TWI649953B - Switching power supply control system - Google Patents

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Abstract

本發明涉及開關電源控制系統。提供了一種開關電源控制系統,系統包括濾波整流電路、控制電路、以及輸出電路,其中:濾波整流電路的輸入端與交流電源相連接,輸出端與控制電路相連接;控制電路的輸入端與濾波整流電路的輸出端連接,輸出端與輸出電路連接,並且控制電路包括回饋分壓電阻器、取樣保持元件、以及開關驅動元件,其中:取樣保持元件被配置為通過回饋分壓電阻器的分壓信號得到取樣電壓,並且至少部分地基於分壓信號得到退磁時間,並且開關驅動元件被配置為至少部分地基於退磁時間生成驅動信號來驅動功率開關。

Description

開關電源控制系統
本發明的某些實施例涉及積體電路。更具體地,本發明的一些實施例提供了開關電源控制晶片及開關電源控制系統。
近年來,開關電源技術不斷發展,有著廣泛的應用前景。第1圖示是一次回饋返馳變換器(flyback)電源控制系統的一種典型結構,其中,二極體D1、D2、D3和D4構成整流橋,該整流橋與電容器Cbulk共同構成輸入電路,用於將交流輸入電壓VAC進行整流及濾波處理後,輸出給變壓器T1的一次繞組。其中,二極體D5、電容器Cout和電阻器Rout構成輸出電路,用於將變壓器T1的二次繞組輸出的電壓進行整流濾波處理後,輸出給負載。
電阻器R1和電阻器R2對經由變壓器T1輔助繞組回饋的電壓進行分壓;開關電源控制晶片U0中取樣與保持模組通過回饋引腳FB取樣電阻器R1和電阻器R2上的分壓信號得到取樣電壓Vsamp,並對該分壓信號持續時間進行計時,得到退磁時間Tdem;恒壓與恒流模組根據電流感測引腳CS測到的電流值,取樣電壓Vsamp和退磁時間Tdem生成脈衝寬度調變信號(Pulse Width Modulation,PWM);然後脈衝寬度調變信號PWM經過開關驅動模組生成開關驅動信號BD來驅動功率管開關Q1。
調整功率管開關Q1頻率,以實現開關電源控制電路的恒壓或恒流輸出;其中Cp為晶片供電電容器,D6和R3為供電二極體和電阻器,Rst為高壓啟動電阻器,Rcs為電流感測電阻器。
但現有技術提供的上述開關電源控制電路中,由於需要利用分壓電阻器R1和分壓電阻器R2來為開關電源控制晶片U0的回饋引腳FB提供感測信號,且需要利用變壓器T1的輔助繞組通過二極體D6和電阻器R3向開關電源控制晶片U0供電,使得開關電源驅動開關電源控制晶片U0的週邊電路器件較多,成本較高、佔用面積較大、工作可靠性低。
因此,需要改進的電路系統。
本發明的某些實施例涉及積體電路。更具體地,本發明的一些實施例提供了利用信號線分時傳輸信號和電能的複用電路系統。僅作為示例,本發明的一些實施例被應用到晶片供電系統。但是,將認識到,本發明有更廣泛的適用範圍。
本發明的目的在於提供一種開關電源控制晶片,同時把變壓器T1輔助繞組上的回饋分壓電阻和供電電路集成到晶片上,旨在解決現有的一次回饋返馳變換器電源控制晶片週邊電路器件較多、成本較高、佔用面積較大、工作可靠性低的問題。
根據實施例,可以獲得一項或多項益處。參考隨後的詳細的說明和附圖,這些好處和本發明的各種附加的目的、特徵和優勢可得以透徹地理解。
VAC‧‧‧交流輸入電壓
T1‧‧‧變壓器
Cout‧‧‧電容器
Rout、R1、R2、R3、R4‧‧‧電阻器
U0‧‧‧開關電源控制晶片
Cbulk‧‧‧電容器
FB‧‧‧回饋引腳
Vsamp‧‧‧取樣電壓
M1‧‧‧供電電路開關
S1‧‧‧開關
AUX‧‧‧引腳
Vsamp‧‧‧取樣電壓
Tdem‧‧‧退磁時間
Vcc‧‧‧控制器供電電壓
Vout‧‧‧輸出電壓
ESD‧‧‧靜電放電模組
D1、D2、D3、D4、D5、D6‧‧‧二極體
CS‧‧‧感測引腳
PWM‧‧‧脈衝寬度調變信號
BD‧‧‧開關驅動信號
Q1‧‧‧功率管開關
Cp‧‧‧晶片供電電容
D6‧‧‧二極體
Rst‧‧‧高壓啟動電阻器
Rcs‧‧‧電流感測電阻器
Np‧‧‧一次繞組
Ns‧‧‧二次繞組
Vline‧‧‧輸入整流電壓
Na‧‧‧輔助繞組
FB‧‧‧回饋引腳
BD‧‧‧開關驅動信號
GND‧‧‧接地腳
POR‧‧‧上電重定信號
第1圖是示出了傳統開關電源控制系統的電路圖的簡化圖示。
第2圖是示出了根據本發明的實施例的開關電源控制電路的電路圖。
第3圖是示出了根據本發明的另一實施例的開關電源控制電路的電路圖。
第4圖是示出了根據本發明的實施例的電開關電路圖的供電開關示意圖。
下面將詳細描述本發明的各個方面的特徵和示例性實施例。在下面的詳細描述中提出了許多具體細節,以便提供對本發明的全面理解。但是,對於本領域技術人員來說很明顯的是,本發明可以在不需要這些具體細節中的一些細節的情況下實施。下面對實施例的描述僅僅是為了通過示出本發明的示例來提供對本發明的更好的理解。本發明決不限於下面所提出的任何具體配置和演算法,而是在不脫離本發明的精神的前提下覆蓋了元素、部件和演算法的任何修改、替換和改進。在附圖和下面的描述中,沒有示出已知的結構和技術,便避免對本發明造成不必要的模糊。
第2圖是示出了根據本公開的實施例的開關電源控制電路的電路圖。其中,二極體D1、D2、D3和D4構成整流橋,該整流橋與電容器Cbulk共同構成輸入電路,用於將交流輸入電壓VAC進行整流及濾波處理後,輸出給變壓器T1的一次繞組。其中,二極體D5、電容器Cout和電阻器Rout構成輸出電路,用於將變壓器T1的二次繞組輸出的電壓進行整流濾波處理後,輸出給負載。
其中,Cp為晶片供電電容器,Rst為高壓啟動電阻器,Rcs為電流感測電阻器。開關電源控制晶片U0集成了變壓器T1輔助繞組的回饋分壓電阻器R1和R2,集成了二極體D6和電阻器R3,同時在二極體D6和電阻器R3之間加入靜電放電模組(Electrostatic Discharge,,ESD),以確保開關電源控制晶片U0的AUX(Auxiliary)引腳抗靜電能力。
晶片上取樣與保持模組通過取樣集成電阻器R1和電阻器R2上的分壓信號得到取樣電壓Vsamp,並對該分壓信號持續時間進行計時,得到退磁時間Tdem;恒壓與恒流模組根據電流感測引腳CS感測到的電流值,取樣電壓Vsamp和退磁時間Tdem生成脈衝寬度調變信號PWM;然後脈衝寬度調變信號PWM經過開關驅動模組生成開關驅動信號BD來驅動功率管開關Q1。調整功率管開關Q1頻率,以實現開關電源控制電路的恒壓或恒流輸出。
在第2圖的實施例中,開關電源系統(例如,功率轉換器)包括一次繞組Np、二次繞組Ns、開關、感測電阻器、取樣/保持、驅動。例如,開關包括雙極結型電晶體。在另一示例中,開關包括場效應電晶體(例如,金屬氧化物半導體場效應電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET))。在又另一示例中,開關包括絕緣閘雙極性接面電晶體。
在一個示例中,功率電晶體是雙極結型電晶體。在另一示例中,功率電晶體是場效應電晶體(例如,金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET))。在又另一示例中,功率電晶體是絕緣閘雙極性接面電晶體(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)。其中功率電晶體(例如,第2圖中的Q1)的集電極經由變壓器的一次繞組連接到輸入電壓,並且經由取樣電阻連接到地。在各種示例中,電阻器R1和R2的電阻值可以由本領域技術人員根據需要設置。
與副邊側上的輸出電壓相關的資訊可以通過包括電阻器R1和R2的回饋比例分壓電阻(也稱為回饋分壓電阻器)來提取。其中回饋分壓電阻器,被配置為根據系統的輸出電壓來生成回饋信號。
第3圖是示出了根據本公開的另一實施例的開關電源控制電路的電路圖。其中,二極體D1、D2、D3和D4構成整流橋,該整流橋與電容器Cbulk共同構成輸入電路,用於將交流輸入電壓VAC進行整流及濾波處理後,輸出給變壓器T1的一次繞組。其中,二極體D5、電容器Cout和電阻器Rout構成輸出電路,用於將變壓器T1的二次繞組輸出的電壓進行整流濾波處理後,輸出給負載。其中,Cp為晶片供電電容器,Rst為高壓啟動電阻器,Rcs為電流感測電阻器。
開關電源控制晶片U0集成了變壓器T1輔助繞組的回饋分壓電阻器R1和R2,集成了供電電路開關M1管和電阻器R3,同時在供電電路開關M1和供電電阻器R3之間加入靜電放電模組ESD,以確保開關電源控制晶片U0的AUX引腳抗靜電能力;晶片上取樣與保持模組通過 取樣集成電阻器R1和電阻器R2上的分壓信號得到取樣電壓Vsamp,並對該分壓信號持續時間進行計時,得到退磁時間Tdem;恒壓與恒流模組根據電流感測引腳CS檢測到的電流值,取樣電壓Vsamp和退磁時間Tdem生成脈衝寬度調變信號PWM;然後脈衝寬度調變信號PWM經過開關驅動模組生成開關驅動信號BD來驅動功率管開關Q1,調整功率管開關Q1頻率,以實現開關電源控制電路的恒壓或恒流輸出。
第4圖是示出了根據本發明的實施例的電開關電路圖的供電開關示意圖。如第4圖所示,供電電路開關M1可以由高壓PMOS(P溝道金屬氧化物半導體)管實現。通過高壓PMOS的寄生二極體來是實現供電二極體;供電電路開關M1的閘極與源極之間串接電阻器R4,從而例如提高供電電路開關M1的抗靜電能力。同時在供電電路開關M1的閘極與源極之間加入開關S1。
開關S1受晶片的上電重定信號控制,上電重定前開關S1截止,上電重定後開關S1導通,加入開關S1可以防止變壓器T1輔助繞組的回饋信號過快的電壓變化率(dV/dT),導致供電電路開關M1異常導通,從而影響正常供電。
通過在開關電源控制晶片U0上集成變壓器T1輔助繞組的回饋分壓電阻器R1/R2和供電電路,可以大大減少晶片週邊電路器件和器件佔用面積。這樣有利於降低系統成本和提高系統生產可靠性。
根據本發明的實施例,提供了一種開關電源控制系統,系統包括濾波整流電路、控制電路、以及輸出電路,其中:濾波整流電路的輸入端與交流電源相連接,輸出端與控制電路相連接;控制電路的輸入端與濾波整流電路的輸出端連接,輸出端與輸出電路連接,並且控制電路包括回饋分壓電阻器、取樣保持元件、以及開關驅動元件,其中:取樣保持元件被配置為通過回饋分壓電阻器的分壓信號得到取樣電壓,並且至少部分地基於分壓信號得到退磁時間,並且開關驅動元件被配置為至少部分地基於退磁時間生成驅動信號來驅動功率開關。
根據本發明的實施例,控制電路還包括恒流元件,其中恒流元件被配置為根據功率開關的感測電流值生成恒流信號,並且開關驅動元件被配置為至少部分地基於退磁時間和恒流信號生成驅動信號來驅動功率開關。
根據本發明的實施例,控制電路還包括供電開關,供電開關一端與回饋分壓電阻器連接,一端與控制電路的供電電容器連接。
根據本公開的實施例,供電開關包括:P溝道金屬氧化物半導體PMOS管,PMOS管的閘極和源極之間串聯有第一電阻器,並且汲極與回饋分壓電阻器連接。
根據本公開的實施例,提供了一種包括如本文所公開的開關電源控制系統的開關電源。
例如,使用一個或多個軟體元件、一個或多個硬體元件、和/或軟體和硬體元件的一個或多個組合,本發明的各種實施例的一些或全部元件各自單獨地和/或以與至少另一元件結合的方式被實施。在另一示例中,本發明的各種實施例的一些或全部元件各自單獨地和/或以與至少另一元件結合的方式被實施在諸如一個或多個類比電路和/或一個或多個數位電路之類的一個或多個電路中。在另一示例中,本發明的各種實施例和/或示例可以被結合。
雖然已經描述了本發明的特定實施例,但本領域的技術人員應該理解,存在等同於所描述的實施例的其它實施例。因此,應該理解,本發明並不限於所示出的具體實施例,而僅由所附權利要求的範圍所限定。

Claims (4)

  1. 一種開關電源控制系統,所述系統包括濾波整流電路、控制電路、以及輸出電路,其中:所述濾波整流電路的輸入端與交流電源相連接,輸出端與所述控制電路相連接;所述控制電路的輸入端與所述濾波整流電路的輸出端連接,輸出端與所述輸出電路連接,並且所述控制電路包括回饋分壓電阻器、取樣保持元件、開關驅動元件、以及恒流元件,其中:所述取樣保持元件被配置為通過所述回饋分壓電阻器的分壓信號得到取樣電壓,並且至少部分地基於所述分壓信號得到退磁時間,並且所述開關驅動元件被配置為至少部分地基於所述退磁時間生成驅動信號來驅動功率開關;所述恒流元件被配置為根據所述功率開關的感測電流值生成恒流信號,並且所述開關驅動元件被配置為至少部分地基於所述退磁時間和所述恒流信號生成驅動信號來驅動所述功率開關。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的開關電源控制系統,其中所述控制電路還包括供電開關,所述供電開關一端與所述回饋分壓電阻器連接,一端與所述控制電路的供電電容器連接。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的開關電源控制系統,其中所述供電開關包括:P溝道金屬氧化物半導體PMOS管,所述PMOS管的閘極和源極之間串聯有第一電阻器,並且汲極與所述回饋分壓電阻器連接。
  4. 一種包括如申請專利範圍第1-3項中的任何一項所述的開關電源控制系統的開關電源。
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