专利名称：具有支持多功能的引脚的功率变换器控制器ic的制作方法
技术领域：
本公开内容涉及一种功率变换器，更具体地，涉及一种功率变换器控制器IC(集成电路)，其具有一个或多个支持多功能的IC引脚。
背景技术：
随着最近电子设备数量的爆炸式增长，对于用作这些电子设备的适配器或者充电器的功率变换器的需求也快速增长。功率变换器通常由功率变换器控制器IC控制。特别地，开关式功率变换器通常由这样一种功率变换器控制器IC控制，所述控制器IC控制功率变换器中开关的导通时间(Ton)或者断开时间(Toff)以调节功率变换器的输出电压和功率。功率变换器产业处于制造高效的功率变换器控制器IC但是要以低的成本制造的巨大压力之下。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，因此期望减少IC的引脚数量。然而，减少常规的功率变换器控制器IC中引脚的数量是困难的。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。
发明内容
本公开内容的实施例包括功率变换器控制器1C，其使用一个或者多个芯片引脚以支持多种功能，例如控制器IC支持的工作参数的配置和停机保护。在一些实施例中，单个IC引脚可以支持多种功能，因此减少了控制器IC中需要的引脚数量，也减少了控制器IC的制造成本。控制器IC的其他实施例共享不同引脚间的比较功能以及由这些实施例提供的不同的功能。使用共享的比较电路进一步降低了制造所述控制器IC的成本而不牺牲IC的性能。在一个实施例中，控制器IC包括连接到控制器IC之外的电路的IC引脚。所述控制器IC还包括在不同的时段期间以不同模式工作的控制电路。在一种模式(例如配置模式)期间，所述控制电路基于所述IC引脚的电压来配置控制器IC的参数，例如线损补偿(CDC)。在不同模式(例如停机保护模式)期间，所述控制电路基于相同IC引脚的电压通过对功率变换器断电来提供停机保护，从而提供针对诸如过压或者过热状态等有害状态的保护。在一个实施例中，所述控制器IC包括连接至自身外部电路的第二 IC引脚。在第三种工作模式(例如另一个停机保护模式)期间，所述控制电路也基于第二 IC引脚的电压提供对功率变换器断电来提供停机保护。在所述第一和第二模式期间，比较电路将来自第一 IC引脚的电压与参考电压进行比较。比较电路还与第二 IC引脚共享并且在第三模式期间将来自第二 IC引脚的电压与参考电压进行比较。控制电路在第一模式期间基于比较电路的输出配置参数，并且在第二和第三模式期间基于比较电路的输出提供停机保护。在一个实施例中，控制器IC是将输入电压变换成输出电压的功率变换器的一部分。功率变换器还包括耦合在功率变换器的输入电压和输出电压之间的变压器以及开关，所述开关被配置为根据所述开关的导通和断开时间来控制流经所述变压器的电流。控制器IC控制所述开关的导通时间和断开时间。本说明书中描述的特征和优点并非全部，特别地，结合附图、说明书和权利要求书，许多其他的特征和优点对于本领域普通技术人员而言是显而易见的。而且，应当注意的是本说明书中所使用的用语主要是出于可读性和指导性的目的而被选择的，并且可能不是被选择以描述或限制创造性的技术方案。
通过结合附图考虑如下详细描述，本公开内容实施例的教导可以被很容易地理解。图1是根据一个实施例的具有初级侧感测的AC-DC反激功率变换器。图2A示出了根据一个实施例的连接到功率变换器控制器的MULTI引脚和SD引脚的电路。图2B使出了根据另一个实施例的连接到功率变换器控制器的MULTI引脚和SD引脚的电路。图3是根据一个实施例的功率变换器控制器的不同工作模式的时序图。
具体实施例方式附图(FIG.)和下面的描述仅通过说明的方式涉及本公开内容的优选实施例。从下述讨论中应当注意到这里公开的结构和方法的备选实施例很容易地被认为是可以在不脱离所要求保护的公开内容的原理的情况下而被使用的可行的备选方案。现在将详细参照本公开内容的几个实施例，在附图中示出了其示例。应当注意到，只要可行，在附图中可以使用相似或者相同的附图标记用，并且可以用以指示相似或者相同的功能。附图仅出于说明的目的而描述本公开内容的实施例。本领域技术人员将很容易从下面的描述中认识到这里说明的结构和方法的备选实施例可以在不脱离这里描述的本公开内容的原理的情况下而被使用。图1示出了根据一个实施例的具有初级侧感测的AC-DC反激功率变换器。尽管图1的功率变换器是具有反馈信号的一次侧感测的AC-DC反激功率变换器，但是应当注意的是本公开内容不限于反激变换器，并且可以将其应用到任意拓扑和任意类型反馈感测的任意功率变换器。功率变换器包括桥式整流器BR1、变压器Tl、晶体管开关Q1、晶体管开关Q2、输出整流二极管D1、输出滤波电容器C7、功率变换器控制器IC 100、电阻器R1、电阻器R2、电容器C2、负温度系数(NTC)电阻器R3以及其他组件。所述变压器Tl还包括初级绕组110、次级绕组112和辅助偏压绕组114。整流器BRl接收输入AC电压并将其变换为全波整流电压以用于产生输出DC电压。功率变换器控制器100使用以具有导通时间(TJ和断开时间(Toff)的脉冲形式的输出控制信号102控制开关Ql的打开和闭合。输出控制信号102可以是具有固定周期的周期脉冲，或者是周期根据需要变化的脉冲。当开关Ql由于脉冲102在导通时间期间为高而导通时，由于二极管Dl反向偏压，所以能量存储在变压器Tl的初级侧绕组中。当开关Ql断开时，由于二极管Dl变成正向偏压，所以存储在变压器Tl的初级绕组110中的能量被释放至变压器Tl的次级侧112。二极管Dl对变压器Tl的次级绕组112上的输出电压进行整流，电容C7对变压器Tl的次级绕组112上的输出电压信号进行滤波以产生所述输出DC电压。通过控制开关Ql在其间导通或者断开的时段，即导通时间(TJ和断开时间(Ttw),功率变换器控制器100可以控制向DC输出输送的功率量。如图1所示，功率变换器控制器IC 100只有8个引脚:0utput、VCC、ISENSE、ASU (主动启动)、GncUMULT1、SD(停机)和VSENSE。在一个实施例中，控制器IC 100在不同时段以不同模式操作MULTI引脚使得MULTI引脚可为不同功能服务。在配置模式期间(例如，上电时)，控制器IC 100通过MULTI引脚感测到外部电阻器Rl和R2的阻值以配置控制器IC100的工作参数。Rl和R2可以由控制器IC 100的用户配置以将参数设置成期望的配置。在停机保护模式期间(例如，在启动期间或者在启动后)，控制器IC 100通过MULTI引脚接收变压器Tl的辅助绕组Nbias两端的电压的向下划分的版本，并将该电压用于过压保护(OVP)。在一些实施例中，MULTI引脚的电压也可以用作反馈电压(即作为Vsense)用于调节DC输出电压。类似地，SD引脚也可以在不同时段为不同功能服务。在配置模式期间，控制器IC通过SD引脚感测外部电容器C2的值以配置控制器IC 100的参数。C2的值可以由控制器IC 100的用户配置以将参数设置成期望的配置。在停机保护模式期间，控制器IC 100通过SD引脚感测NTC电阻器R3的阻值以提供过热保护(OTP)或者其它形式的停机保护。在各种停机模式中，SD引脚和MULTI引脚的电压因此被用作可能潜在地损坏功率变换器或者功率变换器负载(未示出)的有害状态的指示。如果感测到保护状态，则控制器IC 100然后通过例如断开开关Ql以将功率变换器的输出Vout断电来提供停机保护。结合图2A、图2B和图3，对MULTI弓I脚和SD弓I脚进行了更详细的说明。功率变换器控制器100经由Vcc引脚接收电源电压130，并经由Gnd引脚接地。ASU引脚提供用于电源电压130的主动启动功能的控制信号，并且如果不需要主动启动，则该引脚可以悬空。当AC输入电压最初应用于功率变换器时，晶体管Q2导通以通过晶体管Q2对电源电压130进行充电。一旦电源电压130达到阈值电平并且激活了功率变换器的反激操作，则开关Q2被断开并且通过变压器Tl的辅助绕组Nbias上反映的次级电压而维持电源电压130。功率变换器控制器100产生并经由Output引脚输出用于控制开关Ql的脉冲102。Isense和Vsense引脚接收用于调节开关Ql的导通和断开时间的反馈信号。具体地，Isense引脚感测流经开关Ql的电流流动。Vsense引脚接收变压器Tl的辅助绕组Nbias上的反映的次级电压的向下划分的版本。图2A示出了根据一个实施例的连接到功率变换器控制器100的MULTI引脚和SD引脚的电路。图2A仅示出了功率变换器控制器100电路的一部分，功率变换器控制器100的与解释本公开内容不特别相关的其它部分在图2A中被略去。如图所示，控制器IC 100包括电流源11、控制逻辑210、开关S1、S2、S3和S4、比较器CMP和参考电压源212。电流源Il可以通过开关SI连接到MULTI引脚或者通过开关S2连接到SD引脚，这取决于开关SI和S2是打开还是闭合。开关SI和S2因此使得电流源Il能够在MULTI引脚和SD引脚之间共享。此外，比较器CMP的非反相输入端可以通过开关S3连接到MULTI引脚或者通过开关S4连接到SD引脚，这取决于开关S3和S4是打开还是闭合。开关S3和S4因此使得能够在MULTI引脚和SD引脚之间共享比较器CMP。每个开关S1、S2、S3和S4的打开/闭合状态分别由数字控制逻辑210经由控制信号221、223、222和224控制。在一个实施例中，开关由金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或者双极结型晶体管(BJT)来实现。数字控制逻辑210经由控制信号225控制由参考电压源212所生成的参考电压信号205的电压电平。数字控制逻辑210还可以经由控制信号220控制电流源Il所产生的电流的量。比较器CMP将其非反相输入端的电压204与反相输入端的参考电压205进行比较并产生输出信号206，其指示电压204是否大于参考电压205。例如，如果电压204高于参考电压205，则比较器CMP的输出206可以是逻辑“I”。如果电压204低于参考电压205，则比较器CMP的输出206可以是逻辑“O”。在一些工作模式期间，控制逻辑210可以基于比较器的输出206来配置所述控制逻辑210的参数。在其它工作模式中，控制逻辑210可以基于比较器的输出206来决定是否对功率变换器断电。当功率变换器控制器100初次上电时，Rl和R2的并联电阻用于设置数字控制逻辑210的工作参数。具体地，在功率变换器控制器100初次上电的配置模式期间，开关SI和S3闭合，开关S2和S4打开。电流源Il提供电流(例如，100 μ Α-300 μ A的电流)至MULTI引脚。信号102未被驱动，因此，所述Nbias绕组实际上被短路。结果，Rl和R2实质上并联接地。提供至MULTI引脚的电流因此在MULTI引脚处产生与Rl和R2的并联电阻成比例的电压。该电压被提供至比较器CMP的正输入端作为电压204并与参考电压205进行比较。由参考电压源212生成的参考电压205逐步增加直到其超过电压204，在此之后，比较器CMP的输出206切换逻辑状态。可替换地，参考电压205可以降低直到其低于电压204。通过增加和降低参考电压205，可以确定Rl和R2的并联电阻的阻值范围(即从参考电压205的电平，其引起比较器CMP的输出206的跳闸(trip))，并且数字控制逻辑210然后利用该信息相应地设置工作参数。在一个实施例中，工作参数指的是影响功率变换器控制器100工作的功率变换器控制器100的任何可配置的设置。可配置的工作参数的例子包括:线损补偿(⑶C)、用于OTP的停机温度、用于OVP的停机电压、功率变换器的最大开关频率、软启动时间的长度和/或软启动方案、功率变换器的最小空载开关频率等。这些参数中的任何一个都可以根据外部电路(例如，Rl和R2)来设置，其使得能够调整控制器IC的参数使得适应功率变换器的特定需求。⑶C是用于补偿连接在功率变换器的DC输出和负载设备之间的电缆(未示出)上的电压降的参数。电缆通常具有电阻值，其在所述电缆两端产生并非小量的电压降，尤其当电缆承载的电流增加时。CDC通过增加输出DC电压电平力图维持负载设备处的目标电压来对电压降负责。下表示出了 Rl和R2的组合阻值如何导致对于CDC参数的不同设置的例
子:
权利要求
1.一种用于控制功率变换器的控制器集成电路(1C)，所述控制器IC包括: 第一 IC引脚，用于连接到所述功率变换器的电路，所述功率变换器的所述电路位于所述控制器IC之外；以及 以第一模式或者第二模式工作的控制电路，所述第一模式和所述第二模式对应于不同的时段， 其中在所述第一模式中，所述控制电路基于所述第一 IC引脚处的第一电压电平来配置所述控制器IC的工作参数；以及 其中在所述第二模式中，所述控制电路基于所述第一 IC弓丨脚处的第二电压电平来提供停机保护。
2.根据权利要求1所述的控制器1C，其中在所述第二模式中，所述控制电路通过基于所述第一 IC引脚处的所述第二电压电平而对所述功率变换器断电来提供停机保护。
3.根据权利要求1所述的控制器1C，其中在所述第二模式中，所述控制电路还基于所述第一 IC引脚处的所述第二电压电平来调节所述功率变换器的输出电压。
4.根据权利要求1所述的控制器1C，进一步包括: 比较电路，其被配置为在所述第一模式期间将所述第一 IC引脚处的第一电压电平与参考电压信号进行比较，并且在所述第二模式期间将所述第一 IC引脚处的所述第二电压电平与所述参考电压信号进行比较， 其中，所述控制电路在所述第一模式期间基于所述比较电路的输出来配置所述控制器IC的工作参数，并且在所述第二模式期间基于所述比较电路的所述输出来提供停机保护。
5.根据权利要求4所述的控制器1C，进一步包括: 参考电压源，其被配置为在所述控制电路的控制下产生所述参考电压信号，所述参考电压信号在所述第一模式期间具有逐步增加的电压电平并且在所述第二模式期间具有固定的电压电平。
6.根据权利要求1所述的控制器1C，进一步包括: 电流源，其被配置为产生电流；以及 耦合在所述电流源和所述第一 IC引脚之间的开关，所述开关在所述第一模式期间闭合以提供所述电流源和所述第一 IC引脚之间的电流路径，并且在所述第二模式期间打开以阻断所述电流源和所述第一 IC引脚之间的所述电流路径。
7.根据权利要求1所述的控制器1C，进一步包括: 电流源，其被配置为产生电流；以及 耦合在所述电流源和所述第一 IC引脚之间的开关，所述开关在所述第一模式期间和所述第二模式二者期间都闭合以提供所述电流源和所述第一 IC引脚之间的电流路径。
8.根据权利要求1所述的控制器1C，其中在所述第一模式中，所述控制电路配置所述控制器IC的用于补偿耦合至所述功率变换器输出的电缆上的电压降的工作参数。
9.根据权利要求1所述的控制器1C，其中在所述第一模式中，所述控制电路配置所述控制器IC的用于基于所述第一 IC引脚处的所述第一电压电平来控制所述功率变换器的开关频率的工作参数。
10.根据权利要求1所述的控制器1C，其中在所述第一模式中，所述控制电路配置所述控制器IC的用于基于所述第一 IC引脚处的所述第一电压电平来控制所述功率变换器的软启动时间和/或方案的工作参数。
11.根据权利要求1所述的控制器1C，其中在所述第二模式中，所述控制电路基于所述第一 IC引脚处的所述第二电压电平来提供针对过压状态的停机保护。
12.根据权利要求1所述的控制器1C，其中在所述第二模式中，所述控制电路基于所述第一 IC引脚处的所述第二电压电平来提供针对过热状态的停机保护。
13.根据权利要求1所述的控制器1C，其中所述第一模式在所述控制器IC上电时发生，并且所述第二模式在所述第一模式完成之后发生。
14.根据权利要求1所述的控制器1C，进一步包括: 第二 IC引脚，用于连接到所述功率变换器的附加电路，所述功率变换器的所述附加电路位于所述控制器IC之外； 其中在第三模式中，所述控制电路基于所述第二 IC引脚处的电压电平来提供停机保护。
15.根据权利要求1所述的控制器1C，进一步包括: 比较电路，其被配置为在所述第一模式期间将所述第一 IC引脚处的所述第一电压电平与参考电压信号进行比较，在所述第二模式期间将所述第一 IC引脚处的所述第二电压电平与所述参考电压信号进行比较，并且在所述第三模式期间将所述第二 IC引脚处的电压电平与所述参考电压信号进行比较，并且 其中，所述控制电路在所述第一模式期间基于所述比较电路的输出来配置所述IC控制器的参数，并且在所述第二模式期间和所述第三模式期间基于所述比较电路的所述输出来提供停机保护。
16.根据权利要求15所述的控制器1C，进一步包括: 电流源，其被配置为产生电流； 耦合在所述电流源和所述第一 IC引脚之间的第一开关，所述第一开关在第一模式期间闭合以提供所述第一开关和所述第一 IC引脚之间的电流路径，并且在所述第二模式期间和所述第三模式期间打开以阻断所述第一开关和所述第一 IC引脚之间的所述电流路径；以及 耦合在所述电流源和所述第二 IC引脚之间的第二开关，所述第二开关在所述第二模式期间和所述第三模式期间闭合以提供所述电流源和所述第二 IC引脚之间的电流路径，并且在在所述第一模式期间打开以阻断所述电流源和所述第二 IC引脚之间的所述电流路径。
17.—种用于将输入电压变换为输出电压的功率变换器,所述功率变换器包括: 耦合在所述功率变换器的输入电压和输出电压之间的变压器； 开关，用于根据所述开关的导通时间和断开时间来控制流经所述变压器的电流； 控制器集成电路(1C)，其被配置为控制所述开关的所述导通时间和所述断开时间，所述控制器IC以对应于不同时段的第一模式或者第二模式工作；以及 第一电路，其位于所述控制器IC之外并且连接到所述控制器IC的第一 IC引脚；其中，在所述第一模式中，所述功率控制器IC基于所述第一 IC引脚处的第一电压电平来配置所述控制器IC的参数，并且在所述第二模式中，所述功率控制器IC基于所述第一 IC弓I脚处的第二电压电平来提供停机保护。
18.根据权利要求17所述的功率变换器，其中在所述第二模式中，所述控制器IC通过基于所述第一 IC引脚处的所述第二电压电平而对所述功率变换器断电来提供停机保护。
19.根据权利要求17所述的功率变换器，其中在所述第二模式中，所述控制器IC还基于所述第一 IC引脚处的所述第二电压电平来调节所述功率变换器的输出电压。
20.根据权利要求17所述的功率变换器，其中所述第一电路包括与所述变压器的辅助绕组串联的第一电阻器和与所述第一电阻器和辅助绕组并联的第二电阻器。
21.根据权利要求17所述的功率变换器，其中所述第一电路包括与电容器并联的负温度系数电阻器。
22.根据权利要求17所述的功率变换器，进一步包括: 第二电路，其位于所述控制器IC之外并且连接到所述控制器IC的第二 IC引脚； 其中所述功率控制器IC进一步以第三模式工作，所述第三模式在时间上不同于所述第一模式和所述第二模式，并且 其中在所述第三模式中，所述功率控制器IC基于所述第二 IC引脚处的电压电平来提供停机保护。
23.一种控制器集成电路(IC)中的操作方法，所述控制器IC调节功率变换器的输出电压，所述控制器IC在不同的时段期间以第一模式或者第二模式工作，所述方法包括: 在所述第一模式中，基于所述控制器IC的第一 IC引脚处的第一电压电平来配置所述控制器IC的参数，所述第一 IC引脚连接到所述功率变换器的第一电路，所述功率变换器的所述第一电路位于所述控制器IC之外；以及 在所述第二模式中，基于所述第一 IC引脚处的第二电压电平来提供停机保护。
24.根据权利要求23所述的方法，其中提供停机保护包括基于所述第一IC引脚处的所述第二电压电平来对所述功率变换器断电。
25.根据权利要求23所述的方法，进一步包括在所述第二模式中，基于所述第一IC引脚处的所述第二电压电平来调节所述功率变换器的输出电压。
26.根据权利要求23所述的方法，其中: 在所述第一模式中，配置所述IC控制器的参数进一步包括将所述第一 IC引脚处的所述第一电压电平与参考电压进行比较以产生输出信号，并且基于所述输出信号来配置所述控制器IC的参数；以及 在所述第二模式中，提供停机保护进一步包括将所述第一 IC引脚处的所述第二电压电平与所述参考电压进行比较以产生所述输出信号，并且基于所述输出信号来提供停机保护。
27.根据权利要求23所述的方法，进一步包括产生电流，并且其中: 在所述第一模式中，配置所述IC控制器的参数进一步包括将所述电流切换到所述第一 IC引脚以产生所述IC引脚处的所述第一电压电平；以及 在所述第二模式中，提供停机保护进一步包括不将所述电流切换到所述第一 IC引脚。
28.根据权利要求23所述的方法，进一步包括: 在不同于所述第一模式和所述第二模式的第三模式中，基于所述IC控制器的第二 IC弓I脚处的电压电平来确定是否对所述功率变换器断电。
29.根据权利要求28所述的方法，其中:在所述第一模式中，配置所述IC控制器的参数进一步包括将所述第一 IC引脚处的所述第一电压电平与参考电压进行比较以产生输出信号，并且基于所述输出信号来配置所述控制器IC的参数； 在所述第二模式中，提供停机保护进一步包括将所述第一 IC引脚处的所述第二电压电平与所述参考电压进行比较以产生所述输出信号，并且基于所述输出信号来确定是否对所述功率变换器断电；以及 在所述第三模式中，提供停机保护进一步包括将所述第二 IC引脚处的所述电压与所述参考电压进行比较以产生所述输出信号，并且基于所述输出信号来确定是否对所述功率变换器断电。
30.根据权利要求28所述的方法，进一步包括产生电流，并且其中: 在所述第一模式中，配置所述IC控制器的参数进一步包括将所述电流切换到所述第一 IC引脚以产生所述第一 IC引脚处的所述第一电压电平； 在所述第二模式中，提供停机保护进一步包括不将所述电流切换到所述第一 IC引脚；以及 在所述第三模式中，提供停机保护进一步包括将所述电流切换至所述第二 IC引脚以产生所述第二 IC引脚处的所述电压。
全文摘要
一种用于控制功率变换器的控制器集成电路(IC)使用一个或多个具有诸如由控制器IC所支持参数的配置和停机保护等多个功能的IC引脚。单个IC引脚可以支持几个不同的功能，因此减少了控制器IC中需要的引脚数量，也降低了控制器IC的制造成本。所述控制器IC还可以共享不同引脚间的比较电流和由那些引脚所提供的不同功能。使用共享的比较电路进一步降低了制造所述控制器IC的成本而没有牺牲所述IC的性能。
文档编号H02M7/217GK103107684SQ201210470649
公开日2013年5月15日 申请日期2012年11月14日 优先权日2011年11月15日
发明者高小林, 李勇, 沙璆, 史富强, J·W·克斯特森, 陈江 申请人:艾沃特有限公司