[发明专利]基于MOS器件的新型RCC电路

说明书

本发明公开了一种基于MOS器件的新型RCC电路，采用了Q1和Q2双晶体管片上设计，两个晶体管共用一个晶圆，减小体积、降低成本、提升可靠性控制。电路沿用RCC电路主变压器中的第三辅助绕组Na，采用正反馈模式的自激驱动腔自动为Q1提供驱动信号，无须控制芯片。电路进一步采用了集成式的高频电流逐周期检测方案，与自激驱动腔共用一个线圈，省去了电流检测电阻，实现了无损耗电流检测。电路还采用了积分反馈法实现原边反馈，通过在关断时间内，对Q1漏极电压进行积分计算，间接获取输出电压信息，从而实现对输出电压的实时精确调控。

技术领域

本发明涉及一种基于MOS器件的新型RCC电路。

背景技术

随着科技的高速发展和对国家低能耗战略的响应，开关电源市场呈现逐年持续增长的态势，开关电源领域对于效率、尺寸等的要求也越来越高。由于反激式变换器的结构简单、元器件数量少、可靠性高、成本低，再加上其采用电感储能，往往初级电流大、变压器漏感大，且其最大占空比通常被限制在0.4以内，大大限制了反激电路的最大功率，因而，在小于75W的小功率场合，反激式变换器发展成为占市场主导地位。反激式变换器中有一个特殊的电路形式，即自激式反激变换器，也称作RCC变换器。RCC变换器通过自激振荡工作，频率不固定，器件的参数及电路的杂散参数对其影响很大，且开关器件工作于准饱和状态，对电路的可靠性挑战很大。随着集成电路的高速发展，RCC变换器慢慢的被边缘化，通常RCC变换器仅用于25W甚至15W以下的低成本应用场合，一直以来难以突破。

另一方面，器件的发展一直制约着开关电源电路的演变，随着LDMOS(具有横向双扩散结构的MOS器件)的出现，开关电源电路出现新的发展突破口。LDMOS比常规MOS器件多了一个轻掺杂的漂移区，可承担更高的工作高压，具有准饱和效应和大功率情况下的负阻效应，因而其线性度高、增益高、温度稳定性好、偏置电路简单等，特别适合用来提高RCC变换器的工作可靠性，扩展RCC变换器的功率水平，使RCC电路重新燃起希望。但是，LDMOS器件的工作频率更高，器件工作的dv/dt和di/dt大大增加，而其导通电阻略有增加且具有负温度系数，导通损耗需要被优化处理，因而，器件的驱动需要重新设计。

图1为传统技术一：芯片+硅基MOSFET+Flyback电路的电路图。在反激式(Flyback)应用电路中，目前采用芯片来控制的方式占主导地位。该电路中，场效应晶体管(MOSFET)Q1作为主开关管，Q1的工作占空比由集成控制芯片来控制。控制芯片主要采集通过Q1的逐周期电流信号(CS)以及由副边输出产生的电压反馈信号(FB)，通过辅助绕组提供VCC供电，输出驱动信号(DRV)控制Q1的占空比。芯片的控制方式有很多种，产生连续工作方式(CCM)、断续工作方式(DCM)、准谐振工作方式(QR)和混合式工作方式等等。但是，突出的问题是集成芯片的成本较高。

图2为传统技术二：Si基双极型晶体管+RCC电路图。在10W以下、小电流输出的反激式(Flyback)应用电路中，有很多采用RCC(自激式反激变换器)电路。该电路中，双极型晶体管(BJT)Q1作为主开关管，Q1的驱动和工作占空比均由外围电路来控制，不需要控制芯片，大大节约成本。Q1首先通过母线电压经由R_sta限流驱动启动，Q1启动后，流经Q1的电流由于变压器原边电感N_p的作用而线性上升，同时辅助绕组Na通过限流电阻R1和隔直电容C1为Q1提供持续的驱动。当流经Q1的电流增大到使R_s上的电压触发Q2导通，Q2将Q1的基极驱动信号拉低，使Q1终止开通，转入关断状态。同时，由副边输出产生的电压反馈信号(FB)也叠加影响Q2的基极电平，从而影响Q1关断的时序。Q1关断后，辅助绕组Na的电平也发生翻转，通过C1和R1快速抽离Q1基极电荷，使Q1加速关断。直到输出电流下降到0时之后，D2由于没有电流流过，使得Ns线圈与输出自动解耦合，原边电感Np与Q1的输出结电容发生谐振，当Np的电平发生翻转时，也即Na的电平再次发生翻转，通过R1和C1触发Q1再次自动导通。该电路工作于准谐振模式，实现了零电流软开关，工作效率较高，缺点是采用BJT的Q1功率能力较低，不适用于较大功率的场合。