CN111525822B - 开关电源控制器、开关电源系统及开关电源系统供电方法 - Google Patents

开关电源控制器、开关电源系统及开关电源系统供电方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种开关电源控制器、开关电源系统及开关电源系统供电方法，所述开关电源控制器包括位于同一封装体内的内置储能单元、具有功率开关管的功率开关管采样单元、驱动单元和逻辑控制单元；其中，所述驱动单元用于在所述逻辑控制单元的控制下驱动所述功率开关管导通或关断，以调整所述开关电源系统的输出电压；所述内置储能单元用于向所述逻辑控制单元供电。本发明可以节省开关电源系统的硬件消耗，降低系统功耗，同时避免了对内置储能电容的大小限制。

Description

开关电源控制器、开关电源系统及开关电源系统供电方法
技术领域
本发明涉及开关电源技术领域，特别涉及一种开关电源控制器、开关电源系统及开关电源系统供电方法。
背景技术
高压降压型(high-side buck)AC-DC开关电源系统广泛应用于家电和电表等领域，随着科技的进步，业界对产品的性能要求越来越高，需要有更高效率，更低待机功耗，更好的EMI性能，更好的使用灵活性，以及更低的成本。
图1为一种常用的high side buck AC-DC开关电源系统。电网AC侧电压经过由二极管D1、D2、D3、D4组成的整流桥整流后，再经过控制芯片U0的控制后被输出为一输出电压DC OUT，且DC OUT为一固定值。输出电压DC OUT给后续的负载供电，且在此开关电源系统中，稳定工作时，控制芯片U0的工作电压(即供电电压)VCC是由输出电压DC out通过二极管D6和VCC采样电容C3实现的，VCC采样电容C3完成对输出电压DC out的采样和对控制芯片U0的供电，也就是说控制芯片U0的供电方式为输出电压供电的方式，此种控制芯片的供电方式，待机功耗良好，但是由于需要VCC采样电容C3，且对输出电压DC out的采样不是直接采样，因此输出电压DC out的负载调整率和动态特性等均较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种开关电源控制器、开关电源系统及开关电源系统供电方法，能够省去对输出电压进行采样的外置电容，降低系统功耗，同时能够避免了对内置的储能电容的大小限制。
为解决上述技术问题，本发明提供一种开关电源控制器，用于控制一开关电源系统的输出电压，所述开关电源控制器包括位于同一封装体内的内置储能单元、功率开关管采样单元、驱动单元和逻辑控制单元；其中，
所述功率开关管采样单元具有功率开关管，所述功率开关管的栅极连接所述驱动单元的输出端，所述功率开关管的漏极连接所述开关电源系统的母线直流电压端；
所述驱动单元的输入端连接所述逻辑控制单元相应的输出端，所述驱动单元用于在所述逻辑控制单元的控制下驱动所述功率开关管导通或关断，以调整所述开关电源系统的输出电压；
所述内置储能单元的电力输出端连接所述逻辑控制单元的工作电源端，所述内置储能单元用于在开关电源控制器的芯片启动和输出建立后，向所述逻辑控制单元供电。
可选地，所述内置储能单元包括储能电容，所述储能电容的一端接地，所述储能电容的另一端为所述内置储能单元的电力输入端。
可选地，所述内置储能单元还包括稳压二极管，所述稳压二极管的阴极连接所述储能电容的另一端；所述稳压二极管的阳极接地。
可选地，所述的开关电源控制器还包括位于所述封装体内的高压供电单元，所述高压供电单元的一端连接所述开关电源系统的母线直流电压端，另一端连接所述内置储能单元的电力输入端，所述高压供电单元用于在所述功率开关管关断时，对所述内置储能单元进行充电。
可选地，所述的开关电源控制器还包括位于所述封装体内的供电控制单元，所述供电控制单元连接所述内置储能单元的电力输出端、所述高压供电单元的又一端、所述驱动单元的电源端以及所述功率开关管的漏极，所述供电控制单元用于在所述功率开关管导通时，选择所述内置储能单元或所述高压供电单元向所述驱动单元供电。
可选地，所述供电控制单元用于在功率开关管导通阶段且所述功率开关管的漏极电压未被拉低之前，选择所述高压供电单元向所述驱动单元供电或者选择所述高压供电单元和所述内置储能单元同时向所述驱动单元供电，以及，在功率开关管导通阶段且所述功率开关管的漏极电压被拉低之后，选择所述内置储能单元向所述驱动单元供电；
或者，所述供电控制单元用于在所述功率开关管导通的整个阶段，选择所述内置储能单元向所述驱动单元供电。
可选地，所述的开关电源控制器还包括位于所述封装体内的第一线性稳压器，所述第一线性稳压器连接在所述高压供电单元的另一端和所述内置储能单元之间，所述第一线性稳压器用于在所述高压供电单元对所述内置储能单元进行充电时控制所述内置储能单元的电压。
可选地，所述的开关电源控制器还包括位于所述封装体内的第二线性稳压器，所述第二线性稳压器的一输入端连接所述内置储能单元的电力输出端，所述第二线性稳压器的输出端连接所述逻辑控制单元的工作电压端，所述第二线性稳压器的另一输入端接入第一参考电压，所述第二线性稳压器用于在所述内置储能单元向逻辑控制单元供电时，根据所述第一参考电压将所述内置储能单元所输出的电压调整至所述逻辑控制单元所需的工作电压，以及，在所述高压供电单元向逻辑控制单元供电时，根据所述第一参考电压将所述高压供电单元所输出的电压调整至所述逻辑控制单元所需的工作电压。。
可选地，所述的开关电源控制器还包括位于所述封装体内的电压检测单元，所述电压检测单元的一端连接所述开关电源系统的输出电压反馈端，另一端连接所述逻辑控制单元的相应的输入端，所述电压检测单元用于对所述开关电源系统的输出电压进行周期性电压采样，以使得所述逻辑控制单元根据所述周期性电压采样的结果控制驱动单元驱动所述功率开关管导通或关断，继而调整所述开关电源系统的输出电压。
可选地，所述电压检测单元包括电压采样模块、第二电子开关和比较器，所述电压采样模块的采样输入端连接所述输出电压反馈端，所述电压采样模块的采样输出端连接所述第二电子开关的通路一端，所述第二电子开关的通路另一端连接所述比较器的一输入端，所述第二电子开关的控制端连接所述逻辑控制单元的相应的输出端，所述比较器的另一输入端接入第二参考电压，所述比较器的输出端连接所述逻辑控制单元的输出补偿端。
可选地，所述电压采样模块包括串联在所述输出电压反馈端和地之间的两个电压采样电阻，所述两个电压采样电阻相互连接的节点为所述电压采样模块的采样输出端；所述两个电压采样电阻内置于所述封装体内或者外置于所述封装体的外部。
可选地，所述电压检测单元还包括过载短路保护模块，所述过载短路保护模块的输入端连接所述第二电子开关与所述比较器相互连接的一端，所述过载短路保护模块的输出端连接所述逻辑控制单元的相应的输入端。
可选地，所述功率开关管采样单元还用于对流过所述功率开关管的电流进行采样；所述开关电源控制器还包括位于所述封装体内的屏蔽时间检测单元，所述屏蔽时间检测单元连接所述逻辑控制单元和所述功率开关管采样单元，并用于向所述逻辑控制单元反馈所述功率开关管采样单元电流采样的屏蔽时间；所述逻辑控制单元用于根据所述屏蔽时间检测单元的反馈结果，控制所述第二电子开关的导通或关断。
基于同一发明构思，本发明还提供一种开关电源系统，包括：交流电压源、与所述交流电压源连接的整流电路、与所述整流电路连接的母线电容、与所述母线电容和所述整流电路的公共端连接的母线直流电压端、以及如本发明所述的开关电源控制器；所述开关电源控制器接入在所述母线直流电压端和所述开关电源系统的输出电压端之间。
可选地，所述开关电源系统为buck开关电源系统。
基于同一发明构思，本发明还提供一种开关电源系统供电方法，包括：
设置开关电源控制器，所述开关电源控制器包括位于同一封装体内的内置储能单元、功率开关管采样单元、驱动单元和逻辑控制单元，所述功率开关管采样单元具有功率开关管，所述功率开关管的栅极连接所述驱动单元的输出端，所述功率开关管的漏极连接所述开关电源系统的母线直流电压端；
通过所述内置储能单元向所述逻辑控制单元供电。
可选地，在所述功率开关管关断时，由一高压供电单元对所内置储能单元充电。
可选地，在所述功率开关管导通阶段，在所述功率开关管的漏极电压没未被拉低之前，由所述高压供电单元向所述驱动单元供电，在所述功率开关管的漏极电压被拉低之后，由所述内置储能单元向所述驱动单元供电。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果之一：
1、开关电源控制器的内置储能单元、功率开关管采样单元、驱动单元和逻辑控制单元等均集成在同一封装体(即芯片)内，由此可以省去对输出电压进行采样的外置电容，使得整个系统拓扑结构更简洁，系统成本低，利于开关电源系统的小型化以及简单化，适用于低系统成本的应用场合，特别是在一些非隔离的辅助电源应用中。
2、输出电压反馈端没有连接内置储能单元(即输出电压反馈端没有连接VCC电容)，在退磁阶段可以实时反应输出电压值,改善输出电压的负载调整率和动态特性。
3、在开关电源控制器的芯片启动和输出建立之前，利用高压供电单元向逻辑控制单元供电并给内置储能单元充电，由此使得开关电源控制器能够可靠的完成芯片启动和输出；在开关电源控制器的芯片启动和输出建立之后，利用内置储能单元向逻辑控制单元供电，且利用高压供电单元在功率开关管关断阶段给内置储能单元充电，由此能够解决高压供电单元在功率开关管导通阶段无法给逻辑控制单元供电的问题；在功率开关管的导通阶段，可以利用供电控制单元来选择内置储能单元和/高压供电单元对驱动单元供电，例如在功率开关管刚导通阶段且在功率开关管的漏极电压没有被拉低之前，由高压供电单元向驱动单元供电，在功率开关管刚导通阶段且在功率开关管的漏极电压被拉低之后由内置储能单元向驱动单元供电，从而通过这种方式，来节省开关电源系统的驱动单元的驱动电流损耗，降低系统功耗，同时克服了将VCC电容内置于开关电源控制器中且在功率管导通时只能由VCC电容向驱动单元供电而导致所需的VCC电容太大且电路面积增大的技术偏见，由此避免了对内置的储能电容的大小限制，使得小电容也可以满足开关电源系统的供电需求。
4、在功率开关管关断阶段，利用高压供电单元向内置储能单元充电时，可以使得所述内置储能单元的电压被预充到最高(即尽量高)，从而使得在所述功率开关管的导通阶段，所述内置储能单元向所述驱动单元供电的时间维持地尽量长。
5、输出电压被电压检测单元周期性采样，逻辑控制单元能够根据采样结果来快速、精确地调整输出电压，由此改善了动态响应特性，并且提高了输出电压的精度，因此，本发明的技术方案，不仅适用于high side buck开关电源系统，还适用于恒压输出的任意合适的开关电源系统。
附图说明
图1是现有的一种具有外置VCC采样电容的high side buck AC-DC开关电源系统的电路结构示意图；
图2是本发明一实施例的开关电源控制器的电路结构示意图；
图3是图2所示的开关电源控制器的具体示例电路示意图；
图4是本发明另一实施例的开关电源控制器的电路结构示意图；
图5是本发明一实施例的开关电源系统的结构示意图；
图6是本发明另一实施例的开关电源系统的结构示意图；
图7是本发明又一实施例的开关电源系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的技术方案作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。本文中，两个元器件连接的含义包括直接连接或者通过另一些元器件间接连接。
请参考图2至图4，本发明一实施例提供一种开关电源控制器U2，用于控制一开关电源系统的输出电压DC OUT。所述开关电源控制器U2包括：逻辑控制单元10、高压供电单元11、内置储能单元12、屏蔽时间检测单元13、电压检测单元14、驱动单元15、功率开关管采样单元16、过温保护单元17、振荡器18以及供电控制单元19。且这些单元集成在同一封装体(即芯片)内，使得本实施例的开关电源控制器为一开关电源控制芯片。振荡器(OSC)18与逻辑控制单元10电连接，用于调整开关电源系统的工作频率。
请参考图3，功率开关管采样单元16包括功率开关管Q0和采样电阻Rcs，功率开关管Q0的漏端连接开关电源系统的母线直流电压端DRAIN，源极连接采样电阻Rcs的一端，栅极连接驱动单元15，采样电阻Rcs的另一端接地。所述功采样电阻Rcs用于对流过所述功率开关管Q0的电流进行采样，以反映开关电源系统的负载变化。当然，在本发明的其他实施例中，所述采样电阻Rcs还可以被替代为MOS管或三极管等其他元器件。
驱动单元15的一输入端连接逻辑控制单元10，另一输入端连接过温保护单元17，驱动单元15的输出端连接功率开关管Q0的栅极，驱动单元15用于在所述逻辑控制单元10的控制下驱动所述功率开关管Q0导通或关断，以调整所述开关电源系统的输出电压DC OUT。其中，功率开关管Q0关断后，图2中的电感L开始退磁过程。
过温保护单元17用于检测开关电源控制器的芯片温度，并在所述芯片温度超过预设温度阈值时，能够控制驱动单元15来关断功率开关管Q0，以避免功率开关管Q0因温度过高而失效，同时减小开关电源控系统的输出功率，进而及时降低芯片温度。
屏蔽时间检测单元13，又称为前沿消隐(leading edge blanking，LEB)单元，其输出端连接所述逻辑控制单元10，其输入端连接功率开关管Q0的源极，屏蔽时间检测单元13用于向所述逻辑控制单元10反馈所述功率开关管采样单元16电流采样的屏蔽时间，由此，逻辑控制单元10能根据屏蔽时间检测单元13的反馈结果，控制电压检测单元14对输出电压DC OUT进行周期性电压采样。
电压检测单元14包括电压采样模块141、第二电子开关Ts、滤波电容Cs和比较器C0mp，第二电子开关Ts可以是MOS晶体管或三极管等电子元器件，电压采样模块141包括串联在所述输出电压反馈端VFB和地之间的两个电压采样电阻Rs1、Rs2。两个电压采样电阻Rs1、Rs2相互连接的节点为所述电压采样模块141的采样输出端，连接第二电子开关Ts的通路一端。采样电阻Rs1与输出电压反馈端VFB连接的一端为电压采样模块141的采样输入端。本实施例中，所述两个电压采样电阻Rs1、Rs2内置于所述开关电源控制器的芯片内部。第二电子开关Ts的通路另一端连接一滤波电容Cs和比较器C0mp的一输入端，第二电子开关Ts的控制端连接逻辑控制单元10的相应的信号输出端，比较器C0mp的另一输入端接入第二参考电压Vref，比较器C0mp的输出端连接所述逻辑控制单元10的输出补偿端VC0mp。第二电子开关Ts在逻辑控制单元10的控制下导通，以实现对输出电压DC OUT的电压采样，进而使得比较器C0mp能够比较电压采样得到的电压和第二参考电压Vref之间的大小，以输出电压补偿信号VC0mp，逻辑控制单元10能够根据VC0mp信号来产生控制驱动单元15的PWM(脉宽调制)信号或PFM(脉冲频率调制)信号，进而驱动单元15驱动所述功率开关管Q0导通或关断，以调整所述开关电源系统的输出电压DC OUT。电压检测单元14可以在退磁阶段(即功率开关管Q0关断后)实时反应输出电压DC OUT的值，从而实现逻辑控制单元10对输出电压的精确和快速控制。
可选地，所述电压检测单元14还包括过载短路保护模块142，所述过载短路保护模块142的输入端连接所述第二电子开关Ts与所述比较器C0mp相互连接的一端，所述过载短路保护模块142的输出端连接所述逻辑控制单元10的相应的输入端。所述过载短路保护模块142用于在所述开关电源系统发生输出短路和/过载时，对流经所述功率开关管Q0和负载上的输出电流进行控制，以保护所述开关电源系统。过载短路保护模块142的电路设计可以参考本申请人之前的专利申请CN105870896A，在此不再赘述。
内置储能单元12用于在开关电源控制器的芯片启动和输出建立完成后，向所述逻辑控制单元10供电，以使得开关电源控制器U2能够维持正常工作状态等。本实施例，内置储能单元12中包括储能电容C0和稳压二极管D0，储能电容C0的一端和稳压二极管D0的阳极均接地，储能电容C0的另一端作为节点VCC，和稳压二极管D0的阴极相互连接，此时，节点VCC既作为内置储能单元12的电力输入端，又做为内置储能单元12的电力输出端。节点VCC还连接供电控制单元19的一输入端。其中稳压二极管D0能够控制节点VCC上的电压。在本发明的其他实施例中，如图4所示，可以省略稳压二极管D0，且在节点VCC和高压供电单元11之间连接第一线性稳压器HV LDO，该第一线性稳压器HV LDO，一方面起到稳压作用，以精确控制节点VCC上的电压，另一方面起到隔离作用，防止内置储能单元12的储能电容C0对功率开关管Q0的漏极Drain放电。
高压供电单元11的输入端连接所述开关电源系统的母线直流电压端DRAIN(即功率开关管Q0的漏端)，高压供电单元11的一个输出端连接储能电容C0的另一端和稳压二极管D0的阴极，即连接节点VCC，高压供电单元11的另一个输出端连接供电控制单元19的另一输入端。供电控制单元19的又一输入端连接功率开关管的漏极，供电控制单元19的输出端连接驱动单元15的电源端。其中，高压供电单元11可以包括耗尽型场效应管，其具体电路设计可以参考本申请人之前的专利申请CN104124878A，在此不再赘述。供电控制单元19可以包括电流源、电压比较器，以及用于选通相应电流通路的选通开关(例如MOS管或触发器等)，供电控制单元19中的电压比较器可以用于在功率开关管导通阶段判断功率开关管的漏极电压与一设定值之间的大小，以确定功率开关管的漏极电压是否被拉低，由此根据判断结果来选择高压供电单元17还是内置储能单元12来对驱动单元15供电。供电控制单元19中的电流源用于控制供电电流的大小，例如，可以在开关电源控制器U2的芯片启动和输出建立阶段，使得向驱动单元15供电的电流较小，而在开关电源控制器U2的芯片启动和输出建立后，使得向驱动单元15供电的电流比较大。
本实施例中，高压供电单元11的一个输出端直接连接节点VCC，能够在开关电源控制器U2的芯片启动和输出建立之前，向所述逻辑控制单元10供电并向储能电容C0充电。而节点VCC又通过第二线性稳压器VD LDO连接逻辑控制单元10的工作电压端VDD，因此在开关电源控制器U2的芯片启动和输出建立后(即开关电源控制器U2进入了正常工作阶段之后)，内置储能单元12能够向逻辑控制单元10供电，进而使得逻辑控制单元10控制驱动单元15来驱动功率开关管Q0导通或关断。由于高压供电单元11的另一个输出端以及内置储能单元12的电力输出端均连接供电驱动单元19，因此，在功率开关管Q0刚导通阶段且功率开关管Q0的漏极电压未被拉低之前，可以通过供电控制单元19选择高压供电单元11直接向驱动单元15供电，在功率开关管Q0的漏极电压被拉低之后，功率开关管Q0进入完全导通阶段，此时可以通过供电控制单元19选择内置储能单元12直接向驱动单元15供电。由此，可以降低功率开关管Q0中的驱动电流损耗。
在本发明的另一实施例中，在功率开关管Q0刚导通阶段且功率开关管Q0的漏极电压未被拉低之前，供电控制单元19也可以选择高压供电单元11和内置储能单元12同时向驱动单元15供电，以提高向驱动单元15的供电效率，且在功率开关管Q0的漏极电压被拉低之后，供电控制单元19选择内置储能单元12直接向驱动单元15供电。在本发明的又一实施例中，在内置储能单元12的储能容量满足要求的情况下，在功率开关管Q0的整个导通阶段，供电控制单元19均选择内置储能单元12向驱动单元15供电，由此可以简化供电控制策略。
可选地，所述开关电源控制器U2还包括第二线性稳压器VD LDO，第二线性稳压器VD LDO的一电压输入端连接节点VCC和供电控制单元19的公共端，第二线性稳压器VD LDO的电压输出端连接逻辑控制单元10的工作电压端VDD，第二线性稳压器VD LDO的另一电压输入端接入第一参考电压REF，所述第二线性稳压器VD LDO用于在储能电容C0向逻辑控制单元10供电时，根据所述第一参考电压REF，将所述储能电容C0所输出的电压VCC调整至所述逻辑控制单元10所需的工作电压VDD，以及，在所述高压供电单元11向逻辑控制单元10供电时，根据所述第一参考电压REF将所述高压供电单元11所输出的电压调整至所述逻辑控制单元10所需的工作电压VDD。
请参考图2至图5，本发明一实施例还提供一种开关电源系统，包括：交流电压源ACIN、与所述交流电压源AC IN连接的整流电路、与所述整流电路连接的母线电容C1、与所述母线电容C1和所述整流电路的公共端连接的母线直流电压端DRAIN、本发明的开关电源控制器U2、电感L、二极管D5、D6以及输出电容C2。所述开关电源控制器U2接入在所述母线直流电压端DRAIN和所述开关电源系统的输出电压端DC OUT之间。整流电路包括四个二极管D1～D4。电感L一端接二极管D5的阴极和开关电源控制器U2的地端，另一端接输出电容C2的一端和二极管D6的阳极，输出电容C2的另一端和二极管D5的阳极均接地，二极管D6的阴极接开关电源控制器U2的输出电压反馈端VFB。交流电压源AC IN通过四个二极管D1～D4整流和母线电容C1滤波得到直流电压Vbus。功率开关管Q0、电感L、二极管D6以及输出电容C2组成典型的high-side buck开关电源拓扑。二极管D6可以隔离开关电源控制器U2启动阶段的高压，此时电压采样电阻Rs1和Rs2可以选用低压电阻。
作为一种示例，本实施例的开关电源系统为high side buck开关电源系统，开关电源系统的输出电压端DC OUT所输出的电压小于直流电压Vbus。
在本发明的另一实施例中，请参考图2和图6，若电压采样电阻Rs1和Rs2使用高压电阻，可以省去输出电压反馈端VFB和输出电压端DC OUT之间的二极管D6，进一步精简外围电路。
在本发明的又一实施例中，请参考图2和图7，电压采样电阻Rs1和Rs2还可以外置于开关电源控制器U2的芯片外部，由此，即可以输出电压反馈端VFB和输出电压端DC OUT之间的二极管D6，也可以通过改变开关电源控制器U2的芯片外围的电压采样电阻Rs1和Rs2的阻值来改变输出电压DC OUT，应用更加灵活。
本发明一实施例还提供一种开关电源系统供电方法，适用于图2至图7所示的开关电源系统，所述开关电源系统供电方法包括：
首先，在开关电源系统的开关电源控制器U2芯片启动和输出建立前，由高压供电单元11向所述开关电源控制器的内置储能单元12的储能电容C0充电，同时由高压供电单元11向所述开关电源控制器的逻辑控制单元10供电，以完成开关电源控制器启动和输出建立。具体地，开关电源系统启动时，储能电容C0上的电压(即节点VCC的电压)初始为0，开关电源系统通过高压供电单元11对储能电容C0充电，储能电容C0上的电压逐渐上升。当储能电容C0上的电压大于等于一工作电压阈值时，逻辑控制单元10控制所述高压供电单元11关断，系统启动完成，节点VCC电压可以快速升高到达开关电源控制器U2芯片内设的启动电压阈值，完成开关电源控制器启动和输出建立。
接着，在所述开关电源控制器U2芯片输出建立后，开关电源控制器U2进入正常的工作阶段，此时由内置储能单元12的储能电容C0通过第二线性稳压器VD LDO向逻辑控制单元10供电，且输出电压DC OUT被开关电源控制器U2的电压检测单元14周期性采样，逻辑控制单元10根据电压检测单元14的采样结果来控制驱动单元15驱动功率开关管Q0导通或关断。
此外，开关电源系统的系统消耗包括开关电源控制器U2的芯片工作电流消耗和驱动电流损耗，开关电源控制器U2的芯片工作电流消耗存在于功率开关管Q0的整个工作周期(包括导通阶段和关断阶段)中，而驱动电流损耗主要集中在功率开关管Q0的开启阶段(即刚导通阶段)，功率开关管Q0中的驱动电流损耗和功率开关管Q0的寄生电容有很大关系。为了降低功率开关管Q0的驱动电流损耗，本实施例中，在功率开关管Q0关断阶段，由高压供电单元11对储能电容C0进行充电，使储能电容C0上的电压被预充到一预设值，该预设值小于等于储能电容C0的耐压值且尽量高；在功率开关管Q0刚导通阶段，功率开关管Q0的驱动电流可分为两部分提供，在功率开关管Q0的漏极电压未被拉低前，由供电控制单元19选择高压供电单元11向驱动单元15供电，以向功率开关管Q0提供相应的驱动电流，相当于功率开关管Q0的驱动电流直接由高压供电单元11提供，在功率开关管Q0的漏极电压被拉低后，功率开关管Q0进入了完全导通的阶段，此时由供电控制单元19选择储能电容C0向驱动单元15供电，以向功率开关管Q0提供相应的驱动电流，相当于功率开关管Q0的驱动电流直接由储能电容C0提供。且由于储能电容C0的电压在功率开关管Q0关断阶段被高压供电单元11预充到尽量高，因此在功率开关管Q0导通阶段，储能电容C0向所述驱动单元15供电的时间能被维持的尽量长。需要说明的是，储能电容C0向开关电源控制器U2的逻辑控制单元10供电的时间不小于功率开关管Q0的导通时间为Ton。
通过这种供电方法，一方面减少了功率开关管的驱动电流损耗，因此节省了系统的总硬件消耗，另一方面改善了动态响应特性，并且提高了输出电压的精度。
在本发明的另一实施例中，在功率开关管Q0刚导通阶段，功率开关管Q0的驱动电流可分为两部分提供，在功率开关管Q0的漏极电压未被拉低前，由供电控制单元19选择高压供电单元11和内置储能单元12同时向驱动单元15供电，以向功率开关管Q0提供相应的驱动电流，相当于功率开关管Q0的驱动电流直接由高压供电单元11和内置储能单元12共同提供，在功率开关管Q0的漏极电压被拉低后，由供电控制单元19选择储能电容C0向驱动单元15供电，以向功率开关管Q0提供相应的驱动电流，相当于功率开关管Q0的驱动电流直接由储能电容C0提供。
在本发明的又一实施例中，在功率开关管Q0的整个导通阶段，功率开关管Q0的驱动电流均有内置储能单元12来提供，具体地，在功率开关管Q0导通阶段，由供电控制单元19选择内置储能单元12同时向驱动单元15供电。
在本发明的其他实施例中，在满足产品功耗要求的基础上，也可以省去供电控制单元19，并省去节点VCC向与驱动单元15的供电以及省去高压供电单元11向驱动单元15供电，由此使得驱动单元15的供电由逻辑控制单元10来提供，由此简化内部线路。
需要说明的是，上述各实施例中，内置储能单元13中的储能元件均以电容为例，但是本发明的技术方案并不仅仅限定于此，内置储能单元13中的储能元件还可以被替换为电感或者电容和电感的组合等。
另外，上述实施例中，虽然以“逻辑控制单元10、高压供电单元11、内置储能单元12、屏蔽时间检测单元13、电压检测单元14、驱动单元15和功率开关管采样单元16、过温保护单元17、振荡器18和供电控制单元19”集成在同一封装体(即芯片)内并单独作为一个模块为例来对本发明的开关电源控制器、开关电源系统以及开关电源系统供电方法进行了说明，但是本发明的技术方案并不仅仅限定于此。在本发明的其他实施例中，也可以是，逻辑控制单元10、高压供电单元11、内置储能单元12、屏蔽时间检测单元13、电压检测单元14、驱动单元15和功率开关管采样单元16、过温保护单元17、振荡器18、振荡器18和供电控制单元19中的至少一个单元的一部分结构或全部的结构和其他单元集成为一个功能模块。在本发明的其他实施例中，还可以是，逻辑控制单元10、高压供电单元11、内置储能单元12、屏蔽时间检测单元13、电压检测单元14、驱动单元15和功率开关管采样单元16、过温保护单元17、振荡器18和供电控制单元19中的至少一个单元的一部分结构或全部的结构外置于开关电源控制器的封装体(芯片)外，其余部分均集成在同一封装体(芯片)中，形成开关电源控制芯片。例如，仅电压检测单元14的电压采样模块141中的电压采样电阻Rs1、Rs2外置于开关电源控制器的封装体(芯片)之外，开关电源控制器的其余结构均集成在开关电源控制器的封装体(芯片)中。
进一步需要说明的是，上述各实施例中，虽然均以内置储能单元12和高压供电单元11混合供电的方式为例进行的相应描述，但是本发明的技术方案并不仅仅限定于此。例如，在本发明的其他实施例中，例如负载均工作在CCM模式的high side buck开关电源系统中，其开关电源控制器可以设置有VCC外接端口或者Vin外接端口，在开关电源控制器的内部，可以将高压供电单元替换为一个高压电阻(未图示)，且该高压电阻一端可以连接VCC外接端口或者Vin外接端口，以接入母线电压，另一端连接VD LDO，由此，开关电源控制器中能省略高压供电单元11，在开关电源控制器的芯片启动和输出建立阶段，由开关电源系统的母线电压Vbus向逻辑控制单元10供电并向内置储能单元13充电，之后的供电完全可以由内置储能单元13提供，由此简化开关电源控制器的结构，并降低开关电源控制器本身的芯片损耗，提高系统效率。
此外，本发明的技术方案不仅仅适用于high side buck开关电源系统，还适用于恒压输出的任意合适的开关电源系统，这些开关电源系统的输出电压能被电压检测单元周期性采样，逻辑控制单元能够根据采样结果来快速、精确地调整输出电压，由此改善了其动态响应特性，并且提高了输出电压的精度。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (17)

1.一种开关电源控制器，用于控制一开关电源系统的输出电压，其特征在于，所述开关电源控制器包括位于同一封装体内的内置储能单元、功率开关管采样单元、驱动单元和逻辑控制单元；其中，
所述功率开关管采样单元具有功率开关管，所述功率开关管的栅极连接所述驱动单元的输出端，所述功率开关管的漏极连接所述开关电源系统的母线直流电压端；
所述驱动单元的输入端连接所述逻辑控制单元相应的输出端，所述驱动单元用于在所述逻辑控制单元的控制下驱动所述功率开关管导通或关断，以调整所述开关电源系统的输出电压；
所述内置储能单元的电力输出端连接所述逻辑控制单元的工作电源端，所述内置储能单元用于向所述逻辑控制单元供电，所述内置储能单元包括储能电容，所述储能电容的一端接地，所述储能电容的另一端为所述内置储能单元的电力输入端。
2.如权利要求1所述的开关电源控制器，其特征在于，所述内置储能单元还包括稳压二极管，所述稳压二极管的阴极连接所述储能电容的另一端；所述稳压二极管的阳极接地。
3.如权利要求1所述的开关电源控制器，其特征在于，还包括位于所述封装体内的高压供电单元，所述高压供电单元的一端连接所述开关电源系统的母线直流电压端，另一端连接所述内置储能单元的电力输入端，所述高压供电单元用于在所述功率开关管关断时，对所述内置储能单元进行充电。
4.如权利要求3所述的开关电源控制器，其特征在于，还包括位于所述封装体内的供电控制单元，所述供电控制单元连接所述内置储能单元的电力输出端、所述高压供电单元的又一端、所述驱动单元的电源端以及所述功率开关管的漏极，所述供电控制单元用于在所述功率开关管导通时，选择所述内置储能单元或所述高压供电单元向所述驱动单元供电。
5.如权利要求4所述的开关电源控制器，其特征在于，所述供电控制单元用于在功率开关管导通阶段且所述功率开关管的漏极电压未被拉低之前，选择所述高压供电单元向所述驱动单元供电或者选择所述高压供电单元和所述内置储能单元同时向所述驱动单元供电，以及，在功率开关管导通阶段且所述功率开关管的漏极电压被拉低之后，选择所述内置储能单元向所述驱动单元供电；
或者，所述供电控制单元用于在所述功率开关管导通的整个阶段，选择所述内置储能单元向所述驱动单元供电。
6.如权利要求3所述的开关电源控制器，其特征在于，还包括位于所述封装体内的第一线性稳压器，所述第一线性稳压器连接在所述高压供电单元的另一端和所述内置储能单元之间，所述第一线性稳压器用于在所述高压供电单元对所述内置储能单元进行充电时控制所述内置储能单元的电压，并隔离内置储能单元和功率开关管的漏极。
7.如权利要求3所述的开关电源控制器，其特征在于，还包括位于所述封装体内的第二线性稳压器，所述第二线性稳压器的一输入端连接所述内置储能单元的电力输出端，所述第二线性稳压器的输出端连接所述逻辑控制单元的工作电压端，所述第二线性稳压器的另一输入端接入第一参考电压，所述第二线性稳压器用于在所述内置储能单元向逻辑控制单元供电时，根据所述第一参考电压将所述内置储能单元所输出的电压调整至所述逻辑控制单元所需的工作电压，以及，在所述高压供电单元向逻辑控制单元供电时，根据所述第一参考电压将所述高压供电单元所输出的电压调整至所述逻辑控制单元所需的工作电压。
8.如权利要求1所述的开关电源控制器，其特征在于，还包括位于所述封装体内的电压检测单元，所述电压检测单元的一端连接所述开关电源系统的输出电压反馈端，另一端连接所述逻辑控制单元的相应的输入端，所述电压检测单元用于对所述开关电源系统的输出电压进行周期性电压采样，以使得所述逻辑控制单元根据所述周期性电压采样的结果控制驱动单元驱动所述功率开关管导通或关断，继而调整所述开关电源系统的输出电压。
9.如权利要求8所述的开关电源控制器，其特征在于，所述电压检测单元包括电压采样模块、第二电子开关和比较器，所述电压采样模块的采样输入端连接所述输出电压反馈端，所述电压采样模块的采样输出端连接所述第二电子开关的通路一端，所述第二电子开关的通路另一端连接所述比较器的一输入端，所述第二电子开关的控制端连接所述逻辑控制单元的相应的输出端，所述比较器的另一输入端接入第二参考电压，所述比较器的输出端连接所述逻辑控制单元的输出补偿端。
10.如权利要求9所述的开关电源控制器，其特征在于，所述电压采样模块包括串联在所述输出电压反馈端和地之间的两个电压采样电阻，所述两个电压采样电阻相互连接的节点为所述电压采样模块的采样输出端；所述两个电压采样电阻内置于所述封装体内或者外置于所述封装体的外部。
11.如权利要求9或10所述的开关电源控制器，其特征在于，所述电压检测单元还包括过载短路保护模块，所述过载短路保护模块的输入端连接所述第二电子开关与所述比较器相互连接的一端，所述过载短路保护模块的输出端连接所述逻辑控制单元的相应的输入端。
12.如权利要求9所述的开关电源控制器，其特征在于，所述功率开关管采样单元还用于对流过所述功率开关管的电流进行采样；所述开关电源控制器还包括位于所述封装体内的屏蔽时间检测单元，所述屏蔽时间检测单元连接所述逻辑控制单元和所述功率开关管采样单元，并用于向所述逻辑控制单元反馈所述功率开关管采样单元电流采样的屏蔽时间；所述逻辑控制单元用于根据所述屏蔽时间检测单元的反馈结果，控制所述第二电子开关的导通或关断。
13.一种开关电源系统，其特征在于，包括：交流电压源、与所述交流电压源连接的整流电路、与所述整流电路连接的母线电容、与所述母线电容和所述整流电路的公共端连接的母线直流电压端、以及如权利要求1～12中任一项所述的开关电源控制器；所述开关电源控制器接入在所述母线直流电压端和所述开关电源系统的输出电压端之间。
14.如权利要求13所述的开关电源系统，其特征在于，所述开关电源系统为buck开关电源系统。
15.一种开关电源系统供电方法，其特征在于，包括：
设置如权利要求1～12中任一项所述的开关电源控制器，所述开关电源控制器包括位于同一封装体内的内置储能单元、功率开关管采样单元、驱动单元和逻辑控制单元，所述功率开关管采样单元具有功率开关管，所述功率开关管的栅极连接所述驱动单元的输出端，所述功率开关管的漏极连接所述开关电源系统的母线直流电压端；
通过所述内置储能单元向所述逻辑控制单元供电。
16.如权利要求15所述的开关电源系统供电方法，其特征在于，在所述功率开关管关断时，由一高压供电单元对所内置储能单元充电。
17.如权利要求16所述的开关电源系统供电方法，其特征在于，在所述功率开关管导通阶段，在所述功率开关管的漏极电压没未被拉低之前，由所述高压供电单元和/或所述内置储能单元向所述驱动单元供电，在所述功率开关管的漏极电压被拉低之后，由所述内置储能单元向所述驱动单元供电。
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