專利名稱：對(duì)容性負(fù)載充電的電容充電電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及對(duì)容性負(fù)載進(jìn)行充電，更具體的是涉及控制功率轉(zhuǎn)換和傳輸?shù)碾娙莩潆婋娐贰?br> 背景技術(shù)：
電容充電電路用來對(duì)容性負(fù)載充電，例如用于對(duì)傳統(tǒng)照相閃光系統(tǒng)中的容性負(fù)載充電。在傳統(tǒng)的電容充電電路中，通過閉合和斷開電源開關(guān)控制從電源到容性負(fù)載的功率傳輸。在可變負(fù)載情況下或根據(jù)輸出電壓的要求，監(jiān)測(cè)輸出電壓并調(diào)整開關(guān)以滿足輸出電壓和負(fù)載的要求。
圖1所示為一個(gè)傳統(tǒng)電容充電電路10。在該電路10中，功率通過變壓器14被傳輸至電容(Cout)12。當(dāng)電源開關(guān)16閉合時(shí)，電流流入變壓器14的初級(jí)線圈。當(dāng)電源開關(guān)16斷開時(shí)，儲(chǔ)存在變壓器14中的能量被傳輸至電容12。變壓器14的次級(jí)線圈的輸出電壓Vout通過電阻分壓器20(R1和R2)被監(jiān)測(cè)到。這種監(jiān)測(cè)Vout的方法的缺點(diǎn)就是流經(jīng)電阻R1和R2的漏電流會(huì)引起電容能量的損耗。
連接于比較器24和比較器26的鎖存器18響應(yīng)初級(jí)線圈電流Ipri和次級(jí)線圈電流Isec控制電源開關(guān)16的閉合和斷開。一旦初級(jí)線圈電流Ipri超過一個(gè)限定值，開關(guān)16斷開，并且變壓器14的能量被傳輸至電容12。這種為了電流保護(hù)和充電控制而限制初級(jí)線圈電流Ipri的方法是在變壓器14的一次側(cè)采用了一個(gè)檢測(cè)電阻30。這種電流保護(hù)和充電控制的方法的缺點(diǎn)是電阻Rpri會(huì)引起功耗。在變壓器14的二次側(cè)也采用了一個(gè)檢測(cè)電阻32，并且一旦次級(jí)線圈電流Isec低于一個(gè)限定值，開關(guān)16閉合并且開始一個(gè)新的充電周期。
因此，需要一種將漏電流和功耗減到最小的電容充電電路。
實(shí)用新型內(nèi)容有鑒于此，本實(shí)用新型提供一種用來對(duì)容性負(fù)載充電的電容充電電路，該電容充電電路包括功率傳輸電路，用來將功率從一個(gè)電源傳輸至該容性負(fù)載；功率轉(zhuǎn)換控制電路，用來控制該電源至該功率傳輸電路的功率轉(zhuǎn)換，這樣功率在恒定導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)被傳輸至該功率傳輸電路；和電壓測(cè)量電路，用來測(cè)量該功率傳輸電路的輸出電壓，以決定何時(shí)停止對(duì)容性負(fù)載的充電。
本實(shí)用新型所述的用來對(duì)容性負(fù)載充電的電容充電電路，所述功率傳輸電路包括一個(gè)變壓器。
本實(shí)用新型所述的用來對(duì)容性負(fù)載充電的電容充電電路，所述電壓測(cè)量電路通過測(cè)量所述變壓器的回掃電壓間接測(cè)量所述輸出電壓，所述電壓測(cè)量電路包括一個(gè)把所述回掃電壓轉(zhuǎn)換為一個(gè)被測(cè)電壓的電路，所述電路將所述被測(cè)電壓和一個(gè)基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。
本實(shí)用新型所述的用來對(duì)容性負(fù)載充電的電容充電電路，所述功率轉(zhuǎn)換控制電路包括一個(gè)開關(guān)，所述開關(guān)控制所述電源至所述功率傳輸電路的功率轉(zhuǎn)換。
本實(shí)用新型所述的用來對(duì)容性負(fù)載充電的電容充電電路，所述功率轉(zhuǎn)換控制電路包括恒定導(dǎo)通時(shí)間發(fā)生器電路，用來決定所述恒定導(dǎo)通時(shí)間并允許所述開關(guān)在恒定導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)保持閉合。
本實(shí)用新型所述的用來對(duì)容性負(fù)載充電的電容充電電路，所述恒定導(dǎo)通時(shí)間與源電壓成反比。
本實(shí)用新型所述的用來對(duì)容性負(fù)載充電的電容充電電路，所述功率傳輸電路包括一個(gè)變壓器。
本實(shí)用新型所述的用來對(duì)容性負(fù)載充電的電容充電電路，所述功率轉(zhuǎn)換控制電路包括過流保護(hù)電路，用來檢測(cè)所述變壓器中的過流狀況的發(fā)生，其中當(dāng)且僅當(dāng)沒有過流狀況發(fā)生時(shí)，所述功率轉(zhuǎn)換控制電路閉合所述開關(guān)。
本實(shí)用新型所述的用來對(duì)容性負(fù)載充電的電容充電電路，所述功率轉(zhuǎn)換控制電路包括不連續(xù)導(dǎo)通模式檢測(cè)電路，用來檢測(cè)所述變壓器中的不連續(xù)導(dǎo)通模式的發(fā)生，其中當(dāng)且僅當(dāng)所述不連續(xù)導(dǎo)通模式發(fā)生時(shí)，所述功率轉(zhuǎn)換控制電路閉合所述開關(guān)。
本實(shí)用新型所述的用來對(duì)容性負(fù)載充電的電容充電電路，所述功率轉(zhuǎn)換控制電路包括轉(zhuǎn)換控制邏輯電路，該轉(zhuǎn)換控制邏輯電路響應(yīng)所述不連續(xù)導(dǎo)通模式檢測(cè)電路和所述過流保護(hù)電路中的至少一個(gè)，用來提供一個(gè)轉(zhuǎn)換控制信號(hào)閉合所述開關(guān)。
本實(shí)用新型所述的用來對(duì)容性負(fù)載充電的電容充電電路，所述轉(zhuǎn)換控制邏輯電路接收一個(gè)表示慢速充電模式或快速充電模式的SLOW/FAST指令，其中在快速充電模式下當(dāng)且僅當(dāng)沒有過流狀況發(fā)生時(shí)，所述轉(zhuǎn)換控制邏輯電路閉合所述開關(guān)，其中在慢速充電模式下當(dāng)沒有過流狀況發(fā)生且當(dāng)不連續(xù)導(dǎo)通模式發(fā)生時(shí)，所述轉(zhuǎn)換控制邏輯電路閉合所述開關(guān)。
本實(shí)用新型所述的用來對(duì)容性負(fù)載充電的電容充電電路，還包括一個(gè)消隱周期發(fā)生器，用來產(chǎn)生一個(gè)消隱周期信號(hào)，其中所述功率轉(zhuǎn)換控制電路和所述電壓測(cè)量電路接收所述消隱周期信號(hào)。
本實(shí)用新型還提供一種功率轉(zhuǎn)換控制電路，用來控制功率轉(zhuǎn)換至一個(gè)變壓器，其中該變壓器將功率傳輸至一個(gè)容性負(fù)載，該功率轉(zhuǎn)換控制電路包括不連續(xù)導(dǎo)通模式(DCM)檢測(cè)電路，用來檢測(cè)該變壓器中的不連續(xù)導(dǎo)通模式；過流保護(hù)(OCP)電路，用來檢測(cè)該變壓器中的過流狀況；連接至該DCM電路和該OCP電路的轉(zhuǎn)換控制邏輯電路，用來提供一個(gè)轉(zhuǎn)換控制信號(hào)；一個(gè)開關(guān)，用來響應(yīng)該轉(zhuǎn)換控制信號(hào)將功率轉(zhuǎn)換該變壓器；和恒定導(dǎo)通時(shí)間發(fā)生器電路，該電路連接至該DCM檢測(cè)電路和該OCP電路，該恒定導(dǎo)通時(shí)間發(fā)生器電路決定恒定導(dǎo)通時(shí)間并允許該開關(guān)在該恒定導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)保持閉合。
本實(shí)用新型所述的功率轉(zhuǎn)換控制電路，當(dāng)檢測(cè)到所述不連續(xù)導(dǎo)通模式且沒有檢測(cè)到過流狀況時(shí)，所述轉(zhuǎn)換控制邏輯電路提供所述轉(zhuǎn)換控制信號(hào)。
本實(shí)用新型所述的功率轉(zhuǎn)換控制電路，當(dāng)且僅當(dāng)沒有檢測(cè)到過流狀況時(shí)，所述轉(zhuǎn)換控制邏輯電路提供所述轉(zhuǎn)換控制信號(hào)。
本實(shí)用新型所述的功率轉(zhuǎn)換控制電路，在慢速充電模式下當(dāng)檢測(cè)到所述不連續(xù)導(dǎo)通模式且沒有檢測(cè)到過流狀況時(shí)，所述轉(zhuǎn)換控制邏輯電路提供所述轉(zhuǎn)換控制信號(hào)，在快速充電模式下當(dāng)且僅當(dāng)沒有檢測(cè)到過流狀況時(shí)，所述轉(zhuǎn)換控制邏輯電路提供所述轉(zhuǎn)換控制信號(hào)。
本實(shí)用新型所述的功率轉(zhuǎn)換控制電路，所述恒定導(dǎo)通時(shí)間和一個(gè)源電壓成反比。
本實(shí)用新型所述的功率轉(zhuǎn)換控制電路，還包括一個(gè)消隱周期發(fā)生器，用來產(chǎn)生一個(gè)消隱周期信號(hào)，其中所述不連續(xù)導(dǎo)通模式檢測(cè)電路和所述過流保護(hù)電路接收所述消隱周期信號(hào)。
本實(shí)用新型所述的功率轉(zhuǎn)換控制電路，還包括一個(gè)連接在所述恒定導(dǎo)通時(shí)間發(fā)生器電路和所述開關(guān)之間的鎖存器，用來閉合所述開關(guān)，其中所述鎖存器響應(yīng)所述轉(zhuǎn)換控制信號(hào)閉合所述開關(guān)，且其中所述鎖存器在所述恒定導(dǎo)通時(shí)間過后響應(yīng)所述恒定導(dǎo)通時(shí)間發(fā)生器電路斷開所述開關(guān)。
本實(shí)用新型還提供一種電容充電裝置，包括一個(gè)集成電路，用來控制對(duì)容性負(fù)載的充電，容性負(fù)載連接至一個(gè)變壓器，該集成電路監(jiān)測(cè)該變壓器并且啟動(dòng)一個(gè)擁有恒定導(dǎo)通時(shí)間的功率傳輸轉(zhuǎn)換周期，其中該集成電路在該恒定導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)將功率轉(zhuǎn)換至該變壓器，且其中當(dāng)該恒定時(shí)間過后，該集成電路切斷功率的轉(zhuǎn)換。
本實(shí)用新型所述的電容充電裝置，所述集成電路接收一個(gè)表示慢速充電模式或快速充電模式的SLOW/FAST指令。
本實(shí)用新型所述的電容充電裝置，所述集成電路檢測(cè)所述變壓器中的過流狀況，并且當(dāng)沒有過流發(fā)生時(shí)啟動(dòng)所述轉(zhuǎn)換周期。
本實(shí)用新型所述的電容充電裝置，所述集成電路用來檢測(cè)所述變壓器的不連續(xù)導(dǎo)通模式，并且當(dāng)所述不連續(xù)導(dǎo)通模式發(fā)生且沒有過流發(fā)生時(shí)啟動(dòng)所述轉(zhuǎn)換周期。
在本實(shí)用新型中，電容充電電路通過將漏電流和功率損耗降到最小，從而使對(duì)容性負(fù)載的充電更為有效。


圖1所示為一個(gè)傳統(tǒng)電容充電電路的電路圖；圖2A所示為電容充電電路的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；圖2B所示為電容充電電路的另一個(gè)實(shí)施例的示意圖；圖3所示為用于電容充電電路中的輸出電壓測(cè)量電路的一個(gè)實(shí)施例的電路圖；圖4所示為用于電容充電電路中的不連續(xù)導(dǎo)通模式(DCM)和過流保護(hù)(OCP)電路的一個(gè)實(shí)施例的電路圖；圖5所示為用于電容充電電路中的恒定導(dǎo)通時(shí)間發(fā)生器電路的一個(gè)實(shí)施例的電路圖；
圖6所示為表示功率轉(zhuǎn)換控制電路在一種工作模式下的波形的時(shí)序圖；和圖7所示為表示功率轉(zhuǎn)換控制電路在另一種工作模式下的波形的時(shí)序圖。
具體實(shí)施方式
通常，一個(gè)電容充電電路通過啟動(dòng)一個(gè)功率傳輸轉(zhuǎn)換周期對(duì)一個(gè)容性負(fù)載充電，在該功率傳輸轉(zhuǎn)換周期中，電源在一個(gè)稱為導(dǎo)通時(shí)間的恒定時(shí)間內(nèi)閉合。在恒定時(shí)間或?qū)〞r(shí)間過后，電源斷開。電容充電電路監(jiān)測(cè)電壓值來決定何時(shí)啟動(dòng)另一個(gè)功率傳輸轉(zhuǎn)換周期。電容充電電路還可間接監(jiān)測(cè)輸出電壓值來決定何時(shí)結(jié)束對(duì)電容的充電。
電容充電電路的一個(gè)典型應(yīng)用是產(chǎn)生照相機(jī)閃光燈的高電壓。電容充電電路可作為數(shù)碼裝置，例如一個(gè)數(shù)碼相機(jī)的電源管理系統(tǒng)的一個(gè)組成部分。本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道電容充電電路也可用于其他應(yīng)用和設(shè)備中。本文任一實(shí)施例所用的“電路”可包括，例如，單個(gè)固定電路、可編程電路、狀態(tài)機(jī)電路，和/或儲(chǔ)存由可編程電路執(zhí)行的指令的固件，或這些電路的任意組合。本文任一實(shí)施例所用的“集成電路”為半導(dǎo)體器件和/或微電子器件，例如一個(gè)半導(dǎo)體集成電路芯片。
圖2A所示為一個(gè)對(duì)容性負(fù)載充電的電容充電電路100的實(shí)施例。該典型電容充電電路100包括功率傳輸電路101，功率轉(zhuǎn)換控制電路102和電壓測(cè)量電路104。電源106，例如一個(gè)電池，連接于功率傳輸電路101、功率轉(zhuǎn)換控制電路102和電壓測(cè)量電路104。一個(gè)容性負(fù)載或電容112連接于功率傳輸電路101。功率轉(zhuǎn)換控制電路102和/或電壓測(cè)量電路104可由離散元件組成，或者是一個(gè)集成電路。盡管下文所描述的電路的典型實(shí)施例都有其特殊的結(jié)構(gòu)或設(shè)計(jì)，但本領(lǐng)域技術(shù)人員明白其它電路結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)也可實(shí)現(xiàn)本文中所描述的功能。
典型功率傳輸電路101包含一個(gè)變壓器114，例如一個(gè)擁有初級(jí)和次級(jí)線圈或繞組的回掃變壓器，其中初級(jí)和次級(jí)線圈或繞組的極性相反。當(dāng)電源106給變壓器114的初級(jí)繞組供電時(shí)，功率被傳輸至變壓器114。當(dāng)電源106不再給變壓器114供電時(shí)，功率從變壓器114傳輸至電容112，從而對(duì)電容112充電。一個(gè)輸出二極管108連接于電容112和變壓器114之間，用來防止電容112在功率被傳輸至變壓器114時(shí)通過變壓器114被放電。
功率轉(zhuǎn)換控制電路102通過啟動(dòng)功率傳輸轉(zhuǎn)換周期控制電源106至變壓器114的轉(zhuǎn)換，在該功率轉(zhuǎn)換周期中電源在一個(gè)恒定時(shí)間或?qū)〞r(shí)間閉合。在恒定導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)，功率轉(zhuǎn)換控制電路102使功率持續(xù)傳輸至變壓器114，而與流經(jīng)變壓器114的初級(jí)繞組的電流無關(guān)。電壓測(cè)量電路104間接測(cè)量輸出電壓用來決定何時(shí)停止對(duì)電容112的充電。
典型功率轉(zhuǎn)換控制電路102包括一個(gè)電源開關(guān)116，當(dāng)觸發(fā)器或鎖存器118使開關(guān)116閉合時(shí)，功率被傳輸至變壓器114。在恒定導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)鎖存器118使開關(guān)116閉合，并且在恒定導(dǎo)通時(shí)間過后時(shí)使開關(guān)116斷開。為了控制開關(guān)116的切換，典型功率轉(zhuǎn)換控制電路102也包含恒定導(dǎo)通時(shí)間發(fā)生器電路120、不連續(xù)導(dǎo)通模式(DCM)、檢測(cè)電路130和過流保護(hù)(OCP)電路140。恒定導(dǎo)通時(shí)間發(fā)生器電路120決定功率傳輸轉(zhuǎn)換周期的恒定導(dǎo)通時(shí)間。DCM檢測(cè)電路130檢測(cè)不連續(xù)導(dǎo)通模式的發(fā)生，例如當(dāng)變壓器114的磁通量消失時(shí)。OCP電路140通過檢測(cè)變壓器114的電流值提供過流保護(hù)，當(dāng)開關(guān)116閉合時(shí)將導(dǎo)致一個(gè)額外的電流(即過流狀況)。
在控制電路102的一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)發(fā)生DCM而沒有發(fā)生過流情況時(shí)，啟動(dòng)另一個(gè)功率傳輸轉(zhuǎn)換周期，并且開關(guān)116在恒定導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)閉合，該恒定導(dǎo)通時(shí)間由恒定導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生器電路120決定。在一個(gè)實(shí)施例中，功率轉(zhuǎn)換控制電路102包括一個(gè)連接至DCM檢測(cè)電路130和OCP電路140的邏輯門144(例如一個(gè)與門)，用來提供一個(gè)轉(zhuǎn)換控制信號(hào)或一個(gè)啟動(dòng)功率傳輸轉(zhuǎn)換周期的FIRE信號(hào)。在該實(shí)施例中，當(dāng)接收到一個(gè)表示發(fā)生DCM(例如DCM＝1)的DCM信號(hào)，且當(dāng)接收到一個(gè)OCP輸出信號(hào)表示沒有過流狀況發(fā)生(OCP＝1)時(shí)，邏輯門144提供該FIRE信號(hào)(FIRE＝1)。
在控制電路102的實(shí)施例中，由邏輯門144提供的FIRE信號(hào)設(shè)定鎖存器118來閉合開關(guān)116，并觸發(fā)恒定導(dǎo)通時(shí)間發(fā)生器電路120使開關(guān)116在恒定導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通，從而啟動(dòng)另一個(gè)功率傳輸轉(zhuǎn)換周期。當(dāng)由恒定導(dǎo)通時(shí)間發(fā)生器電路120決定的恒定導(dǎo)通時(shí)間過后，恒定導(dǎo)通時(shí)間發(fā)生器電路120重置鎖存器118來斷開開關(guān)116。
功率轉(zhuǎn)換控制電路102也包括一個(gè)消隱周期發(fā)生器150，用來產(chǎn)生一個(gè)消隱周期信號(hào)提供給電壓測(cè)量電路104、DCM檢測(cè)電路130和OCP電路140。該消隱周期信號(hào)可以用來暫時(shí)取消或延遲電路的輸出(即在消隱周期期間)，用來防止由電壓峰值引起的錯(cuò)誤信號(hào)，例如當(dāng)開關(guān)第一次被斷開時(shí)。本領(lǐng)域技術(shù)人員知道有多種能產(chǎn)生消隱周期的電路結(jié)構(gòu)。
圖2B所示為電容充電電路的另一個(gè)實(shí)施例100’。在該實(shí)施例中，電容充電電流100’工作在慢速充電模式和快速充電模式下。在慢速充電模式下，當(dāng)發(fā)生DCM(即變壓器磁通量消失時(shí))而沒有發(fā)生過流狀況(即變壓器的電流值低于一個(gè)設(shè)定值)時(shí)，啟動(dòng)功率傳輸轉(zhuǎn)換周期，如上文所述。在快速充電模式下，當(dāng)且僅當(dāng)沒有產(chǎn)生過流狀況時(shí)，啟動(dòng)功率傳輸轉(zhuǎn)換周期，無需檢測(cè)DCM。
為了在實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)慢速/快速充電模式，功率轉(zhuǎn)換控制電路102’包括一個(gè)邏輯門131(例如一個(gè)或門)，該邏輯門131連接在DCM檢測(cè)電路130和邏輯門144之間。邏輯門131接收一個(gè)SLOW/FAST指令，例如來自外部控制電路的指令。在該實(shí)施例中，當(dāng)接收到一個(gè)OCP輸出信號(hào)(OCP＝1)，并且當(dāng)?shù)玫揭粋€(gè)DCM輸出信號(hào)(DCM＝1)或者當(dāng)該SLOW/FAST指令表示快速充電模式(SLOW/FAST＝1)時(shí)，邏輯門144提供FIRE信號(hào)(FIRE＝1)。換句話說，在快速充電模式下，可以忽略DCM信號(hào)，且只根據(jù)OCP輸出信號(hào)發(fā)送FIRE信號(hào)，即使沒有發(fā)生DCM(DCM＝0)。
圖3所示為電壓測(cè)量電路104的一個(gè)實(shí)施例。當(dāng)被測(cè)電壓達(dá)到一個(gè)預(yù)定值時(shí)，電壓測(cè)量電路104停止對(duì)電容112的充電。當(dāng)開關(guān)116斷開時(shí)，典型電壓測(cè)量電路104通過測(cè)量回掃脈沖間接測(cè)量經(jīng)過變壓器114初級(jí)線圈的輸出電壓Vout。更特殊的是典型電壓測(cè)量電路104在節(jié)點(diǎn)117接收開關(guān)電壓Vsw和電源電壓VBAT并決定被測(cè)電壓VR2，該被測(cè)電壓VR2與一個(gè)基準(zhǔn)電壓VREF相比較。在該實(shí)施例中，一個(gè)共柵放大器160被用作一個(gè)電平轉(zhuǎn)換器，用來把該回掃電壓轉(zhuǎn)換成被測(cè)電壓VR2。被測(cè)電壓VR2由下式給出VR2＝R2/R1×(Vout/N) (1)其中R1和R2為電阻162、164的電阻值，N為次級(jí)-初級(jí)變壓器匝數(shù)比，Vout/N表示回掃電壓。
共柵放大器160通過采用一個(gè)P通道金屬氧化半導(dǎo)體(PMOS)M2來實(shí)現(xiàn)。電壓測(cè)量電路104包括偏置電路166，用來確保I2＝I3，這樣M1和M2的柵極-源電壓VGS就相等了。在這種情況下，共柵放大器160的源電壓就等于源電壓VBAT。
比較器168比較被測(cè)電壓VR2和基準(zhǔn)電壓VREF，并且如果被測(cè)電壓VR2達(dá)到或超過基準(zhǔn)電壓VREF就提供一個(gè)停止充電信號(hào)。例如，停止充電信號(hào)可重置一個(gè)鎖存器(未示出)，該信號(hào)將持續(xù)重置控制電路102的鎖存器118，來阻止充電直到接收到一個(gè)新的開始指令為止。舉一個(gè)例子，如果VREF＝1.5，R2/R1＝0.1，N＝20，電容112將被充電至300V，然后充電被停止。
在停止充電期間，由于二極管108和/或電容112的固有漏電流，電容的電壓會(huì)下降。為了開始再次充電，微處理器或相關(guān)外部控制電路在一個(gè)預(yù)定時(shí)間過后可喚醒電容充電電路100，并且要考慮到允許的電容壓降。例如停止重置鎖存器118，從而允許再次啟動(dòng)一個(gè)功率傳輸轉(zhuǎn)換周期。電容充電電路的閉合-斷開周期將根據(jù)微處理器或相關(guān)外部控制電路的時(shí)序決定更新頻率。
在一個(gè)照相閃光應(yīng)用中，微處理器和相關(guān)外部控制電路開始對(duì)電容112放電用來產(chǎn)生閃光。隨后，微處理器和相關(guān)外部控制電路再次啟動(dòng)電容充電電路100，從而允許啟動(dòng)一個(gè)功率傳輸轉(zhuǎn)換周期來實(shí)現(xiàn)對(duì)電容112的充電。
圖4所示為DCM檢測(cè)電路130和過流保護(hù)電路140的實(shí)施例。當(dāng)變壓器114的磁通量完全消失并且回掃電壓等于0時(shí)，變壓器114中發(fā)生一個(gè)不連續(xù)導(dǎo)通模式(DCM)。為了檢測(cè)DCM，DCM檢測(cè)電路130接收開關(guān)電壓VSW和源電壓VBAT，并且判定回掃電壓是否低于一個(gè)預(yù)定閾值。因?yàn)殚_關(guān)電壓VSW可能高于一個(gè)低電壓過程中的變壓器的柵極擊穿電壓，所以DCM檢測(cè)電路130可包括一個(gè)電阻分壓器134，用來削弱電壓VSW至一個(gè)安全值以備進(jìn)一步處理。
DCM檢測(cè)電路130包括一個(gè)比較器132，該比較器比較開關(guān)電壓VSW和源電壓VBAT，并且提供一個(gè)輸出信號(hào)表示發(fā)生DCM。典型DCM檢測(cè)電路130接收偏置電流Ibias1和Ibias2，并且依照下式進(jìn)行比較K×VSW+VGS＝K×VBAT+VGS+Ibias1×Roffset(2)∴VSW＝VBAT+Voffset/K (3)這樣，當(dāng)開關(guān)電壓約等于源電壓(VSW＝VBAT)時(shí)，比較器132提供DCM輸出信號(hào)，表示DCM已經(jīng)發(fā)生(即DCM＝1)。
在最初充電時(shí)段，當(dāng)輸出電壓Vout接近0V時(shí)，回掃脈沖的振幅很小且可以小于DCM的閾值。DCM檢測(cè)電路130檢測(cè)不到這樣小的一個(gè)電壓，結(jié)果即使沒有發(fā)生DCM，DCM檢測(cè)電路130也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)DCM輸出信號(hào)(DCM＝1)。如果在這種情況下啟動(dòng)功率傳輸轉(zhuǎn)換周期，變壓器114的初級(jí)電流將增加并超過開關(guān)116和變壓器114的限制電流。
當(dāng)變壓器發(fā)生過流狀況時(shí)，典型OCP電路140通過阻止開關(guān)116的閉合防止初級(jí)電流超過開關(guān)116和變壓器114的限制電流。OCP電路140接收偏置電流Ibias3、Ibias4和一個(gè)在電阻Rsec兩端測(cè)得的過流保護(hù)電壓VOCP。OCP電路140包括一個(gè)比較器142，該比較器根據(jù)電壓VOCP通過判斷變壓器114的電流值是否超過一個(gè)確定值來檢測(cè)過流狀況，如下式VOCP+VGS+Roffset×Ibias＝VGS(4)VOCP＝-Isec_valley×Rsec(5)這樣，變壓器次級(jí)繞組的過流值為
Isec_valley=RoffsetRsec×Ibias---(6)]]>變壓器初級(jí)繞組相應(yīng)的過流值為Ip_valley＝Isec_valley×N(7)如果變壓器次級(jí)繞組的電流值低于Isec_valley，比較器142產(chǎn)生OCP輸出信號(hào)(即OCP＝1)，表示沒有過流狀況。
圖5所示為一個(gè)恒定導(dǎo)通時(shí)間發(fā)生器電路120的實(shí)施例。如上文所述，F(xiàn)IRE信號(hào)設(shè)定觸發(fā)器或鎖存器118，使開關(guān)116閉合，并且觸發(fā)恒定導(dǎo)通時(shí)間發(fā)生器電路120。依照所述實(shí)施例，恒定導(dǎo)通時(shí)間發(fā)生器電路120包括一個(gè)鎖存器121，該鎖存器接收FIRE信號(hào)。恒定導(dǎo)通時(shí)間發(fā)生器電路120接收源電壓VBAT，該源電壓被分壓且加在位于運(yùn)算放大器122周圍的電流發(fā)生器，該運(yùn)算放大器122與一個(gè)NMOS晶體管相連。與VBAT成比例的NMOS晶體管的漏電流被傳送至電流鏡123。當(dāng)FIRE信號(hào)觸發(fā)鎖存器121時(shí)，其輸出信號(hào)CHARGE驅(qū)動(dòng)開關(guān)124使電流鏡123映射的電流流至電容125。電容125以與VBAT成比例的電流進(jìn)行充電Icharge＝k×VBAT(8)電容125的電壓從初始值VRAMP_L增加至VRAMP_H。比較器128檢測(cè)何時(shí)電容電壓達(dá)到VRAMP_H并輸出信號(hào)PK_DETECT，該信號(hào)重置鎖存器或觸發(fā)器118和129。觸發(fā)器129啟動(dòng)電容放電電路，并重置鎖存器121。在電容125被放電后，比較器127設(shè)置觸發(fā)器129使其準(zhǔn)備一個(gè)新的周期。觸發(fā)器118的輸出端Q從FIRE信號(hào)設(shè)置時(shí)起一直設(shè)為高，直到它被PK_DETECT信號(hào)重置。導(dǎo)通時(shí)間ton為
ton=C×(VRAMP_H-VRAMP_L)k×VBAT=KONVBAT---(9)]]>這樣，導(dǎo)通時(shí)間與源電壓VBAT成反比。
流經(jīng)開關(guān)116和變壓器114初級(jí)繞組的相應(yīng)的電流變化為ΔIp=VBATLp×ton=KONLp---(10)]]>其中ΔIp為變壓器初級(jí)繞組內(nèi)的電流變化，Lp為變壓器初級(jí)電感，KON為一個(gè)常數(shù)KON=C×(VRAMP_H-VRAMP_L)k---(11)]]>變壓器初級(jí)繞組的峰值電流為Ip_pk＝Ip_valley+ΔIp(12)因?yàn)榈湫蚈CP電路140在過流狀況下防止充電且恒定導(dǎo)通時(shí)間發(fā)生器電路120保持電流變化恒定不變，所以功率轉(zhuǎn)換控制電路102無需直接監(jiān)測(cè)初級(jí)限制電流并可以去掉傳統(tǒng)電容充電電路中使用的感測(cè)電阻。
盡管典型實(shí)施例只示出了恒定導(dǎo)通時(shí)間發(fā)生器電路120的一種結(jié)構(gòu)，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道其它結(jié)構(gòu)也可以提供恒定導(dǎo)通時(shí)間。
圖6所示為功率轉(zhuǎn)換控制電路102和工作在慢速充電模式(即不連續(xù)導(dǎo)通模式)下的功率轉(zhuǎn)換控制電路102’的實(shí)施例的多種相關(guān)波形。當(dāng)開關(guān)在恒定導(dǎo)通時(shí)間(ton)閉合時(shí)，開關(guān)電壓VSW減小到零且初級(jí)電流Ipri增加。在恒定導(dǎo)通時(shí)間過后，開關(guān)斷開，初級(jí)電流Ipri減少到零且開關(guān)電壓VSW增加。為了補(bǔ)償初級(jí)感應(yīng)磁通量，電流ISEC流經(jīng)次級(jí)繞組，其初始值為ISEC＝IP_PK/N。在斷開時(shí)間中，次級(jí)電流ISEC減小。當(dāng)變壓器的磁通量消失且回掃電壓等于零(即VSW＝VBAT)時(shí)，產(chǎn)生DCM輸出信號(hào)(DCM＝1)。只要過流狀況不發(fā)生，就產(chǎn)生過流保護(hù)信號(hào)(OCP＝1)。當(dāng)OCP＝1且DCM＝1時(shí)，開關(guān)在另一個(gè)閉合時(shí)間(ton)內(nèi)再次閉合。如果當(dāng)Vout接近零時(shí)回掃電壓在初始充電時(shí)段中減小至低于DCM閾值而產(chǎn)生DCM輸出信號(hào)200，如果OCP＝0，那么開關(guān)將不閉合。在本實(shí)施例中，當(dāng)開關(guān)第一次斷開，消隱周期(BP)發(fā)生，用來防止由電壓峰值引起的誤差信號(hào)。
圖7所示為工作在快速充電模式(即連續(xù)電流工作)下的功率轉(zhuǎn)換控制電路102’的實(shí)施例的多種波形。在快速充電模式期間，當(dāng)且只當(dāng)OCP＝1時(shí)開關(guān)在閉合導(dǎo)通時(shí)間(ton)內(nèi)閉合。結(jié)果，當(dāng)次級(jí)電流ISEC減小至設(shè)置值Ivalley時(shí)開關(guān)在DCM發(fā)生前閉合。當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，初級(jí)繞組中相應(yīng)的電流Ipri等于N×Ivalley，從而以一個(gè)連續(xù)電流工作。
總之，一個(gè)電容充電電路包括功率傳輸電路，用來從一個(gè)電源傳輸功率至容性負(fù)載；功率轉(zhuǎn)換控制電路，用來控制電源至功率傳輸電路的功率轉(zhuǎn)換，這樣功率在一個(gè)恒定導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)被傳輸至功率傳輸電路；和電壓測(cè)量電路，用來測(cè)量功率傳輸電路的輸出電壓以決定何時(shí)停止對(duì)容性負(fù)載的充電。
因此，電容充電電路通過將漏電流和功率損耗降到最小，從而使對(duì)容性負(fù)載的充電更為有效。
本文所用的術(shù)語(yǔ)和詞組只是用于描述，但并不限制此。在術(shù)語(yǔ)和詞組的使用中，不排斥任何擁有本文所顯示和描述的特征(或部分特征)的等同物。并且，應(yīng)該明白在權(quán)利要求的范圍內(nèi)存在各種可能的修改。也存在著其他修改、變化和替換。因此，權(quán)利要求旨在涵蓋所有的等同物。
權(quán)利要求1.一種用來對(duì)容性負(fù)載充電的電容充電電路，其特征在于所述電容充電電路包括功率傳輸電路，用來將功率從一個(gè)電源傳輸至所述容性負(fù)載；功率轉(zhuǎn)換控制電路，用來控制所述電源至所述功率傳輸電路的功率轉(zhuǎn)換，這樣功率在恒定導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)被傳輸至所述功率傳輸電路；和電壓測(cè)量電路，用來測(cè)量所述功率傳輸電路的輸出電壓，以決定何時(shí)停止對(duì)容性負(fù)載的充電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用來對(duì)容性負(fù)載充電的電容充電電路，其特征在于所述功率傳輸電路包括一個(gè)變壓器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用來對(duì)容性負(fù)載充電的電容充電電路，其特征在于所述電壓測(cè)量電路通過測(cè)量所述變壓器的回掃電壓間接測(cè)量所述輸出電壓，所述電壓測(cè)量電路包括一個(gè)把所述回掃電壓轉(zhuǎn)換為一個(gè)被測(cè)電壓的電路，所述電路將所述被測(cè)電壓和一個(gè)基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用來對(duì)容性負(fù)載充電的電容充電電路，其特征在于所述功率轉(zhuǎn)換控制電路包括一個(gè)開關(guān)，所述開關(guān)控制所述電源至所述功率傳輸電路的功率轉(zhuǎn)換。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用來對(duì)容性負(fù)載充電的電容充電電路，其特征在于所述功率轉(zhuǎn)換控制電路包括恒定導(dǎo)通時(shí)間發(fā)生器電路，用來決定所述恒定導(dǎo)通時(shí)間并允許所述開關(guān)在恒定導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)保持閉合。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用來對(duì)容性負(fù)載充電的電容充電電路，其特征在于所述功率傳輸電路包括一個(gè)變壓器。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用來對(duì)容性負(fù)載充電的電容充電電路，其特征在于所述功率轉(zhuǎn)換控制電路包括過流保護(hù)電路，用來檢測(cè)所述變壓器中的過流狀況的發(fā)生，其中當(dāng)且僅當(dāng)沒有過流狀況發(fā)生時(shí)，所述功率轉(zhuǎn)換控制電路閉合所述開關(guān)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用來對(duì)容性負(fù)載充電的電容充電電路，其特征在于所述功率轉(zhuǎn)換控制電路包括不連續(xù)導(dǎo)通模式檢測(cè)電路，用來檢測(cè)所述變壓器中的不連續(xù)導(dǎo)通模式的發(fā)生，其中當(dāng)且僅當(dāng)所述不連續(xù)導(dǎo)通模式發(fā)生時(shí)，所述功率轉(zhuǎn)換控制電路閉合所述開關(guān)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用來對(duì)容性負(fù)載充電的電容充電電路，其特征在于所述功率轉(zhuǎn)換控制電路包括轉(zhuǎn)換控制邏輯電路，該轉(zhuǎn)換控制邏輯電路響應(yīng)所述不連續(xù)導(dǎo)通模式檢測(cè)電路和所述過流保護(hù)電路中的至少一個(gè)，用來提供一個(gè)轉(zhuǎn)換控制信號(hào)閉合所述開關(guān)。
1O、根據(jù)權(quán)利要求9所述的用來對(duì)容性負(fù)載充電的電容充電電路，其特征在于所述轉(zhuǎn)換控制邏輯電路接收一個(gè)表示慢速充電模式或快速充電模式的SLOW/FAST指令，其中在快速充電模式下當(dāng)且僅當(dāng)沒有過流狀況發(fā)生時(shí)，所述轉(zhuǎn)換控制邏輯電路閉合所述開關(guān)，其中在慢速充電模式下當(dāng)沒有過流狀況發(fā)生且當(dāng)不連續(xù)導(dǎo)通模式發(fā)生時(shí)，所述轉(zhuǎn)換控制邏輯電路閉合所述開關(guān)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用來對(duì)容性負(fù)載充電的電容充電電路，其特征在于還包括一個(gè)消隱周期發(fā)生器，用來產(chǎn)生一個(gè)消隱周期信號(hào)，其中所述功率轉(zhuǎn)換控制電路和所述電壓測(cè)量電路接收所述消隱周期信號(hào)。
12.一種功率轉(zhuǎn)換控制電路，用來控制功率轉(zhuǎn)換至一個(gè)變壓器，其中所述變壓器將功率傳輸至一個(gè)容性負(fù)載，其特征在于所述功率轉(zhuǎn)換控制電路包括不連續(xù)導(dǎo)通模式檢測(cè)電路，用來檢測(cè)所述變壓器中的不連續(xù)導(dǎo)通模式；過流保護(hù)電路，用來檢測(cè)所述變壓器中的過流狀況；連接至所述不連續(xù)導(dǎo)通模式檢測(cè)電路和所述過流保護(hù)電路的轉(zhuǎn)換控制邏輯電路，用來提供一個(gè)轉(zhuǎn)換控制信號(hào)；一個(gè)開關(guān)，用來響應(yīng)所述轉(zhuǎn)換控制信號(hào)將功率轉(zhuǎn)換所述變壓器；和恒定導(dǎo)通時(shí)間發(fā)生器電路，該電路連接至所述不連續(xù)導(dǎo)通模式檢測(cè)電路和所述過流保護(hù)電路，所述恒定導(dǎo)通時(shí)間發(fā)生器電路決定恒定導(dǎo)通時(shí)間并允許所述開關(guān)在所述恒定導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)保持閉合。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的功率轉(zhuǎn)換控制電路，其特征在于當(dāng)檢測(cè)到所述不連續(xù)導(dǎo)通模式且沒有檢測(cè)到過流狀況時(shí)，所述轉(zhuǎn)換控制邏輯電路提供所述轉(zhuǎn)換控制信號(hào)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的功率轉(zhuǎn)換控制電路，其特征在于當(dāng)且僅當(dāng)沒有檢測(cè)到過流狀況時(shí)，所述轉(zhuǎn)換控制邏輯電路提供所述轉(zhuǎn)換控制信號(hào)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的功率轉(zhuǎn)換控制電路，其特征在于在慢速充電模式下當(dāng)檢測(cè)到所述不連續(xù)導(dǎo)通模式且沒有檢測(cè)到過流狀況時(shí)，所述轉(zhuǎn)換控制邏輯電路提供所述轉(zhuǎn)換控制信號(hào)，在快速充電模式下當(dāng)且僅當(dāng)沒有檢測(cè)到過流狀況時(shí)，所述轉(zhuǎn)換控制邏輯電路提供所述轉(zhuǎn)換控制信號(hào)。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的功率轉(zhuǎn)換控制電路，其特征在于還包括一個(gè)消隱周期發(fā)生器，用來產(chǎn)生一個(gè)消隱周期信號(hào)，其中所述不連續(xù)導(dǎo)通模式檢測(cè)電路和所述過流保護(hù)電路接收所述消隱周期信號(hào)。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的功率轉(zhuǎn)換控制電路，其特征在于還包括一個(gè)連接在所述恒定導(dǎo)通時(shí)間發(fā)生器電路和所述開關(guān)之間的鎖存器，用來閉合所述開關(guān)，其中所述鎖存器響應(yīng)所述轉(zhuǎn)換控制信號(hào)閉合所述開關(guān)，且其中所述鎖存器在所述恒定導(dǎo)通時(shí)間過后響應(yīng)所述恒定導(dǎo)通時(shí)間發(fā)生器電路斷開所述開關(guān)。
18.一種電容充電裝置，其特征在于所述電容充電裝置包括一個(gè)集成電路，用來控制對(duì)容性負(fù)載的充電，容性負(fù)載連接至一個(gè)變壓器，所述集成電路監(jiān)測(cè)所述變壓器并且啟動(dòng)一個(gè)擁有恒定導(dǎo)通時(shí)間的功率傳輸轉(zhuǎn)換周期，其中所述集成電路在所述恒定導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)將功率轉(zhuǎn)換至所述變壓器，且其中當(dāng)所述恒定時(shí)間過后，所述集成電路切斷功率的轉(zhuǎn)換。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的電容充電裝置，其特征在于所述集成電路接收一個(gè)表示慢速充電模式或快速充電模式的SLOW/FAST指令。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的電容充電裝置，其特征在于所述集成電路檢測(cè)所述變壓器中的過流狀況，并且當(dāng)沒有過流發(fā)生時(shí)啟動(dòng)所述轉(zhuǎn)換周期。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的電容充電裝置，其特征在于所述集成電路用來檢測(cè)所述變壓器的不連續(xù)導(dǎo)通模式，并且當(dāng)所述不連續(xù)導(dǎo)通模式發(fā)生且沒有過流發(fā)生時(shí)啟動(dòng)所述轉(zhuǎn)換周期。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種對(duì)容性負(fù)載充電的電容充電電路，該電路包括功率傳輸電路、功率轉(zhuǎn)換控制電路和電壓測(cè)量電路。該功率傳輸電路將功率從一個(gè)電源傳輸至一個(gè)電容。該功率轉(zhuǎn)換控制電路控制功率轉(zhuǎn)換至該功率傳輸電路。該電壓測(cè)量電路間接測(cè)量輸出電壓，用來決定何時(shí)停止對(duì)電容的充電。本實(shí)用新型提供的對(duì)容性負(fù)載充電的電容充電電路，通過將漏電流和功率損耗降到最小，從而使對(duì)容性負(fù)載的充電更為有效。
文檔編號(hào)H02M3/04GK2829178SQ20052001697
公開日2006年10月18日 申請(qǐng)日期2005年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月21日
發(fā)明者陳斯德, 法拉·坡貝斯庫(kù)-斯塔內(nèi)斯緹 申請(qǐng)人:美國(guó)凹凸微系有限公司