CN208571903U - 一种芯片关断电路及包含该电路的开关电源 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种芯片关断电路及包含该电路的开关电源，芯片关断电路包括第一输入端口、第二输入端口、输出端口、偏置电路、开关电路和下拉电路；第一输入端口和第二输入端口均用于输入PWM信号，第一输入端口输入高电平延时第一时间后第二输入端口才输入高电平，第一输入端口翻转为低电平延时第二时间后第二输入端口才翻转为低电平；当第一输入端口的输入翻转为低电平的时刻下拉电路能够直接拉低输出端口的电平，使得输出端口无需延时第二时间即可输出低电平的控制信号；芯片关断电路用于开关电源后，将其输出端口与功率变换电路中主功率开关管的驱动端连接，能实现实现开关电源功率变换电路中的主功率开关管快速关断。
Description
技术领域
本实用新型公开了一种芯片关断电路及包含该电路的开关电源，特别涉及开关电源隔离驱动芯片的关断电路及包含该电路的开关电源。
背景技术
现有开关电源中，大功率的产品一般都会使用双管反激、推挽、半桥和全桥等较为复杂的电路拓扑，这些电路拓扑的电路结构决定了无法直接用脉冲宽度调制芯片(下文简称脉冲宽度调制为“PWM”)控制，如双管反激原边功率电路的上开关管的参考地的电压为浮动电压，因此，这类拓扑需要使用隔离驱动芯片，将PWM芯片的控制信号传输到功率变换电路的主功率开关管，进而控制原边功率电路。
现有的隔离驱动芯片，均存在较长的导通延迟时间(也可简称为导通延时)以及关断延迟时间(也可简称为关断延时)，全桥电路隔离驱动芯片的关断延迟时间为100ns左右，而半桥电路隔离驱动芯片则达到了200ns。现有PWM芯片一般集成了单周期峰值电流保护功能，当输出短路发生时，由于短路电流迅速增大，磁芯趋于饱和，感量急剧下降至接近漏感，原边功率电路开关管导通后，原边电流迅速上升，触发单周期峰值电流保护后，PWM芯片停止输出PWM信号，但隔离驱动芯片存在关断延时，关断延时内，原边功率电路的开关管会继续导通，主功率电流继续增大。由电感电流公式可知，在输入电压Vin为160V、原边变压器的感量Lp下降为0.5μH时，导通时间Ton为200ns时对应的短路电流大小为：
因此，隔离驱动芯片的关断延迟时间较长会导致短路电流增大，从而要求主功率器件需满足较大的电流应力规格，影响器件的选型。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型要解决的技术问题是提供一种芯片关断电路及包含该电路的开关电源，解决现有隔离驱动芯片延迟时间长导致短路电流过大的问题。
为解决上述技术问题，本实用新型提供的一种芯片关断电路，包括：
第一输入端口、第二输入端口、输出端口、偏置电路、开关电路和下拉电路；
第一输入端口同时连接偏置电路的第一输入端和下拉电路的输入端，第二输入端口同时连接偏置电路的第二输入端和开关电路的输入端，偏置电路的输出端连接开关电路的控制端，开关电路的输出端和下拉电路的输出端相连后连接至输出端口，输出端口用于输出控制信号；
第一输入端口和第二输入端口均用于输入PWM信号，第一输入端口输入高电平延时第一时间后第二输入端口才输入高电平，第一输入端口翻转为低电平延时第二时间后第二输入端口才翻转为低电平；
开关电路用于控制第二输入端口和输出端口是否电连接，偏置电路用于抬高第一输入端口输入的电平电压，使得在第一输入端口和第二输入端口输入的均为高电平时开关电路能够工作；下拉电路用于在第一输入端口输入的为低电平时拉低输出端口输出控制信号的电平；
芯片关断电路在一个工作周期内的工作状态为：
当第一输入端口的输入为高电平，第二输入端口的输入为低电平时，开关电路工作，偏置电路不工作，下拉电路不工作，输出端口输出低电平的控制信号；
当第一输入端口和第二输入端口均为高电平时，开关电路继续工作，偏置电路不工作，下拉电路不工作，输出端口输出为高电平的控制信号；
当第一输入端口的输入翻转为低电平，第二输入端口的输入继续为高电平时，开关电路停止工作，偏置电路工作，下拉电路工作，输出端口输出低电平的控制信号；
当第一输入端口的输入继续为低电平，第二输入端口的输入也翻转为低电平时，开关电路工作，偏置电路不工作，下拉电路不工作，输出端口输出低电平的控制信号。
作为偏置电路的一种具体的实施方式，包括：第一电容和第一二极管，第一电容的一端为偏置电路第一输入端，第一电容的另一端与第一二极管的阴极相连形成偏置电路的输出端，第一二极管的阳极为偏置电路的第二输入端。
作为偏置电路的另外一种具体的实施方式，包括：第一电容、第二电容和第一二极管，第一电容的一端为偏置电路第一输入端，第一电容的另一端与第二电容的一端相连形成偏置电路的输出端，第二电容的另一端与第一二极管的阴极相连，第一二极管的阳极为偏置电路的第二输入端。
作为开关电路的一种具体的实施方式，包括：第一N沟道MOS管、第一电阻和第二电阻，第一N沟道MOS管的源极为开关电路的输入端，第一N沟道MOS管的栅极为开关电路的控制端，第一N沟道MOS管的栅极还经第一电阻后与第一N沟道MOS管的源极相连，第一N沟道MOS管的漏极经第二电阻后形成开关电路的输出端。
作为下拉电路的一种具体的实施方式，包括：第二二极管，第二二极管的阴极为下拉电路的输入端，第二二极管阳极为下拉电路的输出端。
作为下拉电路的另外一种具体的实施方式，包括：第一PNP三极管，第一PNP三极管的基极为下拉电路的输入端，第一PNP三极管的发射极为下拉电路的输出端，第一PNP三极管的集电极接地。
本实用新型还提供包含上述芯片关断电路的开关电源，开关电源包括PWM芯片、隔离驱动芯片和功率变换电路，第一输入端口连接PWM芯片的输出端口，第二输入端口连接隔离驱动芯片的输出端口，输出端口连接功率变换电路中主功率开关管的驱动端，第一时间为隔离驱动芯片导通延迟时间，第二时间为隔离驱动芯片关断延迟时间。
术语解释：
隔离驱动芯片导通延迟时间：隔离驱动芯片从接收导通信号到输出驱动信号之间的时间，例如仙童公司型号为FAN7382的隔离驱动芯片，其导通延迟时间指的是从其LIN脚为高电平到LO脚为高电平之间的时间；
隔离驱动芯片关断延迟时间：隔离驱动芯片从接收关断信号到关断驱动信号之间的时间，例如还是仙童公司型号为FAN7382的隔离驱动芯片，其关断延迟时间指的是从其LIN脚为低电平到LO脚为低电平之间的时间。
本实用新型的有益效果如下：
本实用新型的芯片关断电路当第一输入端口的输入翻转为低电平的时刻下拉电路能够直接拉低输出端口的电平，使得输出端口无需延时第二时间即可输出低电平的控制信号，用于开关电源后，将其输出端口与功率变换电路中主功率开关管的驱动端连接，从而实现将隔离驱动芯片的关断延时减小到5ns左右。在具体的实施电路中，当PWM芯片的输出端口的输出由高电平变为低电平时，第一N沟道MOS管关断，并通过第二二极管迅速拉低所述的控制端口的电压，原边功率电路关断，有效减少了隔离驱动芯片的关断延时，进而减小了短路状态下主功率电路的短路电流。
附图说明
附图1为包含本实用新型芯片关断电路的开关电源原理框图；
附图2为包含本实用新型芯片关断电路开关电源实施例一的电路图；
附图3为包含本实用新型芯片关断电路开关电源实施例二的电路图；
附图4为包含本实用新型芯片关断电路开关电源实施例三的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步说明：
图1是包含本实用新型芯片关断电路的开关电源原理框图，开关电源包括：PWM芯片、隔离驱动芯片和功率变换电路；芯片关断电路包括：第一输入端口GATE、第二输入端口OUT、输出端口G、偏置电路、开关电路和下拉电路；第一输入端口GATE连接偏置电路的第一输入端和下拉电路的输入端，第二输入端口OUT同时连接偏置电路的第二输入端和开关电路的输入端，输出端口G连接开关电路的输出端和下拉电路的输出端，偏置电路的输出端连接开关电路的控制端；第一输入端口GATE连接PWM芯片的输出端口，第一输入端口OUT连接隔离驱动芯片的输出端口，输出端口G连接功率变换电路中的主功率开关管的驱动端。
本实用新型的实用新型构思为，在现有的开关电源的基础上增设上述芯片关断电路，当PWM芯片的输出翻转为低电平的时刻，芯片关断电路中的下拉电路能够直接拉低主功率开关管驱动端的电平，使得主功率开关管驱动端无需经过隔离驱动芯片固有的关断延时时间后即可输出低电平的控制信号，实现功率变换电路中的主功率开关管快速关断。
为了使得本领域的技术人员更好地理解本实用新型，下面结合具体的实施方式进行进一步说明。
实施例一
如附图2所示，为包含本实用新型芯片关断电路开关电源实施例一的电路图电路。
偏置电路包括第一电容C1、第一二极管D1，电容C1的一端与端口GATE相连，电容C1的另一端与二极管D1的阴极相连，二极管D1的阳极与端口OUT相连。
开关电路包括第一N沟道MOS管TR1、第一电阻R1、第二电阻R2，MOS管TR1的源极与二极管D1的阳极相连，MOS管TR1的栅极与二极管D1的阴极相连，MOS管TR1的漏极与电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端与端口G相连，电阻R1的一端与MOS管TR1的源极相连，电阻R1的另一端与MOS管TR1的栅极相连。
下拉电路包括第二二极管D2，二极管D2的阳极与端口G相连，二极管D2的阴极与端口GATE相连。
功率变换电路包括输入电压源VIN、第一绕组Np、第二N沟道MOS管TR2、地线端口，第一绕组Np一端与输入电源VIN相连，第一绕组Np的另一端与MOS管TR2的漏极相连，MOS管TR2的栅极与端口G相连，MOS管TR2的源极与地线端口相连。
电路的工作原理如下：
开关电源启机后，PWM芯片、隔离驱动芯片开始工作，当端口OUT输出为高电平，端口GATE输出为低电平时，端口GATE通过二极管D1和端口GATE对电容C1进行充电，当端口GATE的高电平电压叠加电容C1两端电压之和与端口OUT的高电平电压的差值大于MOS管TR1的导通门限时，开关电路开始工作。
当端口GATE输出高电平后，MOS管TR1导通，端口OUT经过隔离驱动芯片导通延时后输出高电平，端口OUT通过电阻R2对MOS管TR2的栅极充电，端口G变为高电平，MOS管TR2导通。当端口GATE输出由高电平变为低电平时，端口OUT在隔离驱动芯片关断延迟时间内仍为高电平，电容C1两端电压不足以维持MOS管TR1导通，MOS管TR1关断，同时二极管D2导通，迅速拉低控制端口G的电压，MOS管TR2关断，端口GATE通过二极管D1和端口GATE对电容C1进行充电，当端口OUT经过隔离驱动电路关断延时后输出由高电平变为低电平，电容C1停止充电。
实施例二
附图3为包含本实用新型芯片关断电路开关电源实施例二的电路图，其工作原理和实施例一完全一样，唯一的不同点是，偏置电路还包括电容C2，电容C2的一端与二极管D1的阴极相连，电容C2的另一端与MOS管TR1的栅极相连，实施例通过电容C1、电容C2的分压控制实现偏置电压的调节。其他所有工作过程和实施例一完全一样，在此不再赘述。
实施例三
附图4为包含本实用新型芯片关断电路开关电源实施例三的电路图，其工作原理和实施例一完全一样，唯一的不同点是，下拉电路为PNP三极管Q1，PNP三极管Q1的发射极与所述的控制端口相连，PNP三极管Q1的基极与所述的脉冲宽度调制输出端口相连，PNP三极管Q1的集电极接地，当端口GATE由高电平变为低电平时，三极管Q1导通，端口G经过三极管Q1接地，端口G的电压被拉低，MOS管TR1关断。其他所有工作过程和实施例一完全一样，在此不再赘述。
以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (7)
1.一种芯片关断电路，包括：第一输入端口、第二输入端口、输出端口、偏置电路、开关电路和下拉电路；
第一输入端口同时连接偏置电路的第一输入端和下拉电路的输入端，第二输入端口同时连接偏置电路的第二输入端和开关电路的输入端，偏置电路的输出端连接开关电路的控制端，开关电路的输出端和下拉电路的输出端相连后连接至输出端口，输出端口用于输出控制信号；
第一输入端口和第二输入端口均用于输入PWM信号，第一输入端口输入高电平延时第一时间后第二输入端口才输入高电平，第一输入端口翻转为低电平延时第二时间后第二输入端口才翻转为低电平；
开关电路用于控制第二输入端口和输出端口是否电连接，偏置电路用于抬高第一输入端口输入的电平电压，使得在第一输入端口和第二输入端口输入的均为高电平时开关电路能够工作；下拉电路用于在第一输入端口输入的为低电平时，拉低输出端口输出控制信号的电平；
芯片关断电路在一个工作周期内的工作状态为：
当第一输入端口的输入为高电平，第二输入端口的输入为低电平时，开关电路工作，偏置电路不工作，下拉电路不工作，输出端口输出低电平的控制信号；
当第一输入端口和第二输入端口均为高电平时，开关电路继续工作，偏置电路不工作，下拉电路不工作，输出端口输出为高电平的控制信号；
当第一输入端口的输入翻转为低电平，第二输入端口的输入继续为高电平时，开关电路停止工作，偏置电路工作，下拉电路工作，输出端口输出低电平的控制信号；
当第一输入端口的输入继续为低电平，第二输入端口的输入也翻转为低电平时，开关电路工作，偏置电路不工作，下拉电路不工作，输出端口输出低电平的控制信号。
2.根据权利要求1所述的芯片关断电路，其特征在于：偏置电路包括：第一电容和第一二极管，第一电容的一端为偏置电路第一输入端，第一电容的另一端与第一二极管的阴极相连形成偏置电路的输出端，第一二极管的阳极为偏置电路的第二输入端。
3.根据权利要求1所述的芯片关断电路，其特征在于：偏置电路包括：第一电容、第二电容和第一二极管，第一电容的一端为偏置电路第一输入端，第一电容的另一端与第二电容的一端相连形成偏置电路的输出端，第二电容的另一端与第一二极管的阴极相连，第一二极管的阳极为偏置电路的第二输入端。
4.根据权利要求1所述的芯片关断电路，其特征在于：开关电路包括：第一N沟道MOS管、第一电阻和第二电阻，第一N沟道MOS管的源极为开关电路的输入端，第一N沟道MOS管的栅极为开关电路的控制端，第一N沟道MOS管的栅极还经第一电阻后与第一N沟道MOS管的源极相连，第一N沟道MOS管的漏极经第二电阻后形成开关电路的输出端。
5.根据权利要求1所述的芯片关断电路，其特征在于：下拉电路包括：第二二极管，第二二极管的阴极为下拉电路的输入端，第二二极管阳极为下拉电路的输出端。
6.根据权利要求1所述的芯片关断电路，其特征在于：下拉电路包括：第一PNP三极管，第一PNP三极管的基极为下拉电路的输入端，第一PNP三极管的发射极为下拉电路的输出端，第一PNP三极管的集电极接地。
7.一种包括权利要求1至6任一项芯片关断电路的开关电源，其特征在于：开关电源包括PWM芯片、隔离驱动芯片和功率变换电路，第一输入端口连接PWM芯片的输出端口，第二输入端口连接隔离驱动芯片的输出端口，输出端口连接功率变换电路中主功率开关管的驱动端，第一时间为隔离驱动芯片导通延迟时间，第二时间为隔离驱动芯片关断延迟时间。
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| CN111736679A (zh) * | 2020-06-24 | 2020-10-02 | 广东安居宝数码科技股份有限公司 | 芯片复位方法、装置和单片机 |
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