專利名稱：切換式電源調(diào)節(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明 一般地涉及切換式電源領(lǐng)域，更具體地涉及根據(jù)對該電源 的次級提供的輸出電壓的測量調(diào)節(jié)該切換式電源。本發(fā)明更具體地應(yīng)用于切換式電源，該電源具有屬于變壓器的電 感元件以便使對該切換式電源提供的電壓和負載供給電壓相隔離。這 樣為了隔離勢壘，光耦合器是必須的并且對于該調(diào)節(jié)不存在公共地。
背景技術(shù)：
圖1以方塊圖形式非常示意地和部分地示出這種類型的常規(guī)切換式電源。在該例子中，該電源為交流電壓Vac (例如，來自供電網(wǎng)的 干線電壓)。電壓Vac經(jīng)二極管橋l整流(例如全波)，該二極管橋具 有與電容器Cp連接的整流輸出端2和3,在該電容器Cp兩端存在平 滑的直流電壓。通過和變壓器4的初級繞組4P串聯(lián)的開關(guān)5的隔離 該電壓施加到該繞組的二端上。開關(guān)5是由J^寬調(diào)制電路6 (PWM) 提供的脈沖串控制的。也可能是脈沖頻率調(diào)制。在變壓器4的次級側(cè)(繞組4S )，在繞組4S的兩端連接和電容器 Cs串聯(lián)的二極管D。電容器Cs提供電壓Vout，以便供給到該切換式 電源輸出端8和9之間的負載7 (Q)上。還對測量電路10 (HES) 采樣有關(guān)電壓Vout的信息，以便根據(jù)負載Q的供給電壓參考值構(gòu)成 開關(guān)5的接通周期的調(diào)節(jié)回路。電路10控制光耦合器11的光電二極 管PD，光耦合器ll使它的光電晶體管PT和調(diào)節(jié)電路12 (REG)連 接以對產(chǎn)生脈沖串的塊6提供至少一個第一參考信號CT。對可能的 過載，即負載7的電流涌過高的檢測的第二信號OVL也由電路12提 供給電路6。圖l的例子是所謂的"逆向"變換器的例子，其中在開關(guān)5斷開4 的期間電力從電路的初級傳送到次級。但是本發(fā)明不受這種類型的轉(zhuǎn) 換器的限制，而是也可以應(yīng)用于其中在切斷開關(guān)的接通期間進行電力 傳送的"前向"型轉(zhuǎn)換器。圖2示出調(diào)節(jié)電路12的常規(guī)例子，其輸出端26和21分別對脈沖 串發(fā)生電路6提供調(diào)節(jié)信號CT和過載檢測信號OVL。該電路包括電 容器C12,該電容在次級側(cè)的直流供給電壓Vcc的端子23和地24之 間和光電晶體管PT串聯(lián)。電路12通常是以集成電路的形式做成的， 該串聯(lián)組合的中間點和調(diào)節(jié)信號FB的輸入端20直接連接(即，和光 電晶體管的發(fā)射極連接)。模擬比較器25 (差分放大器)的同相輸入 和端子20連接而它的反相輸入接收調(diào)節(jié)該轉(zhuǎn)換器的輸出電壓Vout的 固定基準電壓VFB。比較器25的輸出控制開關(guān)M (例如， 一個MOS 晶體管)，該開關(guān)把端子20連接到端子26以便對控制電路6 (圖1) 提供控制電流(信號CT )。恒定電流源27還把端子20連接到地24。比較器25的作用是把端子20的電壓(并且從而光耦合器發(fā)射極的電壓)調(diào)節(jié)到電壓VpB的值上。當需要增加負載時，電壓V。ut趨于增加。電路10(圖1)接著控 制發(fā)射二極管PD，后者提高光電晶體管PT的基極電流。假定電容器 12是充電的(穩(wěn)態(tài))，光電晶體管PT中的電流增加由于電流源27不 能帶走更多的電流(恒定電流)會提高比較器25的同相輸入的電壓。 比較器25的輸出電壓下降從而晶體管M中的電流加大。端子26上的 構(gòu)成脈沖發(fā)生電路6的電流控制信號的電流增大并且被例如圖1例子 中的電路6解釋成減小開關(guān)5的接通周期以產(chǎn)生較少的電力并且由此 降低輸出電壓V如果負載需要更多的電力，電壓V福趨于減小。該減小翻譯成光耦合器中電流的下降，其趨于降低端子20的電壓。事實上，電容器 C12放電到電流源27中，這造成比較器25的輸出電壓的提高以及晶 體管M導通的縮短。端子26上的電流減小并且電路6把此解釋成增 加開關(guān)5的接通周期以產(chǎn)生更多的電力并提高輸出電壓V。ut。電路12包括第二過載檢測比較器28。該比較器使它的反相輸入
和端子20連接并使它的同相輸入接收構(gòu)成過載閾值的電壓V。ut。比較 器28的輸出和端子21連接，對電路6提供過載檢測信號OVL。在存在過栽下，輸出處所需的更大的電流涌造成光耦合器中電流 的突然減小，這甚至最終導致光耦合器斷開。當不檢測過載情況下， 端子26會提供要求電路6仍供給更多電流的信號CT?，F(xiàn)在，在過載 情況下，它相反地理解成停止對次級供電。比較器28的作用是檢測何時該比較器可以不再通過調(diào)節(jié)把端子 20保持在電壓Vfb上。把電壓VovL選擇成小于電壓Vfb，并且當電容 器C12對電流源27的放電使端子FB達到閾值Vow時比較器27切換。 在正常操作下，該調(diào)節(jié)不讓電容器C12充分放電，這防止比較器28 的觸發(fā)。和比較器25不同，比較器28通常是一個具有全部-或-無 (all-or-nothing)輸出的比較器。在諸如圖2中示出的調(diào)節(jié)電路中，電容器C12用于在出現(xiàn)過載(光 電晶體管PT斷開)后設(shè)定比較器28的介入延遲。為了能重新把該電 路啟動到供電狀態(tài)該延遲是必須的。一些部件(例如計算機硬盤或磁頭打印機)提出一個問題，即絕 對不要把瞬態(tài)或暫時的電流涌(例如啟動時)解釋成過載。在例如圖 2中所示的常規(guī)電路下，必須提供足夠大的電容器C12從事該檢測， 以便避免在瞬態(tài)電流涌下啟動比較器28。從而一個缺點是該電路組件 必須是過大尺寸的以便能經(jīng)得起瞬態(tài)過載。實際上，只要電平保持低 于和次級側(cè)上調(diào)節(jié)損失相對應(yīng)的保護閾值，該電源會一直對次級提供所有所需的電力。現(xiàn)在，該電平通常對應(yīng)于對應(yīng)于某個比該電路為了 正常操作必須接受的暫時過載大的電平。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目標是提供一種克服已知電路的缺點的用來調(diào)節(jié)切換式 電源的電路。本發(fā)明的目標尤其是在常規(guī)電路的過載情況下能降低調(diào)節(jié)電路的 啟動閾值，同時能讓啟動供電負載時使用的瞬態(tài)電流峰值通過。 為了達到這些以及其它目的。本發(fā)明提供一種用于檢測切換式電源供電的負載上的過載的電路，該電路包括第一電壓對第一闊值的第一比較器，該第一電壓是負載供電電壓 的函數(shù)，用于對切換式電源的控制脈沖發(fā)生器提供調(diào)節(jié)信號；第二電壓對第二閾值的第二比較器，用于提供指示存在過載的信 號；以及裝置，用于利用小于第二閾值但大于第一閾值的第三閾值控制所 述第二電壓，并且用于只要保持該控制則去激勵該第二比較器。依據(jù)本發(fā)明的一實施例，所述裝置包括所述第二電壓對該第三閾 值的第三比較器，用于對一個元件提供控制信號，該元件短路對一個 和地連接的電容器充電的恒電流源并且在該電容器兩端測量所述第二 電壓。依據(jù)本發(fā)明的一實施例，該電路還包括在電路通電時把所述電容 器預(yù)充電到所述第三閾值的裝置。依據(jù)本發(fā)明的一實施例，在起電流源作用的偶極子的二端上采樣 所述第二和第一電壓，該電流源的值是負載上的電壓的函數(shù)。依據(jù)本發(fā)明的一實施例，所述偶極子是雙極晶體管。依據(jù)本發(fā)明的一實施例，所述晶體管是NPN型晶體管，它的發(fā)射 極通過至少一個的阻性無源電路和地連接。依據(jù)本發(fā)明的一實施例，該無源電路的值選擇成當該晶體管處于 接通狀態(tài)時傳送比該電流源提供的恒定電流小的電流。依據(jù)本發(fā)明的一實施例，該電路還包括用于在電路通電下把第一 電壓強制到所述第三閾值上的裝置，所述無源電路為阻性和容性電路。依據(jù)本發(fā)明的一實施例，該晶體管是光耦合器的光電晶體管。依據(jù)本發(fā)明的一實施例，該第二比較器控制一個元件以對脈沖發(fā) 生電路提供控制電流。


本發(fā)明的上述和其它目的、特征以及優(yōu)點會在下面的對特定實施
例的非限制說明中連同附圖詳細地加以討論，附圖中圖1如前面說明那樣示出本發(fā)明所應(yīng)用到的類型的切換式電源電路；圖2示出一種已知調(diào)節(jié)電路的電路圖；圖3示出依據(jù)本發(fā)明的一實施例的調(diào)節(jié)電路；以及圖4A和4B以定時圖的形式說明依據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)電路的操作。
具體實施方式
在不同的圖中相同的元件用相同的參照表示。為了簡明，各圖中 只示出理解本發(fā)明所需的元件并且后面會加以說明。具體地，不討論 構(gòu)成用來產(chǎn)生切斷開關(guān)的控制脈沖串的電路的細節(jié)，本發(fā)明是和常規(guī) 脈沖串發(fā)生電路可配合的，只要所述電路利用調(diào)節(jié)信號(誤差信號)。 類似地，不討論切換式電源次級側(cè)上的測量電路，本發(fā)明同樣是和任 何常規(guī)電路配合的，只要它對光電二極管提供作為該轉(zhuǎn)換器的輸出電 壓的函數(shù)的電流。圖3在和圖2相對比的電路圖下示出用于向常規(guī)脈沖串發(fā)生電路 (圖1的電路6)提供過載檢測信號OVL (端子21)以及控制信號 CT (端子26)的調(diào)節(jié)電路30。如前面那樣，第一比較器25(具體地，裝配成線性比較器的運算 放大器)比較來自光耦合器(11，圖1)的光電晶體管PT的發(fā)射極的 信號FB在輸入端子20上的電壓和參照電壓Vfb并且控制在端子20 和26之間連接的MOS晶體管M。依據(jù)本發(fā)明，第二比較器31在反相輸入端接收設(shè)定過載閾值的電 壓VovL并使它的輸出端和端子21連接。比較器31的同相輸入端和對 應(yīng)于該光耦合器的光電晶體管PT的集電極的端子32連接。端子20 還通過電阻器R和地24連接，而端子32通過電容器C33接地。電阻 器R可以和另一個電容器(未示出)串聯(lián)。另外，在電路30的內(nèi)部， 恒定電流源34Iwas和端子23連接，以把直流電源電壓Vcc提供到端 子32 (比較器31的同相輸入端)。
依據(jù)本發(fā)明，第三比較器35控制對電流源34進行短路的開關(guān) M35 (例如MOS晶體管)。比較器35在它的同相輸入端上接收初始 化電壓V冊并使它的反相輸入端和端子32連接。比較器35的作用是 把端子32的電壓并且因此把電容器C33的充電調(diào)節(jié)到電壓VINI。電 壓V冊選成比電壓VOVL小。在正常操作下，通過晶體管M的導通把點20的電壓調(diào)節(jié)到電壓VFB，因此對切斷開關(guān)控制電路(圖3中未示出)提供基準電流IpB。電流源35起電流源27 (圖2)的作用，但是以反相的方式。換言之， 當該光電晶體管斷開時，替代電容器(C12,圖1)的放電，而是增加 電容器C33的充電。電容器C33中的電流Ic等于IBIAS-IR-IFB，其中l(wèi)R對應(yīng)于經(jīng)過光 電晶體管RT由電阻器R引起的恒定電流(等于VFB/R)。只要兩個電流VFB/R和IFB的和能夠通過在源34上的采樣導出該 恒定電流，比較器35成功地調(diào)節(jié)端子32的電壓并且不對切斷脈沖發(fā) 生電路(6，圖1)發(fā)送過載檢測信號OVL。為此目的，當晶體管PT 在正常操作下接通時源34提供的電流必須大于電流VFB/R+IFB。在不考慮可能的涌流下根據(jù)負載希望的額定功率選擇電阻器R。 當然，確定電阻器R的大小時，必須考慮到它傳送的電流必須小于源 34提供的電流的事實。在此相反情況下，得到其中不考慮暫時過載的 操作。從而本發(fā)明的電路是通用的并且適應(yīng)在沒有暫時過栽問題下加 以應(yīng)用。作為一種替代，阻性元件R適應(yīng)外部控制以〗更允許持續(xù)時間 較長的過載。在負載引起明顯電流涌的情況下，光電晶體管中的電流減小使它 不再能向電阻器R提供期望的額定電流和。過度的電流接著對電容器 C33充電。實際上，如果該光電晶體管切斷，源34的電流Iwas用來 對電容器C33積分充電。該保護的介入延遲取決于負載水平。負載幅值越小，啟動延遲越 長。電容器C33例如選擇成近似地調(diào)整瞬態(tài)電流涌的許可持續(xù)時間 (C=IT/AU)，其中I對應(yīng)源34的電流而AV對應(yīng)VOVL-VINI。
這樣，對于瞬態(tài)過載，比較器31不具有進行切換以改變信號OVL 的狀態(tài)的時間。該過載的消失使光電晶體管回到接通并且重新出現(xiàn)正 常操作，電容器C33的充電重新達到電平VINI。但是，如果過載足夠長到使該電容器上的電壓達到閾值電壓 VOVL，比較器31切換。為了確保電路30的啟動，開關(guān)Kl把比較器35的同相輸入端連 接到端子32。 一旦啟動該電路，接通開關(guān)Kl，并用來把電容器C33 預(yù)充電到電壓V而。如果沒有該預(yù)充電，晶體管PT的集電極電壓會 保持低于它的發(fā)射器電壓從而所述晶體管不會接通。電壓V冊選擇成大于電壓VFB以^更正確地對光電晶體管PT施加偏壓。依據(jù)一優(yōu)選實施例，第二 (選用的)開關(guān)K2把比較器35的同相 輸入端連接到端子20。該開關(guān)和開關(guān)Kl同時接通并且如果同時從外 部把網(wǎng)絡(luò)RC連接到端子20則能軟啟動該電路。在此情況下，當預(yù)加 載結(jié)束時，網(wǎng)絡(luò)RC放電到端子20上，這限制輸出功率。依據(jù)一替代 實施例，電阻器R是可變電阻器，它能調(diào)整操作閾值的電平。依據(jù)另 一替代， 一個附加的電流源把電流直接注入到電阻器R上， 這能降低電流峰值閾值。圖4A和4B以時序圖的形式說明圖3的調(diào)節(jié)器的操作。圖4A示 出一個對負載提供的功率P的形狀的例子，圖4B則示出端子32上的 電壓V32的變化。閾值V冊和Vovl在固4B中給出，而閾值PovL在 圖4A中給出。閾值Po孔(它取決于電容C33的值)對應(yīng)于認為從其 檢測出過載的功率。首先，負載吸收的功率電平低于電平PovL，電壓V32則保持在電 平V冊上。假定在時刻tl出現(xiàn)暫時過載(例如，和開始驅(qū)動計算機硬 盤相連接)。在此情況下，功率P突然增加并且在時間T內(nèi)(瞬態(tài)電流 峰值持續(xù)期間)保持在高電平上。從時間tl，電壓V32線性增加但是 在過載消失的時間t2處達到閾值Vovl。相應(yīng)地，不對切斷開關(guān)控制 電路發(fā)送過載檢測。從時間t2，如果恢復正常操作，電壓V32逐漸達 到值VINI。 假定在時刻t3出現(xiàn)另一次過載，但是這次強度更大時間更長。由 于這次過載更強，負載上的功率也更大。相應(yīng)地，從時間t3開始的對 電容器C33的充電要比從時間tl更快。這造成用可變電流(IBIAS_ -Ir-Ifb)對電容器C33充電的事實。根據(jù)電流Ifb的植，電容器C33 接收更大的或更小的電流。 一旦電壓V32達到閾值VovL，向切斷開關(guān) 控制電路發(fā)送指示過載的信號，從而只要該過載維持，該電路持久地 斷開開關(guān)5。從對電路6發(fā)送過載檢測的時間t4開始，可以認為切斷 開關(guān)5的斷開(實際中延遲下)使該過載消失并且功率P減小。實際 上，該過載狀態(tài)是通過該調(diào)節(jié)回路仍然需要更多的功率的事實存儲的， 因為該變換器已經(jīng)停止。這通常造成該切換式電源的總復位以及它的 再次啟動(所謂打嗝方式)。對過栽信號OVL做出怎樣的解釋是和過栽檢測信號的現(xiàn)行使用 配合的。本發(fā)明的一個優(yōu)點是，它避免為了允許瞬間態(tài)過載，尤其運行期 間，常規(guī)地使切換式電源的各元件尺寸加大。從而根據(jù)這種瞬態(tài)過載 期間的允許功率確定這些元件的尺寸。但是它們不必必須持久地經(jīng)得 住更大的過強度。本發(fā)明的另 一 個優(yōu)點是，即使在啟動電流涌期間仍舊保持調(diào)節(jié)。 實際上，當不觸發(fā)過載檢測(信號OVL)時，電路6在這些峰值期間 接收更大的功率要求，這是希望的。在一集成形式的實施例中，本發(fā)明需要一個附加的端子(32)以 便能連接光耦合器的晶體管PT的集電極。當然，本發(fā)明很可能具有業(yè)內(nèi)人士容易想到的各種替代、修改和 改進。具體地，按照本申請，根據(jù)上面給出的功能說明，本發(fā)明的調(diào)內(nèi)。另外，盡管相對于應(yīng)用到采用傳遞調(diào)節(jié)信號的光耦合器以及隔離 變壓器的切換式電源上的優(yōu)選例子說明了本發(fā)明，只要調(diào)節(jié)信號最可 能是由調(diào)節(jié)電路解釋，本發(fā)明在相同方式下更廣泛地應(yīng)用于需要附加 的額定電流的過載以及應(yīng)用于可能具有不是過載的電流涌的負載。例
如，如果光耦合器是其中根據(jù)對電壓V。ut的測量通過電壓到電流轉(zhuǎn)換 器控制它的基極的雙極晶體管，會形成相同的問題。另外，可以由任 何充當電流源的并且利用它的值驅(qū)動功率元件的偶極子形成雙極晶體管PT。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測由切換式電源供電的負載上的過載的電路(30)，該電路包括第一電壓對第一閾值(VFB)的第一比較器(25)，用于對該切換式電源的控制脈沖發(fā)生器(6)提供調(diào)節(jié)信號(CT)，其中該第一電壓是負載供電壓的函數(shù)；第二電壓對第二閾值(VOVL)的第二比較器(31)，用于提供指示存在過載的信號(OVL)；并且包括裝置(C33，34，35，M35)，用于利用小于第二閾值但大于第一閾值的第三閾值(VINI)控制所述第二電壓，并且用于只要保持該控制則去激勵該第二比較器。
2. 如權(quán)利要求l的電路，其中所述裝置包括所述第二電壓對第三 閾值(VINI)的第三比較器(35)，用于對一元件(M35)提供控制信 號，該元件短路對和地(24)連接的電容器(C33)進行充電的恒電 流源(34)并在該電容器兩端測量所述第二電壓。
3. 如權(quán)利要求2的電路，還包括在電路通電時把所述電容器(C33 ) 預(yù)充電到所述第三閾值(VINI)上的裝置(Kl)。
4. 如權(quán)利要求l的電路，其中在充當電流源的偶極子的兩個端子 (32， 20)之間采樣所述第二和第一電壓，該電流源的值是負載上的電壓的函數(shù)。
5. 如權(quán)利要求4的電路，其中所述偶極子是雙極晶體管(PT)。
6. 如權(quán)利要求5的電路，其中所述晶體管(PT)是NPN型晶體 管，它的發(fā)射極通過至少一個阻性無源電路(R)和地(24)連接。
7. 如權(quán)利要求6的電路，其中該無源電路(R)的值選擇成當該 晶體管(PT)處于接通狀態(tài)時傳送比該電流源(34)提供的恒定電流 小的電流。
8. 如權(quán)利要求6的電路，還包括在電路通電時把第一電壓強制到 所述第三閾值(VINI)上的裝置(K2),所述無源電路為阻性和容性電路。
9. 如權(quán)利要求6的電路，其中該晶體管是光耦合器(11)的光電 晶體管(PT)。
10. 如權(quán)利要求l的電路，其中該第二比較器(25)控制一個向 脈沖發(fā)生電路提供控制電流(CT)的元件(M)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種檢測切換式電源供電的負載上的過載的電路(30)，其包括基于負載的供電電壓的第一電壓對第一閾值(V_FB)的第一比較器(25)，用于向控制該切換式電源的脈沖發(fā)生器(6)提供調(diào)節(jié)信號(CT)；第二電壓對第二閾值(V_OLV)的第二比較器(31)，用于提供指示存在過載的信號(OVL)；以及，裝置(C33，34，35，M35)，用于通過比第二閾值低但比第一閾值高的第三閾值(V_INI)自動控制所述第二電壓，并且用于只要保持所述自動控制就去激勵該第二比較器。
文檔編號H02M1/32GK101167240SQ200580026682
公開日2008年4月23日 申請日期2005年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月6日
發(fā)明者阿蘭·貝利 申請人:St微電子公司