具有一个参考引脚的功率转换系统中的编程的制作方法

文档序号:10626397
具有一个参考引脚的功率转换系统中的编程的制作方法
【专利摘要】本发明涉及具有一个参考引脚的功率转换系统中的编程,提供了一种用于在功率转换系统中使用的接口模块包括第一电流电路,所述第一电流电路被耦合以使得编程电流传导通过一个被耦合到所述单个外部编程端子的外部编程电路系统。一个电流比较器被耦合到所述第一电流电路以将代表所述编程电流的电流与内部电流进行比较。一个模式选择电路被耦合到所述电流比较器以响应于所述电流比较器对代表所述编程电流的电流与所述内部电流的比较来生成一个选择信号,以选择多个模式中的一个。第二电流电路被耦合至所述第一电流电路和所述模式选择电路,以响应于所述编程电流和来自所述模式选择电路的所述选择信号生成参考电流。
【专利说明】
具有一个参考引脚的功率转换系统中的编程
技术领域
[0001] 本发明总体上涉及功率转换系统,且具体地但非排他地,涉及用于在功率转换系 统中使用的包括一个参考引脚的接口电路。
【背景技术】
[0002] 通常通过控制器控制功率转换系统的运行,该控制器可以被设计为具有被耦合以 感测从功率转换系统的输入以及输出接收的数据的引脚或端子的集成电路模块。控制器响 应于通过所述引脚或端子感测的数据生成用于功率转换系统的有源元件/部件的控制信号 以调节输出。功率转换系统的普通实施例可以包括开关模式功率转换器,且可以被用在多 种应用(诸如,电池充电器或家用电器)中。
[0003] 用来生成用于功率转换系统的控制信号的控制器的成本可以根据控制电路系统 的复杂度、控制器的内部电路所需的半导体面积以及控制器利用的引脚或端子的数目而变 化。一般而言,当对用于功率转换系统的控制器添加附加功能时,对应的附加引脚或端子被 添加到该控制器的集成电路模块。结果,被添加至功率转换器控制器的每个附加功能通常 转变成功率转换器控制器芯片(chip)上的一个附加引脚,这转变成增加的成本以及附加的 外部部件。向功率转换器控制器提供附加功能的另一个结果是,有时随着功率转换器控制 器的功能的数目增加在控制器的功率消耗中通常有显著增加。
[0004] 最终客户定义多个运行模式的灵活性是功率转换器控制器集成电路中的一个优 点。在某些应用中,不同的运行模式可以包括控制器的输出电压范围、运行频率或任何其他 可调整的特征。通常通过选择被耦合到集成电路的一个"模式定义"端子的特定外部电路系 统或部件来实现最终客户的模式选择,该"模式定义"端子需要向控制器集成电路添加一个 额外的引脚或端子,这转变成额外的成本。
[0005] 在几乎所有模拟受控功率转换器中,都需要精确的参考电流源用于对振荡器电路 中用于内部时钟的定时电容器充电和/或对包含在模拟受控功率转换器中的滤波电路中的 定时电容器充电。控制器的一个专用引脚或端子通常被指定成为在所有运行条件下利用的 精确参考电流提供精确的参考修整。

【发明内容】

[0006] 根据本发明的一方面,提供一种用于在功率转换系统中使用的接口模块,包括:
[0007] 第一电流电路,被耦合至单个外部编程端子,其中所述第一电流电路被耦合以使 得编程电流传导通过一个被耦合到所述单个外部编程端子的外部编程电路系统;
[0008] -个电流比较器,被耦合到所述第一电流电路以将代表所述编程电流的电流与内 部电流进行比较;
[0009] -个模式选择电路,被耦合到所述电流比较器以响应于所述电流比较器对代表所 述编程电流的电流与所述内部电流的比较来生成一个选择信号,以选择多个模式中的一 个;以及
[0010] 第二电流电路,被耦合至所述第一电流电路和所述模式选择电路,以响应于所述 编程电流和来自所述模式选择电路的所述选择信号生成参考电流。
[0011] 根据本发明的又一方面,还提供一种用于编程电路的方法,包括:
[0012] 将编程电流传导通过被耦合至单个外部编程端子的外部编程电路系统;
[0013] 将代表所述编程电流的电流与内部电流进行比较;
[0014] 响应于所述将代表所述编程电流的电流与内部电流进行比较来选择功率转换系 统的多个运行模式中的一个;以及
[0015] 响应于所述编程电流并响应于所述将代表所述编程电流的电流与内部电流进行 比较来生成参考电流。
【附图说明】
[0016] 参考下面的附图描述本发明的非限制性且非穷举性实施方案,其中在所有多个视 图中相同的参考数字指示相同的部分,除非另有指明。
[0017] 图1A是总体上例示根据本发明的教导的通过数据线路耦合到一个功率转换系统 的一个多功能接口模块的一个实施例的方块图。
[0018] 图1B是总体上例示根据本发明的教导的用于与一个功率转换系统一起使用且被 耦合到一个USB端口的一个多功能接口模块的另一个实施例的方块图。
[0019] 图2是例示根据本发明的教导的一个多功能接口模块的一个实施例的内部方块的 方块图。
[0020] 图3是例示根据本发明的教导的一个多功能接口模块的另一个实施例的内部方块 的方块图。
[0021] 图4是例示根据本发明的教导的一个多功能接口模块的一个实施例的示意图。 [0022]在附图的所有若干视图中,对应的参考字符指示对应的部件。本领域技术人员应 理解,图中的元件是为了简化和清楚的目的而例示的,并且未必按比例绘制。例如,图中一 些元件的尺度可以相对于其他元件被夸大,以帮助提高对本发明多种不同实施方案的理 解。此外,为了便于较少妨碍观察本发明这些不同实施方案,在商业可行的实施方案中有用 或必需的常见但是众所周知的元件通常未被示出。
【具体实施方式】
[0023]在下面的描述中,阐明了许多具体细节以提供对本发明的透彻理解。然而,本领域 普通技术人员将明了,不必需采用这些具体细节来实施本发明。在其他情况下,为了避免使 本发明模糊,没有详细描述众所周知的材料或方法。
[0024]在该说明书全文中提到"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实施例描述的具体特征、结构或特性被包括在本发明的至少一 个实施方案中。因此,在该说明书全文中多个地方出现的短语"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"未必全都指相同的实施方案或实施例。再者,所 述具体特征、结构或特性可以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。具体特征、结构或特性可被包括在集成电路、电子电路、组合逻辑电路或提供 所描述的功能的其他合适的部件内。此外,应理解,本文中提供的图是出于向本领域普通技 术人员解释的目的,并且附图未必按比例绘制。
[0025] 在用于功率转换器的各种各样的控制器中,定时电路系统需要精确的振荡器。在 模拟控制器设计中,该精确的振荡器是通过对定时电容器进行充电的非常准确的电流源提 供的。在包括定时振荡器或需要准确的电流源的其他控制方块(block)的集成电路控制器 中,准确的精确电流源被设计在该集成电路内部。在某些混合信号控制器集成电路中,准确 的精确电流源可以是通过向控制器添加修整位(trim bit)实现的,向控制器添加修整位将 消耗更多的晶片面积(die area)且因为最终测试时间增加还将增加成本。
[0026] 为了避免提供修整位的额外努力和成本,一种替代的模拟设计解决方案是向控制 器集成电路添加一个参考引脚(R-引脚),通过用精确的电阻器(例如,±1%容差)加载具有 高准确度(例如,±4%容差)的内部带隙电路,这可以产生非常准确的参考电流。产生的准 确的电流然后可以被镜像以及被利用在例如时钟振荡器、滤波电路等的定时电路系统中。 然而,集成电路的运行将持续地需要此准确的精确参考电流,且该外部参考引脚将保持专 用于在该电路的整个运行期间持续地生成该准确的参考电流。许多系统控制应用需要运行 模式检测的选项,该运行模式检测是由客户通过耦合到一个外部引脚的一个外部电路或部 件所编程的。该集成电路引脚仅被专用于生成精确的参考电流,且因此限制可以在给定的 产品中实施的总体功能设定。
[0027] 如将讨论的,公开了用于采用具有多个功能的外部编程端子对功率转换器控制器 进行编程的方法和设备。在一个实施例中,引入了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。允许用户使用相同的单个外部编程端子对功率转换器控制器的两个 或更多个不同的特性进行编程。此外,在一个实施例中,被耦合至外部编程端子的外部编程 电路系统可以在功率转换器的正常运行期间被再利用以生成准确的参考电流。除了节约正 常运行期间的功率消耗之外,根据本发明的教导还可以通过再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同的电流部件来节约空间以及尺寸。
[0028] 为了例示,图1A是总体上例示根据本发明的教导的通过数据线路125耦合到功率 转换系统120的多功能接口模块140的一个实施例的方块图100。在该实施例中,多功能接口 模块140包括提供精确的参考电流的多功能接口电路系统。如在所描绘的实施例中示出的, 多功能接口模块140被耦合到功率转换系统方块120,该功率转换系统方块包括耦合到输入 电压V辅&的输入端子110且生成输出端子130处的输出电压V输出。作为一个实施例,输入端子 110可以被耦合到直流(DC)网络或低频(例如,50Ηζ-60Ηζ)交流(AC)网络。输出端子130可以 被耦合到任何电气负载或机械负载。输入处的参考接地和输出处的参考接地可以在不同电 平处。功率转换系统方块120在一个实施例中可以是一个功率转换器,诸如,开关模式功率 转换器,其可以包括一个控制器以调节输出电压V細。
[0029] 如在所描绘的实施例中示出的,多功能接口模块140可以通过其数据线路125被耦 合到功率转换系统方块120以与根据本发明的教导的系统通信数据。多功能接口模块140接 收耦合到端子135的供应电压Vm且具有参考接地101。多功能接口模块140可以被接合在参 考输入接地的输入处、被接合在参考输出接地的输出处,或被包括在功率转换系统方块120 的控制器单元内且参考控制器接地。
[0030] 在一个实施例中,多功能接口模块140包括单个外部编程端子142,根据本发明的 教导可以通过该单个外部编程端子编程功率转换系统方块120的多个功能。在该实施例中, 单个外部编程端子142被耦合到外部编程电路145,编程电流144传导通过该外部编程电路。 在一个实施例中,外部编程电路145包括单个部件,诸如,具有一个或多个不同电阻值的电 阻器146,根据本发明的教导所述电阻值可以被选择以提供不同的编程信息。
[0031] 图1B是总体上例示根据本发明的教导的用于与一个功率转换系统一起使用且被 耦合到USB端口 180的多功能接口模块160的另一个实施例的方块图150。在该实施例中,多 功能接口模块160包括提供精确的参考电流的多功能接口电路系统。在一个实施例中,USB 端口 180包括数据端子D+182和数据端子D-183,所述数据端子被耦合到多功能接口模块160 的通信端子171和172。在该实施例中,多功能接口模块160包括被耦合以接收供应电压V#? 的端子175,该供应电压V#?被耦合成从USB端口 180的%細端子181经过跨接滤波电容器174 的耦合电阻器173提供,如示出的。
[0032] 在一个实施例中,多功能接口模块160包括单个外部编程端子162,该单个外部编 程端子被耦合至外部编程电路165,该外部编程电路在一个实施例中可以包括单个部件,诸 如,具有一个或多个不同电阻值的电阻器166,根据本发明的教导所述电阻值可以被选择以 提供不同的编程信息。在一个实施例中,编程电流164传导通过外部编程电路系统165,且被 用来编程该系统的多个功能。多功能接口模块160可以通过端子171和端子172通信到USB端 口 180,根据本发明的教导所述端子被耦合到USB端口 180的数据端子D+182和数据端子D-183。在一个实施例中,多功能接口模块160的接地参考G 161被耦合至外部编程电路系统 165的接地参考151,接地端子151被耦合到USB端口 180的返回连接RTN 184。
[0033]图2是例示根据本发明的教导的用于在功率转换系统中使用的多功能接口模块 240的一个实施例的内部方块的方块图。在一个实施例中,根据本发明的教导,多功能接口 模块240适于通过单个外部编程端子242提供多功能编程,以及生成精确的参考电流237。如 在所描述的实施例中例示的,供应电压V條s被耦合成在参考接地G 201的端子235处被接收。 在一个实施例中,外部编程电路系统245被耦合至单个外部编程端子242,编程电流244传导 通过该单个外部编程端子242。在图2所描绘的实施例中,外部编程电路系统245被例示为简 单的编程电阻器部件246,该编程电阻器部件可以具有选定的电阻值,诸如,lxR或KxR,其中 K是常数倍增系数。在一个实施例中,倍增系数K = 3且R= 12.4k Ω,使得K*R近似等于38.3 (这对于1 %电阻是一个接近的标准电阻值(nearby standard resistance value))。在该 实施例中,根据本发明的教导,用户可以选择电阻器部件246的电阻值以编程定义运行参数 或运行模式的特定功能,诸如,功率转换系统的输出电压范围。
[0034]具体而言,如在所描绘的实施例中示出的,带隙(bandcap)方块215被耦合成从端 子235接收供应电压Vm以生成被施加至编程端子242的准确的带隙电压VBC 218。如所描绘 的实施例中示出的,外部编程电路245,其在一个实施例中包括编程电阻器246,被耦合至编 程端子242以接收准确的带隙电压V BG 218。在该实施例中,编程电路245的编程电阻器246具 有一个严格的容差,使得准确的编程电流244被传导通过编程电阻器246。
[0035]在该实施例中,准确的编程电流244通过第一电流镜220,准确的编程电流244被镜 像以使得与编程电流244大体上相等的电流225经过第二电流镜230。在该实施例中,第一电 流镜220具有1:1电流镜像比,使得经镜像的电流225大体上等于或代表编程电流244。在一 个实施例中,第二电流镜230具有可调整的比率,该可调整的比率可以被选择成K:l,其中K 2 1。在该实施例中,电流比较器260被耦合以在其第一输入端子261上接收电流225,并且将 电流225与耦合至电流比较器260的第二输入端子262的内部电流源IINT 265进行比较。在所 描绘的实施例中,内部电流源Iint 265被耦合以使电流吸收(sink)至接地G 201。在一个实 施例中,应理解,内部电流源Iint 265不是必需是一个准确的高成本电流源,且较低成本未 经调节的电流源可以是足够的。
[0036]在所描绘的实施例中,在比较器260的端子261上接收的电流225是功能或模式/参 数选择电流。根据为了对编程电路245的电阻器246进行编程而选择的电阻值,电流225可以 具有VBG/1 xR或Vbg/KxR的值。响应于对电流2 25与内部的未经调节的电流源265进行比较,电 流比较器260生成信号268,该信号可以是逻辑高或逻辑低。
[0037] 在该实施例中,模式选择器方块270被耦合成接收信号268以响应于信号268来选 择功率转换系统的参数或运行模式。在一个实施例中,一个使能信号或激活信号被耦合成 在端子275处被接收以允许模式选择器方块270选择运行模式。在一个实施例中,在启动或 上电期间,在端子275处接收的该使能信号或激活信号被允许在两个运行模式/参数之间进 行选择,所述运行模式在一个实施例中是模式A或模式B。在一个实施例中,模式A和B对应于 功率转换器输出电压的两个不同范围,诸如例如,5 VDC-12 VDC或5 VDC-20 VDC。因此,在 该实施例中,根据本发明的教导模式选择器方块270响应于信号268来生成比率选择信号 272以在模式A和模式B之间进行选择。在另一个实施例中,应理解,可能有不止两个模式以 供选择,且根据本发明的教导信号268可能具有供模式选择器方块270在生成比率选择信号 272时进行选择的两个以上的不同的值。
[0038] 在一个实施例中,来自模式选择器方块270的比率选择信号272被耦合以被第二电 流镜230接收来控制第二电流镜230的比率选择,该比率选择在一个实施例中是K: 1,其中K
[0039] 在该实施例中,第二电流镜230响应于比率选择信号272生成电流225的具有所选 择的比率K: 1 (其中,K 2 1)的经镜像的电流237。在该实施例中,经镜像的电流237被耦合以 被定时电路(timing circuit)250接收。在该实施例中,经镜像的电流237是准确的、精确的 参考电流且因此是固定的、准确的(accurate)、精确的参考电流(precise reference current)。在一个实施例中,定时电路250可以利用经镜像的电流237来准确地且精确地生 成用于功率转换系统的定时信息,这可以是例如通过对一个内部振荡器、时钟等的定时电 容器进行充电实现的。
[0040] 在该实施例中,应理解,虽然编程电流244有改变--该改变响应于由编程电路 245的电阻器246的电阻值改变造成的运行模式的选择的改变而发生,但在启动时第二电流 镜230比率也相应地被改变以弥补(补偿)编程电流244中的改变且将电流237维持在精确 的、未改变的值处。换句话说,在一个实施例中,电流237对于可以被选择的多个运行模式中 的每一个保持恒定或不改变。例如,当将编程电阻器246的电阻值从lxR变为KxR时,编程电 流244从Vbc/IxR变为Vbc/KxR。然而,同时,当来自模式选择器方块270的比率选择信号272从 模式A变为模式B时,第二电流镜230的所选择的比率同时改变K倍从1:1变为K: 1,这弥补(补 偿)了编程电流244中的改变,且根据本发明的教导无论编程电阻器246是lxR还是KxR,针对 定时电路250将精确的参考电流237维持在未改变的值处。换句话说,根据本发明的教导无 论选择模式A还是模式B,精确的参考电流237保持恒定或未改变。因此,应理解,多功能接口 模块240不仅允许模式A或模式B的编程,而且根据本发明的教导无论选择模式A还是模式B, 多功能接口模块240还提供精确的参考电流237,该精确的参考电流可以由定时电路250使 用。
[0041]图3是例示根据本发明的教导的多功能接口模块340的另一个实施例的内部方块 的方块图。在一个实施例中,根据本发明的教导,多功能接口模块340适于通过单个外部编 程端子342提供多功能编程,并生成精确的参考电流337。如所描绘的实施例中示出的,供应 电压V俾S被耦合以在参考接地G 301的端子335处被接收。类似于图2中所描绘的实施例,图3 中的外部编程电路系统345被耦合至单个外部编程端子342。在所描绘的实施例中,外部编 程电路系统345包括简单的编程电阻器部件346,该简单的编程电阻器部件在一个实施例中 可以具有lxR或KxR的用户选择的电阻值。在一个实施例中,用户选择的电阻值具有严格的 容差(例如,±1%),其中K是不变倍增系数。在一个实施例中,K = 3,R=12.4kQ,且K*R近似 等于37.4(这对于1 %电阻是一个接近的标准电阻值)。如在该实施例中示出的,电流344被 传导通过编程电路系统345的编程电阻器部件346。在该实施例中,根据本发明的教导,耦合 到单个外部编程端子342的、所选择的外部编程电路345和编程电阻器部件346可以由用户 选择以控制电流344,从而编程特定功能或参数,或编程功率转换系统的一个特定运行模 式。
[0042]在所描绘的实施例中,电流镜1320、电流镜2330以及精确的参考电压跟随器380被 耦合到端子335以接收供应电压V供s。如图3中所描绘的实施例中示出的,电流344被传导通 过电流镜1320、电流镜2330以及精确的参考电压跟随器380。在该实施例中,第一电流镜(电 流镜1320)具有1:1的比率以生成与电流344具有相同的值的反射电流325,电流344通过包 括编程电阻器346的用户所选择的外部编程电路345。第二电流镜(电流镜2330)具有K:1的 比率以生成精确的反射电流337,该比率具有响应于比率选择信号372而选择的系数K 2 1。 在一个实施例中,精确的反射电流337被耦合以被定时电路350接收以对内部时钟振荡器的 内部定时电容器进行充电。
[0043]如在所描绘的实施例中示出的,精确的参考电压跟随器380被耦合到单个外部编 程端子342。在一个实施例中,精确的参考电压跟随器380被耦合以生成单个外部编程端子 342处的精确的电压,该精确的电压跟随被耦合以被精确的参考电压跟随器380接收的参考 电压V REF 385的严格的值(tight value)。例如,在一个实施例中,精确的参考电压跟随器 380被耦合以接收来自一个内部带隙电路的参考电压VREF 385。在一个实施例中,不管通过 用户选择的外部编程电路345和编程电阻器346的电流344中可能发生的任何改变如何,单 个外部编程端子342上的精确的电压值保持严格等于或大体上等于参考电压V REF 385。
[0044] 在该实施例中,电流344可以基于外部编程电路345的编程电阻器346的用户选择 的电阻值从VREF/lxR变为Vref/KxR。在一个实施例中,第二电流镜(电流镜2330)具有K: 1的选 择性可调整的电流比,其中K 2 1。在一个实施例中,通过调整第二电流镜(电流镜2330)中所 包括的一个器件的总的硅面积和尺寸以实现期望的比率K:l,可以实施K:1的可调整的电流 比。例如,可以通过响应于由模式选择器方块370响应于来自电流比较器360的信号368所生 成的比率选择信号372选择性地并联耦合多个晶体管或器件中的一个或多个,调整第二电 流镜(电流镜2330)中的该器件的总的硅面积和尺寸,并因此调整电流镜比。
[0045] 如在图3的实施例中示出的,在电流比较器360的第一端子361处接收由具有1:1的 比率的第一电流镜(电流镜1320)生成的经镜像的电流325。电流325响应于外部编程电路 345的用户选择的编程电阻器346而跟随电流344中的改变。电流比较器360将在其第一端子 361处接收的电流325与在其第二端子362处的电流进行比较,其第二端子362被耦合至内部 的未经调节的电流源I?Ντ 365,该内部的未经调节的电流源被耦合至接地301。在一个实施 例中,利用一个低成本的未经调节的电流源提供比较电流。电流比较器360被耦合以生成具 有逻辑高或逻辑低的输出值的信号368,信号368是响应于电流325与内部的未经调节的电 流源Iint 365的比较而生成的。
[0046] 在图3中所例示的实施例中,一个使能信号或激活信号被耦合以在端子375处被模 式选择器方块370接收。在一个实施例中,在端子375处接收的使能信号指示功率转换系统 中的启动条件或上电条件。在该实施例中,模式选择器方块370响应于在端子375处接收使 能信号而被允许在启动期间选择参数或模式(例如,模式Α或模式Β)。具体而言,根据本发明 的教导,一旦在端子375处接收到使能信号,就激活模式选择器方块370以控制比率选择信 号372来选择运行模式。在图3中所例示的简化的实施例中,选择模式A的比率选择信号372 对应于为电流镜2330选择1:1的比率,且选择模式B的比率选择信号372对应于为电流镜2 330选择K: 1的比率。在一个实施例中,K = 3。
[0047] 在一个实施例中,电流镜2330响应于比率选择信号372生成具有所选择的比率的 经镜像的电流337。在该实施例中,该经镜像的电流337被耦合以被定时电路350接收。在该 实施例中,经镜像的电流337是准确的、精确的电流且因此是固定的、准确的、精确的参考电 流。在一个实施例中,定时电路350可以利用经镜像的电流337来准确地且精确地对一个内 部振荡器、时钟等的内部定时电容器充电。
[0048]在该实施例中,应理解,即使当电流344有变化时--该变化例如在使编程电阻器 346的电阻值从KxR(模式Α)变为lxR(模式Β)时发生,电流344从Vref/KxR(模式Α)变为V REF/ lxR(模式B)。然而,同时,当来自模式选择方块370的比率选择信号372从模式A变为模式B 时,第二电流镜330的所选择的比率同时改变K倍从1:1变为K: 1(这弥补了电流344中的变 化),且根据本发明的教导无论编程电阻器346是lxR还是KxR,针对定时电路350将精确的参 考电流337维持在未改变的值处。换句话说,根据本发明的教导无论选择模式A还是模式B, 精确的参考电流337保持未改变。在一个实施例中,精确的参考电流337被耦合以被定时电 路350接收从而对内部振荡器/时钟的内部定时电容器进行充电。因此,应理解,多功能接口 模块340不仅允许模式A或模式B的编程,而且根据本发明的教导无论选择模式A还是模式B, 多功能接口模块340还提供精确的参考电流337,定时电路350可以使用该精确的参考电流。
[0049] 图4是例示根据本发明的教导的多功能接口模块440的一个实施例的示意图。在一 个实施例中,图4中的多功能接口模块440是图3中例示的多功能接口模块340的一个示例实 施方式。在所描绘的实施例中,多功能接口模块440包括电流镜1420,该电流镜1在图4中被 例示为包括部分420A和部分420B。在该实施例中,部分420A包括PM0S晶体管MP3 433,且部 分B包括PM0S晶体管MP6 466。多功能接口模块440还包括电流镜2 430,该电流镜2在图4中 被例示为包括部分430A和部分430B。在该实施例中,部分430A包括PM0S晶体管MP1 431、 PM0S晶体管MP2 432、PM0S晶体管MP3 433以及PM0S晶体管MP4 434,同时部分430B包括PM0S 晶体管MP8 438。
[0050] 如在图4中所描绘的实施例中示出的,在端子435处接收的供应电压V條s被施加至 PM0S晶体管MP3 433。在所描绘的实施例中,晶体管MP3 433是二极管,该二极管被连接以将 传导通过晶体管MP3 433的电流镜像或反射到被耦合至该晶体管MP3的其他器件,诸如,电 流镜1 420的部分420B的晶体管MP6 466以及电流镜2 430的部分430B的晶体管MP8 438,如 示出的。在所描绘的实施例中,可以通过选择性地并联耦合或去耦合与PMOS晶体管MP3 433 并联耦合的第二器件,将通过连接二极管的PMOS晶体管MP3 433镜像或反射的电流选择性 地调整多达K倍以上。例如,可以响应于信号472A和信号472B将电流镜2 430的部分430A的 PMOS晶体管MP1 431与PMOS晶体管MP3 433选择性地并联耦合或去耦合。PMOS晶体管MP1 431的尺寸和电流容量是PMOS晶体管MP3 433的(K-1)倍。因此,PMOS晶体管MP3 433和PMOS 晶体管MP1 431的并联组合的总组合尺寸和电流容量导致是PMOS晶体管MP3 433K倍的电流 镜像比。在一个实施例中,K = 3且K-1 = 2。
[00511电流镜2 430中的比率缩放晶体管MP1 431的激活和去激活是通过借助晶体管PM2 432上拉(pull up)晶体管MP1 431的栅极来断开晶体管MP1 431或通过借助晶体管MP4 434 下拉(pull down)晶体管MP1 431的栅极来接通晶体管MP1 431。在所描绘的实施例中,通过 借助晶体管MP2 432来断开晶体管MP1 431,模式A被选择且电流镜2 430的比率是1:1。通过 借助晶体管MP4 434来接通晶体管MP1 431,模式B被选择且电流镜2 430的比率是K:l,其中 Κ>10
[0052]通过模式选择方块470生成用于借助晶体管ΜΡ2 432进行栅极上拉的激活信号 472Α和用于借助晶体管MP4 434进行栅极下拉的激活信号472Β。在所描绘的实施例中,使用 一个锁存器或触发器来实施模式选择方块470。在图4的实施例中,示出一个SR锁存器,该SR 锁存器包括激活之后锁存的两个交叉耦合的N0R门471和473,所述N0R门在。如示出的,两个 N0R门471和473被交叉耦合,使得N0R1门471的第一输入471A被耦合到N0R2门473的输出 473C,且N0R2门473的第一输入473A被耦合到N0R1门471的输出471GN0R2门473的第二输入 473B在上电期间通过反相器476从上电电路系统接收在模式选择方块的设定端子S 475处 的使能信号或上电信号。应理解,在其他实施例中,根据本发明的教导,该设定信号可以是 从功率转换系统的任何其他合适的功能方块接收的。模式选择方块470的重置端子R 468上 的重置信号468是从电流补偿器方块460接收的。在所描绘的实施例中,如示出的,电流补偿 器方块460包括节点463、PM0S晶体管MP7 467以及偏置电流源I龌469。在一个实施例中,根 据本发明的教导,针对模式A选择的逻辑低第一输出信号0472A以及针对模式B选择的逻辑 低第二输出信号Q 472B从模式选择方块470输出,且被耦合以分别被PM0S晶体管MP2 432和 PM0S晶体管MP4 434接收,以选择用于电流镜2 430的比率(例如,1:1或K: 1)。因此,根据本 发明的教导,模式选择电路470的第一输出信号0472A和第二输出信号Q 472B可以被认为 模式选择电流470的被用来选择电流镜2 430的电流镜比(current mirror ratio)的选择 信号输出。
[0053]在图4中示出的实施例中,电流镜1 420具有1:1的镜比。如先前所提及的,电流镜1 420包括:部分420A,其包括连接二极管的PM0S晶体管MP3 433,具有lx的尺寸;以及部分 420B,其包括PM0S晶体管MP6 466,也具有lx的尺寸。在该实施例中,电流镜2 430具有1:1或 K: 1 (其中K 2 1)的可选择的镜比,且包括:部分430B,其具有晶体管MP8 438,具有lx的尺寸; 以及部分430A,其具有通过具有lx的尺寸的晶体管MP3 433和具有(K-l)x的尺寸的晶体管 MP1 431的可选择的并联组合来实施的可调整的尺寸。通过信号472A和信号472B从模式选 择方块470接收用于激活晶体管MP1 431的并联连接的命令。如提及的,信号472A和信号 472B激活上拉晶体管MP2 432以断开MP1 431或激活栅极下拉晶体管MP4 434以接通MP1 431 〇
[0054]从供应电压%赃通过电流镜2 430的部分430A并通过精确的参考电压跟随器方块 480的电流444被传递到多功能接口模块440的单个外部编程端子442。在一个实施例中,精 确的参考电压跟随器方块480被耦合以接收参考电压V REF 485,从而将外部编程端子442处 的电压设定为Vref。包括用户选择的编程电阻器446的外部编程电路445被耦合至单个外部 编程端子442,以接收参考电压V REF并传导电流444。在一个实施例中,电流444是基于用户选 择的编程电阻器446,该用户选择的编程电阻器具有lxR或KxR的用户选择的电阻值。这样, 电流444可以是V REF/(lxR)或Vref/(KxR),其可以被用来选择1:1或K: 1的电流镜2 430A比率。 在其他实施方案中,应理解,根据本发明的教导,可以从不止两个选项选择编程电阻器446 来为电流镜2430选择两个以上的不同的比率。
[0055]如所描绘的实施例中示出的,精确的参考电压跟随器方块480包括运算放大器 483,该运算放大器具有被耦合以接收精确的参考电压VREF485的非反相输入481。运算放大 器483的反相输入482被耦合以接收单个外部编程端子442上的电压,以保持单个外部编程 端子442上的电压几乎等于在运算放大器483的非反相输入481处接收的精确的电压参考 Vref 485。运算放大器483的输出484被耦合以被双极型晶体管486的基极接收,根据本发明 的教导,该双极型晶体管传导电流444,电流444经电流镜2430的部分430A从供应电压%脑端 子435传递到外部编程电路系统445的被耦合到单个外部编程端子442的用户选择的编程电 阻器446。
[0056] 具有1:1比率的电流镜1420将电流444中的由于用户选择的编程电阻器446引起的 任何电流改变镜像至经镜像的电流425,该经镜像的电流通过晶体管MP6 466被传导至电流 比较器460的节点463。电流比较器460将来自PM0S晶体管MP6 466的经镜像的电流425与内 部的未经调节的电流源IINT 465进行比较。
[0057] 如果通过晶体管MP6 466的经镜像的电流425大于电流源IINT 465的电流,则电流 Iint 465被吸收到接地401,且PM0S晶体管MP7 467的栅极463被拉高且因此MP7 467保持断 开。结果,模式选择方块470的被耦合到N0R1门471的第一输入471Β的端子R被拉低。N0R1门 471的从N0R2门473的输出473C接收的第二输入471Α也是低的,且N0R1门471的输出471C处 的信号0472Α变为高,这进而将N0R2门473的输出473C处的信号Q 472Β锁存在低处。结果, 在信号0472Α被锁存在高且信号Q 472Β被锁存在低的情况下,PM0S晶体管ΜΡ2 432被断开, 且PM0S晶体管MP4 434被接通。在PM0S晶体管MP4 434被接通的情况下,PM0S晶体管ΜΡ1 431 的栅极被拉低,这接通了与PM0S晶体管MP3 433并联的PM0S晶体管ΜΡ1 431,模式Β被选择且 第二电流镜(电流镜2 430)的比率因此是Κ: 1,原因是PM0S晶体管ΜΡ1 431和PM0S晶体管MP3 433的电流444的组合的电流流量是仅仅PM0S晶体管MP3 433的电流流量的Κ倍。电流444然 后通过PM0S晶体管ΜΡ8 438被镜像以生成电流437。在一个实施例中,根据本发明的教导,电 流437是可以被定时电路接收作为精确的参考电流以生成准确的振荡信号或时钟信号的精 确的电流。在一个实施例中,应理解,由于为编程电阻器446所选择的Κ倍较低电阻值,用于 电流镜2 430的增加的电流比率弥补(补偿)通过编程电阻器446的增加的电流444,且根据 本发明的教导通过定时电路接收以例如对用于内部时钟振荡器的定时电容器充电的精确 的参考电流437保持精确地固定。
[0058] 如果通过晶体管MP6 466的经镜像的电流425小于电流源IINT 465的电流,(在一个 实施例中,相较于电流源465ΙΙΝΤ = 20μΑ,经镜像的电流425可以是30μΑ或ΙΟμΑ),则PM0S晶体 管ΜΡ7 467的栅极通过电流源ΙΙΝΤ 465被拉低,且PM0S晶体管ΜΡ7 467接通以使电流1備469 吸收至接地。Ρ沟道晶体管ΜΡ7 467因此将模式选择方块470的端子R468上拉至高。这导致 N0R1门471的输出471C处的信」,」·?^472Α变为低,这进而将N0R2门473的输出473C处的信号Q 472Β锁存在高处。结果,在信号&472Α被锁存在低且信号Q 472Β被锁存在高的情况下,PM0S 晶体管ΜΡ2 432被接通,且PM0S晶体管MP4 434被断开。在PM0S晶体管ΜΡ2 432被接通的情况 下,PM0S晶体管ΜΡ1 431的栅极被拉高,这使得PM0S晶体管ΜΡ1 431断开。结果,模式Α被选择 且第二电流镜2 430的比率因此是1:1,原因是由于PM0S晶体管MP1 431被断开造成全部电 流444被传导通过PM0S晶体管MP3 433。
[0059] 在一个数值实施例中K = 3,R=12.4kQ,通过晶体管MP6 466的电流是30yA,K*R近 似等于38.3 (这对于1 %电阻是一个接近的标准电阻值),晶体管MP6 466中的电流是ΙΟμΑ, 且IΙΝΤ = 20μΑ,其中IΙΝΤ 465不需要是昂贵的、精确的经调节的电流源。在包括多功能接口模 块440并连同功率转换系统用于例如蜂窝电话充电器的一个示例应用中,lxR选择导致选择 模式B,模式B可以定义5VDC-12VDC的充电器输出电压范围,且用户定义的KxR选择导致选择 模式A,模式A可以定义5VDC-20VDC的输出电压范围。在一个实施例中,如由信号:^472A和信 号Q 472B指示的所选择的模式可以通过例如数据线路125被通信至功率转换系统,如例如 图1A中所例示的。在另一个实施例中,由信号0472A和信号Q 472B指示的所选择的模式可 以通过例如USB端口 180的数据端子D+182和D-183被通信至功率转换系统,如例如图1B中所 例示的。当然应理解,图1A的实施例和图1B的实施例仅是两个实施例,且根据本发明的教导 所选择的模式可以通过其他合适的通信被通信至功率转换系统。还注意到,尽管出于解释 目的上文所描述的实施例仅在两个模式A或B之间选择,且在其他实施例中,根据本发明的 教导可以选择两个以上的不同的模式。
[0060] 对本发明的所例示的实施例的以上描述,包括摘要中描述的内容,并不旨在是穷 举性的或是对所公开的确切形式进行限制。尽管出于例示目的在本文中描述了本发明的具 体实施方案和实施例,但是在不偏离本发明的较宽泛的精神和范围的前提下,多种等同改 型是可能的。实际上,应理解,具体的示例电压、电流、频率、功率范围值、时间等被提供是出 于解释目的,且根据本发明的教导,在其它实施方案和实施例中也可以使用其他值。
[0061] 根据上文详细的描述可以对本发明的实施例作出这些改型。在下面的权利要求中 使用的术语不应该解释为将本发明限制于说明书和权利要求中公开的具体实施方案。相 反,应完全通过下面的权利要求来确定本发明的范围,权利要求将按照权利要求解释的既 定原则来理解。因此,本说明书和附图应被认为是例示性的而非限制性的。
【主权项】
1. 一种用于在功率转换系统中使用的接口模块,包括: 第一电流电路,被耦合至单个外部编程端子,其中所述第一电流电路被耦合以使得编 程电流传导通过一个被耦合到所述单个外部编程端子的外部编程电路系统; 一个电流比较器,被耦合到所述第一电流电路以将代表所述编程电流的电流与内部电 流进行比较; 一个模式选择电路,被耦合到所述电流比较器以响应于所述电流比较器对代表所述编 程电流的电流与所述内部电流的比较来生成一个选择信号,以选择多个模式中的一个;以 及 第二电流电路,被耦合至所述第一电流电路和所述模式选择电路,以响应于所述编程 电流和来自所述模式选择电路的所述选择信号生成参考电流。2. 根据权利要求1所述的接口模块,其中所述参考电流是被耦合成被一个定时电路接 收以生成功率转换系统定时信息的精确的参考电流。3. 根据权利要求1所述的接口模块,其中所述第二电流电路包括一个可调整的电流镜 电路,所述可调整的电流镜电路具有被耦合成响应于所述选择信号而被调整的电流镜比。4. 根据权利要求3所述的接口模块,其中所述可调整的电流镜电路包括并联耦合的多 个器件,其中所述电流镜比被耦合成响应于所述选择信号、通过响应于所述选择信号选择 性地耦合所述多个器件中的一个或多个而被调整。5. 根据权利要求1所述的接口模块,其中所述第一电流电路包括第一电流镜电路,其中 所述第一电流镜电路被耦合以响应于通过所述外部编程电路系统的编程电流来生成代表 所述编程电流的电流。6. 根据权利要求1所述的接口模块,其中代表所述编程电流的电流大体上等于所述编 程电流。7. 根据权利要求1所述的接口模块,其中所述模式选择电路被耦合以接收一个使能信 号,其中所述模式选择电路还被耦合成响应于所述使能信号生成所述选择信号。8. 根据权利要求7所述的接口模块,其中所述模式选择电路包括一个锁存器,该锁存器 具有一个设定端子,所述设定端子被耦合以通过所述锁存器的一个设定端子接收所述使能 信号,其中所述锁存器包括一个被耦合至所述电流比较器的重置端子,且其中所述选择信 号是通过所述锁存器的一个输出生成的。9. 根据权利要求1所述的接口模块,其中被耦合到所述单个外部编程端子的所述外部 编程电路系统是在两个或更多个值之间可选择的,每个值选择所述多个模式中的一个。10. 根据权利要求9所述的接口模块,其中所述外部编程电路系统包括一个被耦合至所 述单个外部编程端子的电阻器,其中所述编程电流将被传导通过所述电阻器。11. 根据权利要求1所述的接口模块,还包括一个参考电压跟随器电路,所述参考电压 跟随器电路被耦合至所述单个外部编程端子以在所述单个外部编程端子处提供一个参考 电压。12. 根据权利要求1所述的接口模块,还包括一个内部的未经调节的电流源,所述内部 的未经调节的电流源被耦合以生成被耦合至所述电流比较器的所述内部电流。13. 根据权利要求1所述的接口模块,其中对于被所述模式选择电路选择的所述多个模 式中的每一个,所述参考电流保持未改变。14. 一种用于编程电路的方法,包括: 将编程电流传导通过被耦合至单个外部编程端子的外部编程电路系统; 将代表所述编程电流的电流与内部电流进行比较; 响应于所述将代表所述编程电流的电流与内部电流进行比较来选择功率转换系统的 多个运行模式中的一个;以及 响应于所述编程电流并响应于所述将代表所述编程电流的电流与内部电流进行比较 来生成参考电流。15. 根据权利要求14所述的方法,还包括采用一个被耦合以接收所述参考电流的定时 电路,响应于所述参考电流生成功率转换系统定时信息。16. 根据权利要求14所述的方法,其中所述生成所述参考电流包括响应于所述将代表 所述编程电流的电流与内部电流进行比较来调整可调整的电流镜电路的电流镜比。17. 根据权利要求16所述的方法,其中所述调整可调整的电流镜电路的电流镜比包括 响应于所述将代表所述编程电流的电流与内部电流进行比较,选择性地耦合所述可调整的 电流镜电路中包含的多个器件中的一个或多个。18. 根据权利要求16所述的方法,其中对于被所述模式选择电路选择的所述多个模式 中的每一个,所述调整可调整的电流镜电路的电流镜比将所述参考电流维持在未改变的精 确的值处。19. 根据权利要求14所述的方法,还包括采用第一电流镜电路镜像所述编程电流,以生 成代表所述编程电流的电流,其中所述编程电流大体上等于代表所述编程电流的电流。20. 根据权利要求14所述的方法,还包括响应于接收到一个使能信号和所述选择功率 转换系统的多个运行模式中的一个,锁存所述多个模式中所选择的一个。21. 根据权利要求14所述的方法,还包括选择所述外部编程电路系统中包含的一个电 阻器的电阻值,以设定所述编程电路。
【文档编号】H02M1/00GK105991001SQ201610158237
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年3月18日
【发明人】S·鲍尔勒, E·E·邓
【申请人】电力集成公司
再多了解一些
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