一種開關電源快速啟動和vdd自供電電路的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種開關電源快速啟動和VDD自供電電路,包括:設置于開關電源控制器芯片內部的VDD電壓檢測模塊、PWM比較器模塊、PWM驅動模塊、VDD充電時間控制模塊、開關K1、開關K2、開關K3、VDD電容C2和供電二極管D2和啟動電阻R2,設置于開關電源控制器芯片外部的功率三極管Q2和電感電流采樣電阻RCS。本發明應用于開關電源中,可以利用較大的啟動電阻,以減小系統待機功耗,同時還能快速啟動,減小啟動時間;此外,VDD自供電電路能夠省略輔助繞組,減小電源系統的體積,同時還能減少整個電源系統的成本。
【專利說明】
-種開關電源快速啟動和VDD自供電電路
技術領域
[0001] 本發明設及電子電路技術領域,特別是設及一種開關電源快速啟動和VDD自供電 電路。
【背景技術】
[0002] 在開關電源系統設計中,我們希望電源系統啟動時間要盡量短,同時需要電源系 統的待機功耗能夠盡量小,傳統的啟動電路如果想要啟動時間短,那么啟動電阻的值不能 太大,運就會導致電源系統的待機功耗偏大,所W我們需要在啟動時間和待機功耗之間進 行折中考慮。
[0003] 此外,隨著電源系統的不斷進步,客戶希望電源系統的體積越小越好,外部元件越 少越好,整個電源系統的成本越小越好。傳統結構的開關電源系統需要Ξ個繞組,原邊繞 組、副邊繞組和輔助繞組。原邊繞組和副邊繞組實現電源的隔離和能量傳輸,輔助繞組主要 用于忍片V孤供電和部分保護檢測。
[0004] 圖1為傳統開關電源啟動電路和VDD供電電路。如圖1所示,傳統開關電源啟動電路 由啟動電阻R2和VDD電容C2組成,啟動電流直接流過R2后給VDD電容C2充電,若此時輸入電 壓為VIN,則啟動電流呆
[0005] 對于相同的輸入電壓和VDD電容,若要保證開關電源待機功耗較小,貝化1和R2的值 都必須取大,所W傳統啟動電路的啟動電流較小,導致啟動時間會比較長,如果需要較小啟 動時間,則需要減小啟動電阻R2,但運會導致開關系統的待機功耗變大。
[0006] 圖1所示的傳統VDD供電電路采用輔助繞組供電,在PWM驅動模塊將功率Ξ極管Q2 關斷后,輔助繞組異名端的電壓由負壓變為正壓,通過二極管D2給V孤電容C2供電。
【發明內容】
[0007] 本發明的目的在于克服現有技術的不足,提供一種開關電源快速啟動和VDD自供 電電路,將該電路應用于開關電源中,可W利用較大的啟動電阻,W減小系統待機功耗,同 時還能快速啟動,減小啟動時間,此外VDD自供電電路能夠省略輔助繞組,減小電源系統的 體積,同時還能減少整個電源系統的成本。
[000引本發明是通過W下技術方案來實現的:一種開關電源快速啟動和VDD自供電電路, 包括:設置于開關電源控制器忍片內部的V孤電壓檢測模塊、PWM比較器模塊、PWM驅動模塊、 VDD充電時間控制模塊、開關K1、開關K2、開關K3、VDD電容C2和供電二極管D2和啟動電阻R2, 設置于開關電源控制器忍片外部的功率Ξ極管Q2和電感電流采樣電阻Res。
[0009] 所述PWM比較器模塊的輸入端通過電感電流采樣電阻Res接地,所述PWM比較器模塊 的輸出端分別與VDD充電時間控制模塊和PWM驅動模塊的第一輸入端連接。
[0010] 所述VDD電壓檢測模塊的輸入端通過VDD電容C2接地,所述VDD電壓檢測模塊的輸 出端分別與VDD充電時間控制模塊的第二輸入端和開關K1的控制端連接。
[0011]所述VDD充電時間控制模塊的輸出端分別與PWM驅動模塊的第二輸入端、開關Κ2的 控制端和開關Κ3的控制端連接。
[0012 ]所述PWM驅動模塊的輸出端與功率Ξ極管Q2的基極連接。
[0013] 所述開關Κ2的一端通過供電二極管D2接VDD電壓檢測模塊和VDD電容C2的公共端, 開關Κ2的另一端接開關Κ3,開關Κ3的另一端接PWM比較器模塊和電感電流采樣電阻Res的公 共端。
[0014] 所述功率Ξ極管Q2的集電極接變壓器原邊繞組的一端,功率Ξ極管Q2的發射極接 開關K2和開關K3的公共端。
[0015] 所述開關K1的一端接變壓器原邊繞組的另一端,開關K1的另一端接PWM驅動模塊 和功率Ξ極管Q2的公共端。
[0016] 所述VDD充電時間控制模塊中,設定有Ξ個比較電壓VDD1、VDD2和VDD3,且VDDK VDD2<VDD3;
[0017] 當VDD電容C2上的電壓低于VDD2時,VDD充電時間控制模塊控制開關K2和Pmi驅動 模塊,使得VDD電容C2進行充電,當達到預設的充電時間后,VDD充電時間控制模塊輸出信號 使PWM驅動模塊關斷功率Ξ極管Q2,本周期充電完成;
[001引當VDD電容C2上的電壓高于VDD2時,本周期中VDD電容C2不進行充電,在PWM比較器 模塊輸出翻轉信號時,VDD充電時間控制模塊輸出信號控制PWM驅動模塊關斷功率Ξ極管 Q2;
[0019]當VDD電容C2上的電壓高于VDD3時,VDD充電時間控制模塊開啟計數,在接下來的 連續N個周期中,VDD電容C2都不充電;
[0020] 當VDD電容C2上的電壓低于VDD1時,VDD充電時間控制模塊開啟計數,在接下來的 連續N個周期中,VDD電容C2都進行充電。
[0021] 本發明的有益效果是:
[0022] (1)本發明中的電路應用于開關電源時,可W利用較大的啟動電阻,W減小系統待 機功耗,同時還能快速啟動,減小啟動時間。
[0023] (2)本發明中,VDD自供電電路能夠省略輔助繞組,減小電源系統的體積,同時還能 減少整個電源系統的成本。
【附圖說明】
[0024] 圖1為傳統開關電源啟動和VDD供電電路示意圖;
[0025] 圖2為本發明一個實施例的電路結構示意圖。
【具體實施方式】
[0026] 下面結合附圖進一步詳細描述本發明的技術方案,但本發明的保護范圍不局限于 W下所述。
[0027] 如圖2所示,一種開關電源快速啟動和VDD自供電電路,與變壓器連接,包括:設置 于開關電源控制器忍片內部的VDD電壓檢測模塊、PWM比較器模塊、Pmi驅動模塊、VDD充電時 間控制模塊、開關K1、開關K2、開關K3、VDD電容C2和供電二極管D2和啟動電阻R2,設置于開 關電源控制器忍片外部的功率Ξ極管Q2和電感電流采樣電阻Res。
[0028] 所述PWM比較器模塊的輸入端通過電感電流采樣電阻Res接地,所述PWM比較器模塊 的輸出端分別與VDD充電時間控制模塊和PWM驅動模塊的第一輸入端連接。
[0029] 所述VDD電壓檢測模塊的輸入端通過VDD電容C2接地,所述VDD電壓檢測模塊的輸 出端分別與VDD充電時間控制模塊的第二輸入端和開關K1的控制端連接。
[0030] 所述VDD充電時間控制模塊的輸出端分別與PWM驅動模塊的第二輸入端、開關K2的 控制端和開關K3的控制端連接。
[0031 ]所述PWM驅動模塊的輸出端與功率Ξ極管Q2的基極連接。
[0032] 所述開關K2的一端通過供電二極管D2接VDD電壓檢測模塊和VDD電容C2的公共端, 開關K2的另一端接開關K3,開關K3的另一端接PWM比較器模塊和電感電流采樣電阻Res的公 共端。
[0033] 所述功率Ξ極管Q2的集電極接變壓器原邊繞組的一端,功率Ξ極管Q2的發射極接 開關K2和開關K3的公共端。
[0034] 所述開關K1的一端接變壓器原邊繞組的另一端,開關K1的另一端接PWM驅動模塊 和功率Ξ極管Q2的公共端。
[0035] 圖2中,虛線框內的部分集成在開關電源控制器忍片內,開關K1受VDD電壓檢測模 塊控制,當檢測到VDD電壓低于內部設定的啟動電壓時,開關K1閉合,開關K2和開關K3受VDD 充電時間控制模塊的控制,在啟動階段,開關K2閉合,開關K3斷開。啟動電流流過啟動電阻 R2,之后流入功率Ξ極管Q2的基級,經過功率Ξ極管Q2正向放大后由發射極流出,此時開關 K2閉合,啟動電流經二極管D2后給VDD電容C2充電。若此時輸入電壓為VIN,則流經啟動電阻 R2的電流3
經過功率Ξ極管Q2正向放大后,從功率Ξ極管Q2的發射極流出的電 流戈
式中0為功率Ξ極管Q2的正向電流放大倍數。
[0036] 本實施例所示的快速啟動電流能在不增加系統待機功耗的情況下,通過外置功率 Ξ極管的放大作用實現更大的啟動電流,W減小VDD電容的充電時間,實現快速啟動。
[0037] 圖2中,在VDD電壓達到控制器忍片內部設定值后,開關電源系統開始正常工作,此 時VDD電壓檢測模塊輸出信號將開關K1斷開,在每個PWM導通周期開始后,開關K3閉合,開關 K2斷開,變壓器電感電流依次流經功率Ξ極管Q2、開關K3和電流采樣電阻Res,隨著電感電流 逐漸增大,采樣電阻Res上的電壓也逐漸增大,當電壓超過PWM比較器模塊設定的比較電壓 時,P歷比較器模塊會輸出信號到V抓充電時間控制模塊,將開關K3斷開,同時將開關K2閉 合,此時電感電流依次流過功率Ξ極管Q2和開關K2給VDD電容C2充電,充電時間的長短由 VDD充電時間控制模塊設定。
[003引在VDD充電時間控制模塊中,設定有Ξ個比較電壓VDD1、VDD巧日VDD3,且VDD1 <VDD2 <VDD3。當檢測到VDD電容C2上的電壓低于VDD2時,則VDD充電時間控制模塊控制開關K2和 P麗驅動模塊,讓電感電流在一個固定時間內給VDD電容C2充電,當達到內部設定的充電時 間后,VDD充電時間控制模塊輸出信號使PWM驅動模塊關斷功率Ξ極管Q2,本周期充電完成; 若檢測到VDD電容C2上的電壓高于VDD2時,本周期將不會充電,在P歷比較器模塊輸出翻轉 信號時,VDD充電時間控制模塊立即輸出信號讓PWM驅動模塊關斷功率Ξ極管Q2。運樣VDD電 壓將會始終維持在VDD2電壓的附近。但在某些情況下,VDD電壓可能會急速上升,當VDD電壓 上升到V孤3時,VDD充電時間控制模塊會開啟計數,在接下來的連續N個周期都不充電,w便 V孤電壓能夠快速下降到VDD 2附近。同理,當檢測到VDD電壓低于V孤1時,VDD充電時間控制 模塊會讓接下來的連續N個周期W最大充電時間進行VDD充電,W便使VDD電壓能快速恢復 到VDD2附近。
[0039] 本實施例的技術方案應用于開關電源中,可W利用較大的啟動電阻,W減小系統 待機功耗,同時還能快速啟動,減小啟動時間。此外,VD咱供電電路能夠省略輔助繞組,減 小電源系統的體積,同時還能減少整個電源系統的成本。
[0040] W上所述僅是本發明的優選實施方式,應當理解本發明并非局限于本文所披露的 形式,不應看作是對其他實施例的排除,而可用于各種其他組合、修改和環境,并能夠在本 文所述構想范圍內,通過上述教導或相關領域的技術或知識進行改動。而本領域人員所進 行的改動和變化不脫離本發明的精神和范圍,則都應在本發明所附權利要求的保護范圍 內。
【主權項】
1. 一種開關電源快速啟動和VDD自供電電路,其特征在于:包括:設置于開關電源控制 器芯片內部的VDD電壓檢測模塊、P麗比較器模塊、P麗驅動模塊、VDD充電時間控制模塊、開 關K1、開關K2、開關K3、VDD電容C2和供電二極管D2和啟動電阻R2,設置于開關電源控制器芯 片外部的功率三極管Q2和電感電流采樣電阻Res; 所述PWM比較器模塊的輸入端通過電感電流采樣電阻RCS接地,所述PWM比較器模塊的輸 出端分別與VDD充電時間控制模塊和PWM驅動模塊的第一輸入端連接; 所述VDD電壓檢測模塊的輸入端通過VDD電容C2接地,所述VDD電壓檢測模塊的輸出端 分別與VDD充電時間控制模塊的第二輸入端和開關K1的控制端連接; 所述VDD充電時間控制模塊的輸出端分別與PWM驅動模塊的第二輸入端、開關K2的控制 端和開關K3的控制端連接; 所述PWM驅動模塊的輸出端與功率三極管Q2的基極連接; 所述開關K2的一端通過供電二極管D2接VDD電壓檢測模塊和VDD電容C2的公共端,開關 K2的另一端接開關K3,開關K3的另一端接PWM比較器模塊和電感電流采樣電阻RCS的公共端; 所述功率三極管Q2的集電極接變壓器原邊繞組的一端,功率三極管Q2的發射極接開關 K2和開關K3的公共端; 所述開關K1的一端接變壓器原邊繞組的另一端,開關K1的另一端接PWM驅動模塊和功 率三極管Q2的公共端。2. 根據權利要求1所述的一種開關電源快速啟動和VDD自供電電路,其特征在于:所述 VDD充電時間控制模塊中,設定有三個比較電壓VDDUVDD2和VDD3,且VDD1〈VDD2〈VDD3; 當VDD電容C2上的電壓低于VDD2時,VDD充電時間控制模塊控制開關K2和ΠΜ驅動模塊, 使得VDD電容C2進行充電,當達到預設的充電時間后,VDD充電時間控制模塊輸出信號使PWM 驅動模塊關斷功率三極管Q2,本周期充電完成; 當VDD電容C2上的電壓高于VDD2時,本周期中VDD電容C2不進行充電,在PWM比較器模塊 輸出翻轉信號時,VDD充電時間控制模塊輸出信號控制PWM驅動模塊關斷功率三極管Q2; 當VDD電容C2上的電壓高于VDD3時,VDD充電時間控制模塊開啟計數,在接下來的連續N 個周期中,VDD電容C2都不充電; 當VDD電容C2上的電壓低于VDD 1時,VDD充電時間控制模塊開啟計數,在接下來的連續N 個周期中,VDD電容C2都進行充電。
【文檔編號】H02M3/335GK106059279SQ201610456958
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月22日
【發明人】余小強, 許剛潁, 唐波, 馬強, 向磊
【申請人】成都啟臣微電子股份有限公司