本發(fā)明涉及集成電路，尤其涉及一種開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)與控制芯片。

背景技術(shù)：

1、由于反激式acdc結(jié)構(gòu)具有控制簡(jiǎn)單，輸出電壓易于調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于中小功率的電源適配器場(chǎng)合，目前100w功率以內(nèi)的快充電源大部分是采用反激式acdc架構(gòu)開(kāi)關(guān)電源。pd快充電源由于需要根據(jù)終端設(shè)備的快充協(xié)議動(dòng)態(tài)調(diào)整輸出電壓，例如，目前輸出電壓大多為3.3v-20v，但最新的pd快充協(xié)議輸出電壓范圍增大為3.3v-48v，由于反激式開(kāi)關(guān)電源的控制芯片的電源由變壓器輔助繞組供給，其電壓與輸出電壓成變壓器匝比的正比例關(guān)系，所以控制芯片的電源電壓具有與輸出電壓相同的變化率。如輸出電壓為3.3v時(shí)，對(duì)應(yīng)的控制芯片電源vcc最低電壓為12v，則輸出電壓變化到20v時(shí)，芯片電源vcc的電壓為72.7v。如果要滿足3.3v-20v的pd電壓輸出，則控制芯片vcc的耐壓需大于72.7v。同理，如果要滿足3.3v-48v的pd電壓輸出，則控制芯片vcc的耐壓需大于174.5v。芯片采用高耐壓的bcd工藝制程會(huì)大幅增加芯片成本。為降低成本現(xiàn)有技術(shù)中大部分主控制芯片采用專用耐壓芯片去匹配各個(gè)輸出電壓規(guī)格，如最高輸出電壓為12v的快充電源采用50v耐壓的主控制芯片，快充電壓最高到20v的采用100v耐壓的主控制芯片。如此實(shí)現(xiàn)成本最優(yōu)化，但是這需要設(shè)計(jì)多款主控制芯片，而且無(wú)法應(yīng)對(duì)更高輸出電壓的需求。導(dǎo)致快充電源主控制芯片成本高，適用范圍窄。

2、目前，當(dāng)快充電源進(jìn)行采用正激供電，采用正激供電存在兩個(gè)問(wèn)題，一是輔助繞組不能反饋輸出電壓值，無(wú)法檢測(cè)輸出電壓做輸出短路和過(guò)壓保護(hù)，二是輕載時(shí)無(wú)法保證主驅(qū)動(dòng)芯片的供電，原因是輔助繞組反激接法時(shí)，輔助繞組和副邊輸出繞組是負(fù)載并聯(lián)關(guān)系，芯片電源電壓降低時(shí)可以增加開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)來(lái)提高，不會(huì)影響輸出電壓，輔助繞組改為正激接法時(shí)，輔助繞組和原邊繞組處于供電端，即增加輔助繞組供電同時(shí)也會(huì)增加輸出繞組供電，正激輔助繞組供電過(guò)多會(huì)導(dǎo)致輸出電壓偏高。為解決該問(wèn)題現(xiàn)有技術(shù)如專利cn113258784b和cn218449865u所示除了采用正激儲(chǔ)能，還增加反激儲(chǔ)能的類boost結(jié)構(gòu)來(lái)提高對(duì)主控制芯片的供電能力，可以看出該方案至少需要增加電容和一開(kāi)關(guān)管或二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是這樣增加系統(tǒng)成本和電路板空間，沒(méi)有產(chǎn)生多少有益效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)與控制芯片，實(shí)現(xiàn)了降低主控制芯片的耐壓需求，增加輸入電壓過(guò)壓保護(hù)功能，可以輸出超寬的電壓范圍，滿足所有快充電源的輸出電壓要求，從而降低主控制芯片的成本。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、一種開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)與控制芯片，包括快充電源系統(tǒng)，快充電源系統(tǒng)包括二極管d1、二極管d2、二極管d3、二極管d4、二極管d5、二極管d6、二極管d7、電阻rcs、電阻r1、電阻r2、電阻r3、電阻r4、電阻r5、電阻r6、電阻r7、電容c1、電容c2、電容c3、電容c4、電容c5、變壓器t1、主控制器芯片u5、穩(wěn)壓電源u4、光耦u3、吸收電路模塊、同步整流模塊和快充協(xié)議芯片；變壓器t1的原邊繞組lp端分別與二極管d1的負(fù)極端、二極管d2的負(fù)極端、電容c1的一端、電阻r1的一端和吸收電路模塊連接，二極管d1的正極端與二極管d3的負(fù)極端連接，二極管d2的正極端與二極管d4的負(fù)極端連接，電阻r1的另一端分別與主控制器芯片u5的vcc引腳端、二極管d5的負(fù)極端和電容c3的一端連接，二極管d5的正極端分別與變壓器t1的輔助繞組laux端和電阻r2的一端連接，電阻r2的另一端與主控制器芯片u5的inv引腳端連接，主控制器芯片u5的fb引腳端分別與電容c2的一端和光耦u3的輸出正極端連接，主控制器芯片u5的cs引腳端與電阻rcs的一端和開(kāi)關(guān)n1的一端連接，主控制器芯片u5的gnd引腳端分別與電容c5的另一端、電容c2的另一端、電阻rcs的另一端、電容c1的另一端、二極管d3的正極端、二極管d4的正極端和變壓器t1的輔助繞組laux端連接，變壓器t1的輔助繞組laux端與原邊繞組lp端為同名端；變壓器t1的副邊輸出繞組ls分別與電容c4的一端、電阻5的一端、電阻7的一端和快充協(xié)議芯片連接，電阻7的另一端與光耦u3的輸入正極端連接，穩(wěn)壓電源u4分別與光耦u3的輸入負(fù)極端、電阻5的另一端、電阻6的一端和快充協(xié)議芯片連接，同步整流電路模塊分別與光耦u3的輸出負(fù)極端、電阻6的另一端、電容c4的另一端、電容c5的一端、二極管d7的正極端、開(kāi)關(guān)n2的一端和快充協(xié)議芯片連接，同步整流電路模塊的正極端與電容c5的另一端連接，變壓器t1的副邊輸出繞組ls分別與二極管d7的負(fù)極端和開(kāi)關(guān)n2的另一端連接；降低主控制芯片的耐壓需求，增加輸入電壓過(guò)壓保護(hù)功能，可以輸出超寬的電壓范圍，滿足所有快充電源的輸出電壓要求，從而降低主控制芯片的成本。

4、進(jìn)一步的，通過(guò)檢測(cè)流過(guò)r2電阻的電流大小來(lái)檢測(cè)輸出電壓的大小，同時(shí)主控制芯片u5的inv引腳端進(jìn)行原邊繞組谷底檢測(cè)。

5、進(jìn)一步的，當(dāng)輸出負(fù)載大時(shí)，若vout電壓偏低，在穩(wěn)壓電源u4、光耦u3和主控制芯片的fb引腳端上拉電阻的作用下，主控制芯片的fb引腳端電壓會(huì)升高；若vout電壓偏高，在穩(wěn)壓電源u4、光耦u3和主控制芯片的fb引腳端上拉電阻的作用下，主控制芯片的fb引腳端電壓會(huì)降低；當(dāng)負(fù)載變輕時(shí)，關(guān)閉開(kāi)關(guān)持續(xù)時(shí)間變長(zhǎng)，導(dǎo)致主控制芯片vcc電容掉電過(guò)多；當(dāng)輸出端完全無(wú)外接負(fù)載時(shí)，輸出儲(chǔ)能電容c4為穩(wěn)壓電源u4、分壓電阻r5、分壓電阻r6和快充協(xié)議芯片供電。

6、進(jìn)一步的，主控制器芯片u5包括：主控制器、輸出電壓檢測(cè)模塊、短路過(guò)壓保護(hù)模塊、電源管理模塊、晶體管p1、電阻rup和電阻rup1，電源管理模塊分別與主控制器、輸出電壓檢測(cè)模塊、短路過(guò)壓保護(hù)模塊、晶體管p1的源極端、電阻rup的一端和晶體管p1的柵極端連接，晶體管p1的漏極端與電阻rup1的一端連接，短路過(guò)壓保護(hù)模塊分別與輸出電壓檢測(cè)模塊、電源管理模塊和主控制器連接，主控制器芯片u5的inv引腳端分別與輸出電壓檢測(cè)模塊和主控制器連接，電源管理模塊分別與主控制器芯片u5的vcc引腳端和主控制器芯片u5的gnd引腳端，主控制器芯片u5的fb引腳端分別與電阻rup的另一端、電阻rup1的另一端和主控制器連接，主控制器芯片u5的cs引腳端與主控制器連接，主控制器芯片u5的drv引腳端與主控制器連接。

7、進(jìn)一步的，電源管理模塊為各個(gè)模塊提供電壓和偏置電流，在輕載時(shí)管理所有電路的耗電，除了主控制器芯片u5的fb引腳端檢測(cè)電路所需功能，其余電路都關(guān)閉以節(jié)省輕載時(shí)芯片功耗，同時(shí)還通過(guò)關(guān)閉晶體管p1，從而斷開(kāi)rup1電阻，增大fb引腳端的上拉電阻，降低fb引腳端的耗電。

8、可選的，晶體管p1和電阻rup1可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)多組可斷開(kāi)電阻，根據(jù)需要逐個(gè)斷開(kāi)電阻，逐次減小fb引腳端的上拉電流。

9、進(jìn)一步的，輸出電壓檢測(cè)模塊通過(guò)將主控制器芯片u5的inv引腳端電壓拉到設(shè)定電壓值，通過(guò)流過(guò)主控制器芯片u5的inv引腳端和r2電阻的電流確定輔助繞組的電壓值，從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓的檢測(cè)。

10、進(jìn)一步的，輸出電壓檢測(cè)模塊對(duì)主控制器芯片u5的inv引腳端電流進(jìn)行短路過(guò)壓判斷：當(dāng)主控制器芯片u5的inv引腳端電流小于設(shè)定值時(shí)，判定為輸出短路，當(dāng)主控制器芯片u5的inv引腳端電流大于設(shè)定值時(shí)，則判定為輸出過(guò)壓。

11、可選的，由于主控制器芯片u5的inv引腳端的輔助繞組電壓與原邊繞組的輸入電壓成匝比關(guān)系，通過(guò)電壓檢測(cè)模塊檢測(cè)主控制器芯片u5的inv引腳端的高電平電壓用于判斷輸入電壓是否欠壓和過(guò)壓，或者通過(guò)電源管理模塊檢測(cè)芯片主控制器芯片u5的vcc引腳端的電壓，若存在過(guò)壓，則進(jìn)行過(guò)壓保護(hù)。

12、進(jìn)一步的，輸出電壓檢測(cè)模塊包括晶體管p1、晶體管p2、電阻r11、比較器u11、比較器u12和晶體管n11，晶體管p1和p2為電流鏡接法，將p1的電流鏡像到p2晶體管輸出，晶體管p1的柵極與漏極連接，再連接到晶體管p2的柵極。，內(nèi)部電源vdd端分別與晶體管p1的源極端和p2的源極端。晶體管p2漏極輸出接到r11電阻和比較器u11、比較器u12的正輸入端，比較器u11、比較器u12的負(fù)輸入端分別接到一內(nèi)部參考電壓vref1和vref2。

13、進(jìn)一步的，比較器u11和比較器u12分別輸出過(guò)壓信號(hào)和短路信號(hào)到主控制器，晶體管n11為檢測(cè)開(kāi)關(guān)管，由vt脈沖信號(hào)控制，當(dāng)檢測(cè)到輔助繞組輸出負(fù)電壓時(shí)，在設(shè)定時(shí)間里vt端輸出一脈沖信號(hào)，該信號(hào)使得晶體管n11的源極即inv引腳端被拉到一設(shè)定電壓。

14、進(jìn)一步的，電阻r2的壓降即為輔助繞組的負(fù)電壓值，該電壓與輸出電壓成比例，電阻r2的電流即反映輸出電壓值，其電流流向?yàn)橥ㄟ^(guò)p1晶體管流向n11晶體管，再由inv端口流向電阻r2。

15、進(jìn)一步的，主開(kāi)關(guān)管drain端、輔助繞組aux端和芯片inv端的一個(gè)開(kāi)關(guān)周期波形，當(dāng)t0時(shí)刻主開(kāi)關(guān)管n1打開(kāi)時(shí)，drain端電壓拉低，變壓器t1的原邊繞組lp上加有輸入電壓vin，由于輔助繞組為正激接法，這時(shí)輔助繞組aux輸出高電平電壓，該電壓通過(guò)二極管d5給主控制器芯片u5的vcc引腳端電容充電，充電完成后，vcc電壓會(huì)與輸入電壓vin成匝比的比例關(guān)系；當(dāng)開(kāi)關(guān)管n1關(guān)閉后，drain端電壓升高，這時(shí)副邊輸出繞組輸出正電壓，原邊繞組和輔助繞組都輸出負(fù)電壓。

16、進(jìn)一步的，在tdem時(shí)間內(nèi)，當(dāng)vt信號(hào)拉高時(shí)，晶體管n11通過(guò)晶體管p1給主控制器芯片u5的inv引腳端供電，使i*r2=vaux，其中vaux為此時(shí)輔助繞組的電壓值并與輸出電壓成比例，電流i通過(guò)晶體管p1和晶體管p2鏡像到電阻r11上轉(zhuǎn)換為電壓值，再與內(nèi)部參考電壓進(jìn)行比較。

17、進(jìn)一步的，主控制器會(huì)實(shí)時(shí)檢測(cè)主控制器芯片u5的fb引腳端電壓值，當(dāng)主控制器芯片u5的fb引腳端電壓低于設(shè)定值vrfb1時(shí)，輸出無(wú)開(kāi)關(guān)狀態(tài)標(biāo)志并傳輸至電源管理模塊，控制除fb檢測(cè)模塊外的其余模塊關(guān)閉，同時(shí)控制晶體管p1關(guān)閉，降低主控制器芯片u5的fb引腳端上拉電阻的功耗，由于減小了主控制器芯片u5的fb引腳端上拉電流，主控制器芯片u5的fb引腳端電壓會(huì)下降一定值，芯片進(jìn)入低功耗狀態(tài)；當(dāng)負(fù)載增加后fb引腳端電壓會(huì)重新上升，當(dāng)上升到一設(shè)定門限vrfb2時(shí)，主控制器復(fù)位無(wú)開(kāi)關(guān)狀態(tài)標(biāo)志，電源管理模塊重新恢復(fù)正常工作模式，晶體管p1打開(kāi)，這時(shí)fb引腳端電壓拉高一臺(tái)階，芯片進(jìn)入正常功耗狀態(tài)。

18、輸出電壓檢測(cè)模塊包括晶體管p1、晶體管p2、電阻r11、比較器u11、比較器u12和晶體管n11，晶體管p1的源極端、晶體管p2的源極端、比較器u11的1引腳端、比較器u12的3引腳端與電源的vdd端連接，晶體管p1的柵極端與晶體管p2的柵極端連接，晶體管p1的柵極端與晶體管n11的漏極端連接，晶體管n11的源極端與電阻r12的一端連接，電阻r12的另一端與inv引腳端連接，晶體管p2柵的極端分別與電阻r11的一端、比較器u11的正極輸入引腳端和比較器u12的正極輸入引腳端連接，晶體管n11的柵極端、電阻r11的另一端、比較器u11的2引腳端、比較器u12的4引腳端接地，比較器u11的輸出端、比較器u12的輸出端接地與短路過(guò)壓保護(hù)模塊連接。

19、本技術(shù)的有益效果：實(shí)現(xiàn)了可以在不增加系統(tǒng)成本的基礎(chǔ)上降低主控制芯片的耐壓需求，從而降低主控制芯片的成本。采用本發(fā)明的主控制芯片和相應(yīng)的電源系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有快充電源的所有功能，且增加輸入電壓過(guò)壓保護(hù)功能，可以輸出超寬的電壓范圍，一顆低成本控制芯片即可滿足所有快充電源的輸出電壓要求。

20、實(shí)現(xiàn)了通過(guò)采用正激供電的輔助繞組接法，輔助繞組輸出與副邊輸出繞組輸出反極性，當(dāng)副邊輸出繞組輸出電壓與輸出電壓接近時(shí)，輔助繞組輸出為負(fù)電壓，但電壓絕對(duì)值仍然與繞組匝比成比例關(guān)系，因此檢測(cè)該負(fù)電壓也可以檢測(cè)輸出電壓大小。

21、本發(fā)明將變壓器t1的輔助繞組laux調(diào)整了極性，輔助繞組同名端發(fā)生了變化，由現(xiàn)有的反激式輔助繞組供電改為正激式輔助繞組供電，同時(shí)本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)還省掉了r3電阻，主要的變化為調(diào)整了主控制芯片u5的功能，使其適用于正激供電方案，實(shí)現(xiàn)主控制芯片的inv引腳端為電壓檢測(cè)和原邊繞組的谷底檢測(cè)功能，而現(xiàn)有技術(shù)采用通過(guò)r2和r3電阻分壓即可對(duì)輸出電壓進(jìn)行檢測(cè)。

22、采用該控制方式可以極大限度的減小輕載無(wú)開(kāi)關(guān)波形時(shí)主控制芯片的耗電，避免芯片vcc電容過(guò)度掉電，使得正激供電方式的開(kāi)關(guān)電源在輕載時(shí)也可以正常工作。