CN207819768U - 一种控制芯片的自供电电路 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种控制芯片的自供电电路，包括启动电路和辅助绕组电路，启动电路为控制芯片供电，辅助绕组电路在控制芯片启动并使开关电源进入正常工作状态后为控制芯片提供持续供电；所述的启动电路包括恒流限压单元和BOOST升压单元；所述的恒流限压单元可实现将一个宽输入电压稳定在一个窄的输入电压范围，所述的BOOST升压单元将窄的输入范围的输出电压提高到能够供控制芯片工作的电压值。所述的自供电电路具备升压功能，把开关电源输入端不能满足芯片工作的输入电压经过升压得到一个可以满足开关电源控制芯片工作需要的VCC供电电压，为控制芯片供电，可以实现使开关电源在输入电压低于其控制芯片供电电压的应用场合中完成启动并正常工作。

Description

一种控制芯片的自供电电路
技术领域
本实用新型涉及一种控制芯片的自供电电路，特别涉及一种为输入电压低于控制芯片工作所需最小的供电电压的自供电电路。
背景技术
通常情况下，它激式DC/DC变换器以控制芯片为主体，而控制芯片都需要一个VCC供电，该供电端的电压范围很窄，以通用型UCC2843为例，其VCC端电压允许范围为 8.6VDC-34VDC，考虑到控制芯片的欠压启动电压，控制芯片的启动电压一般设置大于9VDC，又考虑到所驱动的开关管允许驱动电压的范围，则芯片VCC的允许电压不能超过20VDC，进一步考虑其功耗导致的不利因素，其VCC电压不建议超过16VDC，同时考虑反馈电压要与启动电压存在回差，且反馈电压在不同负载时存在一个波动范围，所以给控制芯片的稳态工作电压一般为9VDC～12VDC之间。
请参阅图1，图1为目前现有技术的一种常用的供电方式，启动电路采集输入电压为开关电源做启动使用，当开关电源正常工作后就断开启动电路，通过自供电电路持续供电，自供电电路是在主功率变压器上增加一个辅助绕组，辅助绕组产生的脉冲电压波形通过整流滤波后形成直流VCC电压，以供控制芯片使用。
由于上述供电方式的启动电路为一个线性稳压电路，采集输入电压为开关电源做启动使用，其输出到VCC的电压小于输入电压，若开关电源的输入电压低于控制芯片工作需要的最小VCC供电电压时，控制芯片将因无法获得足够高的VCC供电电压而进入VCC欠压状态，造成对应的开关电源无法开机的问题。因此该供电电路无法满足为输入电压低于控制芯片工作需要的最小VCC供电电压的开关电源提供供电的应用场合。
实用新型内容
本实用新型的目的是，提供一种控制芯片的自供电电路，所述的自供电电路具备升压功能，把开关电源输入端不能满足芯片工作的输入电压经过升压得到一个可以满足开关电源控制芯片工作需要的VCC供电电压，为控制芯片供电，可以实现使开关电源在输入电压低于其控制芯片供电电压的应用场合中完成启动并正常工作。
为了达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：
一种控制芯片的自供电电路，用于为开关电源中控制芯片供电，包括启动电路和辅助绕组电路，启动电路为控制芯片的启动供电，辅助绕组电路在控制芯片启动并使开关电源进入正常工作状态后为控制芯片提供持续供电；所述的启动电路包括恒流限压单元和BOOST升压单元，所述的恒流限压单元的输入端连接开关电源的输入电压Vin，将输入电压范围内的输入电压Vin转换为设定的输出电压范围内的输出电压VDD，输出给所述的BOOST升压单元；所述的设定的输出电压范围小于所述的输入电压范围；所述的BOOST升压单元输出电压VCC为控制芯片供电，所述BOOST升压单元设定有欠压锁定电压和欠压锁定取消电压，输出电压VCC在上升过程中，当输出电压VCC低于欠压锁定取消电压时，所述BOOST升压单元工作在升压状态，当输出电压VCC高于欠压锁定取消电压时，所述BOOST升压单元停止升压；输出电压VCC在下降过程中，当输出电压VCC低于欠压锁定取消电压并且高于欠压锁定电压时，所述BOOST升压单元停止升压，当输出电压VCC低于欠压锁定电压时，所述BOOST升压单元工作在升压状态。
优选的，所述的恒流限压单元包括第一恒流限压芯片和第一电容；所述第一恒流限压芯片的Vin引脚连接开关电源的输入电压Vin，所述的第一恒流限压芯片的GND引脚与开关电源的地相连接,所述的第一恒流限压芯片的VDD引脚作为恒流限压单元的输出端输出电压 VDD；所述的第一电容连接于所述的第一恒流限压芯片的VDD引脚和开关电源的地之间。
优选的，所述的BOOST升压单元包括第二升压芯片、第一电感、第一二极管和第二电容；所述的第一电感连接于所述的第一恒流限压芯片的VDD引脚和所述的第一二极管的阳极之间；第二升压芯片的BOS引脚与所述的第一二极管的阳极相连，所述的第二升压芯片的GND 引脚与开关电源的地相连接,所述的第二升压芯片的VCC引脚与所述的第一二极管的阴极相连，并且连接点作为所述BOOST升压单元的输出端输出电压VCC；所述的第二电容连接于所述的第二升压芯片的VCC引脚和开关电源的地之间。
优选的，所述的第二升压芯片集成在控制芯片里,第二升压芯片的信号端BOS与所述的第一二极管的阳极相连，所述的第二升压芯片的GND引脚与所述的控制芯片的地相连接,所述的第二升压芯片的输出端VCC与所述的控制芯片的供电端VCC相连。
优选的，所述的启动电路包括启动芯片、第一电容、第二电容、第一电感和第一二极管；启动芯片的Vin引脚连接开关电源的输入电压Vin，启动芯片的VDD引脚连接第一电容的一端和第一电感的一端，启动芯片的GND引脚连接开关电源的地，启动芯片的BOS引脚连接第一电感的另一端和第一二极管的阳极；第一电容的另一端连接开关电源的地；启动芯片的VCC 引脚连接第一二极管的阴极，并且连接点作为启动电路的输出端，所述的第二电容C2连接于所述的启动芯片IC2的VCC引脚和开关电源的地GND之间。
工作原理为：当所述的恒流限压芯片IC1的输出电压VDD低于IC1的启动阈值电压VDD_ON时，恒流限压芯片IC1为所述的电容C1充电，充电电流在输入、输出端形成的压差为Vd，即VDD＝Vin-Vd；当所述的恒流限压芯片IC1的输出电压VDD高于IC1的关断阈值电压VDD_OFF时，所述的恒流限压芯片IC1关断，输出电压VDD降低到启动阈值电压 VDD_ON以下时，IC1再次开始工作为充电所述的电容C1充电。这样所述的恒流限压芯片 IC1可实现将一个宽输入电压稳定在一个窄的输入电压范围(如5V～VDD_OFF)内。
当所述的升压芯片IC2的输出电压VCC低于欠压锁定取消电压VUVLO_ON时，IC2的BOS脚输出一个固定频率和固定50％占空比的方波信号；所述的升压芯片IC2与所述的电感L1、所述的二极管D1和所述的电容C2构成BOOST升压电路，所述BOOST升压单元将控制芯片IC2的输出电压VCC升高到欠压锁定取消电压VUVLO_ON以上，BOOST升压电路停止工作，当所述的升压芯片IC2的输出电压VCC高于欠压锁定取消电压VUVLO_ON时，IC2的BOS脚呈现开路状态；控制芯片IC2的输出电压VCC为开关电源的控制芯片供电，当开关电源正常工作状态后，辅助绕组电路为控制芯片提供持续供电。
与现有技术相比，在上述的开关电源的自供电电路中，开关电源的输入电压经过升压得到一个可以满足开关电源控制芯片工作需要的VCC供电电压，为控制芯片供电，可以实现使开关电源在输入电压低于其控制芯片供电电压的应用场合中完成启动并正常工作。
同时，采用集成芯片IC1和IC2可以实现更低成本、更小体积和更高可靠性，电路设计更加简单，可缩短项目开发周期，满足更小体积和更低成本的开关电源设计与应用。
附图说明
图1为现有技术的一种常用供电电路；
图2为本实用新型的原理图；
图3为本实用新型恒流限压芯片IC1和升压芯片IC2的工作状态随输入电压变化的示意图；
图4为第一实施例在PWM反激开关电源应用中的一个电路图；
图5为第二实施例在PWM反激开关电源应用中的一个电路图；
图6为第三实施例在PWM反激开关电源应用中的一个电路图。
具体实施方式
第一实施例
请参阅图2，一种控制芯片的自供电电路包括启动电路和辅助绕组电路，所述的启动电路包括恒流限压单元和BOOST升压单元。
所述的恒流限压单元包括第一恒流限压芯片IC1和第一电容C1。所述的第一恒流限压芯片IC1包括Vin、GND和VDD三个引脚。所述的第一恒流限压芯片IC1的Vin引脚与开关电源的输出端Vin相连接，所述的第一恒流限压芯片IC1的GND引脚与开关电源的地GND相连接, 所述的第一恒流限压芯片IC1的VDD引脚与第一电容C1相连接；所述的第一电容C1连接于所述的第一恒流限压芯片IC1的VDD引脚和开关电源的地GND之间。
所述的BOOST升压单元包括第二升压芯片IC2、第一电感L1、第一二极管D1和第二电容 C2。所述的第二升压芯片IC2包括BOS、GND和VCC三个引脚,所述的第二升压芯片IC2的BOS 引脚与所述的第一二极管D1的阳极相连，所述的第二升压芯片IC2的GND引脚与开关电源的地GND相连接,所述的第二升压芯片IC2的VCC引脚与与所述的第一二极管D1的阴极相连；所述的第一电感L1连接于所述的第一恒流限压芯片IC1的VDD引脚和所述的第一二极管D1 的阳极之间；所述的第二电容C2连接于所述的第二升压芯片IC2的VCC引脚和开关电源的地 GND之间。
所述的辅助绕组电路包括包括第二二极管D2以及辅助绕组Nf。所述的第二二极管的阴极连接所述的第二升压芯片IC2的VCC引脚，所述的第二二极管的阳极连接所述的辅助绕组 Nf的一端，所述的辅助绕组Nf的连接于所述的第二二极管的阳极和开关电源的地GND之间。
本实施案例实现自供电的工作原理如下描述：
第一恒流限压芯片IC1的规格参数定义如下:恒流限压芯片IC1的VDD脚最低工作电压为 4V,启动阈值电压VDD_ON为10V,关断阈值电压VDD_OFF_为8V，充电电流在恒流限压芯片IC1 的输入、输出端形成的压差Vd最低为0.3V，当充电电流在恒流限压芯片IC1的输入、输出端形成的压差Vd为1V时，输出电流为20mA。
第二升压芯片IC2的规格参数定义如下:升压芯片IC2的BOS脚最低工作电压为4V,欠压锁定取消电压VUVLO_ON为16V,欠压锁定电压VUVLO_OFF为6V。
辅助绕组电路的绕组经过第二二极管D2整流和第二电容C2滤波后电压设计为12V。
当开关电源的输入电压Vin为5V到10.3V范围内时，第一恒流限压芯片IC1的VDD脚电压最高电压为10V，未达到IC1的启动阈值电压，IC1的VDD脚持续为电容C1充电。当第二升压芯片IC2的BOS端的电压达到4V时，IC2的BOS引脚此产生固定频率(设定为1.4MHz) 和固定50％占空比的方波信号，由升压芯片IC2、电感L1、二极管D1和电容C2组成的BOOST 升压电路。BOOST升压电路工作在断续模式，可将升压芯片IC2的VCC电压升高到IC2欠压锁定取消电压16V以上，升压芯片IC2的BOS引脚停止产生方波信号，呈现开路状态。VCC 电压达到了开关电源控制芯片的工作电压后，电容C2为开关电源控制芯片正常工作提供所需的工作电压和电流，开关电源进入正常工作。电容C2两端的电压下降到欠压锁定电压VUVLO_OFF 6v以上时，辅助绕组能够为开关电源控制芯片提供持续供电，使得VCC电压稳定在12V,整个启动过程完成。
当开关电源的输入电压Vin为10.3V到36V范围内时，第一恒流限压芯片IC1的VDD脚持续为电容C1充电，当IC1的VDD脚电压上升到10V时,恒流限压芯片IC1关断，输出电压VDD降低到8V以下时，IC1再次开始工作为电容C1充电，VCC电压最终稳定后维持在8V到 10V之间。第一恒流限压芯片IC1的VDD脚持续为电容C1充电过程中，当第二升压芯片IC2 的BOS端的电压达到4VDC时，由升压芯片IC2、电感L1、二极管D1和电容C2组成的BOOST 升压电路。可将升压芯片IC2的VCC电压升高到IC2欠压锁定取消电压16V以上，VCC电压达到了开关电源控制芯片的工作电压后，电容C2为开关电源控制芯片正常工作提供所需的工作电压和电流，开关电源进入正常工作。电容C2两端的电压下降到欠压锁定电压VUVLO_OFF 6V 以上时，辅助绕组能够为开关电源控制芯片提供持续供电，使得VCC电压稳定在12V,整个启动过程完成。
恒流限压芯片IC1和升压芯片IC2的工作状态随输入电压Vin变化的示意图请查阅图3。
经对输出功率为6W、10W和30W的多组样品(各组样品均包括图1技术方案的样品一和图2技术方案的样品二)，在输入电压Vin为5V～36V的相同测试条件下进行测试，得出本实用新型第一实施方案的样品与现有技术样品的对比数据，如下表1所示：
表1现有技术样品与本实用新型方案样品的性能对比表
恒流限压芯片IC1和升压芯片IC2具备实用新型中所述的功能，可通过内部集成电路来实现，恒流限压芯片IC1和升压芯片IC2可封装成两个独立的芯片。
第一实施例在PWM反激开关电源应用中的一个电路图请查阅图4。
第二实施例
恒流限压芯片IC1和升压芯片IC2与第一实施例实现的功能相同，整个自供电电路实现的原理相同，更优的方案为将升压芯片IC2与PWM控制芯片集成一个新PWM控制芯片，新PWM控制芯片具有原PWM控制芯片和升压芯片IC2的功能，新PWM控制芯片在原PWM 控制芯片的基础上新增一个BOS引脚，其BOS引脚名称和功能与升压芯片IC2相同，其BOS 引脚的连接关系不变，具体链接关系为，所述的第二升压芯片的信号端BOS与所述的第一二极管的阳极相连，所述的第二升压芯片的GND引脚与所述的开控制芯片的地相连接，所述的第二升压芯片的输出端VCC与所述的开控制芯片的供电端VCC相连，从而实现更低成本、更小体积和更高可靠性。
第二实施例在PWM反激开关电源应用中的一个电路图请查阅图5。
第三实施例
更优的方案为将恒流限压芯片IC1和升压芯片IC2集成一个启动芯片IC3，启动芯片IC3 各引脚功能和名称同恒流限压芯片IC1和升压芯片IC2的名称，启动芯片IC3连接关系同恒流限压芯片IC1和升压芯片IC2引脚的连接关系，从而实现更低成本、更小体积和更高可靠性。具体连接关系为：所述的启动电路包括启动芯片IC3、第一电容C1、第二电容C2、第一电感L1和第一二极管D1；启动芯片IC3的Vin引脚连接开关电源的输入电压Vin，启动芯片 IC3的VDD引脚连接第一电容C1的一端和第一电感L1的一端，启动芯片IC3的GND引脚连接开关电源的地，启动芯片IC3的BOS引脚连接第一电感L1的另一端和第一二极管D1的阳极；第一电容C1的另一端连接开关电源的地；启动芯片IC3的VCC引脚连接第一二极管D1 的阴极，并且连接点作为启动电路的输出端。
第三实施例在PWM反激开关电源应用中的一个电路图请查阅图6。
恒流限压芯片IC1和升压芯片IC2具备实用新型中所述的功能，可通过内部集成电路来实现。恒流限压芯片IC1和升压芯片IC2可封装成两个独立的芯片，也可封装成一个芯片，还可将升压芯片IC2与开关电源的控制芯片封装在一起成为一个芯片，从而实现更低成本、更小体积和更高可靠性。
以上实施例只是用于帮助理解本实用新型的方法及核心思想，就本实用新型的自供电电路而言，恒流限压芯片IC1只要能够承受更高的电压应力，更高的输入电压亦是可行的，比如输入电压Vin为75V时该自供电电路也是能正常工作的。对本技术领域的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型原理的前提下，通过以上描述与举例能自然联想到的其他等同应用方案，以及对本实用新型进行若干的改进和修饰，均落入本实用新型的权利要求书的保护范围。

Claims (5)

1.一种控制芯片的自供电电路，包括启动电路和辅助绕组电路，启动电路为控制芯片供电，辅助绕组电路在控制芯片启动并使开关电源进入正常工作状态后为控制芯片提供持续供电；其特征在于：所述的启动电路包括恒流限压单元和BOOST升压单元；所述的恒流限压单元的输入端连接开关电源的输入电压Vin，将输入电压范围内的输入电压Vin转换为设定的输出电压范围内的输出电压VDD，输出给所述的BOOST升压单元；所述的设定的输出电压范围小于所述的输入电压范围；
所述的BOOST升压单元输出电压VCC为控制芯片供电，所述BOOST升压单元设定有欠压锁定电压和欠压锁定取消电压，输出电压VCC在上升过程中，当输出电压VCC低于欠压锁定取消电压时，所述BOOST升压单元工作在升压状态，当输出电压VCC高于欠压锁定取消电压时，所述BOOST升压单元停止升压；输出电压VCC在下降过程中，当输出电压VCC低于欠压锁定取消电压并且高于欠压锁定电压时，所述BOOST升压单元停止升压，当输出电压VCC低于欠压锁定电压时，所述BOOST升压单元工作在升压状态。
2.根据权利要求1所述的控制芯片的自供电电路，其特征在于：所述的恒流限压单元包括第一恒流限压芯片和第一电容；所述第一恒流限压芯片的Vin引脚连接开关电源的输入电压Vin，所述的第一恒流限压芯片的GND引脚与开关电源的地相连接,所述的第一恒流限压芯片的VDD引脚作为恒流限压单元的输出端输出电压VDD；所述的第一电容连接于所述的第一恒流限压芯片的VDD引脚和开关电源的地之间。
3.根据权利要求2所述的控制芯片的自供电电路，其特征在于：所述的BOOST升压单元包括第二升压芯片、第一电感、第一二极管和第二电容；所述的第一电感连接于所述的第一恒流限压芯片的VDD引脚和所述的第一二极管的阳极之间；第二升压芯片的BOS引脚与所述的第一二极管的阳极相连，所述的第二升压芯片的GND引脚与开关电源的地相连接,所述的第二升压芯片的VCC引脚与所述的第一二极管的阴极相连，并且连接点作为所述BOOST升压单元的输出端输出电压VCC；所述的第二电容连接于所述的第二升压芯片的VCC引脚和开关电源的地之间。
4.根据权利要求3所述的控制芯片的自供电电路，其特征在于：所述的第二升压芯片集成在控制芯片里,第二升压芯片的信号端BOS与所述的第一二极管的阳极相连，所述的第二升压芯片的GND引脚与所述的控制芯片的地相连接,所述的第二升压芯片的输出端VCC与所述的控制芯片的供电端VCC相连。
5.根据权利要求1所述的控制芯片的自供电电路，其特征在于：所述的启动电路包括启动芯片、第一电容、第二电容、第一电感和第一二极管；启动芯片的Vin引脚连接开关电源的输入电压Vin，启动芯片的VDD引脚连接第一电容的一端和第一电感的一端，启动芯片的GND引脚连接开关电源的地，启动芯片的BOS引脚连接第一电感的另一端和第一二极管的阳极；第一电容的另一端连接开关电源的地；启动芯片的VCC引脚连接第一二极管的阴极，并且连接点作为启动电路的输出端，所述的第二电容连接于所述的启动芯片的VCC引脚和开关电源的地之间。
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