CN112019069B - 控制芯片以及应用其的开关电源 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种控制芯片以及应用其的开关电源。本发明实施例控制芯片通过对高压引脚上的电压进行检测判断高压引脚耦接至所述交流输入电压还是所述整流电压以产生检测信号，根据所述检测信号适应性调整所述控制芯片对安规电容的放电功能，从而仅需要一颗芯片就可以满足不同的应用需求，节省了芯片数量，降低管理成本并改善了系统集成方式。

Description

控制芯片以及应用其的开关电源
技术领域
本发明涉及电力电子技术，具体涉及开关电源以及其控制芯片。
背景技术
开关电源经由交流输入端接收交流输入电压，并将其通过不同形式的架构转换为另一固定的输出信号或可调的输出信号，以提供给电脑、自动化办公设备以及其他电子产品使用。通常开关电源包括控制芯片和功率级电路。控制芯片具有多个引脚以接收或输出信号。例如高压引脚接收关于交流输入电压Vac的整流电压，以在开关电源启动时提供控制芯片所需的工作电流，并保证开关电源能够正常启动。
为了滤除交流输入电压中电磁干扰(electromagnetic interference,EMI)噪声，传统的开关电源还会在交流输入端并联X型安规电容。基于电容存储电能的特征，需要设置一个与安规电容并联的电阻，当开关电源的交流电源被关闭时，安规电容可以通过电阻释放其存储的电能，以避免使用者发生触电的危险。
然而为了满足不同的应用需求，控制芯片的高压引脚具有不同的连接方式，通常开关电源会设置多个控制芯片以满足不同应用场合的需求。但是，在这种设置多个控制芯片的方法中，一方面，设置多个控制芯片会给开关电源的生产、交货周期等方面增加管理成本，同时不利于系统集成；另一方面，通过电阻对安规电容进行放电会增加开关电源的功耗，尤其对空载功耗有较大的影响。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种开关电源及其控制芯片，通过对高压引脚的连接方式进行检测以适应性地调节控制芯片对安规电容的放电功能，从而能够通过一个控制芯片兼容高压引脚不同的连接方式，同时实现对安规电容的放电功能，以节省控制芯片的数量，降低管理成本并改善系统集成方式。
根据本发明实施例的第一方面，提供一种开关电源的控制芯片。所述控制芯片包括高压引脚；
其中所述控制芯片在一个检测周期内给所述高压引脚提供一下拉电流；以及在所述检测周期内，根据所述高压引脚上的输入电压的采样电压和第一参考电压判断所述高压引脚耦接至所述交流输入电压还是所述整流电压，以产生检测信号。
优选地，所述开关电源包括安规电容，跨接在所述开关电源的输入侧，所述控制芯片被配置为根据所述检测信号控制对所述安规电容的放电功能。
优选地，当所述检测信号无效时，所述控制芯片被禁止对安规电容的放电功能，当所述检测信号有效时，所述控制芯片在所述开关电源断电时对所述安规电容进行放电。
优选地，当所述检测信号无效时，所述高压引脚耦接至所述整流电压，当所述检测信号有效时，所述高压引脚耦接至所述交流输入电压。
优选地，所述检测周期被配置为从所述开关电源启动时刻开始具有预定时间段，并且所述预定时间段至少包括半个工频周期。
优选地，所述控制芯片在检测周期内检测所述采样电压不大于所述第一参考电压的时间段的长度，并据以产生所述检测信号。
优选地，所述控制芯片在所述检测周期内通过比较所述采样电压和所述第一参考电压以检测所述采样电压的上升沿或者下降沿个数，并据以产生所述检测信号。
优选地，所述控制芯片在所述检测周期内检测所述采样电压从峰值的下降幅度，并据以产生所述检测信号。
优选地，在所述检测周期结束后，自动开始新的检测周期，所述控制芯片重复检测所述高压引脚耦接至所述交流输入电压还是所述整流电压。
优选地，所述检测周期被分成N个检测区间，所述控制芯片在每个所述检测区间判断所述高压引脚耦接至所述交流输入电压还是所述整流电压以产生判断结果，当所述判断结果累积达到预设次数时，产生所述检测信号。
优选地，所述控制芯片包括纠错电路，当判断所述高压引脚耦接至所述交流输入电压时，所述控制芯片在所述开关电源断电时给所述安规电容提供放电电流，经过预设时间后比较所述采样电压与第二参考电压以判断所述高压引脚耦接至所述交流输入电压还是所述整流电压，其中所述预设时间大于所述安规电容的放电时间。
优选地，所述控制芯片包括：
计时电路，接收所述控制芯片的电源引脚上的电源电压，将所述电源电压和电源参考电压进行比较以判断所述开关电源的启动时刻，从所述启动时刻开始计时并且产生表征所述检测周期的计时信号。
优选地，所述控制芯片包括检测电路，根据所述采样电压和所述第一参考电压产生中间信号，并根据所述中间信号和所述计时信号产生所述检测信号。
优选地，所述控制芯片包括下拉电流产生电路，用以在所述计时信号有效期间给所述高压引脚提供下拉电流。
优选地，所述控制芯片包括放电电路，用以检测所述开关电源的断电时刻以产生放电控制信号；
当所述检测信号和放电控制信号均有效时，所述放电电路给安规电容提供放电路径，当所述检测信号无效时，所述放电电路停止工作，其中所述安规电容耦接至所述开关电源的输入侧。
优选地，述放电电路包括可控负载或可控电流源。
优选地，所述检测电路包括：
第一比较电路，接收所述采样电压和所述第一参考电压，以产生第一比较信号；
电压产生电路，根据所述第一比较信号产生充电电流，所述充电电流对电容充电；以及
第二比较电路，将所述电容上电压和电压阈值进行比较以产生所述中间信号。
优选地，所述检测电路包括：
第一比较电路，接收所述采样电压和所述第一参考电压，以产生第一比较信号；
单脉冲产生电路，耦接至所述第一比较电路的输出端，用以对所述采样信号的上升沿或下降沿进行计数以产生脉冲信号；以及
电压产生电路，根据所述脉冲信号产生充电电流，所述充电电流对电容充电；以及
第二比较电路，将所述电容上电压和电压阈值进行比较以产生所述中间信号。
优选地，所述检测电路包括：
第一比较电路，接收所述采样电压和所述第一参考电压，以产生第一比较信号；
单脉冲产生电路，用以根据所述第一比较信号产生所述中间信号，以判断所述采样电压的上升沿或下降沿；以及
计数比较器，被配置在所述计时信号有效期间对所述中间信号进行计数，并在将计数值与计数参考值进行比较，以产生所述检测信号。
优选地，所述检测电路包括：
采样保持电路，被配置对所述采样电压的峰值进行取样并保持以产生保持电压；以及
第一比较电路，其第一输入端接收所述保持电压，第二输入端接收所述第一参考电压和所述采样电压之和，以在输出端产生所述中间信号。
优选地，所述检测电路包括：
采样保持电路，被配置对所述采样电压的峰值进行取样并保持以产生保持电压；
积分电路，根据所述保持电压和采样电压的差值产生积分电流，所述积分电流对电容充电产生积分电压；以及
第一比较电路，用以比较所述积分电压和所述第一参考电压以产生所述中间信号。
优选地，所述检测电路包括：
所述检测电路还包括逻辑电路，在所述计时时间达到所述计时参考信号时，根据所述中间信号和重启信号产生所述检测信号。
根据本发明实施例的第二方面，提供一种开关电源。所述开关电源包括：
安规电容，并联耦接在输入侧；
整流电路，耦接至所述安规电容，并对交流输入电压进行整理以产生整流电压；
电源转换电路，耦接至所述整流电路的输出端，接收所述整流电压并产生直流输出电压以驱动负载；以及
如第一方面任一项所述的控制芯片。
优选地，所述控制芯片包括输出引脚，根据表征所述负载的状态的反馈信号产生驱动信号以控制所述电源转换电路中功率开关的切换。
本发明实施例控制芯片通过对高压引脚上的电压进行检测判断高压引脚耦接至所述交流输入电压还是所述整流电压以产生检测信号，根据所述检测信号适应性调整所述控制芯片对安规电容的放电功能，从而仅需要一颗芯片就可以满足不同的应用需求，节省了芯片数量，降低管理成本并改善了系统集成方式。
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是本发明第一实施例的开关电源的电路图。；
图2是本发明第二实施例开关电源的电路图；
图3是本发明第三实施例的开关电源的电路图；
图4是本发明第一实施例的控制芯片的电路图；
图5是本发明实施例计时电路的电路图；
图6是本发明第二实施例控制芯片的电路图；
图7是本发明第三实施例控制芯片的电路图；
图8是本发明第三实施例控制芯片的工作波形图；
图9是本发明第四实施例的控制芯片的电路图
图10是本发明第五实施例的控制芯片的电路图；
图11是本发明第六实施例的控制芯片的电路图；
图12是本发明第七实施例的控制芯片的电路图；
图13是本发明第八实施例的控制芯片的电路图。
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。
除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
图1是本发明第一实施例的开关电源的电路图。如图1所示，开关电源为交直流开关电源，其包括安规电容Cx,整流电路10，滤波电容C1，电源转换电路11以及控制芯片12。整流电路10经由交流输入侧接收交流输入电压Vac,并将交流输入电压Vac进行整流以在输出侧产生整流电压Vbus。滤波电容C1对整流电路的输出电压进行滤波。电源转换电路11接收整流电压Vbus并转换为输出电压Vout以提供给负载。安规电容Cx并联连接至交流输入侧以滤除交流输入电压Vac中可能存在的噪声。在本实施例中，电源转换电路可以是反激转换器，升压转换器或者其他类型的转换器，本发明实施例对于电源转换电路的类型不进行限制。
所述控制芯片12具有多个引脚以接收或输出信号，例如电源引脚VCC,接地引脚GND，输出引脚DRV以及高压引脚HV。控制芯片12可经由电源引脚VCC接收所需的操作电压，并通过旁路电容C2而耦接至接地引脚GND，使控制芯片12正常工作。控制芯片12通过高压引脚HV接收与交流输入电压Vac相关的输入电压，以在开关电源启动时提供控制芯片12所需的工作电流，并保证开关电源能够正常启动。在开关电源启动时，控制芯片12通过高压引脚HV给电源引脚VCC的旁路电容C2提供充电电流，电源引脚VCC上的电压快速升高，当电源引脚VCC上的电压高于开关电源的启动电压时，控制芯片12将高压引脚HV断开，不再产生功耗，因此可以实现快速启动的同时能够有效降低待机功耗。控制芯片12通过输出引脚DRV产生并输出驱动信号以控制电源转换电路11中功率开关的切换，从而使电源转换电路11产生输出电压Vout。
在本实施例中控制芯片12的高压引脚HV与开关电源的输入侧可以有多种连接方式，例如高压引脚HV可以耦接到整流电路10的输入端以接收交流输入电压Vac，也可以连接到整流电路10的输出端以接收整流电压Vbus。控制芯片12在一个检测周期内给高压引脚HV提供下拉电流，以在检测高压引脚HV上的输入电压时避免信号干扰，从而提高检测精度。在所述检测周期内控制芯片12根据高压引脚HV上的输入电压和第一参考电压判断高压引脚与开关电源的输入侧的连接方式，以产生检测信号。控制芯片12可以根据所述检测信号控制对安规电容Cx的放电功能。所述检测周期被配置为从所述开关电源启动时刻开始具有预定时间段，并且所述预定时间段至少包括半个工频周期,以避免对高压引脚HV连接方式的误判。
为了满足不同的应用需求，本发明实施例的控制芯片可以兼容高压引脚与开关电源输入侧的多种连接方式，以减少控制芯片的数量，节约管理成本。图2和图3分别示出了控制芯片的高压引脚HV与开关电源的输入侧的不同的连接方式。
图2是本发明第二实施例的开关电源的电路图。如图2所示，控制芯片12的高压引脚HV并联耦接至整流电路10的输入端以及安规电容Cx的两端以接收交流输入电压Vac。在本实施例中，控制芯片12的高压引脚HV通过整流电路13耦接至交流输入电压Vac，其中整流电路13包括二极管D1和D2，且二极管D1和D2的阳极用以接收交流输入电压Vac，而二极管D1和D2的阴极连接至高压引脚HV。
图3是本发明第三实施例的开关电源的电路图。如图3所示，控制芯片12的高压引脚HV耦接至整流电路10的输出端。在本实施例中，控制芯片12的高压引脚HV直接接收整流电路10产生的整流电压Vbus。由于高压引脚HV直接连接在整流电路10的输出端，此时不再需要两个高压二极管。相比于图2中所示高压引脚HV的连接方式，本实施例中的高压引脚HV连接方式能够降低成本。
在本发明实施例中，控制芯片根据高压引脚HV上的输入电压检测高压引脚与开关电源输入侧的连接方式。当所述检测信号有效时，高压引脚HV通过整流电路13耦接至整流电路10的输入端，以接收交流输入电压Vac，如图2所示。当检测到开关电源发生断电时，控制芯片12给高压引脚HV提供一放电电流，直接对安规电容Cx进行放电，直到安规电容Cx上的电压值下降到安全值以下，从而能够消除现有技术中采用电阻进行放电产生的功耗，有效地降低了待机功耗。
当所述检测信号无效时，高压引脚HV直接连接至整流电路10的输出端，以接收整流电路1产生的整流电压Vbus，如图3所示。由于滤波电容C2连接在整流电路10的输出端同时保持整流电压Vbus，控制芯片12的高压引脚HV无法提供放电电流对安规电容Cx进行放电，因此所述控制芯片12被禁止对安规电容Cx的放电功能。当控制芯片12检测到开关电源发生断电时，安规电容Cx可以通过专门的放电电路进行放电，以避免使用者发生触电危险。
相比于现有技术，本发明实施例中仅设置了一个控制芯片，通过检测高压引脚与开关电源输入侧的连接方式以适应性地调节对安规电容的放电功能，从而可以同时兼容多种连接方式，节省了控制芯片数量，节约了管理成本，并且有利于系统集成，同时控制芯片在开关电源断电时能够对安规电容进行放电，减少了开关电源功耗。
图4是本发明第一实施例的控制芯片的电路图。控制芯片12包括计时电路40和检测电路41。计时电路40接收电源引脚VCC上的电源电压Vc，将电源电压Vc和电源参考电压Vc_on进行比较以判断开关电源的启动时刻，同时从启动时刻开始计时并产生表征所述检测周期的计时信号Ts1。检测电路41接收表征高压引脚HV上的输入电压的采样电压Vsen和第一参考电压Vref1以产生中间信号，当计时电路40的计时时间达到计时参考信号时，根据计时信号Ts1和所述中间信号产生检测信号Vtest以判断所述高压引脚耦接至所述交流输入电压Vac还是所述整流电压Vbus。
控制芯片12还包括下拉电流产生电路42，耦接至所述高压引脚HV,并在计时信号Ts1有效期间给高压引脚HV提供下拉电流。例如所述下拉电流产生电路42可以导通所述高压引脚HV与接地端之间的电流路径，或者到导通所述高压引脚HV与电源引脚VCC之间的电流路径，以给高压引脚HV提供下拉电流，在此不限制。
控制芯片12还包括放电电路43，耦接至高压引脚HV，根据检测信号Vtest调节对安规电容Cx的放电功能。当所述检测信号无效时，高压引脚HV直接连接至整流电压Vbus，检测信号Vtest禁止放电电路43对安规电容Cx的放电功能。当所述检测信号有效时，高压引脚HV通过整流电路13耦接至交流输入电压Vac，检测信号Vtest控制放电电路43在开关电源断电时对安规电容Cx进行放电。
图5是本发明实施例计时电路的电路图。计时电路40包括比较器A0，单脉冲产生电路50和计时器51。比较器A0的第一输入端(例如正相输入端)接收电源参考电压Vc_on，其第二端(例如反相输入端)接收电源引脚VCC上的电源电压Vc，通过比较电源参考电压Vc_on和电源电压Vc判断开关电源的启动时刻。单脉冲产生电路50连接至比较器A0的输出端，在开关电源启动时，也即在电源电压Vc大于电源参考电压Vc_on时产生具有预定脉冲宽度的脉冲信号Ts0。计时器51接收脉冲信号Ts0并开始计时，以产生计时信号Ts1。
在一个实施例中，检测电路41仅在所述检测周期内，也即在所述计时信号Ts1有效期间，对高压引脚HV检测一次，并将检测结果保存，直到开关电源再次重启。然而由于控制芯片的高压引脚HV对开关电源实现快速启动至关重要，因此开关电源对高压引脚HV的连接方式的判断条件也非常严格。如果判断发生错误，所述控制芯片12将会过热以至于损坏。在另一实施例中，检测电路41通过重置所述检测周期对高压引脚HV的连接方式重复检测，以提高判断精度。如图5所示，计时电路40还包括单脉冲电路52和或门C0。在计时信号Ts1到达计时参考信号时，单脉冲产生电路52产生具有预定脉冲宽度的脉冲信号。或门C0接收单脉冲产生电路50和52产生的脉冲信号，在二者中至少一个有效时或门C0产生有效的脉冲信号Ts0。在所述检测周期结束后，计时电路40通过计时信号Ts1进行自复位，重新开始计时以开始新的检测周期。检测电路41在新的检测周期内重新对高压引脚HV的连接方式进行检测。
为了节省检测时间，本发明实施例也可以不对计时电路40的计时时间进行自复位，通过将所述检测周期分成若干个检测区间以实现重复检测。在一个实施例中，所述检测周期被分成N个检测区间，检测电路41在每个所述检测区间判断所述高压引脚耦接至所述交流输入电压还是所述整流电压以产生判断结果，当所述判断结果累积达到预设次数时，产生所述检测信号Vtest，以提高检测精度。其中N为正整数。在所述检测周期结束后，所述检测电路将检测结果保存，直到开关电源再次重启。
图6是本发明第二实施例控制芯片的电路图。控制芯片12包括计时电路40，检测电路41，下拉电流产生电路42以及放电电路43。在本实施例中，放电电路43在检测信号Vtest有效时检测所述开关电源的断电时刻以产生放电控制信号VXD。放电电路43包括与门B0和耦接在高压引脚HV和电源引脚VCC之间的放电路径。在检测信号Vtest和放电控制信号VXD均有效时，与门B0产生有效的控制信号，并控制电流路径中的开关SW闭合，以导通高压引脚HV和电源引脚VCC之间的放电路径，电源引脚VCC通过旁路电容C2耦接至接地引脚GND。在本实施例中，所述放电路径包括可控负载或可控电流源以给高压引脚提供放电电流。
如上所述，开关电源对高压引脚HV的连接方式判断条件非常严格，为了保证控制芯片能够正常工作，控制芯片12还包括纠错电路60，用以在发生误判的情况下，纠正判断结果，从而能够保证开关电源正常工作。如图6所示，所述纠错电路60包括单脉冲产生电路601，比较器A1和逻辑电路。单脉冲产生电路601接收与门B0产生的信号，用以在所述放电路径工作预定时间后产生具有预定脉冲宽段的脉冲信号。比较器A1的第一输入端(例如反相输入端)接收第二参考电压Vref2，第二输入端(例如正相输入端)接收采样电压Vsen。在本实施例中，逻辑电路包括与门B1和RS触发器。与门B1接收比较器A1和单脉冲产生电路601产生的输出信号。RS触发器的置位端S连接至与门B1的输出端，复位端R接收表征所述开关电源重启时刻的重启信号Vuvlo，以在输出端产生检测信号Vtest。例如当判断所述高压引脚HV耦接至所述交流输入电压Vac时，检测信号Vtest有效，放电电路43在放电控制信号VXD有效时给所述安规电容Cx提供放电电流。经过所述预设时间后,单脉冲产生电路601产生有效的脉冲信号。当采样电压Vsen大于第二参考电压Vref2时，比较器A1产生高电平，与门B1也产生高电平，RS触发器产生无效的检测信号Vtest，则表明检测电路41之前发生误判，更新检测信号Vtest。若经过所述预设时间后，采样电压Vsen不大于第二参考电压Vref2，比较器A1产生低电平，RS触发器产生有效的检测信号Vtest，则表明检测电路41之前判断正确。在本实施例中，所述预设时间不小于所述安规电容的放电时间，以确保对高压引脚HV上的电压进行充分放电之后再检测是否发生误判。当重启信号Vuvlo有效时，纠错电路60不再保存检测信号Vtest，重新进行检测。
图7是本发明第三实施例控制芯片的电路图。为了简化说明，本发明实施例以计时电路40仅设置一个检测周期为例进行说明。应理解，本发明实施例均可以采用图5中所述计时电路设置多个检测周期，以控制检测电路对高压引脚HV进行重复检测。计时电路40包括比较器A0，单脉冲产生电路50和计时器51，其工作原理与图5相同，在此不再赘述。
检测电路41包括比较器A2，电压产生电路70，比较器A3和逻辑电路。比较器A2的第一输入端(例如反相输入端)接收表征高压引脚HV上输入电压的采样电压Vsen,其第二端(例如正相输入端)接收第一参考电压Vref1,通过比较采样电压Vsen和第一参考电压Vref1产生第一比较信号，以判断采样电压Vsen不大于第一参考电压Vref1的时间段。电压产生电路70包括压控电流源S1，以及并联连接的电容C3，二极管D和开关K。压控电流源S1的输入端接收电源电压Vc，第一控制端接收比较器A1的输出电压，第二控制端耦接至参考地，以在输出端产生电流对电容C3进行充电。开关K受控于脉冲信号Ts0，在开关电源启动时开关K受控于脉冲信号Ts0闭合，将电容C3上电压VC3复位。在采样电压Vsen不大于第一参考电压Vref1期间压控电流源S1对电容C3充电，在电容C3两端产生电压VC3，电压VC3可以表征采样电压Vsen不大于第一参考电压Vref1的时间段。比较器A3的第一输入端(例如正相输入端)接收电压VC3,其第二端(例如反相输入端)接收电压阈值Vref,通过比较电压VC3和电压阈值Vref产生中间信号Vmid。逻辑电路在根据中间信号Vmid和计时信号Ts1产生检测信号Vtest。在本实施例中，逻辑电路包括单脉冲产生电路71，与门B1和RS触发器。在计时时间达到计时参考信号时，单脉冲产生电路71根据计时信号Ts1产生脉冲信号Vp。与门B1接收脉冲信号Vp的和中间信号Vmid。RS触发器的置位端S接收与门B1的输出信号，复位端R接收重启信号Vuvlo。控制芯片12根据生检测信号Vtest判断高压引脚HV耦接至交流输入电压Vac还是整流电压Vbus，并将检测结果保存，直到开关电源重启。
图8是本发明第三实施例控制芯片的工作波形图。如图8所示，在t1时刻，电源电压Vc大于电源参考电压Vc_on，表征开关电源启动。在开关电源启动时，计时电路40开始计时，电容C3上电压VC3复位，同时所述下拉电流产生电路在计时期间给高压引脚HV提供下拉电流。在时刻t1-t2期间，采样电压Vsen大于第一参考电压Vref1，压控电流源S1停止对电容C3充电，电容C3上电压VC3保持不变。在时刻t2-t3期间采样电压Vsen不大于电压阈值Vref1，压控电流源S1对电容C3充电，电容C3上电压VC3上电压缓慢上升。在时刻t3-t4期间，采样电压Vsen再次大于第一参考电压Vref1，压控电流源S1停止对电容C3充电，电容C3上电压VC3保持恒定，依次循环，直到计时期间结束。在t5时刻，计时时间达到计时参考信号，计时电路40计时结束，单脉冲产生电路71产生脉冲信号Vp，所述下拉电流产生电路停止给高压引脚HV提供下拉电流。电压VC3上升至大于电压阈值Vref，逻辑电路根据中间信号Vmid和脉冲信号Vp产生有效的检测信号Vtest，则可以判断出高压引脚HV耦接至交流输入电压Vac。放电电路43接收检测信号Vtest并在开关电源关断时对安规电容Cx进行放电。
图9是本发明第四实施例的控制芯片的电路图。如图9所示，检测电路41通过比较采样电压Vsen和第一参考电压Vref1检测采样电压Vsen的上升沿或下降沿个数，以产生检测信号Vtest。检测电路41包括比较器A2，单脉冲产生电路80以及计数比较器81。本实施例以检测采样电压Vsen的下降沿为例进行说明。比较器A2的第一输入端(例如反相输入端)接收表征高压引脚HV上输入电压的采样电压Vsen,其第二端(例如正相输入端)接收第一参考电压Vref1,通过比较采样电压Vsen和第一参考电压Vref1判断采样电压Vsen的下降沿。当采样电压Vsen下降至第一参考电压Vref1，比较器A2产生高电平。单脉冲产生电路80在接收到比较器A2产生的高电平时产生具有预定脉冲宽度的中间信号Vmid。计数比较器81接收计时信号Ts1，在计时电路计时期间对中间信号Vmid的个数进行计数。在计时时间达到计时参考信号时，计数比较器81将计数值和计数参考值Nref进行比较以产生检测信号Vtest。所述控制芯片根据检测信号Vtest判断高压引脚HV耦接至交流输入电压Vac还是整流电压Vbus。应理解，所述检测电路通过调换第一和第二输入端的输入信号可以实现对采样电压Vsen的上升沿的检测，其他能够实现上述功能的检测电路均在本发明的保护范围之内。
图10是本发明第五实施例的控制芯片的电路图。如图10所示，与本发明第三实施例相比，不同之处在于本实施例中检测电路41在比较器A2和电压产生电路70之间增加了单脉冲产生电路90，用以对采样电压Vsen的上升沿或下降沿个数进行检测以产生检测信号Vtest。与本发明第四实施例相比，不同之处在于本实施例中检测电路41根据采样电压Vsen的上升沿或下降沿个数产生电流以对电容充电，根据电容上电压产生检测信号Vtest。本实施例以检测采样电压Vsen的下降沿为例进行说明。电压产生电路70和逻辑电路与上述实施例相同，在此不再赘述。比较器A2通过比较采样电压Vsen和第一参考电压Vref1判断采样电压Vsen的下降沿。单脉冲产生电路90在接收到比较器A2产生的高电平时产生具有预定脉冲宽度的脉冲信号。电压产生电路70在接收到单脉冲产生电路90产生的脉冲信号时对电容C3进行充电。比较器A3通过比较电容C3上的电压VC3和电压阈值Vref产生中间信号Vmid。在在计时时间达到计时参考信号时，逻辑电路根据脉冲信号Vp和比较器A3产生的中间信号Vmid产生检测信号Vtest。所述控制芯片12根据检测信号Vtest判断高压引脚HV耦接至交流输入电压Vac还是整流电压Vbus。应理解，所述检测电路通过调换第一和第二输入端的输入信号可以实现对采样电压Vsen的上升沿的检测，其他能够实现上述功能的检测电路均在本发明的保护范围之内。
图11是本发明第六实施例的控制芯片的电路图。如图11所示，检测电路41根据采样电压Vsen和第一参考电压Vref1检测采样电压Vsen在所述检测周期中的变化幅度，以产生检测信号Vtest。计时电路40和逻辑电路与上述实施例相同，在此不再赘述。在本实施例中，检测电路41包括采样控制信号产生电路100，采样保持电路101，比较器A4以及逻辑电路。采样控制信号产生电路100包括单脉冲产生电路102，比较器A5和或门C1。采样控制信号产生电路100被配置为在采样电压Vsen的上升阶段产生有效采样控制信号V1，以控制采样保持电路101对采样电压Vsen的峰值进行取样并保持。单脉冲产生电路102接收计时电路产生的脉冲信号Ts0，用以在电源电压Vc达到电源参考电压Vc_on时产生具有预定脉冲宽度的脉冲信号。比较器A5的第一输入端(例如同相输入端)接收采样电压Vsen，其第二输入端(例如反相输入端)接收表征采样电压Vsen峰值的保持电压VC4。或门C1接收比较器A5的输出信号和单脉冲产生电路102的输出信号，当比较器A5的输出信号和单脉冲产生电路102的输出信号中至少一个有效时，或门C1产生有效的采样控制信号V1。采样保持电路101包括串联连接的开关K1和电容C4。在采样控制信号V1有效时，开关K1闭合，电容C4对采样电压Vsen进行采样并保持。在采样电压Vsen处于上升阶段，采样电压Vsen总是高于保持电压VC4，电容C4可以一直对采样电压Vsen进行采样，最终保持电压VC4等于采样电压Vsen的峰值。比较器A4的第一输入端(例如同相输入端)接收保持电压VC4，其第二输入端(例如反相输入端)接收采样电压和第一参考电压Vref1之和，以在输出端产生中间信号Vmid。
在采样电压Vsen的下降阶段，采样电压Vsen总是低于保持电压VC4，采样控制信号V1无效，开关K1断开，保持电压VC4维持在采样电压Vsen的峰值。在在计时时间达到计时参考信号时，逻辑电路根据脉冲信号Vp和比较器A4产生的中间信号Vmid产生检测信号Vtest。所述控制芯片12根据检测信号Vtest判断高压引脚HV耦接至交流输入电压Vac还是整流电压Vbus。应理解，本发明实施例通过检测采样电压Vsen的下降幅度产生所述检测信号，适应性调整上述电路结构以检测所述采样电压Vsen的上升幅度也可以实现上述功能，同时其他能够实现上述功能的电路结构均可用于本实施中。
例如在采样电压Vsen由峰值下降的幅度超过第一参考电压Vref1时，逻辑电路产生有效的检测信号Vtest，高压引脚HV耦接至交流输入电压Vac。放电电路43接收检测信号Vtest并在开关电源关断时对安规电容Cx进行放电。若采样电压Vsen由峰值下降的幅度不超过第一参考电压Vref1，逻辑电路产生无效的检测信号Vtest，则可以判断出高压引脚HV耦接至整流电压Vbus。放电电路43被禁止对安规电容Cx的放电功能。
图12是本发明第七实施例的控制芯片的电路图。如图12所示，与第六实施例相比，不同之处在于本实施中检测电路41对采样电压Vsen在所述检测周期中的下降幅度进行积分以产生积分电压，根据积分电压产生检测信号。检测电路41包括采样控制信号产生电路100，采样保持电路101，积分电路111，比较器A4以及逻辑电路。采样控制信号产生电路100、采样保持电路101和逻辑电路均与第六实施例相同，在此不再赘述。积分电路111包括压控电流源S2，并联连接的电容C5和开关K2。压控电流源S2的输入端接收电源电压Vc，第一控制端接收保持电压VC4，第二控制端接收采样电压Vsen，以在输出端产生电流对电容C5进行充电。开关K2受控于采样控制信号V1，在采样电压Vsen的上升阶段将电容C5上电压VC5复位。在采样电压Vsen的上升阶段，采样保持电路101对采样电压Vsen进行采样以产生保持电压VC4，采样电压Vsen与保持电压VC4基本相等，因此压控电流源S2基本不对电容C5充电。在采样电压Vsen下降阶段，保持电压VC4等于采样电压Vsen的峰值，压控电流源S2根据采样电压Vsen和保持电压VC4的差值产生电流，并对电容C5进行充电，在电容C5两端产生积分电压VC5，积分电压VC5可以表征采样电压Vsen由峰值下降的幅度。比较器A4的第一输入端(例如同相输入端)接收积分电压VC5，其第二输入端(例如反相输入端)接收第一参考电压Vref1，通过比较第一参考电压Vref1和积分电压VC5产生中间信号Vmid,以判断采样电压Vsen由峰值下降的幅度。在在计时时间达到计时参考信号时，逻辑电路根据脉冲信号Vp和比较器A4产生的中间信号Vmid产生检测信号Vtest。所述控制芯片12根据检测信号Vtest判断高压引脚HV耦接至交流输入电压Vac还是整流电压Vbus。
图13是本发明第八实施例的控制芯片的电路图。如图13所示，与第七实施例相比，不同之处在于本实施中检测电路41将所述检测周期分成N个检测区间，在每个检测区间对高压引脚HV的连接方式检测一次以产生判断结果，当所述判断结果累积达到预设次数时，产生所述检测信号，以提高检测精度。检测电路41包括采样控制信号产生电路100，采样保持电路101，积分电路111，比较器A4以及逻辑电路。积分电路111和采样保持电路101均与第七实施例相同，在此不再赘述。采样控制信号产生电路100包括单脉冲产生电路102，比较器A5和或门C1。在开关电源启动时或采样电压Vsen的上升阶段，或门C1均产生有效的采样控制信号V1。为了在所述检测周期内控制检测电路对采样电压Vsen进行重复检测，采样控制信号产生电路100还包括计时器120和单脉冲产生电路121。计时器120每经过设定时间复位一次，以产生有效的采样控制信号V1，开关K2受控闭合将电容C5上的积分电压VC5每隔所述设定时间清零一次，从而比较器A4可以不断比较第一参考电压Vref1和当前积分电压的大小，以更新中间信号Vmid。逻辑电路包括与门B1，计数器123和RS触发器。在计时信号Ts1有效期间，也即在所述检测周期内，与门B1根据中间信号Vmid产生输出信号。计数器123根据与门B1的输出信号对所述判断结果进行计数，当所述判断结果累积达到预设次数时，产生置位信号。RS触发器根据所述置位信号和重启信号产生检测信号Vtest，从而在所述检测周期内实现对高压引脚的连接方式的多次检测，以提高检测精度。在本实施例中，根据应用环境设置所述设定时间，以将所述检测周期分成具有N个所述设定时间的检测区间。
本发明实施例仅设置了一个控制芯片，根据高压引脚上的输入电压和所述第一参考电压判断高压引脚耦接至交流输入电压还是整流电压，以适应性地调节对安规电容的放电功能，从而可以同时兼容多种连接方式，节省了控制芯片数量，节约了管理成本，并且有利于系统集成。当检测信号无效时，控制芯片被禁止对安规电容的放电功能，当检测信号有效时，控制芯片在开关电源断电时对安规电容进行放电，减少了开关电源功耗。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种应用于开关电源的控制芯片，所述开关电源包括整流电路，用以接收交流输入电压并产生整流电压，其特征在于，所述控制芯片包括：
高压引脚；
所述控制芯片在一个检测周期内根据所述高压引脚上的输入电压的采样电压判断所述高压引脚耦接至所述交流输入电压还是所述整流电压，以产生检测信号，且通过检测所述采样电压低于第一参考电压的时间长度，或者所述采样电压的上升沿或下降沿的个数，或所述采样电压的变化幅度来判断所述高压引脚耦接的电压的来源，
放电电路，
其中，当判断所述高压引脚耦接到交流输入电压时，在开关电源断电后使所述放电电路对耦合到开关电源输入端口的安规电容放电；当判断所述高压引脚耦接到整流电压时，关闭所述放电电路，且在所述检测周期内，所述放电电路不对所述安规电容进行放电。
2.根据权利要求1所述的控制芯片，其特征在于,所述检测周期被配置为从所述开关电源启动时刻开始具有预定时间段，并且所述预定时间段至少包括半个工频周期。
3.根据权利要求1所述的控制芯片，其特征在于,在所述检测周期结束后，自动开始新的检测周期，所述控制芯片重复检测所述高压引脚耦接至所述交流输入电压还是所述整流电压。
4.根据权利要求1所述的控制芯片，其特征在于,所述检测周期被分成N个检测区间，所述控制芯片在每个所述检测区间判断所述高压引脚耦接至所述交流输入电压还是所述整流电压以产生判断结果，当所述判断结果累积达到预设次数时，产生所述检测信号。
5.根据权利要求1所述的控制芯片，其特征在于,所述控制芯片包括纠错电路，当判断所述高压引脚耦接至所述交流输入电压时，所述控制芯片在所述开关电源断电时给所述安规电容提供放电电流，经过预设时间后比较所述采样电压与第二参考电压以判断所述高压引脚耦接至所述交流输入电压还是所述整流电压，其中所述预设时间大于所述安规电容的放电时间。
6.根据权利要求1所述的控制芯片，其特征在于,所述控制芯片包括：
计时电路，接收所述控制芯片的电源引脚上的电源电压，将所述电源电压和电源参考电压进行比较以判断所述开关电源的启动时刻，从所述启动时刻开始计时并且产生表征所述检测周期的计时信号。
7.根据权利要求6所述的控制芯片，其特征在于,所述控制芯片包括检测电路，根据所述采样电压和所述第一参考电压产生中间信号，并根据所述中间信号和所述计时信号产生所述检测信号。
8.根据权利要求6所述的控制芯片，其特征在于,所述控制芯片包括下拉电流产生电路，用以在所述计时信号有效期间给所述高压引脚提供下拉电流。
9.根据权利要求1所述的控制芯片，其特征在于,所述控制芯片包括放电电路，用以检测所述开关电源的断电时刻以产生放电控制信号；
当所述检测信号和放电控制信号均有效时，所述放电电路给安规电容提供放电路径，当所述检测信号无效时，所述放电电路停止工作，其中所述安规电容耦接至所述开关电源的输入侧。
10.根据权利要求9所述的控制芯片，其特征在于，所述放电电路包括可控负载或可控电流源。
11.根据权利要求7所述的控制芯片，其特征在于,所述检测电路包括：
第一比较电路，接收所述采样电压和所述第一参考电压，以产生第一比较信号；
电压产生电路，根据所述第一比较信号产生充电电流，所述充电电流对电容充电；以及
第二比较电路，将所述电容上电压和电压阈值进行比较以产生所述中间信号。
12.根据权利要求7所述的控制芯片，其特征在于,所述检测电路包括：
第一比较电路，接收所述采样电压和所述第一参考电压，以产生第一比较信号；
单脉冲产生电路，耦接至所述第一比较电路的输出端，用以对所述采样电压的上升沿或下降沿进行计数以产生脉冲信号；以及
电压产生电路，根据所述脉冲信号产生充电电流，所述充电电流对电容充电；以及
第二比较电路，将所述电容上电压和电压阈值进行比较以产生所述中间信号。
13.根据权利要求7所述的控制芯片，其特征在于,所述检测电路包括：
第一比较电路，接收所述采样电压和所述第一参考电压，以产生第一比较信号；
单脉冲产生电路，用以根据所述第一比较信号产生所述中间信号，以判断所述采样电压的上升沿或下降沿；以及
计数比较器，被配置在所述计时信号有效期间对所述中间信号进行计数，并将计数值与计数参考值进行比较，以产生所述检测信号。
14.根据权利要求7所述的控制芯片，其特征在于,所述检测电路包括：
采样保持电路，被配置对所述采样电压的峰值进行取样并保持以产生保持电压；以及
第一比较电路，其第一输入端接收所述保持电压，第二输入端接收所述第一参考电压和所述采样电压之和，以在输出端产生所述中间信号。
15.根据权利要求7所述的控制芯片，其特征在于,所述检测电路包括：
采样保持电路，被配置对所述采样电压的峰值进行取样并保持以产生保持电压；
积分电路，根据所述保持电压和采样电压的差值产生积分电流，所述积分电流对电容充电产生积分电压；以及
第一比较电路，用以比较所述积分电压和所述第一参考电压以产生所述中间信号。
16.根据权利要求7所述的控制芯片，其特征在于,所述检测电路还包括逻辑电路，在所述计时信号达到计时参考信号时，根据所述中间信号和重启信号产生所述检测信号。
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