TWI845177B - 電源管理系統 - Google Patents
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Abstract
提供了一種電源管理系統，包括功率因數校正(Power Factor Correction,PFC)電路和一次側穩壓(Primary Side Regulation,PSR)電路，其中，PFC電路包括PFC晶片，PSR電路包括PSR晶片，PFC晶片和PSR晶片中的第一晶片包括高壓供電模組和低功耗控制模組，第一晶片的晶片供電腳與PFC晶片和PSR晶片中的第二晶片的晶片供電腳或晶片使能腳連接在一起，並且低功耗控制模組被配置為在電源管理系統處於系統空載或保護狀態時，通過控制高壓供電模組與第一晶片的晶片供電腳的連接與斷開，控制第一晶片的晶片供電腳處的電壓小於第二晶片的晶片啟動電壓或晶片使能電壓且大於第一晶片的晶片啟動電壓。
Description
本發明涉及電路領域，更具體地涉及一種電源管理系統。
電源管理系統是電子設備必不可少的組成部分，通常需要兩個以上晶片來實現複雜的功能和優異的性能。對用於發光二極體(Light-emitting diode,LED)照明系統的電源管理系統而言，系統空載和保護狀態時的功耗是很重要的性能指標，通常需要每個晶片通過降低功耗來滿足系統整體低功耗的要求，這極大增加了晶片的低功耗設計複雜度從而增加了晶片設計成本。
根據本發明實施例的電源管理系統，包括功率因數校正(PFC)電路和一次側穩壓(PSR)電路，其中，PFC電路包括PFC晶片，PSR電路包括PSR晶片，PFC晶片和PSR晶片中的第一晶片包括高壓供電模組和低功耗控制模組，第一晶片的晶片供電腳與PFC晶片和PSR晶片中的第二晶片的晶片供電腳或晶片使能腳連接在一起，並且低功耗控制模組被配置為在電源管理系統處於系統空載或保護狀態時，通過控制高壓供電模組與第一晶片的晶片供電腳的連接與斷開，控制第一晶片的晶片供電腳處的電壓小於第二晶片的晶片啟動電壓或晶片使能電壓且大於第一晶片的晶片啟動電壓。
100,200,400:雙晶片電源管理系統
102,202:PFC電路
104,204:PSR電路
2042,602:高壓供電模組
2044,4044,604:低功耗控制模組
A,Control,Controlb:控制信號
amp:運算放大器
Cout:輸出電容
Cvdd:晶片供電電容
D1,D2:續流二極體
ENA:晶片使能腳
fb1:第一電路節點
fb2:第二電路節點
GATE1:功率管MOS1閘極
GATE2:功率管MOS2閘極
L1,L2:電感
M1,M3,M4:開關管
MOS1,MOS2:功率開關
V1,V2:電壓
Vbus:PFC晶體輸入電壓
VDD:晶片供電腳
Vout1:PFC晶體輸出電壓
Vref1:第一基準電壓
Vref2:第二基準電壓
從下面結合圖式對本發明的具體實施方式的描述中可以更好地理解本發明，其中：圖1示出了傳統的雙晶片電源管理系統的電路原理圖。
圖2示出了根據本發明實施例的雙晶片電源管理系統的示例電路圖。
圖3示出了圖2所示的雙晶片電源管理系統中的PSR晶片的VDD腳處的電壓的波形圖。
圖4示出了根據本發明實施例的雙晶片電源管理系統的另一示例電路圖。
圖5示出了圖4所示的雙晶片電源管理系統中的PSR晶片的VDD腳處的電壓的波形圖。
圖6示出了圖2和圖4所示的高壓供電模組和低功耗控制模組的示例電路實現。
圖7示出了圖6所示的低功耗控制模組中的多個信號的波形圖。
圖8示出了根據本發明實施例的雙晶片電源管理系統中採用的低功耗控制方法的流程圖。
下面將詳細描述本發明的各個方面的特徵和示例性實施例。在下面的詳細描述中，提出了許多具體細節，以便提供對本發明的全面理解。但是，對於本領域技術人員來說很明顯的是，本發明可以在不需要這些具體細節中的一些細節的情況下實施。下面對實施例的描述僅僅是為了通過示出本發明的示例來提供對本發明的更好的理解。本發明決不限於下面所提出的任何具體配置和演算法，而是在不脫離本發明的精神的前提下覆蓋了元素、部件和演算法的任何修改、替換和改進。在圖式和下面的描述中，沒有示出公知的結構和技術，以便避免對本發明造成不必要的模糊。
圖1示出了傳統的雙晶片電源管理系統的電路原理圖。如圖1所示，雙晶片電源管理系統100可以應用在LED照明系統中，並且可以包括PFC電路102和PSR電路104，其中：PFC電路102包括電感L1、續流二極體D1、輸出電容Cout、功率開關MOS1、和PFC晶片，用於實現整個系統的高功率因數特徵；PSR電路104包括電感L2、續流二極體D2、功率開關MOS2、和PSR晶片，用於實現整個系統的恆流輸出特徵。
圖1所示的雙晶片電源管理系統100通常需要在處於系統空載或保護狀態時具有系統整體低功耗的特性，例如，系統整體功耗低於0.5W。傳統上，為了實現系統整體低功耗，每個晶片都要實現低功耗且時刻檢測系統何時有載或退出保護狀態(例如，每個晶片的功耗需要低於0.25W)，或者需要在每個晶片之間增加通訊連接埠，以在一顆晶片檢測到系統空載或保護狀態時通過通訊連接埠使能其他晶片進入低功耗的待機狀態。但是，每個晶片的低功耗設計或通訊連接埠設計會增加晶片的設計複雜性從而增加晶片的設計成本。
鑒於上述一個或多個問題，提出了根據本發明實施例的電源管理系統，能夠降低其中用到的晶片的設計複雜性從而降低晶片的設計成本，同時實現更低的系統整體待機功耗。
圖2示出了根據本發明實施例的雙晶片電源管理系統的示例電路圖。如圖2所示，雙晶片電源管理系統200可以應用在LED照明系統中，並且可以包括PFC電路202和PSR電路204，其中：PFC電路202包括PFC晶片，PSR電路204包括PSR晶片；PSR晶片(即請求項所述第一晶片)包括高壓供電模組2042和低功耗控制模組2044；PSR晶片的晶片供電腳(即，VDD腳)和PFC晶片(即請求項所述第二晶片)的晶片使能腳(即，ENA腳)連接在一起；並且低功耗控制模組2044被配置為在雙晶片電源管理系統200處於系統空載或保護狀態時，通過控制高壓供電模組2042與PSR晶片的VDD腳的連接與斷開，控制PSR晶片的VDD腳處的電壓小於PFC晶片的晶片使能電壓且大於PSR晶片的晶片啟動電壓。
在圖2所示的雙晶片電源管理系統200中，當PSR晶片檢測到系統空載或保護狀態時，低功耗控制模組2044控制PSR晶片的VDD腳處的電壓小於PFC晶片的晶片使能電壓且大於PSR晶片的晶片啟動電壓，使得PFC晶片處於完全關斷狀態、PSR晶片處於低功耗待機狀態。這樣，在雙晶片電源管理系統200處於系統空載或保護狀態的情況下，既可以滿足系統整體低功耗的要求，同時也可以省去晶片的低功耗設計。
在一些實施例中，低功耗控制模組2044進一步被配置為在雙晶片電源管理系統200處於正常工作狀態時，通過控制高壓供電模組2042與PSR晶片的VDD腳的連接與斷開，控制PSR晶片的VDD腳處的電壓大於PFC晶片的晶片使能電壓。
應該明白的是，PFC電路202和PSR電路204的其他方面的電路組成和連接關係類似於圖1所示的雙晶片電源管理系統100，因此不再贅述。
圖3示出了圖2所示的雙晶片電源管理系統中的PSR晶片的VDD腳處的電壓的波形圖。結合圖2和圖3可以看出，在雙晶片電源管理系統200處於正常工作狀態時，PSR晶片的VDD腳處的電壓高於PFC晶片的晶片使能電壓(例如，處於PFC晶片和PSR晶片二者的正常工作電壓範圍內)，因此PSR晶片的VDD腳處的電壓不會影響PFC晶片的工作；當PSR晶片檢測到系統空載或保護狀態時，低功耗控制模組2044控制PSR晶片的VDD腳處的電壓低於PFC晶片的晶片使能電壓並高於PSR晶片的晶片啟動電壓(例如，下降並維持在系統空載或保護狀態時的電壓範圍V1-V2內)，使得PFC晶片完全關斷因而幾乎無功耗，PSR晶片不會重啟且長期處於低功耗工作狀態以檢測系統何時有載或退出保護狀態。因此，在雙晶片電源管理系統200處於系統空載或保護狀態時，系統整體功耗即為PSR晶片處於低功耗工作狀態的功耗。
圖4示出了根據本發明實施例的雙晶片電源管理系統的另一示例電路圖。圖4所示的雙晶片電源管理系統400與圖2所示的雙晶片電源管理系統200的區別在於：1)PFC晶片的VDD腳和PSR晶片的VDD腳連接在一起；2)在雙電源管理系統400處於系統空載或保護狀態時，低功耗控制模組4044控制PSR晶片的VDD腳處的電壓低於PFC晶片的晶片啟動電壓且高於PSR晶片的晶片啟動電壓，使得PFC晶片處於完全關斷狀態、PSR晶片處於低功耗待機狀態；以及3)在雙晶片電源管理系統400處於正常工作狀態時，低功耗控制模組4044控制PSR晶片的VDD腳處的電
壓大於PFC晶片的晶片啟動電壓。
圖5示出了圖4所示的雙晶片電源管理系統中的PSR晶片的VDD腳處的電壓的波形圖。結合圖4和圖5可以看出，在雙晶片電源管理系統400處於正常工作狀態時，PSR晶片的VDD腳處的電壓位於PSR晶片和PFC晶片二者的正常工作電壓範圍內，PSR晶片和PFC晶片均正常工作；當PSR晶片檢測到系統空載或保護狀態時，低功耗控制模組4044控制PSR晶片的VDD腳處的電壓低於PFC晶片的晶片啟動電壓且高於PSR晶片的晶片啟動電壓((例如，下降並維持在系統空載或保護狀態時的電壓範圍V1-V2內)，使得PFC晶片處於完全關斷狀態因而幾乎無功耗，PSR晶片不會重啟且長期處於低功耗工作狀態以檢測系統何時有載或退出保護狀態。因此，在雙晶片電源管理系統400處於系統空載或保護狀態時，系統整體功耗即為PSR晶片處於低功耗工作狀態的功耗。
圖6示出了圖2和圖4所示的高壓供電模組和低功耗控制模組的示例電路實現。如圖6所示，PSR晶片的VDD腳處的電壓是由高壓供電模組602對晶片供電電容Cvdd充電產生的；低功耗控制模組604被配置為通過控制位於高壓供電模組602與PSR晶片的VDD腳之間的開關管M1的導通與關斷來控制高壓供電模組602與PSR晶片的VDD腳的連接與斷開(並控制高壓供電模組602與晶片供電電容Cvdd的連接與斷開)。
如圖6所示，在一些實施例中，低功耗控制模組604進一步被配置為：在雙晶片電源管理系統200/400處於系統空載或保護狀態時，通過將PSR晶片的VDD腳與地之間的第一電路節點fb1處的電壓與第一和第二基準電壓Vref1和Vref2進行比較，來控制開關管M1的導通與關斷；和/或在雙晶片電源管理系統200/400處於正常工作狀態時，通過將PSR晶片的VDD腳與地之間的第二電路節點fb2處的電壓與第一和第二基準電壓Vref1和Vref2進行比較，來控制開關管M1的導通與關斷。
如圖6所示，在一些實施例中，控制信號A用於控制開關管M1的導通與關斷；控制信號Control用於表徵雙晶片電源管理系統200/400
是否處於系統空載或保護狀態；在雙晶片電源管理系統200/400處於系統空載或保護狀態時，控制信號Control為高位準，控制信號Controlb(其是控制信號Control的反相信號)為低位準，運算放大器amp將第一電路節點fb1處的電壓與第一和第二基準電壓Vref1和Vref2進行比較，並輸出控制信號A以控制開關管M1的導通與關斷，最終控制PSR晶片的VDD腳處的電壓維持在雙晶片電源管理系統200/400處於系統空載或保護狀態時的電壓範圍V1-V2內，從而通過PFC晶片的ENA腳或VDD腳使其處於完全關斷狀態；在雙晶片電源管理系統200/400處於正常工作狀態時，控制信號Control為低位準，控制信號Controlb為高位準，運算放大器amp將第二電路節點fb2處的電壓與第一和第二基準電壓Vref1和Vref2進行比較，並輸出控制信號A以控制開關管M1的導通與關斷，最終控制PSR晶片的VDD腳處的電壓處於PFC晶片和PSR晶片的正常工作電壓範圍內。
圖7示出了圖6所示的低功耗控制模組中的多個信號的波形圖。結合圖6和圖7可以看出，當雙晶片電源管理系統200/400進入系統空載或保護狀態時，控制信號Control從低位準跳為高位準，開關管M4從關斷變為導通，開關管M3從導通變為關斷，運算放大器amp比較第一電路節點fb1處的電壓與第一和第二基準電壓Vref1和Vref2並輸出控制信號A以控制開關管M1的導通與關斷，最終控制PSR晶片的VDD腳處的電壓保持在雙晶片電源管理系統200/400處於系統空載或保護狀態時的電壓範圍V1-V2內，使得PFC晶片處於完全關斷狀態、PSR晶片處於低功耗工作狀態；當雙晶片電源管理系統200/400處於正常工作狀態時，控制信號Control為低位準，開關管M4關斷，開關管M3導通，運算放大器amp比較第二電路節點fb2處的電壓與第一和第二基準電壓Vref1與Vref2並輸出控制信號A以控制開關管M1的導通與關斷，最終控制PSR晶片的VDD腳處的電壓在PFC晶片和PSR晶片的正常工作電壓範圍內。
結合圖6和圖7可以看出，在一些實施例中，低功耗控制模組604進一步被配置為：在第一電路節點fb1處的電壓從第二基準電壓
Vref2增大到第一基準電壓Vref1的過程中，控制開關管M1處於關斷狀態；和/或在第一電路節點fb1處的電壓從第一基準電壓Vref1減小到第二基準電壓Vref2的過程中，控制開關管M1處於導通狀態。
結合圖6和圖7可以看出，在一些實施例中，低功耗控制模組604進一步被配置為在第二電路節點fb2處的電壓從第二基準電壓Vref2增大到第一基準電壓Vref1的過程中，控制開關管M1處於關斷狀態；和/或在第二電路節點fb2處的電壓從第一基準電壓Vref1減小到第二基準電壓Vref2的過程中，控制開關管M1處於導通狀態。
結合圖6和圖7可以看出，在一些實施例中，低功耗控制模組604進一步被配置為在雙晶片電源管理系統200/400從正常工作狀態切換到系統空載或保護狀態時，控制開關管M1從關斷狀態切換到導通狀態。
圖8示出了根據本發明實施例的雙晶片電源管理系統中採用的低功耗電源控制方法的流程圖。如圖8所示，當雙晶片電源管理系統200/400處於系統空載或保護狀態時，低功耗控制模組2044/4044控制PSR晶片的VDD腳處的電壓降低到低於PFC晶片的晶片使能電壓或晶片啟動電壓且高於PSR晶片的晶片啟動電壓的範圍內，使得PSR晶片處於低功耗待機狀態且即時檢測系統何時有載或退出保護狀態、PFC晶片處於完全關斷狀態因而幾乎無功耗。
本領域技術人員應該明白的是，在PFC晶片包括高壓供電模組的情況下，也可以通過在其內部增加低功耗控制模組同時利用PFC晶片的VDD腳處的電壓作為PSR晶片的ENA腳或VDD腳的輸入，採取以上類似操作來實現雙晶片電源管理系統200/400處於系統空載或保護狀態時的系統整體低功耗。
本發明可以以其他的具體形式實現，而不脫離其精神和本質特徵。例如，特定實施例中所描述的演算法可以被修改，而系統體系結構並不脫離本發明的基本精神。因此，當前的實施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本發明的範圍由所附請求項而非上述描述定義，
並且，落入請求項的含義和等同物的範圍內的全部改變從而都被包括在本發明的範圍之中。
200:雙晶片電源管理系統
202:PFC電路
204:PSR電路
2042:高壓供電模組
2044:低功耗控制模組
Cout:輸出電容
Cvdd:晶片供電電容
D1,D2:續流二極體
ENA:晶片使能腳
GATE1:功率管MOS1閘極
GATE2:功率管MOS2閘極
L1,L2:電感
MOS1,MOS2:功率開關
Vbus:PFC晶體輸入電壓
VDD:晶片供電腳
Vout1:PFC晶體輸出電壓
Claims (10)
- 一種電源管理系統，包括功率因數校正(PFC)電路和一次側穩壓(PSR)電路，其中，所述PFC電路包括PFC晶片，所述PSR電路包括PSR晶片，其特徵在於：所述PFC晶片和所述PSR晶片中的第一晶片包括高壓供電模組和低功耗控制模組，所述PSR晶片中的第一晶片的晶片供電腳與所述PFC晶片和所述PSR晶片中的第二晶片的晶片供電腳或所述PFC晶片的晶片使能腳連接在一起，並且所述低功耗控制模組被配置為在所述電源管理系統處於系統空載或保護狀態時，通過控制所述高壓供電模組與所述PSR晶片中的第一晶片的晶片供電腳的連接與斷開，控制所述PSR晶片中的第一晶片的晶片供電腳處的電壓小於所述PFC晶片的和所述PSR晶片中第二晶片的晶片啟動電壓或所述PFC晶片的晶片使能電壓且大於所述PSR晶片中的第一晶片的晶片啟動電壓。
- 如請求項1所述的電源管理系統，其中，所述低功耗控制模組進一步被配置為在所述電源管理系統處於正常工作狀態時，通過控制所述高壓供電模組與所述第一晶片的晶片供電腳的連接與斷開，控制所述第一晶片的晶片供電腳處的電壓大於所述第二晶片的晶片啟動電壓或晶片使能電壓。
- 如請求項2所述的電源管理系統，其中，所述低功耗控制模組進一步被配置為通過控制位於所述高壓供電模組與所述第一晶片的晶片供電腳之間的開關管的導通與關斷，來控制所述高壓供電模組與所述第一晶片的晶片供電腳的連接與斷開。
- 如請求項3所述的電源管理系統，其中，所述低功耗控制模組進一步被配置為在所述電源管理系統處於系統空載或保護狀態時， 通過將所述第一晶片的晶片供電腳與地之間的第一電路節點處的電壓與第一和第二基準電壓進行比較，來控制位於所述高壓供電模組與所述第一晶片的晶片供電腳之間的開關管的導通與關斷。
- 如請求項4所述的電源管理系統，其中，所述低功耗控制模組進一步被配置為在所述電源管理系統處於正常工作狀態時，通過將所述第一晶片的晶片供電腳與地之間的第二電路節點處的電壓與所述第一和第二基準電壓進行比較，來控制位於所述高壓供電模組與所述第一晶片的晶片供電腳之間的開關管的導通與關斷。
- 如請求項4所述的電源管理系統，其中，所述低功耗控制模組進一步被配置為在所述第一電路節點處的電壓從所述第二基準電壓增大到所述第一基準電壓的過程中，控制位於所述高壓供電模組與所述第一晶片的晶片供電腳之間的開關管處於關斷狀態。
- 如請求項4所述的電源管理系統，其中，所述低功耗控制模組進一步被配置為在所述第一電路節點處的電壓從所述第一基準電壓減小到所述第二基準電壓的過程中，控制位於所述高壓供電模組與所述第一晶片的晶片供電腳之間的開關管處於導通狀態。
- 如請求項5所述的電源管理系統，其中，所述低功耗控制模組進一步被配置為在所述第二電路節點處的電壓從所述第二基準電壓增大到所述第一基準電壓的過程中，控制位於所述高壓供電模組與所述第一晶片的晶片供電腳之間的開關管處於關斷狀態。
- 如請求項5所述的電源管理系統，其中，所述低功耗控制模組進一步被配置為在所述第二電路節點處的電壓從所述第一基準電壓減小到所述第二基準電壓的過程中，控制位於所述高壓供電模組與所述第一晶片的晶片供電腳之間的開關管處於導通狀態。
- 如請求項5所述的電源管理系統，其中，所述低功耗控制模組進一步被配置為在所述電源管理系統從正常工作狀態切換到系統空載或保護狀態時，控制位於所述高壓供電模組與所述第一晶片的晶片供電 腳之間的開關管從關斷狀態切換到導通狀態。
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| CN202211646224.0 | 2022-12-21 |
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|---|---|---|---|---|
| TW201739155A (zh) | 2016-04-18 | 2017-11-01 | Inno-Tech Co Ltd | 電源控制器 |
Patent Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| TW201739155A (zh) | 2016-04-18 | 2017-11-01 | Inno-Tech Co Ltd | 電源控制器 |
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