專利名稱：用于電源控制器的可變時間箝位的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開內(nèi)容總體涉及開關(guān)電源(switching power supplies)，具體地但不排他地涉及用于開關(guān)電源的控制器。
背景技術(shù)：
許多電子設(shè)備——例如移動電話、個人數(shù)字助理(PDA)、膝上電腦等——是由相對低電壓的DC電能供電的。由于電能通常作為高壓AC電能通過壁式插座輸送，所以通常被稱作電源(power supply)的設(shè)備被要求將高壓AC電能轉(zhuǎn)變成低壓DC電能。低壓DC電能可由所述電源直接供應(yīng)至所述設(shè)備，或者可被用于對可充電電池(battery)進行充電，所述可充電電池進而向所述設(shè)備提供能量，但是一旦存儲的能量消耗完就要求充電。通常，所述電池由電池充電器進行充電，所述電池充電器包括符合所述電池要求的恒定電流和恒定電壓要求的電源。在運行中，電源可使用控制器來調(diào)節(jié)輸送至電子設(shè)備(例如電池)的輸出功率，所述電子設(shè)備可統(tǒng)稱作負載。更具體地，所述控制器可被耦合(coupled)以接收關(guān)于所述電源的輸出的反饋信息，以調(diào)節(jié)輸送至所述負載的功率。通過響應(yīng)所述反饋信息來控制功率開關(guān)接通和斷開以將能量脈沖從輸入電能的源頭(例如電力線)傳遞至輸出，所述控制器調(diào)節(jié)輸送至所述負載的電能?？梢允褂玫囊环N特定類型的電源是回掃電源(flyback power supply)。在一種類型的回掃電源中，能量傳遞元件將所述電源的輸入與所述電源的輸出隔離。所述能量傳遞元件提供了防止DC電流在輸入和輸出之間流動的隔離。產(chǎn)生供回掃電源中的控制器使用的反饋信號且仍保持隔離的一種典型方式是，在輸出上使用光耦合器(optocoupler)以向所述控制器發(fā)送信號。另一種已知的方式是，在流電隔離電源(galvanically isolated power supply)的輸入側(cè)使用感測電路，也被稱作“初級側(cè)控制”。初級側(cè)控制的一個實例是，在能量傳遞元件中包括附加的“輔助”或“偏置”繞組，其被磁耦合至輸出側(cè)，以產(chǎn)生表示所述電源的輸出的電壓。此外，所述偏置繞組可提供表示所述電源的輸入電壓的電壓。然而，利用在輔助繞組上產(chǎn)生的波形常常要求在所述控制器的外部包括眾多電子元件，以調(diào)整供所述控制器接收的信號。

發(fā)明內(nèi)容
在一個方面，本發(fā)明提供了一種用于在電源中使用的集成電路，所述集成電路包括反饋端子，其待被耦合以接收反饋信號；控制器，其待被耦合以響應(yīng)所述反饋信號來在開關(guān)循環(huán)期間啟用或禁用功率開關(guān)的導(dǎo)通，其中所述控制器包括電流極限比較器，所述電流極限比較器被耦合以響應(yīng)經(jīng)過所述功率開關(guān)的電流超過可變電流極限，來在被啟用的開關(guān)循環(huán)期間終止所述功率開關(guān)的導(dǎo)通；以及
可變時間箝位器(VTC)，其被包括在所述控制器中，并被耦合以在箝位時間上將所述反饋端子箝位至一電壓，所述箝位時間響應(yīng)于所述可變電流極限。在一個實施方案中，所述箝位時間等于所述功率開關(guān)的ON時間加上延遲時間。在一個實施方案中，所述延遲時間與所述可變電流極限成比例。在一個實施方案中，所述VTC包括箝位開關(guān)；以及可變時間箝位(VTC)計時器，其被耦合以響應(yīng)電流極限信號來控制所述箝位開關(guān)，從而在所述箝位時間上選擇性地將所述反饋端子耦合至所述電源的輸入回線。在一個實施方案中，所述功率開關(guān)是具有源端子的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)，并且其中所述VTC計時器被耦合以控制所述箝位開關(guān)，從而選擇性地將所述反饋端子耦合至所述源端子。在一個實施方案中，所述VTC計時器被耦合以產(chǎn)生控制信號，從而在所述延遲時間之后禁用所述箝位開關(guān)。在一個實施方案中，所述VTC計時器包括電容器，其被耦合以接收表示所述電流極限的電流；以及控制信號發(fā)生器，其被耦合以響應(yīng)所述電容器上的電壓達到電壓閾值，來產(chǎn)生所述控制信號，從而禁用所述箝位開關(guān)。在一個實施方案中，所述VTC還包括第一開關(guān)，其被耦合以響應(yīng)所述功率開關(guān)的禁用來向所述電容器提供表示所述電流極限的電流；以及第二開關(guān)，其被耦合以響應(yīng)所述功率開關(guān)的啟用來對所述電容器進行放電。在一個實施方案中，所述控制器包括控制電路，所述控制電路被耦合以響應(yīng)所述反饋信號來產(chǎn)生表示所述可變電流極限的電流極限信號，并且其中當所述功率開關(guān)導(dǎo)通時所述反饋信號表示所述電源的輸入，且當所述功率開關(guān)不導(dǎo)通時所述反饋信號表示所述電源的輸出。在一個實施方案中，所述功率開關(guān)被包括在所述集成電路中。在另一個方面，本發(fā)明提供了一種電源，包括能量傳遞元件，其被耦合以將能量從所述電源的初級側(cè)傳遞至所述電源的次級側(cè)，其中所述初級側(cè)與所述次級側(cè)流電隔離；功率開關(guān)，其被耦合以控制經(jīng)過所述能量傳遞元件的能量傳遞；以及集成電路，其被耦合以控制所述開關(guān)，其中所述集成電路包括反饋端子，其待被耦合以接收反饋信號；控制器，其被耦合以響應(yīng)所述反饋信號來在開關(guān)循環(huán)期間啟用或禁用所述功率開關(guān)的導(dǎo)通，其中所述控制電路包括電流極限比較器，所述電流極限比較器被耦合以響應(yīng)經(jīng)過所述功率開關(guān)的電流超過可變電流極限，來在被啟用的開關(guān)循環(huán)期間終止所述功率開關(guān)的導(dǎo)通；以及可變時間箝位器(VTC)，其被包括在所述控制器中，并被耦合以在箝位時間上將所述反饋端子箝位至一電壓，所述箝位時間響應(yīng)于所述可變電流極限。在一個實施方案中，所述箝位時間等于所述功率開關(guān)的ON時間加上延遲時間。
在一個實施方案中，所述延遲時間與所述可變電流極限成比例。在一個實施方案中，所述VTC包括箝位開關(guān)；以及可變時間箝位(VTC)計時器，其被耦合以響應(yīng)電流極限信號來控制所述箝位開關(guān)，從而在所述箝位時間上選擇性地將所述反饋端子耦合至所述電源的公共參考端子。在一個實施方案中，所述箝位開關(guān)是具有源端子的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)，并且其中所述VTC計時器被耦合以控制所述M0SFET，從而選擇性地將所述反饋端子耦合至所述源端子。在一個實施方案中，所述VTC計時器包括電容器，其被耦合以接收表示所述電流極限的電流；以及控制信號發(fā)生器，其被耦合以響應(yīng)所述電容器上的電壓達到電壓閾值，來產(chǎn)生控制信號，從而禁用所述箝位開關(guān)。 在一個實施方案中，所述VTC還包括第一開關(guān)，其被耦合以響應(yīng)所述功率開關(guān)的禁用來向所述電容器提供表示所述電流極限的電流；以及第二開關(guān)，其被耦合以響應(yīng)所述功率開關(guān)的啟用來對所述電容器進行放電。在一個實施方案中，所述能量傳遞元件包括偏置繞組以產(chǎn)生偏置電壓，當所述功率開關(guān)導(dǎo)通時所述偏置電壓表示所述電源的輸入，且當所述功率開關(guān)不導(dǎo)通時所述偏置電壓表示所述電源的輸出，其中當所述功率開關(guān)不導(dǎo)通時，所述反饋信號是與所述偏置電壓成比例的電壓。在一個實施方案中，當所述功率開關(guān)導(dǎo)通時，所述反饋信號是與所述偏置電壓成比例的電流。在一個實施方案中，所述功率開關(guān)被包括在所述集成電路中。在又一個方面，本發(fā)明提供了一種方法，包括接收電流感測信號，所述電流感測信號表示流經(jīng)電源的功率開關(guān)的電流；響應(yīng)經(jīng)過所述功率開關(guān)的電流超過可變電流極限，來在被啟用的開關(guān)循環(huán)期間禁用所述電源的功率開關(guān)的導(dǎo)通；以及啟用所述功率開關(guān)的導(dǎo)通，并響應(yīng)所述功率開關(guān)的導(dǎo)通來在箝位時間上將反饋端子箝位至一電壓，所述箝位時間響應(yīng)于所述可變電流極限。在一個實施方案中，所述箝位時間等于所述功率開關(guān)的ON時間加上延遲時間。在一個實施方案中，將所述反饋端子箝位至一電壓包括閉合箝位開關(guān)以將所述反饋端子耦合至所述電源的公共參考端子，所述方法還包括響應(yīng)所述功率開關(guān)的禁用來用一電流開始對電容器進行充電，其中所述電流表示所述可變電流極限；以及當所述電容器上的電壓達到閾值電壓時，打開所述箝位開關(guān)，以將所述反饋端子從所述公共參考端子去耦合(decouple)，其中所述延遲時間是所述電容器充電至所述閾值電壓所花費的時間。在一個實施方案中，響應(yīng)所述功率開關(guān)的啟用來對所述電容器進行放電。在一個實施方案中，所述延遲時間與所述可變電流極限成比例。


參照下列附圖描述了本發(fā)明的非限制性和非窮舉性實施方案，其中在各個視圖中，相同的參考數(shù)字指代相同的部分，除非另有規(guī)定。圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的電源的功能方塊圖。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的電源控制器的功能方塊圖。圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的可變時間箝位器(variable timeclamp)的示意圖。圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的電源在若干開關(guān)循環(huán)上的各種信號的時序圖。圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的可變時間箝位的處理的流程圖。
具體實施例方式這里描述了用于對反饋端子上的電壓進行箝位的裝置和方法的實施方案。在下文的描述中，闡明了眾多具體細節(jié)，以提供對所述實施方案的透徹理解。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)明了，實施本發(fā)明不必使用所述具體細節(jié)中的一個或多個，或者可使用其他方法、部件、材料等。在其他情況下，為了避免使本發(fā)明模糊，沒有詳細示出或描述眾所周知的結(jié)構(gòu)、材料或操作。本說明書全文中提到的“一個實施方案” “一實施方案” “一個實施例”或“一實施例”意指，關(guān)于該實施方案或?qū)嵤├枋龅奶囟ㄌ卣?、結(jié)構(gòu)或特性被包括在本發(fā)明的至少一個實施方案中。因此，本說明書全文中各個地方的短語“在一個實施方案中” “在一實施方案中” “一個實施例”或“一實施例”未必全都指相同的實施方案或?qū)嵤├Ｔ僬?，所述特定特征、結(jié)構(gòu)或特性可以在一個或多個實施方案或?qū)嵤├幸匀魏魏线m的組合和/或子組合結(jié)合。此外，應(yīng)理解，這里提供的圖是出于向本領(lǐng)域普通技術(shù)人員解釋的目的，并且這些圖未必按比例繪制。簡而言之，本發(fā)明的實施方案包括用于電源控制器的可變時間箝位，其在一段時間(被稱作箝位時間)上對反饋端子上的電壓進行箝位，這段時間響應(yīng)于所述功率開關(guān)的可變開關(guān)電流極限(variable switch current limit)。有了響應(yīng)于可變開關(guān)電流極限的箝位時間，就允許所述控制器在更長的持續(xù)時間期間接收關(guān)于輸出的準確反饋信息，同時還防止所述控制器中的一個或多個基底二極管(substrate diodes)的前向偏置(forwardbiasing)。這些及其他實施方案在下文中詳細描述。圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方案的電源100(有時被稱作電源)的功能方塊圖。示出的電源100的實施例包括能量傳遞元件Tl、整流器D1、輸出電容器Cl、反饋電路(例如電阻器Rl和R2)、源電路(supply circuit)(例如二極管D2、電容器C2、電阻器R3和旁路電容器Cbp)、控制器105、功率開關(guān)SW1、輸入回線(input return) 110和輸出回線(output return)115。在圖1示出的實施例中，電源100是具有回掃拓撲(flyback topology)的電源。然而，許多其他已知的開關(guān)電源拓撲和配置也可采用根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的可變時間箝位。電源100從半未調(diào)節(jié)(semi-unregulated)輸入電壓Vin向負載(未示出)提供輸
8出功率。在一個實施例中，輸入電壓Vin是可從AC電壓得到的半未調(diào)節(jié)DC電壓。輸入電壓Vin被耦合至能量傳遞元件Tl和功率開關(guān)SW1。在圖1的實施例中，能量傳遞元件Tl是具有初級繞組120、次級繞組125和偏置繞組130的變換器(transformer)?！俺跫壚@組”還可被稱作“輸入繞組”，“次級繞組”還可被稱作“輸出繞組”，且“偏置繞組”還可被稱作“輔助繞組”。圖1的實施例示出了電耦合至輸入回線110的輸入側(cè)與電耦合至輸出回線115的輸出側(cè)之間的流電隔離。換言之，dc電流被基本阻止在電源100的輸入側(cè)和輸出側(cè)之間流動。在運行中，響應(yīng)控制器105，功率開關(guān)SWl閉合，由此允許電流導(dǎo)通，然后打開，由此基本終止開關(guān)電流Isw經(jīng)過功率開關(guān)SW1。因此，閉合的開關(guān)可被稱作處于“接通(ON)”狀態(tài)，而打開的開關(guān)可被稱作處于“斷開(OFF)”狀態(tài)。在一個實施例中，功率開關(guān)SWl是晶體管，例如金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)。 在一個實施例中，控制器105和功率開關(guān)SWl可被包含在集成電路135中，集成電路135具有漏端子(drain terminal) D、源端子(source terminal) S、旁路端子BP和反饋端子FB。在另一個實施例中，控制器105可用分立電子部件來實現(xiàn)，或者用分立和集成電路的組合來實現(xiàn)。在電源100的運行期間，功率開關(guān)SWl的開關(guān)在整流器Dl中產(chǎn)生脈動電流，該脈動電流被電容器Cl濾波，以在電源100的輸出端產(chǎn)生基本恒定的輸出電壓VOT、輸出電流Iot或者這二者的結(jié)合。如圖1中示出的，集成電路135包括電流感測155，電流感測155感測流經(jīng)開關(guān)功率開關(guān)SWl的開關(guān)電流Isw。許多已知的測量開關(guān)電流的方式(例如電流變換器，或分立電阻器兩端的電壓，或晶體管導(dǎo)通時該晶體管兩端的電壓)中的任何方式可被用于測量開關(guān)^iAlL Iswo在運行中，控制器105操作開關(guān)SW1，以將電源100的輸出基本調(diào)節(jié)至期望值。控制器105通常包括限定了具有持續(xù)時間Tsw的開關(guān)循環(huán)的振蕩器。可通過實施“0N/0FF”控制來實現(xiàn)調(diào)節(jié)，“0N/0FF”控制允許開關(guān)SWl在開關(guān)循環(huán)的一部分上導(dǎo)通(ON)或在開關(guān)循環(huán)內(nèi)阻止導(dǎo)通(OFF)。更具體地，“ON”循環(huán)可被定義為如下的開關(guān)循環(huán)，其中使得功率開關(guān)被啟用，因此可在此期間導(dǎo)通；“OFF”循環(huán)可被定義為如下的開關(guān)循環(huán)，其中功率開關(guān)被禁用，或在此期間被基本阻止導(dǎo)通。此外，影響調(diào)節(jié)的其他開關(guān)參數(shù)可在“0N/0FF”控制期間被控制。在一個實施例中，開關(guān)電流Isw的最大值是由內(nèi)部電流極限(internal currentlimit)設(shè)置的。通常，該電流極限可被調(diào)節(jié)，以避免以可聽見的噪聲范圍內(nèi)的開關(guān)頻率運行，和/或提高電源調(diào)節(jié)期間的效率。如示出的，圖1中示出的外部旁路電路器Cbp被耦合至旁路端子BP，以儲存能量，從而提供內(nèi)部源電壓(supply voltage)，以為集成電路135的內(nèi)部電路供電。在所描繪的實施例中，還示出了反饋電路(例如電阻器Rl和R2)被耦合至節(jié)點140，以提供反饋電壓Vfb和反饋電流IFB，反饋電壓Vfb指示當功率開關(guān)SWl處于OFF狀態(tài)時輸出電壓是高于還是低于參考值，反饋電流Ifb表示當功率開關(guān)SWl處于ON狀態(tài)時的輸入電壓。在一個實施例中，反饋電流Ifb可表示輸入電壓VIN。在一個實施例中，偏置電壓Vbias可表示功率開關(guān)SWl處于OFF狀態(tài)的僅一部分時間上的輸出電壓Vott，且可表示功率開關(guān)Sffl處于ON狀態(tài)的大量時間上的輸入電壓VIN。
在運行中，當功率開關(guān)SWl處于OFF狀態(tài)時，開關(guān)電流Isw基本被阻止流經(jīng)功率開關(guān)SW1，且通過允許輸出二極管Dl導(dǎo)通，存儲在輸入繞組120中的能量被傳遞至輸出繞組125，這允許偏置電壓Vbias成為與輸出電壓Vott成比例的電壓。偏置電壓Vbias與輸出電壓Vqut可以偏置繞組130中的匝數(shù)與輸出繞組125中的匝數(shù)的比例成比例。如示出的，偏置繞組130磁耦合至輸出繞組125，并也享有相同的極性。當功率開關(guān)SWl從OFF狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)镺N狀態(tài)時，開關(guān)電流Isw被允許流經(jīng)輸入繞組120，這在輸出繞組125兩端產(chǎn)生與輸入電壓Vin成比例的電壓。偏置電SVbias與輸入電壓Vin可以偏置繞組130中的匝數(shù)與輸入繞組120中的匝數(shù)的比例成比例。此外，由于偏置繞組130的配置，偏置電壓Vbias在功率開關(guān)SWl處于ON狀態(tài)期間反轉(zhuǎn)極性。例如，當功率開關(guān)SWl處于OFF狀態(tài)時，偏置電壓Vbias可相對于輸入回線110具有正電壓，當功率開關(guān)SWl處于ON狀態(tài)時，偏置電壓Vbias可相對于輸入回線110具有負電壓。圖1中示出的實施例示出了控制器105包括基底二極管145，其在這里也被稱作體二極管(body diode)。當控制器105被制成集成電路135的一部分時，該基底二極管145可由在反饋端子FB與源端子S之間形成的一個或多個PN結(jié)形成。在運行期間，當反饋端子FB處于或大于源端子S的電勢時，電流基本被阻止流經(jīng)基底二極管145。然而，假使反饋端子FB被拉到源端子S的電勢之下，那么通過例如有效地將反饋端子FB短路至源端子S,基底二極管145可變成前向偏置的，這導(dǎo)致故障或者控制器135的不恰當運行。相應(yīng)地，本發(fā)明的實施方案包括可變時間箝位器(VTC) 150，以對反饋端子FB處的電壓進行箝位，從而基本防止基底二極管145的前向偏置。在其他實施例中，VTC 150可使得流經(jīng)基底二極管145的電流最小化。在一個實施方案中，“對電壓進行箝位”可被解釋為將電壓限制到最大值或最小值。根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，“對電壓進行箝位”還可被稱作將反饋端子FB處的電壓“設(shè)置”至基本特定的值。尤其，該值可被限制至基本為源端子S處的電勢，源端子S在示出的實施例中被耦合至輸入回線110。換言之，反饋端子FB處的電壓被限制為基本不落到源端子S處的電勢之下。在一個實施例中，當偏置電壓Vbias相對于輸入回線110為負值時，VTC 150對反饋端子FB處的電壓進行箝位。然而，部分由于功率開關(guān)SWl中的開關(guān)電流Isw的峰值，偏置電SVbias為負值的時間不同。例如，與具有相對較高峰值的開關(guān)電流Isw相比，具有較低峰值的開關(guān)電流Isw在功率開關(guān)SWl斷開后偏置電壓Vbias從負電勢轉(zhuǎn)變?yōu)檎妱菟ㄙM的時間較長。在一個實施例中，該可變箝位時間足夠長從而覆蓋了偏置電壓VbiasS變極性(與零伏特相交)所花費的時間，同時足夠短從而沒有基本延伸超過Vbias改變極性的時間，以允許偏置電SVbias在可能的最長持續(xù)時間上表示輸出電壓VQUT。因此，在一個實施例中，VTC 150可被配置為在響應(yīng)于峰值開關(guān)電流的箝位時間上對反饋端子FB上的電壓進行箝位。該峰值開關(guān)電流可以是當功率開關(guān)導(dǎo)通時經(jīng)過功率開關(guān)的最大電流。在一個實施例中，開關(guān)電流Isw的峰值被該功率開關(guān)的電流極限所控制。這些和其他實施方案將在下文更詳細地描述。 圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的電源控制器205和集成電路235的功能方塊圖?？刂破?05和集成電路235分別是圖1中的控制器105和集成電路135的可能的實施方式?？刂破?05被示為包括電壓調(diào)節(jié)器210、遲滯比較器215、驅(qū)動信號邏輯門220、熱停機(thermal shutdown)電路225、振蕩器洸0、觸發(fā)器(flip-flop)洸5、采樣信號發(fā)生器(SSG) 270、比較器275和反饋電流感測電路(IFB感測)280。如示出的，VTC 250被示為包括箝位開關(guān)285和可變時間箝位計時器(VTC計時器)290。如示出的，電流極限檢測電路297包括上升沿遮沒(lead edge blanking) (LEB)電路230、比較器240和邏輯與門245。在圖2的實施例中，功率開關(guān)(被示為MOSFET 295)響應(yīng)來自驅(qū)動信號邏輯門220的驅(qū)動信號Udkive對漏端子D與源端子S之間的開關(guān)電流Isw進行開關(guān)?？蛇x的(optional)電壓調(diào)節(jié)器210被耦合至漏端子D，并將旁路端子BP上的電壓調(diào)節(jié)至源電壓。在一個實施例中，源電壓可以是5. 8伏特。如示出的，旁路端子BP提供內(nèi)部源電壓VsumY，以為集成電路235的內(nèi)部電路供電。如圖1中示出的，外部旁路電容器Cbp可被耦合至旁路端子BP以存儲能量，從而在MOSFET 295導(dǎo)通時為集成電路235的內(nèi)部電路供電?？蛇x的遲滯比較器215監(jiān)測內(nèi)部源電壓Vsupra與參考電壓的關(guān)系，比較器215的遲滯導(dǎo)致參考電壓為4. 8伏特或5. 8伏特。遲滯比較器215產(chǎn)生重置(reset)信號Ukeset，當內(nèi)部源電壓VsumY落到4. 8伏特之下時，重置信號Ukeset變?yōu)榈鸵酝ㄟ^與門220來斷開M0SFET295。當內(nèi)部源電壓VsumY上升到5. 8伏特時，遲滯比較器215的重置信號Ukeset變?yōu)楦?，并且該參考電壓落?. 8伏特。如所描繪的實施例中示出的，遲滯比較器215的輸出向控制電路255提供了重置信號UKESET。應(yīng)理解，在其他實施例中，如果對于給定應(yīng)用有必要，其他內(nèi)部電路或外部電路可提供重置信號Ukeset。重置信號Ukeset從低到高的轉(zhuǎn)變使得控制電路255初始化。在運行中，控制電路255可使用一種或多種使得經(jīng)過MOSFET 295的開關(guān)電流Isw的峰值在開關(guān)循環(huán)之間改變的控制方法，例如PWM、0N/0FF控制、電流模式控制、固定頻率控制，以提供驅(qū)動信號Udkive，從而根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)對功率開關(guān)295進行開關(guān)。如示出的，與門220接收重置信號Ukeset、來自可選的熱停機電路225的熱停機信號和來自控制電路255的輸出信號。每當重置信號Ukeset或該熱停機信號變?yōu)榈蜁r，來自與門220的輸出的驅(qū)動信號Udkive變?yōu)榈停詳嚅_MOSFET 295.當該集成電路的結(jié)溫度超過閾值溫度時，熱停機電路225使得熱停機信號變?yōu)榈?。因此，當該集成電路的結(jié)溫度太高時，熱停機電路225使得MOSFET 295斷開。如所描繪的實施例中示出的，振蕩器沈0向控制電路255提供了數(shù)字時鐘信號CLK0在描繪的實施例中，時鐘信號CLK設(shè)置開關(guān)頻率，或者換言之，設(shè)置開關(guān)循環(huán)的持續(xù)時間。在一個實施例中，每個開關(guān)循環(huán)的持續(xù)時間為近似10微秒。比較器275將反饋端子FB處的反饋電壓Vfb與閾值Vth進行比較?？刂齐娐?55接收比較器275的輸出，以根據(jù)由采樣信號發(fā)生器270產(chǎn)生的采樣信號確定的采樣時間來產(chǎn)生設(shè)置反饋信號UFB。該采樣時間是MOSFET 295斷開的時間延遲了采樣延遲時間。采樣信號發(fā)生器270將驅(qū)動信號Udkive延遲了采樣延遲時間，并在驅(qū)動信號Udkive的延遲了的下降沿產(chǎn)生采樣信號USSG。在一個實施例中，該采樣延遲時間為2. 5微秒。如示出的，輸入電壓感測器280被耦合至反饋端子FB，并感測經(jīng)過反饋端子FB的輸入電壓電流Ivin (其表示輸入電壓Vin)。在運行中，當MOSFET 295導(dǎo)通時，反饋端子FB基本被箝位至源S處的電勢，并且偏置繞組兩端的電壓(其表示該輸入電壓)通過感測經(jīng)過反饋端子FB的電流Ivin而被感測。以此方式，當MOSFET 295導(dǎo)通時，耦合至反饋端子FB的偏置繞組可被用于感測輸入電壓VIN。在運行中，電流極限比較器240將電流感測信號Uisense (其與MOSFET 295中的電流成比例)與由控制電路255設(shè)置的電流極限信號Uium進行比較。在一個實施例中，當MOSFET295處于ON狀態(tài)時，電流極限信號Uium表示開關(guān)電流Isw的峰值。在一個實施例中，響應(yīng)調(diào)節(jié)電源輸出的控制機制，控制電路255可調(diào)節(jié)電流極限信號Uium，因此調(diào)節(jié)開關(guān)電流Isw的峰值。電流極限比較器240的輸出變?yōu)楦?，以指示MOSFET 295中的電流何時達到由Uium表示的電流極限。在被應(yīng)用至與門245的輸入之前，驅(qū)動信號Udkive被上升沿遮沒電路230延遲，以阻止當MOSFET 295初始對耦合至節(jié)點D的寄生電容(stray capacitance)進行放電時，以及當開關(guān)電流瞬時尖峰超過電流極限閾值時，被提供至控制電路255的OFF信號Uoff指示錯誤的電流極限狀況。響應(yīng)指示了 MOSFET 295中的電流已達到該電流極限的OFF信號Uqff，控制電路255向與門220輸出低信號，以使得驅(qū)動信號Udkive變?yōu)榈?，并終止MOSFET295的導(dǎo)通。因此，根據(jù)本實施方式的教導(dǎo)，控制電路255在每個開關(guān)循環(huán)中啟用或禁用MOSFET 295的導(dǎo)通、在啟用的循環(huán)期間控制導(dǎo)通的終止并且還通過將MOSFET 295切換至OFF狀態(tài)來限制開關(guān)電流Isw的峰值。圖2還示出了可變時間箝位器250接收電流極限信號Uium和驅(qū)動信號UDKIVE。如示出的，VTC計時器290產(chǎn)生控制信號四1，以控制箝位開關(guān)觀5。在一個實施方案中，VTC計時器290使得箝位開關(guān)285能夠選擇性地將反饋端子FB耦合至源端子S，源端子S如圖1所示可耦合至電源100的輸入回線110。VTC計時器290在箝位時間taAMP(其響應(yīng)于電流極限信號Uium)上啟用箝位開關(guān)觀5。在一個實施例中，箝位時間tCLAMP等于MOSFET 295的ON時間Tw (如驅(qū)動信號Udeive指示的)加上延遲時間tD。在一個實施例中，延遲時間tD算上了偏置電壓VbiasI升回到正電壓(即達到零伏特)所花費的時間。然而，如上文所述，部分由于經(jīng)過MOSFET 295的開關(guān)電流Isw的峰值，偏置繞組130的“恢復(fù)時間”是可變的。相應(yīng)地，延遲時間tD也可以是可變的，并可由響應(yīng)于電流極限信號Uilim的VTC計時器290確定，電流極限信號Uium如上文討論的表示開關(guān)電流Isw的峰值，或者換言之，在ON狀態(tài)期間經(jīng)過該功率開關(guān)的最大開關(guān)電流Isw。在一個實施方案中，延遲時間tD與由控制電路255設(shè)置的電流極限成比例。圖3是示出根據(jù)一個實施方式的教導(dǎo)的可變時間箝位器(VTC)350的示意圖。VTC350是圖1和圖2分別的VTC 150和VTC 250的一個可能的實施方式。VTC 350被示為包括箝位開關(guān)Tl、開關(guān)T2和T3、晶體管"Γ4至T7和VTC計時器390。VTC計時器390被示為包括定時電容器(timing capacitor) Ct和控制信號發(fā)生器305。如圖3中示出的，控制信號發(fā)生器305可被實施為邏輯門，例如所示出的反相器(inverter) 305。在一個實施例中，控制信號發(fā)生器也可以是反相器305。反相器305可響應(yīng)反相器305的輸入310來產(chǎn)生控制信號。當輸入310為邏輯高時，反相器305的輸出變?yōu)榈?，由此禁?即打開)箝位開關(guān)Tl。然而，為了使反相器305在輸入310處寄存邏輯高，輸入310處的電壓必須處于或高于計時電壓閾值Vt。如上文討論的，VTC計時器390在箝位時間taAMP上啟用箝位開關(guān)Tl，，箝位時間taAMP在一個實施例中等于該功率開關(guān)的ON時間Tw加上延遲時間tD。相應(yīng)地，VTC 350包括開關(guān)T3，開關(guān)T3被耦合以接收驅(qū)動信號UDKIVE。當驅(qū)動信號Udkive指示該功率開關(guān)導(dǎo)通(例如驅(qū)動信號為邏輯高值)時，開關(guān)T3也被啟用，這允許定時電容器Ct放電(通過向輸入回線110提供放電路徑)。定時電容器Ct的放電確保電容器上的電壓Vc小于電壓閾值Vt，因此啟用箝位開關(guān)Tl，并開始對反饋端子FB處的電壓進行箝位的箝位時間taAMP。當驅(qū)動信號Udkive指示該功率開關(guān)被基本禁用(即驅(qū)動信號切換至邏輯低值)時，開關(guān)T3被禁用且開關(guān)T2被啟用，這為電流315提供了路徑以開始對定時電容器Ct進行充電。一旦定時電容器Ct上的電壓\達到該電壓閾值，反相器305就禁用箝位開關(guān)Tl，從而結(jié)束當前的箝位時間taAMP。在一個實施方案中，定時電容器Ct充電至閾值電壓Vt所花費的時間是上文提及的延遲時間TD。如圖3中示出的，VTC 350被耦合以接收電流極限信號Uium，電流極限信號Uium如上文討論的表示由控制電路255設(shè)置的該功率開關(guān)的電流極限(例如見圖2)。晶體管T6和T7被耦合在一起作為電流鏡，以鏡像電流極限信號仏皿。因此，在一個實施方案中，被提供以對定時電容器Ct進行充電的電流315表示該電流極限。在一個實施例中，定時電容器Ct從未充電狀態(tài)充電至電壓閾值\所花費的時間(即延遲時間tD)取決于電流315的量值(magnitude)。因此，如圖3中示出的，延遲時間tD可響應(yīng)于該電流極限，且在一個實施例中與該電流極限成比例。圖4是示出根據(jù)本實施方式的一個實施方案的電源在若干開關(guān)循環(huán)上的各種信號的時序圖。圖5是示出根據(jù)本實施方式的一個實施方案的可變時間箝位的處理500的流程圖。現(xiàn)在將參考圖2至5描述控制器235的運行。在處理塊505中，功率開關(guān)(例如MOSFET 295)響應(yīng)驅(qū)動信號Udkive而被啟用。響應(yīng)驅(qū)動信號Udkive，指示該功率開關(guān)的啟用，在處理塊510中VTC 350啟用開關(guān)T 3以對定時電容器Ct進行放電。在處理塊515中，電容器Ct的放電使得電容器電壓\落至基本零伏特，由此使得轉(zhuǎn)換器305啟用(即閉合)箝位開關(guān)Tl。處理塊505、510和515表示第一箝位時間ΤαΑΜΡ1的開始，其在圖4中被示為處在時刻TO。在處理塊520中，圖2的電流極限比較器240接收電流感測信號UISENSE。在決策塊525中，電流極限比較器240判斷開關(guān)電流Isw是否已達到由所接收的電流極限信號Uium表示的電流極限。如圖4中示出的，對于第一開關(guān)時期Tswi，控制電路255已將該可變電流極限設(shè)置到第一閾值電流極限TH115因此，在決策塊525中，一旦開關(guān)電流1大于由電流極限信號Uium指示的電流極限，與門245就產(chǎn)生OFF信號Utw,以禁用該功率開關(guān)。尤其，在處理塊530中，且響應(yīng)接收OFF信號Utw，控制電路255禁用驅(qū)動信號發(fā)生器220(例如與門220)，驅(qū)動信號發(fā)生器220使得驅(qū)動信號Udkive變?yōu)榈?，并禁用該功率開關(guān)。在圖4中時刻tl處詳細示出了開關(guān)電流Isw達到第一閾值電流極限TH1以及用驅(qū)動信號Udkive從高邏輯狀態(tài)轉(zhuǎn)變至低邏輯狀態(tài)來禁用該功率開關(guān)。如從圖4可看出的，偏置電壓Vbias在時刻tl之后的一段時間上保持負電壓，盡管該功率開關(guān)在時刻tl被斷開。因此，在處理塊530中和時刻tl，圖3的開關(guān)T2被啟用，以開始用電流315對定時電容器Ct進行充電。如上文討論的，電流315表示電流極限信號UIUM。決策塊540包括判斷定時電容器Ct上的電壓Ve是否已達到電壓閾值VT。在一個實施例中，定時電容器Ct達到電壓閾值Vt所花費的時間在圖4中被示為第一延遲時間tD1。在一個實施例中，第一延遲時間tD1等于偏置電壓Vbias從負電壓轉(zhuǎn)變到至少零電壓(例如時間t2-tl)所花費的時間。一旦電容器電壓V。達到電壓閾值Vt，控制信號發(fā)生器305就產(chǎn)生控制信號四1，以打開箝位開關(guān)Tl，由此在時刻t2結(jié)束第一箝位時間ΤαΑΜΡ1。如圖4中進一步示出的，對于后續(xù)開關(guān)時期(即開關(guān)時期Tsw2)，該控制器可包括比在第一開關(guān)時期Tswi中使用的更高的第二閾值電流極限τη2。因此，開關(guān)電流‘被允許在第二開關(guān)時期Tsw2期間具有比在第一開關(guān)時期Tswi期間允許的更高的最大值。如上文描述的，偏置電壓從負值轉(zhuǎn)變到非負值所花費的時間至少根據(jù)經(jīng)過該功率開關(guān)的最大開關(guān)電流而不同。尤其，該最大開關(guān)電流越大，偏置電壓Vbias的轉(zhuǎn)變就越快。如圖4中示出的，對于第二開關(guān)時期Tsw2使用較高的第二閾值電流極限TH2導(dǎo)致偏置電壓Vbias的轉(zhuǎn)變時間(從時刻t4到時刻t5)小于在第一開關(guān)時期Tswi中的轉(zhuǎn)變時間。因為，如前文討論的，被用于對定時電容器Ct進行充電的電流315表示該電流極限，那么第二開關(guān)時期Tsw2中的電流315的量值也大于在第一開關(guān)時期Tswi中使用的電流315的量值。在第二開關(guān)時期Tsw2中較大的電流315導(dǎo)致定時電容器Ct充電更快，從而縮短延遲時間。因此，示出的第二延遲時間tD2小于第一延遲時間tD1。上文對所示實施方案的描述，包括在摘要中描述的，不意在是窮舉的或者將本發(fā)明限于所公開的精確形式。盡管為了說明的目的在這里描述了這些實施方式的具體實施方案和實施例，但相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認識到，在本發(fā)明的范圍內(nèi)能夠做出多種修改?？梢越梃b上文的詳細描述來對本發(fā)明進行這些修改。下列權(quán)利要求中使用的術(shù)語不應(yīng)被解釋為將本發(fā)明限制到說明書中公開的具體實施方案。而是，本發(fā)明的范圍完全由下列權(quán)利要求確定，這些權(quán)利要求應(yīng)按照權(quán)利要求解釋的既定原則進行解釋。
權(quán)利要求
1.一種用于在電源中使用的集成電路，所述集成電路包括反饋端子，其待被耦合以接收反饋信號；控制器，其待被耦合以響應(yīng)所述反饋信號來在開關(guān)循環(huán)期間啟用或禁用功率開關(guān)的導(dǎo)通，其中所述控制器包括電流極限比較器，所述電流極限比較器被耦合以響應(yīng)經(jīng)過所述功率開關(guān)的電流超過可變電流極限，來在被啟用的開關(guān)循環(huán)期間終止所述功率開關(guān)的導(dǎo)通；以及可變時間箝位器(VTC)，其被包括在所述控制器中，并被耦合以在箝位時間上將所述反饋端子箝位至一電壓，所述箝位時間響應(yīng)于所述可變電流極限。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路，其中所述箝位時間等于所述功率開關(guān)的ON時間加上延遲時間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集成電路，其中所述延遲時間與所述可變電流極限成比例。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集成電路，其中所述VTC包括箝位開關(guān)；以及可變時間箝位(VTC)計時器，其被耦合以響應(yīng)電流極限信號來控制所述箝位開關(guān)，從而在所述箝位時間上選擇性地將所述反饋端子耦合至所述電源的輸入回線。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的集成電路，其中所述功率開關(guān)是具有源端子的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)，并且其中所述VTC計時器被耦合以控制所述箝位開關(guān)，從而選擇性地將所述反饋端子耦合至所述源端子。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的集成電路，其中所述VTC計時器被耦合以產(chǎn)生控制信號，從而在所述延遲時間之后禁用所述箝位開關(guān)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的集成電路，其中所述VTC計時器包括電容器，其被耦合以接收表示所述電流極限的電流；以及控制信號發(fā)生器，其被耦合以響應(yīng)所述電容器上的電壓達到電壓閾值，來產(chǎn)生所述控制信號，從而禁用所述箝位開關(guān)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的集成電路，其中所述VTC還包括第一開關(guān)，其被耦合以響應(yīng)所述功率開關(guān)的禁用來向所述電容器提供表示所述電流極限的電流；以及第二開關(guān)，其被耦合以響應(yīng)所述功率開關(guān)的啟用來對所述電容器進行放電。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路，其中所述控制器包括控制電路，所述控制電路被耦合以響應(yīng)所述反饋信號來產(chǎn)生表示所述可變電流極限的電流極限信號，并且其中當所述功率開關(guān)導(dǎo)通時所述反饋信號表示所述電源的輸入，且當所述功率開關(guān)不導(dǎo)通時所述反饋信號表示所述電源的輸出。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路，其中所述功率開關(guān)被包括在所述集成電路中。
11.一種電源，包括能量傳遞元件，其被耦合以將能量從所述電源的初級側(cè)傳遞至所述電源的次級側(cè)，其中所述初級側(cè)與所述次級側(cè)流電隔離；功率開關(guān)，其被耦合以控制經(jīng)過所述能量傳遞元件的能量傳遞；以及集成電路，其被耦合以控制所述開關(guān)，其中所述集成電路包括反饋端子，其待被耦合以接收反饋信號；控制器，其被耦合以響應(yīng)所述反饋信號來在開關(guān)循環(huán)期間啟用或禁用所述功率開關(guān)的導(dǎo)通，其中所述控制電路包括電流極限比較器，所述電流極限比較器被耦合以響應(yīng)經(jīng)過所述功率開關(guān)的電流超過可變電流極限，來在被啟用的開關(guān)循環(huán)期間終止所述功率開關(guān)的導(dǎo)通；以及可變時間箝位器(VTC)，其被包括在所述控制器中，并被耦合以在箝位時間上將所述反饋端子箝位至一電壓，所述箝位時間響應(yīng)于所述可變電流極限。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電源，其中所述箝位時間等于所述功率開關(guān)的ON時間加上延遲時間。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電源，其中所述延遲時間與所述可變電流極限成比例。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電源，其中所述VTC包括箝位開關(guān)；以及可變時間箝位(VTC)計時器，其被耦合以響應(yīng)電流極限信號來控制所述箝位開關(guān)，從而在所述箝位時間上選擇性地將所述反饋端子耦合至所述電源的公共參考端子。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電源，其中所述箝位開關(guān)是具有源端于的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)，并且其中所述VTC計時器被耦合以控制所述M0SFET，從而選擇性地將所述反饋端子耦合至所述源端子。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電源，其中所述VTC計時器包括電容器，其被耦合以接收表示所述電流極限的電流；以及控制信號發(fā)生器，其被耦合以響應(yīng)所述電容器上的電壓達到電壓閾值，來產(chǎn)生控制信號，從而禁用所述箝位開關(guān)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電源，其中所述VTC還包括第一開關(guān)，其被耦合以響應(yīng)所述功率開關(guān)的禁用來向所述電容器提供表示所述電流極限的電流；以及第二開關(guān)，其被耦合以響應(yīng)所述功率開關(guān)的啟用來對所述電容器進行放電。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電源，其中所述能量傳遞元件包括偏置繞組以產(chǎn)生偏置電壓，當所述功率開關(guān)導(dǎo)通時所述偏置電壓表示所述電源的輸入，且當所述功率開關(guān)不導(dǎo)通時所述偏置電壓表示所述電源的輸出，其中當所述功率開關(guān)不導(dǎo)通時，所述反饋信號是與所述偏置電壓成比例的電壓。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的電源，其中當所述功率開關(guān)導(dǎo)通時，所述反饋信號是與所述偏置電壓成比例的電流。
20.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電源，其中所述功率開關(guān)被包括在所述集成電路中。
21.一種方法，包括接收電流感測信號，所述電流感測信號表示流經(jīng)電源的功率開關(guān)的電流；響應(yīng)經(jīng)過所述功率開關(guān)的電流超過可變電流極限，來在被啟用的開關(guān)循環(huán)期間禁用所述電源的功率開關(guān)的導(dǎo)通；以及啟用所述功率開關(guān)的導(dǎo)通，并響應(yīng)所述功率開關(guān)的導(dǎo)通來在箝位時間上將反饋端子箝位至一電壓，所述箝位時間響應(yīng)于所述可變電流極限。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述箝位時間等于所述功率開關(guān)的ON時間加上延遲時間。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中將所述反饋端子箝位至一電壓包括閉合箝位開關(guān)以將所述反饋端子耦合至所述電源的公共參考端子，所述方法還包括響應(yīng)所述功率開關(guān)的禁用來用一電流開始對電容器進行充電，其中所述電流表示所述可變電流極限；以及當所述電容器上的電壓達到閾值電壓時，打開所述箝位開關(guān)，以將所述反饋端子從所述公共參考端子去耦合，其中所述延遲時間是所述電容器充電至所述閾值電壓所花費的時間。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，響應(yīng)所述功率開關(guān)的啟用來對所述電容器進行放H1^ ο
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述延遲時間與所述可變電流極限成比例。
全文摘要
一種用于在電源中使用的示例性集成電路，包括反饋端子和具有可變時間箝位器(VTC)的控制器。所述反饋端子待被耦合以接收反饋信號，所述控制器待被耦合以響應(yīng)所述反饋信號來在開關(guān)循環(huán)期間啟用或禁用功率開關(guān)的導(dǎo)通。所述控制器包括電流極限比較器，所述電流極限比較器被耦合以響應(yīng)經(jīng)過所述功率開關(guān)的電流超過可變電流極限，來在被啟用的開關(guān)循環(huán)期間終止所述功率開關(guān)的導(dǎo)通。所述VTC被耦合以在箝位時間上將所述反饋端子箝位至一電壓，所述箝位時間響應(yīng)于所述可變電流極限。
文檔編號H02M3/335GK102570829SQ20111043580
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月22日
發(fā)明者L·倫德 申請人:電力集成公司