[发明专利]离线集成电路芯片的辅助电压源及其控制检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及离线集成电路芯片的辅助电压源及其控制检测电路。本发明使用一种新的概念来产生集成电路芯片的工作电压。

背景技术

在离线电源应用中，  由于交直变换器输出高直流电压母线，这需要使用一种合适的方法从这高直流电压母线将这高压直流变成集成电路芯片可使用的低压直流电压源，并且这种变压始终是以高效率方式运行。

在已有辅助电压源产生方案中可大约归纳为两大类，即低压方案及高压方案。在低压方案中，有一只有源器件用以承受高压直流母线电压。另外还有一辅助绕组用以建立集成芯片工作电压源。在这种方案中，这辅助电压会随着负载及占空比变化。这种方案的好处是该离线集成电路芯片制造中不需要高压工艺。这样芯片的尺寸可以比较小并且成本比较低。但由于需要附加的有源器件及辅助绕组，该方案的整体费用还是比较高。在高压方案中，该离线集成电路芯片需要高压工艺来制造。这样该集成电路芯片可直接承受高压直流母线电压。该集成电路芯片有一功能块用以将这高压直流母线降压成集成电路芯片工作的低压直流电压源。这方案的好处是简单并且独立于负载及占空比。但由于需要高压工艺制造集成电路芯片，其成本比较高；另外由于高压直流母线电压加在该集成电路芯电容电路片上而使得集成电路芯片有散热的问题，这样限制该芯片可控制的功率的等级。

作为一种低成本的方案，该集成电路芯片的辅助电源应该以低压工艺来实现并且没有附加的有源器件来承受高压直流母线电压。该辅助电压源应该不随负载及占空比变化。本发明提出一种简单方案，在该方案中上述要求均能得到满足并且是低成本。

除了辅助电压源外，离线集成电路还需要一些附加功能来建立整个离线电源系统，比如过压保护功能，为更高的效率的同步驱动功能，这些附加功能对高功率发光二极管照明应用是非常必要的。

发明内容

本发明呈现一种新的用于离线集成电路驱动的无源开关电容辅助电源方案及其控制检测电路。本发明是由三部分组成。其一是由无源开关电容概念的辅助电压源；其二是过压保护电路；其三是低端功率开关的驱动。

本发明方案如下：离线集成电路芯片的辅助电压源及其控制检测系统由集成电路芯片的开关电容辅助电压源、过压保护电路和低端功率开关的驱动所组成。集成电路芯片的开关电容辅助电压源是一个开关电容网络块，该开关电容网络块用于变换高压直流电压母线为一合适的低压直流输入电压。电容网络块是一个无源电容网络。从开关电源来的反馈开关电压控制这无源电容网络。从开关电源来的反馈电压由磁场耦合或电场耦合。磁场耦合通过变压器和耦合电感完成。电场耦合通过电容来耦合。过压保护电路是一个从浮动高端控制芯片到输出电压的监视器，其组成为：自动随着高端功率MOSFET导通或关断而关断或导通的承受高压小电流的器件，电压分压器和采样保持。低端功率开关驱动的组成是：低端驱动的耦合电路和低端MOSFET的驱动器以及承受高电压小电流的器件，以及当低端MOSFET导通时限制低端MOSFET门极电压的，当低端MOSFET关断时能使其门极到源极的电压低于阀电平的箝位电路。

根据这一发明，这离线集成电路芯片可以用一般的低压工艺来制造。而借助外加高压小电流二极管，该离线集成电路芯片可用于高电压大功率应用。

在离线功率变换器的辅助电压源中，无源开关电容网络用于变换直流母线电压为一低压直流电压，并且调节这低压直流电压使其作为合适的低压集成电路芯片辅助电压源。正因为是无源开关电容电路，其成本是低的。又由于开关电容运行原理，其输出电压是没有占空比影响的。本发明充分利用开关电源的开关电压变化的特点来实现开关电容的概念。

本发明方案的方框图如图1所示，它是由一无源开关电容网络块和开关耦合绕组或电容耦合网络所组成，这无源开关电容网络块是用以将高压直流母线电压变换成一低压直流输出电压，这低压直流电压是适用于离线集成电压路芯片的辅助电压源。

在这辅助电压源中，耦合绕组或电容耦合网络提供一方波电压，其幅值和开关频率是由开关电源预设置的。正是这方波波形使得这开关电容网络充放电而产生所需要的离线集成电路的辅助电压。

在开关电容网络工作原理中，所有能量传递是根据多高电压变化率而决定的，也就是说这能量传递发生在高电压变化率时刻。当电压变化率比较低时，其能量传递几乎为零。

根据开关电容网络工作原理，这能量传递率是由其方波电压的幅值，即从磁耦合绕组或电容耦合网络的方波幅值以及该方波电压的频率和开关电容网络中电容值大小决定的，它完全独立于方波电压的占空比。