使電源的功率容量增加的方法和裝置的製作方法

2023-11-12 02:20:52 5

專利名稱：使電源的功率容量增加的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明通常涉及電子電路，並且更加具體而言，本發明涉及使電源的功率容量 增加的電子電路。
背景技術：
電子設備利用功率運行。開關模式電源通常用於為許多現代電子設備提供乾淨 而穩定的電源。在已知的開關模式電源中，利用二極體整流器和電容器將高壓交流(AC) 信號轉換為高壓直流(DC)信號。高壓DC信號由能量傳輸元件接收並且接著被轉換為較 低的DC輸出電壓，該DC輸出電壓可以耦合到負載或者例如用於為電子設備供電。

發明內容
根據本發明的一個方面，提供了一種電源，包括能量傳輸元件，耦合在電源 的輸入端和輸出端之間；開關，耦合到所述能量傳輸元件的輸入端；以及控制器，耦合 到所述開關用於控制所述開關的切換，從而響應於從所述電源的輸出端接收到的反饋信 號而對從所述電源的輸入端到所述電源的輸出端的能量傳輸進行調節，其中，所述控制 器被耦合為響應第一範圍的電源工作狀態將開關的最大導通時間周期限定到第一最大導 通時間周期，並且被耦合為對於第二範圍的電源工作狀態限定第二最大導通時間周期， 其中，所述第二最大導通時間周期是通過延長所述控制器的振蕩器的時間周期來控制 的。根據本發明的另一個方面，提供了一種用於電源的控制器，所述控制器包括 振蕩器，被耦合用於生成響應於重啟信號的時鐘信號；耦合到所述振蕩器的驅動信號生 成器，所述驅動信號生成器被耦合用於控制開關的切換，從而響應於所述時鐘信號對所 述電源的輸出進行調節；以及重啟電路，耦合到所述振蕩器，用於響應於流過所述開關 的電流產生所述重啟信號，其中，在一時間周期中所述電流達到限流閾值的情況中，所 述時鐘信號具有固定周期，並且其中，在所述時間周期中所述電流沒有達到所述限流閾 值的情況中，所述時鐘信號具有包括固定關斷時間的可變周期。根據本發明的另一個方面，提供了一種用於電源的控制器，所述控制包括暫 停電路，被耦合用於響應於代表反饋信號的使能信號而斷言暫停信號；振蕩器，被耦合 用於輸出振蕩脈動信號，其中，所述振蕩器被耦合成響應於所述暫停信號的斷言而暫停 所述振蕩信號，其中所述振蕩信號被暫停至少到所述暫停信號被解除斷言；以及重啟電 路，被耦合到所述暫停電路和所述振蕩器，其中所述重啟電路輸出響應於所述振蕩脈動 信號而導通電源開關的驅動信號，並且輸出響應於最大佔空比周期信號而關斷所述電源 開關的驅動信號，其中，所述電源開關的切換調節了所述電源的輸出量。


通過附圖中的實例對本發明進行詳細描述，並且本發明不限於所述附圖。圖1是根據本發明教導包含在電源中的集成電路的實施例的典型示意圖，其中 電源的功率容量被增加。圖2是根據本發明教導包含在電源中的集成電路的實施例的另一典型示意圖， 其中電源的功率容量被增加。圖3是根據本發明教導在各種情況下具有導通時間延長的控制器實施例的典型 示意圖。圖4是根據本發明教導的控制器一部分的實施例的詳細典型示意圖，其中當反 饋丟失時控制器在延遲的計數周期之後具有延長的導通時間。圖5是根據本發明教導具有恆定導通時間延長的控制器的實施例的典型示意 圖。圖6是根據本發明教導具有恆定導通時間延長的控制器一部分的實施例的詳細 典型示意圖。
具體實施例方式公開了使電源的功率容量增加的電子電路的實施例。在下面的描述中，為了詳 細地理解本發明將列出多個特定細節。然而，本領域技術人員將會明白，不需要採用這 些特定細節來操作本發明。為了避免使本發明難以理解，沒有對與實現相關的公知方法 進行詳細描述。在本說明書中參考「一個實施」或者「一實施例」是指與實施例相關的特定特 徵、結構、或特性被包含在本發明的至少一個實施例中。因此，說明書中各種地方出現 的短語「對於一個實施例」或者「在一個實施例中」不必全都指同一個實施例。此外， 根據本發明的教導，下面描述和/或附圖中所示的特定特徵、結構、特性、組合和/或子 組合都可以以合適的方式組合在一個或者多個實施例中。圖1是根據本發明教導包含在電源101中的集成電路103的實施例的典型示意 圖，其中電源的功率容量被增加。圖1所示的電源拓撲結構是稱為回掃調節器的典型開 關調節器。應該理解的是，存在開關調節器的許多拓撲結構和配置，並且圖1所示的回 掃拓撲結構被提供來示出本發明實施例的原理，根據本發明的教導，該原理也可以適用 其它類型的拓撲結構。在圖1中，電源101包括耦合在電源101的輸入端107和輸出端109之間的能量 傳輸元件105。所示的典型能量傳輸元件105是變壓器，該變壓器具有兩個繞組，這兩個 繞組包括在其輸入端的初級繞組127和在其輸出端的次級繞組129。在其它實例中，根據 本發明教導，能量傳輸元件105可以包括不同數量的繞組。在圖示的實例中，輸入107是 未經調節的寬範圍高壓(HV)直流(DC)輸入，輸出109是耦合到負載134的DC輸出。如所示，集成電路103耦合到初級繞組127。對於一個實施例，集成電路103是 包括耦合在集成電路103的漏極端D和源極端S之間的內部開關的開關調節器。本實例 的集成電路103還包括內部控制器電路用以控制開關的切換。在另一實例中，注意，根據本發明的教導，內部開關也可以是與集成電路103分離的外部開關。在操作中，切換集成電路103中的開關來調節能量的傳輸，該能量通過能量傳 輸元件105從輸入端107傳輸到輸出端109。對於一個實施例，圖1的集成電路103中 開關的操作使得在輸出端的整流二極體117中產生脈動電流，其通過電容器119濾波以在 DC輸出端109處產生基本恆定的輸出電壓或者在負載134處產生基本恆定的輸出電流。 在輸出端109處包括齊納二極體121和電阻器123的反饋電路用於通過光耦合器113為集 成電路103提供反饋信號。光耦合器113在電源101的輸入端107和輸出端109之間提 供一些隔離。如圖示的實例所示，集成電路103通過使能EN端接收來自輸出端109的 反饋信號。根據本發明的教導，通過EN端接收的反饋信號被集成電路103使用以調節 電源101的輸出109。對於一個實施例，電容器C 111也耦合到集成電路103的旁路BP端。在圖示的 實例中，電容器C 111用於為集成電路103提供正常操作期間的電源去耦功能。例如， 集成電路103中的內部電路接收來自多功能電容器C 111的電源或者偏置電流，從而在正 常操作期間使電路工作的同時調節輸出109。圖2是根據本發明教導包含在電源201中的集成電路203的實施例的另一典型示 意圖，其中電源的功率容量被增加。如所示，圖2的電源201與圖1的電源101存在類 似之處。例如，電源201包括耦合在電源201的輸入端207和輸出端209之間的能量傳 輸元件205。所示的典型能量傳輸元件205是具有三個繞組的變壓器，這三個繞組包括在 輸入端的初級繞組227、輸出端的次級繞組229以及偏置繞組231。在圖示的實例中，整 流器215被耦合用於接收和整流來自輸入端107的交流(AC)信號，並且產生一個經電容 器225濾波的整流信號，用於將未經調節的HV DC輸入信號提供給初級繞組227。如所 示，輸出端209耦合到負載234。在圖2所示的實例中，集成電路203是包含耦合在集成電路203的漏極端D和源 極端S之間的內部開關237的開關調節器。本實例的集成電路203還包括內部控制器電 路239用於控制開關的切換。在其它實例中，值得注意的是根據本發明的教導，內部開 關237也可以是與集成電路203分離的外部開關。在操作中，切換集成電路203中的開關237以調節能量的傳輸，該能量通過能量 傳輸元件205從輸入端207傳輸到輸出端209。對於一個實施例，開關237的操作使得 在輸出端處的整流二極體217中產生脈動電流，其被電容器219濾波用以在輸出端209處 產生基本恆定的輸出電壓或者在負載234處產生基本恆定的輸出電流。在輸出端209處 包含齊納二極體221和電阻器223的反饋電路用於通過光耦合器213為集成電路203提供 反饋信號。偏置電流從偏置繞組231提供到光耦合器213。這個偏置電流被整流二極體 233整流並且被電容器235濾波。光耦合器213在電源201的輸入端207和輸出端209之 間提供一些隔離。如圖示的實例所示，集成電路103通過控制C端接收來自輸出端209 的反饋信號。根據本發明的教導，通過控制C端接收的反饋信號被集成電路203使用以 調節電源201的輸出209。對於一個實施例，電容器C 211也耦合到集成電路203的控制C端。在圖示的 實例中，電容器C211用於多個目的，包括例如為集成電路203提供集成電路的電源去耦 功能以及正常操作期間的反饋環補償。例如，集成電路203中的內部電路通過控制C端接收來自多功能電容器C 211的電源或者偏置電流，從而在正常操作期間使電路工作的同 時調節輸出209。對於圖1和圖2中分別所示的典型電源101和201來說，內部振蕩器包含在每個 控制器103和203中，其用於設置電源的工作頻率。根據調節電路的類型，振蕩器可以 控制例如固定頻率脈寬調製器(PWM)型調節電路中開關的切換頻率或者開/關型調節電 路中開關的最大工作頻率。例如，對於一個實施例，根據本發明的教導，圖1的控制器 103是開/關調節器，圖2的控制器203是PWM調節電路。對於圖1的控制器103是開/關調節器的實例來說，由於耦合到控制器103的旁 路端BP的電容器C 111在整個切換周期的剩餘部分期間被充電，所以在正常工作狀態下 開關的最大導通時間有限受到限制。為了確保在正常電源工作狀態下有足夠的時間使耦 合到控制器103的旁路端BP的電容器C 111充電，在開關關斷的每個切換周期期間都存 在一個最小周期。例如，在已知的開/關控制器中，開關的最大導通時間可以由控制器 的內部振蕩器產生的最大佔空比信號確定。在已知的PWM型調節電路中，切換周期內 的最大導通時間通常受到限制以簡化穩定控制環的任務。此外，在用於回掃轉換器的典 型的已知調節器中，利用周期內的有限最大導通時間，或者最大佔空比，有助於提供實 際能量傳輸元件的設計，從而降低對能量傳輸元件的輸入和輸出繞組之間較大匝數比的 需要，這導致電源工作中的附加損耗。然而，根據本發明的教導，在某些情況下，例如在輸入電壓暫時很低時，其優 點在於允許開關有較長的導通時間周期。對於一個實施例，在異常情況下會存在很低的 輸入電壓，這種情況下由於一個或多個半周期的交流電壓波形丟失，而使得輸入電壓下 降。同樣，在電源大容量電容器被輸入交流電壓波形充電的周期之間，該大容量電容器 電壓下降。由於大容量電容器的充電時間周期變得更長，所以在最低的AC電壓頻率上， 這些電壓下降會變得更加明顯。這些最小輸入電壓和最小輸入電壓頻率狀態通常是用於 定義能量傳輸元件的最差情況下的設計標準。考慮到具有已知固定最大佔空比控制器的 這些電源的工作情況，為了電源工作狀態的剩餘範圍，採取折中的電源設計方案。如將要討論的，像圖1的典型電源101或圖2的典型電源201這樣的電源實施 例，其功率傳輸能力通過考慮輸入電壓低的電源工作狀態而得到提高。對於一個實施 例，根據本發明的教導，允許耦合到調節電路的開關的最大導通周期或佔空比延長。對 於一個實施例，開關保持導通直到流過開關的電流達到閾值。控制器中的振蕩器電路被 控制以使振蕩器周期延長直到達到這個閾值。對於一個實施例，根據本發明的教導，一 旦達到開關電流閾值，就維持最小關斷時間以允許能量被傳輸到電源的輸出端。如將在另一個實例中所描述的，使耦合到調節電路的開關的最大導通周期或佔 空比延長，直到第二絕對最大(或者Abs max)導通周期大於第一最大導通周期或者直 到流過開關的電流達到閾值。在這個實例中，如果由於某種原因電流在很長一段時間內 沒有達到這個閾值，則第二最大導通時間周期將作為一個保護措施被包括在內，這將引 起開關中過多的功率損耗而導致開關中的溫度迅速升高。在這些情況下，對於一個實施 例，開關將關斷而不管開關中流過的電流，從而確保開關受到保護。為了描述，參見圖3，其總體上示出了根據本發明教導的集成電路303的實施 例的典型示意圖，集成電路303包括被耦合以由在各種情況下都具有導通時間延長的調
7節器或者控制器339所控制的開關337。對於一個實施例，除了開關337之外，控制器 339包括圖3中所示的至少所有元件。對於一個實施例，開關337是沒有包含在集成電 路303內，並且是與集成電路303分離的外部開關。對於一個實施例，控制器339和開 關337密封在一個單組件中。對於一個實施例，集成電路303是包含控制器339和開關 337的單片集成電路。對於一個實施例，開關337是功率金屬氧化物半導體場效應電晶體 (MOSFET)。應該理解的是，根據本發明的教導，圖3的典型集成電路303對應於圖1的集成 電路103並且也可以與圖2的集成電路203存在類似之處。因此，根據本發明的教導， 圖3中所示實例的元件可以與圖1和/或圖2中的元件以合適的方式進行組合。尤其是， 對於一個實施例，漏極D端341耦合到象初級繞組127或227這樣的能量傳輸元件上，源 極S端343被耦合到地，使能端347被耦合用於從諸如輸出109這樣的電源輸出端接收反 饋信號。電容器C 111可以耦合在旁路BP端345和源極S端343之間。在正常操作中，耦合到旁路BP端345的電容器通過調節器359在初始化期間被 充電，直到電容器被充電到由旁路管腳低壓比較器371確定的足夠電平。在比較器371 檢測到電容器被足夠充電之後，與門373就啟動允許輸出驅動信號391到開關337，並且 自動重啟計數器369被復位從而啟動集成電路303的正常操作。在正常操作期間，開關 337響應驅動信號391而進行切換。如果集成電路303中的溫度變得過高，則熱關閉電 路365將禁止與門373，這也將禁止驅動信號391輸出到開關337，這禁止開關337進行 切換。當開關337被啟動進行切換以在正常操作期間調節電源輸出時，通過使能端347 接收來自電源輸出端的反饋，從該使能端產生使能信號387。如所示，根據本發明的 教導，在正常操作期間，利用從旁路BP端通過電流源提供的偏置電流來產生使能信號 387。當使能信號387響應從電源輸出端接收的反饋而被激活時，通過與門381和或門385 使鎖存器375置位。相應地，來自振蕩器367的時鐘信號355被允許置位鎖存器375，其 中通過與門373產生驅動信號391。在圖示的實例中，響應於來自振蕩器367的佔空比最大DCmax信號395，響應於 超過峰值限流電平的流過開關337的電流，該峰值限流電平由限流比較器389通過與門 377和或門383所確定，或者響應於來自絕對最大導通時間定時器353的輸出信號，鎖存 器375由或門383的輸出復位。當暫停電路349的輸出為高時，或門357將通過DCmax 信號阻斷鎖存器375的復位。在圖示的實例中，上升沿消隱電路379也被耦合以在驅動 信號391的每個脈衝的上升沿期間暫時禁止限流。根據本發明的教導，在操作中，暫停電路349可以因為某個可能的原因使振蕩 器367暫停。某些或全部原因是可選擇的，因而使用根據本發明各個實施例的各種組 合，某些或全部原因可以被使用或者可以全部不被使用。例如，在一個實例中，暫停電 路349被耦合以接收響應於電源輸入電壓的信號361。對於一個實施例，當信號361表 示電源輸入電壓過低時，則暫停電路349就將使振蕩器367暫停並且阻斷振蕩器367的佔 空比最大DGmax信號395復位鎖存器375。這將使開關337的導通時間延長直到例如與 門377因開關337中流過的電流達到由限流比較器389確定的閾值而變為高。根據本發 明的教導，當信號361表示電源輸入電壓不是太低時，暫停電路將允許振蕩器367振蕩並且允許振蕩器367的佔空比最大DCmax信號395復位鎖存器375。對於一個實施例，暫 停電路349僅僅根據響應於電源輸入的信號361而被激活。對於一個實施例，根據本發 明的教導，振蕩器367的頻率與反饋信號或使能信號387無關。在另一實例中，自動重啟計數器369達到某一計數值，這表明反饋或使能信號 387丟失或者空置了過長的時間。對於一個實施例，這種情況將導致暫停電路349在每個 隨後的開關周期中都使振蕩器367暫停。根據本發明的教導，反饋信號或使能信號387 的丟失表明輸入到電源的輸入電壓過低，因此需要由延長的導通時間所提供的額外功率容量。對於一個實施例，根據本發明的教導，在暫停電路349使振蕩器367暫停之後， 振蕩器367能夠以幾種方式重啟。例如，在一個實例中，一旦開關337中流過的電流達到 與門377的輸出所指示的閾值，振蕩器367就通過重啟電路351重新啟動，其中與門377 的輸出也被重啟電路351接收。對於一個實施例，絕對最大導通時間定時器電路353包括在開關337導通時啟動 的定時器。在圖3所示的實例中，絕對最大導通時間定時器電路353被耦合以檢測驅動 信號391用以檢測驅動信號391何時導通開關337。在另一實例中，絕對最大導通時間定 時器電路353被耦合以檢測通過開關337或開關337兩端的電流或電壓以便檢測何時導通 開關337。重啟電路351耦合到絕對最大導通時間定時器電路353，用於當絕對最大導通 時間達到絕對最大導通時間定時器電路353輸出的信號時，或者當開關337中的電流達到 限流比較器389的閾值時，使振蕩器367重新啟動。對於一個實施例，例如，如果電源 輸入電壓信號361過低使得開關337中的電流從未達到比較器389的限流閾值，那麼絕對 最大導通時間可以作為一個安全網實施。注意，所述和所示的使振蕩器367暫停有效降低了振蕩器367的頻率。在另一 實施例中，應該理解的是，根據本發明的教導，暫停電路349可以用於使振蕩器367的振 蕩變慢，而不是使振蕩器367停止或者暫停。圖4是示出了根據本發明教導例如控制器339這樣的控制器部分的實施例的增 加細節的典型示意圖439，其中當反饋丟失時控制器在延遲的計數周期之後有一個延長的 導通時間。尤其是，應該理解的是，對於一個實施例，根據本發明的教導，示意圖439 總體上是具有增加細節的控制器339的各部分並且不具有絕對最大導通時間定時器電路 353。在圖示的實例中，當耦合到電源調節電路的反饋信號在表明需要延長功率開關的最 大導通時間的範圍內時，延長功率開關的最大導通時間。功率開關例如對應例如圖2的 功率開關237或者對應圖3的功率開關337。例如，耦合到控制器的反饋信號損耗表示需要最大導通時間延長的範圍，這是 因為這表明電源不再有能力傳輸由耦合到電源輸出端的負載所需的輸出功率。這種情況 可能是由於在標準最大開關導通時間周期內到電源的輸入電壓下降的太低而沒有足夠的 能量傳輸到負載而引起的。對於一個實施例，當反饋信號在表明在一段時間內需要開關 的最大導通時間延長的範圍內時，就延長最大導通時間周期。例如，如果反饋信號丟失，則開關的最大導通時間周期就不延長，直到通過例 如，利用調節電路中的計數器在一段時間之後達到計數值而使這種狀態存在一段時間。 這避免了在正常電源工作狀態下延長最大導通時間周期，例如由於電源輸出端處的負載波動而使得反饋信號僅僅暫時丟失。在這些正常工作狀態下，延長開關的最大導通時間 會引起較高的均方根(RMS)電流，並因此增加開關中的熱應力，這在這些狀態長期持續 的正常操作期間是不希望的。為描述起見，圖4的示意圖439包括振蕩器467，其產生時鐘信號455和DCmax 方波信號(bar signal) 495。在圖示的實例中，重啟電路451被耦合用於產生重啟信號，該 重啟信號響應於時鐘信號455，DCmaxS波信號495，使能信號487，過電流信號489和 暫停信號。在圖示的實例中，重啟電路451包括也產生驅動信號491的鎖存器475，該驅 動信號491被耦合以由功率開關接收。在圖示的實例中，驅動信號491與重啟信號是相 同信號。還包括暫停電路449，其用於產生暫停信號，該暫停電路449響應於自動重啟計 數器469而置位，並且響應於使能信號487而復位。應該理解的是，圖4的元件對應圖 3中所示的元件。例如，振蕩器467對應振蕩器367，重啟電路451對應重啟電路351， 暫停電路449對應暫停電路349，自動重啟電路469對應自動重啟電路369。在操作中，振蕩器467的定時電容器Cl在功率開關的導通時間期間通過電晶體 Q2正常充電，直到在滯後比較器499的輸出端處產生DCmaxS波信號495。接著，當滯 後比較器499的輸出變為高時，電晶體Q2關斷。同時非門(inverter gate)497使電晶體 Q4導通。如所示，接著由電晶體Q5和Q3限定的電流反射鏡為振蕩器467的定時電容器 Cl放電，直到滯後比較器499的輸出再次改變極性。重複這個過程，這導致產生振蕩器 467的振蕩信號。定時電容器Cl放電的這個時間設定為功率開關的最小關斷時間。功 率開關的這個最小關斷時間是，允許存儲在諸如圖1的能量存儲元件105或者圖2的能量 存儲元件205之類的能量存儲元件中的能量，在功率開關導通時間期間，傳輸到電源輸 出端的時間。因此，對於一個實施例，根據本發明的教導，固定的最小關斷時間周期在 導通時間周期之後，該最小關斷時間周期是由在基本所有的正常電源工作狀態下使定時 電容器Cl放電的時間所確定的。只要電晶體Ql導通，上述過程就持續。根據本發明的教導，如果電晶體Ql關 斷，則定時電容器Cl就不放電並且振蕩器467暫停。如所示，暫停電路449產生暫停信 號，重啟電路451產生重啟信號。根據本發明的教導，暫停信號和重啟信號耦合到控制 電晶體Q1，用於暫停和/或重啟振蕩器467。在圖示的實例中，如果暫停信號和重啟信 號都為高，則電晶體Ql就關斷並且振蕩器467暫停。如果暫停信號和重啟信號中的任 一個變為低，則電晶體Ql將返回導通(turn back ση)並且振蕩器467將不再暫停。在圖 示的實例中，注意，暫停信號也被發送用於阻止DCmax信號495以防止復位重啟電路475 的鎖存器475，這將使功率開關關斷。在圖4的實例中，當Q3導通而Q2關斷時，在Cl 以其它方式被充電的時間期間，暫停信號可以只使振蕩器暫停。在Cl由流過Q2的電流 充電的期間，暫停信號不影響振蕩器467的操作。圖4的實例還示出了如果自動重啟計數器469能夠計數到控制器設計中所設定 的一個值，那麼暫停電路449就置位，這將產生高的暫停信號。在任何時刻都可以檢測 來自耦合到控制器的反饋信號的使能信號487脈衝，這表明電壓輸出在反向(back)調節 中。此時，根據本發明的教導，不再需要導通時間延長。相應地，根據本發明的教導， 從暫停電路449輸出的暫停信號被復位至低，這使電晶體Ql返回導通，使定時電容器Cl 正常充電和放電，並且使振蕩器467能夠正常振蕩。
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圖5是根據本發明教導的集成電路503實施例的另一典型示意圖，其中集成電路 503包括由具有恆定導通時間延長的調節器或控制器539控制的開關537。對於一個實施 例，除了開關537外，控制器539包括圖5中所示的至少所有元件。對於一個實施例，開 關537是不包括在集成電路503內，而且與集成電路503分離的外部開關。對於一個實施 例，控制器539和開關537密封在單個組件內。對於一個實施例，集成電路503是包括 控制器539和開關537的單片集成電路。對於一個實施例，開關537是功率MOSFET。像圖3的集成電路303 —樣，應該理解的是，根據本發明的教導，圖5的典型集 成電路503也可以對應圖1的集成電路103，還與圖2的集成電路203存在類似之處，並 且與圖3的集成電路303存在類似之處。因此，根據本發明的教導，圖5所示的實例的 元件可以與圖1，2和/或3的元件以合適的方式進行組合。尤其是，對於一個實施例， 漏極D端541耦合到像初級繞組127或227這樣的能量傳輸元件，源極S端543被耦合 到地，使能/低電壓(EN/UV)端547被耦合以用於接收來自電源輸出(例如，輸出109) 的反饋信號。電容器C 211可以耦合在旁路BP端545和源極S端543之間。在正常操作中，耦合到旁路BP端545的電容器在初始化期間通過調節器559充 電，直到電容器被充電到由旁路管腳低電壓比較器571所確定的足夠電平。在比較器571 檢測到電容器被充足充電之後，與門573被啟動以允許將驅動信號591輸出到開關537， 並且自動重啟計數器569相應地復位以啟動集成電路503的正常工作。在正常操作期間， 開關537響應於驅動信號591而切換。如果集成電路503中的溫度過高，則熱關閉電路 565將禁止與門573，這還將禁止驅動信號591輸出到開關537，這禁止開關537切換。當啟動開關537進行切換以在正常操作期間調節電源輸出時，通過使能端547接 收來自電源輸出端的反饋，使能信號587從該使能端547產生。如所示，根據本發明的教 導，在正常操作期間，利用旁路BP端通過電流源提供的偏置電流來產生使能信號587。 當使能信號587響應從電源輸出端接收的反饋而被激活時，允許鎖存器575通過與門581 和或門585置位。相應地，來自振蕩器567的時鐘信號555使鎖存器575置位，驅動信 號591通過與門573從鎖存器575產生。可以看出，和圖3中集成電路303的振蕩器367不一樣，沒有從圖5的振蕩器 567外部輸出以使鎖存器575復位的佔空比最大DCmax信號。相反，鎖存器575響應來 自絕對最大導通時間定時器電路553的信號或者通過開關537超出峰值限流電平的電流而 復位，該峰值限流電平是由限流比較器589通過與門577和或門583來確定的。在圖示 的實例中，上升沿消隱電路579還被耦合用於在驅動信號591的每個脈衝上升沿期間暫時 禁止限流信號。在圖5所示的典型示意圖中，由于振蕩器567不產生佔空比最大DCmax信號，所 以如果需要的話，開關537的最大導通時間通常總是被延長。從而，電源控制器539使開 關537繼續導通，直到在所有電源工作狀態下達到電流閾值或者絕對最大導通時間。結 果，根據本發明的教導，不需要輸入外部信號到集成電路503或者如圖3所示的暫停電路 349這樣的相應暫停電路上，以便延長開關537的導通時間。在圖5所示的實例中，重啟 電路551耦合到與門577的輸出端。在圖示的實例中，根據本發明的教導，如果限流沒 有達到絕對最大導通時間定時器電路553所指示的第一最大導通時間內的限流閾值，那 麼重啟電路551將總是使振蕩器567暫停，直到重啟電路551確定振蕩器567再次啟動。
因此，根據本發明的教導，圖5的振蕩器567具有固定的最大頻率，或者具有 最小周期時間，但是具有可變的最小頻率。為安全起見，只有當達到電流閾值或者達到 由絕對最大導通時間定時器電路553所確定的絕對最大導通時間期間時，才終止開關循 環。在圖5所示的典型示意圖中，應該理解的是，集成電路503的實施例不需要包含 絕對最大導通時間定時器電路553和或門583。在本實例中，與門577的輸出端直接耦合 到重啟電路551和鎖存器575的復位端，而不是耦合到或門583的輸入端。在沒有絕對 最大導通時間定時器電路553的情況下，只是當達到限流時才從重啟電路551中產生重啟 信號。對於另一個實施例，應該理解的是，由於重啟電路551被耦合用於接收使鎖存器 575復位的相同信號，所以鎖存器575本身就是重啟電路551，其中鎖存器575的Q輸出 耦合到振蕩器567作為重啟電路的輸出。為描述起見，參見圖6，圖6是根據本發明教導控制器539 —部分的實施例的詳 細典型示意圖639，其中控制器539具有恆定的導通時間延長。尤其是，應該理解的是， 根據本發明的教導，對於一個實施例來說，示意圖639是具有增加細節的控制器539的常 規部分。如所示，圖6的示意圖639包括振蕩器667，其產生時鐘信號655。注意，為了 振蕩器667準確地運行，還在內部產生內部佔空比最大DCmaxS波信號695，但是DCmax 方波信號695不耦合到振蕩器667之外的電路。在圖示的實例中，重啟電路651被耦合 用於產生響應於時鐘信號655、使能信號687和過電流信號689的重啟信號。在圖示的實 例中，重啟電路651包括也產生驅動信號691的鎖存器675，該驅動信號被耦合以由功率 開關接收。在圖示的實例中，驅動信號691與重啟信號是相同信號。應該理解的是，圖 6的元件對應圖5中所示的元件。例如，振蕩器667對應振蕩器567，重啟電路651對應 重啟電路551。在操作中，在功率開關響應使能信號691而導通時，振蕩器667自動暫停。尤其 是，當驅動信號691使功率開關導通時，驅動信號就使振蕩器667中的電晶體Ql關斷。 像圖4的振蕩器467 —樣，當電晶體Ql關斷時，就不允許定時電容器Cl放電，這使得 振蕩器667暫停。如所示，根據本發明的教導，復位電路651的鎖存器675隻響應當功 率開關達到閾值時所接收的過電流信號689而復位。根據本發明的教導，一旦重啟電路 651復位，電晶體Q2就反嚮導通，使定時電容器Cl充電和放電，從而導致允許振蕩器 667振蕩。因此，如果開關中流過的電流達到最大導通時間周期內的閾值，那麼振蕩器667 的振蕩周期就被固定，其中該最大導通時間周期為，例如DCmaxS波信號為低的周期。 在本實例中，振蕩器667因此在第一範圍的電源輸入電壓狀態下具有可變頻率，而在第 二範圍的輸入電壓狀態下具有固定頻率，該第一範圍的電源輸入電壓狀態例如是在內部 產生的最大導通時間周期內開關中流過的電流沒有達到閾值的情況，該第二範圍的輸入 電壓狀態例如是在最大導通時間周期內開關中流過的電流達到閾值的情況。對於一個實施例，由於電源輸入電壓確定諸如圖1的初級繞組127或圖2的初級 繞組227之類的具有電感值的能量傳輸元件初級繞組中電流的變化率，所以電源輸入電 壓的值確定了開關中的電流在最大導通時間周期是否達到了閾值。電源輸入電壓越高，能量傳輸元件初級繞組127或227中的電流達到限流閾值所花費的時間越短。當電源輸 入電壓很低時，流過功率開關的電流需要花費較長時間才達到閾值。
在前述的詳細描述中，參考其特定示意性實施例對本發明的方法和裝置進行了 描述。然而，很明顯，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，可以對本發明進行各種 修改和變化。本說明書和附圖相應地看作是示意性的而非限制性的。
權利要求
1.一種電源，包括能量傳輸元件，耦合在電源的輸入端和輸出端之間； 開關，耦合到所述能量傳輸元件的輸入端；以及控制器，耦合到所述開關用於控制所述開關的切換，從而響應於從所述電源的輸 出端接收到的反饋信號而對從所述電源的輸入端到所述電源的輸出端的能量傳輸進行調 節，其中，所述控制器被耦合為響應第一範圍的電源工作狀態將開關的最大導通時間周 期限定到第一最大導通時間周期，並且被耦合為對於第二範圍的電源工作狀態限定第二 最大導通時間周期，其中，所述第二最大導通時間周期是通過延長所述控制器的振蕩器 的時間周期來控制的。
2.根據權利要求1所述的電源，其中，所述電源工作狀態包括所述電源的輸入端的電 壓值。
3.根據權利要求1所述的電源，其中， 所述電源工作狀態包括耦合到所述電源的輸出 端的負載的狀態。
4.根據權利要求1所述的電源，其中，所述電源工作狀態包括所述反饋信號的狀態範 圍。
5.根據權利要求4所述的電源，其中，所述電源工作狀態包括所述反饋信號的狀態範 圍的時間周期。
6.根據權利要求4所述的電源，其中，所述反饋信號的狀態範圍包括所述反饋信號的 損耗。
7.根據權利要求1所述的電源，還包括包含有所述控制器的集成電路。
8.根據權利要求7所述的電源，其中，所述集成電路還包括所述開關。
9.根據權利要求8所述的電源，還包括密封所述集成電路的單個組件。
10.根據權利要求8所述的電源，其中，所述集成電路是單片集成電路。
11.根據權利要求1所述的電源，其中，所述第二最大導通時間周期是固定時間周期。
12.根據權利要求1所述的電源，其中，所述第二最大導通時間周期是所述開關中流 動的電流超過電流閾值所用的時間。
13.根據權利要求1所述的電源，其中，在所有電源工作狀態下，導通時間周期之後 跟隨固定的最小關斷時間周期。
14.一種用於電源的控制器，所述控制器包括振蕩器，被耦合用於生成響應於重啟信號的時鐘信號；耦合到所述振蕩器的驅動信號生成器，所述驅動信號生成器被耦合用於控制開關的 切換，從而響應於所述時鐘信號對所述電源的輸出進行調節；以及重啟電路，耦合到所述振蕩器，用於響應於流過所述開關的電流產生所述重啟信號，其中，在一時間周期中所述電流達到限流閾值的情況中，所述時鐘信號具有固定周 期，並且其中，在所述時間周期中所述電流沒有達到所述限流閾值的情況中，所述時鐘信號 具有包括固定關斷時間的可變周期。
15.根據權利要求14所述的控制器，其中，所述重啟電路被耦合為如果在所述時間周 期中電流沒有達到所述限流閾值，則延長所述時鐘信號的導通時間。
16.根據權利要求15所述的控制器，其中，所述重啟電路被耦合為延長所述時鐘信號 的導通時間直到所述電流達到所述限流閾值。
17.根據權利要求15所述的控制器，其中，所述重啟電路被耦合為延長所述時鐘信號 的導通時間直到絕對最大導通時間。
18.根據權利要求14所述的控制器，其中，並不從所述振蕩器內部輸出最大佔空比周 期信號。
19.根據權利要求14所述的控制器，還包括絕對最大導通時間定時器，被耦合用於向所述重啟電路提供表示所述時鐘信號的導 通時間是否已經達到絕對最大導通時間的信號；以及限流比較器，被耦合用於向所述重啟電路提供表示所述開關中流動的電流是否已經 達到所述限流閾值的信號。
20.根據權利要求19所述的控制器，其中，僅響應於所述重其信號，並且僅當所述電 流達到所述電流閾值或者當所述時鐘信號的導通時間達到所述絕對最大導通時間時，所 述時鐘信號的導通時間結束。
21.—種用於電源的控制器，所述控制包括暫停電路，被耦合用於響應於代表反饋信號的使能信號而斷言暫停信號；振蕩器，被耦合用於輸出振蕩脈動信號，其中，所述振蕩器被耦合成響應於所述暫 停信號的斷言而暫停所述振蕩信號，其中所述振蕩信號被暫停至少到所述暫停信號被解 除斷言；以及重啟電路，被耦合到所述暫停電路和所述振蕩器，其中所述重啟電路輸出響應於所 述振蕩脈動信號而導通電源開關的驅動信號，並且輸出響應於最大佔空比周期信號而關 斷所述電源開關的驅動信號，其中，所述電源開關的切換調節了所述電源的輸出量。
22.根據權利要求21所述的控制器，其中，所述控制器被集成在單片集成電路中。
全文摘要
公開了一種使電源的功率容量增加的方法和裝置。該技術使得開關的導通時間周期延長，從而對從電源的輸入端傳輸到電源的輸出端的能量進行調節。一個典型的集成電路包括耦合在電源的輸入端和輸出端之間的能量傳輸元件。開關耦合到能量傳輸元件的輸入端。控制器耦合到該開關用於控制開關的切換，從而響應從電源的輸出端接收到的反饋信號對從電源的輸入端傳輸到電源的輸出端的能量進行調節。控制器被耦合以用於響應第一範圍的電源工作狀態將開關的最大導通時間周期限定到第一最大導通時間周期，並且響應第二範圍的電源工作狀態將最大導通時間周期限定到第二最大導通時間周期。
文檔編號H02M3/335GK102013807SQ201010568930
公開日2011年4月13日 申請日期2006年7月7日 優先權日2005年7月8日
發明者A·B·詹格裡安, C·W·樸, K·王 申請人:電力集成公司