CN101854119A

CN101854119A - 控制方法与电源控制集成电路、电源供应器

Info

Publication number: CN101854119A
Application number: CN200910129255A
Authority: CN
Inventors: 庄明男; 王昱斌
Original assignee: Leadtrend Technology Corp
Current assignee: Leadtrend Technology Corp
Priority date: 2009-04-03
Filing date: 2009-04-03
Publication date: 2010-10-06

Abstract

本发明涉及电源控制集成电路以及相关的控制方法、电源供应器。控制器产生一控制信号，控制一功率开关。信号反馈接脚用以接收外来的一反馈信号。该反馈信号可代表一电源供应器的一输出电源信号。一传递电路受控于该控制信号，在该功率开关关闭时，传递该反馈信号至该控制器。在该功率开关开启时，一钳制电路钳制该反馈信号的电压于一预设值，以使该反馈信号不会影响该控制器。

Description

控制方法与电源控制集成电路、电源供应器

技术领域

本发明是有关于电源控制集成电路(power control integrated circuit)以及其中的控制方法，尤指用于电源供应器(power supply)中的电源控制集成电路以及相关的控制方法。

背景技术

电源供应器已经是非常普遍的电子装置，如交流转直流转换器(AC-to-DCconverter)或是直流转直流转换器(DC-to-DC converter)，用来产生其他电子装置所需用的定电压或是定电流的电源。近年来能源的使用效率不断的被要求提升，电源供应器的电能转换效率也成为一个非常重要的议题。如何避免不必要的电能消耗，往往是电路设计者所追求的目标。

图1为一种现有的电源供应器，其为一返驰式转换器(Flyback Conveter)。电源控制集成电路100透过接脚GATE来控制功率开关Q₁的开关。当功率开关Q₁开启导通时，电源信号V_IN会对变压器(transformer)T1开始储能，使得流过变压器T1的一次侧线圈(primary winding)的电流随时间而增加。当功率开关Q₁关闭不导通时，变压器T1开始释能，变压器T1中的储能会透过二次侧线圈(secondary winding)的感应电流对输出电容C_O充电而释放。

电阻R₁与R₂以及接脚FB提供了一反馈机制，使电源控制集成电路100得以监测输出电源信号V_OUT的电压值，进而控制功率开关Q₁的开关，决定透过变压器T1传输到输出电容C_O的能量。一般而言，该反馈机制是使得输出电源信号V_OUT的电压值尽量维持于一期望值。

然而，从图1中也可以发现，电阻R₁与R₂提供了从输出电容C_O到接地线的一漏电路径。不论电源控制集成电路100是否切换功率开关Q₁，该漏电路径固定地且浪费地消耗存放在输出电容C_O中的电能。如此的漏电路径应该要尽量地被消除。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种控制方法与电源控制集成电路，使得输出电源信号的电压值维持于一期望值。

本发明的另一目的在于提供一种电源供应器，以消除固定且耗能的漏电路径。

本发明的一实施例提供一种控制方法，适用于一电源供应器(powersupply)。电源供应器产生一输出电源信号，可操作于一第一状态以及一第二状态。接收一反馈信号，该反馈信号可代表该电源供应器的一输出电源信号。当该电源供应器操作于该第一状态时，提供一信号路径，使该电源供应器依据该反馈信号而被控制。当该电源供应器操作于该第二状态时，关闭该信号路径，且钳制该反馈信号的电压于一预设值，以使该反馈信号不会影响该电源供应器。

本发明的一实施例提供一种电源控制集成电路。控制器产生一控制信号，控制一功率开关。信号反馈接脚用以接收外来的一反馈信号。该反馈信号可代表一电源供应器的一输出电源信号。一传递电路受控于该控制信号，在该功率开关关闭时，传递该反馈信号至该控制器。在该功率开关开启时，一钳制电路钳制该反馈信号的电压于一预设值，以使该反馈信号不会影响该控制器。

本发明的一实施例提供一种电源供应器，包含有：如前所述的一电源控制集成电路；一输出电容，用以产生该输出电源信号；一电感，具有一第一端；一分压器，耦接于该第一端与一接地线之间，产生该反馈信号；以及一整流器，耦接于该输出电容与该分压器之间，用以阻止从该输出电容中流到该分压器的电流的发生。

根据本发明的实施例，当电源供应器操作于储能状态时，钳制反馈信号的电压于一预设值，以使该反馈信号不会影响电源供应器，使得输出电源信号的电压值维持在原始设定的期望值。

根据本发明的另一方面，电源供应器中的整流器耦接于输出电容与分压器之间，用以阻止从该输出电容中流到该分压器的电流的发生，所以没有固定且耗能的漏电路径。

附图说明

图1为一种现有的电源供应器；

图2为一电源供应器；

图3显示图2中信号V_G、V_G2、V_FB、以及V_FB2的时序图；

图4与图5为依据本发明实施例的二电源供应器；

图6显示图4或图5中，信号V_G、V_G2、V_FB、以及V_FB2的时序图。

【主要元件符号说明】

100、200、400、500：电源控制集成电路

GATE、FB：接脚

Q₁：功率开关

V_IN：电源信号

T1：变压器

R₁、R₂：电阻

V_OUT：输出电源信号

C_O：输出电容

202、402、502：控制器

V_G、V_G2、V_FB2：信号

Q₂、Q₃：开关

INV：反向器

C_F：电容

V_FB：反馈信号

INT₁、INT₂：时间区段

B_Q2：双极性结型晶体管

D₁：基纳二极管

D₀：二极管

具体实施方式

为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

为了说明上的方便，具有等同的或是类似的功能将会以相同的元件符号表示。所以，不同实施例中相同的符号的元件不表示两元件必然相同。本发明的范围应以依据权利要求来决定。

以下VXX将表示信号V_XX的电压值，而RX表示电阻R_X的电阻值。

图2为一电源供应器。电源控制集成电路200中的控制器202，产生信号V_G，透过接脚GATE来控制功率开关Q₁的开关切换。开关Q₂连接于控制器202与接脚FB之间，受控于信号V_G2，而信号V_G2是接收信号V_G的反向器(inverter)INV所产生。电容C_F则同时连接至控制器202以及开关Q₂。

如同图1的操作，当图2中的功率开关Q₁开启导通时，图2中的电源供应器操作于一储能状态(energizing state)，当功率开关Q₁关闭不导通时，图2中的电源供应器操作于一释能状态(de-energizing state)。

与图1不同的，图2中提供反馈机制的电阻R₁与R₂是侦测二极管D_O与变压器T1二次侧线圈之间的连接点N_CON。作为整流的二极管D_O阻挡了电流由输出电容C_O到电阻R₁之间的电流路径，所以图2并没有图1中的固定且耗能的漏电路径。

当图2中的电源供应器操作于释能状态时，变压器T1二次侧线圈对输出电容C_O充电，二极管D_O导通。所以，连接点N_CON的信号V_COM将会固定地高出输出电源信号V_OUT，有二极管D_O的顺向导通电压(forward-biasedvoltage)(大约是0.7伏特)。当输出电源信号V_OUT的电压高到一定程度时，信号V_COM可以视为等同于输出电源信号V_OUT。反馈信号V_FB是信号V_COM经过由电阻R₁与R₂所构成的电压分压器(voltage divider)的分压结果。因此，在释能状态时，反馈信号V_FB的电压值会随着输出电源信号V_OUT的电压值变化而变化。也可以说，反馈信号V_FB可大约地代表输出电源信号V_OUT。

请参阅图2与图3。图3显示图2中信号V_G、V_G2、V_FB、以及V_FB2的时序图，其中，信号V_FB2位于电容C_F的一端。在释能状态时，电源控制集成电路200使电压信号V_G与V_G2分别位于一低准位以及一高准位，关闭了功率开关Q₁，开启了开关Q₂。此时，开关Q₂提供了电源控制集成电路200中接脚FB到控制器202中的一个信号路径，让控制器202依据反馈信号V_FB而被控制。如图3的时间区段INT₁所示，在释能状态时，反馈信号V_FB的电压值是一个正固定值，其大约可以以下公式(1)表示

VOUT*R2/(R1+R2) .............(1)

信号V_FB2在时间区段INT₁开始时，其电压值低于反馈信号V_FB的电压值。此时，开关Q₂所提供的电流路径使得信号V_FB2的电压值随着时间被拉升，越来越迫近信号V_FB的电压值，如图3所示。或者可以说，开关Q₂传递信号V_FB，而产生信号V_FB2，给予控制器202。控制器202则依据信号V_FB2，产生信号V_G，以控制功率开关Q₁的切换。

图3的时间区段INT₂表示电源控制集成电路200操作于储能状态。电压信号V_G与V_G2分别位于一高准位以及一低准位，使得功率开关Q₁开起，而开关Q₂关闭。此时，反馈信号V_FB的电压值，就是变压器T1的二次侧线圈的感应电压，是一个负固定值，其大约可以以下公式(2)表示

-N*VIN*R2/(R1+R2) .............(2)

其中，N为变压器T1的二次侧线圈对一次侧线圈的圈数比。开关Q₂的关闭是希望分隔反馈信号V_FB与信号V_FB2，希望信号V_FB2的电压值大约地维持在反馈信号V_FB于时间区段INT₁结束时的电压值。但是，如图2所示，开关Q₂寄生有一双极性结型晶体管(Bipolar Junction Transistor，BJT)B_Q2。在时间区段INT₂中，具有负电压的反馈信号V_FB往往触发了BJT B_Q2，使得电容C_F开始放电。所以，在时间区段INT₂中，电容C_F上的信号V_FB2的电压值，便随着时间，渐渐地下降，如图3所示。

信号V_FB2的电压值若能正确地维持在反馈信号V_FB于释能状态时的电压值，则信号V_FB2便能忠实地代表输出电源信号V_OUT，提供控制器202正确的讯息，使反馈机制正常运作。因此，由图3可知，信号V_FB2并没有忠实地代表输出电源信号V_OUT，所以图2中的电源控制集成电路200可能不具有正常运作的反馈机制。图2中的输出电源信号V_OUT的电压值可能无法维持在原始设定的期望值。

图4为依据本发明实施例的一电源供应器。为简洁之故，图4与图2中相同或是类似的元件/操作便不再重述。与图2不同的，图4中的电源控制集成电路400多具有了一基纳二极管D₁，其连接在接脚FB与接地线GND之间。基纳二极管D₁最好具有很低的顺向开启电压，譬如0.1伏特，作为一钳制电路。在储能状态时，基纳二极管D₁可以钳制反馈信号V_FB的电压值，使其不低于负的基纳二极管D₁的顺向开启电压。举例来说，如果基纳二极管D₁的顺向开启电压为0.1伏特，储能状态时，反馈信号V_FB的电压值将会被钳制而固定于-0.1伏特。所以，操作于储能状态时，寄生在开关Q₂中的BJT B_Q2，其基极到发射极(base-to-emitter)电压就仅有0.1伏特，并不会被触发。如此，操作于储能状态时，信号V_FB2的电压值或是控制器402便不会受到反馈信号V_FB影响，信号V_FB2的电压值将大约地维持在反馈信号V_FB于先前结束释能状态时的电压值。

操作于释能状态时，图4中的基纳二极管D₁的逆向崩溃电压最好是高于反馈信号V_FB的电压值。如此，在释能状态时，图4中的基纳二极管D₁不会崩溃，形同开路(open circuit)。熟悉本领域的技术人员，能够透过图2中的电源供应器的技术说明，简单的推知图4中的电源供应器，在释能状态时的工作原理以及操作。

操作于释能状态时，图4中的信号V_FB2的电压值会越来越迫近反馈信号V_FB的电压值。操作于储能状态时，信号V_FB2的电压值会大约地维持在反馈信号V_FB于先前结束释能状态时的电压值。因此，可以推知，图4中的信号V_FB2将会忠实的反应反馈信号V_FB在释能状态时的电压值，也就是忠实地代表输出电源信号V_OUT。信号V_FB2将提供正确地讯息给控制器402，来适当地控制功率开关Q₁的切换，使输出电源信号V_OUT的电压值维持在原始设定的期望值。

图5为依据本发明实施例的另一电源供应器。为简洁之故，图5与图4中相同或是类似的元件/操作便不再重述。图5以开关Q₃取代了图4中的基纳二极管D₁，而开关Q₃的控制端则受控于信号V_G。开关Q₃也是作为一钳制电路。在储能状态时，开关Q₃将随同功率开关Q₁一起开启，所以把接脚FB直接跟接地线GND短路，因此，反馈信号V_FB的电压值将会大约地钳制于0电位。此代表了寄生在开关Q₂中的BJT B_Q2，其基极到发射极(base-to-emitter)电压就仅有0伏特，并不会被触发。如此，操作于储能状态时，信号V_FB2的电压值或是控制器502便不会受到反馈信号V_FB影响。

操作于释能状态时，图5中的开关Q₃保持在关闭状态，形同开路(opencircuit)。熟悉本领域的技术人员，能够透过图2中的电源供应器的技术说明，简单的推知图5中的电源供应器，在释能状态时的工作原理以及操作。

类似图4中的推论，图5中的信号V_FB2将会忠实的反应反馈信号V_FB于释能状态时的电压值，也就是忠实地代表输出电源信号V_OUT。信号V_FB2将提供正确地讯息给控制器502，来适当地控制功率开关Q₁的切换，使输出电源信号V_OUT的电压值维持在原始设定的期望值。

集成电路中，有负电压出现的区域，将容易发射电子，影响其它区域内元件特性。所以，图5中，将反馈信号V_FB的电压值钳制在0电位，能够产生维持电源控制集成电路500中其它元件特性稳定的好处。

图6显示图4或5中，信号V_G、V_G2、V_FB、以及V_FB2的时序图。在图6中，在储能状态时，因为图4中的基纳二极管D₁或是图5中的开关Q₃，反馈信号V_FB将被钳制于一很接近于0伏特的电压值，而不再是图3中会触发BJTB_Q2的负电压值。如同先前所推论的，在图6中，信号V_FB2的电压值不再如图3般上下飘移，会大约维持在释能状态时反馈信号V_FB的电压值，也就是VOUT*R2/(R1+R2)。所以，图4与图5中的信号V_FB2，可以忠实地代表电源信号V_OUT，提供一适当的反馈讯息。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，熟悉本发明所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。

Claims

1.一种控制方法，其特征在于，适用于一电源供应器，用以产生一输出电源信号，该电源供应器可操作于一第一状态以及一第二状态，该控制方法包含有：

接收一反馈信号，该反馈信号可代表该电源供应器的一输出电源信号；

当该电源供应器操作于该第一状态时，提供一信号路径，使该电源供应器依据该反馈信号而被控制；以及

当该电源供应器操作于该第二状态时，关闭该信号路径，且钳制该反馈信号的电压于一预设值，以使该反馈信号不会影响该电源供应器。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，而钳制该反馈信号的电压的该步骤包含有：

以一基纳二极管，钳制该反馈信号的电压。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，该电源供应器包含有一功率开关，而关闭该信号路径的该步骤包含有：

产生一控制信号，用以控制该功率开关；

依据该控制信号，关闭该信号路径；以及

以该控制信号开启一开关，以提供接地路径，来钳制该反馈信号的电压。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，该电源供应器包含有一功率开关，提供该信号路径的步骤包含有：

产生一控制信号，用以控制该功率开关；以及

以该控制信号开启一开关，以使该反馈信号影响一控制器，该控制器产生该控制信号。

5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，该第一状态为释能状态，以及该第二状态为储能状态。

6.一种电源控制集成电路，其特征在于，包含有：

一控制器，用以产生一控制信号，控制一功率开关；

一信号反馈接脚，用以接收外来的一反馈信号，该反馈信号可代表一电源供应器的一输出电源信号；

一传递电路，受控于该控制信号，在该功率开关关闭时，传递该反馈信号至该控制器；以及

一钳制电路，在该功率开关开启时，钳制该反馈信号的电压于一预设值，以使该反馈信号不会影响该控制器。

7.根据权利要求6所述的电源控制集成电路，其特征在于，该钳制电路包含有一基纳二极管，耦接于该信号反馈接脚与接地线之间。

8.根据权利要求6所述的电源控制集成电路，其特征在于，该钳制电路包含有一开关，受控于该控制信号，耦接于该信号反馈接脚与接地线之间。

9.根据权利要求6所述的电源控制集成电路，其特征在于，该传递电路包含有：

一开关，受控于该控制信号，耦接于该信号反馈接脚与该控制器之间；以及

一电容，具有连接至该开关与该控制器的一端。

10.根据权利要求6所述的电源控制集成电路，其特征在于，该功率开关连接至一变压器，当该功率开关开启时，该变压器开始储能，以及当该功率开关关闭时，该变压器开始释能。

11.一种电源供应器，其特征在于，包含有：

如权利要求6所述的一电源控制集成电路；

一输出电容，用以产生该输出电源信号；

一电感，具有一第一端；

一分压器，耦接于该第一端与一接地线之间，产生该反馈信号；以及

一整流器，耦接于该输出电容与该分压器之间，用以阻止从该输出电容中流到该分压器的电流的发生。

12.根据权利要求11所述的电源供应器，其特征在于，该电源供应器为一返驰式转换器，具有一变压器；该电感为该变压器的一二次侧线圈。