CN117578884A - 一种电源控制芯片、反激电路及电源 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电源领域，公开了一种电源控制芯片、反激电路及电源，其中芯片包括第一功率开关管、第二功率开关管、电压采样单元、电流采样单元、功率控制单元和逻辑控制单元。第一功率开关管的漏极形成SW引脚，源极形成VDD引脚，源极与VDD引脚之间设置有供电电路。第二功率开关管的漏极与第一功率开关管的源极连接，源极形成GND引脚。电压采样单元的输入端形成VS引脚，电流采样单元的输入端与第二功率开关管连接。功率控制单元的输入端形成COMP引脚，逻辑控制单元的输入端与电压、电流采样单元和功率控制单元连接，两个输出端用于驱动两个功率开关管。第一功率开关管的漏极和栅极之间还设置有启动电阻。上述的芯片组成的反激电路，可以简化外围电路结构。
Description
技术领域
本发明涉及电源领域，具体涉及一种电源控制芯片、反激电路及电源。
背景技术
反激电路由于结构简单、成本低廉，在中小功率ACDC电源产品中占据了绝对主流。常见的电源芯片集成了功率开关，需要外部设置电流采样电阻来对输出电流进行采样，以实现限流功能。且需要变压器设置辅助绕组，对输出的电压进行分压采样，为电源芯片供电并实现过压保护，反激电路的外围电路还有一定的简化空间。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种电源控制芯片，集成了电流采样电路、供电电路及启动电阻，降低了芯片引脚数量，能进一步简化反激电路的外围电路，降低电源系统成本。
为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：一种电源控制芯片，包括：第一功率开关管，漏极形成用于控制变压器原边绕组与电源通断的SW引脚，源极形成用于接入芯片供电的VDD引脚，源极与所述VDD引脚之间设置有供电电路；第二功率开关管，漏极与所述第一功率开关管的源极连接，源极形成用于连接芯片参考地的GND引脚；电压采样单元，输入端形成用于接入反馈电压的VS引脚，用于检测输出是否过压；电流采样单元，输入端与所述第二功率开关管连接，用于检测输出是否过流；功率控制单元，输入端形成用于接入反馈信号的COMP引脚，用于根据反馈信号输出功率调节信号；逻辑控制单元，三个输入端分别与所述电压采样单元、所述电流采样单元及所述功率控制单元连接，第一输出端通过第一驱动单元和第一功率开关管的栅极连接，第二输出端通过第二驱动单元与所述第二功率开关管的栅极连接，用于根据过压信号、过流信号及所述功率调节信号控制所述第一功率开关管及所述第二功率开关管；其中，所述第一功率开关管的漏极和栅极之间设置有启动电阻。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：通过在功率开关管与VDD引脚之间集成供电电路，使得芯片不用再从变压器的辅助绕组中获取供电。并通过集成电流采样单元，不用再外部增加采样电阻。还通过在第一功率开关管的漏极和栅极之间设置启动电阻，从而不用再外围电路增加启动电阻。上述的电源控制芯片，组建反激电路时，将部分外围电路集成在芯片内部，使得外围电路结构可以进一步简化，可进一步降低电源系统成本。
上述的电源控制芯片，所述供电电路包括供电二极管，所述供电二极管的正极与所述第一功率开关管的源极和所述第二功率开关管的漏极连接，所述供电二极管的负极与所述VDD引脚连接。
上述的电源控制芯片，所述电流采样单元包括第一比较器及检测晶体管，所述检测晶体管与所述第二功率开关管并联，所述检测晶体管的源极与参考地之间设置有感应电阻，所述感应电阻与所述检测晶体管连接的一端还与所述第一比较器的同向输入端连接，所述第一比较器的反向输入端连接参考电平，所述第一比较器的输出端连接逻辑控制单元。
上述的电源控制芯片，所述功率控制单元包括振荡电路、第二比较器及RS触发器，所述第二比较器的反向输入端与所述COMP引脚之间设置有比例放大单元，所述第二比较器的同向输入端连接所述振荡电路输出的斜坡信号与所述感应电阻的电压信号的合成信号，所述第二比较器的输出端连接所述RS触发器的复位输入端，所述RS触发器的置位输入端连接时钟信号，所述RS触发器的输出端连接所述逻辑控制单元。
一种反激电路，包括上述的电源控制芯片、直流源、变压器、RCD吸收电路和副边电压采样及误差放大电路，所述电源控制芯片的SW引脚连接所述直流源的正极，所述原边绕组的同名端连接所述直流源的负极，所述变压器的原边绕组的另一端连接所述电源控制芯片的GND引脚，所述RCD吸收电路并联于所述原边绕组的两端，所述电源控制芯片的VS引脚对所述RCD吸收电路的某一电阻进行电压值的采样，所述电源控制芯片的VDD引脚通过电容C2与所述GND引脚连接，所述副边电压采样及误差放大电路的输入端连接所述变压器的副边绕组，所述副边电压采样及误差放大电路的输出端连接所述电源控制芯片的COMP引脚。
上述的反激电路，所述RCD吸收电路包括电阻R1、电阻R2、电容C1、电阻R3和二极管D5，电阻R1和电阻R2串联形成第一串联结构，电容C1和电阻R3串联形成第二串联结构，所述第一串联结构和所述第二串联结构并联形成并联结构，所述并联结构的一端连接二极管D5的负极，二极管D5的正极接地并与所述变压器的原边绕组的同名端连接，所述并联结构的另一端连接所述GND引脚及所述变压器的原边绕组的另一端，所述VS引脚连接电阻R1和电阻R2的连接节点。
上述的反激电路，所述副边电压采样及误差放大电路包括电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电容C3、光电耦合器和误差放大器，电阻R7和电阻R9的一端与所述变压器的原边绕组的同名端连接，电阻R7的另一端连接所述光电耦合器的输入端正极，所述光电耦合器的输入端的负极连接所述误差放大器的输出端，所述光电耦合器的输入端的负极还通过电阻R8和电容C3连接所述误差放大器的第一输入端，电阻R9的另一端连接所述误差放大器的第一输入端，电阻R9的另一端还通过电阻R10连接所述误差放大器的第二输入端，所述光电耦合器的输出端连接在所述COMP引脚和所述GND引脚之间。
上述的反激电路，所述变压器的副边绕组的同名端与二极管D7的正极连接，二极管D7的负极与所述变压器的副边绕组的另一端之间连接有电容Co。
上述的反激电路，所述直流源包括交流源及整流桥，所述整流桥的输入端连接所述交流源，所述整流桥的输出端并联有电容Cin。
一种电源，包括上述的反激电路。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1为本发明实施例的电源控制芯片的原理框图；
图2为本发明实施例的电源控制芯片的原理图；
图3为本发明实施例的反激电路的原理图；
图4为现有的反激电路的原理图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，参照图1，本发明的实施例提供了一种电源控制芯片，包括第一功率开关管，第二功率开关管、电压采样单元、电流采样单元、功率控制单元及逻辑控制单元。其中第一功率开关管和第二功率开关管用于控制变压器原边绕组与电源的连接通断。第一功率开关管的漏极形成芯片的SW引脚，源极与第二功率开关管的漏极连接，形成接入芯片供电的VDD引脚，第一功率开关管的源极与VDD引脚之间设置有供电电路，该供电电路可以为现有反激电路中为两个功率开关管供电的外围供电电路中的全部或者部分。第二功率开关管的源极形成连接芯片参考地的GND引脚。电压采样单元的输入端形成用于接入反馈电压的VS引脚，以实现过压保护功能；电流采样单元的输入端与第二功率开关管连接，用于采样输出电流，检测输出是否过流，以实现过流保护功能。功率控制单元的输入端形成用于接入反馈信号的COMP引脚，用于根据反馈信号输出调节功率的功率调节信号，一般为PWM信号，调节第一及第二功率开关管的频率，以维持输出的稳定。逻辑控制单元的三个输入端分别与电压采样单元、电流采样单元及功率控制单元的输出端连接，逻辑控制单元的输出端分别通过第一驱动单元和第二驱动单元与第一功率开关管的栅极和第二功率开关管的栅极连接。逻辑控制单元根据电压采样单元输出的过压信号、电流采样单元输出的过流信号以及功率调节的PWM信号驱动两个功率开关管工作。其中第一功率开关管的漏极和栅极之间连接有启动电阻。
上述的电源控制芯片，内部集成有供电电路、启动电阻和电流采样单元，相对于已有的电源控制芯片，将引脚的数量减少到了5个，避免在外围电路设置启动电阻和电流采样电阻，也无需设置供电电路，使得外围电路可以作进一步的简化，降低电源系统成本。
可以理解的是，电流采样单元可以为在第二功率开关管与GND引脚之间设置的采样电阻，如图2所示。也可以采用SenseFET结构。在本实施例中，采用SenseFET方式，功率损耗更低，即在功率开关器件主体并联一个检测晶体管，检测晶体管的源极与芯片的参考地之间设置有感应电阻，通过检测流经感应电阻的电流来计算流过功率开关器件的电流。检测到的电流反馈信号送至第一比较器的同向输入端，与第一比较器反向输入端输入的参考电平Vref比较，获得过流信号OCP送至逻辑控制单元。
参照图2，在本实施例中，供电电路包括供电二极管，供电二极管的正极连接第一功率开关管的源极和第二功率开关管的漏极，负极连接VDD引脚接入芯片供电。供电电路的供电二极管与第一功率开关管、第二功率开关管和外围电路配合实现对电源控制芯片的供电。
参照图2，在本实施例中，功率控制单元包括振荡电路、第二比较器和RS触发器。振荡电路产生斜坡信号，斜坡信号与经过前沿消隐的电流反馈信号合成后输送至第二比较器的同向输入端，COMP引脚将接入的反馈信号经过比例放大单元放大后输送至第二比较器的反向输入端。第二比较器的输出连接RS触发器的复位输入端，RS触发器的置位输入端连接时钟信号，根据反馈的误差和输出的电流将时钟脉冲调制成PWM信号输送至逻辑控制单元。COMP引脚还通过一个电阻连接供电电压。COMP引脚和比例放大单元之间还设置有二极管。
参照图3，本发明的实施例还提供一种运用了本发明实施例的电源控制芯片的反激电路，由于内部集成有启动电阻、电流采样单元及部分的供电电路，相比于如图4所示的现有的反激电路，减少了图4中电阻R3、Rcs、R4和二极管D6的使用，简化了外围电路的结构。
参照图3，反激电路包括上述的电源控制芯片I C1、直流源、变压器、RCD吸收电路和副边电压采样及误差放大电路。电源控制芯片I C1的SW引脚连接直流源的正极，变压器的原边绕组的同名端连接直流源的负极。原边绕组的另一端连接电源控制芯片I C1的GND引脚，RCD吸收电路并联在原边绕组的两端，电源控制芯片I C1的CS引脚对RCD吸收电路中的一个电阻进行电压值采样，实现过压保护。电源控制芯片I C1的VDD引脚通过电容C2连接GND引脚。副边电压采样及误差放大电路的输入端连接变压器的副边绕组，输出端与电源控制芯片I C1的COMP引脚连接。上述的反激电路，由于VS引脚通过检测RCD吸收电路中的电阻来获取输出电压，相比于现有的反激电路，无需再设置辅助绕组即可实现过压保护功能，变压器仅需具备两个绕组，降低了电源的实施成本。
参照图3，在本实施例中，RCD吸收电路包括电阻R1、电阻R2、电容C1、电阻R3和二极管D5。电阻R1和电阻R2串联形成第一串联结构，电容C1和电阻R3串联形成第二串联结构，第一串联结构和第二串联结构并联形成并联结构，并联结构的一端连接二极管D5的负极。二极管D5的正极接地并与原边绕组的同名端连接，并联结构的另一端连接GND引脚及变压器的原边绕组的另一端，VS引脚连接电阻R1和电阻R2的连接节点。
正常工作状态下，电源控制芯片I C1内部功率开关管关断后，变压器内部能量通过二极管D7续流，此时副边绕组上的电压约等于输出电压Vout。假设变压器原副边匝数比为nps，则原边绕组上的反射电压约为nps*Vout,即电阻R2和R1上的电压约为nps*Vout，在已知电阻R1和R2的阻值以及变压器的原副边的匝数比的情况下，电源控制芯片I C1采样电阻R1上的电压即可粗略得到输出电压Vout。当出现光电耦合器输入短路等故障状况，导致反馈开环，输出电压也会迅速爬升，对应的电阻R1上的电压也会迅速爬升，电源控制芯片I C1通过检测电阻R1上的电压即可实现对输出电压的过压保护。电源控制芯片I C1的VS引脚也可以采样来自原边绕组的分压电阻上的电压，实现输出电压的检测以及过压保护。电源控制芯片I C1的CS引脚也可以像现有的电源控制芯片一样，采样变压器辅助绕组分压电阻上的电压来检测输出电压。
参照图3，在本实施例中，副边电压采样及误差放大电路包括电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电容C3、光电耦合器和误差放大器。电阻R7和电阻R9的一端与变压器的原边绕组的同名端连接，电阻R7的另一端连接光电耦合器的输入端正极，光电耦合器的输入端的负极连接误差放大器的输出端，光电耦合器的输入端的负极还通过电阻R8和电容C3连接误差放大器I C3的第一输入端。电阻R9的另一端连接误差放大器I C3的第一输入端，电阻R9的另一端还通过电阻R10连接误差放大器I C3的第二输入端。光电耦合器的输出端连接在COMP引脚和GND引脚之间。副边绕组的同名端还与二极管D7的正极连接，二极管D7的负极与变压器副边绕组的另一端之间连接有电容Co。直流源包括交流源和整流桥，整流桥的输入端连接交流源，整流桥的输出端并联有电容Cin。
本发明的实施例还提供一种电源，包括上述的反激电路，外围电路得到大幅简化，可以保证过流保护和过压保护的同时降低电源的实施成本。
需要注意的是，在本发明的描述中，如有涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系的，均为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个及两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一或第二等的，只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种电源控制芯片，其特征在于，包括：
第一功率开关管，漏极形成用于控制变压器原边绕组与电源通断的SW引脚，源极形成用于接入芯片供电的VDD引脚，源极与所述VDD引脚之间设置有供电电路；
第二功率开关管，漏极与所述第一功率开关管的源极连接，源极形成用于连接芯片参考地的GND引脚；
电压采样单元，输入端形成用于接入反馈电压的VS引脚，用于检测输出是否过压；
电流采样单元，输入端与所述第二功率开关管连接，用于检测输出是否过流；
功率控制单元，输入端形成用于接入反馈信号的COMP引脚，用于根据反馈信号输出功率调节信号；
逻辑控制单元，三个输入端分别与所述电压采样单元、所述电流采样单元及所述功率控制单元连接，第一输出端通过第一驱动单元和第一功率开关管的栅极连接，第二输出端通过第二驱动单元与所述第二功率开关管的栅极连接，用于根据过压信号、过流信号及所述功率调节信号控制所述第一功率开关管及所述第二功率开关管；
其中，所述第一功率开关管的漏极和栅极之间设置有启动电阻。
2.根据权利要求1所述的电源控制芯片，其特征在于，所述供电电路包括供电二极管，所述供电二极管的正极与所述第一功率开关管的源极和所述第二功率开关管的漏极连接，所述供电二极管的负极与所述VDD引脚连接。
3.根据权利要求1所述的电源控制芯片，其特征在于，所述电流采样单元包括第一比较器及检测晶体管，所述检测晶体管与所述第二功率开关管并联，所述检测晶体管的源极与参考地之间设置有感应电阻，所述感应电阻与所述检测晶体管连接的一端还与所述第一比较器的同向输入端连接，所述第一比较器的反向输入端连接参考电平，所述第一比较器的输出端连接逻辑控制单元。
4.根据权利要求3所述的电源控制芯片，其特征在于，所述功率控制单元包括振荡电路、第二比较器及RS触发器，所述第二比较器的反向输入端与所述COMP引脚之间设置有比例放大单元，所述第二比较器的同向输入端连接所述振荡电路输出的斜坡信号与所述感应电阻的电压信号的合成信号，所述第二比较器的输出端连接所述RS触发器的复位输入端，所述RS触发器的置位输入端连接时钟信号，所述RS触发器的输出端连接所述逻辑控制单元。
5.一种反激电路，其特征在于，包括根据权利要求1至4任一项所述的电源控制芯片、直流源、变压器、RCD吸收电路和副边电压采样及误差放大电路，所述电源控制芯片的SW引脚连接所述直流源的正极，所述变压器的原边绕组的同名端连接所述直流源的负极，所述变压器的原边绕组的另一端连接所述电源控制芯片的GND引脚，所述RCD吸收电路并联于所述原边绕组的两端，所述电源控制芯片的VS引脚对所述RCD吸收电路的某一电阻进行电压值的采样，所述电源控制芯片的VDD引脚通过电容C2与所述GND引脚连接，所述副边电压采样及误差放大电路的输入端连接所述变压器的副边绕组，所述副边电压采样及误差放大电路的输出端连接所述电源控制芯片的COMP引脚。
6.根据权利要求5所述的反激电路，其特征在于，所述RCD吸收电路包括电阻R1、电阻R2、电容C1、电阻R3和二极管D5，电阻R1和电阻R2串联形成第一串联结构，电容C1和电阻R3串联形成第二串联结构，所述第一串联结构和所述第二串联结构并联形成并联结构，所述并联结构的一端连接二极管D5的负极，二极管D5的正极接地并与所述变压器的原边绕组的同名端连接，所述并联结构的另一端连接所述GND引脚及所述变压器的原边绕组的另一端，所述VS引脚连接电阻R1和电阻R2的连接节点。
7.根据权利要求5所述的反激电路，其特征在于，所述副边电压采样及误差放大电路包括电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电容C3、光电耦合器和误差放大器，电阻R7和电阻R9的一端与所述变压器的原边绕组的同名端连接，电阻R7的另一端连接所述光电耦合器的输入端的正极，所述光电耦合器的输入端的负极连接所述误差放大器的输出端，所述光电耦合器的输入端的负极还通过电阻R8和电容C3连接所述误差放大器的第一输入端，电阻R9的另一端连接所述误差放大器的第一输入端，电阻R9的另一端还通过电阻R10连接所述误差放大器的第二输入端，所述光电耦合器的输出端连接在所述COMP引脚和所述GND引脚之间。
8.根据权利要求5所述的反激电路，其特征在于，所述变压器的副边绕组的同名端与二极管D7的正极连接，二极管D7的负极与所述变压器的副边绕组的另一端之间连接有电容Co。
9.根据权利要求5所述的反激电路，其特征在于，所述直流源包括交流源及整流桥，所述整流桥的输入端连接所述交流源，所述整流桥的输出端并联有电容Cin。
10.一种电源，其特征在于，包括根据权利要求5-9任一项所述的反激电路。
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2023
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