一种实现ac-dc开关电源低待机功耗的控制芯片的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于开关电源控制技术领域，具体设及一种实现AC-DC开关电源低待机功 耗的控制忍片。
【背景技术】
[0002] 随着全球能源日渐紧缺，人们对于日常设备的节能性提出越来越高的要求。其中， 近年来消费电子设备的大量普及在带给人们方便，愉悦的同时，也成为了一个巨大的能源 消耗群。对于与电子设备相对应的充电设备而言，不仅仅要求其具有很高的转换效率，还要 求待机功耗低。作为权威认证标准的能源之星已经从一星认证标准提高到了五星认证标 准，对于AC-DC开关电源的待机功耗要求十分苛刻。
[0003] 原边反馈（PSR)AC-DC开关电源，因其具有外围系统元器件少，成本低，结构简单， 待机功耗低等优点，受到了广泛的应用。由于其对于输出电压的采样具有周期性，因此必须 保证一个最低的开关频率来维持正常工作。另外，目前的应用中对于系统动态性能也有相 应的要求，与副边反馈（SSR)AC-DC开关电源相比，原边反馈AC-DC开关电源因其采样周期 性决定了待机时最小频率不能太低，因此待机功耗要比副边反馈AC-DC开关电源大。目前， 降低待机功耗方面，不论是脉冲频率调制方式（PFM)还是脉冲宽度调制方式（PWM)W及混 合型控制方式，均是采用降低待机开关频率和减小控制电路耗电方式来实现低待机功耗。
[0004] 图1给出了现有原边反馈AC-DC开关电源的控制及应用框图。如图1所示，原边 反馈AC-DC开关电源主要包括控制忍片、变压器和功率开关管，变压器包括原边绕组Np、辅 助绕组N。^及次级绕组N,，控制忍片包括副边导通时间侦测单元、恒流频率控制单元、恒压 控制单元、恒压/横流模式选择单元、RS触发器、驱动单元、前沿消隐单元、峰值电流比较单 元W及内建电源模块。
[000引在采用运种控制忍片构成的原边反馈AC-DC开关电源中，FB引脚为辅助绕组化电 压反馈引入脚，并从电阻Ri和电阻Rz构成分压电路中取得分压信号。在控制忍片内部，FB 引脚连接到输出电压侦测单元和副边导通时间侦测单元的输入端，导通时间侦测单元的输 出连接到恒流频率控制单元，输出电压侦测单元的输出端连接到恒压频率控制单元。CS引 脚为原边绕组Np电流检测信号引入脚，从NMOS管源极电阻R取得信号。在控制忍片内 部，CS引脚连接到前沿消隐单元的输入端，前沿消隐单元的输出端连接到峰值电流比较单 元的输入端。恒流频率控制单元和恒压频率控制单元的输出信号分别连接恒压/恒流模式 选择单元的两个输入端。恒压/恒流模式选择单元的输出端（即开启信号）和峰值电流比 较单元的输出端（即关断信号）分别连接到RS触发器的S端和R端，RS触发器的输出端 即Q端连接到驱动单元，驱动单元的输出端与控制忍片的GATE引脚连接，GATE引脚输出接 至NMOS管的栅极，用于驱动外部的功率NMOS管。VCC引脚为控制忍片的电源引脚，用于为 整个控制忍片接入外部电源；FB引脚同时作为恒流频率控制信号和恒压频率控制信号，其 恒流频率控制用于侦测辅助绕组N。的导通时间，W便恒流频率控制单元按比例调节工作周 期，使得次级绕组成输出电流稳定在设定的值，即实现恒流功能；其恒压频率控制用于侦测 副边导通时辅助绕组的电压，间接反映输出绕组的电压，进而间接反映输出电压的大小，并 根据所侦测到的电压大小来调节开关频率，使得输出电压稳定在设定值。CS为原边绕组Np 电流侦测引脚，用于侦测原边绕组Np导通时的峰值电流，W实现各周期过程中原边峰值电 流等于所设定的阔值。
[0006] 当系统正常工作时，由于变压器原边绕组Np的极性相对辅助绕组N。和次级绕组Ng 同名端相反，因此在原边绕组Np导通时，FB引脚为负电压；当处于次级绕组Ng导通阶段时， 由于辅助绕组N。与次级绕组N,同名端极性相同，因此FB电压为正电压，此时变压器副边绕 组电压为Vs=VD+V,，辅助绕组电压Va=VS* (Na/Ns) =Vfb*R2/ 巧 1+R2)，因此V。=Vfb*R2*Ns/ [化+R2) *N。]-Vz，也就是输出电压是反馈电压Vfb的函数，忍片通过恒压频率控制单元来调 节Vfb到设定值，即可使得输出电压V。稳定在设定值，此时系统工作在恒压模式；当系统工 作在恒流模式时，副边导通时间侦测单元可通过侦测FB引脚为正电压的时间来确定次级 绕组成的导通时间T。。,，并W此为依据来确定系统的工作周期T=K*T。。,，其中K为比例系 数。由于系统工作与断续模式，每个周期均要使原边绕组Np储存的能量全部在次级绕组NS 释放，运样次级绕组成导通时的峰值电流，IPP为原边绕组NP导通时的峰值电流，Ng为次级 绕组成的圈数，NP为原边绕组NP的圈数。运样只要设定好IPP和K及变压器参数，那么次 级绕组成的输出电流就是一个恒定值。
[0007] 当系统工作在轻载或者空载时，由于每个周期原边峰值电流固定不变，因此每个 周期传输给副边的能量固定不变，运样在输出完全空载时，由于不停地有能量向副边传输， 副边输出电压会不断被抬高，且高于设定值，为了解决该问题，通常需要在副边输出端加入 一个假负载R4,用于消耗掉每个周期传输过来的能量，使得输出电压维持在设定值。
[0008] 加入假负载Ra带来的是待机功耗的增加，为了降低待机功耗，必须降低控制忍片 的最低工作频率Fmi。，使其在相同时间内导通次数减少，从而减少传输的能量，运样就能增 大Ra阻值来降低待机功耗。但是Fmm又会对系统的动态特性产生极大影响，当负载突然从 空载跳变到满载时受Fmi。的限制，忍片不能立即使原边导通来补充能量，而是必须等待最大 关断时间TmgyCTm。、= 1/FmJ过了才能使原边导通，运样，在Tm。、运段时间内由于输出端负载 很大，而能量也没有传输，因此输出电压会迅速下降，其下降值完全取决于Tm。、，TmJi大，即 Fmi。越低则待机功耗越小，但是动态特性越差，因此在满足一定动态特性的情况下Fmm不能 再降低。
[0009] 由此可见，受限于目前的控制技术发展水平，W及原边控制转换器的结构限制，除 控制忍片W外的功率级电路部分待机功耗已经很难降低。因此我们希望从控制忍片本身出 发降低待机功耗。
【发明内容】
[0010] 针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种实现AC-DC开关电源低 待机功耗的控制忍片，其通过待机判断模块产生系统的待机信号，进而在系统待机时关闭 部分模块的工作，同时利用该待机信号降低内建电源的输出电压，从而同时减小待机电流 和电压，进一步实现降低待机功耗的作用。
[0011] 一种实现AC-DC开关电源低待机功耗的控制忍片，包括：
[0012] 副边导通时间侦测单元，其采集AC-DC开关电源中变压器的辅助绕组分压信号， 并从中检测得到AC-DC开关电源的副边导通时间Tfpwt;
[0013] 恒流频率控制单元，其根据所述的副边导通时间TfMPt构造得到一路恒流频率控制 信号；
[0014] 前沿消隐单元，其采集流经AC-DC开关电源中功率开关管的原边电流信号，并屏 蔽该信号在功率开关管导通瞬间所产生的电流毛刺；
[0015] 峰值电流比较单元，其将屏蔽毛刺后的原边电流信号与给定的电流基准It进行比 较，输出比较信号；
[0016] 输出电压侦测单元，其采集所述的辅助绕组分压信号，并从中检测得到AC-DC开 关电源的输出电压反馈量Vf;
[0017] 恒压频率控制单元，其根据所述的输出电压反馈量Vf构造得到一路恒压频率控制 信号；
[0018] 恒压/恒流模式选择单元，其判断输出电压反馈量Vf是否大于给定的电压基准 Vti:若是，则使恒压频率控制信号作为系统频率控制信号输出；若否，则使恒流频率控制信 号作为系统频率控制信号输出；
[0019] RS触发器，其W所述的比较信号作为R输入，W所述的系统频率控制信号作为S输 入，从而输出驱动信号；
[0020] 驱动单元，其对所述的驱动信号进行功率放大后W控制AC-DC开关电源中的功率 开关管；
[0021] 待机判断模块，其判断输出电压反馈量Vf是否大于给定的电压基准VT2:若是，贝U 输出待机信号；若所述的待机信号为有效电平，则副边导通时间侦测单元和恒流频率控制 单元不工作，若所述的待机信号为无效电平，则副边导通时间侦测单元和恒流频率控制单 元工作。
[002引所述的待机判断模块包括S个电阻RHi~RH3、两个传输口Wi~W2、一个比较器和 一个反相器；其中：电阻RHi的一端接输出电压反馈量Vf，电阻RHi的另一端与电阻RH2的一 端和传输口Wi的输入端相连，电阻RH2的另一端与电阻RH3的一端和传输口W2的输入端相 连，电阻册3的另一端接地，传输口W1的正相控制端与传输口W2的反相控制端、比较器的输 出端W及反相器的输入端相连并生成待机信号，传输口Wi的反相控制端与传输口Wz的正相 控制端和反相器的输出端相连，传输口Wi的输出端与传输口W2的输出端和比较器的同相输 入端相连，比较器的反相输入端接给定的电压基准Vt2。
[0023] 所述的控制忍片还包括内建电源单元，其用于将外部的电源电压VCC转换为适合 控制忍片的工作电压V孤，W为控制忍片内部各电路单元供电；当待机判断模块输出的待 机信号为无效电平时，VDD=VM)i，当待机判断模块输出的待机信号为有效电平时，VDD= VDDz,VDDi和VDD2均为给定的电压值且VDD1>VDD2。
[0024] 所述的内建电源单元包括S个电阻册4~RHe、两个传输口Ws~W4、一个运算放大 器和一个开关管；其中：运算放大器的同相输入端接给定的参考电压Vuf,运算放大器的反 相输入端与传输口Ws的输入端和传输口W4的输入端相连，运算放大器的输出端与开关管的 控制端相连，开关管的输入端接电源电压VCC，开关管的输出端与电阻RHa的一端相连并产 生工作电压V孤，电阻册4的另一端与电阻RHs的一端和传输口Ws的输出端相连，电阻RHs的 另一端与电阻R馬的一端和传输口W4的输出端相连，电阻RHe的另一端接地，传输口Ws的正 相控制端与传输口W4的反相控制端相连并接收待机信号，传输口Ws的反相控制端与传输口 胖4的正相控制端相连并接收待机信号的反相信号。
[00巧]所述的副边导通时间TfPWt对应为辅助绕组分压信号中正电压线性部分的时长。 [0026] 所述恒流频率控制信号的周期Tpwud与副边导通时间TUWt的关系如下：
[002引其中：1。为AC-DC开关电源的输出电流且