绿色开关电源的制作方法

专利名称：绿色开关电源的制作方法
技术领域：
本发明公开了一种防过载防饱和开关电源PWM控制技术；一种数字处理高品质有源功率因数校正电路(以下称PFC)技术；一种AC-DC变换绿色开关电源集成电路(集成电路以下称IC，包括半导体IC、混合IC和模块IC)，由主开关电源(以下称主电源)、待机开关电源(以下称待机电源)、可选PFC、各种辅助电路等部分组成，能满足绿色环保要求的绿色开关电源IC；一种PC ATX标准等绿色计算机开关电源。
关于开关电源PWM控制技术，包括单端反激式、单端正激式、推挽式、半桥式和全桥式等结构，在启动或过载时，开关变压器易饱和、和开关功率管易过电流；因此，现有技术是IC采用上限电流控制技术，即在达上限电流时立即关断开关功率管，这就要求控制电路有快速反应能力、和开关功率管有快速关断能力(增加了成本和EMC问题)，否则依然会存在损坏开关变压器或开关功率管的安全隐患。尽管如此，如果有小型化等方面的要求，使得设计人员没有完全按照选定的开关电源IC的技术规范、而是根据自己的经验或试验得出余量不足的开关变压器及开关电源；虽然这样设计的开关电源在正常情况下能安全工作，但是，如果负载不正常而出现轻度过载，开关电源IC又不能做出反应，此时开关变压器的每一个工作周期均有饱和现象发生，变压器或功率管因此而烧毁。
关于PFC，为了防止输出电压超过上限带来安全隐患，现有技术在设计电压误差反馈回路特性时，在选择输出电容的容量、功率因素、总谐波失真方面做了权衡或牺牲，这使得在重载时降低了功率因素、增加了总谐波失真；虽然如此，在输入电压超过设计值、或输出忽然由重载转为轻载时，由于电压误差反馈特性或输入电压滤波等原因，控制电路可能并不知道输出电压超过上限(如UCx854、ML4803等参考设计)，存在安全隐患；另外，为实施平均电流模式，现有技术的外围电路仍然较复杂。
关于AC-DC变换绿色开关电源的结构人们对它已有清醒的认识，应包括主电源、待机电源(也可以是线性待机电源)、对于输出功率较大的绿色开关电源还需PFC(也可以是无源PFC)、EMC电路等、以及高的开关电源转换效率；目前的设计方案是把待机电源分离开来设计。关于待机电源，通常的设计方案是采用线性变压器稳压电源(如大量的电视机电源)，但难以适应要求越来越高的绿色环保指标；或另一较好设计方案是采用一个小功率输出的待机开关电源，但成本较高。对于主电源、PFC、或二者混合已有较多IC解决方案，如Power Integrations INC的TOP系列、TNY系列、TL494、UCx842、ML4803、UCx854、UCx852等IC。按照目前的绿色开关电源可选的设计方案，所设计的开关电源不是成本较高，就是不能较好满足绿色开关电源的设计指标。
关于PC ATX标准等计算机开关电源，现有技术采用独立小功率待机电源(可选的，由标准定)+半桥式主电源结构+TL494主控制电路。
本发明目的在于设计出一种以能满足绿色环保要求的、低成本或高品质的，由主电源、待机电源、PFC、各种辅助电路等部分组成AC-DC变换绿色开关电源IC；防过载防饱和开关电源PWM控制技术；数字处理高品质PFC技术；以及PC ATX标准等绿色计算机开关电源。
本发明的防过载防饱和开关电源PWM控制技术，数字处理高品质PFC技术，AC-DC变换绿色开关电源IC，PC ATX标准等绿色计算机开关电源，是通过以下方案实现的。下面结合本发明非限定实施例和附图做阐述。


图1为优选、防过载、防饱和、带启动电路、可独立使用的非限定开关电源PWM控制技术原理示意图。
图2为另一种优选、防过载、防饱和、带启动电路、可独立使用的非限定开关电源PWM控制技术原理示意图。
图3为优选、防过载、防饱和、不带启动电路的非限定开关电源PWM控制技术主电源实施例原理示意图。
图4为优选、数字处理、高品质、可独立使用的非限定PFC技术原理示意图。
图5为另一种优选、数字处理、高品质、可独立使用的非限定PFC技术原理示意图。
图6为优选、简化数字处理、高品质、可独立使用的非限定PFC技术原理示意图。
图7为优选非限定AC-DC变换绿色开关电源实施例示意图。
图8为优选非限定AC-DC变换绿色开关电源实施例示意图。
图9为优选非限定AC-DC变换绿色开关电源实施例示意图。
图10为优选高品质、低成本非限定PC ATX标准绿色开关电源实施例示意图。
图11为另一种优选高品质、低成本非限定PC ATX标准绿色开关电源图12为优选无PFC、低成本非限定PC ATX标准绿色开关电源实施例示意图。
特别提请注意所有附图的标识及元件的功能是一致的；所有附图标注的电压值和电阻值为非限定值，可根据设计目标和需求而设定为其它值；MOS管或三极管一般可改变驱动与三极管或MOS管互换！防过载防饱和开关电源PWM控制技术图1和图2，可作为独立使用的开关电源(如手机充电器等)，或作为本发明优选单片AC-DC变换绿色开关电源IC方案的待机电源单元，Q1为优选经济型功率三极管(如13003、BUX87等)，Qd为优选内置集成功率管，虚线框内为半导体IC电路部分，但Rb和Qa根据半导体工艺可集成于IC内或外置；图3可作为本发明优选单片AC-DC变换绿色开关电源IC方案的主电源单元，虚线框内为半导体IC电路部分，大功率管Q2可外置或集成于半导体IC内。Ia，Ib电流源，推荐的较好取值范围为0.1-1mA；3R，1R电压取样电阻，取样比为3∶1，推荐的较好取值66K∶22K。
S0，施密特比较器，图1，在S0输出低电平时，PCL.QC高阻输出，高压高阻值R1提供基极电流使功率管Q1以较小集电极电流导通，经二极管Da给电容C0充电，构成PWM1启动电路；但在S0输出高电平时，PWM1恢复正常状态，PCL.QC为正常输出，R1不起作用。图2，在S0输出低电平时，高压电流源开启为电容C0充电，构成PWMs启动电路；但在S0输出高电平时，PWMs恢复正常状态，高压电流源关闭。
图1，PWM1在正常状态时，PCL.QC和PCL.Q输出相同，如输出高电平，Q1和Qa导通，Rb检测开关变压器T1初级电流；如输出由高电平转为低电平，Qa截止，但由于存储效应的原因，Q1不会立即截止，二极管Da续流、或设计延时电路使Qa延时到Q1截止后关闭；但在Q1截止后，Q1基极反偏，提高了Q1的集电极耐压。图2，PWMs在正常状态时，PCLs.Q如输出高电平，Qd导通，Rb检测开关变压器T1初级电流；如输出低电平，Qd截止。图3，PWM2在正常状态时，PCL2.Q如输出高电平，Q2导通，R2检测开关变压器T2初级电流；如输出低电平，Q2截止。
S2，PWM比较器，决定PWM的占空比，原理是，振荡器输出Q的上升沿功率管开始导通，变压器初级电流增加，Rb或R2的压降也增加，当该压降等于或大于输出电压误差反馈反映在C1或C2上的电压(以下简称UC1或UC2，根据图中数据计算，其最大值为2.8V)时，S2输出低电平时，功率管关闭；但振荡器决定PWM的最大占空比，原理是，S2仍在输出高电平时，振荡器输出Q变为低电平，则功率管关闭；S1(可选)，施密特比较器，原理是，如UC1或UC2低于设定值、则功率管PWM周期关闭，如UC1或UC2高于设定值、则功率管PWM周期开启，因此提高了开关电源轻载时的效率。S3，上限电流比较器，如果变压器初级或功率管达上限电流，控制电路在关闭功率管的同时启动防过载防饱和控制逻辑S5。
S5有许多解决方案，本发明认为最简易方案是，S5被启动一次，S4则导通一个振荡器周期或振荡器低周期；但须满足以下条件，S4在一个PWM(或振荡器)周期内平均电流(称为I4)大于电流源Ia(图1和图2)或主电压反馈电流减电流源Ib(图3，差值为Ic)；I4和Ia或Ic在一个PWM周期内对UC1或UC2共同贡献可选在2.8V*(-10％)以内，而此时的最大输出电流应在95％以上，如Ia对UC1贡献为2.8V*3.3％，则I4可选为Ia的3-4倍比较好；因此，UC1或UC2降低(强制调整PWM比较器的输入)，下一个或几个PWM周期，占空比变小，变压器初级或功率管的峰值电流将减小；对于快速功率管、容量充足的变压器和响应较快的控制电路，过载时，UC1或UC2在最大值2.8V附近；对于较慢功率管、或容量不足的变压器(变压器一旦饱和，其初级电流迅速上升，到达或超过上限电流)或响应较慢的控制电路，在过载时，UC1或UC2将小于最大值2.8V，控制电路将超前关断功率管；虽然仍有功率管超上限电流或变压器饱和，但时间极短，可以保证功率管和变压器的安全，提高了可靠性，这就是防过载防饱和开关电源PWM控制技术带来的积极效果。
S5的另一方案是，S5被启动一次，I4＝Ia(或Ic)*1.2；后继若干个(究竟几个与倍数有关)PWM周期S5如无被启动，I4＝Ia(或Ic)*0.8，然后停止S5；上述倍数1.2和0.8可以是其它大于1和小于1的值，但应考虑开关电源的瞬态响应；此方案可进一步提高对功率管和变压器保证，增大最大输出电流。S5还可采用数字处理逻辑方案，自适应收敛过载时的I4。为了便于在使用过程中的监视，S5最好输出过载监视信号(原理是S5被启动一次产生一次输出，图中未画出)。
图1、图2及图3可用于单端反激式或正激式、或单端混合式(单端正反激式，如图11示意)，如为连续模式，则应为PCL、PCLs、PCL2和S5设计延时电路，防止功率管电流开启尖峰使功率管误关断或S5误启动。
上述防过载防饱和开关电源PWM控制技术也可用于推挽式、半桥式和全桥式等结构，如这些结构的控制电路检测到功率管或变压器初级超上限电流，则控制电路强制调整PWM比较器的输入(具体做法，也可强制调整输出电压误差放大器的输入，从而间接调整PWM比较器的输入)，使得在下一个或几个PWM周期内，占空比变小，功率管或变压器初级的峰值电流将减小，因此保护了功率管和变压器，提高了开关电源的安全性和可靠性。
数字处理高品质PFC技术图4、图5、图6，可作为独立使用的PFC，或作为本发明优选单片AC-DC变换绿色开关电源IC方案的可选的PFC单元，虚线框内为半导体IC电路可实施部分。R3检测PFC电感Lp电流，PFC电流(即Lp电流)基准输出滤波电容Cir和大功率管Qp可外置或集成于半导体IC内。UD，市电整流同步输入，RV，高压限流电阻。Rh、RI，PFC输出电压分流输入电路，不滤波或滤去大于约数千Hz的高频噪声，能实时反映PFC输出电压，为快速响应创造条件；VA，电压检测，采用四电压比较器输出高高压Vhh、高压Vh、低压VI、低低压VII信号，VA也可理解为一个A/D转换器。IR0，PFC电流基准输出累加器(根据溢出输出转换为电容Cir电压，为PFC电流提供基准，是一种D/A转换；但电容Cir电压与IR1乘反比)；IR1，当前PFC电流基准输出寄存器；IR2，PFC电流基准输出寄存器IR3，大周期PFC平均电流基准输出寄存器；II，当前PFC电流基准输出寄存器(IR1)大周期累加器；CT，大周期计数器IR0、IR1、IR2、IR3(根据精度需求)优选8位或9位，CT(根据大周期在大于市电周期较宽范围内选取)优选12位，则II优选20位或21位。
图4，PFC电流基准产生逻辑(即数字处理单元，IR Logic)应在上电复位后延时若干，PFC Logic置允许信号，完成PFC软启动特性，同时置IR2和IR3为其最大值的一半，II和CT复位；一个大周期完成，由II得大周期电流基准输出平均值装入IR3，启动新的大周期；电压检测0000(指Vhh＝0、Vh＝0、VI＝0、VII＝0，只有0000、0001、0011、0111、1111五种状态)，IR1置最大值(stf)，防止PFC输出电压跌落太多；电压检测1111，IR1置0(cI0)，PFC Logic置禁止信号，防止PFC输出电压超过上限，在电压检测恢复到0011后，PFC Logic置允许信号；电压检测非0000或非1111，而且PFC Logic为允许，IR2装入IR1；电压检测0000到0001或1111到0111，IR3装入IR2，使用大周期平均电流基准；电压检测0111到0011再到0111，IR2下调，搜索实际的IR2值；电压检测0011到0001再到0011，IR2上调，搜索实际的IR2值；对于较稳定的负载，IR2下调或上调，减一或加一即可；对于变化较大的负载，可采用一个调整当量寄存器，如果IR2为连续下调或连续上调，则调整当量寄存器增加，否则调整当量寄存器减少，因此，IR2下调或上调，为IR2减或加调整当量寄存器；可采取限制措施保证IR2大于指定值，使PFC工作在连续电流模式。
图5，PFC电流基准产生逻辑(IR1 Logic)与上述IR Logic原理基本相似，所不同的是，IR2的变更(下调或上调或装入)，与UD的上升沿或下降沿同步(以下简称UD同步)；电压检测0000到0001或1111到0111，UD同步IR3装入IR2；电压检测0111，UD同步IR2下调；电压检测0001，UD同步IR2上调；电压检测0011不动作，因此可将Vh、VI合并为一个信号，仅有0000、0001、0111、1111四种状态，但不合并IR2将减少变更频率；因此，在市电的半周期内PFC电流基准恒定。
图6，PFC电流基准产生逻辑(IR2 Logic)应在上电复位后延时若干，置PFC Logic允许信号，完成PFC软启动特性；电压检测1111，PFC Logic置禁止信号；UD同步电压检测0111，PFC电流基准置Ri1；UD同步电压检测0011，PFC Logic置允许信号，PFC电流基准置Ri2；UD同步电压检测0001，PFC电流基准置Ri3；UD同步电压检测0000，PFC电流基准置Ri4；Ri1、Ri2、Ri3、Ri4电流基准(由小到大排列，方案125％，50％，75％，100％；方案240％，60％，80％，100％；不同方案，VA需做相应调整)，可视为D/A变换，因此，可设计为4位D/A变换，IR2 Logic则设计为更复杂的逻辑，根据电压检测计算出更精确的PFC电流基准，但应保证PFC电流基准的变更与UD同步。
图4、图5、图6，PFC技术为平均电流模式，可工作在连续电流模式或非连续电流模式(但对非连续电流模式，R3检测PFC电流须滤波后送-4放大器)，原理是PFC电流基准产生逻辑，通过Cir、Ri(或直接)、Imk产生相等的稳流为IC内(或外置)的两只容量比为2∶1的电容(图中为30PF和15PF)稳流充电PFC Logic与振荡器同步工作，但受PFC Logic允许信号控制；振荡器Q上升沿，Qp关闭、Lp电流下降，Ta关闭、30PF稳流充电，Tb保持开启、15PF电压保持为0；当比较器Aa上升沿，Tb关闭、15PF稳流充电；当比较器Ab上升沿，Qp开启、Lp电流增加，Ta和Tb开启、30PF和15PF被放电为0电压，直到下一个振荡器Q上升沿结束、开始新的PFC周期；可以证明，此控制原理在连续电流模式和R3检测无需滤波的情况下，PFC为理想的平均电流模式，而且在Aa上升沿时Lp电流为平均电流。
图4、图5、图6所示VA电压检测，也可采用不为四个的检测输出信号，或A/D转换器(如一比特A/D等)输出电压值，因此可理解VA为A/D变换、PFC电流基准最终产生为D/A变换，但PFC电流基准产生逻辑应符合下述原则VA输入不滤波或滤去高频噪声；最好有Vhh逻辑，当PFC处于Vhh＝1时，PFC禁止，防止PFC输出电压超过上限；最好有VII逻辑，当PFC处于VII＝0时，PFC置较大或最大电流基准，防止PFC输出电压跌落太多，为了便于使用过程中的监视，最好输出VII监视信号(原理是在VII＝0时输出监视信号，图中未画出)；虽然Vhh和VII可选，但有Vhh和VII PFC将更安全更合理；非Vhh＝1或非VII＝0时，PFC在较大周期内保持PFC电流基准不变，即在较大周期结束时调整一次电流基准，而且，较大周期最好与市电的半周期整数倍的边沿同步，或远大于市电的半周期，或PFC电流基准变更较小；根据VA输入A/D和PFC电流基准产生D/A变换的复杂性，可采用更精确的PFC电流基准产生逻辑。因此，上述PFC技术的电流基准产生逻辑可用单片机等有数字处理能力的IC实施。
因此，本发明数字处理PFC技术，具有理想的功率因素(可等于1)，和理想的总谐波失真(可等于0)，是高品质的PFC技术。
单片AC-DC变换绿色开关电源IC单片AC-DC变换绿色开关电源IC设计，包括主电源单元(主电源控制电路、或主电源电路、或完整主电源)，待机电源单元(待机电源控制电路、或待机电源电路、或完整待机电源)，可选的PFC单元(PFC控制电路、或PFC电路、或完整PFC)，及其它辅助电路单元。以下是进一步说明，其内涵和外延会因为IC的加工工艺和任务而选择或调整；如变压器不可用于半导体IC，但可用于模块IC；再如，隔离反馈电路只适合模块IC和混合IC，而一般不会被半导体IC所采用；等等。
主电源单元主电源控制电路，指IC含主电源PWM控制电路、驱动电路、可选的主输出电源电压误差反馈电路(隔离或非隔离反馈电路，一般应为隔离反馈电路，下同)等、而无大功率管和主变压器等其它部分，IC驱动外接大功率管，大功率管再驱动主变压器；主电源电路，指IC含主电源PWM控制电路、驱动电路、大功率管、可选的主输出电源电压误差反馈电路等，而不含主变压器等其它部分，IC驱动主变压器，而无需外接大功率管；完整主电源，指模块IC含主电源PWM控制电路、驱动电路、大功率管、主变压器、主输出电源电压误差反馈电路、主输出整流滤波电路等完整的主电源结构电路。单端反激式、单端正激式、推挽式、半桥式和全桥式等、和相应的PWM控制技术可用于主电源，但应优选需求管脚少、工作可靠、成本低、结构简单的结构电路和PWM控制技术，如单端反激式或正激式或混合式、和本发明提出的防过载防饱和PWM控制技术等。根据可选IC工艺和任务，本发明单片AC-DC变换绿色开关电源IC在主电源控制电路、主电源电路和完整主电源三者中必选其一。
待机电源单元待机电源控制电路，指IC含待机电源PWM控制电路、驱动电路、可选的待机输出电压误差反馈电路、而无功率管和待机变压器等其它部分，IC驱动外接功率管，功率管再驱动待机变压器；待机电源电路，指IC含待机电源PWM控制电路、驱动电路、功率管、可选的待机输出电压误差反馈电路、而无待机变压器等部分，IC驱动待机变压器，而无需外接功率管，由于一般待机电源的输出要求为峰值5V@2.5A、额定5V@1A左右，很适合IC集成待机电源功率管，应成为优选方案；完整待机电源，指模块IC含待机电源PWM控制电路、驱动电路、功率管、待机变压器、待机输出电压误差反馈电路、待机电源整流滤波输出等完整的待机电源结构电路。待机电源一般为隔离5V输出、也可是其它值输出，应优选需求管脚少、工作可靠、成本低、结构简单的结构电路和PWM控制电路，如单端反激式或正激式结构、和本发明提出的防过载防饱和PWM控制技术等。
根据可选IC工艺和任务，本发明单片AC-DC变换绿色开关电源IC在待机电源控制电路、待机电源电路和完整待机电源三者中必选其一。
可选的PFC单元PFC控制电路，指IC含PFC控制电路、驱动电路、而无大功率管等部分，IC驱动外接大功率管，大功率管再驱动PFC电感；PFC电路，指IC含PFC控制电路、驱动电路、大功率管、而不含PFC电感和滤波电容等部分，IC驱动PFC电感，而无需外接大功率管；完整PFC，指模块IC含PFC控制电路、驱动电路、大功率管、PFC电感、滤波电容等完整的PFC结构电路。PFC应优选需求管脚少、工作可靠、结构简单、成本低或高品质结构，如本发明提出的数字处理高品质PFC技术。根据可选IC工艺和任务，本发明单片AC-DC变换绿色开关电源IC在PFC控制电路、PFC电路和完整PFC三者中可选其一。
其它辅助电路单元应包括可共享或须单元独有的启动电路、保护电路、电压参考电路和时钟电路等；各种适合模块IC和混合IC工艺的可选电路，如隔离或非隔离(一般应为隔离)功能反馈电路等；模块IC可选的AC-DC整流电路、可选的EMC电路等。
本发明优选的下列单片AC-DC变换绿色开关电源IC各方案主电源单元和待机电源单元最好采用单端反激式、或单端正激式、或单端混合结构和本发明提出的防过载防饱和PWM控制技术；可选的PFC单元最好采用本发明提出的数字处理高品质PFC技术。
本发明优选的单片AC-DC变换绿色开关电源半导体IC方案方案1，主电源控制电路、待机电源控制电路、辅助电路等；方案2，主电源控制电路、待机电源电路、辅助电路等；方案3，主电源电路、待机电源电路、辅助电路等；方案1-3，电视机、影碟机、PC ATX开关电源等适用；方案2具有更经济的优选半导体IC方案；方案4，主电源控制电路、待机电源控制电路、PFC控制电路等；方案5，主电源控制电路、待机电源电路、PFC控制电路等；方案6，主电源电路、待机电源电路、PFC电路等；方案4-6，绿色空调器、高档电脑或服务器的开关电源、大尺寸电视机等适用；方案5具有更经济的优选半导体IC方案。
本发明优选的单片AC-DC变换绿色开关电源混合IC方案方案1，主电源控制电路、待机电源电路、及相应隔离反馈控制电路等；方案2，主电源电路、待机电源电路、及相应隔离反馈控制电路等；方案1-2，电视机、影碟机、PC ATX开关电源等适用；方案3，主电源控制电路、待机电源电路、及相应隔离反馈控制电路、PFC控制电路等；方案4，主电源电路、待机电源电路、及相应隔离反馈控制电路、PFC电路、可选的交流输入整流电路等；方案3-4，绿色空调器、高档电脑和服务器的开关电源、大尺寸电视机等适用。
本发明优选的单块AC-DC变换绿色开关电源模块IC方案方案1，主电源控制电路、完整待机电源、辅助电路等；方案2，主电源电路、完整待机电源、辅助电路等；方案3，EMC电路、交流输入整流电路、完整主电源、完整待机电源等部分，直接构成一个完整的电源设计；方案1-3，电视机、影碟机、PCATX开关电源等适用；方案4，主电源控制电路、完整待机电源、PFC控制电路等；方案5，主电源电路、完整待机电源、PFC电路等；方案6，完整主电源、完整待机电源、完整PFC、EMC电路、交流输入整流电路等部分，和可选的PFC电源输出(适用于绿色空调器的变频器直流电源输入等)，直接构成一个完整的带PFC电源设计；方案4-6，绿色空调器、高档电脑和服务器的开关电源、大尺寸电视机等适用。
图7、图8、图9采用防过载防饱和开关电源PWM控制技术和数字处理高品质PFC技术设计，为优选AC-DC变换绿色开关电源，其虚线框内为三款优选的AC-DC变换绿色开关电源半导体IC，为了便于在使用过程中的监视，最好分别输出待机电源过载监视信号、主电源过载监视信号、PFCVII监视信号、或合并为一个监视信号(图中均未画出)；如不需包括PFC，则构成另外两款优选的无PFC功能的AC-DC变换绿色开关电源半导体IC，为了便于在使用过程中的监视，最好分别输出待机电源过载监视信号、主电源过载监视信号、或合并为一个监视信号(图中均未画出)。对于半导体IC，主电源单元、待机电源单元和可选的PFC单元可共享同一个全内集成或外置定时元件的振荡器，各所需频率可变换取到。主电源电压误差反馈电路特性为，无反馈、主电源单元不工作，最大反馈、主电源单元为最大占空比；主电源单元由-Pm控制，-Pm为高电平、主电源单元关闭，-Pm为低电平、主电源单元允许；而且主电源电压误差隔离反馈和主电源单元-Pm隔离遥控由同一路输入IC；如此设计可防止上电时主电源单元误动作，更具合理性。主电源单元和待机电源单元可采用单端反激式或正激式、单端混合式结构。因此，本优选的AC-DC变换绿色开关电源半导体IC，具有管脚少、易应用、低成本、高品质等特点。
PC ATX标准绿色计算机开关电源图10、图11、图12采用防过载防饱和开关电源PWM控制技术和可选的数字处理高品质PFC技术设计，为优选PC ATX标准绿色计算机开关电源。待机电源单元为单端反激式或正激式结构。主电源单元采用单端混合式(或正激式，但图中为混合式)结构，其特征为励磁电流或能量通过二极管Dfb泄放给主输出5V或12V或3.3V(图中为5V；或非优选，采用通常的正激式结构，励磁电流或能量返回输入端)，因为励磁电流能量远小于正激传递的能量，不会引起主输出5V或12V或3.3V失控，因此，可作为优选结构；主电源电压误差反馈，采用5V和3.3V共同反馈，保证5V和3.3V具有高的电压控制精度，而且，无反馈、主电源单元不工作，最大反馈、主电源单元为最大占空比，主电源单元由-PS-on控制，-PS-on为高电平、主电源单元关闭，-PS-on为低电平、主电源单元允许；而且主电源电压误差隔离反馈和主电源单元-PS-on隔离遥控由同一路输入IC，更具合理性。因此，本优选PC ATX标准绿色计算机开关电源，具有易应用、低成本、高品质等特点。
权利要求
1.一种防过载防饱和开关电源PWM控制技术，适用于单端反激式、单端正激式、单端混合式、推挽式、半桥式和全桥式等结构，其特征在于控制电路如检测到功率管或变压器初级超上限电流，则强制调整PWM比较器的输入，使得在下一个或几个PWM周期内，占空比变小，功率管或变压器初级的峰值电流将减小。
2.一种开关电源PWM控制技术，适用于单端反激式、单端正激式、单端混合式结构，其特征在于S0低电平，PCL.QC高阻，R1使Q1以较小电流导通，经Da给C0充电，构成启动电路；S0高电平，PCL.QC为正常输出，PCL.QC和PCL.Q输出相同，如输出高电平，Q1和Qa导通，如输出由高电平转为低电平，Qa截止，Da为Q1续流、或Qa延时到Q1截止后关闭，截止后的Q1基极反偏。
3.一种数字处理高品质PFC电流基准产生技术，其特征在于PFC输出电压信号的输入不滤波或滤去高频噪声；PFC电流基准在较大周期结束时调整一次，而且，较大周期最好与市电半周期整数倍的边沿同步、或远大于市电的半周期、或PFC电流基准一次调整较小。
4.一种高品质平均电流模式PFC控制技术，其特征在于由PFC电流基准产生相等的稳流为两只容量比为2∶1的电容稳流充电；Q上升沿，Qp关闭，Ta关闭，Tb保持开启；当Aa上升沿，Tb关闭；当Ab上升沿，Qp开启，Ta和Tb开启，直到下一个Q上升沿开始新的PFC周期。
5.一种单片AC-DC变换绿色开关电源IC，包括主电源单元，在主电源控制电路、主电源电路和完整主电源必选其一；待机电源单元，在待机电源控制电路、待机电源电路和完整待机电源必选其一；可选的PFC单元，在PFC控制电路、PFC电路和完整PFC可选其一；及其它辅助电路单元。
6.根据权利要求5，其特征在于主电源电压误差无反馈，主电源单元不工作；主电源电压误差最大反馈，主电源单元为最大占空比。
7.根据权利要求5，其特征在于采用防过载防饱和开关电源PWM控制技术设计主电源单元和待机电源单元；采用数字处理高品质PFC技术设计可选的PFC单元。
8.一种PC ATX标准等绿色计算机开关电源，其特征在于主电源单元为单端混合式或正激式结构，励磁电流泄放给主输出5V或12V或3.3V，或励磁电流返回输入端。
9.根据权利要求8，其特征在于主电源电压误差反馈，采用5V和3.3V共同反馈；无反馈，主电源单元不工作；最大反馈，主电源单元为最大占空比；-PS-on高电平，主电源单元关闭；-PS-on低电平，主电源单元允许；而且主电源电压误差反馈和-PS-on遥控由同一路输入IC。
全文摘要
本发明公开了一种AC－DC变换绿色开关电源IC，包括半导体IC、混合IC和模块IC，由主开关电源、待机开关电源、PFC、各种辅助电路等部分组成，能满足绿色环保要求的绿色开关电源IC；防过载防饱和开关电源PWM控制技术；数字处理高品质PFC技术；PC ATX标准等绿色计算机开关电源。
文档编号H02M3/335GK1452308SQ0211963
公开日2003年10月29日 申请日期2002年5月16日 优先权日2002年4月18日
发明者陈卫斌 申请人:姜涛, 陈卫斌