CN104702130B - 电源转换电路的控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种电源转换电路的控制电路，其包含：多用途引脚、脉宽调制信号产生电路、电压检测电路及零电流侦测电路。电压检测电路会检测多用途引脚的信号，当多用途引脚的信号大于预设值时，电压检测电路会设置脉宽调制信号产生电路间歇地导通电源转换电路的电流开关。零电流侦测电路会检测多用途引脚的信号，以决定电流开关的导通状态。此外，当多用途引脚的信号小于预设值时，电压检测电路会设置脉宽调制信号产生电路将电流开关设置为不导通。在上述实施例中，电源转换器的控制电路能够有效地降低芯片封装的引脚数目，并且能够使内部的电路区块能够正常的运作。

Description

电源转换电路的控制电路

技术领域

本发明有关于电源转换电路的控制电路，尤指一种能降低芯片封装引脚数目的控制电路。

背景技术

随着电子设备的体积越来越精简，电子设备中的各个电子元件也必须随着缩小，以便能容置于有限的空间内。以集成电路元件而言，由于集成电路元件常需要使用许多的输入引脚(pin)及输出引脚与其他电路元件进行耦接，因此必须使用引脚较多且体积较大的封装(package)，导致芯片(die)的面积常常远小于封装的面积，不但会浪费材料而造成环保问题，也会造成集成电路产品的体积无法有效地缩小。

在电源转换电路的应用中，当电源转换电路的控制电路以集成电路元件的方式实施时，其芯片的尺寸通常不大，然而需要许多引脚数与其他电路元件耦接，以进行设置功率级(power stage)、接收反馈信号及接收运作参数等运作。因此，控制电路常常会受限于所需的引脚数目而必须采用较大的封装，使得产品设计的弹性受限。

某些集成电路元件会让内部的电路区块共用芯片封装的引脚，以减少所需的引脚数目，因而能够选用较小尺寸的封装。由于各种集成电路产品的特性不同，并没有一种共通的设计规则可以适用各种产品。然而，集成电路内部的电路区块共用引脚时仍必须藉由精确的控制，才能确保共用引脚的不同电路区块能够正常地运作。

发明内容

有鉴于此，在电源转换电路的控制电路中，如何让不同的电路区块共用芯片封装的引脚，且能够正常的运作，以有效地降低芯片封装的引脚数目及芯片封装的尺寸，实为业界有待解决的问题。

本说明书提供一种电源转换电路的控制电路的实施例，用于设置一电源转换电路；该电源转换电路包含有一变压器及一开关，该变压器的一第一侧用于耦接一输入电压及该开关，该变压器的一第二侧耦接于一负载，该开关耦接于该变压器及一预设电位之间；该控制电路包含：一电压输入引脚，用于接收该输入电压；一多用途引脚，用于耦接该变压器的一辅助线圈端；一脉宽调制信号产生电路，用以设置该开关的导通状态；一低电压锁定电路，耦接于该电压输入引脚及该脉宽调制信号产生电路；一电压检测电路，耦接于该多用途引脚及该脉宽调制信号产生电路；一零电流侦测电路，耦接于该多用途引脚及该脉宽调制信号产生电路；其中当该低电压锁定电路侦测到该电压输入引脚的一输入信号的数值小于一第一预设值的数值时，该脉宽调制信号产生电路设置该开关呈现不导通状态；其中于一第一时段，当该低电压锁定电路侦测到该电压输入引脚的该输入信号的数值大于该第一预设值的数值时，该低电压锁定电路会设置该脉宽调制信号产生电路导通该开关一预设时间，当该电压检测电路侦测到该多用途引脚的一辅助线圈信号的数值大于一第二预设值的数值时，该电压检测电路会设置该脉宽调制信号产生电路于一第二时段间歇地导通该开关；其中于该第二时段，当该脉宽调制信号产生电路设置该开关呈现不导通状态，该零电流侦测电路藉由侦测该多用途引脚的该辅助线圈信号，以设置该脉宽调制信号产生电路，于该变压器的一电感电流小于一预设阈值时，导通该开关；其中于该第二时段，当该电压检测电路侦测到该电压输入引脚的该辅助线圈信号的数值大于一第三预设值的数值时，该电压检测电路会于一第三时段设置该脉宽调制信号产生电路，以将该开关设置为不导通状态。

上述实施例的优点之一是电源转换器的控制电路能够有效地降低芯片封装的引脚数目，并且能够使内部的电路区块能够正常的运作。因此，控制电路能够采用引脚数较少且尺寸较小的封装，而能有效地缩小集成电路元件的尺寸。本发明的其他优点将藉由以下的说明和附图进行更详细的解说。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明一实施例的电源转换电路简化后的功能方块图。

图2为图1中的控制电路的一实施例简化后的功能方块图。

图3为图1中的电源转换电路运作时的数个信号简化后的时序图。

图4为图2中的电压检测电路的一实施例简化后的功能方块图。

图5为图3的信号于部分时段中更详细的时序图。

【符号说明】

100 电源转换电路

110 整流电路

130 变压器

150 开关

170 控制电路

172 电压输入引脚

174 多用途引脚

176 开关控制引脚

190 负载

210 参考电压产生电路

230 低电压锁定电路

250 电压检测电路

270 零电流侦测电路

280 脉宽调制信号产生电路

290 驱动电路

410 电流镜电路

430 取样电路

450 存储装置

470 比较电路

具体实施方式

以下将配合相关附图来说明本发明之实施例。在这些附图中，相同的标号表示相同或类似的元件或方法流程。

图1为本发明一实施例的电源转换电路100简化后的功能方块图。电源转换电路100包含有整流电路110、变压器130、开关150以及控制电路170，用以依据交流信号Vac而对负载190进行供电。为了使图面简明而易于说明，电源转换电路100的部分元件及连接关系并未绘示于图1中。

在本实施例中，整流电路110用于将交流信号Vac整流为直流的输入电压信号Vin，并且可以采用全桥整流电路、半桥整流电路或其他合适的整流电路等方式实现。

变压器130第一侧的一端通过电容和电感等电路元件而耦接至整流电路110，变压器130第一侧的另一端耦接于开关150。变压器130的第二侧通过电容和电感等电路元件而耦接于负载190。

开关150耦接于变压器130的第一侧以及预设电位V1之间。例如，可以将预设电位V1设置为接地端的电位或其他合适的电位。开关150的控制端耦接于控制电路170，以依据控制电路170的设置而呈现导通或不导通状态。开关150可以采用双极结型晶体管(BJT)、场效应晶体管(FET)或者其他合适的电路元件等方式实现。

控制电路170包含有电压输入引脚172、多用途引脚174、及开关控制引脚176。电压输入引脚172通过电阻、电感及电容等电路元件而接收输入电压信号Vin，多用途引脚174通过电阻所组成的分压电路而耦接于变压器130的辅助线圈端，开关控制引脚176耦接于开关150的控制端。

图2为图1控制电路170的一实施例简化后的功能方块图。控制电路170包含有参考电压产生电路210、低电压锁定电路230、电压检测电路250、零电流侦测电路270、脉宽调制信号产生电路280及驱动电路290。为了使图面简明而易于说明，控制电路170的部分元件及连接关系并未绘示于图2中。

参考电压产生电路210用于产生合适的电压信号，以提供其他的电路区块进行运作。参考电压产生电路210可以藉由产生合适的电压及/或产生合适的电流，以提供所需的电压信号。

低电压锁定电路230耦接于电压输入引脚172，用以侦测输入电压信号Vin是否已经进入合适的工作电压范围。在本实施例中，低电压锁定电路230依据电压输入引脚172的输入信号Vcc以及参考电压产生电路210所产生的第一参考电压信号Vr1，而对应地产生低电压锁定信号Vuvlo，使脉宽调制信号产生电路280及驱动电路290等电路能够开始进入运作状态。

电压检测电路250耦接于多用途引脚174，藉由侦测多用途引脚174的辅助线圈信号Vaux，以决定驱动电路290等电路能够开始进入运作状态。在本实施例中，电压检测电路250依据多用途引脚174的辅助线圈信号Vaux以及参考电压产生电路210所产生的第二参考电压信号Vr2，而对应地产生电压检测信号Vbio，以藉由设置脉宽调制信号产生电路280产生适当的调制信号Vp，使驱动电路290能对应地设置开关150的运作状态。

零电流侦测电路270耦接于多用途引脚174，当开关150呈现不导通状态时，藉由侦测多用途引脚174的辅助线圈信号Vaux，以藉由设置脉宽调制信号产生电路280产生适当的调制信号Vp，使驱动电路290能设置开关150的运作状态。零电流侦测电路270可以采用合适的电路架构实施。例如，在一实施例中，零电流侦测电路270可以依据辅助线圈信号Vaux进行信号处理，以于变压器130的电感电流小于一预设阈值时(例如，电感电流为0或其他很小的数值)，使脉宽调制信号产生电路280将调制信号Vp设置为有效状态，以设置驱动电路290将开关150设置为导通状态。在另一实施例中，零电流侦测电路270也可以依据辅助线圈信号Vaux，以周期性的方式使脉宽调制信号产生电路280将调制信号Vp设置为有效状态，以于变压器130的电感电流小于预设阈值时，设置驱动电路290将开关150设置为导通状态。

脉宽调制信号产生电路280可以藉由将调制信号Vp设置为有效状态或无效状态(例如，有效状态时设置为高电位，无效状态时设置为低电位)，而对应地设置驱动电路290设置开关150的导通时间。脉宽调制信号产生电路280可以间歇地导通开关150，以提供适当的电力至负载190。此外，脉宽调制信号产生电路280也可以依据低电压锁定电路230、电压检测电路250、零电流侦测电路270或其他电路区块的设置，而将调制信号Vp设置为一个或多个预设电位，使驱动电路290将开关150设置为不导通状态。脉宽调制信号产生电路280可以采用比较电路或误差放大电路等方式实现，例如，脉宽调制信号产生电路280可以采用误差放大电路比较周期性信号(例如，方波、弦波及锯齿波等周期性信号)以及参考电压产生电路210所提供的参考电压信号，以产生调制信号Vp。

驱动电路290会依据脉宽调制信号产生电路280所产生的调制信号Vp，而对应地产生开关信号Vsw，以将开关150设置为导通状态或不导通状态。

图3为的电源转换电路100运作时的数个信号简化后的时序图，以下以图3搭配图1和图2，进一步说明电源转换电路100的运作方式。

在图3的实施例中，参考电压产生电路210将第一参考电压信号Vr1设置为第一预设值Vth1，将第二参考电压信号Vr2设置为第二预设值Vth2。

在时段T0时，输入电压信号Vin还不足以让电源转换电路100进行正常运作。低电压锁定电路230会侦测电压输入引脚172的输入信号Vcc。由于电压输入引脚172的输入信号Vcc的数值(magnitude)小于第一预设值Vth1的数值，低电压锁定电路230将低电压锁定信号Vuvlo设置为无效(在本实施例中为低电位)，并使用低电压锁定信号Vuvlo设置脉宽调制信号产生电路280将调制信号Vp设置为低电位，以使驱动电路290对应地设置开关150呈现不导通状态。

在时段T1中，输入电压信号Vin增加而能够使电源转换电路100进行正常运作。低电压锁定电路230会侦测电压输入引脚172的输入信号Vcc。当电压输入引脚172的输入信号Vcc的数值大于第一预设值Vth1的数值，低电压锁定电路230将低电压锁定信号Vuvlo设置为有效(在本实施例中为高电位)，并使用低电压锁定信号Vuvlo设置脉宽调制信号产生电路280设置调制信号Vp，使驱动电路290对应地将开关信号Vsw设置为有效状态一预设时间dt，以设置开关150于预设时间dt中呈现道通状态。当驱动电路290设置开关150于预设时间dt中呈现导通状态时，电压检测电路250会侦测多用途引脚174的辅助线圈信号Vaux。当电压检测电路250侦测到多用途引脚174的辅助线圈信号Vaux的数值大于第二预设值Vth2的数值时，电压检测电路250会设置脉宽调制信号产生电路280，以使驱动电路290于第二时段T2间歇地导通开关150。

图5为图3的信号于时段T2中更详细的时序图。

在时段T2中，驱动电路290会间歇地导通开关150，以对负载190提供适当的电压信号及/或电流信号。当开关150为不导通状态时，零电流侦测电路270藉由侦测多用途引脚174的辅助线圈信号Vaux，以于变压器130的电感电流小于预设阈值时，使脉宽调变信号产生电路280将调制信号Vp设置为有效状态，以设置驱动电路290将开关150设置为导通状态。

于时段T2时，当驱动电路290设置开关150呈现导通状态时，电压检测电路250会侦测多用途引脚174的辅助线圈信号Vaux，当电压检测电路250侦测到该多用途引脚174的辅助线圈信号Vaux的数值大于第三预设值Vth3的数值时，该电压检测电路会设置脉宽调制信号产生电路280设置调制信号Vp，以使驱动电路290于第三时段T3将开关150设置为不导通状态。

图4为图2电压检测电路250的一实施例简化后的功能方块图。电压检测电路250包含有电流镜电路410、取样电路430、存储装置450及比较电路470。为了使图面简明而易于说明，电压检测电路250的部分元件及连接关系并未绘示于图4中。

在本实施例中，电流镜电路410会由多用途引脚174接收电流形式的辅助线圈信号Vaux，并对应地产生电压形式的信号Vdet。在其他实施例中，当电压检测电路250自多用途引脚174接收的辅助线圈信号Vaux为电压形式的信号时，电流镜电路410也可以省略。

取样电路430对信号Vdet进行取样，并将取样值Vsmp存储于存储装置450。比较电路470会依据存储装置450的取样值Vsmp与第二参考信号Vr2而进行比较，以确认输入电压信号Vin是否已经位于适当的工作电压范围内。

取样电路430可以采用各种合适的模拟数字转换电路等方式实施，存储装置450可以采用各种易失性(volatile)或非易失性的存储装置，例如，寄存器(register)及随机存取存储器(RAM)等。比较电路470可以采用具有增益或不具增益的比较电路实施。

在上述的实施例中，在时段T1中，低电压锁定电路230也可以设置脉宽调制信号产生电路280，使驱动电路290多次地将开关150导通预设时间dt。当电压检测电路250侦测到多用途引脚174的辅助线圈信号Vaux的数值大于第二预设值Vth2的数值的次数大于一第一预设次数时，电压检测电路250才会设置脉宽调制信号产生电路280设置调制信号Vp，使驱动电路290于第二时段T2间歇地导通开关150。此外，电压检测电路250也对应地使用取样电路430进行多次的取样，用于依据该多用途引脚于不同时间点的辅助线圈信号Vaux，而对应地产生多个取样值，并使用比较电路470将多个取样值与第二预设值Vth2进行比较。如此，可以更加确保输入电压信号Vin已经位于适当的工作范围。此外，在时段T2中，电压检测电路250也可以在侦测到多用途引脚174的辅助线圈信号Vaux的数值大于第三预设值Vth3的数值的次数大于一第二预设次数时，电压检测电路250才会设置脉宽调制信号产生电路280设置调制信号Vp，使驱动电路290于第三时段T3将开关150设置为不导通状态。

在上述的实施例中，参考电压产生电路210可以在第一时段，将第二参考电压信号Vr2设置为第二预设值Vth2，并且在第二时段，将第二参考电压信号Vr2设置为第三预设值Vth3。并且可以依据不同的设计考虑，而将第二预设值Vth2及第三预设值Vth3设置为相同或不相同。

由前述说明可知，当控制电路170的电压检测电路250可以藉由多用途引脚174的辅助线圈信号Vaux，而正确地判断输入电压信号Vin是否已经位于适当的工作电压范围内。此外，控制电路170的零电流侦测电路270于运作时，同样能够藉由多用途引脚174的辅助线圈信号Vaux，来判断是否应该导通开关150。因此，当控制电路170采用集成电路的方式实施时，电压检测电路250及零电流侦测电路270能够共用多用途引脚174，并且确保两个电路区块能够正常运作。

因此，电源转换电路100的控制电路170能够有效地降低芯片封装的引脚数目，并且能够使内部的电路区块能够正常的运作。控制电路170因而能够采用引脚数较少且尺寸较小的封装，而能有效地缩小集成电路元件的尺寸。

在说明书及权利要求书中使用了某些词汇来指称特定的元件。然而，所属技术领域的技术人员应可理解，同样的元件可能会用不同的名词来称呼。说明书及权利要求书并不以名称的差异作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的基准。在说明书及权利要求书所提及的「包含」为开放式的用语，故应解释成「包含但不限定于」。另外，「耦接」在此包含任何直接及间接的连接手段。因此，若文中描述第一元件耦接于第二元件，则代表第一元件可通过电性连接或无线传输、光学传输等信号连接方式而直接地连接于第二元件，或者通过其他元件或连接手段间接地电性或信号连接至该第二元件。

在此所使用的「及/或」的描述方式，包含所列举的其中之一或多个项目的任意组合。另外，除非说明书中特别指明，否则任何单数格的用语都同时包含复数格的涵义。

说明书及权利要求书中的「电压信号」，在实作上可采用电压形式或电流形式来实现。说明书及权利要求书中的「电流信号」，在实作上也可用电压形式或电流形式来实现。

附图的某些元件的尺寸及相对大小会被加以放大，或者某些元件的形状会被简化，以便能更清楚地表达实施例的内容。因此，除非申请人有特别指明，附图中各元件的形状、尺寸、相对大小及相对位置等仅是便于说明，而不应被用来限缩本发明的专利范围。此外，本发明可用许多不同的形式来体现，在解释本发明时，不应仅局限于本说明书所提出的实施例态样。

在说明书及权利要求书中，若描述第一元件位于第二元件上、在第二元件上方、连接、接合、耦接于第二元件或与第二元件相接，则表示第一元件可直接位在第二元件上、直接连接、直接接合、直接耦接于第二元件，亦可表示第一元件与第二元件间存在其他元件。相对之下，若描述第一元件直接位在第二元件上、直接连接、直接接合、直接耦接、或直接相接于第二元件，则代表第一元件与第二元件间不存在其他元件。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本申请的权利要求范围之内。

Claims (6)

1.一种电源转换电路的控制电路，用于设置一电源转换电路；其特征在于，该电源转换电路包含有一变压器及一开关，该变压器的一第一侧用于耦接一输入电压信号及该开关，该变压器的一第二侧耦接于一负载，该开关耦接于该变压器及一预设电位之间；该控制电路包含：

一电压输入引脚，用于接收该输入电压信号；

一多用途引脚，用于耦接该变压器的一辅助线圈端；

一脉宽调制信号产生电路，用以设置该开关的导通状态；

一低电压锁定电路，耦接于该电压输入引脚及该脉宽调制信号产生电路，用于侦测该电压输入引脚的一输入信号；

一电压检测电路，耦接于该多用途引脚及该脉宽调制信号产生电路，用于侦测该多用途引脚的一辅助线圈信号；

一零电流侦测电路，耦接于该多用途引脚及该脉宽调制信号产生电路，用于侦测该辅助线圈信号；

其中在该低电压锁定电路侦测到该电压输入引脚的一输入信号的数值上升到一第一预设值的数值之前，该脉宽调制信号产生电路设置该开关呈现不导通状态；

其中于该输入信号的数值大于该第一预设值的数值的一第一时段中，当该辅助线圈信号的数值尚未上升到一第二预设值的数值时，该低电压锁定电路设置该脉宽调制信号产生电路导通该开关一预设时间，而当辅助线圈信号的数值大于该第二预设值的数值之后，该电压检测电路设置该脉宽调制信号产生电路于紧接着该第一时段之后的一第二时段间歇地导通该开关；

其中于该第二时段中，该脉宽调制信号产生电路间歇地导通该开关，在该第二时段，倘若该零电流侦测电路在该开关呈现不导通状态时，侦测到该变压器的一电感电流小于一预设阈值，则该零电流侦测电路设置该脉宽调制信号产生电路导通该开关；

其中于该第二时段中，倘若该电压检测电路在该开关呈现导通状态时，侦测到该辅助线圈信号的数值大于一第三预设值的数值，则该电压检测电路于紧接着该第二时段后面的一第三时段中设置该脉宽调制信号产生电路停止间歇地导通该开关，并将该开关设置为不导通状态，且该第三预设值的数值大于或等于该第二预设值的数值。

2.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，于该第一时段，该低电压锁定电路设置该脉宽调制信号产生电路多次将该开关导通一预设时间，且只有在该电压检测电路侦测到该多用途引脚的该辅助线圈信号的数值大于该第二预设值的数值的次数大于一第一预设次数的情况下，该电压检测电路设置该脉宽调制信号产生电路于该第二时段间歇地导通该开关。

3.如权利要求2所述的控制电路，其特征在于，该电压检测电路另包含：

一取样电路，用于依据该多用途引脚的该辅助线圈信号，而对应地产生多个取样值；以及

一比较电路，用于比较该多个取样值与该第二预设值。

4.如权利要求2所述的控制电路，其特征在于，另包含：

一参考电压产生电路，用于在该第一时段产生该第二预设值，并且在该第二时段产生该第三预设值；

其中该第二预设值与该第三预设值不相同。

5.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，于该第二时段，只有在该电压检测电路侦测到该多用途引脚的该辅助线圈信号的数值大于该第三预设值的数值的次数大于一第二预设次数的情况下，该电压检测电路设置该脉宽调制信号产生电路于该第三时段停止间歇地导通该开关，并将该开关设置为不导通状态。

6.如权利要求5所述的控制电路，其特征在于，该电压检测电路另包含：

一取样电路，用于依据该多用途引脚的该辅助线圈信号，而对应地产生多个取样值；以及

一比较电路，用于比较该多个取样值与该第三预设值。