可超高压启动的电源控制装置制造方法
【专利摘要】可超高压启动的电源控制装置。该电源控制器包含有一控制器晶粒与一超高压启动晶粒。该控制器晶粒可由一操作电源供电而操作。该操作电源的最大可操作电压为数十伏特。该超高压启动晶粒具有一超高压粘着垫，可耐受数百伏特的电压输入，该超高压启动晶粒于该电源控制装置的一启动程序中，对该操作电源进行充电，在该电源控制装置的一正常操作程序中，大约呈现一开路状态。该控制器晶粒与该超高压启动晶粒封装于一多芯片模块中。
【专利说明】可超局压启动的电源fe制装直
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及开关式电源供应器的电源控制器，尤其是具有超高压启动功能的电源控制器。
【背景技术】
[0002]开关式电源供应器采用功率开关(power switch),来控制流经电感元件的电流大小。相较于其他的电源供应器，开关式电源供应器具有体积小以及良好的电能转换效率，所以广受当下电源业界的采用。
[0003]图1显示一种已知的开关式电源供应器8。电源控制器14，其是一单独封装的集成电路，控制功率开关10的短路或是断路，藉以控制流经初级侧绕组16的电流。输入电源Vin可由一市电经过一桥式整流器来产生，其电压可以高达500V (伏特)。依据一般电源控制业界的说法，在此说明书中，10伏特到数十伏特的电压称之为高压；而数百伏特的电压，称超高压。当输入电源Vin刚刚出现时(譬如刚刚插入市电插座)，超高压启动电路(ultra-high-voltage startup circuit) 12,其为另一单独封装的集成电路，会对电容18开始充电，来建立电源控制器14的操作电源当操作电源Vrc到一定电压电平时，超高压启动电路12停止充电。之后，电源控制器14开始控制初级侧绕组16的电流，使辅助绕组20开始对电容18充电。
[0004]简单来说，超高压启动电路12，如同其名所表示的，基本上只有工作在一启动程序中。当电源控制器14周期性开关功率开关10的一正常操作程序时，超高压启动电路12是大致呈现一开路状态，而不消耗电能。
[0005]图2显示了另一已知的开关式电源供应器，其中的电源控制器22具有超高压启动的功能。简单地说，电源控制器22把图1中的超高压启动电路12与电源控制器14制作在一晶粒上，成为一单一封装的集成电路。相对于图1而言，图2的开关式电源供应器有比较少的兀件数量(component number)。
[0006]本说明书中，具有相同的符号元件或装置，为具有相同或是类似功能、结构、或特性的元件或是装置，为业界人士能以具本说明书的教导而得知或推知，但不必完全地相同。为简洁缘故，不会重复说明。
【发明内容】
[0007]本发明的实施例揭示一种可高压启动的电源控制装置。该电源控制器包含有一控制器晶粒(die)与一超高压启动晶粒(ultra-high voltage startup die)。该控制器晶粒可由一操作电源供电而操作。该操作电源的最大可操作电压为数十伏特。该超高压启动晶粒具有一超高压粘着垫，可耐受数百伏特的电压输入，该超高压启动晶粒于该电源控制装置的一启动程序中，对该操作电源进行充电，在该电源控制装置的一正常操作程序中，大约呈现一开路状态。该控制器晶粒与该超高压启动晶粒封装于一多芯片模块中。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1与图2显示两种已知的开关式电源供应器。
[0009]图3显示依据本发明所实施的一电源控制器。
[0010]图4为图3中的超高压启动晶粒以及PWM控制器晶粒，部分的电路图。
[0011]图5、图6与图7显示依据本发明的另三电源控制器。
[0012]【主要元件符号说明】
[0013]8开关式电源供应器
[0014]10功率开关
[0015]12超闻压启动电路
[0016]14电源控制器
[0017]16初级侧绕组
[0018]18电容
[0019]20辅助绕组
[0020]22电源控制器
[0021]30、30a、30b、30c 电源控制器
[0022]32晶粒座
[0023]34a?34h导线指
[0024]36PWM控制器晶粒
[0025]38超闻压启动晶粒
[0026]40焊线
[0027]44焊线
[0028]46焊线
[0029]48焊线
[0030]50JFET
[0031]52MOSFET
[0032]54齐纳二极管
[0033]56限流电阻
[0034]60超高压启动晶粒
[0035]62JFET
[0036]GATE引脚
[0037]GND接地引脚
[0038]HV引脚
[0039]NC引脚
[0040]Vcc操作电源
[0041]VCC引脚
[0042]Vin输入电源
【具体实施方式】
[0043]图3显示依据本发明所实施的一电源控制器30。在一实施例中，电源控制器30可以取代图2中的电源控制器22。
[0044]电源控制器30有PWM控制器晶粒36以及超高压启动晶粒38，一起封装于一多芯片模块(mult1-chip module,MCM)中。PWM控制器晶粒36以及超高压启动晶粒38可以通过导电胶，粘置在导线架(Ieadframe)中的晶粒座32上。导线架包含有晶粒座32以及导线指34a?34h。晶粒座32直接电性连接到导线指34d，其作为接地引脚GND。PWM控制器晶粒36通过引脚GATE，输出脉冲宽度可调的脉冲信号，来控制一功率开关的开启或是关闭。
[0045]在一实施例中，超高压启动晶粒38可以至少耐受500V信号输入，而PWM控制器晶粒36可以耐受最高40V信号输入。
[0046]超高压启动晶粒38设置于晶粒座32的一角落，其靠近作为超高压输入引脚(Pin)HV的导线指34h。在图3中，导线指34a、34d、34e% 34h位于导线架的四个角落，所以均为角落导线指。焊线40的一端焊在导线指34h(或引脚HV)，另一端焊在超高压启动晶粒38中间附近的一超高压粘着垫，其可以耐受500V信号输入。焊线46电性连接PWM控制器晶粒36以及超高压启动晶粒38上的一充电粘着垫。焊线44电性连接超高压启动晶粒38中的一接地粘着垫以及晶粒座32,提供超高压启动晶粒38的一接地电位(ground voltage)。焊线48电性连接PWM控制器晶粒36与超高压启动晶粒38中的一控制粘着垫，让PWM控制器晶粒36得以控制超闻压启动晶粒38。从图3中可以发现，超闻压启动晶粒38只有四种粘着垫:接地粘着垫、超高压粘着垫、控制粘着垫、充电粘着垫。
[0047]图4为图3中的超高压启动晶粒38以及PWM控制器晶粒36，部分的电路图。超高压启动晶粒38中具有JFET50以及M0SFET52。在一实施例中，超高压启动晶粒38中所有的主动元件都是耐超高压元件，如同图4所示。控制器晶粒36包含有一齐纳(Zener,又称之为“基纳”)二极管54以及一限流电阻56。JFET50的漏源极分别连接到引脚HV以及M0SFET52的栅极，而M0SFET52的漏源极分别连接引脚HV以及控制器晶粒36中的二极管57。M0SFET52的栅极也通过一控制粘着垫，电性连接到PWM控制器晶粒36中的齐纳二极管54。齐纳二极管54以及限流电阻56作为一箝制电路，用以大约限制该控制粘着垫的最高电压。在一实施例中，JFET50的临界电压为负值。在一开机程序中，JFET50—开始会以小电流对M0SFET52的栅极充电。当M0SFET52的栅极电压达一定程度时，M0SFET52开始以一相对大电流，对引脚VCC充电，以便在引脚VCC上建立操作电源V。。。同时，因为基板效应(body effect)，JFET50将会关闭呈现开路。举例来说，当M0SFET52的栅极电压到15V时，JFET50将会关闭呈现开路，且M0SFET52的临界电压约为5V，所以操作电源VCC在开机程序中，大约会被超高压启动晶粒38充电到10 (=15-5) V。之后，控制器晶粒36进入正常操作，超高压启动晶粒38大致呈现一开路状态。
[0048]图3中的电源控制器30可以好处包含有:
[0049]1.工艺上的简化:从半导体工艺的角度来看，超高压集成电路晶粒所需要的工艺与高压集成电路晶粒所需的工艺，是有相当差异的。电源控制器30以两个不同晶粒来分别实现超高压启动与PWM控制，因此，可以将个别的工艺最佳化。如此，PWM控制器晶粒36将不会受到制作超高压启动晶粒38所需要的许多高温扩散(High-temperature diffus1n)的限制，PWM控制器晶粒36可能可以变得更小更便宜。制成上的简化，同时也意味着晶粒良率上可能的提升。因此，PWM控制器晶粒36与高压启动晶粒38的制作成本可能可以降低。
[0050]2.噪声的隔离:相较于图2的单晶粒实施例，图3中的超高压启动晶粒38与PWM控制器晶粒36分别形成于两个不同的基板(substrate)。因此，模拟电路中，所讨厌的噪声，就不会通过基板跨越到另一个晶粒过去。举例来说，如果在图3中的超高压启动晶粒38的基板产生了噪声，这噪声将会先被晶粒座32先导引到接地电位，而比较不会影响PWM控制器晶粒36的基板。
[0051]3.量产上的控管:超高压启动晶粒38与PWM控制器晶粒36 —起封装在一多芯片模块中。封装后，从外观上来看，电源控制器30仅仅是单一的集成电路。因此，可以享受与图2 —样的比较少元件数量的好处，量产上的物件控管比较简便。
[0052]图5显示依据本发明的另一电源控制器30a，其中PWM控制器晶粒36并非四边对齐平行于晶粒座32的四边，而超高压启动晶粒38则依然对齐平行地放置于晶粒座32的一角落。这样的好处是可以在晶粒座32的一角落产生比较大的空间，来容纳超高压启动晶粒38。这样的可能性，只有在超高压启动晶粒38与PWM控制器晶粒36为分开的两个晶粒才可能达成。
[0053]在图6的本发明的实施例中，电源控制器30b是一堆晶粒堆迭封装(chip-stackpackage)，如同图6所示。图6中，超高压启动晶粒38与PWM控制器晶粒36依序堆迭在晶粒座32上，而彼此则通过焊线或其他导电物来做电性耦合。
[0054]在一实施例中，超高压启动晶粒大致(substantially consisting of)由一接面场效晶体管(JFET)以及一 MOS场效晶体管所组成，如同图3与图4中所举例的。当然，图3与图4中，超高压启动晶粒38中一定寄生有一些没有显示出来的被动元件。在另一实施例中，一超高压启动晶粒中的主动元件可以不要有M0SFET,仅仅由JFET所组成。图7显示依据本发明所实施的一电源控制器30。，其中，超高压启动晶粒60与PWM控制器晶粒36 —起封装在一多芯片模块中。超高压启动晶粒60大致上只有一 JFET62，举例来说，此JFET62在充电粘着垫的电压约达1V时，会因为基板效应而关闭电流。如同图7所示，超高压启动晶粒60只需要有三种粘着垫:接地粘着垫、超高压粘着垫、以及充电粘着垫，分别电性连接到引脚GND、引脚HV、以及PWM控制器晶粒36。
[0055]以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求书所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【权利要求】
1.一种可超高压启动的电源控制装置，包含有: 一控制器晶粒，可由一操作电源供电而操作，该操作电源的最大可操作电压为数十伏特；以及 一超高压启动晶粒(116)，具有一超高压粘着垫，可耐受数百伏特的线电压输入，该超高压启动晶粒于该电源控制装置的一启动程序中，对该操作电源进行充电，在该电源控制装置的一正常操作程序中，大约呈现一开路状态； 其中，该控制器晶粒与该超高压启动晶粒封装于一多芯片模块(皿111:11110(11116,101)中。
2.如权利要求1所述的电源控制装置，其中，该超高压启动晶粒具有至少一主动元件，每一主动元件都是耐超高压元件。
3.如权利要求1所述的电源控制装置，其中，该超高压启动晶粒大致由一接面场效晶体管(见￡1)以及一 103场效晶体管所组成。
4.如权利要求1所述的电源控制装置，其中，该超高压启动晶粒大致由一接面场效晶体管(见价)所组成。
5.如权利要求1所述的电源控制装置，还包含有一导线架(163(1&￡11116)，其包含有一晶粒座((116 ￠￡1(1(116)，且该超高压启动晶粒与该控制器晶粒依序堆迭于该晶粒座上。
6.如权利要求1所述的电源控制装置，还包含有一导线架，其包含有一晶粒座与多个导线指，所述导线指包含有一角落导线指，该超高压启动晶粒设置于该晶粒座上最靠近该角落导线指的一角落。
7.如权利要求1所述的电源控制装置，包含有一导线架，其包含有一晶粒座，该超高压启动晶粒与该控制器晶粒分别设置于该晶粒座上。
8.如权利要求1所述的电源控制装置，其中，该超高压启动晶粒仅有三种粘着垫，由一超高压粘着垫、一充电粘着垫、以及一接地粘着垫所组成；该超高压启动晶粒的该操作电源粘着垫以至少一第一焊线03011(11118.电性I禹接至该控制器晶粒的该操作电源；以及，该超高压启动晶粒的该接地粘着垫以至少一第二焊线03011(11118 ，电性稱接至该控制器晶粒的一接地粘着垫。
9.如权利要求1所述的电源控制装置，其中，该超高压启动晶粒仅有四种粘着垫，由一超高压粘着垫、一充电粘着垫、一接地粘着垫、以及一控制粘着垫所组成，通过焊线，分别耦接到该线电压输入、该操作电源、一接地引脚、以及该控制器晶粒。
10.如权利要求9所述的电源控制装置，其中，该控制器晶粒具有一箝制电路，用以大约限制该控制粘着垫的最高电压。
11.如权利要求1所述的电源控制装置，其中，该控制器晶粒为一脉冲宽度调制⑴丽)控制器。
12.如权利要求1所述的电源控制装置，其中，该超高压启动晶粒具有一接地粘着垫，以及，该电源控制装置另具有一焊线，电性连接于该超高压启动晶粒的该接地粘着垫与一晶粒座之间。
【文档编号】H02M7/00GK104348374SQ201310339186
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年8月6日 优先权日:2013年8月6日
【发明者】周炯峰 申请人:通嘉科技股份有限公司