CN102739058B - 具有内置式光敏元件的开关变换ic - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种开关变换IC，更特别地而非排他地，本发明涉及一种具有内置式光敏元件的开关变换IC，其包括：开关变换电路；以及集成光敏元件，其用于控制对所述开关变换电路的反馈。这消除了对于用于接收来自外部光敏元件的反馈控制信息的外设的独立引脚的需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种开关变换器。更特别地而非排他地，本发明涉及一种具有内置式光敏元件的开关变换IC。典型地，这种变换器被用作通过用于对电子电路供电的AC干线来产生DC供电电压。
背景技术
实施在变压器的初级侧的不具有内置式功率开关器件的AC-DC开关变换IC通常具有以下功能引脚：
(a)VDD，其用于正电源连接；
(b)VSS，其用于负电源连接，或者相反；
(c)FB，其用于接收来自次级侧的错误信息的反馈信息连接，根据在这个引脚处接收到的信息对主开关器件的占空比进行调整；以及
(d)DR，其用于控制功率开关器件的开关占空比的驱动源。
图1示出了用于使用这种开关变换IC(U1)的已知的现有技术应用电路。
在图1中，AC_L和AC_N分别是AC电源输入端的火线(live)和零线(neutral)。二极管D1-D4构成将AC输入整流为高压DC的桥式整流器，而且C1是滤波电容器。R1是用于开关变换ICU1的启动电阻，而且C2是用于U1的电源去耦电容器。U1为功率开关器件Q1提供开关控制以经由变压器T1向输出端输送能量。T1包括三个线圈，初级线圈连接在高压DC和Q1的漏极之间。在Q1由U1的驱动信号DR接通的时间内，这个线圈存储能量。当Q1由DR断开时，这个线圈与D5、R2和C3一起构成续流电路(free-wheelingcircuit)。然后存储的能量被传送给次级线圈。负载侧次级线圈与D7一起向由C4、L1和C5构成的滤波器输送能量。另一个次级线圈与D6一起向用于对U1供电的电容器C2传送能量。通过利用由R3、R4、基准电压Z1、R5、R6、C6和光耦ICU2内的LED构成的电路对输出电压Vout进行监控而对其进行调整。当Vout在其期望值以上时该LED接通，而如果Vout在其期望值以下则LED断开。U2内的光敏晶体管与由R7和C7构成的滤波器一起为U1提供反馈信号以调整DR处的占空比，直至实现Vout处的期望值。U2进一步提供了用于反馈控制路径的初级电路和次级电路之间的高压绝缘。
在现有技术中，光耦IC根据击穿电压来确定用于反馈路径的初级电路和次级电路之间的绝缘电平。其性能受光耦IC的波形因素和封装工艺所限制。此外，对于目前倾向于空间最小化的产品趋势而言，光耦IC的物理尺寸通常被认为是过大的。在诸如LED灯泡等一些应用中，将这种IC封装在有限的空间内是一个设计难题。
发明内容
本发明的目的在于克服或基本上改善以上缺点中的至少一个和/或更通常地为终端用户提供击穿电压和减小对于整个功率变换器的空间需求的选择。
此处公开了一种开关变换IC，包括：
开关变换电路；以及
集成光敏元件，其用于控制对所述开关变换电路的反馈。
优选地，所述光敏元件是从由光敏二极管、光敏晶体管和光敏电阻构成的群组中选择出的。
优选地，IC进一步包括集成功率开关器件。
优选地，LED为所述光敏元件提供光源。
优选地，IC进一步包括覆盖除所述光敏元件之外的光敏电路区域的金属遮光罩。
优选地，反馈电流是通过对来自所述光敏二极管或者所述光敏晶体管的电流的放大而获得的。
优选地，差动反馈电压是通过光敏电阻和惠斯通电桥形式的电阻一起而获得的。
在本发明中，代替具有专用的光耦IC，光敏晶体管由集成在开关控制ICU1中的光敏元件代替。光敏元件可以是光敏二极管、光敏晶体管或者光敏电阻(LDR)等。光耦IC内的LED由普通的LED代替。LED和光敏元件的分开为用户提供了物理分离的选择，并因此提供了击穿电压的选择。此外，由于消除了对于向外提供外部引脚的电路的需求，将光敏元件集成在开关变换IC内为更佳的接合提供了更大的灵活性。
附图说明
现在将参照附图通过示例来描述本发明的优选形式，其中：
图1示出了用于使用开关变换IC(U1)的已知的现有技术应用电路；
图2是在使用N型衬底的CMOS开关控制IC内的光敏二极管和接合电路的示意性剖视图；
图3是图2的等效电路；
图4是在使用P型衬底的CMOS开关控制IC内的光敏二极管和接合电路的示意性剖视图；
图5是图4的等效电路；
图6是在使用N型衬底的CMOS开关控制IC内的光敏晶体管和接合电路的示意性剖视图；
图7是图6的等效电路；
图8是在使用P型衬底的CMOS开关控制IC内的光敏晶体管和接合电路的示意性剖视图；
图9是图8的等效电路；
图10是在使用P型衬底的CMOS开关控制IC内的光敏电阻和接合电路的示意性剖视图；以及
图11是图10的等效电路。
具体实施方式
在附图的图2中示意性地图示了使用N型衬底的CMOS开关控制IC内的光敏二极管和接合电路的优选实施方式。在这个附图中，光敏二极管是由P+和N-衬底构成的。N-衬底通常连接至Vdd(最大正供电电压)。通过这个光敏二极管的结点反向电流IR随着光强度单调增大。双极晶体管T1对IR进行放大，并且由NFET-1和NFET-2构成的电流反射镜以沟道宽度比进一步对电流进行放大，生成最终的反馈电流IFB。图3是图2的等效电路。
应当注意的是，用于电流放大的晶体管T1以及由NFET-1和NFET-2构成的电流放大器生成了最终的反馈电流IFB并且显著地减小了由光敏二极管输出的电流。因此减小了IC面积。此外，光耦IC内的光敏晶体管由小的光敏二极管和电流放大电路一起代替。
类似的电路和布图拓扑能够被用于如图4所示的P型衬底，图5示出了图4的等效电路。
图6示出了在使用N型衬底的CMOS开关控制IC内的光敏晶体管和接合电路的实施方式。在这个附图中，光敏晶体管是由P-阱内的N+发射极和N-衬底(作为集电极)构成的。N-衬底通常连接至Vdd(最大正供电电压)。发射结电流IE随着光强度单调增大。由NFET-1和NFET-2构成的电流反射镜以沟道宽度比进一步对电流进行放大，生成最终的反馈电流IFB。
图7是图6的等效电路。
还能够以类似于光敏二极管的情形的方式在光敏晶体管的发射极和NFET-1之间增加另一个双极晶体管电流放大器。
类似于光敏二极管的使用，使用由NFET-1和NFET-2构成的电流放大器生成最终的反馈电流IFB显著地减小了由光敏晶体管输出的电流，并因此减小了IC面积。因此，本发明以小得多的光敏晶体管和电流放大电路一起代替了光耦IC内的光敏晶体管。
类似的电路和布图拓扑能够被用于如图8所示的P型衬底，图9示出了图8的等效电路。
图10示出了在使用P型衬底的CMOS开关控制IC内的光敏电阻和接合电路的实施方式。在这个附图中，光敏电阻是通过N-阱位于P-衬底上而构成的。两个光敏电阻和两个普通的电阻连接以构成惠斯通电桥来生成反馈信号VFB，上述反馈信号VFB随着光强度单调增大。
反馈电压VFB在本质上是差动模式的。这为用户提供了更佳的抗扰度和灵敏度。
图11是图10的等效电路。
另外一个可能是利用P-阱位于N-衬底上作为电阻(光敏电阻和普通的固定电阻)。
附图图示了遮光罩。上述遮光罩是这样一种金属层：其遮蔽通常本质上具有高阻抗的其他光敏电路，以使得上述其他光敏电路不会受入射光所影响。
通过将光敏二极管或者晶体管与放大电路或者具有差动模式输出的光敏电阻集成，能够获得尺寸小得多的芯片。
Claims (3)
1.一种开关变换IC，包括：
开关变换电路，其包括由两个场效应管构成的电流镜放大电路；以及
集成的光敏元件，其连接到所述开关变换电路以控制对所述开关变换电路的反馈，所述反馈为所述开关变换电路通过对来自所述光敏元件的电流进行放大而获得反馈电流，
其中所述光敏元件是光敏二极管或光敏晶体管，当所述光敏元件为光敏二极管时，所述开关变换电路还包括连接在所述光敏二极管和所述电流镜放大电路之间的作为电流放大器的双极晶体管；当所述光敏元件为光敏晶体管时，所述开关变换电路由所述电流镜放大电路构成，或者所述开关变换电路还包括连接在所述光敏晶体管和所述电流镜放大电路之间的作为电流放大器的双极晶体管。
2.根据权利要求1所述的开关变换IC，其中所述两个场效应管为两个N沟道场效应管或两个P沟道场效应管。
3.根据权利要求1或2所述的开关变换IC，进一步包括覆盖所述开关变换IC中除所述光敏元件之外的其他光敏电路区域的遮光罩。
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