本发明专利技术涉及一种引脚复用的开关电源控制器电路及开关电源系统。该开关电源控制器电路包括功率开关驱动器、反馈信号采样器、ＰＷＭ比较器以及浮置电位采样电路，并且该开关电源控制器电路具有：第一端，耦接电源高电位；第二端，既输出开关驱动信号，也接收反馈信号；第三端，既接收一外部电流信号，也作为控制器电路的电源低电位。功率开关驱动器的输出端向该第二端提供该开关驱动信号，反馈信号采样器的输入端自该第二端接收该反馈信号。浮置电位采样电路在开关驱动信号导通期间使输入到ＰＷＭ比较器的阈值电压相对电源低电位保持恒定。功率开关驱动器的输出端至少在反馈信号采样器接收反馈信号期间被设置为高阻态，以使反馈信号能够不被干扰地采样。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及集成电路领域，更具体地说，本专利技术是涉及开关电源控制器芯片及其 引脚复用方法。
技术介绍
由于和传统线性电源相比所具有的多方面优点，诸如更高的效率，更低的待机功 耗，更低的成本，更小的体积和更轻的重量，开关电源越来越广泛地应用于各种电子设备 中。图1示出了目前应用最广泛的电流模式开关电源系统的基本原理框图。该系统包 含开关功率转换器100、开关电源控制器120以及反馈网络140。开关功率转换器100具有 功率输入端口 102和功率输出端口 104。开关功率转换器100与开关电源控制器120之间 通过开关控制信号和电流控制信号交互。反馈网络140向开关电源控制器120输入反馈信 号。该系统的功能是把从功率输入端口 102输入的交流(AC)电源或直流(DC)电源转换 成满足特定规格要求的直流(DC)或交流(AC)电源并从功率输出端口 104输出。图1中的开关功率转换器100 —般包括磁性储能元件(如电感或变压器)、功率 开关器件(如功率MOS开关或功率三极管开关)、功率二极管和滤波电容等。功率开关器 件受到开关控制信号的控制，周期性地导通或关断。其中，开关控制信号一般是脉宽被调制 (PWM)或频率被调制(PFM)的脉冲信号，也可能是PWM，PFM的混合调制信号。开关控制信 号的脉冲宽度决定功率开关在一个周期内的导通时间，它和开关频率一起控制功率输入端 口传递到功率输出端口的功率，即输出功率。在本说明书的上下文中，把开关控制信号统称 为PWM信号。以AC-DC电流模式开关电源系统为例，为了能够在不同的负载条件下都能获得恒 定的电压输出，则需要根据输出负载的大小来实时调节开关控制信号的频率和(或)脉冲 宽度，进而控制输出功率的大小。如图1所示，反馈网络140从输出功率信号取样，并且产 生反馈信号输入到开关电源控制器。同时，由开关功率转换器100输出的电流控制信号也 输入到开关电源控制器120中。在反馈信号和电流控制信号的共同作用下，开关控制信号 的脉冲宽度或(和)频率被调制，从而得到与输出负载相匹配的输出功率。为了能够更清楚地描述电流模式开关电源的工作原理，图2示例了一种传统的反 激式(Flyback)开关电源系统及其控制芯片简图。参照图2所示，这种反激式(Flyback) 开关电源系统广泛应用于输入与输出间需要隔离的电子设备中，例如AC-DC或DC-DC适配 器、便携式电子设备(如手机等)的充电器、LED驱动器等。图2中的开关电源系统包括 开关功率转换器200，开关电源控制器芯片220，反馈网络M0，输入EMI滤波器沈0，输入整 流器(Rectifier)沘0，启动电阻Rl，Buck电容Cl，芯片供电整流二极管Dl，芯片电源退耦 电容C2，电流控制信号的感应电阻Rs以及输出负载&。图2虚框中的反激式开关功率转换器(flykick converter) 200包括一个隔离变 压器TX，一个功率整流二极管D2，一个滤波电容C3和一个功率开关SW。变压器初级侧线圈PRE的一端与LINE电压相连，另一端和一个功率开关SW相连，其中LINE电压是交流输入电 压经过EMI滤波器沈0，桥式整流器280整流后的电压。功率开关SW的另一端通过电阻Rs 连接到地(GND)。电阻Rs的作用是把变压器TX初级侧线圈PRE的电流信号转换成电压信 号，并把它输入到开关电源控制器芯片220作为电流控制信号。当开关SW导通时，LINE电 压施加在变压器TX的初级侧，变压器TX初级侧线圈PRE的电流开始线性增长，变压器处于 储能阶段；当开关SW断开时，初级侧存储的能量被转移到次级侧线圈SEC，进而传递到输出 负载。反激式开关功率转换器(flyback converter)包括两种工作模式非连续式(DCM) 和连续式(CCM)。其中，DCM模式指，功率开关导通期间初级侧线圈PRE存储的能量将在功 率开关截止期间全部转移到变压器次级侧的负载；而CCM模式中，功率开关截止期间，变压 器初级侧线圈PRE的能量只有部分转移到次级侧的输出负载。为了方便起见，以下的描述 仅以DCM为例。但在容易理解的是，在本说明书的上下文中，开关功率转换器也可以工作在 CCM模式中。为了确保在负载&变化的情况下，输出电压仍然可以在可控的条件下保持恒定， 需要对输出电压取样。取样的输出电压经过反馈网络240产生反馈信号Sfb输入到开关电 源控制器芯片220。该信号与初级侧的电流控制信号经过开关电源控制器芯片220的处理， 产生控制功率开关的信号VeATE。图2中的开关电源控制器芯片220包含5个引脚，VDD, GND, FB, CS, GATE。其中 VDD, GND引脚分别连接到由系统产生的芯片电源和系统“地”，其作用是为芯片提供稳定的 工作电源。FB引脚被连接到由反馈网络240输出的反馈信号Sfb，CS引脚被连接到由变压器 初级侧线圈PRE在Rs电阻上产生的电流控制信号Vcs。GATE引脚被连接到功率开关SW的 控制端。该芯片220的主要模块有UVL0(under voltage lock out，欠压锁定)电路221， LD0(low dropout regulator，低压差线性稳压器)222，测试控制器223，时钟发生器224， PWM信号发生器225，功率开关驱动器226，参考源227，PWM比较器2 和反馈信号处理器 229。该芯片220基本工作原理是反馈信号Sfb经过反馈信号处理器2 的处理，产生两个 信号SFM，Vth。其中，Vth信号作为PWM比较器228的动态参考阈值与由CS引脚输入的Vcs 信号比较，PWM比较器2 的输出Cent信号被输入到PWM信号发生器225去控制PWM信号 的关断；Sfm信号输入到时钟发生器224，被用来控制时钟CLK的频率，进而控制PWM信号的 频率。图3所示的是控制器芯片的时序图。功率开关控制信号VeATE与PWM_P信号的相位 和脉宽完全相同，不同的是脉冲的幅度和驱动能力。图3所描述的功率开关控制信号VeATE 的产生过程如下1.时钟信号的下降沿触发PWM_P信号变高，PWM_N信号变低，这时功率开关开始导 通；2.功率开关的导通导致变压器初级侧线圈PRE电流线性增大，进而导致Vcs信号 线性增加；3.当Vcs信号的幅度达到PWM比较器阈值Vth的幅度时，PWM比较器发生翻转，这 时PWM_P信号变低，同时PWM_N信号变高，进而导致功率开关截止；4.功率开关截止导致Vcs信号归零，PWM比较器翻转。图3表明，PWM_P和PWM_N是两个互补的脉冲信号，当PWM_P信号为高电平时，功率开关导通；PWM_N信号为高电平时，功率开关截止。反激式(Flyback)开关电源变换器主要有两种典型的反馈方式一种是变压器次 级侧反馈；另一种是变压器初级侧反馈。对于变压器次级侧反馈，反馈网络，误差放大器和 补偿网络都在变压器的次级侧，反馈信号通过电隔离器件光耦传递到初级。图4是一种典 型的变压器次级侧反馈的反激式(Flyback)开关电源系统。图5示出了一种典型的初级侧反馈的反激式(Flyback)开关电源系统。在这个系 统中，反馈网络由变压器TX的辅助线圈AUX和一对分压电阻R1, R2构本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种开关电源控制器电路，包括时钟发生器、ＰＷＭ信号发生器、功率开关驱动器、反馈信号采样器、ＰＷＭ比较器以及浮置电位采样电路，并且该开关电源控制器电路具有：第一端，耦接电源高电位；第二端，用以输出开关驱动信号，以及接收反馈信号；第三端，用以接收一外部电流信号，并作为所述控制器电路的电源低电位；其中：该时钟发生器的输出端输出一时钟信号；该ＰＷＭ信号发生器的两输入端分别连接该时钟信号和该ＰＷＭ比较器的输出信号，该ＰＷＭ信号发生器的输出端输出ＰＷＭ信号；该功率开关驱动器的输入端连接该ＰＷＭ信号，该功率开关驱动器的输出端向该第二端提供该开关驱动信号；该反馈信号采样器的输入端自该第二端接收该反馈信号，该反馈信号采样器的输出端输出经采样的反馈信号；该反馈信号处理器的输入端接收该经采样的反馈信号以及一参考电压或电流，该反馈信号处理器的一输出端输出一阈值信号；该ＰＷＭ比较器的第一输入端连接该第三端，第二输入端连接一阈值电压，该ＰＷＭ比较器的输出端连接该ＰＷＭ信号发生器的其中一输入端；该浮置电位采样电路包括一开关及一保持电容，该开关连接于该反馈信号处理器的输出端与该ＰＷＭ比较器的第二输入端之间，其中该开关被控制以在该功率开关驱动器输出的开关驱动信号导通之前采样该反馈信号处理器的阈值信号；该保持电容连接于该电源高电位与该ＰＷＭ比较器的第二输入端之间，以在该开关关断期间保持该阈值信号作为该阈值电压；该功率开关驱动器的输出端至少在该反馈信号采样器接收该反馈信号期间被设置为高阻态。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：黄煜梅，
申请(专利权)人：聚辰半导体上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31
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