应用在bcm电源供应器供实现多功能脚位的装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种应用在BCM电源供应器供实现多功能脚位的装置，包括：三态输出驱动器，连接功率开关的控制端，在被启动时提供第一电压以打开功率开关，在功率开关打开第一时间后提供第二电压以关闭功率开关，其中三态输出驱动器在功率开关关闭一第二时间后被关闭；零电流信号产生电路，连接多功能脚位，检测电感的电压变化在电感电流为零时送出感测信号至多功能脚位；零电流检测器，连接多功能脚位，在多功能脚位的电压达到临界值时，送出零电流信号以启动三态输出驱动器；以及箝制电路，连接多功能脚位，在三态输出驱动器关闭期间，提供第三电压以关闭功率开关。利用单一脚位来驱动功率开关及达成零电流检测，因而减少脚位数量及降低成本。
【专利说明】应用在BCM电源供应器供实现多功能脚位的装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明系有关一种边界导通模式(Boundary Conduct1n Mode; BCM)电源供应器供，特别是关于一种应用在BCM电源供应器供实现多功能脚位的装置及方法。
【背景技术】
[0002]传统的升压式、驰返式及降压式等BCM电源供应器都需要一支脚位来达成零电流检测(Zero Current Detector;Z⑶)以决定功率开关的切换。图1为现有的升压式BCM电源供应器，其中整流器10整流交流电压Vac产生输入电压Vin，电感L1、功率开关M及二极管Dl组成非同步式功率级,控制积体电路(Integrated Circuit; IC) 12具有脚位14用以控制功率开关Ml以使该功率级将输入电压Vin转换为输出电压Vo，辅助线圈La感测电感LI的电压变化，当电流为O时产生感测信号Vzm至控制IC12的脚位16，控制IC12根据感测信号Vzm判断电感电流IL降为零的时间点，并在电感电流IL降为零时打开(turn on)功率开关Ml。
[0003]图2是现有的半谐振驰返式(quas1-resonant flyback)BCM电源供应器,其中整流器10整流交流电压Vac产生输入电压Vin，作为一次侧线圈的电感Lp连接在整流器10及功率开关Ml之间，作为二次侧线圈的电感Ls连接在输出端Vo及接地端之间，控制IC20的脚位22控制功率开关Ml的切换以将输入电压Vin转换为输出电压No，辅助线圈La感测电感Ls的电感电流Is产生零电流感测信号Vzm至控制IC20的脚位24以供控制IC20判断电感电流Is降为零的时间点，在电感电流IL降为零时，控制IC20打开功率开关Ml。
[0004]图3是现有的降压式BCM电源供应器，其中控制IC30的脚位32控制功率开关Ml的切换以使电感L充放电而产生稳定的电流ILED给LED串36，由电阻Rf l、Rf2及Rf3以及电容Cf组成的滤波电路38检测电感LI的电感电流IL，并在电感电流IL降为零时送出零电流感测信号Vzm至控制IC30的脚位34，控制IC30根据感测信号Vzm打开功率开关Ml。
[0005]由图1至图3可知，传统的BCM电源供应器需要二支脚位分别驱动功率开关Ml及检测零电流，如果用一支多功能脚位就能驱动功率开关Ml及检测零电流，将可以减少控制IC的脚位数量及成本。美国专利第7，355，373号提出一种BCM电源供应器，其利用一支多功能脚位上的信号来驱动功率开关及检测零电流，但是此BCM电源供应器的控制IC无法打开功率开关，其需要由控制IC外部的电路来打开功率开关，因此使用者必须自行设定外部电路的参数使该功率开关可以被打开及关闭(turn off)，造成使用者的不便。
【发明内容】
[0006]本发明的目的之一，在于提出一种应用在BCM电源供应器供实现多功能脚位的装置及方法。
[0007]本发明的目的之一，在于提出一种使用单一脚位来驱动功率开关及达成零电流检测的装置及方法。
[0008]根据本发明，一种应用在BCM电源供应器供实现多功能脚位的装置包括三态输出驱动器、零电流信号产生电路、零电流检测器及箝制电路。该三态输出驱动器在被启动时提供第一电压以打开功率开关，并在该功率开关打开一第一时间后提供第二电压以关闭该功率开关，其中该三态输出驱动器在功率开关关闭一第二时间后被关闭。该零电流信号产生电路检测电感的电压变化，以在该电感的电感电流为零时送出感测信号至该多功能脚位。该零电流检测器检测该多功能脚位的电压，在该多功能脚位的电压达到临界值时，送出零电流信号以启动该三态输出驱动器。该箝制电路在该三态输出驱动器关闭期间，提供第三电压以关闭该功率开关。
[0009]根据本发明，一种应用在BCM电源供应器供实现多功能脚位的方法包括提供第一电压至该多功能脚位以打开功率开关；在该功率开关打开一第一时间后，提供第二电压至该多功能脚位以关闭该功率开关；在该功率开关关闭一第二时间后，提供第三电压至该多功能脚位以关闭该功率开关；检测电感的电压变化，以在该电感的电感电流为零时送出感测信号至该多功能脚位；以及检测该多功能脚位的电压，在该多功能脚位的电压达到临界值时，触发零电流信号以提供该第一电压打开该功率开关。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1系现有技术的升压式BCM电源供应器；
[0011]图2系现有技术的半谐振驰返式BCM电源供应器；
[0012]图3系现有技术的降压式BCM电源供应器；
[0013]图4显示本发明的第一实施例；
[0014]图5系图4中信号的波形图；以及
[0015]图6显示本发明的第二实施例。
[0016]10整流器
[0017]12 控制 IC
[0018]14控制IC12的脚位
[0019]16控制IC12的脚位
[0020]20 控制 IC
[0021]22控制IC20的脚位
[0022]24控制IC20的脚位
[0023]30 控制 IC
[0024]32控制IC30的脚位
[0025]34控制IC30的脚位
[0026]36LED 串
[0027]38滤波电路
[0028]40用以实现多功能脚位的装置
[0029]42箝制电路
[0030]44零电流信号产生电路
[0031]46三态输出驱动器
[0032]48控制电路
[0033]50零电流检测器
[0034]52 与门
[0035]54运算放大器
[0036]56电流源
[0037]58比较器
【具体实施方式】
[0038]图4显示应用本发明第一实施例的升压式BCM电源供应器，其中电感L1、功率开关Ml及二极管D2组成非同步式功率级，本发明用以实现多功能脚位的装置40藉由多功能脚位GD控制功率开关Ml以使该功率级将输入电压Vin转换为输出电压Vo，同时利用此多功能脚位⑶达成零电流检测。用以实现多功能脚位的装置40包括箝制电路42、预设电阻Rp、零电流信号产生电路44、三态输出驱动器46、控制电路48、零电流检测器50和与门52。箝制电路42包括运算放大器54、致能开关SW、晶体管M2及电流源56，运算放大器54的反相输入端接收参考电压Vref，运算放大器54的非反相输入端连接多功能脚位GD，致能开关SW、晶体管M2及电流源56串联在多功能脚位GD及接地端之间，致能开关SW受控于控制信号Sen,当致能开关SW被打开(turn on)时,箝制电路42被启动,根据虚短路原理,运算放大器54的反相输入端的参考电压Vref将被施加至多功能脚位GD。零电流信号产生电路44包括辅助线圈L2用以感应电感LI的跨压产生与电感电流IL相关的电压Vs，以及电容Cr及电阻Rr串联在辅助线圈L2及多功能脚位之间，其中电容Cr用以滤除电压Vs的低频成份以产生感测信号Vzm，而电阻Rr为限流电阻。三态输出驱动器46包括开关M3连接在电源端Vcc及多功能脚位GD之间以及开关M4连接在多功能脚位及接地端GND之间。控制电路48提供控制信号GD_H、GD_L及Sen分别控制开关M3、M4及SW。零电流检测器50包括偏移电压源Vth用以偏移多功能脚位GD的电压产生电压Vof，以及比较器58比较参考电压Vrefz及电压Vof，当参考电压Vrefz大于电压Vof时，比较器58产生零电流信号Szcdl。为了避免零电流信号Szcdl被误触发而导致误动作，与门52利用控制信号Sen来遮蔽非预期的零电流信号Szcdl产生零电流信号Szcd2。
[0039]图5系图4中信号的波形图，用以说明图4的装置40的操作。参照图4及图5，在时间tl时，控制电路48输出控制信号GD_H以使三态输出驱动器46的开关M3打开，三态输出驱动器46因而被启动并送出电压Vcc至多功能脚位GD以打开功率开关M1，此时电感电流IL上升。在功率开关Ml打开一段时间Ton后，如时间t2所示，控制电路48结束控制信号GD_H并输出控制信号GD_L以使三态输出驱动器46的开关M4打开，三态输出驱动器46因而送出电压GND=OV至多功能脚位⑶以关闭功率开关Ml，此时电感电流IL开始下降。在功率开关Ml关闭一段时间Toff后，如时间t3所示，控制电路48结束控制信号GD_L并输出控制信号Sen，此时三态输出驱动器46被关闭，其可以视为高阻抗元件，同时箝制电路42被致能因而提供电压Vref至多功能脚位GD使功率开关Ml维持关闭，此时多功能脚位GD的输出阻抗系由预设电阻Rp决定。在功率开关Ml关闭期间，如时间t2至t4，电感电流IL下降，功率开关Ml的输入端的电压VD随着电感电流IL慢慢下降，此时辅助线圈L2的电压Vs为低频信号，故电压Vs被电容Cr阻挡而无法传递至多功能脚位。当电感电流IL降为零时，如时间T4所示，电压VD等于输入电压Vin，此时电压VD将出现高频振荡，辅助线圈L2的电压Ns也因而产生高频振荡，此时的电压Ns将通过电容Cr形成感测信号Vzcd施加至多功能脚位GD，多功能脚位GD的电压因而被拉至负电压。电压Vof随着多功能脚位GD的电压下降而下降，当电压Vof低于参考电压Vrefz时，如时间t5所示，比较器58送出零电流信号Szcdl，与门52根据信号Szcdl及Sen产生零电流信号Szcd2给控制电路48，控制电路48在收到零电流信号Szcd2后，结束控制信号Sen并输出控制信号GD_H以启动三态输出驱动器46，接着重复之前所述的操作。
[0040]图6显示本发明用以实现多功能脚位的装置40的第二实施例，其与图4的电路同样包括箝制电路42、预设电阻Rp、零电流信号产生电路44、三态输出驱动器46、控制电路48、零电流检测器50和与门52，但是使用在电感LI及多功能脚位⑶之间的高压电容Chv来作为零电流信号产生电路44，在此实施例中高压电容Chv可以是外加的电容或是功率开关Ml的输入端及控制端之间的寄生电容。参照图5及图6，箝制电路42、三态输出驱动器46、控制电路48、零电流检测器50和与门52的操作如前所述。在功率开关Ml关闭期间，如时间t2至t4，电感电流IL下降，功率开关Ml的输入端的电压VD随着电感电流IL慢慢下降，此时电压VD为低频信号，故电压Vs被电容Chv阻挡而无法传递至多功能脚位。当电感电流IL降为零时，如时间T4所示，电压VD将出现高频振荡，电压Vs将通过电容Chv形成感测信号Vzm施加至多功能脚位GD，多功能脚位GD的电压因而被拉至负电压。
[0041]在前述的实施例中，虽然仅以升压式BCM电源供应器为例，但本发明可以应用在任何类型的BCM电源供应器，例如驰返式及降压式BCM电源供应器。
[0042]以上对于本发明之较佳实施例所作的叙述系为阐明之目的，而无意限定本发明精确地为所揭露的形式，基于以上的教导或从本发明的实施例学习而作修改或变化是可能的，实施例系为解说本发明的原理以及让熟习该项技术者以各种实施例利用本发明在实际应用上而选择及叙述，本发明的技术思想由本发明权利要求范围及其均等来决定。
【权利要求】
1.一种应用在边界导通模式电源供应器供实现多功能脚位的装置，所述的边界导通模式电源供应器包含电感及功率开关，其特征在于，所述的装置包括: 三态输出驱动器，经所述的多功能脚位连接所述的功率开关的控制端，在被启动时提供第一电压以打开所述的功率开关，并在所述的功率开关打开一第一时间后提供第二电压以关闭所述的功率开关，其中所述的三态输出驱动器在所述的功率开关关闭一第二时间后被关闭； 零电流信号产生电路，连接所述的多功能脚位，检测所述的电感的电压变化以在所述的电感的电感电流为零时送出感测信号至所述的多功能脚位； 零电流检测器，连接所述的多功能脚位，检测所述的多功能脚位的电压，在所述的多功能脚位的电压达到临界值时，送出零电流信号以启动所述的三态输出驱动器；以及 箝制电路，连接所述的多功能脚位，在所述的三态输出驱动器关闭期间，提供第三电压以关闭所述的功率开关。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的三态输出驱动器包括: 第一开关，具有第一端接收所述的第一电压及第二端连接所述的多功能脚位，被导通时将所述的第一电压施加至所述的多功能脚位；以及 第二开关，具有第一端连接所述的多功能脚位及第二端接收所述的第二电压，被导通时将所述的第二电压施加至所述的多功能脚位。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的零电流信号产生电路包括: 辅助线圈，用以感应所述的电感的跨压产生第四电压；以及 电容，连接在所述的辅助线圈及所述的多功能脚位之间，用以滤除所述的第四电压的低频成分以产生所述的感测信号。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的零电流信号产生电路包括高压电容连接在所述的电感及所述的多功能脚位之间，用以将所述的电感上电压的高频成份耦合至所述的多功能脚位以产生所述的感测信号。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的功率开关的输入端连接所述的电感。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述的零电流信号产生电路包括在所述的功率开关的输入端及控制端之间的寄生电容，用以将所述的电感上电压的高频成份耦合至所述的多功能脚位以产生所述的感测信号。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的零电流检测器包括: 偏移电压源，连接所述的多功能脚位，用以偏移所述的多功能脚位的电压产生第四电压；以及 比较器，连接所述的偏压电压源，在所述的第四电压低于参考电压时，产生所述的零电流号。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的箝制电路更包括: 晶体管； 电流源； 致能开关，与所述的晶体管及电流源串联在所述的多功能脚位及一接地端之间；以及 运算放大器，具有非反相输入端连接所述的多功能脚位、反相输入端接收第三电压以及输出端连接所述的晶体管的控制端； 其中，当所述的致能开关被打开时，所述的第三电压被施加至所述的多功能脚位。
9.一种应用在边界导通模式电源供应器供实现多功能脚位的方法，所述的边界导通模式电源供应器包含电感及功率开关，其特征在于，所述的方法包括下列步骤: (A)提供第一电压至所述的多功能脚位以打开所述的功率开关； (B)在所述的功率开关打开一第一时间后，提供第二电压至所述的多功能脚位以关闭所述的功率开关； (C)在所述的功率开关关闭一第二时间后，提供第三电压至所述的多功能脚位以关闭所述的功率开关； (D)检测所述的电感的电压变化，以在所述的电感的电感电流为零时送出感测信号至所述的多功能脚位；以及 (E)检测所述的多功能脚位的电压，在所述的多功能脚位的电压达到临界值时，触发零电流信号以提供所述的第一电压打开所述的功率开关。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述的步骤D包括: 感应所述的电感的跨压产生第四电压；以及 滤除所述的第四电压的低频成份以产生所述的感测信号。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述的步骤D包括将所述的电感上电压的高频成份耦合至所述的多功能脚位以产生所述的感测信号。
12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述的步骤E包括: 偏移所述的多功能脚位的电压产生第四电压；以及 在所述的第四电压低于参考电压时，触发所述的零电流信号。
【文档编号】H02M3/156GK104135152SQ201310206737
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2013年5月29日 优先权日:2013年5月3日
【发明者】唐健夫, 潘均宏, 陈曜洲 申请人:立锜科技股份有限公司