專利名稱：形成檢測電路的方法及其結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及電子學(xué)，尤其涉及半導(dǎo)體及其結(jié)構(gòu)以及形成半導(dǎo)體器件的方法。在過去，半導(dǎo)體工業(yè)利用不同方法和結(jié)構(gòu)形成將輸出電壓調(diào)節(jié)到期望值的電源 控制器。這些電源控制器的一些優(yōu)點(diǎn)特征包括檢測電源控制器的周圍環(huán)境的過溫條件的 方法和檢測用于操作電源控制器的輸入電壓的過電壓條件的方法。為了檢測這兩種不同 的條件，電源控制器一般使用兩個相應(yīng)的輸入。為這兩種條件使用兩個輸入導(dǎo)致使用半 導(dǎo)體封裝的兩個端子。由于在半導(dǎo)體封裝上有限的端子數(shù)量，為兩種不同的工作條件使 用兩個端子經(jīng)常阻止其它特征組合到電源控制器中。另外，兩種不同的條件一般通過監(jiān)控表示該條件的電壓中的變化來檢測。檢測 電壓條件所需的不同電路導(dǎo)致不精確性。相應(yīng)地，期望有一種電源控制器，其可在電源控制器的單個輸入上檢測過電壓 和過溫條件，以及更精確地檢測這兩種條件。


圖1示意性示出了電源系統(tǒng)的一部分的實施方式，其包括依照本發(fā)明的電源控 制器的示例性實施方式；以及圖2示出了半導(dǎo)體器件的放大的平面圖，其包括依照本發(fā)明的圖1的電源控制
ο為了說明的簡單和清楚，圖中的元件不一定是按比例繪制的，且在不同圖中相 同的參考數(shù)字表示相同的元件。另外，省略了眾所周知的步驟和元件的描述和細(xì)節(jié)以簡 化描述。如這里所使用的，載流電極意味著器件中承載通過該器件的電流的元件，例如 MOS晶體管的源極或漏極、或者雙極晶體管的發(fā)射極或集電極、或者二極管的負(fù)極或正 極，而控制電極意味著器件中控制通過該器件的電流的元件，例如MOS晶體管的柵極或 雙極晶體管的基極。雖然器件在這里被解釋為某種N溝道器件或P溝道器件、或者某種 N型或P型摻雜區(qū)，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到，依照本發(fā)明，互補(bǔ)器件也是 可能的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到，這里所使用的涉及電路工作的詞“在……的期間、 在……的時候和當(dāng)……的時候”并不是表示一有啟動行為就會馬上發(fā)生行為的精確的術(shù) 語，而是表示可能有一些小的但是合理的延遲，例如在由初始行為激起的反應(yīng)之間的傳 播延遲。詞“大約”或“實質(zhì)上”的使用意指元件的值的參數(shù)被預(yù)期非常接近于規(guī)定 值或位置。然而，如在本領(lǐng)域內(nèi)眾所周知的，總有較小的差異阻止值或位置確切地如規(guī) 定的那樣。在本領(lǐng)域中充分確定，直到至少百分之十(10% )(且對于半導(dǎo)體摻雜濃度直 到百分之二十(20%))的差異是偏離確切地如所描述的理想目標(biāo)的合理差異。
具體實施例方式圖1示意性示出了電源系統(tǒng)10的一部分的實施方式，其包括電源控制器35的示例性實施方式。控制器35配置為形成表示控制器35外部的兩種不同的工作條件的感測 信號，上述兩種不同的工作條件例如是控制器35的周圍環(huán)境的過溫條件和用于操作控制 器35的輸入電壓的過電壓條件?？刂破?5配置為在控制器35的單個輸入上形成感測信 號。在控制器35外部的齊納二極管31和負(fù)溫度系數(shù)(NTC)電阻器33幫助檢測這兩種 條件。系統(tǒng)10在電壓輸入端子11和公共參考端子12之間接收功率，并在輸出13和輸 出返回14之間提供輸出電壓。輸出電壓通常被調(diào)節(jié)到在目標(biāo)值附近的值域內(nèi)的期望值或 目標(biāo)值。例如，目標(biāo)值可以是5V，值域可以是在5V左右加或減百分之五(5%)。系 統(tǒng)10包括變壓器16，變壓器16具有初級繞組17、次級繞組18和輔助繞組19。為了調(diào) 節(jié)輸出電壓的值，功率開關(guān)例如晶體管27用來控制流經(jīng)繞組17和晶體管27的電流29的 值。電流感測元件例如感測電阻器28用來形成表示電流29的電流感測(CS)信號。本 領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到，其它眾所周知的電流感測元件可用來代替電阻器28。電流29確 定了提供到負(fù)載的電流的量，負(fù)載包括電容器21和連接在輸出13和返回14之間的負(fù)載 15。二極管20通常連同電容器21 —起連接到繞組18以幫助形成在輸出13和返回14 之間的輸出電壓。反饋電路26提供表示輸出電壓的值的反饋(FB)信號。反饋電路26 可以是多種眾所周知的反饋電路中的任何一個，例如在變壓器16的初級側(cè)和次級側(cè)與系 統(tǒng)10之間提供隔離的光耦合器。輔助繞組19用于在節(jié)點(diǎn)25提供用于操作控制器35的 輔助電壓。二極管23、電容器24和電阻器22幫助從感應(yīng)到繞組19中的電壓和電流形成 輔助電壓。由繞組19、二極管23和電容器24形成的輔助繞組電路是眾所周知的輔助繞 組電源電路。控制器35被配置為在電壓輸入37和電壓返回38之間接收用于操作控制器35的 輔助電壓。為了接收輔助電壓，電壓輸入37 —般連接到節(jié)點(diǎn)25，為了接收公共參考電 壓，返回38 —般連接到公共參考端子12?？刂破?5還配置有反饋(FB)輸入40、驅(qū)動 輸出41和電流感測(CS)輸入42，反饋(FB)輸入40從反饋電路26接收反饋(FB)信 號，驅(qū)動輸出41配置為提供用于操作晶體管27的開關(guān)驅(qū)動信號，電流感測(CS)輸入42 配置為接收電流感測(CS)信號?？刂破?5還包括檢測電路60，且通常包括開關(guān)控制電 路45。開關(guān)控制電路45可以是用于開啟或關(guān)閉電源控制器的多種眾所周知的開關(guān)控制電 路中的任何一個。例如，電路45可以是PWM控制電路、PFM控制電路或滯后開關(guān)控 制電路。在圖1中示出的開關(guān)控制電路45的示例性實施方式包括誤差放大器48，誤差放 大器45接收反饋信號并形成誤差信號(ES)，誤差信號(ES)表示輸出電壓的期望值與輸 出電壓的實際值之間的差異。如在本領(lǐng)域中眾所周知的，誤差放大器48 —般包括用來為 由控制器35形成的閉合控制回路提供頻率補(bǔ)償?shù)念l率補(bǔ)償部件，例如阻抗Zl和Z2。為 了在正常工作條件下控制晶體管27的工作，比較器51將誤差信號與電流感測信號進(jìn)行比 較。時鐘電路49形成時鐘信號，時鐘信號使鎖存器54置位以使開關(guān)驅(qū)動信號有效?；?門53從電路60接收控制信號，并使鎖存器54復(fù)位以使開關(guān)驅(qū)動信號無效，從而禁止晶 體管27并終止電流29?？刂破?5 —般還包括內(nèi)部調(diào)節(jié)器39，調(diào)節(jié)器39接收輸入電壓 并形成內(nèi)部工作電壓以操作控制器35的元件，例如電路45和電路60?？刂破?5的感測輸入44配置為形成一感測信號，該感測信號表示兩種不同的工 作條件，例如過溫條件和過電壓條件。檢測電路60配置為檢測兩種工作條件，并使開關(guān)控制電路45響應(yīng)性地使在輸出41上的開關(guān)驅(qū)動信號無效。檢測電路60包括電流源62、 第一電流比較器71、第二電流比較器74、電流感測電路70以及包括或門78和鎖存器79 的邏輯電路。檢測電路60還包括分路調(diào)節(jié)器電路，該分路調(diào)節(jié)電路具有放大器66、晶體 管67、和電壓參考發(fā)生器或參考(ref)65。參考65、放大器66和晶體管67的分路調(diào)節(jié) 器在節(jié)點(diǎn)68形成與在參考65的輸出上的電壓實質(zhì)上相等的電壓。因此，分路調(diào)節(jié)器電 路將輸入44維持在實質(zhì)上固定的電壓值。在正常的工作條件期間，在節(jié)點(diǎn)25的電壓在期望的工作范圍內(nèi)并小于二極管31 的齊納電壓，使得實質(zhì)上沒有電流流經(jīng)二極管31。電流源62形成具有實質(zhì)上固定的電 流值的電流63。電流63流經(jīng)晶體管67并在節(jié)點(diǎn)68耦合到輸出44。電流63的第一部 分作為電流64流經(jīng)輸入44到NTC電阻器33。電流64的值保證NTC電阻器33兩端的 電壓降是由分路調(diào)節(jié)器形成的電壓的值。電流63的第二部分作為電流69流到返回38。 電流感測電路70感測電流69的值。電流比較器71和74接收電路70的輸出。電流比 較器71將電流69與來自電流參考發(fā)生器72的參考電流的值進(jìn)行比較，而電流比較器74 將電流69與來自電流參考發(fā)生器75的參考電流的值進(jìn)行比較。在正常的工作條件下， 電流69的值大于來自發(fā)生器72的值，使得比較器71的輸出為低。另外，電流69的值 小于來自發(fā)生器75的參考電流的值，使得比較器74的輸出也為低。因此，門78的輸 出也為低。典型地，當(dāng)功率被應(yīng)用到控制器35時，鎖存器79由加電復(fù)位電路(power ση reset circuit)初始化到復(fù)位條件。因此，鎖存器79被復(fù)位，并不受來自門78的低電平的 影響。如果控制器35的周圍環(huán)境的溫度增加，則NTC電阻器33的電阻減小。因為分 路調(diào)節(jié)器將輸入44上的電壓強(qiáng)制在實質(zhì)上恒定的值，為了維持在輸入44的電壓實質(zhì)上恒 定，電流64的值必須增加。因為電流63的較大部分流經(jīng)輸入44，所以電流69的值減 小。因此，電路60將電流64的第一值改變到第二值。電流69的減小的值減小了傳感 器70的輸出。如果電流69的值下降到來自發(fā)生器72的電流的值以下，則傳感器70的 輸出減小到足以促使比較器71的輸出為高而使鎖存器79置位。來自鎖存器79的高電平 由開關(guān)控制電路45接收，開關(guān)控制電路45響應(yīng)性地使PWM鎖存器54復(fù)位并使開關(guān)驅(qū) 動信號無效，以便終止對輸出電壓的調(diào)節(jié)。典型地，鎖存器79保持在這種置位條件中， 且系統(tǒng)10終止對輸出電壓的調(diào)節(jié)，直到功率從控制器35被移走并接著再應(yīng)用到控制器35 為止，這允許加電復(fù)位電路使鎖存器79再次復(fù)位。如果在節(jié)點(diǎn)25的輸入電壓的值增加而超過二極管31的齊納電壓的值加上來自參 考65的電壓的值，則電流32流經(jīng)二極管31。由于在輸入44的固定的電壓，因此電流32 和電流63在輸入44從而在節(jié)點(diǎn)68匯總，以形成電流34，電流34流經(jīng)NTC電阻器33， 從而在電阻器33兩端形成固定的電壓。在節(jié)點(diǎn)68匯總電流64和電流32改變了電流64 的值并增加了電流69的值。電流69的增加的值增加了傳感器70的輸出。如果電流69 的值增加而超過來自發(fā)生器75的電流的值，則傳感器70的輸出增加到足以促使比較器74 的輸出為高以使鎖存器79再次置位并終止輸出41上的開關(guān)驅(qū)動信號。如果輸入電壓增加并且溫度增加，則二極管31能夠比電流源62提供更多的電 流，所以電流32的值增加了電流69的值。電流69的增加的值增加了傳感器70的輸出， 這促使比較器74的輸出高以終止開關(guān)驅(qū)動信號。因此，可以看出，檢測電路60配置為將輸入44維持在實質(zhì)上第一電壓值并將電流63耦合到輸入44。電流32從控制器35的外 部流到輸入44?？刂破?5響應(yīng)于電流64的第一值而使開關(guān)驅(qū)動信號無效并且響應(yīng)于電 流32的第一值而使開關(guān)驅(qū)動信號無效。檢測電路60配置為接收輸入44上的感測信號， 并響應(yīng)于過溫條件而將電流64的值改變到第二值，以及響應(yīng)于過電壓條件而將電流64的 值改變到第三值。另外，檢測電路60配置為使電流64以第一值流經(jīng)輸入44、響應(yīng)于過 溫條件而將所述第一值改變到第二值、響應(yīng)于過電壓條件而使電流32從控制器35的外部 流到輸入44中并將所述第一值改變到第三值，以及使電流32和電流63匯總。為了促進(jìn)控制器35的這項功能，調(diào)節(jié)器39連接成接收輸入37和返回38之間的 輸入電壓。電流源62的第一端子連接到調(diào)節(jié)器39的輸出，以及第二端子連接到晶體管 67的漏極。晶體管67的源極共同連接到放大器66的非反相輸入、輸入44和電流感測 電路70的第一端子。電路70的第二端子連接到返回38。放大器66的輸出連接到晶體 管67的柵極，且放大器66的反相輸入連接到參考65的輸出。電路70的輸出共同連接 到比較器71的非反相輸入和比較器74的反相輸入。比較器71的反相輸入連接到電流參 考發(fā)生器72的輸出。比較器74的非反相輸入連接到電流參考發(fā)生器75的輸出。比較 器74的輸出連接到門78的第一輸入，門78的第二輸入連接到比較器71的輸出。門78 的輸出連接到鎖存器79的復(fù)位輸入。鎖存器79的Q輸出耦合到開關(guān)控制電路45。輸入44連接到NTC電阻器33的第一端子，NTC電阻器33的第二端子連接到 端子12。二極管31的正極連接到輸入44，負(fù)極連接到節(jié)點(diǎn)25。圖2示出在半導(dǎo)體管芯96上形成的半導(dǎo)體器件或集成電路95的實施方式的一部 分的放大的平面圖?？刂破?5在管芯96上形成。管芯96也可包括其它電路，為了簡 化附圖在圖2中沒有顯示這些電路。控制器35和器件或集成電路95通過對本領(lǐng)域技術(shù) 人員是熟知的半導(dǎo)體制造工藝在管芯96上形成。鑒于以上全部內(nèi)容，顯然公開了新穎的器件和方法。連同其它特征包括的是形 成電源控制器的檢測電路來將輸入鉗位于一電壓并將電流耦合到所述輸入，以形成表示 兩種不同的工作條件的感測信號。所述電流的一個值表示正常工作條件，第二個值表示 第一非正常工作條件(例如過溫條件態(tài))，所述電流的另一個值表示第二非正常工作條件 (例如過電壓條件)。使用電流值來表示上述條件消除了電流到電壓的轉(zhuǎn)換，從而提高了 控制器的檢測電路的準(zhǔn)確性。只使用半導(dǎo)體管芯的一個端子來檢測兩種條件允許將其它 端子用于其它功能，并減少了半導(dǎo)體器件的成本。雖然本發(fā)明的主題是以特定的優(yōu)選實施方式描述的，顯然對半導(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù) 人員來說許多替代和變化是明顯的。雖然使用固定頻率降壓(buck)電源控制器的示例性 實施方式描述了本發(fā)明的主題，但是本發(fā)明可適用于在一個端子上檢測兩種不同的條件 的其它電路，且不限于電源結(jié)構(gòu)。另外，在全文中使用詞“連接”是為了描述的清楚， 然而，其被規(guī)定為與詞“耦合”具有相同的含義。相應(yīng)地，“連接”應(yīng)被解釋為包括直 接連接或間接連接。
權(quán)利要求
1.一種形成電源控制器的方法，包括配置所述電源控制器來形成開關(guān)驅(qū)動信號，以操作開關(guān)并將輸出電壓調(diào)節(jié)到期望值；配置檢測電路以將所述電源控制器的第一輸入維持在實質(zhì)上第一電壓值并將控制電 流耦合到所述第一輸入，其中所述控制電流的第一部分響應(yīng)于第一條件而流經(jīng)所述第一 輸入，留下所述控制電流的第二部分，且其中另一電流響應(yīng)于第二條件而從所述電源控 制器的外部流到所述第一輸入；以及配置所述電源控制器以響應(yīng)于所述控制電流的所述第一部分的第一值而使所述開關(guān) 驅(qū)動信號無效，并響應(yīng)于所述另一電流的第一值而使所述開關(guān)驅(qū)動信號無效。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中配置所述檢測電路以將所述電源控制器的所述第一 輸入維持在實質(zhì)上所述第一電壓值并將所述控制電流耦合到所述第一輸入的步驟包括 配置所述檢測電路以將所述第一輸入鉗位于所述第一電壓值，并在所述第一輸入處匯總 所述控制電流與所述另一電流。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中配置所述電源控制器以使所述開關(guān)驅(qū)動信號無效的 步驟包括配置所述檢測電路以檢測所述控制電流的所述第二部分并響應(yīng)性地使所述開 關(guān)驅(qū)動信號無效。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中配置所述檢測電路以檢測所述控制電流的所述第二 部分的步驟包括配置電流比較器以將所述控制電流的所述第二部分與參考電流進(jìn)行比較。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其中配置所述電源控制器以使所述開關(guān)驅(qū)動信號無效 的步驟包括配置所述檢測電路以檢測所述另一電流并響應(yīng)性地使所述開關(guān)驅(qū)動信號無 效。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中配置所述檢測電路以檢測所述另一電流的步驟包 括配置電流比較器以將所述另一電流與參考電流進(jìn)行比較。
7.—種開關(guān)電源控制器，其包括開關(guān)控制電路，其配置為形成開關(guān)驅(qū)動信號以操作開關(guān)并將輸出電壓調(diào)節(jié)到期望值；第一輸入，其配置為形成表示過溫條件和過電壓條件二者的感測信號； 檢測電路，其配置為將所述第一輸入維持在實質(zhì)上第一電壓值并將具有第一值的控 制電流耦合到所述第一輸入，所述檢測電路配置為接收所述感測信號并響應(yīng)于所述過溫 條件而將所述第一值改變到第二值，以及響應(yīng)于所述過電壓條件而將所述第一值改變到 第三值；以及所述檢測電路配置為響應(yīng)于所述第二值或響應(yīng)于所述第三值而使所述開關(guān)驅(qū)動信號 無效。
8.如權(quán)利要求7所述的開關(guān)電源控制器，其中所述第二值小于所述第一值，以及所述 第三值大于所述第一值。
9.如權(quán)利要求7所述的開關(guān)電源控制器，其中所述檢測電路包括分路調(diào)節(jié)器，所述分 路調(diào)節(jié)器配置成對于所述過溫條件和對于所述過電壓條件將所述第一輸入維持在所述第一電壓。
10.如權(quán)利要求9所述的開關(guān)電源控制器，其中所述檢測電路包括第一電流源，所述 第一電流源配置為將所述控制電流耦合到所述第一輸入。
11.如權(quán)利要求9所述的開關(guān)電源控制器，其中所述檢測電路包括第一電流比較器， 所述第一電流比較器配置為接收所述控制電流并檢測所述第三值。
12.如權(quán)利要求11所述的開關(guān)電源控制器，其中所述檢測電路包括第二電流比較器， 所述第二電流比較器配置為接收所述控制電流并檢測所述第二值。
13.如權(quán)利要求12所述的開關(guān)電源控制器，其中所述檢測電路包括邏輯電路，所述邏 輯電路耦合成響應(yīng)于所述第一電流比較器的輸出和所述第二電流比較器的輸出而使控制 信號有效。
14.如權(quán)利要求13所述的開關(guān)電源控制器，其中所述邏輯電路包括或門，所述或門具 有耦合成接收所述第一電流比較器的所述輸出的第一輸入、耦合成接收所述第二電流比 較器的所述輸出的第二輸入以及輸出。
15.如權(quán)利要求14所述的開關(guān)電源控制器，其中所述邏輯電路包括鎖存器，所述鎖存 器配置為響應(yīng)于所述或門的所述輸出而被置位。
16.一種形成檢測電路以在單個輸入上檢測兩種不同的條件的方法，所述方法包括配置所述檢測電路以將所述單個輸入維持在實質(zhì)上第一電壓值，以形成具有第一部分和第二部分的控制電流，并將所述控制電流耦合到所述單個輸入；配置所述檢測電路以使所述控制電流的所述第一部分響應(yīng)于第一條件而以第一值流 經(jīng)所述單個輸入，使第一電流響應(yīng)于第二條件而從所述檢測電路的外部流入所述單個輸 入；以及配置所述檢測電路以匯總所述控制電流與所述第一電流。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中配置所述檢測電路以匯總所述控制電流與所述第 一電流的步驟包括配置所述檢測電路作為電源控制器的一部分，其中所述第一電流從 控制器的外部流入所述單個輸入，并進(jìn)一步包括配置所述檢測電路以在所述單個輸入處 匯總所述控制電流與所述第一電流。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其中配置所述檢測電路以使所述控制電流的所述第一 部分響應(yīng)于所述第一條件而流經(jīng)所述單個輸入的步驟包括配置所述檢測電路以使所述 控制電流的所述第一部分響應(yīng)于過溫條件而流經(jīng)所述單個輸入，并使第一電流響應(yīng)于過 電壓條件而流入所述單個輸入。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，其中配置所述檢測電路以將所述單個輸入維持在實質(zhì) 上所述第一電壓值以形成具有第一部分和第二部分的控制電流并將所述控制電流耦合到 所述單個輸入的步驟包括配置所述檢測電路作為電源控制器的一部分，配置所述檢測 電路以將所述單個輸入鉗位于所述第一電壓值，配置所述檢測電路以形成具有固定的值 的所述控制電流，其中所述第一部分和第二部分匯總為所述固定的值，并且其中所述控 制電流的所述第一部分響應(yīng)于在所述控制器的外部的電阻的減小而流經(jīng)所述單個輸入。
20.如權(quán)利要求16所述的方法，還包括配置所述檢測電路作為控制器的一部分，并配 置所述檢測電路以使所述第一電流響應(yīng)于在所述控制器的外部的電壓的增加而流入所述 單個輸入。
全文摘要
在一種實施方式中，電源控制器配置為使用電流在單個輸入端子上檢測兩種不同的工作條件。
文檔編號H02M3/335GK102017382SQ200880128848
公開日2011年4月13日 申請日期2008年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月26日
發(fā)明者斯蒂芬妮·孔塞伊 申請人:半導(dǎo)體元件工業(yè)有限責(zé)任公司