专利名称：开关电源及其供电方法
技术领域：
本发明的方面涉及开关电源及其供电方法，更加具体地说，涉及能够指 示输出功率的电压的开关电源及其供电方法。
背景技术：
开关电源将从外部电源接收的交流(AC)功率整流以得到直流(DC) 功率，通过执行开关操作转换所述DC功率，使用变压器改变所述AC功率 的电压，并且将被变压的AC功率整流，并使所述被变压的AC功率平滑， 由此输出被平滑的DC功率。然而，可以省略变压器，并且可以通过控制开 关操作的占空比，控制被输出的DC功率的电平。因为与使用诸如电阻器这 样的无源元件以减小电压、将AC功率转换成DC功率的线性电源相比较，
到广泛的使用。
图1A为根据相关领域的开关电源的框图。如图1A中所示，根据相关领 域的开关电源1包括转换器2，通过执行开关操作将输入功率转换成具有 预定的电压的输出功率；输出单元3，将输出功率输出到外部负载(未示出); 光发射单元4，当输出功率的电压等于或大于预定的阈值电压时，发射指示 输出功率的电压的光；光接收单元5，接收从光发射单元4发射的光，并输 出指示输出功率的电压的信号；和开关控制器6，根据由从光接收单元5输 出的信号指示的输出功率的电压，控制转换器2的开关操作。
图1B为根据相关领域的图1A的开关电源1的电路图。参考图1B,当 将指示输出功率的电压的光从光发射单元4传输到光接收单元5时，将从光 接收单元5输出的、指示输出功率的电压的信号输入到开关控制器6的反馈 端子FB,其中电容器连接到所述开关控制器6的反馈端子FB。电容器影响 开关控制器6对在从光接收单元5输出的、指示输出功率的电压的信号的变 化的响应时间。电容器越小，响应时间越短或越快，而电容器越大，响应时 间越长或越慢。
然而，由于不管从输出单元3接收输出功率的负载的大小，在根据相关
领域的开关电源1中连接到反馈端子FB的电容器具有定值，因此如果负载 迅速地改变或者将噪声引入到系统中，则作为电容器的影响的结果、实际上 施加到开关控制器6的反馈端子FB的电压可能与从光接收单元5输出的、 指示输出功率的电压的信号非常不同，由此，由于施加到开关控制器6的反 馈端子FB的不准确的电压而引起开关电源1的故障，诸如断电。
发明内容
根据本发明的方面，开关电源及其供电方法通过如果负载为高则提供对 输出功率的电压的变化的慢的响应，来实现没有故障地、稳定地驱动负载。
根据本发明的方面，如果负载为低，则开关电源及其供电方法提供对输 出功率的电压的变化的快的响应。
根据本发明的方面， 一种开关电源包含转换器，通过执行开关操作将 输入功率转换成具有预定的电压的输出功率；光发射单元，如果所述输出功 率的电压等于或大于预定的阈值电压，则发射指示所述输出功率的电压的光;
光接收单元，接收从所述光发射单元发射的所述光，并输出指示所述输出功 率的电压的信号；输出功率电压指示单元，接收从所述光接收单元输出的、 指示所述输出功率的电压的所述信号，并输出所述输出功率的电压的指示； 和开关控制器，根据从所述输出功率电压指示单元输出的、所述输出功率的 电压的指示，控制所述转换器的开关操作；其中所述输出功率电压指示单元 包含开关单元，根据接收由所述转换器转换的所述输出功率的负载的大小， 使所述输出功率电压指示单元的特性变化。
根据本发明的方面，所述输出功率电压指示单元进一步包含多个并联连 接的电容器。
根据本发明的方面，所述多个电容器包含第一电容器，总是将从所述 光接收单元输出的、指示所述输出功率的电压的所述信号施加到所述第一电 容器；和第二电容器，由所述开关单元根据所述负载的大小，选择性地将从 所述光接收单元输出的、指示所述输出功率的电压的所述信号施加到所述第 二电容器。
根据本发明的方面，如果所述负载等于或大于预设值，则所述开关单元 将指示所述输出功率的电压的所述信号施加到所述第二电容器，并且如果所
述负载小于所述预设值，则所述开关单元不将指示所述输出功率的电压的所 述信号施加到所述第二电容器。
根据本发明的方面，所述开关单元包含晶体管，所述晶体管在所述负载 等于或大于所述预设值时变得导电。
根据本发明的方面， 一种开关电源的供电方法，包含通过基于输出功 率的电压的指示执行开关操作，将输入功率转换成具有预定的电压的输出功 率；以及根据接收所述输出功率的负载的大小，通过执行另一个开关操作， 使指示所述输出功率的电压的特性变化。
根据本发明的方面，使指示所述输出功率的电压的所述特性的变化的步 骤包含使用多个并联连接的电容器使所述特性变化。
根据本发明的方面，所述多个电容器包含第一电容器，总是将指示所 述输出功率的电压的信号施加到所述第一电容器；和第二电容器，根据所述 负载的大小，通过执行所述另一个开关操作，选择性地将指示所述输出功率 的电压的所述信号施加到所述第二电容器。
根据本发明的方面，如果所述负载等于或大于预设值，则执行所述另一 个开关操作以将指示所述输出功率的电压的信号施加到所述第二电容器，并 且如果所述负载小于所述预设值，则不将指示所述输出功率的电压的所述信 号施加到所述第二电容器。
根据本发明的方面，由晶体管执行所述另一个开关操作，所述晶体管在 所述负载等于或大于所述预设值时变得导电。
根据本发明的方面， 一种开关电源装置，包含转换器，通过执行开关 操作将输入功率转换成具有预定的电压的输出功率；开关控制器，基于所述 输出功率的电压的指示，控制所述转换器的开关操作；和输出功率电压指示 单元，根据所述输出功率电压指示单元的特性，将所述输出功率的电压的指 示提供到所述开关控制器，其中所述输出功率电压指示单元的特性根据接收 由所述转换器转换的所述输出功率的负载的大小变化。
将在后面的描述中部分地阐明本发明的、附加的方面及/或优势，并且根 据所述描述，所述方面及/或优势的一部分将很明显，或者可以通过本发明的 实践来习得。
根据以下结合如下附图对本发明的实施例的描述，本发明的上面的及/
或其他方面和优势将变得明白并更容易理解 图1A为根据相关领域的开关电源的框图； 图1B为根据相关领域的图1A的开关电源的电路图； 图2为根据本发明的方面的开关电源的框图； 图3为根据本发明的方面的、图2的开关电源的电路图；以及 图4为在根据本发明的方面的开关电源中的供电方法的流程图。
具体实施例方式
现在将详细地参考本发明的实施例，在附图中示出所述实施例的示例， 其中相似的参考标号始终指代相同的元件。下面描述实施例以便通过参考图 来解释本发明。
图2为根据本发明的方面的开关电源100的框图。如图2中所示，开关 电源100包括转换器10、输出单元20、光发射单元30、光接收单元40、开 关控制器50和输出功率电压指示单元60。
转换器IO将AC输入功率转换成具有预定的电压的DC输出功率，并包 括具有初级绕组和次级绕组的变压器(未示出)。由整流器(未示出)将从外
部AC电源接收的AC输入功率整流以得到DC功率，所述DC功率在开关单 元50的控制下由开关单元(未示出)转换回AC功率。将被转换的AC功率 施加到变压器的初级绕组，根据初级绕组和次级绕组的匝数比，引起在变压 器的次级绕组中要感应的被变压的AC功率。然后，由整流器(未示出)将 来自次级绕组的、被变压的AC功率整流，以得到具有预定的电压的DC输 出功率。整流器可以包括二极管(未示出)和平滑电容器(未示出)。然而， 可以理解的是转换器IO可以具有不同于上面所描述的配置。例如，可以省略 变压器。在本领域中许多这样的配置为已知的，从而此处将不描述所述这样 的配置。
还有，虽然上面已将转换器IO描述为把AC输入功率转换成DC输出功 率，但是转换器IO可以将AC输入功率转换成AC输出功率，或将DC输入 功率转换成AC输出功率，或将DC输入功率转换成DC输出功率。在本领域 中这样的类型的转换器为已知的，从而此处将不描述所述类型的转换器。然 而，例如，如果转换器IO将DC输入功率转换成DC输出功率，则在开关控
制器50的控制下由转换器10的开关单元(未示出)将从外部DC电源接收 的DC输入功率转换成AC功率，并且将被转换的AC功率施加到转换器单元 10的变压器(未示出)的初级绕组。
输出单元20将输出功率从转换器IO输出到外部负载(未示出)。 如果输出单元20的输出功率的电压等于或大于预定的阈值电压，则光发 射单元30发射指示输出功率的电压的光，并且光接收单元40接收从光发射 单元30发射的光，并将指示输出功率的电压的信号输出到输出功率电压指示 单元60。尽管不是本发明的所有方面中都要求，可以将光发射单元30和光 接收单元40集成在单个的芯片中，在所述芯片中所述光发射单元30和光接 收单元40彼此绝缘，以使光发射单元30所连接的电^各与光接收单元40所连 接的电路电绝缘。这样的芯片为已知的，例如，诸如光电耦合器、光耦合器 或光隔离器。
输出功率电压指示单元60基于从光接收单元40输出的、指示输出功率 的电压的信号，并根据随从输出单元20接收输出功率的负载的大小而变化的 特性，向开关控制器50指示输出功率的电压。优选的但不必需的是所述特 性为对指示从光接收单元输出的输出功率的电压的信号的变化的响应时间， 并且响应时间随负载的增加而增加。
开关控制器50通过将脉沖宽度调制(PWM)信号施加到转换器10以调 整转换器10的输出功率电压，来根据由输出电压指示单元60指示的输出功 率的电压控制转换器10的开关操作。在本领域中PWM信号的产生为已知的， 从而此处将不描述所述PWM信号的产生。
虽然未在图2和3中示出输入功率，但是将所述输入功率不仅输入到转 换器10,而且通过平滑电容器和启动电阻器(见图1B)输入到开关控制器 50的VCC端子(见图3)，以使能开关控制器50在启动操作期间操作。连接 在开关控制器50的VCC端子和CS端子(见图3 )之间的齐纳二极管(见图 1B)将施加到VCC端子的电压限制到齐纳二极管的齐纳电压。
图3为根据本发明的方面的、图2的开关电源100的电路图。如图3中 所示，输出功率电压指示单元60包括多个并联连接在开关控制器50的反馈 端子FB和地之间的电容器。还将光接收单元40的输出端子连接到反馈端子 FB。例如，如图3中所示，输出功率电压指示单元60包括第一电容器60a 和第二电容器60b。将开关单元60c连接在反馈端子FB和第二电容器60b之
间。如果从输出单元20接收输出功率的负载低于预设值，则开关单元60c被 断开以形成开路并将第二电容器60b与反馈端子FB切断，并且如果所述负 载等于或大于预设值，则所述开关单元60c被接通以形成闭路并将第二电容 器60b连接到反馈端子FB。因而，如果负载低于预设值，则将从光接收单元 40输出的、指示输出功率的电压的信号只施加到第一电容器60a,并且如果 负载等于或大于预设值，则将所述信号施加到第一电容器60a和第二电容器 60b二者。虽然图3示出开关单元60c为双极型晶体管(BJT),但是可以理 解的是能够将其他类型的开关设备用作为开关单元60c。
开关单元60c具有接收由电阻器R产生的负载大小信号的控制端子，其 中所述电阻器R与金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)串联连接。 开关单元60c依赖于负载大小信号的电压接通或断开，而所述电压为电阻器 R两端的电压。MOSFET为转换器10的部分，并执行转换器10的开关4喿作 以调整转换器10的输出功率的电压。流过电阻器R和MOSFET的电流，以 及由此产生的作为电阻器R两端的电压的、负载大小信号的电压指示从输出 单元IO接收输出功率的负载的大小。当负载低于预设值时，负载大小信号的 电压没有高到足以接通开关单元60c。相反地，当负载等于或高于预设值时， 负载大小信号高到足以接通电阻器R。然而，可以理解的是可以使用其他测 量负载的大小的、及/或产生负载大小信号的、和及/或基于负载大小信号控制 开关单元60c的操作的办法。
当转换器IO的输出功率的电压改变时，从光接收单元40输出的、指示 输出功率的电压的信号的电压也改变。然而，因为必须首先将第一电容器60a 和第二电容器60b (如果接通开关单元60c)充电或放电直到第一电容器60a 和第二电容器60b两端的电压变得等于从光接收单元40输出的、指示输出功 率的电压的信号的电压，所以即使将光接收单元40的输出端子连接到反馈端 子FB,施加到反馈端子FB的电压也不能够立即改变。由于当负载低于预设 值时，只将第一电容器60a连接到反馈端子FB，从而只必须将第一电容器60a 充电或放电，因此充电或放电的时间将为短的，并且输出功率电压指示单元 60(从而导致开关控制器50)对输出功率的电压的变化的响应时间将为短的， 也就是快的。另一方面，由于当负载等于或大于预设值时，将第一电容器60a 和第二电容器60b两者都连接到反馈端子FB，从而必须将第一电容器60a和 第二电容器60b两者都充电或放电，因此充电或放电的时间将为长的，并且
输出功率电压指示单元60(从而导致开关控制器50)的响应时间将为长的，也 就是慢的。然而，输出功率电压指示单元60和开关控制器50的慢的响应将 减小由于诸如噪声这样的外部干扰而导致转换器10中的输出功率的电压的波动。
在图3中，举例来说，输出功率电压指示单元60包括第一电容器60a 和第二电容器60b，但输出功率电压指示单元60不限于这样的配置。可以理 解的是除第一电容器60a和第二电容器60b之外，.输出功率电压指示单元60 可以包括附加的电容器，并且可以根据从输出单元20接收输出功率的负载的 多个电平，以多种组合将各种电容器连接到反馈端子FB，或将所述各种电容 器与反馈端子FB切断。
现在将参考图4描述在根据本发明的方面的、图2和3的开关电源100 中的供电方法。
首先，在操作S10中，转换器IO将输入功率转换成具有预定的电压的输 出功率。然后，在操作S20中，输出功率电压指示单元60根据接收在操作 S10中被转换的输出功率的负载的大小，使指示输出到开关控制器50的电压 的特性改变。
由第一电容器60a和第二电容器60b确定输出功率电压指示单元60的特 性，并且所述特性取决于开关单元60c是否将第二电容器60b连接到开关控 制器50的反馈端子FB,或将所述第二电容器60b与所述反馈端子FB切断而变化。
因而，在操作S20中，-当负载小于预设值时，控制开关单元60c将第二
电容器60b与反馈端子FB切断，并且当负载等于或大于预设值时，控制开
关单元60c将第二电容器60b连接到反馈端子FB。
因而，即使负载为高的，也能够没有故障地、稳定地驱动所述负载。 虽然已示出并描述本发明的几个实施例，但是将由本领域技术人员意识
到的是在不脱离在权利要求和它们的等同物中限定其范围的本发明的原理
和精神的情况下，可以对所述实施例进行改变。
权利要求
1.一种开关电源，包含转换器，通过执行开关操作将输入功率转换成具有预定的电压的输出功率；光发射单元，如果所述输出功率的电压等于或大于预定的阈值电压，则发射指示所述输出功率的电压的光；光接收单元，接收从所述光发射单元发射的所述光，并输出指示所述输出功率的电压的信号；输出功率电压指示单元，接收从所述光接收单元输出的、指示所述输出功率的电压的所述信号，并输出所述输出功率的电压的指示；和开关控制器，根据从所述输出功率电压指示单元输出的、所述输出功率的电压的指示，控制所述转换器的开关操作；其中所述输出功率电压指示单元包含开关单元，根据接收由所述转换器转换的所述输出功率的负载的大小，使所述输出功率电压指示单元的特性变化。
2、 如权利要求1所述的开关电源，其中所述输出功率电压指示单元进一 步包含多个并联连接的电容器。
3、 如权利要求2所述的开关电源，其中所述多个电容器包含 第一电容器，总是将从所述光接收单元输出的、指示所述输出功率的电压的所述信号施加到所述第一电容器；和第二电容器，由所述开关单元根据所述负载的大小，选择性地将从所述 光接收单元输出的、指示所述输出功率的电压的所述信号施加到所述第二电合為。
4、 如权利要求3所述的开关电源，其中如果所述负载等于或大于预设值， 则所述开关单元将指示所述输出功率的电压的所述信号施加到所述第二电容 器，并且如果所述负载小于所述预设值，则所述开关单元不将指示所述输出 功率的电压的所述信号施加到所述第二电容器。
5、 如权利要求4所述的开关电源，其中所述开关单元包含晶体管，所述 晶体管在所述负载等于或大于所述预设值时变得导电。
6、 如权利要求1所述的开关电源，其中所述输出功率电压指示单元的特 性为所述输出功率电压指示单元对从所述光接收单元输出的、指示所述输出 功率的电压的所述信号的变化的响应时间。
7、 如权利要求6所述的开关电源，其中所述响应时间随所述负载的增加 而增力口。
8、 一种开关电源的供电方法，包含通过基于输出功率的电压的指示执行开关操作，将输入功率转换成具有 预定的电压的输出功率；以及根据接收所述输出功率的负载的大小，通过执行另一个开关操作，使指 示所述输出功率的电压的特性变化。
9、 如权利要求8所述的供电方法，其中使指示所述输出功率的电压的所 述特性的变化的步骤包含使用多个并联连接的电容器使所述特性变化。
10、 如权利要求9所述的供电方法，其中所述多个电容器包含 第一电容器，总是将指示所述输出功率的电压的信号施加到所述第一电答器；和第二电容器，根据所述负载的大小，通过执行所述另一个开关操作，选 择性地将指示所述输出功率的电压的所述信号施加到所述第二电容器。
11、 如权利要求IO所述的供电方法，其中，如果所述负载等于或大于预 设值，则执行所述另一个开关操作以将指示所述输出功率的电压的信号施加 到所述第二电容器，并且如果所述负载小于所述预-没值，则不将指示所述输 出功率的电压的所述信号施加到所述第二电容器。
12、 如权利要求11所述的供电方法，其中由晶体管执行所述另一个开关 操作，所述晶体管在所述负载等于或大于所述预设值时变得导电。
13、 如权利要求12所述的供电方法，其中所迷输出功率的电压的指示的 特性为所述输出功率的电压的指示对指示所述输出功率的电压的信号的变化 的响应时间。
14、 如权利要求13所述的供电方法，其中所述响应时间随所述负载的增 力口而i曾力口。
15、 一种开关电源装置，包含转换器，通过执行开关操作将输入功率转换成具有预定的电压的输出功率；开关控制器，基于所述输出功率的电压的指示，控制所述转换器的开关 操作；和输出功率电压指示单元，根据所述输出功率电压指示单元的特性，将所 述输出功率的电压的指示提供到所述开关控制器，其中所述输出功率电压指 示单元的特性根据接收由所述转换器转换的所述输出功率的负载的大小变化。
16、 如权利要求15所述的开关电源，其中所述开关控制器包含反馈端子，其接收所述输出功率的电压的指示；以及所述输出功率电压指示单元包含第一电容器，包含连接到所述反馈端子的第一端子，和第二端子； 开关单元，包含连接到所述反馈端子的第一端子，和第二端子； 第二电容器，包含连接到所述开关单元的第二端子的第一端子，和连接到所述第一电容器的第二端子的第二端子；以及其中如果所述负载等于或大于预设值，则所述开关单元将所述第二电容器连接到所述反馈端子，并且如果所述负载小于所述预设值，则所述开关单元将所述第二电容器与所述反馈端子切断。
17、 如权利要求16所述的开关电源，进一步包含单元，其产生指示所述 输出功率的电压的信号，并将指示所述输出功率的电压的所述信号提供到所 述转换器的反馈端子。
18、 如权利要求16所述的开关电源，其中所述转换器包含开关设备，在所述开关控制器的控制下执行所述转换器 的开关操作；所述开关电源进一步包含电阻器，其与所述转换器的开关设备串联连接 以产生具有随所述负载的大小变化的电压的负载大小信号；以及所述开关单元包含控制端子，其接收所述负载大小信号，并且如果所述 负载大小信号的电压指示所述负载等于或大于预设值，则将所述第二电容器 连接到所述反馈端子，并且如果所述负载大小信号的电压指示所述负载小于 所述预设值，则将所述第二电容器与所述反馈端子切断。
19、 如权利要求15所述的开关电源，其中所述输出功率电压指示单元的 特性为所述输出功率电压指示单元对从所述光接收单元输出的、指示所述输 出功率的电压的所述信号的变化的响应时间。
20、如权利要求19所述的开关电源，其中所述响应时间随所述负载的增 力口而i曽力口。
全文摘要
开关电源包括转换器，通过执行开关操作将输入功率转换成具有预定的电压电平的输出功率；开关控制器，基于输出功率的电压的指示，控制转换器的开关操作；和输出功率电压指示单元，根据输出功率电源指示单元的特性，将输出功率的电压的指示提供到开关控制器，所述特性根据接收由转换器转换的输出功率的负载的大小变化。
文档编号H02M3/156GK101369778SQ200810147450
公开日2009年2月18日 申请日期2008年8月18日 优先权日2007年8月17日
发明者罗泰权 申请人:三星电子株式会社