[实用新型]一种实现零功耗待机开关电源集成电路

摘要

本实用新型公开了一种实现零功耗待机开关电源集成电路，包括一个用于控制开关电源的零功耗控制器。所述零功耗控制器包括电荷耦合电路、零功耗微处理器和零功耗电压调整电路，交流电源输入经电荷耦合电路依次进入零功耗电压调整电路、零功耗微处理器。

主权项

一种实现零功耗待机开关电源集成电路，其特征在于，包括一个用于控制开关电源的零功耗控制器，所述零功耗控制器包括电荷耦合电路、零功耗微处理器和零功耗电压调整电路，交流电源输入经电荷耦合电路依次进入零功耗电压调整电路、零功耗微处理器，零功耗控制器中包括有两对MOS管，分别为MOS管M1和MOS管M2、MOS管M3和MOS管M4；交流电电荷输入使用一个电容C1，交流电源第一端通过电容C1连接到零功耗控制器中两对MOS管中的其中一对接点，另一对MOS管接点空置，交流电源的第二端直接接零功耗控制器的地，开关电源的高压整流只使用一个二极管；在接通电源时，由于Vdd电压尚未建立，两对MOS管均为截止状态，在交流电的正半周期间，交流电源第一端正电荷通过电容C1流入零功耗控制器中MOS管M1的p型有源区和n阱，然后流入Vdd储能电容C3，最后回到交流电源第二端，向Vdd储能电容C3充电；在交流电的负半周期间，交流电源第一端负电荷通过电容C1流入零功耗控制器中MOS管M3的n型有源区和p阱，然后回到交流电源第二端；对电容C1通过控制MOS管M3和MOS管M4截止的方式来开通对电容C3充电，对电容C1通过MOS管M3和MOS管M4导通并联到交流电源两端的方式来断开电容C3的充电；当零功耗控制器控制MOS管M3和MOS管M4从截止转为导通的情况下，M3和M4的漏极电压仅从Vdd下降到0V；或控制MOS管M3和MOS管M4从导通转为截止，漏极电压仅从0V上升到Vdd；还包括电容C2，从交流电源两端，通过电荷耦合电路的两个电容C1，C2分别连接到零功耗控制器中两对MOS管的接点，在接通电源时，由于Vdd电压尚未建立，两对MOS管均为截止状态，在交流电的正半周期间，交流电源第一端正电荷通过电容C1流入零功耗控制器中MOS管M1的p型有源区和n阱，然后流入Vdd储能电容C3，再经MOS管M4的p阱和n型有源区最后回到交流电源第二端，向Vdd储能电容C3充电；在交流电的负半周期间，交流电源第二端正电荷通过电容C2流入零功耗控制器中MOS管M2的p型有源区和n阱，然后流入Vdd储能电容C3，再经MOS管M3的p阱和n型有源区回到交流电源第一端，向Vdd储能电容C3充电；对C1，C2串联通过控制MOS管M3和MOS管M4截止的方式来开通对电容C3充电，对C1，C2串联通过MOS管M3和MOS管M4导通并联到交流电源两端的方式来断开电容C3的充电；当零功耗控制器控制MOS管M3和MOS管M4从截止转为导通的情况下，M3和M4的漏极电压仅从Vdd下降到0V；或控制MOS管M3和MOS管M4从导通转为截止，漏极电压仅从0V上升到Vdd；两对MOS管、零功耗电压调整器以及基准电压组成零功耗电压调整电路，在工作的同时由零功耗控制器中的零功耗电压调整器通过MOS管M3、MOS管M4构成闭环稳压控制，当Vdd电压达到零功耗控制器所设定值时，零功耗微处理器进行过压检测、欠压检测、过载检测和过温检测，如果未发生异常，则由零功耗控制器发出指令，启动开关电源，如果零功耗微处理器检测发现一项以上异常，或检测到开关电源输出空载，则立即通过零功耗微处理器控制开关电源停止工作，在开关电源停止工作的情况下，定时访问监测发生异常的参数，如发现各项参数恢复正常，则立即恢复开关电源正常工作；当开关电源正常启动进入工作状态并向负载供电，同时开关电源变压器Vdd绕组T1_Na通过外置二极管向Vdd储能电容C3供电，零功耗电压调整器控制MOS管M3和MOS管M4导通，通过将电容C1与两对MOS管其中一对的接点接零功耗控制器电路的地，停止通过电容C1向Vdd储能电容充电，Vdd电压靠开关电源Vdd绕组供电维持，因为MOS管M3和MOS管M4导通时电阻为毫欧级，C1的纯电容电路中交流电流i相位超前其两端交流电压v相位90°，其有功功率表示相位角，因此电容C1中流过的电流是无功电流，不消耗任何电能；当开关电源正常启动进入工作状态并向负载供电，同时开关电源变压器Vdd绕组T1_Na通过外置二极管向Vdd储能电容C3供电，零功耗电压调整器控制MOS管M3和MOS管M4导通，通过将电容C1，C2与两对MOS管的接点接零功耗控制器电路的地，停止通过电容C1，C2向Vdd储能电容充电，Vdd电压靠开关电源Vdd绕组供电维持，因为MOS管M3和MOS管M4导通时电阻为毫欧级，C1，C2在物理上为直接串联的纯电容并联到交流电源L和N端，C1，C2串联的纯电容电路中交流电流i相位超前其两端交流电压v相位90°，其有功功率表示相位角，因此通过电容C1和C2的电流是无功电流，不消耗任何电能；无论开关电源是工作状态还是关闭状态，零功耗控制器都能够根据需要通过零功耗电压调整电路建立一个稳恒电压源，使零功耗控制器能够将整个开关电源管理起来；在检测到负载空载时，由零功耗微处理器立即关闭开关电源，使开关电源在完全不耗电的情况下维持原有的输出电压；根据开关电源输出电容空载放电时间常数和空载时对输出电压稳压精度要求，定时定宽启动开关电源为输出电容补充失去的电荷，以维持输出端电压不变，这种方式开关电源停止工作的时间很长，为秒级，而启动为输出电容补充电荷的时间很短，为毫秒级，开关电源基本上处在停止工作状态，故整个开关电源的平均功耗几乎为零，从而实现开关电源空载待机时的零功耗；包括由零功耗控制器控制的高压MOS管M0，使高压MOS管M0和开关电源联动；M0的加入，使本实用新型零功耗电路保持着Vdd储能电容上的电压，每次启动开关电源时开通M0使高压整流器向开关电源的高压滤波电容充电，高压电容上的电压U(t)＝U^(‑t/τ)，τ是RC时间常数，t表示时间，因为开关电源立即启动后，Vdd不必等待充电，开关电源的高压MOS管栅极立即被驱动，而MOS管漏极上的高压需要按上式指数形上升，这就使得开关电源的每次启动都做到真正的软启动，并且能够通过调整RC时间常数来设定软启动相关参数；所述MOS管M1和M2能够替换为其他的任何单向导电子器件。