CN101459387A - 多功能接脚之交流转直流系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多功能接脚之交流转直流系统及其方法，该多功能接脚之交流转直流系统包括多功能接脚、充放电电容、软启动电路、抖动振荡电路以及过载保护电路，利用连接到多功能接脚上的充放电电容，提供充放电路径给软启动电路、抖动振荡电路以及过载保护电路，藉以实现软启动、抖动振荡以及过载保护的功能，而本发明的方法系藉控制器控制软启动电路、抖动振荡电路以及过载保护电路的操作，以避免其间的资源冲突，具有缩小芯片面积以及减少接脚数目的特点。

Description

多功能接脚之交流转直流系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种多功能接脚之交流转直流系统及其方法，尤其涉及用于集成电路中实现不同电气功能的多功能接脚及其方法。

背景技术

一般的电子装置需要直流电源来供电，而交流电源的市电是目前最普遍且最廉价的电源，因此需要具有将交流电源转换成直流电源的转换装置，一般称为交流转直流(AC-DC)系统。

通常，AC-DC系统须具有软启动(soft-start)的功能，藉减缓功率晶体管的集极-源极电压(Vds)的上升，防止启动过程中Vds过高，保护功率晶体管以免受损。同时为了减小AC-DC系统在正常工作过程中的电磁干扰(EMI)，一般采用抖动振荡器(Jitter Oscillator)，利用扩展AC-DC系统的脉冲宽度调变(PWM)功率频谱，以分散EMI辐射能量，降低峰值功率，进而减少对应用环境的EMI影响。此外，AC-DC系统还需具有过载保护(OverLoading Protection，OLP)功能，以便在AC-DC系统发生异常超载时，能适时的关闭供电，以保护负载端的应用系统的安全。

在现有技术中，AC-DC系统具有软启动电路、抖动振荡器电路以及OLP电路，并且利用集成电路(IC)内部或外部的不同接脚分别实现软启动、抖动振荡以及OLP功能，因为软启动电路、抖动振荡器电路以及OLP电路本身需要个别的充放电电容，因此需要三充放电电容。

现有技术的缺点是，如果这三项功能的电路是通过IC内部的接脚来实现，则会增加IC的面积及成本，且其参数不能调整。

现有技术的另一缺点是，如果这三项功能的电路是通过IC外部的接脚来实现，会使得IC的接脚增多，面积增加，而不利于IC的整合及小型化。

因此，需要一种具多功能接脚的AC-DC系统，利用一接脚与一外挂充放电电容藉以提供软启动、抖动振荡以及OLP的电气功能，不仅节省集成电路的接脚数目，亦能降低芯片成本，并简化应用电路的设计与布局。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种多功能接脚之AC-DC系统，藉该多功能接脚所连接的充放电电容，提供集成电路AC-DC系统的软启动电路、抖动振荡电路以及过载保护电路所需的充放电功能，藉以实现系统软启动、抖动振荡器以及OLP的功能。

本发明的另一目的在于提供一种多功能接脚之AC-DC系统，藉控制器控制软启动电路、抖动振荡电路以及过载保护电路的操作，让系统软启动、抖动振荡器以及OLP的功能可藉该多功能接脚上所连接的充放电电容而得以在不发生冲突的情形下正常操作。

本发明的另一目的在于提供一种多多功能接脚之AC-DC方法，适用于实现AC-DC系统的电气功能，该方法包括UVLO状态、软启动状态、抖动振荡状态、过载保护状态以及关闭电源状态，利用控制器启动软启动电路、抖动振荡电路以及过载保护电路，以避免资源冲突，并使单一多功能接脚及连接到多功能接脚上的充放电电容能负担软启动电路、抖动振荡电路以及过载保护电路所需的充放电功能。

为实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：一种多功能接脚之交流转直流系统，用以将一交流电源转换成一具脉冲宽度调变的输出电源，对该输出电源所连接的一外部负载装置进行供电，该多功能接脚之交流转直流系统包括：

一多功能接脚、一软启动电路、一抖动振荡电路、一过载保护电路、一低电压锁定电路、一控制器、一参考电压电路、一低电压锁定电路以及一充放电电容，其中该充放电电容的一端连接到该多功能接脚、该软启动电路、该抖动振荡电路以及该过载保护电路，该充放电电容的另一端为接地，该充放电电容提供该软启动电路、该抖动振荡电路以及该过载保护电路所需的充放电路径，并藉该充放电电容的充放电操作以产生所需的延迟作用，该低电压锁定电路在开始通电后且在一输入电源电压大于一启动电压时产生一高电位的系统启动电压信号，该软启动电路在经过一第一延迟时间后，产生一脉冲宽度调变输出信号，用以调变该输出电源的脉冲宽度，在外部输入的一过载保护输入信号为低电位时，该控制器使该过载保护电路停止运作且该抖动振荡电路产生一抖动振荡信号，用以将低该系统的电磁干扰，并在一过载保护输入信号为高电位时，该控制器使该抖动振荡电路停止运作且该过载保护电路在经过一第二延迟时间后产生一高电位的过载保护输出信号，该低电压锁定电路接收该高电位的过载保护输出信号，产生该低电位的系统启动电压信号，以停止输出该输出电源。

其中该启动电压是由该参考电压电路产生。

其中该第一延迟时间是指该多功能接脚的电压因该软启动电路对该充放电电容进行充电而从一接地电压上升到一过电流保护电压为止所经历的时间，而该过电流保护电压是由该参考电压电路产生。

其中第二延迟时间是指在该过载保护输出信号为高电位以启动该过载保护电路对该充放电电容进行充电开始而使该多功能接脚的电压从该接地电压上升到一过载保护参考电压为止所经历的时间，而该过载保护参考电压是由该参考电压电路产生。

其中该充放电电容进行充电之前先进行一快速放电操作，用以降低该多功能接脚的电压到该接地电压。

一种多功能接脚之交流转直流方法，藉一控制器控制一软启动电路、一抖动振荡电路以及一过载保护电路对连接到一多功能接脚的一充放电电容进形充放电操作，用以将一交流电源转换成一具脉冲宽度调变的输出电源，对该输出电源所连接的一外部负载装置进行供电，该方法包括以下步骤：

步骤A：一外部电源开始供电，接着进入步骤B；

步骤B：一输入电源电压上升，进入一低电压锁定状态，接着进入步骤C；

步骤C：如果该输入电源电压大于一启动电压，则进入步骤D，否则进入步骤E；

步骤D：输出一低电位的系统启动电压信号，进入步骤B；

步骤E：输出该高电位的系统启动电压信号，接着进入步骤F；

步骤F：进入一软启动状态，一软启动电路开始运作，并进入步骤G；

步骤G：经过一第一延迟时间，该软启动电路输出一脉冲宽度调变输出信号，结束该软启动状态，进入步骤H；

步骤H：如果一过载保护输入电压为低电位，则进入步骤M，如果否，则进入步骤K；

步骤K；进入一抖动振荡状态，一抖动振荡电路开始运作，该抖动振荡电路输出一振荡输出信号与一抖动振荡输出信号，并进入步骤L；

步骤L：如果该过载保护输入电压为高电位，则结束该抖动振荡状态并停止该抖动振荡电路的运作，接着进入步骤S28，如果否，则回到步骤K；

步骤M：如果该过载保护输入电压为高电位，则进入步骤N；

步骤N：进入一过载保护状态，一过载保护电路开始运作，并进入步骤P；

步骤P：经过一第二延迟时间后，该过载保护电路输出一过载保护输出信号，结束该过载保护状态，并进入步骤Q；

步骤Q：进入一关闭电源状态，一低电压锁定电路接收该输出过载保护输出信号，并关闭该输出电源，结束整个操作流程。

其中该启动电压是由一参考电压电路产生。

其中该第一延迟时间是指该多功能接脚的电压因该软启动电路对该充放电电容进行充电而从一接地电压上升到一过电流保护电压为止所经历的时间，而该过电流保护电压是由一参考电压电路产生。

其中第二延迟时间是指在该过载保护输出信号为高电位以启动该过载保护电路对该充放电电容进行充电开始而使该多功能接脚的电压从该接地电压上升到一过载保护参考电压为止所经历的时间，而该过载保护参考电压是由一参考电压电路产生。

其中该充放电电容进行充电之前先进行一快速放电操作，用以降低该多功能接脚的电压到该接地电压。

本发明所提供的多功能接脚之AC-DC系统及其方法，只需一接脚以及一外挂充放电电容即可实现软启动、抖动振荡以及OLP的电气功能，解决习用技术的所有缺点。

附图说明

图1为显示本发明多功能接脚之AC-DC系统的功能方块图。

图2为显示本发明多功能接脚之AC-DC系统的软启动电路示意图。

图3为显示本发明多功能接脚之AC-DC系统的软启动电路波形图。

图4为显示本发明多功能接脚之AC-DC系统的抖动振荡电路示意图。

图5为显示本发明多功能接脚之AC-DC系统的抖动振荡电路波形图。

图6为显示本发明多功能接脚之AC-DC系统的过载保护电路示意图。

图7为显示本发明多功能接脚之AC-DC系统的过载保护电路波形图。

图8为显示本发明多功能接脚之AC-DC方法的流程图。

具体实施方式

以下配合图式及组件符号对本发明之实施方式做更详细的说明，俾使熟习该项技艺者在研读本说明书后能据以实施。

参阅图1，本发明多功能接脚之AC-DC系统的功能方块图。本发明多功能接脚之AC-DC系统1包括多功能接脚10、软启动电路(SS_CKT)20、抖动振荡电路(JOSC_CKT)30、过载保护电路(OLP_CLK)40、低电压锁定电路(UVLO)50、控制器(CTRL)60以及充放电电容C10，其中充放电电容C10连接到多功能接脚10的节点P，同时连接到软启动电路20、抖动振荡电路30以及过载保护电路40，提供软启动电路20、抖动振荡电路30以及过载保护电路40的充放电路径。

在外部电源(图中未显示)开始供电时，低电压锁定电路50会产生低电位的系统启动电压信号SHDB，使内部电源电路(未显示)不产生供应不同内部方块用的内部电源。当外部电源电压逐渐上升并在达到内部的预设启动电压后，低电压锁定电路50会产生高电位的系统启动电压信号SHDB，使内部电源电路产生内部电源，以供电给内部方块。

参阅图2，本发明多功能接脚之AC-DC系统的软启动电路示意图。本发明的软启动电路20接收高电位的系统启动电压信号SHDB后，藉第一比较器CMP1、二与非门ND1与ND2、二反相器INV1与INV2以及或非门NR1产生高电位的控制信号SS_CON以及低电位的控制信号SSB_CON，以切断开关SW1并导通开关SW2以及SW3，使得电流源CS1对充放电电容C10进行充电，充放电电容C10的接脚电压V_PIN会逐渐上升，信号波形请参阅第三图，软启动电路波形图。当接脚电压V_PIN，超过预设的过电流保护电压V_OCP时，控制信号SS_CON会由高电位转换成低电位，且控制信号SSB_CON会由低电位转换成高电位，以导通开关SW1并切断开关SW2以及SW3，使得电流源CS1停止对充放电电容C10进行充电，同时脉冲宽度调解比较器PWM_CMP接收过电流保护电压V_OCP、误差信号V_ERR以及芯片选择信号V_CS，产生脉冲宽度调变输出信号PWM_RST，提供AC-DC系统用以控制PWM输出的脉冲宽度。图3显示出，接脚电压V_PIN在充电过程中所经历的时间称为软启动时间，亦即，在软启动时间之后，AC-DC系统的其它功能会开始运作。过电流保护电压V_OCP是由参考电压电路(未显示)产生，而误差信号V_ERR以及芯片选择信号V_CS由控制器60产生。

参阅图4，本发明多功能接脚之AC-DC系统的抖动振荡电路示意图。抖动振荡电路30接收由参考电压电路所产生的高参考电压VREF_HI、低参考电压VREF_LO、高抖动电压JIT_HI以及低抖动电压JIT_LO，同时收由控制器60所产生的抖动选择信号JIT_OPTION，藉以产生振荡输出信号OSC_OUT以及抖动振荡输出信号OSC_JIT。

抖动振荡电路30包括第二比较器CMP2、第三比较器CMP3、第四比较器CMP4以及第五比较器CMP5，配合四与非门ND3、ND4、ND5以及ND6而形成二锁栓器，并与二或非门NR2以及NR3、反相器INV3组成抖动振荡产生器，产生控制信号用以控制六开关SW4、SW5、SW6、SW7、SW10、SW11，利用电流源CS2、CS3、CS4与CS5进行充电或放电操作，以产生所需的振荡输出信号OSC_OUT以及抖动振荡输出信号OSC_JIT，提供给AC-DC系统1的PWM输出级(未显示)，用以输出所需的直流输出电源给外部应用电路。

参阅图5，本发明抖动振荡电路波形图。抖动振荡电路30的操作波形如图5所示，在抖动选择信号JIT_OPTION为高电位下，接脚电压V_PIN因充放电电容C10的充放电操作而产生受限于高参考电压VREF_HI与低参考电压VREF_LO的振荡波形，其中该振荡波形的下限值进一步由高抖动电压JIT_HI与低抖动电压JIT_LO所控制，使得振荡输出信号OSC_OUT具有变动的脉冲宽度，达到脉冲宽度调变的目的。

参阅图6，本发明多功能接脚之AC-DC系统的过载保护电路示意图。如图6所示，过载保护电路40接收由参考电压电路所产生的过载保护参考电压VREF_OLP以及由控制器60所产生的第一过载保护控制信号OLP_C1以及第二过载保护控制信号OLP_C2，藉以产生过载保护输出信号OLP_OUT给低电压锁定电路50。过载保护电路40包括第六比较器CMP6、电流源CS6、二开关SW8与SW9，利用第一过载保护控制信号OLP_C1以及第二过载保护控制信号OLP_C2控制开关SW8与SW9，使充放电电容C10经历放电以及充电操作，而由第六比较器CMP6产生过载保护输出信号OLP_OUT，因第六比较器CMP6的正输入端连接到过载保护参考电压VREF_OLP，因此在充放电电容C10被电流源CS6充电的过程中接脚电压V_PIN会逐渐上升，直到超过过载保护参考电压VREF_OLP时才产生高电位的过载保护输出信号OLP_OUT，所以达到延迟一段时间才输出过载保护输出信号OLP_OUT的保护目的。过载保护电路的操作波形，请参阅第七图，其中控制器60先输出低电位的第一过载保护控制信号OLP_C1以及短脉冲宽度的第二过载保护控制信号OLP_C2，使充放电电容C10快速放电，让接脚电压V_PIN会下降到接地电压，接着第一过载保护控制信号OLP_C1由低电位转成高电位，使得电流源CS6对充放电电容C10进行充电，藉以延迟输出过载保护输出信号OLP_OUT。

要注意的是，过载保护电路40是在过载保护输入信号OLP_IN为高电位时才运作，亦即在过载保护输入信号OLP_IN为高电位时，过载保护电路40是停止状态，不会对充放电电容C10进行充放电操作，而是由抖动振荡电路30使用充放电电容C10进行充放电操作以产生振荡输出信号OSC_OUT以及抖动振荡输出信号OSC_JIT。而过载保护输入信号OLP_IN是由超载侦测电路(未显示)依据AC-DC系统供应给负载端的直流输出电压所产生，因此，抖动振荡电路30与过载保护电路40的操作不会冲突。

当低电压锁定电路50接收到高电位的过载保护输出信号OLP_OUT后，产生低电位的系统启动电压信号SHDB，使AC-DC系统关闭电源输出，达到保护接收AC-DC系统之电源输出的应用电路或应用装置的目的。

参阅图8，本发明多功能接脚之AC-DC方法的流程图。如图8所示，首先由步骤S10开始，外部电源开始供电，接着进入步骤S12。在步骤S12中，电源电压上升，进入低电压锁定状态，接着进入步骤S14。在步骤S14中，判断是否电源电压大于启动电压，如果电源电压上升到大于启动电压，则进入步骤S15，输出低电位的系统启动电压信号并回到步骤S12，否则进入步骤S16。在步骤S16中，输出高电位的系统启动电压信号，接着进入步骤S18。在步骤S18中，进入软启动状态，AC-DC系统的软启动电路开始运作，并进入步骤S20。在步骤S20中，经过第一延迟时间，软启动电路输出脉冲宽度调变输出信号，结束该软启动状态，进入步骤S22。在步骤S22中，判断是否过载保护输入电压为低电位，如果是，则进入步骤S26，如果否，则进入步骤S23。在步骤S23中，进入抖动振荡状态，抖动振荡电路开始运作，抖动振荡电路输出振荡输出信号与抖动振荡输出信号，并进入步骤S24，判断是否过载保护输入电压为高电位，如果是，则结束抖动振荡状态并停止抖动振荡电路的运作，接着进入步骤S28，如果否，则回到步骤S23。在步骤S26中，判断是否过载保护输入电压为高电位，如果是，则进入步骤S28。在步骤S28中，进入过载保护状态，过载保护电路开始运作，并进入步骤S30，经过第二延迟时间后，过载保护电路输出过载保护输出信号，结束过载保护状态，并进入步骤S32。在步骤S32中，进入关闭电源状态，低电压锁定电路接收输出过载保护输出信号，并关闭输出电源，结束整个操作流程。以上的步骤S10至S32是由控制器执行，其中软启动电路、抖动振荡电路以及过载保护电路是共享外挂到多功能接脚上的充放电电容，并藉控制器使软启动电路、抖动振荡电路以及过载保护电路在上述的适当条件下进行操作以避免资源冲突。

本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰，因此，本发明保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种多功能接脚之交流转直流系统，用以将一交流电源转换成一具脉冲宽度调变的输出电源，对该输出电源所连接的一外部负载装置进行供电，该多功能接脚之交流转直流系统包括：

一多功能接脚、一软启动电路、一抖动振荡电路、一过载保护电路、一低电压锁定电路、一控制器、一参考电压电路、一低电压锁定电路以及一充放电电容，其中该充放电电容的一端连接到该多功能接脚、该软启动电路、该抖动振荡电路以及该过载保护电路，该充放电电容的另一端为接地，该充放电电容提供该软启动电路、该抖动振荡电路以及该过载保护电路所需的充放电路径，并藉该充放电电容的充放电操作以产生所需的延迟作用，该低电压锁定电路在开始通电后且在一输入电源电压大于一启动电压时产生一高电位的系统启动电压信号，该软启动电路在经过一第一延迟时间后，产生一脉冲宽度调变输出信号，用以调变该输出电源的脉冲宽度，在外部输入的一过载保护输入信号为低电位时，该控制器使该过载保护电路停止运作且该抖动振荡电路产生一抖动振荡信号，用以将低该系统的电磁干扰，并在一过载保护输入信号为高电位时，该控制器使该抖动振荡电路停止运作且该过载保护电路在经过一第二延迟时间后产生一高电位的过载保护输出信号，该低电压锁定电路接收该高电位的过载保护输出信号，产生该低电位的系统启动电压信号，以停止输出该输出电源。

2.依据权利要求1所述之多功能接脚之交流转直流系统，其中该启动电压是由该参考电压电路产生。

3.依据权利要求1所述之多功能接脚之交流转直流系统，其中该第一延迟时间是指该多功能接脚的电压因该软启动电路对该充放电电容进行充电而从一接地电压上升到一过电流保护电压为止所经历的时间，而该过电流保护电压是由该参考电压电路产生。

4.依据权利要求1所述之多功能接脚之交流转直流系统，其中第二延迟时间是指在该过载保护输出信号为高电位以启动该过载保护电路对该充放电电容进行充电开始而使该多功能接脚的电压从该接地电压上升到一过载保护参考电压为止所经历的时间，而该过载保护参考电压是由该参考电压电路产生。

5.依据权利要求4所述之多功能接脚之交流转直流系统，其中该充放电电容进行充电之前先进行一快速放电操作，用以降低该多功能接脚的电压到该接地电压。

6.一种多功能接脚之交流转直流方法，藉一控制器控制一软启动电路、一抖动振荡电路以及一过载保护电路对连接到一多功能接脚的一充放电电容进形充放电操作，用以将一交流电源转换成一具脉冲宽度调变的输出电源，对该输出电源所连接的一外部负载装置进行供电，该方法包括以下步骤：

步骤A：一外部电源开始供电，接着进入步骤B；

步骤B：一输入电源电压上升，进入一低电压锁定状态，接着进入步骤C；

步骤C：如果该输入电源电压大于一启动电压，则进入步骤D，否则进入步骤E；

步骤D：输出一低电位的系统启动电压信号，进入步骤B；

步骤E：输出该高电位的系统启动电压信号，接着进入步骤F；

步骤F：进入一软启动状态，一软启动电路开始运作，并进入步骤G；

步骤G：经过一第一延迟时间，该软启动电路输出一脉冲宽度调变输出信号，结束该软启动状态，进入步骤H；

步骤H：如果一过载保护输入电压为低电位，则进入步骤M，如果否，则进入步骤K；

步骤K；进入一抖动振荡状态，一抖动振荡电路开始运作，该抖动振荡电路输出一振荡输出信号与一抖动振荡输出信号，并进入步骤L；

步骤L：如果该过载保护输入电压为高电位，则结束该抖动振荡状态并停止该抖动振荡电路的运作，接着进入步骤S28，如果否，则回到步骤K；

步骤M：如果该过载保护输入电压为高电位，则进入步骤N；

步骤N：进入一过载保护状态，一过载保护电路开始运作，并进入步骤P；

步骤P：经过一第二延迟时间后，该过载保护电路输出一过载保护输出信号，结束该过载保护状态，并进入步骤Q；

步骤Q：进入一关闭电源状态，一低电压锁定电路接收该输出过载保护输出信号，并关闭该输出电源，结束整个操作流程。

7.依据权利要求6所述之多功能接脚之交流转直流方法，其中该启动电压是由一参考电压电路产生。

8.依据权利要求6所述之多功能接脚之交流转直流方法，其中该第一延迟时间是指该多功能接脚的电压因该软启动电路对该充放电电容进行充电而从一接地电压上升到一过电流保护电压为止所经历的时间，而该过电流保护电压是由一参考电压电路产生。

9.依据权利要求6所述之多功能接脚之交流转直流方法，其中第二延迟时间是指在该过载保护输出信号为高电位以启动该过载保护电路对该充放电电容进行充电开始而使该多功能接脚的电压从该接地电压上升到一过载保护参考电压为止所经历的时间，而该过载保护参考电压是由一参考电压电路产生。

10.依据权利要求9所述之多功能接脚之交流转直流方法，其中该充放电电容进行充电之前先进行一快速放电操作，用以降低该多功能接脚的电压到该接地电压。

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