用於可攜式筆記本車載適配器的單片集成電路的製作方法
2023-07-03 11:57:46 1
專利名稱：用於可攜式筆記本車載適配器的單片集成電路的製作方法
技術領域：
本實用新型專利是一顆用於可攜式筆記本車載適配器的單片集成電路。本專利 所述集成電路是一顆全集成的高電壓、高效率、大功率的直流電源轉換器，通過簡單的 系統設計，可以直接插在轎車(12V蓄電池)和卡車(24V蓄電池)的點菸器接口上，實 現可攜式筆記本的車載供電；即可以把轎車的標準12V直流電壓通過升壓變換升高到便 攜式筆記本正常工作所需要的電壓(一般為16V 20)；也可以通過升降壓變換兼容到所 有的車載(轎車和卡車)供電，不管輸入是12V還是24V直流電源，都可以高效率的轉 換到可攜式筆記本工作所需要的常規電壓。
背景技術：
隨著消費類電子產品的高速發展和普及，以山寨筆記本、上網本、EPC、PDA 等為代表的可攜式筆記本成為注重移動性，便攜性需求的移動辦公或娛樂用計算機首選 設備；可攜式筆記本以其高性價比、高娛樂性、無線上網、移動辦公、室外作業等優 異性能，在辦公、生活娛樂、可攜式電子設備等領域正在不斷得到更大規模的普及和應用。考慮到可攜式筆記本的移動性能，當在室外、野外等特殊環境下長時間使用 時，除了提高可攜式筆記本自備電池的續航能力外，還必須有合適的外接電源；隨著家 用汽車的普及，汽車蓄電池成為可攜式筆記本室外供電的理想電源；由於常規可攜式筆 記本的輸入供電電壓不完全一致(山寨筆記本，EPC，常規筆記本大多在16V 20V之 間不等，上網本大部分為12V，不同品牌，不同廠家有差異)，但是常規汽車蓄電池電壓 轎車為12V，卡車為24V，考慮到汽車蓄電池充滿電和虧電的因素，一般轎車蓄電池電壓 在IOV 14.5V之間，卡車蓄電池電壓在20V 28V之間；因此，汽車蓄電池無法通過 點菸器插頭直接給可攜式筆記本供電，必須經過電壓變換，這就需要高轉換效率、高輸 出功率(大多數在30W 90W之間)、高可靠性、環保節能、高性價比、小體積的直流 電壓轉換方案，即可攜式筆記本車載適配器方案。可攜式筆記本車載適配器既要考慮到電壓匹配(根據實際筆記本供電需 求不同，汽車蓄電池電壓不同，電壓轉換可能需要升壓Boost、降壓Buck、升降壓 Buck-Boost等不同的拓樸結構)，又要兼顧到汽車蓄電池的惡劣環境(瞬態尖峰毛刺電 壓，發動機噪聲幹擾，EMI等)，同時還必須保證有足夠的輸出功率(一般可攜式筆記 本7 10英時屏輸入功率30W 50W左右，10 15英時屏輸入功率50W 90W左 右)。現有常規的可攜式筆記本車載適配器方案中一種是先經過汽車逆變器首先把 汽車蓄電池的低壓直流電轉為220V的交流市電，然後再接筆記本的交流適配器，這種方 案整體上系統比較複雜，成本較高，因為經過兩級電源轉換，總的系統變換效率非常低 (總的最高效率也不超過60%)，燃油經濟性很差，極大的浪費能源，不划算。另外的方 案是用常規的反激式開關電源變換方案，利用開關變壓器，常規轉換效率可以做到80%以上，缺點是開關頻率一般比較低，分立器件太多，系統複雜，體積大，整個方案的性 價比不高，可靠性、安全性也不是很完善；本實用新型專利提供一個專為車載適配器方 案優化的單片的全集成的集成電路，具有高電壓、高效率、高性價比、高可靠性等優異 的系統性能。
發明內容本專利採用創新的電路結構和自主開發的製造工藝，設計製造出一顆專門為便 攜式筆記本車載適配器優化的具有升壓和升降壓功能的大功率直流電壓變換單片集成電 路，這顆晶片可以工作在升壓和升降壓兩種模式(根據外部器件連接方式不同)；由於 採用自主開發的高壓60V BCD製造工藝，可以安全可靠的工作在常規轎車和卡車的車載 電源系統中；本專利是一顆用於可攜式筆記本車載適配器的單片集成電路，包括偏置電路和 軟啟動、基準電壓電路、誤差放大器、頻率補償、比較器、振蕩器、鎖存器和驅動器、 過溫保護、限流電路和功率開關；其中偏置電路和軟啟動提供整個晶片內部各功能模塊 的偏置電流源，同時實現開關電源晶片上電啟動時的軟啟動功能，軟啟動電路控制晶片 的輸出脈衝寬度在上電時，佔空比慢慢張開，從而減小輸入電源的浪湧電流，提高可靠 性安全性；基準電壓電路提供整個晶片內各模塊工作所需要的參考電壓，工作電壓3V， 基準電壓1.25V等；誤差放大器對兩個輸入信號(輸出電壓採樣引腳端FB和基準電壓 1.25V)進行誤差放大；誤差放大器的輸出端接比較器的負輸入端，頻率補償電路在誤差 放大器的輸出端做整個開關電源迴路的動態補償，來確保迴路工作的穩定性；功率開關 的開關峰值電流採樣端和振蕩器輸出的三角波信號在斜波補償電路中相加後連接到比較 器的正輸入端，經過比較放大後輸出到鎖存器和驅動器；鎖存器和驅動器輸出驅動功率 開關(60VVDMOS)工作在開關狀態；另外還有過溫保護電路、限流電路來實時檢測芯 片溫度、開關電流等信息，如果超出正常值就輸出控制信號給鎖存器和驅動器，從而關 斷功率開關，起到安全保護作用。本專利的工作原理是工作在開關狀態，高效率的實現直流電壓的大功率變 換，既可以實現升壓功能，也可以實現升降壓功能，通過系統輸出電壓反饋端FB，實時 監測輸出電壓的變化，根據輸出電壓的變化來快速調整功率開關的佔空比(導通時間)， 從而達到輸出電壓恆定的功能；
圖1是本專利「用於可攜式筆記本車載適配器的單片集成電路」內部方框圖；圖2是本專利「用於可攜式筆記本車載適配器的單片集成電路」實現的升壓型 車載適配器典型應用電路示意圖；圖3是本專利「用於可攜式筆記本車載適配器的單片集成電路」實現的升降壓 型車載適配器典型應用電路示意具體實施方式
圖1是本專利「用於可攜式筆記本車載適配器的單片集成電路」 100的內部方框圖；偏置電路和軟啟動101提供整個晶片100內部各功能模塊的偏置電流源，同時實現 開關電源晶片上電啟動時的軟啟動功能，軟啟動電路控制晶片的輸出脈衝寬度(PWM)在 上電時，佔空比慢慢張開，從而減小輸入電源的浪湧電流，提高可靠性安全性；基準電 壓102電路提供整個晶片內各模塊工作所需要的參考電壓，工作電壓3V，基準電壓1.25V 等；誤差放大器103對兩個輸入信號(輸出電壓採樣引腳端FB(管腳序號P5)和基準電壓 1.25V)進行誤差放大；誤差放大器的輸出端接比較器105的負輸入端，頻率補償104電路 在誤差放大器的輸出端做整個開關電源迴路的動態補償，來確保迴路工作的穩定性；功 率開關111的開關峰值電流採樣端和振蕩器107輸出的三角波信號在斜波補償106電路中 相加後連接到比較器105的正輸入端，經過比較放大後輸出到鎖存器和驅動器108;鎖存 器和驅動器輸出驅動功率開關111 (60V VDMOS)工作在開關狀態(開關輸出端SW管腳 序號P3)；另外還有過溫保護電路109、限流電路110來實時檢測晶片溫度、開關電流等 信息，如果超出正常值就輸出控制信號給鎖存器和驅動器，從而關斷功率開關，起到安 全保護作用。晶片的使能信號控制端EN(管腳序號P2)可以打開或關斷晶片；GND為 晶片的公共地線端(管腳序號Pl) ； VCC為晶片的輸入電源端(管腳序號P4)。圖2是本專利「用於可攜式筆記本車載適配器的單片集成電路」實現的升壓型 車載適配器典型應用電路示意圖200 ；圖中的所有器件的參考指標見下表
權利要求1.用於可攜式筆記本車載適配器的單片集成電路，其特徵是包括偏置電路和軟啟 動、基準電壓電路、誤差放大器、頻率補償、比較器、振蕩器、鎖存器和驅動器、過溫 保護、限流電路和功率開關；其中偏置電路和軟啟動提供整個晶片內部各功能模塊的偏 置電流源，同時實現開關電源晶片上電啟動時的軟啟動功能，軟啟動電路控制晶片的輸 出脈衝寬度在上電時，佔空比慢慢張開；基準電壓電路提供整個晶片內各模塊工作所需 要的參考電壓，工作電壓3V，基準電壓1.25V;誤差放大器對兩個輸入信號進行誤差 放大；誤差放大器的輸出端接比較器的負輸入端，頻率補償電路在誤差放大器的輸出端 做整個開關電源迴路的動態補償；功率開關的開關峰值電流採樣端和振蕩器輸出的三角 波信號在斜波補償電路中相加後連接到比較器的正輸入端，經過比較放大後輸出到鎖存 器和驅動器；鎖存器和驅動器輸出驅動功率開關工作在開關狀態；另外還有過溫保護電 路、限流電路來實時檢測晶片溫度、開關電流。
2.如權利要求1所述集成電路，其特徵還在於具有五個管腳，對應管腳號Pl是 GND> P2是EN、P3是SW、P4是VCC、P5是FB ；其中，P4為外部直流電源輸入端； P3為開關信號輸出端；Pl為集成電路的公共地端；P5為外部輸出電壓的採樣反饋端； P2為集成電路的使能控制端。
專利摘要用於可攜式筆記本車載適配器的單片集成電路，其特徵是包括101偏置電路和軟啟動、102基準電壓、103誤差放大器、104頻率補償、105比較器、107振蕩器、108鎖存器和驅動器、109過溫保護、110限流電路和111功率開關；其特徵還在於具有五個管腳，對應管腳號P1是GND、P2是EN、P3是SW、P4是VCC、P5是FB。
文檔編號H02M3/335GK201805354SQ20102021850
公開日2011年4月20日 申請日期2010年6月7日 優先權日2010年6月7日
發明者李瑞平 申請人:上海芯龍半導體有限公司