可提供开路保护的电源控制器以及相关的控制方法与流程

本发明涉及一种电源供应器的开路保护，尤其涉及在电源供应器的电路发生开路时，可以适时的提供保护的电源控制器以及相关的控制方法。

背景技术：

电源供应器在消费性电子产品中，几乎是不可或缺的。几乎每个电子产品都需要一电源供应器，来将市电转换为电子产品中的核心电路所需的电压或是电流电源。也因为电源供应器非常贴近人们的日常生活，因此许多国家法规要求，电源供应器需要配置有许多保护机制，来当面对不正常操作或是不正常环境时，电源供应器不会产生火灾或是对人体造成伤害。

印刷电路板上，每个元件的短路/开路测试，是当代电源供应器所必需通过的标准操作程序之一。举例来说，印刷电路板上一电阻的短路测试情境是那电阻的两端不正常地发生短路，等同那电阻的电阻值变成了0。而电阻的开路测试情境是那电阻的两端其中之一没有焊接好，导致没有电连接到电路板上应有的位置。

电源供应器中的一辅助绕组的接地路径发生开路时，可能会导致失控的结果。初级侧反馈控制(primary-side regulation，PSR)的开关式电源供应器是利用检测位于初级侧的一辅助绕组的辅助绕组电压，来控制位于次级侧的输出电压。然而，当辅助绕组的接地路径断开成为开路时，辅助绕组电压的电压波形将被扭曲，而提供了错误的讯息给与控制回路，可能造成输出电压飘升，损坏连接于输出电压并接受电源供应器供电的电路。

因此，当辅助绕组的接地路径发生开路时，电源供应器应当适时的关闭，停止电压转换。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种电源控制器，适用于一电源供应器。该电源供应器包含有一变压器，其包含有一初级侧绕组、一辅助绕组、以及一次级侧绕组。该电源控制器控制一功率开关，其与该初级侧绕组串联于一输入电压与一输入地之间。该辅助绕组具有一接地终端以及一浮动终端，该接地终端用以连接至该输入地。该电源控制器包含有：一驱动端、一脉冲宽度调制信号产生器、一反馈端、以及一电压变化检测器。该驱动端提供一驱动信号至该功率开关。该脉冲宽度调制信号产生器产生一脉冲宽度调制信号，其决定该驱动信号。该脉冲宽度调制信号定义有一开启时间以及一开关时间。该反馈端通过一电阻，连接至该浮动终端。该电压变化检测器连接于该反馈端。在该开启时间内，该电压变化检测器检测该浮动终端上的一辅助绕组电压。在该开启时间内，如果该辅助绕组电压的一变化符合一第一预设条件时，该电压变化检测器提供一开路保护信号至该脉冲宽度调制信号产生器，以停止提供该脉冲宽度调制信号，保持该功率开关关闭，因而提供当该接地终端与该输入地之间为一开路时的保护。

本发明实施例提供一种控制方法，可提供当一辅助绕组之一接地终端与一输入地之间为一开路时的保护。该控制方法适用于一电源供应器中之一电源控制器。该电源供应器包含有一变压器，其包含有一初级侧绕组、该辅助绕组、以及一次级侧绕组。该电源控制器控制一功率开关，其与该初级侧绕组串联于一输入电压与该输入地之间。该辅助绕组具有该接地终端以及一浮动终端。该接地终端用以连接至该输入地，该浮动终端通过一电阻，连接至该电源控制器包的一反馈端。该次级侧绕组用以产生一输出电压以及一输出地，该控制方法包含有：提供一驱动信号至该功率开关；提供一脉冲宽度调制信号，其决定该驱动信号，该脉冲宽度调制信号定义有一开启时间以及一开关时间；通过该反馈端，检测该浮动终端上的一辅助绕组电压；在该开启时间内，辨识该辅助绕组电压的一变化是否符合一第一预设条件；以及，在该开启时间内，如果该变化符合该第一预设条件，提供一开路保护信号，以停止提供该脉冲宽度调制信号，保持该功率开关关闭，因而提供当该接地终端与该输入地之间为该开路时的保护。

附图说明

图1显示一种依据本发明所实施的电源供应器。

图2显示图1中的驱动信号SDRV、正常时的辅助绕组电压VAUX、以及开路测试时可能的辅助绕组电压VAUX。

图3显示依据本发明所实施的电源控制器。

图4显示开路测试时，图3中的一些信号波形。

图5显示PWM信号SPWM、电流检测电压VCS、以及LEB信号SLEB。

图6显示正常操作时，图3中的一些信号波形。

【符号说明】

10 电源供应器

12 桥式整流器

13 负载

14 电源控制器

20 电压变化检测器

21 采样器

22、26 电流镜

24 箝制电路

25 计数器

27 SR触发器

29 反向史密施触发器

30 PWM信号产生器

32 驱动器

34 LEB时间产生器

AUX 辅助绕组

BMP 凸起

CS 电流检测端

DA 二极管

DRV 驱动端

DV 电压差

FA 浮动终端

FB 反馈端

GA 接地终端

GND 输入地

GND-O 输出地

IFB 反馈电流

IPRM 绕组电流

ISH 记录电流

N1、N2 NMOS晶体管

P1、P2、P3、P4 PMOS晶体管

PRM 初级侧绕组

PX 记号

RA、RB 电阻

RCS 电流检测电阻

SAGPO 信号

SCLK 时钟信号

SDRV 驱动信号

SEC 次级侧绕组

SLEB LEB信号

SPRO 开路保护信号

SPWM PWM信号

SW 功率开关

t1DET 时间点

tFOUND 时间点

TF 变压器

TLEB 上升沿遮蔽时间

TOFF 关闭时间

TON 开启时间

VAC 交流市电

VAUX 辅助绕组电压

VBASE 基准电压

VCC 操作电源电压

VCS 电流检测电压

VCC 电源端

VFB 反馈电压

VIN 输入电压

VLIM 限制电压

VOUT 输出电压

具体实施方式

在本说明书中，有一些相同的符号，其表示具有相同或是类似的结构、功能、原理的元件，且为本领域技术人员可以依据本说明书的教导而推知。为说明书的简洁度考虑，相同的符号的元件将不再重述。

图1显示一种依据本发明所实施的电源供应器10，其中记号PX表示辅助绕组AUX的接地路径开路发生的位置。电源供应器10具有电源控制器14，在一实施例中，其可以是一封装后的集成电路，具有许多引脚。如同图1所举例的，这些引脚可以是电源端VCC、驱动端DRV、电流检测端CS、与反馈端FB等。

桥式整流器12将交流市电VAC整流，提供输入电压VIN与输入地GND。变压器TF包含有初级侧绕组PRM、次级侧绕组SEC、以及辅助绕组AUX。如同图1所示，初级侧绕组PRM、功率开关SW、电流检测电阻RCS串联于输入电压VIN与输入地GND之间。电源控制器14从驱动端DRV提供驱动信号SDRV，用以开关功率开关SW，使得初级侧绕组PRM的跨压产生变化。次级侧绕组SEC因此产生感应交流电压，其经过整流之后，提供了输出电压VOUT以及输出地GND-O，用来对负载13供电。

辅助绕组AUX具有一接地终端GA以及一浮动终端FA。正常操作时，接地终端GA直接连接到输入地GND。在辅助绕组AUX的接地路径开路测试(以下简称开路测试)时，接地终端GA没有如同设计时所需要地短路到输入地GND，记号PX表示辅助绕组AUX的接地路径开路发生的位置。

浮动终端FA上有辅助绕组电压VAUX，其经过二极管DA整流后，可以提供电源控制器14的操作电源电压VCC。电阻RA与RB串接于浮动终端FA与输入地GND之间。电源控制器14的反馈端FB作为电阻RA与RB之间的连接点。电源控制器14的反馈端FB上有反馈电压VFB。反馈电流IFB从电源控制器14的反馈端FB流出电源控制器14。

图2显示图1中的驱动信号SDRV、正常时的辅助绕组电压VAUX、以及开路测试时可能的辅助绕组电压VAUX。

图2中，开路测试时的辅助绕组电压VAUX，明显的跟正常时的辅助绕组电压VAUX不同。图2只是显示开路测试时，辅助绕组电压VAUX被扭曲的一种例子。至于真正开路测试时，辅助绕组电压VAUX被扭曲的程度，则会视实际电子零件与寄生电性系数(电阻、电容、电感)而决定。

驱动信号SDRV为一种脉冲宽度调制(pulse-width modulation，PWM)信号，依据另一PWM信号SPWM产生，可定义开启时间TON与关闭时间TOFF。在开启时间TON时，功率开关SW开启；在关闭时间TOFF时，功率开关SW关闭。电源控制器14可以实施初级侧反馈控制(primary-side regulation，PSR)，在图2所示的时间点t1DET，通过电阻RA与RB，检测辅助绕组电压VAUX，间接地检测了位于次级侧的输出电压VOUT。图2显示，在开路测试时，在时间点t1DET所检测到的辅助绕组电压VAUX，将会明显低于正常时所检测到的辅助绕组电压VAUX。因此，在开路测试时，如果没有即时的提供保护来关闭电源转换，电源控制器14可能误会了输出电压VOUT偏低，错误地增加转换能量而拉高输出电压VOUT。过高的输出电压VOUT可能损害负载13。

图3显示依据本发明所实施的电源控制器14，其包含有电压变化检测器20与PWM信号产生器30。

PWM信号产生器30依据反馈电压VFB以及电流检测电压VCS来产生PWM信号SPWM。PWM信号SPWM作为输入，驱动器32提供适当地电压电平，作为驱动信号SDRV，来驱动功率开关SW。PWM信号SPWM与驱动信号SDRV大致有一样的逻辑值，可以定义开启时间TON与关闭时间TOFF。

电压变化检测器20连接于反馈端FB。在开启时间TON内，电压变化检测器20通过电阻RA，检测浮动终端FA上的辅助绕组电压VAUX。在开启时间TON内，如果辅助绕组电压VAUX的一变化符合一预设条件时，电压变化检测器20可以提供开路保护信号SPRO至PWM信号产生器30。PWM信号产生器30因而停止提供PWM信号SPWM。开路保护信号SPRO可以使PWM信号SPWM维持在逻辑上的0，保持功率开关SW关闭，因而提供当接地终端GA与输入地GND之间为一开路时的保护。

请同时参阅图4，其显示开路测试时，图3中的一些信号波形。

随着驱动信号SDRV开关功率开关SW，辅助绕组电压VAUX随之变化。在开启时间TON内，电压变化检测器20在上升沿遮蔽(leading-edge blanking，LEB)时间TLEB结束时，检测辅助绕组电压VAUX，其在那时候为基准电压VBASE。之后，在开启时间TON内，当辅助绕组电压VAUX与基准电压VBASE之间的电压差DV达一预定差异时，可以提供开路保护信号SPRO。LEB时间TLEB的功能与用途将稍后解释。以LEB时间TLEB结束时的辅助绕组电压VAUX作为基准电压VBASE仅仅为说明上方便的一个例子，本发明并不限于此。本发明的实施例可能可以采用开启时间TON内任何时间点的辅助绕组电压VAUX作为基准电压VBASE。

请看图3。电压变化检测器20包含有箝制电路24、电流镜22、电流镜26、反向史密施触发器(inverted smith trigger)29、SR触发器27、以及计数器25，连接关系如图3所示。

箝制电路24架构来提供反馈电流IFB，在该开启时间TON时，用以将反馈端FB上的反馈电压VFB大约箝制于不低于0伏特。反馈电流IFB大于0A，大约等于-VAUX/RA，其中RA为图1中电阻RA的电阻值。如同图4所示，反馈电流IFB的信号波形大约等同于辅助绕组电压VAUX小于0V的波形部分。

电流镜22用以复制反馈电流IFB。流过PMOS晶体管P1、P2、P3的电流比例可以大约为1：1：1。

电流镜26包含有NMOS晶体管N1、N2以及采样器21。采样器21受控于LEB信号SLEB，其定义LEB时间TLEB，跟开启时间TON大约同时开始，但是不建议长于开启时间TON，如同图4所示。在LEB时间TLEB内，NMOS晶体管N1与N2的栅极相连接，流过NMOS晶体管N1、N2的电流比例可以大约为1：0.8。因此，如同图4所示，在LEB时间TLEB内，NMOS晶体管N2所产生的记录电流ISH，等于0.8倍的反馈电流IFB。在LEB时间TLEB结束后，采样器21维持NMOS晶体管N2的栅极电压，等于在LEB时间TLEB结束时采样反馈电流IFB。因此，在LEB时间TLEB之后，记录电流ISH可以代表LEB时间TLEB结束时的反馈电流IFB，大约等于LEB时间TLEB结束时的反馈电流IFB的0.8倍，如同图4所示。

反向史密施触发器29作为一电流比较器。LEB时间TLEB之后，开启时间TON之内，如果反馈电流IFB减小到小于记录电流ISH，反向史密施触发器29可以使信号SAGPO为逻辑上的1。

PMOS晶体管P4用以让反向史密施触发器29在关闭时间TOFF时的输出维持为逻辑上的0。

信号SAGPO以及LEB信号SLEB控制SR触发器27，提供时钟信号SCLK，其由计数器25的一时钟输入端所接收。在图4中，从开启时间TON开始，到时间点tFOUND之前，反馈电流IFB都是大于记录电流ISH，因此信号SAGPO与时钟信号SCLK都为逻辑上的0。在时间点tFOUND，反馈电流IFB开始低于记录电流ISH，因此，信号SAGPO与时钟信号SCLK一起变成逻辑上的1。从电路分析可知，在开启时间TON内，如果电压差DV大于等于-0.2VBASE，信号SAGPO会从逻辑上的0变成逻辑上的1。

电压差DV大于-0.2VBASE判断是否提供开路保护仅仅是一种设计上的选择，并不用来局限本发明。举例来说，在其他实施例中，可以用电压差DV大于0.1V来判断是否提供开路保护。

在一实施例中，每次关闭时间TOFF与LEB时间TLEB内，信号SAGPO都强制为逻辑上的0。

在一实施例中，时钟信号SCLK在每次LEB时间TLEB开始时，被SR触发器27设置为逻辑上的0。

因此，如果每次开启时间TON内，辅助绕组电压VAUX的变化都大到使得电压差DV大于等于-0.2VBASE，那计数器25计数值就会增加1，如同图4所示。

在图4中，在时间点tPROTECT时，时钟信号SCLK使计数器25计数值达4时，开路保护信号SPRO被致能，使得PWM信号产生器30将PWM信号SPWM维持在逻辑上的0，保持功率开关SW关闭，停止了电能转换。因而提供当接地终端GA与输入地GND之间为一开路时的保护。在此计数值达4次仅是一种例子，并不用来局限本发明。在其他实施例中，可以在计数值符合为其他任何数字时，就触发开路保护。

图5显示PWM信号SPWM、电流检测电压VCS、以及LEB信号SLEB。请参阅图5与图3。在一个实施例中，PWM信号产生器30控制电流检测电压VCS的峰值。电流检测电压VCS可以代表流经初级侧绕组PRM的绕组电流IPRM。当电流检测电压VCS超过一个限制电压VLIM时，PWM信号产生器30结束开启时间TON，并开始关闭时间TOFF，因此决定了电流检测电压VCS的峰值。限制电压VLIM可以关联于输出电压VOUT。举例来说，当输出电压VOUT低于一额定电压时，PWM信号产生器30使限制电压VLIM增加，电流检测电压VCS的峰值因而增加，可以拉高之后的输出电压VOUT。因此，PWM信号产生器30依据限制电压VLIM与电流检测电压VCS调控输出电压VOUT。从一个角度来看，PWM信号产生器30提供一个信号路径CPath，依序为输出电压VOUT、限制电压VLIM、之后到电流检测电压VCS的峰值。

这信号路径CPath，在LEB时间TLEB，是被打断的。LEB时间产生器34由PWM信号SPWM的上升沿触发，产生LEB信号SLEB，用以定义LEB时间TLEB，其为开启时间TON开始后的一预定时间，如同图5所示。在开启时间TON内，因为初级侧绕组PRM的电感效应，电流检测电压VCS理想上应该是随着时间而线性地增加。但是，如同图5所举例的，在LEB时间TLEB内，因为开关SW的信道两端瞬间短路放电，电流检测电压VCS的波形可能会有一凸起BMP。凸起BMP可能影响信号路径CPath对输出电压VOUT的控制。在一实施例中，在LEB时间TLEB内，PWM信号产生器30不依据电流检测电压VCS跟限制电压VLIM的比较结果，来控制电流检测电压VCS的峰值并调控输出电压VOUT。换句话说，在LEB时间TLEB内，凸起BMP可以被忽略，信号路径CPath是被打断的。

在一实施例中，采样器21在LEB时间TLEB结束时采样反馈电流IFB，藉以记录基准电压VBASE，但本发明并不限于此。在其他实施例中，采样器21可以在开启时间TON内任何时间点来采样反馈电流IFB与记录基准电压VBASE。

图6显示正常操作时，图3中的一些信号波形。

如同图6所示，辅助绕组电压VAUX在开启时间TON内，大约为一个固定值，没有变化。因此，LEB时间TLEB结束时的基准电压VBASE，也大约是那个固定值。在开启时间TON内，辅助绕组电压VAUX与基准电压VBASE之间的差，大约为0V，所以不会触发开路保护。

请参阅图6与图3。在开启时间TON内，记录电流ISH大约都是等于0.8的反馈电流IFB，所以并不会大于反馈电流IFB。因此，信号SAGPO与时钟信号SCLK都一直维持在逻辑上的0，计数器25所记录的计数值停留在0，不会触发开路保护。

从以上电路分析可知，当图1的电源供应器10在记号PX的位置发生了接地路径开路时，电源控制器14可以即时的维持功率开关SW关闭，停止电能转换，提供开路保护。

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。