本發(fā)明總體上涉及電子電路，更確切地說涉及一種PWM控制器集成電路芯片及其操作方法、電源。

背景技術(shù)：

一個(gè)反激拓?fù)涫介_關(guān)模式電源(SMPS)通常包括初級(jí)繞組由控制晶體管控制的變壓器。脈沖寬度調(diào)制(PMW)控制器驅(qū)動(dòng)控制晶體管，以在變壓器的次級(jí)繞組上感生電流。次級(jí)繞組上感生的電流對(duì)輸出電容器充電，以產(chǎn)生輸出電壓。PWM控制器的供電電壓可從變壓器輔助繞組上感生的工作電流產(chǎn)生。

在啟動(dòng)期間，PWM控制器可能不會(huì)完全工作驅(qū)動(dòng)控制晶體管，以在輔助繞組上感生電流。因此，SMPS可包括高壓(HV)啟動(dòng)電路，以便允許PWM控制器從電源的輸入電壓中接收電流。在一種典型的實(shí)施中，高壓(HV)啟動(dòng)電路包括高壓?jiǎn)?dòng)晶體管，高壓?jiǎn)?dòng)晶體管在啟動(dòng)期間被接通以允許PWM控制器從電源輸入電壓中接收電流，來產(chǎn)生供電電壓。一旦供電電壓上升到足以切換控制晶體管并允許從輔助繞組接收工作電流，高壓(HV)啟動(dòng)晶體管就被關(guān)斷。

圖1所示為具有內(nèi)部高壓(HV)啟動(dòng)電路的一種示例性PWM控制器集成電路(IC)芯片101。需要注意的是，PWM控制器IC芯片101具有八個(gè)引腳。圖2顯示了SMPS采用的PWM控制器IC芯片101。如圖2所示，PWM控制器IC芯片101包括HV啟動(dòng)電路，HV啟動(dòng)電路包括用作HV啟動(dòng)晶體管的結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(JFET)。內(nèi)部HV啟動(dòng)電路簡(jiǎn)化了PWM控制器IC的使用，但增加了PWM控制器IC芯片的引腳數(shù)，至少增加了2個(gè)引腳：用于分接到初級(jí)繞組的高壓引腳，和出于安全原因而用于提供高電壓間隔的NC(無(wú)連接)引腳。

圖3所示為具有外部HV啟動(dòng)晶體管152的一種示例性PWM控制器IC芯片151。需要注意的是，PWM控制器IC芯片101具有六個(gè)引腳。圖4顯示了SMPS采用的PWM控制器IC芯片151。PWM控制器IC芯片151從一個(gè)引腳(引腳3)控制高壓?jiǎn)?dòng)晶體管152，并在另一引腳(引腳2)上接收指示輸出電壓的反饋信號(hào)。外部高壓?jiǎn)?dòng)晶體管的使用減少了PWM控制器IC芯片的引腳數(shù)，但是需要額外的外部電路。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種集成電路IC芯片，包括：被配置為輸出用于驅(qū)動(dòng)開關(guān)模式電源的控制晶體管的控制信號(hào)的門驅(qū)動(dòng)輸出引腳；被配置為接收指示流過所述控制晶體管的電流的電流感測(cè)信號(hào)的電流感測(cè)引腳；被配置為接收指示所述開關(guān)模式電源的輸出電壓的反饋信號(hào)，并被配置為連接到所述IC芯片外部的高壓HV啟動(dòng)晶體管的控制端的反饋引腳；以及被配置為基于所述反饋信號(hào)和所述電流感測(cè)信號(hào)通過脈沖寬度調(diào)制PWM生成在所述門驅(qū)動(dòng)輸出引腳處輸出以調(diào)節(jié)所述輸出電壓的控制信號(hào)的脈沖寬度調(diào)制器。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種電源，包括：包括第一繞組和第二繞組的變壓器；控制晶體管，所述控制晶體管控制所述第一繞組以在所述第二繞組上感生電流從而產(chǎn)生所述電源的輸出電壓；脈沖寬度調(diào)制PWM控制器集成電路IC芯片，其中所述PWM控制器IC芯片具有輸出控制所述控制晶體管的切換操作的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的第一引腳，所述PWM控制器IC芯片具有接收指示所述電源的所述輸出電壓的反饋信號(hào)的第二引腳；以及連接到所述第二引腳的高壓HV啟動(dòng)晶體管，其中所述啟動(dòng)晶體管被配置為在所述電源的起動(dòng)過程中接通以從輸入電壓生成供電電壓，所述起動(dòng)晶體管被配置為在所述電源的啟動(dòng)之后關(guān)斷。

根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種控制器集成電路IC芯片的操作方法，所述方法包括：在所述控制器IC芯片的反饋引腳上接收指示開關(guān)模式電源的輸出電壓的反饋信號(hào)；在所述控制器IC芯片的電流感測(cè)引腳上接收指示流過控制晶體管的電流的電流感測(cè)信號(hào)，所述控制晶體管被切換以維持所述輸出電壓處于調(diào)節(jié)中；以及在所述開關(guān)模式電源的啟動(dòng)期間，控制連接到所述反饋引腳的高壓HV啟動(dòng)晶體管的切換。

本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員將在閱讀本公開的全文后容易明白本發(fā)明的這些和其他特征，本公開的全文包括附圖和權(quán)利要求書。

附圖說明

圖1所示為具有內(nèi)部高壓?jiǎn)?dòng)電路的一種示例性PWM控制器IC芯片。

圖2所示為圖1所示的PWM控制器IC芯片被應(yīng)用在SMPS中。

圖3所示為具有外部高壓?jiǎn)?dòng)晶體管的一種示例性PWM控制器IC芯片。

圖4所示為圖3所示的PWM控制器IC芯片被應(yīng)用在SMPS中。

圖5所示為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的SMPS的示意圖。

圖6所示為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的啟動(dòng)控制電路的示意圖。

圖7所示為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的圖5所示SMPS的示例波形。

在不同圖示中使用相同參考標(biāo)記指示相同或相似部件。

具體實(shí)施方式

在本公開中，提供許多特定細(xì)節(jié)，諸如電路、部件和方法的例子，以提供對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案的透徹理解。然而，本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，可在沒有這些特定細(xì)節(jié)中的一者或多者的情況下實(shí)踐本發(fā)明。在其他情況下，未示出或描述熟知細(xì)節(jié)以免模糊本發(fā)明的方面。

圖5所示為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的SMPS 500的示意圖。在圖5的實(shí)施例中，SMPS 500包括對(duì)交流線電壓整流的整流器530。電容CIN對(duì)經(jīng)整流的交流線電壓進(jìn)行濾波，以在高壓節(jié)點(diǎn)504產(chǎn)生輸入電壓。

在圖5的實(shí)施例中，SMPS 500包括控制晶體管505，其實(shí)現(xiàn)變壓器T1的初級(jí)繞組與地電勢(shì)的耦合和去耦合，以在變壓器T1的次級(jí)繞組上感生電流。次級(jí)繞組上感生的電流對(duì)輸出電容器COUT充電，以產(chǎn)生輸出電壓VO。在圖5的實(shí)施例中，SMPS 500包括用于控制控制晶體管505的切換操作的PWM控制器IC芯片501。

在圖5的實(shí)施例中，PWM控制器IC芯片501具有帶多個(gè)引腳的封裝。在圖5的實(shí)施例中，PWM控制器IC芯片501具有六個(gè)引腳，即FB(反饋)引腳、GND(接地)引腳、VS(電壓感測(cè))引腳、VCC(供電電壓)引腳、CS(電流感測(cè))引腳和GATE(門驅(qū)動(dòng)輸出)引腳。

在圖5的實(shí)施例中，PWM控制器IC芯片501在門驅(qū)動(dòng)輸出引腳上輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，用以控制控制晶體管505的切換操作。PWM控制器IC芯片501還包括用于接收指示通過變壓器T1初級(jí)繞組的電流的電流感測(cè)信號(hào)的CS引腳、和用于接收地電勢(shì)基準(zhǔn)的GND引腳。在圖5的實(shí)施例中，由光耦合器代表反饋電路502(502-1，502-2)，光耦合器在次級(jí)側(cè)上感測(cè)輸出電壓VO，并在初級(jí)側(cè)上提供指示輸出電壓VO的反饋信號(hào)。也就是說，反饋電路502允許：出于調(diào)節(jié)目的在次級(jí)側(cè)上感測(cè)輸出電壓VO；并在初級(jí)側(cè)上向PWM控制器IC芯片501提供所感測(cè)的輸出電壓。

在圖5的實(shí)施例中，PWM控制器IC芯片501包括用于接收指示輸出電壓VO的反饋信號(hào)的FB引腳。為了維持調(diào)節(jié)后的輸出電壓VO，PWM控制器IC芯片501包括脈寬調(diào)制器520，脈寬調(diào)制器520在基于FB引腳上接收到的反饋信號(hào)和CS引腳上接收到的電流感測(cè)信號(hào)通過PWM在門驅(qū)動(dòng)輸出引腳上輸出控制信號(hào)，用于驅(qū)動(dòng)控制晶體管505的柵極。

在圖5的實(shí)施例中，偏置電路510產(chǎn)生為PWM控制器IC芯片501供電的供電電壓。在啟動(dòng)之后的正常操作期間，偏置電路510由在變壓器T1的輔助繞組(AUX)上感生的工作電流產(chǎn)生供電電壓。PWM控制器IC芯片501在VCC引腳上接收供電電壓。在啟動(dòng)過程中，因?yàn)镻WM控制器IC芯片501尚未用來驅(qū)動(dòng)控制晶體管505，所以不能從輔助繞組接收工作電流。因此，SMPS 500包括具有高壓?jiǎn)?dòng)晶體管QD、起動(dòng)晶體管QST和啟動(dòng)控制電路506的啟動(dòng)電路。在圖5的實(shí)施例中，高壓?jiǎn)?dòng)晶體管QD在PWM控制器IC芯片501外部，而起動(dòng)晶體管QST和啟動(dòng)控制電路506在PWM控制器IC芯片501的內(nèi)部。在啟動(dòng)過程中，啟動(dòng)電路被配置為由從晶體管T1的初級(jí)繞組接收的電流生成PWM控制器IC芯片501的供電電壓。

在圖5的實(shí)施例中，PWM控制器IC芯片501包括VS引腳，用于從變壓器T1的輔助繞組(AUX)感測(cè)輸出電壓VO。VS引腳可被PWM控制器IC芯片501用于輸出電壓感測(cè)(當(dāng)沒有反饋電路502時(shí))、準(zhǔn)諧振操作的漏極電壓谷值檢測(cè)、輸出電壓過壓保護(hù)(OVP)等。由于反饋電路502提供用于輸出電壓調(diào)節(jié)的輸出電壓感測(cè)，所以VS引腳在圖5的實(shí)施例中僅用于谷值檢測(cè)和輸出電壓OVP。偏置電路510可包括由電阻R4和R5形成的電阻分壓器，用于產(chǎn)生指示輸出電壓VO的電壓降。

在圖5的實(shí)施例中，啟動(dòng)控制電路506集成在PWM控制器IC芯片501中，HV啟動(dòng)晶體管QD位于PWM控制器IC芯片501的外部。在一個(gè)實(shí)施方案中，高壓?jiǎn)?dòng)晶體管QD是在高壓節(jié)點(diǎn)504上耦合到初級(jí)繞組的耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)。在一個(gè)實(shí)施方案中，反饋電路502的光電晶體管的集電極(見502-2)和高壓?jiǎn)?dòng)晶體管QD的柵極都連接到FB引腳。反饋電路502的光電晶體管的發(fā)射極接地。

啟動(dòng)控制電路506可包括在啟動(dòng)期間接通啟動(dòng)高壓?jiǎn)?dòng)晶體管QD以將偏置電路510耦合到電源的輸入電壓來產(chǎn)生供電電壓的電路。啟動(dòng)控制電路506可在啟動(dòng)后關(guān)斷高壓?jiǎn)?dòng)晶體管QD，也就是說，一旦供電電壓達(dá)到足以引發(fā)所述控制晶體管505切換并從輔助繞組接收工作電流的水平，就關(guān)斷高壓?jiǎn)?dòng)晶體管QD。啟動(dòng)控制電路506可監(jiān)控VCC引腳上的供電電壓。

有利的是，高壓?jiǎn)?dòng)晶體管QD不需要PWM控制器IC芯片501上的專用引腳。在圖5的實(shí)施例中，高壓?jiǎn)?dòng)晶體管QD由PWM控制器IC芯片501的FB引腳控制，F(xiàn)B引腳也用于接收指示輸出電壓VO的反饋信號(hào)。即，PWM控制器IC芯片501的同一引腳(FB管腳)既可用于次級(jí)側(cè)輸出電壓感測(cè)，也可用于控制高壓?jiǎn)?dòng)晶體管QD。這可減少引腳數(shù)目，從而允許額外引腳可用于其它功能。

在SMPS 500的啟動(dòng)過程中，PWM控制器IC芯片501將FB引腳連接到VCC引腳。更具體地說，在啟動(dòng)過程中，起動(dòng)晶體管為關(guān)斷狀態(tài)，從而將HV啟動(dòng)晶體管QD的源極和柵極連接在一起，這導(dǎo)致HV啟動(dòng)晶體管QD的柵極到源極的電壓VGS為零(VGS＝0)。因?yàn)槠潆妷篤GS為零且HV啟動(dòng)晶體管QD是耗盡型MOSFET，所以高壓?jiǎn)?dòng)晶體管QD被接通，從而允許來自電源輸入電壓的電流通過高壓?jiǎn)?dòng)晶體管QD對(duì)電容器508充電，從而增加電容器508上的電荷，這指示供電電壓。

在一個(gè)實(shí)施方案中，起動(dòng)晶體管QST是雙極結(jié)型晶體管。在圖5的實(shí)施例中，起動(dòng)晶體管QST的集電極連接到齊納二極管512的陽(yáng)極。齊納二極管512的陰極通過電阻R1連接到FB引腳，并通過電阻R2連接到VCC引腳。起動(dòng)晶體管QST的基極由起動(dòng)控制電路506控制，且起動(dòng)晶體管QST的發(fā)射器連接到地電勢(shì)。當(dāng)起動(dòng)晶體管QST關(guān)斷時(shí)，F(xiàn)B引腳通過電阻R1和R2連接到VCC引腳。當(dāng)起動(dòng)晶體管QST接通時(shí)，齊納二極管512為FB引腳提供偏置電壓。

啟動(dòng)控制電路506監(jiān)控VCC引腳上的供電電壓，當(dāng)供電電壓達(dá)到足以開始控制晶體管505的切換的起動(dòng)電壓水平(例如12伏)時(shí)，接通起動(dòng)晶體管QST。換言之，當(dāng)供電電壓達(dá)到起動(dòng)電壓水平時(shí)，SMPS 500的啟動(dòng)可被視為結(jié)束。當(dāng)起動(dòng)晶體管QST接通時(shí)，齊納二極管512反向偏置，并開始通過FB引腳偏置反饋電路502，從而關(guān)斷HV啟動(dòng)晶體管QD并開始控制晶體管505的正常切換操作。切換控制晶體管505就允許從輔助線圈AUX接收工作電流以產(chǎn)生供電電壓。

圖6所示為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的啟動(dòng)控制電路506的示意圖。在圖6的實(shí)施例中，啟動(dòng)控制電路506包括將供電電壓VCC與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較的遲滯比較器540。在一個(gè)實(shí)施方案中，基準(zhǔn)電壓VCC.ON是起動(dòng)電壓，表示供電電壓已經(jīng)準(zhǔn)備好進(jìn)行正常操作(例如12伏)，基準(zhǔn)電壓VCC.OFF是未就緒電壓，表示供電電壓沒有準(zhǔn)備好進(jìn)行正常操作(例如8V)。遲滯比較器540可被配置為輸出QST控制信號(hào)，QST控制信號(hào)在供電電壓高于起動(dòng)電壓(VCC.ON)時(shí)接通起動(dòng)晶體管QST；在供電電壓低于未就緒電壓(VCC.OFF)時(shí)關(guān)斷起動(dòng)晶體管QST。如能理解的那樣，基準(zhǔn)電壓VCC.ON/VCC.OFF可由單個(gè)基準(zhǔn)電壓來表示，基準(zhǔn)電壓VCC.ON和VCC.OFF之間的差值是遲滯比較器540的遲滯。遲滯比較器540可從PWM控制器IC芯片501的VCC引腳感測(cè)供電電壓，并且可向起動(dòng)晶體管QST的控制節(jié)點(diǎn)(例如基極)輸出QST控制信號(hào)。在不損害本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)的前提下，啟動(dòng)控制電路506也可以使用其他的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來實(shí)施。

圖7所示為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的圖5所示SMPS 500的示例性波形。圖如7所示，從上到下分別為HV啟動(dòng)晶體管QD的狀態(tài)、起動(dòng)晶體管QST的狀態(tài)、電容器508上的供電電壓VCC、FB引腳腳上的反饋電壓(VFB)、流過控制晶體管505的電流(IDS)。

如圖7所示，當(dāng)SMPS 500首次從關(guān)斷狀態(tài)給電時(shí)，HV啟動(dòng)晶體管QD是接通的，從而允許電容器508從電源的輸入電壓充電。FB引腳通過PWM控制器IC芯片501的VCC引腳連接到電容器508；FB引腳上的電壓(VFB)因此隨供電電壓(VCC)增加而增加。因?yàn)榭刂凭w管505沒有切換，所以在此期間，沒有電流流過控制晶體管505的漏極和源極(IDS)。

當(dāng)供電電壓上升到起動(dòng)電壓時(shí)(起動(dòng)電壓在圖7的實(shí)施例中為12V)，啟動(dòng)控制電路506接通起動(dòng)晶體管QST，從而關(guān)斷HV啟動(dòng)晶體管QD。此時(shí)，引發(fā)控制晶體管505的切換(參見電流IDS)，通過從變壓器T1的輔助繞組AUX接收的工作電流來維持供電電壓，由反饋環(huán)路來控制FB引腳上的電壓。

盡管已經(jīng)提供了本發(fā)明的特定實(shí)施方案，但應(yīng)當(dāng)理解，這些實(shí)施方案是用于說明目的而不具限制性。本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員在閱讀本公開后將會(huì)明白許多附加實(shí)施方案。