开关电源控制器制造技术

本发明专利技术涉及一种开关电源控制器，用于一开关电源系统，该开关电源系统在一检测端引入线电压检测电阻以及负温度系数电阻。该开关电源控制器包括一处理器，该处理器从该检测端输入检测电压，并借助不同时刻的采样控制信号，以及对该检测电压值的周期性控制，从检测电压中分别采样出反映该线电压的大小的第一电流和反映环境温度的高低的第二电流。该检测端还可引入谷底检测功能。由此，本发明专利技术在一个管脚上实现了多项检测功能而不相互干扰。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种开关电源系统，尤其是涉及开关电源系统的控制器的实现。
技术介绍
由于和传统线性电源相比所具有的多方面优点，例如更高的效率、更低的待机功耗、更低的成本、更小的体积和更轻的重量，开关电源被越来越广泛地应用于各种电子设备中。图I示出目前应用最广泛的电流模式开关电源系统的基本原理框图。该系统包括开关功率转换器101、开关电源控制器102、以及反馈网络103。开关功率转换器101具有功率输入端口 IN和功率输出端口 OUT。开关电源控制器102向开关功率转换器101输出开关控制信号，开关功率转换器101向开关电源控制器102输出电流控制信号。反馈网络103 则向开关电源控制器102输出反馈信号。该系统的功能是把从功率输入端口输入的交流(AC)电源或直流(DC)电源转换成满足特定规格要求的直流(DC)或交流(AC)电源并从功率输出端口输出。图I中的开关功率转换器101 —般包括磁性储能元件，如电感或变压器；功率开关器件，如功率MOS开关或功率三极管开关；功率二极管和滤波电容等。功率开关器件受到开关控制信号的控制，周期性地导通或关断。其中，开关控制信号一般是脉宽被调制(PWM)或频率被调制(PFM)的脉冲信号，也可能是PWM，PFM的混合调制信号。开关控制信号的脉冲宽度决定功率开关在一个周期内的导通时间，它和开关频率一起控制功率输入端口传递到功率输出端口的功率，即输出功率。在通常的描述中，也把开关控制信号统称为PWM信号。以AC-DC电流模式开关电源系统为例，为了能够在不同的负载条件下都能获得恒定的电压输出，则需要根据输出负载的大小来实时调节开关控制信号的频率和(或)脉冲宽度，进而控制输出功率的大小。如图I所示，反馈网络从输出功率信号取样，并且产生反馈信号输入到开关电源控制器。同时，由开关功率转换器输出的电流控制信号也输入到开关电源控制器中。在反馈信号和电流控制信号的共同作用下，开关控制信号的脉冲宽度或(和)频率被调制，从而得到与输出负载相匹配的输出功率。为了能够更清楚地描述电流模式开关电源的工作原理，图2示例了一种副边反馈的反激式(Flyback)开关电源系统和它的控制芯片简图，这种反激式(Flyback)开关电源系统广泛应用于输入、输出需要隔离的电子设备中，例如AC-DC或DC-DC适配器，便携式电子设备(如手机等)的充电器，LED驱动器等。图2中的开关电源系统包括开关功率转换器203，开关电源控制芯片205，反馈网络204，输入EMI滤波器201，输入整流器(Rectifier)202，启动电阻Rl，Bulk电容Cl，芯片供电整流二极管D1，芯片电源退偶电容C2，电流控制信号的感应电阻Rs和输出负载图2虚框中的反激式开关功率转换器(flyback converter)包括一个隔离变压器TX，一个功率整流二极管D2，一个滤波电容C3和一个功率开关SW。变压器初级侧线圈的一端与LINE电压相连，另一端和一个功率开关SW相连，其中LINE电压是交流输入电压经过EMI滤波器201，桥式整流器202整流后的电压。功率开关SW的另一端通过一个电阻Rs连接到GND。电阻Rs的作用是把变压器初级侧线圈的电流信号转换成电压信号，并把它输入到控制芯片205作为电流控制信号。当开关SW导通时，LINE电压施加在变压器TX的初级侧，变压器初级侧线圈的电流开始线性增长，变压器处于储能阶段；当开关SW断开时，初级侧存储的能量被转移到次级侧线圈，进而传递到输出负载。反激式开关功率转换器(flyback converter)包括两种工作模式非连续式(DCM)和连续式(CCM)。其中,DCM模式指功率开关导通期间初级侧线圈存储的能量将在功率开关截止期间全部转移到变压器次级侧的负载；而CCM模式中，功率开关截止期间，变压器初级侧线圈的能量只有部分转移到次级侧的输出负载。本专利技术适用于DCM和CCM模式。为了确保在负载RL变化的情况下，输出电压仍然可以在可控的条件下保持恒定，需要对输出电压取样。取样的输出电压经过反馈网络产生反馈信号输入到控制芯片。该信号与初级侧的电流控制信号 经过控制芯片的处理，产生控制功率开关SW的信号VeATE。图2中的开关电源控制器芯片包含5个引脚，VDDH，GND，FB，CS，GATE。其中VDDH, GND引脚分别连接到由系统产生的芯片电源和系统“地”，其作用是为芯片提供稳定的工作电源。FB引脚被连接到由反馈网络输出的反馈信号IFB，CS引脚被连接到由变压器初级侧线圈在Rs电阻上产生的电流控制信号Vcs。GATE引脚被连接到功率开关SW的控制端。该芯片的主要模块有低压差线性稳压器(low dropout regulator, LDO) 211,时钟发生器212，PWM信号发生器213，功率开关驱动器214，以及PWM比较器215。它的基本工作原理是FB引脚电压Vfb作为PWM比较器215的动态参考阈值与由CS引脚输入的Ves信号比较，PWM比较器215的输出Ccnt信号被输入到PWM信号发生器213去控制PWM信号的关断。图3所示的是控制芯片的时序图。功率开关控制信号VeATE与PWM信号的相位和脉宽完全相同，不同的是脉冲的幅度和驱动能力。图3所描述的功率开关控制信号Vmte的产生过程如下1、时钟信号的下降沿触发PWM信号变高，这时功率开关开始导通，由于Rs和功率开关SW的串联电阻很小，Vd电压近似为零；2、功率开关SW的导通导致变压器初级侧线圈电流Ip线性增大，进而导致Vcs信号线性增加；3、当Vcs信号的幅度达到PWM比较器阈值Vfb的幅度时，PWM比较器215发生翻转，这时PWM信号变低，进而导致功率开关SW截止；4、功率开关SW截止导致Vcs信号归零，PWM比较器翻转；5，功率开关SW截止之后变压器初级侧线圈电流变为零，磁场能量通过次级侧线圈对输出滤波电容C3充电，充电电流如图3中Id所示，此过程次级侧线圈电压为二极管的导通电压与输出电压之和，而Vd电压是输入的线电压与次级侧线圈电压按照初次级线圈匝数比映射到初级侧的电压之和；6，如果功率转换器工作在DCM模式下，那么当退磁完成后，即Id变为零后，Vd电压将根据由变压器初级侧的励磁电感和Vd点到地的寄生电容Cp所决定的频率进行震荡直到下一次时钟信号下降沿的到来。然而，上述开关电源控制器缺乏在某些异常情况下对整个系统的保护，这使得系统在异常情况下仍然继续工作，导致性能的急剧下降。一般而言，增加对一种异常情况的检测，例如检测线电压的异常、环境温度的异常，需要对应增加额外的管脚，这会导致芯片管脚数量显著增加
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种开关电源控制器，能够以复用的管脚提供对系统异常的检测。本专利技术为解决上述技术问题而采用的技术方案是提出一种开关电源控制器，用于一开关电源系统，该开关电源系统包括一开关功率转换器，该开关功率转换器包含一变压器、一功率开关，该变压器具有一初级侧线圈、一次级侧线圈以及一辅助线圈，该初级侧线圈输入一线电压，该功率开关的第一端连接该初级侧线圈，该功率开关的第二端经一第一电阻接地；其中该开关电源控制器具有一开关控制端和一检测端，该开关控制端连接该功率开关的控制端，该检测端通过一第二电阻引入该线电压，并通过一第三电阻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关电源控制器，用于一开关电源系统，该开关电源系统包括一开关功率转换器，该开关功率转换器包含一变压器、一功率开关，该变压器具有一初级侧线圈、一次级侧线圈以及一辅助线圈，该初级侧线圈输入一线电压，该功率开关的第一端连接该初级侧线圈，该功率开关的第二端经一第一电阻接地；其中该开关电源控制器具有一开关控制端和一检测端，该开关控制端连接该功率开关的控制端，该检测端通过一第二电阻引入该线电压，并通过一第三电阻接地，该第三电阻为负温度系数电阻，该开关电源控制器包括：PWM信号发生器，产生一PWM信号；功率开关驱动器，该功率开关驱动器根据该PWM信号输出一开关控制信号至该开关控制端，以控制该功率开关的导通和闭合；处理器，包括：时序产生器，依据该PWM信号产生一第一采样控制信号、一第二采样控制信号和一幅值设置信号，该第一采样控制信号的脉冲由该PWM信号的奇数脉冲触发，该第二采样控制信号的脉冲由该PWM信号的偶数脉冲触发，该幅值设置信号被该第一采样控制信号的脉冲从第一电平触发为第二电平，并被该第二采样控制信号的脉冲从该第二电平触发为该第一电平；采样保持电路，输入该检测端的检测电压、该第一采样控制信号、该第二采样控制信号和该幅值设置信号，利用该幅值设置信号使该检测电压在第三电平和第四电平之间周期性变化，并分别根据该第一采样控制信号、该第二采样控制信号对周期性变化的检测电压进行采样，得到一第一采样电流和一第二采样电流，其中该第一采样电流对应该第三电平，该第二采样电流对应该第四电平；运算电路，根据该第一采样电流和该第二采样电流分别计算得到反映该线电压的大小的第一电流和反映该环境温度的高低的第二电流。...

【技术特征摘要】
1.一种开关电源控制器，用于一开关电源系统，该开关电源系统包括一开关功率转换器，该开关功率转换器包含一变压器、一功率开关，该变压器具有一初级侧线圈、一次级侧线圈以及一辅助线圈，该初级侧线圈输入一线电压，该功率开关的第一端连接该初级侧线圈，该功率开关的第二端经一第一电阻接地；其中该开关电源控制器具有一开关控制端和一检测端，该开关控制端连接该功率开关的控制端，该检测端通过一第二电阻引入该线电压，并通过一第三电阻接地，该第三电阻为负温度系数电阻，该开关电源控制器包括 PWM信号发生器，产生一 PWM信号； 功率开关驱动器，该功率开关驱动器根据该PWM信号输出一开关控制信号至该开关控制端，以控制该功率开关的导通和闭合； 处理器，包括 时序产生器，依据该PWM信号产生一第一采样控制信号、一第二采样控制信号和一幅值设置信号，该第一采样控制信号的脉冲由该PWM信号的奇数脉冲触发，该第二采样控制信号的脉冲由该PWM信号的偶数脉冲触发，该幅值设置信号被该第一采样控制信号的脉冲从第一电平触发为第二电平，并被该第二采样控制信号的脉冲从该第二电平触发为该第一电平； 采样保持电路，输入该检测端的检测电压、该第一采样控制信号、该第二采样控制信号和该幅值设置信号，利用该幅值设置信号使该检测电压在第三电平和第四电平之间周期性变化，并分别根据该第一采样控制信号、该第二采样控制信号对周期性变化的检测电压进行采样，得到一第一采样电流和一第二采样电流，其中该第一采样电流对应该第三电平，该第二采样电流对应该第四电平； 运算电路，根据该第一采样电流和该第二采样电流分别计算得到反映该线电压的大小的第一电流和反映该环境温度的高低的第二电流。2.如权利要求I所述的开关电源转换器，其特征在于，该第二电流为该第二采样电流与第一采样电流之差。3.如权利要求I所述的开关电源转换器，其特征在于，还包括 比较器，包括第一比较电路，将该第一电流与一第一参考电流比较而产生一第一比较信号，并输出至该PWM信号发生器，其中当该第一电流小于该第一参考电流时，该第一比较信号使得该PWM信号复位。4.如权利要求I或2所述的开关电源转换器，其特征在于，还包括 比较器，该比较器包括第二比较电路，将该第二电流与一第二参考电流比较而产生一第二比较信号，并输出至该PWM信号发生器，其中当该第二电流小于该第二参考电流时，该第二比较信号使得该PWM信号复位。5.如权利要求I所述的开关电源转换器，其特征在于，该检测端还通过一第三电阻和一二极管连接至该辅助绕组以输入一反映辅助绕组电压的谷底信息的指示电流，该采样保持电路还根据该第一电流和该第二电流计算得到包含了辅助绕组电压的谷底信息的第三电流。6.如权利要求I所述的开关电源转换器，其特征在于，还包括谷底时钟发生器，输入该第三电流和第一时钟信号，该谷底时钟发生器根据该第三电流指示的谷底时刻和该第一时钟信号的频率产生第二时钟信号，该第二时钟信号的频率与该第一时钟信号的频率相同，该第二时钟信号的下降沿指示了辅助绕组电压的谷底。7.如权利要求I所述的开关电源转换器，其特征在于，该采样保持电路包括 负反馈回路，包括放大器、第一 MOS管和偏置电流源，该第一 MOS管的控制端连接该放大器的输出端，该第一 MOS管的第一端连接该放大器的同相输入端及该偏置电流源，该第一 MOS管的第二端连接电源； 第二 MOS管，该第二 MOS管的控制端输入该幅值设置信号的反相信号，该第二 MOS管的第一端输入该第三电平，该第二 MOS管的第二端连接该放大器的反相输入端； 第三MOS管,该第三MO...

【专利技术属性】
技术研发人员：王为，刘慧明，沈国平，黄剑锋，杨彪，朱臻，
申请(专利权)人：聚辰半导体上海有限公司，
类型：发明
国别省市：