电子电路装置的制作方法

本公开涉及静态功耗并且，尤其是涉及处理模拟控制器集成电路用于启动电路装置的、不被期望的静态功耗的电路。

背景技术：

参考图1a，示出了用于功率转换器电路10的基本电路图。电路10的功能是将在节点12处的输入电压转换为在节点22处的输出电压。功率转换器，不仅用于ac-dc转换、还用于dc-dc转换，这在本领域是众所周知的。通常的是，这种功率转换器10包括电感器l，电感器l与功率晶体管q1串联耦合在输入电压节点12与参考电压节点14(诸如接地)之间。功率晶体管q1通常是n沟道mosfet设备，具有耦合到在电感器l的端子处的中间节点16的漏极，和耦合到参考电压节点14的源极。模拟控制器18(诸如控制集成电路芯片)被配置为生成栅极驱动(gd)信号，该信号被应用于该功率晶体管q1的控制端子，以在开关模式中控制功率晶体管的操作。电流感测电路20被耦合到功率晶体管q1的源极-漏极路径，以便在功率晶体管由栅极驱动信号接通时感测流过电感器l的电流。所感测到的电流被提供给模拟控制器18。二极管d1具有耦合到中间节点16的阳极端子和耦合到输出节点22的阴极。电压感测电路24感测在该输出节点22处的电压，并且将指示所感测到的输出电压的信号提供给该模拟控制器18。这个转换响应于由栅极驱动gd信号控制的功率晶体管q1的接通/关断而发生。功率晶体管q1的接通/关断时间(例如由栅极驱动gd信号以脉宽调制(pwm)模式驱动)，可以依赖于一个或多个所感测到的电感器电流和所感测到的输出电压。针对功率转换的电路10的操作对于本领域技术人员来说是众所周知的，并且将不进一步描述。

要认识到的是，模拟控制器18需要dc电源电压(称为电源电压vcc)以便操作。如图在1b中示出的，使用偏置电路30，可以从在输入节点12处的电压生成电源电压vcc。偏置电路30可以例如包括由一个或多个外部偏置电阻器或分压器网络(诸如电阻式分压器电路)形成的电路网络。这样的偏置方案不是功率高效的，并且其操作导致显著的静态功率损耗，尤其是当在输入节点12处的操作电压为高时(例如，在数百伏特的范围中)。这样的偏置电路30的使用在模拟控制器18不具有内部高电压(hv)启动电路的情况下非常普遍。因此，该偏置电路30是被需要的，以便至少在操作的启动阶段期间，针对生成用于对模拟控制器芯片18进行初始供电的电源电压vcc。

如在图1c中示出的，从另一电源生成电源电压vcc是可能的。在图1a-图1b中的电感器l由变压器t1的初级线圈lp取代。变压器t1的次级线圈ls被耦合到偏置电路30。当功率晶体管q1的切换在功率转换操作期间开始时，由次级线圈ls产生电压、并且将该电压供应到偏置电路30，以用于生成电源电压vcc。因此，电源电压vcc最初在启动期间，由偏置电路30从输入节点12处的电压单独生成，然后在开关模式操作期间，由偏置电路30从至少来自次级线圈输出的电压生成。再一次地，该偏置方案不是功率高效的、并且其操作导致显著的静态功率流失，这是因为用于在启动期间针对该模拟控制器芯片18生成电源电压vcc的偏置电路30的电路组件继续耗散功率。

在现在参考图2，示出了如在图1c中示出的功率变换器电路10的实际实现方式的电路图。图2是来自针对由stmicroelectronics制造的转换模式pfc模拟控制器集成电路芯片l6562at(2009年三月)所发布的数据表(通过引用并入)中的图21的副本，，其可以被用作模拟控制器18。在该实现方式中，所执行的功率转换是功率因数校正(pfc)。ac输入电压由二极管桥电路p1整流，以在输入节点12处生成高电压整流dc电源电压(hvdc)，其中hvdc跟随ac电源输入电压的包络。hvdc被应用于变压器t1的初级线圈lp的第一端子。变压器t1的初级线圈lp的第二端子被连接到功率晶体管q1的漏极，功率晶体管q1的源极通过电流感测电路20被耦合到接地。电流感测电路20包括电阻器r9、r10和r15，其中r9和r10被并联连接在源极节点和接地之间，并且r15被连接在源极节点和模拟控制器18的电流感测输入cs之间。模拟控制器集成电路芯片的电流感测输入cs被耦合以接收由电流感测电路20生成的电流感测信号，其中电流感测信号指示当功率晶体管q1被接通时，流过电感器l和功率晶体管q1的电流幅度。电压感测电路24包括电阻器r11、r12、r13和r13b，形成了形成电阻式分压器，电阻式分压器生成指示在输出节点22处的电压的反馈电压信号。模拟控制器集成电路芯片的电压感测输入inv被耦合，以接收反馈电压信号。功率晶体管q1的栅极由在模拟控制器18的栅极驱动输出处生成的栅极驱动(gd)信号驱动。通过二极管d1，变压器t1的初级线圈lp的第二端子还被耦合到输出节点22。当功率晶体管q1被关断时，来自储存在电感器l中的能量的电荷通过二极管d1被转储到输出节点，以对电容器c6充电。

模拟控制器集成电路芯片18包括电源输入vcc，电源输入vcc被配置为接收由偏置电路30生成的电源电压vcc。生成vcc电压的偏置电路30包括两个子电路。第一子电路32由电阻器r4、r5形成(下文中统称为r45)，利用该子电路32在输入节点12处生成来自高电压整流dc电源电压hvdc的、跨电容器c29的vcc电压。第二子电路34由电阻器r14、电容器c5、齐纳二极管d2和二极管d8形成，利用该子电路34，响应于由变压器t1的次级线圈ls生成的电压，生成跨电容器c29的vcc电压。

更多关于图2的电路的配置和操作的细节，可以从针对l6562a/l6562at集成电路的参考数据表获得。

第一子电路32被提供，以在pfc功率转换电路10的启动阶段期间生成vcc电压。启动阶段之后，该第二子电路34可以用于生成vcc电压。然而，要考虑到第一子电路32将继续耗散功率。考虑图3，图3示出了在图2中所示出的电路的等效简化电路表示。具有电阻器r45的第一子电路32是不被希望的功率耗散的源极。该功率耗散不是无关紧要的。考虑，例如，525v的ac输入电压。这将在节点12处产生742v＝(525v*1.414)的整流dc电源电压hvdc。如果r45是800kω(作为一个示例)，而且在模拟控制器18集成电路芯片内的vcc电源节点处的内部齐纳二极管zdint的钳位电压是18v，那么在第一子电路32中流动的静态电流是δv/r＝(742v-18v)/800kω＝0.905ma。关于第一子电路21的静态功率耗散(流失)，i²r，是(0.905ma)²*800kω＝0.655w。

在本领域中存在解决静态功率损耗的需求。

技术实现要素：

本公开的目的是提供电子电路装置，以至少部分地解决现有技术中存在的上述问题。

本公开的一方面提供了一种电子电路装置，用于将dc电源电压供应给集成电路芯片，集成电路芯片具有电源输入端子，电路装置包括：第一电路，被耦合以接收输入电压，并且第一电路在电源输入端子处选择性地生成dc电源电压；以及第二电路，控制通过第一电路进行的选择性生成，第二电路被耦合以接收输入电压和dc电源电压，并且第二电路被配置为将dc电源电压与阈值进行比较，并且如果dc电源电压超过阈值，则引起第一电路终止选择性生成。

根据一个或多个实施例，其中第一电路在生成dc电源电压时具有第一静态功率耗散水平，以及其中第二电路具有小于第一静态功率耗散水平的第二静态功率耗散水平。

根据一个或多个实施例，其中集成电路芯片控制开关模式功率转换电路的操作，以及其中阈值高于集成电路芯片用于控制开关模式功率转换电路的操作的最小操作电压阈值。

根据一个或多个实施例，其中开关模式功率转换电路包括第一电感器，第一电感器与功率晶体管被串联耦合在参考节点与接收输入电压的输入节点之间，集成电路芯片被配置为控制功率晶体管的开关模式操作。

根据一个或多个实施例，电子电路装置还包括第二电感器，第二电感器被耦合到第一电感器，第二电感器被配置为响应于开关模式操作而生成另外的电压，并且电路装置还包括第三电路，第三电路被耦合以接收另外的电压，并且第三电路在电源输入端子处生成dc电源电压。

根据一个或多个实施例，其中第一电感器和第二电感器形成变压器。

根据一个或多个实施例，其中第一电路包括：第一电阻器；以及晶体管开关；其中第一电阻器和晶体管开关被串联耦合在电源输入端子与接收输入电压的输入节点之间。

根据一个或多个实施例，其中晶体管开关是达灵顿晶体管。

根据一个或多个实施例，其中第二电路在dc电源电压小于阈值时，将晶体管开关控制在接通状态中，并且第二电路还在dc电源电压大于阈值时，将晶体管开关控制在关断状态中。

根据一个或多个实施例，其中第二电路包括偏置电路，偏置电路被配置为将晶体管开关偏置在接通状态中。

根据一个或多个实施例，其中第二电路包括控制电路，控制电路被配置为在dc电源电压大于阈值时，将晶体管开关偏置在关断状态中。

本公开的另一方面提供了一种电子电路装置，用于将dc电源电压供应给集成电路芯片，电路装置包括：第一电路，包括第一晶体管开关，其中第一电路被耦合以接收输入电压，并且第一电路被配置为在第一晶体管被接通时生成用于集成电路芯片的dc电源电压；以及第二电路，控制第一晶体管开关的接通和关断，第二电路被配置为响应于输入电压，将第一晶体管开关默认偏置到接通，并且第二电路还被配置为响应于dc电源电压超过阈值，将第一晶体管开关切换到关断。

根据一个或多个实施例，其中第二电路包括电阻，电阻被耦合在接收输入电压的输入节点与第一晶体管开关的控制端子之间。

根据一个或多个实施例，其中第二电路包括第二晶体管开关，第二晶体管开关被耦合在第一晶体管开关的控制端子与参考节点之间，并且第二晶体管开关被配置为在dc电源电压超过阈值时选择性地被接通，以便关断第一晶体管开关。

根据一个或多个实施例，其中第一电路在第一晶体管开关被接通时具有第一静态功率耗散水平，以及其中第二电路具有小于第一静态功率耗散水平的第二静态功率耗散水平。

根据一个或多个实施例，其中集成电路芯片控制开关模式功率转换电路的操作，以及其中阈值高于集成电路芯片用于控制开关模式功率转换电路的操作的最小操作电压阈值。

根据一个或多个实施例，其中开关模式功率转换电路包括第一电感器，第一电感器与功率晶体管串联耦合在参考节点与接收输入电压的输入节点之间，集成电路芯片被配置为控制功率晶体管的开关模式操作。

根据一个或多个实施例，电子电路装置还包括第二电感器，第二电感器被耦合到第一电感器，第二电感器被配置为响应于开关模式操作而生成另外的电压，并且电路装置还包括第三电路，第三电路被耦合以接收另外的电压并且生成dc电源电压。

根据一个或多个实施例，其中第一电感器和第二电感器形成变压器。

根据一个或多个实施例，其中第一晶体管开关是达灵顿晶体管。

根据一个或多个实施例，其中第一电路包括电阻，电阻被耦合在接收输入电压的输入节点与第一晶体管开关的传导端子之间。

利用本公开的实施例，改善了静态功率损耗。

附图说明

图1a是针对功率变换器电路的基础电路图；

图1b是针对功率变换器电路的基础电路图；

图1c是针对功率变换器电路的基础电路图；

图2是如在图1c中示出的功率变换器电路的实际示例的电路图；

图3是示出图2的等效简化电路表示的电路图；

图4示出了电路图，该电路图示出了功率变换器电路的等效简化电路表示，其包括静态功率耗散减少电路的实施例；

图5示出图4中电路的工作波形。

具体实施方式

图4示出电路图，其示出了包括静态功率耗散减少电路112的实施例的功率转换电路110(例如，为了功率因数校正(pfc))的等效简化电路表示。静态功率耗散减少电路112包括两个电路部分。第一电路部分120是偏置电路30’的自电路，其在启动时将vcc电压供应给模拟控制器18。第二电路部分122是控制电路，其在启动之后、并且只有在可以通过备选的方法(诸如例如，通过偏置电路30’的子电路124，其从变压器t1的次级(辅助)线圈ls生成电源电压vcc)获得稳定操作电压时才禁用第一电路部分120的偏置电阻器或电势/电压分压器网络(参考r45)。

第一电路部分120包括电阻器r45，与受控制的开关电路(例如，由达灵顿晶体管qd和高电压整流dc电源电压hvdc形成)串联连接，其中串联连接的电阻器r45和达灵顿晶体管qd的集电极-发射极路径被耦合在在高电压整流dc电源电压hvdc与接地参考电压之间。达灵顿晶体管qd的集电极(传导)端子被连接到电阻器r45，达灵顿晶体管qd的发射极端子被连接到模拟控制器18集成电路芯片的电源输入vcc。在模拟控制器18集成电路芯片内的齐纳二极管zdint被耦合在电源输入vcc与接地参考电压之间。达灵顿晶体管qd的控制端子由第二电路部分122的输出驱动。在操作的默认或启动模式中，第二电路部分122将达灵顿晶体管qd偏置在接通状态中，以允许电流从输入12流过电阻器r45。第一电路部分120相应地从高电压整流dc电源电压hvdc，针对模拟控制器集成电路芯片生成电源电压(vcc)。随着启动阶段的结束，一旦从偏置电路30’的子电路124获得了稳定的vcc，则第二电路部分122将该达灵顿晶体管qd切换到关断状态中，该状态将使从高电压整流dc电源电压hvdc到电阻器r45的电流路径断开连接。

第二电路部分122包括第一电路网络，第一电路网络包括在高电压整流dc电源电压hvdc与达灵顿晶体管qd控制端子之间串联连接的电阻器ra和rb。第一电路网络也包括电阻器rc和电容器c，在达灵顿晶体管qd控制端子与接地之间相互并联连接。这个第二电路部分122的第一电路网络将小强度电流提供给达灵顿晶体管qd的控制端子(base)，以将达灵顿晶体管qd默认偏置在接通状态中。第二电路部分122还包括第二电路网络，第二电路网络包括控制晶体管126(例如，npn双极型晶体管)，具有连接到达灵顿晶体管qd控制端子的集电极端子和连接到接地的发射极端子。通过包括串联连接的齐纳二极管zdc和电阻器rd的第二电路网络的额外部分，晶体管126的控制端子被连接以接收用于模拟控制器集成电路芯片的电源电压(vcc)。第二电路网络还包括将npn晶体管控制端子连接到接地的电阻器re。该第二电路部分122的第二电路网络被用以控制电路，其对电源电压vcc敏感，并且当电源电压vcc超过某些阈值电压时可操作以接通晶体管126。当晶体管126被接通时，达灵顿晶体管qd的控制端子接地，并且达灵顿晶体管qd被强制进入关断状态中。

偏置电路30’的子电路124是在图3中示出的电路34的等效电路。

在用于模拟控制器集成电路芯片的电源电压(vcc)没有超过由齐纳二极管zdc(例如，在启动操作期间)所设定的阈值电压水平的操作条件中，第二电路部分122的输出允许将达灵顿晶体管qd默认偏置于接通状态中。然而，当用于模拟控制器集成电路芯片的电源电压(vcc)上升超过阈值电压水平时，第二电路部分122的输出导致达灵顿晶体管qd被切换到关断状态中。当达灵顿晶体管qd被关断时，来自输入节点12的通过电阻器r45和达灵顿晶体管qd的静态电流放电路径被切断。

达灵顿晶体管qd可以例如包括stp03d200设备。

控制晶体管126可以例如包括2str1160设备。

达灵顿晶体管qd被作为与偏置电阻器或分压器网络(电阻器r45)串联耦合的开关来操作，并且由第二电路部分122将达灵顿晶体管qd默认偏置于接通状态中。达灵顿晶体管qd的高放大系数允许以在控制(base)端子处显著较低的偏置电流控制达灵顿晶体管qd的操作。因此，由第二电路部分122提供的、接通达灵顿晶体管开关所需要的偏置电流，可以被设定为低于流过它的集电极端子的电流数倍，以将vcc电压供应给模拟控制器。这是通过提供具有非常高的电阻值(诸如每个超过几兆欧姆)的电阻器ra和电阻器rb两者来完成的。

在对系统通电时，由于达灵顿晶体管开关被默认偏置于接通状态中，因此给模拟控制器18的电源电压vcc由于流过偏置电阻器或分压器网络(r45)的电流而上升。一旦电源电压vcc达到最小操作电压阈值，随着模拟控制器集成电路芯片针对功率晶体管q1的控制开关的操作生成栅极驱动(gd)信号，转换器切换动作启动。作为该切换操作的结果，变压器t1的辅助线圈也将开始生成电压，该电压通过子电路124被提供，以生成模拟控制器的电源电压vcc。

第二电路部分122使用独特的电路配置(具有电阻器rd、re、晶体管126和齐纳二极管zdc)以确保达灵顿晶体管开关仅在电源电压vcc通过辅助线圈生成、并且电路124超过某些阈值电压的时候关断，这由第二电路部分122设定在充分高于模拟控制器18集成电路芯片的最小操作电压阈值的水平，以确保开关模式操作开始。该允许达灵顿晶体管开关关断的阈值可以通过部件值选择而轻易地修改，以将电路适配于任何模拟控制器的、不同的最小操作电压阈值需求。

图5示出了图4的电路的操作波形。从图5可以看出的是，在可以从变压器t1的辅助(次级)线圈ls获得稳定的电源电压vcc之后，通过电阻器r45，控制电路关断hv(高电压)启动电路装置。

与图3的解决方案相比，图4的实现方案具有显著较低的静态功率流失。虽然通过第一电路部分120的功率耗散在控制电路关断达灵顿晶体管开关时被消除，但要注意到的是，将会存在一些与第二电路部分122的持续操作相关联的静态功率耗散。该流失中存在两个部件：a)第一部件归因于与第一电路网络(电阻器ra、rb、rc和电容器c)操作相关联的流失，其对应于在启动阶段期间接通达灵顿开关所需要的偏置电阻器的功率耗散；以及b)第二部件归因于与第二电路网络(电阻器rd、re、齐纳二极管zdc和控制晶体管126)操作相关联的流失，其对应于在用于关断达灵顿开关的控制电路(齐纳+低电压晶体管部分)中的功率耗散。

例如，考虑525v的ac输入电压。这将产生742v(525v*1.414)整流dc电源电压hvdc。如果ra和rb达到3mω并且rc是470kω，那么静态电流流动是δv/r＝(742v-0v)/600kω＝0.124ma。注意：电阻器rc不计入静态功率流失的计算，这是因为其被晶体管126旁路。那么第一电路网络(第二控制电路122的)的功率流失，i²r，是(0.124ma)2*6000kω＝0.092w。现在，如果齐纳二极管zdc是15v的设备，并且rd是2.2kω，那么与偏置晶体管126的操作相关联的电流是电压vcc与晶体管126的基极-发射极电压的函数：

所以电流i＝1.22ma。针对第二电路网络(第二控制电路122的)的功率流失，i²r，是(1.2ma)2*2.2kω＝0.003w，并且跨齐纳二极管zdc的功率耗散是15*1.22ma＝0.0183w。这就给出了针对第二控制电路122的0.1133w的总静态功率流失，它比图3电路的0.655w的流失少5.78倍，在静态功率耗散中有82.7％的改善。

一种用于减少静态功率流失的新颖方案，以在启动之后选择性地禁用偏置电阻器或分压器网络。控制电路和关断阈值被设计为确保启动电压电源仅在稳定操作电压可以通过备选的方法获得时被禁用(如，例如，通过辅助线圈)。

在一个实施例中，电路装置被提供用于向具有电源输入端子的集成电路芯片供应dc电源电压。该电路装置包括：第一电路，被耦合以接收输入电压，并且在该电源输入端子处选择性地生成dc电源电压；以及第二电路，控制由第一电路进行的选择性生成，所述第二电路被耦合以接收输入电压和dc电源电压，并且被配置为将dc电源电压与阈值进行比较，并且在dc电源电压超过阈值时引起第一电路终止选择性生成。

在一个实施例中，电路装置被提供，以用于向集成电路芯片供应dc电源电压。电路装置包括：第一电路，包括第一晶体管开关；其中所述第一电路被耦合以接收输入电压，并且被配置为在第一晶体管被接通时为集成电路芯片生成dc电源电压；以及第二电路，控制第一晶体管开关的接通和关断，所述第二电路被配置为响应于输入电压而默认地将第一晶体管开关偏置为接通，并且还被配置为响应于超过阈值的dc电源电压，而将第一晶体管开关以切换至关断。

尽管本实用新型已经在附图和前文描述中被详细说明和描述，但这些说明和描述被认为是说明性的或示例性的并且不具有限制性；本实用新型不局限于所公开的实施例。通过对附图、公开和所附权利要求书的研究，对所公开的实施例的其它变型可以由那些本领域的技术人员在实践本权利要求的实用新型时理解和影响。