CN113741606B - 一种自适应输入电压的功率控制电路 - Google Patents

一种自适应输入电压的功率控制电路 Download PDF

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CN113741606B CN202110903249.3A CN202110903249A CN113741606B CN 113741606 B CN113741606 B CN 113741606B CN 202110903249 A CN202110903249 A CN 202110903249A CN 113741606 B CN113741606 B CN 113741606B
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Abstract

本发明涉及一种自适应输入电压的功率控制电路，包括：初级功率变换电路、次级整流滤波电路、负载回路、信号处理电路和控制单元；初级功率变换电路对电源信号进行转换处理并输出输入电压信号；次级整流滤波电路对输入电压信号进行滤波整流处理并输出输出信号；负载回路根据控制单元输出的开关信号打开或者关闭；信号处理电路对输入电压信号进行检测及转换处理以输出电压采样信号；控制单元根据电压采样信号确定输出功率并将输出功率发送给负载、根据负载返回的选择功率输出反馈信号至初级功率变换电路，使初级功率变换电路根据反馈信号调整输入电压。本发明可适应不同的宽电压范围，功率密度高，转换效率高，成本低。

Description

一种自适应输入电压的功率控制电路
技术领域
本发明涉及电子技术领域，更具体地说，涉及一种自适应输入电压的功率控制电路。
背景技术
现在市场上为了使产品可以适应不同区域的宽电压范围，通常在设计时采用性能更好的器件来满足宽电压输入带来的各种应力，这种设计方式往往导致产品成本过高，体积庞大，功率密度低，转换效率低，发热量大。
或者，有些则是只采用单电压的方式，这种方式需要设计多款产品来满足宽电压输入的要求，从而形成大量的资源浪费。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种自适应输入电压的功率控制电路。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种自适应输入电压的功率控制电路，包括：初级功率变换电路、次级整流滤波电路、负载回路、信号处理电路以及控制单元；
所述初级功率变换电路的输入端接入电源信号，所述初级功率变换电路的输出端连接所述次级整流滤波电路的输入端，所述次级整流滤波电路的输出端连接所述负载回路的输入端，所述负载回路的输出端连接负载，所述信号处理电路的输入端与所述次级整流滤波电路连接，所述信号处理电路的输出端与所述控制单元连接，所述控制单元分别与所述负载回路和所述负载连接；
所述初级功率变换电路用于对所述电源信号进行转换处理并输出输入电压信号；
所述次级整流滤波电路用于对所述输入电压信号进行滤波整流处理并输出输出信号；
所述负载回路根据所述控制单元输出的开关信号打开或者关闭、以向所述负载提供供电信号；
所述信号处理电路用于对所述输入电压信号进行检测及转换处理以输出电压采样信号至所述控制单元；
所述控制单元用于根据所述电压采样信号确定输出功率并将所述输出功率发送给负载、以及根据所述负载返回的选择功率输出反馈信号至所述初级功率变换电路，以使所述初级功率变换电路根据所述反馈信号调整所述输入电压。
在本发明所述的自适应输入电压的功率控制电路中，所述初级功率变换电路包括：整流滤波模块、电压转换模块以及驱动控制模块；
所述整流滤波模块的输入端接入电源信号，所述整流滤波模块的输出端连接电压转换模块的输入端，所述电压转换模块的输出端连接所述次级整流滤波电路的输入端，所述驱动控制模块的反馈端接收所述反馈信号，所述驱动控制模块的驱动端连接所述电压转换模块。
在本发明所述的自适应输入电压的功率控制电路中，所述电压转换模块包括：变压器；所述驱动控制模块包括：PWM控制器及驱动管；
所述变压器的初级绕组的异名端与所述整流滤波模块的输出端连接，所述变压器的初级绕组的同名端通过所述驱动管连接所述PWM控制器的驱动控制端，所述变压器的次级绕组连接所述次级整流滤波电路的输入端，所述PWM控制器的反馈端接收所述反馈信号。
在本发明所述的自适应输入电压的功率控制电路中，所述驱动管包括：第三MOS管；
所述第三MOS管的漏极连接所述变压器的初级绕组的同名端，所述第三MOS管的源极接地，所述第三MOS管的栅极连接所述PWM控制器的驱动控制端；所述PWM控制器的反馈端接收所述反馈信号。
在本发明所述的自适应输入电压的功率控制电路中，所述次级整流滤波电路包括：同步整流控制模块、第一MOS管和第一电容；
所述同步整流控制模块的第一端连接所述变压器的次级绕组的同名端，所述同步整流控制模块的第二端连接所述第一MOS管的栅极，所述第一MOS管的漏极连接所述变压器的次级绕组的异名端，所述第一MOS管的源极接地，所述第一电容的第一端连接所述变压器的次级绕组的同名端，所述第一电容的第二端接地，且所述第一电容的第一端还连接所述负载回路的输入端。
在本发明所述的自适应输入电压的功率控制电路中，所述负载回路包括：第二MOS管和第五电阻；
所述第二MOS管的漏极连接所述第一电容的第一端，所述第二MOS管的源极连接所述负载，所述第二MOS管的栅极连接所述控制单元的控制端；所述第五电阻的第一端接地，所述第五电阻的第二端连接所述负载和所述控制单元的电流检测端。
在本发明所述的自适应输入电压的功率控制电路中，所述信号处理电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、基准器、比较器和第四电阻；
所述第一电阻的第一端连接所述变压器的次级绕组的异名端，所述第一电阻的第二端连接所述比较器的正输入端和所述第二电阻的第一端，所述第二电阻的第二端接地，所述第三电阻的第一端连接所述控制单元，所述第三电阻的第二端连接所述比较器的负输入端和所述基准器的负端，所述基准器的正端接地，所述基准器的参考端与其负极连接，所述比较器的输出端连接所述控制单元，所述比较器的接地端接地，所述比较器的供电端连接所述第一电容的第一端，所述比较器的输出端还通过所述第四电阻连接所述第一电容的第一端。
在本发明所述的自适应输入电压的功率控制电路中，还包括：反馈电路；
所述反馈电路设置在所述PWM控制器与所述控制单元之间，用于将所述控制单元输出的反馈信号反馈给所述PWM控制器。
在本发明所述的自适应输入电压的功率控制电路中，所述反馈电路包括：光电耦合器；
所述光电耦合器的二极管正极连接所述第一电容的第一端，所述光电耦合器的二极管的负极连接所述控制单元的反馈输出端，所述光电耦合器的三极管的集电极和发射极分别连接至所述PWM控制器的反馈端。
本发明还提供一种电子设备，包括以上所述的自适应输入电压的功率控制电路。
实施本发明的自适应输入电压的功率控制电路，具有以下有益效果：包括：初级功率变换电路、次级整流滤波电路、负载回路、信号处理电路和控制单元；初级功率变换电路对电源信号进行转换处理并输出输入电压信号；次级整流滤波电路对输入电压信号进行滤波整流处理并输出输出信号；负载回路根据控制单元输出的开关信号打开或者关闭；信号处理电路对输入电压信号进行检测及转换处理以输出电压采样信号；控制单元根据电压采样信号确定输出功率并将输出功率发送给负载、根据负载返回的选择功率输出反馈信号至初级功率变换电路，使初级功率变换电路根据反馈信号调整输入电压。本发明可适应不同的宽电压范围，功率密度高，转换效率高，成本低。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例提供的自适应输入电压的功率控制电路的原理框图；
图2是本发明提供的自适应输入电压的功率控制电路实施例一的电路图；
图3是本发明实施例提供的信号波形图；
图4是本发明提供的自适应输入电压的功率控制电路实施例二的电路图；
图5是本发明提供的自适应输入电压的功率控制电路实施例三的电路图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
参考图1，为本发明提供的自适应输入电压的功率控制电路一可选实施例的原理框图。
如图1所示，该自适应输入电压的功率控制电路包括：初级功率变换电路10、次级整流滤波电路20、负载回路30、信号处理电路40以及控制单元50。
初级功率变换电路10的输入端接入电源信号，初级功率变换电路10的输出端连接次级整流滤波电路20的输入端，次级整流滤波电路20的输出端连接负载回路30的输入端，负载回路30的输出端连接负载，信号处理电路40的输入端与次级整流滤波电路20连接，信号处理电路40的输出端与控制单元50连接，控制单元50分别与负载回路30和负载连接。
具体的，初级功率变换电路10用于对电源信号进行转换处理并输出输入电压信号。
一些实施例中，该初级功率变换电路10包括：整流滤波模块101、电压转换模块102以及驱动控制模块103。
整流滤波模块101的输入端接入电源信号，整流滤波模块101的输出端连接电压转换模块102的输入端，电压转换模块102的输出端连接次级整流滤波电路20的输入端，驱动控制模块103的反馈端接收反馈信号，驱动控制模块103的驱动端连接电压转换模块102。
可选的，本发明实施例中，该整流滤波模块101可由滤波电容和整流模块组成。其中，整流模块可由多个分立的二极管实现，也可以由整流桥实现。
次级整流滤波电路20用于对输入电压信号进行滤波整流处理并输出输出信号。
负载回路30根据控制单元50输出的开关信号打开或者关闭、以向负载提供供电信号。
具体的，当负载回路30打开时，次级整流滤波电路20输出的输出信号通过负载回路30传送至负载，以向负载供电；当负载回路30关闭时，次级整流滤波电路20输出的输出信号无法传送至负载，不向负载供电。
信号处理电路40用于对输入电压信号进行检测及转换处理以输出电压采样信号至控制单元50。
通过设置信号处理电路40可以实现对输入电压信号进行实时采样，并进行相应的转换处理后，输出相应的电压采样信号给控制单元50。
控制单元50用于根据电压采样信号确定输出功率并将输出功率发送给负载、以及根据负载返回的选择功率输出反馈信号至初级功率变换电路10，以使初级功率变换电路10根据反馈信号调整输入电压。
具体的，该控制单元50可实现对各路检测信号的采集并根据所采集的检测信号进行相关处理以输出相应的信号。其中，该控制单元50根据信号处理电路40所提供的电压采样信号可确定电路所能提供的输出功率，并将所确定的输出功率发送给负载，由负载从所接收的输出功率中确定自身所需要的功率，该功率即为选择功率，并将该选择功率返回给控制单元50，控制单元50根据该选择功率输出相应的反馈信号至初级功率变换电路10，由初级功率变换电路10对输入电压信号进行调整，以获得满足负载需要的功率，同时，在初级功率变换电路10所调整的输入电压信号满足负载的功率需求时，控制单元50输出开关信号至负载回路30，以控制负载回路30打开，以将相应的输出信号发送给负载。
进一步地，一些实施例中，该自适应输入电压的功率控制电路还包括：反馈电路。
反馈电路设置在PWM控制器与控制单元50之间，用于将控制单元50输出的反馈信号反馈给PWM控制器。
参考图2，为本发明提供的自适应输入电压的功率控制电路一可选实施例的电路图。
具体的，如图2所示，该实施例中，电压转换模块102包括：变压器T1；驱动控制模块103包括：PWM控制器及驱动管。
变压器T1的初级绕组的异名端与整流滤波模块101的输出端连接，变压器T1的初级绕组的同名端通过驱动管连接PWM控制器的驱动控制端，变压器T1的次级绕组连接次级整流滤波电路20的输入端，PWM控制器的反馈端接收反馈信号。
可选的，驱动管包括：第三MOS管Q3；第三MOS管Q3的漏极连接变压器T1的初级绕组的同名端，第三MOS管Q3的源极接地，第三MOS管Q3的栅极连接PWM控制器的驱动控制端；PWM控制器的反馈端接收反馈信号。
次级整流滤波电路20包括：同步整流控制模块、第一MOS管Q1和第一电容C1。
同步整流控制模块的第一端连接变压器T1的次级绕组的同名端，同步整流控制模块的第二端连接第一MOS管Q1的栅极，第一MOS管Q1的漏极连接变压器T1的次级绕组的异名端，第一MOS管Q1的源极接地，第一电容C1的第一端连接变压器T1的次级绕组的同名端，第一电容C1的第二端接地，且第一电容C1的第一端还连接负载回路30的输入端。
负载回路30包括：第二MOS管Q2和第五电阻R5。
第二MOS管Q2的漏极连接第一电容C1的第一端，第二MOS管Q2的源极连接负载，第二MOS管Q2的栅极连接控制单元50的控制端；第五电阻R5的第一端接地，第五电阻R5的第二端连接负载和控制单元50的电流检测端。
信号处理电路40包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、基准器U3、比较器U2-A和第四电阻R4。
第一电阻R1的第一端连接变压器T1的次级绕组的异名端，第一电阻R1的第二端连接比较器U2-A的正输入端和第二电阻R2的第一端，第二电阻R2的第二端接地，第三电阻R3的第一端连接控制单元50，第三电阻R3的第二端连接比较器U2-A的负输入端和基准器U3的负端，基准器U3的正端接地，基准器U3的参考端与其负极连接，比较器U2-A的输出端连接控制单元50(MCU的VIN_SIG引脚)，比较器U2-A的接地端接地，比较器U2-A的供电端连接第一电容C1的第一端，比较器U2-A的输出端还通过第四电阻R4连接第一电容C1的第一端。
或者，在其他一些实施例中，如图4所示，信号处理电路40包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、比较器U2-A、第四电阻R4、第六电阻R6、第二电容C2以及第三电容C3。
如图4所示，第一电阻R1的第一端连接变压器T1的次级绕组的异名端，第一电阻R1的第二端连接比较器U2-A的正输入端和第二电阻R2的第一端，第二电阻R2的第二端接地，第三电阻R3的第一端连接控制单元50，第三电阻R3的第二端连接比较器U2-A的负输入端和第六电阻R6的第一端，第六电阻R6的第二端连接控制单元50(MCU的VIN_SIG引脚)和第三电容C3的第一端，第三电容C3的第二端接地，比较器U2-A的输出端连接控制单元50(MCU的VIN_SIG引脚)，比较器U2-A的接地端接地，比较器U2-A的供电端连接第一电容C1的第一端，比较器U2-A的输出端还通过第四电阻R4连接第一电容C1的第一端；第二电容C2与第二电阻并联。
或者，在其他一些实施例中，如图5所示，信息处理电路40包括：第一电阻R1、第二电阻R2和第二电容C2。
如图5所示，第一电阻R1的第一端连接变压器T1的次级绕组的异名端，第一电阻R1的第二端连接第二电阻R2的第一端并连接至控制单元50(MCU的VIN_SIG引脚)，第二电阻R2的第二端接地，第二电容C2与第二电阻并联。
反馈电路包括：光电耦合器PC1。
光电耦合器PC1的二极管(PC1-A)正极连接第一电容C1的第一端，光电耦合器PC1的二极管的负极连接控制单元50的反馈输出端，光电耦合器PC1的三极管(PC1-B)的集电极和发射极分别连接至PWM控制器的反馈端。
控制单元50包括：MCU。其中，MCU的VIN_SIG为控制单元50的输入电压检测端，MCU的OP为控制单元50的反馈输出端，MCU的VOUT为输出电压采样端，MCU的VSW为控制单元50的控制端，MCU的ISEN为控制单元50的电流检测端，MCU的CC1、CC2、DM、DP为控制单元50的通讯端口，用于实现MCU与负载的通信。
如图3所示，VIN为整流滤波模块101输出的电压信号，VS为经过变压器T1转换后输出的脉动电压信号，VOUT为经过次级整流滤波电路20处理后输出的输出信号，VS_SEN为输入电压检测信号，VIN_SIG为经过信号处理电路40对VS进行采样并转换处理后输出的电压采样信号，VG为PWM控制器输出的驱动信号。
如图2所示，整流滤波模块101通过LN接入电源信号，当电源信号接入时，PWM控制器开始工作，由于VS与VIN电压存在匝比关系，可以通过对VS检测输入电压VS_SEN，MCU接收经过比较器U2-A处理后的VIN_SIG后，根据不同的输入电压通过CC1、CC2或者DM、DP传送给负载当前可以输出的输出功率(即电压电流信息，如其可输出功率为5V/2A、9V/3A)，负载在接收到MCU发送的输出功率列表后，根据该输出功率列表选择一个合适的输出功率并返回给MCU，MCU收到返回的选择功率后，通过PC1-A将反馈信号反馈PC1-B，由PC1-B传送给PWM控制器，PWM控制器根据反馈信号将VOUT调整至负载所需要的功率，同时，控制单元50通过VSW控制第二MOS管Q2打开，给负载提供电压电流，并通过第五电阻R5检测回路电流，如果超过预设电流，MCU通过VSW控制第二MOS管Q2关闭，以保护电源不会超负荷使用。
本发明实施例可以通过检测输入电压并在检测到不同的输入电压后，基于输入电压提供不同的输出功率给负载选择，以满足宽电压范围需求，在低电压110～120V的区域，因电流大温度应力大，本发明可将额定输出功率适当降低到一定的百分比，以满足低电压区域的正常使用，例如，最大可输出20V/2.25A；在高电压220～230V的区域，则全功率运行，例如，最大可输出最大可输出20V/3.25A。
本发明实施例在高电压下可输出高功率，在低电压下可降额输出，实现了器件的高效利用，降低了成本，节约资源。另外，由于在高电压和低电压工况下输出功率不同，实现了热平衡，更好的实现了寿命的控制。
本发明还提供一种电子设备，包括本发明实施例的自适应输入电压的功率控制电路。可选的，该电子设备包括但不限于充电器、适配器、驱动电源(如LED驱动电源)。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据此实施，并不能限制本发明的保护范围。凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种自适应输入电压的功率控制电路，其特征在于，包括：初级功率变换电路、次级整流滤波电路、负载回路、信号处理电路以及控制单元；
所述初级功率变换电路的输入端接入电源信号，所述初级功率变换电路的输出端连接所述次级整流滤波电路的输入端，所述次级整流滤波电路的输出端连接所述负载回路的输入端，所述负载回路的输出端连接负载，所述信号处理电路的输入端与所述次级整流滤波电路连接，所述信号处理电路的输出端与所述控制单元连接，所述控制单元分别与所述负载回路和所述负载连接；
所述初级功率变换电路用于对所述电源信号进行转换处理并输出输入电压信号；
所述次级整流滤波电路用于对所述输入电压信号进行滤波整流处理并输出输出信号；
所述负载回路根据所述控制单元输出的开关信号打开或者关闭、以向所述负载提供供电信号；
所述信号处理电路用于对所述输入电压信号进行检测及转换处理以输出电压采样信号至所述控制单元；
所述控制单元用于根据所述电压采样信号确定输出功率并将所述输出功率发送给负载、以及根据所述负载返回的选择功率输出反馈信号至所述初级功率变换电路，以使所述初级功率变换电路根据所述反馈信号调整所述输入电压。
2.根据权利要求1所述的自适应输入电压的功率控制电路，其特征在于，所述初级功率变换电路包括：整流滤波模块、电压转换模块以及驱动控制模块；
所述整流滤波模块的输入端接入电源信号，所述整流滤波模块的输出端连接电压转换模块的输入端，所述电压转换模块的输出端连接所述次级整流滤波电路的输入端，所述驱动控制模块的反馈端接收所述反馈信号，所述驱动控制模块的驱动端连接所述电压转换模块。
3.根据权利要求2所述的自适应输入电压的功率控制电路，其特征在于，所述电压转换模块包括：变压器；所述驱动控制模块包括：PWM控制器及驱动管；
所述变压器的初级绕组的异名端与所述整流滤波模块的输出端连接，所述变压器的初级绕组的同名端通过所述驱动管连接所述PWM控制器的驱动控制端，所述变压器的次级绕组连接所述次级整流滤波电路的输入端，所述PWM控制器的反馈端接收所述反馈信号。
4.根据权利要求3所述的自适应输入电压的功率控制电路，其特征在于，所述驱动管包括：第三MOS管；
所述第三MOS管的漏极连接所述变压器的初级绕组的同名端，所述第三MOS管的源极接地，所述第三MOS管的栅极连接所述PWM控制器的驱动控制端；所述PWM控制器的反馈端接收所述反馈信号。
5.根据权利要求3所述的自适应输入电压的功率控制电路，其特征在于，所述次级整流滤波电路包括：同步整流控制模块、第一MOS管和第一电容；
所述同步整流控制模块的第一端连接所述变压器的次级绕组的同名端，所述同步整流控制模块的第二端连接所述第一MOS管的栅极，所述第一MOS管的漏极连接所述变压器的次级绕组的异名端，所述第一MOS管的源极接地，所述第一电容的第一端连接所述变压器的次级绕组的同名端，所述第一电容的第二端接地，且所述第一电容的第一端还连接所述负载回路的输入端。
6.根据权利要求5所述的自适应输入电压的功率控制电路，其特征在于，所述负载回路包括：第二MOS管和第五电阻；
所述第二MOS管的漏极连接所述第一电容的第一端，所述第二MOS管的源极连接所述负载，所述第二MOS管的栅极连接所述控制单元的控制端；所述第五电阻的第一端接地，所述第五电阻的第二端连接所述负载和所述控制单元的电流检测端。
7.根据权利要求6所述的自适应输入电压的功率控制电路，其特征在于，所述信号处理电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、基准器、比较器和第四电阻；
所述第一电阻的第一端连接所述变压器的次级绕组的异名端，所述第一电阻的第二端连接所述比较器的正输入端和所述第二电阻的第一端，所述第二电阻的第二端接地，所述第三电阻的第一端连接所述控制单元，所述第三电阻的第二端连接所述比较器的负输入端和所述基准器的负端，所述基准器的正端接地，所述基准器的参考端与其负极连接，所述比较器的输出端连接所述控制单元，所述比较器的接地端接地，所述比较器的供电端连接所述第一电容的第一端，所述比较器的输出端还通过所述第四电阻连接所述第一电容的第一端。
8.根据权利要求7所述的自适应输入电压的功率控制电路，其特征在于，还包括：反馈电路；
所述反馈电路设置在所述PWM控制器与所述控制单元之间，用于将所述控制单元输出的反馈信号反馈给所述PWM控制器。
9.根据权利要求8所述的自适应输入电压的功率控制电路，其特征在于，所述反馈电路包括：光电耦合器；
所述光电耦合器的二极管正极连接所述第一电容的第一端，所述光电耦合器的二极管的负极连接所述控制单元的反馈输出端，所述光电耦合器的三极管的集电极和发射极分别连接至所述PWM控制器的反馈端。
10.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的自适应输入电压的功率控制电路。
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