技术领域
[0001] 本
发明属于微
电子技术领域，涉及一种供电电路，尤其涉及一种自供电控制电路及控制方法以及
开关电源电路。
背景技术
[0002] 在无辅助绕组的隔离型电源变换电路，芯片电源端口VDD的控制部分和主电路电量的控制不解耦。
[0003] 请参阅图1、图2，现有控制方案中，在将VDD
电压控制到一定范围的同时，要么影响到
变压器原边
电流的峰值(进而影响到电源的输出电流)；要么影响到功率BJT的预关断点。BJT是
双极结型晶体管(Bipolar Junction Transistor—BJT)的缩写，又常称为双载子晶体管。
[0004] 然而，如果预关断点在不合理的状态下，BJT或者工作在放大区，或者关断延迟大大增加；在电源损耗增大的同时，原边的电量也会受到一定程度的影响。
[0005] 有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的供电方式，以便克服现有供电方式存在的上述
缺陷。
发明内容
[0006] 本发明提供一种自供电控制电路及控制方法以及开关电源电路，使得VDD的控制电路和主电路电量的控制完全解耦；在保证VDD自供电稳定可靠的同时，主电路的电量(原边电流峰值)可以自由调节，功率BJT的可靠工作也能得到保证。
[0007] 为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，采用如下技术方案：
[0008] 一种自供电控制电路，所述自供电控制电路包括：
[0009] 双极结型晶体管BJT；
[0011] 第一单向导通
控制器件，第一单向导通控制器件为
二极管D1；
[0012]
能量存储器件，能量存储器件为电容C，能量存储器件的第一端连接所述第一单向导通控制器件的第二端；
[0013] 第一开关S1，第一开关S1的第一端分别连接所述双极结型晶体管BJT的发射极、第一单向导通控制器件的第一端，第一开关S1的第二端连接能量存储器件的第二端；
[0014] 第二开关S2，第二开关S2的第一端连接所述双极结型晶体管BJT的基极，第二开关S2的第二端连接第一开关S1的第二端；
[0015] 第三开关S3，第三开关S3的第一端连接所述BJT驱动器，第三开关S3的第二端连接所述双极结型晶体管BJT的基极；以及
[0016] 驱动管理模
块，用以根据电流反馈
信号和电压反馈信号分别控制所述第一开关S1、第二开关S2和第三开关S3的开关状态。
[0017] 作为本发明的一种实施方式，所述驱动管理模块包括VDD供电管理电路，VDD供电管理电路分别连接第一单向导通控制器件的第二端、第一开关S1的输入端、第二开关S2的输入端；所述VDD供电管理电路用以接收第一单向导通控制器件的
输出信号，控制第一开关S1与第二开关S2的关断的时刻以及关断持续的时间。
[0018] 作为本发明的一种实施方式，所述驱动管理模块包括：
[0019] Vcs幅度调
制模块，用以接收电压反馈信号，产生电流反馈信号的第一电压参考值Vcs_ref1和第二电压参考值Vcs_ref2；
[0020] 第一比较器COM1，第一比较器COM1的
反相输入端接收第二电压参考值Vcs_ref2，第一比较器COM1的正相输入端连接电流反馈端口，第一比较器COM1的输出端连接第三开关驱动器；第三开关驱动器的输出端连接第三开关S3；
[0021] 第二比较器COM2，第二比较器COM2的反相输入端接收第一电压参考值Vcs_ref1，第二比较器COM2的正相输入端连接电流反馈端口，第二比较器COM2的输出端连接第二开关驱动器，第二开关驱动器的输出端连接第二开关S2。
[0022] 作为本发明的一种实施方式，所述自供电控制电路的控制状态依照控制发生的先后顺序依次包括：
[0023] 第一开关S1导通、第二开关S2断开、第三开关S3导通，双极结型晶体管BJT导通，主电路电流流经双极结型晶体管BJT和第一开关S1；
[0024] 第一开关S1断开、第二开关S2断开、第三开关S3断开，双极结型晶体管BJT在“电流拖尾”效应下保持导通，电流流经双极结型晶体管BJT、第一单向导通控制器件为能量存储器件充电；
[0025] 第一开关S1导通、第二开关S2断开、第三开关S3断开，双极结型晶体管BJT由于“电流拖尾”效应，保持导通状态，主电路电流仍然流经双极结型晶体管BJT和第一开关S1；
[0026] 第一开关S1导通、第二开关S2导通、第三开关S3断开，双极结型晶体管BJT彻底关断。
[0027] 根据本发明的另一个方面，本发明提供一种开关电源电路，所述开关电源电路包括上述的自供电控制电路。
[0028] 作为本发明的一种实施方式，所述开关电源电路包括集成电路芯片、电容C、
整流桥D、第一电容C1、第一
电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3以及第四电阻Rcs；
[0029] 所述集成电路芯片包括C引脚、快速启动引脚OB、电压反馈引脚FB、电流反馈引脚CS、供电引脚VDD和基准地引脚GND；
[0030] 所述双极结型晶体管BJT的基极连接快速启动引脚OB，所述双极结型晶体管BJT的集
电极连接C引脚；
[0031] 所述第一单向导通控制器件的第二端连接供电引脚VDD，第一开关S1的第二端连接基准地引脚GND；
[0032] 所述整流桥D的第一端连接火线，整流桥D的第二端分别连接集成电路芯片的C引脚、第一电阻R1的第一端、第一电容C1的第一端，整流桥D的第三端连接零线，整流桥D的第四端接地；第一电容C1的第二端接地；第一电阻R1的第二端连接集成电路芯片的OB引脚；
[0033] 所述集成电路芯片的FB引脚分别连接第二电阻R2的第二端、第三电阻R3的第一端；集成电路芯片的VDD引脚连接电容C的第一端，集成电路芯片的GND引脚分别连接电容C的第二端、第四电阻Rcs的第一端；集成电路芯片的CS引脚分别连接第四电阻Rcs的第二端、第二电阻R2的第一端、变压器原边绕组的第一端，第三电阻R3的第二端、变压器原边绕组的第二端分别接地。
[0034] 根据本发明的又一个方面，本发明提供一种上述的自供电控制电路的控制方法，包括：通过控制第一开关S1、第二开关S2和第三开关S3的导通或断开，实现自供电的控制。
[0035] 作为本发明的一种实施方式，所述控制方法包括：
[0036] (1)控制第一开关S1导通、第二开关S2断开、第三开关S3导通，双极结型晶体管BJT导通，主电路电流流经双极结型晶体管BJT和第一开关S1，表征变压器电感电流的Vcs电压信号线性增长；
[0037] (2)VDD供电管理电路控制第一开关S1断开；第一开关S1断开、第二开关S2断开、第三开关S3断开，双极结型晶体管BJT在“电流拖尾”效应下保持导通，电流流经双极结型晶体管BJT、第一单向导通控制器件为能量存储器件充电；
[0038] (3)Vcs电压信号达到第二电压参考值Vcs_ref2时，第一开关S1导通、第二开关S2断开、第三开关S3断开，双极结型晶体管BJT由于“电流拖尾”效应，保持导通状态，主电路电流仍然流经双极结型晶体管BJT和第一开关S1；
[0039] (4)当双极结型晶体管BJT的集电极电压信号Vc达到第一电压参考值Vcs_ref1时，第一开关S1导通、第二开关S2导通、第三开关S3断开，双极结型晶体管BJT彻底关断。
[0040] 作为本发明的一种实施方式，所述控制方法进一步包括：VDD供电管理步骤，接收第一单向导通控制器件的输出信号，控制第一开关S1与第二开关S2的关断的时刻以及关断持续的时间。
[0041] 作为本发明的一种实施方式，所述控制方法进一步包括：Vcs幅度调制步骤，接收电压反馈引脚FB的电压反馈信号，并根据接收的电压反馈信号产生电流反馈信号的第一电压参考值Vcs_ref1和第二电压参考值Vcs_ref2。
[0042] 本发明的有益效果在于：本发明提出的自供电控制电路及控制方法以及开关电源电路，使得VDD的控制电路和主电路电量的控制完全解耦；在保证VDD自供电稳定可靠的同时，主电路的电量(原边电流峰值)可以自由调节，功率BJT的可靠工作也能得到保证。本发明可应用于无辅助绕组的隔离型电源变换电路中，解决VDD自供电问题。
附图说明
[0043] 图1为现有无辅助绕组的隔离型电源变换电路的电路示意图。
[0044] 图2为现有无辅助绕组隔离式开关电源的电路示意图。
[0045] 图3为本发明一
实施例中自供电控制电路的电路示意图。
[0046] 图4为本发明一实施例中开关电源电路的电路示意图。
[0047] 图5为本发明一实施例中自供电控制电路一部分的电路原理示意图。
[0048] 图6为本发明一实施例中自供电控制电路一部分的电路原理示意图。
[0049] 图7为本发明一实施例中自供电控制电路一部分的电路原理示意图。
[0050] 图8为本发明一实施例中自供电控制电路一部分的电路原理示意图。
[0051] 图9为本发明一实施例中自供电控制电路一部分的电路原理示意图。
[0052] 图10为本发明一实施例中自供电控制电路一部分的电路原理示意图。
[0053] 图11为本发明一实施例中自供电控制电路系统工作
波形示意图。
[0054] 图12为本发明一实施例中自供电控制电路系统工作波形示意图。
具体实施方式
[0055] 下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
[0056] 为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明
权利要求的限制。
[0057] 该部分的描述只针对几个典型的实施例，本发明并不仅局限于实施例描述的范围。相同或相近的
现有技术手段与实施例中的一些技术特征进行相互替换也在本发明描述和保护的范围内。
[0058]
说明书中的“耦接”或“连接”或“接”包含直接连接，也包含间接连接，如通过电传导媒介如导体的连接，其中该电传导媒介可含有寄生电感或寄生电容。还可包括本领域技术人员公知的在可实现相同或相似功能目的
基础上通过其他有源器件或无源器件的连接，如通过开关、跟随电路等电路或部件的连接。
[0059] 本发明揭示了一种自供电控制电路，图3为本发明一实施例中自供电控制电路的电路示意图；请参阅图3，在本发明的一实施例中，所述自供电控制电路包括：双极结型晶体管BJT、BJT驱动器3、第一单向导通控制器件、能量存储器件、第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3。
[0060] 其中，所述能量存储器件的第一端连接所述第一单向导通控制器件的第二端；第一开关S1的第一端分别连接所述双极结型晶体管BJT的发射极、第一单向导通控制器件的第一端，第一开关S1的第二端连接能量存储器件的第二端；第二开关S2的第一端连接所述双极结型晶体管BJT的基极，第二开关S2的第二端连接第一开关S1的第二端；第三开关S3的第一端连接所述BJT驱动器，第三开关S3的第二端连接所述双极结型晶体管BJT的基极。
[0061] 在本发明的一实施例中，双极结型晶体管BJT为第一
三极管Q1；所述第一单向导通控制器件为第一二极管D1；所述能量存储器件为电容C。
[0062] 在本发明的一实施例中，第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3为MOS管，当然也可以是其他功率管。
[0063] 图5为本发明一实施例中自供电控制电路一部分的原理示意图；请参阅图5，在本发明的一实施例中，所述自供电控制电路还包括驱动管理模块1，驱动管理模块1用以控制所述第一开关S1、第二开关S2和第三开关S3的开关状态。示例性的，驱动管理模块用以根据电流反馈信号和电压反馈信号分别控制所述第一开关S1、第二开关S2和第三开关S3的开关状态。其中，根据电流反馈信号和电压反馈信号可控制第二开关S2的开关状态，根据电流反馈信号和电压反馈信号可控制第三开关S3的开关状态，通过电流反馈信号和电压反馈信号可间接控制第一开关S1的开关状态。
[0064] 本发明揭示一种集成电路芯片，所述集成电路芯片包括上述的自供电控制电路。图5揭示了本发明一实施例中集成电路芯片的电路原理示意图。可参阅图5，在本发明的一实施例中，所述集成电路芯片包括C引脚、快速启动引脚OB、电压反馈引脚FB、电流反馈引脚CS、供电引脚VDD和基准地引脚GND。所述双极结型晶体管BJT的基极连接快速启动引脚OB，所述双极结型晶体管BJT的集电极连接C引脚；所述第一单向导通控制器件的第二端连接供电引脚VDD，第一开关S1的第二端连接基准地引脚GND。
[0065] 图6为本发明一实施例中自供电控制电路一部分的原理示意图；请参阅图6，在本发明的一实施例中，所述驱动管理模块1连接电流反馈引脚CS，根据所述电流反馈引脚CS的反馈信号控制所述第二开关S2和/或第三开关S3的开关状态。
[0066] 图7为本发明一实施例中自供电控制电路一部分的原理示意图；请参阅图7，在本发明的一实施例中，所述驱动管理模块1包括VDD供电管理电路7，VDD供电管理电路7分别连接第一单向导通控制器件的第二端、第一开关S1的输入端、第二开关S2的输入端；所述VDD供电管理电路用以接收第一单向导通控制器件的输出信号，控制第一开关S1与第二开关S2的关断的时刻以及关断持续的时间。
[0067] 图8为本发明一实施例中自供电控制电路一部分的原理示意图；请参阅图8，在本发明的一实施例中，所述驱动管理模块1包括Vcs幅度调制模块5；Vcs幅度调制模块5用以接收电压反馈信号，产生电流反馈信号的第一电压参考值Vcs_ref1和第二电压参考值Vcs_ref2。
[0068] 在本发明的一实施例中，所述驱动管理模块1进一步包括第一比较器COM1、第二比较器COM2；第一比较器COM1的反相输入端接收第二电压参考值Vcs_ref2，第一比较器COM1的正相输入端连接电流反馈端口，第一比较器COM1的输出端连接驱动管路模块1；驱动管路模块1的输出端连接第三开关S3。第二比较器COM2的反相输入端接收第一电压参考值Vcs_ref1，第二比较器COM2的正相输入端连接电流反馈端口，第二比较器COM2的输出端连接驱动管路模块1，驱动管路模块1的输出端连接第二开关S2。
[0069] 图9为本发明一实施例中自供电控制电路一部分的原理示意图；请参阅图9，在本发明的一实施例中，与图8所示的自供电控制电路相比，所述驱动管理模块1还包括VDD供电管理电路7。
[0070] 图10为本发明一实施例中自供电控制电路一部分的电路原理示意图；请参阅图10，在本发明的一实施例中，驱动管理模块包括第一开关驱动器11、第二开关驱动器12、第三开关驱动器13、VDD供电管理电路7、Vcs幅度调制模块5、第一比较器COM1、第二比较器COM2。
[0071] 第一开关驱动器11的输出连接第一开关S1；第二开关驱动器12的输出连接第二开关S2；第三开关驱动器13的输出连接第三开关S3。VDD供电管理电路7分别连接第一单向导通控制器件(第一二极管D1)的第二端、第一开关驱动器11的输入端、第二开关驱动器12的输入端。所述VDD供电管理电路用以接收第一单向导通控制器件的输出信号，控制第一开关S1与第二开关S2的关断的时刻以及关断持续的时间。
[0072] Vcs幅度调制模块5用以接收电压反馈信号(对应连接集成电路芯片的电压反馈引脚FB)，产生电流反馈信号的第一电压参考值Vcs_ref1和第二电压参考值Vcs_ref2。
[0073] 所述第一比较器COM1的反相输入端接收第二电压参考值Vcs_ref2，第一比较器COM1的正相输入端连接电流反馈端口(对应集成电路芯片电流反馈引脚CS)，第一比较器COM1的输出端连接第三开关驱动器13。所述第二比较器COM2的反相输入端接收第一电压参考值Vcs_ref1，第二比较器COM2的正相输入端连接电流反馈端口，第二比较器COM2的输出端连接第二开关驱动器12。
[0074] 图12为本发明一实施例中自供电控制电路系统工作波形示意图；请参阅图12，在本发明的一实施例中，在电源的闲置时间、即电源变压器不发生励磁或者去磁时，任何时刻都允许将第二开关S2和第一开关S1同时关断，利用快速启动引脚OB引脚电流开通双极结型晶体管BJT为能量存储器件供电；第一开关S1与第二开关S2的关断的时刻以及持续的时间，由VDD供电管理电路决定。
[0075] 在本发明的一实施例中，自供电控制电路依照先后顺序(如可以是控制发生的先后顺序)共有四种开关状态：
[0076] (1)第一开关S1导通、第二开关S2断开、第三开关S3导通，双极结型晶体管BJT导通，主电路电流流经双极结型晶体管BJT和第一开关S1；
[0077] (2)第一开关S1断开、第二开关S2断开、第三开关S3断开，双极结型晶体管BJT在“电流拖尾”效应下保持导通，电流流经双极结型晶体管BJT、第一单向导通控制器件为能量存储器件充电；
[0078] (3)第一开关S1导通、第二开关S2断开、第三开关S3断开，双极结型晶体管BJT由于“电流拖尾”效应，保持导通状态，主电路电流仍然流经双极结型晶体管BJT和第一开关S1；
[0079] (4)第一开关S1导通、第二开关S2导通、第三开关S3断开，双极结型晶体管BJT彻底关断。
[0080] 本发明揭示一种所述开关电源电路，包括上述的自供电控制电路。
[0081] 图4为本发明一实施例中开关电源电路的电路示意图；请参阅图4，在本发明的一实施例中，所述开关电源电路包括集成电路芯片、电容C、整流桥D、第一电容C1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3以及第四电阻Rcs。需要注意，双极结型晶体管BJT可选择集成在控制电路(即上述的集成电路芯片)中，也可外置。
[0082] 所述集成电路芯片包括C引脚(BJT的集电极)、快速启动引脚OB、电压反馈引脚FB、电流反馈引脚CS、供电引脚VDD和基准地引脚GND。所述双极结型晶体管BJT的基极连接快速启动引脚OB，所述双极结型晶体管BJT的集电极连接C引脚。所述第一单向导通控制器件的第二端连接供电引脚VDD，第一开关S1的第二端连接基准地引脚GND。
[0083] 所述整流桥D的第一端连接火线，整流桥D的第二端分别连接集成电路芯片的C引脚、第一电阻R1的第一端、第一电容C1的第一端，整流桥D的第三端连接零线，整流桥D的第四端接地；第一电容C1的第二端接地；第一电阻R1的第二端连接集成电路芯片的OB引脚。
[0084] 所述集成电路芯片的FB引脚分别连接第二电阻R2的第二端、第三电阻R3的第一端；集成电路芯片的VDD引脚连接电容C的第一端，集成电路芯片的GND引脚分别连接电容C的第二端、第四电阻Rcs的第一端；集成电路芯片的CS引脚分别连接第四电阻Rcs的第二端、第二电阻R2的第一端、变压器原边绕组的第一端，第三电阻R3的第二端、变压器原边绕组的第二端分别接地。
[0085] 本发明揭示一种上述的自供电控制电路的控制方法，包括：通过控制第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3的导通或断开，实现自供电的控制。
[0086] 图11为本发明一实施例中自供电控制电路系统工作波形示意图；请参阅图11，在本发明的一实施例中，所述控制方法包括：
[0087] (1)控制第一开关S1导通、第二开关S2断开、第三开关S3导通，双极结型晶体管BJT导通，主电路电流流经双极结型晶体管BJT和第一开关S1，表征变压器电感电流的Vcs电压信号线性增长；
[0088] (2)VDD供电管理电路控制第一开关S1断开；第一开关S1断开、第二开关S2断开、第三开关S3断开，双极结型晶体管BJT在“电流拖尾”效应下保持导通，电流流经双极结型晶体管BJT、第一单向导通控制器件为能量存储器件充电；
[0089] (3)Vcs电压信号达到第二电压参考值Vcs_ref2时，第一开关S1导通、第二开关S2断开、第三开关S3断开，双极结型晶体管BJT由于“电流拖尾”效应，保持导通状态，主电路电流仍然流经双极结型晶体管BJT和第一开关S1；
[0090] (4)当双极结型晶体管BJT的集电极电压信号Vc达到第一电压参考值Vcs_ref1时，第一开关S1导通、第二开关S2导通、第三开关S3断开，双极结型晶体管BJT彻底关断。
[0091] 第三开关S3的控制仅跟第二电压参考值Vcs_ref2和Vcs相关，第二电压参考值Vcs_ref2由幅度调制模块根据VFB产生，Vcs是电流反馈；Vcs幅度增长的时间段内，第二开关S2始终保持关断，当Vcs达到第一电压参考值Vcs_ref1时，导通第二开关S2，双极结型晶体管BJT会立即关断。因此，Vcs(变压器原边电流)和第三开关S3的控制跟VDD供电控制无关。
[0092] 第三开关S3关断后，第一开关S1随之关断；第一开关S1的上升沿受到VDD供电管理电路的调制；当BJT的集电极电压信号Vc达到第一电压参考值Vcs_ref1时，第二开关S2导通；在同一周期内，在第二开关S2导通前，第一开关S1再次导通。在极端的情况下，第一开关S1 Gate上升沿可能跟第三开关S3 gate下降沿重合；也可能跟第二开关S2 gate上升沿重合(等同于第一开关S1在该周期不关断)。
[0093] 在本发明的一实施例中，所述控制方法包括：
[0094] (1)控制第一开关S1导通、第二开关S2断开、第三开关S3导通，双极结型晶体管BJT导通，主电路电流流经双极结型晶体管BJT和第一开关S1；
[0095] (2)控制第一开关S1断开、第二开关S2断开、第三开关S3断开，双极结型晶体管BJT在“电流拖尾”效应下保持导通，电流流经双极结型晶体管BJT、第一单向导通控制器件为能量存储器件充电；
[0096] (3)控制第一开关S1导通、第二开关S2断开、第三开关S3断开，双极结型晶体管BJT由于“电流拖尾”效应，保持导通状态，主电路电流仍然流经双极结型晶体管BJT和第一开关S1；
[0097] (4)控制第一开关S1导通、第二开关S2导通、第三开关S3断开，双极结型晶体管BJT彻底关断。
[0098] 综上所述，本发明提出的自供电控制电路及控制方法以及开关电源电路，使得VDD的控制电路和主电路电量的控制完全解耦；在保证VDD自供电稳定可靠的同时，主电路的电量(原边电流峰值)可以自由调节，功率BJT的可靠工作也能得到保证。本发明可应用于无辅助绕组的隔离型电源变换电路中，解决VDD自供电问题。
[0099] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0100] 这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的
变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。
