专利名称：一种高效率的偏置电压产生电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及开关电源领域，更具体地说，涉及一种高效率的偏置电压产生电路。
背景技术：
在开关电源工作过程中，一 般通过控制功率级电路中的功率开关管的开关动作来将输入的交流电压转换为负载所需要的直流信号，其中所述功率开关管的驱动则由驱动芯片来进行驱动，但是驱动芯片需要一个合适的偏置电压供电才能进行正常控制驱动操作。现有技术中，所述驱动芯片的供电通常采用从开关电源的输出端吸取能量以作为偏置电压供给驱动芯片，但是，在通常情况下，开关电源输出端的电压比其驱动芯片所需的偏置电压会高出很多，因此，必须采取合适的电压转换来降低输出端的电压以使其转换为在驱动芯片可使用的电压范围内，如图I所示，所示为现有技术中的通过偏置电压产生电路101实现电压转换的原理图，以所述功率级电路为降压型拓扑结构进行说明，所述功率级电路中包含有一电感LI，所述偏置电压产生电路接收所述开关电源的输出端电压Vo并进行转换处理以产生偏置电压V。。供给所述驱动芯片，其中，所述的偏置电压产生电路101通常有如下三种实现方式参考图1-1A，所示为现有的图I中所述偏置电压产生电路的第一种实现方式其通过电阻R3*和二极管D2*进行降压处理，主要是利用电阻R3*来分压以实现电压No到偏置电压Vrc的转换，以使得偏置电压Vrc维持在合适值。这种方案的不足之处在于，在输出电压Vo较高的场合，电阻R3*的阻值较高，因此能耗大，效率低。参考图1-1B，所示为现有的图I中所述偏置电压产生电路的第二种实现方式包含有电阻R3*、二极管D2*和稳压二极管Dz*，其主要利用一个稳压二极管Dz*来实现电压No到偏置电压\c的转换，以使得偏置电压\c维持在合适值。但是这种方案对稳压二极管的要求较高，必须设计合适的稳压二极管以满足偏置电压Vrc的电压范围要求。参考图1-1C，所示为现有的图I中所述偏置电压产生电路的第三种实现方式包含有电阻R3*、二极管D2*和线性调节器LD0，其主要利用一个线性调节器LDO来对电压Vo进行调节处理，以使其转换为合适的偏置电压V。。。这种方案虽然调节比较灵活，但其最大的不足就在于线性调节器作为单独的调节器件，其成本高，体积大，效率也较低。有鉴于现有技术的不足，需要一种能够实现电压转换灵活，且成本低、效率高的偏置电压产生电路，以符合越来越高的集成芯片要求。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种高效率的偏置电压产生电路，通过开关电源的输出端电压与驱动芯片的期望偏置电压的比值和功率级电路中的工字型电感的匝数来获得所需要的偏置电压，本发明的所述偏置电压无需进行复杂的降压转换就能满足所述驱动芯片的供电电压的要求，其成本低、效率高。根据本发明的一种高效率的偏置电压产生电路，用以给开关电源中的驱动芯片提供偏置电压，所述开关电源的功率级电路中包含有一电感，所述开关电源的输出端电压与所述驱动芯片的期望偏置电压的比值为第一比例系数；所述电感为一工字型电感，所述偏置电压产生电路的输入端与所述工字型电感相连接，并根据所述工字型电感的匝数和所述第一比例系数来获得一第一电压；所述偏置电压产生电路根据接收到的所述第一电压以产生所述偏置电压并供给所述驱动芯片。进一步的，所述工字型电感设有一中间抽头，所述偏置电压产生电路与所述中间抽头相连接以获得所述第一电压，其中，所述中间抽头的位置为根据所述工字型电感的匝数和所述第一比例系数来确定。进一步的，所述偏置电压产生电路包含有一第一电阻和第一二极管，所述第一电阻的第一端与所述中间抽头连接以接收所述第一电压，其第二端与所述第一二极管的阳极 连接；所述第一二极管的阴极与所述驱动芯片连接，以为所述驱动芯片提供所述偏置电压。进一步的，所述偏置电压产生电路包含有一辅助绕组、第二电阻和一第二二极管，所述辅助绕组的第一端与所述工字型电感的第一端连接，其第二端与所述第二电阻的第一端连接；其中，所述辅助绕组的匝数为根据所述工字型电感的匝数和所述第一比例系数来确定；所述第二电阻的第一端与所述第二电阻连接以获得所述第一电压，其第二端与所述第二二极管的阳极连接；所述第二二极管的阴极与所述驱动芯片连接，以为所述驱动芯片提供所述偏置电压。优选的，所述工字型电感包括有两个引脚，所述两个引脚分布在所述工字型电感的磁芯的同一端或两端；所述工字型电感的两端通过所述两个引脚引出，所述中间抽头为自由端。优选的，所述工字型电感包括有三个引脚，所述三个引脚分布在所述工字型电感的磁芯的同一端或两端；所述工字型电感的两端通过其中两个引脚引出，所述中间抽头通过第三个引脚引出。优选的，所述工字型电感包括有两个引脚，所述两个引脚分布在所述工字型电感的磁芯的同一端或两端；所述工字型电感的两端通过所述两个引脚引出，所述辅助绕组的第一端与所述工字型电感的第一端的引脚相连接，所述辅助绕组的第二端为自由端；并且，所述工字型电感的线圈包络在所述辅助绕组的线圈的外层以固定所述辅助绕组的线圈位置。优选的，所述工字型电感包括有三个引脚，所述三个引脚分布在所述工字型电感的磁芯的同一端或两端；所述工字型电感的两端通过其中两个引脚引出，所述辅助绕组的第一端与所述工字型电感的第一端的引脚相连接，其第二端通过第三个引脚引出。
优选的，所述工字型电感包括有四个引脚，所述四个引脚均分在所述工字型电感的磁芯的两端或均在同一端；所述工字型电感的两端通过其中两个引脚引出，所述辅助绕组的两端通过剩下的两个引脚引出；并且，所述工字型电感的第一端的引脚与所述辅助绕组的第一端的引脚连接于功率级电路中的同一节点。通过上述的一种高效率的偏置电压产生电路，通过将功率级电路中的电感设计为特定的满足要求的工字型电感，以使所述偏置电压产生电路能够方便地利用中间抽头或是利用辅助绕组的方式来吸取能量以获得所需要的偏置电压，本发明的所述偏置电压无需进行复杂的降压转换就能满足所述驱动芯片的供电电压的要求，其成本低、效率高。
图I所示为现有技术的通过偏置电压产生电路实现电压转换的原理图；图I-IA所示为现有的图I中所述偏置电压产生电路的第一种实现方式；图I-IB所示为现有的图I中所述偏置电压产生电路的第二种实现方式；图I-IC所示为现有的图I中所述偏置电压产生电路的第三种实现方式；图2所示为依据本发明的一种偏置电压产生电路的第一实施例的电路图；图2-2A所示为依据本发明的具有两个引脚的工字型电感的示意图；图2-2B所示为依据本发明的具有三个引脚的工字型电感的示意图；图3所示为依据本发明的一种偏置电压产生电路的第二实施例的电路图；图3-3A所示为依据本发明的具有四个引脚的工字型电感的示意图。
具体实施例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2，所示为依据本发明的一种偏置电压产生电路的第一实施例的电路图；所述偏置电压产生电路应用于一开关电源中，所述开关电源中包括有功率级电路、偏置电压产生电路201和驱动芯片202，所述功率级电路中包括有一工字型电感LI，所述偏置电压产生电路201与所述功率级电路中的工字型电感LI连接，所述偏置电压产生电路用以为所述驱动芯片提供偏置电压Vrc ;所述驱动芯片202接收所述偏置电压V。。，并控制功率级电路中的功率开关管Ql的开关动作，以驱动一负载。本实施例中，所示负载为一 LED负载。在本实施例中，所述功率级电路以降压型拓扑结构为例进行说明，但本发明实施例中的功率级电路不限于上述降压型拓扑结构，还可以为升压型拓扑结构、升降压型拓扑结构或者Sepic拓扑结构等。对于开关电源而言，其主要功能是将接收到的电网交流电压转换为一直流信号供给负载，因此，其输出端电压为一恒定的固定值；对于开关电源中的驱动芯片而言，其期望偏置电压为一预先的设计值，因此，可以推知，所述开关电源的输出端电压与所述驱动芯片的期望偏置电压的比值为一固定值，设其比值为第一比例系数K。具体地,在本实施例中，所述工字型电感LI设有一中间抽头,所述偏置电压产生电路201与所述中间抽头相连接以获得所述第一电压V1，其中，所述中间抽头的位置为根据所述工字型电感的匝数和所述第一比例系数来确定。下面结合工字型电感的型式对获取第一电压V1的过程进行阐述。参考图2-2A，所示为依据本发明的具有两个引脚的工字型电感的示意图，所述两个引脚分布在所述工字型电感的磁芯的同一端或两端；优选地，为使加工和使用方便，本实施例中所示的工字型电感的两个引脚分布在所述工字型电感的磁芯的同一端。所述工字型电感的两端通过所述两个弓丨脚引出(为图中的I和2)，所述中间抽头为自由端3，具体地，其线圈绕制为从中间抽头的自由端3到所述工字型电感的第一个引脚1，然后从第一个引脚I绕至第二个引脚2，并且，从第一个引脚到第二个引脚的线圈包络在从中间抽头到第一个引脚的线圈的外层，以固定从中间抽头到第一个引脚的线圈的位置。设所述功率级电路中工字型电感LI的匝数为N，即是从第一个引脚到第二个引脚的线圈的匝数为N，则设置从中间抽头到第一个引脚的线 圈匝数为NX (1/K)，优选的，根据图2中所示的偏置电压产生电路，由于第一二极管Dl的导通压降，可相应地将从中间抽头到第一个引脚的线圈匝数增加一些匝数，根据线圈匝数和电压的正比关系可得到，与所述中间抽头相连接获得的第一电压V1为稍大于所述开关电源输入端电压的1/K，因此，可得到所述第一电压V1稍大于所述驱动芯片的期望偏置电压，优选的，在本实施例中，所述第一电压V1为所述驱动芯片的期望偏置电压和所述二极管Dl的导通压降之和。参考图2-2B，所示为依据本发明的具有三个引脚的工字型电感的示意图，所述三个引脚分布在所述工字型电感的磁芯的同一端或两端；所述工字型电感的两端通过其中两个引脚(如图中I和2)引出，所述中间抽头通过第三个引脚(如图中3)引出，其中，图中的引脚1、2、3可自由排列，不作为对引脚位置的限制，图2-2B中a为三个引脚分布在所述工字型电感的磁芯的两端示意图，b为三个引脚分布在所述工字型电感的磁芯的同一端示意图，c为具有三个引脚的所述工字型电感的截面图。具体地，其线圈绕制为从第一个引脚到第二个引脚，中间抽头为从第一个引脚到第二个引脚的线圈中抽出，同理，设所述功率级电路中工字型电感LI的匝数为N，即是从第一个引脚到第二个引脚的线圈的匝数为N，则设置所述中间抽头的位置为使从第一个引脚到中间抽头的线圈的匝数为NX (1/K)，优选的，根据实际电路图的需要可相应地将从中间抽头到第一个引脚的线圈匝数增加一些匝数，因此，可得到所述第一电压V1为稍大于所述驱动芯片的期望偏置电压，优选的，设置所述第一电压V1为所述驱动芯片的期望偏置电压和所述第一二极管Dl的导通压降之和。所述偏置电压产生电路201中具体包含有一第一电阻Rl和第一二极管Dl,所述第一电阻的第一端与所述中间抽头连接以接收所述第一电压V1，其第二端与所述第一二极管的阳极连接；所述第一二极管的阴极与所述驱动芯片连接，以为所述驱动芯片提供所述偏置电压V。。。与背景技术中偏置电压产生电路的第一种实现方式不同的是，由于本发明实施例中所述第一电压V1与所述驱动芯片的期望偏置电压相对应，因此无需阻值较高的电阻来分压，第一电阻Rl可为小阻值的电阻，损耗小，效率高，第一二极管Dl用于防止驱动芯片202返流的作用。可见，与背景技术中的现有技术相比，本发明实施例根据期望偏置电压的大小来从工字型电感获得合适的电压，因此无需进行电压转换，由此也可减小损耗，提高整体效率。另外需要说明的是，根据图2所示电路图，本发明实施例中的开关电源采用浮地方式驱动，驱动特性良好。参考图3，所示为依据本发明的一种偏置电压产生电路的第二实施例的电路图；本实施例中开关电源的功率级电路与第一实施例相同，在此不重复描述，在本实施例中，所述开关电源的输出端电压和所述驱动芯片的期望偏置电压的关系与上一实施例相同，故可应用于本实施例中。与上一实施例不同的是，本发明实施例的偏置电压产生电路301中包含有一辅助绕组L2，第二电阻R2和一第二二极管D2，所述辅助绕组L2的第一端与所述工字型电感LI的第一端(即输入端)连接，其第二端与所述第二电阻的第一端连接，以产生所述第一电压V1，其中所述辅助绕组的匝数为根据所述工字型电感的匝数和所述第一比例系数来确定。下面描述在本实施例中根据所述工字型电感的型式对获取第一电压V1的过程。在 本实施例中，所述工字型电感的型式同样可为上一实施例中的两个引脚型式和三个引脚型式，其示意图与上一实施例相同，另外，所述工字型电感还可以包含有四个引脚，下面一一阐述当所述工字型电感具有两个引脚时，所述工字型电感的两端通过所述两个引脚引出，在本实施例中，为减小芯片的体积并且利于集成，所述辅助绕组和所示工字型电感的绕组共用一个磁芯(以下三个引脚和四个引脚的均相同)，所述辅助绕组的第一端(即输入端)与所述工字型电感的第一端(即输入端)的引脚相连接，所述辅助绕组的第二端为自由端。并且，所述工字型电感的线圈包络在所述辅助绕组的线圈的外层以固定所述辅助绕组的线圈位置。同样的，设所述功率级电路中工字型电感LI的匝数为N，则所述辅助绕组的匝数设置为NX (1/K)，优选的，根据图3中所示的偏置电压产生电路，由于第二二极管D2的导通压降，可相应地将辅助绕组的线圈匝数适当增加，由此，可得到与所述辅助绕组相连接获得的第一电压V1为稍大于所述开关电源输入端电压的1/K，因此，可得到所述第一电压V1为稍大于所述驱动芯片的期望偏置电压，优选的，设置合适的辅助绕组的线圈匝数以使所述第一电压V1为所述驱动芯片的期望偏置电压和所述第二二极管D2的导通压降之和。当所述工字型电感具有三个引脚时，所述工字型电感的两端通过其中两个引脚引出，所述辅助绕组的第一端(即输入端)与所述工字型电感的第一端(即输入端)的引脚相连接，其第二端通过第三个引脚引出。所述辅助绕组的匝数的设置与上述两个引脚的匝数的设置类似，因此，同理可获得一稍大于所述驱动芯片的期望偏置电压的第一电压此外，本实施例中，所述工字型电感的型式还可为四个引脚，如图3-3A所示为依据本发明的具有四个引脚的工字型电感的示意图，所述四个引脚均分在所述工字型电感的磁芯的两端或均在同一端，图3-3A中a为四个引脚分布在所述工字型电感的磁芯的两端示意图，b为四个引脚分布在所述工字型电感的磁芯的同一端示意图，c为所述具有四个引脚的工字型电感的截面图；所述工字型电感的两端通过其中两个引脚引出，如图3-3A中的I和3，所述辅助绕组的两端通过剩下的两个引脚引出，如图3-3A中的2和4 ;并且，所述工字型电感的第一端(即输入端)的引脚与所述辅助绕组的第一端(即输入端)的引脚连接于功率级电路中的同一节点A。其中，对于四个引脚都在同一端时，为方便线路连接，所述工字型电感的输入端的引脚3和所述辅助绕组的输入端的引脚4可以先连接好后然后再接入功率级电路中，即为3-3A中b所示。同理，所述辅助绕组的匝数设置为所述工字型电感的匝数N的1/K，优选为将辅助绕组的匝数适当增加以获得一稍大于所述驱动芯片的期望偏置电压的第一电压V1，优选为设置使所述第一电SV1为所述驱动芯片的期望偏置电压和所述第二二极管D2的导通压降之和。通过上述描述的三种型式的工字型电感和辅助绕组接合的方式，可方便得到所需的第一电压，无需要用到复杂的变压器型式结构，相对于现有技术的两组线圈的绕制需要用变压器型式的结构，其生产程序简单，成本也大幅降低。其中，采用四个引脚的对称结构利用工业上的制作，实际应用中，用户可根据需要选择合适的引脚的工字型电感。之后，所述第二电阻R2的第一端与所述辅助绕组连接以接收所述第一电压V1，其第二端与所述第二二极管D2的阳极连接；所述第二二极管D2的阴极与所述驱动芯片302连接，以为所述驱动芯片提供所述偏置电压\c。本实施例中第二电阻R2和第二二极管D2与上一实施例中第一电阻Rl和第一二极管Dl的作用相同。本实施例通过辅助绕组的方式 同样实现了根据期望偏置电压的大小来从工字型电感获得合适的电压，因此无需进行电压转换，由此也可减小损耗，提闻整体效率。综上所述，本发明通过开关电源的输出端电压与驱动芯片的期望偏置电压的比值和功率级电路中的工字型电感的匝数来获得合适的第一电压，然后根据所述第一电压来得到驱动芯片的偏置电压，与现有技术直接将开关电源的输出端电压作为偏置电压产生电路的输入电压相比，本发明无需将所述第一电压进行复杂的降压转换就能满足所述驱动芯片的供电偏置电压的要求，因此其成本低、效率高。以上对依据本发明的优选实施例的偏置电压产生电路进行了详尽描述，但本发明的偏置电压产生电路不限于实施例中所示的电路结构图，其也可以由其他相同功能的电路替换，本领域普通技术人员据此可以推知其他技术或者结构以及电路布局、元件等均可应用于所述实施例，但依据本发明的思想和原理均在本发明的保护范围之内。依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
权利要求
1.一种高效率的偏置电压产生电路，用以给开关电源中的驱动芯片提供偏置电压，所述开关电源的功率级电路中包含有一电感，其特征在于， 所述开关电源的输出端电压与所述驱动芯片的期望偏置电压的比值为第一比例系数； 所述电感为一工字型电感，所述偏置电压产生电路的输入端与所述工字型电感相连接，并根据所述工字型电感的匝数和所述第一比例系数来获得一第一电压； 所述偏置电压产生电路根据接收到的所述第一电压以产生所述偏置电压并供给所述驱动芯片。
2.根据权利要求I所述的偏置电压产生电路，其特征在于，所述工字型电感设有一中间抽头，所述偏置电压产生电路与所述中间抽头相连接以获得所述第一电压，其中，所述中间抽头的位置为根据所述工字型电感的匝数和所述第一比例系数来确定。
3.根据权利要求2所述的偏置电压产生电路，其特征在于，所述偏置电压产生电路包含有一第一电阻和第一二极管， 所述第一电阻的第一端与所述中间抽头连接以接收所述第一电压，其第二端与所述第一二极管的阳极连接； 所述第一二极管的阴极与所述驱动芯片连接，以为所述驱动芯片提供所述偏置电压。
4.根据权利要求I所述的偏置电压产生电路，其特征在于，所述偏置电压产生电路包含有一辅助绕组、第二电阻和一第二二极管， 所述辅助绕组的第一端与所述工字型电感的第一端连接，其第二端与所述第二电阻的第一端连接；其中，所述辅助绕组的匝数为根据所述工字型电感的匝数和所述第一比例系数来确定； 所述第二电阻的第一端与所述第二电阻连接以获得所述第一电压，其第二端与所述第二二极管的阳极连接； 所述第二二极管的阴极与所述驱动芯片连接，以为所述驱动芯片提供所述偏置电压。
5.根据权利要求2所述的偏置电压产生电路，其特征在于，所述工字型电感包括有两个引脚，所述两个引脚分布在所述工字型电感的磁芯的同一端或两端； 所述工字型电感的两端通过所述两个引脚引出，所述中间抽头为自由端。
6.根据权利要求2所述的偏置电压产生电路，其特征在于，所述工字型电感包括有三个引脚，所述三个引脚分布在所述工字型电感的磁芯的同一端或两端； 所述工字型电感的两端通过其中两个引脚引出，所述中间抽头通过第三个引脚引出。
7.根据权利要求4所述的偏置电压产生电路，其特征在于，所述工字型电感包括有两个引脚，所述两个引脚分布在所述工字型电感的磁芯的同一端或两端； 所述工字型电感的两端通过所述两个引脚引出，所述辅助绕组的第一端与所述工字型电感的第一端的引脚相连接，所述辅助绕组的第二端为自由端； 并且，所述工字型电感的线圈包络在所述辅助绕组的线圈的外层以固定所述辅助绕组的线圈位置。
8.根据权利要求4所述的偏置电压产生电路，其特征在于，所述工字型电感包括有三个引脚，所述三个引脚分布在所述工字型电感的磁芯的同一端或两端； 所述工字型电感的两端通过其中两个引脚引出，所述辅助绕组的第一端与所述工字型电感的第一端的引脚相连接，其第二端通过第三个引脚引出。
9.根据权利要求4所述的偏置电压产生电路，其特征在于，所述工字型电感包括有四个引脚，所述四个引脚均分在所述工字型电感的磁芯的两端或均在同一端； 所述工字型电感的两端通过其中两个引脚引出，所述辅助绕组的两端通过剩下的两个引脚引出； 并且，所述工字型电感的第一端的引脚与所述辅助绕组的第一端的引脚连接于功率级电路中的同一节点。
全文摘要
本发明公开了一种高效率的偏置电压产生电路，用以给开关电源中的驱动芯片提供偏置电压，其通过所述开关电源的输出端电压与所述驱动芯片的期望偏置电压的比值和功率级电路中的工字型电感的匝数来获得所需要的偏置电压，本发明的所述偏置电压的获取无需进行复杂的降压转换就能满足所述驱动芯片的供电电压的要求，其成本低、效率高。
文档编号G05F1/46GK102830740SQ20121030193
公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月23日 优先权日2012年8月23日
发明者徐鸿国 申请人:矽力杰半导体技术(杭州)有限公司