專利名稱：視頻顯示器備用電源的制作方法
該發(fā)明總地涉及電源領域，具體地說，涉及視頻顯示器(如電視接收機)的備用電源。
視頻顯示器的功耗在備用運行模式下接近甚至超過大約10瓦特。在政府提高電子設備的能量利用效率標準之后，這樣的功耗水平引起關注。例如，1997年9月19日出版的歐洲能量雜志中的一篇文章報道，歐洲委員會優(yōu)先考慮降低電子設備在備用運行模式下的能量損耗。文章進一步指出，委員會已經(jīng)將其初始計劃集中于降低電視和VCR的備用功耗，這使得此類產(chǎn)品的制造商主動許諾要逐漸將平均備用功耗減少到3瓦特以下。
在傳統(tǒng)的視頻顯示器電源中，單電源電路用于實現(xiàn)備用運行模式和工作運行模式。當電源控制電路判斷出電源的負載端沒有負載時，就將電源置于備用運行的“脈沖群(burst)”模式，從而電源繼續(xù)為遙控接收機和微控制器提供備用電壓。
這種傳統(tǒng)電源實現(xiàn)方式的缺點是開關電源變壓器的初級電感對于正常的備用運行來講太低。這種低電感導致處于備用模式的視頻顯示器的功耗增大。減少處于備用運行模式的視頻顯示器的能量損耗要求要么減少電源控制電路提供的驅動脈沖的寬度；要么，相對于開關模式電源變壓器的初級線圈的電感，增加驅動脈沖在備用模式中遇到的電感。
由于電源控制電路對脈沖寬度的限制，為了將視頻顯示器在備用運行模式下的功耗適宜地減少到等于或低于1瓦特的水平，最理想的是增加驅動脈沖在備用模式中遇到的電感。
本項發(fā)明用于增加電源控制電路的驅動脈沖在備用運行模式下遇到的電感。根據(jù)本發(fā)明的開關模式電源電路包括一個為在工作運行狀態(tài)的視頻顯示器提供輸出電壓的運行模式電源；一個為在備用運行狀態(tài)的視頻顯示器提供輸出電壓的備用模式電源；和一個開關模式電源控制電路，該電路在工作模式時為工作模式電源提供驅動脈沖，在備用模式時為備用電源提供驅動脈沖。
參考附圖，通過下面的描述，本發(fā)明的上述和其它特點、部分和優(yōu)點將會變的明顯，其中相同的參考標號代表相同的元件。
在附圖中

圖1是體現(xiàn)本發(fā)明的備用模式電源的方框簡圖；圖2和3是圖1中備用模式電源的具體實現(xiàn)的簡圖。
圖1所示的雙開關模式電源電路100體現(xiàn)了一個電視接收機備用模式電源的創(chuàng)造性方案。電源電路100使用兩個開關模式電源使用回掃電壓變壓器T1的工作模式電源和使用回掃電壓變壓器T2的備用模式電源。電視接收機處于工作運行模式時使用工作變壓器T1。工作變壓器T1具有初級線圈n1，其第一端11連接整流的主電壓10、第二端12連接工作電源開關Q1。次級線圈n2接到開關模式電源控制電路20，次級線圈n3和n4提供電壓，該電壓在分別經(jīng)過二極管D5和D4整流之后，用來向電視接收機中的其它電路供電。例如，次級線圈n3在電視接收機處于工作模式時，為微控制器(未示出)和遙控接收器供電(未示出)。
當電視接收機處于備用運行模式時，使用備用變壓器T2。備用變壓器T2有初級線圈n51，其第一端14連接整流的主電壓10，第二端15連接備用電源開關Q51。次級線圈n52連接開關模式電源控制電路20，次級線圈n53提供備用電壓，該電壓經(jīng)D57整流之后，當電視接收機工作在備用模式時，為微控制器和遙控接收機供電。
工作電源開關Q1和備用電源開關Q51都由開關模式電源控制電路20控制。在備用運行模式，第一開關S1斷開，第二開關S2閉合，如圖1所示。電源開關Q1的控制極13接地，或參考電位，這樣電源開關Q1斷開。開關模式電源控制電路20輸出的驅動脈沖30經(jīng)電阻器R55接到備用電源開關Q51的控制極16。隨著備用電源開關Q51響應驅動脈沖30而開關，能量由備用變壓器T2的初級線圈n51傳到次級線圈n53。次級線圈n53兩端的電壓經(jīng)過二極管D57整流，為微控制器和遙控接收器提供電壓Vn3。
當電視接收機處于工作運行模式時，第一開關S1閉合，第二個開關S2斷開。現(xiàn)在，備用電源開關Q51的控制極16接地，或參考電位，備用電源開關Q51斷開。開關模式電源控制電路20輸出的驅動脈沖30經(jīng)電阻器R10接到工作電源開關Q1的控制極13。隨著工作電源開關Q1響應驅動脈沖30而開關，能量由工作變壓器T1的初級線圈n1傳到次級線圈n3和n4。次級線圈n3和n4兩端的電壓分別由二極管D5和D4整流后，為電視接收機中的其它電路供電。
圖2說明了雙開關模式電源電路100的一種目前最佳的實施方案，該方案使用場效應晶體管作為工作電源開關Q1和備用電源開關Q51。工作變壓器T1可以是開關模式電源應用的傳統(tǒng)設計，這里將不再進一步描述。圖2的優(yōu)選實施方案中使用的備用變壓器T2是由一個帶有0.1mm空氣隙的E16型磁芯構成。初級線圈n51約有500匝0.1mm的CuN線(帶尼龍絕緣的銅線)。次級線圈n52約有60匝，次級線圈n53約有24匝。大約5層0.1mm厚的MYLAR牌聚合物膜為初級線圈n51和次級線圈n52及n53提供電絕緣。
初級線圈n51的電感約為70mH，比工作變壓器T1的初級線圈n1的電感要相對大些。這個相對較大的電感對于為使用帶有備用變壓器T2的開關模式電源控制電路20而是必需的。降低視頻顯示器在備用運行模式中的能量損耗，要求或者減小開關模式電源控制電路20提供的驅動脈沖30的脈沖寬度；或者相對于工作變壓器T1的初級線圈n1的電感，增加驅動脈沖30在備用模式時遇到的電感。備用變壓器T2的初級線圈n51具有相對較高的電感的原因是開關模式電源控制電路20提供的驅動脈沖30的脈沖寬度不能小于最小脈沖寬度。例如，典型的最小脈沖寬度約為1微秒。由于備用變壓器T2的初級線圈n51具有相對較高的電感，驅動脈沖30有基本相同的頻率和占空比，無論它們用于工作模式中的工作電源開關Q1，還是備用模式中的備用電源開關Q51。
對于電視接收機的工作運行模式和備用運行模式，電源電路100分別具有一個反饋線路。在工作運行模式，工作變壓器T1的端子17處的電壓反饋回開關模式電源控制電路20。在圖2所示的目前最優(yōu)實施方案中，開關模式電源控制電路20可以包括，例如，SiemensAktiengesellschaft制造的TDA4605電源控制集成電路。下列電壓從次級線圈n2的端子17反饋回控制電路20通過二極管D1供給控制電路20的第6腳的電源電壓；通過電阻R8、R9和電容C6供給控制電路20的第8腳的零值檢測器電壓；通過電阻R9、電容C6和二極管D2供給控制電路20的第1腳的校準電壓。
在備用運行模式中，備用變壓器T2的端子18處的電壓反饋回開關模式電源控制電路20。下列電壓從次級線圈n52的端子18反饋回控制電路20通過二極管D51供給控制電路20的第6腳的電源電壓；通過電阻R52、R53和電容C51供給控制電路20的第8腳的零值檢測器電壓；通過電阻R53、電容C51和二極管D52供給控制電路20的第1腳的校準電壓。
當電視接收機處于備用運行模式時，流過光耦合器40中的發(fā)光二極管的電流約等于零。因此晶體管Q53開路，來自控制電路20的第5腳的驅動脈沖30作用于備用電源開關Q51的控制極16，或者門極。當驅動脈沖30導通備用電源開關Q51時，驅動晶體管Q52的基極經(jīng)二極管D55和備用電源開關Q51耦合到地，或者參考電位；驅動晶體管Q52和工作電源開關Q1因此關斷。備用電源開關Q51的漏極電壓可以以這種方式控制驅動晶體管Q52，從而控制工作電源開關Q1，因為備用電源開關Q51的切換速度比工作電源開關Q1更快。
隨著備用電源開關Q51響應驅動脈沖30而開關，能量由備用變壓器T2的初級線圈n51傳到次級線圈n53。次級線圈n53兩端的電壓經(jīng)二極管D57整流之后，為微控制器和遙控接收機提供電壓Vn3。
當電視接收機工作時，或者處于“TV-on”模式時，流過光耦合器40中的發(fā)光二極管的電流Idiode約等于2微安。該電流使光耦合器中的晶體管導通，由此，通過由電阻R57和R58組成的分壓器向晶體管Q53的基極耦合一個電源電壓，圖2所示的優(yōu)選實施方案中，該電壓約為+12伏。晶體管Q53導通，因此將備用電源開關Q51的控制極或者門極16接地，或參考電位。備用電源開關Q51因此截止，備用電源開關51的漏極電壓變?yōu)楦唠娢弧Ｒ虼?，二極管D55反向偏置，驅動脈沖30通過電阻R54作用于驅動晶體管Q52的基極，通過電阻R10作用于驅動晶體管Q52的集電極。驅動晶體管Q52響應于驅動脈沖30驅動工作電源開關Q1。隨著工作電源開關Q1響應于驅動脈沖30和驅動晶體管Q52而開關時，能量由工作變壓器T1的初級線圈n1傳到次級線圈n3和n4。次級線圈n3和n4兩端的電壓分別經(jīng)二極管D5和D4整流之后，為電視接收機中的其它電路供電。
二極管D56的陽極接在驅動晶體管的射極，陰極接在電阻R56的一端。R56的另一端接在晶體管Q53的基極。二極管D56和電阻R56的相互串聯(lián)在工作電源開關Q1導通時保持晶體管Q53導通，從而確保備用電源開關Q51在工作電源開關Q1導通時不導通。
二極管D54與驅動晶體管Q52反向并聯(lián)。二極管D54和將控制電路20的輸出腳5連接到驅動晶體管52的集電極的電阻R10為工作電源開關Q1的門極電容提供了放電路徑，從而保證工作電源開關能夠截止。
當電視接收機從備用模式轉為工作模式時，輸出電容放電，如圖2中的電容C8。當工作電源開關Q1在由備用模式轉換后的工作模式中第一次導通時，過高的峰值電流將流過工作電源開關Q1，并有可能毀壞開關。過高的電流是回掃系統(tǒng)的特點造成的，為將能量從回掃變壓器的初級線圈，例如工作變壓器T1的初級線圈n1轉移到回掃變壓器的次級，例如工作變壓器T1的次級線圈n4，需要相對較長的時間。
為了保護工作電源開關Q1，使它不被流經(jīng)的過高的峰值電流損壞，小電流通過電阻R51輸入控制電路20的腳1。電流的幅度約等于(+12伏/R51)，對于圖2的實施方案，約等于26安。該電流模擬控制電路的腳1處的高反饋電壓，并使控制電路20進入“無負載”模式或“脈沖群”模式，從而使驅動脈沖30的脈沖寬度減小到最小寬度。隨著輸出電容的充電，驅動脈沖30的寬度逐漸增加并最終恢復到正常寬度。
由電容C52和二極管D53串聯(lián)形成的緩沖電路60與備用變壓器T2的初級線圈n51并聯(lián)。作為本發(fā)明的一個特征，緩沖電路60用于控制啟動電阻R1中的電流。在電視接收機處于備用運行模式時，當控制電路20將控制脈沖30施加于備用電源開關Q51的控制極16或門極時，電容C52和二極管D53間的節(jié)點電壓Vs高于啟動晶體管Q54的射極上的整流的主電壓。這樣啟動晶體管Q54截止，在備用模式時沒有電流流過啟動電阻R1，結果，備用模式的功率損耗減少。盡管圖2沒有畫出，用于工作變壓器T1的初級線圈n1的緩沖網(wǎng)絡61也可以通過將電容C7和二極管D3間的節(jié)點經(jīng)適當阻值的電阻耦接到啟動變壓器而使啟動變壓器Q54截止。
圖3給出了雙開關模式電源電路100’，該電路的備用電源開關Q51＇是雙極型晶體管。盡管圖1中使用的是場效應晶體管，備用電源開關Q51可以用場效應晶體管或者雙極型晶體管實現(xiàn)，如圖2和3所示。盡管圖1-3沒有示出，工作電源開關Q1也可以用雙極型晶體管實現(xiàn)。使用雙極型晶體管實現(xiàn)工作電源開關Q1需要不同的控制電路，例如SiemensAktiengesellschaft制造的TDA4601電源控制集成電路；還需要雙極型晶體管專用的驅動電路。這種修改對于本領域具有普通技能的人員是眾知的。
圖3所示實施方案的工作原理與圖2基本相同。場效應晶體管和雙極型晶體管的一點不同是，雙極型晶體管的導通時間要比場效應晶體管長。因此，與圖2所示的實施方案不同，在圖2中，備用電源開關Q51的漏極電壓用于控制驅動晶體管Q52從而控制工作電源開關Q1，而在圖3中，備用電源開關Q51＇的集電極電壓不能用于控制驅動晶體管Q52。
在圖3所示的實施方案中，驅動晶體管Q52由光耦合器40通過晶體管Q55控制。備用電源開關Q51的驅動電路包括電阻器R55和R61，電容器C53，二極管D59和D60；該驅動電路的工作方式對于那些具有本領域基本技能的人員來講是眾知的，這里就不再進一步描述了。在備用模式，光耦合器40的晶體管截止，所以晶體管Q53截止，因此，備用電源開關Q51響應于來自控制電路20的驅動脈沖30而開關。同時，晶體管Q55導通，因此驅動晶體管Q52和工作電源開關Q1截止。相反，在工作模式，光耦合器40的晶體管導通；晶體管Q53導通，因此，備用電源開關Q51截止；晶體管Q55截止，驅動晶體管Q52響應于來自控制電路20的驅動脈沖30而驅動工作電源開關Q1。
本發(fā)明，如圖2和3中的雙開關模式電源電路100和100＇所體現(xiàn)的，有利于降低運行于備用模式的電視接收機的功耗。例如，假設負載約為200mW，這相當于一個運行于工作模式的標準微控制器，使用這里描述的具有創(chuàng)造性的方案可以使電視接收機的功耗由大約6瓦特降低到大約1瓦特。
盡管本發(fā)明是通過具體實例描述的，但是對于本領域的技術人員很明顯的是，在不背離本發(fā)明實質(zhì)的前提下可以對公開的實施方案進行調(diào)整和修改。相應地，實際的發(fā)明范圍應參考附屬權利要求，而不是前述的說明。
權利要求
1．具有工作和備用運行模式的視頻顯示器中的開關模式電源電路，包括為處于工作運行模式的視頻顯示器提供輸出電壓(Vn3,Vn4)的工作模式電源(T1,Q1)；為處于備用運行模式的視頻顯示器提供輸出電壓(Vn3)的備用模式電源(T2,Q51)；為處于工作模式的工作模式電源(T1,Q1)和處于備用模式的備用模式電源(T2,Q51)提供驅動脈沖(30)的開關模式電源控制電路(20)。
2．根據(jù)權利要求1的開關模式電源電路，其中工作模式電源包括具有初級線圈(n1)和為處于工作運行模式的視頻顯示器提供輸出電壓(Vn3,Vn4)的次極線圈(n3,n4)的工作變壓器〔T1)；和接到工作變壓器(T1)的初級線圈(n1)以便響應驅動脈沖(30)來控制初級線圈中的電流的工作電源開關(Q1)。
3．根據(jù)權利要求1的開關模式電源電路，其中備用模式電源包括具有初級線圈(n51)和為處于備用運行模式的視頻顯示器提供輸出電壓(Vn3)的次級線圈(n53)的備用變壓器〔T2)；和接在備用變壓器(T2)的初級線圈(n51)以便響應驅動脈沖(30)來控制初級線圈中的電流的備用電源開關(Q51)。
4．根據(jù)權利要求1的開關模式電源電路，還包括將驅動脈沖(30)耦合到處于工作運行模式的工作電源開關(Q1)和處于備用運行模式的備用電源開關(Q51)的開關裝置(40,R10,R54,R57,R55,R58,Q52,Q53,D55)。
5．根據(jù)權利要求4的開關模式電源電路，其中開關裝置包括響應于視頻顯示器的運行模式來控制備用電源開關(Q51)的第一開關〔Q53)。
6．根據(jù)權利要求5的開關模式電源電路，其中第一開關(Q53)在工作運行模式中關斷備用電源開關(Q51)。
7．根據(jù)權利要求6的開關模式電源電路，其中開關裝置還包括為處于工作運行模式的工作電源開關(Q1)提供驅動脈沖(30)的驅動晶體管(Q52)；陽極接在驅動晶體管的控制極、陰極接在備用電源開關(Q51)的二極管(D55)，該二極管在備用電源開關閉合時導通并防止驅動晶體管導通；陽極接在驅動晶體管的輸出極、陰極接在第一開關(Q53)的控制極的二極管(D56)，該二極管在工作運行模式中導通并防止備用電源開關(Q51)切換。
8．具有工作運行模式和備用運行模式的視頻顯示器中的開關模式電源電路，該開關模式電源電路括電壓源(整流的主電壓)，在輸出端提供驅動脈沖(30)的開關模式電源控制電路(20)，第一端連接開關模式電源控制電路(20)使控制電路開始工作的啟動電阻(R1)，具有控制極的啟動晶體管(Q54)，第一極連接所述電壓源(整流的主電壓)，第二極連接啟動電阻的第二端；具有初級線圈(n51)和為處于備用運行模式的視頻顯示器提供輸出電壓(Vn3)的次級線圈(n51)的備用變壓器(T2)；接到備用變壓器(T2)的初級線圈(n51)并響應于驅動脈沖(30)來控制初級線圈中的電流的備用電源開關(Q51)；與備用變壓器(T2)的初級線圈(n51)并聯(lián)的緩沖電路(60)，緩沖電路還接在啟動晶體管(Q54)的控制極，以便在備用運行模式中關斷晶體管。
9．根據(jù)權利要求8的開關模式電源電路，其中緩沖電路(60)包括電容(C52)和二極管(D53)串聯(lián)組合。
10．根據(jù)權利要求9的開關模式電源電路，其中電容(C52)和二極管(D53)之間的節(jié)點連接到啟動晶體管(Q54)的控制極。
11．根據(jù)權利要求10的開關模式電源電路，其中二極管(D53)的陰極與啟動晶體管(Q54)相連。
12．具有工作運行模式和備用運行模式的視頻顯示器中的開關模式電源電路，所述開關模式電源電路包括在輸出端提供驅動脈沖(30)的開關模式電源控制電路(20)；具有初級線圈(n1)和為處于工作運行模式的視頻顯示器提供輸出電壓(Vn3,Vn4)的次級線圈(n3,n4)的工作變壓器〔T1)；與工作變壓器(T1)的初級線圈(n1)相連并響應于驅動脈沖(30)來控制初級線圈中的電流的工作電源開關(Q1)；具有初級線圈(n51)和為處于備用運行模式的視頻顯示器提供輸出電壓(Vn3)的次級線圈(n53)的備用變壓器〔T2)；接到備用變壓器(T2)的初級線圈(n51)并響應于驅動脈沖(30)來控制初級線圈中的電流的備用電源開關(Q51)；和將驅動脈沖(30)耦合到處于工作運行模式的工作電源開關(Q1)和處于備用運行模式的備用電源開關(Q51)的裝置(40,R10,R54,R57,R55,R58,Q52,Q53,D55)。
13．根據(jù)權利要求12的開關模式電源電路，其中所述耦合裝置包括響應于視頻顯示器的運行模式來控制備用電源開關(Q1)的第一開關〔Q53)；為處于工作運行模式的工作電源開關(Q1)提供驅動脈沖(30)的驅動晶體管(Q52)；陽極接到驅動晶體管的控制極、陰極接到備用電源開關(Q51)的二極管(D55)，二極管在備用電源開關閉合時導通并阻止驅動晶體管導通。
14．具有工作運行模式和備用運行模式的視頻顯示器中的開關模式電源電路，所述開關模式電源電路包括電壓源(+12V)；在輸出端提供驅動脈沖(30)的開關模式電源控制電路(20)；具有初級線圈(n51)和為處于備用運行模式的視頻顯示器提供電壓(Vn3)的次級線圈(n53)的備用變壓器(T2)；連接到備用變壓器(T2)的初級線圈(n51)以便響應于驅動脈沖(30)來控制初級線圈中的電流的備用電源開關(Q51)；和響應于運行模式由備用模式向工作模式的轉變而將電壓源(+12V)耦合到開關模式電源控制電路(20)以便使驅動脈沖(30)的脈沖寬度最窄的裝置(40)。
15．根據(jù)權利要求14的開關模式電源電路，其中耦合裝置包括光耦合器(40)。
全文摘要
具有工作運行模式和備用運行模式的視頻顯示裝置中的開關模式電源電路。工作模式電源(T1，Q1)在工作運行模式期間提供用于視頻顯示裝置的輸出電壓。備用模式電源(T2，Q51)在備用運行模式期間為視頻顯示裝置提供輸出電壓。開關電源控制電路(20)為在工作模式期間工作模式電源(T1，Q1)提供驅動脈沖(30),在備用模式期間為備用模式電源(T2，Q51)提供驅動脈沖(30)。備用電源的緩沖電路(60)用于在備用模式期間關斷啟動晶體管以防止啟動電阻消耗功率。
文檔編號H02J9/00GK1238096SQ97199695
公開日1999年12月8日 申請日期1997年11月13日 優(yōu)先權日1996年11月13日
發(fā)明者A·W·凱勒 申請人:湯姆森許可公司