CN214900684U - 反激式交流-直流电压转换电路及其控制芯片 - Google Patents

Abstract

提供了一种反激式交流‑直流电压转换电路及其控制芯片。该控制芯片包括：连接到输出电压反馈脚的导电时间钳位电路，该导通时间钳位电路在功率开关管导通时，将输出电压反馈脚处的电压钳位到预定电压；连接到输出电压反馈脚的电流检测电路，该电流检测电路在功率开关管导通时，检测从输出电压反馈脚流向变压器的辅助绕组的电流并生成电流检测信号；连接到电流检测电路的线电压处理电路，该线电压处理电路基于电流检测信号生成线电压过压检测信号；连接到线电压处理电路的核心控制电路，该核心控制电路基于线电压过压检测信号生成栅极控制信号；连接在核心控制电路和栅极驱动脚之间的驱动器，该驱动器基于栅极控制信号生成用于功率开关管的栅极驱动信号。

Description

反激式交流-直流电压转换电路及其控制芯片

技术领域

本实用新型涉及电路领域，尤其涉及一种交流-直流电压转换电路及其控制芯片。

背景技术

交流(AC)-直流(DC)电压转换电路广泛应用于适配器、充电器、二极管(LED)照明及驱动等领域。图1示出了传统的反激式AC-DC电压转换电路100的示意图。如图1所示，在反激式AC-DC电压转换电路 100中，外置分压电阻R1、R2、和R3通过对输入线电压进行分压生成线电压表征信号，控制芯片102通过输入电压过压保护脚OVR接收线电压表征信号并基于线电压表征信号控制功率开关管M1的关断，以防止过高的输入线电压对整个电路系统及其中的控制芯片造成损坏。

在传统的反激式AC-DC电压转换电路100中，控制芯片102的外围组件多、外围电路复杂。

实用新型内容

鉴于以上所述的问题，本实用新型提供了一种反激式交流-直流电压转换电路及其控制芯片。

根据本实用新型实施例的用于反激式交流-直流电压转换电路的控制芯片，该控制芯片具有输出电压反馈脚和栅极驱动脚，该反激式交流-直流电压转换电路包括变压器和功率开关管，该功率开关管的栅极与栅极驱动脚连接、漏极和源极分别与变压器的原边绕组和地连接。该控制芯片还包括：连接到输出电压反馈脚的导电时间钳位电路，该导通时间钳位电路在功率开关管处于导通状态时，将输出电压反馈脚处的电压钳位到预定电压；连接到输出电压反馈脚的电流检测电路，该电流检测电路在功率开关管处于导通状态时，检测从输出电压反馈脚流向变压器的辅助绕组的电流并生成电流检测信号；连接到电流检测电路的线电压处理电路，该线电压处理电路基于电流检测信号判断反激式交流-直流电压转换电路的输入线电压是否过压并生成线电压过压检测信号；连接到线电压处理电路的核心控制电路，该核心控制电路基于线电压过压检测信号生成栅极控制信号；以及连接在核心控制电路和栅极驱动脚之间的驱动器，该驱动器基于栅极控制信号生成用于驱动功率开关管的导通与关断的栅极驱动信号。

根据本实用新型实施例的反激式交流-直流电压转换电路，包括：变压器；功率开关管；以及上述控制芯片。

相比传统的反激式AC-DC电压转换电路，在包括根据本实用新型实施例的控制芯片的反激式AC-DC电压转换电路中，控制芯片的外围组件更少、外围电路更简单。

附图说明

从下面结合附图对本实用新型的具体实施方式的描述中可以更好地理解本实用新型，其中：

图1示出了传统的反激式AC-DC电压转换电路的电路图；

图2示出了根据本实用新型实施例的反激式AC-DC电压转换电路的示例电路图；

图3示出了图2所示的反激式AC-DC电源转换电路中的控制芯片的示例电路框图；

图4示出了图3所示的控制芯片中的导通时间钳位电路和电流检测电路的示例实现；

图5示出了图3所示的控制芯片中的线电压处理电路的示例实现。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本实用新型的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型的更好的理解。本实用新型决不限于下面所提出的任何具体配置，而是在不脱离本实用新型的精神的前提下覆盖了元素和部件的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本实用新型造成不必要的模糊。另外，需要说明的是，这里使用的用语“A与B连接”可以表示“A与B直接连接”也可以表示“A与B经由一个或多个其他元件间接连接”。

鉴于传统的反激式AC-DC电压转换电路存在的上述问题，提出了根据本实用新型实施例的反激式AC-DC电压转换电路及其控制电路。

图2示出了根据本实用新型实施例的反激式AC-DC电压转换电路 100’的示意图。如图2所示，反激式AC-DC电压转换电路100’包括控制芯片102’、变压器T、以及功率开关管M1，其中，控制芯片102’具有输出电压反馈脚FB和栅极驱动脚GATE，功率开关管M1的栅极与控制芯片102’的栅极驱动脚GATE连接、漏极和源极分别与变压器T的原边绕组 Np和地连接。

在图2所示的反激式AC-DC电压转换电路100’中，控制芯片102’的栅极驱动脚GATE处的栅极驱动信号驱动功率开关管M1进行导通和关断的状态转换；当功率开关管M1处于导通状态时，变压器T的原边绕组Np 的两个端子之间的电压为输入线电压Vin；根据变压器T的辅助绕组Naux 和原边绕组Np之间的扎数比Naux/Np，在功率开关管M1处于导通状态时变压器T的辅助绕组Naux的两个端子之间的电压Vaux＝- Vin*Naux/Np；此时，如果将控制芯片102’的输出电压反馈脚FB处的电压VFB钳位到参考电压VREF，则控制芯片102’的输出电压反馈脚FB通过电阻R4向变压器T的辅助绕组Naux输出电流Iaux，Iaux＝-(Vaux- VREF)/R4＝(Vin*Naux/Np-VREF)/R4；电流Iaux从控制芯片102’的输出电压反馈脚FB流向变压器T的辅助绕组Naux并且包含输入线电压Vin 的信息。

在实际应用中，通过合理地设置变压器T的辅助绕组Naux和原边绕组Np的匝数Naux和Np以及参考电压VREF和电阻R4，可以在功率开关管M1处于导通状态时获取输入线电压Vin的信息(例如，基于电流Iaux 生成表征输入线电压Vin的电流检测信号)，并基于输入线电压Vin的信息实现所需要的功能。根据应用场景的不同，反激式AC-DC电压转换电路100’可以提供恒定的输出电压、恒定的输出电流、或它们两者。

图3示出了图2所示的反激式AC-DC电源转换电路100’中的控制芯片102’的电路框图。如图3所示，控制芯片102’包括：连接到输出电压反馈脚FB的导电时间钳位电路1022，该导通时间钳位电路在功率开关管 M1处于导通状态时，将输出电压反馈脚FB处的电压VFB钳位到预定电压(即，参考电压VREF)；连接到输出电压反馈脚FB的电流检测电路 1024，该电流检测电路在功率开关管M1处于导通状态时，检测从输出电压反馈脚流FB向变压器T的辅助绕组Naux的电流Iaux并生成电流检测信号；连接到电流检测电路1024的线电压处理电路1026，该线电压处理电路基于电流检测信号判断反激式交流-直流电压转换电路100’的输入线电压Vin是否过压并生成线电压过压检测信号；连接到线电压处理电路 1026的核心控制电路1028，该核心控制电路基于线电压过压检测信号生成栅极控制信号；以及连接在核心控制电路1028和栅极驱动脚GATE之间的驱动器1030，该驱动器基于栅极控制信号生成用于驱动功率开关管 M1的导通与关断的栅极驱动信号。

这里，需要说明的是，除了来自线电压处理电路1024的线电压过压检测信号以外，核心控制电路1030在生成栅极控制信号时还需要考虑经由控制芯片102’的原边电流感测脚CS接收到的表征流过变压器T的原边绕组Np的电流的原边电流感测信号。

图4示出了图3所示的控制芯片102’中的导通时间钳位电路1022和电流检测电路1024的示例实现。如图4所示，在一些实施例中，导通时间钳位电路1022可以包括电压钳位电路1022-1和钳位使能电路1022-2，其中：电压钳位电路1022-1的第一端子与预定电压(即，参考电压 VREF)连接、第二端子与输出电压反馈脚FB连接、第三端子与钳位使能电路1022-2的第一端子连接，钳位使能电路1022-2的第一端子与电压钳位电路1022-1的第三端子连接、第二端子与核心控制电路1028的输出端连接(图中未示出)、第三端子接地。

如图4所示，在一些实施例中，电压钳位电路1022-1可以包括第一运算放大器OP1和第一晶体管M5，第一运算放大器OP1的正相输入端用作电压钳位电路1022-1的第一端子、反相输入端与第一晶体管M5的源极连接、输出端与第一晶体管M5的栅极连接，第一晶体管M5的源极和栅极分别用作电压钳位电路1022-1的第二端子和第三端子。

如图4所示，在一些实施例中，钳位使能电路1022-2可以包括导通时间控制模块和第二晶体管M2，导通时间控制模块的第一端子用作钳位使能电路1022-2的第二端子、第二端子与第二晶体管M2的栅极连接，第二晶体管M2的漏极和源极分别用作钳位使能电路1022-2的第一端子和第三端子。

如图4所示，在一些实施例中，电流检测电路1024的第一端子与输出电压反馈脚FB连接、第二端子与控制芯片102’的内部电源连接、第三端子用作电流检测电路1024的输出端与线电压处理电路1026连接。在一些示例中，如图4所示，电流检测电路1024可以由电流镜(包括第三晶体管M3和第四晶体管M4)实现。

具体地，在图4所示的导通时间钳位电路1022中，第一运算放大器 OP1和第一晶体管M5形成电压钳位电路1022-1，用于将控制芯片102’的输出电压反馈脚FB处的电压钳位到参考电压VREF；第二晶体管M2在导通时间控制模块的控制下，在功率开关管M1处于导通状态时使能电压钳位电路1022-1，并在功率开关管M1处于关断状态时下拉第一晶体管M5 的栅极，关闭电压钳位电路1022-1。另外，第三和第四晶体管M3和M4 组成的电流镜构成电流检测电路1024，用于将从输出电压反馈脚FB流向变压器T的辅助绕组Naux的电流Iaux转换为电流Is(即，电流检测信号)，并把电流Is送入线电压处理模块1026。

图5示出了图3所示的控制芯片102’中的线电压处理电路1026的示例实现。如图5所示，在一些实施例中，线电压处理电路1026的第一端子与电流检测电路1024的输出端连接、第二端子接地、第三端子与过压检测阈值电压(即，Vth_ref_ovp)连接、第四端子用作线电压处理电路 1026的输出端与核心控制电路1028连接。例如，线电压处理电路1026可以包括电阻R6和第二运算放大器OP2，电阻R6的第一端子与第二运算放大器OP2的正相输入端连接、第二端子用作线电压处理电路1026的第二端子接地，第二运算放大器OP2的正相输入端、反相输入端、和输出端分别用作线电压处理电路1026的第一端子、第三端子、和第四端子。

具体地，在图5所示的线电压处理模块1026中，利用电阻R6将电流 Is转换为电压Vline_s，并将电压Vline_s与过压检测阈值电压Vth_ref_ovp 作比较；随着输入线电压Vin的变化，电压Vline_s在功率开关管M1的每个开关周期内的幅度也在变化；当电压Vline_s大于线电压过压检测阈值 Vth_ref_ovp时，输出线电压过压检测信号LineOVP，并将其送入控制芯片 102’的核心控制模块1028。

在图2所示的AC-DC电压转换电路100’中，控制芯片102’通过根据线电压过压检测信号LineOVP控制功率开关管M1的关断，可以防止过高的输入线电压Vin对整个电路系统及其中的控制芯片102’造成损坏。

结合图1和图2可以看出，相比传统的反激式AC-DC电压转换电路 100，在包括根据本实用新型实施例的控制芯片102’的反激式AC-DC电压转换电路100’中，控制芯片102’的外围组件更少、外围电路更简单。

本实用新型可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本实用新型的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变都被包括在本实用新型的范围中。

Claims (9)

1.一种用于反激式交流-直流电压转换电路的控制芯片，该控制芯片具有输出电压反馈脚和栅极驱动脚，所述反激式交流-直流电压转换电路包括变压器和功率开关管，所述功率开关管的栅极与所述栅极驱动脚连接、漏极和源极分别与所述变压器的原边绕组和地连接，其特征在于，包括：

连接到所述输出电压反馈脚的导电时间钳位电路，该导通时间钳位电路在所述功率开关管处于导通状态时，将所述输出电压反馈脚处的电压钳位到预定电压；

连接到所述输出电压反馈脚的电流检测电路，该电流检测电路在所述功率开关管处于导通状态时，检测从所述输出电压反馈脚流向所述变压器的辅助绕组的电流并生成电流检测信号；

连接到所述电流检测电路的线电压处理电路，该线电压处理电路基于所述电流检测信号判断所述反激式交流-直流电压转换电路的输入线电压是否过压并生成线电压过压检测信号；

连接到所述线电压处理电路的核心控制电路，该核心控制电路基于所述线电压过压检测信号生成栅极控制信号；以及

连接在所述核心控制电路和所述栅极驱动脚之间的驱动器，该驱动器基于所述栅极控制信号生成用于驱动所述功率开关管的导通与关断的栅极驱动信号。

2.如权利要求1所述的控制芯片，其特征在于，所述导通时间钳位电路包括电压钳位电路和钳位使能电路，其中：

所述电压钳位电路的第一端子与所述预定电压连接、第二端子与所述输出电压反馈脚连接、第三端子与所述钳位使能电路的第一端子连接，

所述钳位使能电路的第一端子与所述电压钳位电路的第三端子连接、第二端子与所述核心控制电路的输出端连接、第三端子接地。

3.如权利要求2所述的控制芯片，其特征在于，所述电压钳位电路包括第一运算放大器和第一晶体管，所述第一运算放大器的正相输入端用作所述电压钳位电路的第一端子、反相输入端与所述第一晶体管的源极连接、输出端与所述第一晶体管的栅极连接，所述第一晶体管的源极和栅极分别用作所述电压钳位电路的第二端子和第三端子。

4.如权利要求2所述的控制芯片，其特征在于，所述钳位使能电路包括导通时间控制模块和第二晶体管，所述导通时间控制模块的第一端子用作所述钳位使能电路的第二端子、第二端子与所述第二晶体管的栅极连接，所述第二晶体管的漏极和源极分别用作所述钳位使能电路的第一端子和第三端子。

5.如权利要求1所述的控制芯片，其特征在于，所述电流检测电路的第一端子与所述输出电压反馈脚连接、第二端子与所述控制芯片的内部电源连接、第三端子用作所述电流检测电路的输出端与所述线电压处理电路连接。

6.如权利要求5所述的控制芯片，其特征在于，所述电流检测电路由电流镜实现。

7.如权利要求1所述的控制芯片，其特征在于，所述线电压处理电路的第一端子与所述电流检测电路的输出端连接、第二端子接地、第三端子与过压检测阈值电压连接、第四端子用作所述线电压处理电路的输出端与所述核心控制电路连接。

8.如权利要求7所述的控制芯片，其特征在于，所述线电压处理电路包括电阻和第二运算放大器，所述电阻的第一端子与所述第二运算放大器的正相输入端连接、第二端子用作所述线电压处理电路的第二端子接地，所述第二运算放大器的正相输入端、反相输入端、和输出端分别用作所述线电压处理电路的第一端子、第三端子、和第四端子。

9.一种反激式交流-直流电压转换电路，其特征在于，包括：

变压器；

功率开关管；以及

如权利要求1至8中任一项所述的控制芯片。

Images