CN102035414B - 多电压等级的开关电源控制系统 - Google Patents

Abstract

多电压等级的开关电源控制系统，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。本发明保证系统控制精度的同时，能提供更高的驱动电压，拓宽了外部功率器件的选型范围。

Description

多电压等级的开关电源控制系统

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。SMPS控制电路部分的工作电压是低压（一般是5V左右），因此在电网电压（220V)到控制电压（5V）之间需要一个降压的处理。目前更多的处理方法是利用电阻降压，得到一个单电压的电源系统，如图1所示。电阻和电容形成阻容降压，低压差电压调制器（LDO）电路把电阻和电容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5和高压控制模块7。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。系统再采样负载12上的输出电压来调整PWM信号的占空比，进而控制了外部功率器件的导通、关断比例，达到控制输出电压的目的。这种单电源结构电路简单，控制精度较高。但是驱动外部功率管8、9的电压也是低电压，因此在选择外部功率管的时候，就要求不能选择阈值高的器件。因为低电压对阈值较高的功率管不能完全驱动，换句话说，就是功率器件的选择范围受限。

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多电压等级的开关电源控制系统。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，多电压等级的开关电源控制系统，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。

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管的输出端，第一MOS管的输出端通过第一电阻接高增益运放的负性输入端，第一MOS管的控制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管的输出端，第三MOS管的栅极接第二MOS管的输出端，第四MOS管的控制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管的控制端，第二输入端接电平转换电路的低电压输入端，第三MOS管的输出端为电平转换电路的输出端。

各MOS管的输出端是指源极，输入端是漏极，控制端是栅极。

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。

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。

具体实施方式

参见图2～4。

本发明包括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，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。

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，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.多电压等级的开关电源控制系统，包括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；

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）的源极，第一MOS管（15）的源极通过第一电阻（R1）接高增益运放（14）的负性输入端，第一MOS管（15）的栅极接高增益运放（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）的源极，第三MOS管（23）的栅极接第二MOS管（22）的源极，第四MOS管（24）的栅极接反相器（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）的栅极，第二输入端接电平转换电路的低电压输入端，第三MOS管（23）的源极为电平转换电路（6）的输出端。

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