开关模式电源及其控制器、发光电路和控制方法
【技术领域】
[0001] 本公开涉及开关模式电源（SMPS)及其控制器，涉及包含这种SMPS的发光电路以 及用于控制开关模式电源的方法。
【背景技术】
[0002] 在SMPS的一些设计中，开关元件包括分离但串联的电源开关和控制开关。目前在 电源开关是高电压双极结型晶体管的设计中这是最常见的情况，并且通常可能是必须的。 然而，需要在开头指出，分离的电源开关和控制开关还可用于电源开关是高电压M0SFET的 设计中。由于分离的控制开关和电源开关通常利用双极结型晶体管，因此利用这两个开关 的设计常常被随意地称为发射极开关转换器。相比于高电压M0SFET，高电压双极器件可能 明显更便宜，但是由于它们存在低电压放大的缺陷，因此它们通常需要大的基极驱动电流。
[0003] 开关模式电源通常在控制器的控制下操作，控制器控制开关元件开关的时序。在 发射极开关转换器的情况中，开关元件可以对控制开关进行开关，并且电源开关被布置且 配置为遵循控制开关的操作进行开关。
[0004] 在图1中示出通过整流器B1和输入平滑电容器C1连接到AC干线（mains) 120的 SMPS和驱动LED的示意图。在此情况下，SMPS是降压（buck)转换器。该转换器包括控制 开关S1、电源开关S2和电感器L1的串联布置。在该布置中，被示出为LED的串联串的负 载与电感器L1串联。如图所示，电源开关S2是需要较大基极电流的双极型晶体管。为了 向电源开关S2提供该基极电流，开关S2的基极端子通过电阻器R1以及并联布置的二极管 D3和电阻器R4连接到被平滑整流的干线输入。选择电阻器R4的值以设置电源开关S2所 需要的合适的基极电流，并且设置二极管D3以确保S2可以快速断开。SMPS包括具有电源 端子114和接地端子112的控制器110。电容器C2连接到所述两个端子的两端，以向控制 器110提供电源电压Vcc。还示出了感测电阻器R2，其连接到控制器并用于感测通过电感 器的电流以控制开关。
[0005] -旦Vcc升高至启动电压以上，控制器就开始进行开关操作。然而，通常开关模式 电源控制器在开关状态比在非开关状态消耗更大的电源电流。例如，需要额外的电源电流 来驱动电源开关。当通过R1的电流正好足以将C2充电至启动电压电平（Vstart)时，该电 流可能不足以在操作期间向SMPS供电。电源电压会随之降低并且可能达到SMPS不能再正 常工作的电压电平。因此，通常实施欠压锁定电压（Vstop)，该Vstop停止SMPS的操作。一 旦SMPS停止操作，则控制器的电源电流再次降低，并且电容器能够重新充电到启动电压电 平，这将随后重复SMPS启动和停止的情况。
[0006] 为了防止这种导通和断开操作，添加包括二极管D2和电阻器R3的接管电源 (take-oversupply)，以在转换器开始进行开关并且LED电压升高至Vcc电平以上时立即 提供附加电流。可选择地，对于反激式转换器，可以在变压器的初级侧包括辅助线圈以在 SMPS处于操作状态时向控制器供电。
【发明内容】
[0007] 根据第一方面，提供了一种用于转换输入电压的开关模式电源，包括：电感器、电 源开关和用于控制电源开关的控制开关的串联布置；控制器，被配置为对控制开关进行控 制且具有电源端子和接地端子；电容器，耦合在控制器的接地端子和电源端子之间，并用于 向控制器供电；第一电流路径，被布置为仅在控制开关断开且电源开关闭合时向电容器提 供电荷；可连接的第二电流路径，被布置为从电源开关的控制端子汲取电流从而断开电源 开关；连接开关，被配置为响应于电容器两端的电压超过阈值电压而连接第二电流路径。
[0008] 通过在时间上分开断开控制开关和断开电源开关的时机，可以从输入（诸如整流 后的干线）将电荷提供给电容器。在电容器被用于向控制器供电的实施例中，可以因此不 需要用于控制器的辅助电源。
[0009] 在一个或更多个实施例中，电源开关是双极结型晶体管，并且从电源开关的控制 端子汲取出的电流由处于导通状态的晶体管的基极电荷提供。在控制开关与电源开关分开 的布置中，最常用的是双极晶体管，因为它们一般会比M0SFET更便宜。双极晶体管中的基 极电荷一般比任何M0SFET的栅极上的电荷高得多。在一个或更多个实施例中，开关模式电 源还包括：通过电源开关的基极从而实现开关模式电源的启动的另一电流路径。在一个或 更多个实施例中，开关电源是M0SFET。
[0010] 在一个或更多个实施例中，第二电流路径是被布置为从电源开关的控制端子汲取 电流以对电容器进行充电的回收路径。尤其在电源开关是双极晶体管的情况下，基极电荷 会相对高，因此通过回收该电荷来对电容器充电，可以实现电路效率的显著提升。
[0011] 在一个或更多个实施例中，开关模式电源还包括在电源开关的控制端子和输入电 压（可以是整流后的干线）的正端子之间的电流路径。
[0012] 在一个或更多个实施例中，被布置为在电源开关闭合时向电容器提供电荷的电流 路径包括二极管。
[0013] 开关模式电源可以是降压转换器并且被布置用于使负载与所述串联布置串联。可 选择且无限制地，开关模式电源可以是升压转换器并且被布置为使负载与串联的控制开关 和电源开关并联。此外且无限制地，开关模式电源可以是反激式转换器，其中，所述电感器 是变压器的初级线圈，并开关模式电源被布置为使负载连接到变压器的次级线圈。
[0014] 根据另一方面，提供了一种包括上述开关模式电源和所述负载的发光电路，其中， 所述负载是LED串。输入电压可以是整流和平滑后的干线供电。
[0015] 根据另一方面，提供了一种控制开关模式电源的方法，其中，所述开关模式电源包 括：电源开关、控制开关和电感器的串联布置，所述串联布置的两端连接到输入电压（诸如 整流和平滑后的干线）的正端子和负端子；控制器，具有电源端子和接地端子；电容器，连 接在控制器的接地端子和电源端子之间并且用于向控制器供电；所述方法包括：操作控制 器以周期性地断开和闭合控制开关；仅在控制开关断开且电源开关闭合时才通过第一电流 路径向电容器提供电荷；以及响应于电容器两端的电压超过阈值电压，操作连接开关以连 接第二路径，从而从电源开关的控制端子汲取电流以断开电源开关。
[0016] 在一个或更多个实施例中，电源开关是双极结型晶体管，并且从电源开关的控制 端子汲取电流释放处于导通状态的晶体管的基极电荷。
[0017] 在一个或更多个实施例中，从电源开关的控制端子汲取的电流用于对电容器充 电。
[0018] -个或更多个实施例还包括：在开关模式电源转换器的启动阶段期间，向电源开 关的控制端子提供启动电流，从而向电容器提供启动能量。
[0019] 根据和参照在下文描述的实施例，本发明的这些和其它方面将清楚。
【附图说明】
[0020] 将参照附图仅通过示例的方式描述实施例，其中：
[0021] 图1示出连接到AC干线的SMPS的发光电路以及驱动发光电路的示意图；
[0022] 图2示出根据实施例的发光电路；
[0023] 图3示出与图2的电路相关联的各种信号；
[0024] 图4-7示出在一个半开关周期期间流过图2的电路的电流；
[0025] 图8-13示出根据其它实施例的开关模式电源；
[0026] 图14和图15示出电源开关、控制开关、电感器的示例布置，其中具有用于对电容 器充电的关联电流路径。
[0027] 应注意，附图是概略的而不是按比例的绘制。为了附图的清楚和便利，这些附图中 的部件的相对维度和比例已被示出为在尺寸上放大或缩小。相同标号通常用于表示修改后 和不同的实施例中的相应或相似特征。
【具体实施方式】
[0028] 图2示出根据实施例的用于转换输入电压的开关模式电源。SMPS(还可被称为开 关模式电源转换器）包括：电感器L1、电源开关S2、用于控制电源开关的控制开关S1的串 联布置；控制器110,被配置为对控制开关进行控制且具有电源端子112和接地端子114 ; 电容器C2,耦合在控制器的接地端子和电源端子之间，用于向控制器供电；第一电流路径 240,被布置为仅在控制开关断开且电源开关闭合时才向电容器提供电荷；可连接的第二电 流路径250,被布置为从电源开关的控制端子汲取（draw)电流从而断开电源开关；以及连 接开关S3,被配置为在电容器两端的电压超过阈值电压的情况下或者响应于电容器两端的 电压超过阈值电压，连接第二电流路径。
[0029] 在图2的示意图中，SMPS被示出为通过整流器B1和输入平滑电容器C1连接到AC 干线，并驱动LED串230。转换器包括控制开关S1、电源开关S2和电感器L1的串联布置 (不必须是这种顺序）。LED串包括负载并且串联到电感器L1。控制器110具有电源端子 114和接地端子112。电容器C2的两