专利名称：检测功率转换器的切换电流的装置及其方法
技术领域：
本发明有关一种切换控制电路，特别是有关一种方法及装置，用来检测在连续 电流模式下操作的功率转换器切换电流。
背景技术：
功率转换器用来将不规律的功率源转换为规律的电压或电流源。功率转换器一 般包括变压器或磁性装置，其具有初级绕组与次级绕组。连接至初级绕组的一切换 电路用来控制能量由初级绕组转移至次级绕组。图1是表示现有的功率转换器。控 制器50产生切换信号Vcj，以根据反馈信号VFB来调整功率转换器的输出信号。反
馈信号Vra与功率转换器的输出信号Vo相关。切换信号VG驱动功率晶体管20， 以切换变压器10。变压器10连接至功率变压器的输入电压VIN。变压器10的能量 透过整流器40与电容器45而整流滤波后输出至功率转换器的输出信号V0。电阻 器30与功率晶体管20串联，以根据变压器10的切换电流Ip来产生切换电流信号 Vj。切换电流信号V,耦合至控制器50，以控制功率转换器。当在切换周期的起始 之前且变压器10完全地放电时，功率转换器将操作在非连续电流模式 (discontinuous current mode,以下称DCM)。假使切换信号VG在变压器10完全 放电之前被致能，功率转换器将操作在连续电流模式(continuous current mode,以 下称CCM)。当功率转换器操作在CCM下时，连续电流将持续存在于变压器10 中。图2是表示切换电流Ip的CCM波形图，其中，连续电流U表示储存在变压 器10的能量。斜坡电流Ic是在切换周期T的导通时间ToN的期间内被充电至变压 器10的能量。连续电流U表示变压器10的主要能量转换。在切换电流Ip的上升 缘会产生电压突增(voltage spike)及噪声。而此电压突增及噪声将会产生取样误
差。本发明的目的在于发展一种方法及装置，以测量切换电流Ip的连续电流lA与
斜坡电流Ic。 发明内容本发明提供一种用来检测功率转换器的切换电流的方法，用来检测功率转换器 的切换电流。首先，根据功率转换器的切换信号的脉波宽度来产生取样信号，接着 在切换信号与取样信号的期间对取样电流进行取样，以产生第一电流信号及第二电 流信号。根据第一电流信号及第二电流信号来产生多个输出信号。切换信号用来切 换功率转换器的磁性装置，且多个输出信号与切换电流的值相关联。
本发明另提供一种用以检测功率转换器的切换电流的装置，用以检测功率转换 器的切换电流。此检测装置包括信号产生电路、取样维持电路、以及计算电路。信 号产生电路根据切换信号的脉波宽度来产生一取样信号。取样维持电路接收取样信 号与切换电流信号，以产生第一电流信号与第二电流信号。计算电路接收第一电流 信号与第二电流信号以产生多个输出信号。切换信号用来切换功率转换器的磁性装
置，且多个输出信号与切换电流的值相关联。
本发明又提供一种用来检测功率转换器的切换电流的方法，用来检测功率转换 器的切换电流。首先，根据功率转换器的切换电流来产生一切换电流信号，接着， 在切换电流信号的波形中定义峰点以及取样点。根据在峰点与取样点之间的斜率来 计算多个输出信号。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下面将配合附图对本发明 的较佳实施例作详细说明，其中 图1表示现有的功率转换器；
图2表示在连续电流模式(CCM)下，切换电流的波形图3表示根据本发明实施例的控制器的电路架构；
图4表示本发明实施例的信号产生电路的详细电路；
图5表示根据本发明实施例的单击电路架构；
图6表示图4及图5所示的电路的信号波形；
图7表示根据本发明实施例的取样维持电路的详细电路；
图8表示根据本发明实施例的切换电流信号波形；以及
图9表示根据本发明实施例的计算电路的详细电路。
具体实施例方式
图3是表示根据本发明实施例的控制器50的电路架构， 一并参阅图1。触发
6器70与与门75产生切换信号Sw与VG，以驱动晶体管20并切换变压器10 (显示 于图l)。检测电路100接收切换电流信号V,，以产生直流(direct-current, DC) 输出信号VxA与交流(alternating current, AC)输出信号Vxc。检测电路100包括 信号产生电路150、取样维持电路200、以及计算电路300。信号产生电路150根 据切换信号Sw的脉波宽度来产生取样信号S2。取样维持电路200接收取样信号S2
以及切换电流信号K (图中未示)，以产生第一电流信号IMB1、以及Imb2以及第 二电流信号lMD。计算电路300接收第一电流信号lM!M、以及1細2以及第二电流信 号Imd,以产生直流输出信号Vxa与交流輸出信号VXC。直流瑜出信号Vxa与交流
输出信号Vxc与功率转换器的切换电流Ip的值相关联。
参阅图4至图6，其中，图4表示图3中的信号产生电路150，其包括充电电 路、电容器160及161、以及输出电路。电流源151与开关153、 154、及157组成 充电电路，其用来对电容器160及161充电。电容器160产生斜率信号Ss。根据 在前一切换周期期间内充电在电容器160的电流，电容器161产生电平信号SL。 电平信号Si^与切换信号Sw的脉波宽度相关联。由电阻器167及168所组成的分压 器根据经过缓冲器165所接收的电平信号S^来产生分压信号Sd。分压信号Sd因此 与一比例的电平信号S^ (例如^i)相关联。由或非门(NOR) 171、比较器170、 以及反相器175所组成的输出电"路，根据比较结果信号Sc与第一单击信号Sw来 产生取样信号S2。其中比较结果信号Sc根据分压信号Sd及斜率信号Ss透过比较 器170而产生。信号产生电路150还包括单击电路181及185，用以产生第一单击
信号S^及第二单击信号SM2。
图5表示图4的单击电路181及185的实施例。 一旦晶体管192关闭时，固定 电流源190用来对电容器193充电。单击电路181与185的输入端IN耦接晶体管 192的栅极以及或非(NOR)门196的一输入端。或非(NOR)门196的另一输入 端耦接电容器193。因此，单击电路根据其输入信号的下降源而在或非门196的输 出端产生一单击信号。固定电流源190的电流与电容器193的电容值决定了此单击 信号的脉波宽度。
图6是表示图4及图5所示的电路的信号波形。如前所述，由于分压信号Sd 的值与一比例的电平信号S^相关联且电平信号Si的电平大小是与切换信号Sw的 脉波宽度相关联，当脉波信号的脉宽较宽(开启周期较大)时，相对电平较高。因 此一旦斜率信号Ss大于电平信号St取样信号S2时，取样信号S2被重置。
图7是表示根据图3中本发明实施例的取样维持电路200的示意图。参阅图6及图7，取样电路200包括第一电容器216，其接收切换电流信号V,以根据切换信 号Sw来产生第一取样信号Sfl，并根据第二单击信号Sm2将第一取祥信号Sn转移 到电容器217。第二电容器256接收切换电流信号V,以根据取样信号S2来产生第 二取样信号Sfi，并根据被致能的第二单击信号Sm2将第二取祥信号Se转移到电容 器257。由运算放大器220、晶体管225、以及电阻221所组成的第一电压转电流 (voltage-to-current, V-to-I)电路根据第一取样信号Sn的电压而将其转换成对应 的第一电流Ivi。由运算放大器260、晶体管265、以及电阻器261所组成的第二电 压转电流电路根据第二取样信号Sn的电压值而产生对应的第二电流IV2。第一电流 镜(由晶体管230、 231、 232、及233所组成)根据第一电流IV1而产生电流信号
以及IMB2 (第一电流信号)。在此实施例中，第一电流镜中的晶体管比
例等于l，所以 第二电流镜(由晶体管270、 271、 275、及276所
组成)的比例亦等于1，其产生与第二电流Iv2成比例的电流信号lMM，且根据第一 电流信号I,与电流信号lMM之间的差来产生第二电流信号IMD。由于第一电流信 号imb镜射于第一电流iv,且电流信号imm是镜射于第二电流IV2，因此第二电流信 号lMD亦与第一电流信号lMB与电流信号lMM之间的差成比例。
图8是表示图6中切换电流信号V！的波形。点C与B分别表示在此波形中的
一峰点(peakpoint)与取样点(Samplepoint) 。 lB表示峰点C的电流，且Im表示
取样点B的电流，lD表示峰点电流lB与取样点电流lM之间的差。连续电流lA表示 储存在变压器10的能量。斜坡电流Ic是在导通时间期间内充电至变压器10的能 量。连续电流lA与斜坡电流Ic可由以下式子来导出表示
由于斜率Scb二Sca，因此 7。 = 7c
<formula>formula see original document page 8</formula>( 1 )
<formula>formula see original document page 8</formula>(2)
由公式(1)可得
<formula>formula see original document page 8</formula>(3)
<formula>formula see original document page 8</formula>(4)
由式(3) 、(4)可获得
<formula>formula see original document page 8</formula> (5)
<formula>formula see original document page 8</formula> (6)
图9是表示图3中本发明实施例的计算电路300。计算电路300接收第一电流信号IMB1与IMB2以及第二电流信号IMD，以产生直流输出信号Vxa与交流瑜出信号
Vxc。计算电路300包括第一电流镜(由晶体管310及311所组成)、第二电流镜 (由晶体管315、 316、及317所组成)、以及第三电流镜(由晶体管327及328
所组成)，这些电流镜接收第一电流信号lMB与lMB2以及第二电流信号lMD，以透
过电阻器R37o来产生直流输出信号VxA。第四电流镜(由晶体管353与354所组成) 以及第五电流镜(由晶体管356与357所组成)用来产生交流输出信号Vxc。在此 实施例中，第一电流镜中的比例为l:n;第二、第三、第四、及第五电流镜中的每
一者的比例等于1。计算电路300的电流信号I(m Io5可由以下式子来表示
7(91 = w x 7膨=w x (/扁—/認)=w x (/柳—/認) (7 )
二 Arm - =义ws — w(/細—7謝) (g )"=[;-"C - D]x " L ", ( 15 )
其中，"为固定的比值，且《。及《为定值。
因此，根据式(14)及(15)，直流输出信号VxA以及交流输出信号Vxc皆
与切换电流的值相关联，其中直流输出信号VxA与该切换电流的连续电流U相关
联，且该交流输出信号Vxc与该切换电流的一斜坡电流Ic相关联。
综上所述，本发明可根据功率转换器的切换信号的脉波宽度来对信号取样， 且电压突增与噪声将不会影响信号取样。信号取样可设计在切换电流Ip的下降缘
之前，并藉由计算电路，可计算出直流输出信号VxA与交流输出信号Vxc。
本发明虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何所
9属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作出种种等 同的改变或替换，因此本发明的保护范围当视后附的本申请权利要求范围所界定的 为准。
权利要求
1. 一种用来检测功率转换器的切换电流的方法，其特征在于，包括根据该功率转换器的一切换信号的脉波宽度来产生一取样信号；在该切换信号与该取样信号的期间对该切换电流的波形进行取样，以产生一第一电流信号及一第二电流信号；以及根据该第一电流信号及该第二电流信号来产生多个输出信号；其中，该切换信号用来切换该功率转换器的一磁性装置，且所述输出信号与该切换电流的值相关联。
2. 根据权利要求1所述的用来检测功率转换器的切换电流的方法，其特征在于，该取样信号的脉波宽度是一比例的该切换信号的脉波宽度，且该比例一为常数。
3. 根据权利要求2所述的用来检测功率转换器的切换电流的方法，其特征在于，所述输出信号根据该比例的常数而产生。
4. 根据权利要求2所述的用来检测功率转换器的切换电流的方法，其特征在于，所述输出信号包括一直流输出信号及一交流输出信号，该直流输出信号与该切换电流的一连续电流相关联，且该交流输出信号与该切换电流的一斜坡电流相关联。
5. 根据权利要求4所述的用来检测功率转换器的切换电流的方法，其特征在于，所述输出信号根据该比例而产生，且该交流输出信号根据该比例以及该第一电流信号与该第二电流信号间的差值产生。
6. —种用来检测功率转换器的切换电流的装置，其特征在于，包括一信号产生电路，用以根据一切换信号的脉波宽度来产生一取样信号；一取样维持电路，用以接收该取样信号与一切换电流信号，以产生一第一电流信号与一第二电流信号；以及一计算电路，用以接收该第一电流信号与该第二电流信号，以产生多个输出信号；其中，该切换信号用来切换该功率转换器的一磁性装置，且所述输出信号与该切换电流的值相关联。
7. 根据权利要求6所述的用来检测功率转换器的切换电流的装置，其特征在于，该取样信号的脉波宽度是一比例的该取样信号的脉波宽度，且该比例一为定值。
8. 根据权利要求6所述的用来检测功率转换器的切换电流的装置，其特征在于，该取样维持电路在该切换信号与该取样信号的期间对该切换电流信号该切换电流信号进行取样。
9. 根据权利要求7所述的用来检测功率转换器的切换电流的装置，其特征在于，所述输出信号包括一直流输出信号及一交流输出信号，该直流输出信号与该切换电流的一连续电流相关联，且该交流输出信号与该切换电流的一斜坡电流相关联。
10. 根据权利要求9所述的用来检测功率转换器的切换电流的装置，其特征在于，所述输出信号根据该比例而产生，且该交流输出信号根据该比例以及该第一电流信号与该第二电流信号间的差值产生。
11. 根据权利要求6所述的用来检测功率转换器的切换电流的装置，其特征在于，该信号产生电路包括一充电电路，用以对一电容器充电且根据该切换信号产生一斜率信号及一电平信号；一分压器，用以根据该电平信号来产生一分压信号；以及一输出电路，用以根据该分压信号与该斜率信号来产生该取样信号；其中，该电平信号与该切换信号的脉波宽度相关联，且该分压信号为该电平信号的一比例。
12. 根据权利要求6所述的用来检测功率转换器的切换电流的装置，其特征在于，该取样维持电路包括-一第一电容器，耦接该切换电流信号，以根据该切换信号来产生一第一取样信号；一第二电容器，耦接该切换电流信号，以根据该取样信号来产生一第二取样信号；一第一电压转电流电路，用以根据该第一取样信号来产生一第一电流-,一第二电压转电流电路，用以根据该第二取样信号来产生一第二电流；一第一电流镜，用以根据该第一电流来产生该第一电流信号；以及一第二电流镜，用以根据该第二电流信号来产生该第二电流信号。
13. —种用来检测功率转换器的切换电流的方法，其特征在于，包括根据该功率转换器的该切换电流来产生一切换电流信号；在该切换电流信号的一波形中定义一峰点以及一取样点；以及根据在该峰点与该取样点之间的斜率来计算多个输出信号。
14. 根据权利要求13所述的用来检测功率转换器的切换电流的方法，其特征在于，还包括根据该峰点与该取样点的电流及脉波宽度来产生一连续电流与一斜坡电流。
15. 根据权利要求13所述的用来检测功率转换器的切换电流的方法，其特征在于，所述输出信号包括一直流输出信号及一交流输出信号，该直流输出信号与该切换电流的一连续电流相关联，且该交流输出信号与该切换电流的一斜坡电流相关联。
全文摘要
本发明提供一种用以检测功率转换器的切换电流的装置及其方法。此检测装置包括信号产生电路、取样维持电路、以及计算电路。信号产生电路根据切换信号的脉波宽度来产生一取样信号。取样维持电路接收取样信号与切换电流信号，以产生第一电流信号与第二电流信号。计算电路接收第一电流信号与第二电流信号以产生多个输出信号。切换信号用来切换功率转换器的磁性装置，且多个输出信号与切换电流的值相关联。
文档编号H02M7/02GK101499730SQ20091000409
公开日2009年8月5日 申请日期2009年2月11日 优先权日2008年6月13日
发明者李俊庆, 杨大勇, 立 林, 许胜福, 陈荣升 申请人:崇贸科技股份有限公司