CN103051196A - 无辅助绕组方式实现集成电路供电的隔离式电源电路结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种以无辅助绕组方式实现集成电路供电的隔离式电源电路结构，属于电路结构技术领域。该电路结构包括隔离式变压器、高压整流滤波电路模块和集成电路模块，高压整流滤波电路模块的直流电输出端连接隔离式变压器的初级侧，变压器的次级侧连接负载，该隔离式变压器初级侧绕组仅包括原边绕组，次级侧绕组仅包括副边绕组，在不包括辅助绕组的情况下，该集成电路模块利用一个迟滞比较器控制从原边绕组向储能滤波电容充电的电路的通断，实现向该集成电路模块的供电。从而省去了辅助绕组，有效简化了电路结构，降低了生产成本，且本发明的以无辅助绕组方式实现集成电路供电的隔离式电源电路结构的转换效率高、使用寿命较长，应用范围也较为广泛。

Description

无辅助绕组方式实现集成电路供电的隔离式电源电路结构

技术领域

本发明涉及电路结构技术领域，特别涉及集成电路的电源电路结构技术领域，具体是指一种无辅助绕组方式实现集成电路供电的隔离式电源电路结构。

背景技术

传统的隔离式电源模块变压器包含三组绕组，分别是变压器存储能量的原边绕组、供给负载的输出绕组和给集成电路供电的辅助绕组。如图1所示，为现有的带有高压启动的电源管理集成电路，其也不例外地包含了隔离式电源模块变压器的三个绕组。

图1中各器件与模块的标号含义及其功能如下：

AC：交流电源；

高压整流模块：将交流电源整流成直流高压电；

VBUCK：高压整流输出稳压直流电；

L1：变压器原边绕组，用来给变压器储能；

L2：变压器输出边绕组，用来传输变压器原边存储的能量；

L3：变压器辅助绕组，用来给脉宽调制器提供工作电流；

RST：启动电阻，在启动阶段给Q0提供基极电流，通过Q0的放大作用给CVCC充电；

Q0：高压开关功率管；

Q1：高压启动辅助三极管；

Q0与Q1共同构成变压器原边存储能量时的电流通路；

DVCC：集成电路供电源VCC的整流二极管；

CVCC：集成电路供电源VCC的储能滤波电容；

脉宽调制器：产生脉宽调制信号控制开关管Q0、Q1的通断；

DOUT：输出边整流肖特基二极管；

输出负载：受供电设备或者测试设备。

如图1所示的带有高压启动的电源管理集成电路的工作原理为：AC交流电经过高压整流滤波模块变成高压直流电信号VBUCK，VBUCK加在RST上为高压功率开关管Q0提供基极电流，基极电流经Q0放大后给CVCC充电，当VCC电压达到集成电路启动电压以后集成电路开始工作，此后Q0与Q1同步开关开始正常工作，随着能量的传输VOUT建立，于此同时变压器的L3感应出对应的电压给CVCC充电来提供集成电路工作所需消耗的电量，而在VCC达到集成电路启动电压之前Q1保持关断状态。

但是采用辅助绕组向集成电路供电存在电路结构复杂，生产成本较高的问题。而且，高压启动辅助三极管Q1的频繁通断，一方面开关动作造成了能量损耗；另一方面将变压器存储能量的电荷释放到地上，也造成了能量损耗，并且容易造成器件损坏，影响电源电路的整体使用寿命。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种电路结构简单，生产成本低廉，使用寿命长，其应用范围较为广泛的以无辅助绕组方式实现集成电路供电的隔离式电源电路结构。

为了实现上述的目的，本发明的以无辅助绕组方式实现集成电路供电的隔离式电源电路结构具有如下构成：

该以无辅助绕组方式实现集成电路供电的隔离式电源电路结构包括隔离式变压器、高压整流滤波电路模块和集成电路模块。所述的高压整流滤波电路模块包括交流电输入端和直流电输出端，所述的交流电输入端连接交流电源，所述的直流电输出端连接所述的隔离式变压器的初级侧，所述的变压器的次级侧连接负载。该隔离式变压器初级侧绕组仅包括原边绕组，次级侧绕组仅包括副边绕组。在不包括辅助绕组的情况下，该集成电路模块利用一个迟滞比较器控制从所述的原边绕组向储能滤波电容充电的电路的导通或关断，实现向该集成电路模块的供电。

该以无辅助绕组方式实现集成电路供电的隔离式电源电路结构中，所述的集成电路模块包括高压开关功率管、高压启动辅助三极管、整流二极管、脉宽调制器、驱动电路模块、与门电路模块和所述的迟滞比较器；其中，高压开关功率管的基极通过启动电阻连接所述的直流电输出端，该高压开关功率管的发射极连接所述的整流二极管的阳极，所述的整流二极管的阴极连接所述的储能滤波电容的一端，该储能滤波电容的另一端接地，所述的高压开关功率管的发射极还连接所述的高压启动辅助三极管的集电极，该高压启动辅助三极管的发射极接地；所述的脉宽调制器的输入端连接所述的整流二极管的阴极，该脉宽调制器的一个输出端通过所述的驱动电路模块连接所述的高压开关功率管的基极，另一个输出端连接所述的与门电路模块的一个输入端；驱动电路模块还连接所述的整流二极管的阴极，用以产生高于整流二极管的阴极电压的驱动信号，来驱动所述的高压开关功率管；所述的迟滞比较器的正相输入端连接整流二极管的阴极电压采样端，该迟滞比较器的反相输入端连接参考电压，该迟滞比较器的输出端连接所述的与门电路模块的另一个输入端，该与门电路模块的输出端连接所述的高压启动辅助三极管的基极。

该以无辅助绕组方式实现集成电路供电的隔离式电源电路结构中，所述的驱动电路模块产生的驱动信号比所述的整流二极管的阴极电压高5V。

该以无辅助绕组方式实现集成电路供电的隔离式电源电路结构中，所述的集成电路模块的整流二极管阴极电压采样端还包括第一采样分压电阻和第二采样分压电阻，所述的第一采样分压电阻一端和第二采样分压电阻的一端分别连接所述的储能滤波电容的两端，所述的第一采样分压电阻另一端和第二采样分压电阻的另一端相互连接，所述的第一采样分压电阻和第二采样分压电阻间的节点连接所述的迟滞比较器的正相输入端。

该以无辅助绕组方式实现集成电路供电的隔离式电源电路结构中，所述的直流电输出端连接所述的原边绕组的异名端，该原边绕组的同名端连接所述的集成电路模块；所述的副边绕组的同名端通过整流肖特基二极管连接输出负载。

采用了该发明的以无辅助绕组方式实现集成电路供电的隔离式电源电路结构，其包括隔离式变压器、高压整流滤波电路模块和集成电路模块，高压整流滤波电路模块的直流电输出端连接隔离式变压器的初级侧，变压器的次级侧连接负载，该隔离式变压器初级侧绕组仅包括原边绕组，次级侧绕组仅包括副边绕组，在不包括辅助绕组的情况下，该集成电路模块利用一个迟滞比较器控制从所述的原边绕组向储能滤波电容充电的电路的导通或关断，实现向该集成电路模块的供电。从而省去了辅助绕组，有效简化了电路结构，降低了生产成本，且本发明的以无辅助绕组方式实现集成电路供电的隔离式电源电路结构的转换效率高、使用寿命较长，应用范围也较为广泛。

附图说明

图1现有技术中的带有高压启动的电源管理集成电路的电路结构示意图。

图2为本发明的以无辅助绕组方式实现集成电路供电的隔离式电源电路结构的示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。

请参阅图2所示，为本发明的以无辅助绕组方式实现集成电路供电的隔离式电源电路结构的示意图。其中各器件与模块的标号含义及其功能如下：

AC：交流电源；

高压整流模块：将交流电源整流成直流高压电；

VBUCK：高压整流输出稳压直流电；

L1：变压器原边绕组，用来给变压器储能；

L2：变压器副边绕组，用来传输变压器原边存储的能量；

RST：启动电阻，在启动阶段给Q0提供基极电流，通过Q0的放大作用给CVCC充电；

Q0：高压开关功率管；

Q1：高压启动辅助三极管；

DVCC：VCC整流二极管；

CVCC：集成电路供电源VCC的储能滤波电容；

DOUT：副边整流肖特基二极管；

脉宽调制器：产生脉宽调制信号控制开关管Q0的通断，并与VCCComp.一起决定Q1的通断；

VCCComp：VCC电压检测迟滞比较器，如果VCC低于下限阈值电压则保持Q1关断，如果VCC高于上限阈值电压则脉宽调制器产生的脉宽调制信号决定Q1的通断（工作时VCC的平均电压＝VCC_ref×[R1+R2]/R2，VCC的上限阈值电压比平均电压高△V，下限阈值电压比平均电压低△V）；

R1、R2：VCC电压采样分压电阻，为VCCComp提供输入信号；

VCC_ref：来自基准电源的稳压参考电源，作为VCCComp的一路输入信号，用作VCC电压高低判断的参考；

BOOST驱动模块：产生一个高于VCC5V的驱动信号，用来驱动Q0；

输出负载：受供电设备或者测试设备。

在一种实施方式中，该以无辅助绕组方式实现集成电路供电的隔离式电源电路结构包括隔离式变压器、高压整流滤波电路模块和集成电路模块。所述的高压整流滤波电路模块包括交流电输入端和直流电输出端，所述的交流电输入端连接交流电源，所述的直流电输出端连接所述的隔离式变压器的初级侧，所述的变压器的次级侧连接负载。所述的隔离式变压器初级侧绕组仅包括原边绕组，次级侧绕组仅包括副边绕组，而不包括辅助绕组。直流电输出端连接所述的原边绕组的异名端，该原边绕组的同名端连接所述的集成电路模块；副边绕组的同名端通过整流肖特基二极管DOUT连接输出负载。

该集成电路模块包括高压开关功率管Q0、高压启动辅助三极管Q1、整流二极管DVCC、脉宽调制器、驱动电路模块BOOST、与门电路模块和所述的迟滞比较器VCCComp；其中，高压开关功率管Q0的基极通过启动电阻RST连接所述的直流电输出端，该高压开关功率管Q0的发射极连接所述的整流二极管DVCC的阳极，所述的整流二极管DVCC的阴极VCC连接所述的储能滤波电容CVCC的一端，该储能滤波电容CVCC的另一端接地，所述的高压开关功率管Q0的发射极还连接所述的高压启动辅助三极管Q1的集电极，该高压启动辅助三极管Q1的发射极接地；所述的脉宽调制器的输入端连接所述的整流二极管DVCC的阴极VCC，该脉宽调制器的一个输出端通过所述的驱动电路模块BOOST连接所述的高压开关功率管Q0的基极，另一个输出端连接所述的与门电路模块的一个输入端；所述的驱动电路模块BOOST还连接所述的整流二极管DVCC的阴极VCC，用以产生高于整流二极管DVCC的阴极VCC电压5V的驱动信号，从而驱动所述的高压开关功率管Q0；所述的迟滞比较器VCCComp的正相输入端连接整流二极管DVCC的阴极VCC电压采样端，该迟滞比较器VCCComp的反相输入端连接参考电压VCC_ref，该迟滞比较器VCCComp的输出端连接所述的与门电路模块的另一个输入端，该与门电路模块的输出端连接所述的高压启动辅助三极管Q1的基极。从而利用该迟滞比较器VCCComp控制从所述的原边绕组向储能滤波电容CVCC充电的电路的导通或关断，实现向该集成电路模块的供电。

在更优选的实施方式中，所述的集成电路模块还包括第一采样分压电阻R1和第二采样分压电阻R2，所述的第一采样分压电阻R1一端和第二采样分压电阻R2的一端分别连接所述的储能滤波电容CVCC的两端，所述的第一采样分压电阻R1另一端和第二采样分压电阻R2的另一端相互连接，所述的第一采样分压电阻R1和第二采样分压电阻R2间的节点连接所述的迟滞比较器VCCComp的正相输入端。

在实际的应用中，本发明的电路结构的工作模式是，AC交流电经过高压整流滤波模块变成高压直流电信号VBUCK，VBUCK加在RST上为高压功率开关管Q0提供基极电流，基极电流经Q0放大后给CVCC充电，当VCC电压达到集成电路启动电压12V时集成电路开始工作。与此同时产生一个4V的VCC_ref信号，R1:R2=10Kohm:10Kohm，VCC工作的平均电压为VCC_ref×[R1+R2]/R2＝8V；迟滞比较器的迟滞窗口为2V（也就是迟滞比较器的上限比较点和下限比较点分别为5V和3V。此时由于R1和R2的采样电压为12V/2＝6V，高于迟滞比较器的上限比较点，所以迟滞比较器VCCComp输出高电平，Q1与Q0同时受控于脉宽调制器并同步开关，随着集成电路工作的进行，CVCC上存储的电荷被消耗，直至R1与R2上采样的VCC电压低于迟滞比较器的下限比较电压3V时，迟滞比较器翻转输出低电平，此后Q1关断，Q0受控于脉宽调制器，在开周期给变压器原边绕组存储能量的同时将电荷充到CVCC上；直至R1和R2上的VCC采样电压高于迟滞比较器的上限比较电压5V时，迟滞比较器再次输出高电平，Q1与Q0同时受控于脉宽调制器并同步开关；这样VCC就在3V×2＝6V至5V×2＝10V之间工作。由此集成电路的供电电源就不再需要变压器引出一路单独的绕组来给集成电路供电。

由于该电路结构包含了一个迟滞比较器，当VCC低到限定值时就打开充电电路利用变压器原边绕组存储能量的电流给CVCC充电，当VCC高到限定值时就关闭充电电路；所述变压器原边绕组通过所述高压功率开关管开周期上升的电流存储能量，所述高压功率开关管受控于所述BOOST驱动电路；所述BOOST驱动电路产生的驱动信号比VCC电平高5V；所述整流二极管在充电电路工作时正向导通，在充电电路不工作时反向截止。

本发明的优点在于：

1、省去了变压器的一路绕组，使得变压器的设计更简洁、更方便、更低成本、体积更小；

2、原边线圈存储能量的电流直接储存在CVCC上供集成电路工作所需，提高了电能的有效利用率；

3、减少了高压启动辅助三极管Q1的开关次数和导通时间，使得Q1的开关损耗和导通损耗都大大降低，提高了整机工作效率，延长了使用寿命；

4、可以方便地通过改变R1和R2的值来调节VCC的工作电压。

采用了该发明的以无辅助绕组方式实现集成电路供电的隔离式电源电路结构，其包括隔离式变压器、高压整流滤波电路模块和集成电路模块，高压整流滤波电路模块的直流电输出端连接隔离式变压器的初级侧，变压器的次级侧连接负载，该隔离式变压器初级侧绕组仅包括原边绕组，次级侧绕组仅包括副边绕组，在不包括辅助绕组的情况下，该集成电路模块利用一个迟滞比较器控制从所述的原边绕组向储能滤波电容充电的电路的导通或关断，实现向该集成电路模块的供电。从而省去了辅助绕组，有效简化了电路结构，降低了生产成本，且本发明的以无辅助绕组方式实现集成电路供电的隔离式电源电路结构的转换效率高、使用寿命较长，应用范围也较为广泛。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (6)

1.一种以无辅助绕组方式实现集成电路供电的隔离式电源电路结构，该电路结构包括隔离式变压器、高压整流滤波电路模块和集成电路模块，所述的高压整流滤波电路模块包括交流电输入端和直流电输出端，所述的交流电输入端连接交流电源，所述的直流电输出端连接所述的隔离式变压器的初级侧，所述的变压器的次级侧连接负载，其特征在于，所述的隔离式变压器初级侧绕组仅包括原边绕组，所述的隔离式变压器的次级侧绕组仅包括副边绕组；所述的集成电路模块包括一个迟滞比较器（VCCComp），利用该迟滞比较器（VCCComp）控制从所述的原边绕组向储能滤波电容（CVCC）充电的电路的导通或关断。

2.根据权利要求1所述的以无辅助绕组方式实现集成电路供电的隔离式电源电路结构，其特征在于，所述的集成电路模块包括高压开关功率管（Q0）、高压启动辅助三极管（Q1）、整流二极管（DVCC）、脉宽调制器、与门电路模块和所述的迟滞比较器（VCCComp）；其中，高压开关功率管（Q0）的基极通过启动电阻（RST）连接所述的直流电输出端，该高压开关功率管（Q0）的发射极连接所述的整流二极管（DVCC）的阳极，所述的整流二极管（DVCC）的阴极（VCC）连接所述的储能滤波电容（CVCC）的一端，该储能滤波电容（CVCC）的另一端接地，所述的高压开关功率管（Q0）的发射极还连接所述的高压启动辅助三极管（Q1）的集电极，该高压启动辅助三极管（Q1）的发射极接地；所述的脉宽调制器的输入端连接所述的整流二极管（DVCC）的阴极（VCC），该脉宽调制器的一个输出端连接所述的高压开关功率管（Q0）的基极，另一个输出端连接所述的与门电路模块的一个输入端；所述的迟滞比较器（VCCComp）的正相输入端连接整流二极管（DVCC）的阴极（VCC）电压采样端，该迟滞比较器（VCCComp）的反相输入端连接参考电压（VCC_ref），该迟滞比较器（VCCComp）的输出端连接所述的与门电路模块的另一个输入端，该与门电路模块的输出端连接所述的高压启动辅助三极管（Q1）的基极。

3.根据权利要求2所述的以无辅助绕组方式实现集成电路供电的隔离式电源电路结构，其特征在于，所述的集成电路模块还包括驱动电路模块（BOOST），所述的驱动电路模块（BOOST）连接于所述的脉宽调制器的输出端与所述的高压开关功率管（Q0）的基极之间，且还连接所述的整流二极管（DVCC）的阴极（VCC），用以产生高于整流二极管（DVCC）的阴极（VCC）电压的驱动信号，来驱动所述的高压开关功率管（Q0）。

4.根据权利要求3所述的以无辅助绕组方式实现集成电路供电的隔离式电源电路结构，其特征在于，所述的驱动电路模块（BOOST）产生的驱动信号比所述的整流二极管（DVCC）的阴极（VCC）电压高5V。

5.根据权利要求3所述的以无辅助绕组方式实现集成电路供电的隔离式电源电路结构，其特征在于，所述的集成电路模块还包括第一采样分压电阻（R1）和第二采样分压电阻（R2），所述的第一采样分压电阻（R1）一端和第二采样分压电阻（R2）的一端分别连接所述的储能滤波电容（CVCC）的两端，所述的第一采样分压电阻（R1）另一端和第二采样分压电阻（R2）的另一端相互连接，所述的第一采样分压电阻（R1）和第二采样分压电阻（R2）间的节点连接所述的迟滞比较器（VCCComp）的正相输入端。

6.根据权利要求1所述的以无辅助绕组方式实现集成电路供电的隔离式电源电路结构，其特征在于，所述的直流电输出端连接所述的原边绕组的异名端，该原边绕组的同名端连接所述的集成电路模块；所述的副边绕组的同名端通过整流肖特基二极管（DOUT）连接输出负载。

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