一種實現ac-dc開關電源低待機功耗的控制芯片的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于開關電源控制技術領域，具體設及一種實現AC-DC開關電源低待機功 耗的控制忍片。
【背景技術】
[0002] 隨著全球能源日漸緊缺，人們對于日常設備的節能性提出越來越高的要求。其中， 近年來消費電子設備的大量普及在帶給人們方便，愉悅的同時，也成為了一個巨大的能源 消耗群。對于與電子設備相對應的充電設備而言，不僅僅要求其具有很高的轉換效率，還要 求待機功耗低。作為權威認證標準的能源之星已經從一星認證標準提高到了五星認證標 準，對于AC-DC開關電源的待機功耗要求十分苛刻。
[0003] 原邊反饋（PSR)AC-DC開關電源，因其具有外圍系統元器件少，成本低，結構簡單， 待機功耗低等優點，受到了廣泛的應用。由于其對于輸出電壓的采樣具有周期性，因此必須 保證一個最低的開關頻率來維持正常工作。另外，目前的應用中對于系統動態性能也有相 應的要求，與副邊反饋（SSR)AC-DC開關電源相比，原邊反饋AC-DC開關電源因其采樣周期 性決定了待機時最小頻率不能太低，因此待機功耗要比副邊反饋AC-DC開關電源大。目前， 降低待機功耗方面，不論是脈沖頻率調制方式（PFM)還是脈沖寬度調制方式（PWM)W及混 合型控制方式，均是采用降低待機開關頻率和減小控制電路耗電方式來實現低待機功耗。
[0004] 圖1給出了現有原邊反饋AC-DC開關電源的控制及應用框圖。如圖1所示，原邊 反饋AC-DC開關電源主要包括控制忍片、變壓器和功率開關管，變壓器包括原邊繞組Np、輔 助繞組N。^及次級繞組N,，控制忍片包括副邊導通時間偵測單元、恒流頻率控制單元、恒壓 控制單元、恒壓/橫流模式選擇單元、RS觸發器、驅動單元、前沿消隱單元、峰值電流比較單 元W及內建電源模塊。
[000引在采用運種控制忍片構成的原邊反饋AC-DC開關電源中，FB引腳為輔助繞組化電 壓反饋引入腳，并從電阻Ri和電阻Rz構成分壓電路中取得分壓信號。在控制忍片內部，FB 引腳連接到輸出電壓偵測單元和副邊導通時間偵測單元的輸入端，導通時間偵測單元的輸 出連接到恒流頻率控制單元，輸出電壓偵測單元的輸出端連接到恒壓頻率控制單元。CS引 腳為原邊繞組Np電流檢測信號引入腳，從NMOS管源極電阻R取得信號。在控制忍片內 部，CS引腳連接到前沿消隱單元的輸入端，前沿消隱單元的輸出端連接到峰值電流比較單 元的輸入端。恒流頻率控制單元和恒壓頻率控制單元的輸出信號分別連接恒壓/恒流模式 選擇單元的兩個輸入端。恒壓/恒流模式選擇單元的輸出端（即開啟信號）和峰值電流比 較單元的輸出端（即關斷信號）分別連接到RS觸發器的S端和R端，RS觸發器的輸出端 即Q端連接到驅動單元，驅動單元的輸出端與控制忍片的GATE引腳連接，GATE引腳輸出接 至NMOS管的柵極，用于驅動外部的功率NMOS管。VCC引腳為控制忍片的電源引腳，用于為 整個控制忍片接入外部電源；FB引腳同時作為恒流頻率控制信號和恒壓頻率控制信號，其 恒流頻率控制用于偵測輔助繞組N。的導通時間，W便恒流頻率控制單元按比例調節工作周 期，使得次級繞組成輸出電流穩定在設定的值，即實現恒流功能；其恒壓頻率控制用于偵測 副邊導通時輔助繞組的電壓，間接反映輸出繞組的電壓，進而間接反映輸出電壓的大小，并 根據所偵測到的電壓大小來調節開關頻率，使得輸出電壓穩定在設定值。CS為原邊繞組Np 電流偵測引腳，用于偵測原邊繞組Np導通時的峰值電流，W實現各周期過程中原邊峰值電 流等于所設定的闊值。
[0006] 當系統正常工作時，由于變壓器原邊繞組Np的極性相對輔助繞組N。和次級繞組Ng 同名端相反，因此在原邊繞組Np導通時，FB引腳為負電壓；當處于次級繞組Ng導通階段時， 由于輔助繞組N。與次級繞組N,同名端極性相同，因此FB電壓為正電壓，此時變壓器副邊繞 組電壓為Vs=VD+V,，輔助繞組電壓Va=VS* (Na/Ns) =Vfb*R2/ 巧 1+R2)，因此V。=Vfb*R2*Ns/ [化+R2) *N。]-Vz，也就是輸出電壓是反饋電壓Vfb的函數，忍片通過恒壓頻率控制單元來調 節Vfb到設定值，即可使得輸出電壓V。穩定在設定值，此時系統工作在恒壓模式；當系統工 作在恒流模式時，副邊導通時間偵測單元可通過偵測FB引腳為正電壓的時間來確定次級 繞組成的導通時間T。。,，并W此為依據來確定系統的工作周期T=K*T。。,，其中K為比例系 數。由于系統工作與斷續模式，每個周期均要使原邊繞組Np儲存的能量全部在次級繞組NS 釋放，運樣次級繞組成導通時的峰值電流，IPP為原邊繞組NP導通時的峰值電流，Ng為次級 繞組成的圈數，NP為原邊繞組NP的圈數。運樣只要設定好IPP和K及變壓器參數，那么次 級繞組成的輸出電流就是一個恒定值。
[0007] 當系統工作在輕載或者空載時，由于每個周期原邊峰值電流固定不變，因此每個 周期傳輸給副邊的能量固定不變，運樣在輸出完全空載時，由于不停地有能量向副邊傳輸， 副邊輸出電壓會不斷被抬高，且高于設定值，為了解決該問題，通常需要在副邊輸出端加入 一個假負載R4,用于消耗掉每個周期傳輸過來的能量，使得輸出電壓維持在設定值。
[0008] 加入假負載Ra帶來的是待機功耗的增加，為了降低待機功耗，必須降低控制忍片 的最低工作頻率Fmi。，使其在相同時間內導通次數減少，從而減少傳輸的能量，運樣就能增 大Ra阻值來降低待機功耗。但是Fmm又會對系統的動態特性產生極大影響，當負載突然從 空載跳變到滿載時受Fmi。的限制，忍片不能立即使原邊導通來補充能量，而是必須等待最大 關斷時間TmgyCTm。、= 1/FmJ過了才能使原邊導通，運樣，在Tm。、運段時間內由于輸出端負載 很大，而能量也沒有傳輸，因此輸出電壓會迅速下降，其下降值完全取決于Tm。、，TmJi大，即 Fmi。越低則待機功耗越小，但是動態特性越差，因此在滿足一定動態特性的情況下Fmm不能 再降低。
[0009] 由此可見，受限于目前的控制技術發展水平，W及原邊控制轉換器的結構限制，除 控制忍片W外的功率級電路部分待機功耗已經很難降低。因此我們希望從控制忍片本身出 發降低待機功耗。
【發明內容】
[0010] 針對現有技術所存在的上述技術問題，本發明提供了一種實現AC-DC開關電源低 待機功耗的控制忍片，其通過待機判斷模塊產生系統的待機信號，進而在系統待機時關閉 部分模塊的工作，同時利用該待機信號降低內建電源的輸出電壓，從而同時減小待機電流 和電壓，進一步實現降低待機功耗的作用。
[0011] 一種實現AC-DC開關電源低待機功耗的控制忍片，包括：
[0012] 副邊導通時間偵測單元，其采集AC-DC開關電源中變壓器的輔助繞組分壓信號， 并從中檢測得到AC-DC開關電源的副邊導通時間Tfpwt;
[0013] 恒流頻率控制單元，其根據所述的副邊導通時間TfMPt構造得到一路恒流頻率控制 信號；
[0014] 前沿消隱單元，其采集流經AC-DC開關電源中功率開關管的原邊電流信號，并屏 蔽該信號在功率開關管導通瞬間所產生的電流毛刺；
[0015] 峰值電流比較單元，其將屏蔽毛刺后的原邊電流信號與給定的電流基準It進行比 較，輸出比較信號；
[0016] 輸出電壓偵測單元，其采集所述的輔助繞組分壓信號，并從中檢測得到AC-DC開 關電源的輸出電壓反饋量Vf;
[0017] 恒壓頻率控制單元，其根據所述的輸出電壓反饋量Vf構造得到一路恒壓頻率控制 信號；
[0018] 恒壓/恒流模式選擇單元，其判斷輸出電壓反饋量Vf是否大于給定的電壓基準 Vti:若是，則使恒壓頻率控制信號作為系統頻率控制信號輸出；若否，則使恒流頻率控制信 號作為系統頻率控制信號輸出；
[0019] RS觸發器，其W所述的比較信號作為R輸入，W所述的系統頻率控制信號作為S輸 入，從而輸出驅動信號；
[0020] 驅動單元，其對所述的驅動信號進行功率放大后W控制AC-DC開關電源中的功率 開關管；
[0021] 待機判斷模塊，其判斷輸出電壓反饋量Vf是否大于給定的電壓基準VT2:若是，貝U 輸出待機信號；若所述的待機信號為有效電平，則副邊導通時間偵測單元和恒流頻率控制 單元不工作，若所述的待機信號為無效電平，則副邊導通時間偵測單元和恒流頻率控制單 元工作。
[002引所述的待機判斷模塊包括S個電阻RHi~RH3、兩個傳輸口Wi~W2、一個比較器和 一個反相器；其中：電阻RHi的一端接輸出電壓反饋量Vf，電阻RHi的另一端與電阻RH2的一 端和傳輸口Wi的輸入端相連，電阻RH2的另一端與電阻RH3的一端和傳輸口W2的輸入端相 連，電阻冊3的另一端接地，傳輸口W1的正相控制端與傳輸口W2的反相控制端、比較器的輸 出端W及反相器的輸入端相連并生成待機信號，傳輸口Wi的反相控制端與傳輸口Wz的正相 控制端和反相器的輸出端相連，傳輸口Wi的輸出端與傳輸口W2的輸出端和比較器的同相輸 入端相連，比較器的反相輸入端接給定的電壓基準Vt2。
[0023] 所述的控制忍片還包括內建電源單元，其用于將外部的電源電壓VCC轉換為適合 控制忍片的工作電壓V孤，W為控制忍片內部各電路單元供電；當待機判斷模塊輸出的待 機信號為無效電平時，VDD=VM)i，當待機判斷模塊輸出的待機信號為有效電平時，VDD= VDDz,VDDi和VDD2均為給定的電壓值且VDD1>VDD2。
[0024] 所述的內建電源單元包括S個電阻冊4~RHe、兩個傳輸口Ws~W4、一個運算放大 器和一個開關管；其中：運算放大器的同相輸入端接給定的參考電壓Vuf,運算放大器的反 相輸入端與傳輸口Ws的輸入端和傳輸口W4的輸入端相連，運算放大器的輸出端與開關管的 控制端相連，開關管的輸入端接電源電壓VCC，開關管的輸出端與電阻RHa的一端相連并產 生工作電壓V孤，電阻冊4的另一端與電阻RHs的一端和傳輸口Ws的輸出端相連，電阻RHs的 另一端與電阻R馬的一端和傳輸口W4的輸出端相連，電阻RHe的另一端接地，傳輸口Ws的正 相控制端與傳輸口W4的反相控制端相連并接收待機信號，傳輸口Ws的反相控制端與傳輸口 胖4的正相控制端相連并接收待機信號的反相信號。
[00巧]所述的副邊導通時間TfPWt對應為輔助繞組分壓信號中正電壓線性部分的時長。 [0026] 所述恒流頻率控制信號的周期Tpwud與副邊導通時間TUWt的關系如下：
[002引其中：1。為AC-DC開關電源的輸出電流且