CN200969528Y

CN200969528Y - 充电器电路及其pwm控制器

Info

Publication number: CN200969528Y
Application number: CNU2006201212431U
Authority: CN
Inventors: 吕述庄; 彭弢
Original assignee: BCD Semiconductor Manufacturing Ltd
Current assignee: BCD Semiconductor Manufacturing Ltd
Priority date: 2006-06-16
Filing date: 2006-06-16
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2016-06-16
Also published as: US20080007226A1; US7583061B2

Abstract

本实用新型揭示了一种PWM控制器，该PWM控制器的短路模式电路的输入端同时连接电源输入端和输出驱动电路的输出脚；该PWM控制器的振荡器的温度补偿电路中采用负温度系数的中值多晶电阻和正温度系数的阱电阻。本实用新型还揭示了一种充电器电路，包括上述的PWM控制器和一通过变压器与该PWM控制器耦合的恒压恒流控制电路，采用本实用新型的PWM控制电路和充电器电路，在系统应用上省去了许多现有方案必须的稳压二极管，短路保护特性好于现在的许多主导方案，采用了新的消除低频纹波的方法。并将功率晶体管和控制器集成到一个TO－94封装内，显著提高了集成度，并解决了小封装的可靠性问题。提供了一款效率高、短路特性好、系统输出纹波低的高性能方案，且系统成本较低。

Description

充电器电路及其PWM控制器

技术领域

本实用新型涉及脉宽调制领域，尤其是低功率的脉宽调制控制方案，更具体地说本实用新型涉及一种充电器电路及其PWM控制器。

背景技术

目前，手机和数码相机充电器大多数采用开关电源电路，这些低功率电源的方案可以这样来分类：第一类，变压器原边电路采用RCC分立器件形成自激控制或PWM控制器形成的他激控制。第二类，变压器次边采用双运放电路实现恒流，电压基准电路实现恒压，或采用电压基准电路实现恒压和三极管实现恒流。第三类，ASIC方案，即省去光耦及副边恒压恒流控制器，只采用原边的专用集成电路就能实现对输出电压的恒压恒流控制。但第一类方案虽然简单，但缺点也是明显的，主要有：器件离散性大、效率低、无短路功能、产能低等，故而逐渐被淘汰。ASIC方案略简单，但只有极少制造商有技术能力，由于无严格的电压电流控制环路，故系统的纹波和噪音性都比较差，成本也较高，故仍然不能满足高端客户的需要。第二类方案是被最广泛应用的，系统性能能够满足多数高性能充电器方案的恒压恒流要求，环境温度的变化对系统的性能无明显的影响，但系统成本高，电路板面积大，一些客户望而却步。

为了解决上述的问题，需要一种效率高、短路特性好、系统输出纹波低的高性能方案，且系统成本较低从而克服上述的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种效率高、短路特性好、系统输出纹波低的高性能充电器电路，且系统成本较低。

根据本实用新型的一方面，提供一种PWM控制器，该PWM控制器的短路模式电路的输入端同时连接电源输入端和输出驱动电路的输出脚；该PWM控制器的振荡器的温度补偿电路中采用负温度系数的中值多晶电阻和正温度系数的阱电阻。

根据本实用新型的一实施例，所述PWM控制器包括：启动电路，所述启动电路与电源输入端连接，启动电路决定了该电源输入端在启动瞬时的门槛工作电压和正常工作时的最低工作电压；振荡器，用于产生固定频率的方波信号；其输出端连接到PWM逻辑电路，用于产生固定频率的电流源采用正温度和负温度补偿电路；电流限制比较器，其中一输入端连接电流采样输入端，响应输出驱动电路的电流采样信号，实现电流环路反馈，所述电流限制比较器还响应电源输入端的电压变化，实现电压环路反馈；电流反馈信号和电压反馈信号将通过电流限制比较器以误差信号的形式施加到PWM逻辑电路；PWM逻辑电路，连接到振荡器用于响应振荡器的输出方波信号，还连接到电流限制比较器接收电流限制比较器的误差信号，决定输出驱动脉冲的占空比，所述逻辑电路还响应短路模式电路的输入信号，并周期性关断输出信号，来保护系统；短路模式电路，一输入端连接电源输入端，另一输入端连接到输出驱动电路的输出脚，正常工作时输出驱动电路104的输出脚电压较高，电源输入端电压较低；当短路和轻载时输出驱动电路的输出脚电压较低，电源输入端电压较高，短路模式电路使所述PWM控制器进入短路保护模式；输出驱动电路，其输入端与PWM逻辑电路相连，输出连接到短路模式电路和电流限制比较器，输出驱动电路产生PWM脉冲信号，经由PWM控制器内部的功率器件连接并驱动PWM控制器外部的功率晶体管。

较佳的，所述PWM控制器内部的功率器件是内置功率晶体管。

较佳的，将所述功率晶体管和PWM控制器集成在一个TO-94封装内。

较佳的，所述启动电路是不包含稳压二极管的启动电路。

根据本实用新型的第二方面，提供一种充电器电路，包括一PWM控制器和一通过变压器与所述PWM控制器耦合的恒压恒流控制电路，所述PWM控制器的短路模式电路的输入端同时连接电源输入端和输出驱动电路的输出脚；所述PWM控制器的振荡器的温度补偿电路中采用负温度系数的中值多晶电阻和正温度系数的阱电阻。

根据本实用新型的一实施例，所述充电器电路的PWM控制器包括：启动电路，所述启动电路与电源输入端连接，启动电路决定了该电源输入端在启动瞬时的门槛工作电压和正常工作时的最低工作电压；振荡器，用于产生固定频率的方波信号；其输出端连接到PWM逻辑电路，用于产生固定频率的电流源采用正温度和负温度补偿电路；电流限制比较器，其中一输入端连接电流采样输入端，响应输出驱动电路的电流采样信号，实现电流环路反馈，所述电流限制比较器还响应电源输入端的电压变化，实现电压环路反馈；电流反馈信号和电压反馈信号将通过电流限制比较器以误差信号的形式施加到PWM逻辑电路；PWM逻辑电路，连接到振荡器用于响应振荡器的输出方波信号，还连接到电流限制比较器接收电流限制比较器的误差信号，决定输出驱动脉冲的占空比，所述逻辑电路还响应短路模式电路的输入信号，并周期性关断输出信号，来保护系统；短路模式电路，一输入端连接电源输入端，另一输入端连接到输出驱动电路的输出脚，正常工作时输出驱动电路104的输出脚电压较高，电源输入端电压较低；当短路和轻载时输出驱动电路的输出脚电压较低，电源输入端电压较高，短路模式电路使所述PWM控制器进入短路保护模式；输出驱动电路，其输入端与PWM逻辑电路相连，输出连接到短路模式电路和电流限制比较器，输出驱动电路产生PWM脉冲信号，经由PWM控制器内部的功率器件连接并驱动PWM控制器外部的功率晶体管。

较佳的，所述PWM控制器内部的功率器件是内置功率晶体管；且所述功率晶体管和PWM控制器集成在一个TO-94封装内。

较佳的，所述启动电路是不包含稳压二极管的启动电路。

较佳的，所述恒压恒流控制电路还用于短路控制。

较佳的，所述充电器电路在空载条件下得到极低的输出电压纹波。

采用本实用新型的PWM控制电路和充电器电路，在系统应用上省去了许多现有方案必须的稳压二极管，短路保护特性好于现在的许多主导方案，采用了新的消除低频纹波的方法。并将功率晶体管和控制器集成到一个TO-94封装内，显著提高了集成度，并解决了小封装的可靠性问题。提供了一款效率高、短路特性好、系统输出纹波低的高性能方案，且系统成本较低。

附图说明

本实用新型的上述的以及其他的特征、性质和优势将在下面结合附图和实施例进一步描述，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中，

图1是本实用新型的PWM控制器的一较佳实施例的电路框图；

图2是本实用新型的PWM控制器的短路模式电路的局部电路图；

图3是本实用新型的PWM控制器的振荡器的频率温度补偿电路的局部电路图；

图4是本实用新型的充电器电路的一实施例的电路图；

图5是图4所示的实施例的充电器电路的充电曲线；

图6是现有技术中的采用传统PWM控制器的充电器电路的电路图；

图7是图6所示的采用传统PWM控制器的充电器电路的充电曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本实用新型的技术方案。

首先，本实用新型提供一种PWM控制器，该PWM控制器的短路模式电路的输入端同时连接电源输入端和输出驱动电路的输出脚；该PWM控制器的振荡器的温度补偿电路中采用负温度系数的中值多晶电阻和正温度系数的阱电阻。根据本实用新型的一实施例，该PWM控制器包括：启动电路，启动电路与电源输入端连接，启动电路决定了该电源输入端在启动瞬时的门槛工作电压和正常工作时的最低工作电压；振荡器，用于产生固定频率的方波信号；其输出端连接到PWM逻辑电路，用于产生固定频率的电流源采用正温度和负温度补偿电路；电流限制比较器，其中一输入端连接电流采样输入端，响应输出驱动电路的电流采样信号，实现电流环路反馈，所述电流限制比较器还响应电源输入端的电压变化，实现电压环路反馈；电流反馈信号和电压反馈信号将通过电流限制比较器以误差信号的形式施加到PWM逻辑电路；PWM逻辑电路，连接到振荡器用于响应振荡器的输出方波信号，还连接到电流限制比较器接收电流限制比较器的误差信号，决定输出驱动脉冲的占空比，所述逻辑电路还响应短路模式电路的输入信号，并周期性关断输出信号，来保护系统；短路模式电路，一输入端连接电源输入端，另一输入端连接到输出驱动电路的输出脚，正常工作时输出驱动电路104的输出脚电压较高，电源输入端电压较低；当短路和轻载时输出驱动电路的输出脚电压较低，电源输入端电压较高，短路模式电路使所述PWM控制器进入短路保护模式；输出驱动电路，其输入端与PWM逻辑电路相连，输出连接到短路模式电路和电流限制比较器，输出驱动电路产生PWM脉冲信号，经由PWM控制器内部的功率器件连接并驱动PWM控制器外部的功率晶体管。

本实用新型还提供一种充电器电路，利用上述的PWM控制器，本实用新型的充电器电路包括一PWM控制器和一通过变压器与PWM控制器耦合的恒压恒流控制电路，PWM控制器的短路模式电路的输入端同时连接电源输入端和输出驱动电路的输出脚；PWM控制器的振荡器的温度补偿电路中采用负温度系数的中值多晶电阻和正温度系数的阱电阻。根据一实施例，该充电器电路的PWM控制器包括：启动电路，启动电路与电源输入端连接，启动电路决定了该电源输入端在启动瞬时的门槛工作电压和正常工作时的最低工作电压；振荡器，用于产生固定频率的方波信号；其输出端连接到PWM逻辑电路，用于产生固定频率的电流源采用正温度和负温度补偿电路；电流限制比较器，其中一输入端连接电流采样输入端，响应输出驱动电路的电流采样信号，实现电流环路反馈，电流限制比较器还响应电源输入端的电压变化，实现电压环路反馈；电流反馈信号和电压反馈信号将通过电流限制比较器以误差信号的形式施加到PWM逻辑电路；PWM逻辑电路，连接到振荡器用于响应振荡器的输出方波信号，还连接到电流限制比较器接收电流限制比较器的误差信号，决定输出驱动脉冲的占空比，所述逻辑电路还响应短路模式电路的输入信号，并周期性关断输出信号，来保护系统；短路模式电路，一输入端连接电源输入端，另一输入端连接到输出驱动电路的输出脚，正常工作时输出驱动电路104的输出脚电压较高，电源输入端电压较低；当短路和轻载时输出驱动电路的输出脚电压较低，电源输入端电压较高，短路模式电路使所述PWM控制器进入短路保护模式；输出驱动电路，其输入端与PWM逻辑电路相连，输出连接到短路模式电路和电流限制比较器，输出驱动电路产生PWM脉冲信号，经由PWM控制器内部的功率器件连接并驱动PWM控制器外部的功率晶体管。

PWM控制器

首先参考图1，图1是本实用新型的PWM控制器的一较佳实施例的电路框图，该PWM控制器100包括：

启动电路101，所述启动电路101与电源输入端001连接，启动电路101决定了该电源输入端001在启动瞬时的门槛工作电压和正常工作时的最低工作电压；

振荡器108，用于产生固定频率的方波信号；其输出端连接到PWM逻辑电路107，用于产生固定频率的电流源采用正温度和负温度补偿电路；

电流限制比较器106，其中一输入端连接电流采样输入端001，响应输出驱动电路的电流采样信号，实现电流环路反馈，所述电流限制比较器106还响应电源输入端的电压变化，实现电压环路反馈；电流反馈信号和电压反馈信号将通过电流限制比较器106以误差信号的形式施加到PWM逻辑电路107；

PWM逻辑电路107，连接到振荡器108用于响应振荡器108的输出方波信号，还连接到电流限制比较器接收电流限制比较器106的误差信号，决定输出驱动脉冲的占空比，所述逻辑电路107还响应短路模式电路103的输入信号，并周期性关断输出信号，来保护系统；

短路模式电路103，一输入端连接电源输入端001，另一输入端连接到输出驱动电路104的输出脚，正常工作时输出驱动电路104的输出脚电压较高，电源输入端001电压较低；当短路和轻载时输出驱动电路104的输出脚电压较低，电源输入端001电压较高，短路模式电路103使所述PWM控制器进入短路保护模式；

输出驱动电路104，其输入端与PWM逻辑电路107相连，输出连接到短路模式电路103和电流限制比较器106，输出驱动电路104产生PWM脉冲信号，经由PWM控制器内部的功率器件连接并驱动PWM控制器外部的功率晶体管105。

参考图1所示的实施例，本实用新型的启动电路101还可以连接一内部基准电路102，以实现内部的基准。

通过图1所示的实施例可见，本实用新型的PWM控制器的一个重要的改进在于：PWM控制器的短路模式电路103的输入端同时连接电源输入端001和输出驱动电路104的输出脚。图2详细示出了上述的改进，图2是本实用新型的PWM控制器的短路模式电路的局部电路图。参考图2，本发明的PWM控制器的短路模式电路103的控制方式不同于传统的PWM控制器，传统的PWM控制器仅从输出驱动端，相当于本实用新型的输出驱动电路104接受输入信号，没有同时从电源输入端001接受输入信号，因此响应速度慢，且不准确。而本实用新型的短路模式电路103同时连接电源输入端001和输出驱动电路104的输出脚，正常工作时输出驱动电路104的输出脚电压较高，电源输入端001电压较低；当短路和轻载时输出驱动电路104的输出脚电压较低，电源输入端001电压较高，通过该专门的设计使短路时系统进入所述的短路保护模式，但需要注意的是，本实用新型的PWM控制器在轻载时不进入该短路保护模式。

本实用新型的另一个PWM控制器的振荡器108的温度补偿电路中采用负温度系数的中值多晶电阻和正温度系数的阱电阻。具体可参考图3所示，图3是本实用新型的PWM控制器的振荡器的频率温度补偿电路的局部电路图。振荡电路的频率通常由电容C0和电流源I0，I1的值决定，其中流入I0的电流为I，流入I1的电流为4I，它们都是由场效应管M0，M1和其他电流镜镜像偏置电流Ibias得到。通常CMOS工艺中使用的偏置电流Ibias是由正温度系数的Δvbe(图中的delta Vbe)施加于电阻R1、R2而产生。由于没有一种电阻的温度系数正好和ΔVbe温度系数匹配，导致此电流的温度特性不理想，影响频率稳定性。为更好的补偿ΔVbe的正温度系数，本实用新型的振荡电路使用了具有负温度系数的中值多晶电阻R1和正温度系数R2的阱电阻来减小偏置电流的温度系数，其公式如下：

Ibias = \frac{Δ V_{be}}{R_{2} + R_{1}}

而温度系数可以由下式确定：

\frac{&PartialD; Ibias}{&PartialD; T} = \frac{1}{R_{2} + R_{1}} \frac{&PartialD; Δ V_{be}}{&PartialD; T} + \frac{- Δ V_{be}}{{(R_{2} + R_{1})}^{2}} \frac{&PartialD; R_{2}}{&PartialD; T} + \frac{- Δ V_{be}}{{(R_{2} + R_{1})}^{2}} \frac{&PartialD; R_{1}}{&PartialD; T}

通过上述两个公式可以看出，由于R2温度系数大，使得前两项的和为负数，导致电流的温度特性不好，这时加入负温度系数的电阻R1，可以使总的和接近零，得到符合要求的电流温度系数，从而得到温度稳定性好的振荡频率。

较佳的，上述的PWM控制器内部的功率器件是内置功率晶体管；且功率晶体管和PWM控制器集成在一个TO-94封装内，以实现可靠地小封装。

此外，本实用新型的PWM控制器中的启动电路是不包含稳压二极管的启动电路。

由此，本实用新型就提供了一种较佳的PWM控制器。在系统应用上省去了许多现有方案必须的稳压二极管，短路保护特性好于现在的许多主导方案。

充电器电路

本实用新型还提供一种充电器电路，包括一PWM控制器和一通过变压器与所述PWM控制器耦合的恒压恒流控制电路，其中PWM控制器就为上面所介绍的本实用新型所提供的PWM控制器。

PWM控制器部分和前面所描述的相同，这里不再重复说明。与之前类似的，上述的PWM控制器内部的功率器件是内置功率晶体管；且功率晶体管和PWM控制器集成在一个TO-94封装内，以实现可靠地小封装。此外，本实用新型的PWM控制器中的启动电路是不包含稳压二极管的启动电路。

参考图4，图4是本实用新型的充电器电路400的一实施例的电路图。该电路有两个部分组成，即PWM控制器部分和恒压恒流控制电路部分，两个电路通过一变压器T1耦合，其中，图4中的PWM控制器400即为图1所示的PWM控制器100，其管脚序号1-4分别对应图1中的输入输出端标号001-004。恒压恒流控制电路为图4中的402，其余的元器件为辅助器件。该充电器电路400的工作原理是：被整流后的电网电压经由变压器T1输入PWM控制器401，给PWM控制器401的电源输入端提供启动能量，完成系统的启动过程；正常工作时则主要从变压器T1的辅助绕组提供PWM控制器401的电源能量。二极管D8串联电阻R12后就能很好地给恒压恒流控制电路402供电，既确保输出电压2.5V～5V时的恒流特性，也确保了短路功率小于1瓦，还使得空载时的低频纹波较低。上述充电器电路400的充电曲线见图5。

根据本实用新型的实施例，较佳的，该恒压恒流控制电路402还用于短路控制。

本实用新型的充电器电路在空载条件下能得到极低的输出电压纹波。

图6是现有技术中的采用传统PWM控制器的充电器电路的电路图。同样是一个PWM控制器通过变压器耦合一恒压恒流电路来实现充电器电路，两者的区别在于，首先PWM控制器结构不同，并且辅助电路的联结方式也不同，恒压恒流电路的实现方式也不相同，本实用新型是采用一芯片实现，而传统技术中是采用双运放电路实现。图6所示的电路是常见的三端式PWM控制器加标准运放358的恒压恒流应用方案。图6所示的电路的电性能缺点是恒流范围窄(3V～5V)，充电曲线也不太理想短路电流大(2A)，见图7。另外，该系统分立元器件多，成本高。图7是图6所示的采用传统PWM控制器的充电器电路的充电曲线图

虽然本实用新型的技术方案已经结合较佳的实施例说明于上，但是本领域的技术人员应该理解，对于上述的实施例的各种修改或改变是可以预见的，这不应当被视为超出了本实用新型的保护范围，因此，本实用新型的保护范围不限于上述具体描述的实施例，而应该是符合此处所揭示的创新性特征的最宽泛的范围。

Claims

1.一种PWM控制器，其特征在于，

所述PWM控制器的短路模式电路(103)的输入端同时连接电源输入端(001)和输出驱动电路(104)的输出脚；

所述PWM控制器的振荡器(108)的温度补偿电路中采用负温度系数的中值多晶电阻和正温度系数的阱电阻。

2.如权利要求1所述的PWM控制器，其特征在于，包括：

启动电路(101)，所述启动电路(101)与电源输入端(001)连接，启动电路(101)决定了该电源输入端(001)在启动瞬时的门槛工作电压和正常工作时的最低工作电压；

振荡器(108)，用于产生固定频率的方波信号；其输出端连接到PWM逻辑电路(107)，用于产生固定频率的电流源采用正温度和负温度补偿电路；

电流限制比较器(106)，其中一输入端连接电流采样输入端(001)，响应输出驱动电路的电流采样信号，实现电流环路反馈，所述电流限制比较器(106)还响应电源输入端的电压变化，实现电压环路反馈；电流反馈信号和电压反馈信号将通过电流限制比较器(106)以误差信号的形式施加到PWM逻辑电路(107)；

PWM逻辑电路(107)，连接到振荡器(108)用于响应振荡器(108)的输出方波信号，还连接到电流限制比较器接收电流限制比较器(106)的误差信号，决定输出驱动脉冲的占空比，所述逻辑电路(107)还响应短路模式电路(103)的输入信号，并周期性关断输出信号，来保护系统；

短路模式电路(103)，一输入端连接电源输入端(001)，另一输入端连接到输出驱动电路(104)的输出脚，正常工作时输出驱动电路104的输出脚电压较高，电源输入端(001)电压较低；当短路和轻载时输出驱动电路(104)的输出脚电压较低，电源输入端(001)电压较高，短路模式电路(103)使所述PWM控制器进入短路保护模式；

输出驱动电路(104)，其输入端与PWM逻辑电路(107)相连，输出连接到短路模式电路(103)和电流限制比较器(106)，输出驱动电路(104)产生PWM脉冲信号，经由PWM控制器内部的功率器件连接并驱动PWM控制器外部的功率晶体管(105)。

3.如权利要求2所述的PWM控制器，其特征在于，

所述PWM控制器内部的功率器件是内置功率晶体管；

且将所述功率晶体管(105)和PWM控制器集成在一个TO-94封装内。

4.一种充电器电路，包括一PWM控制器和一通过变压器与所述PWM控制器耦合的恒压恒流控制电路，其特征在于，

5.如权利要求4所述的充电器电路，其特征在于，所述PWM控制器包括：

6.如权利要求5所述的充电器电路，其特征在于，

所述PWM控制器内部的功率器件是内置功率晶体管；

且所述功率晶体管(105)和PWM控制器集成在一个TO-94封装内。