CN108521115A - 一种开关电源的原边控制器及开关电源 - Google Patents

一种开关电源的原边控制器及开关电源 Download PDF

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Abstract

一种开关电源的原边控制器及开关电源，原边控制器包括输入电压检测模块，接收被检信号，产生检测信号，当被检信号的电压高于第一高压阈值且持续时长超过第一预设时间，或当被检信号的电压低于第一低压阈值且持续时长超过第二预设时间，检测信号为第一电平，否则为第二电平，被检信号是根据开关电源的输入信号得到的；控制器模块接收开关电源的反馈信号和电流采样信号，根据反馈信号和电流采样信号生成控制信号；PWM信号生成模块接收检测信号和控制信号，检测信号为第二电平时生成PWM信号，检测信号为第一电平时停止生成PWM信号；功率开关管，控制端连接PWM信号生成模块，本发明可在欠压或过压时关闭电路，避免高电压烧毁功率开关管。

Description

一种开关电源的原边控制器及开关电源
技术领域
本发明涉及开关电源技术领域，具体地涉及一种开关电源的原边控制器及开关电源。
背景技术
随着便携式电子设备的流行，开关电源已然成为各种电子设备的主要电源解决方案。
参考图1，现有方案中，一种传统的开关电源10主要包括：原边绕组模块101、原边控制器102、与原边控制器102的电流采样端口CS连接的原边电流采样回路103、与变压器T1副边连接的直流电输出级电路104以及与变压器T1辅助绕组Na连接的原边控制器102的电源端VDD的供电回路和电压反馈回路105。所述原边绕组模块101连接所述开关电源的输入信号VIN，输入电容Cin的一端接收所述输入信号VIN另一端接地。其中，所述原边绕组模块101包括钳位电路1011、与其连接的变压器T1的原边绕组Np。所述原边控制器102包括脉宽调制(Pulse Width Modulation，简称PWM)(也即图1所示的PWM)模块1021、连接PWM模块1021的控制器1022以及功率开关管M1。所述原边电流采样回路103包括电阻R5。所述直流电输出级电路104包括变压器T1副边绕组Ns，以及与其同名端连接的二极管D2、输出电容Cout、负载1041、电阻Rout。所述供电回路和电压反馈回路105包括变压器T1的辅助绕组Na，其同名端连接电容Cvdd、反馈分压电阻R4和反馈分压电阻R7，并连接二极管D1的阳极、启动电阻R6。启动电阻R6接收所述开关电源10的输入信号VIN。原边控制器102的反馈端口FB连接反馈分压电阻R4和反馈分压电阻R7。
在传统的开关电源10中，当所述开关电源10的输入信号VIN的电压大于功率开关管M1的耐压时，功率开关管M1导通时，会有烧毁的风险。当输入信号VIN的电压小于正常工作的额定电压阈值时，电路系统的驱动能力不足，其输出电压纹波可能不符合标准规范，将导致负载1041无法正常工作。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种开关电源，能够克服现有开关电源存在过压烧毁功率开关管、欠压输出不规范波纹等不足。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种开关电源的原边控制器，所述开关电源的原边控制器包括：输入电压检测模块，其输入端接收被检信号，所述输入电压检测模块适于检测被检信号的电压以产生检测信号，当所述被检信号的电压高于第一高压阈值且持续时长超过第一预设时间，或者当所述被检信号的电压低于第一低压阈值且持续时长超过第二预设时间时，所述检测信号为第一电平，否则所述检测信号为第二电平，所述被检信号是根据所述开关电源的输入信号得到的，所述第一低压阈值低于所述第一高压阈值，所述第二电平不同于所述第一电平；控制器模块，接收所述开关电源中的反馈信号和电流采样信号，并根据所述反馈信号和电流采样信号生成控制信号；PWM信号生成模块，接收所述检测信号和所述控制信号，当所述检测信号为第二电平时，所述PWM信号生成模块适于根据所述控制信号生成PWM信号，当所述检测信号为第一电平时，所述PWM信号生成模块停止生成所述PWM信号；功率开关管，其控制端连接所述PWM信号生成模块的输出端。
可选的，所述输入电压检测模块包括：第一电压比较器，适于比较所述被检信号的电压和所述第一高压阈值；第一计时模块，当所述第一电压比较器检测到所述被检信号高于所述第一高压阈值时，所述第一计时模块开始计时；第二电压比较器，适于比较所述被检信号的电压和所述第一低压阈值；第二计时模块，当所述第二电压比较器检测到所述被检信号低于第一低压阈值时，所述第二计时模块开始计时；逻辑电路，根据所述第一计时模块和第二计时模块的输出信号得到所述检测信号。
可选的，所述第一计时模块包括：第一计时器，其输入端连接所述第一电压比较器的输出端，当所述第一计时器的计时时间超过第三预设时间时，所述第一计时器输出的过压控制信号为第一电平；第一锁存器，响应于所述过压控制信号为第一电平，接收并锁存所述过压控制信号；雷击计时滤波器，响应于所述第一锁存器的输出信号为第一电平，所述雷击计时滤波器开始计时，当所述雷击计时滤波器的计时时间超过第四预设时间时，所述雷击计时滤波器输出的浪涌控制信号为第一电平，所述第三预设时间与第四预设时间之和等于所述第一预设时间。
可选的，所述雷击计时滤波器包括：第三计时器，响应于所述第一锁存器的输出信号为第一电平开始计时，当所述第三计时器的计时时间超过所述第四预设时间时，所述第三计时器的输出信号为第一电平；第二锁存器，连接所述第三计时器的输出端，响应于所述第三计时器的输出信号为第一电平，锁存所述第三计时器的输出信号，所述第二锁存器的输出端输出所述浪涌控制信号；第四计时器，连接所述第三计时器的输出端，在所述第三计时器的输出信号为第一电平时，所述第四计时器开始计时，当所述第四计时器的计时时间超过第五预设时间时，重置所述第二锁存器。
可选的，所述第二计时模块包括：第二计时器，其输入端连接所述第二电压比较器的输出端，响应于所述第二电压比较器的输出信号为第一电平开始计时，当计时时间超过所述第二预设时间时，所述第二计时器输出的欠压控制信号为第一电平。
可选的，所述输入电压检测模块还包括：过压调整模块，当所述被检信号的电压高于第二高压阈值时，对所述输入电压检测模块的输入端进行充电；其中，所述第二高压阈值低于所述第一高压阈值，且高于所述第一低压阈值。
可选的，所述过压调整模块包括：第三电压比较器，适于比较所述被检信号的电压和第二高压阈值；第六计时器，连接所述第三电压比较器的输出端，响应于所述被检信号的电压高于所述第二高压阈值开始计时，当计时达到第七预设时间时，输出电流启动信号；电流源，响应于所述电流启动信号，对所述输入电压检测模块的输入端进行充电。
为解决上述问题，本发明实施例还提供一种开关电源，所述开关电源包括上述原边控制器。
可选的，所述开关电源还包括：原边绕组，其异名端接收所述开关电源的输入信号，其同名端连接所述功率开关管的输入端；辅助绕组，其同名端连接二极管的阳极，其异名端接地，所述二极管的阴极连接至所述原边控制器的电源端；所述原边控制器的电源端经由启动电阻接收所述开关电源的输入信号；分压网络，其输入端接收所述开关电源的输入信号，其输出端输出所述被检信号。
可选的，所述开关电源还包括：原边绕组，其异名端接收所述开关电源的输入信号，其同名端连接所述功率开关管的输入端；辅助绕组，其同名端连接二极管的阳极，其异名端接地，所述二极管的阴极连接至所述原边控制器的电源端；分压电阻，其一端接收所述输入信号，另一端连接所述原边控制器的输入端；所述原边控制器接收所述输入信号，所述原边控制器还包括：第一开关，其第一端连接所述原边控制器的输入端，其控制端接收电源控制信号，所述电源控制信号的电压随所述开关电源的输入信号的增大而增大；阻抗元件，其一端连接所述第一开关的第二端并输出所述被检信号，其另一端接地；第二开关，其第一端连接所述原边控制器的电源端，其第二端连接所述原边控制器的输入端，其控制端接收所述电源控制信号的反相信号。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
本发明实施例提供一种开关电源的原边控制器，所述原边控制器包括：输入电压检测模块，其输入端接收被检信号，所述输入电压检测模块适于检测被检信号的电压以产生检测信号，当所述被检信号的电压高于第一高压阈值且持续时长超过第一预设时间，或者当所述被检信号的电压低于第一低压阈值且持续时长超过第二预设时间时，所述检测信号为第一电平，否则所述检测信号为第二电平，所述被检信号是根据所述开关电源的输入信号得到的，所述第一低压阈值低于所述第一高压阈值，所述第二电平不同于所述第一电平；控制器模块，接收所述开关电源中的反馈信号和电流采样信号，并根据所述反馈信号和电流采样信号生成控制信号；PWM信号生成模块，接收所述检测信号和所述控制信号，当所述检测信号为第二电平时，所述PWM信号生成模块适于根据所述控制信号生成PWM信号，当所述检测信号为第一电平时，所述PWM信号生成模块停止生成所述PWM信号；功率开关管，其控制端连接所述PWM信号生成模块的输出端。本发明实施例提供的原边控制器，可用作便携式电子设备的开关电源，能够检测所述开关电源的输入信号的输入电压是否为适于正常工作的额定电压，如果所述输入电压为过压或低压，所述原边控制器可以实现对所述输入电压的过压保护和欠压保护，能够克服过压烧毁功率开关管、欠压输出不规范波纹等不足。
进一步，所述第一计时模块包括：第一计时器，其输入端连接所述第一电压比较器的输出端，当所述第一计时器的计时时间超过第三预设时间时，所述第一计时器输出的过压控制信号为第一电平；第一锁存器，响应于所述过压控制信号为第一电平，接收并锁存所述过压控制信号；雷击计时滤波器，响应于所述第一锁存器的输出信号为第一电平，所述雷击计时滤波器开始计时，当所述雷击计时滤波器的计时时间超过第四预设时间时，所述雷击计时滤波器输出的浪涌控制信号为第一电平，所述第三预设时间与第四预设时间之和等于所述第一预设时间。通过本发明提供的技术方案，即使在正常工作过程中，负载电路遇到雷击，包含本发明实施例提供的原边控制器的开关电源也不会将雷击引起的短时间高电压判断为输入电压过压，从而可以保证在雷击状态下，负载电路仍然能够正常工作。
进一步，所述开关电源还包括：原边绕组，其异名端接收所述开关电源的输入信号，其同名端连接所述功率开关管的输入端；辅助绕组，其同名端连接二极管的阳极，其异名端接地，所述二极管的阴极连接至所述原边控制器的电源端；所述原边控制器的电源端经由启动电阻接收所述开关电源的输入信号；分压网络，其输入端接收所述开关电源的输入信号，其输出端输出所述被检信号。通过本发明提供的技术方案，可调整所述原边控制器以外的分压网络，以设置所述输入电压的过压阈值和欠压阈值，有利于灵活地为负载电路设置额定工作电压。
进一步，所述开关电源还包括：原边绕组，其异名端接收所述开关电源的输入信号，其同名端连接所述功率开关管的输入端；辅助绕组，其同名端连接二极管的阳极，其异名端接地，所述二极管的阴极连接至所述原边控制器的电源端；分压电阻，其一端接收所述输入信号，另一端连接所述原边控制器的输入端；所述原边控制器接收所述输入信号，所述原边控制器还包括：第一开关，其第一端连接所述原边控制器的输入端，其控制端接收电源控制信号，所述电源控制信号的电压随所述开关电源的输入信号的增大而增大；阻抗元件，其一端连接所述第一开关的第二端并输出所述被检信号，其另一端接地；第二开关，其第一端连接所述原边控制器的电源端，其第二端连接所述原边控制器的输入端，其控制端接收所述电源控制信号的反相信号。通过本发明提供的开关电源，所述分压电阻和所述阻抗元件组成分压网络，所述开关电源的启动电阻可以复用原边控制器的分压电阻，简化了所述开关电源的电路结构，减小了开关电源的芯片体积和成本。
附图说明
图1是现有的一种开关电源的系统结构示意图；
图2是本发明实施例的一种开关电源的原边控制器的结构示意图；
图3是图2所示原边控制器内的一种输入电压检测模块的结构示意图；
图4是图3所示输入电压检测模块的一种具体实施方式的结构示意图；
图5是图4所示输入电压检测模块内的一种雷击计时滤波器的结构示意图；
图6是本发明实施例的一种开关电源的结构示意图；
图7是图6所示实施例的开关电源电路的工作波形示意图；
图8是图6所示实施例的开关电源电路在雷击状态下的工作波形示意图；
图9是图2所示原边控制器内的又一种输入电压检测模块的结构示意图；
图10是本发明实施例的又一种开关电源的结构示意图；
图11是图10所示实施例的开关电源电路的工作波形示意图；
图12是图2所示原边控制器内的另一种输入电压检测模块的结构示意图；
图13是本发明实施例的另一种开关电源的结构示意图。
具体实施方式
本领域技术人员理解，如背景技术所言，传统的开关电源在过压时，可能烧毁功率开关管，在欠压时输出波纹可能不符合规范要求。
本发明实施例提供一种开关电源的原边控制器，所述原边控制器包括：输入电压检测模块，其输入端接收被检信号，所述输入电压检测模块适于检测被检信号的电压以产生检测信号，当所述被检信号的电压高于第一高压阈值且持续时长超过第一预设时间，或者当所述被检信号的电压低于第一低压阈值且持续时长超过第二预设时间时，所述检测信号为第一电平，否则所述检测信号为第二电平，所述被检信号是根据所述开关电源的输入信号得到的，所述第一低压阈值低于所述第一高压阈值，所述第二电平不同于所述第一电平；控制器模块，接收所述开关电源中的反馈信号和电流采样信号，并根据所述反馈信号和电流采样信号生成控制信号；PWM信号生成模块，接收所述检测信号和所述控制信号，当所述检测信号为第二电平时，所述PWM信号生成模块适于根据所述控制信号生成PWM信号，当所述检测信号为第一电平时，所述PWM信号生成模块停止生成所述PWM信号；功率开关管，其控制端连接所述PWM信号生成模块的输出端。本发明实施例提供的原边控制器，可用作便携式电子设备的开关电源，能够检测所述开关电源的输入信号的输入电压是否为适于正常工作的额定电压，如果所述输入电压为过压或低压，所述原边控制器可以实现对所述输入电压的过压保护和欠压保护，能够克服过压烧毁功率开关管、欠压输出不规范波纹等不足。
为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
图2是本发明实施例的一种开关电源的原边控制器的结构示意图。参考图2，所述开关电源的原边控制器20(以下简称原边控制器20)可以包括输入电压检测模块201(也即图2显示的输入电压检测)、PWM信号生成模块202(也即图2显示的PWM)、控制器模块203(也即图2显示的控制器)和功率开关管M1。
具体而言，所述输入电压检测模块201可以从其输入端(也即图2显示的被检信号BOOVP的输入端口)接收被检信号BOOVP，所述被检信号BOOVP是从外部的开关电源的输入信号得到的，例如，所述被检信号BOOVP是经开关电源内的分压网络进行分压处理得到的。在接收到所述被检信号BOOVP后，所述输入电压检测模块201可以检测被检信号BOOVP的电压以产生检测信号，当所述被检信号BOOVP的电压高于第一高压阈值VH1(图未示)且持续时长超过第一预设时间T1(图未示)时，所述检测信号BOOVP为第一电平(例如，为高电平)或者，当所述被检信号BOOVP的电压低于第一低压阈值VL1且持续时长超过第二预设时间T2时，所述检测信号BOOVP为第一电平(例如，为高电平)。否则，在其它情况下，所述检测信号BOOVP为第二电平(例如，为低电平)。
其中，所述第一低压阈值可以低于所述第一高压阈值，所述第二电平不同于所述第一电平。所述第一电平为高电平时，所述第二电平可以为低电平。具体实施中，当被检信号BOOVP的电压低于第一低压阈值VL1并持续第二预设时间T2时，意味着开关电源电路可以判断该开关电源电路的输入电压低于输入电压的最低额定电压，检测信号可以置为高电平，关闭开关电源电路的输出，也即PWM信号生成模块202停止产生PWM信号。同理，当被检信号BOOVP信号的电压高于第一高压阈值VH1并持续第一预设时间T1后，所述开关电源电路可以断定该开关电源电路的输入电压高于输入电压的最高额定电压，检测信号将被置为高电平，PWM信号生成模块202停止产生PWM信号。
作为变化例，所述第一电平可以为低电平，所述第二电平为高电平，此时，开关电源电路的工作原理如上所述，不再赘述。
下面，本说明书以第一电平为高电平，第二电平为低电平为例进行详细说明。
所述PWM信号生成模块202从输入电压电测模块2010接收所述被检信号BOOVP，并接收控制器模块203生成的控制信号。当所述检测信号为第二电平(以下均以低电平替代第二电平)时，所述PWM信号生成模块202根据所述控制信号生成PWM信号。当所述检测信号为第一电平(以下均以高电平替代第一电平)时，所述PWM信号生成模块202停止产生所述PWM信号。
其中，所述控制器模块203的第一输入端与功率开关管M1的源极相连，第二输入端接收所述开关电源中的反馈信号(反馈端口FB输出的信号)和电流采样端口CS生成的电流采样信号，并根据所述反馈信号和电流采样信号生成所述控制信号。
所述功率开关管M1的栅极与PWM信号生成模块202的输出端连接。输入电压检测模块201的输出端与PWM信号生成模块的第一输入端相连；功率开关管M1的漏极与原边控制器20的开关端口SW连接。
作为一个非限制性实施例，图3是图2所示实施例中的输入电压检测模块201的一种具体实施方式，图3所示的输入电压检测模块30可以包括第一电压比较器301、第二电压比较器302、第一计时模块303、第二计时模块304和逻辑电路305。
具体而言，所述第一电压比较器301的负端接收所述被检信号BOOVP信号，当检测信号FAULT信号为低电平(例如开关电源电路正常工作)时，所述第一电压比较器301的正端可以接收所述第一高压阈值VH1，其输出端与所述第一计时模块303相连。
所述第二电压比较器302的正端接收所述被检信号BOOVP信号，当检测信号FAULT信号为高电平(例如开关电源电路未上电)时，所述第二电压比较器302的负端接收所述第一低压阈值VL1，其输出端与所述第二计时模块304相连。
所述逻辑电路305接收所述第一计时模块303和所述第二计时模块304的输出信号，根据所述第一计时模块303和第二计时模块304的输出信号可以确定所述检测信号FAULT为高电平或者为低电平。
进一步，所述第一电压比较器301可以用于比较所述被检信号BOOVP的电压和所述第一高压阈值VH1，当所述第一电压比较器301检测到所述被检信号BOOVP高于所述第一高压阈值VH1时，所述第一计时模块开始计时。
类似地，所述第二电压比较器302可以用于比较所述被检信号BOOVP的电压和所述第一低压阈值VL1，当所述第二电压比较器302检测到所述被检信号BOOVP的电压低于所述第一低压阈值VL1时，所述第二计时模块开始计时，根据所述第一计时模块303和所述第二计时模块304的输出信号可以确定所述检测信号FAULT为高电平或者为低电平。
作为一个非限制性实施例，结合图3和图4，所述输入电压检测模块30中的第一计时模块303可以包括第一计时器3031、第一锁存器3032和雷击计时滤波器3033。
具体地，所述第一计时器3031的输入端连接所述第一电压比较器301的输出端，当所述第一电压比较器301输出低电平，所述第一计时器可以从外部负载电路(图未示)接收震荡信号LOAD并开始计时，当所述第一计时器3031的计时时间超过第三预设时间T3时，所述第一计时器3031输出的过压控制信号OVP_CTRL为高电平；在接收到高电平的过压控制信号OVP_CTRL后，所述第一锁存器3032将接收并锁存所述过压控制信号OVP_CTRL。此时，所述第一锁存器3032的输出信号为高电平。
响应于所述第一锁存器3032输出的高电平信号，所述雷击计时滤波器3033开始计时。当所述雷击计时滤波器3033的计时时间超过第四预设时间T4时，所述雷击计时滤波器3033输出的浪涌控制信号SURGE_CTRL为高电平。其中，所述第三预设时间T3与第四预设时间T4之和等于所述第一预设时间T1。
参考图4，所述第二计时模块304(图未示)可以包括第二计时器3041。所述第二计时器3041的第一输入端连接所述第二电压比较器302的输出端，第二输入端可以从外部负载电路(图未示)接收其输出信号LOAD。当所述第二电压比较器302的输出信号为低电平时，所述第二计时器3041开始计时，当计时时间超过所述第二预设时间T2时，所述第二计时器输出的欠压控制信号BO_CTRL为高电平。
当所述欠压控制信号BO_CTRL为高电平时，所述第一或门OR1的输出信号为高电平，第三锁存器3051将该高电平锁存，并将输出的检测信号FAULT置为高电平。当检测信号FAULT置为高电平时，PWM信号生成模块202可以停止产生PWM信号。
参考图4，所述逻辑电路305可以包括与门AND、第一或门OR1和第三锁存器3051。
具体而言，与门AND的第一输入端接收所述浪涌控制信号SURGE_CTRL，其第二输入端接收所述过压控制信号OVP_CTRL，当二者均为高电平时，与门AND输出高电平信号，第一或门OR1的输出信号为高电平，此时，第三锁存器3051可以从第一或门的输出端接收该高电平信号。所述第三锁存器3051可以将该高电平锁存，并将输出的检测信号FAULT置为高电平。当检测信号FAULT置为高电平时，PWM信号生成模块202将停止产生PWM信号。
参考图5，作为一个非限制性实施例，所述雷击计时滤波器3033可以包括第三计时器30331、第二锁存器30332。所述第三计时器30331从第一锁存器3032的输出端接收所述过压控制信号OVP_CTRL，并可以从外部负载电路(图未示)接收其输出信号LOAD。
其中，第三计时器30331的第一输入端与第一锁存器3032的输出端相连，所述震荡信号LOAD为所述第三计时器30331提供时钟信号；所述第三计时器30331的输出端分别与所述第二锁存器30332的第一输入端相连；第三计时器30331的第二输入端与外部负载电路(图未示)的输出信号LOAD相连。之后，所述第二锁存器30332的输出端可以输出所述浪涌控制信号SURGE_CTRL。
具体实施中，结合图4和图5，在所述过压控制信号OVP_CTRL为高电平后，所述第一锁存器3032锁存高电平过压控制信号OVP_CTRL，响应于所述第一锁存器3032的输出信号为高电平，所述第三计时器30331开始计时。当所述第三计时器30331的计时时间超过所述第四预设时间T4时，所述第三计时器30331的输出信号为高电平，也即如果第一锁存器输出的高电平保持第四预设时间T4，则所述雷击计时滤波器3033将浪涌控制信号SURGE_CTRL置为高电平。进一步，当所述第三计时器30331的计时时间超过所述第四预设时间T4时，将清空所述第一锁存器3032的锁存值。
进一步，所述第二锁存器30332连接所述第三计时器30331的输出端。如果所述第三计时器30331的输出信号为高电平，则所述第二锁存器30332锁存所述第三计时器30331的输出信号，所述第二锁存器30332的输出端输出高电平的浪涌控制信号SURGE_CTRL。
进一步，所述雷击计时滤波器3033还可以包括第四计时器30333。其中，所述第四计时器30333的输入端与所述第三计时器30331的输出端相连；所述第四计时器30333的输出端与第二锁存器30332的第二输入端相连；所述第二锁存器30332的输出端输出信号为所述浪涌控制信号SURGE_CTRL。
具体实施中，当所述第三计时器30331的输出信号为高电平时，所述第四计时器30333开始计时，当所述第四计时器30333的计时时间超过第五预设时间T5时，可以清空所述第二锁存器30332的锁存值，所述第二锁存器30332的输出信号SURGE_CTRL将被置为低电平。
作为另一个非限制性实施例，参考图4，所述输入电压检测模块30还可以包括重置模块306。其中，所述重置模块306可以包括第二或门OR2、第五计时器3061。进一步地，所述重置模块306还包括振荡器3062，以对所述第五计时器3061提供时钟信号。其中，所述第二或门OR2的第一输入端连接所述第一电压比较器301的输出端，第二输入端连接所述第二电压比较器302的输出端；其输出端连接所述第五计时器3061，所述第五计时器3061的输出端连接所述第三锁存3051。
具体实施中，当所述被检信号BOOVP的电压低于第一高压阈值VH1且高于第一低压阈值VL1，而且所述第五计时器3061的计时持续时长超过第六预设时间T6时，所述第三锁存器3051的锁存值将被清空，以使得所述第三锁存器3051输出的检测信号FAULT置为低电平。
更具体而言，第一电压比较器301的正端除可以接收第一高压阈值VH1外，还可以接收第一规范阈值VR1。第二电压比较器302的负端除接收第一低压阈值VL1外，还可以接收第二规范阈值VR2。当检测信号FAULT为高电平，且所述被检信号BOOVP的电压小于第一规范阈值VR1并持续第六预设时间T6时，或者，所述被检信号BOOVP的电压大于第二规范阈值VR2并持续第六预设时间T6时，开关电源电路可以将所述开关电源的输入信号的电压确定为额定电压，允许负载电路正常工作。
其中第一预设时间T1、第二预设时间T2、第三预设时间T3、第四预设时间T4随着负载(图未示)的增加而减小；且第一低压阈值VL1<第二规范阈值VR2<第一规范阈值VR1<第一高压阈值VH1。
图6是本发明实施例的一种开关电源的结构示意图。参考图6，开关电源50可以包括原边绕组模块501、原边控制器502、与原边控制器的电流采样端口CS连接的原边电流采样回路503、与变压器T1副边连接的直流电输出级电路504以及与变压器T1辅助绕组Na连接的原边控制器的电源端VDD的供电回路和电压反馈回路505。
其中，所述原边绕组模块501接收所述开关电源的输入信号VIN，输入电容Cin的一端接收所述输入信号VIN，另一端接地。钳位电路5011的一端接收所述输入信号VIN和变压器T1的原边绕组Np的异名端、另一端连接变压器T1的原边绕组Np的同名端。而且，所述原边绕组Np的异名端还接收所述开关电源的输入信号VIN，其同名端连接所述功率开关管M1的输入端。
进一步，所述辅助绕组Na的同名端连接二极管的阳极，其异名端接地，所述二极管的阴极连接至所述原边控制器502的电源端。
进一步，所述原边控制器502包括PWM信号生成模块5023(也即图示PWM)、连接PWM信号生成模块5023的控制器模块(也即图示控制器)5022以及功率开关管M1。所述原边电流采样回路503包括电阻R5。所述直流电输出级电路504包括变压器T1副边绕组Ns，以及与其同名端连接的二极管D2、输出电容Cout、负载5041和电阻Rout。
进一步，所述供电回路和电压反馈回路505包括变压器T1的辅助绕组Na，其同名端连接电容Cvdd、反馈分压电阻R4和反馈分压电阻R7，并连接二极管D1的阳极、启动电阻R6。启动电阻R6接收所述输入信号VIN。原边控制器502的反馈端口FB连接反馈分压电阻R4和反馈分压电阻R7。所述原边控制器502的电源端VDD经由启动电阻R6接收所述开关电源50的输入信号VIN。
较之现有的开关电源10(如图1所示)，本发明实施例提供的开关电源50还可以包括输入电压检测模块5021(也即图示输入电压检测，位于所述原边控制器502内)，所述输入电压检测模块5021的子模块如图3、图4、图5所述，这里不再赘言。
此外，所述开关电源50还可以包括分压网络506。所述分压网络506的输入端接收所述开关电源50的输入信号VIN，输出端输出所述被检信号BOOVP。
如图6所示，具体而言，分压网络506可以包括电阻R1和电阻R2。其中，所述电阻R1的第一端接收所述输入信号VIN，第二端输出所述被检信号BOOVP；所述电阻R2的第一端连接所述电阻R1的第二端，第二端接地。此时，被检信号BOOVP的电压与开关电源50的工作状态无关，被检信号BOOVP的电压为
其中输入信号VIN的电压即为输入电容Cin的电压。
图7是图6所示实施例的开关电源电路的工作波形示意图。结合图6和图7，所述开关电源50启动时，检测信号FAULT默认为高电平。随着所述输入信号VIN的电压逐渐增加，被检信号BOOVP的电压也开始增加。当被检信号BOOVP的电压大于第二规范阈值VR2，并持续第五预设时间T6后，将检测信号FAULT置为低电平，允许开关电源50电路输出PWM信号，以使负载5041正常工作。
结合图4至图7，当被检信号BOOVP的电压大于第一高压阈值VH1时，并持续第三预设时间T3后，将过压控制信号OVP_CTRL置为高电平。雷击计时滤波器3033内的第三计时器开始计时，如果所述第三计时器的计时时长达到第四预设时间T4，则将浪涌控制信号SURGE_CTRL置为高电平，此时，过压控制信号OVP_CTRL和浪涌控制信号SURGE_CTRL均为高电平，意味着被检信号BOOVP的电压大于第一高压阈值VH1且持续时长已超过第三预设时间T3，因而，逻辑电路306将输出高电平信号。也即，开关电源50将判断输入信号VIN的电压为输入过压，使得检测信号FAULT为高电平，PWM信号生成模块5023停止输出PWM信号。其中，第二预设时间T2、第三预设时间T3、第四预设时间T4将随着负载5041的增大而减小。
需要说明的是，所述雷击计时滤波器3033内的第四计时器30333开始计时并在达到第五预设时间T5后，清空第二锁存器3032，其中，第五预设时间T5的持续时间大于市电周期。在芯片设计阶段，需设计第四预设时间T4大于雷击引起的输入电容电压过冲的保持时间。因而，如果第三计时器的计时时长超出第四预设时间T4，则认为输入信号为非雷击信号，并使PWM信号生成模块5023停止输出PWM信号，否则为雷击信号，PWM信号生成模块5023继续输出PWM信号。
当被检信号BOOVP的电压高于第一规范阈值VR1时，并持续第六预设时间T6后，将过压控制信号OVP_CTRL信号置为低电平，同时将检测信号FAULT置为低电平，使得PWM信号生成模块5023输出PWM信号。
当被检信号BOOVP的电压继续降低，且低于第一低压阈值VL1时，并持续第二预设时间T2后，将欠压控制信号BO_CTRL信号置为高电平，同时将检测信号FAULT置为高电平，使得PWM信号生成模块5023停止输出PWM信号。
此时，开关电源的输入欠压阈值VBO为
结合图4、图5、图6和图8，所述开关电源50正常工作时发生雷击，在雷击状态下，输入电容Cin电压瞬时升高，之后慢慢降低恢复为正常值。在此期间，被检信号BOOVP的电压急速增长至超出第一高压阈值VH1，第一计时模块303内的第一计时器3031开始计时，达到第三预设时间T3后，开关电源50将过压控制信号OVP_CTRL置为高电平。此时，雷击计时滤波器3033内的第三计时器30331开始计时，由于雷击状态能力不能持续，所以输入电容Cin电压正在逐渐降低，在未达到第四预设时间T4之前，其电压已降至正常值(例如图8中小于第一规范阈值)，在此时间段内，第三计时器30331的计时时长为T4’。在被检信号BOOVP的电压低于第一规范阈值VR1，并持续第五预设时间T5后，开关电源50将过压控制信号OVP_CTRL置为低电平。
由于开关电源50内部设置的第四预设时间T4大于计时时长T4’，因而，浪涌控制信号SURGE_CTRL在雷击状态下始终保持低电平，即逻辑电路305的输出信号为低电平，雷击引起的输入电容电压过冲不会被开关电源50判断为输入电压过压，从而保证雷击状态下，检测信号FAULT仍为低电平，使得PWM信号生成模块5023持续输出PWM信号，负载5041能够正常工作。本领域人员理解，第四预设时间T4也可称为雷击屏蔽时间T4。
此时，开关电源50的输入过压阈值VVOP为
图9是图2所示原边控制器内的又一种输入电压检测模块的结构示意图。作为一种变化实施例，较之图4所示的输入电压检测模块30，图9所示的输入电压检测模块60还包括过压调整模块307。所述过压调整模块307可以在所述被检信号BOOVP的电压高于第二高压阈值VH2时，对所述输入电压检测模块60的输入端进行充电。
其中，所述第二高压阈值VH2低于所述第一规模阈值VR1、所述第一规模阈值VR1低于所述第一高压阈值VH1、所述第二高压阈值VH2高于所述第二规范阈值VR2、所述第二规范阈值VR2高于所述第一低压阈值VR1。
具体实施中，所述过压调整模块307可以包括第三电压比较器3071、第六计时器3072和电流镜Ic。
所述第三电压比较器3071的正端与被检信号BOOVP的输入端口、电流镜Ic的输出端相连；第三电压比较器3071的负端可以接收所述第二高压阈值VH2和第二低压阈值VL2；第三电压比较器3071的输出端与第六计时器3072的第一输入端连接，所述第六计时器3072的第二输入端接收外部负载(图未示)输出的时钟信号LOAD；所述第六计时器3072的输出端分别与电流镜Ic的输入端和第三电压比较器3071的负端连接。
进一步，在开关电源电路启动时，被检信号BOOVP的电压较低。如果被检信号BOOVP的电压低于第二高压阈值VH2，则第三电压比较器3071输出低电平，此时电流镜Ic处于关闭状态。
之后，所述第三电压比较器3071可以比较所述被检信号BOOVP的电压和第二高压阈值VH2，当所述被检信号BOOVP的电压高于第二高压阈值VH2时输出高电平，所述第六计时器3072开始计时。当计时达到第七预设时间T7时，将输出电流启动信号I_SET。所述电流启动信号I_SET可以置为高电平，否则为低电平。在所述电流启动信号I_SET为高电平后，将电流镜Ic打开，电流镜Ic向被检信号BOOVP的输入端口流出稳定电流I_BO；同时，所述第三电压比较器3071比较第二低压阈值VL2与所述被检信号BOOVP的电压，如果被检信号BOOVP的电压高于第二低压阈值VL2，则输出高电平，使得开关电源电路工作时，电流镜Ic能够持续流出稳定电流I_BO。
本领域技术人员理解，所述第三电压比较器3071的负端与被检信号BOOVP的输入端口、电流镜Ic的输出端相连；所述第三电压比较器3071的正端接收所述第二高压阈值VH2和第二低压阈值VL2，此时，在电流启动信号I_SET为低电平时打开电流镜，以对所述输入电压检测模块70的输入端进行充电。
图10是本发明实施例的又一种开关电源的结构示意图，所述开关电源70的原边控制器702包含图9所示的输入电压检测模块60。结合图4、图6、图9和图10可知，图6中的原边控制器502与图10原边控制器702的区别仅在于图6中的输入电压检测模块5021和图10中的输入电压检测模块5021有所不同。在开关电源70中，图10中的输入电压检测模块7021还包括过压调整模块307。
进一步，图10所示的开关电源70也包含分压网络706，其输入端接收所述开关电源70的输入信号VIN，其输出端输出所述被检信号BOOVP。对比图6和图10可以发现，所述分压网络706可以包括电阻R1、电阻R2和电阻R3，比图6所示的分压网络506多了电阻R3。结合过压调整模块307(如图9所示)和电阻R3，当电流镜Ic向被检信号BOOVP的输入端口流出稳定电流I_BO时，被检信号BOOVP的电压为
其中VIN为输入电容Cin的电压。
具体而言，电阻R1的第一端接收所述输入信号VIN，第二端连接电阻R2的第一端；电阻R2的第一端连接所述电阻R1的第二端，其第二端接地。电阻R3的第一端连接所述电阻R1的第二端和所述电阻R2的第一端，其第二端输出所述被检信号BOOVP。
关于所述开关电源70的其他模块的工作原理、工作方式的更多内容，可以参照上述图6所示开关电源实施例、图9所示输入电压检测模块实施例中的相关描述，这里不再赘述。
结合图3至图5、图9至图11，图11描述了开关电源70的输入信号VIN的电压从欠压到过压的工作波形变化趋势。开关电源70启动时，检测信号FAULT默认为高电平。
随着输入信号VIN的电压逐渐增加，被检信号BOOVP的电压也随之增加，当被检信号BOOVP的电压高于第二规范阈值VR2且持续第六预设时间T6时，检测信号FAULT被置为低电平，开关电源70将通过PWM信号生成模块7023输出PWM信号。
当被检信号BOOVP的电压大于第二高压阈值VH2并持续第七预设时间T7时，电流启动信号I_SET将被置为高电平并打开电流镜Ic，电流镜Ic向被检信号BOOVP的输入端口流出稳定电流I_BO。
此时，被检信号BOOVP的电压为
其中VIN为输入电容Cin的电压。
其中，第六计时器3072输出的电流启动信号I_SET为低电平时，第三电压比较器3071将被检信号BOOVP的电压与第二高压阈值VH2进行比较，当被检信号BOOVP电压大于所述第二高压阈值VH2时，所述第三电压比较器3071输出为高电平。之后，第六计时器3072将输出的电流启动信号I_SET置为高电平。电流启动信号I_SET为高电平后，第三电压比较器3071比较被检信号BOOVP的电压和第二低压阈值VL2，将保持电流启动信号I_SET处于高电平。
当被检信号BOOVP的电压大于第一高压阈值VH1并持续第三预设时间T3后，将过压控制信号OVP_CTRL置为高电平。之后，雷击计时滤波器内的第三计时器3033开始计时，如果计时时长超过第四预设时间T4，则将浪涌控制信号SURGE_CTRL置为高电平，并保持第五预设时间T5。在第五预设时间T5时间内，过压控制信号OVP_CTRL为高电平，即被检信号BOOVP的电压大于第一高压阈值且持续时间超出第三预设时间T3，因而，开关电源将判断为输入过压，PWM信号生成模块停止输出PWM信号。其中，开关电源电路在设计时，设置的第四预设时间T4应大于雷击引起的输入电容电压过冲保持时间，且第五预设时间T5大于市电周期。
当被检信号BOOVP的电压大于第一高压阈值时，判断为输入过压。
当被检信号BOOVP的电压小于第一规范阈值VR1时，并持续第六预设时间T6，过压控制信号OVP_CTRL信号将置为低电平，同时将检测信号FAULT置为低电平，开关电源70允许PWM信号生成模块5023输出PWM信号。此时，开关电源的输入过压阈值为
当被检信号BOOVP的电压小于第二低压阈值VL2时，并持续第七预设时间T7时间后，第三电压比较器输出低电平电流启动信号I_SET，电流镜Ic关闭。此时，被检信号BOOVP的电压为
当被检信号BOOVP的电压小于第一低压阈值VL1时，并持续第二预设时间T2时间后，将欠压信号BO_CTRL信号置为高电平，同时将检测信号FAULT置为高电平，关闭PWM信号生成模块，即停止输出PWM信号。此时，开关电源的输入欠压阈值VBO为
本领域技术人员理解，可通过设置电阻R1和电阻R2调整输入欠压阈值，通过调整电阻R3可以对输入过压阈值进行微调。
图12是图2所示原边控制器内的另一种输入电压检测模块的结构示意图。对比图4所示的输入电压检测模块30，图12所示的输入电压检测模块80除包含图4所示的输入电压检测模块30的全部子模块之外，还包括第一开关S1和阻抗元件308。进一步，所述输入电压检测模块80还包括第二开关S2和反相器G1，所述反相器G1接收所述电源控制信号VDDON的反相信号，以控制所述第一开关S1闭合或打开。其中，所述电源控制信号VDDON的电压随所述开关电源的输入信号VIN的增大而增大。
具体而言，所述第一开关S1的第一端连接所述原边控制器的输入端(也即被检信号BOOVP的输入端口)，其第二端输出所述被检信号BOOVP，其控制端接收所述电源控制信号VDDON，所述电源控制信号VDDON的电压随所述开关电源的输入信号的增大而增大。
所述阻抗元件308的一端连接所述第一开关S1的第二端，另一端接地。所述阻抗元件可以是电阻、电流镜、电压跟随器中的一种。
所述第二开关S2的第一端连接所述原边控制器902的电源端VDD端口，其第二端连接所述原边控制器的输入端，其控制端接收所述电源控制信号VDDON的反相信号，以使得所述第一开关S1与所述第二开关S2处于不同开关状态。
图13是本发明实施例的另一种开关电源的结构示意图。对比图6或图10给出的开关电源，所述开关电源90不需要额外增加分压网络，即可结合原边控制器902实现检测输入电压的功能，其中，所述原边控制器902内的输入电压检测模块9021即为图12所示的输入电压检测模块80。
具体而言，输入电压检测模块80包含阻抗元件308。当启动电阻R6与所述被检信号BOOVP的输入端口连接，且经第二开关与所述原边控制器902的电源端VDD连接，即可启动开关电源电路90。
进一步，所述启动电阻R6与所述阻抗元件308结合，可以实现输入电压检测功能。所述开关电源90可以通过微调电阻R6调整输入过压阈值和输入欠压阈值。
具体而言，当原边控制器902的电源端VDD的电压小于开关电源的启动电压时，电源控制信号VDDON为低电平，经反相器G1输出高电平，控制第二开关S2导通(第一开关S1打开)，启动电阻R6通过第二开关S2与所述电源端VDD相连，通过电阻R6给所述原边控制器902充电，所述电源端VDD的电压缓慢上升；当所述电源端VDD的电压大于启动电压时，所述电源控制信号VDDON为高电平，经反相器G1输出低电平信号，导致第二开关S2打开，第一开关S1导通，此时，启动电阻R6通过第一开关S1与阻抗元件308、第一电压比较器301的负端、第二电压比较器的正端相连。启动电阻R6和阻抗元件308组成第一分压电路，可用于检测输入电压值。当第二开关S2打开、第一开关S1导通时，被检信号BOOVP的电压为
其中VIN为输入电容Cin的电压。
通过第一开关S1、第二开关S2可以实现开关电源90的启动电阻R6作为分压网络中的一个电阻(例如，图6或图10所示的电阻R1)，实现启动电阻和分压电阻的复用。可见，采用开关电源90的结构，可以简化开关电源，降低系统成本。
结合图12和图13，本领域技术人员理解，通过设置电阻R6、阻抗元件308可以实现对输入欠压阈值和输入过压阈值的调整。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种开关电源的原边控制器，其特征在于，包括：
输入电压检测模块，其输入端接收被检信号，所述输入电压检测模块适于检测被检信号的电压以产生检测信号，当所述被检信号的电压高于第一高压阈值且持续时长超过第一预设时间，或者当所述被检信号的电压低于第一低压阈值且持续时长超过第二预设时间时，所述检测信号为第一电平，否则所述检测信号为第二电平，所述被检信号是根据所述开关电源的输入信号得到的，所述第一低压阈值低于所述第一高压阈值，所述第二电平不同于所述第一电平；
控制器模块，接收所述开关电源中的反馈信号和电流采样信号，并根据所述反馈信号和电流采样信号生成控制信号；
PWM信号生成模块，接收所述检测信号和所述控制信号，当所述检测信号为第二电平时，所述PWM信号生成模块适于根据所述控制信号生成PWM信号，当所述检测信号为第一电平时，所述PWM信号生成模块停止生成所述PWM信号；
功率开关管，其控制端连接所述PWM信号生成模块的输出端。
2.根据权利要求1所述的原边控制器，其特征在于，所述输入电压检测模块包括：
第一电压比较器，适于比较所述被检信号的电压和所述第一高压阈值；
第一计时模块，当所述第一电压比较器检测到所述被检信号高于所述第一高压阈值时，所述第一计时模块开始计时；
第二电压比较器，适于比较所述被检信号的电压和所述第一低压阈值；
第二计时模块，当所述第二电压比较器检测到所述被检信号低于第一低压阈值时，所述第二计时模块开始计时；
逻辑电路，根据所述第一计时模块和第二计时模块的输出信号得到所述检测信号。
3.根据权利要求2所述的原边控制器，其特征在于，所述第一计时模块包括：
第一计时器，其输入端连接所述第一电压比较器的输出端，当所述第一计时器的计时时间超过第三预设时间时，所述第一计时器输出的过压控制信号为第一电平；
第一锁存器，响应于所述过压控制信号为第一电平，接收并锁存所述过压控制信号；
雷击计时滤波器，响应于所述第一锁存器的输出信号为第一电平，所述雷击计时滤波器开始计时，当所述雷击计时滤波器的计时时间超过第四预设时间时，所述雷击计时滤波器输出的浪涌控制信号为第一电平，所述第三预设时间与第四预设时间之和等于所述第一预设时间。
4.根据权利要求3所述的原边控制器，其特征在于，所述雷击计时滤波器包括：
第三计时器，响应于所述第一锁存器的输出信号为第一电平开始计时，当所述第三计时器的计时时间超过所述第四预设时间时，所述第三计时器的输出信号为第一电平；
第二锁存器，连接所述第三计时器的输出端，响应于所述第三计时器的输出信号为第一电平，锁存所述第三计时器的输出信号，所述第二锁存器的输出端输出所述浪涌控制信号；
第四计时器，连接所述第三计时器的输出端，在所述第三计时器的输出信号为第一电平时，所述第四计时器开始计时，当所述第四计时器的计时时间超过第五预设时间时，重置所述第二锁存器。
5.根据权利要求3所述的原边控制器，其特征在于，所述第二计时模块包括：
第二计时器，其输入端连接所述第二电压比较器的输出端，响应于所述第二电压比较器的输出信号为第一电平开始计时，当计时时间超过所述第二预设时间时，所述第二计时器输出的欠压控制信号为第一电平。
6.根据权利要求1至5任一项所述的原边控制器，其特征在于，所述输入电压检测模块还包括：
过压调整模块，当所述被检信号的电压高于第二高压阈值时，对所述输入电压检测模块的输入端进行充电；
其中，所述第二高压阈值低于所述第一高压阈值，且高于所述第一低压阈值。
7.根据权利要求6所述的原边控制器，其特征在于，所述过压调整模块包括：
第三电压比较器，适于比较所述被检信号的电压和第二高压阈值；
第六计时器，连接所述第三电压比较器的输出端，响应于所述被检信号的电压高于所述第二高压阈值开始计时，当计时达到第七预设时间时，输出电流启动信号；
电流源，响应于所述电流启动信号，对所述输入电压检测模块的输入端进行充电。
8.一种开关电源，其特征在于，包括权利要求1至7任一项所述的原边控制器。
9.根据权利要求8所述的开关电源，其特征在于，还包括：
原边绕组，其异名端接收所述开关电源的输入信号，其同名端连接所述功率开关管的输入端；
辅助绕组，其同名端连接二极管的阳极，其异名端接地，所述二极管的阴极连接至所述原边控制器的电源端；
所述原边控制器的电源端经由启动电阻接收所述开关电源的输入信号；
分压网络，其输入端接收所述开关电源的输入信号，其输出端输出所述被检信号。
10.根据权利要求8所述的开关电源，其特征在于，还包括：
原边绕组，其异名端接收所述开关电源的输入信号，其同名端连接所述功率开关管的输入端；
辅助绕组，其同名端连接二极管的阳极，其异名端接地，所述二极管的阴极连接至所述原边控制器的电源端；
分压电阻，其一端接收所述输入信号，另一端连接所述原边控制器的输入端；
所述原边控制器接收所述输入信号，所述原边控制器还包括：
第一开关，其第一端连接所述原边控制器的输入端，其控制端接收电源控制信号，所述电源控制信号的电压随所述开关电源的输入信号的增大而增大；
阻抗元件，其一端连接所述第一开关的第二端并输出所述被检信号，其另一端接地；
第二开关，其第一端连接所述原边控制器的电源端，其第二端连接所述原边控制器的输入端，其控制端接收所述电源控制信号的反相信号。
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