CN102868288B - 切换调节电路及其控制电路和用于其中的输入电压侦测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种切换调节电路，包含：功率级电路，包括互相耦接的一上桥元件与一下桥元件，以将一输入电压转换为一输出电压，并在该上桥元件与一下桥元件间的一节点处产生一中间电压；以及一控制电路，此控制电路包括：一开关操作电路，用以操作该功率级电路，其输入一测试讯号至该上桥元件，以使该上桥元件导通一段时间后关闭；以及一比较器，于该上桥元件导通时间结束后，根据该中间电压与一参考电压的比较结果，产生一就绪讯号表示输入电压是否就绪。
Description
技术领域
本发明涉及一种切换调节电路及其控制电路、及用于其中的输入电压侦测方法，特别是指一种可更正确判断功率级电路电源是否就绪的切换调节电路及其控制电路与相关方法。
背景技术
切换调节电路的作用是将输入电压转换为输出电压(或输出电流)，通常由一控制芯片控制一功率级电路来达成，其中，芯片与功率级电路可能分别接收不同的电源。而当芯片本身的电源就绪并开始执行软启动(soft-start)时，必须确认功率级电路的电源亦就绪。若芯片在功率级电路的电源未就绪的情况下便执行软启动，整体电路可能因此受损。
针对上述问题，美国专利编号第US7233131号专利提出一种可侦测功率级电路电源是否就绪的切换调节电路。请参考图1A，现有技术的切换调节电路10包含：功率级电路11；以及控制芯片12，包括：双电源传感器121；电流源122，用以进行过电流保护；第一比较器123；第二比较器124；第三比较器125；第一驱动闸极126；以及第二驱动闸极127。控制芯片12产生测试讯号Vc1及Vc2，使功率级电路11的上桥元件UG导通(ON)且下桥元件LG关闭(OFF)，以致于第一比较器122可在上桥元件UG导通时通过比较中间电压的分压Vp与一过电流临界电压Voc来确认输入电压Vin是否已就绪。如图1B所示，当输入电压Vin已就绪，功率级电路11的中间电压Vph等于输入电压Vin，以致于其分压Vp大于参考电压Voc；如图1C所示，当输入电压Vin未就绪(Vin＝0，如图所示)且上桥元件UG导通时，功率级电路的中间电压Vph等于输入电压Vin(等于地电位0V)，以致于其分压Vp小于参考电压Voc。因此，如适当安排侦测时机，例如图中侦测讯号det所示，令上桥元件UG导通后对分压Vp和过电流临界电压Voc的相对关系进行侦测，即可判断出输入电压Vin是否就绪。
但图1C所示的情况为理想情况，实际上输出电压Vout不必然等于地电位0V。如图1D所示的实际情况，当输入电压Vin未就绪(Vin浮动，如图所示)且上桥元件UG导通时，功率级电路的中间电压Vph等于输出电压Vout，此时由于功率级电路的输出端Vout若有残存电压，则中间电压Vph的分压Vp就有可能大于参考电压Voc。因此，现有技术便会在图1D所示的情况当中误判输入电压Vin已就绪，以致于控制芯片12仍然会在功率级电路11的电源未就绪的情况下执行软启动，造成整体电路受损。
有鉴于此，本发明即针对上述先前技术的不足，提出一种切换调节电路及其控制电路、及用于其中的输入电压侦测方法，可更正确的判断功率级电路的输入电压Vin是否就绪。
发明内容
本发明的目的之一在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种切换调节电路。
本发明的另一目的是提出一种切换调节电路的控制电路。
本发明的再一目的是提出一种用于切换调节电路的输入电压侦测方法。
为达上述目的，就其中一个观点言，本发明提供了一种切换调节电路，包含：一功率级电路，包括互相耦接的一上桥元件与一下桥元件，以将一输入电压转换为一输出电压，并在该上桥元件与一下桥元件间的一节点处产生一中间电压；以及一控制电路，此控制电路包括：一开关操作电路，用以操作该功率级电路，其输入一测试讯号至该上桥元件，以使该上桥元件导通一段时间后关闭；以及一比较器，于该上桥元件导通时间结束后，根据该中间电压与一参考电压的比较结果，产生一就绪讯号表示输入电压是否就绪。
就另一个观点言，本发明提供了一种切换调节电路的控制电路，该切换调节电路包含一功率级电路，其包括互相耦接的一上桥元件与一下桥元件，以将一输入电压转换为一输出电压，并在该上桥元件与一下桥元件间的一节点处产生一中间电压；该切换调节电路的控制电路包含：一开关操作电路，用以操作该功率级电路，其输入一测试讯号至该上桥元件，以使该上桥元件导通一段时间后关闭；以及一比较器，于该上桥元件导通时间结束后，根据该中间电压与一参考电压的比较结果，产生一就绪讯号表示输入电压是否就绪。
上述切换调节电路或控制电路中，可更进一步包含一过电流保护电路，且该比较器可包含一切换开关，使得该比较器可选择性地接收该参考电压或一过电流临界电压，与该中间电压比较；当该比较器选择性接收该过电流临界电压时，该比较器的输出与该过电流保护电路耦接。
上述切换调节电路或控制电路中，该参考电压宜具有以下关系：0＞参考电压＞-Vf，其中Vf为二极管的顺向偏压。
就再一个观点言，本发明提供了一种输入电压侦测方法，包含：提供一功率级电路，包括互相耦接的一上桥元件与一下桥元件，以将一输入电压转换为一输出电压，并在该上桥元件与一下桥元件间的一节点处产生一中间电压；产生一测试讯号至该上桥元件，以使上桥元件导通一段时间；以及于该导通时间结束后，比较该中间电压与一参考电压，当该中间电压为一负电压，且其绝对值大于该参考电压时，产生一就绪讯号，用以表示该输入电压已就绪。
下面通过具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
附图说明
图1A为现有技术的切换调节电路的示意图；
图1B-1D显示现有技术无法完全正确地侦测功率级电路的输入电压是否就绪；
图2A标出本发明的一个实施例；
图2B-2C显示本发明可正确地侦测功率级电路的输入电压是否就绪；
图3A-3D显示本发明如何侦测输入电压是否就绪；
图4标出本发明的另一个实施例；
图5A-5H标出功率级电路的数个实施例。
图中符号说明
10，20 切换式调节电路
11，21 功率级电路
12 控制芯片
121 双电源感应器
122 电流源
123 第一比较器
124 第二比较器
125 第三比较器
126，223 第一驱动闸极
127，234 第二驱动闸极
22 控制电路
221 开关操作电路
222 比较器
225 过电流保护电路
226，227 切换开关
UG 上桥元件
LG 下桥元件
iL 电流
L 电感
Vug 上桥节点
Vcc1 芯片输入电压
Vph 中间电压
Vp 中间电压的分压
Voc 过电流临界电压
Vref 参考电压
Vc1，Vc2 控制讯号
Vin 输入电压
Vout 输出电压
具体实施方式
请参考图2A，本发明的切换调节电路20包含：功率级电路21；以及控制电路22(可与其它电路整合成一控制芯片)，包括：开关操作电路221；比较器222；第一驱动闸223；以及第二驱动闸224。本发明不同于现有技术之处在于，比较器222的参考电压设定位准和比较时机，皆与现有技术不同；详言之，本发明先通过开关操作电路221产生测试讯号Vc1，使功率级电路11的上桥元件UG导通(ON)一段时间，再于上桥元件UG不导通(OFF)时比较中间电压Vph(或中间电压Vph的分压)与一参考电压Vref来确认输入电压Vin是否已就绪。测试讯号Vc1例如可根据电路启动时的启动重置讯号(Power On Reset)来产生。
请参考图3A-3D，以了解本发明如何正确无误地确认输入电压Vin是否已就绪，其中，图3A-3B显示电压Vin已就绪的情形，而图3C-3D显示电压Vin未就绪的情形。如图3A所示，若输入电压Vin已就绪且上桥元件UG因测试讯号Vc1而导通时(以上桥元件UG为NMOS晶体管为例，此时上桥节点Vug处于高电位)，电流iL将由功率级电路21的输入端Vin流向功率级电路21的输出端Vout，此时中间电压Vph约等于输入电压Vin；接着，如图3B所示，当测试讯号Vc1结束后，上桥元件UG不导通(上桥元件UG为NMOS晶体管时，上桥节点Vug处于低电位)，此时由于电感L的效应，电流iL将由地电位经过下桥元件LG(下桥元件LG例如为图标的晶体管，亦可为二极管)，进而流向输出端Vout，此时中间电压Vph与地电位的差值至少等于下桥元件LG晶体管中寄生的二极管的顺向偏压Vf。亦即，当输入电压已就绪，经过图3A-3B的测试步骤使上桥元件UG导通再关闭后，中间电压Vph将为一负电压且其绝对值至少等于二极管的顺向偏压Vf。
图3C-3D显示在输入电压Vin未就绪且功率级电路21的输出端Vout有残存电压的情况。如图3C所示，当上桥元件UG开关因测试讯号Vc1而导通时，电流iL将由功率级电路21的输出端Vout流向输入端Vin，此时中间电压Vph约等于输出电压Vout；接着，如图3D所示，当测试讯号Vc1结束后，上桥元件UG不导通，此时电流iL仍然继续由输出端Vout经过上桥元件UG晶体管寄生的二极管，流向输入端Vin。因此，中间电压Vph至少等于输入电压Vin加上上桥元件UG晶体管中寄生的二极管的顺向偏压Vf(Vph＝Vin+Vf)，因输入电压Vin至少为零而不为负值，故中间电压Vph为正值(即Vph＞0＞-Vf)。
又，在输入电压Vin未就绪且输出端Vout没有残存电压的情况下，当上桥元件UG开关因测试讯号Vc1而导通时，电感两端没有电压差，因此不会产生电感电流，而当测试讯号Vc1结束后，上桥元件UG不导通，此时仍然没有电流，故中间电压Vph为0。
综合以上三种情况，可根据下列方式判断输入电压Vin是否就绪：
请回头参阅图2A-2D，当中显示由于本发明的侦测时间点与侦测机制皆有别于现有技术，因此可更正确的侦测功率级电路21的输入电压Vin是否就绪。图2A中，Vref可设为任何大于-Vf且小于0的值；如图2B所示，在输入电压Vin已就绪的情况下，若上桥元件UG导通后再关闭，中间电压Vph将小于等于-Vf，故可在上桥元件UG关闭后立即或延迟一小段时间后产生侦测讯号det，在侦测讯号det的使能下，比较器222将中间电压Vph与参考电压Vref比较；如同图3C-3D中所描述的机制，若Vph≤-Vf，则代表输入电压Vin已就绪。此外，如图2C所示，在输入电压Vin未就绪(Vin＝0)且输出端Vout没有残存电压(Vout＝0)的情况下，中间电压Vph将等于0而大于参考电压Vref，亦即，Vph＝0＞-Vf；又如图2D所示，在输入电压Vin未就绪(Vin浮动)且输出端Vout有残存电压的情况下，中间电压Vph将大于参考电压Vref，亦即，Vph＞0＞-Vf。以上如与现有技术的图1B-1D对照，可充分显示，本发明在功率级电路21的输出端Vout有残存电压时，亦能正确的侦测出输入电压Vin未就绪，此为本发明优于现有技术的原因之一。
图4标出本发明的另一个实施例，当中控制电路22更可包含一过电流保护电路225。在图4中，比较器222亦可更包含切换开关226与227，使得在比较器222除了可接收参考电压Vref之外，亦可接收一过电流临界电压Voc，且其输出传送给开关操作电路221或过电流保护电路225。在电路启动时，比较器222将中间电压Vph与参考电压Vref比较，判断输入电压Vin是否就绪；一旦输入电压Vin就绪后，切换开关226与227改变状态，使比较器222将中间电压Vph与过电流临界电压Voc相比较，并输出比较结果给过电流保护电路225。换言之，在本实施例中，过电流保护电路225及开关操作电路221可共享同一比较器222。
以上已针对较佳实施例来说明本发明，只是以上所述，仅为使本领域技术人员易于了解本发明的内容，并非用来限定本发明的权利范围。在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以思及各种等效变化。例如，各实施例图标的两直接相连的元件间，可插置不影响电路主要功能的其它元件；再如，功率级电路11中的功率开关的晶体管可以为NMOSFET亦可为PMOSFET；又如，本发明的功率级电路并不限于同步降压转换器，亦可类推于其它同步与异步的降压、升压、升降压转换器，如图5A到5H举例所示；再如，将中间电压Vph和参考电压Vref比较，亦可改为将中间电压Vph的分压和参考电压Vref的比例值比较，或将负值转换为绝对值来比较等等。因此，本发明的范围应涵盖上述及其它所有等效变化。
Claims (11)
1.一种切换调节电路，其特征在于，包含：
一功率级电路，包括互相耦接的一上桥元件与一下桥元件，以将一输入电压转换为一输出电压，并在该上桥元件与一下桥元件间的一节点处产生一中间电压；以及
一控制电路，包括：
一开关操作电路，用以操作该功率级电路，其输入一测试讯号至该上桥元件，以使该上桥元件导通一段时间后关闭；以及
一比较器，于该上桥元件导通时间结束后，根据该中间电压与一参考电压的比较结果，产生一就绪讯号表示输入电压是否就绪。
2.如权利要求1所述的切换调节电路，其中，该参考电压具有以下关系：0＞参考电压＞–Vf，其中该下桥元件为晶体管或二极管，当下桥元件为晶体管时，Vf为下桥元件中寄生的二极管的顺向偏压，当下桥元件为二极管时，Vf为该二极管的顺向偏压。
3.如权利要求1所述的切换调节电路，其中，该比较器更包含一切换开关，使得该比较器可选择性地接收该参考电压或一过电流临界电压，与该中间电压比较。
4.如权利要求3所述的切换调节电路，其中，还包含有一过电流保护电路，当该比较器选择性接收该过电流临界电压时，该比较器的输出与该过电流保护电路耦接。
5.如权利要求1所述的切换调节电路，其中，该功率级电路包括：降压转换电路、升压转换电路、或升降压转换电路。
6.一种切换调节电路的控制电路，该切换调节电路包含一功率级电路，其包括互相耦接的一上桥元件与一下桥元件，以将一输入电压转换为一输出电压，并在该上桥元件与一下桥元件间的一节点处产生一中间电压；其特征在于，该切换调节电路的控制电路包含：
一开关操作电路，用以操作该功率级电路，其输入一测试讯号至该上桥元件，以使该上桥元件导通一段时间后关闭；以及
一比较器，于该上桥元件导通时间结束后，根据该中间电压与一参考电压的比较结果，产生一就绪讯号表示输入电压是否就绪。
7.如权利要求6所述的切换调节电路的控制电路，其中，该参考电压具有以下关系：0＞参考电压＞–Vf，其中该下桥元件为晶体管或二极管，当下桥元件为晶体管时，Vf为下桥元件中寄生的二极管的顺向偏压，当下桥元件为二极管时，Vf为该二极管的顺向偏压。
8.如权利要求6所述的切换调节电路的控制电路，其中，该比较器还包含一切换开关，使得该比较器可选择性地接收该参考电压或一过电流临界电压，与该中间电压比较。
9.如权利要求8所述的切换调节电路的控制电路，其中，还包含有一过电流保护电路，当该比较器选择性接收该过电流临界电压时，该比较器的输出与该过电流保护电路耦接。
10.一种输入电压侦测方法，其特征在于，包含：
提供一功率级电路，包括互相耦接的一上桥元件与一下桥元件，以将一输入电压转换为一输出电压，并在该上桥元件与一下桥元件间的一节点处产生一中间电压；
产生一测试讯号至该上桥元件，以使上桥元件导通一段时间；以及
于该导通时间结束后，比较该中间电压与一参考电压，当该中间电压为一负电压，且其绝对值大于该参考电压时，产生一就绪讯号，用以表示该输入电压已就绪。
11.如权利要求10所述的输入电压侦测方法，其中，该参考电压具有以下关系：0＞参考电压＞–Vf，其中该下桥元件为晶体管或二极管，当下桥元件为晶体管时，Vf为下桥元件中寄生的二极管的顺向偏压，当下桥元件为二极管时，Vf为该二极管的顺向偏压。
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