[發(fā)明專利]開(kāi)關(guān)電源

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310170814.5
• 申請(qǐng)日: 2013-05-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103715901A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杰羅恩·克萊彭寧
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: NXP股份有限公司
• 主分類號(hào): H02M3/335
• 分類號(hào): H02M3/335
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 王波波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及開(kāi)關(guān)電源。具體地，本發(fā)明涉及具有用于跨越電源的變壓器傳輸信息的信號(hào)電容器的電源，但并非僅僅如此。

背景技術(shù)

開(kāi)關(guān)電源（SMPS）轉(zhuǎn)換器用于適配器和電池充電器的低功率轉(zhuǎn)換器。在某些應(yīng)用中，使這類電源的成本和尺寸最小化是非常重要的。現(xiàn)在，有一種需求是減少無(wú)負(fù)載的功耗以及改進(jìn)低成本、小尺寸的SMPS轉(zhuǎn)換器的瞬態(tài)響應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種開(kāi)關(guān)電源，包括：

變壓器，該變壓器具有初級(jí)繞組和次級(jí)繞組，次級(jí)繞組具有第一端和第二端；

整流器，該整流器具有輸入和輸出，輸入被耦合到次級(jí)繞組的第一端；

輸出電容器，該輸出電容器具有第一極板和第二極板，第一極板被耦合到整流器的輸出以及第二極板被耦合到次級(jí)繞組的第二端；

與初級(jí)繞組串聯(lián)耦合的電源開(kāi)關(guān)，該電源開(kāi)關(guān)被配置成被耦合在整流器的輸出和地之間；

與次級(jí)繞組并聯(lián)的信號(hào)單元，該信號(hào)單元包括信號(hào)電容器和信號(hào)開(kāi)關(guān)，信號(hào)電容器和信號(hào)開(kāi)關(guān)彼此串聯(lián)耦合；

第二控制器，被配置為：

檢測(cè)次級(jí)繞組處的次級(jí)側(cè)變量，

根據(jù)次級(jí)變量控制信號(hào)開(kāi)關(guān)，其中閉合信號(hào)開(kāi)關(guān)被配置為通過(guò)將信號(hào)電容器連接到次級(jí)繞組來(lái)產(chǎn)生變壓器信號(hào)；

主控制器，被配置為：

從變壓器的初級(jí)繞組或初級(jí)側(cè)輔助繞組接收變壓器信號(hào)，和

根據(jù)變壓器信號(hào)控制電源開(kāi)關(guān)。

上述實(shí)施例可避免為了提供通信信號(hào)從輸出電容器抽出功率，所以當(dāng)發(fā)信號(hào)到初級(jí)側(cè)時(shí)不會(huì)導(dǎo)致輸出電壓下降。

此外，開(kāi)關(guān)電源（SMPS）可以通過(guò)變壓器本身從變壓器的次級(jí)側(cè)發(fā)送信號(hào)到初級(jí)側(cè)，所以可以不需要結(jié)合光電耦合器。這樣的實(shí)施方式可以降低SMPS的生產(chǎn)成本，PCB封裝和無(wú)負(fù)載功耗。

信號(hào)電容器可以與輸出電容器分離。整流器可以是二極管或其他類型的整流器，例如有源整流器/同步整流器。

閉合信號(hào)開(kāi)關(guān)可以被配置為通過(guò)信號(hào)電容器放電到次級(jí)繞組來(lái)產(chǎn)生變壓器信號(hào)。

SMPS可以被配置為使用次級(jí)側(cè)感應(yīng)，所以可以不斷監(jiān)控次級(jí)側(cè)變量。與此相反，初級(jí)側(cè)的感應(yīng)實(shí)現(xiàn)存在不能確定輸出條件的盲段。

第二控制器可以被配置為通過(guò)只關(guān)閉信號(hào)開(kāi)關(guān)一次來(lái)根據(jù)次級(jí)變量控制信號(hào)開(kāi)關(guān)，以便產(chǎn)生變壓器信號(hào)。這可能會(huì)導(dǎo)致信號(hào)電容器完全放電到次級(jí)繞組。這種實(shí)施例可能不需要精確的定時(shí)電路來(lái)確保從輸出電容器中僅抽出精確數(shù)量的能量。去除這種電路較大幅簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和節(jié)省成本。因此，這樣的實(shí)施方案可能能夠運(yùn)行在無(wú)負(fù)載功率低于10mW并保留對(duì)快速負(fù)載步進(jìn)作出反應(yīng)的能力。這樣的實(shí)施例可以提供100μF的輸出電容。

第二控制器可以被配置為通過(guò)可選地在振鈴沖程期間多次閉合信號(hào)開(kāi)關(guān)，來(lái)根據(jù)次級(jí)變量控制信號(hào)開(kāi)關(guān)，以產(chǎn)生變壓器信號(hào)。這可能會(huì)導(dǎo)致對(duì)于每個(gè)開(kāi)關(guān)閉合（脈沖），信號(hào)電容器部分放電到次級(jí)繞組。這樣的實(shí)施例還可以包括定時(shí)電路，以確保在第一開(kāi)關(guān)閉合（脈沖）后，對(duì)于隨后的開(kāi)關(guān)閉合在初級(jí)側(cè)接收到足夠的信號(hào)，并在信號(hào)電容器中保留足夠的能量。

次級(jí)側(cè)變量表示在變壓器的次級(jí)側(cè)的以下一個(gè)或多個(gè)：電壓，功率，或電流。

主控制器可以被配置為根據(jù)變壓器信號(hào)來(lái)設(shè)定電源開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)頻率和/或初級(jí)沖程電流的峰值或電源開(kāi)關(guān)的接通持續(xù)時(shí)間。電源開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)頻率和初級(jí)沖程電流的峰值與轉(zhuǎn)換后的功率有關(guān)。

第二控制器可以被配置為在振鈴沖程期間的一個(gè)或多個(gè)脈沖中，將信號(hào)電容器連接到次級(jí)繞組。振鈴沖程可以是在開(kāi)關(guān)電源的第一周期的次級(jí)沖程和下一個(gè)周期的初級(jí)沖程之間的期間。

第二控制器可以被配置為在振鈴沖程期間釋放單個(gè)脈沖或多個(gè)脈沖到次級(jí)繞組。

第二控制器可以被配置為在振鈴沖程稍后的一個(gè)時(shí)刻釋放一個(gè)或多個(gè)脈沖到次級(jí)繞組，例如，在5個(gè)或10個(gè)振鈴周期后振鈴隨著時(shí)間衰減具有較低的振幅。這是有利的，因?yàn)樗p降低了振鈴在振鈴沖程期間的振幅，從而允許較小能量的脈沖，因此需要較少可檢測(cè)到的電容放電作為初級(jí)側(cè)的變壓器信號(hào)。

變壓器信號(hào)可以包括以下至少一個(gè)量：變壓器的繞組兩端的電壓的快速變化，比變壓器的繞組的閾值的低或高的電壓的變化，和振鈴頻率的變化。這些量中的每一個(gè)都可以被認(rèn)為是變壓器信號(hào)的電壓和頻率的變化。“快速”變化可以被認(rèn)為是時(shí)間（d/dt）大于閾值的變化率。

開(kāi)關(guān)電源還可以包括耦合在信號(hào)開(kāi)關(guān)兩端的二極管。信號(hào)開(kāi)關(guān)可以是晶體管。變壓器可以是nmos或pmos場(chǎng)效應(yīng)晶體管。該二極管可以是晶體管的結(jié)合二極管，背柵二極管或體二極管。