具有动态控制最小关断时间机制的电源转换器

技术领域

本发明涉及电源转换器，特别是涉及一种具有动态控制最小关断时间机制的电源转换器。

背景技术

传统电源电压转换器的下桥开关的最小关断时间(minimum off time)为一固定值，在此最小关断时间内下桥过电流保护电路检测流过下桥开关的电流是否大于电流阀值，即是否发生过电流。若发生过电流，则下桥开关会持续打开。直至当电流小于电流阀值为止，才关闭下桥开关。

通常会希望最小关断时间短，如此在输出负载瞬变时，会有优选的响应时间。若最小关断时间过大，在特定转压比正常应用下会发生系统不稳定或发生降频。然而，过短的最小关断时间，可能会造成下桥过电流保护电路来不及检测到下桥过电流事件发生，导致电路组件因过电流而损毁。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种具有动态控制最小关断时间机制的电源转换器，包含上桥开关、下桥开关、驱动电路、上桥过电流保护电路以及关断时间调控电路。上桥开关的第一端耦接共享电压。下桥开关的第一端连接上桥开关的第二端。上桥开关的第二端以及下桥开关的第一端之间的节点连接一电感的第一端。电感的第二端连接电容的第一端。电容的第二端接地。下桥开关的第二端接地。驱动电路连接上桥开关的控制端以及下桥开关的控制端。驱动电路配置以输出一上桥导通信号至上桥开关以驱动上桥开关，并输出一下桥导通信号至下桥开关以驱动下桥开关。上桥过电流保护电路连接驱动电路以及所述节点。上桥过电流保护电路配置以检测节点以判断是否有电流从上桥开关经过节点朝电感流动且电流是否大于第一电流阀值以输出一上桥过电流检测信号以及一上桥过电流保护信号。关断时间调控电路连接上桥过电流保护电路以及驱动电路。关断时间调控电路配置以依据上桥过电流保护信号以决定一最小关断时间信号的一最小关断时间，输出最小关断时间信号至驱动电路。驱动电路依据上桥过电流检测信号判定上桥开关开启时发生过电流事件，因而驱动电路至少在最小关断时间信号的较长最小关断时间内维持开启下桥开关。

在实施例中，关断时间调控电路储存多个参考最小关断时间，依据上桥过电流保护信号以选择其中一参考最小关断时间，输出具有最小关断时间等于所选择的参考最小关断时间的最小关断时间信号。

在实施例中，关断时间调控电路依据上桥过电流保护信号以决定最小关断时间信号的工作周期以及非工作周期，输出最小关断时间信号。所述最小关断时间信号的非工作周期包含最小关断时间。

在实施例中，关断时间调控电路储存第一参考最小关断时间信号。当所述电源转换器未产生电流或电流不大于第一电流阀值时，关断时间调控电路输出具有最小关断时间等于第一参考最小关断时间的最小关断时间信号。

在实施例中，关断时间调控电路还储存大于第一参考最小关断时间的第二参考最小关断时间信号。关断时间调控电路在所述电源转换器产生电流且电流大于第一电流阀值时，输出具有最小关断时间等于第二参考最小关断时间的最小关断时间信号。

在实施例中，当所述电源转换器产生电流且电流大于第一电流阀值时，上桥过电流保护电路输出的上桥过电流检测信号中产生一脉波以及输出的上桥过电流保护信号中产生一波形。

在实施例中，上桥过电流保护信号的波形的上升沿对准上桥过电流检测信号的脉波的上升沿，上桥过电流保护信号的波形的下降沿对准上桥导通信号的波形的上升沿。

在实施例中，下桥导通信号的上升沿的时间点到最小关断时间信号的上升沿的时间点的时间为最小关断时间。

在实施例中，下桥开关接收到低准位的下桥导通信号时，下桥开关关闭，而下桥开关接收到高准位的下桥导通信号时，下桥开关开启。

在实施例中，所述电源转换器还包含下桥过电流保护电路。下桥过电流保护电路连接驱动电路以及节点。下桥过电流保护电路配置以在最小关断时间内判断流经下桥开关、节点以及电感的另一电流是否大于第二电流阀值。

如上所述，本发明提供一种具有动态控制最小关断时间机制的电源转换器。在正常操作状态下，下桥开关的最小关断时间较短。然而，当流经上桥开关的电流大于第一电流阀值，即发生过电流事件时，下桥开关的最小关断时间较长。当下桥开关在较长的关断时间保持开启时，下桥过电流保护电路有足够的时间能够检测到流经下桥开关的电流是否大于第二电流阀值，即发生过电流事件。如此，可防止过电流事件造成电源转换器的电路组件烧毁。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1为本发明第一实施例的具有动态控制最小关断时间机制的电源转换器的电路布局图。

图2为本发明第二实施例的具有动态控制最小关断时间机制的电源转换器的电路布局图。

图3为本发明第一实施例和第二实施例的具有动态控制最小关断时间机制的电源转换器的信号的曲线图。

具体实施方式

以下是通过特定的具体实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不背离本发明的构思下进行各种修改与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。另外，本文中所使用的术语“或”，应视实际情况可能包含相关联的列出项目中的任一个或者多个的组合。

请参阅图1和图3，其中图1为本发明第一实施例的具有动态控制最小关断时间机制的电源转换器的电路布局图；图3为本发明第一实施例和第二实施例的具有动态控制最小关断时间机制的电源转换器的信号的曲线图。

本发明实施例的电源转换器可包含如图1所示的上桥开关UG、下桥开关LG、驱动电路100、上桥过电流保护电路200、关断时间调控电路300以及下桥过电流保护电路400，但本发明不以此为限。

上桥开关UG的第一端可耦接共享电压VCC。上桥开关UG的第二端可连接下桥开关LG的第一端。下桥开关LG的第二端接地。上桥开关UG的第二端以及下桥开关LG的第一端之间的节点LX可连接电感L的第一端。电感L的第二端可连接电容C的第一端。电容C的第二端接地。电感L的第二端与电容C的第一端之间的节点为电源转换器的输出端。

驱动电路100可连接上桥开关UG的控制端以及下桥开关LG的控制端。驱动电路100可输出一上桥导通信号UGS至上桥开关UG，以驱动上桥开关UG。例如，当驱动电路100输出高准位的上桥导通信号UGS至上桥开关UG时，上桥开关UG开启。相反地，当驱动电路100输出低准位的上桥导通信号UGS至上桥开关UG时，上桥开关UG关闭。

驱动电路100可输出一下桥导通信号LGS至下桥开关LG以驱动下桥开关LG。例如，当驱动电路100输出高准位的下桥导通信号LGS至下桥开关LG时，下桥开关LG开启。相反地，当驱动电路100输出低准位的下桥导通信号LGS至下桥开关LG时，下桥开关LG关闭。

上桥过电流保护电路200可连接驱动电路100以及关断时间调控电路300。另外，上桥过电流保护电路200可连接在上桥开关UG的第二端以及下桥开关LG的第一端之间的节点LX。

上桥过电流保护电路200可检测节点LX的数据，依据检测到的节点LX的数据以产生如图3所示的节点检测信号LXS，据以判断是否有电流IU从上桥开关UG经过节点LX朝电感L流动，并可进一步判断此电流IU是否大于第一电流阀值，以输出一上桥过电流检测信号OCH至驱动电路100，以及输出上桥过电流保护信号CHA至关断时间调控电路300。

值得注意的是，当上桥过电流保护电路200判断电源转换器产生电流IU并且电流IU大于第一电流阀值时，上桥过电流保护电路200可输出如图3所示的具有一脉波的上桥过电流检测信号OCH至驱动电路100，以及输出具有一波形的上桥过电流保护信号CHA至关断时间调控电路300。

如图3所示，上桥过电流保护信号CHA的波形的上升沿对准上桥过电流检测信号OCH的脉波的上升沿，上桥过电流保护信号CHA的波形的下降沿对准上桥导通信号UGS的波形的上升沿。换言之，上桥过电流保护信号CHA的下降沿的时间点可对准电感L的电流IL放电至低波谷的电流值OCPL的时间点。

上桥过电流保护信号CHA将上桥过电流检测信号OCH以边沿触发的方式将值储存起来，并在该周期的下一周期的初始将其值重置归零。

关断时间调控电路300可连接驱动电路100。关断时间调控电路300可依据上桥过电流保护信号CHA，以决定一最小关断时间信号TFM的一最小关断时间Toffmin的时间长度，输出最小关断时间信号TFM至驱动电路100。驱动电路100至少在最小关断时间信号TFM的最小关断时间Toffmin内，必需维持开启下桥开关LG。

如图3所示，最小关断时间Toffmin可为下桥导通信号LGS的上升沿的时间点到最小关断时间信号TFM的上升沿的时间点的时间。

举例而言，关断时间调控电路300可储存多个参考最小关断时间。多个参考最小关断时间长度彼此不相等。当关断时间调控电路300从上桥过电流保护电路200接收到的上桥过电流保护信号CHA时，可依据上桥过电流保护信号CHA所指示的目前的电流IU值的大小，从多个参考最小关断时间中选择其中一者以输出最小关断时间信号TFM。此最小关断时间信号TFM的最小关断时间Toffmin等于所选择的参考最小关断时间。

举例而言，上述关断时间调控电路300所储存的多个参考最小关断时间可包含第一参考最小关断时间以及第二参考最小关断时间。第二参考最小关断时间大于第一参考最小关断时间。

当电源转换器未产生电流IU或电流IU不大于第一电流阀值时，关断时间调控电路300输出的最小关断时间信号TFM的最小关断时间Toffmin等于第一参考最小关断时间。

相反地，当电源转换器产生电流IU且电流IU大于第一电流阀值时，关断时间调控电路300输出的最小关断时间信号TFM的最小关断时间Toffmin等于第二参考最小关断时间。

下桥过电流保护电路400可连接驱动电路100，并可连接在上桥开关UG的第二端以及下桥开关LG的第一端之间的节点LX。下桥过电流保护电路400可在最小关断时间信号TFM的最小关断时间内，检测节点LX的数据以判断流经下桥开关LG、节点LX以及电感L的电流是否大于第二电流阀值，以输出一下桥过电流检测信号OCL。

也就是说，当电流IU从上桥开关UG经过节点LX朝电感L流动，且电流IU大于第二电流阀值时，即上桥开关UG开启时发生过电流事件时，最小关断时间信号TFM的最小关断时间Toffmin被调整为时间长度较长的第二参考最小关断时间。如此，下桥过电流保护电路400有充足的时间可以判断流经下桥开关LG、节点LX以及电感L的电流是否大于第二电流阀值，以判断下桥开关LG开启时是否发生过电流事件，以在发生过电流时能实时执行防止电源转换器的电路组件因过电流而损坏的措施。

请参阅图2为本发明第二实施例的具有动态控制最小关断时间机制的电源转换器的电路布局图。

本发明实施例的电源转换器除了可包含上桥开关UG、下桥开关LG、驱动电路100、上桥过电流保护电路200、关断时间调控电路300以及下桥过电流保护电路400以外，还可包含运算放大器500、斜波信号产生器600、比较器700、脉波信号产生器800以及反馈电路900，但本发明不以此为限。与第一实施例相同之处，在下文中不进行赘述。

反馈电路900的输入端可连接在电感L的第二端以及电容C的第一端之间的节点(即电源转换器的输出端)。反馈电路900可检测此节点的电压(即电源转换器的输出电压VOUT)，作为反馈电压FB。运算放大器500的第一输入端例如反相输入端可耦接参考电压VREF。运算放大器500的第二输入端例如非反相输入端可连接反馈电路900的输出端，以从反馈电路900接收电源转换器的输出端的反馈电压FB。

运算放大器500可将电源转换器的输出端的反馈电压FB与参考电压VREF的差值乘以一放大倍率后，输出一放大信号。运算放大器500的输出端可连接电阻Rc的第一端。电阻Rc的第二端可连接电容Cc的第一端。电容Cc的第二端可接地。

比较器700的第一输入端例如非反相输入端可连接运算放大器500的输出端。比较器700的第二输入端例如反相输入端可连接斜波信号产生器600的输出端。比较器700可比较运算放大器500输出的放大信号的电压(即电阻Rc的第一端的电压)与斜波信号产生器600产生的斜波信号的电压，以输出一比较信号。

脉波信号产生器800可连接比较器700的输出端以及驱动电路100的输入端。脉波信号产生器800可依据从比较器700接收到的比较信号，以输出一脉波宽度调变信号PWM至驱动电路100。驱动电路100可基于脉波宽度调变信号PWM，如上述输出上桥导通信号UGS至上桥开关UG以及输出下桥导通信号LGS至下桥开关LG。

综上所述，本发明提供一种具有动态控制最小关断时间机制的电源转换器。在正常操作状态下，下桥开关的最小关断时间较短。然而，当流经上桥开关的电流大于第一电流阀值，即发生过电流事件时，下桥开关的最小关断时间较长。当下桥开关在较长的关断时间保持开启时，下桥过电流保护电路有足够的时间能够检测到流经下桥开关的电流是否大于第二电流阀值，即发生过电流事件。如此，可防止过电流事件造成电源转换器的电路组件烧毁。

以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的权利要求书，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的权利要求书内。