專利名稱：限制開(kāi)關(guān)式電源中的輸出電壓的方法和電路以及開(kāi)關(guān)式電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及開(kāi)關(guān)式電源內(nèi)部的控制方法和控制耦合的技術(shù)。尤其本發(fā)明涉及控制開(kāi)關(guān)式電源在低輸出電流值上的輸出電壓。
背景技術(shù)：
開(kāi)關(guān)式電源必須包括即使在異常情況下也能確保所控制的操作的固有控制功能。例如，考慮電池充電器，很可能發(fā)生輸入電源打開(kāi)但卻沒(méi)有任何負(fù)載連接到充電器的情況。沒(méi)有具有某種限制效應(yīng)的控制措施，持續(xù)的對(duì)次級(jí)側(cè)輸送電能將導(dǎo)致輸出電壓升高至高于正常輸出電壓電平。另一方面，輸出上的短路將輕易導(dǎo)致輸出電流達(dá)到不可接受的高值。
圖1a和1b中示意性地示出了限制輸出電壓和輸出電流的非常常用的方法。開(kāi)關(guān)式電源100包括由變壓器103分開(kāi)的初級(jí)側(cè)(primary side)101和次級(jí)側(cè)(secondary side)102。初級(jí)側(cè)上的開(kāi)關(guān)104反復(fù)地開(kāi)關(guān)流過(guò)初級(jí)線圈105的電流，使得能量被儲(chǔ)存在變壓器103的磁場(chǎng)中。次級(jí)側(cè)上的二極管106僅允許電流在一個(gè)方向上流經(jīng)次級(jí)線圈107?？缃釉谠撛O(shè)備輸出端的電容器108平滑了輸出電壓。
為了監(jiān)控流出開(kāi)關(guān)式電源的輸出電流，存在一個(gè)小電阻109與二極管106和次級(jí)線圈107串聯(lián)。當(dāng)常規(guī)負(fù)載連接到輸出時(shí)，某合理水平的電流流過(guò)電阻器109，電阻器109使電壓降落ΔV。監(jiān)控電路110被安排測(cè)量ΔV的值，并且在測(cè)量出的值過(guò)高(表示在輸出的短路)時(shí)觸發(fā)某些限制動(dòng)作。作為對(duì)監(jiān)控電路110給出的輸出的響應(yīng)，通常開(kāi)關(guān)式電源中某處的控制實(shí)體限制輸送到變壓器的電量。
圖1a的開(kāi)關(guān)式電源也適用于監(jiān)控輸出電壓。次級(jí)側(cè)103包括跨接在輸出電壓兩端的串聯(lián)的兩個(gè)相對(duì)較大的電阻111和112。這些電阻構(gòu)成了一個(gè)分壓器。監(jiān)控電路113監(jiān)控電阻111和112之一(這里為電阻112)兩端的電壓，其與輸出電壓成正比。監(jiān)控電路113還適合在電阻112兩端的電壓降高于預(yù)定限制(表示輸出上的過(guò)電壓情況)時(shí)觸發(fā)限制動(dòng)作。
圖1b是用圖示出監(jiān)控電路110和113的控制效果的輸出電壓-輸出電流圖。在正常操作中，當(dāng)輸出電流具有處于大致指定為120的范圍之中的某個(gè)值時(shí)，輸出電壓監(jiān)控電路113是活動(dòng)的，并將輸出電壓保持在某預(yù)定電平U1。如果輸出電流試圖升高到大于限制值11，則輸出電流監(jiān)控電路110介入以防止輸出電流再升高。
在圖1b的圖形中最左側(cè)的部分是可能涉及開(kāi)關(guān)式電源操作中某些不確定性的區(qū)域121。例如，當(dāng)電池基本上充滿時(shí)，它僅從充電器的開(kāi)關(guān)式電源中汲取很小的電流。通常，這趨向?qū)е螺敵鲭妷荷?。?dāng)根本沒(méi)有負(fù)載時(shí)，將不存在實(shí)際輸出電流而僅有某些少量的泄漏電流，該泄漏電流與來(lái)自初級(jí)的持續(xù)的電能輸送一起，將會(huì)導(dǎo)致輸出電壓呈現(xiàn)通常高于U1的某個(gè)值。這會(huì)導(dǎo)致有害效果，如開(kāi)關(guān)式電源不必要的升溫。此外，在沒(méi)有負(fù)載時(shí)對(duì)次級(jí)側(cè)“過(guò)度加載(overstuffing)”電能意味著在連接負(fù)載的瞬間，將會(huì)在任何控制電路再次生效之前對(duì)負(fù)載產(chǎn)生沖擊性的、可能很高的初始電流。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)在于提供一種控制開(kāi)關(guān)式電源在小輸出電流上的輸出電壓的方法和電路。本發(fā)明的另一目標(biāo)是提供一種上述種類的方法和電路，它允許電路設(shè)計(jì)者選擇特定開(kāi)關(guān)式電源的輸出特性應(yīng)該展現(xiàn)哪種行為。本發(fā)明的另一目標(biāo)為提供一種實(shí)施所述方法和包括所述電路的開(kāi)關(guān)式電源。
本發(fā)明的目標(biāo)通過(guò)在開(kāi)關(guān)式電源上裝配特定監(jiān)控電路而實(shí)現(xiàn)，該特定監(jiān)控電路在低輸出電流值時(shí)覆蓋(override)其他監(jiān)控電路的控制效果，并且當(dāng)被激活時(shí)，迫使開(kāi)關(guān)式電源的輸出特性保持為特定受控行為。
根據(jù)本發(fā)明的方法，其特征在于涉及方法的獨(dú)立權(quán)利要求中的特征部分中所述的特征。
根據(jù)本發(fā)明的控制電路，其特征在于涉及控制電路的獨(dú)立權(quán)利要求中的特征部分中所述的特征。
本發(fā)明也適用于開(kāi)關(guān)式電源，其特征在于涉及開(kāi)關(guān)式電源的獨(dú)立權(quán)利要求中所述的特征部分的特征。
在當(dāng)前技術(shù)的開(kāi)關(guān)式電源的狀態(tài)行為中觀察到的不規(guī)則性，看起來(lái)至少部分由于如下事實(shí)，即導(dǎo)致了在正常工作條件下已經(jīng)形成最佳操作的監(jiān)控電路運(yùn)行偏離動(dòng)態(tài)范圍或者不能提供在對(duì)涉及很小輸出電流的情況下可獲得的小信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和起反應(yīng)所需的高分辨率。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種特定測(cè)量電路，只要輸出電流是屬于某正常范圍之中的足夠大的值時(shí)，此測(cè)量電路對(duì)開(kāi)關(guān)式電源的運(yùn)行具有可忽略的影響，但在輸出電流變得很小時(shí)，其覆蓋或補(bǔ)充正常模式的監(jiān)測(cè)和控制配置。
為了實(shí)現(xiàn)所需的高分辨率和對(duì)小信號(hào)反應(yīng)的能力，所述特定測(cè)量電路優(yōu)選的在比該開(kāi)關(guān)式電源中的主開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)周期長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)收集信息。在示例性實(shí)施例中，該特定測(cè)量電路利用時(shí)間常數(shù)對(duì)第二電壓(或隨著時(shí)間變化并與第二電壓成比例的其它電壓)積分，該時(shí)間常數(shù)是所述開(kāi)關(guān)周期的幾千倍的級(jí)別。
由于該特定測(cè)量電路將被精細(xì)的設(shè)計(jì)以便僅在非常低的輸出電流值實(shí)施特定功能，將存在相當(dāng)?shù)淖杂啥葋?lái)確定所述特定測(cè)量電路介入的實(shí)際效果應(yīng)該是什么。這允許應(yīng)用本發(fā)明來(lái)實(shí)現(xiàn)電源的某些進(jìn)步特征。作為負(fù)載連接到電源的足夠智能的設(shè)備可測(cè)量電源對(duì)不同負(fù)載電流值的反應(yīng)，并利用此測(cè)量到的反應(yīng)來(lái)確定它所連接的是何種品牌和型號(hào)的電源，甚至可確定是否接受或拒絕用此種電源對(duì)它的電池進(jìn)行充電。
被認(rèn)為是本發(fā)明的特征的新穎特征尤其在所附權(quán)利要求中闡述。本發(fā)明自身，它的結(jié)構(gòu)和操作的方法，以及附加的目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)，都將通過(guò)結(jié)合附圖閱讀下文對(duì)特定實(shí)施例的說(shuō)明得到理解。
在本專利申請(qǐng)中提出的本發(fā)明的示例性實(shí)施例并不解釋為對(duì)所述權(quán)利要求的適用性的限制。在本專利申請(qǐng)中的詞“包括”為開(kāi)放式限定，它并不排除其它未闡述的特征的存在。除了特別陳述的，在所附權(quán)利要求中所述的特征可相互自由的結(jié)合。


圖1a示出了當(dāng)前技術(shù)的開(kāi)關(guān)式電源，圖1b是圖1a的開(kāi)關(guān)式電源的輸出電流-輸出電壓示意圖，圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電路原理，圖3示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的電路原理，圖4示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的電路原理，圖5示出了適用于圖2和圖3的實(shí)施例的示例性連接，圖6示出了適用于圖4的實(shí)施例的示例性連接，圖7示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電路的功能原理，圖8示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一示例性電路，圖9是其次級(jí)根據(jù)圖8構(gòu)建的開(kāi)關(guān)式電源的輸出電流-輸出電壓示意圖，圖10是具有根據(jù)圖8進(jìn)行稍微修改的次級(jí)的開(kāi)關(guān)式電源的輸出電流-輸出電壓的替代示意圖，
圖11示出了圖7的功能原理的修改，圖12是應(yīng)用圖11所示的原理的開(kāi)關(guān)式電源的輸出電流-輸出電壓示意圖，圖13是應(yīng)用圖11所示的原理的開(kāi)關(guān)式電源的輸出電流-輸出電壓替代示意圖，圖14是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法的流程圖，圖15示出了利用實(shí)施本發(fā)明的充電器充電的設(shè)備的某特定部分，并且圖16是在類似于圖15中所示的設(shè)備中應(yīng)用的示例性方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
圖1a和1b在對(duì)當(dāng)前技術(shù)的說(shuō)明中已被詳細(xì)描述，因此以下的討論將針對(duì)圖2-16。
圖2的開(kāi)關(guān)式電源200與圖1a所示的基本上相同，其相同的部分將采用相同的附圖標(biāo)記。與圖1a中所不同的是，圖2的開(kāi)關(guān)式電源200包括連接到次級(jí)線圈107的磁極的附加電路元件201。
為了分析附加電路元件201應(yīng)該做什么，我們簡(jiǎn)單摘要與電磁感應(yīng)和能量相關(guān)的某些基礎(chǔ)方程。電磁能量E的基礎(chǔ)方程為E=i2L2---(1)]]>其中i意味著電流，L是感應(yīng)系數(shù)。另一方面，在具有感應(yīng)系數(shù)L的電感元件中的電流i的已知方程為i=UtL---(2)]]>其中U是所述電感元件兩端的電壓，t是時(shí)間。利用方程(2)從方程(1)消除符號(hào)i得到E=U2t22L---(3)]]>從中我們可以大概推導(dǎo)出，電壓U在時(shí)間上的積分與引入電感元件內(nèi)的能量E成正比。
在大范圍的輸入電壓下運(yùn)行的開(kāi)關(guān)式電源的效率依賴于輸入電壓和輸出電流。用在輸出傳送的功率與在輸入汲取的功率的比值來(lái)計(jì)算效率。當(dāng)具有非常小的輸出電流時(shí)，開(kāi)關(guān)式電源的內(nèi)部損耗，尤其是在它的初級(jí)側(cè)，變得越來(lái)越顯著；甚至?xí)l(fā)生消耗在內(nèi)部損耗上的功率比在輸出端輸出的功率大的情況。因此，具有很小輸出電流值時(shí)，開(kāi)關(guān)脈沖的開(kāi)關(guān)比率或相對(duì)寬度(也就是開(kāi)關(guān)脈沖的時(shí)間長(zhǎng)度相對(duì)于開(kāi)關(guān)周期的時(shí)間長(zhǎng)度)變得比傳送最終將在輸出消耗的小功率所需要的大。
在圖2的電路中，變壓器103是電感元件，根據(jù)回掃式開(kāi)關(guān)式電源的基本原理，在開(kāi)關(guān)脈沖期間從初級(jí)側(cè)將能量輸入該電感元件，在開(kāi)關(guān)周期的其余部分從該電感元件中汲取能量給次級(jí)側(cè)。如果附加電路元件201包括適合的整流器(rectifier)和積分器裝置，它將能夠產(chǎn)生表示開(kāi)關(guān)脈沖的相對(duì)寬度的時(shí)間積分。最有利的，通過(guò)這樣的整流器和積分裝置產(chǎn)生的該指示是特定DC電壓電平，因?yàn)樗S后可以容易的用作比較器和/或觸發(fā)器開(kāi)關(guān)的輸入，該比較器和/或觸發(fā)器開(kāi)關(guān)當(dāng)所述DC電壓電平到達(dá)或超過(guò)特定閾值時(shí)引起預(yù)定的動(dòng)作。通常，在附加電路元件201中執(zhí)行的積分被用于產(chǎn)生關(guān)于開(kāi)關(guān)脈沖的相對(duì)寬度變得大于將由傳送的輸出電流所調(diào)整的寬度的指示，這意味著該開(kāi)關(guān)式電源的輸出電流為低并且能量積聚到次級(jí)側(cè)。
圖3示出了一個(gè)替代實(shí)施例。這里的開(kāi)關(guān)式電源300與圖1中的類似，但變壓器303包括一輔助線圈302，此輔助線圈302連接到位于次級(jí)側(cè)的附加電路元件301。假定在線圈105，107和變壓器303中的線圈302之間連接有足夠強(qiáng)的感應(yīng)(在開(kāi)關(guān)式電源中一般采用的變壓器類型所通常具有的)，輔助線圈302的電磁行為很類似次級(jí)線圈107。因此對(duì)輔助線圈302的磁極之間的電壓的調(diào)整和積分將會(huì)產(chǎn)生與在圖2的具有附加電路元件201的實(shí)施例產(chǎn)生的指示非常相似的指示。
本發(fā)明并不局限于實(shí)現(xiàn)在次級(jí)側(cè)的能量狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能。尤其在所謂的初級(jí)側(cè)受控電源類型中，應(yīng)用圖4所示的原理能夠獲得好處。在圖4的開(kāi)關(guān)式電源400中，變壓器403包括輔助線圈402，其與位于初級(jí)側(cè)的附加電路元件401連接。對(duì)輔助線圈402的磁極之間的電壓的調(diào)整和積分將同樣會(huì)帶來(lái)與圖2的具有附加電路元件201的實(shí)施例所產(chǎn)生的指示非常相似的指示，或者帶來(lái)與圖3的具有附加電路元件301的實(shí)施例所產(chǎn)生的指示非常相似的指示。我們還假設(shè)監(jiān)控電路110和113適合于向初級(jí)側(cè)傳輸它們的動(dòng)作-觸發(fā)指示，例如通過(guò)光耦合器(圖4中未示出)。
圖5和6示出了采用關(guān)于在附加電路元件中產(chǎn)生的不必要的大脈沖寬度的指示的一定有利原理。在圖5中我們假設(shè)采用了如圖2和3中實(shí)施例的次級(jí)側(cè)控制。附加電路元件201連接到變壓器中的一個(gè)線圈(圖5中未示出)，并適用于對(duì)線圈的磁極之間的電壓進(jìn)行調(diào)整和積分。附加電路元件201還與監(jiān)控電路113連接，監(jiān)控電路113本質(zhì)上是正被討論的開(kāi)關(guān)式電源的輸出電壓限制器。在附加電路元件201和監(jiān)控電路113之間的連接使得，當(dāng)所產(chǎn)生的關(guān)于一定的不必要的大脈沖寬度的指示從附加電路元件201傳送到監(jiān)控電路113，后者將通過(guò)按照預(yù)定方式改變它的操作來(lái)進(jìn)行反應(yīng)，例如，通過(guò)改變電壓比較的特性，其將最終導(dǎo)致輸出電壓限制動(dòng)作。
同樣在圖6中，附加電路元件401連接到變壓器中的一個(gè)線圈(圖6中未示出)，并適用于對(duì)線圈的磁極之間的電壓進(jìn)行調(diào)整和積分。附加電路元件401連接到開(kāi)關(guān)脈沖發(fā)生電路601，其任務(wù)在于制定開(kāi)關(guān)脈沖并將之傳輸?shù)秸谟懻摰拈_(kāi)關(guān)式電源的主初級(jí)開(kāi)關(guān)元件104。當(dāng)關(guān)于一定的不必要的大脈沖寬度的指示從附加電路元件401傳輸?shù)介_(kāi)關(guān)脈沖發(fā)生電路601，后者將通過(guò)按照預(yù)定方式改變它的操作來(lái)進(jìn)行反應(yīng)，例如，以一定的比例減小開(kāi)關(guān)脈沖的占空比。
圖7示出了可被用為上述的任一附加電路元件201，301或401的示例性結(jié)構(gòu)。串聯(lián)連接在輸入和輸出之間的是整流器701、積分器702、比較器和/或開(kāi)關(guān)703，比較器和/或開(kāi)關(guān)703被連接以接收將與積分器702的輸出相比較的參考信號(hào)。積分器702應(yīng)當(dāng)被理解為在一定時(shí)間窗口內(nèi)的積分；為了將對(duì)相對(duì)開(kāi)關(guān)脈沖寬度的監(jiān)測(cè)聚焦于剛剛經(jīng)過(guò)的一定限制時(shí)段，應(yīng)當(dāng)存在消耗通路(depletion route)，通過(guò)該通路逐漸消除積分結(jié)果中的最舊的貢獻(xiàn)。更一般的，我們可將積分器702表征為適用于收集關(guān)于電壓信號(hào)的信息的電路元件，此電壓信號(hào)可在比初級(jí)開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)周期大很多的時(shí)間段內(nèi)與相對(duì)開(kāi)關(guān)脈沖寬度相比較。
圖8是以圖2和5所示的形式運(yùn)用本發(fā)明的原理的開(kāi)關(guān)式電源的次級(jí)側(cè)的詳細(xì)電路圖。慣用的次級(jí)側(cè)元件除了分壓電阻111，112和112’，還有次級(jí)線圈107，次級(jí)主二極管106，電容108和108’。監(jiān)測(cè)和控制功能圍繞控制電路801實(shí)現(xiàn)，作為次級(jí)側(cè)控制電路，其非限制性的例子可為商用的ST微電子公司的型號(hào)為TSM1051的器件，它的六個(gè)連接管腳為，1電壓控制輸入，2接地，3光耦合器輸出，4電流控制輸入，5電平設(shè)置輸入，以及6工作電壓。電阻802、803和808，齊納二極管804，晶體管805，二極管806和807，還有電容器809，一起產(chǎn)生一工作電壓到控制器801的管腳6。電流傳感電阻(current sensing resistance)包括并聯(lián)連接的電阻810，811和812。
電阻813，814和815，同時(shí)還有電容816和817將輸出電壓和輸出電流控制的靈敏性調(diào)節(jié)到一合適水平。電阻818是所謂的模擬負(fù)載。電阻819和光電二極管820(其為光耦合器的一部分)一起組成到初級(jí)側(cè)的反饋信號(hào)通路(未示出)。電阻821是到火花放電隙的通路中的分流電阻。
圖8的電路圖的上側(cè)部分與圖2和5的附加電路元件201相對(duì)應(yīng)。二極管822的陽(yáng)極被連接到次級(jí)線圈107的低磁極(pole)(同時(shí)此磁極還與次級(jí)主二極管106的陰極連接)。在二極管822的陰極和PNP晶體管829的發(fā)射極之間串聯(lián)連接有三個(gè)電阻823，825和828。在電阻823和825之間有一個(gè)到齊納二極管824的陰極的連接，該齊納二極管824的陽(yáng)極與開(kāi)關(guān)式電源的正輸出電壓線連接。在電阻825和828之間有通過(guò)電容826和通過(guò)電阻827到所述正電壓線的連接，電容826和電阻827并聯(lián)連接。PNP晶體管829的基極也與所述正電壓線連接。
從PNP晶體管829的集電極到開(kāi)關(guān)式電源的負(fù)輸出電壓線存在串聯(lián)連接的電阻830和833。所述電阻830和833之間的連接點(diǎn)與NPN晶體管831的基極連接。所述NPN晶體管831的集電極通過(guò)電阻832與控制器801的電壓控制輸入管腳連接。所述NPN晶體管831的發(fā)射極與負(fù)輸出電壓線連接。
上面所述的組件，二極管822的任務(wù)是調(diào)整次級(jí)線圈107兩端的電壓。電阻823和齊納二極管824實(shí)現(xiàn)脈沖高度限制器，其將要積分的脈沖的高度限制到一定固定水平，使得該積分僅為對(duì)時(shí)間的積分而非對(duì)具有變化的脈沖高度的某些脈動(dòng)電壓的積分。電阻825和電容826組成RC積分器，由此圖8中電路的積分時(shí)間常數(shù)取決于它們的度量。放電或消耗時(shí)間常數(shù)取決于電阻827和828的度量。
在開(kāi)關(guān)式電源的正常工作期間，包括晶體管829和831和相關(guān)電阻的開(kāi)關(guān)裝置保持打開(kāi)，這意味著由控制器801的電壓控制輸入管腳感測(cè)的電壓僅取決于電源的輸出電壓和電阻111，112和112’的值。但是，當(dāng)輸出電流變得很低時(shí)，來(lái)自變壓器磁場(chǎng)的能量的不完全消耗，以及由于內(nèi)部損耗引起的開(kāi)關(guān)脈沖寬度的增加，將會(huì)導(dǎo)致晶體管829的發(fā)射極電勢(shì)增加。當(dāng)它達(dá)到了一定閾值時(shí)，晶體管829導(dǎo)通，這將導(dǎo)通晶體管831，由此在控制器801的電壓控制輸入管腳和負(fù)輸出電壓線之間通過(guò)電阻832和晶體管831建立了新的電流通路。如果現(xiàn)在的電阻832的阻值足夠小，在這條新的電流通路兩端的電壓降將比在正常操作中使用控制器801看到的小。這樣控制器801被“欺騙”，以允許輸出電壓在小輸出電流時(shí)比不存在附加電流通路的時(shí)候略微升高。
圖9示出了輸出電流-輸出電壓示意圖。當(dāng)輸出電流在大致標(biāo)記為120的范圍內(nèi)，也就是說(shuō)其值比最大允許值I1小，但比一定的較低閾值I2大，與圖1a的現(xiàn)有技術(shù)開(kāi)關(guān)式電源相同，輸出電壓為U1。當(dāng)輸出電流值在零和I2之間，根據(jù)本發(fā)明的附加電路元件介入以欺騙輸出電壓控制功能，為此輸出電壓呈現(xiàn)一個(gè)略高的值U2。
本發(fā)明并不要求對(duì)低輸出電流的反應(yīng)要精確按照?qǐng)D8和9中描述的那樣，也就是說(shuō)，通過(guò)在傳感管腳和地之間建立另一條電流通路以欺騙電壓控制配置從而允許輸出較高的輸出電壓。一個(gè)非常容易實(shí)施的替代實(shí)施例是這樣的，通常在導(dǎo)通狀態(tài)“附加電路元件”正常維持一相似電流通路，但是當(dāng)觸發(fā)條件表示滿足低輸出電流時(shí)阻止此條通路。結(jié)果，在低輸出電流時(shí)在控制器的適當(dāng)傳感管腳和地之間觀察到的電阻會(huì)增加，其導(dǎo)致控制器僅允許較低輸出電壓。附圖10示出了對(duì)應(yīng)的輸出電流-輸出電壓圖，其中當(dāng)輸出電流小于I2時(shí)，輸出電壓呈現(xiàn)值U2’，其小于開(kāi)關(guān)式電源的正常輸出電壓U1。
考慮到在很多電子設(shè)備中有將所有控制功能集成到壓縮封裝中的傾向，我們可以注意到很容易將圖8中的組件822到831和833與次級(jí)側(cè)控制電路801組合為單一的集成電路。與六管腳配置的控制電路801相比，這樣的組合電路可具有如直接連接到次級(jí)線圈的第7管腳(如圖8的二極管822的陽(yáng)極)，與正輸出端連接的第8管腳(如圖8的晶體管829的基極)，以及第9管腳，由此電阻832可以連接在所述第9管腳和負(fù)輸出端之間。
圖11示出了對(duì)“附加電路元件”概念的一種修改，其允許本發(fā)明具有更多用途的應(yīng)用。在圖11的電路中，整流器701和積分器702可與圖7中的相同。但是，比較器和/或開(kāi)關(guān)1103適合用于接收兩個(gè)不同參考電壓REF1和REF2(其中REF1＜REF2)，以給出兩個(gè)輸出信號(hào)OUT1和OUT2。其思想是，比較器和/或開(kāi)關(guān)1103將積分器702的輸出與兩個(gè)參考電壓相比較，并利用其兩個(gè)輸出信號(hào)指示積分器702的輸出是大于參考電壓REF2，在參考電壓REF1和REF2之間，還是小于參考電壓REF1。換句話說(shuō)，當(dāng)連接到次級(jí)線圈或其他與變壓器臨近連接的電感元件，圖11的電路能夠指示輸出電流是否處于正常范圍，在第一低范圍或在比所述第一低范圍更低的第二低范圍。
圖12和13示出了可通過(guò)應(yīng)用結(jié)合圖11描述的原理實(shí)現(xiàn)的示例輸出電流-輸出電壓圖。在圖12中，兩個(gè)輸出電流閾值都與輸出電壓突然降低相關(guān)聯(lián)，使得，當(dāng)輸出電流小于I2但大于I3時(shí)，輸出電壓為U2’，當(dāng)輸出電流小于I3時(shí)，輸出電壓為U3。在圖13中，當(dāng)輸出電流降低時(shí)遭遇的第一輸出電流閾值與輸出電壓的降低相關(guān)聯(lián)，但下一個(gè)輸出電流閾值與輸出電壓的更大幅度的升高相關(guān)聯(lián)。具有不同大小的升壓和降壓的各種組合都可以被產(chǎn)生。
圖14利用流程圖的形式描述了控制方法。在步驟1401的積分之后，在步驟1402檢測(cè)積分結(jié)果是否指示輸出電流低于一個(gè)(第一)閾值。括號(hào)的運(yùn)用表示通常在最簡(jiǎn)單的情況下只存在一個(gè)閾值，同時(shí)括號(hào)內(nèi)的表述可以被忽略。步驟1402的否定決定，導(dǎo)致步驟1403的正常狀態(tài)，并且返回積分步驟1401。為了完整性的目的，存在另一個(gè)判定步驟1404提及第二閾值。如果第二閾值存在，這里即為一真實(shí)判斷步驟，并且該方法根據(jù)輸出電流是高于或低于第二閾值，分別繼續(xù)第一動(dòng)作狀態(tài)1405或第二動(dòng)作狀態(tài)1406。在最簡(jiǎn)單的情況，將從步驟1402的肯定決定直接轉(zhuǎn)到步驟1405。每種情況都從步驟1401繼續(xù)積分。
可控地影響在小輸出電流的情況下的輸出電壓電平，提供了若干種要充電的智能設(shè)備利用某些充電器類型的已知特性在充電之前識(shí)別它們的解決方案。圖15示出了這樣的要充電的智能設(shè)備的相關(guān)部件。充電電流流經(jīng)電流控制塊1501。在此之前存在到電壓檢測(cè)塊1502的連接，其適用于將關(guān)于所檢測(cè)電壓的指示傳送到判斷塊1503。根據(jù)圖16所示的方法，當(dāng)充電器已經(jīng)在步驟1601與設(shè)備連接，判斷塊1503命令電流控制塊1501將從充電器汲取的電流限制到低于一定限制，如步驟1602所示。電壓檢測(cè)塊1502向判斷塊1503指示這如何影響充電器的輸出電壓。在步驟1603，判斷塊1503判定檢測(cè)到的輸出電壓行為是否符合預(yù)先儲(chǔ)存的可接受的充電器的輸出電壓行為規(guī)范。根據(jù)此判定，判斷塊1503允許依照步驟1604繼續(xù)充電，或者依照步驟1605禁止充電，最后提到的情況可包括如命令電流控制塊1501阻止任何充電電流流過(guò)，以及通過(guò)用戶接口指示出檢測(cè)到并且禁止了采用不可接受的充電器類型的企圖。
上述說(shuō)明中給出的特定實(shí)施例不應(yīng)當(dāng)解釋為限制。例如，盡管迄今為止所討論的所有例子都涉及對(duì)開(kāi)關(guān)脈沖的相對(duì)寬度(或時(shí)間長(zhǎng)度)進(jìn)行積分，建立反而對(duì)開(kāi)關(guān)周期的其余部分的相對(duì)寬度進(jìn)行積分的積分器也是很簡(jiǎn)單。在圖8的實(shí)施例中，二極管822的極性與主次級(jí)二極管106相反，這意味著這些二極管的導(dǎo)通周期是互補(bǔ)的當(dāng)二極管106不導(dǎo)通時(shí)，二極管822導(dǎo)通，反之亦然。如果二極管822的極性反轉(zhuǎn)，它將與二極管106同時(shí)導(dǎo)通。通過(guò)對(duì)電路中剩余部分的某些改變，這種改變對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是在能力范圍以內(nèi)的，就可以產(chǎn)生指示開(kāi)關(guān)周期的其余部分的相對(duì)寬度的DC電壓電平，以替代開(kāi)關(guān)脈沖的相對(duì)寬度。本質(zhì)上，開(kāi)關(guān)周期的其余部分的相對(duì)寬度與開(kāi)關(guān)脈沖的相對(duì)寬度具有相反的行為，因此應(yīng)該考慮到動(dòng)作發(fā)生電路應(yīng)構(gòu)造為對(duì)減少的積分電壓值起反應(yīng)，而不是對(duì)增高的積分電壓值起反應(yīng)。這樣的可替換的方法可能涉及與積分中的可變脈沖高度相關(guān)的問(wèn)題，由于例如在電池充電器應(yīng)用中，輸出電壓的電平(其提供給積分器的脈沖高度是由之確定的)可能具有很大變動(dòng)，其中與充滿電的電池的電壓相比，對(duì)完全消耗的電池的充電將會(huì)從很低的電平開(kāi)始。
作為另一個(gè)可替換的實(shí)施例，也可以在積分器前省略脈沖高度限制器。但是，這將會(huì)導(dǎo)致積分對(duì)脈沖的更多依賴，從而帶來(lái)操作中的不準(zhǔn)確性。
權(quán)利要求
1.一種開(kāi)關(guān)式電源(200，300，400)，包括初級(jí)側(cè)、次級(jí)側(cè)和位于所述初級(jí)側(cè)和所述次級(jí)側(cè)之間的變壓器(103，303，403)，在次級(jí)側(cè)用于傳輸輸出電壓和輸出電流給負(fù)載的輸出，以及輸出電壓控制電路(110，113，801)，其適于對(duì)應(yīng)于第一輸出電流值，將輸出電壓保持在第一電平；其特征在于它包括電路元件(201，301，401)，其適用于隨著時(shí)間對(duì)從變壓器(103，303，403)獲得的電壓進(jìn)行積分，以及對(duì)應(yīng)于小于所述第一輸出電流值的第二輸出電流值，產(chǎn)生表示積分電壓的信號(hào)，以及輸出電壓調(diào)節(jié)器(113，601，801)，其適用于通過(guò)將輸出電壓從第一電平改變?yōu)榈诙娖絹?lái)對(duì)所述信號(hào)產(chǎn)生反應(yīng)。
2.權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)式電源，其特征在于它包括脈沖高度限制器(823，824)，其適用于將從變壓器(103，303，403)所得到的所述電壓中的脈沖高度限制于一固定水平。
3.權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)式電源，其特征在于所述電路元件(201)包括與所述變壓器(103)的次級(jí)線圈(107)相連接的整流器(701，822)，與所述整流器(701，822)的輸出相連接的積分器(702，825，826)，和適用于產(chǎn)生信號(hào)作為對(duì)所述積分器(702，825，826)的輸出電壓相比于參考電壓已達(dá)到閾值的反應(yīng)的比較器(703，829，1103)。
4.權(quán)利要求3所述的開(kāi)關(guān)式電源，其特征在于所述輸出電壓控制電路(113，801)適用于監(jiān)測(cè)電阻(112，112’)上的電壓，并且該開(kāi)關(guān)式電源包括可替代所述電阻(112，112’)的電流通路(831，832)，以及適用于響應(yīng)所述信號(hào)接通所述電流通路的開(kāi)關(guān)(831)。
5.權(quán)利要求4所述的開(kāi)關(guān)式電源，其特征在于它包括整流二極管(822)，其陽(yáng)極與所述次級(jí)線圈(107)的一磁極相連接，RC積分器(825，826)，其與所述整流二極管(822)的陰極連接，PNP晶體管(829)，其發(fā)射極與所述RC積分器(825，826)的輸出相連接，其基極與開(kāi)關(guān)式電源的正輸出端連接，NPN晶體管(831)，其基極與所述PNP晶體管(829)的集電極相連接，通過(guò)電阻(832)和所述NPN晶體管(831)的集電極-發(fā)射極路徑，從所述輸出電壓控制電路(801)的電壓控制輸入管腳到開(kāi)關(guān)式電源的負(fù)輸出端的連接。
6.權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)式電源，其特征在于所述電路元件(301，401)包括連接到所述變壓器的輔助線圈(302，402)的整流器(701)，與所述整流器(701)的輸出相連接的積分器(702)，和適用于產(chǎn)生作為對(duì)所述積分器(702)的輸出電壓相比于參考電壓達(dá)到一定閾值的反應(yīng)的信號(hào)的比較器(703，1103)。
7.權(quán)利要求6所述的開(kāi)關(guān)式電源，其特征在于所述比較器(703，1103)適用于傳輸所述信號(hào)到在所述開(kāi)關(guān)式電源的次級(jí)側(cè)的控制電路(113)。
8.權(quán)利要求6所述的開(kāi)關(guān)式電源，其特征在于所述比較器(703，1103)適用于傳輸所述信號(hào)到在所述開(kāi)關(guān)式電源的初級(jí)側(cè)的控制電路(601)。
9.一種用于控制開(kāi)關(guān)式電源的輸出電壓的控制電路，所述控制電路適用于對(duì)應(yīng)所述開(kāi)關(guān)式電源的第一輸出電流值將輸出電壓保持在第一電平；其特征在于它包括電路元件(201，301，401)，其適用于隨著時(shí)間對(duì)從變壓器(103，303，403)獲得的電壓進(jìn)行積分，以及對(duì)應(yīng)于小于所述第一輸出電流值的第二輸出電流值，產(chǎn)生表示積分電壓的信號(hào)，其中變壓器(103，303，403)位于所述開(kāi)關(guān)式電源的初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)之間，以及輸出電壓調(diào)節(jié)器(113，601，801)，其適用于通過(guò)將輸出電壓從第一電平改變?yōu)榈诙娖絹?lái)對(duì)所述信號(hào)產(chǎn)生反應(yīng)。
10.一種用于控制開(kāi)關(guān)式電源的輸出電壓的方法，包括監(jiān)測(cè)用以傳導(dǎo)所述開(kāi)關(guān)式電源的輸出電流的電流傳感電阻(109，810，811，812)上的電壓降，并且調(diào)用限制動(dòng)作作為對(duì)所述電壓降變得大于輸出電流的相關(guān)限制的反應(yīng)，以及監(jiān)測(cè)從所述開(kāi)關(guān)式電源的輸出電壓得到的采樣電壓(112，112’)，并且調(diào)用限制動(dòng)作作為對(duì)所述采樣電壓變得大于輸出電壓的相關(guān)限制的反應(yīng)；其特征在于它包括隨著時(shí)間對(duì)從變壓器(103，303，403)獲得的電壓進(jìn)行積分(1401)，其中變壓器(103，303，403)位于所述開(kāi)關(guān)式電源的初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)之間，以及對(duì)應(yīng)于小于所述輸出電流相關(guān)限制值的輸出電流值，產(chǎn)生(1401)表示積分電壓的信號(hào)，以及通過(guò)改變輸出電壓對(duì)所述信號(hào)產(chǎn)生反應(yīng)(1402，1404，1405，1406)。
11.權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于它包括在積分前將從變壓器(103，303，403)獲得的所述電壓中的脈沖高度限制在一固定水平。
12.權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于它包括對(duì)應(yīng)于小于所述輸出電流相關(guān)限制的第一輸出電流值，產(chǎn)生表示積分電壓的第一信號(hào)(1401)，通過(guò)將輸出電壓改變?yōu)榈谝恢祵?duì)所述第一信號(hào)產(chǎn)生反應(yīng)(1402，1404，1405)，對(duì)應(yīng)于小于所述第一輸出電流值的第二輸出電流值，產(chǎn)生表示積分電壓的第二信號(hào)(1401)，以及通過(guò)將輸出電壓改變?yōu)榈诙祵?duì)所述第二信號(hào)產(chǎn)生反應(yīng)(1402，1404，1406)。
全文摘要
一種開(kāi)關(guān)式電源(200，300，400)，包括初級(jí)側(cè)、次級(jí)側(cè)和位于其間的變壓器(103，303，403)。位于次級(jí)側(cè)的輸出將輸出電壓和輸出電流提供給負(fù)載。輸出電壓控制電路(110，113，801)對(duì)應(yīng)于第一輸出電流值將輸出電壓保持在第一電平。電路元件(201，301，401)隨著時(shí)間將從變壓器(103，303，403)獲得的電壓積分，并對(duì)應(yīng)于小于第一輸出電流值的第二輸出電流值，產(chǎn)生表示該積分電壓的信號(hào)。輸出電壓調(diào)節(jié)器(113，601，801)通過(guò)將輸出電壓從所述第一電平改變?yōu)榈诙娖?，響?yīng)所述信號(hào)。
文檔編號(hào)H02M3/335GK101065892SQ200480043408
公開(kāi)日2007年10月31日 申請(qǐng)日期2004年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月23日
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