开关模式电源制造技术

一种开关模式电源及其控制方法，该开关模式电源具有基于与反馈路径用于控制所述电源的切换的相同的信号的过功率保护装置。这意味着不需要向控制电路提供额外的信号以实现干线过保护装置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种开关模式电源，并且该电源能够补偿由干线电源输入电压引起的最大输出功率变化。
技术介绍
干线电源设备典型地采用开关模式电源以便从干线电源产生内部设备所需要的电压。在与回扫开关模式电源(SMPS)连接的干线电源中，输出功率通常取决于干线电源输入电压。最大输出功率通常随着增加的干线电压而增加。可以通过操作模式，例如准谐振操作(quasi resonant operation),增加输出功率,或者通过电流检测电路中的延迟增加输出功率。 图I示出一种典型的回扫SMPS。在变压器Tl的初级侧提供整流电源2。例如该电路设计为可以接收在85V至276V的范围内的电压以便能够在不同的地理区域使用。二极管整流器Dl和电容器提供DC输出。通过采用可控开关SI控制初级电路中的电流来控制输出电压Vout。当电压Visense流经感测电阻器Rsense时测量电流。PWM电路10校准开关SI的传导时间以获得所需的电流值。PWM电路10是集成电路，包括对置位复位锁存器14提供设置信号的振荡器12，该PWM电路10的输出通过驱动器15驱动开关SI。当检测到峰值电流时开关SI关闭。这个峰值电流导致产生比较器16的输出的电压Visense传至开关输出。提供至比较器16的参考电压从控制单元18处获得并且包括表示在需要发生切换之前电阻器Rsense增加的电压的电压Vipk。因此,对于所需的正常调节的电流水平，Vipk是流经Rsense的电压,与初级绕组中所需的峰值电流对应。可以从反馈/控制电压Vfb获得Vipk的值，可以在误差放大器的输出获得反馈/控制电压Vfb。延迟元件19用于延迟至开关SI的控制信号的反相形式以产生消隐信号“blank”。当开关SI开启时，这用于消除Visense上的峰值。如图I中所示，消隐信号用于使比较器失效，以便当消隐信号为高时，比较器产生低(即无)输出。一种准谐振回扫SMPS在与低电源相比的高电源时具有更高的切换频率。在高电源时，需要建立流经变压器Tl的电流的时间更短，因为dlpk/dt = Vmains/Lp,其中Vmains是整流主电压，是Lp变压器Tl的初级自感并且dlpk/dt是建立的流经该变压器的电流。输出功率等于Pout = l/2*Lp*Ipk2*Fsw,其中Ipk是流经该变压器的峰值电流并且Fsw是切换频率。在图2中示出了在高电源和低电源时的变压器电流In和输出二极管电流ID1。当开关闭合时晶体管电流上升(ramps up)。当开关断开时，没有电流流入初级绕组，并且能源转移为流经二极管Dl的电流。In的峰值等于Idi的峰值乘以变压器的匝数比Ns/Np,其中Np是初级侧匝数的数量而Ns是次级侧匝数的数量。在固定频率回扫SMPS中，在间断传导(discontinuous conduction)模式中工作，输出功率也是 Pout = l/2*Lp*Ipk2*Fsw。虽然Fsw是固定并恒定的，但Ipk的值在高电源输入电压时将典型的更高。比较器和驱动电路也将具有一定延迟。由于峰值电流在高电源时比在低电源时增加更快，dlpk/dt = Vmains/Lp,延迟将会在与低电源相比的高电源时产生更高的峰值电流水平。图3中示出了电压Visense的增加和In的增加。当达到电压Vipk时,在开关关闭并且使电流Iti回零并因此Visense回零之前出现恒定的延迟“比较器延迟”。为了防止过热以及安全的原因，在许多应用中需要在高电源和低电源电压时最大 输出功率是一样的。为了补偿输出功率的变化，可以测量主输入电压并引入补偿信号。W002/231953公开了一种开关模式电源，其中采用第三变压器绕组测量主输入电压(线电压)。需要监测主电压水平则需要控制器处理额外的信号，这增加了电路的复杂性并且增加了建立信号传导的数量。
技术实现思路
根据本专利技术，提供的开关模式电源，包括用于连接至整流的干线电源的输入，在干线侧上具有初级绕组并在直流输出侧具有次级绕组的变压器；用于控制在变压器的初级绕组中的电流的开关元件；与开关元件串联连接的感测电阻器；用于根据取决于感测电阻器的感测电压控制开关元件的反馈控制系统，其中反馈控制系统是集成电路的一部分，并且变压器位于集成电路的外部。其中集成电路还包括用于将感测电压的变化率转换成电压水平的检测装置(40)，并因此得到表示干线电压的电压信号(Vipk max)。本专利技术提供基于感测电压的变化率驱动主电压水平的一种新方法，这已经用作反馈控制系统的一部分。这意味着不需要采用额外的信号。在一个装置中，开关元件和感测电阻器位于集成电路的外部，并且将感测电压提供至集成电路的感测管脚。 这个装置重新使用用于电流检测的管脚以派生信号给干线电压指示。在前述的集成电路中，测量主电压典型地需要用于接收表示主电压的信号的输入管脚。对于集成电路，如果管脚的数量被限制这将变成一个问题。本专利技术可用于对不同的主电压水平提供恒定功率。检测装置用于检测基于用于测量感测电阻器上的电压变化的管脚上的信号的干线电源电平。该检测装置包括电容器和测量流经该电容器的电流的电路。作为回应，电路根据流经电容器的电流调整流经开关元件的最大电流水平。优选的，反馈控制系统包括用于比较感测电压与参考电压并根据比较结果控制置位复位锁存器的比较器。在一个示例中，检测装置包括与感测电压连接的电容器，以及将流经电容器的电流复制到检测电阻器的电流镜电路。流经电容器的电流与依次取决于主输入电压的电平的电压的变化率成正比。因此感测电阻器上的电压包括用作主电压的量度的检测器电压。比较器参考电压可以从检测器电压获得，以便主电压变成反馈环路中的控制参数，例如为了提供恒定的输出功率。提供选择单元，选择检测器电压和与正常调节电流水平对应的电压中(例如最小)的一个作为比较器参考电压。在另一个示例中，在感测电阻器的端子和感测电压之间提供补偿电阻器。这可以位于集成电路的外部以便改变该补偿电阻器从而改变电路的性能。这用于在反馈控制环路中产生可变的压降，改变开关断开的定时。用这种方法，更·大的主电压将造成变压器初级绕组更早断开。那么，检测装置可以包括与感测电压连接的电容器、对电容器的端子之一上的电压采样的采样和保持电路、以及用于驱动流经补偿电阻器的电流的电压至电流转换电路。这个采样操作用于周期性更新该电路以遵循主电压水平中的变化。那么，反馈控制系统可以包括第二比较器，其中比较器和第二比较器用于将感测电压分别与各自的参考电压相比较，其中提供置位复位锁存器用于接收两个比较器输出并产生用于采样和保持电路的采样信号。这提供了一种用于控制采样过程的时间的机械装置。本专利技术也提供一种控制开关模式电源的方法，，包括转换干线电源输入为直流输出；采用开关元件控制变压器的初级绕组中的电流与检测电阻的耦合；采用作为集成电路的一部分并接收感测电阻器电压的反馈控制系统，根据电流控制开关元件，其中该方法还包括将感测电压的变化率转换为电压水平，并因此得到表示干线电压的电压信号。附图说明现在将参考附图详细说明本专利技术的示例，其中图I示出了已知的开关模式电源；图2和3是示出图I的电路的操作的时序图；图4示出了本专利技术的开关模式电源的第一示例；图5是示出图4的电路的操作的时序图；图6示出了本专利技术的开关模式电源的第二示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关模式电源，包括：用于连接至整流的干线电源的输入(2)，在干线侧具有初级绕组并在直流输出侧具有次级绕组的变压器(T1)；用于控制在变压器的初级绕组中的电流的开关元件(S1)；与开关元件(S1)串联连接的感测电阻器(Rsense)；用于根据取决于感测电阻器的感测电压(Visense)控制开关元件的反馈控制系统，其中反馈控制系统是集成电路的一部分，并且变压器位于集成电路的外部，其中集成电路还包括用于将感测电压的变化率转换成电压水平的检测装置(40)，并因此得到表示干线电压的电压信号(Vipk_max)。

【技术特征摘要】
2011.06.22 EP 11170999.41.一种开关模式电源，包括 用于连接至整流的干线电源的输入(2)， 在干线侧具有初级绕组并在直流输出侧具有次级绕组的变压器(Tl)； 用于控制在变压器的初级绕组中的电流的开关元件(SI)； 与开关元件(SI)串联连接的感测电阻器(Rsense)； 用于根据取决于感测电阻器的感测电压(Visense)控制开关元件的反馈控制系统， 其中反馈控制系统是集成电路的一部分，并且变压器位于集成电路的外部， 其中集成电路还包括用于将感测电压的变化率转换成电压水平的检测装置(40)，并因此得到表示干线电压的电压信号(Vipk_max)。2.根据权利要求I所述的电源，其中开关元件和感测电阻器位于集成电路的外部，并且将感测电压提供至集成电路的感测管脚(47)。3.根据权利要求I或2所述的电源，其中反馈控制系统包括用于比较感测电压(Visense)与参考电压(Vipk)并根据比较结果控制置位复位锁存器(14)的比较器(16)。4.根据前述权利要求中任一项所述的电源，其中检测装置(40)包括与感测电压连接的电容器(42)，以及将流经电容器的电流复制到检测电阻器(46)的电流镜电路(44)，其中检测电阻器(46)上的电压包括用作干线电压的量度的检测器电压。5.根据权利要求4和3所述的电源，其中比较器参考电压从检测器电压(Vipkjnax)获得。6.根据权利要求5所述的电源，包括选择单元(48)，用于选择检测器电压(Vipk_max)和与正常调节电流水平对应的电压中的一个作为比较器参考电压。7.根据权利要求1、2或3所述的电源，还包括在感测电阻器(Rsense)的端子和感测电压之间的补偿电阻器(64)。8.根据权利要求7所述的电源，其中检测装置包括与感测电压连接的电容器(42)、用于对取决于流经电容器...

【专利技术属性】
技术研发人员：琼·维夏德·斯特里耶克，
申请(专利权)人：NXP股份有限公司，
类型：发明
国别省市：