开关电源及开关电源中PWM芯片的供电芯片和方法技术

一种开关电源及开关电源中PWM芯片的供电芯片和方法，在开关电源的开关变压器的辅助绕组与PWM芯片的供电端之间，设置一开关型降压电路，用于将该辅助绕组的输出电压转化到该PWM芯片能够承受的范围；该开关型降压电路具有防止从该PWM芯片的供电端倒灌电流的功能；当该输出电压达到一阈值时，使该开关型降压电路处于开关降压状态；当该输出电压低于该阈值时，使该开关型降压电路处于跟随状态。本发明专利技术能够很好地满足对于开关电源的更加严格的能效指标要求。

Power supply chip and method of PWM chip in switching power supply and switching power supply

The power supply chip and a method of switching power supply and switching power supply chip PWM, between the power supply end in the auxiliary winding and PWM chip switch transformer of the power supply, a switch type step-down circuit, for the output voltage of the auxiliary winding of the conversion to the PWM chip can withstand the range; the switch type step-down circuit to prevent reverse current from the power supply of the PWM chip end function; when the output voltage reaches a threshold value, the switch type step-down circuit in the step-down switch state; when the output voltage is lower than the threshold value, the switch type step-down circuit in the following state. The invention can meet the more stringent energy efficiency requirements for the switching power supply.

【技术实现步骤摘要】
开关电源及开关电源中PWM芯片的供电芯片和方法
本专利技术涉及开关电源，尤其涉及开关电源中PWM芯片的供电芯片。
技术介绍
在USBType-C标准发布后，具有输出电压切换功能的开关电源应用得到快速发展。依据该标准，这种开关电源在上电时输出默认的5V电压。然后，当终端连接并正确识别后，可以进一步依照终端的要求，在适当范围内，调整输出电压，例如：从5V升高至最高的20V。从而可以在端口连接器的有限电流能力下，例如：Type-C端口最大允许电流为5A，传输高达100W的功率给终端负载。同时，该开关电源依然可以兼容标准的5V设备的直流供给。现有开关电源的PWM芯片是采用变压器辅助绕组进行供电。由于受负载和变压器漏感等影响，PWM芯片的供电电压会在较大的范围内变动，因此必然导致PWM芯片的供电范围设计成较宽范围(受限于合理的半导体工艺限制，一般最高为40V或30V)，例如：针对5V输出的应用需要，供电电压最低可以低到9V，最高可以高到接近30V。如此一来，为了满足输出为5V-20V范围的Type-C之类的应用需要，当输出电压从5V切换到20V时，辅助绕组电压也将升高相同比例，达到45-50V甚至超过50V，这将超过一般PWM芯片的供电承受能力。为了克服供电电压大大超过PWM芯片通常的供电承受值，例如：30V，参见图1所示的开关电源的电原理图，有人提出在PWM芯片U1的供电回路中串设限压电路10的供电方法。具体地，该限压电路10是由三极管Q1，稳压管Z1和电阻R1构成的一串联稳压网络。该限压电路10可以在开关变压器B1的辅助绕组NA的电压较高时，将PWM芯片U1的供电电压VDD限制在略低于稳压管Z1的稳压值的水平上。只需选用不高于PWM芯片U1的供电最大值的稳压值的稳压管Z1，即能够避免PWM芯片U1的过压损坏，从而满足该开关电源宽的工作电压环境。然而，为了保障低输出电压时，PWM芯片U1有足够的供电，需要该限压电路10提供足够的电流能力，这会导致该限压电路10自身功耗较大。以PWM芯片U1选用力生美公司的LN3C50型芯片为例，其典型的空载工作电流约为1.2毫安，满载工作电流随所使用的外部高压MOS开关管的不同而不同，一般可达10mA左右。由上可见，PWM芯片U1的工作电流范围约为1～10mA，因此上述限压电路10将按照不小于10mA的供电能力进行设计。这在存在低输出电压，例如：输出电压为5V，以及低负载条件，例如：空载的情况下，势必导致限压电路10的限流电阻R1具有极小的取值，例如：10k量级。考虑到PWM芯片U1的最高电压范围在30V左右，一般稳压管Z1可能会选用24V的规格。于是，当输出电压升高至20V后，辅助供电电压VCC约为45V来看，上述限压电路10由静态电流约10mA所导致的功耗将达到94.5mW，加上待机时设PWM芯片U1的空载电流1mA，则总供电功耗约为139.5mW。随着世界各国对电源能效要求日益提高，例如：欧盟最新的CoCV5能效法案已要求小于49W的外部电源，在待机时功耗不得高于75mW，则上述开关电源，已无法满足新的能效指标要求。另外，对于典型的反激式开关电源，合理的过功率保护阈值应在额定功率的110％-130％之间。由此，对于一5V、3A/20V、2A的可变电压的USBType-C开关电源，合理的要求会是：5V输出时，过载保护阈值范围为16.5-19.5W；20V输出时，过载保护阈值范围为44-52W。可见，后者超过前者的2.5倍，这在现有的PWM芯片U1构成的开关电源上是无法直接实现的，只能统一地将过载保护阈值范围设定在最高点，即44-52W。如此一来，当输出电压为默认的5V输出时，过载电流将高达7A以上，这对于开关电源的次级侧的整流电路的压力是很大的，会使开关电源存在较大的安全隐患。
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存在的不足，而提出一种开关电源中PWM芯片的供电芯片，能够很好地满足对于开关电源的更加严格的能效指标要求。本专利技术针对上述技术问题而提出的技术方案包括，提出一种开关电源中PWM芯片的供电方法，在开关电源的开关变压器的辅助绕组与PWM芯片的供电端之间，设置一开关型降压电路，用于将该辅助绕组的输出电压转化到该PWM芯片能够承受的范围；该开关型降压电路具有防止从该PWM芯片的供电端倒灌电流的功能；当该输出电压达到一阈值时，使该开关型降压电路处于开关降压状态；当该输出电压低于该阈值时，使该开关型降压电路处于跟随状态。在一些实施例中，在该辅助绕组与该PWM芯片的电流检测端之间，设置一输出电压检测电路，用于检测该输出电压，并提供与该输出电压趋势相反的一电流源，给到该电流检测端。在一些实施例中，使该电流源的变化与该该输出电压的变化为反比关系；或者，使该电流源的变化与该输出电压的变化是非反比关系的，以对应于该开关电源的多个输出功率档位。在一些实施例中，在开关变压器的高压绕组与PWM芯片的供电端之间，设置一高压启动电流源电路，用于从该高压绕组的正极提供一电流源，给到该PWM芯片的供电端，为该PWM芯片提供初始的启动能量，并在该PWM芯片启动完成后，自动关闭该电流源。在一些实施例中，在该高压绕组的正极与该高压启动电流源电路之间，设置一交流电掉电检测电路，用于在交流掉电时，通过该电流源为连接在该开关电源的交流输入端之间的一X电容提供泄放。本专利技术针对上述技术问题而提出的技术方案还包括，提出一种开关电源中PWM芯片的供电芯片，包括：一开关型降压电路，用于将开关电源的开关变压器的辅助绕组的输出电压转化到该PWM芯片能够承受的范围；该开关型降压电路具有防止从该PWM芯片的供电端倒灌电流的功能；当该输出电压达到一阈值时，该开关型降压电路处于开关降压状态；当该辅助绕组的输出电压低于该阈值时，该开关型降压电路处于跟随状态。在一些实施例中，还包括：一输出电压检测电路，用于检测将该输出电压，并提供与该输出电压趋势相反的一电流源，给到该PWM芯片的电流检测端。在一些实施例中，该电流源的变化与该输出电压的变化为反比关系；或者，该电流源的变化与该输出电压的变化是非反比关系的，以对应于该开关电源的多个输出功率档位。在一些实施例中，还包括：一高压启动电流源电路，用于从该开关变压器的高压绕组的正极提供一电流源，给到该PWM芯片的供电端，为该PWM芯片提供初始的启动能量，并在该PWM芯片启动完成后，自动关闭该电流源。本专利技术针对上述技术问题而提出的技术方案还包括，提出一种开关电源，包括：开关变压器，PWM芯片，以及如上所述的供电芯片。在一些实施例中，该供电芯片还包括：一高压启动电流源电路，用于从该开关变压器的高压绕组的正极提供一电流源，给到该PWM芯片的供电端，为该PWM芯片提供初始的启动能量，并在该PWM芯片启动完成后，自动关闭该电流源。在一些实施例中，该开关电源还包括：设置在交流输入端之间的一X电容；以及一交流电掉电检测电路，设置在该高压绕组的正极与该高压启动电流源电路的输入端之间，能够在交流掉电时，使该X电容通过该电流源泄放。与现有技术相比，本专利技术通过巧妙地设置一开关型降压电路，来将辅助绕组的输出电压转化到PWM芯片能够承受的范围，能够很好地满足对于开关电源的更加严格的能效指标要求。附图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关电源中PWM芯片的供电方法，其特征在于，在开关电源的开关变压器的辅助绕组与PWM芯片的供电端之间，设置一开关型降压电路，用于将该辅助绕组的输出电压转化到该PWM芯片能够承受的范围；该开关型降压电路具有防止从该PWM芯片的供电端倒灌电流的功能；当该输出电压达到一阈值时，使该开关型降压电路处于开关降压状态；当该输出电压低于该阈值时，使该开关型降压电路处于跟随状态。

【技术特征摘要】
1.一种开关电源中PWM芯片的供电方法，其特征在于，在开关电源的开关变压器的辅助绕组与PWM芯片的供电端之间，设置一开关型降压电路，用于将该辅助绕组的输出电压转化到该PWM芯片能够承受的范围；该开关型降压电路具有防止从该PWM芯片的供电端倒灌电流的功能；当该输出电压达到一阈值时，使该开关型降压电路处于开关降压状态；当该输出电压低于该阈值时，使该开关型降压电路处于跟随状态。2.依据权利要求1所述的供电方法，其特征在于，在该辅助绕组与该PWM芯片的电流检测端之间，设置一输出电压检测电路，用于检测该输出电压，并提供与该输出电压趋势相反的一电流源，给到该电流检测端。3.依据权利要求2所述的供电方法，其特征在于，使该电流源的变化与该该输出电压的变化为反比关系；或者，使该电流源的变化与该输出电压的变化是非反比关系的，以对应于该开关电源的多个输出功率档位。4.依据权利要求1至3任一项所述的供电方法，其特征在于，在开关变压器的高压绕组与PWM芯片的供电端之间，设置一高压启动电流源电路，用于从该高压绕组的正极提供一电流源，给到该PWM芯片的供电端，为该PWM芯片提供初始的启动能量，并在该PWM芯片启动完成后，自动关闭该电流源。5.依据权利要求4所述的供电方法，其特征在于，在该高压绕组的正极与该高压启动电流源电路之间，设置一交流电掉电检测电路，用于在交流掉电时，通过该电流源为连接在该开关电源的交流输入端之间的一X电容提供泄放。6.一种开关电源中PWM芯片的供电芯片，其特征在于，包括：一开关型降压电路，用于将开关电源的开关变压器的辅助绕组的输出电压转化到该PWM芯片...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑凌波，林新春，张杰，王福龙，
申请(专利权)人：深圳市力生美半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44