本发明涉及电源变换领域，特别是涉及一种无辅助绕组原边反馈恒压恒流装置及控制芯片。
背景技术：
电源变换器是电子装置中必不可少的组件。众所周知，电源变换起包括线形变换器和开关电源变换器两种主要类型，在转换方式上又可以分为隔离式和非隔离式两种类型。在开关电源场合，广泛适用的是隔离式变换器，因为隔离式开关电源变换器可以保护负载免受输入母线的高压冲击和损坏，在电信无线网络、汽车和医疗设备中具备广泛的应用。在隔离式变换器各种拓扑中，由于反激变换器(flybackconverter)拓扑无需输出滤波电感，电路结构简单、输出隔离，在终端设备的应用中占有很高的比例。
在实现方式上，原边反馈恒压恒流装置有两种解决方案安，第一种传统解决方案如图1所示，包括功率管t1及初级电流检测电阻rs、变压器、次级整流滤波电路和以及控制芯片u1。所述变压器包括初级绕组、次级绕组和辅助绕组。所述控制芯片u1启动时由启动电阻rst给电容cvdd充电，工作时由所述辅助绕组通过d1提供能量。控制芯片u1通过r1/r2和辅助绕组检测输出电压和所述变压器消磁，从而实现原边反馈恒压恒流控制。
近年来有些公司去除了传统原边反馈恒压恒流装置中的辅助绕组，采用浮驱架构，浮驱架构是可以实现无辅助绕组原边反馈恒压恒流控制的，如图2所示。控制芯片中内置功率管和恒压恒流控制模块。在浮驱架构下，b点为控制芯片地电位，c点为系统地电位，a点为整流桥后的bulk电压。工作时的电压和电流波形如下图3所示。当控制芯片内部功率管关断后，r1和r2两端电压差即为输出电压的镜像，所以通过检测r1/r2分压，可以实现输出恒压恒流控制。由于没有辅助绕组供电，所述控制芯片全靠启动电阻rst供电，其缺点是待机功耗太大，尤其是在高压段(ac265v附近)。
综上所述，第一种传统解决方案的变压器由于需要三个绕组，所以导致系统成本偏高。第二种传统方案由于没有辅助绕组供电，所述控制芯片全靠启动电阻rst供电，其缺点是待机功耗太大。
技术实现要素：
基于此，有必要针对无辅助绕组原边反馈恒压恒流控制和低待机功耗的问题，提供一种无辅助绕组原边反馈恒压恒流装置及控制芯片。
一种控制芯片，设有漏端、电流采样端、反馈端、电源端以及接地端，所述控制芯片用于实现无辅助绕组原边反馈的恒流恒压控制，包括：
第一功率管，为三端器件，其第一端连接并通过所述电流采样端与外部的原边绕组连接、第二端连接并通过所述漏端与外部电源连接、第三端为控制端；
原边反馈控制模块，与所述第一功率管的第三端连接，用于通过对第一功率管的控制实现恒流恒压；
电源充电器件，为三端器件，其第一端连接并通过所述漏端与外部电源连接、第二端连接并通过所述电源端与外部的充电电容连接、第三端为控制端；
电源充电控制模块，与所述电源充电器件的第三端连接，用于通过对电源充电器件的控制实现对外部充电电容的充电控制；以及
启动模块，用于通过外部电源启动控制芯片。
在其中一个实施例中，所述电源充电控制模块包括第一比较器、第二比较器、第一分压单元、第二分压单元、第一与门、第二与门、第一驱动器、第二驱动器和非门，所述第一分压单元的第一端接入电源端，第二端连接所述第二分压单元的第一端；所述第二分压单元的第二端接地；所述第一比较器的反相输入端连接所述第一分压单元的第二端同相输入端接入第一参考电压和第二参考电压，输出端连接所述第二与门的第二输入端；所述第二与门的第一输入端与所述原边反馈控制模块连接，第三输入端与所述非门的输出端连接，所述第二与门的输出端与所述第二驱动器的输入端连接；所述第二驱动器的输出端与所述电源充电器件第三端连接；所述第一与门的第一输入端连接所述原边反馈控制模块，第二输入端连接所述第二比较器输出端接入所述非门的输入端，输出端与所述第一驱动器连接；所述第一驱动器与所述第一功率管第三端连接；所述第二比较器的反相端接入第三参考电压，同相输入端与所述电流采样端连接。
在其中一个实施例中，所述电源充电控制模块包括第一计时器、第一比较器、第一分压单元、第二分压单元、第一与门、第二与门、第一驱动器、第二驱动器和非门，所述第一分压单元的第一端接入电源端，第二端连接所述第二分压单元的第一端；所述第二分压单元的第二端接地；所述第一比较器的反相输入端连接所述第一分压单元的第二端同相输入端接入第一参考电压和第二参考电压，输出端连接所述第二与门的第二输入端；所述原边反馈控制模块连接所述第一与门的第二输入端接入所述第一计时器输入端，所述第一计时器的输出端连接所述非门的输入端接入所述第二与门的第一输出端；所述第二与门的输出端连接所述第二驱动器输入端；所述第二驱动器输出端连接所述电源充电器件第三端；所述第一与门的第一输入端连接所述非门的输出端，所述第一与门的输出端连接所述第一驱动器的输入端，所述第一驱动的输出端连接所述第一功率管的第三端。
在其中一个实施例中，所述电源充电控制模块包括第二计时器、第一比较器、第一分压单元、第二分压单元、第一与门、第二与门、第一驱动器、第二驱动器、第一消磁检测器、非门和或门，所述第一分压单元的第一端接入电源端，第二端连接所述第二分压单元的第一端；所述第二分压单元的第二端接地；所述第一比较器的反相输入端连接所述第一分压单元的第二端同相输入端接入第一参考电压和第二参考电压，输出端连接所述第二与门的第二输入端；所述第二与门的第一输入端与所述原边反馈控制模块连接，第三输入端与所述非门的输出端连接，所述第二与门的输出端与或门的第二输入端连接；所述或门的第一输入端与所述第二计时器输出端连接，所述第二计时器输入端连接所述第一消磁检测器输出，所述第一消磁检测器输入连接反馈端，所述或门的输出端连接所述第二驱动器；所述第二驱动器的输出端与所述电源充电器件第三端连接；所述第一与门的第一输入端连接所述原边反馈控制模块，第二输入端连接所述第二比较器输出端接入非门的输入端，输出端与所述第一驱动器连接；所述第一驱动器与所述第一功率管第三端连接；所述第二比较器的反相端接入第三参考电压，同相输入端与所述电流采样端连接。
在其中一个实施例中，所述电源充电控制模块包括第一计时器、第二计时器、第一比较器、第一分压单元、第二分压单元、第一与门、第二与门、第一驱动器、第二驱动器、第一消磁检测器、非门和或门，所述第一分压单元的第一端接入电源端，第二端连接所述第二分压单元的第一端；所述第二分压单元的第二端接地；所述第一比较器的反相输入端连接所述第一分压单元的第二端同相输入端接入第一参考电压和第二参考电压，输出端连接所述第二与门的第二输入端；所述原边反馈控制模块连接所述第一与门的第二输入端接入所述第一计时器输入端，所述第一计时器的输出端连接所述非门的输入端接入所述第二与门的第一输出端；所述第二与门的输出端连接所述或门第二输入端；所述或门的第一输入端连接所述第二计时器的输出端，所述或门的输出端连接所述第二驱动器的输入端；所述第二计时器连接所述第一消磁检测器输出，所述第一消磁检测器输入连接所述反馈端；所述第二驱动器输出端连接所述电源充电器件第三端；所述第一与门的第一输入端连接所述非门的输出端，所述第一与门的输出端连接所述第一驱动器的输入端，所述第一驱动的输出端连接所述第一功率管的第三端。
在其中一个实施例中，所述启动模块为高压启动模块用于所述控制芯片内部进行高压启动。
在其中一个实施例中，所述高压启动模块和充电控制模块集成在一起。
在其中一个实施例中，所述启动模块为启动电阻，所述启动电阻连接所述控制芯片电源端，用于高压启动所述控制芯片。
一种无辅助绕组原边反馈恒压恒流装置，包括所述的控制芯片，还包括
变压器，包括初级绕组和次级绕组；
整流滤波电路，所述整流滤波电路一端与所述变压器的一端连接；
吸收电路，所述吸收电路与所述变压器另一端连接，用于抑制电压浪涌；
还包括连接在所述吸收电路与所述控制芯片之间的电流检测电阻，所述电流检测电阻的一端与所述吸收电路连接，另一端与所述控制芯片的电流采样端连接，所述电流检测电阻用于对所述控制芯片的电流采样端电流大小进行采样。
在其中一个实施例中，还包括用于消磁检测与过压检测的第一电阻和第二电阻，所述第一电阻与第二电阻串联，所述反馈端连接在第一电阻和第二电阻之间。
本发明提供的无辅助绕组原边反馈恒压恒流装置，控制芯片中设置有第一功率管与原边反馈控制模块，在恒压恒流装置中的变压器可以无需设置辅助绕组。通过控制芯片中设置电源充电控制模块，在第一功率管开通前先通过电源充电器件给漏端充电，然后再开通第一功率管，使漏端充电时的功率损耗减小，从而实现低功耗。本发明不但可以实现无辅助绕组控制，另外还可以实现低待机功耗。
附图说明
图1为传统方案一的原边反馈恒压恒流装置电路图；
图2为传统方案二的原边反馈恒压恒流装置电路图；
图3为传统方案二的电压电流波形图；
图4为本发明一实施例的无辅助绕组原边反馈恒压恒流装置电路图一；
图5为本发明一实施例的无辅助绕组原边反馈恒压恒流装置电路图二；
图6为本发明一实施例的无辅助绕组原边反馈恒压恒流装置电路图三；
图7为本发明一实施例的无辅助绕组原边反馈恒压恒流装置电流电压波形图；
图8为本发明一实施例的控制芯片原理图一；
图9为本发明图8实施例的电流电压波形图；
图10为本发明一实施例的控制芯片原理图二；
图11为本发明图10实施例的电流电压波形图；
图12为本发明一实施例的控制芯片原理图三；
图13为本发明图12实施例的电流电压波形图；
图14为本发明一实施例的控制芯片原理图四；
图15为本发明图14实施例的电流电压波形图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语"和/或"包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图4，图4为无辅助绕组原边反馈恒压恒流装置电路图，所述无辅助绕组原边反馈恒压恒流装置包括：控制芯片10、吸收电路20、变压器30、整流滤波电路40和电流检测电阻rs。
所述电流检测电阻rs连接在所述控制芯片10和吸收电路20之间，所述电流检测电阻rs的一端与采样端cs连接，另一端与所述吸收电路20连接；所述电流检测电阻rs用于对所述控制芯片10的输出电流大小进行采样，所述吸收电路20用于抑制电压浪涌。所述电流检测电阻rs和所述吸收电路20之间的连接点接地。
在一个实施例中，所述无辅助绕组原边反馈恒压恒流装置还包括用于消磁检测与过压检测的第一电阻r1和第二电阻r2，所述第一电阻r1与第二电阻r2串联，且所述串联的第一电阻r1和第二电阻r2与串联的吸收电路20和变压器30并联，所述反馈端fb连接在第一电阻r1和第二电阻r2之间。所述第一电阻r1和第二电阻r2用于实现消磁信号的检测，所述反馈端fb通过第一电阻r1和第二电阻r2的电流大小检测变压器30是否消磁；同时第一电阻r1进而第二电阻r2存在分压关系，所述反馈端fb能够通过第一电阻r1和第二电阻r2的电压关系检测此时电路是否过压。
在一个实施例中，所述无辅助绕组原边反馈恒压恒流装置还包括全桥整流电路50，所述全桥整流电路50包括由4个二级管形成的整流桥，用于将输入电压整流为直流电输出，并且该直流输出与输入电压相对应，即输入电压变大时，直流输出相应变大，输入电压变小时，直流输出相应变小。
所述控制芯片设有电源端vdd、电流采样端cs、反馈端fb、漏端drain以及接地端gnd，所述控制芯片用于实现无辅助绕组原边反馈的恒流恒压控制，包括：
第一功率管t1，为三端器件，其第一端连接并通过所述电流采样端cs与外部的原边绕组连接、第二端连接并通过所述漏端drain与外部电源连接、第三端为控制端；
原边反馈控制模块130，与所述第一功率管t1的第三端连接，用于通过对第一功率管t1的控制实现恒流恒压；
电源充电器件t2，为三端器件，其第一端连接并通过所述漏端drain与外部电源连接、第二端连接并通过所述电源端vdd与外部的充电电容连接、第三端为控制端；
电源充电控制模块，与所述电源充电器件t2的第三端连接，用于通过对电源充电器件t2的控制实现对外部充电电容的充电控制；以及
启动模块，用于通过外部电源启动控制芯片。
可选地，所述第一功率管t1可以是晶体管或mos管。
可选地，所述电源充电器件t2可以是三极管或mos管。
所述启动模块为高压启动模块110，用于在所述控制芯片10内部进行高压启动，使所述无辅助绕组原边反馈恒压恒流装置中无需设置启动电阻rst。所述电源充电控制模块120，用于在所述控制芯片工作时供电，从而同时实现无辅助绕组和低待机功耗工作。所述原边反馈控制模块130，通过检测变压器30原边信号进行恒压恒流的控制。所述第一参考电压vref1大于所述第二参考电压vref2。可选地，所述原边反馈控制模块130采用psr控制器。
参阅图5，在一可替代实施例中，所述控制芯片10中的高压启动模块110、电源充电控制模块120以及电源充电器件t2集成在一起为高压启动和电源充电控制模块。使所述电源充电器件t2在所述控制芯片10启动时作为启动电路，工作时作为供电电路。
参阅图6，在另一可替代实现实施例中，所述控制芯片10中不设置高压启动模块110，依靠外部启动电阻rst启动，工作时靠所述控制芯片10内部的电源充电控制模块120供电。
参阅图7，图7为本发明一实施例中电流电压波形图。在一个实施例中，若第一功率管t1开通前，先通过电源充电器件t2给电源端vdd充电，然后再开通第一功率管t1，则t2充电时a点与b点的电压差为所述控制芯片10电源端vdd电压，因此给电源端vdd充电时的功率损耗会很小，从而实现低功耗。
如图8所示，在一个实施例中，所述电源充电控制模块包括第一比较器1203、第一比较器1204、第一分压单元1201、第二分压单元1202、第一与门1206、第二与门1205、第一驱动器1209、第二驱动器1208和非门1207，所述第一分压单元1201的第一端接入电源端vdd，第二端连接所述第二分压单元1202的第一端；所述第二分压单元1202的第二端接地；所述第一比较器1203的反相输入端连接所述第一分压单元1201的第二端同相输入端接入第一参考电压和第二参考电压，输出端连接所述第二与门1205的第二输入端；所述第二与门1205的第一输入端与所述原边反馈控制模块130连接，第三输入端与所述非门1207的输出端连接，所述第二与门1205的输出端与所述第二驱动器1208的输入端连接；所述第二驱动器1208的输出端与所述电源充电器件t2第三端连接；所述第一与门1206的第一输入端连接所述原边反馈控制模块130，第二输入端连接所述第一比较器1204输出端接入所述非门1207的输入端，输出端与所述第一驱动器1209连接；所述第一驱动器1209与所述第一功率管t1第三端连接；所述第一比较器1204的反相端接入第三参考电压，同相输入端与所述电流采样端cs连接。当所述电源充电控制模块120在所述第一功率管t1开通时，打开所述电源充电器件t2。若电源端vdd分压值小于第二参考电压vref2，且所述原边反馈控制模块130输出信号pwmon为1，所述控制芯片10先通过所述电源充电器件t2于所述电源端vdd充电，此时所述变压器30的初级绕组310电流上升。当所述初级绕组310电流达到电流设定值时，则所述电源充电器件t2关闭，且开通所述第一功率管t1使变压器30的初级绕组310储能，直至所述原边反馈控制模块130输出的pwmon结束。若电源端vdd电压高于所述第一参考电压vref1时，则所述电源充电器件t2不再参与供电。所述第一功率管t1开通时间将为全部的pwmon时间。本实施例中的控制时序如图9所示。
如图10所示，在一个实施例中，所述电源充电控制模块包括第一计时器1210、第一比较器1203、第一分压单元1201、第二分压单元1202、第一与门1206、第二与门1205、第一驱动器1209、第二驱动器1208和非门1207，所述第一分压单元1201的第一端接入电源端vdd，第二端连接所述第二分压单元1202的第一端；所述第二分压单元1202的第二端接地；所述第一比较器1203的反相输入端连接所述第一分压单元1201的第二端同相输入端接入第一参考电压和第二参考电压，输出端连接所述第二与门1205的第二输入端；所述原边反馈控制模块130连接所述第一与门1206的第二输入端接入所述第一计时器1210输入端，所述第一计时器1210的输出端连接所述非门1207的输入端接入所述第二与门1205的第一输出端；所述第二与门1205的输出端连接所述第二驱动器1208输入端；所述第二驱动器1208输出端连接所述电源充电器件t2第三端；所述第一与门1206的第一输入端连接所述非门1207的输出端，所述第一与门1206的输出端连接所述第一驱动器1209的输入端，所述第一驱动的输出端连接所述第一功率管t1的第三端。当所述电源充电控制模块120在所述第一功率管t1开通时，打开所述电源充电器件t2。当所述原边反馈控制模块130输出信号pwmon为1时，且所述电源端vdd电压低于所述第二参考电压vref2，则所述pwmon触发一个计时器，所述计时器计时时间短于pwmon为1的时间。在所述计时时间内，开通所述电源充电器件t2给所述电源端vdd供电并给所述变压器30初级绕组310储能。当计时结束后，开通所述第一功率管t1继续给所述变压器30初级绕组310储能充电，直至所述原边反馈控制模块130pwmon结束。若电源端vdd高于第一参考电压vref1时，则所述电源充电器件t2不再参与供电。本实施例中的控制时序如图11所示。
如图12所示，在一个实施例中，所述电源充电控制模块包括第二计时器1211、第一比较器1203、第一分压单元1201、第二分压单元1202、第一与门1206、第二与门1205、第一驱动器1209、第二驱动器1208、第一消磁检测器1213、非门1207和或门1212，所述第一分压单元1201的第一端接入电源端vdd，第二端连接所述第二分压单元1202的第一端；所述第二分压单元1202的第二端接地；所述第一比较器1203的反相输入端连接所述第一分压单元1201的第二端同相输入端接入第一参考电压和第二参考电压，输出端连接所述第二与门1205的第二输入端；所述第二与门1205的第一输入端与所述原边反馈控制模块130连接，第三输入端与所述非门1207的输出端连接，所述第二与门1205的输出端与或门1212的第二输入端连接；所述或门1212的第一输入端与所述第二计时器1211输出端连接，所述第二计时器1211输入端连接所述第一消磁检测器1213输出，所述第一消磁检测器1213输入连接反馈端fb，所述或门1212的输出端连接所述第二驱动器1208；所述第二驱动器1208的输出端与所述电源充电器件t2第三端连接；所述第一与门1206的第一输入端连接所述原边反馈控制模块130，第二输入端连接所述第一比较器1204输出端接入非门1207的输入端，输出端与所述第一驱动器1209连接；所述第一驱动器1209与所述第一功率管t1第三端连接；所述第一比较器1204的反相端接入第三参考电压，同相输入端与所述电流采样端cs连接。当所述电源充电控制模块120在每个周期内给所述控制芯片10供电有两个时间，一个是在第一功率管t1开通时间内的一段时间，另一个是主第一功率管t1关断后变压器30消磁结束后触发的固定延时时间。当所述电源端vdd电压低于第二参考电压vref2时，且所述原边反馈控制模块130的输出信号pwmon为1，每个pwmon周期内所述电源充电器件t2有两个时间进行供电，一个是在pwmon内的开通时间内，另一个是在pwmoff内变压器30消磁结束后触发的固定延时时间。所述pwmon内的所述电源充电器件t2开通时间控制时序与图8的实施例相同，故不再赘述。在pwmoff阶段，所述第一功率管t1关断，所述变压器30消磁，当所述反馈端fb检测到所述变压器30消磁结束后，触发一个计时器，在所述计时器产生的固定时间内所述控制芯片10通过所述电源充电器件t2给所述电源端vdd供电。若所述电源端vdd高于第一参考电压vref1时，则所述电源充电器件t2不再参与供电。本实施例中的控制时序如图13所示。
如图14所示，在一个实施例中，所述电源充电控制模块包括第一计时器1210、第二计时器1211、第一比较器1203、第一分压单元1201、第二分压单元1202、第一与门1206、第二与门1205、第一驱动器1209、第二驱动器1208、第一消磁检测器1213、非门1207和或门1212，所述第一分压单元1201的第一端接入电源端vdd，第二端连接所述第二分压单元1202的第一端；所述第二分压单元1202的第二端接地；所述第一比较器1203的反相输入端连接所述第一分压单元1201的第二端同相输入端接入第一参考电压和第二参考电压，输出端连接所述第二与门1205的第二输入端；所述原边反馈控制模块130连接所述第一与门1206的第二输入端接入所述第一计时器1210输入端，所述第一计时器1210的输出端连接所述非门1207的输入端接入所述第二与门1205的第一输出端；所述第二与门1205的输出端连接所述或门1212第二输入端；所述或门1212的第一输入端连接所述第二计时器1211的输出端，所述或门1212的输出端连接所述第二驱动器1208的输入端；所述第二计时器1211输入端连接所述第一消磁检测器1213输出，所述第一消磁检测器1213输入连接反馈端fb；所述第二驱动器1208输出端连接所述电源充电器件t2第三端；所述第一与门1206的第一输入端连接所述非门1207的输出端，所述第一与门1206的输出端连接所述第一驱动器1209的输入端，所述第一驱动的输出端连接所述第一功率管t1的第三端。所述电源充电控制模块120在每个周期内给所述控制芯片10供电有两个时间，一个是pwmon变成1后的第一延时固定时间，另一个是所述第一功率管t1关断后变压器30消磁结束后触发的第二延时固定时间。当所述电源端vdd电压比较低时，每个周期内控制芯片供电有两个时间，一个是原边反馈控制模块130输出信号pwmon变成1后的触发的第一延时固定时间，另一个是第一功率管t1关断后变压器30消磁结束后触发的第二延时固定时间。若所述电源端vdd分压值小于第二参考电压vref2，当原边反馈控制模块130输出信号pwmon为1时，所述控制芯片10通过所述电源充电器件t2同时给所述电源端vdd充电，充电时间为第一延时固定时间。当所述第一功率管t1关断后变压器30消磁，当反馈端fb检测到消磁结束后，触发一个计时器，在所述计时器产生的第二延时固定时间内所述控制芯片10通过所述电源充电器件t2给所述电源端vdd供电。若所述电源端vdd高于第一参考电压vref1时，则所述电源充电器件t2不再参与供电。本实施例中的控制时序如图15所示。
本发明提供的无辅助绕组原边反馈恒压恒流装置，控制芯片中设置有第一功率管与原边反馈控制模块，在恒压恒流装置中的变压器可以无需设置辅助绕组。通过控制芯片中设置电源充电控制模块，在第一功率管开通前先通过电源充电器件给漏端充电，然后再开通第一功率管，使漏端充电时的功率损耗减小，从而实现低功耗。本发明不但可以实现无辅助绕组控制，另外还可以实现低待机功耗。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。