專利名稱：一種功率開關(guān)、及基于功率開關(guān)的應(yīng)用電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及交流-直流變換的電源管理技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種功率開關(guān)、及基于功率開關(guān)的應(yīng)用電路。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的功率開關(guān)所設(shè)計的方案主要包括針對家電市場應(yīng)用等無須隔離應(yīng)用的BUCK類型方案。這些方案特點是:電路結(jié)構(gòu)簡單，外圍元件少。但是存在的明顯缺點是輸出電壓精度差，原因有:(1)采用脈沖寬度調(diào)制方式(PWM)，輕載時采用跳過脈沖方式(BURSTMODE)，缺點是存在空載電壓上翹，電壓精度差；(2)這些傳統(tǒng)產(chǎn)品的電壓反饋電路設(shè)計簡單，只有一級誤差放大器對輸出電壓的誤差信號進行放大處理，誤差信號增益低，也是導(dǎo)致輸出電壓精度差的一個原因。上述傳統(tǒng)功率開關(guān)針對輸出電流的控制也比較簡單，僅是一種過流保護，輸出電流精度差。在家電應(yīng)用領(lǐng)域，電壓精度也是考察電源性能的一個重要指標，以上所述傳統(tǒng)功率開關(guān)，具有較差的電壓精度，常常超過±10%，不利于對所供電設(shè)備的家電供電。

實用新型內(nèi)容有鑒于此，本實用新型提供一種功率開關(guān)、及基于功率開關(guān)的應(yīng)用電路，以實現(xiàn)較高的電壓和電流精度。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案為:一種功率開關(guān)，包括:比較器、第一電壓誤差放大器、第二電壓誤差放大器、觸發(fā)器、鎖存器和驅(qū)動器；其中:所述比較器的負極輸入端與所述第一電壓誤差放大器的正極電連接，所述比較器輸出的邏輯電平與脈沖頻率調(diào)制信號進行比較，決定采樣時間檢測模塊的時間；第一誤差放大器的正極輸入電壓反饋信號與負極輸入端的參考電壓比較，輸出誤差放大信號至恒壓模塊；所述第一電壓誤差放大器經(jīng)由恒壓模塊與所述第二電壓誤差放大器連接，將產(chǎn)生的第一級誤差放大信號施加到所述第二誤差放大器的正輸入端，進一步產(chǎn)生第二級誤差放大信號；所述第二電壓誤差放大器與所述觸發(fā)器連接，將接收到的所述第一誤差放大器輸出的放大后的信號進行放大，并將放大后的信號輸出至所述觸發(fā)器；所述觸發(fā)器與所述鎖存器電連接，將接收到的信號處理為恒壓控制信號，并將所述恒壓控制信號通過所述鎖存器輸出至所述驅(qū)動器；所述驅(qū)動器與所述鎖存器電連接，根據(jù)接收到的所述恒壓控制信號調(diào)節(jié)開關(guān)頻率和占空比。一種基于功率開關(guān)的應(yīng)用電路，輸出正電壓，包括:功率開關(guān)、續(xù)流二極管、濾波電感、二極管、電容、第一反饋電阻、第二反饋電阻和采樣電阻；其中:所述續(xù)流二極管連接于所述功率開關(guān)的浮地腳和電路的低壓輸出地之間；[0013]所述濾波電感連接于所述功率開關(guān)的浮地腳和電路的低壓輸出端之間；所述二極管連接于所述功率開關(guān)的供電端腳和電路的低壓輸出端之間；所述電容連接于所述功率開關(guān)的供電端腳和所述續(xù)流二極管的負極端之間；所述第一反饋電阻和第二反饋電阻串聯(lián)后連接于所述二極管的正極和浮地腳之間，且兩個反饋電阻的電氣連接點與所述功率開關(guān)的電壓反饋腳連接；所述采樣電阻連接于所述功率開關(guān)的浮地腳和功率開關(guān)的電流采樣腳之間。優(yōu)選地，所述電路還包括:啟動電阻；所述啟動電阻連接在所述功率開關(guān)的高壓集電極端和供電端腳之間，為所述功率開關(guān)提供初始能量。優(yōu)選地，所述電路還包括:保險絲電阻、整流模塊、外接電容、輸出儲能電容和負載;其中:所述保險絲電阻一端與高壓輸入端連接，另一端與所述整流模塊連接；所述整流模塊另一端與所述功率開關(guān)的高壓集電極腳連接；所述外接電容連接在所述功率開關(guān)的CPC腳和浮地腳之間；所述輸出儲能電容和負載分別并聯(lián)在電路的低壓輸出端和輸出地之間。一種基于功率開關(guān)的應(yīng)用電路，輸出負電壓，包括:功率開關(guān)、續(xù)流二極管、濾波電感、二極管、電容、第一反饋電阻、第二反饋電阻和采樣電阻；其中:所述濾波電感連接于所述功率開關(guān)的浮地腳和電路的低壓輸出地之間；所述續(xù)流二極管連接于所述功率開關(guān)的浮地腳和電路的低壓輸出端之間；所述二極管連接于所述功率開關(guān)的供電端腳和電路的低壓輸出端之間；所述電容連接于所述功率開關(guān)的供電端腳和其浮地端之間；所述第一反饋電阻和第二反饋電阻串聯(lián)后連接于所述二極管的正極和浮地腳之間，且兩個反饋電阻的電氣連接點與所述功率開關(guān)的電壓反饋腳連接； 所述采樣電阻連接于所述功率開關(guān)的浮地腳和電流采樣腳之間。優(yōu)選地所述電路還包括:啟動電阻；所述啟動電阻連接在所述功率開關(guān)的高壓集電極端和供電端腳之間，為所述功率開關(guān)提供初始能量。優(yōu)選地，所述電路還包括:保險絲電阻、整流模塊、外接電容、輸出儲能電容和負載;其中:所述保險絲電阻一端與高壓輸入端連接，另一端與所述整流模塊連接；所述整流模塊另一端與所述功率開關(guān)的高壓集電極腳連接；所述外接電容連接在所述功率開關(guān)的CPC腳和浮地腳之間；所述輸出儲能電容和負載分別并聯(lián)在電路的低壓輸出端和輸出地之間。從上述的技術(shù)方案可以看出，本實用新型公開的一種功率開關(guān)，通過比較器的輸出邏輯電平與脈沖頻率調(diào)制信號pfm進行比較，決定采樣時間檢測模塊的時間Tons;第一誤差放大器的正極輸入電壓反饋信號與負極輸入端的參考電壓Vfb比較，再經(jīng)過第二誤差放大器進一步放大誤差信號；通過觸發(fā)器將放大后的信號處理為恒壓控制信號，并通過鎖存器和驅(qū)動器根據(jù)接收到的恒壓控制信號調(diào)節(jié)開關(guān)頻率和占空t匕，實現(xiàn)了較佳的輸出電流精度。
為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本實用新型實施例公開的一種功率開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型公開的一種功率開關(guān)的電路圖；圖3為本實用新型實施例公開的一種輸出正電壓的功率開關(guān)的應(yīng)用電路圖；圖4為本實用新型實施例公開的一種輸出負電壓的功率開關(guān)的應(yīng)用電路圖。
具體實施方式
下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。本實用新型實施例公開了一種功率開關(guān)、及基于功率開關(guān)的應(yīng)用電路，以實現(xiàn)較高的電壓和電流精度。如圖1所示，一種功率開關(guān)，包括:比較器11、第一電壓誤差放大器12、第二電壓誤差放大器13、觸發(fā)器14、鎖存器15和驅(qū)動器16 ;其中:比較器11的輸出邏輯電平與脈沖頻率調(diào)制信號進行比較，決定變壓器副邊導(dǎo)通時間信號；第一誤差放大器12的正極輸入電壓反饋信號與負極輸入端的參考電壓比較，輸出誤差放大信號至恒壓模塊；第一電壓誤差放大器12經(jīng)由恒壓模塊與第二電壓誤差放大器13電連接，將產(chǎn)生的第一級誤差放大信號施加到第二誤差放大器13的正輸入端，進一步產(chǎn)生第二級誤差放大信號；第二電壓誤差放大器13與觸發(fā)器14電連接，將接收到的第一誤差放大器12輸出的放大后的信號進行放大，并將放大后的信號輸出至觸發(fā)器14 ；觸發(fā)器14與鎖存器15電連接，將接收到的信號處理為恒壓控制信號，并將所述恒壓控制信號通過鎖存器15輸出至驅(qū)動器16 ；驅(qū)動器16與鎖存器15電連接，根據(jù)接收到的所述恒壓控制信號調(diào)節(jié)開關(guān)頻率和占空比。具體的，通過比較器將電壓反饋信號與負極輸入端的參考電壓進行比較，將比較后輸出的信號通過兩級電壓誤差放大器進行放大，并通過觸發(fā)器將放大后的信號處理為恒壓控制信號，并通過鎖存器和驅(qū)動器根據(jù)接收到的恒壓控制信號調(diào)節(jié)開關(guān)頻率和占空比，實現(xiàn)了較佳的輸出電流精度。具體的，如圖2所示為功率開關(guān)的具體電路圖，包括:比較器201、第一誤差放大器202、第二誤差放大器203、觸發(fā)器204、鎖存器205、驅(qū)動器206以及過壓保護及過流保護電路、采樣時間檢測模塊、穩(wěn)壓和偏置電路、恒壓模塊、線電壓補償電路、峰值電流及LEB控制電路、固定電流控制電路和RS觸發(fā)器；具體的通過比較器201將電壓反饋信號與負極輸入端的參考電壓進行比較，將比較后輸出的信號通過第一誤差放大器202和第二誤差放大器203進行放大，并通過觸發(fā)器204將放大后的信號處理為恒壓控制信號，并通過鎖存器205和驅(qū)動器206根據(jù)接收到的恒壓控制信號調(diào)節(jié)開關(guān)頻率和占空比，實現(xiàn)了較佳的輸出電流精度。本實用新型基于高精度的功率開關(guān)提出了兩種非隔離(BUCK)類型的應(yīng)用電路，都具有較高的電壓和電流精度。兩種BUCK類型電路包含一種正電壓輸出的應(yīng)用電路和一種負電壓輸出的應(yīng)用電路，都屬于高性能低成本的非隔離類型應(yīng)用電路。具體的，輸出正電壓的基于功率開關(guān)的應(yīng)用電路如圖3所示，包括:功率開關(guān)100、續(xù)流二極管110、濾波電感109、二極管103、電容108、第一反饋電阻101、第二反饋電阻102和采樣電阻107 ;其中:續(xù)流二極管110連接于功率開關(guān)100的浮地GND腳和電路的低壓輸出地E-之間；濾波電感109連接于功率開關(guān)100的浮地GND腳和電路的低壓輸出端VO之間；二極管103連接于功率開關(guān)100的供電端Vcc腳和電路的低壓輸出端VO之間；電容108連接于功率開關(guān)100的供電端Vcc腳和續(xù)流二極管110的負極端之間；第一反饋電阻101和第二反饋電阻102串聯(lián)后連接于二極管103的正極端和浮地GND腳之間，且串聯(lián)的中點與功率開關(guān)100的電壓反饋FB腳連接；采樣電阻107連接于功率開關(guān)100的浮地GND腳和電流采樣CS腳之間。具體的，電路還包括:啟動電阻106 ;啟動電阻106連接在功率開關(guān)100的高壓集電極C腳和供電端Ncc腳之間，為功率開關(guān)100提供初始能量。具體的，電路還包括:保險絲電阻118、由113 117構(gòu)成的整流模塊、外接電容105、輸出儲能電容111和負載112 ;其中:保險絲電阻118 —端與高壓輸入端連接，另一端與整流模塊連接；整流|旲塊另一端與功率開關(guān)100的聞壓集電極C腳連接；外接電容105連接在功率開關(guān)100的CPC腳和浮地GND腳之間；輸出儲能電容111和負載112分別并聯(lián)在電路的低壓輸出端VO和低壓輸出地E-之間。正常工作時，低壓輸出VO經(jīng)第一反饋電阻101和第二反饋電阻102分壓，由功率開關(guān)100的FB端輸入，通過與比較器負端0.1V的參考電壓比較，判斷輸出負載是輕載還是重載；并與第一電壓誤差放大器(的輸出信號一起作為第二電壓誤差放大器的前端輸入信號，經(jīng)觸發(fā)器產(chǎn)生恒壓控制信號(CV_ctrl)，輸入到鎖存器決定開關(guān)頻率，再經(jīng)輸出驅(qū)動器開通功率管，與此同時，濾波電感109峰值電流采樣電阻107的兩端電壓信號輸入到功率開關(guān)100的CS端與參考電壓比較，在濾波電感109的電流達到預(yù)設(shè)值時，經(jīng)輸出驅(qū)動器關(guān)斷功率管。具體的，輸出負電壓的基于功率開關(guān)的應(yīng)用電路如圖4所示，包括:功率開關(guān)200、續(xù)流二極管209、濾波電感210、二極管203、電容208、第一反饋電阻201、第二反饋電阻202和采樣電阻207 ;其中:濾波電感210連接于功率開關(guān)200的浮地GND腳和電路的低壓輸出地E-之間；[0074]續(xù)流二極管209連接于功率開關(guān)200的浮地GND腳和電路的低壓輸出端-VO之間；二極管203連接于功率開關(guān)200的供電端Vcc腳和電路的低壓輸出端-VO之間；電容208連接于功率開關(guān)200的供電端Vcc腳和續(xù)流二極管209的負極端之間；第一反饋電阻201和第二反饋電阻202串聯(lián)后連接于功率開關(guān)200的供電端Vcc和浮地GND腳之間，且串聯(lián)的中點與功率開關(guān)200的電壓反饋FB腳連接；采樣電阻207連接于功率開關(guān)200的浮地GND腳和電流采樣CS腳之間。具體的，電路還包括:啟動電阻206 ;啟動電阻206連接在功率開關(guān)200的高壓集電極C腳和供電端Ncc腳之間，為功率開關(guān)200提供初始能量。具體的，電路還包括:保險絲電阻218、由213 217構(gòu)成的整流模塊、外接電容205、輸出儲能電容211和負載212 ;其中:保險絲電阻218 —端與高壓輸入端連接，另一端與整流模塊連接；整流|旲塊另一端與功率開關(guān)200的聞壓集電極C腳連接；外接電容205連接在功率開關(guān)200的CPC腳和浮地GND腳之間；輸出儲能電容211和負載212分別并聯(lián)在電路的低壓輸出端-VO和低壓輸出地E-之間。正常工作時，低壓輸出-VO經(jīng)第一反饋電阻201和第二反饋電阻202分壓，由功率開關(guān)200的FB端輸入，通過與比較器負端0.1V的參考電壓比較，判斷輸出負載是輕載還是重載；并與第一電壓誤差放大器(的輸出信號一起作為第二電壓誤差放大器的前端輸入信號，經(jīng)觸發(fā)器產(chǎn)生恒壓控制信號(CV_ctrl)，輸入到鎖存器決定開關(guān)頻率，再經(jīng)輸出驅(qū)動器開通功率管，與此同時，濾波電感210峰值電流采樣電阻207的兩端電壓信號輸入到功率開關(guān)200的CS端與參考電壓比較，在濾波電感210的電流達到預(yù)設(shè)值時，經(jīng)輸出驅(qū)動器關(guān)斷功率管。由于含有兩級電壓誤差信號放大器，對反饋電壓誤差進行兩級放大，誤差信號增益高，因而，本基于高電壓精度功率開關(guān)的正、負輸出電壓的BUCK電路具備較佳的電壓精度。本實用新型公開的正、負輸出電壓BUCK電路均工作于電流不連續(xù)模式，且在某一固定的變壓器原邊峰值電流下，開關(guān)頻率高低與輸出負載大小成正比例關(guān)系。較低的開關(guān)頻率減少了 PFM控制器的驅(qū)動損耗、功率管的開關(guān)損耗等，從而保證了整體電路有較高的轉(zhuǎn)換效率和較低的待機功耗。同時，與PWM采用BURST MODE控制方式來減少待機功耗相比，本實用新型公開的正、負輸出電壓BUCK電路使用PFM控制方式，空載時輸出電壓上翹少，這也保證了較佳的電壓精度。本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本實用新型將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求1.一種功率開關(guān)，其特征在于，包括:比較器、第一電壓誤差放大器、第二電壓誤差放大器、觸發(fā)器、鎖存器和驅(qū)動器；其中: 所述比較器的負極輸入端與所述第一電壓誤差放大器的正極電連接，所述比較器輸出的邏輯電平與脈沖頻率調(diào)制信號進行比較，決定采樣時間檢測模塊的時間；第一誤差放大器的正極輸入電壓反饋信號與負極輸入端的參考電壓比較，輸出誤差放大信號至恒壓模塊； 所述第一電壓誤差放大器經(jīng)由恒壓模塊與所述第二電壓誤差放大器連接，將產(chǎn)生的第一級誤差放大信號施加到所述第二誤差放大器的正輸入端，進一步產(chǎn)生第二級誤差放大信號; 所述第二電壓誤差放大器與所述觸發(fā)器連接，將接收到的所述第一誤差放大器輸出的放大后的信號進行放大，并將放大后的信號輸出至所述觸發(fā)器； 所述觸發(fā)器與所述鎖存器電連接，將接收到的信號處理為恒壓控制信號，并將所述恒壓控制信號通過所述鎖存器輸出至所述驅(qū)動器； 所述驅(qū)動器與所述鎖存器連接，根據(jù)接收到的所述恒壓控制信號調(diào)節(jié)開關(guān)頻率和占空比。
2.一種基于權(quán)利要求1所述的功率開關(guān)的應(yīng)用電路，輸出正電壓，其特征在于，包括:功率開關(guān)、續(xù)流二極管、濾波電感、二極管、電容、第一反饋電阻、第二反饋電阻和采樣電阻；其中: 所述續(xù)流二極管連接于所述功率開關(guān)的浮地腳和電路的低壓輸出地之間； 所述濾波電感連接于所述功率開關(guān)的浮地腳和電路的低壓輸出端之間； 所述二極管連接于所述功率開關(guān)的供電端腳和電路的低壓輸出端之間； 所述電容連接于所述功率開關(guān)的供電端腳和所述續(xù)流二極管的負極端之間； 所述第一反饋電阻和第二反饋電阻串聯(lián)后連接于所述二極管的正極和浮地腳之間，且兩個反饋電阻的電氣連接點與所述功率開關(guān)的電壓反饋腳連接； 所述采樣電阻連接于所述功率開關(guān)的浮地腳和功率開關(guān)的電流采樣腳之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路，其特征在于，還包括:啟動電阻； 所述啟動電阻連接在所述功率開關(guān)的高壓集電極端和供電端腳之間，為所述功率開關(guān)提供初始能量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電路，其特征在于，還包括:保險絲電阻、整流模塊、外接電容、輸出儲能電容和負載；其中: 所述保險絲電阻一端與高壓輸入端連接，另一端與所述整流模塊連接； 所述整流模塊另一端與所述功率開關(guān)的高壓集電極腳連接； 所述外接電容連接在所述功率開關(guān)的CPC腳和浮地腳之間； 所述輸出儲能電容和負載分別并聯(lián)在電路的低壓輸出端和輸出地之間。
5.一種基于權(quán)利要求1所述的功率開關(guān)的應(yīng)用電路，輸出負電壓，其特征在于，包括:功率開關(guān)、續(xù)流二極管、濾波電感、二極管、電容、第一反饋電阻、第二反饋電阻和采樣電阻；其中: 所述濾波電感連接于所述功率開關(guān)的浮地腳和電路的低壓輸出地之間； 所述續(xù)流二極管連接于所述功率開關(guān)的浮地腳和電路的低壓輸出端之間；所述二極管連接于所述功率開關(guān)的供電端腳和電路的低壓輸出端之間； 所述電容連接于所述功率開關(guān)的供電端腳和其浮地端之間； 所述第一反饋電阻和第二反饋電阻串聯(lián)后連接于所述二極管的正極和浮地腳之間，且兩個反饋電阻的電氣連接點與所述功率開關(guān)的電壓反饋腳連接； 所述采樣電阻連接于所述功率開關(guān)的浮地腳和電流采樣腳之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電路，其特征在于，還包括:啟動電阻； 所述啟動電阻連接在所述功率開關(guān)的高壓集電極端和供電端腳之間，為所述功率開關(guān)提供初始能量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電路，其特征在于，還包括:保險絲電阻、整流模塊、外接電容、輸出儲能電容和負載；其中: 所述保險絲電阻一端與高壓輸入端連接，另一端與所述整流模塊連接； 所述整流模塊另一端與所述功率開關(guān)的高壓集電極腳連接； 所述外接電容連接在所述功率開關(guān)的CPC腳和浮地腳之間； 所述輸出儲能電容和負載 分別并聯(lián)在電路的低壓輸出端和輸出地之間。
專利摘要本實用新型提出一種功率開關(guān)，包括比較器、兩級電壓誤差放大器、觸發(fā)器、鎖存器和驅(qū)動器；其中比較器將電壓反饋信號與負極輸入端的參考電壓比較，輸出比較信號通過兩級電壓誤差放大器放大后輸出至觸發(fā)器；觸發(fā)器與鎖存器電連接，將接收到的信號處理為恒壓控制信號，并將所述恒壓控制信號通過鎖存器輸出至驅(qū)動器；驅(qū)動器與所鎖存器電連接，根據(jù)接收到的恒壓控制信號調(diào)節(jié)開關(guān)頻率和占空比。本實用新型還公開了兩種基于功率開關(guān)的BUCK類型應(yīng)用電路。本實用新型能夠?qū)崿F(xiàn)較高的電壓和電路精度。
文檔編號H02M7/12GK203027121SQ20132000763
公開日2013年6月26日 申請日期2013年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月8日
發(fā)明者呂述莊, 劉峰, 朱亞江, 段建華, 趙鋒 申請人:上海新進半導(dǎo)體制造有限公司