專利名稱：開關(guān)電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種偽諧振型的開關(guān)電源，在該開關(guān)電源中發(fā)生部分諧振(例如，正弦變化)。
為了達到上述所提出的目的，根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，提出了一種具有一個開關(guān)元件和一個電容的開關(guān)電源，開關(guān)元件將來自DC電源的DC電流進行轉(zhuǎn)換以提供給變壓器以便在變壓器的次級線圈側(cè)產(chǎn)生一電壓并且電容用于確定開關(guān)元件的斷開時間，其中當(dāng)在低負(fù)載的情況下產(chǎn)生了振蕩電壓時，在電壓比這個電壓的最低點還低的時刻，電容的充電電壓提高了并且斷開時間延長了。
根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，提出了一種具有一個開關(guān)元件和一個電容的開關(guān)電源，開關(guān)元件將來自DC電源的DC電流進行轉(zhuǎn)換以提供給變壓器以便在變壓器的次級線圈側(cè)產(chǎn)生一電壓并且電容用于確定開關(guān)元件的斷開時間，這個開關(guān)電源進一步還具有一個底部檢測電路和一個充電電壓轉(zhuǎn)換電路，底部檢測電路根據(jù)電容的電壓和提供給過電流保護端的電壓而確定是否到達了底部，在底部檢測電路判斷已經(jīng)超過了底部的情況下充電電壓轉(zhuǎn)換電路對提供給電容的電壓進行轉(zhuǎn)換，并且當(dāng)已經(jīng)超過了底部時充電電壓轉(zhuǎn)換電路可提高電容的充電電壓以便延長斷開時間。
根據(jù)本發(fā)明的第三個方面，提出了在第二方面的開關(guān)電源之上所做的變化，其中底部檢測電路具有第一時期檢測電路和第二時期檢測電路，第一時期檢測電路用于檢測第一時期，在第一時期之后電容的電壓降低于第一參考值，并且第二時期檢測電路用于檢測第二時期，在第二時期之后電容的電壓降低于第二參考值，開關(guān)電源還進一步包括開關(guān)信號產(chǎn)生電路，該開關(guān)信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生了一段時期的開關(guān)信號，在這段時期期間底部被設(shè)置為接通，開關(guān)信號產(chǎn)生電路將這個信號輸出到充電電壓轉(zhuǎn)換電路。


圖1給出了電壓諧振型開關(guān)電源11的一般結(jié)構(gòu)。
開關(guān)電源具有電壓輸入部分11a(具有后面所描述的C1)，電壓輸出部分11b(具有后面所描述的Cp，13，D1，C3)，受控的開關(guān)部分11c(包括由虛線的點劃線所定義的表示配備有后面所描述的端Vin，D，S，GND，OCP以及FB的塊)，以及信號反饋部分11d(具有后面所描述的PCb(和15，Pca)；D5，C7；以及D3，C5(和R1))。
開關(guān)電源11的輸入部分11a包括一對電源輸入端Vin+和Vin-，這一對電源輸入端與未示出的DC電源的正極和負(fù)極相連并且通過電源電容C1互連。輸入端對Vin+和Vin-的負(fù)極Vin-通過電阻R3與后面所描述的反饋部分11d的接地端GND相連。
開關(guān)電源11的輸出部分11b包括一個調(diào)諧電容Cp和一個具有初級線圈L1，次級線圈L2以及第三線圈L3的輸出變壓器13。初級線圈L1在它的一個端13a與端子對Vin+和Vin-的正極Vin+相連。次級和第三線圈L2和L3都與初級線圈L1電磁耦合。調(diào)諧電容Cp由于初級線圈L1的視在電感Lp而具有電容諧振。
開關(guān)電源的開關(guān)部分11c包括作為開關(guān)元件的場效應(yīng)晶體管Q1，以及為此之后所描述的開關(guān)控制器17。場效應(yīng)晶體管Q1具有“與漏極相連的端D”(下文中簡稱為“漏極D”)，“與源極相連的端S”(下文中簡稱為“源極S”) 以及“與柵極相連的端”(下文中簡稱為“柵極”)。漏極D與初級線圈L1的另外一個端13b相連。漏極D和源極S通過諧振電容Cp互連，諧振電容Cp與場效應(yīng)晶體管Q1并聯(lián)，同時齊納二極管ZD1也并聯(lián)在那里。柵極通過電阻R19與開關(guān)控制器17的驅(qū)動信號輸出端17b相連。源極接地以作為反饋部分11d的接地端GND，以及開關(guān)部分11c的接地端。
在輸出部分11b，變壓器13的次級線圈L2在它的一端13d(與13b同相位)與整流二極管D1的正極相連，整流二極管D1的負(fù)極與濾波電容器C3的正極端相連，并且與電源11的電壓輸出端Vout相連。次級線圈L2的另一端13c與濾波電容器C3的負(fù)極端相連，并且與輸出部分11b的接地輸出端GND相連，該接地端GND具有與反饋部分11d的接地端GND所公用的地電位。
反饋部分11d用作將來自輸出部分11b的變壓器13次級線圈(L2)側(cè)的輸出檢測信號反饋到開關(guān)部分11c的一些驅(qū)動控制元件(FB→Q7，Q9)，例如L2＝＞FB；將來自變壓器13的第三繞組L3側(cè)的狀態(tài)監(jiān)測信號反饋到開關(guān)部分11c的一些驅(qū)動控制元件(OCP→CMP5，CMP3，CMP7)，例如L3＝＞OCP；以及將來自變壓器13的第三繞組L3側(cè)的定時比較信號反饋到開關(guān)部分11c的輸入端(Vin→Q3)，例如L3＝＞Vin。
為了檢測信號反饋(L2＝＞FB)，反饋部分11d具有一個誤差放大器15，一個由發(fā)光元件組成的光耦合器PCa，以及一個由光敏晶體管組成的匹配光耦合器PCb。誤差放大器15在其輸入端15a與輸出部分11b的輸出端Vout相連，并在其接地端與輸出部分11b的接地端GND相連；光耦合器PCa在其正極與輸出部分11b的輸出端Vout相連，并在其負(fù)極與誤差放大器15的輸出端15c相連；匹配光耦合器PCb連接在開關(guān)控制器17的反饋端FB與反饋部分11d的接地端GND之間。電源11的輸出端Vout具有一個輸出電壓，該輸出電壓由誤差放大器15檢測，誤差放大器15輸出與所檢測到的電壓電平相對應(yīng)的信號，該信號通過光耦合器PCa用光學(xué)方法反饋到匹配光耦合器PCb，因此通過端17c將用光學(xué)方法接收到的反饋信號輸入到開關(guān)控制器17，它被提供給隨后所描述的晶體管Q7的“與集電極相連的端”(在下文中簡稱為“集電極”)。
為了監(jiān)測信號反饋(L3＝＞OCP)，反饋部分11d具有一個二極管D5以及一個電容C7，二極管D5在它的正極通過電阻R5與變壓器13的第三線圈L3的一端13f(與13b同相位)相連，并且在它的負(fù)極與開關(guān)部分11c的過電流保護端OCP相連，端OCP通過電阻R7與輸入部分11a的負(fù)極輸入端Vin-相連；電容C7連接在過電流保護端OCP與反饋部分11d的接地端GND之間。值得注意的是第三線圈L3的另一端13e與接地端GND相連。上述所提出的第三線圈L3的端13f具有表示變壓器的工作狀態(tài)的電壓，例如，電源11的輸出工作狀態(tài)。當(dāng)作為開關(guān)元件的場效應(yīng)晶體管Q1斷開時，電容C7用在第三線圈L3的端13f上產(chǎn)生的電壓充電，由此過電流保護端OCP具有升高的電位，該電位通過過電流保護端OCP和有關(guān)端17d被送到開關(guān)控制器17，它被提供給隨后所描述的比較器CMP5的(-)輸入端，隨后所描述的比較器CMP3的(+)輸入端，以及隨后所描述的比較器CMP7的(-)輸入端。
為了比較信號反饋(L3＝＞Vin)，反饋部分11d具有二極管D3，電容C5以及電阻R1，二極管D3在它的正極與上述所提出的變壓器13的第三線圈L3的端13f相連，并在它的負(fù)極與開關(guān)部分11c的電壓輸入端Vin相連；電容C5連接在二極管D3的負(fù)極與接地端GND之間；電阻R1連接在輸入部分11a的正極端Vin+與開關(guān)部分11c的電壓輸入端Vin之間。
隨著場效應(yīng)晶體管Q1斷開，在第三線圈L3上產(chǎn)生的電壓被二極管D3放大以對電容C5充電，由此開關(guān)部分11c的電壓輸入端Vin具有在其上所產(chǎn)生的與地電位有關(guān)的對應(yīng)電壓。這樣所產(chǎn)生的電壓通過輸入端17a被送到開關(guān)控制器17，(因為晶體管Q3被接通)所送入的電壓對隨后所描述的電容C9充電以提供一個電壓V2以與參考電壓V1比較。
參考圖1和圖2，下面將對開關(guān)控制器17的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和操作進行描述。下面將分別描述尤其與偽諧振型開關(guān)電源的操作有關(guān)的操作。
開關(guān)控制器17其內(nèi)部電路包括一個電壓調(diào)節(jié)電路19，一個開關(guān)元件驅(qū)動電路25，以及一個驅(qū)動控制器20。電壓調(diào)節(jié)電路19具有一個與開關(guān)控制器17的輸入端17a相連的電源輸入端19a，一個參考電壓輸出端19b，以及一個接地端；開關(guān)元件驅(qū)動電路25具有一個與電壓調(diào)節(jié)電路19的輸出端19b相連的參考電壓輸入端25a，一個驅(qū)動控制信號輸入端25b，一個通過開關(guān)控制器17的輸出端17b和電阻R19與場效應(yīng)晶體管Q1的柵極相連的開關(guān)元件驅(qū)動信號，以及一個未示出的接地端；驅(qū)動控制器20具有與開關(guān)控制器17的端17a，17c以及17d相連的三個反饋信號輸入端20a，20c，以及20d，一個與驅(qū)動電路25的信號輸入端25b相連的驅(qū)動控制信號輸出端20b，與電壓調(diào)節(jié)電路19的輸出端19b相連的多個參考電壓輸入端20e，20f，以及20g以提供內(nèi)部的參考電壓，以及所需的多個接地端。
電壓調(diào)節(jié)電路19因此在輸入端19a通過開關(guān)部分11c的電壓輸入端Vin與反饋部分11d的電容C5的(+)電極相連，并且在輸出端19b與驅(qū)動電路25的參考電壓輸入端25a相連。值得注意的是電壓調(diào)節(jié)電路19輸出一個穩(wěn)定的內(nèi)部參考電壓(V1)。
驅(qū)動控制器20被配置具有一個“構(gòu)成作為斷開時間產(chǎn)生電路的驅(qū)動控制信號產(chǎn)生器”(下文簡稱為“斷開時間產(chǎn)生器”)23，用以產(chǎn)生一個內(nèi)部斷開時間信號Toff“驅(qū)動控制信號依據(jù)所提供的用于控制驅(qū)動電路25的信號以驅(qū)動或保持場效應(yīng)晶體管Q1進入或者處于斷開狀態(tài)”(下文有時被稱為“內(nèi)部斷開時間信號”或者“內(nèi)部斷開時間的信號”)，以及一個“構(gòu)成作為內(nèi)部時間中斷電路的驅(qū)動控制信號調(diào)整器”(下文簡稱為“斷開時間中斷器”)以中斷所提供的內(nèi)部斷開時間信號因此以根據(jù)輸出部分11b的工作狀況而調(diào)整其持續(xù)時間。
斷開時間產(chǎn)生器23被配置為具有一個信號形成電路23a以形成內(nèi)部斷開時間信號Toff，以及一個由齊納二極管ZD3組成的電壓保持電路23b以向作為信號形成電路23a的開關(guān)元件的晶體管Q3的柵極提供一個安全保持參考電壓。
信號形成電路23a具有開關(guān)晶體管Q3，比較器CMP1，以及一對參考電源二極管D5和D7。開關(guān)晶體管Q3在集電極與驅(qū)動控制器20的信號輸入端20a相連，并且在發(fā)射極與用于定時控制的并行連接的電容C9和恒流源電阻R11(C9/R11)相連，且基極連接在齊納二極管ZD3和電阻R9之間，電阻R9另一端與驅(qū)動控制器20的參考電壓輸入端20e相連；比較器CMP1在其(+)輸入端與電阻R15的一端相連，電阻R15的另一端與驅(qū)動器20的參考電壓輸入端20f相連，比較器CMP1在(-)其輸入端與并行連接的電容C9和電阻R11相連，并且在其斷開時間輸出端與驅(qū)動控制器20的驅(qū)動控制信號輸出端20b相連；二極管D5和D7在其正極通過電阻R17和R13分別與上述所提到的電阻R15和R19的一端相連，并在其負(fù)極與比較器CMP1的輸出端相連。
內(nèi)部斷開時間信號Toff具有根據(jù)并行連接的電容C9和電阻R11所確定的時間常數(shù)而確立的一段時期，電容C9和電阻R11都連接在接地線與晶體管Q3的發(fā)射極之間。晶體管Q3具有一個由電壓調(diào)節(jié)電路19通過電阻R9而提供的并由齊納二極管ZD3所保持的基極電壓。
如圖2所說明的，在內(nèi)部斷開時間信號Toff的每一個接通狀態(tài)過去之后，根據(jù)穿過電容C9的電壓，晶體管Q3的發(fā)射極電壓降低于參考電壓V1。發(fā)射極電壓V2提供給比較器CMP1的(-)輸入端，由此比較器CMP1根據(jù)內(nèi)部斷開時間信號Toff而進入高電平H，例如，接通狀態(tài)，比較器CMP1的控制信號輸出端通過驅(qū)動控制器20的輸出端20b將(H)輸出到驅(qū)動電路25的控制信號輸入端25b。
另外一方面，如圖1所示，斷開時間中斷器27包括三個比較器CMP3，CMP5以及CMP7，并行連接的電容C11和開關(guān)晶體管Q15，以及由一對晶體管Q7和Q9所組成的電流鏡像電路。
比較器CMP3具有(+)輸入端，通過驅(qū)動20的反饋輸入端20d和開關(guān)控制器17的輸入端17d與開關(guān)部分11c的過電流保護端OCP相連；(-)輸入端，與提供參考電壓V4的單電池或者電源的正極相連，參考電壓V4被預(yù)置為斷開時間控制電位(例如圖2中的0.3V)；以及輸出端，與開關(guān)晶體管Q11的基極相連，晶體管Q11連接在驅(qū)動控制器20的輸出端20b與接地線之間。
比較器CMP5具有(-)輸入端，通過端20d和17d與開關(guān)部分11c的過電流保護端OCP相連；(+)輸入端，與提供參考電壓V3的單電池或者電源的正極相連，參考電壓V3被預(yù)置為斷開時間控制電位(例如圖2中的-0.73V)；以及輸出端，與開關(guān)晶體管Q5的基極相連，晶體管Q11連接在驅(qū)動控制器20的輸出端20b與接地線之間。
比較器CMP7具有(-)輸入端，通過端20d和17d與開關(guān)部分11c的過電流保護端OCP相連；(+)輸入端，與并行連接的電容C11和Q15之間的端27a以及電流鏡像電路Q7和Q9相連；以及輸出端，與開關(guān)晶體管Q13的基極相連，晶體管Q13連接在驅(qū)動控制器20的輸出端20b與接地線之間。
并行連接的電容C11和Q15連接在上述所提到的端27a和接地線之間。值得注意的是驅(qū)動控制器20的輸出端20b與晶體管Q11和Q13的各個集電極相連，并且與反相器INV的輸入端相連，反相器INV的輸出端與晶體管Q15的柵極相連。
在電流鏡像電路中，晶體管Q7在集電極與晶體管Q7和Q9的柵極相連并且通過驅(qū)動控制器20和開關(guān)控制器17的反饋輸入端20c和17c與開關(guān)部分11c的信號反饋端FB相連，并且在發(fā)射極與晶體管Q9的發(fā)射極相連。晶體管Q9在發(fā)射極與驅(qū)動控制器20的輸入端20g相連，并且在集電極與上述所提到的端27a相連。如果電流從晶體管Q7流向反饋部分11d的光耦合器PCb，晶體管Q7和Q9所以彼此配合，造成固定比率的電流從晶體管Q9的集電極流向端27a，對電容C11充電。
在附圖中，在圖1中過電流保護端OCP的電位由附圖標(biāo)記Vocp標(biāo)明，場效應(yīng)晶體管Q1的漏極與源極間的電位差由Vds標(biāo)明，Id是晶體管Q1的漏極電流，并且IFB是通過反饋端FB而傳導(dǎo)的電流。
當(dāng)過電流保護端OCP的電位Vocp降低時，如果它到達了被預(yù)置為電壓V3的斷開時間控制電位(例如-0.73V)時，于是比較器CMP5向開關(guān)晶體管Q5的基極輸出一個接通信號，因此將這個晶體管Q5設(shè)置為接通狀態(tài)，以至驅(qū)動電路25的控制信號輸入端25b具有地電位，由此驅(qū)動電路25被控制以驅(qū)動開關(guān)晶體管Q1進入斷開狀態(tài)，此時它不傳導(dǎo)漏極電流Id，并且通過晶體管Q1的電位差Vds是由存儲在電容Cp中的電荷確定的。
當(dāng)過電流保護端OCP的電位Vocp升高時，如果它到達了另一個被預(yù)置為電壓V4的斷開時間控制電位(例如0.3V)時，于是比較器CMP3向開關(guān)晶體管Q11的基極輸出一個接通信號，因此將這個晶體管Q11設(shè)置為接通狀態(tài)，以至驅(qū)動電路25的控制信號輸入端25b具有地電位，由此驅(qū)動電路25被控制以驅(qū)動開關(guān)晶體管Q1進入斷開狀態(tài)。
如果電容放電的電壓超過了過電流保護端OCP的電位Vocp，比較器CMP7向開關(guān)晶體管Q13的基極輸出一個接通信號，因此將這個晶體管Q13設(shè)置為接通狀態(tài)，以至驅(qū)動電路25的控制信號輸入端具有地電位，由此驅(qū)動電路25被控制以驅(qū)動開關(guān)晶體管Q1進入斷開狀態(tài)。
驅(qū)動電路25交替接收高電位電平H和地電位電平L，并通過電阻R19將與接通/斷開電平相應(yīng)的信號輸出到作為電源11的開關(guān)元件的場效應(yīng)晶體管Q1。
驅(qū)動電路25的控制信號輸出端25b因此具有受控的接通—斷開信號電平，該電平被輸入到反相器INV，在反相器被反相。如果輸入電平是斷開信號，反相器INV的輸出端具有高電平信號，該電平被輸入到開關(guān)晶體管Q15的基極，因此將這個晶體管Q15設(shè)置為接通狀態(tài)，由此已充電的電容C11放電。
現(xiàn)在描述偽諧振型開關(guān)電源11的操作。
首先，在根據(jù)并行連接的電容C9和電阻R11所確定的時間常數(shù)而確立的內(nèi)部斷開時間期間(Toff)，因為存儲在電容C9中的電荷通過電阻R11放電，電壓V2降低到預(yù)置的電平，例如1.2V，當(dāng)比較器CMP1接通時(Toff L)，由此驅(qū)動電路25被控制以驅(qū)動開關(guān)晶體管Q1進入接通狀態(tài)，其中電位差Vds是零，允許增加通過變壓器13的初級線圈L1而傳導(dǎo)的漏極電流Id。
因為開關(guān)晶體管Q1處于接通狀態(tài)，變壓器13的第三線圈L3兩端具有產(chǎn)生的電壓，并且電容C7通過電阻R7充電以使電壓等于并聯(lián)在那的電流檢測電阻R3兩端的壓降，以引起過電流保護端OCP相對于地電平來說具有降低的電位Vocp。當(dāng)這個電位Vocp到達斷開時間控制電位V3(例如-0.73V)時，比較器CMP5向開關(guān)晶體管Q5的基極輸出一個接通信號，因此這個開關(guān)晶體管Q5在時間Ta被接通(圖2)，這將驅(qū)動電路25的輸入端25b設(shè)置為地電位，因此將開關(guān)晶體管Q1轉(zhuǎn)換為斷開。
于是，在這個斷開時間時期，構(gòu)成電路23的電容C9通過電阻R11放電，引起電壓V2降低。當(dāng)這個電壓V2降低到預(yù)置的電壓V2L(例如1.2V)時，比較器CMP1被轉(zhuǎn)換為接通狀態(tài)。其結(jié)果是，開關(guān)晶體管Q1通過驅(qū)動電路25在時間Tb被設(shè)置為接通狀態(tài)(圖2)。
現(xiàn)在假設(shè)，隨著上述操作，負(fù)載有相當(dāng)?shù)臏p少，以至輸出部分11b的輸出電壓Vout上升，并且這個上升的檢測信號通過光耦合器PCa和反饋部分11d的匹配光耦合器PCb被反饋，由此開關(guān)部分11c的電流鏡像電路的一個晶體管Q7具有比所規(guī)定的從那里通過端20c，17c以及FB而傳導(dǎo)到光耦合器PCb的光晶體管的集電極的電流還要大的電流IFB。
因此，給定比率的相應(yīng)電流通過端27a從電流鏡像電路的另外一個晶體管Q9的集電極被傳導(dǎo)，快速對電容C11充電，由此比較器CMP7將接通信號輸出到開關(guān)晶體管Q13的基極，因此這個開關(guān)晶體管被設(shè)置為接通狀態(tài)，以至驅(qū)動電路25的輸入端25b被設(shè)置為地電位，并且在時間Tc(圖2)開關(guān)晶體管Q1被設(shè)置為斷開狀態(tài)。如果負(fù)載減輕，接通時間Ton(圖2)因此變得比當(dāng)負(fù)載很重時短。
按照這種連接，在負(fù)載相當(dāng)減輕以至跨變壓器13的初級線圈L1而產(chǎn)生的電壓的下降沿被加快的情況下，如果在內(nèi)部斷開時間過去之前開關(guān)晶體管Q1被驅(qū)動進入斷開狀態(tài)，這由于初級線圈L1的電感Lp與電容器Cp的電容的結(jié)合而引起了諧振，電容Cp連接在開關(guān)晶體管Q1的漏極D與源極S之間，隨著自由振蕩同時在如圖2所示的點X1處產(chǎn)生了電壓Vds的振蕩，，導(dǎo)致了在這個電壓Vds下降到底部電位之前，在時間Td(圖2)電壓Vds突然升高。按照同樣的方式，過電流保護端OCP的電位在下降到地電位之前在圖2所示的點X2處也升高。
上述的結(jié)果是，在時間Td附近，即使內(nèi)部斷開時間已經(jīng)過去，比較器CMP3的操作強制性的保持在斷開狀態(tài)，在這之后當(dāng)諧振電壓降低到所規(guī)定的值，開關(guān)晶體管Q1被轉(zhuǎn)換為接通狀態(tài)。
因為次級線圈側(cè)的輸出電壓Vout降低了，即使負(fù)載降低，通常的反饋信號提供給比較器，比較器的操作與負(fù)載很重時相同。也就是說，當(dāng)過電流保護端OCP的電位Vocp下降并到達斷開時間電壓V3(例如-0.73V)時，比較器CMP5將驅(qū)動電路25的輸入端25b恢復(fù)為地電位，以至開關(guān)晶體管Q1在時間Te(圖2)被斷開。
因為變壓器13次級線圈側(cè)的輸出電壓Vout降低了，同時發(fā)生了在初級線圈L1上電壓降低的延遲。在上面所提到的內(nèi)部斷開時間期間，在電容C9上的電荷通過電阻R11放電，并當(dāng)其電壓降低到電壓V2(例如1.2V)時，比較器CMP1被接通，并且在時間Tf(圖2)開關(guān)晶體管Q1通過驅(qū)動電路25被設(shè)置為接通狀態(tài)。
然而，因為實際的負(fù)載降低，輸出電壓Vout再次上升，引起了比所規(guī)定的電流還大的電流反饋端FB從電流鏡像電路的晶體管Q7流向與光耦合器PCa相連的光耦合器PCb，同時電容C11所放電的電流從電流鏡像電路的晶體管Q9流向與光耦合器PCa相連的光耦合器PCb，以至比較器CMP7向驅(qū)動電路25的輸入端25b輸入斷開信號，導(dǎo)致開關(guān)晶體管Q1被設(shè)置為斷開狀態(tài)。
這樣，被配置為如上述所詳細(xì)描述的電路出現(xiàn)次級線圈側(cè)的輸出電壓Vout反復(fù)的提高和降低，導(dǎo)致不穩(wěn)定性。
圖3給出了根據(jù)本發(fā)明實施例的改進了的電壓諧振型開關(guān)電源51。與開關(guān)電源11相同的元件和圖例由與圖1相同的附圖標(biāo)記標(biāo)明。
在本發(fā)明中，在低于負(fù)載50％或大約50％的情況，可發(fā)生一個周期以上的振蕩，并且為了解決由于一周期的振蕩與不振蕩的重復(fù)交替而導(dǎo)致的不穩(wěn)定的問題，如過去所發(fā)生出現(xiàn)的，用于確定內(nèi)部斷開時間的電容C9的充電電壓被提高，由此延長了內(nèi)部斷開時間，如圖3所示的電路結(jié)構(gòu)，可用于實現(xiàn)內(nèi)部斷開時間的延長。
與開關(guān)電源11相似，開關(guān)電源51具有電壓輸入部分51a(具有C1)，電壓輸出部分51b(具有Cp，13，D1，C3)，受控的開關(guān)部分51c(包括由虛線的點劃線所定義的表示配備有端Vin，D，S，GND，OCP以及FB的方框)，以及信號反饋部分51d(具有PCb(和15，Pca)D5，C7；以及D3，C5(和R1))。
電源51的輸入部分51a，輸出部分51b，以及反饋部分51d分別與電源11的輸入部分11a，輸出部分11b，以及反饋部分51d類似。
開關(guān)電源51的開關(guān)部分51c包括作為開關(guān)元件的場效應(yīng)晶體管Q1，以及為此的開關(guān)控制器53。
場效應(yīng)晶體管Q1具有漏極D，源極S以及柵極。漏極D與初級線圈L1的一端13b相連。漏極D和源極S通過諧振電容Cp互連，諧振電容Cp與場效應(yīng)晶體管Q1并聯(lián)，同時齊納二極管ZD1也并聯(lián)在那里。柵極通過電阻R19與開關(guān)控制器53的驅(qū)動信號輸出端53b相連。源極接地以作為反饋部分51d的接地端GND，以及開關(guān)部分51c的接地端。
開關(guān)部分51c的開關(guān)控制器53具有分別與開關(guān)部分11c的反饋信號輸入端11a，11c，和11d，以及開關(guān)元件驅(qū)動信號輸出端11b相對應(yīng)的三個反饋信號輸入端51a，53c，和53d，以及開關(guān)元件驅(qū)動信號輸出端53b。
開關(guān)控制器53其內(nèi)部電路包括一個電壓調(diào)節(jié)電路19，一個開關(guān)元件驅(qū)動電路25，以及一個驅(qū)動控制器50。電壓調(diào)節(jié)電路19具有一個與開關(guān)控制器53的輸入端53a相連的電源輸入端19a，一個參考電壓輸出端19b，以及一個接地端19c；開關(guān)元件驅(qū)動電路25具有一個與電壓調(diào)節(jié)電路19的輸出端19b相連的參考電壓輸入端25a，一個驅(qū)動控制信號輸入端25b，一個通過開關(guān)控制器53的輸出端53b和電阻R19與場效應(yīng)晶體管Q1的柵極相連的開關(guān)元件驅(qū)動信號25c，以及一個未示出的接地端；驅(qū)動控制器50具有與開關(guān)控制器53的端53a，53c以及53d相連的三個反饋信號輸入端50a，50c，以及50d，一個與驅(qū)動電路25的信號輸入端25b相連的驅(qū)動控制信號輸出端50b，與電壓調(diào)節(jié)電路19的輸出端19b相連的多個參考電壓輸入端50e，50f，以及50g以提供內(nèi)部的參考電壓，以及所需的多個接地端。驅(qū)動控制器50的端50a，50b，50c，50d，50e，50f以及50g分別與驅(qū)動控制器20的端20a，20b，20c，20d，20e，20f以及20g相對應(yīng)。
驅(qū)動控制器50被配置為具有斷開時間產(chǎn)生器54，以及斷開時間中斷器27。
斷開時間產(chǎn)生器54被配置為具有一個信號形成電路23a以形成斷開時間信號，以及一個時間延長電路54a以延長所形成的斷開時間信號的時間。值得注意的是開關(guān)電源51不同于開關(guān)電源11，因為后者11的電壓保持電路23b被前者的時間延長電路54a代替，根據(jù)所提供的參考輸入端50h。
時間延長電路54a被配置為具有一個比較電路59，一個底部檢測電路55，以及一個充電電壓轉(zhuǎn)換電路57。比較電路59將通過電容C9的電壓與預(yù)置的電壓V5(例如2V)相比較，底部檢測電路55通過檢測振蕩電壓的底部以響應(yīng)比較電路59的反相輸出，充電電壓轉(zhuǎn)換電路57通過轉(zhuǎn)換電容C9的充電電壓以相應(yīng)所檢測的振蕩電壓的底部。
比較電路59被配置為具有一個比較器CMP9。比較器CMP9具有一個與信號形成電路23a中的電容C9以及電阻R11相連的(+)輸入端，與提供預(yù)置電壓V5的單電池或者電源的正極相連的(-)輸入端，以及一個輸出端。
底部檢測電路55具有一個與斷開時間電路27中的比較器CMP3的輸出端相連的輸出端55a，一個與比較電路59中的比較器CMP9的輸出端相連的輸入端55b，以及與充電電壓轉(zhuǎn)換電路57中的開關(guān)晶體管Q17相連的輸出端55c。
充電電壓轉(zhuǎn)換電路57被配置為具有連接在參考電壓輸入端50h和接地線之間的串連電阻R21，R23以及R25，開關(guān)晶體管Q17，以及開關(guān)晶體管Q19。開關(guān)晶體管Q17的集電極與作為電阻R21和電阻R23間的節(jié)點的點Px相連，并且發(fā)射極接地；開關(guān)晶體管Q19的基極與作為電阻R23和電阻R25間的節(jié)點的點Py相連，集電極接地，并且發(fā)射極連接在信號形成電路23a的開關(guān)晶體管Q3的基極與電阻R9之間，電阻Q9與參考電壓輸入端50g相連。
用于設(shè)置內(nèi)部斷開時間的電容C9的電壓被輸入到比較器CM9的輸入端，當(dāng)電容C9上的電壓降低到V5(例如2V)時，在內(nèi)部斷開時間之前比較器的輸出端反向大約3μs。
在比較器CMP9的反向時間期間通過監(jiān)測電壓諧振信號，可判斷偽諧振型信號在內(nèi)部斷開時間結(jié)束之前是否經(jīng)過迅即降低。
比較器C9的輸出信號和比較器CMP3的輸出信號都與底部檢測電路55相連，比較器C9的輸出信號檢測電容C9上的電壓低于V5的時間段，比較器CMP3的輸出信號檢測過電流保護端OCP是0V的時間段，底部檢測電路55根據(jù)這些輸出信號來判斷是否已經(jīng)到達底部并在底部接通的時間期間產(chǎn)生一個開關(guān)信號。底部檢測電路55在具有一個開關(guān)信號產(chǎn)生電路的情況下，根據(jù)比較器CMP9的輸出信號和比較器CMP3的輸出信號在底部接通期間產(chǎn)生并向充電電壓轉(zhuǎn)換電路57輸出一個開關(guān)信號。
如果底部檢測電路55檢測到底部，充電電壓轉(zhuǎn)換電路57對提供給電容C9的充電電壓進行轉(zhuǎn)換。
特別是，在底部檢測電路判斷已經(jīng)到達底部的情況下，將高電平信號提供給晶體管Q17，因此將這個晶體管轉(zhuǎn)換到接通狀態(tài)，造成點Px接地，使用由電阻R25和R23對電壓調(diào)節(jié)電路19的輸出電壓進行分壓而得到的電壓Vpy(例如4V)，并在晶體管Q19的發(fā)射極產(chǎn)生了電壓Vpy+Vbe，該電壓被輸入到晶體管Q3的基極。另外，在晶體管Q3的發(fā)射極(該晶體管的基極和發(fā)射極之間)上產(chǎn)生了電壓Vpy+Vbe+Vbe，并且電容C9通過電壓Vpy(例如4V)充電。
在底部檢測電路55判斷沒有到達底部的情況下，來自底部檢測電路55的低電平開關(guān)信號提供給晶體管Q17的基極，因此這個晶體管斷開，以至點Px通過電阻R12接地，通過電阻R23和R23+R25對電壓調(diào)節(jié)電路19的輸出電壓進行分壓而得到的電壓Py(例如4V)適用于Py，并且在晶體管Q19的發(fā)射極產(chǎn)生了電壓Vpy+Vbe(基極—發(fā)射極間電壓)，這適用于晶體管Q3的基極。在晶體管Q3的發(fā)射極產(chǎn)生了電壓Vpy+Vbe-Vbe(晶體管Q3的基極—發(fā)射極間電壓)，并且電容C9通過電壓Vpy(例如5V)而充電。
因此，在底部接通的條件下，電容C9例如通過4V充電，如果在底部條件不存在的情況下，這可通過增加ΔV(例如1V)而到5V，因此可延長內(nèi)部斷開時間。結(jié)果是，發(fā)生了底部條件。
參考圖5的時間圖，對如圖4所示的底部檢測電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行描述，并在下面描述底部檢測電路55的基本操作。
在底部檢測電路55中，比較器CMP3的輸出輸入到OR1，AND1以及AND3，并且在過電流保護端OCP的電位上升到大于斷開時間控制電壓4V的這段時間期間，高電平的信號輸入到OR1，AND1以及AND2，如圖3所示。比較器CMP3在如圖5所標(biāo)識的時間Tg檢測偽諧振信號的電壓電平，并且為此在偽諧振信號超過4V的這段時間期間輸出高電平的信號。
來自比較器CMP9的輸出信號輸入到OR1，AND1以及AND2，并且在電容C9的電位V2降低的這段時間期間，以至電位V2低于斷開時間控制電位V5(例如2V)，比較器向OR1，AND1以及AND2輸出高電平的信號，如圖5所示。
另外，來自O(shè)R1的輸出被輸入到RS觸發(fā)器RSFF2，如圖5所示，并且來自比較器CMP9的輸出信號被輸入到其復(fù)位端R，同樣如圖5所示。結(jié)果是，觸發(fā)器RSFF1的反相輸出端(Q端)提供了一個高電平信號表示在內(nèi)部斷開時間內(nèi)的一段時間期間不存在偽諧振型信號，如圖5所示。
另外，來自AND1的輸出信號提供給觸發(fā)器RSFF1的置位端S，并且AND2的輸出信號提供給這個觸發(fā)器的復(fù)位端R，如圖5所示。其結(jié)果是，觸發(fā)器RSFF1的反相輸出端(Q端)輸出一個開關(guān)信號，如圖5所示，以至在產(chǎn)生偽諧振信號的這段時間期間并且在產(chǎn)生偽諧振型信號之后開關(guān)晶體管Q1立即被接通時開關(guān)信號是低電平。
觸發(fā)器RSFF1的低電平開關(guān)信號被輸入到充電電壓轉(zhuǎn)換電路57。為響應(yīng)這個開關(guān)信號，充電電壓轉(zhuǎn)換電路57將開關(guān)晶體管Q7設(shè)置為斷開狀態(tài)并且以至由附加的電阻R21和R23產(chǎn)生了提供給開關(guān)晶體管Q19基極的電壓。其結(jié)果是，電容C9的充電電壓升高了，例如，大約1V(ΔV)。
參考圖5，下面描述電壓諧振型開關(guān)電源51的操作。
當(dāng)負(fù)載很重時，例如100％，對于如圖3所示的這樣的底部檢測電路55，具有比較器CMP3輸出高電平的信號，比較器CMP9輸出低電平的信號，觸發(fā)器RSFF1的反相輸出端(Q端)輸出高電平的信號，輸入到觸發(fā)器RSFF1的復(fù)位信號是低電平，輸入到這個觸發(fā)器的復(fù)位信號引起觸發(fā)器RSFF1的反相輸出端(Q端)是高電平。因此從觸發(fā)器RSFF1向晶體管Q17的基極輸出高電平的信號。
上述的結(jié)果是，充電電壓轉(zhuǎn)換電路57的晶體管Q17進入接通狀態(tài)，點Px接地，并且通過電阻R25和R23對電壓調(diào)節(jié)電路19的輸出電壓(例如4V)進行分壓而得到的電壓對電容C9充電。
如果負(fù)載很輕，然而，例如50％負(fù)載的情況下，利用如圖3所示的底部檢測電路55，具有比較器CMP3輸出高電平的信號，比較器CMP9輸出低電平的信號，觸發(fā)器RSFF1輸出低電平的信號，輸入到觸發(fā)器RSFF1的復(fù)位信號是高電平，觸發(fā)器RSFF1輸出低電平的開關(guān)信號，并且復(fù)位信號引起了從晶體管Q17上產(chǎn)生了偽諧振信號的時刻到晶體管Q1被接通的時刻這段時間期間觸發(fā)器RSFF1輸出低電平的開關(guān)輸出信號。
上述的結(jié)果是，充電電壓轉(zhuǎn)換電路57的晶體管Q11進入接通狀態(tài)，點Py接地，并且通過電阻R25，R23以及R21對電壓調(diào)節(jié)電路19的輸出電壓(例如5V)進行分壓而得到的電壓對電容C9充電。由于電容C9的充電電壓V2上升了，例如，1V(ΔV)，內(nèi)部斷開時間延長了大約3um。
如上所討論的，用于設(shè)置斷開時間的電容C9的充電電壓上升了，因此延長了內(nèi)部斷開時間，以至發(fā)生了一個周期的振蕩操作，因此解決了過去所發(fā)生的問題，在過去存在由于振蕩和不振蕩間的重復(fù)交替而引起的不穩(wěn)定操作。
因為當(dāng)負(fù)載很輕時內(nèi)部斷開時間對于下一次振蕩周期延長了3s，所以可解決過去的電源開關(guān)所存在的問題，以至即使由于使內(nèi)部斷開時間變長而接收到長的偽諧振信號，可持續(xù)一個周期操作的停止，因此穩(wěn)定了操作。
根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，通過提高電容的充電電壓，該充電電壓是用來確定開關(guān)元件的斷開時間，開關(guān)元件在變壓器次級線圈側(cè)產(chǎn)生了一個電壓，以至可延長斷開時間，即使在低負(fù)載的條件下可獲得穩(wěn)定的操作。
根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，通過根據(jù)用于確定開關(guān)元件斷開時間的電容電壓以及提供給過電流保護端的電壓來判斷底部是否出現(xiàn)，其中開關(guān)元件在變壓器次級線圈側(cè)產(chǎn)生了一個電壓，并當(dāng)判斷沒有出現(xiàn)底部時對提供給電容的電壓進行轉(zhuǎn)換，電容的充電電壓可被升高以至延長了斷開時間，因此即使在低負(fù)載的條件下可提供穩(wěn)定的輸出電壓。
在使用特定用詞對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行描述同時，這些描述是用于說明本發(fā)明的目的，并且可以知道在不脫離隨后的權(quán)利要求的精神和范圍的情況下可以做出改進和修改。
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)電源包括一個開關(guān)元件，該開關(guān)元件將來自DC電源的DC電流進行轉(zhuǎn)換以提供給變壓器使變壓器的次級線圈側(cè)產(chǎn)生一電壓；以及一個電容，用于確定開關(guān)元件的斷開時間，其中，當(dāng)在低負(fù)載的情況下產(chǎn)生了一個振蕩電壓時，且當(dāng)該電壓比這個電壓的最低點還低的時刻，電容的充電電壓提高并且斷開時間延長。
2.一種開關(guān)電源包括一個開關(guān)元件，該開關(guān)元件將來自DC電源的DC電流進行轉(zhuǎn)換以提供給變壓器使變壓器的次級線圈側(cè)產(chǎn)生一電壓；以及一個電容，用于確定開關(guān)元件的斷開時間，該開關(guān)電源進一步包括一個底部檢測電路和一個充電電壓轉(zhuǎn)換電路，底部檢測電路根據(jù)電容電壓和提供給過電流保護端的電壓而確定是否到達了底部，在底部檢測電路判斷已經(jīng)超過了底部的情況下，充電電壓轉(zhuǎn)換電路對提供給電容的電壓進行轉(zhuǎn)換，并且當(dāng)已經(jīng)超過了底部時充電電壓轉(zhuǎn)換電路可提高電容的充電電壓以此延長了斷開時間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的開關(guān)電源，其中底部檢測電路包括第一時期檢測電路，用于檢測第一時期，在第一時期之后電容的電壓降低到第一參考值以下；以及第二時期檢測電路，用于檢測第二時期，在第二時期之后電容的電壓降低到第二參考值以下，該開關(guān)電源還進一步包括開關(guān)信號產(chǎn)生電路，該開關(guān)信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生了一段時期的開關(guān)信號，在這段時期期間底部被設(shè)置為接通，開關(guān)信號產(chǎn)生電路將開關(guān)信號輸出到充電電壓轉(zhuǎn)換電路。
全文摘要
一種開關(guān)電源,具有一個底部檢測電路(55),底部檢測電路(55)根據(jù)電容(C9)的電壓判斷底部是否已經(jīng)到達,電容(C9)的電壓確定開關(guān)元件(Q1)的斷開時間,開關(guān)元件(Q1)在變壓器(13)的次級線圈側(cè)產(chǎn)生了一個電壓,并且在判斷底部沒有出現(xiàn)的情況下,電容(C9)充電電壓被轉(zhuǎn)換到高電位側(cè)。
文檔編號H02M3/28GK1380737SQ0210592
公開日2002年11月20日 申請日期2002年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月9日
發(fā)明者吉永充達, 宇津野瑞木 申請人:三墾電氣株式會社