CN104300785A - 功率转换器 - Google Patents

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Abstract

一种示例功率转换器，包括第一绕组、第二绕组、开关以及控制器。第二绕组磁耦合到第一绕组。控制器被连接以控制该开关来响应于反馈而调节功率转换器的输出。

Description

功率转换器
本申请是申请日为2010年12月27日、名称为“具有一个被连接在绕组之间的开关的功率转换器”的第201010621584.6号发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明总体上涉及功率转换器，且具体地但不排他地涉及交流-直流功率转换器。
背景技术
电子器件使用电力来运行。由于开关式(switched mode)电源的高效率、小尺寸和低重量，其经常被用来给现今的许多电子器件供电。常规的壁上插座提供了高电压交流电流。在开关式电源中，高电压的交流电流(ac)输入被转换，以通过能量传递元件提供良好的稳定的直流(dc)输出。典型的开关式电源也包括一个被连接到能量传递元件的开关，和一个被连接到所述开关的电源控制电路。所述开关式电源控制电路通常调节电源的输出电压、电源的输出电流、或两者的组合，其方式为检测该输出并且在一闭环中控制之。在运行中，通过变化开关式电源中的开关的占空比(通常指开关接通时间与整个开关周期的比)，利用该开关来提供理想的输出。
降压转换器(buck converter)是一类开关式电源，当其以连续电流模式运行时，占空比大致是，该开关式电源的输出电压与输入电压的比。同样地，开关的接通时间与关断时间的比确定了输出电压。对于需要小于输入电压的输出电压的负载，降压转换器的占空比较小，且因此所述开关的接通时间相对于总的开关周期而言比较小。例如，基于375V的整流交流输入电压而具有12V输出电压的电源，将需要占总开关周期3.2％的接通时间。对于这样的情况，分接降压转换器(tapped buck converter)可提供与降压转换器相同的输出电压-输入电压比，但却具有更大的开关占空比。为了降低被连接到电源的能量传递元件的开关(通常是MOSFET、双极晶体管或诸如此类)中的损耗，较大的开关占空比是理想的。
在典型的分接降压转换器结构中，一个电感的一端被连接到所述开关，而该电感的另一端被连接到输出。然后将一个续流二极管连接到包括在该电感中的一个分接头。也可在开关式电源中包括一电路以提供一反馈信号，该反馈信号代表了开关式电源的输出。然后这一反馈信号可被电源控制电路用来控制所述开关的切换，以调节开关式电源的输出。然而，由于在分接降压转换器中电源输出和电源控制电路以不同电压电平为基准，所述反馈信号需要被电平移位以与控制电路对接(interface)。因此，典型的分接降压转换器结构可能包括附加的和相对昂贵的电路，该电路用于以此方式对该反馈信号作电平移位。例如，常规的分接降压转换器结构可包括一个光耦合器(optocoupler)或偏置绕组(bias winding)，其被连接在开关式电源的输出和电源控制电路之间，用于对所述反馈信号作电平移位。
附图说明
下面将参考下列附图对本发明的非限制性和非穷举性的实施方案进行描述，其中在所有的各张不同的附图中，除非另有说明，相同的附图标记均指相同的部分。
图1A是示出了根据本发明的一个实施方案的功率转换器——其中具有一个处于接通状态的开关——的示意图。
图1B是示出了图1A的功率转换器——其中所述开关处于关断状态——的示意图。
图2A是示出了根据本发明的一个实施方案的功率转换器——其中具有一个处于接通状态的开关——的示意图。
图2B是示出了图2A的功率转换器——其中所述开关处于关断状态——的示意图。
图3A是示出了根据本发明的一个实施方案的功率转换器——其中具有一个处于接通状态的开关——的示意图。
图3B是示出了图3A的功率转换器——其中所述开关处于关断状态——的示意图。
图4是示出了根据本发明的一个实施方案的具有集成控制电路的功率转换器的示意图。
图5是示出了根据本发明的一个实施方案的主电感的图。
图6A是示出了根据本发明的一个实施方案的功率转换器——其中具有一个处于接通状态的开关——的示意图。
图6B是示出了图6A的功率转换器——其中开关处于关断状态——的示意图。
图7是示出了根据本发明的一个实施方案的具有多个输出的功率转换器的示意图。
图8是示出根据本发明的一个实施方案的具有多个输出的另一功率转换器的示意图。
图9是示出根据本发明的一个实施方案的具有多个输出的另一功率转换器的示意图。
具体实施方式
此处描述了具有被连接在绕组之间的开关的功率转换器的实施方案。在下面的说明中，给出了诸多具体细节，以提供对实施方案的全面理解。然而，相关领域技术人员将认识到，此处描述的技术可在缺少一个或多个具体细节的情况下或通过其他方法、组件、材料等来实现。在另一些情况下，公知的结构、材料或操作不被示出或详细描述，以免模糊了某些方面。
整个说明书在引用“一实施方案”或“一个实施方案”时，意指针对该实施方案所描述的一个具体特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，在此说明书全文中在各种不同地方出现的词组“一实施方案”或“一个实施方案”并不一定全都指同一实施方案。此外，所述具体特征、结构或特性可以用任何适当方式结合在一个或多个实施方案中。
在此说明书全文中，使用了几个本领域术语。除非此处具体定义或它们的使用语境清楚地另有清晰暗示，否则这些术语应以其所属领域的普通含义解释。处于关断状态的开关也称为是断开的开关，是处于不传导电流的状态的开关。处于接通状态的开关也称为是闭合的开关，是处于可传导电流的状态的开关。
本发明的实施方案包括一功率转换器，其具有有磁耦合的绕组，以及被连接在所述绕组之间的一个开关。将该开关连接在绕组之间，允许了直接测量功率转换器的输出以获得反馈信息，而无需通常包括在常规电源电路中的附加的且昂贵的电平移位部件。本发明的一个实施方案是一个给发光二极管灯——在该发光二极管灯中流动的电流需要被调节——供电的电源。通过将该开关和一个被连接以驱动该开关的控制电路置于能量传递元件的磁耦合的绕组之间，能够产生代表了在发光二极管灯中流动的电流的反馈信号，而无需对此反馈信号作电平移位。因此所述反馈信号可以直接连接到所述控制器，以提供低成本的电源实施方式。这些和其他实施方案在下文进一步详述。
图1A是示出了根据本发明的一个实施方案的具有处于接通状态的开关S1 102的功率转换器100的示意图。功率转换器100被示为包括开关S1 102、第一绕组104、第二绕组106、芯108、输出电容器CO110、二极管D1 112、检测电路(sense circuit)114、控制器116以及公共基准(common reference)118。第一绕组104被示为包括端子A和B，而第二绕组106被示为包括端子C和D。开关S1 102被示为包括端子120和122。在图1A中还示出了输入电压VIN124、输出电压VO126、输出电流IO127、电流ION128、反馈信号130,、驱动信号132、基准节点134、节点136以及负载138。
如图1A所示，第一绕组104借助于芯108而磁耦合到第二绕组106。也即，芯108对于第一绕组104和第二绕组106是公共的。在一个实施方案中，第一绕组104和第二绕组106分别是一个主电感的第一部分和第二部分。因此，包括在功率转换器100中的主电感可包括卷绕在单个芯周围的一根导线，其中所述导线被分成第一部分和第二部分，它们分别相应于第一绕组104和第二绕组106。在一个实施方案中，芯108包括铁磁材料。
第一绕组104的端子A被示为被连接以接收输入电压VIN124。在一个实施方案中，功率转换器100是交流-直流功率转换器，其中输入电压VIN124是直流电压——其已经通过对交流输入电压做整流和滤波而产生。功率转换器100可以可选地包括整流器和滤波器电路(未示出)，它们被连接以将输入电压VIN124提供给第一绕组104的端子A。
开关S1 102被示为被连接在第一绕组104和第二绕组106之间。更具体地，图1A将开关S1 102的端子120示为被连接到第一绕组104的端子B，而S1 102的端子122被连接到基准节点134。在一个实施方案中，开关S1 102被连接以使得当开关S1处于接通状态(也即闭合)时，电流ION128流经第一绕组104、流经开关S1 102，且流经第二绕组106。开关S1 102可被实现为半导体器件，诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，双极结晶体管(BJT)或绝缘栅双极晶体管(IGBT)。
控制器116被连接以提供驱动信号132来控制开关S1 102，以调节功率转换器100的输出。被调节的输出通常具有稳定的电压(例如输出电压VO126)、电流(例如，输出电流IO127)、输出功率或其中某些组合的形式。控制器116通过响应于反馈信号130来控制开关S1 102的接通和关断，以此调节该输出。在该实施例中，反馈信号130代表了输出电流IO127。在其他实施例中，反馈信号可代表输出电压126、输出功率或其某些组合。控制器116可被实施为单片集成电路，或者带有分立电子元件，或者为分立元件与集成元件的结合。控制器116和开关S1 102可构成被制造成混合或单片集成电路的集成控制电路的一部分。
图1A进一步将输出电容器CO110示为被连接在第一绕组104和第二绕组106之间。更具体地，输出电容器CO110被连接到基准节点134和第二绕组106的端子C。在所示的实施方案中，输出电容器CO110对功率转换器100的输出进行滤波，以提供基本恒定的输出电压VO126或输出电流IO127。如所示，输出电压VO126是输出电容器CO110两端的电压。
第二绕组106在图1A中被示为被连接在输出电容器CO110和公共基准118之间。更具体地，第二绕组106的端子C被连接到输出电容器CO110，而端子D被连接到公共基准118。如上述一个实施方案中所提及，当开关S1 102处于接通状态时，电流(也即，电流ION128)流经第二绕组106，该电流基本等于流经第一绕组104和开关S1 102的电流。
二极管D1 112被示为被连接在基准节点134和公共基准118之间。更具体地，二极管D1 112的阳极可被连接到公共基准118，而二极管D1 112的阴极被连接到基准节点134，以在开关S1 102处于关断状态时为来自第二绕组106的电流提供路径。例如，图1B是示出了当开关S1 102处于关断状态时的图1A的功率转换器100的示意图。如图1B中所示，在运行中，控制器116将开关S1 102切换到关断状态，从而基本阻止了电流流经第一绕组104和开关S1 102。然而，如图1B所示，当开关S1 102处于关断状态时，电流(也即，电流IOFF140)流经第二绕组106，该电流基本等于流经二极管D1 112的电流。
现在参见图1A和1B，功率转换器100可包括检测电路114，其被连接以将反馈信号130提供给控制器116。反馈信号130可以是电压信号或电流信号。虽然图1A和1B将检测电路114示为包括一检测电阻器RSENSE，但根据本发明的教导，检测电路114可包括分立、有源元件、或分立和有源元件的组合。在一个实施方案中，检测电阻器RSENSE被连接到负载138。也即，检测电阻器RSENSE可被连接到负载138，而其间没有隔离电路。如图1A和1B所示，检测电路114还被连接在开关S1 102和控制器116之间，以提供反馈信号130，其在一个实施例中代表了输出电流IO127。更具体地，检测电路114被连接在基准节点134和节点136之间。在一个实施方案中，检测电路114响应于一个相对于基准节点134而取得的电压来产生反馈信号130。不过，参考节点134可以直接连接到(也即，电短路)到开关102的端子122。因此，检测电路114可响应于一个相对于开关S1 102的端子122而取得的电压来产生反馈信号130。检测电路114在一个实施方案中也可以响应于检测电阻RSENSE两端的电压而产生反馈信号130。在一个实施例中，基准节点134借助于可选的连接142而连接到控制器116的公共端子COM，以作为控制器116的基准地(reference ground)。在一个实施例中，控制器116的基准地(例如，公共端子COM)是基准电压电平，相对于其产生驱动信号132并检测反馈信号130。因此，本发明的实施方案可包括同样相对于基准节点134而在检测电路114两端产生的反馈信号130。
在一个实施方案中，控制器116包括反馈端子FB，其被连接到节点136。当反馈信号130是电压信号时，在反馈端子处接收的反馈信号130是相对于开关S1 102的端子122的负电压。检测电路114提供了反馈信号130，其代表了输出电路IO127、输出电压VO126，或两者的组合。对于图1A和1B中所示的实施方案，反馈信号130提供了关于在开关S1 102的接通和关断期间的功率转换器100的输出电流IO127的信息。
图2A是示出了根据本发明的一个实施方案的具有处于接通状态的开关S1 202的功率转换器200的示意图。功率转换器200被表示为包括开关S1 202、第一绕组204、第二绕组206、芯208、输出电容器CO210、二极管D1 212、检测电路214、控制器216以及公共基准218。第一绕组204被示为包括端子A和B，而第二绕组206被示为包括端子C和D。开关S1 202被示为包括端子220和222。还在图2A中示出了，输入电压VIN224，输出电压VO226，输出电流IO227，电流ION228，反馈信号230、驱动信号232、基准节点234、节点236和负载238。
如图2A所示，第一绕组204借助于芯208而磁耦合到第二绕组206。也即，芯208对于第一绕组204和第二绕组206是公共的。在一个实施方案中，第一绕组204和第二绕组206分别是主电感的第一部分和第二部分。因此，包括在功率转换器200中的主电感可包括卷绕在单个芯周围的一根导线，其中所述导线被分成第一部分和第二部分，它们分别相应于第一绕组204和第二绕组206。在一个实施方案中，芯208包括铁磁材料。
第一绕组204的端子A被示为被连接以接收输入电压VIN224。在一个实施方案中，其中输入电压VIN224是已整流和滤波的交流电压。功率转换器200可以可选地包括整流器和滤波器电路(未示出)，它们被连接以将输入电压VIN224提供给第一绕组204的端子A。
开关S1 202被示为被连接在第一绕组204和第二绕组206之间。图2A将开关S1 202的端子220示为被连接到第一绕组204的端子B，而S1 202的端子222被连接到基准节点234。在一个实施方案中，开关S1 202被连接以使得当开关S1202处于接通状态(也即闭合)时，电流ION228流经第一绕组204、流经开关S1 202，且流经第二绕组206。开关S1 202可被实现为半导体器件，诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，双极结晶体管(BJT)或绝缘栅双极晶体管(IGBT)。
控制器216在图2A中被示为被连接以提供驱动信号232来控制开关S1 202的切换，以调节功率转换器200的输出。被调节的输出通常具有稳定的电压(例如输出电压VO226)、电流(例如，输出电流IO227)、输出功率或其中某些组合的形式。控制器216通过响应于反馈信号230来控制开关S1 202的接通和关断，以调节该输出。反馈信号230可代表输出电压226、输出电流IO227、输出功率或其中某些组合。控制器216可被实施为单片集成电路，或者带有分立电子元件，或者为分立元件与集成元件的结合。控制器216和开关S1 202可构成被制造成混合或单片集成电路的集成控制电路的一部分。
第二绕组206在图2A中被示为被连接在检测电路214和输出电容器CO210之间。图2A示出了，第二绕组206的端子C被连接到检测电路214，而端子D被连接到输出电容器CO210。如上文所提及，当开关S1 202处于接通状态时，电流(也即，电流ION228)流经第二绕组206，该电流基本等于流经第一绕组204和开关S1 202的电流。
图2A进一步将输出电容器CO210示为被连接在第二绕组206和公共基准218之间。在所示的实施方案中，输出电容器CO210对功率转换器200的输出进行滤波，以提供基本恒定的输出电压VO226或输出电流IO227。如所示，输出电压VO226是输出电容器CO210两端的电压。
二极管D1 212被示为被连接在基准节点234和公共基准218之间。更具体地，二极管D1 212的阳极可被连接到公共基准218，而二极管D1 212的阴极被连接到基准节点234，以在开关S1 202处于关断状态时为自第二绕组206流来的电流提供路径。例如，图2B是示出了当开关S1 202处于关断状态时图2A的功率转换器200的示意图。如图2B中所示，在运行中，控制器216将开关S1 202切换到关断状态，从而基本阻止了电流流经第一绕组204和开关S1 202。然而，如图2B中所示，当开关S1 202处于关断状态时，电流(也即，电流IOFF 240)流经第二绕组206，该电流基本等于流经二极管D1 212的电流。
现在参见图2A和2B，功率转换器200可包括检测电路214，其被连接以将反馈信号230提供给控制器216。虽然图2A和2B将检测电路214示为包括一检测电阻器RSENSE，但是根据本发明的教导，检测电路214可包括分立、有源元件、或分立和有源元件的组合。在一个实施方案中，检测电阻器RSENSE包括被连接到基准节点234的一个端子，和被连接到第二绕组206的端子C的另一个端子。如图2A和2B所示，检测电路214还被连接在开关S1 202和控制器216之间，以提供反馈信号230，其在一个实施例中代表了输出电流IO227。在一个实施方案中，检测电路214响应于相对于基准节点234而取得的电压来产生反馈信号230。不过，参考节点234可以直接连接到(也即，电短路)到开关S1 202的端子222。因此，检测电路214可响应于一个相对于开关S1 202的端子222而取得的电压来产生反馈信号230。检测电路214在一个实施方案中也可以响应于检测电阻RSENSE两端的电压而产生反馈信号230。在一个实施例中，基准节点234借助于可选的连接242而连接到控制器216的公共端子COM，以作为控制器216的基准地。在一个实施例中，控制器216的基准地(例如，公共端子COM)是基准电压电平，相对于其产生驱动信号232并检测反馈信号230。因此，本发明的实施方案可包括同样相对于基准节点234而在检测电路214两端上产生的反馈信号230。
在一个实施方案中，控制器216包括反馈端子FB，其被连接到节点236，且因此反馈信号230具有相对于开关S1 202的端子222以及节点234的负电压。此外，在图2A和2B所示的实施方案中，检测电路214提供了反馈信号230，其代表功率转换器200在开关S1 202的接通和关断状态期间的输出。
图3A是示出了根据本发明的一个实施方案的具有处于接通状态的开关S1 302的功率转换器300的示意图。功率转换器300被示为包括开关S1 302、第一绕组304、第二绕组306、芯308、输出电容器CO310、二极管D1 312、检测电路314、控制器316以及公共基准318。第一绕组304被示为包括端子A和B，而第二绕组306被示为包括端子C和D。开关S1 302被示为包括端子320和322，而检测电路314被示为包括了电阻器RSENSE340和电容器CSENSE342。还在图3A中示出了，输入电压VIN324，输出电压VO326，输出电流IO327，电流ION328，反馈信号330、驱动信号332、基准节点334、节点336和负载338。
如图3A所示，第一绕组304借助于芯308而磁耦合到第二绕组306。也即，芯308对于第一绕组304和第二绕组306是公共的。在一个实施方案中，第一绕组304和第二绕组306分别是主电感的第一部分和第二部分。因此，包括在功率转换器300中的主电感可包括卷绕在单个芯周围的一根导线，其中所述导线被分成第一部分和第二部分，它们分别相应于第一绕组304和第二绕组306。在一个实施方案中，芯308包括铁磁材料。
第一绕组304的端子A被连接以接收输入电压VIN324。在一个实施方案中，其中输入电压VIN324是已整流和滤波的交流电压。功率转换器300可以可选地包括整流器和滤波器电路(未示出)，它们被连接以将输入电压VIN324提供给第一绕组304的端子A。
开关S1 302被连接在第一绕组304和第二绕组306之间。更具体地，图3A将开关S1 302的端子320示为被连接到第一绕组304的端子B，而开关S1 302的端子322被连接到基准节点334。在一个实施方案中，开关S1 302被连接以使得当开关S1处于接通状态(也即闭合)时，电流ION328流经第一绕组304、流经开关S1 302，且流经第二绕组306。开关S1 302可被实现为半导体器件，诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，双极结晶体管(BJT)或绝缘栅双极晶体管(IGBT)。
控制器316在图3A中被示为被连接以提供驱动信号332来控制开关S1 302的切换，以调节功率转换器300的输出。被调节的输出通常具有稳定的电压(例如输出电压VO326)、电流(例如，输出电流IO327)、输出功率或其中某些组合的形式。控制器316通过响应于反馈信号330来控制开关S1 302的接通和关断，以调节该输出。反馈信号330可代表输出电压326、输出电流IO327、输出功率或其中某些组合。另外，反馈信号330可以是电压信号或电流信号。控制器316可被实施为单片集成电路，或者带有分立电子元件，或者为分立元件与集成元件的结合。控制器316和开关S1 302可构成被制造成混合或单片集成电路的集成控制电路的一部分。
第二绕组306在图3A中被示为被连接在开关S1 302和输出电容器CO310之间。更具体地，图3A示出了，第二绕组306的端子C被连接到基准节点334，而端子D被连接到输出电容器CO310。如一个实施方案中所提及，当开关S1 302处于接通状态时，电流(也即，电流ION328)流经第二绕组306，该电流基本等于流经第一绕组304和开关S1 302的电流。
图3A进一步将输出电容器CO310示为被连接在第二绕组306和公共基准318之间。在所示的实施方案中，输出电容器CO310对输出电压VO326或输出电流IO327进行滤波。如所示，输出电压VO326是输出电容器CO310两端的电压。
二极管D1 312被示为被连接在控制器316和公共基准318之间。更具体地，二极管D1 312的阳极可被连接到公共基准318，而二极管D1 312的阴极被连接到节点336，以在开关S1 302处于关断状态时为自第二绕组306流来的电流提供路径。例如，图3B是示出了当开关S1 302处于关断状态时图3A的功率转换器300的示意图。如图3B中所示，在运行中，控制器316将开关S1 302切换到关断状态，从而基本阻止了电流流经第一绕组304和开关S1 302。然而，如图3B中所示，当开关S1 302处于关断状态时，电流(也即，电流IOFF340)流经第二绕组306，该电流基本等于流经二极管D1 312的电流。
现在参见图3A和3B，功率转换器200可包括检测电路314，其被连接以将反馈信号330提供给控制器316。虽然图3A和3B将检测电路314示为包括一检测电阻器RSENSE340和一检测电容器342，但是根据本发明的教导，检测电路314可包括分立、有源元件、或分立和有源元件的组合。在一个实施方案中，检测电阻器RSENSE340包括被连接到基准节点334的一个端子，和被连接到节点336的另一个端子，而检测电容器CS342被连接在检测电阻器RSENSE340两端。如图3A和3B所示，检测电路314还被连接在开关S1 302和控制器316之间，以提供反馈信号330，其在一个实施例中代表了输出电流IO327。在一个实施方案中，检测电路314响应于相对于基准节点334而取得的电压来产生反馈信号330。不过，参考节点334可以直接连接到(也即，电短路)到开关S1 302的端子322。因此，检测电路314可响应于一个相对于开关S1 302的端子322而取得的电压来产生反馈信号330。检测电路314也可以响应于检测电阻RSENSE340两端的电压而产生反馈信号330。在一个实施例中，基准节点334借助于可选的连接342而连接到控制器316的公共端子COM，以作为控制器316的基准地。在一个实施例中，控制器316的基准地(例如，公共端子COM)是基准电压电平，相对于其产生驱动信号232并检测反馈信号330。因此，本发明的实施方案可包括同样相对于基准节点334而在检测电路314两端产生的反馈信号330。
在一个实施方案中，控制器316包括反馈端子FB，其直接被连接到节点336，且因此反馈信号330具有相对于开关S1 302的节点334和端子322的正电压。此外，在图3A和3B所示的实施方案中，检测电路314提供了反馈信号330，其代表功率转换器300在开关S1 302的关断状态期间的输出。在该实施例中，电容器CS342因此被置于和电阻器340并联，作为对在电阻器340两端产生的电压信号进行滤波的工具，从而根据本发明的教导，提供一个相对于基准节点334的基本直流的反馈信号330给控制器316。
图4是示出了根据本发明的一个实施方案的具有集成控制电路401的功率转换器400的示意图。功率转换器400是图3A和3B的功率转换器300的一个可能的实施方式。功率转换器400被示为包括集成控制电路401、第一绕组404、第二绕组406、芯408、输出电容器CO410、二极管D1 412、检测电路414以及公共基准418。集成控制电路401被示为包括，开关S1 402、控制器416、以及端子403、405和407。第一绕组404被示为包括端子A和B，而第二绕组406被示为包括端子C和D。检测电路414被示为包括了电阻器RSENSE440和电容器CSENSE442。同样在图4中示出了，输入电压VIN424，输出电压VO426，输出电流IO427，基准节点434、节点436和负载438。负载438被示为包括了发光二极管(LED)阵列444。
如图4所示，第一绕组404借助于芯408而磁耦合到第二绕组406。也即，芯408对于第一绕组404和第二绕组406是公共的。在一个实施方案中，第一绕组404和第二绕组406分别是主电感的第一部分和第二部分。因此，包括在功率转换器400中的主电感可包括卷绕在单个芯周围的一根导线，其中所述导线被分成第一部分和第二部分，它们分别相应于第一绕组404和第二绕组406。在一个实施方案中，芯408包括铁磁材料。
第一绕组404的端子A被示出为被连接以接收输入电压VIN424。在一个实施方案中，输入电压VIN424是已整流和滤波的交流电压。功率转换器400可以可选地包括整流器和滤波器电路(未示出)，它们被连接以将输入电压VIN424提供给第一绕组404的端子A。
集成控制电路401被示为被连接在第一绕组404和第二绕组406之间。更具体地，图4将集成控制电路401的端子403示出为被连接到第一绕组404的端子B，而集成控制电路401的端子405被连接到基准节点434。在一个实施方案中,集成控制电路401被连接以使得当开关402处于接通状态(也即，闭合)时，电流ION428流经第一绕组404、端子403和405之间，并且经过第二绕组406。虽然图4将开关402示为一金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，开关402也可被实现为半导体器件，诸如双极结晶体管(BJT)或绝缘栅双极晶体管(IGBT)。开关402被示为包括被连接到集成控制电路401的端子403的一个漏极端子，并且被示为包括被连接到端子405的一个源极端子。
在集成控制电路401中还包括了控制器416，其被连接以控制开关402的切换，以调节功率转换器400的输出电流IO427。控制器416通过响应于在反馈端子407处接收到的反馈信号产生一驱动信号来控制开关S1 402的接通和关断，调节了传递到负载438的输出电流IO427。端子407处的反馈信号可代表了输出电流IO427。
第二绕组406在图4A中被示为被连接在集成控制电路401和输出电容器CO410之间。图4将第二绕组406的端子C示为被连接到基准节点434，而端子D被连接到输出电容器CO410。如上文在一个实施方案中所提及，一电流(也即，电流ION428)流经第二绕组406，其基本等于开关402处于接通状态时，流经第一绕组404以及集成控制电流401的端子403和405之间的电流。
图4还示出了输出电容器CO410被连接在第二绕组406和公共基准418之间。在所示的实施方案中，输出电容器CO410对功率转换器400的输出进行滤波，以提供基本恒定的输出电压VO426或输出电流IO427。如所示，输出电压VO426是在输出电容器CO410两端的电压。
电容器D1 412被示为被连接在集成控制电路401和公共基准418之间。更具体地，二极管D1 412的阳极可被连接到公共基准418，而二极管D1 412的阴极被连接到节点436，以在开关402处于关断状态时为自第二绕组406流来的电流提供路径。在运行中，控制器416将开关402切换到关断状态，从而基本阻止了电流流经第一绕组404和开关402。然而，当开关402处于关断状态时，电流(参见例如图3B的电流IOFF340)流经第二绕组406，该电流基本等于流经二极管D1 412的电流。
功率转换器400可包括一个检测电路414，其被连接以提供一反馈信号给集成控制电路401的反馈端子407。虽然图4将检测电路414示为包括了一个检测电阻器RSENSE440和一个检测电容器CS442，但根据本发明的教导，检测电路414也可包括分立、有源元件、或分立和有源元件的组合。在一个实施方案中，检测电阻器RSENSE440包括被连接到基准节点434的一个端子和被连接到节点436的另一个端子，而检测电容器CS442被连接在检测电阻器RSENSE两端。如图4所示，检测电路414还被连接在集成控制电路414的端子405和407之间。在一个实施方案中，检测电路414响应于相对于基准节点434而取得的电压，来产生一个反馈信号。然而，基准节点434也可直接连接(也即，电短路)到集成控制电路401的端子405。因此，检测电路414可响应于相对于集成控制电路401的端子405而取得的电压来产生该反馈信号，其中在一个实施例中端子405是公共端子(例如，集成控制电路401的基准地)。在一个实施例中集成控制电路401的基准地(例如，公共端子405)是基准电压电平，相对于其由控制器416产生一驱动信号然后施加给开关402的栅极。因此，控制器416和集成控制电路401的基准地，可以是公共端子405处的基准电压电平。同样，集成控制电路401的基准地可以是基准电压电平，相对于该电平检测到在反馈端子FB407处所接收的反馈信号。因此，本发明的实施方案可包括在反馈端子FB407处收到的反馈信号，其是同样相对于公共端子405在检测电路414两端而产生的。
检测电路414也可响应于检测电阻器RSENSE两端的电压而产生所述反馈信号。在所示的实施方案中，当开关402处于关断状态时，检测电阻器RSENSE440两端的电压代表了输出电流IO427，且电容器CS442对检测电阻器RSENSE440两端的电压进行滤波将基本直流的反馈信号提供给集成电路401的FB端子407。
在所示的实施方案中，反馈端子407直接连接到节点436，且因此在端子407处接收的反馈信号是相对于节点434和集成控制电路401的端子405的正电压。此外，在图4的所示的实施方案中，检测电路414在反馈端子407处提供了一个反馈信号，其代表了在开关402关断期间的输出电流IO427。
图5是示出了根据本发明的一个实施方案的主电感500的图。主电感500是包括在图1A、1B、2B、2C、3A、3B和4中的功率变换器100、200、300或400中的第一和第二绕组的一个可能的实施方式。主电感500在图5中被示为包括第一绕组504、第二绕组506和芯508。第一绕组504被示为包括第一导线510、端子A512和端子B514。第二绕组506被示为包括第二导线516、端子C518和端子D520。
如图5所示，第一绕组504借助于芯508而被磁耦合到第二绕组506。也即，芯508对于第一绕组504和第二绕组506是公共的。在一个实施方案中，第一绕组504和第二绕组506是主电感的第一和第二部分。因此，主电感500可包括卷绕在单个芯周围的一根导线，其中该导线被分成第一导线510和第二导线516，分别相应于第一绕组504和第二绕组506。虽然图5将芯508示为圆柱，但芯508也可被配置为包括任何适当的形状，诸如，I形芯、C形或U形芯、E型芯或环形芯等。在一个实施方案中，芯508包括铁磁材料。在另一个实施方案中，芯508是空气芯，而导线510和516是刚性线圈导线，其被成型为在线圈中心形成空洞。
图6A、6B、7、8和9中示出的电源可被应用在如下应用中：在这些应用中，负载使用负电压而控制器为反馈信号接收正电压。图6A、6B、7、8和9中的功率转换器一般具有被连接到电能源的输入，且具有被连接到负载的输出。例如，功率转换器600包括端子601和603，其作为被连接到电能源(例如，输入电压VIN624的源)的输入。功率转换器600也包括端子605和607，其作为被连接到负载638的输出。
图6A是示出了根据本发明的一个实施方案的具有处于接通状态的开关S1 602的功率转换器600的示意图。功率转换器600被示为包括开关S1 602、第一绕组604、第二绕组606、芯608、输出电容器CO610、二极管D1 612、控制器616、公共基准618、电阻器R1 644以及电阻器R2 646。电阻器R1 644和电阻器R2 646也可被称为检测电路。第一绕组604被示为包括端子C和D，而第二绕组606被示为包括端子A和B。开关S1 602被示为包括端子620和622。图6A中还示出了的是输入电压VIN624、输出电压VO626、电流ION628、驱动信号632、基准节点634、以及负载638。
如图6A中所示，第一绕组604借助于芯608而磁耦合到第二绕组606。也即，芯608对于第一绕组604和第二绕组606是公共的。在一个实施方案中，第一绕组604和第二绕组606分别是主电感的第一部分和第二部分。因此，包括在功率转换器600中的主电感可包括卷绕在单个芯周围的一根导线，其中所述导线被分成第一部分和第二部分，它们分别相应于第一绕组604和第二绕组606。在一个实施方案中，芯608包括铁磁材料。图5中示出的主电感500是第一绕组604和第二绕组606的一个可能的实施方案。
在功率转换器600的所示的实施方案的一个实施例中，第一绕组604的匝数远大于第二绕组606的匝数。当第一绕组604的匝数远大于第二绕组606的匝数时，输出电容器CO610在开关S1 602的接通期间放电，而在开关S1 602的关断期间充电。相对于公共基准618的输出电压VO626也可以是负的，这部分是由驱动信号632的占空比造成的。
第一绕组604的端子D被示为被连接以接收输入电压VIN624。在一个实施方案中，功率转换器600是交流-直流功率转换器，其中输入电压VIN624是通过对交流输入电压进行整流和滤波而产生的直流电压。功率转换器600可以可选地包括整流器和滤波器电路(未示出)，它们被连接以将输入电压VIN624提供给第一绕组604的端子D。
开关S1 602被示为被连接在第一绕组604和第二绕组606之间。更具体地，图6A示出了开关S1 602的端子620被连接到第一绕组604的端子C，而开关S1 602的端子622被连接到第二绕组606的端子B。在一个实施方案中，开关S1 602被连接以使得当开关S1 602处于接通状态(也即，闭合)时，电流ION628流经第一绕组604、经过开关S1 602、并且到功率转换器600的输出电路，并且到负载638。在一个实施方案中，功率转换器600的输出电路包括电流ION628的至少一部分(也即，电流IC)可流过其中的CO610——由于电容器诸如输出电容器CO610的阻抗非常低。如图6A中所示，输出电容器CO610的电流被示为电流IC。在一个实施方案中，将注意到的是，在开关S1 602的接通时间内流动的电流ION628在一个减少了输出电容器CO610两端的输出电压VO626的值的方向上流动。开关S1 602可被实施为半导体器件，诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，双极结晶体管(BJT)或绝缘栅双极晶体管(IGBT)。
控制器616被连接以提供驱动信号632，以控制开关S1 602的切换，以调节功率转换器600的输出。被调节的输出通常具有稳定的电压(例如，输出电压VO626)、电流、输出功率，或其中某些组合的形式。换句话说，控制器616调节了到功率转换器600的输出的能量流。控制器616通过响应于在反馈端子FB处接收的信号来控制开关S1 602的接通和关断，以调节该输出。在该实施例中，在反馈端子FB处接收的信号代表了输出电压VO626。在其他实施例中，在反馈端子FB处接收的信号可代表输出电流、输出功率或其某些组合。控制器616可被实施为单片集成电路，或带有分立电子元件，或者为分立元件与集成元件的结合。控制器616和开关S1 602可构成集成控制电路的一部分，该集成控制电路被制造为混合集成电路或单片集成电路。所述控制器616和开关S1 602可以被指称为一个控制电路。
图6A进一步将输出电容器CO610示出为被连接在第二绕组606和二极管D1 612之间。更具体地，输出电容器CO610的一端被连接到第二绕组606的端子B。输出电容器CO610的另一端被连接到公共基准618。在所示的实施方案中，输出电容器CO610对功率转换器600的输出进行滤波，以给负载638提供基本恒定的输出电压VO626。如所示，输出电压VO626是输出电容器CO610两端的电压。在一个实施方案中，公共基准618处的电压大于第二绕组606的端子B处的电压。同样地，输出电压VO626相对于公共基准618为负。
第二绕组606在图6A中被示为被连接在开关S1 602和二极管D1612之间。更具体地，第二绕组606的端子B被连接到输出电容器CO610，而端子A被连接到二极管D1 612。二极管D1 612被示为被连接在第二绕组606和公共基准618之间。更具体地，二极管D1 612的阳极可被连接到第二绕组606的端子A，而二极管D1 612的阴极可被连接到公共基准618，以在开关S1 602处于关断状态时为来自第二绕组606的电流提供路径。例如，图6B是示出了当开关S1 602处于关断状态时的图6A的功率转换器600的示意图。如图6B中所示，在运行中，控制器616将开关S1 602切换到关断状态，从而基本阻止电流流经第一绕组604和开关S1 602。然而，如图6B所示，当开关S1 602处于关断状态时，电流(也即，电流IOFF640)流经第二绕组606，该电流基本等于流经二极管D1 612的电流。电流IOFF640也流向功率转换器600的输出电路。由于电容器CO610通常为低阻抗，电流IOFF640的至少一部分(也即，电流IC)流经电容器CO610。应注意，电流IOFF640流动方向为使输出电容器CO610两端的电压VO626增加。因此，在开关602的接通状态期间在输出电容器CO610中的电流的方向，是与在开关602的关断状态期间且当电流IOFF640流动时在输出电容器CO610中的电流流动的方向相反的。
现在参见图6A和6B，功率转换器600也可包括电阻器R1 644和R2 646，它们作为一个检测电路，以提供反馈信号给控制器616。反馈信号可以是电压信号或者是电流信号。在一个实施方案中，由电阻器R1 644和R2 646提供的反馈信号是电压信号。电阻器R1 644和R2 646在输出电压VO626上形成了电阻分压器。控制器616的反馈端子FB被连接在电阻器R1 644和R2 646之间。在一个实施方案中，所述反馈信号是电阻器R1 644两端的电压。如上所述，在另一个实施方案中，认识到的是，反馈信号可以代表在负载638内流动的输出电流，或另一参数。一般地，所述控制器616因此响应于反馈信号来调节到功率转换器的输出的能量流，而不管被调节的参数(输出电流、输出电压、输出功率等)为何。在一个实施方案中，输出电压VO626相对于公共基准618为负，且在公共基准618处的电压大于在开关S1 602的端子622处的电压。同样，在控制器616的反馈端子FB处接收的电压是正电压。在一个实施方案中，检测电路被连接到负载638。也即，电阻器R1 644和R2 646可被连接到负载638，而其间没有隔离电路。电阻器R1 644被连接到负载638的一端，而电阻器R2 646被连接到负载638的另一端。
如图6A和6B中所示，由电阻器R1 644和R2 646形成的电阻分压器(检测电路)，也被连接到开关S1 602的端子622。在一个实施方案中，电阻器R1 644和R2 646响应于相对于开关602的端子622而取得的电压来产生反馈信号。在一个实施例中，开关S1 602的端子622借助于连接642而连接到控制器616的一个公共端子COM，以作为控制器616的基准地。在一个实施例中，控制器616的基准地(例如，公共端子COM)是基准电压电平，相对于其产生驱动信号632并检测反馈信号。在一个实施方案中，开关S1 602的端子622可以用作控制器616的公共端子COM。对于图6A和6B中示出的功率转换器600，功率转换器600给负载638提供了相对于公共基准618的负的输出电压VO626，而功率转换器600的控制器616在反馈端子FB处接收一个正电压。
图7是示出了根据本发明的一个实施方案的具有多个输出的功率转换器700的示意图。功率转换器700被示为包括了开关S1 702、第一绕组704、第二绕组706、芯708、第一输出电容器CO1710，二极管D1 712、控制器716、公共基准718、电阻器R1 744、电阻器R2 746，二极管D2 750以及第二输出电容器CO2752。电阻器R1 744和电阻器R2 746的组合也可被称为是检测电路。第一绕组704被示为包括端子C和D，而第二绕组706被示为包括端子A和B。第二绕组706也包括了绕组分接器707。开关702被示为包括了端子720和722。在图7中还示出了输入电压VIN724，第一输出电压VO1726，第二输出电压VO2754，驱动信号732，第一负载738以及第二负载756。功率转换器700类似于图6A和6B中示出的功率转换器600，不过，功率转换器700示出了一个具有多个输出的实施方案。虽然，图7将功率转换器700示为包括两个输出，应认识到，根据本发明的实施方案的功率转换器可具有任意数量的输出。
图7还示出了二极管712和第一输出电容器CO1710，它们被连接到第二绕组706的绕组分接器707，以将第一输出电压VO1726提供给第一负载738。图7还示出了二极管D2 750和第二输出电容器CO2752，它们被连接到第二绕组706的端子B，以将第二输出电压VO2754提供给第二负载756。
如图7中所示，第一绕组704借助于芯708而磁耦合到第二绕组706。也就是说，芯708对于第一绕组704和第二绕组706是公共的。在一个实施方案中，第一绕组704和第二绕组706分别是主电感的第一和第二部分。因此，包括在功率转换器700中的主电感可包括卷绕在单个芯周围的一根导线，其中所述导线被分成第一部分和第二部分，它们分别相应于第一绕组704和第二绕组706。在一个实施方案中，芯708包括铁磁材料。第二绕组706还包括了一个绕组分接器707，其被示为被连接到二极管D1 712。在一个实施例中，绕组分接器707是绕组的端子之间(例如，在第二绕组706的端子A和B之间)的中间连接件。图5中所示的主电感500是第一绕组704和第二绕组706的一个可能的实施方式，其中给绕组504添加了一个连接，以用作绕组分接器707。
在所示的功率转换器700实施方案的一个实施例中，第一绕组704的匝数远大于第二绕组706的匝数。当第一绕组704的匝数远大于第二绕组706的匝数时，输出电容器CO1710在开关S1 702的接通时间内放电并且在其关断时间内充电。第一输出电压VO1726和第二输出电压VO2754也可以相对于公共基准718为负，这部分是由于驱动信号732的占空比造成的。
第一绕组704的端子D被示为被连接以接收输入电压VIN724。在一个实施方案中，功率转换器700是交流-直流功率转换器，其中输入电压VIN724是通过对交流输入电压进行整流和滤波而产生的直流电压。开关S1 702被示为被连接在第一绕组704和第二绕组706之间。更具体地，图7将开关S1 702的端子720示为被连接到第一绕组704的端子C，而开关S1 702的端子722经过二极管D1 712被连接到第二绕组706的绕组分接器707。在一个实施方案中，开关S1 702被连接以使得当开关S1 702处于接通状态(也即，闭合)时，电流流经第一绕组704、经过开关S1 702并且到功率转换器700的第一输出电路，并且到负载738。在一个实施方案中，功率转换器700的第一输出电路包括第一输出电容器CO1710。开关S1 702可以被实施为半导体器件，诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，双极结晶体管(BJT)或绝缘栅双极晶体管(IGBT)。
控制器716被连接以提供驱动信号732以控制开关S1 702的切换，以此来调节功率转换器700的输出。被调节的输出通常具有稳定的电压(例如，第一输出电压VO1726、第二输出电压VO2754，或两者)、电流、输出功率或其中某些组合的形式。对于所示的实施例，功率转换器700调节了第一输出电压VO1726。控制器716通过响应于在反馈端子FB处接收的信号控制开关702接通和断开，来调节输出。在图7所示的实施例中，反馈端子FB处接收的信号代表第一输出电压VO1726。在其他实施例中，在反馈端子FB处收到的信号可以代表输出电流、输出功率或其中某些组合。控制器716可被实施为单片集成电路，或者带有分立的电子元件，或分立元件和集成元件的组合。控制器716和开关S1 702可构成被制造为混合或单片集成电路的集成控制电路的一部分。控制器716和开关S1 702可被指称为控制电路。
如上所述，功率转换器700具有多个输出。在一个实施例中，第一输出电容器CO1710的一端被连接到二极管D1 712和开关S1 702的端子722，而第一输出电容器CO1710的另一端被连接到公共基准718以及第二绕组706的端子A。在所示的实施方案中，第一输出电容器CO1710对功率转换器700的一个输出进行滤波，以给第一负载738提供基本恒定的第一输出电压VO1726。如所示，第一输出电压VO1726是第一输出电容器CO1710两端的电压。在一个实施方案中，公共基准718处的电压大于开关S1 702的端子722处的电压。同样地，第一输出电压VO1726相对于公共基准718为负。
在所示的实施例中，第二输出电容器CO2752的一端被连接到二极管D2 750，而第二输出电容器CO2752的另一端被连接到公共基准718以及第二绕组706的端子A。在所示的实施方案中，第二输出电容器CO2752对功率转换器700的另一输出进行滤波，以给第二负载756提供基本恒定的第二输出电压VO2754。如所示，第二输出电压VO2754是第二输出电容器CO2752两端的电压。在一个实施方案中，第二输出电压VO2754相对于公共基准718为负。第二输出电压VO2754的大小可大于第一输出电压VO1726的大小。
在图7中，第二绕组706被示为被连接在二极管D2 750和公共基准718之间。更具体地，第二绕组706的端子B被连接到二极管D2 750的阴极，而端子A被连接到公共基准718。二极管D2 750的阳极被连接到第二输出电容器CO2752。此外，第二绕组706的绕组分接器707被连接到二极管D1 712的阴极。二极管D1 712的阳极被连接到第一输出电容器CO1710。当开关S1 702处于关断状态时，电流从第二绕组706流到功率转换器700的输出电路。例如，电流从第二绕组706流到第二输出电容器CO2752和第二负载756的输出电路。电流也从第二绕组706流到第一输出电容器CO1710和第一负载738的输出电路。
电阻器R1 744和R2 746形成一个检测电路，以给控制器716提供反馈信号。控制器716的反馈端子FB处收到的反馈信号可以是电压信号或电流信号。在一个实施方案中，由电阻器R1 744和R2 746提供的反馈信号是电压信号。如所示，电阻器R1 744和R2 746在第一输出电压VO1726上形成一个电阻分压器。控制器716的反馈端子FB被连接在电阻器R1 744和电阻器R2 746之间。在控制器716的反馈端子FB处接收的电压基本是电阻器R1 744两端的电压。如上所述，第一输出电压VO1726相对于公共基准718为负。同样地，在控制器716的反馈端子FB处接收的电压是正的。电阻器R1 744被连接到第一负载738的一端，而电阻器R2 746被连接到第一负载738的另一端。此外，电阻器R1 744和R2 746可被连接到第一负载738，而其间没有隔离电路。
如图7中所示，由电阻器R1 744和R2 746形成的电阻分压器(检测电路)也被连接到开关S1 702的端子722。在一个实施方案中，电阻器R1 744和R2 746响应于一个相对于开关S1 702的端子722而取得的电压来产生所述反馈信号。在一个实施例中，开关S1 702的端子722借助于连接742而被连接到控制器716的公共端子COM，以作为控制器716的基准地。在一个实施例中，控制器716的基准地(例如，公共端子COM)是基准电压电平，相对于其产生驱动信号732并检测反馈信号。在一个实施方案中，开关S1 702的端子722可被用做控制器716的公共端子COM。对于图7中所示的功率转换器700，所述功率转换器700提供了相对于所述公共基准718为负的第一输出电压VO1726和负的第二输出电压VO2754，而功率转换器700的控制器716在反馈端子FB处接收正电压。
图8是示出根据本发明的一个实施方案的具有多个输出的功率转换器800的示意图。功率转换器800被示为包括开关S1 802、第一绕组804、第二绕组806、芯808、第一输出电容器CO1810、二极管D1 812，控制器816、公共基准818、电阻器R1 844、电阻器R2 846、二极管D2 850以及第二输出电容器CO2852。电阻器R1 844和电阻器R2 846的组合也可被指称为检测电路。第一绕组804被示为包括端子C和D，而第二绕组806被示为包括端子A和B。第二绕组806还包括绕组分接器807。开关S1 802被示为包括端子820和822。在图8中还示出了输入电压VIN824、第一输出电压VO1826、第二输出电压VO2854、驱动信号832、基准节点834、第一负载838以及第二负载856。功率转换器800和图7中所示的功率转换器700相似，不过，功率转换器800示出了本发明的一个实施方案，在该实施方案中，响应于第二输出(也即，第二输出电容器CO2852两端的电压)而产生一反馈电压。虽然图8将功率转换器800示为包括两个输出，应认识到，根据本发明的实施方案的功率转换器可具有任意数量的输出。
图8还示出了二极管812和第一输出电容器CO1810，它们被连接到第二绕组806的绕组分接器807，以给第一负载838提供第一输出电压VO1826。图8还示出了二极管D2 850和第二输出电容器CO2852，它们被连接到第二绕组806的端子B，以给第二负载856提供第二输出电压VO2854。
如图8所示，第一绕组804借助于芯808而被磁耦合到第二绕组806。也即，芯808对于第一绕组804和第二绕组806是公共的。在一个实施方案中，第一绕组804和第二绕组806分别是主电感的第一和第二部分。因此，在功率转换器800中包括的主电感可包括卷绕在单个芯周围的一根导线，其中该导线被分成第一部分和第二部分，分别相应于第一绕组804和第二绕组806。在一个实施方案中，芯808包括一种铁磁材料。第二绕组806还包括绕组分接器807，其被示为被连接到二极管D1 812。在一个实施例中，绕组分接器807是绕组的端子之间(例如，在第二绕组806的端子A和B之间)的中间连接件。图5中所示的主电感500是第一绕组804和第二绕组806的一个可能实施方式，其中给绕组504添加了一个连接，以用作绕组分接器807。
在所示的功率转换器800的实施方案的一个实施例中，第一绕组804的匝数远大于第二绕组806的匝数。当第一绕组804的匝数远大于第二绕组806的匝数时，输出电容器CO2852在开关S1 802的接通期间放电，而在其关断期间充电。第一输出电压VO1826和第二输出电压VO2854相对于公共基准818也可以是负的，这部分是由于驱动信号832的占空比造成的。
第一绕组804的端子D被示为被连接以接收输入电压VIN824。在一个实施方案中，功率转换器800是交流-直流功率转换器，其中输入电压VIN824是通过对交流输入电压进行整流和滤波而产生的直流电压。开关S1 802被示为被连接在第一绕组804和第二绕组806之间。更具体地，图8示出了，开关S1 802的端子820被连接到第一绕组804的端子C，而开关S1 802的端子822经过二极管D2 850被连接到第二绕组806的端子B。在一个实施方案中，开关S1 802被连接以使得当开关S1 802处于接通状态(也即，闭合)时，电流流经第一绕组804、经过开关S1 802并且到功率转换器800的第二输出电路，并且到负载856。在一个实施方案中，功率转换器800的第二输出电路包括第二输出电容器CO2852。开关S1 802可以被实施为半导体器件，诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，双极结晶体管(BJT)或绝缘栅双极晶体管(IGBT)。
控制器816被连接以提供驱动信号832以控制开关S1 802的切换，以此来调节功率转换器800的输出。被调节的输出通常具有稳定的电压(例如，第一输出电压VO1826、第二输出电压VO2854，或两者)、电流、输出功率或其中某些组合的形式。对于所示的实施例，功率转换器800调节了第二输出电压VO2854。控制器816通过响应于在反馈端子FB处接收的信号控制开关802的接通和断开，以此来调节输出。在图8中所示的实施例中，在反馈信号FB处接收的信号代表第二输出电压VO2854。在其他实施例中，在反馈端子FB处收到的信号可以代表输出电流、输出功率或其中某些组合。控制器816可被实施为单片集成电路，或者具有分立电子元件，或分立元件和集成元件的组合。控制器816和开关S1 802可构成被制造为混合或单片集成电路的集成控制电路的一部分。控制器816和开关S1 802可被指称为控制电路。
如上所述，功率转换器800具有多个输出。在一个实施例中，第一输出电容器CO1810的一端被连接到二极管D1 812，而输出电容器CO1810的另一端被连接到公共基准818。在所示的实施方案中，第一输出电容器CO1810对功率转换器800的一个输出进行滤波，以给第一负载838提供基本恒定的第一输出电压VO1826。如所示，第一输出电压VO1826是第一输出电容器CO1810两端的电压。在一个实施方案中，第一输出电压VO1826相对于公共基准818为负。
在所示的实施例中，第二输出电容器CO2852的一端被连接到二极管D2 850以及开关S1 802的端子822，而第二输出电容器CO2852的另一端被连接到公共基准818。在所示的实施方案中，第二输出电容器CO2852对功率转换器800的另一输出进行滤波，以给第二负载856提供基本恒定的第二输出电压VO2854。如所示，第二输出电压VO2854是第二输出电容器CO2852两端的电压。在一个实施方案中，公共基准818处的电压大于开关S1 802的端子822处的电压。同样地，第二输出电压VO2854相对于公共基准818为负。第二输出电压VO2854的大小可大于第一输出电压VO1826的大小。
在图8中，第二绕组806被示为被连接在二极管D2 850和公共基准818之间。更具体地，第二绕组806的端子B被连接到二极管D2 850的阴极，而端子A被连接到公共基准818。二极管D2 850的阳极被连接到第二输出电容器CO2852以及开关S1 802的端子822。此外，第二绕组806的绕组分接器807被连接到二极管D1 812的阴极。二极管D1 812的阳极被连接到第一输出电容器CO1810。当开关S1 802处于关断状态时，电流从第二绕组806流到功率转换器800的输出电路。例如，电流从第二绕组806流到第二输出电容器CO2852和第二负载856的输出电路。电流也从第二绕组806流到第一输出电容器CO1810和第一负载838的输出电路。
电阻器R1 844和R2 846的结合形成一个检测电路，以给控制器816提供反馈信号。控制器816的反馈端子FB处收到的反馈信号可以是电压信号或电流信号。在一个实施方案中，由电阻器R1 844和R2 846提供的反馈信号是电压信号。如所示，电阻器R1 844和R2 846在第二输出电压VO2854上形成一个电阻分压器。控制器816的反馈端子FB被连接在电阻器R1 844和电阻器R2 846之间。在控制器816的反馈端子FB处接收的电压基本是电阻器R1 844两端的电压。如上所述，第二输出电压VO2854相对于公共基准818为负。同样地，在控制器816的反馈端子FB处接收的电压是正的。电阻器R1 844被连接到第二负载856的一端，而电阻器R2 846被连接到第二负载856的另一端。此外，电阻器R1 844和R2 846可被连接到负载856，而其间没有隔离电路。
如图8中所示，由电阻器R1 844和R2 846形成的电阻分压器(检测电路)也被连接到开关S1 802的端子822。在一个实施方案中，电阻器R1 844和R2 846响应于相对于开关S1 802的端子822而取得的电压来产生所述反馈信号。在一个实施例中，开关S1 802的端子822借助于连接842而被连接到控制器816的公共端子COM，以作为控制器816的基准地。在一个实施例中，控制器816的基准地(例如，公共端子COM)是基准电压电平，相对于其产生驱动信号832并检测反馈信号。在一个实施方案中，开关S1 802的端子822可被用做控制器816的公共端子COM。对于图8中所示的功率转换器800，所述功率转换器800提供了相对于所述公共基准818为负的第一输出电压VO1826和负的第二输出电压VO2854，而功率转换器800的控制器816在反馈端子FB处接收正电压。
图9是示出根据本发明的一个实施方案的具有多个输出的功率转换器900的示意图。功率转换器900被示为包括开关S1 802、第一绕组804、第二绕组806、芯808、第一输出电容器CO1910、二极管D1 912，控制器916、公共基准918、电阻器R1 944、电阻器R2 946、二极管D2 950以及第二输出电容器CO2952。电阻器R1 944和电阻器R2 946的组合也可被指称为检测电路。第一绕组804被示为包括端子C和D，而第二绕组806被示为包括端子A和B。第二绕组806还包括绕组分接器807。开关S1 802被示为包括端子820和822。在图9中还示出了输入电压VIN824、第一输出电压VO1926、第二输出电压VO2954、驱动信号832、基准节点834、第一负载938以及第二负载956。功率转换器900和图7和图8中所示的功率转换器相似，不过，功率转换器900示出了本发明的一个实施方案，在该实施方案中，一个输出电压相对于公共基准918为负，而另一个输出电压相对于公共基准918为正。虽然图9将功率转换器900示为包括两个输出，应认识到，根据本发明的实施方案的功率转换器可具有任意数量的输出。
输入电压VIN824、开关S1 802、第一绕组804、第二绕组806、芯808、控制器816、以及驱动信号832，均如上所述地相对于彼此连接以及作用。图9也示出了公共基准918被连接到第二绕组806的绕组分接器807。此外，图9还示出了二极管D1 912和第一输出电容器CO1910被连接到第二绕组806的端子B，以给第一负载938提供第一输出电压VO1926。图9还示出了二极管D2 950和第二输出电容器CO2952，它们被连接到第二绕组806的端子A，以将第二输出电压VO2954提供给第二负载956。如所示，第一输出电容器CO1910和第二输出电容器CO2952被连接到绕组分接器807和公共基准918。
在功率转换器900的一个实施例中，第一绕组804的匝数远大于第二绕组806的匝数。当第一绕组804的匝数远大于第二绕组806的匝数时，第一输出电容器CO1910在开关S1 802的接通期间放电，而在其关断期间充电。第一输出电压VO1926相对于公共基准918也可以是负的，这部分是由于驱动信号832的占空比造成的。
如上所述，开关S1 802被示为被连接在第一绕组804和第二绕组806之间。更具体地，图9示出了，开关S1 802的端子820被连接到第一绕组804的端子C，而开关S1 802的端子822经过二极管D2 912被连接到第二绕组806的端子B。在一个实施方案中，开关S1 802被连接以使得当开关S1 802处于接通状态(也即，闭合)时，电流流经第一绕组804、经过开关S1 802并且到功率转换器900的第一输出电路，并且到负载938。在一个实施方案中，功率转换器900的第一输出电路包括第一输出电容器CO1910。
控制器816被连接以提供驱动信号832来控制开关S1 802的切换，以调节功率转换器900的输出。对于所示的实施例，功率转换器900调节了第一输出电压VO1926。控制器816通过响应反馈端子FB处收到的信号控制开关S1 802的接通和关断，来调节该输出。在图9所示的实施例中，在反馈端子FB处收到的信号代表第一输出电压VO1926。
功率转换器900具有多个输出。在一个实施例中，第一输出电容器CO1910的一端被连接到二极管D1 912以及开关S1 802的端子822，而输出电容器CO1910的另一端被连接到公共基准918以及第二绕组806的绕组分接器807。在所示的实施方案中，第一输出电容器CO1910对功率转换器900的一个输出进行滤波，以给第一负载938提供基本恒定的第一输出电压VO1926。如所示，第一输出电压VO1926是第一输出电容器CO1910两端的电压。在一个实施方案中，在公共基准918处的电压大于开关S1 802的端子822处的电压。同样地，第一输出电压VO1926相对于公共基准918为负。
在所示的实施例中，第二输出电容器CO2952的一端被连接到二极管D2 950，而第二输出电容器CO2952的另一端被连接到公共基准918以及第二绕组806的绕组分接器807。在所示的实施方案中，第二输出电容器CO2952对功率转换器800的一个输出进行滤波，以给第二负载956提供基本恒定的第二输出电压VO2954。如所示，第二输出电压VO2954是第二输出电容器CO2952两端的电压。在一个实施方案中，第二输出电压VO2954相对于公共基准918为正。
在图9中，第二绕组806被示为被连接在二极管D1 912和二极管D2 950之间。更具体地，第二绕组806的端子B被连接到二极管D2 912的阴极，而端子A被连接到二极管D2 950的阳极。二极管D1 912的阳极被连接到第一输出电容器CO1910以及开关S1 802的端子822。此外，第二绕组806的绕组分接器807被连接到公共基准918。二极管D2 950的阴极被连接到第二输出电容器CO2952。当开关S1 802处于关断状态时，电流从第二绕组806流到功率转换器800的输出电路。例如，电流从第二绕组806经过二极管D2 950流到第二输出电容器CO2952和第二负载956的输出电路。电流也从第二绕组806的绕组分接器807流到第一输出电容器CO1910和第一负载938的输出电路。
电阻器R1 944和R2 946的结合形成一个检测电路，以给控制器816提供反馈信号。控制器816的反馈端子FB处收到的反馈信号可以是电压信号或电流信号。在一个实施方案中，由电阻器R1 944和R2 946提供的反馈信号是电压信号。如所示，电阻器R1 944和R2 946在第一输出电压VO1926上形成一个电阻分压器。控制器816的反馈端子FB被连接在电阻器R1 944和电阻器R2 946之间。在控制器816的反馈端子FB处接收的电压基本等于电阻器R1 944两端的电压。如上所述，第一输出电压VO1926相对于公共基准918为负。同样地，在控制器816的反馈端子FB处接收的电压是正的。电阻器R1 944被连接到第一负载938的一端，而电阻器R2 946被连接到第一负载938的另一端。
如图9中所示，由电阻器R1 944和R2 946形成的电阻分压器(检测电路)也被连接到开关S1 802的端子822。在一个实施方案中，电阻器R1 944和R2 946响应于相对于开关S1 802的端子822而取得的电压来产生所述反馈信号。在一个实施例中，开关S1 802的端子822借助于连接842而被连接到控制器816的公共端子COM，以作为控制器816的基准地。在一个实施例中，控制器816的基准地(例如，公共端子COM)是基准电压电平，相对于其产生驱动信号832并检测反馈信号。在一个实施方案中，开关S1 802的端子822可被用做控制器816的公共端子COM。对于图9中所示的功率转换器900，所述功率转换器900提供了相对于所述公共基准918为负的第一输出电压VO1926和正的第二输出电压VO2954，而功率转换器900的控制器816在反馈端子FB处接收正电压。
以上对本发明的所示实施方案的描述，包括摘要中的描述，并不旨在是穷举性的，也不是为了将本发明限制到这些被公开的精确形式。虽然此处出于示例的目的描述了本发明的具体实施方案和实施例，本领域技术人员会认识到，在本发明的范围内可作出各种不同的修改。
可在上述具体实施方案的启示下对本发明作出所述修改。在下面的权利要求中使用的术语不应被理解为将本发明限制到在说明书中公开的具体实施方案。相反地，本发明的范围应完全由下列权利要求确定，下列权利要求将根据已有的对权利要求的解释规则来构造。

Claims (27)

1.非隔离式功率转换器，包括：
第一绕组；
第二绕组，其磁耦合到第一绕组；
开关，其被连接在所述第一绕组和所述第二绕组之间；
控制器，其具有一个反馈端子和一个公共端子，其中所述公共端子被连接到所述开关与所述第二绕组之间的基准节点；
其中所述控制器被连接以响应于在所述反馈端子处接收的一个反馈电压来控制所述开关，以调节所述功率转换器的输出，并且其中所述反馈电压相对于所述公共端子为正电压；以及
输出电路，其被连接在所述控制器的所述公共端子与所述功率转换器的公共基准之间，以提供一个输出电压给一个负载，其中所述输出电压相对于所述功率转换器的公共基准是负电压。
2.根据权利要求1所述的非隔离式功率转换器，其中所述公共端子提供一个基准电压电平，用于所述开关的驱动信号被相对于所述基准电压电平产生，并且所述反馈信号由所述控制器检测。
3.根据权利要求1所述的非隔离式功率转换器，其中所述第二绕组包括一个分接器元件，并且其中所述开关被连接到所述第二绕组的所述分接器元件。
4.根据权利要求3所述的非隔离式功率转换器，其中所述开关通过至少一二极管被连接到所述第二绕组的所述分接器元件。
5.根据权利要求3所述的非隔离式功率转换器，其中所述第二绕组包括一个第一端子和一个第二端子，并且其中所述第二端子被连接到所述功率转换器的公共基准。
6.根据权利要求5所述的非隔离式功率转换器，其中所述功率转换器被配置为与两个或更多个不同的负载相连接。
7.根据权利要求6所述的非隔离式功率转换器，其中所述功率转换器包括一个第二输出电路，所述第二输出电路被连接在所述第二绕组的所述第一端子与所述功率转换器的公共基准之间，以给第二负载提供第二输出电压。
8.根据权利要求7所述的非隔离式功率转换器，其中所述第二输出电路通过至少一二极管被连接到所述第二绕组的所述第一端子。
9.根据权利要求7所述的功率转换器，其中所述第二输出电压相对于所述功率转换器的公共基准为负电压。
10.根据权利要求7所述的功率转换器，其中所述第二输出电压相对于所述功率转换器的公共基准为正电压。
11.根据权利要求1所述的非隔离式功率转换器，其中所述输出电路包括输出电容器，所述输出电容器具有连接到所述控制器的所述公共端子的一个端子和连接到所述功率转换器的公共基准的另一端子。
12.根据权利要求1所述的非隔离式功率转换器，还包括一个检测电路，所述检测电路被连接在所述控制器的反馈端子与所述功率转换器的公共基准之间，其中所述检测电路响应于所述输出电压产生所述反馈电压。
13.根据权利要求12所述的非隔离式功率转换器，其中所述检测电路并联连接到所述输出电路。
14.根据权利要求1所述的非隔离式功率转换器，其中所述功率转换器被配置为使得当所述开关处于关断状态时，电流从所述第二绕组流到所述输出电路。
15.根据权利要求1所述的非隔离式功率转换器，其中所述功率转换器被配置为使得当所述开关处于关断状态时，电流从所述第二绕组流到所述输出电路和所述第二输出电路。
16.根据权利要求1所述的非隔离式功率转换器，其中所述功率转换器被配置为使得当所述开关处于接通状态时，电流流经所述第一输出绕组和所述输出电路。
17.根据权利要求1所述的非隔离式功率转换器，其中所述第二绕组包括一个第一端子和一个第二端子，并且其中所述开关被连接到所述第二绕组的所述第一端子。
18.根据权利要求17所述的非隔离式功率转换器，其中所述开关通过至少一二极管被连接到所述第二绕组的所述第一端子。
19.根据权利要求17所述的非隔离式功率转换器，其中所述第二绕组包括一个分接器元件，并且其中第二输出电路被连接在所述分接器元件与所述功率转换器的公共基准之间，其中所述第二输出电路被配置为给第二负载提供第二输出电压。
20.根据权利要求19所述的非隔离式功率转换器，其中所述第二输出电路通过至少一二极管被连接到所述第二绕组的所述分接器元件。
21.根据权利要求1所述的非隔离式功率转换器，其中所述第二绕组包括一个分接器元件，并且其中所述功率转换器的公共基准被连接到所述第二绕组的所述分接器元件。
22.根据权利要求21所述的非隔离式功率转换器，其中所述第二绕组包括一个第一端子和一个第二端子，并且其中所述开关被连接在所述第一绕组与所述第二绕组的所述第一端子之间。
23.根据权利要求22所述的非隔离式功率转换器，其中所述开关通过至少一二极管被连接在所述第一绕组与所述第二绕组的所述第一端子之间。
24.根据权利要求22所述的非隔离式功率转换器，其中所述功率转换器包括一个第二输出电路，所述第二输出电路被连接在所述第二绕组的所述第二端子与所述功率转换器的公共基准之间，以给第二负载提供第二输出电压。
25.根据权利要求24所述的非隔离式功率转换器，其中所述第二输出电路通过至少一二极管被连接到所述第二绕组的所述第二端子。
26.根据权利要求24所述的非隔离式功率转换器，其中所述第一电压和所述第二电压具有相反的极性。
27.非隔离式功率转换器，包括：
输入，其用于被连接到电能源；
输出，其用于被连接到负载；
电容器，其被连接在所述输出的两端；
第一绕组，其被连接到所述输入；
第二绕组，其被磁耦合到所述第一绕组；以及
控制电路，其被连接在所述第一绕组和所述第二绕组之间，其中所述控制电路包括：
第一端子，其被连接到所述第一绕组；
第二端子，其被连接到所述第二绕组；
开关，其被连接在所述控制电路的所述第一端子和所述第二端子之间，其中当所述开关处于接通状态时，第一电流流过所述第一绕组和所述开关，其中所述第一电流的至少一部分在所述电容器中以第一方向流动；
反馈端子，其被连接以接收反馈信号，其中所述控制电路被连接以响应于所述反馈信号来控制所述开关，以调节到所述功率转换器的输出的能量流；
其中当所述开关处于关断状态的时间内，第二电流流经所述第二绕组，其中所述第二电流的至少一部分以第二方向在所述电容器中流动，并且其中所述第二方向与所述第一电流的所述部分的所述第一方向相反。
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