CN116742974A - 一种开关电源输入电压检测和供电的控制电路和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及开关电源芯片控制技术领域，具体公开了一种开关电源输入电压检测和供电的控制电路和方法，该控制电路包括高压开关、电流切换单元、采样保持单元、两个比较单元和与逻辑单元，电流切换单元的一端通过高压开关与高压引脚连接，电流切换单元的另一端分别连接供电引脚和第一比较单元，电流切换单元包括并联的两路电流源和一颗限流开关，限流开关串联在其中一路电流源上，采样保持单元分别与高压引脚、限流开关和第二比较单元连接，两个比较单元均与所述与逻辑单元连接，与逻辑单元还连接高压开关。本发明可以准确检测输入电压准位，在一定电压范围内给控制器供电，优化宽输出电压范围的开关电源的辅助绕组设计，从而降低***损耗。

Description

一种开关电源输入电压检测和供电的控制电路和方法
技术领域
本发明涉及开关电源芯片控制技术领域，尤其涉及一种开关电源输入电压检测和供电的控制电路和一种开关电源输入电压检测和供电的控制方法。
背景技术
开关电源是大部分电气电子产品的能量来源，通常交流转直流是从电网获取能量的第一步。电网电压作为输入电压，地域变化范围非常宽：80-280Vac，所以部分开关电源需要对输入电压进行精确检测，确保其工作在正常范围。另一方面输入电压的幅值也远高于输出电压和控制器的供电电压，常用3.3V/5V/12V/20V/48V。其中反激变换器广泛用于各类消费电子产品，是中小功率电源的主要拓扑。小体积充电器随着智能手机的普及，开始支持越来越宽的输出电压范围(例：PD/PPS:3-21V）。由于控制器的供电电压通常是由变压器的辅助绕组提供的，因此该辅助绕组提供的电压通常与输出电压，以及开关频率存在正比例关系。对宽输出电压范围的电源适配器而言，当输出电压较低，或着输出空载的情况下，辅助绕组为控制芯片提供的供电电压可能低于正常工作电压，容易导致控制器重启。如果选择升高辅助绕组的圈数，来提高整体的供电电压，则当输出电压较高时，辅助绕组为控制器提供的供电电压会远高于控制电路所需的工作电压，会导致辅助绕组的功耗增大，电源适配器的效率降低，发热增加，甚至超过控制器耐压，损坏元件。
图1是典型小功率的反激变换器自供电电路，其中输入为AC交流电压，C1是交流整流后滤波电容。Q1是原边的主开关管。变压器T1有一个原边绕组Np，一个副边绕组Ns，一个辅助绕组Na。D1是输出整流管，D1的输出电压信息通过采样转换，传递到控制器的反馈引脚。控制器输出信号驱动Q1的开通和关断。在整个***启动之前，控制器的供电电容C2通过R1从C1取电；启动后，控制器的供电电容C2通过D2从辅助绕组Na取电。由于R1保持接入电路且两端压差较大，通常会使用MΩ级电阻，来减小待机功耗，但会延长启动时间。其次也需要辅助绕组提供电压来满足宽输出电压时的控制器供电，会增加损耗和控制器的工艺耐压，从而降低了效率和提高控制器的成本。
图2是一种较大功率的反激变换器自供电电路。控制器需要增加一个高压接口，通过D3和D4接到整流桥BD前。高压接口内部有分压采样电阻，来实现整流桥BD前安规X电容拔线检测和放电功能。高压接口内部还有控制开关Q2连接到供电电容C2。在整个***启动之前，Q2导通，输入交流通过D3和D4形成全波整流通道给供电电容C2供电。启动后，Q2保持关断，控制器输出信号驱动Q1工作，从而使得辅助绕组Na可以独立给控制器供电，即供电电容C2通过D2从辅助绕组Na取电。得益于Q2可以使R1在启动后断开，R1可以使用kΩ级电阻，能够同时满足快速启动和低待机功耗的要求。有以下不足之处：
第一、因为Q2的切换，启动前流过R1的电流远大于启动后，在R1上产生的压降不同，会导致高压采样产生前后误差；
第二、需要辅助绕组Na提供电压来满足宽输出电压时的控制器供电，此点与图1的不足点相同；
第三、为满足宽输出电压时，部分控制器会选择从高压接口直接供电，也会引起损耗增加，效率降低。
图3是一种非隔离的Buck变换器自供电电路。同样，C1是整流后的高压滤波电容，Q1是Buck变换器的主开关管。在***启动之前，Q2导通，高压接口持续提供能量给供电电容C2（供电电容C2通过R1从C1取电）；启动后，Q2保持关闭，电感L1在Q1切换至关断时的部分续流会通过D2给C2供电。当输出电压（直流输出）变低，或负载变轻时，C2的电压也会随之变低，在应对宽范围输出应用时同样有供电不足的风险。同理，Boost，Buck-Boost，正激等开关电源都会有类似的供电方式。
图4是现有的宽输出电压范围反激变换器在应对宽输出电压的控制示意图。其中U1的电压比控制器供电的关断电压高。正常工作时，控制器的供电电压高于U1，比较器输出为低，逻辑门电路控制闭环PWM模块直接连通到驱动模块，驱动Q1工作，PWM模块接收到整流管D1输出的反馈电压信号后对整流管D1的输出电压进行控制，以形成输出电压的闭环控制。当控制器的供电电压低于U1电压时，比较器翻转置高，逻辑门电路强制产生开关信号驱动Q1工作，从而使得辅助绕组Na产生能量提高供电电压，直到供电电压高于U1。由于强制产生的开关脱离了闭环控制，容易导致空载时输出电压高于设定电压，需要根据不同***调配不同的强制开关的开通时间和周期。
综上所述，开关电源的自供电有两个最终来源：输入电压和电路中感性元件续流整流。在实际应用中，两者分别在启动前和启动后作用，如图5。常规的单靠输入电压供电无法改善宽输出电压范围反激变换器存在的问题，因为当启动后如果还存在高压接入，其在R1上产生的损耗将会严重影响效率。
基于以上考虑，需要有一种既满足低待机功耗，又能维持宽范围输出时控制器供电稳定，同时可采用常规芯片耐压工艺的控制供电方式。
发明内容
为了解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种开关电源输入电压检测和供电的控制电路和方法，可以准确检测输入电压准位，在一定电压范围内给控制器供电，优化宽输出电压范围的开关电源的辅助绕组设计，从而降低***损耗。
作为本发明的第一个方面，提供一种开关电源输入电压检测和供电的控制电路，应用在开关电源中，所述开关电源包括第一电阻R1、第二整流管D2、第二电容C2、主开关管Q1、感性元件L以及控制器，所述控制器的高压引脚通过所述第一电阻R1连接高压源，所述控制器的供电引脚分别与所述第二整流管D2和所述第二电容C2连接，所述控制器的驱动引脚通过所述主开关管Q1连接所述感性元件L，在所述主开关管Q1工作时，所述感性元件L两端的电压能够通过所述第二整流管D2整流后给所述第二电容C2充电，所述控制器的供电引脚电压为所述第二电容C2两端的电压，所述控制器包括所述开关电源输入电压检测和供电的控制电路，所述开关电源输入电压检测和供电的控制电路包括高压开关Q2、电流切换单元、采样保持单元、第一比较单元、第二比较单元和与逻辑单元，所述高压开关Q2的一端连接所述控制器的高压引脚，所述高压开关Q2的另一端与所述电流切换单元的一端连接，所述电流切换单元的另一端分别连接所述控制器的供电引脚和第一比较单元的负输入端，所述电流切换单元包括并联的两路电流源和一颗限流开关Q3，所述限流开关Q3串联在其中一路电流源上，所述采样保持单元分别与所述控制器的高压引脚、所述限流开关Q3和所述第二比较单元的负输入端连接，所述第一比较单元的输出端和所述第二比较单元的输出端均与所述与逻辑单元的输入端连接，所述与逻辑单元的输出端连接所述高压开关Q2，所述第一比较单元的正输入端连接第一设定电压U1，所述第二比较单元的正输入端连接第二设定电压U2；其中，所述控制器的高压引脚电压由高压源提供；所述高压开关Q2导通时，所述控制器的供电引脚电压由所述高压引脚通过所述电流切换单元提供；所述高压开关Q2关断时，所述控制器的供电引脚电压由所述感性元件L通过所述第二整流管D2提供；
（1）所述开关电源启动前：
所述控制器，用于控制所述高压开关Q2和所述限流开关Q3同时导通，此时由所述高压引脚通过所述电流切换单元提供供电电压，然后获取所述控制器的当前供电引脚电压，当所述控制器的当前供电引脚电压达到预设开启电压后，控制所述开关电源完成启动；
（2）所述开关电源启动后：
所述采样保持单元，用于控制所述限流开关Q3关断，以实时采集所述控制器的高压引脚电压；
所述控制器，用于判定所述控制器的高压引脚电压满足预设电压范围时，控制所述高压开关Q2关断，所述开关电源开始正常工作，此时由所述感性元件L通过第二整流管D2提供供电电压；
（3）所述开关电源正常工作后：
所述第一比较单元，用于实时获取所述控制器的供电引脚电压，并比较所述控制器的供电引脚电压与所述第一设定电压U1之间的大小；
所述第二比较单元，用于比较所述控制器的高压引脚电压与所述第二设定电压U2之间的大小；
所述与逻辑单元，用于当所述控制器的供电引脚电压低于所述第一设定电压U1且所述控制器的高压引脚电压低于所述第二设定电压U2时，控制所述高压开关Q2和所述限流开关Q3再次同时导通，此时再次由所述高压引脚通过所述电流切换单元提供供电电压，所述控制器的供电引脚电压和所述控制器的高压引脚电压均升高；然后当所述控制器的供电引脚电压高于所述第一设定电压U1或者所述控制器的高压引脚电压高于所述第二设定电压U2时，控制所述高压开关Q2关断，停止高压供电通路，返回至所述感性元件L供电。
进一步地，所述开关电源为反激变换器，所述反激变换器包括交流电压、整流桥BD、第一整流管D1、第二整流管D2、第三整流管D3、第四整流管D4、由原边绕组Np、副边绕组Ns和辅助绕组Na构成的变压器T1、主开关管Q1、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容CX、第一电阻R1、第二电阻R2以及控制器；
其中，所述控制器的高压引脚电压由输入交流电压通过所述第三整流管D3和第四整流管D4提供；所述高压开关Q2导通时，所述控制器的供电引脚电压由所述高压引脚通过所述电流切换单元提供；所述高压开关Q2关断时，所述控制器的供电引脚电压由所述辅助绕组Na通过第二整流管D2提供。
进一步地，所述开关电源为非隔离Buck变换器，所述非隔离Buck变换器包括交流电压、整流桥BD、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一电阻R1、主开关管Q1、第一整流管D1、第二整流管D2、电感L1以及控制器；
其中，所述控制器的高压引脚电压由第一电容C1通过所述第一电阻R1提供；所述高压开关Q2导通时，所述控制器的供电引脚电压由所述高压引脚通过所述电流切换单元提供；所述高压开关Q2关断时，所述控制器的供电引脚电压由所述电感L1通过第二整流管D2提供。
作为本发明的另一个方面，提供一种开关电源输入电压检测和供电的控制方法，应用于前文所述的开关电源输入电压检测和供电的控制电路，所述开关电源输入电压检测和供电的控制方法包括：
步骤S110：在开关电源启动前，控制高压开关Q2和限流开关Q3同时导通，此时由高压引脚通过电流切换单元提供供电电压，然后获取控制器的当前供电引脚电压，当所述控制器的当前供电引脚电压达到预设开启电压后，控制所述开关电源完成启动；
步骤S120：在所述开关电源启动后，控制所述限流开关Q3关断，以实时采集所述控制器的高压引脚电压；
步骤S130：当判定所述控制器的高压引脚电压满足预设电压范围时，控制所述高压开关Q2关断，所述开关电源开始正常工作，此时由所述感性元件L通过所述第二整流管D2提供供电电压；
步骤S140：在开关电源正常工作后，实时获取所述控制器的供电引脚电压，并比较所述控制器的供电引脚电压与第一设定电压U1之间的大小；以及比较所述控制器的高压引脚电压与第二设定电压U2之间的大小；
步骤S150：当所述控制器的供电引脚电压低于第一设定电压U1且所述控制器的高压引脚电压低于第二设定电压U2时，控制所述高压开关Q2和所述限流开关Q3再次同时导通，此时再次由所述高压引脚通过所述电流切换单元提供供电电压，所述控制器的供电引脚电压和所述控制器的高压引脚电压均升高；
步骤S160：当所述控制器的供电引脚电压高于第一设定电压U1或者控制器的高压引脚电压高于第二设定电压U2时，控制所述高压开关Q2关断，停止高压供电通路，返回至步骤S130。
进一步地，所述步骤S120中，还包括：
判断所述控制器的高压引脚电压是否满足所述预设电压范围；其中，所述预设电压范围为80-280Vac；
若满足所述预设电压范围，则进入步骤S130；
若不满足所述预设电压范围，则控制所述高压开关Q2关断，以使得所述控制器的供电引脚电压跌落至预设关断电压。
进一步地，所述步骤S160中，还包括：
控制所述限流开关Q3每隔一段时间关断一次，以在所述限流开关Q3关断时采集所述控制器的高压引脚电压。
进一步地，当所述开关电源为反激变换器时，还包括：
在反激变换器启动前，所述高压开关Q2保持导通，此时，所述控制器的供电引脚电压由高压引脚通过电流切换单元提供；其中，输入交流通过第三整流管D3和第四整流管D4形成的全波整流通道输出，然后经过高压引脚和电流切换单元输出，所述控制器供电引脚的电流为所述电流切换单元输出的电流，该电流给第二电容C2充电；
在开关电源正常工作后，所述高压开关Q2保持关断，所述控制器供电引脚的电压由辅助绕组Na通过第二整流管D2提供。
进一步地，当所述开关电源为非隔离Buck变换器时，还包括：
在非隔离Buck变换器启动前，所述高压开关Q2保持导通，此时，所述控制器的供电引脚电压由高压引脚通过电流切换单元提供；其中，所述控制器的高压引脚电压由第一电容C1通过所述第一电阻R1提供；所述控制器供电引脚的电流为所述电流切换单元输出的电流，该电流给第二电容C2充电；
在非隔离Buck变换器正常工作后，所述高压开关Q2保持关断，所述控制器供电引脚的电压由电感L1通过第二整流管D2提供。
进一步地，所述限流开关Q3和所述采样保持单元保持协同工作关系；
当所述采样保持单元采样所述高压引脚电压时，所述限流开关Q3关断，所述电流切换单元形成的限制电流更低；
当所述电流切换单元处于更高限制电流时，所述限流开关Q3导通，所述采样保持单元不会进行输入高压采样。
进一步地，所述第一比较单元带有一定滞回电压ΔU，当所述控制器的供电引脚电压低于第一设定电压U1时，认为供电不足；当所述控制器的供电引脚电压高于U1+ΔU时，认为已足额供电；
当第一比较单元和第二比较单元输出均为1时，控制所述高压开关Q2导通，输入高压给第二电容C2充电。
本发明提供的一种开关电源输入电压检测和供电的控制电路和方法，具有以下有益效果：
（1）低待机功耗；
（2）在不提高控制器工艺耐压的前提下，解决宽范围输出电压(例: 3-21V, 3.3-28V PD3.0 PPS/PD)时的维持控制器供电稳定；
（3）***简单，辅助供电回路无需增加其它零件，降低整机电压成本。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。
图1为现有技术中一种典型的小功率反激变换器自供电电路的结构示意图。
图2为现有技术中一种较大功率的反激变换器自供电电路的结构示意图。
图3为现有技术中一种非隔离Buck变换器自供电电路的结构示意图。
图4为现有技术中宽输出电压范围反激变换器的部分控制示意图。
图5为现有技术中典型的反激变换器的供电波形图。
图6为本发明提供的开关电源输入电压检测和供电的控制电路的结构图。
图7为本发明提供的开关电源输入电压检测和供电的控制电路应用在开关电源中的拓扑结构示意图。
图8为本发明提供的开关电源输入电压检测和供电的控制方法的流程图。
图9为本发明提供的开关电源输入电压检测和供电的控制方法的具体实施方式流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了使本领域技术人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包括，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本实施例中提供了一种开关电源输入电压检测和供电的控制电路，应用在开关电源中，如图6和7所示，所述开关电源包括第一电阻R1、第二整流管D2、第二电容C2、主开关管Q1、感性元件L以及控制器，其中，由主开关管Q1和感性元件L形成的结构可以存在于Buck、Boost、Buck-boost、SEPIC、Cuk、Zeta等拓扑中，所述控制器的高压引脚通过所述第一电阻R1连接高压源，所述控制器的供电引脚分别与所述第二整流管D2和所述第二电容C2连接，所述控制器的驱动引脚通过所述主开关管Q1连接所述感性元件L，在所述主开关管Q1工作时，所述感性元件L两端的电压能够通过所述第二整流管D2整流后给所述第二电容C2充电，所述控制器的供电引脚电压为所述第二电容C2两端的电压，所述控制器包括所述开关电源输入电压检测和供电的控制电路，所述开关电源输入电压检测和供电的控制电路包括高压开关Q2、电流切换单元、采样保持单元、第一比较单元、第二比较单元和与逻辑单元，所述高压开关Q2的一端连接所述控制器的高压引脚，所述高压开关Q2的另一端与所述电流切换单元的一端连接，所述电流切换单元的另一端分别连接所述控制器的供电引脚和第一比较单元的负输入端，所述电流切换单元包括并联的两路电流源和一颗限流开关Q3，所述限流开关Q3串联在其中一路电流源上，限流开关Q3可以限制和改变流过高压开关Q2的电流，所述采样保持单元分别与所述控制器的高压引脚、所述限流开关Q3和所述第二比较单元的负输入端连接，所述第一比较单元的输出端和所述第二比较单元的输出端均与所述与逻辑单元的输入端连接，所述与逻辑单元的输出端连接所述高压开关Q2，所述第一比较单元的正输入端连接第一设定电压U1，U1高于控制器的关断电压，所述第二比较单元的正输入端连接第二设定电压U2；其中，所述控制器的高压引脚电压由高压源提供；所述高压开关Q2导通时，所述控制器的供电引脚电压由所述高压引脚通过所述电流切换单元提供；所述高压开关Q2关断时，所述控制器的供电引脚电压由所述感性元件L通过所述第二整流管D2提供；
（1）所述开关电源启动前：
所述控制器，用于控制所述高压开关Q2和所述限流开关Q3同时导通，此时由所述高压引脚通过所述电流切换单元提供供电电压，然后获取所述控制器的当前供电引脚电压，当所述控制器的当前供电引脚电压达到预设开启电压后，控制所述开关电源完成启动；
（2）所述开关电源启动后：
所述采样保持单元，用于控制所述限流开关Q3关断，以实时采集所述控制器的高压引脚电压；
所述控制器，用于判定所述控制器的高压引脚电压满足预设电压范围时，控制所述高压开关Q2关断，所述开关电源开始正常工作，此时由所述感性元件L通过第二整流管D2提供供电电压；
（3）所述开关电源正常工作后：
所述第一比较单元，用于实时获取所述控制器的供电引脚电压，并比较所述控制器的供电引脚电压与所述第一设定电压U1之间的大小；
所述第二比较单元，用于比较所述控制器的高压引脚电压与所述第二设定电压U2之间的大小；
所述与逻辑单元，用于当所述控制器的供电引脚电压低于所述第一设定电压U1且所述控制器的高压引脚电压低于所述第二设定电压U2时，控制所述高压开关Q2和所述限流开关Q3再次同时导通，此时再次由所述高压引脚通过所述电流切换单元提供供电电压，所述控制器的供电引脚电压和所述控制器的高压引脚电压均升高；然后当所述控制器的供电引脚电压高于所述第一设定电压U1或者所述控制器的高压引脚电压高于所述第二设定电压U2时，控制所述高压开关Q2关断，停止高压供电通路，返回至所述感性元件L供电。
具体地，如图7所示，由开关和感性元件形成的结构可以存在于各类开关电源拓扑中，例如图3所示的非隔离Buck变换器；由开关和变压器形成的结构存在于反激、正激等隔离型拓扑中，例如，图2所示的反激变换器；高压源通常为交流电网的整流电压，其值远远高于输出电压和控制供电；开关电源的供电电压有两个最终来源：输入电压和感性元件续流整流。所以，本发明图6均可以应用在以上电源结构中。
需要说明的是，如图7所示，感性元件L不局限于单一电感，也可以为变压器中的辅助绕组。由于感性元件L两端的电压在开关电源工作在稳态时需满足伏秒平衡，所以形式上一定是正负交替的电压。该电压可以直接或间接(感应)通过D2整流后，即可实现控制器自供电。
优选地，如图2和图6所示，将图6所示的控制电路应用在图2所示的反激变换器中，所述反激变换器包括交流电压、整流桥BD、第一整流管D1、第二整流管D2、第三整流管D3、第四整流管D4、由原边绕组Np、副边绕组Ns和辅助绕组Na构成的变压器T1、主开关管Q1、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容CX、第一电阻R1、第二电阻R2以及控制器；
其中，所述控制器的高压引脚电压由输入交流电压通过所述第三整流管D3和第四整流管D4提供；所述高压开关Q2导通时，所述控制器的供电引脚电压由所述高压引脚通过所述电流切换单元提供；所述高压开关Q2关断时，所述控制器的供电引脚电压由所述辅助绕组Na通过第二整流管D2提供。
需要说明的是，高压输入不限于反激变换器的整流桥BD前，也可以在整流桥BD后。
优选地，如图3和图6所示，将图6所示的控制电路应用在图3所示的非隔离Buck变换器中，所述非隔离Buck变换器包括交流电压、整流桥BD、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一电阻R1、主开关管Q1、第一整流管D1、第二整流管D2、电感L1以及控制器；
其中，所述控制器的高压引脚电压由第一电容C1通过所述第一电阻R1提供；所述高压开关Q2导通时，所述控制器的供电引脚电压由所述高压引脚通过所述电流切换单元提供；所述高压开关Q2关断时，所述控制器的供电引脚电压由所述电感L1通过第二整流管D2提供。
作为本发明的另一实施例，如图8所示，提供一种开关电源输入电压检测和供电的控制方法，所述开关电源输入电压检测和供电的控制方法包括：
步骤S110：在开关电源启动前，控制高压开关Q2和限流开关Q3同时导通，此时由高压引脚通过电流切换单元提供供电电压，然后获取控制器的当前供电引脚电压，当所述控制器的当前供电引脚电压达到预设开启电压后，控制所述开关电源完成启动；
步骤S120：在所述开关电源启动后，控制所述限流开关Q3关断，以实时采集所述控制器的高压引脚电压；
步骤S130：当判定所述控制器的高压引脚电压满足预设电压范围时，控制所述高压开关Q2关断，所述开关电源开始正常工作，此时由所述感性元件L通过所述第二整流管D2提供供电电压，消除高压供电接入的损耗；
步骤S140：在开关电源正常工作后，实时获取所述控制器的供电引脚电压，并比较所述控制器的供电引脚电压与第一设定电压U1之间的大小；以及比较所述控制器的高压引脚电压与第二设定电压U2之间的大小；
步骤S150：当所述控制器的供电引脚电压低于第一设定电压U1且所述控制器的高压引脚电压低于第二设定电压U2时，控制所述高压开关Q2和所述限流开关Q3再次同时导通，此时再次由所述高压引脚通过所述电流切换单元提供供电电压，所述控制器的供电引脚电压和所述控制器的高压引脚电压均升高；
步骤S160：当所述控制器的供电引脚电压高于第一设定电压U1或者控制器的高压引脚电压高于第二设定电压U2时，控制所述高压开关Q2关断，停止高压供电通路，返回至步骤S130。
应当理解的是，如图9所示，当开关电源处于低输出电压，或空载频率过低，造成供电电压低于U1时，同时需要保证高压采样低于U2，Q2和Q3才会导通供电。最终，当供电电压高于U1+ΔU，或者高压采样值高于U2时，控制器就会将Q2关断，停止高压供电通路。
具体地，如图9所示，所述步骤S120中，还包括：
判断所述控制器的高压引脚电压是否满足所述预设电压范围；其中，所述预设电压范围一般要求80-280Vac，也可根据实际地域实施不同的范围；
若满足所述预设电压范围，则进入步骤S130；
若不满足所述预设电压范围，则控制所述高压开关Q2关断，以使得所述控制器的供电引脚电压跌落至预设关断电压。
具体地，如图9所示，所述步骤S160中，还包括：
控制所述限流开关Q3每隔一段时间关断一次，以在所述限流开关Q3关断时采集所述控制器的高压引脚电压。
具体地，如图2和图6所示，当所述开关电源为反激变换器时，还包括：
在反激变换器启动前，所述高压开关Q2保持导通，此时，所述控制器的供电引脚电压由高压引脚通过电流切换单元提供；其中，输入交流通过第三整流管D3和第四整流管D4形成的全波整流通道输出，然后经过高压引脚和电流切换单元输出，所述控制器供电引脚的电流为所述电流切换单元输出的电流，该电流给第二电容C2充电；
在开关电源正常工作后，所述高压开关Q2保持关断，所述控制器供电引脚的电压由辅助绕组Na通过第二整流管D2提供。
具体地，如图3和图6所示，当所述开关电源为非隔离Buck变换器时，还包括：
在非隔离Buck变换器启动前，所述高压开关Q2保持导通，此时，所述控制器的供电引脚电压由高压引脚通过电流切换单元提供；其中，所述控制器的高压引脚电压由第一电容C1通过所述第一电阻R1提供；所述控制器供电引脚的电流为所述电流切换单元输出的电流，该电流给第二电容C2充电；
在非隔离Buck变换器正常工作后，所述高压开关Q2保持关断，所述控制器供电引脚的电压由电感L1通过第二整流管D2提供。
在本发明实施例中，电流切换单元的实现方式之一，可以通过两路电流源I1、I2和一颗限流开关Q3组成，所述限流开关Q3和所述采样保持单元保持协同工作关系；即当所述采样保持单元采样所述高压引脚电压时，所述限流开关Q3关断，所述电流切换单元形成的限制电流更低；当所述电流切换单元处于更高限制电流时，所述限流开关Q3导通，所述采样保持单元不会进行输入高压采样，以此降低输入串联电阻上的压降，确保采样电压的精准度。
在本发明实施例中，所述第一比较单元带有一定滞回电压ΔU，当所述控制器的供电引脚电压低于第一设定电压U1时，认为供电不足；当所述控制器的供电引脚电压高于U1+ΔU时，认为已足额供电；
当第一比较单元和第二比较单元输出均为1时，控制所述高压开关Q2导通，输入高压给第二电容C2充电。
本发明提供了一种开关电源输入电压检测和供电的控制方法，可以准确检测输入电压准位，在一定电压范围内给控制器供电，优化宽输出电压范围的开关电源的辅助绕组设计，从而降低***损耗。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种开关电源输入电压检测和供电的控制电路，应用在开关电源中，所述开关电源包括第一电阻R1、第二整流管D2、第二电容C2、主开关管Q1、感性元件L以及控制器，所述控制器的高压引脚通过所述第一电阻R1连接高压源，所述控制器的供电引脚分别与所述第二整流管D2和所述第二电容C2连接，所述控制器的驱动引脚通过所述主开关管Q1连接所述感性元件L，在所述主开关管Q1工作时，所述感性元件L两端的电压能够通过所述第二整流管D2整流后给所述第二电容C2充电，所述控制器的供电引脚电压为所述第二电容C2两端的电压，其特征在于，所述控制器包括所述开关电源输入电压检测和供电的控制电路，所述开关电源输入电压检测和供电的控制电路包括高压开关Q2、电流切换单元、采样保持单元、第一比较单元、第二比较单元和与逻辑单元，所述高压开关Q2的一端连接所述控制器的高压引脚，所述高压开关Q2的另一端与所述电流切换单元的一端连接，所述电流切换单元的另一端分别连接所述控制器的供电引脚和第一比较单元的负输入端，所述电流切换单元包括并联的两路电流源和一颗限流开关Q3，所述限流开关Q3串联在其中一路电流源上，所述采样保持单元分别与所述控制器的高压引脚、所述限流开关Q3和所述第二比较单元的负输入端连接，所述第一比较单元的输出端和所述第二比较单元的输出端均与所述与逻辑单元的输入端连接，所述与逻辑单元的输出端连接所述高压开关Q2，所述第一比较单元的正输入端连接第一设定电压U1，所述第二比较单元的正输入端连接第二设定电压U2；其中，所述控制器的高压引脚电压由高压源提供；所述高压开关Q2导通时，所述控制器的供电引脚电压由所述高压引脚通过所述电流切换单元提供；所述高压开关Q2关断时，所述控制器的供电引脚电压由所述感性元件L通过所述第二整流管D2提供；
（1）所述开关电源启动前：
所述控制器，用于控制所述高压开关Q2和所述限流开关Q3同时导通，此时由所述高压引脚通过所述电流切换单元提供供电电压，然后获取所述控制器的当前供电引脚电压，当所述控制器的当前供电引脚电压达到预设开启电压后，控制所述开关电源完成启动；
（2）所述开关电源启动后：
所述采样保持单元，用于控制所述限流开关Q3关断，以实时采集所述控制器的高压引脚电压；
所述控制器，用于判定所述控制器的高压引脚电压满足预设电压范围时，控制所述高压开关Q2关断，所述开关电源开始正常工作，此时由所述感性元件L通过第二整流管D2提供供电电压；
（3）所述开关电源正常工作后：
所述第一比较单元，用于实时获取所述控制器的供电引脚电压，并比较所述控制器的供电引脚电压与所述第一设定电压U1之间的大小；
所述第二比较单元，用于比较所述控制器的高压引脚电压与所述第二设定电压U2之间的大小；
所述与逻辑单元，用于当所述控制器的供电引脚电压低于所述第一设定电压U1且所述控制器的高压引脚电压低于所述第二设定电压U2时，控制所述高压开关Q2和所述限流开关Q3再次同时导通，此时再次由所述高压引脚通过所述电流切换单元提供供电电压，所述控制器的供电引脚电压和所述控制器的高压引脚电压均升高；然后当所述控制器的供电引脚电压高于所述第一设定电压U1或者所述控制器的高压引脚电压高于所述第二设定电压U2时，控制所述高压开关Q2关断，停止高压供电通路，返回至所述感性元件L供电。
2.根据权利要求1所述的开关电源输入电压检测和供电的控制电路，其特征在于，所述开关电源为反激变换器，所述反激变换器包括交流电压、整流桥BD、第一整流管D1、第二整流管D2、第三整流管D3、第四整流管D4、由原边绕组Np、副边绕组Ns和辅助绕组Na构成的变压器T1、主开关管Q1、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容CX、第一电阻R1、第二电阻R2以及控制器；
其中，所述控制器的高压引脚电压由输入交流电压通过所述第三整流管D3和第四整流管D4提供；所述高压开关Q2导通时，所述控制器的供电引脚电压由所述高压引脚通过所述电流切换单元提供；所述高压开关Q2关断时，所述控制器的供电引脚电压由所述辅助绕组Na通过第二整流管D2提供。
3.根据权利要求1所述的开关电源输入电压检测和供电的控制电路，其特征在于，所述开关电源为非隔离Buck变换器，所述非隔离Buck变换器包括交流电压、整流桥BD、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一电阻R1、主开关管Q1、第一整流管D1、第二整流管D2、电感L1以及控制器；
其中，所述控制器的高压引脚电压由第一电容C1通过所述第一电阻R1提供；所述高压开关Q2导通时，所述控制器的供电引脚电压由所述高压引脚通过所述电流切换单元提供；所述高压开关Q2关断时，所述控制器的供电引脚电压由所述电感L1通过第二整流管D2提供。
4.一种开关电源输入电压检测和供电的控制方法，应用于权利要求1-3中任意一项所述的开关电源输入电压检测和供电的控制电路，其特征在于，所述开关电源输入电压检测和供电的控制方法包括：
步骤S110：在开关电源启动前，控制高压开关Q2和限流开关Q3同时导通，此时由高压引脚通过电流切换单元提供供电电压，然后获取控制器的当前供电引脚电压，当所述控制器的当前供电引脚电压达到预设开启电压后，控制所述开关电源完成启动；
步骤S120：在所述开关电源启动后，控制所述限流开关Q3关断，以实时采集所述控制器的高压引脚电压；
步骤S130：当判定所述控制器的高压引脚电压满足预设电压范围时，控制所述高压开关Q2关断，所述开关电源开始正常工作，此时由所述感性元件L通过所述第二整流管D2提供供电电压；
步骤S140：在开关电源正常工作后，实时获取所述控制器的供电引脚电压，并比较所述控制器的供电引脚电压与第一设定电压U1之间的大小；以及比较所述控制器的高压引脚电压与第二设定电压U2之间的大小；
步骤S150：当所述控制器的供电引脚电压低于第一设定电压U1且所述控制器的高压引脚电压低于第二设定电压U2时，控制所述高压开关Q2和所述限流开关Q3再次同时导通，此时再次由所述高压引脚通过所述电流切换单元提供供电电压，所述控制器的供电引脚电压和所述控制器的高压引脚电压均升高；
步骤S160：当所述控制器的供电引脚电压高于第一设定电压U1或者控制器的高压引脚电压高于第二设定电压U2时，控制所述高压开关Q2关断，停止高压供电通路，返回至步骤S130。
5.根据权利要求4所述的开关电源输入电压检测和供电的控制方法，其特征在于，所述步骤S120中，还包括：
判断所述控制器的高压引脚电压是否满足所述预设电压范围；其中，所述预设电压范围为80-280Vac；
若满足所述预设电压范围，则进入步骤S130；
若不满足所述预设电压范围，则控制所述高压开关Q2关断，以使得所述控制器的供电引脚电压跌落至预设关断电压。
6.根据权利要求4所述的开关电源输入电压检测和供电的控制方法，其特征在于，所述步骤S160中，还包括：
控制所述限流开关Q3每隔一段时间关断一次，以在所述限流开关Q3关断时采集所述控制器的高压引脚电压。
7.根据权利要求4所述的开关电源输入电压检测和供电的控制方法，其特征在于，当所述开关电源为反激变换器时，还包括：
在反激变换器启动前，所述高压开关Q2保持导通，此时，所述控制器的供电引脚电压由高压引脚通过电流切换单元提供；其中，输入交流通过第三整流管D3和第四整流管D4形成的全波整流通道输出，然后经过高压引脚和电流切换单元输出，所述控制器供电引脚的电流为所述电流切换单元输出的电流，该电流给第二电容C2充电；
在开关电源正常工作后，所述高压开关Q2保持关断，所述控制器供电引脚的电压由辅助绕组Na通过第二整流管D2提供。
8.根据权利要求4所述的开关电源输入电压检测和供电的控制方法，其特征在于，当所述开关电源为非隔离Buck变换器时，还包括：
在非隔离Buck变换器启动前，所述高压开关Q2保持导通，此时，所述控制器的供电引脚电压由高压引脚通过电流切换单元提供；其中，所述控制器的高压引脚电压由第一电容C1通过所述第一电阻R1提供；所述控制器供电引脚的电流为所述电流切换单元输出的电流，该电流给第二电容C2充电；
在非隔离Buck变换器正常工作后，所述高压开关Q2保持关断，所述控制器供电引脚的电压由电感L1通过第二整流管D2提供。
9.根据权利要求4所述的开关电源输入电压检测和供电的控制方法，其特征在于，所述限流开关Q3和所述采样保持单元保持协同工作关系；
当所述采样保持单元采样所述高压引脚电压时，所述限流开关Q3关断，所述电流切换单元形成的限制电流更低；
当所述电流切换单元处于更高限制电流时，所述限流开关Q3导通，所述采样保持单元不会进行输入高压采样。
10.根据权利要求4所述的开关电源输入电压检测和供电的控制方法，其特征在于，所述第一比较单元带有一定滞回电压ΔU，当所述控制器的供电引脚电压低于第一设定电压U1时，认为供电不足；当所述控制器的供电引脚电压高于U1+ΔU时，认为已足额供电；
当第一比较单元和第二比较单元输出均为1时，控制所述高压开关Q2导通，输入高压给第二电容C2充电。
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