一种微型小功率混合集成电路及其变换器的制作方法

1.本发明属于变换器与开关电源技术领域，尤其涉及一种微型小功率混合集成电路及其变换器。


背景技术：

2.日常生活中所用的电能是来自电网中的交流电，但实际上大多数的电子设备，例如电脑及其外部设备、计算器、电视机、led照明设备和hi
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fi设备，及各种电子仪器都是由直流电源供电的。直流电源可以是电池或者有源电源。大多数这类设备要求的不仅是经过有效滤波和稳压后的电压，而且在设备运行中需要转换成一定的电压值。
3.开关电源是在小到消费类电子如手机、mp3，大到航空航天等领域都有非常广泛的应用的一种电力电子装置。这是因为，电子系统需要电源系统提供能量。日常生活中大多数电能都来自市电(高压交流电)。然而电子系统对电源的要求不尽相同，如目前的小型电子系统往往要求1v至5v的低压直流电源供电。因此，一般情况下市电要经过转换才能合乎电子系统使用的需要，如通过ac/dc转换器。
4.同时，各种用电池供电的设备如手机、数字播放器、便携游戏机等功能越来越强大，所消耗的电能也越来越多，它们至少都需要一套电池和工作电压相互转换的dc/dc电源转换器；此外，在直流电网中，大容量dc/dc变换器是进行不同电压等级互联、大规模可再生能源汇集以及实现中压直流配电网向低压直流微网发展所不可缺少的关键设备。
5.发明人发现，现有的ac/dc变换器在安全保护和反馈控制方面仍存在较大缺陷，尤其是在小功率微电路的应用上，现有的ac/dc变换器不能适应功率变化需求，不能输出稳定的直流低电压；同时，现有的dc/dc变换器在安全保护和反馈控制方面也存在较大缺陷，尤其是在小功率微电路的应用上，现有的dc/dc变换器不能适应功率变化需求，不能输出稳定的低电压；此外，从交流端到用电设备端涉及的ac
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dc、dc
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dc变换通常涉及多个模块，现有技术并未涉及混合变换的统一集成架构。


技术实现要素：

6.为解决上述技术问题，本发明提出一种微型小功率混合集成电路及其变换器。所述混合集成电路包括第一变换组件和第二变换组件；第一变换组件包括输入电路、变换电路、输出电路以及反馈电路；变换电路包括变压器和多个开关器件；输出电路包括整流电路和滤波电路；第二变换组件包括输入单元、逆变单元、谐振单元、变压器组合单元、整流单元、输出单元以及反馈单元。混合变换器包括ac/dc变换器与dc
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dc变换器；ac/dc变换器与dc
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dc变换器通过前置控制电路连接。前置控制电路通过基准源电路连接至第一反馈支路和第二反馈支路；第一反馈支路的输入端通过所述偏置电路连接所述第二反馈支路的输出端。本发明实现了混合ac/dc及dc
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dc变换。
7.在本发明中，所述第一变换组件执行ac
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dc变换，所述第二变换组件执行dc
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dc变换。第一变换组件和第二变换组件在部分结构上存在相似之处，为便于区分，在第一变换组
件中，各个功能模块使用“电路”描述，在第二变换组件中，各个功能模块使用“单元”描述；某些情况下，二者混用，但是针对某一个具体的变换组件来说，由于两个变换组件的结构相对独立，所以，部分情况下的混用，也不影响本领域技术人员对各自实现方案的正确理解。
8.具体的，所述第一变换组件包括输入电路、变换电路、输出电路以及反馈电路；所述变换电路包括变压器和多个开关器件；所述输出电路包括整流电路和滤波电路；
9.所述第二变换组件包括输入单元、逆变单元、谐振单元、变压器组合单元、整流单元、输出单元以及反馈单元；
10.所述第一变换组件和所述第二变换组件通过前置控制电路连接；
11.所述前置控制电路连接所述输入电路与所述变换电路；
12.所述第二变换组件还包括输入保护电路和输出保护电路；
13.所述变换电路还包括第一保护电路和第二保护电路；
14.所述第一保护电路与所述输入电路连接，所述第二保护电路连接所述输出电路以及所述反馈电路；
15.所述反馈单元包括第一反馈单元和第二反馈单元；
16.所述输入保护电路连接所述第一反馈单元的输出端和所述输入单元；
17.所述输出保护电路连接所述第二反馈单元的输入端和所述输出单元。
18.接下来，分别描述第一变换组件和第二变换组件。如前所述，在第一变换组件中，各个功能模块使用“电路”描述。
19.第一变换组件包括输入电路、变换电路、输出电路、采样电路功率因素校正电路、反馈电路、前置控制电路、第一保护电路和第二保护电路；第一保护电路与输入电路连接，第二保护电路连接输出电路以及反馈电路；反馈电路包括第一反馈支路和第二反馈支路；第一反馈支路连接第一保护电路，第二反馈支路连接第二保护电路；前置控制电路连接输入电路与所述变换电路。功率因素校正电路连接输出电路，用于探测输出电路连接的负载设备的功率从而校正所述第二保护电路检测到的输出电压。
20.更具体的，所述第一保护电路为过温保护电路；所述过温保护电路包括温度检测电路；所述温度检测电路检测所述ac/dc变换器的输入端电路板的温度，当温度超过预设值时，关闭所述输入电路。
21.所述第二保护电路为过压保护电路，所述过压保护电路包含电压检测电路；
22.所述电压检测电路检测所述ac/dc变换器的输出电压，当所述输出电压的变化值高于预设范围时，发送预警信号给所述第二反馈支路，使得所述第二控制反馈支路通过所述前置控制电路调节所述变换电路中的开关器件的状态。
23.进一步的，所述反馈电路还包括基准源电路、偏置电路、第一误差放大器和第二误差比较器；
24.所述第一误差放大器的正相输入端连接所述基准源电路；所述第一误差放大器的反相输入端与所述第二反馈支路的输出端连接。
25.所述第二误差比较器的正向输入端连接所述基准源电路，所述第二误差比较器的反向输入端连接所述第二保护电路。
26.第二变换组件包括输入保护电路(单元)、输出保护电路(单元)、输入单元、逆变单元、谐振单元、变压器组合单元、整流单元、输出单元以及第一反馈支路(单元)和第二反馈
支路(单元)；所述第一反馈支路(单元)的输入端与所述第二反馈支路(单元)的输出端通过偏置支路连接；所述输入保护电路连接所述第一反馈支路的输出端和所述输入单元；所述输出保护电路连接所述第二反馈支路的输入端和所述输出单元；在所述逆变单元和所述谐振单元之间，连接有前置控制单元，所述前置控制单元通过启动电路连接至基准源电路；所述基准源电路同时连接所述第一反馈支路(单元)和所述第二反馈支路(单元)。
27.在ac
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dc变换侧，本发明至少在安全保护和反馈控制等方面对现有技术进行了改进，并且在效果上体现为可以稳定输出适合于各种低功耗电子设备的dc低电压，同时确保了电路安全；
28.在dc
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dc变换侧，采用多重保护电路与多种反馈电路和输入单元的配合，能够使得输出电压稳定并且确保变换器的工作安全；具体的，在安全保护和反馈控制等方面对现有技术进行了改进，并且在效果上体现为可以稳定输出适合于各种低功耗电子设备的dc低电压，同时确保了电路安全。
29.本发明的进一步优点将结合说明书附图在具体实施例部分进一步详细体现。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。
31.图1是本发明一个实施例的一种微型小功率混合集成电路的主体结构示意图
32.图2是图1所述微型小功率混合集成电路中第一变换组件结构示意图
33.图3是图2所述第二变换组件的具体内部电路结构示意图
34.图4是图1所述微型小功率混合集成电路中第二变换组件结构示意图
35.图5是图4所述第二变换组件部分内部结构示意图
36.图6是图1中第一变换组件的反馈电路的结构示意图
37.图7是本发明一个实施例的微型小功率混合变换器的主体结构示意图
具体实施方式
38.下面，结合附图以及具体实施方式，对发明做出进一步的描述。
39.需要指出的是，在本发明的各个实施例中给出的说明书附图描述仅仅是示意性的，不代表全部的具体的电路结构；
40.本发明未特别明确的部分模块结构，以现有技术记载的内容为准。本发明在前述背景技术部分提及的现有技术可作为本发明的一部分，用于理解部分技术特征或者参数的含义。本发明的保护范围以权利要求实际记载的内容为准。
41.参照图1，是本发明一个实施例的一种微型小功率混合集成电路的主体结构示意图。
42.在图1中，概括性的示出了，所述混合集成电路包括第一变换组件和第二变换组件，所述第一变换组件和所述第二变换组件通过前置控制电路连接。
43.接下里的附图和实施例分别是所述第一变换组件和所述第二变换组件的具体介
绍。
44.首先参见图2，图2中示出所述第一变换组件包括输入电路、变换电路、输出电路以及反馈电路；所述变换电路包括变压器和多个开关器件；所述输出电路包括整流电路和滤波电路。
45.图2还包括第一保护电路和第二保护电路；
46.所述第一保护电路与所述输入电路连接，所述第二保护电路连接所述输出电路以及所述反馈电路。
47.作为进一步的改进部分，在图2基础上，进一步参见图3。
48.作为进一步的改进部分，图3还包括前置控制电路；所述反馈电路包括第一反馈支路和第二反馈支路；所述第一反馈支路连接所述第一保护电路，所述第二反馈支路连接所述第二保护电路；所述前置控制电路连接所述输入电路与所述变换电路。
49.更具体的，作为进一步改进的具体实施方式，所述反馈电路还包括基准源电路和偏置电路；
50.所述前置控制电路通过所述基准源电路连接至所述第一反馈支路和第二反馈支路；
51.所述的第一反馈支路的输入端通过所述偏置电路连接所述第二反馈支路的输出端。
52.在图3中，所述偏置电路为所述第一反馈支路和第二反馈支路提供偏置反馈信号。
53.所述基准源电路包括启动电路和亚阈电流产生电路；
54.所述启动电路连接所述前置控制电路，所述亚阈电流产生电路从所述反馈支路中获取所述偏置支路产生的偏置反馈信号，并将输出的亚阈电流作为所述前置控制电路的输入信号。
55.虽然未示出，但是作为进一步补充改进，所述反馈电路还包括采样电路；所述采样电路连接所述第二保护电路与所述反馈支路。
56.虽然未示出，但是作为进一步补充改进，所述反馈电路还包括采样电路功率因素校正电路；
57.所述功率因素校正电路连接所述输出电路，用于探测所述输出电路连接的负载设备的功率，基于所述探测的功率，校正所述第二保护电路检测到的输出电压。
58.显然，进一步改进方案能够自适应不同输出设备负载，从而使得输出电压能够自适应性调整。
59.接下来参见图4，图4所述的第二变换组件包括输入单元、逆变单元、谐振单元、变压器组合单元、整流单元、输出单元以及反馈单元；
60.具体的，所述变换器还包括输入保护电路和输出保护电路；所述逆变单元通过所述谐振单元连接所述变压器组合单元；所述变压器组合单元通过所述整流单元连接至输出单元。
61.所述启动电路连接所述前置控制单元；
62.所述前置控制单元获取所述偏置支路产生的偏置反馈信号生成亚阈电流，作为所述基准源电路的前置控制信号。
63.在图4基础上，进一步参见图5。还包括输入保护电路和输出保护电路；所述输入保
护电路连接所述第一反馈支路的输出端和所述输入单元；所述输出保护电路连接所述第二反馈支路的输入端和所述输出单元；
64.在所述逆变单元和所述谐振单元之间，连接有前置控制单元，所述前置控制单元通过启动电路连接至基准源电路；
65.所述基准源电路同时连接所述第一反馈支路和所述第二反馈支路。
66.在图5中，所述基准源电路连接至所述第一反馈支路和所述第二反馈支路的正相输入端；
67.优选的，所述第一反馈支路为误差比较器；所述第二反馈支路为误差放大器。
68.所述启动电路连接所述前置控制单元；
69.所述前置控制单元获取所述偏置支路产生的偏置反馈信号生成亚阈电流，作为所述基准源电路的前置控制信号。
70.作为进一步的优选，所述反馈单元还包括功率因素校正电路；所述功率因素校正电路连接所述输出单元，用于探测所述输出单元连接的负载设备的功率，基于所述探测的功率，校正所述输出保护电路检测到的输出电压。
71.显然，进一步优选方案能够自适应不同输出设备负载，从而使得输出电压能够自适应性调整。
72.由于存在两个反馈支路之间偏置和前置控制，所述启动电路连接所述前置控制电路，从所述反馈支路中获取所述偏置支路产生的偏置反馈信号，并将输出的亚阈电流作为所述基准源电路的前置控制电路的输入信号得到前置控制信号。
73.在上述实施例中，优选的，所述逆变单元包括多级逆变器，所述多级逆变器中的最后一级为全桥逆变电路。
74.与此对应的，所述谐振单元为llc谐振电路；所述llc谐振电路与所述全桥逆变电路并联，全桥逆变与llc配合并联实现，可以减少谐波干扰。
75.此外，所述逆变单元通过所述谐振单元连接所述变压器组合单元；所述变压器组合单元通过所述整流单元连接至输出单元；所述第二反馈支路基于输出单元反馈的输出信号，生成第二反馈输出信号，作为所述第一反馈支路的输入。
76.如前述，第一变换组件和第二变换组件在部分结构上存在相似之处，具体的，表现在所述反馈电路(单元)上。因此，图6仅以第一变换组件使用的反馈电路为例进一步说明。
77.在图6中，所述反馈电路包括误差放大器；所述第一反馈支路包含第一误差放大器，所述第一误差放大器的正相输入端连接所述基准源电路；所述第一误差放大器的反相输入端与所述第二反馈支路的输出端连接。
78.所述反馈电路包括误差比较器；所述第二反馈支路包括第二误差比较器；所述第二误差比较器的正向输入端连接所述基准源电路，所述第二误差比较器的反向输入端连接所述第二保护电路。
79.基准源电路为所述反馈支路提供参考信号。由于存在两个反馈支路之间偏置和前置控制，所述启动电路连接所述前置控制电路，所述亚阈电流产生电路从所述反馈支路中获取所述偏置支路产生的偏置反馈信号，并将输出的亚阈电流作为所述前置控制电路的输入信号。
80.在最后一个方面的实施例中，图7给出了一种微型小功率混合变换器，所述混合变
换器包括ac/dc变换器与dc
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dc变换器。
81.作为另一种保护形式，所述ac/dc变换器是前述实施例中第一变换组件，所述dc
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dc变换器是前述实施例中的第二变换组件。
82.图7中，示出，所述ac/dc变换器与dc
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dc变换器通过所述前置控制电路连接，与图1相对应。
83.因此，所述ac/dc变换器包括输入电路、变换电路、输出电路以及反馈电路；所述变换电路包括变压器和多个开关器件；所述输出电路包括整流电路和滤波电路；
84.所述ac/dc变换器还包括前置控制电路、第一保护电路和第二保护电路；
85.所述第一保护电路与所述输入电路连接，所述第二保护电路连接所述输出电路以及所述反馈电路；
86.所述反馈电路包括第一反馈支路和第二反馈支路；
87.所述第一反馈支路连接所述第一保护电路，所述第二反馈支路连接所述第二保护电路；
88.所述前置控制电路连接所述输入电路与所述变换电路；
89.所述dc
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dc变换器包括输入单元、逆变单元、谐振单元、变压器组合单元、整流单元、输出单元以及反馈单元；
90.所述反馈单元包括第一反馈单元和第二反馈单元；
91.所述第一反馈单元的输入端与所述第二反馈单元的输出端通过偏置支路连接；
92.所述dc
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dc还包括输入保护电路和输出保护电路；
93.所述输入保护电路连接所述第一反馈单元的输出端和所述输入单元；
94.所述输出保护电路连接所述第二反馈单元的输入端和所述输出单元；
95.在所述逆变单元和所述谐振单元之间，连接有前置控制单元，所述前置控制单元通过启动电路连接至基准源电路；
96.所述基准源电路同时连接所述第一反馈单元和所述第二反馈单元。
97.其他结构不再赘述。
98.相对现有技术的普通原理性ac
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dc框架，本发明至少在安全保护和反馈控制等方面对现有技术进行了改进，并且在效果上体现为可以稳定输出适合于各种低功耗电子设备的dc低电压，同时确保了电路安全。
99.相对现有技术的普通原理性dc
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dc框架，本发明至少在安全保护和反馈控制等方面结合输入单元对现有技术进行了改进，并且在效果上体现为可以稳定输出适合于各种低功耗电子设备的dc低电压，同时确保了电路安全。
100.因此，本发明实现了一种微型小功率混合集成电路及其变换器，并且在统一架构中实现了混合ac/dc及dc
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dc变换。
101.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。