专利名称：功率因数调整型功率节省电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于开关型电源(SMPS)的功率节省电路，特别涉及一种功率因数调整型的功率节省电路，它可以在显示器电源管理中减少变压器内初级线圈的功率消耗量。
作为一种主要用于节省能量的电路，一般而言，SMPS功率节省电路应当符合美国的EPA(Environmental Protection Agency美国环境保护署)标准或者瑞典的NUTEK〔narings och teknikutveckling verket)标准以获得产品许可证，从而可以把许可标记在产品上
上表所示为在最大值为230V的交流电压的测试中，满足两种功率消耗标准所应获得的功率消耗数值。
图1图示一个系统以说明相关技术中的使用功率反馈的增强功率因数调整电路。
参见图1，相关技术中的增强功率因数调整电路包括一个电源1，用于整流交流电；一个功率因数调整单元2，用于调整通过电源部件1整流的电压的功率因数；一个SMPS3，用于开关通过功率因数调整单元2提供给外围电路的电压；和一个微计算机4，用于根据一个DPM控制SMPS3。未说明的参考标号2a表示一个功率因数调整部件，L1表示一个扼流圈，D1表示一个二极管，C1表示一个电容，和Q1表示一个场效应晶体管。
在相关技术中的功率因数调整电路中，当施加一个外部交流电时，电源部件1整流交流电并提供给功率因数调整单元2。被整流后的直流电压然后通过扼流圈L1除去交流成分，通过二极管D1和电容C1滤波，提供给SMPS3，然后转换成外围电路需要的电压。在这个实例中，功率因数调整单元中2中的功率因数调整部件2a，根据交流电压，控制场效应晶体管的开关操作以调整施加的交流电的功率因数。也就是说，改善交流电压的功率因数以使交流电压的电流波形更接近于正弦波，以提供一个通过二极管D1和电容C1整流的平稳的直流电压给SMPS3。在此期间，微计算机4控制SMPS3以便在DPM工作模式或备用模式提供一个高电平信号给SMPS3，从而断开从SMPS3的电压输出，以减少功率消耗量，而在DPM关闭模式中提供一个低电平信号给SMPS3以提供一个常规电压。
然而，因为相关技术的功率因数调整电路只能通过微计算机4控制SMPS3输出的电压，而不考虑在DPM模式中通过功率因数调整单元2对场效应晶体管Q1的控制，这导致在SMPS3的输入端消耗功率。该相关技术的功率因数控制电路存在一个问题，即不能符合DPM标准。
因此，本发明致力于一种功率因数调整型的功率节省电路，可以实质性地消除一个或多个相关技术中的限制和缺点所导致的问题。
本发明的目的是提供一种可减少功率消耗量并符合DPM标准的功率因数调整型的功率节省电路。
本发明的附加特征和优点将在下文的发明详述中被阐明，一部分根据详述将是显而易见的，或者也可通过实施本发明来认识。通过在所写的说明书和权利要求书及其附图中所特别指示的结构，将会了解并获得本发明的目的和其它优点。
为获得与本发明目的相一致的上述和其它的优点，本功率因数调整型功率节省电路包括一个整流和滤波部件，用于将一交流电整流和滤波成一直流电压；一个变压器，连接在整流和滤波部件的一个输出端上，用于将直流电压根据绕组比按比例地升高到一电压值；多个场效应晶体管，每个连接到整流和滤波部件和变压器的一个接地端，用于开关直流电压；和一个电压断开部件，连接到场效应晶体管的栅极和变压器的整流电压输出端，用于依靠光耦合器接收DPM模式中的控制信号，切断在初级线圈和次级线圈中的电压生成。
在本发明的其它方案中，提供一种功率因数调整型功率节省电路，其包括第一和第二电源部件，均用于对交流电整流和滤波以提供直流电压；第一场效应晶体管，根据栅极电压的周期以升压方式，开关自第一电源部件输出的直流电压；一个功率因数调整部件，连接到第一场效应晶体管的栅极和第二电源部件的输出端，用于调整自第一电源部件输出的直流电压的功率因数；第二电源部件，用于整流交流电以提供并施加电压B＋给功率因数调整部件；第一整流部件，用于整流和滤波由第一整流部件的开关而提供的电压；第二场效应晶体管，响应于一个脉冲宽度调制信号而开关从第一整流部件输出的电压；一个变压器，用于当第二场效应晶体管开关后，根据绕组比成比例的升高此电压；一个第二整流部件，用于整流由变压器升压的电压，并提供给外围电路；一个电压断开部件，用于依靠光耦合器接收DPM模式控制信号来断开在变压器的初级线圈和次级线圈中的电压生成。
可以认为上面的一般描述和下面的详细描述都是示范的和解释性的，是为了提供对本发明权利要求的更深入的解释。
所含附图提供对本发明的更深入的理解，并共同组成本说明书的一部分，用于说明本发明的实施例，并和本说明书一起用来解释本发明原理。
附图包括图1图示一个系统以说明相关技术中的使用反馈的增强功率因数调整电路；图2图示依照本发明的第一个实施例的功率因数调整型功率节省电路；和图3图示依照本发明的第二个实施例的功率因数调整型功率节省电路。
现在详细说明本发明的最佳实施例，其例子在相应附图中图示。图2图示根据本发明的第一个实施例的功率因数调整型功率节省电路。
参见图2，根据本发明的第一个实施例，该功率因数调整型功率节省电路包括第一电源部件11，用于整流和滤波交流电并提供直流电压Vi；第一场效应晶体管Q11，用于根据栅极电压G的周期以升压方式开关第一电源部件11中的直流电流Vi；第一整流部件12，根据第一场效应晶体管Q11的开关，施加整流和滤波后的直流电压V0给变压器T1；第二场效应晶体管Q12，根据栅极电压G的周期，开关从第一整流部件12输出的直流电压V0；变压器T1，根据第二场效应晶体管Q12的开关，根据绕组比升高直流电压V0；第二整流部件13，用于整流由变压器T1升高的电压并提供给外围电路；第二电源部件14，用于分路、整流交流电，并提供电压B＋给功率因数调整部件15；功率因数调整部件15，用于提供一个栅极控制信号给第一场效应晶体管Q11以控制直流电流Vi的功率因数；一个脉宽调制部件16，用于控制第二场效应晶体管Q12的开关周期；和一个电压断开部件17，用于根据DPM控制信号断开从功率因数控制部件15提供给第一场效应晶体管Q11的栅极的控制信号，以减少变压器T1原边的功率消耗量。功率因数调整部件15是一块集成电路。电压断开部件17包括一个晶体管Q14，连接到第二整流部件13的电压输出端；一个光电二极管PD1，连接到晶体管Q14的集电极；一个开关晶体管Q13，连接到晶体管Q14的基极；一个光电晶体管PT1，连接到功率因数调整部件的输出端和第一场效应晶体管Q11的基极。未解释的标号BD11表示一个桥式二极管，C11-C14表示电容，D11-D13表示二极管，L11表示一个线圈，及R11-R14表示电阻。
根据本发明的第一优选实施例的功率因数调整型的功率节省电路的工作和优点的解释如下。
首先，交流电通过第一电源部件11中的桥式二极管BD11和电容C11被整流和滤波，作为直流电压Vi输出。然后，当直流电压Vi流入第一场效应晶体管Q11的漏极D时，晶体管Q11根据栅极电压的周期T以升压方式提供一个高于直流电压V0的直流电压。
该直流电压V0可表示为V0=Toff+TonToff×Vi]]>其中，Ton表示第一场效应晶体管的栅极电压周期T的导通时间间隔而Toff表示第一场效应晶体管的栅极电压周期T的截止时间间隔。第一场效应晶体管Q11的栅极电压周期T是一个通过功率因数调整部件15用于调整直流电压Vi的功率因数的栅电流。而提供给功率因数调整部件15的电压B＋是由第二电源部件14中的二极管D11、电阻R11和电容C12对交流电压分路和整流得到的直流电压。通过第一场效应晶体管Q11开关的直流电压V0，经过第一整流部件12中的二极管12和电容C13的整流和滤波，通过变压器T1的初级线圈N1流入第二场效应晶体管Q12的漏极D。第二场效应晶体管Q12响应于脉冲宽度调制部件16输出的控制信号来开关流入漏极D的直流电压V0，当一个脉冲电压通过第二场效应晶体管Q12的开关出现在变压器T1的初级线圈N1中时，根据绕组比在次级线圈N2中将感应出一个升高的电压。在变压器T1的次级线圈N2中感应出的电压通过第二整流部件13中的二极管D13和电容C14被整流和滤波，然后作为直流电压输出。在此期间，如果通过在DPM工作模式中脉冲宽度调制部件16使第一场效应晶体管Q12的栅极的导通时间间隔变短，功率消耗量能被减少，因为出现在变压器T1的初级线圈中的脉冲电压变低。而电压断开部件17，当响应于DPM控制信号(高电平)时生效，断开功率因数调制部件15输出的栅极控制信号，关闭第一场效应晶体管Q11的开关操作，从而减少变压器T1中的初级线圈的功率消耗。也就是说，在DPM工作模式中，电压断开部件17根据DPM控制信号(高电平)导通开关晶体管Q13，并导通其基极连接到开关二极管Q12的集电极，其发射极连接到第二整流部件13的输出端的晶体管Q14。在本实例中，因为晶体管Q13和Q14被导通，从第二整流部件13输出的电压输入Q14的集电极，导致电流流入连接到发射极的光电二极管PD1。当光电二极管发光时，光线射入光电二极管的基极，从而导通光电晶体管PT1。因为光电晶体管PT1被导通，从功率因数调制部件15流出的栅极G电流通过光电二极管PT1的集电极流到发射极，使第一场效应晶体管Q11截止。因此，通过响应DPM控制信号将提供给第一场效应晶体管Q11的栅极的电流截断，阻止了变压器T1在功率消耗量的主要方面，从而满足依照EPA或NUTEK标准使在100W级的产品中的功率消耗量低于5W。同时，在DPM关闭模式，电压断开部件17响应于DPM控制信号(低电平)不工作，从功率因数调整部件15提供一个栅极电流给第一场效应晶体管Q11的基极。也就是说，既然电压断开部件17中的开关晶体管Q13响应于DPM控制信号(低电平)而截止，它导致基极连接到晶体管Q13的集电极的晶体管Q14截止，光电二极管PD1截止。并且，因为光电二极管PD1不工作，另外与之耦合的光电晶体管PT1也不工作。因此，因为功率因数调制部件15提供一个栅极G控制信号给第一场效应晶体管Q11的基极，第一整流部件12可以提供一个稳定的直流电压V0给变压器T1的初级线圈。
图3图示根据本发明的第二实施例的功率因数调整型功率节省电路。
参见图3，作为本发明第二实施例的功率因数调制型功率节省电路，包括第一和第二电源部件11和14，均用于整流和滤波交流电从而提供直流电压；场效应晶体管Q11，依照栅极电压的周期以升压的方式开关从第一电源部件11输出的直流电压Vi；功率因数调整部件15，连接到第一场效应晶体管Q11的栅极和第二电源部件14的输出端，用于调整从第一电源部件11输出的直流电压Vi的功率因数；第二电源部件14，用于整流交流电向功率因数调整部件15提供并施加一个电压B＋；第一整流部件12，用于整流和滤波由第一整流部件12的开关所提供的电压；第二场效应晶体管Q12，用于响应于脉冲宽度调制信号来开关从第一整流部件12输出的电压；变压器T1，用于与绕组比成比例地升高在第二场效应晶体管Q12开关后电压；第二整流部件13，用于整流经变压器T1升高的电压并提供给外围电路；电压断开部件17，连接在第二电源部件14的输出端和第二整流部件13之间，依靠接收DPM控制信号的光耦合器，断开变压器中的初级和次级绕组中的电压生成。
根据本发明的第二最佳实施例的功率因数调整型的功率节省电路的工作和优点的解释如下。
首先，交流电通过第二电源部件14中的二极管D11，电阻R11和电容C12被整流和分路，并提供所需的电压B＋。在本实例中，当检测到DPM工作模式时，一个微计算机(未图示)通过电源断开部件17控制该电压B＋。电压断开部件17响应于DPM控制信号(高电平)导通晶体管Q13和Q14，Q13和Q14的导通导致光电二极管PD1发光，光电二极管PD1发出的光导通光电晶体管PT1。光电晶体管PT1的导通导致电压B＋通过光电晶体管PT1的集电极输入到发射极，断开功率因数调整部件15的电源供应。综上所述，功率因数调整部件15停止提供栅极控制信号，从而使第一场效应晶体管Q11截止，因而减少在变压器T1的初级线圈中的功率消耗量。
如同解释的一样，本发明的功率因数调整型功率节省电路，通过减少在监视器的DPM模式中的变压器的初级线圈的功率消耗量，使其既符合美国的又符合欧洲的DPM模式的标准，并且允许以低成本生产该电路，因为对于DPM模式不要求附加的供应电源。
对于本领域的技术人员来说很明显，不离开本发明的精神和范围，在本发明的功率因数调整型功率节省电路中，可以进行多种修改和变化。因而，如果所述修改和变化被所附权利要求所覆盖，则它们属于本发明的范围。
权利要求
1.一种功率因数调整型功率节省电路，包括一个整流和滤波部件，用于将交流电整流和滤波成直流电压；一个变压器，连接到整流和滤波部件的输出端，用于根据绕组比成比例的将该直流电压升高到一电压值；多个场效应晶体管，均连接到整流和滤波部件和变压器的接地端，用于开关直流电压；和一个电压断开部件，连接到场效应晶体管的栅极和变压器上的整流电压的输出端，用于依靠在DPM模式中接收控制信号的光耦合器断开在初级线圈和次级线圈中的电压生成。
2.如权利要求1所述的功率节省电路，其特征在于所述DPM模式是常规模式、备用模式和关闭模式中的任何一种。
3.如权利要求1所述的功率节省电路，其特征在于所述电压断开部件包括多个晶体管，由第二整流部件供应电压，并响应于DPM控制信号而导通，和一个光耦合器，用于通过导通所述晶体管来断开连接在整流和滤波部件之间的场效应晶体管的开关。
4.如权利要求3所述的功率节省电路，其特征在于所述光耦合器中的一个光电晶体管接地并连接到场效应晶体管的基极。
5.如权利要求3所述的功率节省电路，其特征在于所述DPM信号是一高电平信号。
6.一种功率因数调整型功率节省电路，包括第一、第二电源部件，均用于整流和滤波交流电以提供直流电；第一场效应晶体管，用于根据栅极电压的周期以升压的方式开关从第一电源部件输出的直流电压；一个功率因数调整部件，连接到第一场效应晶体管的栅极和第二电源部件的输出端，用于调整从第一电源部件输出的直流电压的功率因数；第二电源部件，用于整流交流电并提供和施加电压B＋给功率因数调整部件；第一整流部件，用于整流和滤波由第一整流部件的开关而提供的电压；第二场效应晶体管，用于根据脉冲宽度调制信号开关第一整流部件的输出电压；一个变压器，用于根据绕组比成比例的将由第二场效应晶体管开关的电压升高；第二整流部件，用于整流由变压器升高的电压并提供给外围电路；一个电压断开部件，连接在第一场效应晶体管的栅极和第二整流部件之间，用于依靠接收DPM控制信号的光耦合器断开在变压器的初级和次级线圈中的电压生成。
7.如权利要求6所述的功率节省电路，其特征在于所述第二场效应晶体管有一栅极连接到脉冲宽度调制部件并由其决定晶体管的开关周期。
8.如权利要求6所述的功率节省电路，其特征在于所述电压断开部件包括一个晶体管，连接到第二整流部件的电压输出端，一个光电二极管，连接到晶体管的集电极，一个开关晶体管，连接到晶体管的基极，一个光电晶体管，连接到功率因数控制部件的输出端和第一场效应晶体管的基极。
9.如权利要求8所述的功率节省电路，其特征在于所述开关晶体管响应于DPM控制信号而开关。
10.如权利要求9所述的功率节省电路，其特征在于所述DPM控制信号在常规DPM模式中是低电平信号，而在DPM备用模式和DPM关闭模式中都是高电平信号。
11.一种功率因数调整型功率节省电路，包括第一、第二电源部件，均用于整流和滤波交流电以提供直流电；第一场效应晶体管，用于根据栅极电压的周期以升压的方式开关从第一电源部件输出的直流电压；一个功率因数调整部件，连接到第一场效应晶体管的栅极和第二电源部件的输出端，用于调整从第一电源部件输出的直流电压的功率因数；第二电源部件，用于整流交流电并提供和施加电压B＋给功率因数调整部件；第一整流部件，用于整流和滤波由第一整流部件的开关而提供的电压；第二场效应晶体管，用于根据脉冲宽度调制信号开关第一整流部件的输出电压；一个变压器，用于根据绕组比成比例的将由第二场效应晶体管开关的电压升高；第二整流部件，用于整流由变压器升高的电压并提供给外围电路；一个电压断开部件，连接在第二电源部件的输出端和第二整流部件之间，用于依靠接收DPM控制信号的光耦合器断开在变压器的初级和次级线圈中的电压生成。
12.如权利要求11所述的功率节省电路，其特征在于所述电压断开部件包括一个自偏压型晶体管，在第二整流部件的输出电压下工作，一个光电二极管，连接到晶体管的发射极，一个开关晶体管，连接到晶体管的基极，和一个光电晶体管，其集电极既连接到第二电源部件的输出端又连接到功率因数控制部件的输入端。
13.如权利要求12所述的功率节省电路，其特征在于所述开关晶体管响应于DPM控制信号而开关。
14.如权利要求13所述的功率节省电路，其特征在于所述DPM控制信号在常规DPM模式中是低电平信号，而在DPM备用模式和DPM关闭模式中都是高电平信号。
全文摘要
功率因数调整型功率节省电路包括一个整流和滤波部件，用于将交流电整流和滤波成直流电压；一个变压器，连接到整流和滤波部件的输出端，用于根据绕组比将直流电压成比例的升高到一电压值；多个场效应晶体管，均连接到整流和滤波部件和变压器的接地端用于开关直流电压；一个电压断开部件，连接到场效应晶体管的栅极和变压器的整流电压输出端，用于依靠接收在DPM模式中的控制信号的光耦合器来断开在初级线圈和次级线圈中的电压生成。
文档编号G05F1/70GK1239236SQ9910052
公开日1999年12月22日 申请日期1999年2月4日 优先权日1998年2月6日
发明者洪义成 申请人:Lg电子株式会社