用于开关电源电路的控制芯片和开关电源电路的制作方法

1.本实用新型属于集成电路领域，尤其涉及一种用于开关电源电路的控制芯片和开关电源电路。


背景技术：

2.随着电子技术不断发展，电子产品的体积越来越小，尤其是在电源领域出现了高功率密度和小型化的需求。然而，传统的开关电源电路，在高频模式下，由于频率的升高，使得开关损耗增大，导致开关温升很高，系统效率变差，这成为制约电源小型化的一大障碍。


技术实现要素：

3.本实用新型实施例提供了一种用于开关电源电路的控制芯片和开关电源电路，通过对供电绕组上的电压经整流之后的电压进行升压或降压处理，来为芯片进行供电，可以使得芯片的供电电压保持稳定，并适合于宽范围输出电压的应用。
4.一方面，本实用新型实施例提供一种用于开关电源电路的控制芯片，包括：供电电压输入引脚、芯片供电引脚、第一驱动引脚、第二驱动引脚、以及连接在所述供电电压输入引脚与所述芯片供电引脚之间的降压-升压电压转换模块，其中：所述第一驱动引脚用于输出控制所述开关电源电路中的主功率开关导通和关断的第一驱动控制信号；所述第二驱动引脚用于输出控制所述开关电源电路中的连接在用于实现所述主功率开关的零电压开启的零电压开启绕组和参考地之间的辅助开关的导通和关断的第二驱动控制信号；所述降压-升压电压转换模块用于通过对所述供电电压输入引脚处的电压进行降压整流或升压整流来生成芯片内部供电电压，并将所述内部供电电压输出至所述芯片供电引脚。
5.另一方面，本实用新型实施例提供了一种开关电源电路，包括如第一方面所述的用于开关电源电路的控制芯片。
6.本实用新型实施例用于开关电源电路的控制芯片和开关电源电路，能够满足宽范围输出电压应用，使开关电源电路中的主开关实现零电压开启，具有效率高、待机低、抗干扰性好的特点，能够有效提升系统效率和可靠性，有利于实现电源小型化。
附图说明
7.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
8.图1示出了本实用新型实施例提供的用于开关电源电路的控制芯片的结构示意图；
9.图2示出了本实用新型实施例提供的包括图1所示的控制芯片的开关电源电路的结构示意图；以及
10.图3示出了本实用新型实施例提供的控制芯片的内置组件及其外接组件的结构示
意图。
具体实施方式
11.下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本实用新型进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本实用新型，并不被配置为限定本实用新型。对于本领域技术人员来说，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型更好的理解。
12.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
13.在传统的反激式架构中，通过增加零电压开启(zero voltage switch，zvs)控制，即在非连续导通模式下，实现金属氧化物半导体场效应晶体管(metal oxide semiconductor field effect transistor，mosfet)(以下简称mos管)的零电压导通，这可以大大降低开关损耗，尤其是在例如高频模式下，可以明显提升系统效率。在此基础上，本实用新型提供了一种能够支持宽范围输出的用于开关电源电路的zvs控制芯片，其具有结构简单、安全高效的特点，并可以有效提升系统效率。
14.为了解决现有技术问题，本实用新型实施例提供了一种用于开关电源电路的控制芯片和包含这种控制芯片的开关电源电路。下面首先对本实用新型实施例所提供的用于开关电源电路的控制芯片进行介绍。
15.图1示出了本实用新型实施例提供的用于开关电源电路的控制芯片的结构示意图。
16.作为一个示例，如图1所示，该控制芯片100可以包括供电电压输入vdd脚、芯片供电avdd脚、第一驱动gd1脚、第二驱动gd2脚、以及连接在所述vdd脚与所述avdd脚之间的升压-降压电压转换模块110。
17.其中，gd1脚可以输出用于控制该控制芯片100所处的开关电源电路中的主功率开关(参见图2)的导通和关断的一个驱动控制信号，并且gd2脚可以输出用于控制该控制芯片100所处的开关电源电路中的辅助开关(参见图2)的导通和关断的另一驱动控制信号，其中，该辅助开关连接在zvs绕组的一端和参考地之间，并且该zvs绕组的另一端可以经由电容器c7连接至参考地，可以通过驱动该zvs绕组来实现主功率开关的zvs导通。
18.作为一个示例，该电压转换模块110可以用于通过对vdd脚处的电压进行降压整流或升压整流来生成芯片内部供电电压，并将内部供电电压输出至该avdd脚，具体地，例如在vdd脚处的电压过高时，可以对vdd脚处的电压进行降压整流，以及在vdd脚处的电压过低时，可以对vdd脚处的电压进行升压整流，以生成芯片内部供电电压。
19.通过上述技术方案，通过在芯片100内部集成降压-升压电压转换模块110，利用该电压转换模块110对供电绕组上的电压经整流之后的电压进行降压或升压处理后为芯片供电，可以使得芯片的供电电压保持稳定，并适合于宽范围输出电压的应用。
20.此外，其他实施例中，进一步参考图1，该芯片100还可以包括其他引脚，例如，波形检测dem脚、输出电压反馈fb脚、电流检测cs脚、降压电路sw1脚、升压电路sw2脚以及接地gnd脚。
21.应注意，本实用新型实施例提供的上述芯片的10个引脚仅作为示例提供，在其他实施例中，在不脱离本技术的精神和范围的情况下，可以存在与图1所示实施例相比更多的引脚、更少的引脚或不同的引脚。
22.为了更好地理解本实用新型实施例提供的控制芯片，以下对控制芯片所处的开关电源电路进行介绍，例如，参考图2，图2示出了本实用新型实施例提供的包括图1所示的控制芯片的开关电源电路的结构示意图，如图2所示，该开关电源电路可以包括控制芯片100等。
23.作为一个示例，以反激式应用为例，以下首先对芯片的各个引脚、内置组件以及开关电源电路中的、位于芯片外部的相应组件之间的连接关系进行介绍。
24.具体地，供电绕组vaux可以经由整流滤波模块(例如，包括二极管d1和电容c5)连接至vdd脚(如虚线
①
所示)，使得供电绕组上的电压可以经过整流滤波模块进行整流和滤波，以得到稳定的直流电压。
25.作为一个示例，sw1脚可以连接至外接电感l的一端(如虚线
②
所示)，例如，可以将这种稳定的直流电压输入至vdd脚，该vdd脚可以连接至内置电压转换模块110，该电压转换模块110还可以连接至sw1和sw1脚，使得vdd脚处的电压(以下简称vdd电压)经过电压转换模块110(例如，内部降压转换器或线性调节器)的一系列处理之后，通过sw1脚输出。
26.作为一个示例，该降压整流电路部分可以包括降压转换器(buck converter)或者线性调节器(linear regulator)。
27.作为一个示例，sw2脚可以连接至外接电感l的另一端(如虚线
③
所示)，sw1脚输出的电压经过外部电感l之后，然后输入至sw2脚，以经由sw2脚连接至内部升压开关，使电压转换模块110(例如，升压开关或升压转换器)对其进行处理，应注意的是，仅降压整流电路部分和升压整流电路部分中的一个会对电压进行处理，或者二者均不处理(即，仅执行降压整流，或者仅执行升压整流，或者两者均不执行)。
28.作为一个示例，该升压整流电路部分可以包括升压转换器(boost converter)等。
29.作为一个示例，电压转换模块110还可以连接至avdd脚，并将经过降压-升压模块处理之后的电压输入至avdd脚，avdd脚可以连接至外置旁路电容c6上(如虚线
④
所示)，可见，内置电压转换模块110可以通过对vdd电压进行内部整流之后输出最终输出电压，并可以将其输出至avdd脚，而avdd脚作为芯片供电引脚，其通过外接旁路电容c6，可以起到稳压和滤波的作用。
30.作为一个示例，dem脚可以连接至开关电源电路中位于芯片100外部的分压模块200(包括例如电阻r7和r8)(如虚线
⑤
所示)，该分压模块200可以连接在供电绕组vaux和参考地之间，该分压模块200的输出端可以连接至dem脚，该dem脚还可以连接至内置zvs/zcd波形检测模块130，该波形检测模块130可以用于对变压器退磁波形和退磁之后的谐振波形
进行检测，以便实现对主功率开关m1的zvs开关控制。
31.作为一个示例，gd1脚可以连接至主功率开关的栅极(如虚线
⑥
所示)，以输出用于控制主功率开关m1的导通和关断的驱动控制信号。
32.作为一个示例，cs脚可以连接至主功率开关m1的源极(如虚线
⑦
所示)以及电阻r2的远离地的一端，其作为电流采样引脚提供，用于检测主功率环电流，即用于检测流经主功率开关m1的电流。
33.作为一个示例，fb脚可以连接至光耦300(如虚线
⑧
所示)，如图2所示，该光耦300可以跨接在开关电源的源副边两侧，一端与电阻r3串联，并连接至开关电源的输出端；另一端可以连接到fb脚，该fb脚作为反馈引脚而提供，用于接收次级输出采样的反馈信号，即接收对开关电源电路的输出电压的反馈信号。
34.作为一个示例，gnd脚可以连接至参考地(如虚线
⑨
所示)，其作为芯片参考地而提供。
35.作为一个示例，gd2脚可以连接至辅助开关m2的栅极(如虚线
⑩
所示)，以输出用于控制辅助开关的导通和关断的驱动控制信号，并且辅助开关m2的漏极可以连接至zvs绕组的一端，zvs绕组的另一端可以经由电容c7接地，辅助开关m2的源极可以连接至参考地。
36.以下对控制芯片100中的各个组件进行介绍，以帮助理解控制芯片100的工作原理。
37.作为一个示例，控制芯片100可以包括电压转换模块110、ic供电模块120、zvs/zcd波形检测模块130、脉冲宽度调制(pulse width modulation，pwm)生成器140、控制模块150、第一驱动模块160以及第二驱动模块170等，以下对各个组件的连接关系以及功能进行详细介绍。
38.作为一个示例，电压转换模块110的输入端可以连接至vdd脚，以接收vdd电压，经过降压整流电路之后通过sw1脚输出，，sw1脚处的输出电压可以经由电感l连接至sw2脚，经过sw2脚升压整流电路之后输出至avdd脚。
39.具体地，该降压-升压电压转换模块110可以用于对vdd电压进行降压或升压处理，降压-升压电压转换模块110可以包括降压整流电路和升压整流电路(图中未示出)，其中，该sw1脚可以用作用于控制该降压整流电路的导通和关断的降压开关的输出端或者线性稳压器的输出端，该sw2脚用作用于控制该升压整流电路的导通和关断的升压开关的输入端，并且当该电压转换模块110检测到vdd电压高于第一预设阈值时，则利用降压整流电路对vdd电压进行降压调制；当该电压转换模块110检测到vdd电压低于第二预设阈值时，则利用升压整流电路对vdd电压进行升压调制；以及当该电压转换模块110检测到vdd电压介于第一预设阈值和第二预设阈值之间时，则上述降压整流电路和升压整流电路两者均不工作，即不会对vdd电压进行调制，以直接将vdd电压输出至avdd脚。
40.作为一个示例，ic供电模块120的输入端可以连接至avdd脚，输出端可以连接至控制芯片100中的相应组件(例如，zvs/zcd波形检测模块130、脉冲宽度调制pwm生成器140、控制模块150、第一驱动模块160和第二驱动模块170)的输入端，用于接收经降压-升压电压转换模块110降压整流或升压整流之后的电压以生成芯片内部供电电压，以利用该内部供电电压来为其中的相应组件进行供电。
41.作为一个示例，波形检测模块130可以用于通过对开关电源系统中的变压器的辅
助绕组的波形进行检测，来间接检测变压器的主绕组的波形和输出退磁波形，实现对开关电源电路的输出电压的检测、退磁结束的检测、退磁结束之后的主绕组的谐振波形的检测，以便控制第一驱动模块160和第二驱动模块170的开启时机，从而驱动主开关m1和辅助开关m2。
42.作为一个示例，pwm控制器140可以接收来自波形检测模块130的输出信号、来自fb脚的用于表征开关电源电路的输出电压的电压表征信号以及来自cs脚的用于表征流经主功率开关m1的电流的电流表征信号，并对上述信号进行一系列处理之后来向控制模块150输出pwm控制信号，使得第一驱动模块160和第二驱动模块170可以基于来自控制模块150的输出信号来分别控制开关m1和开关m2的导通和关断。
43.作为一个示例，控制模块150可以用于对来自pwm控制器140的pwm控制信号进行处理，并基于经处理的pwm控制信号来分别向第一驱动模块160和第二驱动模块170来输出第一控制信号和第二控制信号，使得第一驱动模块160基于第一控制信号来输出主驱动信号，以驱动开关m1的导通和关断，使得第二驱动模块基于第二控制信号来输出辅助驱动信号，以驱动辅助开关m2的导通和关断。
44.作为一个示例，前面描述的控制芯片可以为用于反激式开关电源电路的控制芯片，应注意，这不应当被解释为限制性的。
45.本实用新型实施例提供的开关电源电路，能够满足宽范围输出电压应用，实现零电压开启，具有效率高、待机低、抗干扰性好等特点，可以有效提升系统效率和可靠性，有利于电源小型化，并且本实用新型实施例提供的控制芯片是一种零电压开启的反激控制电源芯片。
46.此外，为了清楚起见，图3示出了本实用新型实施例提供的控制芯片的内置组件及其外接组件的结构示意图，由于其工作原理以及连接关系等在以上结合图2进行说明时已经被描述，因此为了简洁起见，在此不再进行赘述。
47.需要明确的是，本实用新型并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本实用新型的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本实用新型的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。
48.以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(asic)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本实用新型的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、rom、闪存、可擦除rom(erom)、软盘、cd-rom、光盘、硬盘、光纤介质、射频(rf)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。
49.还需要说明的是，本实用新型中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本实用新型不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。
50.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。