[发明专利]应用在切换式电源供应器的电流感测电路

说明书

技术领域

本发明是有关一种切换式电源供应器，特别是关于一种应用在切换式电源供应器的电流感测电路。

背景技术

在交流对直流切换式电源供应器中，由于极高的输入电压(约200～800V)，使得高压功率开关及控制电路整合到同一基板成为重要的课题。传统的交流对直流切换式电源供应器将高压功率开关及控制电路分别做在二基板上，再将该二基板整合入一封装中。由于工艺技术的进步，目前已可将耐极高压的元件整合在同一基板上，但是须耗费大面积，因此高度整合兼具小芯片面积成为一个设计上的难题。

图1是传统的交流对直流切换式电源供应器的部份电路，其中高压功率开关M1在基板15上，而感测电阻Rcs、调变器17及比较器18在基板16上，二基板15及16都整合在控制器芯片14中，输入电压VAC经整流器10及电容Cin整流及滤波后产生电压VDC给变压器12，高压功率开关M1连接变压器12的一次侧线圈Lp，调变器17提供控制信号Vgate切换高压功率开关M1以使变压器12将电压VDC转换为输出电压Vo。此电源供应器利用与高压功率开关M1串联的感测电阻Rcs来取得与通过高压功率开关M1的电流Ip相关的感测信号Vcs。比较器18比较感测信号Vcs及临界值Vth，当感测信号Vcs大于临界值Vth时，比较器18送出信号给调变器17以使高压功率开关M1变为闭路(off)。如果使用较大的感测电阻Rcs，将造成较大的功率消耗，降低控制器芯片14的效能，而且将产生高电位的感测信号Vcs，因而须使用较高准位的控制信号Vgate。如果使用较小的感测电阻Rcs，感测信号Vcs会变小，这将使得设计变复杂，而且感测信号Vcs也比较容易受到地端噪声的干扰。

图2是另一种感测电流Ip的现有方法，其是利用高压功率开关M1的导通阻值Ron作为感测电阻来提供与电流Ip相关的感测信号Vcs，比较器18的正输入端连接高压功率开关M1的输入端以取得感测信号Vcs。此方法无需感测电阻Rcs，因此可以减少控制器芯片14的面积及功率消耗。但是输入电压VAC为极高压(Ultra High Voltage；UHV)，所以在高压功率开关M1为闭路时，其输入端上的电压很高，比较器18必须改用UHV元件，导致芯片面积增加以及成本提高。

美国专利号5,285,269使用一种迭接(cascade)功率开关来取代图2中的高压功率开关M1，包括接面场效晶体管(JFET)以及金氧半晶体管(MOSFET)。JFET的输入端连接变压器12的一次侧线圈Lp，输出端连接MOSFET的输入端，而MOSFET的输出端连接地端GND。JFET阻挡UHV，MOSFET为低压元件，比较器18的正输入端连接MOSFET的输入端以取得该MOSFET上的电压Vcs，进而判断电流Ip的大小。由于JFET可以阻挡高压，因此比较器18不必改用UHV元件。但是这样复杂的UHV功率开关结构，需要增加复杂的工艺、设计和开发过程。

美国专利号7,696,566提出一种感测电流Ip的方法，利用执行启动功能的JFET来感测电流Ip，因此无需增加额外的UHV元件或工艺。然而，此方法需要使用多芯片模块封装，高压功率开关与控制电路无法整合在同一基板上。

发明内容

本发明的目的之一，在于提出一种应用在切换式电源供应器的电流感测电路。

根据本发明，一种应用在切换式电源供应器的电流感测电路，包括高压功率开关、高压启动晶体管以及整流二极管。该高压功率开关受控于控制信号以调节该切换式电源供应器的输出电压。该高压启动晶体管与该高压功率开关在同一基板上，其具有输入端连接该高压功率开关的输入端、控制端接收第一电压以及输出端提供第二电压。整流二极管连接该高压启动晶体管的输出端，用以避免电流回流至该高压启动晶体管的输出端，影响检测通过该高压功率开关的电流结果。在该高压功率开关由闭路变为开路时，使该高压启动晶体管的输出端放电一段时间。该段时间远小于该高压功率开关为开路的时间。在该高压功率开关为开路期间，该第一及第二电压之间的压差大于该高压启动晶体管的临界电压，造成该高压启动晶体管导通，因此该第二电压等于该高压功率开关的跨压，而且与通过该高压功率开关的电流具有比例关系。

本发明利用高压启动晶体管在切换式电源供应器启动完成后，作为感测电流的高压元件，因此不需要增加芯片面积，而后端处理电路可以用低压元件实现，故更有成本竞争力。

附图说明

图1是传统的交流对直流切换式电源供应器的电流感测方法；

图2是另一种现有的电流感测方法；

图3是本发明的电流感测电路；以及