專利名稱：多電壓等級的開關電源控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電子技術，特別涉及集成電路技術。
技術背景
AC/DC開關電源(SMPS)被廣泛應用，AC/DC直接對電網(wǎng)電壓進行整流濾波調(diào)整， 然后由開關調(diào)整管進行穩(wěn)壓，不需要電源變壓器；開關工作頻率在幾十千赫，濾波電容器、 電感器數(shù)值較小。因此AC/DC開關電源具有重量輕，體積小等特點。在電網(wǎng)電壓從IlOV ^OV范圍內(nèi)變化時，都可獲得穩(wěn)定的輸出電壓。SMPS控制電路部分的工作電壓是低壓(一 般是5V左右)，因此在電網(wǎng)電壓Q20V)到控制電壓(5V)之間需要一個降壓的處理。目前 更多的處理方法是利用電阻降壓，得到一個單電壓的電源系統(tǒng)，如圖1所示。電阻和電容形 成阻容降壓，低壓差電壓調(diào)制器(LDO)電路把電阻和電容得到的電壓調(diào)整到內(nèi)部控制電路 需要的電壓值，內(nèi)部電路包括低壓控制模塊5和高壓控制模塊7。通過這樣的結(jié)構(gòu)，輸出一 個控制驅(qū)動脈寬調(diào)制(PWM)信號到外部的功率器件。系統(tǒng)再采樣負載12上的輸出電壓來 調(diào)整PWM信號的占空比，進而控制了外部功率器件的導通、關斷比例，達到控制輸出電壓的 目的。這種單電源結(jié)構(gòu)電路簡單，控制精度較高。但是驅(qū)動外部功率管8、9的電壓也是低 電壓，因此在選擇外部功率管的時候，就要求不能選擇閾值高的器件。因為低電壓對閾值較 高的功率管不能完全驅(qū)動，換句話說，就是功率器件的選擇范圍受限。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種具有高精度和較寬適應范圍的多電壓等 級的開關電源控制系統(tǒng)。
本發(fā)明解決所述技術問題采用的技術方案是，多電壓等級的開關電源控制系統(tǒng)， 包括第一級電壓調(diào)整模塊、第二級電壓調(diào)整模塊、低壓控制模塊和高壓控制模塊，所述第一 級電壓調(diào)整模塊包括由一個耗盡型MOSFET器件和運放構(gòu)成的反饋回路，耗盡型MOSFET器 件的源極為第一級電壓調(diào)整模塊的輸出端；
在低壓控制模塊和高壓控制模塊之間串聯(lián)有電平轉(zhuǎn)換電路，電平轉(zhuǎn)換電路還與第 一級電壓調(diào)整模塊的輸出端、第二級電壓調(diào)整模塊的輸出端連接。
所述第二級電壓調(diào)整模塊包括高增益運放和第一 MOS管，第二級電壓調(diào)整模塊的 輸出端為第一 MOS管的輸出端，第一 MOS管的輸出端通過第一電阻接高增益運放的負性輸 入端，第一 MOS管的控制端接高增益運放的輸出端，高增益運放的負性輸入端通過第二電 阻接地。
所述電平轉(zhuǎn)換電路包括串聯(lián)于高電壓輸入端和地電平之間的第二 MOS管和第四 MOS管，以及串聯(lián)于高電壓輸入端和地電平之間的第三MOS管和第五MOS管，第二 MOS管的 柵極接第三MOS管的輸出端，第三MOS管的柵極接第二 MOS管的輸出端，第四MOS管的控制 端接反相器的輸出端，反相器的第一輸入端接電平轉(zhuǎn)換電路的PWM輸入端和第五MOS管的 控制端，第二輸入端接電平轉(zhuǎn)換電路的低電壓輸入端，第三MOS管的輸出端為電平轉(zhuǎn)換電3路的輸出端。
本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明保證系統(tǒng)控制精度的同時，能提供更高的驅(qū)動電壓。 本發(fā)明的技術拓寬了外部功率器件的選型范圍。本發(fā)明非常適合于集成電路芯片，具有經(jīng) 濟的芯片面積，特別適用于開關電源領域。
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的說明。


圖1是現(xiàn)有技術的示意圖。
圖2是本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明的第二級電壓調(diào)整模塊電路圖。
圖4是本發(fā)明的電平轉(zhuǎn)換電路的電路圖。
具體實施方式
參見圖2 4。
本發(fā)明包括第一級電壓調(diào)整模塊101、第二級電壓調(diào)整模塊102、低壓控制模塊 103和高壓控制模塊104，所述第一級電壓調(diào)整模塊101包括耗盡型MOSFET器件3、運放13、 第三電阻R3和第四電阻R4構(gòu)成的反饋回路，運放13的輸出端接耗盡型MOSFET器件3的 柵極，耗盡型MOSFET器件3的漏極為高電壓輸入端，源極為第一級電壓調(diào)整模塊101的輸 出端，接第二級電壓調(diào)整模塊102，耗盡型MOSFET器件3的源極還通過第三電阻R3接運放 13的負性輸入端，運放13的負性輸入端通過第四電阻R4接地。第一級電壓調(diào)整模塊101 的輸出端還與電平轉(zhuǎn)換電路6和高壓控制模塊104連接。
在低壓控制模塊103和高壓控制模塊104之間串聯(lián)有電平轉(zhuǎn)換電路6，電平轉(zhuǎn)換電 路6還與第二級電壓調(diào)整模塊102的輸出端連接。
第二級電壓調(diào)整模塊102包括高增益運放14和第一 MOS管15，第二級電壓調(diào)整模 塊102的輸出端為第一 MOS管15的輸出端，第一 MOS管15的輸出端通過第一電阻Rl接高 增益運放14的負性輸入端，第一 MOS管15的控制端接高增益運放14的輸出端，高增益運 放14的負性輸入端通過第二電阻R2接地。
本發(fā)明采用增加耗盡型MOSFET器件3，內(nèi)部形成了不止一個電壓等級的控制系 統(tǒng)。此外，在內(nèi)部不同電壓等級控制電路之間，增加電平轉(zhuǎn)換電路6，以保證正確的電路功 能。
本發(fā)明的工作流程為外部的高電壓首先輸入到包含高壓耗盡型MOSFET器件3的 第一級電壓調(diào)整模塊101，耗盡型MOSFET器件3的控制柵級通過第三電阻R3、第四電阻R4 和和運放13構(gòu)成的反饋網(wǎng)絡產(chǎn)生控制電壓。在開關電源系統(tǒng)啟動初期，耗盡型MOSFET器 件3的柵極和源極電位均為低電位，耗盡型MOSFET器件3存在導電溝道，電路可以導通。因 此，耗盡型MOSFET器件3開始給系統(tǒng)供電，源極電位(也是內(nèi)部高壓電源)緩慢升高，在該 電壓上升過程中，到某個設定的開啟電壓，內(nèi)部電路開始工作，環(huán)路開始自動調(diào)整該輸出電 壓，最終達到一個精確的電壓值。因此在耗盡型MOSFET器件3的源極形成了穩(wěn)定的系統(tǒng)第 一電壓等級。相對于圖1的結(jié)構(gòu)，該電壓具有很高的精度，且受外部輸入高壓的影響很小。 在耗盡型MOSFET器件3之后，第二級電壓調(diào)整模塊102用來獲得稍低的第二個電壓等級。該低壓電源提供給內(nèi)部低壓控制模塊，獲得高精度的控制信號。為了在兩個電壓等級之間 傳遞信號，電平轉(zhuǎn)換電路6被插入進它們之間。最終，控制系統(tǒng)給出具有高精度，高電平的 驅(qū)動信號。
圖3為本發(fā)明中的第二級電壓調(diào)整模塊102的具體實現(xiàn)。高增益運算放大器14 的正性輸入端接入系統(tǒng)的參考電平REF，負性輸入端接入采樣電阻網(wǎng)絡(第一電阻R1、第二 電阻似)反饋的輸出采樣電壓vfb。OP的輸出由跟隨器電路15緩沖，提供驅(qū)動能力，在輸 出端out得到需要的高精度電源。
圖4的電路為本發(fā)明中的電平轉(zhuǎn)換電路的具體實現(xiàn)。輸入脈寬調(diào)制(PWM)信號20 和反相器21為低壓系統(tǒng)，電源19為低電壓，電源18為高電壓。MOS器件22，23，24，25把低 壓系統(tǒng)邏輯電平轉(zhuǎn)換為高壓邏輯電平，由out端輸出。
本發(fā)明內(nèi)部的電源是雙電源系統(tǒng)。輸出驅(qū)動電壓為高電壓(5V 20V)。
說明書已經(jīng)充分說明了本發(fā)明的原理及必要技術細節(jié)，普通技術人員完全能夠依 據(jù)說明書實施本發(fā)明，故對于現(xiàn)有技術的內(nèi)容及詳細參數(shù)不再贅述。
權利要求
1.多電壓等級的開關電源控制系統(tǒng)，包括第一級電壓調(diào)整模塊(101)、第二級電壓調(diào) 整模塊(102)、低壓控制模塊(10 和高壓控制模塊(104)，其特征在于所述第一級電壓調(diào)整模塊(101)包括由一個耗盡型MOSFET器件(3)和運放(13)構(gòu)成 的反饋回路，耗盡型MOSFET器件(3)的源極為第一級電壓調(diào)整模塊的輸出端；在低壓控制模塊(10 和高壓控制模塊(104)之間串聯(lián)有電平轉(zhuǎn)換電路(6)，電平轉(zhuǎn)換 電路(6)還與第一級電壓調(diào)整模塊(101)的輸出端、第二級電壓調(diào)整模塊(10 的輸出端 連接。
2.如權利要求1所述的多電壓等級的開關電源控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第二級電 壓調(diào)整模塊(102)包括高增益運放(14)和第一 MOS管(15)，第二級電壓調(diào)整模塊(102)的 輸出端為第一 MOS管(15)的輸出端，第一 MOS管(15)的輸出端通過第一電阻(Rl)接高增 益運放(14)的負性輸入端，第一 MOS管(15)的控制端接高增益運放(14)的輸出端，高增 益運放(14)的負性輸入端通過第二電阻(似)接地。
3.如權利要求1所述的多電壓等級的開關電源控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電平轉(zhuǎn)換 電路(6)包括串聯(lián)于高電壓輸入端和地電平之間的第二 MOS管02)和第四MOS管(M)，以 及串聯(lián)于高電壓輸入端和地電平之間的第三MOS管03)和第五MOS管(25)，第二 MOS管 (22)的柵極接第三MOS管03)的輸出端，第三MOS管03)的柵極接第MOS管Q2)的輸出 端，第四MOS管04)的控制端接反相器的輸出端，反相器的第一輸入端接電平 轉(zhuǎn)換電路的PWM輸入端和第五MOS管05)的控制端，第二輸入端接電平轉(zhuǎn)換電路的低電壓 輸入端，第三MOS管03)的輸出端為電平轉(zhuǎn)換電路(6)的輸出端。
全文摘要
多電壓等級的開關電源控制系統(tǒng)，涉及電子技術。本發(fā)明包括第一級電壓調(diào)整模塊、第二級電壓調(diào)整模塊、低壓控制模塊和高壓控制模塊，所述第一級電壓調(diào)整模塊包括由一個耗盡型MOSFET器件和運放構(gòu)成的反饋回路，耗盡型MOSFET器件的源極為第一級電壓調(diào)整模塊的輸出端；在低壓控制模塊和高壓控制模塊之間串聯(lián)有電平轉(zhuǎn)換電路，電平轉(zhuǎn)換電路還與第一級電壓調(diào)整模塊的輸出端、第二級電壓調(diào)整模塊的輸出端連接。本發(fā)明保證系統(tǒng)控制精度的同時，能提供更高的驅(qū)動電壓，拓寬了外部功率器件的選型范圍。
文檔編號H02M7/217GK102035414SQ201010585518
公開日2011年4月27日 申請日期2010年12月13日 優(yōu)先權日2010年12月13日
發(fā)明者于廷江, 劉劍, 李文昌, 高繼, 黃云川, 黃國輝 申請人:成都成電硅?？萍脊煞萦邢薰?br>