控制芯片、原边控制电路、电源变换器及其控制方法与流程

[0001]
本发明涉及电子电路技术领域，特别涉及一种控制芯片、原边控制电路、电源变换器及其控制方法。


背景技术：

[0002]
电源变换器一般包括由变压器连接的原边电路和副边电路，将电能由原边传递至副边电路，其中，原边电路通过原边控制电路控制原边电路上串联的开关管的开关状态实现电能的传递。
[0003]
在基于副边反馈的反激式电源变换器中，原边控制电路涉及功能较为复杂的情况下，可能需要包括电源输入、接地、输出(输出脉冲宽度调制信号至开关管的控制端)、过载保护、采样(根据对原边电路的电压的采样调控脉冲宽度调制信号)、接收副边反馈、设置保护参数等功能，相应的，现有技术的芯片引脚较多，无法实现至少两种功能复用或实现功能复用的方式较为复杂，封装成本越高，增加了电源变换器的实现成本。


技术实现要素：

[0004]
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种控制芯片、原边控制电路、电源变换器及其控制方法，从而实现原边控制电路的控制芯片的引脚复用，提高对芯片引脚的利用率，降低控制芯片的封装引脚数量，降低控制芯片封装成本，降低电源变换器的实现成本。
[0005]
根据本发明的第一方面，提供一种控制芯片，用于电源变换器的原边控制，所述控制芯片包括：
[0006]
第三端口，所述第三端口用于与地之间分别并联接入电容器和电阻器，第三端口用以实现端口的功能复用，其中，
[0007]
所述控制芯片分时检测所述第三端口的电流信号和电压信号，从而获取表征所述电容器的电容值的第一信号和表征所述电阻器的电阻值的第二信号；所述控制芯片根据第一信号控制电源变换器中第一功能的状态，所述控制芯片根据第二信号控制电源变换器中第二功能的状态。
[0008]
可选地，所述电流信号为对所述第三端口施加第一电压的过程中，在至少两个时刻进行检测所获得的所述第三端口的至少两个电流信号。
[0009]
可选地，所述电压信号为对所述第三端口施加第一电流时获得的第三端口的第三检测电压。
[0010]
可选地，所述控制芯片包括：
[0011]
供电电源，用于提供线性变化的第一电压；以及
[0012]
第一开关，其第一端耦接供电电源的输出端，其第二端耦接所述第三端口。
[0013]
可选地，所述控制芯片包括：
[0014]
电流源，其输出端耦接所述第三端口，用于提供恒定的第一电流；以及
[0015]
比较器，其第一输入端耦接所述第三端口，其第二输入端耦接参考电压信号端，用
于比较所述电压信号与参考电压信号并输出过温保护信号；所述控制芯片根据所述过温保护信号控制电源变换器的工作状态。
[0016]
根据本发明的第二方面，提供一种原边控制电路，用于电源变换器的原边电路的控制，所述电源变换器包括由变压器连接的原边电路和副边电路，其特征在于，其中，所述原边控制电路包括：
[0017]
本发明提供的控制芯片，所述控制芯片的输出端连接至所述原边电路的开关管。
[0018]
根据本发明的第三方面，提供一种电源变换器，所述电源变换器包括：
[0019]
本发明提供的原边控制电路。
[0020]
根据本发明的第四方面，提供一种用于电源变换器的控制方法，所述电源变换器包括控制芯片，所述控制芯片包括第三端口，所述第三端口用于与地之间分别并联接入电容器和电阻器，所述第三端口用以实现端口的功能复用，所述控制方法包括：
[0021]
分时检测所述第三端口的电流信号和电压信号，从而获取表征所述电容器的电容值的第一信号和表征所述电阻器的电阻值的第二信号；以及
[0022]
根据所述第一信号控制电源变换器中第一功能的状态，根据所述第二信号控制电源变换器中第二功能的状态。
[0023]
可选地，所述电流信号为对所述第三端口施加第一电压的过程中，在至少两个时刻进行检测所获得的所述第三端口的至少两个电流信号。
[0024]
可选地，所述电压信号为对所述第三端口施加第一电流时获得的第三端口的第三检测电压。
[0025]
可选地，所述分时检测所述第三端口的电流信号和电压信号的步骤具体包括：
[0026]
对所述第三端口施加第一电压；在第一时刻，获得所述第三端口的第一检测电压以及流过所述第三端口的第一检测电流；在第二时刻，获得所述第三端口的第二检测电压以及流过所述第三端口的第二检测电流；获得第一时刻和第二时刻的时间差；获取表征电容值的第一信号；以及
[0027]
对所述第三端口施加第一电流；获得所述第三端口的第三检测电压，获取表征电阻值的第二信号。
[0028]
可选地，所述第一功能为计时类功能，所述第二功能为过温保护功能或频率调制功能。
[0029]
可选地，所述获取表征电容值的第一信号的具体步骤包括：
[0030]
根据公式ct＝(v1*io2-v2*io1)*δt/v1/(v2-v1)获得电容器的电容值，其中，ct为电容器的电容值，v1为第一检测电压，v2为第二检测电压，io1为第一检测电流，io2为第二检测电流，δt为第一时刻和第二时刻的时间差；所述第一信号为电容器的电容值，或所述第一信号为电容值经处理后而得。
[0031]
可选地，所述对所述第三端口施加第一电压的步骤在电源变换器进行开机检测时进行。
[0032]
可选地，所述对所述第三端口施加第一电流的步骤在电源变换器完成开机检测后进行。
[0033]
可选地，所述计时类功能包括用于控制过载保护延时时间的功能。
[0034]
本发明提供的控制芯片包括第三端口，该第三端口用于与地之间分别并联接入电
容器和电阻器，输出端连接至电源变换器的原边电路的开关管的栅极，控制开关管的开关状态，实现电能由原边电路至副边电路的传递，其中，控制芯片分时检测第三端口的电流信号和电压信号，从而获取表征电容器的电容值的第一信号和表征电阻器的电阻值的第二信号，实现了控制芯片的第三端口的功能复用，降低了控制芯片的封装引脚数量，降低了控制芯片的封装成本。
[0035]
比较器的第一输入端接收所述电压信号，与比较器的第二输入端的低压的参考电压信号比较，检测所述电压信号的低压阈值，可避免与电阻器并联的电容器上的存储电荷对电容器的非接地端的电压的干扰，保障检测的可靠性。
[0036]
本发明提供的原边控制电路用于电源变换器的原边电路的控制，包括本发明提供的控制芯片，成本低。
[0037]
本发明提供的电源变换器包括本发明提供的原边控制电路，实现成本低。
[0038]
本发明提供的电源变换器的控制方法在控制芯片的并联接入电容器和电阻器的第三端口分时检测电流信号和电压信号，获取表征所述电容器的电容值的第一信号和表征所述电阻器的电阻值的第二信号，并根据所述第一信号控制电源变换器中第一功能的状态，根据所述第二信号控制电源变换器中第二功能的状态，实现了对控制芯片的第三端口的功能复用，降低了控制芯片的封装引脚数量，降低了控制芯片的封装成本，进而降低了电源变换器的实现成本。
附图说明
[0039]
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他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
[0040]
图1示出了根据现有技术的电源变换器的结构示意图；
[0041]
图2示出了根据本发明实施例的控制芯片的引脚结构示意图；
[0042]
图3示出了根据本发明实施例的原边控制电路的部分结构示意图；
[0043]
图4示出了根据本发明实施例的原边控制电路的计时电容的电容检测原理；
[0044]
图5示出了根据本发明实施例的原边控制电路的计时时间设置原理；
[0045]
图6示出了根据本发明实施例的原边控制电路的部分结构示意图。
具体实施方式
[0046]
以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
[0047]
说明书中的“耦接”或“连接”既包含直接连接，也包含间接连接，如通过一些有源器件、无源器件或电传导媒介进行的连接；还可包括本领域技术人员公知的在可实现相同或相似功能目的的基础上通过其他有源器件或无源器件的连接，如通过开关、跟随电路等电路或部件的连接。本发明中所用的“第一”“第二”“第三”仅为区分各个技术特征或器件，并不作为对次序的限定。
[0048]
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
[0049]
图1示出了根据现有技术的电源变换器的结构示意图。
[0050]
参照图1，现有技术的电源变换器100包括变压器t，原边电路与变压器t的原边绕
组连接，接收交流电ac输入，将电能传递至变压器t的副边绕组，副边电路与变压器t的副边绕组连接，接收变压器t传递的电能，输出至负载load。
[0051]
原边电路包括电磁干扰滤波器101，电磁干扰滤波器101接收交流电ac，滤除交流电ac中的电磁干扰后输出至整流电路102，由整流电路102输出直流电至变压器t的原边绕组的第一端，变压器t的原边绕组的第二端与地之间依次连接开关管q1和电阻r2，通过开关管q1的开关动作实现电能由变压器t的原边绕组至副边绕组的传递。整流电路102的输出端与地之间还连接有第一电容器c1。
[0052]
副边电路包括耦接在变压器t的副边绕组两端的第二电容器c2和串联在变压器t的副边绕组和第二电容器c2之间的二极管d1，第二电容器c2的两端连接负载load。
[0053]
原边控制电路主要包括控制芯片110，提供开关管q1的栅极控制信号，在该现有技术的电源变换器100中，控制芯片110为8引脚芯片，第一引脚连接第四电容器c4，用于根据第四电容器c4的电容值进行计时操作；第二引脚连接至串联在整流电路102的输出端与地之间的第一电阻器r1与第三电容器c3的中间节点，利用整流电路102的输出电压作为控制芯片110的电源输入；第三引脚接收反馈信号fb，用于接收副边电路的反馈信息进行保护动作；第四引脚通过第三电阻器r3连接至开关管q1与第二电阻器r2的中间节点，对变压器t的原边绕组上的电压进行采样，获得采样信号cs，以便控制芯片110根据该采样信号cs调节输出；第五引脚与地之间串联有负温度系数电阻器ntc，用于温度保护检测；第六引脚滞空，无连接，存在芯片资源浪费的现象；第七引脚为接地引脚；第八引脚为输出引脚，连接至开关管q1的栅极。
[0054]
反馈环路连接副边电路，提供反馈信号fb至控制芯片110，该反馈环路包括串联在第二电容器c2的第一端与地之间的第四电阻器r4和第五电阻器r5，第六电阻器r6连接第二电容器c2的第一端与第一光耦元件121的输入端，根据负载load的电压向第一光耦元件121提供电流，第一光耦元件121的输出端连接可控精密稳压器103(例如tl431)的输出端，可控精密稳压器103的输入端连接第四电容器c4和第五电容器r5的中间节点，接地端接地，第五电容器c5连接在第四电容器c4和第五电容器r5的中间节点与第一光耦元件121的输出端之间。其中第一光耦元件121上流经的电流根据负载load的电压的变换而变化，提供相应强度的光信号输出至第二光耦元件122，第二光耦元件122根据该光信号的强度提供反馈信号fb至控制芯片110，实现对副边电路连接的负载load的过压保护。通过光耦合器实现原边电路和副边电路的电隔离，光耦合器包括第一光耦元件121和第二光耦元件122。
[0055]
图2示出了根据本发明实施例的控制芯片的引脚结构示意图。
[0056]
参照图2，本发明实施例的控制芯片200包括接地端(对应1号引脚)、反馈信号输入端(对应2号引脚)、第三端口(对应3号引脚)、输出端(对应6号引脚)、电源输入端(对应5号引脚)和采样信号输入端(对应4号引脚)，其中，第三端口与地之间分别连接有并联的电容器ct和电阻器rt，控制芯片200分时检测第三端口的电流信号和电压信号，从而获取表征电容器的电容值的第一信号和表征电阻器的电阻值的第二信号。控制芯片可根据第一信号控制电源变换器中第一功能的状态，控制芯片根据第二信号控制电源变换器中第二功能的状态。
[0057]
图3示出了根据本发明实施例的原边控制电路的部分结构示意图，图4示出了根据本发明实施例的原边控制电路的计时电容的电容检测原理。
[0058]
参照图3和图4，其中，a点对应控制芯片200的第三端口，a点通过第一开关s1连接上拉电源v0，电源变换器进行开机检测时，第一开关s1导通，通过上拉电源v0向并联的电容器ct和电阻器rt提供一线性电压，设定上拉电源v0的输出电压由v1提升至v2的时间δt，记录a点在t1时刻和t2时刻电流io1和io2，其中，在t1时刻，io1＝v1/rt；在t2时刻，io2＝ict+irt，电阻器rt上流经的电流irt＝v2/rt，电容器ct上流经的电流ict＝ct*δv/δt，其中，rt为电阻器rt的电阻值，ct为电容器ct的电容值，由前式可得ct＝(v1*io2-v2*io1)*δt/v1/(v2-v1)，v1、v2、δt可以是控制芯片200内部固定参数，io1和io2是不同时刻控制芯片200流出第三端口的电流，可采可测，从而可以获得第三端口连接的电容器ct的电容值，并联的电阻器rt不会影响到电容器ct的电容值测量。
[0059]
其中，第一开关s1在控制芯片200开机检测时导通，开机检测结束后断开，相应的，控制芯片200内可设置开机检测电路，在控制芯片200的电源输入端输入电源后控制第一开关s1导通，并按照预设的v1、v2、δt参数检测获得电容器ct的电容值。
[0060]
图5示出了根据本发明实施例的原边控制电路的计时时间设置原理。
[0061]
如图5所示，计时时间t随电容器ct的电容值ct的增大而增大，通过外接不同的电容器，可调节控制芯片200的计时时间，用于控制保护的延时停止，例如设置过载保护延时时间tolp_debounce，经过一定延时后解除过载保护，重新开机进行使能输出。
[0062]
在一实施例中，第一功能为计时类功能，第二功能为过温保护功能或频率调制功能。计时类功能包括用于控制过载保护延时时间的功能。
[0063]
在本发明的一实施例中，第一信号控制电源变换器中第一功能的状态，如第一功能为用于控制过载保护延时时间的功能，当第一信号获得后，控制芯片将根据当前第一信号来确定电源变换器的过载保护延时时间的值。若控制芯片的第三端口耦接另一电容值的电容时，控制芯片也将调整过载保护延时时间的值。
[0064]
在本发明的另一实施例中，控制芯片在电源变换器进行开机检测时进行电阻检测，在电源变换器完成开机检测后进行电容检测，电容的电容值可用于表征随稳态工作可变情况下的工作状态。可在开机检测时，通过检测第三端口的电流和电压，从而获得电阻的电阻值。在完成开机检测后，通过分别检测第一时刻和第二时刻的电流信号和电压信号，从而获得电容的电容值。
[0065]
图6示出了根据本发明实施例的原边控制电路的部分结构示意图。
[0066]
如图6所示，开机检测出电容器ct的电容值ct后，断开与电压源v0的连接，第三端口连接恒流源a1，在一实施例中，电阻器为负温度系数电阻器ntc，其阻值随温度增加而降低，在恒流源a1提供的恒定电流下，负温度系数电阻器ntc非接地端的电压随温度的升高而降低，检测负温度系数电阻器ntc的非接地端的电压，通过比较器u1与参考电源v5的输出电压比较，获得过温保护信号otp，其中，负温度系数电阻器ntc或其它温敏电阻器在使用中，环境温度的变化缓慢，其非接地端电压变换也较为缓慢，电容器ct两端电压变换缓慢，对温敏电阻器的非接地端的电压影响较小，不足以对过温检测产生实质影响。
[0067]
在本实施例中，比较器u1的反相输入端连接电压源v5的输出，同相输入端连接负温度系数电阻器ntc的非接地端，输出的过温保护信号otp为高电平时表示温度正常。当过温保护信号otp为低电平时表示温度超出阈值，控制芯片200根据该过温保护信号otp执行保护，输出端控制开关管q1关断，停止电源变换器的工作。
[0068]
其中，在一实施例中，在开机检测时，电阻器rt对应负温度系数电阻器ntc，第一开关s1导通，使负温度系数电阻器ntc的非接地端的电压为上拉电源v0的输出电压，设置该上拉电源v0的输出电压的基础值大于电压源v5的输出电压，可在开机检测时输出高电平的过温保护信号otp，对应过温保护的不保护状态，可避免开机检测时开启过温保护。
[0069]
其中，在一实施例中，以电源输入端的电源输入作为开机检测信号，在控制芯片200内，第三端口与上拉电压源v0和恒流源a1之间分别通过第一类型晶体管和第二类型晶体管连接，第一类型晶体管和第二类型晶体管导通的控制电压分别为高电平和低电平，开机检测信号提供至第一类型晶体管和第二类型晶体管的控制端，对开机检测信号的输出进行定时，在定时结束后进行翻转，即可实现分别将第三端口分时连接至上拉电压源v0和恒流源a1，以进行电容检测和电阻检测。定时时间根据电容检测的时间需求设定。
[0070]
本实施例的控制芯片用于检测外部连接的电容器和电阻器的电阻值和电阻值，分别用于过载延时时间设定和过温保护检测，但本发明不限于此，检测的电容值和电阻值还可以用于其它功能，可用于任何需要检测外接并联的电容和电阻参数的场合。
[0071]
本发明的控制芯片为六引脚芯片，其中，第三端口与地之间分别连接并联的电容器和电阻器，分时检测第三引脚的电流信号的电压信号，可分别实现对电容器的电容值和电阻器的电阻值的检测，利用一个引脚实现两个功能，实现了控制芯片的引脚的复用，降低了控制芯片的引脚数量，降低了封装成本。
[0072]
电流信号的检测通过开关控制第三端口连接的上拉电压源的接入控制，上拉电压源接入后，通过向第三端口连接的电容器和电阻器提供线性电压，获得检测过程中的两个时刻的电流信号，通过运算消除电阻项，即可实现电容器的电容值的检测，检测简单有效。
[0073]
电阻器的电阻值检测时，断开上拉电压源的接入，通过恒流源向第三端口连接的电阻器和电容器提供恒定电流，检测第三端口的电压信号，根据该电压信号获得该电阻器的电阻值，利用电容器对低频信号的特性测量与之并联的电阻器的电阻值，简单有效，实现了控制芯片的引脚的复用，降低了封装成本。
[0074]
在温度保护检测中，电阻器为负温度系数电阻器，与低电平的参考电压信号比较，同时，控制上拉电压源的电压值稳定高于参考电压信号的电压，在上拉电压源与第三端口断开连接后，电容器上的存储电荷使第三端口电平高于参考电压信号，避免误触发温度保护。
[0075]
本发明一实施方式公开了一种用于电源变换器的控制方法，电源变换器包括控制芯片，控制芯片包括第三端口，第三端口用于与地之间分别并联接入电容器和电阻器，第三端口用以实现端口的功能复用，控制方法包括：
[0076]
分时检测第三端口的电流信号和电压信号，从而获取表征电容器的电容值的第一信号和表征电阻器的电阻值的第二信号；以及
[0077]
根据第一信号控制电源变换器中第一功能的状态，根据第二信号控制电源变换器中第二功能的状态。
[0078]
在一实施例中，电流信号为对第三端口施加第一电压的过程中，在至少两个时刻进行检测所获得的第三端口的至少两个电流信号。
[0079]
在一实施例中，电压信号为对第三端口施加第一电流时获得的第三端口的第三检测电压。
[0080]
在一实施例中，分时检测第三端口的电流信号和电压信号的步骤具体包括：
[0081]
对第三端口施加第一电压；在第一时刻，获得第三端口的第一检测电压以及流过第三端口的第一检测电流；在第二时刻，获得第三端口的第二检测电压以及流过第三端口的第二检测电流；获得第一时刻和第二时刻的时间差；获取表征电容值的第一信号；以及
[0082]
对第三端口施加第一电流；获得第三端口的第三检测电压，获取表征电阻值的第二信号。
[0083]
在一实施例中，第一功能为计时类功能，第二功能为过温保护功能或频率调制功能。计时类功能包括用于控制过载保护延时时间的功能。
[0084]
在一实施例中，获取表征电容值的第一信号的具体步骤包括：
[0085]
根据公式ct＝(v1*io2-v2*io1)*δt/v1/(v2-v1)获得电容器的电容值，其中，ct为电容器的电容值，v1为第一检测电压，v2为第二检测电压，io1为第一检测电流，io2为第二检测电流，δt为第一时刻和第二时刻的时间差；第一信号为电容器的电容值，或第一信号为电容值经处理后而得。
[0086]
在一实施例中，对第三端口施加第一电压的步骤在电源变换器进行开机检测时进行。对第三端口施加第一电流的步骤在电源变换器完成开机检测后进行。
[0087]
本发明的原边控制电路采用本发明的控制芯片，本发明提供的电源变换器包括该原边控制电路，该控制芯片进行引脚功能复用，降低了控制芯片的封装成本，降低了原边控制电路和电源变换器的实现成本。
[0088]
依照本发明的实施例如上文所述，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。