[發明專利]具有突發方式的零電壓切換開關電源

無效

• 申請號: 01108974.1
• 申請日: 2001-01-11
• 公開（公告）號: CN1309461A
• 公開（公告）日: 2001-08-22
• 發明（設計）人: G·納斯;小W·V·菲茨格拉爾德
• 申請（專利權）人: 湯姆森許可公司
• 主分類號: H02M7/537
• 分類號: H02M7/537;H02M7/5383
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 陳景峻

本發明涉及一種具有突發工作方式和運行工作方式的零電壓切換開關電源。

一種典型的開關電源(SMPS)包括一個開關晶體管，該晶體管連接到電源變換變壓器的初級繞組上，用于周期性地向初級繞組供給輸入電源電壓。使SMPS工作于運行工作方式和備用工作方式是已知的。在運行工作方式時，電流脈沖以高的頻率產生于變壓器次級繞組中并且被整流，用于周期性地補充一個濾波器或平滑電容器中的電荷。在電容器中產生的輸出電源電壓被連接用于激勵一個負載。

在運行工作方式中，SMPS是連續工作的。在備用工作方式下，就可能需要SMPS以突發方式工作，以便降低功耗。在突發方式的一個給定的周期中，高頻電流脈沖產生于變壓器繞組中。這些電流脈沖之后是一個幾個微秒的較長時間間隔，這里稱其為空閑時間間隔，在這個間隔中不產生電流脈沖。SMPS的一種有益類型是零電壓切換SMPS。

為了實現本發明的特征，在零電壓切換SMPS中，晶體管的導通發生在晶體管主導電端子之間的電壓為零時，以便使轉換損耗最小化。在備用時，可能需要使零電壓切換SMPS工作于突發方式。

在體現本發明的特征的零電壓切換SMPS中，備用方式是通過利用一個開關將運行方式負載與濾波電容器斷開來啟動的。由此，運行方式負載就停止了消耗負載電流。因為運行方式負載電路是被斷電的，所以SMPS的一個反饋環路就會使晶體管以比運行方式短得多的工作周期來導通。在晶體管的連續開關周期中，這個短的工作周期會使零電壓切換SMPS工作于備用、突發方式。

一種體現了本發明的一個方面的開關電源設備包括一個電源電感，它連接到一個輸入電壓源。一個電容連接到電感上來形成一個調諧的諧振電路。第一晶體管開關連接到諧振電路上來在電感中產生激勵電源脈沖，這些脈沖連接到一個負載電路。在一個給定的開關周期中，在第一晶體管開關的一對主導電端子之間產生諧振電壓脈沖。在第一晶體管開關的給定開關周期中產生一個開關控制信號來使第一晶體管開關導通。在一個運行工作方式中，在諧振電壓脈沖中給定的一個脈沖已降低到足以提供零電壓切換的電平之后，第一晶體管開關導通。一個開/關控制信號源指示需要備用工作方式的時間。在備用期間，開關工作于突發方式。

圖1顯示出體現了本發明的特征的一種電源，在備用時它工作于突發方式；

圖2a、2b和2c顯示出說明圖1的電路在運行方式下的工作的波形；

圖3a和3b顯示出用于說明圖1的電路在備用、突發方式下的工作的波形；

圖4a、4b和4c顯示出說明圖1的電路在從突發方式向運行方式轉變時的工作的波形。

圖1顯示出一個調諧SMPS100，它體現了本發明的一個方面。在圖1中，一個N型的金屬氧化物半導體(MOS)功率晶體管Q3用作一個晶體管開關，其漏極通過一個變壓器T1的初級繞組L1連接到一個輸入電源的端子20，即連接到直流(DC)電壓RAW?B+。變壓器T1作為一個隔離變壓器，用于提供高壓側地線-低壓側地線隔離(hot?ground-cold?ground?isolation?barrier)。電壓RAW?B+是從例如一個濾波電容器引出的，該濾波電容器連接到一個橋式整流器，該整流器對市電電源電壓進行整流(未示出)。

晶體管Q3的源極通過一個電流檢測或抽樣電阻器R12連接到一個未隔離的高壓側地線上。一個阻尼二極管D6用作一個開關，它與晶體管Q3并聯連接，并且與晶體管Q3包含在同一個組件中，從而形成了一個雙向開關22。電容器C6與二極管D6并聯連接，并且與繞組L1串聯，從而在開關22不導通時與繞組L1的電感形成一個諧振電路21。

變壓器T1的次級繞組L2連接到峰值整流二極管D8的陽極，并且連接到一個隔離的或低壓側地線上，用于在濾波電容器C10中產生一個輸出電壓VOUT，濾波電容器C10連接到二極管D8的陰極。在運行工作方式時，電壓VOUT通過一個串接的運行負載開關401連接到一個運行負載電路302。開關401是由體現了本發明的特征的一個控制信號RUN/STBY(運行/備用)來控制的，該控制信號是由一個微處理器412產生的，用于在運行方式時維持開關401導通。