專利名稱：Ac/dc轉換電路的輸出功率監測電路和控制電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種AC/DC轉換電路，尤其涉及AC/DC轉換電路的輸出功率 監測電路和控制電路。
背景技術：
AC/DC電源轉換器廣泛用于各種直流充電器、電源適配器、以及離線電源。 一般來說，AC/DC電源轉換器將例如是市電的交流電大信號轉換為適合小型電 子設備(如手機)使用的直流電小信號。圖1是一種目前普遍使用的AC/DC 轉換電路10，在此電路中交流信號AC經過整流、濾波等變換后由變壓器11 耦合到直流輸出端DC，而在輸出端采用穩壓芯片12和輸出電流限制回路13 在輸出端采樣，然后通過光電耦合管14反饋到變壓器初級的PWM (脈沖寬度
調制)芯片15的電壓VFB來實現輸出電壓和功率控制。
穩壓芯片12是一個內建誤差放大器的基準源電路，它可以檢測輸出電壓 的微小變化并通過光電耦合管14把輸出電壓信號反饋到主控PWM芯片的反饋 端。NPN三極管Ql和電阻Rl構成輸出電流限制回路13，當電阻Rl的壓降 等于Q1的BE結導通電壓(約0.7V)時Q1管導通，把輸出的電流信號通過光 電耦合管14反饋到PWM芯片15的VFB端。
圖2是PWM芯片的內部原理框圖，其工作原理如下將VFB端收到輸出 端反饋回來的電壓、電流信號與芯片內部集成的基準電壓Vref做比較，通過誤 差放大器EA把誤差信號放大后，用以控制輸出端OUT的占空比，從而實現對 輸出功率和輸出電壓的控制。其中輸出電流限制為I。lim=VQ1BE/Rl。
這種目前普遍使用的AC/DC電源轉換電路由于需要在輸出端采樣電壓和電 流信號，然后經光電耦合器反饋回來，因而在結構復雜度和成本上都不能令人 滿意。為此，已經出現了如下的在輸入端獲得輸出電壓和電流信號，來控制輸 出功率和輸出電壓的方法。
4請參照圖3，在這種由輸入端直接反饋輸出電壓信號的電路30中，交流信 號AC經過整流、濾波等變換后由變壓器31耦合到直流輸出端DC，而通過變 壓器31的另一繞組所采樣的電壓信號經過變換后得到與輸出電壓成比例的反 饋電壓VpB，再輸入到變壓器初級的功率控制電路35，來實現輸出電壓和功率 控制。在這種情況下，需要一種不使用目前的電流限制回路13、穩壓芯片14 和光電耦合管15，而仍然能夠監測輸出電流和功率是否過大并采取限制措施的 電路。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種AC/DC轉換電路的輸出功率監測電 路，適于監測AC/DC轉換電路的輸出功率是否超過設定值。
本發明還提出一種AC/DC轉換電路的輸出功率控制電路，便于根據功率監測 的結果控制AC/DC轉換電路的輸入功率。
本發明為解決上述技術問題而采用的技術方案是提供一種AC/DC轉換電 路的輸出功率監測電路，包括第一乘法器，根據一反饋電壓信號和一預設輸 出電流信號計算一基準功率信號，其中該反饋電壓正比于該AC/DC轉換電路 的輸出電壓，而該基準功率正比于該AC/DC轉換電路的設定輸出功率；第二 乘法器，根據一輸入電壓信號和一輸入電流信號計算一實際功率信號，其中該 實際功率正比于該AC/DC轉換電路的實際輸出功率；以及功率比較器，連接 該第一乘法器和第二乘法器，比較該實際功率信號與該基準功率信號，并根據 比較結果輸出一功率調整信號。
上述的輸出功率監測電路中，該第一乘法器具有倍乘系數Kl，該第二乘 法器具有倍乘系數K2，并且K1、 K2滿足KlXii=K2Xa，其中n為AC/DC 轉換電路的功率轉換效率，a為該反饋電壓與該AC/DC轉換電路的輸出電壓 之比。其中，例如Kba， K2=il，在此情況下，該基準功率等于該AC/DC轉 換電路的設定輸出功率，該實際功率等于該AC/DC轉換電路的實際輸出功率。
本發明還提供一種AC/DC轉換電路的輸出功率控制電路，包括反饋電 壓檢測器，用以從該AC/DC轉換電路的輸入端獲得一正比于該AC/DC轉換電 路的輸出電壓的反饋電壓信號；功率監測電路，包括第一乘法器，連接該反饋電壓檢測器，根據該反饋電壓信號和一預設輸出電流信號計算一基準功率信 號，其中該基準功率正比于該AC/DC轉換電路的設定輸出功率；第二乘法器， 根據一輸入電壓信號和一輸入電流信號計算一實際功率信號，其中該實際功率 正比于該AC/DC轉換電路的實際輸出功率；以及功率比較器，連接該第一乘 法器和第二乘法器，比較該實際功率信號與該基準功率信號，并根據比較結果 輸出一調整信號。PWM調制器，連接該反饋電壓檢測器與該功率比較器，根 據該反饋電壓信號及該調整信號調整其輸出信號的占空比，用以控制該AC/DC 轉換電路的輸入電壓和/或電流。
在上述的輸出功率控制電路中，該第一乘法器具有倍乘系數Kl，該第二 乘法器具有倍乘系數K2，并且K1、 K2滿足Klri=K2a，其中n為AC/DC 轉換電路的功率轉換效率，a為該反饋電壓與該交流至直流轉換電路的輸出電 壓之比。其中，例如Kha ， K2=n，在此情況下，該基準功率等于該AC/DC 轉換電路的設定輸出功率，該實際功率等于該AC/DC轉換電路的實際輸出功 率。
在上述的輸出功率控制電路中，該反饋電壓檢測器、功率監測電路和PWM 調制器可以是集成于一芯片內。
因此，本發明所提出的功率監測電路和功率控制電路，相比原有輸出端反 饋方案，降低了元件總數，而且所采用的器件便于集成，提高了集成度，有利 于自動化生產，可以降低生產成本，而且可以提高整個方案的可靠性。
為讓本發明的上述目的、特征和優點能更明顯易懂，以下結合附圖對本發 明的具體實施方式
作詳細說明，其中
圖l是一種現有的AC/DC轉換電路圖。
圖2是圖1所示電路的PWM芯片內部框圖。
圖3是源端反饋的AC/DC轉換電路圖。
圖4是AC/DC轉換電路的目標輸出電壓-電流關系曲線圖。
圖5是本發明一個實施例的輸出功率監測電路圖。
圖6是本發明一個實施例的輸出功率控制電路圖。圖7A是本發明的反饋電壓檢測器的檢測波形圖。
圖7B是圖6中反饋電壓檢測器一個實施例的電路圖。
具體實施例方式
參照圖3所示，本發明的輸出功率監測電路適用于圖3所示的源端反饋的 AC/DC轉換電路，可以根據從圖3中的A點獲得反饋電壓信號VpB來監測輸出 功率變化。
首先參照圖4說明本發明的功率控制目標，圖4是圖3中輸出端電壓Vo 和電流Io的關系曲線圖。電壓Vo近似為恒定直流電壓，隨著輸入功率的增大， 輸出功率Po=Vo*Io隨之增長，由于Vo近似不變，因此Io增大。需要一種手 段來檢測Io達到一設定臨界值Ioset的時刻，并采取相應的控制措施，至少使 電流Io減小。
基于這樣的目標，設計本發明的輸出功率監測電路和控制電路。 如圖5所示，發明一個實施例的輸出功率監測電路50包括第一乘法器M1、 第二乘法器M2和比較器Cmp。第一乘法器M1的兩輸入端分別連接電壓反饋 信號Vra和最大輸出電流設定值Ioset，其中Ioset可以外部調整。其中，第一 乘法器Ml是根據Vfb和Ioset來計算一基準功率信號Pref，其中反饋電壓VFB 與AC/DC轉換電路的輸出電壓Vo的關系為 Vo = aXVFB
參數a為反饋電壓VFB與輸出電壓Vo的比值。
在此，基準功率Pref并不一定等于AC/DC轉換電路的輸出功率設定值Po， 而可以正比于該輸出功率設定值Po。
第二乘法器M2的兩輸入端分別連接AC/DC轉換電路的輸入電壓Vin和 輸入電流Iin。第二乘法器M2是根據Vin和Iin來計算一實際功率信號Preal， 此實際功率Preal也不一定等于AC/DC轉換電路的輸入功率Pin，而是可以與 之成正比。
功率比較器Cmp，連接第一乘法器Ml和第二乘法器M2。功率比較器比 較實際功率信號preal與基準功率信號Pref，并根據比較結果輸出一功率調整 信號。例如，當PreaKPref時，輸出一低電平，而當Preal>Pref時，輸出一高電平，作為功率調整信號Mp。
設第一乘法器Ml具有倍乘系數Kl ，而第二乘法器M2具有倍乘系數K2， 由于Pin = Vin X Iin ，所以實際功率Vreal=Vin X Iin X K2 = Pin X K2 。 設AC/DC轉換電路的功率轉換效率為n ，
則輸出功率Po-PinX ri 。
而Po = VoXIo。
又有Vo = aXVFB
因此Vref= VFB X IosetX Kl
=(Vo/a)XIosetXKl
==(Po/Io/a)X Ioset XK1
-PinX n X IosetXKl/Io/a
因此功率比較器Cmp兩輸入端的平衡點在于Vref=Vreal。 PinXK2-PinX n X IosetX Kl/Io/a。 所以有Io=IosetXKlX (aXK2)
由于Kl、 K2、 a、 il均為已知量，而且可以設定K1X n / (aXK2) =1， 即KlXi^aXK2。只要K1、 K2的取值滿足該等式，在這種平衡狀態下輸出電 流即被限定為Ioset設定值。
特別地，可令IOa， K2=ri。此時Vreal=PinX n =p0，即為實際輸出功率 值，而Vref二VoXIoset，即為設定輸出功率值。
下面結合圖3參照圖6所示，本發明的一種AC/DC轉換電路的輸出功率 控制電路35，包括一上述的輸出功率監測電路50、 PWM調制器60以及反饋 電壓檢測器70。反饋電壓檢測器70的輸入端連接Vfb端，用以從該AC/DC轉 換電路的輸入端(如圖3中的A點)獲得一正比于該AC/DC轉換電路30的輸 出電壓Vo的反饋電壓信號VFB，該反饋電壓信號為直流信號，提供給功率監 測電路50使用。
功率監測電路50的具體結構已描述于上述實施例中，在此不再詳細敘述。 在此實施例中，最大輸出電流設定值Ioset可由一電流源51來提供。輸入電壓 Vin由功率控制電路60的輸入端VIN所提供，輸入電流Iin由功率控制電路60 的輸入端IFB經輸入電流檢測器80檢測得到。功率監測電路50根據基準功率和實際功率的比較結果輸出功率調整信號Mp至PWM調制器60的與非門65。
PWM調制器60的技術已為本領域技術人員所熟知，因而在本實施例中所 描述的PWM調制器60的具體結構僅為舉例，本領域技術人員完全可根據通常 知識選擇其他結構的PWM調制器。參照圖6所示，PWM電路60包括起動器 61、振蕩器62、誤差放大器63、參考電壓64、與非門65、三端比較器66、 RS 觸發器67、保護電路68、以及輸出驅動器69。 一方面，當電壓檢測電路50獲 得與輸出電壓Vo有關的反饋電壓信號Vfb后，誤差放大器63將其與參考電壓 64比較，并把誤差信號放大后，輸入給與非門65。另一方面，與非門65接受 功率調整信號Mp。與非門65的輸出端連接至三端比較器66，而三端比較器 66的另外兩輸入端分別連接振蕩器62的三角波輸入和IFB信號，通過三端比 較器66和RS觸發器67的動作，形成占空比可控的波形，并經由輸出驅動器 69輸出，從而控制開關管K(圖3)的開關狀態來控制該AC/DC轉換電路30 的輸入電壓和/或電流，達到借限制輸入功率Pin來限制輸出功率Po的目的。
正如圖6所示，功率控制電路35的反饋電壓檢測器70、功率監測電路50 和PWM調制器60例如是集成于一芯片(如目前的PWM芯片)內。
進一步參照圖7A和圖7B所示，其示出一個實施例的反饋電壓檢測器70， 首先如圖7A，這是圖3中A點的電壓波形示意圖，由變壓器31的各繞組的比 例關系可知，A點電壓Va正比于AC/DC轉換電路30的的輸出電壓Vo， A點 電壓波形中的Y點電壓正比于輸出電壓Vo的平均值。因此反饋電壓檢測器70 的目標在于檢測Y點電壓，即得到反饋電壓信號VFB。
參照圖7B所示，反饋電壓檢測器70包括電壓跟隨器C1，其輸入端連接 功率控制電路35的VFB端以獲得電壓VA，輸出端輸出到節點E。在本實施例 中，電壓跟隨器例如為一比較器，其中第一輸入端(如"+ "端)作為跟隨器 輸入端，第二輸入端(如"一"端)作為跟隨端連接節點E。
開關元件Kl 一端連接節點E，另一端連接輸出節點G，開關元件Kl還具 有一控制端，其連接節點F。電容Co連接于輸出節點G，用以保持輸出節點G 的輸出電壓。該開關元件例如是MOS管開關元件。
比較器C2具有第一輸入端(如"+ "端)、第二輸入端(如"一"端)和 輸出端。其中，第一輸入端連接VFB端以獲得電壓VA，第二輸入端連接輸出節點G，該輸出端在節點F連接開關元件K1的控制端。其中比較器C2依據電 壓va與輸出節點G的輸出電壓的比較結果，控制該開關元件Kl的導通和斷 開，以控制是否將電壓va傳輸至輸出節點G。
具體地說，參照圖7A中的A點電壓波形，當Va從Z點到Y點變化時電 壓變化緩慢，開關K1閉合，VA = VE = VC。而當VA到達Y點后Va瞬吋降低， G點電壓Vc由于輸出電容Co的存在不能突變，導致G點電壓高于va，比較 器C2翻轉，開關K1關斷，電容Co的電壓被保持，此時電容電壓就是所要檢 測的Y點電壓。
因此，本發明所提出的功率監測電路和功率控制電路，相比原有輸出端反 饋方案，降低了元件總數，而且所采用的器件便于集成，提高了集成度，有利 于自動化生產，可以降低生產成本，而且可以提高整個方案的可靠性。
雖然本發明已以較佳實施例揭示如上，然其并非用以限定本發明，任何本 領域技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作些許的修改和完善， 因此本發明的保護范圍當以權利要求書所界定的為準。
權利要求
1. 一種AC/DC轉換電路的輸出功率監測電路，其特征在于包括第一乘法器，根據一反饋電壓信號和一預設輸出電流信號計算一基準功率信號，其中該反饋電壓正比于該AC/DC轉換電路的輸出電壓，而該基準功率正比于該AC/DC轉換電路的設定輸出功率；第二乘法器，根據一輸入電壓信號和一輸入電流信號計算一實際功率信號，其中該實際功率正比于該AC/DC轉換電路的實際輸出功率；以及功率比較器，連接該第一乘法器和第二乘法器，比較該實際功率信號與該基準功率信號，并根據比較結果輸出一功率調整信號。
2. 如權利要求1所述的輸出功率監測電路，其特征在于，該第一乘法器 具有倍乘系數K1，該第二乘法器具有倍乘系數K2，并且K1、 K2滿足K1X n=K2Xa，其中n為AC/DC轉換電路的功率轉換效率，a為該反饋電壓與該AC/DC轉 換電路的輸出電壓之比。
3. 如權利要求2所述的輸出功率監測電路，其特征在于，Kl=a， K2=n，而該基準功率等于該AC/DC轉換電路的設定輸出功率，該 實際功率等于該AC/DC轉換電路的實際輸出功率。
4. 一種AC/DC轉換電路的輸出功率控制電路，其特征在于包括 反饋電壓檢測器，用以從該AC/DC轉換電路的輸入端獲得一正比于該AC/DC轉換電路的輸出電壓的反饋電壓信號； 功率監測電路，包括第一乘法器，連接該反饋電壓檢測器，根據該反饋電壓信號和一預設輸 出電流信號計算一基準功率信號，其中該基準功率正比于該AC/DC轉換電路 的設定輸出功率；第二乘法器，根據一輸入電壓信號和一輸入電流信號計算一實際功率信 號，其中該實際功率正比于該AC/DC轉換電路的實際輸出功率；以及功率比較器，連接該第一乘法器和第二乘法器，比較該實際功率信號與 該基準功率信號，并根據比較結果輸出一調整信號；PWM調制器，連接該反饋電壓檢測器與該功率比較器，根據該反饋電壓信號及該調整信號調整其輸出信號的占空比，用以控制該AC/DC轉換電路的輸入電壓 和/或電流。
5. 如權利要求4所述的輸出功率控制電路，其特征在于，該第一乘法器 具有倍乘系數K1，該第二乘法器具有倍乘系數K2，并且K1、 K2滿足<formula>formula see original document page 3</formula>其中n為AC/DC轉換電路的功率轉換效率，a為該反饋電壓與該交流至直流 轉換電路的輸出電壓之比。
6. 如權利要求5所述的輸出功率控制電路，其特征在于，Kl=a， K2=il，而該基準功率等于該AC/DC轉換電路的設定輸出功率，該 實際功率等于該AC/DC轉換電路的實際輸出功率。
7. 如權利要求5所述的輸出功率控制電路，其特征在于，該反饋電壓檢 測器、功率監測電路和PWM調制器是集成于一芯片內。
全文摘要
本發明涉及一種AC/DC轉換電路的輸出功率監測電路和功率控制電路，該監測電路包括第一乘法器，根據一反饋電壓信號和一預設輸出電流信號計算一基準功率信號，其中該反饋電壓正比于該AC/DC轉換電路的輸出電壓，而該基準功率正比于該AC/DC轉換電路的設定輸出功率；第二乘法器，根據一輸入電壓信號和一輸入電流信號計算一實際功率信號，其中該實際功率正比于該AC/DC轉換電路的實際輸出功率；以及功率比較器，連接該第一乘法器和第二乘法器，比較該實際功率信號與該基準功率信號，并根據比較結果輸出一功率調整信號。
文檔編號H02M7/12GK101465609SQ20071017278
公開日2009年6月24日 申請日期2007年12月21日 優先權日2007年12月21日
發明者丁佳卿, 喬紅瑗, 姜亮亮, 曉 曾, 楊曉鵬 申請人:上海得倍電子技術有限公司