無輔助繞組方式實現集成電路供電的隔離式電源電路結構的製作方法

2023-06-14 14:42:46

專利名稱：無輔助繞組方式實現集成電路供電的隔離式電源電路結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及電路結構技術領域，特別涉及集成電路的電源電路結構技術領域，具體是指一種無輔助繞組方式實現集成電路供電的隔離式電源電路結構。
背景技術：
傳統的隔離式電源模塊變壓器包含三組繞組，分別是變壓器存儲能量的原邊繞組、供給負載的輸出繞組和給集成電路供電的輔助繞組。如圖1所示，為現有的帶有高壓啟動的電源管理集成電路，其也不例外地包含了隔離式電源模塊變壓器的三個繞組。圖1中各器件與模塊的標號含義及其功能如下AC:交流電源；高壓整流模塊將交流電源整流成直流高壓電；VBUCK :高壓整流輸出穩壓直流電；L1:變壓器原邊繞組，用來給變壓器儲能；L2 :變壓器輸出邊繞組，用來傳輸變壓器原邊存儲的能量；L3 :變壓器輔助繞組，用來給脈寬調製器提供工作電流；RST :啟動電阻，在啟動階段給QO提供基極電流，通過QO的放大作用給CVCC充電；Q0:聞壓開關功率管；Ql :高壓啟動輔助三極體；QO與Ql共同構成變壓器原邊存儲能量時的電流通路；DVCC :集成電路供電源VCC的整流二極體；CVCC :集成電路供電源VCC的儲能濾波電容；脈寬調製器產生脈寬調製信號控制開關管Q0、Q1的通斷；DOUT :輸出邊整流肖特基二極體；輸出負載受供電設備或者測試設備。如圖1所示的帶有高壓啟動的電源管理集成電路的工作原理為AC交流電經過高壓整流濾波模塊變成高壓直流電信號VBUCK，VBUCK加在RST上為高壓功率開關管QO提供基極電流，基極電流經QO放大後給CVCC充電，當VCC電壓達到集成電路啟動電壓以後集成電路開始工作，此後QO與Ql同步開關開始正常工作，隨著能量的傳輸VOUT建立，於此同時變壓器的L3感應出對應的電壓給CVCC充電來提供集成電路工作所需消耗的電量，而在VCC達到集成電路啟動電壓之前Ql保持關斷狀態。但是採用輔助繞組向集成電路供電存在電路結構複雜，生產成本較高的問題。而且，高壓啟動輔助三極體Ql的頻繁通斷，一方面開關動作造成了能量損耗；另一方面將變壓器存儲能量的電荷釋放到地上，也造成了能量損耗，並且容易造成器件損壞，影響電源電路的整體使用壽命
發明內容
本發明的目的是克服了上述現有技術中的缺點，提供一種電路結構簡單，生產成本低廉，使用壽命長，其應用範圍較為廣泛的以無輔助繞組方式實現集成電路供電的隔離式電源電路結構。為了實現上述的目的，本發明的以無輔助繞組方式實現集成電路供電的隔離式電源電路結構具有如下構成該以無輔助繞組方式實現集成電路供電的隔離式電源電路結構包括隔離式變壓器、高壓整流濾波電路模塊和集成電路模塊。所述的高壓整流濾波電路模塊包括交流電輸入端和直流電輸出端，所述的交流電輸入端連接交流電源，所述的直流電輸出端連接所述的隔離式變壓器的初級側，所述的變壓器的次級側連接負載。該隔離式變壓器初級側繞組僅包括原邊繞組，次級側繞組僅包括副邊繞組。在不包括輔助繞組的情況下，該集成電路模塊利用一個遲滯比較器控制從所述的原邊繞組向儲能濾波電容充電的電路的導通或關斷，實現向該集成電路模塊的供電。該以無輔助繞組方式實現集成電路供電的隔離式電源電路結構中，所述的集成電路模塊包括高壓開關功率管、高壓啟動輔助三極體、整流二極體、脈寬調製器、驅動電路模塊、與門電路模塊和所述的遲滯比較器；其中，高壓開關功率管的基極通過啟動電阻連接所述的直流電輸出端，該高壓開關功率管的發射極連接所述的整流二極體的陽極，所述的整流二極體的陰極連接所述的儲能濾波電容的一端，該儲能濾波電容的另一端接地，所述的高壓開關功率管的發射極還連接所述的高壓啟動輔助三極體的集電極，該高壓啟動輔助三極體的發射極接地；所述的脈寬調製器的輸入端連接所述的整流二極體的陰極，該脈寬調製器的一個輸出端通過所述的驅動電路模塊連接所述的高壓開關功率管的基極，另一個輸出端連接所述的與門電路模塊的一個輸入端；驅動電路模塊還連接所述的整流二極體的陰極，用以產生高於整流二極體的陰極電壓的驅動信號，來驅動所述的高壓開關功率管；所述的遲滯比較器的正相輸入端連接整流二極體的陰極電壓採樣端，該遲滯比較器的反相輸入端連接參考電壓，該遲滯比較器的輸出端連接所述的與門電路模塊的另一個輸入端，該與門電路模塊的輸出端連接所述的高壓啟動輔助三極體的基極。該以無輔助繞組方式實現集成電路供電的隔離式電源電路結構中，所述的驅動電路模塊產生的驅動信號比所述的整流二極體的陰極電壓高5V。該以無輔助繞組方式實現集成電路供電的隔離式電源電路結構中，所述的集成電路模塊的整流二極體陰極電壓採樣端還包括第一採樣分壓電阻和第二採樣分壓電阻，所述的第一採樣分壓電阻一端和第二採樣分壓電阻的一端分別連接所述的儲能濾波電容的兩端，所述的第一採樣分壓電阻另一端和第二採樣分壓電阻的另一端相互連接，所述的第一採樣分壓電阻和第二採樣分壓電阻間的節點連接所述的遲滯比較器的正相輸入端。該以無輔助繞組方式實現集成電路供電的隔離式電源電路結構中，所述的直流電輸出端連接所述的原邊繞組的異名端，該原邊繞組的同名端連接所述的集成電路模塊；所述的副邊繞組的同名端通過整流肖特基二極體連接輸出負載。採用了該發明的以無輔助繞組方式實現集成電路供電的隔離式電源電路結構，其包括隔離式變壓器、高壓整流濾波電路模塊和集成電路模塊，高壓整流濾波電路模塊的直流電輸出端連接隔離式變壓器的初級側，變壓器的次級側連接負載，該隔離式變壓器初級側繞組僅包括原邊繞組，次級側繞組僅包括副邊繞組，在不包括輔助繞組的情況下，該集成電路模塊利用一個遲滯比較器控制從所述的原邊繞組向儲能濾波電容充電的電路的導通或關斷，實現向該集成電路模塊的供電。從而省去了輔助繞組，有效簡化了電路結構，降低了生產成本，且本發明的以無輔助繞組方式實現集成電路供電的隔離式電源電路結構的轉換效率高、使用壽命較長，應用範圍也較為廣泛。


圖1現有技術中的帶有高壓啟動的電源管理集成電路的電路結構示意圖。圖2為本發明的以無輔助繞組方式實現集成電路供電的隔離式電源電路結構的示意圖。
具體實施例方式為了能夠更清楚地理解本發明的技術內容，特舉以下實施例詳細說明。請參閱圖2所示，為本發明的以無輔助繞組方式實現集成電路供電的隔離式電源電路結構的示意圖。其中各器件與模塊的標號含義及其功能如下AC:交流電源；
·
高壓整流模塊將交流電源整流成直流高壓電；VBUCK :高壓整流輸出穩壓直流電；L1:變壓器原邊繞組，用來給變壓器儲能；L2 :變壓器副邊繞組，用來傳輸變壓器原邊存儲的能量；RST :啟動電阻，在啟動階段給QO提供基極電流，通過QO的放大作用給CVCC充電；Q0:聞壓開關功率管；Ql :高壓啟動輔助三極體； DVCC =VCC 整流二極體；CVCC :集成電路供電源VCC的儲能濾波電容；DOUT :副邊整流肖特基二極體；脈寬調製器產生脈寬調製信號控制開關管QO的通斷，並與VCCComp. —起決定Ql的通斷；VCCComp =VCC電壓檢測遲滯比較器，如果VCC低於下限閾值電壓則保持Ql關斷，如果VCC高於上限閾值電壓則脈寬調製器產生的脈寬調製信號決定Ql的通斷(工作時VCC的平均電壓=VCC_refX [Rl+R2]/R2，VCC的上限閾值電壓比平均電壓高Λ V，下限閾值電壓比平均電壓低Λ V)；Rl、R2 VCC電壓採樣分壓電阻，為VCCComp提供輸入信號；VCC_ref :來自基準電源的穩壓參考電源，作為VCCComp的一路輸入信號，用作VCC電壓聞低判斷的參考；BOOST驅動模塊產生一個高於VCC5V的驅動信號，用來驅動QO ；輸出負載受供電設備或者測試設備。在一種實施方式中，該以無輔助繞組方式實現集成電路供電的隔離式電源電路結構包括隔離式變壓器、高壓整流濾波電路模塊和集成電路模塊。所述的高壓整流濾波電路模塊包括交流電輸入端和直流電輸出端，所述的交流電輸入端連接交流電源，所述的直流電輸出端連接所述的隔離式變壓器的初級側，所述的變壓器的次級側連接負載。所述的隔離式變壓器初級側繞組僅包括原邊繞組，次級側繞組僅包括副邊繞組，而不包括輔助繞組。直流電輸出端連接所述的原邊繞組的異名端，該原邊繞組的同名端連接所述的集成電路模塊；副邊繞組的同名端通過整流肖特基二極體DOUT連接輸出負載。該集成電路模塊包括高壓開關功率管Q0、高壓啟動輔助三極體Q1、整流二極體DVCC、脈寬調製器、驅動電路模塊BOOST、與門電路模塊和所述的遲滯比較器VCCComp ;其中，高壓開關功率管QO的基極通過啟動電阻RST連接所述的直流電輸出端，該高壓開關功率管QO的發射極連接所述的整流二極體DVCC的陽極，所述的整流二極體DVCC的陰極VCC連接所述的儲能濾波電容CVCC的一端，該儲能濾波電容CVCC的另一端接地，所述的高壓開關功率管QO的發射極還連接所述的高壓啟動輔助三極體Ql的集電極，該高壓啟動輔助三極體Ql的發射極接地；所述的脈寬調製器的輸入端連接所述的整流二極體DVCC的陰極VCC,該脈寬調製器的一個輸出端通過所述的驅動電路模塊BOOST連接所述的高壓開關功率管QO的基極，另一個輸出端連接所述的與門電路模塊的一個輸入端；所述的驅動電路模塊BOOST還連接所述的整流二極體DVCC的陰極VCC，用以產生高於整流二極體DVCC的陰極VCC電壓5V的驅動信號，從而驅動所述的高壓開關功率管QO ;所述的遲滯比較器VCCComp的正相輸入端連接整流二極體DVCC的陰極VCC電壓採樣端，該遲滯比較器VCCComp的反相輸入端連接參考電壓VCC_ref，該遲滯比較器VCCComp的輸出端連接所述的與門電路模塊的另一個輸入端，該與門電路模塊的輸出端連接所述的高壓啟動輔助三極體Ql的基極。從而利用該遲滯比較器VCCComp控制從所述的原邊繞組向儲能濾波電容CVCC充電的電路的導通或關斷，實現向該集成電路模塊的供電。在更優選的實施方式中，所述的集成電路模塊還包括第一採樣分壓電阻Rl和第二採樣分壓電阻R2，所述的第一採樣分壓電阻Rl —端和第二採樣分壓電阻R2的一端分別連接所述的儲能濾波電容CVCC的兩端，所述的第一採樣分壓電阻Rl另一端和第二採樣分壓電阻R2的另一端相互連接，所述的第一採樣分壓電阻Rl和第二採樣分壓電阻R2間的節點連接所述的遲滯比較器VCCComp的正相輸入端。

在實際的應用中，本發明的電路結構的工作模式是，AC交流電經過高壓整流濾波模塊變成高壓直流電信號VBUCK，VBUCK加在RST上為高壓功率開關管QO提供基極電流，基極電流經QO放大後給CVCC充電，當VCC電壓達到集成電路啟動電壓12V時集成電路開始工作。與此同時產生一個4V的￥0_代€信號，1 1:1 2=101(011111:101(011111，￥0工作的平均電壓為VCC_ref X [Rl+R2]/R2 = 8V ;遲滯比較器的遲滯窗口為2V (也就是遲滯比較器的上限比較點和下限比較點分別為5V和3V。此時由於Rl和R2的採樣電壓為12V/2 = 6V，高於遲滯比較器的上限比較點，所以遲滯比較器VCCComp輸出高電平，Ql與QO同時受控於脈寬調製器並同步開關，隨著集成電路工作的進行，CVCC上存儲的電荷被消耗，直至Rl與R2上採樣的VCC電壓低於遲滯比較器的下限比較電壓3V時，遲滯比較器翻轉輸出低電平，此後Ql關斷，QO受控於脈寬調製器，在開周期給變壓器原邊繞組存儲能量的同時將電荷充到CVCC上；直至Rl和R2上的VCC採樣電壓高於遲滯比較器的上限比較電壓5V時，遲滯比較器再次輸出高電平，Ql與QO同時受控於脈寬調製器並同步開關；這樣VCC就在3VX2 = 6V至5VX2= IOV之間工作。由此集成電路的供電電源就不再需要變壓器引出一路單獨的繞組來給集成電路供電。
由於該電路結構包含了一個遲滯比較器，當VCC低到限定值時就打開充電電路利用變壓器原邊繞組存儲能量的電流給CVCC充電，當VCC高到限定值時就關閉充電電路；所述變壓器原邊繞組通過所述高壓功率開關管開周期上升的電流存儲能量，所述高壓功率開關管受控於所述BOOST驅動電路；所述BOOST驅動電路產生的驅動信號比VCC電平高5V ；所述整流二極體在充電電路工作時正嚮導通，在充電電路不工作時反向截止。本發明的優點在於1、省去了變壓器的一路繞組，使得變壓器的設計更簡潔、更方便、更低成本、體積更小；2、原邊線圈存儲能量的電流直接儲存在CVCC上供集成電路工作所需，提高了電能的有效利用率；3、減少了高壓啟動輔助三極體Ql的開關次數和導通時間，使得Ql的開關損耗和導通損耗都大大降低，提高了整機工作效率，延長了使用壽命；4、可以方便地通過改變Rl和R2的值來調節VCC的工作電壓。採用了該發明的以無輔助繞組方式實現集成電路供電的隔離式電源電路結構，其包括隔離式變壓器、高壓整流濾波電路模塊和集成電路模塊，高壓整流濾波電路模塊的直流電輸出端連接隔離式變壓器的初級側，變壓器的次級側連接負載，該隔離式變壓器初級側繞組僅包括原邊繞組，次級側繞組僅包括副邊繞組，在不包括輔助繞組的情況下，該集成電路模塊利用一個遲滯比較器控制從所述的原邊繞組向儲能濾波電容充電的電路的導通或關斷，實現向該集成電路模塊的供電。從而省去了輔助繞組，有效簡化了電路結構，降低了生產成本，且本發明的以無輔助繞組方式實現集成電路供電的隔離式電源電路結構的轉換效率高、使用壽命較長，應用範圍也較為廣泛。在此說明書中，本發明已參照其特定的實施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出各種修改和變換而不背離本發明的精神和範圍。因此，說明書和附圖應被認為是說明性的而非限制性的。
權利要求
1.一種以無輔助繞組方式實現集成電路供電的隔離式電源電路結構，該電路結構包括隔離式變壓器、高壓整流濾波電路模塊和集成電路模塊，所述的高壓整流濾波電路模塊包括交流電輸入端和直流電輸出端，所述的交流電輸入端連接交流電源，所述的直流電輸出端連接所述的隔離式變壓器的初級側，所述的變壓器的次級側連接負載，其特徵在於， 所述的隔離式變壓器初級側繞組僅包括原邊繞組，所述的隔離式變壓器的次級側繞組僅包括副邊繞組；所述的集成電路模塊包括一個遲滯比較器(VCCComp)，利用該遲滯比較器 (VCCComp)控制從所述的原邊繞組向儲能濾波電容(CVCC)充電的電路的導通或關斷。
2.根據權利要求1所述的以無輔助繞組方式實現集成電路供電的隔離式電源電路結構，其特徵在於，所述的集成電路模塊包括高壓開關功率管(Q0)、高壓啟動輔助三極體 (Q1)、整流二極體(DVCC)、脈寬調製器、與門電路模塊和所述的遲滯比較器(VCCComp);其中，高壓開關功率管(QO)的基極通過啟動電阻(RST)連接所述的直流電輸出端，該高壓開關功率管(QO)的發射極連接所述的整流二極體(DVCC)的陽極，所述的整流二極體(DVCC) 的陰極(VCC)連接所述的儲能濾波電容(CVCC)的一端，該儲能濾波電容(CVCC)的另一端接地，所述的高壓開關功率管(QO)的發射極還連接所述的高壓啟動輔助三極體(Ql)的集電極，該高壓啟動輔助三極體(Ql)的發射極接地；所述的脈寬調製器的輸入端連接所述的整流二極體(DVCC)的陰極(VCC)，該脈寬調製器的一個輸出端連接所述的高壓開關功率管(QO)的基極，另一個輸出端連接所述的與門電路模塊的一個輸入端；所述的遲滯比較器 (VCCComp)的正相輸入端連接整流二極體(DVCC)的陰極(VCC)電壓採樣端，該遲滯比較器 (VCCComp)的反相輸入端連接參考電壓(VCC_ref)，該遲滯比較器(VCCComp)的輸出端連接所述的與門電路模塊的另一個輸入端，該與門電路模塊的輸出端連接所述的高壓啟動輔助三極體(Ql)的基極。
3.根據權利要求2所述的以無輔助繞組方式實現集成電路供電的隔離式電源電路結構，其特徵在於，所述的集成電路模塊還包括驅動電路模塊(BOOST)，所述的驅動電路模塊 (BOOST)連接於所述的脈寬調製器的輸出端與所述的高壓開關功率管(QO)的基極之間，且還連接所述的整流二極體(DVCC)的陰極(VCC)，用以產生高於整流二極體(DVCC)的陰極 (VCC)電壓的驅動信號，來驅動所述的高壓開關功率管(Q0)。
4.根據權利要求3所述的以無輔助繞組方式實現集成電路供電的隔離式電源電路結構，其特徵在於，所述的驅動電路模塊(BOOST)產生的驅動信號比所述的整流二極體 (DVCC)的陰極(VCC)電壓高5V。
5.根據權利要求3所述的以無輔助繞組方式實現集成電路供電的隔離式電源電路結構，其特徵在於，所述的集成電路模塊還包括第一採樣分壓電阻(Rl)和第二採樣分壓電阻 (R2)，所述的第一採樣分壓電阻(Rl) —端和第二採樣分壓電阻(R2)的一端分別連接所述的儲能濾波電容(CVCC)的兩端，所述的第一採樣分壓電阻(Rl)另一端和第二採樣分壓電阻(R2)的另一端相互連接，所述的第一採樣分壓電阻(Rl)和第二採樣分壓電阻(R2)間的節點連接所述的遲滯比較器(VCCComp )的正相輸入端。
6.根據權利要求1所述的以無輔助繞組方式實現集成電路供電的隔離式電源電路結構，其特徵在於，所述的直流電輸出端連接所述的原邊繞組的異名端，該原邊繞組的同名端連接所述的集成電路模塊；所述的副邊繞組的同名端通過整流肖特基二極體(DOUT)連接輸出負載。
全文摘要
本發明涉及一種以無輔助繞組方式實現集成電路供電的隔離式電源電路結構，屬於電路結構技術領域。該電路結構包括隔離式變壓器、高壓整流濾波電路模塊和集成電路模塊，高壓整流濾波電路模塊的直流電輸出端連接隔離式變壓器的初級側，變壓器的次級側連接負載，該隔離式變壓器初級側繞組僅包括原邊繞組，次級側繞組僅包括副邊繞組，在不包括輔助繞組的情況下，該集成電路模塊利用一個遲滯比較器控制從原邊繞組向儲能濾波電容充電的電路的通斷，實現向該集成電路模塊的供電。從而省去了輔助繞組，有效簡化了電路結構，降低了生產成本，且本發明的以無輔助繞組方式實現集成電路供電的隔離式電源電路結構的轉換效率高、使用壽命較長，應用範圍也較為廣泛。
文檔編號H02M3/335GK103051196SQ201310016269
公開日2013年4月17日 申請日期2013年1月16日 優先權日2013年1月16日
發明者田劍彪, 朱振東, 王換飛 申請人:紹興光大芯業微電子有限公司