CN103155391A - 具有启用/禁用电路的开环直流到直流转换器 - Google Patents

Abstract

公开了电源、电源适配器和相关的方法。一个示例性电源包括具有用于连接到输入电源的输入和提供直流输出电压或电流的输出的开环直流到直流转换器，以及被耦接到开环直流到直流转换器的启用/禁用电路。启用/禁用电路被配置为根据直流输出电压或电流来启用和禁用开环直流到直流转换器。一种示例性方法包括确定来自开环直流到直流滤波器的直流输出电压或电流，以及根据所确定的直流输出电压或电流来启用和禁用开环直流到直流转换器。

Description

具有启用/禁用电路的开环直流到直流转换器

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年8月26日提交的美国专利申请No.12/869,147的利益，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本公开涉及电源以及电源适配器，并且更具体地涉及具有开环直流到直流转换器和启用/禁用电路的电源和适配器。

背景技术

本部分提供了涉及本公开的背景信息，该背景信息不一定是现有技术。

已知有各种交流到直流和直流到直流电源转换器。这些转换器通常包括一个或更多个切换装置，以选择性地将输入电压或电流耦接到转换器的输出。可以采用多种不同的方式来控制该切换装置，以控制转换器的输出电压或电流。例如在开环转换器中，一个或更多个切换装置的频率或占空比通常不依赖于从转换器的输出反馈的电压或电流来控制。相比之下，在闭环转换器中，一个或更多个切换装置的频率或占空比通常使用从转换器的输出反馈的电压或电流来控制，以调节转换器的输出电压或电流。

发明内容

本部分提供了本发明的总体概要，但并未全面地公开其全部范围或所有特征。

根据本公开的一个方面，一种电源包括：开环直流到直流转换器以及耦接到开环直流到直流转换器的启用/禁用电路。所述开环直流到直流转换器包括连接到输入电源的输入和提供直流输出电压或电流的输出。所述启用/禁用电路被配置为根据直流输出电压或电流来启用或禁用所述切换直流到直流转换器。

根据本公开的另一个方面，公开了一种操作具有开环直流到直流转换器的电源的方法。所述方法包括：确定来自开环直流到直流转换器的直流输出电压或电流，以及根据所确定的直流输出电压或电流来启用或禁用所述开环直流到直流转换器。

可应用的进一步领域将通过本文所提供的描述变得明显的。在发明内容中的描述和具体示例仅在于说明性的目的，而不是为了限制本公开的范围。

附图说明

本文中所描述的附图的目的仅在于说明选定的实施例，而不是说明所有可能的实施方式，其目的不旨在限制本公开的范围。

图1是根据本公开的一个示例性实施例的电源的框图。

图2是根据本公开的另一个实施例的包括预调节级的电源的框图。

图3是使用根据本公开的另一个实施例的图2的电源的电源适配器的框图。

图4是根据本公开另一个实施例的隔离电源的框图。

图5A-5B是根据本公开又一个实施例的电源的原理图。

在全部附图的各个视图中，相应的附图标记代表相应的部件。

具体实施方式

将参照附图来更加充分地描述示例性实施例。

示例性实施例被提供，以使得本公开的范围被全面以及充分地传达给本领域技术人员。例如特定组件、装置和方法的示例的多个特定细节被说明，以提供对本公开的实施例的全面理解。对于本领域技术人员显然的是，所述示例性实施例可以用多种不同的形式，而不必须采用所述特定的细节来体现，并且也不应该被解释为限制本公开的范围。在一些示例性实施例中，已知的过程、已知的装置结构以及已知的技术未被详细描述。

本文中所使用的术语的目的仅在于描述特定的示例性实施例，而不是进行限制。并且本文中所使用的单数形式“一（a）”，“一个（an）”，和“所述（the）”旨在也可以包括复数形式，除非上下文中明确地说明。术语“包括（comprises）”，“包含（comprising）”，“包括（including）”和“具有（having）”是包容性的，因此，其指明存在规定的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或增加一个或更多个其他的特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。本文中所描述的方法步骤、过程和操作不应被解释为必然需要按照所讨论或描述的特定的顺序来执行，除非特别指出了执行的顺序。还应当理解的是，也可以采用附加或替代的步骤。

当一个元件或层被称为“在……上（on）”，“啮合于（engaged to）”，“连接于（connected to）”，或“耦接于（coupled to）”另一元件或层时，其可以是直接地在其上、啮合、连接或耦接于其他元件或层，或可能存在的中间元件或层。相比之下，当元件被称为被“直接在……上”、“直接啮合于”、“直接连接到”、或“直接耦接于”另一元件或层时，不可以存在中间元件或层。其他用于描述元件之间的关系的词语应该以类似的方式进行解释（例如，“之间”与“直接之间”，“相邻”与“直接相邻”等）。如本文中所使用的，术语“和/或”包括一个或更多个被关联列出的项目中的任一个以及所有的组合。

一种根据本公开的一个示例性实施例操作具有开环直流到直流转换器的电源的方法，包括：确定来自开环直流到直流转换器的直流输出电压或电流，并且根据所确定的直流输出电压或电流来启用或禁用所述开环直流到直流转换器。

直流输出电压或电流可以以任何合适的方式被用来启用和禁用开环直流到直流转换器。例如，所述方法可以包括当输出电流或电压低于预定电平时启用所述直流到直流转换器，并当输出电压或电流在（相同的）预定电平以上时禁用所述直流到直流转换器。或者，该方法可以包括当输出电流或电压低于第一预定电平时使用直流到直流转换器，并当输出电压或电流在第二预定电平以上时禁用直流到直流转换器。所述第二预定电平可以高于第一预定电平。另外，可以采用两个以上的预定电平来启用和禁用开环直流到直流转换器。

所述开环直流到直流转换器可以用任何适当的的方式被禁用，包括通过保持直流到直流转换器中的一个或更多个电源开关的断开等。当所述开环直流到直流转换器被启用时，所述直流到直流转换器以开环方式工作，以选择性地将输入电压或电流耦接到直流到直流转换器的输出。

上述方法可以包括基于电源的负载状况来启用或禁用开环直流到直流转换器。例如，所述开环直流到直流转换器可以只在轻负载（包括无负载）状况下被禁用。

所述直流输出电压和电流可以用任何适当的方式并在电源中任何适当的位置被确定。例如，所述直流输出电压或电流可以在开环直流到直流转换器的输出被测量。如果所述开环直流到直流转换器是具有变压器的隔离的转换器，则可以通过测量变压器的初级侧或次级侧的电压或电流，并使用所测量的电压或电流确定所述直流输出电压或电流来确定所述直流输出电压或电流。

示例性的方法通常包括将输入电源耦接于开环直流到直流转换器的输入。例如，可以通过采用功率因数校正（power factor correction，PFC）或其他电路的预调节级将经过调节的直流电压（或电流）提供给输入。或者，未经过调节的电压（或电流）可以被提供给开环直流到直流转换器的输入。

一些适合于实施本公开的方法的示例性电源和适配器被示出于图1-5中。然而，要理解的是，本文中所公开的方法不限于以下所描述的特定电源和适配器，并且在不脱离本公开的范围的情况下，可以采用各种其他的电源和适配器。

根据本公开的一个示例性实施例的电源被示出于图1中，并且总体上由附图标记100来表示。如图1所示，电源100包括开环直流到直流转换器102，以及耦接到直流到直流转换器102的启用/禁用电路104。所述开环直流到直流转换器102包括用于连接到到输入电源的输入106以及用于提供直流输出电压或电流（即，电压、电流或两者）的输出108。所述启用/禁用电路104被配置为根据直流输出电压或电流来启用和禁用所述开环直流到直流转换器102。

所述启用/禁用电路104被配置为当所述直流输出电压或电流低于预定电平时启用所述开环直流到直流转换器102，以及当所述直流输出电压或电流在（相同的）预定电平以上时禁用所述开环直流到直流转换器102。或者，所述启用/禁用电路104可以被配置为当所述输出电压或电流低于第一预定电平时启用所述开环直流到直流转换器，以及当所述输出电压或电流在第二预定电平以上时禁用所述开环直流到直流转换器。在一些实施例中，第二预定电平大于第一预定电平。可以根据需要来采用多于两个的预定电平，以启用和禁用所述开环直流到直流转换器102。

此外，用于启用和禁用所述开环直流到直流转换器102的预定电平可以是固定或可变的。所述预定电平可以高于、低于或基本上等于电源100的所需要的直流输出电压或电流。

图2示出了根据另一个示例性实施例的电源200。所述电源200包括开环直流到直流转换器202、启用/禁用电路204和耦接到开环直流到直流转换器202的输入的预调节级206。所述预调节级206产生被提供给开环直流到直流转换器202的输入208的经过调节的直流电压。

在图2的示例性实施例中，所述预调节级206包括有源PFC电路。所述PFC电路可以采用升压拓扑结构、降压拓扑结构或用于向开环直流到直流转换器202提供经过调节的直流电压（或电流）的其它适合的拓扑结构。或者，预调节级206可以采用无源PFC或其它电路，或者也可以被省去（如图1中所示的电源100）。

如图2所示，电源200还包括输出电容器210。在低负载状态中，输出电容器210通过开环直流到直流转换器202被相对快速地充电，以及通过负载212相对慢速地放电。因此，当输出电容器210两端的直流输出电压达到预定电平时，直流到直流转换器202可以被启用/禁用电路204禁用。当直流到直流转换器202被禁用时，输出电容器210可以为负载212供电。随后，当输出电容器210两端的直流输出电压下降到低于预定电平时（或低于另外的预定电平），开环直流到直流转换器可以被启用/禁用电路204启用，以向负载212供电，并且对输出电容器210再次充电。通过间歇地禁用和启用所述开环直流到直流转换器202，转换器中的损耗可以减少，从而增加了电源200的整体效率。对本领域技术人员显然的、并如下所进一步解释的，被启用/禁用电路204所使用的预定电平（即，阈值）还可以用于控制电源200的输出电压（或电流）中的噪声或涟波。

图3示出了根据另一个实施例的外部电源适配器300。所述电源适配器300可以包括用于连接到交流或直流电源的输入电缆（未示出），以及用于为包括膝上型计算机、台式机、计算机外围设备、服务器、音频/视频播放器、游戏系统等各种电子装置提供直流电的输出电缆（未示出）。

在图3的示例性实施例中，电源适配器300是包括图2中的示例性电源200的交流到直流电源适配器。电源适配器300的额定功率约为90瓦特（90W）。PFC电路206的标称输出电压约为直流370V，以及允许的输出涟波为500mV。开环直流到直流转换器202的标称输出电压约直流19.5V。显然的是，可以根据需要为这些教示的任何给定的实施方式来定义其它的输入电压、输出电压、额定功率、输出涟波等。

图4示出了根据本公开的另一个示例性实施例的隔离的电源400。所述电源400包括开环直流到直流转换器402、启用/禁用电路404和隔离电路406。所述开环直流到直流转换器402包括切换级408以及具有初级线圈412和次级线圈414的变压器410。所述切换级408被连接在直流到直流转换器402的输入与初级线圈412之间。所述启用/禁用电路404被耦接到次级线圈414，以确定来自变压器410的次级侧的直流输出电压或电流。所述启用/禁用电路414通过隔离电路406被耦接到切换级408，以启用和禁用所述切换直流到直流转换器402。

隔离电路406提供了启用/禁用电路404与切换级408之间的隔离，并由此保持变压器410的初级与次级侧之间的输入-输出隔离。隔离装置可以是光隔离器或适合于在保持电隔离的同时发送信号的其他装置。

或者，如上面指出的，启用/禁用电路404可以被配置为确定来自变压器410的初级侧的输出电压或电流。例如，启用/禁用电路404可以被连接到初级线圈412，以测量指示直流输出电压或电流的电压或电流。在此情况下，隔离电路406可以被省去。

如在其他实施例中那样，开环直流到直流转换器402可以被耦接到预调节级（例如，采用有源降压或升压PFC电路）或另外的适合的输入电源。

本文中所描述的各个开环直流到直流转换器可以被配置为只在其最大的占空比下工作，即，在约95％到100％之间的占空比下工作。通过在开环模式下操作直流到直流转换器，其电源开关的切换频率和占空比可以是固定的，并且组件的值可以被优化为特定的频率和占空比。因此，当启用时，开环直流到直流转换器在充分优化的状态下以及以高效率进行操作。

图5A和5B示出了根据本公开另一个示例性实施例的电源500。所述电源500包括开环半桥转换器502、耦接到所述半桥转换器502的启用/禁用电路504和包括有源升压PFC电路的预调节级506。

预调节级506可操作地将交流线路电压转换成被提供给开环转换器502的经过调节的直流电压。经过调节的直流输入电压可能包括一些交流涟波。结果是，开环转换器502的输出电压（或电流）也可能包括一些涟波。如上所述，启用/禁用电路504可以被用于减小转换器502的输出处的涟波。在直流输出电压的“波谷”期间，转换器运行于开环。在直流输出电压的“波峰”的期间，启用/禁用电路504启动或关闭转换器，以保持输出调节及涟波和噪声指标。以这种方式，转换器在有效的开环模式下工作，或其被关闭。启用/禁用电路504还可以保护电源避免过电压（过电流）状态。

本文的教示也可以应用于当输出涟波无关紧要时。例如，启用/禁用电路可以被用于提供仅在轻负载状态下的暂停（hiccup）控制，以提高轻负载时的效率。低负载状态可以通过感测输出负载电流来检测，或以任何其他合适的方式来检测。

如果开环转换器在接近100％的占空比下运行，可以减少或取消输出滤波的需要。出于这个原因，图5的电源500不包括输出电感器。在其它实施例中，可能只需要小的输出电感器（即，具有不超过约0.001mH的电感）。

上述各个开环直流到直流转换器可以包括半桥转换器（包括谐振和非谐振半桥转换器），或任何其它适合的转换器。此外，各个启用/禁用电路可以被配置为如上述那样操作，以提供噪声调节、涟波调节和/或过电压（或过电流）保护。在轻负载状态下（包括无负载），输出电容器可以提供重要的保持时间，使得开环转换器间歇地运行（以“突发模式”），以降低整体功耗。

前面已经提供的对于实施例的描述以用于说明和描述的目的。其目的不在于穷举或限制本公开。特定实施例中的的单个元件或特征通常并不限于该特定实施例，但是，在适用的情况下，即使没有具体地示出或描述，其也是可以互换并且可以用于选择的实施例中。同样也可以多种方式进行改变。这种改变不被视为背离本公开，并且所有这种修改的旨在被包括在本公开的范围之内。

Claims (20)

1.一种电源，包括：开环直流到直流转换器以及耦接到开环直流到直流转换器的启用/禁用电路，所述开环直流到直流转换器具有用于连接到输入电源的输入以及提供直流输出电压或电流的输出，所述启用/禁用电路被配置为根据所述直流输出电压或电流来启用和禁用所述开环直流到直流转换器。

2.如权利要求1所述的电源，还包括用于产生经过调节的直流电压的预调节级，所述预调节级被耦接到所述开环直流到直流转换器的输入。

3.如权利要求2所述的电源，其中，所述开环直流到直流转换器包括半桥转换器。

4.一种用于电子装置的外部交流/直流电源适配器，所述电源适配器包括如权利要求3所述的电源。

5.如权利要求3所述的电源，其中，所述预调节级包括功率因数校正电路。

6.如权利要求5所述的电源，其中，所述功率因数校正电路包括降压转换器或升压转换器。

7.一种用于电子装置的外部交流/直流电源适配器，所述电源适配器包括如权利要求6所述的电源。

8.如权利要求3所述的电源，其中，所述开环直流到直流转换器包括切换级、变压器和隔离电路，所述变压器具有初级线圈以及次级线圈，所述切换级被连接到所述初级线圈，其中，所述启用/禁用电路被连接到所述次级线圈以确定直流输出电压或电流，以及其中，所述启用/禁用电路通过所述隔离电路被耦接到所述切换级，以启用和禁用所述开环直流到直流转换器。

9.如权利要求3所述的电源，其中，所述切换直流到直流转换器包括切换级以及具有初级线圈和次级线圈的变压器，所述切换级被连接到所述初级线圈，其中，所述启用/禁用电路被连接到所述初级线圈以确定所述初级线圈的直流输出电压或电流，以及其中，所述启用/禁用电路被连接到切换级，以启用和禁用所述开环直流到直流转换器。

10.如权利要求1所述的电源，其中，所述开环直流到直流转换器被配置为：当所述开环直流到直流转换器被启用时，只在基本上最大的占空比下工作。

11.如权利要求1所述的电源，其中，所述启用/禁用电路被配置为:当所述直流输出电压或电流低于预定电平时启用所述开环直流到直流转换器，以及当直流输出电压或电流在所述预定电平以上时禁用所述开环直流到直流转换器。

12.如权利要求1所述的电源，其中，所述预定电平是固定电平。

13.如权利要求1所述的电源，其中，所述启用/禁用电路被配置为当所述直流输出电压或电流低于第一预定电平时启用所述开环直流到直流转换器，以及当直流输出电压或电流在第二预定电平以上时禁用所述开环直流到直流转换器。

14.如权利要求1所述的电源，其中，所述开环直流到直流转换器不包括输出电感器。

15.如权利要求1所述的电源，其中，所述开环直流到直流转换器包括具有不大于约0.001mH的电感的输出电感器。

16.一种操作具有开环直流到直流转换器的电源的方法，所述方法包括：确定来自于所述开环直流到直流转换器的直流输出电压或电流，以及根据所确定的直流输出电压或电流来启用和禁用所述开环直流到直流转换器。

17.如权利要求16所述的方法，还包括：将来自功率因数校正电路的经过调节的电压提供给所述开环直流到直流转换器的输入。

18.如权利要求17所述的方法，其中，启用和禁用所述开环直流到直流转换器包括：当所述直流输出电压或电流低于预定电平时启用所述开环直流到直流转换器，以及当所述直流输出电压或电流在所述预定电平以上时禁用所述开环直流到直流转换器。

19.如权利要求17所述的方法，还包括：当所述开环直流到直流转换器被启用时，只在基本上最大的占空比下操作所述开环直流到直流转换器。

20.如权利要求16所述的方法，其中，禁用所述开环直流到直流转换器包括：只在轻负载状况下禁用所述开环直流到直流转换器。

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