一种高精度智能调节驱动控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高精度智能调节驱动控制系统，包括逐周期峰值电压检测电路、实际峰值电压检测电路、电压上升斜率基准电路以及自适应补偿驱动电路。本发明专利技术既可以用同一个主控电路来驱动不同功率MOSFET，又能满足交流电压全负载范围内功率MOSFET的驱动能力保持平衡状态，同时还可以防止外部温度过高时变压器磁芯饱和造成功率MOSFET损坏等恶劣后果。芯饱和造成功率MOSFET损坏等恶劣后果。芯饱和造成功率MOSFET损坏等恶劣后果。

【技术实现步骤摘要】
一种高精度智能调节驱动控制系统


[0001]本专利技术涉及原边反馈AC/DC开关电源领域，具体涉及一种高精度智能调节驱动控制系统。

技术介绍

[0002]随着开关电源需求量的日益增加，电源主控芯片对于降低成本、增加功能以及优化性能等各方面的要求也更加严格。
[0003]开关电源主要利用功率MOSFET在导通模式和关断模式快速切换，在切换的时候都有较高能量耗散，因为切换时间非常短，所以开关电源效率高，节约能源，产生热量少。但是因为功率MOSFET处于快速开关状态，DV/DT和DI/DT变换迅速，电压和电流的瞬间剧烈变换必然产生电磁干扰，而且电磁干扰EMI信号占有很宽的频率范围，具有一定的幅度，这些EMI干扰经过传到和辐射方式污染电磁环境，对通信设备和电子仪器造成干扰。因此要抑制这种电磁干扰。对于控制芯片来说，就是要减低功率MOSFET电压电流的瞬间剧烈变换。
[0004]要提高开关电源工作效率，就是要降低功率MOSFET的开关损耗，需要提高功率MOSFET的开关速度。另一方面需要兼顾EMI电磁干扰，那么功率MOSFET的开关速度不能太快。要兼顾效率和EMI，需要驱动能力和MOSFET匹配项处于一个平衡状态，因此对功率MOSFET驱动能力有更高要求。
[0005]另一方面随着电子产品的丰富，应用在各种功率段，工作在不同瓦数的消费电子产品越来越多，于此相应的，不同额定工作电流的功率MOSFET越来越多，来满足各种功率的要求。显然的不同额定工作电流的功率MOSFET电流能力不同，尺寸大小不同，面积不同，那么寄生GS电容不同。对于AC/DC开关电源，常规都是用一个主控电路，搭配一个功率MOSFET来满足系统应用。功率MOSFET额定电流不同，必然的要求主控芯片驱动能力智能可调节，才能满足驱动要求。
[0006]典型的原边反馈检测反激电源转换器系统应用结构如图1所示，假设系统工作在非连续模式(DCM)。在理想状态下，变压器初级电感电流流过导通的功率管以后，经采样电阻将电压传输到控制芯片CS端口，当CS检测到阈值电压Vpeak以后，马上控制功率管关断，变压器初级电感峰值电流由如下公式决定：
[0007][0008]实际工作中，当CS检测到阈值电压Vpeak以后，内部控制信号关是存在延迟时间的，所以实际的变压器初级电感峰值电流和输出功率分别由如下公式决定：
[0009][0010]Vpeak：芯片内部设定的用于控制变压器初级电感峰值电流的阈值电压；
[0011]Rcs：芯片CS端口到地的采样电阻值；
[0012]Vin：交流输入电压经过桥式整流电路以后的电压值；
[0013]Lp：变压器初级电感量；
[0014]Ton：功率管开始导通到CS端电压达到Vpeak电压所对应的时间；
[0015]Td：CS电压达到Vpeak以后，从发出控制信号到关断功率管的延迟时间；
[0016]Ipeak：实际的变压器初级电感峰值电流；
[0017]从公式(1)和(2)中可以看出：变压器初级电感峰值电流上升斜率都随着Lp、Vin和Td的变化而变化。当在固定的应用板上变压器初级电感量LP是保持不变的，全交流AC电压范围(90～264范围)内，原边电流上升的斜率主要被交流输入电压经过桥式整流电路以后的电压值VIN影响。但是在控制芯片中，驱动功率MOSFET的GATE信号的能力是固定的，具体表现为GATE上升沿延时和下降沿延时是固定的。在低AC电压时，MOSFET的开关损耗占主导地位，降低损耗提高效率需要适当增加GATE的驱动能力。而在高AC电压情况下，MOSFET上电流在系统延时TD时间内上升幅度大，且工作频率高，EMI干扰加剧，需要适当降低GATE的驱动能力。
[0018]在开关电源工作在额定功率甚至超过额定功率长时间工作状态下，电源系统损耗在逐渐增加，损耗的功率以热能释放。现阶段流行高功率密度开关电源，也意味着充电器或者适配器等外观尺寸越来越小，散热空间和散热能力局限，会导致开关电源温度上升，充电器或者适配器发烫等现象。当温度持续走高，一方面功率MOSFET的导通电阻增加，功率MOSFET上的导通损耗和关断损耗增加，开关电源功率效率下降，温度继续走高，形成温升正反馈机制。当开关电源系统温度高时，会带来一系列危险因素。比如温升过高导致变压器工作异常发生饱和后初级电感电流失去抑制作用，功率MOSFET流过的电流超过额定值，功率MOSFET损坏等恶劣后果。

技术实现思路

[0019]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种高精度智能调节驱动控制系统解决了开关电源系统工作时温度较高容易损坏的问题。
[0020]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种高精度智能调节驱动控制系统，包括：
[0021]逐周期峰值电压检测电路，用于检测PWM关闭时变压器初级绕组峰值电流在电阻RCS上产生的电压CSA，并计算出变压器初级绕组电压上升斜率KCSA；
[0022]实际峰值电压检测电路，用于检测变压器初级绕组实际的峰值电流在电阻RCS上产生的电压CSB，并计算出从PWM关闭时刻到实际的峰值电压关闭这段系统延迟之内电压上升斜率KCSB，同时计算出从PWM关闭时刻到实际的峰值电压关闭时刻的系统延迟时间TD信号；
[0023]电压上升斜率基准电路，根据检测到的系统延迟时间TD信号来产生内部设定的阈值斜率KBG信号；
[0024]自适应补偿驱动电路，根据检测到的两个电压上升斜率KCSA和KCSB，把KCSA和KCSB与阈值斜率KBG进行运算比较，输出可智能调节驱动开启能力的CTRR信号和驱动关闭能力的CTRF信号，CTRR信号和CTRF信号分别用来控制前级上驱动NMOS管M1和前级下驱动NMOS管M2，可得到智能调节驱动能力的GATE信号，GATE信号控制功率MOSFET开启或者关闭。
[0025]进一步地：所述逐周期峰值电压检测电路的输入端连接内部控制信号PWM、变压器
初级绕组电流在电阻RCS上产生的电压CS，以及内部基准电压VA，输出PWM关闭时刻初级绕组峰值电流在电阻RCS上产生的电压CSA和初级绕组电压上升斜率KCSA。
[0026]进一步地：在PWM导通期间，变压器初级绕组电流保持固定斜率线性上升，该电流流过RCS电阻产生CS电压，当CS电压大于内部基准电压VA时，整个控制系统开始工作；在PWM结束时采样并保持CS电压为CSA，计算出CSA和VA的电压差值ΔCSA，然后计算出PWM关闭时刻和VA时刻的时间差值ΔTA，通过电压差值ΔCSA和时间差值ΔTA可得到出初级绕组电压上升斜率KCSA信号。
[0027]进一步地：所述实际峰值电压检测电路的输入端连接内部控制信号PWM和初级绕组逐周期电流在电阻RCS上产生的电压CSA，输出变压器初级绕组上实际的峰值电流在电阻RCS上产生的电压CSB、从PWM关闭时刻到实际的峰值电压关闭时刻这段系统延迟之内电压上升斜率KCSB以及系统延迟时间TD信号。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高精度智能调节驱动控制系统，其特征在于，包括：逐周期峰值电压检测电路，用于检测PWM关闭时变压器初级绕组峰值电流在电阻RCS上产生的电压CSA，并计算出变压器初级绕组电压上升斜率KCSA；实际峰值电压检测电路，用于检测变压器初级绕组实际的峰值电流在电阻RCS上产生的电压CSB，并计算出从PWM关闭时刻到实际的峰值电压关闭这段系统延迟之内电压上升斜率KCSB，同时计算出从PWM关闭时刻到实际的峰值电压关闭时刻的系统延迟时间TD信号；电压上升斜率基准电路，根据检测到的系统延迟时间TD信号来产生内部设定的阈值斜率KBG信号；自适应补偿驱动电路，根据检测到的两个电压上升斜率KCSA和KCSB，把KCSA和KCSB与阈值斜率KBG进行运算比较，输出可智能调节驱动开启能力的CTRR信号和驱动关闭能力的CTRF信号，CTRR信号和CTRF信号分别用来控制前级上驱动NMOS管M1和前级下驱动NMOS管M2，可得到智能调节驱动能力的GATE信号，GATE信号控制功率MOSFET开启或者关闭。2.根据权利要求1所述的高精度智能调节驱动控制系统，其特征在于，所述逐周期峰值电压检测电路的输入端连接内部控制信号PWM、变压器初级绕组电流在电阻RCS上产生的电压CS、以及内部基准电压VA，输出PWM关闭时刻初级绕组峰值电流在电阻RCS上产生的电压CSA和初级绕组电压上升斜率KCSA。3.根据权利要求2所述的高精度智能调节驱动控制系统，其特征在于，在PWM导通期间，变压器初级绕组电流保持固定斜率线性上升，该电流流过RCS电阻产生CS电压，当CS电压大于内部基准电压VA时，整个控制系统开始工作；在PWM结束时采样并保持CS电压为CSA，计算出CSA和VA的电压差值ΔCSA，同时计算出PWM关闭时刻和VA时刻的时间差值ΔTA，通过电压差值ΔCSA和时间差值ΔTA可得到出初级绕组电压上升斜率KCSA信号。4.根据权利要求1所述的高精度智能调节驱动控制系统，其特征在于，所述实际峰值电压检测电路的输入端连接内部控制信号PW...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ七四专利代理机构，
申请(专利权)人：成都启臣微电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：