本發(fā)明涉及開關(guān)模式電源設(shè)備，其具有用于提供輔助輸出電壓的輔助電路。

背景技術(shù)：

開關(guān)模式電源是通過開關(guān)(諸如晶體管)轉(zhuǎn)換電源的電壓和電流特性的電路。它們的小尺寸和高能量效率使得它們適合于廣泛的各種應(yīng)用。例如，諸如移動(dòng)電話充電器和膝上式電源的消費(fèi)者電子設(shè)備通常包括開關(guān)模式電源，用于將市電電源的交流電轉(zhuǎn)換為負(fù)載要求的直流電。

除轉(zhuǎn)換電壓之外，開關(guān)模式電源通常被配置為生成用于驅(qū)動(dòng)開關(guān)或某種其他部件的低輔助電壓。在US 2011/0157919A1中公開了如何生成用于控制切換電壓調(diào)節(jié)器系統(tǒng)的集成電路的電源電壓的示例。期望該電壓生成是能量有效且廉價(jià)地實(shí)施。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一般目的是提供一種改進(jìn)或可替換的開關(guān)模式電源設(shè)備。具體目的包括提供廉價(jià)且能量有效的輔助電路，其為開關(guān)模式電源設(shè)備的部件或者獨(dú)立電路(諸如用于發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)器的控制器)提供輔助電壓。

本發(fā)明通過獨(dú)立權(quán)利要求來限定。在從屬權(quán)利要求、說明書和附圖中闡述了實(shí)施例。

根據(jù)第一方面，提供了一種開關(guān)模式電源設(shè)備，包括：主電路，被配置為接收DC輸入電壓并提供DC輸出電壓；以及輔助電路，被配置為提供輔助電壓。主電路包括：電感器元件，用于提供DC輸出電壓；切換元件，連接至電感器元件；以及控制器，被配置為在導(dǎo)通狀態(tài)和非導(dǎo)通狀態(tài)之間對(duì)切換元件進(jìn)行切換。切換元件被配置為將脈沖直流電流饋送給地電位。輔助電路包括輔助電感器，其被連接以接收脈沖直流電流并且與電感器元件磁性隔離。因此，輔助電感器不磁性地耦合至電感器元件。

通過“脈沖直流電流”，其表示具有可變幅度的直流電流。縮寫“AC”和“DC”分別代表“交流電”和“直流電”。輔助電壓通常是具有基本恒定幅度的DC電壓。DC輸入電壓通常是整流和緩沖的AC電壓。

由于磁性隔離的初級(jí)電感器和輔助電感器，上述設(shè)備可以使用廉價(jià)的初級(jí)電感器(諸如鼓芯(drum core)電感器)和小輔助電感器(例如，表面安裝設(shè)備電感器)來實(shí)施。輔助電路可以是簡(jiǎn)單且能量有效的。

根據(jù)設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例，主電路和輔助電路連接至公共電位。輔助電感器例如可以連接至地電位和DC輸入電壓的負(fù)極性。將主電路和輔助電路連接至公共電位對(duì)于一些應(yīng)用來說是有利的，因?yàn)榉駝t需要適用電平位移器。

根據(jù)設(shè)備的有利實(shí)施例，輔助電路包括：連接至地電位的電容器以及連接至輔助電感器和電容器的二極管，其中，輔助電壓是電容器兩端的電壓。二極管可以是廉價(jià)的低壓二極管。為了限制輔助電壓，齊納二極管可以與電容器并聯(lián)。為了減小輔助電路中的振蕩，阻尼電阻器可以與輔助電感器并聯(lián)。

根據(jù)設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例，電感器元件是電感器。電感器元件由此可以包括單個(gè)線圈或繞組。在可替換實(shí)施例中，電感器元件是具有兩個(gè)磁性耦合線圈的變壓器。

根據(jù)設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例，啟動(dòng)電阻器連接至控制器和DC所輸入電壓的正極性。這可以改進(jìn)設(shè)備的啟動(dòng)特性。

根據(jù)設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例，輔助電壓連接至主電路。可替換地，輔助電壓連接至主電路和輔助電路外的負(fù)載。

注意，本發(fā)明涉及權(quán)利要求中引用的特征的所有可能組合。

附圖說明

現(xiàn)在將參考示出本發(fā)明實(shí)施例的附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的該方面和其他方面。類似的參考符號(hào)貫穿附圖表示類似的元件。

圖1示出了開關(guān)模式電源設(shè)備的實(shí)施例的示意性電路圖。

圖2示出了具有變壓器的開關(guān)模式電源設(shè)備的實(shí)施例的示意性電路圖。

圖3示出了表示操作期間在開關(guān)模式電源設(shè)備的實(shí)施例中的電流流動(dòng)的示意性電路圖。

具體實(shí)施方式

以下將參照附圖更完整地描述本發(fā)明，其中示出了本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以以許多不同的形式來具體化，并且不應(yīng)解釋為限于本文闡述的實(shí)施例；相反，提供這些實(shí)施例是為了透?jìng)?cè)和完整，并且向本領(lǐng)域技術(shù)人員完全地傳遞本發(fā)明的范圍。

圖1示出了連接至電源2的開關(guān)模式電源設(shè)備1的示意性電路圖，其中電源2是為開關(guān)模式電源設(shè)備1提供AC輸入電壓的AC電源。作為示例，電源2是提供具有100V和240V之間的幅度和50Hz或60Hz的頻率的AC輸入電壓的市電電源。電源2連接至整流器3，通常經(jīng)由濾波器4，諸如電磁干涉濾波器。濾波器4幫助減少來自電源2的噪聲，從而保護(hù)開關(guān)模式電源設(shè)備1中的敏感部件。整流器3是二極管橋式整流器，更特別地為全波整流二極管橋式整流器。然而，半波整流是適用的替換方式。整流器3具有正端3a和負(fù)端3b，終端3a、3b之間的電壓差是DC輸入電壓V₁。開模模式電源設(shè)備還包括輸入電容器5，其經(jīng)由正端3a連接至DC輸入電壓V₁的正極性以及經(jīng)由負(fù)端3b連接至DC輸入電壓V₁的負(fù)極性。輸入電容器5的電容例如可以在約1μF至約100μF的范圍內(nèi)。DC輸入電壓V₁具有波紋，其通過輸入電容器5來平滑。根據(jù)另一實(shí)施例，開關(guān)模式電源設(shè)備1旨在連接至提供DC輸入電壓的電源2，則排除整流器3。

開關(guān)模式電源設(shè)備1具有主電路6，其被配置為接收DC輸入電壓V₁并提供用于為電子設(shè)備(例如，燈或計(jì)算機(jī))供電的DC輸出電壓V₂。輸出電壓V₂的值取決于預(yù)期應(yīng)用，但是通常在約20V至約140V的范圍內(nèi)。主電路6由此可以作為DC-DC轉(zhuǎn)換器、諸如降壓轉(zhuǎn)換器或升壓轉(zhuǎn)換器進(jìn)行操作。主電路6具有控制器7，例如脈寬調(diào)制控制器，其連接至正端3a?？刂破?經(jīng)由啟動(dòng)電阻器8連接至正端3a。因此，啟動(dòng)電阻器8連接至控制器7和DC輸入電壓V₁的正極性。啟動(dòng)電阻器8的電阻例如可以在約100kΩ至約1MΩ的范圍內(nèi)。根據(jù)另一實(shí)施例，排除啟動(dòng)電阻器8。

控制器7連接至切換元件9，控制器7被配置為在導(dǎo)通狀態(tài)和非導(dǎo)通狀態(tài)之間對(duì)切換元件9進(jìn)行切換。在該實(shí)施例中，切換元件9是晶體管。切換元件9可以是雙極晶體管，諸如PNP晶體管或NPN晶體管。切換元件9可以是場(chǎng)效應(yīng)晶體管，諸如MOSFET。切換元件9可以是晶閘管、柵極截止晶閘管(GTO)或絕緣柵型雙極晶體管(IGBT)等。切換元件9被配置為將脈沖直流電流饋送給地電位10。切換元件9可以經(jīng)由用于電流測(cè)量的感應(yīng)電阻器11連接至地電位10。感應(yīng)電阻器11連接至切換元件9的發(fā)射極并且通常具有大于約10mΩ的電阻。切換元件9連接至電感器形式的電感器元件12。更精確地，電感器元件12是包括單個(gè)線圈的電感器。電感器元件12連接至切換元件9的集電極。電感器元件12的電感例如可以在約200μH至約10mH的范圍內(nèi)。電感器元件12通過在每個(gè)切換循環(huán)存儲(chǔ)傳送至主電路6的輸出的能量來提供DC輸出電壓V₂，從而生成輸出電壓V₂。

主電路6通常也包括其他部件。根據(jù)圖1所示的實(shí)施例，電感器元件12經(jīng)由與電感器元件12串聯(lián)的輸出電容器13連接至正端3a。DC輸出電壓V₂是輸出電容器13兩端的電壓。主電路6設(shè)置有輸出端24，用于將外部負(fù)載連接至輸出電壓V₂。阻擋二極管14與輸出電容器13和電感器元件12并聯(lián)，該阻擋二極管14防止輸出電容器13在開關(guān)模式電源設(shè)備1的操作期間通過切換元件9放電。用于監(jiān)控DC輸出電壓V₂的反饋電路15連接至控制器7。反饋電路15例如可以被配置為如果DC輸出電壓V₂偏離參考電壓超過預(yù)定值，則向控制器7發(fā)信號(hào)。排除反饋電路15也是可能的替換方式。

開關(guān)模式電源設(shè)備1具有被配置為提供輔助電壓V₃的輔助電路16。輔助電壓V₃通常是具有恒定幅度或者基本恒定幅度的DC電壓。輔助電壓V₃例如可以在約5V至約12V的范圍內(nèi)。經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)輔助輸出端23向負(fù)載17提供輔助電壓V₃。負(fù)載17連接至地電位10，即，與主電路6相同的地電位。然而，通常來說，負(fù)載17不是必須連接至與主電路6相同的地電位。典型負(fù)載17的示例是控制電路、微處理器、光電傳感器、無源紅外傳感器或者用于發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)器的控制器。負(fù)載17可以是開關(guān)模式電源設(shè)備1的部件。例如，主電路6可以連接至輔助電壓V₃，使得輔助電壓V₃驅(qū)動(dòng)控制器7?？商鎿Q地，負(fù)載17在開關(guān)模式電源設(shè)備1外，即負(fù)載17可以形成電路的不包括在開關(guān)模式電源設(shè)備1內(nèi)的一部分。

輔助電路16具有輔助電感器18，輔助電感器18被連接以接收由切換元件9生成的脈沖直流電流。輔助電感器18的電感通常遠(yuǎn)小于電感器元件的電感。根據(jù)一些實(shí)施例，輔助電感器18的電感在約10μH至約500mH的范圍內(nèi)。輔助電感器18和電感器元件12相互磁性隔離，即，輔助電感器18和電感器元件12未耦合。輔助電感器18連接至地電位10和負(fù)端3b，使得輔助電路16和主電路6連接至公共的地電位。

輔助電路16具有連接至地電位10的電容器19。輔助電壓V₃是電容器19兩端的電壓。輔助電路16還具有連接至輔助電感器18和電容器19的二極管20。二極管20可以是半導(dǎo)體二極管。輔助電路16具有與輔助電感器18并聯(lián)的阻尼電阻器21。用于限制輔助電壓V₃的齊納二極管22與電容器19并聯(lián)。輔助電路16的其他實(shí)施例不包括阻尼電阻器21和/或齊納二極管22。

圖2示出了類似于圖1中的開關(guān)模式電源設(shè)備1的開關(guān)模式電源設(shè)備1的示意性電路圖。然而，在該示例中，電感器元件12是具有兩個(gè)磁性耦合的線圈的變壓器。

圖3是示出由箭頭表示的電流流動(dòng)的開關(guān)模式電源設(shè)備1的示意性電路圖。在開關(guān)模式電源設(shè)備1的操作期間，在輸入電容器5兩端施加的DC輸入電壓V₁導(dǎo)致從輸入電容器5的正極性側(cè)流到主電路6的輸入電流I₁，從而控制器7開始在導(dǎo)通狀態(tài)和非導(dǎo)通狀態(tài)之間對(duì)切換元件9進(jìn)行切換。啟動(dòng)電阻器8可以幫助啟動(dòng)控制器7。切換導(dǎo)致從切換元件9流到地電位10和流到輔助電感器18的脈沖直流電流I₂。當(dāng)切換元件9處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，通過脈沖直流電流I₂來對(duì)輔助電感器18進(jìn)行充電。切換元件9到非導(dǎo)通狀態(tài)的切換導(dǎo)致脈沖直流電流I₂的幅度的下降，從而生成感生電流I₃。感生電流I₃在輔助電路16流過二極管20至達(dá)電容器19，使得對(duì)電容器19進(jìn)行充電。提供給電容器19的電荷量取決于輔助電感器18的電感、輸出電流I₂的強(qiáng)度以及切換元件9的切換頻率。二極管20防止電容器19在切換元件9切換回到導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)放電。切換處理導(dǎo)致在電容器19兩端生成輔助電壓V₃。

本領(lǐng)域技術(shù)人員意識(shí)到，本發(fā)明絕不限于上面描述的優(yōu)選實(shí)施例。相反，在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)可以進(jìn)行許多修改和變化。例如，根據(jù)一些實(shí)施例，主電路6和輔助電路16不連接至公共的地電位。然后可以要求電平位移器的使用。

此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員在研究附圖、公開和所附權(quán)利要求的基礎(chǔ)上實(shí)踐所要求的發(fā)明的過程中可以理解和實(shí)現(xiàn)所公開實(shí)施例的變形。在權(quán)利要求中，詞語(yǔ)“包括”不排除其他元件或步驟，并且不頂冠詞“一個(gè)”不排除多個(gè)。在相互不同的從屬權(quán)利要求中引用的特性措施的僅有事實(shí)并不表示這些措施的組合不可用于獲利。