CN109742964A - 具有输入功率限制的ac/dc变换器的控制电路和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于AC‑DC开关变换器的具有最大输入功率限制的控制电路及方法。该控制电路通过辅助绕组感应AC‑DC开关变换器中感性绕组上的电压产生过零采样信号，并采样流过感性绕组的电流产生电流采样信号。在AC‑DC开关变换器中可控开关导通期间，根据过零采样信号和电流采样信号产生代表变换器输入功率的电压信号，并将电压信号和最大输入功率阈值信号比较。当电压信号大于最大输入功率阈值信号时，可控开关关断。该控制电路和方法不用直接采集输入电压，且能避免器件延时导致的最大功率限制误差。

Description

具有输入功率限制的AC/DC变换器的控制电路和方法
技术领域
本发明涉及电子电路，具体但不仅限于一种具有最大输入功率限制的AC/DC变换器的控制电路和方法。
背景技术
在AC/DC变换器中，常需要对变换器进行最大输入功率限制以对变换器进行保护。通常，在进行最大输入功率限制时会采用比较器，然而比较器本身具有一定时延，导致限流的实际功率并不准确。特别地，由于感性绕组上的电流上升的斜率与输入电压成正比，而在AC/DC变换器中输入电压在不同国家和地区是不同的，因此导致输入电压越大的情况下，其最大输入功率限制的误差也越大。因此，常需要监测输入电压以对最大输入功率限制的误差进行补偿。
图1示出了一个现有的反激式变换拓扑(FLYBACK)的AC/DC变换器50以及其主开关控制芯片。如图1所示，AC/DC变换器接收交流电压信号VAC，通过整流电路和反激式开关电路将交流电压信号VAC转换为直流输出电压信号VOUT。AC/DC变换器主开关控制芯片包括用于接收反馈电压信号VFB的反馈管脚FB、用于采样流过变压器原边绕组电流的电流采样管脚CS、用于输出主开关控制信号的开关管脚SW、以及用来检测输入电压信息的高压管脚HV。在现有技术中，常在主开关控制芯片内部通过高压管脚HV获取输入电压信息进行最大输入功率限制的误差补偿。但是，由于高压管脚HV上的电压很大，因此进行最大输入功率限制的误差补偿所需要的功耗太大。此外，在一些没有高压管脚HV的主开关芯片的应用场合，***也无法直接获得输入电压信息用于进行最大输入功率限制的误差补偿。
因此，我们期待提出一种新的，能准确进行最大输入功率限制的控制电路及方法。
发明内容
为了解决前面描述的一个问题或者多个问题，本发明提出与现有技术不同的用于谐振变换器的容性模式控制电路、方法和相应的谐振变换器。
本发明一方面提供了一种用于AC-DC开关变换器的具有最大输入功率限制的控制电路，该AC-DC开关变换器包括感性绕组和可控开关，其中感性绕组通过可控开关电连接至逻辑地，所述控制电路包括：过零采样电路，包括辅助绕组，用于感应感性绕组上的电压，并产生过零采样信号，其中，在可控开关导通期间，过零采样信号反应开关变换器的输入电压信息，在可控开关关断期间，过零采样信号反应感性绕组上的电流信息；电流采样电路，耦接在可控开关和逻辑地之间，采样流过感性绕组的电流，并产生代表流过感性绕组的电流的电流采样信号；以及最大功率限制电路，接收过零采样信号和电流采样信号，在可控开关导通期间，根据过零采样信号和电流采样信号产生代表变换器输入功率的第一电压信号，并将第一电压信号和最大输入功率阈值信号比较产生功率限制信号，当第一电压信号大于最大输入功率阈值信号时，功率限制信号控制可控开关关断。
本发明另一方面提供了一种用于控制AC-DC开关变换器的具有最大输入功率限制的集成电路，该AC-DC开关变换器包括感性绕组和可控开关，其中感性绕组通过可控开关电连接至逻辑地，所述集成电路包括：反馈管脚，接收代表开关变换器输出电压信号的反馈电压信号；过零管脚，耦接集成电路外部的过零采样电路接收过零采样信号，其中，过零采样电路包括辅助绕组，用于感应感性绕组上的电压，并产生过零采样信号，在可控开关导通期间，过零采样信号反应开关变换器的输入电压信息，在可控开关关断期间，过零采样信号反应感性绕组上的电流信息；采样管脚，耦接集成电路外部的电流采样电路接收电流采样信号，其中，电流采样电路在可控开关导通期间采样流过感性绕组的电流，并产生代表流过感性绕组的电流的电流采样信号；开关管脚，输出开关控制信号，控制可控开关的导通与关断；接地管脚，电连接至逻辑地；以及最大功率限制电路，接收过零采样信号和电流采样信号，在可控开关导通期间，根据过零采样信号和电流采样信号产生代表变换器输入功率的第一电压信号，并将第一电压信号和最大输入功率阈值信号比较产生功率限制信号，当第一电压信号大于最大输入功率阈值信号时，功率限制信号控制可控开关关断。
本发明另一方面提供了一种用于控制AC-DC开关变换器的具有最大输入功率限制的集成电路，该AC-DC开关变换器包括感性绕组，所述集成电路包括：输入管脚，耦接至感性绕组的一端；反馈管脚，接收代表开关变换器输出电压信号的反馈电压信号；过零管脚，耦接集成电路外部的过零采样电路接收过零采样信号，其中，过零采样电路包括辅助绕组，用于感应感性绕组上的电压，并产生过零采样信号，在可控开关导通期间，过零采样信号反应开关变换器的输入电压信息，在可控开关关断期间，过零采样信号反应感性绕组上的电流信息；接地管脚，电连接至逻辑地；可控开关，具有第一端耦接至输入管脚，第二端和控制端；电流采样电路，耦接在可控开关的第二端和和接地管脚之间，其中，电流采样电路在可控开关导通期间采样流过感性绕组的电流，并产生代表流过感性绕组的电流的电流采样信号；以及最大功率限制电路，接收过零采样信号和电流采样信号，在可控开关导通期间，根据过零采样信号和电流采样信号产生代表变换器输入功率的第一电压信号，并将第一电压信号和最大输入功率阈值信号比较产生功率限制信号，当第一电压信号大于最大输入功率阈值信号时，功率限制信号控制可控开关关断。
本发明另一方面提供了一种用于限制AC-DC开关变换器最大输入功率的控制方法，该AC-DC开关变换器包括感性绕组和可控开关，其中感性绕组通过可控开关电连接至逻辑地，所述控制方法包括：采样流过感性绕组的电流，并产生代表流过感性绕组的电流的电流采样信号；当可控开关导通时，通过辅助绕组感应感性绕组上的电压，并产生补偿信号；根据补偿信号和电流采样信号，产生代表输入功率的电压信号；判断代表输入功率的电压信号是否大于最大输入功率阈值信号；当代表输入功率的电压信号大于最大输入功率阈值信号时，关断可控开关。
附图说明
为了更好的理解本发明，将根据以下附图对本发明进行详细描述：
图1示出了一个现有的反激式变换拓扑的AC/DC变换器50；
图2所示为根据本发明一实施例的具有最大输入功率限制的AC/DC变换器100的原理示意图；
图3为根据本发明一实施例的具有最大输入功率限制的AC/DC变换器200的原理示意图；
图4所示为根据本发明一实施例的具有最大输入功率限制的AC/DC变换器300的电路原理图；
图5所示为在不同输入电压值时没有延时补偿电路时的电路波形400的示意图；
图6所示为根据本发明一个实施例的具有延时补偿电路时的电路波形500的示意图；
图7所示为根据本发明一实施例的最大输入功率限制方法700的流程示意图。
下面将参考附图详细说明本发明的具体实施方式。贯穿所有附图相同的附图标记表示相同的或相似的部件或特征。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在下面对本发明的详细描述中，为了更好地理解本发明，描述了大量的细节。然而，本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。为了清晰明了地阐述本发明，本文简化了一些具体结构和功能的详细描述。此外，在一些实施例中已经详细描述过的类似的结构和功能，在其它实施例中不再赘述。尽管本发明的各项术语是结合具体的示范实施例来一一描述的，但这些术语不应理解为局限于这里阐述的示范实施方式。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。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。应当理解，当称“元件”“连接到”或“耦接”到另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
图2所示为根据本发明一实施例的具有最大输入功率限制的AC/DC变换器100的原理示意图。如图2所示，AC/DC变换器100包括整流电路10、输入滤波电容CIN、开关电路20、输出滤波电容COUT以及控制电路。
整流电路10接收交流电压信号VAC，并将交流电压信号VAC整流后通过输入滤波电容CIN滤波后输出直流电压信号VIN。
开关电路20包括至少一个可控开关管，开关电路接收直流电压信号VIN，并通过控制该至少一个可控开关管的导通与关断将直流电压信号VIN转换为输出电压信号VOUT。开关电路20还包括感性绕组，在可控开关导通时，感性绕组上的电流线性增加，感性绕组上的电压仅与直流电压信号VIN有关，其中，感性绕组包括电感器、变压器等等。在一个实施例中，开关电路20包括FLYBACK拓扑结构、升压BOOST拓扑结构、或适合的桥式拓扑结构等等。在接下来的实施中，开关电路20被示意为一个具有FLYBACK拓扑结构的开关电路，但本领域的一般技术人员可以理解，在其他实施例中，开关电路20可以包括其他合适的隔离型拓扑结构或非隔离型拓扑结构。
如图1所示，开关电路20被示意为FLYBACK拓扑结构，包括隔离变压器11、主开关管12以及二极管13，其中主开关管12被示意为一个N型金属半导体场效应管(Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor，MOSFET)，在其他实施例中，主开关管12可以是任何可控半导体开关器件，例如P型MOSFET、结型场效应晶体管(Junction Field-effectTransistor，JFET)、绝缘栅型双极性晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)以及双扩散金属氧化物半导体(Double Diffusion Metal Oxide Semiconductor，DMOS)等等。隔离变压器11包括原边绕组Np和副边绕组Ns。主开关管12和原边绕组Np串联连接在输入滤波电容CIN的正向端和原边逻辑地之间，其中原边绕组Np的同名端耦接滤波电容CIN的正向端，原边绕组Np的异名端通过主开关管12连接至地。副边绕组Ns的异名端耦接二极管13的阳极，副边绕组Ns的同名端电连接至副边的逻辑地。二极管13的阴极耦接AC/DC变换器100的输出端。输出电容COUT电连接在二极管13的阴极和副边逻辑地之间。
在图1所示实施例中，控制电路包括电压反馈电路(未示出)、过零采样电路14、电流采样电路15、电压/电流控制模块16、过零比较电路17、最大输入功率限制电路18和逻辑电路19。
在一个实施例中，电压反馈电路采样输出电压信号VOUT并产生代表输出电压采样信号VOUT的反馈电压信号VFB。在图2所示实施例中，反馈电压信号VFB被示意为直接采样变压器11副边的输出电压信号VOUT，这样会采用光耦等价格比较贵的元器件进行原副边隔离。在其他实施例中，例如在采用原边控制的隔离型AC/DC变换器的控制电路中，可以通过辅助绕组或其他输出电压估算的方式采样输出电压信号VOUT，进而产生反馈电压信号VFB。
在一个实施例中，过零采样电路14包括辅助绕组，用于采样感性绕组上的电压，并据此产生过零采样信号CS1。在可控开关导通期间，过零采样信号CS1反应AC-DC变换器100输入端的电压信息；在可控开关关断期间，过零采样信号CS1反应感性绕组上的电流信息。在图2所示实施例中，感性绕组被示意为变压器11，过零采样电路14包括辅助绕组Nt、第一电阻141和第二电阻142。辅助绕组Nt与变压器11耦合，第一电阻141和第二电阻142串联连接在辅助绕组Nt的两端。其中，辅助绕组Nt的异名端耦接第一电阻141的第一端；辅助绕组Nt的同名端和第二电阻142的第二端连接至逻辑地；第一电阻141的第二端和第二电阻142的第一端耦接作为过零采样电路14的输出端输出过零采样信号CS1。图2所示实施例中，在主开关管12导通期间，过零采样信号CS1反应变压器11原边绕组Np上的电压信息；在主开关管12关断期间，过零采样信号CS1反应变压器11副边绕组Ns上的电流信息。当主开关管12导通时，辅助绕组Nt上的电压为一个负电压；当主开关管12关断后，辅助绕组Nt上的电压反向，变为正电压。在主开关管12关断期间，副边绕组Ns上的电流逐渐减小至零。当副边绕组Ns上的电流减小至零时，二极管13截止，辅助绕组Nt上的电压将由正电压变为零。当辅助绕组Nt上的电压降至一个电压过零阈值时，主开关管12再次导通。在理想情况下，电压过零阈值等于零，在实际的实施例中，电压过零阈值为一个略大于零的电压值，例如0.25V。因此，图2所示实施例中的AC/DC变换器100被控制工作在临界模式。在一个实施例中，当主开关管12导通时，过零采样信号CS1包括一个电流信号，代表变压器11原边绕组Np上的电压；当主开关管12关断时，过零采样信号CS1包括一个电压信号，代表变压器11副边绕组Ns上的电流。
在一个实施例中，电流采样电路15采样流过感性绕组的电流，并输出代表流过感性绕组的电流的电流采样信号CS2。在图2所示实施例中，电流采样电路15包括耦接在主开关管12和逻辑地之间的采样电阻Rs，采样电阻Rs和主开关管12的公共节点作为电流采样电路15的输出端，即：电流采样信号CS2包括采样电阻Rs上的电压信号。
在一个实施例中，过零比较电路16具有输入端和输出端，其输入端耦接过零采样电路14的输出端接收过零采样信号CS1，并根据过零采样信号CS1判断变压器11副边绕组Ns的电感电流是否下降至一个电流过零阈值，并在其输出端输出过零信号VZCD。在理想情况下，电流过零阈值等于零，在实际的实施例中，电流过零阈值为一个略大于零的电流值。在一个实施例中，过零信号VZCD是一个逻辑高低电平信号，具有第一逻辑状态(如逻辑高)和第二逻辑状态(如逻辑低)。在一个实施例中，当变压器11副边绕组Ns的电感电流降至电流过零阈值时(也即过零采样信号CS1的值降至一个过零阈值时)，过零信号VZCD有效(例如逻辑高)。在一个实施例中，当过零信号VZCD有效时，主开关管12被导通。
在一个实施例中，电压/电流控制模块17具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中，电压/电流控制模块17的第一输入端接收反馈电压信号VFB；电压/电流控制模块17的第二输入端接收电流采样信号CS2；电压/电流控制模块17根据反馈电压信号VFB和电流采样信号CS2在其输出端产生比较信号CA。在一个实施例中，比较信号CA是一个逻辑高低电平信号，具有第一逻辑状态(如逻辑高)和第二逻辑状态(如逻辑低)，当比较信号CA有效时(例如逻辑高)，主开关管12关断。电压/电流控制模块17可以根据应用场合选择合适的模块实现不同的电压/电流控制方法。例如峰值电流控制、均值电流控制、滞环电流控制等。
在一个实施例中，最大输入功率限制电路18具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中，最大输入功率限制电路18的第一输入端耦接过零采样电路14接收过零采样信号CS1；最大输入功率限制电路18的第二输入端耦接电流采样电路15接收电流采样信号CS2。在主开关12导通期间，最大输入功率限制电路18根据过零采样信号CS1和电流采样信号CS2产生代表AC-DC变换器100输入功率的电压信号，并将电压信号和最大输入功率阈值信号比较，在其输出端产生功率限制信号VP。在一个实施例中，功率限制信号VP是一个逻辑高低电平信号，具有第一逻辑状态(如逻辑高)和第二逻辑状态(如逻辑低)。在一个实施例中，当电压信号大于最大输入功率阈值信号时，功率限制信号VP有效(例如逻辑高)，主开关管12关断。
在一个实施例中，逻辑电路19具有第一输入端、第二输入端和输出端。逻辑电路19的第一输入端耦接过零比较电路16接收过零信号VZCD；逻辑电路19的第二输入端耦接电压/电流控制模块17接收比较信号CA；逻辑电路19的第三端耦接最大输入功率限制电路18接收功率限制信号VP；逻辑电路19对过零信号VZCD、比较信号CA和功率限制信号VP做逻辑运算，并在输出端输出控制信号CTRL用于控制主开关管12的导通和关断。控制信号CTRL为一个逻辑高低电平信号，具有第一逻辑状态(如逻辑高)和第二逻辑状态(如逻辑低)。在一个实施例中，控制信号CTRL具有第一逻辑状态(如逻辑高)时，主开关管12导通；具有第二逻辑状态(如逻辑低)时，主开关管12关断。
在一个实施例中，过零比较电路16、电压/电流控制模块17、最大输入功率限制电路18以及逻辑电路19可以被集成在同一单晶片集成电路上。在图2所示实施例中，该单晶片集成电路被示意为集成电路30，包括过零管脚ZCD、采样管脚CS、反馈管脚FB、开关管脚SW和接地管脚GND。过零管脚ZCD耦接过零采样电路14接收过零采样信号CS1；采样管脚CS耦接电流采样电路15接收电流采样信号CS2；反馈管脚FB耦接输出电压采样电路接收反馈电压信号VFB；开关管脚SW耦接主开关管12的控制端提供控制信号CTRL；接地管脚GND连接至逻辑地。在集成电路30的内部，过零比较电路16的输入端和最大输入功率限制电路18的第一输入端均耦接过零管脚ZCD；最大输入功率限制电路18的第二输入端和电压/电流控制模块17的第二输入端耦接采样管脚CS；电压/电流控制模块17的第一输入端耦接反馈管脚FB；逻辑电路19的输出端耦接开关管脚SW。
在图2所示的AC/DC变换器100中，示意了过零比较电路16、电压/电流控制模块17、最大输入功率限制电路18以及逻辑电路19可以被集成在同一单晶片集成电路上。在其他实施例中，主开关管12和电流采样电路15也可以被集成进单晶片集成电路上。图3为根据本发明一实施例的具有最大输入功率限制的AC/DC变换器200的原理示意图。与图2所示的AC/DC变换器100相比，在AC/DC变换器200中，主开关管12、电流采样电路15、过零比较电路16、电压/电流控制模块17、最大输入功率限制电路18以及逻辑电路19被集成在同一单晶片集成电路40上。在图3所示实施例中，集成电路40包括过零管脚ZCD、输入管脚DR、反馈管脚FB和接地管脚GND。过零管脚ZCD耦接过零采样电路14接收过零采样信号CS1；输入管脚DR耦接变压器11的原边绕组Np的一端；反馈管脚FB耦接输出电压采样电路接收反馈电压信号VFB；接地管脚GND连接至逻辑地。在集成电路40的内部，过零比较电路16的输入端和最大输入功率限制电路18的第一输入端均耦接过零管脚ZCD；主开关管12的漏极耦接输入管脚DR；电压/电流控制模块17的第一输入端耦接反馈管脚FB。AC/DC变换器200中各模块的连接关系和AC/DC变换器100中对应序号的模块之间的连接关系相同，这里不再累述。
图4所示为根据本发明一实施例的具有最大输入功率限制的AC/DC变换器300的电路原理图。如图4所示，AC/DC变换器300包括整流电路10、输入滤波电容CIN、开关电路20、输出滤波电容COUT以及控制电路。其中，AC/DC变换器300中的整流电路10、输入滤波电容CIN、开关电路20、输出滤波电容COUT以及控制电路中的过零采样电路14和电流采样电路15与图2所示AC/DC变换器100中的整流电路10、输入滤波电容CIN、开关电路20、输出滤波电容COUT以及控制电路中的过零采样电路14和电流采样电路15相同，且已经在图2所示实施例中进行了详细描述，这里不再累述。
同样地，在图4所示实施例中，控制电路还包括电压反馈电路用于产生代表输出电压采样信号VOUT的反馈电压信号VFB、过零比较电路16、电压/电流控制模块17、最大输入功率限制电路18和逻辑电路19。
在图4所示实施例中，过零比较电路16包括比较器COMP1具有第一端、第二端和输出端。比较器COMP1的第一端耦接过零采样电路14的输出端接收过零采样信号CS1；比较器COMP1的第二端接收过零阈值信号VTH；比较器COMP1将过零采样信号CS1和过零阈值信号VTH比较，并在输出端输出过零信号VZCD。在一个实施例中，过零阈值信号VTH的值为略大于零的一个电压值，例如0.25V～0.75V之间的一个电压值。当主开关管12关断后，辅助绕组Nt上的电压反向，因此过零采样信号CS1为一个正电压信号，此时，过零采样信号CS1是一个电压值，等于其中，k1为副边绕组Ns和辅助绕组Nt的匝比，VOUT为副边绕组Ns两端的电压值。当副边绕组Ns上的电流减小至零时，二极管13截止，辅助绕组Nt上的电压将由正电压变为零。当过零采样信号CS1的值下降至过零阈值信号VTH的值时，过零信号VZCD的逻辑状态转换，由无效状态(例如：逻辑低)转换至有效状态(例如：逻辑高)，主开关管12被导通。
在图4所示实施例中，电压/电流控制模块17包括电压误差放大电路171和电流比较电路172。
电压误差放大电路171包括电压误差放大器，电压误差放大器具有第一输入端、第二输入端和输出端。电压误差放大器的第一输入端接收参考电压信号VREF，其中参考信号VREF表征期望的输出电压值；其第二输入端耦接电压反馈电路接收反馈电压信号VFB；电压误差放大器将反馈电压信号VFB和参考电压信号VREF的差值放大，并在输出端输出误差信号EA。
电流比较电路172包括电流比较器COM2，电流比较器COM2具有第一输入端、第二输入端以及输出端。电流比较器COM2的第一输入端耦接电压误差放大器AM1的输出端，接收误差放大信号EA；第二输入端耦接电流采样电路15，接收电流采样信号CS2；电流比较器COM2比较电流采样信号CS2和误差信号EA的值，并在输出端输出比较信号CA。在一个实施例中，当电流采样信号CS2大于误差信号EA时，主开关管12关断。
在图4所示实施例中，最大输入功率限制电路18包括延时补偿电路181和功率比较电路182。在一个实施例中，延时补偿电路181接收过零采样信号CS1和电流采样信号CS2，并在主开关管12导通期间，根据过零采样信号CS1产生延时补偿信号Icomp。在一个实施例中，延时补偿信号为一个电流信号。同时，延时补偿电路181还根据延时补偿信号Icomp和电流采样信号CS2，产生代表AC-DC变换器输入功率的电压信号Vcomp。
在图4所示实施例中，延时补偿电路181包括运算放大器1811、晶体管1812、电流镜1813和具有阻值Rp的电阻器1814。运算放大器1811具有第一端、第二端和输出端。运算放大器1811的第一端耦接过零采样电路14接收过零采样信号CS1；运算放大器1811的第二端电连接逻辑地。晶体管1812具有源级、漏极和栅极。其中，晶体管1812的栅极耦接运算放大器1811的输出端；晶体管1812的源级耦接运算放大器的第一端。电流镜1813具有第一电流端和第二电流端，其中，电流镜1813的第一电流端耦接晶体管1812的漏极；电流镜1813的第二电流端提供延时补偿信号Icomp。在主开关管12导通时刻，辅助绕组Nt上的电压为负电压，因此第一电阻141和第二电阻142的公共节点上的电压信号为一个负电压信号，晶体管1812被导通，运算放大器1811将第一电阻141和第二电阻142的公共节点上的电压信号拉至零电位。此时，将在电流镜1813的第一电流端产生一个下拉电流信号Izcd。也即是说，此时过零采样信号CS1包括下拉电流信号Izcd。下拉电流信号Izcd的值为其中，k2为原边绕组Np和辅助绕组Nt的匝比，VIN为原边绕组Np两端的电压值。电流镜1813将下拉电流信号Izcd镜像后在其第二电流端产生延时补偿信号Icomp，其值等于下拉电流信号Izcd的值，即：电阻器1814具有第一端和第二端，其中，电阻器1814的第一端耦接至电流采样电路15的输出端接收电流采样信号CS2；电阻器1814的第二端耦接电流镜1813的第二电流端作为延时补偿电路181的输出端。延时补偿信号Icomp通过电阻器1814和采样电阻器Rs流至逻辑地。因此，将在电阻器1814的第二端产生电压信号Vcomp。其值等于CS2+Rp×Icomp，即：此时，CS2为采样电阻Rs上的电压值。由于直流电压VIN和电流采样信号CS2的值均与AC-DC变换器300的输入功率成正比，因此，电压信号Vcomp可以代表AC-DC变换器300的输入功率。也就是说，在主开关管12导通期间通过过零采样电路14和延时补偿电路181可以获得原边绕组Np上的电压信号VIN，用于对最大输入功率限制的延时误差进行补偿。当主开关管12关断后，第一电阻141和第二电阻142的公共节点上的电压信号翻转为一个正电压信号，也即是说过零采样信号CS1为一个正电压信号，晶体管1812断开，延时补偿电路181不使能。
在一个实施例中，功率比较电路182接收电压信号Vcomp和最大输入功率阈值信号Vlimit，并将电压信号Vcomp和最大输入功率阈值信号Vlimit比较，输出功率限制信号VP。
在图4所示实施例中，功率比较电路182具有第一输入端、第二输入端以及输出端。功率比较电路182的第一输入端耦接延时补偿电路181的输出端接收电压信号Vcomp；第二输入端接收最大输入功率阈值信号Vlimit；功率比较电路182将电压信号Vcomp和最大输入功率阈值信号Vlimit的值比较，并在输出端输出功率限制信号VP。在一个实施例中，功率比较电路182包括电压比较器COM3，电压比较器COM3的正相输入端作为功率比较电路182的第一输入端；电压比较器COM3的反相输入端作为功率比较电路182的第二输入端；电压比较器COM3的输出端作为功率比较电路182的输出端；当电压信号Vcomp大于最大输入功率阈值信号Vlimit的值时，功率限制信号VP具有逻辑高状态，主开关管12关断。
在图4所示实施例中，逻辑电路19包括逻辑或门191和触发器192。
逻辑或门191具有第一输入端、第二输入端和输出端。逻辑或门191的第一输入端耦接比较器COM2的输出端，接收比较信号CA；逻辑或门191的第二输入端耦接功率比较电路182的输出端，接收功率限制信号VP；逻辑或门191将比较信号CA和功率限制信号VP做逻辑运算，并在输出端输出复位信号。在一个实施例中，比较信号CA和功率限制信号VP任意一个为逻辑高时，复位信号为逻辑高，主开关管12关断。
触发器192具有第一输入端、第二输入端和输出端，触发器192的第一输入端耦接逻辑或门191的输出端，接收复位信号；触发器192的第二输入端耦接过零比较电路16，接收过零信号VZCD；触发器192对复位信号和过零信号VZCD做逻辑运算，并在输出端输出控制信号CTRL用于控制主开关管12的导通和关断，进而调节输出电压VOUT的值。在一个实施例中，当过零信号VZCD逻辑高时，控制信号CTRL导通主开关管12；当置位信号逻辑高时，控制信号CTRL关断主开关管12。
图5所示为在直流电压信号VIN的不同值时没有延时补偿电路时的电路波形400的示意图。如图5所示，电路波形400分别示意了具有两个不同上升斜率的代表原边绕组上的电流的第一电压VL1和第二电压VL2，其中第一电压VL1的上升斜率小于第二电压VL2的上升斜率，由于变换器原边绕组上的电流的上升斜率与直流电压信号VIN的值成正比，也即是说产生第一电压VL1时的输入电压大于产生第二电压VL2的输入电压。当第一电压VL1上升到最大输入功率阈值信号Vlimit时，由于功率比较电路182中器件导致的延时(在图5所示实施例中被示意为延时t1)，导致第一电压V1继续上升至第一峰值VD1时主开关12才会被关断。同样地，当第二电压VL2上升到最大输入功率阈值信号Vlimit时，同样由于功率比较电路182中器件导致的延时(在图5所示实施例中同样被示意为延时t1)，导致第二电压V2继续上升至第二峰值VD2时主开关12才会被关断，其中，第二峰值VD2大于第一峰值VD1。从电路波形400可以看出，在没有延时补偿电路时，AC-DC变换器的最大输入功率限制均会出现不同程度的误差，其中，输入电压越大的情况下，其最大输入功率限制的误差也越大。在图5所示实施例中，第一电压VL1和第二电压VL2可以包括采样电流信号CS2的两个示例值。
图6所示为根据本发明一个实施例的具有延时补偿电路时的电路波形500的示意图。如图6所示，电路波形500示意了未添加延时补偿的代表原边绕组电流的第三电压VL3’和增加延时补偿后的代表原边绕组电流的第三电压VL3。在本申请公开的实施例中，由于将未添加延时补偿的第三电压VL3’增加了一个补偿电压Δv，未添加延时补偿的第三电压VL3’被拉高变为补偿后的第三电压VL3。在一个实施例中，Δv的值即等于Rp×Icomp，也即：当补偿后的第三电压VL3由于功率比较电路182中器件导致的延时t1，在到达最大输入功率阈值信号Vlimit时将继续上升至第三峰值VD3后主开关12才会被关断。当选择补偿电压Δv的值等于第三峰值VD3和最大输入功率阈值信号Vlimit之间的差值时，正好可抵消因功率比较电路延时导致的最大输入功率限制误差，即补偿后的第三电压VL3在上升到第三峰值VD3时，实际的第三电压VL3’刚好等于最大输入功率阈值信号Vlimit。在图6所示实施例中，实际的第三电压VL3’包括采样电流信号CS2的一个示例值。
图7所示为根据本发明一实施例的最大输入功率限制方法700的流程示意图。图7所示的最大输入功率限制方法可用于前述图2～4所示的AC-DC开关变换器以及其他在本发明申请保护范围内的AC-DC开关变换器中。最大输入功率限制方法700包括以下步骤：
步骤701，采样流过感性绕组的电流，并产生代表流过感性绕组的电流的电流采样信号CS2。
步骤702，当可控开关导通时，通过辅助绕组感应感性绕组上的电压，并产生延时补偿信号Icomp。
步骤703，根据延时补偿信号Icomp和电流采样信号CS2，产生代表输入功率的电压信号Vcomp。
步骤704，判断代表输入功率的电压信号Vcomp是否大于最大输入功率阈值信号Vlimit。
步骤705，当代表输入功率的电压信号Vcomp大于最大输入功率阈值信号Vlimit时，关断可控开关。
虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种用于AC-DC开关变换器的具有最大输入功率限制的控制电路，该AC-DC开关变换器包括感性绕组和可控开关，其中感性绕组通过可控开关电连接至逻辑地，所述控制电路包括：
过零采样电路，包括辅助绕组，用于感应感性绕组上的电压，并产生过零采样信号，其中，在可控开关导通期间，过零采样信号反应开关变换器的输入电压信息，在可控开关关断期间，过零采样信号反应感性绕组上的电流信息；
电流采样电路，耦接在可控开关和逻辑地之间，采样流过感性绕组的电流，并产生代表流过感性绕组的电流的电流采样信号；以及
最大功率限制电路，接收过零采样信号和电流采样信号，在可控开关导通期间，根据过零采样信号和电流采样信号产生代表变换器输入功率的第一电压信号，并将第一电压信号和最大输入功率阈值信号比较产生功率限制信号，当第一电压信号大于最大输入功率阈值信号时，功率限制信号控制可控开关关断。
2.如权利要求1所述的控制电路，其中，最大功率限制电路包括：
延时补偿电路，延时补偿电路接收过零采样信号和电流采样信号，在可控开关导通期间，根据过零采样信号产生延时补偿信号，并根据延时补偿信号和电流采样信号产生第一电压信号；以及
功率比较电路，接收第一电压信号和最大输入功率阈值信号，并将第一电压信号和最大输入功率阈值信号比较，产生功率限制信号。
3.如权利要求2所述的控制电路，其中，延时补偿电路包括：
运算放大器，具有第一端、第二端和输出端，运算放大器的第一端耦接过零采样电路接收过零采样信号，运算放大器的第二端电连接逻辑地；
晶体管，具有源级、漏极和栅极，晶体管的栅极耦接运算放大器的输出端，晶体管的源级耦接运算放大器的第一端；
电流镜，具有第一电流端和第二电流端，电流镜的第一电流端耦接晶体管的漏极，电流镜第二电流端输出延时补偿信号；以及
电阻器，具有第一端和第二端，电阻器的第一端耦接至电流采样电路接收电流采样信号，电阻器的第二端耦接电流镜的第二电流端作为延时补偿电路的输出端提供第一电压信号。
4.如权利要求2所述的控制电路，其中，功率比较电路具有第一输入端、第二输入端以及输出端，功率比较电路的第一输入端接收第一电压信号，功率比较电路的第二输入端接收最大输入功率阈值信号，功率比较电路将第一电压信号和最大输入功率阈值信号的值比较，并在输出端输出功率限制信号。
5.如权利要求1所述的控制电路，其中，所述控制电路还包括：
过零比较电路，具有第一端、第二端和输出端，过零比较电路的第一端耦接过零采样电路的输出端接收过零采样信号，过零比较电路的第二端接收过零阈值信号，过零比较电路将过零采样信号和过零阈值信号比较，并在输出端输出过零信号；
电压电流控制模块，接收代表变换器输出电压的反馈电压信号和电流采样信号，并根据反馈电压信号和电流采样信号产生比较信号；以及
逻辑电路，接收过零信号、比较信号和功率限制信号，并对过零信号、比较信号和功率限制信号做逻辑运算，输出控制信号用于控制可控开关的导通和关断。
6.如权利要求5所述的控制电路，其中，所述逻辑电路包括：
逻辑或门，具有第一输入端、第二输入端和输出端，逻辑或门的第一输入端接收比较信号，逻辑或门的第二输入端接收功率限制信号，逻辑或门将比较信号和功率限制信号做逻辑或运算，并在输出端输出复位信号；以及
触发器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，触发器的第一输入端接收复位信号；触发器的第二输入端接收过零信号，触发器对复位信号和过零信号做逻辑运算，并在输出端输出控制信号。
7.如权利要求1所述的控制电路，其中，所述感性绕组包括变压器，变压器原边绕组通过可控开关电连接至逻辑地，在可控开关导通期间，过零采样信号反应变压器原边绕组上的电压信息，在可控开关关断期间，过零采样信号反应变压器副边绕组上的电流信息。
8.一种用于控制AC-DC开关变换器的具有最大输入功率限制的集成电路，该AC-DC开关变换器包括感性绕组和可控开关，其中感性绕组通过可控开关电连接至逻辑地，所述集成电路包括：
反馈管脚，接收代表开关变换器输出电压信号的反馈电压信号；
过零管脚，耦接集成电路外部的过零采样电路接收过零采样信号，其中，过零采样电路包括辅助绕组，用于感应感性绕组上的电压，并产生过零采样信号，在可控开关导通期间，过零采样信号反应开关变换器的输入电压信息，在可控开关关断期间，过零采样信号反应感性绕组上的电流信息；
采样管脚，耦接集成电路外部的电流采样电路接收电流采样信号，其中，电流采样电路在可控开关导通期间采样流过感性绕组的电流，并产生代表流过感性绕组的电流的电流采样信号；
开关管脚，输出开关控制信号，控制可控开关的导通与关断；
接地管脚，电连接至逻辑地；以及
最大功率限制电路，接收过零采样信号和电流采样信号，在可控开关导通期间，根据过零采样信号和电流采样信号产生代表变换器输入功率的第一电压信号，并将第一电压信号和最大输入功率阈值信号比较产生功率限制信号，当第一电压信号大于最大输入功率阈值信号时，可控开关关断。
9.一种用于控制AC-DC开关变换器的具有最大输入功率限制的集成电路，该AC-DC开关变换器包括感性绕组，所述集成电路包括：
输入管脚，耦接至感性绕组的一端；
反馈管脚，接收代表开关变换器输出电压信号的反馈电压信号；
过零管脚，耦接集成电路外部的过零采样电路接收过零采样信号，其中，过零采样电路包括辅助绕组，用于感应感性绕组上的电压，并产生过零采样信号，在可控开关导通期间，过零采样信号反应开关变换器的输入电压信息，在可控开关关断期间，过零采样信号反应感性绕组上的电流信息；
接地管脚，电连接至逻辑地；
可控开关，具有第一端耦接至输入管脚，第二端和控制端；
电流采样电路，耦接在可控开关的第二端和和接地管脚之间，其中，电流采样电路在可控开关导通期间采样流过感性绕组的电流，并产生代表流过感性绕组的电流的电流采样信号；以及
最大功率限制电路，接收过零采样信号和电流采样信号，在可控开关导通期间，根据过零采样信号和电流采样信号产生代表变换器输入功率的第一电压信号，并将第一电压信号和最大输入功率阈值信号比较产生功率限制信号，当第一电压信号大于最大输入功率阈值信号时，功率限制信号控制可控开关关断。
10.一种用于限制AC-DC开关变换器最大输入功率的控制方法，该AC-DC开关变换器包括感性绕组和可控开关，其中感性绕组通过可控开关电连接至逻辑地，所述控制方法包括：
采样流过感性绕组的电流，并产生代表流过感性绕组的电流的电流采样信号；
当可控开关导通时，通过辅助绕组感应感性绕组上的电压，并产生延时补偿信号；
根据延时补偿信号和电流采样信号，产生代表输入功率的电压信号；
判断代表输入功率的电压信号是否大于最大输入功率阈值信号；以及
当代表输入功率的电压信号大于最大输入功率阈值信号时，关断可控开关。
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