高壓電流源復用採樣電路和開關電源的製作方法
2023-09-12 01:32:25
專利名稱：高壓電流源復用採樣電路和開關電源的製作方法
技術領域：
本發明涉及電子技術，特別涉及集成電路技術。
背景技術：
傳統開關電源轉換器中的啟動電路多為電阻，電源上電啟動後，啟動電阻存在較大的功率損耗，對輕載和空載時影響較大。並且，傳統開關電源轉換器開關電流檢測採用開關功率管外接限流電阻來實現，這既增加了功耗也增加了腳位成本。因此，為了解決上訴問題，需要提供新技術來完成開關電源的啟動和變壓器主邊的限流檢測。傳統用電阻啟動電路如圖I所示，圖I描繪了一種基於傳統電阻啟動技術的開關 電源10。一控制電路11與一反饋單元14相連，14產生輸出反饋信號Vfb，變壓器TRl主邊電流Is流過檢流電阻Rs產生檢測信號\，Vfb和Vs —起進入11控制產生Vsw信號，該開關信號調節開關電源10的輸出信號\。11通過電阻Rst上電啟動，當接入輸入信號Vin時，11內部UVLO模塊對VCC信號進行採樣，當VCC電壓達到一預設值時，晶片正常工作，內部電路13產生偏置信號BIAS，為晶片其他部分提供參考電壓和電流。10正常工作時TRl輔邊給VCC電容Cvcc充電，以維持內部供電。由以上分析可以看出，啟動電阻Rst在啟動周期結束後仍然有電流流過，而傳統開關電源啟動電阻Rst —般約為1ΜΩ，因此，其最大功耗為PST=(380V)2/lMQ=144mW。因此此種啟動技術對輕載效率影響很大，不容易通過國際能源規範(如美國能源之星)，此外，Vs外部腳位也增加了 IC成本。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種低功耗的基於耗盡型MOS管的高壓電流源復用採樣電路。本發明解決所述技術問題採用的技術方案是，高壓電流源復用採樣電路，包括開關電流輸入端、開關信號輸入端、內部供電輸入端、整流控制信號輸入端和檢測電流端，還包括開關功率管，其柵極與開關信號輸入端相連，漏極與開關電流輸入端相連，源極接地；高壓耗盡型MOS管，其漏極與開關功率管漏極相連，柵極與耗儘管偏置電路相連；源極接啟動/動態自供電輔助電路和採樣信號產生輔助電路。所述耗儘管偏置電路包括第一電阻、第二電阻和第一電容，第一電阻和第二電阻串聯於高壓耗盡型MOS管的源極和地電平之間，第一電阻和第二電阻的連接點接高壓耗盡型MOS管的柵極，高壓耗盡型MOS管的柵極通過第一電容接地。或者，所述耗儘管偏置電路包括第一電阻、第二電阻和肖特基勢壘二極體，第一電阻和第二電阻串聯於高壓耗盡型MOS管的源極和地電平之間，第一電阻和第二電阻的連接點接高壓耗盡型MOS管的柵極，肖特基勢壘二極體正極接地，負極接高壓耗盡型MOS管的柵極。或者，所述耗儘管偏置電路為直接接地。啟動/動態自供電輔助電路與高壓耗盡型MOS管連接實現晶片啟動和動態自供電功能。所述啟動/動態自供電輔助電路包括第三電阻，連接高壓耗盡型MOS管的源極和第一參考點A ；第四電阻，連接第一參考點A和第二參考點B ；第二 MOS管，漏極接第二參考點B，柵極接整流控制信號輸入端，源極接地；
第三MOS管，柵極接第二 MOS管的漏極，源極接內部供電輸入端，漏極接第三電阻和第四電阻的連接點。所述採樣信號產生輔助電路包括第五電阻，連接高壓耗盡型MOS管的源極和第四MOS管的漏極；串聯於第四MOS管的源極和地電平之間的第六電阻、第七電阻；第四MOS管，柵極接控制信號；穩壓管，連接高壓耗盡型MOS管的源極和地電平。採樣信號產生輔助電路與高壓耗盡型MOS管連接實現對開關功率管電流(即變壓器主邊電流)採樣。本發明還提供帶有前述的高壓電流源復用採樣電路的開關電源。本發明可應用於功率開關管外置或單片集成方案的AC/DC開關電源控制晶片中，完成晶片的高壓啟動。高壓啟動後可為晶片提供動態自供電，因此不需要輔助線圈為VCC供電。同時，啟動後耗儘管自動充當檢測電晶體，完成對開關電源變壓器的主邊限流檢測功能，減少了 Vs腳位成本。
圖I使基於傳統電阻啟動電路和變壓器主邊限流的開關電源變換器。圖2是本發明的結構示意圖。圖3是本發明實施例一的示意圖。圖4是本發明實施例二的示意圖。圖5是本發明實施例三的示意圖。圖6是基於本發明的開關電源的電路原理示意框圖。
具體實施方案參見圖2。本發明包括一開關功率管MO，由開關信號Vsw控制其導通關斷；一耗盡型MOS管Ml及其偏置電路，啟動/動態自供電輔助電路200，功率管電流採樣信號產生輔助電路300。當接入輸入電壓Vin後，由耗盡型MOS管Ml及其偏置電路100提供啟動電流，此啟動電流輸入到啟動/動態自供輔助電路200中，給VCC端電容充電，達到一定預設電壓後晶片正常工作。第三電阻R3用於對充電電流限流，第四電阻R4與第三MOS管M3的柵漏相連，為M3提供偏置。第二 MOS管M2漏端與第三MOS管M3柵極相連，源極接地，柵極接控制信號νΚΗ；，νΚΕ(；為檢測VCC信號變化而產生的控制信號，控制對VCC端電容充電，實現晶片動態自供電。參見圖2中採樣信號產生輔助電路300，為開關功率管MO電流(即變壓器主邊電流)採樣信號Vs產生電路。當晶片正常啟動後，耗盡型MOS管Ml自動充當開關功率管MO的流限採樣電晶體。當開關功率管MO開啟時，將開關功率管MO等效為一電阻Ron,開關功率管MO電流逐漸增大，使得其漏端電壓信號『DRAIN』電壓線性增加，此時高壓耗盡型MOS管Ml工作在深線性區，其源端電壓跟隨『DRAIN』信號變化。採樣信號產生電路300中通過第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7和第四MOS管M4 (開關管)將高壓耗盡型MOS管Ml源端信號轉化為採樣信號Vs，這樣Vs就反映了開關功率管MO中電流的變化，用於對開關功率管MO中電流限流。其中三個電阻R5、R6、R7作用在於對 高壓耗盡型MOS管Ml源端信號分壓採樣，穩壓管ZDl作用在於防止高壓耗盡型MOS管Ml源端信號過高后損壞內部器件，第四MOS管M4柵端接控制信號ν_，ν·為前沿消隱信號，在於防止採樣錯誤而產生錯誤開關信號Vsw，誤關斷開關功率管MO。參見圖3，為本發明的實施例一，耗儘管偏置電路100由第一電阻R1、第二電阻R2和第一電容Cl組成，第一電阻Rl和第二電阻R2分壓給高壓耗盡型MOS管Ml提供偏置，用於控啟動時耗儘管電流(啟動電流)，為了達到降低功耗的目的，應將第一電阻R1、第二電阻R2的阻值設置在ΜΩ量級。第一電容Cl的作用在於在晶片正常工作時，防止『DRAIN』信號的變化時，高壓耗盡型MOS管Ml柵漏寄生電容耦合作用使高壓耗盡型MOS管Ml柵端電壓瞬間升高時損壞器件。同時，電容Cl存儲一定電荷，在對開關功率管MO打開進行電流採樣時，高壓耗盡型MOS管Ml柵端端電壓較高，保證高壓耗盡型MOS管Ml工作在線形區，達到正確採樣的目的。參見圖4，為本發明的實施例二，耗儘管偏置電路100由高壓耗盡型MOS管Ml、第一電阻Rl、第二電阻R2和肖特基勢壘二極體SBDI組成，由第一電阻Rl和第二電阻R2分壓為高壓耗盡型MOS管Ml提供偏置，肖特基勢壘二極體SBDl同樣可以起到圖3中第一電容Cl的作用。參見圖5，為本發明的實例三，當高壓耗盡型MOS管Ml的閾值電壓絕對值較大時，將柵端接地的偏置電路。參見圖6電路框圖2000，為一種基於耗盡型MOS管的高壓電流源及復用採樣電路實施例的一種開關電源，包括一開關電源晶片400, —變壓器TR1。開關電源晶片400包括本發明結構1000，RE⑶LATOR模塊600，PFM控制器700。當接入輸入信號Vin後，晶片400通過1000啟動上電產生內部供電電壓VCC，晶片正常工作。之後700開始產生PFM控制信號Vsw，控制開關功率管導通關斷。RE⑶LATOR模塊產生控制信號Vkk，控制對晶片的動態自供電。同時，1000中Ml自動充當檢測電晶體，檢測MO電流，輸出採樣信號Vs。變壓器TRl通過一輔邊採樣輸出電壓V。，實現原邊反饋，提供一反饋採樣信號VFB，Vs和Vfb輸入到700中，用於自動調節控制信號Vsw的產生。
權利要求
1.高壓電流源復用採樣電路，包括開關電流輸入端[DRAIN]、開關信號輸入端[Vsw]、內部供電輸入端[Vcc]、整流控制信號輸入端[V·]和檢測電流端[Vs]，其特徵在於，還包括 開關功率管[MO]，其柵極與開關信號輸入端[Vsw]相連，漏極與開關電流輸入端[DRAIN]相連，源極接地； 高壓耗盡型MOS管[Ml]，其漏極與開關功率管[MO]漏極相連，柵極與耗儘管偏置電路[100]相連；源極接啟動/動態自供電輔助電路[200]和採樣信號產生輔助電路[300]。
2.如權利要求I所述的高壓電流源復用採樣電路，其特徵在於，所述耗儘管偏置電路[100]包括第一電阻[R1]、第二電阻[R2]和第一電容[Cl]，第一電阻[R1]和第二電阻[R2]串聯於高壓耗盡型MOS管[Ml]的源極和地電平之間，第一電阻[R1]和第二電阻[R2]的連接點接高壓耗盡型MOS管[Ml]的柵極，高壓耗盡型MOS管[Ml]的柵極通過第一電容[Cl]接地。
3.如權利要求I所述的高壓電流源復用採樣電路，其特徵在於，所述耗儘管偏置電路[100]包括第一電阻[R1]、第二電阻[R2]和肖特基勢壘二極體[SBD1]，第一電阻[R1]和第二電阻[R2]串聯於高壓耗盡型MOS管[Ml]的源極和地電平之間，第一電阻[R1]和第二電阻[R2]的連接點接高壓耗盡型MOS管[Ml]的柵極，肖特基勢壘二極體[SBD1]正極接地，負極接高壓耗盡型MOS管[Ml]的柵極。
4.如權利要求I所述的高壓電流源復用採樣電路，其特徵在於，所述耗儘管偏置電路為直接接地。
5.如權利要求I所述的高壓電流源復用採樣電路，其特徵在於，所述啟動/動態自供電輔助電路[200]包括 第三電阻[R3]，連接高壓耗盡型MOS管[Ml]的源極和第一參考點A ； 第四電阻[R4]，連接第一參考點A和第二參考點B; 第二 MOS管[M2]，漏極接第二參考點B，柵極接整流控制信號輸入端[VkeJ，源極接地； 第三MOS管[M3]，柵極接第二 MOS管[M2]的漏極，源極接內部供電輸入端[Vcc]，漏極接第三電阻[R3]和第四電阻[R4]的連接點。
6.如權利要求I所述的高壓電流源復用採樣電路，其特徵在於，所述採樣信號產生輔助電路[300]包括 第五電阻[R5]，連接高壓耗盡型MOS管[Ml]的源極和第四MOS管[M4]的漏極； 串聯於第四MOS管[M4]的源極和地電平之間的第六電阻[R6]、第七電阻[R7]; 第四MOS管[M4]，柵極接控制信號； 穩壓管[ZD1]，連接高壓耗盡型MOS管[Ml]的源極和地電平。
7.帶有權利要求I所述的高壓電流源復用採樣電路的開關電源。
全文摘要
高壓電流源復用採樣電路和開關電源，涉及集成電路技術。本發明包括開關電流輸入端、開關信號輸入端、內部供電輸入端、整流控制信號輸入端和檢測電流端，還包括開關功率管，其柵極與開關信號輸入端相連，漏極與開關電流輸入端相連，源極接地；高壓耗盡型MOS管，其漏極與開關功率管漏極相連，柵極與耗儘管偏置電路相連；源極接啟動/動態自供電輔助電路和採樣信號產生輔助電路。本發明啟動後耗儘管自動充當檢測電晶體，完成對開關電源變壓器的主邊限流檢測功能，減少了VS腳位成本。
文檔編號H02M1/36GK102832797SQ20121030525
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月24日 優先權日2012年8月24日
發明者張國俊, 楊興, 李威, 李平 申請人:電子科技大學