CN103427647A - 电源供应器以及电源控制器 - Google Patents

Abstract

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。

Description

电源供应器以及电源控制器

技术领域

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

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。

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(flyback converter)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耦接到功率开关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V_FB于QR电源控制器(powercontroller)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V_AUX。

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V_AUX，表示辅助绕组AUX的两端跨压；以及，闸信号V_GATE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V_AUX是否大约掉交越过(drop across)0V。在电压信号V_AUX大约掉交越过0V的一段延迟时间Δt之后，QR电源控制器18就致能闸信号V_GATE，期望功率开关15实现谷底切换，也就是在电压信号V_AUX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T_ON。谷底切换可以有效降低开关损失(switching loss)。

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，OVP)、过电流防护(over current protection，OCP)、过负载防护(over load protection，OLP)、过高温防护(over temperature 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

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。

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。

附图说明

图1为一现有技术的QR电源供应器。

图2显示图1中的一些信号波形。

图3为依据本发明实施的一QR电源供应器。

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，附图标记说明如下：

8、28             QR电源供应器

10                返驰式转换器

12                VCC电源供应器

13、14            分压电阻

15                功率开关

18、60            QR电源控制器

20                回馈电路

32、34            电路

36、42            电阻

38                二极管

40                热敏电阻

50                SR纪录器

52                电流源

54                电压比较器

56                保护装置

58                电流比较器

62                时间延迟器

64                脉冲产生器

66                比较器

68                     与门

AUX                    辅助绕组

CS                     电流侦测接脚

FB                     回馈接脚

GATE                   闸接脚

I_IN、I_QRD/OTP          电流信号

I_REF-TH                参考电流

I_SET                   定电流

OUT                    输出端

PRM                    一次侧绕组

QRD                    准谐振侦测接脚

QRD/OTP                接脚

S₁、S₂                 信号

S_DET                   触发信号

S_DLY                   延迟信号

S_PRT                   保护信号

SW₁、SW₂               开关

T_OFF                   关闭时间

T_ON                    开启时间

VCC                    电源接脚

V_AUX、V_CS、V_QRD/OTP    电压信号

V_FB                    回馈信号

V_GATE                  闸信号

V_REF-TH                参考电压

Δt                    延迟时间

具体实施方式

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。

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/OTP。其中，接脚QRD/OTP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/OTP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/OTP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(negativetemperature coefficient，NTC)的热敏电阻。其它实施例可能采用正温度系数(positive temperature coefficient，PTC)的热敏电阻。

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V_AUX、闸信号V_GATE、信号S₁、信号S₂、接脚QRD/OTP上的电压信号V_QRD/OTP、从接脚QRD/OTP流入电源控制器60的电流信号I_QRD/OTP、以及流入电流比较器58的电流信号I_IN。

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V_GATE，信号S₂则逻辑上相反于闸信号V_GATE。当闸信号V_GATE被致能而功率开关15开启的开启时间(ON time)T_ON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V_GATE被去能的关闭时间T_OFF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V_CS超过回馈接脚FB上的回馈信号V_FB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T_ON。而稍后将说明，大致在电压信号V_AUX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T_OFF。

当信号S₁为致能而信号S₂为去能时，因为电压信号V_AUX为负值，二极管38为逆偏压，所以电流源52所提供的定电流I_SET，将流过短路的开关SW₁、接脚QRD/OTP、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I_QRD/OTP为定电流I_SET的负值。电压比较器54比较接脚QRD/OTP上的电压信号V_QRD/OTP与一固定的参考电压V_REF-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I_SET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V_REF-TH与定电流I_SET所对应定义的值(=V_REF-TH/I_SET)，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S_PRT。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V_REF-TH/I_SET，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S_PRT，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V_REF-TH/I_SET时，就去能保护信号S_PRT，自动回复(auto recover)电能转换。在另一实施例中，保护信号S_PRT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S_PRT，回复(recover)电能转换。

当开关SW₁关闭而开关SW₂开启时(在刚刚进入关闭时间T_OFF时)，因为电压信号V_AUX为正值，二极管38为顺偏压。此时，电流信号I_IN会大致与电流信号I_QRD/OTP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/OTP汲取产生电流信号I_IN。电流比较器58比较电流信号I_IN与参考电流I_REF-TH。辅助绕组AUX放电完毕时，辅助绕组AUX的电压信号V_AUX将会开始掉落，电流信号I_IN便渐渐降低。因此，当电流信号I_IN低于参考电流I_REF-TH时，便可视为电压信号V_AUX即将接近谷底，所以电流比较器58致能触发信号S_DET。时间延迟器62提供触发信号S_DET一延迟时间，来产生延迟信号S_DLY。延迟信号S_DLY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V_GATE，使功率开关15大约在电压信号V_AUX近乎是谷底时，被开启，进入一开启时间T_ON。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/OTP，侦测辅助绕组AUX的放电时间，以致能触发信号S_DET。

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/OTP。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。

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。

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。

Claims (10)

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。

6.一种电源控制器，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。

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