一種原邊反饋開關電源控制晶片

《一種原邊反饋開關電源控制晶片》是深圳市華芯邦科技有限公司於2012年3月26日申請的專利，該專利的申請號為2012100813667，公布號為CN102624240A，授權公布日為2012年8月1日，發明人是賴澤聯。

《一種原邊反饋開關電源控制晶片》包括電壓控制單元（101）、RS觸發器（102）、斬波器單元（103）、驅動單元（104）、電流控制單元（105），以及VDD、GND、OUT三個引腳，所述斬波器單元（103）經驅動單元（104）放大後由OUT引腳輸出以驅動外部開關管，所述電壓控制單元（101）和電流控制單元（105）分別聯接到RS觸發器（102）的S端和R端，以通過RS觸發器（102）控制斬波器單元（103），其特徵在於選擇VDD引腳作為反饋電壓採集點，選擇OUT引腳作為原邊電流信號採集點，該發明解決了2012年前技術存在的控制晶片耐壓高、成本高以及套用不靈活的問題。

2016年12月7日，《一種原邊反饋開關電源控制晶片》獲得第十八屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《一種原邊反饋開關電源控制晶片》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：一種原邊反饋開關電源控制晶片
• 公布號：CN102624240A
• 授權日：2012年8月1日
• 申請號：2012100813667
• 申請日：2012年3月26日
• 申請人：深圳市華芯邦科技有限公司
• 地址：廣東省深圳市南山區科技園中區科發路2號工業區1棟2樓205室
• 發明人：賴澤聯
• Int.Cl.：H02M3/335(2006.01)I
• 代理機構：深圳市啟明專利代理事務所
• 代理人：郁士吉
• 類別：發明專利

專利背景

截至2012年3月，開關電源是常用的交流轉直流的電源裝置，原邊反饋開關電源由於其除了能根據反饋信息對輸出電壓進行調節外，還能根據從原邊檢測出的電流信息對輸出電流進行適當的調節，為此原邊反饋開關電源的套用越來越廣泛，相應也出現了許多原邊反饋開關電源控制晶片。

《一種原邊反饋開關電源控制晶片》的發明人注意到了CN102237812A所公開的一種原邊反饋開關電源控制器，CN102237812A所公開的這種原邊反饋開關電源控制器，儘管在電壓控制迴路和電流控制迴路上有所變化，但其本質上與市售的AP3708原邊反饋開關電源控制晶片為同一種類型，附圖1是簡化後的CN102237812A所公開的以及市售的AP3708原邊反饋開關電源控制晶片系統框圖。如附圖1所示，所述的原邊反饋控制晶片（1）包括電壓控制單元（101）、RS觸發器（102）、斬波器單元（103）、驅動單元（104）、電流控制單元（105），這類原邊反饋控制晶片（1）的一個顯著的特點是至少包括VDD、GND、OUT、FB、CS五個引腳，所述FB引腳為輔助繞組Na電壓反饋引入腳，其從與輔助繞組Na相聯接的由電阻R1和電阻R2構成取樣電路中取得電壓反饋信號。晶片內部，FB引腳聯接到電壓控制單元（101）的輸入端，所述CS引腳為初級電流檢測信號引入腳，功率三極體G的發射極通過電阻R3接地，所述功率三極體G的集電極接至變壓器3的原邊繞組Np的下端，原邊繞組Np的上端接至VDD引腳，所述CS引腳外部電路接至功率三極體G的發射極，以獲取原邊繞組Np的電流值，在晶片內部CS引腳聯接到過流保護單元（105）的輸入端，電壓控制單元（101）和電流控制單元（105）的輸出端分別聯接到RS觸發器（102）的S端和R端，所述RS觸發器（102）的輸出端即Q端聯接到斬波器單元（103）的輸入端，所述斬波器單元（103）可以是PWM型的，也可以是PFM型的，所述斬波器單元（103）聯接到驅動單元（104），所述驅動單元（104）的輸出為OUT引腳，OUT引腳外部電路接至功率三極體G的基極。VDD引腳為原邊反饋控制晶片（1）的電源引腳，用於為整個晶片接入電源；FB引腳為輔助繞組Na電壓反饋引入腳，通過偵測輔助繞組Na的電壓來調節驅動單元（104）的輸出的，使得輔助繞組Na的電壓穩定在設定的值，同時控制原邊繞組Np的電流在規定的範圍內，最終使次級繞組Ns的輸出電壓穩定在設定的值，當系統正常工作時，根據變壓器原理，我們有（Vdd+Vz）/（Vo+Vz）=NA/NS，其中Vz為二極體D1和二極體D2的正向壓降，Vo為次級繞組Ns二極體D2整流後的輸出電壓，NA為輔助繞組Na的圈數，NS為次級繞組Ns的圈數，Vdd為VDD引腳位置處的電壓值。從而我們有FB引腳的電壓為（Vdd+Vz）通過分壓電阻R1和R2得到的分壓，因此FB引腳的電壓間接地反映了輸出電壓Vo的大小，所以可以作為輸出電壓Vo的反饋信號；OUT引腳為晶片的驅動單元（104）的輸出引腳，用於驅動外部的功率三極體G，CS引腳為原邊繞組Np電流偵測引腳，用於偵測原邊繞組Np導通時的峰值電流；GND引腳為晶片的接地引腳、C1、C2為濾波電容。在採用原邊反饋控制晶片（1）構成的開關電源系統中，VDD引腳位置處的電壓值Vdd會隨著輸出電壓和負載變化而在很大範圍內變化，因此VDD引腳的耐壓要求一般較高，即使從VDD引腳引入的外部電源的電壓為5伏的情況下，控制晶片（1）仍必須採用相對耐高壓BI-CMOS工藝，因為VDD引腳的耐壓值要考慮至少能耐壓40伏，所以2012年3月前技術的控制晶片面積較大、生產成本較高。

再者，2012年3月前技術的原邊反饋控制晶片還存在由於外引腳較多，故採用這種原邊反饋控制晶片來構建開關電源，所需的外圍元件和套用電路亦相對複雜。

當然人們在減少開關電源控制晶片的外引腳，以使得配套的外部電路簡單化，從而降低成本，提升可靠性方面還在做了不少的工作，該案發明人特別注意到了市售的TOP221-227開關電源控制晶片的結構特點，TOP221-227這種開關電源控制晶片只有漏極引腳、源極引腳以及控制極引腳三個外引腳，所述漏極引腳在使用中接原邊繞組Np的下端，所述源極引腳接地，所述控制極引腳作電壓信號採集端。TOP221-227這種開關電源控制晶片較為特別的地方在於將一個MOS開關管集成到了晶片中，在晶片內部利用MOS開關管的漏極作為原邊繞組Np的電流信號採集點，其本質上是利用了MOS開關管導通時源極和漏極間等效於一個電阻特性實現的控制，TOP221-227這種開關電源控制晶片雖然外引腳極少，外部電路相對簡單，但其存在的問題在於其功率受集成的MOS開關管的功率限制，套用起來不是太靈活，同時，在低成本套用的場合，開關管多採用普通三極體，顯然TOP221-227這種開關電源控制晶片的結構特徵決定了對普通三極體不適應。綜上所述，2012年3月前技術有進一步改進的必要。

發明內容

專利目的

《一種原邊反饋開關電源控制晶片》的目的在於提供一種原邊反饋開關電源控制晶片，其通過選擇合適的電壓反饋取樣點以及通過選擇合適的電流反饋取樣點來降低原邊反饋開關電源控制晶片的耐壓等級，從而降低原邊反饋開關電源控制晶片的面積和生產成本，並提升套用的靈活性，同時通過前述的技術措施來實現原邊反饋開關電源控制晶片外引腳的減少，以簡化外部配套電路，提高套用可靠性以及降低套用成本。

技術方案

《一種原邊反饋開關電源控制晶片》包括電壓控制單元（101）、RS觸發器（102）、斬波器單元（103）、驅動單元（104）、電流控制單元（105），以及VDD、GND、OUT三個引腳，所述斬波器單元（103）經驅動單元（104）放大後由OUT引腳輸出以驅動外部開關管，所述電壓控制單元（101）和電流控制單元（105）分別聯接到RS觸發器（102）的S端和R端，以通過RS觸發器（102）控制斬波器單元（103），其特徵在於選擇VDD引腳作為反饋電壓採集點，選擇OUT引腳作為原邊電流信號採集點，還包括第一電壓比較器（107）、第二電壓比較器（108），分別將VDD引腳的電壓信號和OUT引腳的電壓信號接入到第一電壓比較器（107）和第二電壓比較器（108）的輸入端，並使之與標準電壓信號進行比較後分別輸出到電壓控制單元（101）和電流控制單元（105）。

《一種原邊反饋開關電源控制晶片》的這種原邊反饋開關電源控制晶片，使用時與外部電路一起構成原邊反饋開關電源，其中外部電路包括變壓器（3）、開關三極體G以及整流濾波單元（2），所述變壓器（3）包括原邊繞組Np、輔助繞組Na以及次級繞組Ns，所述開關三極體G的發射極通過電阻R3接地，集電極接至變壓器（3）的原邊繞組Np的下端，基極與原邊反饋開關電源控制晶片的OUT引腳聯接，VDD引腳與外部整流濾波單元（2）的輸出側、原邊繞組Np的上端並聯接，且通過反接的二極體D1聯接輔助繞組Na的上端，輔助繞組Na的下端和GND引腳接地。次級繞組Ns則通過二極體D2整流和電容C1濾波後輸出到負載。

在前述的套用系統中，根據變壓器原理我們有（Vdd+Vz）/（Vo+Vz）=NA/NS，其中Vdd為VDD引腳位置的電壓值，Vz為二極體的結電壓，Vo為次級繞組Ns經二極體D2整流、電容C2濾波後的輸出電壓值。因此VDD引腳位置的電壓也間接反映了次級繞組Ns經二極體D2整流，電容C2濾波後的輸出電壓Vo的大小，所以VDD引腳可以作為輸出電壓Vo的反饋信號採集點。將VDD引腳直接作為了反饋信號採集點，為此VDD引腳位置的電壓值Vdd會被穩定在設定值附近，一般等於整流濾波單元（2）的輸出電壓值，不會隨輸出電壓Vo和負載等外部參數而有太大的變化。在2012年3月前技術中，VDD引腳位置的電壓值Vdd在5伏時，考慮輸出電壓Vo和負載等外部參數變化的因素，晶片仍要按遠高於5伏的耐壓值來設計，而《一種原邊反饋開關電源控制晶片》不需要，在整流濾波單元（2）的輸出電壓值為5伏時，可以採用標準的5伏低壓CMOS工藝，從而降低晶片的面積和生產成本。

在《一種原邊反饋開關電源控制晶片》中，OUT引腳為晶片的驅動單元（104）的輸出引腳，用於驅動外部的開關三極體G，同時在該發明中，OUT引腳還復用為原邊繞組Np電流偵測引腳，在開關三極體G導通過程中，如果流經原邊繞組Np的電流增加，電阻R3上壓降Vcs亦增加，OUT引腳的電壓也隨之上升，OUT引腳上的電壓Vout=Vbe+Vcs，Vbe為功率三極體G的基極與發射極間電壓，Vcs為原邊繞組Np的電流流經電阻R3兩端的所產生壓降，由於Vbe是一個相對固定的值，因此OUT引腳上的電壓Vout值的變化，直接反映了Vcs值的變化，即OUT引腳上的電壓Vout可作為原邊繞組Np電流信號採集點。在發明中，所述OUT引腳上的電壓信號最好通過一過濾波單元（109）接至第二電壓比較單元（108）的輸入端，以避免雜波干擾。

選擇OUT引腳作為原邊電流信號採集點的積極效果在於這樣使《一種原邊反饋開關電源控制晶片》的原邊反饋開關電源控制晶片在套用時具有極大的靈活性，由其構建的開關電源的功率在許可的範圍內僅取決於開關三極體G的功率，與驅動價格昂貴的MOS管相比，顯然驅動普通大功率三極體有成本上的優勢，這對開關電源的低成本套用極為重要。

另外，由於《一種原邊反饋開關電源控制晶片》的原邊反饋開關電源控制晶片只有VDD、GND、OUT三個引腳，這也相應帶來了外部電路的簡單化，對降低開關電源的成本和可靠性顯然有著積極的效果。

所述電壓控制單元（101）可以是一個恆壓控制單元，也可以是一個恆流控制單元，其具體的電路在CN102237812A所公開內容中以及以AP3708原邊反饋開關電源控制晶片為代表的電路中均有充分的公開，在此不作詳述。所述電流控制單元（105）主要根據採集的電流信號將原邊繞組Np的電流值箝位在極限電流值上，其構成如電壓控制單元（101）一樣，為眾多的2012年3月前技術所公開，包括CN102237812A以及以AP3708原邊反饋開關電源控制晶片為代表的電路中均有充分的公開。

附圖說明

圖1是2012年3月前技術的一種簡化的原邊反饋開關電源控制晶片系統結構及其套用結構框圖；

圖2是《一種原邊反饋開關電源控制晶片》較佳實施例所提供的一種原邊反饋開關電源控制晶片系統結構及其套用系統結構框圖。

圖3是該發明較佳實施例二所提供的一種原邊反饋開關電源控制晶片系統結構及其套用系統結構框圖。

各圖中：1為控制晶片；101為電壓控制單元；102為RS觸發器；103為斬波器單元；104為驅動單元；105為電流控制單元；106為基準電壓單元；107為第一電壓比較器；108為第二電壓比較器；109為濾波單元；110為壓控振盪單元；2為整流濾波單元；3為變壓器。

技術領域

《一種原邊反饋開關電源控制晶片》涉及一種原邊反饋開關電源控制晶片，其屬於開關電源控制裝置類。

權利要求

1.《一種原邊反饋開關電源控制晶片》 包括電壓控制單元（101）、RS觸發器（102）、斬波器單元（103）、驅動單元（104）、電流控制單元（105），以及VDD、GND、OUT三個引腳，所述斬波器單元（103）經驅動單元（104）放大後由OUT引腳輸出以驅動外部開關管，所述電壓控制單元（101）和電流控制單元（105）分別聯接到RS觸發器（102）的S端和R端，以通過RS觸發器（102）控制斬波器單元（103），其特徵在於選擇VDD引腳作為反饋電壓採集點，選擇OUT引腳作為原邊電流信號採集點，還包括第一電壓比較器（107）、第二電壓比較器（108），分別將VDD引腳的電壓信號和OUT引腳的電壓信號接入到第一電壓比較器（107）和第二電壓比較器（108）的輸入端，並使之與標準電壓信號進行比較後分別輸出到電壓控制單元（101）和電流控制單元（105）。

2.根據權利要求1所述的一種原邊反饋開關電源控制晶片，其特徵在於所述電壓控制單元101為恆壓控制單元。

3.根據權利要求1所述的一種原邊反饋開關電源控制晶片，其特徵在於所述標準電壓信號由基準電壓單元（106）產生，所述基準電壓單元（106）產生ref1和ref2二路標準電壓，其中ref1接至第一電壓比較器（107）的一個輸入端，ref2接至第二電壓比較器（108）的一個輸入端。

4.根據權利要求3所述的一種原邊反饋開關電源控制晶片，其特徵在於所述第二電壓比較器（108）的另一個輸入端通過濾波單元（109）接至原邊電流信號採集點即OUT引腳上，第二電壓比較器（107）和電流控制單元（105）共同作用根據採集的原邊繞組Np的電流信號將原邊繞組Np的電流值箝位在極限電流值上。

5.根據權利要求1所述的一種原邊反饋開關電源控制晶片，其特徵在於所述電壓控制單元（101）為恆流控制單元，還包括一壓控振盪單元（110），所述壓控振盪單元（101）的輸入端接至VDD引腳，所述控振盪單元（101）的輸出端接至電壓控制單元（101）。

實施方式

• 實施例一：

該較佳實施例所提供的一種原邊反饋開關電源控制晶片，如附圖2所示，所述控制晶片1包括電壓控制單元101、RS觸發器102、斬波器單元103、驅動單元104、電流控制單元105，以及VDD、GND、OUT三個引腳，所述斬波器單元103在該佳實施例中採用了PFM單元，其輸出經驅動單元104放大後由OUT引腳輸出到功率三極體G的基極，以驅動功率三極體G，所述電壓控制單元101和電流控制單元105分別聯接到RS觸發器102的S端和R端，以通過RS觸發器102控制斬波器單元103，在該較佳實施例中，所述電壓控制單元101為恆壓控制單元，在該較佳實施例中，VDD引腳作為反饋電壓採集點，OUT引腳作為原邊電流信號採集點，還包括第一電壓比較器107、第二電壓比較器108，分別將VDD引腳的電壓信號和OUT引腳的電壓信號接入到第一電壓比較器107和第二電壓比較器108的輸入端，並使之與標準電壓信號進行比較後分別輸出到電壓控制單元101和電流控制單元105。在該較佳實施例中，所述標準電壓信號由基準電壓單元106產生，所述基準電壓單元106產生ref1和ref2二路標準電壓，其中ref1接至第一電壓比較器107的一個輸入端，ref2接至第二電壓比較器108的一個輸入端，所述第二電壓比較器108的另一個輸入端在該較佳實施例中通過濾波單元109接至原邊電流信號採集點即OUT引腳上，第二電壓比較器107和電流控制單元105共同作用根據採集原邊繞組Np的電流信號將原邊繞組Np的電流值箝位在極限電流值上。採用該較佳實施例的控制晶片1與外部電路一起將能十分簡便地構成恆壓輸出的原邊反饋開關電源，其中外部電路包括變壓器3、開關三極體G以及整流濾波單元2，所述變壓器3包括原邊繞組Np、輔助繞組Na以及次級繞組Ns，所述開關三極體G的發射極通過電阻R3接地，集電極接至變壓器3的原邊繞組Np的下端，基極與原邊反饋開關電源控制晶片的OUT引腳聯接，VDD引腳與外部整流濾波單元2的輸出側、原邊繞組Np的上端並聯接，且通過反接的二極體D1聯接輔助繞組Na的上端，輔助繞組Na的下端和GND引腳接地。次級繞組Ns則通過二極體D2整流和電容C1濾波後輸出到負載。

• 實施例二：

該較佳實施例所提供的一種原邊反饋開關電源控制晶片，如附圖3所示，與實施例一的不同之處在於所述電壓控制單元101為恆流控制單元，同時為了配合恆流控制，在所述電壓控制單元101的前端增設了一壓控振盪單元110，所述壓控振盪單元110的輸入端接至VDD引腳，所述控振盪單元110的輸出端接至電壓控制單元101，所述壓控振盪單元110主要是配合電壓控制單元101根據從反饋電壓採集點即VDD引腳採集的反饋電壓信號對系統作出恆流控制。

綜上所述，《一種原邊反饋開關電源控制晶片》的一種原邊反饋開關電源控制晶片，包括電壓控制單元（101）、RS觸發器（102）、斬波器單元（103）、驅動單元（104）、電流控制單元（105），以及VDD、GND、OUT三個引腳，所述斬波器單元（103）經驅動單元（104）放大後由OUT引腳輸出以驅動外部開關管，所述電壓控制單元（101）和電流控制單元（105）分別聯接到RS觸發器（102）的S端和R端，以通過RS觸發器（102）控制斬波器單元（103），其特徵在於選擇VDD引腳作為反饋電壓採集點，選擇OUT引腳作為原邊電流信號採集點，《一種原邊反饋開關電源控制晶片》解決了2012年3月前技術存在的控制晶片耐壓高、成本高以及套用不靈活的問題。

榮譽表彰

2016年12月7日，《一種原邊反饋開關電源控制晶片》獲得第十八屆中國專利優秀獎。