[發(fā)明專利]開(kāi)關(guān)電源控制器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210448457.X
• 申請(qǐng)日: 2012-11-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102904466A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-01-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王為;劉慧明;沈國(guó)平;黃劍鋒;楊彪;朱臻
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 聚辰半導(dǎo)體（上海）有限公司
• 主分類號(hào): H02M7/217
• 分類號(hào): H02M7/217;H02M3/335
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 駱希聰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)，尤其是涉及開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的控制器的實(shí)現(xiàn)。

背景技術(shù)

由于和傳統(tǒng)線性電源相比所具有的多方面優(yōu)點(diǎn)，例如更高的效率、更低的待機(jī)功耗、更低的成本、更小的體積和更輕的重量，開(kāi)關(guān)電源被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于各種電子設(shè)備中。

圖1示出目前應(yīng)用最廣泛的電流模式開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的基本原理框圖。該系統(tǒng)包括開(kāi)關(guān)功率轉(zhuǎn)換器101、開(kāi)關(guān)電源控制器102、以及反饋網(wǎng)絡(luò)103。開(kāi)關(guān)功率轉(zhuǎn)換器101具有功率輸入端口IN和功率輸出端口OUT。開(kāi)關(guān)電源控制器102向開(kāi)關(guān)功率轉(zhuǎn)換器101輸出開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，開(kāi)關(guān)功率轉(zhuǎn)換器101向開(kāi)關(guān)電源控制器102輸出電流控制信號(hào)。反饋網(wǎng)絡(luò)103則向開(kāi)關(guān)電源控制器102輸出反饋信號(hào)。該系統(tǒng)的功能是：把從功率輸入端口輸入的交流（AC）電源或直流(DC)電源轉(zhuǎn)換成滿足特定規(guī)格要求的直流（DC）或交流（AC）電源并從功率輸出端口輸出。

圖1中的開(kāi)關(guān)功率轉(zhuǎn)換器101一般包括磁性儲(chǔ)能元件，如電感或變壓器；功率開(kāi)關(guān)器件，如功率MOS開(kāi)關(guān)或功率三極管開(kāi)關(guān)；功率二極管和濾波電容等。功率開(kāi)關(guān)器件受到開(kāi)關(guān)控制信號(hào)的控制，周期性地導(dǎo)通或關(guān)斷。其中，開(kāi)關(guān)控制信號(hào)一般是脈寬被調(diào)制（PWM）或頻率被調(diào)制（PFM）的脈沖信號(hào)，也可能是PWM,PFM的混合調(diào)制信號(hào)。開(kāi)關(guān)控制信號(hào)的脈沖寬度決定功率開(kāi)關(guān)在一個(gè)周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間，它和開(kāi)關(guān)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。在通常的描述中，也把開(kāi)關(guān)控制信號(hào)統(tǒng)稱為PWM信號(hào)。

以AC-DC電流模式開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)為例，為了能夠在不同的負(fù)載條件下都能獲得恒定的電壓輸出，則需要根據(jù)輸出負(fù)載的大小來(lái)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)的頻率和（或）脈沖寬度，進(jìn)而控制輸出功率的大小。如圖1所示，反饋網(wǎng)絡(luò)從輸出功率信號(hào)取樣，并且產(chǎn)生反饋信號(hào)輸入到開(kāi)關(guān)電源控制器。同時(shí)，由開(kāi)關(guān)功率轉(zhuǎn)換器輸出的電流控制信號(hào)也輸入到開(kāi)關(guān)電源控制器中。在反饋信號(hào)和電流控制信號(hào)的共同作用下，開(kāi)關(guān)控制信號(hào)的脈沖寬度或（和）頻率被調(diào)制，從而得到與輸出負(fù)載相匹配的輸出功率。

為了能夠更清楚地描述電流模式開(kāi)關(guān)電源的工作原理，圖2示例了一種副邊反饋的反激式（Flyback）開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)和它的控制芯片簡(jiǎn)圖，這種反激式（Flyback）開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于輸入、輸出需要隔離的電子設(shè)備中，例如AC-DC或DC-DC適配器，便攜式電子設(shè)備（如手機(jī)等）的充電器，LED驅(qū)動(dòng)器等。圖2中的開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)包括：開(kāi)關(guān)功率轉(zhuǎn)換器203，開(kāi)關(guān)電源控制芯片205，反饋網(wǎng)絡(luò)204，輸入EMI濾波器201，輸入整流器（Rectifier）202，啟動(dòng)電阻R1，Bulk電容C1，芯片供電整流二極管D1，芯片電源退偶電容C2，電流控制信號(hào)的感應(yīng)電阻Rs和輸出負(fù)載R_L。

圖2虛框中的反激式開(kāi)關(guān)功率轉(zhuǎn)換器(f1yback?converter)包括：一個(gè)隔離變壓器TX，一個(gè)功率整流二極管D2，一個(gè)濾波電容C3和一個(gè)功率開(kāi)關(guān)SW。變壓器初級(jí)側(cè)線圈的一端與LINE電壓相連，另一端和一個(gè)功率開(kāi)關(guān)SW相連，其中LINE電壓是交流輸入電壓經(jīng)過(guò)EMI濾波器201，橋式整流器202整流后的電壓。功率開(kāi)關(guān)SW的另一端通過(guò)一個(gè)電阻Rs連接到GND。電阻Rs的作用是把變壓器初級(jí)側(cè)線圈的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，并把它輸入到控制芯片205作為電流控制信號(hào)。當(dāng)開(kāi)關(guān)SW導(dǎo)通時(shí)，LINE電壓施加在變壓器TX的初級(jí)側(cè)，變壓器初級(jí)側(cè)線圈的電流開(kāi)始線性增長(zhǎng)，變壓器處于儲(chǔ)能階段；當(dāng)開(kāi)關(guān)SW斷開(kāi)時(shí)，初級(jí)側(cè)存儲(chǔ)的能量被轉(zhuǎn)移到次級(jí)側(cè)線圈，進(jìn)而傳遞到輸出負(fù)載。反激式開(kāi)關(guān)功率轉(zhuǎn)換器(f1yback?converter)包括兩種工作模式：非連續(xù)式（DCM）和連續(xù)式（CCM）。其中，DCM模式指功率開(kāi)關(guān)導(dǎo)通期間初級(jí)側(cè)線圈存儲(chǔ)的能量將在功率開(kāi)關(guān)截止期間全部轉(zhuǎn)移到變壓器次級(jí)側(cè)的負(fù)載；而CCM模式中，功率開(kāi)關(guān)截止期間，變壓器初級(jí)側(cè)線圈的能量只有部分轉(zhuǎn)移到次級(jí)側(cè)的輸出負(fù)載。本發(fā)明適用于DCM和CCM模式。

為了確保在負(fù)載RL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(duì)輸出電壓取樣。取樣的輸出電壓經(jīng)過(guò)反饋網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生反饋信號(hào)輸入到控制芯片。該信號(hào)與初級(jí)側(cè)的電流控制信號(hào)經(jīng)過(guò)控制芯片的處理，產(chǎn)生控制功率開(kāi)關(guān)SW的信號(hào)V_GATE。