CN105991035A - 以反驰式架构为基础的电源转换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种以反驰式架构为基础的电源转换装置。电源转换装置包括反驰式电源转换电路、控制芯片以及检测辅助电路。反驰式电源转换电路用以接收并转换输入电压，藉以产生直流输出电压。控制芯片反应于电源供应需求而产生脉宽调制信号以控制反驰式电源转换电路的运作，其中控制芯片具有多功能检测接脚。检测辅助电路辅助控制芯片通过多功能检测接脚取得第一检测电压，藉以根据第一检测电压而同时执行过温度保护的检测与过电压保护的检测。第一检测电压关联于直流输出电压或环境温度的热敏电压。

Description

以反驰式架构为基础的电源转换装置
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驰式架构为基础的电源转换装置。
背景技术
电源转换装置(power conversion apparatus)主要的用途乃是将电力公司所提供的高压且低稳定性的输入电压(input voltage)转换成适合各种电子装置(electronic device)使用的低压且稳定性较佳的直流输出电压(DC output voltage)。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信设备等电子装置中。
现今电源转换装置中的控制架构(control structure)大多采用脉宽调制控制芯片(pulse width modulation control chip，简称：PWM control chip)。而且，为了要保护电源转换装置免于受到过温度(over temperature，简称：OT)、过电压(over voltage，简称：OV)以及过电流(over current，简称：OC)等等的现象而损毁，现今脉宽调制控制芯片大多会设置独立的多只检测接脚(detection pin)以分别执行过温度保护(OTP)的检测以及过电压保护(OVP)的检测。换言之，现今脉宽调制控制芯片的单一只检测接脚顶多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制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驰式架构为基础(flyback-based)的电源转换装置，藉以解决现有技术所述及的问题。
本发明的电源转换装置包括反驰式电源转换电路、控制芯片以及检测辅助电路。反驰式电源转换电路用以接收输入电压，并且反应于脉宽调制信号而对输入电压进行转换，藉以产生并提供直流输出电压。控制芯片耦接反驰式电源转换电路，并反应于电源供应需求而产生脉宽调制信号以控制反驰式 电源转换电路的运作。其中，控制芯片具有一多功能检测接脚。检测辅助电路耦接反驰式电源转换电路与控制芯片的多功能检测接脚。其中，检测辅助电路于第一检测阶段辅助控制芯片通过多功能检测接脚取得第一检测电压，藉以根据第一检测电压而同时执行过温度保护的检测与过电压保护的检测。其中，第一检测电压关联于直流输出电压或环境温度的热敏电压。
在本发明的一实施例中，上述的电源转换装置中，控制芯片在脉宽调制信号的禁能期间进入第一检测阶段，且在脉宽调制信号的致能期间进入第二检测阶段。
在本发明的一实施例中，上述的电源转换装置中，反驰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、第一电容以及第二二极管。变压器具有主线圈、次线圈与辅助线圈。其中，主线圈的同名端用以接收输入电压。次线圈的同名端耦接第二接地端。辅助线圈的同名端耦接第一接地端。功率开关的第一端耦接主线圈的异名端。功率开关的控制端耦接控制芯片以接收脉宽调制信号。第一电阻的第一端耦接功率开关的第二端并提供过电流保护检测电压给控制芯片。第一电阻的第二端则耦接至第一接地端。第一二极管的阳极耦接次线圈的异名端。第一二极管的阴极用以产生并输出直流输出电压。第一电容耦接于第一二极管的阴极与第二接地端之间。第二二极管的阳极耦接辅助线圈的异名端。第二二极管的阴极则用以产生直流系统电压给控制芯片。
在本发明的一实施例中，上述的电源转换装置中，检测辅助电路包括第二电阻、第三电阻、第三二极管、热敏电阻、以及第四电阻。第二电阻的第一端耦接辅助线圈的异名端。第二电阻的第二端则耦接多功能检测接脚。第三电阻的第一端耦接多功能检测接脚。第三电阻的第二端则耦接至第一接地端。第三二极管的阴极耦接多功能检测接脚。热敏电阻的第一端耦接辅助线圈的异名端。热敏电阻的第二端耦接第三二极管的阳极。第四电阻的第一端耦接第三二极管的阳极。第四电阻的第二端则耦接至第一接地端。
在本发明的一实施例中，上述的电源转换装置中，热敏电阻为具有负温度系数的热敏电阻。
在本发明的一实施例中，上述的电源转换装置中，控制芯片包括控制主体电路、过温度/过电压保护电路、电流检测电路、谷值电压检测电路以及过 电流保护电路。控制主体电路用以作为控制芯片的运作核心，并且反应于电源供应需求而产生脉宽调制信号。过温度/过电压保护电路耦接于多功能检测接脚与控制主体电路之间，用于第一检测阶段同时执行过温度保护的检测与过电压保护的检测，并且据以提供第一检测结果给控制主体电路。其中，控制主体电路反应于第一检测结果而决定是否启动过温度/过电压保护机制。电流检测电路耦接于多功能检测接脚与控制主体电路之间，用于第二检测阶段执行输入电压的检测，并且据以提供第二检测结果给控制主体电路。其中，控制主体电路反应于第二检测结果而决定是否启动输入足压/欠压(input brown-in/brown-out)保护机制。谷值电压检测电路耦接于多功能检测接脚与控制主体电路之间，用于第一检测阶段从检测辅助电路获取第一检测电压，并且据以提供第三检测结果。其中，控制主体电路还反应于第三检测结果而决定是否致能脉宽调制信号。过电流保护电路耦接于第一电阻的第一端与控制主体电路之间，用于第二检测阶段，反应于过电流保护检测电压而执行过电流保护的检测，并据以提供第四检测结果给控制主体电路。其中，控制主体电路还反应于第四检测结果而决定是否启动过电流保护机制。其中，控制主体电路还反应于第二检测结果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。
在本发明的一实施例中，上述的电源转换装置中，当过温度/过电压保护电路同时执行过温度保护的检测与过电压保护的检测时，过温度/过电压保护电路从检测辅助电路获取第一检测电压。其中，过温度/过电压保护电路比较第一检测电压与过温度/过电压保护参考电压，并且据以产生第一检测结果。
在本发明的一实施例中，上述的电源转换装置中，当控制主体电路反应于第一检测结果而决定启动过温度/过电压保护机制时，控制主体电路停止输出脉宽调制信号，直至控制主体电路反应于第一检测结果而决定关闭过温度/过电压保护机制为止。
在本发明的一实施例中，上述的电源转换装置中，过温度/过电压保护电路包括开关以及比较器。开关的第一端耦接多功能检测接脚。开关的控制端接收来自控制主体电路的第一控制信号。其中，开关反应于第一控制信号而在控制芯片进入第一检测阶段达预设时间之后导通。比较器的正输入端耦接开关的第二端，比较器的负输入端用以接收过温度/过电压保护参考电压。比 较器的输出端用以输出第一检测结果。
在本发明的一实施例中，上述的电源转换装置中，当第三二极管截止时，第一检测电压关联于直流输出电压。此时，过温度/过电压保护电路根据第一检测电压而执行过电压保护的检测，且过温度/过电压保护电路实质上的过电压保护参考电压为过温度/过电压保护参考电压。另一方面，当第三二极管导通时，第一检测电压关联于直流输出电压与环境温度的热敏电压。过温度/过电压保护电路根据第一检测电压而同时执行过温度保护的检测与过电压保护的检测。此时，过温度/过电压保护电路实质上的过温度保护参考电压为过温度/过电压保护参考电压与第三二极管的顺向偏压之和，过温度/过电压保护电路实质上的过电压保护参考电压低于过温度/过电压保护参考电压，且环境温度越高，过温度/过电压保护电路实质上的过电压保护参考电压越低。
在本发明的一实施例中，上述的电源转换装置中，当控制主体电路反应于第二检测结果而决定启动输入足压/欠压保护机制时，控制主体电路停止输出脉宽调制信号，直至控制主体电路反应于第二检测结果而决定关闭输入足压/欠压保护机制为止。
在本发明的一实施例中，上述的电源转换装置中，谷值电压检测电路从检测辅助电路获取第一检测电压。谷值电压检测电路比较第一检测电压与参考谷值电压，并且据以产生第三检测结果。当第一检测电压大于或等于参考谷值电压时，控制主体电路反应于第三检测结果将脉宽调制信号维持在禁能电平。当第一检测电压小于参考谷值电压且达预设时间之后，控制主体电路反应于第三检测结果将脉宽调制信号从禁能电平调整至致能电平。其中，上述预设时间与主线圈的谐振频率相关。
在本发明的一实施例中，上述的电源转换装置中，谷值电压检测电路包括比较器以及延迟电路。比较器的正输入端接收参考谷值电压。比较器的负输入端耦接多功能检测接脚。比较器的输出端用以产生比较信号。延迟电路耦接比较器的输出端以接收比较信号，并延迟比较信号达预设时间之后输出第三检测结果。
在本发明的一实施例中，上述的电源转换装置中，当输入电压对应于一相对高交流输入电压时，则经由控制主体电路补偿过后的过电流保护点为第一过电流保护点。当输入电压对应于一相对低交流输入电压时，则经由控制 主体电路补偿过后的过电流保护点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。
在本发明的一实施例中，上述的电源转换装置中，当控制主体电路反应于第四检测结果而决定启动过电流保护机制时，则控制主体电路停止输出脉宽调制信号，直至控制主体电路反应于第四检测结果而决定关闭过电流保护机制为止。
基于上述，本发明提出的电源转换装置，其可通过共用同一只多功能检测接脚的配置方式，令控制芯片可同时实现多种不同的控制及检测保护功能。除此之外，本发明的电源转换装置还可共用控制芯片中的同一过电压保护电路，并通过在检测辅助电路中新增部分元件(例如热敏电阻、电阻与二极管)，而达到同时执行过温度/过电压保护的检测与机制。如此一来，控制芯片的单一只多功能检测接脚不仅可对应到多种相关的功能检测及控制方式，还可最终地降低控制芯片整体的成本。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
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是本发明一实施例所示出的电源转换装置的方块示意图；
图2为图1的电源转换装置的电路架构示意图；
图3为本发明一实施例所示出的变压器的辅助线圈的异名端的电压与时间的关系图；
图4为依据本发明一实施例所示出的过电压保护电路的实施示意图；
图5为依据本发明一实施例所示出的谷值电压检测电路的实施示意图；
图6为图1的电源转换装置的另一电路架构示意图。
附图标记说明：
10、10’：电源转换装置；
101：反驰式电源转换电路；
103：控制芯片；
105、105’：检测辅助电路；
201：控制主体电路；
203：过电压保护电路；
205：电流检测电路；
207：谷值电压检测电路；
209：过电流保护电路；
Cf、Cout：电容；
CMP1、CMP2：比较器；
CS1：第一控制信号；
D1、D2、D3：二极管；
DLY：延迟电路；
DT1：第一检测结果；
DT2：第二检测结果；
DT3：第三检测结果；
DT4：第四检测结果；
GND1：第一接地端；
GND2：第二接地端；
H1：第一检测阶段；
H2：第二检测阶段；
I2：电流；
K1：辅助线圈与次线圈的线圈比；
K2：辅助线圈与主线圈的线圈比；
M_PIN：多功能检测接脚；
Na：辅助线圈；
Ns：次线圈；
Np：主线圈；
PWM：脉宽调制信号；
Q：功率开关；
R2、R3、R4、Rf、Rs：电阻；
RT：热敏电阻；
SW1：开关；
S2：比较信号；
T：变压器；
TB：预设时间；
TVALLEY：预设时间；
V1、V1’：第一检测电压；
V2：第二检测电压；
VAUX：辅助电压；
VCC：直流系统电压；
Vcs：过电流保护检测电压；
VD3：顺向偏压；
VIN：输入电压；
VOUT：直流输出电压；
VOVP：过电压保护参考电压；
VT：热敏电压；
VVALLEY：参考谷值电压。
具体实施方式
为了使本发明的内容可以被更容易明了，以下特举实施例做为本发明确实能够据以实施的范例。另外，凡可能之处，在附图及实施方式中使用相同标号的元件/构件/步骤，是代表相同或类似部件。
图1是本发明一实施例所示出的电源转换装置的方块示意图。请参照图1，电源转换装置10是以反驰式架构为基础(flyback-based)。基此，电源转换装置10包括：反驰式电源转换电路(flyback power conversion circuit)101、控制芯片(control chip)103以及检测辅助电路(detection auxiliary circuit)105。
反驰式电源转换电路101用以接收输入电压(input voltage)VIN，并且反应于来自控制芯片103的脉宽调制信号(pulse width modulation signal，简称：PWM signal)PWM而对输入电压VIN进行转换，藉以产生并提供直流输出电压(DC output voltage)VOUT与直流系统电压(DC system voltage)VCC。
控制芯片103耦接反驰式电源转换电路101，用以操作于反驰式电源转 换电路101所产生的直流系统电压VCC下，并且反应于某一负载(load，例如电子装置)的电源供应需求(power supplying requirement)而产生脉宽调制信号PWM以控制反驰式电源转换电路101的运作。
检测辅助电路105耦接反驰式电源转换电路101与控制芯片103的一只多功能检测接脚(multi-function detection pin)M_PIN，用以辅助控制芯片103获取关联于反驰式电源转换电路101的运作状态信息(例如输入电压VIN、直流输出电压VOUT或运作温度等)。
更清楚来说，图2为图1的电源转换装置的电路架构示意图。请合并参照图1与图2，反驰式电源转换电路101包括：变压器(transformer)T、功率开关Q(例如：N型功率开关(N-type power switch)，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D2，以及电容(capacitor)Cout。
变压器T具有主线圈(primary winding)Np、次线圈(secondary winding)Ns与辅助线圈(auxiliary winding)Na。其中，变压器T的主线圈Np的同名端(common-polarity terminal，即打点处)用以接收输入电压VIN。变压器T的次线圈Ns的同名端耦接至第二接地端GND2。变压器T的辅助线圈Na的同名端则耦接至第一接地端GND1。在此值得一提的是，第一接地端GND1与第二接地端GND2可例如为不同的接地面，但本发明并不以此为限。
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-polarity terminal，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的脉宽调制信号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(over current protection detection voltage，简称：OCP detection voltage)Vcs给控制芯片103，而电阻Rs的第二端则耦接至第一接地端GND1。在本发明的一实施例中，过电流保护检测电压Vcs可通过由电阻Rf与电容Cf所组成的低通滤波电路(low pass filter)提供给控制芯片103。其中，电阻Rf耦接在电阻Rs的第一端与控制芯片103之间，而电容Cf耦接在控制芯片103与第一接地端GND1之间，但本发明并不以此为限。
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的第二端则耦接至第二接地端GND2。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的阴极则用以产生直流系统电压VCC。
另一方面，检测辅助电路105包括电阻R2与R3。电阻R2的第一端耦接变压器T的辅助线圈Na的异名端。电阻R2的第二端则耦接多功能检测接脚M_PIN。电阻R3的第一端耦接多功能检测接脚M_PIN。电阻R3的第二端则耦接至第一接地端GND1。
详细而言，在电源转换装置10处于正常运作下，控制芯片103会反应于某一负载(电子装置)的电源供应需求而对应地产生脉宽调制信号PWM以控制反驰式电源转换电路101的运作。在此条件下，当N型功率开关Q反应于控制芯片103所产生的脉宽调制信号PWM而导通(turned on)的话，输入电压VIN会跨接于变压器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，在次线圈Ns侧，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，在辅助线圈Na侧，由于受到二极管D2的逆向偏压阻隔，所以变压器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反应于控制芯片103所产生的脉宽调制信号PWM而截止(turned off)的话，基于楞次定律(Lenz's law)，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所产生的脉宽调制信号PWM而交替地导通与截止N型功率开关Q的运作方式，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。
除此之外，控制芯片103包括：控制主体电路(control main body circuit)201、过电压保护电路(OVP circuit)203、电流检测电路(current detection circuit)205、谷值电压检测电路(valley voltage detection circuit)207以及过电流保护电路(OCP circuit)209。控制主体电路201用以作为控制芯片103 的运作核心，并且反应于电源供应需求而产生脉宽调制信号PWM。
在本实施例中，如图3所示，图3为本发明一实施例所示出的变压器T的辅助线圈Na的异名端的电压(下称辅助电压VAUX)与时间的关系图。其中，过电压保护电路203与谷值电压检测电路207在第一检测阶段H1中执行。详言之，第一检测阶段H1即是N型功率开关Q截止时。在第一检测阶段H1中，辅助电压VAUX的稳定电压值为K1×VOUT，其中K1为辅助线圈Na与次线圈Ns的线圈比。此时，检测辅助电路105可对辅助电压VAUX进行分压并产生第一检测电压V1至多功能检测接脚M_PIN。
而电流检测电路205与过电流保护电路209则在第二检测阶段H2中执行。详言之，第二检测阶段H2即是N型功率开关Q导通时。在第二检测阶段H2中，辅助电压VAUX的稳定电压值为-K2×VIN，其中K2为辅助线圈Na与主线圈Np的线圈比。此时，控制芯片103可将多功能检测接脚M_PIN的电压位准维持在第一接地端GND1的电压位准。如此一来，电流I2将由电流检测电路205经由多功能检测接脚M_PIN、电阻R2流向辅助线圈Na的异名端。因此，电流检测电路205可通过检测电流I2的大小而检测出输入电压VIN的大小，并据以进行输入足压/欠压以及过电流保护的机制。
以下请同时参照图1～3。过电压保护电路203耦接于多功能检测接脚M_PIN与控制主体电路201之间，用于第一检测阶段H1中执行过电压保护的检测，并且据以提供第一检测结果DT1给控制主体电路201。
当过电压保护电路203执行过电压保护的检测时，过电压保护电路203从检测辅助电路105获取第一检测电压V1。过电压保护电路203比较第一检测电压V1与过电压保护参考电压VOVP，并且根据比较结果产生第一检测结果DT1。
更清楚来说，图4为依据本发明一实施例所示出的过电压保护电路203的实施示意图。以下请同时参照图1～4。过电压保护电路203包括开关SW1以及比较器(comparator)CMP1。开关SW1的第一端耦接多功能检测接脚M_PIN以接收第一检测电压V1。开关SW1的控制端接收来自控制主体电路201的第一控制信号CS1。比较器CMP1的正输入端(positive input terminal)耦接开关SW1的第二端。比较器CMP1的负输入端(negative input terminal)用以接收过电压保护参考电压(OVP reference voltage)VOVP。比较器CMP1 的输出端用以输出第一检测结果DT1。其中，开关SW1可反应于第一控制信号CS1而在控制芯片103进入第一检测阶段H1达一预设时间TB之后才导通。如此一来，可避免控制芯片103在刚进入第一检测阶段H1(也即N型功率开关Q截止的瞬间)时，第一检测电压V1的过冲(overshoot)或下冲(undershoot)电压造成过电压保护电路203产生误判。
在本发明的上述实施例中，控制主体电路201可反应于第一检测结果DT1而决定是否启动过电压保护机制。当控制主体电路201反应于第一检测结果DT1而决定启动过电压保护机制时，控制主体电路201停止输出脉宽调制信号PWM，直至控制主体电路201反应于第一检测结果DT1而决定关闭过电压保护机制为止(也即，无过电压的发生)。
电流检测电路205耦接于多功能检测接脚M_PIN与控制主体电路201之间，用于第二检测阶段H2执行输入电压VIN的检测，并且据以提供第二检测结果DT2给控制主体电路201。举例来说，电流检测电路205可以检测范围为90VAC～264VAC的交流输入电压VAC所转换过后的输入电压 所对应的电流，但并不限制于此。其中，输入电压VIN可以由交流输入电压VAC经整流滤波后而产生，但并不限制于此。
在本发明的上述实施例中，控制主体电路201可反应于第二检测结果DT2而决定是否启动输入足压/欠压(input brown-in/brown-out)保护机制。当控制主体电路201反应于第二检测结果DT2而决定启动输入足压/欠压保护机制时，控制主体电路201停止输出脉宽调制信号PWM，直至控制主体电路201反应于第二检测结果DT2而决定关闭输入足压/欠压保护机制为止(也即，输入电压已足压或是无输入电压欠压的发生)。
举例来说，当电源转换装置10启动时，控制主体电路201可输出脉宽调制信号PWM并据以导通N型功率开关Q，同时可将多功能检测接脚M_PIN的电压位准维持在第一接地端GND1的电压位准。如同上述，在第二检测阶段H2中，辅助电压VAUX的稳定电压值为-K2×VIN。如此一来，电流I2将由电流检测电路205经由多功能检测接脚M_PIN、电阻R2流向辅助线圈Na的异名端(即辅助电压VAUX)。此时，电流I2为K2×VIN÷R2。因此，电流检测电路205可通过检测电流I2的大小而检测出输入电压VIN的大小并产生第二检测结果DT2。控制主体电路201根据第二检测结果DT2以判断输入电压 VIN是否已足压。若判断输入电压VIN已足压，则电源转换装置10将进入正常操作模式。否则，控制主体电路201停止输出脉宽调制信号PWM以启动输入足压保护机制，并等待以进行下一次的输入足压的判断。
当判断输入电压VIN足压，且电源转换装置10已进入正常操作模式，电流检测电路205可在后续的第二检测阶段H2中，通过检测电流I2的大小而检测出输入电压VIN的电压是否发生变化并产生第二检测结果DT2。控制主体电路201根据第二检测结果DT2以判断输入电压VIN是否降至安全电压位准以下。若判断结果为是，也或是，连续数次的判断结果为是，代表输入电压VIN欠压，控制主体电路201可停止输出脉宽调制信号PWM以启动输入欠压保护机制。
谷值电压检测电路207耦接于多功能检测接脚M_PIN与控制主体电路201之间，用于第一检测阶段H1中从检测辅助电路105获取第一检测电压V1，并且据以提供第三检测结果DT3至控制主体电路201。其中，控制主体电路201还反应于第三检测结果DT3而决定是否致能脉宽调制信号PWM，从而导通或截止N型功率开关Q。
谷值电压检测电路207可从检测辅助电路105获取第一检测电压V1。谷值电压检测电路207比较第一检测电压V1与参考谷值电压VVALLEY，并且根据比较结果产生第三检测结果DT3。当第一检测电压V1大于或等于参考谷值电压VVALLEY时，控制主体电路201反应于第三检测结果DT3而将脉宽调制信号PWM维持在禁能电平。当第一检测电压V1小于参考谷值电压VVALLEY且达一预设时间TVALLEY之后，控制主体电路201反应于第三检测结果DT3而将脉宽调制信号PWM从禁能电平调整至致能电平，从而将N型功率开关Q导通。其中预设时间TVALLEY与主线圈NP的谐振频率相关。
更清楚来说，图5为依据本发明一实施例所示出的谷值电压检测电路207的实施示意图。谷值电压检测电路207包括比较器CMP2以及延迟电路DLY。比较器CMP2的正输入端接收参考谷值电压VVALLEY。比较器CMP2的负输入端耦接多功能检测接脚M_PIN。比较器CMP2的输出端产生比较信号S2。延迟电路DLY耦接比较器CMP2的输出端以接收比较信号S2，并延迟比较信号S2达预设时间TVALLEY之后输出第三检测结果DT3。
进一步来说，在第一检测阶段H1(也即N型功率开关Q截止时)，当 变压器T的主线圈Np所储存的能量转移结束之后，可将N型功率开关Q再次导通以对主线圈Np进行储能(也即进入第二检测阶段H2)。然而，由于主线圈Np所储存的能量在转移结束之后，主线圈Np与N型功率开关Q的寄生电容以及主线圈Np中的电感将开始产生谐振，其所产生的谐振信号将在N型功率开关Q的第一端形成峰值(peak)和谷值(valley)。在此情况下，若能在谐振信号为谷值(也即谐振信号的波谷)时致能N型功率开关Q，则可降低其切换损耗(switching loss)并提高电源转换装置10的效率。其中，主线圈Np侧的谐振信号同样可转移至辅助线圈Na侧，并通过检测辅助电路105而反应于第一检测电压V1上。
由于辅助线圈Na的同名端耦接第一接地端GND1，因此反应至第一检测电压V1的谐振信号中，低于第一接地端GND1位准的信号将被箝位在第一接地端GND1的位准。如此一来，谷值电压检测电路207仅能根据第一检测电压V1低于参考谷值电压VVALLEY时，判断谐振信号即将降至谷值，而无法判断出真正的谷值。然而，由于谐振信号的谷值出现的时间与谐振频率(或周期)相关。且谐振信号的谐振频率可通过主线圈Np与N型功率开关Q的寄生电容以及主线圈Np中的电感而得知。因此，谷值电压检测电路207可通过谐振频率而计算出谐振信号的谷值出现的时间，并将此时间做为预设时间TVALLEY。如此一来，谷值电压检测电路207便可检测出谐振信号的谷值出现的时间并产生第三检测结果DT3。控制主体电路201便可根据第三检测结果DT3而在谐振信号的谷值出现时将N型功率开关Q导通。
另一方面，过电流保护电路209耦接于电阻Rs的第一端与控制主体电路201之间。过电流保护电路209用于第二检测阶段H2，反应于跨压在电阻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给控制主体电路201。在本示范性实施例中，控制主体电路201可以反应于过电流保护电路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。一旦控制主体电路201反应于过电流保护电路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，则控制主体电路201会停止输出脉宽调制信号PWM，直至控制主体电路201反应于过电流保护电路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(也即，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所分别对应的过电流保护机制的过电流保护点(OCP point)并不相同。因此，在本示范性实施例中，控制主体电路201还可以反应于电流检测电路205所提供的关联于输入电压VIN的变化的第二检测结果DT2，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，当输入电压对应于一相对高交流输入电压(relative high AC input voltage)VAC时，例如264VAC的交流输入电压VAC，则经由控制主体201电路补偿过后的过电流保护点可以为第一过电流保护点；另外，当输入电压VIN对应于一相对低交流输入电压(relative low AC input voltage)VAC时，例如90VAC的交流输入电压VAC，则经由控制主体电路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，过电流保护电路209就可以适应于不同的交流输入电压VAC而调制过电流保护机制，由此即可达到90VAC～264VAC全范围准确的过电流保护点。
除此之外，图6为图1的电源转换装置的另一电路架构示意图。以下请同时参照图2、图3与图6。图6的电源转换装置10’类似于图2的电源转换装置10。两者的差异在于图6的电源转换装置10’的检测辅助电路105’还包括过温度保护(over temperature protection，简称：OTP)的检测电路。因此，图6的反驰式电源转换电路101以及控制芯片103的运作方式可参考上述图2～图5的相关说明，在此不再赘述。
进一步来说，图6的电源转换装置10’的检测辅助电路105’可在第一检测阶段H1辅助控制芯片103通过多功能检测接脚M_PIN取得第一检测电压V1’，藉以根据第一检测电压V1’而同时执行过温度保护(over temperature protection，简称：OTP)的检测与过电压保护(OVP)的检测。其中，第一检测电压V1’关联于直流输出电压VOUT或环境温度的热敏电压VT。也就是说，图6的过电压保护电路203除了可用以执行过电压保护的检测，还可同时执行过温度保护的检测。因此，图6的过电压保护电路203实质上可视为过温度/过电压保护电路(故以下改称过电压保护电路203为过温度/过电压保护电路203)，而过电压保护参考电压VOVP则可视为过温度/过电压保护参考电压(故以下改称过电压保护参考电压VOVP为过温度/过电压保护参考电压 VOVP)。事实上，图6的过温度/过电压保护电路203的实施方式相同于图2与图4的过电压保护电路203。如此一来，可节省在控制芯片103中建置另一过温度保护电路的电路空间，进而可降低控制芯片103的电路成本。
过温度/过电压保护电路203用于第一检测阶段H1同时执行过温度保护的检测与过电压保护的检测，并且据以提供第一检测结果DT1给控制主体电路201。其中，控制主体电路201反应于第一检测结果DT1而决定是否启动过温度/过电压保护机制。
更清楚来说，当过温度/过电压保护电路203同时执行过温度保护的检测与过电压保护的检测时，过温度/过电压保护电路203从检测辅助电路105’获取第一检测电压V1’。其中，过温度/过电压保护电路203比较第一检测电压V1’与过温度/过电压保护参考电压VOVP，并且据以产生第一检测结果DT1。
在本发明的上述实施例中，控制主体电路201可反应于第一检测结果DT1而决定是否启动过温度/过电压保护机制。当控制主体电路201反应于第一检测结果DT1而决定启动过温度/过电压保护机制时，控制主体电路201停止输出脉宽调制信号PWM，直至控制主体电路201反应于第一检测结果DT而决定关闭过温度/过电压保护机制为止(也即无过温度/过电压的发生)。
以下将针对检测辅助电路105’进行说明。检测辅助电路105’包括：二极管D3、电阻R2～R4，以及热敏电阻(thermistor)RT。电阻R2的第一端耦接辅助线圈Na的异名端。电阻R2的第二端则耦接多功能检测接脚M_PIN。电阻R3的第一端耦接多功能检测接脚M_PIN。电阻R3的第二端则耦接至第一接地端GND1。二极管D3的阴极耦接多功能检测接脚M_PIN。热敏电阻RT的第一端耦接辅助线圈Na的异名端。热敏电阻RT的第二端耦接二极管D3的阳极。电阻R4的第一端耦接二极管D3的阳极。电阻R4的第二端则耦接至第一接地端GND1。在本示范性实施例中，热敏电阻RT可以为具有负温度系数(negative temperature coefficient，简称：NTC)的热敏电阻。
图6的检测辅助电路105’中的电阻R2与R3的功能类似于图2的检测辅助电路105中的电阻R2与R3，因此可参考上述的相关说明，在此不再赘述。另一方面，检测辅助电路105’中的二极管D3、电阻R4以及热敏电阻RT可用来辅助过温度的检测。
在第一检测阶段H1中，当温度上升时，热敏电阻RT的阻抗降低，使得 热敏电阻RT两端的热敏电压VT下降，二极管D3的阳极的电压(下称第二检测电压V2)随之上升。在这种情况下，若第二检测电压V2与第一检测电压V1’的电压差小于二极管D3的顺向偏压VD3，则二极管D3截止，因此过温度/过电压保护电路203通过多功能检测接脚M_PIN取得第一检测电压V1’，藉以根据第一检测电压V1’而执行过电压保护的检测。此时，过温度/过电压保护电路203实质上的过电压保护参考电压即为过温度/过电压保护参考电压VOVP。
倘若第二检测电压V2与第一检测电压V1’的电压差大于或等于二极管D3的顺向偏压VD3，则二极管D3导通。此时的第一检测电压V1’为第二检测电压V2与二极管D3的顺向偏压VD3的差值(也即，V1’＝V2－VD3，且V2＝VAUX－VT)。换句话说，此时的第一检测电压V1’关联于直流输出电压VOUT或环境温度的热敏电压VT。因此过温度/过电压保护电路203通过多功能检测接脚M_PIN取得第一检测电压V1’，藉以根据第一检测电压V1’而同时执行过温度保护的检测与过电压保护的检测。由于存在二极管D3的顺向偏压VD3，因此过温度/过电压保护电路203实质上的过温度保护参考电压可视为过温度/过电压保护参考电压VOVP与二极管D3的顺向偏压VD3之和。也即，当第二检测电压V2大于或等于过温度/过电压保护参考电压VOVP与二极管D3的顺向偏压VD3的和时，控制主体电路201可启动过温度/过电压保护机制并停止输出脉宽调制信号PWM。
除此之外，在本实施例中，倘若第二检测电压V2与第一检测电压V1’的电压差大于二极管D3的顺向偏压VD3(即二极管D3导通)且第二检测电压V2小于过温度/过电压保护参考电压VOVP与二极管D3的顺向偏压VD3的和时，此时的第一检测电压V1’关联于直流输出电压VOUT与环境温度的热敏电压VT，第一检测电压V1’并非只是第二电阻R2与第三电阻R3对辅助电压VAUX进行分压所得到的检测结果。这是因为二极管D3导通，因此将有电流自辅助电压VAUX经由热敏电阻RT、二极管D3而流到电阻R3。如此一来，将会拉升第一检测电压V1’的电压位准。
当温度越高时，热敏电阻RT的阻抗越低，而第一检测电压V1’的电压位准越高，使得第一检测电压V1’的电压位准越靠近过温度/过电压保护参考电压VOVP。在此情况下，由于温度上升造成第一检测电压V1’的电压位准上升， 因此过温度/过电压保护电路203实质上所要执行过电压保护的过电压保护参考电压值可视为被降低了。换句话说，过温度/过电压保护电路203实质上所要执行过电压保护的过电压保护参考电压值将低于过温度/过电压保护参考电压VOVP。也就是说，二极管D3导通后的过温度/过电压保护电路203实质上的过电压保护参考电压值会较二极管D3截止时的过电压保护参考电压值为低。也即，当二极管D3导通时，检测辅助电路105’可根据外部环境温度的变化而改变过温度/过电压保护电路203实质上的过电压保护参考电压值。当环境温度越高时，过温度/过电压保护电路203实质上的过电压保护参考电压值便越低。
除此之外，在本实施例中，可根据实际保护温度而对电阻R4进行微调。如此一来，检测辅助电路105’可依实际应用或设计需求而对不同温度进行过温度保护。举例来说，当过温度保护的实际保护温度由100℃调整至90℃时，在不替换热敏电阻RT的前提下，可仅对电阻R4进行微调以达到变更实际保护温度的目的，但本发明不限于此。在本发明的其他实施例中，也可在热敏电阻RT与电阻R4之间串接另一电阻来进行过温度保护的温度的调整。
另一方面，由于二极管D3耦接在两个分压电路(也即热敏电阻RT与电阻R4所组成的分压电路以及电阻R2与R3所组成的分压电路)之间，因此二极管D3可避免以高压元件来实现。
综上所述，本发明实施例提出的电源转换装置，其可通过共用同一只多功能检测接脚的配置方式，令控制芯片可同时实现多种不同的控制及检测保护功能。除此之外，本发明实施例的电源转换装置还可共用控制芯片中的同一过电压保护电路，并通过在检测辅助电路中新增部分元件(例如热敏电阻、电阻与二极管)，而达到同时执行过温度/过电压保护的检测与机制。如此一来，控制芯片的单一只多功能检测接脚不仅可对应到多种相关的功能检测及控制方式，还可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：
反驰式电源转换电路，用以接收输入电压，并且反应于脉宽调制信号而对该输入电压进行转换，藉以产生并提供直流输出电压；
控制芯片，耦接该反驰式电源转换电路，并反应于电源供应需求而产生该脉宽调制信号以控制该反驰式电源转换电路的运作，其中该控制芯片具有多功能检测接脚；以及
检测辅助电路，耦接该反驰式电源转换电路与该控制芯片的该多功能检测接脚，
其中，该检测辅助电路在第一检测阶段辅助该控制芯片通过该多功能检测接脚取得第一检测电压，藉以根据该第一检测电压而同时执行过温度保护的检测与过电压保护的检测，
其中，该第一检测电压关联于该直流输出电压或环境温度的热敏电压。
2.根据权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，该控制芯片在该脉宽调制信号的禁能期间进入该第一检测阶段，且在该脉宽调制信号的致能期间进入第二检测阶段。
3.根据权利要求2所述的电源转换装置，其特征在于，该反驰式电源转换电路包括：
变压器，具有主线圈、次线圈与辅助线圈，其中该主线圈的同名端用以接收该输入电压，该次线圈的同名端耦接第二接地端，且该辅助线圈的同名端耦接第一接地端；
功率开关，其第一端耦接该主线圈的异名端，而其控制端耦接该控制芯片以接收该脉宽调制信号；
第一电阻，其第一端耦接该功率开关的第二端并提供过电流保护检测电压给该控制芯片，而其第二端则耦接至该第一接地端；
第一二极管，其阳极耦接该次线圈的异名端，而其阴极用以产生并输出该直流输出电压；
第一电容，耦接于该第一二极管的阴极与该第二接地端之间；以及
第二二极管，其阳极耦接该辅助线圈的异名端，而其阴极则用以产生直流系统电压给该控制芯片。
4.根据权利要求3所述的电源转换装置，其特征在于，该检测辅助电路包括：
第二电阻，其第一端耦接该辅助线圈的异名端，而其第二端则耦接该多功能检测接脚；
第三电阻，其第一端耦接该多功能检测接脚，而其第二端则耦接至该第一接地端；
第三二极管，其阴极耦接该多功能检测接脚；
热敏电阻，其第一端耦接该辅助线圈的异名端，而其第二端耦接该第三二极管的阳极；以及
第四电阻，其第一端耦接该第三二极管的阳极，而其第二端则耦接至该第一接地端。
5.根据权利要求4所述的电源转换装置，其特征在于，该热敏电阻为具有负温度系数的热敏电阻。
6.根据权利要求4所述的电源转换装置，其特征在于，该控制芯片包括：
控制主体电路，用以作为该控制芯片的运作核心，并且反应于该电源供应需求而产生该脉宽调制信号；
过温度/过电压保护电路，耦接于该多功能检测接脚与该控制主体电路之间，用于该第一检测阶段同时执行该过温度保护的检测与该过电压保护的检测，并且据以提供第一检测结果给该控制主体电路，其中该控制主体电路反应于该第一检测结果而决定是否启动过温度/过电压保护机制；
电流检测电路，耦接于该多功能检测接脚与该控制主体电路之间，用于该第二检测阶段执行该输入电压的检测，并且据以提供第二检测结果给该控制主体电路，其中该控制主体电路反应于该第二检测结果而决定是否启动输入足压/欠压保护机制；
谷值电压检测电路，耦接于该多功能检测接脚与该控制主体电路之间，用于该第一检测阶段从该检测辅助电路获取该第一检测电压，并且据以提供第三检测结果，其中该控制主体电路还反应于该第三检测结果而决定是否致能该脉宽调制信号；以及
过电流保护电路，耦接于该第一电阻的第一端与该控制主体电路之间，用于该第二检测阶段，反应于该过电流保护检测电压而执行过电流保护的检测，并据以提供第四检测结果给该控制主体电路，其中该控制主体电路还反应于该第四检测结果而决定是否启动过电流保护机制，
其中，该控制主体电路还反应于该第二检测结果以决定是否对启动该过电流保护机制的过电流保护点进行补偿。
7.根据权利要求6所述的电源转换装置，其特征在于，当该过温度/过电压保护电路同时执行该过温度保护的检测与该过电压保护的检测时，该过温度/过电压保护电路从该检测辅助电路获取该第一检测电压，其中该过温度/过电压保护电路比较该第一检测电压与过温度/过电压保护参考电压，并且据以产生该第一检测结果。
8.根据权利要求7所述的电源转换装置，其特征在于，当该控制主体电路反应于该第一检测结果而决定启动该过温度/过电压保护机制时，该控制主体电路停止输出该脉宽调制信号，直至该控制主体电路反应于该第一检测结果而决定关闭该过温度/过电压保护机制为止。
9.根据权利要求6所述的电源转换装置，其特征在于，该过温度/过电压保护电路包括：
开关，其第一端耦接该多功能检测接脚，且其控制端接收来自该控制主体电路的第一控制信号，其中该开关反应于该第一控制信号而在该控制芯片进入该第一检测阶段达预设时间之后导通；以及
比较器，其正输入端耦接该开关的第二端，其负输入端用以接收过温度/过电压保护参考电压，而其输出端用以输出该第一检测结果。
10.根据权利要求9所述的电源转换装置，其特征在于：
当该第三二极管截止时，该第一检测电压关联于该直流输出电压，该过温度/过电压保护电路根据该第一检测电压而执行该过电压保护的检测，且该过温度/过电压保护电路实质上的过电压保护参考电压为该过温度/过电压保护参考电压；以及
当该第三二极管导通时，该第一检测电压关联于该直流输出电压与该环境温度的该热敏电压，该过温度/过电压保护电路根据该第一检测电压而同时执行该过温度保护的检测与该过电压保护的检测，其中该过温度/过电压保护电路实质上的过温度保护参考电压为该过温度/过电压保护参考电压与该第三二极管的顺向偏压之和，且该过温度/过电压保护电路实质上的该过电压保护参考电压低于该过温度/过电压保护参考电压，且该环境温度越高，该过温度/过电压保护电路实质上的该过电压保护参考电压越低。
11.根据权利要求6所述的电源转换装置，其特征在于，当该控制主体电路反应于该第二检测结果而决定启动该输入足压/欠压保护机制时，该控制主体电路停止输出该脉宽调制信号，直至该控制主体电路反应于该第二检测结果而决定关闭该输入足压/欠压保护机制为止。
12.根据权利要求6所述的电源转换装置，其特征在于，该谷值电压检测电路从该检测辅助电路获取该第一检测电压，比较该第一检测电压与参考谷值电压，并且据以产生该第三检测结果，
当该第一检测电压大于或等于该参考谷值电压时，该控制主体电路反应于该第三检测结果将该脉宽调制信号维持于禁能电平，以及
当该第一检测电压小于该参考谷值电压且达预设时间之后，该控制主体电路反应于该第三检测结果将该脉宽调制信号从该禁能电平调整至致能电平，
其中该预设时间与该主线圈的谐振频率相关。
13.根据权利要求6所述的电源转换装置，其特征在于，该谷值电压检测电路包括：
比较器，其正输入端接收参考谷值电压，其负输入端耦接该多功能检测接脚，且其输出端用以产生比较信号；以及
延迟电路，耦接该比较器的该输出端以接收该比较信号，并延迟该比较信号达预设时间之后输出该第三检测结果。
14.根据权利要求6所述的电源转换装置，其特征在于：
当该输入电压对应于相对高交流输入电压时，则经由该控制主体电路补偿过后的该过电流保护点为第一过电流保护点；
当该输入电压对应于相对低交流输入电压时，则经由该控制主体电路补偿过后的该过电流保护点为第二过电流保护点；以及
该第一过电流保护点与该第二过电流保护点相异。
15.根据权利要求14所述的电源转换装置，其特征在于，当该控制主体电路反应于该第四检测结果而决定启动该过电流保护机制时，则该控制主体电路停止输出该脉宽调制信号，直至该控制主体电路反应于该第四检测结果而决定关闭该过电流保护机制为止。
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