專利名稱：具有正激變換器復(fù)位箝位的反激變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及電源，并且更具體地涉及使用待機(jī)電源和主電源 的、諸如打印機(jī)等之類的電氣設(shè)備中通常使用的電源。
背景技術(shù)：
特定類型的電源可將從墻壁插座傳遞的交流(AC)線變換為可用于今 天的電子產(chǎn)品的直流(DC)電力。在一些環(huán)境中，電源在自身電源內(nèi)一般 使用兩個(gè)分開的電源。
在一個(gè)示例中，個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)可使用包括主電源和待機(jī)電源的電 源。主電源和待機(jī)電源都向構(gòu)成PC的其他組件供應(yīng)中繼電力。PC主電源 供應(yīng)主電力，它將電力供應(yīng)至PC的主板和處理器。此外，PC主電源被設(shè) 計(jì)為提供大量的輸出功率(通常在200 -400瓦之間)以供應(yīng)主板和另外的 組件，例如盤驅(qū)動(dòng)器和視頻卡。另一方面，待機(jī)電源提供更低量的輸出功 率(通常小于5或10瓦)。
與當(dāng)用戶已指示PC (或其他電子裝置)的關(guān)機(jī)時(shí)就斷電的主電源不 同，待機(jī)電源正常地不關(guān)機(jī)，并且(在被加電之后)繼續(xù)將輸入電壓變換 成適當(dāng)?shù)妮敵鲭妷骸Ｒ虼?，主電源按需工作，而待機(jī)電源只要輸入電壓存 在(即電源被插入墻壁插座)就持續(xù)工作。待機(jī)電源然后將電力供應(yīng)至在 PC (或其他電子裝置)已響應(yīng)于用戶指示而被斷電之后繼續(xù)運(yùn)行的組件。 例如，待機(jī)電源提供電力給計(jì)算機(jī)的電源按鈕，所以用戶可使用電源按鈕 來人工啟動(dòng)PC (它提供指示以對主電力變換器加電或斷電)。在另一應(yīng) 用中，主電源和待機(jī)電源可結(jié)合打印機(jī)使用。待機(jī)電源可提供電力給打印 機(jī)的網(wǎng)絡(luò)連接，以使得打印機(jī)可以在處于待機(jī)(或空閑)模式的同時(shí)監(jiān)控 任何進(jìn)入的打印作業(yè)請求，并且當(dāng)接收到打印作業(yè)請求時(shí)變?yōu)榛顒?dòng)的。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種電源，該電源包括第一電力變 換器，該第一電力變換器適于將輸入變換為第一輸出；箝位復(fù)位電路，該 箝位復(fù)位電路耦合至第一電力變換器，其中箝位復(fù)位電路適于減少第一電 力變換器的變壓器中的磁化能量；以及第二電力變換器，該第二電力變換 器耦合至箝位復(fù)位電路并且適于將輸入變換為第二輸出，其中箝位復(fù)位電 路還適于限制第二電力變換器的組件上的電壓。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種用于管理電源中的磁通量的方 法，該方法包括給第一電力變換器加電，該第一電力變換器適于將輸入 變換為第一輸出；給箝位復(fù)位電路加電，該箝位復(fù)位電路適于減少第一電 力變換器的變壓器中的磁化能量；以及給第二電力變換器加電，該第二電 力變換器適于將輸入變換為第二輸出，其中箝位復(fù)位電路還適于限制第二 電力變換器的組件上的電壓。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種用于管理電源中的磁通量的方 法，該方法包括將輸入耦合至第一電力變換器，該第一電力變換器適于 將輸入變換為第一輸出；將箝位復(fù)位電路耦合至第一電力變換器，其中箝 位復(fù)位電路適于減少第一電力變換器的變壓器中的磁化能量；以及將第二 電力變換器耦合至箝位復(fù)位電路，其中第二電力變換器適于將輸入變換為 第二輸出，并且其中箝位復(fù)位電路還適于限制第二電力變換器的組件上的 電壓。
附圖說朋
本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例的以上的和其他的方面、特征和優(yōu)點(diǎn)，從結(jié)合附
圖所呈現(xiàn)的、下面對其的更具體描述中將會更加明白。
圖l示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電源系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、結(jié)合

圖1的電源系統(tǒng)使用的主
電源的示意圖。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的、結(jié)合圖1的電源系統(tǒng)使用的主 電源的另一示意圖。圖4示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、結(jié)合圖1的電源系統(tǒng)使用的待 機(jī)電源的示意圖。
圖5示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、結(jié)合圖1的電源系統(tǒng)使用的箝 位復(fù)位電路的示意圖。
圖6是示出用于在電源中將箝位復(fù)位電路耦合至第一和第二電力變換 器的方法的流程圖。
遍及繪圖的幾個(gè)視圖，相應(yīng)的參考字符指示相應(yīng)的組件。技術(shù)人員將 會認(rèn)識到，附圖中的元素示出是為了簡單和清楚，并且未必按比例繪制。 例如，附圖中一些元素的尺寸可相對于其他元素而被夸大，以幫助增進(jìn)對 本發(fā)明的各種實(shí)施例的理解。此外，商業(yè)可行的實(shí)施例中有用的或必需 的、普通但為公眾所理解的元素經(jīng)常未被描繪，以促進(jìn)對本發(fā)明的這些各 種實(shí)施例的較少妨礙的觀看。
具體實(shí)施例方式
下面的描述將不是限制意義的，而是僅出于描述示例性實(shí)施例的一般 原理的目的來進(jìn)行的。本發(fā)明的范圍應(yīng)參考權(quán)利要求來確定。
在下面的描述中，陳述了很多具體細(xì)節(jié)以提供對本發(fā)明的透徹理解。 然而，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，具體細(xì)節(jié)無需用來實(shí)踐本發(fā)明將會 是顯然的。在其他示例中，已沒有詳細(xì)描述公知的材料或方法，以避免模 糊本發(fā)明。
此說明書通篇對"一個(gè)實(shí)施例"、"實(shí)施例"、"一個(gè)示例"或"示 例"的提及意思是與該實(shí)施例或示例相關(guān)地描述的具體的特征、結(jié)構(gòu)或特 性被包括在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，此說明書通篇各種地方中 短語"在一個(gè)實(shí)施例中"、"在實(shí)施例中"、"一個(gè)示例"或"示例"的 出現(xiàn)未必全指同一實(shí)施例或示例。此外，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中， 可以以任何合適的組合和/或子組合來組合具體的特征、結(jié)構(gòu)或特性。此 外，被認(rèn)識到的是，同此提供的附圖是出于對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員的說 明目的，并且繪圖未必按比例繪制。
如上所述，電源可將主電源和待機(jī)電源用在操作中。通常利用雙管正激變換器(two-switch forward converter)來設(shè)計(jì)主電源。雙管正激變換器 經(jīng)常是適用于個(gè)人計(jì)算機(jī)和類似應(yīng)用的電源的最低成本配置。雙管正激變 換器還具有以高效率產(chǎn)生高輸出電流的優(yōu)點(diǎn)?？商娲兀€可利用單管正 激變換器(single-switch forward converter)來設(shè)計(jì)主電源。對于這兩種正 激變換器拓?fù)?，另外的?fù)位電路可用來管理雙管或單管正激變換器拓?fù)渲?使用的變壓器(transformer)的磁化能量。
另一方面，通常利用反激變換器(flyback converter)來設(shè)計(jì)待機(jī)電 源。反激變換器通常以低的組件成本(component cost)來提供低輸出電 流。此外，反激變換器可使用防止過電壓損壞反激變換器內(nèi)的組件的另外 的箝位電路。通常，電源中使用的每個(gè)變換器拓?fù)涠际褂盟约旱膹?fù)位電 路或箝位電路。
根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，主電源和待機(jī)電源都可使用一個(gè)箝位復(fù)位電路。 箝位復(fù)位電路提供了與通常結(jié)合主電源使用的復(fù)位電路實(shí)質(zhì)上類似的優(yōu) 點(diǎn)，并且還提供了與通常結(jié)合待機(jī)電源使用的箝位電路類似的優(yōu)點(diǎn)。箝位 復(fù)位電路的組件可建立在主電源內(nèi)，并且待機(jī)電源可電耦合至箝位復(fù)位電 路?？商娲兀槲粡?fù)位電路可建立在待機(jī)電源內(nèi)，并且主電源可電耦合 至箝位復(fù)位電路。在其他示例中，箝位復(fù)位電路是主電源和待機(jī)電源都電 耦合的單獨(dú)實(shí)體。通過使主電源和待機(jī)電源能使用同一箝位復(fù)位電路，相 比諸如PC電源、打印機(jī)等之類的電氣設(shè)備中使用的標(biāo)準(zhǔn)主電源和待機(jī)電 源設(shè)計(jì)，本發(fā)明的教導(dǎo)可使用更少的組件并可提供更低成本的系統(tǒng)。
首先參考圖1，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電源系統(tǒng)100的系 統(tǒng)框圖，包括電源102、主電源104、箝位復(fù)位電路106、輸入(Vjn) 108、主輸出(VM0) 110、待機(jī)電源112、待機(jī)輸出(Vso) 114、箝位待 機(jī)連接116和輸入回路(inputreturn) 118。
電源102包括主電源104。主電源104還包括箝位復(fù)位電路106和主 輸出(VM0) 110，其中箝位復(fù)位電路106電耦合至主電源104內(nèi)的其他組 件。主電源104電耦合至輸入(Vtn) 108、待機(jī)電源112和輸入回路 118，以使得主電源104兩端的電壓實(shí)質(zhì)上等于輸入(Vtn) 108。此外，待 機(jī)電源112也電耦合至輸入(ViN) 108、待機(jī)輸出(Vso) 114和輸入回路
10118，以使得待機(jī)電源112兩端的電壓實(shí)質(zhì)上等于輸入(V:n) 108。通過箝 位待機(jī)連接116，箝位復(fù)位電路106電耦合至構(gòu)成待機(jī)電源112的組件。 輸入(V:n) 108、主電源104和待機(jī)電源112耦合至輸入回路118。輸入 回路118為電源系統(tǒng)IOO提供就輸入(VjN) 108而言最低電位點(diǎn)、或者換 言之最低電壓點(diǎn)。
在電源102內(nèi)，主電源104包括將所接收的輸入(Vjn) 108變換成適 當(dāng)輸出(并且在一些實(shí)施例中是一個(gè)或多個(gè)輸出電平)的電路。在一個(gè)實(shí) 施例中，輸入(VjN) 108可以是經(jīng)整流的AC電壓。在一個(gè)示例中，主電 源104使用正激變換器拓?fù)鋪韺⑦M(jìn)入電力變換為所希望的輸出電平(進(jìn)一 步參考圖2和圖3來示出)。主電源104提供輸出給電源102外部的一個(gè) 或多個(gè)裝置。然而，主電源104還可提供適當(dāng)?shù)妮敵鲭娖浇o電源102內(nèi)部 的裝置。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，主電源104可包括向一個(gè)或多個(gè)裝置提供電力的一 個(gè)或多個(gè)主輸出(VM0) 110。還應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，主輸出(VM0) 110還可輸 出電壓、電流或二者的組合。主電源104可沿著每個(gè)主輸出(VM0) 110 提供各種不同的輸出電平。例如，主電源104可提供輸出電壓，例如3.3 伏(V) 、 5 V或+A12V。此外，主電源還包括箝位復(fù)位電路106的電路。 箝位復(fù)位電路106的使用使主電源104能管理主電源104的變壓器內(nèi)的磁 化能量。換言之，箝位復(fù)位電路106使主電源104能工作在輸入電壓的更 大范圍。
待機(jī)電源112還包括將輸入(V!n) 108變換成適當(dāng)輸出電平的電路， 其中輸入(Vjn) 108在一些實(shí)施例中包括經(jīng)整流的AC電壓。在一些示例 中，待機(jī)電源112使用反激變換器拓?fù)鋪韺⑦M(jìn)入電力變換為所希望的輸出 電平(并且在一些實(shí)施例中是一個(gè)或多個(gè)輸出電平)。進(jìn)一步參考圖4來 示出反激變換器拓?fù)?。來自待機(jī)電源112的輸出被提供至電源102外部的 一個(gè)或多個(gè)裝置。待機(jī)電源112可提供適當(dāng)?shù)妮敵鲭娖浇o電源102內(nèi)部的 裝置。然而，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，待機(jī)電源112可包括一個(gè)或多個(gè)待機(jī)輸出 (Vso) 114。還應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，待機(jī)輸出(Vso) 114還可輸出電壓、電流或 二者的組合。待機(jī)電源112可沿著每個(gè)待機(jī)輸出(Vso) 114提供各種不同 的輸出電平。例如，待機(jī)電源112可沿著每個(gè)待機(jī)輸出(Vso) 114提供各種不同的電壓電平，例如3.3伏(V) 、 5 V或+Z-12V。箝位待機(jī)連接116 將待機(jī)電源112電耦合至箝位復(fù)位電路106。箝位復(fù)位電路106結(jié)合待機(jī) 電源112的使用防止了過電壓損壞構(gòu)成待機(jī)電源112的電組件(進(jìn)一步參 考圖4來示出)。
應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，在本發(fā)明的一些示例中，箝位復(fù)位電路106可建立在待 機(jī)電源112內(nèi)，而不是主電源104內(nèi)。然而，主電源104可電耦合至箝位 復(fù)位電路106。在其他示例中，箝位復(fù)位電路106是一單獨(dú)實(shí)體，主電源 104和待機(jī)電源112都電耦合到該單獨(dú)實(shí)體。通過使主電源104和待機(jī)電 源112能使用同一箝位復(fù)位電路106，相比諸如PC電源、打印機(jī)等之類的 電氣設(shè)備中使用的標(biāo)準(zhǔn)主電源和待機(jī)電源設(shè)計(jì)，本發(fā)明的教導(dǎo)可使用更少 的組件并可提供更低成本的系統(tǒng)。
接下來參考圖2，示出了結(jié)合電源系統(tǒng)使用的主電源104的示意圖， 包括箝位復(fù)位電路106、輸入(Vm) 108、主輸出(VM0) 110、待機(jī)電源 112、箝位待機(jī)連接116、輸入回路118、變壓器Tl 202、變壓器Tl 202 的初級繞組204、變壓器Tl 202的次級繞組206、兩個(gè)有源開關(guān)(active switch) SI 208和S2 210、兩個(gè)無源開關(guān)(passive switch) Dl 212和D2 214、輸出二極管D3 216、續(xù)流(freewheeling) 二極管D4 218、輸出電感 器LI 220、輸出電容器C1 222以及負(fù)載224。
主電源104、箝位復(fù)位電路106、輸入(Vxn) 108、待機(jī)電源112、箝 位待機(jī)連接116和輸入回路118如參考圖1所討論地被電耦合。如上所 述，可利用雙管正激變換器拓?fù)鋪碓O(shè)計(jì)主電源104。雙管正激變換器經(jīng)常 是適用于個(gè)人計(jì)算機(jī)和類似應(yīng)用的電源的最低成本配置。
有源開關(guān)正常地接收在狀態(tài)之間切換以控制有源開關(guān)的斷開和閉合的 控制信號，而無源開關(guān)不接收在斷開和閉合狀態(tài)之間切換的控制信號。斷 開開關(guān)正常地不導(dǎo)電。閉合開關(guān)可導(dǎo)電。有源開關(guān)通常具有一個(gè)或多個(gè)控 制端子，它們確定有源開關(guān)的兩個(gè)其他端子是否可導(dǎo)電。斷開和閉合有源 開關(guān)S1 208和S2 210 (如圖2所示并且在隨后的附圖中描繪有源開關(guān))的 控制信號未被示出以幫助避免模糊本發(fā)明的更重要細(xì)節(jié)。
無源開關(guān)一般僅具有兩個(gè)端子。通常，端子之間的電壓確定了無源開關(guān)是斷開還是閉合。二極管有時(shí)被看作無源開關(guān)，因?yàn)樗话惝?dāng)它兩個(gè)端 子之間的電壓具有一個(gè)極性(陽極相對于陰極為正)時(shí)導(dǎo)電，并且它當(dāng)端 子之間的電壓具有相反極性(陽極相對于陰極為負(fù))時(shí)基本阻斷電流。
主電源104還包括變壓器T1 202、變壓器T1 202的初級繞組204、變 壓器Tl 202的次級繞組206、兩個(gè)有源開關(guān)Sl 208和S2 210、兩個(gè)無源開 關(guān)D1 212和D2 214、輸出二極管D3 216、續(xù)流二極管D4 218、輸出電感 器Ll 220以及輸出電容器Cl 222，它們一起耦合在具有這里所示的復(fù)位 能力的雙管拓?fù)渲?。如所示出的，有源開關(guān)S1 208和無源開關(guān)D1 212在 雙管正激變換器的高側(cè)(high-side)，因?yàn)樵跊]有箝位復(fù)位電路106的雙 管正激變換器拓?fù)渲?，有源開關(guān)Sl 208和無源開關(guān)Dl 212 二者的各一端 與輸入(V!N) 108的正端子共接。另一方面，有源開關(guān)S2 210和無源開關(guān) D2 214在雙管正激變換器的低側(cè)，因?yàn)橛性撮_關(guān)S2 210和無源開關(guān)D2 214 二者的各一端與輸入回路118共接。然而，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，可利用本發(fā) 明的教導(dǎo)來使用示例電力變換器拓?fù)涞淖凅w。箝位復(fù)位電路106耦合至高 側(cè)無源開關(guān)Dl 212。輸出從主電源104通過主輸出(VMO) 110而被提 供，并且被提供至電源102外部的負(fù)載224，其中主輸出(VM0) IIO例示 為輸出電容器C1 222兩端的電壓。負(fù)載224包括從電源系統(tǒng)100接收電力 的其他電組件，例如主板或硬盤驅(qū)動(dòng)器。雖然在一些實(shí)施例中，負(fù)載224 可在電源102的內(nèi)部。
使用雙管正激變換器拓?fù)涞闹麟娫?04包括兩個(gè)有源開關(guān)Sl 208和 S2 210，它們與兩個(gè)無源開關(guān)Dl 212和D2 214以及箝位復(fù)位電路106處 于從輸入(V!N) 108產(chǎn)生變壓器T1 202的初級繞組204上的電壓的配置。 變壓器Tl 202的次級繞組206產(chǎn)生與變壓器Tl 202的初級繞組204上的 電壓成比例的電壓。輸出二極管216整流次級繞組206處的電壓。當(dāng)輸出 二極管D3 216被反向偏置時(shí)，續(xù)流二極管D4 218為輸出電感器Ll中的 電流提供路徑。輸出電感器Ll 220和輸出電容器Cl 222對來自次級繞組 206的經(jīng)整流的電壓進(jìn)行濾波，以產(chǎn)生負(fù)載224處的主輸出(VMO) 110。 如所示出的，初級繞組204與次級繞組206電隔離(galvanically isolate)。具體地，電隔離防止來自初級側(cè)電路(電耦合至初級繞組204的電路)的DC電流被次級電路(電耦合至次級繞組206的電路)接收。 然而，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，初級繞組204未必與次級繞組206電隔離。
如所示出的，主電源104與雙管正激變換器拓?fù)湟黄鹗褂皿槲粡?fù)位電 路106。箝位復(fù)位電路106管理主電源104的變壓器Tl 202的磁化能量。 雙管正激變換器配置使變壓器Tl的磁能能夠當(dāng)有源開關(guān)Sl 208和S2 210 斷開時(shí)復(fù)位(也就是說，返回至低得多的值)。復(fù)位(或者換言之減少) 變壓器Tl的磁化能量防止了過存儲的能量使變壓器Tl飽和并從而變更它 的性質(zhì)。 一般通過當(dāng)有源開關(guān)Sl 208和S2 210斷開時(shí)將適當(dāng)幅度和持續(xù) 時(shí)間的復(fù)位電壓施加于初級繞組204，來實(shí)現(xiàn)復(fù)位。經(jīng)常希望將復(fù)位電壓 設(shè)置為比當(dāng)有源開關(guān)Sl 208和S2 210接通時(shí)初級繞組204上出現(xiàn)的電壓 更高的值。箝位復(fù)位電路106發(fā)展在變壓器Tl的復(fù)位時(shí)間期間施加于初 級繞組的基本恒定的電壓。在雙管正激變換器中，復(fù)位電壓是輸入電壓 (V:n) 108與箝位復(fù)位電路106上電壓的和。對于主電源104,當(dāng)無源開 關(guān)Dl 212和D2 214正在導(dǎo)電并且有源開關(guān)Sl 208和S2 210是斷開的時(shí) 候，箝位復(fù)位電路106增加了變壓器T1 202的初級繞組204上的電壓。如 上所述，箝位復(fù)位電路106還通過箝位待機(jī)連接116電耦合至待機(jī)電源 112，并且用來防止過電壓損壞構(gòu)成待機(jī)電源112的組件(或者換言之， 將電壓"箝位"在可接受的容許電平(tolerancelevel)內(nèi))。
一般地，電源內(nèi)的主電源104和待機(jī)電源112是共享同一輸入的兩個(gè) 分開的電源。根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，主電源104和待機(jī)電源112共享箝位復(fù) 位電路106，并且所討論的主電源104和待機(jī)電源112的配置可提供更低 成本的益處。
參考圖3，示出了結(jié)合電源系統(tǒng)100使用的主電源104的另一示意 圖，包括箝位復(fù)位電路106、輸入(Vjn) 108、主輸出(VM0) 110、待機(jī) 電源112、箝位待機(jī)連接116、輸入回路118、變壓器T2 302、變壓器T2 302的初級繞組304、變壓器T2 302的次級繞組306、有源開關(guān)S3 308、 無源開關(guān)D5 310、輸出二極管D6 312、續(xù)流二極管D7 314、輸出電感器 L2 316、輸出電容器C2 318以及負(fù)載320。
主電源104、箝位復(fù)位電路106、輸入(VjN) 108、待機(jī)電源112、箝位待機(jī)連接116和輸入回路118如以上所討論地被電耦合。不同于圖2所 示的主電源104，圖3所示的主電源104使用單管正激變換器拓?fù)洹Ｖ麟?源包括變壓器T2 302、變壓器T2 302的初級繞組304、變壓器T2 302的 次級繞組306、有源開關(guān)S3 308、無源開關(guān)D5 310、輸出二極管D6 312、 續(xù)流二極管D7 314、輸出電感器L2 316、輸出電容器C2 318以及負(fù)載 320，它們一起耦合在具有這里所示的復(fù)位能力的單管拓?fù)渲?。如所示?的，初級繞組304與次級繞組306電隔離。具體地，電隔離防止來自初級 側(cè)電路(電耦合至初級繞組304的電路)的DC電流被次級電路(電耦合 至次級繞組306的電路)接收。然而，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，初級繞組304未必與 次級繞組306電隔離。箝位復(fù)位電路106耦合至無源開關(guān)D5 310的陰極。 輸出從主電源104通過主輸出(VM0) IIO而被提供，并且被提供至電源 102外部的負(fù)載320，其中主輸出(VM0) 110例示為輸出電容器C2 318兩 端的電壓。雖然在一些實(shí)施例中，負(fù)載320可在電源102的內(nèi)部。
使用單管正激變換器拓?fù)涞闹麟娫?04包括有源開關(guān)S3 308，它與無 源開關(guān)D5 310和箝位復(fù)位電路106處于從輸入(VjN) 108產(chǎn)生變壓器T2 302的初級繞組304上的電壓的配置。變壓器T2 302的次級繞組306產(chǎn)生 與變壓器T2 302的初級繞組304上的電壓成比例的電壓。輸出二極管D6 312整流次級繞組306處的電壓。當(dāng)輸出二極管D6 312被反向偏置時(shí)，續(xù) 流二極管D7 314為輸出電感器L2 316中的電流提供路徑。輸出電感器L2 316和輸出電容器C2 318對來自次級繞組306的經(jīng)整流的電壓進(jìn)行濾波， 以產(chǎn)生負(fù)載320處的主輸出(VM0) 110。箝位復(fù)位電路106管理主電源 104的變壓器T2 302的磁化能量。單管正激配置使變壓器T2的磁化能量 能夠當(dāng)有源開關(guān)S3 308斷開時(shí)復(fù)位(也就是說，返回至低得多的值)。復(fù) 位(或者換言之減少)變壓器T2的磁化能量防止了過存儲的能量使變壓 器T2飽和并從而變更它的性質(zhì)。 一般通過當(dāng)有源開關(guān)S3 308斷開時(shí)將適 當(dāng)幅度和持續(xù)時(shí)間的復(fù)位電壓應(yīng)用于初級繞組304，來實(shí)現(xiàn)復(fù)位。經(jīng)常希 望將復(fù)位電壓設(shè)置為比當(dāng)有源開關(guān)S3接通時(shí)初級繞組304上出現(xiàn)的電壓 更高的值。箝位復(fù)位電路106發(fā)展在變壓器T2的復(fù)位時(shí)間期間應(yīng)用于初 級繞組的基本恒定的電壓。在單管正激變換器中，復(fù)位電壓是箝位復(fù)位電
15路106上的電壓。對于主電源104，當(dāng)無源開關(guān)D5 310正在導(dǎo)電時(shí)，箝位 復(fù)位電路106設(shè)置變壓器T2 302的初級繞組304上的電壓。如上所述，待 機(jī)電源112通過箝位待機(jī)連接116耦合至箝位復(fù)位電路106。根據(jù)本發(fā)明 的教導(dǎo)，主電源104和待機(jī)電源112共享箝位復(fù)位電路106，并且所討論 的主電源104和待機(jī)電源112的配置可提供更低成本的益處。
圖4示出結(jié)合電源系統(tǒng)IOO使用的待機(jī)電源112的示意圖，包括主電 源104、箝位復(fù)位電路106、輸入(VjN) 108、待機(jī)電源112、待機(jī)輸出 (Vso) 114、箝位待機(jī)連接116、輸入回路118、耦合電感器T3 402、耦 合電感器T3 402的初級繞組404、耦合電感器T3 402的次級繞組406、有 源開關(guān)S4 408、無源開關(guān)D8 410、整流器D9 412、輸出電容器C3 414以 及負(fù)載416。
主電源104、箝位復(fù)位電路106、輸入(VjN) 108、待機(jī)電源112、箝 位待機(jī)連接116和輸入回路118如參考圖1所討論地被電耦合。如上所 述，通常利用使用了復(fù)位電路的反激變換器拓?fù)鋪碓O(shè)計(jì)待機(jī)電源112。反 激變換器拓?fù)浣?jīng)常提供適用于待機(jī)電源的低成本解決辦法。待機(jī)電源112 還包括耦合電感器T3 402、耦合電感器T3 402的初級繞組404、耦合電感 器T3 402的次級繞組406、有源開關(guān)S4 408、無源開關(guān)D8 410、整流器 D9 412、輸出電容器C3以及負(fù)載416，它們一起耦合在具有這里所示的箝 位能力的反激變換器拓?fù)渲小ｓ槲粡?fù)位電路106耦合至無源開關(guān)D8 410的 陰極。此外，箝位復(fù)位電路106通過箝位待機(jī)連接116耦合至待機(jī)電源 112。輸出從待機(jī)電源112通過待機(jī)輸出(Vso) 114而被提供，并且被提 供至電源102外部的負(fù)載416，其中待機(jī)輸出(Vso) 114例示為輸出電容 器C3 414兩端的電壓。雖然在一些實(shí)施例中，負(fù)載416可在電源102的內(nèi) 部。
使用反激變換器拓?fù)涞拇龣C(jī)電源112包括有源開關(guān)S4 408，它與無源 開關(guān)D8 410和箝位復(fù)位電路106處于從輸入(Vjn) 108產(chǎn)生耦合電感器 T3 402的初級繞組404上的電壓的配置。耦合電感器T3 402的次級繞組 406產(chǎn)生與耦合電感器T3 402的初級繞組404上的電壓成比例的電壓。輸 出二極管D9 412整流次級繞組406處的電壓，并且輸出電容器C3濾波來
16自輸出二極管D9 412的電流以產(chǎn)生負(fù)載416處的待機(jī)輸出(Vso) 114。 如所示出的，初級繞組404與次級繞組406電隔離。具體地，電隔離防止 來自初級側(cè)電路(電耦合至初級繞組404的電路)的DC電流被次級電路 (電耦合至次級繞組406的電路)接收。然而，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，初級繞組 404未必與次級繞組406電隔離。如上所述，待機(jī)電源U2還通過箝位待 機(jī)連接116耦合至箝位復(fù)位電路106。箝位復(fù)位電路106限制了當(dāng)無源開 關(guān)D8正在導(dǎo)電時(shí)有源開關(guān)S4 408上的最大電壓。根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，主 電源104和待機(jī)電源112共享箝位復(fù)位電路106，并且所討論的配置可提 供更低成本的益處。
圖5示出結(jié)合電源系統(tǒng)100使用的箝位復(fù)位電路106的示意圖的一個(gè) 示例，包括主電源104、箝位復(fù)位電路106、輸入(Vjn) 108、待機(jī)電源 112、箝位待機(jī)連接116、輸入回路118、齊納二極管502、電容器504和 電阻器506。
主電源104、箝位復(fù)位電路106、輸入(VjN) 108、待機(jī)電源112、箝 位待機(jī)連接116和輸入回路118如參考先前的附圖所討論地被電耦合。齊 納二極管502電耦合至電阻器506;齊納二極管502和電阻器506然后電 耦合至電容器504。箝位復(fù)位電路106通過箝位待機(jī)連接116耦合至待機(jī) 電源112。當(dāng)(例如)使用圖2所示的配置時(shí)，待機(jī)電源112在與無源開 關(guān)D1 212之間的點(diǎn)處電耦合至箝位復(fù)位電路106。在另一實(shí)施例中，待機(jī) 電源112在如圖3所示的無源開關(guān)D5處電耦合至箝位復(fù)位電路106。換言 之，待機(jī)電源112在箝位復(fù)位電路106和輸入回路118之間的點(diǎn)處電耦合 至箝位復(fù)位電路106。然而，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，主電源104和待機(jī)電源112可 利用根據(jù)用于主電源104和待機(jī)電源112的電路拓?fù)涞?、任何?shù)目的配 置，來耦合至箝位復(fù)位電路。
對于主電源104，箝位復(fù)位電路106管理主電源104內(nèi)變壓器的磁化 能量。單管配置和雙管配置都使變壓器的磁化能量能夠當(dāng)有源開關(guān)斷開時(shí) 復(fù)位(也就是說，返回至低得多的值)。復(fù)位變壓器的磁化能量防止了過 存儲的能量使變壓器飽和并從而變更它的性質(zhì)。 一般通過當(dāng)有源開關(guān)斷開 時(shí)將適當(dāng)幅度和持續(xù)時(shí)間的復(fù)位電壓應(yīng)用于初級繞組，來實(shí)現(xiàn)復(fù)位。當(dāng)使用雙管正激變換器時(shí)，箝位復(fù)位電路106使主電源104所使用的初級繞組 的電壓能夠當(dāng)無源開關(guān)正在導(dǎo)電時(shí)增加。另一方面，箝位復(fù)位電路106防 止過電壓損壞組件在待機(jī)電源112中發(fā)生。換言之，箝位復(fù)位電路106利 用電容器504限制待機(jī)電源112的有源開關(guān)兩端的電壓，電容器504維持 由齊納二極管502限制的基本恒定的電壓。 一般地，齊納二極管502限制 電容器504兩端的電壓。齊納二極管502限制由電容器504接收的能量以 免超過閾值。該閾值通常對應(yīng)于齊納二極管502的性質(zhì)，例如齊納擊穿電 壓。
在選擇齊納二極管502、電容器504和電阻器506的性質(zhì)上，應(yīng)當(dāng)既 考慮到主電源104的需求又考慮到待機(jī)電源112的需求。不同于主電源 104，待機(jī)電源U2恒定地在工作。結(jié)果，不管主電源104是否在工作， 箝位復(fù)位電路內(nèi)的電容器504都可保持被充電。由于電容器504被充電， 主電源104可相比于如果電容器504未被充電的情況更快地使主輸出 (VM0) 110進(jìn)入調(diào)節(jié)(regulation)中。
圖6是示出用于在電源中將箝位復(fù)位電路耦合至第一和第二電力變換 器的方法的流程圖。在框600中開始之后，在框610中第一電力變換器被 加電。第一電力變換器例如可以是電源的主電力變換器。例如，電源的主 電力變換器可用來以用在計(jì)算系統(tǒng)中的各種電壓來供應(yīng)完全的操作功率。
在框620中，箝位復(fù)位電路被加電。箝位復(fù)位電路耦合至第一電力變 換器，并且適于減少第一電力變換器的磁化能量(例如在復(fù)位期間)。箝 位復(fù)位電路可包括齊納二極管、電阻器和電容器，電容器適于存儲來自第 一電力變換器的能量。
在框630中，第二電力變換器被加電。第二電力變換器例如可以是電 源的待機(jī)電力變換器。電源的待機(jī)電力變換器可用來當(dāng)主電力變換器被斷 電時(shí)，以用在計(jì)算系統(tǒng)中的各種電壓來供應(yīng)相對小量的功率(例如用于維 持計(jì)算系統(tǒng)的所希望的最小功能)。
第二電力變換器也耦合至箝位復(fù)位電路。箝位復(fù)位電路的電路適于減 少第二電力變換器的磁化能量(例如在復(fù)位期間)。該方法在框640中結(jié) 束。雖然已借助本發(fā)明的具體實(shí)施例、示例和應(yīng)用描述了這里公開的本發(fā) 明，但是在不脫離權(quán)利要求中陳述的本發(fā)明的范圍的情況下，可由本領(lǐng)域 的技術(shù)人員對本發(fā)明進(jìn)行很多修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種電源，包括第一電力變換器，所述第一電力變換器適于將輸入變換為第一輸出；箝位復(fù)位電路，所述箝位復(fù)位電路耦合至所述第一電力變換器，其中所述箝位復(fù)位電路適于減少所述第一電力變換器的變壓器中的磁化能量；以及第二電力變換器，所述第二電力變換器耦合至所述箝位復(fù)位電路并且適于將所述輸入變換為第二輸出，其中所述箝位復(fù)位電路還適于限制所述第二電力變換器的組件上的電壓。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源，其中所述第一電力變換器還被布置為 響應(yīng)于用戶指示而被關(guān)機(jī)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電源，其中所述用戶指示不將所述第二電力 變換器關(guān)機(jī)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源，其中所述第一輸出是如下的至少一 種第一輸出電壓、第一輸出電流、或者這兩者。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源，其中所述第二輸出是如下的至少一 種第二輸出電壓、第二輸出電流、或者這兩者。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源，其中所述箝位復(fù)位電路還包括 電容器，其中所述電容器適于存儲從所述第一 電力變換器和所述第二電力變換器接收的能量；以及齊納二極管，所述齊納二極管耦合至所述電容器，其中所述齊納二極 管適于防止從所述第一電力變換器和所述第二電力變換器接收的所述能量 超過閾值，其中所述齊納二極管限制所述電容器上的電壓。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源，其中所述第一電力變換器還包括具有雙管正激變換器拓?fù)涞碾娐贰?br> 8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電源，其中所述雙管正激變換器拓?fù)溥€包括無源開關(guān)，其中所述無源開關(guān)的第一端耦合至所述箝位復(fù)位電路。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源，其中所述第一電力變換器還包括具有單管正激變換器拓?fù)涞碾娐贰?br> 10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的電源，其中所述單管正激變換器拓?fù)溥€包 括無源開關(guān)，其中所述無源開關(guān)的第一端耦合至所述箝位復(fù)位電路。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源，其中所述第二電力變換器還包括具 有反激變換器拓?fù)涞碾娐贰?br> 12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的電源，其中所述反激變換器拓?fù)溥€包括無 源開關(guān)，其中所述無源開關(guān)的第一端耦合至所述箝位復(fù)位電路。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源，其中所述箝位復(fù)位電路的組件被包 括在所述第一電力變換器中。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源，其中所述箝位復(fù)位電路的組件被包 括在所述第二電力變換器中。
15. —種用于管理電源中的磁通量的方法，包括 給第一電力變換器加電，所述第一電力變換器適于將輸入變換為第一輸出；給箝位復(fù)位電路加電，所述箝位復(fù)位電路適于減少所述第一電力變換 器的變壓器中的磁化能量；以及給第二電力變換器加電，所述第二電力變換器適于將所述輸入變換為 第二輸出，其中所述箝位復(fù)位電路還適于限制所述第二電力變換器的組件 上的電壓。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述第一電力變換器響應(yīng)于用 戶指示而被加電。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述第一電力變換器響應(yīng)于用 戶指示而被斷電。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中當(dāng)所述第一電力變換器響應(yīng)于 所述用戶指示而被斷電時(shí)，所述第二電力變換器保持被加電。
19. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述第一輸出是如下的至少一 種第一輸出電壓、第一輸出電流、或者這兩者。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述第二輸出是如下的至少一 種第二輸出電壓、第二輸出電流、或者這兩者。
21. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述箝位復(fù)位電路還包括 耦合電容器以存儲從所述第一電力變換器和所述第二電力變換器接收的能量；以及耦合齊納二極管以防止從所述第一電力變換器和所述第二電力變換器 接收的所述能量超過閾值，其中所述齊納二極管限制所述電容器上的電 壓。
22. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述第一電力變換器被布置在 雙管正激變換器拓?fù)渲小?br> 23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，還包括將所述雙管正激變換器拓?fù)?的無源開關(guān)的第一端耦合至所述箝位復(fù)位電路。
24. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述第一電力變換器被布置在 單管正激變換器拓?fù)渲小?br> 25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，還包括將所述單管正激變換器拓?fù)?的無源開關(guān)的第一端耦合至所述箝位復(fù)位電路。
26. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述第二電力變換器被布置在 反激變換器拓?fù)渲小?br> 27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，還包括將所述反激變換器拓?fù)涞臒o 源開關(guān)的第一端耦合至所述箝位復(fù)位電路。
28. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述箝位復(fù)位電路的組件被包 括在所述第一電力變換器中。
29. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述箝位復(fù)位電路的組件被包 括在所述第二電力變換器中。
30. —種用于管理電源中的磁通量的方法，包括 將輸入耦合至第一電力變換器，所述第一電力變換器適于將所述輸入變換為第一輸出；將箝位復(fù)位電路耦合至所述第一電力變換器，其中所述箝位復(fù)位電路 適于減少所述第一電力變換器的變壓器中的磁化能量；以及將第二電力變換器耦合至所述箝位復(fù)位電路，其中所述第二電力變換 器適于將所述輸入變換為第二輸出，并且其中所述箝位復(fù)位電路還適于限制所述第二電力變換器的組件上的電壓。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中所述第一電力變換器包括具有 雙管正激變換器拓?fù)涞碾娐贰?br> 32. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中所述雙管正激變換器拓?fù)溥€包 括無源開關(guān)，其中所述無源開關(guān)的第一端耦合至所述箝位復(fù)位電路。
33. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中所述第一電力變換器還包括具 有單管正激變換器拓?fù)涞碾娐贰?br> 34. 根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中所述單管正激變換器拓?fù)溥€包 括無源開關(guān)，其中所述無源開關(guān)的第一端耦合至所述箝位復(fù)位電路。
35. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中所述第二電力變換器還包括具 有反激變換器拓?fù)涞碾娐贰?br> 36. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中所述反激變換器拓?fù)溥€包括無 源開關(guān)，其中所述無源開關(guān)的第一端耦合至所述箝位復(fù)位電路。
37. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中所述第二電力變換器還包括雙 管正激變換器拓?fù)渲械碾娐贰?br> 38. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中所述第二電力變換器還包括具 有單管正激變換器拓?fù)涞碾娐贰?br> 39. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源，其中所述第二電力變換器還包括具 有雙管正激變換器拓?fù)涞碾娐贰?br> 40. 根據(jù)權(quán)利要求39所述的電源，其中所述雙管正激變換器拓?fù)溥€包 括無源開關(guān)，其中所述無源開關(guān)的第一端耦合至所述箝位復(fù)位電路。
41. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源，其中所述第二電力變換器還包括具 有單管正激變換器拓?fù)涞碾娐贰?br> 42. 根據(jù)權(quán)利要求41所述的電源，其中所述單管正激變換器拓?fù)溥€包 括無源開關(guān)，其中所述無源開關(guān)的第一端耦合至所述箝位復(fù)位電路。
43. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源，其中所述箝位復(fù)位電路耦合至所述 輸入的第一端子，所述輸入的所述第一端子相對于所述輸入的第二端子具 有正極性。
44. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述第二電力變換器被布置在雙管正激變換器拓?fù)渲小?br> 45. 根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，還包括將所述雙管正激變換器拓?fù)?的無源開關(guān)的第一端耦合至所述箝位復(fù)位電路。
46. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述第二電力變換器被布置在 單管正激變換器拓?fù)渲小?br> 47. 根據(jù)權(quán)利要求46所述的方法，還包括將所述單管正激變換器拓?fù)?的無源開關(guān)的第一端耦合至所述箝位復(fù)位電路。
48. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括將所述箝位復(fù)位電路耦合至 所述輸入的第一端子，所述輸入的所述第一端子相對于所述輸入的第二端 子具有正極性。
全文摘要
本發(fā)明公開了具有正激變換器復(fù)位箝位的反激變換器。電源包括第一電力變換器、第二電力變換器和箝位復(fù)位電路。箝位復(fù)位電路電耦合至第一電力變換器和第二電力變換器內(nèi)的其他組件?？商峁槲淮龣C(jī)連接以將箝位復(fù)位電路電耦合至構(gòu)成第二電力變換器的組件。耦合箝位復(fù)位電路以減少第一電力變換器的變壓器的磁化能量，并且限制第二電力變換器的組件中的電壓。箝位復(fù)位電路可包括齊納二極管和電阻器，它們適于減少第一電力變換器的磁化能量和通過第二電力變換器的電壓。箝位復(fù)位電路正常地包括適于存儲來自第一電力變換器和第二電力變換器的能量的電容器。
文檔編號H02M3/24GK101677211SQ200910169099
公開日2010年3月24日 申請日期2009年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月19日
發(fā)明者羅伯特·J·馬耶爾 申請人:電力集成公司