专利名称：电源电路的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种电源电路，且特别是关于一种降压式的电源电路。
背景技术：
在降压型电源电路中，依据所要提供的输出电源驱动能力的大小，通常在输入电压与电感间，都会串接一个或多个相互并联的高端开关元件。这些开关元件多半以金属氧化物半导体场效应晶体管来建构，而当这些高端开关元件在电源电路工作时，则会因为多次反复的导通并关闭的切换动作，而产生切换功率损失(switching power loss)，并进而使得高端开关元件的温度上升。这个温度上升的现象，又导致电源电路的效能的降低。为了解决上述的高端开关元件的温度上升的问题，在已知的技术领域中，设计者通常会选用更贵的金属氧化物半导体场效应晶体管来建构高端开关元件，或使用更多的与原建构高端开关元件的金属氧化物半导体场效应晶体管相同的金属氧化物半导体场效应晶体管来相互并联。然而，由于这些作为高端开关元件的金属氧化物半导体场效应晶体管在降压型电源电路中是属于价格较高的电子元件。
发明内容
本发明的目的是提供一种电源电路，用以有效降低其中的开关的切换动作所造成的功率损失。本发明提出一种电源电路，包括高端开关单元、辅助开关单元、控制单元以及温度感测单元。高端开关单元受控于高端控制信号，其一端接收输入电压。辅助开关单元则与高端开关单元并联耦接。辅助开关单元受控于辅助控制信号。控制单元耦接高端开关单元以及辅助开关单元，用以产生高端控制信号及辅助控制信号，并依据检测温度以利用辅助控制信号与高端控制信号在高端开关单元导通前导通辅助开关单元。温度感测单元耦接控制单元，用以检测检测温度。在本发明的一实施例中，控制单元在当检测温度大于温度临界值时，利用辅助控制信号与高端控制信号在高端开关单元导通前导通辅助开关单元。在本发明的一实施例中，控制单元在当检测温度大于温度临界上限值时致能过热标记，并于检测温度小于温度临界下限值时禁能过热标记。控制单元还在当过热标记致能时利用辅助控制信号与高端控制信号在高端开关单元导通前导通辅助开关单元。在本发明的一实施例中，高端开关单元为高端晶体管，辅助开关单元为辅助晶体管，且辅助晶体管的栅极寄生电容小于高端晶体管的栅极寄生电容。在本发明的一实施例中，温度感测单元包括热敏电阻。在本发明的一实施例中，电源电路还包括至少一个低端开关单元。低端开关单元耦接控制单元，并受控于控制单元产生的低端控制信号。低端开关单元串接于高端开关单元的另一端与参考电压间。在本发明的一实施例中，电源电路还包括电感以及稳压电容。电感的一端耦接高
3端开关单元的另一端，其另一端提供输出电压。稳压电容串接于电感的另一端与参考电压间。在本发明的一实施例中，检测温度为高端开关单元的温度。本发明的有益技术效果是本发明利用与高端开关单元并联一个寄生电容较小的辅助开关单元，并且在当高端开关单元的温度过高时，在高端开关单元导通前导通辅助开关单元以降低直接导通较大尺寸(寄生电容较大)的高端开关单元所产生的较高的切换功率损失。除了可以有效降低功率的浪费外，还有以节省所需要的高端开关单元的数量，达到节省成本的效益。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，并配合附图作详细说明如下。
图1所示为本发明的一实施例的电源电路的电路示意图；图2A所示为本发明实施例的电源电路的一实施方式波形图；图2B所示为图2A中的时间点T5 Tll的放大波形图。
具体实施例方式请参照图1，图1所示为本发明的一实施例的电源电路100的电路示意图。电源电路100包括至少一个的高端开关单元110、辅助开关单元120、控制单元130、温度感测单元 140、至少一个的低端开关单元150、电感Ll以及稳压电容C2。高端开关单元110受控于高端控制信号DH，其一端接收输入电压VIN，而其另一端则与低端开关单元150及电感Ll耦接。高端开关单元110的数量可以不只有一个，也可以有很多个相互并联耦接。在本实施例中，高端开关单元110由高端金属氧化物半导体场效应晶体管Q2所建构。此外，辅助开关单元120则受控于辅助控制信号DHA，而辅助开关单元120的一端耦接至高端开关单元Iio的一端，辅助开关单元120的另一端则与高端开关单元110的另一端及电感Ll共同耦接(也就是辅助开关单元120与高端开关单元110并联耦接)。而在本实施例中，辅助开关单元120由辅助金属氧化物半导体场效应晶体管Q3所建构。低端开关单元150受控于低端控制信号DL，其一端与高端开关单元110及电感Ll 共同耦接，其另一端耦接参考电压GND。在本实施例中，参考电压GND为接地电压。低端开关单元150的数量可以不只有一个，也可以有很多个相互并联耦接。在本实施例中，低端开关单元150由低端金属氧化物半导体场效应晶体管Ql所建构。并且，辅助开关单元120、高端开关单元110与低端开关单元150所分别接收的辅助控制信号DHA、高端控制信号DH及低端控制信号DL皆由控制单元130所产生。电感Ll的一端耦接至高端开关单元110与低端开关单元150，电感Ll的另一端则提供输出电压V0UT。在电源电路100中，电感Ll扮演储能元件的角色。稳压电容Cl串接在输入电压VIN与参考电压GND之间、稳压电容C2串接在输出电压VOUT与参考电压GND 间，分别作为输入电压VIN与输出电压VOUT的稳压电容。控制单元130耦接辅助开关单元120、高端开关单元110与低端开关单元150以分别传送辅助控制信号DHA、高端控制信号DH及低端控制信号DL。控制单元130还耦接温度感测单元140，以接收温度感测单元140所检测获得的检测温度。在本实施例中，控制单元 130是依据检测温度来产生辅助控制信号DHA并调整辅助控制信号DHA导通辅助开关单元 120与高端控制信号DH导通高端开关单元110的时间差。在本实施例中，所谓的检测温度是温度感测单元140依据检测高端开关单元110 上的温度所获得的。而温度感测单元140则包括热敏电阻TR1，并当高端开关单元110上的温度改变时，检测温度可以利用热敏电阻TRl的电阻值的改变而获得。在本实施例中，用来判读热敏电阻TRl的电阻值的改变的机制(未示出)可以建构在温度感测单元140中，也可以建构在控制单元130中。在此，控制单元130可依据判断温度感测单元140所传至的检测温度与温度临界值的大小来产生辅助控制信号DHA并调整辅助控制信号DHA导通辅助开关单元120的时间点。举个简单的例子来说明，控制单元130在判断检测温度大于温度临界值(例如摄氏80 度)时，产生辅助控制信号DHA，并使辅助控制信号DHA导通辅助开关单元120时间点早于高端控制信号DH导通高端开关单元110的时间点。相反的，若是控制单元130在判断检测温度不大于温度临界值(摄氏80度)时，则停止产生导通辅助开关单元120的辅助控制信号 DHA。为简单有效的使辅助开关单元120的导通早于高端开关单元110，可以利用相对于高端金属氧化物半导体场效应晶体管Q2具有较小尺寸的辅助金属氧化物半导体场效应晶体管Q3来实施。更具体一点的来说，就是利用具有较小的栅极寄生电容(相对于高端金属氧化物半导体场效应晶体管Q2)的辅助金属氧化物半导体场效应晶体管Q3来建构辅助开关单元120。在本实施例中，辅助金属氧化物半导体场效应晶体管Q3特征是栅极电容较小，尺寸较小，导通阻抗较大，所以高端金属氧化物半导体场效应晶体管Q2与辅助金属氧化物半导体场效应晶体管Q3同时导通时，辅助金属氧化物半导体场效应晶体管Q3流经电流很小。在检测温度大于温度临界值时，提供同步于或超前于高端控制信号DH的辅助控制信号DHA。在此，由于辅助金属氧化物半导体场效应晶体管Q3较高端金属氧化物半导体场效应晶体管Q2有较小的栅极寄生电容，因此，即使高端金属氧化物半导体场效应晶体管 Q2与辅助金属氧化物半导体场效应晶体管Q3接收到同步的控制信号，辅助金属氧化物半导体场效应晶体管Q3也会较快被导通。在另一方面，为使控制单元130依据检测温度产生并调整辅助控制信号DHA导通辅助开关单元120的动作更为稳定，以下则提出另一实施方式来说明。请参照图2A及图2B， 图2A所示为本发明实施例的电源电路100的一实施方式波形图，图2B则所示为图2A中的时间点T5 TlO的放大波形图。请先参照图2A，在时间点Tl T5的区间中，检测温度DT 小于温度临界上限值TEMPH，此时过热标记被设定为禁能，且高端开关单元110对应周期性转态的高端控制信号DH进行导通并关闭的切换动作。另一方面，辅助开关单元120则对应于未被致能的辅助控制信号DHA而不导通。相对的，高端开关单元110由于持续的切换动作而致使检测温度DT的上升。到了时间点T5时，由于控制单元130检测出检测温度DT已超过温度临界上限值 TEMPH，因此，控制单元130致能热标记并开始产生并致能辅助控制信号DHA。接着请参照图 2B，在时间点T5时，辅助开关单元120因应致能(转态为高电平)的辅助控制信号DHA而导通，此时辅助开关单元120两端间的跨压VDSQ3与高端开关单元110两端间的跨压VDSQ2 一起被降低(跨压VDSQ3与跨压VDSQ2是相同电压值)，相对的辅助开关单元120间流动的电流IDSQ3也随之上升。在时间点T5后的时间点T6时，高端开关单元110对应开始致能(转态为高电平) 的高端控制信号DH开始导通，流经高端开关单元110的电流IDSQ2也随之上升。在时间点 T6 T7间，流经辅助开关单元120间的电流IDSQ3开始下降，但并不会下降到0安培。在时间点T7之后，在辅助金属氧化物半导体场效应晶体管Q3的导通阻抗高于高端金属氧化物半导体场效应晶体管Q2的状况下，流经辅助开关单元120间的电流IDSQ3仍维持一个小的电流量，以分流掉原本应该会流至高端开关单元110的电流。在时间点T8时，高端开关单元110及辅助开关单元120开始进行关闭，电流IDSQ2、IDSQ3也开始下降。在时间点T9 时，辅助金属氧化物半导体场效应晶体管Q3会先行关闭，电流IDSQ2、IDSQ3完全下降至0 安培，而在时间点TlO时，高端金属氧化物半导体场效应晶体管Q2关闭，跨压VDSQ3与跨压 VDSQ2上升至最高电平。由上述的说明可以得知，在辅助开关单元120的协助下，高端开关单元110上的跨压VDSQ2在进行导通的瞬间可以被降低。另外，由时间点T5 T6间，跨压VDSQ2与电流 IDSQ2交会的区域来看，高端开关单元110的切换功率损失被降到最小。而由时间点T5 T6间，跨压VDSQ3与电流IDSQ3交会的区域也趋近于零，因此，辅助开关单元120的切换功率损失也有效的被控制到最小。据此，高端开关单元110上的温度则会逐渐的降低。而随着温度的下降，控制单元130并不立刻禁能过热标记，而是在当时间点Tll时，检测温度DT低于温度临界下限值 TEMPL时，控制单元130才设定过热标记为禁能。并在时间点Tll后，控制单元130不再利用辅助控制信号DHA来导通辅助开关单元120，仅有高端开关单元110依旧依据高端控制信号DH进行切换动作。综上所述，本发明实施例利用与高端开关单元并联的辅助开关单元，并通过辅助开关单元的导通时间早于高端开关单元的导通时间的特性，来保护高端开关单元。并在维持辅助开关单元的切换功率损失在最小的情况下，降低高端开关单元的切换功率损失。进而有效控制高端开关单元上的检测温度，提升电源电路的效能。虽然本发明已以实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，任何所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， 故本发明的保护范围当视权利要求书所界定的为准。
权利要求
1.一种电源电路，其特征是，包括高端开关单元，受控于高端控制信号，所述高端开关单元的一端接收输入电压； 辅助开关单元，与所述高端开关单元并联耦接，所述辅助开关单元受控于辅助控制信号；控制单元，耦接所述高端开关单元以及所述辅助开关单元，所述控制单元用以产生所述高端控制信号及所述辅助控制信号，并依据检测温度以利用所述辅助控制信号与所述高端控制信号在所述高端开关单元导通前导通所述辅助开关单元；以及温度感测单元，耦接所述控制单元，所述温度感测单元用以检测所述检测温度。
2.根据权利要求1所述的电源电路，其特征是，所述控制单元在当所述检测温度大于温度临界值时，利用所述辅助控制信号与所述高端控制信号在所述高端开关单元导通前导通所述辅助开关单元。
3.根据权利要求1所述的电源电路，其特征是，所述控制单元在当所述检测温度大于温度临界上限值时致能过热标记，并于所述检测温度小于温度临界下限值时禁能所述过热标记，所述控制单元在当所述过热标记致能时利用所述辅助控制信号与所述高端控制信号在所述高端开关单元导通前导通所述辅助开关单元。
4.根据权利要求3所述的电源电路，其特征是，所述控制单元在当所述检测温度不大于所述温度临界上限值且不小于所述温度临界下限值时，维持所述过热标记的状态，其中所述温度临界上限值大于所述温度临界下限值。
5.根据权利要求1所述的电源电路，其特征是，所述高端开关单元为高端晶体管，所述辅助开关单元为辅助晶体管，且所述辅助晶体管的栅极寄生电容小于所述高端晶体管的栅极寄生电容。
6.根据权利要求1所述的电源电路，其特征是，所述温度感测单元包括热敏电阻。
7.根据权利要求1所述的电源电路，其特征是，所述电源电路还包括至少一个低端开关单元，耦接所述控制单元，并受控于所述控制单元产生的低端控制信号，所述低端开关单元串接于所述高端开关单元的另一端与参考电压间。
8.根据权利要求7所述的电源电路，其特征是，所述电源电路还包括电感，其一端耦接所述高端开关单元的另一端，其另一端提供输出电压；以及稳压电容，串接于所述电感的另一端与所述参考电压间。
9.根据权利要求1所述的电源电路，其特征是，所述检测温度为所述高端开关单元的温度。
全文摘要
本发明是一种电源电路，包括高端开关单元、辅助开关单元、控制单元以及温度感测单元。高端开关单元受控于高端控制信号，并接收输入电压。辅助开关单元，与高端开关单元并联耦接，且受控于辅助控制信号。控制单元用以产生高端控制信号及辅助控制信号，并依据检测温度以利用辅助控制信号与高端控制信号在高端开关单元导通前导通辅助开关单元。温度感测单元耦接控制单元，且用以检测以获得检测温度。
文档编号H02M1/32GK102457170SQ20101052245
公开日2012年5月16日 申请日期2010年10月15日 优先权日2010年10月15日
发明者吴永禄, 林清泉, 沈文君, 钟荣华 申请人:和硕联合科技股份有限公司