專(zhuān)利名稱(chēng)：開(kāi)關(guān)式電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種開(kāi)關(guān)式電源，該電源具有與一個(gè)功率因數(shù)提高變換器的輸出端連接的DC-DC變換器。本發(fā)明特別涉及一種能夠減少本身能耗的開(kāi)關(guān)式電源。


圖1是一個(gè)電路圖，顯示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的開(kāi)關(guān)式電源的結(jié)構(gòu)。
該開(kāi)關(guān)式電源包括一個(gè)整流器2，一個(gè)連接在整流器2輸出端的功率因數(shù)提高變換器26，一個(gè)與變換器26輸出端連接的DC-DC變換器27，以及一個(gè)控制器15。這個(gè)控制器是變換器26和27的一個(gè)組成部分，其控制著功率因數(shù)提高變換器26和DC-DC變換器27的操作。
整流器2對(duì)交流電源1的交流電壓整流并且將整流電壓輸出到功率因數(shù)提高變換器26。變換器26提高包括紋波電流的交流電壓的功率因數(shù)，并將整流的交流電壓轉(zhuǎn)換成高于整流交流電壓的直流電壓。DC-DC變換器27將變換器26輸出的直流電壓轉(zhuǎn)換成用于負(fù)載的直流電源。
控制器15包括一個(gè)DC/DC控制器12和一個(gè)功率因數(shù)控制器(PFC)13。DC/DC控制器12控制著DC-DC變換器27的操作，PFC控制器13控制著功率因數(shù)提高變換器26的操作。
下面將對(duì)具有上述結(jié)構(gòu)的開(kāi)關(guān)式電源的操作做出說(shuō)明。
將由整流器2整流的電壓通過(guò)功率因數(shù)提高變換器26加到DC-DC變換器27，當(dāng)電壓加到DC-DC變換器27時(shí)，電壓也加到了DC/DC控制器12和PFC控制器13上。該提供的電壓?jiǎn)?dòng)DC/DC控制器12和PFC控制器13。
為了將整流器2的電壓轉(zhuǎn)換成增加了電壓值的直流電，PFC控制器13對(duì)由具有規(guī)定頻率的金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管組成的第一開(kāi)關(guān)元件4進(jìn)行切換(ON/OFF)控制。
即，在第一開(kāi)關(guān)元件4的ON(ON)期間，電流通過(guò)電抗器3a，在第一開(kāi)關(guān)元件4 OFF(關(guān))期間，儲(chǔ)存在電抗器3a的能量經(jīng)過(guò)一個(gè)二極管5提供給濾波電容器6并對(duì)其充電。
同時(shí)，PFC控制器13對(duì)第一開(kāi)關(guān)元件4進(jìn)行ON/OFF切換操作以使經(jīng)過(guò)第一開(kāi)關(guān)元件4的電流變成同相位的交流電壓正弦波，并使濾波電容器6的端電壓值為常數(shù)值。
另一方面，DC/DC控制器12進(jìn)行由具有規(guī)定頻率DC/DC轉(zhuǎn)換器27的MOS晶體管組成的第二開(kāi)關(guān)元件的切換，并將變壓器9的二次繞組9b的能量提供到負(fù)載20。同時(shí)，三次繞組9c產(chǎn)生感應(yīng)電壓，然后感應(yīng)電壓經(jīng)過(guò)二極管10和電容器11濾波。
經(jīng)濾波的電壓加到DC/DC控制器12和PFC控制器13作為控制器15的能量。
然而，開(kāi)關(guān)式電源相關(guān)技術(shù)中與DC-DC變換器27相連的功率因數(shù)提高變換器26在輕負(fù)載下進(jìn)行運(yùn)作，而輕負(fù)載不需要功率因數(shù)提高變換器操作的。因此，開(kāi)關(guān)式電源的能量損耗在輕負(fù)載的情況下變得增加了。這樣，現(xiàn)有技術(shù)的開(kāi)關(guān)式電源有一個(gè)缺點(diǎn)，那就是提高其能效是困難的。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，開(kāi)關(guān)式電源具有一個(gè)功率因數(shù)提高變換器、一個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器和一個(gè)控制部件。該功率因數(shù)提高變換器具有一個(gè)通過(guò)對(duì)第一開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行ON/OFF控制將交流電壓(AC)轉(zhuǎn)換成直流電壓(DC)的第一開(kāi)關(guān)元件，其中的直流電的電壓值要比其交流電電壓值高。DC-DC變換器具有一個(gè)第二開(kāi)關(guān)元件，通過(guò)對(duì)第二開(kāi)關(guān)元件的ON/OFF控制將功率因數(shù)提高變換器的DC電壓轉(zhuǎn)換成另一種DC電壓。控制部件根據(jù)脈沖信號(hào)判斷負(fù)載狀態(tài)來(lái)進(jìn)行對(duì)第二開(kāi)關(guān)元件的ON/OFF控制，并且當(dāng)判斷結(jié)果顯示一個(gè)輕負(fù)載狀態(tài)時(shí)，控制部件停止對(duì)功率改進(jìn)變換器的操作，當(dāng)判斷結(jié)果顯示一個(gè)重負(fù)載而不是輕負(fù)載的狀態(tài)時(shí)，控制部件啟動(dòng)功率因數(shù)的操作。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，開(kāi)關(guān)式電源的控制部件具有一個(gè)負(fù)載狀態(tài)判斷電路和一個(gè)功率因數(shù)提高變換器(PFC)ON/OFF開(kāi)關(guān)電路。負(fù)載狀態(tài)判斷電路根據(jù)脈沖信號(hào)判斷負(fù)載狀態(tài)，對(duì)第二開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行ON/OFF控制。功率因數(shù)提高變換器(PFC)ON/OFF開(kāi)關(guān)電路在判斷結(jié)果顯示輕負(fù)載時(shí)，停止功率因數(shù)提高變換器的操作，在判斷結(jié)果顯示一個(gè)重負(fù)載而不是輕負(fù)載時(shí)，啟動(dòng)功率因數(shù)提高變換器。
另外，根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，開(kāi)關(guān)式電源的負(fù)載狀態(tài)判斷電路具有一個(gè)基準(zhǔn)期間發(fā)生電路和一個(gè)ON期間比較電路?；鶞?zhǔn)期間發(fā)生電路產(chǎn)生根據(jù)輕負(fù)載狀態(tài)的第一基準(zhǔn)ON期間的第一脈沖信號(hào)和根據(jù)重負(fù)載狀態(tài)的第二基準(zhǔn)ON期間的第二脈沖信號(hào)，第二基準(zhǔn)ON期間要比第一基準(zhǔn)ON期間短。ON期間比較電路將第一基準(zhǔn)ON期間和第二基準(zhǔn)ON期間中的一個(gè)與一個(gè)脈沖信號(hào)ON期間相比較來(lái)進(jìn)行第二開(kāi)關(guān)元件的ON/OFF操作，并且當(dāng)判斷結(jié)果顯示負(fù)載的狀態(tài)為輕負(fù)載時(shí)，將來(lái)自第二基準(zhǔn)ON期間的第二脈沖信號(hào)的基準(zhǔn)期間電路的輸出切換到第一基準(zhǔn)ON期間的第一脈沖信號(hào)。
進(jìn)一步，根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，在開(kāi)關(guān)式電源中，當(dāng)判斷結(jié)果顯示負(fù)載的狀態(tài)為重負(fù)載時(shí)，ON期間比較電路將第一基準(zhǔn)ON期間的第一脈沖信號(hào)的基準(zhǔn)期間電路的輸出切換到第二基準(zhǔn)ON期間的第二脈沖信號(hào)。
另外，根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，開(kāi)關(guān)式電源的基準(zhǔn)期間發(fā)生電路具有一個(gè)磁滯特性，當(dāng)用于切換第二開(kāi)關(guān)元件的脈沖信號(hào)ON期間比第二基準(zhǔn)期間短時(shí)，基準(zhǔn)期間發(fā)生器電路輸出第一基準(zhǔn)ON期間的第一脈沖信號(hào)，并且當(dāng)用于切換第二開(kāi)關(guān)元件的脈信號(hào)的ON期間比第一基準(zhǔn)ON期間長(zhǎng)時(shí)，輸出第二基準(zhǔn)ON期間的第二脈沖信號(hào)。
進(jìn)一步，根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，開(kāi)關(guān)式電源的PFC ON/OFF開(kāi)關(guān)電路為了降低通過(guò)功率因數(shù)改變換器的電流，在輕負(fù)載下，停止對(duì)功率因數(shù)提高變換器的操作。
此外，根據(jù)另一實(shí)施例，當(dāng)負(fù)載的能量損耗不大于高頻波控制目標(biāo)能量時(shí)，開(kāi)關(guān)式電源的負(fù)載狀態(tài)判斷電路確定當(dāng)前狀態(tài)是輕負(fù)載狀態(tài)。
另外，根據(jù)另一實(shí)施例，當(dāng)保持開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓為一恒定值時(shí)，開(kāi)關(guān)式電源的控制部件控制用于切換第二開(kāi)關(guān)元件的脈沖信號(hào)ON期間根據(jù)負(fù)載的下降而降低。
通過(guò)下面的說(shuō)明和所附的權(quán)利要求，并參照所附的顯示本發(fā)明的一些優(yōu)選實(shí)施例附圖，本發(fā)明的上述及其它的特征和優(yōu)點(diǎn)以及其實(shí)施方式將變得很明顯，而且發(fā)明本身也得到更好的理解。
圖2是一個(gè)電路圖，顯示了根據(jù)第一個(gè)實(shí)施例的開(kāi)關(guān)式電源的結(jié)構(gòu)。
圖3是一個(gè)電路圖，顯示了PFC ON/OFF開(kāi)關(guān)電源的詳細(xì)結(jié)構(gòu)以及如圖2顯示的開(kāi)關(guān)式電源的負(fù)載狀態(tài)判斷電路。
圖4是一個(gè)期間圖，顯示了根據(jù)圖2顯示的第一實(shí)施例的開(kāi)關(guān)式電源的操作。
圖5是一個(gè)電路圖，顯示了根據(jù)第二實(shí)施例的開(kāi)關(guān)式電源的結(jié)構(gòu)。
下面的描述中，下述實(shí)施例中與圖1顯示的現(xiàn)有技術(shù)相同的部件將用相同的參考字符和數(shù)字表示。
開(kāi)關(guān)式電源包括一個(gè)整流器2，連接到整流器2的輸出端的功率因數(shù)提高變換器126，連接到變換器126的輸出端的DC-DC變換器127，一個(gè)控制器23，用于控制變換器126和127的操作。這個(gè)控制器23組成變換器126和127的一個(gè)部分。
整流器2對(duì)交流電源1輸出的交流電壓進(jìn)行整流，經(jīng)整流的電壓輸出到功率因數(shù)提高變換器126。功率因數(shù)提高變換器126提高具有紋波電流的交流電壓的功率因數(shù)，并將經(jīng)整流的電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓，這種直流電壓比經(jīng)整流的交流電壓要高。DC-DC變換器127轉(zhuǎn)換變換器126輸出的直流電壓，并將其作為直流電源加到負(fù)載20上。
控制器23包括一個(gè)DC-DC控制器112，一個(gè)功率因數(shù)控制器(PFC)113，一個(gè)PFC ON/OFF開(kāi)關(guān)電路24和一個(gè)負(fù)載狀態(tài)判斷電路25。DC-DC控制器112控制著DC-DC變換器127的操作。PFC控制器13控制著功率因數(shù)提高變換器126的操作。負(fù)載狀態(tài)判斷電路25包括一個(gè)ON期間比較電路21和一個(gè)基準(zhǔn)輸出電路22。
基準(zhǔn)電路輸出電路22包括一個(gè)開(kāi)關(guān)元件22a，一個(gè)基準(zhǔn)期間發(fā)生電路22b，和一個(gè)第二基準(zhǔn)期間發(fā)生電路22c。第一基準(zhǔn)期間發(fā)生電路22b產(chǎn)生一個(gè)第一基準(zhǔn)ON期間T1的脈沖信號(hào)V1。第二基準(zhǔn)期間發(fā)生電路222c產(chǎn)生一個(gè)經(jīng)第一基準(zhǔn)ON期間T1短的第二基準(zhǔn)ON期間T2。
開(kāi)關(guān)元件根據(jù)從ON期間比較電路21傳送的信號(hào)V4選擇脈沖信號(hào)V1(從第一基準(zhǔn)期間發(fā)生電路22b傳送)和第二脈沖信號(hào)V2(從第二基準(zhǔn)期間發(fā)生電路22c傳送)其中之一，然后將所選取的一個(gè)信號(hào)作為脈沖信號(hào)V3輸出到ON期間比較電路21。
ON期間比較電路21將脈沖信號(hào)VG的ON期間和脈沖信號(hào)V3的ON期間比較，如果脈沖信號(hào)VG從DC/DC控制器112輸出到DC-DC變換器127的第二開(kāi)關(guān)元件8的控制終端(如，控制極)，并且脈沖信號(hào)V3從基準(zhǔn)期間輸出電路22輸出。
如上所述，表示ON期間比較電路21的比較結(jié)果的信號(hào)V4被輸出到PFC ON/OFF開(kāi)關(guān)電路24和開(kāi)關(guān)元件22a。
PFC ON/OFF開(kāi)關(guān)電路24根據(jù)ON期間比較電路輸出的信號(hào)V4啟動(dòng)和停止PFC控制器。從而上述操作啟動(dòng)或停止第一開(kāi)關(guān)元件4(例如，則MOS變壓器組成)的操作。
更具體地，PFC ON/OFF開(kāi)關(guān)元件24停止了PFC控制器的操作，并且當(dāng)ON期間比較電路21輸出信號(hào)V4時(shí)，第一開(kāi)關(guān)元件4的ON/OFF操作也被停止。其中，信號(hào)V4是在比較基準(zhǔn)期間輸出電路22輸出的脈沖信號(hào)V3的第二基準(zhǔn)ON期間T2和DC/DC控制器112輸出的脈沖信號(hào)VG的ON期間之后，表示脈沖信號(hào)VG的ON期間不大于基準(zhǔn)期間輸出電路22輸出的脈沖信號(hào)V3的第二基準(zhǔn)ON期間T2。
同時(shí)，基準(zhǔn)期間輸出電路22從第二基準(zhǔn)ON期間T2的脈沖信號(hào)V2切換到輸出第一基準(zhǔn)ON期間T1的脈沖信號(hào)V1。
當(dāng)ON期間比較電路21輸出信號(hào)V4時(shí)，其中該信號(hào)是在比較基準(zhǔn)期間輸出電路22輸出的脈沖信號(hào)V1的第一基準(zhǔn)ON期間T1和脈沖信號(hào)VG的ON期間之后表示脈沖信號(hào)VG的ON期間不大于第一基準(zhǔn)ON期間T1的基準(zhǔn)期間，PFC ON/OFF開(kāi)關(guān)電路24啟動(dòng)PFC控制器113的操作，從而啟動(dòng)第一開(kāi)關(guān)元件4的開(kāi)關(guān)操作。
同時(shí)，基準(zhǔn)期間輸出電路22從第一基準(zhǔn)ON期間T1切換到第二基準(zhǔn)ON期間T2的脈沖信號(hào)V2的輸出。
DC/DC控制器112的控制使基于安裝在DC-DC變換器127輸出端的輸出電壓控測(cè)電路19的探測(cè)結(jié)果保持輸出電壓時(shí)，根據(jù)負(fù)載的減小，使驅(qū)動(dòng)第二開(kāi)關(guān)元件8的脈沖信號(hào)VG的脈沖寬度變窄。
脈沖寬度的控制通過(guò)改變鋸齒波形信號(hào)如圖3顯示的信號(hào)Vosc的門(mén)限電平，該鋸齒波形信號(hào)是根據(jù)負(fù)載量在DC-DC控制器112中產(chǎn)生的。DC/DC控制器112將偏流Ibias2提供到PFC ON/OFF開(kāi)關(guān)電路23。
進(jìn)一步，參照?qǐng)D3以下將對(duì)ON期間比較電路21、基準(zhǔn)期間發(fā)生電路22以及PFC ON/OFF開(kāi)關(guān)電路24做出解釋。
ON期間比較電路21包括一個(gè)D型(負(fù)沿觸發(fā)型)雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器。DC/DC控制器112將脈沖信號(hào)VG輸出到雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器數(shù)據(jù)輸入端D。開(kāi)關(guān)元件22a將脈沖信號(hào)V3輸出到雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器期間輸入端。雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器反向輸出端將信號(hào)V4輸出到PFC ON/OFF開(kāi)關(guān)電源24。
通過(guò)檢測(cè)是否DC/DC控制器112輸出脈沖信號(hào)VG的ON期間取樣于基準(zhǔn)期間發(fā)生電路22的開(kāi)關(guān)電源22a的脈沖信號(hào)V3的下降沿，這個(gè)形成ON期間比較電路21的雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器能夠判斷是否脈沖信號(hào)VG的ON期間比脈沖信號(hào)V3的ON期間長(zhǎng)，即脈沖信號(hào)V1的第一基準(zhǔn)ON期間或脈沖信號(hào)V2的第二基準(zhǔn)ON期間。
開(kāi)關(guān)元件22a是一個(gè)由與門(mén)G1、與門(mén)G2和或門(mén)G3組成的雙輸入選擇器。
與門(mén)G1的一個(gè)輸入端輸入雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器反向輸出/Q的信號(hào)，另一個(gè)輸入終端輸入第一基準(zhǔn)期間發(fā)生電路22b的脈沖信號(hào)V1。
與門(mén)G2的一個(gè)輸入端輸入雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器非反向輸出/Q的信號(hào)，另一個(gè)輸入終端輸入第二基準(zhǔn)期間發(fā)生電路22c的脈沖信號(hào)V2。
或門(mén)G3執(zhí)行一個(gè)與門(mén)G1和G2的邏輯和，然后將結(jié)果脈沖信號(hào)V3輸出到形成ON期間比較電路21的雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器的期間輸入端。
因此，當(dāng)雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器復(fù)位時(shí)，雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器選擇并輸入脈沖信號(hào)V1，當(dāng)設(shè)定雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器時(shí)，其選擇并輸入脈沖信號(hào)V2。所選擇的一種信號(hào)傳送到雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器的期間輸入終端。
利用負(fù)載狀態(tài)判斷電路25的這種結(jié)構(gòu)，對(duì)ON期間取樣，并且當(dāng)脈沖信號(hào)VG的ON期間比在重負(fù)載下的脈沖信號(hào)V1或V2長(zhǎng)時(shí)，雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器被設(shè)定，其中在重負(fù)載下，負(fù)載的能量消耗大于高頻波控制目標(biāo)能量(不小于規(guī)定的能量)。如果脈沖信號(hào)VG的ON期間不會(huì)變短，這種狀態(tài)將會(huì)持續(xù)。
另一方面，當(dāng)脈沖信號(hào)VG的ON期間變短時(shí)，例如，當(dāng)負(fù)載狀態(tài)從重負(fù)載狀態(tài)變到輕負(fù)載狀態(tài)時(shí)，其中負(fù)載的能量損耗不大于高頻波控制目標(biāo)能量，雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器因?yàn)镺N期間比較電路21不能對(duì)脈沖信號(hào)VG的ON期間取樣而復(fù)位。除非脈沖信號(hào)VG的ON期間變長(zhǎng)時(shí)，否則這種狀態(tài)被持續(xù)。在重負(fù)載狀態(tài)下，信號(hào)V4被切換到低電平(下文稱(chēng)L電平)。在輕負(fù)載狀態(tài)下，信號(hào)V4被切換到高電平(下文稱(chēng)H電平)。
如圖3所示，PFC ON/OFF開(kāi)關(guān)電路24包括一個(gè)由變壓器24a和24b組成的電流監(jiān)控電路，一個(gè)由變壓器24c和24d組成的電流監(jiān)控電路以及一個(gè)變壓器24e。
當(dāng)信號(hào)V4在重負(fù)載狀態(tài)下變?yōu)長(zhǎng)電平時(shí)，變壓器24e轉(zhuǎn)成OFF。因此，DC/DC控制器112輸出的偏流Ibia2通過(guò)變壓器24d，并且相同電流通過(guò)變壓器24a和24c，并進(jìn)一步通過(guò)變壓器24b。這個(gè)電流作為偏流Ibias3從PFC ON/OFF開(kāi)關(guān)電路24流向PFC ON/OFF控制器113。
另一方面，當(dāng)信號(hào)V4在輕負(fù)載狀態(tài)下變成L電平時(shí)，PFC度ON/OFF開(kāi)關(guān)電路24的變壓器24e轉(zhuǎn)成ON。因此，停止對(duì)DC/DC控制器112的PFC ON/OFF開(kāi)關(guān)電路24供給偏流Ibia2，并且停止對(duì)PFC ON/OFF開(kāi)關(guān)電路24的PFC控制器113供給偏流Ibia3。也就是說(shuō)，停止對(duì)PFC控制器113供給經(jīng)二極管10整流和濾波的電壓。功率因數(shù)提高變換器126的操作也因此被停止了。
換句話(huà)說(shuō)，在輕負(fù)載期間，功率因數(shù)提高變換器126中斷了，并且因其中斷，使得PFC控制器113的電流也降低了。結(jié)果，在輕負(fù)載狀態(tài)下，能量的損耗也降低了。
參照?qǐng)D2和圖3，下面將對(duì)具有上述結(jié)構(gòu)的開(kāi)關(guān)式電源做出解釋。
由整流器2整流的電壓通過(guò)功率因數(shù)提高變換器126供應(yīng)到DC-DC變換器127。當(dāng)電壓供應(yīng)到DC/DC變換器127時(shí)，電壓通過(guò)起動(dòng)電阻18供應(yīng)到控制器23的PFC ON/OFF開(kāi)關(guān)電路24和DC/DC控制器112。DC/DC控制器112和PFC ON/OFF開(kāi)關(guān)電路24因此被啟動(dòng)了。
為了將整流器2的電壓通過(guò)增加整流器2的電壓轉(zhuǎn)換成直流電，PFC控制器113按一個(gè)規(guī)定頻率切換(ON/OFF)功率因數(shù)提高變換器126的第一開(kāi)關(guān)元件4的操作，其中PFC控制器113是通過(guò)接收PFC ON/OFF開(kāi)關(guān)電路24的偏流Ibias3而啟動(dòng)操作的。也就是說(shuō)，在第一開(kāi)關(guān)元件4的ON期間中，電流通過(guò)電抗器3a，并且電抗器3a儲(chǔ)存的能量在OFF期間通過(guò)二極管5使濾波電容6充電。
同時(shí)，PFC控制器113切換第一開(kāi)關(guān)元件4的操作以使流經(jīng)第一開(kāi)關(guān)電元4的電流與AC電壓VAC的正弦曲線(xiàn)同相，并且濾波電容器6的兩個(gè)終端具有相同的電平。
另一方面，DC/DC控制器112按規(guī)定頻率切換DC-DC變換器127的第二開(kāi)關(guān)元件8的操作，并由此能量通過(guò)變壓器9的第二繞阻9b供應(yīng)到負(fù)載。同時(shí)，電壓在第三繞阻9c中被感應(yīng)，然后通過(guò)二極管10和電容11濾波。這種經(jīng)整流和過(guò)濾的電壓作為控制器23的電源供應(yīng)到DC/DC控制器112和PFC ON/OFF開(kāi)關(guān)電路24。
參照?qǐng)D4的期間表，下面將對(duì)功率因數(shù)提高變換器126的啟動(dòng)和停止操作做出詳細(xì)解釋。
雖然圖4的期間表中沒(méi)有顯示，但是，直到進(jìn)入ON電源后DC-DC變換器127輸出一個(gè)恒定電壓時(shí)，ON期間比較電路21才進(jìn)行比較操作的控制。
在DC-DC變換器127輸出一個(gè)恒定電壓的狀態(tài)下，當(dāng)DC-DC變換器127的重負(fù)載狀態(tài)切換到了輕負(fù)載狀態(tài)時(shí)，并當(dāng)加到第二開(kāi)關(guān)元件8的控制終端的脈沖信號(hào)的ON期間(t11到t12)比基準(zhǔn)期間輸出電路22傳送的脈沖信號(hào)V3的第二基準(zhǔn)期間T2短時(shí)，ON期間比較電路21輸出的信號(hào)V4從L電平到H電平。
當(dāng)信號(hào)V4的電平從H電平轉(zhuǎn)變成L電平時(shí)，PFC ON/OFF開(kāi)關(guān)電路24的變壓器24e進(jìn)入ON狀態(tài)，以使偏流Ibias2不會(huì)傳輸?shù)絇FC控制器113上作為PFC ON/OFF開(kāi)關(guān)電路24的偏流Ibias3。在這種情況下，偏流Ibias3的值變?yōu)榱?，即沒(méi)有偏流。結(jié)果，PFC控制器113的操作停止了并且第一開(kāi)關(guān)元件4的操作也因此而停止。
當(dāng)?shù)谝婚_(kāi)關(guān)元件4的操作停止時(shí)，功率因數(shù)提高變換器126的輸出沒(méi)有增加。換句話(huà)說(shuō)，DC-DC變換器127的輸入電壓降低了。如圖4的期間t14-t15、t17-t18、t20-t21、t23-t24，功率因數(shù)提高變換器126在脈沖信號(hào)VG的ON期間狀態(tài)下的操作比ON期間t11-t12狀態(tài)下的操作要長(zhǎng)，即使維持輕負(fù)載的狀態(tài)。
同時(shí)，當(dāng)基準(zhǔn)期間輸出電路22的脈沖信號(hào)V3維持第二基準(zhǔn)ON期間T2時(shí)，第一開(kāi)關(guān)電元4立即重新啟動(dòng)下一個(gè)脈沖信號(hào)的ON期間將變長(zhǎng)，并且第一開(kāi)關(guān)元件4在下一個(gè)ON期間被停止。這樣，第一開(kāi)關(guān)元件4的啟動(dòng)和停止操作重復(fù)更替著，第一開(kāi)關(guān)元件4進(jìn)入一個(gè)不穩(wěn)狀態(tài)。然而，在這個(gè)實(shí)施例中，因?yàn)榫o隨第一開(kāi)關(guān)元件4的操作的停止，基準(zhǔn)期間輸出電路22輸出的脈沖V3被切換到比延長(zhǎng)信號(hào)VG的期間長(zhǎng)的第一基準(zhǔn)ON期間T1，第一開(kāi)關(guān)元件4繼續(xù)停止?fàn)顟B(tài)。
進(jìn)一步，在DC-DC變換器127的負(fù)載狀態(tài)從輕負(fù)載狀態(tài)切換到重負(fù)載的狀態(tài)的情況下，當(dāng)輸入到第二開(kāi)關(guān)元件8的控制終端的脈沖信號(hào)VG的ON期間t27-t30不大于基準(zhǔn)期間輸出電路22的第一基準(zhǔn)期間T1時(shí)，ON期間比較電路21的輸出電平從H電平切換到L電平。
結(jié)果，PFC ON/OFF開(kāi)關(guān)電路24輸出電流Ibias3，以使PFC控制器113的操作啟動(dòng)。第一開(kāi)關(guān)元件4啟動(dòng)了其切換操作。同時(shí)，因?yàn)閺幕鶞?zhǔn)期間輸出電路22輸出的脈沖信號(hào)V3被切換到比第一基準(zhǔn)ON期間T1短的第二基準(zhǔn)ON期間T2，第一開(kāi)關(guān)元件維持一個(gè)穩(wěn)定的開(kāi)關(guān)操作。
如上所述，根據(jù)第一實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電源，因?yàn)檫M(jìn)行功率因數(shù)提高變換器在輕負(fù)載狀態(tài)下中斷的控制并且流經(jīng)控制電路的電流的降低，下輕負(fù)載狀態(tài)下提高能量的功效將變得可能。
進(jìn)一步，根據(jù)負(fù)載量，在功率因數(shù)提高變換器126的切換操作下入啟動(dòng)模式或停止模式中，第一和第二基準(zhǔn)備ON期間(和DC-DC變換器127輸出的信號(hào)VG的ON期間相比)的切換變成了滯后操作的期間。也就是說(shuō)，當(dāng)用于切換第二ON頭元件8的脈沖信號(hào)VG的IN期間比第二基準(zhǔn)ON期間T2的期間短時(shí)，基準(zhǔn)期間輸出電路22輸出第一基準(zhǔn)ON期間T1的脈沖波V1，當(dāng)脈沖信號(hào)VG的ON期間比第一基準(zhǔn)ON期間T1長(zhǎng)時(shí)，基準(zhǔn)ON期間輸出電路22輸出第二基準(zhǔn)ON期間T2的脈沖信號(hào)V2。因此，穩(wěn)定切換功率因數(shù)提高變換器126的啟動(dòng)和停止模式變得可能。
即，PFC ON/OFF開(kāi)關(guān)電路124包括一個(gè)變壓器124a；一個(gè)電阻124b；一個(gè)變壓器124c和一個(gè)反向變換器124d。
當(dāng)信號(hào)V4的電平在重負(fù)載下變成L電平時(shí)，PFC ON/OFF開(kāi)關(guān)電路124的變壓器124c轉(zhuǎn)成ON狀態(tài)。變壓器124c的ON狀態(tài)使變壓器124a變成OFF。由二極管10和電容器11整流和濾波的能量不會(huì)加到PFC控制器113上。
根據(jù)第二實(shí)施例的開(kāi)關(guān)式電源，形成一個(gè)具有簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的PFCON/OFF開(kāi)關(guān)電路124將成為可能。另外，因?yàn)镈C/DC控制器212輸出偏流Ibias2將變得沒(méi)有必要，所以形成一個(gè)具有簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的DC/DC控制器212將成為可能。
本發(fā)明的開(kāi)關(guān)式電源具有如下的改進(jìn)。
例如，PFC控制器和DC/DC控制器通過(guò)第一和第二實(shí)施例的DC-DC變換器獲得能量。但是，本發(fā)明并不局限于這種結(jié)構(gòu)，如，可以通過(guò)不同的電源對(duì)其提供能量。
進(jìn)一步，為了檢測(cè)輕負(fù)載狀態(tài)，在如上所述的第一和第二實(shí)施例中使用DC-DC變換器的控制信號(hào)VG的ON期間。但是，本發(fā)明并不局限在這種結(jié)構(gòu)上，例如可以使用控制信號(hào)VG的OFF期間。
此外，也可以使用回掃(flyback)型、推進(jìn)型和共振型的DC-DC變換器。
另外，也可以使用除MOS變壓器之外的二極管、IGBT和其它形成DC-DC變換器的功率因數(shù)提高變換器的開(kāi)關(guān)元件。
還要說(shuō)明的是，根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)楣β室驍?shù)提高變換器的操作在輕負(fù)載狀態(tài)下中斷，所以提供一種能夠提高功效的開(kāi)關(guān)式電源將變得可能。
所有根據(jù)本發(fā)明的是實(shí)力的這些和其它改進(jìn)和替換都應(yīng)包括在所述的范圍之內(nèi)。因此，可以理解，對(duì)本發(fā)明能夠更廣泛的，并且以與所附的權(quán)利要求相統(tǒng)一的含義和適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)范圍的方式來(lái)解釋。
權(quán)利要求
1.一種開(kāi)關(guān)式電源，其包括一功率因數(shù)提高變換器，其包括第一開(kāi)關(guān)元件，通過(guò)對(duì)第一開(kāi)關(guān)元件的ON/OFF控制，將交流電壓(AC)轉(zhuǎn)換成直流電壓(DC)，其中直流電壓要比交流電壓電平高；一DC-DC轉(zhuǎn)換器，其包括第二開(kāi)關(guān)元件，通過(guò)對(duì)第二開(kāi)關(guān)元件的ON/OFF控制，將功率因數(shù)提高變換器的DC電壓轉(zhuǎn)換成另一種DC電壓；和一控制部件，根據(jù)用于執(zhí)行第二開(kāi)關(guān)元件ON/OFF控制的脈沖信號(hào)判斷負(fù)載況態(tài)，并且當(dāng)判斷結(jié)果顯示一個(gè)輕負(fù)載狀態(tài)時(shí)，控制部件停止對(duì)功率改進(jìn)變換器的操作，當(dāng)判斷結(jié)果顯示一個(gè)重負(fù)載而不是輕負(fù)載的狀態(tài)時(shí)，控制部件啟動(dòng)功率因數(shù)的操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)式電源，其中，控制部件包括一負(fù)載狀態(tài)判斷電路，根據(jù)用于對(duì)第二開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行ON/OFF控制的脈沖信號(hào)判斷負(fù)載狀態(tài)；和一功率因數(shù)提高變換器(PFC)ON/OFF開(kāi)關(guān)電路，在判斷結(jié)果顯示輕負(fù)載時(shí)停止功率因數(shù)提高變換器的操作，在判斷結(jié)果顯示一個(gè)重負(fù)載而不是輕負(fù)載時(shí)，啟動(dòng)功率因數(shù)提高變換器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的開(kāi)關(guān)式電源，其中，負(fù)載狀態(tài)判斷電路包括一基準(zhǔn)期間發(fā)生電路，用于產(chǎn)生根據(jù)輕負(fù)載狀態(tài)的第一基準(zhǔn)ON期間的第一脈沖信號(hào)和根據(jù)重負(fù)載狀態(tài)的第二基準(zhǔn)ON期間的第二脈沖信號(hào)，第二基準(zhǔn)ON期間的時(shí)間要比第一基準(zhǔn)ON期間短；一ON期間比較電路，用于將第一基準(zhǔn)ON期間和第二基準(zhǔn)ON期間中的一個(gè)期間與用于進(jìn)行第二開(kāi)關(guān)元件ON/OFF操作的脈沖信號(hào)ON期間相比較，并且當(dāng)判斷結(jié)果顯示負(fù)載的狀態(tài)為輕負(fù)載時(shí)，將來(lái)自第二基準(zhǔn)ON期間的第二脈沖信號(hào)的基準(zhǔn)期間產(chǎn)生電路的輸出切換到第一基準(zhǔn)ON期間的第一脈沖信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的開(kāi)關(guān)式電源，其中，當(dāng)判斷結(jié)果顯示負(fù)載的電流狀態(tài)為重負(fù)載時(shí)，該ON期間比較電路將來(lái)自第一基準(zhǔn)ON期間的第一脈沖信號(hào)的基準(zhǔn)期間電路的輸出切換到第二基準(zhǔn)ON期間的第二脈沖信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的開(kāi)關(guān)式電源，其中，該基準(zhǔn)期間發(fā)生電路具有一個(gè)磁滯特性，當(dāng)用于切換第二開(kāi)關(guān)元件的脈沖信號(hào)ON期間比第二基準(zhǔn)期間短時(shí)，該基準(zhǔn)期間發(fā)生器電路輸出第一基準(zhǔn)ON期間的第一脈沖信號(hào)，并且當(dāng)用于切換第二開(kāi)關(guān)元件的脈信號(hào)的ON期間比第一基準(zhǔn)ON期間長(zhǎng)時(shí)，輸出第二基準(zhǔn)ON期間的第二脈沖信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的開(kāi)關(guān)式電源，其中，該基準(zhǔn)期間發(fā)生電路具有一個(gè)磁滯特性，當(dāng)用于切換第二開(kāi)關(guān)元件的第三脈沖信號(hào)的ON期間比第二基準(zhǔn)期間短時(shí)，該基準(zhǔn)期間發(fā)生器電路輸出第一基準(zhǔn)ON期間的第一脈沖信號(hào)，并且當(dāng)用于切換第二開(kāi)關(guān)元件的脈信號(hào)的ON期間比第一基準(zhǔn)ON期間長(zhǎng)時(shí)，輸出第二基準(zhǔn)ON期間的第二脈沖信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的開(kāi)關(guān)式電源，其中，該開(kāi)關(guān)式電源的PFC ON/OFF開(kāi)關(guān)電路在輕負(fù)載下，停止對(duì)功率因數(shù)提高變換器的操作，以便降低通過(guò)功率因數(shù)提高變換器的電流的大小。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的開(kāi)關(guān)式電源，其中，當(dāng)負(fù)載的能量損耗不大于高頻波控制目標(biāo)能量時(shí)，開(kāi)關(guān)式電源的負(fù)載狀態(tài)判斷電路確定當(dāng)前狀態(tài)是輕負(fù)載狀態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)式電源，其中，控制部件控制用于切換第二開(kāi)關(guān)元件的脈沖信號(hào)的ON期間根據(jù)負(fù)載的下降而降低，同時(shí)保持開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓為一恒定電平。
全文摘要
在開(kāi)關(guān)式電源中，一個(gè)負(fù)載狀態(tài)判斷電路(25)，根據(jù)脈沖信號(hào)VG判斷負(fù)載(20)狀態(tài)，用于作為DC－DC變換器(127)開(kāi)關(guān)元件的MOS變壓器(8)的ON/OFF控制。為了降低開(kāi)關(guān)式電源的能量損失，一個(gè)PFC ON/OFF電路(24)，在判斷結(jié)果顯示輕負(fù)載時(shí)停止功率因數(shù)提高變換器(126)的操作，在判斷結(jié)果顯示一個(gè)重負(fù)載而不是輕負(fù)載時(shí)，啟動(dòng)功率因數(shù)提高變換器(126)的操作。
文檔編號(hào)H02M3/28GK1421986SQ02153030
公開(kāi)日2003年6月4日 申請(qǐng)日期2002年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月29日
發(fā)明者山田智康, 嶋田雅章 申請(qǐng)人:三墾電氣株式會(huì)社