专利名称：三端式功率开关电源电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体集成电路，更具体地说，涉及一种三端式功率开关电源 电路。
背景技术：
在选择合适的功率电源以及相应构架的元器件时，首要考虑的是制造的成 本。典型的反激式开关电源由于开关功率管未被集成到芯片中，至少需要以下 引脚 一个地电位引脚VS (有时还要区分功率地和模拟地)， 一个低压传输反 馈信号的引脚FB， 一个开关功率管栅控制引脚GATE， 一个产生芯片正常工 作时所需内部电源的高压引脚VDD (通常用调节器(REGULATOR)将高压 变为内部低压鬼源)，所以通常为凑够8脚以适应8脚封装还会增加一些接外 围元件的补偿引脚。图1和图2分别示出了采用电阻分压反馈和光耦合反馈的 反激式开关电源的电路图。由于芯片的引脚越少，成本自然也就越低。而功率开关电源通过将大量复 杂的开关模式电路都可以集成于一个芯片中而更具有竞争力。因此，需要一种理想的三端式功率开关电源电路。发明内容本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的芯片引脚过多、成本过高 的缺陷，提供一种理想的三端式功率开关电源电路。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是构造一种三端式功率开关电 源电路，包括变压器T1、连接到所述变压器T1原边1端的整流电路、连接到 所述变压器Tl副边的输出电路和连接到所述变压器Tl的原边3端和输出电路的反馈端JK的反馈电路，其中，所述三端式功率开关电源电路还包括三端 式芯片，所述三端式芯片的反馈信号控制端VC连接到所述反馈电路的输出 端，所述三端式芯片的芯片高压端VD连接到整流电路和所述变压器原边2 端，所述三端式芯片的接地端VS与所述变压器T1的原边4端相连。在本发明所述的三端式功率开关电源电路中，所述三端式芯片包括迟滞 比较器、内部高压充电模块HVIS、 JFET管、MOSFET功率管和功率管控制 单元，其中所述迟滞比较器的输入端分别连接反馈信号控制端VC和参考电压 VREF、输出端连接内部高压充电模块HVIS的控制端，所述内部高压充电模 块HVIS的输出端与JFET管的源极相连，所述JFET管的漏极接芯片高压端 VD、栅极连接所述三端式芯片的接地端VS，所述功率管控制单元的输入端连 接反馈信号控制端VC、输出端与所述MOSFET功率管的栅极相连，所述 MOSFET功率管的漏极接芯片高压端VD、源极连接所述三端式芯片(300) 的接地端VS。在本发明所述的三端式功率开关电源电路中，所述功率管控制单元包括振 荡器OSC、 RS触发器、PWM比较器和分路调节单元，所述分路调节单元通 过反馈信号控制端VC采样所述反馈信号以获得误差电平VERRO，所述误差 电平VERRO用于切割振荡器OSC产生的锯齿波，所述锯齿波经PWM比较 器和RS触发器转换成用于控制所述MOSFET功率管的栅极控制信号。在本发明所述的三端式功率开关电源电路中，所述整流电路包括整流桥， 电容C3， 二极管D6、 D3，其中所述整流桥连接在变压器T1的原边l端和所 述三端式芯片的接地端VS之间，二极管D3的阳极连接到变压器Tl原边1 端、阴极连接到二极管D6的阴极，所述二极管D6的阳极连接到芯片高压端 VD，所述电容C3与所述二极管D3并联。在本发明所述的三端式功率开关电源电路中，所述二极管D6是超快恢复 二极管。在本发明所述的三端式功率开关电源电路中，所述输出电路包括二极管 D2、稳压管D4，其中所述二极管D2的阳极与所述变压器Tl的副边5端相连， 所述二极管D2的阴极与所述稳压管D4的阴极，所述稳压管D4的阳极连接到所述反馈电路。在本发明所述的三端式功率开关电源电路中，所述反馈电路包括二极管D5，光耦U1，电阻R4、 R3，电容C7，其中所述二极管D5的阳极与所述变 压器T1原边3端相连、阴极连接到所述光耦U1的接收集电极，所述光耦U1 的接收端发射极连接到所述三端式芯片的反馈信号控制端VC，所述光耦Ul 的发射端阴极与地VSS相连，所述光耦U1的发射端阳极经电阻R4连接到所 述稳压管D4的阳极，所述电阻R3与电容C7的串联电路连接在所述光耦Ul 的接收端发射极和所述三端式芯片的接地端VS之间。实施本发明的三端式功率开关电源电路，具有以下有益效果将体现反馈 量的反馈信号端VC复用为芯片内部电源，通过与芯片高压端VD相接的内部 高压充电模块HVIS将芯片高压端VD复用为上电时产生芯片正常工作时内部 电源的高压引脚，并且在完成上电后关闭高压充电模块HVIS，通过系统反馈 量维持内部电源处在正常水平，加上接地端VS，本发明只需要简单的Y型三 脚封装便能满足要求，降低了成本，且不用外配功率管，方便用户使用。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中图1是现有技术的反激式开关电源的第一实施例的电路原理图；图2是现有技术的反激式开关电源的第二实施例的电路原理图；图3是本发明的三端式功率开关电源电路的第一实施例的原理框圈；图4是本发明的三端式芯片的原理框图；图5是本发明的三端式功率开关电源电路的第二实施例的电路原理图。
具体实施方式
如图3所示，本发明的三端式功率开关电源电路，包括变压器T1、连接 到所述变压器Tl原边1端的整流电路100、连接到所述变压器Tl副边的输出 电路400和连接到所述变压器Tl的原边3端和输出电路400的反馈端JK的 反馈电路200,其中，所述三端式功率开关电源电路还包括三端式芯片300，所述三端式芯片300的反馈信号控制端VC连接到所述反馈电路200的输出 端，所述三端式芯片300的芯片高压端VD连接到整流电路100和所述变压器 原边2端，所述三端式芯片300的接地端VS与所述变压器Tl的原边4端相 连。在本发明的各个实施例中，所述整流电路、输出电路和反馈电路均可采用 本领域技术人员所知悉的任何功能电路和模块来实施其功能。在本发明的另一 优选实施例中，所述反馈电路还可以是电阻反馈式电路。图4是本发明的三端式芯片的原理框图。如图4所示，所述三端式芯片 300包括迟滞比较器301、内部高压充电模块HVIS、 JFET管、MOSFET功 率管和功率管控制单元302，其中所述迟滞比较器301的输入端分别连接反馈 信号控制端VC和参考电压VREF、输出端连接内部高压充电模块HVIS的控 制端，所述内部高压充电模块HVIS的输出端与JFET管的源极相连，所述JFET 管的漏极接芯片高压端VD、栅极连接所述三端式芯片300的接地端VS，所 述功率管控制单元302的输入端连接反馈信号控制端VC、输出端与所述 MOSFET功率管的栅极相连，所述MOSFET功率管的漏极接芯片高压端VD、 源极连接所述三端式芯片(300)的接地端VS。在本实施例中，所述功率管控制单元302包括振荡器OSC、 RS触发器、 PWM比较器和分路调节单元303，所述分路调节单元303通过反馈信号控制 端VC采样所述反馈信号以获得误差电平VERRO，所述误差电平VERRO用 于切割振荡器OSC产生的锯齿波，所述锯齿波经PWM比较器和RS触发器转 换成用于控制所述MOSFET功率管的栅极控制信号。图5是本发明的三端式功率开关电源电路的第二实施例的电路原理图。其 中的三端式芯片可参照图4所示。如图5所示，AC1、 AC2间接交流市电，经 整流桥整流后，通过电容C1滤掉大的纹波得到直流信号L1。在初始状态下， 三端式芯片300未工作，MOSFET功率管关断，芯片高压端VD的电压会升 至与L1处电压相等的直流值，这个时候，JFET管和高压充电模块HVIS会构 成一个类似于恒流Il (受芯片高压端VD上的电压影响不大，芯片高压端VD 上的电压越大，JFET管就夹断越厉害)充电结构的电路，反馈信号控制端VC的电压以I1/C7为斜率上升，随着反馈信号控制端VC的电压的上升，基准也 逐步建立。当反馈信号控制端VC的电压高于迟滞比较器301的VREF参考电 压后，关断高压充电模块HVIS,三端式芯片300开始正常工作，分路调节器 模块303可以根据采样反馈信号控制端VC的电压得到一个误差电平VERRO， 用以切割此时处于正常工作的振荡器OSC模块产生的锯齿波，并经过PWM 比较器和RS触发器后产生与反馈信号控制端VC的反馈信号相关的一定占空 比的矩形波(该反馈信号控制端VC处的电压越低则占空比会越大)，该矩形 波驱动MOSFET功率管的开关动作，当MOSFET功率管关断时，可以看到， 变压器Tl的原边绕组电流想要减小，于是在芯片高压端VD和Ll之间产生 一个感生电动势，此时芯片高压端VD的电压可以高达700V，图中二极管D3 和电容C3起瞬态电压抑制作用。为减小损耗，二极管D6可为超快恢复二极 管。二极管D3、电容C3与二极管D6、变压器Tl的原边绕组形成一个回路 以吸收三端式芯片300关断时由高频电压器漏感产生的尖峰电压，起到漏极保 护作用。随着芯片高压端VD上的电压升高，变压器Tl副边绕组的5端也按 匝数比升高变压器Tl副边绕组的5端的电压升高，并通过二极管D2、电容 C2的整流后对大电容C2进行能量补充，同时副边3端也为高确保光耦Ul正 常工作，D4为稳压管。如果忽略电阻R4上的压降以及二极管D2的结电压， 那么输出将稳定在稳压管D4的击穿电压附近。R4为光耦Ul的发射端处发光 二极管的限流电阻，同时也决定高频回路的增益。光耦U1可调节对反馈信号 控制端VC的充电电流大小。二极管D5、电容C5起滤波作用，电阻R3为 电容C7的ESR。此处会引入一个零点对环路有所补偿，反馈的充电电流将引 起反馈信号控制端VC的电压的细微变化，通过芯片内的分路调节器模块303 分离反映这一反馈量于新的占空比的矩形波中。补充的能量值与占空比和主副 边绕组匝数比相关。若反馈信号控制端VC的电压较低，占空比则变大， MOSFET功率管导通时间变长，由于芯片高压端VD上的电压二O，变压器Tl 原边绕组两端电压一直恒定为VL1,其电流会按(VLl/主边电感)这一斜率 上升，贮能1/21^会变大，这样当MOSFET功率管关断后释放到电容C2进行 补充的能量也就变多，VOUT会略有上升，光耦U1的发射端的发光二极管会更亮一些，接收端感应的充电的电流也会变大一些，从而将反馈信号控制端vc处的电压拉回来，形成反馈稳定环路。实施本发明的三端式功率开关电源电路，将体现反馈量的反馈信号端vc复用为芯片内部电源，通过与芯片高压端VD相接的内部高压充电模块HVIS 将芯片高压端VD复用为上电时产生芯片正常工作时内部电源的高压引脚，并 且在完成上电后关闭高压充电模块HVIS，通过系统反馈量维持内部电源处在 正常水平，加上接地端VS，仅需简单的Y型三脚封装便能满足要求，降低了 成本，且不用外配功率管，方便用户使用。虽然本发明是通过具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在 不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。因此， 本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内 的全部实施方式。
权利要求
1、一种三端式功率开关电源电路，包括变压器T1、连接到所述变压器T1原边1端的整流电路(100)、连接到所述变压器T1副边的输出电路(400)和连接到所述变压器T1的原边3端和输出电路(400)的反馈端JK的反馈电路(200)，其特征在于，所述三端式功率开关电源电路还包括三端式芯片(300)，所述三端式芯片(300)的反馈信号控制端VC连接到所述反馈电路(200)的输出端，所述三端式芯片(300)的芯片高压端VD连接到整流电路(100)和所述变压器原边2端，所述三端式芯片(300)的接地端VS与所述变压器T1的原边4端相连。
2、 根据权利要求1所述的三端式功率开关电源电路，其特征在于，所述 三端式芯片(300)包括迟滞比较器(301)、内部高压充电模块HVIS、 JFET 管、MOSFET功率管和功率管控制单元(302)，其中所述迟滞比较器(301) 的输入端分别连接反馈信号控制端VC和参考电压VREF、输出端连接内部高 压充电模块HVIS的控制端，所述内部高压充电模块HVIS的输出端与JFET 管的源极相连，所述JFET管的漏极接芯片高压端VD、栅极连接所述三端式 芯片(300)的接地端VS，所述功率管控制单元(302)的输入端连接反馈信 号控制端VC、输出端与所述MOSFET功率管的栅极相连，所述MOSFET功 率管的漏极接芯片高压端VD、源极连接所述三端式芯片(300)的接地端VS。
3、 根据权利要求2所述的三端式功率开关电源电路，其特征在于，所述 功率管控制单元(302)包括振荡器OSC、 RS触发器、PWM比较器和分路调 节单元(303)，所述分路调节单元(303)通过反馈信号控制端VC采样反馈 信号以获得误差电平VERRO，所述误差电平VERRO用于切割振荡器OSC产 生的锯齿波，所述锯齿波经PWM比较器和RS触发器转换成用于控制所述 MOSFET功率管的栅极控制信号。
4、 根据权利要求2所述的三端式功率开关电源电路，其特征在于，所述 整流电路(100)包括整流桥，电容C3， 二极管D6、 D3，其中所述整流桥连 接在变压器T1的原边1端和所述三端式芯片(300)的接地端VS之间，二极管D3的阳极连接到变压器Tl原边1端、阴极连接到二极管D6的阴极，所述 二极管D6的阳极连接到芯片高压端VD，所述电容C3与所述二极管D3并联。
5、 根据权利要求4所述的三端式功率开关电源电路，其特征在于，所述 二极管D6是超快恢复二极管。
6、 根据权利要求2所述的三端式功率开关电源电路，其特征在于，所述 输出电路(400)包括二极管D2、稳压管D4,其中所述二极管D2的阳极与 所述变压器Tl的副边5端相连，所述二极管D2的阴极与所述稳压管D4的阴 极，所述稳压管D4的阳极连接麥1所述反馈电路(200)。
7、 根据权利要求6所述的三端式功率开关电源电路，其特征在于，所述 反馈电路(200)包括二极管D5，光耦U1，电阻R4、 R3，电容C7，其中所 述二极管D5的阳极与所述变压器Tl原边3端相连、阴极连接到所述光耦Ul 的接收集电极，所述光耦Ul的接收端发射极连接到所述三端式芯片(300) 的反馈信号控制端VC，所述光耦U1的发射端阴极与地VSS相连，所述光耦 Ul的发射端阳极经电阻R4连接到所述稳压管D4的阳极，所述电阻R3与电 容C7的串联电路连接在所述光耦U1的接收端发射极和所述三端式芯片(300) 的接地端VS之间。
全文摘要
本发明涉及一种三端式功率开关电源电路，包括变压器T1、连接到所述变压器T1原边1端的整流电路、连接到所述变压器T1副边的输出电路和连接到所述变压器T1的原边3端和输出电路的反馈端JK的反馈电路，其中，所述三端式功率开关电源电路还包括三端式芯片，所述三端式芯片的反馈信号控制端VC连接到所述反馈电路的输出端，所述三端式芯片的芯片高压端VD连接到整流电路和所述变压器原边2端，所述三端式芯片的接地端VS与所述变压器T1的原边4端相连。本发明只需要简单的Y型三脚封装便能满足要求，降低了成本，且不用外配功率管，方便用户使用。
文档编号H02M3/24GK101404455SQ200810217220
公开日2009年4月8日 申请日期2008年11月3日 优先权日2008年11月3日
发明者飞 谢, 钟昌贤, 陈志军 申请人:深圳市联德合微电子有限公司