CN105991046A - 开关电源及其开关控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种开关电源及其开关控制器。开关电源包括电力转换器、电流监测器、开关控制器及补偿电阻，补偿电阻耦合在电流监测器与开关控制器之间。通过补偿电阻和流经补偿电阻的补偿电流使得电流监测信号的电压值与输入电压成反比关系，当输入电压增大时，电流监测信号的电压值相应地减小，当输入电压减小时，电流监测信号的电压值相应地增大。电流监测信号指示流经电力转换器中变压器的原边绕组的电流。本发明的开关电源和开关控制器通过利用补偿电流和补偿电阻来减少输入电压的变化对电力转换器的输入功率和输出功率的影响，从而满足客户的特殊应用要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种开关电源，尤其涉及一种能够保持输出功率实质恒定并且具有安全放电功能的开关电源及其开关控制器。
背景技术
开关电源是一种常见的电源转换电路，广泛应用于电视、计算机等领域。开关电源将交流(AC)输入功率转换成直流(DC)输出功率，并且采用脉冲宽度调制(PWM)技术来控制输出功率。在开关电源内部有多个保护功能来避免系统遭受损坏，例如过流保护(OCP)、过压保护(OVP)、过温保护(OTP)等。其中，过流保护采用逐周限流的方式来限制开关器件的最大电流。
图1所示为一种传统的开关电源100，其为反激式(Flyback)电路，包括桥式整流器和隔离直流/直流转换器。隔离直流/直流转换器包括变压器、光耦合器、开关控制器和控制开关(例如，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET))。
然而，当输入电压从85VAC变化到265VAC时，最大输出功率也会有较大变化，原因在于：1)当输入电压处于高压范围时，开关电源100工作在不连续导通模式(DCM)下，开关控制器内部驱动级所引起的“关断延迟”会产生电感电流误差；2)当输入电压处于低压范围时，开关电源100工作在连续导通模式(CCM)下，CCM的功率传输能力比DCM的功率传输功能差。这两点会导致高压输入时的最大输出功率明显大于低压输入时的最大输出功率，这是用户所不期望的。目前，通常采用占空比(duty cycle)补偿方式来使最大输出功率在输入电压的整个范围内保持不变。这种方式的缺点是：电感量对输出功率影响较大，但电感量可能存在20％的误差，使得用户很难精准地调节电感量。因此，需要一种更简单、灵活的线电压补偿方式。
此外，在开关电源中，为抑制电磁干扰(EMI)，通常需要在交流输入的两端之间设置一个或多个安规电容(也称为XCap)。根据放电需求，如果拔掉AC电源，则在一秒后安规电容上的电压必须小于37％的峰值电压。即，安规电容上的电压必须迅速降低到安全值，以免残留电荷给用户带来不必要的危害。
图2所示为一种传统的电阻性放电电路示意图200。如图2所示，在交流输入的两端之间还设置一个或多个安规电阻，来实现当AC电源被拔掉时安规电容上的快速放电。然而，这种方式的缺点在于安规电阻将导致较大的额外功率耗散，这不符合绿色环保规定。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种开关电源及其开关控制器，当输入电压在一定范围内变化时，能够保持输出功率实质恒定。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种开关电源，该开关电源包括：电力转换器，包括由驱动信号控制的开关和变压器，所述变压器包括接收来自交流/直流转换器的输入电能的原边绕组和为负载提供输出电能的副边绕组；电流监测器，耦合于所述开关与地之间，用于产生指示流经所述原边绕组的电流的电流监测信号；连接于光耦合器和所述原边绕组之间的开关控制器，用于从所述光耦合器接收指示流经所述负载的电流的反馈信号，并根据所述反馈信号产生所述驱动信号来控制所述输入电能和所述输出电能，所述开关控制器还接收指示输入电压的线电压信号,并产生对应于所述线电压信号的峰值电压的补偿电流，其中，由所述交流/直流转换器将交流电压转换为所述输入电压以提供给所述电力转换器；以及耦合在所述电流监测器与所述开关控制器之间的补偿电阻，所述补偿电流和所述补偿电阻使得所述电流监测信号的电压值与所述输入电压成反比关系，当所述输入电压增大时，所述电流监测信号的电压值相应地减小，当所述输入电压减小时，所述电流监测信号的电压值相应地增大。
本发明还提供了一种开关控制器，用于控制电力转换器，所述电力转换器包括由驱动信号控制的开关和变压器，所述变压器包括接收来自交流/直流转换器的输入电能的原边绕组和为负载提供输出电能的副边绕组。所述开关控制器包括：反馈端口，用于从光耦合器接收指示流经所述负载的电流的反馈信号；驱动端口，用于根据所述反馈信号产生所述驱动信号来控制所述输入电能和所述输出电能；线电压监测端口，用于接收指示输入电压的线电压信号，所述输入电压由所述交流/直流转换器提供给所述电力转换器；以及电流监测端口，用于接收指示流经所述原边绕组的电流的电流监测信号，对应于所述线电压信号的峰值电压的补偿电流由所述电流监测端口流出，所述电流监测端口耦合于补偿电阻，所述补偿电流和所述补偿电阻使得所述电流监测信号的电压值与所述输入电压成反比关系，当所述输入电压增大时，所述电流监测信号的电压值相应地减小，当所述输入电压减小时，所述电流监测信号的电压值相应地增大。
有利地，本发明的开关电源通过补偿电流和补偿电阻来减少输入电压的变化对电力转换器的输入功率和输出功率的影响，从而满足客户的特殊应用要求。
附图说明
以下通过对本发明的一些实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点。
图1所示为一种传统的开关电源。
图2所示为一种传统的电阻性放电电路示意图。
图3所示为根据本发明实施例的开关电源的示意图。
图4所示为图3中的开关控制器的结构示意图。
图5所示为图3中的输出功率随输入电压变化的实际波形示意图。
图6所示为图4中的线电压补偿单元的结构示意图。
图7所示为根据本发明实施例的放电电路的示意图。
图8所示为产生图7中的放电信号的电路方框图。
具体实施方式
以下将对本发明的实施例给出详细的说明。尽管本发明通过这些实施方式进行阐述和说明，但需要注意的是本发明并不仅仅只局限于这些实施方式。相反，本发明涵盖后附权利要求所定义的发明精神和发明范围内的所有替代物、变体和等同物。
另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于大家熟知的方法、流程、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
图3所示为根据本发明实施例的开关电源300的示意图。开关电源300包含交流/直流转换器304、开关控制器310、电力转换器320和光耦合器330。交流/直流转换器304用于将来自交流电源302的交流电压VAC转换成直流输入电压VIN。在图3所示的实施例中，交流/直流转换器304是包括二极管D1-D4和电容C1的桥式整流器。
电力转换器320接收来自交流/直流转换器304的直流输入电压VIN，并为负载提供调节后的输出电压VOUT。在图3所示的实施例中，电力转换器320是隔离直流/直流转换器，隔离直流/直流转换器320包括变压器321、控制开关Q1、二极管D5和电容C2。变压器321包括用于接收来自交流/直流转换器304的输入电能的原边绕组322、用于为负载提供输出电能的副边绕组324和磁芯328。变压器321还包括用于为开关控制器310提供电能的辅助绕组326。为说明目的，在图3所示的实施例中示意了三个绕组。然而，变压器321可包括不同数量的绕组。在图3所示的实施例中，耦合于原边绕组322的控制开关Q1位于开关控制器310的外部。在其它的实施例中，控制开关Q1也可以集成于开关控制器310的内部。
开关控制器310耦合于变压器321的原边绕组322和辅助绕组326。开关控制器310可为反激PWM控制器，用于产生PWM信号来选择性地接通与原边绕组322串联的控制开关Q1，并用于通过调整PWM信号的占空比来调整变压器321的输出电能。举例且并非限制，开关控制器310的端口包括：FB端口、GATE端口、HV端口、CS端口、VSET端口、VDD端口和GND端口。
端口FB(反馈端口)用于从光耦合器330接收指示流经负载(未示出)的输出电流IOUT的反馈信号SEN。举例来说，光耦合器330包括光电晶体管332和LED 334。端口FB从光电晶体管332接收反馈信号SEN。开关控制器310根据反馈信号SEN和指示输出电流IOUT的目标值的参考信号在端口GATE(驱动端口)处产生驱动信号DRV(例如，PWM信号)来控制控制开关Q1的导通状态，例如接通/断开状态，以控制原边绕组322的输入电能和流经负载的输出电能。具体来讲，在一个实施例中，当反馈信号SEN的电压大于参考信号的电压时，表示流经负载的输出电流IOUT大于其目标值，开关控制器310降低驱动信号DRV的占空比，反之亦然。在一个实施例中，如果驱动信号DRV为第一状态，例如逻辑高，则控制开关Q1接通，电流流经原边绕组322，并且磁芯328开始储能。如果驱动信号DRV为第二状态，例如逻辑低，则控制开关Q1断开，并且耦合于副边绕组324的二极管D5正向偏压以使储存在磁芯328中的能量透过副边绕组324释放至电容C2和负载，从而调整流经负载的输出电流IOUT。
端口HV(线电压监测端口)用于通过由电阻R1和R2组成的分压器来接收指示直流输入电压VIN的线电压信号VA。节点A为电阻R1和R2的连接点。请注意，虽然在图3中示出电阻R1和R2位于开关控制器310的外部。在其它的实施例中，电阻R1和R2也可以集成于开关控制器310的内部，其并非本发明的限制。如下文将详细描述的，开关控制器310将检测该线电压信号VA的峰值电压，并将对应于该峰值电压的补偿电流ICS提供给端口CS。端口CS(电流监测端口)用于通过耦合于控制开关Q1与地之间的电流监测器R4来检测流经原边绕组322的电流并且产生流经原边绕组322的电流的电流监测信号。如图3所示，在开关控制器310的端口CS和电流监测器R4之间还设有补偿电阻R3。节点B为补偿电阻R3与电流监测器R4的连接点，节点B的电压值为VB。如以下描述的，结合图4来理解，在补偿电流ICS和补偿电阻R3的共同作用下，开关电源300可实现恒定不变的最大输出功率。
端口VSET通过电阻与地相连，用于确定开关控制器310的输入欠压保护阈值。端口VDD耦合至交流/直流转换器304和辅助绕组326。在一个实施例中，储能单元(例如，电容)连接于端口VDD和地之间。储能单元在控制开关Q1断开时为开关控制器310供电。端口GND与地相连。
图4所示为图3中的开关控制器310的结构示意图。如图4所示，开关控制器310包括启动及欠压锁定(UVLO)电路401、反馈调整单元403、脉冲宽度调制信号产生器405、线电压补偿单元407和运算放大器409。
启动及欠压锁定(UVLO)电路401与端口VDD和端口VSET相连，用于根据不同的电能情况选择性地启动开关控制器310内部的一个或多个部件。
在一个实施例中，如果端口VDD上的电压高于第一预设电压，则启动及欠压锁定电路401将启动开关控制器310中所有的部件。如果端口VDD上的电压低于第一预设电压且高于第二预设电压，启动及欠压锁定电路401将关闭开关控制器310中部分部件以节省电能。如果端口VDD上的电压低于第二预设电压，启动及欠压锁定电路401将关闭所有部件。在一个实施例中，第一预设电压高于第二预设电压。
反馈调整单元403与端口FB相连，用于根据指示流经负载的输出电流IOUT的反馈信号SEN和指示输出电流IOUT的目标值的参考信号来控制脉冲宽度调制信号产生器405的输出(即，驱动信号DRV)，从而控制开关Q1的导通状态，例如接通/断开状态。具体来讲，在一个实施例中，当反馈信号SEN的电压大于参考信号的电压时，表示流经负载的输出电流IOUT大于其目标值，开关控制器310降低驱动信号DRV的占空比，反之亦然。为不模糊本发明的重点，此处不另赘述反馈调整单元403的具体结构，它可以采用本领域技术人员所熟知的任何适当方式和结构。
线电压补偿单元407与端口HV相连，用于接收指示直流输入电压VIN的线电压信号VA，检测该线电压信号VA的峰值电压，并将对应于该峰值电压的补偿电流ICS提供给端口CS。补偿电流ICS可与交流电压VAC、直流输入电压VIN和线电压信号VA成正比例，即随着交流电压VAC从85VAC增大到265VAC，补偿电流ICS也会相应增大。
运算放大器409比较线电压补偿单元407输出的电压(即，节点C上的电压VC)与指示流经电感322的电流的目标值的参考信号SET。在稳定工作状态下，运算放大器409的正输入端与负输入端的信号相等，即电压VC与参考信号SET的电压值相等，例如参考信号SET的电压值为0.6V。
为便于对本发明的理解，将作出以下理想化假设：假定本发明的开关电源300的功率传输效率恒定不变且近似于100％，即开关电源300的输入功率PIN实质等于开关电源300的输出功率POUT。在本发明中，“实质等于”是指输出功率POUT理论上等于输入功率PIN，然而在实际应用中，由于电路中的功率损耗，可造成输出功率POUT与输入功率PIN存在细微的差值。
下文将用公式推算的形式来作进一步说明。根据隔离直流/直流转换器320的电路特性，若输入功率PIN恒定不变，则要求节点B处的电压VB与直流输入电压VIN呈反比关系。结合图3和图4可以推算出，节点B处的电压值VB为：
VB＝VSET-ICS×r3 (1)
其中，VSET为参考信号SET的电压值(例如，0.6V)，r3为补偿电阻R3的电阻值。由公式(1)可以看出，当交流电压VAC增大时(例如，从85VAC增大到265VAC)，直流输入电压VIN、线电压信号VA和补偿电流ICS相应增大，而电压VB会相应地减小；当交流电压VAC减小时(例如，从265VAC减小到85VAC)，直流输入电压VIN、线电压信号VA和补偿电流ICS相应减小，而电压VB会相应地增大。在补偿电阻R3的电阻值具有适当取值情况下，可将电压VB与直流输入电压VIN的乘积保持实质恒定不变，即输入功率PIN恒定不变。本领域技术人员应可理解，补偿电阻R3的电阻值具有适当取值并非本发明的限制，它可根据不同变化范围的输入电压而变化。本领域技术人员可通过经验试凑法来找到不同的合适的补偿电阻的电阻取值。如以上描述的，开关电源300的功率传输效率恒定不变并且近似于100％，即隔离直流/直流转换器320的输出功率POUT也恒定不变。
以输入功率PIN的角度来看，隔离直流/直流转换器320的输入功率PIN等于输入电压VIN(增大或减小)乘以流经电感322的平均输入电流值(减小或增大)，而隔离直流/直流转换器320的输出功率POUT等于输入功率PIN。因此，通过利用线电压补偿单元407和补偿电阻R3可以减少输入电压VIN的变化对隔离直流/直流转换器320的输入功率PIN和输出功率POUT的影响，从而满足客户的特殊应用要求。优选地，在补偿电阻R3的电阻值具有适当取值情况下，本发明包括线电压补偿单元407和补偿电阻R3的开关电源300可消除输入电压VIN的变化对隔离直流/直流转换器320的输入功率PIN和输出功率POUT的影响，即输入功率PIN和输出功率POUT保持恒定不变。
图5所示为图3中的输出功率POUT随输入电压VIN变化的实际波形示意图。由图5的波形可以看出，虽然直流输入电压VIN从85V增大到265V，但是最大输出功率持续稳定在135W左右。这意味着本发明的开关电源300在补偿电流ICS和补偿电阻R3的共同作用下，开关电源300的输入功率和输出功率能够基本不受交流电压VAC和直流输入电压VIN的影响。
图6所示为图4中的线电压补偿单元407的结构示意图。如图6所示，线电压补偿单元407包括比较器601、计数器603_A和603_B、数模转换器605_A和605_B、数据选择器607_A和607_B、抬压单元609、峰值电压检测器611以及电压电流转换器613。
比较器601的正输入端与端口HV相连，用于接收指示直流输入电压VIN的线电压信号VA。结合图3来看，通过由电阻R1和R2组成的分压器，线电压信号VA与直流输入电压VIN成线性比例关系。比较器601的负输入端与抬压单元609相连。在图6的示例中，抬压单元609设置为将数据选择器607_B的输出电压的数值抬高1V，然而这并非本发明的限制。相反地，本领域技术人员在阅读本发明之后可容易地将输出电压的数值抬高适当的数值。此处，比较器601和抬压单元609的作用在于确保当交流电压小于预定阈值(例如，85VAC)时(即，线电压信号VA小于1V)，线电压补偿单元407不对线电压作出补偿操作(即，不产生对应的补偿电流)。
计数器603_A和603_B与比较器601的输出和时钟信号CLK相连,并且根据这两者来选择性地启动。当交流电压大于85VAC并且电压波形处于上升阶段时(即，线电压信号VA大于1V，也就是比较器601的正输入端的电压大于负输入端的电压)，比较器601的输出为逻辑高电平。在时钟信号CLK的控制下，在第一次预定时间周期(例如，0-30ms)内，计数器603_A开始计数而计数器603_B不计数。在下一次预定时间周期(例如，31-60ms)内，计数器603_B开始计数而计数器603_A不计数(计数器603_A处于保持状态)。以此类推，计数器603_A和603_B交替计数，用于获取对应于每个预定时间周期内的线电压信号VA的峰值电压的数值。
数模转换器605_A和605_B分别与计数器603_A和603_B相连，用于将计数器603_A和603_B的计数结果转换成对应于每个预定时间周期内的线电压信号VA的峰值电压的模拟信号。数据选择器607_A和607_B与数模转换器605_A和605_B相连，用于从数模转换器605_A和605_B中选择预定时间周期(例如，0-60ms)内的峰值电压，并将其选择结果提供给峰值电压检测器611。例如，在0-30ms内，数据选择器607_A从计数器603_A和数模转换器605_A选择端口HV上的线电压信号VA的峰值电压；在31-60ms内，数据选择器607_B从计数器603_B和数模转换器605_B选择端口HV上的线电压信号VA的峰值电压。峰值电压检测器611与数据选择器607_A和607_B相连，用于获取每个预定时间周期内的线电压信号VA的峰值电压。电压电流转换器613与峰值电压检测器611相连，用于将该线电压信号VA的峰值电压转换成对应的补偿电流ICS并通过端口CS流出。补偿电流ICS的操作和功能如上所述，此处不另赘述。
请注意，虽然本文中是以30ms作为预定时间周期的示例来阐述，但是本领域技术人员应理解还可根据不同的输入电压范围而选择其它预定时间周期的值，以确保能够在预定时间周期内检测到线电压信号VA的峰值电压。此外，请注意，虽然本文中是以图6的结构来说明线电压补偿单元407，但是本领域技术人员应理解可用不同于图6的其它结构，例如图6的适当变形，来实现线电压信号VA的峰值电压的采样和检测。
图7所示为根据本发明实施例的放电电路的示意图700。不同于图2中传统的电阻性放电电路200，放电电路700利用两个二极管D6和D7和放电开关S2来代替安规电阻。放电开关S2位于开关控制器310的外部。在其它的实施例中，放电开关S2也可以集成于开关控制器310的内部。当检测到交流电源被拔掉时，通过放电信号AC_OFF(其产生原理将在图8中进一步详细描述)使得放电开关S2从断开状态转换成闭合状态。此时，安规电容CX上的残留电荷经由二极管D6或D7而快速放电。有利地，图7所示的放电电路以简单、灵活的方式来满足安全规定，使得在一秒后安规电容CX上的电压小于37％的峰值电压。同时，由于省去了安规电阻，降低了额外功率耗散，从而符合绿色环保规定。
图8所示为产生图7中的放电信号AC_OFF的电路框图。请注意，为不模糊本发明的重点，图8并未示出开关控制器310的每个元件，而只示出与产生放电信号AC_OFF有关的元件。实际上，图8的结构可与图4、图6、和图7的结构来适当结合。比较器801的正输入端与端口HV相连，用于接收指示直流输入电压VIN的线电压信号VA。比较器801的负输入端经由分压器(由电阻R5和R6组成)与峰值电压检测器611相连。请注意，在图8的示例中，电阻R5与R6的阻值相等，因此比较器801的负输入端接收的是由峰值电压检测器611在上一个预定时间周期(例如，30ms)中检测到的线电压信号VA的峰值电压的一半(即，0.5×峰值电压)。但是，在其它实施例中，电阻R5与R6的阻值可不同，使得比较器801的负输入端接收的是线电压信号VA的峰值电压的其它比例值，其并非本发明的限制。此外，请注意，虽然本文中是以图8的结构来说明放电信号AC_OFF的产生原理，但是本领域技术人员应理解可用不同于图8的其它方式，例如图8的适当变形，来产生放电信号AC_OFF。
比较器801比较预定时间周期(例如，31-60ms)内的线电压信号VA的实时值与上一个预定时间周期(例如，0-30ms)内的线电压信号VA的峰值电压的固定比例值(例如，0.5×峰值电压)。当线电压信号VA的实时值大于该峰值电压的固定比例值(例如，0.5×峰值电压)时，比较器801输出为逻辑高电平，它经由滤波器803的高频滤波后传输至计数器805。此时，计数器805被启动，并且结合锁存器807一起工作来判断此时存在交流信号。这是因为：交流电源没有被拔掉的情况下，在预定时间周期内，线电压信号VA的实时值一定会大于峰值电压的固定比例值(例如，0.5×峰值电压)。此时，锁存器807产生逻辑低电平的放电信号AC_OFF以保持放电开关S2断开并且安规电容CX不放电。
当线电压信号VA的实时值持续小于该峰值电压的固定比例值(例如，0.5×峰值电压)时，比较器801输出也持续为逻辑低电平，计数器805不计数。当计数器805和锁存器807超过一段时间(例如，30ms)未检测到转变，可判断不存在交流信号(即，交流电源被拔掉)。此时，锁存器807产生逻辑高电平的放电信号AC_OFF以导通放电开关S2并且安规电容CX上的残留电荷经由二极管D6或D7而快速放电。
综上所述，本发明的放电电路以简单、灵活的方式来满足安全规定，使得在一秒后安规电容CX上的电压小于37％的峰值电压。同时，由于省去了安规电阻，降低了额外功率耗散，从而符合绿色环保规定。
此外，本发明的开关电源通过利用线电压补偿单元407和补偿电阻R3来减少输入电压VIN的变化对隔离直流/直流转换器320的输入功率PIN和输出功率POUT的影响，从而满足客户的特殊应用要求。
上文具体实施方式和附图仅为本发明的常用实施例。显然，在不脱离权利要求书所界定的本发明精神和发明范围的前提下可以有各种增补、修改和替换。本领域技术人员应该理解，本发明在实际应用中可根据具体的环境和工作要求在不背离发明准则的前提下在形式、结构、布局、比例、材料、元素、组件及其它方面有所变化。因此，在此披露的实施例仅用于说明而非限制，本发明的范围由所附权利要求及其合法等同物界定，而不限于此前的描述。
Claims (19)
1.一种开关电源，其特征在于，所述开关电源包括：
电力转换器，包括由驱动信号控制的开关和变压器，所述变压器包括接收来自交流/直流转换器的输入电能的原边绕组和为负载提供输出电能的副边绕组；
电流监测器，耦合于所述开关与地之间，用于产生指示流经所述原边绕组的电流的电流监测信号；
连接于光耦合器和所述原边绕组之间的开关控制器，用于从所述光耦合器接收指示流经所述负载的电流的反馈信号，并根据所述反馈信号产生所述驱动信号来控制所述输入电能和所述输出电能，所述开关控制器还接收指示输入电压的线电压信号,并产生对应于所述线电压信号的峰值电压的补偿电流，其中，由所述交流/直流转换器将交流电压转换为所述输入电压以提供给所述电力转换器；以及
耦合在所述电流监测器与所述开关控制器之间的补偿电阻，所述补偿电流和所述补偿电阻使得所述电流监测信号的电压值与所述输入电压成反比关系，当所述输入电压增大时，所述电流监测信号的电压值相应地减小，当所述输入电压减小时，所述电流监测信号的电压值相应地增大。
2.根据权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述变压器还包括为所述开关控制器提供电能的辅助绕组。
3.根据权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述开关控制器包括线电压补偿单元，用于根据所述线电压信号产生所述补偿电流，所述线电压补偿单元包括：
至少一个计数器，用于针对每个预定时间周期内的所述线电压信号的峰值电压的数值进行计数；
至少一个数模转换器，分别与所述至少一个计数器中的对应计数器相连，用于将所述至少一个计数器中的每个计数器的计数结果转换成对应于每个预定时间周期内的所述线电压信号的峰值电压的模拟信号；
至少一个数据选择器，分别与所述至少一个数模转换器中的对应数模转换器相连，用于从所述至少一个数模转换器中选择所述预定时间周期内的峰值电压；
峰值电压检测器，与所述至少一个数据选择器相连，用于获取每个预定时间周期内的所述线电压信号的峰值电压；以及
电压电流转换器，与所述峰值电压检测器相连，用于将所述线电压信号的峰值电压转换成所述补偿电流。
4.根据权利要求3所述的开关电源，其特征在于，所述预定时间周期为30ms。
5.根据权利要求3所述的开关电源，其特征在于，所述线电压补偿单元还包括比较器和抬压单元，所述比较器的正输入端接收所述线电压信号，所述比较器的负输入端与所述抬压单元相连，用于从所述抬压单元接收预定阈值，当所述线电压信号小于所述预定阈值时，所述线电压补偿单元不产生所述补偿电流。
6.根据权利要求5所述的开关电源，其特征在于，所述至少一个计数器是基于所述比较器的输出以及时钟信号来选择性地启动，当所述线电压信号大于所述预定阈值时，所述至少一个计数器交替计数。
7.根据权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述开关电源还包括安规电容、二极管和与安规电容相连的放电开关，当所述开关控制器检测到为所述交流/直流转换器提供所述交流电压的交流电源被拔掉时，所述放电开关从断开状态转换成闭合状态以使所述安规电容上的残留电荷经由所述二极管放电。
8.根据权利要求7所述的开关电源，其特征在于，所述开关控制器还包括：
比较器，用于将预定时间周期内的所述线电压信号的实时值与在上一个预定时间周期中检测到的所述线电压信号的峰值电压的固定比例值进行比较；
滤波器，耦合于所述比较器，用于对所述比较器的输出进行高频滤波；以及
耦合于所述滤波器的计数器和锁存器，用于判断所述交流电源是否被拔掉，
其中当检测到所述交流电源被拔掉时，所述锁存器产生放电信号来导通所述放电开关。
9.根据权利要求8所述的开关电源，其特征在于，所述固定比例值为上一个预定时间周期中检测到的所述线电压信号的峰值电压的一半值。
10.根据权利要求8所述的开关电源，其特征在于，当所述线电压信号的实时值小于在上一个预定时间周期中检测到的所述线电压信号的峰值电压的固定比例值时，所述计数器不计数，当所述计数器超过预定时间周期未检测到转变时，所述锁存器产生所述放电信号来导通所述放电开关。
11.一种开关控制器，用于控制电力转换器，所述电力转换器包括由驱动信号控制的开关和变压器，所述变压器包括接收来自交流/直流转换器的输入电能的原边绕组和为负载提供输出电能的副边绕组，其特征在于，所述开关控制器包括：
反馈端口，用于从光耦合器接收指示流经所述负载的电流的反馈信号；
驱动端口，用于根据所述反馈信号产生所述驱动信号来控制所述输入电能和所述输出电能；
线电压监测端口，用于接收指示输入电压的线电压信号，所述输入电压由所述交流/直流转换器提供给所述电力转换器；以及
电流监测端口，用于接收指示流经所述原边绕组的电流的电流监测信号，对应于所述线电压信号的峰值电压的补偿电流由所述电流监测端口流出，
所述电流监测端口耦合于补偿电阻，所述补偿电流和所述补偿电阻使得所述电流监测信号的电压值与所述输入电压成反比关系，当所述输入电压增大时，所述电流监测信号的电压值相应地减小，当所述输入电压减小时，所述电流监测信号的电压值相应地增大。
12.根据权利要求11所述的开关控制器，其特征在于，所述开关控制器包括线电压补偿单元，用于根据所述线电压信号产生所述补偿电流，所述线电压补偿单元包括：
至少一个计数器，用于针对每个预定时间周期内的所述线电压信号的峰值电压的数值进行计数；
至少一个数模转换器，分别与所述至少一个计数器中的对应计数器相连，用于将所述至少一个计数器中的每个计数器的计数结果转换成对应于每个预定时间周期内的所述线电压信号的峰值电压的模拟信号；
至少一个数据选择器，分别与所述至少一个数模转换器中的对应数模转换器相连，用于从所述至少一个数模转换器中选择所述预定时间周期内的峰值电压；
峰值电压检测器，与所述至少一个数据选择器相连，用于获取每个预定时间周期内的所述线电压信号的峰值电压；以及
电压电流转换器，与所述峰值电压检测器相连，用于将所述线电压信号的峰值电压转换成所述补偿电流。
13.根据权利要求12所述的开关控制器，其特征在于，所述预定时间周期为30ms。
14.根据权利要求12所述的开关控制器，其特征在于，所述线电压补偿单元还包括比较器和抬压单元，所述比较器的正输入端接收所述线电压信号，所述比较器的负输入端与所述抬压单元相连，用于从所述抬压单元接收预定阈值，当所述线电压信号小于所述预定阈值时，所述线电压补偿单元不产生所述补偿电流。
15.根据权利要求14所述的开关控制器，其特征在于，所述至少一个计数器是基于所述比较器的输出以及时钟信号来选择性地启动，当所述线电压信号大于所述预定阈值时，所述至少一个计数器交替计数。
16.根据权利要求11所述的开关控制器，其特征在于，当所述开关控制器通过所述线电压监测端口检测到为所述交流/直流转换器提供交流电力的交流电源被拔掉时，所述开关控制器将被所述开关控制器控制的放电开关从断开状态转换成闭合状态，以使与所述放电开关相连的安规电容上的残留电荷经由耦合于所述安规电容的二极管放电。
17.根据权利要求16所述的开关控制器，其特征在于，所述开关控制器还包括：
比较器，用于将预定时间周期内的所述线电压信号的实时值与在上一个预定时间周期中检测到的所述线电压信号的峰值电压的固定比例值进行比较；
滤波器，耦合于所述比较器，用于对所述比较器的输出进行高频滤波；以及
耦合于所述滤波器的计数器和锁存器，用于判断所述交流电源是否被拔掉，
其中当检测到所述交流电源被拔掉时，所述锁存器产生放电信号来导通所述放电开关。
18.根据权利要求17所述的开关控制器，其特征在于，所述固定比例值为上一个预定时间周期中检测到的所述线电压信号的峰值电压的一半值。
19.根据权利要求17所述的开关控制器，其特征在于，当所述线电压信号的实时值小于在上一个预定时间周期中检测到的所述线电压信号的峰值电压的固定比例值时，所述计数器不计数，当所述计数器超过预定时间周期未检测到转变时，所述锁存器产生所述放电信号来导通所述放电开关。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109804542A (zh) * | 2017-09-22 | 2019-05-24 | Oppo广东移动通信有限公司 | 电源提供电路、电源提供设备和控制方法 |
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Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6149953B1 (ja) * | 2016-02-01 | 2017-06-21 | オンキヨー株式会社 | 保護回路、及び、スイッチング電源 |
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| JP6961437B2 (ja) * | 2017-09-28 | 2021-11-05 | キヤノン株式会社 | 電源装置及び画像形成装置 |
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| US11165352B2 (en) | 2020-01-16 | 2021-11-02 | L3 Cincinnati Electronics Corporation | Capacitively isolated feedback circuits and regulated power supplies incorporating the same |
| US11513578B1 (en) * | 2020-02-03 | 2022-11-29 | Meta Platforms Technologies, Llc | Power management system for an artificial reality system |
| US11081965B1 (en) * | 2020-03-30 | 2021-08-03 | Dialog Semiconductor Inc | Universal input voltage detection system for a flyback converter |
| US11553570B1 (en) * | 2021-10-29 | 2023-01-10 | Infineon Technologies Ag | Interface expander circuit for light emitting diode (LED) driver circuits |
| US11689108B2 (en) * | 2021-11-03 | 2023-06-27 | O2Micro Inc. | Controller for controlling a resonant converter |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101789689A (zh) * | 2009-12-25 | 2010-07-28 | 凹凸电子（武汉）有限公司 | 电源转换器、控制电源转换器中变压器的控制器及方法 |
| US20100308733A1 (en) * | 2009-06-09 | 2010-12-09 | Stmicroelectronics, Inc. | Apparatus and method for constant power offline led driver |
| US20140021786A1 (en) * | 2011-01-12 | 2014-01-23 | On-Bright Electronics (Shanghai) Co., Ltd. | Systems and methods for adjusting current consumption of control chips to reduce standby power consumption of power converters |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101242146A (zh) * | 2007-02-08 | 2008-08-13 | 王志展 | 安全高效低能耗开关电源电路 |
| KR101403544B1 (ko) * | 2008-03-25 | 2014-06-03 | 톰슨 라이센싱 | 보조 전력 공급 전압을 발생시키는 완충용 커패시터 |
| US8488342B2 (en) * | 2008-10-21 | 2013-07-16 | On-Bright Electronics (Shanghai) Co., Ltd. | Systems and methods for constant voltage mode and constant current mode in flyback power converters with primary-side sensing and regulation |
| TW201126885A (en) | 2010-01-26 | 2011-08-01 | Skynet Electronic Co Ltd | Constant current circuit with voltage compensation and zero potential switching characteristics |
| TWI442677B (zh) * | 2011-05-30 | 2014-06-21 | Noveltek Semiconductor Corp | 電源供應器及其控制器 |
| CN103368400B (zh) | 2012-03-31 | 2015-02-18 | 昂宝电子（上海）有限公司 | 用于恒压控制和恒流控制的系统和方法 |
| CN103683204A (zh) * | 2012-09-26 | 2014-03-26 | 深圳市海洋王照明工程有限公司 | 开关电源过流保护电路 |
-
2015
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-
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- 2016-01-25 US US15/005,673 patent/US9660539B2/en active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100308733A1 (en) * | 2009-06-09 | 2010-12-09 | Stmicroelectronics, Inc. | Apparatus and method for constant power offline led driver |
| CN101789689A (zh) * | 2009-12-25 | 2010-07-28 | 凹凸电子（武汉）有限公司 | 电源转换器、控制电源转换器中变压器的控制器及方法 |
| US20140021786A1 (en) * | 2011-01-12 | 2014-01-23 | On-Bright Electronics (Shanghai) Co., Ltd. | Systems and methods for adjusting current consumption of control chips to reduce standby power consumption of power converters |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109804542A (zh) * | 2017-09-22 | 2019-05-24 | Oppo广东移动通信有限公司 | 电源提供电路、电源提供设备和控制方法 |
| CN109804542B (zh) * | 2017-09-22 | 2021-06-11 | Oppo广东移动通信有限公司 | 电源提供电路、电源提供设备和控制方法 |
| US11251712B2 (en) | 2017-09-22 | 2022-02-15 | Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp., Ltd. | Power supply circuit, power supply device and control method |
| CN112994168A (zh) * | 2021-03-19 | 2021-06-18 | 成都市菱奇半导体有限公司 | 检测电池负载插拔状态的充电电路及充电器 |
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