专利名称：对带外部编程端子的功率转换器控制器编程的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及功率转换器，具体地但不排他地，涉及用于开关模式功率转换器的控制器。
背景技术：
各种各样的家用或工业装置需要使用经调节的直流(dc )源来进行其运行。开关模式功率转换器是将低频(例如，50Hz或60Hz)的高压ac (交流)输入电压转换为所要求电平的dc (直流)输出电压。各种类型的开关模式功率转换器因为其良好调节的输出、高效率、小尺寸以及安全和保护特征而受欢迎。在用于开关模式功率转换器的控制器中，可使用不同的控制方法一诸如PWM (脉冲宽度调制)、PFM (脉冲频率调制)或开-关控制一来相对于负载和线路变化调节输出电压。
开关模式功率转换器可包括高频变压器，以提供安全隔离以及变换电压电平一通常是变换至较低电压。变压器的输出随后被整流和滤波，以提供待施加至电子设备的经调节的dc输出。开关模式功率转换器中的输出调节通常通过感测输出以及闭环控制功率转换器来提供。输出感测可用变压器芯(transformer core)上的一个额外绕组实现,所述额外绕组诸如是一个偏置绕组、辅助绕组或反馈绕组，它在一些情况下还可为功率转换器控制器提供运行功率。在一些开关模式功率转换器中，反馈或控制信号可由一个来自耦合至DC输出的感测电路的光耦合器提供。在一些其他的开关模式功率转换器中，反馈或控制信号可间接从磁耦合至相同变压器芯上的次级绕组的一个第三绕组获得。反馈或控制信号可用于调制由功率转换器控制器产生的开关波形的占空比，或者可用于改变开关频率，或者通过禁用所述功率转换器控制器产生的开关波形的一些周期来控制DC输出。为了为功率转换器控制器提供特定功能，针对每一个功能，向功率转换器控制器的集成电路添加额外的引脚或电气端子。因此，添加至功率转换器控制器的每一个额外的功能通常转化为功率转换器控制器芯片上的一个额外引脚，这转化为增加的成本和额外的外部部件。为功率转换器控制器提供额外功能性的另一结果是，有时由于提供该额外功能性而大大增加了功率消耗。
发明内容
根据本发明的一方面，提供一种供用于功率转换器中的控制器，该控制器包括控制电路，被耦合以接收代表所述功率转换器的输出的反馈信号，所述控制电路被耦合以响应于所述反馈信号控制所述功率转换器的功率开关的开关(switching)，从而控制从所述功率转换器的输入到所述功率转换器的输出的能量传递；内部编程接口电路，耦合至所述控制电路；耦合转换开关，耦合至所述内部编程接口电路；外部编程端子，通过所述耦合转换开关选择性地耦合至所述内部编程接口电路，其中耦合至所述外部编程端子的外部编程电路在功率转换器的启动编程状况期间和故障状况期间通过所述耦合转换开关耦合至所述内部编程接口电路，其中耦合至所述外部编程端子的外部编程电路在所述功率转换器的正常运行状况期间通过所述耦合转换开关与所述内部编程接口电路断开。根据本发明的另一方面，提供一种控制功率转换器的方法，该方法包括在功率转换器控制器的启动编程状况期间，启用一个通过耦合至一个外部编程电路的所述功率转换器控制器的外部编程端子的编程电流；响应于通过所述功率转换器控制器的外部编程端子的编程电流，选择所述功率转换器控制器的可编程特性，其中所述功率转换器控制器的可编程特性是响应于包括在编程电路中的编程电阻来选择；在所述功率转换器控制器的启动编程状况之后停用通过所述外部编程端子的编程电流，使得在所述功率转换器的正常运行状况期间基本不通过所述外部编程端子消耗功率；以及
在所述功率转换器控制器的故障状况期间，启用和停用通过所述功率转换器控制器的外部编程端子和通过所述外部编程电路应用充电电流，其中由充电电流的应用的启用和停用提供的延迟时间响应于所述编程电路的RC时间常数。
参照下列附图，描述本发明的非限制性、非穷举性实施方案，其中除非另有规定，在所有各个视图中相同的参考数字指代相同的部分。图I是总体示出根据本发明教导的开关模式功率转换器的一个实施例的方框图，该开关模式功率转换器包括一个具有用于编程多个功能的外部引脚的控制器。图2是总体示出根据本发明教导的回扫转换器(flyback converter)功率转换器的一个实施例的示意图，该功率转换器包括一个具有用于编程多个功能的外部编程端子的控制器。图3是总体示出根据本发明教导的回扫转换器功率转换器的另一个实施例的示意图，该功率转换器包括一个具有用于编程多个功能的外部编程端子的控制器。图4A是总体示出根据本发明教导在功率转换器的启动状况期间包含在一个控制器的内部编程接口电路中和一个外部编程电路中的元件的一个实施例的示意图。图4B是总体示出根据本发明教导在功率转换器的故障状况期间包含在一个控制器的内部编程接口电路中和一个外部编程电路中的元件的一个实施例的示意图。图5A示出一个时序图，该时序图示出了在根据本发明教导的一个示例性控制器的外部编程端子处的电压的示例性上升时间。图5B示出一个时序图，该时序图示出了在根据本发明教导的一个示例性控制器的外部编程端子处的电压的示例性下降时间。图5C示出一个时序图，该时序图示出了根据本发明教导在故障状况期间一个示例性功率转换器控制器中的外部编程的延迟的实施例。图6示出一个时序图，该时序图示出了根据本发明教导在一个示例性功率转换器控制器的启动期间对一些可编程特性的编程。
具体实施例方式公开了用于对带有具有多个功能的外部编程端子的功率转换器控制器编程的方法和装置。在下面的描述中，阐述了许多具体细节以提供对本发明的透彻理解。然而，本领域普通技术人员应明了，实施本发明不是必须使用所述具体细节。在另外的实例中，公知的材料或方法未被具体描述，以避免模糊本发明。贯穿本说明书中提到“一个实施方案”、“一实施方案”、“一个实施例”或“一实施例”意指关于该实施方案或该实施例所述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，贯穿本说明书在各个地方出现的短语“在一个实施方案中”、“在一实施方案中”、“一个实施例”或“一实施例”未必都指的是相同的实施方案或实施例。此外，特定的特征、结构或特性可在一个或多个实施方案或实施例中以任何合适的组合和/或子组合结合。特定的特征、结构或特性可被包括在集成电路、电子电路、组合式逻辑电路或者提供所述功能性的其他合适部件中。另外，应意识到，随此提供的附图是出于向本领域普通技术人员进行解释的目的，附图不一定按比例绘制。
如将讨论的，介绍一个带有具有多个功能的单个外部编程端子的功率转换器控制器。在一个实施例中，允许用户使用同一个外部编程端子编程功率转换器控制器的两个或更多个不同的特性。此外，在一个实施例中，耦合至外部编程端子的外部编程电路在功率转换器的正常运行期间与功率转换器控制器断开，以使得在正常运行期间基本不通过外部编程端子消耗功率。根据本发明的教导，除了在正常运行期间节省功率消耗之外，通过重新利用和共享用于功率转换器控制器的两个或更多个可编程功能的共用电路部件，还节省了空间和尺寸。进行例示说明，图I示出总体图解根据本发明教导的功率转换器120的一个实施例的方框图100，该功率转换器包括一个具有用于编程多个功能的外部编程端子180的控制器170。如所描绘的实施例中所示，功率转换器120是开关模式功率转换器，因此包括一个开关160，该开关响应于开关信号165开关，以控制从功率转换器120的输入110到功率转换器120的输出130的能量传递。在该实施例中，控制器170包括一个被耦合以响应于反馈信号145产生开关信号165的控制电路143，所述反馈信号代表功率转换器120的输出130。在一个实施例中，输出感测/反馈电路140被耦合以感测来自输出130的输出信号队80^135来产生反馈信号145。在一个实施例中，控制电路143还被耦合来接收电流感测信号175，该电流感测信号代表经过开关160的电流。根据本发明的教导，在一个实施例中，电流感测175可被控制电路143利用，以在产生开关信号165时为开关160提供限流功倉泛。如图I中描绘的实施例中所示，控制器170还包括耦合至控制电路143的一个内部编程接口电路152以及一个耦合至所述内部编程接口电路152的耦合转换开关(coupling switcher) 154。另外,控制器170还包括一个通过所述稱合转换开关154选择性地耦合至所述内部编程接口电路152的外部编程端子。如该实施例中所示，外部编程电路185耦合至所述外部编程端子180。如将讨论的，外部编程电路185在功率转换器120的例如启动编程状况期间和例如故障状况期间响应于启用信号(activation signal) 156，通过所述耦合转换开关154耦合至所述内部编程接口电路152。在该实施例中，根据本发明的教导，外部编程电路185在功率转换器的正常运行状况期间响应于启用信号156通过耦合转换开关154与内部编程接口电路152断开，使得在功率转换器120的正常运行期间基本不通过外部编程端子180消耗功率。图2是总体示出根据本发明教导的回扫转换器功率转换器200的一个实施例的示意图，该功率转换器包括一个具有用于编程多个功能的外部编程引脚的控制器270。如所描绘的实施例中所示，功率转换器200包括一个能量传递元件220。在所示的实施例中，能量传递元件220是一个包括第一绕组222、第二绕组224和第三绕组234的变压器。第一绕组222耦合至输入Vin 205和开关260。箝位电路210耦合在第一绕组222两端。第二绕组224耦合至一个整流器Dl 225和一个耦合在负载229两端的滤波电容器Cl 226，该负载229被耦合为接收输出电压Vo 228和输出电流Io 227。第三绕组234耦合至整流器235和一个被稱合为提供控制器电源(supply) 238的滤波电容器C2 236。如所例示的实施例中所示，开关260响应于开关信号262被接通和关断，以控制从 输入Vin 205到功率转换器的输出再到负载229的能量传递。由于变压器绕组的方向(由每个绕组上的点标记所示)，第一绕组222在开关260切换至接通态时存储能量，在开关260切换至关断态时释放能量至第二绕组224。箝位电路210限制在关断时在第一绕组两端的开关高振幅振荡。在如所示的dc输出的情况下，整流器Dl 225和滤波器电容Cl 226在负载229两端提供经调节的直流输出Vo 228。在图2中描绘的实施例中，示出了多种反馈选择。例如，可利用副反馈选择240提供反馈以调节在负载229两端的功率转换器输出，其中反馈信号244通过输出感测选择I(242)以副参考电平(地)为参考；或者可通过主反馈选择245提供反馈以调节在负载229两端的功率转换器输出，其中反馈信号246通过输出感测选择2 (247)以主参考电平(地)为参考。在所例示的实施例中，控制器270被示为接收相应的反馈信号254,所述反馈信号254可接收自副反馈选择240或者主反馈选择245。如图2中所示，控制器270接收包括反馈FB 254和电流感测272的输入信号，并且产生为开关信号262的输出，以控制开关260的开关，以及控制从输入Vin 205通过能量传递元件220的能量传递来调节输出电压Vo 228。在所示的实施例中，控制器270通过控制器电源238在正常运行期间接收功率，所述控制器电源由变压器220的第三绕组234通过整流器D2 235和滤波器电容C2 236提供。在图2中所示的实施例中，控制器270还被示为包括控制电路243，该控制电路耦合至一个内部编程接口电路252。如该实施例中所示，外部编程电路285耦合至控制器270的外部编程端子280。在该实施例中，外部编程端子280响应于启用信号276通过一个耦合转换开关274选择性地耦合至内部编程。在运行中，在正常运行期间，耦合转换开关274将外部编程端子280与内部编程接口电路252断开，使得外部编程电路285在正常运行期间相应地断开或浮置，其中通过外部编程端子280基本没有功率消耗。在一个实施例中，在启动时初始化编程期间，或者在开环故障检测期间和在自动重启模式下，外部编程端子280响应于启用信号276通过耦合转换开关274耦合至内部编程接口电路252。图3是总体示出根据本发明教导的回扫转换器功率转换器300的另一个实施例的示意图，该功率转换器包括一个具有用于编程多个功能的外部编程端子380的控制器370。在所示的实施例中，控制器370包括在单个单片或混合集成电路350中与功率开关360集成的外部编程端子380。如所示，功率转换器300包括能量传递元件320，该能量传递元件在该实施例中被示为一个变压器，该变压器包括第一绕组322、第二绕组324和第三绕组334。第一绕组322耦合至开关360的漏极端子D 352。箝位电路310——其在该实施例中是一个RCD箝位——耦合在第一绕组322两端。第一绕组322被耦合以从滤波电容器Cf 307接收经整流的电压Vkect 305，所述滤波电容器通过前端全桥整流器302耦合至输入线路ac电压Vac 301。第二绕组324耦合至一个整流器Dl 325和一个滤波电容器326，以向负载329提供输出电压Vo 327。第三绕组334以主地(参考电位电平)为参考，并且还可通过二极管335、体电容336以及可选的RC滤波器340向供电引脚BP342提供dc电源。在第三绕组334上感应的电压，ac或dc的经整流的电压(在图3的实施例中利用了 ac侧)通过由Rl 338和R2 339组成的电阻分压器向以主地为参考的反馈引脚344提供反馈信号。在例示的实施例中，控制器370接收输入信号FB 344以及电流感测信号372，以产生开关信号362来调节输出，在示出的实施例中通过利用峰值电流PWM控制模式来调节输出，其中输入信号FB 344来自第三绕组365，电流感测信号372代表开关电流365。在一个实施例中，用于开关360的开关频率和用于开关电流365的电流极限都是基于负载水平和反馈信号限定的。如所描绘的实施例中所示，控制器370包括外部编程端子380，所述外部编程端子 响应于启用信号376通过耦合转换开关374耦合至内部编程接口电路375。在一个实施例中，启用信号376在启动期间和/或在故障状况一诸如像开环故障状况一期间被启用。因此，外部编程端子380的一个特征是所述外部编程端子在启动时仅耦合至内部编程接口电路375来执行对控制器的选择特性的编程，诸如像编程电流极限和开关频率。另外，耦合转换开关374在要求某一用户编程的延迟时段的预防性或保护性事件——诸如像开环故障事件一期间被启用，在一个实施例中，所述事件可通过反馈FB信号在一个给定量的时间上从其调节值下降至少10%而被检测到。结果，向每个循环的自动重启间隔施加延长的断路延迟(shutdown delay)。换言之，向各循环的自动重启施加延长的接通时间。在例示的实施例中，耦合至外部编程端子380的外部编程接口电路385具有一个RC时间常数，并且包括电阻Rpd 382和可选的电容Cpd385。在另一实施例中，不包括电容Cpd385，但是外部编程接口电路385具有为外部编程接口电路385的RC时间常数提供电容的寄生电容。在任一情况下，每一个充电至上限阈值的间隔和放电至下限阈值的间隔引入一个为RpdCpd的倍数(m*RPDCPD)的时间段，使得每个从下阈值充电至上阈值以及从上阈值放电回到下阈值的循环限定一个单位的时间延迟。可通过计算在两个阈值之间的充电/放电循环的数目K以离散单元的m*RPDCPD调节总的断路时间延迟。在一个实施例中，当电容器Cpd通过电压源充电时，倍数m的准确性效果在下面的图5A-5C中更详细讨论。具有合理准确性的从下阈值充电至上阈值的每个间隔优选地可通过选择m=2被调节为近似为2*RPDCPD，具有合理准确性的从上阈值放电至下阈值的每个间隔优选也可被调节在2*RpdCpd左右。例如，在Rpd=L 25kQ和CPD=680nF以及上阈值为I. 2V、下阈值为0. 25V的实施例中，如果针对延长的断路延迟的充电/放电事件的数目被选择为K=128，则根据本发明的教导实现约0. 5s的总延迟。图4A是总体示出根据本发明教导在功率转换器的启动状况期间包含在一个控制器的内部编程接口电路400A中和一个外部编程电路485中的元件的一个实施例的示意图。图4B是总体示出根据本发明教导在所述功率转换器的故障状况期间包含在一个控制器的内部编程接口电路400B中和所述外部编程电路485中的元件的一个实施例的示意图。具体地，图4A呈现在控制器特性一诸如电流极限和开关频率一的启动编程期间内部
电路块的互稱合(inter-coupling),而图4B呈现根据本发明教导在故障事件-诸如开
环一期间内部电路块为获得延长的等待(延迟)时间一诸如断路延迟功能性一的互耦合。注意，在图4A和4B中，大部分部件和电路块是共用的，以在不同的非重叠时间间隔被共享用于多个目的。因此，共用的部件和电路块在图4A和4B中用相似的参考数字标示。根据本发明的教导，应意识到，被共享和再利用用于多个不同功能的共用电路元件导致整体节省了空间、尺寸和成本。现在参照图4A中所示的实施例，根据本发明教导，示出了内部编程接口电路400A以及在启动时的初始化期间用于对所述控制器的可编程特性进行编程的部件的简化的互 耦合，所述可编程特性诸如像电流极限或开关频率。如所示，外部编程电路485中的电阻器Rpd 482耦合至外部编程端子480。在一个实施例中，针对控制器的不同的期望可编程特性，由用户从预定的表/矩阵中选择电阻器Rpd 482的值，所述期望可编程特性诸如像电流极限或开关频率。例如，在一个实施例中，有七种不同的限流选择，诸如像可能的最大电流极限的40%、50%、60%、70%、80%、90%以及100%，以及2个开关频率选择,诸如像66kHz和132kHz。因此，在该实施例中，根据本发明的教导，用户限定的外部电阻Rpd 482可从7x2的表/矩阵中的总计14种选择中选择。应意识到，在另外的实施例中，根据本发明的教导，通过相同的引脚，还可对所述控制器的其他特性编程，所述其他特性诸如像电压过高(toown-in)和电压过低(brown-out)阈值、断路类型(例如闭锁或滞后)等。在包括额外的可编程特性的这些实施例中，根据本发明的教导，额外的选择被包含在较大的矩阵中供选择。在图4A示出的实施例中，开关430和420——其在一个实施例中是PMOS开关——具有稱合的栅极。开关431和421的通过电流镜像转换信号(current mirror transitionsignal )414和反相器415的交替的接通/关断状态限定开关430或者开关420被耦合为将另一 PMOS开关上的电流镜像的一个二极管相连(diode connected)的PMOS开关。在启动时的初始化期间，电流镜像转换信号414将开关431闭合并且通过反相器451将开关421断开。结果，PMOS开关430为二极管相连的，将来自VDD母线410的电流435镜像到PMOS开关420，镜像到PMOS开关420的电流被示为电流425。如图4A描绘的实施例中所示,稱合转换开关475包括启动开关472,该启动开关在启动时响应于一个启用信号被启用，以设置所述控制器的可编程特性，诸如像电流极限和开关频率。源自内部基准电源VDD 410到耦合至外部编程端子480的外部编程电路485中的电阻Rpd482的电流435传导通过缓冲器474。如所示，缓冲器474的反相输入耦合至外部编程端子480，缓冲器的同相输入耦合至编程阈值478。在运行中，缓冲器474调节/缓冲所述电流435，直到外部编程端子480处的电压达到编程阈值478，并且在启动期间闭锁在该电平直到编程间隔的末尾。通过电流镜像开关420和430镜像经过电阻Rpd 482的电流435，因此通过可变电流源460匹配所述电流425。在一个实施例中，可变电流源460包括多个开关电流源，所述多个开关电流源包括耦合至多个开关464的多个电流源464，所述多个开关响应于编码器/解码器450而被控制，如所示的。在一个实施例中，多个电流源465可包括增量二进制加权的电流源，使用多个开关464响应于编码器/解码器450选择性地启用这些电流源。如描绘的实施例中所示，可变电流源460包括具有传导通过二极管相连的开关462的电流的基准电流源461，该开关462在一个实施例中是NMOS开关。所述电流通过多个电流源465的多个电流镜像开关被镜像，所述多个电流源465在一个实施例中包括NMOS
开关SI、S2........SN，如所示的。在例示的实施例中，多个电流源465并联耦合以通过
多个开关464接收总电流425，所述多个开关也被标为BI、B2........BN，如由来自编码器
450的信号455控制。接下来使用电流425的值——所述电流425是被镜像的并且等于如编码器/解码器450中所指示的通过用户编程阻抗Rpd 482的电流一来设置所述控制器的可编程特性。在一个实施例中，编码器/解码器450包括N比特移位寄存器等，以选择所述控制器的可编程特性，诸如所述控制器的电流极限和振荡器频率。在一个实施例中，如N比特移位寄存器中所指示的选择的电流极限可随后被耦合至编码器/解码器450的控制电路443用来响应于电流感测467控制开关463的开关。类似地，在一个实施例中，如N比 特移位寄存器中所指示的选择的开关频率可随后被耦合至编码器/解码器450的控制电路443用来控制开关信号466的开关频率，以控制开关463的开关。注意,可被包括在一个不例性外部编程电路485中的电容器CPD484是供用户对一个延长的等待或延迟时间一诸如断路延迟一编程的一个选择，并且根据本发明的教导，对于启动时的控制器特性一诸如电流极限和频率一编程，通过经电阻Rpd 482的dc电流对编程的短间隔具有可忽略的影响。如所述的，图4B示出了根据本发明教导涉及施加可编程的延迟或等待时段的部件的实施例，所述施加可编程的延迟或等待时段诸如是在开环故障检测事件期间对延长的断路延迟编程以及在自动重启模式的每个循环中对开关接通间隔延长编程。在一个实施例中，开环故障检测事件和施加延长的断路延迟可发生在已经完成启动之后的功率转换器的正常运行期间。从而，如上文关于图4A所讨论的在初始化/启动时用于设置可编程特性一诸如电流极限和开关频率一的编程不与在功率转换器中检测到故障同时发生。结果，根据本发明的教导，因此当检测到故障时，可重新利用图4A中用来在启动期间设置功率转换器的可编程特性的方框设计，这节省了空间、尺寸和成本。如可意识到的，注意图4B中所例示的内部编程接口电路400B与图4A的内部编程接口电路400A共享许多相同的部件。如前所述，在正常运行期间，外部编程端子480与内部编程接口电路400B断开，并且没有电流、没有损耗地浮置。相应地，在正常运行期间基本不通过外部编程端子480消耗功率。在图4B例示的实施例中，根据本发明的教导，仅在故障检测——诸如开环故障检测——的情况下，故障开关497才被启用，且通过外部编程端子480消耗功率。在一个实施例中，当检测到故障时，编码器450使用启用信号455启用全部多个开关464，以启用可变电流源460的全部多个电流源462。在该实施例中，电流源461提供来自VDD母线410的电流，该电流传导通过二极管相连的NMOS 462并且通过镜像NMOS开关S1、S2、……、SN被镜像通过多个电流源462。从而，电流425传导通过PMOS开关420。如描绘的实施例中所示，与图4A配置的内部编程接口电路400A相比，现在通过改变电流镜像转换信号414的状态使得开关421关断而开关431接通来改变所述开关420和430的栅极耦合。结果，PMOS开关420现在是二极管相连的，并且将电流425镜像通过PMOS开关430——由电流435示出。如关于图4B将示出的，电流435是根据本发明的教导将被启用和停用的充电电流。如例示的实施例中所示，内部编程接口电路包括定时电路，该定时电路包括置位复位锁存器470。锁存器470的置位端子耦合至比较器471的输出。锁存器470的复位端子耦合至比较器473的输出。比较器471的同相端子耦合至低阈值电压VthL 496。比较器473的反相端子耦合至高阈值电压VthH 498。比较器471的反相端子和比较器473的同相端子被耦合为接收所述外部编程端子480的电压472。计数器404被耦合为对锁存器470的输出信号479进行计数。在一个实施例中，因为外部编程端子480上的电压472的非常低的偏置电压，比较器471的输出变为高并且将锁存器470的输入置位。如所示，来自锁存器470的输出Q的输出信号479将开关476闭合以启用电流435，该电流435对外部编程电路485进行充电。如果用于可编程的延长的延迟的用户可选电容器Cpd 486已被包括在外部编程电路485中与电阻器Rpd 482并联，则电流435——在一个实施例中近似为200 ii A——开始以RC时间常数RpdCpd对Cpd 486充电。在运行中，电流435继续对所述外部编程电路485充电，直到 外部编程端子480处的电压472达到高阈值电压VthH 498。当外部编程端子480处的电压472达到高阈值电压VthH 498时，比较器473将锁存器470复位，这使开关476停用，这使电流435停用，直到电压472达到低阈值电压VthL 496——这导致比较器471将锁存器470置位。在运行中，由计数器404计算施加至外部编程电路的电流435被启用和停用的循环的数目。如下面在图5A-5C中将讨论的，在一个实施例中，用于充电和放电时间段的电流435的启用和停用是近似2RpdCpd。在一个实施例中，近似2RpdCpd的时间段提供合适斜率的充电电压和放电电压，以使得能够进行适度准确的测量。只要比较器471和473接收的外部编程端子480上的电压472小于低阈值电压VthL 496，比较器471的输出信号就将锁存器470置位，锁存器的输出信号Q 479闭合开关476以对外部编程端子480处的外部编程电路485的RpdCpd充电。当外部编程端子480处的充电电压472达到高阈值电压VthH 498时，比较器473的输出信号将锁存器470复位，以拉低输出Q 479并且断开所述开关476——这导致电容器Cpd 486放电直到例如2RpdCpd的持续时间之后，且电压472下降回低阈值电压VthL 496以重新启动充电循环并将电流435的启用和停用的循环重复预定的重复数目K。在一个实施例中，可使用耦合至锁存器479的计数器404计算所述预定数目K。在一个实施例中，RpdCpd=L 25k Q X 0. 68iiF，K=128，总的延长的断路延迟是435ms (即，2x 2x 128xI. 25x 0. 68)。在一个实施例中，还可包括利用外部编程端子480的额外的可选特征，以提供另外的可选的控制或保护特征，诸如远程接通/关断控制或锁存复位。例如，在图4B中描绘了使用比较器490的功率转换器控制器的远程关断控制的实施例，该比较器490的同相输入端子被耦合以接收外部编程端子480处的电压472。在该实施例中，外部编程端子480处的电压472可被外部施加并且与一个远程关断阈值电压494比较，该远程关断阈值电压一在一个实施例中是I. 25V—耦合至比较器490的反相输入端子。在一个实施例中，根据本发明的教导，向外部编程端子480施加高于远程关断阈值494的外部电压，会通过比较器490的输出信号远程关断492远程命令控制器关断。
另外，锁存复位功能——其在一个实施例中可以是功率转换器控制器的快速ac复位一可以通过增加被外部施加至外部编程端子480并且耦合至比较器491的同相输入的电压472来实现。在该实施例中，锁存复位阈值电压495——其在一个实施例中是3. 4V——耦合至比较器492的反相输入。根据本发明的教导，当外部编程端子480处的外部施加的电压472升高到锁存复位阈值电压495以上时，在比较器491的输出处产生一个锁存复位输出信号493。图5A-5C示出根据本发明教导通过外部用户可编程电路部件在开环故障检测的情况下和自动重启模式下使用延长的时间延迟一诸如像断路延迟一的时序图的实施例。注意，在一些实现中，仅固定的最小延迟足够被施加，在一个实施例中该最小延迟是约35ms。在另一实施例中，延长的断路延迟一一诸如在自动重启模式下的延长的开关间隔一可由用户通过外部编程部件施加。在一个实施例中，用户编程的时间延迟是通过计算时间段的编程数目。作为一个实施例，根据本发明的教导，每个时间段都由外部编程电路的充电/放电循环的间隔限定，所述外部编程电路具有根据一个电阻-电容(RpdCpd)的RC时间常数，该时间常数使得用户能够根据应用对期望的延迟编程，所述期望的延迟诸如像 自动重启模式下的断路延迟。关于图5A中示出的实施例，图510示出外部编程电路的充电的一个实施例。在图5B中示出的实施例中，图520示出外部编程电路的放电。在图5A和5B中示出的实施例中，电容器电压被示为关于时间t 517或527在低阈值VthL 514和高阈值VthH 516之间被充电和放电。如所述实施例中所示，电容C通过电阻R的充电/放电特性与通常用RC表示的时间常数具有非线性指数性质充电vch(t)= Vsupply(l-e_t/EC);放电Vdisch(t) = vthHe_t/EC其中“e=2. 718281828”代表自然(N印erian)数，意味着在时间t=RC之后，电容器电压已经升高到最终充电的63%(100%充电vthH-VthL)或者已经下降到最终放电水平的37%(100% 放电:vthH-vthL)。然而，参照图5A中例示的充电和图5B中例示的放电，RpdCpd的充电/放电时间间隔(图5A上的511和图5B上的521)经历相当高的斜率变化。从而，任何小的时间偏差都导致大的电压变化，这会降低小的时间偏差的准确性，导致大的电压变化，这会降低测量的准确性。另一方面，3RpdCpd的充电/放电时间间隔(图5A上的513和图5B上的523)经历非常慢的斜率变化，其中在测量电压时的任何小的偏差都可能导致时间测量的大误差。因此，在一个实施例中，用于充电或放电的2RpdCpd的时间间隔(图5A上的512和图5B上的522)被选择并且导致总的充电间隔加放电间隔为4RpdCpd。应意识到，充电时间是用于充电的电流源的一个因素，而放电时间仅取决于外部电阻Rpd和外部电容Cpd之间的自然放电，所述外部电阻和外部电容被限定用于用户编程。考虑到这个事实，作为用于一些其他应用的一个实施例，针对充电/放电的每个时间单元的测量的另一选择将是通过一个高得多的电流源对电容Cpd充电，该高得多的电流源使得在与自然放电时间相比可忽略的非常短的时间内进行高斜率的线性充电。在后一方法中，时间测量仅取决于外部用户限定的部件。图5C示出在开环故障检测和延长的断路延迟期间开关信号530、反馈信号VFB540以及被标示为VPD电压550的外部编程端子电压的时序图的一个实施例。在开关信号531的正常运作期间，反馈信号540处于经调节的水平541，外部编程端子电压基本处于零552。在一个实施例中，控制器通过反馈信号540在诸如像35ms的一个给定时间段内降至某一阈值以下来检测开环故障状况，所述阈值在一个实施例中是经调节的反馈544的90%。应意识到，在不同的应用中，还可通过不同的信号检测开环或其他故障状况的存在。在开环故障检测532的一个实施例中，控制器应停止开关并且进入自动重启模式。然而，为了避免错误的故障检测和相应的错误断路，如果故障状况保持有效达足够长的持续时间，则证实故障状况。这是通过在初始检测到反馈信号540下降之后首先施加一个固定的内部默认延迟533来保证的，在一个实施例中所述内部默认延迟是35ms。之后，如果用户可选的外部电容Cpd被包括在外部编程电路中，与限流编程电阻Rpd并联，则自动重启模式下的断路延迟将被延长预定数目K的充电/放电循环557 ；2RpdCpd 558充电间隔用于充电电压从低阈值电压VthL 534上升554到高阈值电压VthH 536，2RPDCPD 559放电间隔用于 放电电压从高阈值电压VthH 536下降556到低阈值电压VthL 534。如果在自动重启模式下，在延长的断路延迟结束前，故障状况被去除，则开关将在正常运行中恢复。然而，如果在该延长的时间延迟之后故障状况仍然存在，则开关停止，控制器利用编程的延长的自动重启接通时间在自动重启模式下继续。因此，在一个实施例中，当检测到故障状况时，所述控制器被耦合以引起自动重启模式的重复循环。响应于控制器接收一个断路信号，功率开关的开关停止达一段断路关断间隔，然后功率开关的开关重新开始并且在故障状况期间继续一段重启接通间隔。进行例示说明，在一个实施例中，当检测到故障时，在第一自动重启事件中，控制器停止开关达150ms。然后，控制器开始开关以核实故障状况是否已经去除。如果故障状况仍然存在，则重复自动重启事件。在一个实施例中——其中通过延长的断路延迟存在随后的自动重启事件，一个实施例中的停止开关的每段持续时间将增加至最高达I. 5s。图6示出一个时序图，该时序图示出了根据本发明教导在一个示例性功率转换器控制器的启动期间对一些可编程特性的编程。具体地，图6示出根据本发明教导在启动时的初始化和编程期间、在正常运行期间以及在远程关断或锁存复位启用事件中开关信号630、反馈引脚上的信号VFB 640以及外部编程端子电压VPD 650的示例时序图。在开关开始之前启动时一这发生在时间t4 614之前，无VFB 640信号可从次级输出或从第三绕组接收，用于控制器的电源可例如由一个外部开始电源提供，或者在具有高压功率开关的集成控制器的情况下，启动电源可通过一个来自功率开关的漏极的线性内部调节器，该线性内部调节器对本领域的技术人员来说称为片调整器(tab regulator).当如上文关于图4A解释的启动编程配置在tl 611被启用时，外部编程端子上的电压VPD 650升高至编程阈值652。对于在启动632时的编程持续时间(t2 612至t3 613)，针对电流极限水平和开关频率的编程基于耦合至外部编程端子480的外部编程电路中的用户插入的外部电阻器Rpd 484和内部查找矩阵/表。在于t3 613完成编程之后，开关在t4 614开始，正常运行633开始，反馈信号VFB 640升高到调节水平。图6还示出通过在时间t5 615向外部编程端子480外部施加一个大于或等于远程关断阈值654的电压的一个远程关断事件634，该事件停止开关信号630并且导致反馈信号VFB 640下降。在t6 616 一将远程关断信号634移除,开关信号630就恢复,正常运行636恢复。在另一实施例中，在一个ac锁存时段637之后，开关停止(t7 617至t8 618)，通过在时间t8 618向外部编程端子480外部施加一个大于或等于锁存复位阈值657的电压启用锁存复位信号656，这导致将锁存器复位以开始正常开关638，所述锁存复位阈值657在一个实施例中是3. 4V。对本发明的例示实施例的上述描述——包括在摘要中描述的——不意在是穷举的或者限于所公开的具体形式。尽管出于示例目的在此处描述了本发明的具体实施方案和实施例，但在不偏离本发明的更宽泛主旨和范围的情况下，各种等同修改是可能的。毫无疑问，应理解，特定的示例电压、电流、频率、功率范围值、时间等是出于解释目的而提供的，且根据本发明的教导，在另外的实施方案和实施例中也可使用其他的值。
根据上述详细描述，可对本发明的实施例作出这些修改。随后的权利要求书中使用的术语不应被理解为将本发明限制为说明书和权利要求书中公开的具体实施方案。而是，所述范围完全由下列权利要求确定，所述权利要求应根据权利要求解释的既定原则进行解释。相应地，本说明书和附图应被视为示例性的而非限制性的。
权利要求
1.一种供用于功率转换器中的控制器，包括 控制电路，被耦合以接收代表所述功率转换器的输出的反馈信号，所述控制电路被耦合以响应于所述反馈信号控制所述功率转换器的功率开关的开关，从而控制从所述功率转换器的输入到所述功率转换器的输出的能量传递； 内部编程接口电路，耦合至所述控制电路； 耦合转换开关，耦合至所述内部编程接口电路； 外部编程端子，通过所述耦合转换开关选择性地耦合至所述内部编程接口电路，其中耦合至所述外部编程端子的外部编程电路在功率转换器的启动编程状况期间和故障状况期间通过所述耦合转换开关耦合至所述内部编程接口电路，其中耦合至所述外部编程端子的外部编程电路在所述功率转换器的正常运行状况期间通过所述耦合转换开关与所述内部编程接口电路断开。
2.根据权利要求I所述的控制器，其中当耦合至所述外部编程端子的外部编程电路通过所述耦合转换开关与所述内部编程接口电路断开时，基本不通过所述外部编程端子消耗功率。
3.根据权利要求I所述的控制器，其中所述内部编程接口电路包括一个耦合至所述控制电路的解码器，以在所述功率转换器的启动编程状况期间响应于通过所述外部编程端子的编程电流选择所述控制器的可编程特性。
4.根据权利要求3所述的控制器，其中所述解码器包括一个可变电流源，该可变电流源被耦合以在所述功率转换器的启动编程状况期间产生代表通过所述外部编程端子的编程电流的解码器电流，其中所述控制电路响应于所述解码器电流选择所述控制器的可编程特性。
5.根据权利要求4所述的控制器，其中所述解码器电流响应于包括在耦合至所述外部编程端子的所述外部编程电路中的编程阻抗。
6.根据权利要求4所述的控制器，其中所述可变电流源包括多个开关电流源，以在所述功率转换器的启动编程状况期间产生代表通过所述外部编程端子的编程电流的解码器电流。
7.根据权利要求3所述的控制器，其中所述控制器的可编程特性包括所述控制器的电流极限特性。
8.根据权利要求3所述的控制器，其中所述控制器的可编程特性包括所述功率转换器的开关频率特性。
9.根据权利要求3所述的控制器，其中所述耦合转换开关包括一个启动开关，该启动开关被耦合为在功率转换器的启动编程状况期间被启用以提供所述编程电流。
10.根据权利要求3所述的控制器，其中所述耦合转换开关包括一个编程比较器，该编程比较器耦合至一个编程阈值以在功率转换器的启动编程状况期间响应于所述编程阈值调节通过所述外部编程端子的所述编程电流。
11.根据权利要求I所述的控制器，其中所述内部编程接口电路包括一个定时电路，该定时电路在所述功率转换器的故障状况期间通过所述耦合转换开关耦合至所述外部编程端子。
12.根据权利要求11所述的控制器，其中所述定时电路被耦合以在所述功率转换器的开环故障检测状况期间提供延长的断路延迟的可编程的延迟时间。
13.根据权利要求11所述的控制器，其中所述控制器被耦合以响应于所述故障状况的检测引起自动重启模式的重复循环，其中所述功率开关的开关响应于所述控制器接收一个断路信号而停止一段断路关断间隔，并且在故障状况期间重启和继续一段重启接通间隔。
14.根据权利要求11所述的控制器，其中所述定时电路被耦合以在所述功率转换器的自动重启模式的每个循环中提供开关接通间隔延长的可编程的延迟时间。
15.根据权利要求11所述的控制器，其中所述耦合转换开关包括一个故障开关，该故障开关被耦合为在所述功率转换器的故障状况期间被启用以将所述定时电路耦合至所述外部编程端子。
16.根据权利要求11所述的控制器，其中所述定时电路被耦合以响应于耦合至所述外部编程端子的外部编程电路的RC时间常数提供可编程的延迟。
17.根据权利要求16所述的控制器，其中所述定时电路包括一个置位-复位锁存器，该锁存器被耦合以启用和停用通过所述外部编程端子向所述外部编程电路应用充电电流，以在所述功率转换器的故障状况期间提供可编程的延迟。
18.根据权利要求17所述的控制器，其中所述定时电路进一步包括第一比较器，该第一比较器耦合至一个下阈值和所述外部编程端子，其中所述第一比较器被耦合以导致所述置位-复位锁存器响应于所述外部编程端子处的电压基本等于所述下阈值来启用通过所述外部编程端子将充电电流应用至所述外部编程电路。
19.根据权利要求18所述的控制器，其中所述定时电路进一步包括第二比较器，该第二比较器耦合至一个上阈值和所述外部编程端子，其中所述第二比较器被耦合以导致所述置位-复位锁存器响应于所述外部编程端子处的电压基本等于所述上阈值来停用通过所述外部编程端子将充电电流应用至所述外部编程电路。
20.根据权利要求17所述的控制器，其中所述定时电路被耦合以响应于预定数目的启用和停用通过所述外部编程端子将充电电流应用至所述外部编程电路的循环来提供可编程的延迟。
21.根据权利要求20所述的控制器，其中所述定时电路进一步包括一个计数器，该计数器被耦合以计算所述启用和停用的循环的预定数目来提供所述可编程的延迟。
22.根据权利要求I所述的控制器，进一步包括一个远程关断比较器，该远程关断比较器耦合至一个远程关断阈值和所述外部编程端子，其中所述远程关断比较器被耦合以响应于所述外部编程端子处的电压基本等于所述远程关断阈值来启用所述控制器的远程关断功能。
23.根据权利要求I所述的控制器，进一步包括一个锁存复位比较器，该锁存复位比较器耦合至锁存复位阈值和所述外部编程端子，其中所述锁存复位比较器被耦合以响应于所述外部编程端子处的电压基本等于所述锁存复位阈值来启用所述控制器的锁存复位运行。
24.—种控制功率转换器的方法,包括 在功率转换器控制器的启动编程状况期间，启用一个通过耦合至一个外部编程电路的所述功率转换器控制器的外部编程端子的编程电流； 响应于通过所述功率转换器控制器的外部编程端子的编程电流，选择所述功率转换器控制器的可编程特性，其中所述功率转换器控制器的可编程特性是响应于包括在编程电路中的编程电阻来选择； 在所述功率转换器控制器的启动编程状况之后停用通过所述外部编程端子的编程电流，使得在所述功率转换器的正常运行状况期间基本不通过所述外部编程端子消耗功率；以及 在所述功率转换器控制器的故障状况期间，启用和停用通过所述功率转换器控制器的外部编程端子和通过所述外部编程电路应用充电电流，其中由充电电流的应用的启用和停用提供的延迟时间响应于所述编程电路的RC时间常数。
25.根据权利要求24所述的方法，其中选择所述功率转换器控制器的可编程特性包括选择所述功率转换器控制器的电流极限特性。
26.根据权利要求24所述的方法，其中选择所述功率转换器控制器的可编程特性包括选择所述功率转换器控制器的开关频率特性。
27.根据权利要求24所述的方法，进一步包括在所述功率转换器的开环故障检测状况期间计算启用和停用应用充电电流通过所述功率转换器控制器的外部编程端子和通过所述外部编程电路的循环的预定数目，以提供延长的断路延迟。
28.根据权利要求24所述的方法，进一步包括计算启用和停用应用充电电流通过所述功率转换器控制器的外部编程端子和通过所述外部编程电路的循环的预定数目，以提供功率转换器的自动重启模式的每个循环中的接通时间延长。
29.根据权利要求24所述的方法，其中响应于通过所述功率转换器控制器的外部编程端子的编程电流选择所述功率转换器控制器的可编程特性包括调节所述编程电流，直到所述功率转换器控制器的外部编程端子处的电压达到编程阈值。
30.根据权利要求24所述的方法，进一步包括响应于所述功率转换器控制器的外部编程端子处的电压达到远程关断阈值，启用所述功率转换器控制器的远程关断功能。
31.根据权利要求24所述的方法，进一步包括响应于所述外部编程端子处的电压达到一个交流复位阈值，启用所述功率转换器控制器的锁存复位运行。
全文摘要
公开一种功率转换器控制器。一个示例性控制器包括被耦合以接收代表功率转换器的输出的反馈信号的控制电路。控制电路被耦合以响应于反馈信号来控制功率转换器的功率开关的开关，从而控制从功率转换器的输入到功率转换器的输出的能量传递。一个内部编程接口电路耦合至控制电路。一个耦合转换开关耦合至内部编程接口电路。一个外部编程端子通过耦合转换开关选择性地耦合至内部编程接口电路。耦合至外部编程端子的一个外部编程电路在功率转换器的启动编程状况期间和故障状况期间通过耦合转换开关耦合至内部编程接口电路。耦合至外部编程端子的外部编程电路在功率转换器的正常运行状况期间通过耦合转换开关与所述内部编程接口电路断开。
文档编号H02M1/08GK102832791SQ201210202290
公开日2012年12月19日 申请日期2012年6月15日 优先权日2011年6月15日
发明者S·鲍尔, G·D·张, M·毛 申请人:电力集成公司