CN103546035B - 以反激式结构为基础的电源转换装置及其电源转换方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种以反激式结构为基础的电源转换装置及其电源转换方法。本发明通过在不同的时间切换设置在控制芯片内部且与控制芯片的一只多功能检测引脚连接的第一与第二检测开关,且通过压流检测辅助电路与电流检测电路间的搭配而在某一段时间来执行反激式电源转换电路所接收的交流输入电压的检测,并通过压流检测辅助电路、过温度保护单元与过电压保护单元间的搭配而在另一段时间来执行过温度保护的检测与过电压保护的检测。如此一来,控制芯片的单一只多功能检测引脚即可对应到多种相关的功能检测,从而最终地降低控制芯片整体的成本。

Description

以反激式结构为基础的电源转换装置及其电源转换方法
技术领域
本发明是有关于一种电源转换技术,且特别是有关于一种以反激式结构为基础(f1yback-based)的电源转换装置及其电源转换方法。
背景技术
电源转换装置(powerconversionapparatus)主要的用途是将电力公司所提供的高压且低稳定性的交流输入电压(ACinputvoltage)转换成适合各种电子装置(electronicdevice)使用的低压且稳定性较佳的直流输出电压(DCoutputvoltage)。因此,电源转换装置广泛地应用在电脑、办公室自动化设备、工业控制设备以及通讯设备等电子装置中。
现今电源转换装置中的控制结构(controlstructure)大多采用脉宽调变控制芯片(pulsewidthmodulationcontrolchip,PWMcontrolchip)。而且,为了要保护电源转换装置免于受到过温度(overtemperature,OT)、过电压(overvoltage,OV)以及过电流(overcurrent,OC)的现象而损毁,现今脉宽调变控制芯片大多会设置独立的多只检测引脚(detectionpin)以分别执行过温度保护(OTP)的检测、过电压保护(OVP)的检测、过电流保护(OCP)的检测,以及电源转换装置所接收的交流输入电压的检测。换言之,现今脉宽调变控制芯片的单一只检测引脚只能对应到一种相关的功能检测而已,从而最终地增加脉宽调变控制芯片整体的成本。
发明内容
有鉴于此,本发明提供一种以反激式结构为基础(flyback-based)的电源转换装置及其电源转换方法,以解决先前技术所述的问题。
本发明的一实施例提供一种电源转换装置,其包括:反激式电源转换电路、控制芯片,以及压流检测辅助电路。其中,反激式电源转换电路用以接收一交流输入电压,并且反应在一脉宽调变信号而对所述交流输入电压进行转换,以产生并提供一直流输出电压。控制芯片耦接反激式电源转换电路,并反应在一电源供应需求而产生所述脉宽调变信号以控制反激式电源转换电路的操作。压流检测辅助电路耦接反激式电源转换电路与控制芯片的一多功能检测引脚,用以在一第一检测阶段,辅助控制芯片通过所述多功能检测引脚以执行所述交流输入电压的检测,并在一第二检测阶段,辅助控制芯片通过所述多功能检测引脚以执行一过温度保护的检测与一过电压保护的检测。
在本发明的一实施例中,反激式电源转换电路包括:变压器、功率开关、第一电阻、第一二极管、电容,以及第二二极管。其中,变压器具有一主线圈、一次线圈与一辅助线圈,且变压器的主线圈的同名端用以接收所述交流输入电压、变压器的次线圈的同名端耦接至一安全地,而变压器的辅助线圈的同名端则耦接至一危险地。功率开关的第一端耦接变压器的主线圈的异名端,而功率开关的控制端则用以接收所述脉宽调变信号。第一电阻的第一端耦接功率开关的第二端并提供一过电流保护检测电压给控制芯片,而第一电阻的第二端则耦接至所述危险地。第一二极管的阳极耦接变压器的次线圈的异名端,而第一二极管的阴极则用以产生所述直流输出电压。电容的第一端耦接第一二极管的阴极,而电容的第二端则耦接至所述安全地。第二二极管的阳极耦接变压器的辅助线圈的异名端,而第二二极管的阴极端则用以产生一直流系统电压给控制芯片。
在本发明的一实施例中,压流检测辅助电路包括:第三二极管、第二电阻、热敏电阻、第三电阻,以及第四二极管。其中,第三二极管的阴极耦接变压器的辅助线圈的异名端。第二电阻的第一端耦接第三二极管的阳极,而第二电阻的第二端则耦接所述多功能检测引脚。热敏电阻的第一端耦接所述多功能检测引脚。第三电阻的第一端耦接热敏电阻的第二端,而第三电阻的第二端则耦接至所述危险地。第四二极管的阳极耦接变压器的辅助线圈的异名端。第四电阻的第一端耦接第四二极管的阴极,而第四电阻的第二端则耦接至所述多功能检测引脚。
在本发明的一实施例中,控制芯片可以包括:控制主体、第一检测开关、第二检测开关、电流检测电路、过温度保护单元,以及过电压保护单元。其中,控制主体用以作为控制芯片的操作核心,并且反应在所述电源供应需求而产生所述脉宽调变信号。第一检测开关的第一端耦接所述多功能检测引脚,而第一检测开关的控制端则用以接收来自控制主体的一第一控制信号,且第一检测开关反应在所述第一控制信号而在所述第一检测阶段导通。第二检测开关的第一端耦接所述多功能检测引脚,而第二检测开关的控制端则用以接收来自控制主体的一第二控制信号,且第二检测开关反应在所述第二控制信号而在所述第二检测阶段导通。
电流检测电路耦接在第一检测开关的第二端与控制主体之间,用以在所述第一检测阶段,执行所述交流输入电压的检测,并据以提供关联在所述交流输入电压的变化的一第一检测结果给控制主体。过温度保护单元耦接在第二检测开关的第二端与控制主体之间,用以在所述第二检测阶段的一第一子阶段,执行所述过温度保护的检测,并据以提供一第二检测结果给控制主体,且控制主体还可以反应在所述第二检测结果而决定是否启动一过温度保护机制。过电压保护单元耦接在第二检测开关的第二端与控制主体之间,用以在所述第二检测阶段的一第二子阶段,执行所述过电压保护的检测,并据以提供一第三检测结果给控制主体,且控制主体还可以反应在所述第三检测结果而决定是否启动一过电压保护机制。
在本发明的一实施例中,控制芯片还可以反应在所述第一检测结果而决定是否对启动一过电流保护机制的一过电流保护点进行补偿。
本发明的另一实施例提供一种电源转换方法,其包括:提供反激式电源转换电路,并且致使反激式电源转换电路反应在一脉宽调变信号而对一交流输入电压进行转换,以产生并提供一直流输出电压;提供一控制芯片,并且致使控制芯片反应在一电源供应需求而产生所述脉宽调变信号以控制反激式电源转换电路的操作;以及提供耦接反激式电源转换电路与控制芯片的一多功能检测引脚的压流检测辅助电路,并且致使压流检测辅助电路在一第一检测阶段,辅助控制芯片通过所述多功能检测引脚以执行所述交流输入电压的检测,并在一第二检测阶段,辅助控制芯片通过所述多功能检测引脚以执行一过温度保护的检测与一过电压保护的检测。
在本发明的一实施例中,所提的电源转换方法可以还包括:致使控制芯片反应在所述交流输入电压的检测的一第一检测结果而决定是否对启动一过电流保护机制的一过电流保护点进行补偿。
在本发明的一实施例中,所提的电源转换方法可以还包括:致使控制芯片反应在该过温度保护的检测的一第二检测结果而决定是否启动一过温度保护机制。
在本发明的一实施例中,所提的电源转换方法可以还包括:致使控制芯片反应在该过电压保护的检测的一第三检测结果而决定是否启动一过电压保护机制。
基于上述,本发明通过在不同的时间切换设置在控制芯片内部且与控制芯片的一只多功能检测引脚连接的第一与第二检测开关,且通过压流检测辅助电路与电流检测电路间的搭配而在某一段时间来执行反激式电源转换电路所接收的交流输入电压的检测,并通过压流检测辅助电路、过温度保护单元与过电压保护单元间的搭配而在另一段时间来执行过温度保护的检测与过电压保护的检测。如此一来,控制芯片的单一只多功能检测引脚即可对应到多种相关的功能检测,从而最终地降低控制芯片整体的成本。
应了解的是,上述一般描述及以下具体实施方式仅为例示性及阐释性的,其并不能限制本发明所欲主张的范围。
附图说明
下面的附图是本发明的说明书的一部分,示出了本发明的示例实施例,附图与说明书的描述一起说明本发明的原理。
图1为本发明一实施例的电源转换装置10的示意图;
图2为本发明一实施例的电源转换装置10的电路示意图;
图3为本发明一实施例的电流检测电路203的实施示意图;
图4为本发明一实施例的过温度保护单元205与过电压保护单元207的实施示意图;
图5A为本发明一实施例的开关控制示意图;
图5B为本发明另一实施例的开关控制示意图;
图6为本发明一实施例的电源转换方法的流程图。
附图标记说明:
10:电源转换装置;
101:反激式电源转换电路;
103:控制芯片;
105:压流检测辅助电路;
201:控制主体;
203:电流检测电路;
205:过温度保护单元;
207:过电压保护单元;
209:过电流保护单元;
M-PIN:控制芯片的一只多功能检测引脚;
T:变压器;
Q:功率开关;
SW1、SW2:检测开关;
SW3、SW4:开关;
Rs、R1~R4:电阻;
RT:热敏电阻;
D1~D4:二极管;
Cout:电容;
I1、I2:电流源;
B1、B2:双极晶体管;
P1、P2:PMOS晶体管;
CP1、CP2:比较器;
Vbias1~Vbias3:偏压;
Np:变压器的主线圈;
Ns:变压器的次线圈;
Na:变压器的辅助线圈;
H1、H2:检测阶段;
H2’:H2”:子阶段;
VIN:交流输入电压;
VOUT:直流输出电压;
VCC:直流系统电压;
Vcs:过电流保护检测电压;
PWM:脉宽调变信号;
DGND:危险地;
SGND:安全地;
CS1~CS4:控制信号;
VOTP:过温度保护参考电压;
IOVP:过电压保护参考电流;
DT1~DT4:检测结果;
ND1、ND2:节点;
VND2:节点电压;
K1:变压器的辅助线圈与次线圈的圈数比(Na/Ns);
K2:变压器的辅助线圈与主线圈的圈数比(Na/Np);
VD3:二极管的顺向偏压;
S601~S611:本发明一实施例的电源转换方法的流程图各步骤。
具体实施方式
现将详细参考本发明的实施例,在附图中说明所述实施例的实例。另外,凡可能之处,在图式及实施方式中使用相同标号的元件/构件代表相同或类似部分。
图1为本发明一实施例的电源转换装置(powerconversionapparatus)10的示意图。请参照图1,电源转换装置10是以反激式结构为基础(flyback-based)。电源转换装置10包括:反激式电源转换电路(flybackpowerconversioncircuit)101、控制芯片(controlchip)103,以及压流检测辅助电路(voltage-currentdetectionauxiliarycircuit)105。
在本实施例中,反激式电源转换电路101用以接收交流输入电压(ACinputvoltage)VIN,并且反应在来自控制芯片103的脉宽调变信号(pulsewidthmodulationsignal,PWMsignal)PWM而对交流输入电压VIN进行转换(即,交直流转换),以产生并提供直流输出电压(DCoutputvoltage)VOUT与直流系统电压(DCsystemvoltage)VCC。
控制芯片103耦接反激式电源转换电路101,用以操作在反激式电源转换电路101所产生的直流系统电压VCC下,并且反应在某一负载(load,例如电子装置)的电源供应需求(powersupplyingrequirement)而产生脉宽调变信号PWM以控制反激式电源转换电路101的操作。
压流检测辅助电路105耦接反激式电源转换电路101与控制芯片103的一只多功能检测引脚(multi-functiondetectionpin)M-PIN,用以在第一检测阶段(detectionphase)H1,辅助控制芯片103通过多功能检测引脚M-PIN以执行交流输入电压VIN的检测,并在第二检测阶段H2,辅助控制芯片103通过多功能检测引脚M-PIN以执行过温度保护(overtemperatureprotection,OTP)的检测与过电压保护(overvoltageprotection,OVP)的检测。
更清楚来说,图2为本发明一实施例的电源转换装置10的电路示意图。请合并参照图1与图2,反激式电源转换电路101包括:变压器(transformer)T、功率开关Q(例如:N型功率开关(N-typepowerswitch),故以下改称功率开关Q为N型功率开关Q)、电阻(resistor)Rs、二极管(diode)D1与二极管D2,以及电容(capacitor)Cout。
变压器T具有一主线圈(primarywinding)Np、一次线圈(secondarywinding)Ns与一辅助线圈(auxiliarywinding)Na。其中,变压器T的主线圈Np的同名端(common-polarityterminal,即打点处)用以接收交流输入电压VIN、变压器T的次线圈Ns的同名端耦接至安全地(safetyground)SGND,而变压器T的辅助线圈Na的同名端则耦接至危险地(dangerousground)DGND。
N型功率开关Q的第一端耦接变压器T的主线圈Np的异名端(opposite-polarityterminal,即未打点处),而N型功率开关Q的控制端则用以接收来自控制芯片103的脉宽调变信号PWM。电阻Rs的第一端耦接N型功率开关Q的第二端并提供过电流保护检测电压(overcurrentprotectiondetectionvoltage,OCPdetectionvoltage)Vcs给控制芯片103,而电阻Rs的第二端则耦接至危险地DGND。
二极管D1的阳极(anode)耦接变压器T的次线圈Ns的异名端,而二极管D1的阴极(cathode)则用以产生直流输出电压VOUT。电容Cout的第一端耦接二极管D1的阴极,而电容Cout的第二端则耦接至安全地SGND。二极管D2的阳极耦接变压器T的辅助线圈Na的异名端,而二极管D2的阴极端则用以产生直流系统电压VCC。
另一方面,压流检测辅助电路105包括:二极管D3与二极管D4、电阻R1~电阻R3,以及热敏电阻(thermistor)RT。二极管D3的阴极耦接变压器T的辅助线圈Na的异名端。电阻R1的第一端耦接二极管D3的阳极,而电阻R1的第二端则耦接控制芯片103的多功能检测引脚M-PIN。热敏电阻RT的第一端耦接控制芯片103的多功能检测引脚M-PIN,热敏电阻RT的第二端则耦接电阻R2的第一端,而电阻R2的第二端则耦接至危险地DGND。二极管D4的阳极耦接变压器T的辅助线圈Na的异名端,电阻R3的第一端耦接二极管D4的阴极,而电阻R3的第二端则耦接至控制芯片103的多功能检测引脚M-PIN。在本实施例中,热敏电阻RT可以为具有负温度系数(negativetemperaturecoefficient,NTC)的热敏电阻。
除此之外,控制芯片103包括:控制主体(controlmainbody)201、检测开关(detectionswitch)SW1与检测开关SW2、电流检测电路(currentdetectioncircuit)203、过温度保护单元(OTPunit)205、过电压保护单元(OVPunit)207,以及过电流保护单元(OCPunit)209。控制主体201用以作为控制芯片103的操作核心(operationcore),并且反应在某一负载的电源供应需求而产生脉宽调变信号PWM。
检测开关SW1的第一端耦接控制芯片103的多功能检测引脚M-PIN,而检测开关SW1的控制端则用以接收来自控制主体201的第一控制信号(controlsignal)CS1。在本实施例中,检测开关SW1是反应在第一控制信号CS1而在第一检测阶段H1导通。
检测开关SW2的第一端耦接控制芯片103的多功能检测引脚M-PIN,而检测开关SW2的控制端则用以接收来自控制主体201的第二控制信号CS2。在本实施例中,检测开关SW2是反应在第二控制信号CS2而在第二检测阶段H2导通。
电流检测电路203耦接在检测开关SW1的第二端与控制主体201之间,用以在第一检测阶段H1,执行交流输入电压VIN的检测,并据以提供关联在交流输入电压VIN的变化的第一检测结果(detectionresult)DT1给控制主体201。举例来说,电流检测电路203可以检测范围为90VAC~264VAC的交流输入电压VIN所对应的电流,但并不限制于此。
更清楚来说,图3为本发明一实施例的电流检测电路203的实施示意图。请合并参照图1~图3,电流检测电路203包括:NPN型双极晶体管(NPN-typebipolarjunctiontransistor,NPN-typeBJT)B1与NPN型双极晶体管B2、电流源(currentsource)I1,以及PMOS晶体管P1与PMOS晶体管P2。NPN型双极晶体管B1的射极(emitter)耦接检测开关SW1的第二端。NPN型双极晶体管B2的基极(base)与集极(collector)耦接双极晶体管B1的基极,而NPN型双极晶体管B2的射极则耦接至危险地DGND。
电流源I1的第一端耦接至偏压(biasvoltage)Vbias1,而电流源I1的第二端则耦接双极晶体管B2的集极。PMOS晶体管P1的源极(source)耦接至偏压Vbias2,而PMOS晶体管P1的栅极(gate)与漏极(drain)则耦接NPN型双极晶体管B1的集极。PMOS晶体管P2的源极耦接至偏压Vbias2,PMOS晶体管P2的栅极耦接PMOS晶体管P1的栅极,而PMOS晶体管P2的漏极则用以输出关联在交流输入电压VIN的变化的第一检测结果DT1。
另外,过温度保护单元205耦接在检测开关SW2的第二端与控制主体201之间,用以在第二检测阶段H2的第一子阶段(H2’),执行过温度保护(OTP)的检测,并据以提供第二检测结果DT2给控制主体201。再者,过电压保护单元207耦接在检测开关SW2的第二端与控制主体201之间,用以在第二检测阶段H2的第二子阶段(H2”),执行过电压保护的检测,并据以提供第三检测结果DT3给控制主体201。
更清楚来说,图4为本发明一实施例的过温度保护单元205与过电压保护单元207的实施示意图。请合并参照图1~图4,过温度保护单元205包括:电流源I2、开关SW3,以及比较器(comparator)CP1。电流源I2的第一端耦接至偏压Vbias3,而电流源I2的第二端则耦接至开关SW3的第一端。开关SW3的第二端耦接至检测开关SW2的第二端,且开关SW3的控制端则用以接收来自控制主体201的第三控制信号CS3。在本实施例中,开关SW3是反应在控制信号CS3而在第二检测阶段H2的第一子阶段H2’导通。比较器CP1的正输入端(positiveinputterminal)用以接收过温度保护参考电压(OTPreferencevoltage)VOTP,比较器CP1的负输入端(negativeinputterminal)耦接检测开关SW2的第二端,而比较器CP1的输出端则用以输出第二检测结果DT2。
在本实施例中,控制主体201可以反应在过温度保护单元205所提供的第二检测结果DT2而决定是否启动过温度保护机制。一旦控制主体201反应在过温度保护单元205所提供的第二检测结果DT2而决定启动过温度保护机制时,则控制主体201会停止输出脉宽调变信号PWM,直至控制主体201反应在过温度保护单元205所提供的第二检测结果DT2而决定关闭过温度保护机制为止(亦即,无过温度的发生)。
另外,过电压保护单元207包括:开关SW4与比较器CP2。开关SW4的第一端耦接至检测开关SW2的第二端,而开关SW4的控制端则用以接收来自控制主体201的第四控制信号CS4。在本实施例中,开关SW4是反应在第四控制信号CS4而在第二检测阶段H2的第二子阶段H2”导通。比较器CP2的正输入端耦接检测开关SW2的第二端,比较器CP2的负输入端用以接收过电压保护参考电流(OCPreferencecurrent)IOVP,而比较器CP2的输出端则用以输出第三检测结果DT3。
在本实施例中,控制主体201可以反应在过电压保护单元207所提供的第三检测结果DT3而决定是否启动过电压保护机制。一旦控制主体201反应在过电压保护单元207所提供的第三检测结果DT3而决定启动过电压保护机制时,则控制主体201会停止输出脉宽调变信号PWM,直至控制主体201反应在过电压保护单元207所提供的第三检测结果DT3而决定关闭过电压保护机制为止(亦即,无过电压的发生)。
另一方面,过电流保护单元209耦接控制主体201,用以在电源转换装置10操作的过程中,反应在跨压在电阻Rs的过电流保护检测电压Vcs而执行过电流保护(OCP)的检测,并据以提供第四检测结果DT4给控制主体201。在本实施例中,控制主体201可以反应在过电流保护单元209所提供的第四检测结果DT4而决定是否启动过电流保护机制。一旦控制主体201反应在过电流保护单元209所提供的第四检测结果DT4而决定启动过电流保护机制时,则控制主体201会停止输出脉宽调变信号PWM,直至控制主体201反应在过电流保护单元209所提供的第四检测结果DT4而决定关闭过电流保护机制为止(亦即,无过电流的发生)。
此外,由于范围为90VAC~264VAC的相异交流输入电压VIN所各别对应的过电流保护机制的过电流保护点(OCPpoint)并不相同。因此,在本实施例中,控制主体201还可以反应在电流检测电路203所提供的关联在交流输入电压VIN的变化的第一检测结果DT1,以决定是否对启动过电流保护机制的过电流保护点进行补偿。
更清楚来说,当交流输入电压VIN为一相对高交流输入电压(relativehighACinputvoltage)时,例如264VAC的交流输入电压,则经由控制主体201补偿过后的过电流保护点可以为第一过电流保护点;另外,当交流输入电压VIN为一相对低交流输入电压(relativelowACinputvoltage)时,例如90VAC的交流输入电压,则经由控制主体201补偿过后的过电流保护点可以为第二过电流保护点。其中,第一过电流保护点与第二过电流保护点相异。如此一来,过电流保护单元209就可以适应于不同的交流输入电压VIN而调变过电流保护机制,由此即可达到90VAC~264VAC全范围准确的过电流保护点。
基于上述,在电源转换装置10处于正常操作下,控制芯片103会反应在某一负载(电子装置)的电源供应需求而对应地产生脉宽调变信号PWM以控制反激式电源转换电路101的操作。在此条件下,当N型功率开关Q反应在控制芯片103所产生的脉宽调变信号PWM而导通(turnedon)的话,交流输入电压VIN会跨接在变压器T的主线圈Np,以至于变压器T的主线圈Np的电感电流会线性增加而进行储能。与此同时,由于受到二极管D1的逆向偏压阻隔,所以变压器T的次线圈Ns将无电流流通。另外,变压器T的辅助线圈Na也无电流流通。
另一方面,当N型功率开关Q反应在控制芯片103所产生的脉宽调变信号PWM而关闭(turnedoff)的话,基于楞次定律(Lenz′slaw),变压器T的主线圈Np所储存的能量会转移至变压器T的次线圈Ns与辅助线圈Na。与此同时,由于二极管D1处于顺向偏压导通,所以转移至变压器T的次线圈Ns的能量将会对电容Cout进行充电,并且供应直流输出电压VOUT给负载(电子装置)。另外,转移至变压器T的辅助线圈Na的能量将会通过二极管D2而供应直流系统电压VCC给控制芯片103。
由此可知,基于控制芯片103所产生的脉宽调变信号PWM而交替地导通与关闭N型功率开关Q的操作方式,电源转换装置10即可持续地供应直流输出电压VOUT与直流系统电压VCC。
另一方面,在电源转换装置10处于正常操作下,当N型功率开关Q反应在控制芯片103所产生的脉宽调变信号PWM而导通的话(即脉宽调变信号PWM使能,请参阅图5A),则此时控制芯片103将进入前述的第一检测阶段H1。在此条件下,检测开关SW1与SW2会反应在N型功率开关Q的导通而各别导通与关闭(因为控制信号CS1为使能,而控制信号CS2为禁能),而此时变压器T的辅助线圈Na的电压即为(-K2*VIN),其中K2为辅助线圈Na与主线圈Np的圈数比(turnsratio)(Na/Np)。与此同时,电流源I1将提供电流([(K2*VIN)-VD3]/R1)以流经电阻R1与二极管D3,其中VD3为二极管D3的顺向偏压(forwardvoltage)。
当节点ND1上的电压固定时,流经二极管D3与电阻R1的电流将与(-K2*VIN)成正比,亦即:当交流输入电压VIN越高,流经二极管D3与电阻R1的电流将越大;反之,当交流输入电压VIN越低,流经二极管D3与电阻R1的电流将越小。如此一来,电流检测电路203即可获得与交流输入电压VIN成正比关系的电流检测结果,以作为第一检测结果DT1。
一旦控制主体201接获来自于电流检测电路203的第一检测结果DT1的话,控制主体201即可据以得知反激式电源转换电路101所接收的交流输入电压VIN为多少,进而再决定对过电流保护机制的过电流保护点的补偿量。如此一来,过电流保护单元209就可以适应于不同的交流输入电压VIN而准确地启动过电流保护机制。
基于上述,在电源转换装置10操作的过程中,过电流保护单元209就会持续反应在跨压在电阻Rs的过电流保护检测电压Vcs而执行过电流保护(OCP)的检测,并据以提供第四检测结果DT4给控制主体201。一旦控制主体201反应在过电流保护单元209所提供的第四检测结果DT4而决定启动过电流保护机制时,则控制主体201会停止输出脉宽调变信号PWM,以保护电源转换装置10免于受到过电流的现象而损毁,直至控制主体201反应在过电流保护单元209所提供的第四检测结果DT4而决定关闭过电流保护机制为止(亦即,已无过电流的发生)。
另一方面,在电源转换装置10处于正常操作下,当N型功率开关Q反应在控制芯片103所产生的脉宽调变信号PWM而关闭的话(即脉宽调变信号PWM禁能,请参阅图5A),则此时控制芯片103将进入前述的第二检测阶段H2。在此条件下,检测开关SW1与SW2会反应在N型功率开关Q的关闭而个别关闭与导通(因为控制信号CS1为禁能,而控制信号CS2为使能),而此时变压器T的辅助线圈Na的电压即为(K1*VOUT),其中K1为辅助线圈Na与次线圈Ns的圈数比(Na/Ns)。
在此,假设控制芯片103进入前述的第二检测阶段H2的第二子阶段H2”,则控制信号CS3为禁能,而控制信号CS4为使能。在此条件下,当变压器T的辅助线圈Na的电压(K1*VOUT)经由二极管D4、电阻R4以及开关SW4而反应在流入开关SW4的电流小于过电压保护参考电流IOVP的话,即表示电源转换装置10未发生过电压的现象。如此一来,过电压保护单元207将据以提供第三检测结果DT3(逻辑“0”)给控制主体201。
然而,当变压器T的辅助线圈Na的电压(K1*VOUT)经由二极管D4、电阻R4以及开关SW4而反应在流入开关SW4的电流大于过电压保护参考电流IOVP的话,即表示电源转换装置10已发生过电压的现象。如此一来,过电压保护单元207将据以提供第三检测结果DT3(逻辑“1”)给控制主体201。一旦控制主体201反应在过电压保护单元207所提供的第三检测结果DT3(逻辑“1”)而决定启动过电压保护机制时,则控制主体201会停止输出脉宽调变信号PWM,以保护电源转换装置10免于受到过电压的现象而损毁,直至控制主体201反应在过电压保护单元207所提供的第三检测结果DT3(逻辑“0”)而决定关闭过电压保护机制为止(亦即,无过电压的发生)。
另一方面,假设控制芯片103进入前述的第二检测阶段H2的第一子阶段H2’,则控制信号CS3为使能,而控制信号CS4为禁能。在此条件下,电流源I2即提供电流以流经热敏电阻RT,并在节点ND2上产生相应的电压(VND2)。当热敏电阻RT的阻值随着电源转换装置10的操作温度增加而降低时,节点ND2上的电压(VND2)也会随之降低。
一旦节点ND2上的电压(VND2)低于过温度保护参考电压VOTP的话,则表示电源转换装置10已发生过温度的现象。如此一来,过温度保护单元205将据以提供第二检测结果DT2(逻辑“1”)给控制主体201。一旦控制主体201反应在过温度保护单元205所提供的第二检测结果DT2(逻辑“1”)而决定启动过温度保护机制时,则控制主体201会停止输出脉宽调变信号PWM,以保护电源转换装置10免于受到过温度的现象而损毁,直至控制主体201反应在过温度保护单元205所提供的第二检测结果DT2(逻辑“0”)而决定关闭过温度保护机制为止(亦即,无过温度的发生)。
显然地,控制芯片103会在脉宽调变信号PWM每次使能时进入前述的第一检测阶段H1。另外,控制芯片103会在脉宽调变信号PWM前一次禁能时进入前述的第二检测阶段H2的第二子阶段H2”,并在脉宽调变信号PWM下一次禁能时进入前述的第二检测阶段H2的第一子阶段H2’。换言之,图5A所示,控制信号CS1、控制信号CS2的周期相同,控制信号CS3、控制信号CS4的周期为控制信号CS1、控制信号CS2的周期的两倍。然而,本发明并不限制于此。
更清楚来说,为了要得到精确的环境温度对检测电压的结果,必须要将先前实施例的变异因素(K1*VOUT)删除,其是因:K1*Vout会随着直流输出电压VOUT的变化而改变,进而影响了节点ND2上关联在温度的电压(VND2)的准确度。
基于上述,请参阅图5B,关联于交流输入电压VIN以及过电压保护的检测机制/方式皆与上一实施例类似,故而在此并不再重复赘述之。在此,仅针对相异过温度保护的检测机制/方式进行说明。换言之,在本实施实施例中,图5B所示,控制信号CS1、控制信号CS2的周期相同,控制信号CS3的周期为控制信号CS1、控制信号CS2的周期的四倍,而控制信号CS4的周期为控制信号CS1、控制信号CS2的周期的两倍。
基于上述,如同图5B所示,控制芯片103还是会在脉宽调变信号PWM每次使能时进入前述的第一检测阶段H1。另外,控制芯片103会在脉宽调变信号PWM前一次禁能时进入前述的第二检测阶段H2的第二子阶段H2”,并在脉宽调变信号PWM下三次禁能时进入前述的第二检测阶段H2的第一子阶段H2’。
更清楚来说,假设控制芯片103进入前述的第一检测阶段H1,则控制信号CS1为使能,而控制信号CS2为禁能。在此条件下,控制芯片103将进行交流输入电压VIN的检测。另外,假设控制芯片103进入前述的第二检测阶段H2的第二子阶段H2”,则控制信号CS3为禁能,而控制信号CS4为使能。在此条件下,控制芯片103将进行过电压保护的检测。
然而,在本实施例中,在控制芯片103进入前述的第二检测阶段H2的第二子阶段H2”之后,且在脉宽调变信号PWM下一次禁能时,控制芯片103并不会如同上一实施例般进入前述的第二检测阶段H2的第一子阶段H2’。如此一来,开关SW3将反应在禁能状态的控制信号CS3而被关闭(turned-off),以至于此时节点ND2上的电压VND2仅与K1*VOUT相关联。在此,先将与K1*VOUT相关联的节点ND2上的电压VND2定义为VPT1。
紧接着,于脉宽调变信号PWM再下一次禁能时,控制芯片103会再次进入前述的第二检测阶段H2的第二子阶段H2”,以至于控制芯片103会再次进行过电压保护的检测。随后,在脉宽调变信号PWM再下一次禁能时,控制芯片103才会进入前述的第二检测阶段H2的第一子阶段H2’。如此一来,开关SW3将反应在使能状态的控制信号CS3而被导通,以至于此时节点ND2上的电压VND2会同时与K1*VOUT以及由电流源I2、热敏电阻RT与电阻R2所定义出的电压(即,I2*(RT+R2))相关联。在此,再将同时与K1*VOUT以及I2*(RT+R2)相关联的节点ND2上的电压VND2定义为VPT2。
基于上述,在控制芯片103进入前述的第二检测阶段H2的第一子阶段H2’时,控制芯片103仅需将所定义的VPT1与VPT2进行暂存与相减后(VPT2-VPT1),即可得到精确的环境温度对检测电压的结果。换言之,节点ND2上关联在温度的电压(VND2)的准确度并不会受到K1*VOUT的影响,从而避免误触发过温度保护的机制。
基于上述各实施例所揭示/教示的内容,图6为本发明一实施例的电源转换方法的流程图。请参照图6,本实施例的电源转换方法包括:
提供反激式电源转换电路,并且致使反激式电源转换电路反应在脉宽调变信号而对交流输入电压进行转换,以产生并提供直流输出电压(步骤S601);
提供控制芯片,并且致使控制芯片反应在某一负载的电源供应需求而产生脉宽调变信号以控制反激式电源转换电路的操作(步骤S603);
提供耦接反激式电源转换电路与控制芯片的一只多功能检测引脚的压流检测辅助电路,并且致使压流检测辅助电路在第一检测阶段,辅助控制芯片通过该只多功能检测引脚以执行交流输入电压的检测,并在第二检测阶段,辅助控制芯片通过该只多功能检测引脚以执行过温度保护的检测与过电压保护的检测(步骤S605);
致使控制芯片反应在交流输入电压的检测的第一检测结果而决定是否对启动过电流保护机制的过电流保护点进行补偿(步骤S607);
致使控制芯片反应在过温度保护的检测的第二检测结果而决定是否启动过温度保护机制(步骤S609);以及
致使控制芯片反应在过电压保护的检测的第三检测结果而决定是否启动过电压保护机制(步骤S611)。
相似地,无论决定启动过电流保护机制、过电压保护机制与过温度保护机制中的何者,都将致使控制芯片停止输出脉宽调变信号,直至无过电流、无过电压与/或无过温度的发生为止。
综上所述,本发明借由在不同的时间切换设置在控制芯片内部且与控制芯片的一只多功能检测引脚M-PIN连接的第一与第二检测开关,且通过压流检测辅助电路与电流检测电路间的搭配而在某一段时间来执行反激式电源转换电路所接收的交流输入电压的检测,并通过压流检测辅助电路、过温度保护单元与过电压保护单元间的搭配而在另一段时间来执行过温度保护的检测与过电压保护的检测。如此一来,控制芯片的单一只多功能检测引脚即可对应到多种相关的功能检测,从而最终地降低控制芯片整体的成本。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (15)

1.一种电源转换装置,其特征在于,包括:
一反激式电源转换电路,用以接收一交流输入电压,并且反应在一脉宽调变信号而对该交流输入电压进行转换,以产生并提供一直流输出电压,该反激式电源转换电路包括:
一变压器,具有一主线圈、一次线圈与一辅助线圈,其中该主线圈的同名端用以接收该交流输入电压、该次线圈的同名端耦接至一安全地,而该辅助线圈的同名端则耦接至一危险地;
一功率开关,其第一端耦接该主线圈的异名端,而其控制端则用以接收该脉宽调变信号;
一第一电阻,其第一端耦接该功率开关的第二端,而其第二端则耦接至该危险地;
一第一二极管,其阳极耦接该次线圈的异名端,而其阴极则用以产生该直流输出电压;
一电容,其第一端耦接该第一二极管的阴极,而其第二端则耦接至该安全地;以及
一第二二极管,其阳极耦接该辅助线圈的异名端;
一控制芯片,耦接该反激式电源转换电路,并反应于一电源供应需求而产生该脉宽调变信号以控制该反激式电源转换电路的操作,其中该第一电阻的该第一端提供一过电流保护检测电压给该控制芯片,该第二二极管的阴极端则用以产生一直流系统电压给该控制芯片;以及
一压流检测辅助电路,耦接该反激式电源转换电路与该控制芯片的一多功能检测引脚,用以在一第一检测阶段,辅助该控制芯片通过该多功能检测引脚以执行该交流输入电压的检测,并在一第二检测阶段,辅助该控制芯片通过该多功能检测引脚以执行一过温度保护的检测与一过电压保护的检测,该压流检测辅助电路包括:
一第三二极管,其阴极耦接该辅助线圈的异名端;
一第二电阻,其第一端耦接该第三二极管的阳极,而其第二端则耦接该多功能检测引脚;
一热敏电阻,其第一端耦接该多功能检测引脚;
一第三电阻,其第一端耦接该热敏电阻的第二端,而其第二端则耦接至该危险地;
一第四二极管,其阳极耦接该辅助线圈的异名端;以及
一第四电阻,其第一端耦接该第四二极管的阴极,而其第二端则耦接至该多功能检测引脚。
2.根据权利要求1所述的电源转换装置,其特征在于,该热敏电阻为一具有负温度系数的热敏电阻。
3.根据权利要求1所述的电源转换装置,其特征在于,该控制芯片包括:
一控制主体,用以作为该控制芯片的一操作核心,并且反应于该电源供应需求而产生该脉宽调变信号;
一第一检测开关,其第一端耦接该多功能检测引脚,而其控制端则用以接收来自该控制主体的一第一控制信号,其中该第一检测开关反应在该第一控制信号而在该第一检测阶段导通;
一第二检测开关,其第一端耦接该多功能检测引脚,而其控制端则用以接收来自该控制主体的一第二控制信号,其中该第二检测开关反应在该第二控制信号而在该第二检测阶段导通;
一电流检测电路,耦接在该第一检测开关的第二端与该控制主体之间,用以在该第一检测阶段,执行该交流输入电压的检测,并据以提供关联于该交流输入电压的变化的一第一检测结果给该控制主体;
一过温度保护单元,耦接在该第二检测开关的第二端与该控制主体之间,用以在该第二检测阶段的一第一子阶段,执行该过温度保护的检测,并据以提供一第二检测结果给该控制主体,其中该控制主体还反应在该第二检测结果而决定是否启动一过温度保护机制;以及
一过电压保护单元,耦接在该第二检测开关的第二端与该控制主体之间,用以在该第二检测阶段的一第二子阶段,执行该过电压保护的检测,并据以提供一第三检测结果给该控制主体,其中该控制主体还反应在该第三检测结果而决定是否启动一过电压保护机制。
4.根据权利要求3所述的电源转换装置,其特征在于,该控制芯片还包括:
一过电流保护单元,耦接该控制主体,用以在该电源转换装置操作的过程中,反应在该过电流保护检测电压而执行一过电流保护的检测,并据以提供一第四检测结果给该控制主体,
其中,该控制主体还反应在该第四检测结果而决定是否启动一过电流保护机制;以及
其中,该控制主体还反应在该第一检测结果以决定是否对启动该过电流保护机制的一过电流保护点进行补偿。
5.根据权利要求4所述的电源转换装置,其特征在于:
当该交流输入电压为一相对高交流输入电压时,则经由该控制主体补偿过后的该过电流保护点为一第一过电流保护点;
当该交流输入电压为一相对低交流输入电压时,则经由该控制主体补偿过后的该过电流保护点为一第二过电流保护点;以及
该第一过电流保护点与该第二过电流保护点相异。
6.根据权利要求4所述的电源转换装置,其特征在于,当该控制主体反应在该第四检测结果而决定启动该过电流保护机制时,则该控制主体停止输出该脉宽调变信号,直至该控制主体反应在该第四检测结果而决定关闭该过电流保护机制为止。
7.根据权利要求3所述的电源转换装置,其特征在于,该电流检测电路包括:
一第一NPN型双极晶体管,其射极耦接该第一检测开关的第二端;
一第二NPN型双极晶体管,其基极与集极耦接该第一NPN型双极晶体管的基极,而其射极则耦接至该危险地;
一电流源,其第一端耦接至一第一偏压,而其第二端则耦接该第二NPN型双极晶体管的集极;
一第一PMOS晶体管,其源极耦接至一第二偏压,而其栅极与漏极则耦接该第一NPN型双极晶体管的集极;以及
一第二PMOS晶体管,其源极耦接至该第二偏压,其栅极耦接该第一PMOS晶体管的栅极,而其漏极则用以输出关联于该交流输入电压的变化的该第一检测结果。
8.根据权利要求3所述的电源转换装置,其特征在于,该过温度保护单元包括:
一电流源,其第一端耦接至一偏压;
一开关,其第一端耦接该电流源的第二端,其第二端则耦接该第二检测开关的第二端,而其控制端则用以接收来自该控制主体的一第三控制信号,其中该开关反应在该第三控制信号而在该第一子阶段导通;以及
一比较器,其正输入端用以接收一过温度保护参考电压,其负输入端耦接该第二检测开关的第二端,而其输出端则用以输出该第二检测结果。
9.根据权利要求8所述的电源转换装置,其特征在于,该第一与该第二控制信号的周期相同,而该第三控制信号的周期为该第一与该第二控制信号的周期的两倍或四倍。
10.根据权利要求3所述的电源转换装置,其特征在于,该过电压保护单元包括:
一开关,其第一端耦接该第二检测开关的第二端,其第二端耦接至该危险地,而其控制端则用以接收来自该控制主体的一第四控制信号,其中该开关反应在该第四控制信号而在该第二子阶段导通;以及
一比较器,其正输入端耦接该第二检测开关的第二端,其负输入端用以接收一过电压保护参考电流,而其输出端则用以输出该第三检测结果。
11.根据权利要求10所述的电源转换装置,其特征在于,该第一与该第二控制信号的周期相同,而该第四控制信号的周期为该第一与该第二控制信号的周期的两倍。
12.根据权利要求3所述的电源转换装置,其特征在于,当该控制主体反应在该第二检测结果而决定启动该过温度保护机制时,则该控制主体停止输出该脉宽调变信号,直至该控制主体反应在该第二检测结果而决定关闭该过温度保护机制为止。
13.根据权利要求3所述的电源转换装置,其特征在于,当该控制主体反应在该第三检测结果而决定启动该过电压保护机制时,则该控制主体停止输出该脉宽调变信号,直至该控制主体反应在该第三检测结果而决定关闭该过电压保护机制为止。
14.一种电源转换方法,其特征在于,包括:
提供一反激式电源转换电路,并且致使该反激式电源转换电路反应在一脉宽调变信号而对一交流输入电压进行转换,以产生并提供一直流输出电压,其中该反激式电源转换电路包括:
一变压器,具有一主线圈、一次线圈与一辅助线圈,其中该主线圈的同名端用以接收该交流输入电压、该次线圈的同名端耦接至一安全地,而该辅助线圈的同名端则耦接至一危险地;
一功率开关,其第一端耦接该主线圈的异名端,而其控制端则用以接收该脉宽调变信号;
一第一电阻,其第一端耦接该功率开关的第二端,而其第二端则耦接至该危险地;
一第一二极管,其阳极耦接该次线圈的异名端,而其阴极则用以产生该直流输出电压;
一电容,其第一端耦接该第一二极管的阴极,而其第二端则耦接至该安全地;以及
一第二二极管,其阳极耦接该辅助线圈的异名端;
提供一控制芯片,并且致使该控制芯片反应在一电源供应需求而产生该脉宽调变信号以控制该反激式电源转换电路的操作,其中该第一电阻的该第一端提供一过电流保护检测电压给该控制芯片,该第二二极管的阴极端则用以产生一直流系统电压给该控制芯片;以及
提供耦接该反激式电源转换电路与该控制芯片的一多功能检测引脚的一压流检测辅助电路,并且致使该压流检测辅助电路在一第一检测阶段,辅助该控制芯片通过该多功能检测引脚以执行该交流输入电压的检测,并在一第二检测阶段,辅助该控制芯片通过该多功能检测引脚以执行一过温度保护的检测与一过电压保护的检测,其中该压流检测辅助电路包括:
一第三二极管,其阴极耦接该辅助线圈的异名端;
一第二电阻,其第一端耦接该第三二极管的阳极,而其第二端则耦接该多功能检测引脚;
一热敏电阻,其第一端耦接该多功能检测引脚;
一第三电阻,其第一端耦接该热敏电阻的第二端,而其第二端则耦接至该危险地;
一第四二极管,其阳极耦接该辅助线圈的异名端;以及
一第四电阻,其第一端耦接该第四二极管的阴极,而其第二端则耦接至该多功能检测引脚。
15.根据权利要求14所述的电源转换方法,其特征在于,还包括:
致使该控制芯片反应在该交流输入电压的检测的一第一检测结果而决定是否对启动一过电流保护机制的一过电流保护点进行补偿;
致使该控制芯片反应在该过温度保护的检测的一第二检测结果而决定是否启动一过温度保护机制;以及
致使该控制芯片反应在该过电压保护的检测的一第三检测结果而决定是否启动一过电压保护机制。
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