一种电源管理芯片及开关电源管理系统的制作方法

1.本实用新型涉及开关电源技术领域，具体涉及一种电源管理芯片及开关电源管理系统。


背景技术：

2.目前开关电源系统中，电源管理芯片的启动是通过ac整流后，接一个电阻给电源管理芯片中电源引脚连接的电容进行充电来实现。开关电源系统中输入交流电的欠压保护brownout检测也是直接通过电阻分压来实现。开关电源系统在交流端存在具有滤波功能的xcap电容，其在交流电断开时存在大量电荷，需要及时泄放，但是目前xcap电容的放电是在xcap电容上并联电阻实现。所以目前开关电源系统在开关电源正常工作时，芯片启动电阻、输入交流电压的欠压保护brownout检测和xcap并联的电阻都会产生较大损耗，不能满足目前追求低待机功耗的市场要求。


技术实现要素：

3.因此，本实用新型的目的是提供一种电源管理芯片及开关电源管理系统，降低开关电源的损耗，提高开关电源的效率。
4.第一方面，一种电源管理芯片，其引脚包括电源端、驱动端和高压端；电源管理芯片包括欠压保护检测模块和功能控制逻辑模块；电源管理芯片还包括vcc充电电路、电阻分压电路和交流断电检测模块；
5.高压端通过vcc充电电路连接至电源端，vcc充电电路用于当电源管理芯片上电时，对电源管理芯片外接的电容cvcc充电；
6.电源端连接至电阻分压电路；电阻分压电路的采样端分别连接至欠压保护检测模块和交流断电检测模块的输入端，欠压保护检测模块和交流断电检测模块的输出端分别连接至功能控制逻辑模块，功能控制逻辑模块的脉冲输出端连接至vcc充电电路，功能控制逻辑模块的输出端连接至驱动端。
7.优选地，所述vcc充电电路包括功率管m1和功率管njfet；
8.其中，功率管m1的漏极分别连接至所述高压端和功率管njfet的漏极，功率管njfet的栅极接地，功率管m1的栅极连接至所述功能控制逻辑模块的脉冲输出端，功率管njfet的源极通过电阻r3连接至所述功能控制逻辑模块的脉冲输出端；功率管m1的源极依次通过电阻r1、正接第一二极管连接至所述电源端；
9.所述电阻分压电路包括功率管m2；其中，功率管m2的源极通过电阻r2接地，功率管m2的漏极连接至所述第一二极管的阳极；功率管m2的漏极作为所述采样端，功率管m2的栅极连接至功能控制逻辑模块。
10.优选地，所述欠压保护检测模块用于启动后，检测电阻分压电路中采样端输出的采样电压是否大于预设的欠压检测电压阈值；如果是，判定电源管理芯片正常工作；如果否，判定电源管理芯片不工作；
11.所述功能控制逻辑模块用于当电源管理芯片正常工作时，生成一驱动信号传输给驱动端；
12.所述交流断电检测模块用于启动后，检测采样电压在预设时间内是否断流；如果是，触发电源管理芯片外接的xcap电容放电。
13.优选地，所述电源管理芯片还包括与功能控制逻辑模块连接的计数器；
14.所述欠压保护检测模块具体用于当检测到所述采样电压小于所述欠压检测电压阈值时，启动计数器开始计时；在预设的计时期间内是否检测到采样电压大于欠压检测电压阈值，如果是，清零计数器；如果否，判定电源管理芯片不工作。
15.优选地，所述电源管理芯片还包括芯片初始化模块；
16.芯片初始化模块的输入端连接电源端，芯片初始化模块的输出端连接功能控制逻辑模块。
17.第二方面，一种开关管理系统，包括电源模块、输出模块和第一方面所述的电源管理芯片；
18.其中所述电源模块包括ac电源和所述xcap电容，电源模块连接至电源管理芯片的高压端和电源端；电源管理芯片的驱动端连接至所述输出模块。
19.优选地，所述电源模块还包括整流桥、主线圈lp和辅助线圈laux；
20.其中辅助线圈laux与主线圈lp耦合；ac电源通过所述xcap电容连接至整流桥的输入端，整流桥的输出端通过电容c1接地，整流桥的输出端还连接至主线圈lp，电源管理芯片的高压端通过电阻rhv和反接两个第二二极管连接至整流桥的输入端；
21.电源管理芯片的电源端依次通过反接第三二极管、辅助线圈laux接地，电源管理芯片的电源端通过电容cvcc接地。
22.优选地，所述输出模块包括次级线圈ls和功率管m0；
23.其中次级线圈ls与主线圈lp耦合，次级线圈ls的输出作为开关管理系统的输出；电源管理芯片的驱动端接功率管m0的栅极，功率管m0的漏极连接至主线圈lp，功率管m0的源极通过电阻rcs接地。
24.本实用新型提供的一种电源管理芯片及开关电源管理系统，将开关电源启动、输入交流电压欠压检测和xcap电容放电三个功能集成到一个引脚实现，降低开关电源的损耗，提高开关电源的效率。
附图说明
25.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
26.图1为为本实用新型实施例一提供的电源管理芯片的电路图。
27.图2为本实用新型实施例一提供的开关采样保持电路的电路图。
28.图3为本实用新型实施例一提供的脉冲产生电路的电路图。
具体实施方式
29.下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅
用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
30.实施例一：
31.一种电源管理芯片，参见图1，其引脚包括电源端、驱动端和高压端；电源管理芯片包括欠压保护检测模块、功能控制逻辑模块、vcc充电电路、电阻分压电路和交流断电检测模块；
32.高压端通过vcc充电电路连接至电源端，vcc充电电路用于当电源管理芯片上电时，对电源管理芯片外接的电容cvcc充电；
33.电源端连接至电阻分压电路；电阻分压电路的采样端分别连接至欠压保护检测模块和交流断电检测模块的输入端，欠压保护检测模块和交流断电检测模块的输出端分别连接至功能控制逻辑模块，功能控制逻辑模块的脉冲输出端连接至vcc充电电路，功能控制逻辑模块的输出端连接至驱动端。
34.优选地，所述电源管理芯片还包括芯片初始化模块；
35.芯片初始化模块的输入端连接电源端，芯片初始化模块的输出端连接功能控制逻辑模块。
36.具体地，电源管理芯片将电阻分压电路的采样端输出的采样电压传输给交流断电检测模块和欠压保护检测模块，这2个模块产生检测判断信号传输给功能控制逻辑模块，功能控制逻辑模块产生周期性脉冲信号周期性启动交流断电检测模块和欠压保护检测模块，这样在不启动这2个模块、不检测时，电路耗电几乎为零。该电源管理芯片降低开关电源的损耗，提高开关电源的效率。
37.优选地，所述vcc充电电路包括功率管m1和功率管njfet；
38.其中，功率管m1的漏极分别连接至所述高压端和功率管njfet的漏极，功率管njfet的栅极接地，功率管m1的栅极连接至所述功能控制逻辑模块的脉冲输出端，功率管njfet的源极通过电阻r3连接至所述功能控制逻辑模块的脉冲输出端；功率管m1的源极依次通过电阻r1、正接第一二极管连接至所述电源端。
39.优选地，所述电阻分压电路包括功率管m2；其中，功率管m2的源极通过电阻r2接地，功率管m2的漏极连接至所述第一二极管的阳极；功率管m2的漏极作为所述采样端，功率管m2的栅极连接至功能控制逻辑模块。
40.具体地，电源管理芯片内部通过超高压功率管m1、电阻r1、电阻r2、功率管m2相连形成bo检测(即欠压保护检测)电阻串，功率管m1、m2导通后形成交流电源到地的电串。高压端hv还与功率管njfet相连，在电源端vcc充电时，提供功率管m1的s栅极偏置电压，电阻r3是限流电阻。
41.电源管理芯片上电后，功率管m1导通，对电源端vcc充电，当电源端的电压上升到超过启动阈值电压vcc_on时，电源管理芯片启动。在此之前电源管理芯片的大部分模块都不工作，功率管m2也是关闭的。电源管理芯片启动后，芯片初始化模块进行初始化，功能控制逻辑模块输出信号关闭功率管m1，从而关闭电源端vcc充电，节约电源管理芯片启动后的功耗，此时电源管理芯片由电容cvcc供电。然后功能控制逻辑模块输出一个周期性窄脉冲信号给电阻分压电路，周期性导通功率管m1和功率管m2，功率管m1、m2的导通电阻比电阻rhv、r1、r2小很多，可忽略。
42.本实施例采用功率管njfet和超高压开关管结合的方式，可实现vcc充电启动，且启动后关闭vcc充电，几乎不会产生功耗。
43.优选地，所述欠压保护检测模块用于启动后，检测电阻分压电路中采样端输出的采样电压是否大于预设的欠压检测电压阈值；如果是，判定电源管理芯片正常工作；如果否，判定电源管理芯片不工作；
44.所述功能控制逻辑模块用于当电源管理芯片正常工作时，生成一驱动信号传输给驱动端；
45.所述交流断电检测模块用于启动后，检测采样电压在预设时间内是否断流；如果是，触发电源管理芯片外接的xcap电容放电。
46.具体地，欠压保护检测模块当检测到采样电压>欠压检测电压阈值，判断电源管理芯片正常工作，功能控制逻辑模块输出正常驱动信号给驱动端drv控制功率管。主线圈lp的能量可以传输到次级线圈ls和辅助线圈laux，分别给直流输出和电源端vcc供电，否则驱动端drv一直输出低电平关闭功率管。
47.交流断电检测模块检测采样电压是否断流，如果断流触发电容xcap放电，此时功能控制逻辑模块会一直导通功率管m1和功率管m2，形成电容xcap对地的通路，因为电阻rhv远大于电阻r1、r2，所以采样电压比vcc低很多，不会对vcc充电。同时，由于电源管理芯片处于正常工作中，会消耗电容cvcc上的电荷，vcc下降直到vcc<断流保护阈值vcc_off，此时电源管理芯片复位，功率管m2关闭，开始重新对vcc充电，重复以上过程。
48.优选地，所述电源管理芯片还包括与功能控制逻辑模块连接的计数器；
49.所述欠压保护检测模块具体用于当检测到所述采样电压小于所述欠压检测电压阈值时，启动计数器开始计时；在预设的计时期间内是否检测到采样电压大于欠压检测电压阈值，如果是，清零计数器；如果否，判定电源管理芯片不工作。
50.具体地，当电源管理芯片正常工作后，如果出现采样电压<欠压检测电压阈值，则计数器开始计时，在计时结束期间一旦有采样电压>欠压检测电压阈值，则计数器清零，否则采样电压<bo阈值电压的时间超过预设的计时期间，电源管理芯片不工作。
51.该电源管理芯片当采样电压保持不变状态超过计时时间时，复用电阻分压电路或者vcc充电电路进行电容xcap放电，电容xcap停止放电的2个条件是：1、当芯片正常工作时，电容xcap上的电压会复用电阻分压电路被放低到一个较低的阈值电压，停止放电。2、采样电压<欠压检测电压阈值，即电源管理芯片欠压保护后会启动vcc充电进行电容xcap放电，通过这2个条件可以保证电容xcap放电到很低的电压。
52.综上所述，该电源管理芯片将开关电源启动、输入交流电压欠压检测和xcap电容放电三个功能集成到一个引脚实现，降低开关电源的损耗，提高开关电源的效率。
53.另外，本实施例还给出交流断电检测模块和欠压保护检测模块的电路图。
54.图2为交流断电检测模块和欠压保护检测模块中的开关采样保持电路。开关采样保持电路包括开关管、采样电容和比较器，其中电阻分压电路的采样端接开关管的源极，开关管的栅极接功能控制逻辑模块，开关管的漏极通过采样电容接地，开关管的漏极还接比较器的正向输入端，比较器的反向输入端接参考电压，比较器的输出端输出判断结果。
55.图2的电路用于控制开关周期性导通，将采样电压传输给采样电容并保持，然后通过比较器和预设参考电压做比较，实现相应的检测功能，例如设定参考电压为欠压检测电
压阈值，然后与采样电压进行比较，就可以输出欠压保护判断信号，再经过计数器计时，输出欠压保护触发信号。
56.图3为交流断电检测模块和欠压保护检测模块中的脉冲产生电路。脉冲产生电路包括与门、非门和延时电容。开关采样保持电路中比较器的输出端接非门的输入端和与门的一输入端，非门的输出端接与门的另一输入端，非门的输出端通过延时电容接地，与门的输出端作为脉冲产生电路的输出。
57.脉冲产生电路可以进行交流断电检测，例如为图2的比较器重新设定一个参考电压，比较器输出连接脉冲产生电路，因为采样电压随ac电源变化，所以输出周期脉冲信号复位计数器，这样就不会触发交流断电事件。如果断流，就不会产生周期脉冲信号，直到计数器超时，就会触发断流事件，从而进行xcap电容放电。
58.实施例二：
59.一种开关管理系统，包括电源模块、输出模块和上述的电源管理芯片；
60.其中所述电源模块包括ac电源和xcap电容，电源模块连接至电源管理芯片的高压端和电源端；电源管理芯片的驱动端连接至所述输出模块。
61.优选地，所述电源模块还包括整流桥、主线圈lp和辅助线圈laux；
62.其中辅助线圈laux与主线圈lp耦合；ac电源通过所述xcap电容连接至整流桥的输入端，整流桥的输出端通过电容c1接地，整流桥的输出端还连接至主线圈lp，电源管理芯片的高压端通过电阻rhv和反接两个第二二极管连接至整流桥的输入端；
63.电源管理芯片的电源端依次通过反接第三二极管、辅助线圈laux接地，电源管理芯片的电源端通过电容cvcc接地。
64.具体地，ac电源经过整流桥接滤波电容c1和主线圈lp的一端。ac电源与xcap电容并联，开关断开后会存在大量电荷。电源管理芯片的高压端hv通过电阻rhv、两个第二二极管与ac电源相连。电源管理芯片的电源端还接一个大电容cvcc，并通过一个第三二极管与辅助线圈laux相连。
65.优选地，所述输出模块包括次级线圈ls和功率管m0；
66.其中次级线圈ls与主线圈lp耦合，次级线圈ls的输出作为开关管理系统的输出；电源管理芯片的驱动端接功率管m0的栅极，功率管m0的漏极连接至主线圈lp，功率管m0的源极通过电阻rcs接地。
67.具体地，电源管理芯片的驱动端drv连接功率管m0的栅极，功率管m0的源极接限流电阻rcs到地，功率管m0的漏极接主线圈lp的一端。次级线圈ls与主线圈lp耦合，形成开关管理系统的输出。
68.本实用新型实施例所提供的系统，为简要描述，实施例部分未提及之处，可参考前述实施例中相应内容。
69.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。