專利名稱：具有多個調(diào)節(jié)輸出和單個反饋回路的開關(guān)模式電源設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及開關(guān)模式電源設(shè)備(SMPS)；具體來說，但不排他地，本發(fā)明涉及在提供多個調(diào)節(jié)輸出的同時只使用用于提供這樣的調(diào)節(jié)的單個反饋回路的開關(guān)模式電源。
背景技術(shù)：
開關(guān)模式電源設(shè)備(SMPS)廣為人知，并且可用在多種多樣的應(yīng)用中，如計算機(jī)、消費者電子設(shè)備、電池充電器這幾個。當(dāng)將SMPS被配置成可以接收交流(a.c)電網(wǎng)電源并且可傳遞調(diào)節(jié)的直流(d.c)輸出的時候，SMPS通常包括一個變壓器，變壓器的初級繞組經(jīng)過一個開關(guān)裝置耦合到整流的交流電網(wǎng)電源，它的次級繞組經(jīng)過一個整流裝置耦合到一個電荷存儲裝置，在電荷存儲裝置的兩端產(chǎn)生調(diào)節(jié)的直流輸出，所述SMPS還包括一個反饋裝置，反饋裝置耦合到電荷存儲裝置并且耦合到開關(guān)裝置以便控制開關(guān)裝置的操作，將直流輸出調(diào)節(jié)到期望的電位。
因為應(yīng)用廣泛，所以SMPS的許多可替換的電路配置都是已知的。例如，在已出版的美國專利號US4517633、US5835360、和已經(jīng)出版的美國專利申請?zhí)朥S2001/0028570中就描述了SMPS的電路配置。
在上述的美國專利號US5835360中，描述了一種SMPS，其中包括兩個輸出電路，一個輸出電路由SMPS的輸入開關(guān)電路直接調(diào)節(jié)，另一個輸出電路的調(diào)節(jié)是間接的。這種間接調(diào)節(jié)是借助于一個附加繞組提供的，這個附加繞組與其它繞組一起纏繞在一個儲能磁心上，其中包括第一和第二輸出電路的繞組。所述附加繞組連接在相對較低電壓的一個輸出電路和另一個相對較高電壓的輸出電路之間。而且，對于附加繞組進(jìn)行連接，以使當(dāng)較低電壓電路略加負(fù)載時連接的電流能夠從較高電壓輸出端開始流到較低電壓輸出端；當(dāng)較低電壓輸出端上的負(fù)載增加時，連接的電流很容易減小。通過利用繞在磁心上的3個繞組，可以實現(xiàn)較大程度的磁耦合，其結(jié)果是提高了操作中的輸出端的可調(diào)節(jié)程度。
為了在上下文中并置本發(fā)明，現(xiàn)在參照附圖1和2描述SMPS的已知的當(dāng)前結(jié)構(gòu)。在圖1中，用標(biāo)號10總體表示一個簡單的回掃式SMPS，所述SMPS包括變壓器TR1、開關(guān)器件SW1、反饋控制放大器AMP1、整流器二極管D1、電解儲存電容器C1、和用于提供基準(zhǔn)電壓V3的電壓基準(zhǔn)30。放大器AMP1包括模擬控制放大器、鋸齒波振蕩器、和模擬比較器(未示出)；模擬放大器配置成可以接收倒相(-)和非倒相(+)輸入信號并且提供與倒相和非倒相輸入信號之間的模擬差值相對應(yīng)的經(jīng)放大的模擬輸出信號，將比較器設(shè)置成接收經(jīng)放大的輸出信號和鋸齒波信號并且比較它們以產(chǎn)生方波輸出信號，方波輸出信號的符號間隔比可響應(yīng)于相對模擬輸出信號的電位的鋸齒波波形的電位而變化，矩形輸出波形適合于驅(qū)動開關(guān)器件SW1。變壓器TR1包括初級和次級繞組NP1、NS1，它們分別磁耦合到一個公共的磁心。次級繞組NS2通過二極管D1連接到電容器C1，電容器C1與電負(fù)載LD1并聯(lián)連接，在操作時在電負(fù)載LD1兩端產(chǎn)生一個輸出電壓V2。初級繞組NP1經(jīng)過開關(guān)器件SW1的電源端耦合到輸入電源20，輸入電源20在操作時提供電位V1。SMPS10這樣如圖1所示地連接在一起。當(dāng)沒有使用變壓器TR1提供隔離時，源20按可操作方式連接到地電位GND。
在操作中，開關(guān)器件SW1在導(dǎo)通周期t1反復(fù)導(dǎo)通電流Is(見表示波形隨時間t的變化而變化的圖1內(nèi)設(shè)的曲線)，在導(dǎo)通周期之間，開關(guān)器件SW1對于非導(dǎo)通周期t2期間基本上是不導(dǎo)通的。當(dāng)開關(guān)器件SW1在導(dǎo)通周期t1導(dǎo)通時，電流Is基本上線性增加地從此處流過，以便在導(dǎo)通周期t1結(jié)束時按照下述的等式1將電流Is的值取作ipip=V1t1Lp]]>等式1這里，Lp是在操作中在初級繞組NP1的兩個連接端上表現(xiàn)出來的電感。
電流Is可以操作以便在變壓器TR1的磁心上重復(fù)地建立一個磁場。在每個導(dǎo)通周期t1結(jié)束時，在磁心上建立的磁場消失，從而產(chǎn)生一個反向電動力(e.m.f.)，試圖維持電流Is在初級繞組NP1中的流動，然而，因為開關(guān)器件SW1在非導(dǎo)通周期t2是不導(dǎo)通的，導(dǎo)致在次級繞組NS1中流動的電流，以使得電荷經(jīng)過二極管D1傳遞到電容器C1。放大器AMP1可以操作以便監(jiān)視在負(fù)載LD1兩端產(chǎn)生的輸出電壓V2，并且比較所述電壓V2與基準(zhǔn)電壓V3，放大器AMP1例如可以借助于脈沖寬度調(diào)制控制來修改導(dǎo)通周期t1和非導(dǎo)通周期t2的一個或多個持續(xù)時間，從而可以嘗試通過負(fù)反饋迫使電壓V2和V3之間的差趨于0數(shù)值。
在本領(lǐng)域中公知的是，這些情況將要面臨對成本敏感的應(yīng)用，即，SMPS10最好還包括一個第二輸出，而不會產(chǎn)生兩個控制放大器和相關(guān)的調(diào)節(jié)電子器件的成本。為了在功能和成本之間實現(xiàn)這樣一種折衷方案，習(xí)慣上的作法是，修改圖1中的SMPS10，使之成為圖2中用標(biāo)號100總體表示的對應(yīng)的SMPS。
在SMPS100中，包括一個變壓器TR2，變壓器TR2類似于變壓器TR1，只是除了第一次級繞組NS1以外在變壓器TR2上還包括一個第二次級繞組NS2。這個次級繞組耦合到附加的次級電路，附加的次級電路包括二極管D2和儲存電容器C2，儲存電容器C2耦合到第二負(fù)載LD2的兩端，附加的次級電路可以操作以便在負(fù)載LD2的兩端產(chǎn)生輸出電壓V4。次級繞組NS2與第一繞組NS1串聯(lián)連接，如圖2所示。
在理論上，輸出電壓V4與電壓V2的關(guān)系如等式2所示V4=V2(nNS2+nNS1nNS1)]]>等式2其中，nNS1和nNS2分別是第一和第二次級繞組NS1、NS2的匝數(shù)。
在理想情況下，放大器AMP1可以操作，以便當(dāng)繞組NP1、NS1、NS2緊密磁耦合時能夠完美地調(diào)節(jié)電壓V2和V4。然而，本發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識到，由于在變壓器中存在磁漏，在實踐中碰到的耦合總是不完美的，這樣的不完美的耦合導(dǎo)致的結(jié)果是，電壓輸出V4似乎由內(nèi)阻高于電壓輸出V2情況下的一個源產(chǎn)生。因此，如果在變壓器TR2中不能完美地耦合，就不能完美地調(diào)節(jié)電壓輸出V4。
本發(fā)明人利用實驗來概括圖2中SMPS100的特征，在這里，變壓器TR2中加入了鋁箔繞組。SMPS100的實際實施方案展示出如圖3所示的測量性能，顯示出輸出電壓V4隨通過第二負(fù)載LD2的電流ILD2的變化而變化。在第一和第二繞組NS1、NS2上分別用類似的匝數(shù)nNS1和nNS2來實施SMPS100，并且對SMPS100進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使負(fù)載LD1的輸出V2＝5.2伏，負(fù)載LD1抽取的電流為0安培(曲線K1)、2安培(曲線K2)、4安培(曲線K3)、8安培(曲線K4)。雖然負(fù)載LD1抽取的電流范圍達(dá)到2-8安培并且負(fù)載LD2抽取的電流可以超過0.1安培的操作在某些不太重要的應(yīng)用中有可能是可以接受的，但是本發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識到，SMPS100的性能對于許多應(yīng)用還是不令人滿意的，在這些應(yīng)用中電路的成本和復(fù)雜性還需要盡可能地減小，并且還需要更高質(zhì)量的調(diào)節(jié)。
本發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識到，通過在變壓器TR1上使用金屬箔繞組、如鋁和/或銅箔繞組可以改善SMPS100的調(diào)節(jié)性能。然而，這樣的金屬箔纏繞的變壓器制造起來很昂貴，并且與對于漆包銅線使用的常規(guī)纏繞技術(shù)相比，需要專門化的制造技術(shù)。這樣的金屬箔纏繞的磁部件通常是昂貴的單一來源物品。
與圖3所示的情況相比，在變壓器TR2中使用的常規(guī)繞組、例如漆包銅線繞組導(dǎo)致SMPS性能的下降。為了改善用這樣的漆包銅線繞組實施的SMPS100的性能，本發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識到，可將繞組交錯開和/或安排成雙線結(jié)構(gòu)和/或按照其它的空間纏繞結(jié)構(gòu)纏繞以改善第二輸出V2的調(diào)節(jié)。然而，這樣的特殊變壓器實施方案在實踐中對于中等的負(fù)載電流變化只能將SMPS100的交叉調(diào)節(jié)誤差減小5到10％。這樣的性能在技術(shù)應(yīng)用中不令人滿意。
如以上所述，使用有源電子器件，例如通過在電容器C2和負(fù)載LD2之間包括線性的和/或開關(guān)模式的調(diào)節(jié)器器件，使對于第二次級輸出V2的更加精確的調(diào)節(jié)成為實際可行的，但對于需要SMPS的許多實際應(yīng)用來說，這是一個成本過高的和/或太過復(fù)雜的解決方案和/或功率效率很低。
因此，本發(fā)明人已經(jīng)設(shè)計了一個SMPS結(jié)構(gòu)，它至少部分地解決了有關(guān)一個或多個附加的SMPS的次級輸出的上述調(diào)節(jié)問題而不需要使用特殊繞制的變壓器和/或附加的輸出調(diào)節(jié)裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個目的是提供一種開關(guān)模式電源設(shè)備(SMPS)，所述開關(guān)模式電源設(shè)備包括第一調(diào)節(jié)輸出和至少一個輔助輸出，它們可調(diào)節(jié)到較高精度但不會明顯增加電路復(fù)雜性和成本。本發(fā)明由獨立權(quán)利要求限定。從屬權(quán)利要求限定有益的實施例。
這個設(shè)備的優(yōu)點是，它能夠提供比主輸出電源調(diào)節(jié)得更加精確的至少一個輔助輸出電源。電感裝置可以是變壓器或者電感。
優(yōu)選地，在這個設(shè)備中，電感裝置和主整流裝置配置成回掃型轉(zhuǎn)換器開關(guān)模式電源?；貟咝娃D(zhuǎn)換器開關(guān)模式電源包括位于電感裝置中的一個變壓器型部件，在操作中將電感裝置的磁場設(shè)計成可以周期性地減小以便產(chǎn)生回掃電位，用于從設(shè)備產(chǎn)生輸出電源?；貟咝娃D(zhuǎn)換器SMPS已知是高效的，并且能夠提供輸入電源和輸出電源之間的隔離，例如主電源的隔離。
按照另一種方式，設(shè)置一個設(shè)備，以使電感裝置和主整流裝置可以配置成補(bǔ)償型轉(zhuǎn)換器開關(guān)模式電源。在補(bǔ)償型轉(zhuǎn)換器開關(guān)模式電源中，傳遞到其負(fù)載的電流要通過一個電感部件，電流易受到周期性中斷，所述周期性中斷用于對負(fù)載進(jìn)行功率控制。補(bǔ)償型轉(zhuǎn)換器SMPS的優(yōu)點是它們相當(dāng)簡單，并且還可以將其設(shè)置成處理相當(dāng)大的功率。
在所述設(shè)備中，主整流裝置和輔助整流裝置最好以這樣的方式相互連接，以致于對應(yīng)的整流裝置上的電壓降至少部分地取消，以使至少一個輔助輸出電源電壓與所述電壓降的關(guān)系較小。電壓降的至少部分補(bǔ)償可以增強(qiáng)至少一個輔助輸出電源電壓的調(diào)節(jié)穩(wěn)定性。
更加優(yōu)選地，包括在主整流裝置和輔助整流裝置中用于電流整流目的的二極管包括硅二極管、鍺二極管、和肖特基二極管中的至少一個。與硅二極管相比，鍺二極管和肖特基二極管的優(yōu)點是在其兩端表現(xiàn)出較低的正向?qū)妷航?；然而，硅二極管相當(dāng)便宜和牢固耐用，尤其是當(dāng)在操作中在其兩端碰上大的反向電位時更是如此。按照另一種方式，包括在主整流裝置和輔助整流裝置中用于電流整流目的的二極管還包括開關(guān)器件，這個開關(guān)器件還起同步整流器的作用；這樣的同步整流還有潛在可能比使用硅二極管有更高的能量效率。
優(yōu)選地，對于所述設(shè)備進(jìn)行配置，以便將主輸出電源電壓和至少一個輔助輸出電源電壓設(shè)置成基本上對稱的正電壓和負(fù)電壓。
優(yōu)選地，輔助整流裝置沒有有源的調(diào)節(jié)部件。這樣一種安排能夠減小設(shè)備的制造成本和復(fù)雜性。
優(yōu)選地，輔助整流裝置包括一個電感器和一個二極管。這樣的部件可直接從多個來源獲取、潛在得牢固耐用、并且潛在得便宜。優(yōu)選地，這個電感器沒有與電感裝置磁耦合。
優(yōu)選地，在所述設(shè)備中，在主整流裝置和輔助整流裝置中的至少一個裝置在電流的返回通路中包括它的整流二極管。當(dāng)設(shè)計某種類型的設(shè)備時，由于在設(shè)備周圍配置的其它電子部件的電特性，在這個返回通路中包括整流二極管有時是很方便的。
優(yōu)選地，在所述設(shè)備中，輔助整流裝置包括一個在其至少一個輔助輸出電源電壓之前的低通濾波器，用于衰減至少一個輔助輸出電源電壓的開關(guān)紋波。這樣的濾波器能夠減小至少一個輔助輸出電源電壓的紋波，由此例如可以使用相對較低的開關(guān)頻率。
按照傳統(tǒng)，為了在設(shè)備中獲得最好的調(diào)節(jié)，將主整流裝置和輔助整流裝置設(shè)置成產(chǎn)生彼此成整數(shù)倍的主輸出電源電壓和至少一個輔助輸出電源電壓。
按照另一種方式，為了適合于某些用戶的要求，將主整流裝置和輔助整流裝置設(shè)置成產(chǎn)生彼此成非整數(shù)倍的主輸出電源電壓和至少一個輔助輸出電源電壓。


現(xiàn)在借助于實例并參照下面的附圖描述本發(fā)明的實施例，其中圖1是提供單個調(diào)節(jié)輸出的現(xiàn)有的開關(guān)模式電源設(shè)備(SMPS)的示意電路圖；圖2是提供單個調(diào)節(jié)輸出和一個附加的非調(diào)節(jié)輸出的現(xiàn)有的開關(guān)模式電源設(shè)備(SMPS)的示意電路圖；圖3是說明圖2的SMPS在使用具有導(dǎo)電金屬箔繞組的變壓器實施時所測量性能的曲線圖；圖4是按照本發(fā)明的第一回掃型轉(zhuǎn)換器開關(guān)模式電源設(shè)備(SMPS)的示意圖，該第一SMPS包括一個主調(diào)節(jié)輸出和一個附加的正極性輸出；圖5是圖4的SMPS在使用具有導(dǎo)電金屬箔繞組的變壓器實施時所測量性能的曲線圖；圖6是說明圖4的第一SMPS的切換操作的信號相對時間的曲線；圖7是按照本發(fā)明的第二回掃型轉(zhuǎn)換器開關(guān)模式電源設(shè)備(SMPS)的示意圖，第二SMPS包括多個附加的正極性輸出；圖8是按照本發(fā)明的第三回掃型轉(zhuǎn)換器開關(guān)模式電源設(shè)備(SMPS)的示意圖，第三SMPS包括一個附加的正極性輸出并且包括一個配置在返回通路的二極管；圖9是按照本發(fā)明的第四回掃型轉(zhuǎn)換器開關(guān)模式電源設(shè)備(SMPS)的示意圖，第SMPS是圖4的第一SMPS的一個變型，將其設(shè)置成提供一個附加的負(fù)極性輸出；圖10是按照本發(fā)明的第五回掃型轉(zhuǎn)換器開關(guān)模式電源設(shè)備(SMPS)的示意圖，第五SMPS是圖8的第三SMPS的一個變型，將其設(shè)置成提供一個附加的負(fù)極性輸出并且包括一個配置在返回通路的二極管；圖11是現(xiàn)有的降壓型轉(zhuǎn)換器開關(guān)模式電源設(shè)備(SMPS)的示意圖；圖12是按照本發(fā)明的第六降壓型轉(zhuǎn)換器開關(guān)模式電源設(shè)備(SMPS)的示意圖，將第六SMPS設(shè)置成提供一個附加的正極性輸出；圖13是按照本發(fā)明的第七降壓型轉(zhuǎn)換器開關(guān)模式電源設(shè)備(SMPS)的示意圖，將第SMPS設(shè)置成提供一個附加的負(fù)極性輸出；圖14是現(xiàn)有的直進(jìn)型轉(zhuǎn)換器開關(guān)模式電源設(shè)備(SMPS)的示意圖；圖15是按照本發(fā)明的第八直進(jìn)型轉(zhuǎn)換器開關(guān)模式電源設(shè)備(SMPS)的示意圖，將第八SMPS設(shè)置成提供一個附加的正極性輸出；圖16是按照本發(fā)明的第九直進(jìn)型轉(zhuǎn)換器開關(guān)模式電源設(shè)備(SMPS)的示意圖，將第九SMPS設(shè)置成提供一個附加的負(fù)極性輸出；圖17是按照本發(fā)明的第十回掃型轉(zhuǎn)換器開關(guān)模式電源設(shè)備(SMPS)的示意圖，第十SMPS是第一SMPS的一個變型，將其設(shè)置成提供一個附加的輸出電位，這個附加的輸出電位是來自第十SMPS的主輸出的非整數(shù)倍。
如果沒有描述圖中的附圖標(biāo)記，這些附圖標(biāo)記指的是前一個附圖中的相同的信號或者執(zhí)行相同功能的相同元件。
具體實施例方式
如以上所述，本發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識到，上述的在圖2中表示的現(xiàn)有的回掃型轉(zhuǎn)換器開關(guān)模式電源設(shè)備(SMPS)在其用V4表示的附加輸出端上提供的調(diào)節(jié)質(zhì)量是不令人滿意的；在圖3中示意地表示出這種不令人滿意的調(diào)節(jié)。雖然本發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識到，開關(guān)模式電源100是如圖1所示的上述的開關(guān)模式電源10的常規(guī)的合乎邏輯的發(fā)展，但是本發(fā)明人已經(jīng)設(shè)計了一個按照本發(fā)明的可替換的第一回掃型轉(zhuǎn)換器開關(guān)模式電源設(shè)備(SMPS)，該SMPS在圖4中用標(biāo)號200來總地表示。
開關(guān)模式電源200包括一個前述的變壓器TR1，變壓器TR1在常規(guī)的開關(guān)模式電源10中與它的相關(guān)的開關(guān)器件SW1、它的反饋控制放大器AMP1、和它的電壓基準(zhǔn)30一起使用。變壓器TR1的前述的初級繞組NP1在它的第一端與電源20的第一端相連，所述電源20相對于地電位GND維持?jǐn)?shù)值為V1的輸出電壓；而且，初級繞組NP1的第二端經(jīng)過開關(guān)器件SW1的電源端連接到地電位GND。進(jìn)而，開關(guān)模式電源200還包括一個前述的二極管D1，二極管D1從它的陽極端連接到前述的變壓器TR1的次級繞組NS1的第一端；而且，二極管D1從它的陰極端連接到上述的電解儲存電容器C1的正電極，如圖所示；前述的變壓器TR1的次級繞組NS1的第二端和電容器C1的負(fù)電極還連接到地電位GND，如圖所示。上述的負(fù)載LD1耦合在電容器C1的兩端，如圖所示。反饋連接從電容器C1的正電極耦合到放大器AMP1的倒相輸入端(-)，如圖所示。另外，來自基準(zhǔn)30的基準(zhǔn)電壓耦合到放大器AMP1的非倒相輸入端(+)。將放大器AMP1設(shè)置成在操作時提供一個開關(guān)輸出信號X1，它的脈沖寬度比和/或脈沖重復(fù)頻率是施加在放大器AMP1的倒相輸入端(-)的信號和非倒相輸入端(+)的信號之間產(chǎn)生的電壓差值的函數(shù)。如以上所述，放大器AMP1包括用于從這里產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制(PWM)輸出的部件。
開關(guān)模式電源200進(jìn)一步還包括一個電壓倍增電路，電壓倍增電路如圖所示包括在虛線210內(nèi)。所述電壓倍增電路包括一個電解電容器C3，電解電容器C3的負(fù)極連接到次級繞組NS1的由黑點標(biāo)記的第一端；而且，電解電容器C3的正極連接到上述的二極管D2的陽極和電感器TR1的第一端。電感器TR1沒有例如通過繞組磁耦合到變壓器TR1的磁心上；即，電感器TR1與變壓器TR1基本上是磁隔離的。然而，如下面將要描述的，如果需要，可以對于電感器TR1進(jìn)行設(shè)置，使其與變壓器TR1至少部分地磁耦合。電感器TR1的第二端連接到二極管D1的陰極，如圖所示。二極管D2的陰極連接到上述的儲存電容器C2的正極，儲存電容器C2的負(fù)極連接到地電位GND。上述的第二負(fù)載LD2連接在電容器C2的兩端。
為了說明SMPS200的操作，首先考慮SMPS200的準(zhǔn)恒定(直流)條件。在操作中，在次級繞組NS1兩端產(chǎn)生的平均電位基本上是0，因為這個次級繞組NS1是電感耦合到初級繞組NP1上的；即，信號X2基本上平均成地電位GND，如圖6所示。在圖6中，橫坐標(biāo)250代表時間，縱坐標(biāo)260代表信號幅度。類似地，假定電感器TR1的電阻可以忽略，則在其兩端產(chǎn)生的平均電位基本上是0；即，信號X3平均成在負(fù)載LD1兩端產(chǎn)生的平均電壓。結(jié)果，在電容器C3兩端產(chǎn)生的平均電位等效于在負(fù)載LD1兩端上產(chǎn)生的電位V2。
在瞬時(交流)條件下，信號X2如圖6所示波動；即，信號X2的峰值按照等式3瞬時達(dá)到數(shù)值PUPU＝V2+VD1等式3其中電位VD1是在二極管D1兩端產(chǎn)生的正向?qū)妷航担焕?，?dāng)二極管D1是硅的器件的時候VD1基本上是0.7伏，當(dāng)然如果使用肖特基二極管或者鍺二極管，則可實現(xiàn)電壓降VD1的較低數(shù)值例如約為0.2伏。當(dāng)開關(guān)器件SW1在充分高的頻率下操作以致于在電容器C3兩端產(chǎn)生的電位在操作中準(zhǔn)恒定時，所述充分高的頻率例如是能阻止電容器C3通過電感器TR1的瞬時放電的頻率，所述的信號X3的相應(yīng)瞬時峰值電位為(2×V2)+VD1。因為二極管D2與電容器C2結(jié)合起來操作可使電容器C2充電到與信號X3的峰值對應(yīng)的并且小于二極管D2兩端的正向?qū)妷航档碾娢?，在?fù)載LD2兩端產(chǎn)生的電位V4符合等式4
V4＝(V2+VD1)+(V2-VD2) 等式4當(dāng)二極管D1、D2是彼此相似的類型，例如最好是在等溫狀態(tài)下耦合的匹配器件，則等式4簡化為V4＝2×V2。這個例子示于圖6中，其中電位V4基本上等于2×V2，只是存在由電容器C1、C2、C3的充電和放電引起的相當(dāng)小的紋波。由于電位V2可通過放大器AMP1的動作相對于基準(zhǔn)電壓V3進(jìn)行調(diào)節(jié)，所以電位V4也基本上隨之進(jìn)行調(diào)節(jié)。
現(xiàn)在參照附圖6，圖中說明信號X1在邏輯狀態(tài)0和1之間的切換，邏輯狀態(tài)0和1分別對應(yīng)于開關(guān)器件SW1在它的電源電極之間的非導(dǎo)通狀態(tài)和導(dǎo)通狀態(tài)。相應(yīng)地，流過開關(guān)器件SW1的電流Ip假定是大體上的上升的鋸齒波形式，如圖所示P是它的峰值，而信號X2是負(fù)的，其數(shù)值為-PL。當(dāng)開關(guān)器件SW1沒導(dǎo)通時，使得Ip基本上為0，在變壓器TR1的磁心內(nèi)建立磁場的相關(guān)衰減。-PL的數(shù)值是通過輸入電壓V1的大小確定的。
本發(fā)明人已經(jīng)構(gòu)建了圖4的SMPS200，并且通過實驗確定了它的特征，從而得到如圖5所示的結(jié)果，其中的曲線K4、K3、K2、K1分別對應(yīng)于流過負(fù)載LD1的電流為8安培、4安培、2安培、和0安培。圖5的橫坐標(biāo)軸270對應(yīng)于流過負(fù)載LD2的電流，即電流ILD2；而且，電壓V4是沿著對應(yīng)的縱坐標(biāo)軸280表示的。
如圖5所示的SMPS200相對于負(fù)載LD2的調(diào)節(jié)特性將要與圖3所示的SMPS100的調(diào)節(jié)特性進(jìn)行比較。可以觀察到，SMPS200的調(diào)節(jié)特性比SMPS100的調(diào)節(jié)特性優(yōu)越得多。盡管SMPS100使用的變壓器TR1是使用金屬箔導(dǎo)體技術(shù)實施的，但是SMPS200當(dāng)它的變壓器是使用比較普通的漆包銅線線圈繞制結(jié)構(gòu)工藝實施的時候也還是能夠產(chǎn)生類似于如圖5所示的性能結(jié)果。SMPS200即使當(dāng)負(fù)載LD1抽取的電流基本上是0的時候，也能夠提供優(yōu)越的調(diào)節(jié)特性。
SMPS200區(qū)別于SMPS100之處在于，雖然兩者都包括用于產(chǎn)生由放大器AMP1控制的電壓V2的主調(diào)節(jié)電路，但SMPS200是借助于從主電路直接導(dǎo)出的電壓倍增來導(dǎo)出它的附加輸出V4的，因此容易受到它的放大器AMP1的控制；而SMPS100是借助于間接的不完美的磁耦合來導(dǎo)出它的附加輸出V4的，因此放大器AMP1不能提供準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)。
將會認(rèn)識到，圖4的SMPS200可以修改，以便提供不止單個的附加輸出。例如，在圖7中示出的是SMPS200的一個修改的版本，修改的SMPS用標(biāo)號300概括表示。在SMPS300中并聯(lián)地堆置了包括在圖4的虛線210中的所示的部件，從而可以提供兩個附加的輸出電壓V4、V5；電壓V4、V5基本上分別是電壓V2的兩倍和三倍。優(yōu)選地，在SMPS300中，二極管D1、D2、以及另外的二極管D5是彼此相似的；更加優(yōu)選地，它們在操作中彼此處在等溫條件下。應(yīng)該理解，按照類似的方式可以很容易地向SMPS300上附加多于兩個的附加輸出，例如可以產(chǎn)生4倍電位V2的輸出。
能夠用幾種相互不同的電路拓樸結(jié)構(gòu)來實施SMPS200。例如，在圖8中示出一個用標(biāo)號400概括表示的一個SMPS，其中二極管D1從負(fù)載LD1連接在返回通路中，利用與電感器TR1相關(guān)的儲存電容器C2來將電感器TR1連接在電容器C3和負(fù)載LD2之間。而且，二極管D2的陽極連接到電容器C1，二極管D2的陰極連接到如圖所示的電容器C3和電感器TR1相互連接的接合點。SMPS400的優(yōu)點是，電感器TR1與電容器C2的安排能夠形成一個有效的低通濾波器，用于在操作中濾除在電容器C3的兩端產(chǎn)生的開關(guān)頻率紋波。SMPS400可以操作以提供V2和兩倍V2(V4)的兩個正輸出。
在許多電子系統(tǒng)中，通常期望具有可用的并相對于地電位對稱的正和負(fù)電源電位，例如用于向如運算放大器、模擬到數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)、和音頻放大器的模擬電路提供電源。于是，在圖9中示出的是SMPS200的一個修改的版本，這個修改的SMPS用標(biāo)號500概括地表示。SMPS500與SMPS200類似，只是在SMPS500中，電容器C2倒相，電容器C3的負(fù)極連接到二極管D2的陽極，并且連接到電感器TR1的第一端。電感器TR1的第二端連接到負(fù)載LD2。而且，二極管D2的陰極連接到地電位(GND)。SMPS500的優(yōu)點是，它的分別連接到負(fù)載LD1、LD2的正和負(fù)輸出相對于基準(zhǔn)電壓V3相互跟隨。進(jìn)而，電感器TR1和電容器C2的拓樸布置能夠起低通濾波器的作用，以有效地衰減在電容器C3的兩端存在的開關(guān)頻率紋波。
在圖10中，表示出另一種用標(biāo)號600概括表示的開關(guān)模式電源設(shè)備(SMPS)。SMPS600的功能與SMPS500類似，即，它能夠相對于負(fù)載LD1、LD2分別提供基本上對稱的正和負(fù)的輸出。然而，二極管D1包括在如圖所示的返回通路中。類似地，在正向通路中連接二極管D2以便向如圖所示的負(fù)載LD2提供負(fù)極性輸出。
應(yīng)該認(rèn)識到，本發(fā)明不只限于回掃型轉(zhuǎn)換器SMPS的各種配置。為了提供可以提供主調(diào)節(jié)輸出的降壓型轉(zhuǎn)換器開關(guān)模式電源設(shè)備(SMPS)的附加輸出，可以使用一個或多個直接連鏈到主調(diào)節(jié)輸出的電壓倍增器。為了較好地說明本發(fā)明的這一方面，現(xiàn)在參照附圖11描述現(xiàn)有的降壓型轉(zhuǎn)換器SMPS設(shè)備，現(xiàn)有的降壓型轉(zhuǎn)換器SMPS設(shè)備用標(biāo)號700概括地表示。
SMPS700包括開關(guān)器件SW1，開關(guān)器件SW1在它的第一電源電極耦合到輸入電源20，輸入電源20又連接到地電位GND。開關(guān)器件SW1在它的第二電源電極連接到二極管D1的陰極，并且連接到電感器TR1的第一端。二極管D1的陽極連接到地電位GND。電感器TR1的第二端連接到與電容器C1并聯(lián)連接的負(fù)載LD1的一個并聯(lián)組合。而且，電感器TR1的第二端還連接到控制放大器AMP1的倒相輸入端(-)。放大器AMP1的非倒相輸入端(+)。放大器AMP1的非倒相輸入端(+)耦合到基準(zhǔn)電壓V3。然而，脈沖寬度調(diào)制和/或脈沖重復(fù)速率控制輸出從放大器AMP1的輸出耦合到開關(guān)器件SW1的切換輸入端。
在操作中，電流IB從源20開始、通過開關(guān)器件SW1、電感器TR1、負(fù)載LD1、并且最終經(jīng)過地電位GND返回到源20。開關(guān)器件SW1由控制放大器AMP1驅(qū)動以便周期性地中斷電流IB。當(dāng)開關(guān)器件SW1導(dǎo)通時，電流IB按照類似鋸齒波的方式增加，同時在電感器TR1中建立一個磁場。在開關(guān)器件SW1每次瞬時導(dǎo)通后，在電感器TR1中的磁場立即減小，迫使電感器TR1的一端J瞬時取得對應(yīng)于-VD1的一個電位，在這里VD1是二極管D1兩端的正向?qū)妷航?。而且，存儲在電感器TR1的磁場中的能量借此傳送到電容器C1，并且隨后傳送到負(fù)載LD1。
SMPS700的優(yōu)點是，它在負(fù)載LD1兩端產(chǎn)生一個電位，這個電位不同于從源20提供的電位V1。由于SMPS700的開關(guān)模式的本質(zhì)，可以調(diào)節(jié)電壓V2以便與使用簡單的常規(guī)的模擬電阻性調(diào)節(jié)器相比導(dǎo)致較少的能量消耗。
本發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識到，SMPS700還能夠按照本發(fā)明提供通過電壓倍乘導(dǎo)出的附加輸出，其中，借助于從電感器TR1和它的相關(guān)部件如控制放大器AMP1直接導(dǎo)出，附加輸出容易通過控制放大器AMP1精確地調(diào)節(jié)。于是，參照附圖12，其中表示按照本發(fā)明的用標(biāo)號800表示的一個降壓型轉(zhuǎn)換器開關(guān)模式電源設(shè)備(SMPS)。SMPS設(shè)備800包括如圖11所示的SMPS700的部件以及包括在圖12中的虛線810內(nèi)附加的電壓倍增器部件。所述附加的部件包括電容器C3、二極管D2、電感器L1、和電容器C2。電解電容器C3的負(fù)極連接到二極管D1的陰極，并且連接到電感器TR1的第一端，如圖所示。而且，電容器C3的正極耦合到二極管D2的負(fù)極，并且耦合到電感器L1的第一端。進(jìn)而，二極管D2的陽極耦合到負(fù)載LD1和電容器C1，如圖所示。最后，電感器L1的第二端耦合到電容器C2的正極并且耦合到負(fù)載LD2；電容器C2的正極和負(fù)載LD2還要連接到地電位GND。
在操作中，SMPS800的開關(guān)器件SW1在放大器AMP1的控制之下周期性地中斷流過開關(guān)器件SW1的電流IE，使在二極管D1的陰極的端部H瞬時切換到相對于地電位GND的電位-VD1，因為在電感器TR1中由電流IE建立的磁場減小了。由于在電容器C1兩端的由SMPS800建立的電位V2不能立即改變，所以在電感器TR1兩端周期性地產(chǎn)生一個電位V2+VD1，從而導(dǎo)致一個數(shù)值為V2的電壓差，這個電壓差是在電容器C3的兩端產(chǎn)生的。設(shè)置一個電感器L1以便在開關(guān)器件SW1的切換頻率下呈現(xiàn)顯著的阻抗，由此，與電容器C2組合起來，以形成一個低通濾波器，用于衰減在電容器C2的正極產(chǎn)生的紋波并且阻止這個紋波在負(fù)載LD2的兩端的出現(xiàn)。就準(zhǔn)靜態(tài)條件而論，在電感器TR1的兩端產(chǎn)生基本上可忽略的平均電壓降，因此，電容器C3的負(fù)極平均來說相對于地電位GND的電位為V2。因此，在負(fù)載LD2兩端產(chǎn)生的輸出電壓V4基本上是2×V2。由于控制放大器AMP1調(diào)節(jié)在負(fù)載LD1兩端產(chǎn)生的相對于基準(zhǔn)電位V3的電位V2，所以在負(fù)載LD2兩端產(chǎn)生的相對于基準(zhǔn)電位V3的電位V4也大體上相應(yīng)地得到調(diào)節(jié)。
應(yīng)該認(rèn)識到，形成SMPS800的電壓倍增器的各個部件容易重新安排，以提供能夠輸出匹配的正電位和負(fù)電位的降壓型轉(zhuǎn)換器開關(guān)模式電源設(shè)備(SMPS)；這樣的重新安排的SMPS示于圖13中，并且用標(biāo)號900總體表示之。SMPS900與SMPS700類似，只是在SMPS900中，電壓倍增器是用電容器C3的正極實施的，電容器C3的正極連接到二極管D1的陰極、電感器TR1的一個電極、和開關(guān)器件SW1的電源電極，如圖所示。電容器C3的負(fù)極連接到二極管D2的陰極和電感器L1的第一端。電感器L1的第二端和電容器C2的正極耦合到地電位GND。而且，二極管D2的陽極耦合到電容器C2的負(fù)極。負(fù)載LD2連接在電容器C2的兩個電極的兩端，如圖所示。于是，如圖13所示實現(xiàn)了SMPS900的拓樸結(jié)構(gòu)配置。
SMPS900可以進(jìn)行操作，以產(chǎn)生負(fù)電壓V4，電壓V4的數(shù)值與電壓V2類似，并且基本上跟隨V2的變化而變化。因此，SMPS900能夠提供平衡對稱的正和負(fù)的電源，這種電源可以例如很方便地為模擬電路供電，模擬電路包括例如運算放大器和音頻放大器之類的在地電位GND附近操作的部件。
本發(fā)明人上述的處理方法通過使用直接耦合的電壓倍增電路為SMPS提供一個或多個附加輸出，所述處理方法還可以應(yīng)用到直進(jìn)型轉(zhuǎn)換器開關(guān)模式電源設(shè)備(SMPS)。參照附圖14，其中表示用標(biāo)號1000總體表示的現(xiàn)有的直進(jìn)型轉(zhuǎn)換器SMPS設(shè)備。SMPS1000包括用于提供電源電位V1的電源20、變壓器TR3、開關(guān)器件SW1、二極管D1、D2、電感器TR1、電容器C1、控制放大器AMP1、和用于提供基準(zhǔn)電壓V3的基準(zhǔn)電壓源30。
在SMPS1000中的各個部件的拓樸相互連接，如圖14所示，在這里只對它的整體進(jìn)行描述。用于提供電位V1的源20的第一和第二端分別連接到變壓器TR3的初級繞組NP1的第一端和地電位GND。開關(guān)器件SW1的第一和第二電源端分別耦合到初級繞組NP1的第二端和接地端GND。次級繞組NS1的第一端與二極管D1的陽極和電解電容器C1的負(fù)極一起耦合到地電位GND。次級繞組NS2的第二端鏈接到二極管DD4的陽極。二極管D1、D4的陰極連在一起，并且連接到電感器TR1的第一端。電感器TR1的第二端連接到電容器C1的正極。而且，負(fù)載LD1耦合在電容器C1的兩端。電容器C1的正極耦合到放大器AMP1的倒相端(-)。而且，基準(zhǔn)電源30連接在地電位GND和放大器AMP1的非倒相輸入端(+)之間以向其提供基準(zhǔn)電壓V3。進(jìn)而，的PWM和/或脈沖重復(fù)頻率可調(diào)節(jié)輸出端從放大器AMP1連接到開關(guān)器件SW1的切換輸入端。電感器TR1沒有與變壓器TR3的磁心磁耦合。
在操作中，開關(guān)器件SW1周期性地中斷流過初級繞組NP1的電流。在每次中斷，在中斷之前在變壓器TR3的磁心內(nèi)建立的磁場消失，從而在次級繞組NS1的兩端感應(yīng)出一個電壓。在次級繞組上感應(yīng)出來的電壓產(chǎn)生一個次級電流，這個次級電流流過電感器TR1，然后流到電容器C1以及與關(guān)聯(lián)的負(fù)載LD1。二極管D1可以進(jìn)行操作，以阻止連接到二極管D4的陰極的電感器TR1的這一端的電壓降低到地電位GND以下超過數(shù)值VD1；如在下面將要說明的，VD1是在二極管D1兩端產(chǎn)生的正向?qū)妷航?。電感器TR1與電容器C1和二極管D1的組合能夠有效地濾波，即在開關(guān)器件SW1的切換頻率上衰減電壓V2中的紋波?？刂品糯笃鰽MP1可以進(jìn)行操作，以便在它的倒相輸入端接收電位V2并且將它的切換輸出調(diào)節(jié)到開關(guān)器件SW1的切換輸入，從而可以嘗試匹配電位V2和V3，并由此調(diào)節(jié)電位V2。
本發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識到，圖14的直進(jìn)型轉(zhuǎn)換器SMPS設(shè)備1000可以很容易地按照本發(fā)明進(jìn)行修改，以使所提供的附加輸出基本上是在操作中負(fù)載LD1兩端產(chǎn)生的電位的兩倍?，F(xiàn)在參照附圖15，其中表示用標(biāo)號1100總體表示的直進(jìn)型轉(zhuǎn)換器SMPS。SMPS1100類似于SMPS1000，只是SMPS1100附加地包括如在虛線1110中表示的電壓倍增器。
電壓倍增器包括如圖所示進(jìn)行拓樸連接的電解電容器C2、C3、電感器L1、和二極管D2。電容器C3的負(fù)極連接到二極管D2、D4的陰極。二極管D2的陽極耦合到電容器C1的正極。而且，二極管D2的陰極連接到電容器C3的正極，并且還連接到電感器L1的第一端。進(jìn)而，電感器L1的第二端耦合到電容器C2的正極。此外，電容器C2的負(fù)極連接到地電位GND，負(fù)載LD2連接在電容器C2的電極兩端。
在操作中，開關(guān)器件SW1瞬時中斷流過變壓器TR3的初級繞組NP1的電流，這使二極管D1的陰極瞬時取得相對于地電位GND的一個電位-VD1。由于電容器C1兩端產(chǎn)生的電位V2不能立即改變，所以在電感器TR1兩端周期性地產(chǎn)生一個峰值電位V2+VD1。二極管D2和電容器C3的組合能夠使電容器C3充電到這個峰值電位再減去二極管D2兩端的正向?qū)妷航?，由此使電容器C3在其兩端充電到電位V2。借此在電容器C3兩端產(chǎn)生的電位等效于電位V2。在準(zhǔn)靜態(tài)條件下，在電感器TR1兩端產(chǎn)生的平均電壓降基本上可以略去不計，導(dǎo)致電容器C3的正極取得高于地電位GND的一個平均電位2×V2。電感器L1和與它關(guān)聯(lián)的電容器C2可以進(jìn)行操作以形成一個低通濾波器，用于在開關(guān)器件SW1的切換頻率上衰減在電容器C3的正極上的高頻紋波。
這樣，SMPS1100可以進(jìn)行操作以便分別在負(fù)載LD1、LD2上產(chǎn)生相對于地電位GND的正的輸出電位V2、V4，在這里，V4＝2×V2。兩個電位V2、V4相互跟隨基準(zhǔn)電位V3。
SMPS1100能夠在拓樸上重構(gòu)，以提供平衡跟隨的負(fù)和正的電位。在圖16中表示出這樣的經(jīng)過修改的SMPS，其中由標(biāo)號1200總體表示的直進(jìn)型轉(zhuǎn)換器開關(guān)模式電源設(shè)備(SMPS)提供平衡的正和負(fù)的輸出。SMPS1200與SMPS1000類似，只是SMPS1200包括在虛線1210內(nèi)表示的電壓倍增器。這個電壓倍增器包括如圖所示連接在一起的電容器C2、C3、電感器L1、和二極管D2。即是，電容器C3的正極連接到二極管D4的陰極。而且，電感器L1的第一端和電容器C2的正極耦合到地電位GND。進(jìn)而，電容器C3的負(fù)極連接到電感器L1的第二端，并且連接到二極管D3的陰極；二極管D2的陽極連接到電容器C2的負(fù)極，負(fù)載LD2連接在電容器C2的電極的兩端。
在SMPS200、300、400、500、600、800、900、1100、1200中，應(yīng)該認(rèn)識到，部件數(shù)值的選擇取決于這些SMPS工作的開關(guān)頻率。開關(guān)器件SW1最好在1千赫茲到500千赫茲的頻率范圍內(nèi)進(jìn)行切換，盡管在10千赫茲到150千赫茲的頻率范圍內(nèi)的開關(guān)頻率是更加優(yōu)選的。而且，部件的選擇還取決于要求向SMPS200、300、400、500、600、800、900、1100、1200傳遞的功率的量。在許多應(yīng)用中，這些SMPS的電解電容器中的每一個的電容范圍都是1μF-10000μF。而且，每個電感器的電感范圍是500nH-1H，更加優(yōu)選地，電感器的電感范圍是10μH-100mH。二極管D1、D2、D3、D4、D5最好是快速恢復(fù)硅二極管，當(dāng)然，肖特基二極管和/或鍺二極管由于它們的較低的正向?qū)妷航狄部梢允褂谩６?，二極管D1-D5最好是匹配的，并且安裝在一個等熱的環(huán)境以提供改善的跟隨精度。開關(guān)器件SW1最好包括以下所述的各項當(dāng)中的至少一個雙極性晶體管(BJT)、場效應(yīng)晶體管(FET)、金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)、可控硅整流器(SCR)、三端雙向可控硅開關(guān)元件、熱離子閥、或者能夠快速調(diào)節(jié)流過的電流的任何其它類型的半導(dǎo)體或熱離子器件。如果需要，控制放大器AMP1和開關(guān)器件SW1可以作為一個集成電路一起實施。
應(yīng)該認(rèn)識到，可以修改SMPS200、300、400、500、600、800、900、1100、1200，使其包括多個附加的輸出，例如超過兩個附加輸出，這些附加的輸出是使用以上所述的電壓倍增器產(chǎn)生的。
應(yīng)該認(rèn)識到，可以按照以上描述的本發(fā)明對SMPS進(jìn)行修改而不偏離本發(fā)明的范圍。例如，本發(fā)明還可以應(yīng)用到現(xiàn)有的共振型轉(zhuǎn)換器開關(guān)模式電源，例如現(xiàn)有的LLC轉(zhuǎn)換器。而且，本發(fā)明還可以很容易地應(yīng)用到卡盤型轉(zhuǎn)換器開關(guān)模式電源、半橋型開關(guān)模式電源、全橋型開關(guān)模式電源、sepic型轉(zhuǎn)換器開關(guān)模式電源中的一個或多個。
雖然按照以上所述的本發(fā)明的SMPS能夠提供主調(diào)節(jié)電壓的整數(shù)倍的附加輸出電壓，也就是電位V2，然而，也應(yīng)該認(rèn)識到，通過偏置用于產(chǎn)生附加輸出的電壓，也可以產(chǎn)生非整數(shù)倍。例如，可以修改圖4中的SMPS200，來提供如圖17所示的并且用標(biāo)號1500表示的回掃型SMPS。SMPS1500類似于SMPS200，只是變壓器TR1具有兩個次級繞組NS1、NS3，在這里繞組NS3的匝數(shù)是繞組NS1匝數(shù)的非整數(shù)倍。而且，電容器C3的負(fù)極連接到繞組NS3的第一端而不是以前所述的繞組NS1的第一端。繞組NS3的第二端連接到繞組NS1的第一端并且耦合到所述的二極管D1的陽極，如圖所示。繞組NS1、NS3按照如圖所示的相位進(jìn)行連接，并且用靠近繞組NS1、NS3的黑圓點進(jìn)行標(biāo)記。
SMPS1500能夠提供一個如等式5限定的附加輸出電壓V4V4=V2(2+ns3ns1)+VD1(1+ns3ns1)-VD2]]>等式5在這里，ns1＝次級繞組NS1上的匝數(shù)；ns2＝次級繞組NS3上的匝數(shù)。
假定二極管D1、D2基本上是相互匹配的，則等式5可以簡化得到等式6V4=V2(2+ns3ns1)+VDM(ns3ns1)]]>等式6
在這里，VDM是二極管D1、D2兩端的相互類似的電壓降。由于在變壓器TR1上使用了附加的繞組，所以SMPS1500不可能像SMPS200那樣好地調(diào)節(jié)它的附加輸出，盡管如此，這也代表對于現(xiàn)有的設(shè)備的一種改進(jìn)。如果需要，當(dāng)使用繞組NS3來實現(xiàn)非整數(shù)倍數(shù)時，二極管D1、D2、D3可以從硅二極管和肖特基二極管的混合中進(jìn)行挑選，以便提高電位V4的精度。應(yīng)該認(rèn)識到，SMPS1500的非整數(shù)電壓倍增方法還可應(yīng)用于其他以上所述的按照本發(fā)明的SMPS。
應(yīng)該認(rèn)識到，以上所述的按照本發(fā)明的SMPS很容易應(yīng)用在十分寬的應(yīng)用范圍，例如(a)在移動電話中，例如用于液晶顯示器的背光照明上；(b)在膝上型計算機(jī)上，在計算機(jī)的外圍設(shè)備和其它的與計算機(jī)有關(guān)的設(shè)備上；(c)在消費者電子視聽產(chǎn)品中，例如像用在機(jī)動車環(huán)境里的電視、高保真音響系統(tǒng)，在這里，要求從普通12伏的機(jī)動車電源電位開始進(jìn)行電壓倍增以操作諸如音頻功率放大器之類的設(shè)備；(d)在電池充電器中；(e)在連接到低壓固態(tài)電子電路的電網(wǎng)主開關(guān)模式電源中。
應(yīng)該認(rèn)識到，在以上參照附圖4-10、12-15-17描述的本發(fā)明的實施例中，例如使用場效應(yīng)晶體管(FET)實現(xiàn)同步整流是實際可行的，它是作為使用整流器二極管進(jìn)行整流的一個替換方案。這樣使用同步整流容易減小各個實施例在操作時產(chǎn)生的功率損耗。
應(yīng)當(dāng)說明的是，上述的實施例說明了本發(fā)明而不是限制本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠設(shè)計出許多可替換的實施例而不會偏離所附的權(quán)利要求書的范圍。在權(quán)利要求書中，加在括號中的任何標(biāo)號不被認(rèn)為是限制這個權(quán)利要求。使用動詞“包括”以及它的各種變化形式并不排除存在除了在權(quán)利要求中列出的那些元件或步驟之外的其它的元件或步驟。在元件前邊的冠詞“一個”并不排除存在多個這樣的元件。在列舉幾個裝置的器件權(quán)利要求中，通過一個具有相同項目的硬件可以實施幾個這樣的裝置。在相互不同的從屬權(quán)利要求中引用某些措施的事實并沒有表示不能利用這些措施的組合。
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)模式電源設(shè)備(200、300、400、500、600、800、900、1100、1200、1500)，用于接收來自輸入電源(20)的輸入電源電壓(V1)并且產(chǎn)生一個對應(yīng)的主調(diào)節(jié)輸出電源電壓(V2)和至少一個輔助輸出電源電壓(V4)，所述設(shè)備包括(a)電感裝置(TR1)，它的一端用于提供次級輸出；(b)開關(guān)裝置(SW1)，它耦合在輸入電源(20)和電感裝置(TR1)之間，用于按照開關(guān)方式向電感裝置(TR1)提供電流；(c)主整流裝置(D1，C1)，包括耦合到電感裝置(TR1)所述端的整流器器件(D1)，用于接收次級輸出并且從中產(chǎn)生主調(diào)節(jié)輸出電源電壓(V2)；(d)反饋裝置(AMP1)，用于比較主調(diào)節(jié)輸出電源電壓(V2)與至少一個基準(zhǔn)(30)，以調(diào)整開關(guān)裝置(SW1)的操作，從而在調(diào)節(jié)中維持主輸出電源電壓(V2)；和(e)輔助整流裝置(C2、C3、L1、D2)，包括一個電壓倍增器，所述電壓倍增器包括一個耦合到電感裝置(TR1)所述端的電容器(C3)，以便從這里接收受反饋裝置(AMP1)調(diào)節(jié)的信號，從而產(chǎn)生所述至少一個輔助輸出電壓(V4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中主整流裝置(D1、C1)和輔助整流裝置(C2、C3、L1、D2)以這樣的方式相互連接，以至于把相應(yīng)的整流裝置(D1、D2)中的電壓降設(shè)置成至少部分地取消，以使所述至少一個輔助輸出電源電壓(V4)與所述的電壓降的關(guān)系較小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中包括在主整流裝置(D1、C1)和輔助整流裝置(C2、C3、L1、D2)內(nèi)的二極管包括起同步整形器作用的開關(guān)器件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中把主輸出電源電壓(V2)和至少一個輔助電源電壓(V4)設(shè)置成基本上對稱的正電壓和負(fù)電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中輔助整流裝置(C2、C3、L1、D2)還包括一個電感器(L1)和一個整流器二極管(D2)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中電感器(L1)沒有與電感裝置(TR1)磁耦合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中輔助整流裝置(C2、C3、L1、D2)包括一個在其至少一個輔助輸出電源電壓(V4)之前的低通濾波器，用于衰減所述至少一個輔助輸出電壓(V4)的開關(guān)紋波。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中電容器(C3)經(jīng)由電感裝置(TR1)的一個繞組耦合到所述端。
全文摘要
提供一種開關(guān)模式電源設(shè)備(200)，用于接收來自輸入電源(20)的輸入電源電壓(V
文檔編號H02M3/335GK1792026SQ200480013835
公開日2006年6月21日 申請日期2004年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月21日
發(fā)明者H·C·米爾曼斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司