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CN101409510A - 开关电源装置及其供电方法 - Google Patents

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CN101409510A CNA2008101354262A CN200810135426A CN101409510A CN 101409510 A CN101409510 A CN 101409510A CN A2008101354262 A CNA2008101354262 A CN A2008101354262A CN 200810135426 A CN200810135426 A CN 200810135426A CN 101409510 A CN101409510 A CN 101409510A
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Abstract

开关电源装置包括：转换单元，通过执行开关操作将输入功率转换成具有预定的电压的输出功率；光发射单元，如果输出功率的电压超过预定的阈值电压，则发射光；光接收单元，接收从光发射单元发射的光，并输出表示输出功率的电压的信号；开关控制器，根据由光接收单元输出的信号所表示的输出功率的电压来控制转换单元的开关操作；和切断单元，如果施加到光接收单元的功率的电压超过预定的触发电压，则切断施加到光接收单元的功率。

Description

开关电源装置及其供电方法
技术领域
本发明的方面涉及开关电源装置及其供电方法，更加具体地说，涉及检测施加到光接收单元的功率的电压的开关电源装置及其供电方法。
背景技术
开关电源装置将从外部电源接收的AC(Alternating Current，交流)功率整流以得到DC(Direct Current，直流)功率，通过执行开关操作将DC功率转换成AC功率，使用变压器改变AC功率的电压，并且将被变压的AC功率整流和平滑，由此输出被平滑的DC功率。因为与使用诸如分压电阻器这样的无源元件将AC功率转换成DC功率的线性电源装置相比较，前述的过程减少功耗和生热，所以被广泛地使用。
参考图1A，根据相关技术的开关电源装置1包括通过执行开关操作将输入功率转换成具有预定的电压的输出功率的转换单元2。输出单元3将输出功率输出到外部设备(未示出)。如果输出功率的电压超过预定的阈值电压，光发射单元4则发射光。光接收单元5接收来自光发射单元4的光，并输出表示输出功率的电压的信号。开关控制器6根据由光接收单元5输出的信号所表示的输出功率的电压来控制转换单元2的开关操作。
图1B为根据相关技术的、图1A的开关电源装置1的一部分的详细电路图。将外部AC功率(例如，220V的AC电压)施加到金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的漏极端子，基于由光接收单元5输出并施加到开关控制器6的反馈(FB)端子的信号所表示的输出功率的电压，产生脉冲宽度调制信号，并且从开关控制器6的输出(OUT)端子输出该脉冲宽度调制信号，并将所述脉冲宽度调制信号施加到MOSFET的栅极端子。
然而，如果在异常情况下(例如，当在MOSFET的漏极端子和开关控制器6的FB端子之间发生短路时)光接收单元5施加有过电压，则可能破坏在光发射单元4和光接收单元5之间的绝缘。这样的异常情况更倾向于当将MOSFET和开关控制器6集成在单个的设备中时发生。如果绝缘被破坏，则被施加到光发射单元4的电压将被传输到光接收单元5，而这可能伤害用户。
发明内容
因而，本发明的方面在于提供防止在异常情况下将过电压施加到光接收单元，以防止对用户的伤害的开关电源装置及其供电方法。
根据本发明的方面，开关电源装置包括：转换单元，将输入功率转换成具有预定的电压的输出功率；光发射单元，如果输出功率的电压超过预定的阈值电压，则发射光；光接收单元，接收从光发射单元发射的光，并输出表示输出功率的电压的信号；开关控制器，根据由光接收单元输出的信号表示的输出功率的电压来控制转换单元的开关操作；和切断单元，如果施加到光接收单元的功率的电压超过预定的触发值，则切断施加到光接收单元的功率。
根据本发明的方面，切断单元可以包括：齐纳二极管，如果施加到光接收单元的功率的电压超过预定的阈值，则电流流过所述齐纳二极管；和可熔元件，由流过齐纳二极管的电流断开所述可熔元件。
根据本发明的方面，切断单元还可以包括开关单元，如果施加到光接收单元的功率的电压超过预定的触发电压，则所述开关单元接通以增加流过可熔元件的电流。
根据本发明的方面，可熔元件可以包括熔断器或可熔电阻器。
根据本发明的方面，开关电源装置的供电方法包括：通过执行开关操作将输入功率转换成具有预定的电压的输出功率；如果输出功率的电压超过预定的阈值电压，则从光发射单元发射光；用光接收单元接收从光发射单元发射的光，而所述光接收单元输出表示输出功率的电压的信号；确定施加到光接收单元的功率的电压是否超过预定的触发电压；以及如果施加到光接收单元的功率的电压超过预定的触发电压，则切断施加到光接收单元的功率。
根据本发明的方面，功率的切断可以包括使用：齐纳二极管来切断功率，而如果施加到光发射单元的功率的电压超过预定的触发电压，则电流流过所述齐纳二极管；以及可熔元件，由流过齐纳二极管的电流断开该可熔元件。
根据本发明的方面，功率的切断还可以包括使用开关单元，而如果施加到光接收单元的功率的电压超过预定的触发电压，则所述开关单元接通以增加流过可熔元件的电流。
根据本发明的方面，可熔元件可以包括熔断器或可熔电阻器。
根据本发明的方面，为开关电源装置提供切断单元，而所述开关电源装置包括开关控制器，通过根据表示输入到开关控制器的反馈端子的输出功率的电压的信号、控制开关电源装置的开关操作，来控制开关电源装置的输出功率的电压；和光接收单元，输出表示输入到反馈端子的输出功率的电压的信号，在开关电源装置的正常操作期间，切断单元将光接收单元连接到反馈端子，使得将表示输出功率的电压的信号输入到反馈端子，并且如果由反馈端子施加到光接收单元的电压超过预定的触发电压，则所述切断单元将光接收单元与反馈端子切断。
在以下的描述中部分地阐明本发明的、附加的方面和/或优势，并且部分地，根据所述描述是明显的，或者可以通过本发明的实践而习得。
附图说明
通过下面结合附图对本发明的实施例的描述，本发明的上述和/或其他方面及优势将变得清楚并更容易理解，附图中：
图1A为相关技术的开关电源装置的框图；
图1B为根据相关技术的、图1A的开关电源装置的一部分的详细电路图；
图2为根据本发明的方面的开关电源装置的框图；
图3A为根据本发明的方面的、图2的开关电源装置的一部分的详细电路图；
图3B为根据本发明的方面的、图2的开关电源装置的一部分的详细电路图；以及
图4为根据本发明的方面的开关电源装置的供电方法的流程图。
具体实施方式
现在详细地参考在附图中示出其示例的本发明的实施例，其中相似的参考标号始终指示相似的元件。下面描述实施例以便通过参考附图来解释本发明。
参考图2，根据本发明的方面的开关电源装置100包括转换单元10、输出单元20、光发射单元30、光接收单元40、开关控制器50和切断单元60。转换单元10将输入功率转变成具有预定的电压的输出功率，并包括具有初级线圈和次级线圈的变压器(未示出)。由整流器单元(未示出)将输入功率(即从外部电源(未示出)接收的AC功率)整流，在开关控制器50的控制之下由开关单元(未示出)将被整流的功率转换成AC功率，并且将被转换的AC功率施加到转换单元10的变压器初级线圈上。
根据初级线圈和次级线圈的匝数比，在转换单元10的变压器次级线圈中感应AC功率，并且经由二极管(未示出)和平滑电容器(未示出)将所感应的AC功率转换成DC输出功率。然而，可以理解的是转换单元10可以具有不同于上面所描述的配置。例如，可以省略变压器。在本领域中许多这样的配置为已知的，因此此处将不描述所述配置。还有，虽然上面已将转换单元10描述为将AC输入功率转换成DC输出功率，但是转换单元10也可以将AC输入功率转换成AC输出功率，或将DC输入功率转换成AC输出功率，或将DC输入功率转换成DC输出功率。
输出单元20将DC输出功率从转换单元10输出到外部设备(未示出)。
如果施加到输出单元20的输出功率的电压超过预定的阈值电压，则光发射单元30发射光。光接收单元40从光发射单元30接收光，并将表示输出功率的电压的信号输出到开关控制器50。尽管不是在所有的方面中都要求，却可以将光发射单元30和光接收单元40集成在单个的芯片中，而在所述芯片中所述光发射单元30和光接收单元40彼此绝缘，以使光发射单元30所连接到的电路与光接收单元40所连接到的电路电隔离。这样的芯片为已知的，例如，作为光电耦合器、光耦合器或光隔离器。
开关控制器50根据由光接收单元40输出的信号所表示的输出功率的电压，通过将脉冲宽度调制信号施加到转换单元10的开关单元(未示出)，来控制转换单元10的开关单元(未示出)的开关操作，以调整从转换单元10输出的输出功率的电压。不仅将AC输入功率输入到转换单元10，而且还通过平滑电容器和启动电阻器(见图3A和3B)将AC输入功率输入到开关控制器50的VCC端子，以使得开关控制器50在启动操作期间操作。连接在开关控制器50的VCC端子和CS端子之间的齐纳二极管(见图3A和3B)将施加到VCC端子的电压限制到齐纳二极管的齐纳电压。
如果施加到光接收单元40的电压超过预定的触发电压，则切断单元60将光接收单元40与开关控制器50切断。将参考图3A和3B，详细地解释根据本发明的方面的切断单元60的操作。
参考图3A，根据本发明的方面的开关电源装置100的切断单元60包括连接在开关控制器50的反馈(FB)端子和光接收单元40之间的可熔电阻器60b，以及连接在地和在可熔电阻器60b与光接收单元40之间的接点之间的齐纳二极管60a。然而，可以理解的是可以使用熔断器或任何其他的可熔元件来代替可熔电阻器60b。
如果发生异常情况(例如，当在MOSFET的漏极端子和开关控制器50的反馈(FB)端子之间发生短路时)，则施加到反馈(FB)端子的电压超过齐纳二极管60a的齐纳电压，并引起电流从反馈(FB)端子通过可熔电阻器60b和齐纳二极管60a流到地。所述电流超过可熔电阻器60b的额定电流，引起可熔电阻器60b断开，并将光接收单元40与开关控制器50的反馈(FB)端子切断。因而，防止将过电压从开关控制器50的反馈(FB)端子施加到光接收单元40，由此防止在光发射单元30和光接收单元40之间的绝缘被破坏。此处，切断单元60的预定的触发电压为齐纳二极管60a的齐纳电压。然而，可以理解的是可以使用任何其他的电压击穿元件，替代齐纳二极管60a，所述其他的电压击穿元件当其两端的电压超过预定的触发电压时导电。
可替换地，参考图3B，根据本发明另一方面的开关电源装置100的切断单元60可以进一步包括连接在地和在可熔元件60b与光接收单元40之间的接点之间的开关单元60c、如晶体管，和连接在地和齐纳二极管60a之间的电阻器60d。将开关单元60c的控制端子，如晶体管的栅电极，连接到在齐纳二极管60a和电阻器60d之间的接点。然而，可以理解的是可以使用任何其他的、具有控制端子的开关单元来代替在图3B中所示的晶体管。还有，可以理解的是可以将诸如电阻器和电容器这样的、附加的电路组件包括在切断单元60中，以控制开关单元60c的操作。
如果发生异常情况，例如，当在MOSFET的漏极端子和开关控制器50的反馈(FB)端子之间发生短路时，则施加到反馈(FB)端子的电压超过齐纳二极管60a的齐纳电压，并引起电流从反馈(FB)端子通过可熔电阻器60b、齐纳二极管60a和电阻器60d流到地。流过电阻器60d的电流在电阻器60d两端造成电压降，而所述电压降使得施加到开关单元60c的控制端子的电压增加到超过开关单元60c的接通电压，该接通电压接通开关单元60c，而所述开关单元60c将可熔电阻器60b的一端基本上连接到地，从而使得流过可熔电阻器60b的电流增加到超过所述可熔电阻器60b的额定电流，由此使得所述可熔电阻器60b比在图3A中所示的本发明的一方面中更快地断开。因而，防止在光发射单元30和光接收单元40之间的绝缘被破坏，由此防止在异常情况下的事故。此处，象在图3A中所示的本发明的方面中那样，切断单元60的预定的触发电压为齐纳二极管60a的齐纳电压。
如果在相关技术的开关电源装置1中发生异常情况，当将500V的电压施加到光接收单元5时，可能破坏在光发射单元4和光接收单元5之间的绝缘。然而，在根据本发明的方面的开关电源装置100中，测试已经表明当将3000V或更高的电压施加到光发射单元40时，将不会破坏在光发射单元30和光接收单元40之间的绝缘。
现在将参考图4，描述根据本发明一方面的开关电源装置100的供电方法。
首先，将输入功率转换成具有预定的电压的输出功率(S10)。如果在S10处被转换的输出功率的电压超过预定的阈值电压，则光发射单元30发射光(S20)。
然后，光接收单元40接收在S20处发射的光，并输出表示输出功率的电压的信号(S30)。
如果施加到光接收单元40的功率的电压超过预定的触发电压(S40)，则切断施加到光接收单元40的功率(S50)。否则，重复操作S40。
在操作S50中，如果在操作S40中施加到光接收单元40的功率的电压超过预定的触发电压，则可以使用流动齐纳二极管(flowing Zener diode)60a和由流过齐纳二极管60a的电流断开的可熔电阻器60b，切断施加到光接收单元40的功率，并且可能使用开关单元60c和电阻器60d以增加流过可熔电阻器60b的电流，以更快地断开所述可熔电阻器60b。
如上所述，根据本发明的方面的开关电源装置及其供电方法防止由过电压施加到光接收单元的异常情况造成开关电源装置的损坏所引起的对用户的伤害。
尽管已示出并描述本发明的几个实施例，但本领域技术人员应当理解，在不脱离由权利要求及其等价物所定义的本发明原理和精神的范围的情况下，可以对所述实施例进行改变。

Claims (20)

1.一种开关电源装置，包括：
转换单元，通过执行开关操作将输入功率转换成具有预定的电压的输出功率；
光发射单元，如果所述输出功率的电压超过预定的阈值电压，则发射光；
光接收单元，接收从所述光发射单元发射的光，并输出表示所述输出功率的电压的信号；
开关控制器，根据由所述光接收单元输出的信号所表示的输出功率的电压，控制所述转换单元的开关操作；和
切断单元，如果施加到所述光接收单元的功率的电压超过预定的触发电压，则切断施加到所述光接收单元的功率。
2.如权利要求1所述的开关电源装置，其中所述切断单元包括：
齐纳二极管，如果施加到所述光接收单元的功率的电压超过所述预定的触发电压，则电流流过所述齐纳二极管；和
可熔元件，由流过所述齐纳二极管的电流断开所述可熔元件。
3.如权利要求2所述的开关电源装置，其中所述切断单元还包括开关单元，如果施加到所述光接收单元的功率的电压超过所述预定的触发电压，则所述开关单元接通以增加流过所述可熔元件的电流。
4.如权利要求3所述的开关电源装置，其中所述可熔元件包括熔断器或可熔电阻器。
5.如权利要求2所述的开关电源装置，其中所述可熔元件包括熔断器或可熔电阻器。
6.如权利要求2所述的开关电源装置，其中所述预定的触发电压为所述齐纳二极管的齐纳电压。
7.一种开关电源装置的供电方法，其中：
通过执行开关操作，将输入功率转换成具有预定的电压的输出功率；
如果所述输出功率的电压超过预定的阈值电压，则从光发射单元发射光；
用光接收单元接收从所述光发射单元发射的光，所述光接收单元输出表示所述输出功率的电压的信号；
确定施加到所述光接收单元的功率的电压是否超过预定的触发电压；以及
如果施加到所述光接收单元的功率的电压超过所述预定的触发电压，则切断施加到所述光接收单元的功率。
8.如权利要求7所述的供电方法，其中所述功率的切断包括使用如下元件来切断所述功率：
齐纳二极管，如果施加到所述光接收单元的功率的电压超过所述预定的触发电压，则电流流过所述齐纳二极管；和
可熔元件，由流过所述齐纳二极管的电流断开所述可熔元件。
9.如权利要求8所述的供电方法，其中所述功率的切断还包括使用开关单元，如果施加到所述光接收单元的所述功率的电压超过所述预定的触发电压，则所述开关单元接通以增加流过所述可熔元件的电流。
10.如权利要求9所述的供电方法，其中所述可熔元件包括熔断器或可熔电阻器。
11.如权利要求8所述的供电方法，其中所述可熔元件包括熔断器或可熔电阻器。
12.如权利要求8所述的供电方法，其中所述预定的触发电压为所述齐纳二极管的齐纳电压。
13.一种开关电源装置的切断单元，所述开关电源装置包括：开关控制器，通过根据表示输入到所述开关控制器的反馈端子的所述输出功率的电压的信号、控制所述开关电源装置的开关操作，来控制所述开关电源装置的输出功率的电压；和光接收单元，输出表示输入到所述反馈端子的所述输出功率的电压的信号，在开关电源装置的正常操作期间，所述切断单元将所述光接收单元连接到所述反馈端子，使得将表示所述输出功率的电压的信号输入到所述反馈端子，并且如果由所述反馈端子施加到所述光接收单元的电压超过预定的触发电压，则将所述反馈端子与所述光接收单元切断。
14.如权利要求13所述的切断单元，其中所述切断单元包括连接在所述反馈端子和所述光接收单元之间的电路断开元件，如果由所述反馈端子施加到所述光接收单元的电压超过所述预定的触发电压，则所述电路断开元件断开在所述光接收单元和所述反馈端子之间的电路。
15.如权利要求14所述的切断单元，其中所述切断单元还包括连接到所述电路断开元件的触发电路，如果由所述反馈端子施加到所述光接收单元的电压超过所述预定的触发电压，则所述触发电路引起所述电路断开元件断开所述电路。
16.如权利要求15所述的切断单元，其中如果由所述反馈端子施加到所述光接收单元的电压超过所述预定的触发电压，则所述触发电路引起超过所述电路断开元件的额定电流的电流流过所述电路断开元件，所述电流足够引起所述电路断开元件将在所述光接收单元和所述反馈端子之间的电路断开。
17.如权利要求15所述的切断单元，其中所述触发电路包括连接在地和在所述电路断开元件与所述光接收单元之间的接点之间的电压击穿元件，当由所述反馈端子施加到所述光接收单元的电压超过所述预定的触发电压时，所述电压击穿元件导电以引起超过所述电路断开元件的额定电流的电流从所述反馈端子通过所述电路断开元件和所述电压击穿元件流到地，所述电流足够引起所述电路断开元件将在所述光接收单元和所述反馈端子之间的电路断开。
18.如权利要求17所述的切断单元，其中所述电压击穿元件包括齐纳二极管，并且所述预定的触发电压为所述齐纳二极管的齐纳电压。
19.如权利要求15所述的切断单元，其中所述触发电路包括：
电压击穿元件，包括连接到在所述电路断开元件和所述光接收单元之间的接点的第一端子，和第二端子；
电阻器，包括连接到所述电压击穿元件的第二端子的第一端子，和连接到地的第二端子；和
开关单元，包括连接到在所述电路断开元件和所述光接收单元之间的接点的第一端子、连接到地的第二端子、和连接到在所述电压击穿元件的第二端子和所述电阻器的第一端子之间的接点的控制端子；
其中当由所述反馈端子施加到所述光接收单元的电压超过所述预定的触发电压时，所述电压击穿元件导电以引起电流从所述反馈端子通过所述电路断开元件、所述电压击穿元件和所述电阻器流到地；以及
其中流过所述电阻器的电流引起在所述电压击穿元件的第二端子和所述电阻器的第一端子之间的接点处的、施加到所述开关单元的控制端子的电压超过所述开关单元的接通电压，以接通所述开关单元，使得在所述开关单元的第一端子和所述开关单元的第二端子之间形成导电通路，以引起超过所述电路断开元件的额定电流的电流从所述反馈端子通过所述电路断开元件和所述开关单元流到地，所述超过所述额定电流的电流足够引起所述电路断开元件将在所述光接收单元和所述反馈端子之间的所述电路断开。
20.如权利要求19所述的切断单元，其中所述电压击穿元件包括齐纳二极管，并且所述预定的触发电压为所述齐纳二极管的齐纳电压。
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