【技术实现步骤摘要】
本公开内容总体涉及开关模式电源，并且更具体地，涉及通用串行总线功率传输(usb-pd)电源以及操作usb-pd电源以向其控制器中的初级集成电路提供稳定电力的方法。
技术介绍
1、通用串行总线功率传输(universal serial bus power delivery，usb-pd)电源是被设计用于广泛的输出功率应用的一种开关模式电源(switch-mode power supply，smps)。例如，满足标准功率范围(spr)规范的usb-pd应用可以提供3.3v至20v的电压与高达100w的输出功率，并且满足扩展功率范围(epr)标准的应用可以提供高达48v的电压与高达240w的输出功率。
2、图1a示出了一种被称为反激式转换器100的适合用作usb-pd适配器的smps的示意图。简言之，反激式转换器100包括变压器102、在变压器的初级侧的第一整流元件或功率开关(power switch，ps104)、以及在变压器的次级侧的第二整流元件例如同步整流器(synchronous rectifier，sr)场效应晶体管(sr_fet 106)，该第二整流元件耦接在变压器102与在其两端生成输出电压的次级输出电容器108之间。反激式转换器100还包括耦接至ps104的栅极的初级侧控制器110以及耦接至sr_fet 106的栅极的次级侧或sr控制器112。
3、在ps104闭合的情况下，变压器的初级侧连接至耦接至输入端的电压源，并且产生初级电流和磁通量，从而将能量存储在变压器102中。在ps104被初级侧控
4、反激式转换器100可以用于ac/dc转换和dc/dc转换两者。在ac输入电压被用作电压源的情况下，反激式转换器100还包括耦接在电压源与输入端之间的整流电路，例如桥式整流器116。
5、在某些实施方式例如所示出的实施方式中，初级侧控制器110被部分或全部地实现为集成电路或初级ic 118。初级ic 118包括耦接至ps104的栅极的栅极驱动器120，并且可操作以导通和关断ps。通常，初级侧控制器110还包括启动电路122和初级供应电路124，启动电路122用于在反激式转换器的软启动期间直接从输入端提供启动电压以向初级ic118供电，初级供应电路124用于在软启动完成时从与在变压器的次级侧生成的电压成比例的输入电压(vin)向初级ic提供供电电压(vcc)。
6、启动电路122包括初级ic 118中的高电压(hv)启动电路或模块126，该高电压(hv)启动电路或模块126耦接至反激式转换器100的输入端以向初级ic提供在适当电压下的功率。如在所示出的实施方式中，在供应至反激式转换器100的输入端的电压源是ac电压源的情况下，启动电路122还包括耦接在输入端与hv模块126之间以向hv模块提供高dc电压的多个二极管或整流元件128。
7、初级供应电路124通常包括升压电感器130，该升压电感器130耦接在变压器102的辅助绕组132与升压开关引脚(bsw引脚)之间并且通过bsw引脚耦接至初级ic 118中的升压控制器134。升压电感器130的第一端或第一端子通过由电容器和二极管形成的低通滤波器136耦接至辅助绕组132，并且第二端或第二端子耦接至bsw引脚。升压电感器130的第二端子还通过连接在bsw引脚与vcc引脚之间的二极管138耦接至初级ic 118中的电压供应引脚(vcc引脚)，并且通过连接在vcc引脚与地之间的电容器140耦接至地。升压控制器134包括升压开关142，bsw引脚可以通过该升压开关142耦接至升压接地引脚(bgnd引脚)以降低bsw引脚上的电压(vbsw)并将能量存储在升压电感器130中。升压控制器134可操作以循环导通和关断升压开关142，以在升压开关导通时将能量存储在升压电感器130中，并且在开关关断时对供应至vcc引脚的电压进行升压。
8、参照图1b，前几代反激式转换器例如图1a中所示出的反激式转换器的一个问题是，当来自辅助绕组132的输入电压(vin 144)接近并超过由升压控制器134和升压电感器130提供的升压转换器调节电压146时，(由线148示出的)升压开关142关断的时间增加，这导致(由线150示出的)电感器电流再循环并且没有完全放电，从而导致电流失控以及在超过电感器饱和电流的情况下对升压电感器130和/或初级ic 118的可能损坏。此外，如果vin不够高，则升压效率将变得非常低，并且因此启用升压调节器将进而浪费系统能量。
9、过去解决上面的问题的方法需要到辅助绕组132的附加连接和内部感测电路系统以感测vin，从而导致对初级ic 118上附加引脚的需求增加了初级ic的管芯尺寸，并且由于附加的感测电路系统而增加了静态电流。
10、因此，需要一种用于向smps或usb-pd中的初级ic提供电力的初级供应电路和方法，所述初级供应电路和方法能够感测输入电压(vin)并保护升压电感器和初级ic免受由于电流失控而造成的损坏，以及仅当输入电压(vin)足够高以获得最佳升压效率时才启用升压。还期望所述电路和方法能够在不增加静态电流以及初级侧控制器的大小或复杂性的情况下这样做。
技术实现思路
1、公开了一种包括升压转换器的初级供应电路以及用于操作该初级供应电路以向开关模式电源(smps)(例如通用串行总线功率传输(usb-pd)充电器或适配器)中的初级集成电路(ic)提供电力的方法。简言之，该方法在smps的软启动之后开始，其中，感测通过升压电感器耦接至ic的开关引脚并且通过整流器或二极管从bsw引脚耦接至电压供应引脚(vcc引脚)的输入电压(vin)。vcc引脚还通过电容器耦接至地，以在vcc引脚上生成供电电压(vcc)。检查vin以确定vin是否大于或等于最小输入电压(vin_min)。通常，通过分离出bsw引脚上的开关电压(vbsw)的dc(直流)分量(vdc_bsw)来感测vin，并且将vdc_bsw与初级ic中的起始参考电压(vref_start)进行比较。如果vdc_bsw大于或等于vref_start，则操作升压转换器以通过循环导通和关断初级ic中的升压开关(bsw引脚通过该升压开关耦接至地)来开启升压或升压模式，以交替地将能量存储在升压电感器中以及释放升压电感器中的能量，从而对vcc进行升压。如果vin不大于且不等于vin_min，则操作升压转换器以通过操作升压转换器以关断升压开关来确认关闭升压，同时利用启动电路给初级ic供电，并且重复检查vin是否大于或等于vin_mi本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种操作开关模式电源(SMPS)的方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，如果VIN不大于且不等于VIN_MIN，则所述方法包括通过操作所述升压转换器以关断所述升压开关来确认所述升压模式被关闭，同时利用启动电路给所述初级IC供电，并且重复检查VIN是否大于或等于VIN_MIN。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括在开启升压模式之后，通过将VDC_BSW与所述初级IC中的参考电压(VREF)进行比较来检查VIN是否大于或等于最大输入电压(VIN_MAX)，其中，VREF大于VREF_START，并且如果VDC_BSW大于或等于VREF，则所述方法还包括操作所述升压转换器以通过关断所述升压开关并停止循环导通和关断所述升压开关来关闭升压模式。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括在关闭升压模式之后，检查VIN是否已经降低至小于或等于VIN欠电压电平(VIN_UV)，并且如果VIN已经降低至小于或等于VIN_UV，则所述方法还包括检查VIN是否大于或等于VIN_MIN，并且如果VIN大于或等于VIN_MIN，则通过恢复循环导通和
5.根据权利要求4所述的方法，其中，检查以确定VIN是否已经降低至小于或等于VIN_UV包括将VDC_BSW与VREF进行比较并且确定VDC_BSW是否低于VREF超过了偏移电压(VOFF)。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，如果VIN还没有降低至小于或等于VIN_UV，则所述方法还包括重复检查以确定VIN是否已经降低至小于或等于VIN_UV。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，将VDC_BSW与VREF进行比较包括将VDC_BSW耦接至所述初级IC中的比较器的反相输入端，同时将VREF耦接至所述比较器的非反相输入端，并且其中，所述VOFF由通过从所述比较器的输出端到所述非反相输入端的正反馈回路实现的所述比较器的滞后提供。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，将VDC_BSW与VREF_START进行比较包括使用所述初级IC中的比较器来将VDC_BSW与VREF_START进行比较，并且其中，分离出VDC_BSW包括使用所述初级IC中的分压器和低通滤波器对VBSW进行分压和滤波，所述BSW引脚通过所述分压器和所述低通滤波器耦接至所述比较器的输入端。
9.一种升压转换器，包括：
10.根据权利要求9所述的升压转换器，其中，所述升压电路还包括比较器，所述比较器具有通过内部分压器和低通滤波器耦接至所述BSW引脚的反相输入端、以及耦接至内部参考电压VREF的第一非反相输入端，并且其中，所述升压电路能够操作以通过使用所述分压器和所述低通滤波器对VBSW进行分压和滤波来分离出所述BSW引脚上的开关电压(VBSW)的DC分量(VDC_BSW)并且使用所述比较器将VDC_BSW与VREF进行比较来确定VIN是否大于或等于VIN_MAX。
11.根据权利要求10所述的升压转换器，其中，所述升压电路还能够操作以通过确定VDC_BSW是否比VREF低了大于或等于偏移电压(VOFF)来感测VIN是否已经降低至小于或等于欠电压电平(VIN_UV)，并且如果VIN小于或等于VIN_UV，则感测VIN是否大于或等于最小输入电压(VIN_MIN)，并且如果VIN大于或等于VIN_MIN，则通过恢复循环导通和关断所述升压开关来重新开启所述升压模式。
12.根据权利要求11所述的升压转换器，其中，所述VOFF基于由从所述比较器的输出端到所述非反相输入端的正反馈回路实现的所述比较器的滞后，以提供所述VOFF。
13.根据权利要求10所述的升压转换器，其中，所述比较器还包括耦接至起始参考电压(VREF_START)的第二非反相输入端，并且其中，所述升压电路还能够在所述SMPS的初始启动之后操作以通过确定VDC_BSW是否大于或等于VREF_START来感测VIN是否大于或等于最小输入电压(VIN_MIN)，以及通过循环导通和关断所述升压开关来开启升压模式，以交替地将能量存储在所述升压电感器中以及释放所述升压电感器中的能量，从而对Vcc进行升压。
14.根据权利要求9所述的升压转换器，其中，所述SMPS是包括变压器的通用串行总线功率传输(USB-PD)电源，所述变压器包括辅助绕组，并且其中，所述升压电感器耦接至所述辅助绕组的输出端以从所述辅助绕组接收VIN。
15.一种开关模式电源(SMPS)，包括：
16.根据权利要求15所述的SMPS，其中，所述升压电路还包括比较器，所述比较器具有通过内部分压器和低...
【技术特征摘要】
1.一种操作开关模式电源(smps)的方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，如果vin不大于且不等于vin_min，则所述方法包括通过操作所述升压转换器以关断所述升压开关来确认所述升压模式被关闭，同时利用启动电路给所述初级ic供电，并且重复检查vin是否大于或等于vin_min。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括在开启升压模式之后，通过将vdc_bsw与所述初级ic中的参考电压(vref)进行比较来检查vin是否大于或等于最大输入电压(vin_max)，其中，vref大于vref_start，并且如果vdc_bsw大于或等于vref，则所述方法还包括操作所述升压转换器以通过关断所述升压开关并停止循环导通和关断所述升压开关来关闭升压模式。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括在关闭升压模式之后，检查vin是否已经降低至小于或等于vin欠电压电平(vin_uv)，并且如果vin已经降低至小于或等于vin_uv，则所述方法还包括检查vin是否大于或等于vin_min，并且如果vin大于或等于vin_min，则通过恢复循环导通和关断所述升压开关来重新开启升压模式。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，检查以确定vin是否已经降低至小于或等于vin_uv包括将vdc_bsw与vref进行比较并且确定vdc_bsw是否低于vref超过了偏移电压(voff)。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，如果vin还没有降低至小于或等于vin_uv，则所述方法还包括重复检查以确定vin是否已经降低至小于或等于vin_uv。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，将vdc_bsw与vref进行比较包括将vdc_bsw耦接至所述初级ic中的比较器的反相输入端，同时将vref耦接至所述比较器的非反相输入端，并且其中，所述voff由通过从所述比较器的输出端到所述非反相输入端的正反馈回路实现的所述比较器的滞后提供。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，将vdc_bsw与vref_start进行比较包括使用所述初级ic中的比较器来将vdc_bsw与vref_start进行比较，并且其中，分离出vdc_bsw包括使用所述初级ic中的分压器和低通滤波器对vbsw进行分压和滤波，所述bsw引脚通过所述分压器和所述低通滤波器耦接至所述比较器的输入端。
9.一种升压转换器，包括：
10.根据权利要求9所述的升压转换器，其中，所述升压电路还包括比较器，所述比较器具有通过内部分压器和低通滤波器耦接至所述bsw引脚的反相输入端、以及耦接至内部参考电压vref的第一非反相输入端，并且其中，所述升压电路能够操作以通过使用所述分压器和所述低通滤波器对vbsw进行分压和滤波来分离出所述bsw引脚上的开关电压(vbsw)的dc分量(vdc_bsw)并且使用所述比较器将vdc_bsw与vref进行比较来确定vin是否大于或等于vin_max。
11.根据权利要求10所述的升压转换器，其中，所述升压电路还能够操作以通过确定vdc_bsw是否比vref低了大于或等于偏移电压(voff)来感测vin是否已经降低至小于或等于欠电...
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