专利名称：具有恒定电流输出的初级侧稳压电源系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及功率转换，并且更具体地涉及具有恒定电流输出的初级侧稳压电源系统。
背景技术：
电源对于许多现代电子设备是必不可少的。在ー些电源应用中，比如电池充电器或发光二极管(LED)镇流器，只要负载电阻小于特定值，电源就应当提供恒定电流。如果负载电阻大于这个值，则输出电压需要是恒定的或者值至少受到限制。在根据用于这些应 用的以前开发的设计的典型实现中，电源具有变压器(具有初级和次级绕组)和光耦合器器件。负载(例如电池)连接到次级绕组，并且光耦合器用于提供来自次级侧的反馈以便监控提供给负载的电流。光耦合器是单独的部件，并且因此其添加使实现电源的成本增高。此夕卜，根据以前开发的设计的实现还可使用专用集成电路(IC)器件，其专门是为所期望的应用(例如电池充电器或发光二极管镇流器)而设计的。这种专用IC器件也増加了实现电源的成本。
发明内容
本发明的一个实施例提供一种恒定电流输出(例如，用于电池充电器或LED镇流器)而没有从变压器的次级侧到初级侧的反馈回路。这有利于低成本应用。根据本发明的一个实施例，电源系统包括可操作用于接收输入电压的输入端。变压器耦合到该输入端并定义初级侧和次级侧。输出端耦合到变压器的次级侧并且可连接到负载以便向其提供电流。提供用于从初级侧调整电源系统使得在输出端处提供给负载的电流基本上恒定的装置。根据本发明的另ー个实施例，电源系统包括可操作用于接收输入电压的输入端。变压器耦合到该输入端并定义初级侧和次级侧。输出端耦合到变压器的次级侧并且可连接到负载以便向其提供电流。控制电路耦合到变压器并可操作用于控制流经变压器的电流。反馈电路，耦合到控制电路和变压器，可操作用于支持控制电路从初级侧进行调整，使得在输出端处提供给负载的电流基本上恒定。根据本发明的又一个实施例，电源系统包括初级侧和次级侧。初级侧上的输入端可操作用于接收输入电压。次级侧上的输出端可操作连接到负载以便向其提供电流。提供可操作用于从初级侧调整电源系统使得在输出端处提供给负载的电流基本上恒定的电路。从下面的附图、说明书和权利要求中本领域技术人员将清楚理解本发明的重要技术优点。
为了更完整地理解本发明和进ー步的特征和优点，现在參考下面描述以及附图。图I是以部分方框形式的 根据本发明的实施例的的电源系统的示意图。图2是以部分方框形式的图I中所述控制电路的示例实施方式的示意图。图3是将根据本发明实施例的进行初级侧调整的电源系统的输出特性与根据以前所开发技术所实现的电源的输出特性进行比较的示意图。
具体实施例方式參考图I到3可很好地理解本发明的实施例及其优点。相同的数字用于各附图的相同和对应部分。图I是以部分方框形式的根据本发明的实施例的电源系统10的示意图。电源系统10可连接到输入电压源4并用于利用初级侧电流和电压调整来提供恒定电流输出给负载6(例如电池)。电源系统10输出电压Vout。如图所示，电源系统10包括整流器电路12、输入LC滤波器网络14、RC网络15、控制电路16、变压器18、辅助电源电路19和反馈电路20。输入电压源4可以是交流(AC)电源电压的源。整流器电路12用于整流AC输入电压以产生直流(DC)电压。可用多个以全波整流器结构布置的ニ极管来实现整流器电路12。在一个实施例中，如所示的，输入LC滤波器网络14包括电感器22和电容器24、26。在ー个实施例中，每个电容器24、26可具有4. 7yF的值。变压器18可连接到RC网络15。RC网络15限制由变压器18的漏电感引起的电压尖脉冲。RC网络15可包括电阻器28和电容器30。在一个实施例中，电阻器28可具有15ΚΩ的值并且电容器30可具有IOnF的值。变压器18在初级侧具有绕组34、36并在次级侧具有绕组38。控制电路16可连接到RC网络15和变压器18。控制电路16控制经过电源系统10的电流，以及传递到负载6的电流。控制电路16可包括电源开关，其一端连接到变压器18的绕组34。电源开关可接通和断开以便使电流流经绕组34。控制电路16还具有用于反馈电压(Vfb)的端，用于限制峰值漏电流(Ipk)。在一些实施例中，所有或部分的控制电路16可以在具有电流控制和电流限制特征的ー个或多个适当的集成电路(IC)器件上实现。这种IC器件不需要专门设计用于所需的应用，比如以往设计的电池充电器或LED镇流器。在一个实施例中，例如控制电路16可用FSDX321产品来实现，该产品可在商业上从Fairchild半导体公司得到。以部分框图的形式，在图2中示出了控制电路16的一个实施方式的示意图。连接到控制电路16的Ipk端的电阻器90为峰值漏电流(Ipk)设置限制。即是，电阻器90确定变压器18的初级侧上的输出限制电流，从而限制次级侧的功率。辅助电源电路19可连接到变压器18初级侧上的绕组36。当电流流经初级绕组36时，辅助电源电路19向控制电路16供电(Vcc)。如图所示，电源电路19包括电感器70、电容器72，80以及ニ极管74，76和78。在一个实施例中，电感器70具有120 μ H的值；并且电感器72和80分别具有I. 5nF和10 μ F的值。反馈电路20提供反馈(Vfb)到控制电路16以便从初级侧调整系统10。如所示的，在一个实施例中，反馈电路20包括ニ极管40，42，44，46、电容器48，50，52、电阻器54，56，58，60, 62，64、和晶体管66。在一个实施例中，电容器48和50的每ー个可具有IOOnF的值，并且电容器52可具有22nF的值；电阻器56，58，60，62和64分别具有47ΚΩ、10ΚΩ、1ΚΩ、15ΚΩ和470ΚΩ的值。反馈电路20的一部分与电源系统10的稳定状态条件关联，直到输出电压Vout开始下降；反馈电路20的另一部分用于在输出电压Vout已经开始下降后为系统10使能或提供恒定输出电流。反馈电路20与电源系统10的稳定状态条件关联的部分包括ニ极管40、电容器48、ニ极管44、电阻器56，58、晶体管66和电容器52。这些部件提供输出电压调整。在稳定状态条件下并具有轻负载，系统10的输出电压Vout是稳定的，并且向负载6提供电流。在反馈电路20中，电容器48两端的电压(Vc)是晶体管66的基极-发射极电压(Vbe)和ニ极管44两端的电压降(Vz)的函数，由下面的等式给出Vc = Vbe + Vz。在一个实施例中可实现为双极结晶体管(BJT)的晶体管66调制反馈电压。随着电源系统10的负载6的増加，输出电压Vout下降，这转而使变压器18的初级绕组36两端的逆程电压下降。这使电容器48两端的电压(Vc)以及晶体管66的基极-发 射极电压(Vbe)降低，因为ニ极管44两端的电压降(Vz)恒定。当Vbe下降吋，经过晶体管66的集电极的电流下降。这具有电压(Vfb)増加的效果。结果，控制电路16的漏电流增加并且输出电压增加。这个操作继续直到控制电路16的漏电流达到由电阻器90设置的电流限制。此刻，经过控制电路16的电源开关的峰值电流保持恒定，而与控制电路16的反馈端处的电压(Vfb)无关。这导致输出电压Vout的下降。由于在此条件下输出的电压/电流(V/I)特性实质上是恒定电源特性(B卩，lout = a/Vout，其中a是某常数)，所以负载电流将增加。为了避免负载电流的増加，反馈电路20的其它部分是活动的，以便在输出电压Vout开始下降后为系统10使能或提供恒定输出电流。这部分反馈电路20包括ニ极管42、电阻器60、电容器50、和电阻器62，64，并且实质上用于降低经过控制电路的电源开关的峰值漏电流。这部分反馈电路20可按如下工作。变压器18的初级侧上的绕组36两端的正向电压由ニ极管42、电阻器60和电容器50整流和过滤。所得的电容器50两端的电压相对于信号接地(GND)是负的并且与电源系统10的输入电压成比例。在由与控制电路61的端(Ipk)连接的电阻器90设置的峰值漏电流限制达到之后，并且当负载增加并且输出电压Vout开始下降吋，ニ极管44阴极处的电压开始下降。这是由于ニ极管44阴极处的电压等于Vc-Vz，其中Vc是电容器48两端的电压并且Vz是ニ极管44两端的电压降。在某个时刻，电流从控制电路16的Ipk端离开而流经电阻器62又通过ニ极管44，进ー步降低了峰值漏电流。这建立反馈回路，其稳定到负载的输出电流，使得其不增加。反馈的量(以及电源系统10所期望的输出特性)可由电阻器62的值设置。此外，对于ー些实施例反馈特性是可能的。电阻器64用上升的输入电压来补偿上升的漏电流限制。电源系统10可例如用于低成本电池充电器应用或LED镇流器。电源系统10可用比许多以前的设计更少的和更便宜的部件来实现。当负载电压低于特定值时，电源系统10利用初级侧调整来提供恒定输出电流到负载6。如此，电源系统10不要求用于从变压器28的次级侧反馈的光耦合器。这降低了实现的成本，因此提供了显著的优点。
图2是以部分方框形式的图I中所述控制电路16的示例实施方式的示意图。在一些实施例中，所有或部分的控制电路16可实现在ー个或多个集成电路(IC)器件上。如图所示，控制电路16具有用于正常工作电压(Vcc)、启动电压(Vstr)、接地(GND)、反馈电压(Vfb)、峰值电流(Ipk)和输出(Drain)的端、导线或引脚。控制电路16包括电压开关100，其可用金属氧化物半导体场效应晶体管(M0SFET )、双极结晶体管(BJT )、绝缘门极双极晶体管(IGBT)或其它任何合适的晶体管来实现。控制电路16的输出端(Drain)可连接到变压器18的绕组34。控制电路16的电源开关100被驱动以便控制流经变压器18的绕组34的电流，以及传递到负载6的电流。图3是将根据本发明实施例的进行初级侧调整的电源系统的输出特性与根据以前所开发技术所实现的电源的输出特性进行比较的示意图200。示意图200描述了多个电压/电流(V/I)特性曲线202、204和206。曲线202是理想的特性曲线，电源为在ー个输出电压值范围内的负载提供恒定电流。曲线204是根据以前所开发技术的利用光耦合器的电源的特性曲线。曲线206是根据本发明实施例的进行初级侧调整的电源的特性曲线。如图3所示，根据本发明实施例的电源提供可与以前所开发技术(具有近似理想的特性)比较的特性，而不需要使用光耦合器，由此节省了实现成本。 由本发明的各个实施例提供的一些优点包括降低了部件的数量和实现低功率充电器的成本。其还改善了实现的可靠性。此外，不需要专门的部件或集成电路。尽管详细描述了本发明及其优点，应当理解在不叛离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下可进行各种变化、替代和替换。即是，包括在本申请中的讨论旨在作为基本的描述。应当理解，特定的讨论不是明确地描述所有可能的实施例；许多可替换方式是隐含的。还不能完全地解释本发明的通用性质，并且可能没有明确地示出每个特征或元素实际上是如何代表更广泛的功能或更多样的替换方式或等同元素。并且，这些被隐含地包括在本公开中。在用面向器件的术语描述本发明时，设备的每个元件隐含地执行功能。描述和术语都不g在限制权利要求的范围。
权利要求
1.在用于光发射二极管(LED)的电源系统中，一种用于调整该电源系统的控制电路，使得在输出端处提供给负载的电流基本上恒定，该电源系统包括可操作成接收输入电压的输入端，耦合到输入端并具有初级侧绕组和次级侧绕组的变压器，以及耦合到该变压器的次级侧绕组并可连接到LED负载以用于对该LED负载提供电流的输出端，该控制电路包括 漏极端，可操作成被耦合到该初级侧绕组； 反馈端，可操作成被耦合到反馈电路，以用于接收与在输出端处的输出电压有关的反馈信号；和 电源开关，被耦合到该漏极端，该电源开关可操作成响应于该反馈信号而被开启和关闭，以用于允许漏电流流经该电源开关，以便从该初级侧调整该电源系统以在输出端处向LED负载提供恒定电流输出，由此消除光耦合器的需求，该光耦合器用于从该变压器的次级侧进行反馈。
2.权利要求I的控制电路，其中至少一部分控制电路被实现为集成电路器件。
3.权利要求2的控制电路，其中该反馈端包括该集成电路器件的反馈引脚。
4.权利要求I的控制电路，包括软启动电路。
5.权利要求I的控制电路，包括用于对该电源开关的控制端进行驱动的门驱动器电路。
6.权利要求I的控制电路，其中该电源开关包括具有控制门的场效应晶体管。
7.权利要求6的控制电路，包括用于对该场效应晶体管的控制门进行驱动的门驱动器电路。
8.权利要求I的控制电路，其中该反馈电路包括耦合到该控制电路的电阻器，电流可流经该电阻器，以减少流经控制电路中的电源开关的漏电流。
9.权利要求I的控制电路，其中该反馈电路包括电阻器，该电阻器被耦合到控制电路以调整流经控制电路中的电源开关的漏电流。
10.权利要求I的控制电路，其中该控制电路和该反馈电路可操作成在该电源系统的稳态操作中调整在输出端处的电压。
11.权利要求I的控制电路，其中该控制电路和该反馈电路可操作成当在输出端处的电压低于特定值时，对该LED负载提供恒定电流输出。
12.权利要求I的控制电路，包括振荡器，该振荡器可操作成生成用于该控制电路的定时的振荡信号。
13.—种电源系统,包括 输入端，可操作成接收输入电压； 变压器，被耦合到该输入端，并定义初级侧和次级侧； 输出端，被耦合到该变压器的次级侧，并可连接到负载以用于对该负载提供电流； 控制电路，被耦合到该变压器，并可操作成控制流经该变压器的电流，其中该控制电路包括漏电流流经的电源开关；以及 反馈电路，被耦合到该控制电路和该变压器，该反馈电路可操作成支持控制电路从初级侧进行调整，使得在输出端处提供给负载的电流基本上恒定； 其中该变压器包括第一和第二初级侧绕组，以及次级侧绕组，其中该控制电路的该电源开关被耦合到该第一初级侧绕组，以及其中该输出端被耦合到该次级侧绕组。
14.权利要求13的电源系统，其中该反馈电路包括 第一二极管，将其阳极耦合到该第二初级侧绕组； 电容器，被耦合到该第一二极管的阴极； 第二二极管，将其阴极耦合到该第一二极管的阴极； 电阻器，将其一端耦合到该第二二极管的阳极，以及将其另一端耦合到晶体管的控制端；以及 该晶体管被耦合到该控制电路。
15.—种电源系统,包括 输入端，可操作成接收输入电压； 变压器，被耦合到该输入端并定义初级侧和次级侧； 输出端，被耦合到该变压器的次级侧，并可连接到负载以用于对该负载提供电流； 控制电路，被耦合到该变压器，并可操作成控制流经该变压器的电流；以及反馈电路，被耦合到该控制电路和该变压器，该反馈电路可操作成支持控制电路从初级侧进行调整，使得在输出端处提供给负载的电流基本上恒定。
16.权利要求15的电源系统，其中该控制电路包括漏电流流经的电源开关。
17.权利要求15的电源系统，其中该反馈电路包括耦合到该控制电路的电阻器，电流可流经该电阻器，以减少流经控制电路中的电源开关的漏电流。
18.权利要求15的电源系统，其中该变压器包括第一和第二初级侧绕组，以及次级侧绕组，其中该控制电路的该电源开关被耦合到该第一初级侧绕组，以及其中该输出端被耦合到该次级侧绕组。
19.权利要求18的电源系统，其中该反馈电路被耦合到该第二初级侧绕组。
20.权利要求15的电源系统，其中至少一部分控制电路被实现为集成电路器件。
21.权利要求15的电源系统，其中该反馈电路包括电阻器，该电阻器被耦合到该控制电路以调整流经该控制电路的电流。
22.权利要求15的电源系统，其中该变压器包括第一和第二初级侧绕组，以及次级侧绕组，其中该控制电路的该电源开关被耦合到该第一初级侧绕组，以及其中该输出端被耦合到该次级侧绕组。
23.权利要求22的电源系统，其中该反馈电路被耦合到该变压器的第二初级侧绕组。
24.权利要求22的电源系统，其中该反馈电路包括 第一二极管，将其阳极耦合到该第二初级侧绕组； 电容器，被耦合到该第一二极管的阴极； 第二二极管，将其阴极耦合到该第一二极管的阴极； 电阻器，将其一端耦合到该第二二极管的阳极，以及将其另一端耦合到晶体管的控制端；以及 该晶体管被耦合到该控制电路。
25.权利要求15的电源系统，其中该控制电路具有反馈端和峰值漏电流端，以及其中该反馈电路被耦合到该控制电路的反馈端和峰值漏电流端。
26.一种具有初级侧和次级侧的电源系统，该系统包括在该初级侧上的输入端，可操作成接收输入电压； 在该次级侧上的输出端，可操作成被连接到负载以用于对该负载提供电流；以及 电路，可操作成从初级侧调整电源系统使得在输出端处提供给负载的电流基本上恒定。
27.权利要求26的电源系统，其中该电路包括具有反馈的控制电路，可操作成在稳定状态操作中调整输出端处的电压并可操作成在输出端处的电压低于特定值时提供恒定电流输出到负载。
28.权利要求26的电源系统，其中该电路包括控制电路和反馈电路。
29.权利要求26的电源系统，其中该电路包括 控制电路，具有漏电流流经的电源开关；以及 反馈电路，被耦合到该控制电路； 其中该控制电路和该反馈电路可操作成在电源系统的稳定状态操作中调整输出端处的电压并还可操作成在输出端处的电压低于特定值时提供恒定电流输出到负载。
30.权利要求29的电源系统，其中该反馈电路包括耦合到该控制电路的电阻器，电流可流经该电阻器，以减少流经控制电路中的电源开关的漏电流。
31.权利要求29的电源系统，其中该反馈电路包括电阻器，该电阻器被耦合到该控制电路以调整流经该控制电路中的电源开关的漏电流。
32.权利要求29的电源系统，其中至少一部分控制电路被实现为集成电路器件。
33.权利要求29的电源系统，其中该控制电路具有反馈端和峰值漏电流端，以及其中该反馈电路被耦合到该控制电路的反馈端和峰值漏电流端。
全文摘要
根据本发明的一个实施例，电源系统具有初级侧和次级侧。初级侧上的输入端可操作用于接收输入电压。次级侧上的输出端可操作连接到负载以便向其提供电流。提供可操作用于从初级侧调整电源系统使得在输出端处提供给负载的电流基本上恒定的电路。
文档编号H02M3/335GK102684501SQ20121014125
公开日2012年9月19日 申请日期2007年2月7日 优先权日2006年2月7日
发明者M.魏里希 申请人:美国快捷半导体有限公司