用于AC／DC開關電源芯片的片內電源電路

摘要：本文設計了一種應用于AC／DC開關電源芯片的片內電源電路。該電路輸入電壓范圍110V～220V，輸出電壓穩定在約5．8V。本電路僅在開關電源芯片中功率開關關斷的半周期，通過高壓JFET抽取外部電源電能給儲能電容充電，來維持輸出電壓的穩定，具有輸入電壓范圍廣，電路結構簡單的特點。通過HSPICE仿真實驗，取得預期的效果。
關鍵詞：片內電源；AC／DC開關電源；低功耗

片內電源電路是集成在半導體芯片內部的電源模塊。其作用主要是從外部電源(例如220V市電)中獲取電能，并把能量轉化芯片內部其它模塊可接受的穩定直流電平，給內部其它模塊供電。目前，片內電源在紋波幅度、調整范圍、功耗等技術指標上還不能達到外部電源的水平，但是，片內電源具有設計指標靈活、成本低廉、可集成等外部電源不可比擬的優勢。因此，片內電源將會成為未來電源的另一個發展方向。

1 電路結構及功能分析
如上圖1所示，是本文設計的應用于AC／DC開關電源芯片的片內電源電路整體結構。Vin為片內電源電路的輸入端口，220V的交流電源經過半橋整流濾波后通過此端口輸入。BP為片內電源電路的輸出端口，輸出一恒定電壓Vout為AC／DC開關電源芯片的其它子模塊供電。Cate為AC／DC開關電源芯片中功率MOSFET柵驅動信號，為高時功率MOSFET導通，為低關斷。輸入檢測信號為本片內電源電路的欠壓保護信號，當Vin低于110V時片內電源停止工作對開關電源芯片進行保護。
在AC／DC開關電源芯片工作過程中，每個時鐘周期對片內電源模塊輸出電壓Vout進行檢測，如果輸出電壓低于設計要求，并且開關電源芯片其它保護模塊輸出正常的情況下，在Gate為低的半周期對輸出端電容C0充電，直到輸出電壓滿足設計要求，停止充電，從而使輸出電壓保持恒定。本功能由上圖1所示的充電控制部分和模擬充電部分來實現。充電控制部分包括：輸出電壓檢測模塊，數字邏輯控制模塊。模擬充電模塊包括高壓JFET，MN1，MN2，電阻R0，儲能電容C0。

充電控制模塊是本電路設計的重點難點，其具體設計過程如下：
1．1 輸出電壓檢測模塊的設計
輸出電壓檢測模塊電路如下圖2所示，BP端輸出電壓Vout經過電阻網絡分壓后產生3路輸出D1，D2，D3，這三路輸出分別輸入到COM2，COM1，COM3三路比較器中，與基準電壓進行比較。COM1輸出欠壓信號A5，欠壓為高，不欠壓為低。COM2輸出過壓信號A6，過壓為高，不過壓為低。COM3的輸出控制泄流支路，當Vout(BP電壓)高于7V時，給電容C0提供一條泄流通路，使BP電壓低于7V，對電路進行保護。