专利名称：脉冲宽度调制控制器及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种电路设计技术，尤其涉及一种脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation; PWM)电路控制技术及其应用。 背景技木
脉冲宽度调制控制器常应用于切换式电压调节器(switching regulator)技术中。图1 为常规应用脉冲宽度调制控制器来控制切换式电压调节器(switching regulator) 10的电路 示意图。脉冲宽度调制控制器18将多个开关控制信号供应到高位侧晶体管12和低位侧 晶体管14。通过调整开关控制信号来控制高位侧晶体管12和低位侧晶体管14的接通与 切断，可进而控制使输入电压V^转换成稳定输出电压V。ut的装置。
图1展示的切换式电压调节器IO包括串联在输入电压Vin与接地电压GND之间的 高位侧晶体管12和低位侧晶体管14。开关控制信号包括UGATE信号，可控制高位侧 晶体管12的切断或接通，和LGATE信号，用来控制低位侧晶体管14的切断或接通。 高、低位侧晶体管的相接点110耦合到输出级112。输出级112包括由电容L和电感C 组成的低通滤波电路和负载电路RL，其中负载电路RL便是由切换式电压调节器10的输
出电压V。ut所驱动。
脉冲宽度调制控制器18如果在芯片上实现，那么在应用上通常需具多种功能，如 过电流保护功能、欠压锁定(Under Voltage Lockout; UVLO)、启用/禁用控制等。过电流 保护用以检测流经所述高位侧晶体管12或低位侧晶体管14的电流，当电流高于过电流 阈值时，停止所述脉冲宽度调制控制芯片的运作，以保护所述切换式电压调节器的组件 不受过大电流损坏。欠压锁定是当输入电压ViJ氏于阈值时，将脉冲宽度调制控制器18 暂时锁定， 一方面可降低静态的电源消耗， 一方面提高输出电压V。ut的可靠度。启用/ 禁用信号可用来启动/停止所述脉冲宽度调制控制芯片的运作。此外另需其它功能，如电 源感测功能等，用来检测所述切换式电压调节器的输入电压Vin。当所述输入电压高于 阈值时，使所述脉冲宽度调制控制芯片的准备运作，以縮短启动所述切换式电压调节器 所需的时间。
然而在一般芯片设计的实践上，皆要求以较少接脚的封装方式实现芯片。因此，如 何在不影响既有的功能情况下，实现所述多项功能，又不增加所述脉冲宽度调制控制芯片的接脚数，是设计所述脉冲宽度调制控制芯片的重要课题。
发明内容
本发明的脉冲宽度调制控制器的一实施例包括封锁保护装置、电源感测装置和启用 装置。封锁保护装置检测所述脉冲宽度调制控制器的第一端点电和第二端点的电压，当 所述第一端点电压平移第一压差后低于所述第二端点的电压时，暂停所述脉冲宽度调制 控制器，以达欠压锁定或过电流保护的功能。电源感测装置检测所述第一端点的电压， 并与电源参考电压进行比较。当所述第一端点的电压平移所述第一压差后大于所述电源 参考电压时，判断为所述脉冲控制信号接收到所需电源。启用装置检测所述第二端点的 电压，并与启用参考电压进行比较。当所述第二端点的电压低于所述启用参考电压时， 禁用所述脉冲宽度调制控制器。
本发明的脉冲频率调制控制器控制方法的实施例包含撷取脉冲宽度调制控制器的 第一端点和第二端点的电压。设定第一电压，其中所述第一电压为所述第一端点的电压 平移第一压差。比较所述第一电压与所述第二端点的电压，在所述第一电压低于所述第 二端点的电压时，暂停所述脉冲宽度调制控制器。比较所述第一电压与电源参考信号， 在所述第一电压高于所述电源参考电压时，判断所述脉冲宽度调制器接收到所需电源。 比较所述第二端点的电压与启用参考电压，在所述第二端点的电压低于所述启用参考电 压值时禁用所述脉冲宽度调制控制器。
本发明的脉冲宽度调制控制器的另一实施例仅包含八个接脚，分别为反馈接脚、启 用接脚、电源接脚、接地接脚、低位侧开关控制接脚、升压接脚、相位接脚和高位侧开 关控制接脚。所述脉冲宽度调制控制器利用所述相位接脚撷取第一端点的电压，并利用 上述启用接脚撷取所述第二端点的电压。所述脉冲宽度调制控制器根据所述第一端点和 所述第二端点的电压产生封锁保护信号、电源感测信号和禁用信号。所述脉冲宽度调制 控制器进一步依据所述封锁保护信号、电源感测信号、禁用信号、反馈接脚的信号来产 生高位侧开关控制信号和低位侧开关组件控制信号，可分别用来控制切换式电压调节器 的高位侧开关组件和低位侧开关组件。
图1展示应用常规脉冲宽度调制控制器来控制切换式电压调节器的示意图； 图2展示应用本发明的脉冲宽度调制控制器的实施例的方框图； 图3展示封锁保护装置与第一端点电压和第二端点电压V^的连接方式； 图4展示封锁保护装置与第一端点电压和第二端点电压VEN的另一连接方式；图5展示以八接脚封装方式买施脉冲宽度控制器的范例。
具体实施例方式
图2展示应用本发明的脉冲宽度调制控制器206的实施例的方框图。在本发明的优 选实施例中，脉冲宽度调制控制器206可用以控制切换式电压调节器20。切换式电压调 节器20包括一对上下串联的高位侧开关组件202和低位侧开关组件204。高、低位侧开 关组件202、 204的相接点214与一输出级216耦合。通过脉冲宽度调制控制器206交 互切换所述高、低位侧开关组件202、 204，可将输入电压Vin转换成稳定输出电压V。ul-。
封锁保护装置208的功能之一为欠压锁定。欠压锁定的用意为当输入电压V,n低到 无法使脉冲宽度调制控制器206内部组件正常工作时，便使内部组件的运作暂停，以避 免产生非预期的输出结果。在本发明的实施例中，封锁保护装置208检测脉冲宽度调制 控制器206的第一端点LX的电压Vuc，并将此第一端点LX的电压VLx平移第一压差 V,。如果所述第一端点电压V^平移所述第一压差Vi后低于脉冲宽度调制控制器206 的第二端点EN/OCSET的电压VEN,那么封锁保护装置208送出封锁保护信号 UVLO/OC，使所述脉冲宽度调制控制器206的工作暂停，以避免不恰当的输出影响后 级的电路工作。在本发明的其它实施例中，第一压差V,可为根据第一电流源的电流L 流经第一电阻R,所得的跨压而定，g卩，第一电流源^的电流方向可为流向第一端点LX 或流出第一端点LX，视当时电路操作状况而定。图3展示封锁保护装置208与第一端 点电压Vu、第一电流源L、第一电阻Ri和第二端点的电压Ven的逢接方式。在本发明 的其它实施例中，第二端点的电压VEN可由第二电流源I0CSET流经过电流设定电阻RSET 所造成的跨压而成。图4展示封锁保护装置208与第一端点电压VLX、第一电流源Ii、
第一电阻Ri、第二电流源I0CSET、过电流设定电阻RSET和第二端点的电压Ven的連接方式。
封锁保护装置208还有过电流保护的功能。当检测到流经所述高位侧开关组件202 或低位侧开关组件204的电流过大时，封锁保护装置208暂停所述脉冲宽度调制控制器 206，以保护高位侧开关组件202或低位侧开关组件204不因过大的电流而损坏。在本 发明的实施例中，检测过电流的方法恰好与欠压锁定的方法相似。即，撷取所述脉冲宽 度调制控制器206的第一端点LX的电压VLX，并将此第一端点LX的电压Vlx平移第 一压差V,。如果此第一端点LX的电压Vu平移第一压差Vi后的电压小于第二端点的 电压VEN，那么暂停所述脉冲宽度调制控制器。
脉冲宽度调制控制器206进一步包括启用装置212，可用以检测所述脉冲宽度调制控制器的第二端点的电压VEN，以控制所述脉冲宽度调制控制器206的启用或禁用状态。 在本发明的一实施例中，所述启用装置212比较所述第二端点的电压V^和启用参考电
压V^ef的大小。当所述第二端点的电压VEN小于所述启用参考电压Venref时，所述启用
装置212送出禁用信号DIS，以代表禁用所述脉冲宽度调制控制器206。
本发明的脉冲宽度调制器206进一步包括电源感测装置210。所述电源感测装置210 检测所述第一端点电压V^平移所述第一压差Vi的电压，并与电源参考电压V^ef进行 比较。如果所述第一端点电压Vu平移所述第一压差的电压Vi大于所述电源参考电压 Vinnrf，那么所述电源感测装置210判断所述脉冲宽度调制器206接收到所需电源。在本 发明的一实施例中，当启用装置212停止送出禁用信号DIS时，不一定代表脉冲宽度调 制控制器的内部电路完全开始动作。需待第一端点LX的电压V^平移所述第一压差Vj 大过于电源参考电压Viwf后，才代表脉冲宽度调制控制器接受到所需电源。
在本发明的优选实施例中，脉冲宽度调制控制器为一个以八个接脚封装的芯片。图 5展示以八接脚封装方式实施一脉冲宽度控制器的范例。此八接脚分别为升压接脚 (BOOT接脚)、高位侧开关组件控制接脚(UGATE接脚)、相位接脚(LX接脚)、电源接脚 (PVCC接脚)、低位侧开关组件控制接脚(LGATE接脚)、接地接脚(PGND接脚)、启用接 脚(EN/OCSET)接脚以及反馈接脚(FB接脚)。其中BOOT接脚、UGATE接脚和LX接脚 与控制高位侧开关组件502有关；PVCC接脚、LGATE接脚和PGND接脚与控制低位 侧开关组件504有关。EN/OCSET接脚为提供启用/过电流量设定等功能所需电气信息的 接脚。EN/OCSET接脚与过电流设定电阻RsET和启用控制开关508耦合。在本发明的实 施例中，启用控制开关可由开放漏极(open-dmin)配置的晶体管实现。当启用控制开关508 被设定为接通，即DISABLE接点为高逻辑电平时，EN/OCSET接脚的电压VEN为接地 电压。当启用控制开关508被设定为切断，即DISABLE接点为低逻辑电平时，EN/OCSET
接脚的电压V^值为电流源IocsET的电流值乘以过电流设定电阻RSET的阻值。BOOT接
脚通过电容Cbs和二极管D,耦合到第一电源Vec，用以提供缓冲器510的高位供应电压 (s叩ply voltage)。 LX接脚连接到缓冲器510的低位供应电压。缓冲器510的输出连接到 UGATE接脚，用以控制高位侧开关组件502。 PVCC接脚连接到所述第一电源VC(;，用 以提供缓冲器512的高位供应电压。PGND接脚连接到缓冲器512的低位供应电压，缓 冲器512的输出连接到LGATE接脚，用以控制低位侧开关组件504。输出级514的输出 电压V。ut经电阻Ri、 R2分压后，馈回脉冲宽度调制控制器506的FB接脚。脉冲宽度调 制控制器506还包括封锁保护装置、电源感测装置和启用装置，分别以三个比较器516、 518和520实施。比较器516比较LX接脚的电压平移第一压差和EN/OCSET接脚的电压差。其中第一压差V,的值为第一电流源供应的电流Ij充经第一电阻I^所造成的压差。比较器516的第二输入端耦合到EN/OCSET接脚。在启用控制开关508为切断时，
EN/0CSET接脚的电压值为7w Xi 孤。当LX接脚的电压vLX平移第一压差V,后小于EN/OCSET接脚VEN的电压时，比较器516送出UVLO/OC信号，以代表暂停脉冲宽度调制控制器的工作。比较器518的第一输入端与比较器516的第一输入端耦合，比较器518的第二输入端耦合电压感测参考电压Vinref。当比较器518的第一输入端的电压值大于电压感测参考电压VinreJf，比较器518产生电压感测信号PORE，代表此时钟波宽度调制控制器506接收到工作所需电源。比较器520的第一输入端与比较器516的第二输入端耦合，其第二输入端与一启用参考电压V皿ef耦合。当DISABLE被设定为低逻辑电平时，启用控制装置508被接通，此时比较器520的第一输入端的电压约为接地电压，故禁用信号DIS会被送出。当DISABLE被设定为高逻辑电平时，启用控制装置508被
切断，此时比较器520的第一输入端的电压约为^csErX^et，则禁用信号DIS停止被送出。输出级514包括由电感L、电容C组成的低通滤波器和负载电路RL。输出电压V。w经电阻Ri、 R2分压后，馈回脉冲宽度调制控制器506的FB接脚。脉冲宽度调制控制器506进一步包括开关控制器522，可根据禁用信号DIS、电源感测信号PORE、锁定/保护信号UVLO/OC和FB接脚所载的信号来控制缓冲器510、 512的动作，以使脉冲宽度调制控制器调整UGATE接脚和LGATE接脚的电压值，进而控制高位侧开关组件502和低位侧开关组件504的切断或接通状态。
在本发明的优选实施例中，如果调整过电流设定电阻RSET的阻值，那么可对应地改
变过电流阈值IOCSET，其关系可由下列公式展示
<formula>formula see original document page 9</formula> ( 1 )
<formula>formula see original document page 9</formula>( 2)
其中RDS(。n)低位侧开关组件为接通状态时的等效电阻值，且Il、 Rl、 IOCSET、 RDS(。n)
可视为定值。
所以应用本发明提供的脉冲宽度调制控制器可随搭载不同高、低位侧开关组件或负载电路而调整过电流阈值。在本发明的优选实施例中，脉冲宽度调制控制器以八接脚的封装芯片实施，且具备了启用/禁用、欠压锁定、过电流保护和电源感测等功能。故与目前常规技术中脉冲宽度调制控制器动辄十个接脚以上的封装方式相比省下更多物料成本。而且，本发明可通过改变过电流设定电阻的阻值来决定过电流阈值。因此更可弹性地配合其它高、低位侧开关组件和负载电路的工作。
本发明的技术内容和技术特点揭示如上，然而所属领域的技术人员仍可能基于本发明的教示和揭示而作种种不背离本发明精神的替换和修饰。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换和修饰，并由所附权利要求书涵盖。
权利要求
1. 一种脉冲宽度调制控制器，其用以控制切换式电压调节器，其特征在于所述脉冲宽度调制控制器包含封锁保护装置，其用于检测第一端点和第二端点的电压，以判断是否暂停所述脉冲宽度调制控制器；电源感测装置，其用于检测所述第一端点的电压并与电源参考电压进行比较，以判断所述脉冲宽度调制控制器是否接收到所需电压；以及启用装置，其用于检测所述第二端点的电压，以判断是否禁用所述脉冲宽度调制控制器。
2. 根据权利要求1所述的脉冲宽度调制控制器，其中所述封锁保护装置检测第一电 压，如果所述第一电压低于电压阈值，那么暂停所述脉冲宽度调制控制器，其中所 述第一电压为所述第一端点的电压平移第一压差后的电压。
3. 根据权利要求2所述的脉冲宽度调制控制器，其中所述第一压差是根据第一电流源 的电流流经第一电阻所得的跨压而定，且所述第一压差可为大于零的正数或小于零 的负数。
4. 根据权利要求3所述的脉冲宽度调制控制器，其中所述封锁保护装置为第一比较 器，所述第一比较器的第一输入端通过所述第一电阻耦合到所述第一端点，所述第 一输入端进一步耦合到所述第一电流源，所述第一比较器的第二输入端耦合到所述第二端点■>
5. 根据权利要求3所述的脉冲宽度调制控制器，其中所述电源感测装置比较所述第一 电压与电源参考电压，如果所述第一电压高于电源参考电压，那么判断所述脉冲宽 度调制控制器接收到所需电压。
6. 根据权利要求5所述的脉冲宽度调制控制器，其中所述电源感测装置为第二比较 器，所述第二比较器的第一输入端通过所述第一电阻耦合到所述第一端点，所述第 一输入端进一步耦合到所述第一电流源，所述第二比较器的第二输入端耦合到电源 参考电压。
7. 根据权利要求1所述的脉冲宽度调制控制器，其中所述启用装置比较所述第二端点 的电压和启用参考电压，如果所述第二端点的电压低于所述启用参考电压，那么禁 用所述脉冲宽度调制控制器。2
8. 根据权利要求7所述的脉冲宽度调制控制器，其中所述启用装置为第三比较器，所 述第三比较器的第一输入端耦合到所述第二端点，所述第三比较器的第二输入端耦 合到所述启用参考电压。
9. 根据权利要求1所述的脉冲宽度调制控制器，其中所述切换式电压调节器进一步包 括过电流设定电阻，且所述第二端点耦合第二电流源，所述过电流设定电阻的一端 耦合到所述第二端点，所述过电流设定电阻的另一端耦合到接地电压，且所述电压 阈值是根据所述第二电流源的电流值和所述过电流设定电阻的电阻值而定。
10. 根据权利要求9所述的脉冲宽度调制控制器，其中所述切换式电压调节器进一步包 括启用控制开关，所述启用控制开关耦合到所述第二端点，且当所述启用控制开关 为切断状态时，所述脉冲宽度调制控制器为禁用状态。
11. 根据权利要求1所述的脉冲宽度调制控制器，其中所述切换式电压调节器进一步包 括高位侧开关组件和低位侧开关组件，且所述高位侧开关组件与所述低位侧开关组 件在相接点耦合。
12. —种脉冲宽度调制控制器的控制方法，其用于控制切换式电压调节器，其特征在于 所述方法包含下列步骤撷取脉冲宽度调制控制器的第一端点和第二端点的电压； 设定第一电压，其中所述第一电压为所述第一端点的电压平移第一压差； 比较所述第一电压与所述第二端点的电压，在所述第一电压低于所述第二端点的电压时，暂停所述脉冲宽度调制控制器；比较所述第一电压与电源参考信号，在所述第一电压高于所述电源参考电压时，判断所述脉冲宽度调制器接收到所需电源；以及比较所述第二端点的电压与启用参考电压，在所述第二端点的电压低于所述启用参考电压值时，禁用所述脉冲宽度调制控制器。
13. 根据权利要求12所述的控制方法，其中所述第一压差是根据第一电流源的电流流 经第一电阻所得的跨压而定，且所述第一压差可为大于零的正数或小于零的负数。
14. 根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于其步骤进一步包括将过电流设定电 阻和第二电流源耦合在所述第二端点，所述过电流设定电阻的另一端耦合到接地电 压，且所述第二端点的电压是根据所述第二电流源和所述过电流设定电阻而定。
15. 根据权利要求14所述的控制方法，其特征在于其进一步包括将启用控制开关耦合 到所述第二端点，且当所述启用控制开关为切断状态时，所述脉冲宽度调制控制器 为禁用状态。
16. —种脉冲宽度调制控制器，其用以控制切换式电压调节器，其特征在于所述切换式 电压调节器包括高位侧开关组件和低位侧开关组件，所述脉冲宽度调制控制器根据 第一端点和第二端点的电压产生封锁保护信号、电源感测信号和禁用信号，且所述 脉冲宽度调制控制器仅包含八支接脚。
17. 根据权利要求16所述的脉冲宽度调制控制器，其特征在于其八支接脚分别为相位接脚，其用以撷取所述第一端点的电压； 启用接脚，其用以撷取所述第二端点的电压；反馈接脚，其用以从所述切换式电压调节器的输出电压接收反馈信号； 电源接脚；接地接脚，其中所述电源接脚与所述接地接脚用以接收供应电压； 低位侧开关控制接脚，其用以输出低位侧开关控制信号来控制所述低位侧开关组 件，其中所述低位侧开关信号是根据所述电源接脚的信号、所述接地接脚的信号、 所述反馈信号、所述封锁保护信号、所述电源感测信号和所述禁用信号而产生-， 升压接脚；以及高位侧开关控制接脚，其用以输出高位侧开关控制信号来控制所述高位侧开关组 件，其中所述高位侧开关控制信号是根据所述升压接脚的信号、所述相位接脚的信号、所述反馈信号、所述封锁保护信号、所述电源感测信号和所述禁用信号而产生。
18. 根据权利要求16所述的脉冲宽度调制控制器，其中所述封锁保护信号是根据比较 所述第一端点的电压平移第一压差和第二端点的电压而产生。
19. 根据权利要求16所述的脉冲宽度调制控制器，其中所述电源感测信号是根据比较 所述第一端点的电压平移第一压差和电源参考电压而产生。
20. 根据权利要求16所述的脉冲宽度调制控制器，其中所述禁用信号是根据比较所述 第二端点的电压和启用参考电压而产生。
21. 根据权利要求16所述的脉冲宽度调制控制器，其中所述切换式电压调节器进一步 包括过电流设定电阻，且所述第二端点耦合第二电流源，所述过电流设定电阻的一 端耦合在所述第二端点，所述过电流设定电阻的另一端耦合到接地电压，且所述第 二端点的电压是根据所述第二电流源的电流值和所述过电流设定电阻的电阻值而 定。
22. 根据权利要求21所述的脉冲宽度调制控制器，其中所述切换式电压调节器进一步 包括启用控制开关，所述启用控制开关耦合到所述第二端点，且当所述启用控制开 关为切断状态时，所述脉冲宽度调制控制器为禁用状态。全文摘要
一种脉冲宽度调制控制器，其包括封锁保护装置、电源感测装置和启用装置。所述电源感测装置将第一电压与启用参考电压进行比较。所述启用装置将第二电压与电源参考电压进行比较。所述封锁保护装置比较所述第一电压和所述第二电压，以产生UVLO/OC信号。
文档编号H02M3/04GK101499719SQ20081000610
公开日2009年8月5日 申请日期2008年2月3日 优先权日2008年2月3日
发明者简茂全, 高璇皓, 黄南川, 黄相霖 申请人:台湾类比科技股份有限公司