CN108512442B - 开关电源控制系统 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及开关电源控制系统。提供了一种开关电源控制系统，系统包括滤波整流电路、控制电路、以及输出电路，其中：滤波整流电路的输入端与交流电源相连接，输出端与控制电路相连接；控制电路的输入端与滤波整流电路的输出端连接，输出端与输出电路连接，并且控制电路包括反馈分压电阻器、采样保持组件、以及开关驱动组件，其中：采样保持组件被配置为通过反馈分压电阻器的分压信号得到采样电压，并且至少部分地基于分压信号得到退磁时间，并且开关驱动组件被配置为至少部分地基于退磁时间生成驱动信号来驱动功率开关。

Description

开关电源控制系统
技术领域
本发明的某些实施例涉及集成电路。更具体地，本发明的一些实施例提供了开关电源控制芯片及开关电源控制系统。
背景技术
近年来，开关电源技术不断发展，有着广泛的应用前景。图1示是原边反馈反激式(flyback)开关电源控制系统的一种典型结构，其中，二极管D1、D2、D3和D4构成整流桥，该整流桥与电容器Cbulk共同构成输入电路，用于将交流输入电压VAC进行整流及滤波处理后，输出给变压器T1的原边绕组。其中，二极管D5、电容器Cout和电阻器Rout构成输出电路，用于将变压器T1的副边绕组输出的电压进行整流滤波处理后，输出给负载。
电阻器R1和电阻器R2对经由变压器T1辅助绕组反馈的电压进行分压；开关电源控制芯片U0中采样与保持模块通过反馈引脚FB采样电阻器 R1和电阻器R2上的分压信号得到采样电压Vsamp，并对该分压信号持续时间进行计时，得到退磁时间Tdem；恒压与恒流模块根据电流检测引脚 CS检测到的电流值，采样电压Vsamp和消磁时间Tdem生成脉冲宽度调制信号PWM；然后脉冲宽度调制信号PWM经过开关驱动模块生成开关驱动信号BD来驱动功率开关Q1。
调整功率管Q1的开关频率，以实现开关电源控制电路的恒压或恒流输出；其中Cp为芯片供电电容，D6和R3为供电二极管和电阻，Rst为高压启动电阻器，Rcs为电流检测电阻器。
但现有技术提供的上述开关电源控制电路中，由于需要利用分压电阻器R1和分压电阻器R2来为开关电源控制芯片U0的反馈引脚FB提供检测信号，且需要利用变压器T1的辅助绕组通过二极管D6和电阻器R3向开关电源控制芯片U0供电，使得开关电源驱动芯片U0的外围电路器件较多，成本较高、占用面积较大、工作可靠性低。
因此，需要改进的电路系统。
发明内容
本发明的某些实施例涉及集成电路。更具体地，本发明的一些实施例提供了利用信号线分时传输信号和电能的复用电路系统。仅作为示例，本发明的一些实施例被应用到芯片供电系统。但是，将认识到，本发明有更广泛的适用范围。
本发明的目的在于提供一种开关电源控制芯片，同时把变压器T1辅助绕组上的反馈分压电阻和供电电路集成到芯片上，旨在解决现有的原边反馈反激式开关电源控制芯片外围电路器件较多、成本较高、占用面积较大、工作可靠性低的问题。
根据实施例，可以获得一项或多项益处。参考随后的详细的说明和附图，这些好处和本发明的各种附加的目的、特征和优势可得以透彻地理解。
附图说明
图1是示出了现有技术的传统开关电源控制系统的电路图的简化图示。
图2是示出了根据本公开的实施例的开关电源控制电路的电路图。
图3是示出了根据本公开的另一实施例的开关电源控制电路的电路图。
图4是示出了根据本公开的实施例的电开关电路图的供电开关示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，便避免对本发明造成不必要的模糊。
图2是示出了根据本公开的实施例的开关电源控制电路的电路图。其中，二极管D1、D2、D3和D4构成整流桥，该整流桥与电容器Cbulk共同构成输入电路，用于将交流输入电压VAC进行整流及滤波处理后，输出给变压器T1的原边绕组。其中，二极管D5、电容器Cout和电阻器 Rout构成输出电路，用于将变压器T1的副边绕组输出的电压进行整流滤波处理后，输出给负载。
其中，Cp为芯片供电电容器，Rst为高压启动电阻器，Rcs为电流检测电阻器。开关电源控制芯片U0集成了变压器T1辅助绕组的反馈分压电阻器R1和R2，集成了供电电路D6二极管和电阻器R3，同时在供电二极管D6和供电电阻器R3之间加入静电防护模块ESD，以确保芯片U0的 AUX引脚抗静电能力。
芯片上采样与保持模块通过采样集成电阻器R1和电阻器R2上的分压信号得到采样电压Vsamp，并对该分压信号持续时间进行计时，得到退磁时间Tdem；恒压与恒流模块根据电流检测引脚CS检测到的电流值，采样电压Vsamp和消磁时间Tdem生成脉冲宽度调制信号PWM；然后脉冲宽度调制信号PWM经过开关驱动模块生成开关驱动信号BD来驱动功率开关Q1。调整功率管Q1的开关频率，以实现开关电源控制电路的恒压或恒流输出。
在图2的实施例中，开关电源系统(例如，功率转换器)包括初级绕组Np、次级绕组Ns、开关、检测电阻器、采样/保持、驱动。例如，开关包括双极结型晶体管。在另一示例中，开关包括场效应晶体管(例如，金属氧化物半导体场效应晶体管)。在又另一示例中，开关包括绝缘栅双极晶体管。
在一个示例中，功率晶体管是双极结型晶体管。在另一示例中，功率晶体管是场效应晶体管(例如，金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET))。在又另一示例中，功率晶体管是绝缘栅双极晶体管 (IGBT)。其中功率晶体管(例如，图2中的Q1)的集电极经由变压器的原边绕组连接到输入电压，并且经由采样电阻连接到地。在各种示例中，电阻器R1和R2的电阻值可以由本领域技术人员根据需要设置。
与副边侧上的输出电压相关的信息可以通过包括电阻器R1和R2的反馈比例分压电阻(也称为反馈分压电阻器)来提取。其中反馈分压电阻器，被配置为根据系统的输出电压来生成反馈信号。
图3是示出了根据本公开的另一实施例的开关电源控制电路的电路图。其中，二极管D1、D2、D3和D4构成整流桥，该整流桥与电容器 Cbulk共同构成输入电路，用于将交流输入电压VAC进行整流及滤波处理后，输出给变压器T1的原边绕组。其中，二极管D5、电容器Cout和电阻器Rout构成输出电路，用于将变压器T1的副边绕组输出的电压进行整流滤波处理后，输出给负载。其中，Cp为芯片供电电容，Rst为高压启动电阻，Rcs为电流检测电阻。
开关电源控制芯片U0集成了变压器T1辅助绕组的反馈分压电阻器 R1和R2，集成了供电电路M1开关管和电阻器R3，同时在供电开关M1 和供电电阻器R3之间加入静电防护模块ESD，以确保芯片U0的AUX引脚抗静电能力；芯片上采样与保持模块通过采样集成电阻器R1和电阻器 R2上的分压信号得到采样电压Vsamp，并对该分压信号持续时间进行计时，得到退磁时间Tdem；恒压与恒流模块根据电流检测引脚CS检测到的电流值，采样电压Vsamp和消磁时间Tdem生成脉冲宽度调制信号 PWM；然后脉冲宽度调制信号PWM经过开关驱动模块生成开关驱动信号 BD来驱动功率开关Q1，调整功率管Q1的开关频率，以实现开关电源控制电路的恒压或恒流输出。
图4是示出了根据本公开的实施例的电开关电路图的供电开关示意图。如图4所示，供电开关M1可以由高压PMOS(P沟道金属氧化物半导体)管实现。通过高压PMOS的寄生二极管来是实现供电二极管；开关M1的栅极与源极之间串接电阻器R4，从而例如提高开关M1的抗静电能力。同时在开关M1的栅极与源极之间加入开关S1。
开关S1受芯片的上电复位信号控制，上电复位前开关S1截止，上电复位后开关S1导通，加入开关S1可以防止变压器T1辅助绕组的反馈信号过快的电压变化率(dV/dT)，导致供电开关M1异常导通，从而影响正常供电。
通过在开关电源控制芯片U0上集成变压器T1辅助绕组的反馈分压电阻器R1/R2和供电电路，可以大大减少芯片外围电路器件和器件占用面积。这样有利于降低系统成本和提高系统生产可靠性。
根据本公开的实施例，提供了一种开关电源控制系统，系统包括滤波整流电路、控制电路、以及输出电路，其中：滤波整流电路的输入端与交流电源相连接，输出端与控制电路相连接；控制电路的输入端与滤波整流电路的输出端连接，输出端与输出电路连接，并且控制电路包括反馈分压电阻器、采样保持组件、以及开关驱动组件，其中：采样保持组件被配置为通过反馈分压电阻器的分压信号得到采样电压，并且至少部分地基于分压信号得到退磁时间，并且开关驱动组件被配置为至少部分地基于退磁时间生成驱动信号来驱动功率开关。
根据本公开的实施例，控制电路还包括恒流组件，其中恒流组件被配置为根据功率开关的检测电流值生成恒流信号，并且开关驱动组件被配置为至少部分地基于退磁时间和恒流信号生成驱动信号来驱动功率开关。
根据本公开的实施例，控制电路还包括供电开关，供电开关一端与反馈分压电阻器连接，一端与控制电路的供电电容器连接。
根据本公开的实施例，供电开关包括：P沟道金属氧化物半导体 PMOS管，PMOS管的栅极和源极之间串联有第一电阻器，并且漏极与反馈分压电阻器连接。
根据本公开的实施例，提供了一种包括如本文所公开的开关电源控制系统的开关电源。
例如，使用一个或多个软件组件、一个或多个硬件组件、和/或软件和硬件组件的一个或多个组合，本发明的各种实施例的一些或全部组件各自单独地和/或以与至少另一组件结合的方式被实施。在另一示例中，本发明的各种实施例的一些或全部组件各自单独地和/或以与至少另一组件结合的方式被实施在诸如一个或多个模拟电路和/或一个或多个数字电路之类的一个或多个电路中。在另一示例中，本发明的各种实施例和/或示例可以被结合。
虽然已经描述了本发明的特定实施例，但本领域的技术人员应该理解，存在等同于所描述的实施例的其它实施例。因此，应该理解，本发明并不限于所示出的具体实施例，而仅由所附权利要求的范围所限定。

Claims (3)

1.一种开关电源控制系统，所述系统包括滤波整流电路、控制电路、以及输出电路，其中：
所述滤波整流电路的输入端与交流电源相连接，输出端与所述控制电路相连接；
所述控制电路的输入端与所述滤波整流电路的输出端连接，输出端与所述输出电路连接，并且所述控制电路包括反馈分压电阻器、采样保持组件、以及开关驱动组件，其中：
所述采样保持组件被配置为通过所述反馈分压电阻器的分压信号得到采样电压，并且至少部分地基于所述分压信号得到退磁时间，并且
所述开关驱动组件被配置为至少部分地基于所述退磁时间生成驱动信号来驱动功率开关，
其中，所述控制电路还包括供电开关、供电电阻器和静电防护模块，所述供电开关一端与所述反馈分压电阻器连接，另外一端经由所述供电电阻器与所述控制电路的供电电容器连接，并且
其中，所述静电防护模块一端连接在所述供电开关和所述供电电阻器之间，另外一端接地，用于实现所述控制电路的抗静电能力，
其中，所述供电开关包括P沟道金属氧化物半导体PMOS管，所述PMOS管的栅极和源极之间串联有第一电阻器，并且漏极与所述反馈分压电阻器连接，并且其中，所述PMOS管的栅极和源极之间还具有与所述第一电阻器并联的第一开关，所述第一开关受所述控制电路的上电复位信号控制。
2.如权利要求1所述的开关电源控制系统，其中所述控制电路还包括恒流组件，其中所述恒流组件被配置为根据所述功率开关的检测电流值生成恒流信号，并且所述开关驱动组件被配置为至少部分地基于所述退磁时间和所述恒流信号生成驱动信号来驱动所述功率开关。
3.一种包括如权利要求1-2中的任何一项所述的开关电源控制系统的开关电源。
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