本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)，具體涉及一種功率變換器和可以用于構(gòu)建所述功率變換器的集成電路。

背景技術(shù)：

開關(guān)型變換器廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品的電源中。電子產(chǎn)品通常具有連接高電壓電源或連接低電壓電源兩種不同的應(yīng)用場景，在連接高電壓電源時，需要功率變換器進(jìn)行電壓變換后再將能量輸出到負(fù)載，而在連接低電壓電源時則可以直接以直通方式將能量輸出到負(fù)載。為了兼容兩種應(yīng)用場景，功率變換器通常會設(shè)置與主開關(guān)并聯(lián)的保護(hù)開關(guān)或直通開關(guān)。圖1是現(xiàn)有技術(shù)的開關(guān)型變換器集成電路的示意圖。如圖1所示，在降壓型拓?fù)涞拈_關(guān)型變換器中，主開關(guān)M1連接在功率變換器的輸入端VIN和中間端LX之間，整流開關(guān)M2連接在中間端LX和接地端之間。開關(guān)控制電路SLC與主開關(guān)M1以及整流開關(guān)M2的控制端連接，控制兩者交替導(dǎo)通和關(guān)斷。保護(hù)開關(guān)M3與功率開關(guān)M1并聯(lián)，其控制端與電荷泵CP連接。在需要進(jìn)入保護(hù)模式時，開關(guān)控制電路SLC停止工作，電荷泵CP控制保護(hù)開關(guān)M3切換為直通，使得輸入電壓直接輸出到功率變換器的輸出端。

但是，單獨設(shè)置保護(hù)開關(guān)M3增加了芯片的面積，導(dǎo)致成本上升。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供一種功率變換器和集成電路，使得在集成電路內(nèi)部將一個功率開關(guān)復(fù)用作為開關(guān)型變換器的主開關(guān)和保護(hù)開關(guān)(或直通開關(guān))，從而減小芯片面積，降低制造成本。

第一方面，提供一種功率變換器，包括：

功率開關(guān)，連接在電壓輸入端和中間端之間；

開關(guān)控制電路，與功率開關(guān)的控制端連接；以及，

模式選擇電路，適于在選擇信號為第一狀態(tài)時使得功率開關(guān)的控制端電壓隨開關(guān)控制電路的輸出變化，在選擇信號為第二狀態(tài)時控制功率開關(guān)切換為直通狀態(tài)。

優(yōu)選地，所述功率變換器還包括：

電荷泵，與電壓輸入端連接；

其中，所述模式選擇電路在選擇信號為第二狀態(tài)時使得所述功率開關(guān)的控制端電壓隨電荷泵輸出變化。

優(yōu)選地，所述功率變換器還包括：

儲能電容，連接在模式選擇電路供電端和中間端之間。

優(yōu)選地，所述功率變換器還包括：

三態(tài)緩沖器，連接在所述開關(guān)控制電路和功率開關(guān)的控制端之間；

所述模式選擇電路包括：

選擇電路，根據(jù)輸入電壓選擇所述模式選擇電路供電端或中間端電壓輸出，所述選擇電路的輸出端與所述三態(tài)緩沖器的使能端連接；

第一開關(guān)，連接在所述電荷泵的輸出端和所述功率開關(guān)的控制端之間；以及，

第二開關(guān)，與所述選擇電路的輸入端連接，用于調(diào)節(jié)所述選擇電路的輸入電壓；

其中，所述第一開關(guān)在選擇信號為第二狀態(tài)時導(dǎo)通。

優(yōu)選地，所述模式選擇電路還包括：

第一電流源，連接在所述電荷泵的輸出端和所述第一開關(guān)之間；

第二電流源，連接在所述電荷泵的輸出端和所述選擇電路的輸入端之間；

第三電流源，與接地端連接；

其中，所述第二開關(guān)連接在所述選擇電路的輸入端和所述第三電流源之間；所述第二開關(guān)在所述選擇信號為第二狀態(tài)時導(dǎo)通。

優(yōu)選地，所述模式選擇電路還包括：

第四電流源，與所述電荷泵的輸出端連接；

第三開關(guān)，連接在所述第四電流源和所述選擇電路的供電端之間；

其中，所述第三開關(guān)由所述選擇電路的輸出信號控制。

優(yōu)選地，所述電荷泵在工作時的輸出電壓幅值等于功率變換器輸入電壓加上控制電路供電電壓。

優(yōu)選地，所述功率變換器還包括：

整流開關(guān)，在選擇信號為第一狀態(tài)時受開關(guān)控制電路控制導(dǎo)通和關(guān)斷，在選擇信號為第二狀態(tài)時保持關(guān)斷狀態(tài)。

第二方面，提供一種集成電路，應(yīng)用于功率變換器，所述集成電路包括:

功率開關(guān)，連接在電壓輸入端和中間端之間；

開關(guān)控制電路，與功率開關(guān)的控制端連接；以及，

模式選擇電路，適于在選擇信號為第一狀態(tài)時使得功率開關(guān)的控制端電壓隨開關(guān)控制電路的輸出變化，在選擇信號為第二狀態(tài)時控制功率開關(guān)切換為直通狀態(tài)。

優(yōu)選地，所述功率變換器還包括：

電荷泵，與電壓輸入端連接；

其中，所述模式選擇電路在選擇信號為第二狀態(tài)時使得所述功率開關(guān)的控制端電壓水電荷泵輸出變化。

優(yōu)選地，所述模式選擇電路包括：

三態(tài)緩沖器，連接在所述開關(guān)控制電路和功率開關(guān)的控制端之間；

選擇電路，根據(jù)輸入電壓選擇所述模式選擇電路供電端或中間端電壓輸出，所述選擇電路的輸出端與所述三態(tài)緩沖器的使能端連接；

第一開關(guān)，連接在所述電荷泵的輸出端和所述功率開關(guān)的控制端之間；

第二開關(guān)，與所述選擇電路的輸入端連接，用于調(diào)節(jié)所述選擇電路的輸入電壓；

其中，所述第一開關(guān)在選擇信號為第一狀態(tài)時導(dǎo)通。

優(yōu)選地，所述模式選擇電路還包括：

第一電流源，連接在所述電荷泵的輸出端和所述第一開關(guān)之間；

第二電流源，連接在所述電荷泵的輸出端和所述選擇電路的輸入端之間；

第三電流源，與接地端連接；

其中，所述第二開關(guān)連接在所述選擇電路的輸入端和所述第三電流源之間；所述第二開關(guān)在所述選擇信號為第二狀態(tài)時導(dǎo)通。

優(yōu)選地，所述模式選擇電路還包括：

第四電流源，與所述電荷泵的輸出端連接；

第三開關(guān)，連接在所述第四電流源和所述選擇電路的供電端之間；

其中，所述第三開關(guān)由所述選擇電路的輸出信號控制。

本發(fā)明實施例通過設(shè)置模式選擇電路，在集成電路內(nèi)部復(fù)用功率開關(guān)器件，在第一模式下使得其作為主開關(guān)工作，在第二模式下使得其作為保護(hù)開關(guān)工作，由此，可以有效減小芯片面積，降低制造成本。

附圖說明

通過以下參照附圖對本發(fā)明實施例的描述，本發(fā)明的上述以及其它目的、特征和優(yōu)點將更為清楚，在附圖中：

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的開關(guān)型變換器集成電路的示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例的開關(guān)型變換器集成電路的示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例的集成電路構(gòu)建的降壓型拓?fù)涞拈_關(guān)型變換器的電路示意圖；

圖4是本發(fā)明實施例的集成電路構(gòu)建的帶保護(hù)開關(guān)的直通電路的電路示意圖。

具體實施方式

以下基于實施例對本發(fā)明進(jìn)行描述，但是本發(fā)明并不僅僅限于這些實施例。在下文對本發(fā)明的細(xì)節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細(xì)節(jié)部分。對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說沒有這些細(xì)節(jié)部分的描述也可以完全理解本發(fā)明。為了避免混淆本發(fā)明的實質(zhì)，公知的方法、過程、流程、元件和電路并沒有詳細(xì)敘述。

此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，并且附圖不一定是按比例繪制的。

同時，應(yīng)當(dāng)理解，在以下的描述中，“電路”是指由至少一個元件或子電路通過電氣連接或電磁連接構(gòu)成的導(dǎo)電回路。當(dāng)稱元件或電路“連接到”另一元件或稱元件/電路“連接在”兩個節(jié)點之間時，它可以是直接耦接或連接到另一元件或者可以存在中間元件，元件之間的連接可以是物理上的、邏輯上的、或者其結(jié)合。相反，當(dāng)稱元件“直接耦接到”或“直接連接到”另一元件時，意味著兩者不存在中間元件。

除非上下文明確要求，否則整個說明書和權(quán)利要求書中的“包括”、“包含”等類似詞語應(yīng)當(dāng)解釋為包含的含義而不是排他或窮舉的含義；也就是說，是“包括但不限于”的含義。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。此外，在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。

圖2是本發(fā)明實施例的開關(guān)型變換器集成電路的示意圖。如圖2所示，所述應(yīng)用于構(gòu)建開關(guān)型變換器的集成電路IC包括功率開關(guān)M1、整流開關(guān)M2、開關(guān)控制電路SLC以及模式選擇電路MODE。其中，功率開關(guān)M1連接在電壓輸入端VIN和中間端LX之間。整流開關(guān)M2連接在中間端LX和接地端之間。功率開關(guān)M1和整流開關(guān)M2的連接方式使得兩者適于構(gòu)建降壓型拓?fù)涞拈_關(guān)型變換器。開關(guān)控制電路SLC通過一個三態(tài)緩沖器T1與功率開關(guān)M1的控制端連接，同時通過一個緩沖器BUF1與整流開關(guān)M2的控制端連接。三態(tài)緩沖器T1可以根據(jù)使能端的信號在工作狀態(tài)或高阻抗?fàn)顟B(tài)(截止?fàn)顟B(tài))之間切換。模式選擇電路MODE適于在選擇信號SEL為第一狀態(tài)(例如低電平)時使得功率開關(guān)的控制端電壓隨開關(guān)控制電路的輸出變化，在選擇信號為第二狀態(tài)(例如高電平)時控制功率開關(guān)切換為直通狀態(tài)。

在圖2所示的電路中，模式選擇電路MODE在選擇信號SEL為第一狀態(tài)時，控制三態(tài)緩沖器T1切換到工作狀態(tài)，使得來自開關(guān)控制電路SLC的控制信號能夠通過三態(tài)緩沖器T1施加到功率開關(guān)M1，同時，來自開關(guān)控制電路SLC的控制信號能夠通過BUF1施加到整流開關(guān)M2。功率開關(guān)M1和整流開關(guān)M2根據(jù)開關(guān)控制電路SLC的控制交替導(dǎo)通和關(guān)斷，以使得開關(guān)型變換器輸出穩(wěn)定的電流或電壓。由此，在第一模式下，功率開關(guān)M1作為開關(guān)型變換器的主開關(guān)使用。模式選擇電路MODE在選擇信號SEL為第二狀態(tài)時，控制三態(tài)緩沖器T1切換到高阻抗?fàn)顟B(tài)，從而屏蔽開關(guān)控制電路SLC對于功率開關(guān)的影響，同時，將電荷泵CP的輸出施加到功率開關(guān)M1，從而使得功率開關(guān)M1切換到直通狀態(tài)。同時，整流開關(guān)M2受控于開關(guān)控制電路SLC或模式選擇電路MODE在選擇信號SEL為第二狀態(tài)時處于關(guān)斷狀態(tài)。由此，電流可以從電壓輸入端VIN經(jīng)由功率開關(guān)M1流向輸出端，此時，功率開關(guān)M1用作直通模式的保護(hù)開關(guān)。由此，可以對同一個功率開關(guān)器件進(jìn)行復(fù)用，從而減小芯片面積，降低制造成本。

優(yōu)選地，集成電路設(shè)置有為模式選擇電路MODE供電的供電端BS，在應(yīng)用該集成電路的功率變換器中，可以在供電端BS和中間端LX之間設(shè)置電容C1以維持兩者之間的電壓差。

同時，電荷泵CP與電壓輸入端VIN連接，在其工作時，可以將電壓輸入端的電壓升壓后輸出。模式選擇電路MODE在選擇信號SEL為第二狀態(tài)使得功率開關(guān)M1的控制端電壓隨電荷泵CP的輸出變化，從而使得功率開關(guān)M1切換到直通狀態(tài)。

具體地，如圖2所示，模式選擇電路MODE包括選擇電路B1、開關(guān)S1、S2以及電流源I1、I2和I3。其中，選擇電路B1根據(jù)輸入電壓選擇模式選擇電路供電端BS或中間端LX的電壓輸出。選擇電路B1的輸出端與三態(tài)緩沖器T1的使能端連接。開關(guān)S1連接在所述電荷泵的輸出端和功率開關(guān)M1的控制端之間，其在選擇信號為第二狀態(tài)時導(dǎo)通，從而在第二模式下，使得電荷泵的輸出可以施加到功率開關(guān)M1的控制端。開關(guān)S2與選擇電路的輸入端連接，通過狀態(tài)的切換調(diào)節(jié)選擇電路的輸入電壓在高電平和低電平之間切換，從而使得選擇電路輸出供電端BS的電壓或中間端LX的電壓。開關(guān)S2在選擇信號SEL為第一狀態(tài)時導(dǎo)通。具體地，開關(guān)S2與電流源I2以及I3配合進(jìn)行選擇電路的輸入電壓的調(diào)節(jié)。如圖2所示，電流源I2連接在電荷泵的輸出端和選擇電路的輸入端N1之間。開關(guān)S2和電流源I3串聯(lián)連接在選擇電路的輸入端N1和接地端之間。電流源I3連接在開關(guān)S2和接地端之間。由此，在開關(guān)S2導(dǎo)通時，節(jié)點N1的電壓被拉低到接近中間端LX的電壓，在開關(guān)S2關(guān)斷時，節(jié)點N1的電壓被拉高到電荷泵輸出電壓。同時，電流源I2和電流源I3能夠為選擇電路的工作提供電流供應(yīng)。

在選擇信號SEL處于第一狀態(tài)時，開關(guān)控制電路SLC處于工作狀態(tài)，開關(guān)S1關(guān)斷，開關(guān)S2導(dǎo)通。從而節(jié)點N1的電壓被拉低，選擇電路B1選擇輸出中間端LX的電壓，這是一個較低的電壓，會控制使得三態(tài)緩沖器T1處于工作狀態(tài)。同時開關(guān)S1關(guān)斷，使得電荷泵CP輸出端對于功率開關(guān)M1的控制端不構(gòu)成影響。由此，功率開關(guān)M1根據(jù)開關(guān)控制電路SLC的控制工作，使得整個電路以開關(guān)變換器的方式工作。

在選擇信號SEL處于第二狀態(tài)時，電荷泵CP處于工作狀態(tài)，開關(guān)S1導(dǎo)通，開關(guān)S2關(guān)斷。從而節(jié)點N1的電壓被拉高，選擇電路B1輸出供電端BS的電壓，該電壓使得三態(tài)緩沖器T1處于截止?fàn)顟B(tài)。同時，開關(guān)S1導(dǎo)通使得電荷泵CP輸出的電壓Vpump＝Vin+Vcc通過電流源I1施加到功率開關(guān)M1控制端。由于在直通狀態(tài)下，功率開關(guān)M1的驅(qū)動控制需要電流，因此，必要時可以設(shè)置電流源I1提供必要的驅(qū)動電流。

優(yōu)選地，模式選擇電路MODE還可以包括開關(guān)S3和電流源I4，兩者串聯(lián)在電荷泵CP的輸出端和選擇電路B1的供電端BS之間。其中，電流源I4與電荷泵CP的輸出端連接，開關(guān)S3連接在電流源I4和選擇電路B1的供電端BS之間。同時，開關(guān)S3由選擇電路B1的輸出信號控制。由此，在選擇信號SEL處于第二狀態(tài)時，選擇電路B1輸出較高的供電端BS的電壓，這使得開關(guān)S3導(dǎo)通，由此，電流源I4可以為選擇電路B1提供驅(qū)動電壓，從而滿足選擇電路B1在輸出為高電平時較高的電流輸出需求。同時，可以保持供電端BS的電壓。在選擇信號SEL處于第一狀態(tài)時，選擇電路B1對于電流的需求較小，因此，開關(guān)S3被關(guān)斷，不提供額外的電流，而且也可以消除電荷泵輸出端電壓變化可能對供電端BS造成的不利影響。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，以上以電荷泵作為直通模式下功率開關(guān)的驅(qū)動為例進(jìn)行說明，但是其它的對于功率開關(guān)的驅(qū)動方式也可以適用于本實施例。同時，在驅(qū)動電流需求較小時，模式選擇電路中的電流源可以被省略。同時，模式選擇電路可以采用類似的其它電路結(jié)構(gòu)實現(xiàn)相同的功能。

圖3是本發(fā)明實施例的集成電路構(gòu)建的降壓型拓?fù)涞拈_關(guān)型變換器的電路示意圖。如圖3所示，通過將選擇信號輸入端SEL接地使得選擇信號SEL處于低電平(第一狀態(tài))，在供電端BS和中間端LX之間連接儲能電容C1。同時，電感L1連接到中間端LX。電感L1的另一端連接到開關(guān)型變換器的輸出端。同時，電容C2連接在開關(guān)型變換器的輸出端和接地端之間。輸出端電壓Vo經(jīng)由分壓網(wǎng)絡(luò)(連接在輸出端和接地端之間的電阻R1和R2)分壓后輸入到集成電路的反饋引腳FB，該引腳的信號被引入到開關(guān)控制電路以實現(xiàn)閉環(huán)控制。

圖4是本發(fā)明實施例的集成電路構(gòu)建的帶保護(hù)開關(guān)的直通電路的電路示意圖。如圖4所示，通過將選擇信號輸入端SEL連接到電壓輸入單使得選擇信號SEL處于高電平(第二狀態(tài))，在供電端BS和中間端LX之間連接儲能電容C1。同時，可以在帶保護(hù)開關(guān)的直通電路的輸出端和接地端之間連接電容C2以保證輸出電壓的平滑。

由此，本實施例的集成電路可以通過改變外圍電路的設(shè)置在開關(guān)型變換器和帶保護(hù)開關(guān)的直通電路之間變化。

本發(fā)明實施例的集成電路通過設(shè)置模式選擇電路，在集成電路內(nèi)部復(fù)用功率開關(guān)器件，在第一模式下使得其作為功率開關(guān)工作，在第二模式下使得其作為保護(hù)開關(guān)工作，由此，可以有效減小芯片面積，降低制造成本。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本發(fā)明可以有各種改動和變化。凡在本發(fā)明的精神和原理之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。