TW202145684A - 電感電流偵測電路 - Google Patents
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Abstract
本發明公開一種電感電流偵測電路。電流供應電路在一上橋導通時間內供應一第一電流訊號至零電壓的儲能電路,並在一下橋導通時間內供應一第二電流訊號至零電壓的儲能電路。電壓比較電路將上橋開關的波峰電壓與下橋開關的波谷電壓相減以取得參考電壓,並依據儲能電路的電壓與參考電壓以輸出比較訊號。電流調變控制電路依據比較訊號以調變電流供應電路供應的第一電流訊號以及第二電流訊號的電流值。合成電路將儲能電路的電壓分別充電至等於參考電壓的第一電流訊號與第二電流訊號,合成為一電感電流訊號。
Description
本發明涉及電感電流偵測電路,特別是涉及一種適用於電源轉換器的電感電流偵測電路。
對於電子裝置而言,電壓轉換器為不可缺少的裝置,用以調整併且穩定電壓。多種不同的電壓轉換器基於不同的功率需求被開發出來,包含降壓轉換器以及升壓轉換器。降壓轉換器可將輸入的直流電壓降低至預設電壓,而升壓轉換器可將輸入的直流電壓提高。隨著電路技術的演進,降壓轉換器及升壓轉換器也對應地被調整,以應用於不同的系統架構及符合不同的系統需求。
若採用電流模式控制的傳統電源轉換器時,需偵測電源轉換器的電感的電流值,並據以控制電源轉換器的上橋開關與下橋開關的啟閉。為了得知電感電流值,傳統電源轉換器內額外設置一個電阻與電感串聯,藉由偵測電阻的電流值,以得知相同大小的電感電流值。然而,額外配置的電阻不僅占用空間,更增加額外的功耗。近來年為了滿足低功耗的需求,採用電阻值較小的電阻,因而偵測的電阻的電流值不精準,無法精確地控制上橋開關與下橋開關的啟閉,導致電源轉換器無法實現快速響應。
本發明所要解決的技術問題在於,針對現有技術的不足提供一種電感電流偵測電路,適用於電源轉換器。電源轉換器包含輸出電感、輸出電容、上橋開關、下橋開關、比較器、控制電路以及分壓電路。輸出電感的一端連接至上橋開關以及下橋開關之間的節點。輸出電感的另一端透過輸出電容接地。分壓電路連接至輸出電感以及輸出電容之間的輸出節點,並分壓輸出節點的輸出電壓以輸出反饋電壓。比較器比較反饋電壓與參考電壓以輸出比較訊號。控制電路依據比較訊號上橋開關以及下橋開關啟閉。電感電流偵測電路包含充電電流電路以及合成電路。充電電流電路包含儲能電路、電流供應電路、電壓比較電路以及電流調變控制電路。電流供應電路連接儲能電路,配置以在一上橋導通時間內供應一第一電流訊號至儲能電路,並在一下橋導通時間內供應一第二電流訊號至儲能電路。電壓比較電路連接儲能電路,配置以取得上橋開關的一波峰電壓與下橋開關的一波谷電壓相減得出的一參考電壓,依據儲能電路的電壓與參考電壓以輸出一比較訊號。電流調變控制電路連接電壓比較電路以及電流供應電路,配置以依據比較訊號以調變電流供應電路供應的第一電流訊號以及第二電流訊號的電流值。合成電路連接電流供應電路,配置以將儲能電路從零電壓充電至等於參考電壓的第一電流訊號,與將儲能電路的電壓從零電壓充電至等於參考電壓的第二電流訊號,合成為一電感電流訊號。
在一實施方案中,電流供應電路包含電流源。
在一實施方案中,電壓比較電路包含比較器、運算放大器或誤差放大器。
在一實施方案中,所述電感電流偵測電路更包含開關元件,連接在儲能電路以及電壓比較電路之間。電壓比較電路在開關元件開啟時取樣儲能電路的電壓。
在一實施方案中,儲能電路包含電容。電容的第一端連接電壓比較電路。電容的第二端接地。
在一實施方案中,控制電路控制上橋開關在一上橋導通訊號的工作週期內開啟,開關元件在上橋導通訊號的波形的下降緣的時間點開啟。
在一實施方案中,控制電路控制下橋開關在一下橋導通訊號的工作週期內開啟,開關元件在下橋導通訊號的波形的下降緣的時間點開啟。
在一實施方案中,電感電流偵測電路包含兩個充電電流電路,其中一充電電流電路配置以供應和調變第一電流訊號,另一充電電流電路配置以供應和調變第二電流訊號。
在一實施方案中,合成電路包含電容、第一電流源、第一開關元件、第二開關元件以及第二電流源。第一電流源連接電流供應電路、配置以供應一上橋充電電流訊號。上橋充電電流訊號的電流值等於將儲能電路從零電壓充電至等於參考電壓的第一電流訊號的電流值。第一開關元件的第一端連接第一電流源,第一開關元件的第二端連接電容的第一端。第二開關元件的第一端連接第一開關元件的第二端。電容的第二端接地。第二電流源連接電流供應電路、第二開關元件的第二端以及電容的第二端,配置以供應一下橋充電電流訊號。下橋充電電流訊號的電流值等於將儲能電路從零電壓充電至等於參考電壓的第二電流訊號的電流值。第一開關元件開啟以及第二開關元件關閉時,上橋充電電流訊號流至電容,該電容產生一充電電流訊號。第二開關元件開啟以及第一開關元件關閉時,下橋充電電流訊號流至電容,電容產生一放電電流訊號,與充電電流訊號,合成一電感電流訊號。
在一實施方案中,電流調變控制電路包含連續漸進式邏輯電路。
如上所述,本發明提供一種電感電流偵測電路及方法,其不需在電源轉換器內部額外設置電阻等元件導致增加不必要的功耗,即可偵測到電源轉換器的電感的電流訊號的完整波形。當電源轉換器(例如降壓轉換器)操作在電流控制模式下時,可依據偵測到的完整電感電流訊號的波形,控制上橋開關與下橋開關的運作,以實現快速響應的效果。
為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容,請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式,然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明,並非用來對本發明加以限制。
以下是通過特定的具體實施例來說明本發明的實施方式,本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用,本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用,在不背離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外,本發明的附圖僅為簡單示意說明,並非依實際尺寸的描繪,事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容,但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。另外,本文中所使用的術語“或”,應視實際情況可能包含相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。
請參閱圖1,其為電源轉換器的訊號波形圖。
本領域技術人員就通常知識可得知,電源轉換器基本上包含輸出電感、輸出電容、上橋開關、下橋開關、比較器、控制電路以及分壓電路。電源轉換器的輸出電感的一端連接至上橋開關以及下橋開關之間的節點。輸出電感的另一端透過輸出電容接地。分壓電路連接至輸出電感以及輸出電容之間的一輸出節點(電源轉換器的輸出端),並分壓此輸出節點的一輸出電壓,以輸出一反饋電壓。比較器比較反饋電壓與一基準電壓以輸出一電壓比較訊號。控制電路依據電壓比較訊號上橋開關以及下橋開關啟閉。
為方便說明,在本文中僅提及常見的基本電路架構,實務上可能因實際需求,在電源轉換器內調整電路元件的配置、增設更多電路元件。
本發明實施例目的在於,取得精準的電源轉換器的電感的電流例如圖1所示的電感電流IL,據以控制電源轉換器的上橋開關(High-Side Switch)以及下橋開關(Low-Side Switch),使電源轉換器實現快速響應的效果。
為了得知電感電流IL,需先偵測上橋開關以及下橋開關例如金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)導通時的汲極與源極間的電阻(Rds-on)。然而, MOSFET導通時會有雜訊,所以產生雜訊的這段時間不能進行偵測,例如在如圖1所示的上橋開關的遮沒(Blank)訊號HSB以及下橋開關的遮沒訊號LSB的工作週期內,不偵測上橋開關和下橋開關的Rds-on。
因有遮沒訊號HSB、LSB,所以電壓訊號HSS與電壓訊號LSS變為非連續訊號,導致系統無法得知完整的電感電流IL。為取得連續完整的電感電流IL,本發明提供如圖2、圖4、圖6所示的電感電流偵測電路,具體說明如下。
請參閱圖2、圖3,其中圖2為本發明實施例的電感電流偵測電路的第一充電電流電路的電路圖;圖3為本發明實施例的電感電流偵測電路的第一充電電流電路的訊號波形圖。
本發明實施例的電感電流偵測電路可包含如圖2所示的第一充電電流電路。第一充電電流電路可包含儲能電路(例如圖2所示的電容C1)、電流供應電路(例如圖2所示的可變電流源CU1)、電壓比較電路(例如圖2所示的比較器COM1,實務上可替換為運算放大器或誤差放大器)以及如圖2所示的電流調變控制電路CMN1(例如連續漸進式邏輯電路,即SAR邏輯電路),以上僅舉例說明,本發明不以此為限。實務上,可依據需求將本文舉例的電路元件替換成其他具有相同或相似功能的其他電路元件。
如圖2所示,可變電流源CU1連接電容C1的第一端。電容C1的第二端接地。比較器COM1具有第一比較輸入端以及第二比較輸入端。比較器COM1的第一比較輸入端(例如反相輸入端)可連接電容C1的第一端。若有需要,在比較器COM1的第一比較輸入端與電容C1的第一端之間可設置開關元件SW1。
比較器COM1的第二比較輸入端(例如非反相輸入端)可連接供應參考電壓Vd的一電壓源。比較器COM1的第二比較輸入端取得上述電源轉換器的上橋開關的電壓訊號HSS的波峰電壓Peak與下橋開關的電壓訊號LSS的波谷電壓Valley的相減值,表示為參考電壓Vd,以公式表示為:Vd=Peak-Valley。比較器COM1的輸出端連接電流調變控制電路CMN1。電流調變控制電路CMN1連接可變電流源CU1。
首先,電源轉換器的控制電路輸出如圖3所示的上橋導通訊號Ton至電源轉換器的上橋開關,以控制上橋開關在上橋導通訊號Ton的一上橋導通時間(即工作週期時間)內開啟。
在如圖3所示的上橋導通訊號Ton的一上橋導通時間(即工作週期時間)內,可變電流源CU1供應具有一初始電流值的第一電流訊號至電容C1,以對電容C1充電,使電容C1的電壓Vramp1逐漸上升。
在到達上橋導通訊號Ton的一波形的下降緣的時間點時,開啟開關元件SW1,以允許比較器COM1的第一比較輸入端(例如反相輸入端)取樣到電容C1的電壓Vramp1。在取樣到電容C1的電壓Vramp1之後,可立即關閉此開關元件SW1,直到到達上橋導通訊號Ton的下一波形的下降緣時間點再次開啟以再次取樣電容C1的電壓Vramp1。
當比較器COM1的第一比較輸入端(例如反相輸入端)取樣到電容C1的電壓Vramp1時,比較器COM1的第一比較輸入端的電壓Vsample1等於電容C1的電壓Vramp1。比較器COM1將電壓Vsample1與參考電壓Vd(波峰電壓Peak與波谷電壓Valley的相減值)進行比較,以產生比較訊號。接著,電流調變控制電路CMN1從比較器COM1接收比較訊號,並依據比較訊號以調變可變電流源CU1供應至電容C1的第一電流訊號的電流值。
如圖3所示,在上橋導通訊號Ton的第一波形的下降緣的時間點所取樣到的電壓Vsample1大於參考電壓Vd(波峰電壓Peak與波谷電壓Valley的相減值)。在此情況下,如圖2所示的電流調變控制電路CMN1可依據低準位的比較訊號,控制可變電流源CU1調低所供應的第一電流訊號的電流值,直到在上橋導通訊號Ton的第三個波形的下降緣的時間點所取樣到的電壓Vsample1等於參考電壓Vd。
請參閱圖4、圖5,其中圖4為本發明實施例的電感電流偵測電路的第二充電電流電路的電路圖;圖5為本發明實施例的電感電流偵測電路的第二充電電流電路的訊號波形圖。
本發明實施例的電感電流偵測電路可包含如圖4所示的第二充電電流電路。第二充電電流電路可包含儲能電路(例如圖4所示的電容C2)、電流供應電路(例如圖4所示的可變電流源CU2)、電壓比較電路(例如圖4所示的比較器COM2,實務上可替換為運算放大器或誤差放大器)以及如圖4所示的電流調變控制電路CMN2(例如連續漸進式邏輯電路,即SAR邏輯電路),以上僅舉例說明,本發明不以此為限。實務上,可依據需求將本文舉例的電路元件替換成其他具有相同或相似功能的其他電路元件。
為方便說明,本實施例的電感電流偵測電路包含如圖2所示的第一充電電流電路以及如圖4所示的第二充電電流電路。第一充電電流電路偵測在一上橋導通時間內將電容C1的電壓Vramp1從零值充電至等於參考電壓Vd(波峰電壓Peak與波谷電壓Valley的相減值)的第一電流訊號的電流值。第二充電電流電路偵測在一下橋導通時間內將電容C2的電壓Vramp2從零值充電至等於參考電壓Vd的第二電流訊號的電流值。
如圖4所示的第二充電電流電路與圖2所示的第一充電電流電路的電路架構相同。實務上,可調整電路配置,僅使用單個充電電流電路偵測第一電流訊號以及第二電流訊號,即在偵測到第一電流訊號後,將電容的電壓放電至零值後,偵測第二電流訊號。
在本實施例中,如圖4所示,可變電流源CU2連接電容C2的第一端。電容C2的第二端接地。比較器COM2具有第一比較輸入端以及第二比較輸入端。比較器COM2的第一比較輸入端(例如反相輸入端)可連接電容C2的第一端。若有需要,在比較器COM2的第一比較輸入端與電容C2的第一端之間可設置開關元件SW2。
比較器COM2的第二比較輸入端(例如非反相輸入端)可連接供應參考電壓Vd的一電壓源。比較器COM2的第二比較輸入端取得上述電源轉換器的上橋開關的電壓訊號HSS的波峰電壓Peak與下橋開關的電壓訊號LSS的波谷電壓Valley的相減值,表示為參考電壓Vd。比較器COM2的輸出端連接電流調變控制電路CMN2。電流調變控制電路CMN2連接可變電流源CU2。
首先,電源轉換器的控制電路輸出如圖5所示的下橋導通訊號Toff至電源轉換器的下橋開關,以控制下橋開關在下橋導通訊號Toff的一下橋導通時間(即工作週期時間)內開啟。
在如圖5所示的下橋導通訊號Toff的一下橋導通時間(即工作週期時間)內,可變電流源CU2供應具有一初始電流值的第二電流訊號至電容C2,以對電容C2充電。
接著,在到達下橋導通訊號Toff的一波形的下降緣的時間點時,開啟開關元件SW2,以允許比較器COM2的第一比較輸入端(例如反相輸入端)取樣到電容C2的電壓Vramp2。在取樣到電容C2的電壓Vramp2之後,可立即關閉此開關元件SW2,直到到達下橋導通訊號Toff的下一波形的下降緣時間點再次開啟以進行下一次取樣。
在取樣到電容C2的電壓Vramp2之後,比較器COM2的第一比較輸入端的電壓Vsample2等於電容C2的電壓Vramp2。比較器COM2比較電壓Vsample2與參考電壓Vd,以產生一比較訊號。如上所述,此參考電壓Vd是如圖1所示的上橋開關的電壓訊號HSS的波峰電壓Peak與下橋開關的電壓訊號LSS的波谷電壓Valley的相減值。電流調變控制電路CMN2接著從比較器COM2接收比較訊號,並依據比較訊號以調變可變電流源CU2供應至電容C2的第二電流訊號的電流值。
如圖5所示,在下橋導通訊號Toff的第一波形的下降緣的時間點所取樣到的電壓Vsample2大於參考電壓Vd(波峰電壓Peak與波谷電壓Valley的相減值)。在此情況下,電流調變控制電路CMN2可依據低準位的比較訊號,控制可變電流源CU2調低所供應的第二電流訊號的電流值,直到在下橋導通訊號Toff的第三個波形的下降緣的時間點所取樣到的電壓Vsample2等於波峰電壓Peak與波谷電壓Valley的相減值。
請參閱圖1~圖7,其中圖6為本發明實施例的電感電流偵測電路的電感電流合成電路的電路圖;圖7為本發明實施例的電感電流偵測電路的電感電流合成電路的訊號波形圖。
本實施例的電感電流偵測電路的電感電流合成電路可包含如圖6所示的電感電流合成電路。如圖6所示,電感電流合成電路可包含電容Cs、第一電流源CHS、第一開關元件SW31、第二開關元件SW32以及第二電流源CLS。
第一電流源CHS可連接或使用如圖2所示的可變電流源CU1以取得第一電流訊號的電流值。第一開關元件SW31的第一端連接第一電流源CHS。第一開關元件SW31的第二端連接電容Cs的第一端。第二開關元件SW32的第一端連接第一開關元件SW31的第二端。第二電流源CLS可連接或使用如圖4所示的可變電流源CU2。第二電流源CLS連接第二開關元件SW32的第二端以及電容Cs的第二端。電容Cs的第二端接地。
首先,第一電流源CHS供應一上橋充電電流訊號,此上橋充電電流訊號的電流值等於將如圖2所示的電容C1的電壓從零電壓充電至等於參考電壓Vd(波峰電壓Peak與波谷電壓Valley的相減值)的第一電流訊號的電流值。
當第一電流源CHS供應一上橋充電電流訊號時,開啟第一開關元件SW31並關閉第二開關元件SW32,以允許此上橋充電電流訊號從第一電流源CHS通過第一開關元件SW31流至電容Cs,以在上橋導通訊號Ton的一上橋導通時間(即工作週期時間)內對電容Cs進行充電,使得電容Cs產生如圖7所示的一連續偵測電壓訊號Vcs的波形的上升/充電波段。
接著,第二電流源CLS供應一下橋充電電流訊號,此下橋充電電流訊號的電流值等於將電容C2的電壓從零電壓充電至等於參考電壓Vd(波峰電壓Peak與波谷電壓Valley的相減值)的第二電流訊號的電流值。
當第二電流源CLS供應一下橋充電電流訊號時,開啟第二開關元件SW32並關閉第一開關元件SW31,以允許此下橋充電電流訊號在下橋導通訊號Toff的一下橋導通時間(即工作週期時間)從第二電流源CLS流經電容Cs以及第二開關元件SW32,使得電容Cs產生如圖7所示的一連續偵測電壓訊號Vcs的波形的下降/放電波段。
藉由上述連續偵測電容Cs的充電和放電,可取得連續偵測電壓訊號Vcs的完整波形,經由轉換後可取得連續的電感電流訊號。也就是說,電感電流合成電路可將上橋充電電流訊號與下橋充電電流訊號,合成為連續的電感電流訊號。
本發明的其中一有益效果在於,本發明所提供的電感電流偵測電路,其不需在電源轉換器內部額外設置電阻等元件導致增加不必要的功耗,即可偵測到電源轉換器的電感的電流訊號的完整波形。當電源轉換器(例如降壓轉換器)操作在電流控制模式下時,可依據偵測到的完整電感電流訊號的波形,控制上橋開關與下橋開關的運作,以實現快速響應的效果。
以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例,並非因此侷限本發明的申請專利範圍,所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化,均包含於本發明的申請專利範圍內。
IL:電感電流
HSB、LSB:遮沒訊號
HSS、LSS:電壓訊號
Peak:波峰電壓
Valley:波谷電壓
CU1、CU2:可變電流源
C1、C2:電容
Vramp1、Vsample1、Vramp2、Vsample2:電壓
SW1、SW2:開關元件
COM1、COM2:比較器
Vd:參考電壓
CMN1、CMN2:電流調變控制電路
Ton:上橋導通訊號
Toff:下橋導通訊號
CHS:第一電流源
SW31:第一開關元件
SW32:第二開關元件
CLS:第二電流源
Cs:電容
Vcs:連續偵測電壓訊號
圖1為電源轉換器的訊號波形圖。
圖2為本發明實施例的電感電流偵測電路的第一充電電流電路的電路圖。
圖3為本發明實施例的電感電流偵測電路的第一充電電流電路的訊號波形圖。
圖4為本發明實施例的電感電流偵測電路的第二充電電流電路的電路圖。
圖5為本發明實施例的電感電流偵測電路的第二充電電流電路的訊號波形圖。
圖6為本發明實施例的電感電流偵測電路的電感電流合成電路的電路圖。
圖7為本發明實施例的電感電流偵測電路的電感電流合成電路的訊號波形圖。
CU1:可變電流源
C1:電容
Vramp1、Vsample1:電壓
SW1:開關元件
COM1:比較器
Vd:參考電壓
CMN1:電流調變控制電路
Claims (10)
- 一種電感電流偵測電路,適用於一電源轉換器,該電源轉換器包含一輸出電感、一輸出電容、一上橋開關、一下橋開關、一比較器、一控制電路以及一分壓電路,該輸出電感的一端連接至該上橋開關以及該下橋開關之間的節點,該輸出電感的另一端透過該輸出電容接地,該分壓電路連接至該輸出電感以及該輸出電容之間的一輸出節點,並分壓該輸出節點的一輸出電壓以輸出一反饋電壓,該比較器比較該反饋電壓與一基準電壓以輸出一電壓比較訊號,該控制電路依據該電壓比較訊號該上橋開關以及該下橋開關啟閉,該電感電流偵測電路包含: 一充電電流電路,包含: 一儲能電路; 一電流供應電路,連接該儲能電路,配置以在一上橋導通時間內供應一第一電流訊號至該儲能電路,並在一下橋導通時間內供應一第二電流訊號至該儲能電路; 一電壓比較電路,連接該儲能電路,配置以取得該上橋開關的一波峰電壓與該下橋開關的一波谷電壓相減得出的一參考電壓,依據該儲能電路的電壓與該參考電壓以輸出一比較訊號;及 一電流調變控制電路,連接該電壓比較電路以及該電流供應電路,配置以依據該比較訊號調變該電流供應電路供應的該第一電流訊號以及該第二電流訊號的電流值;以及 一合成電路,連接該電流供應電路,配置以將該儲能電路從零電壓充電至等於該參考電壓的該第一電流訊號,與將該儲能電路的電壓從零電壓充電至等於該參考電壓的該第二電流訊號,合成為一電感電流訊號。
- 如請求項1所述的電感電流偵測電路,其中該電流供應電路包含一電流源。
- 如請求項1所述的電感電流偵測電路,其中該電壓比較電路包含比較器、運算放大器或誤差放大器。
- 如請求項1所述的電感電流偵測電路,更包含一開關元件,連接在該儲能電路以及該電壓比較電路之間,該電壓比較電路在該開關元件開啟時取樣該儲能電路的電壓。
- 如請求項1所述的電感電流偵測電路,其中該儲能電路包含一電容,該電容的第一端連接該電壓比較電路,該電容的第二端接地。
- 如請求項5所述的電感電流偵測電路,其中該控制電路控制該上橋開關在一上橋導通訊號的工作週期內開啟,該開關元件在該上橋導通訊號的波形的下降緣的時間點開啟。
- 如請求項5所述的電感電流偵測電路,其中該控制電路控制該下橋開關在一下橋導通訊號的工作週期內開啟,該開關元件在該下橋導通訊號的波形的下降緣的時間點開啟。
- 如請求項1所述的電感電流偵測電路,其中該電感電流偵測電路包含兩個該充電電流電路,其中一該充電電流電路配置以供應和調變該第一電流訊號,另一該充電電流電路配置以供應和調變該第二電流訊號。
- 如請求項1所述的電感電流偵測電路,其中該合成電路包含: 一電容; 一第一電流源,連接電流供應電路,配置以供應一上橋充電電流訊號,該上橋充電電流訊號的電流值等於將該儲能電路從零電壓充電至等於該參考電壓的該第一電流訊號的電流值; 一第一開關元件,該第一開關元件的第一端連接該第一電流源,該第一開關元件的第二端連接該電容的第一端,該電容的第二端接地; 一第二開關元件,該第二開關元件的第一端連接該第一開關元件的第二端;以及 一第二電流源,連接電流供應電路、該第二開關元件的第二端以及該電容的第二端,配置以供應一下橋充電電流訊號,該下橋充電電流訊號的電流值等於將該儲能電路從零電壓充電至等於該參考電壓的該第二電流訊號的電流值; 其中該第一開關元件開啟以及該第二開關元件關閉時,該上橋充電電流訊號流至該電容,該電容產生一充電電流訊號; 其中該第二開關元件開啟以及該第一開關元件關閉時,該下橋充電電流訊號流至該電容,電容產生一放電電流訊號,與該充電電流訊號,合成一電感電流訊號。
- 如請求項1所述的電感電流偵測電路,其中該電流調變控制電路包含一連續漸進式邏輯電路。
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| CN105790580B (zh) * | 2016-05-11 | 2018-05-01 | 深圳市华星光电技术有限公司 | 电源系统及电感电流峰值的控制方法 |
| US10063145B1 (en) * | 2017-02-28 | 2018-08-28 | Apple Inc. | On-time modulation for phase locking in a buck converter using coupled inductors |
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| CN110261660A (zh) * | 2018-03-12 | 2019-09-20 | 联合汽车电子有限公司 | 电感电流检测电路 |
| US10707756B2 (en) * | 2018-08-28 | 2020-07-07 | Mediatek Inc. | Method for improving efficiency of power converter |
| TWI692112B (zh) * | 2019-03-11 | 2020-04-21 | 茂達電子股份有限公司 | 適應性控制增益的光感測器 |
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| US10833661B1 (en) * | 2019-12-04 | 2020-11-10 | Alpha And Omega Semiconductor (Cayman) Ltd. | Slope compensation for peak current mode control modulator |
-
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI830355B (zh) * | 2022-08-31 | 2024-01-21 | 通嘉科技股份有限公司 | 交錯式電源轉換器的控制方法 |
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