CN113765396A - 一种高集成度acdc开关电源芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高集成度ACDC开关电源芯片，简化开关电源系统，降低系统成本，缩小系统体积。该开关电源芯片包括集成了高压隔离电容的ACDC管理芯片；所述ACDC管理芯片包括由ACDC控制模块、数模转换模块及主级高压隔离电容组成的主级芯片U1，以及与主级芯片U1相连由次级高压隔离电容、模数转换模块及误差放大器组成的次级芯片U5；所述次级芯片U5还与开关电源芯片的输出端相连，用于实现信号反馈。通过上述设计，本发明大大简化了ACDC开关电源系统。将原需要3‑5颗芯片的ACDC开关电源，简化为只需要1‑2颗芯片，得到类似PI innoswitch的开关电源芯片。在简化了ACDC开关电源系统的同时也降低了系统成本，缩小开关电源系统体积。因此，适于推广应用。

Description

一种高集成度ACDC开关电源芯片
技术领域
本发明属于开关电源芯片技术领域，具体地说，是涉及一种高集成度ACDC开关电源芯片。
背景技术
年来ACDC隔离系统实现安全隔离的设计手段有限，唯一合理的选择是光耦合器。如今，数字隔离器在性能、成本、效率和集成度方面均有优势。未来数字隔离器将会在多种场合上取代光耦合器。
一般而言,现有的副边反馈ACDC开关电源系统如图1、图2和图3所示，是由次级的同步整流或肖特基、分压采样电阻、参考电压和运算放大器TL431、光耦和原边主控芯片组成，是现有ACDC开关电源系统结构。图1是采用肖特基整流方案，图2是采用同步整流方案。图3在图2基础上增加PD协议芯片。一般而言，以图2为例，输入交流220V，经过D1～4桥式整流电路成为300V左右高压电源，一路经过R2为主控芯片U1提供启动电源，一路对变压器T1供电。U1通过控制开关管N1的通断控制变压器T1的电流，从而控制T1的输出高频低压，同时T1的L3线圈还可以感应输出高频电压经过整流滤波后为U1供电，T1的输出高频低压通过U2、N2同步整流，再经滤波为后级电路供电Vout。R4、R5为分压采样电阻，对Vout采样经过U4误差运算放大器TL431，通过光耦隔离反馈给U1，U1再通过调节N1维持Vout输出稳定。图4为现有技术中利用隔离运算放大器替换光耦模块的ACDC电路结构图。
现有的ACDC开关电源系统主级的主控芯片和次级的电路间通过光耦进行电气隔离和信号反馈。光耦器件是一个发光器和一个受光器封装在一起得到，较难实现封装集成和芯片集成。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高集成度ACDC开关电源芯片，简化开关电源系统，降低系统成本，缩小系统体积。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种高集成度ACDC开关电源芯片，包括集成了高压隔离电容的ACDC管理芯片；所述ACDC管理芯片包括由ACDC控制模块、数模转换模块及主级高压隔离电容组成的主级芯片U1，以及与主级芯片U1相连由次级高压隔离电容、模数转换模块及误差放大器组成的次级芯片U5；述次级芯片U5还与开关电源芯片的输出端相连，用于实现信号反馈。
进一步地，在本发明中，所述开关电源芯片还包括与误差放大模块相连的PD输出控制模块和PD协议模块。
进一步地，在本发明中，所述模数转换模块采用ADC或压控振荡器VCO或电压转PWM。
进一步地，在本发明中，所述数模转换模块采用DAC或FVC或积分电路。
进一步地，在本发明中，所述主级高压隔离电容和次级高压隔离电容均由两路电路构成，毎路电路均包括串联的一个电容及一个缓冲器；其中主级高压隔离电容中的缓冲器的输出端与数模转换模块相连，主级高压隔离电容的另一端与次级高压隔离电容中的一端相连；次级高压隔离电容中的缓冲器的输入端与模数转换模块相连。
进一步地，在本发明中，所述主级高压隔离电容和次级高压隔离电容中还包括一路主级向次级反馈同步信号的同步电路。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明采用高压隔离电容和设计ADC、DAC等电路实现等同于隔离运算放大器的功能，并与主控芯片集成一起，这样就可以在替代光耦器件的同时，还可以将主次级的芯片集成在一起，如此就等同于将光耦与主控芯片、次级的TL431芯片集成为一颗芯片，甚至可以集成PD协议芯片和次级同步整流芯片。从而实现ACDC开关电源芯片单片集成，大大简化了ACDC开关电源系统。将原需要3-5颗芯片的ACDC开关电源，简化为只需要1-2颗芯片，得到类似PI innoswitch的开关电源芯片。在简化了ACDC开关电源系统的同时也降低了系统成本，缩小开关电源系统体积。
附图说明
图1为现有技术的一种ACDC电路结构图。
图2为现有技术的另一种ACDC电路结构图。
图3为现有技术的集成PD模块的ACDC电路结构图。
图4为现有技术的替换光耦模块的ACDC电路结构图。
图5为本发明的ACDC电路结构图。
图6为本发明集成PD协议的ACDC电路结构图。
图7为本发明中替代光耦的高压隔离电容集成电路结构示意图。
图8为本发明中替代光耦的高压隔离电容集成电路的另一种结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
实施例
如图5所示，本发明公开的一种高集成度ACDC开关电源芯片，其常规外围电路包括与交流输入端相连的整流电路，并联于整流电路两输出端的滤波电容C1，与滤波电容C1一端相连的电阻R2、变压器T1，与滤波电容C1的另一端相连的电感L3，正极与电感L3另一端相连、负极与电阻R2另一端相连的二极管D5，一端与二极管D5的负极相连且另一端与电感L3、电容C1的公共端相连的电容C3，漏极与变压器T1的另一输入端相连的开关管N1，一端与开关管N1的源极相连且另一端与电感L3、电容C1的公共端相连的电阻R1，连接于变压器T1的输出端的同步整流电路及分压电阻R4、R5。本发明还集成了高压隔离电容的ACDC管理芯片U6，U6由主级U1和次级芯片U5组成。次级芯片U5由参考电压和误差放大模块、ADC模块和高压隔离电容组成。输出电压VOUT经过误差放大后得到一个随输出电压小信号变化而变化的模拟信号。该信号需要经过ADC进行模数转换，转换为数字信号后由高压隔离电容发送到主级芯片。主级芯片U1由高压隔离电容、DAC和ACDC控制模块组成。其中高压隔离电容接收次级传送给的数字信号整形处理后输出数字信号给DAC模块，DAC模块将其转换为模拟电压信号传给ACDC控制模块，ACDC控制模块输出开关控制信号控制N1开关管的通断，通过控制变压器T1的传递电流的大小来维持输出电压VOUT的稳定。
如图6所示，在另一种实施方式中，所述次级芯片U5还可以集成PD协议模块和PD输出控制模块。这样使得ACDC系统只有U6和同步整流芯片U2两颗芯片。相同的，也可以将同步整流芯片U2集成进次级芯片U5上。这样PD的ACDC系统就只有U6一颗芯片。正是应为高压隔离电容的集成应用使得主级芯片与次级芯片可容易的实现单芯片封装集成，而次级芯片集成什么芯片则可以根据集成成本、性能等需要自由组合。
如图7和图8所示是高压隔离电容替代光耦的两个方案。其中图7所示的结构只单纯集成了次级向主级反馈次级电压信号的功能，其中的缓冲器用于增加信号驱动能力。图8所示结构扩展性的增加集成了主级向次级反馈同步信号的功能。其中后者只是前者的补充，只是用来说明高压隔离电容的集成方案不局限于一种方式。可以根据需要扩展出多个主次级的通讯路径。如图7所示，I5模块的模数转换器不局限于采用ADC，还可以采用压控振荡器VCO或电压转PWM。对应的I6模块则需要采用与I5模块对应的数模转换器，如I5模块采用了ADC则I6模块采用DAC还原出次级的模拟信号。如I5模块采用了VCO，则I6模块则需要采用频率转电压的FVC，将频率里调制的模拟信号还原。如I5模块采用了电压转PWM，则I6模块则需要采用积分电路将PWM中调制的模拟信号还原。
通过上述设计，本发明大大简化了ACDC开关电源系统。将原需要3-5颗芯片的ACDC开关电源，简化为只需要1-2颗芯片，得到类似PI innoswitch的开关电源芯片。在简化了ACDC开关电源系统的同时也降低了系统成本，缩小开关电源系统体积。因此，具有很高的使用价值和推广价值。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高集成度ACDC开关电源芯片，其特征在于，包括集成了高压隔离电容的ACDC管理芯片；所述ACDC管理芯片包括由ACDC控制模块、数模转换模块及主级高压隔离电容组成的主级芯片U1，以及与主级芯片U1相连由次级高压隔离电容、模数转换模块及误差放大器组成的次级芯片U5；其中，所述主级芯片U1还与开关电源芯片中的供电电路及开关管相连；所述次级芯片U5还与开关电源芯片的输出端相连，用于实现信号反馈。
2.根据权利要求1所述的一种高集成度ACDC开关电源芯片，其特征在于，还包括与误差放大模块相连的PD输出控制模块和PD协议模块。
3.根据权利要求2所述的一种高集成度ACDC开关电源芯片，其特征在于，所述模数转换模块采用ADC或压控振荡器VCO或电压转PWM。
4.根据权利要求3所述的一种高集成度ACDC开关电源芯片，其特征在于，所述数模转换模块采用DAC或FVC或积分电路。
5.根据权利要求4所述的一种高集成度ACDC开关电源芯片，其特征在于，所述主级高压隔离电容和次级高压隔离电容均由两路电路构成，毎路电路均包括串联的一个电容及一个缓冲器；其中主级高压隔离电容中的缓冲器的输出端与数模转换模块相连，主级高压隔离电容的另一端与次级高压隔离电容中的一端相连；次级高压隔离电容中的缓冲器的输入端与模数转换模块相连。
6.根据权利要求5所述的一种高集成度ACDC开关电源芯片，其特征在于，所述主级高压隔离电容和次级高压隔离电容中还包括一路主级向次级反馈同步信号的同步电路。
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