CN207706058U - 一种恒流控制电路、芯片以及开关电源 - Google Patents

Abstract

一种恒流控制电路、芯片以及开关电源，电路包括：电压反馈控制模块(100)，获取供电电路(2)提供的工作电压并输出电压反馈控制信号；电流反馈控制模块(200)，根据电流采样电路(5)的电流采样信号输出电流反馈控制信号；驱动控制模块(300)，根据电压反馈控制信号、电流反馈控制信号输出驱动控制信号；电源开关模块(400)，根据驱动控制信号控制达林顿管的开关状态以实现开关电源的恒流以及将供电电路(2)提供的工作电压维持在预设范围内。由于达林顿管的驱动电流极低，极大的降低了高输出功率的功率器件的成本，提高了输出功率，降低芯片VCC端电压要求，供电电容的容值降低，使该芯片可使用标准的5V CMOS工艺制造，降低了生产成本。

Description

一种恒流控制电路、芯片以及开关电源

技术领域

本实用新型涉及开关电源领域，尤其涉及一种恒流控制电路、芯片以及开关电源。

背景技术

图1是现有技术中由双绕组变压器实现的恒流开关电源的电路原理图。如图1所示，现有的恒流开关电源中包括变压器、恒流控制器(包括波形检测模块、恒流控制模块、逻辑电路、驱动模块、比较器)、高压功率MOS管M1、低压功率MOS管M2以及输出电流采样电阻Rcs，其中，通过高压功率MOS管M1输出双绕组变压器中副边的电感放电结束的信号，再利用恒流控制器根据该副边的电感放电信号控制低压功率MOS管M2的导通和截止的时间，进而达到输出恒流的目的。从图1可以看出，现有技术中检测电感放电信号时采用了高压功率MOS管，输出功率越大，其成本越高，导致恒流开关电源成品的成本较高。另外，从图1中还可以看出高压功率MOS管的源极通过输出电流采样电阻Rcs接地，栅极固连接到恒流控制器的VCC端(供电端)，为了保证高压功率MOS管M1充分导通，需要使恒流控制器中控制芯片的Vcc端的电压高于8V，这样导致恒流控制器中的控制芯片不能使用标准的5V CMOS工艺制造，大大增加了控制芯片的生产成本，同时也进一步增加了恒流开关电源成品的生产成本。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种恒流控制电路、芯片以及开关电源。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种恒流控制电路，应用于开关电源，所述开关电源包括用于所述给恒流控制电路的提供工作电压的供电电路、用于采样所述开关电源的输出电流的电流采样电路、用于控制所述开关电源的开关状态的功率开关，所述功率开关为达林顿管，所述恒流控制电路包括：

电压反馈控制模块，用于与所述供电电路连接，用于获取所述供电电路提供的工作电压并输出电压反馈控制信号；

电流反馈控制模块，用于与所述电流采样电路连接，根据所述电流采样电路的电流采样信号输出电流反馈控制信号；

驱动控制模块，分别与所述电压反馈控制模块、电流反馈控制模块连接，用于根据所述电压反馈控制信号、电流反馈控制信号输出驱动控制信号；

电源开关模块，与所述驱动控制模块连接，用于连接所述达林顿管，根据所述驱动控制信号控制所述达林顿管的开关状态以实现所述开关电源的恒流以及将所述工作电压维持在预设范围内。

在本实用新型所述的恒流控制电路中，所述达林顿管包括第一三极管和第二三极管，第一三极管和第二三极管的输入端共同连接至所述初级绕组的输出端，第一三极管的输出端连接至第二三极管的受控端；

所述电源开关模块包括电流源、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关，第二三极管的输出端经由所述第一开关接参考地，所述电流采样电路连接于所述参考地和所述开关电源的整流滤波电路的负输出端之间，所述电流源的正极连接到所述供电电路，所述电流源的负极经由所述第二开关连接至所述第一三极管的受控端，所述第一三极管的受控端还经由所述第三开关接参考地，所述电流源的正极还经由第四开关连接第二三极管的输出端，所述第二三极管的受控端经由所述第五开关接参考地，所述第一开关、第二开关、第四开关的受控端经还分别连接至所述驱动控制模块，所述第三开关、第五开关的受控端连接在一起且共同连接至所述驱动控制模块。

在本实用新型所述的恒流控制电路中，所述电压反馈控制模块包括第一比较器/第一积分器。

在本实用新型所述的恒流控制电路中，所述电流反馈控制模块包括第二比较器/第二积分器以及第三比较器/第三积分器。

在本实用新型所述的恒流控制电路中，所述驱动控制模块包括用于生成所述驱动控制信号的逻辑电路和用于对所述驱动控制信号进行放大处理并输出的驱动电路。

本实用新型还公开了一种恒流控制芯片，包括所述的恒流控制电路、用于外接所述供电电路的供电端VCC、接地端GND、用于外接所述达林顿管的第一控制端VB1及第二控制端VB2及第三控制端VE、用于外接电流采样电路的电流反馈端VCS，所述电压反馈控制模块连接至所述供电端VCC，所述电流反馈控制模块连接至所述电流反馈端VCS，所述电源开关模块连接至所述第一控制端VB1、第二控制端VB2及第三控制端VE。

在本实用新型所述的恒流控制芯片中，所述达林顿管包括第一三极管和第二三极管，第一三极管和第二三极管的输入端共同连接至所述初级绕组的输出端，第一三极管的输出端连接至第二三极管的受控端，第一三极管的受控端连接至第一控制端VB1，第二三极管的受控端连接至第二控制端VB2，第二三极管的输出端连接第三控制端VE；

所述电源开关模块包括电流源、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关，所述第三控制端VE经由所述第一开关连接所述接地端GND，所述电流源的正极连接到所述供电端VCC，所述电流源的负极经由所述第二开关连接至第一控制端VB1，第一控制端VB1还经由所述第三开关连接于所述接地端GND，所述电流源的正极还经由第四开关连接第三控制端VE，第二控制端VB2经由所述第五开关连接于所述接地端GND，所述第一开关、第二开关、第四开关的受控端经还分别连接至所述驱动控制模块，所述第三开关、第五开关的受控端连接在一起且共同连接至所述驱动控制模块。

在本实用新型所述的恒流控制芯片中，所述电压反馈控制模块包括第一比较器/第一积分器；所述电流反馈控制模块包括第二比较器/第二积分器以及第三比较器/第三积分器。

本实用新型还公开了一种开关电源，包括所述的恒流控制芯片、整流滤波电路、供电电路、变压器、电流采样电路、功率开关、连接到所述变压器的次级绕组两端的输出电路，所述功率开关为达林顿管，所述供电电路的供电输出端连接所述芯片的供电端VCC，所述供电电路连接于整流滤波电路的正输出端和所述恒流控制芯片的接地端GND之间，电流采样电路连接于所述恒流控制芯片的电流反馈端VCS和接地端GND之间，所述电流反馈端VCS与整流滤波电路的负输出端连接，所述变压器的初级绕组两端分别与整流滤波电路的正输出端和所述达林顿管的输入端连接，所述达林顿管的两个三极管的受控端分别连接所述芯片的第一控制端VB1、第二控制端VB2，所述达林顿管的输出端连接第三控制端VE。

本实用新型还公开了一种开关电源，包括所述的恒流控制电路、用于所述给恒流控制电路的提供工作电压的供电电路、用于采样所述开关电源的输出电流的电流采样电路、用于控制所述开关电源的开关状态的功率开关，所述功率开关为达林顿管。

实施本实用新型的恒流控制电路、芯片以及开关电源，具有以下有益效果：本实用新型配合作为功率开关的达林顿管进行恒流控制，使用达林顿管作为功率开关，其驱动电流极低，极大的降低了高输出功率的功率器件的成本，提高了输出功率，降低了芯片的功耗和温升，具有更广泛的普遍适用性；而且使用达林顿管作为功率开关能够降低芯片VCC端电压要求，使该芯片可使用标准的5V CMOS工艺制造，降低了生产成本，由于VCC端电压要求的降低，使得供电电路中供电电容的容值降低，极大的节约了系统成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：

图1是是现有技术中由双绕组变压器实现的恒流开关电源的电路原理图；

图2是采用了本实用新型的恒流控制芯片的开关电源的一个具体实施例的结构示意图；

图3是本实用新型的恒流控制芯片的结构示意图；

图4是本实用新型的恒流控制芯片的工作波形图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的典型实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

本实用新型总的思路是：将开关电源中的功率开关替换为达林顿管，相应的设计恒流控制电路，本实用新型的恒流控制电路不仅适用于反激试隔离开关电源中，也适用于非隔离式开关电源中，本实用新型的恒流控制电路主要包括：

电压反馈控制模块，用于与所述供电电路连接，用于获取所述供电电路提供的工作电压输出电压反馈控制信号；

电流反馈控制模块，用于与所述电流采样电路连接，根据所述电流采样电路的电流采样信号输出电流反馈控制信号；

驱动控制模块，分别与所述电压反馈控制模块、电流反馈控制模块连接，用于根据所述电压反馈控制信号、电流反馈控制信号输出驱动控制信号；

电源开关模块，与所述驱动控制模块连接，用于连接所述达林顿管，根据所述驱动控制信号控制所述达林顿管的开关状态以实现所述开关电源的恒流以及将所述工作电压维持在预设范围内。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本实用新型实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本实用新型实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

参考图2，本实用新型的开关电源包括整流滤波电路1、供电电路2、恒流控制芯片3、变压器4、电流采样电路5、功率开关6、输出电路7。其中，恒流控制芯片3包括供电端VCC、接地端GND、第一控制端VB1、第二控制端VB2、第三控制端VE、电流反馈端VCS。

其中，整流滤波电路1包括整流桥和输入电容Cin，整流桥的两个输入端接收外部交流电Vac，输入电容Cin连接于整流桥的正输出端和负输出端之间。

其中，供电电路2包括启动电阻Rst和供电电容C0，所述启动电阻Rst的第一端连接整流桥的正输出端，所述启动电阻Rst的第二端经由供电电容C0连芯片3的接地端GND，所述启动电阻Rst的第二端连接所述芯片3的供电端VCC。启动电阻Rst和供电电容C0的作用与现有技术相同，此处不再赘述。

其中，变压器4包括初级绕组NP、次级绕组NS。初级绕组NP连接于整流滤波电路1的正输出端和达林顿管的输入端之间，输出电路7连接到所述变压器4的次级绕组两端。

其中，电流采样电路5包括电流采样电阻Rcs，电流采样电阻Rcs连接于芯片3的电流反馈端VCS和接地端GND之间，电流反馈端VCS连接整流滤波电路1的负输出端，用于采样开关电源的输出电流Ip。

本实施例中，达林顿管包括第一三极管Q1和第二三极管Q2。第一三极管Q1和第二三极管Q2的输入端共同连接至所述初级绕组，第一三极管Q1的输出端连接至第二三极管Q2的受控端，第二三极管Q2的输出端连接芯片3的第三控制端VE，第一三极管Q1和第二三极管Q2的受控端分别连接第一控制端VB1、第二控制端VB2。

参考图3，所述恒流控制芯片3内部结构包括：

电压反馈控制模块100，连接至供电端VCC，用于通过供电端VCC与所述供电电路2连接，可获取所述供电电路2提供的工作电压并输出电压反馈控制信号。例如电压反馈控制模块100可以采用第一比较器U1或者第一积分器，本实施例中采用的是第一积分器。

电流反馈控制模块200，连接于芯片3的电流反馈端VCS，用于通过电流反馈端VCS与所述电流采样电路5连接，可根据所述电流采样电路5的电流采样信号输出电流反馈控制信号；例如，电流反馈控制模块200可以采用第二比较器U2/第二积分器以及第三比较器U3/第三积分器，两个比较器U2、U3的正输入端均连接至电流反馈端VCS，两个比较器U2、U3的负输入端分别连接相应的参考电压Vref1、Vref2。

驱动控制模块300，分别与所述电压反馈控制模块100、电流反馈控制模块200连接，用于根据所述电压反馈控制信号、电流反馈控制信号输出驱动控制信号。具体的，所述驱动控制模块300包括用于生成所述驱动控制信号的逻辑电路310和用于对所述驱动控制信号进行放大处理并输出的驱动电路320。

电源开关模块400，与所述驱动控制模块300、第一控制端VB1、第二控制端VB2、第三控制端VE、接地端GND连接，用于通过第一控制端VB1、第二控制端VB2、第三控制端VE连接所述达林顿管，根据所述驱动控制信号控制所述达林顿管的开关状态以实现所述开关电源的恒流。具体的，所述电源开关模块400包括电流源Ibase、第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4、第五开关K5，所述第三控制端VE经由所述第一开关K1连接所述接地端GND，所述电流源Ibase的正极连接到所述供电端VCC，所述电流源Ibase的负极经由所述第二开关K2连接至第一控制端VB1，第一控制端VB1还经由所述第三开关K3连接于所述接地端GND，所述电流源Ibase的正极还经由第四开关K4连接第三控制端VE，第二控制端VB2经由所述第五开关K5连接于所述接地端GND，所述第一开关K1、第二开关K2、第四开关K4的受控端经还分别连接至所述驱动控制模块300，所述第三开关K3、第五开关K5的受控端连接在一起且共同连接至所述驱动控制模块300。

参考图3、4，本实用新型的工作原理描述如下：

在Von1的上升沿，达林顿管被打开，原边电流流进电阻Rcs，并从Rcs连接输入电容Cin负极的另一端流出，Rcs与Cin连接的一端的电压波形如图4中的VCS所示。当Ip增大到使得VCS小于控制芯片3内部设定的负产考电压Vref1时，Von1关闭，使得流进达林顿管中Q1的基极电流从大小为Ibase变为0，但是由于达林顿管的关闭延时特性，在此后的一段时间内达林顿管将保持开通状态，Ip保持原来的流通路径继续增大，当Ip增大到使得VCS小于控制芯片3内部设定的负产考电压Vref2时，Von0关闭，Voff变为高电平，K2，K4同时下拉到GND；迅速泄放存储在达林顿管基极的电荷，导致达林顿管马上关闭；然后把原边电感上的能量转换到输出负载上。

在恒流开关电源刚启动时，恒流控制模块通过逻辑电路控制驱动模块的驱动电压输出端输出高电平，使和开关单元K1同步导通，从电路示意图可以看出由于高压功率Darlington管的基极通过开关单元K1和电流源Ib连接到电源电压，此时电流源Ib会输出大小为Ib的电流驱动高压功率Darlington管使其导通。这里需要说明的是由于高压功率Darlington管的发射极的电压Ve小于1V，Vbe约为0.7V，因此，其导通时基极的所需的电压Vb低于2.4V，故可以使恒流控制器中的控制芯片Vcc端的电压小于5V，甚至更低即可驱动该高压功率Darlington管，从而可以使该恒流控制器中的控制芯片使用标准5VCMOS工艺制造，大大降低了控制芯片的成本，同时也降低了恒流开关电源成品的成本。

其中电压反馈控制模块100采用的积分器，用来设置VCC工作电压范围。VCC_S决定K1在导通时的最长时间，逻辑电路产生Vch的最小脉冲时间宽度，根据VCC电压的大小决定每个周期K1的开启时间长短，使VCC工作在可控制的范围内。

基于同一构思，本实用新型还要求保护一种恒流控制电路，其结构参考芯片的内部结构，另外，本实用新型还要求保护一种开关电源，开关电源可以采用所述恒流控制电路，也可以采用所述恒流控制芯片。

综上所述，实施本实用新型的恒流控制电路、芯片以及开关电源，具有以下有益效果：本实用新型配合作为功率开关的达林顿管进行恒流控制，使用达林顿管作为功率开关，其驱动电流极低，极大的降低了高输出功率的功率器件的成本，提高了输出功率，具有更广泛的普遍适用性；而且使用达林顿管作为功率开关能够降低芯片VCC端电压要求，使该芯片可使用标准的5V CMOS工艺制造，降低了生产成本，由于VCC端电压要求的降低，使得供电电路中供电电容的容值降低，极大的节约了系统成本。

本说明书中使用的“第一”、“第二”等包含序数的术语可用于说明各种构成要素，但是这些构成要素不受这些术语的限定。使用这些术语的目的仅在于将一个构成要素区别于其他构成要素。例如，在不脱离本发明的权利范围的前提下，第一构成要素可被命名为第二构成要素，类似地，第二构成要素也可以被命名为第一构成要素。

词语“相连”或“连接”，不仅仅包括将两个实体直接相连，也包括通过具有有益改善效果的其他实体间接相连。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (10)

1.一种恒流控制电路，应用于开关电源，所述开关电源包括用于给所述恒流控制电路的提供工作电压的供电电路(2)、用于采样所述开关电源的输出电流的电流采样电路(5)、用于控制所述开关电源的开关状态的功率开关(6)，其特征在于，所述功率开关(6)为达林顿管，所述恒流控制电路包括：

电压反馈控制模块(100)，用于与所述供电电路(2)连接，用于获取所述供电电路(2)提供的工作电压并输出电压反馈控制信号；

电流反馈控制模块(200)，用于与所述电流采样电路(5)连接，根据所述电流采样电路(5)的电流采样信号输出电流反馈控制信号；

驱动控制模块(300)，分别与所述电压反馈控制模块(100)、电流反馈控制模块(200)连接，用于根据所述电压反馈控制信号、电流反馈控制信号输出驱动控制信号；

电源开关模块(400)，与所述驱动控制模块(300)连接，用于连接所述达林顿管，根据所述驱动控制信号控制所述达林顿管的开关状态以实现所述开关电源的恒流以及将所述工作电压维持在预设范围内。

2.根据权利要求1所述的恒流控制电路，其特征在于，所述达林顿管包括第一三极管和第二三极管，第一三极管和第二三极管的输入端共同连接至所述开关电源的变压器(4)的初级绕组的输出端，第一三极管的输出端连接至第二三极管的受控端；

所述电源开关模块(400)包括电流源、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关，第二三极管的输出端经由所述第一开关接参考地，所述电流采样电路(5)连接于所述参考地和所述开关电源的整流滤波电路(1)的负输出端之间，所述电流源的正极连接到所述供电电路(2)，所述电流源的负极经由所述第二开关连接至所述第一三极管的受控端，所述第一三极管的受控端还经由所述第三开关接参考地，所述电流源的正极还经由第四开关连接第二三极管的输出端，所述第二三极管的受控端经由所述第五开关接参考地，所述第一开关、第二开关、第四开关的受控端经还分别连接至所述驱动控制模块(300)，所述第三开关、第五开关的受控端连接在一起且共同连接至所述驱动控制模块(300)。

3.根据权利要求1所述的恒流控制电路，其特征在于，所述电压反馈控制模块(100)包括第一比较器/第一积分器。

4.根据权利要求1所述的恒流控制电路，其特征在于，所述电流反馈控制模块(200)包括第二比较器/第二积分器以及第三比较器/第三积分器。

5.根据权利要求1所述的恒流控制电路，其特征在于，所述驱动控制模块(300)包括用于生成所述驱动控制信号的逻辑电路(310)和用于对所述驱动控制信号进行放大处理并输出的驱动电路(320)。

6.一种恒流控制芯片，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述的恒流控制电路、用于外接所述供电电路(2)的供电端VCC、接地端GND、用于外接所述达林顿管的第一控制端VB1及第二控制端VB2及第三控制端VE、用于外接电流采样电路(5)的电流反馈端VCS，所述电压反馈控制模块(100)连接至所述供电端VCC，所述电流反馈控制模块(200)连接至所述电流反馈端VCS，所述电源开关模块(400)连接至所述第一控制端VB1、第二控制端VB2及第三控制端VE。

7.根据权利要求6所述的恒流控制芯片，其特征在于，所述达林顿管包括第一三极管和第二三极管，第一三极管和第二三极管的输入端共同连接至所述开关电源的变压器(4)的初级绕组的输出端，第一三极管的输出端连接至第二三极管的受控端，第一三极管的受控端连接至第一控制端VB1，第二三极管的受控端连接至第二控制端VB2，第二三极管的输出端连接第三控制端VE；

所述电源开关模块(400)包括电流源、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关，所述第三控制端VE经由所述第一开关连接所述接地端GND，所述电流源的正极连接到所述供电端VCC，所述电流源的负极经由所述第二开关连接至第一控制端VB1，第一控制端VB1还经由所述第三开关连接于所述接地端GND，所述电流源的正极还经由第四开关连接第三控制端VE，第二控制端VB2经由所述第五开关连接于所述接地端GND，所述第一开关、第二开关、第四开关的受控端经还分别连接至所述驱动控制模块(300)，所述第三开关、第五开关的受控端连接在一起且共同连接至所述驱动控制模块(300)。

8.根据权利要求6所述的恒流控制芯片，其特征在于，所述电压反馈控制模块(100)包括第一比较器/第一积分器；所述电流反馈控制模块(200)包括第二比较器/第二积分器以及第三比较器/第三积分器。

9.一种开关电源，其特征在于，包括整流滤波电路(1)、供电电路(2)、如权利要求6-8任一项所述的恒流控制芯片(3)、变压器(4)、电流采样电路(5)、功率开关(6)、连接到所述变压器(4)的次级绕组两端的输出电路(7)，所述功率开关(6)为达林顿管，所述供电电路(2)连接于整流滤波电路(1)的正输出端和所述恒流控制芯片(3)的接地端GND之间，所述供电电路(2)的供电输出端连接所述芯片(3)的供电端VCC，电流采样电路(5)连接于所述恒流控制芯片(3)的电流反馈端VCS和接地端GND之间，所述电流反馈端VCS与整流滤波电路(1)的负输出端连接，所述变压器(4)的初级绕组两端分别与整流滤波电路(1)的正输出端和所述达林顿管的输入端连接，所述达林顿管的两个三极管的受控端分别连接所述芯片(3)的第一控制端VB1、第二控制端VB2，所述达林顿管的输出端连接第三控制端VE。

10.一种开关电源，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述的恒流控制电路、用于给所述恒流控制电路的提供工作电压的供电电路(2)、用于采样所述开关电源的输出电流的电流采样电路(5)、用于控制所述开关电源的开关状态的功率开关(6)，所述功率开关(6)为达林顿管。