CN102832797A

CN102832797A - 高压电流源复用采样电路和开关电源

Info

Publication number: CN102832797A
Application number: CN2012103052564A
Authority: CN
Inventors: 张国俊; 杨兴; 李威; 李平
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: CHENGDU MAOYANG ELECTRONICS TECH Co Ltd; University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2012-08-24
Filing date: 2012-08-24
Publication date: 2012-12-19

Abstract

高压电流源复用采样电路和开关电源，涉及集成电路技术。本发明包括开关电流输入端、开关信号输入端、内部供电输入端、整流控制信号输入端和检测电流端，还包括：开关功率管，其栅极与开关信号输入端相连，漏极与开关电流输入端相连，源极接地；高压耗尽型MOS管，其漏极与开关功率管漏极相连，栅极与耗尽管偏置电路相连；源极接启动/动态自供电辅助电路和采样信号产生辅助电路。本发明启动后耗尽管自动充当检测晶体管，完成对开关电源变压器的主边限流检测功能，减少了V_S脚位成本。

Description

高压电流源复用采样电路和开关电源

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

传统开关电源转换器中的启动电路多为电阻，电源上电启动后，启动电阻存在较大的功率损耗，对轻载和空载时影响较大。并且，传统开关电源转换器开关电流检测采用开关功率管外接限流电阻来实现，这既增加了功耗也增加了脚位成本。

因此，为了解决上诉问题，需要提供新技术来完成开关电源的启动和变压器主边的限流检测。

传统用电阻启动电路如图1所示，图1描绘了一种基于传统电阻启动技术的开关电源10。一控制电路11与一反馈单元14相连，14产生输出反馈信号V_FB，变压器TR1主边电流I_S流过检流电阻R_S产生检测信号V_S，V_FB和V_S一起进入11控制产生V_SW信号，该开关信号调节开关电源10的输出信号V_O。11通过电阻R_ST上电启动，当接入输入信号V_IN时，11内部UVLO模块对VCC信号进行采样，当VCC电压达到一预设值时，芯片正常工作，内部电路13产生偏置信号BIAS，为芯片其他部分提供参考电压和电流。10正常工作时TR1辅边给VCC电容C_VCC充电，以维持内部供电。由以上分析可以看出，启动电阻R_ST在启动周期结束后仍然有电流流过，而传统开关电源启动电阻R_ST一般约为1MΩ，因此，其最大功耗为：P_ST=(380V)²/1MΩ=144mW。因此此种启动技术对轻载效率影响很大，不容易通过国际能源规范（如美国能源之星），此外，V_S外部脚位也增加了IC成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种低功耗的基于耗尽型MOS管的高压电流源复用采样电路。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，高压电流源复用采样电路，包括开关电流输入端、开关信号输入端、内部供电输入端、整流控制信号输入端和检测电流端，还包括：

开关功率管，其栅极与开关信号输入端相连，漏极与开关电流输入端相连，源极接地；

高压耗尽型MOS管，其漏极与开关功率管漏极相连，栅极与耗尽管偏置电路相连；源极接启动/动态自供电辅助电路和采样信号产生辅助电路。

所述耗尽管偏置电路包括第一电阻、第二电阻和第一电容，第一电阻和第二电阻串联于高压耗尽型MOS管的源极和地电平之间，第一电阻和第二电阻的连接点接高压耗尽型MOS管的栅极，高压耗尽型MOS管的栅极通过第一电容接地。

或者，所述耗尽管偏置电路包括第一电阻、第二电阻和肖特基势垒二极管，第一电阻和第二电阻串联于高压耗尽型MOS管的源极和地电平之间，第一电阻和第二电阻的连接点接高压耗尽型MOS管的栅极，肖特基势垒二极管正极接地，负极接高压耗尽型MOS管的栅极。

或者，所述耗尽管偏置电路为直接接地。

启动/动态自供电辅助电路与高压耗尽型MOS管连接实现芯片启动和动态自供电功能。

所述启动/动态自供电辅助电路包括：

第三电阻，连接高压耗尽型MOS管的源极和第一参考点A；

第四电阻，连接第一参考点A和第二参考点B；

第二MOS管，漏极接第二参考点B，栅极接整流控制信号输入端,源极接地；

第三MOS管，栅极接第二MOS管的漏极，源极接内部供电输入端，漏极接第三电阻和第四电阻的连接点。

所述采样信号产生辅助电路包括：

第五电阻，连接高压耗尽型MOS管的源极和第四MOS管的漏极；

串联于第四MOS管的源极和地电平之间的第六电阻、第七电阻；

第四MOS管，栅极接控制信号V_LEB；

稳压管，连接高压耗尽型MOS管的源极和地电平。

采样信号产生辅助电路与高压耗尽型MOS管连接实现对开关功率管电流（即变压器主边电流）采样。

本发明还提供带有前述的高压电流源复用采样电路的开关电源。

本发明可应用于功率开关管外置或单片集成方案的AC/DC开关电源控制芯片中，完成芯片的高压启动。高压启动后可为芯片提供动态自供电，因此不需要辅助线圈为VCC供电。同时，启动后耗尽管自动充当检测晶体管，完成对开关电源变压器的主边限流检测功能，减少了V_S脚位成本。

附图说明

图1使基于传统电阻启动电路和变压器主边限流的开关电源变换器。

图2是本发明的结构示意图。

图3是本发明实施例一的示意图。

图4是本发明实施例二的示意图。

图5是本发明实施例三的示意图。

图6是基于本发明的开关电源的电路原理示意框图。

具体实施方案

参见图2。本发明包括：

一开关功率管M0，由开关信号V_SW控制其导通关断；

一耗尽型MOS管M1及其偏置电路，启动/动态自供电辅助电路200，功率管电流采样信号产生辅助电路300。

当接入输入电压V_IN后，由耗尽型MOS管M1及其偏置电路100提供启动电流，此启动电流输入到启动/动态自供辅助电路200中，给VCC端电容充电，达到一定预设电压后芯片正常工作。第三电阻R3用于对充电电流限流，第四电阻R4与第三MOS管M3的栅漏相连，为M3提供偏置。第二MOS管M2漏端与第三MOS管M3栅极相连，源极接地，栅极接控制信号V_REG，V_REG为检测VCC信号变化而产生的控制信号，控制对VCC端电容充电，实现芯片动态自供电。

参见图2中采样信号产生辅助电路300，为开关功率管M0电流（即变压器主边电流）采样信号V_S产生电路。当芯片正常启动后，耗尽型MOS管M1自动充当开关功率管M0的流限采样晶体管。当开关功率管M0开启时，将开关功率管M0等效为一电阻R_ON，开关功率管M0电流逐渐增大，使得其漏端电压信号‘DRAIN’电压线性增加，此时高压耗尽型MOS管M1工作在深线性区，其源端电压跟随‘DRAIN’信号变化。采样信号产生电路300中通过第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第四MOS管M4（开关管）将高压耗尽型MOS管M1源端信号转化为采样信号V_S，这样V_S就反映了开关功率管M0中电流的变化，用于对开关功率管M0中电流限流。其中三个电阻R5、R6、R7作用在于对高压耗尽型MOS管M1源端信号分压采样，稳压管ZD1作用在于防止高压耗尽型MOS管M1源端信号过高后损坏内部器件，第四MOS管M4栅端接控制信号V_LEB，V_LEB为前沿消隐信号，在于防止采样错误而产生错误开关信号V_SW，误关断开关功率管M0。

参见图3，为本发明的实施例一，耗尽管偏置电路100由第一电阻R1、第二电阻R2和第一电容C1组成，第一电阻R1和第二电阻R2分压给高压耗尽型MOS管M1提供偏置，用于控启动时耗尽管电流（启动电流），为了达到降低功耗的目的，应将第一电阻R1、第二电阻R2的阻值设置在MΩ量级。第一电容C1的作用在于在芯片正常工作时，防止‘DRAIN’信号的变化时，高压耗尽型MOS管M1栅漏寄生电容耦合作用使高压耗尽型MOS管M1栅端电压瞬间升高时损坏器件。同时，电容C1存储一定电荷，在对开关功率管M0打开进行电流采样时，高压耗尽型MOS管M1栅端端电压较高，保证高压耗尽型MOS管M1工作在线形区，达到正确采样的目的。

参见图4，为本发明的实施例二，耗尽管偏置电路100由高压耗尽型MOS管M1、第一电阻R1、第二电阻R2和肖特基势垒二极管SBD1组成，由第一电阻R1和第二电阻R2分压为高压耗尽型MOS管M1提供偏置，肖特基势垒二极管SBD1同样可以起到图3中第一电容C1的作用。

参见图5，为本发明的实例三，当高压耗尽型MOS管M1的阈值电压绝对值较大时，将栅端接地的偏置电路。

参见图6电路框图2000，为一种基于耗尽型MOS管的高压电流源及复用采样电路实施例的一种开关电源，包括一开关电源芯片400，一变压器TR1。开关电源芯片400包括本发明结构1000，REGULATOR模块600，PFM控制器700。

当接入输入信号V_IN后，芯片400通过1000启动上电产生内部供电电压VCC，芯片正常工作。之后700开始产生PFM控制信号V_SW，控制开关功率管导通关断。REGULATOR模块产生控制信号V_REG，控制对芯片的动态自供电。同时，1000中M1自动充当检测晶体管，检测M0电流，输出采样信号V_S。变压器TR1通过一辅边采样输出电压V_O，实现原边反馈，提供一反馈采样信号V_FB，V_S和V_FB输入到700中，用于自动调节控制信号V_SW的产生。

Claims

1.高压电流源复用采样电路，包括开关电流输入端[DRAIN]、开关信号输入端[V_SW]、内部供电输入端[Vcc]、整流控制信号输入端[V_REG]和检测电流端[V_S]，其特征在于，还包括：

开关功率管[M0]，其栅极与开关信号输入端[V_SW]相连，漏极与开关电流输入端[DRAIN]相连，源极接地；

高压耗尽型MOS管[M1]，其漏极与开关功率管[M0]漏极相连，栅极与耗尽管偏置电路[100]相连；源极接启动/动态自供电辅助电路[200]和采样信号产生辅助电路[300]。

2.如权利要求1所述的高压电流源复用采样电路，其特征在于，所述耗尽管偏置电路[100]包括第一电阻[R1]、第二电阻[R2]和第一电容[C1]，第一电阻[R1]和第二电阻[R2]串联于高压耗尽型MOS管[M1]的源极和地电平之间，第一电阻[R1]和第二电阻[R2]的连接点接高压耗尽型MOS管[M1]的栅极，高压耗尽型MOS管[M1]的栅极通过第一电容[C1]接地。

3.如权利要求1所述的高压电流源复用采样电路，其特征在于，所述耗尽管偏置电路[100]包括第一电阻[R1]、第二电阻[R2]和肖特基势垒二极管[SBD1]，第一电阻[R1]和第二电阻[R2]串联于高压耗尽型MOS管[M1]的源极和地电平之间，第一电阻[R1]和第二电阻[R2]的连接点接高压耗尽型MOS管[M1]的栅极，肖特基势垒二极管[SBD1]正极接地，负极接高压耗尽型MOS管[M1]的栅极。

4.如权利要求1所述的高压电流源复用采样电路，其特征在于，所述耗尽管偏置电路为直接接地。

5.如权利要求1所述的高压电流源复用采样电路，其特征在于，所述启动/动态自供电辅助电路[200]包括：

第三电阻[R3]，连接高压耗尽型MOS管[M1]的源极和第一参考点A；

第四电阻[R4]，连接第一参考点A和第二参考点B；

第二MOS管[M2],漏极接第二参考点B，栅极接整流控制信号输入端[V_REG]，源极接地；

第三MOS管[M3]，栅极接第二MOS管[M2]的漏极，源极接内部供电输入端[Vcc]，漏极接第三电阻[R3]和第四电阻[R4]的连接点。

6.如权利要求1所述的高压电流源复用采样电路，其特征在于，所述采样信号产生辅助电路[300]包括：

第五电阻[R5]，连接高压耗尽型MOS管[M1]的源极和第四MOS管[M4]的漏极；

串联于第四MOS管[M4]的源极和地电平之间的第六电阻[R6]、第七电阻[R7];

第四MOS管[M4]，栅极接控制信号V_LEB；

稳压管[ZD1]，连接高压耗尽型MOS管[M1]的源极和地电平。

7.带有权利要求1所述的高压电流源复用采样电路的开关电源。