CN1211906C

CN1211906C - 开关电源

Info

Publication number: CN1211906C
Application number: CNB021059225A
Authority: CN
Inventors: 吉永充达; 宇津野瑞木
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Current assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 2001-04-09
Filing date: 2002-04-09
Publication date: 2005-07-20
Anticipated expiration: 2022-04-09
Also published as: CN1380737A; KR100438192B1; JP4122721B2; JP2002315330A; US6529391B2; KR20020079543A; US20020145888A1

Abstract

一种开关电源，具有一个底部检测电路(55)，底部检测电路(55)根据电容(C9)的电压判断底部是否已经到达，电容(C9)的电压确定开关元件(Q1)的断开时间，开关元件(Q1)在变压器(13)的次级线圈侧产生了一个电压，并且在判断底部没有出现的情况下，电容(C9)充电电压被转换到高电位侧。

Description

开关电源

技术领域

本发明涉及一种伪谐振型的开关电源，在该开关电源中发生部分谐振(例如，正弦变化)。

背景技术

当开关电源的负载减少，其具有减少的转换频率。因此，要出现随后所描述的在那里所披露的(例如图2中的X1)振荡电压，因为负载减轻，由此振荡和输出就变得不稳定。

发明内容

本发明要解决这个问题，并且其目的是提出一种开关电源，该开关电源即使在轻负载的情况下仍可提供稳定的振荡和输出。

为了达到上述所提出的目的，根据本发明的一个方面，提出了一开关电源，该开关电源包括一变压器，其具有连接至DC电源的初级线圈；一开关元件，用于将通过该初级线圈的电流转换为具有在变压器的次级线圈产生的输出电压；一第一电容器，与开关元件并联，且第一电容器与初级线圈共振，具有通过第一电容器的第一电压，其在变压器为低负载的条件下振荡；一开关控制器，用于控制开关元件，且该开关控制器包括：一驱动电路，用于驱动开关元件在接通状态和断开状态之间切换，和一驱动控制器，用于控制该驱动电路，该驱动控制器具有一断开时间生成器，用于生成断开时间信号，该断开时间信号用于控制驱动电路以驱动开关元件为断开状态，该断开时间生成器包括：一第二电容器，可充电以设置断开时间信号，一充电电路，用于通过充电电压对第二电容器充电，和一放电元件，用于对第二电容器放电，以确定断开时间信号的周期，该驱动电路响应输入其中的断开时间信号的持续时间，保持开关元件为断开状态；一反馈电路，用于将来自变压器的反馈信号提供给开关控制器的过电流保护端；一第一比较器，用于比较在过电流保护端的电位和第一参考电压，以提供第一比较结果；一第二比较器，用于比较第二电容器上的第二电压和第二参考电压，以提供第二比较结果；一底部检测电路，用于基于第一和第二比较结果作出判断，以在第二比较结果的反相的基础上，探测第一电压在低负载条件下已通过振荡波形的底部，提供一开关信号；和一充电电压转换电路，用于响应该开关信号，将充电电压切换至升高的电压，从而延长断开时间信号的周期。

附图说明

结合附图，根据下面所描述的示意性的实施例可以更好的理解上述的和其他的特征，在附图中：

图1是电压谐振型开关电源的一般结构的电路图；

图2是用于说明图1的开关电源的操作的定时图表；

图3是根据本发明实施例的电压谐振型开关电源的一般结构的电路图；

图4是图3的开关电源的底部检测电路内部结构的方框图；

图5是用于说明图3的开关电源的操作的定时图表；

具体实施方式

为了更好的理解，以比较方式说明具有某些缺点的伪谐振型电压谐振开关电源11(图1)和伪谐振型电压谐振开关电源51(图3)的一般结构和功能，该谐振开关电源51已改进作为本发明优选实施例的。相同的元件由相同的附图标记标识。

图1给出了电压谐振型开关电源11的一般结构。

开关电源具有电压输入部分11a(具有后面所描述的C1)，电压输出部分11b(具有后面所描述的Cp，13，D1，C3)，受控的开关部分11c(包括由虚线的点划线所定义的表示配备有后面所描述的端Vin，D，S，GND，OCP以及FB的块)，以及信号反馈部分11d(具有后面所描述的PCb(和15，Pca)；D5，C7；以及D3，C5(和R1))。

开关电源11的输入部分11a包括一对电源输入端Vin+和Vin-，这一对电源输入端与未示出的DC电源的正极和负极相连并且通过电源电容C1互连。输入端对Vin+和Vin-的负极Vin-通过电阻R3与后面所描述的反馈部分11d的接地端GND相连。

开关电源11的输出部分11b包括一个调谐电容Cp和一个具有初级线圈L1，次级线圈L2以及第三线圈L3的输出变压器13。初级线圈L1在它的一个端13a与端子对Vin+和Vin-的正极Vin+相连。次级和第三线圈L2和L3都与初级线圈L1电磁耦合。调谐电容Cp由于初级线圈L1的视在电感Lp而具有电容谐振。

开关电源的开关部分11c包括作为开关元件的场效应晶体管Q1，以及为此之后所描述的开关控制器17。场效应晶体管Q1具有“与漏极相连的端D”(下文中简称为“漏极D”)，“与源极相连的端S”(下文中简称为“源极S”) 以及“与栅极相连的端”(下文中简称为“栅极”)。漏极D与初级线圈L1的另外一个端13b相连。漏极D和源极S通过谐振电容Cp互连，谐振电容Cp与场效应晶体管Q1并联，同时齐纳二极管ZD1也并联在那里。栅极通过电阻R19与开关控制器17的驱动信号输出端17b相连。源极接地以作为反馈部分11d的接地端GND，以及开关部分11c的接地端。

在输出部分11b，变压器13的次级线圈L2在它的一端13d(与13b同相位)与整流二极管D1的正极相连，整流二极管D1的负极与滤波电容器C3的正极端相连，并且与电源11的电压输出端Vout相连。次级线圈L2的另一端13c与滤波电容器C3的负极端相连，并且与输出部分11b的接地输出端GND相连，该接地端GND具有与反馈部分11d的接地端GND所公用的地电位。

反馈部分11d用作：将来自输出部分11b的变压器13次级线圈(L2)侧的输出检测信号反馈到开关部分11c的一些驱动控制元件(FB→Q7，Q9)，例如L2＝＞FB；将来自变压器13的第三绕组L3侧的状态监测信号反馈到开关部分11c的一些驱动控制元件(OCP→CMP5，CMP3，CMP7)，例如L3＝＞OCP；以及将来自变压器13的第三绕组L3侧的定时比较信号反馈到开关部分11c的输入端(Vin→Q3)，例如L3＝＞Vin。

为了检测信号反馈(L2＝＞FB)，反馈部分11d具有：一个误差放大器15，一个由发光元件组成的光耦合器PCa，以及一个由光敏晶体管组成的匹配光耦合器PCb。误差放大器15在其输入端15a与输出部分11b的输出端Vout相连，并在其接地端与输出部分11b的接地端GND相连；光耦合器PCa在其正极与输出部分11b的输出端Vout相连，并在其负极与误差放大器15的输出端15c相连；匹配光耦合器PCb连接在开关控制器17的反馈端FB与反馈部分11d的接地端GND之间。电源11的输出端Vout具有一个输出电压，该输出电压由误差放大器15检测，误差放大器15输出与所检测到的电压电平相对应的信号，该信号通过光耦合器PCa用光学方法反馈到匹配光耦合器PCb，因此通过端17c将用光学方法接收到的反馈信号输入到开关控制器17，它被提供给随后所描述的晶体管Q7的“与集电极相连的端”(在下文中简称为“集电极”)。

为了监测信号反馈(L3＝＞OCP)，反馈部分11d具有：一个二极管D5以及一个电容C7，二极管D5在它的正极通过电阻R5与变压器13的第三线圈L3的一端13f(与13b同相位)相连，并且在它的负极与开关部分11c的过电流保护端OCP相连，端OCP通过电阻R7与输入部分11a的负极输入端Vin-相连；电容C7连接在过电流保护端OCP与反馈部分11d的接地端GND之间。值得注意的是第三线圈L3的另一端13e与接地端GND相连。上述所提出的第三线圈L3的端13f具有表示变压器的工作状态的电压，例如，电源11的输出工作状态。当作为开关元件的场效应晶体管Q1断开时，电容C7用在第三线圈L3的端13f上产生的电压充电，由此过电流保护端OCP具有升高的电位，该电位通过过电流保护端OCP和有关端17d被送到开关控制器17，它被提供给随后所描述的比较器CMP5的(-)输入端，随后所描述的比较器CMP3的(+)输入端，以及随后所描述的比较器CMP7的(-)输入端。

为了比较信号反馈(L3＝＞Vin)，反馈部分11d具有：二极管D3，电容C5以及电阻R1，二极管D3在它的正极与上述所提出的变压器13的第三线圈L3的端13f相连，并在它的负极与开关部分11c的电压输入端Vin相连；电容C5连接在二极管D3的负极与接地端GND之间；电阻R1连接在输入部分11a的正极端Vin+与开关部分11c的电压输入端Vin之间。

随着场效应晶体管Q1断开，在第三线圈L3上产生的电压被二极管D3放大以对电容C5充电，由此开关部分11c的电压输入端Vin具有在其上所产生的与地电位有关的对应电压。这样所产生的电压通过输入端17a被送到开关控制器17，(因为晶体管Q3被接通)所送入的电压对随后所描述的电容C9充电以提供一个电压V2以与参考电压V1比较。

参考图1和图2，下面将对开关控制器17的内部结构和操作进行描述。下面将分别描述尤其与伪谐振型开关电源的操作有关的操作。

开关控制器17其内部电路包括：一个电压调节电路19，一个开关元件驱动电路25，以及一个驱动控制器20。电压调节电路19具有一个与开关控制器17的输入端17a相连的电源输入端19a，一个参考电压输出端19b，以及一个接地端；开关元件驱动电路25具有一个与电压调节电路19的输出端19b相连的参考电压输入端25a，一个驱动控制信号输入端25b，一个通过开关控制器17的输出端17b和电阻R19与场效应晶体管Q1的栅极相连的开关元件驱动信号，以及一个未示出的接地端；驱动控制器20具有与开关控制器17的端17a，17c以及17d相连的三个反馈信号输入端20a，20c，以及20d，一个与驱动电路25的信号输入端25b相连的驱动控制信号输出端20b，与电压调节电路19的输出端19b相连的多个参考电压输入端20e，20f，以及20g以提供内部的参考电压，以及所需的多个接地端。

电压调节电路19因此在输入端19a通过开关部分11c的电压输入端Vin与反馈部分11d的电容C5的(+)电极相连，并且在输出端19b与驱动电路25的参考电压输入端25a相连。值得注意的是电压调节电路19输出一个稳定的内部参考电压(V1)。

驱动控制器20被配置具有：一个“构成作为断开时间产生电路的驱动控制信号产生器”(下文简称为“断开时间产生器”)23，用以产生一个内部断开时间信号Toff“驱动控制信号依据所提供的用于控制驱动电路25的信号以驱动或保持场效应晶体管Q1进入或者处于断开状态”(下文有时被称为“内部断开时间信号”或者“内部断开时间的信号”)，以及一个“构成作为内部时间中断电路的驱动控制信号调整器”(下文简称为“断开时间中断器”)以中断所提供的内部断开时间信号因此以根据输出部分11b的工作状况而调整其持续时间。

断开时间产生器23被配置为具有一个信号形成电路23a以形成内部断开时间信号Toff，以及一个由齐纳二极管ZD3组成的电压保持电路23b以向作为信号形成电路23a的开关元件的晶体管Q3的栅极提供一个安全保持参考电压。

信号形成电路23a具有：开关晶体管Q3，比较器CMP1，以及一对参考电源二极管D5和D7。开关晶体管Q3在集电极与驱动控制器20的信号输入端20a相连，并且在发射极与用于定时控制的并行连接的电容C9和恒流源电阻R11(C9/R11)相连，且基极连接在齐纳二极管ZD3和电阻R9之间，电阻R9另一端与驱动控制器20的参考电压输入端20e相连；比较器CMP1在其(+)输入端与电阻R15的一端相连，电阻R15的另一端与驱动器20的参考电压输入端20f相连，比较器CMP1在(-)其输入端与并行连接的电容C9和电阻R11相连，并且在其断开时间输出端与驱动控制器20的驱动控制信号输出端20b相连；二极管D5和D7在其正极通过电阻R17和R13分别与上述所提到的电阻R15和R19的一端相连，并在其负极与比较器CMP1的输出端相连。

内部断开时间信号Toff具有根据并行连接的电容C9和电阻R11所确定的时间常数而确立的一段时期，电容C9和电阻R11都连接在接地线与晶体管Q3的发射极之间。晶体管Q3具有一个由电压调节电路19通过电阻R9而提供的并由齐纳二极管ZD3所保持的基极电压。

如图2所说明的，在内部断开时间信号Toff的每一个接通状态过去之后，根据穿过电容C9的电压，晶体管Q3的发射极电压降低于参考电压V1。发射极电压V2提供给比较器CMP1的(-)输入端，由此比较器CMP1根据内部断开时间信号Toff而进入高电平H，例如，接通状态，比较器CMP1的控制信号输出端通过驱动控制器20的输出端20b将(H)输出到驱动电路25的控制信号输入端25b。

另外一方面，如图1所示，断开时间中断器27包括三个比较器CMP3，CMP5以及CMP7，并行连接的电容C11和开关晶体管Q15，以及由一对晶体管Q7和Q9所组成的电流镜像电路。

比较器CMP3具有：(+)输入端，通过驱动20的反馈输入端20d和开关控制器17的输入端17d与开关部分11c的过电流保护端OCP相连；(-)输入端，与提供参考电压V4的单电池或者电源的正极相连，参考电压V4被预置为断开时间控制电位(例如图2中的0.3V)；以及输出端，与开关晶体管Q11的基极相连，晶体管Q1 1连接在驱动控制器20的输出端20b与接地线之间。

比较器CMP5具有：(-)输入端，通过端20d和17d与开关部分11c的过电流保护端OCP相连；(+)输入端，与提供参考电压V3的单电池或者电源的正极相连，参考电压V3被预置为断开时间控制电位(例如图2中的-0.73V)；以及输出端，与开关晶体管Q5的基极相连，晶体管Q11连接在驱动控制器20的输出端20b与接地线之间。

比较器CMP7具有：(-)输入端，通过端20d和17d与开关部分11c的过电流保护端OCP相连；(+)输入端，与并行连接的电容C11和Q15之间的端27a以及电流镜像电路Q7和Q9相连；以及输出端，与开关晶体管Q13的基极相连，晶体管Q13连接在驱动控制器20的输出端20b与接地线之间。

并行连接的电容C11和Q15连接在上述所提到的端27a和接地线之间。值得注意的是驱动控制器20的输出端20b与晶体管Q11和Q13的各个集电极相连，并且与反相器INV的输入端相连，反相器INV的输出端与晶体管Q15的栅极相连。

在电流镜像电路中，晶体管Q7在集电极与晶体管Q7和Q9的栅极相连并且通过驱动控制器20和开关控制器17的反馈输入端20c和17c与开关部分11c的信号反馈端FB相连，并且在发射极与晶体管Q9的发射极相连。晶体管Q9在发射极与驱动控制器20的输入端20g相连，并且在集电极与上述所提到的端27a相连。如果电流从晶体管Q7流向反馈部分11d的光耦合器PCb，晶体管Q7和Q9所以彼此配合，造成固定比率的电流从晶体管Q9的集电极流向端27a，对电容C11充电。

在附图中，在图1中过电流保护端OCP的电位由附图标记Vocp标明，场效应晶体管Q1的漏极与源极间的电位差由Vds标明，Id是晶体管Q1的漏极电流，并且IFB是通过反馈端FB而传导的电流。

当过电流保护端OCP的电位Vocp降低时，如果它到达了被预置为电压V3的断开时间控制电位(例如-0.73V)时，于是比较器CMP5向开关晶体管Q5的基极输出一个接通信号，因此将这个晶体管Q5设置为接通状态，以至驱动电路25的控制信号输入端25b具有地电位，由此驱动电路25被控制以驱动开关晶体管Q1进入断开状态，此时它不传导漏极电流Id，并且通过晶体管Q1的电位差Vds是由存储在电容Cp中的电荷确定的。

当过电流保护端OCP的电位Vocp升高时，如果它到达了另一个被预置为电压V4的断开时间控制电位(例如0.3V)时，于是比较器CMP3向开关晶体管Q11的基极输出一个接通信号，因此将这个晶体管Q11设置为接通状态，以至驱动电路25的控制信号输入端25b具有地电位，由此驱动电路25被控制以驱动开关晶体管Q1进入断开状态。

如果电容放电的电压超过了过电流保护端OCP的电位Vocp，比较器CMP7向开关晶体管Q13的基极输出一个接通信号，因此将这个晶体管Q13设置为接通状态，以至驱动电路25的控制信号输入端具有地电位，由此驱动电路25被控制以驱动开关晶体管Q1进入断开状态。

驱动电路25交替接收高电位电平H和地电位电平L，并通过电阻R19将与接通/断开电平相应的信号输出到作为电源11的开关元件的场效应晶体管Q1。

驱动电路25的控制信号输出端25b因此具有受控的接通—断开信号电平，该电平被输入到反相器INV，在反相器被反相。如果输入电平是断开信号，反相器INV的输出端具有高电平信号，该电平被输入到开关晶体管Q15的基极，因此将这个晶体管Q15设置为接通状态，由此已充电的电容C11放电。

现在描述伪谐振型开关电源11的操作。

首先，在根据并行连接的电容C9和电阻R11所确定的时间常数而确立的内部断开时间期间(Toff)，因为存储在电容C9中的电荷通过电阻R11放电，电压V2降低到预置的电平，例如1.2V，当比较器CMP1接通时(Toff L)，由此驱动电路25被控制以驱动开关晶体管Q1进入接通状态，其中电位差Vds是零，允许增加通过变压器13的初级线圈L1而传导的漏极电流Id。

因为开关晶体管Q1处于接通状态，变压器13的第三线圈L3两端具有产生的电压，并且电容C7通过电阻R7充电以使电压等于并联在那的电流检测电阻R3两端的压降，以引起过电流保护端OCP相对于地电平来说具有降低的电位Vocp。当这个电位Vocp到达断开时间控制电位V3(例如-0.73V)时，比较器CMP5向开关晶体管Q5的基极输出一个接通信号，因此这个开关晶体管Q5在时间Ta被接通(图2)，这将驱动电路25的输入端25b设置为地电位，因此将开关晶体管Q1转换为断开。

于是，在这个断开时间时期，构成电路23的电容C9通过电阻R11放电，引起电压V2降低。当这个电压V2降低到预置的电压V2L(例如1.2V)时，比较器CMP1被转换为接通状态。其结果是，开关晶体管Q1通过驱动电路25在时间Tb被设置为接通状态(图2)。

现在假设，随着上述操作，负载有相当的减少，以至输出部分11b的输出电压Vout上升，并且这个上升的检测信号通过光耦合器PCa和反馈部分11d的匹配光耦合器PCb被反馈，由此开关部分11c的电流镜像电路的一个晶体管Q7具有比所规定的从那里通过端20c，17c以及FB而传导到光耦合器PCb的光晶体管的集电极的电流还要大的电流IFB。

因此，给定比率的相应电流通过端27a从电流镜像电路的另外一个晶体管Q9的集电极被传导，快速对电容C11充电，由此比较器CMP7将接通信号输出到开关晶体管Q13的基极，因此这个开关晶体管被设置为接通状态，以至驱动电路25的输入端25b被设置为地电位，并且在时间Tc(图2)开关晶体管Q1被设置为断开状态。如果负载减轻，接通时间Ton(图2)因此变得比当负载很重时短。

按照这种连接，在负载相当减轻以至跨变压器13的初级线圈L1而产生的电压的下降沿被加快的情况下，如果在内部断开时间过去之前开关晶体管Q1被驱动进入断开状态，这由于初级线圈L1的电感Lp与电容器Cp的电容的结合而引起了谐振，电容Cp连接在开关晶体管Q1的漏极D与源极S之间，随着自由振荡同时在如图2所示的点X1处产生了电压Vds的振荡，导致了在这个电压Vds下降到底部电位之前，在时间Td(图2)电压Vds突然升高。按照同样的方式，过电流保护端OCP的电位在下降到地电位之前在图2所示的点X2处也升高。

上述的结果是，在时间Td附近，即使内部断开时间已经过去，比较器CMP3的操作强制性的保持在断开状态，在这之后当谐振电压降低到所规定的值，开关晶体管Q1被转换为接通状态。

因为次级线圈侧的输出电压Vout降低了，即使负载降低，通常的反馈信号提供给比较器，比较器的操作与负载很重时相同。也就是说，当过电流保护端OCP的电位Vocp下降并到达断开时间电压V3(例如-0.73V)时，比较器CMP5将驱动电路25的输入端25b恢复为地电位，以至开关晶体管Q1在时间Te(图2)被断开。

因为变压器13次级线圈侧的输出电压Vout降低了，同时发生了在初级线圈L1上电压降低的延迟。在上面所提到的内部断开时间期间，在电容C9上的电荷通过电阻R11放电，并当其电压降低到电压V2(例如1.2V)时，比较器CMP1被接通，并且在时间Tf(图2)开关晶体管Q1通过驱动电路25被设置为接通状态。

然而，因为实际的负载降低，输出电压Vout再次上升，引起了比所规定的电流还大的电流反馈端FB从电流镜像电路的晶体管Q7流向与光耦合器PCa相连的光耦合器PCb，同时电容C11所放电的电流从电流镜像电路的晶体管Q9流向与光耦合器PCa相连的光耦合器PCb，以至比较器CMP7向驱动电路25的输入端25b输入断开信号，导致开关晶体管Q1被设置为断开状态。

这样，被配置为如上述所详细描述的电路出现次级线圈侧的输出电压Vout反复的提高和降低，导致不稳定性。

图3给出了根据本发明实施例的改进了的电压谐振型开关电源51。与开关电源11相同的元件和图例由与图1相同的附图标记标明。

在本发明中，在低于负载50％或大约50％的情况，可发生一个周期以上的振荡，并且为了解决由于一周期的振荡与不振荡的重复交替而导致的不稳定的问题，如过去所发生出现的，用于确定内部断开时间的电容C9的充电电压被提高，由此延长了内部断开时间，如图3所示的电路结构，可用于实现内部断开时间的延长。

与开关电源11相似，开关电源51具有电压输入部分51a(具有C1)，电压输出部分51b(具有Cp，13，D1，C3)，受控的开关部分51c(包括由虚线的点划线所定义的表示配备有端Vin，D，S，GND，OCP以及FB的方框)，以及信号反馈部分51d(具有PCb(和15，Pca)；D5，C7；以及D3，C5(和R1))。

电源51的输入部分51a，输出部分51b，以及反馈部分51d分别与电源11的输入部分11a，输出部分11b，以及反馈部分51d类似。

开关电源51的开关部分51c包括作为开关元件的场效应晶体管Q1，以及为此的开关控制器53。

场效应晶体管Q1具有漏极D，源极S以及栅极。漏极D与初级线圈L1的一端13b相连。漏极D和源极S通过谐振电容Cp互连，谐振电容Cp与场效应晶体管Q1并联，同时齐纳二极管ZD1也并联在那里。栅极通过电阻R19与开关控制器53的驱动信号输出端53b相连。源极接地以作为反馈部分51d的接地端GND，以及开关部分51c的接地端。

开关部分51c的开关控制器53具有分别与开关部分11c的反馈信号输入端17a，17c，和17d，以及开关元件驱动信号输出端17b相对应的三个反馈信号输入端53a，53c，和53d，以及开关元件驱动信号输出端53b。

开关控制器53其内部电路包括：一个电压调节电路19，一个开关元件驱动电路25，以及一个驱动控制器50。电压调节电路19具有一个与开关控制器53的输入端53a相连的电源输入端19a，一个参考电压输出端19b，以及一个接地端19c；开关元件驱动电路25具有一个与电压调节电路19的输出端19b相连的参考电压输入端25a，一个驱动控制信号输入端25b，一个通过开关控制器53的输出端53b和电阻R19与场效应晶体管Q1的栅极相连的开关元件驱动信号25c，以及一个未示出的接地端；驱动控制器50具有与开关控制器53的端53a，53c以及53d相连的三个反馈信号输入端50a，50c，以及50d，一个与驱动电路25的信号输入端25b相连的驱动控制信号输出端50b，与电压调节电路19的输出端19b相连的多个参考电压输入端50e，50f，以及50g以提供内部的参考电压，以及所需的多个接地端。驱动控制器50的端50a，50b，50c，50d，50e，50f以及50g分别与驱动控制器20的端20a，20b，20c，20d，20e，20f以及20g相对应。

驱动控制器50被配置为具有断开时间产生器54，以及断开时间中断器27。

断开时间产生器54被配置为具有一个信号形成电路23a以形成断开时间信号，以及一个时间延长电路54a以延长所形成的断开时间信号的时间。值得注意的是开关电源51不同于开关电源11，因为后者11的电压保持电路23b被前者的时间延长电路54a代替，根据所提供的参考输入端50h。

时间延长电路54a被配置为具有一个比较电路59，一个底部检测电路55，以及一个充电电压转换电路57。比较电路59将通过电容C9的电压与预置的电压V5(例如2V)相比较，底部检测电路55通过检测振荡电压的底部以响应比较电路59的反相输出，充电电压转换电路57通过转换电容C9的充电电压以相应所检测的振荡电压的底部。

比较电路59被配置为具有一个比较器CMP9。比较器CMP9具有一个与信号形成电路23a中的电容C9以及电阻R11相连的(+)输入端，与提供预置电压V5的单电池或者电源的正极相连的(-)输入端，以及一个输出端。

底部检测电路55具有一个与断开时间电路27中的比较器CMP3的输出端相连的输出端55a，一个与比较电路59中的比较器CMP9的输出端相连的输入端55b，以及与充电电压转换电路57中的开关晶体管Q17相连的输出端55c。

充电电压转换电路57被配置为具有：连接在参考电压输入端50h和接地线之间的串连电阻R21，R23以及R25，开关晶体管Q17，以及开关晶体管Q19。开关晶体管Q17的集电极与作为电阻R21和电阻R23间的节点的点Px相连，并且发射极接地；开关晶体管Q19的基极与作为电阻R23和电阻R25间的节点的点Py相连，集电极接地，并且发射极连接在信号形成电路23a的开关晶体管Q3的基极与电阻R9之间，电阻Q9与参考电压输入端50g相连。

用于设置内部断开时间的电容C9的电压被输入到比较器CM9的输入端，当电容C9上的电压降低到V5(例如2V)时，在内部断开时间之前比较器的输出端反向大约3μs。

在比较器CMP9的反向时间期间通过监测电压谐振信号，可判断伪谐振型信号在内部断开时间结束之前是否经过迅即降低。

比较器CMP9的输出信号和比较器CMP3的输出信号都与底部检测电路55相连，比较器CMP9的输出信号检测电容C9上的电压低于V5的时间段，比较器CMP3的输出信号检测过电流保护端OCP是0V的时间段，底部检测电路55根据这些输出信号来判断是否已经到达底部并在底部接通的时间期间产生一个开关信号。底部检测电路55在具有一个开关信号产生电路的情况下，根据比较器CMP9的输出信号和比较器CMP3的输出信号在底部接通期间产生并向充电电压转换电路57输出一个开关信号。

如果底部检测电路55检测到底部，充电电压转换电路57对提供给电容C9的充电电压进行转换。

特别是，在底部检测电路判断已经到达底部的情况下，将高电平信号提供给晶体管Q17，因此将这个晶体管转换到接通状态，造成点Px接地，使用由电阻R25和R23对电压调节电路19的输出电压进行分压而得到的电压Vpy(例如4V)，并在晶体管Q19的发射极产生了电压Vpy+Vbe，该电压被输入到晶体管Q3的基极。另外，在晶体管Q3的发射极(该晶体管的基极和发射极之间)上产生了电压Vpy+Vbe+Vbe，并且电容C9通过电压Vpy(例如4V)充电。

在底部检测电路55判断没有到达底部的情况下，来自底部检测电路55的低电平开关信号提供给晶体管Q17的基极，因此这个晶体管断开，以至点Px通过电阻R12接地，通过电阻R21和R23+R25对电压调节电路19的输出电压进行分压而得到的电压Py(例如4V)适用于Py，并且在晶体管Q19的发射极产生了电压Vpy+Vbe(基极—发射极间电压)，这适用于晶体管Q3的基极。在晶体管Q3的发射极产生了电压Vpy+Vbe-Vbe(晶体管Q3的基极—发射极间电压)，并且电容C9通过电压Vpy(例如5V)而充电。

因此，在底部接通的条件下，电容C9例如通过4V充电，如果在底部条件不存在的情况下，这可通过增加ΔV(例如1V)而到5V，因此可延长内部断开时间。结果是，发生了底部条件。

参考图5的时间图，对如图4所示的底部检测电路的内部结构进行描述，并在下面描述底部检测电路55的基本操作。

在底部检测电路55中，比较器CMP3的输出输入到OR1，AND1以及AND3，并且在过电流保护端OCP的电位上升到大于断开时间控制电压4V的这段时间期间，高电平的信号输入到OR1，AND1以及AND2，如图4所示。比较器CMP3在如图5所标识的时间Tg检测伪谐振信号的电压电平，并且为此在伪谐振信号超过4V的这段时间期间输出高电平的信号。

来自比较器CMP9的输出信号输入到OR1，AND1以及AND2，并且在电容C9的电位V2降低的这段时间期间，以至电位V2低于断开时间控制电位V5(例如2V)，比较器CMP9向OR1，AND1以及AND2输出高电平的信号，如图5所示。

另外，来自OR1的输出被输入到RS触发器RSFF2，如图4所示，并且来自比较器CMP9的输出信号被输入到其复位端R，同样如图4所示。结果是，触发器RSFF1的反相输出端(Q端)提供了一个高电平信号表示在内部断开时间内的一段时间期间不存在伪谐振型信号，如图5所示。

另外，来自AND1的输出信号提供给触发器RSFF1的置位端S，并且AND2的输出信号提供给这个触发器的复位端R，如图4所示。其结果是，触发器RSFF1的反相输出端(Q端)输出一个开关信号，如图5所示，以至在产生伪谐振信号的这段时间期间并且在产生伪谐振型信号之后开关晶体管Q1立即被接通时开关信号是低电平。

触发器RSFF1的低电平开关信号被输入到充电电压转换电路57。为响应这个开关信号，充电电压转换电路57将开关晶体管Q7设置为断开状态并且以至由附加的电阻R21和R23产生了提供给开关晶体管Q19基极的电压。其结果是，电容C9的充电电压升高了，例如，大约1V(ΔV)。

参考图5，下面描述电压谐振型开关电源51的操作。

当负载很重时，例如100％，对于底部检测电路55(图3)，具有比较器CMP3输出高电平的信号，比较器CMP9输出低电平的信号，触发器RSFF1的反相输出端(Q端)输出高电平的信号，输入到触发器RSFF1的复位信号是低电平，输入到这个触发器的复位信号引起触发器RSFF1的反相输出端(Q端)是高电平。因此从触发器RSFF1向晶体管Q17的基极输出高电平的信号。

上述的结果是，充电电压转换电路57的晶体管Q17进入接通状态，点Px接地，并且通过电阻R25和R23对电压调节电路19的输出电压(例如4V)进行分压而得到的电压对电容C9充电。

如果负载很轻，然而，例如50％负载的情况下，利用如图3所示的底部检测电路55，具有比较器CMP3输出高电平的信号，比较器CMP9输出低电平的信号，触发器RSFF1输出低电平的信号，输入到触发器RSFF1的复位信号是高电平，触发器RSFF1输出低电平的开关信号，并且复位信号引起了从晶体管Q17上产生了伪谐振信号的时刻到晶体管Q1被接通的时刻这段时间期间触发器RSFF1输出低电平的开关输出信号。

上述的结果是，充电电压转换电路57的晶体管Q17进入断开状态，点Px未接地，并且通过电阻R25，R23以及R21对电压调节电路19的输出电压(例如5V)进行分压而得到的电压对电容C9充电。由于电容C9的充电电压V2上升了，例如，1V(ΔV)，内部断开时间延长了大约3um。

如上所讨论的，用于设置断开时间的电容C9的充电电压上升了，因此延长了内部断开时间，以至发生了一个周期的振荡操作，因此解决了过去所发生的问题，在过去存在由于振荡和不振荡间的重复交替而引起的不稳定操作。

因为当负载很轻时内部断开时间对于下一次振荡周期延长了3μs，所以可解决过去的电源开关所存在的问题，以至即使由于使内部断开时间变长而接收到长的伪谐振信号，可持续一个周期操作的停止，因此稳定了操作。

根据本发明的一个方面，通过提高电容的充电电压，该充电电压是用来确定开关元件的断开时间，开关元件在变压器次级线圈侧产生了一个电压，以至可延长断开时间，即使在低负载的条件下可获得稳定的操作。

此外，通过根据用于确定开关元件断开时间的电容电压以及提供给过电流保护端的电压来判断底部是否出现，其中开关元件在变压器次级线圈侧产生了一个电压，并当判断没有出现底部时对提供给电容的电压进行转换，电容的充电电压可被升高以至延长了断开时间，因此即使在低负载的条件下可提供稳定的输出电压。

在使用特定用词对本发明的优选实施例进行描述同时，这些描述是用于说明本发明的目的，并且可以知道在不脱离随后的权利要求的精神和范围的情况下可以做出改进和修改。

Claims

1.一种开关电源包括：

一变压器，其具有连接至DC电源的初级线圈；

一开关元件，用于将通过该初级线圈的电流转换为具有在变压器的次级线圈产生的输出电压；

一第一电容器，与开关元件并联，且第一电容器与初级线圈共振，具有通过第一电容器的第一电压，其在变压器为低负载的条件下振荡；

一开关控制器，用于控制开关元件，且该开关控制器包括：

一驱动电路，用于驱动开关元件在接通状态和断开状态之间切换，和

一驱动控制器，用于控制该驱动电路，该驱动控制器具有一断开时间生成器，用于生成断开时间信号，该断开时间信号用于控制驱动电路以驱动开关元件为断开状态，该断开时间生成器包括：

一第二电容器，可充电以设置断开时间信号，

一充电电路，用于通过充电电压对第二电容器充电，和

一放电元件，用于对第二电容器放电，以确定断开时间信号的周期，

该驱动电路响应输入其中的断开时间信号的持续时间，保持开关元件为断开状态；

一反馈电路，用于将来自变压器的反馈信号提供给开关控制器的过电流保护端；

一第一比较器，用于比较在过电流保护端的电位和第一参考电压，以提供第一比较结果；

一第二比较器，用于比较第二电容器上的第二电压和第二参考电压，以提供第二比较结果；

一底部检测电路，用于基于第一和第二比较结果作出判断，以在第二比较结果的反相的基础上，探测第一电压在低负载条件下已通过振荡波形的底部，提供一开关信号；和

一充电电压转换电路，用于响应该开关信号，将充电电压切换至升高的电压，从而延长断开时间信号的周期。