开关电源及其控制器制造技术

本实用新型专利技术提供了一种开关电源及其控制器，该控制器包括：开关电源控制装置，具有电源供电端并对该电源供电端的电压进行检测；复合器件，集成有功率管和耗尽管，其中，功率管的栅端连接第一输入端，功率管的源端连接第一输出端，功率管的漏端连接输入信号端；耗尽管的栅端连接第二输入端，其源端连接第二输出端，其漏端连接输入信号端；第一输入端、第二输入端和第二输出端连接开关电源控制装置，第一输入端接收开关电源控制装置产生的驱动信号，输入信号端接收所述开关电源的输入信号。所述复合器件中功率管和耗尽管可集成在同一复合器件中。本实用新型专利技术既可以缩短开关电源的启动时间，又能够有效降低待机功耗，还可以减少成本。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及开关电源技术，尤其涉及一种具有高压启动功能的开关电源及其 控制器。 开关电源及其控制器
技术介绍
参考图1，图1示出了现有技术中具有高压启动功能的反激式开关电源100的典型 应用电路的拓扑结构，主要包括：启动电阻R1、启动电容C1、开关电路101、开关电源控制装 置102、反激式转换器103、二极管D1、二极管D2以及输出滤波电容C2,其中开关电源控制 装置102可以包括开启/关断控制器105和PWM控制器106。 参考图2,图2示出了反激式开关电源100在高压启动过程中，开关电源控制装置 102的电源供电端VCC、开启/关断控制器105的输出端UV_CTRL、启动电容C1的高压启动 充电电流Ich、开关电源控制装置102的栅极驱动端GD、直流输出电压V0UT的波形示意图。 结合图1和图2,在开关电源100开始高压启动时，交流输入电压VIN通过启动电 阻R1给启动电容C1提供高压启动充电电流Ich，则开关电源控制装置102的电源供电端 VCC电压开始上升，同时高压启动充电电流Ich也从0开始增大，且先增大到最大值IchO (Ich0>0)后再下降；当电源供电端VCC电压大于开启/关断控制器105的开启点电压VCC0N 时，开启/关断控制器105的输出信号UV_CTRL由低电平跳变为高电平，且高压启动充电电 流Ich也降至Ichl (lchl>0)，则PWM控制器106开始工作，产生开关电源控制装置102的 栅极驱动信号GD，该栅极驱动信号GD可以为PWM调制信号，栅极驱动信号GD控制开关电路 101中的功率管104的导通和关断，使得功率管104的漏端E_D提供功率输出电流，那么交 流输入电压VIN就通过反激式转换器103中变压器的原边绕组L1和副边绕组L2、二极管 D2、输出滤波电容C2将能量传递到直流输出电压V0UT，使得V0UT电压开始上升；同时，交 流输入电压VIN除了通过启动电阻R1和启动电容C1给开关电源控制装置102的电源供电 端VCC供电外，还通过反激式转换器103中变压器的原边绕组L1和辅助绕组L3、二极管D1、 启动电容C1，也为电源供电端VCC供电；这样，开关电源100就完成高压启动，开始工作。 上述通过启动电阻R1来完成高压启动的技术，由于在启动后流过启动电阻R1的 电流Ichl -直存在，所以存在启动时间和待机功耗的矛盾。如果启动电阻R1较小，则启动 时，交流输入电压VIN通过启动电阻R1给启动电容C1充电的电流变大，那么开关电源100 的启动时间变短，但启动后，由于流过启动电阻R1的电流较大，则开关电源100的待机功耗 也较大；如果启动电阻R1较大，则启动时，交流输入电压VIN通过启动电阻R1给启动电容 C1充电的电流变小，那么开关电源100的启动时间变长，但启动后，由于流过启动电阻R1的 电流较小，则开关电源100的待机功耗也就小。 为了兼顾启动时间和待机功耗，应用时启动电阻R1 -般选在ΜΩ级。但即使这样， 在交流输入电压VIN为220VAC时，启动电阻R1的功耗也有十几毫瓦到上百毫瓦。 由上，现有技术中如图1所示的开关电源100通过启动电阻R1来完成高压启动， 无法确保既能减少启动时间又能降低待机功耗。 参考图3,图3示出了图1中的开关电源100内的功率管104的版图201的示意 图，该功率管104为高压M0S器件。 结合图1和图3,在高压M0S器件104的版图201上，正面有栅端G的压点和源端 S的压点，背面有漏端D的压点，这三个压点可以完成高压M0S器件104的功率驱动输出功 能。 参考图4,图4示出了图3沿AA'方向的纵向剖面的示意图。 如图4所示，以N型器件为例，该高压M0S器件包括：M0S管的N型外延区306,外 延区306由电极301引出，形成M0S管的漏端；M0S管的P阱302 ;M0S管的N型掺杂区305 ; M0S管的P型掺杂区309,P阱302、P型掺杂区309以及N型掺杂区305通过电极303短路， 形成M0S管的源端；M0S管的栅端304。从器件的整体结构而言，上述P阱302、N型掺杂区 305、P型掺杂区309以及栅端304等都形成于元胞部分308,元胞部分308是器件的电流导 通区域，元胞部分308为有源区，该功率器件可以由众多元胞部分308重复形成；在元胞部 分308的边缘以外具有高压环307,高压环307可以包括多个P型掺杂310,该高压环307 可以对应于图3所示的区域207。以上器件的内部结构以及工作原理为公知技术，不再详细 描述。 结合图1和图4,当栅端304上施加的电压高于阈值电压时，P阱302的表面反型 形成沟道，使得M0S管的源端和漏端导通，以进行功率输出。 图1所示的方案通过电阻R1来完成开关电源100的高压启动和给开关电源控制 装置102的供电端VCC供电，由于流过电阻R1的电流一直存在，所以存在启动时间和待机 功耗的矛盾，即：如果电阻R1的电阻值小，则在高压启动时，通过电阻R1给供电端VCC提供 的电流大，那么开关电源100的启动时间短，但在高压启动后，由于流过电阻R1的电流大， 则开关电源100的待机功耗高；如果电阻R1的电阻值大，则在高压启动时，通过电阻R1给 供电端VCC提供的电流小，那么开关电源100的启动时间长，而在高压启动后，由于流过电 阻R1的电流小，则开关电源100的待机功耗低。 为了兼顾启动时间和待机功耗，在实际应用中电阻R1 -般选在ΜΩ级，但即使这 样，在输入电压VIN的电压值为220VAC时，电阻R1的功耗也达到十几mW至上百mW。 由上，现有技术中的开关电源100通过电阻R1来完成开关电源100的高压启动和 给开关电源控制装置101的供电端VCC供电，无法确保既能减少启动时间，又能降低待机功 耗。 针对上述问题，现有技术中提出了一种增加耗尽型器件启动的技术方案，如图5 所示。在现有开关电源的基础上，图5所示开关电源400增加了高压启动器件403以加快 开关电源400的高压启动过程，该高压启动器件403为耗尽型M0S管；高压启动后关闭该高 压启动器件403以降低开关电源400的待机功耗，从而提高开关电源400的效率。 现有技术中，高压启动器件403作为单独的器件来使用，主要起到高压信号处理 和控制的作用。由于高压启动器件403是一个单独器件，因此开关电源400需要一个额外 的元器件，从而增加了系统的复杂程度和成本。
技术实现思路
本技术要解决的问题是提供一种开关电源及其控制器，既可以缩短启动时 间，又能够有效降低待机功耗，还可以减少成本。 为解决上述技术问题，本技术提供了一种开关电源控制器，包括： 开关电源控制装置，具有电源供电端并对该电源供电端的电压进行检测； 复合器件，与所述开关电源控制装置相连，该复合器件具有第一输入端、输入信号 端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，该复合器件中集成有功率管和耗尽管，其中， 所述功率管的栅端连接所述第一输入端，所述功率管的源端连接所述第一 输出端，所述功率管的漏端连接所述输入信号端； 所述耗尽本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关电源控制器，其特征在于，包括： 开关电源控制装置，具有电源供电端并对该电源供电端的电压进行检测； 复合器件，与所述开关电源控制装置相连，该复合器件具有第一输入端、输入信号端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，该复合器件中集成有功率管和耗尽管，其中， 所述功率管的栅端连接所述第一输入端，所述功率管的源端连接所述第一输出端，所述功率管的漏端连接所述输入信号端； 所述耗尽管的栅端连接所述第二输入端，其源端连接所述第二输出端，其漏端连接所述输入信号端； 所述第一输入端、第二输入端和第二输出端连接所述开关电源控制装置，所述第一输入端接收所述开关电源控制装置产生的驱动信号，所述输入信号端接收所述开关电源的输入信号； 当所述电源供电端的电压小于预设的关断点电压时，所述开关电源控制装置控制所述复合器件中的耗尽管向所述电源供电端提供启动电流；当所述电源供电端的电压上升至大于预设的开启点电压时，所述驱动信号控制所述复合器件中的功率管向所述开关电源的主电路提供功率输出电流，并且控制所述复合器件中的耗尽管关断所述启动电流。

【技术特征摘要】
1. 一种开关电源控制器，其特征在于，包括： 开关电源控制装置，具有电源供电端并对该电源供电端的电压进行检测； 复合器件，与所述开关电源控制装置相连，该复合器件具有第一输入端、输入信号端、 第二输入端、第一输出端和第二输出端，该复合器件中集成有功率管和耗尽管，其中， 所述功率管的栅端连接所述第一输入端，所述功率管的源端连接所述第一输出端，所 述功率管的漏端连接所述输入信号端； 所述耗尽管的栅端连接所述第二输入端，其源端连接所述第二输出端，其漏端连接所 述输入信号端； 所述第一输入端、第二输入端和第二输出端连接所述开关电源控制装置，所述第一输 入端接收所述开关电源控制装置产生的驱动信号，所述输入信号端接收所述开关电源的输 入信号； 当所述电源供电端的电压小于预设的关断点电压时，所述开关电源控制装置控制所述 复合器件中的耗尽管向所述电源供电端提供启动电流；当所述电源供电端的电压上升至大 于预设的开启点电压时，所述驱动信号控制所述复合器件中的功率管向所述开关电源的主 电路提供功率输出电流，并且控制所述复合器件中的耗尽管关断所述启动电流。2. 根据权利要求1所述的开关电源控制器，其特征在于，该复合器件包括： 第一掺杂类型的外延区，该外延区作为所述功率管和耗尽管的漏端； 并列形成在所述外延区正面的功率管阱区和耗尽管阱区，所述功率管阱区和耗尽管阱 区具有第二掺杂类型，该第二掺杂类型与第一掺杂类型相反； 第一掺杂类型的功率管掺杂区，形成于所述功率管阱区中，该功率管掺杂区作为所述 功率管的源端； 功率管的栅端，形成于所述外延区的正面，该功率管的栅端覆盖所述功率管掺杂区的 至少一部分并延伸至所述功率管阱区以外的外延区上； 第一掺杂类型的耗尽管掺杂区，形成于所述耗尽管阱区内，该耗尽管掺杂区作为所述 耗尽管的源端； 第一掺杂类型的耗尽管沟道区，位于所述耗尽管阱区内，并且该耗尽管沟道区从所述 耗尽管阱区的边界延伸至所述耗尽管掺杂区的边界； 耗尽管的栅端，形成于所述外延层的正面，该耗尽管的栅端覆盖所述耗尽管沟道区并 延伸至所述耗尽管阱区以外的外延区上； 其中，所述外延区与第一电极短路，该第一电极形成于所述外延区的背面；所述功率管 阱区和功率管掺杂区经由第二电极短路，所述耗尽管阱区和耗尽管掺杂区经由第三电极短 路，该第二电极和第三电极形成于所述外延区的正面。3. 根据权利要求2所述的开关电源控制器，其特征在于，该复合器件还包括用于隔离 所述功率管和耗尽管的隔离结构，该隔离结构包括： 第二掺杂类型的浮空阱区，与所述功率管阱区和耗尽管阱区并列形成于所述外延区的 正面，并且所述浮空阱区位于所述功率管阱区和耗尽管阱区之间； 形成于所述外延区正面的第一栅，该第一栅覆盖所述浮空阱区的至少一部分和所述功 率管阱区的至少一部分，该第一栅还覆盖所述浮空阱区和功率管阱区之间的外延区； 形成于所述外延区正面的第二栅，该第二栅覆盖所述浮空阱区的至少一部分和所述耗 尽管阱区的至少一部分，该第二栅还覆盖所述浮空阱区和耗尽管阱区之间的外延区； 其中，所述第一栅和所述功率管阱区短路，所述第二栅和所述耗尽管阱区短路。4. 根据权利要求3所述的开关电源控制器，其特征在于，所述第一栅和所述第一阱区 经由所述第二电极短路，所述第二栅和所述第二阱区经由所述第三电极短路。5. 根据权利要求2所述的开关电源控制器，其特征在于，该复合器件还包括用于隔离 所述功率管和耗尽管的隔离结构，该隔离结构包括： 第二掺杂类型的浮空阱区，与所述功率管阱区和耗尽管阱区并列形成于所述外延区 的正面，并且所述浮空阱区位于所述功率管阱区和耗尽管阱区之间； 介质层，形成于所述外延层的正面，该介质层覆盖所述浮空阱区并延伸至所述浮空阱 区以外的外延层上。6. 根据权利要求2所述的开关电源控制器，其特征在于，该复合器件还包括用于隔离 所述功率管和耗尽管的隔离结构，该隔离结构包括： 第二掺杂类型的浮空阱区，与所述第功率管阱区和耗尽管阱区并列形成于所述外延区 的正面，并且所述浮空阱区位于所述功率管阱区和耗尽管阱区之间； 形成于所述外延区正面的第二栅，该第二栅覆盖所述浮空阱区的至少一部分和所述耗 尽管阱区的至少一部分，该第二栅还覆盖所述浮空阱区和耗尽管阱区之间的外延区，所述 第二栅和所述耗尽管阱区短路。7. 根据权利要求6所述的开关电源控制器，其特征在于，所述第二栅和所述耗尽管阱 区经由所述第三电极短路。8. 根据权利要求2所述的开关电源控制器，其特征在于，该复合器件还包括用于隔离 所述功率管和耗尽管的隔离结构，该隔离结构包括： 形成于所述外延区正面的第二栅，该第二栅覆盖所述功率管阱区的至少一部分和所述 耗尽管阱区的至少一部分，该第二栅还覆盖所述功率管阱区和耗尽管阱区之间的外延区， 所述第二栅和所述耗尽管阱区短路。9. 根据权利要求7所述的开关电源控制器，其特征在于，所述第二栅和所述耗尽管阱 区经由所述第三电极短路。10. 根据权利要求2所述的开关电源控制器，其特征在于，该复合器件还包括用于隔离 所述功率管和耗尽管的隔离结构，该隔离结构包括： 形成于所述外延区正面的第一栅，该第一栅覆盖所述功率管阱区的至少一部分和所述 耗尽管阱区的至少一部分，该第一栅还覆盖所述功率管阱区和耗尽管阱区之间的外延区， 所述第一栅和所述功率管阱区短路。11. 根据权利要求10所述的开关电源控制器，其特征在于，所述第一栅和所述功率管 阱区经由所述第二电极短路。12. 根据权利要求3至11中任一项所述的开关电源控制器，其特征在于，所述浮空阱区 与所述功率管阱区、耗尽管阱区采用同一注入工艺或不同的注入工艺形成。13. 根据权利要求2至11中任一项所述的开关电源控制器，其特征在于，该复合器件还 包括： 第二掺杂类型的第一引出区，形成于所述功率管阱区中，该第一引出区与所述功率管 掺杂区经由所述第二电极短路； 第二掺杂类型的第二引出区，形成于所述耗尽管阱区中，该第二引出区与所述耗尽管 掺杂区经由所述第三电极短路。14. 根据权利要求2至11中任一项所述的开关电源控制器，其特征在于，所述功率管和 耗尽管共用同一高压环。15. 根据权利要求1至11中任一项所述的开关电源控制器，其特征在于，所述开关电源 控制装置还具有高压启动源端、高压启动栅端和栅极驱动端，其中，所述开关电源控制装置 包括： 开启/关断控制器，检测所述电源供电端的电压并根据检测结果产生控制信号，当所 述电源供电端的电压小于预设的关断点电压时，所述控制信号无效，当所述电源供电端电 压大于预设的开启点电压时，所述控制信号有效； PWM控制器，与所述开启/关断控制器和栅极驱动端相连，在所述控制信号有效时产生 所述驱动信号，该驱动信号经由该栅极驱动端输出； 高压启动控制器，与所述电源供电端、高压启动源端和高压启动栅端相连，在所述控制 信号无效时，调节所述高压启动源端和高压启动栅端之间的电压以使所述耗尽管导通，所 述启动电流经由所述高压启动控制器流向所述电源供电端；在所述控制信号有效时，调节 所述高压启动源端和高压启动栅端之间的电压以使所述耗尽管关断，关断所述启动电流。16. 根据权利要求15所述的开关电源控制器，其特征在于，所述开启/关断控制器还根 据所述检测结果产生内部工作电压，该内部工作电压传输至所述高压启动控制器，所述高 压启动控制器利用所述内部工作电压对所述高压启动源端和高压启动栅端之间的电压进 行调节。17. 根据权利要求15所述的开关电源控制器，其特征在于，所述高压启动控制器包括： 充电电路，与所述电源供电端、高压启动源端和高压启动栅端连接； 充电控制电路，与所述高压启动源端和高压启动栅端连接并接收所述控制信号； 当所述控制信号无效时，所述充电控制电路调节所述高压启动源端和高压启动栅端之 间的电压以使所述耗尽管导通，所述启动电流经由所述充电电路流向所述电源供电端；当 所述控制信号有效时，所述充电控制电路调节所述高压启动源端和高压启动栅端之间的电 压以使所述耗尽管关断，关断所述启动电流。18. 根据权利要求17所述的开关电源控制器，其特征在于，所述充电控制电路包括： 第一二极管，其阳极接收所述内部工作电压； 第一电阻，其第一端连接所述第一二极管的阴极，其第二端连接所述高压启动源端； 第二电阻，其第一端连接所述高压启动源端，其第二端连接所述高压启动栅端； 第一 PNP三极管，其发射极连接所述高压启动栅端，其基极连接该第一 PNP三极管的集 电极； NMOS场效应管，其漏端连接所述第一 PNP三极管的集电极，其源端接地，其栅端接所述 开启/关断控制器输出的控制信号； 所述充电电路包括： 第二PNP三极管，其发射极连接所述高压启动源端，其基极连接该第二PNP三极管的集 电极； 第三PNP三极管，其发射极连接所述高压启动源端，其基极连接该第二PNP三极管的基 极； 第二二极管，其阳极连接所述第二PNP三极管的集电极，其阴极连接所述电源供电端； PMOS场效应管，其栅端连接所述电源供电端，其源端连接所述第三PNP三极管的集电 极； 所述第二电阻； 第三电阻，其第一端连接所述PMOS场效应管的漏端，其第二端接地； 所述第一 PNP三极管； NPN三极管，其基极连接所述PMOS场效应管的漏端，其集电极连接所述第一 PNP三极管 的集电极，其发射极接地。19. 根据权利要求15所述的开关电源控制器，其特征在于，所述高压启动控制器包括： 第一电阻，其第一端连接所述高压启动源端； 第一 NPN三极管，其集电极连接所述第一电阻的第二端，其基极连接所述第一电阻的 ΛΑ~ -?上山 弟·~-? ； 第二NPN三极管，其集电极连接所述第一 NPN三极管的发射极，...

【专利技术属性】
技术研发人员：林海锋，张邵华，汤仙明，姚丰，高阳，王栋，詹桦，严先蔚，吴建兴，
申请(专利权)人：杭州士兰微电子股份有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江;33