POWER INTEGRATIONS v FAIRCHILD:本领域技术人员的通识认知
TiPLab 三石君
2019-08-14

权利要求书是申请人主张保护范围的文字表达,在描述过程中必不可少的采用具有特定领域特点的描述。在电路领域中,以电路图所反映的电路结构的功能来描述技术方案是具有易读性的。然而与电路设计不同的是,经集成后的芯片可能受外界环境影响而产生可容忍的参数漂移,当权利要求书中的描述与实际产品性能出现不一致时,利用本领域技术人员对电路功能的通常认知是有利于统一评判标准的。

开关电源 — 众多电子设备的心脏

开关电源是一种高频化电能转换装置,其用于将交流电转成直流输出。由于利于集成、内耗小、供电稳定等优点,广泛应用于电源适配器、显示面板、LED灯、通讯设备、安防设备等。例如图示,开关电源包含:整流器(红色)、功率转换器(绿色)、反馈电路(粉色和黄色)和内置有开关的开关控制器(蓝色)。

其中开关控制器控制开关通断,开关的通断引起功率转换器的供电信号变化,变化的供电信号让功率转换器提供能量转换,从而向负载(橙色)输出稳定供电。其中,为确保负载供电稳定,开关控制器需要接收负载侧的反馈信号,以调整开关的通断节奏。

以手机充电器为例,当充电器向手机充电时,充电器中的开关电源处于重载状态,即输出供电状态,开关电源按照所接收的反馈信号向手机输出稳定供电;当手机充满电,或者手机被拿走时,充电器中的开关电源处于轻载状态,即无供电输出状态,开关电源若仍继续工作,所产生的多余供电就会通过内耗方式释放,这既不利于开关电源节能也易使开关电源内部器件受损

为此,开关电源的开关控制器根据反馈信号识别轻载状态和重载状态,并为不同状态适配开关控制策略,以便在轻载状态期间实现有效降低内耗并检测反馈信号的目的。

为了实现上述目的,一些开关电源的控制器采用在处于轻载状态期间以较长的时间间隔产生脉冲信号群来控制开关,以检测开关电源是否转入重载状态。若脉冲信号群的频率在音频范围内,其产生的电磁干扰会使开关电源发出我们能听到的嗡嗡声。

为进一步优化开关电源在轻载期间的性能,POWER INTEGRATIONS公司(以下简称PI公司)提出了开关电源中的一种控制器,其不仅能够消除嗡嗡声,还降低了开关电源的内耗。

PI公司的三件美国专利申请

公开号US6249876为变频的开关控制电路

公开号US6212079B1为包含变频控制器的开关电源

公开号US6538908为电源芯片封装及其控制方法

以上三件专利均授权。

以US6212079B1(以下简称079)为例,PI公司关于开关电源改进的技术方案如下权利要求:

  1. A switching regulator, comprising: a power switch coupled between first and second terminals, the first terminal to be coupled to an energy transfer element of a power supply and the second terminal to be coupled to a supply rail of the power supply;

a control circuit coupled to a third terminal and the power switch, the third terminal to be coupled to an output of the power supply, the control circuit coupled to generate a feedback signal responsive to the output of the power supply, the control circuit coupled to switch the power switch in response to the feedback signal, the control circuit coupled to switch the power switch at a fixed switching frequency for a first range of feedback signal values, the control circuit coupled to vary a switching frequency of the power switch without skipping cycles in response to the feedback signal for a second range of feedback signal values.

其核心改进在于:控制电路被耦合以在固定的开关频率下切换电源开关用于第一范围的反馈信号值,该控制电路被耦合以改变电源开关的开关频率而不跳过响应于第二范围的反馈信号值。其中,“without skipping cycles”用于强调与现有技术的区别:根据负载变化而提供对应变化的开关频率。

涉案产品

另一家开关电源的翘楚企业FAIRCHILD SEMICONDUCTOR INTERNATIONAL(以下简称飞兆半导体)也在相关问题上进行了技术改进。 PI公司通过证据收集后得到飞兆半导体以下型号的开关电源涉嫌侵权:

以在其中型号为FSDx321(x表示H,L)的芯片介绍为例,为实现轻载状态下不产生音频噪声和降低内耗,与一芯片引脚SenseFET的工作过程被图文解答:

分析该规格书可知,飞兆半导体的开关电源芯片中包含两个信号,一个为SenseFET的通断控制信号,另一个为谷值检测信号,该两个信号用来导通开关MOSFET功率管。其中,SenseFET的通断控制信号包含消隐时间窗口tB和检测时间窗口tW,两个窗口的时长不变,其中,在消隐时间窗口tB内禁止下一次导通,以及在检测时间窗口tW内检测Sync同步引脚以得到谷值检测信号。

在轻载状态期间,如图中caseA-D所示,开关控制器在tW内可检测到负载接入时引起的振动信号,并及时响应。控制开关在由检测时间窗口(tw)和消隐时间窗口所构成的通断周期内;当接入负载后,根据负载供电期间的反馈信号,开关控制器恢复正常通断。

#侵权比对 与079的权利要求相比:

1) 在轻载状态下,根据其在tW期间的检测情况控制开关导通或维持断开(相当于权利要求中“改变电源开关的开关频率而不跳过响应于第二范围的反馈信号值”)

2) 当检测到有负载接入时,逐渐恢复以(tB+tW)为周期的通断控制(相当于权利要求中以在固定的开关频率下切换电源开关用于第一范围的反馈信号值)

PI公司在收集了涉嫌侵权产品的其他电路结构,并于2009年向飞兆半导体提起了侵权诉讼。在侵权诉讼期间,两公司针对飞兆半导体的开关电源芯片是否落入079权利要求展开辩论:

飞兆半导体认为其没有具有“固定切换频率”或者“不变频率”的产品,因为内部的振荡器受环境影响,例如温度和输入电压等,振荡频率在5%至15%之间变化。由于振荡器输出的时钟信号频率不固定,致使在重载状态下开关电路的通断频率也不固定。

而079的权项中明确限制为:控制电路在反馈信号值的第一信号范围内以固定开关频率控制开关。

法院没有支持飞兆半导体的观点,并认同了PI公司的技术专家的说法,即被控产品在一系列操作中以每秒不变的周期数运行,其中,所谓每秒不变的周期数是指即使频率在微秒间隔内变化,脉冲的总数也不会在每一秒间隔内变化。即在重载期间,飞兆半导体的开关控制器为固定开关频率。

经历近10年的马拉松式博弈,PI公司终于赢得了胜利并获赔1.398亿美元。

权利要求所使用的术语是本领域普通技术人员用于理解技术方案的

权利要求术语具有普通的、惯用的含义,这是本领域普通技术人员用于理解技术方案的含义。对于半导体电路设计领域来说,代理人通常以一电路图为产品对象,用权利要求的语言来描述电路模块对信号的传输和处理,从而实现对产品设计原理的表达。

而与实际产品之间的差异在于,半导体器件在实际工作中受温度、实际输入电压等外部因素,以及导通电压、截止电压等内部因素的影响,会与原理(或设计初衷)有差异。

在侵权认定时,除非所提及的外部因素和内部因素对电路模块所处理的或传输的信号有所改变,否则根据电路结构在稳定工作状态下通过对信号处理而实现的功能,来界定产品是否侵权更为合理

* 以上文字仅为促进讨论和交流,不构成法律意见或咨询建议。