CN111049394B - 电源电路、电路控制方法、电源适配器、及电子设备 - Google Patents

电源电路、电路控制方法、电源适配器、及电子设备 Download PDF

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Abstract

本公开提供了一种电源电路。所述电源电路包括有源钳位反激电路以及调节电阻电路。所述有源钳位反激电路包括检测电阻，所述检测电阻用于监控所述有源钳位反激电路的功率。所述调节电阻电路并联于所述检测电阻两端。其中，所述调节电阻电路包括调节电阻和开关控制模块，其中，所述调节电阻和所述开关控制模块串联。所述开关控制模块用于在所述检测电阻两端的电压满足预定条件时导通所述调节电阻电路，以及在所述检测电阻两端的电压不满足所述预定条件时断开所述调节电阻电路。本公开还提供了一种电路控制方法、一种电源适配器、以及一种电子设备。

Description

电源电路、电路控制方法、电源适配器、及电子设备
技术领域
本公开涉及一种电源电路、一种电路控制方法、一种电源适配器、以及一种电子设备。
背景技术
现今电子产品功率需求愈来愈高，相对的便是充电量大幅增加；为满足大功率的充电需求，充电器的体积势必会变的更大，如此一来，易造成使用者携带不便，或是机动性受限的情况。
目前有源箝位反激拓扑架构成为业界新的开发选项。有源箝位反激拓扑架构通过合适的箝位控制，可达到零电压开关(ZVS)，以消除开关损耗并降低电磁干扰(EMI)。然而有源箝位反激(Active Clamp Flyback)拓扑在空载(例如，输出功率0.5W以下)时，钳位管并不工作，此时钳位控制将失去改善电源电路性能的作用。
发明内容
本公开的一个方面提供了一种电源电路。所述电源电路包括有源钳位反激电路以及调节电阻电路。所述有源钳位反激电路包括检测电阻，所述检测电阻用于监控所述有源钳位反激电路的功率。所述调节电阻电路并联于所述检测电阻两端。其中，所述调节电阻电路包括调节电阻和开关控制模块，其中，所述调节电阻和所述开关控制模块串联。所述开关控制模块用于在所述检测电阻两端的电压满足预定条件时导通所述调节电阻电路，以及在所述检测电阻两端的电压不满足所述预定条件时断开所述调节电阻电路。
根据本公开的实施例，所述检测电阻两端的电压满足预定条件包括：所述检测电阻两端的电压小于预定电压值，所述预定电压值被设置为所述有源钳位反激电路在进入打嗝模式时所述检测电阻两端的临界电压。
根据本公开的实施例，所述开关控制模块包括第一mos管和所述第一mos管的控制单元。所述第一mos管的漏极与所述调节电阻串联，所述第一mos管的源极的信号接地，以及所述控制单元并联在所述第一mos管的栅极和所述第一mos管的漏极之间。
根据本公开的实施例，所述控制单元包括第二mos管、电容、第一电阻以及控制芯片。所述第二mos管的漏极与所述第一mos管的栅极电连接，所述第二mos管的源极与所述第一mos管的漏极电连接，以及所述第二mos管的栅极接所述控制芯片输出的第一电压信号。所述电容并联于所述第二mos管的源极和漏极之间。所述第一电阻的一端接所述控制芯片输出的第二电压信号，另一端与所述第二mos管的源极电连接。
根据本公开的实施例，所述控制单元还包括第二电阻。所述第二电阻的一端与所述第二mos管的栅极电连接，以及另一端接所述控制芯片输出的第三电压信号，其中，所述第三电压信号被用于延迟所述第二mos管的导通或关断。
根据本公开的实施例，所述第二电压信号被设置为固定电压值。所述第一电压信号被设置为在所述检测电阻两端的电压满足预定条件时所述第一电压信号为低电平，以及在所述检测电阻两端的电压不满足所述预定条件时，所述第一电压信号为高电平。
根据本公开的实施例，所述控制芯片还用于：检测所述检测电阻两端的电压；确定所述检测电阻两端的电压是否满足所述预定条件，得到第一判断结果；以及基于所述第一判断结果控制所述第一电压信号的输出。
本公开的另一方面提供了一种电路控制方法，用于控制如上所述的电源电路。所述方法包括：检测所述检测电阻两端的电压；确定所述检测电阻两端的电压是否满足所述预定条件；以及在所述检测电阻两端的电压满足预定条件时导通所述调节电阻电路，或者在所述检测电阻两端的电压不满足所述预定条件时断开所述所述调节电阻电路。
本公开的另一方面提供了一种电源适配器，其中，所述电源适配器包括如上所述的电源电路。
本公开的另一方面提供了一种电子设备，其中，所述电子设备包括如上所述的电源适配器。
附图说明
为了更完整地理解本公开及其优势，现在将参考结合附图的以下描述，其中：
图1示意性示出了根据本公开实施例的电源电路的拓扑结构图；
图2示意性示出了根据本公开一实施例的调节电阻电路的结构图；
图3示意性示出了根据本公开另一实施例的调节电阻电路的结构图；
图4示意性示出了根据本公开一实施例的电路控制方法的流程图；
图5示意性示出了根据本公开另一实施例电路控制方法的流程图；以及
图6示意性示出了本公开实施例的电源电路和单纯的有源钳位反激电路中在输出功率为0.25W时的性能对比。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。在使用类似于“A、B或C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B或C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。
附图中示出了一些方框图和/或流程图。应理解，方框图和/或流程图中的一些方框或其组合可以由计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，从而这些指令在由该处理器执行时可以创建用于实现这些方框图和/或流程图中所说明的功能/操作的装置。本公开的技术可以硬件和/或软件(包括固件、微代码等)的形式来实现。另外，本公开的技术可以采取存储有指令的计算机可读存储介质上的计算机程序产品的形式，该计算机程序产品可供指令执行系统使用或者结合指令执行系统使用。
本公开的实施例提供了一种电源电路。该电源电路包括有源钳位反激电路以及调节电阻电路。有源钳位反激电路包括检测电阻，检测电阻用于监控有源钳位反激电路的功率。调节电阻电路并联于检测电阻两端。其中，调节电阻电路包括调节电阻和开关控制模块，其中，调节电阻和开关控制模块串联。开关控制模块用于在检测电阻两端的电压满足预定条件时导通调节电阻电路，以及在检测电阻两端的电压不满足预定条件时断开调节电阻电路。
本公开的实施例还提供了一种包括上述电源电路的电源适配器、以及一种包括上述电源适配器的电子设备。
本公开的实施例还提供了一种用于控制上述电源电路的方法。该方法包括首先检测检测电阻两端的电压，然后确定检测电阻两端的电压是否满足预定条件，接着在检测电阻两端的电压满足预定条件时导通调节电阻电路，或者在检测电阻两端的电压不满足预定条件时断开调节电阻电路。
电源电路可以借助于有源钳位反激电路检测功率的方式，利用检测电阻来监控电压电路的输入功率。当调节电阻电路导通使得调节电阻与检测电阻两端并联后，调节电阻可以对检测电阻上的电流进行分流，从而使得通过检测电阻监控到的功率减小。这样，可以在不影响电路输出功率的情况下，使监控到的输入功率降低。这样的信号会反馈给有源钳位反激电路的控制系统(例如，集成电路)，使控制系统认为输出功率一定时所需的输入功率可以适度降低。因而，控制系统可以适度降低有电源电路的开关(即，有源钳位反击电路)的频率以及输入功率，进而降低电源电路的开关损耗。
尤其是，可以设计当电源电路进入打嗝模式(对应于电子设备处于关机或休眠等低功耗模式)时导通该调节电阻电路。这样在电子设备处于关机或休眠等低功耗模式时，可以使电源电路输入功率以及开关频率适度降低，减少开关功率损耗，并提高该电源电路的效率。
图1示意性示出了根据本公开实施例的电源电路100的拓扑结构图。
如图1所示，该电源电路100可以包括有源钳位反激电路110和调节电阻电路120。
有源钳位反激电路110包括检测电阻RCS。检测电阻RCS用于监控有源钳位反激电路的功率。检测电阻RCS通常可以与有源钳位反激电路110的开关1串联，其中，检测电阻RCS一端接开关S1，另一端可以接地。
调节电阻电路120并联于检测电阻RCS两端。
图2示意性示出了根据本公开一实施例的调节电阻电路120的结构图。
结合图1和图2，调节电阻电路120包括调节电阻RBSP和开关控制模块121，其中，调节电阻120和开关控制模块121串联。
开关控制模块121用于在检测电阻RCS两端的电压满足预定条件时导通调节电阻电路120，以及在检测电阻RCS两端的电压不满足预定条件时断开调节电阻电路120。其中，图2中引脚CS用于采集RCS两端的电压Vcs。
根据本公开的一个实施例，检测电阻RCS两端的电压满足预定条件包括：检测电阻RCS两端的电压小于预定电压值，预定电压值被设置为有源钳位反激电路110在进入打嗝模式(BM模式，Burst Mode)时检测电阻RCS两端的临界电压。
有源钳位反激电路110进入BM模式时，对应于电子设备工作于轻载模式，例如电子设备处于关机或者休眠状态等，电源功耗在0.5W左右甚至更低。其中，有源钳位反激电路110进入BM模式后，钳位管(即，电容CR和开关S2所在的电路)不工作。
具体地，在有源钳位反激电路110进入BM模式后，开关S2保持断开。有源钳位反激电路110就与传统的准谐振反激电路无异，钳位管起不到改善效率的作用。而根据公开的实施例，在有源钳位反激电路110进入BM模式后导通调节电阻电路120，使得调节电阻RBSP与检测电阻RCS两端并联，进而使得监控到检测电阻RCS的电压Vcs减小。相应地，反馈给控制有源钳位反激电路的输入端的控制系统的信息是，当前BM模式下维持电子设备输出功率(例如，0.5W)所需的输入功率可以适度降低。这样会使得控制系统适度降低有源钳位反激电路110的开关S1的频率以及输入功率，进而降低有源钳位反激电路110的开关损耗，提高电源电路100的效率。
图3示意性示出了根据本公开另一实施例的调节电阻电路的结构图。
如图3所示，结合图2，根据本公开的实施例，开关控制模块121可以包括第一mos管Q1和第一mos管Q1的控制单元。
第一mos管Q1的漏极Q1-2与调节电阻RBSP串联，第一mos管Q1的源极Q1-3的信号接地。
控制单元并联在第一mos管Q1的栅极Q1-1和第一mos管Q1的漏极Q1-2之间。控制单元可以通过控制第一mos管Q1的栅极Q1-1和源极Q1-3之间的电势差，来控制第一mos管Q1的导通与否。
更进一步的，根据本公开的实施例，控制单元可以包括第二mos管Q2、电容C1、第一电阻R1以及控制芯片122。
第二mos管Q2的漏极Q2-2与第一mos管Q1的栅极Q1-1电连接，第二mos管Q2的漏极Q2-2与第一mos管Q1的漏极Q1-2电连接，以及第二mos管Q2的栅极Q2-1接控制芯片输出的第一电压信号(即，来自于引脚PWMH的电压信号)。电容C1并联于第二mos管Q2的漏极Q2-2和源极Q2-3之间。
第一电阻R1的一端接控制芯片122输出的第二电压信号(即，来自引脚REF的电压信号)，另一端与第二mos管Q2的漏极Q2-2电连接。
根据本公开的实施例，引脚REF传输的第二电压信号被设置为固定电压值。在检测电阻两端RCS的电压满足预定条件时，引脚PWMH传输的第一电压信号为低电平，以及在检测电阻RCS两端的电压不满足预定条件时，引脚PWMH传输的第一电压信号为高电平。例如，可以通过控制引脚PWMH的导通或断开，来控制引脚PWMH输出的电平信号的高低。
根据本公开的实施例，控制芯片122还用于先检测检测电阻RCS两端的电压Vcs，然后确定检测电阻RCS两端的电压Vcs是否满足预定条件，得到第一判断结果，以及基于第一判断结果控制引脚PWMH输出的第一电压信号。其中，控制芯片122可以利用引脚CS用于采集RCS两端的电压Vcs。
当引脚PWMH传输的第一电压信号为低电平时(例如，0V)，第二mos管Q2断开。引脚REF传输的第二电压信号会导致电容C1两端存在电势差，这样可以导通第一mos管Q1，进而使得调节电阻电路120导通。
当引脚PWMH传输的第一电压信号为高电平时，第二mos管Q2导通，使得电容C1两端无电势差，从而无法导通第一mos管Q1，进而断开调节电阻电路120。
根据本公开的实施例，第一mos管Q1的控制单元还包括第二电阻R2。第二电阻R2的一端与第二mos管Q2的栅极Q2-1电连接，另一端接控制芯片122输出的第三电压信号(即，来自引脚RUN的电压信号)。第三电压信号被用于延迟第二mos管Q2的导通或关断。例如，第二电阻R2可以是一个大电阻，可以在引脚PWMH传输的第一电压信号由高电平切换为低电平的瞬间，延迟第二mos管Q2的断开，使得第二mos管Q2在短暂瞬间能够继续保持导通，避免产生短路或者烧坏电路元器件。
图4示意性示出了根据本公开一实施例的电路控制方法的流程图。
如图4所示，电源电路100的电路控制方法可以包括操作S401～偶作S404。
在操作S401，检测检测电阻RCS两端的电压Vcs。
在操作S402，确定检测电阻RCS两端的电压Vcs是否满足预定条件。若是，则执行操作S403；若否，则执行操作S404。
在操作S403，在检测电阻RCS两端的电压Vcs满足预定条件时导通调节电阻电路120。
在操作S404，在检测电阻RCS两端的电压Vcs不满足预定条件时断开调节电阻电路120。
图5示意性示出了根据本公开另一实施例电路控制方法的流程图。
如图5所示，根据本公开实施例，电源电路100的电路控制方法可以包括操作S501～操作S507。
首先在操作S501，检测检测电阻RCS两端的电压Vcs。
接着在操作S502，判断电压Vcs是否大于设计要求的基准电压。若是，则执行操作S503，控制电源电路100降低输出电流Io。若否则执行操作S504。
在操作S504，判断电压Vcs是否大于等于打嗝模式(BURST MODE)的临界电压值。若是在执行操作S505，若否则执行操作S506。
在操作S505，电压Vcs大于等于打嗝模式(BURST MODE)的临界电压值，说明电源电路100当前处于重载(例如，输出功率大于20W)、或者轻载(例如，输出功率在5W～10W)模式，此时引脚PWMH输出高电平的第一电压信号，第二MOS管Q2被导通，第一MOS管Q1断开，调节电阻电路120未接入有源钳位电路110中。因此，此时电源电路100就是有源钳位电路110。
在操作S506，电压Vcs小于打嗝模式(BURST MODE)的临界电压值，说明电源电路100当前进入空载模式(电子设备关机或休眠，功率在0.5W左右)。接着在操作S507中，引脚PWMH输出低电平的第一电压信号，第二MOS管Q2被断开，而第一MOS管Q1导通，从而调节电阻电路120接入有源钳位电路110中，使得调节电阻RBSP与检测电阻RCS并联。
调节电阻RBSP与检测电阻RCS并联后，会使得监控到检测电阻RSC的电压Vcs减小。相应地，反馈给控制有源钳位反激电路的输入端的控制系统的信息就是，当前BM模式下维持电子设备输出功率(例如，0.5W)所需的输入功率可以适度降低。这样会使得控制系统适度降低有源钳位反激电路110的开关S1的频率以及输入功率，进而降低有源钳位反激电路110的开关损耗，提高有源钳位反激电路110的效率。
图6示意性示出了本公开实施例的电源电路和单纯的有源钳位反激电路中在输出功率为0.25W时的性能对比。
图6所示性能对比是在以下条件下获得的：电源电路100中的调节电阻电路120为如图3所示的结构，其中，检测电阻RCS＝0.148Ω，调节电阻RBSP＝390Ω，输出功率＝0.25W。
在输入电压为90V的交流电时，在满足输出功率＝0.25W时，电源电路100与单纯的有源钳位反激电路相比，输入功率明显减少，能效转换效率(即，输出功率/输入功率)从45.4％提升到53.2％。
在输入电压为230V的交流电时，在满足输出功率＝0.25W时，电源电路100与单纯的有源钳位反激电路相比，输入功率也明显减少，能效转换效率从40.3％提升到51％。而且电源电路100的输入功率为0.49W，可以顺利满足美国能源部(DoE)VI效率标准：Pin＜0.5W@Po＝0.25W。
需要说明的是，图6是对本公开实施例的电源电路100的测试实验示例，以帮助本领域技术人员更为感性地认知电压电路100相对于单纯的有源钳位反激电路的性能改进程度，并不构成对本公开的限定。
本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。
尽管已经参照本公开的特定示例性实施例示出并描述了本公开，但是本领域技术人员应该理解，在不背离所附权利要求及其等同物限定的本公开的精神和范围的情况下，可以对本公开进行形式和细节上的多种改变。因此，本公开的范围不应该限于上述实施例，而是应该不仅由所附权利要求来进行确定，还由所附权利要求的等同物来进行限定。

Claims (9)

1.一种电源电路，包括：
有源钳位反激电路，所述有源钳位反激电路包括检测电阻，所述检测电阻用于监控所述有源钳位反激电路的功率；
调节电阻电路，所述调节电阻电路并联于所述检测电阻两端；
其中，
所述调节电阻电路包括调节电阻和开关控制模块，其中，所述调节电阻和所述开关控制模块串联；
所述开关控制模块用于在所述检测电阻两端的电压满足预定条件时导通所述调节电阻电路，以及在所述检测电阻两端的电压不满足所述预定条件时断开所述调节电阻电路；
其中，所述检测电阻两端的电压满足预定条件包括：
所述检测电阻两端的电压小于预定电压值，所述预定电压值被设置为所述有源钳位反激电路在进入打嗝模式时所述检测电阻两端的临界电压。
2.根据权利要求1所述的电源电路，其中，所述开关控制模块包括第一mos管和所述第一mos管的控制单元，其中：
所述第一mos管的漏极与所述调节电阻串联，所述第一mos管的源极的信号接地；
所述控制单元并联在所述第一mos管的栅极和所述第一mos管的源极之间。
3.根据权利要求2所述的电源电路，其中，所述控制单元包括第二mos管、电容、第一电阻以及控制芯片：
所述第二mos管的漏极与所述第一mos管的栅极电连接，所述第二mos管的源极与所述第一mos管的源极电连接，以及所述第二mos管的栅极接所述控制芯片输出的第一电压信号；
所述电容并联于所述第二mos管的源极和漏极之间；以及
所述第一电阻的一端接所述控制芯片输出的第二电压信号，另一端与所述第二mos管的漏极电连接。
4.根据权利要求3所述的电源电路，其中，所述控制单元还包括第二电阻；
所述第二电阻的一端与所述第二mos管的栅极电连接，以及另一端接所述控制芯片输出的第三电压信号，其中，所述第三电压信号被用于延迟所述第二mos管的导通或关断。
5.根据权利要求3所述的电源电路，其中，
所述第二电压信号被设置为固定电压值；
所述第一电压信号被设置为在所述检测电阻两端的电压满足预定条件时所述第一电压信号为低电平，以及在所述检测电阻两端的电压不满足所述预定条件时，所述第一电压信号为高电平。
6.根据权利要求5所述的电源电路，其中，所述控制芯片还用于：
检测所述检测电阻两端的电压；
确定所述检测电阻两端的电压是否满足所述预定条件，得到第一判断结果；以及
基于所述第一判断结果控制所述第一电压信号的输出。
7.一种电路控制方法，用于控制根据权利要求1～6任意一项所述的电源电路，其中，所述方法包括：
检测所述检测电阻两端的电压；
确定所述检测电阻两端的电压是否满足所述预定条件；以及
在所述检测电阻两端的电压满足预定条件时导通所述调节电阻电路，或者在所述检测电阻两端的电压不满足所述预定条件时断开所述所述调节电阻电路；
其中，所述检测电阻两端的电压满足预定条件包括：
所述检测电阻两端的电压小于预定电压值，所述预定电压值被设置为所述有源钳位反激电路在进入打嗝模式时所述检测电阻两端的临界电压。
8.一种电源适配器，其中，所述电源适配器包括根据权利要求1～6任意一项所述的电源电路。
9.一种电子设备，其中，所述电子设备包括根据权利要求8所述的电源适配器。
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