CN102035409B - 开关电源控制芯片 - Google Patents

Abstract

开关电源控制芯片，涉及电子技术。本发明包括第一级电压调整模块、第二级电压调整模块、低压控制模块和高压控制模块，所述第一级电压调整模块包括由一个耗尽型MOSFET器件和运放构成的反馈回路，耗尽型MOSFET器件的源极为第一级电压调整模块的输出端；在低压控制模块和高压控制模块之间串联有电平转换电路，电平转换电路还与第一级电压调整模块的输出端、第二级电压调整模块的输出端连接，高压控制模块与高压功率管的栅极连接。本发明既满足控制精度的要求，也满足功率器件驱动能力的要求，同时简化了系统外围应用电路的要求。

Description

开关电源控制芯片

技术领域

本发明涉及电子技术，特别涉及集成电路技术。

背景技术

AC/DC开关电源（SMPS）被广泛应用，AC/DC直接对电网电压进行整流滤波调整，然后由开关调整管进行稳压，不需要电源变压器；开关工作频率在几十千赫，滤波电容器、电感器数值较小。因此AC/DC开关电源具有重量轻，体积小等特点。在电网电压从110V~260V范围内变化时，都可获得稳定的输出电压。目前常见的开关调整管使用外部、分立式高压功率管。即使有少部分集成内部功率管的结构，也或者是单电源系统，或者是集成的低压功率管。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有高精度和较宽适应范围的开关电源控制芯片。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，开关电源控制芯片，包括第一级电压调整模块、第二级电压调整模块、低压控制模块和高压控制模块，所述第一级电压调整模块包括由一个耗尽型MOSFET器件和运放构成的反馈回路，耗尽型MOSFET器件的源极为第一级电压调整模块的输出端；

在低压控制模块和高压控制模块之间串联有电平转换电路，电平转换电路还与第一级电压调整模块的输出端、第二级电压调整模块的输出端连接。高压控制模块与高压功率管的栅极连接。

所述第二级电压调整模块包括高增益运放和第一MOS管，第二级电压调整模块的输出端为第一MOS管的源端，第一MOS管的源端通过第一电阻接高增益运放的负性输入端，第一MOS管的栅端接高增益运放的输出端，高增益运放的负性输入端通过第二电阻接地。

所述电平转换电路包括串联于高电压输入端和地电平之间的第二MOS管和第四MOS管，以及串联于高电压输入端和地电平之间的第三MOS管和第五MOS管，第二MOS管的栅极接第三MOS管的源端，第三MOS管的栅极接第二MOS管的源端，第四MOS管的栅端接反相器的输出端，反相器的第一输入端接电平转换电路的PWM输入端和第五MOS管的栅端，第二输入端接电平转换电路的低电压输入端，第三MOS管的源端为电平转换电路的输出端。

本发明的有益效果是，本发明保证系统控制精度的同时，能提供更高的驱动电压。本发明的技术拓宽了外部功率器件的选型范围。本发明非常适合于集成电路芯片，具有经济的芯片面积，特别适用于开关电源领域。本发明用多电压等级开关电源控制系统的高压等级（5V~20V左右）驱动内部集成的高压（700V）LDMOS功率管，满足高压功率器件的驱动要求。这样的多电压集成功率管系统，既满足控制精度的要求，也满足功率器件驱动能力的要求，同时简化了系统外围应用电路的要求。

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1是现有技术的示意图。

图2是本发明的电路结构示意图。

图3是本发明的第二级电压调整模块电路图。

图4是本发明的电平转换电路的电路图。

图中虚线框表示芯片集成范围，虚线框外为芯片周边电路。

具体实施方式

图1所示为现有技术的典型结构。电阻R和电容C形成阻容降压，低压差电压调制器（LDO）电路102把电阻R和电容C得到的电压调整到内部控制电路需要的电压值，内部电路包括低压控制模块103和高压控制模块104。通过这样的结构，输出一个控制驱动脉宽调制（PWM）信号到外部的功率器件200。系统再通过采样电阻10上的采样电压VS，由内部控制电路的比较器来比较VS电压和内部带隙基准参考电压，从而调整PWM信号的占空比，进而控制外部功率器件200的导通/关断比例，达到控制输出电压的目的。这种AC/DC开关电源典型结构的电路，采用的功率器件是外部高压功率管200。在系统应用中，需要额外选择合适的外部高压功率管200，比如，功率管的阈值电压，栅电荷的大小。板级设计的时候，也给设计人员设计电路板（PCB）提出了更高的要求。

参见图2~4。

本发明的芯片集成有第一级电压调整模块101、第二级电压调整模块102、低压控制模块103、高压控制模块104和高压功率管200(可达700V)，所述第一级电压调整模块101包括耗尽型MOSFET器件3、运放13、第三电阻R3和第四电阻R4构成的反馈回路，运放13的输出端接耗尽型MOSFET器件3的栅极，耗尽型MOSFET器件3的漏极为高电压输入端，源极为第一级电压调整模块101的输出端，接第二级电压调整模块102，耗尽型MOSFET器件3的源极还通过第三电阻R3接运放13的负性输入端，运放13的负性输入端通过第四电阻R4接地。第一级电压调整模块101的输出端还与电平转换电路6和高压控制模块104连接，高压功率管200的栅极接高压控制模块104的输出端。

在低压控制模块103和高压控制模块104之间串联有电平转换电路6，电平转换电路6还与第二级电压调整模块102的输出端连接。

第二级电压调整模块102包括高增益运放14和第一MOS管15，第二级电压调整模块102的输出端为第一MOS管15的输出端（源极），第一MOS管15的输出端通过第一电阻R1接高增益运放14的负性输入端，第一MOS管15的控制端接高增益运放14的输出端，高增益运放14的负性输入端通过第二电阻R2接地。

本发明采用增加耗尽型MOSFET器件3，内部形成了不止一个电压等级的控制系统。此外，在内部不同电压等级控制电路之间，增加电平转换电路6，以保证正确的电路功能。

本发明的工作流程为：外部的高电压首先输入到包含高压耗尽型MOSFET器件3的第一级电压调整模块101，耗尽型MOSFET器件3的控制栅级通过第三电阻R3、第四电阻R4和和运放13构成的反馈网络产生控制电压。在开关电源系统启动初期，耗尽型MOSFET器件3的栅极和源极电位均为低电位，耗尽型MOSFET器件3存在导电沟道，电路可以导通。因此，耗尽型MOSFET器件3开始给系统供电，源极电位（也是内部高压电源）缓慢升高，在该电压上升过程中，到某个设定的开启电压，内部电路开始工作，环路开始自动调整该输出电压，最终达到一个精确的电压值。因此在耗尽型MOSFET器件3的源极形成了稳定的系统第一电压等级。相对于图1的结构，该电压具有很高的精度，且受外部输入高压的影响很小。在耗尽型MOSFET器件3之后，第二级电压调整模块102用来获得稍低的第二个电压等级。该低压电源提供给内部低压控制模块，获得高精度的控制信号。为了在两个电压等级之间传递信号，电平转换电路6被插入进它们之间。最终，控制系统给出具有高精度，高电平的驱动信号。

图3为本发明中的第二级电压调整模块102的具体实现。高增益运算放大器14的正性输入端接入系统的参考电平REF，负性输入端接入采样电阻网络（第一电阻R1、第二电阻R2）反馈的输出采样电压vfb。OP的输出由跟随器电路15缓冲，提供驱动能力，在输出端out得到需要的高精度电源。

图4的电路为本发明中的电平转换电路的具体实现。输入脉宽调制（PWM）信号20和反相器21为低压系统，电源19为低电压，电源18为高电压。MOS器件22，23，24，25把低压系统逻辑电平转换为高压逻辑电平，由out端输出。

本发明内部的电源是双电源系统。输出驱动电压为高电压（5V~20V）。

说明书已经充分说明了本发明的原理及必要技术细节，普通技术人员完全能够依据说明书实施本发明，故对于现有技术的内容及详细参数不再赘述。

Claims (1)

1.开关电源控制芯片，集成有下述部分：第一级电压调整模块（101）、第二级电压调整模块（102）、低压控制模块（103）和高压控制模块（104），其特征在于：所述第一级电压调整模块（101）包括由一个耗尽型MOSFET器件（3）和运放（13）构成的反馈回路，耗尽型MOSFET器件（3）的源极为第一级电压调整模块的输出端；在低压控制模块（103）和高压控制模块（104）之间串联有电平转换电路（6），电平转换电路（6）还与第一级电压调整模块（101）的输出端、第二级电压调整模块（102）的输出端连接；高压控制模块与高压功率管（200）的栅极连接；

所述第二级电压调整模块（102）包括高增益运放（14）和第一MOS管（15），第二级电压调整模块（102）的输出端为第一MOS管（15）的源端，第一MOS管（15）的源端通过第一电阻（R1）接高增益运放（14）的负性输入端，第一MOS管（15）的栅端接高增益运放（14）的输出端，高增益运放（14）的负性输入端通过第二电阻（R2）接地；

所述电平转换电路（6）包括串联于高电压输入端和地电平之间的第二MOS管（22）和第四MOS管（24），以及串联于高电压输入端和地电平之间的第三MOS管（23）和第五MOS管（25），第二MOS管（22）的栅极接第三MOS管（23）的源端，第三MOS管（23）的栅极接第二MOS管（22）的源端，第四MOS管（24）的栅端接 反相器（21）的输出端，反相器（21）的第一输入端接电平转换电路的PWM输入端和第五MOS管（25）的栅端，第二输入端接电平转换电路的低电压输入端，第三MOS管（23）的源端为电平转换电路（6）的输出端。 

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