反激式隔離型開關電源的制作方法
【專利摘要】反激式隔離型開關電源，包括變壓器、續(xù)流二極管、功率MOS管、分壓電阻串和控制芯片所述變壓器的第一原邊輸入端分別連接輸入電源端和功率MOS管漏極；所述控制芯片包括控制根據(jù)輸出信號調節(jié)功率MOS管開關占空比的控制環(huán)路，所述控制環(huán)路還包括一下拉支路，所述下拉支路具備如下功能：在每周期內功率NMOS管柵極下降沿結束后，下拉支路開始持續(xù)時間為T1的下拉狀態(tài)，所述T1持續(xù)時間不大于開關電源工作周期的10%。采用本實用新型所述的反激式隔離型開關電源，通過對柵極信號的控制和檢測即可實現(xiàn)電感電流過零和諧振波谷檢測，省去了多個外圍元件和減少芯片的引腳，大大降低了芯片和電源系統(tǒng)的成本。
【專利說明】反激式隔離型開關電源
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于集成電路領域，涉及一種反激式隔離型開關電源。
【背景技術】
[0002]在開關電源管理芯片中，根據(jù)電感電流電壓工作模式的不同可以分為CCM(連續(xù)電流工作模式)，BCM (臨界連續(xù)電流工作模式)，DCM(斷續(xù)電流工作模式)以及為了提高效率的QR (準諧振控制模式)等。不同的電源系統(tǒng)設計中會采用不同的工作模式，例如在AC-DC的LED (Light Emitting Diode)照明電源設計中為了更簡單方便計算和控制LED的輸出電流，有芯片會采用BCM或DCM模式，通過檢測電感電流過零可實現(xiàn)對LED的恒流控制，有的芯片為了提高效率會采用QR控制模式，此時需要增加波谷檢測。
[0003]圖1給出了傳統(tǒng)的BOOST架構檢測方法系統(tǒng)電路圖。LI，L2為耦合電感，DO為續(xù)流二極管，Ql為Low side功率NMOS開關管，Rfh和Rfl為分壓電阻。要實現(xiàn)LI和Np的電感電流過零檢測和諧振波谷檢測都需要通過ZCD引腳的電壓檢測輸入到控制芯片實現(xiàn)。
[0004]BCM工作模式是指在電感或變壓器的電流降低為零時產生開啟功率管信號，而QR工作模式是指在電感或變壓器電流降為零后在功率管的漏端會發(fā)生諧波振蕩，在諧振波形到達波谷的時候開啟功率管。本實用新型針對驅動低側(low side) NMOS功率開關管一類架構給出新的方法和電路。這類架構可涉及Boost (升壓)，Low side Buck(低側降壓)，F(xiàn)lyback (反激),Low side buck/boost (低側升 / 降壓)。
[0005]圖2給出了上述應用圖中關鍵節(jié)點的電壓和電流波形。控制芯片通過檢測Z⑶波形的a電壓可實現(xiàn)電感電流的過零判斷，對諧振波谷的檢測則通過芯片內部的波谷檢測電路檢測ZCD的b點實現(xiàn)。由于芯片為低壓控制器，ZCD需要為低壓波形，且其波形能夠映射LX的波形才可實現(xiàn)檢測功能。為了實現(xiàn)ZCD這一功能，三種電路需要增加耦合電感L2或輔助繞組Ns以及分壓電阻Rfh和Rf來實現(xiàn)。這額外的元器件增加的電感和變壓器的設計復雜度，同時也大幅增加了系統(tǒng)的成本。
實用新型內容
[0006]針對現(xiàn)有的芯片為了實現(xiàn)電感電流過零和諧振波谷檢測需要增加耦合電感或輔助繞組以及分壓電阻，從而造成了增加系統(tǒng)設計復雜度和成本增加的不足，本實用新型提供一種反激式隔離型開關電源。
[0007]反激式隔離型開關電源，包括變壓器、續(xù)流二極管、功率MOS管、分壓電阻串和控制芯片所述變壓器的第一原邊輸入端分別連接輸入電源端和功率MOS管漏極，所述變壓器的第二原邊輸入端分別接分壓電阻串和地，所述變壓器的副邊輸出端分別接續(xù)流二極管的正向端和地，所述功率MOS管源級到地串聯(lián)有電流采樣電阻，所述分壓電阻串的分壓節(jié)點、功率MOS管的柵極和源級均與控制芯片連接；
[0008]所述控制芯片包括控制根據(jù)輸出信號調節(jié)功率MOS管開關占空比的控制環(huán)路，所述控制環(huán)路還包括一下拉支路，所述下拉支路具備如下功能:在每周期內功率NMOS管柵極下降沿結束后，下拉支路開始持續(xù)時間為Tl的下拉狀態(tài)，所述Tl持續(xù)時間不大于開關電源工作周期的10%。
[0009]對本領域技術人員，實現(xiàn)上述邏輯運算功能容易實現(xiàn)，對復雜邏輯，可以利用硬件編程語言例如VHDL或VERIL0G編程生成門級邏輯電路，本實用新型中上述邏輯功能相當簡單，本領域技術人員可以直接根據(jù)邏輯關系，利用與門、或門、傳輸門、觸發(fā)器等門級電路組合實現(xiàn)。
[0010]優(yōu)選的，所述下拉支路由下拉MOS管和與下拉管柵極連接的第一觸發(fā)計時器連接，所述第一觸發(fā)計時器的輸入端與PWM信號產生器的輸出端連接，所述第一觸發(fā)計時器檢測輸入信號的下降沿，并以下降沿為起點，持續(xù)時間為Tl的高電平輸出。
[0011]優(yōu)選的，所述邏輯驅動電路還包括屏蔽電路，所述屏蔽電路具備如下功能:
[0012]在Tl結束后，開始持續(xù)時間為T2的屏蔽狀態(tài)，屏蔽狀態(tài)時，所述柵極比較器的輸出信號保持不變。
[0013]進一步的，所述屏蔽電路由第一或非門和第二觸發(fā)計時器組成，所述第一或非門的兩個輸入端分別連接第二觸發(fā)計時器和柵極比較器的輸出端，所述第一或非門的輸出端作為電流過零和諧振波谷檢測信號輸出端；
[0014]所述第二觸發(fā)計時器的輸入端連接第一觸發(fā)計時器的輸出端，所述第二觸發(fā)計時器檢測輸入信號的下降沿，并以下降沿為起點，持續(xù)時間為T2的高電平輸出。
[0015]進一步的，觸發(fā)計時器由第一支路、電容和第二或非門組成。
[0016]觸發(fā)計時器的信號輸入端通過第一支路與或非門的第一輸入端連接，所述第一支路包括至少3個以上的奇數(shù)個連續(xù)連接的反相器，所述電容連接在任一反相器的輸出端和地之間；
[0017]觸發(fā)計時器的信號輸入端還直接與第二或非門的第二輸入端連接，所述第二或非門的輸出端作為觸發(fā)計時器的輸出端。
[0018]本實用新型具有以下有益效果:
[0019]采用本實用新型所述的反激式隔離型開關電源，通過對柵極信號的控制和檢測即可實現(xiàn)電感電流過零和諧振波谷檢測，省去了多個外圍元件和減少芯片的引腳，大大降低了芯片和電源系統(tǒng)的成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為傳統(tǒng)BUCK架構下電流過零和諧振波谷檢測電路示意圖；
[0021]圖2為傳統(tǒng)BUCK架構下關鍵節(jié)點的波形示意圖；
[0022]圖3示出本實用新型所述反激式隔離型開關電源一種【具體實施方式】示意圖；
[0023]圖4示出本實用新型所述控制芯片一種【具體實施方式】示意圖；
[0024]圖5示出本實用新型如圖4所示【具體實施方式】的節(jié)點波形示意圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖，對本實用新型的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。
[0026]本實用新型所述反激式隔離型開關電源，包括變壓器、續(xù)流二極管、功率MOS管、分壓電阻串和控制芯片所述變壓器的第一原邊輸入端分別連接輸入電源端和功率MOS管漏極，所述變壓器的第二原邊輸入端分別接分壓電阻串和地，所述變壓器的副邊輸出端分別接續(xù)流二極管的正向端和地，所述功率MOS管源級到地串聯(lián)有電流采樣電阻，所述分壓電阻串的分壓節(jié)點、功率MOS管的柵極和源級均與控制芯片連接；
[0027]所述控制芯片包括控制根據(jù)輸出信號調節(jié)功率MOS管開關占空比的控制環(huán)路，所述控制環(huán)路還包括一下拉支路，所述下拉支路具備如下功能:在每周期內功率NMOS管柵極下降沿結束后，下拉支路開始持續(xù)時間為Tl的下拉狀態(tài)，所述Tl持續(xù)時間不大于開關電源工作周期的10%。
[0028]如圖3至4所示，給出本實用新型下拉支路的一個【具體實施方式】，邏輯驅動電路由第一觸發(fā)計時器、第二觸發(fā)計時器31、PWM比較器33、第三觸發(fā)計時器32、RS觸發(fā)器組成。其中第一、第二、第三觸發(fā)計時器分別產生700、800、20納秒延時。
[0029]Logic模塊產生信號AO控制PM1，NM2，模塊21的開關，Al控制NMl的開關，A2用于屏蔽一段時間內CMPl比較器的輸出。AO為高電平時候，開啟PMl管,用于快速開啟Ql管，Ql工作在導通狀態(tài)。AO轉為低電平后，PMl關斷，Logic產生700ns脈寬的Al電平信號用于開啟匪I管，匪I對GATE進行快速放電，Ql被關斷，同時匪2和匪3也處于開啟狀態(tài)。Al轉為低電平后，匪I關斷，GATE僅由匪2下拉關斷和模塊21進行正電壓鉗位(D0為肖特基二極管)，電路處于等待過零和波谷檢測狀態(tài)，當電感電流降為零時，LX節(jié)點發(fā)生諧振，GATE上的電壓會變?yōu)樨撾妷海珻MPl檢測GATE的負電壓同_30mV基準進行比較實現(xiàn)對過零和波谷的檢測。A2用于屏蔽在GATE處于檢測等待狀態(tài)前CMPl的錯誤輸出信號，確保ZCD_Vally_Detect為正確的過零和波谷檢測輸出。
[0030]簡單來說，大尺寸管子PMl和匪I實現(xiàn)對Ql的快速開啟和關斷，在完成快速關斷后，將GATE的下拉阻抗 增大，等待LX發(fā)生諧振，發(fā)生諧振時，Ql的Cgd寄生電容會耦合電流至下拉阻抗產生的負電壓來觸發(fā)CMPl比較器實現(xiàn)檢測。若不改變下拉阻抗的，直接用匪I的下拉阻抗實現(xiàn)對LX的波形檢測，耦合電流在匪I上產生的電壓會只有幾毫伏，比較器將很難實現(xiàn)正確的檢測。
[0031]對匪2下拉阻抗的設計應滿足下面公式:
[0032]
【權利要求】
1.反激式隔離型開關電源，包括變壓器、續(xù)流二極管、功率MOS管、分壓電阻串和控制芯片所述變壓器的第一原邊輸入端分別連接輸入電源端和功率MOS管漏極，所述變壓器的第二原邊輸入端分別接分壓電阻串和地，所述功率MOS管源級到地串聯(lián)有電流采樣電阻，所述變壓器的副邊輸出端分別接續(xù)流二極管的正向端和地，所述分壓電阻串的分壓節(jié)點、功率MOS管的柵極和源級均與控制芯片連接； 所述控制芯片包括控制根據(jù)輸出信號調節(jié)功率MOS管開關占空比的控制環(huán)路，其特征在于，所述控制環(huán)路還包括一下拉支路，所述下拉支路具備如下功能:在每周期內功率NMOS管柵極下降沿結束后，下拉支路開始持續(xù)時間為Tl的下拉狀態(tài)，所述Tl持續(xù)時間不大于開關電源工作周期的10%。
2.如權利要求1所述的反激式隔離型開關電源，其特征在于，所述下拉支路由下拉MOS管和與下拉管柵極連接的第一觸發(fā)計時器連接，所述第一觸發(fā)計時器的輸入端與PWM信號產生器的輸出端連接，所述第一觸發(fā)計時器檢測輸入信號的下降沿，并以下降沿為起點，持續(xù)時間為Tl的高電平輸出。
3.如權利要求2所述的反激式隔離型開關電源，其特征在于，觸發(fā)計時器由第一支路、電容和第二或非門組成， 觸發(fā)計時器的信號輸入端通過第一支路與或非門的第一輸入端連接，所述第一支路包括至少3個以上的奇數(shù)個連續(xù)連接的反相器，所述電容連接在任一反相器的輸出端和地之間； 觸發(fā)計時器的信號輸入端還直接與第二或非門的第二輸入端連接，所述第二或非門的輸出端作為觸發(fā)計時器的輸出端。
【文檔編號】H02M3/335GK203788149SQ201320769075
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2013年11月30日 優(yōu)先權日:2013年11月30日
【發(fā)明者】趙方麟, 陳雪松, 易坤, 高繼 申請人:成都岷創(chuàng)科技有限公司