CN217063571U - 一种开关电源驱动芯片的直流稳压电源电路 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种开关电源驱动芯片的直流稳压电源电路，直流稳压电源电路包括：充电控制电路、检测控制电路和数字逻辑电路，高压直流电源与充电控制电路连接，充电控制电路的输出端与检测控制电路连接，检测控制电路的输出端与数字逻辑电路连接，数字逻辑电路的输出端与充电控制电路连接；结型场效应管用于降压及控制充电控制电路的工作或不工作，结型场效应管的输出端与电阻R5和MOS管M3连接，MOS管M3与MOS管M2和电容C连接，数字逻辑电路的输出信号Y控制MOS管M2的通断、从而控制M3的通断，通过MOS管M3控制电容C的充电，检测控制电路用于电压检测及控制电容C的充放电，使得电容C输出稳定的电压VCC作为驱动芯片的直流稳压电源。

Description

一种开关电源驱动芯片的直流稳压电源电路

技术领域

本实用新型涉及集成电路设计领域，更具体地，涉及一种开关电源驱动芯片的直流稳压电源电路。

背景技术

开关电源的驱动芯片通常包含高压电路模块和低压电路模块，其中低压电路模块需要低压电源供电。例如，反激式AC/DC开关电源拓扑电路，如图1所示，通过驱动芯片控制功率管M1的通断以及功率管M1的导通时间，反激式AC/DC开关电源系统将220V交流市电V_AC转变为负载所需的5V或其它稳定直流电压V_O，该驱动芯片中的驱动控制电路工作在低压状态，因此芯片内需要一个直流稳压电源，该直流稳压电源决定了驱动芯片乃至开关电源的工作性能，也直接影响着驱动芯片及开关电源的成本。

开关电源驱动芯片的直流稳压电源电路通常有两种设计方法:高压LDO供电和辅助绕组供电。其中，高压LDO供电，首先对输入高压进行降压，降压所得的电压作为高压LDO的电源电压，高压LDO输出电压即为低压电路模块供电的直流电压。高压LDO具有良好的负载调整率和线性调整率，输出电压稳定。但是，高压LDO需要用到若干的高压MOS管、电阻等高压器件，高压器件通常占用较大的芯片面积，且在高压LDO工作时产生较大的功耗。辅助绕组供电方法是在变压器增加额外的绕组，辅助绕组通过变压器工作在一个固定的电压，利用该电压连接在旁路电容上并对其进行充电，芯片内部有稳压器对旁路电容上的电压稳压，然后给低压模块供电。辅助绕组供电减小了芯片高压器件的使用，但是，增加了外围电路的成本。

有鉴于此，本申请提供一种开关电源驱动芯片的直流稳压电源电路，该直流稳压电源电路应用于开关电源的驱动芯片，所述直流稳压电源电路仅采用少量的高压器件，降低驱动芯片的面积和功耗。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种开关电源驱动芯片的直流稳压电源电路，该直流稳压电源电路应用于开关电源的驱动芯片，所述直流稳压电源电路仅采用少量的高压器件，降低驱动芯片的面积和功耗。

一种开关电源驱动芯片的直流稳压电源电路，直流稳压电源电路应用与开关电源的驱动芯片，所述直流稳压电源电路包括：充电控制电路、检测控制电路和数字逻辑电路，高压直流电源与充电控制电路连接，充电控制电路的输出端与检测控制电路连接，检测控制电路的输出端与数字逻辑电路连接，数字逻辑电路的输出端与充电控制电路连接；所述高压直流电源与充电控制电路的结型场效应管连接，结型场效应管用于降压及控制充电控制电路的工作或不工作，结型场效应管的输出端与电阻R5和MOS管M3连接，MOS管M3与MOS管M2和电容C连接，数字逻辑电路的输出信号Y控制MOS管M2的通断、从而控制MOS管M3的通断，通过MOS管M3控制电容C的充电，检测控制电路用于电压检测及控制电容C的充放电，使得电容C输出稳定的电压VCC作为驱动芯片的直流稳压电源。

在一些实施方式中，所述结型场效应管JFET的栅极接地、漏极与功率管M1的漏极连接、源极与电阻R5的一端和NMOS管M3的漏极连接，电阻R5的另一端与NMOS管M3的栅极和NMOS管M2的漏极连接，NMOS管M3的源极与电容C的一端连接、并且电容C输出稳定电压VCC的导线与NMOS管M3的源极和电容C之间的导线连接，电容C的另一端和NMOS管M2的源极连接后接地，NMOS管M2的栅极与数字逻辑电路的输出端连接。

进一步的，与结型场效应管JFET的栅极连接的导线为D端，D端与功率管M1的漏极连接，D端为高压直流电源的输入端，所述高压直流电源的电压为100V-700V。

进一步的，所述结型场效应管JFET为N沟道结型场效应管，其栅极直接接地，因此其VGS<0。通过结型场效应管JFET降压后，结型场效应管JFET的源极输出电压VS为几十伏。根据结型场效应管JFET器件特性，结型场效应管JFET工作在饱和区，处于导通状态。

进一步的，所述电阻R5为高阻值电阻，起到防止烧毁驱动芯片的保护功能和降低功耗的功能；MOS管M2和MOS管M3为高压NMOS管，其中NMOS管M2用作开关管。

在一些实施方式中，当功率管M1处于导通状态，功率管M1的漏端被拉到低电位，结型场效应管JFET截止，充电控制电路不工作；当功率管M1处于关断状态(截止)时，结型场效应管JFET的D端(漏极)为高压直流电压，结型场效应管JFET导通，充电控制电路工作。

进一步的，当功率管M1处于关断状态时，若所述信号Y为低电平时，MOS管M2截止，MOS管M3的栅端电位被拉高，MOS管M3导通，高压直流电源通过MOS管M3对电容C充电；若所述信号Y为高电平时,MOS管M2导通，MOS管M3的栅端电压被拉低，MOS管M3截止，停止对电容C充电。

在一些实施方式中，所述检测控制电路包括多个电阻和三个比较器组成，用于对电容C上的电压VCC进行检测，所述数字逻辑电路用于对检测控制电路的检测结果进行处理并输出信号Y，检测控制电路和数字逻辑电路用于确保电压VCC工作在稳压点V2。

在一些实施方式中，所述检测控制电路由运放C1、运放C2、运放C3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和MOS管M4组成，控制电容C的放电；所述电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4串联，电容C输出稳定的电压VCC与电阻R1的一端和MOS管M4的源极连接，运放C1的正极与电阻R1和电阻R2之间的导线连接，运放C2的正极与电阻R2和电阻R3之间的导线连接，运放C3的正极与电阻R3和电阻R4之间的导线连接，电阻R4的另一端和MOS管M4的漏极接地，运放C1、运放C2和运放C3的负极均与参考电压V_BG连接，运放C1和运放C2的输出端与数字逻辑电路连接，运放C3的输出端与数字逻辑电路和MOS管M4的栅极连接。

进一步的，所述参考电压V_BG来自带隙基准电路，其大小不随温度变化，驱动芯片的直流稳压电源的欠压点、稳压点和过压点的电位依次为V1、V2和V3。当电源电压VCC上升到欠压点V1时，比较器C1发生翻转；当电源电压上升VCC到稳压点V2时，比较器C2发生翻转；当电源电压VCC上升到过压点V3时，比较器C3发生翻转。

进一步的，所述电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4之间的阻值比例通过公式S1、S2和S3确定，公式S1、S2和S3分别为：

其中，R₁、R₂、R₃和R₄分别为电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4的阻值，V1、V2和V3分别为所述直流稳压电源的欠压点、稳压点和过压点的电位，V_BG为参考电压。

在一些实施方式中，所述数字逻辑电路由简单的门电路构成，门电路包括：与非门、或非门和非门，数字逻辑电路用于根据检测控制电路的输出来产生充放电控制信号Y，信号Y能够判断电源电压的大小从而控制电容C的充放电，在电源电压发生欠压时，能够确保电容C保持充电状态，在电源电压在过压时，能够确保电容C保持放电状态，在电源电压处在稳压点V2附近时，能够保持电源电压根据功率管通断处于稳压状态。

在一些实施方式中，在系统上电时，功率管M1截止，所述电压VCC为0V，信号Y为低电平，充电控制电路对电容C充电，随着功率管M1的通断，电容C不断被充电，电压VCC不断升高；当电压VCC低于稳压点电位V2时，信号Y为低电平，充电控制电路对电容C充电；当电压VCC高于稳压点电位V2后，信号Y为高电平，充电控制电路停止对电容C充电。

进一步的，MOS管M4为采用多个PMOS管并联，满足大电流放电和散热需求；当VCC达到过压点电位V3时，信号Y为高电平，充电控制电路停止对电容C充电，同时比较器C3输出低电平，控制MOS管M4导通，电容C通过MOS管M4快速放电，电压VCC降低。

进一步的，当电压VCC高于欠压电位V1时，功率管M1导通时，开关电源系统进入工作模式。

进一步的，如果市电波动，使得电压VCC降到欠压电位V1，功率管M1被断开，开关电源系统停止工作。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

(1)利用简单的高压充电控制电路和检测控制电路控制放电，减少高压器件的数量，降低驱动芯片的功耗和面积。

(2)通过检测控制电路和数字逻辑电路确保直流电源稳定工作在稳压点，同时具有欠压和过压保护功能。

(3)充电控制电路可实现高压差降压，并完成对电容C充电，通过简化电路设计，降低了芯片功耗和成本。

附图说明

图1为现有技术的反激式AC/DC开关电源拓扑电路图。

图2为本申请的开关电源驱动芯片的直流稳压电源电路的电路图。

图3为本申请的开关电源驱动芯片的直流稳压电源电路的检测控制电路和数字逻辑电路的电路图。

图4为本申请的开关电源驱动芯片的直流稳压电源电路的逻辑控制信号波形图。

具体实施方式

描述以下实施例以辅助对本申请的理解。不意在且不应当以任何方式将实施例解释成为限制本申请的保护范围。

在以下描述中，本领域的技术人员将认识到，在本论述的全文中，组件可描述为单独的功能单元(可包括子单元)，但是本领域的技术人员将认识到，各种组件或其部分可划分成单独组件，或者可整合在一起(包括整合在单个的系统或组件内)。

此外，组件或系统之间的连接并不旨在限于直接连接。相反，在这些组件之间的数据可由中间组件修改、重格式化、或以其它方式改变。另外，可使用另外或更少的连接。还应注意，术语“联接”、“连接”、或“输入”应理解为包括直接连接、通过一个或多个中间设备来进行的间接连接、和无线连接。

实施例1：

一种开关电源驱动芯片的直流稳压电源电路，如图2-图4所述，直流稳压电源电路应用与开关电源的驱动芯片，所述直流稳压电源电路包括：充电控制电路、检测控制电路和数字逻辑电路，高压直流电源与充电控制电路连接，充电控制电路的输出端与检测控制电路连接，检测控制电路的输出端与数字逻辑电路连接，数字逻辑电路的输出端与充电控制电路连接；所述高压直流电源与充电控制电路的结型场效应管连接，结型场效应管用于降压及控制充电控制电路的工作或不工作，结型场效应管的输出端与电阻R5和MOS管M3连接，MOS管M3与MOS管M2和电容C连接，数字逻辑电路的输出信号Y控制MOS管M2的通断、从而控制MOS管M3的通断，通过MOS管M3控制电容C的充电，检测控制电路用于电压检测及控制电容C的充放电，使得电容C输出稳定的电压VCC作为驱动芯片的直流稳压电源。

所述结型场效应管JFET的栅极接地、漏极与功率管M1的漏极连接、源极与电阻R5的一端和NMOS管M3的漏极连接，电阻R5的另一端与NMOS管M3的栅极和NMOS管M2的漏极连接，NMOS管M3的源极与电容C的一端连接、并且电容C输出稳定电压VCC的导线与NMOS管M3的源极和电容C之间的导线连接，电容C的另一端和NMOS管M2的源极连接后接地，NMOS管M2的栅极与数字逻辑电路的输出端连接。与结型场效应管JFET的栅极连接的导线为D端，D端与功率管M1的漏极连接，D端为高压直流电源的输入端，所述高压直流电源的电压为100V-700V。所述结型场效应管JFET为N沟道结型场效应管，其栅极直接接地，因此其VGS<0，通过结型场效应管JFET降压后，结型场效应管JFET的源极输出电压VS为几十伏。根据结型场效应管JFET器件特性，结型场效应管JFET工作在饱和区，处于导通状态。所述电阻R5为高阻值电阻，起到防止烧毁驱动芯片的保护功能和降低功耗的功能；MOS管M2和MOS管M3为高压NMOS管，其中NMOS管M2用作开关管。

当功率管M1处于导通状态，功率管M1的漏端被拉到低电位，结型场效应管JFET截止，充电控制电路不工作；当功率管M1处于关断状态(截止)时，结型场效应管JFET的D端(漏极)为高压直流电压，结型场效应管JFET导通，充电控制电路工作。当功率管M1处于关断状态时，若所述信号Y为低电平时，MOS管M2截止，MOS管M3的栅端电位被拉高，MOS管M3导通，高压直流电源通过MOS管M3对电容C充电；若所述信号Y为高电平时,MOS管M2导通，MOS管M3的栅端电压被拉低，MOS管M3截止，停止对电容C充电。

所述检测控制电路包括多个电阻和三个比较器组成，用于对电容C上的电压VCC进行检测，所述数字逻辑电路用于对检测控制电路的检测结果进行处理并输出信号Y，检测控制电路和数字逻辑电路用于确保电压VCC工作在稳压点V2。所述检测控制电路由运放C1、运放C2、运放C3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和MOS管M4组成，控制电容C的放电；所述电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4串联，电容C输出稳定的电压VCC与电阻R1的一端和MOS管M4的源极连接，运放C1的正极与电阻R1和电阻R2之间的导线连接，运放C2的正极与电阻R2和电阻R3之间的导线连接，运放C3的正极与电阻R3和电阻R4之间的导线连接，电阻R4的另一端和MOS管M4的漏极接地，运放C1、运放C2和运放C3的负极均与参考电压V_BG连接，运放C1和运放C2的输出端与数字逻辑电路连接，运放C3的输出端与数字逻辑电路和MOS管M4的栅极连接。所述参考电压V_BG来自带隙基准电路，其大小不随温度变化，驱动芯片的直流稳压电源的欠压点、稳压点和过压点的电位依次为V1、V2和V3。当电源电压VCC上升到欠压点V1时，比较器C1发生翻转；当电源电压上升VCC到稳压点V2时，比较器C2发生翻转；当电源电压VCC上升到过压点V3时，比较器C3发生翻转。所述电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4之间的阻值比例通过公式S1、S2和S3确定，公式S1、S2和S3分别为：

其中，R₁、R₂、R₃和R₄分别为电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4的阻值，V1、V2和V3分别为所述直流稳压电源的欠压点、稳压点和过压点的电位，V_BG为参考电压。

所述数字逻辑电路由简单的门电路构成，门电路包括：与非门、或非门和非门，数字逻辑电路用于根据检测控制电路的输出来产生充放电控制信号Y，信号Y能够判断电源电压的大小从而控制电容C的充放电，在电源电压发生欠压时，能够确保电容C保持充电状态，在电源电压在过压时，能够确保电容C保持放电状态，在电源电压处在稳压点V2附近时，能够保持电源电压根据功率管通断处于稳压状态。在系统上电时，功率管M1截止，所述电压VCC为0V，信号Y为低电平，充电控制电路对电容C充电，随着功率管M1的通断，电容C不断被充电，电压VCC不断升高；当电压VCC低于稳压点电位V2时，信号Y为低电平，充电控制电路对电容C充电；当电压VCC高于稳压点电位V2后，信号Y为高电平，充电控制电路停止对电容C充电。MOS管M4为采用多个PMOS管并联，满足大电流放电和散热需求；当VCC达到过压点电位V3时，信号Y为高电平，充电控制电路停止对电容C充电，同时比较器C3输出低电平，控制MOS管M4导通，电容C通过MOS管M4快速放电，电压VCC降低。当电压VCC高于欠压电位V1时，功率管M1导通时，开关电源系统进入工作模式。如果市电波动，使得电压VCC降到欠压电位V1，功率管M1被断开，开关电源系统停止工作。

尽管本申请已公开了多个方面和实施方式，但是其它方面和实施方式对本领域技术人员而言将是显而易见的，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。本申请公开的多个方面和实施方式仅用于举例说明，其并非旨在限制本申请，本申请的实际保护范围以权利要求为准。

Claims (10)

1.一种开关电源驱动芯片的直流稳压电源电路，直流稳压电源电路应用与开关电源的驱动芯片，其特征在于，所述直流稳压电源电路包括：充电控制电路、检测控制电路和数字逻辑电路，高压直流电源与充电控制电路连接，充电控制电路的输出端与检测控制电路连接，检测控制电路的输出端与数字逻辑电路连接，数字逻辑电路的输出端与充电控制电路连接；所述高压直流电源与充电控制电路的结型场效应管连接，结型场效应管用于降压及控制充电控制电路的工作或不工作，结型场效应管的输出端与电阻R5和MOS管M3连接，MOS管M3与MOS管M2和电容C连接，数字逻辑电路的输出信号Y控制MOS管M2的通断、从而控制MOS管M3的通断，通过MOS管M3控制电容C的充电，检测控制电路用于电压检测及控制电容C的充放电，使得电容C输出稳定的电压VCC作为驱动芯片的直流稳压电源。

2.如权利要求1所述的开关电源驱动芯片的直流稳压电源电路，其特征在于，所述结型场效应管JFET的栅极接地、漏极与功率管M1的漏极连接、源极与电阻R5的一端和NMOS管M3的漏极连接，电阻R5的另一端与NMOS管M3的栅极和NMOS管M2的漏极连接，NMOS管M3的源极与电容C的一端连接、并且电容C输出稳定电压VCC的导线与NMOS管M3的源极和电容C之间的导线连接，电容C的另一端和NMOS管M2的源极连接后接地，NMOS管M2的栅极与数字逻辑电路的输出端连接。

3.如权利要求2所述的开关电源驱动芯片的直流稳压电源电路，其特征在于，与结型场效应管JFET的栅极连接的导线为D端，D端与功率管M1的漏极连接，D端为高压直流电源的输入端，所述高压直流电源的电压为100V-700V；所述结型场效应管JFET为N沟道结型场效应管，其栅极直接接地，因此其VGS<0；所述电阻R5为高阻值电阻，起到防止烧毁驱动芯片的保护功能和降低功耗的功能；MOS管M2和MOS管M3为高压NMOS管，其中NMOS管M2用作开关管。

4.如权利要求1所述的开关电源驱动芯片的直流稳压电源电路，其特征在于，包括选自下组的一个或多个特征：

A.当功率管M1处于导通状态，功率管M1的漏端被拉到低电位，结型场效应管JFET截止，充电控制电路不工作；当功率管M1处于关断状态时，结型场效应管JFET的D端为高压直流电压，结型场效应管JFET导通，充电控制电路工作；

B.当功率管M1处于关断状态时，若所述信号Y为低电平时，MOS管M2截止，MOS管M3的栅端电位被拉高，MOS管M3导通，高压直流电源通过MOS管M3对电容C充电；若所述信号Y为高电平时,MOS管M2导通，MOS管M3的栅端电压被拉低，MOS管M3截止，停止对电容C充电。

5.如权利要求1所述的开关电源驱动芯片的直流稳压电源电路，其特征在于，所述检测控制电路包括多个电阻和三个比较器组成，用于对电容C上的电压VCC进行检测，所述数字逻辑电路用于对检测控制电路的检测结果进行处理并输出信号Y，检测控制电路和数字逻辑电路用于确保电压VCC工作在稳压点V2。

6.如权利要求1所述的开关电源驱动芯片的直流稳压电源电路，其特征在于，所述检测控制电路由运放C1、运放C2、运放C3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和MOS管M4组成，控制电容C的放电；所述电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4串联，电容C输出稳定的电压VCC与电阻R1的一端和MOS管M4的源极连接，运放C1的正极与电阻R1和电阻R2之间的导线连接，运放C2的正极与电阻R2和电阻R3之间的导线连接，运放C3的正极与电阻R3和电阻R4之间的导线连接，电阻R4的另一端和MOS管M4的漏极接地，运放C1、运放C2和运放C3的负极均与参考电压V_BG连接，运放C1和运放C2的输出端与数字逻辑电路连接，运放C3的输出端与数字逻辑电路和MOS管M4的栅极连接。

7.如权利要求6所述的开关电源驱动芯片的直流稳压电源电路，其特征在于，所述参考电压V_BG来自带隙基准电路，其大小不随温度变化，驱动芯片的直流稳压电源的欠压点、稳压点和过压点的电位依次为V1、V2和V3；当电源电压VCC上升到欠压点V1时，比较器C1发生翻转；当电源电压上升VCC到稳压点V2时，比较器C2发生翻转；当电源电压VCC上升到过压点V3时，比较器C3发生翻转。

8.如权利要求7所述的开关电源驱动芯片的直流稳压电源电路，其特征在于，所述电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4之间的阻值比例通过公式S1、S2和S3确定，公式S1、S2和S3分别为：

其中，R₁、R₂、R₃和R₄分别为电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4的阻值，V1、V2和V3分别为所述直流稳压电源的欠压点、稳压点和过压点的电位，V_BG为参考电压。

9.如权利要求1所述的开关电源驱动芯片的直流稳压电源电路，其特征在于，所述数字逻辑电路由简单的门电路构成，门电路包括：与非门、或非门和非门，数字逻辑电路用于根据检测控制电路的输出来产生充放电控制信号Y，信号Y能够判断电源电压的大小从而控制电容C的充放电，在电源电压发生欠压时，能够确保电容C保持充电状态，在电源电压在过压时，能够确保电容C保持放电状态，在电源电压处在稳压点V2附近时，能够保持电源电压根据功率管通断处于稳压状态。

10.如权利要求1所述的开关电源驱动芯片的直流稳压电源电路，其特征在于，包括选自下组的一个或多个特征：

a.在系统上电时，功率管M1截止，所述电压VCC为0V，信号Y为低电平，充电控制电路对电容C充电，随着功率管M1的通断，电容C不断被充电，电压VCC不断升高；当电压VCC低于稳压点电位V2时，信号Y为低电平，充电控制电路对电容C充电；当电压VCC高于稳压点电位V2后，信号Y为高电平，充电控制电路停止对电容C充电；

b.MOS管M4为采用多个PMOS管并联，满足大电流放电和散热需求；当VCC达到过压点电位V3时，信号Y为高电平，充电控制电路停止对电容C充电，同时比较器C3输出低电平，控制MOS管M4导通，电容C通过MOS管M4快速放电，电压VCC降低；

c.当电压VCC高于欠压电位V1时，功率管M1导通时，开关电源系统进入工作模式；

d.如果市电波动，使得电压VCC降到欠压电位V1，功率管M1被断开，开关电源系统停止工作。

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