CN216086500U - 反馈控制芯片和开关电源系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供了一种反馈控制芯片和开关电源系统。根据本实用新型实施例提供的反馈控制芯片，该反馈控制芯片应用于开关电源系统，该反馈控制芯片包括输出电压引脚和光耦驱动引脚，并且还包括：恒压反馈环路控制模块，其第一端连接至输出电压引脚，第二端连接至光耦驱动引脚，其中，恒压反馈环路控制模块包括第一补偿电路。本实用新型实施例提供的上述方案，通过将恒压反馈环路控制模块集成在反馈控制芯片内部，并且将补偿电路集成在恒压反馈环路控制模块内部，使得芯片集成有恒压控制功能，同时降低了芯片的引脚数量，并降低了外围的补偿器件数量，提高了系统的集成度，节约了系统元器件，有利于实现系统的小型化设计。

Description

反馈控制芯片和开关电源系统

技术领域

本实用新型属于集成电路领域，尤其涉及一种反馈控制芯片和开关电源系统。

背景技术

近年来，随着诸如智能手机、平板电脑、笔记本电脑等之类的移动设备的屏幕变大，处理器速度变快，导致设备耗电变得很大，并且供电电池容量也不断加大以维持客户的使用时间需求。相应的设备的充电功率也随着变大，然而，传统设计中，受限于USB最大电流的物理限制，只能以提高输出电压的方法来实现提供更大的充电功率。

USB协会在向着通用充电器的方向努力，即，在输出功率允许的情况下，这种充电器可以为具有各种不同功率需求的设备进行充电。因此，输出电压和输出电流需要被预设若干档或需要连续可调以满足各种不同设备的需求。现有技术中，由于交流转直流(ACDC)变换器的反馈控制芯片的芯片引脚数量较多，并且其外围的补偿元器件也较多等，导致其无法满足最新市场产品小型化的需求。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种反馈控制芯片和开关电源系统，能够将恒压反馈环路控制模块集成在反馈控制芯片内部，并且将补偿电路集成在恒压反馈环路控制模块内部，使得芯片集成有恒压控制功能，同时降低了芯片的引脚数量，并降低了外围的补偿器件数量，提高了系统的集成度，节约了系统元器件，有利于实现系统的小型化设计。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种反馈控制芯片，应用于开关电源系统，反馈控制芯片包括输出电压引脚和光耦驱动引脚，并且还包括：恒压反馈环路控制模块，其第一端连接至输出电压引脚，第二端连接至光耦驱动引脚，其中，恒压反馈环路控制模块包括第一补偿电路。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种反馈控制芯片，应用于开关电源系统，反馈控制芯片还包括光耦驱动引脚、输出电流检测正引脚和输出电流检测负引脚，并且还包括：恒流反馈环路控制模块，其第一端连接至输出电流检测正引脚，第二端连接至输出电流检测负引脚，第三端连接至光耦驱动引脚，其中，恒流反馈环路控制模块包括第三补偿电路。

第三方面，本实用新型实施例提供了一种开关电源系统，包括所述光耦和如第一方面和第二方面所述的反馈控制芯片。

本实用新型实施例的反馈控制芯片和开关电源系统，能够将恒压反馈环路控制模块集成在反馈控制芯片内部，并且将补偿电路集成在恒压反馈环路控制模块内部，使得芯片集成有恒压控制功能，同时降低了芯片的引脚数量，并降低了外围的补偿器件数量，提高了系统的集成度，节约了系统元器件，有利于实现系统的小型化设计。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了现有技术提供的开关电源系统100的结构示意图；

图2示出了本实用新型一个实施例提供的开关电源系统200的结构示意图；

图3示出了本实用新型实施例提供的反馈控制芯片的引脚示意图；

图4示出了本实用新型实施例提供的能够实现恒压和恒流控制的反馈控制芯片的结构示意图；

图5示出了本实用新型实施例提供的能够实现恒压控制的反馈控制芯片的结构示意图；

图6示出了本实用新型实施例提供的能够实现恒流控制的反馈控制芯片的结构示意图；

图7示出了本实用新型第一实施例提供的恒压/恒流反馈环路控制模块的结构示意图；

图8示出了本实用新型另一实施例提供的输出电压放电模块的电路结构图；

图9示出了本实用新型另一实施例提供的输出线压降补偿模块的电路结构示意图；

图10示出了本实用新型第二实施例提供的恒压/恒流反馈环路控制模块的结构示意图；

图11示出了本实用新型第一实施例提供的恒压反馈环路控制模块的结构示意图；

图12示出了本实用新型第二实施例提供的恒压反馈环路控制模块的结构示意图；

图13示出了本实用新型第一实施例提供的恒流反馈环路控制模块的结构示意图；以及

图14示出了本实用新型第二实施例提供的恒流反馈环路控制模块的结构示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本实用新型进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本实用新型，并不被配置为限定本实用新型。对于本领域技术人员来说，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型更好的理解。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

为了更好地理解本实用新型，以下首先对现有技术提供的开关电源系统进行介绍，参考图1，图1示出了现有技术提供的开关电源系统100的结构示意图。在现有技术中，为了满足USB Type-C等新型电源可调输出电压、电流的需求，提供了一种包括常规的反馈控制芯片的开关电源系统(例如，ACDC电源)，如图1所示，该开关电源系统100主要包括整流桥110、功率变换器120、驱动芯片130以及反馈控制芯片140等，其中，该反馈控制芯片140所包括的引脚至少为10个，如果要保持芯片小型化，则必须要采用诸如SSOP10/QFN16等之类的较昂贵的封装，同时外围的补偿器件(例如，电容C1-C4以及电阻R1-R2等)非常多，这导致系统可靠性差、成本较高并且也不利于产品小型化。

其中，上述引脚包括电流反馈引脚IFB、电压反馈引脚VFB、光耦驱动引脚OPTO、输出电流检测正引脚ISP、输出电流检测负引脚ISN、负载开关驱动引脚GATE、芯片基准地引脚GND、输出电压引脚VO、协议通讯口DP/CC1以及协议通讯口DN/CC2等。

因此，为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型实施例提供了一种新型的开关电源系统。下面首先对本实用新型实施例所提供的开关电源系统进行介绍。

参考图2，图2示出了本实用新型一个实施例提供的开关电源系统200的结构示意图。如图2所示，该开关电源系统200主要包括整流桥210、功率变换器220、驱动芯片230以及反馈控制芯片240等，其中，该反馈控制芯片240可以包括8个引脚，例如，光耦驱动引脚OPTO、输出电流检测正引脚ISP、输出电流检测负引脚ISN、负载开关驱动引脚GATE、芯片基准地引脚GND、输出电压引脚VO、协议通讯口DP/CC1以及协议通讯口DN/CC2等，少于现有技术中反馈控制芯片140所包括的引脚数量，例如，其至少少了电压反馈引脚VFB和电流反馈引脚IFB，并且该反馈控制芯片240是一种高度集成的多档输出电压及输出电流可调的反馈控制芯片，并且该芯片240将反馈环路集成在芯片内部，其可以采用诸如最常用的SOP8等之类的便宜封装，同时该芯片240还将恒压、恒流、或恒压及恒流的环路补偿的电阻、电容等集成在芯片内部，使得芯片外围只需要一个电阻到光耦，这可以在最大程度上减小系统布局的干扰，并提高系统的集成度、节约系统的元器件，有利于实现系统的小型化设计。

作为一个示例，整流桥210的第一端可以用于接收电压Vin，第二端可以连接至功率变换器220的第一端，功率变换器220的第二端可以连接至驱动芯片230的第一端，驱动芯片230的第二端可以经由电容Cfb连接至参考地，电容Cfb的第一端可以连接至光耦的第一端，光耦的第二端可以连接至参考地，光耦的第三端可以经由电阻Ropto连接至芯片的OPTO引脚，并且光耦的第四端可以连接至参考地，功率变换器220的第三端可以连接至电容Co的第一端，电容Co的第二端可以连接至功率变换器220的第四端并连接至参考地，并且电容Co的第一端还可以连接至芯片的Vo引脚以及负载开关M2的第一端，负载开关M2的第二端可以连接至芯片的GATE引脚，负载开关M2的第三端可以经由电阻Rcable、Ro以及Rs连接至电容Co的第二端，其中，电阻Rs为采样电阻，用于采样输出电流，其两端可以分别连接至芯片的ISN和ISP引脚等。

此外，由于本实用新型实施例提供的反馈控制芯片240将完整的反馈环路集成在芯片内部，使得芯片可以额外增加许多与环路相关的功能。例如，该反馈控制芯片240内置的功能可以为如下：输出恒压控制及环路反馈、输出恒流控制及环路反馈、输出线压降补偿、输出电压动态增强、光耦驱动最大电流钳位、芯片软起动、输出电压电流软切换、输出电压切换时对输出电容进行放电的功能等。同时，该反馈控制芯片240还可以集成有各种副边输出的保护，例如过电压保护(Overvoltage Protection，OVP)、欠电压保护(Under-Voltage Protection，UVP)、过电流保护(Over Current Protection，OCP)、和/或光线路保护(Optical Line Protection，OLP)等。

本实用新型实施例提供的反馈控制芯片可以适用于例如离线开关电源系统(offline AC to DC)，主功率拓扑可以包括但不限于反激式变换器，任何合适的离线开关电源拓扑均可以采用本实用新型实施例提供的反馈控制芯片，其开关电源系统的结构如图2所示，并且反馈控制芯片的引脚如图3所示，图3示出了本实用新型实施例提供的反馈控制芯片的引脚示意图。应当注意的是，如2和图3所示的系统和芯片仅作为示例提供。本实用新型实施例提供的反馈控制芯片的引脚数量不限于8个，其可以根据实际系统应用而改变，例如，芯片的引脚数量可以被相应的扩展，例如，可以在图3所示的芯片引脚的基础上增加若干个通用型输入/输出(General-Purpose Input/Output，GPIO)引脚等。

作为一个示例，本实用新型实施例提供的反馈控制芯片主要包括以下引脚：第一引脚(例如，系统的输出电压的检测与放电引脚(如VO引脚))、第二引脚(例如，输出电流采样引脚(如ISN、ISP引脚))、第三引脚(例如，光耦的驱动引脚(如OPTO引脚))、第四引脚(例如，负载开关的驱动引脚(如GATE引脚))、第五引脚(例如，快充/PD协议通讯的引脚(如DP/CC1引脚))以及第六引脚(例如，快充/PD协议通讯的引脚(如DP/CC2引脚))等。以下结合图2对上述各个引脚的功能进行说明。

作为一个示例，ISP引脚可以连接到输出电流采样电阻Rs的第一端，用于实现芯片的恒流控制和OCP控制。

作为一个示例，ISN引脚可以连接到输出电流采样电阻Rs的第二端，用于实现芯片的恒流控制和OCP控制。

作为一个示例，Vo引脚可以连接到输出电容Co的第一端(例如，正极)，用于实现芯片的恒压控制和输出电压切换过程的放电控制。

作为一个示例，OPTO引脚可以连接到电阻Ropto的第一端(例如，电阻的远离光耦的一端)，用于实现对系统环路的控制。

作为一个示例，GND引脚可以连接到输出电容Co的第二端(例如，负极)，也可以连接到负载的负电压端。

作为一个示例，GATE引脚可以连接到负载开关M2的栅极。应当注意的是，在一些实施例中，如图2所示，负载开关M2是以NMOS为例进行说明的，并且该负载开关M2连接到输出的正极端。然而，在其他实施例中，负载开关可以为PMOS，并且负载开关可以连接到输出的负极端，本实用新型对此不作限制。在又一些实施例中，输出电压Vo可以直接输出至负载，在这种情况下，系统中没有负载开关，此时根据不同开关类型的需要，GATE引脚可以保持悬空，可以经由电阻连接至参考地，也可以直接连接至参考地。

作为一个示例，DP/CC1引脚和DN/CC2引脚通过内部切换可以支持快充协议或者PD协议，还可以支持任何其他合适的通信协议，本实用新型对此不作限制。此外，通讯引脚的数量不限于两个，在实际应用中，可以增加通讯引脚的数量，以满足系统的多种通讯协议需求。

作为一个示例，本实用新型实施例提供的反馈控制芯片可以包括输出电压引脚和光耦驱动引脚，并且还可以包括恒压反馈环路控制模块，其第一端可以连接至输出电压引脚，第二端可以连接至光耦驱动引脚，其中，恒压反馈环路控制模块可以包括补偿电路，用于使系统处于预设的时域性能和频域性能。

作为另一示例，本实用新型实施例提供的反馈控制芯片可以包括光耦驱动引脚、输出电流检测正引脚和输出电流检测负引脚，并且还可以包括恒流反馈环路控制模块，其第一端可以连接至输出电流检测正引脚，第二端可以连接至输出电流检测负引脚，第三端可以连接至光耦驱动引脚，其中，恒流反馈环路控制模块可以包括补偿电路，用于使系统处于预设的时域性能和频域性能。

作为一个示例，本实用新型实施例提供的反馈控制芯片可以包括输出电压引脚、输出电流检测正引脚、输出电流检测负引脚和光耦驱动引脚，并且还可以包括恒压/恒流反馈环路控制模块，其中，该恒压/恒流反馈环路控制模块的第一端可以连接至输出电压引脚，第二端可以连接至输出电流检测正引脚，第三端可以连接至输出电流检测负引脚，并且第四端可以连接至光耦驱动引脚，其中，该恒压/恒流反馈环路控制模块可以包括补偿电路，用于使系统处于预设的时域性能和频域性能。

可见，本实用新型实施例提供的上述方案，通过将恒压和/或恒流反馈环路控制模块集成在反馈控制芯片内部，并且将补偿电路集成在恒压和/或恒流反馈环路控制模块内部，使得芯片集成有恒压和/或恒流控制功能，同时降低了芯片的引脚数量，降低了外围的补偿器件数量，提高了系统的集成度，节约了系统元器件，有利于实现系统的小型化设计。

以下结合第一种实施例对本实用新型提供的反馈控制芯片240进行详细介绍，具体地，参考图4，图4示出了本实用新型实施例提供的能够实现恒压和恒流控制的反馈控制芯片的结构示意图。

作为一个示例，如图4所示，该反馈控制芯片240可以包括例如以下模块：协议通讯模块2401、输出电压和电流保护控制模块2402、Vo放电控制模块2403、UVLO/LDO放电模块2404、数字/MCU控制单元2405、恒压/恒流反馈环路控制模块2406以及负载开关驱动模块2407等。

其中，协议通讯模块2401的第一端可以连接至DP/CC1通讯口，第二端可以连接至DN/CC2通讯口，第三端可以连接至微控制单元2405的第一端，输出电压和电流保护控制模块2402的第一端可以连接至微控制单元2405的第二端，Vo放电控制模块2403的第一端可以连接至微控制单元2405的第三端，UVLO/LDO放电模块2404的第一端可以连接至VO引脚，第二端可以连接至微控制单元2405的第四端，恒压/恒流反馈环路控制模块2406的第一端、第二端和第三端可以分别连接至OPTO引脚、ISP引脚和ISN引脚，第四端可以连接至VO引脚，用于经由ISP引脚和ISN引脚接收系统的输出电流，并且经由VO引脚接收系统的输出电压，第五端可以连接至微控制单元2405的第五端，负载开关驱动模块2407的第一端可以连接至GATE引脚，并且第二端可以连接至微控制单元2405的第六端。

可见，反馈控制芯片240包括恒压/恒流反馈环路控制模块2406，使得上述芯片240可以应用在用于实现恒压控制和恒流控制的开关电源系统中。

以下结合第二种实施例对本实用新型提供的反馈控制芯片进行详细介绍，具体地，参考图5，图5示出了本实用新型实施例提供的能够实现恒压控制的反馈控制芯片的结构示意图。如图5所示，该反馈控制芯片340可以包括例如以下模块：协议通讯模块3401、输出电压和电流保护控制模块3402、Vo放电控制模块3403、UVLO/LDO放电模块3404、数字/MCU控制单元3405、恒压反馈环路控制模块3406以及负载开关驱动模块3407等。

其中，协议通讯模块3401的第一端可以连接至DP/CC1通讯口，第二端可以连接至DN/CC2通讯口，第三端可以连接至微控制单元3405的第一端，输出电压和电流保护控制模块3402的第一端可以连接至微控制单元3405的第二端，Vo放电控制模块3403的第一端可以连接至微控制单元3405的第三端，UVLO/LDO放电模块3404的第一端可以连接至VO引脚，第二端可以连接至微控制单元3405的第四端，恒压反馈环路控制模块3406的第一端可以连接至OPTO引脚，第二端可以连接至VO引脚，用于经由VO引脚接收系统的输出电压，第三端可以连接至微控制单元3405的第五端，负载开关驱动模块3407的第一端可以连接至GATE引脚，并且第二端可以连接至微控制单元3405的第六端。

可见，反馈控制芯片340包括恒压反馈环路控制模块3406，使得上述芯片340可以应用在用于实现恒压控制的开关电源系统中。

以下结合第三种实施例对本实用新型提供的反馈控制芯片进行详细介绍，具体地，参考图6，图6示出了本实用新型实施例提供的能够实现恒流控制的反馈控制芯片的结构示意图。如图6所示，该反馈控制芯片440可以包括例如以下模块：协议通讯模块4401、输出电压和电流保护控制模块4402、Vo放电控制模块4403、UVLO/LDO放电模块4404、数字/MCU控制单元4405、恒流反馈环路控制模块4406以及负载开关驱动模块4407等。

其中，协议通讯模块4401的第一端可以连接至DP/CC1通讯口，第二端可以连接至DN/CC2通讯口，第三端可以连接至微控制单元4405的第一端，输出电压和电流保护控制模块4402的第一端可以连接至微控制单元4405的第二端，Vo放电控制模块4403的第一端可以连接至微控制单元4405的第三端，UVLO/LDO放电模块4404的第一端可以连接至VO引脚，第二端可以连接至微控制单元4405的第四端，恒流反馈环路控制模块4406的第一端、第二端和第三端可以分别连接至OPTO引脚、ISP引脚和ISN引脚，用于经由ISP引脚和ISN引脚接收系统的输出电流，第四端可以连接至微控制单元2405的第五端，负载开关驱动模块4407的第一端可以连接至GATE引脚，并且第二端可以连接至微控制单元4405的第六端。

可见，反馈控制芯片440包括恒流反馈环路控制模块4406，使得上述芯片440可以应用在用于实现恒流控制的开关电源系统中。

以下结合图7对图4中所示的恒压/恒流反馈环路控制模块2406进行详细介绍，具体地，图7示出了本实用新型第一实施例提供的恒压/恒流反馈环路控制模块的结构示意图。

如图7所示，该恒压/恒流反馈环路控制模块2406’可以包括位于OPTO引脚和VO引脚之间的第一支路以及位于ISN、ISP引脚与OPTO引脚之间的第二支路，其中，第一支路可以用于经由VO引脚接收系统的输出电压以实现恒压控制，第二支路可以用于经由ISN和ISP引脚接收系统的输出电流以实现恒流控制。

在一些实施例中，第一支路可以包括输出电压采样模块510、恒压环路跨导误差放大器(Operational Transconductance Amplifier，OTA)511、恒压环路的补偿电路512、恒压环路的驱动能力增强缓冲器513、恒压环路电压放大器514以及恒压环路光耦驱动隔离模块515(例如，二极管)等，应注意，任何适当的具有隔离功能的模块均在本实用新型的范围内，以下以二极管作为示例进行说明。在其他实施例中，第一支路还可以包括输出电压放电模块516和输出线压降补偿模块517等。

其中，输出电压采样模块510的第一端可以连接至VO引脚，第二端可以连接至参考地，恒压环路跨导误差放大器(OTA)511的第一端(例如，负相输入端)可以连接至输出电压采样模块510的第三端，第二端(例如，正相输入端)可以用于接收恒压基准电压Vref_cv，恒压环路的补偿电路512的第一端可以连接至恒压环路跨导误差放大器(OTA)511的第三端(例如，输出端)，第二端可以连接至恒压环路的驱动能力增强缓冲器513的第一端，恒压环路电压放大器514的第一端可以连接至缓冲器513的第二端，第二端可以连接至二极管515的第一端(例如，正极)，二极管515的第二端(例如，负极)可以连接至OPTO引脚，并且输出电压放电模块516可以连接在Vo引脚和参考地之间，输出线压降补偿模块517的两端可以连接至电阻Rd的两端。

以下通过示例的方式对上述各个模块的功能进行详细介绍，作为一个示例，参考图2和图7，输出电压采样模块510可以用于对系统的输出电压进行分压采样，将输出电压降至合理的电压范围之后供后级调整模块使用。例如，该输出电压采样模块510可以包括分压模块，如串联连接在VO引脚与参考地之间的电阻R1和电阻Rd，该输出电压采样模块510的主要功能是参与后级恒压环路反馈环、动态增强补偿以及OVP/UVP保护。

具体地，动态增强补偿功能是通过以下方式实现的：对输出电压进行检测，并设置一个合理的输出电压范围，一旦检测到输出电压超出预设的输出电压范围时，使动态增强电路激活，通过对后级恒压环路的补偿电路512的输出进行灌/拉电流，将输出电压拉回至预设的输出电压范围。

作为一个示例，恒压环路跨导误差放大器(OTA)511可以用于将采样得到的输出电压与恒压基准电压Vref_cv进行比较以产生误差电流输出。应注意，该恒压基准电压Vref_cv可以是固定值，也可以是通过MCU控制单元(参见图4)等配置的可变值，本实用新型对此不作限制。在启动时或者输出电压切换时，可以通过Vref_cv软升和软降的方式来实现开机软起和输出电压升降压的软切换。为了改善系统的动态性能，跨导误差放大器(OTA)511的输出电压需要在一定范围(例如，在Vgm_min和Vgm_max之间的范围)内。当输出电压采样模块510检测到输出电压超出动态增强的阈值范围时，便可以对跨导误差放大器(OTA)511的输出进行灌/拉电流，以将输出电压拉回到预设的输出电压范围。

作为一个示例，恒压环路的补偿电路512可以用于使得系统处于合理的时域性能和频域性能。例如，该补偿电路512可以包括连接在跨导误差放大器(OTA)511的输出端和参考地之间的电阻R2和电容C1，以及连接在跨导误差放大器(OTA)511的输出端和参考地之间的电容C2，其中，电阻R2和电容C1是串联连接的，可以通过设置合理的电阻和电容值，来得到合理的时域性能和频域性能，应注意的是，本实用新型对补偿电路不作限制，任何其他能够实现补偿功能的合适的电路均在本实用新型的范围内。具体地，时域性能可以根据用户的规格要求来确定，而频域性能可以通过环路分析仪利用例如小信号注入分析的方法进行扫描测试，通常，稳定的系统开环相位裕度可能需要在例如45度以上，而增益裕度可能需要在例如10～12dB以上。

作为一个示例，由于某些跨导误差放大器(OTA)511的驱动能力可能非常弱，因此可以通过设置恒压环路的驱动能力增强缓冲器513来增强跨导误差放大器(OTA)511的驱动能力。

在一些实施例中，由于某些跨导误差放大器(OTA)511的输出电压范围不一定能够完全满足驱动外部光耦的需求，因此在这种情况下，可以通过恒压环路电压放大器514来将跨导误差放大器(OTA)511的输出电压范围增大，从而可以提供足够的驱动电压范围以完全满足驱动外部光耦的需求，同时芯片内部可以将驱动电流的最大值钳位至设定值。然而，在其他实施例中，由于某些跨导误差放大器(OTA)511的输出电压范围能够完全满足驱动外部光耦的需求，因此在这种情况下，无需恒压环路电压放大器514来增大输出电压范围。

作为一个示例，为了进一步提供芯片性能，例如为了防止在不同模式下，两个环路系统发生相互干扰，因此可以通过设置恒压环路光耦驱动隔离模块515和恒流环路光耦驱动隔离模块523来对恒压环路和恒流环路进行隔离。

在一些实施例中，为了进一步提高恒压环路的性能，还可以设置输出电压放电模块516，输出电压放电模块516可以用于在空轻载条件下，通过恒压基准电压Vref_cv切换输出电压时开启。作为系统的假负载，在输出电压降低时，输出电压放电模块516可以用于对输出电压进行快速放电，以放电至设定的电压范围，从而满足系统降压时间和性能规格等。在输出电压升压时，输出电压放电模块516可以用于抑制输出电压的过冲，从而使得输出电压尽快回到设定的电压范围。

应注意的是，在图7所示的实施例中，输出电压放电模块516是通过恒流源的方式来实现放电功能的。然而，在其他实施例中，例如，参考图8，图8示出了本实用新型另一实施例提供的输出电压放电模块的电路结构图，其中，输出电压放电模块516是通过电阻(例如，Rdis)的方式来实现放电功能的，任何其他适当的具有放电功能的电路均在本实用新型的范围内。

在一些实施例中，为了进一步提高恒压环路的性能，由于输出线材可能会引起线端电压下降，因此可以需要通过设置输出线压降补偿模块517来补偿线电压下降，例如，通过将输出电流采样和放大模块518的输出电压(其中包含与输出电流有关的信息)与合适的比例参数k相乘，利用电压控制电流源(VCCS)等之类的方式来提供针对输出线材的补偿电流，使该补偿电流流入输出电压采样模块510的采样点，即电阻R1与电阻Rd的公共端，通过选择合适的比例参考k，可以实现对由输出线材引起的线端电压下降的补偿，使得线电压在全负载范围内始终保持维持在设定值。

然而，在其他实施例中，参考图9，图9示出了本实用新型另一实施例提供的输出线压降补偿模块的电路结构示意图，从图9中可以看出，其是通过在跨导误差放大器(OTA)511的一个输入端(例如，负相输入端)上叠加一个与输出电流成正比的电压源，即在恒压基准电压Vref_cv上叠加一个与输出电流成正比的电压来补偿由输出线材引起的线端电压下降，使得线电压在全负载范围内始终保持维持在设定值。

在一些实施例中，第二支路可以包括输出电流采样和放大模块518、恒流环路跨导误差放大器(OTA)519、恒流环路的补偿电路520、恒流环路的驱动能力增强缓冲器521、恒流环路电压放大器522以及恒流环路光耦驱动隔离模块523(例如，二极管)等，应注意，任何适当的具有隔离功能的模块均在本实用新型的范围内，以下以二极管作为示例进行说明。

其中，输出电流采样和放大模块518的第一端(例如，负相输入端)可以连接至ISN引脚，第二端(例如，正相输入端)可以连接至ISP引脚，恒流环路跨导误差放大器(OTA)519的第一端(例如，负相输入端)可以连接至输出电流采样和放大模块518的第三端(例如，输出端)，第二端(例如，正相输入端)可以用于接收恒流基准电压Vref_cc，恒流环路的补偿电路520的第一端可以连接至跨导误差放大器(OTA)519的第三端(例如，输出端)，第二端可以连接至恒流环路的驱动能力增强缓冲器521的第一端，恒流环路电压放大器522的第一端可以连接至缓冲器521的第二端，第二端可以连接至二极管523的第一端(例如，正极)，二极管523的第二端(例如，负极)可以连接至OPTO引脚。

以下通过示例的方式对上述各个模块的功能进行详细介绍，作为一个示例，参考图2和图7，输出电流采样和放大模块518可以用于对采样电阻Rs(参见图2)上的电压进行采样，其中，该采样电阻Rs上的电流为输出电流，并且通过其中的电压放大模块将采样得到的电压放大至适当的电压范围以供后级使用。该输出电流采样和放大模块518的主要功能是参与后级恒流环路反馈环以及OCP保护。

作为一个示例，恒流环路跨导误差放大器(OTA)519可以用于将来自输出电流采样和放大模块518的输出电压与恒流基准电压Vref_cc进行比较以产生误差电流输出。应注意，该恒流基准电压Vref_cc可以是固定值，也可以是通过MCU控制单元(参见图4)等配置的可变值，本实用新型对此不作限制。在输出电流切换时，可以通过Vref_cc软升或软降的方式来实现电流大小的软切换。

作为一个示例，恒流环路的补偿电路520可以用于使得系统处于合理的时域性能及频域性能。例如，该补偿电流520可以包括连接在跨导误差放大器(OTA)519的输出端和参考地之间的电阻R20和电容C10，以及连接在跨导误差放大器(OTA)519的输出端和参考地之间的电容C20，其中，电阻R20和电容C10是串联连接的，可以通过设置合理的电阻和电容值，来得到合理的时域性能及频域性能，应注意的是，本实用新型对补偿电路不作限制，任何其他能够实现补偿功能的合适的电路均在本实用新型的范围内。具体地，时域性能可以根据用户的规格要求来确定，而频域性能可以通过环路分析仪利用例如小信号注入分析的方法进行扫描测试，通常，稳定的系统开环相位裕度可能需要在例如45度以上，而增益裕度可能需要在例如10～12dB以上。

作为一个示例，由于某些跨导误差放大器(OTA)519的驱动能力可能非常弱，因此可以通过设置恒流环路的驱动能力增强缓冲器521来增强跨导误差放大器(OTA)519的驱动能力。

作为一个示例，由于某些跨导误差放大器(OTA)519的输出电压范围不一定能够完全满足驱动外部光耦的需求，因此在这种情况下，可以通过恒流环路电压放大器522来将跨导误差放大器(OTA)519的输出电压范围增大，从而可以提供足够的驱动电压范围以完全满足驱动外部光耦的需求，同时芯片内部可以将驱动电流的最大值钳位至设定值。然而，在其他实施例中，由于某些跨导误差放大器(OTA)519的输出电压范围能够完全满足驱动外部光耦的需求，因此在这种情况下，无需恒流环路电压放大器522来增大输出电压范围。

作为一个示例，为了进一步提供芯片性能，例如为了防止在不同模式下，两个环路系统发生相互干扰，因此可以通过设置恒压环路光耦驱动隔离模块515和恒流环路光耦驱动隔离模块523来对恒压环路和恒流环路进行隔离。

应注意，图7所示的恒压/恒流反馈环路控制模块2406仅仅作为示例提供，还可以存在恒压/恒流反馈环路控制模块的其他实现方式，例如，参考图10，图10示出了本实用新型第二实施例提供的恒压/恒流反馈环路控制模块的结构示意图。

如图10所示，该恒压/恒流反馈环路控制模块2406”类似于图7所示的恒压/恒流反馈环路控制模块2406’，其中相同的组件采样相同的附图标记，二者之间的不同之处主要在于，恒压/恒流反馈环路控制模块2406”在恒压/恒流反馈环路控制模块2406’的基础上减少了恒压环路电压放大器514以及恒流环路电压放大器522，并且跨导误差放大器(OTA)511’和跨导误差放大器(OTA)519’的两个输入端互换，例如，图7所示的跨导误差放大器(OTA)511的负相输入端可以连接至输出电压采样模块510的第三端，其正相输入端可以用于接收恒压基准电压Vref_cv，而图10所示的跨导误差放大器(OTA)511’的正相输入端可以连接至输出电压采样模块510的第三端，其负相输入端可以用于接收恒压基准电压Vref_cv；并且图7所示的跨导误差放大器(OTA)519的负相输入端可以连接至输出电流采样和放大模块518的第三端(例如，输出端)，其正相输入端可以用于接收恒流基准电压Vref_cc，而图10所示的跨导误差放大器(OTA)519’的正相输入端可以连接至输出电流采样和放大模块518的第三端(例如，输出端)，其负相输入端可以用于接收恒流基准电压Vref_cc，即，恒压/恒流反馈环路控制模块2406”可以应用在跨导误差放大器(OTA)的输出电压范围能够完全满足驱动外部光耦的需求的场景中。

然而，应注意，图10所示实施例应当解释为限制性的，并不旨在对本实用新型进行限制。例如，在第一实施例中，恒压/恒流反馈环路控制模块可以在图10所示的恒压/恒流反馈环路控制模块2406”的基础上，减少输出电压放电模块516和/或输出线压降补偿模块517。在第二实施例中，可以在图10所示的恒压/恒流反馈环路控制模块2406”或第一实施例提供的恒压/恒流反馈环路控制模块的基础上增加位于恒压环路光耦驱动隔离模块515和恒压环路的驱动能力增强缓冲器513之间的恒压环路电压放大器514，并且在这种情况下，需要将图10所示的跨导误差放大器(OTA)511’的两个输入端互换，即，其两个输入端所处的状态需与图7所示的跨导误差放大器(OTA)511一致。在第三实施例中，可以在图10所示的恒压/恒流反馈环路控制模块2406”或第一实施例提供的恒压/恒流反馈环路控制模块的基础上增加位于恒流环路光耦驱动隔离模块523和恒流环路的驱动能力增强缓冲器521之间的恒流环路电压放大器522，并且在这种情况下，需要将图10所示的跨导误差放大器(OTA)519’的两个输入端互换，即，其两个输入端所处的状态需与图7所示的跨导误差放大器(OTA)519一致。

为了简化描述，图10中组件的相应功能类似于图7中对应组件的功能，由于在图7中已经对各个组件的功能进行了详细的描述，因此，这里不再赘述。

以下结合图11对图5所示的恒压反馈环路控制模块3406进行详细介绍，具体地，图11示出了本实用新型第一实施例提供的恒压反馈环路控制模块的结构示意图。

如图11所示，该恒压反馈环路控制模块3406’类似于图7所示的第一支路，其中相同的组件采用相同的附图标记，该恒压反馈环路控制模块3406’可以包括输出电压采样模块510、恒压环路跨导误差放大器(OTA)511、恒压环路的补偿电路512、恒压环路的驱动能力增强缓冲器513以及恒压环路电压放大器514等。在其他实施例中，该恒压反馈环路控制模块3406’还可以包括输出电压放电模块516和输出线压降补偿模块517等。不同之处在于，此时可以不设置隔离二极管515。

为了简化描述，图11中组件的相应功能类似于图7中对应组件的功能，由于在图7中已经对各个组件的功能进行了详细的描述，因此，这里不再赘述。

应注意，图11所示的恒压反馈环路控制模块3406’仅仅作为示例提供，还可以存在恒压反馈环路控制模块的其他实现方式，例如，参考图12，图12示出了本实用新型第二实施例提供的恒压反馈环路控制模块的结构示意图。

如图12所示，该恒压反馈环路控制模块3406”类似于图11所示的恒压反馈环路控制模块3406’，其中相同的组件采样相同的附图标记，二者之间的不同之处主要在于，恒压反馈环路控制模块3406”在恒压反馈环路控制模块3406’的基础上减少了输出电压放电模块516、输出线压降补偿模块517和恒压环路电压放大器514，并且跨导误差放大器(OTA)511的两个输入端互换，即，跨导误差放大器(OTA)511的正相输入端可以连接至输出电压采样模块510的输出端，负相输入端可以用于接收基准电压Vref_cv，恒压反馈环路控制模块3406”可以应用在跨导误差放大器(OTA)的输出电压范围能够完全满足驱动外部光耦的需求的场景中。

为了简化描述，图12中组件的相应功能类似于图7中对应组件的功能，由于在图7中已经对各个组件的功能进行了详细的描述，因此，这里不再赘述。

以下结合图13对图6所示的恒流反馈环路控制模块4406进行详细介绍，具体地，图13示出了本实用新型第一实施例提供的恒流反馈环路控制模块的结构示意图。

如图13所示，该恒流反馈环路控制模块4406’类似于图7所示的第二支路，其中相同的组件采用相同的附图标记，该恒流反馈环路控制模块4406’可以包括输出电流采样和放大模块518、恒流环路跨导误差放大器(OTA)519、恒流环路的补偿电路520、恒流环路的驱动能力增强缓冲器521以及恒流环路电压放大器522等。不同之处在于，此时可以不设置隔离二极管523。

为了简化描述，图13中组件的相应功能类似于图7中对应组件的功能，由于在图7中已经对各个组件的功能进行了详细的描述，因此，这里不再赘述。

应注意，图13所示的恒流反馈环路控制模块4406’仅仅作为示例提供，还可以存在恒流反馈环路控制模块的其他实现方式，例如，参考图14，图14示出了本实用新型第二实施例提供的恒流反馈环路控制模块的结构示意图。

如图14所示，该恒流反馈环路控制模块4406”类似于图13所示的恒流反馈环路控制模块4406’，其中相同的组件采样相同的附图标记，二者之间的不同之处主要在于，恒流反馈环路控制模块4406”在恒流反馈环路控制模块4406’的基础上减少了恒流环路电压放大器522，并且跨导误差放大器(OTA)519的两个输入端互换，即，跨导误差放大器(OTA)519的正相输入端可以连接至输出电流采样和放大模块518的输出端，负相输入端可以用于接收基准电压Vref_cc，恒流反馈环路控制模块4406”可以应用在跨导误差放大器(OTA)的输出电压范围能够完全满足驱动外部光耦的需求的场景中。

为了简化描述，图14中组件的相应功能类似于图7中对应组件的功能，由于在图7中已经对各个组件的功能进行了详细的描述，因此，这里不再赘述。

综上，本实用新型提供了一种可以适用于例如离线开关电源系统的反馈控制芯片及其控制方法，该反馈控制芯片可以通过跨导误差放大器(OTA)将输出电压或电流与恒压基准电压或电流之间的误差进行放大，并利用缓冲器(buffer)来增加跨导误差放大器(OTA)的驱动能力，可选地，然后可以利用运放来调整电压，以驱动光耦二极管，并将反馈信号传递到原边PWM芯片。

通过上述技术方案，可以实现将控制环路集成在芯片内部，同时使该芯片集成有以下功能：恒压控制、恒流控制、输出线压降补偿、输出电压动态增强、输出电压软起、输出电压/电流实现软切换、升降压时对输出电容进行放电等功能，芯片的这种高度集成化的特性可以满足PD/QC等多输出电压的应用。

需要明确的是，本实用新型并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本实用新型的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本实用新型的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。

以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本实用新型的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。

还需要说明的是，本实用新型中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本实用新型不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种反馈控制芯片，应用于开关电源系统，其特征在于，所述反馈控制芯片包括输出电压引脚和光耦驱动引脚，并且还包括：

恒压反馈环路控制模块，其第一端连接至所述输出电压引脚，第二端连接至所述光耦驱动引脚，其中，

所述恒压反馈环路控制模块包括第一补偿电路。

2.根据权利要求1所述的反馈控制芯片，其特征在于，所述反馈控制芯片还包括输出电流检测正引脚和输出电流检测负引脚，并且还包括：

恒流反馈环路控制模块，其第一端连接至所述输出电流检测正引脚，第二端连接至所述输出电流检测负引脚，第三端连接至所述光耦驱动引脚，其中，

所述恒流反馈环路控制模块包括第二补偿电路。

3.根据权利要求1所述的反馈控制芯片，其特征在于，所述恒压反馈环路控制模块还包括：

输出电压采样模块，其第一端连接至所述输出电压引脚，第二端连接至参考地；

第一跨导误差放大器，其第一端连接至所述输出电压采样模块的第三端，第二端用于接收第一基准电压；以及

第一缓冲器，其第一端经由所述第一补偿电路连接至所述第一跨导误差放大器的第三端，第二端连接至所述光耦驱动引脚。

4.根据权利要求1所述的反馈控制芯片，其特征在于，所述恒压反馈环路控制模块还包括：

输出电压采样模块，其第一端连接至所述输出电压引脚，第二端连接至参考地；

第一跨导误差放大器，其第一端连接至所述输出电压采样模块的第三端，第二端用于接收第一基准电压；

第一缓冲器，其第一端经由所述第一补偿电路连接至所述第一跨导误差放大器的第三端；以及

第一电压放大器，其第一端连接至所述第一缓冲器的第二端，第二端连接至所述光耦驱动引脚。

5.根据权利要求3或4所述的反馈控制芯片，其特征在于，所述恒压反馈环路控制模块还包括：

放电模块，其第一端连接至所述输出电压引脚，第二端连接至参考地，其中，所述放电模块包括恒流源或电阻。

6.根据权利要求3或4所述的反馈控制芯片，其特征在于，所述恒压反馈环路控制模块还包括：

输出线压降补偿模块，其第一端连接至所述输出电压采样模块的第三端，第二端连接至参考地，或者其第一端连接至所述第一跨导误差放大器的第二端，第二端经由提供所述第一基准电压的电压源连接至参考地。

7.根据权利要求2所述的反馈控制芯片，其特征在于，所述反馈控制芯片还包括第一隔离模块和第二隔离模块，其中，

所述恒压反馈环路控制模块的第二端经由所述第一隔离模块连接至所述光耦驱动引脚，并且所述恒流反馈环路控制模块的第三端经由所述第二隔离模块连接至所述光耦驱动引脚。

8.根据权利要求7所述的反馈控制芯片，其特征在于，所述恒流反馈环路控制模块还包括：

输出电流采样模块，其第一端连接至所述输出电流检测正引脚，第二端连接至所述输出电流检测负引脚；

第二跨导误差放大器，其第一端连接至所述输出电流采样模块的第三端，第二端用于接收第二基准电压；以及

第二缓冲器，其第一端经由所述第二补偿电路连接至所述第二跨导误差放大器的第三端，第二端经由所述第二隔离模块连接至所述光耦驱动引脚。

9.根据权利要求7所述的反馈控制芯片，其特征在于，所述恒流反馈环路控制模块还包括：

输出电流采样模块，其第一端连接至所述输出电流检测正引脚，第二端连接至所述输出电流检测负引脚；

第二跨导误差放大器，其第一端连接至所述输出电流采样模块的第三端，第二端用于接收第二基准电压；

第二缓冲器，其第一端经由所述第二补偿电路连接至所述第二跨导误差放大器的第三端；以及

第二电压放大器，其第一端连接至所述第二缓冲器的第二端，第二端经由所述第二隔离模块连接至所述光耦驱动引脚。

10.一种反馈控制芯片，应用于开关电源系统，其特征在于，所述反馈控制芯片还包括光耦驱动引脚、输出电流检测正引脚和输出电流检测负引脚，并且还包括：

恒流反馈环路控制模块，其第一端连接至所述输出电流检测正引脚，第二端连接至所述输出电流检测负引脚，第三端连接至所述光耦驱动引脚，其中，

所述恒流反馈环路控制模块包括第三补偿电路。

11.根据权利要求10所述的反馈控制芯片，其特征在于，所述恒流反馈环路控制模块还包括：

输出电流采样模块，其第一端连接至所述输出电流检测正引脚，第二端连接至所述输出电流检测负引脚；

第三跨导误差放大器，其第一端连接至所述输出电流采样模块的第三端，第二端用于接收第三基准电压；以及

第三缓冲器，其第一端经由所述第三补偿电路连接至所述第三跨导误差放大器的第三端，第二端连接至所述光耦驱动引脚。

12.根据权利要求10所述的反馈控制芯片，其特征在于，所述恒流反馈环路控制模块还包括：

输出电流采样模块，其第一端连接至所述输出电流检测正引脚，第二端连接至所述输出电流检测负引脚；

第三跨导误差放大器，其第一端连接至所述输出电流采样模块的第三端，第二端用于接收第三基准电压；

第三缓冲器，其第一端经由所述第三补偿电路连接至所述第三跨导误差放大器的第三端；以及

第三电压放大器，其第一端连接至所述第三缓冲器的第二端，第二端连接至所述光耦驱动引脚。

13.一种开关电源系统，其特征在于，包括光耦和如权利要求1-12中任一项所述的反馈控制芯片。

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