[實(shí)用新型]一種實(shí)現(xiàn)零功耗待機(jī)開關(guān)電源集成電路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201720397450.8
• 申請日: 2017-04-17
• 公開（公告）號: CN206850679U
• 公開（公告）日: 2018-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉明
• 申請（專利權(quán)）人: 劉明
• 主分類號: H02M7/12
• 分類號: H02M7/12;H02M1/36
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所32237
• 代理人: 胡建華,于瀚文

1.一種實(shí)現(xiàn)零功耗待機(jī)開關(guān)電源集成電路，其特征在于，包括一個用于控制開關(guān)電源的零功耗控制器，所述零功耗控制器包括電荷耦合電路、零功耗微處理器和零功耗電壓調(diào)整電路，交流電源輸入經(jīng)電荷耦合電路依次進(jìn)入零功耗電壓調(diào)整電路、零功耗微處理器，零功耗控制器中包括有兩對MOS管，分別為MOS管M1和MOS管M2、MOS管M3和MOS管M4；

交流電電荷輸入使用一個電容C1，交流電源第一端通過電容C1連接到零功耗控制器中兩對MOS管中的其中一對接點(diǎn)，另一對MOS管接點(diǎn)空置，交流電源的第二端直接接零功耗控制器的地，開關(guān)電源的高壓整流只使用一個二極管；

在接通電源時，由于Vdd電壓尚未建立，兩對MOS管均為截止?fàn)顟B(tài)，在交流電的正半周期間，交流電源第一端正電荷通過電容C1流入零功耗控制器中MOS管M1的p型有源區(qū)和n阱，然后流入Vdd儲能電容C3，最后回到交流電源第二端，向Vdd儲能電容C3充電；

在交流電的負(fù)半周期間，交流電源第一端負(fù)電荷通過電容C1流入零功耗控制器中MOS管M3的n型有源區(qū)和p阱，然后回到交流電源第二端；

對電容C1通過控制MOS管M3和MOS管M4截止的方式來開通對電容C3充電，對電容C1通過MOS管M3和MOS管M4導(dǎo)通并聯(lián)到交流電源兩端的方式來斷開電容C3的充電；

當(dāng)零功耗控制器控制MOS管M3和MOS管M4從截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通的情況下，M3和M4的漏極電壓僅從Vdd下降到0V；或控制MOS管M3和MOS管M4從導(dǎo)通轉(zhuǎn)為截止，漏極電壓僅從0V上升到Vdd；

還包括電容C2，從交流電源兩端，通過電荷耦合電路的兩個電容C1，C2分別連接到零功耗控制器中兩對MOS管的接點(diǎn)，在接通電源時，由于Vdd電壓尚未建立，兩對MOS管均為截止?fàn)顟B(tài)，在交流電的正半周期間，交流電源第一端正電荷通過電容C1流入零功耗控制器中MOS管M1的p型有源區(qū)和n阱，然后流入Vdd儲能電容C3，再經(jīng)MOS管M4的p阱和n型有源區(qū)最后回到交流電源第二端，向Vdd儲能電容C3充電；

在交流電的負(fù)半周期間，交流電源第二端正電荷通過電容C2流入零功耗控制器中MOS管M2的p型有源區(qū)和n阱，然后流入Vdd儲能電容C3，再經(jīng)MOS管M3的p阱和n型有源區(qū)回到交流電源第一端，向Vdd儲能電容C3充電；

對C1，C2串聯(lián)通過控制MOS管M3和MOS管M4截止的方式來開通對電容C3充電，對C1，C2串聯(lián)通過MOS管M3和MOS管M4導(dǎo)通并聯(lián)到交流電源兩端的方式來斷開電容C3的充電；

當(dāng)零功耗控制器控制MOS管M3和MOS管M4從截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通的情況下，M3和M4的漏極電壓僅從Vdd下降到0V；或控制MOS管M3和MOS管M4從導(dǎo)通轉(zhuǎn)為截止，漏極電壓僅從0V上升到Vdd；

兩對MOS管、零功耗電壓調(diào)整器以及基準(zhǔn)電壓組成零功耗電壓調(diào)整電路，在工作的同時由零功耗控制器中的零功耗電壓調(diào)整器通過MOS管M3、MOS管M4構(gòu)成閉環(huán)穩(wěn)壓控制，當(dāng)Vdd電壓達(dá)到零功耗控制器所設(shè)定值時，零功耗微處理器進(jìn)行過壓檢測、欠壓檢測、過載檢測和過溫檢測，如果未發(fā)生異常，則由零功耗控制器發(fā)出指令，啟動開關(guān)電源，如果零功耗微處理器檢測發(fā)現(xiàn)一項(xiàng)以上異常，或檢測到開關(guān)電源輸出空載，則立即通過零功耗微處理器控制開關(guān)電源停止工作，在開關(guān)電源停止工作的情況下，定時訪問監(jiān)測發(fā)生異常的參數(shù)，如發(fā)現(xiàn)各項(xiàng)參數(shù)恢復(fù)正常，則立即恢復(fù)開關(guān)電源正常工作；

當(dāng)開關(guān)電源正常啟動進(jìn)入工作狀態(tài)并向負(fù)載供電，同時開關(guān)電源變壓器Vdd繞組T1_Na通過外置二極管向Vdd儲能電容C3供電，零功耗電壓調(diào)整器控制MOS管M3和MOS管M4導(dǎo)通，通過將電容C1與兩對MOS管其中一對的接點(diǎn)接零功耗控制器電路的地，停止通過電容C1向Vdd儲能電容充電，Vdd電壓靠開關(guān)電源Vdd繞組供電維持，因?yàn)镸OS管M3和MOS管M4導(dǎo)通時電阻為毫歐級，C1的純電容電路中交流電流i相位超前其兩端交流電壓v相位90°，其有功功率表示相位角，因此電容C1中流過的電流是無功電流，不消耗任何電能；

當(dāng)開關(guān)電源正常啟動進(jìn)入工作狀態(tài)并向負(fù)載供電，同時開關(guān)電源變壓器Vdd繞組T1_Na通過外置二極管向Vdd儲能電容C3供電，零功耗電壓調(diào)整器控制MOS管M3和MOS管M4導(dǎo)通，通過將電容C1，C2與兩對MOS管的接點(diǎn)接零功耗控制器電路的地，停止通過電容C1，C2向Vdd儲能電容充電，Vdd電壓靠開關(guān)電源Vdd繞組供電維持，因?yàn)镸OS管M3和MOS管M4導(dǎo)通時電阻為毫歐級，C1，C2在物理上為直接串聯(lián)的純電容并聯(lián)到交流電源L和N端，C1，C2串聯(lián)的純電容電路中交流電流i相位超前其兩端交流電壓v相位90°，其有功功率表示相位角，因此通過電容C1和C2的電流是無功電流，不消耗任何電能；

無論開關(guān)電源是工作狀態(tài)還是關(guān)閉狀態(tài)，零功耗控制器都能夠根據(jù)需要通過零功耗電壓調(diào)整電路建立一個穩(wěn)恒電壓源，使零功耗控制器能夠?qū)⒄麄€開關(guān)電源管理起來；

在檢測到負(fù)載空載時，由零功耗微處理器立即關(guān)閉開關(guān)電源，使開關(guān)電源在完全不耗電的情況下維持原有的輸出電壓；根據(jù)開關(guān)電源輸出電容空載放電時間常數(shù)和空載時對輸出電壓穩(wěn)壓精度要求，定時定寬啟動開關(guān)電源為輸出電容補(bǔ)充失去的電荷，以維持輸出端電壓不變，這種方式開關(guān)電源停止工作的時間很長，為秒級，而啟動為輸出電容補(bǔ)充電荷的時間很短，為毫秒級，開關(guān)電源基本上處在停止工作狀態(tài)，故整個開關(guān)電源的平均功耗幾乎為零，從而實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源空載待機(jī)時的零功耗；

包括由零功耗控制器控制的高壓MOS管M0，使高壓MOS管M0和開關(guān)電源聯(lián)動；

M0的加入，使本實(shí)用新型零功耗電路保持著Vdd儲能電容上的電壓，每次啟動開關(guān)電源時開通M0使高壓整流器向開關(guān)電源的高壓濾波電容充電，高壓電容上的電壓U(t)＝U^(-t/τ)，τ是RC時間常數(shù)，t表示時間，因?yàn)殚_關(guān)電源立即啟動后，Vdd不必等待充電，開關(guān)電源的高壓MOS管柵極立即被驅(qū)動，而MOS管漏極上的高壓需要按上式指數(shù)形上升，這就使得開關(guān)電源的每次啟動都做到真正的軟啟動，并且能夠通過調(diào)整RC時間常數(shù)來設(shè)定軟啟動相關(guān)參數(shù)；

所述MOS管M1和M2能夠替換為其他的任何單向?qū)щ娮悠骷?!-- SIPO -->