用于ACDC開(kāi)關(guān)電源芯片的片內(nèi)電源電路

1、用于ACD（開(kāi)關(guān)電源芯片的片內(nèi)電源電路片內(nèi)電源電路是集成在半導(dǎo)體芯片內(nèi)部的電源模塊。 其作用 主要是從外部電源（例如220V市電）中獲取電能，并把能量轉(zhuǎn)化 芯片內(nèi)部其它模塊可接受的穩(wěn)定直流電平，給內(nèi)部其它模塊供 電。目前，片內(nèi)電源在紋波幅度、調(diào)整范圍、功耗等技術(shù)指標(biāo)上 還不能達(dá)到外部電源的水平， 但是，片內(nèi)電源具有設(shè)計(jì)指標(biāo)靈活、 成本低廉、可集成等外部電源不可比擬的優(yōu)勢(shì)。因此，片內(nèi)電源 將會(huì)成為未來(lái)電源的另一個(gè)發(fā)展方向。1 電路結(jié)構(gòu)及功能分析如上圖1所示，是本文設(shè)計(jì)的應(yīng)用于 AC/DC開(kāi)關(guān)電源芯片的 片內(nèi)電源電路整體結(jié)構(gòu)。 Vin 為片內(nèi)電源電路的輸入端口， 220V 的交流電源經(jīng)過(guò)半橋整流濾

2、波后通過(guò)此端口輸入。BP為片內(nèi)電源電路的輸出端口，輸出一恒定電壓 Vout為AC/DC開(kāi)關(guān)電源芯 片的其它子模塊供電。Gate為AC/DC開(kāi)關(guān)電源芯片中功率 MOSFET 柵驅(qū)動(dòng)信號(hào)，為高時(shí)功率 MOSFE導(dǎo)通，為低關(guān)斷。輸入檢測(cè)信 號(hào)為本片內(nèi)電源電路的欠壓保護(hù)信號(hào)，當(dāng)Vin低于110V時(shí)片內(nèi)電源停止工作對(duì)開(kāi)關(guān)電源芯片進(jìn)行保護(hù)。在AC/DC開(kāi)關(guān)電源芯片工作過(guò)程中，每個(gè)時(shí)鐘周期對(duì)片內(nèi)電 源模塊輸出電壓 Vout 進(jìn)行檢測(cè)，如果輸出電壓低于設(shè)計(jì)要求， 并且開(kāi)關(guān)電源芯片其它保護(hù)模塊輸出正常的情況下，在 Gate 為 低的半周期對(duì)輸出端電容 C0充電，直到輸出電壓滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，停止充電， 從而使輸出電

3、壓保持恒定。 本功能由上圖 1 所示的充 電控制部分和模擬充電部分來(lái)實(shí)現(xiàn)。 充電控制部分包括： 輸出電 壓檢測(cè)模塊，數(shù)字邏輯控制模塊。模擬充電模塊包括高壓JFET，MN1 MN2電阻RO,儲(chǔ)能電容CO。充電控制模塊是本電路設(shè)計(jì)的重點(diǎn)難點(diǎn)， 其具體設(shè)計(jì)過(guò)程如 下：1.1 輸出電壓檢測(cè)模塊的設(shè)計(jì)輸出電壓檢測(cè)模塊電路如下圖 2所示，BP端輸出電壓Vout 經(jīng)過(guò)電阻網(wǎng)絡(luò)分壓后產(chǎn)生 3路輸出D1, D2, D3,這三路輸出分 別輸入到COM2 COM1 COM三路比較器中，與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比 較。COM輸出欠壓信號(hào) A5,欠壓為高，不欠壓為低。 COM輸出 過(guò)壓信號(hào)A6,過(guò)壓為高，不過(guò)壓為低。COM的輸出

4、控制泄流支路，當(dāng)Vout （BP電壓）高于7V時(shí)，給電容CO提供一條泄流通路， 使BP電壓低于7V,對(duì)電路進(jìn)行保護(hù)。1.2 數(shù)字邏輯控制模塊的設(shè)計(jì)數(shù)字邏輯控制模塊電路如下圖 3所示，A5, A6為輸出電壓 檢測(cè)模塊對(duì)BP端口電壓檢測(cè)后輸出的欠壓信號(hào)，過(guò)壓信號(hào)；A7為A5, A6經(jīng)過(guò)寄存器后產(chǎn)生的中間信號(hào)，X1為輸入電壓的檢測(cè)信號(hào)，正常為低，當(dāng)輸入電壓過(guò)低 （X1 為高）時(shí)，片內(nèi)電源停止 工作對(duì)開(kāi)關(guān)電源芯片進(jìn)行保護(hù)。Gate為AC/DC開(kāi)關(guān)電源芯片中功率管的柵控制信號(hào)，本片 內(nèi)供電模塊僅在功率管關(guān)斷的時(shí)間進(jìn)行充電。 Regulator 為過(guò)壓 欠壓邏輯單元模塊的輸出信號(hào)， 它來(lái)控制模擬充電部分對(duì)

5、儲(chǔ)能電 容充電。片內(nèi)電源在從上電到系統(tǒng)穩(wěn)定需要經(jīng)過(guò)以下三種工作狀 態(tài)： 狀態(tài) 1：儲(chǔ)能電容電壓 Vout 低于 4.8V 。過(guò)壓欠壓電路的輸出 A5=1， A6=0。經(jīng)過(guò)RS觸發(fā)器，得出A7=1,上支路的輸出為1。于是 Regulator 信號(hào)輸出由上支路決定，始終為 0。儲(chǔ)能電 容從 0充電會(huì)一直充至 4.8V 而不受各內(nèi)部信號(hào)的影響。 狀態(tài) 2：儲(chǔ)能電容電壓 Vout 充至略大于 4.8V 。過(guò)壓欠壓電路的輸出 A5, A6由狀態(tài)1的10轉(zhuǎn)換成00。此 時(shí)RS觸發(fā)器為保持狀態(tài)，于是 A7保持為1，上支路的輸出由1 變?yōu)?。此時(shí)Regulator由下支路決定，若 X仁1（輸入電壓Vin 過(guò)低

6、），Regulator=1（不充電）；若X仁0（輸入電壓Vin正常）， 則 Regulator 由 Gate 信號(hào)決定。 所以?xún)?chǔ)能電容達(dá)到 4.8V 后，若 X1 信號(hào)為 1，儲(chǔ)能電容將不再充電。若 X1 信號(hào)為 0，儲(chǔ)能電容 在功率管關(guān)斷周期充電，可充至 5.8V。 狀態(tài) 3：儲(chǔ)能電容電壓由 Vout 由繼續(xù)升高，大于 5.8V 時(shí)。當(dāng)狀態(tài) 2 最后一種情況 Regulator 由 Gate 決定， Vout 充電 至大于5.8V時(shí)。過(guò)壓欠壓電路的輸出 A5, A6由狀態(tài)2的00轉(zhuǎn) 換成01。經(jīng)過(guò)RS觸發(fā)器A7信號(hào)要改變?yōu)?，下支路A7與X1的 與非使得X1對(duì)Regulator無(wú)影響。A6經(jīng)過(guò)反向器后的0信號(hào)使 得 Gate 對(duì) Regulator 也沒(méi)有了影響。此時(shí) Regulator 輸出完全由A5, A6, A7來(lái)決定，輸出為1（不充電），直到儲(chǔ)能電容的電 壓回落至 5.8V 以下。2 仿真結(jié)果仿真條件：本文采用 CSMC 700V BC工藝庫(kù)和HSPICE進(jìn)行仿真，Vin電壓從0V上升到300V,然后維持穩(wěn)定。仿真結(jié)果如右圖4所示：當(dāng)Vin從0V上升到300V的過(guò)程中， A5, A6狀態(tài)從10轉(zhuǎn)換到00再轉(zhuǎn)換到01，當(dāng)芯片穩(wěn)定工作時(shí)其 在 00， 01 之間轉(zhuǎn)換從而維持輸