电源供应器以及电源控制器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种电源供应器及电源控制器。该电源供应器包括一电源控制器、一功率开关、一辅助绕组、一第一电路、以及一第二电路。该电源控制器为一单芯片集成电路，具有一多功能接脚以及一闸接脚。该功率开关具有一控制端耦接到该闸接脚。该第一电路，耦接于该多功能接脚与该辅助绕组之间，具有一二极管。该第二电路耦接于该多功能接脚以及一接地线之间，具有一热敏电阻。因此，相较于现有技术，本发明所提供的电源控制器和电源供应器在不增加接脚的条件下，不仅可操作在几乎没有切换损失的准谐振模式，而且还具有过高温防护的功能。
【专利说明】电源供应器以及电源控制器
【技术领域】
[0001]本发明是关于一种电源供应器与电源控制器，尤其是具有安全防护的电源供应器与电源控制器。
【背景技术】
[0002]几乎每个电子产品都需要有电源供应器，来将外来电源(可能是市电也可能是电池)，转换成其中核心电路(core circuit)所需要的电源。准谐振(quadratureresonance, QR)电源供应器可以降低功率开关的切换损失(switching loss),在众多的电源供应器中，其转换效率在理论上是相对地优良，为广受欢迎的电源供应器的架构之一。
[0003]图1为一现有技术的QR电源供应器8。转换器10显示一返驰式转换器(flybackconverter) 10。QR电源控制器(power controller) 18可以是一单芯片的积体整合电路,具有六只接脚:分别为VCC、GND、GATE、CS、FB、以及QRD。电源控制器(power controller) 18的闸接脚GATE稱接到功率开关15的控制端,来控制一次侧绕组(primary winding)PRM的储能与释能。回馈电路20侦测输出端OUT的电压，产生回馈信号Vfb于QR电源控制器(power controller) 18的回馈接脚FB。电源接脚VCC提供QR电源控制器18的操作电源。QR电源控制器18通过电流侦测接脚CS，侦测流经功率开关15或一次侧绕组PRM的电流。VCC电源供应器12利用辅助绕组AUX的放电，在电源接脚VCC产生QR电源控制器18所需要的操作电源。分压电阻14与13串接在辅助绕组AUX与接地线之间，所以，准谐振侦测接脚QRD上的电压可以反映辅助 绕组AUX的电压信号VAUX。
[0004]图2显示图1中的一些信号波形，其中，由上而下分别是，电压信号Vaux，表示辅助绕组AUX的两端跨压；以及，闸信号Vmte表示闸接脚GATE的电压。QR电源控制器18通过准谐振侦测接脚QRD，来侦测电压信号Vaux是否大约掉交越过(drop across) OV0在电压信号Vaux大约掉交越过OV的一段延迟时间Λ t之后，QR电源控制器18就致能闸信号VeATE，期望功率开关15实现谷底切换，也就是在电压信号Vaux近乎是谷底时，功率开关15才被开启，进入下一开关周期的开启时间I?。谷底切换可以有效降低开关损失(switching loss)。
[0005]电源供应器不仅仅需要注重转换效能(conversion efficiency),也需要设计一些安全上的防护，譬如过电压防护(over voltage protection, 0VP)、过电流防护(overcurrent protection, 0CP)、过负载防护(over load protection, 0LP)、过高温防护(overtemperature protection,OTP)等。只是,如何在有限的接脚数目中，在集成电路中实现这些防护功能，往往需要巧思与经验。
【发明内容】
[0006]本发明实施例提供一种电源供应器，包括一电源控制器、一功率开关、一辅助绕组、一第一电路、以及一第二电路。该电源控制器为一单芯片集成电路，具有一多功能接脚以及一闸接脚。该功率开关具有一控制端耦接到该闸接脚。该第一电路，耦接于该多功能接脚与该辅助绕组之间，具有一二极管。该第二电路耦接于该多功能接脚以及一接地线之间，具有一热敏电阻。
[0007]本发明实施例提供一种电源控制器，为一单芯片集成电路。该电源控制器具有一闸接脚、一多功能接脚、一电阻值侦测器、以及一准谐振侦测电路。该闸接脚用以输出一闸信号。当该闸信号被致能时，该电阻值侦测器用以侦测该多功能接脚到一接地线的一电阻值。当该电阻值低于一默认值时，该电阻值侦测器致能一保护信号。当该闸信号被去能时，该准谐振侦测电路通过该多功能接脚，侦测一外界电感组件的一放电时间，以致能一触发信号。该触发信号可致能该闸信号，且被致能的该保护信号保持该闸信号不被致能。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1为一现有技术的QR电源供应器。
[0009]图2显示图1中的一些信号波形。
[0010]图3为依据本发明实施的一 QR电源供应器。
[0011]图4显示图3中部份的电路以及QR电源控制器60内的电路。
[0012]图5显示图4中的一些信号波形。
[0013]其中，附图标记说明如下:
[0014]8、28QR电源供应器
[0015]10返驰式转换器
[0016]12VCC电源供应器
[0017]13、14分压 电阻
[0018]15功率开关
[0019]18,60QR电源控制器
[0020]20回馈电路
[0021]32、34电路
[0022]36、42电阻
[0023]38二极管
[0024]40热敏电阻
[0025]50SR 纪录器
[0026]52电流源
[0027]54电压比较器
[0028]56保护装置
[0029]58电流比较器
[0030]62时间延迟器
[0031]64脉冲产生器
[0032]66比较器
[0033]68与门
[0034]AUX辅助绕组
[0035]CS电流侦测接脚
[0036]FB回馈接脚
[0037]GATE闸接脚[0038]IIN、Iqed7otp电流信号
[0039]IEEF_TH参考电流
[0040]Iset定电流
[0041]OUT输出端
[0042]PRM一次侧绕组
[0043]QRD准谐振侦测接脚
[0044]QRD/0TP接脚
[0045]SpS2信号
[0046]Sdet触发信号
[0047]Sdly延迟信号
[0048]Spkt保护信号
[0049]Sff1, Sff2开关
[0050]Toff关 闭时间
[0051]Ton开启时间
[0052]VCC电源接脚
[0053]Vaux> Vcs、VQEri/oTp 电压?η 可
[0054]Vfb回馈信号
[0055]Vgate闸信号
[0056]VEEF_TH参考电压
[0057]At延迟时间
【具体实施方式】
[0058]图3为依据本发明实施的QR电源供应器28。图3中，与图1相同的部分，为简洁的缘故，不再重述。
[0059]QR电源控制器60可以是一单晶集成电路，具有六只接脚:分别为VCC、GND、GATE、CS、FB、以及QRD/0TP。其中，接脚QRD/0TP为一多功能接脚，同时用来准谐振侦测以及OTP的功能。在辅助绕组AUX与接脚QRD/0TP之间耦接有电路32，其具有串接的电阻36以及二极管38。在接脚QRD/0TP与接地线之间耦接有电路34，其具有串接的电阻42以及热敏电阻40。所谓热敏电阻指的是电阻值会随着温度改变而显著变化的电阻，其温度系数可以是正的或是负的。在此揭示的实施例中，采用负温度系数(negative temperaturecoefficient,NTC)的热敏电阻。其它实施例可能采用正温度系数(positive temperaturecoefficient, PTC)的热敏电阻。
[0060]图4显示图3中部份的电路以及QR电源控制器60内的电路。图5显示图4中的一些信号波形，其中，由上而下，分别是电压信号Vaux、闸信号VeATE、信号S1、信号S2、接脚QRD/0TP上的电压信号Vqkdajtp、从接脚QRD/0TP流入电源控制器60的电流信号I_/QTP、以及流入电流比较器58的电流信号IIN。
[0061]请同时参考图4与图5。从第4或5图中可以发现，信号S1逻辑上等同于闸信号Vgate,信号S2则逻辑上相反于闸信号VeATE。当闸信号Vmte被致能而功率开关15开启的开启时间(ON time) Ton时，信号S1使开关SW1开启，呈现短路状态；信号S2则使开关SW2关闭，呈现开路状态。反之，于闸信号Vmte被去能的关闭时间Ttw时，开关SW1关闭，开关SW2开启。从图4中可推知，大致在电压信号Vffi超过回馈接脚FB上的回馈信号Vfb所对应的一个值时，比较器66将通过SR纪录器(SR register) 50结束开启时间TQN。而稍后将说明，大致在电压信号Vaux近乎是谷底时，电流比较器58、时间延迟器(delay device)62、脉冲产生器(pulse generator) 64、以及与门(AND gate) 68所构成的信号路径,将设定(set) SR纪录器50来结束关闭时间Tqff。
[0062]当信号S1为致能而信号S2为去能时，因为电压信号Vaux为负值,二极管38为逆偏压，所以电流源52所提供的定电流Iset，将流过短路的开关SW1、接脚QRD/0TP、以及电路34中的电阻42与热敏电阻40，而到接地线。此时，电流信号IQ_TP为定电流Iset的负值。电压比较器54比较接脚QRD/0TP上的电压信号Vqkivotp与一固定的参考电压VKEF_TH。以某一方面而言，电源控制器60中的电流源52以及电压比较器54可以视为一电阻值侦测器，以定电流Iset来侦测电路34的电阻值。如果，电路34的电阻值高于参考电压VKEF_TH与定电流Iset所对应定义的值(=VKEF_TH/ISET)，意味着热敏电阻40的温度尚未过高，热敏电阻40的电阻值还在一可以接受的高准位，电压比较器54不触发保护装置56，去能保护信号SPKT。所以，后续脉冲产生器64所产生的脉冲(pulse)便可以通过与门(AND gate) 68，到达SR纪录器(SR register) 50的S端。相反的,如果电路34的电阻值低于VKEF_TH/ISET,电压比较器54便认定热敏电阻40的温度过高，所以触发保护装置56，致能保护信号SPKT，因此SR纪录器的S端便会被一直维持在逻辑上的“0”，无法开启功率开关15，阻止更进一步的电能转换。在一实施例中，QR电源控制器60在电路34的电阻值恢复到高于VKEF_TH/ISET时，就去能保护信号Spkt,自动回复(auto recover)电能转换。在另一实施例中，保护信号Spkt被栓锁(latched)，QR电源控制器60的电源接脚VCC的电压必须低到一定程度后，QR电源控制器60才会解锁(delatch)保护信号Spkt,回复(recover)电能转换。
[0063]当开关SW1关闭而开关SW2开启时(在刚刚进入关闭时间Tqff时)，因为电压信号Vaux为正值，二极管38为顺偏压。此时，电流信号Iin会大致与电流信号IQ_TP相同。举例来说，电流比较器58的负输入端大约维持一定电压，从接脚QRD/0TP汲取产生电流信号IIN。电流比较器58比较电流信号Iin与参考电流IKEF_TH。辅助绕组AUX放电完毕时，辅助绕组AUX的电压信号Vaux将会开始掉落，电流信号Iin便渐渐降低。因此，当电流信号Iin低于参考电流IKEF_TH时，便可视为电压信号Vaux即将接近谷底，所以电流比较器58致能触发信号SDET。时间延迟器62提供触发信号Sdet —延迟时间,来产生延迟信号SDW。延迟信号Sdw的上升缘使脉冲产生器64产生一脉冲，其设置(set) SR纪录器50，致能闸信号VeATE，使功率开关15大约在电压信号Vaux近乎是谷底时,被开启，进入一开启时间Ton。在此实施例中，电流比较器58可以视为一准谐振侦测电路，通过接脚QRD/0TP，侦测辅助绕组AUX的放电时间，以致能触发信号SDET。
[0064]图4中的电源控制器60，如果以一单芯片的集成电路实施的话，可以就只需六只接脚:VCC、GND、GATE、CS、FB、以及QRD/0TP。电源控制器60所成的QR电源供应器28，不仅仅是可以操作在几乎没有切换损失的QR模式，而且还具有OTP的功能。与图1的QR电源控制器18相较之下，QR电源控制器60在不增加接脚的条件下，就提供了 QR电源供应器28额外的安全防护。
[0065]QR模式并不限于使用在返驰式转换器，也可以使用在其它种架构的隔离式转换器；此外本发明也可以适用于非隔离式转换器，譬如说，升压转换器(booster)、降压转换器(buck converter)、升降压转换器(buck booster)等。
[0066]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种电源供应器,其特征在于包括: 一电源控制器，为一单芯片集成电路，具有一多功能接脚以及一闸接脚； 一功率开关，具有一控制端耦接到该闸接脚； 一辅助绕组； 一第一电路，耦接于该多功能接脚与该辅助绕组之间，具有一二极管；以及 一第二电路，耦接于该多功能接脚以及一接地线之间，具有一热敏电阻。
2.如权利要求1所述的电源供应器，其特征在于，该第一电路包括该二极管以及一电阻，串接于该多功能接脚与该辅助绕组之间。
3.如权利要求1所述的电源供应器，其特征在于，该第二电路具有该热敏电阻以及一电阻，串接于该多功能接脚以及该接地线之间。
4.如权利要求1所述的电源供应器，其特征在于，当该功率开关关闭时，该电源控制器通过该多功能接脚，侦测该辅助绕组的一放电时间。
5.如权利要求1所述的电源供应器，其特征在于，当该功率开关开启时，该电源控制器通过该多功能接脚，侦测该第二电路的一电阻值。
6.—种电源控制器,为一单芯片集成电路,包括: 一闸接脚，用以输出一闸信号； 该电源控制器的特征在于还包括 一多功能接脚； 一电阻值侦测器，当该闸信号被致能时，用以侦测该多功能接脚到一接地线的一电阻值，且当该电阻值低于一默认值时，该电阻值侦测器致能一保护信号；以及 一准谐振侦测电路，当该闸信号被去能时，通过该多功能接脚，侦测一外界电感组件的一放电时间，以致能一触发信号； 其中，该触发信号可致能该闸信号，且被致能的该保护信号保持该闸信号不被致能。
7.如权利要求6所述的电源控制器，其特征在于，当该闸信号被致能时，该电阻值侦测器通过该多功能接脚，输出一固定的第一电流，并侦测该多功能接脚的一接脚电压，当该接脚电压高于一预设电压时，该电阻值侦测器致能该保护信号。
8.如权利要求6所述的电源控制器，其特征在于，当该闸信号被去能时，该准谐振侦测电路侦测由该多功能接脚输入的一输入电流，且当该输入电流小于一预设电流值时，致能该触发信号。
9.如权利要求6所述的电源控制器，其特征在于，该电阻值侦测器包括: 一第一电流源，用以提供一第一电流，由该多功能接脚流出；以及 一电压比较器，用以比较该多功能接脚的一接脚电压以及一预设电压。
10.如权利要求6所述的电源控制器，其特征在于，该准谐振侦测电路包括: 一电流比较器，用以比较该多功能接脚输入的一输入电流，与一预设电流值。
【文档编号】H02M3/28GK103427647SQ201210160291
【公开日】2013年12月4日 申请日期:2012年5月22日 优先权日:2012年5月22日
【发明者】吴金和, 陈仁义, 朱益杉 申请人:通嘉科技股份有限公司