用于开关电源芯片的使能电路、开关电源芯片及控制方法转让专利
申请号 : CN202110614046.2
文献号 : CN113067470B
文献日 : 2021-08-17
发明人 : 贾生龙 , 李瑞平 , 刘彬
申请人 : 上海芯龙半导体技术股份有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种用于开关电源芯片的使能电路,其特征在于,所述开关电源芯片包括使能电路、逻辑控制及其他 电路、功率管、误差放大器电路及供电电路;所述使能电路包括输入模块和延迟输出模块;
输入模块,包括滞回比较器单元,所述滞回比较器单元包括一供电端、两输入端及一输出端,供电端用于输入供电电压,一输入端用于输入第一电平控制信号,另一输入端用于输入参考电平控制信号,输出端同时作为输入模块的输出端,用于将第一电平控制信号和输入参考电平控制信号比较后产生第一输出控制信号,其中,根据参考电平控制信号产生第一参考电平控制信号和第二参考电平控制信号,使得第一输出控制信号在第一参考电平控制信号和第二参考电平控制信号之间形成窗口滞回;输出端用于根据第一电平控制信号产生第一输出控制信号,通过第一输出控制信号控制逻辑控制及其他电路关断功率管;
延迟输出模块,包括一输入端和两输出端,输入端用于输入第一输出控制信号,一输出端用于延迟预设时间后,根据第一输出控制信号产生第二输出控制信号,通过第二输出控制信号将误差放大器电路中的补偿电容的残余电荷进行泄放;另一输出端用于延迟预设时间后,根据第一输出控制信号产生第三输出控制信号,通过第三输出控制信号关断供电电路;
当输入第一电平控制信号时,先通过第一输出控制信号迅速关断开关电源芯片的功率管,保证开关电源芯片关机时,功率管先被关闭,从而避免开关电源芯片关机时输出电压不稳定;经延迟预设时间后,通过第二输出控制信号控制误差放大器中补偿电容的残余电荷迅速泄放完,同时,通过第三输出控制信号控制关断供电电路。
2.根据权利要求1所述的用于开关电源芯片的使能电路,其特征在于,所述滞回比较器单元包括三个NPN三极管和一电阻,其中,第一个三极管的基极连接参考电平控制信号,第一个三极管的基极和集电极相连且耦接供电信号,发射极连接电阻的一端,电阻的另一端连接第二个三极管和第三个三极管的集电极,第二个三极管的基极连接所述滞回比较器单元的输出端,发射极接地,第三个三极管的基极和集电极连接,发射极接地。
3.根据权利要求1所述的用于开关电源芯片的使能电路,其特征在于,所述输入模块还包括基准电流源单元,所述基准电流源单元用于给所述使能电路提供偏置电流,包括一输入端和一输出端,输入端用于输入供电信号,输出端耦接所述滞回比较器单元。
4.根据权利要求1所述的用于开关电源芯片的使能电路,其特征在于,所述延迟输出模块包括延迟单元和输出单元;
延迟单元,包括一输入端和一输出端,输入端用于输入第一输出控制信号,第一输出控制信号控制所述延迟单元给其内部电容充电,经预设时间后,产生开关信号,输出端用于输出开关信号;
输出单元,包括一输入端和两输出端,输入端用于输入开关信号,第二输出端用于响应开关信号输出第二输出控制信号,第三输出端用于响应开关信号输出第三输出控制信号。
5.根据权利要求4所述的用于开关电源芯片的使能电路,其特征在于,所述延迟单元包括三个级联的NPN三极管和一电容,其中,第一个三极管的基极连接所述输入模块的输出端,发射极接地,集电极耦接供电信号;第二个三极管的基极连接第一个三极管的集电极,发射极接地,集电极耦接供电信号;第三个三极管的基极连接第二个三极管的集电极,发射极接地,集电极耦接供电信号并输出开关信号,电容的一端连接第二个三极管的集电极和第三个三极管的基极,另一端接地。
6.根据权利要求4所述的用于开关电源芯片的使能电路,其特征在于,所述输出单元包括两个串联的三极管,第一个三极管的发射极连接供电信号,基极连接所述延迟单元,集电极连接第二个三极管的集电极,第二个三极管的基极连接延迟单元的输出端,发射极接地,且第二输出端和第三输出端与两个三极管的两个集电极相连。
7.一种开关电源芯片,包括如权利要求1 6任意一项的使能电路、供电电路、误差放大~
器电路、功率管、逻辑控制及其他电路,其中,使能电路的输出端耦接逻辑控制及其他电路、误差放大器电路及供电电路的输入端,逻辑控制及其他电路的输出端耦接功率管,误差放大器电路耦接逻辑控制及其他电路,供电电路耦接逻辑控制及其他电路和误差放大器电路,误差放大器电路包含用于环路补偿的补偿电容。
8.一种用于如权利要求7所述的开关电源芯片的使能控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
输入第一电平控制信号,根据第一电平控制信号产生第一输出控制信号,响应第一输出控制信号关断功率管;
延迟预设时间后,根据第一输出控制信号产生第二输出控制信号和第三输出控制信号,响应第二输出控制信号将误差放大器电路中的补偿电容的残余电荷进行泄放,同时响应第三输出控制信号关断供电电路;
输入第二电平控制信号,根据第二电平控制信号产生第四输出控制信号,使得逻辑控制及其他电路接收到第四输出控制信号后处于正常工作状态;
根据第四输出控制信号产生第五输出控制信号和第六输出控制信号,误差放大器电路接收到第五输出控制信号后处于正常工作状态,供电电路接收到第六输出控制信号后开始正常工作,使得芯片恢复正常工作状态。
9.根据权利要求8所述的开关电源芯片的使能控制方法,其特征在于,具体的:当第一电平控制信号为高电平关机时,先通过第一输出控制信号控制逻辑控制及其他电路关断功率管,然后延迟预设时间后通过第二输出端控制误差放大器电路,将误差放大器电路中补偿电容的残余电荷迅速泄放完,同时,通过第三输出端控制关断开关电源芯片的供电电路。
10.根据权利要求8所述的开关电源芯片的使能控制方法,其特征在于,还包括:当第一电平控制信号为低电平开机时,滞回比较器单元的正向输入端电压小于反相输入端电压,滞回比较器单元的输出端、延迟输出模块的两个输出端均为低电平,逻辑控制及其他电路、误差放大器电路、供电电路正常工作,开关电源芯片正常工作。
说明书 :
用于开关电源芯片的使能电路、开关电源芯片及控制方法
技术领域
背景技术
开关电源芯片的开关机简单方便,有些用户会使用高频信号控制EN脚,以达到开关电源芯
片开机与关机的状态快速切换,实现调整输出电压的目的。但是部分应用领域的开关电源
芯片在高频率控制EN脚关机时,会出现芯片内部逻辑电路工作异常,输出电压不稳定的现
象。
发明内容
包括输入模块和延迟输出模块;
于输入参考电平控制信号,输出端同时作为输入模块的输出端,用于将第一电平控制信号
和输入参考电平控制信号比较后产生第一输出控制信号,通过第一输出控制信号控制逻辑
控制及其他电路关断功率管,其中,根据参考电平控制信号产生第一参考电平控制信号和
第二参考电平控制信号,使得第一输出控制信号在第一参考电平控制信号和第二参考电平
控制信号之间形成窗口滞回;
出控制信号将误差放大器电路中的补偿电容的残余电荷进行泄放;另一输出端用于延迟预
设时间后,根据第一输出控制信号产生第三输出控制信号,通过第三输出控制信号关断供
电电路;
压不稳定;经延迟预设时间后,通过第二输出控制信号控制误差放大器中补偿电容的残余
电荷迅速泄放完,同时,通过第三输出控制信号控制关断供电电路。
信号,发射极连接电阻的一端,电阻的另一端连接第二个三极管和第三个三极管的集电极,
第二个三极管的基极连接所述滞回比较器单元的输出端,发射极接地,第三个三极管的基
极和集电极连接,发射极接地。
输出端耦接所述滞回比较器单元。
于输出开关信号;
号。
三极管的基极连接第一个三极管的集电极,发射极接地,集电极耦接供电信号;第三个三极
管的基极连接第二个三极管的集电极,发射极接地,集电极耦接供电信号并输出开关信号,
电容的一端连接第二个三极管的集电极和第三个三极管的基极,另一端接地。
管的基极连接延迟单元的输出端,发射极接地,且第二输出端和第三输出端与两个三极管
的两个集电极相连。
电路、误差放大器电路及供电电路的输入端,逻辑控制及其他电路的输出端耦接功率管,误
差放大器电路耦接逻辑控制及其他电路,供电电路耦接逻辑控制及其他电路和误差放大器
电路,误差放大器电路包含用于环路补偿的补偿电容。
响应第三输出控制信号关断供电电路;
开始正常工作,使得芯片恢复正常工作状态。
制误差放大器电路,将误差放大器电路中补偿电容的残余电荷迅速泄放完,同时,通过第三
输出端控制关断开关电源芯片的供电电路。
个输出端均为低电平,逻辑控制及其他电路、误差放大器电路、供电电路正常工作,开关电
源芯片正常工作。
关机功能,并在使能脚开关机过程中避免发生输出电压不稳定现象。使能信号EN关机时,先
关闭功率管,延迟预设时间后对补偿电容进行放电,并关闭供电电路降低开关电源芯片关
机功耗,延迟时间的目的是保证开关电源芯片在第二输出控制信号和第三输出控制信号为
高电平时,可以彻底关闭功率管,不会出现因关机,掉电时间逻辑时序不对造成开关电源芯
片工作异常;通过滞回比较器单元的滞回功能,可避免使能脚处的控制信号不稳定造成误
动作,使整个开关电源芯片具有可靠性高,抗干扰能力强,可移植性好的优点。
附图说明
具体实施方式
用于限定本申请。
脚控制关机时,补偿电容里面的残余电荷没能被快速泄放掉,导致下一个开机信号过来时,
若补偿电容里面的残余电荷较多,补偿电容初始电压偏高,会导致开关电源芯片内部电路
工作状态不稳定,从而出现输出电压不稳定的现象。
机过程中避免输出电压不稳定现象。
路、误差放大器电路及供电电路的输入端,逻辑控制及其他电路的输出端耦接功率管,误差
放大器电路耦接逻辑控制及其他电路,供电电路耦接逻辑控制及其他电路和误差放大器电
路。误差放大器电路包含用于环路补偿的补偿电容。
管;
输出控制信号将误差放大器电路中的补偿电容的残余电荷进行泄放;另一输出端用于延迟
预设时间后,根据第一输出控制信号产生第三输出控制信号,通过第三输出控制信号关断
供电电路。
不稳定。经延迟预设时间后,通过第二输出控制信号控制误差放大器中补偿电容的残余电
荷迅速泄放完,同时,通过第三输出控制信号控制关断供电电路。第二输出控制信号的作用
是将电容电荷快速放电完毕,这样就保证了在下次开关电源芯片开机时内部逻辑电路的状
态和上电开机时一致,避免了使能电路重新开机时开关电源芯片输出电压不稳定现象的产
生。
信号。
连接三极管Q2的基极,发射极连接供电信号vcc,集电极连接电流源IS1的一端,电流源IS1
的另一端接地,三极管Q2的发射极连接供电信号vcc,集电极连接三极管Q3的集电极,三极
管Q3的基极连接滞回比较器单元12,发射极接地。
用于将第一电平控制信号和输入参考电平控制信号比较后产生第一输出控制信号,其中,
根据参考电平控制信号产生第一参考电平控制信号和第二参考电平控制信号,使得第一输
出控制信号在第一参考电平控制信号和第二参考电平控制信号之间形成窗口滞回。
管Q16、三极管Q17及电阻R1组成,其供电端口为供电信号vcc,两输入端分别为EN和VN,输出
端为OFF1(也为A)。
极管Q15的基极和集电极相连且通过三极管Q14耦接供电信号vcc,发射极连接电阻R1的一
端,电阻R1的另一端连接三极管Q16和三极管Q17的集电极,三极管Q16的基极连接滞回比较
器单元12的输出端OFF1,发射极接地;三极管Q17的基极和集电极相连,发射极接地。
VbeQ15(本专利中设置Vbe=0.7V)、电阻R1压降VR1和Q17基极集电极结压降VbeQ17之和,由
于VbeQ15=VbeQ17=Vbe,此时电压VN=2*Vbe+VR1,此时VN相当于ENH,因此输入端EN电压需要
大于当前的VN电压,即ENH,输出端OFF1才能由低电平翻转为高电平;当输入端EN电压大于
输入端VN电压时,滞回比较器单元12的输出端OFF1电压由低电平翻转为高电平后,三极管
Q16导通(由于VceQ16较小,可将其忽略),三极管Q17被短接,VN电压等于三极管Q15基极集
电极结压降VbeQ15和电阻R1压降VR1之和,此时电压VN=Vbe+VR1,此时VN相当于ENL,ENL<
ENH,如此只有当EN小于ENL时,滞回比较器单元12的输出端OFF1才能由高电平翻转为低电
平,实现使能电路开机,这样实现了窗口滞回功能,避免了使能脚误动作、增强了抗干扰能
力。
端用于输出开关信号。
元12的输出端OFF1),输出端口为B。
管Q18耦接供电信号;三极管Q21的基极连接三极管Q19的集电极,发射极接地,集电极通过
三极管Q20耦接供电信号;三极管Q23的基极连接三极管Q21的集电极,发射极接地,集电极
通过三极管Q22耦接供电信号并输出开关信号(控制输出单元中三极管Q25的导通或关断),
电容C1的一端连接三极管Q21的集电极和三极管Q23的基极,另一端接地。
电平信号,此时,三极管Q19导通、三极管Q21关断,由基准电流I1镜像得到的电流I3对电容
C1充电,当电容C1上极板电压等于三极管Q23的基极集电极电压Vbe时,三极管Q23导通,此
时,输出端B点为低电平,电容C1的充电时间T1=C1*Vbe/I3,C1为电容C1的电容值。电容C1的
充电时间T1即为本发明使能电路的预设延迟时间。
可以实现输出单元两输出端OFF2和OFF3转高电平时的上升沿滞后滞回比较器单元12输出
端OFF1上升沿T1时间,三个信号转低电平时的下降沿没有延迟)。
信号。
电极连接三极管Q25的集电极,三极管Q25的基极连接延迟单元21的输出端,发射极接地,且
第二输出端OFF2和第三输出端OFF3与两个三极管的两个集电极相连。其中,第二输出端
OFF2输出第二输出控制信号,第三输出端OFF3输出第三输出控制信号。B点为高电平时,三
极管Q25导通,第二输出端OFF2和第三输出端OFF3为低电平,开关电源芯片的误差放大器和
供电电路正常工作。B点为低电平时,三极管Q25关断,第二输出端OFF2和第三输出端OFF3为
高电平,第二输出端OFF2控制误差放大器中的补偿电容泄放完残余的电荷,第三输出端
OFF3关断开关电源芯片内部电路的供电电路。
低电平,逻辑控制及其他电路、误差放大器电路、供电电路正常工作,电路使能开关电源芯
片正常工作。
逻辑控制及其他电路关断功率管),保证EN关机时功率管不会意外打开,避免开关电源芯片
输出电压不稳定。然后延迟T1时间后通过第二输出端OFF2控制误差放大器电路,将误差放
大器电路中补偿电容的残余电荷迅速泄放完,同时,第三输出端OFF3控制关断开关电源芯
片内部电路的供电电路,实现先关断功率管,对补偿电容放电,保证每次EN为低电平时开机
时的状态一致(补偿电容的电压都是从0V开始建立),避免EN为低电平开机时输出电压不稳
定现象的产生。
处是,EN脚悬空时,其被芯片内部电流默认拉低至地,芯片可以正常工作,只有EN脚处添加
高电平后,才能将EN脚电位抬高,从而关闭开关电源芯片);EN脚处添加高电平时,只要控制
信号的电流能力大于100uA以上,便可以将电位抬高,原因是此时EN信号的驱动电流远大于
I5,所以EN能保持高电平。
及其他电路、误差放大器电路及供电电路的输入端,逻辑控制及其他电路的输出端耦接功
率管,误差放大器电路耦接逻辑控制及其他电路,供电电路耦接逻辑控制及其他电路和误
差放大器电路,误差放大器电路包含用于环路补偿的补偿电容。
放,同时响应第三输出控制信号关断供电电路。
信号后开始正常工作,使得芯片恢复正常工作状态。
三输出控制信号均为高电平信号。
号均为低电平信号。
EN的开关机功能,并在开关电源芯片使能信号EN的开关机过程中避免输出电压不稳定现
象。使能信号EN关机时,先关闭功率管,延迟预设时间后对补偿电容进行放电,并关闭供电
电路降低开关电源芯片关机功耗,延迟时间的目的是保证开关电源芯片在第二输出控制信
号和第三输出控制信号为高电平时,可以彻底关闭功率管,不会出现因关机,掉电时间逻辑
时序不对造成开关电源芯片工作异常;通过滞回比较器单元12的滞回功能,可避免使能脚
处的控制信号不稳定造成误动作,使电路具有可靠性高,抗干扰能力强,可移植性好的优
点。
盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护
范围。因此,本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。