變換器的快速啟動控制電路的製作方法
2023-04-26 00:46:11 1
變換器的快速啟動控制電路的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種變換器的快速啟動控制電路，其特徵在於，所述電路包括基準檢測單元、採樣保持單元、放大器、調製單元、輸出單元和控制單元；所述控制單元的第一輸入端輸入反饋電壓，第二輸入端與所述基準檢測單元的輸出端相連接，第一輸出端分別與所述採樣保持單元和所述放大器相連；所述基準檢測單元的輸入端輸入電源電壓；所述採樣保持單元的輸入端輸入所述反饋電壓，其輸出端與所述放大器相連；所述放大器的輸出端與所述調製單元相連，所述調製單元的輸出端與所述輸出單元相連。本實用新型在不改變外部電阻和電容，保持較小靜態功耗和較快啟動速度的前提下，增加可用時間，來保證直流—交流變換器的正常啟動。
【專利說明】變換器的快速啟動控制電路
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及集成電路領域，特別是涉及一種變換器的快速啟動控制電路。
【背景技術】
[0002]隨著LED照明技術的發展，交流-直流LED驅動器需要支持更高的輸出功率，實現更高的控制精度。在同等工藝的條件下，高速高精度控制以及更大的驅動能力，都會使驅動器本身的工作電流提高，功耗變大。如果保持晶片外部啟動電路功耗不變，晶片的啟動時間會大大延長；如果要保持較小啟動時間，則需要提高外部啟動電路電流，降低效率。
[0003]圖1為現有技術的交流一直流變換器的一種實現架構。如圖1所示，橋式整流器將輸入的交流電壓進行整形，整形後的電壓稱為母線電壓，即把市電電壓Vin.sin(wt)轉化為可操作的電壓Vin.I sin(wt) I。變壓器Tl的輔助繞組連接到交流一直流控制器的FB端，控制器通過FB端檢測輸出電壓。母線電壓VM通過電阻R1連接到電容C1,同時，輔助繞組通過二極體D1連接到電容Q。C1連接控制器的VDD端，給控制器提供電源。
[0004]圖2為現有技術的交流一直流控制器的實現方式。如圖2所示，控制器的輸入分別連接VDD和反饋電壓FB，輸出DRV連接功率開關Ml。控制器包括基準&VDD檢測模塊、採樣保持電路，EA放大器，PWM調製器和輸出單元Driver。
[0005]基準&VDD檢測模塊用於產生基準電壓，檢測VDD電壓，產生Enable信號控制其他電路是否工作，該模塊消耗電流記為IQ1。採樣保持電路對反饋信號FB進行採樣保持，送給EA放大器與參考電壓Vref比較，產生誤差放大信號，再通過PWM調製器產生PWM開關信號驅動功率開關，實現環路控制。其中，採樣保持電路工作電流記為IQ2，EA放大器工作電流記為IQ3，PWM調製器和輸出Driver的工作電流合併記為IQ4。
[0006]圖3為現有技術的交流一直流控制器的啟動波形示意圖。如圖3所示，VDD電壓和FB電壓的初始電壓都為0，當接通電源後，VDD從OV開始上升，此時FB電壓仍為0，只有VM通過Rl給C1充電，充電電流為Ichg, VDD從OV上升到Vstart的時間記為V
r VM
[0007]Ichgk-^-
Ki
—C1Vstart C1Vstart
[0008]Γ? 1(HG-—工
R1 Q1
[0009]為保證電路能夠啟動，通常VM/R0L，
[0010]/=R1C1-
11 1 1 VM
[0011]當VDD電壓上升到Vstart電壓時，Enable信號變為高，採樣保持單元、EA放大器、PWM調製單元和driver輸出單元開始工作，DRV輸出產生脈衝信號，輸出能量，FB電壓開始上升。FB上升到超過VDD電壓之前，AB兩部分電路消耗的IQ1+IQ2+IQ3+IQ4的電流完全由VDD電容C1提供，VDD電壓下降。如圖3中虛線部分所示，如果VDD下降到Vuvuj電壓，Enable信號由高變低，會關閉採樣保持單元、EA放大器、PWM調製單元和driver輸出單元,並停止輸出，需要等VDD再次上升到Vstart才能工作。VDD由Vstart下降到V_所需時間記為t2 ;晶片消耗總電流IQtot:
[0012]I Qtot — Iq1 + Iq2+Iq3+Iq4
,.C1(Vstart-Vwzo)
[0013]tl--γ—~~Λ-1 O1t CHG
[0014]一般，好的設計希望有更快的啟動速度，因此需要減小h。而晶片需要在t2時間內將FB電壓充到Votw以上，才能保證正常工作。由公式可知，增大C1可以增大t2，但&也會增加，反之亦然。
[0015]因此，為了實現更高的控制精度，需要高速高精度的採樣保持電路和高精度的EA放大器。在同等的工藝下，性能(速度和精度)與功耗的折中是集成電路設計人員的常識之一。IQ2、IQ3很大，因此t2時間會顯著縮短。另一方面為了驅動更大的負載，減小輸出電壓紋波，輸出電容也會增大，導致FB電壓上升變慢，需要更長的時間才能將FB電壓充到VmQ以上為VDD供電。兩個因素共同作用，可能導致晶片無法在&時間內將FB電壓抬升到VmQ以上，晶片將重新啟動，重複上述過程，進入不停重啟的死循環而不能正常工作。
[0016]為保證晶片正常工作需要增大丨2，只能依靠增大C1電容。而增大C1電容可能會使h時間增大到無法接受的長度。縮短&時間可通過增大Iqk即減小電阻R1實現。而札上的靜態功耗是VM2/R1，較小的R1會消耗較大靜態功耗，又會使交流一直流變換器的效率下降。
實用新型內容
[0017]本實用新型的目的是在保持較小的靜態功耗和較快啟動的前提下，增加可用時間來保證直流一交流變換器的正常啟動。
[0018]為實現上述目的，本實用新型提供了一種變換器的快速啟動控制電路，其特徵在於，所述電路包括基準檢測單元、採樣保持單元、放大器、調製單元、輸出單元和控制單元；
[0019]所述控制單元的第一輸入端輸入反饋電壓，第二輸入端與所述基準檢測單元的輸出端相連接，第一輸出端分別與所述採樣保持單元和所述放大器相連；所述基準檢測單元的輸入端輸入電源電壓；所述採樣保持單元的輸入端輸入所述反饋電壓，其輸出端與所述放大器相連；所述放大器的輸出端與所述調製單元相連，所述調製單元的輸出端與所述輸出單元相連；
[0020]當所述電源電壓達到第一電壓時，所述反饋電壓小於參考電壓，第一使能信號為第一電平，第二使能信號為第二電平，所述控制單元將所述反饋電壓與所述參考電壓的比較結果進行處理，並且處理後的結果送至所述調製單元。
[0021]進一步地，所述控制單元包括比較器和邏輯單元；
[0022]所述比較器的第一輸入端輸入所述參考電壓，其第二輸入端輸入所述反饋電壓，其輸出端連接所述邏輯單元的輸入端；所述邏輯單元的輸出端分別與所述採樣保持單元和所述放大器相連；
[0023]所述反饋電壓與所述參考電壓進行比較，並將比較結果送給所述邏輯單元，所述邏輯單元對所述比較結果進行處理；
[0024]所述比較結果在第一時間內，當所述反饋電壓小於所述參考電壓時，所述第二使能信號為所述第二電平；當所述反饋電壓大於所述參考電壓時，所述第二使能信號為所述第一電平；
[0025]所述比較結果不在第一時間內時，則所述反饋電壓小於所述參考電壓，所述第二使能信號為所述第二電平。
[0026]本實用新型的優點:在不改變外部電阻和電容，保持較小靜態功耗和較快啟動速度的前提下，增加可用時間，來保證直流一交流變換器的正常啟動。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1為現有技術的交流一直流變換器的一種實現架構；
[0028]圖2為現有技術的交流一直流控制器的實現方式；
[0029]圖3為現有技術的交流一直流控制器的啟動波形示意圖；
[0030]圖4為本實用新型實施例提供的變換器的快速啟動控制電路的結構示意圖；
[0031]圖5為本實用新型實施例提供的變換器的快速啟動控制電路的啟動波形示意圖；
[0032]圖6為本實用新型實施例提供的變換器的快速啟動控制電路的另一結構示意圖；
[0033]圖7是本實用新型實施例提供的變換器的快速啟動控制電路的反饋電壓波形示意圖。
【具體實施方式】
[0034]下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。
[0035]圖4為本實用新型實施例提供的變換器的快速啟動控制電路的結構示意圖。如圖4所示，包括基準檢測單元、採樣保持單元、放大器、調製單元、輸出單元、電源電壓和反饋電壓，還包括控制單元。其中，基準檢測單元即為基準電路&VDD檢測，控制電路A即為控制單元，採樣保持即為採樣保持單元，EA放大器即為放大器，脈衝寬度調製(Pulse WidthModulat1n, PWM)調製器即為調製單元，輸出電壓埠(Driver Output, DRV)，Driver為輸出單兀，反饋電壓(Feedback Voltage, FB), Enable信號即為第一使能信號，Enable2信號即為第二使能信號，參考電壓(Reference Voltage, Vref)。
[0036]基準電路&VDD又稱為基準檢測單元，基準檢測單元消耗的電流為Iqi，採樣保持單元消耗的電流為IQ2，EA放大器即使為放大器，其消耗的電流為IQ3，PWM調製器即為調製單元，其消耗的電流為Iq4，控制電路A即為控制單元，其消耗的電流為IQ5。
[0037]控制單元的第一輸入端輸入反饋電壓，第二輸入端與基準檢測單元的輸出端相連接，第一輸出端分別與採樣保持單元和放大器相連；基準檢測單元的輸入端輸入電源電壓；採樣保持單元的輸入端輸入反饋電壓，其輸出端與放大器相連；放大器的輸出端與調製單元相連，調製單元的輸出端與所述輸出單元相連；
[0038]控制單元接收基準檢測單元產生的第一使能信號，其第一輸出端將所述控制單元產生的第二使能信號輸出。
[0039]圖5為本實用新型實施例提供的變換器的快速啟動控制電路的啟動波形示意圖。如圖5所不，Vstart電壓為第一電壓，Vuvlo電壓為第二電壓，Iqtot為晶片消耗的總電流，第一電平為高電平，第二電平為低電平，Vref2電壓為參考電壓。
[0040]在母線電壓(rectified mains voltage, VM)通過電阻R1給C1充電後，並且當VDD上升到電壓為Vstart後，Enable信號變為高電平，而FB電壓初始為0，Enable2信號為低電平。基準&VDD檢測模塊、控制電路A、PWM調製器、輸出driver開始工作，但採樣保持電路和EA放大器保持不工作狀態，不消耗電流，此時晶片消耗的總電流為IQ1+IQ4+IQ5。Iq5遠小於IQ2+IQ3，從而減小啟動過程中的電流消耗，延長時間t2。
[0041]當FB電壓上升到Vref2時，輸出電壓已經超過電壓VmQ，此時Enable2電壓變為高，晶片的採樣保持和EA放大器開始工作，消耗總電流為IQ1+IQ2+IQ3+IQ4+IQ5。
[0042]圖6為本實用新型實施例提供的變換器的快速啟動控制電路的另一結構示意圖。如圖6所示，控制單元包括比較器和邏輯單元。其中，CMP為比較器，Logic為邏輯單元。
[0043]比較器的第一輸入端輸入參考電壓，其第二輸入端輸入反饋電壓，其輸出端連接邏輯單元的輸入端；邏輯單元的輸出端分別與採樣保持單元和放大器相連；
[0044]反饋電壓與參考電壓進行比較，並將比較結果送給邏輯單元，邏輯單元對比較結果進行處理；
[0045]為了避免反饋電壓信號上的噪聲誤觸發第二使能信號，邏輯單元包含時序電路對比較結果進行處理，只有反饋電壓信號穩定時比較結果才有效。
[0046]圖7是本實用新型實施例提供的變換器的快速啟動控制電路的反饋電壓波形示意圖。如圖7所示，比較器的結果是在有效窗口時間內才有效，有效窗口時間即為第一時間，有效窗口時間是指反饋電壓從低電平變為高電平，並且逐漸減小到參考電壓Vref2的一段時間。
[0047](I)如果反饋電壓FB的脈衝寬度很窄且不滿足有效窗口時間時，則認為反饋電壓低於參考電壓Vref2,第二使能信號Enable2為低電平。
[0048](2)如果有效窗口時間內檢測到反饋電壓FB低於參考電壓Vref2時，第二使能信號Enable2為低電平。
[0049](3)如果有效窗口時間內檢測到反饋電壓FB高於參考電壓Vref2時，第二使能信號Enable2為高電平並鎖存。
[0050]以上所述的【具體實施方式】，對本實用新型的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本實用新型的【具體實施方式】而已，並不用於限定本實用新型的保護範圍，凡在本實用新型的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種變換器的快速啟動控制電路，其特徵在於，所述電路包括基準檢測單元、採樣保持單元、放大器、調製單元、輸出單元和控制單元； 所述控制單元的第一輸入端輸入反饋電壓，第二輸入端與所述基準檢測單元的輸出端相連接，第一輸出端分別與所述採樣保持單元和所述放大器相連；所述基準檢測單元的輸入端輸入電源電壓；所述採樣保持單元的輸入端輸入所述反饋電壓，其輸出端與所述放大器相連；所述放大器的輸出端與所述調製單元相連，所述調製單元的輸出端與所述輸出單元相連； 當所述電源電壓達到第一電壓時，所述反饋電壓小於參考電壓，第一使能信號為第一電平，第二使能信號為第二電平，所述控制單元將所述反饋電壓與所述參考電壓的比較結果進行處理，並且處理後的結果送至所述調製單元。
2.根據權利要求1所述的變換器的快速啟動控制電路，其特徵在於，所述控制單元包括比較器和邏輯單元； 所述比較器的第一輸入端輸入所述參考電壓，其第二輸入端輸入所述反饋電壓，其輸出端連接所述邏輯單元的輸入端；所述邏輯單元的輸出端分別與所述採樣保持單元和所述放大器相連； 所述反饋電壓與所述參考電壓進行比較，並將比較結果送給所述邏輯單元，所述邏輯單元對所述比較結果進行處理； 所述比較結果在第一時間內，當所述反饋電壓小於所述參考電壓時，所述第二使能信號為所述第二電平；當所述反饋電壓大於所述參考電壓時，所述第二使能信號為所述第一電平； 所述比較結果不在第一時間內時，則所述反饋電壓小於所述參考電壓，所述第二使能信號為所述第二電平。
【文檔編號】H02M1/36GK204046415SQ201420421022
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年7月29日 優先權日:2014年4月21日
【發明者】郭越勇, 趙汗青 申請人:美芯晟科技（北京）有限公司