侦测电源转换器平均输出电流的装置及相关的方法
【专利摘要】本发明公开了一种侦测电源转换器平均输出电流的装置及相关的方法。该装置包含一电流产生单元、一第一电压产生单元、一第一电流镜单元及一第二电流镜单元。该电流产生单元根据一中间电压，产生一第一充电电流；该第一电压产生单元根据该第一充电电流、一第一放电电流、一放电时间与一反相的放电时间，产生一第一节点电压；该第一电流镜单元根据该第一节点电压，产生一第一电流，和根据该第一电流，产生有关该电源转换器的二次侧的平均输出电流的一第二电压；该第二电流镜单元根据该第一电流，产生该第一放电电流。因此，本发明不仅可实时侦测该平均输出电流，也可根据该第二电压，限制该电源转换器的一次侧的侦测电压或对该一次侧执行过电流保护。
【专利说明】侦测电源转换器平均输出电流的装置及相关的方法
【技术领域】
[0001]本发明公开一种侦测电源转换器平均输出电流的装置及侦测电源转换器平均输出电流的方法，尤指一种可实时得到有关于电源转换器的二次侧的平均输出电流的动态信息的装置与方法。
【背景技术】
[0002]请参照图1和图2，图1是为现有技术说明一种电源转换器100的示意图，以及图2是为说明一栅极控制信号GCS、电源转换器100的二次侧稱接一重载时的一次侧PRI的电流IP和电源转换器100的二次侧耦接一轻载时的一次侧PRI的电流IP的示意图。如图1所示，控制器可通过一电流侦测接脚CSP侦测一次侧PRI的电流IP，以及根据电流IP和一侦测电阻RS所产生的侦测电压VD，产生栅极控制信号GCS。然后，控制器可通过一栅极接脚GATE传送栅极控制信号GCS至电源转换器100的一次侧PRI的功率开关102，以控制功率开关102的开启与关闭。
[0003]如图2所示，电源转换器100可根据能量守恒原理、式⑴和式(2)，分别计算出电源转换器100在二次侧耦接轻载时的输出功率P0UTDCM和在二次侧耦接重载时的输出功率P0UTCCM:
[0004]
【权利要求】
1.一种侦测电源转换器的输出电流的控制器，其特征在于，包含: 一比较单元，用以根据一侦测电压、一中间电压与该电源转换器的一次侧的功率开关的开启时间，产生一第一可变开启时间，其中一第二可变开启时间是等于该开启时间减去该第一可变开启时间；及 一中间电压产生单兀，稱接于该比较单兀、一充电电流与一放电电流，用以根据该第一可变开启时间、该第二可变开启时间、该开启时间、该充电电流与该放电电流，调整该中间电压，其中该输出电流和该中间电压有关。
2.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，当该第一可变开启时间等于该第二可变开启时间时，该中间电压是等于该侦测电压在该开启时间的一最大值与一最小值的和的一半。
3.如权利要求2所述的控制器，其特征在于，另包含: 一起始设定电路，用以当该电源转换器开机时，设定该中间电压介于该最大值与该最小值之间。
4.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，当该中间电压大于该侦测电压在该开启时间的一最大值与一最小值的和的一半时，该第一可变开启时间小于该第二可变开启时间，以及当该中间电压小于该最大值与该最小值的和的一半时，该第一可变开启时间大于该第二可变开启时间。
5.如权利要求4所述的控制器，其特征在于，当该第一可变开启时间大于该第二可变开启时间时，该中间电压产生单元根据该第一可变开启时间、该开启时间、该充电电流与该放电电流，增加该中间电压；当该第一可变开启时间小于该第二可变开启时间时，该中间电压产生单元根据该第一可变开启时间、该开启时间、该充电电流与该放电电流，降低该中间电压。
6.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，该充电电流大于该放电电流。
7.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，该中间电压产生单元包含: 一第一开关，耦接于该充电电流，用以根据该第一可变开启时间开启与关闭； 一第二开关，耦接于该放电电流与该第一开关之间，用以根据该开启时间开启与关闭； 一第一电容，稱接于该第一开关、该第二开关与一地端； 一第三开关，耦接于该第一开关、该第二开关与该第一电容，用以根据该第二可变开启时间开启与关闭； 一第二电容，耦接于该第三开关与该地端； 一第四开关，耦接于该第三开关与该第二电容，用以根据该第一可变开启时间开启与关闭；及 一第三电容，耦接于该第四开关与该地端。
8.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，该比较单元包含: 一比较器，用以根据该侦测电压和该中间电压，产生一比较信号 '及 一与门，用以根据该比较信号和该开启时间，产生该第一可变开启时间。
9.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，另包含: 一电流侦测接脚，用以根据流经该电源转换器的一次侧的电流，产生该侦测电压。
10.一种侦测电源转换器平均输出电流的装置，其特征在于，包含: 一电流产生单元，用以根据一中间电压，产生一第一充电电流，其中该中间电压是有关于该电源转换器的二次侧的平均输出电流； 一第一电压产生单兀，稱接于该电流产生单兀，用以根据该第一充电电流、一第一放电电流、一放电时间与一反相的放电时间，产生一第一节点电压； 一第一电流镜单兀，稱接于该第一电压产生单兀，用以根据该第一节点电压，产生一第一电流，以及根据该第一电流，产生一第二电压，其中该第二电压是有关于该电源转换器的二次侧的平均输出电流；及 一第二电流镜单兀，稱接于该第一电流镜单兀，用以根据该第一电流，产生该第一放电电流。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，该放电时间是该电源转换器的二次侧的放电时间。
12.如权利要求10所述的装置,其特征在于,该第一充电电流大于该第一放电电流。
13.如权利要求10所述的装置，其特征在于，该电流产生单元包含: 一放大器，具有一第一输入端，用以接收该中间电压，一第二输入端，及一输出端；一第一 P型金属氧化物半导体晶体管，具有一第一端，用以接收一第一电压，一第二端，及一第三端，耦接 于该第一 P型金属氧化物半导体晶体管的第二端； 一第二 P型金属氧化物半导体晶体管，具有一第一端，用以接收该第一电压，一第二端，耦接于该第一 P型金属氧化物半导体晶体管的第二端，及一第三端； 一第一 N型金属氧化物半导体晶体管，具有一第一端，耦接于该第一 P型金属氧化物半导体晶体管的第三端，一第二端，耦接于该放大器的输出端，及一第三端，耦接于该放大器的第二输入端； 一第一电阻，具有一第一端，稱接于该放大器的第二输入端，及一第二端，稱接于一地端，其中该第一电阻根据该中间电压，产生一对应电流，且该第一充电电流是该对应电流的一第一预定倍数；及 一第五开关，具有一第一端，耦接于该第二 P型金属氧化物半导体晶体管的第三端，一第二端，用以接收该放电时间，及一第三端，耦接于该第一电压产生单元，其中该第五开关是用以根据该放电时间开启与关闭。
14.如权利要求10所述的装置，其特征在于，该第一电压产生单元包含: 一第四电容，具有一第一端，稱接于该电流产生单兀，及一第二端，稱接于一地端；一第六开关，具有一第一端，耦接于该第四电容的第一端，一第二端，用以接收该反相的放电时间，及一第三端，其中该第六开关是用以根据该反相的放电时间开启与关闭；一第五电容，具有一第一端，耦接于该第六开关的第三端，及一第二端，耦接于该地端; 一第七开关，具有一第一端，耦接于该第五电容的第一端，一第二端，用以接收该放电时间，及一第三端，其中该第七开关是用以根据该放电时间开启与关闭；及 一第六电容，具有一第一端，耦接于该第七开关的第三端，及一第二端，耦接于该地端。
15.如权利要求10所述的装置，其特征在于，该第一电流镜单元包含: 一第三P型金属氧化物半导体晶体管，具有一第一端，用以接收一第一电压，一第二端，及一第三端，耦接于该第三P型金属氧化物半导体晶体管的第二端； 一第四P型金属氧化物半导体晶体管，具有一第一端，用以接收该第一电压，一第二端，耦接于该第三P型金属氧化物半导体晶体管的第二端，及一第三端，耦接于该第二电流镜单元，其中该第四P型金属氧化物半导体晶体管是用以镜像该第一电流，产生一第二电流； 一第二 N型金属氧化物半导体晶体管，具有一第一端，耦接于该第三P型金属氧化物半导体晶体管的第三端，一第二端，耦接于该第一电压产生单元，及一第三端； 一第二电阻，具有一第一端，耦接于该第二 N型金属氧化物半导体晶体管的第三端，及一第二端，耦接于该地端，其中该第二电阻、该第一节点电压和该第二 N型金属氧化物半导体晶体管的临界电压是用以产生该第一电流；及 一第五P型金属氧化物半导体晶体管，具有一第一端，用以接收该第一电压，一第二端，耦接于该第三P型金属氧化物半导体晶体管的第二端，及一第三端，用以输出该第二电压，其中该第五P型金属氧化物半导体晶体管是用以镜像该第一电流，产生一第三电流，且该第三电流是该第一电流的一第三预定倍数；及 一第三电阻，具有一第一端，耦接于该第五P型金属氧化物半导体晶体管的第三端，及一第二端，耦接于一地端，其中该第三电阻根据该第三电流，产生该第二电压。
16.如权利要求10所述的装置，其特征在于，该第二电流镜单元包含: 一第三N型金属氧化物半导体晶体管，具有一第一端，耦接于该第一电流镜单元，用以接收一第二电流，一第二端，耦接于该第三N型金属氧化物半导体晶体管的第一端，及一第三端，耦接于一地端；及 一第四N型金属氧化物半导体晶体管，具有一第一端，耦接于该第一电压产生单元，一第二端，耦接于该第三N型金属氧化物半导体晶体管的第一端，及一第三端，耦接于该地端，其中该第四N型金属氧化物半导体晶体管是用以镜像该第二电流，产生该第一放电电流，且该第一放电电流是该第二电流的一第二预定倍数。
17.如权利要求10所述的装置，其特征在于，另包含: 一峰值限制器，包含: 一限制电压产生电路，包含: 一第一比较器，用以根据该第二电压和一峰值参考电压，产生一第一比较信号； 一电荷帮浦，耦接于该第一比较器，用以根据该第一比较信号与该电源转换器的一次侧的功率开关的栅极控制信号，产生一限制电压 '及 一预定电压产生器，耦接于该电荷帮浦，用以于该装置开机时，根据一参考电压，设定该电荷帮浦的输出端于该参考电压；及一栅极控制信号产生器，包含: 一第二比较器，用以根据一侦测电压和该限制电压，产生一第二比较信号；及一 D型正反器，用以根据该第二比较信号、一频率及一输入信号，产生该电源转换器的一次侧的功率开关的栅极控制信号。
18.如权利要求10所述的装置，其特征在于，另包含: 一过电流保护单元，包含: 一第三比较器，用以根据一过电流保护电压和该第二电压，产生一第三比较信号 '及一计数器，用以计数该第三比较信号，并据以产生一过电流保护信号至该电源转换器的一次侧的功率开关。
19.一种侦测电源转换器平均输出电流的方法，其特征在于，包含: 根据一中间电压，产生一第一充电电流，其中该中间电压是有关于该电源转换器的二次侧的平均输出电流； 根据该第一充电电流、一第一放电电流、一放电时间与一反相的放电时间，产生一第一节点电压； 根据该第一节点电压，产生一第一电流； 根据该第一电流，产生该第一放电电流 '及 根据该第一电流，产生一第二电压，其中该第二电压是有关于该电源转换器的二次侧的平均输出电流。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，该放电时间是该电源转换器的二次侧的放电时间。
21.如权利要求19所述的方法,其特征在于,该第一充电电流大于该第一放电电流。
22.如权利要求19所述的方法，其特征在于，另包含: 当该电源转换器开机时，设定该中间电压介于一侦测电压在该电源转换器的一次侧的功率开关的开启时间中的一最大值与一最小值之间； 根据该侦测电压、该中间电压与该开启时间，产生一第一可变开启时间，其中一第二可变开启时间是等于该开启时间减去该第一可变开启时间；及 根据该第一可变开启时间、该第二可变开启时间、该开启时间、一充电电流与一放电电流，调整该中间电压，其中该平均输出电流和该中间电压有关。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，该充电电流大于该放电电流。
24.一种侦测电源转换器的输出电流的方法，其特征在于，包含: 当该电源转换器开机时，设定一中间电压介于一侦测电压在该电源转换器的一次侧的功率开关的开启时间中的一最大值与一最小值之间； 根据该侦测电压、该中间电压与该开启时间，产生一第一可变开启时间，其中一第二可变开启时间是等于该开启时间减去该第一可变开启时间；及 根据该第一可变开启时间、该第二可变开启时间、该开启时间、一充电电流与一放电电流，调整该中间电压，其中该输出电流和该中间电压有关。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，根据该侦测电压、该中间电压与该开启时间，产生该第一可变开启时间包含: 根据该侦测电压和该中间电压，产生一比较信号 '及 根据该比较信号和该开启时间，产生该第一可变开启时间。
26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，根据该第一可变开启时间、该第二可变开启时间、该开启时间、该充电电流与该放电电流，调整该中间电压包含: 当该第一可变开启时间大于该第二可变开启时间时，根据该第一可变开启时间、该开启时间、该充电电流与该放电电流，增加该中间电压。
27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，根据该第一可变开启时间、该第二可变开启时间、该充电电流与该放电电流，增加该中间电压包含:根据该第一可变开启时间、该开启时间、该充电电流与该放电电流，增加一节点的电压；及 根据该节点的电压，增加该中间电压。
28.如权利要求25所述的方法，其特征在于，根据该第一可变开启时间、该第二可变开启时间、该开启时间、该充电电流与该放电电流，调整该中间电压包含: 当该第一可变开启时间小于该第二可变开启时间时，根据该第一可变开 启时间、该开启时间、该充电电流与该放电电流，降低该中间电压。
29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，根据该第一可变开启时间、该 第二可变开启时间、该充电电流与该放电电流，增加该中间电压包含: 根据该第一可变开启时间、该开启时间、该充电电流与该放电电流，降低一节点的电压；及 根据该节点的电压，降低该中间电压。
30.如权利要求24所述的方法，其特征在于，当该第一可变开启时间等于该第二可变开启时间时，该中间电压是等于该最大值与该最小值的和的一半。
31.如权利要求24所述的方法，其特征在于，当该中间电压大于该最大值与该最小值的和的一半时，该第一可变开启时间小于该第二可变开启时间，以及当该中间电压小于该最大值与该最小值的和的一半时，该第一可变开启时间大于该第二可变开启时间。
32.如权利要求24所述的方法，其特征在于，该充电电流大于该放电电流。
【文档编号】H02M1/08GK103973120SQ201410031807
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年1月23日 优先权日:2013年1月31日
【发明者】蔡孟仁, 张智琦, 邹明璋 申请人:通嘉科技股份有限公司