CN103326584B - 在待机模式下具有降低的功耗的功率转换器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及在待机模式下具有降低的功耗的功率转换器。依照各个实施例,提供了一种转换器,该转换器包括:变压器,其包括初级侧和次级侧;初级侧电路装置,其耦合到变压器的初级侧;次级侧电路装置,其耦合到变压器的次级侧,其中次级侧电路装置被配置成提供输出电压和输出电流中的至少一个;耦合部件,其被配置成将关于输出电压和输出电流中的至少一个的信息提供给初级侧电路装置;第一能量供应器,其被配置成向耦合部件提供第一电流;以及第二能量供应器,其被配置成向耦合部件提供第二电流,其中第二电流低于第一电流。
Description
技术领域
在各个实施例中,提供了一种在待机模式下具有降低的功耗的功率转换器。
背景技术
SMPS(开关模式电源)设计的关键方面之一可以见诸待机模式期间(即在其期间没有负载连接到SMPS的操作模式中)以及轻负载操作期间降低的功耗。轻负载操作典型地可以定义为这样的操作模式,在其期间与SMPS的标称负载的5%或者更小相应的负载连接到SMPS。
轻负载操作期间降低的功耗和提高的效率可以通过在猝发模式下操作SMPS而实现。猝发模式以接通阶段和断开阶段为特征,所述接通阶段通常持续几个操作时钟周期,在其期间SMPS处于经由变压器转换能量的正常操作模式,在所述断开阶段期间,至少SMPS的电源开关关断并且没有能量转换发生。在常见的SMPS中,在猝发模式下的断开阶段期间需要维护各种功能,使得待机期间SMPS的功耗显著降低是不可行的。例如,在功率转换器的次级侧,放大器需要不断地激活,以便确定当前负载条件并且将关于负载条件的信息传输至功率转换器的初级侧。因此,功率转换器的初级侧的接收器需要激活以便接收关于负载条件的信息。结果,在功率转换器的初级侧和次级侧需要保持激活或者不断地维护的这些和其他的控制功能对于猝发模式下SMPS操作期间(即待机期间)的功耗的可能的降低施加了限制。猝发模式进一步受限于这样的情形,其中初级侧的功耗大于次级侧的功耗,并且猝发模式期间初级侧和次级侧的能量分布不能依照需要而发生并且初级侧的能量供应发生故障。
在另外的应用中,提供了这样的SMPS,其中一个光耦合器用于将控制信号和关于猝发模式的信息从次级侧传输至初级侧,其中从一个能量源(例如经由23千欧姆电阻器从5V电位)向光耦合器的接收侧提供能量。在这样的配置中,提供给光耦合器的电流在正常操作模式期间倾向于太低以致不能防止寄生电容影响信号传输带宽,并且它在猝发模式期间倾向于太高以致不能实现SMPS的总体功耗的进一步降低,其可能例如处于0.5mA至1mA的范围内。也存在这样的可用的SMPS,其使用超过一个光耦合器以用于实现SMPS的初级侧与次级侧之间的通信。
发明内容
依照各个实施例,提供了一种转换器,该转换器包括:变压器,其包括初级侧和次级侧;初级侧电路装置,其耦合到变压器的初级侧;次级侧电路装置,其耦合到变压器的次级侧,其中次级侧电路装置被配置成提供输出电压和输出电流中的至少一个;耦合部件,其被配置成将关于输出电压和输出电流中的至少一个的信息提供给初级侧电路装置;第一能量供应器,其被配置成向耦合部件提供第一电流;以及第二能量供应器,其被配置成向耦合部件提供第二电流,其中第二电流低于第一电流。
附图说明
在附图中,贯穿不同视图,相似的附图标记一般表示相同的部分。附图不一定符合比例,相反地,重点一般放在图解说明本发明的原理。在以下描述中,参照以下附图描述了本发明的各个实施例,其中:
图1示出了依照各个实施例的转换器;
图2示出了依照各个实施例的转换器的实现方式;
图3A-3D示出了依照各个实施例的转换器内的信号序列;
图4,包括图4A、4B和4C,示出了依照各个实施例的转换器的另一实现方式;以及
图5示出了用于操作依照各个实施例的转换器的方法。
具体实施方式
以下详细描述参照了附图,这些附图通过例证方式示出了其中可以实施本发明的特定细节和实施例。
措词“示例性”在本文中用来表示“用作实例、示例或者例证”。在本文中描述为“示例性”的任何实施例或设计不一定要解释为相对于其他实施例或设计是优选的或有利的。
关于在侧面或表面“上方”形成的沉积材料所使用的措词“上方”可以在本文中用来表示该沉积材料可以“直接在暗示的侧面或表面上”(例如与其直接接触地)形成。关于在侧面或表面“上方”形成的沉积材料所使用的措词“上方”可以在本文中用来表示该沉积材料可以“间接在暗示的侧面或表面上”形成,其中在暗示的侧面或表面与沉积材料之间设置一个或多个附加层。
图1示出了依照各个实施例的转换器100的基本示意图。转换器100可以包括初级侧电路装置102和次级侧电路装置108。初级侧电路装置102可以进一步包括至少一个输入终端(图1中未示出),输入电压(或输入电流)施加到所述输入终端。相应地,次级侧电路装置108可以包括至少一个输出终端(图1中未示出),在所述输出终端处可以将转换的电压和/或转换的电流提供给外部负载,该外部负载可以耦合到依照各个实施例的转换器100的所述至少一个输出终端。转换器100的所述至少一个输出处提供的输出电压(或输出电流)可以是DC电压(或DC电流)。输入电压(或输入电流)可以是DC电压(或DC电流)或者AC电压(或AC电流)。在第一种情况下,转换器100可以被配置成DC-DC转换器,在后一种情况下,转换器100可以因此被配置成AC-DC转换器。
依照各个实施例的转换器100可以进一步包括功率级,例如变压器110,该变压器具有初级侧电路装置102与其耦合的初级侧104以及次级侧电路装置108与其耦合的次级侧106。变压器110的初级侧104可以包括一个或多个初级绕组(例如一个或多个初级电感),并且变压器110的次级侧108可以具有一个或多个次级绕组(例如一个或多个次级电感)。变压器110可以进一步包括磁芯,例如分别包括铁磁或亚铁磁材料的铁磁芯或亚铁磁芯,所述材料诸如例如铁或者包含铁的材料(例如合金)。在各个实施例中,变压器110的初级侧104和变压器110的次级侧106在电流上彼此分离并且借助于磁芯彼此电感耦合,该磁芯例如可以贯穿所述一个或多个初级绕组(或电感)和所述一个或多个次级绕组(或电感),使得由这些绕组(或电感)中的任何一个产生的磁场可以影响每个其他的绕组(或电感)。
依照各个实施例的转换器100可以进一步包括耦合部件112,该耦合部件被配置成将关于输出电压和输出电流中的至少一个的信息提供给初级侧电路装置102。耦合部件112可以具有第一侧和第二侧(图1中未加区分),其中第一侧可以耦合到初级侧电路装置102,并且在电流上与可以耦合到次级侧电路装置108的第二侧分离。换言之,初级侧电路装置102和次级侧电路装置108可以在以下意义上彼此电隔离:初级侧电路装置102和次级侧电路装置108之间来自一个的携带电荷的粒子的交换被防止,即在这两个电路装置之间没有直接的电流流动。然而,在初级侧电路装置102和次级侧电路装置108之间(或者反之亦然)仍然可以例如通过诸如电容、感应、电磁波(诸如光)之类的其他方式或者通过声学或机械方式交换能量或信息。
依照各个实施例的转换器100可以进一步包括第一能量供应器114,该第一能量供应器被配置成向耦合部件112提供第一电流(或第一电压)。第一能量供应器114可以耦合到初级侧电路装置102并且被配置成向耦合部件112的接收侧提供第一电流。第一能量供应器114可以在控制器(图1中未示出)中提供,该控制器可以设置在初级侧电路装置102中并且可以被配置成控制依照各个实施例的转换器100的操作,例如控制至少一个电源开关(图1中未示出)的操作,所述电源开关耦合到变压器110的初级侧104并且控制通过变压器110的初级侧104的电流流量。第一能量供应器114可以是单独的可开关的电流源或电压源,或者它可以是这样的电路,该电路被配置成从转换器100的输入电压或输入电流中得到电压或电流并且将其提供给控制器和/或耦合部件112的第一侧。
依照各个实施例的转换器100可以进一步包括第二能量供应器116,该第二能量供应器被配置成向耦合部件112(例如耦合部件的第一侧)提供第二电流(或第二电压),其中第二电流低于第一电流。第二能量供应器116可以是单独的可开关的电流源或电压源,或者它可以是这样的电路,该电路被配置成从转换器100的输入电压或输入电流中得到电压或电流并且将其提供给耦合部件112。第二能量供应器116可以例如是无源部件并且在SMPS的正常操作期间充电以便在猝发模式下的断开阶段期间将能量提供给耦合部件112的接收部分,即第一部分。
依照各个实施例的转换器可以被配置成正向转换器或者反向转换器。在各个实施例中,转换器100可以被配置成诸如升压转换器、降压转换器、升压/降压转换器和/或回扫转换器之类的转换器。在各个实施例中,转换器可以被配置成半桥转换器或者全桥转换器。在各个另外的实施例中,转换器可以被配置成开关模式电源转换器。在各个实施例中,转换器可以被配置成同步转换器。在各个实施例中,转换器可以被配置成多相转换器,例如多相同步转换器。在各个实施例中,转换器可以被配置成推挽式转换器。在各个实施例中,转换器可以被配置成谐振转换器,例如并联谐振转换器或者LLC谐振转换器。
在图2中,图解说明了依照各个实施例的转换器200的另一实现方式。转换器200包括与转换器200的位于分隔线260左边的部分相应的初级侧电路装置以及与转换器200的位于分隔线260右边的部分相应的次级侧电路装置。分隔线260限定了依照各个实施例的转换器200的初级侧(在其左边)和次级侧(在其右边)。输入路径204在输入电压(或输入电流)可以与其耦合的初级侧电路装置上提供。输入路径204耦合到整流电路206,该整流电路可以被配置成在AC电压(AC电流)施加到转换器200的情况下对输入电压(或电流)整流。整流电路206的输出可以耦合到变压器216的初级侧218,例如耦合到至少一个诸如晶体管252之类的电源开关。该电源开关可以耦合到设置在变压器216的初级侧218的第一绕组254。第一电容器208可以耦合在参考电位(例如地电位)和介于整流电路206与变压器216的初级侧218之间的电气路径之间。第二绕组258可以在变压器216的初级侧218提供,并且磁耦合到第一绕组254以及在变压器216的次级侧220提供的第三绕组256。变压器216的初级侧218可以耦合到第二电容器222并且经由第一电阻器224耦合到耦合部件228的第一侧(即接收侧),该耦合部件例如可以被配置成光耦合器。第二电容器222的另一侧可以连接到参考电位。第一电阻器224与耦合部件228的第一侧之间的电气路径可以耦合到具有HV(高电压)启动电路246的电源的输出,该电源可以在控制器210内提供。具有HV启动电路246的电源的第一输入可以经由第一开关212(例如第一晶体管)连接到第一电容器208与变压器216之间的电气路径。具有HV启动电路246的电源的第二输入可以经由第二开关214(例如第二晶体管)连接到变压器216的初级侧218与第二电容器222之间的电气路径。操作模式检测器244的控制输出可以耦合到第一开关212的控制终端和第二开关214的控制终端以便控制它们的状态,即控制各开关是处于导通还是不导通(隔离)状态。耦合部件228的接收侧的输出可以耦合到可以在控制器210内提供的电源开关控制电路248的第一输入以及操作模式检测器244的第一输入。电源开关控制电路248的输出可以耦合到所述至少一个晶体管252的栅极。电源开关控制电路248的第二输入可以耦合到可以在控制器210内提供的负载检测电路250的输出。负载检测控制器250的输出可以耦合到操作模式检测器244的第二输入。
设置在变压器216的次级侧220的第三绕组256(例如第三电感)可以耦合到第三电容器230以及次级侧电路装置的输出路径262,即依照各个实施例的转换器200的输出。第三电容器230的另一侧可以连接到信号地。变压器216的次级侧220可以耦合到操作监视器232的输入,该操作监视器的输出可以耦合到第三开关242(例如第三晶体管)的控制终端。第三开关242可以经由第四电阻器238耦合在信号地与调整器电路234之间。调整器电路234与第四电阻器238之间的电气路径可以进一步经由第三电阻器240耦合到信号地并且经由第二电阻器236耦合到转换器200的输出路径262。调整器电路234的输出可以耦合到耦合部件228的第二侧,即其发射侧。
要指出的是,所述电源和HV启动电路246、电源开关控制电路248以及负载检测电路250可以作为控制器210外部的单独的电路而提供,并且在这样的情况下连接到控制器210的相应终端。再者,操作模式检测器244可以作为控制器250内的功能电路或功能单元而提供。
电源开关控制电路248可以被配置成将至少一个开关控制信号提供给连接到变压器216的初级侧218的所述至少一个开关252。在各个实施例中,电源开关控制电路248可以被配置成脉宽调制(PWM)电路或者脉冲频率调制(PFM)电路。依照开关控制信号,可以使得所述至少一个开关252导通或者不导通并且从而所述开关可以连接依照各个实施例的转换器200的输入路径204或者将该输入路径从变压器216的初级侧218(例如其第一绕组254)断开。
具有HV启动电路246的电源可以被配置成将功率提供给控制器210以及在控制器210激活时提供给耦合部件228的第一侧。此外,具有HV启动电路246的电源可以进一步被配置成在控制器210例如由于检测到轻负载连接到转换器200的输出262而失活或者在待机期间失活之后激活或启动控制器210。
负载检测电路250可以被配置成检测负载条件,例如连接到转换器200的输出262的负载汲取的功率。换言之,负载检测电路250可以被配置成监视转换器200的正常操作期间的负载条件,检测从转换器200的输出262汲取的功率波动,并且将相应的信息提供给电源开关控制电路248,该电源开关控制电路可以调节从变压器220的初级侧218转移至次级侧220的能量的量。负载检测电路250可能需要其可以经由耦合部件228接收的来自次级侧电路装置的关于负载条件的信息。
操作模式检测器244可以被配置成确定或者检测依照各个实施例的转换器200的操作模式。通常,转换器200可以处于两个操作状态之一。在第一状态(正常操作模式)下,转换器完全激活并且发生功率转换,使得在每个时钟周期期间,能量的一部分可以从变压器220的初级侧218传输至次级侧220,其中依照连接到转换器200的输出路径262的负载要求的功率调节时钟周期。在第二操作模式(猝发模式)下,操作可以包括正常操作阶段以及在其期间至少控制器210失活的阶段。转换器200可以在轻负载连接到转换器200或者处于待机中时操作于猝发模式下。在转换器200的各个实施例中,待机可以是在其期间将输入电压(或输入功率)提供给转换器但是不连接负载的状态。在待机期间,控制器210可以是失活的并且只有耦合部件228的第一侧和操作模式检测器可以在初级侧电路装置中保持激活。操作模式检测器224可以被配置成在次级侧电路装置上的输出电压下降至低于阈值并且指示这种事件的相应信号经由耦合部件228传输至操作模式检测电路244时,例如通过闭合(即使得导通)第一开关212和/或第二开关214而唤醒或者重新激活控制器。操作模式检测器224可以被配置成在负载检测电路250检测到轻负载或者没有负载连接到转换器200的输出262并且相应信号从负载检测电路250提供给操作模式检测电路244时,例如通过打开第一开关212和/或第二开关214而使控制器244失活或者关断控制器244。
在图2中被示出在控制器210中提供的电路模块可以通过通信总线彼此通信耦合(图2中未示出)。此外,通信总线可以耦合到这样的通信接口,该通信接口被提供来建立控制器210的模块与控制器210可能被嵌入的周围电路系统之间的电气接触。通信接口可以例如包括外部引线可以与其耦合的引脚或终端。一个或多个引脚或终端可以专用于,即仅仅被提供用于接触控制器210内的特定电路模块,或者它们可以耦合到超过一个电路模块。
在各个实施例中,控制器210可以包括可以安装在例如印刷电路板上的多个分立电路部件(例如模拟控制器包括多个分立逻辑门和/或模拟放大器),诸如例如如上面所描述的一个或多个电路,或者可以被配置成可编程控制器(其可以单片地集成到晶片衬底上),诸如例如微控制器(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。控制器210或者初级侧电路装置当然可以包括另外的功能电路或模块,例如可以被配置成在输入电压(或输入电流)太低而不能允许控制器的正确操作时使控制器失活的掉电保护电路,和/或可以被配置成检测将输入电压(或输入电流)与依照各个实施例的转换器200的输入路径204断开的事件的零电流检测电路。
操作监视器232可以被配置成监视变压器216的状态并且检测这样的状态,在该状态下,功率转换例如由于归因于外部负载从转换器200的输出262断开或者归因于在转换器200的输出262处存在轻负载造成控制器210的失活而被阻止。操作监视器232可以被配置成监视转换器200的输出电压并且在输出电压下降至低于预定义值的情况下将相应信号提供给第三开关242。
调整器电路234可以被配置成产生通过耦合部件228传输至初级侧电路装置的信号。在正常操作期间,调整器电路234可以产生这样的信号,该信号向控制器210指示在次级侧电路装置上是否需要更多或更少的功率。例如,耦合部件传输的信号的高信号水平可以指示要在转换器200的输出处提供更少的功率,而低信号水平可以指示要在转换器200的输出处提供更多的功率。依照该信息,控制器210可以调节提供给所述至少一个晶体管252的控制信号并且从而按需要地调节在转换器200的输出处提供的功率。在猝发模式下,调整器电路234可以被配置成将次级侧电路装置的输出电压与第一阈值和第二阈值进行比较。如果操作监视器检测到输出电压超过第一阈值,那么它可以被配置成向耦合部件228输出这样的信号,该信号导致控制器210的失活,从而使得转换器200进入猝发模式的断开阶段。如果另一方面操作监视器检测到输出电压下降至低于第二阈值,那么它可以被配置成向耦合部件228输出这样的信号,该信号导致控制器210的激活,从而使得转换器200进入猝发模式的接通阶段,即在其期间控制器210和初级侧电路装置操作于正常操作模式下的阶段。
第一阈值与第二阈值之间的切换可以由操作监视器232发起,操作监视器可以向第三开关242提供这样的开关信号,该开关信号改变包括复合电阻器和第二电阻器236的分压器中的复合电阻器的电阻值,所述复合电阻器包括第三电阻器240和第四电阻器238。
在猝发模式下的断开阶段期间,操作监视器232可能被提供能量,该能量不足以能够使得第三开关238(其可以被配置成缺省打开,即不导通)闭合,即变得导通,从而它保持打开,即不导通。因此,复合电阻器呈现出其较大的电阻值,并且调整器电路234可以感测到输出电压的较大份额,其等效于可以与第二阈值相应的调整器电路234的内部参考电压降低。当输出电压下降至低于第二阈值时,调整器234可以向耦合部件228输出相应信号,该信号被传输至控制器210(然而,其在该阶段是失活的)和操作模式检测器244,并且可以使得操作模式检测器244激活控制器210。
在猝发模式下的接通阶段期间,当功率被变压器变换时,操作监视器232可以被提供能量,该能量足以能够使得第三开关238闭合,即变得导通。因此,复合电阻器呈现出其较小的电阻值,并且调整器电路234可以感测到输出电压的较小份额,其等效于可以与第二阈值相应的调整器电路234的内部参考电压增大。当输出电压超过第一阈值时,调整器234可以向耦合部件228输出相应信号,该信号可以由负载检测电路250解释,负载检测电路250于是可以向操作模式检测器244发送相应信号,该信号可以使得操作模式检测器244使控制器210失活。换言之,调整器电路234可以被配置成根据转换器200的操作模式将输出电压的不同份额与内部阈值进行比较(或者等效地说将输出电压的相同份额与不同的内部阈值进行比较)并且根据比较的结果调节其到耦合部件228的输出信号。借助于被配置成监视变压器216的操作以及从而转换器200的操作的操作监视器232,可以增大或者减小阈值以便将迟滞引入调整器电路234中,从而可以在输出电压的不同电压值处使控制器210激活和失活。该过程将在图3A-3D中所示的示图的基础上更详细地进行描述。
在各个另外的实施例中,依照上面给出的描述可以通过由第三开关242在两个离散值之间切换依照各个实施例的转换器200的输出电压的采样份额而执行的第一阈值326与第二阈值328之间的切换,也可以通过利用调整器电路234的调整器动力学而实现。换言之,可以使用调整器电路234关于其输入的延迟的反应以便实现提供如上面所描述的效应的迟滞。在依照各个实施例的转换器200的没有分压器和第三开关242的一种实现方式中,可以如上面所描述的那样例如通过相应信号发起猝发模式,该信号由检测电路250输出到可以打开第一开关212和第二开关214的操作模式检测器244。调整器电路234可以检测转换器200的缓慢减小的输出电压,并且可以被配置成适配其输出信号,即对其输入信号做出反应,以便从转换器200的初级侧电路装置“请求”更多的能量。然而,由于内部延迟的原因,调整器电路234可以被配置成以延迟的方式对其输入信号做出反应,使得在检测到输出电压下降至低于输出阈值与调整器电路234从初级侧电路装置实际“请求”更多的能量之间存在时间延迟。延迟的程度可以依照希望的输出电压值来进行适配,在该输出电压值处要再次激活控制器210以向次级侧电路装置提供能量以便增大依照各个实施例的转换器200的输出电压。例如,调整器电路234的响应延迟可以被配置成使得调整器电路234从初级侧电路装置“请求”能量所花费的时间与转换器200的输出电压从其标称输出电压(例如19V)减小至某个输出电压值(例如18.5V)所花费的时间相应。内部延迟可以考虑到限定转换器200的输出电压在猝发模式的断开阶段中减小的速率的各个参数来进行配置,所述参数例如在猝发模式的断开阶段期间保持激活的电路部件的泄漏电流和/或功耗。在等效的方式下,一旦进入猝发模式下的接通阶段,那么调整器电路234对于输出电压超过标称输出电压值的延迟的反应也可以导致控制器210的延迟的失活,并且因此输送至次级侧电路装置的能量的量可能稍大于将输出电压恢复到其标称值(例如19V)所需的能量的量。换言之,由于调整器电路234的内部延迟的原因,变压器216的能量转换(由控制器210控制)可能在输出电压增大到大于标称输出值的某个值,例如增大到19.2V的输出电压之后停止一定时间(基于来自调整器电路234的相应信号)。在依照各个实施例的转换器200处于轻负载操作模式的情况下,猝发频率,即给定时间内猝发模式下的断开状态与接通状态之间的转变数量可能增大。换言之,调整器电路234可以操作于振荡状态下,该振荡状态引入关于发起猝发模式下的断开阶段和接通阶段所在的电压输出值的迟滞。振荡的折返点可以例如被设置成与第一阈值和第二阈值相应。
取决于其中操作依照各个实施例的转换器200的状态,耦合部件228可以操作于两个操作模式中的任一模式下。在正常操作模式下,即或者在控制器210激活并且外部负载连接到控制器210的输出262时或者在猝发模式的接通阶段期间,耦合部件228可以由可以包括电源和HV启动电路246以及第一二极管226的第一能量源提供能量(或电流)。因此,控制器210和耦合部件228二者可以由第一能量源提供能量,该第一能量源也可以被配置成耦合到控制器210和耦合部件228的外部可开关能量源并且其可以由操作模式检测器244控制。在任何情况下,第一能量源可以被配置成在转换器200的正常操作期间将能量提供给耦合部件228和控制器210。在转换器200的正常操作模式期间提供给耦合部件228的能量可以足够大,使得耦合部件228可以提供完整的通信带宽。在正常操作模式期间,耦合部件228传输的信号的幅度变化可以向控制器210指示从初级侧电路装置提供给次级侧电路装置的功率要按哪种量增大或减小。因此,控制器210(例如电源开关控制电路248)可以调节驱动所述至少一个开关252的信号并且从而调节在转换器200的输出处提供的功率量。
在第二操作模式下,转换器200操作于包括接通阶段和断开阶段的猝发模式下。在猝发模式下的接通阶段期间,转换器200的操作与其在正常操作模式下的操作相应。在猝发模式下的断开阶段期间,控制器210失活。第一能量源在猝发模式下的断开阶段期间可能是失活的,因为它可能作为在该阶段期间失活的控制器210中的内部能量源而被提供,或者因为它作为外部可开关能量源通过来自操作模式检测器244的相应信号而失活。在猝发模式下的断开阶段期间,可以向耦合部件228提供来自第二能量源的能量,该第二能量源在图2中所示的依照各个实施例的转换器200的实现方式中包括第二电容器222和第一电阻器224。由第二能量源提供给耦合部件228的电流小于由第一能量源向其提供的电流。因此,耦合部件228可以在猝发模式下的断开阶段期间提供降低的通信带宽。例如,耦合部件228可以被配置成在控制器210保持失活时,即在其要保持在猝发模式下的断开状态中时将其输出信号维护在预定义值处,或者在控制器210要激活时让输出信号的幅度下降至零。换言之,在猝发模式下的断开阶段期间,耦合部件228可以被配置成双状态检测器并且能够从次级侧电路装置到初级侧电路装置(例如到控制器210)传输或者指示两个状态或条件。耦合部件228输出的信号的幅度可以由流经它的电流限定。在猝发模式的断开阶段期间,操作模式检测器244可以被配置成一检测到耦合部件228输出的信号的幅度下降至低于某个阈值,就激活控制器。操作模式检测器电路244可以通过检查控制器210是否激活而检测转换器200的操作状态。这可以通过监视在处于不导通状态的情况下可以指示控制器210失活并且因此转换器200处于猝发模式的断开阶段的第一开关212和第二开关214的状态来执行,或者通过解释操作模式检测器电路244可以从转换器200的负载检测电路250接收的信号来执行,其中例如信号的零值可以指示控制器210失活并且因此转换器200处于猝发模式的断开阶段。
在图3A-3D中,示出了依照各个实施例的转换器200的操作期间的信号序列。在图3A的示图300中,图解说明了一个示例性开关控制信号308,其可以由开关控制电路248提供给连接到变压器216的初级侧218的所述至少一个开关252。x轴322表示任意单位的时间,y轴324表示信号幅度,例如开关控制信号308的电压(VGD)。开关控制信号308的高信号值可以使得所述至少一个开关252导通,而开关控制信号308的低信号值可以使得所述至少一个开关252不导通。在图3B的示图302中,图解说明了依照各个实施例的转换器200的一个示例性输出电压310。x轴322表示任意单位的时间,y轴324表示信号幅度,在这种情况下为输出信号310的电压(Vout)。在该示例性情景中,依照各个实施例的转换器被配置成提供近似为19V的输出电压,并且在输出电压下降至低于近似18.5V时,它被配置成从猝发模式期间的断开阶段转变到接通阶段。换言之,第一阈值可以等于近似19V并且第二阈值可以等于近似18.5V。在图3C的示图304中,图解说明了耦合部件228的一个示例性输出信号312,例如可以被配置成光耦合器的耦合部件228的第一侧的输出电流312(Iout_optocop)。x轴322表示任意单位的时间,y轴324表示电流。在该示例性情景中,光耦合器被配置成在第一操作模式(例如正常操作模式以及猝发模式期间的接通阶段)中工作于近似500μA的范围内,并且在控制器210要保持失活时的猝发模式的断开阶段期间维护近似50μA的电流。在图3D的示图306中,图解说明了提供给包括控制器210的初级侧电路装置并且由其消耗的一个示例性电流,例如供应电流314(ICC)。x轴322表示任意单位的时间,y轴324表示电流。在该示例性情景中,包括控制器210的初级侧电路装置在第一操作模式期间消耗近似15mA并且在猝发模式下的断开阶段期间消耗近似200μA。图3A-3D中所有示图的时间轴322是同步的。要进一步指出的是,图3A-3D中所示的示图中使用的绝对值仅仅用于说明的目的并且可以根据依照各个实施例的转换器的实际实现方式而变化。
一直到第一时间t1,依照各个实施例的转换器200操作于正常操作模式316下。开关控制信号308依照PWM或PFM方案进行调制,并且在依照各个实施例的转换器200的输出262处提供能量。转换器电路的初级侧的电路系统(例如控制器210)依照从调整器电路234经由耦合部件(例如光耦合器228)提供给控制器210的信息控制所述至少一个电源开关252。在该阶段期间,输出电压310与近似19V相应,光耦合器输出电流312与近似500μA相应并且是恒定的,其可以指示依照各个实施例的转换器200的输出262处的恒定功耗。一直到第一时间t1,包括控制器210的初级侧电路装置处于正常操作模式下并且汲取近似15mA的供应电流314。在该阶段期间,光耦合器228被提供来自第一能量源(例如经由二极管226来自控制器210)的能量,因为第一能量源在图2所示的示例性转换器200中以电源和HV启动电路246的形式提供。
在第一时间t1处,外部负载关断或者从依照各个实施例的转换器200的输出262断开。输出电压310在19V的示例性标称输出电压处开始增大。调整器电路234驱动光耦合器228,使得其输出电流312增大。包括控制器210的初级侧电路装置仍然是激活的,因此它保持汲取近似15mA的电流。
在第二时间t2处,控制器210检测到光耦合器228的输出电流312超过内部阈值,这可能指示在输出处提供了太多的功率或者输出处提供的功率未被与其连接的负载汲取。控制器210可以将信号输出到操作模式检测器244,从而操作模式检测器244使得第一开关212和第二开关241不导通。于是,控制器210失活,并且所述至少一个电源开关252可以接收低开关控制信号并且从变压器216的初级侧218断开转换器200的输入路径204。换言之,在第二时间t2处,依照各个实施例的转换器200置于待机模式或者进入以断开阶段开始的猝发模式。开始于第二时间t2,输出电压随着第三电容器230缓慢放电从而提供能量给调整器电路232而下降。光耦合器228例如通过来自第二电容器222的电流经由第一电阻器224被提供来自第二能量源的能量。由于第二能量源被配置成比第一能量源提供更少的能量给光耦合器228,所以光耦合器228的输出电流312如图3C的示图中所示的那样下降至不同的值,例如50μA。在断开阶段期间,可以使控制器210和初级侧电路装置上的其他电路部件失活,因此到初级侧电路装置的供应电流下降至与其在正常操作模式期间的值相比更低的值,例如下降至200μA。
在第二时间t2与第三时间t3之间,依照各个实施例的转换器可以处于猝发模式的断开状态318下。在该时间期间,初级侧电路装置的相当部分失活,即它不消耗任何功率。操作模式检测器244可以保持激活以监视光耦合器228的输出电流312以便决定是否要对初级侧电路装置供电并且使控制器210失活。在断开状态318期间,不向操作监视器232提供来自变压器232的次级侧220的功率并且因此使得第三开关进入不导通状态,并且包括第二电阻器236的分压器和调整器电路234采样与输出电压相应的与较低阈值相比更大份额的输出电压,所述较低阈值例如为在该示例性情景中与近似18.5V相应的第二阈值328。在猝发模式下的断开阶段318期间,操作监视器232可以被配置成监视输出电压310并且将其与第二阈值328进行比较。当输出电压310未下降至低于第二阈值328时,调整器电路234被配置成驱动光耦合器228,使得它能够维持其输出信号312为低而稳定的值,例如如图3C的示图304中指示的50μA的预定义值。
在第三时间t3处,输出电压310开始下降至低于第二阈值328。被配置成检测该事件的调整器电路234调节其到光耦合器228的第二(发射)侧的输出信号,使得在其第一(接收)侧处,输出电流312开始减小并且在第五时间t5处达到零值。换言之,调整器电路234可以被配置成将“唤醒”信号传输至初级侧电路装置,通过该信号可以重新激活控制器210。在该示例性情景中,“唤醒”信号与光耦合器228的远低于50μA的预定义值的甚低输出电流相应。操作模式检测器224被配置成检测光耦合器输出电流312何时下降至低于该预定义值并且达到零。出于实际的原因,例如由于光耦合器228的暗电流的原因,操作模式检测器224可以被配置成检测光耦合器输出电流312何时下降至低于预定义值并且达到预定义值与零之间的值。在其中预定义值与50μA相应的图3C的示图304所示的示例性情景中,操作模式检测器224可以被配置成检测光耦合器输出电流312何时下降至低于例如5μA至30μA之间的范围内的电流值,例如低于20μA的电流值。
在第四时间t4处,发生这样的事件,即操作模式检测器224检测到光耦合器输出电流312下降至低于示例性选择的20μA。当检测到这样的事件时,操作模式检测器244可以被配置成使得第一开关212和/或第二开关214导通,从而初级侧电路装置中的控制器210以及可能其他的电路部件在第四时间t4处重新激活。因此,控制器210或者转换器200分别在第四时间t4处进入猝发模式期间的接通阶段,该接通阶段基本上与依照各个实施例的转换器200的正常操作模式相应。在图3D的示图306中可以看出初级侧电路装置的供应电流314从正常操作模式返回到其值所在的第四时间t4与诸如光耦合器输出电流312和开关控制信号308之类的其他参数从正常操作模式返回到其状态和/或输出电压310开始增大所在的第五时间t5之间的时间跨度可以代表初级侧电路装置的内部响应时间。
在第五时间t5与第六时间t6之间,转换器处于猝发模式的接通阶段。在该时间期间,控制器210驱动所述至少一个电源开关252,使得在变压器216中转换功率。操作监视器再次被提供能量并且使得第三开关242导通。这将由分压器提供给调整器电路234的输出电压的样本值改变为较低的值,可以看出这等效于这样的情形,其中将输出电压与较高的阈值进行比较,例如与在该示例性情景中相应于近似19V的第一阈值326进行比较。被提供来自光耦合器228的输出信号的控制器210在第五时间t5与第六时间t6之间是完全可操作的。
当控制器210检测到增大的光耦合器输出电流312时或者当控制器210检测到光耦合器输出电流312在高值处保持了一定时间量时,控制器210可以被配置成调节其到操作模式检测器电路244的输出以便指示要发生到猝发模式的断开状态的转变。这可以在第六时间t6处观察到,在该时间处控制器210以及初级侧电路装置的相当部分是失活的。接下来的在第七时间t7、第八时间t8和第九时间t9处发生的事件将不再加以描述,因为它们与在第二时间t2、第三时间t3和第五时间t5处发生的事件相应。
依照转换器200的各个实施例,猝发模式期间的断开阶段可以约为数秒,例如5秒,并且猝发模式期间的接通阶段可以约为数十毫秒,例如20毫秒。
如上面所描述的,除了检测电路系统之外,可以使可以被配置成在依照各个实施例的转换器的正常操作期间提供依照各个实施例的转换器200的控制功能的初级侧电路装置完全失活,所述检测电路系统可以利用最小电流(例如来自第二能量源的电流)操作,并且可以被配置成监视由耦合部件228(例如光耦合器)提供的来自次级侧电路装置的信号并且重新激活初级侧电路装置。该检测电路系统可以包括光耦合器228和操作模式检测器244。
依照转换器200的各个实施例,在猝发模式期间的断开阶段,可能需要近似50μA以用于耦合部件228的操作并且可能需要近似50μA以用于检测模式检测器及其相应的激活/失活功能。经由耦合部件228传输并且用来控制正常操作模式期间的功率转换的来自调整器电路234的信号以及在猝发模式下的断开阶段结束时的“唤醒”信号经由仅仅一个耦合部件228传输。与为了传输简单的操作状态相比(所述简单的操作状态例如或者指示要激活控制器210或者指示要使控制器210失活),为了传输来自次级侧电路装置的控制信息并且为了必要的信号带宽及其处理,可能需要更多的能量,例如更高的电流。出于这个原因,可以分别向耦合部件228或者其第一(接收)侧提供来自两个能量源的能量,例如电流或电压。在正常操作模式下(即也在猝发模式下的接通阶段期间),可开关第一能量源可以向耦合部件228的第一(接收)侧提供能量。在猝发模式下的断开阶段期间,可以使可开关第一能量源以及初级侧电路装置的大部分失活并且“最小能量”能量源(例如第二能量源)可以将能量提供给耦合部件228的第一侧,即接收侧。因此,初级侧电路装置中的检测电路系统能够检测来自次级侧电路装置的“唤醒”信号并且相应地重新激活初级侧电路装置。为了从正常操作模式转变到猝发模式,调整器电路234可以控制光耦合器228以便将高信号值传输至初级侧电路装置,即控制光耦合器228,使得它允许或者产生作为其在其第一侧的输出信号的高电流流量。依照各个实施例的转换器电路的初级侧的来自光耦合器228的高输出信号可以例如指示控制器控制所述至少一个电源开关252,使得从变压器216的初级侧218传输至次级侧220的能量的部分变得更小或者它们完全被抑制,即依照各个实施例的转换器200要进入待机模式。换言之,控制器210可以被配置成根据光耦合器228的输出信号的信号水平检测何时暂停从变压器216的初级侧218到次级侧220的能量流。
初级侧电路装置(例如控制器210)对于在要发起猝发模式时接收自调整器电路232的信息的反应可以与另外的控制信息相组合。例如,可以考虑到开关控制信号308中要跳过的控制脉冲的持续时间(时间长度)或者初级侧电路装置内的另外的转换器级的状态(例如PFC(功率因子校正)级的状态)以便防止依照各个实施例的转换器200对于瞬态效应错误地做出反应。
依照转换器200的各个实施例,操作监视器232例如通过控制开关而被配置成在开关控制信号308中缺乏控制脉冲之后开关提供给调整器电路234的参考电压或者开关用来采样依照各个实施例的转换器200的输出电压的分压器,以便在依照各个实施例的转换器200操作于猝发模式时引入迟滞阈值。在猝发模式下,输出电压可以在由迟滞限定(例如由第一阈值326和第二阈值328限定)的范围内波动,并且依照各个实施例的转换器200在猝发模式期间可以作为自主适应负载条件的双位置或双点控制器而操作。换言之,调整器电路234在猝发模式下可以作为双点控制器而操作,其中输出电压在第一电压(例如第一阈值326)与第二电压(例如第二阈值328)之间波动,其中限定输出电压纹波的第一电压与第二电压之间的差可以根据需要例如通过分压器中包含的电阻器的适当选择来调节,输出电压由调整器电路234经由所述电阻器进行采样。该特征可以使得依照各个实施例的转换器200能够甚至在低输出功率处达到高的效率,其中在猝发模式期间,可以根据负载(条件)自主地调节关于断开阶段和接通阶段的猝发频率和占空比。
依照转换器200的各个实施例,次级侧电路装置可以用来与正常操作模式下耦合部件228的能量需求相比降低猝发模式下的断开阶段期间的耦合部件228的能量需求,例如电流需求,使得依照各个实施例的转换器200的总功耗可以进一步降低。
在使用了状态指示器(例如基于LED的状态指示器)的情况下,它可以与耦合部件228串联耦合,以便防止次级侧电路装置上功耗的增大。
在转换器200的各个实施例中,耦合部件200也可以被配置成无芯变压器,该无芯变压器可以包括两个金属绕组以及其间的氧化硅绝缘物。原则上,耦合元件可以是在其发送侧与接收侧之间提供信息传输和电气隔离的任何构件。
图4示出了图2中所示转换器200的一种更加详细的实现方式。依照各个实施例的转换器400具有第一输入终端402和第二输入终端404。转换器400的第一输入终端402连接到输入电路406的第一终端408并且转换器400的第二输入终端404连接到输入电路406的第二终端410。包括第一电阻器F0和第一电感L1的串联装置耦合在输入电路406的第一终端408与第四终端412之间。第一电阻器F0可以被配置成充当提供过电流保护的牺牲器件的熔断器,即低电阻电阻器。包括第二电阻器R0和第二电感L11的串联装置耦合在输入电路406的第二终端410与第三终端414之间。第二电阻器R0可以是NTC(负温度系数)电阻器并且因此具有取决于其温度的电阻。第一电感L1和第二电感L11可以例如通过公共芯磁耦合。第一电容C1可以耦合在输入电路406的第三终端414与第四终端412之间。输入电路406的第四终端412耦合到放电和启动电路482的第二终端486以及整流电路416的第一终端418。输入电路406的第三终端414耦合到整流电路416的第二终端420。第三电阻器R1耦合在整流电路416的第一终端418与第二终端420之间。第三电阻器R1可以是VCR(电压受控电阻器),即其电阻取决于向其施加的电压的元件。整流电路416的第二终端420耦合到放电和启动电路482的第一终端484。在整流电路416内,也称为二极管桥或者桥式整流器的四个二极管(第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4)的装置耦合在整流电路416的第一终端418、第二终端420、第三终端424和第四终端422之间。整流电路416的第四终端422耦合到第三电感L2的一侧、第四电阻器R2的一端和第二电容C2的一侧以及第六二极管D6的一侧。第三电感L2的另一端耦合到第四电阻器R2的另一侧、第三电容C3的一侧,并且经由第四电感L3和第五二极管D5耦合到第四电容C7的一侧、PFC(功率因子校正)感测切断电路426的第一终端428,并且耦合到第六二极管D6的另一侧。第二电容C2的另一侧和第三电容C3的另一侧耦合到整流电路416的第三终端。整流电路416的第三终端424进一步耦合到第六电阻器R4的一端、第四电容C7的另一侧以及PFC感测切断电路426的第六终端429。第六电阻器R4的另一侧耦合到第一开关Q1的一个终端,第一开关Q1的另一个终端耦合到第四电感L3与第五二极管D5之间的电气路径。第六电阻器R4与第一开关Q1之间的电气路径耦合到控制器438的第十七终端PFCCS。第一开关Q1的控制终端经由第七电阻器R5连接到控制器438的第十八终端PFCGD。第一开关Q1可以被配置成MOSFET,例如自隔离MOSFET。整流电路416的第三终端424与PFC感测切断电路436的第六终端429之间的电气路径进一步耦合到参考电位,例如地电位。第三电感L2与第四电阻器R2之间的电气路径耦合到放电和启动电路482的第九终端499。第四电感L3例如通过公共芯(例如通过公共铜芯)磁耦合到第五电感L33。第五电感L33的一侧耦合到参考电位,第五电感RL33的另一侧经由第五电阻器R3耦合到控制器438的第十五终端PFCZCD。PFC感测切断电路436的第一终端428耦合到第八电阻器R8的一侧和PFC感测切断电路436的第四终端434。第八电阻器R8的另一侧耦合到第二开关Q2的一侧,该第二开关的另一侧耦合到PFC感测切断电路426的第三终端432并且经由包括第九电阻器R9和第五电容C8的并联装置耦合到PFC感测切断电路426的第六终端429。PFC感测切断电路426的第三终端432耦合到控制器438的第十六终端PFCVS。第二开关Q2的控制终端经由第七电阻器R6耦合到PFC感测切断电路426的第五终端436并且耦合到PFC感测切断电路426的第二终端430。第二开关Q2可以被配置成MOSFET,例如自隔离MOSFET。PFC感测切断电路426的第五终端436耦合到放电和启动电路482的第五终端492和控制器438的第一终端VCC,经由第九电容C14耦合到控制器438的第八终端GND,耦合到第十四电阻器R15的一侧,经由第十电容C18耦合到参考电位,并且耦合到第十五电阻器R16的一侧。第十五电阻器R16的另一侧耦合到调整电路454的第一终端460并且经由第十六二极管D13耦合到控制器438的第九终端VDD。控制器438的第八终端GND耦合到信号地,控制器438的第九终端VDD经由第十七电容C13耦合到信号地。PFC感测切断电路426的第四终端434耦合到第三开关Q3的一个终端并且经由第七电容C16和第八电容C17耦合到参考电位。第三开关Q3的另一个终端耦合到控制器438的第四终端HSGND、第四开关Q4的一个终端并且经由第六电感L4耦合到变换电路的第一终端442。变换电路的第一终端442耦合到第七电感L5的一侧。第七电感L5的另一侧耦合到变换电路440的第二终端444,该第二终端耦合到第七电容C16与第八电容C17之间的电气路径。第三开关Q3的控制终端经由第十一电阻器R12耦合到控制器438的第二终端HSGD。第四开关Q4的另一个终端耦合到控制器438的第六终端LSCSP并且经由第十三电阻器R14耦合到控制器438的第七终端LSCSN。控制器438的第七终端LSCSN进一步耦合到参考电位。第四开关Q4的控制终端经由第十二电阻器R13耦合到控制器438的第五终端LSGD。控制器438的第一终端VCC经由第十电阻器或10和第七二极管D7耦合到控制器438的第三终端HSVCC。第三终端HSVCC经由第六电容C6耦合到第四终端HSGND。第三开关Q3和第四开关Q4可以被配置成MOSFET,例如自隔离MOSFET。第十四电阻器R15的另一端经由包括第八二极管D9、第十二极管D11和第十一电容器C75的串联装置耦合到信号地,并且经由包括第九二极管D10和第十一二极管D12的串联装置耦合到第十二极管D11与第十一电容器C75之间的电气路径。第九二极管D10与第十一二极管D12之间的电气路径经由第十电感L8耦合到第八二极管D9与第十二极管D11之间的电气路径。第七电感L5和第十电感L8可以形成变压器T1的初级侧并且可以例如通过公共芯磁耦合。变压器T1的第二侧由第八电感L6和第九电感L7形成,所述第八电感L6和第九电感L7例如通过已经将第七电感L5和第十电感L8彼此磁耦合的公共芯而彼此磁耦合并且耦合到第七电感L5和第十电感L8。第七电感L5和第十电感L8设置在初级侧电路装置上。电气上串联耦合的第八电感L6和第九电感L7在次级侧电路装置中提供。第七电感L5、第八电感L6和第九电感L7可以包含在变换电路440中。第八电感L6的一侧经由第十二二极管和第十一电感L71耦合到变换电路440的第一输出452。第八电感L6的另一侧经由包括第九电感L7和第十三二极管D72的串联装置耦合到第十二二极管D71与第十一电感L71之间的电气路径,并且经由第十二电感L72耦合到变换电路440的第二输出450。第八电感L6与第九电感L7之间的电气路径可以耦合到信号地并且经由第十二电容C71耦合到第十二二极管D71与第十一电感L71之间的电气路径。可以提供第十三电容C72,其耦合在变换电路440的第一输出452与第二输出450之间。第九电感L7的未耦合到第八电感L6的一侧耦合到变换电路440的第三终端446。变换电路440的第三终端446经由包括第十六电阻器R71、第十四二极管D73和第十五二极管ZD71的串联装置耦合到调整电路454的第五终端456。第十七电阻器R72耦合在信号地和介于第十四二极管D73与第十五二极管ZD71之间的电气路径之间。第十四电容C73耦合在信号地和介于第十四二极管D73与第十五二极管ZD71之间的电气路径之间。变换电路440内的第十二二极管D71与第十一电感L71之间的电气路径耦合到变换电路440的第四终端448。变换电路440的第四终端448耦合到调整电路454的第六终端458。调整电路454的第二终端462经由包括第十九二极管D15、第十八二极管D14和第三十三电阻器R21的串联装置耦合到控制器438的第十终端HBFB。控制器448的第十终端HBFB进一步经由第十八电容C12耦合到地电位。第三十四电阻器R22耦合在参考电位和介于第三十三电阻器R21与第十八电容C12之间的电气路径之间。调整电路454的第三终端464耦合到第七开关Q17的一个终端,该开关的另一个终端耦合到参考电位。第七开关Q17的控制终端经由第三十一电阻器R26耦合到信号地并且经由第三十二电阻器R27耦合到控制器438的第十一终端IO。控制器438设有用于配置控制器438的第十二终端MFIO。调整电路454的第五终端456耦合到可以被配置成自隔离MOSFET的第五开关Q81的控制终端,并且经由第十八电阻器R77耦合到信号地。第五开关Q81的一个终端耦合到信号地,其另一个终端经由第十九电阻器R89和第二十二电阻器R86耦合到信号地、经由第十九电阻器R89耦合到第十五电容器C82的一侧并且经由第十九电阻器R89和第二十一电阻器R85耦合到调整电路454的第六终端。第十五电容器C82的另一侧经由第二十六电容器C81的并联装置耦合到第十七门控二极管REF81与第二十六电阻器R82之间的电气路径。调整电路454的第六终端458经由第二十电阻器R87和第三十电阻器R88连接到信号地,经由第二十三电阻器R80和第十六电容器C80连接到信号地,并且经由第二十三电阻器R80连接到光耦合器IC2的第二侧的第一终端。在光耦合器IC2的第二侧内部,发光二极管可以耦合在其第一输入与其第二输入之间。光耦合器IC2的第二终端经由第二十五电阻器R81耦合到其第一终端,经由第二十七电阻器R83和可以是门控二极管的第二十八二极管REF82耦合到信号地,并且进一步经由第二十六电阻器82和可以是门控二极管的第十七二极管REF81耦合到信号地。第二十八门控二极管REF82的栅极耦合到第二十电阻器R87与第三十电阻器R88之间的电气路径;第十七门控二极管REF81的栅极耦合到第二十一电阻器R85与第二十二电阻器R86之间的电气路径。光耦合器IC2的第一侧的第一终端耦合到调整电路454的第一终端460。光耦合器IC2的第二侧的第二终端耦合到调整电路454的第二终端462并且经由第二十八电阻器R23耦合到调整电路454的第三终端464和第四终端466。调整电路454的第三终端464和第四终端466经由第二十九电阻器R24耦合到参考电位。在光耦合器IC2的第一侧,光电晶体管可以设置在光耦合器的第一终端与第二终端之间,使得其基极可以由光耦合器IC2第二侧提供的发光二极管产生的光驱动。
调整电路454的第四终端466耦合到第六开关Q14的控制终端。第六开关Q14耦合在参考电位与掉电保护电路468的第三终端470之间。第六开关Q14和第七开关Q17可以被配置成BJT,例如npnBJT(双极结型晶体管)。掉电保护电路468的第三终端470经由第二十二二极管D36耦合到放电和启动电路482的第八终端498,并且耦合到PFC感测切断电路426的第二终端430。掉电保护电路468的第二终端472耦合到控制器438的第十三终端ICEN。控制器438的第十三终端ICEN与掉电保护电路468的第二终端472之间的电气路径经由第十九电容C11耦合到参考电位。掉电保护电路468的第二终端472经由第三十五电阻器R44耦合到参考电位并且耦合到第八开关Q41的一个终端。开关Q41的另一个终端经由第二十一电容C41耦合到地电位并且经由第三十六电阻器R42和第三十七电阻器R41耦合到掉电保护电路的第一终端474。第八开关Q41的控制终端耦合到掉电保护电路468的第三终端470。掉电保护电路468的第一终端474耦合到整流电路416的第四终端422与第三电感L2之间的电气路径。放电和启动电路482的第七终端496经由第二十一二极管组ZD31和第四十电阻器R28耦合到参考电位。第二十一二极管ZD31与第四十电阻器R28之间的电气路径耦合到放电和启动电路的第六终端494并且经由第四十八电阻器R29耦合到控制器438的第十四终端VCORE。控制器438的第十四终端VCORE进一步经由第二十电容C10耦合到参考电位。放电和启动电路482的第六终端494耦合到第十开关Q32的控制终端。第十开关Q33的一个终端耦合到参考电位,并且第十开关Q33的另一个终端耦合到放电和启动电路482的第八终端498,经由第二十三电容C35耦合到参考电位并且经由第四十一电阻器R35耦合到第十二开关Q31的控制终端。第四十一电阻器R35与第十二开关Q31之间的电气路径经由第四十二电阻器R34耦合到第十一开关Q32的一个终端。第十一开关Q32的该一个终端进一步经由第四十三电阻器R37耦合到其控制终端,经由第二十三二极管D35耦合到放电和启动电路482的第五终端492,并且经由第四十五电阻器R33耦合到第十二开关Q31的一个终端。第二十三二极管D35与第四十五电阻器R33之间的电气路径通过第四十四电阻器R36耦合到放电和启动电路482的第五终端492。第十一开关Q32的另一个终端耦合到参考电位。第十一开关Q32的控制终端进一步耦合到放电和启动电路482的第四终端490。第十开关Q33和第十一开关Q32可以被配置成BJT,例如npnBJT。第十二开关Q31的另一个终端耦合到放电和启动电路482的第九终端499。第十二开关Q31可以被配置成MOSFET,例如自传导MOSFET。放电和启动电路482的第四终端490耦合到放电控制电路476的第二终端480。放电和启动电路482的第一终端484经由包括第四十六电阻器R33、第二十四电容C32和第二十四二极管D33的串联装置耦合到参考电位。放电和启动电路482的第二终端486经由包括第四十七电阻器R31、第二十五电容C31和第二十五二极管D34的串联装置耦合到信号至地电位。第二十四二极管D33与第二十四电容C32之间的电气路径经由第二十六二极管D32耦合到放电和启动电路482的第三终端488,第二十五电容C31与第二十五二极管D34之间的电气路径经由第二十七二极管D31耦合到放电和启动电路482的第三终端488。放电和启动电路482的第三终端488耦合到放电控制电路476的第一终端478。放电控制电路476的第一终端478经由包括第三十九电阻器R57和第三十八电阻器R58的串联装置耦合到地电位。包括第二十二电容C51和第二十二极管ZD51的并联装置耦合在参考电位和介于放电控制电路476的第一终端478与第三十九电阻器R57之间的电气路径之间。第三十九电阻器R57与第三十八电阻器R58之间的电气路径耦合到第九开关Q55的控制终端。第九开关Q55的一个终端耦合到参考电位并且第九开关Q55的另一个终端耦合到放电控制电路476的第二终端480。第九开关Q55可以被配置成BJT,例如npnBJT。
在依照各个实施例的转换器400的正常操作期间,AC(或DC)电压可以施加到转换器400的输入402、404并且随后由整流电路416整流。(整流)的DC电压然后施加到第三开关Q3的一个终端。第三开关Q3和第四开关Q4由控制器438控制,使得或者输入电压或者参考电位施加到变压器T1的第七电感L5。变换的电压在第十电感L8、第八电感L6和第九电感L7中被感应,并且在转换器400的第一输出452与第二输出450之间提供开关DC电压。DC输出电压基本上得自施加到第三开关Q3的所述一个终端的DC电压。第三开关Q3和第四开关Q4可以异相地开关,即当一个导通时,另一个不导通。当第三开关Q3设置到导通状态时,施加到变压器T1的初级侧(即第七电感L5)的电压与施加到转换器400的输入电压相应。当第四开关Q4设置到导通状态时,第七电感L5耦合到参考电位。通过调节开关周期,在变压器T1的次级侧(即第八绕组L6和第九绕组L7)中感应电压的平均值。该平均值是在转换器400的第一和第二输出450、452处提供的DC电压,并且可以馈送至需要DC电压以用于操作的外部负载。
在正常操作模式下,将关于输出电压和输出电流中的至少一个的信息提供给初级侧电路装置,例如以经由光耦合器IC2提供给控制器438的第十终端HBFB的信号的形式提供给控制器438。因此,控制器438可以分别调节提供给第三晶体管Q3和第四晶体管Q4的控制栅极的开关控制信号,以便根据需要调节功率转换。可以包括第十六电阻器R71、第十四二极管D73、第十七电阻器R72、第十四电容器C73和第十五齐纳二极管的操作监视器经由变换电路的第三终端446被提供能量并且能够驱动第五晶体管Q81,使得其处于导通状态。第十九电阻器R89因此是分压器的有效部分,经由其输出电压由监视电路454采样并且与参考电压相比较。在正常操作模式下,第七晶体管Q17的基极上拉并且参考电位施加到保持不导通的第六晶体管Q14的基极,使得可以(与第二十九电阻器R24一起)提供操作模式检测器的功能的第六晶体管Q14可以是失活的。在正常操作模式下,经由第十六二极管D13向光耦合器IC2提供来自控制器438的第九终端VDD的电流。
猝发模式可以由外部负载与输出450、452断开的事件或者通过低负载状态的检测发起。进入猝发模式可以以控制器438在其第十终端HBFB处感测到光耦合器IC2的输出电流增大或者光耦合器IC2的稳定的高输出电流而开始。当检测到这些条件中的任何一个时,控制器438使其自身失活。此外,通过从控制器438的第十一输出IO提供给第七晶体管Q17的相应驱动信号而使得第七晶体管Q17不导通,从而参考电位与现在可以由光耦合器IC2的输出电流控制的第六晶体管Q14的基极断开。当使得晶体管Q14导通时,掉电保护电路的第三终端470处、放电和启动电路的第八终端498处以及PFC感测切断电路426的第二终端430处的电位下拉,从而这些电路失活并且不消耗任何功率。由于控制器438失活,也不存在提供给变压器T1并且在变压器T1中转换的功率,因而操作监视器电路不被提供能量并且不能够保持第五晶体管Q81导通,从而使得该第五晶体管不导通。从而,第十九电阻器R89与分压器断开,并且输出电压的较大份额在变换电路440的第四终端448处被采样并且提供给监视电路454内的调整电路。由于控制器438在该阶段失活,所以光耦合器IC2被提供来自包括第十电容C18和第十五电阻器R16的第二能量源的能量。第十电容C18已经在转换器400的正常操作期间经由第十电感L8充电,该第十电感是变压器T1的初级侧的一部分。
在猝发模式下的断开状态期间,只要输出电压未减小至低于第二阈值的值,那么调整电路454被配置成以足够的功率驱动光耦合器IC2,使得施加到转换器电路的初级侧的第六晶体管Q14的基极的输出电流足够用于保持第六晶体管Q14导通。在该状态下,掉电保护电路468、放电和启动电路482以及PFC感测切断电路保持失活,即保持在不允许任何电流流经其中的状态下,从而可以降低猝发模式的断开状态下消耗的功率。
当输出电压下降至低于第二阈值(例如如图3C的示图304中给出的示例性情景的情况的18.5V)时,光耦合器IC2的发射侧以较少的功率驱动,或者由调整电路454提供零信号,使得通过光耦合器IC2的接收侧的输出电流下降至低于预定义值并且基本上可以下降至零。可以将第六晶体管Q14配置成在其基极电流下降至低于可能稍大于零的预定义值时使其进入不导通状态。当第六晶体管变得不导通时,掉电保护电路中的第八晶体管Q41的栅极处的电位以及PFC感测切断电路中的第二晶体管Q2的栅极处的电位上拉。在这种情况下,掉电保护电路也实现“唤醒”电路的功能,因为其然后向第十三终端ICEN提供重新激活或启用控制器438的高电位。控制器438的重新激活阶段期间的能量可以由第二能量供应器提供给控制器438的第一终端VCC。施加到第二晶体管Q2的非零电位激活PFC感测切断电路并且第四电容C7两端的电压可以由控制器438测量。控制器438接管对于第三晶体管Q3和第四晶体管Q4的控制并且功率转换过程在变压器T1中重新开始。第五晶体管Q81变得导通,从而监视电路454感测输出电压的较小份额,即其内部参考表现得好像它处于较高值,例如可以比在猝发模式下的断开阶段期间使用的第二阈值更大的第一阈值。控制器438使得第七晶体管Q17导通,该控制器向其基极提供电流,从而使得第六晶体管Q14不导通。光耦合器IC2的接收侧再次被提供来自第一电源的能量,使得完整信号带宽可以用于将关于输出电压和输出电流中的至少一个的信息传输至初级侧电路装置,例如传输至控制器438。
如果在转换器400的接通阶段期间控制器438检测到外部负载连接到转换器400的输出452、450,那么转换器400保持处于其当前状态,该状态按照定义于是与正常操作模式相应。另一方面,如果在猝发模式期间的接通阶段中没有负载连接到转换器400的输出452、452,那么转换器400保持处于待机模式下并且如先前例如关于图3A-3D中所示的示图所描述的进入猝发模式下的断开状态。
在图5中,示出了一种用于操作依照各个实施例的转换器200的方法500。在步骤502中,检测依照各个实施例的转换器200的操作模式。该检测过程可以基于耦合部件228的第一侧(即接收侧)的输出信号(例如输出电流)的信号水平。取决于依照各个实施例的转换器200的操作模式,检测过程可以由控制器210执行或者由操作模式检测器244执行。在步骤502中,如果依照各个实施例的转换器200处于第一操作模式下,例如处于正常操作模式下或者处于猝发模式的接通阶段中,那么可以将来自第一能量供应器的第一电流提供给耦合部件228。在步骤504中,另一方面,如果依照各个实施例的转换器200处于第二操作模式下,例如处于猝发模式的断开阶段中,那么可以将来自第二能量供应器的第二电流提供给耦合部件228。第二电流可以小于第一电流。在用于操作转换器200的方法的各个实施例中,在转换器200的第一操作模式下提供第一电流可以包括同时提供来自主要能量供应器的主要电流以及来自辅助能量供应器的辅助电流。在用于操作转换器200的方法的各个实施例中,在转换器200的第二操作模式下提供第二电流可以包括仅仅提供来自辅助能量供应器的辅助电流。
在各个实施例中,提供了一种转换器,该转换器可以包括:变压器,其包括初级侧和次级侧;初级侧电路装置,其耦合到变压器的初级侧;次级侧电路装置,其耦合到变压器的次级侧,其中次级侧电路装置被配置成提供输出电压和输出电流中的至少一个;耦合部件,其被配置成将关于输出电压和输出电流中的至少一个的信息提供给初级侧电路装置;第一能量供应器,其被配置成向耦合部件提供第一电流;以及第二能量供应器,其被配置成向耦合部件提供第二电流,其中第二电流低于第一电流。
依照各个实施例,转换器可以被配置成隔离开关模式电源。
依照转换器的各个实施例,初级侧电路装置可以包括至少一个开关,所述开关被配置成根据开关控制信号确定通过变压器的初级侧的电流流量。
依照转换器的各个实施例,初级侧电路装置可以包括控制器,该控制器被配置成将所述至少一个开关控制信号提供给所述至少一个开关。
依照转换器的各个实施例,控制器可以包括调制电路,该调制电路被配置成产生所述至少一个开关控制信号。
依照转换器的各个实施例,调制电路可以被配置成脉宽调制电路或者脉冲频率调制电路。
依照转换器的各个实施例,耦合部件可以包括在电流上彼此解耦的第一侧和第二侧。
依照转换器的各个实施例,耦合部件可以包括光耦合器。
依照转换器的各个实施例,耦合部件的第一侧可以耦合到初级侧电路装置。
依照转换器的各个实施例,耦合部件的第二侧可以耦合到次级侧电路装置。
依照转换器的各个实施例,耦合部件可以被配置成操作于第一模式和第二模式下。
依照转换器的各个实施例,第一模式,第一能量源和第二能量源可以被配置成将能量提供给耦合部件的第一侧。
依照转换器的各个实施例,其中在第二模式下,只有第二能量源可以被配置成将能量提供给耦合部件的第一侧。
依照转换器的各个实施例,第二能量源可以被配置成在第一模式期间由初级侧电路装置充电。
依照转换器的各个实施例,关于输出电压和输出电流中的至少一个的信息可以与耦合部件的第一侧产生的信号的幅度相应。
依照转换器的各个实施例,关于输出电压和输出电流中的至少一个的信息可以与耦合部件的第一侧产生的脉冲的频率相应。
依照转换器的各个实施例,关于输出电压和输出电流中的至少一个的信息可以与耦合部件的第一侧产生的脉冲的宽度相应。
依照转换器的各个实施例,信号的幅度可以与电流值相应。
依照转换器的各个实施例,信号的幅度可以与电压值相应。
依照转换器的各个实施例,耦合部件可以被配置成在控制器激活时操作于第一模式下。
依照转换器的各个实施例,初级侧电路装置可以包括被配置成将所述至少一个开关控制信号提供给所述至少一个开关的控制器,并且在耦合部件操作于第一模式下期间,该控制器可以被配置成依照耦合部件的第一侧产生的信号调节通过变压器的初级侧的电流流量。
依照转换器的各个实施例,初级侧电路装置可以被配置成在信号幅度超过第一阈值时使控制器失活。
依照转换器的各个实施例,初级侧电路装置可以被配置成当信号幅度在预定义时间段内保持高于预定义值时使控制器失活。
依照转换器的各个实施例,初级侧电路装置可以被配置成在控制器失活时使第一能量源失活。
依照转换器的各个实施例,控制器可以包括第一能量源。
依照转换器的各个实施例,耦合部件可以被配置成在信号幅度超过第一阈值之后操作于第二模式下。
依照转换器的各个实施例,耦合部件可以被配置成在信号幅度在预定义时间段内保持高于预定义值之后操作于第二模式下。
依照转换器的各个实施例,初级侧电路装置可以包括被配置成将所述至少一个开关控制信号提供给所述至少一个开关的控制器,该转换器进一步包括操作模式检测电路,该操作模式检测电路耦合到初级侧电路装置并且被配置成当在耦合部件操作于第二模式下期间信号幅度下降至低于第二阈值时激活控制器。
依照转换器的各个实施例,操作模式检测电路可以被配置成当在耦合部件操作于第二模式下期间信号幅度下降至低于第二阈值时激活第一能量源。
依照转换器的各个实施例,其中耦合部件可以被配置成在耦合部件操作于第二模式下期间信号幅度下降至低于第二阈值之后操作于第一模式下。
在各个另外的实施例中,提供了一种转换器,该转换器包括:变压器,其包括第一侧和第二侧;第一电路,其耦合到变压器的第一侧;第二电路,其耦合到变压器的第二侧,其中第二电路可以被配置成提供输出电压;传输器,其被配置成将关于输出电压的信息提供给第一电路;第一能量供应器,其被配置成向传输器提供第一电流;以及第二能量供应器,其被配置成向耦合部件提供第二电流,其中第二电流不同于第一电流。
依照转换器的各个实施例,该转换器可以被配置成隔离开关模式电源。
依照转换器的各个实施例,第一电路可以包括至少一个开关,所述开关被配置成根据开关控制信号确定通过变压器的第一侧的电流流量。
依照转换器的各个实施例,第一电路侧可以包括控制器,该控制器被配置成将所述至少一个开关控制信号提供给所述至少一个开关。
依照转换器的各个实施例,控制器可以包括调制电路,该调制电路被配置成产生所述至少一个开关控制信号。
依照转换器的各个实施例,调制电路可以被配置成脉宽调制电路或者脉冲频率调制电路。
依照转换器的各个实施例,传输器可以包括在电流上彼此解耦的接收侧和发送侧。
依照转换器的各个实施例,传输器可以包括光耦合器。
依照转换器的各个实施例,传输器的接收侧可以耦合到第一电路。
依照转换器的各个实施例,传输器的发送侧可以耦合到第二电路。
依照转换器的各个实施例,传输器可以被配置成操作于第一模式和第二模式下。
依照转换器的各个实施例,在第一模式下,第一能量源和第二能量源可以被配置成将能量提供给传输器的接收侧。
依照转换器的各个实施例,在第二模式下,只有第二能量源可以被配置成将能量提供给传输器的接收侧。
依照转换器的各个实施例,第二能量源可以被配置成在第一模式期间由第一电路充电。
依照转换器的各个实施例,关于输出电压的信息可以与传输器的接收侧产生的信号的幅度相应。
依照转换器的各个实施例,信号的幅度可以与电流相应。
依照转换器的各个实施例,信号的幅度可以与电压相应。
依照转换器的各个实施例,关于输出电压的信息可以与传输器的接收侧产生的脉冲的频率相应。
依照转换器的各个实施例,关于输出电压的至少一个的信息可以与传输器的接收侧产生的脉冲的宽度相应。
依照转换器的各个实施例,传输器可以被配置成在控制器操作时操作于第一模式下。
依照转换器的各个实施例,第一电路可以包括被配置成将所述至少一个开关控制信号提供给所述至少一个开关的控制器,并且在传输器操作于第一模式下期间,该控制器可以被配置成依照传输器的接收侧产生的信号调节通过变压器的第一侧的电流流量。
依照转换器的各个实施例,其中第一电路可以被配置成在信号幅度超过上阈值时使控制器失活。
依照转换器的各个实施例,第一电路可以被配置成当信号幅度在预定义时间段内保持高于预定义值时使控制器失活。
依照转换器的各个实施例,第一电路可以被配置成在控制器失活时使第一能量源失活。
依照转换器的各个实施例,可以在控制器中提供第一能量源。
依照转换器的各个实施例,传输器可以被配置成在信号幅度超过上阈值之后操作于第二模式下。
依照转换器的各个实施例,传输器可以被配置成在信号幅度在预定义时间段内保持高于预定义值之后操作于第二模式下。
依照转换器的各个实施例,第一电路可以包括被配置成将所述至少一个开关控制信号提供给所述至少一个开关的控制器,该转换器进一步包括操作模式检测器,该操作模式检测器耦合到第一电路并且被配置成当在传输器操作于第二模式下期间信号幅度下降至低于下阈值时激活控制器。
依照转换器的各个实施例,操作模式检测器可以被配置成当在耦合部件操作于第二模式下期间信号幅度下降至低于下阈值时激活第一能量源。
依照转换器的各个实施例,传输器可以被配置成在传输器操作于第二模式下期间信号幅度下降至低于下阈值之后操作于第一模式下。
尽管特别地参照特定实施例示出并且描述了本发明,但是本领域技术人员应当理解的是,可以在不脱离如所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围的情况下对其做出形式和细节方面的各种变化。因此,本发明的范围由所附权利要求书指明,并且进入权利要求书等效物的含义和范围内的所有变化因此都预期包含在内。
Claims (17)
1.一种转换器,包括:
变压器,其包括初级侧和次级侧;
初级侧电路装置,其耦合到变压器的初级侧;
次级侧电路装置,其耦合到变压器的次级侧,其中次级侧电路装置被配置成提供输出电压和输出电流中的至少一个;
耦合部件,其被配置成将关于输出电压和输出电流中的至少一个的信息提供给初级侧电路装置并且被配置成操作于第一模式和第二模式下,其中耦合部件包括在电流上彼此解耦的第一侧和第二侧;
第一能量供应器,其被配置成向耦合部件提供第一电流;以及
第二能量供应器,其被配置成向耦合部件提供第二电流,其中第二电流低于第一电流;
其中在第一模式下,第一能量供应器和第二能量供应器被配置成将能量提供给耦合部件的第一侧,并且其中在第二模式下,只有第二能量供应器被配置成将能量提供给耦合部件的第一侧。
2.如权利要求1所述的转换器,
其中初级侧电路装置包括控制器,该控制器被配置成将至少一个开关控制信号提供给至少一个开关。
3.如权利要求1所述的转换器,
其中耦合部件的第一侧耦合到初级侧电路装置。
4.如权利要求1所述的转换器,
其中耦合部件的第二侧耦合到次级侧电路装置。
5.如权利要求2所述的转换器,
其中耦合部件包括在电流上彼此解耦的第一侧和第二侧;并且
其中关于输出电压和输出电流中的至少一个的信息与耦合部件的第一侧产生的信号的幅度相应。
6.如权利要求1所述的转换器,
其中耦合部件包括在电流上彼此解耦的第一侧和第二侧;并且
其中关于输出电压和输出电流中的至少一个的信息与耦合部件的第一侧产生的脉冲的频率相应。
7.如权利要求2所述的转换器,
其中耦合部件被配置成操作于第一模式和第二模式下;并且
其中耦合部件被配置成在控制器激活时操作于第一模式下。
8.如权利要求2所述的转换器,
其中初级侧电路装置包括被配置成将所述至少一个开关控制信号提供给所述至少一个开关的控制器;并且其中在耦合部件操作于第一模式下期间,该控制器被配置成依照耦合部件的第一侧产生的信号调节通过变压器的初级侧的电流流量。
9.如权利要求5所述的转换器,
其中初级侧电路装置包括被配置成将所述至少一个开关控制信号提供给所述至少一个开关的控制器;并且
其中初级侧电路装置被配置成在信号幅度超过第一阈值时使控制器失活。
10.如权利要求5所述的转换器,
其中初级侧电路装置包括被配置成将所述至少一个开关控制信号提供给所述至少一个开关的控制器;并且
其中初级侧电路装置被配置成当信号幅度在预定义时间段内保持高于预定义值时使控制器失活。
11.如权利要求2所述的转换器,
其中初级侧电路装置被配置成在控制器失活时使第一能量供应器失活。
12.如权利要求2所述的转换器,
其中第一能量供应器在控制器中被提供。
13.如权利要求9所述的转换器,
其中耦合部件被配置成操作于第一模式和第二模式下;并且
其中耦合部件被配置成在信号幅度超过第一阈值之后操作于第二模式下。
14.如权利要求10所述的转换器,
其中耦合部件被配置成操作于第一模式和第二模式下;并且
其中耦合部件被配置成在信号幅度在预定义时间段内保持高于预定义值之后操作于第二模式下。
15.如权利要求9所述的转换器,
其中耦合部件被配置成操作于第一模式和第二模式下;并且
其中耦合部件被配置成在耦合部件操作于第二模式下期间信号幅度下降至低于第二阈值之后操作于第一模式下。
16.一种转换器,包括:
变压器,其包括第一侧和第二侧;
第一电路,其耦合到变压器的第一侧;
第二电路,其耦合到变压器的第二侧,其中第二电路被配置成提供输出电压;
传输器,其被配置成将关于输出电压的信息提供给第一电路并且被配置成操作于第一模式和第二模式下,其中传输器包括在电流上彼此解耦的接收侧和发送侧;
第一能量供应器,其被配置成向传输器提供第一电流;以及
第二能量供应器,其被配置成向传输器提供第二电流,其中第二电流不同于第一电流;
其中在第一模式下,第一能量供应器和第二能量供应器被配置成将能量提供给传输器的接收侧,并且其中在第二模式下,只有第二能量供应器被配置成将能量提供给传输器的接收侧。
17.如权利要求16所述的转换器,
其中第一电路包括被配置成将至少一个开关控制信号提供给至少一个开关的控制器;并且
其中在传输器操作于第一模式下期间,该控制器被配置成依照传输器的接收侧产生的信号的幅度调节通过变压器的第一侧的电流流量。
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