多功能端子的制作方法

本公开内容总体涉及电源，更具体地涉及电源控制器的紧凑性。

背景技术：

电子设备的用户和制造商对电源的紧凑性和效率越来越关注。具有脉冲宽度和脉冲频率调制控制器的开关式电源在许多不同的拓扑中提供了紧凑性和效率。开关式电源控制器可用于具有一定数量的外部连接引脚或端子的单个集成电路芯片或封装中。如同许多其他类型的集成电路芯片或封装，限制电源封装的外部连接端子的数量是有利的，这使得能够减小外形和总成本二者。

然而，随着电子设备的复杂性增加，电源规格的复杂性也在增加。通常需要电源基于许多不同的因素以多种不同的操作模式进行操作。因此，期望提供电源的可配置性以由系统设计者实现期望的结果。为了满足该要求，开关式电源控制器已经并入了可以由电源设计者实现和配置的多个特征和操作模式。示例性的特征和操作模式包括过温保护模式、过电压保护模式和过电流保护模式。还可以实现多个调制模式，这影响输出特性(例如输出纹波和输出调节)以及输入特性(例如功率因数校正)。遗憾的是，提供紧凑且低成本电源解决方案的目标通常与使电源功能和性能最大化的目标不一致。因此，期望提供一种能够实现宽范围的可编程特征和操作模式的紧凑且低成本的电源。

技术实现要素：

本文所述的实施方式描述了一种对电源进行控制的紧凑且高效的电源控制器。电源可以是例如开关反激式电力转换器。电源被配置成向输出负载例如led负载提供电力。电源可以经由例如变压器的初级绕组向输出负载提供电力，以将能量传递至变压器的次级绕组。

电源控制器包括向控制器提供供电电压的第一端子。控制器还包括与控制器外部的开关耦接的第二端子，该开关是由控制器控制的电力转换器的一部分，其中第二端子在开关接通时用于电力转换器的初始上电并且在开关断开时用于第二功能。

在一个实施方式中，开关是耗尽型mosfet，并且第一端子耦接至开关的源极端子，而第二端子耦接至开关的栅极端子。

在一个实施方式中，当第二端子的电压电平小于第一端子的电压电平与开关的阈值电压之和时，开关断开。

在一个实施方式中，当第二端子的电压电平大于第一端子的电压电平与开关的阈值电压之和时，开关接通。

在一个实施方式中，开关是n型耗尽型mosfet。

在一个实施方式中，第二功能是通过估计转换器的环境温度进行的过温保护。

在一个实施方式中，控制器通过测量在耦接至第二端子的负温度系数电阻器上的电压降来估计环境温度。

在一个实施方式中，第二功能是控制由电力转换器供电的发光二极管的亮度。

在一个实施方式中，控制器通过在第二端子处接收脉宽调制(pwm)信号来控制亮度。

在一个实施方式中，控制器基于接收到的ac输入线电压信号的翻转频率来控制亮度。

在一个实施方式中，第二功能是通过将第二端子耦接至1线串行接口来传送数据。

附图说明

通过结合附图考虑以下详细描述，可以容易地理解本文所公开的实施方式的教导。

图1示出了根据一个实施方式的典型开关式电力转换器的框图。

图2示出了根据一个实施方式的包括多功能端子的开关式电力转换器控制器的框图。

图3示出了根据图2所示的实施方式的开关式电力转换器控制器的时序图。

图4示出了根据一个实施方式的示出多功能端子用于感测环境温度的次要功能的框图。

图5示出了根据一个实施方式的示出多功能端子用于控制模拟调光能力的次要功能的框图。

具体实施方式

附图和以下描述仅作为说明涉及各种实施方式。应当注意，根据以下讨论，本文所公开的结构的替选实施方式将容易地被认为是可以在不脱离本文所讨论的原理的情况下采用的可行替选方案。现在将详细参照若干实施方式，在附图中示出了这些实施方式的示例。注意，在可行的情况下，相似或相同的附图标记可用于附图中并且可以指示相似或相同的功能。

本公开内容的实施方式涉及电源，更具体地涉及电源控制器的紧凑性。电力转换器控制器电路包括用于向控制器电路提供供电电压的第一端子以及与控制器电路外部的开关耦接的第二端子。第二端子在开关接通时用于电力转换器的初始上电，并且在开关断开时用于第二功能。

图1示出了根据一个实施方式的典型开关式电力转换器(例如电力转换器100)的框图。除其他部件之外，电力转换器100包括控制器110、起动块120、变压器130、负载140、电压感测150、电流感测160、功率器件170和整流二极管135。电力转换器100接收交流(ac)输入电压(vinput)105，vinput105将被转换为经调节的直流(dc)电压并被传送至负载140。在一个实施方式中，可以由作为电力转换器100的一部分的整流器桥(未示出)对vinput105进行整流。替选地，可以在vinput105到达电力转换器100之前预先对vinput105进行整流。

电力转换器100包括对电力转换器100的操作模式进行控制的控制器110。例如，控制器110控制电力转换器100何时在恒定接通时间模式下操作以及电力转换器100何时在恒定功率模式下操作。控制器110通过将功率器件170接通和断开来控制电力转换器100。功率器件170可以是可作为开关进行操作的功率mosfet器件。功率器件170与变压器130的初级绕组串联地连接，使得当控制器110使功率器件170接通时，电流流过变压器130的初级绕组。并且当控制器110将功率器件170断开时，电流不流过变压器130的初级绕组。控制器130可以使用端子drive115来控制功率器件170。

控制器110可以使用两个端子vcc111和gnd112来接收供电电压。控制器110通常包括端子asu113以提供用于触发起动块120的起动信号，起动块120向控制器110提供供电电压作为上电复位(por)条件。起动块120可以包括帮助向控制器110提供供电电压的开关(例如耗尽型mosfet)。控制器110还包括端子v-fb114，其帮助通过变压器130的辅助绕组131和电阻器网络150来进行电压感测。辅助绕组131基于次级绕组与辅助绕组之间的匝数比来提供向负载140传送的输出电压(vout)145的表示。电阻器网络150的电阻分压器基于电阻器网络150的电阻器值的比来提供在辅助绕组131处的vout145的表示。在电力转换器100经历初始上电序列之后，二极管d1和电容器c2通过辅助绕组131向vcc111端子提供供电电压。

控制器110还包括端子i-fb116，其帮助通过与功率器件170串联连接的电阻器160进行电流感测。如上所述，当功率器件170接通时，电流流过变压器130的初级绕组。流过变压器130的初级绕组的电流也流过功率器件170并进一步流过电阻器160。控制器110可以通过感测电阻器160上的电压并计算流过电阻器160的电流来感测流过变压器130的初级绕组的电流。电力转换器100还包括用作输出整流器的二极管135以及用作输出滤波器的电容器c1。所得到的经调节的输出电压vout145被传送至负载140。可以向负载140并联地添加附加电阻器(未示出)，该附加电阻器可以用作预负载，通常用于在电力转换器100的无负载条件的情况下使输出稳定。

在一些实施方式中，控制器110可以包括另外的功能，例如通过感测环境温度进行过温保护、发光二极管(led)负载的模拟调光、提供串行线接口(例如1线串行接口)等。在常规电力转换器(例如电力转换器100)中，上面列出的示例性功能通过在控制器110中包括单独的专用端子来实现。例如，端子misc117表示可用于能够由电力转换器100的控制器110实现的以上列出的示例性功能之一的端子。

图2示出了根据一个实施方式的包括多功能端子的电力转换器控制器的框图。图2包括在虚线矩形框中示出的控制器210的一部分。图2的其他部分包括作为电力转换器(例如电力转换器100)自身的一部分的电路。例如，电阻器r1和r2、mosfetq1和电容器c1可以是电力转换器的起动电路(例如起动块120)的一部分。mosfetq1的示例性器件是耗尽型mosfet。图2的包括多功能端子的电力转换器控制器的操作在图3中被示出为时序图。将结合图2和图3来描述多功能端子(例如multi230)的操作。图3将时间305示为x轴(独立轴)，将电压310示为y轴。图3示出了vcc1端子240以及开关s1和s2随时间的电压波形。

当输入ac电压增大时，图2的vinput也开始增大。耗尽型mosfet(q1)的栅极(g)端子和源极(s)端子处的初始电压条件为零伏特。当mosfet的栅极和源极之间的电压变化量(vgs)为零时，耗尽型mosfet处于接通状态。n型耗尽型mosfet的阈值电压为负值。例如，-3.3v的阈值电压表示：只要n型耗尽型mosfet的vgs高于-3.3v(例如，vg＝0且vs小于3.3v)，n型耗尽型mosfet就会接通。换句话说，为了断开示例性n型耗尽型mosfet，所施加的vgs需要低于-3.3v(例如，vg＝0且vs大于3.3v)。在初始条件(t＝0)下，多功能端子230(q1的vg)等于零伏特。因此，只要vcc1端子240低于q1的阈值电压的绝对值(例如，3.3v；图3的vcc1_vth)，q1就会处于接通状态，并且电流流过电阻器r1和r2，并且对电容器c1充电。在一些实施方式中，vcc1_vth可以被设置为比q1的阈值电压的绝对值低的值。

当vcc1端子240达到电压电平vcc1_vth(例如，q1的绝对阈值电压)时，可以使开关s1接通。开关s1连接在多功能端子230与vcc1端子240之间，使得开关s1接通确保了q1也接通。当开关s1接通时，q1的vgs被设置为零伏特，从而确保q1接通，这是因为零伏特始终大于负电压(n型耗尽型mosfet的阈值电压始终为负值)。也就是说，多功能端子230的电压电平被设置为等于vcc1端子240的电压电平。这在图3中被示出为当对于s1示出了上升脉冲时的时间t1。当s1接通从而确保q1也接通时，vcc1端子240的电压电平增大，如图3所示，并且电容器c1继续充电。如图3所示，开关s1接通直到vcc1端子240达到预定电压电平vcc1_por_1为止。

当vcc1端子240达到预定电压电平vcc1_por_1时，开关s1断开以使耗尽型mosfetq1断开，并且开关s2接通。在一些情形中，在s1的断开与s2的接通之间需要一定的延迟以避免击穿。图3通过s1的低脉冲和s2的高脉冲示出了在时间t2处的该转变。在时间t2处，vcc1端子240处于电压电平vcc1_por_1。当开关s1断开且开关s2接通时，多功能端子230上的电压电平将从vcc1_por_1变为基于vcc2和电阻器r3的新值，其中vcc2是电流源isource的供电电压，r3是连接在多功能端子230与地之间的电阻器。在开关s2接通之后，多功能端子230的电压电平将取决于电阻器r3与包括isource和开关s2的电路的其余部分之间的分压。开关s2接通时的多功能端子230的最大电压为vcc2。当开关s2接通且开关s1断开时，存在与q1的vth、vcc1和vcc2相关以确保q1断开的条件，如下所讨论的那样。

对于n型耗尽型mosfetq1，确保q1断开的条件是q1的栅极端子与源极端子之间的电压差(vgs)应当小于q1的阈值电压(vth)。即，vgs<vth。当s1断开且s2接通时，vs(q1的源极)等于vcc1，并且vg(q1的栅极)等于vmulti。如上所讨论的，vmulti的最大值为vcc2。因此，对于要断开的q1，足以满足vcc2-vcc1<vth的条件。换句话说，vcc1>vcc2-vth。例如，n型耗尽型mosfet的vth为-3.3v。当vcc2被设置为3.3v时，由vcc1>6.6v给出要断开q1的条件。因此，vcc1的最小值被设置为vcc2-vth。例如，在图3中vcc1的最小值被示出为vcc1_min。当开关s1断开时，vcc1通过电容器c1保持其值。在一些故障条件期间，电力转换器关机，并且电容器c1放电，使得当vcc1端子240的电压电平下降到vcc1_min以下时，开关s1随后可以接通并且s2可以断开以再次对电容器c1充电并且将vcc1端子240的电压电平升高到用于另一次por重启的电平vcc1_por_2。在一些实施方式中，电压电平vcc1_por_2可以与vcc1_por_1不同。或者，vcc1_por_2可以与vcc1_por_1相同。

可以类似于上面讨论的关于vcc1的条件来计算关于vmulti的最大值的另一条件。如上所讨论的，对于要保持断开的q1，vgs<vth，其中vg＝vmulti，vs＝vcc1。因此，vmulti-vcc1<vth，这意味着vmulti<vcc1+vth。因此，对于要保持断开的q1，多功能端子230处的电压电平的最大值被设置为vcc1+vth。换句话说，如果多功能端子230的电压电平在vcc1+vth以上，则q1接通，并且如果多功能端子230的电压电平在vcc1+vth以下，则q1断开。

如上所讨论的，多功能端子230被用于使q1接通以对电容器c1充电(以及设置vcc1的电压电平)以供初始上电，直到vcc1达到预定vcc1_por_1为止。每当c1上的电荷下降到如上所述的最小值vcc1_min以下时，多功能端子230还被用于对电容器c1充电。但是在其中vcc1的电压电平在vcc1_min以上的时间t2与t3之间的时间帧期间，多功能端子230不用于对电容器c1充电。因此，当vcc1端子230的电压电平在vcc1_min以上时，多功能端子230可以用于除电力转换器100的初始上电之外的功能。当vcc1端子230的电压电平在vcc1_min以上时，q1断开并且多功能端子230可用于第二功能。换句话说，当多功能端子230上的电压电平小于vcc1+vth时，多功能端子230可以用于除了使电力转换器起动以外的功能(即第二功能)。总之，多功能端子230可以在其电压电平高于vcc1+vth时用于电力转换器的初始上电的第一功能，其中vcc1是与多功能端子230连接的开关(即，功率器件170)的源极端子处的电压电平，以及vth是使开关接通的阈值电压。多功能端子230还可以在其电压电平低于vcc1+vth时用于电力转换器的第二功能。

使用多功能端子230的示例性第二功能用于过温保护(otp)。在图2中，电阻器r3可以是能够用于感测电力转换器100的环境温度的负温度系数(ntc)电阻器。如本领域技术人员所理解的，ntc电阻器的电阻随着环境温度的升高而降低。因此，通过监测ntc电阻器r3上的电压降，控制器210可以感测电力转换器100的环境温度，从而当所感测的温度增大到预定阈值以上时启用保护电路。下面参照图4来描述用于otp的示例性实施方式的另一电路实现。

图4示出了根据一个实施方式的示出多功能端子用于感测环境温度的次要功能的框图。图4示出了与上面参照图1讨论的电力转换器100类似的电力转换器400，不同之处在于控制器410包括多功能端子multi413，multi413可以实现两个引脚asu113和misc117的功能。控制器410包括如下六个端子：vcc411、gnd412、multi413、v-fb414、drive415和i-fb416。端子vcc411、gnd412、v-fb414、drive415和i-fb416的操作分别与如以上参照图1所述的端子vcc111、gnd112、v-fb114、drive115和i-fb116的操作相同。

当多功能端子413在初始上电期间使起动块120内包括的开关(未示出)接通直到vcc411达到预定电压电平(例如图3的vcc1_por_1)为止时，多功能端子413类似于以上参照图2所述的多功能端子230进行操作。在vcc411下降到如上参照图2和图3所述的最小值vcc1_min以下的时间段期间，多功能端子413类似于多功能端子230进行操作。当多功能端子413不用于电力转换器的初始上电时，多功能端子413被用于感测环境温度的第二功能。示例性情形是当vcc411的电压电平在最小值(例如图3的vcc1_min)以上时。感测环境温度的功能可以通过在端子vcc411、multi413和gnd412之间连接电阻器r1和r2以及开关s1来实现，如图4所示的那样。在本示例性实施方式中，当vcc411的电压电平在最小值(例如图3的vcc1_min)以上时，开关s1接通，使得电流流过电阻器r1和r2。换句话说，当起动块120的开关(例如图2的q1)断开时，图4的开关s1接通。

当开关s1接通时，电流流过r1和r2。在该示例性实施方式中，r2是ntc电阻器。多功能端子413可以监测电阻器r1和r2之间的电压降以估计控制器410的环境温度，从而估计电力转换器400的环境温度。在一个实施方式中，电阻器r2可以在控制器410内部实现。替选地，电阻器r2可以在控制器410外部实现，并且可以放置在电力转换器400内温度最高的器件(例如变压器130和/或功率器件170)附近。在一些实施方式中，r1(或r1和r2)可以是ntc电阻器。

图5示出了根据一个实施方式的示出多功能端子用于控制模拟调光能力的次要功能的框图。图5示出了与以上参照图4讨论的电力转换器400类似的电力转换器500，不同之处在于电力转换器500和电力转换器400在多功能端子413的配置上有所不同。多功能端子413被配置成感测电力转换器400中的环境温度，而多功能端子413被配置成控制电力转换器500中的led负载的模拟调光能力。

当多功能端子413不用于电力转换器的初始上电时，电力转换器500的多功能端子413用于控制led负载的模拟调光功能的第二功能。示例性情形是当vcc411的电压电平在最小值(例如图3的vcc1_min)以上时。用于控制模拟调光功能的功能可以通过以低通滤波器配置连接并且耦接至多功能端子413的电阻器r1和电容器c1来实现，如图5所示的那样。在一些实施方式中，多功能端子413可以通过例如蓝牙连接来接收脉宽调制(pwm)信号，或者使用分压器来感测输入线电压。在蓝牙情形下，可以远程地接收从智能电话到电力转换器的输入信号。并且在输入线输入电压感测情形中，可以从与交流(ac)输入线电压连接的壁式开关接收所述输入。在示例性实施方式中，当起动块120的开关断开时，通过多功能端子413发送脉冲宽度调制(pwm)信号，使得可以与pwm信号的占空比成比例地控制led灯泡的亮度。控制led灯泡的亮度的另一示例是监测在多功能端子413处检测到的输入电压信号的翻转频率。例如，如果对于给定的时间帧检测到输入电压信号的翻转频率为2，则led灯泡的亮度可以被设置为75％的亮度。另一示例是如果对于给定的时间帧检测到输入电压信号的翻转频率为3，则led灯泡的亮度可以被设置为50％的亮度等。

当多功能端子413不用于初始上电时可以在多功能端子413上实现的其他示例性功能包括1线串行接口，用于与控制器410进行数据通信(输入和输出)以及进而与电源控制器400(或电源控制器500)进行数据通信。例如，1线串行接口可以包括可表示开启或关闭led灯泡的条件的1位数字信号。表示led灯泡的开启的条件可以映射到1线串行接口的逻辑高，并且led灯泡的关闭可以映射到逻辑低。通过检测逻辑低信号，例如可以通过将电力转换器的输出电压设置为低于开启led灯泡所需的阈值电压来关闭led灯泡。

出于说明的目的已经呈现了本发明的实施方式的前述描述；但是这并不旨在是无遗漏的或将本发明限制为所公开的具体形式。相关领域的技术人员可以理解，鉴于上述公开内容，许多修改和变化是可能的。

本说明书的一些部分根据对信息的操作的符号表示来描述本发明的实施方式。数据处理领域的技术人员通常使用这些表示来将他们工作的主旨有效地传达给本领域的其他技术人员。尽管在功能上、计算上或逻辑上对这些操作进行描述，但是这些操作被理解为由计算机程序或等效电路、微代码等来实现。此外，已经证明，有时不失一般性地将这些操作布置称为模块是方便的。所描述的操作及其相关联的模块可以在软件、固件、硬件或它们的任何组合中实施。

本文所述的任何操作可以单独地或与其他设备组合地利用一个或多个硬件或软件模块来执行或实现。在一个实施方式中，使用包括计算机可读介质的计算机程序产品来实现软件模块，该计算机可读介质包含计算机程序代码，该计算机程序代码可以由计算机处理器执行以执行所描述的任何或所有步骤、操作或过程。

本发明的实施方式还可以涉及用于执行本文的操作的装置。该装置可以是为了所需目的而特别构造的，并且/或者该装置可以包括由存储在计算机中的计算机程序选择性地激活或重新配置的通用计算设备。这样的计算机程序可以存储在有形计算机可读存储介质或适于存储电子指令并耦接至计算机系统总线的任何类型的介质中。此外，本说明书中提及的任何计算系统可以包括单个处理器或者可以是采用多处理器设计以提升计算能力的架构。

本发明的实施方式还可以涉及在载波中包含的计算机数据信号，其中计算机数据信号包括本文所述的计算机程序产品或其他数据组合的任何实施方式。计算机数据信号是在有形介质或载波中呈现的并且在载波中被调制或以其他方式编码的产物，计算机数据信号是有形的并且根据任何合适的传输方法来传输。

最后，在说明书中使用的语言主要是为了可读性和指导目的而选择的，并且所使用的语言可以不被选择成描绘或限制本发明的主题。因此，本发明的范围将不受该详细描述的限制，而是受到基于本申请的所附任何权利要求的限制。因此，本发明的实施方式的公开内容旨在说明而非限制在所附权利要求中阐述的本发明的范围。