專利名稱：使電源的功率容量增加的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及電子電路，并且更加具體而言，本發(fā)明涉及使電源的功率容量增加的電子電路。
背景信息電子設(shè)備利用功率運行。開關(guān)模式電源通常用于為許多現(xiàn)代電子設(shè)備提供干凈而穩(wěn)定的電源。在已知的開關(guān)模式電源中，利用二極管整流器和電容器將高壓交流(AC)信號轉(zhuǎn)換為高壓直流(DC)信號。高壓DC信號由能量傳輸元件接收并且接著被轉(zhuǎn)換為較低的DC輸出電壓，該DC輸出電壓可以耦合到負載或者例如用于為電子設(shè)備供電。
附圖簡述通過附圖中的實例對本發(fā)明進行詳細描述，并且本發(fā)明不限于所述附圖。


圖1是根據(jù)本發(fā)明教導包含在電源中的集成電路的實施例的典型示意圖，其中電源的功率容量被增加。
圖2是根據(jù)本發(fā)明教導包含在電源中的集成電路的實施例的另一典型示意圖，其中電源的功率容量被增加。
圖3是根據(jù)本發(fā)明教導在各種情況下具有導通時間延長的控制器實施例的典型示意圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明教導的控制器一部分的實施例的詳細典型示意圖，其中當反饋丟失時控制器在延遲的計數(shù)周期之后具有延長的導通時間。
圖5是根據(jù)本發(fā)明教導具有恒定導通時間延長的控制器的實施例的典型示意圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明教導具有恒定導通時間延長的控制器一部分的實施例的詳細典型示意圖。
詳細描述公開了使電源的功率容量增加的電子電路的實施例。在下面的描述中，為了詳細地理解本發(fā)明將列出多個特定細節(jié)。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會明白，不需要采用這些特定細節(jié)來操作本發(fā)明。為了避免使本發(fā)明難以理解，沒有對與實現(xiàn)相關(guān)的公知方法進行詳細描述。
在本說明書中參考“一個實施”或者“一實施例”是指與實施例相關(guān)的特定特征、結(jié)構(gòu)、或特性被包含在本發(fā)明的至少一個實施例中。因此，說明書中各種地方出現(xiàn)的短語“對于一個實施例”或者“在一個實施例中”不必全都指同一個實施例。此外，根據(jù)本發(fā)明的教導，下面描述和/或附圖中所示的特定特征、結(jié)構(gòu)、特性、組合和/或子組合都可以以合適的方式組合在一個或者多個實施例中。
圖1是根據(jù)本發(fā)明教導包含在電源101中的集成電路103的實施例的典型示意圖，其中電源的功率容量被增加。圖1所示的電源拓撲結(jié)構(gòu)是稱為回掃調(diào)節(jié)器的典型開關(guān)調(diào)節(jié)器。應(yīng)該理解的是，存在開關(guān)調(diào)節(jié)器的許多拓撲結(jié)構(gòu)和配置，并且圖1所示的回掃拓撲結(jié)構(gòu)被提供來示出本發(fā)明實施例的原理，根據(jù)本發(fā)明的教導，該原理也可以適用其它類型的拓撲結(jié)構(gòu)。
在圖1中，電源101包括耦合在電源101的輸入端107和輸出端109之間的能量傳輸元件105。所示的典型能量傳輸元件105是變壓器，該變壓器具有兩個繞組，這兩個繞組包括在其輸入端的初級繞組127和在其輸出端的次級繞組129。在其它實例中，根據(jù)本發(fā)明教導，能量傳輸元件105可以包括不同數(shù)量的繞組。在圖示的實例中，輸入107是未經(jīng)調(diào)節(jié)的寬范圍高壓(HV)直流(DC)輸入，輸出109是耦合到負載134的DC輸出。
如所示，集成電路103耦合到初級繞組127。對于一個實施例，集成電路103是包括耦合在集成電路103的漏極端D和源極端S之間的內(nèi)部開關(guān)的開關(guān)調(diào)節(jié)器。本實例的集成電路103還包括內(nèi)部控制器電路用以控制開關(guān)的切換。在另一實例中，注意，根據(jù)本發(fā)明的教導，內(nèi)部開關(guān)也可以是與集成電路103分離的外部開關(guān)。
在操作中，切換集成電路103中的開關(guān)來調(diào)節(jié)能量的傳輸，該能量通過能量傳輸元件105從輸入端107傳輸?shù)捷敵龆?09。對于一個實施例，圖1的集成電路103中開關(guān)的操作使得在輸出端的整流二極管117中產(chǎn)生脈動電流，其通過電容器119濾波以在DC輸出端109處產(chǎn)生基本恒定的輸出電壓或者在負載134處產(chǎn)生基本恒定的輸出電流。在輸出端109處包括齊納二極管121和電阻器123的反饋電路用于通過光耦合器113為集成電路103提供反饋信號。光耦合器113在電源101的輸入端107和輸出端109之間提供一些隔離。如圖示的實例所示，集成電路103通過使能EN端接收來自輸出端109的反饋信號。根據(jù)本發(fā)明的教導，通過EN端接收的反饋信號被集成電路103使用以調(diào)節(jié)電源101的輸出109。
對于一個實施例，電容器C 111也耦合到集成電路103的旁路BP端。在圖示的實例中，電容器C 111用于為集成電路103提供正常操作期間的電源去耦功能。例如，集成電路103中的內(nèi)部電路接收來自多功能電容器C 111的電源或者偏置電流，從而在正常操作期間使電路工作的同時調(diào)節(jié)輸出109。
圖2是根據(jù)本發(fā)明教導包含在電源201中的集成電路203的實施例的另一典型示意圖，其中電源的功率容量被增加。如所示，圖2的電源201與圖1的電源101存在類似之處。例如，電源201包括耦合在電源201的輸入端207和輸出端209之間的能量傳輸元件205。所示的典型能量傳輸元件205是具有三個繞組的變壓器，這三個繞組包括在輸入端的初級繞組227、輸出端的次級繞組229以及偏置繞組231。在圖示的實例中，整流器215被耦合用于接收和整流來自輸入端107的交流(AC)信號，并且產(chǎn)生一個經(jīng)電容器225濾波的整流信號，用于將未經(jīng)調(diào)節(jié)的HV DC輸入信號提供給初級繞組227。如所示，輸出端209耦合到負載234。
在圖2所示的實例中，集成電路203是包含耦合在集成電路203的漏極端D和源極端S之間的內(nèi)部開關(guān)237的開關(guān)調(diào)節(jié)器。本實例的集成電路203還包括內(nèi)部控制器電路239用于控制開關(guān)的切換。在其它實例中，值得注意的是根據(jù)本發(fā)明的教導，內(nèi)部開關(guān)237也可以是與集成電路203分離的外部開關(guān)。
在操作中，切換集成電路203中的開關(guān)237以調(diào)節(jié)能量的傳輸，該能量通過能量傳輸元件205從輸入端207傳輸?shù)捷敵龆?09。對于一個實施例，開關(guān)237的操作使得在輸出端處的整流二極管217中產(chǎn)生脈動電流，其被電容器219濾波用以在輸出端209處產(chǎn)生基本恒定的輸出電壓或者在負載234處產(chǎn)生基本恒定的輸出電流。在輸出端209處包含齊納二極管221和電阻器223的反饋電路用于通過光耦合器213為集成電路203提供反饋信號。偏置電流從偏置繞組231提供到光耦合器213。這個偏置電流被整流二極管233整流并且被電容器235濾波。光耦合器213在電源201的輸入端207和輸出端209之間提供一些隔離。如圖示的實例所示，集成電路103通過控制C端接收來自輸出端209的反饋信號。根據(jù)本發(fā)明的教導，通過控制C端接收的反饋信號被集成電路203使用以調(diào)節(jié)電源201的輸出209。
對于一個實施例，電容器C 211也耦合到集成電路203的控制C端。在圖示的實例中，電容器C 211用于多個目的，包括例如為集成電路203提供集成電路的電源去耦功能以及正常操作期間的反饋環(huán)補償。例如，集成電路203中的內(nèi)部電路通過控制C端接收來自多功能電容器C 211的電源或者偏置電流，從而在正常操作期間使電路工作的同時調(diào)節(jié)輸出209。
對于圖1和圖2中分別所示的典型電源101和201來說，內(nèi)部振蕩器包含在每個控制器103和203中，其用于設(shè)置電源的工作頻率。根據(jù)調(diào)節(jié)電路的類型，振蕩器可以控制例如固定頻率脈寬調(diào)制器(PWM)型調(diào)節(jié)電路中開關(guān)的切換頻率或者開/關(guān)型調(diào)節(jié)電路中開關(guān)的最大工作頻率。例如，對于一個實施例，根據(jù)本發(fā)明的教導，圖1的控制器103是開/關(guān)調(diào)節(jié)器，圖2的控制器203是PWM調(diào)節(jié)電路。
對于圖1的控制器103是開/關(guān)調(diào)節(jié)器的實例來說，由于耦合到控制器103的旁路端BP的電容器C 111在整個切換周期的剩余部分期間被充電，所以在正常工作狀態(tài)下開關(guān)的最大導通時間有限受到限制。為了確保在正常電源工作狀態(tài)下有足夠的時間使耦合到控制器103的旁路端BP的電容器C 111充電，在開關(guān)關(guān)斷的每個切換周期期間都存在一個最小周期。例如，在已知的開/關(guān)控制器中，開關(guān)的最大導通時間可以由控制器的內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生的最大占空比信號確定。在已知的PWM型調(diào)節(jié)電路中，切換周期內(nèi)的最大導通時間通常受到限制以簡化穩(wěn)定控制環(huán)的任務(wù)。此外，在用于回掃轉(zhuǎn)換器的典型的已知調(diào)節(jié)器中，利用周期內(nèi)的有限最大導通時間，或者最大占空比，有助于提供實際能量傳輸元件的設(shè)計，從而降低對能量傳輸元件的輸入和輸出繞組之間較大匝數(shù)比的需要，這導致電源工作中的附加損耗。
然而，根據(jù)本發(fā)明的教導，在某些情況下，例如在輸入電壓暫時很低時，其優(yōu)點在于允許開關(guān)有較長的導通時間周期。對于一個實施例，在異常情況下會存在很低的輸入電壓，這種情況下由于一個或多個半周期的交流電壓波形丟失，而使得輸入電壓下降。同樣，在電源大容量電容器被輸入交流電壓波形充電的周期之間，該大容量電容器電壓下降。由于大容量電容器的充電時間周期變得更長，所以在最低的AC電壓頻率上，這些電壓下降會變得更加明顯。這些最小輸入電壓和最小輸入電壓頻率狀態(tài)通常是用于定義能量傳輸元件的最差情況下的設(shè)計標準。考慮到具有已知固定最大占空比控制器的這些電源的工作情況，為了電源工作狀態(tài)的剩余范圍，采取折中的電源設(shè)計方案。
如將要討論的，像圖1的典型電源101或圖2的典型電源201這樣的電源實施例，其功率傳輸能力通過考慮輸入電壓低的電源工作狀態(tài)而得到提高。對于一個實施例，根據(jù)本發(fā)明的教導，允許耦合到調(diào)節(jié)電路的開關(guān)的最大導通周期或占空比延長。對于一個實施例，開關(guān)保持導通直到流過開關(guān)的電流達到閾值?？刂破髦械恼袷幤麟娐繁豢刂埔允拐袷幤髦芷谘娱L直到達到這個閾值。對于一個實施例，根據(jù)本發(fā)明的教導，一旦達到開關(guān)電流閾值，就維持最小關(guān)斷時間以允許能量被傳輸?shù)诫娫吹妮敵龆恕?br> 如將在另一個實例中所描述的，使耦合到調(diào)節(jié)電路的開關(guān)的最大導通周期或占空比延長，直到第二絕對最大(或者Abs max)導通周期大于第一最大導通周期或者直到流過開關(guān)的電流達到閾值。在這個實例中，如果由于某種原因電流在很長一段時間內(nèi)沒有達到這個閾值，則第二最大導通時間周期將作為一個保護措施被包括在內(nèi)，這將引起開關(guān)中過多的功率損耗而導致開關(guān)中的溫度迅速升高。在這些情況下，對于一個實施例，開關(guān)將關(guān)斷而不管開關(guān)中流過的電流，從而確保開關(guān)受到保護。
為了描述，參見圖3，其總體上示出了根據(jù)本發(fā)明教導的集成電路303的實施例的典型示意圖，集成電路303包括被耦合以由在各種情況下都具有導通時間延長的調(diào)節(jié)器或者控制器339所控制的開關(guān)337。對于一個實施例，除了開關(guān)337之外，控制器339包括圖3中所示的至少所有元件。對于一個實施例，開關(guān)337是沒有包含在集成電路303內(nèi)，并且是與集成電路303分離的外部開關(guān)。對于一個實施例，控制器339和開關(guān)337密封在一個單組件中。對于一個實施例，集成電路303是包含控制器339和開關(guān)337的單片集成電路。對于一個實施例，開關(guān)337是功率金屬氧化物半導體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)。
應(yīng)該理解的是，根據(jù)本發(fā)明的教導，圖3的典型集成電路303對應(yīng)于圖1的集成電路103并且也可以與圖2的集成電路203存在類似之處。因此，根據(jù)本發(fā)明的教導，圖3中所示實例的元件可以與圖1和/或圖2中的元件以合適的方式進行組合。尤其是，對于一個實施例，漏極D端341耦合到象初級繞組127或227這樣的能量傳輸元件上，源極S端343被耦合到地，使能端347被耦合用于從諸如輸出109這樣的電源輸出端接收反饋信號。電容器C111可以耦合在旁路BP端345和源極S端343之間。
在正常操作中，耦合到旁路BP端345的電容器通過調(diào)節(jié)器359在初始化期間被充電，直到電容器被充電到由旁路管腳低壓比較器371確定的足夠電平。在比較器371檢測到電容器被足夠充電之后，與門373就啟動允許輸出驅(qū)動信號391到開關(guān)337，并且自動重啟計數(shù)器369被復位從而啟動集成電路303的正常操作。在正常操作期間，開關(guān)337響應(yīng)驅(qū)動信號391而進行切換。如果集成電路303中的溫度變得過高，則熱關(guān)閉電路365將禁止與門373，這也將禁止驅(qū)動信號391輸出到開關(guān)337，這禁止開關(guān)337進行切換。
當開關(guān)337被啟動進行切換以在正常操作期間調(diào)節(jié)電源輸出時，通過使能端347接收來自電源輸出端的反饋，從該使能端產(chǎn)生使能信號387。如所示，根據(jù)本發(fā)明的教導，在正常操作期間，利用從旁路BP端通過電流源提供的偏置電流來產(chǎn)生使能信號387。當使能信號387響應(yīng)從電源輸出端接收的反饋而被激活時，通過與門381和或門385使鎖存器375置位。相應(yīng)地，來自振蕩器367的時鐘信號355被允許置位鎖存器375，其中通過與門373產(chǎn)生驅(qū)動信號391。
在圖示的實例中，響應(yīng)于來自振蕩器367的占空比最大DCMAX信號395，響應(yīng)于超過峰值限流電平的流過開關(guān)337的電流，該峰值限流電平由限流比較器389通過與門377和或門383所確定，或者響應(yīng)于來自絕對最大導通時間定時器353的輸出信號，鎖存器375由或門383的輸出復位。當暫停電路349的輸出為高時，或門357將通過DCMAX信號阻斷鎖存器375的復位。在圖示的實例中，上升沿消隱電路379也被耦合以在驅(qū)動信號391的每個脈沖的上升沿期間暫時禁止限流。
根據(jù)本發(fā)明的教導，在操作中，暫停電路349可以因為某個可能的原因使振蕩器367暫停。某些或全部原因是可選擇的，因而使用根據(jù)本發(fā)明各個實施例的各種組合，某些或全部原因可以被使用或者可以全部不被使用。例如，在一個實例中，暫停電路349被耦合以接收響應(yīng)于電源輸入電壓的信號361。對于一個實施例，當信號361表示電源輸入電壓過低時，則暫停電路349就將使振蕩器367暫停并且阻斷振蕩器367的占空比最大DCMAX信號395復位鎖存器375。這將使開關(guān)337的導通時間延長直到例如與門377因開關(guān)337中流過的電流達到由限流比較器389確定的閾值而變?yōu)楦摺８鶕?jù)本發(fā)明的教導，當信號361表示電源輸入電壓不是太低時，暫停電路將允許振蕩器367振蕩并且允許振蕩器367的占空比最大DCMAX信號395復位鎖存器375。對于一個實施例，暫停電路349僅僅根據(jù)響應(yīng)于電源輸入的信號361而被激活。對于一個實施例，根據(jù)本發(fā)明的教導，振蕩器367的頻率與反饋信號或使能信號387無關(guān)。
在另一實例中，自動重啟計數(shù)器369達到某一計數(shù)值，這表明反饋或使能信號387丟失或者空置了過長的時間。對于一個實施例，這種情況將導致暫停電路349在每個隨后的開關(guān)周期中都使振蕩器367暫停。根據(jù)本發(fā)明的教導，反饋信號或使能信號387的丟失表明輸入到電源的輸入電壓過低，因此需要由延長的導通時間所提供的額外功率容量。
對于一個實施例，根據(jù)本發(fā)明的教導，在暫停電路349使振蕩器367暫停之后，振蕩器367能夠以幾種方式重啟。例如，在一個實例中，一旦開關(guān)337中流過的電流達到與門377的輸出所指示的閾值，振蕩器367就通過重啟電路351重新啟動，其中與門377的輸出也被重啟電路351接收。
對于一個實施例，絕對最大導通時間定時器電路353包括在開關(guān)337導通時啟動的定時器。在圖3所示的實例中，絕對最大導通時間定時器電路353被耦合以檢測驅(qū)動信號391用以檢測驅(qū)動信號391何時導通開關(guān)337。在另一實例中，絕對最大導通時間定時器電路353被耦合以檢測通過開關(guān)337或開關(guān)337兩端的電流或電壓以便檢測何時導通開關(guān)337。重啟電路351耦合到絕對最大導通時間定時器電路353，用于當絕對最大導通時間達到絕對最大導通時間定時器電路353輸出的信號時，或者當開關(guān)337中的電流達到限流比較器389的閾值時，使振蕩器367重新啟動。對于一個實施例，例如，如果電源輸入電壓信號361過低使得開關(guān)337中的電流從未達到比較器389的限流閾值，那么絕對最大導通時間可以作為一個安全網(wǎng)實施。
注意，所述和所示的使振蕩器367暫停有效降低了振蕩器367的頻率。在另一實施例中，應(yīng)該理解的是，根據(jù)本發(fā)明的教導，暫停電路349可以用于使振蕩器367的振蕩變慢，而不是使振蕩器367停止或者暫停。
圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明教導例如控制器339這樣的控制器部分的實施例的增加細節(jié)的典型示意圖439，其中當反饋丟失時控制器在延遲的計數(shù)周期之后有一個延長的導通時間。尤其是，應(yīng)該理解的是，對于一個實施例，根據(jù)本發(fā)明的教導，示意圖439總體上是具有增加細節(jié)的控制器339的各部分并且不具有絕對最大導通時間定時器電路353。在圖示的實例中，當耦合到電源調(diào)節(jié)電路的反饋信號在表明需要延長功率開關(guān)的最大導通時間的范圍內(nèi)時，延長功率開關(guān)的最大導通時間。功率開關(guān)例如對應(yīng)例如圖2的功率開關(guān)237或者對應(yīng)圖3的功率開關(guān)337。
例如，耦合到控制器的反饋信號損耗表示需要最大導通時間延長的范圍，這是因為這表明電源不再有能力傳輸由耦合到電源輸出端的負載所需的輸出功率。這種情況可能是由于在標準最大開關(guān)導通時間周期內(nèi)到電源的輸入電壓下降的太低而沒有足夠的能量傳輸?shù)截撦d而引起的。對于一個實施例，當反饋信號在表明在一段時間內(nèi)需要開關(guān)的最大導通時間延長的范圍內(nèi)時，就延長最大導通時間周期。
例如，如果反饋信號丟失，則開關(guān)的最大導通時間周期就不延長，直到通過例如，利用調(diào)節(jié)電路中的計數(shù)器在一段時間之后達到計數(shù)值而使這種狀態(tài)存在一段時間。這避免了在正常電源工作狀態(tài)下延長最大導通時間周期，例如由于電源輸出端處的負載波動而使得反饋信號僅僅暫時丟失。在這些正常工作狀態(tài)下，延長開關(guān)的最大導通時間會引起較高的均方根(RMS)電流，并因此增加開關(guān)中的熱應(yīng)力，這在這些狀態(tài)長期持續(xù)的正常操作期間是不希望的。
為描述起見，圖4的示意圖439包括振蕩器467，其產(chǎn)生時鐘信號455和DCMAX方波信號(bar signal)495。在圖示的實例中，重啟電路451被耦合用于產(chǎn)生重啟信號，該重啟信號響應(yīng)于時鐘信號455，DCMAX方波信號495，使能信號487，過電流信號489和暫停信號。在圖示的實例中，重啟電路451包括也產(chǎn)生驅(qū)動信號491的鎖存器475，該驅(qū)動信號491被耦合以由功率開關(guān)接收。在圖示的實例中，驅(qū)動信號491與重啟信號是相同信號。還包括暫停電路449，其用于產(chǎn)生暫停信號，該暫停電路449響應(yīng)于自動重啟計數(shù)器469而置位，并且響應(yīng)于使能信號487而復位。應(yīng)該理解的是，圖4的元件對應(yīng)圖3中所示的元件。例如，振蕩器467對應(yīng)振蕩器367，重啟電路451對應(yīng)重啟電路351，暫停電路449對應(yīng)暫停電路349，自動重啟電路469對應(yīng)自動重啟電路369。
在操作中，振蕩器467的定時電容器C1在功率開關(guān)的導通時間期間通過晶體管Q2正常充電，直到在滯后比較器499的輸出端處產(chǎn)生DCMAX方波信號495。接著，當滯后比較器499的輸出變?yōu)楦邥r，晶體管Q2關(guān)斷。同時非門(inverter gate)497使晶體管Q4導通。如所示，接著由晶體管Q5和Q3限定的電流反射鏡為振蕩器467的定時電容器C1放電，直到滯后比較器499的輸出再次改變極性。重復這個過程，這導致產(chǎn)生振蕩器467的振蕩信號。定時電容器C1放電的這個時間設(shè)定為功率開關(guān)的最小關(guān)斷時間。功率開關(guān)的這個最小關(guān)斷時間是，允許存儲在諸如圖1的能量存儲元件105或者圖2的能量存儲元件205之類的能量存儲元件中的能量，在功率開關(guān)導通時間期間，傳輸?shù)诫娫摧敵龆说臅r間。因此，對于一個實施例，根據(jù)本發(fā)明的教導，固定的最小關(guān)斷時間周期在導通時間周期之后，該最小關(guān)斷時間周期是由在基本所有的正常電源工作狀態(tài)下使定時電容器C1放電的時間所確定的。
只要晶體管Q1導通，上述過程就持續(xù)。根據(jù)本發(fā)明的教導，如果晶體管Q1關(guān)斷，則定時電容器C1就不放電并且振蕩器467暫停。如所示，暫停電路449產(chǎn)生暫停信號，重啟電路451產(chǎn)生重啟信號。根據(jù)本發(fā)明的教導，暫停信號和重啟信號耦合到控制晶體管Q1，用于暫停和/或重啟振蕩器467。在圖示的實例中，如果暫停信號和重啟信號都為高，則晶體管Q1就關(guān)斷并且振蕩器467暫停。如果暫停信號和重啟信號中的任一個變?yōu)榈?，則晶體管Q1將返回導通(turn back on)并且振蕩器467將不再暫停。在圖示的實例中，注意，暫停信號也被發(fā)送用于阻止DCMAX信號495以防止復位重啟電路475的鎖存器475，這將使功率開關(guān)關(guān)斷。在圖4的實例中，當Q3導通而Q2關(guān)斷時，在C1以其它方式被充電的時間期間，暫停信號可以只使振蕩器暫停。在C1由流過Q2的電流充電的期間，暫停信號不影響振蕩器467的操作。
圖4的實例還示出了如果自動重啟計數(shù)器469能夠計數(shù)到控制器設(shè)計中所設(shè)定的一個值，那么暫停電路449就置位，這將產(chǎn)生高的暫停信號。在任何時刻都可以檢測來自耦合到控制器的反饋信號的使能信號487脈沖，這表明電壓輸出在反向(back)調(diào)節(jié)中。此時，根據(jù)本發(fā)明的教導，不再需要導通時間延長。相應(yīng)地，根據(jù)本發(fā)明的教導，從暫停電路449輸出的暫停信號被復位至低，這使晶體管Q1返回導通，使定時電容器C1正常充電和放電，并且使振蕩器467能夠正常振蕩。
圖5是根據(jù)本發(fā)明教導的集成電路503實施例的另一典型示意圖，其中集成電路503包括由具有恒定導通時間延長的調(diào)節(jié)器或控制器539控制的開關(guān)537。對于一個實施例，除了開關(guān)537外，控制器539包括圖5中所示的至少所有元件。對于一個實施例，開關(guān)537是不包括在集成電路503內(nèi)，而且與集成電路503分離的外部開關(guān)。對于一個實施例，控制器539和開關(guān)537密封在單個組件內(nèi)。對于一個實施例，集成電路503是包括控制器539和開關(guān)537的單片集成電路。對于一個實施例，開關(guān)537是功率MOSFET。
像圖3的集成電路303一樣，應(yīng)該理解的是，根據(jù)本發(fā)明的教導，圖5的典型集成電路503也可以對應(yīng)圖1的集成電路103，還與圖2的集成電路203存在類似之處，并且與圖3的集成電路303存在類似之處。因此，根據(jù)本發(fā)明的教導，圖5所示的實例的元件可以與圖1，2和/或3的元件以合適的方式進行組合。尤其是，對于一個實施例，漏極D端541耦合到像初級繞組127或227這樣的能量傳輸元件，源極S端543被耦合到地，使能/低電壓(EN/UV)端547被耦合以用于接收來自電源輸出(例如，輸出109)的反饋信號。電容器C 211可以耦合在旁路BP端545和源極S端543之間。
在正常操作中，耦合到旁路BP端545的電容器在初始化期間通過調(diào)節(jié)器559充電，直到電容器被充電到由旁路管腳低電壓比較器571所確定的足夠電平。在比較器571檢測到電容器被充足充電之后，與門573被啟動以允許將驅(qū)動信號591輸出到開關(guān)537，并且自動重啟計數(shù)器569相應(yīng)地復位以啟動集成電路503的正常工作。在正常操作期間，開關(guān)537響應(yīng)于驅(qū)動信號591而切換。如果集成電路503中的溫度過高，則熱關(guān)閉電路565將禁止與門573，這還將禁止驅(qū)動信號591輸出到開關(guān)537，這禁止開關(guān)537切換。
當啟動開關(guān)537進行切換以在正常操作期間調(diào)節(jié)電源輸出時，通過使能端547接收來自電源輸出端的反饋，使能信號587從該使能端547產(chǎn)生。如所示，根據(jù)本發(fā)明的教導，在正常操作期間，利用旁路BP端通過電流源提供的偏置電流來產(chǎn)生使能信號587。當使能信號587響應(yīng)從電源輸出端接收的反饋而被激活時，允許鎖存器575通過與門581和或門585置位。相應(yīng)地，來自振蕩器567的時鐘信號555使鎖存器575置位，驅(qū)動信號591通過與門573從鎖存器575產(chǎn)生。
可以看出，和圖3中集成電路303的振蕩器367不一樣，沒有從圖5的振蕩器567外部輸出以使鎖存器575復位的占空比最大DCMAX信號。相反，鎖存器575響應(yīng)來自絕對最大導通時間定時器電路553的信號或者通過開關(guān)537超出峰值限流電平的電流而復位，該峰值限流電平是由限流比較器589通過與門577和或門583來確定的。在圖示的實例中，上升沿消隱電路579還被耦合用于在驅(qū)動信號591的每個脈沖上升沿期間暫時禁止限流信號。
在圖5所示的典型示意圖中，由于振蕩器567不產(chǎn)生占空比最大DCMAX信號，所以如果需要的話，開關(guān)537的最大導通時間通?？偸潜谎娱L。從而，電源控制器539使開關(guān)537繼續(xù)導通，直到在所有電源工作狀態(tài)下達到電流閾值或者絕對最大導通時間。結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明的教導，不需要輸入外部信號到集成電路503或者如圖3所示的暫停電路349這樣的相應(yīng)暫停電路上，以便延長開關(guān)537的導通時間。在圖5所示的實例中，重啟電路551耦合到與門577的輸出端。在圖示的實例中，根據(jù)本發(fā)明的教導，如果限流沒有達到絕對最大導通時間定時器電路553所指示的第一最大導通時間內(nèi)的限流閾值，那么重啟電路551將總是使振蕩器567暫停，直到重啟電路551確定振蕩器567再次啟動。
因此，根據(jù)本發(fā)明的教導，圖5的振蕩器567具有固定的最大頻率，或者具有最小周期時間，但是具有可變的最小頻率。為安全起見，只有當達到電流閾值或者達到由絕對最大導通時間定時器電路553所確定的絕對最大導通時間期間時，才終止開關(guān)循環(huán)。
在圖5所示的典型示意圖中，應(yīng)該理解的是，集成電路503的實施例不需要包含絕對最大導通時間定時器電路553和或門583。在本實例中，與門577的輸出端直接耦合到重啟電路551和鎖存器575的復位端，而不是耦合到或門583的輸入端。在沒有絕對最大導通時間定時器電路553的情況下，只是當達到限流時才從重啟電路551中產(chǎn)生重啟信號。對于另一個實施例，應(yīng)該理解的是，由于重啟電路551被耦合用于接收使鎖存器575復位的相同信號，所以鎖存器575本身就是重啟電路551，其中鎖存器575的Q輸出耦合到振蕩器567作為重啟電路的輸出。
為描述起見，參見圖6，圖6是根據(jù)本發(fā)明教導控制器539一部分的實施例的詳細典型示意圖639，其中控制器539具有恒定的導通時間延長。尤其是，應(yīng)該理解的是，根據(jù)本發(fā)明的教導，對于一個實施例來說，示意圖639是具有增加細節(jié)的控制器539的常規(guī)部分。
如所示，圖6的示意圖639包括振蕩器667，其產(chǎn)生時鐘信號655。注意，為了振蕩器667準確地運行，還在內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)部占空比最大DCMAX方波信號695，但是DCMAX方波信號695不耦合到振蕩器667之外的電路。在圖示的實例中，重啟電路651被耦合用于產(chǎn)生響應(yīng)于時鐘信號655、使能信號687和過電流信號689的重啟信號。在圖示的實例中，重啟電路651包括也產(chǎn)生驅(qū)動信號691的鎖存器675，該驅(qū)動信號被耦合以由功率開關(guān)接收。在圖示的實例中，驅(qū)動信號691與重啟信號是相同信號。應(yīng)該理解的是，圖6的元件對應(yīng)圖5中所示的元件。例如，振蕩器667對應(yīng)振蕩器567，重啟電路651對應(yīng)重啟電路551。
在操作中，在功率開關(guān)響應(yīng)使能信號691而導通時，振蕩器667自動暫停。尤其是，當驅(qū)動信號691使功率開關(guān)導通時，驅(qū)動信號就使振蕩器667中的晶體管Q1關(guān)斷。像圖4的振蕩器467一樣，當晶體管Q1關(guān)斷時，就不允許定時電容器C1放電，這使得振蕩器667暫停。如所示，根據(jù)本發(fā)明的教導，復位電路651的鎖存器675只響應(yīng)當功率開關(guān)達到閾值時所接收的過電流信號689而復位。根據(jù)本發(fā)明的教導，一旦重啟電路651復位，晶體管Q2就反向?qū)ǎ苟〞r電容器C1充電和放電，從而導致允許振蕩器667振蕩。
因此，如果開關(guān)中流過的電流達到最大導通時間周期內(nèi)的閾值，那么振蕩器667的振蕩周期就被固定，其中該最大導通時間周期為，例如DCMAX方波信號為低的周期。在本實例中，振蕩器667因此在第一范圍的電源輸入電壓狀態(tài)下具有可變頻率，而在第二范圍的輸入電壓狀態(tài)下具有固定頻率，該第一范圍的電源輸入電壓狀態(tài)例如是在內(nèi)部產(chǎn)生的最大導通時間周期內(nèi)開關(guān)中流過的電流沒有達到閾值的情況，該第二范圍的輸入電壓狀態(tài)例如是在最大導通時間周期內(nèi)開關(guān)中流過的電流達到閾值的情況。
對于一個實施例，由于電源輸入電壓確定諸如圖1的初級繞組127或圖2的初級繞組227之類的具有電感值的能量傳輸元件初級繞組中電流的變化率，所以電源輸入電壓的值確定了開關(guān)中的電流在最大導通時間周期是否達到了閾值。電源輸入電壓越高，能量傳輸元件初級繞組127或227中的電流達到限流閾值所花費的時間越短。當電源輸入電壓很低時，流過功率開關(guān)的電流需要花費較長時間才達到閾值。
在前述的詳細描述中，參考其特定示意性實施例對本發(fā)明的方法和裝置進行了描述。然而，很明顯，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對本發(fā)明進行各種修改和變化。本說明書和附圖相應(yīng)地看作是示意性的而非限制性的。
權(quán)利要求
1.一種電源，包括能量傳輸元件，耦合在電源的輸入端和輸出端之間；開關(guān)，耦合到能量傳輸元件的輸入端；以及控制器，耦合到該開關(guān)用于控制開關(guān)的切換，從而響應(yīng)于從電源的輸出端接收到的反饋信號對從電源的輸入端傳輸?shù)诫娫吹妮敵龆说哪芰窟M行調(diào)節(jié)，其中，控制器被耦合用于響應(yīng)第一范圍的電源工作狀態(tài)將開關(guān)的最大導通時間期間周期限定到第一最大導通時間期間周期，并且響應(yīng)第二范圍的電源工作狀態(tài)將開關(guān)的最大導通時間期間周期限定到第二最大導通時間期間周期。
2.權(quán)利要求1的電源，其中電源工作狀態(tài)包括電源輸入端的電壓值
3.權(quán)利要求1的電源，其中電源工作狀態(tài)包括耦合到電源輸出端的負載的狀態(tài)。
4.權(quán)利要求1的電源，其中電源工作狀態(tài)包括反饋信號的狀態(tài)范圍。
5.權(quán)利要求4的電源，其中電源工作狀態(tài)包括反饋信號的狀態(tài)范圍的時間周期。
6.權(quán)利要求4的電源，其中反饋信號的狀態(tài)范圍包括反饋信號的損耗。
7.權(quán)利要求1的電源，還包括包含有控制器的集成電路。
8.權(quán)利要求7的電源，其中集成電路還包括開關(guān)。
9.權(quán)利要求8的電源，還包括密封集成電路的單個組件。
10.權(quán)利要求8的電源，其中集成電路是單片集成電路。
11.權(quán)利要求1的電源，其中第二最大導通時間周期是固定的時間周期。
12.權(quán)利要求1的電源，其中第二最大導通時間周期是開關(guān)中流過的電流超出電流閾值所花費的時間。
13.權(quán)利要求1的電源，其中在所有電源工作狀態(tài)下，固定的最小關(guān)斷時間周期在導通時間周期之后。
14.一種電源，包括能量傳輸元件，耦合在電源的輸入端和輸出端之間；開關(guān)，耦合到能量傳輸元件的輸入端；控制器，耦合到該開關(guān)用于控制開關(guān)的切換，從而響應(yīng)從電源的輸出端接收到的反饋信號對從電源的輸入端傳輸?shù)诫娫吹妮敵龆说哪芰窟M行調(diào)節(jié)；以及包含在控制器中的振蕩器電路，該振蕩器電路具有與反饋信號無關(guān)的振蕩器頻率，其中振蕩器頻率在第一范圍的電源輸入電壓狀態(tài)下是可變頻率，而在第二范圍的電源輸入電壓狀態(tài)下是固定頻率。
15.權(quán)利要求14的電源，還包括包含控制器的集成電路。
16.權(quán)利要求15的電源，其中集成電路還包括開關(guān)。
17.權(quán)利要求16的電源，還包括密封集成電路的單個組件。
18.權(quán)利要求16的電源，其中集成電路是單片集成電路。
全文摘要
公開了一種技術(shù)使得開關(guān)的導通時間周期延長，從而對從電源的輸入端傳輸?shù)诫娫吹妮敵龆说哪芰窟M行調(diào)節(jié)。一個典型的集成電路包括耦合在電源的輸入端和輸出端之間的能量傳輸元件。開關(guān)耦合到能量傳輸元件的輸入端?？刂破黢詈系皆撻_關(guān)用于控制開關(guān)的切換，從而響應(yīng)從電源的輸出端接收到的反饋信號對從電源的輸入端傳輸?shù)诫娫吹妮敵龆说哪芰窟M行調(diào)節(jié)?？刂破鞅获詈弦杂糜陧憫?yīng)第一范圍的電源工作狀態(tài)將開關(guān)的最大導通時間周期限定到第一最大導通時間周期，并且響應(yīng)第二范圍的電源工作狀態(tài)將最大導通時間周期限定到第二最大導通時間周期。
文檔編號H02M3/28GK1909352SQ200610107699
公開日2007年2月7日 申請日期2006年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月8日
發(fā)明者C·W·樸, A·B·詹格里安, K·王 申請人:電力集成公司