专利名称：一种低待机功耗的交直流电压转换电路及其控制方法
技术领域：
本发明属于开关电源领域，尤其涉及一种低待机功耗的交直流电压转换电路及其控制方法。
背景技术：
开关电源转换器用以将交流电源转换为直流电源，其广泛地应用于电子装置中。如果在开关电源转换器的电源入口使用的是普通电容，当交流电源断电时，由于普通电容在交流电源断开后电荷会保留很长时间，因此处于安全等因素的考虑，电源入口需要采用特殊的X型安规电容代替普通电容如图I所示的传统的隔离型的开关电源转换器的电路图。所述隔离型的开关电源转换器包括依次并联的安规电容Cx、放电电阻Rx、共模滤波电感器、整流桥、滤波器和开关 电源电路，所述开关电源电路包括控制电路和功率级电路，所述功率级电路采用反激式拓扑结构，所述控制电路用以控制所述功率级电路中的主功率管Qm的开关动作。当所述隔离型的开关电源转换器的输入电源断电后，所述安规电容Cx可以在一定的时间内放电以满足安全要求。图I中加入的放电电阻Rx原本用于在输入电源断电时，供所述安规电容Cx放电使用。虽然所述安规电容Cx的放电时间能够满足安全要求，但是所述放电电阻Rx在输入电源不断电的情况下仍然在消耗电能，即使是在空载的情况下也不例外，因此很难达到低待机功耗的要求。如图2所示的传统的隔离型的开关电源转换器的电路图。所述隔离型的开关电源转换器是在图I的基础上经过改良的，即加入另一开关管Qx，所述放电电阻Rx与所述开关管Qx串联后连接至直流母线电压和地之间，所述控制电路控制所述开关管Qx的开关动作继而控制所述放电电阻Rx的接入和移除。在正常工作状态，所述控制电路控制所述开关管Qx保持关断状态，以防止所述放电电阻Rx额外的耗能；在检测到输入电源断电后，则所述控制电路控制所述开关管Qx导通以接入放电电阻Rx供所述安规电容Cx放电使用。但是由于所述开关管Qx所承受的电压为直流母线电压，而直流母线电压一般为400V左右，因此，选用耐压较高的开关管作为所述开关管Qx其成本较高，同时也难以将其集成在芯片内部。因此，如何用简单的控制方法来对安规电容Cx的安全快速的放电，同时既降低功率损耗，又能够降低成本、使电路结构更加紧凑是一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种低待机功耗的交直流电压转换电路及其控制方法，以解决现有技术中直接加入放电电阻造成功率损耗的问题，保证断电时，安规电容Cx可以安全快速的放电。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案依据本发明一优选实施例的一种低待机功耗的交直流电压转换电路，包括依次并联的安规电容、共模滤波电感器、整流桥、滤波器和开关电源电路，所述安规电容接收输入电源，且所述输入电源经过所述的共模滤波电感器、整流桥和滤波器处理后输入至所述开关电源电路；所述开关电源电路包括功率级电路、控制电路和一假性负载，所述控制电路控制所述功率级电路对所述输入电源进行电压转换；当所述控制电路检测到所述输入电源为正常工作状态时，其控制所述假性负载被移除；当所述控制电路检测到所述输入电源为欠压锁定工作状态时，其控制所述假性负载被加载，所述安规电容上的储能向所述开关电源电路的负载和所述假性负载供电，直至所述安规电容的电压降至安全阈值以下时，所述功率级电路停止工作。进一步的，所述开关电源电路包括偏置电压产生电路，所述偏置电压产生电路的输出电压向所述控制电路供电；所述偏置电压产生电路包括辅助绕组、偏置二极管和偏置电容；
所述辅助绕组与所述功率级电路中的电感耦合，且所述辅助绕组输出端依次连接所述偏置二极管和偏置电容；所述偏置电容上的电压为所述偏置电压产生电路的输出电压。进一步的，所述开关电源电路包括一第一开关管，所述偏置电压产生电路的输出通过所述第一开关管与所述假性负载连接；当所述输入电源为正常工作状态时，所述控制电路控制所述第一开关管关断以移除所述假性负载；当所述输入电源为欠压锁定工作状态时，所述控制电路控制所述第一开关管导通以加载所述假性负载。进一步的，所述安规电容的电压降至安全阈值以下，所述功率级电路停止工作后，所述偏置电容的储能为所述假性负载供电直至所述控制电路停止工作。优选的，所述假性负载为一电流源或一电阻。依据本发明一优选实施例的一种低待机功耗的交直流电压转换电路的控制方法，一安规电容接收输入电源，且所述输入电源经过整流和滤波处理后输入至开关电源电路，通过所述开关电源电路中的控制电路控制所述开关电源电路中的功率级电路对所述输入电源进行电压转换，包括以下步骤检测所述输入电源的工作状态；当所述输入电源为正常工作状态时，移除一假性负载；当所述输入电源为欠压锁定工作状态时，加载所述假性负载；所述安规电容上的储能为所述开关电源电路的负载和所述假性负载供电，直至所述安规电容的电压降至安全阈值以下时，控制所述功率级电路停止工作。进一步包括以下步骤；当所述控制电路检测到所述输入电源为正常工作状态时，关断第一开关管以移除所述假性负载；当所述控制电路检测到所述输入电源为欠压锁定工作状态时，导通第一开关管加载所述假性负载。进一步的，所述安规电容的电压降至安全阈值以下，所述功率级电路停止工作后，利用所述偏置电压产生电路为所述假性负载供电直至所述控制电路停止工作。由上述技术方案可见，本发明与现有的采用放电电阻对安规电容进行放电的技术方案相比，本发明公开的低待机功耗的交直流电压转换电路在开关电源电路中增加一假性负载，通过控制所述假性负载的连入和移除，以降低在输入电源正常工作状态下的能耗，控制方式也相对简单。另外，在现有技术中控制放电电阻接入的开关管所承受的电压为直流母线电压，直流母线电压一般为百伏级，而本发明中控制假性负载接入的第一开关管所承受的电压为辅助绕组上的电压，通常为十几伏左右，因此可以选用耐压较低的开关管，从而降低了开关管的成本，同时控制电路不需要另外的外接电源供电，而是通过辅助绕组从功率级电路中获得电能，而低耐压开关管以及为控制电路供电的辅助绕组部分可以集成在芯片中，使得电路结构更加紧凑。另外，依据本发明的开关电源电路中的功率级电路可以采用隔离型或非隔离型拓扑。
图I为现有技术一实施例中的隔离型的开关式电源转换器的结构示意图；图2为现有技术另一实施例中的隔离型的开关式电源转换器的结构示意图； 图3为本发明一实施例中低待机功耗的交直流电压转换电路的结构示意图；图4为本发明另一实施例中低待机功耗的交直流电压转换电路的结构示意图；图5为本发明一实施例的低待机功耗的交直流电压转换电路的控制方法的流程图。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。参见图3，对本发明提供的一种低待机功耗的交直流电压转换电路进行详细分析。所述低待机功耗的交直流电压转换电路包括依次并联的安规电容Cx、共模滤波电感器、整流桥、滤波器和开关电源电路，所述安规电容Cx接入外部输入电源Vin，所述输入电源Vin依次经过所述共模滤波电感器、整流桥和滤波器处理后输入至所述开关电源电路，其中，所述开关电源电路包括功率级电路、控制电路和一假性负载Ix，所述控制电路控制所述功率级电路对所述输入电源Vin进行电压转换。所述控制电路检测所述输入电源Vin的工作状态，当检测到所述输入电源Vin为正常工作状态时，所述控制电路控制所述假性负载Ix被移除，所述控制电路控制所述功率级电路对所述输入电源Vin进行电压转换；当检测到所述输入电源为欠压锁定工作状态时，此时输入电源断电无法为功率级电路提供电能，所述控制电路控制所述假性负载被加载而对所述安规电容进行放电工作，而同时所述控制电路控制所述功率级电路继续工作，而此时其转换的电能为所述安规电容Cx上的储能，即利用所述安规电容Cx上的储能向所述开关电源电路的负载和所述假性负载Ix供电。由于所述假性负载Ix的加入，进一步加快了所述安规电容Cx放电的速度，从而对所述安规电容Cx进行稳定快速放电工作，直至所述安规电容的电压降至安全阈值以下时，所述功率级电路停止电能转换。
此外，所述开关电源电路进一步包括偏置电压产生电路，所述偏置电压产生电路包括辅助绕组Na、偏置二极管D1、偏置电容Cb，所述辅助绕组Na与所述功率级电路中的原边绕组进行电感耦合以从功率级电路中进行电能的抽取。所述辅助绕组输出端依次连接所述的偏置二极管Dl和偏置电容Cb，最后将所述偏置电容Cb连接至地GND，从而将所述偏置电容Cb上的电压作为所述偏置电压产生电路的输出电压，并通过所述偏置电压产生电路的输出端向所述控制电路供电。另外，所述开关电源电路进一步包括一第一开关管Qx，所述偏置电压产生电路的输出端通过所述第一开关管Qx与所述假性负载Ix连接。进一步的，当所述控制电路检测到所述输入电源Vin为正常工作状态时，所述控制电路控制所述第一开关管Qx关断以移除所述假性负载；当所述控制电路检测到所述输入电源Vin为欠压锁定工作状态时，所述控制电路控制所述第一开关管Qx导通以加载所述假性负载Ix对所述安规电容Cx进行放电工作。由于此时电路负载和假性负载对所述安规电容Cx储能的消耗，所述安规电容Cx上的电压降至安全阈值以下时，所述功率级电路停止 工作，此时由于偏置电压产生电路无法从功率级电路中继续获得电能，所述偏置电容Cb上的储能为所述假性负载供电，直至所述偏置电容Cb上的电压降低至所述控制电路彻底关断。从图中的拓扑结构可以看出，所述第一开关管Qx所承受的电压为辅助绕组上的电压，通常为十几伏左右，因此可以选用耐压较低的开关管做为第一开关管Qx，大大降低了开关管的成本。同时控制电路不需要另外的外接电源供电，而是通过辅助绕组从功率级电路中获得电能，而低耐压开关管以及为控制电路供电的辅助绕组部分可以集成在芯片中，使得电路结构更加紧凑。而所述假性负载Ix的实现方式可以是一电流源或一电阻。在本实施例中，所述功率级电路为反激式的隔离型拓扑结构，但依据本发明的交直流电压转换电路并不限制其应用的拓扑形式，非隔离型拓扑结构同样适用，如图4所示的非隔离型降压变换器，其中功率级电路由主功率管Qm、电感L3、整流二极管D2和整流电容Cl构成，所述整流电容Cl输出端的电压为所述开关电源电路输出端的电压Vout，所述控制电路通过控制所述主功率管Qm的导通和关断来控制所述功率级电路进行电压转换。因此，本发明与现有的采用放电电阻对安规电容进行放电的技术方案相比，本发明公开的低待机功耗的交直流电压转换电路在开关电源电路中增加一假性负载，通过控制所述假性负载的连入和移除，以降低在输入电源正常工作状态下的能耗，同时控制方式相对简单。从以上实施例可以看出在现有技术中控制放电电阻接入的开关管所承受的电压为直流母线电压，直流母线电压一般为几百伏如300V 400V，而本发明中控制假性负载接入的第一开关管所承受的电压为辅助绕组上的电压，通常为十几伏左右，因此可以选用耐压较低的开关管做，因此降低了开关管的成本。同时控制电路不需要另外的外接电源供电，而是通过辅助绕组从功率级电路中获得电能，而低耐压开关管以及为控制电路供电的辅助绕组部分可以集成在芯片中，使得电路结构更加紧凑。另外，依据本发明的交直流电压转换电路可以应用在多种拓扑结构的功率级电路中。图5所示为依据本发明的一种低待机功耗的交直流电压转换电路的控制方法，一安规电容接收输入电源，且所述输入电源经过整流和滤波处理后输入至开关电源电路，通过所述开关电源电路中的控制电路控制所述开关电源电路中的功率级电路对所述输入电源进行电压转换，其包括以下步骤S501 :检测所述输入电源的工作状态；S502 :当所述输入电源为正常工作状态时，移除一假性负载；当所述输入电源为欠压锁定工作状态时，加载所述假性负载；S503:利用所述安规电容上的储能为所述开关电源电路的负载和所述假性负载供电，直至所述安规电容的电压降至安全阈值以下时，控制所述功率级电路停止工作。步骤S502中进一步包括以下步骤当所述控制电路检测到所述输入电源为正常工作状态时，关断第一开关管以移除所述假性负载；当所述控制电路检测到所述输入电源为欠压锁定工作状态时，导通第一开·关管加载所述假性负载。步骤S503中进一步包括以下步骤所述安规电容的电压降至安全阈值以下，所述功率级电路停止工作后，利用所述偏置电压产生电路为所述假性负载供电直至所述控制电路停止工作。本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。
权利要求
1.一种低待机功耗的交直流电压转换电路,包括依次并联的安规电容、共模滤波电感器、整流桥、滤波器和开关电源电路，所述安规电容接收输入电源，且所述输入电源经过所述的共模滤波电感器、整流桥和滤波器处理后输入至所述开关电源电路，其特征在于，所述开关电源电路包括功率级电路、控制电路和一假性负载，所述控制电路控制所述功率级电路对所述输入电源进行电压转换； 当所述控制电路检测到所述输入电源为正常工作状态时，其控制所述假性负载被移除；当所述控制电路检测到所述输入电源为欠压锁定工作状态时，其控制所述假性负载被加载，所述安规电容上的储能向所述开关电源电路的负载和所述假性负载供电，直至所述安规电容的电压降至安全阈值以下时，所述功率级电路停止工作。
2.如权利要求I所述的低待机功耗的交直流电压转换电路，其特征在于，所述开关电源电路包括偏置电压产生电路，所述偏置电压产生电路的输出电压向所述控制电路供电； 所述偏置电压产生电路包括辅助绕组、偏置二极管和偏置电容； 所述辅助绕组与所述功率级电路中的电感耦合，且所述辅助绕组输出端依次连接所述偏置二极管和偏置电容； 所述偏置电容上的电压为所述偏置电压产生电路的输出电压。
3.如权利要求2所述的低待机功耗的交直流电压转换电路，其特征在于，所述开关电源电路包括一第一开关管，所述偏置电压产生电路的输出通过所述第一开关管与所述假性负载连接； 当所述输入电源为正常工作状态时，所述控制电路控制所述第一开关管关断以移除所述假性负载；当所述输入电源为欠压锁定工作状态时，所述控制电路控制所述第一开关管导通以加载所述假性负载。
4.如权利要求3所述的低待机功耗的交直流电压转换电路，其特征在于，所述安规电容的电压降至安全阈值以下，所述功率级电路停止工作后，所述偏置电容的储能为所述假性负载供电直至所述控制电路停止工作。
5.如权利要求I至4中任意一项所述的低待机功耗的交直流电压转换电路，其特征在于，所述假性负载为一电流源或一电阻。
6.—种低待机功耗的交直流电压转换电路的控制方法,一安规电容接收输入电源，且所述输入电源经过整流和滤波处理后输入至开关电源电路，通过所述开关电源电路中的控制电路控制所述开关电源电路中的功率级电路对所述输入电源进行电压转换，其特征在于包括以下步骤 检测所述输入电源的工作状态； 当所述输入电源为正常工作状态时，移除一假性负载； 当所述输入电源为欠压锁定工作状态时，加载所述假性负载； 利用所述安规电容上的储能为所述开关电源电路的负载和所述假性负载供电，直至所述安规电容的电压降至安全阈值以下时，控制所述功率级电路停止工作。
7.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于， 当所述控制电路检测到所述输入电源为正常工作状态时，关断第一开关管以移除所述假性负载；当所述控制电路检测到所述输入电源为欠压锁定工作状态时，导通第一开关管加载所述假性负载。
8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述安规电容的电压降至安全阈值以下，所述功率级电路停止工作后，利用所述偏置电压产生电路为所述假性负载供电直至所述控制电路停止工作。
全文摘要
本发明提供一种低待机功耗的交直流电压转换电路，包括依次并联的安规电容、共模滤波电感器、整流桥、滤波器和开关电源电路，安规电容接收输入电源，且输入电源经过共模滤波电感器、整流桥和滤波器处理后输入至开关电源电路，开关电源电路包括功率级电路、控制电路和一假性负载，控制电路用于检测所述输入电源是否正常工作以及控制功率级电路对输入电源进行电压转换；当输入电源为正常工作状态时，假性负载被移除；当输入电源为欠压锁定工作状态时，假性负载被加载而对所述安规电容进行放电工作。本发明解决了现有技术中直接加入放电电阻造成功率损耗的问题，减小了开关管的成本，同时利于电路的集成。
文档编号H02M7/02GK102801339SQ201210309980
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月28日 优先权日2012年8月28日
发明者陈伟 申请人:矽力杰半导体技术(杭州)有限公司