专利名称：双向切换式电源供应器及其控制电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种双向切换式电源供应器及其控制电路，特别是指一种于供电模式中侦测输入端电流以调整输出端电流的双向切换式电源供应器及其控制电路。
背景技术：
图I示出现有技术的双向切换式电源供应器的示意图。双向切换式电源供应器 10可工作于供电模式或充电模式，于供电模式中，双向切换式电源供应器10将一输入电压 Vin升压转换为一输出电压Vout，即将较低的输入电压转换成较高的输出电压。连接输入电压Vin的一端与一电池Bat连接,又产生输出电压Vout的一端可连接系统负载。若将该用以产生输出电压Vout的一端自系统负载改连接至一电源(图未示)，则成为充电模式，图 I中相同电路会成为一降压切换式电源供应器，该电源会经由一功率级13将较高的输出电压转换成较低的输入电压，并对电池Bat进行充电。功率级13包括一上桥开关M2、下桥开关Ml及电感L,该三个元件共同连接于一切换节点LX。电池Bat供应的电流会经过电阻RS、电感L及上桥开关M2，再由节点VX流向输出电压Vout所在的输出端。若将节点VX直接作为输出端(即无负载开关M3、驱动电路11 及误差放大器12)，则当输出端发生短路(short)或过负载(overload)时，功率级13将会不断工作而造成整个电源供应器崩溃(crash)，且过量电流可能烧毁电路。为避免电路崩溃的产生，升压切换式电源供应器一般会设置输出短路防护电路，亦即可如图I所示增加一负载开关M3于节点VX和输出电压Vout之间，并控制通过负载开关M3的电流。在图标的现有技术中，该负载开关M3由一驱动电路11控制，以调整输出端的输出电流。根据误差放大器12输出的误差讯号Comp,驱动电路11从而产生控制负载开关M3的开关讯号。误差放大器12比较节点VX的电压及输出电压Vout的差值，而产生误差讯号Comp。参见图2，然而当负载开关M3的操作由线性模式(linear mode)转为饱和模式 (saturation mode),若过负载或过冲(overshoot)的问题发生,则负载开关M3亦无法有效控制输出电流Iout或避免整个电路的崩溃发生。纵使负载开关M3可以立即限制输出电流lout,而开始抑制电流过冲的问题,但输入端的电池Bat仍可能会持续过度放电(over discharge),而造成电池Bat的损毁。电池的输出电流Ibat的最大限制是很重要的规格要求，且该电池电流Ibat需要严格控制低于该最大限制电流。传统的双向切换式电源供应器 10或可以直接控制输出电流lout，但由电池Bat供应的输入电流Ibat却被动及延迟处理， 故无法有效保护供应电源(电池Bat)的输出电流低于该最大限制电流。有鉴于以上所述，本实用新型即针对现有技术的不足，提出一种能避免供应电源的输入电流超过规格中上限的双向切换式电源供应器及其控制电路，以改善电流过大而毁损电路元件或电池的问题。
发明内容本实用新型的目的之一在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种双向切换式电源供应器。[0007]本实用新型的另一目的在于，提出一种双向切换式电源供应器的控制电路。[0008]为达上述目的，本实用新型提供了一种双向切换式电源供应器，于供电模式中将一输入电压转换为一输出电压，包含一功率级，包括一上桥开关、一下桥开关及一电感，共同连接于一切换节点，其中该电感电性连接于该输入电压；一负载开关，电连接于该输出电压与该上桥开关之间；以及一驱动电路，根据该输入电压所在输入端的电流信息，控制该负载开关以调整通过该负载开关的输出电流。[0009]在一种较佳实施型态中，该双向切换式电源供应器另包括一电阻，耦接于该电感与该输入电压之间，其中该电流信息为该电阻两端的电压差。[0010]在一种较佳实施型态中，该双向切换式电源供应器另包含一误差放大器，其中该误差放大器比较该电阻两端的电压差，并产生输出讯号提供给该驱动电路。[0011]在一种较佳实施型态中，该上桥开关及该下桥开关皆为晶体管。[0012]在充电模式中，该双向切换式电源供应器自与该输出电压连接的一端对与该输入电压连接的一端充电。[0013]就另一个观点言，本新型提供了一种双向切换式电源供应器的控制电路，于供电模式中调整自一输入端而来通过一电感的输入电流而产生一输出电流供应给一输出端，包含一误差放大器，侦测因该输入电流产生的电压差，以产生一误差讯号；一下桥开关；一上桥开关，与该电感及该下桥开关共同连接于一切换节点；一负载开关，电连接于该输出端与该上桥开关之间；以及一驱动电路，根据该误差讯号，控制该负载开关以调整通过该负载开关的输出电流。[0014]下面通过具体实施例详加说明，当更容易了解本实用新型的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
[0015]图1示出现有技术的双向切换式电源供应器的示意图；[0016]图2示出传统双向切换式电源供应器的输出电流Iout的波形图；[0017]图3示出本实用新型双向切换式电源供应器的一个实施例；[0018]图4示出本实用新型双向切换式电源供应器的输出电流Iout的波形图；[0019]图5示出本实用新型的功率级的另一个实施例。[0020]图中符号说明[0021]10双向切换式电源供应器[0022]11驱动电路[0023]12误差放大器[0024]30双向切换式电源供应器[0025]31驱动电路[0026]32误差放大器[0027]33功率级[0028]34控制电路[0029]53功率级[0030]Comp误差讯号CX, Cout 电容Ibat电池电流，输入电流Iout输出电流L 电感LX切换节点Ml下桥开关M2上桥开关M3负载开关RS 电阻Vin输入电压Vout输出电压VX 节点Bat 电池
具体实施方式
图3示出本实用新型双向切换式电源供应器的一个实施例。如图所示，于供电模式中，双向切换式电源供应器30将一输入电压Vin升压转换为一输出电压Vout,即将较低的输入电压转换成较高的输出电压。连接输入电压Vin的一输入端与一电池Bat连接,又输出电压Vout的另一端可连接系统负载。在充电模式中，可将双向切换式电源供应器30 与输出电压Vout连接的一端与电源连接，就可自该电源对电池Bat充电。双向切换式电源供应器30包含一驱动电路31、一误差放大器32、一功率级33、一负载开关M3及一电阻RS。功率级33包括一上桥开关M2、下桥开关Ml及电感L,该三个兀件共同连接于一切换节点LX。电池Bat供应的电流会经过电阻RS、电感L及上桥开关M2， 再由节点VX流向输出电压Vout所在的输出端。又负载开关M3由驱动电路31控制，以调整输出端的输出电流。当输出端短路或过负载时，则输出电流Iout会变得很大，亦即输入端的输入电流 (即电池电流)Ibat也会随之变大。此时误差放大器32会侦测到电阻RS两端的压差，此压差可代表输入端的电流信息。驱动电路31会根据误差放大器32的误差讯号Comp或电流信息，以控制负载开关M3，从而调整输出电流lout。如此电源供应器30可直接反应电池 Bat的输入电流Ibat,而达到控制输出电流Iout的目的，并能有效保护电池Bat。驱动电路 31可通过改变作用于负载开关M3的栅极电压Vgate以调整输出电流lout，或改变控制负载开关M3的开关的脉冲宽度调变(PWM)讯号的工作周期而同样达到电流调整。参见图3，驱动电路31、误差放大器32、上桥开关M2、下桥开关Ml及负载开关M3 可以整合至一控制电路34的集成电路芯片，如此可容易和其它被动元件(例如电感L等) 组合而成电源供应器30。参见图4，当负载开关M3的操作由线性模式转为饱和模式，负载开关M3可有效控制输出电流，以避免负载或过冲的问题发生。如果双向切换式电源供应器30不必须双向工作时，亦即不需要自与输出电压Vout连接的一端对电池Bat充电时，图3中的功率级33可以用图5中功率级53取代，亦即原上桥开关M2的晶体管改为上桥开关Dl的二极管，该功率级53亦为一升压型转换器。 以上已针对较佳实施例来说明本实用新型，只是以上所述，仅为使本领域技术人员易于了解本实用新型的内容，并非用来限定本实用新型的权利范围。在本实用新型的相同精神下，本领域技术人员可以思及各种等效变化。例如本实用新型例示的开关可以为P 型或N型元件；再如，各实施例中图标直接连接的两电路或元件间，可插置不影响主要功能的其它电路或元件；再如，在误差放大器中正负输入端可以互换，只要相关电路相应修改即可。因此，所有各种等效变化，均应包含在本实用新型的范围之内。
权利要求1.一种双向切换式电源供应器，于供电模式中将一输入电压转换为一输出电压，其特征在于，包含一功率级，包括一上桥开关、一下桥开关及一电感，共同连接于一切换节点，其中该电感电性连接于该输入电压；一负载开关，电连接于该输出电压与该上桥开关之间；以及一驱动电路，根据该输入电压所在输入端的电流信息，控制该负载开关以调整通过该负载开关的输出电流。
2.如权利要求1的双向切换式电源供应器，其特征在于，另包含一电阻，耦接于该电感与该输入电压之间，其中该电流信息为该电阻两端的电压差。
3.如权利要求2的双向切换式电源供应器，其特征在于，另包含一误差放大器，其中该误差放大器比较该电阻两端的电压差，并产生输出讯号提供给该驱动电路。
4.如权利要求1的双向切换式电源供应器，其特征在于，该上桥开关及该下桥开关皆为晶体管。
5.如权利要求1的双向切换式电源供应器，其特征在于，在充电模式中，该双向切换式电源供应器自与该输出电压连接的一端对与该输入电压连接的一端充电。
6.一种双向切换式电源供应器的控制电路，于供电模式中调整自一输入端而来通过一电感的输入电流而产生一输出电流供应给一输出端，其特征在于，包含一误差放大器，侦测因该输入电流产生的电压差，以产生一误差讯号；一下桥开关；一上桥开关，与该电感及该下桥开关共同连接于一切换节点；一负载开关，电连接于该输出端与该上桥开关之间；以及一驱动电路，根据该误差讯号，控制该负载开关以调整通过该负载开关的输出电流。
7.如权利要求6的双向切换式电源供应器的控制电路，其特征在于，该电感与一电阻连接，且该电阻的另一端与该输入电压耦接，其中该电压差为该电阻两端的电压差。
8.如权利要求7的双向切换式电源供应器的控制电路，其特征在于，该误差放大器比较该电阻两端的电压差，并产生输出讯号提供给该驱动电路。
9.如权利要求6的双向切换式电源供应器的控制电路，其中该上桥开关及该下桥开关皆为晶体管。
10.如权利要求6的双向切换式电源供应器的控制电路，其特征在于，在充电模式中， 该双向切换式电源供应器自该输出端对该输入端充电。
专利摘要本实用新型提出一种双向切换式电源供应器及其控制电路，其中该双向切换式电源供应器于供电模式中将一输入电压转换为一输出电压，包含一功率级，包括一上桥开关、一下桥开关及一电感，共同连接于一切换节点，其中该电感电性连接于该输入电压；一负载开关，电连接于该输出电压与该上桥开关之间；以及一驱动电路，根据该输入电压所在输入端的电流信息，控制该负载开关以调整通过该负载开关的输出电流。
文档编号H02M3/156GK202309523SQ20112039783
公开日2012年7月4日 申请日期2011年10月18日 优先权日2011年10月18日
发明者龚能辉 申请人:立锜科技股份有限公司