专利名称：一种集成开关电源控制器以及应用其的开关电源的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子技术领域，更具体的说，涉及一种集成开关电源控制器以及应用其的开关电源。
背景技术：
集成电路芯片广泛应用于各种电子设备中，便携化、小型化是电子设备的一大发展方向。适应的，对集成电路芯片提出了更高的要求。高密度、高集成、小体积的集成电路芯片才能适应这种需求。现有技术中，已经存在大量的控制器芯片，配合少量的外围电路即可以实现一完整的驱动电路。
参考图1，所示为一传统的开关电源的原理框图，其采用带输出电流调节电路的隔离反激式转换器来实现的。开关电源的主体结构采用反激式拓扑结构，由变压器T、功率开关管Q、输出二极管Dot和输出电容Qm组成；控制器芯片101采用峰值电流控制方式，通过控制功率开关管Q周期性的导通和关闭，来维持输出端的输出电流Itm基本恒定。
检测电阻1^连接在功率开关管Q和地之间，以采样流过变压器T的初级侧绕组Np 的电流，采样信号Ik输入至控制器芯片101的引脚CS。辅助绕组Na与变压器T耦合，以采样次级侧绕组Ns的电流信息，电压信号Vaux通过电阻Rl和电阻R2组成的分压电阻网络，获得检测电压信号Vs，并输入至控制器芯片101的引脚FB。同时，电压信号Vaux通过二极管Dtl 和电容C。进行滤波后，产生一电压输入至控制器芯片101的引脚V。。，以给控制器芯片101 提供电源。
由于控制器芯片101的信号传输延迟和控制逻辑和驱动的延时，使得初级侧绕组 Np的峰值电流与通过检测电阻Rcs上的检测电压Vcs得到的峰值电流有误差，检测电压\表征的峰值电流并不是真正的初级侧绕组Np的峰值电流。不精确的峰值电流导致控制效果不佳，影响了输出电流的调节精度。因此，开关电源还包括补偿电路来补偿峰值电流。具体的，电阻Rffi和电阻Rff2串联连接在直流输入电压Vpwe和功率开关器件Q和检测电阻Rcs的公共连接点之间，以对检测电压Vc进行补偿，电阻Rffi和电阻Rff2的公共连接点上的电压作为补偿后的准确的峰值电流信号输入至控制器芯片101的引脚C0MP。
控制器芯片101根据所述峰值电流，输出电流信息以及表征期望输出电流的VMf， 以通过引脚SW输出驱动信号DRV，来控制功率开关管Sw的开关状态，保证输 出电流能够在各种因素的影响下都能控制在预先设计的水平上。
可见，采用图1中所示的现有技术的控制器芯片，芯片的引脚数目较多，控制方案也较复杂，不利于芯片的小型化，制造成本也较高。发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有一复用管脚的集成开关电源控制器， 其通过一复用管脚接收一检测电压信号，然后通过该检测电压信号的适应性处理，实现多种控制操作，包括但不限于补偿、准谐振开通以及过压和过载保护。
依据本发明一实施例的一种具有一复用管脚的集成开关电源控制器，用以控制一 开关电源，包括一复用管脚；
所述复用管脚接收一检测电压信号；
在每一开关周期内，在第一时间区间内，所述检测电压信号与所述开关电源的直 流输入电压成比例关系，根据所述检测电压信号产生一电流补偿信号，来获得流过所述开 关电源中的电感的峰值电流；
在第二时间区间内，所述检测电压信号与所述开关电源的输出电压成比例关系；
在第二时间区间内，根据所述检测电压信号采集所述电感电流的放电时间长度；
在第三时间区间内，所述检测电压信号与所述开关电源的功率开关器件的两个功 率端之间的电压成比例关系，根据所述检测电压信号，所述集成开关电源控制器控制所述 功率开关器件在一谷底时刻导通。
进一步的，所述集成开关电源控制器还包括放电时间采样电路，用以根据接收到 的所述检测电压信号，来获得所述放电时间长度。
进一步的，所述集成开关电源控制器还包括电流补偿电路，用以接收所述检测电 压信号，产生所述电流补偿信号。
进一步的，所述集成开关电源控制器还包括峰值电流发生电路，接收一电流采样 信号和所述电流补偿信号来产生所述峰值电流。
进一步的，所述集成开关电源控制器还包括关断信号发生电路，用以根据所述电 感电流的峰值电流、所述放电时间长度以及一基准电流，来产生一关断信号。
进一步的，所述集成开关电源控制器还包括过压保护电路，用以接收所述检测电 压信号，以在所述开关电源的输出电压过压时，产生一过压信号，来关断所述集成开关电源 控制器或者所述功率开关器件。
进一步的，所述集成开关电源控制器还包括谷底检测电路，用以接收所述检测电 压信号，以在功率开关器件的两个功率端之间的电压到达谷底时，产生一开通信号，来控制 所述功率开关器件导通。
依据本发明一实施例的一种开关电源，包括一功率级电路，和上述所述的任一集 成开关电源控制器；
所述集成开关电源控制器用以控制所述功率级电路中的功率开关器件的开关状 态，以维持所述功率级电路的输出电信号恒定。
进一步的，所述功率级电路为隔离式拓扑结构或者非隔离式拓扑结构。
依据本发明实施例的集成开关电源控制器以及应用其的开关电源，仅仅通过一个 复用管脚，接收辅助绕组的检测电压信号；通过对所述检测电压信号的不同处理，同时实现 了准谐振驱动，峰值电流补偿以及过压保护。不仅实现了对输出电信号的精确控制，也实现 了功率开关器件的谷底开通，进一步的降低了功率损耗，同时也实现了系统的保护功能，加 强了系统的可靠性。复用管脚的使用，大大节省了芯片的引脚数目，减小了芯片尺寸，同时 也减小了芯片的制造成本。
图1所示为采用现有技术的一种传统的开关电源的原理框图2A所示为依据本发明一实施例的开关电源的原理框图2B所示为图2A所示的依据本发明实施例的开关电源的工作波形图3所示为依据本发明一实施例的集成开关电源控制器的原理框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的几个优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
参考图2A，所示为依据本发明一实施例的开关电源的原理框图。在该实施例中，开关电源200包括功率级电路和集成开关电源控制器202。这里，以功率级电路采用反激式拓扑结构为例进行说明。
集成开关电源控制器202包括一复用管脚FB。复用管脚FB接收通过辅助绕组Na 和分压电阻网络生成的检测电压信号\。
集成开关电源控制器202根据检测电压信号Vs，控制功率级电路以准谐振模式工作，电感电流为DCM断续模式。结合图2B所示的图2A所示的依据本发明实施例的开关电源200的工作波形图，来详细说明开关电源200的工作原理。
根据功率开关器件Q以及变压器T的工作状态，将开关电源200的每一开关周期划分为三个时间区间。
在第一时间区间内(时刻h至时刻功率开关器件Q导通时，流过变压器T的初级侧绕组Np的电感电流持续上升,初级侧绕组Np持续储能。
一方面，在第一时间区间内，检测电压信号Vs的数值可以表示为
由于初级侧绕组NP、辅助绕组Na的匝数，以及电阻Rl和电阻R2的数值为恒定值， 因此，检测电压信号Vs与开关电源的输入电压Vpwe成正比例关系。
另一方面，在第一时间区间内，流过变压器T的初级侧绕组Np的电感电流在连接在功率开关管Q的一功率端和地之间的检测电阻Rcs上产生一电流米样信号Vcs,并输入至集成开关电源控制器的引脚CS。由于控制电路和驱动电路之间的固有延时，使得电流采样信号并不能准确的表征初级侧绕组Np的电感电流峰值。因此，在本发明中，集成开关电源控制器202根据检测电压信号Vs对电流采样信号Vffi进行补偿，以获得精确的表征初级侧绕组Np的峰值电流信息的电压信号。
在第二时间区间内(时刻h至时刻t2)，功率开关器件Q关断时，变压器T的初级侧绕组Np的储能传递至次级侧绕组Ns，次级侧绕组Ns的电感电流持续`下降，直到电感电流降为零值，次级侧绕组Ns的储能传递至负载。
初级侧绕组Np处于退磁时间区间内，检测电压信号Vs的数值可以近似表示为
权利要求
1.一种集成开关电源控制器，用以控制一开关电源，其特征在于，所述集成开关电源控制器包括一复用管脚；所述复用管脚接收一检测电压信号；在每一开关周期内，在第一时间区间内，所述检测电压信号与所述开关电源的直流输入电压成比例关系，根据所述检测电压信号产生一电流补偿信号，来获得流过所述开关电源中的电感的峰值电流；在第二时间区间内，所述检测电压信号与所述开关电源的输出电压成比例关系；在第二时间区间内，根据所述检测电压信号采集所述电感电流的放电时间长度；在第三时间区间内，所述检测电压信号与所述开关电源的功率开关器件的两个功率端之间的电压成比例关系，根据所述检测电压信号，所述集成开关电源控制器控制所述功率开关器件在一谷底时刻导通。
2.根据权利要求1所述的集成开关电源控制器，其特征在于，所述集成开关电源控制器还包括放电时间采样电路，用以根据接收到的所述检测电压信号，来获得所述放电时间长度。
3.根据权利要求2所述的集成开关电源控制器，其特征在于，所述集成开关电源控制器还包括电流补偿电路，用以接收所述检测电压信号，产生所述电流补偿信号。
4.根据权利要求3所述的集成开关电源控制器，其特征在于，所述集成开关电源控制器还包括峰值电流发生电路，接收一电流采样信号和所述电流补偿信号来产生所述峰值电流。
5.根据权利要求4所述的集成开关电源控制器，其特征在于，还包括关断信号发生电路，用以根据所述电感电流的峰值电流、所述放电时间长度以及一基准电流，来产生一关断信号。
6.根据权利要求1所述的集成开关电源控制器，其特征在于，所述集成开关电源控制器还包括过压保护电路，用以接收所述检测电压信号，以在所述开关电源的输出电压过压时，产生一过压信号，来关断所述集成开关电源控制器或者所述功率开关器件。
7.根据权利要求1所述的集成开关电源控制器，其特征在于，所述集成开关电源控制器还包括谷底检测电路，用以接收所述检测电压信号，以在功率开关器件的两个功率端之间的电压到达谷底时，产生一开通信号，来控制所述功率开关器件导通。
8.一种开关电源，其特征在于，包括一功率级电路，和权利要求1-7所述的任一集成开关电源控制器；所述集成开关电源控制器用以控制所述功率级电路中的功率开关器件的开关状态，以维持所述功率级电路的输出电信号恒定。
9.根据权利要求8所述的开关电源，其特征在于，所述功率级电路为隔离式拓扑结构或者非隔离式拓扑结构。
全文摘要
本发明提供一种集成开关电源控制器以及应用其的开关电源，其包括一复用管脚；所述复用管脚接收一检测电压信号；在每一开关周期内，在第一时间区间内，所述检测电压信号与所述开关电源的直流输入电压成比例关系，根据所述检测电压信号产生一电流补偿信号，来获得流过所述开关电源中的电感的峰值电流；在第二时间区间内，所述检测电压信号与所述开关电源的输出电压成比例关系；在第二时间区间内，根据所述检测电压信号采集所述电感电流的放电时间长度；在第三时间区间内，所述检测电压信号与所述开关电源的功率开关器件的两个功率端之间的电压成比例关系，根据所述检测电压信号，所述集成开关电源控制器控制所述功率开关器件在一谷底时刻导通。
文档编号H02M7/217GK103066872SQ20131001768
公开日2013年4月24日 申请日期2013年1月17日 优先权日2013年1月17日
发明者徐孝如 申请人:矽力杰半导体技术(杭州)有限公司