CN102255526A

CN102255526A - 一种ac-dc电源转换芯片及电源转换电路

Info

Publication number: CN102255526A
Application number: CN2011101714965A
Authority: CN
Inventors: 吴飞
Original assignee: Nanshan Branch Company Shenzhen Fuman Electronic Co Ltd
Current assignee: Fuman Microelectronics Group Co ltd
Priority date: 2011-06-23
Filing date: 2011-06-23
Publication date: 2011-11-23
Anticipated expiration: 2031-06-23
Also published as: CN102255526B

Abstract

本发明适用于集成电路领域，提供了一种AC-DC电源转换芯片及电源转换电路，所述芯片包括：基准单元，用于提供基准；比较单元，用于将检测信号与基准进行比较，输出开关控制信号；负载补偿单元，用于根据反馈信号进行负载补偿，输出补偿电压；误差放大单元，用于将补偿电压与基准比较，输出频率控制信号，负载补偿单元根据频率控制信号修正补偿电压；调制单元，用于根据频率控制信号调节PFM信号的频率，并根据比较控制信号调节PFM信号的占空比。本发明通过负载补偿单元将反馈电压值经过调整之后与第二基准电压比较，达到在不同输出电流负载的情况下产生不同的PFM信号，调节输出的直流电压，提高了输出电压的精度和负载调整率。

Description

一种AC-DC电源转换芯片及电源转换电路

技术领域

本发明属于集成电路领域，尤其涉及一种AC-DC电源转换芯片及电源转换电路。

背景技术

目前，随着集成电路的快速发展，电源转换芯片及电源转换电路广泛应用于充电器、适配器、灯具以及各种精密仪器中，并且越来越多的应用领域对电源转换芯片及电源转换电路的输出直流电压精度要求也随之提高，但是目前传统的AC-DC电源转换芯片的输出直流电压精度只能达到8％，负载调整率较低，远远不能满足多种领域的应用需求。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种AC-DC电源转换芯片，旨在解决现有AC-DC电源转换芯片输出直流电压精度和负载调整率较低的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种AC-DC电源转换芯片，包括电源引脚、接地引脚、直流输出引脚、信号检测引脚及反馈引脚，所述芯片还包括：

基准单元，用于为所述芯片提供基准，输出第一基准电压和第二基准电压；

比较单元，所述比较单元的第一输入端与所述基准单元的第一输出端连接，所述比较单元的第二输入端与所述信号检测引脚的内部连接端连接，用于将所述信号检测引脚输入的检测信号与所述第一基准电压进行比较，输出开关控制信号；

负载补偿单元，所述负载补偿单元的输入端与所述反馈引脚的内部连接端连接，用于根据所述反馈引脚输入的反馈信号进行负载补偿，输出补偿电压；

误差放大单元，所述误差放大单元的反向输入端与所述基准单元的第二输出端连接，所述误差放大单元的正向输入端与所述负载补偿单元的输出端连接，所述误差放大单元的输出端与所述负载补偿单元的反馈端连接，用于将所述补偿电压与所述第二基准电压比较，输出频率控制信号，以供所述负载补偿单元根据所述频率控制信号修正所述补偿电压；

调制单元，所述调制单元的第一输入端与所述比较单元连接，所述调制单元的第二输入端与所述误差放大单元的输出端连接，所述调制单元的输出端与所述直流输出引脚的内部连接端连接，用于根据所述频率控制信号调节PFM信号的频率，并根据所述比较控制信号调节PFM信号的占空比，以稳定直流输出电压。

本发明实施例的另一目的在于提供一种采用上述芯片的电源转换电路，所述电源转换电路还包括：

整流滤波电路，所述整流滤波电路的输入端与交流电源连接，用于对所述交流电源进行整流滤波，输出高压直流信号；

启动电路，所述启动电路的输入端与所述滤波电路的输出端连接，所述启动电路的输出端与所述芯片的电源引脚的外部引出端连接，用于通过高压直流信号进行充电，向所述芯片输出启动电压；

开关电路，所述开关电路的控制端与所述芯片的直流输出引脚的外部连接端连接，所述开关电路的输出端与所述芯片的信号检测引脚的外部连接端连接，所述开关电路的接地端与所述芯片的接地引脚的外部连接端共同接地，用于当所述芯片输出低压直流电压时导通，输出导通电流；

变压器T1，所述变压器T1的初级绕组N1的同名端与所述启动电路的输入端连接，所述初级绕组N1的异名端与所述开关电路的输入端连接，所述变压器T1的次级绕组N2的同名端为所述电源转换电路的输出负极，所述变压器T1的次级绕组N2的异名端为所述电源转换电路的输出正极，所述变压器T1的辅助绕组N3的同名端接地，用于将所述导通电流转换为输出电压，并为所述芯片提供供电电压；

反馈电路，所述反馈电路的输入端与所述变压器T1的辅助绕组N3的异名端连接，所述反馈电路的输出端与所述芯片的反馈引脚的外部连接端连接，用于对感应到的低压直流电压进行分压，输出反馈信号；

供电传输电路，所述供电传输电路的输入端与所述变压器T1的辅助绕组N3的异名端连接，所述供电传输电路的输出端与所述芯片的电源引脚的外部引出端连接，用于传输正向供电电压；以及

滤波电路，所述滤波电路的正输入端与所述变压器T1的次级绕组N2的异名端连接，所述滤波电路的负输入端与所述变压器T1的次级绕组N2的同名端连接，所述滤波电路的正输出端为所述电源转换电路的输出正极，所述滤波电路的负输出端为所述电源转换电路的输出负极，用于降低感应到的低压直流电压中的纹波。

在本发明实施例中，通过负载补偿单元将反馈引脚的电压值经过调整之后再与第二基准电压做误差放大比较，达到在不同DC输出电流负载的情况下产生不同的PFM信号，控制输出的直流电压不随负载的变化而变化，有效地提高了芯片及电源转换电路的输出电压的精度和负载调整率。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的AC-DC电源转换芯片的结构图；

图2为本发明一实施例提供的负载补偿单元的示例电路结构图；

图3为本发明一实施例提供的AC-DC电源转换芯片的电源转换电路的结构图；

图4为本发明一实施例提供的AC-DC电源转换芯片的电源转换电路的示例电路结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例通过输出负载补偿电路，将反馈电压经过修正后与基准电压做误差放大比较，达到在不同DC输出电流负载的情况下有不同的调制信号，以提高输出直流电压精度和负载调整率。

图1示出本发明实施例提供的AC-DC电源转换芯片的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。

作为本发明一实施例提供的AC-DC电源转换芯片1，包括与芯片1的内部电源端连接的电源引脚11、与芯片1的内部接地端连接的接地引脚12、信号检测引脚13、反馈引脚14及直流输出引脚15，该芯片1还包括：

基准单元21，用于为芯片1提供基准，输出第一基准电压和第二基准电压；

比较单元22，比较单元22的第一输入端与基准单元21的第一输出端连接，比较单元22的第二输入端与信号检测引脚13的内部连接端连接，用于将信号检测引脚13输入的检测信号与第一基准电压进行比较，输出开关控制信号；

负载补偿单元23，负载补偿单元23的输入端与反馈引脚14的内部连接端连接，用于根据反馈引脚14输入的反馈信号进行负载补偿，输出补偿电压；

误差放大单元24，误差放大单元24的反向输入端与基准单元21的第二输出端连接，误差放大单元24的正向输入端与负载补偿单元23的输出端连接，误差放大单元24的输出端与负载补偿单元23的反馈端连接，用于将补偿电压与第二基准电压比较，输出频率控制信号，以供负载补偿单元23根据频率控制信号修正补偿电压；

调制单元25，调制单元25的第一输入端与比较单元22连接，调制单元25的第二输入端与误差放大单元24的输出端连接，调制单元25的输出端与直流输出引脚15的内部连接端连接，用于根据频率控制信号调节PFM信号的频率，并根据比较控制信号调节PFM信号的占空比，以稳定直流输出电压。

在本发明实施例中，当负载变化引起输出的低压直流电压变化时，通过反馈引脚14将该反馈信号通过负载补偿单元23输出补偿电压给误差放大单元24进行判断，误差放大单元24将该补偿电压与基准单元21提供的第二基准电压进行比较，当补偿电压低于第二基准电压时，误差放大单元24输出频率控制信号反馈控制负载补偿单元23增大输出电流，以升高输出的补偿电压值，当补偿电压高于第二基准电压时，误差放大单元24输出频率控制信号反馈控制负载补偿单元23减小输出电流，以降低输出的补偿电压值，实现对补偿电压的修正，并通过频率控制信号调节调制单元25产生的脉冲频率调制信号(PulseFrequency Modulation，PFM)的频率，以稳定直流输出电压，同时，比较单元22将检测信号与基准单元21输出的第一基准电压进行比较，当检测信号大于第一基准电压时，比较单元22输出开关控制信号减小调制单元25产生的PFM的占空比，当检测信号小于第一基准电压时，比较单元22输出开关控制信号增大调制单元25产生的脉冲频率调制信号的占空比，进一步稳定直流输出电压。

以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细说明。

图2示出本发明实施例提供的负载补偿单元的示例电路结构，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。

作为本发明一实施例，负载补偿单元23包括：

缓冲器231、第一开关管232、第二开关管233、第三开关管234、电阻R11、电阻R12及电阻R13；

缓冲器231的第一输入端为负载补偿单元23的输入端In，缓冲器231的第二输入端与缓冲器231的输出端同时与电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端为负载补偿单元23的输出端Out与电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端与芯片1的内部接地端连接，第一开关管232的电流输入端与第二开关管233的电流输入端同时与芯片1的内部电源端连接，第一开关管232的控制端和第一开关管232的电流输出端同时与第二开关管233的控制端连接，电阻R11和电阻R12的公共端与第二开关管233的电流输出端连接，第三开关管234的电流输入端与第一开关管232的电流输出端连接，第三开关管234的控制端为负载补偿单元23的反馈端FB，第三开关管234的电流输出端与电阻R13的一端连接，电阻R13的另一端与芯片1的内部接地端连接。

作为本发明一优选实施例，第一开关管232可以为P型MOS管Q1，PMOS管Q1的源极为第一开关管232的电流输入端，PMOS管Q1的漏极为第一开关管232的电流输出端，PMOS管Q1的栅极为第一开关管232的控制端；第二开关管233可以为P型MOS管Q2，PMOS管Q2的源极为第二开关管233的电流输入端，PMOS管Q2的漏极为第二开关管233的电流输出端，PMOS管Q2的栅极为第二开关管233的控制端；第三开关管234可以为N型MOS管Q3，NMOS管Q3的漏极为第三开关管234的电流输入端，NMOS管Q3的源极为第三开关管234的电流输出端，NMOS管Q3的栅极为第三开关管234的控制端。

作为本发明一实施例，AC-DC电源转换芯片1可采用小外形晶体管式(Small Outline Transistor)SOT23-5封装。

在本发明实施例中，缓冲器231可避免驱动时电阻R11与电阻R12对反馈信号产生影响，缓冲器231的增益为1，即当缓冲器231接收到反馈信号时，输出与反馈信号相同的电压，经过电阻R11和电阻R12分压后，输出补偿电压，当该反馈信号由于负载阻值的变化而降低时，补偿电压也相应降低，此时误差放大单元24在补偿电压低于第二基准电压时输出补偿控制信号，使第三开关管234导通，此时，第一开关管232和第二开关管233形成的电流镜也导通，第二开关管233将镜像第一开关管232上的电流输出给电阻R12，电阻R12由于电流增大使得上端的补偿电压升高，补偿电压由此得到修正；当该反馈信号由于负载阻值的变化而升高时，补偿电压也相应升高，误差放大单元24在补偿电压高于第二基准电压时输出补偿控制信号，使第三开关管234截止，导致第一开关管232和第二开关管233也截止，第二开关管233停止输出镜像电流，电阻R12上的电流减小使得补偿电压降低同样实现电压修正。

在本发明实施例中，当负载的阻值变化使得输出的直流电压变化时，负载补偿单元23与误差放大单元24形成反馈环，通过负载补偿单元将反馈引脚的电压值经过调整之后再与第二基准电压做误差放大比较，达到在不同DC输出电流负载的情况下产生不同的PFM信号，控制输出的直流电压不随负载的变化而变化，有效地将芯片输出电压的精度提高至2％，大大高于传统芯片8％的输出电压精度，提高了输出负载调整率。

图3示出本发明实施例提供的AC-DC电源转换芯片的电源转换电路的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。

该AC-DC电源转换芯片的电源转换电路可用于充电器、适配器、灯具及LED驱动电路中。

作为本发明一实施例，该AC-DC电源转换芯片的电源转换电路包括AC-DC电源转换芯片1，该电源转换电路还包括：

整流滤波电路31，该整流滤波电路31的输入端与交流电源连接，用于对交流电源进行整流滤波，输出高压直流信号；

启动电路32，该启动电路32的输入端与滤波电路31的输出端连接，启动电路32的输出端与芯片1电源引脚11的外部引出端连接，用于通过高压直流信号进行充电，向芯片1输出启动电压；

开关电路33，该开关电路33的控制端与芯片1直流输出引脚15的外部连接端连接，开关电路33的输出端与芯片1信号检测引脚13的外部连接端连接，开关电路33的接地端与芯片1接地引脚12的外部连接端共同接地，用于当芯片1输出低压直流电压时导通，输出导通电流；

变压器T1，该变压器T1的初级绕组N1的同名端与启动电路32的输入端连接，初级绕组N1的异名端与开关电路33的输入端连接，变压器T1的次级绕组N2的同名端为该电源转换电路的输出负极，变压器T1的次级绕组N2的异名端为电源转换电路的输出正极，变压器T1的辅助绕组N3的同名端接地，用于将导通电流转换为输出电压，并为芯片1提供供电电压；

反馈电路34，该反馈电路34的输入端与变压器T1的辅助绕组N3的异名端连接，反馈电路34的输出端与芯片1反馈引脚14的外部连接端连接，用于对感应到的低压直流电压进行分压，输出反馈信号；

供电传输电路35，该供电传输电路35的输入端与变压器T1的辅助绕组N3的异名端连接，供电传输电路35的输出端与芯片1电源引脚11的外部引出端连接，用于传输正向供电电压；以及

滤波电路36，该滤波电路36的正输入端与变压器T1的次级绕组N2的异名端连接，滤波电路36的负输入端与变压器T1的次级绕组N2的同名端连接，滤波电路36的正输出端为该电源转换电路的输出正极，滤波电路36的负输出端为该电源转换电路的输出负极，用于降低感应到的低压直流电压中的纹波。

以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细说明。

图4示出本发明实施例提供的AC-DC电源转换芯片的电源转换电路的示例电路结构，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。

作为本发明一实施例，整流滤波单元31包括：整流桥B1和电容C1，整流桥B1的两输入端为整流滤波电路31的两输入端，整流桥B1的正输出端为整流滤波单元31的输出端与电容C1的一端连接，电容C1的另一端与整流桥B1的负输出端同时接地。

启动电路32包括：电阻R1和电容C3，电阻R1的一端为启动电路42的输入端，电阻R1的另一端与电容C3的一端连接，其连接端为启动电路42的输出端，电容C3的另一端接地。

开关电路33包括：三极管Q11和电阻R3，三极管Q11的基极为开关电路33的控制端，三极管Q11的集电极为开关电路33的输入端，三极管Q11的发射极为开关电路33的输出端与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端为开关电路33的接地端。

在本发明实施例中，三极管Q11可以为NPN型三极管。

反馈电路34包括：电阻R4和电阻R5，电阻R4的一端为反馈电路34的输入端，电阻R4的另一端通过电阻R5接地，电阻R4与电阻R5的连接端为反馈电路34的输出端。

供电传输单元35可以采用二极管D6实现，二极管D6的阳极为供电传输单元35的输入端，二极管D6的阴极为供电传输单元35的输出端。

滤波电路36包括：二极管D7、电容C4及电阻R6，电容C4与电阻R6并联，电容C4与电阻R6的一公共端同时为滤波电路36的负输入端和负输出端，电容C4与电阻R6的另一公共端为滤波电路36的正输出端，与二极管D7的阴极连接，二极管D7的阳极为滤波电路36的正输入端。

作为本发明一实施例，AC-DC电源转换芯片的电源转换电路还可以包括：

吸收电路37，该吸收电路37的输入端与变压器T1的初级绕组N1的异名端连接，吸收电路37的输出端与变压器T1的初级绕组N1的同名端连接，用于吸收漏感电流尖峰电压。

吸收电路37包括：二极管D5、电容C2及电阻R2，电阻R2与电容C3并联，电阻R2与电容C3的一公共端为吸收电路37的输出端，电阻R2与电容C3的另一公共端与二极管D5的阴极连接，二极管D5的阳极为吸收电路45的输入端。

在本发明实施例中，交流电源经过由整流桥B1和电容C1进行整流滤波后变为震荡的高压直流电，并通过电阻R1对电容C3充电，当电容C3上的电压达到芯片1的启动电压时，芯片1开始工作，电源引脚11将该启动电压转换为芯片内部的供电电压为芯片1内部模块供电，并由调制单元25通过直流输出引脚15输出低压直流电压，该低压直流电压使三极管Q11导通，三极管Q11及变压器T1的初级绕组N1中有导通电流流过，此时，变压器T1的辅助绕组N3将感应电流通过二极管D6向芯片1提供外部供电电压令芯片1持续工作，该感应电压通过反馈电路34输出反馈信号，反馈信号通过反馈电压引脚14输入给负载补偿单元23进行负载补偿，使误差放大单元24通过频率控制信号控制调制单元25中的PFM信号的频率响应变化，同时，比较单元22通过直流输出引脚15采集三极管Q11基极的电压作为采样信号与第一基准电压比较，对调制电路25输出稳定的开关控制信号，调制单元25根据频率控制信号和开关控制信号控制输出的直流低压信号更加稳定。

由于该低压直流电压经过变压器T1的初级绕组N1感应到次级绕组N2上，带有一定纹波，因此通过二极管D7及电容C4和电阻R4组成的滤波电路46减小纹波，输出稳定的低压直流电压。

在本发明实施例中，通过外部应用电路驱动AC-DC电源转换芯片，并在该芯片内部增加负载补偿单元，是该应用电路在直流输出端输出电流负载变化时，通过芯片及应用电路对输出直流电压进行负载补偿，保持该电源转换电路输出电压的稳定，大大提高了芯片及电源转换电路的直流端输出电压精度，提高了输出负载调整率，并在外部应用电路中增加吸收电路吸收由变压器绕组漏感产生的尖峰电压，使开关单元不易被击穿，增加了AC-DC电源转换芯片的电源转换电路的可靠性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种AC-DC电源转换芯片，包括电源引脚、接地引脚、直流输出引脚、信号检测引脚及反馈引脚，其特征在于，所述芯片还包括：

2.如权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述负载补偿单元包括：

缓冲器、第一开关管、第二开关管、第三开关管、电阻R11、电阻R12及电阻R13；

所述缓冲器的第一输入端为所述负载补偿单元的输入端，所述缓冲器的第二输入端与所述缓冲器的输出端同时与所述电阻R11的一端连接，所述电阻R11的另一端为所述负载补偿单元的输出端与所述电阻R12的一端连接，所述电阻R12的另一端与所述芯片的内部接地端连接，所述第一开关管的电流输入端与所述第二开关管的电流输入端同时与所述芯片的内部电源端连接，所述第一开关管的控制端和所述第一开关管的电流输出端同时与所述第二开关管的控制端连接所述，所述电阻R11和所述电阻R12的公共端与所述第二开关管的电流输出端连接，所述第三开关管的电流输入端与所述第一开关管的电流输出端连接，所述第三开关管的控制端为所述负载补偿单元的反馈端，所述第三开关管的电流输出端与所述电阻R13的一端连接，所述电阻R13的另一端与所述芯片的内部接地端连接。

3.如权利要求2所述的芯片，其特征在于，所述第一开关管为PMOS管Q1，所述PMOS管Q1的源极为所述第一开关管的电流输入端，所述PMOS管Q1的漏极为所述第一开关管的电流输出端，所述PMOS管Q1的栅极为所述第一开关管的控制端；

所述第二开关管为PMOS管Q2，所述PMOS管Q2的源极为所述第二开关管的电流输入端，所述PMOS管Q2的漏极为所述第二开关管的电流输出端，所述PMOS管Q2的栅极为所述第二开关管的控制端；

所述第三开关管为NMOS管Q3，所述NMOS管Q3的漏极为所述第三开关管的电流输入端，所述NMOS管Q3的源极为所述第三开关管的电流输出端，所述NMOS管Q3的栅极为所述第三开关管的控制端。

4.如权利要求1至3任一项所述的芯片，其特征在于，所述芯片采用小外形晶体管式SOT23-5封装。

5.一种电源转换电路，其特征在于，所述电源转换电路包括如权利要求1至4任一项所述的芯片，所述电源转换电路还包括：

6.如权利要求5所述的电源转换电路，其特征在于，所述启动电路包括：

电阻R1和电容C3，所述电阻R1的一端为所述启动电路的输入端，所述电阻R1的另一端与所述电容C3的一端连接，其连接端为所述启动电路的输出端，所述电容C3的另一端接地。

7.如权利要求5所述的电源转换电路，其特征在于，所述开关电路包括：

三极管Q11和电阻R3，所述三极管Q11的基极为所述开关电路的控制端，所述三极管Q11的集电极为所述开关电路的输入端，所述三极管Q11的发射极为所述开关电路的输出端与所述电阻R3的一端连接，所述电阻R3的另一端为所述开关电路的接地端。

8.如权利要求5所述的电源转换电路，其特征在于，所述反馈电路包括：

电阻R4和电阻R5，所述电阻R4的一端为所述反馈电路的输入端，所述电阻R4的另一端通过所述电阻R5接地，所述电阻R4与所述电阻R5的连接端为所述反馈电路的输出端。

9.如权利要求5所述的电源转换电路，其特征在于，所述电源转换电路还包括：

吸收电路，所述吸收电路的输入端与所述变压器T1的初级绕组N1的异名端连接，所述吸收电路的输出端与所述变压器T1的初级绕组N1的同名端连接，用于吸收漏感电流尖峰电压。

10.如权利要求9所述的电源转换电路，其特征在于，所述吸收电路包括：

二极管D5、电容C2及电阻R2，所述电阻R2与所述电容C3并联，所述电阻R2与所述电容C3的一公共端为所述吸收电路的输出端，所述电阻R2与所述电容C3的另一公共端与所述二极管D5的阴极连接，所述二极管D5的阳极为所述吸收电路的输入端。