一种变压器驱动芯片、电路和隔离电源的制作方法

本发明涉及变压器驱动，具体涉及一种变压器驱动芯片、电路和隔离电源。

背景技术：

1、在隔离电源设计中，变压器驱动电路用于驱动隔离变压器原边，将输入隔离变压器原边绕组的直流电压转换为交流方波，然后经隔离变压器耦合后在隔离变压器的副边绕组产生所需的输出电压。传统的变压器驱动电路均为单驱动芯片设计，其输出功率受限于驱动芯片内部功率管的电流能力和热设计，通常最大带载能力仅为1w-2w。

2、在某些应用场景例如工业控制、通信设备、医疗电子等场景中，需要隔离电源提供更高的输出功率，例如需要4w、5w或者更高的输出功率。为了满足这个需求，现有解决方案主要有以下三种：

3、一：选用更大功率的变压器驱动器，但此类芯片成本高、可选型号少。

4、二：采用分立元件搭建推挽或全桥驱动电路，但设计复杂、可靠性低、占用pcb面积大。

5、三：将多个变压器驱动芯片直接并联使用，以此来进行功率拓展。然而由于各变压器驱动芯片之间的功率管导通阻抗、驱动时序、pcb布线阻抗等存在差异，直接并联会导致电流分配严重不均。部分变压器驱动芯片承担过大电流，导致发热严重、效率下降，甚至触发过流保护或热关断，系统可靠性极低。

6、基于上述内容，现有的变压器驱动芯片由于受协同工作、电流分配、发热问题、电流保护等因素影响，存在无法通过高效并联来拓展输出功率的问题，安全性以及可靠性都较差。

技术实现思路

1、鉴于背景技术的不足，本发明是提供了一种变压器驱动芯片、电路和隔离电源，所要解决的技术问题是现有的变压器驱动芯片由于受协同工作、电流分配、发热问题、电流保护等因素影响，存在无法通过高效并联来拓展输出功率的问题，安全性以及可靠性都较差。

2、为解决以上技术问题，第一方面，本发明提供了如下技术方案：一种变压器驱动芯片，包括模式选择单元、振荡器、选择器、ldo稳压单元、第一驱动mos管、第二驱动mos管、驱动单元、电流采样单元、电流监控单元和负载共享控制单元；

3、所述模式选择单元基于输入的模式选择信号向所述振荡器发送第一控制信号和向所述选择器发送第二控制信号；所述第一控制信号用于控制所述振荡器是否产生时钟；所述振荡器产生的时钟包括内部时钟和外部时钟，所述内部时钟和外部时钟输入到所述选择器的两个输入端；所述第二控制信号用于控制所述选择器从输入的内部时钟和外部时钟中选择一个时钟输入到所述驱动单元；

4、所述ldo稳压单元与所述驱动单元电连接，为所述驱动单元提供工作电压；所述驱动单元分别与所述第一驱动mos管的栅极和第二驱动mos管的栅极电连接，基于输入时钟的电平状态和所述工作电压的大小为第一驱动mos管的栅极和第二驱动mos管的栅极提供驱动电压；

5、所述电流采样单元用于采集流过第二驱动mos管的电流大小，并生成两路检测电流；

6、所述电流监控单元与所述电流采样单元的一路检测电流输出端电连接，用于在所述一路检测电流所对应的第一检测电压大于基准电压时，向所述ldo稳压单元输入过流检测信号；所述过流检测信号用于控制所述ldo稳压单元停止输出所述工作电压；

7、所述负载共享控制单元与所述电流采样单元的另一路检测电流输出端电连接，基于所述另一路检测电流所对应的第二检测电压与基准电压的差值为所述ldo稳压单元提供控制电压，所述ldo稳压单元输出的工作电压与所述控制电压正相关。

8、在第一方面的某种实施方式中，所述ldo稳压单元包括运算放大器amp1和mos管pm1；

9、所述mos管pm1的源极用于输入电源电压，所述mos管pm1的栅极与运算放大器amp1的输出端电连接，所述运算放大器amp1的负输入端用于输入所述控制电压，所述mos管pm1的漏极与运算放大器amp1的正输入端电连接，用于输出所述工作电压；

10、所述过流检测信号输入到所述运算放大器amp1，用于控制所述运算放大器amp1是否工作。

11、在第一方面的某种实施方式中，所述负载共享控制单元包括误差放大器amp2、mos管nm3和负载电阻；

12、所述负载电阻一端用于输入电源电压，所述负载电阻另一端与mos管nm3的漏极电连接；所述mos管nm3的栅极与所述误差放大器amp2的输出端电连接，所述误差放大器amp2的正输入端与电流采样单元的检测电流输出端电连接，所述误差放大器amp2的负输入端用于输入所述基准电压；所述mos管nm3的源极接地。

13、在第一方面的某种实施方式中，所述负载共享控制单元还包括误差放大器amp3和mos管pm2；

14、所述mos管pm2的源极用于输入所述电源电压；所述mos管pm2的栅极与所述误差放大器amp3的输出端电连接，所述误差放大器amp3的正输入端用于输入所述工作电压，所述误差放大器amp2的负输入端用于输入限制电压；所述mos管pm2的漏极与所述负载电阻另一端电连接。

15、在第一方面的某种实施方式中，所述负载共享控制单元还包括最大电流设置单元，所述mos管nm3的漏极通过所述最大电流设置单元接地，所述最大电流设置单元用于将流过所述负载电阻的最大电流限制为设定阈值电流。

16、在第一方面的某种实施方式中，所述电流采样单元包括电流镜和镜像mos管；所述镜像mos管与所述第二驱动mos管连接成电流镜结构，所述镜像mos管用于按照设定比例复制流过第二驱动mos管的电流；所述电流镜用于复制流过镜像mos管的电流进而输出检测电流；

17、所述电流监控单元包括比较器cmp1，所述比较器cmp1的正输入端与电流采样单元的检测电流输出端电连接，所述比较器cmp1的负输入端用于输入所述基准电压；

18、所述变压器驱动芯片还包括电流源iref和开关s1，所述电流源iref通过开关s1输出基准电流，基准电流在对应基准电阻上形成基准电压；所述模式选择信号用于控制开关s1的通断。

19、在第一方面的某种实施方式中，所述驱动单元在输入的时钟为高电平时输出所述驱动电压；所述驱动单元包括偶数个依次串联的反相器，沿反相器的串联方向，每级反相器输出的驱动电流逐渐增大；

20、首端反相器的输入端与选择器的输出端电连接，末端反相器的输出端用于输出所述驱动电压；所述工作电压输入到末端反相器的电源端。

21、在第一方面的某种实施方式中，所述变压器驱动芯片还包括芯片本体，所述模式选择单元、振荡器、选择器、ldo稳压单元、第一驱动mos管、第二驱动mos管、驱动单元、电流采样单元、电流监控单元和负载共享控制单元均设置在所述芯片本体上；

22、所述芯片本体上设有模式选择引脚mode、时钟引脚clk、驱动连接引脚drv1、电源引脚vin、驱动连接引脚drv2、电流监控引脚imon、负载共享控制引脚ils、基准引脚iref和接地引脚；

23、所述模式选择引脚mode与所述模式选择单元的模式选择信号输入端电连接；所述时钟引脚clk与振荡器的外部时钟输出端电连接；所述驱动连接引脚drv1与第一驱动mos管的漏极电连接；所述驱动连接引脚drv2与第二驱动mos管的漏极电连接；所述电源引脚vin与ldo稳压单元电连接，用于输入电源电压；所述电流监控引脚imon和负载共享控制引脚ils分别与电流采样单元的两路检测电流输出端电连接；所述基准引脚iref分别与电流监控单元和负载共享控制单元电连接，用于输入基准电压；所述接地引脚用于接地。

24、第二方面，本发明还提供了一种变压器驱动电路，包括上述的变压器驱动芯片；所述变压器驱动芯片的数量大于1；

25、所有变压器驱动芯片中，一个变压器驱动芯片的模式选择单元输入模式选择信号，所述一个变压器驱动芯片的选择器选择内部时钟进行输出；剩余变压器驱动芯片的模式选择单元的模式选择信号输入端接地，剩余变压器驱动芯片的选择器选择外部时钟进行输出；

26、所有变压器驱动芯片的振荡器的外部时钟输出端互相电连接；

27、所有变压器驱动芯片的基准电压连接端互相电连接，且通过基准电阻接地；

28、所有变压器驱动芯片的电流采样单元的一路检测电流输出端互相电连接，且通过电流监控电阻接地；

29、每个变压器驱动芯片的电流采样单元的另一路检测电流输出端分别通过共享控制电阻接地；

30、所有变压器驱动芯片的ldo稳压单元的电源端互相电连接，用于输入电源电压；

31、所有变压器驱动芯片的第一驱动mos管的漏极互相电连接；所有变压器驱动芯片的第二驱动mos管的漏极互相电连接。

32、第三方面，本发明还提供了一种隔离电源，包括上述的变压器驱动电路；还包括变压器tr、二极管d1、二极管d2、电容cl和电阻rl；

33、所有变压器驱动芯片的ldo稳压单元的电源端和变压器tr的原边绕组的中间抽头电连接；

34、所有变压器驱动芯片的第一驱动mos管的漏极和变压器tr的原边绕组一端电连接；所有变压器驱动芯片的第二驱动mos管的漏极和变压器tr的原边绕组另一端电连接；

35、所述变压器tr的副边绕组一端与二极管d1的阳极电连接，所述变压器tr的副边绕组另一端与二极管d2的阳极电连接，二极管d1的阴极分别与二极管d2的阴极、电容cl一端和电阻rl一端电连接，电容cl另一端和电阻rl另一端均与变压器tr的副边绕组的中间抽头电连接。

36、本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：

37、首先通过设置负载共享控制单元对检测电流进行比较判断，可以在检测电流较大时自动调整第一功率mos管和第二功率mos管的栅极电压大小，这样在多个本发明的变压器驱动芯片进行并联时，不同变压器驱动芯片之间能自适应调整电流，防止单个变压器驱动芯片进入到过流或者过热状态；即可以在保证工作可靠性的前提下，实现变压器驱动芯片并联拓展输出功率的需求；

38、其次所有的变压器驱动芯片并联形成隔离电源时，所有变压器驱动芯片的主从时钟同步，可以确保所有并联芯片开关动作完全同步，消除了因开关时序差异导致的电流尖峰和额外损耗，保证了并联系统的稳定运行；

39、另外所有的变压器驱动芯片并联形成隔离电源时，每个变压器驱动芯片通过电流监控单元实现总过流保护，通过负载共享控制单元来实现均流触发判断，两者结合既保证了轻载时的高效率，又确保了重载/过载时的安全与均衡；

40、最后不同变压器驱动芯片之间的均流作用使得原本电流最大的芯片电流降低，根据black方程（电迁移寿命模型），电流应力降低可显著提升芯片寿命，从而使系统有效寿命提升数倍。