專利名稱：開關(guān)式電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種開關(guān)式電源、 一種操作幵關(guān)式電源的方法、以及一種 用于切換開關(guān)式電源的控制器。
背景技術(shù)：
開關(guān)式電源廣泛地用于在諸如電視、自己獨(dú)立支撐的電源適配器等應(yīng) 用中提供電壓。如果輸入電壓被固定到合理的限度內(nèi)，則可以為了成本和性能而優(yōu)化開關(guān)式電源(SMPS)。這可以在SMPS的前面使用功率因子校正(PFC) 電路來提供固定的電壓而實(shí)現(xiàn)。通常，PFC電路是升壓變換器，所述升壓 變換器用于供應(yīng)比它的輸入電壓高的輸出電壓。經(jīng)常需要電源在待機(jī)模式下操作，在待機(jī)模式下，SMPS應(yīng)該連續(xù)供 應(yīng)輸出電壓，但輸出電壓的負(fù)載電平很低。在這些情形下，PFC級可以被 切斷，于是RFC級的輸出與整流的輸入電壓相同。因?yàn)橹骃MPS將需要從整流的電源電壓而不是從PFC的正常輸出電 壓送出輸出功率，所以當(dāng)負(fù)載被再次連接時(shí)這導(dǎo)致問題。這個(gè)整流的電源 電壓可顯著小于正常的輸出電壓。在短暫的過渡期之后，PFC將能夠送出它的正常輸出電壓，SMPS將 能夠從由PFC供應(yīng)的正常電壓來供應(yīng)負(fù)載。然而，在過渡期中，SMPS將 需要從低輸入電壓供應(yīng)全載。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，可能需要更高規(guī)格的SMPS 來避免在SMPS的輸出上獲得與從PFC的正常輸出電壓供應(yīng)負(fù)載所需的壓 降相比不可接受的電壓降。例如，SMPS中的變壓器可能需要更大，或者 SMPS中的開關(guān)可能需要具有更高的額定電流。這個(gè)僅僅為了處理過渡期而對大功率SMPS的需求增加了產(chǎn)品的成 本，而增加成本是期望避免的
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種電源，包括功率因子校正級，所述功率因 子校正級具有功率輸入和功率輸出，所述功率輸入用于接收輸入功率，所 述功率輸出用于以功率因子輸出級電壓輸出輸出功率；其中，所述功率因 子校正級能夠在操作模式和截止模式之間切換；和開關(guān)式功率級，所述開關(guān)式功率級具有輸出端和輸入端，所述輸出端 用于以供應(yīng)電壓向負(fù)載供應(yīng)輸出功率，所述輸入端連接到所述功率因子校 正級的所述功率輸出，用于以所述功率因子輸出級電壓接收功率；其中，所述功率因子校正級能夠在操作模式和截止模式之間切換；所述電源布置成可以在正常模式和待機(jī)模式之間切換；和所述電源進(jìn)一步包括控制器，所述控制器用于控制所述功率因子校正 級，以在正常模式下向所述開關(guān)式功率級供應(yīng)正常功率因子輸出級電壓， 并且在待機(jī)模式下以觸發(fā)模式操作，以供應(yīng)在正常功率因子輸出級電壓以 下的電壓范圍內(nèi)的功率。通過以比正常電壓低的輸出電壓在觸發(fā)模式下操作所述功率因子校 正級，當(dāng)所述電源突然需要再次驅(qū)動(dòng)全載時(shí)，所述電源能夠在輸出電壓沒 有突降或者不需要增強(qiáng)容量的SMPS級的情況下進(jìn)行響應(yīng)。所述功率因子校正級可以是開關(guān)式升壓電路。在實(shí)施例中，所述控制器被布置成，在待機(jī)模式中，當(dāng)功率因子輸出 級電壓下降到低觸發(fā)電平以下時(shí)，接通所述功率因子校正級以觸發(fā)，當(dāng)功 率因子輸出級電壓上升到高觸發(fā)電平以上時(shí)，截止所述功率因子校正級以 結(jié)束觸發(fā)，所述高觸發(fā)電平高于所述低觸發(fā)電平，所述高觸發(fā)電平和所述 低觸發(fā)電平都在所述正常功率因子輸出級電壓以下。所述控制器可以包括雙穩(wěn)態(tài)器件，所述雙穩(wěn)態(tài)器件的輸出用于控制所述功率因子校正級是 否處于觸發(fā)模式；第一比較器，用于將所述功率因子輸出級電壓與所述低觸發(fā)電平作比 較，所述第一比較器連接到所述雙穩(wěn)態(tài)器件，以當(dāng)所述功率因子輸出級電 壓下降到所述低觸發(fā)電平以下時(shí)將所述雙穩(wěn)態(tài)器件切換到觸發(fā)模式；以及第二比較器，用于將所述功率因子輸出級電壓與所述高觸發(fā)電平作比
較，所述第二比較器連接到所述雙穩(wěn)態(tài)器件，以當(dāng)所述功率因子輸出級電 壓上升到所述高觸發(fā)電平以上時(shí)將所述雙穩(wěn)態(tài)器件切換出觸發(fā)模式。在另一方面，本發(fā)明涉及一種用于電源的開關(guān)控制器，所述電源具有 開關(guān)式功率級，在連接線上的功率因子校正級輸出作為所述開關(guān)式功率級 的輸入，所述開關(guān)控制器包括輸入，所述輸入直接或間接地連接到連接線，以將所述連接線上的所 述功率因子輸出級電壓輸入到所述開關(guān)控制器；開關(guān)輸出(switching output),用于切換所述功率因子校正級；以及控制級，被布置成在正常模式下操作以控制所述功率因子校正級，從 而向所述開關(guān)式功率級供應(yīng)正常功率因子輸出級電壓，以及控制所述功率 因子校正級以觸發(fā)模式在待機(jī)模式下操作，從而以在所述正常功率因子輸 出級電壓以下的范圍內(nèi)的電壓供應(yīng)功率。本發(fā)明還涉及一種操作具有開關(guān)式功率級的電源的方法，所述開關(guān)式功率級以功率因子校正級的輸出作為輸入，所述方法包括 在正常模式和待機(jī)模式之間切換所述電源；在正常模式下操作所述功率因子校正級，以向所述開關(guān)式功率級供應(yīng)正常功率因子輸出級電壓；以及在待機(jī)模式下以觸發(fā)模式操作所述功率因子校正級，包括向所述開關(guān) 式功率級供應(yīng)在所述正常功率因子輸出級電壓以下的范圍內(nèi)的電壓。


為了更好地理解本發(fā)明，現(xiàn)在將參照附圖來描述實(shí)施例，其中 圖l示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有功率因子校正電路和開關(guān)式電源 電路的電源；圖2示出了圖1的實(shí)施例中的電路的切換； 圖3示出了圖1中的實(shí)施例的電路的部分。 在不同的圖中，相同的元件用相同的標(biāo)號表示。
具體實(shí)施方式
圖1概括地示出了具有AC輸入2、整流器4、功率因子校正(PFC)級
6和提供輸出10的開關(guān)式電源(SMPS)級8的本發(fā)明的實(shí)施例。PFC是升壓變換器，具有連接到整流器4的輸入22和連接到SMPS級8 的輸出24。電感器12和二極管14被串聯(lián)設(shè)置在輸入22和輸出24之間的第一 線26上，電容器16被設(shè)置成跨接于輸出。由開關(guān)控制器20控制的開關(guān)18被設(shè)置成開關(guān)的一端連接到電感器和二極管之間的節(jié)點(diǎn)，開關(guān)的另一端 連接到輸入22和輸出24之間的另一線28。SMPS級8是在圖1中示意性示出的傳統(tǒng)的開關(guān)電源，具有通過連接32 連接到PFC級的輸入30。圖2示出了正常操作(40)期間和待機(jī)模式(42)中的波形。該圖(從 上到下)示出了PFC輸出電壓(即，連接器32兩端的電壓)、整流的電源 輸入電壓(g卩，PFC級的輸入22處的電壓)、指示PFC是否被激活的信號、 以及負(fù)載。在正常操作中，為了使SMPS級能夠供應(yīng)負(fù)載，PFC級正常操作以供 應(yīng)恒定的正常輸出電壓?？梢岳斫?，在這個(gè)模式下，開關(guān)18被快速地接通， 以實(shí)現(xiàn)所需的電壓，這對升壓變換器領(lǐng)域的技術(shù)人員是公知的。當(dāng)負(fù)載去除時(shí)，在待機(jī)模式中，PFC級切換到觸發(fā)模式，在觸發(fā)模式 中，PFC只當(dāng)PFC輸出電壓下降到低觸發(fā)電平以下時(shí)導(dǎo)通，然后當(dāng)輸出電 壓上升到高觸發(fā)電平以上時(shí)又截止。在PFC導(dǎo)通的時(shí)間期間，PFC中的開 關(guān)迅速接通以增加電容器16兩端的電壓，因而增加PFC級的輸出端24上的 電壓。因此，在待機(jī)模式中的PFC輸出電壓保持在低觸發(fā)電平和高觸發(fā)電平 之間，在正常模式下為PFC輸出電壓以下的電平，但是處于如果PFC完全 截止時(shí)PFC輸出電壓將會(huì)下降到的電平以上的電平。圖3的電路示出了這一點(diǎn)怎樣可以被實(shí)現(xiàn)。第一比較器50將PFC輸出電壓與低觸發(fā)電平作比較，第二比較器52將 PFC輸出電壓與高觸發(fā)電平作比較。第一比較器50的輸出和第二比較器52 的輸出分別提供到用作雙穩(wěn)態(tài)器件的觸發(fā)器54的置位端56和復(fù)位端58。觸發(fā)器54的輸出提供到OR門60， OR門60對觸發(fā)器54的輸出與指示正 常操作的正常模式操作線66上的信號進(jìn)行邏輯OR運(yùn)算并輸出。這個(gè)正常 模式操作線66連接到SPMS級8的控制輸出(未示出)。因此，當(dāng)正常操作信號施加到線66時(shí)或者在輸出的電壓下降到低觸發(fā)電平以下以后，PFC操 作，直到電壓超過高觸發(fā)電平。開關(guān)級62提供當(dāng)PFC激活時(shí)提升電壓所需的快速切換。OR門60的輸 出提供控制開關(guān)級62是否操作的信號。因此，實(shí)質(zhì)上，當(dāng)電源處于正常模 式或者可選地當(dāng)電源處于待機(jī)模式并且電壓在所需的限度之外時(shí)，PFC電 路處于操作、快速切換模式。如果在待機(jī)模式期間PFC根本不導(dǎo)通，則連接32上的電壓將下降到等 于整流器4產(chǎn)生的平滑的電壓電平的電平。使用本發(fā)明，PFC輸出電壓保 持在更高的電平，因而使得在SMPS級開始不得不驅(qū)動(dòng)負(fù)載之后很快地恢 復(fù)SMPS的正常操作。由于在待機(jī)模式期間PFC只以觸發(fā)的方式短暫地操作，所以在待機(jī)期 間吸收的功率沒有增加太多。在操作期間，PFC開關(guān)18被快速地接通和截 止，以如同在正常的升壓變換器操作中一樣地驅(qū)使電壓上升。適宜的是，低觸發(fā)電平恰好在SMPS級供應(yīng)正常操作負(fù)載所需的正常 最小輸入以上。在圖3的虛線內(nèi)示出的電路64用作控制器64，并且可以實(shí)施成作為單 獨(dú)級的單獨(dú)的集成電路或芯片，或者其功能可以被集成到PFC級6和SMPS 級8中。電路64的輸入68用作這樣的輸入，通過該輸入連接線32上的電壓 被提供到電路64。 OR門的控制器輸出70控制開關(guān)控制器62，開關(guān)控制器 62可以根據(jù)需要合并到控制器64或者電源因子校正級6中。比較器50、比 較器52、觸發(fā)器54和門60共同組成控制開關(guān)控制器62的控制級。雖然使用了術(shù)語"待機(jī)"模式，但是這個(gè)術(shù)語旨在也包括低功率操作狀 態(tài)，所述低功率操作狀態(tài)不是真正的待機(jī)狀態(tài)，只是幾乎不吸收功率或者 不吸收功率的狀態(tài)。本發(fā)明適用于使用開關(guān)式電源的任何應(yīng)用，特別包括具有待機(jī)模式的 消費(fèi)電子產(chǎn)品例如筆記本適配器、LCD TV或監(jiān)視器、CRTTV或監(jiān)視器等。本發(fā)明也適用于AC電源輸入電壓從低至70V AC到高至276V AC變化 的通用電源應(yīng)用?？赡艹霈F(xiàn)更高的電源輸入電壓，PFC級在根本不接通的 情況下將SMPS級的電壓維持在低觸發(fā)限度以上。在這種情況下，由于電 壓已經(jīng)在需要的范圍內(nèi)，所以PFC在待機(jī)模式期間將根本不接通。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白，上述實(shí)施例存在多種變型，并且本發(fā)明不限 于這個(gè)實(shí)施例。特別地，PFC級和SMPS級的級類型可以根據(jù)需要而改變。
權(quán)利要求
1.一種電源，包括功率因子校正級(6)，所述功率因子校正級(6)具有功率輸入(22)和功率輸出(24)，所述功率輸入(22)用于接收輸入功率，所述功率輸出(24)用于以功率因子輸出級電壓輸出輸出功率；其中，所述功率因子校正級(6)能夠在操作模式和截止模式之間切換；開關(guān)式功率級(8)，所述開關(guān)式功率級(8)具有輸出端(10)和輸入端(30)，所述輸出端(10)用于以供應(yīng)電壓向負(fù)載供應(yīng)輸出功率，所述輸入端(30)連接到所述功率因子校正級(6)的所述功率輸出(24)，用于以所述功率因子輸出級電壓接收功率；其中，所述功率因子校正級(6)能夠在操作模式和截止模式之間切換；其中，所述電源布置成可以在正常模式和待機(jī)模式之間切換；所述電源進(jìn)一步包括控制器(64)，所述控制器(64)用于控制所述功率因子校正級(6)，以在正常模式下向所述開關(guān)式功率級(8)供應(yīng)正常功率因子輸出級電壓，并且在待機(jī)模式下以觸發(fā)模式操作，以供應(yīng)在正常功率因子輸出級電壓以下的電壓范圍內(nèi)的功率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電源，其中，所述功率因子校正級(6)是 開關(guān)式升壓電路。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電源，其中，所述控制器(64)被布置成在待機(jī)模式中，當(dāng)功率因子輸出級電壓下降到低觸發(fā)電平以下時(shí)，接通所述功率因子校正級(6)以觸發(fā)，當(dāng)功率因子輸出級電壓上升到高觸發(fā)電平以上時(shí)，截止所述功率因子校正級(6)以結(jié)束觸發(fā)，所述高觸發(fā)電平高于所述低觸發(fā)電平，所述高觸發(fā)電平和所述低觸發(fā)電平都在所述正 常功率因子輸出級電壓以下。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電源，其中，所述控制器包括 雙穩(wěn)態(tài)器件(54)，所述雙穩(wěn)態(tài)器件(54)的輸出連接到所述功率因子校正級，以控制所述功率因子校正級是否處于觸發(fā)模式；第一比較器(50)，用于將所述功率因子輸出級電壓與所述低觸發(fā)電 平作比較，所述第一比較器連接到所述雙穩(wěn)態(tài)器件，以當(dāng)所述功率因子輸 出級電壓下降到所述低觸發(fā)電平以下時(shí)將所述雙穩(wěn)態(tài)器件切換到觸發(fā)模式；以及第二比較器(52)，用于將所述功率因子輸出級電壓與所述高觸發(fā)電 平作比較，所述第二比較器連接到所述雙穩(wěn)態(tài)器件，以當(dāng)所述功率因子輸 出級電壓上升到所述高觸發(fā)電平以上時(shí)將所述雙穩(wěn)態(tài)器件切換出觸發(fā)模 式。
5. —種用于電源的開關(guān)控制器(64)，所述電源具有功率因子校正級 (6)和開關(guān)式功率級(8)，所述開關(guān)式功率級(8)的輸入在連接線(32)上連接到所述功率因子校正級(6)的輸出，所述開關(guān)控制器包括輸入(68)，所述輸入(68)直接或間接地連接到連接線(32)，以將 所述連接線(32)上的所述功率因子輸出級電壓輸入到所述開關(guān)控制器 (64);控制器輸出(70)，用于切換所述功率因子校正級(6);以及 控制級(50、 52、 54、 60)，被布置成在正常模式下操作以控制所述 功率因子校正級，從而向所述開關(guān)式功率級供應(yīng)正常功率因子輸出級電 壓，以及控制所述功率因子校正級以觸發(fā)模式在待機(jī)模式下操作，從而以 在所述正常功率因子輸出級電壓以下的范圍內(nèi)的電壓供應(yīng)功率。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的開關(guān)控制器，其中，所述控制級(50、 52、 54、 60)包括雙穩(wěn)態(tài)器件(54)，所述雙穩(wěn)態(tài)器件(54)具有用于控制所述功率因 子校正級是否處于觸發(fā)模式的輸出；第一比較器(50)，用于將所述功率因子輸出級電壓與所述低觸發(fā)電 平作比較，所述第一比較器連接到所述雙穩(wěn)態(tài)器件，以當(dāng)所述功率因子輸 出級電壓下降到所述低觸發(fā)電平以下時(shí)將所述雙穩(wěn)態(tài)器件切換到觸發(fā)模 式；以及第二比較器(52),用于將所述功率因子輸出級電壓與所述高觸發(fā)電 平作比較，所述第二比較器連接到所述雙穩(wěn)態(tài)器件，以當(dāng)所述功率因子輸 出級電壓上升到所述高觸發(fā)電平以上時(shí)將所述雙穩(wěn)態(tài)器件切換出觸發(fā)模 式。
7. —種操作電源的方法，所述電源具有開關(guān)式功率級(8)，所述開 關(guān)式功率級(8)以功率因子校正級(6)的輸出作為輸入，所述方法包括-在正常模式和待機(jī)模式之間切換所述電源；在正常模式下操作所述功率因子校正級(6)，以向所述開關(guān)式功率級 (8)供應(yīng)正常功率因子輸出級電壓；以及在待機(jī)模式下以觸發(fā)模式操作所述功率因子校正級(6)，包括向所述 開關(guān)式功率級(8)供應(yīng)在所述正常功率因子輸出級電壓以下的范圍內(nèi)的 電壓。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，包括當(dāng)所述功率因子輸出級電壓下降到低觸發(fā)電平以下時(shí)，接通所述功率 因子校正級(6)以觸發(fā)；以及當(dāng)所述功率因子輸出級電壓上升到高觸發(fā)電平以上時(shí)，截止所述功率 因子校正級(6)以結(jié)束觸發(fā)，所述高觸發(fā)電平高于所述低觸發(fā)電平，所 述高觸發(fā)電平和所述低觸發(fā)電平都在正常功率因子輸出級電壓和額定輸 入電壓之間。
全文摘要
一種電源，包括PFC級6和SMPS級8。所述電源可以在正常模式下操作，在正常模式下，PFC級向SMPS級供應(yīng)電壓。在待機(jī)模式下，PFC級以觸發(fā)方式操作，以向SMPS級供應(yīng)低電壓，所述低電壓足夠高，以使當(dāng)SMPS級需要供應(yīng)負(fù)載時(shí)，SMPS級能夠迅速響應(yīng)。
文檔編號H02M1/42GK101151787SQ200680001814
公開日2008年3月26日 申請日期2006年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月7日
發(fā)明者威廉默斯·H·M·郎厄斯萊格, 蓋瑞特·特普斯特拉, 阿爾然·斯特里克 申請人:Nxp股份有限公司