電源電壓零交點檢測器的制造方法
【專利說明】電源電壓零交點檢測器
[0001]相關專利申請案
[0002]本申請案主張2012年12月21日申請的共同擁有的第61/745，320號美國臨時專利申請案的優先權，所述案出于所有目的以引用的方式并入本文中。
技術領域
[0003]本發明涉及一種交流電(AC)零交點檢測器，特定來說，本發明涉及一種具有感測輸入的集成電路中的電源零交點檢測器模塊，其中電壓維持在所述集成電路的供電軌道電壓內。
【背景技術】
[0004]監測電源電壓零交點的電路有許多應用，例如設備控制電路。零交點檢測可用于(例如)但不限于:起動(fire)TRIACS的時序延遲、減少EMI的脈沖跳躍等等，且交流電(AC)電源頻率相較于液晶控制振蕩器經過一長段時間更精確。
[0005]參考圖1，所描繪為具有通過外部組件耦合到電源的輸入的常規數字裝置的示范性現有技術示意圖。數字裝置102的常規輸入/輸出端口(例如微控制器的數字I/O端口等)可通過高值阻抗(例如I兆歐到2兆歐電阻器104等)耦合到電源線。參考圖2，所描繪為圖1中所展示的常規數字裝置的輸入結構的示范性現有技術示意圖。為執行零交點檢測，可(例如)通過對允許此內部耦合的相應配置寄存器進行編程而將集成施密特(Schmitt)觸發器親合到I/O端口(節點)。當電源線電壓改變其正負號(sign)時，檢測器輸出必須改變其狀態。當前，此被感測為數字輸入。當寄生二極管在數字裝置的集成電路裸片中傳導時，一些模塊可能受到由來自壓降電阻器104的輸入端口處的過量電壓導致的注入電流干擾。此注入電流可導致所述裝置中的非所要干擾。
[0006]參考圖3，所描繪為用于圖1中所展示的常規數字裝置的使用外部組件的輸入保護電路的示范性現有技術示意圖。如圖3中所展示可添加外部二極管306及308，但其必須為肖特基(Schottky) 二極管以確保輸入電壓未達到電平到Vdd及/或Vss，使得非所要的二極管傳導可發生于內部(內側102) 二極管中。使用此類外部組件導致印刷電路板大小及復雜性的增大，且將增加物料清單，這對于許多成本關鍵應用來說是不合意的。
【發明內容】
[0007]因此，對于具有模擬及數字能力(混合信號)的通用集成電路裝置(例如微控制器等)中的電源零交點檢測器，存在以下需要:在不超過所述集成電路的最大輸入電壓的情況下，提供電源電壓的零交點檢測；且將不導致集成電路裝置內的輸入靜電放電(ESD)保護裝置(或任何裝置)二極管傳導。應以考慮硅面積節約、低電力消耗、電路簡單性、對外部保護電路無要求及操作的穩健性的有效方式實施此模塊。
[0008]根據實施例，電源電壓零交點檢測器可包括:第一輸出驅動器，其耦合于第一軌道電壓與外部節點之間；第二輸出驅動器，其耦合于第二軌道電壓與所述外部節點之間；放大器，其具有第一差分輸入及第二差分輸入以及第一單端輸出及第二單端輸出，其中其第一輸出可耦合到所述第一輸出驅動器的控制輸入且其第二輸出可耦合到所述第二輸出驅動器的控制輸入；反饋網絡，其耦合于輸出節點與放大器的第二輸入之間；電壓參考，其耦合到放大器的第一輸入；B級控制電路，其耦合到第一輸出驅動器及第二輸出驅動器的控制輸入，其中所述B級控制電路在第一輸出驅動器或第二輸出驅動器中的一者可傳導時強制另一輸出驅動器斷開，且在所述一者停止傳導時將控制釋放回放大器；電流模式檢測器電路，其耦合到第一輸出驅動器及第二輸出驅動器的控制輸入，其中所述電流模式檢測器電路將基于電流的電源電壓零交點檢測提供到第一輸出驅動器及第二輸出驅動器的控制輸入。
[0009]根據進一步實施例，第一輸出驅動器可為P溝道金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)且第二輸出驅動器可為N溝道MOSFET。根據進一步實施例，來自電壓參考的參考電壓可處于第一電壓軌道與第二電壓軌道之間。根據進一步實施例，B級控制電路可越權控制(override)放大器的第一單端輸出或第二單端輸出中的一者，以在放大器的第一單端輸出或第二單端輸出的另一者可控制第一輸出驅動器或第二輸出驅動器的控制輸入的相應者時，實質上關斷相應第一輸出驅動器或相應第二輸出驅動器，借此實質上減少直通電流。根據進一步實施例，電流模式檢測電路可包括具有耦合到施密特觸發電路的分離N溝道MOSFET及P溝道MOSFET輸入的輸入緩沖器。根據進一步實施例，放大器可為運算放大器。根據進一步實施例，外部節點可通過高阻抗耦合到電源電壓。根據進一步實施例，放大器可包括單輸出，且可通過耦合到第一輸出驅動器及第二輸出驅動器的相應控制輸入的第一電阻器及第二電阻器來提供第一輸出及第二輸出。
[0010]根據另一實施例，一種用于檢測電源電壓零交點的電路布置可包括:集成電路裝置的外部節點，其可經配置以通過高值阻抗耦合到電源交流電(AC)電壓；第一輸出驅動器及第二輸出驅動器，其可操作以將外部節點耦合到第一供電軌道電壓或第二供電軌道電壓；及零交點檢測器，其可提供第一輸出驅動器及第二輸出驅動器的控制，使得無論從電源AC電壓汲入電流還是使電流流出到電源AC電壓，實質上恒定電壓可強加于外部節點處，且其電流可經監測以確定電源AC電壓的電壓零交點。
[0011]根據進一步實施例，輸出驅動器可為數字輸入/輸出端口的部分，其可編程以使所述外部節點作為數字輸出端口、數字輸入端口或零交點檢測器輸入端口操作。根據進一步實施例，可查驗確定所述外部節點的功能的配置寄存器。根據進一步實施例，可通過圍繞B級控制運算放大器的反饋環路來控制恒定電壓。根據進一步實施例，所述B級控制第一輸出驅動器及第二輸出驅動器有效地操作功率。根據進一步實施例，零交點檢測器可操作以監測驅動到第一輸出驅動器及第二輸出驅動器的電流。根據進一步實施例，零交點檢測可獨立于操作溫度、工藝制造及供電電壓。
[0012]根據進一步實施例，高值阻抗可為高值電阻器。根據進一步實施例，高值阻抗可選自由電阻器、電容器、晶體管及電感器組成的群組中的任何一或多者。根據進一步實施例，高值阻抗可為無源組件及有源組件的組合。
[0013]根據進一步實施例，數字濾波器可耦合到零交點檢測器。根據進一步實施例，所述數字濾波器具有實質上小于電源AC頻率的2倍的延遲時間。
[0014]根據又一實施例，一種檢測電源電壓零交點的方法可包括以下步驟:配置集成電路裝置的外部節點以通過高值阻抗耦合到電源交流電(AC)電壓；提供可操作以將外部節點耦合到第一供電軌道電壓或第二供電軌道電壓的第一輸出驅動器及第二輸出驅動器；及提供零交點檢測器以控制第一輸出驅動器及第二輸出驅動器，使得無論從電源AC電壓汲入電流還是使電流流出到電源AC電壓，實質上恒定電壓可強加于外節點處；及監測控制第一輸出驅動器及第二輸出驅動器的信號的電流以確定電源AC電壓的電壓零交點。
[0015]根據所述方法的進一步實施例，其可包括用數字濾波器對控制第一輸出驅動器及第二輸出驅動器的信號的監測電流進行濾波的步驟。根據所述方法的進一步實施例，所述數字濾波器具有實質上小于電源AC頻率的2倍的延遲時間。根據所述方法的進一步實施例，配置集成電路裝置的節點以通過高值阻抗耦合到電源交流電(AC)電壓的步驟可在集成電路裝置通電時完成。根據所述方法的進一步實施例，配置集成電路裝置的節點以通過高值阻抗耦合到電源交流電(AC)電壓的步驟可在集成電路裝置通電后完成。根據所述方法的進一步實施例，其可包括在集成電路裝置通電后停用通過高值阻抗耦合到電源交流電(AC)電壓的集成電路裝置的節點的步驟。根據所述方法的進一步實施例，配置集成電路裝置的節點以通過高值阻抗耦合到電源交流電(AC)電壓的步驟可用至少一個配置熔絲完成而無需執行程序代碼。
【附圖說明】
[0016]通過參考結合附圖進行的以下描述而獲得本發明的更完全理解，其中:
[0017]圖1說明具有通過外部組件耦合到電源的輸入的常規數字裝置的示范性現有技術示意圖；
[0018]圖2說明圖1中所展示的常規數字裝置的輸入結構的示范性現有技術示意圖；
[0019]圖3說明圖1中所展示的使用用于常規數字裝置的外部組件的輸入保護電路的示范性現有技術示意圖；
[0020]圖4說明根據本發明的特定實例實施例的電源電壓零交點檢測器的示意圖；且
[0021]圖5說明根據本發明的另一特定實例實施例的電源電壓零交點檢測器的示意圖。
[0022]雖然本發明易受各種修改及替代形式影