CN109905042B - 一种电源设备及其电源电路 - Google Patents

Abstract

本公开提出了一种电源设备及其电源电路，该电源电路通过高压输入模块将接入的高压交流电转换为高压直流电，初级功率控制模块对变压器的辅助线圈端的耦合输出电压进行采样，根据采样结果控制变压器根据高压直流电生成充电能量，次级整流控制模块根据充电能量生成充电电压，并对充电电压进行整流后向负载充电；次级整流控制模块还用于对充电过程中的输出电压进行检测，并通过变压器将检测结果反馈给初级功率控制模块，初级功率控制模块根据检测结果对变压器的输入功率进行调整，进而使得电源电路可对负载有效充电的同时电路结构简单，从而减小了电源电路的体积、元器件数量以及产生的电子垃圾、并且成本低。

Description

一种电源设备及其电源电路

技术领域

本公开涉及电源技术领域，尤其涉及一种电源设备及其电源电路。

背景技术

近年来，随着手机、平板电脑等便携式终端的性能提升和快速普及，与之匹配的电源设备也呈现爆发式增长，例如以5V1A与5V2A为主的便携式终端的电源。

然而，随着充电功率的增大，电源设备的电源电路方案愈加复杂，而随着电源电路方案愈加复杂，电源电路的体积增大、元器件数量增多以及成本增加，并且会产生更多的电子垃圾。

综上所述，现有的电源电路存在体积大、元器件数量多、成本高以及产生的电子垃圾多的问题。

发明内容

本公开的目的在于提供一种电源设备及其电源电路，以解决现有的电源电路存在体积大、元器件数量多、成本高以及电子垃圾多的问题。

本公开是这样实现的，本公开第一方面提供一种电源电路，所述电源电路包括：

高压输入模块、初级功率控制模块、变压器以及次级整流控制模块；

所述高压输入模块与变压器的初级线圈连接，所述初级功率控制模块与所述变压器的初级线圈和辅助线圈连接，所述变压器的次级线圈与所述次级整流控制模块连接，所述次级整流控制模块与负载连接；

所述高压输入模块将接入的高压交流电转换为高压直流电，所述初级功率控制模块对所述变压器的辅助线圈端的耦合输出电压进行采样，根据采样结果控制所述变压器根据所述高压直流电生成充电能量，所述次级整流控制模块根据所述充电能量生成充电电压，并对所述充电电压进行整流后向所述负载充电；所述次级整流控制模块还用于对充电过程中的输出电压进行检测，并通过所述变压器将检测结果反馈给所述初级功率控制模块，所述初级功率控制模块根据所述检测结果对所述变压器的输入功率进行调整。

本公开第二方面提供一种电源设备，所述电源设备包括第一方面所述的电源电路。

本公开提出了一种电源设备及其电源电路，该电源电路通过采用高压输入模块、初级功率控制模块、变压器以及次级整流控制模块，使得高压输入模块将接入的高压交流电转换为高压直流电，初级功率控制模块对变压器的辅助线圈端的耦合输出电压进行采样，根据采样结果控制变压器根据高压直流电生成充电能量，次级整流控制模块根据充电能量生成充电电压，并对充电电压进行整流后向负载充电；次级整流控制模块还用于对充电过程中的输出电压进行检测，并通过变压器将检测结果反馈给初级功率控制模块，初级功率控制模块根据检测结果对变压器的输入功率进行调整，进而使得电源电路可对负载有效充电的同时电路结构简单，从而减小了电源电路的体积、元器件数量以及产生的电子垃圾、并且成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本公开一种实施例提供的一种电源电路的结构示意图；

图2是本公开一种实施例提供的一种电源电路的电路结构示意图；

图3是本公开一种实施例提供的一种电源电路的中的初级功率控制芯片的部分电路结构示意图；

图4是本公开一种实施例提供的一种电源电路的中的初级功率控制芯片的部分电路结构示意图；

图5是本公开一种实施例提供的一种电源电路的中的初级功率控制芯片的部分电路结构示意图；

图6是本公开一种实施例提供的一种电源电路的中的次级整流控制芯片的电路结构示意图。

具体实施方式

为了使本公开的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本公开进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本公开，并不用于限定本公开。

进一步地，以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本公开实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本公开。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本公开的描述。

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。

为了说明本公开的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

本公开实施例提供一种电源电路1，如图1所示，该电源电路1包括高压输入模块10、初级功率控制模块11、变压器12以及次级整流控制模块13。

其中，高压输入模块10与变压器12的初级线圈连接，初级功率控制模块11与变压器12的初级线圈和辅助线圈连接，变压器12的次级线圈与次级整流控制模块13连接，次级整流控制模块13与负载(图中未示出)连接。

具体的，高压输入模块10将接入的高压交流电转换为高压直流电，初级功率控制模块11对变压器12的辅助线圈端的耦合输出电压进行采样，根据采样结果控制变压器12根据高压直流电生成充电能量，次级整流控制模块13根据充电能量生成充电电压，并对充电电压进行整流后向负载充电；次级整流控制模块13还用于对充电过程中的输出电压进行检测，并通过变压器12将检测结果反馈给初级功率控制模块11，初级功率控制模块11根据检测结果对变压器12的输入功率进行调整。

在本实施例中，本公开实施例提供的电源电路高压输入模块将接入的高压交流电转换为高压直流电，初级功率控制模块对变压器的辅助线圈端的耦合输出电压进行采样，根据采样结果控制变压器根据高压直流电生成充电能量，次级整流控制模块根据充电能量生成充电电压，并对充电电压进行整流后向负载充电；次级整流控制模块还用于对充电过程中的输出电压进行检测，并通过变压器将检测结果反馈给初级功率控制模块，初级功率控制模块根据检测结果对变压器的输入功率进行调整，进而使得电源电路可对负载有效充电的同时电路结构简单，减小了电源电路的体积、元器件数量以及产生的电子垃圾、并且成本低，从而解决了现有的电源电路存在体积大、元器件数量多、成本高以及电子垃圾多的问题。

进一步地，作为本公开一种实施方式，如图2所示，该电源电路还包括滤波模块14。

其中，滤波模块14与高压输入模块10以及变压器12的初级线圈连接。具体的，滤波模块14用于对高压输入模块10转换输出的高压直流电进行干扰滤除。

在本公开实施例中，通过在电路1中设置滤波模块14，使得该滤波模块14对高压输入模块10根据交流电转换而成的高压直流电进行干扰滤除，防止有杂志的高压直流电对后端电路产生影响，保证了电路的可靠性。

进一步地，具体实施时，如图2所示，滤波模块14采用电感L1、电容C1以及电容C2实现。

具体的，电感L1的第一端与电容C1的第一端共接，并且与高压输入模块10连接，电感L1的第二端与电容C2的第一端以及变压器12的初级线圈连接，电容C1的第二端与电容C2的第二端共接于等电势端，并且与高压输入模块10连接。

进一步地，作为本公开一种实施方式，如图2所示，高压输入模块10采用全波整流电路和限流电阻实现。其中，全波整流电路包括整流二极管D1、D2、D3以及D4，限流电阻采用电阻R1实现。

具体的，整流二极管D1的正极与整流二极管D4的负极共接，并与外部交流供电设备的正极连接，整流二极管D1的负极与整流二极管D2的负极连接，并同时与电感L1的第一端连接，整流二极管D2的阳极与整流二极管D3的负极共接，并与限流电阻R1的第一端连接，限流电阻R1的第二端与外部交流供电设备的负极连接，整流二极管D3的阳极与整流二极管D4的阳极共接，并同时与电容C1的第二端以及电容C2的第二端共接。

进一步地，作为本公开一种实施方式，如图2所示，初级功率控制模块11包括初级功率控制芯片U1和储能滤波电容C3。

其中，初级功率控制芯片U1与变压器12的初级线圈、辅助线圈以及储能滤波电容C3连接，储能滤波电容C3与变压器12的辅助线圈连接。

具体的，初级功率控制芯片U1根据变压器12的初级线圈端的电压生成供电电压，储能滤波电容C3根据供电电压进行储能，以向初级功率控制芯片U1提供工作电压；

初级功率控制芯片U1还用于对变压器12的辅助线圈端的耦合输出电压进行采样，根据采样结果控制变压器12根据高压直流电生成充电能量，且根据次级整流控制模块13反馈的检测结果对变压器12的输入功率进行调整。

进一步地，如图2所示，初级功率控制芯片U1的第五引脚5、第六引脚6、第七引脚7以及第八引脚8共接，并且与变压器12的初级线圈连接，初级功率控制芯片U1的第一引脚1与变压器12的辅助线圈连接，初级功率控制芯片U1的第二引脚2与储能滤波电容C3连接，而初级功率控制芯片U1的第四引脚4与储能滤波电容C3共接于等电势端，储能滤波电容C3与变压器12的辅助线圈连接。

进一步地，作为本公开一种实施方式，如图3所示，初级功率控制芯片U1包括电压采样模块111、误差放大模块112、恒压恒流控制模块113、逻辑控制模块114、第一驱动模块115、电流采样模块116、过流保护模块117、电源启动模块118、电源开关模块119以及开关管120。

其中，电压采样模块111与变压器12(图中未示出，请参考图2)的辅助线圈以及误差放大模块112连接，误差放大模块112与恒压恒流控制模块113连接，恒压恒流控制模块113与逻辑控制模块114连接，逻辑控制模块114与过流保护模块117、电源开关模块119以及第一驱动模块115连接，第一驱动模块115与开关管120连接，开关管120与电源开关模块119以及变压器12的初级线圈连接，电源开关模块119与电源启动模块118以及储能滤波电容C3(图中未示出，请参考图2)连接，电流采样模块116与电源开关模块119以及过流保护模块117连接。

具体的，当电源电路1上电后，开关管120根据变压器12的初级线圈端的电压导通，当初级功率控制芯片U1工作时，逻辑控制模块114与电源启动模块118控制电源开关模块119处于第一导通状态，以使得电源开关模块119输出供电电压；之后电源启动模块118对供电电压进行检测，并在供电电压低于第一预设供电电压时，与逻辑控制模块114控制电源开关模块119持续处于第一导通状态，且在供电电压高于第二预设供电电压时，与逻辑控制模块114控制电源开关模块119持续处于第二导通状态；

进一步地，当开关管120导通且电源开关模块119处于第二导通状态时，电流采样模块116对变压器12的初级线圈端电流进行采样，并将电流采样结果反馈至过流保护模块117，过流保护模块117根据电流采样结果与过流基准电压生成过流保护信号，逻辑控制模块114根据过流保护信号生成过流保护控制信号至第一驱动模块115；

电压采样模块111对变压器12的辅助线圈端的耦合输出电压进行采样，以获取采样电压，误差放大模块112将采样电压与基准电压进行比较，以生成误差放大信号，恒压恒流控制模块113根据误差放大信号生成控制信号，逻辑控制模块114根据控制信号与过流保护控制信号生成第一开关控制信号，第一驱动模块115根据第一开关控制信号控制开关管120的通断频率；

电压采样模块111还用于根据检测结果生成负载响应信号，误差放大模块112根据负载响应信号生成负载响应放大信号，恒压恒流控制模块113根据负载响应放大信号生成负载响应控制信号，逻辑控制模块114根据负载响应控制信号生成第二开关控制信号，第一驱动模块115根据第二开关控制信号控制开关管120的通断频率。

进一步地，作为公开一种实施方式，该初级功率控制芯片U1还包括输出线补模块121、输入电压补偿模块122、过压保护模块123以及短路保护模块124。

其中，输出线补模块121和误差放大模块112以及电压采样模块111连接，输入电压补偿模块122与电压采样模块111以及过流保护模块117连接，过压保护模块123与电压采样模块111以及逻辑控制模块114连接，短路保护模块124同样与电压采样模块111以及逻辑控制模块114连接。

具体的，输入电压补偿模块122用于补偿高低压输入时带来的主边电流偏差；输出线补模块121用于补偿输出线缆上在不同负载时的压降；过压保护模块123通过将采样电压和内部过压保护基准比较产生过压保护信号输出给逻辑控制模块114，以实现输出过压保护；短路保护模块124通过将采样电压和内部短路保护基准比较产生短路保护信号输出给逻辑控制模块114，以实现输出短路保护。

需要说明的是，在本公开实施例中，输出线补模块121、输入电压补偿模块122、过压保护模块123以及短路保护模块124的电路结构和工作原理与现有的电源电路中的输出线补模块、输入电压补偿模块、过压保护模块以及短路保护模块相同，具体可参考现有技术，此处不再赘述。

进一步地，具体实施时，如图4所示，电压采样模块111包括：第一比较单元111a、第二比较单元111b、逻辑处理单元111c以及采样单元111d。

其中，第一比较单元111a与变压器12(图中未示出，请参考图2)的辅助线圈以及逻辑处理单元111c连接，第二比较单元111b与变压器12的辅助线圈、逻辑处理单元111c以及采样单元111d连接，逻辑处理单元111c与采样单元111d以及误差放大模块112(图中未示出，请参考图3)连接，采样单元111d与变压器12的辅助线圈以及误差放大模块112连接。

具体的，第一比较单元111a根据耦合输出电压生成第一采样比较信号，逻辑处理单元111c根据第一采样比较信号生成第一采样控制信号，采样单元111d根据第一采样控制信号对耦合输出电压进行采样，以输出采样电压；第二比较单元111b根据耦合输出电压和采样电压生成第二采样比较信号，逻辑处理单元111c根据第二采样比较信号生成第二采样控制信号，采样单元111d根据第二采样控制信号停止对耦合输出电压进行采样；

此外，第一比较单元111a还用于根据检测结果生成负载欠压比较信号，逻辑处理单元111c根据欠压比较信号生成负载响应信号，并将负载响应信号输出至误差放大模块112。

进一步地，具体实施时，如图4所示，第一比较单元111a采用比较器CMP1实现，该比较器CMP1的第一输入端与变压器12的辅助线圈连接，该比较器CMP1的第二输入端接收基准电压，该比较器CMP1的输出端与逻辑处理单元111c连接。

同样的，如图4所示，第二比较单元111b采用比较器CMP2实现，该比较器CMP2的第一输入端与变压器12的符辅助线圈连接，该比较器CMP2的第二输入端与采样单元111d连接，该比较器CMP2的输出端与逻辑处理单元111c连接。

进一步地，作为本公开一种实施方式，如图4所示，采样单元包括：第一电阻R2、第一开关元件M1以及第一电容C4。

其中，第一电阻R2的第一端与变压器12(图中未示出，请参考图2)的辅助线圈连接，第一电阻R2的第二端与第一开关元件M1的输入端连接，第一开关元件M1的控制端与逻辑处理单元111c连接，第一开关元件M1的输出端与第一电容C4的第一端以及误差放大模块112连接，第一电容C4的第二端与等电势端连接。

需要说明的是，在本公开实施例中，第一开关元件M1采用N型晶体管实现，该N型晶体管的栅极是第一开关元件M1的控制端，该N型晶体管的漏极是第一开关元件M1的输入端，该N型晶体管的源极是第一开关元件M1的输出端；当然本领域技术人员可以理解的是，N型晶体管只是第一开关元件M1的示例说明，本公开中并不仅限于此。

进一步地，作为本公开一种实施方式，如图5所示，电流采样模块116包括：第二开关元件M2与第三开关元件M3。

其中，第二开关元件M2的控制端和输入端共接，且与第三开关元件M3的控制端以及电源开关模块119连接，第二开关元件M2的输出端与第三开关元件M3的输入端均与等电势端连接，第三开关元件M3的输出端与过流保护模块117连接。

需要说明的是，在本公开实施例中，第二开关元件M2和第三开关元件M3采用N型晶体管实现，该N型晶体管的栅极是第二开关元件M2和第三开关元件M3的控制端，该N型晶体管的漏极是第二开关元件M2和第三开关元件M3的输入端，该N型晶体管的源极是第二开关元件M2和第三开关元件M3的输出端；当然本领域技术人员可以理解的是，N型晶体管只是第二开关元件M2和第三开关元件M3的示例说明，本公开中并不仅限于此。

进一步地，作为本公开一种实施方式，如图5所示，电源开关模块119包括：第四开关元件M4、第五开关元件M5以及与非门NAND1。

其中，第四开关元件M4的输入端与开关管120以及第五开关元件M5的输入端连接，第四开关元件M4的控制端与逻辑控制模块114、与非门NAND1的第一输入端连接，第四开关元件M4的输出端与电流采样模块116连接，与非门NAND1的第二输入端与电源启动模块118(图中未示出，请参考图3)连接，与非门NAND1的输出端与第五开关元件M5的控制端连接，第五开关元件M5的输出端与储能滤波电容C3(图中未示出，请参考图2)连接。

需要说明的是，在本公开实施例中，第四开关元件M4和第五开关元件M5采用N型晶体管实现，该N型晶体管的栅极是第四开关元件M4和第五开关元件M5的控制端，该N型晶体管的漏极是第四开关元件M4和第五开关元件M5的输入端，该N型晶体管的源极是第四开关元件M4和第五开关元件M5的输出端；当然本领域技术人员可以理解的是，N型晶体管只是第四开关元件M4和第五开关元件M5的示例说明，本公开中并不仅限于此。

进一步地，作为本公开一种实施方式，如图2所示，次级整流控制模块13包括：次级整流控制芯片U2与输出电容。

其中，初级整流控制芯片U2与变压器12的次级线圈、输出电容C5以及负载连接。

具体的，次级整流控制芯片U2根据充电能量生成充电电压，并对充电电压进行整流后向负载充电；次级整流控制芯片U2还用于对充电过程中的输出电压进行检测，并通过变压器12将检测结果反馈给初级功率控制模块11；输出电容C5根据输出电压进行储能，以向次级整流控制芯片U2供电。

具体实施时，次级整流控制芯片U2的第一引脚1、第二引脚2、第三引脚3以及第四引脚4共接，并且与变压器12的次级线圈连接，次级整流控制芯片U2的第八引脚8与变压器12的次级线圈、输出电容C5的第一端连接，次级整流控制芯片U2的第五引脚5、第六引脚6以及第七引脚7与输出电容C5共接于地。

进一步地，作为本公开一种实施方式，如图6所示，次级整流控制芯片U2包括：启动供电模块130、分压模块131、过压保护模块132、欠压保护模块133、整流启动模块134、整流关闭模块135、控制模块136、第二驱动模块137以及开关模块138。

其中，启动供电模块130与输出电容C5(图中未示出，请参考图2)、分压模块131、过压保护模块132、欠压保护模块133、整流启动模块134、整流关闭模块135、控制模块136以及第二驱动模块137连接，过压保护模块132与输出电容C5以及分压模块131连接，欠压保护模块133与分压模块131以及控制模块136连接，整流启动模块134与控制模块136连接，整流关闭模块135与控制模块136连接，控制模块136与第二驱动模块137连接，第二驱动模块137与开关模块138连接，开关模块138与变压器12(图中未示出，请参考图2)的次级线圈连接。

具体的，启动供电模块130根据输出电压向次级整流控制芯片U2中的各个模块供电；分压模块131对输出电压进行分压采样，以获取分压电压；过压保护模块132在分压电压大于高于过压保护电压时，对次级整流控制芯片U2的输出电压进行放电；欠压保护模块133在分压电压低于低压保护电压时，向控制模块136输出欠压保护信号，控制模块136与第二驱动模块137根据欠压保护模块133控制开关模块138处于关断工作状态，以将检测结果通过变压器12反馈给初级功率控制模块11(图中未示出，请参考图2)。

整流启动模块134对变压器12的次级线圈端的电压进行检测，当变压器12的次级线圈端的电压不低于同步整流启动电压阈值时，输出整流开启信号至控制模块136，控制模块136与第二驱动模块137根据整流开启信号控制开关模块138处于导通工作状态；

整流关闭模块135对变压器12的次级线圈端的电压进行检测，当变压器12的次级线圈端的电压不低于同步整流关闭电压阈值时，输出整流关闭信号至控制模块136，控制模块136与第二驱动模块137根据整流关闭信号控制开关模块138处于关断工作状态。

需要说明的是，在本公开实施例中，图6仅示出了启动供电模块130与次级整流控制芯片U2中的部分模块的连接关系，而启动供电模块130与次级整流控制芯片U2中各个模块的具体连接关系可参考文字部分说明。

进一步地，作为本公开一种实施方式，如图6所示，分压模块131包括分压电阻R3与R4。

其中，分压电阻R3的第一端与启动供电模块130以及过压保护模块132练级，分压电阻R3的第二端与分压电阻R4的第一端以及欠压保护模块133连接，分压电阻R4的第二端接地。

进一步地，作为本公开一种实施方式，如图6所示，过压保护模块132包括比较器CMP4、开关元件M6以及电阻R5。

其中，比较器CMP4的第一输入端与分压电阻R3的第二端连接，比较器CMP4的第二输入端接收过压保护电压，比较器CMP4的输出端与开关元件M6的控制端连接，开关元件M6的输出端与等电势端连接，开关元件M6的输入端与电阻R5的第一端连接，电阻R5的第二端与分压电阻R3的第一端以及启动供电模块130连接。

进一步地，作为本公开一种实施方式，如图6所示，欠压保护模块133包括比较器CMP5，该比较器CMP5的第一输入端与分压电阻R3的第二端以及分压电阻R4的第一端连接，该比较器CMP5的第二输入端接收低压保护电压，该比较器CMP5的输出端与控制模块136连接。

进一步地，作为本公开一种实施方式，如图6所示，整流启动模块134包括比较器CMP6，该比较器CMP6的第一输入端与开关模块138的输入端连接，该比较器CMP6的第二输入端接收同步整流启动电压，该比较器CMP6的输出端与控制模块136连接。

进一步地，作为本公开一种实施方式，如图6所示，整流关闭模块135包括比较器CMP7，该比较器CMP7的第一输入端与开关模块138的输入端连接，该比较器CMP7的第二输入端接收同步整流关闭电压，该比较器CMP7的输出端与控制模块136连接。

进一步地，作为本公开一种实施方式，如图6所示，开关模块138包括开关元件M7，该开关元件M7的控制端与第二驱动模块137连接，该开关元件M7的输入端为开关模块138的输入端，该开关元件M7的输出端为开关模块138的输出端。

需要说明的是，在本公开实施例中，开关元件M6和开关元件M7采用N型晶体管实现，该N型晶体管的栅极是开关元件M6和开关元件M7的控制端，该N型晶体管的漏极是开关元件M6和开关元件M7的输入端，该N型晶体管的源极是开关元件M6和开关元件M7的输出端；当然本领域技术人员可以理解的是，N型晶体管只是开关元件M6和开关元件M7的示例说明，本公开中并不仅限于此。

下面以图2至图6所示的电路为例对本公开实施例提供的电源电路1的具体工作原理进行说明，详述如下：

首先，如图2所示，由整流二极管D1至D4以及限流电阻R1组成的高压输入模块10对接入的高压交流电进行整流后，将整流得到的高压直流电输出至由电感L1、电容C1以及电容C2组成的滤波电路，该滤波电路对高压直流电进行滤波后输出。

当该滤波电路将滤波后的高压直流电输出后，该变压器12的初级线圈根据该高压直流电将初级功率控制芯片U1启动，并在该初级功率控制芯片U1启动后，通过储能滤波电容C3向该初级功率控制芯片U1提供稳定的工作电压。当该初级功率控制芯片U1工作后，初级功率控制芯片U1可以直接采样变压器T1的辅助线圈NA端耦合的输出电压信息，并调整内置的高压晶体管工作频率和占空比用以稳定输出电压和电流，并且无需现有的电源电路中的启动电阻、反馈二极以及检流电阻。

当初级功率控制芯片U1调整内置的高压晶体管工作频率和占空比，以使得变压器12上聚集的能量输出稳定的输出电压和电流后，次级整流控制芯片U2通过第一引脚1、第二引脚2、第三引脚3以及第四引脚4检测变压器12的次级线圈NS波形实现同步整流功能，进而向负载提供需要的充电电压，以实现负载的充电；此外，次级整流控制芯片芯片U2可以进行输出检测，并通过变压器12反馈给初级功率控制芯片U1，以防止输出过压或欠压。

进一步地，请参考图3，当初级功率控制芯片U1工作时，电源启动模块118和电源开关模块119在驱动模块115和逻辑控制模块114的控制和驱动作用下向初级功率控制芯片U1供电，以使得初级功率控制芯片U1可以正常工作；另外，电源启动模块118可以产生初级功率控制芯片U1内部所需要的各种电压和电流基准。

进一步地，电流采样模块116用于采样主边功率回路(由图2中的变压器12的初级线圈和图5中开关管120、开关元件M4以及M2组成的回路)的电流并传输给过流保护模块117，以便于过流保护模块117根据主边功率回路的电流和过流保护基准电流产生相应的过流保护控制信号，并将该过流保护控制信号发送至逻辑控制模块114；电压采样模块111通过初级功率控制芯片U1的第一引脚1(FB引脚)直接采样外部变压器12的辅助线圈(反馈绕组)上可反应输出电压的电压信号，即电压采样模块111对变压器12的辅助线圈端的耦合电压进行采样，以获取采样电压，并将该采样电压发送给误差放大模块112进行比较，误差放大模块112在将采样电压与基准电压进行比较后生成误差放大信号，并将该误差放大信号传输给恒压恒流控制模块113；恒压恒流控制模块113根据误差放大信号生成控制信号后输出至逻辑控制模块114，以便于逻辑控制模块114根据控制信号以及过流保护模块117输出的过流保护控制信号生成第一开关控制信号，并将该开关控制信号发送至第一驱动模块115，以使得第一驱动模块115根据该第一开关控制信号控制开关管120的通断频率，进而使得电源电路1输出稳定的充电电压。

进一步地，电压采样模块111也可以检测变压器12的次级绕组映射到反馈绕组的控制信号，并将其传输给逻辑控制模块114，以使得逻辑控制模块114和驱动模块115根据该控制信号控制开关管120的通断，以实现部分次级控制的功能。例如，当次级整流控制芯片U2通过变压器12向初级功率控制芯片U1反馈电源电路1的输出电压欠压后，电压采样模块111根据次级整流控制芯片U2反馈的检测结果生成负载响应信号，并将该负载响应信号发送至误差放大模块112；误差放大模块112根据该负载响应信号生成负载响应放大信号，并将其发送至恒压恒流控制模块113，恒压恒流控制模块113根据该负载响应放大信号生成负载响应控制信号，并将其输出至逻辑控制模块114，逻辑控制模块114根据负载响应控制信号生成第二开关控制信号，第一驱动模块115根据第二开关控制信号控制开关管120的通断频率，以实现负载响应。

进一步地，如图4所示，当电压采样模块111工作时，由次级欠压保护信号检测比较器CMP1检测由次级整流控制芯片U2(图中未示出，请参考图2)产生并由变压器12传输到初级功率控制芯片U1的信号，以产生负载欠压比较信号，并将该负载欠压比较信号发送至逻辑处理单元111c，逻辑处理单元111c对该欠压比较信号进行识别后生成负载响应信号QR，进而将该负载响应信号输出至误差放大模块112，以使得误差放大模块112与其后端电路共同作用，实现初级和次级之间的负载响应。

此外，比较器CMP1还可根据变压器的复辅助线圈端的耦合输出电压生成第一采样比较信号，并将该第一采样比较信号输出至逻辑处理单元111c，逻辑处理单元111c根据该第一采样比较信号生成第一采样控制信号，以控制由电阻R2、开关M1以及电容C4组成的开关电容采样电路中的开关M1导通，进而对FB脚的电压进行采样，以获取采样电压；需要说明的是，由于变压器的反馈绕组和次级绕组比值设置较小，因此无需分压电阻，且芯片可用低压工艺即可实现电压采样功能。

进一步地，比较器CMP2为一自带失调的比较器，其输入端分别为FB端的电压信号和开关RC采样后的电压信号，具体工作时，比较器CMP2根据耦合输出电压和采样电压生成第二采样比较信号，并将该第二采样比较信号输出至逻辑处理单元111c，逻辑处理单元111c根据该第二采样比较信号生成第二采样控制信号，以控制由电阻R2、开关M1以及电容C4组成的开关电容采样电路中的开关M1断开，进而停止对耦合输出电压进行采样。

进一步地，如图5所示，C脚接外部变压器的初级线圈，其即为初级功率控制芯片U1的第五引脚5、第六引脚6、第七引脚7以及第八引脚8，开关管120为高压功率晶体管，电阻Rcb为开关管120的集电极和基极之间的高压电阻，其可以是器件工艺集成的，也可以加在芯片外部，此处不做具体限制。当初级功率控制芯片U1工作时，初级功率控制芯片U1的具体供电过程为：高压端通过电阻Rcb向开关管120输出基极驱动电流，此时开关管12打开，并且逻辑控制模块114控制开关元件M4关闭，以及逻辑控制模块114和电源启动模块118以及与非门NAND1共同控制开关元件M5打开，此时开关管120的发射极电流可通过开关管M5流到初级功率控制芯片U1的VDD脚，即第二引脚2，直至初级功率控制芯片U1开启。当初级功率控制芯片U1工作时，若初级功率控制芯片U1检测到VDD电压偏低，则逻辑控制模块114将在开关管120导通的某一段时间内控制开关M4持续关闭，并且与电源启动模块118以及与非门NAND1共同控制开关M5持续打开，以使得电流通过VDD脚的供电电容C3到地，形成电流通路，并为VDD电容充电，进而向初级功率控制芯片U1供电，而当若初级功率控制芯片U1检测到VDD电压过高时，则逻辑控制模块114将在开关管120导通的某一段时间内控制开关M4导通，并且与电源启动模块118以及与非门NAND1共同控制开关M5持续关闭，以断开VDD脚与供电电容C3之间的电流通路；需要说明的是，在本公开实施例中，由于上述供电过程是利用时利于周期性的主边电感电流进行供电，而当输出空载时，电源电路工作频率极低，供电周期延长，如此将可能导致VDD欠压，因此初级功率控制芯片U1将会在开关管120导通，且开关元件M4断开的时间内，通过控制开关元件M5导通以实现对VDD的供电，因此在无需外部启动电阻和反馈供电电路的情况下，初级功率控制芯片U1也可以实现启动可供电功能。

进一步地，如图5所示，电流采样模块116的具体工作方式为：开关元件M2和开关元件M3组成电流镜，进而与开关管120形成主边电流采样，即当开关管120与开关元件M4以及开关元件M2导通时，流过变压器12的电流与流过开关元件M4以及开关元件M2的相同，而由于开关元件M3与开关元件M3为电流镜，因此可通过镜像将主边电流按比例缩小，以获取相应的电流采样结果，该过流保护比较器CMP3可将该电流采样结果与内部过流基准电压进行比较产生过流保护信号，以实现过流保护。

进一步地，如图6所示，次级整流控制芯片U2的具体工作原理为：启动供电模块130根据输出电压向次级整流控制芯片U2中的各个模块供电，即提供次级整流控制芯片U2芯片工作所需电压；由电阻R3和R4组成的分压电压对输出电压进行分压，以获取分压电压；比较器CMP4为VCC过压保护比较器，当VCC端电压超过过压保护电压阈值时，比较器CMP1翻转并产生保护信号，以控制开关元件M6导通，从而对VCC进行放电；比较器CMP5为VCC欠压保护比较器，当负载动态切换或输出电压下冲时，比较器CMP5将根据检测到的输出电压变化产生保护信号，并将该保护信号传输给控制模块136，以实现响应保护，例如当分压电压低于低压保护电压时，比较器CMP5向控制模块136输出欠压保护信号，控制模块136与第二驱动模块137根据欠压保护模块控制开关元件M7处于关断工作状态，以将检测结果通过变压器12反馈给初级功率控制模块11(图中未示出，请参考图2)。

进一步地，比较器CMP6为同步整流开启比较器，当VD脚的电压即次级整流控制芯片U2的第一引脚1、第二引脚2、第三引脚3以及第四引脚4端的电压达到同步整流启动电压阈值时，比较器CMP6翻转并产生整流开启信号传输给控制模块136，控制模块136和第二驱动模块137根据该同步整流开启信号控制开关元件M7导通，比较器CMP7为同步整流关闭比较器，当VD脚的电压达到同步整流关闭电压阈值时，比较器CMP7翻转并产生整流关闭信号传输给控制模块136，控制模块136和第二驱动模块137根据该同步整流关闭信号控制开关元件M7断开，以此实现电源电路1的次级同步整流。

需要说明的是，在本公开实施例中，当控制模块136在第二驱动模块137根据欠压保护模块控制开关元件M7处于关断工作状态，以将检测结果通过变压器12反馈给初级功率控制模块11时，控制模块136可在同步整流关闭时间的安全区间里产生一个脉冲控制信号，并与第二驱动模块137根据该脉冲控制信号控制开关元件M7导通一小段时间，从而将输出欠压信号通过变压器12传输到初级功率控制芯片U1，初级功率控制芯片U1检测到该输出欠压信号后将会做出响应，以实现次级检测并控制的负载响应功能。

此外，在本公开实施例中，一方面由于次级整流控制芯片U2具有一定的功耗，另一方面次级整流控制芯片U2在电源电路1空载时可控制电源电路工作在极低的工作频率，从而使得空载输出功率极小，因此该次级整流控制芯片U2省去了假负载电阻，简化了电源电路的电路结构；另外，由于次级整流控制芯片U2负载响应功能，因此当电源电路1在极低工作频率下工作时，如果突然接入负载，次级整流控制芯片U2也可以检测并反馈此时输出电压的变化情况，并将该变化情况传输给初级功率控制芯片U1，以使得初级功率控制芯片U1对负载变化做出响应，实现优秀的负载响应性能。

在本公开实施例中，本公开提供的电源电路1通过采用初级功率控制芯片U1和次级整流控制芯片U2，使得该电源电路1相较于现有的电源电路而言，无需芯片启动电阻、反馈供电网络、反馈分压电阻、检流电阻以及假负载电阻，减少了大量外围元件，极大程度的简化了整个电源电路的电路结构，使得该电源电路的电路结构更简单，便于设计的同时方案集成度高，利于充电器小型化，并且方案成本大大降低，且集成度高，进而可带来更高的可靠性和安全性。

进一步地，本公开还提供了一种电源设备，该电源设备包括电源电路1。需要说明的是，由于本公开实施例所提供的电源设备的电源电路和图1至图6所的电源电路1相同，因此，本公开实施例所提供的电源设备中的电源电路1的具体工作原理，可参考前述关于图1至图6的详细描述，此处不再赘述。

在本公开实施例中，本公开提供的电源电路高压输入模块将接入的高压交流电转换为高压直流电，初级功率控制模块对变压器的辅助线圈端的耦合输出电压进行采样，根据采样结果控制变压器根据高压直流电生成充电能量，次级整流控制模块根据充电能量生成充电电压，并对充电电压进行整流后向负载充电；次级整流控制模块还用于对充电过程中的输出电压进行检测，并通过变压器将检测结果反馈给初级功率控制模块，初级功率控制模块根据检测结果对变压器的输入功率进行调整，进而使得电源电路可对负载有效充电的同时电路结构简单，从而减小了电源电路的体积、元器件数量以及产生的电子垃圾、并且成本低。

以上实施例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本公开各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电源电路，其特征在于，所述电源电路包括：

高压输入模块、初级功率控制模块、变压器以及次级整流控制模块；

所述高压输入模块与变压器的初级线圈连接，所述初级功率控制模块与所述变压器的初级线圈和辅助线圈连接，所述变压器的次级线圈与所述次级整流控制模块连接，所述次级整流控制模块与负载连接；

所述高压输入模块将接入的高压交流电转换为高压直流电，所述初级功率控制模块对所述变压器的辅助线圈端的耦合输出电压进行采样，根据采样结果控制所述变压器根据所述高压直流电生成充电能量，所述次级整流控制模块根据所述充电能量生成充电电压，并对所述充电电压进行整流后向所述负载充电；所述次级整流控制模块还用于对充电过程中的输出电压进行检测，并通过所述变压器将检测结果反馈给所述初级功率控制模块，所述初级功率控制模块根据所述检测结果对所述变压器的输入功率进行调整；

所述初级功率控制模块包括：

初级功率控制芯片与储能滤波电容；

所述初级功率控制芯片与所述变压器的初级线圈、辅助线圈以及所述储能滤波电容连接，所述储能滤波电容与所述变压器的辅助线圈连接；

所述初级功率控制芯片根据所述变压器的初级线圈端的电压生成供电电压，所述储能滤波电容根据所述供电电压进行储能，以向所述初级功率控制芯片提供工作电压；

所述初级功率控制芯片还用于对所述变压器的辅助线圈端的耦合输出电压进行采样，根据采样结果控制所述变压器根据所述高压直流电生成充电能量，且根据所述次级整流控制模块反馈的检测结果对所述变压器的输入功率进行调整；

所述初级功率控制芯片包括：

电压采样模块、误差放大模块、恒压恒流控制模块、逻辑控制模块、第一驱动模块、电流采样模块、过流保护模块、电源启动模块、电源开关模块以及开关管；

所述电压采样模块与所述变压器的辅助线圈以及所述误差放大模块连接，所述误差放大模块与所述恒压恒流控制模块连接，所述恒压恒流控制模块与所述逻辑控制模块连接，所述逻辑控制模块与所述过流保护模块、所述电源开关模块以及所述第一驱动模块连接，所述第一驱动模块与所述开关管连接，所述开关管与所述电源开关模块以及所述变压器的初级线圈连接，所述电源开关模块与所述电源启动模块以及所述储能滤波电容连接，所述电流采样模块与所述电源开关模块以及所述过流保护模块连接；

当所述电源电路上电后，所述开关管根据所述变压器的初级线圈端的电压导通，当所述初级功率控制芯片工作时，所述逻辑控制模块与所述电源启动模块控制所述电源开关模块处于第一导通状态，以使得所述电源开关模块输出所述供电电压；所述电源启动模块对所述供电电压进行检测，并在所述供电电压低于第一预设供电电压时，与所述逻辑控制模块控制所述电源开关模块持续处于第一导通状态，且在所述供电电压高于第二预设供电电压时，与所述逻辑控制模块控制所述电源开关模块持续处于第二导通状态；

当所述开关管导通且所述电源开关模块处于第二导通状态时，所述电流采样模块对所述变压器的初级线圈端电流进行采样，并将电流采样结果反馈至所述过流保护模块，所述过流保护模块根据所述电流采样结果与过流基准电压生成过流保护信号，所述逻辑控制模块根据所述过流保护信号生成过流保护控制信号至所述第一驱动模块；

所述电压采样模块对所述变压器的辅助线圈端的耦合输出电压进行采样，以获取采样电压，所述误差放大模块将所述采样电压与基准电压进行比较，以生成误差放大信号，所述恒压恒流控制模块根据所述误差放大信号生成控制信号，所述逻辑控制模块根据所述控制信号与所述过流保护控制信号生成第一开关控制信号，所述第一驱动模块根据所述第一开关控制信号控制所述开关管的通断频率。

2.如权利要求1所述的电源电路，其特征在于，所述电压采样模块还用于根据所述检测结果生成负载响应信号，所述误差放大模块根据所述负载响应信号生成负载响应放大信号，所述恒压恒流控制模块根据所述负载响应放大信号生成负载响应控制信号，所述逻辑控制模块根据所述负载响应控制信号生成第二开关控制信号，所述第一驱动模块根据所述第二开关控制信号控制所述开关管的通断频率。

3.如权利要求2所述的电源电路，其特征在于，所述电压采样模块包括：

第一比较单元、第二比较单元、逻辑处理单元以及采样单元；

所述第一比较单元与所述变压器的辅助线圈以及所述逻辑处理单元连接，所述第二比较单元与所述变压器的辅助线圈、所述逻辑处理单元以及所述采样单元连接，所述逻辑处理单元与所述采样单元以及所述误差放大模块连接，所述采样单元与所述变压器的辅助线圈以及所述误差放大模块连接；

所述第一比较单元根据所述耦合输出电压生成第一采样比较信号，所述逻辑处理单元根据所述第一采样比较信号生成第一采样控制信号，所述采样单元根据所述第一采样控制信号对所述耦合输出电压进行采样，以输出所述采样电压；所述第二比较单元根据所述耦合输出电压和所述采样电压生成第二采样比较信号，所述逻辑处理单元根据所述第二采样比较信号生成第二采样控制信号，所述采样单元根据所述第二采样控制信号停止对所述耦合输出电压进行采样；

所述第一比较单元还用于根据所述检测结果生成负载欠压比较信号，所述逻辑处理单元根据所述欠压比较信号生成所述负载响应信号，并将所述负载响应信号输出至所述误差放大模块。

4.如权利要求3所述的电源电路，其特征在于，所述采样单元包括：

第一电阻、第一开关元件以及第一电容；

所述第一电阻的第一端与所述变压器的辅助线圈连接，所述第一电阻的第二端与所述第一开关元件的输入端连接，所述第一开关元件的控制端与所述逻辑处理单元连接，所述第一开关元件的输出端与所述第一电容的第一端以及所述误差放大模块连接，所述第一电容的第二端与等电势端连接。

5.如权利要求1所述的电源电路，其特征在于，所述电流采样模块包括：

第二开关元件与第三开关元件；

所述第二开关元件的控制端和输入端共接，且与所述第三开关元件的控制端以及所述电源开关模块连接，所述第二开关元件的输出端与所述第三开关元件的输入端均与等电势端连接，所述第三开关元件的输出端与所述过流保护模块连接。

6.如权利要求1所述的电源电路，其特征在于，所述电源开关模块包括：

第四开关元件、第五开关元件以及与非门；

所述第四开关元件的输入端与所述开关管以及所述第五开关元件的输入端连接，所述第四开关元件的控制端与所述逻辑控制模块、所述与非门的第一输入端连接，所述第四开关元件的输出端与所述电流采样模块连接，所述与非门的第二输入端与所述电源启动模块连接，所述与非门的输出端与所述第五开关元件的控制端连接，所述第五开关元件的输出端与所述储能滤波电容连接。

7.如权利要求1所述的电源电路，其特征在于，所述次级整流控制模块包括：

次级整流控制芯片与输出电容；

所述次级整流控制芯片与所述变压器的次级线圈、所述输出电容以及所述负载连接；

所述次级整流控制芯片根据所述充电能量生成充电电压，并对所述充电电压进行整流后向所述负载充电；所述次级整流控制芯片还用于对充电过程中的输出电压进行检测，并通过所述变压器将检测结果反馈给所述初级功率控制模块；所述输出电容根据所述输出电压进行储能，以向所述次级整流控制芯片供电。

8.如权利要求7所述的电源电路，其特征在于，所述次级整流控制芯片包括：

启动供电模块、分压模块、过压保护模块、欠压保护模块、整流启动模块、整流关闭模块、控制模块、第二驱动模块以及开关模块；

所述启动供电模块与所述输出电容、所述分压模块、所述过压保护模块、所述欠压保护模块、所述整流启动模块、所述整流关闭模块、所述控制模块以及所述第二驱动模块连接，所述过压保护模块与所述输出电容以及所述分压模块连接，所述欠压保护模块与所述分压模块以及所述控制模块连接，所述整流启动模块与所述控制模块连接，所述整流关闭模块与所述控制模块连接，所述控制模块与所述第二驱动模块连接，所述第二驱动模块与所述开关模块连接，所述开关模块与所述变压器的次级线圈连接；

所述启动供电模块根据所述输出电压向所述次级整流控制芯片中的各个模块供电；所述分压模块对所述输出电压进行分压采样，以获取分压电压；所述过压保护模块在所述分压电压大于过压保护电压时，对所述次级整流控制芯片的输出电压进行放电；所述欠压保护模块在所述分压电压低于低压保护电压时，向所述控制模块输出欠压保护信号，所述控制模块与所述第二驱动模块根据所述欠压保护模块控制所述开关模块处于关断工作状态，以将所述检测结果通过所述变压器反馈给所述初级功率控制模块；

所述整流启动模块对所述变压器的次级线圈端的电压进行检测，当所述变压器的次级线圈端的电压不低于同步整流启动电压阈值时，输出整流开启信号至所述控制模块，所述控制模块与所述第二驱动模块根据所述整流开启信号控制所述开关模块处于导通工作状态；

所述整流关闭模块对所述变压器的次级线圈端的电压进行检测，当所述变压器的次级线圈端的电压不低于同步整流关闭电压阈值时，输出整流关闭信号至所述控制模块，所述控制模块与所述第二驱动模块根据所述整流关闭信号控制所述开关模块处于关断工作状态。

9.一种电源设备，其特征在于，所述电源设备包括如权利要求1至8任一项所述的电源电路。

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