體管，具有一第一端，耦接于該第三P型金屬氧化物半導體晶體管的第三端，一第二端，耦接于該第一電壓產生單元，及一第三端； 一第二電阻，具有一第一端，耦接于該第二 N型金屬氧化物半導體晶體管的第三端，及一第二端，耦接于該地端，其中該第二電阻、該第一節點電壓和該第二 N型金屬氧化物半導體晶體管的臨界電壓是用以產生該第一電流；及 一第五P型金屬氧化物半導體晶體管，具有一第一端，用以接收該第一電壓，一第二端，耦接于該第三P型金屬氧化物半導體晶體管的第二端，及一第三端，用以輸出該第二電壓，其中該第五P型金屬氧化物半導體晶體管是用以鏡像該第一電流，產生一第三電流，且該第三電流是該第一電流的一第三預定倍數；及 一第三電阻，具有一第一端，耦接于該第五P型金屬氧化物半導體晶體管的第三端，及一第二端，耦接于一地端，其中該第三電阻根據該第三電流，產生該第二電壓。
16.如權利要求10所述的裝置，其特征在于，該第二電流鏡單元包含: 一第三N型金屬氧化物半導體晶體管，具有一第一端，耦接于該第一電流鏡單元，用以接收一第二電流，一第二端，耦接于該第三N型金屬氧化物半導體晶體管的第一端，及一第三端，耦接于一地端；及 一第四N型金屬氧化物半導體晶體管，具有一第一端，耦接于該第一電壓產生單元，一第二端，耦接于該第三N型金屬氧化物半導體晶體管的第一端，及一第三端，耦接于該地端，其中該第四N型金屬氧化物半導體晶體管是用以鏡像該第二電流，產生該第一放電電流，且該第一放電電流是該第二電流的一第二預定倍數。
17.如權利要求10所述的裝置，其特征在于，另包含: 一峰值限制器，包含: 一限制電壓產生電路，包含: 一第一比較器，用以根據該第二電壓和一峰值參考電壓，產生一第一比較信號； 一電荷幫浦，耦接于該第一比較器，用以根據該第一比較信號與該電源轉換器的一次側的功率開關的柵極控制信號，產生一限制電壓 '及 一預定電壓產生器，耦接于該電荷幫浦，用以于該裝置開機時，根據一參考電壓，設定該電荷幫浦的輸出端于該參考電壓；及一柵極控制信號產生器，包含: 一第二比較器，用以根據一偵測電壓和該限制電壓，產生一第二比較信號；及一 D型正反器，用以根據該第二比較信號、一頻率及一輸入信號，產生該電源轉換器的一次側的功率開關的柵極控制信號。
18.如權利要求10所述的裝置，其特征在于，另包含: 一過電流保護單元，包含: 一第三比較器，用以根據一過電流保護電壓和該第二電壓，產生一第三比較信號 '及一計數器，用以計數該第三比較信號，并據以產生一過電流保護信號至該電源轉換器的一次側的功率開關。
19.一種偵測電源轉換器平均輸出電流的方法，其特征在于，包含: 根據一中間電壓，產生一第一充電電流，其中該中間電壓是有關于該電源轉換器的二次側的平均輸出電流； 根據該第一充電電流、一第一放電電流、一放電時間與一反相的放電時間，產生一第一節點電壓； 根據該第一節點電壓，產生一第一電流； 根據該第一電流，產生該第一放電電流 '及 根據該第一電流，產生一第二電壓，其中該第二電壓是有關于該電源轉換器的二次側的平均輸出電流。
20.如權利要求19所述的方法，其特征在于，該放電時間是該電源轉換器的二次側的放電時間。
21.如權利要求19所述的方法,其特征在于,該第一充電電流大于該第一放電電流。
22.如權利要求19所述的方法，其特征在于，另包含: 當該電源轉換器開機時，設定該中間電壓介于一偵測電壓在該電源轉換器的一次側的功率開關的開啟時間中的一最大值與一最小值之間； 根據該偵測電壓、該中間電壓與該開啟時間，產生一第一可變開啟時間，其中一第二可變開啟時間是等于該開啟時間減去該第一可變開啟時間；及 根據該第一可變開啟時間、該第二可變開啟時間、該開啟時間、一充電電流與一放電電流，調整該中間電壓，其中該平均輸出電流和該中間電壓有關。
23.如權利要求22所述的方法，其特征在于，該充電電流大于該放電電流。
24.一種偵測電源轉換器的輸出電流的方法，其特征在于，包含: 當該電源轉換器開機時，設定一中間電壓介于一偵測電壓在該電源轉換器的一次側的功率開關的開啟時間中的一最大值與一最小值之間； 根據該偵測電壓、該中間電壓與該開啟時間，產生一第一可變開啟時間，其中一第二可變開啟時間是等于該開啟時間減去該第一可變開啟時間；及 根據該第一可變開啟時間、該第二可變開啟時間、該開啟時間、一充電電流與一放電電流，調整該中間電壓，其中該輸出電流和該中間電壓有關。
25.如權利要求24所述的方法，其特征在于，根據該偵測電壓、該中間電壓與該開啟時間，產生該第一可變開啟時間包含: 根據該偵測電壓和該中間電壓，產生一比較信號 '及 根據該比較信號和該開啟時間，產生該第一可變開啟時間。
26.如權利要求25所述的方法，其特征在于，根據該第一可變開啟時間、該第二可變開啟時間、該開啟時間、該充電電流與該放電電流，調整該中間電壓包含: 當該第一可變開啟時間大于該第二可變開啟時間時，根據該第一可變開啟時間、該開啟時間、該充電電流與該放電電流，增加該中間電壓。
27.如權利要求26所述的方法，其特征在于，根據該第一可變開啟時間、該第二可變開啟時間、該充電電流與該放電電流，增加該中間電壓包含:根據該第一可變開啟時間、該開啟時間、該充電電流與該放電電流，增加一節點的電壓；及 根據該節點的電壓，增加該中間電壓。
28.如權利要求25所述的方法，其特征在于，根據該第一可變開啟時間、該第二可變開啟時間、該開啟時間、該充電電流與該放電電流，調整該中間電壓包含: 當該第一可變開啟時間小于該第二可變開啟時間時，根據該第一可變開 啟時間、該開啟時間、該充電電流與該放電電流，降低該中間電壓。
29.如權利要求28所述的方法，其特征在于，根據該第一可變開啟時間、該 第二可變開啟時間、該充電電流與該放電電流，增加該中間電壓包含: 根據該第一可變開啟時間、該開啟時間、該充電電流與該放電電流，降低一節點的電壓；及 根據該節點的電壓，降低該中間電壓。
30.如權利要求24所述的方法，其特征在于，當該第一可變開啟時間等于該第二可變開啟時間時，該中間電壓是等于該最大值與該最小值的和的一半。
31.如權利要求24所述的方法，其特征在于，當該中間電壓大于該最大值與該最小值的和的一半時，該第一可變開啟時間小于該第二可變開啟時間，以及當該中間電壓小于該最大值與該最小值的和的一半時，該第一可變開啟時間大于該第二可變開啟時間。
32.如權利要求24所述的方法，其特征在于，該充電電流大于該放電電流。
【文檔編號】H02M1/08GK103973120SQ201410031807
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年1月23日 優先權日:2013年1月31日
【發明者】蔡孟仁, 張智琦, 鄒明璋 申請人:通嘉科技股份有限公司