CN107733255B - 一种双绕组电源电路 - Google Patents
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Abstract
一种双绕组电源电路，包括高压取电电路、片上电源生成电路、调节控制单元、调节场效应管、变压器；所述高压取电电路用于接收高压输入并进行稳压、降压，所述片上电源生成电路用于对高压取电电路的输出进行转化输出给调节控制单元，所述调节控制单元用于控制调节场效应管的通断，所述调节场效应管用于调节变压器绕组上的输出；能够省去辅助绕组供电，能够从高压取电的双绕组电源电路，为下一级输出供电，达到了解决成本，节省制作流程的效果。
Description
技术领域
本发明涉及芯片电路设计领域，尤其涉及一种新颖的双绕组电源电路
背景技术
目前，能源技术是推动社会进步文明发展的关键技术。锂电池和LED照明等节能技术在实现广泛应用的同时，也要求着相关技术逐步改进，以此进一步构建新型节能社会。
现有的ACDC电源和LED照明电路需要辅助绕组供电，如图1。图中的PSR IC(Primary Side Regulator Integrated Circuit，原边调整集成电路)只包含一个模块PSRController(Primary Side Regulator Controller，原边调整控制器)。模块PSRController由辅助绕组在VCC处供电，输出PSR_DRV控制原边功率管PSR_MOS(PSR_MOS是一个耐压为700V的单极晶体管，在这里可以等效为一个理想开关。当信号PSR_DRV为高电平时，这个晶体管导通，当信号PSR_DRV为低电平时，这个晶体管关断)的通断。调节PSR_MOS通断的占空比和频率，实现控制原边到次变能量传递的大小，进而实现输出电压VO恒定或者输出电流IO恒定。
图1中为PSR Controller供电的辅助绕组会提高整机成本，同时不利于变压器小型化。
发明内容
为此，需要提供一种能够省去辅助绕组供电，能够从高压取电的双绕组电源电路，为下一级输出供电。
为实现上述目的，发明人提供了一种双绕组电源电路，包括高压取电电路、片上电源生成电路、调节控制单元、调节场效应管、变压器；
所述高压取电电路用于接收高压输入并进行稳压、降压，所述片上电源生成电路用于对高压取电电路的输出进行转化输出给调节控制单元，所述调节控制单元用于控制调节场效应管的通断，所述调节场效应管用于调节变压器绕组上的输出；
所述高压取电电路的输入端与电源连接，输出端与片上电源生成电路输入端连接，片上电源生成电路的输出端与调节控制单元输入端连接，调节控制单元输出端与调节场效应管的栅极连接，调节场效应管的源极通过变压器绕组与电源连接，漏极接地。
进一步地，所述高压取电电路包括第一场效应管，所述第一场效应管的源极和栅极与高压取电电路输入端连接，漏极与高压取电电路输出端连接，第一场效应管的栅极还通过连接齐纳管接地。
进一步地，所述片上电源生成电路包括第二场效应管、第三场效应管；所述第二场效应管的漏极和栅极与片上电源生成电路输入端连接，源极与片上电源生成电路的输出端连接；所述第二场效应管的栅极还与第三场效应管的源极连接，所述第三场效应管的栅极通过电源检测单元与片上电源电路的输出端连接，所述第三场效应管的漏极接地；所述电源检测单元用于检测一端管脚的电平并从另一管脚输出控制电平。
具体地，所述调节控制单元为原边控制器。
优选地，包括原边集成芯片，所述原边集成芯片包括高压取电电路、片上电源生成电路、调节控制单元；所述原边集成芯片的输入管脚与高压取电电路输入端连接，输出管脚与调节控制单元输出端连接。
可选地，包括高压集成芯片，所述高压集成芯片包括高压取电电路、调节场效应管；
所述高压集成芯片包括高压输入脚、低压输出脚、控制输入脚、调节输出脚，所述高压输入脚与高压取电电路的输入端连接，低压输出脚与高压取电电路输出端连接，所述控制输入脚与调节场效应管栅极连接，调节输出脚与调节场效应管的源极连接。
优选地，包括控制集成芯片，所述控制集成芯片包括片上电源生成电路、调节控制单元；
所述控制集成芯片包括低压输入脚，控制输出脚，所述低压输入脚与片上电源生成电路输入端连接，所述控制输出脚与调节控制单元输出端连接；还包括接地脚，所述接地脚与片上电源生成电路输出端连接。
区别于现有技术，上述技术方案通过设计高压取电电路，省去了在变压器中用于产生压降的一个绕组，对电源电路的设计来说是一个极大的简化并且节约了材料，提高了VCC输出的稳定性，新设计的电路可以通过高端工艺相互集成，在具体实施上也有一定的成本优势。
附图说明
图1为背景技术所述的多绕组电源电路的设计图；
图2为具体实施方式所述的双绕组电源电路示意图；
图3为具体实施方式所述的双绕组电源电路元件示意图；
图4为具体实施方式所述的高压取电电路片上剖样视图；
图5为具体实施方式所述的VCC检测子模块示意图；
图6为具体实施方式所述的集成芯片示意图；
图7为具体实施方式所述的集成芯片示意图。
附图标记说明：
1、高压取电电路；
2、片上电源生成电路；
3、调节控制单元。
具体实施方式
为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。
请参阅图2，本实施例一种双绕组电源电路，包括高压取电电路1、片上电源生成电路2、调节控制单元3、调节场效应管MOS_PSR、变压器；
所述高压取电电路用于接收高压输入并进行降压，所述片上电源生成电路用于对高压取电电路的输出进行转化输出给调节控制单元，所述调节控制单元用于控制调节场效应管的通断，所述调节场效应管用于调节变压器次级绕组上的输出；其中片上电源可以指代一般电路中常用的VCC电压源，片上电源生成电路可以表示为VCC生成电路，调节控制单元可以是现有技术中的PSR Controller，调节场效应管可以是原边功率管。
在具体的操作例中，如图2中所示，所述高压取电电路的输入端与交流电源AC连接，输出端与片上电源VCC生成电路输入端连接，片上电源生成电路的输出端与调节控制单元输入端连接，调节控制单元输出端与调节场效应管的栅极连接，调节场效应管的源极通过变压器绕组与电源连接，漏极接地。在电路工作时，高压取电电路的输出可以是低电位也可以是高电位。当高压取电电路的输出为低电位时，高压取电电路不会给VCC生成电路输入信号，当当高压取电电路的输出为高电位时，高压取电电路可以给VCC生成电路输入信号。通过上述设置，通过高压取电电路给VCC电路生成输入信号，能够使得直接接高压输入而不用从变压器绕组中分出电压给VCC生成电路供电，而通过调节控制单元反向控制变压器绕组上的功率，达到了节省一个变压器绕组、简化电路并节约材料、节省成本的技术效果，变压器的下一级绕组可以用于给功耗元件供电，而本设计电路的片上电源输出VCC可以用于功耗元件的控制芯片供电，如需要芯片控制的照明灯、洗墙灯等等。
在其他一些进一步的实施例中，如图3所示，所述高压取电电路包括第一场效应管M1，所述第一场效应管的源极和栅极与高压取电电路输入端连接，漏极与高压取电电路输出端连接，第一场效应管的栅极还通过连接齐纳管接地。在具体的实施例中，M1的源极还通过电阻R1、二极管D2与M1栅极连接，通过降压及整流之后用作M1的启动电压，M1可以选用高压MOS管，使得高压取电电路的电压输出满足后续元件的承受要求。具体的实施例中，如图4所示，可以在集成芯片上制作高压取电电路，剖面图如图4中我们看到的，HV VOMOS DRAIN端外接高压AC源，通过第一电阻及一个片上的二极管之后与栅极(poly)连接，栅极还可以通过齐纳管接地。HV VDMOS SOURCE端接高压取电电路的输出端。在一些具体的应用例中，高压取电电路的VDMOS器件的栅极连接第一二极管的阴极，同时也与齐纳管阴极相连接，设计第一电阻的阻值，一般为50Mohm以上，VDMOS的栅极点位可以令VDMOS常通，齐纳管的电流也会很小。
在图3所示的另一些实施例中，所述片上电源生成电路包括第二场效应管M2、第三场效应管M3；所述第二场效应管的漏极和栅极与片上电源生成电路输入端连接，源极与片上电源生成电路的输出端连接；所述第二场效应管的栅极还与第三场效应管的源极连接，所述第三场效应管的栅极通过电源检测单元与片上电源电路的输出端连接，所述第三场效应管的漏极接地；所述电源检测单元用于检测一端管脚的电平并从另一管脚输出控制电平。某些实施例中，第二MOS管为一个N型的MOS器件，它的栅极连接第二电阻R2的一端，漏极连接第二电阻R2的另一端同时连接高压取电电路的输出。它的源极连接第二二极管的阳极，第二二极管的阴极连接外置第一电容，是VCC生成电路的输出。具体地，在VCC生成电路中，M3控制M2的通断，M2与高压取电电路中的M1串联，即M3可以控制高压取电电路的通断。电阻R2控制M3导通时的电流。R2的阻值设计在1Mohm。当M3导通时，M2关断，高压取电电路关断；当M3关断时，高压取电电路给外置电容C1充电。当高压取电时，可以得到M1的栅极电位须满足下式：
VZ＞VCC+VD2+VGS1+VGS2
VCC生成电路的输出通过子模块片上电源检测模块VCC detector控制高压取电电路的通断，以此控制VCC的大小。VCC detector其原理是采样VCC电压，根据VCC电压的大小调节高压取电电路的导通时间或者M2的栅源电压，从而实现VCC的输出恒定。其具体实现方式可以多种，例如通过比较器、整流器、检测占空比等多种方法实现，如图5为本发明中VCCdetector(VCC电压侦测器)的具体实施例。因此为了与上述电路配合，PSR Controller可以用于根据采样控制原边功率器件的开和关，实现负载调节，因此优选地，所述调节控制单元为原边控制器。图5中，M3即为VCC生成电路中的M3。VCC电压经过电阻分压采样和一个电压值1V的基准电压同时为一个运算放大器的输入端，运算放大器的输出端连接一个电容，这个电容的容值调整运算放大器的增益。当VCC超过预设值时，M3会拉低M2的栅电位，控制对VCC的充电能力，从而实现调整VCC电压的大小。
下面的实施例中，我们结合图6、图7进行详细描述。
高压取电电路由电阻R1、二极管D1、700V的VDMOS M1和齐纳管构成。R1、D1和齐纳管串联且常通，M1被稳定于齐纳管反偏压降VZ。VZ可以调整齐纳管的个数，给定M1的栅极电压。D1是为了防止原边功率管关断瞬间令栅极电位下降。R1的阻值应当尽可能的大，一般设置为50Mohm。
高压取电电路与原边功率器件集成在一起时，VCC生成电路和PSR Controller的工艺选择就会很方便。在这一可选的实施例中，如图6所示，第一个虚线框显示的是高压集成芯片，所述高压集成芯片包括高压取电电路、调节场效应管；
所述高压集成芯片包括高压输入脚、低压输出脚、控制输入脚、调节输出脚，所述高压输入脚与高压取电电路的输入端连接，低压输出脚与高压取电电路输出端连接，所述控制输入脚与调节场效应管栅极连接，调节输出脚与调节场效应管的源极连接。
当高压取电电路与PSR IC集成在一起的具体实现方式也可以采用图4所示的设计。图4中HV VDMOS即700V的VDMOS M1，D1是Pwell和N+做的二极管。通过设计高压集成芯片，达到了节省生产步骤，简化生产流程，同时也提高电路集成度，减少电路占用空间的效果。
作为一个搭配使用的技术方案，在图6的下方的虚线框还包括控制集成芯片，所述控制集成芯片包括片上电源生成电路、调节控制单元；
所述控制集成芯片包括低压输入脚，控制输出脚，所述低压输入脚与片上电源生成电路输入端连接，所述控制输出脚与调节控制单元输出端连接；还包括接地脚，所述接地脚与片上电源生成电路输出端连接。
在图7所示的实施例中，双绕组电路还可以设计成包括图示的原边集成芯片，所述原边集成芯片包括高压取电电路、片上电源生成电路、调节控制单元；所述原边集成芯片的输入管脚与高压取电电路输入端连接，输出管脚与调节控制单元输出端连接。通过上述集成方案，也能够达到节省生产步骤，简化生产流程，同时也提高电路集成度，减少电路占用空间的效果。
需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。
Claims (5)
1.一种双绕组电源电路，其特征在于，包括高压取电电路、片上电源生成电路、调节控制单元、调节场效应管、变压器；
所述高压取电电路用于接收高压输入并进行稳压、降压，所述片上电源生成电路用于对高压取电电路的输出进行转化输出给调节控制单元，所述调节控制单元用于控制调节场效应管的通断，所述调节场效应管用于调节变压器绕组上的输出；
所述高压取电电路的输入端与电源连接，输出端与片上电源生成电路输入端连接，片上电源生成电路的输出端与调节控制单元输入端连接，调节控制单元输出端与调节场效应管的栅极连接，调节场效应管的源极通过变压器绕组与电源连接，漏极接地，所述高压取电电路包括第一场效应管，所述第一场效应管的源极和栅极与高压取电电路输入端连接，漏极与高压取电电路输出端连接，第一场效应管的栅极还通过连接齐纳管接地，所述片上电源生成电路包括第二场效应管、第三场效应管；所述第二场效应管的漏极和栅极与片上电源生成电路输入端连接，源极与片上电源生成电路的输出端连接；所述第二场效应管的栅极还与第三场效应管的源极连接，所述第三场效应管的栅极通过电源检测单元与片上电源电路的输出端连接，所述第三场效应管的漏极接地；所述电源检测单元用于检测一端管脚的电平并从另一管脚输出控制电平。
2.根据权利要求1所述的双绕组电源电路，其特征在于，所述调节控制单元为原边控制器。
3.根据权利要求1所述的双绕组电源电路，其特征在于，包括原边集成芯片，所述原边集成芯片包括高压取电电路、片上电源生成电路、调节控制单元；所述原边集成芯片的输入管脚与高压取电电路输入端连接，输出管脚与调节控制单元输出端连接。
4.根据权利要求1所述的双绕组电源电路，其特征在于，包括高压集成芯片，所述高压集成芯片包括高压取电电路、调节场效应管；
所述高压集成芯片包括高压输入脚、低压输出脚、控制输入脚、调节输出脚，所述高压输入脚与高压取电电路的输入端连接，低压输出脚与高压取电电路输出端连接，所述控制输入脚与调节场效应管栅极连接，调节输出脚与调节场效应管的源极连接。
5.根据权利要求1所述的双绕组电源电路，其特征在于，包括控制集成芯片，所述控制集成芯片包括片上电源生成电路、调节控制单元；
所述控制集成芯片包括低压输入脚，控制输出脚，所述低压输入脚与片上电源生成电路输入端连接，所述控制输出脚与调节控制单元输出端连接；还包括接地脚，所述接地脚与片上电源生成电路输出端连接。
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