开关电源及其开关控制器制造技术

本发明专利技术公开了一种开关电源及其开关控制器。开关电源包括电力转换器、电流监测器、开关控制器及补偿电阻，补偿电阻耦合在电流监测器与开关控制器之间。通过补偿电阻和流经补偿电阻的补偿电流使得电流监测信号的电压值与输入电压成反比关系，当输入电压增大时，电流监测信号的电压值相应地减小，当输入电压减小时，电流监测信号的电压值相应地增大。电流监测信号指示流经电力转换器中变压器的原边绕组的电流。本发明专利技术的开关电源和开关控制器通过利用补偿电流和补偿电阻来减少输入电压的变化对电力转换器的输入功率和输出功率的影响，从而满足客户的特殊应用要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种开关电源，尤其涉及一种能够保持输出功率实质恒定并且具有安全放电功能的开关电源及其开关控制器。
技术介绍
开关电源是一种常见的电源转换电路，广泛应用于电视、计算机等领域。开关电源将交流(AC)输入功率转换成直流(DC)输出功率，并且采用脉冲宽度调制(PWM)技术来控制输出功率。在开关电源内部有多个保护功能来避免系统遭受损坏，例如过流保护(OCP)、过压保护(OVP)、过温保护(OTP)等。其中，过流保护采用逐周限流的方式来限制开关器件的最大电流。图1所示为一种传统的开关电源100，其为反激式(Flyback)电路，包括桥式整流器和隔离直流/直流转换器。隔离直流/直流转换器包括变压器、光耦合器、开关控制器和控制开关(例如，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET))。然而，当输入电压从85VAC变化到265VAC时，最大输出功率也会有较大变化，原因在于：1)当输入电压处于高压范围时，开关电源100工作在不连续导通模式(DCM)下，开关控制器内部驱动级所引起的“关断延迟”会产生电感电流误差；2)当输入电压处于低压范围时，开关电源100工作在连续导通模式(CCM)下，CCM的功率传输能力比DCM的功率传输功能差。这两点会导致高压输入时的最大输出功率明显大于低压输入时的最大输出功率，这是用户所不期望的。目前，通常采用占空比(duty cycle)补偿方式来使最大输出功率在输入电压的整个范围内保持不变。这种方式的缺点是：电感量对输出功率影响较大，但电感量可能存在20％的误差，使得用户很难精准地调节电感量。因此，需要一种更简单、灵活的线电压补偿方式。此外，在开关电源中，为抑制电磁干扰(EMI)，通常需要在交流输入的两端之间设置一个或多个安规电容(也称为XCap)。根据放电需求，
如果拔掉AC电源，则在一秒后安规电容上的电压必须小于37％的峰值电压。即，安规电容上的电压必须迅速降低到安全值，以免残留电荷给用户带来不必要的危害。图2所示为一种传统的电阻性放电电路示意图200。如图2所示，在交流输入的两端之间还设置一个或多个安规电阻，来实现当AC电源被拔掉时安规电容上的快速放电。然而，这种方式的缺点在于安规电阻将导致较大的额外功率耗散，这不符合绿色环保规定。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于提供一种开关电源及其开关控制器，当输入电压在一定范围内变化时，能够保持输出功率实质恒定。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种开关电源，该开关电源包括：电力转换器，包括由驱动信号控制的开关和变压器，所述变压器包括接收来自交流/直流转换器的输入电能的原边绕组和为负载提供输出电能的副边绕组；电流监测器，耦合于所述开关与地之间，用于产生指示流经所述原边绕组的电流的电流监测信号；连接于光耦合器和所述原边绕组之间的开关控制器，用于从所述光耦合器接收指示流经所述负载的电流的反馈信号，并根据所述反馈信号产生所述驱动信号来控制所述输入电能和所述输出电能，所述开关控制器还接收指示输入电压的线电压信号,并产生对应于所述线电压信号的峰值电压的补偿电流，其中，由所述交流/直流转换器将交流电压转换为所述输入电压以提供给所述电力转换器；以及耦合在所述电流监测器与所述开关控制器之间的补偿电阻，所述补偿电流和所述补偿电阻使得所述电流监测信号的电压值与所述输入电压成反比关系，当所述输入电压增大时，所述电流监测信号的电压值相应地减小，当所述输入电压减小时，所述电流监测信号的电压值相应地增大。本专利技术还提供了一种开关控制器，用于控制电力转换器，所述电力转换器包括由驱动信号控制的开关和变压器，所述变压器包括接收来自交流/直流转换器的输入电能的原边绕组和为负载提供输出电能的副边绕组。所述开关控制器包括：反馈端口，用于从光耦合器接收指示流经所述负载的电流的反馈信号；驱动端口，用于根据所述反馈信号产生所述驱动信号来控制所述输入电能和所述输出电能；线电压监测端口，用于接收指示输入电压的线电压信号，所述输入电压由所述交流/直流转换器提供给所述
电力转换器；以及电流监测端口，用于接收指示流经所述原边绕组的电流的电流监测信号，对应于所述线电压信号的峰值电压的补偿电流由所述电流监测端口流出，所述电流监测端口耦合于补偿电阻，所述补偿电流和所述补偿电阻使得所述电流监测信号的电压值与所述输入电压成反比关系，当所述输入电压增大时，所述电流监测信号的电压值相应地减小，当所述输入电压减小时，所述电流监测信号的电压值相应地增大。有利地，本专利技术的开关电源通过补偿电流和补偿电阻来减少输入电压的变化对电力转换器的输入功率和输出功率的影响，从而满足客户的特殊应用要求。附图说明以下通过对本专利技术的一些实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本专利技术的目的、具体结构特征和优点。图1所示为一种传统的开关电源。图2所示为一种传统的电阻性放电电路示意图。图3所示为根据本专利技术实施例的开关电源的示意图。图4所示为图3中的开关控制器的结构示意图。图5所示为图3中的输出功率随输入电压变化的实际波形示意图。图6所示为图4中的线电压补偿单元的结构示意图。图7所示为根据本专利技术实施例的放电电路的示意图。图8所示为产生图7中的放电信号的电路方框图。具体实施方式以下将对本专利技术的实施例给出详细的说明。尽管本专利技术通过这些实施方式进行阐述和说明，但需要注意的是本专利技术并不仅仅只局限于这些实施方式。相反，本专利技术涵盖后附权利要求所定义的专利技术精神和专利技术范围内的所有替代物、变体和等同物。另外，为了更好的说明本专利技术，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本专利技术同样可以实施。在另外一些实例中，对于大家熟知的方法、流程、元件和电路未
作详细描述，以便于凸显本专利技术的主旨。图3所示为根据本专利技术实施例的开关电源300的示意图。开关电源300包含交流/直流转换器304、开关控制器310、电力转换器320和光耦合器330。交流/直流转换器304用于将来自交流电源302的交流电压VAC转换成直流输入电压VIN。在图3所示的实施例中，交流/直流转换器304是包括二极管D1-D4和电容C1的桥式整流器。电力转换器320接收来自交流/直流转换器304的直流输入电压VIN，并为负载提供调节后的输出电压VOUT。在图3所示的实施例中，电力转换器320是隔离直流/直流转换器，隔离直流/直流转换器320包括变压器321、控制开关Q1、二极管D5和电容C2。变压器321包括用于接收来自交流/直流转换器304的输入电能的原边绕组322、用于为负载提供输出电能的副边绕组324和磁芯328。变压器321还包括用于为开关控制器310提供电能的辅助绕组326。为说明目的，在图3所示的实施例中示意了三个绕组。然而，变压器321可包括不同数量的绕组。在图3所示的实施例中，耦合于原边绕组322的控制开关Q1位于开关控制器310的外部。在其它的实施例中，控制开关Q1也可以集成于开关控制器310的内部。开关控制器310耦合于变压器321的原边绕组322和辅助绕组326。开关控制器310可为反激PWM控制器，用于产生PWM信号来选择性地接通与原边绕组322串联的控制开关Q1，并用于通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关电源，其特征在于，所述开关电源包括：电力转换器，包括由驱动信号控制的开关和变压器，所述变压器包括接收来自交流/直流转换器的输入电能的原边绕组和为负载提供输出电能的副边绕组；电流监测器，耦合于所述开关与地之间，用于产生指示流经所述原边绕组的电流的电流监测信号；连接于光耦合器和所述原边绕组之间的开关控制器，用于从所述光耦合器接收指示流经所述负载的电流的反馈信号，并根据所述反馈信号产生所述驱动信号来控制所述输入电能和所述输出电能，所述开关控制器还接收指示输入电压的线电压信号,并产生对应于所述线电压信号的峰值电压的补偿电流，其中，由所述交流/直流转换器将交流电压转换为所述输入电压以提供给所述电力转换器；以及耦合在所述电流监测器与所述开关控制器之间的补偿电阻，所述补偿电流和所述补偿电阻使得所述电流监测信号的电压值与所述输入电压成反比关系，当所述输入电压增大时，所述电流监测信号的电压值相应地减小，当所述输入电压减小时，所述电流监测信号的电压值相应地增大。

【技术特征摘要】
1.一种开关电源，其特征在于，所述开关电源包括：电力转换器，包括由驱动信号控制的开关和变压器，所述变压器包括接收来自交流/直流转换器的输入电能的原边绕组和为负载提供输出电能的副边绕组；电流监测器，耦合于所述开关与地之间，用于产生指示流经所述原边绕组的电流的电流监测信号；连接于光耦合器和所述原边绕组之间的开关控制器，用于从所述光耦合器接收指示流经所述负载的电流的反馈信号，并根据所述反馈信号产生所述驱动信号来控制所述输入电能和所述输出电能，所述开关控制器还接收指示输入电压的线电压信号,并产生对应于所述线电压信号的峰值电压的补偿电流，其中，由所述交流/直流转换器将交流电压转换为所述输入电压以提供给所述电力转换器；以及耦合在所述电流监测器与所述开关控制器之间的补偿电阻，所述补偿电流和所述补偿电阻使得所述电流监测信号的电压值与所述输入电压成反比关系，当所述输入电压增大时，所述电流监测信号的电压值相应地减小，当所述输入电压减小时，所述电流监测信号的电压值相应地增大。2.根据权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述变压器还包括为所述开关控制器提供电能的辅助绕组。3.根据权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述开关控制器包括线电压补偿单元，用于根据所述线电压信号产生所述补偿电流，所述线电压补偿单元包括：至少一个计数器，用于针对每个预定时间周期内的所述线电压信号的峰值电压的数值进行计数；至少一个数模转换器，分别与所述至少一个计数器中的对应计数器相连，用于将所述至少一个计数器中的每个计数器的计数结果转换成对应于每个预定时间周期内的所述线电压信号的峰值电压的模拟信号；至少一个数据选择器，分别与所述至少一个数模转换器中的对应数模转换器相连，用于从所述至少一个数模转换器中选择所述预定时间周期内的峰值电压；峰值电压检测器，与所述至少一个数据选择器相连，用于获取每个预
\t定时间周期内的所述线电压信号的峰值电压；以及电压电流转换器，与所述峰值电压检测器相连，用于将所述线电压信号的峰值电压转换成所述补偿电流。4.根据权利要求3所述的开关电源，其特征在于，所述预定时间周期为30ms。5.根据权利要求3所述的开关电源，其特征在于，所述线电压补偿单元还包括比较器和抬压单元，所述比较器的正输入端接收所述线电压信号，所述比较器的负输入端与所述抬压单元相连，用于从所述抬压单元接收预定阈值，当所述线电压信号小于所述预定阈值时，所述线电压补偿单元不产生所述补偿电流。6.根据权利要求5所述的开关电源，其特征在于，所述至少一个计数器是基于所述比较器的输出以及时钟信号来选择性地启动，当所述线电压信号大于所述预定阈值时，所述至少一个计数器交替计数。7.根据权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述开关电源还包括安规电容、二极管和与安规电容相连的放电开关，当所述开关控制器检测到为所述交流/直流转换器提供所述交流电压的交流电源被拔掉时，所述放电开关从断开状态转换成闭合状态以使所述安规电容上的残留电荷经由所述二极管放电。8.根据权利要求7所述的开关电源，其特征在于，所述开关控制器还包括：比较器，用于将预定时间周期内的所述线电压信号的实时值与在上一个预定时间周期中检测到的所述线电压信号的峰值电压的固定比例值进行比较；滤波器，耦合于所述比较器，用于对所述比较器的输出进行高频滤波；以及耦合于所述滤波器的计数器和锁存器，用于判断所述交流电源是否被拔掉，其中当检测到所述交流电源被拔掉时，所述锁存器产生放电信号来导通所述放电开关。9.根据权利要求8所述的开关电源，其特征在于，所述固定比例值为上一个预定时间周期中检测到的所述线电压信号的峰值电压的一半值。10.根据权利要求8所述的开关电源，其特征在于，当所述线电压信号的实时值小于在上一个预定时间周期中检测到的所述线电压信号的峰值电压的固定比例值时，所述计数器不计数，当所述计数器超过预定时间周期未检测到转变时，所述锁存器产生...

【专利技术属性】
技术研发人员：任智谋，苏英杰，郭清泉，谢云宁，林风，其他发明人请求不公开姓名，
申请(专利权)人：凹凸电子武汉有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42