CN106602883A - 无辅助绕组的功率mos管开关电源集成供电电路 - Google Patents

无辅助绕组的功率mos管开关电源集成供电电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种无辅助绕组的功率MOS管开关电源集成供电电路，包括高压整流滤波电路模块、变压器和集成电路模块，所述的高压整流滤波电路模块的输出端与所述的变压器的原边绕组的异名端相连接，所述的集成电路模块与所述的变压器的原边绕组的同名端相连接。采用该结构的无辅助绕组的功率MOS管开关电源集成供电电路，省去了变压器的一路绕组，大大简化了***电路，降低了生产成本，具有广泛的应用范围。

Description

无辅助绕组的功率MOS管开关电源集成供电电路
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及集成电路供电电路技术领域，具体是指一种无辅助绕组的功率MOS管开关电源集成供电电路。
背景技术
传统的隔离式开关电源变压器包含三组绕组，分别是存储能量的原边绕组、供给负载的副边绕组以及给集成电路供电的辅助绕组，如图1所示为传统辅助绕组方式实现集成电路供电的隔离式开关电源电路结构。
图1所示的传统辅助绕组方式实现集成电路供电的工作原理为：AC交流电经高压整流滤波模块转化为高压直流信号VBUCK，VBUCK加在RST上，在集成电路启动之前通过其给CVCC充电，当VCC电压达到集成电路启动电压之后，集成电路开始工作，M0正常开通和关断，随着能量传输负载两端电压逐渐建立，与此同时变压器辅助绕组L3感应出电压且通过DVCC给CVCC充电以提供集成电路工作所需电量。辅助绕组供电结构的***电路复杂，生产成本较高。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种能够实现简化***电路，减低生产成本的无辅助绕组的功率MOS管开关电源集成供电电路。
为了实现上述目的，本发明具有如下构成：
该无辅助绕组的功率MOS管开关电源集成供电电路，其特征在于，所述的电路包括高压整流滤波电路模块、变压器和集成电路模块，所述的高压整流滤波电路模块的输出端与所述的变压器的原边绕组的异名端相连接，所述的集成电路模块与所述的变压器的原边绕组的同名端相连接。
较佳地，所述的高压整流滤波电路模块包括高压整流滤波电路和交流电源，所述的交流电源的输出端与所述的高压整流滤波电路的输入端相连接。
较佳地，所述的变压器为隔离式变压器，所述的隔离式变压器还包括副边整流二极管，所述的副边整流二极管的正极与所述的隔离式变压器的副边绕组的同名端相连接，所述的副边整流二极管的负极与输出负载相连接。
较佳地，所述的集成电路模块包括充电时间控制器、三态驱动器、脉宽调制器、MOS功率管、寄生电容、VCC整流二极管和MOS辅助开关管，所述的电路还包括储能滤波电容和原边电流采样电阻，所述的充电时间控制器的第一端分别与所述的VCC整流二极管的负极和所述的储能滤波电容的第一端相连接，所述的充电时间控制器的第二端与所述的脉宽调制器的第一端相连接，所述的充电时间控制器的第三端与所述的三态驱动器的第一端相连接，所述的三态驱动器的第二端分别与所述的MOS功率管的栅极和所述的寄生电容的第一端相连接，所述的MOS功率管的漏极与所述的变压器的原边绕组的同名端相连接，所述的MOS功率管的源极分别与所述的寄生电容的第二端、所述的VCC整流二极管的正极和所述的MOS辅助开关管的漏极相连接，所述的脉宽调制器的第二端与所述的MOS辅助开关管的栅极相连接，所述的MOS辅助开关管的源极与所述的原边电流采样电阻的第一端相连接，所述的原边电流采样电阻的第二端接地，所述的储能滤波电容的第二端接地。
较佳地，所述的集成电路模块包括充电时间控制器、驱动器、脉宽调制器、MOS功率管、第一二极管、自举电容、VCC整流二极管和MOS辅助开关管，所述的电路还包括储能滤波电容和原边电流采样电阻，所述的充电时间控制器的第一端分别与所述的VCC整流二极管的负极、所述的储能滤波电容的第一端和所述的第一二极管的正极相连接，所述的充电时间控制器的第二端与所述的脉宽调制器的第一端相连接，所述的充电时间控制器的第三端与所述的驱动器的第一端相连接，所述的驱动器的第三端与所述的MOS功率管的栅极相连接，所述的MOS功率管的漏极与所述的变压器的原边绕组的同名端相连接，所述的MOS功率管的源极分别与所述的驱动器的第四端、所述的自举电容的第二端、所述的VCC整流二极管的正极和所述的MOS辅助开关管的漏极相连接，所述的自举电容的第二端分别与所述的驱动器的第二端和所述的第一二极管的负极相连接，所述的脉宽调制器的第二端与所述的MOS辅助开关管的栅极相连接，所述的MOS辅助开关管的源极与所述的原边电流采样电阻的第一端相连接，所述的原边电流采样电阻的第二端接地，所述的储能滤波电容的第二端接地。
采用了该发明中的无辅助绕组的功率MOS管开关电源集成供电电路，省去了变压器的一路绕组，大大简化了***电路，降低了生产成本，具有广泛的应用范围。
附图说明
图1为现有技术的辅助绕组方式实现隔离式开关电源集成供电电路的电路结构示意图。
图2为本发明的无辅助绕组的功率MOS管开关电源集成供电电路的电路结构示意图。
图3为本发明的无辅助绕组的功率MOS管开关电源集成供电电路的另一种实施方式的电路结构示意图。
图4为本发明的无辅助绕组的功率MOS管开关电源集成供电电路的控制波形的示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
该无辅助绕组的功率MOS管开关电源集成供电电路，其特征在于，所述的电路包括高压整流滤波电路模块、变压器和集成电路模块，所述的高压整流滤波电路模块的输出端与所述的变压器的原边绕组的异名端相连接，所述的集成电路模块与所述的变压器的原边绕组的同名端相连接。
在一种较佳的实施方式中，所述的高压整流滤波电路模块包括高压整流滤波电路和交流电源，所述的交流电源的输出端与所述的高压整流滤波电路的输入端相连接。
在一种较佳的实施方式中，所述的变压器为隔离式变压器，所述的隔离式变压器还包括副边整流二极管，所述的副边整流二极管的正极与所述的隔离式变压器的副边绕组的同名端相连接，所述的副边整流二极管的负极与输出负载相连接。
在一种较佳的实施方式中，所述的集成电路模块包括充电时间控制器、三态驱动器、脉宽调制器、MOS功率管、寄生电容、VCC整流二极管和MOS辅助开关管，所述的电路还包括储能滤波电容和原边电流采样电阻，所述的充电时间控制器的第一端分别与所述的VCC整流二极管的负极和所述的储能滤波电容的第一端相连接，所述的充电时间控制器的第二端与所述的脉宽调制器的第一端相连接，所述的充电时间控制器的第三端与所述的三态驱动器的第一端相连接，所述的三态驱动器的第二端分别与所述的MOS功率管的栅极和所述的寄生电容的第一端相连接，所述的MOS功率管的漏极与所述的变压器的原边绕组的同名端相连接，所述的MOS功率管的源极分别与所述的寄生电容的第二端、所述的VCC整流二极管的正极和所述的MOS辅助开关管的漏极相连接，所述的脉宽调制器的第二端与所述的MOS辅助开关管的栅极相连接，所述的MOS辅助开关管的源极与所述的原边电流采样电阻的第一端相连接，所述的原边电流采样电阻的第二端接地，所述的储能滤波电容的第二端接地。
在一种较佳的实施方式中，所述的集成电路模块包括充电时间控制器、驱动器、脉宽调制器、MOS功率管、第一二极管、自举电容、VCC整流二极管和MOS辅助开关管，所述的电路还包括储能滤波电容和原边电流采样电阻，所述的充电时间控制器的第一端分别与所述的VCC整流二极管的负极、所述的储能滤波电容的第一端和所述的第一二极管的正极相连接，所述的充电时间控制器的第二端与所述的脉宽调制器的第一端相连接，所述的充电时间控制器的第三端与所述的驱动器的第一端相连接，所述的驱动器的第三端与所述的MOS功率管的栅极相连接，所述的MOS功率管的漏极与所述的变压器的原边绕组的同名端相连接，所述的MOS功率管的源极分别与所述的驱动器的第四端、所述的自举电容的第二端、所述的VCC整流二极管的正极和所述的MOS辅助开关管的漏极相连接，所述的自举电容的第二端分别与所述的驱动器的第二端和所述的第一二极管的负极相连接，所述的脉宽调制器的第二端与所述的MOS辅助开关管的栅极相连接，所述的MOS辅助开关管的源极与所述的原边电流采样电阻的第一端相连接，所述的原边电流采样电阻的第二端接地，所述的储能滤波电容的第二端接地。
在一种具体的实施方式中，如图2所示，其中各器件或模块的标识及其作用如下：
AC：交流电源；
高压整流滤波模块：将交流电源整流成直流高压电；
VBUCK：高压整流输出稳压直流电；
L1：变压器原边绕组，用来给变压器储能；
L2：变压器副边绕组，用来传输变压器原边存储的能量；
DOUT：副边整流二极管；
输出负载：受供电设备或者测试设备。
VCC：芯片内部电源；
CS：原边电流采样电阻上的电压；
Ip：原边绕组电流；
M0：MOS型高压开关功率管；
Cgs：MOS型高压开关功率管栅极到源极的寄生电容；
VGATE：MOS型高压开关功率管栅极电压；
M1：MOS辅助开关管；
DVCC：VCC整流二极管；
CVCC：集成电路供电电源，VCC的储能滤波电容；
RCS：原边电流采样电阻，将原边电流转化为电压CS；
输出负载：受供电设备或者测试设备；
VCC供电时间控制器：控制CVCC充电延迟时间；
脉宽调制器：产生脉宽调制信号；
三态驱动器：产生驱动信号，有三种状态，低电平状态，高电平状态，高阻抗状态。
在一种实施例中，该电路结构包括高压整流滤波电路模块、隔离式变压器和集成电路模块。所述高压整流滤波电路模块包括交流电输入端和直流电输出端，所述交流电输入端连接交流电源。
所述直流电输出端连接变压器原边绕组异名端，同名端连接MOS型高压开关功率管，所述变压器副边绕组的同名端通过输出整流二极管DOUT连接输出负载。
所述集成电路模块包括MOS型高压开关功率管M0、辅助开关管M1、VCC整流二极管DVCC、脉宽调制器、VCC充电时间控制器。其中，MOS型高压开关功率管M0的栅极连接三态驱动器，M0的源极连接所述VCC整流二极管DVCC的阳极，DVCC的阴极连接储能滤波电容CVCC的一端，CVCC的另一端接地，M0的源极还连接所述辅助开关管M1的漏极，M1的栅极连接脉宽调制器，其源极连接采样电阻RCS，RCS的另一端接地。
VCC供电时间调节器的输入端连接脉宽调制器，另一个输入端连接VCC，其输出端连接三态驱动器。
该实施例的工作原理为：参阅图4，正常工作时，脉宽调制器控制M0和M1同步开启，DRN端约为0电位点。VCS电压线性上升，当CS电压达到内部预设值时，脉宽调制器控制M1管关断，同时***根据VCC电压计算出所需的VCC充电时间，同时断开M0栅极电压，此时M0的栅极为高阻抗状态。由于M0栅极存在寄生电容Cgs，DRN端将被自举到约VCC电压，所以M0的栅极电压被自举到约VCC+VGATE，因此M0管将继续维持导通状态。此时对CVCC的充电开始，VCS电压会继续线性上升。
VCC供电时间调节器内部对VCC电压信号进行采样，经过内部处理后计算出所需的VCC充电时间，当此充电时间结束后，VCC时间控制器控制三态驱动器从M0的栅极向外抽取脉冲电流，使M0快速关断，达到延迟关断目的，当前周期内集成电路的供电结束。副边绕组续流开始。
在另一种具体的实施方式中，如图3所示，其中各器件或模块的标识及其作用如下：
AC：交流电源；
高压整流滤波模块：将交流电源整流成直流高压电；
VBUCK：高压整流输出稳压直流电；
L1：变压器原边绕组，用来给变压器储能；
L2：变压器副边绕组，用来传输变压器原边存储的能量；
DOUT：副边整流二极管；
输出负载：受供电设备或者测试设备。
VCC：芯片内部电源；
VBST：内部自举电源；
CBST：自举电容；
CS：原边电流采样电阻上的电压；
Ip：原边绕组电流；
M0：MOS型高压开关功率管；
M1：MOS辅助开关管；
DVCC：VCC整流二极管；
CVCC：集成电路供电电源，VCC的储能滤波电容；
RCS：原边电流采样电阻，将原边电流转化为电压CS；
输出负载：受供电设备或者测试设备；
VCC供电时间控制器：控制CVCC充电延迟时间；
脉宽调制器：产生脉宽调制信号；
在一种实施例中，该电路结构包括高压整流滤波电路模块、隔离式变压器和集成电路模块。所述高压整流滤波电路模块包括交流电输入端和直流电输出端，所述交流电输入端连接交流电源。
所述直流电输出端连接变压器原边绕组异名端，同名端连接MOS型高压开关功率管，所述变压器副边绕组的同名端通过输出整流二极管DOUT连接输出负载。
所述集成电路模块包括MOS型高压开关功率管M0、辅助开关管M1、VCC整流二极管DVCC、脉宽调制器、VCC充电时间控制器，驱动器。
其中，MOS型高压开关功率管M0的栅极连接驱动器，M0的源极连接所述VCC整流二极管DVCC的阳极，DVCC的阴极连接储能滤波电容CVCC的一端，CVCC的另一端接地，M0的源极还连接所述辅助开关管M1的漏极，M1的源极连接采样电阻RCS，RCS的另一端接地。
VCC供电时间调节器的地端连接到M0的源极。输入端连接脉宽调制器，另一个输入端连接VCC，其输出端连接驱动器，所述驱动器的地端连接M0的源极。输出端连接M0的栅极。
所述脉宽调制器的输出端连接辅助开关管M1的栅极，同时连接VCC充电时间控制器。电容器C一端连接到M0的源极，另一端连接VCC
该实施例的工作原理为：参阅图4，正常工作时，脉宽调制器控制M0和M1同步开启。DRN端约为0电位点，VBST电压约等于VCC，VCS电压线性上升，当CS电压达到内部预设值时，脉宽调制器控制M1管关断，M0继续保持开启，由于电容C上的电压约为VCC，DRN端将被自举到VCC，则VBST约为2倍的VCC，因此M0的栅极电压约为VGATE+VCC，此时对CVCC的充电开始。VCS电压会继续线性上升。
VCC供电时间调节器内部对VCC电压信号进行采样，经过处理后计算出所需的VCC充电时间，当此充电时间结束后，VCC时间控制器控制驱动器从M0的栅极向外抽取脉冲电流，使M0快速关断，当前周期内集成电路的供电结束。副边绕组续流开始。
本发明的无辅助绕组的功率MOS管开关电源集成供电电路的技术方案中，其中所包括的各个功能设备和模块装置均能够对应于实际的具体硬件电路结构，因此这些模块和单元仅利用硬件电路结构就可以实现，不需要辅助以特定的控制软件即可以自动实现相应功能。
采用了该发明中的，采用了该发明中的无辅助绕组的功率MOS管开关电源集成供电电路，省去了变压器的一路绕组，大大简化了***电路，降低了生产成本，具有广泛的应用范围。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (5)

1.一种无辅助绕组的功率MOS管开关电源集成供电电路，其特征在于，所述的电路包括高压整流滤波电路模块、变压器和集成电路模块，所述的高压整流滤波电路模块的输出端与所述的变压器的原边绕组的异名端相连接，所述的集成电路模块与所述的变压器的原边绕组的同名端相连接。
2.根据权利要求1所述的无辅助绕组的功率MOS管开关电源集成供电电路，其特征在于，所述的高压整流滤波电路模块包括高压整流滤波电路和交流电源，所述的交流电源的输出端与所述的高压整流滤波电路的输入端相连接。
3.根据权利要求1所述的无辅助绕组的功率MOS管开关电源集成供电电路，其特征在于，所述的变压器为隔离式变压器，所述的隔离式变压器还包括副边整流二极管，所述的副边整流二极管的正极与所述的隔离式变压器的副边绕组的同名端相连接，所述的副边整流二极管的负极与输出负载相连接。
4.根据权利要求1所述的无辅助绕组的功率MOS管开关电源集成供电电路，其特征在于，所述的集成电路模块包括充电时间控制器、三态驱动器、脉宽调制器、MOS功率管、寄生电容、VCC整流二极管和MOS辅助开关管，所述的电路还包括储能滤波电容和原边电流采样电阻，所述的充电时间控制器的第一端分别与所述的VCC整流二极管的负极和所述的储能滤波电容的第一端相连接，所述的充电时间控制器的第二端与所述的脉宽调制器的第一端相连接，所述的充电时间控制器的第三端与所述的三态驱动器的第一端相连接，所述的三态驱动器的第二端分别与所述的MOS功率管的栅极和所述的寄生电容的第一端相连接，所述的MOS功率管的漏极与所述的变压器的原边绕组的同名端相连接，所述的MOS功率管的源极分别与所述的寄生电容的第二端、所述的VCC整流二极管的正极和所述的MOS辅助开关管的漏极相连接，所述的脉宽调制器的第二端与所述的MOS辅助开关管的栅极相连接，所述的MOS辅助开关管的源极与所述的原边电流采样电阻的第一端相连接，所述的原边电流采样电阻的第二端接地，所述的储能滤波电容的第二端接地。
5.根据权利要求1所述的无辅助绕组的功率MOS管开关电源集成供电电路，其特征在于，所述的集成电路模块包括充电时间控制器、驱动器、脉宽调制器、MOS功率管、第一二极管、自举电容、VCC整流二极管和MOS辅助开关管，所述的电路还包括储能滤波电容和原边电流采样电阻，所述的充电时间控制器的第一端分别与所述的VCC整流二极管的负极、所述的储能滤波电容的第一端和所述的第一二极管的正极相连接，所述的充电时间控制器的第二端与所述的脉宽调制器的第一端相连接，所述的充电时间控制器的第三端与所述的驱动器的第一端相连接，所述的驱动器的第三端与所述的MOS功率管的栅极相连接，所述的MOS功率管的漏极与所述的变压器的原边绕组的同名端相连接，所述的MOS功率管的源极分别与所述的驱动器的第四端、所述的自举电容的第二端、所述的VCC整流二极管的正极和所述的MOS辅助开关管的漏极相连接，所述的自举电容的第二端分别与所述的驱动器的第二端和所述的第一二极管的负极相连接，所述的脉宽调制器的第二端与所述的MOS辅助开关管的栅极相连接，所述的MOS辅助开关管的源极与所述的原边电流采样电阻的第一端相连接，所述的原边电流采样电阻的第二端接地，所述的储能滤波电容的第二端接地。
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