开关电源、交流-直流电路及输入电压检测电路的制作方法

1.本实用新型涉及电源领域，具体涉及开关电源、交流-直流电路及输入电压检测电路。


背景技术：

2.交流-直流电路用于各种电子设备中的开关电源中，交流-直流电路中，首先需要通过整流电路将交流电压整流为直流电压并输出至母线，然后直流-直流单元将母线上的电压变换为所需要的目标电压。
3.在某些情况下，交流-直流电路需要获知输入的交流电压大小的信息，现有交流-直流电路中存在一些检测输入的交流电压大小的技术方案，但是这些方案要么比较复杂，要么不够准确。


技术实现要素：

4.基于上述现状，本实用新型的主要目的在于提供开关电源、交流-直流电路及输入电压检测电路。
5.为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
6.一种交流-直流电路的输入电压检测电路，其中，交流-直流电路包括变压器、滤波电容和整流二极管，所述输入电压检测电路包括采样电容、第一采样电阻、第二采样电阻、第三采样电阻、二极管和控制芯片，所述控制芯片还具有参考电压输入端和电压检测端；所述变压器的次级线圈的第一端连接整流二极管的阳极，整流二极管的阴极连接滤波电容的正极，所述变压器的次级线圈的第二端、所述滤波电容的负极和采样电容的正极均接地，变压器的初级线圈与母线连接的一端与次级线圈的第二端是同名端；所述二极管的阴极连接所述变压器的次级线圈的第一端、阳极连接所述采样电容的负极，所述采样电容的负极依次通过第三采样电阻和第二采样电阻接地，所述第三采样电阻和第二采样电阻的公共端连接所述电压检测端，并通过所述第一采样电阻连接参考电压输入端，所述参考电压输入端输入参考电压；所述控制芯片用于检测所述电压检测端的电压，根据交流电压与所述电压检测端的电压之间的关系计算输入的交流电压的大小。
7.优选地，所述输入电压检测电路还包括假负载电阻；所述控制芯片用于控制所述假负载电阻接入或不接入所述滤波电容的放电回路。
8.优选地，所述输入电压检测电路还包括电阻开关，所述假负载电阻和电阻开关串联在所述滤波电容的正极和负极之间，所述控制芯片还具有电阻控制端，所述电阻控制端连接所述电阻开关的控制端。
9.优选地，所述滤波电容的正极依次通过所述假负载电阻和电阻开关连接所述滤波电容的负极。
10.优选地，所述交流-直流电路还包括第一母线电容、第二母线电容、电容开关和光耦；所述第一母线电容一端与所述母线连接、另一端与地连接，所述第二母线电容和电容开
关串联在所述母线和地之间，所述控制芯片用于通过光耦控制所述电容开关导通或关断。
11.优选地，所述交流-直流电路还包括第一分压电阻和第二分压电阻，所述光耦包括光耦发射元件和光耦接收元件，所述控制芯片还具有光耦控制端，所述控制芯片用于通过光耦控制端控制所述光耦发射元件发光或不发光，所述光耦接收元件和第二分压电阻串联在驱动电压与电容开关的控制端之间，所述电容开关的控制端通过第一分压电阻接地；
12.优选地，所述母线依次通过所述第二母线电容和所述电容开关接地。
13.优选地，所述控制芯片的供电端连接所述滤波电容的正极。
14.本实用新型还提供了一种交流-直流电路，包括任一所述的输入电压检测电路。
15.本实用新型还提供了一种开关电源，包括所述的交流-直流电路。
16.【有益效果】
17.本实用新型通过采样电容、第一采样电阻、第二采样电阻、第三采样电阻、二极管和控制芯片实现了对输入的交流电压的检测，电路简单。在一些实施例中，控制假负载电阻接入滤波电容的放电回路，以完成对输入电压的检测，采样电容的负极的电压可以更加稳定而不是大幅波动，进而使得检测得到的输入电压的精度更高。
18.本实用新型的其他有益效果，将在具体实施方式中通过具体技术特征和技术方案的介绍来阐述，本领域技术人员通过这些技术特征和技术方案的介绍，应能理解所述技术特征和技术方案带来的有益技术效果。
附图说明
19.以下将参照附图对本实用新型的优选实施方式进行描述。图中：
20.图1为本实用新型一种实施例的交流-直流电路的示意图；
21.图2为本实用新型另一种实施例的交流-直流电路的示意图；
22.图3为本实用新型一种实施例中交流-直流电路上电过程中的多个电压的时序图。
具体实施方式
23.以下基于实施例对本实用新型进行描述，但是本实用新型并不仅仅限于这些实施例。在下文对本实用新型的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分，为了避免混淆本实用新型的实质，公知的方法、过程、流程、元件并没有详细叙述。
24.此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
25.除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
26.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
27.图1是本实用新型一种实施例的交流-直流电路(即交流-直流变换电路)，包括整流电路、第一母线电容ec1、直流-直流单元(即直流-直流变换单元)和输入电压检测电路。
28.整流电路的输入端用于输入交流电压vac，整流电路用于对输入的交流电压vac进
行整流得到直流电压并将直流电压提供给母线。整流电路可以是全桥整流或者半桥整流等整流电路。
29.直流-直流单元的输入端输入母线上的电压，直流-直流单元用于将母线上的电压转换为输出的目标电压，具体而言，通过对直流-直流单元的控制，从而将母线上的电压转换为输出的目标电压，该目标电压可以根据合适的需要进行设定，对于常见的消费电子产品，5v、12v、24v等均是相对常见的目标电压。如图2所示，直流-直流单元包括开关管q1、变压器t、整流二极管d2和滤波电容ec3，变压器t初级线圈的第一端连接母线、第二端通过开关管q1接地，变压器t次级线圈的第一端连接整流二极管d2的阳极，整流二极管d2的阴极连接滤波电容ec3的正极，滤波电容ec3的负极接地，变压器t次级线圈的第二端接地，整流二极管d2的阴极端作为直流-直流单元的输出端vout，也即交流-直流电路的输出端vout，该输出端vout输出目标电压，通过调节开关管q1的控制信号pwm的占空比，可以将输出端vout的电压稳定在所设定的目标电压上。
30.输入电压检测电路包括采样电容c1、第一采样电阻r1、第二采样电阻r2、第三采样电阻r3、二极管d1和控制芯片ic，控制芯片ic还具有参考电压输入端vref和电压检测端vsen，控制芯片ic的供电端vin连接滤波电容的正极，即控制芯片ic的供电电压为交流-直流电路的输出电压；变压器t的次级线圈的第一端连接整流二极管d2的阳极，整流二极管d2的阴极连接滤波电容ec3的正极，变压器t的次级线圈的第二端、滤波电容ec3的负极、采样电容c1的正极均接地，变压器t初级线圈与母线连接的一端与次级线圈的第二端是同名端；二极管d1的阴极连接变压器t的次级线圈的第一端、阳极连接采样电容c1的负极，采样电容c1的负极依次通过第三采样电阻r3和第二采样电阻r2接地，第三采样电阻r3和第二采样电阻r2的公共端连接电压检测端vsen，并通过第一采样电阻r1连接参考电压输入端vref，参考电压输入端vref输入参考电压vref；控制芯片ic通过检测电压检测端vsen的电压，根据交流电压vac与电压检测端vsen的电压之间的关系计算输入的交流电压vac的大小。
31.由于采样电容c1的正极接地，负极通过二极管d1连接次级线圈的第一端，因此，采样电容c1的负极的电压vc1满足：vc1＝0-(vdc*ns/np-vd1)，其中，vdc为母线上的电压，vd1为二极管d1的压降，ns和np分别为变压器t次级线圈和初级线圈的匝数。由于采样电容c1的负极的电压vc1为负值，因此，流过第三采样电阻r3的电流等于流过第一采样电阻r1的电流与流过第二采样电阻r2的电流之和，即：(vsen-vc1)/r3＝(vref-vsen)/r1+vsen/r2，其中，vsen为电压检测端检测到的电压大小，vref为参考电压，r1、r2和r3分别为第一采样电阻r1、第二采样电阻r2和第三采样电阻r3的阻值，通过求解上述方程，即可以计算得到电压vc1，结合前面的公式，即可以计算得到母线上的电压vdc。若整流电路输出的电压(即母线上的电压vdc)与输入的交流电压vac之比为k(例如，在某种类型的整流电路中，k＝√2(即2的平方根))，则交流电压vac与电压检测端的电压之间的关系为：
32.vac＝{-vsen+[(vref-vsen)/r1+vsen/r2]*r3+vd1}*np/(ns*k)；
[0033]
本实施例中，由于采样电容c1的正极接地，负极通过二极管d1连接次级线圈的第一端，且变压器t初级线圈与母线连接的一端与次级线圈的第二端是同名端，因此从而实现采样电容c1的负极的电压vc1能够跟随母线电压变化。
[0034]
为了减少对交流-直流电路实际负载的影响，本输入电压检测电路在交流-直流电路上电开始后的设定时段内(例如在上电开始后的10ms至1s之间的时间段)完成对输入电
压的检测。然而，在实际使用中交流-直流电路在这个上电过程期间可能处于空载状态，根据研究发现，在交流-直流电路空载的时候，上述输入电压检测电路检测的输入电压精度较低，因为此时采样电容c1的负极的电压vc1并不稳定。为了减少对交流-直流电路实际负载的影响，又兼顾计算得到的交流电压vac的准确度，一些实施例中，输入电压检测电路还包括假负载电阻r6；当交流-直流电路上电开始后的设定时段内(例如在上电开始后的10ms至1s之间的时间段)，控制芯片ic控制假负载电阻r6接入滤波电容ec3的放电回路，从而使得直流-直流单元退出空载模式(burst模式)，此时假负载电阻r6作为一个负载存在，从滤波电容ec3处抽取电流，这样，采样电容c1的负极的电压vc1可以更加稳定而不是大幅波动，进而使得检测得到的输入电压的精度更高；另外，由于在交流-直流电路上电过程中完成对输入电压的检测，减少了对交流-直流电路实际负载的影响。在设定时段之后，控制芯片ic控制假负载电阻r6不接入滤波电容ec3的放电回路，并且控制芯片ic停止检测电压检测端vsen的电压。
[0035]
在一些实施例中，输入电压检测电路还包括电阻开关q2，假负载电阻r6和电阻开关q2串联在滤波电容ec3的正极和负极之间，控制芯片ic还包括电阻控制端io1，当交流-直流电路上电开始后的设定时段内，控制芯片ic通过该电阻控制端io1控制电阻开关q2导通以使假负载电阻r6接入滤波电容ec3的放电回路；在设定时段之后，控制芯片ic通过该电阻控制端io1控制电阻开关q2断开以使假负载电阻r6不接入滤波电容ec3的放电回路。图3为本实用新型一种实施例中交流-直流电路上电过程中的多个电压的时序图，如图3所示，交流-直流电路上电开始(即0时刻)，到某个时刻(在图3为10ms)参考电压vref才稳定，此时控制芯片ic控制电阻控制端io1输出高电平，从而使得假负载电阻r6接入滤波电容ec3的放电回路；当到达某个时刻(在图3为1s)，控制芯片ic控制电阻控制端io1输出低电平，从而使得假负载电阻r6不接入滤波电容ec3的放电回路。
[0036]
由于不同地区电网的交流电压vac大小有所不同，有的差别很大，例如中国的交流电压vac为220v，而美国的交流电压vac为110v，两者相差一倍，因此，经过整流电路整流输出得到的电压也会有所不同，也就是母线电压上的电压会有所不同。在输出端vout的输出功率需求一定时，当接入的交流电压vac较小，此时由于母线上的电压较小，为了满足输出端vout的输出功率需求，需要母线电容提供更大的放电电流，如果仅有第一母线电容ec1提供该放电电流，则会导致第一母线电容ec1进行大幅度的充电和放电，造成在母线上出现的纹波很大，进而导致在与整流电路连接的交流电路中出现更多的谐波，这会降低内含本交流-直流电路的电子设备的电磁兼容性能的评价。
[0037]
因此，为了降低上述影响，在一些实施例中，交流-直流电路还包括第二母线电容ec2、电容开关q3和光耦，第二母线电容ec2和电容开关q3串联在母线和地之间，当交流电压vac小于电压阈值，控制芯片ic控制电容开关q3导通，从而使第二母线电容ec2接入母线的充放电回路；当交流电压vac大于或等于电压阈值，控制芯片ic控制电容开关q3断开从而使第二母线电容ec2不接入母线的充放电回路。在一些实施例中，电容开关q3可以为mos管，例如n沟道mos管。当交流电压vac小于电压阈值时，通过控制电容开关q3导通而将第二母线电容ec2接入母线的充放电回路，第二母线电容ec2也可以提供一部分放电电流，整体上第一母线电容ec1和第二母线电容ec2只需要进行较小幅度的充电和放电，母线上的纹波相对较小，在与整流电路连接的交流电路中的谐波更少。而当交流电压vac大于或等于电压阈值，
此时由于母线上的电压较大，为了满足输出端vout的输出功率需求和维持于目标电压的需要，只需要母线电容提供较小的放电电流，仅仅通过第一母线电容ec1提供该放电电流也不会导致母线上出现较大纹波，因此通过控制电容开关q3断开而使第二母线电容ec2不接入母线的充放电回路，避免更多的器件诸如第二母线电容ec2和电容开关q3接入母线而导致更多的功耗，同时又可以因为母线纹波较小而在交流电路中引起的纹波较小。
[0038]
另外，在一些实施例中，母线依次通过第二母线电容ec2和电容开关q3接地，此时，由于电容开关q3通过第二母线电容ec2连接母线，即不直接与母线连接，避免了母线上的高压直接加在电容开关q3上，因此，电容开关q3不会被母线的高压击穿，从另外的角度而言，电容开关q3可以选用耐压较小的器件，从而可以节省成本。另外，通过光耦对电容开关q3进行控制，可以实现直流-直流单元输入侧和输出侧之间的隔离，防止输出侧被输入侧的高压损坏。
[0039]
交流-直流电路还包括第一分压电阻r4和第二分压电阻r5，光耦包括光耦发射元件u1a和光耦接收元件u1b，控制芯片ic还具有光耦控制端io2；控制芯片ic通过光耦控制端io2控制光耦发射元件u1a发光或不发光；光耦接收元件u1b和第二分压电阻r5串联在驱动电压vcc与电容开关q3的控制端之间，电容开关q3的控制端通过第一分压电阻r4接地；且满足：(vcc-v0)*r4/(r5+r4)》vth2；其中，vth2为电容开关q3的开启电压，vcc为驱动电压的大小，v0为光耦接收元件u1b的导通压降，r4和r5分别为第一分压电阻的阻值和第二分压电阻的阻值。图2所示第二分压电阻r5位于驱动电压vcc与光耦接收元件u1b之间，但是第二分压电阻r5与光耦接收元件u1b的位置可以互换。图2中显示的是一种形式的光耦发射元件u1a和光耦接收元件u1b，还可以采用现有其他种类的光耦器件。工作时，当交流电压vac小于电压阈值时，控制芯片ic控制光耦发射元件u1a发光，光耦接收元件u1b接收到光后导通，电容开关q3的控制端的电压被维持在大于vth2的电压(即(vcc-v0)*r4/(r5+r4))，从而控制电容开关q3导通，进而使第二母线电容ec2接入母线的充放电回路；当交流电压vac大于或等于电压阈值时，控制芯片ic控制光耦发射元件u1a不发光，光耦接收元件u1b没有接收到光而不导通，电容开关q3的控制端的电压被第一分压电阻r4下拉到零，从而控制电容开关q3断开，进而使第二母线电容ec2不接入母线的充放电回路。
[0040]
本实用新型还提供了一种交流-直流电路，包括任一所述的输入电压检测电路。
[0041]
本实用新型还提供了一种开关电源，包括所述的输入电压检测电路。
[0042]
本领域的技术人员能够理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。
[0043]
应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本实用新型的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本实用新型的权利要求范围内。