一种基于单片集成的开关电源的制作方法
【专利摘要】一种基于单片集成的开关电源，本发明涉及电源开关技术领域，其旨在解决现有技术存在不能够单片集成，有谐波失真、电磁噪声，其电源输出波形抖动、畸变且额定工作频率范围受限制等技术问题。本发明主要包括第一扫描脉冲发生器；场效应管及其寄生电容补偿电路，第一扫描脉冲发生器控制场效应管的工作状态；第二扫描脉冲发生器；自适应斩波电路，第二扫描脉冲发生器控制自适应斩波电路的工作状态；变压器，其一次绕组连接电源和场效应管且其二次绕组连接自适应斩波电路；集成结构。本发明用于改进电源开关电路。
【专利说明】
一种基于单片集成的开关电源
技术领域
[0001]本发明涉及电源开关技术领域，具体涉及一种基于单片集成的开关电源。
【背景技术】
[0002]目前，一般地，采用隔离器来用于保护电源，现有技术采用电容电感滤波，虽然对隔离器产生的抖动有所消除，但是引入电容电感的同时会引入EMI噪声，如果频率接近，会进一步使得隔离器输出发生一定的畸变，从而引入系统噪声，这一抖动主要是通过隔离器后波形尾部的畸变;对于还未通过隔离器时，由于寄生电容和非线性元件的使用，造成电源输入端的波形头部有谐波失真，通过隔离器后会进一步放大，降低整个电源的输出质量;在高频时钟扫描情况下，使用光耦器件将严重限制检测电路的额定工作频率，随之是其通用性;在高频背景下，微型变压器广泛应用于直流开关电源(DC/DC转换器)以及各类隔离电路当中。使用了光电耦合的光耦合隔离器一直是隔离电路的首选，但是光耦合器反应慢，功耗大，易老化。因磁隔离反应快，功耗小，隔离能力强的优点，所以采用了微型变压器的数字隔离器将逐步代替传统的光耦合隔离器。现有技术提出了多种在同一封装下实现的数字隔离器，但没有真正意义上的实现单片集成数字隔离器。
【发明内容】
[0003]针对上述现有技术，本发明目的在于提供一种基于单片集成的开关电源，其旨在解决现有技术存在不能够单片集成，有谐波失真、电磁噪声，其电源输出波形抖动、畸变且额定工作频率范围受限制等技术问题。
[0004]为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下:
[0005]—种基于单片集成的开关电源，包括第一电源，还包括第一扫描脉冲发生器;场效应管及其寄生电容补偿电路，场效应管连接第一电源，第一扫描脉冲发生器控制场效应管的工作状态;第二扫描脉冲发生器；自适应斩波电路，第二扫描脉冲发生器控制自适应斩波电路的工作状态，自适应斩波电路输出端连接有施密特触发器，施密特触发器的输出信号作为低噪电源;变压器，其一次绕组连接第一电源和场效应管且其二次绕组连接自适应斩波电路。
[0006]上述方案中，变压器和集成电路，分别上下堆叠在硅晶圆基板上，其中，变压器还包括位于一次绕组和二次绕组之间的隔离层，隔离层为绝缘氧化层;集成电路包括集成化的初级驱动电路和次级接收电路，初级驱动电路为第一电源、场效应管和寄生电容补偿电路，次级接收电路为自适应斩波电路。
[0007]上述方案中，所述的场效应管及其寄生电容补偿电路，场效应管，其栅极连接第一扫描脉冲发生器的输出端且源极通过第一电阻接地;第一二极管，其低电端连接场效应管的漏极且高电端接地;第二电容，其一端连接场效应管的漏极且另一端接地;第二二极管，其低电端连接场效应管的源极且高电端接地;第一二极管、第二电容和第二二极管构成寄生电容补偿电路。
[0008]上述方案中，所述的自适应斩波电路，包括第一三极管，其集电极连接变压器的二次绕组;第二三极管，其集电极连接变压器的二次绕组;第三三极管，其集电极连接第二三极管的发射极;第四三极管，其发射极连接第一三极管的发射极且集电极连接第三三极管的发射极;第三三极管的集电极和第四三极管的发射极连接至施密特触发器UST的输入端；第二电阻，其一端连接变压器Tl的二次绕组且另一端连接第三三极管的发射极;第三电阻，其一端连接变压器的二次绕组且另一端连接第三三极管的发射极;脉冲自适应电路，连接第一三极管、第二三极管、第三三极管和第四三极管。
[0009]上述方案中，所述的脉冲自适应电路，包括第二电源;第四电阻、第五电阻构成第一分压器;第五三极管，其基极连接第二扫描脉冲发生器、集电极连接第二电源且发射极连接第一分压器;第六电阻、第七电阻构成第二分压器，第二分压器串联第一分压器并接地；第一比较器，其输入端连接第一分压器和施密特触发器的输入端;第二比较器，其输入端连接第二分压器和施密特触发器的输入端;RS触发器，其S端连接第一比较器的输出端且R端连接第二比较器的输出端;单稳态触发器，其输入端连接RS触发器的输出端;第一分压器连接第三三极管的发射极和第四三极管的集电极;单稳态触发器的高电输出端Q连接第一三极管的基极和第二三极管的基极且其低电输出端?Q连接第三三极管的基极和第四三极管的基极。
[0010]上述方案中，所述的脉冲自适应电路，还包括反相器，第五三极管通过反相器连接第二扫描脉冲发生器。
[0011 ]上述方案中，所述的反相器，包括输入端、输出端、PMOS晶体管以及NMOS晶体管，其中，所述PMOS晶体管的源极连接电源，所述WOS晶体管的源极接地，所述WOS晶体管的栅极连接到所述输入端，所述PMOS晶体管的漏极和所述匪OS晶体管的漏极均连接到所述输出端;还包括升压元件，所述升压元件连接在所述输入端和所述PMOS晶体管的栅极之间。
[0012]与现有技术相比，本发明的有益效果:能够单片集成；减小电源输入端的谐波失真;提供了无电容电感的电源开关滤波，显著降低了电源输出端的噪声，提供高可靠性和通用性;电源开关工作频率范围显著扩大。
【附图说明】
[0013]图1为本发明的具体电路图；
[0014]图2为本发明的集成结构示意图。
【具体实施方式】
[0015]本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
[0016]下面结合附图对本发明做进一步说明:
[0017]实施例1
[0018]所述的三极管Q4、三极管Q5、三极管Q6、三极管Q7作为自适应脉冲开关，通过其中的自适应电路完成脉冲尾部畸变斩波，其时间窗口由变压器Tl输出脉冲自身长度决定;考虑到本发明高频工作特性，所述三极管，包括壳体和半导体三极管管芯、发射极、基极和集电极，所述基极串接一个设于壳体内的热敏电阻芯片，该热敏电阻贴粘在壳体的内端，所述的壳体外端设置有由散热面和散热贴面组成的所述散热片，所述散热面错位叠置在散热贴面上方，所述散热面上安装所述壳体，壳体通过螺钉与散热面相连，所述的壳体与铜质散热面之间设有绝缘导热硅胶垫片，所述的散热贴面端面呈均匀分布的波浪状;半导体芯片所产生的热量经绝缘导热硅胶垫片传入散热面中，由散热面散发热量，由于散热贴面的端面呈波浪状，其实际面积比一般平面的面积要大许多，可进一步的提供散热，保证三极管功能的稳定性，让其作为开关稳定性高。
[0019]实施例2
[0020]基于实施例1，所述的脉冲自适应电路，包括第二电源VCC;第四电阻R9、第五电阻RlO构成第一分压器;第五三极管U2A，其基极连接第二扫描脉冲发生器、集电极连接第二电源VCC且发射极连接第一分压器;第六电阻Rll、第七电阻R12构成第二分压器，第二分压器串联第一分压器并接地;第一比较器U3，其输入端连接第一分压器和施密特触发器UST的输入端;第二比较器U4，其输入端连接第二分压器和施密特触发器UST的输入端;RS触发器U8，其S端连接第一比较器U3的输出端且R端连接第二比较器U4的输出端；单稳态触发器U6，其输入端连接RS触发器U8的输出端;第一分压器连接第三三极管Q6的发射极和第四三极管Q7的集电极;单稳态触发器U6的高电输出端Q连接第一三极管Q4的基极和第二三极管Q5的基极且其低电输出端?Q连接第三三极管Q6的基极和第四三极管Q7的基极。
[0021]实施例3
[0022]所述变压器为没有铁磁芯的变压器，即无芯微型变压器;一次绕组和二次绕组变压器匝数为1:1。所述变压器还包括电磁屏蔽层，夹在下方集成电路与上方变压器之间，具体位于所述绝缘氧化层和集成电路之间，作用一是用于减弱底层集成电路对顶层变压器磁场的干扰，作用二是用于减弱顶层变压器磁场变化对底层集成电路电学特性的影响，从而大大提高该单片隔离器的EMC特性。
[0023]硬件出现未知的异变，技术的进步只是选用标准的参考。但是出于改劣发明，或者成本考量，仅仅从实用性的技术方案选择。
[0024]以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于单片集成的开关电源，包括第一电源VDD，其特征在于，还包括 第一扫描脉冲发生器； 场效应管Q3及其寄生电容补偿电路，场效应管Q3连接第一电源VDD，第一扫描脉冲发生器控制场效应管Q3的工作状态； 第二扫描脉冲发生器； 自适应斩波电路，第二扫描脉冲发生器控制自适应斩波电路的工作状态，自适应斩波电路输出端连接有施密特触发器UST，施密特触发器UST的输出信号作为低噪电源VSOR; 变压器TI，其一次绕组连接第一电源VDD和场效应管Q3且其二次绕组连接自适应斩波电路； 第一电源VDD、场效应管Q3、寄生电容补偿电路和自适应斩波电路作为集成电路； 变压器Tl与集成电路，分别上下堆叠在硅晶圆基板上，其中，变压器还包括位于一次绕组和二次绕组之间的隔离层;集成电路包括集成化的初级驱动电路和次级接收电路，第一电源VDD、场效应管Q3和寄生电容补偿电路为初级驱动电路，自适应斩波电路为次级接收电路。2.根据权利要求1所述的一种基于单片集成的开关电源，其特征在于，所述的场效应管Q3及其寄生电容补偿电路， 场效应管Q3，其栅极连接第一扫描脉冲发生器的输出端且源极通过第一电阻R4接地； 第一二极管Dl，其低电端连接场效应管Q3的漏极且高电端接地； 第二电容C2，其一端连接场效应管Q3的漏极且另一端接地； 第二二极管D2，其低电端连接场效应管Q3的源极且高电端接地； 第一二极管D1、第二电容C2和第二二极管D2构成寄生电容补偿电路。3.根据权利要求1所述的一种基于单片集成的开关电源，其特征在于，所述的自适应斩波电路，包括 第一三极管Q4，其集电极连接变压器TI的二次绕组； 第二三极管Q5，其集电极连接变压器TI的二次绕组； 第三三极管Q6，其集电极连接第二三极管Q5的发射极； 第四三极管Q7，其发射极连接第一三极管Q4的发射极且集电极连接第三三极管Q6的发射极； 第三三极管Q6的集电极和第四三极管Q7的发射极连接至施密特触发器UST的输入端； 第二电阻R7，其一端连接变压器Tl的二次绕组且另一端连接第三三极管Q6的发射极； 第三电阻R8，其一端连接变压器Tl的二次绕组且另一端连接第三三极管Q6的发射极； 脉冲自适应电路，连接第一三极管Q4、第二三极管Q5、第三三极管Q6和第四三极管Q7。4.根据权利要求3所述的一种基于单片集成的开关电源，其特征在于，所述的脉冲自适应电路，包括第二电源VCC; 第四电阻R9、第五电阻RlO构成第一分压器； 第五三极管U2A，其基极连接第二扫描脉冲发生器、集电极连接第二电源VCC且发射极连接第一分压器； 第六电阻R11、第七电阻R12构成第二分压器，第二分压器串联第一分压器并接地； 第一比较器U3，其输入端连接第一分压器和施密特触发器UST的输入端； 第二比较器U4，其输入端连接第二分压器和施密特触发器UST的输入端； RS触发器U8，其S端连接第一比较器U3的输出端且R端连接第二比较器U4的输出端； 单稳态触发器U6，其输入端连接RS触发器U8的输出端； 第一分压器连接第三三极管Q6的发射极和第四三极管Q7的集电极； 单稳态触发器U6的高电输出端Q连接第一三极管Q4的基极和第二三极管Q5的基极且其低电输出端?Q连接第三三极管Q6的基极和第四三极管Q7的基极。
【文档编号】H02M1/44GK105932865SQ201610380419
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月31日
【发明人】张凯胜, 刘华, 吴小莉
【申请人】成都众孚理想科技有限公司