整合过电流保护检测和过电压保护检测的升压装置的制作方法

本发明涉及一种电源转换与供应技术，且特别涉及一种整合过电流保护检测和过电压保护检测的升压装置。

背景技术：

现今采用脉宽调变架构为基础(PWM-based)的升压装置(boost apparatus)可配置成能够提供直流输出电压给负载使用，且其内的控制芯片一般具有两只独立的检测引脚，以分别且独立地检测升压装置是否有发生过电流现象与过电压现象，从而判断是否要启动相应的过电流保护机制与过电压保护机制。在此条件下，若要额外增设其他电路功能到升压装置中的话，则控制芯片的引脚数量就必须相应地增加，从而造成芯片(IC)成本上升。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种整合过电流保护检测和过电压保护检测的升压装置，由此有效地解决现有技术所述及的问题。

本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。

在此，本发明的一示范性实施例提供一种适于提供一直流输出电压给发光二极管负载的升压装置，其包括：升压式电源转换线路与控制芯片。其中，升压式电源转换线路配置成能够接收一直流输入电压，并且响应于一脉宽调变信号而提供所述直流输出电压给发光二极管负载。控制芯片耦接升压式电源转换线路，且具有一第一复合功能引脚，且控制芯片配置成能够执行：产生所述脉宽调变信号来控制升压式电源转换线路的运作；在所述脉宽调变信号致能时，通过所述第一复合功能引脚而对升压式电源转换线路进行过电流保护检测，由此判断是否启动过电流保护机制；以及在 所述脉宽调变信号禁能时，通过所述第一复合功能引脚而对升压式电源转换线路进行过电压保护检测，由此判断是否启动过电压保护机制。

在本发明的一示范性实施例中，第一复合功能引脚可以为一只OCP/OVP引脚，且升压式电源转换线路可以包括：电感、第一二极管、第一电容、N型功率开关，以及第一电阻。其中，电感的第一端用以接收所述直流输入电压。第一二极管的阳极耦接至电感的第二端与所述OCP/OVP引脚，而第一二极管的阴极则耦接至发光二极管负载的阳极并用以产生所述直流输出电压。第一电容的第一端耦接第一二极管的阴极，而第一电容的第二端则耦接至一接地电位。N型功率开关的漏极耦接第一二极管的阳极，N型功率开关的栅极用以接收所述脉宽调变信号，而N型功率开关的源极则耦接至所述OCP/OVP引脚。第一电阻的第一端耦接N型功率开关的源极，而第一电阻的第二端则耦接至所述接地电位。

在本发明的一示范性实施例中，在所述脉宽调变信号致能时，控制芯片可以通过所述OCP/OVP引脚以检测第一电阻的跨压，并且响应于第一电阻的跨压而对升压式电源转换线路进行过电流保护检测，由此判断是否启动过电流保护机制。在此条件下，每当第一电阻的跨压大于控制芯片所内建的一过电流保护参考电压时，则控制芯片会启动过电流保护机制，由此逐步缩减所述脉宽调变信号的占空比，直至所述脉宽调变信号的占空比被缩减至一最小占空比或者第一电阻的跨压小于所述过电流保护参考电压为止。

在本发明的一示范性实施例中，在所述脉宽调变信号禁能时，控制芯片可以通过所述OCP/OVP引脚以检测第一二极管的阳极电压，并且响应于第一二极管的阳极电压而对升压式电源转换线路进行过电压保护检测，由此判断是否启动过电压保护机制。在此条件下，每当第一二极管的阳极电压大于控制芯片所内建的一过电压保护参考电压时，则控制芯片会启动过电压保护机制，由此将所述脉宽调变信号的一下一占空比调整至一最小占空比，直至第一二极管的阳极电压小于所述过电压保护参考电压为止。

在本发明的一示范性实施例中，控制芯片可以更具有一INN引脚，且升压装置可以更包括：反馈线路，其耦接于发光二极管负载的阴极与所述INN引脚之间，用以提供关联于发光二极管负载的一反馈电压给控制芯片。 在此条件下，控制芯片更可以响应于所述反馈电压而调整所述脉宽调变信号，由此控制升压式电源转换线路稳定地提供所述直流输出电压。

在本发明的一示范性实施例中，控制芯片可以更具有一第二复合功能引脚，所述第二复合功能引脚可以为一只CMP/EA引脚，且升压装置可以更包括：电阻电容网路与致能/调光线路。其中，电阻电容网路耦接至所述CMP/EA引脚，且其配置成能够补偿所述CMP/EA引脚上的一补偿电压，由此稳定控制芯片所输出的脉宽调变信号，进而稳定升压式电源转换线路所提供的直流输出电压。致能/调光线路耦接至所述CMP/EA引脚，且其配置成能够使控制芯片具备一芯片致能功能与一调光功能。在此条件下，当控制芯片未接收到来自反馈线路的所述反馈电压时，则所述补偿电压会从一正常运作准位逐渐爬升至一预设最大电压准位。当所述补偿电压维持在所述预设最大电压准位长达一预设时间时，则控制芯片会进入一关闭状态。

基于上述，在本发明的上述示范性实施例中，由于升压装置的过电流保护检测与过电压保护检测系在所述脉宽调变信号分别处于致能与禁能时被进行/执行，故而控制芯片即可通过同一只OCP/OVP引脚来实现对升压装置的过电流保护与过电压保护。通过整合过电流保护检测与过电压保护检测的方式，即可缩减控制芯片的引脚数量，由此降低芯片成本，从而得以解决现有技术所述及的问题。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。

附图说明

下面所附附图是本发明说明书的一部分，绘示了本发明的示例实施例，所附附图与说明书的描述一起说明本发明的原理。

图1绘示为本发明一示范性实施例的升压装置(boost apparatus)10的系统方框图；

图2绘示为图1的升压装置10的实施示意图；

图3绘示为图2的升压装置10的部分操作波形图。

【符号说明】

10：升压装置

20：发光二极管负载

101：升压式电源转换线路

103：控制芯片

105：反馈线路

107：电阻电容网路

109：致能/调光线路

D1、D_{EN_DIM}：二极管

C1、CC：电容

L：电感

Q：N型功率开关

R1～R3、Rf1、Rf2、RC、R_{EN_DIM}：电阻

VDD、OUT、INN、OCP/OVP、CMP/EA、GND：引脚

DC_IN：直流输入电压

DC_OUT：直流输出电压

GPW：脉宽调变信号

VA、V_INN、V_R1、V_COMP、Vocp_ref、Vovp_ref、Vmax、Vnor：电压

EN：致能信号

DIM：调光信号

Dmax、Dmin、Dnor：占空比

PA～PE：周期

t1：时间

具体实施方式

现将详细参考本发明的示范性实施例，在附图中说明所述示范性实施例的实例。另外，凡可能之处，在附图及实施方式中使用相同标号的元件/构件代表相同或类似部分。

图1绘示为本发明一示范性实施例的升压装置(boost apparatus)10的系统方框图，而图2绘示为图1的升压装置10的实施示意图。请合并 参照图1与图2，升压装置10适于提供直流输出电压(DC output voltage)DC_OUT给任何类型的负载，例如：发光二极管负载20，但并不限于此。升压装置10可以包括：升压式电源转换线路(boost power conversion circuit)101、控制芯片(control chip)103、反馈线路(feedback circuit)105、电阻电容网路(RC network)107，以及致能/调光线路(enable/dimming circuit)109。

在本示范性实施例中，升压式电源转换线路101可配置成能够接收直流输入电压(DC input voltage)DC_IN，并响应于来自控制芯片105的脉宽调变信号(pulse-width-modulation signal，PWM signal)GPW而提供直流输出电压DC_OUT给发光二极管负载20。举例来说，升压式电源转换线路101可以包括：电感(inductor)L、二极管D1(diode，例如为肖特基(Schottky)二极管，但并不限于此)、电容(capacitor)C1、N型功率开关(N-type power switch)Q，以及电阻(resistor)R1～R3。其中，N型功率开关Q可采以N型功率金属-氧化物半导体场效应晶体管(N-type power MOSFET)来实施，但并不限于此。

电感L的第一端用于接收(或耦接至)直流输入电压DC_IN。二极管D1的阳极(anode)耦接至电感L的第二端并且可以通过电阻R2而耦接至控制芯片103的OCP/OVP引脚(即，第一复合功能引脚)，而二极管D1的阴极(cathode)则耦接至发光二极管负载20的阳极并用以产生直流输出电压DC_OUT。电容C1的第一端耦接二极管D1的阴极，而电容C1的第二端则耦接至接地电位(0V)。N型功率开关Q的漏极(drain)耦接二极管D1的阳极，N型功率开关Q的栅极(gate)用以接收来自控制芯片103的OUT引脚所输出的脉宽调变信号GPW，而N型功率开关Q的源极(source)则可以通过电阻R3而耦接至控制芯片103的OCP/OVP引脚。电阻R1的第一端耦接N型功率开关Q的源极，而电阻R1的第二端则耦接至接地电位。

另一方面，反馈线路105耦接于发光二极管负载20的阴极与控制芯片103的INN引脚之间，用以提供关联于发光二极管负载20的反馈电压VINN给控制芯片103。在此条件下，控制芯片103更可以响应于反馈线路105所提供的反馈电压V_INN而调整脉宽调变信号GPW(例如：调整脉 宽调变信号GPW的占空比)，由此控制升压式电源转换线路101稳定地提供直流输出电压DC_OUT给发光二极管负载20。在本示范性实施例中，反馈线路105可以由两反馈电阻(feedback resistor)(Rf1、Rf2)所组成，但并不限于此。其中，反馈电阻Rf1的第一端耦接至发光二极管负载20的阴极，而反馈电阻Rf1的第二端则耦接至接地电位。另外，反馈电阻Rf2的第一端同样耦接至发光二极管负载20的阴极，而反馈电阻Rf2的第二端则耦接至控制芯片103的INN引脚。

除此之外，电阻电容网路107耦接至控制芯片103的CMP/EA引脚(即，第二复合功能引脚)，且其配置成能够补偿控制芯片103的CMP/EA引脚上的补偿电压V_COMP，由此稳定控制芯片103所输出的脉宽调变信号GPW，进而稳定升压式电源转换线路101所提供的直流输出电压DC_OUT。在本示范性实施例中，电阻电容网路107可由串接的补偿电阻RC与补偿电容RC所组成，但并不限于此。

再则，控制芯片103除了可以具有前述的OCP/OVP引脚(即，第一复合功能引脚)、OUT引脚、INN引脚与CMP/EA引脚(即，第二复合功能引脚)以外，其必然还可以具有VDD引脚与GND引脚。当然，基于实际设计/应用需求，可以对控制芯片103增设其它的功能引脚，或者删除控制芯片103既有的功能引脚。基本上，为了要让控制芯片103得以正常地运作，VDD引脚会接收操作所需的直流输入电压DC_IN，而GND引脚会耦接至接地电位。如此一来，控制芯片103即可对直流输入电压DC_IN进行转换(例如：升/降压)以获得其内部电路(未绘示)所需的工作电压。

在本示范性实施例中，控制芯片103耦接升压式电源转换线路101，且其配置成能够执行：(1)产生脉宽调变信号GPW来控制升压式电源转换线路101的运作；(2)在脉宽调变信号GPW致能时，通过OCP/OVP引脚而对升压式电源转换线路101进行过电流保护检测(OCP detection)，由此判断是否启动过电流保护机制(OCP mechanism)；以及(3)在脉宽调变信号GPW禁能时，通过OCP/OVP引脚而对升压式电源转换线路101进行过电压保护检测(OVP detection)，由此判断是否启动过电压保护机制(OVP mechanism)。

更清楚来说，在脉宽调变信号GPW致能时，控制芯片103会通过OCP/OVP引脚以检测第一电阻R1的跨压V_R1，并且响应于第一电阻R1的跨压V_R1而对升压式电源转换线路101进行过电流保护检测，由此判断是否要启动过电流保护机制。在此条件下，每当第一电阻R1的跨压V_R1大于(或顶到)控制芯片103所内建的过电流保护参考电压Vocp_ref时，则控制芯片103即会启动过电流保护机制，由此逐步缩减脉宽调变信号GPW的占空比(duty cycle)，直至脉宽调变信号GPW的占空比被缩减至最小占空比(minimum duty cycle，Dmin)或者第一电阻R1的跨压V_R1小在过电流保护参考电压Vocp_ref(即，无过电流现象)为止。

举例来说，假设脉宽调变信号GPW的前一占空比为75％(条件1)的话(N为正整数)，一旦第一电阻R1的跨压V_R1在条件1(75％)的情况下大于控制芯片103所内建的过电流保护参考电压Vocp_ref时，则控制芯片103即会启动过电流保护机制，由此缩减脉宽调变信号GPW的当下占空比(例如，缩减到60％，但并不限于此)(条件2)。一旦第一电阻R1的跨压V_R1在条件2(60％)的情况下也大于控制芯片103所内建的过电流保护参考电压Vocp_ref时(即，持续发生过电流现象)，则控制芯片103会继续启动过电流保护机制，由此缩减脉宽调变信号GPW的下一占空比(例如，缩减到50％，但并不限于此)，依此类推，直至脉宽调变信号GPW的占空比被缩减至最小占空比(Dmin)为止；反之，一旦第一电阻R1的跨压V_R1在条件2(60％)的情况下转为小于控制芯片103所内建的过电流保护参考电压Vocp_ref时，则控制芯片103会停止启动过电流保护机制(即，已无过电流现象)。

另一方面，在脉宽调变信号GPW禁能时，控制芯片103会通过OCP/OVP引脚以检测二极管D1的阳极电压VA，并且响应于二极管D1的阳极电压VA而对升压式电源转换线路101进行过电压保护检测，由此判断是否要启动过电压保护机制。在此条件下，每当二极管D1的阳极电压VA大于(或顶到)控制芯片103所内建的过电压保护参考电压Vovp_ref时，则控制芯片103即会启动过电压保护机制，由此将脉宽调变信号GPW的下一占空比调整至最小占空比(Dmin)，直至二极管D1的阳极电压VA小于过电压保护参考电压Vovp_ref(即，已无过电压现象)为止。

举例来说，图3绘示为图2的升压装置10的部分操作波形图。请合并参阅图2与图3，假设升压装置10在时间t1之前处在正常操作的状态，在此条件下，控制芯片103会响应于反馈线路105所反馈/提供的反馈电压VINN而输出具有占空比Dnor的脉宽调变信号GPW，由此控制升压式电源转换线路101稳定地提供直流输出电压DC_OUT给发光二极管负载20。另外，在升压装置10处在正常操作的状态下，由于无过电流现象(VR1＜Vocp_ref)与无过电压现象(VA＜Vovp_ref)，故控制芯片103并不会启动相应的过电流保护机制与过电压保护机制，而且控制芯片103的CMP/EA引脚上的补偿电压V_COMP处于一正常运作准位Vnor。

另一方面，假设发光二极管负载20在时间t1时发生故障(例如：开路)，在此条件下，由于反馈线路105无法反馈/提供反馈电压VINN(0V)给控制芯片103，故而控制芯片103会在周期PA输出具有最大占空比(Dmax)的脉宽调变信号GPW，由此控制升压式电源转换线路101。在周期PA，在具有最大占空比(Dmax)的脉宽调变信号GPW禁能时，由于二极管D1的阳极电压VA会顶到过电压保护参考电压Vovp_ref，故而控制芯片103会启动过电压保护机制，由此在周期PB将脉宽调变信号GPW的占空比调整至最小占空比(Dmin)。相似地，在周期PB，在具有最小占空比(Dmin)的脉宽调变信号GPW禁能时，由于二极管D1的阳极电压VA仍会顶到过电压保护参考电压Vovp_ref，故而控制芯片103也会启动过电压保护机制，由此在周期PC将脉宽调变信号GPW的占空比维持在最小占空比(Dmin)。

相反地，在周期PC，在具有最小占空比(Dmin)的脉宽调变信号GPW禁能时，由于二极管D1的阳极电压VA已转为小于过电压保护参考电压Vovp_ref，故而控制芯片103会停止启动过电压保护机制，但由于仍未有反馈电压V_INN(0V)的反馈/提供，故而控制芯片103仍会在周期PD输出具有最大占空比(Dmax)的脉宽调变信号GPW，由此控制升压式电源转换线路101。可是，在周期PD，在具有最大占空比(Dmax)的脉宽调变信号GPW禁能时，由于二极管D1的阳极电压VA又会顶到过电压保护参考电压Vovp_ref，故而控制芯片103又会启动过电压保护机制，由此在周期PE将脉宽调变信号GPW的占空比调整至最小占空比(Dmin)。基于 上述控制芯片103在周期PA～PE所例举的启动(停止启动)过电压保护机制的内容，即可依此类推控制芯片103在周期PE之后的运作方式，故而在此并不再加以赘述。

然而，由于控制芯片103在发光二极管负载20故障(开路)时的运作(例如：间歇性地/持续性地启动过电压保护机制)也会产生无谓的功率损耗。因此，在本示范性实施例中，控制芯片103得以通过检测CMP/EA引脚上的补偿电压V_COMP的变化，而进一步决定是否要进入关闭状态(shutdown status)。更清楚来说，当控制芯片103未接收到来自反馈线路105的反馈电压V_INN时，则补偿电压V_COMP会从一正常运作准位Vnor逐渐爬升至一预设最大电压准位Vmax。当补偿电压Vmax维持在预设最大电压准位Vmax长达一预设时间时(例如：156ms，但并不限于此)，则控制芯片103会进入关闭状态，由此避免产生无谓的功率损耗。

另一方面，致能/调光线路109耦接至控制芯片103的CMP/EA引脚，且其配置成能使控制芯片103能够具备芯片致能功能(chip enable function)与调光功能(dimming function)。更清楚来说，致能/调光线路109可由串接的电阻R_{EN_DIM}与二极管D_{EN_DIM}所组成，但并不限于此。在本示范性实施例中，致能/调光线路109可响应于致能信号EN的输入而启动控制芯片103(如此一来，即可使控制芯片103具备芯片致能功能)；另外，致能/调光线路109可响应于调光信号DIM的输入而使控制芯片103对发光二极管负载20进行调光作业(举例来说，当所输入的调光信号DIM致能时，则控制芯片103才得以输出脉宽调变信号GPW；反之，当所输入的调光信号DIM禁能时，则控制芯片103停止输出脉宽调变信号GPW。如此一来，即可使控制芯片103具备调光功能)。

综上所述，在本发明的上述示范性实施例中，由于升压装置10的过电流保护检测与过电压保护检测是在脉宽调变信号GPW分别处于致能与禁能时被进行/执行，故而控制芯片103即可通过同一只OCP/OVP引脚来实现对升压装置10的过电流保护与过电压保护。通过整合过电流保护检测与过电压保护检测的方式，即可缩减控制芯片103的引脚数量，由此降低芯片成本，从而得以解决现有技术所述及的问题。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。