CN1296329A - 脉宽调制控制设备 - Google Patents

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Abstract

一种脉宽调制(PWM)控制电路,用在具有一个正常模式和一个备用模式的切换模式电源(SMPS)中,用来控制和调节SMPS。PWM控制电路的一个输入端布置成接收指示由电源供给的电流量的信号。一个过流确定装置提供一个过流信号。PWM控制电路的另一个输入端接收一个调节信号。一个逻辑电路把过流信号和调节信号比较,以便确定切换模式电源是处于备用模式还是正常模式,由此避免对指示备用和正常模式的专用控制管脚的需要。

Description

脉宽调制控制设备
本发明涉及脉冲宽度调制控制设备，特别是但不仅仅是对于当用来控制开关模式电源时的这样一种设备。
开关模式电源(SMPS)正在越来越多地用在多种家庭和工业用途中。在诸如电视或计算机监视器之类的用途中，用途可能需要多种状态或操作模式。当没有向装置供电时(或当主开关断开时)，一个第一‘断开’模式出现；当装置接通操作正常时，一个第二‘接通’模式出现；及当装置保持通电时但具有减少的功能和减少的功率消耗时，一种第三模式(称为备用模式)出现。在电视中经遥控器的‘断开’开关可能遇到备用模式，遥控器一般不完全切断电视，而允许电视内的一些电路保持通电，从而如果按下遥控器的‘接通’按钮，则电视将返回‘接通’模式。
在备用模式期间有减小由SMPS消耗的功率的需要，从而减小主电力的使用时。现在有把在备用模式期间的功率消耗减小到1Watt(瓦特)量级的值的目标。
脉冲串式SMPS是已知的，它在备用模式中具有有效的功率消耗。然而，PWM控制设备不容易用于脉冲串式SMPS，他们由于其操作的“脉冲”特性产生许多噪声，并且他们需要大量的连接和外部元件，导致具有多根连接管脚的半导体封装、和一块带有多个元件的大印刷电路板。
因此需要的正是用于SMPS具有减小数量的分立元件、减小的管脚数和尺寸、及备用模式中的低功率消耗。
本发明寻求提供一种减轻上述缺点的电源。
根据本发明，提供有一种如权利要求1中所述的PWM控制设备。
以这种方式，用于SMPS的PWM控制设备提供有减小数量的分立元件、减小的管脚数和尺寸、及备用模式中的低功率消耗。
参照附图现在将描述本发明的一个示范实施例，其中：
图1表示按照本发明的开关模式电源的最佳实施例；
图2表示形成图1的开关模式电源的部分的PWM控制电路的方块图；
图3表示一条曲线，表明图2的PWM控制电路的操作阶段；
图4表示在图2的PWM控制电路的单根管脚中组合的两个功能的说明性方块图；及
图5表示使用图2的PWM控制电路的两根管脚的模式选择功能的说明性方块图。
参照图1，表示有一个开关模式电源装置(SMPS)5，如在需要高压电源的家用电器，如电视，中碰到的那样。这种特性的典型家用电器可以包括操作的备用模式的特征，由此电器保持接通，但具有减小的功能性和减小的功率消耗。SMPS装置5包括一个PWM控制电路10、一个主电源装置20、一个变压器装置30及一个微处理器和调节装置40。
参照下面的图2将进一步描述的PWM控制电路10，集成为具有8根连接管脚的半导体封装。
主电源装置包括一个滤波器21、一个二极管桥22及一个大体积电容器23，布置成把一个整流信号提供到节点25。另外一个节点26把直接来自滤波器21的信号经一个二极管27提供到PWM控制电路10的管脚8。
变压器装置30带有一个磁心31、和布置在磁心一侧的一个初级绕组32和一个辅助绕组33。初级绕组32使一个节点联接到节点25上，及另外一个节点联接到要在下面进一步描述的一个箝位晶体管18上。辅助绕组使一个节点联接到地，及另外一个节点分别经一个电阻器14、和带有存储电容器16的二极管15联接到PWM控制电路10的管脚1和6上。
一个高压次级绕组35和低压次级绕组36a、b、c及d布置在磁心的另一侧。高压次级绕组35布置成在正常操作模式期间向电器(未表示)的适当高压元件提供一个高压电源(～100V)。低压绕组36a、b、c及d布置成向电器的各种低压元件提供低压电源(～10V)。联接次级绕组36d，以为微处理器和调节装置40提供一个低压电源，调节装置40也为调节目的提供，在下面进一步描述。
微处理器和调节装置40使一个微处理器45除其他功能(未表示)外布置成控制SMPS的操作的备用模式(和正常模式)的管理。当供给变压器装置30的次级侧的功率已经达到希望级时，经与调节二极管47串联的光电耦合器装置实现调节。
调节二极管47的击穿电压经联接到高压绕组35的输出上的电阻器41和输出电平可变电阻器42是可调节的。以这种方式，调节二极管根据由电阻器41和输出电平可变电阻器42的电阻分压器装置得到的电压传导电流。该电流流经光电耦合器装置一个发光二极管(LED)46，在其一个光电池17中感应一个信号。光电池联接在存储电容器16与PWM控制电路10的管脚3之间。
当PWM控制电路10从光电池17通过管脚3接收调节信号时，来自电路10的管脚5的信号导通箝位晶体管18，它通过二极管19和电阻34的箝位网络，箝位初级绕组32的两个节点至节点25。这样箝位二极管的作用是电源开关。
当电器切换到备用模式时，电器的高压元件不再需要功率。微处理器45通过接通经二极管装置37高效地把高压绕组35箝位到次级绕组36d的整流电压，重新配置变压器装置30的次级绕组。微处理器也接通晶体管49，晶体管49高效地把一个第二齐纳二极管48插入到LED 46的通路中，由此提供在备用模式中的调节装置，迫使次级绕组36d的整流电压不超过如下之和：调节二极管47的击穿电压加上跨过LED 46和晶体管49的电压降。
现在也参照图2，表示有PWM控制电路10的方块图。基本上，三根控制管脚1、2和3提供用于用来控制SMPS的所有需要可变信号的输入。管脚1接纳一个零电流检测输入和一个负电压箝位。管脚2把过流保护与备用波峰电流极值相结合。管脚3把电流检测电压(调节)输入与备用调节相结合。
其余管脚提供供电和输出连接：管脚4接地，管脚5驱动箝位晶体管18的功率开关装置，管脚6经存储电容器16(Vcc)联接到辅助绕组33上，并且管脚8联接到主电源装置20(高电压)的节点26上。管脚留下未连接，以便改进管脚8(高电压)与6(Vcc)之间的隔离。
以如下方式提供调节。联接控制块130以从管脚3接收调节信号。这用来经PWM控制块140把输出的希望工作循环通知给驱动控制块150，该输出然后用来驱动输出缓冲器190，因而控制箝位晶体管18的功率开关装置。
备用模式和正常模式由从去磁块110(管脚1)、电流检测块120(管脚2)、和从控制块130(管脚3经驱动控制块150)得到输入的备用管理块检测。下面参照图5进一步描述模式检测。
当备用模式开始时，微处理器45如上述那样重新配置变压器装置30的次级侧。由于变压器装置30的重新配置，调节信号Vpwm将高效地把高压绕组35调节到10V量级的电压值。所有次级绕组的电压将减小，这又引起辅助绕组33中产生的电流下降到需要保持至控制电路10的电流以下。这时，功率从引起Vcc缓慢降低的体积电容器16漏出。
现在也参照图3，表示有一条曲线，该曲线按照在备用模式期间Vcc的特性表明PWM控制电路10的三个操作阶段。
在一个第一阶段(所谓的启动阶段)215中，由辅助绕组33提供不足的电流以供电PWM控制电路10，导致Vcc低于第二欠电压值260，下面要进一步描述(例如，当接通该装置时，或在上段中描述的备用模式中)。在这个第一阶段210期间，启动电流源180直接从滤波器21经节点26和二极管27吸取电流，并且把电流供给到存储电容器16，存储电容器16在该阶段(线210)期间引起Vcc稳定地升高，直到Vcc达到启动阈值240(在Vcc管理块170中确定和检测)。
在一个第二阶段(所谓工作阶段)225中，PWM控制电路10正常操作，从Vcc吸取电流。(如果装置处于正常模式中，则Vcc停留在第一欠电压值250或以上，并且电路10继续正常操作)。在备用模式中，Vcc由于从辅助绕组33(线220)产生不足电流而下降，直到Vcc达到第一欠电压值250。
在一个第三阶段(所谓开锁阶段)235中，PWM控制电路10断开，因为是启动电流源120。因而在该第三阶段，从Vcc吸取非常小的电流，并且仅Vcc因此非常慢地下降，直到它达到第二欠电压值260，借此再次接通启动电流源，再次回复到第一阶段215。
由当阶段出现时产生指示阶段的信号的Vcc管理块170分别控制第一、第二及第三阶段215、225和235。
现在也参照图4，表示有PWM控制电路10的过流极限功能的说明性方块图。管脚2联接到一个比较器320的同相输入端上，并且经一个开关315联接到一个电流源310上。比较器320的倒相输入端布置成接收一个过流保护阈值电压。以这种方式，如果在管脚2处的电压超过阈值电压，则比较器的输出将产生一个指示过流状态的信号。
管脚2经一个第一电阻器340进一步联接到一个分压电位点345上。分压电位点345联接在经电源开关(箝位晶体管18)的初级绕组32与经第二电阻器350的地之间。
开关315独立于AND(与)门330的输出切换，AND门330联接成接收备用和工作阶段输入信号。因此，在电路10处于备用模式的情况下，电流源310切换以联接到管脚2上，由此引入一个另外的电流源以经第二电阻器350和第一电阻器340排放电流，由此升高在管脚2处的电压。以这种方式，在备用模式期间，过流保护阈值高效地减小(通过任意升高在管脚2处的电压)，并且可以由第一电阻器340的值编程。第一电阻器340可以部分或总体与PWM控制电路10集成。
现在也参照图5，表示有形成备用块部分的一个锁存器装置400，并且分别带有第一和第二锁存器410和440，及分别带有第一和第二AND门420和430。
第一锁存器410由从电流检测块120导出的过流信号设置，并且由从控制块130和PWM控制块140导出的调节信号(Rpwm)复位。Rpwm是一个在正常模式稳态期间终止供电的脉冲信号。
第一锁存器410的值计时到第一AND门420，第一AND门420也从Vcc管理块170接收启动阶段信号。
第一锁存器410的倒相值计时到第二AND门430，第二AND门430也从Vcc管理块170接收开锁阶段信号。
第二锁存器440由第二AND门430的输出设置，并且由第一AND门420的一个输出复位。
备用模式的确定以如下方式进行。如果由在辅助绕组33中产生的不足功率引起Vcc衰减到第一欠电压值250以下，则开锁阶段235将出现。对此有两种可能原因：
a)一种错误状态(例如过载)已经出现，引起控制器10高效地断开SMPS。
b)如上所述通过微处理器45已经输入备用模式。
在后一种情况下，由于在重新配置时存在过电压，在工作阶段225的末端已经接收到一个调节信号。因此，第一锁存器410将具有一个低值，其倒相输出将很高，如至第二AND门430的两个输入那样，导致第二锁存器设置，由此指示备用模式。
类似地正常模式的确定以如下方式进行。假定PWM控制电路10已经处于备用模式，电流源310将接通，高效地减小比较器320的电压阈值。因此当微处理器45决定重新进入正常模式，并因而重新配置次级绕组时，然后将需要大量电流。这将导致依次按时由过流保护终止(借助于一个过流保护信号)，并且在切换阶段的末端没有调节(因此没有调节信号)。以这种方式，第一锁存器410将借助于一个较高值锁存，并因此第一AND门420的输出将在下次启动阶段期间为高。这导致第二锁存器440复位，高效地取消在PWM控制电路10内的备用模式，并且返回正常模式。
将会理解，对于上述一种的可选择实施例是可能的。例如，这种装置能借助于任何类型的SMPS、借助于固定或可变频率、及借助于电流或电压模式使用。SMPS的精确布置可以不同于所述的，而仍然允许PWM控制电路10基本上按描述的操作。
微处理器和调节装置400可能在实施方面不同于所述的。例如，借助于一个运算放大器能替换调节二极管47。
而且，锁存器装置400可以由一个基本上实现相同功能的可选择逻辑装置替换。例如，第一AND门420能布置成接收开锁阶段信号，并且第二AND门然后将接收启动信号，适当变化到锁存器的操作。

Claims (7)

1．与带有正常模式和备用模式的切换模式电源一起使用的脉冲宽度调制控制设备，包括：
一个第一输入端，布置成接收一个指示由电源供给的电流量的信号；
过流确定装置，联接到第一输入端上，在指示由电源供给的电流量的信号中有过流状态的情况下，用来提供一个过流信号；
一个第二输入端，布置成在有从联接到电源以从其接收电力的电路输出的调节的情况下接收一个调节信号；及
逻辑装置，用来比较过流信号和调节信号，以便确定切换模式电源是处于备用模式还是正常模式。
2．根据权利要求1所述的脉冲宽度调制控制设备，进一步包括用来确定至设备的工作电源电压的状态的装置，其中逻辑装置进一步布置成接收一个指示工作电源电压的状态的信号，以用于确定切换模式电源是处于备用模式还是正常模式。
3．根据权利要求1或权利要求2所述的脉冲宽度调制控制设备，其中逻辑装置包括布置成锁存过流和调节信号的锁存装置。
4．根据任何以上权利要求所述的脉冲宽度调制控制设备，进一步包括一个联接到第一输入上的选择性可切换电流源，其中在备用模式期间，切换可切换电流源以增大在第一输入处的电压，由此减小用于过流状态的阈值值。
5．根据任何以上权利要求所述的脉冲宽度调制控制设备，带有三根控制管脚。
6．根据权利要求5所述的脉冲宽度调制控制设备，封装在一个8管脚塑料封装中。
7．根据权利要求6所述的脉冲宽度调制控制设备，其中提供一根管脚以改进两根电源管脚之间的隔离。
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