CN107592108B - 一种控制器ic - Google Patents

Abstract

本发明提供一种控制器IC，包括控制器的RI端、控制器的BOS端、控制器的VDD端、控制器的GATE端，所述VDD端连接外部电压，给控制器IC内部电路供电；所述GATE端为控制器IC的输出端，控制控制器IC外部电路的开通和关断；其特征在于：所述BOS端可以通过连接外部不同的器件，使控制器IC分别具有过温保护功能和同步整流信号脉冲传输功能。通过同一引脚结合外围连接不同器件实现功能切换，满足不同客户对功能需求的选择，使得在封装成本不变之下提升了集成电路的能力。

Description

一种控制器IC

技术领域

本发明涉及一种控制器IC，特别涉及一种开关电源变换器的控制器IC。

背景技术

开关电源变换器通常由控制器IC控制，目前的功率变换器产业处于高效的功率变换器及低成本的控制器IC的巨大压力之下。因为IC的制造成本极大地取决于晶片大小、引脚数量、封装和IC测试，相比之下，减少IC的引脚数量成为降低控制器IC成本的常用的一种方式。然而，减少常规的功率变换器控制器IC中引脚的数量也是困难的。

在常规功率变换器控制器IC中，IC的每个引脚与单个、独立的参数或者功能相关联，因此，IC需要与该IC所支持的参数或者功能的数量一样多的引脚。因而，通常而言，减少功率变换器控制器IC中引脚的数量也减少了由控制器IC支持的参数或者功能的数量，并且牺牲功率变换器的性能。所以集成电路的功能增加时，需要增加引脚以接受新功能对应的输入信号或输出信号。然而，引脚的增加会造成封装成本的上升，而在成本的考虑衡量下，如何使同一引脚具有两个或两个以上的功能成为当今集成电路设计的重要课题。

发明内容

由于集成电路功能的增加会导致成本的上升，本发明为了在相同引脚数下增加新的功能，将过温保护功能和同步整流脉冲信号传输功能通过同一引脚结合外围连接不同器件实现功能切换，满足不同客户对功能需求的选择，使得在封装成本不变之下提升了集成电路的能力。

为达上述目的，本发明提供了一种具有同一引脚实现过温保护功能和同步整流脉冲信号传输功能切换的控制器IC，包括控制器的RI端、控制器的BOS端、控制器的VDD端、控制器的GATE端，所述VDD端连接外部电压，给控制器IC内部电路供电；所述GATE端为控制器IC的输出端，控制控制器IC外部电路的开通和关断；其特征在于：所述BOS端可以通过连接外部不同的器件，使控制器IC分别具有过温保护功能和同步整流信号脉冲传输功能。

优选的，还包括一低压电源产生、一内部驱动电源、一基准电压、一基准电流、两N型沟道MOS管NM1和NM2、两驱动单元驱动1和驱动2、一振荡器、一电压比较器CMP、一逻辑控制；

所述低压电源产生的输入端与所述的VDD端相连，所述低压电源产生的输出端连接基准电压的输入端；所述基准电压的输出端连接所述电压比较器CMP的负相输入端；

所述内部驱动电源的输入端与所述的VDD端口相连，所述内部驱动电源的输出端连接所述MOS管NM1的栅极；

所述基准电流的输入端与所述的RI端相连，所述基准电流的第一输出端和第二输出端分别与比较器CMP的正相输入端相连；

所述电压比较器CMP的输出端连接所述逻辑控制的输入端；

所述逻辑控制的第一输出端与驱动2的输入端相连，也与振荡器的第二输入端相连，所述逻辑控制的第二输出端与振荡器的第一输入端相连；

所述振荡器的输出端与驱动1的输入端相连；所述驱动1的输出端连接MOS管NM2的栅极；

所述MOS管NM1的漏极和所述MOS管NM2的漏极分别连接所述BOS端口，所述MOS管NM1的源极连接电压比较器CMP的负相输入端，所述MOS管NM2的源极接控制器IC的内部参考地；

所述驱动2的输入端连接所述驱动信号Drive_H，所述驱动2的输出端连接所述GATE端。

优选的，所述的RI端外接一个电阻Rf到地。

优选地，控制器的BOS端口，外部接一个热敏电阻NTC到地，实现所述控制器IC的过温保护功能。

优选地，控制器的BOS端口，外部接一空心变压器第一输入端，空心变压器的第二输入端接控制器的VDD端口，空心变压器的第一输出端接一电阻RES的一输入端，并作为同步整流脉冲传输信号Vpulse，送到同步整流控制IC的pulse端口；电阻RES的另一输入端与空心变压器的第二输出端接在一起并接地，实现所述控制器IC的同步整流信号脉冲传输功能。

所述的一低压电源产生，是将控制器的VDD端口电压转换成内部所需的低压电源VCC，用于IC内部所有低压模块供电；其输入端接控制器的VDD端，其输出端接基准电压的输入端，作为低压供电信号VCC。

所述的一内部驱动电源，是将控制器的VDD端口电压转换成内部驱动单元驱动1和驱动2的供电电压以及N型沟道MOS管NM1的栅极驱动电压VCC_DRV，其输入端与控制器的VDD端相连，其输出端接N型沟道MOS管NM1的栅极；

所述的一基准电压，是产生一电压比较器CMP的负相输入端口比较基准电压Vref，其输入端接低压电压产生的输出端，其输出端接电压比较器的负相输入端；

所述的一基准电流，是用于产生两路基准电流Iref1和Iref2，并将其输入到一电压比较器CMP的正相输入端，其输入端接控制器的RI端，RI端并外接电阻Rf到地，其输出端接电压比较器CMP的正相输入端；

所述的N型沟道MOS管NM1、是将控制器的BOS端口电压转换成控制器内部所需电压BOS2，其漏极接控制器的BOS端口，栅极接驱动电压VCC_DRV，其源极作为内部所需电压BOS2，并送到一电压比较器CMP的正向输入端；

所述的N型沟道MOS管NM2、是作为同步整流脉冲信号传输功能的主功率管，将驱动1单元产生的驱动信号转换成脉冲信号，再通过NM1的开启输出到比较器CMP的正相输入端，其漏极接控制器的BOS端，源极接IC内部参考地VSS，其栅极接驱动1的输出；

所述的驱动单元驱动1，用于产生NM2的栅极驱动信号，其输入接一振荡器的输出，其输出接NM2的栅极；

所述的一振荡器，用于产生一高频脉冲信号，其输入端接一逻辑控制的一输出信号EN_OTP，其输出端接驱动1的输入端；

所述的一电压比较器CMP，用于产生过温保护功能的控制信号OTP，其负相输入端接基准电压Vref，正相输入端接内部信号BOS2，其输出端接逻辑控制的输入端，作为过温保护功能的控制信号OTP；

所述的一逻辑控制，是用于将过温保护功能控制信号OTP控制产生驱动信号Drive_H以及产生振荡器的使能信号EN_OTP，其输入端接一电压比较器CMP的输出端，其第一输出端接驱动2的输入端，作为驱动2的输入信号Drive_H，其第二输出端接振荡器的输入端，作为振荡器使能信号EN_OTP；

所述的驱动单元驱动2，是用于将驱动信号Drive_H转换成控制器的GATE端口电压输出，其输入端接一逻辑控制的第一输出端Drive_H，其输出端接控制器的GATE端口。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明设计同一引脚支持同步整流信号传输功能和过温保护两种功能电路，通过外接不同器件，实现两种功能的切换，满足不同客户对功能的要求，增加集成电路的能力，同时减少封装成本。

现有技术中过温保护功能做在芯片内部，精度不高，过温点又不可调。本发明设计一个过温保护功能引脚BOS(同步整流信号脉冲传输功能已屏蔽)，通过外接一个热敏电阻NTC电阻到地，可以检测开关电源某处的温度，过温时停止工作来进行保护，精度高，调节NTC的阻值也可实现过温保护点可调。

本发明设计一个同步整流信号脉冲传输功能引脚BOS(过温保护功能已屏蔽)，可以满足副边同步整流控制IC有效的实现CCM模式和DCM模式。控制器的GATE端口在输出高电平前，控制器的BOS端口会迅速拉低，出现一个很小的窄脉冲，副边的同步整流控制芯片会检测到此脉冲，从而可以可靠地实现CCM和DCM模式兼容的同步整流功能。

附图说明

图1为本发明的电路图；

图2为本发明第一实施例的电路图；

图3为本发明第二实施例的电路图；

图4为本发明同步整流信号脉冲Vpulse及控制器IC的GATE端口电压波形图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。

实施例一

如图2所示，为本发明第一实施例的电路原理图，一种BOS引脚具有过温保护功能的电路，包括控制器的RI端、控制器的BOS端、控制器的VDD端、控制器的GATE端、低压电源产生、内部驱动电源、基准电压、基准电流、N型沟道MOS管NM1、N型沟道MOS管NM2、驱动1、驱动2、振荡器、电压比较器CMP、逻辑控制、RI端口外接电阻Rf、BOS端口外接热敏电阻NTC。

低压电源产生，其输入端与控制器的VDD端相连，其输出端与基准电压的输入端相连，作为内部低压供电电源VCC；

内部驱动电源，其输入端与控制器的VDD端口相连，其输出端与NM1的栅极相连，作为栅极驱动信号VCC_DRV；

基准电压，其输入端与低压电源产生的输出端相连，其输出端与电压比较器CMP的负相输入端相连，作为比较器的负相输入信号Vref；

电压比较器CMP，其负相输入端与基准电压的输出端相连，其正相输入端与N型沟道MOS管NM1的源极相连，同时与基准电流的第一输出端和第二输出端相连；

基准电流，其输入端与控制器的RI端口相连，RI端口通过外部接电阻Rf到地，其两个输出端分别与比较器CMP的正相输入端相连；

N型沟道MOS管NM1，其栅极与内部驱动电源的输出端相连，作为栅极驱动信号VCC_DRV，N型沟道MOS管NM1的漏极与控制器的BOS端相连，同时BOS端通过外接热敏电阻NTC到地，其源极作为比较器CMP的正相输入端电压BOS2；

N型沟道MOS管NM2，其漏极与控制器的BOS端相连，其源极接芯片内部参考地VSS，其栅极与驱动1的输出端相连；

驱动1，其输入端与振荡器的输出端相连，其输出端与NM2的栅极相连；

振荡器，其第一输入端与逻辑控制的第二输出端EN_OTP相连，其第二输入端与逻辑控制的第一输出端Drive_H相连，其输出端与驱动1的输入端相连；

逻辑控制，其输入端与电压比较器CMP的输出端OTP相连，其第一输出端与驱动2的输入端相连，作为驱动2的输入信号Drive_H，同时也与振荡器的第二输入端相连，其第二输出端与振荡器的第一输入端相连，作为振荡器使能信号EN_OTP；

驱动2，其输入端与逻辑控制的第一输出端Drive_H相连，其输出端与控制器的GATE端相连。

本实施例的基本工作原理：

控制器的BOS端口通过外接一个热敏电阻NTC电阻到地，这个NTC电阻是负温度系数电阻，当温度升高到一定数值时，这个NTC电阻阻值会降低到一定值，N型MOS管NM1的开通，使电流基准产生的两路电流Iref1和Iref2流到这个NTC电阻上，产生一个负温度系数电压BOS2，此电压与电压比较器CMP的负相比较基准Vref进行比较，当这个负温度系数电压BOS2低于内部比较器的基准电压Vref时，产生过温保护信号OTP＝0，通过逻辑控制，产生EN_OTP信号为高电平，关断内部振荡器，再通过驱动1使NM2不开通，则不影响BOS2的电位，进而屏蔽掉同步整流信号传输功能，同时逻辑控制产生Drive_H信号为低电平，再通过驱动2，产生驱动信号为低电平，进而通过GATE端关断芯片外部功率管，完成过温保护功能；

此过温保护功能设置有回差，当关断外部功率管后，热量逐渐散去，温度开始降低，NTC电阻阻值开始升高，此时BOS引脚通过电流基准产生的一路电流Iref1流到NTC电阻上，使BOS2电压开始上升，当此电压超过内部比较器CMP的负相输入基准电压Vref时，过温保护信号撤销，即OTP＝1，逻辑控制正常输出脉冲信号Drive_H，芯片又重新开始工作。

实施例二

如图3所示，与实施例一相比，区别在于控制器的BOS端外部与一空心变压器原边同名端相连，空心变压器的原边异名端与控制器的VDD端口相连，空心变压器的副边同名端与电阻RES的一输入端相连，并作为同步整流脉冲传输信号Vpulse，同时与同步整流控制IC的pulse端口相连；电阻RES的另一输入端与空心变压器的副边异名端接在一起，并接地。

本实施例的基本工作原理：

如图3所示，BOS引脚外接空心变压器的原边同名端，空心变压器的原边异名端接控制器的VDD端，芯片上电，当VDD端的电压达到芯片启动电压时，BOS引脚电压等同VDD端的电压，NM1的作用相当于一个开关，把BOS引脚电压传送到比较器CMP的正相输入端，因为NM1的栅极驱动电压为VDD端口的电压通过内部驱动电源产生低压驱动电源VCC_DRV，当BOS2电压增加到与NM1的栅极电压VCC_DRV只差一个阈值电压时，NM1开始截止，所以BOS2的最高电压不会超过VCC_DRV。因为BOS2电压高于比较器CMP的负相输入基准电压Vref，所以比较器CMP输出高电平，及产生过温保护撤销信号OTP＝1，即屏蔽掉过温保护，通过逻辑控制正常输出脉冲Drive_H以及允许过温保护使能信号EN_OTP＝0，Drive_H和EN_OTP＝0送到振荡器，振荡器产生与Drive_H同步的窄脉冲信号，再通过驱动1产生驱动信号，在窄脉冲时间内，开启NM2，抽BOS引脚电流，BOS引脚电压会降低几百mV，这样变压器的原边就会产生一个负压窄脉冲，通过变压器传送到副边，产生Vpulse电压，如图4所示，GATE为Drive_H通过驱动2产生的驱动脉冲信号，Vpulse为空心变压器副边同名端的电压，传送到副边的同步整流控制芯片pulse端，同步整流控制IC会检测到此脉冲，从而可以可靠地实现CCM和DCM模式兼容的同步整流功能。

本发明的实施方式不限于此，按照本发明的上述内容，利用本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (3)

1.一种控制器IC，包括RI端、BOS端、VDD端和GATE端；所述VDD端连接外部电压，给控制器IC内部电路供电；所述GATE端为控制器IC的输出端，控制控制器IC外部电路的开通和关断；其特征在于：还包括一基准电流、MOS管NM1、MOS管NM2、驱动1、驱动2、一振荡器、一电压比较器CMP、一逻辑控制；RI端外接一个电阻Rf到地；

所述基准电流的输入端与所述的RI端相连，所述基准电流的第一输出端和第二输出端分别与比较器CMP的正相输入端相连；

所述电压比较器CMP的输出端连接所述逻辑控制的输入端；

所述逻辑控制的第一输出端与驱动2的输入端相连，也与振荡器的第二输入端相连，所述逻辑控制的第二输出端与振荡器的第一输入端相连；

所述振荡器的输出端与驱动1的输入端相连；所述驱动1的输出端连接MOS管NM2的栅极；

所述MOS管NM1的漏极和所述MOS管NM2的漏极分别连接所述BOS端口，所述MOS管NM1的源极连接电压比较器CMP的正相输入端，所述MOS管NM2的源极接控制器IC的内部参考地；

所述驱动2的输入端连接驱动信号Drive_H，所述驱动2的输出端连接所述GATE端；

所述VDD端用于给所述MOS管NM1的栅极供电和给电压比较器CMP的负相输入端；

所述BOS端通过外接一个热敏电阻到地，使所述控制器IC具有过温保护功能，通过外接一空心变压器，使所述控制器IC具有同步整流信号脉冲传输功能；

MOS管NM1导通，当BOS端口的电压BOS2小于电压比较器CMP的负相比较基准Vref时，电压比较器CMP产生过温保护信号OTP＝0，通过逻辑控制，产生EN_OTP信号为高电平，关断内部振荡器，再通过驱动1使MOS管NM2不开通，则不影响BOS2的电位，进而屏蔽掉同步整流信号传输功能，同时通过逻辑控制、驱动2及GATE端关断控制器IC外部电路，完成过温保护功能；当BOS端口的电压BOS2小于电压比较器CMP的负相比较基准Vref时，电压比较器CMP产生过温保护撤销信号OTP＝1，即屏蔽掉过温保护，通过逻辑控制输出脉冲Drive_H以及允许过温保护使能信号EN_OTP＝0，Drive_H和EN_OTP＝0送到振荡器，振荡器产生与Drive_H同步的窄脉冲信号，再通过驱动1产生驱动信号，在窄脉冲时间内，开启MOS管NM2，使BOS端口电压降低，变压器的原边产生负压窄脉冲，通过变压器传送到副边，产生Vpulse电压，从而实现同步整流脉冲信号传输功能，同时通过逻辑控制及驱动2产生的驱动脉冲信号至GATE端。

2.根据权利要求1所述的控制器IC，其特征在于：还包括一低压电源产生、一内部驱动电源、一基准电压；

所述低压电源产生的输入端与所述的VDD端相连，所述低压电源产生的输出端连接基准电压的输入端；

所述基准电压的输出端连接所述电压比较器CMP的负相输入端；

所述内部驱动电源的输入端与所述的VDD端口相连，所述内部驱动电源的输出端连接所述MOS管NM1的栅极。

3.根据权利要求1所述的控制器IC，其特征在于：所述的BOS端外接空心变压器第一输入端，空心变压器的第二输入端接所述VDD，空心变压器的输出端的第一输出端接电阻RES的一端和同步整流控制IC的pulse端口；电阻RES的另一端与空心变压器的第二输出端接在一起并接地，实现所述控制器IC的同步整流信号脉冲传输功能。