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TWI812471B - 採用開迴路的電感電流仿真電路 - Google Patents

採用開迴路的電感電流仿真電路 Download PDF

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Publication number
TWI812471B
TWI812471B TW111135263A TW111135263A TWI812471B TW I812471 B TWI812471 B TW I812471B TW 111135263 A TW111135263 A TW 111135263A TW 111135263 A TW111135263 A TW 111135263A TW I812471 B TWI812471 B TW I812471B
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Taiwan
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current
circuit
terminal
transistor
charging
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TW111135263A
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Inventor
許鈞凱
蘇持恒
Original Assignee
茂達電子股份有限公司
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Publication date
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Abstract

本發明公開一種採用開迴路的電感電流仿真電路。電流感測電路感測下橋開關的第一端的電流以輸出電流感測訊號。仿真控制電路依據電流感測訊號的多個上升波段上的電流值以輸出多個充電電流訊號。仿真控制電路依據電流感測訊號的多個下降波段上的電流值以輸出多個放電電流訊號。充放電電路依據多個充電電流訊號以產生多個充電電流。充放電電路依據多個放電電流訊號以產生多個放電電流。充放電電路交替地輸出多個充電電流以及多個放電電流至電容，以對電容進行多次充放電，達到仿真電感電流的目的。

Description

採用開迴路的電感電流仿真電路
本發明涉及一種電源轉換器，特別是涉及一種適用於電源轉換器的採用開迴路的電感電流仿真電路。
對於電子裝置而言，電源轉換器為不可缺少的裝置，用以調整電力，並供應調整後的電力給電子裝置。電源轉換器的上橋開關以及下橋開關，必須依據電源轉換器的電路元件的電壓或電流等數據，進行切換，如此才能提供適當的電力給電源轉換器的輸出端連接的電力裝置。然而，現有電源轉換器的偵測電路所偵測到的電感電流不準確且不即時，還需進行校正。
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採用開迴路的電感電流仿真電路，適用於電源轉換器。電源轉換器包含驅動電路、上橋開關、下橋開關、電感以及輸出電容。驅動電路的輸出端連接上橋開關的控制端以及下橋開關的控制端。上橋開關的第一端耦接輸入電壓。上橋開關的第二端連接下橋開關的第一端。下橋開關的第二端接地。上橋開關的第二端以及下橋開關的第一端之間的節點連接電感的第一端。電感的第二端連接輸出電容的第一端。輸出電容的第二端接地。所述的電感電流 仿真電路包含電流感測電路、仿真控制電路以及充放電電路。電流感測電路連接下橋開關的第一端。電流感測電路配置以感測下橋開關的第一端的電流，以輸出電流感測訊號。電流感測訊號的多個波形的多個波段包含多個上升波段以及多個下降波段。仿真控制電路連接電流感測電路。仿真控制電路配置以依據電流感測訊號的多個上升波段上的多個電流值以分別產生多個充電電流訊號。仿真控制電路配置以依據電流感測訊號的多個下降波段上的多個電流值，以分別產生多個放電電流訊號。充放電電路連接仿真控制電路以及電容的第一端。電容的第二端接地。充放電電路配置以依據多個充電電流訊號，以分別產生多個充電電流。充放電電路配置以依據多個放電電流訊號，以分別產生多個放電電流。充放電電路交替地輸出多個充電電流以及多個放電電流至電容，以對電容進行多次充放電，而充放電後的電容的電流訊號即為電感電流的仿真訊號。
在本實施例中，所述的電感電流仿真電路更包含初始控制電路。仿真控制電路依據電流感測訊號的波谷電流以輸出初始訊號至初始控制電路。初始控制電路將仿真控制電路輸出的初始訊號傳輸至電容，以將電容的電壓訊號的電壓拉至波谷電壓。
在本實施例中，初始控制電路包含開關元件。開關元件的第一端連接仿真控制電路的輸出端。開關元件的第二端連接電容的第一端。開關元件的控制端從外部接收一波谷時間脈波訊號。開關元件依據此波谷時間脈波訊號的準位而開啟或關閉。
在本實施例中，仿真控制電路包含取樣和保持電路。取樣和保持電路配置以取樣和保持電流感測訊號的多個波段上的多個電流值。
在本實施例中，取樣和保持電路所保持的多個電流值包含電流感測訊號的多個波段上的一或多個波谷值。
在本實施例中，取樣和保持電路所保持的多個電流值包含電流感測訊號在當下時間到達下橋開關開啟的時間的一半時的電流值。
在本實施例中，仿真控制電路更包含感測電流差計算電路。感測電流差計算電路連接取樣和保持電路。感測電流差計算電路配置以計算取樣和保持電路所保持的電流感測訊號的每一波段在第一時間點的第一電流值與在第二時間點的第二電流值之間的差值作為一電流差值。
在本實施例中，仿真控制電路更包含斜波電流計算電路。斜波電流計算電路配置以計算電流感測訊號的每一波段的第二時間點與第一時間點之間的一時間差值。斜波電流計算電路依據每一波段上的電流差值以及時間差值，以計算出電流感測訊號的每一波段的斜率和電流值。
在本實施例中，斜波電流計算電路依據電流感測訊號的每一上升波段的斜率和電流值以輸出充電電流訊號。斜波電流計算電路依據電流感測訊號的每一下降波段的斜率和電流值以輸出放電電流訊號。
在本實施例中，充放電電路包含第一充電電流鏡。第一充電電流鏡的輸入端連接仿真控制電路的輸出端以接收充電電流訊號。第一充電電流鏡的輸出端連接電容的第一端。
在本實施例中，充放電電路更包含第二充電電流鏡。第二充電電流鏡的輸入端連接第一充電電流鏡的輸出端。第二充電電流鏡的輸出端連接電容的第一端。
在本實施例中，充放電電路更包含充電開關。充電開關的第一端連接第二充電電流鏡的輸出端。充電開關的第二端連接電容的第一端。充電開關的控制端連接驅動電路。驅動電路在上橋開關開啟的時間內開啟充電開關。
在本實施例中，第一充電電流鏡包含第一電晶體以及第二電晶 體。第一電晶體的第一端連接仿真控制電路的輸出端、第一電晶體的控制端以及第二電晶體的控制端。第二電晶體的第一端連接第二充電電流鏡的輸入端。第一電晶體的第二端以及第二電晶體的第二端接地。
在本實施例中，第二充電電流鏡包含第三電晶體以及第四電晶體。第三電晶體的第一端以及第四電晶體的第一端耦接共用電壓。第三電晶體的第二端連接第二電晶體的第一端、第三電晶體的控制端以及第四電晶體的控制端。第四電晶體第二端連接充電開關的第一端。
在本實施例中，充放電電路包含第一放電電流鏡。第一放電電流鏡的輸入端連接仿真控制電路的輸出端以接收放電電流訊號。第一放電電流鏡的輸出端連接電容的第一端。
在本實施例中，充放電電路更包含放電開關。放電開關的第一端連接第一放電電流鏡的輸出端。放電開關的第二端連接電容的第一端。放電開關的控制端連接驅動電路。驅動電路在下橋開關開啟的時間內開啟放電開關。
在本實施例中，第一放電電流鏡包含第一電晶體以及第二電晶體。第一電晶體的第一端連接仿真控制電路的輸出端、第一電晶體的控制端以及第二電晶體的控制端。第二電晶體的第一端連接放電開關的第一端。第一電晶體的第二端以及第二電晶體的第二端接地。
如上所述，本發明提供一種採用開迴路的電感電流仿真電路，其採用不同於傳統電源轉換器的偵測電路的電路架構，以偵測電源轉換器的下橋開關的電流感測訊號的多個波形的上升波段的多個電流值和下降波段的電流值，並依據偵測到的這些電流值，精確且快速地仿真出電感電流完整的資訊。
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。
10:驅動電路
UG:上橋開關
LG:下橋開關
VIN:輸入電壓
LX:節點
L:電感
IL:電感電流
Cout:輸出電容
VOUT:電源轉換器的輸出電壓
20:電流感測電路
30:仿真控制電路
40:充放電電路
50:初始控制電路
Cm:電容
Vem、Vprt:實際仿真電壓訊號
Isen:電流感測訊號
Ichg:充電電流訊號
Idischg:放電電流訊號
Vinit:初始訊號
301:取樣和保持電路
31:第一取樣和保持電路
32:第二取樣和保持電路
33:第三取樣和保持電路
34:第四取樣和保持電路
35:第五取樣和保持電路
302:感測電流差計算電路
321:第一算術運算器
322:第二算術運算器
303:斜波電流計算電路
331:第一斜波電流計算電路
332:第二斜波電流計算電路
R1:第一電阻
I1:電流值
I2:波谷電流值
MR1:第一充電電流鏡
T11、T31:第一電晶體
T12、T32:第二電晶體
MR2:第二充電電流鏡
T23:第三電晶體
T24:第四電晶體
MR3:第一放電電流鏡
VCC:共用電壓
SWU:充電開關
UGS:上橋導通訊號
SWL:放電開關
LGS:下橋導通訊號
SW51:開關元件
VTPS:波谷時間脈波訊號
Vtar:預設電壓訊號
A、B:線
圖1為本發明第一實施例的採用開迴路的電感電流仿真電路的方塊圖。
圖2為本發明第二實施例的採用開迴路的電感電流仿真電路的仿真控制電路的方塊圖。
圖3為本發明第二實施例的採用開迴路的電感電流仿真電路的電流感測電路所感測的電流感測訊號的波形圖。
圖4為本發明第三實施例的採用開迴路的電感電流仿真電路的充放電電路的方塊圖。
圖5為本發明第四實施例的採用開迴路的電感電流仿真電路的初始控制電路的方塊圖。
圖6為本發明第一至第四實施例的採用開迴路的電感電流仿真電路所感測的電感電流、仿真的電壓訊號以及預設電壓訊號的波形圖。
圖7為圖6中的線A框起的波形的放大圖。
圖8為圖6中的線B框起的波形的放大圖。
圖9為本發明第一至第四實施例的採用開迴路的電感電流仿真電路所感測的電感電流、仿真的電壓訊號、預設電壓訊號以及傳統電感電流仿真電路仿真的電壓訊號的波形圖。
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，其為本發明第一實施例的採用開迴路的電感電流仿真電路的方塊圖。
本發明實施例的電感電流仿真電路適用於仿真出電源轉換器的電感L的電流即如圖1所示的一電感電流IL相應的電壓訊號。
電源轉換器包含驅動電路10、上橋開關UG、下橋開關LG、電感L以及輸出電容Cout。驅動電路10的輸出端連接上橋開關UG的控制端以及下橋開關LG的控制端。上橋開關UG的第一端耦接輸入電壓VIN。上橋開關UG的第二端連接下橋開關LG的第一端。下橋開關LG的第二端接地。
上橋開關UG的第二端以及下橋開關LG的第一端之間的節點LX連接電感L的第一端。電感L的第二端連接輸出電容Cout的第一端。輸出電容Cout的第二端接地。電感L的第二端以及輸出電容Cout的第一端之間的節點的電壓為電源轉換器的輸出電壓VOUT。
值得注意的是，本發明實施例的電感電流仿真電路可包含電流感測電路20、仿真控制電路30以及充放電電路40。若有需要，電感電流仿真電路更可包含初始控制電路50。
電流感測電路20的輸入端連接下橋開關LG的第一端。電流感測電路20的輸出端連接仿真控制電路30的輸入端。仿真控制電路30的輸出端連 接充放電電路40的輸入端以及初始控制電路50的輸入端。充放電電路40的輸出端以及初始控制電路50的輸出端連接電容Cm的第一端。電容Cm的第二端接地。
首先，電流感測電路20感測下橋開關LG的第一端的電流，以輸出一電流感測訊號Isen。所述的電流感測訊號Isen的多個波形的多個波段包含多個上升波段以及多個下降波段。
仿真控制電路30依據從電流感測電路20接收到的電流感測訊號Isen的多個上升波段上的多個電流值，以分別輸出多個充電電流訊號Ichg。仿真控制電路30依據從電流感測電路20接收到的電流感測訊號Isen的多個下降波段上的多個電流值，以分別輸出多個放電電流訊號Idischg。
充放電電路40依據從仿真控制電路30接收到的多個充電電流訊號Ichg，以分別產生多個充電電流。充放電電路40依據從仿真控制電路30接收到的多個放電電流訊號Idischg，以分別產生多個放電電流。充放電電路40交替地將多個充電電流以及多個放電電流輸出至電容Cm，以對電容Cm進行多次充放電。在經過多次充放電後的電容Cm的電壓訊號，為本發明的電感電流仿真電路依據電源轉換器的電感電流IL所產生的一實際仿真電壓訊號。
每當充放電電路40依據放電電流訊號Idischg提供放電電流至電容Cm，使電容Cm的電壓訊號的時間點到達電感電流IL的波谷值的時間點時，仿真控制電路30可依據放電電流訊號Idischg的波谷電流，以輸出一初始訊號Vinit至初始控制電路50。初始控制電路50將仿真控制電路30輸出的初始訊號Vinit傳輸至電容Cm，以將電容Cm的電壓訊號的電壓拉至一波谷電壓。如此，本發明的電感電流仿真電路能更順利地依據電源轉換器的電感電流IL產生一實際仿真電壓訊號。
請參閱圖2和圖3，其中圖2為本發明第二實施例的採用開迴路的 電感電流仿真電路的仿真控制電路的方塊圖，圖3為本發明第二實施例的採用開迴路的電感電流仿真電路的電流感測電路所感測的電流感測訊號的波形圖。
本發明的電感電流仿真電路可包含如圖2所示的仿真控制電路30。如圖1所示的仿真控制電路30的配置可與如圖2所示的仿真控制電路30的配置相同，在此僅舉例說明，本發明不以此為限。
如圖2所示，仿真控制電路30可包含取樣和保持電路301、感測電流差計算電路302以及斜波電流計算電路303。實務上，感測電流差計算電路302以及斜波電流計算電路303可整合為單一計算電路。若有需要，仿真控制電路30更可包含第一電阻R1。
仿真控制電路30的取樣和保持電路301連接電流感測電路20、仿真控制電路30的感測電流差計算電路302，並可連接初始控制電路50以及第一電阻R1的第一端。第一電阻R1的第二端接地。仿真控制電路30的斜波電流計算電路303連接仿真控制電路30的感測電流差計算電路302，並連接充放電電路40。
仿真控制電路30的取樣和保持電路301可為單一電路，或可包含多個取樣和保持電路例如但不限於圖2所示的第一取樣和保持電路31、第二取樣和保持電路32、第三取樣和保持電路33、第四取樣和保持電路34以及第五取樣和保持電路35。
仿真控制電路30的感測電流差計算電路302可為單一電路，或可包含多個算數運算器例如但不限於圖2所示的第一算術運算器321以及第二算術運算器322。
仿真控制電路30的斜波電流計算電路303可為單一電路，或可包含多個斜波電流計算電路例如但不限於圖2所示的第一斜波電流計算電路331 以及第二斜波電流計算電路332。
如圖2所示，仿真控制電路30的第一取樣和保持電路31、第二取樣和保持電路32、第三取樣和保持電路33、第四取樣和保持電路34以及第五取樣和保持電路35皆連接電流感測電路20。
在仿真控制電路30內，取樣和保持電路301的第一取樣和保持電路31以及第二取樣和保持電路32連接感測電流差計算電路302的第一算術運算器321，第一算術運算器321連接斜波電流計算電路303的第一斜波電流計算電路331。仿真控制電路30的斜波電流計算電路303的第一斜波電流計算電路331連接充放電電路40。
在仿真控制電路30內，取樣和保持電路301的第三取樣和保持電路33以及第四取樣和保持電路34連接感測電流差計算電路302的第二算術運算器322，第二算術運算器322連接斜波電流計算電路303的第二斜波電流計算電路332。仿真控制電路30的斜波電流計算電路303的第二斜波電流計算電路332連接充放電電路40。
仿真控制電路30的取樣和保持電路301的第五取樣和保持電路35連接第一電阻R1的第一端。初始控制電路50可連接第一電阻R1的第一端，或直接連接第五取樣和保持電路35。
首先，仿真控制電路30的取樣和保持電路301的第三取樣和保持電路33可取樣和保持電流感測訊號Isen的多個波形的每一下降波段上的某一時間點的一電流值作為第一時間點的第一電流值，例如但不限於在到達如圖1所示的下橋開關LG開啟的時間的一半時，如圖3所示的電流感測訊號Isen的電流值I1。
仿真控制電路30的取樣和保持電路301的第四取樣和保持電路34可取樣和保持電流感測訊號Isen的多個波形的每一下降波段上的另一時間 點的一電流值作為第二時間的第二電流值，例如但不限於如圖3所示的電流感測訊號Isen的波谷電流值I2。
仿真控制電路30的感測電流差計算電路302的第二算術運算器322計算電流感測訊號Isen的每一下降波段上的第一時間點的第一電流值與第二時間點的第二電流值之間的差值作為一電流差值。
仿真控制電路30的斜波電流計算電路303的第二斜波電流計算電路332計算電流感測訊號Isen的每一下降波段的第二時間點與第一時間點之間的一時間差值。
仿真控制電路30的斜波電流計算電路303的第二斜波電流計算電路332依據每一下降波段上的電流差值以及時間差值，以計算出電流感測訊號Isen的每一下降波段的斜率和電流值。
仿真控制電路30的斜波電流計算電路303的第二斜波電流計算電路332依據電流感測訊號Isen的多個下降波段的斜率和電流值，以分別輸出多個放電電流訊號Idischg至充放電電路40。充放電電路40依據多個放電電流訊號Idischg，以分別產生多個放電電流。
仿真控制電路30的取樣和保持電路301的第一取樣和保持電路31可取樣和保持電流感測訊號Isen的多個波形的每一上升波段上的某一時間點的一電流值作為第一時間的第一電流值，例如但不限於在到達下橋開關LG開啟的時間的一半時，電流感測訊號Isen的電流值。
仿真控制電路30的取樣和保持電路301的第二取樣和保持電路32可取樣和保持電流感測訊號Isen的多個波形的每一上升波段上的另一時間點的一電流值作為第二時間點的第二電流值，例如但不限於電流感測訊號Isen的波谷電流值。
仿真控制電路30的感測電流差計算電路302的第一算術運算器 321計算電流感測訊號Isen的每一上升波段在第一時間點的第一電流值與第二時間點的第二電流值之間的差值作為一電流差值。
仿真控制電路30的斜波電流計算電路303的第一斜波電流計算電路331計算電流感測訊號Isen的每一上升波段的第二時間點與第一時間點之間的一時間差值。
仿真控制電路30的斜波電流計算電路303的第一斜波電流計算電路331依據每一上升波段上的電流差值以及時間差值，以計算出電流感測訊號Isen的每一上升波段的斜率和電流值。
仿真控制電路30的斜波電流計算電路303的第一斜波電流計算電路331依據電流感測訊號Isen的多個上升波段的斜率和電流值，以分別輸出多個充電電流訊號Ichg至充放電電路40。充放電電路40依據多個充電電流訊號Ichg，以分別產生多個充電電流。
換言之，仿真控制電路30的斜波電流計算電路303的第二斜波電流計算電路332可執行下列方程式：Toff=Ts×(VIN-VOUT)/VIN；|FS|=[(It1-It2)]/(Toff/2)=2×[(It1-It2)]×VIN/[Ts×(VIN-VOUT)]；其中，Toff代表下橋導通時間，Ts代表上橋導通訊號UGS或下橋導通訊號LGS的週期，VIN代表電源轉換器的輸入電壓，VOUT代表電源轉換器的輸出電壓，FS代表電流感測訊號Isen的下降波段的斜率，It1代表電流感測訊號Isen的每一波段在第一時間點的第一電流值(例如圖3所示的電流感測訊號Isen的電流值I1)，It2代表電流感測訊號Isen的每一波段在第二時間點的第二電流值(例如圖3所示的電流感測訊號Isen的波谷電流值I2)。
仿真控制電路30的斜波電流計算電路303的第一斜波電流計算 電路331可執行下列方程式：|RS|=FS×(VIN-VOUT)/VOUT=2×[(It1-It2)]×VIN/(Ts×VOUT)；其中，RS代表電流感測訊號Isen的上升波段的斜率，FS代表上述電流感測訊號Isen的下降波段的斜率，VIN代表電源轉換器的輸入電壓，VOUT代表電源轉換器的輸出電壓，It1代表電流感測訊號Isen的每一波段在第一時間點的第一電流值(例如圖3所示的電流感測訊號Isen的電流值I1)，It2代表電流感測訊號Isen的每一波段在第二時間點的第二電流值(例如圖3所示的電流感測訊號Isen的波谷電流值I2)，Ts代表上述上橋導通訊號UGS或下橋導通訊號LGS的週期。
充放電電路40交替地輸出多個充電電流以及多個放電電流訊號至電容Cm，以對電容Cm進行多次充放電。在電容Cm進行多次充放電後，電容Cm的電壓訊號即為本發明的電感電流仿真電路依據電源轉換器的電感電流IL所產生的一實際仿真電壓訊號。
仿真控制電路30的取樣和保持電路301的第五取樣和保持電路35可取樣和保持電流感測訊號Isen的波谷電流，以輸出初始訊號Vinit至初始控制電路50。替換地，第一取樣和保持電路31可將保持的電流感測訊號Isen的波谷電流提供至第一電阻R1以充電第一電阻R1，充電後的第一電阻R1的電壓訊號作為初始訊號Vinit提供至初始控制電路50。
每當充放電電路40依據放電電流訊號Idischg提供放電電流至電容Cm，以使電容Cm的電壓訊號到達波谷的時間點時，仿真控制電路30的取樣和保持電路301的第五取樣和保持電路35可依據放電電流訊號Idischg的波谷電流，以輸出一初始訊號Vinit。初始控制電路50可將仿真控制電路30輸出的初始訊號Vinit傳輸至電容Cm，以將電容Cm的電壓訊號的電壓下拉至一波谷電壓。如此，本發明的電感電流仿真電路能更順利地依據電源轉換器的電感 電流IL產生一實際仿真電壓訊號。
請參閱圖4，其為本發明第三實施例的採用開迴路的電感電流仿真電路的充放電電路的方塊圖。
本發明的電感電流仿真電路可包含如圖4所示的充放電電路40。如圖1所示的充放電電路40的配置可與如圖4所示的充放電電路40的配置相同，在此僅舉例說明，本發明不以此為限。
充放電電路40可包含一或多個電流鏡，例如但不限於第一充電電流鏡MR1、第二充電電流鏡MR2以及第一放電電流鏡MR3。若有需要，充放電電路40更可包含一或多個開關元件，例如但不限於充電開關SWU以及放電開關SWL。
舉例而言，第一充電電流鏡MR1可包含第一電晶體T11以及第二電晶體T12，第二充電電流鏡MR2包含第三電晶體T23以及第四電晶體T24，第一放電電流鏡MR3包含第一電晶體T31以及第二電晶體T32，在此僅舉例說明，本發明不以此為限。
充放電電路40的第一充電電流鏡MR1的第一電晶體T11的第一端(即第一充電電流鏡MR1的輸入端)連接仿真控制電路30的輸出端。
在充放電電路40的第一充電電流鏡MR1內，第一電晶體T11的第一端連接第一電晶體T11的控制端以及第二電晶體T12的控制端，第一電晶體T11的第二端以及第二電晶體T12的第二端接地。
在充放電電路40內，第一充電電流鏡MR1的第二電晶體T12的第一端(即第一充電電流鏡MR1的輸出端)連接第二充電電流鏡MR2的第三電晶體T23的第二端(即第二充電電流鏡MR2的輸入端)。
在充放電電路40的第二充電電流鏡MR2內，第三電晶體T23的第二端連接第三電晶體T23的控制端以及第四電晶體T24的控制端。第三電晶 體T23的第一端以及第四電晶體T24的第一端耦接共用電壓VCC。
在充放電電路40內，第四電晶體T24的第二端連接充電開關SWU的第一端。充電開關SWU的第二端連接電容Cm的第一端。充電開關SWU的控制端可連接驅動電路10的輸出端。
充放電電路40的第一放電電流鏡MR3的第一電晶體T31的第一端(即第一放電電流鏡MR3的輸入端)連接仿真控制電路30的輸出端。
在充放電電路40的第一放電電流鏡MR3內，第一電晶體T31的第一端連接第一電晶體T31的控制端以及第二電晶體T32的控制端，第一電晶體T31的第二端以及第二電晶體T32的第二端接地。
在充放電電路40內，第一放電電流鏡MR3的第二電晶體T32的第一端(即第一放電電流鏡MR3的輸出端)連接放電開關SWL的第一端。放電開關SWL的第二端連接電容Cm的第一端。放電開關SWL的控制端可連接驅動電路10的輸出端。
首先，第一充電電流鏡MR1的第一電晶體T11的第一端從仿真控制電路30接收充電電流訊號Ichg的電流，此為第一充電電流鏡MR1的輸入電流。第一充電電流鏡MR1的第二電晶體T12的第一端的電流為第一充電電流鏡MR1的輸出電流。第一充電電流鏡MR1的輸入電流和輸出電流的比例為1：N，N為正值。如此，可將從仿真控制電路30接收到的充電電流訊號Ichg放大或縮減為N倍後形成第一充電電流鏡MR1的輸出電流。
第二充電電流鏡MR2的第三電晶體T23的第二端的輸入電流為第一充電電流鏡MR1的輸出電流。第二充電電流鏡MR2的第四電晶體T24的第二端的電流為第二充電電流鏡MR2的輸出電流。第二充電電流鏡MR2的輸入電流和輸出電流的比例為1：M，M為正值。如此，第一充電電流鏡MR1與第二充電電流鏡MR2可將充電電流訊號Ichg的電流放大或縮減為N×M倍。
另一方面，第一放電電流鏡MR3的第一電晶體T31的第一端的電流從仿真控制電路30接收放電電流訊號Idischg的電流，此為第一放電電流鏡MR3的輸入電流。第一放電電流鏡MR3的第二電晶體T32第一端的電流為第一放電電流鏡MR3的輸出電流。第一放電電流鏡MR3的輸入電流和輸出電流的比例為1：P，P為正值。如此，第一放電電流鏡MR3可將放電電流訊號Idischg放大或縮減為P倍。
驅動電路10多次交替地開啟上橋開關UG以及下橋開關LG。每當驅動電路10輸出(高準位的)上橋導通訊號UGS至上橋開關UG的控制端以開啟上橋開關UG時，驅動電路10也可輸出(高準位的)上橋導通訊號UGS至充電開關SWU的控制端以開啟充電開關SWU。其結果為，經第一充電電流鏡MR1與第二充電電流鏡MR2放大或縮減N×M倍的充電電流流經開啟的充電開關SWU至電容Cm，以對電容Cm進行充電。
每當驅動電路10輸出(高準位的)下橋導通訊號LGS至下橋開關LG的控制端以開啟下橋開關LG時，驅動電路10也可輸出(高準位的)下橋導通訊號LGS至放電開關SWL的控制端以開啟放電開關SWL。其結果為，經第一放電電流鏡MR3放大或縮減P倍的放電電流流經開啟的放電開關SWL至電容Cm，以對電容Cm進行放電。
在多次對電容Cm進行充放電之後，最後電容Cm的電壓訊號為本發明實施例的電感電流仿真電路依據電源轉換器的電感電流IL所產生的一實際仿真電壓訊號。
請參閱圖5，其為本發明第四實施例的採用開迴路的電感電流仿真電路的初始控制電路的方塊圖。
本發明的電感電流仿真電路可包含如圖5所示的初始控制電路50。如圖1所示的初始控制電路50的配置可與如圖5所示的初始控制電路50的 配置相同，在此僅舉例說明，本發明不以此為限。
如圖5所示，初始控制電路50可包含開關元件SW51。開關元件SW51的第一端連接仿真控制電路30的輸出端。開關元件SW51的第二端連接電容Cm的第一端。
如圖5所示的開關元件SW51的控制端可連接如圖1所示的驅動電路10的輸出端，以從驅動電路10接收一波谷時間脈波訊號VTPS。依據波谷時間脈波訊號VTPS，每當如圖1所示的充放電電路40依據放電電流訊號Idischg提供放電電流至電容Cm使電容Cm的電壓訊號到達波谷的時間點時，開關元件SW51開啟。
仿真控制電路30輸出初始訊號Vinit通過開啟的開關元件SW51傳輸至電容Cm，以將電容Cm的電壓訊號的電壓直接下拉至一波谷電壓。如此，本發明的電感電流仿真電路能更順利地依據電源轉換器的電感電流IL產生一實際仿真電壓訊號。
請參閱圖5至圖9，其中圖6為本發明第一至第四實施例的採用開迴路的電感電流仿真電路所感測的電感電流、仿真的電壓訊號以及預設電壓訊號的波形圖，圖7為圖6中的線A框起的波形的放大圖，圖8為圖6中的線B框起的波形的放大圖，圖9為本發明第一至第四實施例的採用開迴路的電感電流仿真電路所感測的電感電流、仿真的電壓訊號、預設電壓訊號以及傳統電感電流仿真電路仿真的電壓訊號的波形圖。
如圖6至圖9所示，預設電壓訊號Vtar的電壓值為電感電流IL(即圖1的電感L的電流)的電流值的一半。
如圖6至圖8所示，本發明電感電流仿真電路依據電感電流IL產生一實際仿真電壓訊號Vem，基本上與預設電壓訊號Vtar相同。
如圖9所示，傳統電感電流仿真電路依據電感電流產生一實際仿 真電壓訊號Vprt。顯然，相比於傳統電感電流仿真電路所產生的實際仿真電壓訊號Vprt的電壓，本發明電感電流仿真電路所產生的實際仿真電壓訊號Vem的電壓，較快追上預設電壓訊號Vtar的電壓。
綜上所述，本發明提供一種採用開迴路的電感電流仿真電路，其採用不同於傳統電源轉換器的偵測電路的電路架構，以偵測電源轉換器的下橋開關的電流感測訊號的多個波形的上升波段的多個電流值和下降波段的電流值，並依據偵測到的這些電流值，精確且快速地仿真出電感電流完整的資訊。
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。
10:驅動電路
UG:上橋開關
LG:下橋開關
VIN:輸入電壓
LX:節點
L:電感
IL:電感電流
Cout:輸出電容
VOUT:電源轉換器的輸出電壓
20:電流感測電路
30:仿真控制電路
40:充放電電路
50:初始控制電路
Cm:電容
Vem:實際仿真電壓訊號
Isen:電流感測訊號
Ichg:充電電流訊號
Idischg:放電電流訊號
Vinit:初始訊號

Claims (17)

  1. 一種採用開迴路的電感電流仿真電路，適用於一電源轉換器，該電源轉換器包含一驅動電路、一上橋開關、一下橋開關、一電感以及一輸出電容，該驅動電路的輸出端連接該上橋開關的控制端以及該下橋開關的控制端，該上橋開關的第一端耦接一輸入電壓，該上橋開關的第二端連接該下橋開關的第一端，該下橋開關的第二端接地，該上橋開關的第二端以及該下橋開關的第一端之間的節點連接一電感的第一端，該電感的第二端連接該輸出電容的第一端，該輸出電容的第二端接地，所述的採用開迴路的電感電流仿真電路包含： 一電流感測電路，連接該下橋開關的第一端，配置以感測該下橋開關的第一端的電流，以輸出一電流感測訊號，其中該電流感測訊號的多個波形的多個波段包含多個上升波段以及多個下降波段； 一仿真控制電路，連接該電流感測電路，配置以依據該電流感測訊號的該多個上升波段上的多個電流值以分別輸出多個充電電流訊號，依據該電流感測訊號的該多個下降波段上的多個電流值以分別輸出多個放電電流訊號；以及 一充放電電路，連接該仿真控制電路以及一電容的第一端，該電容的第二端接地，該充放電電路配置以依據該多個充電電流訊號以分別產生多個充電電流，依據該多個放電電流訊號以分別產生放電電流，交替地輸出該多個充電電流以及該多個放電電流訊號至該電容，以對該電容進行多次充放電，而充放電後的該電容的電流訊號即為該電感的電流的仿真訊號。
  2. 如請求項1所述的採用開迴路的電感電流仿真電路，更包含： 一初始控制電路，連接該仿真控制電路以及該電容的第一端，其中該仿真控制電路依據該電流感測訊號的波谷電流以輸出一初始訊號至該初始控制電路，該初始控制電路將該仿真控制電路輸出的該初始訊號傳輸至該電容，以將該電容的電壓訊號的電壓拉至一波谷電壓。
  3. 如請求項2所述的採用開迴路的電感電流仿真電路，其中該初始控制電路包含一開關元件，該開關元件的第一端連接該仿真控制電路的輸出端，該開關元件的第二端連接該電容的第一端，該開關元件的控制端從外部接收一波谷時間脈波訊號，該開關元件依據該波谷時間脈波訊號的準位而開啟或關閉。
  4. 如請求項1所述的採用開迴路的電感電流仿真電路，其中該仿真控制電路包含一取樣和保持電路，配置以取樣和保持該電流感測訊號的該多個波段上的該多個電流值。
  5. 如請求項4所述的採用開迴路的電感電流仿真電路，其中該取樣和保持電路所保持的該多個電流值包含該電流感測訊號的多個該多個波段上的一或多個波谷值。
  6. 如請求項4所述的採用開迴路的電感電流仿真電路，其中該取樣和保持電路所保持的該多個電流值包含該電流感測訊號在當下時間到達該下橋開關開啟的時間的一半時的電流值。
  7. 如請求項4所述的採用開迴路的電感電流仿真電路，其中該仿真控制電路更包含一感測電流差計算電路，連接該取樣和保持電路，配置以計算該取樣和保持電路所保持的該電流感測訊號的每一該波段在一第一時間點的一第一電流值與一第二時間點的一第二電流值之間的差值作為一電流差值。
  8. 如請求項7所述的採用開迴路的電感電流仿真電路，其中該仿真控制電路更包含一斜波電流計算電路，配置以計算該電流感測訊號的每一該波段的該第二時間點與該第一時間點之間的一時間差值，依據每一該波段上的該電流差值以及該時間差值，以計算出該電流感測訊號的每一該波段的斜率和電流值。
  9. 如請求項8所述的採用開迴路的電感電流仿真電路，其中該斜波電流計算電路依據該電流感測訊號的每一該上升波段的斜率和電流值以輸出該充電電流訊號，依據該電流感測訊號的每一該下降波段的斜率和電流值以輸出該放電電流訊號。
  10. 如請求項1所述的採用開迴路的電感電流仿真電路，其中該充放電電路包含一第一充電電流鏡，該第一充電電流鏡的輸入端連接該仿真控制電路的輸出端以接收該充電電流訊號，該第一充電電流鏡的輸出端連接該電容的第一端。
  11. 如請求項10所述的採用開迴路的電感電流仿真電路，其中該充放電電路更包含一第二充電電流鏡，該第二充電電流鏡的輸入端連接該第一充電電流鏡的輸出端，該第二充電電流鏡的輸出端連接該電容的第一端。
  12. 如請求項11所述的採用開迴路的電感電流仿真電路，其中該充放電電路更包含一充電開關，該充電開關的第一端連接該第二充電電流鏡的輸出端，該充電開關的第二端連接該電容的第一端，該充電開關的控制端連接該驅動電路，該驅動電路在該上橋開關開啟的時間內開啟該充電開關。
  13. 如請求項12所述的採用開迴路的電感電流仿真電路，其中該第一充電電流鏡包含一第一電晶體以及一第二電晶體，該第一電晶體的第一端連接該仿真控制電路的輸出端、該第一電晶體的控制端以及該第二電晶體的控制端，該第二電晶體的第一端連接該第二充電電流鏡的輸入端，該第一電晶體的第二端以及該第二電晶體的第二端接地。
  14. 如請求項13所述的採用開迴路的電感電流仿真電路，其中該第二充電電流鏡包含一第三電晶體以及一第四電晶體，該第三電晶體的第一端以及該第四電晶體的第一端耦接一共用電壓，該第三電晶體的第二端連接該第二電晶體的第一端、該第三電晶體的控制端以及該第四電晶體的控制端，該第四電晶體第二端連接該充電開關的第一端。
  15. 如請求項1所述的採用開迴路的電感電流仿真電路，其中該充放電電路包含一第一放電電流鏡，該第一放電電流鏡的輸入端連接該仿真控制電路的輸出端以接收該放電電流訊號，該第一放電電流鏡的輸出端連接該電容的第一端。
  16. 如請求項15所述的採用開迴路的電感電流仿真電路，其中該充放電電路更包含一放電開關，該放電開關的第一端連接該第一放電電流鏡的輸出端，該放電開關的第二端連接該電容的第一端，該放電開關的控制端連接該驅動電路，該驅動電路在該下橋開關開啟的時間內開啟該放電開關。
  17. 如請求項16所述的採用開迴路的電感電流仿真電路，其中該第一放電電流鏡包含一第一電晶體以及一第二電晶體，該第一電晶體的第一端連接該仿真控制電路的輸出端、該第一電晶體的控制端以及該第二電晶體的控制端，該第二電晶體的第一端連接該放電開關的第一端，該第一電晶體的第二端以及該第二電晶體的第二端接地。
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