电压转换电路及其控制电路的制作方法

本发明涉及一种电压转换电路及其控制电路，尤其涉及一种可快速关闭驱动开关的电压转换电路及其控制电路。

背景技术：

在现有的技术领域中，电源供应电路提供驱动开关，并通过导通驱动开关以供应输出电压。此外，在当有输入电压的条件下，当输出电压瞬间发生大于输入电压的情况，现有的电源供应电路可产生控制信号来切断驱动开关，以启动电源供应电路的逆向电压保护机制。

然而，为避免发生误动作，现有技术的电源供应电路会针对控制信号进行解弹跳(de-bounce)的动作。这个解弹跳的动作通常设定在2～10微秒的范围。若当输出电压在2～10微秒的范围中，产生瞬间变大的现象时，现有技术的电源供应电路无法即时切断驱动开关，并可能产生电路元件损毁的可能。

在另一方面，当输入电压为零或高阻抗时，当输出电压产生瞬间变大的现象时，现有技术的电源供应电路无法动作立即切断驱动开关，也可能产生电路元件损毁的现象。

技术实现要素：

本发明提供一种电压转换电路及其控制电路，可达到逆向电压防护的功能。

本发明的控制电路用以控制驱动开关。驱动开关的两端分别接收输入电压以及输出电压。控制电路包括电压状态比较器以及控制信号产生器。电压状态比较器接收输入电压以及输出电压，并提供基准电压。电压状态比较器依据输入电压的电压状态，使输出电压的电压值与输入电压与或基准电压的电压值进行比较，并藉以产生比较结果。电压状态比较器并依据比较结果产生偏压电压。控制信号产生器耦接电压状态比较器。控制信号产生器依据偏压电压以产生控制信号，并传送控制信号至驱动开关的控制端，其中，驱动开关依据控制信号以被导通或被断开。

在本发明的一实施例中，当上述的输出电压的电压值大于输入电压的电压值时，电压状态比较器产生第一电流，并依据第一电流以产生偏压电压。

在本发明的一实施例中，当上述的输入电压为高阻抗状态，电压状态比较器比较输出电压的电压值以及基准电压的电压值，并在当输出电压的电压值大于基准电压的电压值时，电压状态比较器产生第一电流，并依据第一电流以产生偏压电压。

本发明的电压转换电路包括驱动开关以及控制电路。驱动开关的两端分别接收输入电压以及输出电压。控制电路包括电压状态比较器以及控制信号产生器。电压状态比较器接收输入电压以及输出电压，并提供基准电压。电压状态比较器依据输入电压的电压状态，使输出电压的电压值与输入电压与或基准电压的电压值进行比较，并藉以产生比较结果。电压状态比较器并依据比较结果产生偏压电压。控制信号产生器耦接电压状态比较器。控制信号产生器依据偏压电压以产生控制信号，并传送控制信号至驱动开关的控制端，其中，驱动开关依据控制信号以被导通或被断开。

基于上述，本发明提供控制电路，并通过检测输入电压以及输出电压的电压状态，来对应产生控制信号。以在输入电压低于输出电压，或输入电压不存在时，通过产生控制信号以断开驱动开关。如此一来，驱动开关上所产生的逆电压现象，可以通过断开驱动开关来有效的达到元件防护的目的，确保电压转换电路的安全性。

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。

附图说明

图1显示本发明一实施例的控制电路的示意图；

图2显示本发明另一实施例的控制电路的示意图；

图3a以及图3b显示本发明实施例的控制电路的动作波形图；

图4显示本发明一实施例的电压转换电路的示意图。

附图标号说明：

100、200、420：控制电路

110、210：电压状态比较器

120、220：控制信号产生器

121、221：下拉电路

dsw1：驱动开关

vin：输入电压

vout：输出电压

m1～m4、mdis、md1～md4、ms1～ms2：晶体管

zd1：二极管

cs1、cs2：电流源

vb：偏压电压

vb2：参考偏压

i1、i2：电流

s1、s2、s3：信号

sel：选择器

iref：参考电流

gnd：参考电位

ctrl：控制信号

r1～r4：电阻

buf1：缓冲器

201：升压电路

va：电压

ta1：时间点

δt：时间区间

400：电压转换电路

410：驱动器

具体实施方式

请参照图1，图1显示本发明一实施例的控制电路的示意图。控制电路100可用以控制驱动开关dsw1，其中，驱动开关dsw1的两端分别接收输入电压vin以及输出电压vout。控制电路100包括电压状态比较器110以及控制信号产生器120。在本实施例中，电压状态比较器110包括晶体管m1以及二极管zd1。晶体管m1的第一端接收输出电压vout，晶体管m1的控制端则接收输入电压vin，而晶体管m1的第二端与二极管zd1的阴极相耦接。另外，二极管zd1的阳极则可耦接至电流源cs1。二极管zd1可以为基纳(zenerdiode)二极管。

此外，控制信号产生器120包括晶体管m2、电流源cs2以及下拉电路121。晶体管m2的第一端接收输出电压vout，晶体管m2的控制端接收偏压电压vb，晶体管m2的第二端则耦接至电流源cs2。电流源cs2串接在电流源cs1以及晶体管m2的第二端间，并用以由晶体管m2的第二端汲取参考电流iref。

在控制电路100的第一种操作状态下，当晶体管m1的控制端接收有效的输入电压vin时，晶体管m1可使输出电压vout来与输入电压vin及晶体管m1的临界电压vth的和进行比较以产生比较结果。晶体管m1并在当输出电压vout>输入电压vin+临界电压vth时被导通，依据比较结果产生电流i1。电流i1则用以流通二极管zd1，并可在二极管zd1的阴极端产生偏压电压vb。

承续上述说明，晶体管m2依据电压状态比较器110所产生的偏压电压vb以产生电流i2。并且，依据电流i2与参考电流iref的差值，晶体管m2的第二端上可产生信号s1，而在电流源cs2与电流源cs1的耦接端点上，则可产生信号s2。信号s1、s2被传送至下拉电路121。下拉电路121则可依据信号s1、s2来下拉控制信号ctrl的电压电平，并通过低电压电平的控制信号ctrl来使驱动开关dsw1被断开，并启动逆向电压保护的机制。

具体来说明，在本实施例中，下拉电路121包括选择器sel以及晶体管mdis。选择器sel接收信号s1、s2并耦接参考电位gnd。晶体管mdis的控制端耦接至选择器sel的输出端，晶体管mdis并受控于选择器sel的输出电压。

在此请注意，当在输出电压vout大于输入电压vin时，电压状态比较器110可提供偏压电压vb。晶体管m2并依据偏压电压vb以产生电流i2。并且，在当电流i2大于参考电流iref时，晶体管m2的第二端上的寄生电容，可以基于电流i2与参考电流iref间的差值而被充电。如此一来，晶体管m2的第二端上可产生具有高电压值的信号s1。在此同时，选择器sel可依据信号s2以选择具有高电压值的信号s1进行输出，并使晶体管mdis的控制端接收高电压值的信号s1。如此，晶体管mdis可被导通，并使控制信号ctrl的电压值被拉低至参考电位gnd(例如为接地电压)。

附带一提，若在电流i2小于参考电流iref时，晶体管m2的第二端上则可产生具有低电压值的信号s1。此时选择器sel选择输出低电压，并使晶体管mdis维持在导通的状态。

在另一方面，在控制电路100的第二种操作状态下，晶体管m1的控制端所接收的输入电压vin不存在而呈现高阻抗(highimpedance)的状态时，晶体管m1可通过使输出电压vout与二极管zd1所提供的基准电压进行比较，并依据比较结果来产生电流i1。其中，基准电压可以等于二极管zd1的崩溃电压，并在当输出电压vout>基准电压时，晶体管m1对应产生电流i1，并依据电流i1来产生偏压电压vb。

如此一来，控制信号产生器120可依据偏压电压vb来拉低控制信号ctrl的电压值，并藉以使驱动开关dsw1被断开，启动逆向电压保护机制。

以下请参照图2，图2显示本发明另一实施例的控制电路的示意图。控制电路200用以控制驱动开关dsw1的导通断开动作，并用以启动逆向电压保护机制。控制电路200包括电压状态比较器210以及控制信号产生器220。电压状态比较器210包括晶体管m1、md1～md4、电阻r1以及r3。晶体管m1的第一端通过电阻r1以接收输出电压vout。晶体管m1的控制端通过电阻r3以接收输入电压vin，晶体管m1的第二端产生偏压电压vb。晶体管md1～md4耦接成二极管的组态，并依序串接在晶体管m1的第二端与参考电位gnd间。晶体管md1～md4所构成的二极管依序顺向偏压在晶体管m1的第二端与参考电位gnd间，晶体管md1～md4的导通电压的总和提供做为基准电压。

附带一提的，在本实施例中，设置在晶体管m1以及参考电位gnd间的二极管的数量，没有特定的限制。图2显示的4个晶体管以建构4个二极管的方式仅只是说明用范例，并不用以限制本发明的范畴。另外，建构二极管的晶体管的导电形态，也可以任意设置，图2显示利用两个p型晶体管md1、md2以及两个n型晶体管md3、md4来建构二极管也只是说明用范例，并不用以限制本发明的范畴。

控制信号产生器220包括电阻r3、r4、晶体管m2、m4、电流源cs2以及下拉电路221。晶体管m2的第一端通过电阻r2接收输出电压vout，晶体管m2的控制端接收偏压电压vb，晶体管m2的第二端耦接至电流源cs2。电流源cs2由晶体管m3所建构。晶体管m3的第一端耦接至晶体管m2的第二端，并产生信号s1，晶体管m3的第二端耦接至晶体管m4的第一端，并产生信号s2。晶体管m3的控制端接收参考电位gnd。晶体管m4串接在晶体管m3的第二端与参考电位gnd间，晶体管m4的控制端接收参考偏压vb2，其中，参考偏压vb2由晶体管md4所产生。此外，电阻r4串接在晶体管m4的控制端与参考电位gnd间。

此外，下拉电路221包括缓冲器buf1以及晶体管mdis。缓冲器buf1接收信号s1以作为操作电源。缓冲器buf1并接收信号s2，并通过反向信号s2以产生信号以控制晶体管mdis。晶体管mdis则在导通时，用以拉低控制信号ctrl的电压值，并藉以使驱动开关dsw1被断开，以启动逆向电压防护机制。

关于电路动作方面，在当输入电压vin存在时，且当输出电压vout与输入电压vin的差值大于晶体管m1的临界电压时，逆向电压防护机制可被启动。或者，当输入电压vin不存在时，且当输出电压vout大于基准电压时，逆向电压防护机制也可被启动。在当逆向电压防护机制被启动时，晶体管m1上可产生电流i1，其中电流i1＝(vout–vout1)/r1。

通过电流i1流通晶体管m1，可在晶体管m1的第二端上产生偏压电压vb。同样的，通过电流i1依序流通晶体管md1～md4，各个晶体管md1～md4的控制端可以提供不同的偏压，其中，晶体管md4可提供参考偏压vb2。

在控制信号产生器220中，晶体管m2接收偏压电压vb，并产生电流i2。通过使电流i2与晶体管m3所产生的参考电流iref相比较，在晶体管m2的第二端上可产生信号s1。其中，当晶体管m2接收足够大的偏压电压vb时，电流i2大于参考电流iref，并使信号s1可具有相对高的电压值。

缓冲器buf1接收具有相对高电压的信号s1以作为电源，并依据具有相对高电压的信号s1而被致能。并且，缓冲器buf1在被致能的条件下，针对具有相对低电压的信号s2进行反向，并产生具有高电压电平的信号s3。在此同时，晶体管mdis的控制端接收具有高电压电平的信号s3，并依据信号s3而被导通。如此一来，晶体管mdis可拉低控制信号ctrl的电压值，并使驱动开关dsw1被断开，以启动逆向电压防护的机制。

相对的，若当晶体管m2接收低电压的偏压电压vb时，电流i2则小于参考电流iref，并使信号s1可具有相对低的电压值。如此，缓冲器buf1将被禁能(不动作)，而控制信号ctrl的电压值将维持原有的状态，并使驱动开关dsw1持续被导通。

附带一提的，在本实施例中，控制电路200中另可包括升压电路201。升压电路201耦接至晶体管mdis提供控制信号ctrl的端点。升压电路201用以在正常动作下，拉升控制信号ctrl的电压值，并藉以导通驱动开关dsw1。

此外，在本实施例中，驱动开关dsw1包括串接的多个晶体管ms1、ms2。其中，晶体管ms2可以为具有高耐压能力的晶体管，晶体管ms1可以为具有低耐压能力的晶体管。

以下请参照图2、图3a以及图3b，图3a以及图3b显示本发明实施例的控制电路的动作波形图。在图3a中，在当输入电压vin存在时(例如等于5伏特)，使输出电压vout由低电压电平递增至高电压电平。可以发现，在当输出电压vout约大于输入电压vin后时间区间δt后，缓冲器buf1可产生具有高电压电平的信号s3，并快速拉低控制信号ctrl的电压电平，进以使驱动开关dsw1被断开。其中，时间区间δt的时间长度约为2.44微秒，而电压va则为晶体管ms1、ms2相互耦接端上的电压。

在图3b中，输入电压vin为不存在的状态，且输出电压vout由低电压电平递增至高电压电平。可以发现在当输出电压vout开始大于基准电压的时间点ta1时(此时输出电压vout约等于7.91伏特)，缓冲器buf1可快速的产生具有高电压电平的信号s3，并快速拉低控制信号ctrl的电压电平，进以使驱动开关dsw1被断开。

由图3a以及图3b可以清楚得知，本发明实施例的控制电路，可在发生逆向电压状态时，快速且即时的切断驱动开关dsw1，并即时启动逆向电压防护机制。

以下请参照图4，图4显示本发明一实施例的电压转换电路的示意图。电压转换电路400包括驱动开关dsw1、驱动器410以及控制电路420，电压转换电路400并具有多个接脚，以分别接收输入电压vin、输出电压vout以及参考电位gnd。

驱动器410用以产生控制信号ctrl以控制驱动开关dsw1的导通断开状态。控制电路420则与驱动器410的输出端相耦接。控制电路420接收输入电压vin以及输出电压vout，并依据输入电压vin的电压状态，来通过比较输出电压vout与输入电压vin，或比较输出电压vout与基准电压的比较结果，来决定是否拉低控制信号ctrl的电压值，并藉以切断驱动开关dsw1，并进以启动逆向电压保护机制。

关于控制电路420的实施细节，在上述的多个实施方式中已有详尽的陈述，在此恕不多赘述。

综上所述，本发明通过依据输入电压的电压状态，来通过比较输出电压与输入电压，或比较输出电压与基准电压的比较结果，来决定是否拉低控制信号的电压值，并藉以切断驱动开关，并进以启动逆向电压保护机制。如此一来，在不影响电压转换电路的工作稳定性的前提下，逆向电压保护机制可有效且快速的被启动，提高电压转换电路的安全度以及工作效能。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。