CN111146929A - 一种功率变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明揭露了一种功率变换器，通过在恒流输出电路上串联副边开关管，同时使得原边开关管关断且副边开关管导通时续流电流全部流过恒流输出电路的副边绕组，在副边开关管关断时续流电流流过其它输出电路的副边绕组，从而实现了对于恒流输出电路和恒压输出电路在每个开关周期内进行分时续流，进而在一次功率转换的前提下实现多路恒流/恒压输出，提高了工作效率，同时仅需要一组磁性元件，减小了系统体积。并且，恒流输出支路中的输出端连接LED，所述LED的一端接地，便于采样LED上的电压以判断LED是否发生短路或开路，同时所述采样电阻的一端接地，便于实现电流采样，且所述副边开关管的一个功率端通过采样电阻接地，便于对副边开关管进行驱动控制。

Description

一种功率变换器
技术领域
本发明涉及电力电子领域，更具体的说，涉及一种功率变换器。
背景技术
现有技术中，应用于LED背光显示屏电源通常具有多路输出，至少一路恒流输出给LED负载提供驱动电流，至少一路恒压输出给系统或者其它负载供电。
图1为现有技术中同时具有恒压和恒流多路输出的功率变换器的电路示意图。如图1所示，多路输出的功率变换器1通过变压器的多个副边绕组来实现多路输出。每个副边绕组对应于一个输出电路，在恒流输出电路中，副边绕组Ns2与原边绕组Np耦合。由于与原边绕组串联的原边开关管Q1受控地导通和关断，从而在副边绕组Ns2两端产生一方波电压，然后经过由二极管D2和电容C2构成的整流电路进行整流滤波后，生成相对稳定的输出电压Vo1。由电感L、开关管Q2、二极管D3和电容C3组成的升压型(boost)开关变换器连接整流电路和LED负载之间。通过该升压型开关变换器在恒流控制电路13的控制下将电压Vo1变换为恒定输出电流ILED输出到LED负载。恒流控制电路13根据电流采样信号Vs2和电流参考信号Iref来生成控制信号。同时，在恒压输出电路中，副边绕组Ns1与原边绕组Np耦合，经过由二极管D1和电容C1构成的整流电路进行整流滤波后，生成稳定的输出电压Vo2。表征输出电压Vo2的电压采样信号Vs1通过光耦电路11被传递至原边侧，恒压控制电路12根据电压采样信号Vs1和参考电压Vref控制开关管Q1的开关状态使得输出电压Vo2保持稳定。由此，图1所示的功率变换器通过两级功率级电路实现同时进行恒流输出和恒压输出。
但是，在恒流输出电路中，两级功率转换增加转换损耗，降低了工作效率。同时，两级功率级电路需要两个磁性元件，这增大了系统体积，不利于小型化。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种功率变换器，以降低在进行多路恒压/恒流输出时的功率转换次数，提高工作效率，同时减少磁性元件数量，减小系统体积。
本发明提供了一种功率变换器，包括：
输入电路，包括串联连接在输入端和接地端的原边绕组和原边开关管；
至少一个恒压输出电路，包括与所述原边绕组耦合的第一副边绕组；
至少一个恒流输出电路，包括与所述原边绕组耦合的第二副边绕组、第二整流电路、副边开关管、采样电阻和电流输出端口，所述第二整流电路连接在在所述电流输出端口和所述第二副边绕组之间，所述电流输出端口连接LED，所述LED连接在所述第二副边绕组的一端和地电位之间，所述副边开关管和所述采样电阻依次串联在所述第二副边绕组的另一端和地电位之间。
优选地，所述LED的正端接地，采样表征所述LED负端电压的第一采样信号，以判断所述LED是否发生短路或者开路。
优选地，当所述第一采样信号小于第一阈值时，则判断所述LED发生开路，所述第一阈值为负值。
优选地，当所述第一采样信号大于第二阈值且所述第一采样信号大于第二阈值的时间达到第一时间，则判断所述LED发生短路，所述第二阈值为负值。
优选地，所述副边开关管为N型MOS管，所述MOS管的源极通过采样电阻接地。
优选地，所述LED的负端接地，采样表征所述LED正端电压的第一采样信号，以判断所述LED是否发生短路或者开路。
优选地，当所述第一采样信号大于第一阈值时，则判断所述LED发生开路，所述第一阈值为正值。
优选地，当所述第一采样信号小于第二阈值且所述第一采样信号小于第二阈值的时间达到第一时间，则判断所述LED发生短路，所述第二阈值为正值。
优选地，所述副边开关管为P型MOS管，所述MOS管的源极通过采样电阻接地。
优选地，所述功率变换器包括第一模块，所述第一模块包括电压采样电路和第二模块，所述电压采样电路用于采样表征所述LED非接地端电压的第一采样信号，所述第二模块接收所述第一采样信号，用以判断所述LED是否发生短路或者开路。
优选地，所述第二模块包括第一比较器、第二比较器和计时比较电路；
所述第一比较器的第一输入端接收所述第一采样信号，其第二输入端接收第一阈值，所述第一比较器的输出端输出用于判断所述LED是否发生开路的第一信号；
所述第二比较器的第一输入端接收所述第一采样信号，其第二输入端接收第二阈值，所述第一比较器的输出端连接所述计时比较电路，所述计时比较电路的输出用于判断所述LED是否发生短路的第二信号。
优选地，所述第二副边绕组的输出电压反射到所述第一副边绕组上的电压小于所述第一副边绕组的输出电压，使得所述恒压输出电路在所述副边开关管导通期间被截止。
优选地，所述原边开关管和所述副边开关管具有相同的开关周期，所述副边开关管在所述原边开关管关断期间内至少部分时间导通以使得所述恒流输出电路的输出参量保持恒定。
优选地，所述第二整流电路包括第一整流管和第一电容，所述第一电容和所述LED并联，所述第一整流管与所述第二副边绕组串联。
优选地，所述功率变换器还包括：
第一控制电路，控制所述原边开关管的导通和关断以使得所述恒压输出电路的输出电压保持恒定；
第二控制电路，控制所述副边开关管的导通和关断以使得所述恒流输出电路的输出电流保持恒定。
优选地，所述恒压输出电路还包括：
电压输出端口；以及
第一整流电路，连接在所述电压输出端口与所述第一副边绕组之间；
其中，所述原边开关管受控地导通和关断以使得所述恒压输出电路的输出电压保持恒定。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：本发明通过在恒流输出电路上串联副边开关管，同时使得所述第二副边绕组的输出电压反射到所述第一副边绕组上的电压小于所述第一副边绕组的输出电压，使得原边开关管关断且副边开关管导通时续流电流全部流过恒流输出电路的副边绕组，在副边开关管关断时续流电流流过其它输出电路的副边绕组，从而实现了对于恒流输出电路和恒压输出电路在每个开关周期内进行分时续流，进而在仅进行一次功率转换的前提下就能实现多路恒流/恒压输出，提高了工作效率，同时仅需要一组磁性元件，减小了系统体积。同时，所述恒流输出支路中的输出端连接LED，所述LED的一端接地，便于采样LED上的电压以判断LED是否发生短路或开路，同时所述采样电阻的一端接地，便于实现电流采样，且所述副边开关管的一个功率端通过采样电阻接地，便于对副边开关管进行驱动控制。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1为现有技术中具有恒压和恒流多路输出的功率变换器的电路示意图；
图2为本发明第一实施例的功率变换器的电路示意图；
图3为本发明第一实施例的第二控制信号生成电路的电路示意图；
图4为本发明第一实施例的功率变换器的示例性的工作波形图；
图5为本发明第一实施例的第一模块的电路示意图；
图5a为本发明第一实施例的第一模块替代实施例的电路示意图；
图6为本发明第二实施例的功率变换器的电路示意图；
图7为本发明第二实施例的第一模块的电路示意图；
图7a为本发明第二实施例的第一模块替代实施例的电路示意图。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。
本发明提供了一种功率变换器，包括：
输入电路，包括串联连接在输入端和接地端的原边绕组和原边开关管；
至少一个恒压输出电路，包括与所述原边绕组耦合的第一副边绕组；
至少一个恒流输出电路，包括与所述原边绕组耦合的第二副边绕组、第二整流电路、副边开关管、采样电阻和电流输出端口，所述第二整流电路连接在在所述电流输出端口和所述第二副边绕组之间，所述电流输出端口连接LED，所述LED连接在所述第二副边绕组的一端和地电位之间，所述副边开关管和所述采样电阻依次串联在所述第二副边绕组的另一端和地电位之间。
所述第二副边绕组的输出电压反射到所述第一副边绕组上的电压小于所述第一副边绕组的输出电压，使得所述恒压输出电路在所述副边开关管导通期间被截止。
所述原边开关管和所述副边开关管具有相同的开关周期，所述第二控制电路控制所述副边开关管在所述原边开关管关断期间内至少部分时间导通以使得所述恒流输出电路的输出参量保持恒定。
所述功率变换器还包括第一模块，所述第一模块包括电压采样电路和第二模块，所述电压采样电路用于采样表征所述LED非接地端电压的第一采样信号，所述第二模块接收所述第一采样信号，用以判断所述LED是否发生短路或者开路。
进一步的，所述第二模块包括第一比较器、第二比较器和计时比较电路；所述第一比较器的第一输入端接收所述第一采样信号，其第二输入端接收第一阈值，所述第一比较器的输出端输出用于判断所述LED是否发生开路的第一信号；所述第二比较器的第一输入端接收所述第一采样信号，其第二输入端接收第二阈值，所述第一比较器的输出端连接所述计时比较电路，所述计时比较电路的输出用于判断所述LED是否发生短路的第二信号。
可选的，当所述第一信号为第一状态时，则判断所述LED发生开路，当所述第一信号为第二状态时，则判断所述LED未发生开路。
可选的，当所述第二信号为第一状态时，则判断所述LED发生短路，当所述第二信号为第二状态时，则判断所述LED未发生短路。
进一步的，所述第一状态为高电平，所述第二状态为低电平。可选的，所述第一状态为低电平，所述第二状态为高电平。
所述第二整流电路包括第一整流管和第一电容，所述第一电容和所述LED并联，所述第一整流管与所述第二副边绕组串联。
所述功率变换器还包括：第一控制电路，控制所述原边开关管的导通和关断以使得所述恒压输出电路的输出电压保持恒定；第二控制电路，控制所述副边开关管的导通和关断以使得所述恒流输出电路的输出电流保持恒定。
图2是本发明第一实施例的功率变换器的电路示意图。如图2所示，功率变换器2包括输入电路21、至少一个恒压输出电路22、至少一个恒流输出电路23、第一控制电路24、第二控制电路25和第一模块26。
输入电路21包括原边绕组Np和原边开关管Q1。其中，原边绕组Np和原边开关管Q1串联连接在输入端和接地端之间。输入端的电压Vin通过将交流电压经整流桥整流并经过输入电容滤波后获得。
恒压输出电路22与现有的恒压输出电路类似，其包括与原边绕组Np耦合的第一副边绕组Ns1。恒流输出电路23包括与原边绕组Np耦合的第二副边绕组Ns2。原边绕组Np、第一副边绕组Ns1和第二副边绕组Ns2构成了变压器。
同时，在本实施例中，恒流输出电路23包括串联在输出电路回路中的副边开关管Q2。在原边开关管Q1关断且副边开关管Q2导通时，恒流输出电路23的电路回路至少部分导通(在本实施例中，整个回路导通)，在副边开关管Q2关断时，恒流输出电路23的电路回路至少部分被关断(在本实施例中，整个回路关断)。
在本实施例中，恒压输出电路22和恒流输出电路23被配置为在副边开关管Q2导通时第二副边绕组Ns2的输出电压反射到第一副边绕组Ns1上的电压小于第一副边绕组Ns1的输出电压，从而使得恒压输出电路22在原边开关管Q1关断且副边开关管Q2导通期间被整流器件(也即整流电路中的二极管D1)截止(也即，流过恒压输出电路的续流电流为零或趋向于零)。这可以通过调整第一副边绕组Ns1和第二副边绕组Ns2的匝比或其它参数来实现。由于电磁感应的作用，第一副边绕组Ns1和第二副边绕组Ns2在原边开关管Q1关断后两端电压上升。在恒流输出电路23的电路回路导通时(也即，原边开关管Q1关断且副边开关管Q2导通时)，由于第二副边绕组Ns2的输出电压在第一副边绕组Ns1上的反射电压小于第一副边绕组Ns1本身的输出电压，因此，在第二副边绕组Ns2的电压达到输出电压时，二极管D2导通，恒流输出电路23开始续流。而此时反射到第一副边绕组Ns1的电压并未达到其对应的输出电压，由此，使得二极管D1保持截止状态，恒压输出电路22被截止。由于通过磁性元件积累的能量通过第二副边绕组Ns2释放，因此，第一副边绕组Ns1没有续流电流。由此，原边绕组Np中积蓄的能量优先通过第二副边绕组Ns2所在的副边回路释放，也即通过恒流输出电路23释放能量。此时，流过恒压输出电路22的续流电流趋向于零或等于零。在恒流输出电路23的电路回路关断时(也即，副边开关管Q2关断时)，原边绕组Np通过恒压输出电路22释放能量，续流电流流过恒压输出电路22。由此，可以通过控制副边开关管Q2的导通和关断实现在恒流输出电路和恒压输出电路之间进行分时续流。
恒压输出电路22为恒压输出电路，其包括第一副边绕组Ns1、电压输出端口和第一整流电路。第一整流电路连接在电压输出端口和第一副边绕组Ns1之间，其包括二极管D1和电容C1。
同时，第一控制电路24控制原边开关管Q1导通和关断以调节恒压输出电路22的输出参量(也即，输出电压Vo)。
具体地，第一控制电路24对输出电压Vo采样获取电压采样信号Vs1，根据表征期望输出电压的电压参考信号Vref1和电压采样信号Vs1获取误差补偿信号Verr1，根据误差补偿信号Verr1生成控制信号Vg1控制原边开关管Q1以保持电压Vo稳定。
第一控制电路24可以包括第一误差放大电路EA1、光耦电路24a和第一控制信号生成电路24b。第一误差放大电路EA1根据电压采样信号Vs1和电压参考信号Vref1生成误差补偿信号Verr1。光耦电路24a通过光耦合方式将误差补偿信号Verr1从副边侧传输到原边侧的第一控制信号生成电路24b。第一控制信号生成电路24b根据误差补偿信号Verr1生成控制信号Vg1控制原边开关管Q1。
应理解，以上第一控制电路24的结构仅为示例，能够根据输出电压控制原边开关管以实现恒压输出的控制电路均可以应用于本实施例。
恒流输出电路23为恒流输出电路，其包括第二副边绕组Ns2、电流输出端口、第二整流电路、电流采样电路Rs和副边开关管Q2。其中，第二整流电路连接在电流输出端口与第二副边绕组Ns2之间。第二整流电路包括二极管D2和电容C2。
电流采样电路Rs和副边开关管Q2串联在恒流输出电路的回路中(也即，与第二副边绕组Ns2串联)。如图2所示，电流采样电路Rs优选为采样电阻，所述采样电阻RS连接在接地端和副边开关管Q2第一端之间，副边开关管Q2的第二端与第二副边绕组的一端连接。在本实施例中，所述恒流输出电路的负载为LED负载，其连接在电流输出端口，所述LED的正端接地，以方便采样LED上的电压以进行判断LED短路和LED开路，所述LED负端连接所述第二副边绕组Ns2的另一端。同时所述采样电阻的一端接地，便于实现电流采样，且所述副边开关管的一个功率端通过采样电阻接地，便于对副边开关管进行驱动控制。所述LED可以与整个功率变换器集成为一体。
可选的，所述副边开关管为N型MOS管，本发明不对此进行限制。
第二控制电路25对电流采样电路Rs采样获得电流采样信号VISEN进行平均，获取表征流过负载的平均电流的平均采样信号Vs2，进而根据平均采样信号Vs2、表征期望输出电流的电流参考信号Vref2以及控制信号Vg1(或可以表征控制信号Vg1的参量，例如控制信号Vg1为高电平时，原边开关管Q1导通，原边绕组上的电压上升，故第一副边绕组和第二副边绕组上的电压均上升，故可以利用第一副边绕组或者第二副边绕组上的电压来表征原边开关管导通)，来控制副边开关管Q2，以保持输出电流的平均值保持稳定。
具体的，第二控制电路根据所述电流采样信号VISEN和电流参考信号Vref2控制所述副边开关管的关断时刻，根据控制信号Vg1或可以表征控制信号Vg1的参量控制副边开关管的导通时刻。
可选的，所述副边开关管Q2在原边开关管Q1关断时开通，在其他的实施例，所述副边开关管Q2在原边开关管Q1开通时开通。
如上所述，本发明实施例通过第二控制电路25控制副边开关管Q2的导通和关断，使得恒压输出电路22和恒流输出电路23在原边开关管Q1关断期间分时续流从而实现多路恒流/恒压输出，同时，通过调整恒流输出电路23的续流输出时间来调节其输出电流的强度。
第二控制电路25可以包括平均电路、第二误差放大电路EA2和第二控制信号生成电路25a。其中，平均电路包括电阻R和电容C，也即，平均电路被形成为RC电路形式以对电流采样信号VISEN进行平均处理。平均处理后获得的平均采样信号Vs2被输入到第二误差放大电路EA2。第二误差放大电路EA2根据平均采样信号Vs2和电流参考信号Vref2生成误差补偿信号Verr2。第二控制信号生成电路25a根据误差补偿信号Verr2以及控制信号Vg1或可以表征控制信号Vg1的参量生成控制信号Vg2控制副边开关管Q2。
应理解，以上第二控制电路25的结构仅为示例，能够根据输出电压控制副边开关管以实现恒流输出的控制电路均可以应用于本实施例。
进一步地，在需要进行LED负载调光(也即，调节输出电流强度)时，可以根据电流强度调节信号(调光信号)调节电流参考信号Vref2以改变输出电流期望值，从而实现输出电流强度的调节。
在其他的实施例中，也可以为其他的方式进行LED负载调光，在LED正极和地之间连接第五开关管Q5，所述第五开关管Q5的控制端接收电流强度调节信号Vg5，所述第五开关管Q5根据电流强度调节信号Vg5调节LED电流的强度。也可以在LED负极连接第五开关管，本发明不对此进行限制。
图3为本发明第一实施例的第二控制信号生成电路的电路示意图；如图3所示，第二控制信号生成电路25a可以包括RS触发器RS1、非门RV、单触发电路OS、比较器CMP。其中，非门RV通过单触发电路OS连接到RS触发器RS1的置位端。同时，比较器CMP的输入端分别输入误差补偿信号Verr2和周期性的斜坡信号Vramp，输出端与RS触发器RS1的复位端连接。单触发电路OS在检测到输入信号上升沿时输出一个具有预定时间(例如20ns)的脉冲信号。由此，当Vg1为低电平时，原边开关管Q1关断，单触发电路OS在该时刻输出脉冲信号，使得RS触发器RS1被置位，由此控制信号Vg2被切换为高电平，副边开关管Q2导通。
需要说明的是，图3所示的第二控制信号生成电路仅为一个实施例，在其他的实施例中，可以使得原边开关管Q1和副边开关管同时导通。在其他的实施例中，也可以通过表征控制信号Vg1的参量替代Vg1。
图4是本发明第一实施例的功率变换器的示例性的工作波形图。如图4所示，在时刻t0至时刻t1，控制信号Vg1为高电平，此时原边开关管Q1导通，流过原边绕组Np的电流Ip由零开始上升。副边侧的恒压输出电路22和恒流输出电路23的整流电路中的二极管D1、D2均由于反偏而处于阻断状态，两路输出电路路均无电流。
当所述第二控制电路生成电路为图3所示时，在t1时刻，控制信号Vg1切换为低电平，原边开关管Q1被关断。单触发电路OS在该时刻输出脉冲信号，使得RS触发器RS1被置位，由此控制信号Vg2被切换为高电平，副边开关管Q2导通。
从时刻t1至时刻t2，副边开关管Q2保持导通，如上所述，在副边开关管Q2导通期间，原边绕组中存储的能量仅通过恒流输出电路23释放，流过第二副边绕组Ns2的电流Is2由峰值持续下降，而流过第一副边绕组Ns1的电流Is1趋近于或等于零。
在时刻t2，斜坡信号Vramp上升到大于误差补偿信号Verr2，RS触发器RS1复位，控制信号Vg2切换为低电平。
从时刻t2至时刻t3，控制信号Vg1保持为低电平，原边开关管保持关断，同时，控制信号Vg2保持为低电平，副边开关管Q2也保持关断。此时由于恒流输出电路23的回路被断开，只能通过恒压输出电路22进行续流。流过第二副边绕组Ns2的电流Is2为零，流过第一副边绕组Ns1的电流Is1由峰值持续下降，从而为电压输出端口提供能量。
在时刻t3，根据第一控制电路24的控制，控制信号Vg1切换为高电平，原边开关管Q1导通，新的开关周期开始。
周而复始，通过第一控制电路24的控制可以保证恒压输出电路22(恒压输出电路)的输出参量稳定在预期输出电压附近，通过第二控制电路25的控制可以保证恒流输出电路23(恒流输出电路)的输出参量稳定在预期输出电流附近。
需要说明的是，图3所示的第二控制信号生成电路和图4所示的工作波形仅为示例，本实施例中恒压输出电路22和恒流输出电路23的续流顺序并不限于上述方式。在其它的实施方式中，还可以通过第二控制电路25控制副边开关管Q2先关断，使恒压输出电路22先续流，然后再控制副边开关管Q2导通，使得恒流输出电路23接着续流。
通过在恒流输出电路上串联副边开关管，同时使得所述第二副边绕组的输出电压反射到所述第一副边绕组上的电压小于所述第一副边绕组的输出电压，使得原边开关管关断且副边开关管导通时续流电流全部流过恒流输出电路的副边绕组，副边开关管关断时续流电流流过其它输出电路的副边绕组，从而实现了对于恒流输出电路和恒压输出电路在每个开关周期内进行分时续流，从而在仅进行一次功率转换的前提下就能实现多路恒流/恒压输出，提高了工作效率，同时仅需要一组磁性元件，减小了系统体积。同时，所述恒流输出支路中的输出端连接LED，所述LED的一端接地，便于采样LED上的电压以判断LED是否发生短路或开路，同时所述采样电阻的一端接地，便于实现电流采样，且所述副边开关管的一个功率端通过采样电阻接地，便于对副边开关管进行驱动控制。
图2中第一实施例的功率变换器还包括第一模块26，所述第一模块26采样表征所述LED负端电压的第一采样信号，以判断所述LED是否发生短路或者开路。
第一实施例中的第一模块26可以如图5所示，所述第一模块26包括电压采样电路261和第二模块262，所述电压采样电路261用于采样表征所述LED负端电压的第一采样信号V11，所述第二模块接收所述第一采样信号V11，用以判断所述LED是否发生短路或者开路。
所述电压采样电路261包括电阻R3和电阻R4，电阻R3和电阻R4串联在图2所示第一实施例中所述LED负端和地电位之间，所述第一采样信号V11为电阻R3和电阻R4的公共端电压。本发明对比不进行限制，可以通过其他任意方式得到表征所述LED负端电压的第一采样信号V11。
所述第二模块包括第一比较器CMP1、第二比较器CMP2和计时比较电路；
所述第一比较器CMP1的负输入端接收所述第一采样信号，其正输入端接收第一阈值Vr1，所述第一比较器CMP1的输出端输出用于判断所述LED是否发生开路的第一信号，所述第一阈值为负值；
所述第二比较器CMP2的正输入端接收所述第一采样信号，其负输入端接收第二阈值Vr2，所述第二比较器CMP2的输出端连接所述计时比较电路，所述计时比较电路输出用于判断所述LED是否发生短路的第二信号，所述第二阈值为负值，所述第二阈值大于所述第一阈值。
当所述第一信号为第一状态时，则判断所述LED发生开路，当所述第一信号为第二状态时，则判断所述LED未发生开路。当所述第二信号为第一状态时，则判断所述LED发生短路，当所述第二信号为第二状态时，则判断所述LED未发生短路。
本实施例中，所述第一状态为高电平，所述第二状态为低电平。
可选的，在其他实施例中，如图5a所示，所述第一比较器的正输入端接收所述第一采样信号，其负输入端接收第一阈值Vr1，所述第二比较器的负输入端接收所述第一采样信号，其正输入端接收第二阈值Vr2，其余部分和图5中相同，此时，所述第一状态为低电平，所述第二状态为高电平。
当所述第一采样信号小于第一阈值时，则判断所述LED发生开路，所述第一阈值为负值；
当所述第一采样信号大于第二阈值且所述第一采样信号大于第二阈值的时间达到第一时间，则判断所述LED发生短路，所述第二阈值为负值，所述第二阈值大于所述第一阈值。
第一实施例中所述计时比较电路用于从所述第一采样信号大于第二阈值开始计时，当所述第一采样信号大于第二阈值的时间达到第一时间，则所述第二信号为高电平，判断发生短路，故可以滤除功率变换器正常开通过程中的瞬时电压而引起的误判断。
在其他的实施例中，所述第一比较器的输出端也连接计时比较电路，当所述第一采样信号小于第一阈值时，且所述第一采样信号小于第一阈值的时间达到第二时间，则判断所述LED发生开路，以滤除功率变换器正常开通过程中的瞬时电压而引起的误判断。
第一实施例中LED正端接地，便于采样LED负端的电压进行LED短路或开路保护。
应理解，虽然本实施例以一个恒压输出电路(恒压输出电路)为例进行说明，但是，恒压输出电路(恒压输出电路)的数量也可以设置为多个，第一控制电路24可以基于其中之一的输出电压进行控制，也可以基于总的输出电压进行控制，通过控制原边开关管。
同时，虽然本实施例以一个恒流输出电路(恒流输出电路)为例进行说明，但是，在根据本实施例的功率变换器中，恒流输出电路也可以设置为多个，每个恒流输出电路具有相同的结构。同时，第二控制电路包括多个控制子电路分别控制每个恒流输出电路的副边开关管，使得多个恒流输出电路在原边开关管保持关断期间同时或分时续流以保持输出恒定的电流。
图6为本发明第二实施例的功率变换器的电路示意图。如图6所示，功率变换器2包括输入电路21、至少一个恒压输出电路22、至少一个恒流输出电路23、第一控制电路24、第二控制电路25和第一模块26。
输入电路21、恒压输出电路22、第一控制电路24和第二控制电路25均与第一实施例相同，在此不进行赘述。
恒流输出电路23包括第二副边绕组Ns2、电流输出端口、第二整流电路、电流采样电路Rs和副边开关管Q2。其中，第二整流电路连接在电流输出端口与第二副边绕组Ns2之间。第二整流电路包括二极管D2和电容C2。
电流采样电路Rs和副边开关管Q2串联在恒流输出电路的回路中(也即，与第二副边绕组Ns2串联)。如图6所示，电流采样电路Rs优选为采样电阻，所述采样电阻RS连接在地电位和副边开关管Q2第一端之间，副边开关管Q2的第二端与第二副边绕组的一端连接。在本实施例中，所述恒流输出电路的负载为LED负载，其连接在电流输出端口，所述LED的负端接地，以方便采样LED上的电压以进行判断LED短路和LED开路，所述LED正端连接所述第二副边变绕组的另一端。同时所述采样电阻的一端接地，便于实现电流采样，且所述副边开关管的一个功率端通过采样电阻接地，便于对副边开关管进行驱动控制。所述LED可以与整个功率变换器集成为一体。
可选的，所述副边开关管为P型MOS管，本发明不对此进行限制。
实施例二中的所述第一模块26采样表征所述LED正端电压的第一采样信号，以判断所述LED是否发生短路或者开路。
第二实施例中的第一模块26如图7所示，所述第一模块26包括电压采样电路261和第二模块262，所述电压采样电路261用于采样表征所述LED正端电压的第一采样信号V11，所述第二模块接收所述第一采样信号V11，用以判断所述LED是否发生短路或者开路。
所述电压采样电路261包括电阻R3和电阻R4，电阻R3和电阻R4串联在图6所示第二实施例中所述LED正端和地电位之间，所述第一采样信号V11为电阻R3和电阻R4的公共端电压。本发明对比不进行限制，可以通过其他任意方式得到表征所述LED正端电压的第一采样信号V11。
所述第二模块包括第一比较器CMP1、第二比较器CMP2和计时比较电路；
所述第一比较器CMP1的正输入端接收所述第一采样信号，其负输入端接收第一阈值Vr1，所述第一比较器CMP1的输出端输出用于判断所述LED是否发生开路的第一信号，所述第一阈值Vr1为正值；
所述第二比较器CMP2的负输入端接收所述第一采样信号，其正输入端接收第二阈值Vr2，所述第二比较器CMP2的输出端连接所述计时比较电路，所述计时比较电路的输出用于判断所述LED是否发生短路的第二信号，所述第二阈值Vr2为正值，所述第一阈值大于第二阈值。
可选的，当所述第一信号为第一状态时，则判断所述LED发生开路，当所述第一信号为第二状态时，则判断所述LED未发生开路。当所述第二信号为第一状态时，则判断所述LED发生短路，当所述第二信号为第二状态时，则判断所述LED未发生短路。
本实施例中，所述第一状态为高电平，所述第二状态为低电平。
在其他实施例中，如图7a所示，所述第一比较器的负输入端接收所述第一采样信号，其正输入端接收第一阈值Vr1，所述第二比较器的正输入端接收所述第一采样信号，其负输入端接收第二阈值Vr2，其余部分和图7中相同，此时，所述第一状态为低电平，所述第二状态为高电平。
当所述第一采样信号大于第一阈值时，则判断所述LED发生开路，所述第一阈值为正值；
当所述第一采样信号小于第二阈值且所述第一采样信号小于第二阈值的时间达到第一时间，则判断所述LED发生短路，所述第二阈值为正值。
所述计时比较电路用于从所述第一采样信号小于第二阈值开始计时，当所述第一采样信号小于第二阈值的时间达到第一时间，则所述第二信号为高电平，判断LED发生短路，故可以滤除功率变换器正常开通过程中的瞬时电压而引起的误判断。
在其他的实施例中，所述第一比较器的输出端也连接计时比较电路，当所述第一采样信号大于第一阈值时，且所述第一采样信号大于第一阈值的时间达到第二时间，则判断所述LED发生开路，以滤除功率变换器正常开通过程中的瞬时电压而引起的误判断。
第二实施例中LED负端接地，便于采样LED正端的电压进行LED短路或开路保护。
虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。
依照本发明实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (16)

1.一种功率变换器，其特征在于，包括：
输入电路，包括串联连接在输入端和接地端的原边绕组和原边开关管；
至少一个恒压输出电路，包括与所述原边绕组耦合的第一副边绕组；
至少一个恒流输出电路，包括与所述原边绕组耦合的第二副边绕组、第二整流电路、副边开关管、采样电阻和电流输出端口，所述第二整流电路连接在在所述电流输出端口和所述第二副边绕组之间，所述电流输出端口连接LED，所述LED连接在所述第二副边绕组的一端和地电位之间，所述副边开关管和所述采样电阻依次串联在所述第二副边绕组的另一端和地电位之间。
2.根据权利要求1所述的功率变换器，其特征在于：所述LED的正端接地，采样表征所述LED负端电压的第一采样信号，以判断所述LED是否发生短路或者开路。
3.根据权利要求2所述的功率变换器，其特征在于：当所述第一采样信号小于第一阈值时，则判断所述LED发生开路，所述第一阈值为负值。
4.根据权利要求2所述的功率变换器，其特征在于：当所述第一采样信号大于第二阈值且所述第一采样信号大于第二阈值的时间达到第一时间，则判断所述LED发生短路，所述第二阈值为负值。
5.根据权利要求2所述的功率变换器，其特征在于：所述副边开关管为N型MOS管，所述MOS管的源极通过采样电阻接地。
6.根据权利要求1所述的功率变换器，其特征在于：所述LED的负端接地，采样表征所述LED正端电压的第一采样信号，以判断所述LED是否发生短路或者开路。
7.根据权利要求6所述的功率变换器，其特征在于：当所述第一采样信号大于第一阈值时，则判断所述LED发生开路，所述第一阈值为正值。
8.根据权利要求6所述的功率变换器，其特征在于：当所述第一采样信号小于第二阈值且所述第一采样信号小于第二阈值的时间达到第一时间，则判断所述LED发生短路，所述第二阈值为正值。
9.根据权利要求6所述的功率变换器，其特征在于：所述副边开关管为P型MOS管，所述MOS管的源极通过采样电阻接地。
10.根据权利要求1所述的功率变换器，其特征在于：所述功率变换器还包括第一模块，所述第一模块包括电压采样电路和第二模块，所述电压采样电路用于采样表征所述LED非接地端电压的第一采样信号，所述第二模块接收所述第一采样信号，用以判断所述LED是否发生短路或者开路。
11.根据权利要求10所述的功率变换器，其特征在于：所述第二模块包括第一比较器、第二比较器和计时比较电路；
所述第一比较器的第一输入端接收所述第一采样信号，其第二输入端接收第一阈值，所述第一比较器的输出端输出用于判断所述LED是否发生开路的第一信号；
所述第二比较器的第一输入端接收所述第一采样信号，其第二输入端接收第二阈值，所述第一比较器的输出端连接所述计时比较电路，所述计时比较电路的输出用于判断所述LED是否发生短路的第二信号。
12.根据权利要求1，2，6，10任意一项所述的功率变换器，其特征在于：所述第二副边绕组的输出电压反射到所述第一副边绕组上的电压小于所述第一副边绕组的输出电压，使得所述恒压输出电路在所述副边开关管导通期间被截止。
13.根据权利要求1，2，6，10任意一项所述的功率变换器，其特征在于：所述原边开关管和所述副边开关管具有相同的开关周期，所述副边开关管在所述原边开关管关断期间内至少部分时间导通以使得所述恒流输出电路的输出参量保持恒定。
14.根据权利要求1，2，6，10任意一项所述的功率变换器，其特征在于：所述第二整流电路包括第一整流管和第一电容，所述第一电容和所述LED并联，所述第一整流管与所述第二副边绕组串联。
15.根据权利要求1，2，6，10任意一项所述的功率变换器，其特征在于，所述功率变换器还包括：
第一控制电路，控制所述原边开关管的导通和关断以使得所述恒压输出电路的输出电压保持恒定；
第二控制电路，控制所述副边开关管的导通和关断以使得所述恒流输出电路的输出电流保持恒定。
16.根据权利要求1所述的功率变换器，其特征在于：所述恒压输出电路还包括：
电压输出端口；以及
第一整流电路，连接在所述电压输出端口与所述第一副边绕组之间；
其中，所述原边开关管受控地导通和关断以使得所述恒压输出电路的输出电压保持恒定。
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