[发明专利]高效率小体积AC-DC电源控制器模块

说明书

本发明涉及一种高效率小体积AC‑DC电源控制器模块，包括第一封装基板、第二封装基板、焊接在第一封装基板上的高压功率MOSFET晶体管和焊接在第二封装基板上的AC‑DC控制芯片。本发明首先将AC‑DC控制芯片、功率MOSFET和电阻Rcs进行封装集成实现体积优化，减小开关电源系统的PCB布局面积实现高功率密度，并减少外部引脚和外部电阻进一步降低系统成本；此外，本发明对AC‑DC控制芯片进行效率优化，增加了电压电流混合检测控制环路和多环路控制逻辑，提高反馈信号控制精度和响应速度的同时，保持AC‑DC控制器的稳定性，对各环路的工作模式和状态进行精确控制，最终实现更高效率。

技术领域

本发明涉及一种用于电力电子系统中AC-DC电源控制器模块，属于集成电路技术领域。

背景技术

电源管理芯片主要分为线性稳压器和开关电源转换器。开关电源转换器使用开关双极型晶体管或场效应管将输入电压斩波成方波，方波由占空比调节，并通过低通输出滤波器得到直流输出电压。相比于线性稳压器，开关电源转换器具有转换效率高，体积小等优点。所以开关电源在现今电源管理市场占据着主要的地位。

随着便携式电子设备对其供电电源的要求不断提高，开关电源市场正在围绕着低功耗、高精度、小体积等性能展开激烈地角逐，反激式AC-DC转换器也不例外。反激式AC-DC电源系统需要将输出端信息反馈到控制芯片中，通过负反馈来调整功率开关管的导通时间占空比，以此达到稳定输出的目的。根据反馈方式，反激式AC-DC转换器可分为原边反馈(Primary Side Regulation，PSR)和副边反馈(Secondary Side Regulation，SSR)。副边反馈技术也称为光耦隔离反馈，该系统由反激拓扑电路，光耦隔离反馈电路和控制芯片组成。原边反馈技术是通过采样辅助绕组电压，来间接采样输出电压。原边反馈技术所需要的外围器件少，少的外围元器件即降低了PCB的成本，也提高了系统的可靠性，所以原边反馈技术目前得到了更为广泛的应用。

典型原边反馈技术的系统框图如图1所示。当功率管导通时，辅助绕组电压与原边绕组电压成正比且为负值；当功率管关断时，辅助绕组电压与副边绕组电压成正比且为正值，所以，就可以在副边导通时采样辅助绕组的电压信息，来间接得到副边绕组两端的电压，忽略二极管正向导通压降，副边绕组导通时其两端的电压即为输出电压。所以，原边反馈就是在副边绕组导通时采样辅助绕组两端的电压，并将其反馈到控制芯片中，通过调节占空比进行闭环控制。

图1所示开关电源系统中，AC-DC控制芯片00、功率MOSFET和电阻Rcs为分开的3个器件。AC-DC控制芯片通常采用面积最小化的封装体如SOP，而650V耐压的功率MOSFET器件M0通常采用体积相对更大的TO封装管壳，再加上电阻Rcs的固定面积，上述电路在PCB上的平面布局总体上集成度可以进一步提升。若采用系统集成或封装集成技术，将上述AC-DC控制芯片、MOSFET器件M0和电阻Rcs集成在同一颗封装芯片内，那么上述原边反馈技术的开关电源系统的PCB布局面积将会进一步减小，实现更小体积的AC-DC电源系统。基于此，本发明提供了一种高效率小体积AC-DC电源控制器模块，以实现更小体积的AC-DC开关电源系统。

发明内容

本发明在现有技术基础上，提供了一种高效率小体积AC-DC控制器模块。图2为使用本发明AC-DC电源控制器模块技术的开关电源系统框图。本发明的AC-DC电源控制器模块300会将图1中分开的AC-DC控制芯片、功率MOSFET和电阻Rcs这3个器件，集成在一个模块内部。整体模块的封装体积比原来3个单独封装体相比，将会有两个改进：一是体积较小，那么采用本发明模块的开关电源系统的PCB布局面积将会进一步减小，实现高的功率密度；二是模块的引脚减小一个，对应的外部电阻减小一个，从而进一步降低AC-DC电源系统的成本。