CN201805354U - 用于便携式笔记本车载适配器的单片集成电路 - Google Patents
用于便携式笔记本车载适配器的单片集成电路 Download PDFInfo
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Abstract
用于便携式笔记本车载适配器的单片集成电路，其特征是包括101偏置电路和软启动、102基准电压、103误差放大器、104频率补偿、105比较器、107振荡器、108锁存器和驱动器、109过温保护、110限流电路和111功率开关；其特征还在于具有五个管脚，对应管脚号P1是GND、P2是EN、P3是SW、P4是VCC、P5是FB。
Description
技术领域
本实用新型专利是一颗用于便携式笔记本车载适配器的单片集成电路。本专利所述集成电路是一颗全集成的高电压、高效率、大功率的直流电源转换器，通过简单的系统设计，可以直接插在轿车(12V蓄电池)和卡车(24V蓄电池)的点烟器接口上，实现便携式笔记本的车载供电；即可以把轿车的标准12V直流电压通过升压变换升高到便携式笔记本正常工作所需要的电压(一般为16V～20)；也可以通过升降压变换兼容到所有的车载(轿车和卡车)供电，不管输入是12V还是24V直流电源，都可以高效率的转换到便携式笔记本工作所需要的常规电压。
背景技术
随着消费类电子产品的高速发展和普及，以山寨笔记本、上网本、EPC、PDA等为代表的便携式笔记本成为注重移动性，便携性需求的移动办公或娱乐用计算机首选设备；便携式笔记本以其高性价比、高娱乐性、无线上网、移动办公、室外作业等优异性能，在办公、生活娱乐、便携式电子设备等领域正在不断得到更大规模的普及和应用。
考虑到便携式笔记本的移动性能，当在室外、野外等特殊环境下长时间使用时，除了提高便携式笔记本自备电池的续航能力外，还必须有合适的外接电源；随着家用汽车的普及，汽车蓄电池成为便携式笔记本室外供电的理想电源；由于常规便携式笔记本的输入供电电压不完全一致(山寨笔记本，EPC，常规笔记本大多在16V～20V之间不等，上网本大部分为12V，不同品牌，不同厂家有差异)，但是常规汽车蓄电池电压轿车为12V，卡车为24V，考虑到汽车蓄电池充满电和亏电的因素，一般轿车蓄电池电压在10V～14.5V之间，卡车蓄电池电压在20V～28V之间；因此，汽车蓄电池无法通过点烟器插头直接给便携式笔记本供电，必须经过电压变换，这就需要高转换效率、高输出功率(大多数在30W～90W之间)、高可靠性、环保节能、高性价比、小体积的直流电压转换方案，即便携式笔记本车载适配器方案。
便携式笔记本车载适配器既要考虑到电压匹配(根据实际笔记本供电需求不同，汽车蓄电池电压不同，电压转换可能需要升压Boost、降压Buck、升降压Buck-Boost等不同的拓朴结构)，又要兼顾到汽车蓄电池的恶劣环境(瞬态尖峰毛刺电压，发动机噪声干扰，EMI等)，同时还必须保证有足够的输出功率(一般便携式笔记本7～10英时屏输入功率30W～50W左右，10～15英时屏输入功率50W～90W左右)。
现有常规的便携式笔记本车载适配器方案中：一种是先经过汽车逆变器首先把汽车蓄电池的低压直流电转为220V的交流市电，然后再接笔记本的交流适配器，这种方案整体上系统比较复杂，成本较高，因为经过两级电源转换，总的系统变换效率非常低(总的最高效率也不超过60％)，燃油经济性很差，极大的浪费能源，不划算。另外的方案是用常规的反激式开关电源变换方案，利用开关变压器，常规转换效率可以做到80％以上，缺点是开关频率一般比较低，分立器件太多，系统复杂，体积大，整个方案的性价比不高，可靠性、安全性也不是很完善；本实用新型专利提供一个专为车载适配器方案优化的单片的全集成的集成电路，具有高电压、高效率、高性价比、高可靠性等优异的系统性能。
发明内容
本专利采用创新的电路结构和自主开发的制造工艺，设计制造出一颗专门为便携式笔记本车载适配器优化的具有升压和升降压功能的大功率直流电压变换单片集成电路，这颗芯片 可以工作在升压和升降压两种模式(根据外部器件连接方式不同)；由于采用自主开发的高压60V BCD制造工艺，可以安全可靠的工作在常规轿车和卡车的车载电源系统中；
本专利是一颗用于便携式笔记本车载适配器的单片集成电路，包括偏置电路和软启动、基准电压电路、误差放大器、频率补偿、比较器、振荡器、锁存器和驱动器、过温保护、限流电路和功率开关；其中偏置电路和软启动提供整个芯片内部各功能模块的偏置电流源，同时实现开关电源芯片上电启动时的软启动功能，软启动电路控制芯片的输出脉冲宽度在上电时，占空比慢慢张开，从而减小输入电源的浪涌电流，提高可靠性安全性；基准电压电路提供整个芯片内各模块工作所需要的参考电压，工作电压3V，基准电压1.25V等；误差放大器对两个输入信号(输出电压采样引脚端FB和基准电压1.25V)进行误差放大；误差放大器的输出端接比较器的负输入端，频率补偿电路在误差放大器的输出端做整个开关电源回路的动态补偿，来确保回路工作的稳定性；功率开关的开关峰值电流采样端和振荡器输出的三角波信号在斜波补偿电路中相加后连接到比较器的正输入端，经过比较放大后输出到锁存器和驱动器；锁存器和驱动器输出驱动功率开关(60V VDMOS)工作在开关状态；另外还有过温保护电路、限流电路来实时检测芯片温度、开关电流等信息，如果超出正常值就输出控制信号给锁存器和驱动器，从而关断功率开关，起到安全保护作用。
本专利的工作原理是：工作在开关状态，高效率的实现直流电压的大功率变换，既可以实现升压功能，也可以实现升降压功能，通过系统输出电压反馈端FB，实时监测输出电压的变化，根据输出电压的变化来快速调整功率开关的占空比(导通时间)，从而达到输出电压恒定的功能；
附图说明
图1是本专利“用于便携式笔记本车载适配器的单片集成电路”内部方框图；
图2是本专利“用于便携式笔记本车载适配器的单片集成电路”实现的升压型车载适配器典型应用电路示意图；
图3是本专利“用于便携式笔记本车载适配器的单片集成电路”实现的升降压型车载适配器典型应用电路示意图；
具体实施方式
图1是本专利“用于便携式笔记本车载适配器的单片集成电路”100的内部方框图；偏置电路和软启动101提供整个芯片100内部各功能模块的偏置电流源，同时实现开关电源芯片上电启动时的软启动功能，软启动电路控制芯片的输出脉冲宽度(PWM)在上电时，占空比慢慢张开，从而减小输入电源的浪涌电流，提高可靠性安全性；基准电压102电路提供整个芯片内各模块工作所需要的参考电压，工作电压3V，基准电压1.25V等；误差放大器103对两个输入信号(输出电压采样引脚端FB(管脚序号P5)和基准电压1.25V)进行误差放大；误差放大器的输出端接比较器105的负输入端，频率补偿104电路在误差放大器的输出端做整个开关电源回路的动态补偿，来确保回路工作的稳定性；功率开关111的开关峰值电流采样端和振荡器107输出的三角波信号在斜波补偿106电路中相加后连接到比较器105的正输入端，经过比较放大后输出到锁存器和驱动器108；锁存器和驱动器输出驱动功率开关111(60V VDMOS)工作在开关状态(开关输出端SW管脚序号P3)；另外还有过温保护电路109、限流电路110来实时检测芯片温度、开关电流等信息，如果超出正常值就输出控制信号给锁存器和驱动器，从而关断功率开关，起到安全保护作用。芯片的使能信号控制端EN(管脚序号P2)可以打开或关断芯片；GND为芯片的公共地线端(管脚序号P1)；VCC为芯片的输入电源端(管脚序号P4)。
图2是本专利“用于便携式笔记本车载适配器的单片集成电路”实现的升压型车载适配器典型应用电路示意图200；图中的所有器件的参考指标见下表：
| 器件编号 | 器件类型 | 参数指标 |
| 100 | 集成电路 | XL60XX |
| 201 | 滤波电容 | 220uf/50V |
| 202 | 电感线圈 | 47uh/5A |
| 203 | 肖特基二极管 | SK36 |
| 204 | 滤波电容 | 100uf/50V |
| 205/206 | 输出电压采样分压电阻 | VOUT＝1.25*(1+205/206) |
如果便携式笔记本的工作电压范围在(16V～20V左右)，需要从轿车的点烟器接口(10V～14.5V)取电时，就需要通过升压直流电源变换来实现；
常规轿车电源(10V～14.5V)经滤波电容201滤波后直接输入到芯片100的电源输入端(管脚序号P4)和储能电感202的一端；电感202的另一端接肖特基二极管203的阳极和芯片100的开关信号输出端SW(管脚序号P3)；肖特基二极管203的阴极接输出滤波电容204的正端和输出电压采样分压电阻205/206的输出高电位端，分压电阻205/206的中间点接芯片100的反馈输入端FB(管脚序号P5)，分压电阻206的下端接地线端(GND)；反馈信号FB实时采样输出电压的变化，芯片内部根据采集到的输出电压的大小来调整输出功率开关信号(管脚序号P3)的占空比(PWM)，从而使输出电压稳定达到恒压的目的，输出电压的大小通过分压电阻205/206来设置(VOUT＝1.25*(1+205/206))；芯片的使能端EN(管脚序号P2)可以打开或关断芯片；
图3是本专利“用于便携式笔记本车载适配器的单片集成电路”实现的升降压型车载适配器典型应用电路示意图300；图中的所有器件的参考指标见下表：
| 器件编号 | 器件类型 | 参数指标 |
| 100 | 集成电路 | XL60XX |
| 301 | 滤波电容 | 220uf/50V |
| 302/303 | 开关变压器源/副边绕组 | 匝数比1∶1，电感量22uh |
| 304 | 耦和用电解电容 | 22uf/50V |
| 305 | 肖特基二极管 | SK36 |
| 306 | 滤波电容 | 100uf/25V |
| 307/308 | 输出电压采样分压电阻 | VOUT＝1.25*(1+205/206) |
如果某些便携式笔记本的工作电压为12V(上网本就是12V供电的)，需要从轿车的点烟器接口(10V～14.5V)取电时，就需要通过升降压直流电源变换来实现；或者是便携式笔记本的工作电压范围在(16V～20V左右)，需要同时兼容到轿车的点烟器接口(10V～14.5V)和卡车的点烟器接口(20V～28V)取电时，也需要通过升降压直流电源变换来实现；
假定输入直流电源为10V～30V，经滤波电容301滤波后直接输入到芯片100的电源输入端(管脚序号P4)和开关变压器源边线圈302的一端(同名端)；源边线圈302的另一端接到芯片100的功率开关输出端SW(管脚序号P3)和耦合电容304的正端；开关变压器的副边线圈303的一端(同名端)接地，303的另一端接肖特基二极管305的阳极和耦合电容304的负端；肖特基二极管305的阴极接输出滤波电容306的正端和输出电压采样分压电阻307/308的输出高电位端，分压电阻307/308的中间点接芯片100的反馈输入端FB(管脚序号P5)，分压电阻308的下端接地线端(GND)；反馈信号FB实时采样输出电压的变化，芯片内部根据采集到的输出电压的大小来调整输出功率开关信号(管脚序号P3)的占空比(PWM)，从而使输出电压稳定达到恒压的目的，输出电压的大小通过分压电阻307/308来设置(VOUT＝1.25*(1+307/308))；芯片的使能端EN(管脚序号P2)可以打开或关断芯片。
Claims (2)
1.用于便携式笔记本车载适配器的单片集成电路，其特征是包括偏置电路和软启动、基准电压电路、误差放大器、频率补偿、比较器、振荡器、锁存器和驱动器、过温保护、限流电路和功率开关；其中偏置电路和软启动提供整个芯片内部各功能模块的偏置电流源，同时实现开关电源芯片上电启动时的软启动功能，软启动电路控制芯片的输出脉冲宽度在上电时，占空比慢慢张开；基准电压电路提供整个芯片内各模块工作所需要的参考电压，工作电压3V，基准电压1.25V；误差放大器对两个输入信号进行误差放大；误差放大器的输出端接比较器的负输入端，频率补偿电路在误差放大器的输出端做整个开关电源回路的动态补偿；功率开关的开关峰值电流采样端和振荡器输出的三角波信号在斜波补偿电路中相加后连接到比较器的正输入端，经过比较放大后输出到锁存器和驱动器；锁存器和驱动器输出驱动功率开关工作在开关状态；另外还有过温保护电路、限流电路来实时检测芯片温度、开关电流。
2.如权利要求1所述集成电路，其特征还在于具有五个管脚，对应管脚号P1是GND、P2是EN、P3是SW、P4是VCC、P5是FB；其中，P4为外部直流电源输入端；P3为开关信号输出端；P1为集成电路的公共地端；P5为外部输出电压的采样反馈端；P2为集成电路的使能控制端。
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