用于开关电源芯片的电路的制作方法

1.本发明涉及电路领域，特别是，涉及一种用于开关电源芯片的电路。


背景技术：

2.开关电源芯片因其高效率而广泛应用于各种电子系统中，以作为负载的开关电源来控制对负载的供电。
3.通常，开关电源芯片内具有用于将负载连接到该开关电源芯片或从该开关电源芯片断开的开关，该开关的接通和断开由相应的控制信号来控制。该控制信号以特定周期控制开关的接通和断开，这会引起该开关与负载连接的连接端子之间的电压的快速切换，该连接端子与芯片其他引脚之间存在寄生电容。由此寄生电容所耦合的能量会影响该引脚处的电压(或电流)，导致该引脚处的电压不稳定，甚至出现电压尖峰。电压不稳或电压尖峰会导致在该引脚处的采样出现误差，从而可能导致对与该引脚相关联的功能单元的相关参数的测量出现误差，导致相应的功能错误，同时过高的电压尖峰会导致开关电源芯片的可靠性和稳定性劣化。
4.因此，需要能够提高开关电源芯片的引脚的稳定采样和可靠性的方式。


技术实现要素：

5.根据本发明的示例性实施例提供了一种用于开关电源芯片的电路，包括：第一控制单元，被配置为根据所述开关电源芯片的第一控制信号，生成第二控制信号；第二控制单元，被配置为根据第二控制信号，接通或断开所述开关电源芯片的预定引脚与所述开关电源芯片的预定功能模块之间的连接；以及第三控制单元，被配置为根据第二控制信号，连接到所述预定引脚或断开与所述预定引脚的连接，其中，在第二控制单元断开所述预定引脚与所述预定功能模块之间的连接的情况下，第三控制单元连接到所述预定引脚，使得在所述预定引脚处的信息采样信号稳定。
6.根据本发明的示例性实施例的用于开关电源芯片的电路，能够通过控制开关电源芯片的引脚断开与相应功能模块的连接，并将该引脚连接到根据本发明的示例性实施例的电路的相关控制单元，从而使得该引脚的信息采样更加稳定，避免开关电源芯片中的寄生电容所耦合的能量对引脚电压的影响，提高了开关电源芯片的稳定性。
附图说明
7.从下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明，其中：
8.图1示出了根据一个示例性实施例的开关电源芯片的示意电路图。
9.图2示出了根据一个示例性实施例的开关电源芯片中的信号的时序图。
10.图3示出了根据本发明的一个示例性实施例的连接到开关电源芯片的电路的框图。
11.图4示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于开关电源芯片的电路的电路图。
12.图5示出了根据本发明的一个示例性实施例的图4的电路中的信号的时序图。
13.图6示出了根据本发明的另一个示例性实施例的用于开关电源芯片的电路的电路图。
14.图7示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于开关电源芯片的电路中的第一控制单元的电路图。
15.图8示出了根据本发明的一个示例性实施例的图7的第一控制单元中的信号的时序图。
16.图9示出了根据本发明的一个示例性实施例的连接到开关电源芯片的电路的操作的流程图。
具体实施方式
17.下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本发明造成不必要的模糊。
18.图1示出了根据一个示例性实施例的开关电源芯片的示意电路图。
19.图1仅示出了开关电源芯片100的与本发明的电路相关的部分的示意电路图。应该理解，开关电源芯片100可包括比图1所示的元件更多的元件并包括功能模块。
20.如图1所示，开关电源芯片具有开关m，该开关m根据控制信号、例如pwm信号，在驱动器的驱动下接通或断开，从而将恒流负载或恒压负载连接到开关电源芯片100或从开关电源芯片100断开。图1仅示出了恒流负载led，应该理解，图1的开关电源芯片100还可以适用于恒压负载。图1所示的开关m可以是功率mos管或功率bjt。图1示出了开关m为功率mos管，该功率mos管的栅极接收驱动器根据控制信号pwm而生成的开关控制信号gate，从而接通或断开。该功率mos管的漏极通过漏极引脚drain经由二极管d和电感器l连接到恒流负载led，以在功率mos接通的情况下，为恒流负载led供电。应该理解，恒流负载led的个数可根据实际需要来设置。
21.此外，开关电源芯片100还具有分别与各个功能模块(图1未示出)连接的至少一个引脚110。为了清楚，图1仅示出了一个引脚pin1作为示例。引脚110具有相应的电阻值，例如，具有与图1所示的电阻器r1的电阻值相应的电阻值。应该理解，图1中的电阻器r1是为了方便理解引脚pin的电阻值而示出的，在实际应用中，在引脚110处可具有或不具有实际的电阻器。
22.通常，各个引脚110与其相应的功能模块连接，引脚110处的电压或电流与连接的功能模块的相应功能参数对应。在开关电源芯片100处于工作模式下，在理想状态下，引脚110处的电压或电流保持稳定。
23.然而，在如图1所示的电源芯片100中，在工作模式下，开关m在控制信号pwm的控制下被频繁地接通和断开，功率mos管m的漏极(或者功率bjt的集电极)处的电压频繁地在较高电压与较低电压之间切换，并且电压变化的速率极高，即电压上升时间和电压下降时间极短，例如，仅几微秒。功率mos管m的漏极处(或集电极处)的引脚drain与其他引脚110之间存在寄生电容，这样的电压变化会使得该寄生电容耦合较高的能量。尤其是在引脚110的电阻值较高(例如，大于一定值时)的情况下，引脚110与引脚drain之间的寄生电容所耦合的能量会导致引脚110处的电压出现波动、甚至出现尖峰。这种电压波动会影响在引脚110处的采样，从而可能导致功能模块出现功能误差，影响开关电源芯片100的稳定性和可靠性。
24.图2示出了根据一个示例性实施例的开关电源芯片100中的信号的时序图。
25.如图2所示，在开关电源芯片100处于睡眠模式时，控制信号pwm处于低电平状态，引脚drain处的电压为较高电压hv，引脚pin1处的电压稳定在电压vpin。
26.在开关电源芯片100处于工作模式时，控制信号pwm周期性地在高电平与低电平之间切换。在控制信号pwm从低电平变为高电平时，图1中的开关m接通，开关m的漏极电压、即引脚drain处的电压从较高电压hv变为较低电压v0。
27.例如，对于图1中的输入电压vin为由开关电源芯片100与恒流负载组成的200v的交流系统，引脚drain处的较高电压hv的电压值通常可达311v，较低电压v0的电压值通常可能在10v以下。如此大的电压变化，会导致引脚drain与其他引脚110之间的寄生电容耦合较大的能量。当引脚110的电阻值大于一定值(例如，针对上述系统，大于10k欧姆)时，开关电源芯片100将无法及时释放该耦合的能量，从而会导致在引脚110处出现负电压尖峰，如图2所示的v2。
28.在控制信号pwm从高电平变为低电平时，图1中的开关m断开，开关m的漏极电压、即引脚drain处的电压从较低电压h0(例如，小于10v)变为较高电压hv(例如，311v)。此时，由于引脚drain与引脚110之间的寄生电容所耦合的能量，引脚110会出现正电压尖峰v1，如图2所示。
29.在图2所示的电压尖峰v1或v2过高或过低时，即寄生电容中耦合的能量过多时，还会导致引脚110出现阻尼震动，从而导致引脚110的电压长时间处于不稳定的状态，从而影响对引脚110的电压或电流的采样，导致开关电源芯片100长时间处于工作不稳定状态，甚至出现功能错误，同时过高或过低的电压尖峰也会影响开关电源芯片100的可靠性和寿命。
30.为使引脚110处的信号采样稳定，进而使开关电源芯片100稳定，需要释放寄生电容中耦合的能量。
31.图3示出了根据本发明的一个示例性实施例的连接到开关电源芯片100的电路130的框图。
32.如图3所示，根据本发明的实施例的用于开关电源芯片100的电路130包括：第一控制单元131、第二控制单元132和第三控制单元133。
33.第一控制单元131被配置为根据开关电源芯片100的第一控制信号，生成第二控制信号。
34.在一个实施例中，第一控制信号可以为用于控制开关电源芯片100的开关m的接通或断开的信号，例如，图1和图2中的控制信号pwm。该开关(例如，图1中的开关m)可用于将恒流负载(例如，图1中的led)或恒压负载连接到开关电源芯片100或从开关电源芯片断开
100。
35.第二控制单元132被配置为根据第二控制信号，接通或断开开关电源芯片100的预定引脚110与开关电源芯片100的预定功能模块120之间的连接。
36.在一个实施例中，该预定引脚110可以为开关电源芯片100的具有大于第一预定电阻值的电阻值的引脚。例如，在以上220v交流电的示例系统的情况下，该第一预定电阻值可以为10k欧姆。
37.该预定功能模块120可以为与该预定引脚110对应(例如，连接)的功能模块。该预定引脚110处的电压或电流与该预定功能模块120的预定功能参数对应。例如，该功能参数是可以通过调节对应引脚的对地电阻值来调节的，因而可通过检测该引脚处的电压或电流，来调节该功能参数。
38.此外，在一个实施例中，第二控制单元132可被配置为将第二控制信号反相，并根据反相的第二控制信号，接通或断开预定引脚110与功能模块120之间的连接。
39.第三控制单元133被配置为根据第二控制信号，连接到预定引脚110或断开与预定引脚100的连接。
40.这里，在第二控制单元132断开预定引脚110与预定功能模块120之间的连接的情况下，第三控制单元133连接到预定引脚110，以稳定预定引脚110的电压。
41.在一个实施例中，在第一控制信号pwm的电平从第一电平改变为第二电平时，第二控制单元132可根据第二控制信号(或反相的第二控制信号)，断开预定引脚110与预定功能模块120之间的连接达第一时间段t1，第三控制单元133可根据第二控制信号连接到预定引脚110达第一时间段t1。
42.这里，第一电平可以为高电平和低电平之一，第二电平为高电平和低电平中的另一个。例如，第一电平可以是控制信号pwm的低电平，第二电平可以是控制信号pwm的高电平。
43.在一个实施例中，在第一控制信号pwm的电平从第二电平改变为第一电平时，第二控制单元132可根据第二控制信号(或反相的第二控制信号)，断开预定引脚110与预定功能模块120之间的连接达第二时间段t2，第三控制单元133可根据第二控制信号连接到预定引脚110达第二时间段t2。
44.换言之，在第一控制信号pwm的电平变化时，第二控制单元132可断开引脚110与对应的功能模块120之间的连接，并且第三控制单元133可连接到引脚110以交流阻抗变低，即对寄生电容器耦合的能量进行释放。在一段时间之后(例如，第一时间段或第二时间段之后)，第二控制单元132可再次将引脚110连接到对应的功能模块120，并且第三控制单元133断开与引脚110的连接，以使得开关电源芯片110正常工作。
45.也就是说，在第一时间段t1和第二时间段t2之外的时间段，第二控制单元132可根据第二控制信号(或反相的第二控制信号)，接通预定引脚110与预定功能模块120之间的连接，第三控制单元133可根据第二控制信号断开与预定引脚110的连接。
46.在一个实施例中，第一时间段t1和第二时间段t2可大于(图1的)开关m drain端电压上升时间和电压下降时间，并且小于开关电源芯片110的最小接通时间和最小断开时间。此外，第一时间段t1可以与第二时间段t2相等或不等。
47.例如，在以上示例中，开关m drain端电压上升时间和电压下降时间可以为几百纳
秒，甚至一微秒，开关电源芯片100的最小接通时间和最小断开时间可以在十几秒左右。在这种情况下，可将以上第一时间段t1和第二时间段t2设置在一微秒与十几微秒之间。如此设置的第一时间段t1和第二时间段t2可以使得在控制信号pwm(第一控制信号)的电平变化时，将引脚110与对应功能模块120的断开时间比控制信号pwm的高电平或低电平的持续时间短得多，即可以忽略该断开时间对开关电源芯片100的影响，从而不会影响开关电源芯片100的正常工作。
48.图4示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于开关电源芯片100的电路130的电路图。
49.如图4所示，第二控制单元132可包括第一开关m1。第一开关m1的第一连接端子和第二连接端子可以连接在预定引脚110与预定功能模块120之间，第一开关m1的控制端子可以接收第二控制信号s2。例如，第一开关m1可以是p型mos管。
50.在另一实施例中，第二控制单元132可以包括：第一反相器d1和第一开关m1。第一反相器d1的第一连接端子可以接收第二控制信号s2。第一开关m1的第一连接端子和第二连接端子可以连接在预定引脚110与预定功能模块120之间，第一开关m1的控制端子可以连接到第一反相器d1的输出端子，以接收反相的第二控制信号s2_n。例如，第一开关m1可以是n型mos管。
51.在以上情况下，第三控制单元133可包括第二开关m2。第二开关m2的第一连接端子和第二连接端子可以连接在预定引脚110与稳压元件之间，第二开关m2的控制端子可以接收第二控制信号s2。稳压元件可以为具有地电位的元件(如图4所示接地)、具有小于第二预定电阻值的电阻元件、或者具有大于预定电容值的电容元件。例如，在以上示例系统的情况下，第二预定电阻值可以是100欧姆。预定电容值可以是比寄生电容器的电容值大几个数量级的电容值。
52.在以上情况下，第一控制单元131可以是脉冲发生器131，该脉冲发生器可根据第一控制信号s1(pwm)，生成第二控制信号s2。
53.通常，为了便于实施，可将第二控制单元132和第三控制单元133的第一开关m1和第二开关m2均设置为n型mos管，此时，第一开关m1根据反相的第二控制信号s2_n来接通或断开，第二开关m2根据第二控制信号s2来接通或断开，如图4所示。
54.图5示出了根据本发明的一个示例性实施例的图4的电路中的信号的时序图。
55.如图5所示，第二控制单元132可在第一控制信号s1(pwm)的电平从低电平改变为高电平时，根据反相的第二控制信号s2_n断开引脚110(pin1)与功能模块120之间的连接达第一时间段t1，此时，第三控制单元133连接到引脚110，使得该引脚交流阻抗低，从而可以泄放耦合能量。由此，引脚pin1处的电压具有较小的波动v2’，不具有电压尖峰。
56.在第一控制信号s1(pwm)的电平从高电平改变为低电平时，第二控制单元132可根据反相的第二控制信号s2_n断开引脚110(pin1)与功能模块120之间的连接达第二时间段t2，此时，第三控制单元133连接到引脚110，使得该引脚交流阻抗低，从而可以泄放耦合能量。由此，引脚pin1处的电压具有较小的波动v1’，不具有电压尖峰。
57.应该理解，图5所示的引脚pin1处的电压波动v1’和v2’仅是示例，根据实际的稳压元件的不同，电压波动v1’和v2’可具有不同的波形。例如，v1’和v2’之一或二者可波动于电压vpin之上，同时不具有电压尖峰。
58.此外，图4示出的第二控制单元132和第三控制单元133的设置仅是示例，第二控制单元132和第三控制单元133可根据实际需要而具有其他设置方式。例如，第二控制单元132和第三控制单元133的第一开关和第二开关可集成为一个开关。
59.图6示出了根据本发明的另一个示例性实施例的用于开关电源芯片100的电路130的电路图。
60.如图6所示，第二控制单元132和第三控制单元133可以被实现为一个开关sw，该开关sw可在第二控制信号s2的控制下，连接节点a与节点b、或者连接节点a与节点c，以连接或断开引脚110与功能模块120之间的连接、将引脚110连接到地d或断开引脚110与地d的连接。
61.应该理解，图6中的地d可被替换为如上所述的其他稳压元件。
62.在图4或图6的示例中，作为第一控制单元131的脉冲发生器可以是能够生成如图5所示的第二控制信号s2的任意脉冲发生器131。
63.图7示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于开关电源芯片100的电路130中的第一控制单元131的电路图。
64.如图7所示，第一控制单元131可以包括：第一延迟单元(延迟器1)、第二延迟单元(延迟器2)、第二反相器d2、第一与门g1、第三反相器d3、第二与门g2以及第一或门g3。
65.第一延迟单元(延迟器1)的输入端子可以接收第一控制信号s1(pwm)，并将第一控制信号s1延迟第一时间段t1以通过第一延迟单元的输出端子输出。
66.第二延迟单元(延迟器2)的输入端子可以接收第一控制信号s1，并将第一控制信号s1延迟第二时间段t2以通过第二延迟单元的输出端子输出；
67.第二反相器d2的输入端子可以连接到第一延迟单元的输出端子。
68.第一与门g1的第一输入端子可以接收第一控制信号s1，第一与门g1的第二输入端子可以连接到第二反相器d2的输出端子。
69.第三反相器d3的输入端子可以接收第一控制信号s1。
70.第二与门g2的第一输入端子可以连接到第二延迟单元的输出端子，第二与门g2的第二输入端子可以连接到第三反相器d3的输出端子。
71.第一或门g3的第一输入端子可以连接到第一与门g1的输出端子，第一或门g3的第二输入端子可以连接到第二与门g2的输出端子，第一或门g3的输出端子输出的信号可以为第二控制信号s2。
72.图8示出了根据本发明的一个示例性实施例的图7的第一控制单元131中的信号的时序图。
73.如图8所示，在第一控制信号s1(pwm)从低电平改变为高电平时，第一与门g1输出具有第一时间段t1的时间长度的高电平的信号s
g1
。在第一控制信号s1从高电平改变为低电平时，第二与门g2输出具有第二时间段t2的时间长度的高电平的信号s
g2
。由此，第三或门输出如图8所示的第二控制信号s2。
74.图9示出了根据本发明的一个示例性实施例的连接到开关电源芯片的电路的操作的流程图。
75.参照图9，在步骤s910，接收开关电源芯片100的控制信号pwm。即，此时开关电源芯片100开始进入工作模式。
76.在步骤s920，根据控制信号，断开开关电源芯片100的预定引脚(例如，pin1)与开关电源芯片100的预定功能模块120之间的连接。例如，在开关电源芯片100根据控制信号pwm使得开关m接通或断开时，将引脚pin1与功能模块120之间的连接断开预定时间段(例如，上述时间t1或t2)，并将该引脚pin1连接到地、或储能端口或低阻端口(即，上述第三控制单元133)，以屏蔽在该引脚处的采样，并释放与该引脚相关的寄生电容中耦合的能量。
77.在步骤s930，在断开该连接预定时间段(例如，上述时间t1或t2)之后，接通开关电源芯片100的预定引脚pin1与开关电源芯片100的预定功能模块120之间的连接。即，此时恢复该引脚的采样功能。
78.应该理解，以上各个实施例中的电压值、电阻值、电容值、时间值以及其他值等均为示例，可根据实际需要，设置不同的电压值、电阻值、电容值、时间值以及其他值等。
79.根据本发明的示例性实施例的用于开关电源芯片的电路，能够通过控制开关电源芯片的引脚断开与相应功能模块的连接，并将该引脚连接到根据本发明的示例性实施例的电路的相关控制单元，从而稳定该引脚的电压，避免开关电源芯片中的寄生电容所耦合的能量对引脚电压的影响，提高了开关电源芯片的稳定性。
80.本发明可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。例如，特定实施例中所描述的算法可以被修改，而系统体系结构并不脱离本发明的基本精神。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明的范围之中。