CN207706059U - 一种恒压恒流控制电路、芯片以及开关电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种恒压恒流控制电路、芯片以及开关电源，电路包括：电压反馈控制模块(100)，用于输出电压反馈控制信号；电流反馈控制模块(200)，用于输出电流反馈控制信号；驱动控制模块(300)，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)，用于根据所述驱动控制信号控制开关电源中的作为功率开关的达林顿管的开关状态，以实现所述开关电源的恒压恒流。本实用新型配合作为功率开关的达林顿管进行恒压恒流控制，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

一种恒压恒流控制电路、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，尤其涉及一种恒压恒流控制电路、芯片以及开关电源。

背景技术

如下图，现有技术控制芯片供电系统由启动电阻Rst,VCC电容65，续流二极管60和变压器辅助绕组NA组成。其工作原理为：电源系统开启，电容 65通过启动电阻Rst充电，此时芯片处于停机状态；当Vcc电压上升到控制器内部设定的某一电压时芯片开始工作，导NPN型的三极管20，变压器原边电感开始充电，当原边电感电流到达某一设定值后，控制芯片关闭三极管20，原边电感存储的能量将转换到输出绕组电感和辅助绕组电感上，分别为输出负载和控制芯片供电。控制器根据输出电压情况决定下一次打开三极管20的时间或原边电流的峰值，周而复始。总的来说控制芯片由于起机过程中，驱动电流较大，很容易发生供电不足二次起机问题；再者由于功耗以及温升问题，限制了最大的驱动电流，过大的驱动电流需要更好的散热封装；最大的驱动电流导致最大输出功率限制；在更大功率的应用上无法实现；而起机供电问题这使得该供电电路的设计需要多次尝试调整才能达到较好的效果。芯片温升以及驱动电流的限制，限制了该技术的最大驱动功率。

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，提供一种恒压恒流控制电路、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：构造一种恒压恒流控制电路，应用于开关电源，所述开关电源包括用于给恒压恒流控制电路供电的供电电路、用于采样所述开关电源的输出电流的电流采样电路、用于采样所述开关电源的输出电压的电压采样电路、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，所述恒压恒流控制电路包括：

电压反馈控制模块，用于与所述电压采样电路连接，根据所述电压采样电路的电压采样信号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压恒流。

在本实用新型所述的恒压恒流控制电路中，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，第二三极管的输出端连接所述电流采样电路；

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，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一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二开关接地，所述第二三极管的受控端经由所述第三开关接地，所述第一开关的受控端连接至所述驱动控制模块，所述第二开关、第三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压恒流控制电路中，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压恒流控制电路中，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压恒流控制电路中，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压恒流控制芯片，包括所述的恒压恒流控制电路、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和第二控制端VB2、用于外接电压采样电路的电压反馈端 FB、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电压反馈端FB，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。

在本实用新型所述的恒压恒流控制芯片中，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至所述电流反馈端VCS；

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，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一开关连接至第一控制端VB1，第一控制端VB1还经由所述第二开关连接所述接地端GND，所述第二控制端VB2经由所述第三开关连接所述接地端GND，所述第一开关的受控端连接至所述驱动控制模块，所述第二开关、第三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压恒流控制芯片中，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，包括整流滤波电路、供电电路、恒压恒流控制芯片、电压采样电路、电流采样电路、变压器、功率开关、连接到所述变压器的次级绕组两端的输出电路，所述供电电路连接于所述整流滤波电路的正输出端和所述恒压恒流控制芯片的接地端GND之间，所述接地端GND连接于所述整流滤波电路的负输出端，所述供电电路的供电输出端连接所述芯片的供电端VCC，所述电压采样电路连接于所述变压器的辅助绕组两端之间，所述电压采样电路的采样输出端连接所述芯片的电压反馈端FB，所述变压器的初级绕组的输入端连接所述整流滤波电路的正输出端，所述变压器的初级绕组的输出端先后经由所述功率开关、所述电流采样电路连接所述接地端GND，所述电流采样电路的采样输出端连接所述电流反馈端VCS，所述功率开关为达林顿管，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。

本实用新型还公开了一种开关电源，包括所述的恒压恒流控制电路、用于给恒压恒流控制电路供电的供电电路、用于采样所述开关电源的输出电流的电流采样电路、用于采样所述开关电源的输出电压的电压采样电路、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压恒流控制电路、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压恒流控制，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端电压要求的降低以及驱动电流的大幅减小，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是现有技术中的恒压恒流开关电源的结构示意图；

图2是采用了本实用新型的恒压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是本实用新型的恒压恒流控制芯片的结构示意图；

图4是本实用新型的恒压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，相应的设计恒压恒流控制电路，电路主要包括：

电压反馈控制模块，用于与所述开关电源的电压采样电路连接，根据所述电压采样电路的电压采样信号输出电压反馈控制信号；

电流反馈控制模块，用于与所述开关电源的电流采样电路连接，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，用于连接所述开关电源的达林顿管，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压恒流。

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、恒压恒流控制芯片3、用于给恒压恒流控制芯片3供电的供电电路2、用于采样所述开关电源的输出电压的电压采样电路4、用于采样所述开关电源的输出电流的电流采样电路5、变压器6、功率开关7、输出电路8。其中，恒压恒流控制芯片3包括用于外接所述供电电路2的供电端VCC、接地端GND、第一控制端VB1、第二控制端VB2、电压反馈端FB、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，整流桥的负输出端与芯片3的接地端GND连接，交流电Vac经过整流桥整流以及输入电容Cin滤波后输出电压Vin。

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连接芯片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6包括初级绕组NP、辅助绕组NA、次级绕组NS。初级绕组的一端连接整流滤波电路1的正输出端，初级绕组的另一端先后经由功率开关 7、电流采样电路5连接芯片3的接地端GND。电压采样电路4连接到所述变压器6的辅助绕组两端，输出电路8连接到所述变压器6的次级绕组两端。所述电压采样电路4的采样输出端连接所述芯片3的电压反馈端FB，所述电流采样电路5的采样输出端连接所述电流反馈端VCS。所述芯片3的电压反馈端FB和供电端VCC之间还连接有一续流二极管D1，电压反馈端FB连接所述续流二极管D1的正极，供电端VCC连接所述续流二极管D1的负极。

其中，电压采样电路4具体包括分压电阻Rf1、Rf2，电流采样电路5包括电流采样电阻Rcs，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 的电流反馈端VCS，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。分压电阻Rf1、Rf2串接于辅助绕组两端，分压电阻Rf1、Rf2的连接节点作为电压采样电路4的采样输出端连接芯片3的电压反馈端FB。电阻Rcs的第一端作为电流采样电路5的采样输出端连接芯片3 的电流反馈端VCS，电阻Rcs的第二端连接接地端GND。

参考图3，所述恒压恒流控制芯片3内部结构包括：

电压反馈控制模块100，连接至所述电压反馈端FB，用于通过电压反馈端 FB与所述电压采样电路4连接，可根据所述电压采样电路4的电压采样信号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积比较器U1。

电流反馈控制模块200，连接至所述电流反馈端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，本实施例中两个比较器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、接地端GND连接，用于通过第一控制端VB1、第二控制端VB2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压恒流。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，所述电流源Ibase的正极连接到供电端VCC，所述电流源Ibase的负极经由所述第一开关K1连接至第一控制端VB1，所述第一控制端VB1还经由所述第二开关K2连接接地端GND，第二控制端VB2经由所述第三开关K3连接接地端GND，所述第一开关K1的受控端连接至所述驱动控制模块300，所述第二开关K2、第三开关K3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，原边电流流过电阻Rcs，电阻Rcs的第一端产生的电压如图4 中的Vcs所示。当Ip增大到使得Vcs小于芯片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小于芯片内部设定的负产考电压Vref2时，Voff变为高电平，K2、K3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。

基于同一构思，本实用新型还要求保护一种恒压恒流控制电路，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压恒流控制电路，也可以采用所述恒压恒流控制芯片。

综上所述，实施本实用新型的恒压恒流控制电路、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压恒流控制，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端电压要求的降低以及驱动电流的大幅减小，使得供电电路中供电电容的容值和耐压降低，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)

1.一种恒压恒流控制电路，应用于开关电源，所述开关电源包括用于给恒压恒流控制电路供电的供电电路(2)、用于采样所述开关电源的输出电流的电流采样电路(5)、用于采样所述开关电源的输出电压的电压采样电路(4)、用于控制所述开关电源的开关状态的功率开关(7)，其特征在于，所述功率开关(7)为达林顿管，所述恒压恒流控制电路包括：

电压反馈控制模块(100)，用于与所述电压采样电路(4)连接，根据所述电压采样电路(4)的电压采样信号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压恒流。

2.根据权利要求1所述的恒压恒流控制电路，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，第二三极管的输出端连接所述电流采样电路(5)；

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，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一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二开关接地，所述第二三极管的受控端经由所述第三开关接地，所述第一开关的受控端连接至所述驱动控制模块(300)，所述第二开关、第三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所述的恒压恒流控制电路，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所述的恒压恒流控制电路，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所述的恒压恒流控制电路，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)。

6.一种恒压恒流控制芯片，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述的恒压恒流控制电路、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和第二控制端VB2、用于外接电压采样电路(4)的电压反馈端FB、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)连接至所述电压反馈端FB，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。

7.根据权利要求6所述的恒压恒流控制芯片，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至所述电流反馈端VCS；

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，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一开关连接至第一控制端VB1，第一控制端VB1还经由所述第二开关连接所述接地端GND，所述第二控制端VB2经由所述第三开关连接所述接地端GND，所述第一开关的受控端连接至所述驱动控制模块(300)，所述第二开关、第三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所述的恒压恒流控制芯片，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任一项所述的恒压恒流控制芯片(3)、电压采样电路(4)、电流采样电路(5)、变压器(6)、功率开关(7)、连接到所述变压器(6)的次级绕组两端的输出电路(8)，所述供电电路(2)连接于所述整流滤波电路(1)的正输出端和所述恒压恒流控制芯片(3)的接地端GND之间，所述接地端GND连接于所述整流滤波电路(1)的负输出端，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，所述电压采样电路(4)连接于所述变压器(6)的辅助绕组两端之间，所述电压采样电路(4)的采样输出端连接所述芯片(3)的电压反馈端FB，所述变压器(6)的初级绕组的输入端连接所述整流滤波电路(1)的正输出端，所述变压器(6)的初级绕组的输出端先后经由所述功率开关(7)、所述电流采样电路(5)连接所述接地端GND，所述电流采样电路(5)的采样输出端连接所述电流反馈端VCS，所述功率开关(7)为达林顿管，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。

10.一种开关电源，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述的恒压恒流控制电路、用于给恒压恒流控制电路供电的供电电路(2)、用于采样所述开关电源的输出电流的电流采样电路(5)、用于采样所述开关电源的输出电压的电压采样电路(4)、用于控制所述开关电源的开关状态的功率开关(7)，所述功率开关(7)为达林顿管。