CN102780408B - 转换器 - Google Patents

Abstract

一种转换器，可包括启动电路和耦接至输入电压的输入电路，启动电路具有耦接至参考电势端子的开关电路，其中输入电路耦接至启动电路，使得在输入电压低于预定阈值以及输入电压在预定时间段内基本上不变的至少一种情况下，存储在输入电路中的电荷经过开关电路流到参考电势端子。

Description

转换器

技术领域

各种实施例通常涉及转换器。而且，各种实施例涉及包括电路模块的转换器，该电路模块提供对保护电容器的放电功能和对转换器的启动功能。

背景技术

通过电力插头由交流电(AC)网供电的开关电源(SMPS)通常可能具有以下要求：在将电力插头从电插座上移除之后，在限定的时间期间内将电力插头的电触点之间的电压降低到由法定标准定义的足够低的值。在SMPS断开的状态下，其电力插头处的电压由位于SMPS的输入滤波器中的“X”类电容器上的电荷产生。“X”类电容器，也称为“X-caps”(cap是电容器的简写)，通常用在SMPS的输入滤波器中并且耦接在各相之间(或者在火线和零线之间)以减小电磁干扰的差模(differential mode)。

为了满足法定标准设定的关于从电插座中脱离之后在电力插头处的电压的要求，一些方法是可行的。存在优化两个基本参数的尝试：减少与X-caps的放电路径相关的功率损失和降低用于放电路径的额外系统成本。

一种满足该要求的可行方法是通过与X-caps并联连接的电阻器使X-caps被动地放电。虽然这个方法提供了最低的系统成本，但是它遭受电阻器中的欧姆功率损失并且因此在它的功率效率方面具有最差的性能。此外，如果SMPS在“无负载”状态(其直观地表示基本上没有负载耦接至SMPS的输出端的状态)下要达到非常低的功率消耗，则X-cap的电容量的选择是受限制的并且因此妨碍输入滤波器的设计。

在另一方法中，X-caps通过一并联电阻路径放电，该并联电阻路径可由另外的IC(集成电路)以主动方式断开或闭合。这种方法就功率损失而言可被看作是被动放电方法的最优实施。特定IC的使用，诸如由PowerIntegration公司制造的“CAPZero”，当IC检测到SMPS的电力插头已经与AC电网断开时，电阻放电路径可以主动地闭合。但是，这种方法具有由IC导致的系统成本提高的缺点。在正常工作期间，尽管降低了功率损失，但大约5mW被IC消耗。这方面可能证明在“无负载”状态下不利于达到“零功率”消耗。

在再一方法中，X-caps通过一主动的分离的电路放电。这种方法提供了可以自由设定放电电流的优点，但是，它涉及系统成本的提高。

可能被包括在SMPS中的另一个特征是启动功能，启动功能保证一旦满足某些条件，则为了效率的原因可能被暂时关闭的例如IC形式的一些内部电路被重新启动。这种功能可实施在主IC中，或者它可实施为外部独立电路。在IC中的内部实施的实例是绿色模式飞兆电源开关(GreenMode Fairchild Power Switch)FSB1x7H，其进一步提供了输入电压的感测。

发明内容

根据各种实施例，提供一种转换器。该转换器可包括：包含耦接至参考电势端子的开关电路的启动电路、耦接至输入电压的输入电路，其中，输入电路被耦接至启动电路，使得在输入电压低于预定阈值并且输入电压在预定时间段内基本上不变的至少一种情况下，存储在输入电路中的电荷经过开关电路流到参考电势端子。

附图说明

在附图中，在所有不同的视图中，相同的参考符号通常指相同的元件。附图不必然是按比例的，相反重点通常在于示出本发明的原理。在下面的描述中，参照下面的附图描述本发明的各种实施例，附图中：

图1示出了根据各种实施例的转换器的示意图；

图2示出了根据各种实施例的图1中所示的转换器的实施；

图3示出了根据各种实施例的转换器的另一实施；以及

图4示出了根据各种实施例的转换器的实施，其中开关电路被完全集成在一控制器中。

具体实施方式

下面的详细描述参考了附图，附图以举例说明的方式示出了可实践本发明的具体细节和实施例。

这里使用词语“示例性的”以表示“作为实例、例子或者例证”。在这里被描述为“示例性的”任何实施例或设计不必然被解释为相对于其他实施例或设计是优选的或更有利的。

图1示出了根据各种实施例的转换器100的示意图。

如图1中所示，根据各种实施例的转换器100可包括输入电路106，该输入电路设有第一输入端102和第二输入端104。输入端102、104用来向转换器100提供AC电压和/或AC电流(在下文中，两个术语将被互换地使用)，其中通常可设置一个或多个输入端。输入电路106可包括多种功能元件，诸如整流电路和/或滤波电路。输入电路耦接至控制器116，控制器被构造成控制转换器100的常规操作。输入电路106可进一步耦接至电荷泵电路108。电荷泵电路108可耦接至启动电路，例如耦接至启动电路110的状态检测电路112。启动电路可进一步包括开关电路114，该开关电路114可耦接至第一输入端102或第二输入端104与控制器116之间的任何位置的电路径。开关电路可进一步耦接至控制器116和/或耦接至参考电势。转换器100可进一步包括变压器118，该变压器可具有初级侧120和次级侧122。控制器116可耦接至变压器118的初级侧120。次级侧122可设有一个或多个用于提供DC(直流)电压的输出端，例如在这个示例性的示意图中为两个，第一输出端子124和第二输出端子126。

应注意到，图1中所示的转换器100的示意图不是详尽的，而仅仅表示根据各种实施例的转换器的可能的功能实施的概略示意图。可提供图1中所示的模块之间的进一步的相互连接以及另外的功能电路，诸如用于抑制转换器100产生的EMI(电磁干扰)的滤波电路和/或向控制器116提供关于附接至转换器100的输出端上的负载的信息的反馈电路和/或由控制器116控制且被构造成向变压器118的初级侧120提供切换电流的电流切换电路。

根据转换器100的各种实施例，输入电路106可耦接至启动电路110使得在至少一个输入电压低于预定阈值并且输入电压在预定时间段内基本上不变的情况下，存储在输入电路中的电荷经过开关电路流到参考电势端子，该预定时间段例如是至少100ms的时间段、例如至少200ms、例如至少300ms、例如至少400ms、例如至少500ms、例如至少600ms、例如至少700ms、例如至少800ms、例如至少900ms、至少1s；例如在从大约100ms到大约1s的范围内的时间段，例如在从大约200ms到大约900ms的范围内的时间段，例如在从大约300ms到大约800ms的范围内的时间段，例如在从大约400ms到大约700ms的范围内的时间段

根据各种实施例，转换器100可被构造为隔离式开关电源。在各种实施例中，转换器可被构造为从包括升压(boost)转换器、降压(buck)转换器、升压/降压转换器和反激式(flyback)转换器的一组转换器中选择的一种转换器。根据各种实施例，转换器100可用于将AC电压或DC电压转换成DC电压。根据转换器100的各种实施例，可将DC电压(例如，在从大约50V到大约1kV或甚至更高的范围内)或AC电压(例如，在从大约85V到大约270V的范围内；应注意到，根据各种实施例的电路可在更宽的范围内工作，例如在从大约50V到大约1kV或甚至更高的范围内)施加到转换器100的所述一个或多个输入端102、104上。应理解，根据欧姆定律，电压转换还以类似方式应用于电流转换。

根据转换器100的各种实施例，变压器118可包括初级侧120和次级侧122。控制器116可耦接至变压器118的初级侧120并被构造成控制流过变压器118的初级侧120的电流(例如，通过耦接于控制器且进一步耦接至变压器118的初级侧120的电流切换电路)，并且控制器可包括各种功能模块和/或电路。例如，控制器116可包括调制电路，该调制电路被构造成提供至少一个开关信号至耦接于控制器116且进一步耦接于变压器的初级侧120的电流切换电路，其中，该调制电路可被构造为脉宽调制(PWM)电路或被构造为脉频调制(PFM)电路。在各种实施例中，控制器116可进一步包括功率管理电路，该功率管理电路被构造成为控制器116和/或限流电路提供功率管理。可设置在控制器116内的电路模块和/或电路可以通过通信总线彼此通信耦接。此外，通信总线可耦接至通信接口，该通信接口被设置成在控制器116的模块与控制器可能被嵌入其中的周围电路之间建立电接触。例如，通信接口可包括插针或端子，外部引线可耦接至该插针或端子。一个或多个插针或端子可以是专用的，即，仅仅被设置成用于接触控制器116内的特定电路模块，或者它们可耦接至不止一个电路模块。

在各种实施例中，控制器116可包括可被安装在印刷电路板上的多个分立电路元件(例如，包括多个分立逻辑门和/或模拟放大器的模拟控制器)，例如，一个或多个如前文所描述的电路，或者可被构造为可编程控制器(其可被整体集成在晶片衬底(wafer substrate)上)，例如微控制器(例如，精简指令集计算机(RISC)微控制器或者复杂指令集计算机(CISC)微控制器)，或者现场可编程门阵列(FPGA)，或者可编程逻辑阵列(PLA)，或者任何其他种类的逻辑电路。

根据转换器100的各种实施例，启动电路100可包括状态检测电路112，该状态检测电路被构造成检测输入电路106与输入电压断开(decouple)的状态，即，第一输入端102和第二输入端104与输入电压断开的状态。

根据转换器100的各种实施例，转换器100的输入电路106可包括耦接在输入电路106的第一输入端102和第二输入端104之间的一个或多个电容器，其中第一输入端102和第二输入端104被构造成接收输入电压，其中所述一个或多个电容器被构造成存储被存储在输入电路106中的电荷。

根据转换器100的各种实施例，耦接至输入电路106的电荷泵电路108可设置在转换器100中，其中状态检测电路112可包括耦接至电荷泵电路108的电容器。该电容器可被构造成存储由电荷泵电路提供的电荷。状态检测电路112可进一步包括与该电容器并联连接的电阻器，其中该电阻器的一个电触点连接至参考电势。状态检测电路112可进一步包括与该电容器并联连接的二极管。

根据转换器100的各种实施例，启动电路可被构造成使得当输入电压低于预定阈值时，由电荷泵电路108提供电荷的电容器放电。输入电压降低到低于预定电压可以表示转换器100与输入电压断开的状态。

根据转换器100的各种实施例，开关电路114可包括第一开关，该第一开关被构造成当由电荷泵电路提供电荷的电容器放电时被切换。第一开关可形成为MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)，例如形成为耗尽型MOSFET，例如形成为n沟道耗尽型MOSFET。

根据转换器100的各种实施例，开关电路114可包括第二开关，该第二开关耦接至第一开关，使得第二开关的状态可由第一开关控制。第二开关可形成为MOSFET，例如形成为增强型(enrichment)MOSFET，例如形成为n沟道增强型MOSFET。第二开关可耦接在输入电路106的一个输入端与参考电势之间。

根据转换器100的各种实施例，状态检测电路112可耦接至开关电路114并且可被构造成发送控制信号至开关电路114。

根据转换器100的各种实施例，开关电路114可进一步包括耦接在输入电路的一个输入端与第二开关之间的第一电阻器、耦接在第二开关与参考电势之间的第二电阻器、以及耦接在第二电阻器与参考电势之间的二极管。

根据转换器100的各种实施例，包括状态检测电路112和开关电路114的启动电路110通常可集成在一个控制器中，例如集成在设置于转换器100中的主控制器116中。

在下文中，参考图2，将描述图1中所示的转换器100的实施及其功能。但是，应注意到，图2中所示的电路的具体设计仅是多种可能实施中的一种可能实施，并且因此它不应当被看作对根据各种实施例的转换器100的一般概念的限制。所描述的实例和实施例仅仅是为了举例说明的目的，并且根据转换器100的一般概念的各种修改或变化被包括在本申请的精神和所附权利要求的范围之内。

在各种实施例中，假定将待转换的电压施加在转换器200的第一输入端子202和第二输入端子204上。第一输入端子202和第二输入端子204分别连接至输入电路210的第一输入端206和第二输入端208。输入电路210可包括与输入电路210的第一输入端206和第二输入端208并联连接的第一电容器212以及也与输入电路210的第一输入端206和第二输入端208并联连接的串联设置的第二电容器216和第三电容器218。第一电感器214耦接在第一电容器608与串联设置的第二电容器216和第三电容器218之间，其中第一电感器214具有相互磁耦合的第一绕组和第二绕组，并且第一绕组串联连接在输入电路210的第一输入端206与整流电路224的第一输入端220之间，而第二绕组串联连接在第二输入端208与整流电路224的第二输入端222之间。输入电路210设有第一输出端230，该第一输出端耦接至设置在第二电容器216与第三电容器218之间的分接头。

整流电路224包括也被称为全波桥式整流器的四个二极管的设置。该全波桥式整流器耦接在整流电路224的第一输入端220和第二输入端222与第一输出端228和第二输出端226之间。

第四电容器236并联连接在整流电路224的第一输出端228和第二输出端226之间。整流电路224的第一输出端228通过第一电阻器234进一步连接至输入电路210的第二输出端232。整流电路224的第一输出端228进一步耦接至第二电感器240的第一绕组的一端，第二电感器240的第一绕组的另一端耦接至第一晶体管T1的漏极并通过第二二极管248耦接至第五电容器248的一侧以及耦接至输入电路210的第六输出端226。通过第一电阻器623耦接至第一晶体管T1的源极。除了第一绕组之外，第二电感器240还包括相互磁耦合的第二绕组，例如，通过铁磁线圈。第二绕组的一端接地，另一端通过第二电阻器238连接至输入电路210的第三输出端254。第三输出端254耦接至控制器267的端子ZCD。耦接至整流电路224的第一输出端228与输入电路210的第六输出端226之间的电路径上的第四电容器236的一侧和第五电容器248的一侧通过第一二极管242进一步相互耦接。

整流电路224的第二输出端226，除了接地之外，通过第三电阻器246耦接至第一晶体管T1的源极、耦接至第五电容器248的另一侧、通过串联设置的第五电阻器252和第六电阻器250耦接至输入电路210的第六输出端226、以及通过第六电容器258耦接至输入电路210的第四输出端260。第四输出端260耦接至控制器267的端子VS0。第三电阻器246与第一晶体管T1的源极之间的分接头耦接至输入电路210的第五输出端262。第五输出端262耦接至控制器267的CS1端子。第一晶体管T1的栅极耦接至输入电路210的第三输出端264。该第三输出端耦接至控制器267的GD0端子。

输入电路210的第六输出端266耦接至电流切换电路269的第一输入端277。在电流切换电路269内，第一输入端277耦接至第二晶体管T2的漏极。第二晶体管T2的源极通过第一节点279耦接至第三晶体管T3的漏极。第三晶体管T3的源极耦接至第九电阻器288的一个电触点，第九电阻器的另一电触点接地。控制器267的端子CS0N耦接至第九电阻器288与大地之间的电路径。第三晶体管T3的源极进一步耦接至控制器267的端子CS0P。第二晶体管T2的栅极通过第七电阻器280耦接至控制器267的端子HSGD。第三晶体管T3的栅极通过第八电阻器286耦接至控制器267的端子GD1。第一节点279通过第三电感器274进一步耦接至电流切换电路269的第一输出端273还耦接至控制器269的端子HSGND。第七电容器284的一端耦接至第一节点279，另一端耦接至控制器267的端子HSVCC以及通过串联设置的第三二极管282和第六电阻器278耦接至控制器267的端子VCC。

电流切换电路269的第一输出端273耦接至变换电路2104的第二输入端275。变换电路2104进一步设有第一输入端271，输入电路210的第六输出端266通过第八电容器268耦接至该第一输入端。变换电路的第一输入端271通过第九电容器272接地。变压器270在其初级侧的第一绕组耦接在变换电路2104的第一输入端271和第二输入端275之间。变压器270的初级侧(例如，第一绕组)与它的由变压器270的第二和第三绕组形成的次级侧磁耦合。变压器270的次级侧上的第二绕组的一端通过串联设置的第五二极管290和第四电感器296耦接至变换电路2104的第一输出端2100。变压器270的次级侧上的第三绕组的一端通过第四二极管292耦接至第五二极管290与第四电感器296之间的电路径。第十电容器294的一侧耦接至第五二极管290与第四电感器296之间的电路径，第十电容器294的另一侧耦接至设置于变压器270的次级侧上的第二绕组和第三绕组之间的分接头并且进一步耦接至变换电路2104的第二输出端2102。第十一电容器298耦接在变换电路2104的第一输出端2100和第二输出端2102之间。第二输出端2102进一步连接至信号地线。信号地线可以独立于地线基准(ground reference)或者它可接地。变换电路2104进一步具有第三输出端2108、第四输出端2106，其中第三输出端2108耦接至变换电路2104的第一输出端2100与第四电感器296之间的电路径，而第四输出端2106耦接至第四电感器296与第五二极管290之间的电路径。

第五电感器2124与变压器270的初级侧的第一绕组以及与次级侧的第二和第三绕组磁耦合。第五电感器2124的一端接地，另一端通过第十电阻器2122和第六二极管2120耦接至第四晶体管T4的集电极。第四晶体管T4的发射极耦接至控制器267的端子VCC并通过第十二电容器2110进一步耦接至控制器267的端子GND，控制器267的端子GND接地。第四晶体管T4的基极通过第七二极管2112耦接至它的发射极、通过第十一电阻器2114耦接至它的集电极并通过第八二极管2116接地。第十三电容器2118的一侧接地，另一侧耦接至第六二极管2120与第四晶体管T4的集电极之间的电路径。

转换器200进一步包括启动电路2150。控制器267的端子GPIO0耦接至启动电路的第三输入端2158。在启动电路2150内，第五晶体管T5的栅极耦接至启动电路的第三输入端2158。第五晶体管T5的源极接地，第五晶体管T5的漏极耦接至第六晶体管T6的源极，第六晶体管在各种实施例中用作比较器并且因此用作状态检测电路，将来自于例如电荷泵电路的生成状态与预定阈值(例如第六晶体管T6的内部栅极/源极阈值(或者例如在它被实施为双极型晶体管的情况下，第六晶体管T6的基极/发射极阈值))进行比较。第六晶体管T6的栅极通过串联设置的第十一二极管2168和第十八电阻器2170耦接至启动电路2150的第一输入端2152。启动电路2150的第一输入端2152耦接至输入电路210的第一输出端230。第十二二极管2166的一个电触点耦接至第十一二极管2168与第十八电阻器2170之间的电路径，另一个电触点接地。第十二极管2164的一个电触点、第十八电容器2162的一侧以及第十七电阻器2160的一个电触点耦接至在第六晶体管T6的栅极与第十一二极管2168之间的电路径。第十二极管2164的另一个电触点、第十八电容器2162的另一端以及第十七电阻器2160的另一个电触点接地。第六晶体管T6的漏极耦接至第七晶体管T7的栅极。第七晶体管T7的漏极耦接至启动电路2150的第二输入端2156。启动电路2150的第二输入端2156耦接至输入电路的第二输出端232。第七晶体管T7的源极通过串联设置的第二十电阻器2174和第十九电阻器2172耦接至它的栅极和第六晶体管T6的漏极。第十三二极管2176耦接在第二十电阻器2174与启动电路2150的第一输出端2154之间。启动电路2150的第一输出端2154耦接至控制器267的端子VCC。控制器267的VCC端子进一步连接至电力轨(power rail)。第十九电容器2178耦接在地与控制器267的端子VCORE之间。

转换器200的以上描述基于实际的示例性实施。应当注意到，所提到的转换器电路的一些装置可被其他等同装置调换。例如，包括光电晶体管和发光二极管的光耦合器可替换为能够将电输入信号转换成光信号并且进一步具有任何类型的用于检测所产生的光的光敏器件的任何其它装置。基于所产生的光的检测，光敏器件自身可产生电能或改变流经的电流。因此，例如，光敏器件可以是光敏电阻器、光电二极管、光电晶体管、硅控整流器(SCR)或三端双向可控硅开关元件(triac)，能够将电输入信号转换成光信号的装置可以是近红外发光二极管(LED)。通常，在各种实施例中，可设置电隔离的单元或者电隔离的结构、元件或装置，用于将信号从转换器200的一侧传输到转换器的另一侧，例如，变压器、光耦合器、压电变压器、无芯变压器电路等。

用在转换器200的示例性实施例中的晶体管包括双极结晶体管(BJT)(电触点被标以发射极、集电极和基极)以及MOSFET(电触点被标以漏极、源极和栅极)。应当注意到，在描述过程中被称为晶体管的装置可以用可用来开关和/或放大电信号的等同开关装置替代。在图2中所示的根据各种实施例的转换器200的具体实例中，第一晶体管T1、第二晶体管T2、第三晶体管T3、第五晶体管T5和第六晶体管T6形成为n沟道增强型MOSFET。第七晶体管T7形成为n沟道耗尽型MOSFET，并且第四晶体管T4形成为npn双极型晶体管。

在下文中，将描述转换器200的功能，重点在于启动电路2150的功能。应注意到，图2中所示的整个电路的具体设计仅仅是非常多的实施例中的一个可能实施例，并且因此它不应当被看作对根据各种实施例的转换器的一般概念的限制。所描述的实例和实施例仅仅是为了举例说明的目的，并且按照根据各种实施例的转换器的一般概念的各种修改或变化将被包括在本申请的精神和所附权利要求的范围之内。

在各种实施例中，假定将待转换的电压施加在转换器的第一输入端子202和第二输入端子204上。设置启动电路2150，以在控制器被关闭之后启动控制器267，并且为例如包括第一电容器212和第四电容器236的X-caps提供放电路径。控制器267可能被关闭，以便在低负载状态期间优化功率消耗，低负载状态直观地表示在没有负载耦接至转换器200的输出端的状态。一旦转换器200从输入电压断开，X-caps必须放电。在图2中所示的转换器200的实施例中，那些功能(启动功能和X-cap放电功能)被组合在一个电路中，即启动电路2150。一个优点可在只需要使用一个高电压开关(在图2中所示的转换器的实施例中由晶体管T7表示)并且所提到的功能的组合允许转换器200的更紧凑设计的事实中看出。

输入电路与输入电压断开的状态的检测可通过电荷泵电路执行，电荷泵电路可包括第二电容器216、第三电容器218、第十八电阻器2170、第十一二极管2168和第十二二极管2166。电荷泵电路可耦接至检测电路，检测电路可包括第十二极管2164、第十八电容器2162和第十七电阻器2160。电荷泵电路可产生第十八电容器2162两端的电压，该电压可施加于第六晶体管T6的栅极。第六晶体管T6可以是开关电路的一部分，该开关电路可进一步包括第五晶体管T5和第七晶体管T7。当转换器200从输入电压断开时，电荷泵电路停止向第十八电容器2162提供电荷。第十八电容器2162随着时间推移而放电，并且在某点处施加于第六晶体管T6上的电势下降到低于晶体管的阈值电压，因而第六晶体管变成不导通。结果，第七晶体管T7被激活，即，被导通，并且提供转换器200的X-cap的放电路径。X-cap可通过第一电阻器234、第七晶体管T7、第二十电阻器2174、第十三二极管2176放电并且进一步地通过VCC加载路径(即，耦接至启动电路2150的第一输出端的电路径)导通。在从输入电压上断开转换器200的过程期间，启动电路的功能由X-cap放电功能支配。

在转换器200的初始启动期间，当将输入电压施加于转换器200的第一输入端202和第二输入端204时，控制器267不起作用。在端子GPIO0处的信号为低，第五晶体管T5和第六晶体管T6都不起作用(即，不在导通状态)，并且第七晶体管T7的栅极是浮动的。第六电容器2118和第十二电容器2110被充电并且控制器启动。在启动阶段期间，启动电路2150中的第十八电容器2162的电压慢慢增加，并且在某点处，在第六晶体管T6的栅极处的电压超过晶体管的阈值电压，因而第六晶体管T6变成导通。在控制器267已经启动且转换器200已经进入它的正常工作模式之后，第七晶体管T7通过第五晶体管T5的断开(即，变成非导通)而不起作用。

正常工作状态(或模式)对应于转换器200将输入的AC或DC电压转换成期望的DC电压的状态。在启动过程已经完成并且控制器267已经启动之后，这个状态开始。

施加于输入电路210的输入端的电压可通过与输入电路210的第一输入端206和第二输入端208并联连接的电容器(例如通过第一电容器212)以及用作扼流圈的第一电感器214滤波。输入电路210的那些元件被构造成提供在转换器200内进一步处理的滤波(相对于更高的频率)电压。此外，滤波功能还可提供对高频电流成分的抑制，该高频电流成分可能经过转换器的第一输入端子202和第二输入端子204离开转换器200而进入与之连接的AC线路中，从而在其他设备上引起干扰。

包括以电桥方式布置的四个二极管的整流电路224被构造成为两个极性的输入电压提供一个极性的输出电压。应注意到，设置整流电路224用于将AC电压转换成DC电压，并且因此可省去，例如，当转换器200用作DC-DC转换器时，即，当DC电压施加于转换器200的第一输入端子204和第二输入端子204时。

控制器267可设有零电流检测功能。第二电感器240的第二绕组和串联连接至控制器267的端子ZCD的第二电阻器238形成一可选电路模块，该可选电路模块可被控制器267使用来检测电流是否正在流过(大小和方向)输入电路210的第一输入端206和第六输出端266之间。

在正常工作模式期间，将AC(或DC)电压施加于转换器200上并且随后可由前面提到的滤波元件进行滤波并进一步由整流电路224整流。然后将DC电压施加于电流切换电路269的第一输入端277。电流切换电路269由控制器267控制，以在电流切换电路269的第一输出端273处提供被切换的DC电流，然后将该被切换的DC电流施加于变换电路2104的第二输入端275。被切换的电流通过第二晶体管T2和第三晶体管T3得自于施加于电流切换电路269的第一输入端277的DC电流，该第二晶体管T2和第三晶体管T3可被异相地切换，即，当一个导通时，另一个不导通。当第二晶体管T2被设定进入导通状态时，在第一输出端273处提供的电流对应于在第一输入端277处提供给电流切换电路269的电流。当第三晶体管T3被设定进入导通状态时，建立在地与第一输出端273之间的连接。通过调整第二晶体管T2和第三晶体管T3的切换循环，在变换电路2104的第二输入端275处提供的被切换的电流在变压器660的次级侧上的第二和第三绕组中感应出电压。这个电压的平均值是在变换电路2104的第一和第二输出端2100、2102处提供的DC电压并且可供应给需要DC电压进行工作的外部负载。

在转换器200的正常工作模式期间，对变换电路2104的输出端处(以及从而在变换器200的输出端处)需要的电流和/或电压进行采样并在变换电路2104的第三输出端2108和第四输出端2106处提供。采样值可对应于成比例的电压和/或电流，基于该成比例的电压和/或电流，对应的信号通过光耦合器2142传送到控制器267。控制器267可评估从光耦合器2142接收的信号并且可例如调整切换电流的切换循环，以降低或升高在转换器200的输出端2100、2102处提供的DC电压。从这个意义上，由光耦合器2142传送的信号可用作反馈信号。

根据各种实施例，转换器可设置在启动电路被完全集成到控制器中的情况中。

在这些实施例的一个实施中，开关电路可包括共用开关，该共用开关耦接至输入电路。

在这些实施例的另一个实施中，启动电路可被构造成向共用开关提供开关信号。该共用开关可形成为MOSFET，例如形成为耗尽型MOSFET。

根据这些实施例的再一个实施，开关电路可包括耦接在启动电路的端子与参考电势之间的放电开关，其中放电开关由检测电路的状态控制。

根据这些实施例的再一个实施，状态检测电路可耦接至启动电路的端子并且可被构造成对输入电压采样。

在这些实施例的再一个实施中，采样的输入电压可对应于按比例缩小的输入电压。

在这些实施例的再一个实施中，可在启动电路的端子与状态检测电路之间设置开关，并且该开关可由启动电路控制。

根据这些实施例的再一个实施，状态检测电路可被构造成检测输入电压低于预定阈值电压的状态，其中那个状态的特征在于至少两个连续的输入电压采样具有相同的值。

根据这些实施例的再一个实施，状态检测电路耦接至开关电路并被构造成将控制信号传送到开关电路。

在这些实施例的再一个实施中，启动电路的端子可耦接至控制器的电源端子。

根据各种实施例的转换器的一个实施在图3中示出。描述了具有所实施的启动电路312的控制器367。在下文中将进一步给出根据各种实施例的控制器367的实际实施。

图3中所示的转换器300的电路与图2中所示的转换器200的电路类似。两个实施例(图2和图3中所示)共有的所有元件被标以相同的参考标号并且后续在图3中所示的转换器300的上下文中将不再描述。将仅描述转换器300相对于图2中所示的转换器200的不同之处。

图3中的转换器300的输入电路310可通过省去图2中所示的启动电路2150并将它实现进控制器367中而从图2中所示的转换器200的输入电路210获得。而且，可省去第二电容器214和第三电容器218，因此也可省去输入电路210的第一输出端230。于是，图3中所示的转换器300的实施例的控制器367设置有端子HV，输入电路310的第二输出端232耦接至端子HV，不使用端子GPIO0。在图3中的转换器300的示例性实施例中，输入电路310的耦接至控制器367的端子HV的第二输出端232提供包括第一电容器212和第四电容器236的用于X-cap的放电路径。在它提供信号到控制器367且控制器367从该信号可检测转换器300从输入电压断开的状态的意义上，输入电路310的耦接至控制器367的端子HV的第二输出端232还代替图2中的转换器200的输入电路210的被省去的第一输出端230。

启动电路312现在被集成在图3所示的转换器300中的控制器367中。在各种实施例中，控制器通常可包括多个分立的电路元件(例如，其可安装在印刷电路板上)，例如如上所述的一个或多个电路，或者可被构造为可编程控制器(其可被整体地集成在晶片衬底上)，例如微控制器(例如，精简指令集计算机(RISC)微控制器或者复杂指令集计算机(CISC)微控制器)，或者现场可编程门阵列(FPGA)，或者可编程逻辑阵列(PLA)，或者任何其他种类的逻辑电路。启动电路312的功能可在分立形式或可编程形式的控制器367内实现。

控制器367可具有启动功能模块302和X-cap放电功能模块304。两个模块都可利用耦接在控制器367的端子HV与所述模块之间的高电压开关(未示出)。电流源306耦接至控制器367的端子HV并通过二极管310耦接至控制器367的VCC端子。控制器367的端子HV通过电流源306和晶体管308(例如n沟道增强型晶体管)内部地接地。

X-cap放电功能模块304可被构造成在检测到输入电压从转换器300断开的状态时切断电流源306，并且此外可被构造成激活晶体管308，使得输入电路310中的X-cap可通过控制器367的端子HV放电至大地。

启动功能模块302可被构造成在检测到输入电压连接至转换器300的状态时接通电流源306，即控制器367需要被启动。

启动电路312集成到控制器367中可以提供系统成本的最优化。同时，通过实施适当的状态检测电路(图3中未示出)，平均功率损耗可进一步降到最低。如图2中所示的转换器200的实施例中一样，在图3所示的转换器300的实施例中仅仅一个集成的高电压开关(图3中未示出)可被集成的启动电路使用。

图4示出了被包括在根据各种实施例的图3的转换器300中的控制器367的示例性实施。图4中仅示出转换器400的相关部件。与图2和图3中所示的转换器的实施类似，转换器400的第一输入端402和第二输入端404耦接至输入电路410的第一输入端406和第二输入端408。在整流电路413的上游且在输入电路410的第一电感器411的初级绕组和次级绕组的下游，输入电路410的第一电容器409与输入电路410的第一输入端406和第二输入端408并联连接。第一电容器411的一侧通过第一二极管412和第一电阻器416耦接至控制器452的端子HV，第一电容器411的另一侧通过第二二极管414和第一电阻器416也耦接至控制器452的端子HV。(输入电路410的其他部分将不进行描述，因为它与例如图2中的输入电路210相对应。)

控制器452的端子HV是接口，通过该接口包括开关电路422、状态检测电路438和设置在控制器452中的各种其他元件和/或单元的启动电路与输入电路410通信。共用开关420(例如耗尽型n沟道MOSFET)的漏极耦接至控制器的端子HV。共用开关的源极耦接至第一开关430的一端和第二开关432的一端。共用开关的栅极耦接至启动单元驱动器428的控制输出端并通过第三电阻器424耦接至共用开关420的源极。共用开关420的源极进一步地通过电流源426和第三二极管442耦接至控制器452的端子VCC并耦接至控制器452的功率管理模块444。在控制器内部，第四二极管446耦接在控制器452的端子HV与大地之间。在控制器452的外部，控制器452的端子HV耦接至第二电容器450的一侧，第二电容器的另一侧接地。

启动单元驱动器428设有其他的控制输出端，这些控制输出端分别耦接至电流源426、第一开关430和第二开关432。第一开关430的另一端耦接至电流源426与第三二极管442之间的电路径。第二开关432的另一端通过第三电阻器434接地并且耦接至电压断开检测模块436，该电压断开检测模块是状态检测电路438的一部分。电压断开检测模块436的一个控制输出端耦接至启动单元驱动器428，电压断开检测模块436的另一个控制输出端耦接至被包括在开关电路422中的第四开关(例如，增强型n沟道MOSFET)的栅极。第四开关的漏极耦接至第一开关430的另一端与第三二极管442之间的电路径，第四开关440的源极接地。

在下文中，将描述集成的启动电路的功能。启动电路的集成实施既提供了控制器的启动功能也提供了X-cap放电功能。在输入电路410的第一输入端406和/或第二输入端408处的电压由电压断开检测模块436采样。以循环方式执行采样，其中第二开关432由启动单元驱动器428控制。在第二开关432闭合期间，电压断开检测模块436接收输入电压的样本，该输入电压的样本通过第三电阻器434形式的分压器按比例标度(scale)。当采样电压的值不随时间变化时，检测转换器400与输入电压断开的状态。换句话说，转换器400与输入电压断开的状态的特征在于若干个(例如两个、三个或五个)具有相等值的连续的输入电压样本。当检测到转换器400与输入电压断开的状态时，电压断开检测模块436可发送控制信号至启动单元驱动器428。结果，启动单元驱动器428可传输控制信号至之后可导通的共用开关，至之后可闭合的第二开关430，以及至之后可不其作用的电流源426。此外，电压断开检测模块436可发送控制信号至第四开关440的栅极，从而使得第四开关440被导通。实际中，然后提供通过控制器452的端子HV、共用开关420、第二开关430和第四开关440的放电路径用于存储在X-cap上的电荷，该X-cap例如是输入电路410中的第一电容器409。

每当由电压断开检测模块436对输入电压进行采样时，即，在输入电路410的第一输入端406或第二输入端408与大地(连接至第三电阻器434)之间提供传导路径，会损失少量的功率。但是，由于在转换器400的一个输入端与大地之间的传导路径，与电压断开断开检测模块436的功率消耗对应的平均功率损失可通过选择采样率为足够低(例如100Hz)以及还通过选择采样持续时间为足够低而减到最低。这样做，可将由于采样过程引起的平均功率损失降低到低于1毫瓦的值。

当考虑功率损失时，应注意到，出现在根据各种实施例的转换器的所有呈现实施中的第一X-cap电容器具有大约50-60毫瓦的功率损失。

转换器400、控制器452和其功能的上述描述基于示例性实施。应当注意到，在不偏离根据各种实施例的转换器的潜在发明构思的情况下，可进行各种修改。例如，当期望提高可靠性时，第四开关440被可选地设置。第四开关440进一步降低了VCC加载路径上的负载并提供更快的放电。但是，它是可选的元件，因此可省去，而不会改变图4中所示的转换器400的工作原理。同样地，各种元件，可添加比如稳定电容器或者保护二极管，而不会改变图4中所示的转换器400的工作原理。例如，另一个二极管可并联连接在第二电容器450与大地之间。

根据进一步实施例的进一步实施，提供一种转换器，该转换器可包括被构造成控制流过转换器的电流的控制器、被构造成启动转换器的控制器并具有开关的电路、耦接至输入电压的输入电路，其中所述开关耦接至参考电势端子，其中输入电路耦接至所述电路，使得在输入电路与输入电压断开的情况下，存储在输入电路中的电荷通过开关放电到参考电势端子。

根据这些实施例的另一个实施，转换器可被构造为隔离式开关电源。

根据这些实施例的再一个实施，转换器可进一步包括具有第一侧和第二侧的变压器，其中第一侧耦接至控制器。

根据这些实施例的再一个实施，被构造成启动控制器的电路可进一步包括状态检测器，该状态检测器被构造成检测输入电路与输入电压断开的状态。

根据这些实施例的再一个实施，被构造成启动控制器的电路所包含的开关和状态检测器通常可集成在一个控制器中。

根据这些实施例的再一个实施，输入电路可进一步包括被构造成接收输入电压的第一输入端和第二输入端、耦接在第一输入端与第二输入端之间的至少一个电容器，其中所述至少一个电容器被构造成存储被存储在输入电路中的电荷。

根据这些实施例的再一个实施，转换器可进一步包括耦接至输入电路和状态检测器的电荷泵，其中电荷泵耦接至状态检测器电路所包含的检测电容器，该检测电容器被构造成存储由电荷泵提供的电荷。

根据这些实施例的再一个实施，状态检测器可被构造成，当输入电路与输入电压断开时，使得检测电容器放电。

根据这些实施例的再一个实施，状态检测器可包括与检测电容器并联连接的电阻器，其中电阻器被构造成为检测电容器提供到参考电势的放电路径。

根据这些实施例的再一个实施，状态检测器可进一步包括与检测电容器并联连接的二极管。

根据这些实施例的再一个实施，所述开关可包括第一开关，该第一开关被构造成当状态检测器的检测电容器放电时被切换。

根据这些实施例的再一个实施，状态检测器可被构造成发送信号到所述开关。

根据各种实施例，提供一种电路，该电路包括：状态检测电路，耦接至电路的第一输入端并且包括第一开关，其中状态检测电路被构造成根据施加于电路的第一输入端的信号来控制第一开关的状态；开关电路，包括第二开关，第二开关耦接在电路的第二输入端与电路的第一输出端之间，开关电路进一步包括第三开关，第三开关耦接在第一开关与参考电势之间，其中第三开关的状态可由在电路的第三输入端处接收的信号控制；其中第二开关被构造成使得它的状态可由第一开关和第三开关控制。

虽然参考具体实施例详细地展示和描述了本发明，但本领域普通技术人员应当理解，在形式和细节上可进行各种变化，而不会偏离如所附权利要求限定的本发明的精神和范围。因此，本发明的范围由所附权利要求表示出，并且因此在权利要求的等同意义和范围之内的所有变化被包含在内。

Claims (24)

1.一种转换器，包括：

输入电路，所述输入电路耦接至输入电压；

启动电路，耦接至所述输入电路，所述启动电路包括耦接至参考电势端子的开关电路，所述开关电路具有第二开关；

其中，在所述输入电压低于预定阈值的情况下，存储在所述输入电路中的电荷经过所述第二开关流到所述参考电势端子；以及

其中，在所述输入电压在预定时间段内基本恒定地高于所述预定阈值之后，存储在所述输入电路中的所述电荷通过所述第二开关而从所述参考电势端子断开。

2.根据权利要求1所述的转换器，

其中，所述转换器被构造为隔离式开关电源。

3.根据权利要求1所述的转换器，进一步包括：

变压器，所述变压器包括初级侧和次级侧；

控制器，所述控制器耦接至所述变压器的初级侧，并且被构造成控制流过所述变压器的初级侧的电流。

4.根据权利要求1所述的转换器，

其中，所述启动电路进一步包括：

状态检测电路，所述状态检测电路被构造成检测所述输入电路与所述输入电压断开的状态。

5.根据权利要求4所述的转换器，

其中，包括所述开关电路和所述状态检测电路的所述启动电路通常集成在一个控制器中。

6.根据权利要求1所述的转换器，

其中，所述输入电路包括耦接在所述输入电路的第一输入端与所述输入电路的第二输入端之间的一个或多个电容器，其中，所述第一输入端和所述第二输入端被构造成接收所述输入电压，其中，所述一个或多个电容器被构造成存储被存储在所述输入电路中的电荷。

7.根据权利要求4所述的转换器，进一步包括：

电荷泵电路，所述电荷泵电路耦接至所述输入电路；

其中，所述状态检测电路包括电容器，所述电容器耦接至所述电荷泵电路并且被构造成存储由所述电荷泵电路提供的电荷。

8.根据权利要求7所述的转换器，

其中，所述启动电路被构造成，当所述输入电压低于所述预定阈值时，使得由所述电荷泵电路提供电荷的所述电容器放电。

9.根据权利要求7所述的转换器，

其中，所述状态检测电路进一步包括与所述电容器并联连接的二极管。

10.根据权利要求7所述的转换器，

其中，所述开关电路还包括第一开关，所述第一开关被构造成当由所述电荷泵电路提供电荷的所述电容器放电时被断开。

11.根据权利要求10所述的转换器，

其中，所述第二开关耦接至所述第一开关，使得所述第二开关的状态能够由所述第一开关控制。

12.根据权利要求5所述的转换器，

其中，所述状态检测电路耦接至所述开关电路并且被构造成发送控制信号到所述开关电路。

13.一种转换器，包括：

控制器，所述控制器被构造成控制流过所述转换器的电流；

电路，所述电路被构造成启动所述转换器的所述控制器，所述电路包括至少一个开关，其中，所述至少一个开关耦接至参考电势端子；

输入电路，所述输入电路耦接至输入电压；

其中，所述输入电路耦接至所述电路，使得在所述输入电路与所述输入电压断开的情况下，存储在所述输入电路中的电荷通过所述至少一个开关放电到所述参考电势端子；以及

其中，在所述输入电压在预定时间段内基本恒定地高于预定阈值的情况下，存储在所述输入电路中的所述电荷通过所述至少一个开关而从所述参考电势端子断开。

14.根据权利要求13所述的转换器，

其中，所述转换器被构造为隔离式开关电源。

15.根据权利要求13所述的转换器，进一步包括：

变压器，所述变压器包括第一侧和第二侧；

其中，所述第一侧耦接至所述控制器。

16.根据权利要求13所述的转换器，

其中，被构造成启动所述控制器的所述电路进一步包括状态检测器，所述状态检测器被构造成检测所述输入电路与所述输入电压断开的状态。

17.根据权利要求16所述的转换器，

其中，被构造成启动所述控制器的所述电路所包含的所述至少一个开关和所述状态检测器通常集成在一个控制器中。

18.根据权利要求13所述的转换器，

其中，所述输入电路包括：

第一输入端和第二输入端，所述第一输入端和第二输入端被构造成接收所述输入电压；

至少一个电容器，所述至少一个电容器耦接在所述第一输入端与第二输入端之间；其中，所述至少一个电容器被构造成存储被存储在所述输入电路中的电荷。

19.根据权利要求16所述的转换器，进一步包括：

电荷泵，所述电荷泵耦接至所述输入电路和所述状态检测器；

其中，所述电荷泵耦接至所述状态检测器电路所包含的检测电容器，所述检测电容器被构造成存储由所述电荷泵提供的电荷。

20.根据权利要求19所述的转换器，

其中，所述状态检测器被构造成，当所述输入电路与所述输入电压断开时，使得所述检测电容器放电。

21.根据权利要求19所述的转换器，

其中，所述状态检测器包括与所述检测电容器并联连接的电阻器，其中所述电阻器被构造成为所述检测电容器提供到参考电势的放电路径。

22.根据权利要求16所述的转换器，

其中，所述状态检测器进一步包括与所述检测电容器并联连接的二极管。

23.根据权利要求19所述的转换器，

其中，所述至少一个开关包括第一开关，所述第一开关被构造成当所述状态检测器的所述检测电容器放电时被断开。

24.根据权利要求16所述的转换器，

其中，所述状态检测器被构造成发送信号到所述至少一个开关。