直流对直流转换电路与直流对直流控制器的集成电路的制作方法

本发明是有关于一种电源转换技术，且特别是有关于一种直流对直流转换电路与直流对直流控制器的集成电路。

背景技术：

直流对直流转换电路(DC-to-DC conversion circuit)可通过直流对直流控制器(DC-to-DC controller)控制电源开关(即上桥开关与下桥开关)，以将输入电压转换成输出电压。此外，现有的直流对直流转换电路往往会在直流对直流控制器中设置感测元件，以藉此达到过温保护。然而，直流对直流转换电路中发热量最大的元件是在电源开关，因此现有的直流对直流转换电路的检测准确度往往不高，从而无法避免过热烧毁的现象。此外，虽然部分现有的直流对直流转换电路在电源开关中设置感测元件，但是感测元件往往只能设置在下桥开关中，并且只能在下桥开关导通时才能正常操作，因此无法有效地提升直流对直流转换电路的检测准确度。

技术实现要素：

本发明提供一种直流对直流转换电路与直流对直流控制器的集成电路，利用升压电路升压输入电压至第一操作电压，并利用第一操作电压供电给电源开关单元中的感测元件。藉此，将可提升直流对直流转换电路与直流对直流控制器的集成电路的检测准确度。

本发明的直流对直流转换电路，接收输入电压，并包括电源开关单元、第二电源开关、相位节点、升压电路与感测电路。电源开关单元包括第一电源开关、感测元件、第一端、第二端以及感测端。感测元件连接感测端与第一端，第一端连接输入电压。第二电源开关连接第一电源开关。相位节点位于电源开关单元与第二电源开关之间，且连接第二端。升压电路连接第一端与第二端，且升压输入电压至第一操作电压，并提供第一操作电压至感测端。第一操作电压高于输入电压。感测电路连接升压电路与感测端，以获得感测电压。

本发明的直流对直流控制器的集成电路，连接电源开关单元、第二电源开关与靴带电容并接收输入电压。电源开关单元包括第一电源开关、感测元件、第一端、第二端及感测端。感测元件连接感测端与第一端。第一端连接输入电压。第二电源开关连接第一电源开关。集成电路包括相位接脚、升压组件与感测电路。相位接脚连接第二电源开关以及电源开关单元的第二端。升压组件连接第一端与靴带电容。升压组件与靴带电容升压输入电压至第一操作电压，并提供第一操作电压至感测端。第一操作电压高于输入电压。感测电路连接升压组件与感测端，以获得感测电压。

本发明的直流对直流控制器的集成电路，接收输入电压并连接靴带电容。集成电路包括电源开关单元、第二电源开关、相位节点以及升压组件。电源开关单元包括第一电源开关、感测元件、第一端、第二端及感测端。感测元件连接感测端与第一端，且第一端连接输入电压。第二电源开关连接第一电源开关。相位节点连接第二电源开关及第二端。升压组件连接第一端与靴带电容。升压组件与靴带电容升压输入电压至第一操作电压，并提供第一操作电压至感测端。第一操作电压高于输入电压。

基于上述，本发明的直流对直流转换电路与直流对直流控制器的集成电路，可利用升压组件与靴带电容所形成的升压电路升压输入电压至第一操作电压，并可利用第一操作电压供电给电源开关单元中的感测元件。藉此，将可提升直流对直流转换电路与直流对直流控制器的集成电路的检测准确度。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是依照本发明的一实施例的一种直流对直流转换电路的示意图；

图2是依照本发明的一实施例的用以说明直流对直流转换电路的时序图；

图3是依照本发明的一实施例的直流对直流转换电路的部分示意图；

图4是依照本发明的一实施例的一种信号产生器的示意图；

图5是依照本发明的另一实施例的一种信号产生器的示意图；

图6是依照本发明的另一实施例的一种直流对直流转换电路的示意图；

图7与图8分别是依照本发明的又一实施例的一种直流对直流转换电路的示意图。

附图标记说明：

100、600、700、800：直流对直流转换电路；

110：电源开关单元；

111：第一电源开关；

112：感测元件；

101：第一端；

102：第二端；

103：感测端；

104：第三端；

120：第二电源开关；

130：升压电路；

131：靴带电容；

132：第一限流元件；

133：电容；

134：第二限流元件；

140：感测电路；

141、510：电流源；

142：信号产生器；

150：驱动器；

160：阻抗电路；

161：电感；

162：电容；

N1：相位节点；

210：升压组件；

20、60、70、80：直流对直流控制器的集成电路；

200：相位接脚；

201～205：第一至第五接脚；

VIN：输入电压；

VO：输出电压；

VCC：电源电压；

DR11～DR12：驱动信号；

S11：温度检测信号；

S12：脉宽调变信号；

VP11：第一操作电压；

VP12：第二操作电压；

VS：感测电压；

I1：电流；

T2：导通期间；

ΔV2、ΔV4：电压差；

GND：接地电压；

VN1：节点电压；

310：开关；

410：电流镜；

411、412：P通道晶体管；

420：运算放大器；

430：N通道晶体管；

440、450、530：电阻；

520：比较器；

540：电平偏移器；

601、605：输入接脚；

602：输出接脚；

603：脉宽调变接脚；

604：外部接脚；

701、801：第六接脚。

具体实施方式

图1是依照本发明的一实施例的一种直流对直流转换电路的示意图。如图1所示，直流对直流转换电路100接收输入电压VIN，且直流对直流转换电路100包括直流对直流控制器的集成电路20、电源开关单元110、第二电源开关120、靴带电容131以及阻抗电路160，电源开关单元110与第二电源开关120之间具有相位节点N1。

电源开关单元110包括第一电源开关111、感测元件112、第一端101、第二端102、感测端103以及第三端104。在一实施例中，感测元件112是温度传感器。

在本实施例中，电源开关单元110与第二电源开关120为一集成电路(integrated circuit)，且第一电源开关111与感测元件112为相同制程所制造的金氧半晶体管。第一端101、第二端102、感测端103以及第三端104分别为电源开关单元110的接脚。感测元件112连接感测端103与第一端101，且第一端101连接输入电压VIN。第二电源开关120连接第一电源开关111。在其他实施例中，电源开关单元110与第二电源开关120也可与直流对直流控制器20整合在同一个集成电路中。

上述相位节点N1位于电源开关单元110与第二电源开关120之间，且连接电源开关单元110的第二端102。

上述直流对直流控制器的集成电路20包括感测电路140、驱动器150、升压组件210以及其他电源转换控制电路。感测电路140连接升压电路130与电源开关单元110的感测端103。

升压电路130包括升压组件210与靴带电容131。升压电路130连接电源开关单元110的第一端101与第二端102，换句话说，升压电路130中的升压阻件210的一端连接到电源开关单元110的第一端101，升压电路130中的靴带电容131的一端连接到相位节点N1与电源开关单元110的第二端102。

升压组件210包括第一限流元件132、电容133以及第二限流元件134。靴带电容131连接相位节点N1、直流对直流控制器集成电路20的相位接脚200以及直流对直流控制器集成电路20的第四接脚204。第一限流元件132通过第四接脚204连接靴带电容131。电容133连接在第一限流元件132与输入电压VIN之间。第二限流元件134接收电源电压VCC，并连接靴带电容131与第一限流元件132之间的连接节点。

感测电路140包含电流源141及信号产生器142，且连接第一限流元件132及电容133。感测电路140通过直流对直流控制器集成电路20的第二接脚202连接开关单元110的感测端103。驱动器150的第一电源端连接靴带电容131与第一限流元件132之间的连接节点，接收第二操作电压VP12，第二电源端连接相位节点N1，输出端连接开关单元110的第三端104。阻抗电路160包括电感161与电容162。

在操作上，电源开关单元110、第二电源开关120以及阻抗电路160可将输入电压VIN转换成输出电压VO。具体而言，直流对直流转换电路100可利用驱动信号DR11～DR12切换第一电源开关111与第二电源开关120，且阻抗电路160可响应于第一电源开关111与第二电源开关120的切换提供输出电压VO。

另一方面，升压电路130可响应于第一电源开关111与第二电源开关120的切换，产生高于输入电压VIN的第一操作电压VP11。举例来说，图2是依照本发明的一实施例的用以说明直流对直流转换电路的时序图，图2示出第一操作电压VP11、位在相位节点N1上的节点电压VN1以及升压电路130通过靴带电容131所产生的第二操作电压VP12。

请继续参照图1与图2，当第一电源开关111不导通，且第二电源开关120导通时，节点电压VN1将被下拉至接地电压GND。此时，第二限流元件134将导通，且靴带电容131将被充电至电源电压VCC，从而致使第二操作电压VP12相等于电源电压VCC。当第一电源开关111导通，且第二电源开关120不导通时，节点电压VN1将被上拉至输入电压VIN。此时，靴带电容131所储存的电源电压VCC将与输入电压VIN相互叠加，进而使第二操作电压VP12相等于电源电压VCC与输入电压VIN的总和，即VP12＝VIN+VCC。此时的第一限流元件132将导通。藉此，电容133将可进行充电，且充电后的电容133所产生的第一操作电压VP11将约相等于电源电压VCC与输入电压VIN的总和。

当第一电源开关111再次不导通，且第二电源开关120再次导通时，第二限流元件134将导通，且第一限流元件132将不导通。此时，靴带电容131将再次被充电至电源电压VCC，进而致使第二操作电压VP12相等于电源电压VCC。此外，由于第一限流元件132不导通，因此电容133所产生的第一操作电压VP11依旧可以维持在所述总和(即，VIN+VCC)。当第一电源开关111再次导通，且第二电源开关120再次不导通时，第二限流元件134将不导通，且第一限流元件132将导通。藉此，第二操作电压VP12将相等于电源电压VCC与输入电压VIN的总和，且电容133所产生的第一操作电压VP11也将约相等于电源电压VCC与输入电压VIN的总和。

换言之，升压电路130可升压输入电压VIN至第一操作电压VP11，并提供第一操作电压VP11至电源开关单元110的感测端103。进一步而言，感测电路140中的电流源141可响应于第一操作电压VP11供应操作电流至电源开关单元110的感测端103，并藉此驱动连接至感测端103的感测元件112。在操作电流的驱动下，感测元件112将可依据第一电源开关111的温度产生感测电压VS，并可通过感测端103将感测电压VS传送至感测电路140。

换言之，直流对直流转换电路100通过升压电路130产生高于输入电压VIN的第一操作电压VP11，并利用第一操作电压VP11供电至感测元件112。藉此，将可使感测端103的电压大于第一端101的输入电压VIN，进而确保感测元件112可以正常地运作。也即，在进行电源转换的期间内，直流对直流转换电路100将可持续地依据感测元件112所产生的感测电压VS来判别第一电源开关111的温度变化。藉以提升直流对直流转换电路100的检测准确度，从而致使直流对直流转换电路100可准确地控制其内部温度，并有助于达到过温保护的作用。

在实际操作中，当第一电源开关111不导通，且第二电源开关120导通期间，感测元件112是利用电容133所储存的能量来进行供电，也即电容133会在此期间放电并输出电流I1。因此，如图2所示，在第二电源开关120的导通期间T2内，电容133所产生的第一操作电压VP11会约略下降一电压差ΔV2。举例来说，当第一电源开关111导通时，第一操作电压VP11将如式(1)所示，且当第二电源开关120导通时，第一操作电压VP11将如式(2)所示。式(2)中的C用以表示电容133的电容量。

VP11＝(VIN+VCC)式(1)

为了使感测元件112可分别在第一电源开关111的导通期间内与第二电源开关120的导通期间内正常运作，式(1)与式(2)所示的第一操作电压VP11都必须大于输入电压VIN，也即VP11>VIN。另一方面，为了确保感测元件112可在第二电源开关120的导通期间内正常运作，电源电压VCC、第二电源开关120的导通期间T2、电容133的电容量C以及电流I1之间的关系如式(3)所示。

请继续参照图1，第一限流元件132与第二限流元件134分别由二极管所构成。在另一实施例中，第一限流元件132与第二限流元件134也可分别由开关所构成。举例来说，图3是依照本发明的一实施例的直流对直流转换电路的部分示意图。如图3所示，第一限流元件132可由开关310所构成，且开关310与第一电源开关111同步。也即，当第一电源开关111导通时，开关310也将导通。当第一电源开关111不导通时，开关310也将不导通。

感测电路140包括电流源141与信号产生器142。信号产生器142电性连接至开关单元110的感测端103，以接收感测元件112所产生的感测电压VS。信号产生器142操作在第一操作电压VP11与输入电压VIN之间，并可依据感测电压VS产生温度检测信号S11。

举例来说，图4是依照本发明的一实施例的一种信号产生器的示意图。如图4所示，信号产生器142包括电流镜410、运算放大器420、N通道晶体管430以及电阻440与450。电流镜410可由P通道晶体管411与412所构成，且P通道晶体管411与412接收第一操作电压VP11。运算放大器420的第一输入端接收感测电压VS。N通道晶体管430的第一端电性连接P通道晶体管411，N通道晶体管430的控制端电性连接运算放大器420的输出端，且N通道晶体管430的第二端电性连接运算放大器420的第二输入端。电阻440电性连接在N通道晶体管430的第二端与输入电压VIN之间。电阻450电性连接在P通道晶体管412与接地电压之间，并产生温度检测信号S11。

在操作上，运算放大器420与N通道晶体管430形成一钳位电路，以致使电阻440的第一端接收到感测电压VS。电阻440的第二端接收输入电压VIN，进而致使正比于第一电源开关111的温度变化的电压差ΔV4可跨压在电阻440上。电流镜410复制流经电阻440的电流，并据以产生流经电阻450的电流。电阻450将可产生相对于接地电压的电压差ΔV4。换言之，图4中的温度检测信号S11为一类比信号，也即与第一电源开关111的温度变化成正比的电压差ΔV4。直流对直流转换电路100可依据温度检测信号S11监控第一电源开关111的温度变化。

图5是依照本发明的另一实施例的一种信号产生器的示意图。如图5所示，信号产生器142包括电流源510、比较器520、电阻530与电平偏移器540。电流源510接收第一操作电压VP11。比较器520的第一输入端电性连接至电流源510，且比较器520的第二输入端接收感测电压VS。电阻530电性连接在电流源510与输入电压VIN之间。电平偏移器540电性连接比较器520的输出端。在操作上，比较器520会比较感测电压VS与电阻530所产生的电压，并依据比较结果产生比较信号。电平偏移器540会调整比较信号的电平，并据以产生后端电路可使用的温度检测信号S11。换言之，图4中的温度检测信号S11为一数字信号，且直流对直流转换电路100可依据温度检测信号S11而决定是否启动过温保护机制。

请继续参照图1，驱动器150的第一电源端接收第二操作电压VP12。驱动器150的第二电源端连接相位节点N1。驱动器150的输出端连接第一电源开关111的控制端。此外，驱动器150依据脉宽调变信号S12产生用以控制第一电源开关111的驱动信号DR11。升压组件210、感测电路140与驱动器150整合在一集成电路20中，用以形成直流对直流控制器。

具体而言，直流对直流控制器的集成电路20接收输入电压VIN，并连接电源开关单元110、第二电源开关120与靴带电容131。此外，直流对直流控制器的集成电路20还包括相位接脚200以及第一至第五接脚201～205。相位接脚200连接第二电源开关120以及电源开关单元110的第二端102。第一接脚201接收输入电压VIN。第二接脚202连接电源开关单元110的感测元件112，且集成电路20通过第二接脚202发送第一操作电压VP11至感测元件112的感测端103。

升压组件210通过第一接脚201连接电源开关单元110的第一端101，并通过第四接脚204连接靴带电容131，并通过第五接脚205接收电源电压VCC。此外，升压组件210与靴带电容131升压输入电压VIN至第一操作电压VP11，并提供第一操作电压VP11至电源开关单元110的感测端103。感测电路140连接升压组件210与电源开关单元110的感测端103，以获得感测电压VS。驱动器150的输出端通过第三接脚203连接第一电源开关111的控制端，且驱动器150的第二电源端连接相位接脚200。

在另一实施例中，电源开关单元110可以不是独立的集成电路，且电源开关单元110可与第二电源开关120一同整合在直流对直流控制器的集成电路20中。举例来说，图6是依照本发明的另一实施例的一种直流对直流转换电路的示意图。相较于图1实施例，图6的直流对直流转换电路600中的升压组件210、感测电路140、驱动器150、电源开关单元110与第二电源开关120可整合在一集成电路60中，并用以形成直流对直流控制器。

具体而言，直流对直流控制器的集成电路60接收输入电压VIN并连接靴带电容131。此外，直流对直流控制器的集成电路60还包括输入接脚601、输出接脚602、脉宽调变接脚603、外部接脚604以及输入接脚605。输入接脚601接收输入电压VIN。输出接脚602连接相位节点N1。脉宽调变接脚603接收脉宽调变信号S12，且脉宽调变信号S12用以控制第一电源开关111。升压组件210通过外部接脚604电性连接靴带电容131。输入接脚605接收电源电压VCC。至于图6实施例的直流对直流转换电路600中各元件的细节操作已包含在上述各实施例中，故在此不予赘述。

在另一实施例中，本领域技术人员也可仅将部分的升压组件210整合在直流对直流控制器的集成电路中。举例来说，图7与图8分别是依照本发明的又一实施例的一种直流对直流转换电路的示意图。相较于图1实施例，图7的直流对直流转换电路700还包括第六接脚701，且升压组件210中的第二限流元件134、感测电路140与驱动器150整合在一集成电路70中，并用以形成直流对直流控制器。此外，直流对直流控制器的集成电路70通过第六接脚701电性连接设置在外部的第一限流元件132与电容133。至于图7实施例的直流对直流转换电路700中各元件的细节操作已包含在上述各实施例中，故在此不予赘述。

另一方面，相较于图1实施例，图8的直流对直流转换电路800还包括第六接脚801，且升压组件210中的第二限流元件134与电容133、感测电路140与驱动器150整合在一集成电路80中，并用以形成直流对直流控制器。此外，直流对直流控制器的集成电路80通过第六接脚801电性连接设置在外部的第一限流元件132。至于图8实施例的直流对直流转换电路800中各元件的细节操作已包含在上述各实施例中，故在此不予赘述。

综上所述，本发明的直流对直流转换电路与直流对直流控制器的集成电路，可利用升压组件与靴带电容所形成的升压电路升压输入电压至第一操作电压，并可利用第一操作电压供电给电源开关单元中的感测元件。如此一来，在进行电源转换的期间内，电源开关单元中的感测元件将可正常操作，从而可提升直流对直流转换电路的准确度，并有助于直流对直流转换电路达到过温保护的作用。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求书所界定的为准。