专利名称：具有电压调节器的开关模式电源的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及开关模式电源领域，并且更具体地说，涉及电力控制以便接通用于控制开关模式电源的输出电压的电压调节器。
背景技术：
开关模式电源(SMPS)是众所周知的电力转换器类型，由于其尺寸小和重量轻以及效率高而具有各种各样的应用。例如，SMPS广泛用在个人计算机和便携式电子装置、诸如蜂窝电话中。SMPS通过在高频(通常为几十到几百kHz)开关开关元件、诸如功率MOSFET来实现这些优点，其中调整开关的频率或占空比以将输入电压转换成期望的输出电压。SMPS可采取整流器(AC/DC转换器)、DC/DC转换器、变频器(AC/AC)或逆变器(DC/ AC)的形式。SMPS其特征在于具有分别定义SMPS的输入侧和输出侧的初级侧和次级侧的变压器。变压器提供输入侧与输出侧之间的隔离，并且重要的是保持SMPS的输入端与输出端之间的这个隔离。脉宽调制器(PWM)生成占空比信号。占空比信号用于开关至少一个晶体管以便以该占空比将输入电压施加在变压器初级侧的输入上。在初级侧的输入电压使得在变压器的次级侧感应的电压对于具有DC输出的SMPS设计然后被整流以提供输出电压。具体地说，用DC/DC转换器和AC/DC转换器，在SMPS的次级侧上施加电压控制。需要电压控制以便满足不断增大的调节要求和动态性能(诸如单调启动、预偏免疫力、准确的载荷调节和远程电压感测)。一般地说，优选单独使用次级侧执行输出电压的控制，因为这给出了期望斜升曲线的最低失真以及准确的启动性能。这可通过在次级侧上提供电压调节器来执行电压控制实现。已知系统使用附加电源以给次级侧电压调节器提供电源，使得电压调节器可启动转换器。在SMPS内附加电源通常由第二变压器提供，其跨隔离屏障从初级侧运送电力。备选地，可在次级侧上提供单独且独立的电源单元。然而，提供附加电源的上述方法遭受许多问题。具体地说，它们增大了 SMPS的成本，更加难以实现较高绝缘电压，并且增大了 SMPS的尺寸。鉴于上述问题，已知系统已经通过跨用于向SMPS的输出端运送电力的同一变压器传送电力，用来自初级侧的电力给次级侧电压调节器供电。用这种方式，不需要附加变压器跨隔离屏障传送电力。然而，用采纳以上方法的已知系统，所提供的以在电压调节器上开关的电力还提供给SMPS的输出端。这当SMPS接通时引起问题，因为，为了确保可靠启动，有必要使次级侧上的电压调节器已经被接通，并且当输出电压改变到其期望值时，控制输出电压。然而，当这种系统传送电力以接通电压调节器时，在SMPS输出端上出现任何过量电力。这可引起障碍，诸如期望启动斜坡图的小差错、坪区和失真(即过量电力使启动是非单调的)。此外，接通电压调节器所需的电力随操作条件(例如温度)改变。使用同一变压器既向该输出端传递电力又为了接通电压调节器而传递电力的已知系统因此需要为电压调节器传送充分电力以在最大电力需求条件下启动。因此不能避免传送过量电力引起的问题
发明内容
一般来说，本发明提供了 SMPS和操作SMPS的方法，其中使用同一变压器将电力从初级侧提供给SMPS的主输出端和次级侧电压调节器。通过向次级侧仅传递接通电压调节器的所需量电力并避免传递过量的电力来确保可靠启动。这通过将多个电压脉冲从初级侧发送到次级侧实现，使得根据当电压调节器已经接通并正在操作时生成的来自电压调节器的反馈信号控制脉冲传送。用这种方式，仅接通电压调节器所需的最小电力从初级侧传递到次级侧。更局部地，根据本发明，开关模式电源包括变压器，具有初级侧和次级侧；所述开关模式电源的主输出端，设置在所述次级侧上；电压调节器，设置在所述次级侧上，并可操作以调节在所述开关模式电源的所述主输出端的所述输出电压；电源电路，设置成在所述次级侧上提供电源，其中所述电源电路可操作以经由所述变压器从所述初级侧接收电力，并将电力输出到所述主输出端并还输出到所述电压调节器；在所述次级侧上的控制模块，可操作以控制脉宽调制器以经由所述变压器将电压脉冲串从所述初级侧发送到所述次级侧以便接通所述电压调节器；以及耦合器件，可操作以将反馈信号从所述次级侧传送到所述初级侧，其中根据所述电压调节器对从所述电源电路接收的电力的响应生成所述反馈信号；其中所述控制模块可操作以检测所述反馈信号以确定是否已经实现了所述电压调节器的预定响应，并确定是否要根据所述反馈信号的检测将所述脉冲串中的另外脉冲从所述初级侧传送到所述次级侧。本发明还提供一种操作开关模式电源的方法，所述开关模式电源包括具有初级侧和次级侧的变压器、设置在所述次级侧上的所述开关模式电源的主输出端以及设置在所述次级侧上以从所述初级侧接收电力并调节在所述开关模式电源的所述主输出端的所述输出电压的电压调节器，执行所述方法以接通所述电压调节器，并包括将电压脉冲从所述变压器的所述初级侧传送到所述次级侧，使得在所述变压器的所述次级侧接收所述电压脉冲，并且所述电压脉冲中的电力被提供给所述开关模式电源的所述主输出端和所述电压调节器；当通过所述电压脉冲使所述电压调节器接通并正在操作时，生成指示所述电压调节器被接通并正在操作的反馈信号，将反馈信号从次级侧传送到初级侧；确定在所述初级侧上是否检测到指示所述电压调节器被接通并正在操作的反馈信号；当在所述初级侧上没检测到指示所述电压调节器被接通并正在操作的反馈信号时，将另外脉冲从所述初级侧传送到所述次级侧；并且当在所述初级侧上检测到指示所述电压调节器被接通并正在操作的反馈信号时，停止从所述初级侧传送电压脉冲以接通所述电压调节器。上面阐述的开关模式电源和操作方法的特征使电压脉冲能够从初级侧传送到次级侧，其不会在开关模式电源的主输出端引起过量电力，但其确保电压调节器被成功接通，这是因为在反馈信号指示接通成功之前可传送多个脉冲。这些特征因此解决了提供电压调节器的可靠启动的问题，而不会在开关模式电源的主输出端引起过量电力。
图I是根据本发明一个实施例的SMPS的框图。图2是示出在一个实施例中由控制模块执行以确定电压调节器是否已经接通并正在操作、接通电压调节器是否需要更多电力或在启动操作中是否已经发生了错误的处理操作的流程图。图3是示出在一个实施例中用于接通电压调节器的脉冲串的图表。图4是根据本发明一个实施例的SMPS的详细电路图。图5是示出根据本发明一个实施例的方法的流程图。图6A和6B示出了在本发明一个实施例中使用的变压器和电源电路的备选布置。
具体实施例方式如下面将说明的，本发明实施例提供了 SMPS和操作SMPS的方法，其中使用同一变压器将电力从初级侧提供给SMPS的主输出端和次级侧电压调节器。通过向次级侧仅传送所需量电力以接通电压调节器并避免传递过量电力来确保可靠开启SMPS (即启动)。为了开始操作，将初始脉冲从初级侧发送到次级侧以尝试接通电压调节器。在一个实施例中，在次级侧上生成指示电压调节器对初始脉冲的响应的反馈信号，并将反馈信号经由耦合器件传送到初级侧。在备选实施例中，仅当电压调节器已经接通并正在操作时，才生成反馈信号并将其传送到初级侧。如果电压调节器接通并按需要操作需要更多电力，或者如果在启动操作中已经发生了错误，则在启动期间由检测到反馈信号或反馈信号提供的确认允许初级侧上的控制模块确定电压调节器是否已经接通并正在操作。如果需要的话，将另外脉冲发送到次级侧以提供更多电力用于电压调节器接通并正在操作。从而，从初始侧发送到次级侧的初始脉冲的电力不必足够大以接通电压调节器。这允许第一脉冲被设置成低值，使得不向SMPS的输出端传递过量电力。在大多数操作条件下，第一脉冲不会接通电压调节器，并且至少一个另外脉冲将被发送以完成接通。然而，将认识到，在某些极端操作条件下，第一脉冲可接通电压调节器，使得另外脉冲不是必要的。因而，通过生成反馈信号并根据反馈信号控制从初级侧的脉冲传送，从初级侧向次级侧仅传送接通电压调节器所需量的电力。这提供了如下优点没向次级侧传送过量电力。因此避免了非单调启动的问题，并且不必要引起SMPS次级侧上附加变压器或电源的附加成本和空间要求。现在将参考图I描述本发明的实施例。输入电压被施加到输入端子。其中一个输入端子直接连接到变压器101初级侧上的第一端子。另一输入端子经由晶体管107连接到变压器101初级侧上的第二端子。根据来自PWM 106的占空比信号通过接通和断开晶体管107来控制施加到变压器101初级侧的输入电压。变压器101的次级侧端子连接到电源电路102。电源电路提供来自SMPS的主输出端以及电压调节器103的电源。电压调节器103可操作以调节来自SMPS主输出端的输出电压。电压调节器103从电源电路102接收其电力供应。在本实施例中，如果响应于从电源电路102接收的电力，电压调节器103接通并正在操作，然后生成反馈信号并将其输出到耦合器件104。这种反馈信号的生成是电压调节器103正在运行并且控制模块105应该停止发送脉冲以接通电压调节器的指示。更具体地说，在本实施例中，反馈信号包括电压调节反馈信号，其指示来自次级侧电压调节器对于占空比增大的请求，并因此指示电压调节器已经接通并且正在操作。耦合器件104是允许从变压器101次级侧上的电 路向变压器101初级侧上的电路传送反馈信号同时保持变压器101这两侧之间隔离的任何耦合机构。适当的耦合器件是无线传送器，诸如光耦合器。为了确保在操作期间准确控制占空比，一些SMPS设计使用耦合器件将定义输出电压的信号耦合回到初级侧上占空比的控制器。如果这种耦合器件已经存在，则可使用同一耦合器件将反馈信号从电压调节器103传送到初级侧。耦合器件104的初级侧输出端连接到控制模块105和PWM 106。控制模块105可操作以检测从耦合器件104输出的反馈信号的存在。根据反馈信号的检测，控制模块105可操作以向PWM 106输出控制信号。来自PWM 106的输出控制晶体管107的开关。因此由控制模块105经由PWM 106控制输入电压到变压器101初级侧的施加。现在将描述在启动操作期间图I组件的操作。在启动操作之前，SMPS处于如下状态在变压器101上已经没有电力传送一段时间，使得没有电力从主输出端输出，没有电力从电源电路输出到电压调节器103，并且电压调节器103关断。为了开始从变压器101的初级侧向次级侧的电力传送，控制模块105控制PWM 106以输出单个脉冲。该脉冲例如可通过来自PWM 106的输出信号定义，在脉冲的持续时间内输出信号从低电压变为高电压。从PWM 106输出的脉冲接通晶体管107脉冲的持续时间，以便将输入电压的脉冲施加到变压器101的初级侧。电力因此从变压器101的初级侧传递到次级侧并到电源电路102上。如上面提到的，启动期间的第一脉冲一般具有低电力，这不会完全接通电压调节器103并使它操作。这确保在电源电路102的主输出端上不提供过量电力。电源电路102内的滤波器布置将接收的电力滤波成用于主输出端的电力和用于电压调节器的电力。通过将向电压调节器提供电压输出的滤波器布置的上升时间设置成比从主输出端提供电压输出的滤波器布置的上升时间小得多，电源电路102向电压调节器103输出电力以便使电压调节器103在从SMPS的主输出端已经输出显著量电力之前接通并正在操作。电压调节器103从电源电路102接收电力。如果从电源电路102接收的电力足以接通电压调节器103，使得它按需要操作，则电压调节器103生成指示电压调节器103已经接通并正在操作的反馈信号。在正常操作条件中，第一脉冲之后，将不会预计有这种反馈信号。备选地，如果从电源电路102接收的电力不足以接通电压调节器103 (即电压调节器103保持关断，或处于关断与按需要操作之间的状态)则不生成反馈信号。当生成反馈信号时，反馈信号从电压调节器103输出到耦合器件104并传送到初级侧。如果控制模块105检测到反馈信号的存在，则它确定电压调节器已经接通并正在按需要操作。备选地，如果未检测到存在反馈信号，则控制模块105确定需要更多电力从电源电路102发送到电压调节器103以便接通电压调节器103并使电压调节器103按需要操作。如果控制模块105确定电压调节器103已经接通并正在操作，则控制模块确定没有必要控制PWM 106传送另外脉冲以便确保电压调节器103接通。 然而，如果控制模块105确定电压调节器103尚未按需要操作，则控制模块控制PWM 106传送另外脉冲以接通晶体管107脉冲的持续时间。输入电力的另外脉冲从变压器101的初级侧传送到次级侧并到电源电路102上。电源电路102内的滤波器布置再次向电压调节器103而不是SMPS的主输出端传送大部分接收的电力。电压调节器103从第二脉冲接收电力，并且如之前对于第一脉冲所描述的，生成指示电压调节器103已经接通并且正在操作的反馈信号，或者不生成这种反馈信号。当生成反馈信号时，反馈信号被输出到耦合器件104，其中如早前所描述的，反馈信号被传送到控制模块105。控制模块105可操作以检测反馈信号的存在。根据反馈信号的检测，控制模块105确定电压调节器是否已经接通并正在操作，是否需要更多电力从电源电路102发送以便使电压调节器103按需要操作，或者在SMPS的启动操作中是否已经发生错误。如果需要的话，然后用传送到次级侧的另外脉冲重复这个过程。图2中示出了控制模块105用来确定电压调节器103是否接通并且正在操作、是否需要另外脉冲用于电压调节器103按需要操作或者是否发生错误的过程。在步骤201，设置确定已经发生错误之前要发送的脉冲的预定数量。典型的脉冲的预定数量例如是6。然而，预定数量可以是大于I的任何数。控制模块105控制PWM 106从初级侧向次级侧传送初始脉冲，并且由电压调节器103接收传送的电力，如上所述。在步骤202，控制模块105确定是否已经检测到反馈信号，如上所述，以便确定电压调节器103是否已经接通并正在操作(即电压调节器103正在运行)。如果已经检测到反馈信号，则过程继续到步骤206，并且控制模块105不控制PWM106传送另外脉冲以便接通电压调节器103。然而，如果在步骤202，控制模块105确定没检测到反馈信号，则过程继续到步骤
203。在步骤203，在确定已经发生错误之前要发送的脉冲的预定数量减I。过程然后继续到步骤204，在此确定要发送以接通电压调节器103的另外脉冲数量是否为O。
如果要发送以接通电压调节器103的另外脉冲数量不为0，则过程继续到步骤205，并且控制模块105控制PWM 106发送另外脉冲使得附加电力被发送到电压调节器103。过程然后返回到步骤202以确定电压调节器103是否已经接通并且正在操作。然而，如果步骤204确定要发送的另外脉冲数量为0，则过程继续到步骤207，在此确定已经发生错误。当已经检测到错误时，可能的响应是不再进行另外的启动尝试，直到已经识别错误原因，并且已经纠正了问题。备选地，响应于错误，过程可返回到步骤201以便进行新的启动尝试。如果要进行新的启动尝试，则优选地在确定已经发生错误与开始新启动尝试之间存在延迟。需要延迟以让已经发送到主输出端的电力耗尽，并确保在失效条件期间在主输 出端之上没有持续电压增大(build-up)。如上所述，控制模块105控制PWM 106传送脉冲串以便接通电压调节器103，其中传送的脉冲数量由电压调节器103生成的反馈信号确定。如果发送到电压调节器103的初始脉冲给电压调节器103提供充分电力以接通和操作，则仅传送单个脉冲。然而，在正常操作条件期间这是不可能的。更可能地，脉冲串将包括被发送以接通电压调节器103的多个脉冲，直到电压调节器103接通并正在操作或者在预定数量脉冲之后确定已经发生错误。 图3中示出了本实施例中使用的脉冲串示例。在图3中，y轴指示来自控制模块105的输出是高还是低。PWM 106设置成控制晶体管107，使得输入电压的脉冲从变压器101的初级侧发送到变压器101的次级侧，持续时间与来自控制模块105的脉冲相同。优选的是，脉冲串的初始脉冲承载比任何随后脉冲更多的电力。由脉冲承载的电力可通过改变施加到变压器初级侧的输入电压幅度和/或通过改变施加脉冲的持续时间来改变。此外，还优选的是，后面脉冲之间的持续时间下降。用这种方式，电压调节器103的电力供应更加线性，并且后面的脉冲接通电压调节器103的机会增大，使得操作，原因在于，由于后面的脉冲之间更短的持续时间，总的来说，更多电力由后面的脉冲提供，。如图3中所示，第一脉冲I的持续时间比随后脉冲2到6中的每个的持续时间都长(导致更高电力)。此外，脉冲3与4、4与5以及5与6之间的持续时间下降。在传送脉冲I到5中的每个之后，控制模块检测反馈信号的存在，以便确定电压调节器是否接通，或者是否需要另外脉冲。在确定已经发生错误之前要发送的脉冲的预定数量是6。在由7指示的时间，已经传送了脉冲串中预定数量的脉冲，并且控制模块105正在监视反馈信号的存在以确定电压调节器是否已经接通并正在操作，或者是否已经发生错误。在由8指示的时间，存在延迟，而在SMPS的主输出端由于脉冲串而构建的电压被耗尽了。在由9指示的时间，发起新启动序列。
上面描述的是用脉冲串提供的电力接通电压调节器103的设备。初始脉冲设置成充分低的电力，以便在SMPS的主输出端不出现过量电压。从而，初始脉冲的电力通常在正常操作条件下不足以接通电压调节器，不过如果在操作条件中存在足够变化，则可能足以接通电压调节器。然后根据来自电压调节器103的反馈信号传送脉冲串中的另外脉冲以确保足够的电力被提供给电压调节器103以便使它接通。当已经确定电压调节器103已经接通并且正在操作时，通过停止传送电力以接通电压调节器103，过量电力不会从初级侧发送到次级侧以便接通电压调节器103。因而，避免了非单调启动的问题和在SMPS的主输出端遇到小差错。 图I的电源电路102、电压调节器103和控制模块105不限于特定设计，并且本领域技术人员将清楚，可使用执行上述功能的任何电路设计。纯粹作为可使用的电源电路102、电压调节器103、控制模块105和PWM 106的示例，图4中示出了根据本发明实施例的SMPS的详细电路图。图4中示出的变压器101和晶体管107对应于图I中的变压器101和晶体管107。二极管406连接在变压器101在次级侧上的端子与输出端子之间。在一些SMPS设计中，备选地可使用晶体管。电源电路包括二极管403和406、电感器402以及电容器404和405。电感器402连接在变压器101在次级侧上的端子与SMPS的输出端子之间。电容器405连接在这些输出端子之间。电感器402和电容器405的布置提供了主输出端滤波器。在输出端子的输出电压的改变由主输出端滤波器的时间常数确定。这种滤波器的典型时间常数是一毫秒。二极管403连接在电感器402内抽头与电容器404之间。电容器404连接在二极管403与输出端子之间。二极管403与电容器404之间的结提供了对电压调节器的电力供应。电感器(即电感器402的开头与电感器402内抽头之间的电感)、二极管403和电容器403的布置提供了电压调节器滤波器。该电感器充当保护二极管403的限流器。到电压调节器的输出电压由电压调节器滤波器的时间常数确定。通过确保电容器404的值小于电容器405，并且电压调节器滤波器的电感低于主输出端滤波器的电感，则电压调节器滤波器的时间常数可设置成比主输出端滤波器的时间常数低得多。从而，在启动操作期间，输出到电压调节器的电力比来自SMPS主输出端的电力更多。电压调节器包括比较器413 (其在此示例中是运算放大器)、电阻器407、408、409和414、电容器411和412以及齐纳二极管410。齐纳二极管410可操作以提供电压参考。电容器412是电压调节器的积分电容器。比较器413、电阻器407、408、409、414、电容器411、412和齐纳二极管410的电路布置是用于提供SMPS的输出电压调节的布置。来自电源电路的输出端连接到电压调节器中比较器413的电源端子。电阻器414直接连接到比较器的输出端。流过电阻器414的电流因此取决于比较器的输出，其又取决于比较器对从电源电路接收的电力的响应。从电压调节器到耦合器件415的输出因此是指示是否已经接通电压调节器的反馈信号。在一些实现中，来自电压调节器的这个输出信号可以是可用于确定初级侧开关的占空比的电压误差信号。耦合器件415是无线耦合器件，包括LED和光电晶体管。控制模块包括控制器401、二极管417和电阻器416。PWM由组件418提供。图4中的控制器401和PWM 418是具有许多输入端口和输出端口的组件。尽管一些端口被显示为不连接，但本领域技术人员将认识到，在使用中可能存在到这些端口的连 接。来自耦合器件415的初级侧输出端直接连接到PWM 418的COMP输入端和控制器401的PAl输入端。来自控制器的输出端PAO经由二极管417从耦合器件415连接到初级侧输出端。现在将描述图4中示出的SMPS的操作。在启动操作之前，到PWM 218的COMP输入为低，并且晶体管107不由PWM开关。控制器401的输出端PAO例如通过使1-3个开关脉冲为高来开始启动操作。这使到PWM 418的COMP输入变为高，并且PWM 418将高脉冲输出到晶体管107的栅极。响应于来自PWM 418的高脉冲，晶体管107导通，并且在来自PWM 418的高脉冲的相同持续时间，输入电压的脉冲被施加到变压器101的初级侧。在变压器101的次级侧上感应电压脉冲，并且这使电容器404通过二极管403和部分电感器402充电。电容器405也通过电感器402充电。由于电压调节器滤波器比主输出端滤波器具有更低的时间常数，因此电容器404上的电压相比电容器405上的电压升得更快。从而，在显著量的电力已经被传递到SMPS的主输出端端子之前，提供用于接通电压调节器的电力。电容器404不必充满(即充到顶部)足够电力以接通要提供的电压调节器。如上所述，从电压调节器输出到耦合器件415的LED的电流取决于电压调节器对从电源电路接收的电力的响应。如果电压调节器已经接通并且正在操作，则这将通过流过LED的电流幅度在预定电平以上指示。备选地，如果电压调节器未按需要操作，则没有反馈信号生成，并且流过LED的电流幅度在预定电平以下。因此，初级侧上作为通过光电晶体管所生成电流的反馈信号提供是否已经按期望接通了电压调节器的指示。来自光电晶体管的信号被输入到控制器401的输入端PA1，因此控制器可确定电压调节器的响应。为了避免发送到PWM 418的控制信号破坏反馈信号的检测，控制器401设置成使得当它正在向PWM 418发送控制脉冲时它不检测来自光电晶体管的信号。更具体地说，当控制器401的输入端PAl正在检测来自光电晶体管的信号时，控制器401的输出PAO为低。因此提供二极管417以确保输出PAO的状态不影响来自光电晶体
管的信号。因此，在控制器输入端PAl对来自光电晶体管的信号的检测允许确定电压调节器是否已经接通并正在操作，是否需要发送另外脉冲，或者是否已经发生错误。在备选布置中，由控制器401控制PWM 418可通过输出端PAO切换到负电压并且二极管417具有相反极性来执行。现在将参考图5描述由本发明实施例执行的处理操作。在步骤501。过程开始。在步骤502，将初始电压脉冲从变压器的初级侧传送到次级侧，使得在变压器的次级侧接收电压脉冲，并且电压脉冲中的电力被提供给SMPS的主输出端和电压调节器。 过程然后继续到步骤503，在此如果电压调节器已经接通并且正在操作，则生成反馈信号。如果生成反馈信号，则过程继续到步骤504，在此将生成的反馈信号从变压器次级侧上的电路传送到变压器初级侧上的电路。将认识到，在一些实现中，步骤503和504可备选地在单个步骤中执行。过程然后继续到步骤505，在此在初级侧上检测反馈信号。过程然后继续到步骤506，在此确定电压调节器是否正在操作。更具体地说，如果在步骤506确定在步骤505检测到反馈信号，则确定电压调节器已经接通并且正在操作，并且因此，过程继续到步骤507并结束。然而，如果在步骤506确定电压调节器未操作(因为在步骤505未检测到反馈信号)，则过程进行到步骤508。在步骤508，确定是否已经发送了预定数量的电压脉冲。如果未发送预定数量的电压脉冲，则过程返回到步骤502，并将另外的电压脉冲从变压器的初级侧发送到次级侧。然而，如果在步骤508确定已经发送了预定数量的电压脉冲，则过程继续到步骤509，在此确定是否已经在启动操作中发生了错误。过程然后继续到步骤510，并等待预定延迟以确保已经耗尽了在SMPS主输出端的任何电压。在预定延迟之后，重置在确定错误之前要发送的预定电压脉冲数量，并且过程返回到步骤502以开始新启动操作。[修改和变型]
可以对上述实施例进行许多修改和变型。例如，图6A和6B中示出的是图4中示出的电源电路和变压器的备选设计和布置。图4、6A和6B中的电源电路的设计全都适合于提供具有低功耗的小电子电路有限时间。图6A和6B中的两个电路与图4中电路的不同之处在于变压器次级侧上的抽头被馈送到电源电路而不是两个终端端子。到变压器任何抽头的连接都可按需要改变。此外，在变压器次级侧的每个端子提供晶体管。这些备选变压器布置在SMPS设计中是众所周知的。
在图6A中，主输出端滤波器和电压调节器滤波器都共享部分电感器402。这个共享的电感器布置与图4的电源电路中已经使用的相同。主输出端滤波器的电感器的电感由电感器402的整个长度设置。然而，电压调节器滤波器的电感器的电感只由电感器402的部分长度设置。通过使用电感器402内的不同抽头，可按期望改变电压调节器滤波器的电感。由于主输出端滤波器和电压调节器滤波器共享同一电感器的一部分，实现了相比具有单独电感器的布置需要更少组件的成本有效设计。然而，每个滤波器的时间常数的设定更具限制性，并且因此，在所需电压被输出到电压调节器电路之前，可能需要高变压器电压。图6B中的布置与图6A中布置的不同之处在于滤波器不共享同一电感器的一部 分。电感器607和电容器405提供了 SMPS的主输出端滤波器。电感器606和电容器404提供了电压调节器滤波器。单独电感器允许更灵活地设定每个滤波器的时间常数，并且因此更容易向电压调节器输出期望电压。然而，图6B中的电源电路需要更多组件。许多其它修改和变型是可能的。例如，在上述实施例中，仅当电压调节器103接通和操作时，电压调节器103才生成反馈信号。在备选实施例中，生成表示电压调节器103当前状态的反馈信号。生成反馈信号，并将其连续或在每个电压脉冲之后输出到耦合器件104并传送到初级侧。控制模块105设置成监视初级侧上的反馈信号。例如，如果反馈信号具有在预定电平以上的电压或电流幅度，则这提供电压调节器已经接通并正在按需要操作的指示。备选地，例如，如果反馈信号具有在预定电平以下的电压或电流幅度，则这提供电压调节器需要更多电力以按需要操作的指示。反馈信号的电平(即电流或电压幅度)表示电压调节器103对接收电力的响应。从而，在本修改方案中，控制模块105监视反馈信号的电平，并根据反馈信号的电平确定电压调节器103是否已经接通并且正在操作，而不是基于检测存在反馈信号进行这种确定。作为另外的示例，有可能用于接通电压调节器的初始脉冲中的电力设置在足够高以在正常操作条件下接通电压调节器的电平。这样的话，仅在显著不同的操作条件下才需要接通电压调节器的随后脉冲。再次参考图3，脉冲串的模式由每个脉冲的宽度、每个脉冲之间的持续时间以及在确定已经发生错误之前要传送的脉冲的预定数量定义。有可能定义多种脉冲串模式，并根据SMPS的至少一个操作条件(诸如输入电压或温度)对于启动操作选择模式。从而，应用具有环境的最适当模式的脉冲串。在图3的脉冲串中，每个脉冲由连续高信号定义。备选地，一个或多个脉冲可由突发(即一系列短高信号)定义。在图I中，控制模块105显示为与PWM 106分开的单元。备选地，控制模块可合并到PWM 106中，使得控制模块和PWM被装在单个电路中。在图I的上述实施例中，控制模块105在传送每个脉冲之后检测反馈信号。然而，控制模块不限于在每个脉冲之后检测控制信号，而是例如可在每隔一个脉冲之后检测反馈信号。
在图I的上述实施例中，SMPS的类型是DC/DC转换器。备选地，可用AC/DC转换器(整流器)类型的SMPS描述该实施例。
为了例证和描述目的，已经给出了本发明实施例的上述描述。它不打算是详尽的，或将本发明局限于所公开的精确形式。可在不脱离本发明的精神和范围的前提下进行改变、修改和变型。
权利要求
1.一种开关模式电源，包括 变压器(101)，具有初级侧和次级侧； 所述开关模式电源的主输出端，设置在所述次级侧上； 电压调节器(103)，设置在所述次级侧上，并可操作以调节在所述开关模式电源的所述主输出端的输出电压； 电源电路(102)，设置成在所述次级侧上提供电源，其中所述电源电路(102)可操作以经由所述变压器(101)从所述初级侧接收电力，并将电力输出到所述主输出端并还输出到所述电压调节器(103)； 控制模块(105)，在所述初级侧上，可操作以控制脉宽调制器(106)以经由所述变压器(101)将电压脉冲串从所述初级侧发送到所述次级侧以便接通所述电压调节器(103);以及 耦合器件(104)，可操作以将反馈信号从所述次级侧传送到所述初级侧，其中根据所述电压调节器(103)对从所述电源电路(102)接收的电力的响应生成所述反馈信号； 其中所述控制模块(105)可操作以检测所述反馈信号以根据所述反馈信号的检测确定是否已经实现了所述电压调节器(103)的预定响应，并确定是否要将所述脉冲串中的另外脉冲从所述初级侧传送到所述次级侧。
2.如权利要求I所述的开关模式电源，其中所述控制模块(105)设置成当已经检测到指示已经实现所述电压调节器(130)的预定响应的反馈信号或者已经传送了预定数量的脉冲时，控制所述脉宽调制器(106)以停止传送所述脉冲串中的脉冲以便接通所述电压调节器(103)。
3.如权利要求I或2所述的开关模式电源，其中所述控制模块(105)设置成控制所述脉宽调制器(106)以传送所述脉冲串使得所述脉冲中的第一脉冲相比所述脉冲串中随后脉冲中的任一个都具有更高的电力。
4.如权利要求3所述的开关模式电源，其中所述控制模块(105)设置成控制所述脉宽调制器(106)以传送所述脉冲串使得所述脉冲中的第一脉冲相比所述脉冲串中随后脉冲中的任一个具有更长的持续时间。
5.如以上权利要求中任一项所述的开关模式电源，其中所述控制模块(105)可操作以控制所述脉宽调制器(106)以传送包括至少三个脉冲的脉冲串使得所述脉冲串中前两个脉冲之间的持续时间大于所述脉冲串中后两个脉冲之间的持续时间。
6.如以上权利要求中任一项所述的开关模式电源，其中所述控制模块(105)设置成如果已经传送了预定数量的脉冲并且还未接收到指示已经实现了来自所述电压调节器(103)的预定响应的反馈信号，则确定已经发生了错误。
7.如以上权利要求中任一项所述的开关模式电源，其中所述反馈信号和用于控制所述脉宽调制器(418)的所述控制模块(401)的输出被输入到所述脉宽调制器(418)的同一输入端，并且二极管(417)设置在所述脉宽调制器的所述输入端与所述控制模块(401)的所述输出端之间，使得当所述控制模块(401)不向所述脉宽调制器(418)发送控制信号时，电流不在所述控制模块输出端与所述脉宽调制器(418)之间流动。
8.如以上权利要求中任一项所述的开关模式电源，其中所述控制模块(105，418)是所述脉宽调制器的一部分。
9.如以上权利要求中任一项所述的开关模式电源，其中 所述开关模式电源还包括用于存储脉冲串的多个不同模式的构件，其中脉冲串的模式由每个脉冲的宽度、每个脉冲之间的持续时间以及在确定已经发生错误之前要传送的脉冲的预定数量定义 '及 所述控制模块可操作以选择脉冲串的模式以便根据所述开关模式电源的至少一个操作条件接通所述电压调节器。
10.一种操作开关模式电源的方法，所述开关模式电源包括具有初级侧和次级侧的变压器(101)、设置在所述次级侧上的所述开关模式电源的主输出端以及设置在所述次级侧上以从所述初级侧接收电力并调节在所述开关模式电源的所述主输出端的所述输出电压的电压调节器(103)，所述方法被执行以接通所述电压调节器并包括 将电压脉冲从所述变压器的所述初级侧传送(502)到所述次级侧，使得在所述变压器的所述次级侧接收所述电压脉冲，并且所述电压脉冲中的电力被提供给所述开关模式电源的所述主输出端和所述电压调节器； 当通过所述电压脉冲使所述电压调节器接通并正在操作时，生成(504)指示所述电压调节器被接通并正在操作的反馈信号， 将所述反馈信号从所述次级侧传送(505)到所述初级侧； 确定(506)在所述初级侧上是否检测到指示所述电压调节器被接通并正在操作的反馈信号； 当在所述初级侧上没检测到指示所述电压调节器被接通并正在操作的反馈信号时，将另外脉冲从所述初级侧传送到所述次级侧；以及 当在所述初级侧上检测到指示所述电压调节器被接通并正在操作的反馈信号时，停止从所述初级侧传送电压脉冲以接通所述电压调节器。
11.如权利要求10所述的方法，其中将脉冲从所述初级侧传送到所述次级侧以便启动所述电压调节器，直到确定在所述初级侧上已经检测到指示所述电压调节器被接通并正在操作的反馈信号，或者已经传送了预定数量的脉冲。
12.如权利要求10或11所述的方法，其中从所述变压器的所述初级侧传送到所述次级侧的第一脉冲相比任何随后脉冲具有更高电力。
13.如权利要求12所述的方法，其中用相比任何随后脉冲都长的持续时间传送所述第一脉冲。
14.如权利要求10到13中任一项所述的方法，其中将至少三个脉冲从所述变压器的所述初级侧传送到所述次级侧，并且前两个脉冲之间的持续时间大于后两个脉冲之间的持续时间。
15.如权利要求10到14中任一项所述的方法，其中 存储脉冲串的多个不同模式，其中脉冲串的模式由每个脉冲的宽度、每个脉冲之间的持续时间以及在确定已经发生错误之前要传送的脉冲的预定数量定义；以及 根据所述开关模式电源的至少一个操作条件选择要传送的脉冲串的模式以便接通所述电压调节器。
全文摘要
为了确保其中使用相同变压器将电力从初级侧提供给SMPS的主输出端和次级侧电压调节器的SMPS的可靠开启，将电压脉冲串从初级侧传送到次级侧，电压调节器生成指示何时它已经开启并正在操作的反馈信号，并基于反馈信号的检测控制串内的脉冲传送。用这种方式，在启动操作期间仅接通电压调节器的所需量电力被传送到次级侧，并防止在主输出端的过量电力，由此避免期望启动斜坡图失真。
文档编号H02M3/335GK102812627SQ201080065868
公开日2012年12月5日 申请日期2010年3月30日 优先权日2010年3月30日
发明者O.珀森, M.阿佩尔贝格 申请人:瑞典爱立信有限公司