本实用新型涉及电子电路领域，尤其涉及一种非隔离式的单芯片AC/DC开关电源控制电路。
背景技术：
随着科技的发展，电力电子技术也在不断的发展与创新，基于电力电子技术的开关电源已广泛应用于各种电子设备和电气设备中，如通讯设备、军工设备、工业设备、家用电器和数码产品等。为满足不同设备对电源的要求，开关电源逐渐向体积小、重量轻、高效率、低成本、高可靠性、高抗干扰性及低噪声的趋势发展。总的来说，开关电源以其优异的性能及低廉的价格，受到了人们的广泛关注与喜爱。
目前，开关电源主要有AC/DC和DC/DC两大类，其中AC/DC开关电源的输入为市电，能直接为用电设备提供直流电源，因此AC/DC开关电源具有很大的应用市场。DC/DC变换器发展较为成熟，已实现了芯片化和标准化，因单芯片开关电源容易被生产与集成，使用单芯片开关电源制成的产品质量一致性更容易把控，其可靠性会被进一步提升，因此单芯片DC/DC开关电源在市场上得到了广泛的应用。而AC/DC变换器在实现芯片化的过程中，却存在着技术、工艺以及芯片转换效率上的难题，市电电压峰值过高，电压范围太广，将它直接作为芯片的输入对芯片内部电路要求较高，因此很难实现；在工艺上，因输入输出电压压差太大，对器件的耐压性要求较高；单芯片器件容易出现发热问题，因此转换效率大大降低。尽管存在一种实用方法是在整流器后面使用一个电阻/电容分压器，以实现从高压到低压的转换，再进行DC/DC变换，但这种开关电源效率极低，只适用于低功耗的产品。不论大型工业设备的电源模块还是便携式电子设备的电源模块，其体积一直在不断缩小。为满足不同设备对电源尺寸及低成本的越来越苛刻的要求，将不同功能的模块集成于单个芯片上成为人们共同追求的解决方案。
开关电源还可分为隔离和非隔离式两种，非隔离式开关电源适用电源芯片与地线不会被人接触到的场合，如各种小型家电的电源。与隔离式开关电源相比，非隔离式开关电源转换效率高，体积小且成本低，具有相对较好的优势。
因此，现亟须找到一种能直接进行AC/DC转换的、基于单芯片的、非隔离式的开关电源结构的技术方案解决以上技术问题。
技术实现要素：
本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中的缺陷，现提供一种非隔离式的单芯片AC/DC开关电源控制电路，实现了通过极其简单的外围电路就可直接对85-265V交流输入电压进行变换，得到高精确稳定的低压直流输出，具有低噪声、低成本、体积小和效率高等优点。
本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
本实用新型一种非隔离式的单芯片AC/DC开关电源控制电路，其特点在于，所述非隔离式的单芯片AC/DC开关电源控制电路包括控制模块、第一二极管、第一电阻、第一电容、第二电容和电感，所述控制模块用于将高压交流输入电源转换为直流低压输出电源，所述控制模块设置有第一高压输入端子、第二高压输入端子、直流电压输出端子、直流电压输出反馈端子、第二模块供电端子和接地端子，所述控制模块设定有供电预设值，当所述第二模块供电端子的电压达到所述供电预设值时，所述控制模块内部供电，所述第一高压输入端子连接第一二极管的负极端，所述第二高压输入端子连接所述第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端和所述第一二极管的正极端同时连接高压交流输入电源，所述直流电压输出端子连接所述电感的一端，所述直流电压输出反馈端子并联地连接所述电感的另一端、所述低压直接输出电源的输出端和第二电容的一端，所述第二模块供电端子连接所述第一电容的一端，所述第一电容的另一端、所述接地端子和所述第二电容的另一端同时接地。
优选地，所述控制模块包括第一控制模块、第二控制模块和三极管，所述接地端子包括第一接地端子和第二接地端子，所述第一控制模块还包括第一端和第二端，所述第一高压输入端子、所述第二高压输入端子和所述第一接地端子设置于所述第一控制模块上，所述直流电压输出端子、所述直流电压输出反馈端子和所述第二接地端子设置于所述第二控制模块上，所述三极管的基极连接所述第一控制模块的第一端，所述三极管的集电极连接所述第一二极管的所述负极端，所述三极管的发射极同时连接所述第二模块供电端子和所述第二控制模块的第一端，当所述第二模块供电端子的电压达到所述供电预设值时，所述第一控制模块向第二控制模块供电，所述第一控制模块的第二端和所述第二控制模块的第二端连接，所述第一接地端子和所述第二接地端子连接。
优选地，所述第一控制模块包括电平转换模块、使能模块、比较器、与门电路和第一驱动模块，所述第二控制模块包括电源模块、偏置信号产生模块、保护模块、电流检测模块、反馈信号检测模块、脉宽调制模块和开关单元，所述电平转换模块的第一端与所述第一电阻的所述一端连接，所述电平转换模块的第二端连接所述比较器的反相输入端，所述电平转换模块的第三端和所述第一驱动模块的第四端同时接地，所述第一驱动模块的第一端与所述第一三极管的所述基极连接，所述第一驱动模块的第二端与所述第一二极管的负极连接，所述第一驱动模块的第三端连接所述第一二极管的负极，所述第二模块供电端子同时连接所述电源模块的第一端和所述开关单元的第一端，所述电源模块的第二端并联地连接所述使能模块的第一端、所述偏置信号产生模块的第一端、所述保护模块的第一端、所述电流检测模块的第一端、所述反馈信号检测模块的第一端和所述脉宽调制模块的第一端，所述偏置信号产生模块的第二端与所述反馈信号检测模块的第二端连接，所述电流检测模块的第二端连接所述脉宽调制模块的第三端，所述电流检测模块的第三端连接所述开关单元的第二端，所述脉宽调制模块的第四端连接所述开关单元的第三端，所述脉宽调制模块的第五端连接所述反馈信号检测模块的第三端，所述反馈信号检测模块的第四端连接所述直流电压输出端子，所述电源模块的第三端、所述偏置信号产生模块的第三端、所述保护模块的第三端、所述电流检测模块的第四端、所述反馈信号检测模块的第五端和所述脉宽调制模块的第六端和所述开关单元的第四端同时接地，所述偏置信号产生模块的第四端连接所述脉宽调制模块的第七端并同时输出连接所述比较器的同相输入端，所述电源模块的第四端输出VCC电压使能信号en_VCC，所述保护模块的第二端连接所述脉宽调制模块的第二端，并同时输出PRO信号，所述使能模块第二端、所述比较器的输出信号、所述VCC电压使能信号en_VCC和所述PRO信号同时输入逻辑单元与门后获得驱动信号，所述驱动信号接入所述第一驱动模块的第五端。
优选地，所述开关单元为单路开关或双路开关，所述开关单元包括第二驱动模块和第一MOS管：
当所述开关单元为单路开关时，所述开关单元还包括第二电阻，所述第二驱动模块的一端与所述脉宽调制模块的所述第四端连接，所述第二驱动模块的另一端与所述第一MOS管的栅极连接，所述第一MOS管的源极与所述第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端连接所述电感的所述一端；
所述开关单元为双路开关时，所述开关单元还包括第二MOS管，所述脉宽调制模块的所述第四端包括两个端子，所述两个端子与所述第二驱动模块分别连接，所述第一MOS管的栅极和所述第二MOS管的栅极与所述第二驱动模块分别连接，所述第一MOS管的漏极连接第二模块供电端子，所述第一MOS管的源极、所述第二MOS管的漏极和所述电感的所述一端同时连接，所述第二MOS管的源极接地。
优选地，当所述开关单元为单路开关时，所述第二电阻的所述另一端与地之间设置连接有第二二极管，所述第二电阻的所述另一端连接所述第二二极管的负极，所述第二二极管的正极接地。
本实用新型的积极进步效果在于：
本实用新型实现了通过极其简单的外围电路就可直接对85-265V交流输入电压进行变换，得到高精确稳定的低压直流输出，并根据需要调制设定输出电压如9V、5V、3.3V或1.8V等；采用本实用新型的非隔离式单芯片具有低噪声、低成本、体积小和效率高等优点，能用于对噪声要求较高的场合，如通信通讯设备的供电等；采用了谷底充电技术，仅使用交流电的低压部分就可为储能电容充电，提高了单芯片的转换效率；本实用新型采用第一控制模块和第二控制模块进行双重保护，包括过压保护、过温保护、过载保护等，第二控制模块连接到脉宽调制模块，与脉宽调制模块内部产生的振荡信号一起控制输出方波SW的占空比；采用了同步整流输出，通过脉宽调制模块的控制，使Ctr_h输出低电平时，Ctr_l输出高电平，大大提高了芯片的转换效率。
附图说明
图1为本实用新型的较优实施例与外围电路的连接结构示意图。
图2为本实用新型的较优实施例的控制模块的电路结构示意图。
图3为本实用新型的较优实施例的第一控制模块的电路结构示意图。
图4为本实用新型的较优实施例的第一控制模块的控制信号波形示意图。
图5为本实用新型的较优实施例的第二控制模块的第一种电路结构示意图。
图6为本实用新型的较优实施例的第二控制模块的第二种电路结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本实用新型，但并不因此将本实用新型限制在所述的实施例范围之中。
如图1所示，本实用新型一种非隔离式的单芯片AC/DC开关电源控制电路，其特点在于，非隔离式的单芯片AC/DC开关电源控制电路包括控制模块1、第一二极管D1、第一电阻R1、第一电容C1、第二电容C2和电感L1，控制模块1用于将高压交流输入电源转换为直流低压输出电源，控制模块1设置有第一高压输入端子、第二高压输入端子、直流电压输出端子、直流电压输出反馈端子、第二模块供电端子和接地端子，控制模块1设定有供电预设值，当第二模块供电端子的电压达到供电预设值时，控制模块1内部供电，第一高压输入端子连接第一二极管D1的负极端，第二高压输入端子连接第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端和第一二极管D1的正极端同时连接高压交流输入电源，直流电压输出端子连接电感L1的一端，直流电压输出反馈端子并联地连接电感L1的另一端、低压直接输出电源的输出端和第二电容C2的一端，第二模块供电端子连接第一电容C1的一端，第一电容C1的另一端、接地端子和第二电容C2的另一端同时接地。
本实用新型单控制模块1有7个引脚，主要使用其中6个引脚，且外围电路极其简单，仅使用1个电阻、1个低压电感L1、1个整流二极管和2个低压电解电容，就能够将85-265V的交流电直接转换成高精度低压直流电，而且电压大小可根据需要调制。为提高芯片的转换效率，设计人采用了一种谷底充电技术，即仅使用交流电的低压部分为储能电容充电。
如图2所示，控制模块1可包括第一控制模块2、第二控制模块3和三极管，接地端子包括第一接地端子和第二接地端子，第一控制模块2还包括第一端和第二端，第一高压输入端子、第二高压输入端子和第一接地端子设置于第一控制模块2上，直流电压输出端子、直流电压输出反馈端子和第二接地端子设置于第二控制模块3上，三极管的基极连接第一控制模块2的第一端，三极管的集电极连接第一二极管D1的负极端，三极管的发射极同时连接第二模块供电端子和第二控制模块3的第一端，当第二模块供电端子的电压达到供电预设值时，第一控制模块2向第二控制模块3供电，第一控制模块2的第二端和第二控制模块3的第二端连接，第一接地端子和第二接地端子连接。
本实用新型控制模块1由第一控制模块2和第二控制模块3组成，第一控制模块2限制了高压输入HV给第一电容C1充电的电压，以及第一电容C1产生的电压VCC的大小，待VCC达到设定值后再给第二控制模块3供电。第二控制模块3模块提供了芯片内部工作电压VDD以及其他精确的电压和电流偏置。第二控制模块3模块为系统提供各种保护，如过压保护、过温保护、过载保护等。第二控制模块3模块中的保护模块6、电流检测模块7以及反馈模块的输出均连接到脉宽调制模块9，它们与脉宽调制模块9内部产生的振荡信号一起控制输出方波SW的占空比。为进一步提高芯片的转换效率，采用了同步整流输出，通过脉宽调制模块9的控制，使Ctr_h输出低电平时，Ctr_l输出高电平，大大提高了芯片的转换效率。
如图3所示，第一控制模块2包括电平转换模块13、使能模块11、比较器、与门电路和第一驱动模块12，第二控制模块3包括电源模块4、偏置信号产生模块5、保护模块6、电流检测模块7、反馈信号检测模块8、脉宽调制模块9和开关单元，电平转换模块13的第一端与第一电阻R1的一端，电平转换模块13的第二端连接比较器的反相输入端，电平转换模块13的第三端和第一驱动模块12的第四端同时接地，第一驱动模块12的第一端与第一三极管的基极连接，第一驱动模块12的第二端与第一二极管D1的负极连接，第一驱动模块12的第三端连接第一二极管D1的负极，第二模块供电端子同时连接电源模块4的第一端和开关单元的第一端，使能模块11的第一端并联地连接电源模块4的第二端、偏置信号产生模块5的第一端、保护模块6的第一端、电流检测模块7的第一端、反馈信号检测模块8的第一端和脉宽调制模块9的第一端，偏置信号产生模块5的第二端与反馈信号检测模块8的第二端连接，电流检测模块7的第二端连接脉宽调制模块9的第三端，电流检测模块7的第三端连接开关单元的第二端，脉宽调制模块9的第四端连接开关单元的第三端，脉宽调制模块9的第五端连接反馈信号检测模块8的第三端，反馈信号检测模块8的第四端连接直流电压输出端子，电源模块4的第三端、偏置信号产生模块5的第三端、保护模块6的第三端、电流检测模块7的第四端、反馈信号检测模块8的第五端和脉宽调制模块9的第六端和开关单元的第四端同时接地，偏置信号产生模块5的第四端连接脉宽调制模块9的第七端并同时输出连接比较器的同相输入端，电源模块4的第四端输出VCC电压使能信号en_VCC，保护模块6的第二端脉宽调制模块9的第二端同时连接并输出PRO信号，使能模块11第二端、比较器的输出信号、VCC电压使能信号en_VCC和PRO信号同时输入逻辑单元与门后获得驱动信号，驱动信号接入第一驱动模块12的第五端。
本实用新型的第一控制模块2控制Q1向第一电容C1充电，待第一电容C1上的电压VCC达到设定值后再给第二控制模块3供电。芯片内部存在两个反馈：第二控制模块3的输出反馈给第一控制模块2，输出电压Vout反馈给第二控制模块3。VDD、PRO、en_VCC、Vref为来自第二控制模块3的反馈，其中VDD为芯片内部模块提供5V工作电压，PRO为电路保护信号，en_VCC能限制VCC的电压区间，Vref为精确偏置，Vref和VS的LevelShift信号比较结果Vcmp、PRO、en_VCC信号一起得到DRV信号。第一控制模块2的工作过程为HV通过第一控制模块2内部高压三极管Q1给第一电容C1充电，产生电压VCC；DRV信号控制HV给第一电容C1充电的电压范围，并控制VCC稳定在一定电压范围内；同时我们还加入了EN模块，它限制了第一电容C1只在HV的上升沿充电，避免第一电容C1在HV下降沿充电时，出现充电电压与VCC压差过大的情况。图4展示了Vin、HV、DRV和VCC的波形示意图，其中V1的典型值为50V，V2的典型值为40V。开关单元可为单路开关或双路开关，开关单元包括第二驱动模块10和第一MOS管。
当开关单元为单路开关时，如图5所示，开关单元还包括第二电阻，第二驱动模块10的一端与脉宽调制模块9的第四端连接，第二驱动模块10的另一端与第一MOS管的栅极连接，第一MOS管的源极与第二电阻的一端连接，第二电阻的另一端连接电感L1的一端。优选地，当开关单元为单路开关时，第二电阻的另一端与地之间设置连接有第二二极管D2，第二电阻的另一端连接第二二极管D2的负极，第二二极管D2的正极接地。第二控制模块3内部主要由六部分组成。首先，Power模块产生芯片内部工作电压VDD(＝5V)；BIAS模块产生基准电压并为其他模块提供精确的电压或电流偏置；PROTECTOR模块为电源系统提供各种保护，如过压保护、过温保护、过载保护等；CS模块为负载电流检测模块7，其监控负载电流工作在正常范围内；FB模块检测输出电压Vout；这些模块的输出都将连接到脉冲宽度调制调制模块来控制输出波形的占空比，从而控制M1的开关。
开关单元为双路开关时，如图6所示，开关单元还包括第二MOS管，脉宽调制模块9的第四端包括两个端子，两个端子与第二驱动模块10分别连接，第一MOS管的栅极和第一MOS管的栅极与第二驱动模块10分别连接，第一MOS管的漏极连接第二模块供电端子，第一MOS管的源极、第二MOS管的漏极和电感L1的一端同时连接，第二MOS管的源极接地。采用双路开关即采用了同步整流输出，通过脉宽调制模块9的控制，使Ctr_h输出低电平时，Ctr_l输出高电平。同步整流原理是用MOS管代替肖特基二极管，因为MOS管做同步整流管时导通电压很低，它可以降低整流损耗，从而提高电源转换效率。最终，通过调节输出SW的占空比，可得到精确稳定的5V(/9V/3.3V/1.8V)直流输出。芯片内部的VDD偏置也可以由Vout产生的稳定偏置来替代Power模块产生的VDD，当Vout出现问题，通过电路内部的判断，可再次切换回Power模块产生的VDD。利用Vout为芯片内部供电能确保电路更稳定工作。
本实用新型实现了通过极其简单的外围电路就可直接对85-265V交流输入电压进行变换，得到高精确稳定的低压直流输出，并根据需要调制设定输出电压如9V、5V、3.3V或1.8V等；具有低噪声、低成本、体积小和效率高等优点，能用于对噪声要求较高的场合，如通信通讯设备的供电等；采用了谷底充电技术，仅使用交流电的低压部分就可为储能电容充电，提高了单芯片的转换效率；采用第一控制模块2和第二控制模块3进行双重保护，包括过压保护、过温保护、过载保护等，第二控制模块3连接到脉宽调制模块9，与脉宽调制模块9内部产生的振荡信号一起控制输出方波SW的占空比；采用了同步整流输出，通过脉宽调制模块9的控制，使Ctr_h输出低电平时，Ctr_l输出高电平，大大提高了芯片的转换效率。
以上结合附图实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本实用新型做出种种变化例。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。因而，实施例中的某些细节不应构成对本实用新型的限定，本实用新型将以所附权利要求书界定的范围作为本实用新型的保护范围。