高效率AC-DC电源控制器电路制造技术

本发明专利技术涉及一种高效率AC

【技术实现步骤摘要】
高效率AC
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DC电源控制器电路


[0001]本专利技术涉及一种用于电力电子系统中AC
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DC电源控制器电路，属于集成电路


技术介绍

[0002]随着便携式电子设备对其供电电源的要求不断提高，开关电源市场正在围绕着低功耗、高精度、小体积等性能展开激烈地角逐，反激式AC
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DC转换器也不例外。反激式AC
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DC电源系统需要将输出端信息反馈到控制芯片中，通过负反馈来调整功率开关管的导通时间占空比，以此达到稳定输出的目的。根据反馈方式，反激式AC
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DC转换器可分为原边反馈(Primary Side Regulation，PSR)和副边反馈(Secondary Side Regulation，SSR)。副边反馈技术也称为光耦隔离反馈，该系统由反激拓扑电路，光耦隔离反馈电路和控制芯片组成。原边反馈技术是通过采样辅助绕组电压，来间接采样输出电压。原边反馈技术所需要的外围器件少，少的外围元器件即降低了PCB成本，也提高了系统的可靠性，所以原边反馈技术目前得到了更为广泛的应用。
[0003]典型原边反馈技术的系统框图如图1所示。当功率管导通时，辅助绕组电压与原边绕组电压成正比且为负值；当功率管关断时，辅助绕组电压与副边绕组电压成正比且为正值，所以，就可以在副边导通时采样辅助绕组的电压信息，来间接得到副边绕组两端的电压，忽略二极管正向导通压降，副边绕组导通时其两端的电压即为输出电压。所以，原边反馈就是在副边绕组导通时采样辅助绕组两端的电压，并将其反馈到控制芯片中，通过调节占空比进行闭环控制。
[0004]如图2所示为常用原边反馈AC
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DC控制器芯片00的内部框图，其中包含了电源模块20、恒压控制模块21、输出驱动电路22、恒流控制模块23、原边峰值电流检测模块24、控制模块25以及芯片的各种辅助模块。由于整体控制器芯片输出还提供具有大电流驱动能力的GATE输出信号，为了保障GATE输出高压功率器件栅极电容能快速充放电，使器件迅速的饱和导通和可靠关断，要求输出驱动电路的输出阻抗小，输出电流大(安培级)。因此需要集成保护电路模块26用于对芯片的状态进行监测，以避免异常情况对输出控制对象造成损坏。图2所示的现有技术中，控制模块22用于根据恒压开启信号CV_ctrl、恒流开启信号CC_ctrl、峰值电流检测信号LEB，产生用于输出驱动外部功率管脉冲信号Vin，然后经输出驱动进行打压及电流放大得到输出栅控制信号VO。其中，恒压开启信号CV_ctrl和恒流开启信号CC_ctrl均为数字信号，由开关电源的输出电压反馈信号FB单独产生；峰值电流检测信号LEB为模拟信号，由开关电源的输出电流反馈信号CS单独产生。
[0005]上述控制系统中，输出电压反馈信号FB和输出电流反馈信号CS两个模拟信号之间无直接关联关系，而实际的开关电源系统中FB和CS二者之间存在直接密切的联系，若能在芯片控制环路中，将FB和CS两个模拟信号直接进行一定的关联，引入新的控制环路，势必可以增加AC
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DC控制器的控制精度和响应速度。但是引入新的控制环路后，控制模式相比要复杂不少，容易造成谐波震荡，影响系统稳定性，因此需要通过更严格的控制技术来消除这种
风险。

技术实现思路

[0006]本专利技术在现有技术基础上，提供了一种高效率AC
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DC控制器电路，采用多环路补偿提高效率，同时兼顾效率和响应速度，保证AC
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DC电源控制器的稳定性。
[0007]本专利技术提供的高效率AC
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DC电源控制器电路包括：反馈电压检测电路、原边峰值电流检测电路、反馈电流检测电路、电压电流混合检测电路、参考电压产生电路、第一电压判别电路、第二电压判别电路、电流综合补偿电路、综合比较器电路、逻辑控制电路、输出驱动电路和保护电路；
[0008]所述反馈电压检测电路用于检测开关电源输出的反馈电压FB，并产生检测信号Vf；所述原边峰值电流检测电路用于检测开关电源输出电流信号CS，并产生检测信号LEB；所述反馈电流检测电路用于对检测信号LEB进行处理，并产生检测信号Vcs2；所述电压电流混合检测电路用于对开关电源输出的反馈电压FB和检测信号LEB进行处理，并结合检测信号Vcs2产生检测信号Vcs1；第一电压判别电路用于对检测信号Vcs1和电流综合补偿电路反馈的补偿参考电压Vrc进行比较得到补偿信号Vc1，第二电压判别电路用于对开关电源输出的反馈电压FB和电流综合补偿电路反馈的的补偿参考电压Vrc进行比较得到补偿信号Vc2；所述电流综合补偿电路在控制信号Ctr4的控制下，将补偿信号Vc2、补偿信号Vc1、参考电压Vref和参考电压Vadj1进行补偿处理，并得电流补偿信号Vcom；综合比较器电路对电流补偿信号Vcom和参考电压Vadj2进行比较，得到补偿输出信号Dcom；参考电压产生电路连接外部高压电源，用于产生可调整的参考电压Vadj1、Vadj2以及产生所有电路工作需要的片内低压电源和参考信号；保护电路内部包括欠压保护电路、过压保护电路、过温保护电路和过流保护电路，分别用于产生欠压保护信号UVLO、过压保护信号OVP、过温保护信号OTP、过流保护信号OCP，并全部输出给逻辑控制电路；逻辑控制电路产生控制信号Ctr1～Ctr5分别用于控制反馈电压检测电路、反馈电流检测电路、电压电流混合检测电路、电流综合补偿电路和综合比较器电路的工作状态，并根据检测信号Vf、检测信号Vcs2、补偿输出信号Dcom、欠压保护信号UVLO、过压保护信号OVP、过温保护信号OTP以及过流保护信号OCP，综合处理产生脉冲驱动信号Vin；所述输出驱动电路用于将脉冲驱动信号Vin进行电流和电压放大，输出有大电流驱动能力的栅驱动信号VO。
[0009]电路上电之后，参考电压产生电路和逻辑控制电路最先工作，逻辑控制电路按照次序分别输出控制信号，逻辑控制电路输出控制信号Ctr1～Ctr5的先后优先次序为：首先，同时输出控制信号Ctr3、控制信号Ctr4和控制信号Ctr5，分别控制电压电流混合检测电路、综合补偿电路和综合比较器电路开始工作，使反馈电压FB和检测信号LEB形成一个简单控制环路，并输出脉冲驱动信号Vin使VO输出一个初始输出电压；然后，输出控制控制信号Ctr1和控制信号Ctr2，分别控制反馈电压检测电路和反馈电流检测电路开始工作；此时整体AC
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DC电源控制器的所有控制环路开启。
[0010]具体的，所述逻辑控制电路包括时钟产生电路、第一数字滤波器、第二数字滤波器、错误处理逻辑、计数器组、判别控制逻辑和寄存器组；所述时钟产生电路产生的高频时钟Clk同时输入到第一数字滤波器、第二数字滤波器、计数器组和判别控制逻辑；所述第一数字滤波器在高频时钟Clk的控制下，对检测信号Vf进行滤波处理，得到补偿数据Dc1；所述
第二数字滤波器在高频时钟Clk的控制下，对检测信号Vcs2进行滤波处理，得到补偿本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高效率AC
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DC电源控制器电路，其特征是，包括：反馈电压检测电路(1)、原边峰值电流检测电路(2)、反馈电流检测电路(3)、电压电流混合检测电路(4)、参考电压产生电路(5)、第一电压判别电路(6)、第二电压判别电路(7)、电流综合补偿电路(9)、综合比较器电路(10)、逻辑控制电路(11)、输出驱动电路(12)和保护电路(13)；所述反馈电压检测电路(1)用于检测开关电源输出的反馈电压FB，并产生检测信号Vf；所述原边峰值电流检测电路(2)用于检测开关电源输出电流信号CS，并产生检测信号LEB；所述反馈电流检测电路(3)用于对检测信号LEB进行处理，并产生检测信号Vcs2；所述电压电流混合检测电路(4)用于对开关电源输出的反馈电压FB和检测信号LEB进行处理，并结合检测信号Vcs2产生检测信号Vcs1；第一电压判别电路(6)用于对检测信号Vcs1和电流综合补偿电路(9)反馈的补偿参考电压Vrc进行比较得到补偿信号Vc1，第二电压判别电路(7)用于对开关电源输出的反馈电压FB和电流综合补偿电路(9)反馈的的补偿参考电压Vrc进行比较得到补偿信号Vc2；所述电流综合补偿电路(9)在控制信号Ctr4的控制下，将补偿信号Vc2、补偿信号Vc1、参考电压Vref和参考电压Vadj1进行补偿处理，并得电流补偿信号Vcom；综合比较器电路(10)对电流补偿信号Vcom和参考电压Vadj2进行比较，得到补偿输出信号Dcom；参考电压产生电路(5)连接外部高压电源，用于产生可调整的参考电压Vadj1、Vadj2以及产生所有电路工作需要的片内低压电源和参考信号；保护电路(13)内部包括欠压保护电路、过压保护电路、过温保护电路和过流保护电路，分别用于产生欠压保护信号UVLO、过压保护信号OVP、过温保护信号OTP、过流保护信号OCP，并全部输出给逻辑控制电路(11)；逻辑控制电路(11)产生控制信号Ctr1～Ctr5分别用于控制反馈电压检测电路(1)、反馈电流检测电路(3)、电压电流混合检测电路(4)、电流综合补偿电路(9)和综合比较器电路(10)的工作状态，并根据检测信号Vf、检测信号Vcs2、补偿输出信号Dcom、欠压保护信号UVLO、过压保护信号OVP、过温保护信号OTP以及过流保护信号OCP，综合处理产生脉冲驱动信号Vin；所述输出驱动电路(12)用于将脉冲驱动信号Vin进行电流和电压放大，输出有大电流驱动能力的栅驱动信号VO。2.根据权利要求1所述的高效率AC
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DC电源控制器电路，其特征是，电路上电之后，参考电压产生电路(5)和逻辑控制电路(11)最先工作，逻辑控制电路(11)按照次序分别输出控制信号，逻辑控制电路(11)输出控制信号Ctr1～Ctr5的先后优先次序为：首先，同时输出控制信号Ctr3、控制信号Ctr4和控制信号Ctr5，分别控制电压电流混合检测电路(4)、综合补偿电路(9)和综合比较器电路(10)开始工作，使反馈电压FB和检测信号LEB形成一个简单控制环路，并输出脉冲驱动信号Vin使VO输出一个初始输出电压；然后，输出控制控制信号Ctr1和控制信号Ctr2，分别控制反馈电压检测电路(1)和反馈电流检测电路(3)开始工作；此时整体AC
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DC电源控制器的所有控制环路开启。3.根据权利要求2所述的高效率AC
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DC电源控制器电路，其特征是，所述逻辑控制电路(11)包括时钟产生电路(70)、第一数字滤波器(71)、第二数字滤波器(72)、错误处理逻辑(73)、计数器组(74)、判别控制逻辑(75)和寄存器组(76)；所述时钟产生电路(70)产生的高频时钟Clk同时输入到第一数字滤波器(71)、第二数字滤波器(72)、计数器组(74)和判别控制逻辑(75)；所述第一数字滤波器(71)在高频时钟Clk的控制下，对检测信号Vf进行滤波处理，得到补偿数据Dc1；所述第二数字滤波器(72)在高频时钟Clk的控制下，对检测信号Vcs2进行滤波处理，得到补偿数据Dc2；所述错误处理逻辑(73)根据欠压保护信号UVLO、过压保
护信号OVP、过温保护信号OTP以及过流保护信号OCP的情况产生错误信号Err；所述计数器组(74)根据判别控制逻辑(75)输出的计数选择信号Sel的情况选择计数输出Count，并将计数输出Count输出给判别控制逻辑(75)；判别控制逻辑(75)的输入端分别连接上述补偿数据Dc1、补偿数据Dc2、错误信号Err、计数输出Count以及补偿输出信号Dcom，根据各信号状态进行逻辑运算，先产生输出给寄存器组(76)的状态控制信号Set，然后综合处理产生脉冲驱动信号Vin；电路上电之后，时钟产生电路(70)和错误处理逻辑(73)开始工作，时钟产生电路(70)正常工作后输出高频时钟Clk；紧接着，判别控制逻辑(75)先产生第一种状态控制信号Set并输出给寄存器组(76)，寄存器组(76)根据第一种状态控制信号Set先输出控制信号Ctr3、Ctr4和Ctr5，同时将脉冲驱动信号Vin设置为一种固定频率的方波脉冲；紧接着经过一段延时时间td1，待补偿输出信号Dcom由初始状态开始改变为脉冲信号时，判别控制逻辑(75)将会解锁脉冲驱动信号Vin，使之改为由补偿输出信号Dcom控制；然后经过一段延时时间td2，判别控制逻辑(75)产生第二种状态控制信号Set并输出给寄存器组(76)，寄存器组(76)根据第二种状态控制信号Set输出控制信号Ctr1和Ctr2，开启其余控制环路；上述判别控制逻辑(75)改变状态控制信号Set所依据的延时时间td1、延时时间td2和延时时间td3，均由判别控制逻辑(75)通过依次提供不同的计数选择信号Sel给计数器组(74)进而通过计数器组(74)产生不同计数输出Count进行控制。4.根据权利要求1所述的高效率AC
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DC电源控制器电路，其特征是，所述电流综合补偿电路(9)包括：PMOS管M401、PMOS管M402、PMOS管M404、PMOS管M405、PMOS管M406、PMOS管M407、PMOS管M408、PMOS管M409、PMOS管M410、PMOS管M411、PMOS管M412、NMOS管M413、NMOS管M414、PMOS管M415、PMOS管M416、NMOS管M417、NMOS管M418、NMOS管M419、NMOS管M420、NMOS管M421、NMOS管M422、NMOS管M423、NMOS管M424、NMOS管M425、NMOS管M426、NMOS管M427、NMOS管M428、NMOS管M429、电阻R41、电阻R42、电阻R43、电阻R44、电阻R45、电阻R46、电容C41、电容C42、电容C43和电容C44；PMOS管M430、PMOS管M431、PMOS管M432、PMOS管M433、NMOS管M434、PMOS管M435、PMOS管M436、NMOS管M437、NMOS管M438、NMOS管M439、NMOS管M440、NMOS管M441、电阻R47、电阻R48和电容C45；其中，PMOS管M401、PMOS管M402、PMOS管M404、电阻R41、电阻R42、NMOS管M413、NMOS管M414、NMOS管M419、NMOS管M420、NMOS管M428、NMOS管M429、电容C41和电容C42构成补偿信号调整电路；PMOS管M401漏极连接PMOS管M401栅极、PMOS管M402栅极、PMOS管M404栅极、电容C41下端，并作为偏置输入信号IbC41的输入端；PMOS管M402漏极连接NMOS管M419漏极、NMOS管M419栅极、NMOS管M420栅极、NMOS管M429漏极；PMOS管M404漏极连接NMOS管M420漏极、NMOS管M413源极、NMOS管M414源极、NMOS管M428漏极和电阻R44左端，并作为补偿参考电压Vrc的输出端；NMOS管M413漏极连接电阻R41下端，NMOS管M413栅极连接补偿信号Vc1，NMOS管M414漏极连接电阻R42下端，NMOS管M414栅极连接补偿信号Vc2；PMOS管M401源极、PMOS管M402源极、PMOS管M404源极、电容C41上端、电阻R41上端和电阻R42上端均连接到电源电压VCCL；NMOS管M419源极、NMOS管M420源极、NMOS管M428源极、NMOS管M429源极、电容C42下端均连接地电压VSS；电容C41和电容C42为滤波电容，NMOS管M429和NMOS管M428为受复位信号S1控制的复位晶体管；PMOS管M405、PMOS管M406、PMOS管M409、PMOS管M410、PMOS管M415、PMOS管M416、电阻
R43、电阻R44、电阻R45、NMOS管M421、NMOS管M422、NMOS管M426、NMOS管M427构成补偿信号放大电路；其中PMOS管M405、PMOS管M406、PMOS管M409、PMOS管M410和电阻R43构成自偏置共源共栅镜像电流源电路，电阻R43的下端作为偏置输入信号Ibc42的输入端，还连接PMOS管M409栅极、PMOS管M410栅极、PMOS管M411栅极、PMOS管M412栅极，电阻R43上端连接PMOS管M409漏极、PMOS管M405栅极、PMOS管M406栅极，PMOS管M409源极连接PMOS管M405漏极，PMOS管M406漏极连接PMOS管M410源极；PMOS管M406和PMOS管M410构成共源共栅电流源，PMOS管M410漏极连接PMOS管M415源极和PMOS管M416源极，PMOS管M415栅极连接到电阻R44右端和电阻R46下端，PMOS管M416栅极连接到电阻R45左端，R45右端连接所述电流综合补偿电路(9)的调制参考信号Vadj1，PMOS管M415漏极连接NMOS管421漏极、NMOS管421栅极、NMOS管M423栅极、NMOS管M427漏极，PMOS管M416漏极连接NMOS管...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱宁，王强，
申请(专利权)人：瀚昕微电子无锡有限公司，
类型：发明
国别省市：