CN101465609B - Ac/dc转换电路的输出功率监测电路和控制电路 - Google Patents

Ac/dc转换电路的输出功率监测电路和控制电路 Download PDF

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本发明涉及一种AC/DC转换电路的输出功率监测电路和功率控制电路，该监测电路包括：第一乘法器，根据一反馈电压信号和一预设输出电流信号计算一基准功率信号，其中该反馈电压正比于该AC/DC转换电路的输出电压，而该基准功率正比于该AC/DC转换电路的设定输出功率；第二乘法器，根据一输入电压信号和一输入电流信号计算一实际功率信号，其中该实际功率正比于该AC/DC转换电路的实际输出功率；以及功率比较器，连接该第一乘法器和第二乘法器，比较该实际功率信号与该基准功率信号，并根据比较结果输出一功率调整信号。

Description

AC/DC转换电路的输出功率监测电路和控制电路 
技术领域
本发明涉及一种AC/DC转换电路，尤其涉及AC/DC转换电路的输出功率监测电路和控制电路。 
背景技术
AC/DC电源转换器广泛用于各种直流充电器、电源适配器、以及离线电源。一般来说，AC/DC电源转换器将例如是市电的交流电大信号转换为适合小型电子设备(如手机)使用的直流电小信号。图1是一种目前普遍使用的AC/DC转换电路10，在此电路中交流信号AC经过整流、滤波等变换后由变压器11耦合到直流输出端DC，而在输出端采用稳压芯片12和输出电流限制回路13在输出端采样，然后通过光电耦合管14反馈到变压器初级的PWM(脉冲宽度调制)芯片15的电压VFB来实现输出电压和功率控制。 
稳压芯片12是一个内建误差放大器的基准源电路，它可以检测输出电压的微小变化并通过光电耦合管14把输出电压信号反馈到主控PWM芯片的反馈端。NPN三极管Q1和电阻R1构成输出电流限制回路13，当电阻R1的压降等于Q1的BE结导通电压(约0.7V)时Q1管导通，把输出的电流信号通过光电耦合管14反馈到PWM芯片15的VFB端。 
图2是PWM芯片的内部原理框图，其工作原理如下：将VFB端收到输出端反馈回来的电压、电流信号与芯片内部集成的基准电压Vref做比较，通过误差放大器EA把误差信号放大后，用以控制输出端OUT的占空比，从而实现对输出功率和输出电压的控制。其中输出电流限制为：Iolim＝VQ1BE/R1。 
这种目前普遍使用的AC/DC电源转换电路由于需要在输出端采样电压和电流信号，然后经光电耦合器反馈回来，因而在结构复杂度和成本上都不能令人满意。为此，已经出现了如下的在输入端获得输出电压和电流信号，来控制输出功率和输出电压的方法。 
请参照图3，在这种由输入端直接反馈输出电压信号的电路30中，交流信号AC经过整流、滤波等变换后由变压器31耦合到直流输出端DC，而通过变压器31的另一绕组所采样的电压信号经过变换后得到与输出电压成比例的反馈电压VFB，再输入到变压器初级的功率控制电路35，来实现输出电压和功率控制。在这种情况下，需要一种不使用目前的电流限制回路13、稳压芯片14和光电耦合管15，而仍然能够监测输出电流和功率是否过大并采取限制措施的电路。 
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种AC/DC转换电路的输出功率监测电路，适于监测AC/DC转换电路的输出功率是否超过设定值。 
本发明还提出一种AC/DC转换电路的输出功率控制电路，便于根据功率监测的结果控制AC/DC转换电路的输入功率。 
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种AC/DC转换电路的输出功率监测电路，包括：第一乘法器，根据一反馈电压信号和一预设输出电流信号计算一基准功率信号，其中该反馈电压正比于该AC/DC转换电路的输出电压，而该基准功率正比于该AC/DC转换电路的设定输出功率；第二乘法器，根据一输入电压信号和一输入电流信号计算一实际功率信号，其中该实际功率正比于该AC/DC转换电路的实际输出功率；以及功率比较器，连接该第一乘法器和第二乘法器，比较该实际功率信号与该基准功率信号，并根据比较结果输出一功率调整信号。 
上述的输出功率监测电路中，该第一乘法器具有倍乘系数K1，该第二乘法器具有倍乘系数K2，并且K1、K2满足：K1×η＝K2×a，其中η为AC/DC转换电路的功率转换效率，a为该反馈电压与该AC/DC转换电路的输出电压之比。其中，例如K1＝a，K2＝η，在此情况下，该基准功率等于该AC/DC转换电路的设定输出功率，该实际功率等于该AC/DC转换电路的实际输出功率。 
本发明还提供一种AC/DC转换电路的输出功率控制电路，包括：反馈电压检测器，用以从该AC/DC转换电路的输入端获得一正比于该AC/DC转换电路的输出电压的反馈电压信号；功率监测电路，包括：第一乘法器，连接该反 馈电压检测器，根据该反馈电压信号和一预设输出电流信号计算一基准功率信号，其中该基准功率正比于该AC/DC转换电路的设定输出功率；第二乘法器，根据一输入电压信号和一输入电流信号计算一实际功率信号，其中该实际功率正比于该AC/DC转换电路的实际输出功率；以及功率比较器，连接该第一乘法器和第二乘法器，比较该实际功率信号与该基准功率信号，并根据比较结果输出一调整信号。PWM调制器，连接该反馈电压检测器与该功率比较器，根据该反馈电压信号及该调整信号调整其输出信号的占空比，用以控制该AC/DC转换电路的输入电压和/或电流。 
在上述的输出功率控制电路中，该第一乘法器具有倍乘系数K1，该第二乘法器具有倍乘系数K2，并且K1、K2满足：K1×η＝K2×a，其中η为AC/DC转换电路的功率转换效率，a为该反馈电压与该AC/DC转换电路的输出电压之比。其中，例如K1＝a，K2＝η，在此情况下，该基准功率等于该AC/DC转换电路的设定输出功率，该实际功率等于该AC/DC转换电路的实际输出功率。 
在上述的输出功率控制电路中，该反馈电压检测器、功率监测电路和PWM调制器可以是集成于一芯片内。 
因此，本发明所提出的功率监测电路和功率控制电路，相比原有输出端反馈方案，降低了元件总数，而且所采用的器件便于集成，提高了集成度，有利于自动化生产，可以降低生产成本，而且可以提高整个方案的可靠性。 
附图说明
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中： 
图1是一种现有的AC/DC转换电路图。 
图2是图1所示电路的PWM芯片内部框图。 
图3是源端反馈的AC/DC转换电路图。 
图4是AC/DC转换电路的目标输出电压-电流关系曲线图。 
图5是本发明一个实施例的输出功率监测电路图。 
图6是本发明一个实施例的输出功率控制电路图。 
图7A是本发明的反馈电压检测器的检测波形图。 
图7B是图6中反馈电压检测器一个实施例的电路图。 
具体实施方式
参照图3所示，本发明的输出功率监测电路适用于图3所示的源端反馈的AC/DC转换电路，可以根据从图3中的A点获得反馈电压信号VFB来监测输出功率变化。 
首先参照图4说明本发明的功率控制目标，图4是图3中输出端电压Vo和电流Io的关系曲线图。电压Vo近似为恒定直流电压，随着输入功率的增大，输出功率Po＝Vo*Io随之增长，由于Vo近似不变，因此Io增大。需要一种手段来检测Io达到一设定临界值Ioset的时刻，并采取相应的控制措施，至少使电流Io减小。 
基于这样的目标，设计本发明的输出功率监测电路和控制电路。 
如图5所示，发明一个实施例的输出功率监测电路50包括第一乘法器M1、第二乘法器M2和比较器Cmp。第一乘法器M1的两输入端分别连接电压反馈信号VFB和最大输出电流设定值Ioset，其中Ioset可以外部调整。其中，第一乘法器M1是根据VFB和Ioset来计算一基准功率信号Pref，其中反馈电压VFB 与AC/DC转换电路的输出电压Vo的关系为： 
Vo＝a×VFB
参数a为反馈电压VFB与输出电压Vo的比值。 
在此，基准功率Pref并不一定等于AC/DC转换电路的输出功率设定值Po，而可以正比于该输出功率设定值Po。 
第二乘法器M2的两输入端分别连接AC/DC转换电路的输入电压Vin和输入电流Iin。第二乘法器M2是根据Vin和Iin来计算一实际功率信号Preal，此实际功率Preal也不一定等于AC/DC转换电路的输入功率Pin，而是可以与之成正比。 
功率比较器Cmp，连接第一乘法器M1和第二乘法器M2。功率比较器比较实际功率信号Preal与基准功率信号Pref，并根据比较结果输出一功率调整信号。例如，当Preal＜Pref时，输出一低电平，而当Preal＞Pref时，输出一高 电平，作为功率调整信号Mp。 
设第一乘法器M1具有倍乘系数K1，而第二乘法器M2具有倍乘系数K2， 
由于Pin＝Vin×Iin，所以实际功率Vreal＝Vin×Iin×K2＝Pin×K2。 
设AC/DC转换电路的功率转换效率为η， 
则输出功率Po＝Pin×η。 
而Po＝Vo×Io。 
又有Vo＝a×VFB
因此Vref＝VFB×Ioset×K1 
＝(Vo/a)×Ioset×K1 
＝(Po/Io/a)×Ioset×K1 
＝Pin×η×Ioset×K1/Io/a 
因此功率比较器Cmp两输入端的平衡点在于Vref＝Vreal。 
Pin×K2＝Pin×η×Ioset×K1/Io/a。 
所以有Io＝Ioset×K1×η/(a×K2) 
由于K1、K2、a、η均为已知量，而且可以设定K1×η/(a×K2)＝1，即K1×η＝a×K2。只要K1、K2的取值满足该等式，在这种平衡状态下输出电流即被限定为Ioset设定值。 
特别地，可令K1＝a，K2＝η。此时Vreal＝Pin×η＝Po，即为实际输出功率值，而Vref＝Vo×Ioset，即为设定输出功率值。 
下面结合图3参照图6所示，本发明的一种AC/DC转换电路的输出功率控制电路35，包括一上述的输出功率监测电路50、PWM调制器60以及反馈电压检测器70。反馈电压检测器70的输入端连接VFB端，用以从该AC/DC转换电路的输入端(如图3中的A点)获得一正比于该AC/DC转换电路30的输出电压Vo的反馈电压信号VFB，该反馈电压信号为直流信号，提供给功率监测电路50使用。 
功率监测电路50的具体结构已描述于上述实施例中，在此不再详细叙述。在此实施例中，最大输出电流设定值Ioset可由一电流源51来提供。输入电压Vin由功率控制电路60的输入端VIN所提供，输入电流Iin由功率控制电路60的输入端IFB经输入电流检测器80检测得到。功率监测电路50根据基准功率 和实际功率的比较结果输出功率调整信号Mp至PWM调制器60的与非门65。 
PWM调制器60的技术已为本领域技术人员所熟知，因而在本实施例中所描述的PWM调制器60的具体结构仅为举例，本领域技术人员完全可根据通常知识选择其他结构的PWM调制器。参照图6所示，PWM电路60包括起动器61、振荡器62、误差放大器63、参考电压64、与非门65、三端比较器66、RS触发器67、保护电路68、以及输出驱动器69。一方面，当电压检测电路50获得与输出电压Vo有关的反馈电压信号VFB后，误差放大器63将其与参考电压64比较，并把误差信号放大后，输入给与非门65。另一方面，与非门65接受功率调整信号Mp。与非门65的输出端连接至三端比较器66，而三端比较器66的另外两输入端分别连接振荡器62的三角波输入和IFB信号，通过三端比较器66和RS触发器67的动作，形成占空比可控的波形，并经由输出驱动器69输出，从而控制开关管K(图3)的开关状态来控制该AC/DC转换电路30的输入电压和/或电流，达到借限制输入功率Pin来限制输出功率Po的目的。 
正如图6所示，功率控制电路35的反馈电压检测器70、功率监测电路50和PWM调制器60例如是集成于一芯片(如目前的PWM芯片)内。 
进一步参照图7A和图7B所示，其示出一个实施例的反馈电压检测器70，首先如图7A，这是图3中A点的电压波形示意图，由变压器31的各绕组的比例关系可知，A点电压VA正比于AC/DC转换电路30的的输出电压Vo，A点电压波形中的Y点电压正比于输出电压Vo的平均值。因此反馈电压检测器70的目标在于检测Y点电压，即得到反馈电压信号VFB。 
参照图7B所示，反馈电压检测器70包括电压跟随器C1，其输入端连接功率控制电路35的VFB端以获得电压VA，输出端输出到节点E。在本实施例中，电压跟随器例如为一比较器，其中第一输入端(如“+”端)作为跟随器输入端，第二输入端(如“-”端)作为跟随端连接节点E。 
开关元件K1一端连接节点E，另一端连接输出节点G，开关元件K1还具有一控制端，其连接节点F。电容Co连接于输出节点G，用以保持输出节点G的输出电压。该开关元件例如是MOS管开关元件。 
比较器C2具有第一输入端(如“+”端)、第二输入端(如“-”端)和输出端。其中，第一输入端连接VFB端以获得电压VA，第二输入端连接输出 节点G，该输出端在节点F连接开关元件K1的控制端。其中比较器C2依据电压VA与输出节点G的输出电压的比较结果，控制该开关元件K1的导通和断开，以控制是否将电压VA传输至输出节点G。 
具体地说，参照图7A中的A点电压波形，当VA从Z点到Y点变化时电压变化缓慢，开关K1闭合，VA＝VE＝VG。而当VA到达Y点后VA瞬时降低，G点电压VG由于输出电容Co的存在不能突变，导致G点电压高于VA，比较器C2翻转，开关K1关断，电容Co的电压被保持，此时电容电压就是所要检测的Y点电压。 
因此，本发明所提出的功率监测电路和功率控制电路，相比原有输出端反馈方案，降低了元件总数，而且所采用的器件便于集成，提高了集成度，有利于自动化生产，可以降低生产成本，而且可以提高整个方案的可靠性。 
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。 

Claims (5)

1.一种AC/DC转换电路的输出功率监测电路，其特征在于包括：
第一乘法器，根据一反馈电压信号和一预设输出电流信号计算一基准功率信号，其中该反馈电压正比于该AC/DC转换电路的输出电压，而该基准功率正比于该AC/DC转换电路的设定输出功率；
第二乘法器，根据一输入电压信号和一输入电流信号计算一实际功率信号，其中该实际功率正比于该AC/DC转换电路的实际输出功率；以及
功率比较器，连接该第一乘法器和第二乘法器，比较该实际功率信号与该基准功率信号，并根据比较结果输出一功率调整信号，
该第一乘法器具有倍乘系数K1，该第二乘法器具有倍乘系数K2，并且K1、K2满足：
K1×η＝K2×a，
其中η为AC/DC转换电路的功率转换效率，a为该反馈电压与该AC/DC转换电路的输出电压之比。
2.如权利要求1所述的输出功率监测电路，其特征在于，
K1＝a，K2＝η，而该基准功率等于该AC/DC转换电路的设定输出功率，该实际功率等于该AC/DC转换电路的实际输出功率。
3.一种AC/DC转换电路的输出功率控制电路，其特征在于包括：
反馈电压检测器，用以从该AC/DC转换电路的输入端获得一正比于该AC/DC转换电路的输出电压的反馈电压信号；
功率监测电路，包括：
第一乘法器，连接该反馈电压检测器，根据该反馈电压信号和一预设输出电流信号计算一基准功率信号，其中该基准功率正比于该AC/DC转换电路的设定输出功率；
第二乘法器，根据一输入电压信号和一输入电流信号计算一实际功率信号，其中该实际功率正比于该AC/DC转换电路的实际输出功率；以及
功率比较器，连接该第一乘法器和第二乘法器，比较该实际功率信号与该基准功率信号，并根据比较结果输出一调整信号；
PWM调制器，连接该反馈电压检测器与该功率比较器，根据该反馈电压信号及该调整信号调整其输出信号的占空比，用以控制该AC/DC转换电路的输入电压和/或电流，
其中该第一乘法器具有倍乘系数K1，该第二乘法器具有倍乘系数K2，并且K1、K2满足：
K1×η＝K2×a，
其中η为AC/DC转换电路的功率转换效率，a为该反馈电压与该AC/DC转换电路的输出电压之比。
4.如权利要求3所述的输出功率控制电路，其特征在于，
K1＝a，K2＝η，而该基准功率等于该AC/DC转换电路的设定输出功率，该实际功率等于该AC/DC转换电路的实际输出功率。
5.如权利要求3所述的输出功率控制电路，其特征在于，该反馈电压检测器、功率监测电路和PWM调制器是集成于一芯片内。
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