一种超高压欠压锁定和过压保护电路及开关电源的制作方法

1.本实用新型涉及快充开关电源技术领域，特别是涉及一种超高压欠压锁定和过压保护电路及开关电源。


背景技术：

2.电源作为所有电子产品的供电设备，既要满足严格的安全标准，也要追求更低的成本。快充开关电源作为开关电源领域的后起之秀，近年来得到广泛普及。由于人们对快充开关电源功率多样性、输出电压多样性的追求，导致快充标准快速升级换代，目前已经升级到了pd3.0标准，最大功率从15w升级到65～140w，输出电压从5v～15v升级到3.3～20v。因此，开关电源系统变压器的供电辅助绕组的输出电压从传统12～40v升级到超宽供电范围12～75v。为了仍旧能够兼容传统开关电源，在辅助绕组的整流管后增加一个40v钳位器，以避免vdd端口电压超过额定耐压40v，给用户增加了很大成本。
3.传统快充开关电源如图1所述，图1描绘了一种传统快充开关电源10，其工作波形如图4和图6所示。通过将变压器tr次边输出电压vo通过反馈器12采样至电源转换器11的fb脚端口与经变压器原边线圈中电流ip通过功率管m1、限流电阻器rcs采样至电源转换器11的cs脚端口来产生脉冲宽度变化的方波信号(vsw)控制功率管(m1)的开启和关闭来完成变压器tr能量的传输。传统开关电源10的vdd端口耐压只有40v，因此外部串接了一个40v钳位器13后再接电阻器r1、整流管d2、辅助绕组la。传统开关电源 10正常工作的启动过程波形如图4所示，每次vdd上电中超过vddon时完成en的上电复位，进入正常工作模式。如图6所示每次vdd过压后芯片关断进入自动重启模式。由于传统开关电源10增加了40v钳位器13导致不但增加了成本而且也增加了功耗。所以有必要采取特殊技术避免上述问题，从而达到用户设备的低成本性。


技术实现要素：

4.基于此，本实用新型的目的是提供一种超高压欠压锁定和过压保护电路及开关电源。
5.为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
6.一种超高压欠压锁定和过压保护电路，所述超高压欠压锁定和过压保护电路具有四个端口，分别为vdd端、en端、ovp端以及v
lvdd
端；所述超高压欠压锁定和过压保护电路包括：分压器、钳位器、参考电压器、欠压锁定器、 en逻辑锁定器以及过压保护器；
7.所述分压器的第一端分别与所述vdd端以及所述钳位器的第一端连接，所述分压器的第二端与所述欠压锁定器的第一端连接，所述分压器的第三端与所述过压保护器的第一端连接，所述分压器的第四端接地；
8.所述钳位器的第二端分别与所述参考电压器的第一端以及所述v
lvdd
端连接，所述钳位器的第三端接地；
9.所述参考电压器的第二端与所述en逻辑锁定器的第二端连接，所述参考电压器的
第三端与所述en逻辑锁定器的第一端连接，所述参考电压器的第四端分别与所述欠压锁定器的第三端以及所述过压保护器的第二端连接，所述参考电压器的第五端与所述欠压锁定器的第二端连接，所述参考电压器的第六端接地；
10.所述欠压锁定器的第四端与所述en逻辑锁定器的第三端连接，所述欠压锁定器的第五端分别与所述en端以及所述过压保护器的第三端连接；
11.所述en逻辑锁定器的第四端接地；
12.所述过压保护器的第四端与所述ovp端连接。
13.可选地，所述分压器包括：第一电阻器、第二电阻器以及第三电阻器；所述第一电阻器的一端为所述分压器的第一端，所述第一电阻器的另一端为所述分压器的第二端，所述第二电阻器的另一端为所述分压器的第三端，所述第三电阻器的另一端为所述分压器的第四端；
14.所述第一电阻器的一端分别与所述vdd端以及所述钳位器的第一端连接，所述第一电阻器的另一端分别与所述第二电阻器的一端以及所述欠压锁定器的第一端连接，所述第二电阻器的另一端分别与所述第三电阻器的一端以及所述过压保护器的第一端连接，所述第三电阻器的另一端接地。
15.可选地，所述钳位器包括：第四电阻器、第二钳位管、第三钳位管、第四钳位管、第五钳位管以及第一高压管；所述第四电阻器的一端为所述钳位器的第一端，所述第一高压管的源极为所述钳位器的第二端，所述第二钳位管的阳极为所述钳位器的第三端；
16.所述第四电阻器的一端分别与所述第一电阻器的一端以及所述第一高压管的漏极连接，所述第四电阻器的另一端分别与所述第一高压管的栅极、所述第四钳位管的阴极以及所述第五钳位管的阴极连接；所述第四钳位管的阳极与所述第三钳位管的阴极连接，所述第三钳位管的阳极与所述第二钳位管的阴极连接，所述第二钳位管的阳极接地；所述第五钳位管的阳极与所述第一高压管的源极连接，所述第一高压管的源极还分别与所述参考电压器的第一端以及所述v
lvdd
端连接。
17.可选地，所述参考电压器包括：第五电阻器、第一钳位管、第二高压管以及带隙基准器；所述第五电阻器的一端为所述参考电压器的第一端，所述第二高压管的源极为所述参考电压器的第二端，所述带隙基准器的第二端为所述参考电压器的第三端、所述带隙基准器的第三端为所述参考电压器的第四端，所述带隙基准器的第四端为所述参考电压器的第五端，所述带隙基准器的第五端为所述参考电压器的第六端；
18.所述第五电阻器的一端分别与所述第一高压管的源极、所述v
lvdd
端以及第二高压管的漏极连接，所述第五电阻器的另一端分别与所述第一钳位管的阴极、所述第二高压管的栅极连接，所述第一钳位管的阳极接地；所述第二高压管的源极分别与所述en逻辑锁定器的第二端以及所述带隙基准器的第一端连接；所述带隙基准器的第二端与所述en逻辑锁定器的第一端连接，所述带隙基准器的第三端分别与所述欠压锁定器的第三端以及所述过压保护器的第二端连接，所述带隙基准器的第四端与所述欠压锁定器的第二端连接，所述带隙基准器的第五端接地。
19.可选地，所述欠压锁定器包括第一低压管、第二低压管、第一比较器、第一反相器以及第二反相器；所述第一比较器的正相输入端为所述欠压锁定器的第一端，所述第一低压管的漏极为所述欠压锁定器的第二端，所述第二低压管的漏极为所述欠压锁定器的第三
端，所述第一比较器的输出端为所述欠压锁定器的第四端，所述第二反相器的输出端为所述欠压锁定器的第五端；
20.所述第一比较器的正相输入端与所述第一电阻器的另一端连接，所述第一比较器的反相输入端分别与所述第一低压管的源极以及所述第二低压管的源极连接，所述第一比较器的输出端分别与所述第一反相器的输入端、第一低压管的栅极以及所述en逻辑锁定器的第三端连接；所述第一低压管的漏极与所述带隙基准器的第四端连接，所述第二低压管的漏极与所述带隙基准器的第三端连接，所述第二低压管的栅极分别与所述第一反相器的输出端以及所述第二反相器的输入端连接；所述第二反相器的输出端分别与所述en端以及所述过压保护器的第三端连接。
21.可选地，所述en逻辑锁定器包括第三低压管、第四低压管、电容器以及第六电阻器；所述第三低压管的栅极为所述en逻辑锁定器的第一端，所述第六电阻器的一端为所述en逻辑锁定器的第二端，所述第四低压管的漏极为所述en逻辑锁定器的第三端，所述第三低压管的源极为所述en逻辑锁定器的第四端；
22.所述第三低压管的漏极分别与所述第六电阻器的另一端、所述电容器的一端以及所述第四低压管的栅极连接，所述第三低压管的栅极与所述带隙基准器的第二端连接，所述第三低压管的源极接地；所述第六电阻器的一端与所述第二高压管的源极连接；所述第四低压管的漏极与所述第一比较器的输出端连接，所述第四低压管的源极接地；所述电容器的另一端接地。
23.可选地，所述过压保护器包括第二比较器和计时器；所述第二比较器的正相输入端为所述过压保护器的第一端，所述第二比较器的反相输入端为所述过压保护器的第二端，所述计时器的第三端为所述过压保护器的第三端，所述计时器的第二端为所述过压保护器的第四端；
24.所述第二比较器的正相输入端与所述第二电阻器的另一端连接，所述第二比较器的反相输入端与所述带隙基准器的第三端连接，所述第二比较器的输出端与所述计时器的第一端连接，所述计时器的第二端与所述ovp端连接，所述计时器的第三端与所述第二反相器的输出端连接。
25.本实用新型还提供了一种开关电源，包括：变压器、开关电源控制器集成电路、功率开关管和反馈器，所述开关电源控制器集成电路包括：上述的超高压欠压锁定和过压保护电路、脉宽调制器以及驱动电路；所述超高压欠压锁定和过压保护电路的vdd端与所述开关电源控制器集成电路的电源端口连接，所述超高压欠压锁定和过压保护电路的en端分别与所述驱动电路的第二端以及所述脉宽调制器的第四端连接，所述超高压欠压锁定和过压保护电路的 ovp端与所述驱动电路的第三端连接，所述超高压欠压锁定和过压保护电路的v
lvdd
端分别与所述脉宽调制器的第三端以及所述驱动电路的第四端连接；所述脉宽调制器的第一端与所述开关电源控制器集成电路的cs端连接，所述脉宽调制器的第二端与所述开关电源控制器集成电路的fb端连接，所述脉宽调制器的第五端与所述驱动电路的第一端连接；所述驱动电路的第五端与所述开关电源控制器集成电路的drv端连接。
26.本实用新型还提供了一种开关电源，包括：变压器、开关电源控制器集成电路、功率开关管和反馈器，所述开关电源控制器集成电路包括：上述的超高压欠压锁定和过压保护电路、脉宽调制器、驱动电路以及高压启动电路；所述超高压欠压锁定和过压保护电路的
vdd端分别与所述开关电源控制器集成电路的电源端口连接以及所述高压启动电路第二端，所述超高压欠压锁定和过压保护电路的en端分别与所述驱动电路的第二端、所述脉宽调制器的第四端以及所述高压启动电路的第三端连接，所述超高压欠压锁定和过压保护电路的 ovp端与所述驱动电路的第三端连接，所述超高压欠压锁定和过压保护电路的v
lvdd
端分别与所述脉宽调制器的第三端以及所述驱动电路的第四端连接；所述脉宽调制器的第一端与所述开关电源控制器集成电路的cs端连接，所述脉宽调制器的第二端与所述开关电源控制器集成电路的fb端连接，所述脉宽调制器的第五端与所述驱动电路的第一端连接；所述驱动电路的第五端与所述开关电源控制器集成电路的drv端连接；所述高压启动电路的第一端与所述开关电源控制器集成电路的hv端连接。
27.根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：
28.(1)通过超高压欠压锁定和过压保护电路对开关电源控制器集成电路内其他模块的控制，能够使本实用新型提供的开关电源拥有更低成本和更高安全性。
29.(2)本实用新型提供的开关电源无需借助外部40v钳位器就能实现传统开关电源的vdd脚欠压锁定、过压保护和对芯片内低压供电功能，极大地降低了客户的成本。
附图说明
30.为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.图1为传统开关电源的电路示意图；
32.图2为本实用新型提供的开关电源的电路示意图；
33.图3为本实用新型提供的超高压欠压锁定和过压保护电路的示意图；
34.图4为传统开关电源vdd正常上电工作时序波形；
35.图5为本实用新型提供的开关电源vdd正常上电工作时序波形；
36.图6为传统开关电源vdd过压保护工作时序波形
37.图7为本实用新型提供的开关电源vdd过压保护工作时序波形；
38.图中出现的符号说明如下：
39.10：传统开关电源，应用在pd3.0快充充电器中
40.10a：本实用新型的开关电源，应用在pd3.0快充充电器中
41.11：传统开关电源控制器集成电路
42.11a：本实用新型的开关电源控制器集成电路
43.12：反馈器，即feedback
44.13：40v钳位器
45.20：高压启动电路，即hvstartup
46.30：脉宽调制器，即pwm
47.40：驱动电路，即driver
48.50：开关电源控制器集成电路11内部的超高压欠压锁定和过压保护电路，即uvlovp
49.50a：开关电源控制器集成电路11a内部的超高压欠压锁定和过压保护电路，即superuvlovp
50.60a：传统开关电源的正常工作时序波形图
51.60b：本实用新型开关电源正常工作时序波形图
52.70a：传统开关电源的vdd过压保护时的时序波形图
53.70b：本实用新型开关电源的vdd过压保护时的时序波形图
54.m1：外部功率开关管
55.m51：第一高压管(100v耐压)
56.m52：第二高压管
57.m53：第一低压管
58.m54：第二低压管
59.m55：第三低压管
60.m56：第四低压管
61.tr：变压器
62.lp：tr的原边线圈
63.ls：tr的次边线圈
64.la：tr的辅助线圈，负责给vdd端口的电容cvdd供电
65.vdd：电源端口
66.fb：反馈端口
67.cs：电流监测端口
68.drv：驱动输出端口
69.gnd：地端口
70.vac：交流输入电压
71.vo：开关电源10的直流输出电压
72.ip：变压器tr的原边线圈lp中电流
73.d1：交流输入的全波整流二极管
74.d2、d3：二极管
75.rst：开关电源系统10、10a的启动电阻
76.r1、rx、rcs、r51(100v耐压的电阻器)、r52、r53、r54(100v耐压的电阻器)、r55、r56：电阻器
77.c1、cx、c
vdd
、c2、c51：电容器
78.z1、z2、z3、z4、z5：钳位电压为vz的零温漂钳位管
79.51：分压器，对超高电压vdd进行精确分压后输入到其他模块进行输入电压检测
80.52：钳位器，对超高电压vdd进行降压钳位处理，以至于更适合于ic 器件使用
81.53：参考电压器，输出一个偏置电压vb3和三个参考电压阈值vref1、vref2、 vref3
82.54：欠压锁定器，用于完成vdd上下电使能控制动作
83.55：en逻辑锁定器，用于锁定参考电压vref3建立前的en逻辑
84.56：过压保护器，用于判定vdd是否过压，如果vdd过压则关断driver 进行保护
85.61：带隙基准器，产生参考电压阈值vref1、vref2、vref3
86.62：第一比较器
87.65：第二比较器
88.63：第一反相器
89.64：第二反相器
90.vsw：开关信号，即驱动功率管m1栅极的脉宽电压信号
[0091]vfb
：反馈电压
[0092]vcs
：cs端口的限流电压，m1源极电压，等于lp中电流ip与rcs的乘积，与vsw同频
[0093]
vdd：电源vdd端口电压
[0094]vpwm
：pwm输出逻辑信号，用于调制vsw的脉冲宽度
[0095]
en：电路50、50a的上下电使能逻辑信号
[0096]
en1：第一比较器62的输出逻辑信号
[0097]
enn：第一反相器63的输出，即en1的取反
[0098]
ovp：计时器66第三端输出的逻辑控制信号
[0099]
ovp1：第二比较器65的输出逻辑信号
[0100]vdd1
、v
dd2
：vdd的正比例分压
[0101]
uvlo
vref
：第一比较器62反相输入端的输入电压阈值
[0102]
vdd
off
：vdd电压下电阈值
[0103]
vdd
on
：vdd电压上电阈值
[0104]vfb_open
：fb端口开路电压
[0105]
vb4：电容器c51的电压，即第四低压管m56栅极电压、第三低压管m55 漏极电压
[0106]
vb3：en逻辑锁定器55的输入偏置电压，即参考电压器53的输出偏置电压
[0107]
vref1、vref2、vref3：参考电压器53的输出参考电压
[0108]
vb2：第二高压管m52栅极电压
[0109]
vb1：第一高压管m51栅极电压
[0110]vlvdd
：第一高压管m51源极电压
[0111]
t
ovp
：vdd过压保护屏蔽时间，即计时器66的计时时间，防止ovp信号抖动
[0112]vthn
：m53～m56的栅极开启阈值电压
[0113]“1”：逻辑高，对应电压为vb3
[0114]“0”：逻辑低，对应电压为0。
具体实施方式
[0115]
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0116]
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
[0117]
如图3所示，本实用新型提供的超高压欠压锁定和过压保护电路50a具有四个端口，分别为vdd端、en端、ovp端以及v
lvdd
端；超高压欠压锁定和过压保护电路50a的vdd端在
其v
lvdd
端产生较低压的供电电压源 v
lvdd
，供开关电源控制器集成电路11a内其他线路器件使用以便于降低面积和成本；超高压欠压锁定和过压保护电路50a的vdd端在en端产生使能信号en，所述使能信号en在vdd从0上电和从正常工作电压下电到0的过程中完成欠压锁定功能，并在上电前初始化计时器；超高压欠压锁定和过压保护电路50a的vdd端在ovp端产生过压保护信号ovp，过压保护信号ovp 能够完成vdd超过设定电压阈值时关闭功率管m1，从而保护开关电源系统的安全；超高压欠压锁定和过压保护电路50a的vdd端耐压可达100v，工作电压范围的上限可达80～100v之间。
[0118]
所述超高压欠压锁定和过压保护电路50a包括：分压器51、钳位器52、参考电压器53、欠压锁定器54、en逻辑锁定器55以及过压保护器56。
[0119]
所述分压器51的第一端分别与所述vdd端以及所述钳位器52的第一端连接，所述分压器51的第二端与所述欠压锁定器54的第一端连接，所述分压器51的第三端与所述过压保护器56的第一端连接，所述分压器51的第四端接地；所述钳位器52的第二端分别与所述参考电压器53的第一端以及所述 v
lvdd
端连接，所述钳位器52的第三端接地；所述参考电压器53的第二端与所述en逻辑锁定器55的第二端连接，所述参考电压器53的第三端与所述 en逻辑锁定器55的第一端连接，所述参考电压器53的第四端分别与所述欠压锁定器54的第三端以及所述过压保护器56的第二端连接，所述参考电压器 53的第五端与所述欠压锁定器54的第二端连接，所述参考电压器53的第六端接地；所述欠压锁定器54的第四端与所述en逻辑锁定器55的第三端连接，所述欠压锁定器54的第五端分别与所述en端以及所述过压保护器56的第三端连接；所述en逻辑锁定器55的第四端接地；所述过压保护器56的第四端与所述ovp端连接。
[0120]
具体的，所述分压器51包括：第一电阻器r51(100v耐压电阻器)、第二电阻器r52以及第三电阻器r53；所述第一电阻器r51的一端为所述分压器51的第一端，所述第一电阻器r51的另一端为所述分压器51的第二端，所述第二电阻器r52的另一端为所述分压器51的第三端，所述第三电阻器r53 的另一端为所述分压器51的第四端；所述的分压器51的第一端vdd的电压 v
dd
在第二端v
dd1
、第三端v
dd2
分别产生分压v
dd1
、v
dd2
。
[0121]
所述第一电阻器r51的一端分别与所述vdd端以及所述钳位器52的第一端连接，所述第一电阻器r51的另一端分别与所述第二电阻器r52的一端以及所述欠压锁定器54的第一端连接，所述第二电阻器r52的另一端分别与所述第三电阻器r53的一端以及所述过压保护器56的第一端连接，所述第三电阻器r53的另一端接地。
[0122]
具体的，所述钳位器52包括：第四电阻器r54(100v耐压电阻器)、第二钳位管z2、第三钳位管z3、第四钳位管z4、第五钳位管z5以及第一高压管m51(100v耐压高压nmos管)；所述第四电阻器r54的一端为所述钳位器52的第一端，所述第一高压管m51的源极为所述钳位器52的第二端，所述第二钳位管z2的阳极为所述钳位器52的第三端；所述的钳位器52的第一端vdd在其第二端v
lvdd
输出较低的供电电压源v
lvdd
供其他线路器件使用以便于降低面积和成本；所述第五钳位管z5可避免第一高压管m51栅源击穿。
[0123]
所述第四电阻器r54的一端分别与所述第一电阻器r51的一端以及所述第一高压管m51的漏极连接，所述第四电阻器r54的另一端分别与所述第一高压管m51的栅极、所述第四钳位管z4的阴极以及所述第五四钳位管z5的阴极连接；所述第四钳位管z4的阳极与所述第三钳位管z3的阴极连接，所述第三钳位管z3的阳极与所述第二钳位管z2的阴极连接，所
述第二钳位管 z2的阳极接地；所述第五四钳位管z5的阳极与所述第一高压管m51的源极连接，所述第一高压管m51的源极还分别与所述参考电压器53的第一端以及所述v
lvdd
端连接。
[0124]
具体的，所述参考电压器53包括：第五电阻器r55、第一钳位管z1、第二高压管m52(20～30v耐压高压nmos管)以及带隙基准器61；所述第五电阻器r55的一端为所述参考电压器53的第一端，所述第二高压管m52的源极为所述参考电压器53的第二端，所述带隙基准器61的第二端为所述参考电压器53的第三端、所述带隙基准器61的第三端为所述参考电压器53的第四端，所述带隙基准器61的第四端为所述参考电压器53的第五端，所述带隙基准器61的第五端为所述参考电压器53的第六端；参考电压器53的第一端v
lvdd
在第二至第五端分别产生参考电压vb3、vref3、vref2、vref1。
[0125]
所述第五电阻器r55的一端分别与所述第一高压管m51的源极、所述 v
lvdd
端以及第二高压管m52的漏极连接，所述第五电阻器r55的另一端分别与所述第一钳位管z1的阴极、所述第二高压管m52的栅极连接，所述第一钳位管z1的阳极接地；所述第二高压管m52的源极分别与所述en逻辑锁定器55的第二端以及所述带隙基准器61的第一端连接；所述带隙基准器61的第二端与所述en逻辑锁定器55的第一端连接，所述带隙基准器61的第三端分别与所述欠压锁定器54的第三端以及所述过压保护器56的第二端连接，所述带隙基准器61的第四端与所述欠压锁定器54的第二端连接，所述带隙基准器61的第五端接地。
[0126]
具体的，所述欠压锁定器54包括第一低压管m53(低压nmos管)、第二低压管m54(低压nmos管)、第一比较器62、第一反相器63以及第二反相器64；所述第一比较器62的正相输入端为所述欠压锁定器54的第一端，所述第一低压管m53的漏极为所述欠压锁定器54的第二端，所述第二低压管 m54的漏极为所述欠压锁定器54的第三端，所述第一比较器62的输出端为所述欠压锁定器54的第四端，所述第二反相器64的输出端为所述欠压锁定器 54的第五端；欠压锁定器54的第一端v
dd1
、第二端vref1、第三端vref2、第四端en1在第五端en产生使能逻辑信号en。
[0127]
所述第一比较器62的正相输入端与所述第一电阻器r51的另一端连接，所述第一比较器62的反相输入端分别与所述第一低压管m53的源极以及所述第二低压管m54的源极连接，所述第一比较器62的输出端分别与所述第一反相器63的输入端、第一低压管m53的栅极以及所述en逻辑锁定器55的第三端连接；所述第一低压管m53的漏极与所述带隙基准器61的第四端连接，所述第二低压管m54的漏极与所述带隙基准器61的第三端连接，所述第二低压管m54的栅极分别与所述第一反相器63的输出端以及所述第二反相器64 的输入端连接；所述第二反相器64的输出端分别与所述en端以及所述过压保护器56的第三端连接。
[0128]
具体的，所述en逻辑锁定器55包括第三低压管m55(低压nmos管)、第四低压管m56(低压nmos管)、电容器c51以及第六电阻器r56；所述第三低压管m55的栅极为所述en逻辑锁定器55的第一端，所述第六电阻器 r56的一端为所述en逻辑锁定器55的第二端，所述第四低压管m56的漏极为所述en逻辑锁定器55的第三端，所述第三低压管m55的源极为所述en 逻辑锁定器55的第四端；所述en逻辑锁定器55的第一端vref3、第二端vb3 在其第三端en1产生使能信号en1，所述en逻辑锁定器55可防止使能逻辑信号en抖动。
[0129]
所述第三低压管m55的漏极分别与所述第六电阻器r56的另一端、所述电容器c51的一端以及所述第四低压管m56的栅极连接，所述第三低压管 m55的栅极与所述带隙基准器61的第二端连接，所述第三低压管m55的源极接地；所述第六电阻器r56的一端与所述第
二高压管m52的源极连接；所述第四低压管m56的漏极与所述第一比较器62的输出端连接，所述第四低压管 m56的源极接地；所述电容器c51的另一端接地。
[0130]
具体的，所述过压保护器56包括第二比较器65和计时器66；所述第二比较器65的正相输入端为所述过压保护器56的第一端，所述第二比较器65 的反相输入端为所述过压保护器56的第二端，所述计时器的第三端为所述过压保护器56的第三端，所述计时器66的第二端为所述过压保护器56的第四端；所述过压保护器56的第一端v
dd2
，第二端vref2，第三端en在第四端 ovp产生控制信号ovp，所述计时器66可防止控制信号ovp抖动。
[0131]
所述第二比较器65的正相输入端与所述第二电阻器rm52的另一端连接，所述第二比较器65的反相输入端与所述带隙基准器61的第三端连接，所述第二比较器65的输出端与所述计时器66的第一端连接，所述计时器66的第二端与所述ovp端连接，所述计时器66的第三端与所述第二反相器64的输出端连接。
[0132]
本实用新型实施例optiona提供的一种开关电源，包括：变压器tr、开关电源控制器集成电路11a、功率开关管m1和反馈器12，所述开关电源控制器集成电路11a包括：上述的超高压欠压锁定和过压保护电路50a、脉宽调制器30以及驱动电路40。所述超高压欠压锁定和过压保护电路50a的vdd 端与所述开关电源控制器集成电路11a的电源端口连接，所述超高压欠压锁定和过压保护电路50a的en端分别与所述驱动电路40的第二端以及所述脉宽调制器30的第四端连接，所述超高压欠压锁定和过压保护电路50a的ovp 端与所述驱动电路40的第三端连接，所述超高压欠压锁定和过压保护电路50a 的v
lvdd
端分别与所述脉宽调制器30的第三端以及所述驱动电路40的第四端连接；所述脉宽调制器30的第一端与所述开关电源控制器集成电路11a的cs 端连接，所述脉宽调制器30的第二端与所述开关电源控制器集成电路11a的 fb端连接，所述脉宽调制器30的第五端与所述驱动电路40的第一端连接；所述驱动电路40的第五端与所述开关电源控制器集成电路11a的drv端连接。
[0133]
如图2所示，本实用新型实施例optionb提供的一种开关电源，包括：变压器tr、开关电源控制器集成电路11a、功率开关管m1和反馈器12，所述开关电源控制器集成电路11a包括：上述的超高压欠压锁定和过压保护电路 50a、脉宽调制器30、驱动电路40以及高压启动电路20；所述超高压欠压锁定和过压保护电路50a的vdd端分别与所述开关电源控制器集成电路11a的电源端口连接以及所述高压启动电路20第二端，所述超高压欠压锁定和过压保护电路50a的en端分别与所述驱动电路40的第二端、所述脉宽调制器30 的第四端以及所述高压启动电路20的第三端连接，所述超高压欠压锁定和过压保护电路50a的ovp端与所述驱动电路的第三端连接，所述超高压欠压锁定和过压保护电路的v
lvdd
端分别与所述脉宽调制器30的第三端以及所述驱动电路40的第四端连接；所述脉宽调制器30的第一端与所述开关电源控制器集成电路11a的cs端连接，所述脉宽调制器30的第二端与所述开关电源控制器集成电路11a的fb端连接，所述脉宽调制器30的第五端与所述驱动电路40的第一端连接；所述驱动电路的40第五端与所述开关电源控制器集成电路11a的drv端连接；所述高压启动电路20的第一端与所述开关电源控制器集成电路11a的hv端连接。
[0134]
开关电源控制器集成电路11a的cs端接采样电阻rcs的第一端及功率管 m1的源极，其fb端接反馈器12的输出端，其drv端外接功率管m1的栅极，其vdd端接rst(实例optiona)、r1及cvdd公共端，其实例optionb 中hv端接c1、d1、tr公共端，其gnd端接地；所述采样电阻rcs的第二端接地；所述功率管m1的漏极接变压器原边线圈lp。
[0135]
本实用新型的开关电源控制器集成电路11a，vdd端有两种可选启动方式，实施例optiona为vdd外接启动电阻rst到高压输入端，实施例optionb 如图2中虚线所示，为端口hv外接到d1、c1、tr公共端，hv内接hvstartup 模块对vdd充电，当vdd超过vdd
on
后关闭hvstartup。
[0136]
超高压欠压锁定和过压保护电路50a中欠压锁定器54的欠压锁定功能原理如下：
[0137]
令r53/(r51+r52+r53)＝β，(r52+r53)/(r51+r52+r53)＝α，0《β《 《《1，vdd端电压为v
dd
，vdd
on
为上电阈值，vdd
off
为下电阈值，则有：
[0138]vdd1
＝αv
dd
《6v，0≤v
dd
≤100v
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0139]vdd2
＝βv
dd
《v
dd1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0140]vdd
＝v
dd1
/α＝v
dd2
/β
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0141]
vdd
on
＝vref2/α
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0142]
vdd
off
＝vref1/α
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0143]
这里，vdd
on
》vdd
off
，vref2》vref1。
[0144]
vdd从0开始上电的过程中，当v
dd
《vdd
on
即v
dd1
《vref2时，en1为逻辑“0”，经过第一反相器63取反后enn逻辑为“1”，第一低压管m53断开，第二低压管m54导通，那么第一比较器62输入参考电压uvlo
vref
选择 vref2，enn经过第二反相器64取反，en为“0”，en给计时器66的输出ovp 初始化为逻辑“0”，en＝“0”关闭其他模块电路。
[0145]
当vdd》vdd
on
即v
dd1
》vref2时后，en1为“1”，enn为“0”，en为“1”，第一低压管m53导通，第二低压管m54断开，那么第一比较器62输入参考电压uvlo
vref
选择vref1，en＝“1”打开其他模块电路，电路进入正常工作，上电结束。
[0146]
vdd从大于vdd
on
，即v
dd1
从大于vref2开始下降过程中，当 vdd《vdd
off
，即v
dd1
《vref1时，en1为逻辑“0”，enn为“1”，en为“0”，第一低压管m53断开，第二低压管m54导通，那么第一比较器62输入参考电压uvlo
vref
选择vref2，en＝“0”关闭其他模块电路，电路进入下电自动重启。
[0147]
超高压欠压锁定和过压保护电路50a中钳位器52的原理如下：
[0148]
第一高压管m51漏极接vdd，栅漏之间接电压钳位电阻即第四电阻器 r54，用于降低vdd电压，源极对内部线路输出较低的供电电压v
lvdd
，以便于降低内部线路器件的接触电压，降低器件成本。供电电压v
lvdd
为参考电压器53和其他模块电路进行供电。钳位管z2～z4串联接在地和第一高压管m51 栅极之间，把第一高压管m51栅极电压钳位在较低电压上。第五钳位管z5 作用是钳位第一高压管m51的栅源电压，防止第一高压管m51栅氧化层击穿。令每个钳位管钳位电压阈值为5v《vz《6v，因为每个钳位管是一对正反连接的齐纳管，因此其击穿电压阈值接近零温漂。
[0149]
vb1＝v
dd
，v
dd
《3vzꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0150]
vb1＝3vz，v
dd
≥3vzꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0151]vlvdd
＝vb1-v
gs51
《19.3v
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0152]
这里，0.7v《v
gs51
《2v是第一高压管m51的栅源电压差。虽然图3中采用三个钳位管，但实现本实用新型的vdd电压钳位功能不限于用三个钳位管，也可以用两个或者一个钳位管实现。由式(8)可以看出述开关电源控制器集成电路11a内其他线路的供电电源v
lvdd
是一个低压电源，远远低于vdd脚最高电压100v，因此最大限度地降低了述开关电源控制器集成
电路11a内部其他线路器件尺寸，进一步降低芯片成本。
[0153]
超高压欠压锁定和过压保护电路50a中参考电压器53的原理如下：
[0154]
第二高压管m52漏极接v
lvdd
，漏栅之间接电压钳位电阻即第五电阻器 r55，用于降压v
lvdd
电压，源极对内部线路输出低压供电电压vb3，以便于进一步降低内部低压器件成本。第一钳位管z1接在第二高压管m52的栅极和地之间，钳位第二高压管m52的栅极电压。
[0155]
vb2＝v
lvdd
,v
lvdd
《vzꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0156]
vb2＝vz，v
lvdd
≥vzꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0157]
vb3＝vb2-v
gs52
《5.3v
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0158]
这里，0.7v《v
gs52
《2v是第二高压管m52的栅源电压差。带隙基准器61 输入vb3电压后输出时序同步的基准电压vref1、vref2、vref3给欠压锁定器 54、en逻辑锁定器55、过压保护器56使用。其中，vref1《vref2《vref3且为正比例关系，同时vref3《vb3。
[0159]
超高压欠压锁定和过压保护电路50a中en逻辑锁定器55的原理如下：
[0160]
第三低压管m55漏极通过第六电阻器r56输入电压vb3，第三低压管 m55栅极输入vref3，电容器c51接在第三低压管m55漏极和地之间，第三低压管m55漏极接第四低压管m56栅极，第四低压管m56漏极接欠压锁定器 54的en1端，第三低压管m55、第四低压管m56源极接地。
[0161]
已知第三低压管m55、第四低压管m56的栅极开启阈值电压为 0.6v《v
thn
《1v，电阻r56》》1meg欧姆。当vref3《v
thn
时，第三低压管m55 断开，vb4＝vb3＝v
z-v
gs52
》》v
thn
，第四低压管m56导通，en1＝“0”，那么经过两级反相器后en＝“0”。当vref3≥v
thn
时，第三低压管m55导通， vb4＝0v，第四低压管m56断开，en1逻辑取决于第一比较器62，而en逻辑锁定器55不再起作用。
[0162]
所以在基准电压vref1～vref3没有建立完好之前，en逻辑锁定器55会锁定en输出为“0”，避免en在vdd上电过程中出现抖动而引起开关电源10a 工作错误。
[0163]
超高压欠压锁定和过压保护电路50a中过压保护器56的原理如下：
[0164]
在vdd上电过程中，en＝“0”把计时器66的输出信号ovp初始化为“0”。当vdd正常工作中突然发生异常，导致vdd电压vdd快速升高超过设定电压阈值后，即v
dd2
大于vref2，比较器65输出ovp1为逻辑“1”，经过计时器66计时达到时间t
ovp
后，保护信号ovp从“0”翻转为“1”，通过驱动电路40关闭了功率管m1，vdd进入自动重启模式，直到vdd过压状态解除后方可在下一次vdd重启后进入正常工作，因此过压保护器56保护了开关电源10a。
[0165]
本实用新型提供的超高压欠压锁定和过压保护电路50a能够实现对vdd 端口进行0～100v超宽电压范围的操作，让其既能完成vdd上下电的欠压锁定、vdd过压的开关电源系统保护以及对内部线路提供低压电源v
lvdd
，也能去除传统开关电源10中40v钳位器13，因此，本实用新型的开关电源系统 10a最大限度地节省了客户成本和保障了客户设备安全性。
[0166]
本实用新型的开关电源系统10a的时序波形请见图5和图7所示，而传统开关电源10的波形请见图4和图6。其中，图4和图5分别为传统开关电源10和本实用新型的开关电源10a的vdd脚正常上电工作波形比对；而图 6和图7为传统开关电源10和本实用新型的开关电源10a的vdd脚过压保护工作波形比对。
[0167]
含有本实用新型的开关电源10a无需借助外部40v钳位器13就能实现传统开关电
源10的vdd脚欠压锁定、过压保护和对芯片11a内低压供电功能，极大地降低了客户的成本。
[0168]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0169]
本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。