一种电流限制电路、电源系统和电源装备的制作方法

本发明涉及电源转换，具体涉及一种电流限制电路、电源系统和电源装备。

背景技术：

1、为了能够实现电源芯片安全工作，主流的电源芯片都需要对功率开关进行逐周期电流控制，比如逐周期电流过流保护(ocp：over current protection)。集成有功率开关的电源芯片主要有两种结构，第一种结构是单芯片结构，如图1a所示，第一电源芯片101的第一控制电路111和功率开关mp集成在同一颗晶粒上，这种结构的电源芯片通常采用sensefet的方式检测功率开关mp和电感或变压器的主级绕组lp的电流，如图1a所示的sensefet ms与功率开关mp并列连接，控制模块输出控制信号gp控制功率开关mp和sensefet ms的控制端，mp和ms的第一端也连接在一起，功率开关mp的第二端连接到地，sensefet ms的第二端通过检测电阻rcs连接到地，流过电感或变压器的主级绕组lp的电流比例分配在功率开关mp和sensefet ms上，在检测电阻rcs上产生检测电压vcs，比较器cmp比较检测电压vcs和第一基准电压vref，得到电流限制信号ocp，再通过控制模块控制功率开关mp和sensefet ms导通或截止，这种结构的电源芯片主要应用在低压大电流的直流-直流转换(dc-dc)领域，功率开关mp采用的是集成电路工艺制作的横向耐压结构的ldmos。

2、集成有功率开关的电源芯片的第二种结构是双芯片合封结构，如图1b所示，第二电源芯片102的第二控制电路112和功率开关mp是两颗独立的晶粒，通过封装合封的形式将控制电路的晶粒和功率开关的晶粒置于同一个封装体中形成了第二电源芯片102，独立的功率开关mp通常采用的是纵向耐压结构的vdmos，为了能够检测流过功率开关mp和电感或变压器的主级绕组lp的电流，检测电阻rcs直接串联在功率开关mp的第二端与地之间，在检测电阻rcs上产生检测电压vcs，比较器cmp比较检测电压vcs和第一基准电压vref，得到电流限制信号ocp，再通过控制模块控制功率开关mp导通和截止。这种结构的电源芯片主要应用在交流-直流转换(ac-dc)领域。

3、第一种结构的电源芯片由于功率开关mp采用的是集成电路的工艺制作，受到其横向耐压结构的限制，很少应用到ac-dc(交流-直流)转换或高压电源转换领域，第二种结构的电源芯片由于检测电阻rcs的存在，会导致电源芯片的功率开关mp的等效导通电阻变大，等效导通损耗变大，降低了电源芯片的转换效率，比如某品牌65w的氮化镓充电器，采用了耐压650v的氮化镓场效应晶体管功率开关，功率开关mp的导通电阻是160mω，但是电流检测电阻rcs＝235mω。因此，有必要对现有技术进行改进和提升。

技术实现思路

1、第一方面，本发明提供了一种电流限制电路，应用于控制电路和功率开关合封的电源芯片中，所述电源芯片内部至少具有两个基岛，所述电流限制电路包括：

2、功率开关，独立的置于电源芯片内部的第二基岛，具有第一端、第二端和控制端，其中，第一端通过电源芯片的引脚或基岛的基板引出到电源芯片外部，第二端通过电源芯片的引脚或基岛的基板引出到电源芯片外部，控制端通过封装的金属引线耦接到置于第一基岛的控制电路；

3、高压隔离模块，置于电源芯片内部的第一基岛的控制电路中，其输入端通过封装的金属引线耦接到所述功率开关的第一端，高压隔离模块被配置于隔离所述功率开关截止时的高电压到其输出端，传输所述功率开关导通时的导通电压到其输出端；

4、可编程基准模块，部分置于电源芯片内部的第一基岛的控制电路中，至少包括一个置于电源芯片外部的第一编程电阻，可编程基准模块被配置于产生可编程的第一基准电压；

5、比较模块，置于电源芯片内部的第一基岛的控制电路中，与高压隔离模块的输出端和所述第一基准电压耦接，通过比较第一基准电压和高压隔离模块的输出端的功率开关的导通电压，比较模块输出比较信号限制流过功率开关的电流。

6、优选的，所述功率开关为金属氧化物半导体场效应晶体管，或氮化镓场效应晶体管，或双极型晶体管中的一种。

7、优选的，所述电源芯片内部具有三个基岛，其中，控制电路位于第一基岛，两个功率开关分别位于第二基岛和第三基岛，位于第二基岛和位于第三基岛的两个功率开关在电气连接上并联连接。

8、优选的，所述电源芯片的控制电路还包括控制模块，输入端耦接所述比较信号，输出端通过封装金属引线耦接功率开关的控制端，当功率开关的导通电压接近或等于第一基准电压时，比较模块输出的比较信号改变状态，通过控制模块控制功率开关截止，实现对流过功率开关的电流的限制。

9、优选的，所述可编程基准模块还包括置于电源芯片内部的第一基岛的控制电路中的基准电流，基准电流流过所述第一编程电阻，在第一编程电阻上产生所述第一基准电压，或

10、所述可编程基准模块还包括置于电源芯片内部的第一基岛的控制电路中的第二基准电压和置于电源芯片外部的第二编程电阻，所述第一编程电阻和第二编程电阻对所述第二基准电压的比例分压产生所述第一基准电压；或

11、所述可编程基准模块还包括置于电源芯片内部的第一基岛的控制电路中的第三基准电压、缓冲器、电流镜和第三编程电阻，缓冲器将第三基准电压缓冲到第一编程电阻上，在第一编程电阻上产生的电流被镜像到第三编程电阻上产生所述第一基准电压。

12、优选的，所述高压隔离模块至少包括结型场效应晶体管，其高压端作为输入端耦接功率开关的第一端，低压端作为输出端耦接比较模块的输入端；或

13、所述高压隔离模块至少包括金属氧化物半导体场效应晶体管，其高压端作为输入端耦接功率开关的第一端，低压端作为输出端耦接比较模块的输入端。

14、第二方面，本发明提供了一种电源系统，至少包括第一方面任一项所述的电流限制电路，所述电源系统还包括输入电容、输出电容和功率级；所述功率级至少包括电感或变压器的主级绕组、功率开关和续流模块；所述功率级与输入电容、输出电容的连接关系，组合形成降压电源系统、升压电源系统、反激电源系统和升降压电源系统中的任一种。

15、优选的，所述电源系统包括电源芯片，所述电源芯片至少具有3个引出引脚，第一个引出引脚耦接功率开关的第一端，第二个引出引脚耦接功率开关的第二端，第三个引出引脚为第一编程电阻与电源芯片相互连接的引脚。

16、优选的，所述电源系统还包括整流桥，整流桥的输入端耦接交流电压源，整流桥的输出端耦接输入电容，整流桥将交流电压源的交流电压整流成输入电容上的带有纹波的直流电压。

17、第三方面，本发明提供了一种电源装备，包括第一方面任一项所述的电流限制电路。

18、本发明技术具有以下优点：

19、本发明的一种电流限制电路，应用于控制电路和功率开关合封的电源芯片中，通过将功率开关的导通电压与可编程的第一基准电压进行比较来限制流过功率开关的电流，去掉了与功率开关串联连接的电流检测电阻，使电源系统的等效导通损耗大幅度减小，提升了电源系统的转换效率。