功率模块电路、功率开关芯片、开关电源及其设计方法技术

一种用于反激式开关电源的功率模块电路，功率模块电路包括：用于开关电源芯片快速启动的启动开关管、用于开关电源芯片的功率开关管、用于功率模块电路的温度检测的温度检测管、用于功率开关管导通状态检测的导通状态检测管以及用于驱动启动开关管的高压限流电阻；其中，启动开关管、功率开关管、温度检测管、导通状态检测管以及高压限流电阻集成在同一晶圆上。本发明专利技术还提出一种功率开关芯片、反激式开关电源以及用于反激式开关电源的功率模块电路的设计方法。本发明专利技术能够快速地启动开关电源、降低能源损耗以及电路的温度检测保护。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种开关电源，尤其涉及一种用于反激式开关电源的功率模块电路、功率开关芯片、反激式开关电源以及用于反激式开关电源的功率模块电路的设计方法。
技术介绍
反激式开关电源上电启动时，传统的启动方式包括外接电阻直接充电启动以及高压开关电流源充电启动。外接电阻充电启动是通过电阻对控制电路的供电储能电容进行充电从而启动电源。外接电阻充电启动的方式为了达到较快的启动速度，外接的启动电阻取值并不能取得过大，同时因为在启动完成后不能够关闭，启动后仍然会有能量损耗，为了避免启动电阻的损耗过大，取值又不能取值过小，外接启动电阻直接启动的方式启动速度不够快，同时有较大损耗。高压开关电流源启动方式是通过一个高压开关即一个高压耗尽型 的MOS管流过受控的充电电流到开关电源芯片的供电电容进行充电从而启动电路。启动电阻的损耗在电源待机时的所有损耗中占据较大的比重，通过减少启动电阻的损耗就能够有效降低电源待机的损耗。在反激式开关电源的各种损耗中，功率开关的损耗是最主要的一种损耗。现有技术中，如果设计开关电源时候没有考虑到功率开关的损耗，就会导致电源转换效率低下，造成能源浪费，不符合绿色能源的标准。功率开关管的主要损耗又分为开关损耗以及导通损耗。如果能够对功率开关管的导通状态进行监控，从而实现对功率开关管的开启、关断以及导通过程的最优控制，可以有效降低功率开关管的损耗，提高电源的转换效率。功率器件一般是发热器件，如果温度升高超过器件所能承受的极限温度就会被损坏，因而要对功率器件的温度加以检测监控，确保功率器件的安全。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于克服上述现有技术中的开关电源无法快速启动、转换效率低下、能源浪费以及因为工作时发热导致电路被烧坏等问题，而提出一种具有快速启动开关电源、降低能源损耗以及温度检测等多功能的功率模块电路、功率开关芯片、反激式开关电源以及用于反激式开关电源的功率模块电路的设计方法。为解决上述技术问题，本专利技术提出一种用于反激式开关电源的功率模块电路，反激式开关电源包括与功率模块电路配合使用的开关电源芯片，开关电源的开关电源芯片包括电源管理模块、驱动电路模块、温度检测模块以及导通检测模块，功率模块电路包括用于开关电源芯片快速启动所需的启动开关管，包括第一控制端、第一输入端以及第一输出端，启动开关管的第一控制端和第一输出端连接开关电源芯片的电源管理模块；用于开关电源芯片的功率开关管，包括第二控制端、第二输入端以及第二输出端，功率开关管的第二控制端和第二输出端连接开关电源芯片的驱动电路模块；用于功率模块电路的温度检测的温度检测管，包括一输入端和一输出端，温度检测管的输入端和输出端均连接开关电源芯片的温度检测模块；用于功率开关管导通状态检测的导通状态检测管，包括输入端和输出端，导通状态检测管的输入端连接开关电源芯片的导通检测模块；以及用于驱动启动开关管的高压限流电阻，高压限流电阻连接启动开关管的第一控制端以及第一输入端；其中，启动开关管、功率开关管、温度检测管、导通状态检测管以及高压限流电阻集成在同一晶圆上，启动开关管的第一输入端、功率开关管的第二输入端和温度检测管的输出端连接在一起。优选地，启动开关管为第一三极管，第一三极管的基极为启动开关管的第一控制端，第一三极管的集电极为启动开关管的第一输入端，第一三极管的发射极为启动开关管的第一输出端，第一三极管的基极与发射极连接开关电源芯片的电源管理模块。优选地，功率开关管为第二三极管，第二三极管的基极为功率开关管的第二控制端，第二三极管的集电极为功率开关管的第二输入端，第二三极管的发射极为功率开关管的第二输出端，第二三极管的基极与发射极连接开关电源芯片的驱动电路模块，第二三极管的集电极连接第一三极管的集电极。优选地，温度检测管为第一二极管，第一二极管的阴极和阳极均连接温度检测模块。 优选地，导通状态检测管为第二二极管，导通状态检测管的输入端为第二二极管的阳极，导通状态检测管的输出端为第二二极管的阴极，第二二极管的阳极连接开关电源芯片的导通检测模块，第二二极管的阴极连接功率开关管的第二输入端。本专利技术还提供一种功率开关芯片，包括如上述的功率模块电路。本专利技术还提供一种反激式开关电源，包括整流电路、变压器、采样反馈电路、开关电源芯片以及功率开关芯片，功率开关芯片为上述的功率开关芯片。本专利技术还提供一种用于反激式开关电源的功率模块电路的设计方法，包括以下步骤设计用于配合开关电源芯片的电源管理模块快速启动反激式开关电源的启动开关管，包括第一控制端、第一输入端以及第一输出端，启动开关管的第一控制端和第一输出端连接开关电源芯片的电源管理模块；设计用于开关电源芯片的功率开关管，包括第二控制端、第二输入端以及第二输出端，功率开关管的第二输入端连接启动开关管的第一输入端，功率开关管的第二控制端和第二输出端连接开关电源芯片的驱动电路模块；设计用于配合开关电源芯片的温度检测模块检测功率模块电路温度的温度检测管，包括一输入端和一输出端，温度检测管的输入端和输出端均连接开关电源芯片的温度检测模块；设计用于配合开关电源芯片导通检测模块检测功率模块电路的功率开关管导通状态的导通状态检测管，包括输入端和输出端，导通状态检测管的输入端连接开关电源芯片的导通检测模块，导通状态检测管的输出端连接启动开关管的第一输入端；以及设计用于实现电路快速启动的高压限流电阻，高压限流电阻连接启动开关管的第一控制端以及第一输入端；设计启动开关管、功率开关管、温度检测管、导通状态检测管以及高压限流电阻集成在同一晶圆上。与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括本专利技术通过针对现有技术的开关电源存在启动慢、功耗大、容易发热的问题，通过功率模块电路与开关电源芯片的配合使用，使得开关电源能够迅速的启动，并且减少电源待机的损耗，更提高了电源的转换效率，并且能够对功率器件进行温度检测和保护。附图说明图I是本专利技术功率模块电路的优选实施例的电路原理图。其中，附图标记说明如下功率模块电路I :第一 NPN三极管Ql第二 NPN三极管Q2温度检测管Dl导通状态检测管D2高压限流电阻Rl开关电源芯片2 :控制模块21电源管理模块22驱动电路模块23温度检测模块24导通检测模块25整流电路3变压器4采样反馈电路具体实施例方式为了进一步说明本专利技术的原理和结构，现结合附图对本专利技术的优选实施例进行详细说明。请参阅图1，一种用于反激式开关电源的功率模块电路1，包括一启动开关管、一功率开关管、一温度检测管、一导通状态检测管以及一高压限流电阻R1。反激式开关电源包括一开关电源芯片2。开关电源芯片2包括一控制模块21、一电源管理模块22、一驱动电路模块23、一温度检测模块24以及一导通检测模块25。电源管 理模块22、驱动电路模块23、温度检测模块24以及导通检测模块25均连接控制模块21。其中，高压限流电阻驱动启动开关管，启动开关管配合电源管理模块22启动反激式开关电源，功率开关管配合驱动电路模块23开关控制反激式开关电源，导通状态检测管配合导通检测模块检测功率开关管导通状态，温度检测管配合温度检测模块24检测功率模块电路I温度。启动开关管包括一第一控制端、一第一输入端以及一第一输出端。功率开关管包括一第二控制端、一第二输入端以及一第二输出端。温度检测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于反激式开关电源的功率模块电路，所述反激式开关电源包括与所述功率模块电路配合使用的开关电源芯片，所述开关电源的开关电源芯片包括电源管理模块、驱动电路模块、温度检测模块以及导通检测模块，其特征在于，所述功率模块电路包括：用于开关电源芯片快速启动所需的启动开关管，包括第一控制端、第一输入端以及第一输出端，所述启动开关管的第一控制端和第一输出端连接开关电源芯片的电源管理模块；用于开关电源芯片的功率开关管，包括第二控制端、第二输入端以及第二输出端，所述功率开关管的第二控制端和第二输出端连接开关电源芯片的驱动电路模块；用于所述功率模块电路的温度检测的温度检测管，包括一输入端和一输出端，所述温度检测管的输入端和输出端均连接所述开关电源芯片的温度检测模块；用于所述功率开关管导通状态检测的导通状态检测管，包括输入端和输出端，所述导通状态检测管的输入端连接所述开关电源芯片的导通检测模块；以及用于驱动所述启动开关管的高压限流电阻，所述高压限流电阻连接所述启动开关管的第一控制端以及第一输入端；其中，所述启动开关管、所述功率开关管、所述温度检测管、所述导通状态检测管以及所述高压限流电阻集成在同一晶圆上，所述启动开关管的第一输入端、功率开关管的第二输入端和温度检测管的输出端连接在一起。...

【技术特征摘要】
1.一种用于反激式开关电源的功率模块电路，所述反激式开关电源包括与所述功率模块电路配合使用的开关电源芯片，所述开关电源的开关电源芯片包括电源管理模块、驱动电路模块、温度检测模块以及导通检测模块，其特征在于，所述功率模块电路包括用于开关电源芯片快速启动所需的启动开关管，包括第一控制端、第一输入端以及第一输出端，所述启动开关管的第一控制端和第一输出端连接开关电源芯片的电源管理模块；用于开关电源芯片的功率开关管，包括第二控制端、第二输入端以及第二输出端，所述功率开关管的第二控制端和第二输出端连接开关电源芯片的驱动电路模块；用于所述功率模块电路的温度检测的温度检测管，包括一输入端和一输出端，所述温度检测管的输入端和输出端均连接所述开关电源芯片的温度检测模块；用于所述功率开关管导通状态检测的导通状态检测管，包括输入端和输出端，所述导通状态检测管的输入端连接所述开关电源芯片的导通检测模块；以及用于驱动所述启动开关管的高压限流电阻，所述高压限流电阻连接所述启动开关管的第一控制端以及第一输入端；其中，所述启动开关管、所述功率开关管、所述温度检测管、所述导通状态检测管以及所述高压限流电阻集成在同一晶圆上，所述启动开关管的第一输入端、功率开关管的第二输入端和温度检测管的输出端连接在一起。2.如权利要求I所述的功率模块电路，其特征在于，所述启动开关管为第一三极管，所述第一三极管的基极为所述启动开关管的第一控制端，所述第一三极管的集电极为所述启动开关管的第一输入端，所述第一三极管的发射极为所述启动开关管的第一输出端，所述第一三极管的基极与发射极连接所述开关电源芯片的电源管理模块。3.如权利要求2所述的功率模块电路，其特征在于，所述功率开关管为第二三极管，所述第二三极管的基极为所述功率开关管的第二控制端，所述第二三极管的集电极为所述功率开关管的第二输入端，所述第二三极管的发射极为所述功率开关管的第二输出端，所述第二三极管的基极与发射极连接所述开关电源芯片的驱动电路模块，所述第二三极管的集电极连接所述第一三极管的集电极。4.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑凌波，王福龙，林新春，
申请(专利权)人：深圳市力生美半导体器件有限公司，
类型：发明
国别省市：