CN108809101B - 一种高集成电源管理集成电路 - Google Patents

一种高集成电源管理集成电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高集成电源管理集成电路，在于多种VCC的供电技术，灵活的分压配比技术，限流检测技术，从而实现将外围贴片元件进行内置，使得体积更小，故障率更低；且有效地把峰值能量转换为VCC供电，不仅解决了单绕组VCC供电问题提升了效率，还降低了峰值电压可以去掉峰值吸收电路；另外通过对漏感尖峰的转换利用不仅提升了效率还改善了EMI问题。

Description

一种高集成电源管理集成电路
技术领域
本发明涉及电子信息供电技术领域，具体是一种高集成电源管理集成电路。
背景技术
目前电子信息技术受到广泛应用，其中电源更是核心关键部件，电源质量的主要影响是电源内部的电源管理集成电路，常规是在电源管理集成电路上与多组电阻进行电性连接，如图1、2所示，电源管理集成电路内VCC端新型供电电路，包括：AC端输入1、DB1整流桥2、EC1滤波电容3、IC1集成电路4、R1电阻5、EC2电容6、R5电阻7、T1变压器8、D7肖特基9、EC3电容10、R9电阻11、LAND1 12与分压检测模块13，EC1滤波电容3对接DB1整流桥2，所述DB1整流桥2的输入端与AC端输入1的L、N极电性连接，所述EC1滤波电容3对接DB1整流桥2，所述R1电阻5左端与EC1滤波电容3正极电性连接，右端与EC2电容6正极电性连接，所述IC1集成电路4具备五个端口，分别是C端、VCC端、FB端、GND端与CS端，其中，VCC端与EC2电容6正极电性连接，所述T1变压器8初级绕组中1脚和EC1滤波电容3负极连接，另一脚和IC1集成电路4，所述D7肖特基9正端连接T1变压器8次级绕组正端或者反向连接T1变压器8负端，所述EC3滤波电容10、R9电阻11、LAND1 12依次顺序连接T1变压器8绕着负端和D7肖特基9负端，若D7肖特基9在负端整流，则接正端，所述分压检测模块13连接R6电阻14与R7电阻15，该电源管理集成电路复杂占据了较大的空间且成本高；且目前贴片电阻和电容集中在几个外资厂，2017年开始不断恶意涨价，对国内电子行业受控于外资。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高集成电源管理集成电路，以解决上述背景的电源内部的电源管理集成电路存在电阻过多、电路复杂、占用空间大、贴片电阻电容受制于外资，成本高、效率低等不足等问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高集成电源管理集成电路包括：EC2A供电电路、分压检测电路和限流检测电路，其中，
EC2A供电电路为将现有的外围R1电阻和EC2电容集成到芯片内部或只将R1电阻集成到芯片内部构成的电路；
分压检测电路为将R6电阻与R7电阻集成到芯片中构成的电路；
限流检测电路为将R5电阻内置在芯片中构成的电路。
作为本发明进一步的方案：一种高集成电源管理集成电路，其特征在于：包括将R6电阻内置或R6电阻与R5电阻内置或R6、R5与R1电阻内置或R6、R5、R1、R7电阻内置所构成的电路，如，R6电阻内置，预留了R7电阻在外围进行电压调节，预留了R5电阻在外围调节电流；R6电阻与R5电阻内置，R5根据需要的电流大小，内置匹配的阻值，只预留R7在外围调节电压；R6、R5与R1电阻内置，根据需求也可以把R1内置于IC1,只留R7在外围调节电压；R6、R5、R1、R7电阻内置，R1电阻内置于IC1，根据需要的电压电流值，可把需要的R6和R7的配比值以及R5的阻值的电阻全部内置于IC1。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、高集成度；R1电阻、R5电阻、R6电阻、R7电阻和EC2不同的内置组合，根据需求以及布局可以做到全部内置或者部分内置，还可随意定义脚位和集成脚位制成不同的封装来满足不同的应用，这些都大大的提高了电源管理集成电路的集成度以及对空间的利用率；
2、高效率；多种内置的不同EC2A启动和供电方式(利用FB端和GND端的转换电压差给VCC供电)，充分的对能量进行了利用，大大降低了损耗，提高了效率；
3、高性能；满足对EMI认证的要求，多种EC2A的内置方式和对散溢能量充分利用，有效的降低了产品工作过程中对外的能量辐射，还可以增加常规的RCD吸收电路以降低峰值电压(也可以在芯片内部的初级绕着设置吸收线路)，提升工作电压范围，也可以增加π型滤波以满足EMI认证的需求，也可以在绕组当中增加RC阻尼吸收等功能；
4、高竞争力；可以随意的定义脚位，能够应用于不同的设计布局以及不同的设计需求；脚位的集成，最少可以封装成3脚位，可以节省更多的设计空间；两者相结合，完全可以应用于不同的需求当中，而且成本更加低与质量更加好，在日益竞争加剧的市场上，能更快抢占市场“制高点”；
5、高实用性；集成电路可以使R1、R5、R6、R7、EC2A以不同的组合方式内置，当不需要用到内置元件时,还可外延通过外围元件调节。在此基础上还可以通过随意定义脚位，组成多种不同的外延方式，这样大大提高了对电源设计的方便及实用性。
附图说明
图1为现有电源管理集成电路内VCC端新型供电电路的原理框图。
图2为现有电源管理集成电路内VCC端新型供电电路的电路原理图。
图3为本发明的电路原理图。
图4为本发明中将CS端可以定义为GND端的电路原理图。
图5为本发明中将R1电阻和EC2A内置的电路原理图。
图6为本发明中将R1电阻内置的电路原理图。
图7为本发明中将R1电阻设为启动电阻时的电路原理图。
图8为本发明中将R6电阻内置的电路原理图。
图9为本发明中将R6电阻与R5电阻内置的电路原理图。
图10为本发明中将R6、R5与R1电阻内置的电路原理图。
图11为本发明中将R6、R5、R1和R7电阻内置的电路原理图。
图12为本发明中将R6、R5、R1、R7电阻内置的电路原理图。
图13为本发明中将R1电阻、EC2电容、R6电阻、R7电阻、R5电阻内置的电路原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参阅图3-7，一种高集成电源管理集成电路包括：EC2A供电电路、分压检测电路和限流检测电路，其中，
1,EC2A供电电路为将现有的外围R1电阻和EC2电容集成到芯片内部或只将R1电阻集成到芯片内部构成的电路；
(1)参阅图4，原CS端可以定义为GND端，然后利用内置MOS管的VDS或者三级管的VCE电压压降检测并控制电流大小，Q2、Q3均为三极管或MOS管，Q2三极管或MOS管只能通过快速的开通和关闭来启动VCC，后续不能持续的为VCC供电，后续通过Q3三对EC2A、VCC进行供电，Q3的B极连接主芯片，主芯片通过控制Q3的B极电流来控制Q3的开通和关闭；VCC连接主芯片，主芯片可以检测VCC，可以根据需要设置一个VCC的电压范围，当EC2A电压小于这个范围时,主芯片控制Q3开通，Q3通过对FB端和GND端转换的电压差进行利用，对EC2A进行充电，当EC2A电压超过范围时，主芯片控制Q3快速关闭，停止充电，并使EC2A自行放电。这个过程可以反复的进行，Q3的开通和关闭的周期和频率是可以根据需要通过主芯片占空比调节，Q3也可以更换为耗尽型MOS管实现上述功能，通过对FB端和GND端连接的变压器脚转换产生的电压差利用，在外围可以不需要RC吸收，还能对散溢的能量进行有效的利用，不仅降低了损耗，降低温升，同时提高了效率和满足对EMI认证的需求；
(2)、R1电阻和EC2A内置
参阅图5，R1为启动电阻，Q2为耗尽型MOS管或线性等稳压电路，R1以及Q2在线路中起到快速的开通和关闭并启动VCC电容的作用，且后续持续为VCC供电，并且能缩小EC2A的容值，驱动功率管工作，使EC2A内置；
(3)、R1电阻内置
参阅图6，Q2为三级管，FB端和GND端可增加阻容RC吸收，并通过D1和D2整流给EC2AVCC电容供电，可以把EC2A VCC电容外置。这种供电方式利用了FB端和GND端所连的变压器脚转换时产生的电压差通过RC吸收和D1、D2整流给VCC供电，这样能有效的降低漏感尖峰，降低损耗，降低温升，提高效率；
(4)、R1启动电阻
参阅图7，Q2三极管起到启动VCC之后快速的关闭的作用，能有效的减少损耗，提高效率。其中R6电阻(R6A、R6B、R6C、R6D、R6E、R6F)和R7电阻(R7A、R7B、R7C、R7D、R7E、R7F)内置于IC1，且进行了不同的配比，当需要不同的电压时，R6和R7可以选取不同的电阻分别连在GND端和FB端。R5电阻(R5A、R5B、R5C、R5D、R5E、R5F)也内置于IC1，当需要不同的电流时，R5可选取不同的阻值连在CS端。或者不需要用到内置电阻(R5、R6、R7)时，FBA可直接连接在FB端，CS端连外围，通过外围电阻调节电压电流。
市场常规的供电技术为通过R1给EC2充电到开启阀值，然后通过辅助绕组给EC2供电；或者利用高压启动技术，即利用Q2给EC2充电到芯片工作阀值后关闭Q2从而降低功耗，再利用辅助绕组(老式变压器有初级绕组、次级绕组和辅助供电绕组共3个绕组)供电，但是双绕组的变压器中没有辅助绕组，市场上目前还没有双绕组电源管理芯片(集成电路)利用的高压启动给EC2充电，并做恒流恒压输出的。而本实施例中包含了多种特殊的EC2A的供电方式，如：
方法一：利用Q2给EC2A充电,充到芯片工作电压后，关闭Q2(降低功耗)，其Q1开始导通，VDS达到固定电压值时候，Q1关闭，T1产生反向电动势，然后通过主控芯片固定开启Q3一个周期(比如根据需要固定导通10nS，具体开启周期时间以一个开启周期EC2(或EC2A)电容从设置下限保护点充到不超过上限保护点电压为准)或者固定一个额定电流(通过检测Q3的VCE/VDS的压降或者将D3和Q3对调位置，通过检测D3的正向压降检测控制固定电流)，将变压器初级绕组的反向电动势电压为EC2(或EC2A)供电，当充一个周期EC2(或EC2A)还是低于设置的下限，Q3再次开启一个固定周期给EC2(或EC2A)充电直到超过下限电压。本供电方式不仅利用了无用漏感尖峰转换为EC2(或EC2A)充电提升了效率，同时降低了尖峰从而省去了RCD吸收，而且转换尖峰后有效改善了EMI的效果；
方法二：Q2开启一个周期后，关闭Q2降低损耗，Q3用耗尽型MOS管或者线性稳压技术持续给EC2(或EC2A)供电；
方法三：只用Q2给EC2(或EC2A)供电，固定周期时间(或者固定脉冲电流)开启Q2，通过EC1直接给EC2(或EC2A)供电,只到EC2(或EC2A)达到工作电压值；
方法四：Q2为耗尽型MOS管或者线性稳压技术持续给EC2(或EC2A)供电，当需要开通Q1时候有可以直接利用EC1的能量开启，从而减小EC2A的容值，实现直接在芯片内部集成EC2A；
方法五：利用阻容降压技术给EC2(或EC2A)供电，这样能有效的降低漏感尖峰，降低损耗，提高效率改善EMI。
2、分压检测电路为将R6电阻与R7电阻集成到芯片中构成的电路，可通过如下方法实现：
方法一：图4-7中R7电阻可以定位固定阻值(比如固定200K或者根据需求固定其他阻值)，R6电阻为中间抽线型电阻，在不同的位置点实现不同的阻值，从而实现不同的输出电压，而外围还可以保留R7电阻电阻，加大R7电阻可以提升电压；
方法二：图7中R6电阻电阻(R6电阻A、R6电阻B、R6电阻C、R6电阻D、R6电阻E、R6电阻F)和R7电阻电阻(R7电阻A、R7电阻B、R7电阻C、R7电阻D、R7电阻E、R7电阻F)进行了不同的配比，当需要不同的电压时，R6电阻和R7电阻可以选取不同的电阻分别连在GND端和FB端，达到调节出所需电压的目的。当不需要用到内置配比的R6电阻和R7电阻时，FBA可以直接连到FB端，然后通过外围调节所需电压。
3、限流检测电路为将R5电阻内置在芯片中构成的电路，其内置方法可有以下方法：
方法1：参阅图4-6，将R5电阻去掉，原CS端可以定义为GND端，然后利用内置MOS管的VDS或者三级管的VCE电压压降检测并控制电流大小。本方法和PI的1142的芯片类似地方在于都具有高压启动和取消R5电阻，本发明和1142的区别在于，1142需要辅助绕组，而本发明不需要辅助绕组供电而是通过特殊方式给EC2(或EC2A)电容充电，既可以省去外围的RCD吸收，集成高，又改善EMI；
方法2：参阅图7，R5电阻设置不同阻值(R5电阻A、R5电阻B、R5电阻C、R5电阻D、R5电阻E、R5电阻F)内置于IC1,当需要不同的电流时，R5电阻可选取不同的阻值连在CS端；
方法3：可相同阻值下选择设置不同的检测电压阀值以实现不同的输出功率。
参阅图8-11，一种高集成电源管理集成电路还包括将R6电阻内置或R6电阻与R5电阻内置或R6、R5与R1电阻内置或R6、R5、R1、R7电阻内置所构成的电路，如，R6电阻内置(图8)，预留了R7电阻在外围进行电压调节，预留了R5电阻在外围调节电流；R6电阻与R5电阻内置(图9)，R5根据需要的电流大小，内置匹配的阻值，只预留R7在外围调节电压；R6、R5与R1电阻内置(图10)，根据需求也可以把R1内置于IC1,只留R7在外围调节电压；R6、R5、R1、R7电阻内置(图11)，R1电阻内置于IC1，根据需要的电压电流值，可把需要的R6和R7的配比值以及R5的阻值的电阻全部内置于IC1。
如图12，一种高集成电源管理集成电路还包括将R6、R5、R1、R7电阻内置到芯片中,C端集成到8脚所构成的电路，3脚、5脚、6脚、7脚可根据内置的R6电阻和R7电阻的不同配比，得到不同电压脚位的FB端、FB1端、FB2端、FB3端；也可以在FB端或FB1端或FB2端或FB3端串上电阻来提升电压；还可根据不同的电流需要，把不同的R5阻值分别内置于5脚、6脚、7脚，就可得到不同电流值1脚、5脚、6脚、7脚，即不同电流的CS端，或者把5脚分配为电压脚(FB1端)，把6脚，7脚分配为电流脚(CS1、CS2)等等，可以有多种灵活的组合。
如图13，一种高集成电源管理集成电路还包括将R1电阻、EC2电容、R6电阻、R7电阻、R5电阻内置于芯片中所构成的电路，这样芯片只剩余三个脚分别连接EC1的正端，EC1的负端及T1的反向端，T1的正向端，从而实现最少可封装成3个脚的芯片。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (1)

1.一种高集成电源管理集成电路，包括依次连接的AC端输入、DB1整流桥、EC1滤波电容、IC1芯片和T1变压器，还包括EC2A供电电路、分压检测电路和限流检测电路，EC2A供电电路包括启动R1电阻和EC2电容，其连接到IC1芯片的VCC端，分压检测电路包括串联的R6电阻和R7电阻，R7电阻连接到EC1滤波电容的正极，R6电阻和R7电阻连接点连接在IC1芯片的FB端，限流检测电路包含R5电阻，R5电阻连接IC1芯片的CS端，其特征在于：将R1电阻和EC2电容集成到IC1芯片内部或只将启动R1电阻集成到IC1芯片内部；将R6电阻与R7电阻集成到IC1芯片中；将R5电阻内置在IC1芯片中。
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