[發明專利]開關電源控制器電路及開關電源系統

有效

• 申請號: 200910197709.4
• 申請日: 2009-10-27
• 公開（公告）號: CN102055357A
• 公開（公告）日: 2011-05-11
• 發明（設計）人: 黃煜梅
• 申請（專利權）人: 聚辰半導體(上海)有限公司
• 主分類號: H02M7/217
• 分類號: H02M7/217;H02M5/458
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 駱希聰

技術領域

本發明涉及集成電路領域，更具體地說，本發明是涉及開關電源控制器芯片及其引腳復用方法。

背景技術

由于和傳統線性電源相比所具有的多方面優點，諸如更高的效率，更低的待機功耗，更低的成本，更小的體積和更輕的重量，開關電源越來越廣泛地應用于各種電子設備中。

圖1示出了目前應用最廣泛的電流模式開關電源系統的基本原理框圖。該系統包含開關功率轉換器100、開關電源控制器120以及反饋網絡140。開關功率轉換器100具有功率輸入端口102和功率輸出端口104。開關功率轉換器100與開關電源控制器120之間通過開關控制信號和電流控制信號交互。反饋網絡140向開關電源控制器120輸入反饋信號。該系統的功能是：把從功率輸入端口102輸入的交流(AC)電源或直流(DC)電源轉換成滿足特定規格要求的直流(DC)或交流(AC)電源并從功率輸出端口104輸出。

圖1中的開關功率轉換器100一般包括磁性儲能元件(如電感或變壓器)、功率開關器件(如功率MOS開關或功率三極管開關)、功率二極管和濾波電容等。功率開關器件受到開關控制信號的控制，周期性地導通或關斷。其中，開關控制信號一般是脈寬被調制(PWM)或頻率被調制(PFM)的脈沖信號，也可能是PWM，PFM的混合調制信號。開關控制信號的脈沖寬度決定功率開關在一個周期內的導通時間，它和開關頻率一起控制功率輸入端口傳遞到功率輸出端口的功率，即輸出功率。在本說明書的上下文中，把開關控制信號統稱為PWM信號。

以AC-DC電流模式開關電源系統為例，為了能夠在不同的負載條件下都能獲得恒定的電壓輸出，則需要根據輸出負載的大小來實時調節開關控制信號的頻率和(或)脈沖寬度，進而控制輸出功率的大小。如圖1所示，反饋網絡140從輸出功率信號取樣，并且產生反饋信號輸入到開關電源控制器。同時，由開關功率轉換器100輸出的電流控制信號也輸入到開關電源控制器120中。在反饋信號和電流控制信號的共同作用下，開關控制信號的脈沖寬度或(和)頻率被調制，從而得到與輸出負載相匹配的輸出功率。

為了能夠更清楚地描述電流模式開關電源的工作原理，圖2示例了一種傳統的反激式(Flyback)開關電源系統及其控制芯片簡圖。參照圖2所示，這種反激式(Flyback)開關電源系統廣泛應用于輸入與輸出間需要隔離的電子設備中，例如AC-DC或DC-DC適配器、便攜式電子設備(如手機等)的充電器、LED驅動器等。圖2中的開關電源系統包括：開關功率轉換器200，開關電源控制器芯片220，反饋網絡240，輸入EMI濾波器260，輸入整流器(Rectifier)280，啟動電阻R1，Buck電容C1，芯片供電整流二極管D1，芯片電源退耦電容C2，電流控制信號的感應電阻Rs以及輸出負載R_L。

圖2虛框中的反激式開關功率轉換器(flyback?converter)200包括：一個隔離變壓器TX，一個功率整流二極管D2，一個濾波電容C3和一個功率開關SW。變壓器初級側線圈PRE的一端與LINE電壓相連，另一端和一個功率開關SW相連，其中LINE電壓是交流輸入電壓經過EMI濾波器260，橋式整流器280整流后的電壓。功率開關SW的另一端通過電阻Rs連接到地(GND)。電阻Rs的作用是把變壓器TX初級側線圈PRE的電流信號轉換成電壓信號，并把它輸入到開關電源控制器芯片220作為電流控制信號。當開關SW導通時，LINE電壓施加在變壓器TX的初級側，變壓器TX初級側線圈PRE的電流開始線性增長，變壓器處于儲能階段；當開關SW斷開時，初級側存儲的能量被轉移到次級側線圈SEC，進而傳遞到輸出負載。反激式開關功率轉換器(flyback?converter)包括兩種工作模式：非連續式(DCM)和連續式(CCM)。其中，DCM模式指，功率開關導通期間初級側線圈PRE存儲的能量將在功率開關截止期間全部轉移到變壓器次級側的負載；而CCM模式中，功率開關截止期間，變壓器初級側線圈PRE的能量只有部分轉移到次級側的輸出負載。為了方便起見，以下的描述僅以DCM為例。但在容易理解的是，在本說明書的上下文中，開關功率轉換器也可以工作在CCM模式中。

為了確保在負載R_L變化的情況下，輸出電壓仍然可以在可控的條件下保持恒定，需要對輸出電壓取樣。取樣的輸出電壓經過反饋網絡240產生反饋信號S_FB輸入到開關電源控制器芯片220。該信號與初級側的電流控制信號經過開關電源控制器芯片220的處理，產生控制功率開關的信號V_GATE。