專利名稱：對帶外部編程端子的功率轉換器控制器編程的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明總體涉及功率轉換器，具體地但不排他地，涉及用于開關模式功率轉換器的控制器。
背景技術：
各種各樣的家用或工業裝置需要使用經調節的直流(dc )源來進行其運行。開關模式功率轉換器是將低頻(例如，50Hz或60Hz)的高壓ac (交流)輸入電壓轉換為所要求電平的dc (直流)輸出電壓。各種類型的開關模式功率轉換器因為其良好調節的輸出、高效率、小尺寸以及安全和保護特征而受歡迎。在用于開關模式功率轉換器的控制器中，可使用不同的控制方法一諸如PWM (脈沖寬度調制)、PFM (脈沖頻率調制)或開-關控制一來相對于負載和線路變化調節輸出電壓。
開關模式功率轉換器可包括高頻變壓器，以提供安全隔離以及變換電壓電平一通常是變換至較低電壓。變壓器的輸出隨后被整流和濾波，以提供待施加至電子設備的經調節的dc輸出。開關模式功率轉換器中的輸出調節通常通過感測輸出以及閉環控制功率轉換器來提供。輸出感測可用變壓器芯(transformer core)上的一個額外繞組實現,所述額外繞組諸如是一個偏置繞組、輔助繞組或反饋繞組，它在一些情況下還可為功率轉換器控制器提供運行功率。在一些開關模式功率轉換器中，反饋或控制信號可由一個來自耦合至DC輸出的感測電路的光耦合器提供。在一些其他的開關模式功率轉換器中，反饋或控制信號可間接從磁耦合至相同變壓器芯上的次級繞組的一個第三繞組獲得。反饋或控制信號可用于調制由功率轉換器控制器產生的開關波形的占空比，或者可用于改變開關頻率，或者通過禁用所述功率轉換器控制器產生的開關波形的一些周期來控制DC輸出。為了為功率轉換器控制器提供特定功能，針對每一個功能，向功率轉換器控制器的集成電路添加額外的引腳或電氣端子。因此，添加至功率轉換器控制器的每一個額外的功能通常轉化為功率轉換器控制器芯片上的一個額外引腳，這轉化為增加的成本和額外的外部部件。為功率轉換器控制器提供額外功能性的另一結果是，有時由于提供該額外功能性而大大增加了功率消耗。
發明內容
根據本發明的一方面，提供一種供用于功率轉換器中的控制器，該控制器包括控制電路，被耦合以接收代表所述功率轉換器的輸出的反饋信號，所述控制電路被耦合以響應于所述反饋信號控制所述功率轉換器的功率開關的開關(switching)，從而控制從所述功率轉換器的輸入到所述功率轉換器的輸出的能量傳遞；內部編程接口電路，耦合至所述控制電路；耦合轉換開關，耦合至所述內部編程接口電路；外部編程端子，通過所述耦合轉換開關選擇性地耦合至所述內部編程接口電路，其中耦合至所述外部編程端子的外部編程電路在功率轉換器的啟動編程狀況期間和故障狀況期間通過所述耦合轉換開關耦合至所述內部編程接口電路，其中耦合至所述外部編程端子的外部編程電路在所述功率轉換器的正常運行狀況期間通過所述耦合轉換開關與所述內部編程接口電路斷開。根據本發明的另一方面，提供一種控制功率轉換器的方法，該方法包括在功率轉換器控制器的啟動編程狀況期間，啟用一個通過耦合至一個外部編程電路的所述功率轉換器控制器的外部編程端子的編程電流；響應于通過所述功率轉換器控制器的外部編程端子的編程電流，選擇所述功率轉換器控制器的可編程特性，其中所述功率轉換器控制器的可編程特性是響應于包括在編程電路中的編程電阻來選擇；在所述功率轉換器控制器的啟動編程狀況之后停用通過所述外部編程端子的編程電流，使得在所述功率轉換器的正常運行狀況期間基本不通過所述外部編程端子消耗功率；以及
在所述功率轉換器控制器的故障狀況期間，啟用和停用通過所述功率轉換器控制器的外部編程端子和通過所述外部編程電路應用充電電流，其中由充電電流的應用的啟用和停用提供的延遲時間響應于所述編程電路的RC時間常數。
參照下列附圖，描述本發明的非限制性、非窮舉性實施方案，其中除非另有規定，在所有各個視圖中相同的參考數字指代相同的部分。圖I是總體示出根據本發明教導的開關模式功率轉換器的一個實施例的方框圖，該開關模式功率轉換器包括一個具有用于編程多個功能的外部引腳的控制器。圖2是總體示出根據本發明教導的回掃轉換器(flyback converter)功率轉換器的一個實施例的示意圖，該功率轉換器包括一個具有用于編程多個功能的外部編程端子的控制器。圖3是總體示出根據本發明教導的回掃轉換器功率轉換器的另一個實施例的示意圖，該功率轉換器包括一個具有用于編程多個功能的外部編程端子的控制器。圖4A是總體示出根據本發明教導在功率轉換器的啟動狀況期間包含在一個控制器的內部編程接口電路中和一個外部編程電路中的元件的一個實施例的示意圖。圖4B是總體示出根據本發明教導在功率轉換器的故障狀況期間包含在一個控制器的內部編程接口電路中和一個外部編程電路中的元件的一個實施例的示意圖。圖5A示出一個時序圖，該時序圖示出了在根據本發明教導的一個示例性控制器的外部編程端子處的電壓的示例性上升時間。圖5B示出一個時序圖，該時序圖示出了在根據本發明教導的一個示例性控制器的外部編程端子處的電壓的示例性下降時間。圖5C示出一個時序圖，該時序圖示出了根據本發明教導在故障狀況期間一個示例性功率轉換器控制器中的外部編程的延遲的實施例。圖6示出一個時序圖，該時序圖示出了根據本發明教導在一個示例性功率轉換器控制器的啟動期間對一些可編程特性的編程。
具體實施例方式公開了用于對帶有具有多個功能的外部編程端子的功率轉換器控制器編程的方法和裝置。在下面的描述中，闡述了許多具體細節以提供對本發明的透徹理解。然而，本領域普通技術人員應明了，實施本發明不是必須使用所述具體細節。在另外的實例中，公知的材料或方法未被具體描述，以避免模糊本發明。貫穿本說明書中提到“一個實施方案”、“一實施方案”、“一個實施例”或“一實施例”意指關于該實施方案或該實施例所述的特定特征、結構或特性包括在本發明的至少一個實施方案中。因此，貫穿本說明書在各個地方出現的短語“在一個實施方案中”、“在一實施方案中”、“一個實施例”或“一實施例”未必都指的是相同的實施方案或實施例。此外，特定的特征、結構或特性可在一個或多個實施方案或實施例中以任何合適的組合和/或子組合結合。特定的特征、結構或特性可被包括在集成電路、電子電路、組合式邏輯電路或者提供所述功能性的其他合適部件中。另外，應意識到，隨此提供的附圖是出于向本領域普通技術人員進行解釋的目的，附圖不一定按比例繪制。
如將討論的，介紹一個帶有具有多個功能的單個外部編程端子的功率轉換器控制器。在一個實施例中，允許用戶使用同一個外部編程端子編程功率轉換器控制器的兩個或更多個不同的特性。此外，在一個實施例中，耦合至外部編程端子的外部編程電路在功率轉換器的正常運行期間與功率轉換器控制器斷開，以使得在正常運行期間基本不通過外部編程端子消耗功率。根據本發明的教導，除了在正常運行期間節省功率消耗之外，通過重新利用和共享用于功率轉換器控制器的兩個或更多個可編程功能的共用電路部件，還節省了空間和尺寸。進行例示說明，圖I示出總體圖解根據本發明教導的功率轉換器120的一個實施例的方框圖100，該功率轉換器包括一個具有用于編程多個功能的外部編程端子180的控制器170。如所描繪的實施例中所示，功率轉換器120是開關模式功率轉換器，因此包括一個開關160，該開關響應于開關信號165開關，以控制從功率轉換器120的輸入110到功率轉換器120的輸出130的能量傳遞。在該實施例中，控制器170包括一個被耦合以響應于反饋信號145產生開關信號165的控制電路143，所述反饋信號代表功率轉換器120的輸出130。在一個實施例中，輸出感測/反饋電路140被耦合以感測來自輸出130的輸出信號隊80^135來產生反饋信號145。在一個實施例中，控制電路143還被耦合來接收電流感測信號175，該電流感測信號代表經過開關160的電流。根據本發明的教導，在一個實施例中，電流感測175可被控制電路143利用，以在產生開關信號165時為開關160提供限流功倉泛。如圖I中描繪的實施例中所示，控制器170還包括耦合至控制電路143的一個內部編程接口電路152以及一個耦合至所述內部編程接口電路152的耦合轉換開關(coupling switcher) 154。另外,控制器170還包括一個通過所述稱合轉換開關154選擇性地耦合至所述內部編程接口電路152的外部編程端子。如該實施例中所示，外部編程電路185耦合至所述外部編程端子180。如將討論的，外部編程電路185在功率轉換器120的例如啟動編程狀況期間和例如故障狀況期間響應于啟用信號(activation signal) 156，通過所述耦合轉換開關154耦合至所述內部編程接口電路152。在該實施例中，根據本發明的教導，外部編程電路185在功率轉換器的正常運行狀況期間響應于啟用信號156通過耦合轉換開關154與內部編程接口電路152斷開，使得在功率轉換器120的正常運行期間基本不通過外部編程端子180消耗功率。圖2是總體示出根據本發明教導的回掃轉換器功率轉換器200的一個實施例的示意圖，該功率轉換器包括一個具有用于編程多個功能的外部編程引腳的控制器270。如所描繪的實施例中所示，功率轉換器200包括一個能量傳遞元件220。在所示的實施例中，能量傳遞元件220是一個包括第一繞組222、第二繞組224和第三繞組234的變壓器。第一繞組222耦合至輸入Vin 205和開關260。箝位電路210耦合在第一繞組222兩端。第二繞組224耦合至一個整流器Dl 225和一個耦合在負載229兩端的濾波電容器Cl 226，該負載229被耦合為接收輸出電壓Vo 228和輸出電流Io 227。第三繞組234耦合至整流器235和一個被稱合為提供控制器電源(supply) 238的濾波電容器C2 236。如所例示的實施例中所示，開關260響應于開關信號262被接通和關斷，以控制從 輸入Vin 205到功率轉換器的輸出再到負載229的能量傳遞。由于變壓器繞組的方向(由每個繞組上的點標記所示)，第一繞組222在開關260切換至接通態時存儲能量，在開關260切換至關斷態時釋放能量至第二繞組224。箝位電路210限制在關斷時在第一繞組兩端的開關高振幅振蕩。在如所示的dc輸出的情況下，整流器Dl 225和濾波器電容Cl 226在負載229兩端提供經調節的直流輸出Vo 228。在圖2中描繪的實施例中，示出了多種反饋選擇。例如，可利用副反饋選擇240提供反饋以調節在負載229兩端的功率轉換器輸出，其中反饋信號244通過輸出感測選擇I(242)以副參考電平(地)為參考；或者可通過主反饋選擇245提供反饋以調節在負載229兩端的功率轉換器輸出，其中反饋信號246通過輸出感測選擇2 (247)以主參考電平(地)為參考。在所例示的實施例中，控制器270被示為接收相應的反饋信號254,所述反饋信號254可接收自副反饋選擇240或者主反饋選擇245。如圖2中所示，控制器270接收包括反饋FB 254和電流感測272的輸入信號，并且產生為開關信號262的輸出，以控制開關260的開關，以及控制從輸入Vin 205通過能量傳遞元件220的能量傳遞來調節輸出電壓Vo 228。在所示的實施例中，控制器270通過控制器電源238在正常運行期間接收功率，所述控制器電源由變壓器220的第三繞組234通過整流器D2 235和濾波器電容C2 236提供。在圖2中所示的實施例中，控制器270還被示為包括控制電路243，該控制電路耦合至一個內部編程接口電路252。如該實施例中所示，外部編程電路285耦合至控制器270的外部編程端子280。在該實施例中，外部編程端子280響應于啟用信號276通過一個耦合轉換開關274選擇性地耦合至內部編程。在運行中，在正常運行期間，耦合轉換開關274將外部編程端子280與內部編程接口電路252斷開，使得外部編程電路285在正常運行期間相應地斷開或浮置，其中通過外部編程端子280基本沒有功率消耗。在一個實施例中，在啟動時初始化編程期間，或者在開環故障檢測期間和在自動重啟模式下，外部編程端子280響應于啟用信號276通過耦合轉換開關274耦合至內部編程接口電路252。圖3是總體示出根據本發明教導的回掃轉換器功率轉換器300的另一個實施例的示意圖，該功率轉換器包括一個具有用于編程多個功能的外部編程端子380的控制器370。在所示的實施例中，控制器370包括在單個單片或混合集成電路350中與功率開關360集成的外部編程端子380。如所示，功率轉換器300包括能量傳遞元件320，該能量傳遞元件在該實施例中被示為一個變壓器，該變壓器包括第一繞組322、第二繞組324和第三繞組334。第一繞組322耦合至開關360的漏極端子D 352。箝位電路310——其在該實施例中是一個RCD箝位——耦合在第一繞組322兩端。第一繞組322被耦合以從濾波電容器Cf 307接收經整流的電壓Vkect 305，所述濾波電容器通過前端全橋整流器302耦合至輸入線路ac電壓Vac 301。第二繞組324耦合至一個整流器Dl 325和一個濾波電容器326，以向負載329提供輸出電壓Vo 327。第三繞組334以主地(參考電位電平)為參考，并且還可通過二極管335、體電容336以及可選的RC濾波器340向供電引腳BP342提供dc電源。在第三繞組334上感應的電壓，ac或dc的經整流的電壓(在圖3的實施例中利用了 ac側)通過由Rl 338和R2 339組成的電阻分壓器向以主地為參考的反饋引腳344提供反饋信號。在例示的實施例中，控制器370接收輸入信號FB 344以及電流感測信號372，以產生開關信號362來調節輸出，在示出的實施例中通過利用峰值電流PWM控制模式來調節輸出，其中輸入信號FB 344來自第三繞組365，電流感測信號372代表開關電流365。在一個實施例中，用于開關360的開關頻率和用于開關電流365的電流極限都是基于負載水平和反饋信號限定的。如所描繪的實施例中所示，控制器370包括外部編程端子380，所述外部編程端子 響應于啟用信號376通過耦合轉換開關374耦合至內部編程接口電路375。在一個實施例中，啟用信號376在啟動期間和/或在故障狀況一諸如像開環故障狀況一期間被啟用。因此，外部編程端子380的一個特征是所述外部編程端子在啟動時僅耦合至內部編程接口電路375來執行對控制器的選擇特性的編程，諸如像編程電流極限和開關頻率。另外，耦合轉換開關374在要求某一用戶編程的延遲時段的預防性或保護性事件——諸如像開環故障事件一期間被啟用，在一個實施例中，所述事件可通過反饋FB信號在一個給定量的時間上從其調節值下降至少10%而被檢測到。結果，向每個循環的自動重啟間隔施加延長的斷路延遲(shutdown delay)。換言之，向各循環的自動重啟施加延長的接通時間。在例示的實施例中，耦合至外部編程端子380的外部編程接口電路385具有一個RC時間常數，并且包括電阻Rpd 382和可選的電容Cpd385。在另一實施例中，不包括電容Cpd385，但是外部編程接口電路385具有為外部編程接口電路385的RC時間常數提供電容的寄生電容。在任一情況下，每一個充電至上限閾值的間隔和放電至下限閾值的間隔引入一個為RpdCpd的倍數(m*RPDCPD)的時間段，使得每個從下閾值充電至上閾值以及從上閾值放電回到下閾值的循環限定一個單位的時間延遲。可通過計算在兩個閾值之間的充電/放電循環的數目K以離散單元的m*RPDCPD調節總的斷路時間延遲。在一個實施例中，當電容器Cpd通過電壓源充電時，倍數m的準確性效果在下面的圖5A-5C中更詳細討論。具有合理準確性的從下閾值充電至上閾值的每個間隔優選地可通過選擇m=2被調節為近似為2*RPDCPD，具有合理準確性的從上閾值放電至下閾值的每個間隔優選也可被調節在2*RpdCpd左右。例如，在Rpd=L 25kQ和CPD=680nF以及上閾值為I. 2V、下閾值為0. 25V的實施例中，如果針對延長的斷路延遲的充電/放電事件的數目被選擇為K=128，則根據本發明的教導實現約0. 5s的總延遲。圖4A是總體示出根據本發明教導在功率轉換器的啟動狀況期間包含在一個控制器的內部編程接口電路400A中和一個外部編程電路485中的元件的一個實施例的示意圖。圖4B是總體示出根據本發明教導在所述功率轉換器的故障狀況期間包含在一個控制器的內部編程接口電路400B中和所述外部編程電路485中的元件的一個實施例的示意圖。具體地，圖4A呈現在控制器特性一諸如電流極限和開關頻率一的啟動編程期間內部
電路塊的互稱合(inter-coupling),而圖4B呈現根據本發明教導在故障事件-諸如開
環一期間內部電路塊為獲得延長的等待(延遲)時間一諸如斷路延遲功能性一的互耦合。注意，在圖4A和4B中，大部分部件和電路塊是共用的，以在不同的非重疊時間間隔被共享用于多個目的。因此，共用的部件和電路塊在圖4A和4B中用相似的參考數字標示。根據本發明的教導，應意識到，被共享和再利用用于多個不同功能的共用電路元件導致整體節省了空間、尺寸和成本。現在參照圖4A中所示的實施例，根據本發明教導，示出了內部編程接口電路400A以及在啟動時的初始化期間用于對所述控制器的可編程特性進行編程的部件的簡化的互 耦合，所述可編程特性諸如像電流極限或開關頻率。如所示，外部編程電路485中的電阻器Rpd 482耦合至外部編程端子480。在一個實施例中，針對控制器的不同的期望可編程特性，由用戶從預定的表/矩陣中選擇電阻器Rpd 482的值，所述期望可編程特性諸如像電流極限或開關頻率。例如，在一個實施例中，有七種不同的限流選擇，諸如像可能的最大電流極限的40%、50%、60%、70%、80%、90%以及100%，以及2個開關頻率選擇,諸如像66kHz和132kHz。因此，在該實施例中，根據本發明的教導，用戶限定的外部電阻Rpd 482可從7x2的表/矩陣中的總計14種選擇中選擇。應意識到，在另外的實施例中，根據本發明的教導，通過相同的引腳，還可對所述控制器的其他特性編程，所述其他特性諸如像電壓過高(toown-in)和電壓過低(brown-out)閾值、斷路類型(例如閉鎖或滯后)等。在包括額外的可編程特性的這些實施例中，根據本發明的教導，額外的選擇被包含在較大的矩陣中供選擇。在圖4A示出的實施例中，開關430和420——其在一個實施例中是PMOS開關——具有稱合的柵極。開關431和421的通過電流鏡像轉換信號(current mirror transitionsignal )414和反相器415的交替的接通/關斷狀態限定開關430或者開關420被耦合為將另一 PMOS開關上的電流鏡像的一個二極管相連(diode connected)的PMOS開關。在啟動時的初始化期間，電流鏡像轉換信號414將開關431閉合并且通過反相器451將開關421斷開。結果，PMOS開關430為二極管相連的，將來自VDD母線410的電流435鏡像到PMOS開關420，鏡像到PMOS開關420的電流被示為電流425。如圖4A描繪的實施例中所示,稱合轉換開關475包括啟動開關472,該啟動開關在啟動時響應于一個啟用信號被啟用，以設置所述控制器的可編程特性，諸如像電流極限和開關頻率。源自內部基準電源VDD 410到耦合至外部編程端子480的外部編程電路485中的電阻Rpd482的電流435傳導通過緩沖器474。如所示，緩沖器474的反相輸入耦合至外部編程端子480，緩沖器的同相輸入耦合至編程閾值478。在運行中，緩沖器474調節/緩沖所述電流435，直到外部編程端子480處的電壓達到編程閾值478，并且在啟動期間閉鎖在該電平直到編程間隔的末尾。通過電流鏡像開關420和430鏡像經過電阻Rpd 482的電流435，因此通過可變電流源460匹配所述電流425。在一個實施例中，可變電流源460包括多個開關電流源，所述多個開關電流源包括耦合至多個開關464的多個電流源464，所述多個開關響應于編碼器/解碼器450而被控制，如所示的。在一個實施例中，多個電流源465可包括增量二進制加權的電流源，使用多個開關464響應于編碼器/解碼器450選擇性地啟用這些電流源。如描繪的實施例中所示，可變電流源460包括具有傳導通過二極管相連的開關462的電流的基準電流源461，該開關462在一個實施例中是NMOS開關。所述電流通過多個電流源465的多個電流鏡像開關被鏡像，所述多個電流源465在一個實施例中包括NMOS
開關SI、S2........SN，如所示的。在例示的實施例中，多個電流源465并聯耦合以通過
多個開關464接收總電流425，所述多個開關也被標為BI、B2........BN，如由來自編碼器
450的信號455控制。接下來使用電流425的值——所述電流425是被鏡像的并且等于如編碼器/解碼器450中所指示的通過用戶編程阻抗Rpd 482的電流一來設置所述控制器的可編程特性。在一個實施例中，編碼器/解碼器450包括N比特移位寄存器等，以選擇所述控制器的可編程特性，諸如所述控制器的電流極限和振蕩器頻率。在一個實施例中，如N比特移位寄存器中所指示的選擇的電流極限可隨后被耦合至編碼器/解碼器450的控制電路443用來響應于電流感測467控制開關463的開關。類似地，在一個實施例中，如N比 特移位寄存器中所指示的選擇的開關頻率可隨后被耦合至編碼器/解碼器450的控制電路443用來控制開關信號466的開關頻率，以控制開關463的開關。注意,可被包括在一個不例性外部編程電路485中的電容器CPD484是供用戶對一個延長的等待或延遲時間一諸如斷路延遲一編程的一個選擇，并且根據本發明的教導，對于啟動時的控制器特性一諸如電流極限和頻率一編程，通過經電阻Rpd 482的dc電流對編程的短間隔具有可忽略的影響。如所述的，圖4B示出了根據本發明教導涉及施加可編程的延遲或等待時段的部件的實施例，所述施加可編程的延遲或等待時段諸如是在開環故障檢測事件期間對延長的斷路延遲編程以及在自動重啟模式的每個循環中對開關接通間隔延長編程。在一個實施例中，開環故障檢測事件和施加延長的斷路延遲可發生在已經完成啟動之后的功率轉換器的正常運行期間。從而，如上文關于圖4A所討論的在初始化/啟動時用于設置可編程特性一諸如電流極限和開關頻率一的編程不與在功率轉換器中檢測到故障同時發生。結果，根據本發明的教導，因此當檢測到故障時，可重新利用圖4A中用來在啟動期間設置功率轉換器的可編程特性的方框設計，這節省了空間、尺寸和成本。如可意識到的，注意圖4B中所例示的內部編程接口電路400B與圖4A的內部編程接口電路400A共享許多相同的部件。如前所述，在正常運行期間，外部編程端子480與內部編程接口電路400B斷開，并且沒有電流、沒有損耗地浮置。相應地，在正常運行期間基本不通過外部編程端子480消耗功率。在圖4B例示的實施例中，根據本發明的教導，僅在故障檢測——諸如開環故障檢測——的情況下，故障開關497才被啟用，且通過外部編程端子480消耗功率。在一個實施例中，當檢測到故障時，編碼器450使用啟用信號455啟用全部多個開關464，以啟用可變電流源460的全部多個電流源462。在該實施例中，電流源461提供來自VDD母線410的電流，該電流傳導通過二極管相連的NMOS 462并且通過鏡像NMOS開關S1、S2、……、SN被鏡像通過多個電流源462。從而，電流425傳導通過PMOS開關420。如描繪的實施例中所示，與圖4A配置的內部編程接口電路400A相比，現在通過改變電流鏡像轉換信號414的狀態使得開關421關斷而開關431接通來改變所述開關420和430的柵極耦合。結果，PMOS開關420現在是二極管相連的，并且將電流425鏡像通過PMOS開關430——由電流435示出。如關于圖4B將示出的，電流435是根據本發明的教導將被啟用和停用的充電電流。如例示的實施例中所示，內部編程接口電路包括定時電路，該定時電路包括置位復位鎖存器470。鎖存器470的置位端子耦合至比較器471的輸出。鎖存器470的復位端子耦合至比較器473的輸出。比較器471的同相端子耦合至低閾值電壓VthL 496。比較器473的反相端子耦合至高閾值電壓VthH 498。比較器471的反相端子和比較器473的同相端子被耦合為接收所述外部編程端子480的電壓472。計數器404被耦合為對鎖存器470的輸出信號479進行計數。在一個實施例中，因為外部編程端子480上的電壓472的非常低的偏置電壓，比較器471的輸出變為高并且將鎖存器470的輸入置位。如所示，來自鎖存器470的輸出Q的輸出信號479將開關476閉合以啟用電流435，該電流435對外部編程電路485進行充電。如果用于可編程的延長的延遲的用戶可選電容器Cpd 486已被包括在外部編程電路485中與電阻器Rpd 482并聯，則電流435——在一個實施例中近似為200 ii A——開始以RC時間常數RpdCpd對Cpd 486充電。在運行中，電流435繼續對所述外部編程電路485充電，直到 外部編程端子480處的電壓472達到高閾值電壓VthH 498。當外部編程端子480處的電壓472達到高閾值電壓VthH 498時，比較器473將鎖存器470復位，這使開關476停用，這使電流435停用，直到電壓472達到低閾值電壓VthL 496——這導致比較器471將鎖存器470置位。在運行中，由計數器404計算施加至外部編程電路的電流435被啟用和停用的循環的數目。如下面在圖5A-5C中將討論的，在一個實施例中，用于充電和放電時間段的電流435的啟用和停用是近似2RpdCpd。在一個實施例中，近似2RpdCpd的時間段提供合適斜率的充電電壓和放電電壓，以使得能夠進行適度準確的測量。只要比較器471和473接收的外部編程端子480上的電壓472小于低閾值電壓VthL 496，比較器471的輸出信號就將鎖存器470置位，鎖存器的輸出信號Q 479閉合開關476以對外部編程端子480處的外部編程電路485的RpdCpd充電。當外部編程端子480處的充電電壓472達到高閾值電壓VthH 498時，比較器473的輸出信號將鎖存器470復位，以拉低輸出Q 479并且斷開所述開關476——這導致電容器Cpd 486放電直到例如2RpdCpd的持續時間之后，且電壓472下降回低閾值電壓VthL 496以重新啟動充電循環并將電流435的啟用和停用的循環重復預定的重復數目K。在一個實施例中，可使用耦合至鎖存器479的計數器404計算所述預定數目K。在一個實施例中，RpdCpd=L 25k Q X 0. 68iiF，K=128，總的延長的斷路延遲是435ms (即，2x 2x 128xI. 25x 0. 68)。在一個實施例中，還可包括利用外部編程端子480的額外的可選特征，以提供另外的可選的控制或保護特征，諸如遠程接通/關斷控制或鎖存復位。例如，在圖4B中描繪了使用比較器490的功率轉換器控制器的遠程關斷控制的實施例，該比較器490的同相輸入端子被耦合以接收外部編程端子480處的電壓472。在該實施例中，外部編程端子480處的電壓472可被外部施加并且與一個遠程關斷閾值電壓494比較，該遠程關斷閾值電壓一在一個實施例中是I. 25V—耦合至比較器490的反相輸入端子。在一個實施例中，根據本發明的教導，向外部編程端子480施加高于遠程關斷閾值494的外部電壓，會通過比較器490的輸出信號遠程關斷492遠程命令控制器關斷。
另外，鎖存復位功能——其在一個實施例中可以是功率轉換器控制器的快速ac復位一可以通過增加被外部施加至外部編程端子480并且耦合至比較器491的同相輸入的電壓472來實現。在該實施例中，鎖存復位閾值電壓495——其在一個實施例中是3. 4V——耦合至比較器492的反相輸入。根據本發明的教導，當外部編程端子480處的外部施加的電壓472升高到鎖存復位閾值電壓495以上時，在比較器491的輸出處產生一個鎖存復位輸出信號493。圖5A-5C示出根據本發明教導通過外部用戶可編程電路部件在開環故障檢測的情況下和自動重啟模式下使用延長的時間延遲一諸如像斷路延遲一的時序圖的實施例。注意，在一些實現中，僅固定的最小延遲足夠被施加，在一個實施例中該最小延遲是約35ms。在另一實施例中，延長的斷路延遲一一諸如在自動重啟模式下的延長的開關間隔一可由用戶通過外部編程部件施加。在一個實施例中，用戶編程的時間延遲是通過計算時間段的編程數目。作為一個實施例，根據本發明的教導，每個時間段都由外部編程電路的充電/放電循環的間隔限定，所述外部編程電路具有根據一個電阻-電容(RpdCpd)的RC時間常數，該時間常數使得用戶能夠根據應用對期望的延遲編程，所述期望的延遲諸如像 自動重啟模式下的斷路延遲。關于圖5A中示出的實施例，圖510示出外部編程電路的充電的一個實施例。在圖5B中示出的實施例中，圖520示出外部編程電路的放電。在圖5A和5B中示出的實施例中，電容器電壓被示為關于時間t 517或527在低閾值VthL 514和高閾值VthH 516之間被充電和放電。如所述實施例中所示，電容C通過電阻R的充電/放電特性與通常用RC表示的時間常數具有非線性指數性質充電vch(t)= Vsupply(l-e_t/EC);放電Vdisch(t) = vthHe_t/EC其中“e=2. 718281828”代表自然(N印erian)數，意味著在時間t=RC之后，電容器電壓已經升高到最終充電的63%(100%充電vthH-VthL)或者已經下降到最終放電水平的37%(100% 放電:vthH-vthL)。然而，參照圖5A中例示的充電和圖5B中例示的放電，RpdCpd的充電/放電時間間隔(圖5A上的511和圖5B上的521)經歷相當高的斜率變化。從而，任何小的時間偏差都導致大的電壓變化，這會降低小的時間偏差的準確性，導致大的電壓變化，這會降低測量的準確性。另一方面，3RpdCpd的充電/放電時間間隔(圖5A上的513和圖5B上的523)經歷非常慢的斜率變化，其中在測量電壓時的任何小的偏差都可能導致時間測量的大誤差。因此，在一個實施例中，用于充電或放電的2RpdCpd的時間間隔(圖5A上的512和圖5B上的522)被選擇并且導致總的充電間隔加放電間隔為4RpdCpd。應意識到，充電時間是用于充電的電流源的一個因素，而放電時間僅取決于外部電阻Rpd和外部電容Cpd之間的自然放電，所述外部電阻和外部電容被限定用于用戶編程。考慮到這個事實，作為用于一些其他應用的一個實施例，針對充電/放電的每個時間單元的測量的另一選擇將是通過一個高得多的電流源對電容Cpd充電，該高得多的電流源使得在與自然放電時間相比可忽略的非常短的時間內進行高斜率的線性充電。在后一方法中，時間測量僅取決于外部用戶限定的部件。圖5C示出在開環故障檢測和延長的斷路延遲期間開關信號530、反饋信號VFB540以及被標示為VPD電壓550的外部編程端子電壓的時序圖的一個實施例。在開關信號531的正常運作期間，反饋信號540處于經調節的水平541，外部編程端子電壓基本處于零552。在一個實施例中，控制器通過反饋信號540在諸如像35ms的一個給定時間段內降至某一閾值以下來檢測開環故障狀況，所述閾值在一個實施例中是經調節的反饋544的90%。應意識到，在不同的應用中，還可通過不同的信號檢測開環或其他故障狀況的存在。在開環故障檢測532的一個實施例中，控制器應停止開關并且進入自動重啟模式。然而，為了避免錯誤的故障檢測和相應的錯誤斷路，如果故障狀況保持有效達足夠長的持續時間，則證實故障狀況。這是通過在初始檢測到反饋信號540下降之后首先施加一個固定的內部默認延遲533來保證的，在一個實施例中所述內部默認延遲是35ms。之后，如果用戶可選的外部電容Cpd被包括在外部編程電路中，與限流編程電阻Rpd并聯，則自動重啟模式下的斷路延遲將被延長預定數目K的充電/放電循環557 ；2RpdCpd 558充電間隔用于充電電壓從低閾值電壓VthL 534上升554到高閾值電壓VthH 536，2RPDCPD 559放電間隔用于 放電電壓從高閾值電壓VthH 536下降556到低閾值電壓VthL 534。如果在自動重啟模式下，在延長的斷路延遲結束前，故障狀況被去除，則開關將在正常運行中恢復。然而，如果在該延長的時間延遲之后故障狀況仍然存在，則開關停止，控制器利用編程的延長的自動重啟接通時間在自動重啟模式下繼續。因此，在一個實施例中，當檢測到故障狀況時，所述控制器被耦合以引起自動重啟模式的重復循環。響應于控制器接收一個斷路信號，功率開關的開關停止達一段斷路關斷間隔，然后功率開關的開關重新開始并且在故障狀況期間繼續一段重啟接通間隔。進行例示說明，在一個實施例中，當檢測到故障時，在第一自動重啟事件中，控制器停止開關達150ms。然后，控制器開始開關以核實故障狀況是否已經去除。如果故障狀況仍然存在，則重復自動重啟事件。在一個實施例中——其中通過延長的斷路延遲存在隨后的自動重啟事件，一個實施例中的停止開關的每段持續時間將增加至最高達I. 5s。圖6示出一個時序圖，該時序圖示出了根據本發明教導在一個示例性功率轉換器控制器的啟動期間對一些可編程特性的編程。具體地，圖6示出根據本發明教導在啟動時的初始化和編程期間、在正常運行期間以及在遠程關斷或鎖存復位啟用事件中開關信號630、反饋引腳上的信號VFB 640以及外部編程端子電壓VPD 650的示例時序圖。在開關開始之前啟動時一這發生在時間t4 614之前，無VFB 640信號可從次級輸出或從第三繞組接收，用于控制器的電源可例如由一個外部開始電源提供，或者在具有高壓功率開關的集成控制器的情況下，啟動電源可通過一個來自功率開關的漏極的線性內部調節器，該線性內部調節器對本領域的技術人員來說稱為片調整器(tab regulator).當如上文關于圖4A解釋的啟動編程配置在tl 611被啟用時，外部編程端子上的電壓VPD 650升高至編程閾值652。對于在啟動632時的編程持續時間(t2 612至t3 613)，針對電流極限水平和開關頻率的編程基于耦合至外部編程端子480的外部編程電路中的用戶插入的外部電阻器Rpd 484和內部查找矩陣/表。在于t3 613完成編程之后，開關在t4 614開始，正常運行633開始，反饋信號VFB 640升高到調節水平。圖6還示出通過在時間t5 615向外部編程端子480外部施加一個大于或等于遠程關斷閾值654的電壓的一個遠程關斷事件634，該事件停止開關信號630并且導致反饋信號VFB 640下降。在t6 616 一將遠程關斷信號634移除,開關信號630就恢復,正常運行636恢復。在另一實施例中，在一個ac鎖存時段637之后，開關停止(t7 617至t8 618)，通過在時間t8 618向外部編程端子480外部施加一個大于或等于鎖存復位閾值657的電壓啟用鎖存復位信號656，這導致將鎖存器復位以開始正常開關638，所述鎖存復位閾值657在一個實施例中是3. 4V。對本發明的例示實施例的上述描述——包括在摘要中描述的——不意在是窮舉的或者限于所公開的具體形式。盡管出于示例目的在此處描述了本發明的具體實施方案和實施例，但在不偏離本發明的更寬泛主旨和范圍的情況下，各種等同修改是可能的。毫無疑問，應理解，特定的示例電壓、電流、頻率、功率范圍值、時間等是出于解釋目的而提供的，且根據本發明的教導，在另外的實施方案和實施例中也可使用其他的值。
根據上述詳細描述，可對本發明的實施例作出這些修改。隨后的權利要求書中使用的術語不應被理解為將本發明限制為說明書和權利要求書中公開的具體實施方案。而是，所述范圍完全由下列權利要求確定，所述權利要求應根據權利要求解釋的既定原則進行解釋。相應地，本說明書和附圖應被視為示例性的而非限制性的。
權利要求
1.一種供用于功率轉換器中的控制器，包括 控制電路，被耦合以接收代表所述功率轉換器的輸出的反饋信號，所述控制電路被耦合以響應于所述反饋信號控制所述功率轉換器的功率開關的開關，從而控制從所述功率轉換器的輸入到所述功率轉換器的輸出的能量傳遞； 內部編程接口電路，耦合至所述控制電路； 耦合轉換開關，耦合至所述內部編程接口電路； 外部編程端子，通過所述耦合轉換開關選擇性地耦合至所述內部編程接口電路，其中耦合至所述外部編程端子的外部編程電路在功率轉換器的啟動編程狀況期間和故障狀況期間通過所述耦合轉換開關耦合至所述內部編程接口電路，其中耦合至所述外部編程端子的外部編程電路在所述功率轉換器的正常運行狀況期間通過所述耦合轉換開關與所述內部編程接口電路斷開。
2.根據權利要求I所述的控制器，其中當耦合至所述外部編程端子的外部編程電路通過所述耦合轉換開關與所述內部編程接口電路斷開時，基本不通過所述外部編程端子消耗功率。
3.根據權利要求I所述的控制器，其中所述內部編程接口電路包括一個耦合至所述控制電路的解碼器，以在所述功率轉換器的啟動編程狀況期間響應于通過所述外部編程端子的編程電流選擇所述控制器的可編程特性。
4.根據權利要求3所述的控制器，其中所述解碼器包括一個可變電流源，該可變電流源被耦合以在所述功率轉換器的啟動編程狀況期間產生代表通過所述外部編程端子的編程電流的解碼器電流，其中所述控制電路響應于所述解碼器電流選擇所述控制器的可編程特性。
5.根據權利要求4所述的控制器，其中所述解碼器電流響應于包括在耦合至所述外部編程端子的所述外部編程電路中的編程阻抗。
6.根據權利要求4所述的控制器，其中所述可變電流源包括多個開關電流源，以在所述功率轉換器的啟動編程狀況期間產生代表通過所述外部編程端子的編程電流的解碼器電流。
7.根據權利要求3所述的控制器，其中所述控制器的可編程特性包括所述控制器的電流極限特性。
8.根據權利要求3所述的控制器，其中所述控制器的可編程特性包括所述功率轉換器的開關頻率特性。
9.根據權利要求3所述的控制器，其中所述耦合轉換開關包括一個啟動開關，該啟動開關被耦合為在功率轉換器的啟動編程狀況期間被啟用以提供所述編程電流。
10.根據權利要求3所述的控制器，其中所述耦合轉換開關包括一個編程比較器，該編程比較器耦合至一個編程閾值以在功率轉換器的啟動編程狀況期間響應于所述編程閾值調節通過所述外部編程端子的所述編程電流。
11.根據權利要求I所述的控制器，其中所述內部編程接口電路包括一個定時電路，該定時電路在所述功率轉換器的故障狀況期間通過所述耦合轉換開關耦合至所述外部編程端子。
12.根據權利要求11所述的控制器，其中所述定時電路被耦合以在所述功率轉換器的開環故障檢測狀況期間提供延長的斷路延遲的可編程的延遲時間。
13.根據權利要求11所述的控制器，其中所述控制器被耦合以響應于所述故障狀況的檢測引起自動重啟模式的重復循環，其中所述功率開關的開關響應于所述控制器接收一個斷路信號而停止一段斷路關斷間隔，并且在故障狀況期間重啟和繼續一段重啟接通間隔。
14.根據權利要求11所述的控制器，其中所述定時電路被耦合以在所述功率轉換器的自動重啟模式的每個循環中提供開關接通間隔延長的可編程的延遲時間。
15.根據權利要求11所述的控制器，其中所述耦合轉換開關包括一個故障開關，該故障開關被耦合為在所述功率轉換器的故障狀況期間被啟用以將所述定時電路耦合至所述外部編程端子。
16.根據權利要求11所述的控制器，其中所述定時電路被耦合以響應于耦合至所述外部編程端子的外部編程電路的RC時間常數提供可編程的延遲。
17.根據權利要求16所述的控制器，其中所述定時電路包括一個置位-復位鎖存器，該鎖存器被耦合以啟用和停用通過所述外部編程端子向所述外部編程電路應用充電電流，以在所述功率轉換器的故障狀況期間提供可編程的延遲。
18.根據權利要求17所述的控制器，其中所述定時電路進一步包括第一比較器，該第一比較器耦合至一個下閾值和所述外部編程端子，其中所述第一比較器被耦合以導致所述置位-復位鎖存器響應于所述外部編程端子處的電壓基本等于所述下閾值來啟用通過所述外部編程端子將充電電流應用至所述外部編程電路。
19.根據權利要求18所述的控制器，其中所述定時電路進一步包括第二比較器，該第二比較器耦合至一個上閾值和所述外部編程端子，其中所述第二比較器被耦合以導致所述置位-復位鎖存器響應于所述外部編程端子處的電壓基本等于所述上閾值來停用通過所述外部編程端子將充電電流應用至所述外部編程電路。
20.根據權利要求17所述的控制器，其中所述定時電路被耦合以響應于預定數目的啟用和停用通過所述外部編程端子將充電電流應用至所述外部編程電路的循環來提供可編程的延遲。
21.根據權利要求20所述的控制器，其中所述定時電路進一步包括一個計數器，該計數器被耦合以計算所述啟用和停用的循環的預定數目來提供所述可編程的延遲。
22.根據權利要求I所述的控制器，進一步包括一個遠程關斷比較器，該遠程關斷比較器耦合至一個遠程關斷閾值和所述外部編程端子，其中所述遠程關斷比較器被耦合以響應于所述外部編程端子處的電壓基本等于所述遠程關斷閾值來啟用所述控制器的遠程關斷功能。
23.根據權利要求I所述的控制器，進一步包括一個鎖存復位比較器，該鎖存復位比較器耦合至鎖存復位閾值和所述外部編程端子，其中所述鎖存復位比較器被耦合以響應于所述外部編程端子處的電壓基本等于所述鎖存復位閾值來啟用所述控制器的鎖存復位運行。
24.—種控制功率轉換器的方法,包括 在功率轉換器控制器的啟動編程狀況期間，啟用一個通過耦合至一個外部編程電路的所述功率轉換器控制器的外部編程端子的編程電流； 響應于通過所述功率轉換器控制器的外部編程端子的編程電流，選擇所述功率轉換器控制器的可編程特性，其中所述功率轉換器控制器的可編程特性是響應于包括在編程電路中的編程電阻來選擇； 在所述功率轉換器控制器的啟動編程狀況之后停用通過所述外部編程端子的編程電流，使得在所述功率轉換器的正常運行狀況期間基本不通過所述外部編程端子消耗功率；以及 在所述功率轉換器控制器的故障狀況期間，啟用和停用通過所述功率轉換器控制器的外部編程端子和通過所述外部編程電路應用充電電流，其中由充電電流的應用的啟用和停用提供的延遲時間響應于所述編程電路的RC時間常數。
25.根據權利要求24所述的方法，其中選擇所述功率轉換器控制器的可編程特性包括選擇所述功率轉換器控制器的電流極限特性。
26.根據權利要求24所述的方法，其中選擇所述功率轉換器控制器的可編程特性包括選擇所述功率轉換器控制器的開關頻率特性。
27.根據權利要求24所述的方法，進一步包括在所述功率轉換器的開環故障檢測狀況期間計算啟用和停用應用充電電流通過所述功率轉換器控制器的外部編程端子和通過所述外部編程電路的循環的預定數目，以提供延長的斷路延遲。
28.根據權利要求24所述的方法，進一步包括計算啟用和停用應用充電電流通過所述功率轉換器控制器的外部編程端子和通過所述外部編程電路的循環的預定數目，以提供功率轉換器的自動重啟模式的每個循環中的接通時間延長。
29.根據權利要求24所述的方法，其中響應于通過所述功率轉換器控制器的外部編程端子的編程電流選擇所述功率轉換器控制器的可編程特性包括調節所述編程電流，直到所述功率轉換器控制器的外部編程端子處的電壓達到編程閾值。
30.根據權利要求24所述的方法，進一步包括響應于所述功率轉換器控制器的外部編程端子處的電壓達到遠程關斷閾值，啟用所述功率轉換器控制器的遠程關斷功能。
31.根據權利要求24所述的方法，進一步包括響應于所述外部編程端子處的電壓達到一個交流復位閾值，啟用所述功率轉換器控制器的鎖存復位運行。
全文摘要
公開一種功率轉換器控制器。一個示例性控制器包括被耦合以接收代表功率轉換器的輸出的反饋信號的控制電路。控制電路被耦合以響應于反饋信號來控制功率轉換器的功率開關的開關，從而控制從功率轉換器的輸入到功率轉換器的輸出的能量傳遞。一個內部編程接口電路耦合至控制電路。一個耦合轉換開關耦合至內部編程接口電路。一個外部編程端子通過耦合轉換開關選擇性地耦合至內部編程接口電路。耦合至外部編程端子的一個外部編程電路在功率轉換器的啟動編程狀況期間和故障狀況期間通過耦合轉換開關耦合至內部編程接口電路。耦合至外部編程端子的外部編程電路在功率轉換器的正常運行狀況期間通過耦合轉換開關與所述內部編程接口電路斷開。
文檔編號H02M1/08GK102832791SQ201210202290
公開日2012年12月19日 申請日期2012年6月15日 優先權日2011年6月15日
發明者S·鮑爾, G·D·張, M·毛 申請人:電力集成公司