[发明专利]开关电源及其控制器

说明书

技术领域

本发明涉及开关电源技术，尤其涉及一种具有高压启动功能的开关电源及其控制器。

背景技术

参考图1，图1示出了现有技术中具有高压启动功能的反激式开关电源100的典型应用电路的拓扑结构，主要包括：启动电阻R1、启动电容C1、开关电路101、开关电源控制装置102、反激式转换器103、二极管D1、二极管D2以及输出滤波电容C2，其中开关电源控制装置102可以包括开启/关断控制器105和PWM控制器106。

参考图2，图2示出了反激式开关电源100在高压启动过程中，开关电源控制装置102的电源供电端VCC、开启/关断控制器105的输出端UV_CTRL、启动电容C1的高压启动充电电流Ich、开关电源控制装置102的栅极驱动端GD、直流输出电压VOUT的波形示意图。

结合图1和图2，在开关电源100开始高压启动时，交流输入电压VIN通过启动电阻R1给启动电容C1提供高压启动充电电流Ich，则开关电源控制装置102的电源供电端VCC电压开始上升，同时高压启动充电电流Ich也从0开始增大，且先增大到最大值Ich0（Ich0>0）后再下降；当电源供电端VCC电压大于开启/关断控制器105的开启点电压VCCON时，开启/关断控制器105的输出信号UV_CTRL由低电平跳变为高电平，且高压启动充电电流Ich也降至Ich1（Ich1>0），则PWM控制器106开始工作，产生开关电源控制装置102的栅极驱动信号GD，该栅极驱动信号GD可以为PWM调制信号，栅极驱动信号GD控制开关电路101中的功率管104的导通和关断，使得功率管104的漏端E_D提供功率输出电流，那么交流输入电压VIN就通过反激式转换器103中变压器的原边绕组L1和副边绕组L2、二极管D2、输出滤波电容C2将能量传递到直流输出电压VOUT，使得VOUT电压开始上升；同时，交流输入电压VIN除了通过启动电阻R1和启动电容C1给开关电源控制装置102的电源供电端VCC供电外，还通过反激式转换器103中变压器的原边绕组L1和辅助绕组L3、二极管D1、启动电容C1，也为电源供电端VCC供电；这样，开关电源100就完成高压启动，开始工作。

上述通过启动电阻R1来完成高压启动的技术，由于在启动后流过启动电阻R1的电流Ich1一直存在，所以存在启动时间和待机功耗的矛盾。如果启动电阻R1较小，则启动时，交流输入电压VIN通过启动电阻R1给启动电容C1充电的电流变大，那么开关电源100的启动时间变短，但启动后，由于流过启动电阻R1的电流较大，则开关电源100的待机功耗也较大；如果启动电阻R1较大，则启动时，交流输入电压VIN通过启动电阻R1给启动电容C1充电的电流变小，那么开关电源100的启动时间变长，但启动后，由于流过启动电阻R1的电流较小，则开关电源100的待机功耗也就小。

为了兼顾启动时间和待机功耗，应用时启动电阻R1一般选在MΩ级。但即使这样，在交流输入电压VIN为220VAC时，启动电阻R1的功耗也有十几毫瓦到上百毫瓦。

由上，现有技术中如图1所示的开关电源100通过启动电阻R1来完成高压启动，无法确保既能减少启动时间又能降低待机功耗。

参考图3，图3示出了图1中的开关电源100内的功率管104的版图201的示意图，该功率管104为高压MOS器件。

结合图1和图3，在高压MOS器件104的版图201上，正面有栅端G的压点和源端S的压点，背面有漏端D的压点，这三个压点可以完成高压MOS器件104的功率驱动输出功能。

参考图4，图4示出了图3沿AA’方向的纵向剖面的示意图。

如图4所示，以N型器件为例，该高压MOS器件包括：MOS管的N型外延区306，外延区306由电极301引出，形成MOS管的漏端；MOS管的P阱302；MOS管的N型掺杂区305；MOS管的P型掺杂区309，P阱302、P型掺杂区309以及N型掺杂区305通过电极303短路，形成MOS管的源端；MOS管的栅端304。从器件的整体结构而言，上述P阱302、N型掺杂区305、P型掺杂区309以及栅端304等都形成于元胞部分308，元胞部分308是器件的电流导通区域，元胞部分308为有源区，该功率器件可以由众多元胞部分308重复形成；在元胞部分308的边缘以外具有高压环307，高压环307可以包括多个P型掺杂310，该高压环307可以对应于图3所示的区域207。以上器件的内部结构以及工作原理为公知技术，不再详细描述。