TWM617842U - 交流-直流電壓轉換電路及其控制晶片 - Google Patents

Abstract

提供了一種交流-直流電壓轉換電路及其控制晶片。該控制晶片包括：連接到輸出電壓回饋腳的導通時間鉗位元電路，該導通時間鉗位元電路在功率開關管導通時，將輸出電壓回饋腳處的電壓鉗位元到預定電壓；連接到輸出電壓回饋腳的電流檢測電路，該電流檢測電路在功率開關管導通時，檢測從輸出電壓回體腳流向變壓器的輔助繞組的電流並生成電流檢測信號；連接到電流檢測電路的線電壓處理電路，該線電壓處理電路基於電流檢測信號生成線電壓過壓檢測信號；連接到線電壓處理電路的核心控制電路，該核心控制電路基於線電壓過壓檢測信號生成閘極控制信號；連接在核心控制電路和閘極驅動腳之間的驅動器，該驅動器基於閘極控制信號生成用於功率開關管的閘極驅動信號。

Description

交流-直流電壓轉換電路及其控制晶片

本創作涉及電路領域，尤其涉及一種交流-直流電壓轉換電路及其控制晶片。

交流(Alternate Current,，AC)-直流(Direct Current，DC)電壓轉換電路廣泛應用於適配器、充電器、發光二極體(Light Emitting Diode，LED)照明及驅動等領域。圖1示出了傳統的返馳式AC-DC電壓轉換電路100的示意圖。如圖1所示，在返馳式AC-DC電壓轉換電路100中，外置分壓電阻R1、R2、和R3通過對輸入線電壓進行分壓生成線電壓表徵信號，控制晶片102通過輸入電壓過壓保護腳(Over Voltage Protection，OVR)接收線電壓表徵信號並基於線電壓表徵信號控制功率開關管M1的關斷，以防止過高的輸入線電壓對整個電路系統及其中的控制晶片造成損壞。

在傳統的返馳式AC-DC電壓轉換電路100中，控制晶片102的週邊元件多、週邊電路複雜。

鑒於以上所述的問題，本創作提供了一種交流-直流電壓轉換電路及其控制晶片。

根據本創作實施例的用於返馳式交流-直流電壓轉換電路的控制晶片，該控制晶片具有輸出電壓回饋腳和閘極驅動腳，該返馳式交流-直流電壓轉換電路包括變壓器和功率開關管，該功率開關管的閘極與閘極驅動腳連接、汲極和源極分別與變壓器的一次繞組和地連接。該控制晶片還包括：連接到輸出電壓回饋腳的導通時間鉗位元電路，該導通時間鉗位元電路在功率開關管處於導通狀態時，將輸出電壓回饋腳處的電壓鉗位 元到預定電壓；連接到輸出電壓回饋腳的電流檢測電路，該電流檢測電路在功率開關管處於導通狀態時，檢測從輸出電壓回饋腳流向變壓器的輔助繞組的電流並生成電流檢測信號；連接到電流檢測電路的線電壓處理電路，該線電壓處理電路基於電流檢測信號判斷返馳式交流-直流電壓轉換電路的輸入線電壓是否過壓並生成線電壓過壓檢測信號；連接到線電壓處理電路的核心控制電路，該核心控制電路基於線電壓過壓檢測信號生成閘極控制信號；以及連接在核心控制電路和閘極驅動腳之間的驅動器，該驅動器基於閘極控制信號生成用於驅動功率開關管的導通與關斷的閘極驅動信號。

根據本創作實施例的返馳式交流-直流電壓轉換電路，包括：變壓器；功率開關管；以及上述控制晶片。

相比傳統的返馳式AC-DC電壓轉換電路，在包括根據本創作實施例的控制晶片的返馳式AC-DC電壓轉換電路中，控制晶片的週邊元件更少、週邊電路更簡單。

102、102’:控制晶片

M1:功率開關管

T:變壓器

FB:輸出電壓回饋腳

GATE:閘極驅動腳

Np:一次繞組

Naux/Np:紮數比

Naux:輔助繞組

VFB、Vline_s:電壓

VREF:參考電壓

Iaux、Is:電流

Vin:輸入線電壓

OP2:第二運算放大器

Vth_ref_ovp:過壓檢測閾值電壓

LineOVP:線電壓過壓檢測信號

R1、R2、R3、R4:電阻

100、100’:AC(交流)-DC(直流)電壓轉換電路

1022:導通時間鉗位元 電路

1024:電流檢測電路

1026:線電壓處理電路

1028:核心控制電路

1030:驅動器

CS:一次電流感測腳

1022-1:電壓鉗位元電路

1022-2:鉗位元使能電路

OP1:第一運算放大器

M5:第一電晶體

M2:第二電晶體

M3:第三電晶體

M4:第四電晶體

R6:電阻

GND:接地腳

VDD:供電電壓輸入腳

從下面結合附圖對本創作的具體實施方式的描述中可以更好地理解本創作，其中：圖1示出了傳統的返馳式AC-DC電壓轉換電路的電路圖；圖2示出了根據本創作實施例的返馳式AC-DC電壓轉換電路的示例電路圖；圖3示出了圖2所示的返馳式AC-DC電源轉換電路中的控制晶片的示例電路框圖；圖4示出了圖3所示的控制晶片中的導通時間鉗位元電路和電流檢測電路的示例實現；圖5示出了圖3所示的控制晶片中的線電壓處理電路的示例實現。

下面將詳細描述本創作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，以便提供對本創作的全面理解。但是，對於本領域技術人員來說很明顯的是，本創作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創作的示例來提供對本創作的更好的理解。本創作絕不限於下面所提出的任何具體配置，而是在不脫離本創作的精神的前提下覆蓋了元素和部件的任何修改、替換和改進。在附圖和下面的描述中，沒有示出公知的結構和技術，以便避免對本創作造成不必要的模糊。另外，需要說明的是，這裡使用的用語“A與B連接”可以表示“A與B直接連接”也可以表示“A與B經由一個或多個其他元件間接連接”。

鑒於傳統的返馳式AC-DC電壓轉換電路存在的上述問題，提出了根據本創作實施例的返馳式AC-DC電壓轉換電路及其控制電路。

圖2示出了根據本創作實施例的返馳式AC-DC電壓轉換電路100’的示意圖。如圖2所示，返馳式AC-DC電壓轉換電路100’包括控制晶片102’、變壓器T、以及功率開關管M1，其中，控制晶片102’具有輸出電壓回饋腳FB和閘極驅動腳GATE，功率開關管M1的閘極與控制晶片102’的閘極驅動腳GATE連接、汲極和源極分別與變壓器T的一次繞組Np和地連接。

在圖2所示的返馳式AC-DC電壓轉換電路100’中，控制晶片102’的閘極驅動腳GATE處的閘極驅動信號驅動功率開關管M1進行導通和關斷的狀態轉換；當功率開關管M1處於導通狀態時，變壓器T的一次繞組Np的兩個端子之間的電壓為輸入線電壓Vin；根據變壓器T的輔助繞組Naux和一次繞組Np之間的紮數比Naux/Np，在功率開關管M1處於導通狀態時變壓器T的輔助繞組Naux的兩個端子之間的電壓Vaux=-Vin*Naux/Np；此時，如果將控制晶片102’的輸出電壓回饋腳FB處的電壓VFB鉗位元到參考電壓VREF，則控制晶片102’的輸出電壓回饋腳FB 通過電阻R4向變壓器T的輔助繞組Naux輸出電流Iaux，Iaux=-(Vaux-VREF)/R4=(Vin*Naux/Np-VREF)/R4；電流Iaux從控制晶片102’的輸出電壓回饋腳FB流向變壓器T的輔助繞組Naux並且包含輸入線電壓Vin的資訊。

在實際應用中，通過合理地設置變壓器T的輔助繞組Naux和一次繞組Np的匝數Naux和Np以及參考電壓VREF和電阻R4，可以在功率開關管M1處於導通狀態時獲取輸入線電壓Vin的資訊(例如，基於電流Iaux生成表徵輸入線電壓Vin的電流檢測信號)，並基於輸入線電壓Vin的資訊實現所需要的功能。根據應用場景的不同，返馳式AC-DC電壓轉換電路100’可以提供恒定的輸出電壓、恒定的輸出電流、或它們兩者。

圖3示出了圖2所示的返馳式AC-DC電源轉換電路100’中的控制晶片102’的電路框圖。如圖3所示，控制晶片102’包括：連接到輸出電壓回饋腳FB的導通時間鉗位元電路1022，該導通時間鉗位元電路在功率開關管M1處於導通狀態時，將輸出電壓回饋腳FB處的電壓VFB鉗位元到預定電壓(即，參考電壓VREF)；連接到輸出電壓回饋腳FB的電流檢測電路1024，該電流檢測電路在功率開關管M1處於導通狀態時，檢測從輸出電壓回饋腳流FB向變壓器T的輔助繞組Naux的電流Iaux並生成電流檢測信號；連接到電流檢測電路1024的線電壓處理電路1026，該線電壓處理電路1026基於電流檢測信號判斷返馳式交流-直流電壓轉換電路100’的輸入線電壓Vin是否過壓並生成線電壓過壓檢測信號；連接到線電壓處理電路1026的核心控制電路1028，該核心控制電路基於線電壓過壓檢測信號生成閘極控制信號；以及連接在核心控制電路1028和閘極驅動腳GATE之間的驅動器1030，該驅動器基於閘極控制信號生成用於驅動功率開關管M1的導通與關斷的閘極驅動信號。

這裡，需要說明的是，除了來自線電壓處理電路1026的線電壓過壓檢測信號以外，核心控制電路1030在生成閘極控制信號時還需要考慮經由控制晶片102’的一次電流感測腳(Current Sensor，CS)接收到 的表徵流過變壓器T的一次繞組Np的電流的一次電流感測信號。

圖4示出了圖3所示的控制晶片102’中的導通時間鉗位元電路1022和電流檢測電路1024的示例實現。如圖4所示，在一些實施例中，導通時間鉗位元電路1022可以包括電壓鉗位元電路1022-1和鉗位元使能電路1022-2，其中：電壓鉗位元電路1022-1的第一端子與預定電壓(即，參考電壓VREF)連接、第二端子與輸出電壓回請腳FB連接、第三端子與鉗位元使能電路1022-2的第一端子連接，鉗位元使能電路1022-2的第一端子與電壓鉗位元電路1022-1的第三端子連接、第二端子與核心控制電路1028的輸出端連接(圖中未示出)、第三端子接地。

如圖4所示，在一些實施例中，電壓鉗位元電路1022-1可以包括第一運算放大器OP1和第一電晶體M5，第一運算放大器OP1的正相輸入端用作電壓鉗位元電路1022-1的第一端子、反相輸入端與第一電晶體M5的源極連接、輸出端與第一電晶體M5的閘極連接，第一電晶體M5的源極和閘極分別用作電壓鉗位元電路1022-1的第二端子和第三端子。

如圖4所示，在一些實施例中，鉗位元使能電路1022-2可以包括導通時間控制模組和第二電晶體M2，導通時間控制模組的第一端子用作鉗位元使能電路1022-2的第二端子、第二端子與第二電晶體M2的閘極連接，第二電晶體M2的汲極和源極分別用作鉗位元使能電路1022-2的第一端子和第三端子。

如圖4所示，在一些實施例中，電流檢測電路1024的第一端子與輸出電壓回饋腳FB連接、第二端子與控制晶片102’的內部電源連接、第三端子用作電流檢測電路1024的輸出端與線電壓處理電路1026連接。在一些示例中，如圖4所示，電流檢測電路1024可以由電流鏡(包括第三電晶體M3和第四電晶體M4)實現。

具體地，在圖4所示的導通時間鉗位元電路1022中，第一運算放大器OP1和第一電晶體M5形成電壓鉗位元電路1022-1，用於將控制晶片102’的輸出電壓回饋腳FB處的電壓鉗位元到參考電壓VREF； 第二電晶體M2在導通時間控制模組的控制下，在功率開關管M1處於導通狀態時使能電壓鉗位元電路1022-1，並在功率開關管M1處於關斷狀態時下拉第一電晶體M5的閘極，關閉電壓鉗位元電路1022-1。另外，第三和第四電晶體M3和M4組成的電流鏡構成電流檢測電路1024，用於將從輸出電壓回饋腳FB流向變壓器T的輔助繞組Naux的電流Iaux轉換為電流Is(即，電流檢測信號)，並把電流Is送入線電壓處理模組1026。

圖5示出了圖3所示的控制晶片102’中的線電壓處理電路1026的示例實現。如圖5所示，在一些實施例中，線電壓處理電路1026的第一端子與電流檢測電路1024的輸出端連接、第二端子接地、第三端子與過壓檢測閾值電壓(即，Vth_ref_ovp)連接、第四端子用作線電壓處理電路1026的輸出端與核心控制電路1028連接。例如，線電壓處理電路1026可以包括電阻R6和第二運算放大器OP2，電阻R6的第一端子與第二運算放大器OP2的正相輸入端連接、第二端子用作線電壓處理電路1026的第二端子接地，第二運算放大器OP2的正相輸入端、反相輸入端、和輸出端分別用作線電壓處理電路1026的第一端子、第三端子、和第四端子。

具體地，在圖5所示的線電壓處理模組1026中，利用電阻R6將電流Is轉換為電壓Vline_s，並將電壓Vline_s與過壓檢測閾值電壓Vth_ref_ovp作比較；隨著輸入線電壓Vin的變化，電壓Vline_s在功率開關管M1的每個開關週期內的幅度也在變化；當電壓Vline_s大於線電壓過壓檢測閾值Vth_ref_ovp時，輸出線電壓過壓檢測信號LineOVP，並將其送入控制晶片102’的核心控制模組1028。

在圖2所示的AC-DC電壓轉換電路100’中，控制晶片102’通過根據線電壓過壓檢測信號LineOVP控制功率開關管M1的關斷，可以防止過高的輸入線電壓Vin對整個電路系統及其中的控制晶片102’造成損壞。

結合圖1和圖2可以看出，相比傳統的返馳式AC-DC電壓轉換電路100，在包括根據本創作實施例的控制晶片102’的返馳式AC- DC電壓轉換電路100’中，控制晶片102’的週邊元件更少、週邊電路更簡單。

本創作可以以其他的具體形式實現，而不脫離其精神和本質特徵。當前的實施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本創作的範圍由所附申請專利範圍而非上述描述定義，並且落入申請專利範圍的含義和等同物的範圍內的全部改變都被包括在本創作的範圍中。

102’:控制晶片

FB:輸出電壓回饋腳

GATE:閘極驅動腳

GND:接地腳

VDD:供電電壓輸入腳

1022:鉗位元電路

1024:電流檢測電路

1026:線電壓處理電路

1028:核心控制電路

1030:驅動器

CS:一次電流感測腳

Claims (9)

1. 一種交流-直流電壓轉換電路的控制晶片，該控制晶片具有輸出電壓回饋腳和閘極驅動腳，所述交流-直流電壓轉換電路包括變壓器和功率開關管，所述功率開關管的閘極與所述閘極驅動腳連接、汲極和源極分別與所述變壓器的一次繞組和地連接，其特徵在於，包括：連接到所述輸出電壓回饋腳的導通時間鉗位元電路，該導通時間鉗位元電路在所述功率開關管處於導通狀態時，將所述輸出電壓回饋腳處的電壓鉗位元到預定電壓；連接到所述輸出電壓回饋腳的電流檢測電路，該電流檢測電路在所述功率開關管處於導通狀態時，檢測從所述輸出電壓回饋腳流向所述變壓器的輔助繞組的電流並生成電流檢測信號；連接到所述電流檢測電路的線電壓處理電路，該線電壓處理電路基於所述電流檢測信號判斷所述交流-直流電壓轉換電路的輸入線電壓是否過壓並生成線電壓過壓檢測信號；連接到所述線電壓處理電路的核心控制電路，該核心控制電路基於所述線電壓過壓檢測信號生成閘極控制信號；以及連接在所述核心控制電路和所述閘極驅動腳之間的驅動器，該驅動器基於所述閘極控制信號生成用於驅動所述功率開關管的導通與關斷的閘極驅動信號。
2. 如請求項1所述的控制晶片，其中，所述導通時間鉗位元電路包括電壓鉗位元電路和鉗位元使能電路，其中：所述電壓鉗位元電路的第一端子與所述預定電壓連接、第二端子與所述輸出電壓回饋腳連接、第三端子與所述鉗位元使能電路的第一端子連接，所述鉗位元使能電路的第一端子與所述電壓鉗位元電路的第三端子連接、第二端子與所述核心控制電路的輸出端連接、第三端子接地。
3. 如請求項2所述的控制晶片，其中，所述電壓鉗位元電路包括第一運算放大器和第一電晶體，所述第一運算放大器的正相輸入端用作所述電壓鉗位元電路的第一端子、反相輸入端與所述第一電晶體的源極連接、輸出端與所述第一電晶體的閘極連接，所述第一電晶體的源極和閘極分別用作所述電壓鉗位元電路的第二端子和第三端子。
4. 如請求項2所述的控制晶片，其中，所述鉗位元使能電路包括導通時間控制模組和第二電晶體，所述導通時間控制模組的第一端子用作所述鉗位元使能電路的第二端子、第二端子與所述第二電晶體的閘極連接，所述第二電晶體的汲極和源極分別用作所述鉗位元使能電路的第一端子和第三端子。
5. 如請求項1所述的控制晶片，其中，所述電流檢測電路的第一端子與所述輸出電壓回饋腳連接、第二端子與所述控制晶片的內部電源連接、第三端子用作所述電流檢測電路的輸出端與所述線電壓處理電路連接。
6. 如請求項5所述的控制晶片，其中，所述電流檢測電路由電流鏡實現。
7. 如請求項1所述的控制晶片，其中，所述線電壓處理電路的第一端子與所述電流檢測電路的輸出端連接、第二端子接地、第三端子與過壓檢測閾值電壓連接、第四端子用作所述線電壓處理電路的輸出端與所述核心控制電路連接。
8. 如請求項7所述的控制晶片，其中，所述線電壓處理電路包括電阻和第二運算放大器，所述電阻的第一端子與所述第二運算放大器的正相輸入端連接、第二端子用作所述線電壓處理電路的第二端子接地，所述第二運算放大器的正相輸入端、反相輸入端、和輸出端分別用作所述線電壓處理電路的第一端子、第三端子、和第四端子。
9. 一種交流-直流電壓轉換電路，其特徵在於，包括：變壓器；功率開關管；以及如請求項1至8中任一項所述的控制晶片，所述控制晶片具有輸出電 壓回饋腳和閘極驅動腳；所述功率開關管的閘極與所述閘極驅動腳連接，汲極和源極分別與所述變壓器的一次繞組和地連接。

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