專利名稱：一種集成開關電源控制器以及應用其的開關電源的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電子技術領域，更具體的說，涉及一種集成開關電源控制器以及應用其的開關電源。
背景技術：
集成電路芯片廣泛應用于各種電子設備中，便攜化、小型化是電子設備的一大發(fā)展方向。適應的，對集成電路芯片提出了更高的要求。高密度、高集成、小體積的集成電路芯片才能適應這種需求?，F(xiàn)有技術中，已經(jīng)存在大量的控制器芯片，配合少量的外圍電路即可以實現(xiàn)一完整的驅(qū)動電路。
參考圖1，所示為一傳統(tǒng)的開關電源的原理框圖，其采用帶輸出電流調(diào)節(jié)電路的隔離反激式轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)的。開關電源的主體結(jié)構(gòu)采用反激式拓撲結(jié)構(gòu)，由變壓器T、功率開關管Q、輸出二極管Dot和輸出電容Qm組成；控制器芯片101采用峰值電流控制方式，通過控制功率開關管Q周期性的導通和關閉，來維持輸出端的輸出電流Itm基本恒定。
檢測電阻1^連接在功率開關管Q和地之間，以采樣流過變壓器T的初級側(cè)繞組Np 的電流，采樣信號Ik輸入至控制器芯片101的引腳CS。輔助繞組Na與變壓器T耦合，以采樣次級側(cè)繞組Ns的電流信息，電壓信號Vaux通過電阻Rl和電阻R2組成的分壓電阻網(wǎng)絡，獲得檢測電壓信號Vs，并輸入至控制器芯片101的引腳FB。同時，電壓信號Vaux通過二極管Dtl 和電容C。進行濾波后，產(chǎn)生一電壓輸入至控制器芯片101的引腳V。。，以給控制器芯片101 提供電源。
由于控制器芯片101的信號傳輸延遲和控制邏輯和驅(qū)動的延時，使得初級側(cè)繞組 Np的峰值電流與通過檢測電阻Rcs上的檢測電壓Vcs得到的峰值電流有誤差，檢測電壓\表征的峰值電流并不是真正的初級側(cè)繞組Np的峰值電流。不精確的峰值電流導致控制效果不佳，影響了輸出電流的調(diào)節(jié)精度。因此，開關電源還包括補償電路來補償峰值電流。具體的，電阻Rffi和電阻Rff2串聯(lián)連接在直流輸入電壓Vpwe和功率開關器件Q和檢測電阻Rcs的公共連接點之間，以對檢測電壓Vc進行補償，電阻Rffi和電阻Rff2的公共連接點上的電壓作為補償后的準確的峰值電流信號輸入至控制器芯片101的引腳C0MP。
控制器芯片101根據(jù)所述峰值電流，輸出電流信息以及表征期望輸出電流的VMf， 以通過引腳SW輸出驅(qū)動信號DRV，來控制功率開關管Sw的開關狀態(tài)，保證輸 出電流能夠在各種因素的影響下都能控制在預先設計的水平上。
可見，采用圖1中所示的現(xiàn)有技術的控制器芯片，芯片的引腳數(shù)目較多，控制方案也較復雜，不利于芯片的小型化，制造成本也較高。發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種具有一復用管腳的集成開關電源控制器， 其通過一復用管腳接收一檢測電壓信號，然后通過該檢測電壓信號的適應性處理，實現(xiàn)多種控制操作，包括但不限于補償、準諧振開通以及過壓和過載保護。
依據(jù)本發(fā)明一實施例的一種具有一復用管腳的集成開關電源控制器，用以控制一 開關電源，包括一復用管腳；
所述復用管腳接收一檢測電壓信號；
在每一開關周期內(nèi)，在第一時間區(qū)間內(nèi)，所述檢測電壓信號與所述開關電源的直 流輸入電壓成比例關系，根據(jù)所述檢測電壓信號產(chǎn)生一電流補償信號，來獲得流過所述開 關電源中的電感的峰值電流；
在第二時間區(qū)間內(nèi)，所述檢測電壓信號與所述開關電源的輸出電壓成比例關系；
在第二時間區(qū)間內(nèi)，根據(jù)所述檢測電壓信號采集所述電感電流的放電時間長度；
在第三時間區(qū)間內(nèi)，所述檢測電壓信號與所述開關電源的功率開關器件的兩個功 率端之間的電壓成比例關系，根據(jù)所述檢測電壓信號，所述集成開關電源控制器控制所述 功率開關器件在一谷底時刻導通。
進一步的，所述集成開關電源控制器還包括放電時間采樣電路，用以根據(jù)接收到 的所述檢測電壓信號，來獲得所述放電時間長度。
進一步的，所述集成開關電源控制器還包括電流補償電路，用以接收所述檢測電 壓信號，產(chǎn)生所述電流補償信號。
進一步的，所述集成開關電源控制器還包括峰值電流發(fā)生電路，接收一電流采樣 信號和所述電流補償信號來產(chǎn)生所述峰值電流。
進一步的，所述集成開關電源控制器還包括關斷信號發(fā)生電路，用以根據(jù)所述電 感電流的峰值電流、所述放電時間長度以及一基準電流，來產(chǎn)生一關斷信號。
進一步的，所述集成開關電源控制器還包括過壓保護電路，用以接收所述檢測電 壓信號，以在所述開關電源的輸出電壓過壓時，產(chǎn)生一過壓信號，來關斷所述集成開關電源 控制器或者所述功率開關器件。
進一步的，所述集成開關電源控制器還包括谷底檢測電路，用以接收所述檢測電 壓信號，以在功率開關器件的兩個功率端之間的電壓到達谷底時，產(chǎn)生一開通信號，來控制 所述功率開關器件導通。
依據(jù)本發(fā)明一實施例的一種開關電源，包括一功率級電路，和上述所述的任一集 成開關電源控制器；
所述集成開關電源控制器用以控制所述功率級電路中的功率開關器件的開關狀 態(tài)，以維持所述功率級電路的輸出電信號恒定。
進一步的，所述功率級電路為隔離式拓撲結(jié)構(gòu)或者非隔離式拓撲結(jié)構(gòu)。
依據(jù)本發(fā)明實施例的集成開關電源控制器以及應用其的開關電源，僅僅通過一個 復用管腳，接收輔助繞組的檢測電壓信號；通過對所述檢測電壓信號的不同處理，同時實現(xiàn) 了準諧振驅(qū)動，峰值電流補償以及過壓保護。不僅實現(xiàn)了對輸出電信號的精確控制，也實現(xiàn) 了功率開關器件的谷底開通，進一步的降低了功率損耗，同時也實現(xiàn)了系統(tǒng)的保護功能，加 強了系統(tǒng)的可靠性。復用管腳的使用，大大節(jié)省了芯片的引腳數(shù)目，減小了芯片尺寸，同時 也減小了芯片的制造成本。


圖1所示為采用現(xiàn)有技術的一種傳統(tǒng)的開關電源的原理框圖2A所示為依據(jù)本發(fā)明一實施例的開關電源的原理框圖2B所示為圖2A所示的依據(jù)本發(fā)明實施例的開關電源的工作波形圖3所示為依據(jù)本發(fā)明一實施例的集成開關電源控制器的原理框圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的幾個優(yōu)選實施例進行詳細描述，但本發(fā)明并不僅僅限于這些實施例。本發(fā)明涵蓋任何在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。為了使公眾對本發(fā)明有徹底的了解，在以下本發(fā)明優(yōu)選實施例中詳細說明了具體的細節(jié)，而對本領域技術人員來說沒有這些細節(jié)的描述也可以完全理解本發(fā)明。
參考圖2A，所示為依據(jù)本發(fā)明一實施例的開關電源的原理框圖。在該實施例中，開關電源200包括功率級電路和集成開關電源控制器202。這里，以功率級電路采用反激式拓撲結(jié)構(gòu)為例進行說明。
集成開關電源控制器202包括一復用管腳FB。復用管腳FB接收通過輔助繞組Na 和分壓電阻網(wǎng)絡生成的檢測電壓信號\。
集成開關電源控制器202根據(jù)檢測電壓信號Vs，控制功率級電路以準諧振模式工作，電感電流為DCM斷續(xù)模式。結(jié)合圖2B所示的圖2A所示的依據(jù)本發(fā)明實施例的開關電源200的工作波形圖，來詳細說明開關電源200的工作原理。
根據(jù)功率開關器件Q以及變壓器T的工作狀態(tài)，將開關電源200的每一開關周期劃分為三個時間區(qū)間。
在第一時間區(qū)間內(nèi)(時刻h至時刻功率開關器件Q導通時，流過變壓器T的初級側(cè)繞組Np的電感電流持續(xù)上升,初級側(cè)繞組Np持續(xù)儲能。
一方面，在第一時間區(qū)間內(nèi)，檢測電壓信號Vs的數(shù)值可以表示為
由于初級側(cè)繞組NP、輔助繞組Na的匝數(shù)，以及電阻Rl和電阻R2的數(shù)值為恒定值， 因此，檢測電壓信號Vs與開關電源的輸入電壓Vpwe成正比例關系。
另一方面，在第一時間區(qū)間內(nèi)，流過變壓器T的初級側(cè)繞組Np的電感電流在連接在功率開關管Q的一功率端和地之間的檢測電阻Rcs上產(chǎn)生一電流米樣信號Vcs,并輸入至集成開關電源控制器的引腳CS。由于控制電路和驅(qū)動電路之間的固有延時，使得電流采樣信號并不能準確的表征初級側(cè)繞組Np的電感電流峰值。因此，在本發(fā)明中，集成開關電源控制器202根據(jù)檢測電壓信號Vs對電流采樣信號Vffi進行補償，以獲得精確的表征初級側(cè)繞組Np的峰值電流信息的電壓信號。
在第二時間區(qū)間內(nèi)(時刻h至時刻t2)，功率開關器件Q關斷時，變壓器T的初級側(cè)繞組Np的儲能傳遞至次級側(cè)繞組Ns，次級側(cè)繞組Ns的電感電流持續(xù)`下降，直到電感電流降為零值，次級側(cè)繞組Ns的儲能傳遞至負載。
初級側(cè)繞組Np處于退磁時間區(qū)間內(nèi)，檢測電壓信號Vs的數(shù)值可以近似表示為
權利要求
1.一種集成開關電源控制器，用以控制一開關電源，其特征在于，所述集成開關電源控制器包括一復用管腳；所述復用管腳接收一檢測電壓信號；在每一開關周期內(nèi)，在第一時間區(qū)間內(nèi)，所述檢測電壓信號與所述開關電源的直流輸入電壓成比例關系，根據(jù)所述檢測電壓信號產(chǎn)生一電流補償信號，來獲得流過所述開關電源中的電感的峰值電流；在第二時間區(qū)間內(nèi)，所述檢測電壓信號與所述開關電源的輸出電壓成比例關系；在第二時間區(qū)間內(nèi)，根據(jù)所述檢測電壓信號采集所述電感電流的放電時間長度；在第三時間區(qū)間內(nèi)，所述檢測電壓信號與所述開關電源的功率開關器件的兩個功率端之間的電壓成比例關系，根據(jù)所述檢測電壓信號，所述集成開關電源控制器控制所述功率開關器件在一谷底時刻導通。
2.根據(jù)權利要求1所述的集成開關電源控制器，其特征在于，所述集成開關電源控制器還包括放電時間采樣電路，用以根據(jù)接收到的所述檢測電壓信號，來獲得所述放電時間長度。
3.根據(jù)權利要求2所述的集成開關電源控制器，其特征在于，所述集成開關電源控制器還包括電流補償電路，用以接收所述檢測電壓信號，產(chǎn)生所述電流補償信號。
4.根據(jù)權利要求3所述的集成開關電源控制器，其特征在于，所述集成開關電源控制器還包括峰值電流發(fā)生電路，接收一電流采樣信號和所述電流補償信號來產(chǎn)生所述峰值電流。
5.根據(jù)權利要求4所述的集成開關電源控制器，其特征在于，還包括關斷信號發(fā)生電路，用以根據(jù)所述電感電流的峰值電流、所述放電時間長度以及一基準電流，來產(chǎn)生一關斷信號。
6.根據(jù)權利要求1所述的集成開關電源控制器，其特征在于，所述集成開關電源控制器還包括過壓保護電路，用以接收所述檢測電壓信號，以在所述開關電源的輸出電壓過壓時，產(chǎn)生一過壓信號，來關斷所述集成開關電源控制器或者所述功率開關器件。
7.根據(jù)權利要求1所述的集成開關電源控制器，其特征在于，所述集成開關電源控制器還包括谷底檢測電路，用以接收所述檢測電壓信號，以在功率開關器件的兩個功率端之間的電壓到達谷底時，產(chǎn)生一開通信號，來控制所述功率開關器件導通。
8.一種開關電源，其特征在于，包括一功率級電路，和權利要求1-7所述的任一集成開關電源控制器；所述集成開關電源控制器用以控制所述功率級電路中的功率開關器件的開關狀態(tài)，以維持所述功率級電路的輸出電信號恒定。
9.根據(jù)權利要求8所述的開關電源，其特征在于，所述功率級電路為隔離式拓撲結(jié)構(gòu)或者非隔離式拓撲結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種集成開關電源控制器以及應用其的開關電源，其包括一復用管腳；所述復用管腳接收一檢測電壓信號；在每一開關周期內(nèi)，在第一時間區(qū)間內(nèi)，所述檢測電壓信號與所述開關電源的直流輸入電壓成比例關系，根據(jù)所述檢測電壓信號產(chǎn)生一電流補償信號，來獲得流過所述開關電源中的電感的峰值電流；在第二時間區(qū)間內(nèi)，所述檢測電壓信號與所述開關電源的輸出電壓成比例關系；在第二時間區(qū)間內(nèi)，根據(jù)所述檢測電壓信號采集所述電感電流的放電時間長度；在第三時間區(qū)間內(nèi)，所述檢測電壓信號與所述開關電源的功率開關器件的兩個功率端之間的電壓成比例關系，根據(jù)所述檢測電壓信號，所述集成開關電源控制器控制所述功率開關器件在一谷底時刻導通。
文檔編號H02M7/217GK103066872SQ20131001768
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月17日 優(yōu)先權日2013年1月17日
發(fā)明者徐孝如 申請人:矽力杰半導體技術(杭州)有限公司