CN217883227U

CN217883227U - 开关电源电路及其同步整流芯片

Info

Publication number: CN217883227U
Application number: CN202221382864.0U
Authority: CN
Inventors: 张秀红
Original assignee: On Bright Electronics Shanghai Co Ltd
Current assignee: On Bright Electronics Shanghai Co Ltd
Priority date: 2022-06-02
Filing date: 2022-06-02
Publication date: 2022-11-22
Anticipated expiration: 2032-06-02

Abstract

提供了一种开关电源电路及其同步整流芯片。该开关电源电路包括变压器、位于变压器的原边侧的脉宽调制控制芯片、位于变压器的副边侧的同步整流芯片、以及耦合在脉宽调制控制芯片和同步整流芯片之间的光耦，其中，同步整流芯片经由光耦将指示是否触发过温保护功能的过温保护信息传递给脉宽调制控制芯片。

Description

开关电源电路及其同步整流芯片

技术领域

本实用新型涉及集成电路领域，尤其涉及一种开关电源电路及其同步整流芯片。

背景技术

随着手机、平板电脑、笔记本电脑等移动设备的功能越来越多，为移动设备供电的电池的容量爆发式增加，给移动设备供电的充电器或适配器的输出功率和输出电流越来越大。因此，在这些充电器或适配器中采用同步整流替代输出整流二极管来提高系统整体效率和功率密度，既能满足充电器或适配器小型化的发展需求，也能满足越来越严苛的电源能效标准。

但是，由于同步整流功率开关管自身的体二极管的存在，当同步整流芯片内部的温度、同步整流功率开关管的温度、或者开关电源系统中的变压器副边侧的环境温度超过预设温度时，无法通过关闭同步整流的控制线路实现过温保护。

实用新型内容

根据本实用新型实施例的开关电源电路，包括变压器、位于变压器的原边侧的脉宽调制控制芯片、位于变压器的副边侧的同步整流芯片、以及耦合在脉宽调制控制芯片和同步整流芯片之间的光耦，其中，同步整流芯片经由光耦将指示是否触发过温保护功能的过温保护信息传递给脉宽调制控制芯片。

在根据本实用新型实施例的开关电源电路中，同步整流芯片可以在同步整流芯片内部的温度、同步整流功率开关管的温度、或变压器的副边侧的环境温度达到过温保护阈值时，通过光耦将指示触发过温保护功能的过温保护信息传递给脉宽调制控制芯片，使得脉宽调制控制芯片可以及时实现整个系统的自动重启功能，防止温度过高导致同步整流功率开关管的损坏或者熔壳等安全问题。

根据本实用新型实施例的用于开关电源电路的同步整流芯片，包括：过温保护检测模块，被配置为基于温度感测信息生成指示是否触发过温保护功能的过温保护信息；以及内置运放输出引脚，用于将过温保护信息输出到同步整流芯片外部。

根据本实用新型实施例的同步整流芯片，可以在同步整流芯片的内部温度、同步整流功率开关管的温度、或开关电源电路中的变压器的副边侧的环境温度达到过温保护阈值时，将指示触发过温保护功能的过温保护信息输出到同步整流芯片外部，为实现开关电源电路整个系统的自动重启提供了条件，从而可以防止温度过高导致同步整流功率开关管的损坏或者熔壳等安全问题。

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示出了根据本实用新型第一实施例的开关电源电路的电路图。

图2示出了根据本实用新型第二实施例的开关电源电路的电路图。

图3示出了图2所示的开关电源电路中的同步整流芯片的引脚图。

图4示出了图2所示的开关电源电路中的同步整流芯片的框图。

图5示出了根据本实用新型第三实施例的开关电源电路的电路图。

图6示出了图5所示的开关电源电路中的同步整流芯片的引脚图。

图7示出了根据本实用新型第四实施例的开关电源电路的电路图。

图8示出了图7所示的开关电源电路中的同步整流芯片的引脚图。

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”。

图1示出了根据本实用新型第一实施例的开关电源电路100的电路图。如图1所示，开关电源电路100包括变压器T、位于变压器T的原边侧的脉宽调制(PWM)控制芯片102、位于变压器T的副边侧的同步整流芯片104、以及耦合在PWM控制芯片102和同步整流芯片104之间的光耦，其中，同步整流功率开关管Q2集成在同步整流芯片104内部，同步整流芯片104不具有外置的温度保护引脚，可以通过片上温度感测元件实现对于同步整流芯片104内部或同步整流功率开关管Q2的温度感测，并且可以经由光耦将指示是否触发过温保护功能的过温保护信息传递给PWM控制芯片102，以使PWM控制芯片102可以基于过温保护信息来控制连接到变压器T的原边绕组的功率开关管Q1的导通与关断。

在图1所示的开关电源电路100中，同步整流芯片104在通过片上温度感测元件检测到同步整流芯片104内部的温度或同步整流功率开关管Q2的温度达到过温保护阈值时，经由光耦将指示触发过温保护功能的过温保护信息传递给PWM控制芯片102。这里，也可以通过修调同步整流芯片104内部的过温保护阈值，使得同步整流芯片104可以在通过片上温度感测元件间接检测到变压器T的副边侧的环境温度达到过温保护阈值时，经由光耦将指示触发过温保护功能的过温保护信息传递给PWM控制芯片102，其中原边侧功率开关管Q1，也可以和PWM控制芯片集成在一起形成PWM控制器，此种应用对本领域技术人员来说是显而易见的，本实用新型中不再赘述。

图2示出了根据本实用新型第二实施例的开关电源电路200的电路图。如图2所示，开关电源电路200包括变压器T、位于变压器T的原边侧的PWM控制芯片202、位于变压器T的副边侧的同步整流芯片204、以及耦合在PWM控制芯片202和同步整流芯片204之间的光耦，其中，同步整流功率开关管Q2集成在同步整流芯片204内部，同步整流芯片204具有外置的温度保护引脚(即，RT引脚)，可以通过温度保护引脚连接的片外温度感测元件(例如，热敏电阻)实现对于变压器T的副边侧的环境温度的感测，并且可以经由光耦将指示是否触发过温保护功能的过温保护信息传递给PWM控制芯片202，以使PWM控制芯片202可以基于过温保护信息来控制连接到变压器T的原边绕组的功率开关管Q1的导通与关断。

在图2所示的开关电源电路200中，同步整流芯片204在通过片外温度感测元件检测到变压器T的副边侧的环境温度达到过温保护阈值时，经由光耦将指示触发过温保护功能的过温保护信息传递给PWM控制芯片202。这里，不需要修调同步整流芯片204内部的过温保护阈值，即可基于变压器T的副边侧的环境温度来触发过温保护功能。

在图1和图2所示的开关电源电路100和200中实现过温保护功能的工作原理相同，下面以图2所示的开关电源电路200为例对相关内容进行说明。

图3示出了图2所示的开关电源电路200中的同步整流芯片204的引脚图。如图3所示，同步整流芯片204包括以下引脚：

功率开关管漏极引脚(即，Vdrain引脚)，连接到变压器T的副边绕组和同步整流功率开关管Q2的漏极，用于为同步整流功率开关管Q2提供漏极信号同时为同步整流芯片204内部的电压检测模块提供同步整流电压检测信号，为了减小连接阻抗一般采用多个引脚同时连接；

芯片供电引脚(即，VDD引脚)，经由供电电容连接到地，用于为同步整流芯片204的内部电路供电；

温度保护引脚(即，RT引脚)，经由片外温度感测元件(例如，热敏电阻)连接到地，用于为同步整流芯片204内部的过温保护检测模块提供温度感测信号(例如，热敏电阻上的电压值)；

芯片接地引脚(即，GND引脚)，连接到输出电容的负端，同时连接到同步整流功率开关管Q2的源极，用作同步整流芯片204的内部电路的基准地；

内置运放输出引脚(即，OPTO引脚)，作为同步整流芯片204内部的运算放大器(EA)的输出端，经由光耦连接到开关电源电路200的系统输出端，用于控制流过光耦的电流大小以经由光耦将过温保护信息反馈到PWM控制芯片202(即，用于将过温保护信息输出到同步整流芯片204外部)，同时经由电阻-电容网络连接到输出电压检测及环路补偿引脚(即，FB引脚)，用于实现开关电源电路200的系统环路补偿；

输出电压检测及环路补偿引脚(即，FB引脚)，经由分压电阻连接到开关电源电路200的系统输出端(即，连接到用于对开关电源电路200的系统输出电压进行分压的分压网络的分压节点)，同时经过电组-电容网络连接到OPTO引脚，用于实现开关电源电路200的系统环路补偿；

输出电压检测引脚(即，VIN引脚)，连接到开关电源电路200的系统输出端，用于检测开关电源电路200的系统输出电压。

图4示出了图2所示的开关电源电路200中的同步整流芯片204的框图。如图4所示，同步整流芯片204主要包括：

欠压锁定/低压降稳压器(UVLO/LDO)模块：系统启动时，VDD引脚和VIN引脚处的电压都较低，同步整流功率开关管Q2的体二极管导通，Vdrain引脚处的电压给VDD引脚连接的充电电容充电，当VDD引脚处的电压(即，充电电容上的电压)超过UVLO电压后，芯片内部电路开始工作。

系统输出检测模块：连接到输出电压检测引脚VIN，用于对开关电源电路200的系统输出电压进行检测，并将输出电压检测信号传输给逻辑控制模块。

电压检测模块：开关电源电路200中位于变压器T的原边侧的功率开关管Q1关断后，变压器T的副边绕组开始退磁，为了防止变压器T的原副边共通，先使同步整流功率开关管Q2的体二极管导通，当同步整流开关管Q2的漏极电压小于某个电平(例如，<-300mV)时，同步整流功率开关管Q2导通；随着退磁电流逐渐减小，同步整流功率开关管Q2的漏极电压逐渐上升；当同步整流功率开关管Q2的漏极电压大于某一个阈值(例如，>-3.5或0mV)，同步整流功率开关管Q2关断。为了防止退磁开始后谐振振荡导致同步整流提前误关断，设置同步整流最小导通时间。

振荡检测模块：检测同步整流退磁时间、退磁频率、和退磁结束后振荡的上升沿、下降沿，用于控制同步整流功率开关管Q2的导通和关断。

过温保护检测模块：检测片上温度感测元件上的温度或者通过RT引脚对片外温度感测元件(例如，热敏电阻)上的温度进行检测，一旦片上或片外温度感测元件上的温度达到过温保护阈值，通过逻辑控制模块控制OPTO引脚将过温保护信息传递给PWM控制芯片202，PWM控制芯片202控制系统进入自动恢复的重启状态，防止副边温度进一步升高导致同步整流功率开关管Q2或者同步整流芯片204周围器件过热损坏。

逻辑控制模块：接收输出电压检测、电压检测、以及过温保护检测模块的输出信号，将这些信号进行逻辑控制输出用于控制同步整流功率开关管Q2的导通与关断的控制信号。

驱动器模块：根据逻辑控制模块的控制信号输出软驱动信号，以驱动同步整流功率开关管Q2的导通和关断。

图5示出了根据本实用新型第三实施例的开关电源电路300的电路图。如图5所示，开关电源电路300包括变压器T、位于变压器T的原边侧的PWM控制芯片302、位于变压器T的副边侧的同步整流芯片304、以及耦合在PWM控制芯片302和同步整流芯片304之间的光耦，其中，同步整流功率开关管Q2位于同步整流芯片304外部，同步整流芯片304具有外置的温度保护引脚，可以通过温度保护引脚连接的片外温度感测元件(例如，热敏电阻)实现对于变压器T的副边侧的环境温度的感测，并且可以经由光耦将指示是否触发过温保护功能的过温保护信息传递给PWM控制芯片302，以使PWM控制芯片302可以基于过温保护信息来控制连接到变压器T的原边绕组的功率开关管Q1的导通与关断。

图6示出了图5所示的开关电源电路300中的同步整流芯片304的引脚图。如图6所示，同步整流芯片304包括以下引脚：

功率开关管漏极引脚(即，Vdrain引脚)，连接到开关电源电路300中的变压器T的副边绕组并且连接到同步整流功率开关管Q2的漏极；

芯片供电引脚(即，VDD引脚)，经由供电电容连接到地；

过温保护引脚(即，RT引脚)，经由片外温度感测元件(例如，热敏电阻)连接到地；

芯片地引脚(即，GND引脚)，连接到输出电容的负端，同时连接到同步整流功率开关管Q2的源极，用作同步整流芯片304的内部电路的基准地；

内置运放输出引脚(即，OPTO引脚)，作为同步整流芯片304内部的运算放大器(EA)的输出端，经由光耦连接到开关电源电路300的系统输出端，用于控制流过光耦的电流大小以经由光耦将过温保护信息反馈到PWM控制芯片302(即，用于将过温保护信息输出到同步整流芯片304外部)，同时经由电阻-电容网络连接到输出电压检测及环路补偿引脚(即，FB引脚)，用于实现开关电源电路300的系统环路补偿；

输出电压分压及反馈补偿引脚(即，FB引脚)，经由分压电阻连接到开关电源电路300的系统输出端(即，连接到用于对开关电源电路300的系统输出电压进行分压的分压网络的分压节点)，同时经过电组-电容网络连接到OPTO引脚，用于实现开关电源电路300的系统环路补偿；

输出电压检测引脚(即，VIN引脚)，经由电阻连接到开关电源电路300的系统输出端(该电阻主要用于静电释放(ESD)防护，阻值小于10ohm)，用于对开关电源电路300的系统输出电压进行检测，并将输出电压检测信号传输给逻辑控制模块。

功率开关管驱动引脚(即，Gate引脚)，连接到同步整流功率开关管Q2的栅极。

图7示出了根据本实用新型第四实施例的开关电源电路400的电路图。如图7所示，开关电源电路400包括变压器T、位于变压器T的原边侧的PWM控制芯片402、位于变压器T的副边侧的同步整流芯片404、以及耦合在PWM控制芯片402和同步整流芯片404之间的光耦，其中，同步整流功率开关管Q2位于同步整流芯片404外部，同步整流芯片404不具有外置的温度保护引脚，可以通过片上温度感测元件实现对于同步整流芯片404内部或同步整流功率开关管Q2的温度感测，并且可以经由光耦将指示是否触发过温保护功能的过温保护信息传递给PWM控制芯片402，以使PWM控制芯片402可以基于过温保护信息来控制连接到变压器T的原边绕组的功率开关管Q1的导通与关断。

在图7所示的开关电源电路400中，同步整流芯片404在通过片上温度感测元件检测到同步整流芯片404内部的温度或同步整流功率开关管Q2的温度达到过温保护阈值时，经由光耦将指示触发过温保护功能的过温保护信息传递给PWM控制芯片402。这里，也可以通过修调同步整流芯片404内部的过温保护阈值，使得同步整流芯片404可以在通过片上温度感测元件间接检测到变压器T的副边侧的环境温度达到过温保护阈值时，经由光耦将指示触发过温保护功能的过温保护信息传递给PWM控制芯片402。

图8示出了图7所示的开关电源电路400中的同步整流芯片404的引脚图。如图8所示，同步整流芯片404包括以下引脚：

功率开关管漏极引脚(即，Vdrain引脚)，连接到开关电源电路400中的变压器T的副边绕组并且连接到同步整流功率开关管Q2的漏极；

芯片供电引脚(即，VDD引脚)，经由供电电容连接到地；

芯片地引脚(即，GND引脚)，连接到输出电容的负端，同时连接到同步整流功率开关管Q2的源极，用作同步整流芯片404的内部电路的基准地；

内置运放输出引脚(即，OPTO引脚)，作为同步整流芯片404内部的运算放大器(EA)的输出端，经由光耦连接到开关电源电路400的系统输出端，用于控制流过光耦的电流大小以经由光耦将过温保护信息反馈到PWM控制芯片402(即，用于将过温保护信息输出到同步整流芯片404外部)，同时经由电阻-电容网络连接到输出电压检测及环路补偿引脚(即，FB引脚)，用于实现开关电源电路400的系统环路补偿；

输出电压分压及反馈补偿引脚(即，FB引脚)，经由分压电阻连接到开关电源电路400的系统输出端(即，连接到用于对开关电源电路400的系统输出电压进行分压的分压网络的分压节点)，同时经过电组-电容网络连接到OPTO引脚，用于实现开关电源电路400的系统环路补偿；

输出电压检测引脚(即，VIN引脚)，经由电阻连接到开关电源系统400的系统输出端(该电阻主要用于静电释放(ESD)防护，阻值小于10ohm)，用于对开关电源电路400的系统输出电压进行检测，并将输出电压检测信号传输给逻辑控制模块。

需要说明的是，图5所示的同步整流芯片304和图7所示的同步整流芯片404的内部功能类似于结合图4所述的同步整流芯片204的内部功能，这里不再赘述。

综上所述，在根据本实用新型实施例的开关电源电路中，当同步整流芯片检测到同步整流芯片内部的温度、同步整流功率开关管的温度、或者变压器的副边侧的环境温度过高时，通过光耦将指示触发过温保护功能的过温保护信息传递给PWM控制芯片，可以实现系统的过温保护从而增加系统的安全性和可靠性。

需要说明的是，根据本实用新型实施例的开关电源电路可以采用反激式架构，也可以采用具有变压器隔离的其他系统架构。

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

1.一种开关电源电路，其特征在于，包括变压器、位于所述变压器的原边侧的脉宽调制控制芯片、位于所述变压器的副边侧的同步整流芯片、以及耦合在所述脉宽调制控制芯片和所述同步整流芯片之间的光耦，其中，所述同步整流芯片经由所述光耦将指示是否触发过温保护功能的过温保护信息传递给所述脉宽调制控制芯片。

2.根据权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，所述同步整流芯片包括片上温度感测元件。

3.根据权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，所述同步整流芯片包括温度保护引脚，并且所述温度保护引脚经由片外温度感测元件连接到地。

4.根据权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，所述同步整流芯片包括内置运放输出引脚，并且所述内置运放输出引脚经由所述光耦连接到所述开关电源电路的系统输出端。

5.根据权利要求4所述的开关电源电路，其特征在于，所述同步整流芯片还包括输出电压分压及反馈补偿引脚，并且所述输出电压分压及反馈补偿引脚连接到用于对所述开关电源电路的系统输出电压进行分压的分压网络的分压节点并且经由电阻-电容网络连接到所述内置运放输出引脚。

6.根据权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，所述同步整流芯片包括输出电压检测引脚，并且所述输出电压检测引脚经由电阻连接到所述开关电源电路的系统输出端。

7.根据权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，所述同步整流芯片包括功率开关管漏极引脚，并且所述功率开关管漏极引脚连接到同步整流功率开关管的漏极。

8.根据权利要求7所述的开关电源电路，其特征在于，所述同步整流功率开关管位于所述同步整流芯片的内部或外部。

9.根据权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，所述同步整流芯片包括芯片供电脚，并且所述芯片供电脚经由供电电容连接到地。

10.根据权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，所述同步整流芯片还包括芯片地引脚，用作所述同步整流芯片的内部电路的基准地。

11.一种用于开关电源电路的同步整流芯片，其特征在于，包括：

过温保护检测模块，被配置为基于温度感测信息生成指示是否触发过温保护功能的过温保护信息；以及

内置运放输出引脚，用于将所述过温保护信息输出到所述同步整流芯片外部。

12.根据权利要求11所述的同步整流芯片，其特征在于，还包括：

片上温度感测元件，连接到所述过温保护检测模块。

13.根据权利要求11所述的同步整流芯片，其特征在于，还包括：

温度保护引脚，连接到所述过温保护检测模块，并且用于连接片外温度感测元件。

14.根据权利要求11所述的同步整流芯片，其特征在于，还包括：

输出电压分压及反馈补偿引脚，用于检测所述开关电源电路的系统输出电压的分压电压并且用于所述开关电源电路的系统环路补偿。

15.根据权利要求11所述的同步整流芯片，其特征在于，还包括：

输出电压检测引脚，用于检测所述开关电源电路的系统输出电压。

16.根据权利要求11所述的同步整流芯片，其特征在于，还包括：

同步整流功率开关管；以及

功率开关管漏极引脚，连接到所述同步整流功率开关管的漏极。

17.根据权利要求11所述的同步整流芯片，其特征在于，还包括：

功率开关管漏极引脚，用于连接位于所述同步整流芯片外部的同步整流功率开关管的漏极。

18.根据权利要求11所述的同步整流芯片，其特征在于，还包括：

芯片供电脚，用于为所述同步整流芯片的内部电路供电。

19.根据权利要求11所述的同步整流芯片，其特征在于，还包括：

芯片地引脚，用作所述同步整流芯片的内部电路的基准地。