[发明专利]功率调节器及其输入电流平均值限制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种功率调节器，尤其涉及一种具有功率无损失的输入电流平均值限制电路的功率调节器。 

背景技术

功率调节器，例如直流-直流变换器，用来给各种各样的电系统提供稳定的电压源。低电源设备中(如手提电脑、手机、充电器等)对电池的管理尤其需要高效率的直流-直流变换器。开关型功率调节器把输入直流电压转换成高频率电压，在对高频输出电压进行滤波进而转换成直流输出电压。具体的说，功率调节器通常包括一个开关器件、一个输出滤波器和一个控制器，开关器件与一个输入直流电压源(如电池)交替性的连接和断开以给负载(如集成电路)供电。输出滤波器连接在输入电压源和负载之间，由电感和电容组成，用于对开关器件的输出进行滤波进而提供直流输出电压。控制器(例如脉冲宽度调制器或者频率脉冲调制器等)根据输出信号的状态来控制上述开关器件的开关状态，以此输出一个相对稳定的直流电压。 

在这样的功率调节器结构中，为了防止输出短路或者电路过流情况下引起输入侧电流过大，导致温度升高，过热使得器件损坏或者使其寿命降低，通常都会在电路中加入峰值电流限流电路部分，当瞬时电流过大时，峰值电流限流电路部分开始工作，以关断或者将该峰值电流限流使之减小，从而起到保护功率开关器件的作用。 

然而，上述的限流电路仅仅是对功率调节器本身进行保护，在实际应用中，对输入电源(如USB口供电)同样需要限流保护，有必要对输入电流的平均值进行限流操作。限流保护电路首先要有一个电流取样环节，一般的做法是串联一个小电阻或者采用霍尔元件来获得电流信号。当采样电流比较小的时 候，这两种取样方法都是可取的。但当取样电流比较大时，电阻取样会有较大的损耗，降低了变换器的效率，而霍尔元件取样体积比较大，且价格昂贵，整个电源的成本增加。 

如图1所示，其为现有功率调节器电路中应用外接电阻的输入电流限流实现电路原理图，功率调节器包括输入采样电阻11，放大器12、控制电路13、驱动电路14、开关器件和滤波电路等部分。采用输入采样电阻11获取输入电流，并通过放大器12将其放大得到电流平均值信号；再通过比较器将电流平均值信号与基准信号进行比较，然后将比较结果输入到控制电路13，当电流平均值信号大于基准信号时，控制电路13关断开关器件，实现对过大输入电流的限制。 

但是，采用这种方法，不可避免的由于采样电阻11的存在，会在其上产生较大的功率损耗，其数值大小与采样电阻11的阻值大小以及电路输入电流值的平方成正比，并且检测放大器12部分也存在一定的直流静态损耗。例如，假设电路输入电流为1A，输入采样电阻为100mΩ时，则这时的采样电阻11的功率损耗大约为100mW，显然其不能满足高效率应用场合的使用。 

另外，这种方法需要在功率调节器外围外接采样电阻，以及比较器、放大器等部分，使得电路面积变大、噪声影响也较大。 

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种具有功率无损耗的输入电流平均值限流电路的功率调节器，以解决现有外接采样电阻的实现方法其功率损耗大、效率低的问题。 

本发明的另一目的在于提供一种功率调节器中输入电流平均值限制方法，以解决现有外接采样电阻的实现方法其功率损耗大、效率低的问题。 

为达到上述目的，本发明提供一种功率调节器，包括开关器件、控制电路，输出滤波电路和输入电流平均值限制电路，控制电路根据一输出电压反馈信号控制开关器件周期性的导通和关断，将输入电源转换成高频信号，滤波电路将高频信号转换成可给负载供电的输出信号，并且输出一输出电压反 馈信号至控制电路，输入电流平均值限制电路包括： 

包括一与所述开关器件类型相同的镜像开关器件的无损耗电流采样电路，与开关器件连接，用以无损耗采样流过开关器件的瞬时电流，得到与流过开关器件的电流成比例的输入采样电流； 

电流-电压转换电路，与无损耗电流采样电路连接，用以将输入采样电流进行平均值运算得到输入电流平均值，并将输入电流平均值转换为第一电压信号； 

平均电流调整电路，分别与电流-电压转换电路和控制电路连接，用以接收第一电压信号与一第一基准信号，并将第一电压信号与第一基准信号进行比较处理，处理结果输出至控制电路，以控制开关器件的动作，从而限制输入电流的平均值。 

依照本发明较佳实施例所述的功率调节器，流过所述开关器件和流过镜像开关器件的电流比为N∶1，N不小于10。