專利名稱：高壓電流源復(fù)用采樣電路和開關(guān)電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子技術(shù)，特別涉及集成電路技術(shù)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器中的啟動電路多為電阻，電源上電啟動后，啟動電阻存在較大的功率損耗，對輕載和空載時影響較大。并且，傳統(tǒng)開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器開關(guān)電流檢測采用開關(guān)功率管外接限流電阻來實現(xiàn)，這既增加了功耗也增加了腳位成本。因此，為了解決上訴問題，需要提供新技術(shù)來完成開關(guān)電源的啟動和變壓器主邊的限流檢測。傳統(tǒng)用電阻啟動電路如圖I所示，圖I描繪了一種基于傳統(tǒng)電阻啟動技術(shù)的開關(guān) 電源10。一控制電路11與一反饋單元14相連，14產(chǎn)生輸出反饋信號Vfb，變壓器TRl主邊電流Is流過檢流電阻Rs產(chǎn)生檢測信號\，Vfb和Vs —起進(jìn)入11控制產(chǎn)生Vsw信號，該開關(guān)信號調(diào)節(jié)開關(guān)電源10的輸出信號\。11通過電阻Rst上電啟動，當(dāng)接入輸入信號Vin時，11內(nèi)部UVLO模塊對VCC信號進(jìn)行采樣，當(dāng)VCC電壓達(dá)到一預(yù)設(shè)值時，芯片正常工作，內(nèi)部電路13產(chǎn)生偏置信號BIAS，為芯片其他部分提供參考電壓和電流。10正常工作時TRl輔邊給VCC電容Cvcc充電，以維持內(nèi)部供電。由以上分析可以看出，啟動電阻Rst在啟動周期結(jié)束后仍然有電流流過，而傳統(tǒng)開關(guān)電源啟動電阻Rst —般約為1ΜΩ，因此，其最大功耗為PST=(380V)2/lMQ=144mW。因此此種啟動技術(shù)對輕載效率影響很大，不容易通過國際能源規(guī)范(如美國能源之星)，此外，Vs外部腳位也增加了 IC成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種低功耗的基于耗盡型MOS管的高壓電流源復(fù)用采樣電路。本發(fā)明解決所述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是，高壓電流源復(fù)用采樣電路，包括開關(guān)電流輸入端、開關(guān)信號輸入端、內(nèi)部供電輸入端、整流控制信號輸入端和檢測電流端，還包括開關(guān)功率管，其柵極與開關(guān)信號輸入端相連，漏極與開關(guān)電流輸入端相連，源極接地；高壓耗盡型MOS管，其漏極與開關(guān)功率管漏極相連，柵極與耗盡管偏置電路相連；源極接啟動/動態(tài)自供電輔助電路和采樣信號產(chǎn)生輔助電路。所述耗盡管偏置電路包括第一電阻、第二電阻和第一電容，第一電阻和第二電阻串聯(lián)于高壓耗盡型MOS管的源極和地電平之間，第一電阻和第二電阻的連接點接高壓耗盡型MOS管的柵極，高壓耗盡型MOS管的柵極通過第一電容接地?；蛘?，所述耗盡管偏置電路包括第一電阻、第二電阻和肖特基勢壘二極管，第一電阻和第二電阻串聯(lián)于高壓耗盡型MOS管的源極和地電平之間，第一電阻和第二電阻的連接點接高壓耗盡型MOS管的柵極，肖特基勢壘二極管正極接地，負(fù)極接高壓耗盡型MOS管的柵極?；蛘撸龊谋M管偏置電路為直接接地。啟動/動態(tài)自供電輔助電路與高壓耗盡型MOS管連接實現(xiàn)芯片啟動和動態(tài)自供電功能。所述啟動/動態(tài)自供電輔助電路包括第三電阻，連接高壓耗盡型MOS管的源極和第一參考點A ；第四電阻，連接第一參考點A和第二參考點B ；第二 MOS管，漏極接第二參考點B，柵極接整流控制信號輸入端，源極接地；
第三MOS管，柵極接第二 MOS管的漏極，源極接內(nèi)部供電輸入端，漏極接第三電阻和第四電阻的連接點。所述采樣信號產(chǎn)生輔助電路包括第五電阻，連接高壓耗盡型MOS管的源極和第四MOS管的漏極；串聯(lián)于第四MOS管的源極和地電平之間的第六電阻、第七電阻；第四MOS管，柵極接控制信號；穩(wěn)壓管，連接高壓耗盡型MOS管的源極和地電平。采樣信號產(chǎn)生輔助電路與高壓耗盡型MOS管連接實現(xiàn)對開關(guān)功率管電流(即變壓器主邊電流)采樣。本發(fā)明還提供帶有前述的高壓電流源復(fù)用采樣電路的開關(guān)電源。本發(fā)明可應(yīng)用于功率開關(guān)管外置或單片集成方案的AC/DC開關(guān)電源控制芯片中，完成芯片的高壓啟動。高壓啟動后可為芯片提供動態(tài)自供電，因此不需要輔助線圈為VCC供電。同時，啟動后耗盡管自動充當(dāng)檢測晶體管，完成對開關(guān)電源變壓器的主邊限流檢測功能，減少了 Vs腳位成本。


圖I使基于傳統(tǒng)電阻啟動電路和變壓器主邊限流的開關(guān)電源變換器。圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明實施例一的示意圖。圖4是本發(fā)明實施例二的示意圖。圖5是本發(fā)明實施例三的示意圖。圖6是基于本發(fā)明的開關(guān)電源的電路原理示意框圖。
具體實施方案參見圖2。本發(fā)明包括一開關(guān)功率管MO，由開關(guān)信號Vsw控制其導(dǎo)通關(guān)斷；一耗盡型MOS管Ml及其偏置電路，啟動/動態(tài)自供電輔助電路200，功率管電流采樣信號產(chǎn)生輔助電路300。當(dāng)接入輸入電壓Vin后，由耗盡型MOS管Ml及其偏置電路100提供啟動電流，此啟動電流輸入到啟動/動態(tài)自供輔助電路200中，給VCC端電容充電，達(dá)到一定預(yù)設(shè)電壓后芯片正常工作。第三電阻R3用于對充電電流限流，第四電阻R4與第三MOS管M3的柵漏相連，為M3提供偏置。第二 MOS管M2漏端與第三MOS管M3柵極相連，源極接地，柵極接控制信號νΚΗ；，νΚΕ(；為檢測VCC信號變化而產(chǎn)生的控制信號，控制對VCC端電容充電，實現(xiàn)芯片動態(tài)自供電。參見圖2中采樣信號產(chǎn)生輔助電路300，為開關(guān)功率管MO電流(即變壓器主邊電流)采樣信號Vs產(chǎn)生電路。當(dāng)芯片正常啟動后，耗盡型MOS管Ml自動充當(dāng)開關(guān)功率管MO的流限采樣晶體管。當(dāng)開關(guān)功率管MO開啟時，將開關(guān)功率管MO等效為一電阻Ron,開關(guān)功率管MO電流逐漸增大，使得其漏端電壓信號‘DRAIN’電壓線性增加，此時高壓耗盡型MOS管Ml工作在深線性區(qū)，其源端電壓跟隨‘DRAIN’信號變化。采樣信號產(chǎn)生電路300中通過第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7和第四MOS管M4 (開關(guān)管)將高壓耗盡型MOS管Ml源端信號轉(zhuǎn)化為采樣信號Vs，這樣Vs就反映了開關(guān)功率管MO中電流的變化，用于對開關(guān)功率管MO中電流限流。其中三個電阻R5、R6、R7作用在于對 高壓耗盡型MOS管Ml源端信號分壓采樣，穩(wěn)壓管ZDl作用在于防止高壓耗盡型MOS管Ml源端信號過高后損壞內(nèi)部器件，第四MOS管M4柵端接控制信號ν_，ν·為前沿消隱信號，在于防止采樣錯誤而產(chǎn)生錯誤開關(guān)信號Vsw，誤關(guān)斷開關(guān)功率管MO。參見圖3，為本發(fā)明的實施例一，耗盡管偏置電路100由第一電阻R1、第二電阻R2和第一電容Cl組成，第一電阻Rl和第二電阻R2分壓給高壓耗盡型MOS管Ml提供偏置，用于控啟動時耗盡管電流(啟動電流)，為了達(dá)到降低功耗的目的，應(yīng)將第一電阻R1、第二電阻R2的阻值設(shè)置在ΜΩ量級。第一電容Cl的作用在于在芯片正常工作時，防止‘DRAIN’信號的變化時，高壓耗盡型MOS管Ml柵漏寄生電容耦合作用使高壓耗盡型MOS管Ml柵端電壓瞬間升高時損壞器件。同時，電容Cl存儲一定電荷，在對開關(guān)功率管MO打開進(jìn)行電流采樣時，高壓耗盡型MOS管Ml柵端端電壓較高，保證高壓耗盡型MOS管Ml工作在線形區(qū)，達(dá)到正確采樣的目的。參見圖4，為本發(fā)明的實施例二，耗盡管偏置電路100由高壓耗盡型MOS管Ml、第一電阻Rl、第二電阻R2和肖特基勢壘二極管SBDI組成，由第一電阻Rl和第二電阻R2分壓為高壓耗盡型MOS管Ml提供偏置，肖特基勢壘二極管SBDl同樣可以起到圖3中第一電容Cl的作用。參見圖5，為本發(fā)明的實例三，當(dāng)高壓耗盡型MOS管Ml的閾值電壓絕對值較大時，將柵端接地的偏置電路。參見圖6電路框圖2000，為一種基于耗盡型MOS管的高壓電流源及復(fù)用采樣電路實施例的一種開關(guān)電源，包括一開關(guān)電源芯片400, —變壓器TR1。開關(guān)電源芯片400包括本發(fā)明結(jié)構(gòu)1000，RE⑶LATOR模塊600，PFM控制器700。當(dāng)接入輸入信號Vin后，芯片400通過1000啟動上電產(chǎn)生內(nèi)部供電電壓VCC，芯片正常工作。之后700開始產(chǎn)生PFM控制信號Vsw，控制開關(guān)功率管導(dǎo)通關(guān)斷。RE⑶LATOR模塊產(chǎn)生控制信號Vkk，控制對芯片的動態(tài)自供電。同時，1000中Ml自動充當(dāng)檢測晶體管，檢測MO電流，輸出采樣信號Vs。變壓器TRl通過一輔邊采樣輸出電壓V。，實現(xiàn)原邊反饋，提供一反饋采樣信號VFB，Vs和Vfb輸入到700中，用于自動調(diào)節(jié)控制信號Vsw的產(chǎn)生。
權(quán)利要求
1.高壓電流源復(fù)用采樣電路，包括開關(guān)電流輸入端[DRAIN]、開關(guān)信號輸入端[Vsw]、內(nèi)部供電輸入端[Vcc]、整流控制信號輸入端[V·]和檢測電流端[Vs]，其特征在于，還包括 開關(guān)功率管[MO]，其柵極與開關(guān)信號輸入端[Vsw]相連，漏極與開關(guān)電流輸入端[DRAIN]相連，源極接地； 高壓耗盡型MOS管[Ml]，其漏極與開關(guān)功率管[MO]漏極相連，柵極與耗盡管偏置電路[100]相連；源極接啟動/動態(tài)自供電輔助電路[200]和采樣信號產(chǎn)生輔助電路[300]。
2.如權(quán)利要求I所述的高壓電流源復(fù)用采樣電路，其特征在于，所述耗盡管偏置電路[100]包括第一電阻[R1]、第二電阻[R2]和第一電容[Cl]，第一電阻[R1]和第二電阻[R2]串聯(lián)于高壓耗盡型MOS管[Ml]的源極和地電平之間，第一電阻[R1]和第二電阻[R2]的連接點接高壓耗盡型MOS管[Ml]的柵極，高壓耗盡型MOS管[Ml]的柵極通過第一電容[Cl]接地。
3.如權(quán)利要求I所述的高壓電流源復(fù)用采樣電路，其特征在于，所述耗盡管偏置電路[100]包括第一電阻[R1]、第二電阻[R2]和肖特基勢壘二極管[SBD1]，第一電阻[R1]和第二電阻[R2]串聯(lián)于高壓耗盡型MOS管[Ml]的源極和地電平之間，第一電阻[R1]和第二電阻[R2]的連接點接高壓耗盡型MOS管[Ml]的柵極，肖特基勢壘二極管[SBD1]正極接地，負(fù)極接高壓耗盡型MOS管[Ml]的柵極。
4.如權(quán)利要求I所述的高壓電流源復(fù)用采樣電路，其特征在于，所述耗盡管偏置電路為直接接地。
5.如權(quán)利要求I所述的高壓電流源復(fù)用采樣電路，其特征在于，所述啟動/動態(tài)自供電輔助電路[200]包括 第三電阻[R3]，連接高壓耗盡型MOS管[Ml]的源極和第一參考點A ； 第四電阻[R4]，連接第一參考點A和第二參考點B; 第二 MOS管[M2]，漏極接第二參考點B，柵極接整流控制信號輸入端[VkeJ，源極接地； 第三MOS管[M3]，柵極接第二 MOS管[M2]的漏極，源極接內(nèi)部供電輸入端[Vcc]，漏極接第三電阻[R3]和第四電阻[R4]的連接點。
6.如權(quán)利要求I所述的高壓電流源復(fù)用采樣電路，其特征在于，所述采樣信號產(chǎn)生輔助電路[300]包括 第五電阻[R5]，連接高壓耗盡型MOS管[Ml]的源極和第四MOS管[M4]的漏極； 串聯(lián)于第四MOS管[M4]的源極和地電平之間的第六電阻[R6]、第七電阻[R7]; 第四MOS管[M4]，柵極接控制信號； 穩(wěn)壓管[ZD1]，連接高壓耗盡型MOS管[Ml]的源極和地電平。
7.帶有權(quán)利要求I所述的高壓電流源復(fù)用采樣電路的開關(guān)電源。
全文摘要
高壓電流源復(fù)用采樣電路和開關(guān)電源，涉及集成電路技術(shù)。本發(fā)明包括開關(guān)電流輸入端、開關(guān)信號輸入端、內(nèi)部供電輸入端、整流控制信號輸入端和檢測電流端，還包括開關(guān)功率管，其柵極與開關(guān)信號輸入端相連，漏極與開關(guān)電流輸入端相連，源極接地；高壓耗盡型MOS管，其漏極與開關(guān)功率管漏極相連，柵極與耗盡管偏置電路相連；源極接啟動/動態(tài)自供電輔助電路和采樣信號產(chǎn)生輔助電路。本發(fā)明啟動后耗盡管自動充當(dāng)檢測晶體管，完成對開關(guān)電源變壓器的主邊限流檢測功能，減少了VS腳位成本。
文檔編號H02M1/36GK102832797SQ20121030525
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月24日
發(fā)明者張國俊, 楊興, 李威, 李平 申請人:電子科技大學(xué)