电源供应装置的制作方法

文档序号:11064594阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种用于电压转换的电源供应装置,其特征在于,一个变压器的一次侧绕组和一个主开关串联在一个输入电压和接地端之间,该变压器的二次侧绕组的一端直接连接到输出节点,变压器的二次侧绕组的相对另一端和参考地电位之间连接有一个同步开关;

一个第一控制器,用于产生第一脉冲信号来驱动主开关在导通与关断之间切换;

一个第二控制器,将一个表征输出电压大小和/或表征负载电流大小的侦测电压和一个第一参考电压比较,藉由比较结果决定其所产生的一个控制信号的逻辑状态;

一个耦合元件,连接在第一、第二控制器之间,其将控制信号的逻辑状态传递到第一控制器,使第一控制器依据控制信号的逻辑状态判定第一脉冲信号的逻辑状态;

其中,第二控制器包括用于产生第二控制信号的一个驱动模块,驱动模块还用于检测变压器的二次侧绕组和同步开关互连处的一个节点的电位,当第一脉冲信号关断主开关使变压器的二次侧绕组和同步开关互连处的节点的电位跌落至低于第一阈值电压时,第二脉冲信号从第二逻辑状态翻转到第一逻辑状态接通同步开关,直至变压器的二次侧绕组和同步开关互连处的节点的电位变化至大于第二阈值电压时,第二脉冲信号从第一逻辑状态翻转到第二逻辑状态藉此关断同步开关。

2.根据权利要求1所述的电源供应装置,其特征在于,在驱动模块中,第一感测比较器的反相输入端和第二感测比较器的正相输入端耦合到变压器的二次侧绕组和同步开关互连处的节点,在第一感测比较器的正相输入端输入该第一阈值电压而在第二感测比较器的反相输入端输入该第二阈值电压;

第一感测比较器的比较结果、一个第一RS触发器输出的信号对应分别输入到一个第一与门的两个输入端;第二感测比较器的比较结果、控制信号的反相信号对应分别输入到一个第二与门的两个输入端;

控制信号输入到第一RS触发器的置位端,而一个第二RS触发器产生的第二脉冲信号的延时信号则输入到第一RS触发器的复位端,以及第一、第二与门各自的输出端对应分别连接到第二RS触发器的置位端和复位端。

3.根据权利要求2所述的电源供应装置,其特征在于,第一与门除了接收第一感测比较器的比较结果、第一RS触发器输出的信号之外,还有一个输入端接收第二RS触发 器产生的第二脉冲信号的互补信号;第二与门除了接收第二感测比较器的比较结果、控制信号的反相信号之外,还有一个输入端接收第二RS触发器产生的第二脉冲信号;

当第二RS触发器产生的第二脉冲信号的互补信号具有第一逻辑状态时,其经过一个延时单元的延时后再输入到第一与门的一个输入端;以及

当第二RS触发器产生的第二脉冲信号具有第一逻辑状态时,其经过一个延时单元的延时后再输入到第二与门的一个输入端。

4.根据权利要求2或3所述的电源供应装置,其特征在于,在每个开关周期内,当第一脉冲信号从低电平翻转到高电平接通主开关时还使第一RS触发器输出的信号从低电平翻转到高电平,第一脉冲信号的高电平状态结束并翻转到低电平关断主开关时,使变压器的二次侧绕组和同步开关互连处的节点的电位跌落至低于第一阈值电压,则第一与门的各输入端均为高电平从而置位第二RS触发器使第二脉冲信号开始从低电平的第二逻辑状态翻转到高电平的第一逻辑状态以接通同步开关;

高电平的第二脉冲信号经过延时后输入到第一RS触发器的复位端使得第一RS触发器输出的信号从高电平翻转到低电平,以及同步开关接通后当变压器的二次侧绕组和同步开关互连处的节点的电位抬升到大于第二阈值电压时,则第二与门的各输入端均为高电平并复位第二RS触发器使得第二脉冲信号翻转到第二逻辑状态以关断同步开关。

5.根据权利要求1所述的电源供应装置,其特征在于,在第二控制器的第一比较器的反相输入端输入侦测电压而在同相输入端输入第一参考电压;

侦测电压低于第一参考电压时,第一比较器的高电平比较结果置位第二控制器的第三RS触发器,使第三RS触发器输出的控制信号从低电平翻转到高电平;

第二控制器的导通时间产生器从控制信号自低电平翻转到高电平的上升沿的时刻开始计时,至预设导通时间结束的时刻完成计时,计时完成时导通时间产生器输出的信号由低电平翻转到高电平并复位第三RS触发器,使控制信号从高电平翻转到低电平。

6.根据权利要求5所述的电源供应装置,其特征在于,第二控制器中的一个偏压电路和参考地电位之间串联有第一、第二开关,第一、第二开关互连于一个公共节点,第一开关由控制信号驱动而第二开关由控制信号的反相信号驱动;

第一控制器中的第二比较器的正相输入端和该公共节点之间连接有属于耦合元件的 第一电容,第二比较器的反相输入端输入第二参考电压,第二比较器正相输入端和接地端之间连接有一个电阻,属于耦合元件的第二电容连接在接地端和参考地电位之间。

7.根据权利要求6所述的电源供应装置,其特征在于,控制信号为高电平时第一开关导通而第二开关关断,偏压电路提供的电压施加在公共节点处,由耦合元件拉高第二比较器正相输入端的电压至大于第二参考电压,第二比较器输出高电平的第一脉冲信号;

控制信号为低电平时第一开关关断而第二开关接通,将该公共节点处的电位钳制到参考地电位,由耦合元件拉低第二比较器正相输入端的电压至低于第二参考电压,第二比较器输出为低电平的第一脉冲信号。

8.根据权利要求5所述的电源供应装置,其特征在于,耦合元件为脉冲变压器,控制信号通过第二控制器中的一个耦合电容传输到脉冲变压器的初级侧绕组的一端,初级侧绕组的另一端连接到参考地电位;

第一控制器中的一个信号产生节点与脉冲变压器的次级侧绕组的一端之间连接有一个耦合电容,次级侧绕组的相对另一端连接到接地端,从而在该信号产生节点产生与控制信号的逻辑状态保持一致的第一脉冲信号。

9.根据权利要求8所述的电源供应装置,其特征在于,在该信号产生节点和接地端之间连接有并联设置的一个电阻和一个二极管,该二极管的阴极连接在信号产生节点而阳极则连接在接地端。

10.根据权利要求5所述的电源供应装置,其特征在于,同步开关受由第二控制器产生的与第一脉冲信号互为反相信号的一个第二脉冲信号的驱动,在主开关导通时关断该同步开关及在主开关关断时接通该同步开关;或者

同步开关受由第二控制器产生的一个第二脉冲信号的驱动,在第一脉冲信号控制主开关关断的阶段由第二脉冲信号控制将该同步开关予以关断。

11.根据权利要求10所述的电源供应装置,其特征在于,导通时间产生器中的一个采样保持器在主开关接通但同步开关关断的阶段,采样和保持变压器的二次侧绕组的与同步开关相连的一端的电压值,导通时间产生器的一个电压电流转换器将采样的电压值转换 成电流而给导通时间产生器中的一个充电电容进行充电;

导通时间产生器中的一个第三开关和充电电容并联在一个充电节点和接地端之间,将充电节点处的电压输入到导通时间产生器中的第三比较器的正相输入端而在第三比较器的反相输入端输入一个第三参考电压;以及

由控制信号的上升沿触发第二控制器的一个单稳态触发器产生高电平的暂态脉冲信号,暂态脉冲信号除了在控制信号的上升沿的时刻为高电平之外在其余时间均为低电平,从而由暂态脉冲信号在控制信号的上升沿的时刻接通第三开关对充电电容瞬态放电;

充电电容在瞬态放电后开始进行充电时段的计时,直至充电节点的电压大于第三参考电压导致第三比较器的比较结果由低电平翻转到高电平计时才结束,第三比较器的高电平比较结果触发第三RS触发器复位,该计时的时间段作为接通主开关的预设导通时间。

12.根据权利要求11所述的电源供应装置,其特征在于,输入电压趋于增大导致采样的电压值随之增大时,预设导通时间趋于减小;或者

输入电压趋于减少导致采样的电压值随之减少时,预设导通时间趋于增大。

13.根据权利要求5所述的电源供应装置,其特征在于,导通时间产生器中的第三开关和充电电容并联连接在一个充电节点和接地端之间,将充电节点处的电压输入到导通时间产生器中的第三比较器的正相输入端并在反相输入端输入第三参考电压;

导通时间产生器包括一个电流源和多个附加电流源用于为充电电容进行充电,每个附加电流源的电流输出端和充电节点之间均连接有一个电子开关;

由控制信号的上升沿触发第二控制器中的一个单稳态触发器产生高电平的暂态脉冲信号,该暂态脉冲信号除了在控制信号的上升沿的时刻为高电平以外在其余时间均为低电平,从而由暂态脉冲信号在控制信号的上升沿接通第三开关对充电电容瞬态放电;

充电电容在瞬态放电后开始进行充电时段的计时,直至充电节点的电压大于第三参考电压导致第三比较器的比较结果由低电平翻转到高电平计时才结束,第三比较器的高电平比较结果触发第三RS触发器复位,该计时的时间段作为接通主开关的预设导通时间。

14.根据权利要求13所述的电源供应装置,其特征在于,侦测电压波动时,设定在预设时段的起始时刻该侦测电压低于第一参考电压,并通过第一脉冲信号驱动主开关的一个或多个开关周期后使侦测电压在预设时段结束时被调制至超过第一参考电压;

预设时段内的一个或多个暂态脉冲信号各自的频率值按出现的先后时间顺序,由导通时间产生器的一个频率比较器分别与上频率临界值、下频率临界值进行比较,当任意一个频率值大于上频率临界值时使导通时间产生器的一个计数器设置的二进制初始计数值减去1,或者当任意一个频率值小于下频率临界值时使计数器设置的初始计数值加上1,所有频率值比较完后计数器计算得到一个总计数值;

总计数值大于计数器设置的上临界计数值时定义总计数值等于上临界计数值,或总计数值小于计数器设置的下临界计数值时定义总计数值等于下临界计数值,二进制的总计数值中的每一个表征了高电平或低电平的码元相应用来接通或关断一个电子开关。

15.根据权利要求14所述的电源供应装置,其特征在于,在任意相邻的两个预设时段中,前一个预设时间段内的总计数值大于初始计数值,使后一个预设时间段内被接通的电子开关的数量要比前一个预设时间段内被接通的电子开关的数量多,则后一个预设时间段内的预设导通时间小于前一个预设时段内的预设导通时间;或

前一个预设时间段内的总计数值小于初始计数值,使后一个预设时间段内被接通的电子开关的数量要比前一个预设时间段内被接通的电子开关的数量少,则后一个预设时间段内的预设导通时间大于前一个预设时段内的预设导通时间;或

前一个预设时间段内的总计数值等于初始计数值,使后一个预设时间段内被接通的电子开关的数量和前一个预设时间段内被接通的电子开关的数量相等,则后一个预设时间段内的预设导通时间等于前一个预设时段内的预设导通时间。

16.根据权利要求1所述的电源供应装置,其特征在于,该变压器还包括一个与二次侧绕组绕向相同的辅助绕组,辅助绕组的一端与一个辅助电容的一端之间连接有一个二极管,辅助绕组和辅助电容各自的另一端连接到接地端,当二次侧绕组有电流通过时其与辅助电容之间的二极管正向导通并且流经辅助绕组的电流向该辅助电容充电,由辅助电容为第一控制器提供电源电压。

17.根据权利要求16所述的电源供应装置,其特征在于,第一控制器中的一个上电启动模块具有一个结型场效应晶体管和一个控制开关,控制开关连接在结型场效应晶体管的控制端和接地端之间,且控制开关在辅助电容的电压未达到一个启动电压水准时是接通的但在达到启动电压水准时是关断的;

在该电源供应装置开始接入交流电压的上电阶段,交流电压经由一个整流电路整流后输入到该结型场效应晶体管的漏极,使自结型场效应晶体管源极流出的电流通过一个二极管为该辅助电容充电,直至辅助电容的电压达到启动电压水准以完成上电启动程序,上电启动程序完成后关断控制开关并在辅助绕组导通的阶段由辅助绕组向该辅助电容充电。

18.根据权利要求1所述的电源供应装置,其特征在于,还包括一个分压器,侦测电压是该分压器在输出节点对输出电压撷取一个分压值并表征了输出电压的大小。

19.根据权利要求1所述的电源供应装置,其特征在于,还包括一个感测电阻,感测电阻与负载串联在输出节点和参考地电位之间,侦测电压是感测电阻两端的压降并表征了流经负载的负载电流的大小。

20.根据权利要求1所述的电源供应装置,其特征在于,包括一个分压器,藉由该分压器在输出节点对带有纹波的输出电压撷取一个分压值作为反馈电压;还包括一个感测电阻,感测电阻与负载串联在输出节点和参考地电位之间,藉由感测电阻两端的压降作为表征了负载电流大小的感测电压;以及

还包括滤波器、放大器及加法器,滤波器用于滤除反馈电压中的直流成分但保留交流成分的电压值,放大器用于放大感测电压,滤波器输出的属交流成分的电压值和放大器输出的感测电压的放大电压值由加法器相加后作为该侦测电压。

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