CN117498661A - 一种功率电源管理芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种功率电源管理芯片，包括合封集成的芯片器件、高端功率器件和低端功率器件；芯片器件包括半桥高边驱动端、半桥低边驱动端、半桥驱动高边地端和功率地端，高端功率器件和低端功率器件均具有第一端、第二端、第三端；高端功率器件的第一端与半桥高边驱动端连接，低端功率器件的第一端与半桥低边驱动端连接，高端功率器件的第三端、低端功率器件的第二端、半桥驱动高边地端相连引出作为功率电源管理芯片的HS引脚，高端功率器件的第二端引出作为功率电源管理芯片的HO引脚，低端功率器件的第三端与功率地端连接后引出作为功率电源管理芯片的PGND引脚；本发明不易受到干扰，利于实现产品小型化，提高产品稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，特别是涉及一种功率电源管理芯片。
背景技术
现有驱动电源拓扑结构，如LLC或LCC拓扑架构，通过驱动芯片进行控制两个功率器件进行交替导通，从而达到电源输出控制。
然而，由于线路布局的影响，两个功率器件与驱动芯片的之间线路长短具有不确定性，导致在实际使用时，驱动芯片驱动功率器件工作时，易受到干扰，另外，现有LLC或LCC拓扑架构由于两个功率器件线路布局，会占用PCB的空间，不利于产品的小型化。
发明内容
本发明的目的在于克服以上所述的缺点，提供一种利于实现产品小型化，提高产品稳定性的功率电源管理芯片。
为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
一种功率电源管理芯片，包括芯片器件以及与芯片器件合封集成的高端功率器件和低端功率器件；芯片器件包括有半桥高边驱动端、半桥低边驱动端、半桥驱动高边地端和功率地端，高端功率器件和低端功率器件均具有第一端、第二端、第三端；
高端功率器件的第一端与半桥高边驱动端连接，低端功率器件的第一端与半桥低边驱动端连接，高端功率器件的第三端、低端功率器件的第二端、半桥驱动高边地端相连引出作为功率电源管理芯片的HS引脚，高端功率器件的第二端引出作为功率电源管理芯片的HO引脚，低端功率器件的第三端与功率地端连接后引出作为功率电源管理芯片的PGND引脚。
可选地，高端功率器件的第一端穿接有第一电阻R1,高端功率器件的第一端与高端功率器件的第三端之间连接有第二电阻R2、第一二极管D1和第一电容C1，第一二极管D1和第一电容C1串联后与第二电阻R2并联，第二电阻R2与第一二极管D1和第一电容C1并联后连接在第一电阻R1和高端功率器件的第一端之间。
可选地，低端功率器件的第一端穿接有第三电阻R3，低端功率器件的第一端与低端功率器件的第三端之间连接有第四电阻R4、第一二极管D2和第一电容C2，第一二极管D2和第一电容C2串联后与第四电阻R4并联，第四电阻R4与第一二极管D2和第一电容C2并联后连接在第三电阻R3低端功率器件的第一端之间。
可选地，高端功率器件和低端功率器件均为NMOS管。
可选地，芯片器件的型号为RSC6105S。
可选地，芯片器件包括高边驱动模块和低边驱动模块；
高边驱动模块的输出端为半桥高边驱动端，高边驱动模块的电源端引出作为功率电源管理芯片的HB引脚，高边驱动模块的地端为半桥驱动高边地端，低边驱动模块的输出端为半桥低边驱动端，低边驱动模块的电源端引出作为功率电源管理芯片的PVCC引脚，低边驱动模块的地端为功率地端。
可选地，芯片器件还包括逻辑处理模块和电平移位模块；
逻辑处理模块的输出端与电平移位模块的输入端相连，逻辑处理模块的输出端与低边驱动模块的输入端相连，电平移位模块的输出端与高边驱动模块的输入端相连。
可选地，芯片器件还包括欠压检测模块、整流器模块、误差放大器和压控振荡器；
欠压检测模块的电压输入端引出作为功率电源管理芯片的VIN引脚，欠压检测模块的电源端引出作为功率电源管理芯片的VCC引脚，欠压检测模块的输出端与逻辑处理模块的输入端相连，整流器模块的输入端引出作为功率电源管理芯片的CS引脚，整流器模块的输出端与误差放大器的正输入端相连，误差放大器的负输入端连接基准电压Vref，误差放大器的输出端与压控振荡器的输入端相连，压控振荡器的输出端与逻辑处理模块的输入端相连。
可选地，芯片器件还包括过压保护模块、过温保护模块和过零检测模块，过零检测模块的输入端与功率电源管理芯片的CS引脚连接，过零检测模块的输出端与逻辑处理模块连接，过压保护模块的输入端引出作为功率电源管理芯片的FB引脚，过压保护模块的输出端与逻辑处理模块连接，过温保护模块与逻辑处理模块连接。
可选地，过温保护模块包括第五电阻R5、热敏电阻Rs、开关管M1、开关管M2、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10和第十一电阻R11；第五电阻R5与热敏电阻Rs串联后的一端接电源VCC，另一端接地；开关管M1的控制端连接在第五电阻R5与热敏电阻Rs之间，开关管M1的开关端与第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8串联后的一端接电源VCC，另一端接地；开关管M2的控制端连接在第六电阻R6和第七电阻R7之间；第九电阻R9的一端接电源VCC，第九电阻R9的另一端与第十电阻R10和开关管M2的开关端串联后接地，第十一电阻R11的一端与第九电阻R9的另一端连接，第十一电阻R11的另一端连接在第七电阻R7和第八电阻R8之间。
本发明的有益效果为：本发明通过将高端功率器件和低端功率器件与芯片器件进行合封集成，从而减少芯片器件驱动高端功率器件和低端功率器件工作易受到干扰的问题，利于实现产品小型化，提高产品稳定性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明结合第一稳定电路结构和第二稳定电路结构后的原理图；
图3是本发明芯片器件的内部结构原理图；
图4是本发明过温保护模块的原理图。
附图标记说明：1、芯片器件；11、高边驱动模块；12、低边驱动模块；13、逻辑处理模块；14、电平移位模块；15、欠压检测模块；16、整流器模块；17、误差放大器；18、压控振荡器；19、过压保护模块；20、过温保护模块；21、过零检测模块；2、高端功率器件；3、低端功率器件。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明，并不是把本发明的实施范围局限于此。
如图1至图4所示，本实施例所述的一种功率电源管理芯片，应用于LLC或LCC拓扑结构，以LLC谐振拓扑为例进行描述，该功率电源管理芯片包括芯片器件1以及与芯片器件1合封集成的高端功率器件2和低端功率器件3；高端功率器件2、低端功率器件3与LLC谐振拓扑的上下桥臂连接，所述芯片器件1包括有半桥高边驱动端、半桥低边驱动端、半桥驱动高边地端和功率地端，所述高端功率器件2和低端功率器件3均具有第一端、第二端、第三端；
所述高端功率器件2的第一端与半桥高边驱动端连接，所述低端功率器件3的第一端与半桥低边驱动端连接，所述高端功率器件2的第三端、低端功率器件3的第二端、半桥驱动高边地端相连引出作为功率电源管理芯片的HS引脚，所述高端功率器件2的第二端引出作为功率电源管理芯片的HO引脚，所述低端功率器件3的第三端与功率地端连接后引出作为功率电源管理芯片的PGND引脚。
本实施例通过将高端功率器件2和低端功率器件3与芯片器件1进行合封集成，从而减少芯片器件1驱动高端功率器件2和低端功率器件3工作易受到干扰的问题，利于实现产品小型化，提高产品稳定性。
本实施例所述的一种功率电源管理芯片，高端功率器件的第一端穿接有第一电阻R1,高端功率器件的第一端与高端功率器件的第三端之间连接有第二电阻R2、第一二极管D1和第一电容C1，第一二极管D1和第一电容C1串联后与第二电阻R2并联，第二电阻R2与第一二极管D1和第一电容C1并联后连接在第一电阻R1和高端功率器件的第一端之间。本实施例通过设置第一电阻R1、第二电阻R2进行分压，以为高端功率器件的第一端提供导通电压，同时通过设置第一二极管D1和第一电容C1形成第一稳定电路结构，以防止高端功率器件与芯片器件1合封后寄生电感产生的振铃干扰而导致高端功率器件损坏的问题，进一步保障高端功率器件合封后的稳定运行。
本实施例所述的一种功率电源管理芯片，低端功率器件的第一端穿接有第三电阻R3，低端功率器件的第一端与低端功率器件的第三端之间连接有第四电阻R4、第一二极管D2和第一电容C2，第一二极管D2和第一电容C2串联后与第四电阻R4并联，第四电阻R4与第一二极管D2和第一电容C2并联后连接在第三电阻R3低端功率器件的第一端之间。本实施例通过设置第三电阻R3、第四电阻R4进行分压，以为低端功率器件的第一端提供导通电压，同时通过设置第一二极管D2和第一电容C形成第二稳定电路结构，以防止低端功率器件件与芯片器件1合封后寄生电感产生的振铃干扰而导致低端功率器件损坏的问题，进一步保障低端功率器件合封后的稳定运行。
优选地，第一电阻R1与第三电阻R3的阻值相等，第二电阻R2与第四电阻R4的阻值相等，且远大于第一电阻R1和第三电阻R3的阻值；以为高端功率器件和低端功率器件提供足够的导通电压。
如图1和图2所示，本实施例所述的一种功率电源管理芯片，所述高端功率器件2和低端功率器件3均为NMOS管。高端功率器件2为NMOS管Q1，低端功率器件3为NMOS管Q2。具体地，高端功率器件2的第一端、第二端、第三端分别为栅极、漏极、源极，低端功率器件3的第一端、第二端、第三端分别为栅极、漏极、源极。优选地，所述芯片器件1的型号为RSC6105S。
如图3所示，本实施例所述的一种功率电源管理芯片，所述芯片器件1包括高边驱动模块11和低边驱动模块12；
高边驱动模块11的输出端为半桥高边驱动端，高边驱动模块11的电源端引出作为功率电源管理芯片的HB引脚，高边驱动模块11的地端为半桥驱动高边地端，低边驱动模块12的输出端为半桥低边驱动端，低边驱动模块12的电源端引出作为功率电源管理芯片的PVCC引脚，低边驱动模块12的地端为功率地端；所述高边驱动模块11的输出端与高端功率器件2的第一端连接，所述高边驱动模块11的地端与高端功率器件2的第三端、低端功率器件3的第二端连接，所述低边驱动模块12的输出端与低端功率器件3的第一端连接，所述低边驱动模块12的地端与低端功率器件3的第三端连接。通过设置高边驱动模块11和低边驱动模块12，从而为高端功率器件2和低端功率器件3的栅极直接提供驱动信号，高边驱动模块11、低边驱动模块12与高端功率器件2、低端功率器件3之间的布线距离更近，驱动更为稳定，提供芯片控制的抗干扰能力。
如图3所示，本实施例所述的一种功率电源管理芯片，所述芯片器件1还包括逻辑处理模块13和电平移位模块14；
所述逻辑处理模块13的输出端与电平移位模块14的输入端相连，所述逻辑处理模块13的输出端与低边驱动模块12的输入端相连，所述电平移位模块14的输出端与高边驱动模块11的输入端相连。本实施例通过设置逻辑处理模块13，以对驱动信号时序处理和保护信号逻辑处理；通过设置电平移位模块14，将低压控制信号移位到高压的半桥高边通道。
如图3所示，本实施例所述的一种功率电源管理芯片，所述芯片器件1还包括欠压检测模块15、整流器模块16、误差放大器17和压控振荡器18；
所述欠压检测模块15的电压输入端引出作为功率电源管理芯片的VIN引脚，所述欠压检测模块15的电源端引出作为功率电源管理芯片的VCC引脚，所述欠压检测模块15的输出端与逻辑处理模块13的输入端相连，所述整流器模块16的输入端引出作为功率电源管理芯片的CS引脚，所述整流器模块16的输出端与误差放大器17的正输入端相连，所述误差放大器17的负输入端连接基准电压Vref，所述误差放大器17的输出端与压控振荡器18的输入端相连，所述压控振荡器18的输出端与逻辑处理模块13的输入端相连。本实施例通过设置欠压检测模块15，以检测VCC引脚的电压值，在当VCC引脚的电压值高于阈值电压时，启动功率电源管理芯片进行工作；通过设置整流器模块16，以便将CS引脚输入的正弦波电压信号变换成直流电压信号；通过设置误差放大器17，以比较并放大整流器模块16输出电压与内部基准电压Vref的差值；通过设置压控振荡器18，以根据误差放大器17的输出电压值调整振荡器的输出频率，以保证功率电源管理芯片稳定工作。
本实施例所述的一种功率电源管理芯片，如图3所示，芯片器件1还包括过压保护模块19、过温保护模块20和过零检测模块21，过零检测模块21的输入端与功率电源管理芯片的CS引脚连接，过零检测模块21的输出端与逻辑处理模块13连接，过压保护模块19的输入端引出作为功率电源管理芯片的FB引脚，过压保护模块19的输出端与逻辑处理模块13连接，过温保护模块20与逻辑处理模块13连接。本实施例通过设置过压保护模块19，以便在VCC引脚的电压值超过预定电压阈值时关闭芯片器件1的输出，以对芯片器件1进行保护；通过设置过零检测模块21，以检测LLC谐振环路电路的电流为零的时刻，以便控制高端功率器件和低端功率器件的交替导通时间；通过设置过温保护模块20，以便在环境温度超过预定温度阈值时，关闭芯片器件1，避免芯片器件1工作在高温环境下而造成损坏，提高整个合封结构的可靠性。
本实施例所述的一种功率电源管理芯片，如图4所示，由于芯片器件1与供功率器件的合封，使得芯片会长期处于高温环境状态下，为了避免因高温损坏芯片器件1，为此，通过设置过温保护模块20包括第五电阻R5、热敏电阻Rs、开关管M1、开关管M2、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10和第十一电阻R11；第五电阻R5与热敏电阻Rs串联后的一端接电源VCC，另一端接地；开关管M1的控制端连接在第五电阻R5与热敏电阻Rs之间，开关管M1的开关端与第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8串联后的一端接电源VCC，另一端接地；开关管M2的控制端连接在第六电阻R6和第七电阻R7之间；第九电阻R9的一端接电源VCC，第九电阻R9的另一端与第十电阻R10和开关管M2的开关端串联后接地，第十一电阻R11的一端与第九电阻R9的另一端连接，第十一电阻R11的另一端连接在第七电阻R7和第八电阻R8之间。优选地，热敏电阻Rs的阻值随温度的升高而增大。
具体的，在环境温度升高时，且超过热敏电阻Rs的预设温度阈值时，热敏电阻Rs的电阻增大，使得开关管M1的Vgs增加，使得开关管M1的开关端导通且电流增大，从而使得开关管M2导通，从而输出高电平信号至逻辑处理模块13内进行过温保护；在环境温度降低至低于热敏电阻Rs的预设温度阈值时，开关管M1继续导通，而开关管M2关断，从而输出低电平信号至逻辑处理模块13内，以恢复芯片器件1的输出；如此能够适应因功率器件的合封而引起内部环境温度变化对芯片器件1的影响，结构运行更为可靠。
以上所述仅是本发明的一个较佳实施例，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，包含在本发明专利申请的保护范围内。
Claims (10)
1.一种功率电源管理芯片，其特征在于，包括芯片器件以及与芯片器件合封集成的高端功率器件和低端功率器件；芯片器件包括有半桥高边驱动端、半桥低边驱动端、半桥驱动高边地端和功率地端，高端功率器件和低端功率器件均具有第一端、第二端、第三端；
高端功率器件的第一端与半桥高边驱动端连接，低端功率器件的第一端与半桥低边驱动端连接，高端功率器件的第三端、低端功率器件的第二端、半桥驱动高边地端相连引出作为功率电源管理芯片的HS引脚，高端功率器件的第二端引出作为功率电源管理芯片的HO引脚，低端功率器件的第三端与功率地端连接后引出作为功率电源管理芯片的PGND引脚。
2.根据权利要求1所述的一种功率电源管理芯片，其特征在于，高端功率器件的第一端穿接有第一电阻R1,高端功率器件的第一端与高端功率器件的第三端之间连接有第二电阻R2、第一二极管D1和第一电容C1，第一二极管D1和第一电容C1串联后与第二电阻R2并联，第二电阻R2与第一二极管D1和第一电容C1并联后连接在第一电阻R1和高端功率器件的第一端之间。
3.根据权利要求2所述的一种功率电源管理芯片，其特征在于，低端功率器件的第一端穿接有第三电阻R3，低端功率器件的第一端与低端功率器件的第三端之间连接有第四电阻R4、第一二极管D2和第一电容C2，第一二极管D2和第一电容C2串联后与第四电阻R4并联，第四电阻R4与第一二极管D2和第一电容C2并联后连接在第三电阻R3低端功率器件的第一端之间。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种功率电源管理芯片，其特征在于，高端功率器件和低端功率器件均为NMOS管。
5.根据权利要求4所述的一种功率电源管理芯片，其特征在于，芯片器件的型号为RSC6105S。
6.根据权利要求5所述的一种功率电源管理芯片，其特征在于，芯片器件包括高边驱动模块和低边驱动模块；
高边驱动模块的输出端为半桥高边驱动端，高边驱动模块的电源端引出作为功率电源管理芯片的HB引脚，高边驱动模块的地端为半桥驱动高边地端，低边驱动模块的输出端为半桥低边驱动端，低边驱动模块的电源端引出作为功率电源管理芯片的PVCC引脚，低边驱动模块的地端为功率地端。
7.根据权利要求6所述的一种功率电源管理芯片，其特征在于，芯片器件还包括逻辑处理模块和电平移位模块；
逻辑处理模块的输出端与电平移位模块的输入端相连，逻辑处理模块的输出端与低边驱动模块的输入端相连，电平移位模块的输出端与高边驱动模块的输入端相连。
8.根据权利要求7所述的一种功率电源管理芯片，其特征在于，芯片器件还包括欠压检测模块、整流器模块、误差放大器和压控振荡器；
欠压检测模块的电压输入端引出作为功率电源管理芯片的VIN引脚，欠压检测模块的电源端引出作为功率电源管理芯片的VCC引脚，欠压检测模块的输出端与逻辑处理模块的输入端相连，整流器模块的输入端引出作为功率电源管理芯片的CS引脚，整流器模块的输出端与误差放大器的正输入端相连，误差放大器的负输入端连接基准电压Vref，误差放大器的输出端与压控振荡器的输入端相连，压控振荡器的输出端与逻辑处理模块的输入端相连。
9.根据权利要求8所述的一种功率电源管理芯片，其特征在于，芯片器件还包括过压保护模块、过温保护模块和过零检测模块，过零检测模块的输入端与功率电源管理芯片的CS引脚连接，过零检测模块的输出端与逻辑处理模块连接，过压保护模块的输入端引出作为功率电源管理芯片的FB引脚，过压保护模块的输出端与逻辑处理模块连接，过温保护模块与逻辑处理模块连接。
10.根据权利要求9所述的一种功率电源管理芯片，其特征在于，过温保护模块包括第五电阻R5、热敏电阻Rs、开关管M1、开关管M2、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10和第十一电阻R11；
第五电阻R5与热敏电阻Rs串联后的一端接电源VCC，另一端接地；开关管M1的控制端连接在第五电阻R5与热敏电阻Rs之间，开关管M1的开关端与第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8串联后的一端接电源VCC，另一端接地；
开关管M2的控制端连接在第六电阻R6和第七电阻R7之间；第九电阻R9的一端接电源VCC，第九电阻R9的另一端与第十电阻R10和开关管M2的开关端串联后接地，第十一电阻R11的一端与第九电阻R9的另一端连接，第十一电阻R11的另一端连接在第七电阻R7和第八电阻R8之间。
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