一種控制電路和開關(guān)變換器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種控制電路和開關(guān)變換器。所述開關(guān)變換器包括至少一個開關(guān)管。所述控制電路控制所述至少一個開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷，所述控制電路在輔助供電電容上提供輔助供電電壓，其中當(dāng)開關(guān)變換器處于故障狀態(tài)時，所述控制電路關(guān)閉所述開關(guān)變換器直至重啟延遲時間后，所述開關(guān)變換器重新啟動，其中所述重啟延遲時間等于輔助供電電壓減小至第一閾值的時長，從而減小了計時成本及控制電路的面積，易于集成。
【專利說明】一種控制電路和開關(guān)變換器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實用新型主要涉及一種電子電路，尤其涉及一種用于開關(guān)變換器的控制電路和開關(guān)變換器。
【背景技術(shù)】
[0002]如今，許多電子設(shè)備均需要直流供電電壓，通常通過開關(guān)變換器提供可控的供電電壓。同時為了使開關(guān)變換器在各種故障狀態(tài)下不被損壞，開關(guān)變換器的控制電路需要為其提供各種保護(hù)，例如過溫保護(hù)、過流保護(hù)、過壓保護(hù)、過載保護(hù)、開路保護(hù)以及輸入欠壓保護(hù)等。隨著集成電路的發(fā)展，控制電路或開關(guān)變換器及其控制電路通常集成在一個芯片上?？刂齐娐芬坏┍O(jiān)測到開關(guān)變換器發(fā)生故障，則立即關(guān)閉開關(guān)變換器，經(jīng)過足夠長的延遲時間再嘗試重新啟動開關(guān)變換器。一般情況下，控制電路包括計數(shù)器或計時器，通過計數(shù)器或計時器來產(chǎn)生重啟延遲時間。然而，當(dāng)需要的重啟延遲時間較長時，例如10ms，需要較多的計數(shù)器或計時器，一方面成本較高，另一方面不利于集成在控制芯片中，需要較大的芯片面積。
實用新型內(nèi)容
[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)中的一個或多個問題，本實用新型的一個目的是提供一種控制電路和開關(guān)變換器。
[0004]根據(jù)本實用新型一實施例的一種實施例，一種控制電路，用于控制開關(guān)變換器中的至少一個開關(guān)管，所述控制電路包括:穩(wěn)壓電路，具有使能端和輸出端，其中使能端接收使能信號，輸出端在輔助供電電容上提供輔助供電電壓；開關(guān)控制器，具有第一輸入端、第二輸入端、使能端和輸出端，其中第一輸入端I禹接至開關(guān)變換器的輸出端以接收輸出電壓，第二輸入端耦接至參考信號，使能端接收使能信號，輸出端根據(jù)輸出電壓和參考信號產(chǎn)生脈沖信號；以及第一邏輯電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端率禹接保護(hù)信號、第二輸入端耦接至開關(guān)控制器的輸出端，輸出端根據(jù)保護(hù)信號和脈沖信號產(chǎn)生開關(guān)控制信號以控制所述至少一個開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷，其中，當(dāng)檢測到開關(guān)變換器處于故障狀態(tài)時，保護(hù)信號有效；其中當(dāng)保護(hù)信號有效時，使能信號變?yōu)榈谝粻顟B(tài)，穩(wěn)壓電路及開關(guān)控制器完全關(guān)斷，輔助供電電容放電直至輔助供電電壓小于第一閾值時，使能信號變?yōu)榈诙顟B(tài)，穩(wěn)壓電路及開關(guān)控制器使能。
[0005]在一個實施例中，所述開關(guān)控制器包括:峰值電流控制電路，根據(jù)流過所述至少一個開關(guān)管的電流和峰值電流參考信號提供峰值電流控制信號；輸出電壓控制電路，根據(jù)輸出電壓和參考信號產(chǎn)生輸出電壓控制信號；以及第二邏輯電路，根據(jù)峰值電流控制信號和輸出電壓控制信號提供脈沖信號。
[0006]在一個實施例中，所述控制電路還包括欠壓封鎖電路，所述欠壓封鎖電路根據(jù)輔助供電電壓和第一輔助供電參考信號及第二輔助供電參考信號的比較結(jié)果關(guān)斷或開通穩(wěn)壓電路。[0007]在一個實施例中，所述控制電路還包括欠壓封鎖電路，所述欠壓封鎖電路根據(jù)輔助供電電壓和第一輔助供電參考信號及第二閾值的比較結(jié)果輸出欠壓封鎖信號，其中所述第一邏輯電路還包括第三輸入端，其中第三輸入端接收欠壓封鎖信號。
[0008]在一個實施例中，其中當(dāng)使能信號為第一狀態(tài)時，故障檢測及保護(hù)電路和欠壓封鎖電路完全關(guān)斷。
[0009]在一個實施例中，所述控制電路包括重啟延時電路，產(chǎn)生使能信號，其中當(dāng)開關(guān)變換器發(fā)生故障時，使能信號變?yōu)榈谝粻顟B(tài)，輔助供電電容放電直至輔助供電電壓小于第一閾值時，使能信號變?yōu)榈诙顟B(tài)。
[0010]在一個實施例中，所述重啟延時電路包括:欠壓檢測電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端接收輔助供電電壓，第二輸入端接收第一閾值；以及觸發(fā)器，具有置位端、復(fù)位端和輸出端，其中置位端接收保護(hù)信號，復(fù)位端耦接至欠壓檢測電路的輸出端，輸出端輸出使能信號。
[0011]在一個實施例中，所述重啟延時電路包括:電流源，具有第一端和第二端，其中第一端接收輔助供電電壓；以及第二開關(guān)管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至電流源的第二端，第二端耦接至地，控制端接收使能信號；其中當(dāng)使能信號處于第一狀態(tài)時，第二開關(guān)管導(dǎo)通，輔助供電電容通過電流源放電。
[0012]根據(jù)本實用新型一實施例的一種開關(guān)變換器，包括:至少一個開關(guān)管，通過該至少一個開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷將輸入電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓；輔助電容器，一端接地；控制電路，一端耦接至所述至少一個開關(guān)管，另一端耦接至所述輔助電容器的另一端，所述控制電路控制所述至少一個開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷，并且在輔助供電電容上提供輔助供電電壓，其中當(dāng)開關(guān)變換器處于故障狀態(tài)時，所述控制電路關(guān)閉所述開關(guān)變換器直至重啟延遲時間后，所述開關(guān)變換器重新啟動，其中所述重啟延遲時間等于輔助供電電壓減小至第一閾值的時長。
[0013]根據(jù)本實用新型一實施例的一種開關(guān)變換器，該開關(guān)變換器包括至少一個開關(guān)管，通過該至少一個開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷將輸入電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓；以及如前所述的控制電路。
[0014]根據(jù)本實用新型提出的實施例，當(dāng)開關(guān)變換器發(fā)生故障時通過將輔助供電電容的放電時長作為重啟延遲時間來減小了計時成本及控制電路的面積，易于集成。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]通過參考附圖閱讀下文的詳細(xì)描述，本實用新型實施方式的上述以及其他目的、特征和優(yōu)點將變得易于理解。在附圖中，以示例性而非限制性的方式示出了本實用新型的若干可行實施方式，其中:
[0016]圖1是根據(jù)本實用新型一實施例的開關(guān)變換器100的電路框圖；
[0017]圖2是根據(jù)本實用新型一實施例的用于開關(guān)變換器的控制電路200的電路框圖；
[0018]圖3是根據(jù)本實用新型一實施例的圖2所示控制電路200的波形圖；
[0019]圖4是根據(jù)本實用新型一實施例的降壓式開關(guān)變換器400的電路原理圖；
[0020]圖5是根據(jù)本實用新型一實施例的圖4所示開關(guān)變換器400的控制芯片ICl的內(nèi)部具體電路500。[0021 ] 在附圖中，相同的標(biāo)號被用以表示相同或相似的元件。
【具體實施方式】
[0022]下面將詳細(xì)描述本實用新型的具體實施例，應(yīng)當(dāng)注意，這里描述的實施例只用于舉例說明，并不用于限制本實用新型。在以下描述中，為了提供對本實用新型的透徹理解，闡述了大量特定細(xì)節(jié)。然而，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見的是:不必采用這些特定細(xì)節(jié)來實行本實用新型。在其他實例中為了避免混淆本實用新型，未具體描述公知的電路、材料或方法。
[0023]在整個說明書中，對“ 一個實施例”、“實施例”、“ 一個示例”或“示例”的提及意味著:結(jié)合該實施例或示例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包含在本實用新型至少一個實施例中。因此，在整個說明書的各個地方出現(xiàn)的短語“在一個實施例中”、“在實施例中”、“一個示例”或“示例”不一定都指同一實施例或示例。此外，可以以任何適當(dāng)?shù)慕M合和、或子組合將特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性組合在一個或多個實施例或示例中。此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在此提供的示圖都是為了說明的目的，并且示圖不一定是按比例繪制的。應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)稱“元件” “連接到”或“耦接”到另一元件時，它可以是直接連接或耦接到另一元件或者也可以存在中間元件，也就是間接連接或耦接到另一元件。相反，當(dāng)稱元件“直接連接至IJ”或“直接耦接到”另一元件時，不存在中間元件。相同的附圖標(biāo)記指示相同的元件。這里使用的術(shù)語“和/或”包括一個或多個相關(guān)列出的項目的任何和所有組合。
[0024]圖1是根據(jù)本實用新型一實施例的開關(guān)變換器100的電路框圖。開關(guān)變換器100包括開關(guān)電路11、控制電路10以及輔助電容器CVCC。
[0025]在一些實施例中，開關(guān)電路11包括至少一個開關(guān)管，控制電路10控制開關(guān)管，通過該至少一個開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷將輸入電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓。輔助電容器CVCC的一端接地，另一端耦接到控制電路10?？刂齐娐?0，一端耦接至該開關(guān)管，另一端耦接至輔助電容器CVCC的另一端。控制電路10控制該開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷，并且在輔助供電電容CVCC上提供輔助供電電壓，其中當(dāng)開關(guān)變換器100處于故障狀態(tài)時，控制電路10關(guān)閉開關(guān)變換器100直至重啟延遲時間后，開關(guān)變換器100重新啟動，其中所述重啟延遲時間等于輔助供電電壓減小至第一閾值的時長。
[0026]在一些實施例中，控制電路10可以包括故障檢測及保護(hù)電路12、穩(wěn)壓電路13、重啟延時電路14、開關(guān)控制器15以及邏輯電路16。開關(guān)電路11具有輸入端、輸出端、控制端和反饋端，其中輸入端接收輸入電壓VIN，輸出端提供輸出電壓V0，控制端耦接至開關(guān)控制信號CTRL，反饋端提供代表開關(guān)電路狀態(tài)的反饋信號FB。在一個實施例中，開關(guān)電路11包括至少一個開關(guān)管。反饋信號FB例如可以代表輸出電壓V0、輸入電壓VIN、輸出電流IO等。在一個實施例中，反饋信號FB也可以反應(yīng)開關(guān)電路11或控制電路10的溫度。
[0027]故障檢測及保護(hù)電路12包括輸入端和輸出端，其中輸入端耦接至開關(guān)電路11的反饋端以接收反饋信號FB，輸出端提供保護(hù)信號FAULT，當(dāng)故障檢測及保護(hù)電路12檢測到開關(guān)變換器100處于故障狀態(tài)時，保護(hù)信號FAULT有效。穩(wěn)壓電路13具有輸入端、使能端和輸出端，其中輸入端接收輸入電壓VIN，使能端接收使能信號ENABLE，輸出端在輔助供電電容CVCC兩端提供輔助供電電壓VCC。輔助供電電容CVCC耦接在穩(wěn)壓電路13的輸出端和地之間，輔助供電電容CVCC兩端的電壓即為輔助供電電壓VCC。穩(wěn)壓電路13例如可以是電流源、線性調(diào)節(jié)器、開關(guān)調(diào)節(jié)器或其它任意適合的電路。重啟延時電路14具有第一輸入端、第二輸入端以及輸出端，其中第一輸入端耦接至故障檢測及保護(hù)電路12的輸出端以接收保護(hù)信號FAULT，第二輸入端耦接至穩(wěn)壓電路13的輸出端以接收輔助供電電壓VCC，輸出端根據(jù)保護(hù)信號FAULT和輔助供電電壓VCC提供使能信號ENABLE，其中當(dāng)保護(hù)信號FAULT有效時，使能信號ENABLE處于第一狀態(tài)(無效)，穩(wěn)壓電路13不使能，也就是在使能信號ENABLE的控制下完全關(guān)斷，輔助供電電容CVCC放電，輔助供電電壓VCC減小，當(dāng)輔助供電電壓VCC小于第一閾值VTHl時,使能信號處于第二狀態(tài)(有效)，穩(wěn)壓電路13使能。開關(guān)控制器15具有第一輸入端、第二輸入端、使能端以及輸出端，其中第一輸入端I禹接至開關(guān)電路11的輸出端，第二輸入端接收參考信號VREF，使能端接收使能信號ENABLE，當(dāng)使能信號ENABLE處于第一狀態(tài)時，開關(guān)控制器15不使能，也就是在使能信號ENABLE的控制下完全關(guān)斷，開關(guān)控制器15的輸出端輸出無效的脈沖信號PWM以關(guān)斷開關(guān)電路11中至少一個開關(guān)管，當(dāng)使能信號ENABLE處于第二狀態(tài)時,開關(guān)控制器15的輸出端根據(jù)輸出電壓VO和參考信號VREF產(chǎn)生脈沖信號PWM以控制開關(guān)電路11中至少一個開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷。邏輯電路16具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端耦接至故障檢測及保護(hù)電路12的輸出端，第二輸入端I禹接至開關(guān)控制器15的輸出端,輸出端產(chǎn)生開關(guān)控制信號CTRL以控制開關(guān)電路11中至少一個開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷。在一個實施例中，開關(guān)變換器100還包括反饋電路17，開關(guān)電路11的輸出端通過反饋電路17耦接至開關(guān)控制器15的第一輸入端。反饋電路17具有輸入端和輸出端，其中輸入端耦接至開關(guān)電路11的輸出端以接收輸出電壓V0，輸出端輸出代表輸出電壓VO的電壓反饋信號VFB。
[0028]在一個實施例中，當(dāng)開關(guān)變換器100處于故障狀態(tài)時，保護(hù)信號FAULT有效，使能信號ENABLE處于第一狀態(tài)，開關(guān)控制器15和穩(wěn)壓電路13不使能，開關(guān)電路11中至少一個開關(guān)管在開關(guān)控制信號CTRL的控制下關(guān)斷，輔助供電電容CVCC放電；當(dāng)輔助供電電壓VCC小于第一閾值VTHl時,使能信號ENABLE處于第二狀態(tài),開關(guān)控制器15和穩(wěn)壓電路13使能，開關(guān)變換器100重新啟動。在一個實施例中，當(dāng)使能信號ENABLE處于第一狀態(tài)時，除重啟延時電路14外所有的控制電路，例如故障檢測及保護(hù)電路12、穩(wěn)壓電路13、開關(guān)控制器15、邏輯電路16都不使能，也就是完全關(guān)斷，從而除重啟延時電路外所有的控制電路在輔助供電電壓VCC上消耗的電流為零，或是幾乎為零。
[0029]當(dāng)保護(hù)信號FAULT有效時，開關(guān)變換器100關(guān)閉并經(jīng)過一重啟延遲時間后嘗試重新啟動，重啟延時電路14利用輔助供電電容CVCC的放電時間產(chǎn)生重啟延遲時間，從而可以避免使用復(fù)雜的計時或計數(shù)電路，減小了成本及電路面積，控制電路10更易于集成。
[0030]圖2是根據(jù)本實用新型一實施例的用于開關(guān)變換器的控制電路200的電路框圖。控制電路200包括故障檢測及保護(hù)電路22、穩(wěn)壓電路23、重啟延時電路24及其它控制電路25。
[0031]故障檢測及保護(hù)電路22判斷開關(guān)變換器是否處于故障狀態(tài)，并輸出保護(hù)信號FAULT。當(dāng)開關(guān)變換器處于故障狀態(tài)時，保護(hù)信號FAULT有效，例如為高電平。在一個實施例中，開關(guān)變換器的故障狀態(tài)包括過溫度、輸出短路、輸出開路、輸出過載等。穩(wěn)壓電路23包括電流源，具有輸入端、輸出端和控制端，其中輸入端稱接至輸入電壓VIN,控制端接收使能信號ENABLE，輸出端在輔助供電電容CVCC上提供輔助供電電壓VCC。在一個實施例中，當(dāng)使能信號ENABLE處于第一狀態(tài)時電流源關(guān)斷，輔助供電電容CVCC放電，當(dāng)使能信號ENABLE處于第二狀態(tài)時電流源導(dǎo)通，并對輔助供電電容CVCC充電。重啟延時電路24根據(jù)保護(hù)信號FUALT和輔助供電電壓VCC輸出使能信號ENABLE。在一個實施例中，重啟延時電路24包括欠壓檢測電路241和觸發(fā)器242。欠壓檢測電路241具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端接收輔助供電電壓VCC,第二輸入端接收第一閾值VTHl。在一個實施例中，欠壓檢測電路241包括比較器。觸發(fā)器242具有置位輸入端S、復(fù)位輸入端R以及輸出端/Q，其中置位輸入端S耦接至故障檢測及保護(hù)電路22的輸出端，復(fù)位輸入端R耦接至欠壓檢測電路241的輸出端，輸出端/Q輸出使能信號ENABLE。在一個實施例中，當(dāng)保護(hù)信號FAULT有效時，觸發(fā)器242置位，使能信號ENABLE處于第一狀態(tài)(無效，如低電平)，直至輔助供電電壓VCC小于第一閾值VTHl時，觸發(fā)器242復(fù)位，使能信號ENABLE處于第二狀態(tài)(有效，如高電平)。其它控制電路25具有使能端，其中所述使能端接收使能信號ENABLE。其它控制電路25例如可以包括開關(guān)控制器、帶隙基準(zhǔn)電路、邏輯電路等。
[0032]在一個實施例中，當(dāng)開關(guān)變換器處于故障狀態(tài)時，保護(hù)信號FAULT有效，使能信號ENABLE變?yōu)榈谝粻顟B(tài)，穩(wěn)壓電路23及其它控制電路25不使能，也就是完全關(guān)斷，輔助供電電容CVCC放電；當(dāng)輔助供電電壓VCC減小至第一閾值VTHl時，使能信號ENABLE變?yōu)榈诙顟B(tài)，穩(wěn)壓電路23及其它控制電路25使能，開關(guān)變換器重新啟動。在一個實施例中，控制電路200集成在一個控制芯片(IC)上。在一個實施例中，控制電路200和包括至少一個開關(guān)管的開關(guān)電路集成在一個控制芯片上。在一個實施例中，當(dāng)開關(guān)變換器處于故障狀態(tài)時，故障檢測及保護(hù)電路22、穩(wěn)壓電路23及包括開關(guān)控制器、帶隙基準(zhǔn)電路、邏輯電路等的其它控制電路25不使能，也就是完全關(guān)斷，從而控制芯片在開關(guān)變換器處于故障狀態(tài)時的功耗大大減小，例如幾乎為零。在一個實施例中，當(dāng)開關(guān)變換器處于故障狀態(tài)時，控制芯片不使能，經(jīng)過一重啟延遲時間，控制芯片使能，開關(guān)變換器重新啟動。在圖2所示的實施例中，在不增加計時或技數(shù)電路的基礎(chǔ)上，利用輔助供電電容CVCC放電產(chǎn)生重啟延遲時間，減小了成本及體積，控制電路200更易于集成。
[0033]圖3是根據(jù)本實用新型一實施例的圖2所示控制電路200的波形圖。圖3所示波形圖從上到下依次是保護(hù)信號FAULT、輔助供電電壓VCC以及使能信號ENABLE。在圖3所示實施例中，當(dāng)開關(guān)變換器正常運行時，保護(hù)信號FAULT無效(低電平)，輔助供電電壓VCC等于正常供電電壓VCCl，使能信號ENABLE處于第二狀態(tài)(有效，高電平)。在Tl時刻，開關(guān)變換器出現(xiàn)故障，保護(hù)信號FAULT變?yōu)橛行?高電平)，觸發(fā)器242置位，使能信號ENABLE變?yōu)榈谝粻顟B(tài)(無效，低電平)，故障檢測及保護(hù)電路22、穩(wěn)壓電路23及其它控制電路25不使能，也就是完全關(guān)斷，從而輔助供電電壓VCC消耗的電流為零或很小，輔助供電電容CVCC自然放電，輔助供電電壓VCC逐漸減小。在一個實施例中，當(dāng)使能信號ENABLE為第一狀態(tài)時，故障檢測及保護(hù)電路22、穩(wěn)壓電路23及其它控制電路25不使能，也就是完全關(guān)斷，從而上述電路在輔助供電電壓VCC上消耗的電流為零或幾乎為零，輔助供電電容CVCC通過一可控的電流源放電，輔助供電電壓VCC逐漸減小。在T2時刻，輔助供電電壓VCC減小至第一閾值VTH1，觸發(fā)器242復(fù)位，使能信號ENABLE變?yōu)榈诙顟B(tài)(有效，高電平)，穩(wěn)壓電路23及其它控制電路25使能，開關(guān)變換器重新啟動，輔助供電電壓VCC逐漸增大。
[0034]在圖3所示實施例中，開關(guān)變換器從被檢測到故障而關(guān)閉到重新啟動的重啟延遲時間Tdelay等于從Tl時刻到T2時刻之間的時間間隔。在一個實施例中，重啟延遲時間Tdelay可以由以下公式得到:[0035]Tdelay=CVCC(VCC1-VTH1)/Idischarge ；
[0036]其中Idischarge等于輔助供電電容CVCC的放電電流。在一個實施例中，通過調(diào)節(jié)輔助供電電容CVCC的電容值或者改變輔助供電電容CVCC的放電電流Idischarge可以控制重啟延遲時間Tdelay。
[0037]圖4是根據(jù)本實用新型一實施例的降壓式開關(guān)變換器400的電路原理圖。圖4以降壓式開關(guān)變換電路為例對本實用新型進(jìn)行說明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可知，本實用新型還可用于任何適合的拓?fù)洌鏐UCK(降壓)電路、BOOST (升壓)電路、BUCK-B00ST (升-降壓)電路、FLYBACK (反激)電路以及FORWARD (正激)電路等。
[0038]降壓式開關(guān)變換器400包括整流二極管Dl、由電感L1、電容Cl及電容C2組成的輸入濾波電路、控制芯片IC1、二極管D2、以及由電感L2和電容⑶組成的輸出濾波電路。降壓式開關(guān)變換器400接收交流輸入電壓VAC，并通過整流二極管Dl及輸入濾波電路將交流輸入電壓VAC轉(zhuǎn)換為直流輸入電壓VIN。整流二極管Dl具有陽極和陰極，其中陽極耦接至交流輸入電壓VAC的一端。電感LI的第一端耦接至整流二極管Dl的陰極，電容Cl的一端耦接至電感LI的第一端，電容Cl的另一端耦接至地，電容C2的一端耦接至電感LI的第二端，電容C2的另一端耦接至地。控制芯片ICl接收直流輸入電壓VIN，經(jīng)過輸出濾波電路輸出直流輸出電壓V0?？刂菩酒琁Cl具有第一管腳D、第二管腳VCCP、第三管腳S和第四管腳FB，其中第一管腳接收整流后的直流輸入電壓VIN、第二管腳VCCP通過外部輔助供電電容CVCC耦接至第三管腳S，第三管腳S通過輸出濾波電路輸出直流輸出電壓V0，第四管腳FB接收電壓反饋信號VFB。控制芯片ICl的具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)將在圖5中示出。二極管D2具有陽極和陰極，其中陽極耦接至地，陰極耦接至控制芯片ICl的第三管腳S。電感L2的第一端耦接至二極管D2的陰極，輸出電容CO的一端耦接至電感L2的第二端，輸出電容CO的另一端耦接至地。降壓式開關(guān)變換器400還包括由電阻R1、電阻R2、二極管D3以及電容C3組成的反饋電路。其中二極管D3的陽極耦接至電感L2和輸出電容CO的公共端，電容C3的一端耦接至二極管D3的陰極，電容C3的另一端耦接至控制芯片ICl的第三管腳S，電阻Rl的一端耦接至二極管D3的陰極，電阻Rl的另一端耦接至控制芯片ICl的第四管腳FB，電阻R2的一端耦接至控制芯片ICl的第四管腳FB，電阻R2的另一端耦接至控制芯片ICl的第三管腳S。
[0039]圖5是根據(jù)本實用新型一實施例的圖4所示開關(guān)變換器400的控制芯片ICl的內(nèi)部具體電路500。如圖5所示，電路500包括開關(guān)管Ml、電流采樣電路51、故障檢測及保護(hù)電路52、線性調(diào)節(jié)器(VCC LD0)53、重啟延時電路54、開關(guān)控制器55、欠壓封鎖電路56、邏輯電路57及帶隙基準(zhǔn)電路58。
[0040]開關(guān)管Ml具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至控制芯片ICl的第一管腳D，第二端耦接至控制芯片ICl的第三管腳S。開關(guān)管Ml可以是任意可控的半導(dǎo)體開關(guān)器件，例如金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(MOSFET)、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)等。在一個實施例中，開關(guān)管Ml的第二端通過電流采樣電路51耦接至控制芯片ICl的第三管腳S。電流采樣電路51根據(jù)流過開關(guān)管Ml的電流提供電流采樣信號IS。在一個實施例中，控制信號ICl的第三管腳耦接至芯片地。
[0041 ] 故障檢測及保護(hù)電路52包括過溫保護(hù)電路521、開路保護(hù)電路522、過載保護(hù)電路523、短路保護(hù)電路524及邏輯電路525。當(dāng)控制芯片ICl的溫度超過溫度保護(hù)閾值時，例如150°C，過溫保護(hù)電路521輸出有效的過溫保護(hù)信號OTP (如OTP= “ I，，)。開路保護(hù)電路522的輸入端耦接至控制芯片ICl的第四管腳FB接收電壓反饋信號VFB，并根據(jù)電壓反饋信號VFB輸出開路保護(hù)信號OpenLoop。在一個實施例中，當(dāng)電壓反饋信號VFB小于開路保護(hù)閾值時，例如150mV，開路保護(hù)電路522輸出有效的開路保護(hù)信號OpenLoop (如OpenLoop^ I，，)。過載保護(hù)電路523的輸入端耦接至控制芯片ICl的第四管腳FB，并根據(jù)電壓反饋信號VFB輸出過載保護(hù)信號0LP。在一個實施例中，當(dāng)電壓反饋信號VFB在一定的連續(xù)時間內(nèi)小于過載保護(hù)閾值時，例如2V，過載保護(hù)電路523輸出有效的過載保護(hù)信號OLP(如OLP= “I”)。短路保護(hù)電路524的輸入端耦接至電流采樣電路51的輸出端，并根據(jù)電流采樣信號IS輸出短路保護(hù)信號SCP。在一個實施例中，當(dāng)電流采樣信號IS大于短路保護(hù)閾值時，如0.6V，短路保護(hù)電路524輸出有效的短路保護(hù)信號SCP(如SCP= “I”)。邏輯電路525具有第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端、第四輸入端和輸出端，其中第一輸入端耦接至過溫保護(hù)電路521的輸出端，第二輸入端耦接至開路保護(hù)電路522的輸出端，第三輸入端耦接至過載保護(hù)電路523的輸出端，第四輸入端耦接至短路保護(hù)電路524的輸出端，輸出端根據(jù)過溫保護(hù)信號0TP、開路保護(hù)信號OpenLoop、過載保護(hù)信號OLP以及短路保護(hù)信號SCP輸出保護(hù)信號FAULT。在一個實施例中，當(dāng)過溫保護(hù)信號0TP、開路保護(hù)信號OpenLoop、過載保護(hù)信號OLP或短路保護(hù)信號SCP中的一個或幾個有效時，保護(hù)信號FAULT有效。在一個實施例中，故障檢測及保護(hù)電路52還包括保護(hù)延遲電路，產(chǎn)生保護(hù)延遲時間，當(dāng)檢測到開關(guān)變換器發(fā)生故障時，經(jīng)過一保護(hù)延遲時間后，保護(hù)信號FAULT有效。邏輯電路525例如可以包括或非門。
[0042]線性調(diào)節(jié)器53具有輸入端、使能端、控制端和輸出端,其中輸入端稱接至控制芯片ICl的第一管腳D以接收直流輸入電壓VIN，使能端接收使能信號ENABLE，控制端接收欠壓封鎖信號UV1，輸出端通過控制芯片ICl的第二管腳VCCP在輔助供電電容CVCC上產(chǎn)生輔助供電電壓VCC。在一個實施例中，當(dāng)使能信號ENABLE處于第一狀態(tài)(無效，如低電平)或欠壓封鎖信號UVl有效時，線性調(diào)節(jié)器53關(guān)斷，輔助供電電容CVCC放電，輔助供電電壓VCC減小。在一個實施例中，當(dāng)使能信號ENABLE處于第二狀態(tài)(有效，如高電平)以及欠壓封鎖信號UVl無效時，線性調(diào)節(jié)器53導(dǎo)通并對輔助供電電容CVCC充電，輔助供電電壓VCC增大或維持。
`[0043]重啟延時電路54包括欠壓檢測電路541和觸發(fā)器542。欠壓檢測電路541包括比較器，具有同相輸入端、反相輸入端和輸出端，其中同相輸入端接收第一閾值VTH1,反相輸入端接收輔助供電電壓VCC。觸發(fā)器542具有置位端S、復(fù)位端R和輸出端/Q，其中置位端S耦接至故障檢測及保護(hù)電路52的輸出端，復(fù)位端R耦接至欠壓檢測電路541的輸出端，輸出端/Q輸出使能信號ENABLE。當(dāng)保護(hù)信號FAULT有效時，觸發(fā)器542置位，使能信號ENABLE變?yōu)榈谝粻顟B(tài)，直至輔助供電電壓VCC小于第一閾值VTHl時，觸發(fā)器542復(fù)位，使能信號ENABLE變?yōu)榈诙顟B(tài)。在一個實施例中，重啟延時電路54還包括由電流源543及開關(guān)管544組成的放電電路。電流源543具有第一端和第二端，其中第一端接收輔助供電電壓VCC。開關(guān)管544具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至電流源543的第二端，第二端耦接至芯片地，控制端耦接至觸發(fā)器542的輸出端。當(dāng)使能信號ENABLE處于第一狀態(tài)時，開關(guān)管544導(dǎo)通，輔助供電電容CVCC通過電流源543放電，當(dāng)使能信號ENABLE處于第二狀態(tài)時，開關(guān)管544關(guān)斷。在一個實施例中，通過調(diào)整電流源543輸出電流的大小，可以控制輔助供電電容CVCC的放電電流，從而調(diào)節(jié)重啟延遲時間Tdelay。
[0044]開關(guān)控制器55包括峰值電流控制電路551、輸出電壓控制電路552及邏輯電路553。峰值電流控制電路551具有第一輸入端、第二輸入端、使能端和輸出端,其中第一輸入端耦接至電流采樣電路51的輸出端以接收電流采樣信號IS，第二輸入端接收峰值電流參考信號ILimit，使能端接收使能信號ENABLE。當(dāng)使能信號ENABLE處于第二狀態(tài)時，峰值電流控制電路551使能，否則當(dāng)使能信號ENABLE處于第一狀態(tài)時，峰值電流控制電路551不使能，也就是完全關(guān)斷。在一個實施例中，峰值電流控制電路551包括比較器C0M1。輸出電壓控制電路552具有第一輸入端、第二輸入端、使能端和輸出端,其中第一輸入端稱接至控制芯片ICl的第四管腳FB以接收電壓反饋信號VFB，第二輸入端接收參考信號VREF，使能端接收使能信號ENABLE。在一個實施例中，輸出電壓控制電路552包括誤差放大器EA。邏輯電路553具有置位輸入端S、復(fù)位輸入端R、使能端和輸出端，其中置位輸入端S耦接至輸出電壓控制電路552的輸出端，復(fù)位輸入端R耦接至峰值電流控制電路551的輸出端，使能端接收使能信號ENABLE，輸出端輸出脈沖信號PWM。在一個實施例中，邏輯電路553包括RS觸發(fā)器。
[0045]欠壓封鎖電路56根據(jù)輔助供電電壓VCC輸出欠壓封鎖信號UVl和欠壓封鎖信號UV2。在一個實施例中，欠壓封鎖電路56包括滯回比較器561和滯回比較器562。滯回比較器561具有同相輸入端、反相輸入端和輸出端，其中同相輸入端耦接至輔助供電電壓VCC，反相輸入端耦接至第一輔助供電參考信號VCCH和第二輔助供電參考信號VCCL，輸出端輸出欠壓封鎖信號UVl至線性調(diào)節(jié)器53的控制端。在一個實施例中，當(dāng)輔助供電電壓VCC增大至第一輔助供電參考信號VCCH時，欠壓封鎖信號UVl變?yōu)橛行?，線性調(diào)節(jié)器53關(guān)斷，當(dāng)輔助供電電壓VCC減小至第二輔助供電參考信號VCCL時，欠壓封鎖信號UVl變?yōu)闊o效，線性調(diào)節(jié)器53開通。滯回比較器562具有同相輸入端、反相輸入端和輸出端，其中同相輸入端耦接至輔助供電電壓VCC，反相輸入端耦接至第一輔助供電參考信號VCCH和第二閾值VTH2，輸出端輸出欠壓封鎖信號UV2。在一個實施例中，當(dāng)輔助供電電壓VCC增大至第一輔助供電參考信號VCCH時，欠壓封鎖信號UV2變?yōu)闊o效，當(dāng)輔助供電電壓VCC減小至第二閾值VTH2時，欠壓封鎖信號UV2變?yōu)橛行?。在一個實施例中，第一輔助供電參考信號VCCH大于第二輔助供電參考信號VCCL，第二輔助供電參考信號VCCL大于第二閾值VTH2，第二閾值VTH2大于第一閾值VTHl。例如第一輔助供電參考信號VCCH為4.7V，第二輔助供電參考信號為4.5V，第二閾值VTH2為3.0V，第一閾值VTHl為2V。欠壓封鎖信號UVl通過控制線性調(diào)節(jié)器53的導(dǎo)通與關(guān)斷能夠保證輔助供電電壓VCC處于正常工作電壓范圍的同時，具有更小的功耗。
[0046]邏輯電路57具有第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端和輸出端,其中第一輸入端耦接至開關(guān)控制器55的輸出端以接收脈沖信號PWM，第二輸入端耦接至故障檢測及保護(hù)電路52的輸出端以接收保護(hù)信號FAULT，第三輸入端耦接至欠壓封鎖電路56的輸出端以接收欠壓封鎖信號UV2，輸出端輸出開關(guān)控制信號CTRL。在一個實施例中，當(dāng)欠壓封鎖信號UV2或保護(hù)信號FAULT有效時，開關(guān)控制信號CTRL控制開關(guān)管Ml關(guān)斷，當(dāng)欠壓封鎖信號UV2及保護(hù)信號FAULT均無效時，開關(guān)控制信號CTRL根據(jù)脈沖信號PWM控制開關(guān)管Ml的導(dǎo)通與關(guān)斷。在一個實施例中，邏輯電路57包括與門。在一個實施例中，當(dāng)輔助供電電壓VCC減小至第二閾值時VTH2，欠壓封鎖信號UV2通過邏輯電路57關(guān)斷開關(guān)管Ml，從而可以避免因輔助供電電壓VCC過小而導(dǎo)致的控制芯片ICl對開關(guān)管Ml的誤操作。
[0047]帶隙基準(zhǔn)電路58接收輔助供電電壓VCC，并根據(jù)輔助供電電壓VCC輸出帶隙基準(zhǔn)信號BANGAP。在一個實施例中，當(dāng)使能信號ENABLE處于第一狀態(tài)時，帶隙基準(zhǔn)電路58不使能，也就是完全關(guān)斷。在一個實施例中，帶隙基準(zhǔn)電路58包括線性調(diào)節(jié)器。
[0048]在一個實施例中，當(dāng)使能信號ENABLE處于第一狀態(tài)時，控制芯片ICl關(guān)斷，電路500中除重啟延時電路54外所有的控制電路完全關(guān)斷，也就是電流采樣電路51、故障檢測及保護(hù)電路52、線性調(diào)節(jié)器(VCC LD0) 53、開關(guān)控制器55、欠壓封鎖電路56、邏輯電路57及帶隙基準(zhǔn)電路58完全關(guān)斷，從而除重啟延時電路54外的控制電路在輔助供電電壓VCC上所消耗的電流為零或幾乎為零。
[0049]上述的一些特定實施例僅僅以示例性的方式對本實用新型進(jìn)行說明，這些實施例不是完全詳盡的，并不用于限定本實用新型的范圍。對于公開的實施例進(jìn)行變化和修改都是可能的，其他可行的選擇性實施例和對實施例中元件的等同變化可以被本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員所了解。本實用新型所公開的實施例的其他變化和修改并不超出本實用新型的精神和保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種控制電路，用于控制開關(guān)變換器中的至少一個開關(guān)管，其特征在于，所述控制電路包括: 穩(wěn)壓電路，具有使能端和輸出端，其中使能端接收使能信號，輸出端在輔助供電電容上提供輔助供電電壓； 開關(guān)控制器，具有第一輸入端、第二輸入端、使能端和輸出端，其中第一輸入端稱接至開關(guān)變換器的輸出端以接收輸出電壓，第二輸入端耦接至參考信號，使能端接收使能信號，輸出端根據(jù)輸出電壓和參考信號產(chǎn)生脈沖信號；以及 第一邏輯電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端稱接保護(hù)信號、第二輸入端耦接至開關(guān)控制器的輸出端，輸出端根據(jù)保護(hù)信號和脈沖信號產(chǎn)生開關(guān)控制信號以控制所述至少一個開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷，其中，當(dāng)檢測到開關(guān)變換器處于故障狀態(tài)時，保護(hù)信號有效；其中 當(dāng)保護(hù)信號有效時，使能信號變?yōu)榈谝粻顟B(tài)，穩(wěn)壓電路及開關(guān)控制器完全關(guān)斷，輔助供電電容放電直至輔助供電電壓小于第一閾值時，使能信號變?yōu)榈诙顟B(tài)，穩(wěn)壓電路及開關(guān)控制器使能。
2.如權(quán)利要求1所述的控制電路，其特征在于，所述開關(guān)控制器包括: 峰值電流控制電路，根據(jù)流過所述至少一個開關(guān)管的電流和峰值電流參考信號提供峰值電流控制信號； 輸出電壓控制電路，根據(jù)輸出電壓和參考信號產(chǎn)生輸出電壓控制信號；以及 第二邏輯電路，根據(jù)峰值電流控制信號和輸出電壓控制信號提供脈沖信號。
3.如權(quán)利要求1所述的控制電路，其特征在于，還包括欠壓封鎖電路，所述欠壓封鎖電路根據(jù)輔助供電電壓和第一輔助供電參考信號及第二輔助供電參考信號的比較結(jié)果關(guān)斷或開通穩(wěn)壓電路。
4.如權(quán)利要求1所述的控制電路，其特征在于，還包括欠壓封鎖電路，所述欠壓封鎖電路根據(jù)輔助供電電壓和第一輔助供電參考信號及第二閾值的比較結(jié)果輸出欠壓封鎖信號，其中所述第一邏輯電路還包括第三輸入端，其中第三輸入端接收欠壓封鎖信號。
5.如權(quán)利要求3或4所述的控制電路，其特征在于，當(dāng)使能信號為第一狀態(tài)時，故障檢測及保護(hù)電路和欠壓封鎖電路完全關(guān)斷。
6.如權(quán)利要求2所述的控制電路，其特征在于，包括重啟延時電路，產(chǎn)生使能信號，其中當(dāng)開關(guān)變換器發(fā)生故障時，使能信號變?yōu)榈谝粻顟B(tài)，輔助供電電容放電直至輔助供電電壓小于第一閾值時，使能信號變?yōu)榈诙顟B(tài)。
7.如權(quán)利要求6所述的控制電路，其特征在于，所述重啟延時電路包括: 欠壓檢測電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端接收輔助供電電壓，第二輸入端接收第一閾值；以及 觸發(fā)器，具有置位端、復(fù)位端和輸出端，其中置位端接收保護(hù)信號，復(fù)位端耦接至欠壓檢測電路的輸出端，輸出端輸出使能信號。
8.如權(quán)利要求6所述的控制電路，其特征在于，所述重啟延時電路包括: 電流源，具有第一端和第二端，其中第一端接收輔助供電電壓；以及 第二開關(guān)管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至電流源的第二端，第二端耦接至地，控制端接收使能信號；其中當(dāng)使能信號處于第一狀態(tài)時，第二開關(guān)管導(dǎo)通，輔助供電電容通過電流源放電。
9.一種開關(guān)變換器，其特征在于，包括: 至少一個開關(guān)管，通過該至少一個開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷將輸入電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓；以及 如權(quán)利要求1至8中任一項所述的控制電路。
10.一種開關(guān)變換器，其特征在于，包括: 至少一個開關(guān)管，通過該至少一個開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷將輸入電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓； 輔助電容器，一端接地； 控制電路，一端耦接至所述至少一個開關(guān)管，另一端耦接至所述輔助電容器的另一端，所述控制電路控制所述至少一個開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷，并且在輔助供電電容上提供輔助供電電壓，其中當(dāng)開關(guān)變換器處于故障狀態(tài)時，所述控制電路關(guān)閉所述開關(guān)變換器直至重啟延遲時間后，所述開關(guān)變換器重新啟動，其中所述重啟延遲時間等于輔助供電電壓減小至第一閾 值的時長。
【文檔編號】H02H3/06GK203445601SQ201320526443
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月27日
【發(fā)明者】許力, 李伊珂 申請人:成都芯源系統(tǒng)有限公司