CN113114026B - 用于高压同步整流系统的供电控制电路 - Google Patents

用于高压同步整流系统的供电控制电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于高压同步整流系统的供电控制电路，其包括高压输入端、输出端，它包括与所述高压输入端并联连接的低压输入端以及分别用于控制所述低压输入端的通断以及高压输入端的通断的第一开关和第二开关，双路供电，有效的解决了，VIN小于5.0V情况下，SR系统无法有效的驱动MOSFET的难题，本发明结构可以实现VIN=0V情况下，VCC依然输出5.0V，GATE输出高电平5.0V，保证SR MOSFET正常的开关。

Description

用于高压同步整流系统的供电控制电路
技术领域
本发明涉及一种用于高压同步整流系统的供电控制电路。
背景技术
同步整流SR芯片应用于ACDC适配器，大功率快速充电器的次级，外围驱动高压SRMOSFET用来提高大功率系统的工作效率。同步整流SR芯片的基本架构为如图所示，VIN为ACDC适配器的最终输出，Drain为同步整流MOSFET的漏端，SR芯片的输出GATE用来驱动MOS的栅极，适时的打开或关闭MOSFET。
SR芯片通常有4部分组成，高压线性稳压器提供芯片内部电源，VIN经过高压线性稳压器及外部电容C1产生VCC，VCC为内部电路(包括Logic，Driver)的电源。Logic为SR控部分，Ring sense用来检测Drain的信号，Driver驱动外部MOSFET的栅极。为了兼顾芯片的面积及系统的效率VCC的输出电压通常选取在5V～9V。
目前VIN的范围为0～21V(PD标准，包含启动过程)。通常，栅极源极间电压(VGS)越高，Rds(ON)越小。以VCC设定为5V为例，根据PD标准，VIN有4种电压标准：1)VIN＝3.3V时，VDD＝3.3V，GATE输出电平也为3.3V，SR MOSFET的VGS为3.3V，Rdson会增加明显。2)VIN＝5.0V，12V，20V，VDD＝5.0V，GATE输出电平也为5.0V，SR MOSFET的VGS为5.0V。3)VIN＝0V～3.3V，VDD＝VIN，SR芯片关闭，在这个电压范围，SR芯片不能提高系统工作效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于高压同步整流系统的供电控制电路，其能兼顾IC芯片面积及散热的同时，解决了输入电压过小时，SR芯片效率过低的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种用于高压同步整流系统的供电控制电路，其包括高压输入端、输出端，它包括与所述高压输入端并联连接的低压输入端以及分别用于控制所述低压输入端的通断以及高压输入端的通断的第一开关和第二开关，当高压输入端的输入电压不低于XV时，由高压输入端供电，当高压输入端的输入电压低于XV时，由所述低压输入端通过高压NMOS管供电，X>0，所述高压NMOS管的漏极与低压输入端Drain电连接，所述高压NMOS管的源极与第一开关的一端电连接，所述第一开关的另一端与输出端电连接，高压输入端与所述第二开关的一端电连接，所述第二开关的另一端与输出端电连接。
优化的，所述供电控制电路还包括用于控制第一开关和第二开关通断的内部控制模块。
优化的，高压输入端通过高压线性稳压器与所述第二开关相连接。
优化的，所述供电控制电路还包括连接于所述高压NMOS管源极与第一开关之间的第一二极管。
优化的，所述供电控制电路还包括连接于所述高压线性稳压器与第二开关之间的第二二极管。
优化的，所述供电控制电路还包括与所述高压NMOS管构成Drain端充电电路的第一电阻、第二电容、第一齐纳二极管、第三二极管，所述第一齐纳二极管和第三二极管串联且正极相连接，并且两者的负极与所述第二电容并联，第三二极管的负极接地，第一齐纳二极管的负极与第一电阻的一端电连接，所述第一电阻的另一端连接在高压NMOS管的漏极上。
优化的，所述输出端上连接有接地的第一电容。
本发明的有益效果在于：
1、双路供电，有效的解决了，VIN小于5.0V情况下，SR系统无法有效的驱动MOSFET的难题，本发明结构可以实现VIN＝0V情况下，VCC依然输出5.0V，GATE输出高电平5.0V，保证SR MOSFET正常的开关；
2、本发明无需等待VIN，VCC的电压的快速被Drain启动，栅极源极间电压(VGS)越高，Rds(ON)越小，由SR MOSFET产生的功耗为P＝I*I*Rds(ON)，由于SR MOSFET产生的功耗显著缩小(在VIN没有达到5.8V之前)，明显提升的SR的系统工作效率；
3、有效解决PD的标准中VIN为3.3V时，SR芯片无法有效输出的问题；
4、双路电源不同条件相互切换，同时不相互干扰；
5、保证SR系统在任何VIN条件下的高效运行；
6、本发明VCC电源可以设置在5V，9V，12V，系统使用更加灵活。
附图说明
附图1为现有供电控制电路的电路图；
附图2为VCC的电压上升速度受到VIN的限制的线性图；
附图3为本发明中的供电控制电路的电路图；
附图4为本发明中VCC的电压上升速度不受VIN的限制的线性图。
具体实施方式
下面结合附图所示的实施例对本发明作以下详细描述：
如图3、4所示，用于高压同步整流系统的供电控制电路，其包括高压输入端VIN、输出端VCC、连接于所述输出端上接地的第一电容C1、与所述高压输入端并联连接的低压输入端Drain以及分别用于控制所述低压输入端的通断、高压输入端的通断的第一开关K1和第二开关K2、用于控制第一开关和第二开关通断的内部控制模块Internal Circuit以及连接于所述高压NMOS管(HV NMOS)的源极与第一开关之间的第一二极管D1、连接于所述高压线性稳压器(HV LDO)与第二开关之间的第二二极管D2、与所述高压NMOS管构成Drain端充电电路的第一电阻R1、第二电容C2、第一齐纳二极管Z1、第三二极管D3，所述第一齐纳二极管和第三二极管串联且正极相连接，并且两者的负极与所述第二电容并联，第三二极管的负极接地，第一齐纳二极管的负极与第一电阻的一端电连接，所述第一电阻的另一端连接在高压NMOS管的漏极上，当高压输入端的输入电压不低于5V时，由高压输入端供电，当高压输入端的输入电压低于5V时，由所述低压输入端通过高压NMOS管供电，所述高压NMOS管的漏极与低压输入端Drain电连接，所述高压NMOS管的源极与第一开关的一端电连接，所述第一开关的另一端与输出端电连接，高压输入端与所述第二开关的一端电连接，所述第二开关的另一端与输出端电连接。高压输入端通过高压线性稳压器(高压线性稳压器)与所述第二开关相连接。
具体而言，R1，C2，Zener和高压NMOS管构成Drain端的充电电路。高压NMOS管选用VDS在100～200V的超高压MOS。R1为高压电阻，Zener为齐纳二极管，常用规格为5.8V。高压线性稳压器为VIN端充电电路，LDO输出端恒定在5.8V。D1和D2组成防回灌电路，有效防止2个供电通路相互干扰。保证其中一路为0或者异常时，另外一个通道正常给VCC充电。K1和K2用来控制双路供电的切换，VIN＜5.8V，K1闭合，K2开路，Drain通过高压NMOS管为VCC充电。VIN＞5.8V，K1开路，K2闭合，VIN通过高压线性稳压器为VCC充电；双通路均保证VCC一直稳定在5.0V；VIN＜5.8V，K1闭合，K2开路，R1，Z1和D3组成高压NMOS管栅极驱动电路，Z1选取常用的5.8V，高压NMOS管栅极电压＝5.8V+Vd3。VCC的输出为5.8V+Vd3-Vgs-Vd1≈5.0V；VIN＞5.8V，VIN＜5.8V，K1闭合，K2开路。高压线性稳压器输出设定为5.8V，VCC的输出为5.8V-Vd1≈5.0V。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于高压同步整流系统的供电控制电路，其包括高压输入端、输出端，其特征在于：它包括与所述高压输入端并联连接的低压输入端以及分别用于控制所述低压输入端的通断以及高压输入端的通断的第一开关和第二开关，当高压输入端的输入电压不低于XV时，由高压输入端供电，当高压输入端的输入电压低于XV时，由所述低压输入端通过高压NMOS管供电，X>0，所述高压NMOS管的漏极与低压输入端Drain电连接，所述高压NMOS管的源极与第一开关的一端电连接，所述第一开关的另一端与输出端电连接，高压输入端通过高压线性稳压器与所述第二开关的一端电连接，所述第二开关的另一端与输出端电连接；所述供电控制电路还包括连接于所述高压NMOS管源极与第一开关之间的第一二极管；所述供电控制电路还包括连接于所述高压线性稳压器与第二开关之间的第二二极管，所述供电控制电路还包括与所述高压NMOS管构成Drain端充电电路的第一电阻、第二电容、第一齐纳二极管、第三二极管，高压输入端VIN＞5.8V，第一开关开路，第二开关闭合，高压输入端通过高压线性稳压器为输出端充电；双通路均保证输出端VCC一直稳定在5.0V；高压输入端VIN＜5.8V，第一开关闭合，第二开关开路，第一电阻，第一齐纳二极管和第三二极管组成高压NMOS管栅极驱动电路，第一齐纳二极管选取常用的5.8V，高压NMOS管栅极电压＝5.8V+Vd3，输出端VCC的输出为5.8V+Vd3-Vgs-Vd 1≈5.0V；VIN＞5.8V，第一开关闭合，第二开关开路，高压线性稳压器输出设定为5.8V，VCC的输出为5.8V-Vd1≈5.0V。
2.根据权利要求1所述的用于高压同步整流系统的供电控制电路，其特征在于：所述供电控制电路还包括用于控制第一开关和第二开关通断的内部控制模块。
3.根据权利要求1所述的用于高压同步整流系统的供电控制电路，其特征在于：高压输入端通过高压线性稳压器与所述第二开关相连接。
4.根据权利要求1所述的用于高压同步整流系统的供电控制电路，其特征在于：所述第一齐纳二极管和第三二极管串联且正极相连接，并且两者的负极与所述第二电容并联，第三二极管的负极接地，第一齐纳二极管的负极与第一电阻的一端电连接，所述第一电阻的另一端连接在高压NMOS管的漏极上。
5.根据权利要求1所述的用于高压同步整流系统的供电控制电路，其特征在于：所述输出端上连接有接地的第一电容。
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