电源失效控制电路、控制方法以及功率变换器与流程

本发明涉及电脑电源以及服务器电源等功率变换器领域，特别涉及一种应用于功率变换器的电源失效控制电路、控制方法以及变换器。

背景技术：

1、图1示出了一种传统的电源变换器的结构示意图。图2示出了另一种传统的电源变换器的结构示意图。如图1所示，通常电脑（pc）以及服务器电源等功率变换器包括依次级联的整流电路1、功率因数校正（power factor correction, pfc）电路2、母线电容c、隔离型dc-dc变换器3以及控制器5。整流电路1用于接收输入电源vin，pfc电路2的输入端连接整流电路1的输出端，母线电容c并接在pfc电路2的输出端，隔离型dc-dc变换器3的输入端并接在母线电容c的两端，隔离型dc-dc变换器3的输出端连接负载4，其中隔离型dc-dc变换器3包括变压器，变压器的一次侧绕组连接pfc电路2，变压器的二次侧绕组连接负载4。控制器5包括一次侧控制器51、隔离电路52和二次侧控制器53。如图2所示，该电源变换器的结构与图1所示的电源变换器结构相似，其与图1所示的电源变换器的不同之处在于控制器，图2所示的控制器用于接收变压器二次侧的电压。

2、图3示出了传统的电源变换器输入电源关机的电源失效控制时序的时序图。结合图1和图2，电源失效（power fail, pf）控制时序是指当电源变换器接收的输入电源vin在t0时刻断电，电源变换器的输出电压vout在t1时刻下降至90%，电源良好（power good, pg）信号需要在t1时刻之前的t2时刻变成低电平，其中t1时刻与t2时刻之间的时间段大于等于1ms，然后在t3时刻关闭电源变换器的输出电压vout。

3、电源失效控制的这个时序过程是为了满足intel atx 2.31以及intel crps 2.2规范要求，其目的是为了防止电源电路时序不定时，主机内各部件未进入初始化状态造成工作错误以及突然停电，比如硬盘磁头来不及移至着陆区而划伤硬盘。

4、电源失效控制时序作为pc以及服务器电源的核心指标，目前业界检测并控制电源失效控制时序的方案主要有以下三种：

5、1、如图1所示，一次侧控制51器用于检测pfc电路的输出电压vc，并当该输出电压降低至某一个阈值时通过隔离电路52向二次侧控制器53发送电平(ttl)信号，二次侧控制器53检测到该ttl信号后关断pg信号，然后延时关闭电源变换器的输出电压。由于该方案需要检测pfc电路2的输出电压以及需要隔离电路52传输ttl信号，这会增加检测以及隔离传输线路，并且当电源变换器接收输入电源为交流电源时pfc电路2的输出电压会存在2倍频的纹波，这影响了pfc电路2的输出电压检测的准确性，导致电源失效控制时序控制不准确。

6、2、如图1所示，一次侧控制器检测电源变换器接收的输入电源vin，当检测到输入电源vin断电时，通过隔离电路52向二次侧控制器53发送ttl信号，二次侧控制器53检测到该ttl信号并固定延时后关闭pg信号，然后再延时关闭电源变换器的输出电压。同样的，由于该方案需要检测输入电源vin以及需要隔离电路52传输ttl信号，这会增加检测以及隔离传输线路，并且电源变换器的输入端的emi电容（如x电容）等用于抑制电磁干扰的器件会影响电源变换器接收的输入电源vin的掉电检测，导致电源失效控制时序不准确。

7、3、如图2所示，检测变压器的副边绕组电压，当变压器的副边绕组电压低于某一阈值时关闭pg信号，然后延时关闭电源变换器的输出电压。由于该方案需要通过控制器8检测变压器的副边绕组电压，需要增加检测线路，虽然不需要隔离电路传输ttl信号，但变压器的副边绕组电压为脉冲宽度调制（pulse width modulation, pwm）信号，需要滤波检测，导致电源失效控制时序不准确。另外变压器的副边不是直接反应母线电容的电压幅值的拓扑（比如llc）是无法采用这种方案的。

8、如上所述，即目前的电源变换器关机的电源失效控制均需要额外增加专门的检测电路，导致线路复杂、成本高，还存在检测不准确的问题。另外还有些需要隔离传输，这也增加了成本。并且检测、传输也有延时，导致控制的时效性差。

9、因此，业界急需研发出一种既不需要增加检测线路又能够实现功率变换器输入电源关机的电源失效控制时序准确的电源失效控制电路。

技术实现思路

1、针对上文提到的需要增加检测线路以及功率变换器输入电源关机的电源失效控制时序不准确等问题。

2、本技术提出了一种应用于功率变换器输入电源关机的电源失效的控制电路，包括：

3、数/模转换器，用于接收与所述功率变换器的输出电压成比例的比例信号，并根据所述比例信号来生成数字信号；

4、数字补偿器，用于根据数字电压阈值与所述数字信号的差得到的数字误差信号来生成数字补偿信号；

5、数字控制信号发生器，用于根据所述数字补偿信号控制所述功率变换器的dc-dc变换器工作或关闭；

6、比较器，用于比较所述数字补偿信号和pg关断阈值，并且当所述数字补偿信号达到所述pg关断阈值时生成比较结果；以及

7、输入输出口，用于根据所述比较结果来输出pg关断信号。

8、可选地，当所述数字补偿信号达到所述pg关断阈值时，所述数字控制信号发生器延时预设时间后控制所述dc-dc变换器关闭。

9、可选地, 当所述功率变换器接收的输入电源关机且所述数字补偿信号达到所述pg关断阈值之前，所述数字控制信号发生器用于增大控制信号的导通时间，使得所述输出电压保持稳定。

10、可选地, 所述数字补偿信号包括频率信号，所述pg关断阈值包括频率阈值；所述比较器用于当所述频率信号小于所述频率阈值时生成所述比较结果，所述输入输出口根据所述比较结果输出pg关断信号。

11、可选地, 所述数字补偿信号包括占空比信号，所述pg关断阈值包括占空比阈值；所述比较器用于当所述占空比信号大于所述占空比阈值时生成所述比较结果，所述输入输出口根据所述比较结果输出pg关断信号。

12、可选地, 所述数字补偿信号包括pwm间相位信号，所述pg关断阈值包括相位阈值；所述比较器用于当所述pwm间相位信号大于所述相位阈值时生成所述比较结果，所述输入输出口根据所述比较结果输出pg关断信号。

13、可选地, 所述数字补偿信号包括环路计算信号，所述pg关断阈值包括环路设定比较阈值；所述比较器用于当所述环路计算信号大于所述环路设定比较阈值时生成所述比较结果，所述输入输出口根据所述比较结果输出pg关断信号。

14、可选地, 所述pg关断阈值略小于或等于所述数字补偿信号的极限值。

15、可选地，电源失效控制电路还包括减法器；

16、所述减法器，用于接收所述数字信号和数字电压阈值，并将所述数字电压阈值与所述数字信号进行减法运算来生成数字误差信号。

17、本技术还提出了一种用于功率变换器输入电源关机的电源失效的控制方法，所述控制方法包括：

18、通过数/模转换器接收与所述功率变换器的输出电压成比例的比例信号，并根据所述比例信号来生成数字信号；

19、根据数字电压阈值与所述数字信号的差得到的数字误差信号，通过数字补偿器生成数字补偿信号；

20、通过数字控制信号发生器接收所述数字补偿信号，并根据所述数字补偿信号控制所述功率变换器的dc-dc变换器工作或关闭；

21、通过比较器比较所述数字补偿信号和pg关断阈值，并且当所述数字补偿信号达到所述pg关断阈值时生成比较结果；以及

22、通过输入输出口接收所述比较结果，并根据所述比较结果输出pg关断信号。

23、可选地，当所述数字补偿信号达到所述pg关断阈值时，通过所述数字控制信号发生器延时预设时间后控制所述dc-dc变换器关闭。

24、可选地，当所述功率变换器耦接的输入电源关机且所述数字补偿信号达到所述pg关断阈值之前，通过所述数字控制信号发生器增大控制信号的导通时间，使得所述输出电压保持稳定。

25、可选地，所述数字补偿信号包括频率信号，所述pg关断阈值包括频率阈值；当所述频率信号小于所述频率阈值时通过所述比较器生成所述比较结果，通过所述输入输出口接收所述比较结果，并根据所述比较结果输出pg关断信号。

26、可选地，所述数字补偿信号包括占空比信号，所述pg关断阈值包括占空比阈值；当所述占空比信号大于所述占空比阈值时通过所述比较器生成所述比较结果，通过所述输入输出口接收所述比较结果，并根据所述比较结果输出pg关断信号。

27、可选地，所述数字补偿信号包括pwm间相位信号，所述pg关断阈值包括相位阈值；当所述pwm间相位信号大于所述相位阈值时通过所述比较器生成所述比较结果，通过所述输入输出口接收所述比较结果，并根据所述比较结果输出pg关断信号。

28、可选地，所述数字补偿信号包括环路计算信号，所述pg关断阈值包括环路设定比较阈值；当所述环路计算信号大于所述环路设定比较阈值时通过所述比较器生成所述比较结果，通过所述输入输出口接收所述比较结果，并根据所述比较结果输出pg关断信号。

29、本技术还提出了一种功率变换器，包括：

30、整流器，耦接输入电源，用于将所述输入电源的电压转换为直流电压；

31、pfc电路，所述pfc电路的输入端耦接所述整流器；

32、母线电容；耦接所述pfc电路的输出端；

33、dc-dc变换器，所述dc-dc变换器的输入端连接所述母线电容和所述pfc电路的输出端，所述dc-dc变换器的输出端连接负载；以及

34、上述所述的电源失效控制电路，耦接于所述dc-dc变换器的输出端和dc-dc变换器的控制端；用于根据所述功率变换器的输出电压控制所述dc-dc变换器工作或关闭。

35、可选地，功率变换器还包括减法器；

36、所述减法器耦接于所述功率变换器的输出端和电源失效控制电路之间，用于接收所述功率变换器的输出电压和电压阈值，并将所述输出电压和电压阈值进行减法运算来生成误差信号。

37、本技术可实现下列有益效果中的至少一者：

38、本技术使用不增加检测线路，不需要隔离电路进行信号传输，减少了线路复杂度，不需要额外材料成本。通过比较器判断数字补偿信号是否达到pg关断阈值来精确判断输出电压的拐点位置，从而能够精确控制输入电源断电后电源失效控制时序，同时得到功率变换器的最大保持时间。通过数字控制信号发生器在所述数字补偿信号达到所述pg关断阈值时，所述数字控制信号发生器延时预设时间后控制所述dc-dc变换器关闭，有助于保护与功率变换器相连的负载。

39、上文相当广泛地概述了本技术的特征和技术优点，以便可以更好地理解以下对本技术的详细描述。下文将描述本技术的额外特征和优点，它们形成本技术的权利要求的主题。本领域技术人员应明白，可容易地利用公开的概念和特定实施例作为修改或设计用于实现本技术的相同目的的其它结构或过程的基础。本领域技术人员还应意识到，此类等效构造没有偏离随附权利要求中所阐述的本技术的精神和范围。