CN1848641A - 准谐振类型开关电源单元及使用其的准谐振开关电源装置 - Google Patents

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Abstract

准谐振类型开关电源单元包括一个过电流限制电路和一个振荡电平比较电路。当MOSFET处于断路状态的时候，该过电流限制电路(即，电平确定电路和参考电压产生电路)接收从辅助绕组产生的反向电动势，该辅助绕组被电磁地与初级绕组相连接，并且基于反向电动势产生阶梯式的参考电压。该振荡电平比较电路接收一个对应于提供给负载的电能的反馈电压，并且当该反馈电压超过该参考电压的时候，产生一个控制信号，其将该MOSFET切换为断路状态。

Description

准谐振类型开关电源单元及使用其的准谐振开关电源装置
相关申请的交叉引用
于2005年3月10日申请的日本专利申请No.2005-67373的整个公开，包括说明书、权利要求、附图和摘要被作为参考资料整体结合在此处。
技术领域
本发明涉及配备有过电流保护电路的准谐振类型开关电源单元。
背景技术
如图7所示，常规的准谐振类型开关电源单元100包括被装入在封装P中的集成电路Q、MOSFET 1和MOSFET 2。该准谐振类型开关电源单元100具有Vcc端子T1、TRG端子T2、FB端子T3、源极端子T4、漏极端子T5和VREF端子T6。该MOSFET 1的源极被连接到该源极端子T4。该MOSFET1的漏极被连接到该漏极端子T5。该MOSFET 1的漏极还被连接到该MOSFET 2的漏极。
在该集成电路Q中，振荡电路3产生一个锯齿状振荡信号。当充电控制信号被从整理电路(fixing circuit)4输入的时候，MOSFET 5切换到接通状态，并且对在该振荡电路3中的电容器C充电。借助于这种安排，该电容器C的充电时间可以被缩短。振荡边缘电路8将该锯齿状信号转换为脉冲信号，并且将该转换的脉冲信号输出给锁存电路9。
该整理电路4产生作为施加于触发信号TRG和频率限制信号的逻辑运算结果的该充电控制信号。该触发信号TRG响应从外部换能器的辅助绕组产生的信号被从该触发器端子T2输入。边缘检测电路6检测该触发信号TRG。该振荡电路3的信号被反馈给该整理电路4。在该振荡信号从高电平(H)切换到低电平(L)或者反之亦然之后，当预定的时间已经过去的时候，该整理电路4产生该频率限制信号。
参考电压产生电路10从该Vcc端子T1接收电源电压Vcc，并且产生一参考电压Vref。一个外部电容器被经由VREF端子T6连接到该准谐振类型开关电源单元100。该电源电压Vcc被提供给该外部电容器，并且一个参考电压Vref是从该外部电容器的充电电压中获得的。
低压检测电路11比较该电源电压Vcc与一个阈值电压UVL。当该电源电压Vcc小于或等于该阈值电压UVL的时候，该低压检测电路11输出一个停止信号给该振荡电路3和给驱动电路18。当该电源电压Vcc大于或等于阈值电压UVH的时候，该低压检测电路11输出一个停止复位信号给该振荡电路3和该驱动电路18。一旦接收到一个停止信号，该振荡电路3就停止产生该振荡信号，并且一旦接收到一个停止复位信号，就重新启动产生该振荡信号。以这样的方式，该低压检测电路11具有二个阈值电压UVL和UVH，以在开始和结束产生该振荡信号两者的过程中提供一个迟滞(即，电压差)。
高压检测电路12比较该电源电压Vcc与一个阈值电压OVP。当该电源电压Vcc大于该阈值电压OVP的时候，该高压检测电路12输出一个停止信号给锁存电路9。响应该停止信号，该锁存电路9锁存从该振荡边缘电路8产生的信号。过热状态检测电路13检测该准谐振类型开关电源单元100的温度，并且当该温度大于一个预定的参考温度的时候，输出一个停止信号给该锁存电路9。响应从该过热状态检测电路13接收的该停止信号，该锁存电路9锁存从该振荡边缘电路8产生的信号。
振荡电平比较电路15接收一个检测电压VCOM(即，包含从该FB端子T3输入的负载电压的电压和从该感测MOSFET 2输入的电压)，并且将该检测电压VCOM与从该参考电压产生电路10提供的该参考电压Vref比较。当该检测电压VCOM小于或等于该参考电压Vref的时候，该振荡电平比较电路15输出一个低电平复位信号。当该检测电压VCOM大于该参考电压Vref的时候，该振荡电平比较电路15输出一个高电平复位信号。
脉宽调制电路16是一个具有设置端子S、复位端子R和输出端子Q的RS触发电路。已经通过该锁存电路9的脉冲信号被经由缓冲器17输入给该脉宽调制电路16的设置端子S。该振荡电平比较电路15的输出信号被馈送给该脉宽调制电路16的复位端子R。从该脉宽调制电路16的输出端子Q产生的信号被经由该驱动电路18提供给该MOSFET 1的栅电极和该MOSFET 2的栅电极。
该常规的准谐振类型开关电源单元100使用该电源电压Vcc去对该电容器充电，并且从该充电电压获得该参考电压Vref。在这种情况下，需要的电容是在数百nF到几μF的范围之内。通常，这样大型的电容器不能结合在该准谐振类型开关电源单元100中。因此，有必要提供该VREF端子T6，该外部电容器被连接到该VREF端子T6。
通常，提供专用于该外部电容器的该VREF端子提高了该准谐振类型开关电源单元100的封装尺寸。此外，当该准谐振类型开关电源单元100安装在电路上的时候，需要用于将电容器连接到该电路的处理过程，因此，该制造过程变得复杂化，而且该制造成本增加。
此外，如果在常规的准谐振类型开关电源单元100中负载被短路，连接到该VREF端子T6的该电容器被连续地充电，并且该参考电压Vref被保持在高电压值上。因此，该振荡电平比较电路15不能检测出现在该电路中的问题。因此，到该负载的电力供应不能被停止，并且该准谐振类型开关电源单元100达到过载条件。
发明内容
本发明提供了一种包括开关元件的准谐振类型开关电源单元，该开关元件导致反复性的切换，以周期性地提供电能给外部换能器的初级绕组，从而提供电能给连接到该换能器的次级绕组的负载，该换能器的次级绕组被电磁地与该初级绕组相连接。该准谐振类型开关电源单元包括一个过电流限制电路和一个振荡电平比较电路。当该开关元件处于断路状态的时候，该过电流限制电路接收一个从被电磁地与初级绕组相连接的换能器的辅助绕组产生的反向电动势，并且基于该反向电动势产生一个阶梯式的参考电压。并且，该振荡电平比较电路接收一个与提供给该负载的电能相对应的检测电压，并且当对应于该检测电压的电压大于该参考电压的时候，产生一个控制信号，其使得该开关元件进入断路状态。
附图说明
被结合进和构成本说明书一部分的该伴随的附图举例说明了本发明的一个实施例，并且与该说明书一起用来解释本发明的原理。在这些附图中：
图1是示出按照本发明一个实施例的准谐振类型开关电源单元的电路布置的方框图；
图2是示出按照本发明实施例的准谐振类型开关电源单元的操作的时序图；
图3是示出按照本发明实施例的门边缘电路和电平确定电路的电路图；
图4是示出按照本发明实施例的参考电压产生电路的电路图；
图5是示出按照本发明实施例的准谐振类型开关电源单元的电路图；
图6是示出按照本发明实施例的准谐振类型开关电源单元的操作的时序图；和
图7是示出常规的准谐振类型开关电源单元的方框图。
具体实施方式
按照本发明一个实施例的准谐振类型开关电源单元200包括被装入在封装S中的集成电路R、MOSFET 1和MOSFET 2，如图1所示。在图1中，与那些在图7示出的常规的准谐振类型开关电源单元100中相同的部件或者部分由相同的参考数字表示。
该准谐振类型开关电源单元200包括功率MOSFET 1、感测MOSFET 2、振荡电路3、整理电路4、MOSFET 5、边缘检测电路6、振荡边缘电路8、锁存电路9、低压检测电路11、高压检测电路12、过热状态检测电路13、振荡电平比较电路15、脉宽调制电路16、缓冲器17、驱动电路18、门边缘电路60、电平确定电路62和参考电压产生电路64。
该准谐振类型开关电源单元200具有Vcc端子T1、TRG端子T2、FB端子T3、源极端子T4和漏极端子T5。该准谐振类型开关电源单元200不需要在图7中示出的常规的准谐振类型开关电源单元100配备的该VREF端子T6。
该MOSFET 1的源极连接到该源极端子T4，并且该MOSFET 1的漏极连接到该漏极端子T5。该MOSFET 1可以被作为开关元件使用。该MOSFET 1的漏极连接到该MOSFET 2的漏极。
该边缘检测电路6连接到该TRG端子T2。该边缘检测电路6与从该TRG端子T2输入的信号的电压电平从大于预定阈值电压VEG的状态变换为低于该阈值电压VEG的状态的定时同步地输出一个脉冲信号。如稍后所述，一个触发信号STRG被输入给该触发器端子T2。从外部换能器的辅助绕组产生的该触发信号STRG具有类似于在MOSFET 1的漏极和源极之间施加的电压的波形。该触发信号STRG具有与从次级绕组24产生的该电压成比例的电压值。该触发信号STRG的电压和从该次级绕组24产生的电压的比等于绕组比。从该边缘检测电路6产生的该脉冲信号被提供给该整理电路4。
除了从该边缘检测电路6提供的该脉冲信号之外，该整理电路4接收一个从该振荡电路3返回的反馈信号，并且产生一个充电控制信号。在该振荡信号从高电平(H)切换到低电平(L)或者反之亦然之后，当预定的时间已经过去的时候，该整理电路4基于该振荡电路3的信号产生一个频率限制信号。此外，作为施加于从该边缘检测电路6提供的该频率限制信号和该脉冲信号的逻辑运算的结果，该整理电路4产生该充电控制信号。
当该充电控制信号被从该整理电路4输入的时候，该MOSFET 5变成接通状态，以对在该振荡电路3中的电容器C充电。借助于这种安排，该电容器C的充电时间可以被缩短。
该振荡电路3包括一个能够产生锯齿状信号的振荡器。该电容器C的充电电压经由一个电阻器被施加给该振荡电路3。当停止复位信号被从该低压检测电路11输入的时候，该振荡电路3产生一个具有对应于该电容器C的充电电压的斜率的锯齿状振荡信号。更具体地说，该振荡电路3与从该边缘检测电路6产生的脉冲信号的定时同步地产生一个锯齿状信号。该振荡电路3将该锯齿状信号提供给该振荡边缘电路8。
在已经接收到该锯齿状信号之后，该振荡边缘电路8检测该锯齿状信号的一个边缘，并且将该锯齿状信号变换为脉冲信号。该产生的脉冲信号被发送给该锁存电路9。
该锁存电路9从该振荡边缘电路8接收该脉冲信号，并且将一组信号输出给该缓冲器17，并且除非其已经从该高压检测电路12，或者从该过热状态检测电路13接收到一个停止信号，其直接将该脉冲信号输出给该缓冲器17。另一方面，当已经从或者高压检测电路12，或者过热状态检测电路13接收到一个停止信号的时候，该锁存电路9输出锁存的脉冲信号。该锁存电路9的输出信号被经由该缓冲器17发送给该脉宽调制电路16。
该振荡电平比较电路15接收一个检测电压VCOM，其包含从该FB端子T3输入的负载电压和从该感测MOSFET 2输入的电压，并且将该检测电压VCOM与从该参考电压产生电路64提供的参考电压Vref比较。当该检测电压VCOM小于或等于该参考电压Vref的时候，该振荡电平比较电路15输出一个低电平复位信号。该振荡电平比较电路15与该检测电压VCOM超过该参考电压Vref的定时同步地输出一个高电平复位信号。如在下面进一步描述的，按照当前的实施例，该参考电压Vref可以按照从该TRG端子T2输入的触发信号STRG的幅度设置为阶梯式的。该复位信号被发送给该脉宽调制电路16。
该脉宽调制电路16包括一个具有设置端子S、复位端子R和输出端子Q的RS触发电路。从该锁存电路9产生的该设置信号被经由该缓冲器17发送给该脉宽调制电路16的设置端子S。从该振荡电平比较电路15产生的该复位信号被输入给该脉宽调制电路16的复位端子R。更具体地说，当该锁存电路9的设置信号从低电平上升到高电平的时候，该脉宽调制电路16的输出端子Q切换到高电平。该脉宽调制电路16的输出端子Q在该振荡电平比较电路15的输出从低电平改变为高电平的定时上变成低电平。从该脉宽调制电路16的输出端子Q产生的信号被经由该驱动电路18提供给该MOSFET 1的栅电极和该MOSFET 2的栅电极。
如果必要的话，该驱动电路18可以放大从该脉宽调制电路16的输出端子Q产生的该信号，并且输出一个门信号SDRV。该门信号SDRV被发送给该MOSFET 1和MOSFET 2的栅电极，以及发送给该门边缘电路60。当该门信号SDRV是处于高电平之中的时候，该MOSFET 1和MOSFET 2两者被变成接通状态。当该门信号SDRV是处于低电平之中的时候，该MOSFET 1和MOSFET2两者被变成断路状态。此外，其最好是按照一个从该低压检测电路11提供的停止信号来控制该驱动电路18的输出。
该低压检测电路11被连接到该Vcc端子T1。该低压检测电路11从该Vcc端子T1接收电源电压Vcc，并且将该电源电压Vcc与预定的阈值电压UVL比较。当该电源电压Vcc小于或等于该阈值电压UVL的时候，该低压检测电路11输出一个停止信号给该振荡电路3和该驱动电路18。当该电源电压Vcc大于或等于阈值电压UVH的时候，该低压检测电路11输出一个停止复位信号给该振荡电路3和该驱动电路18。一旦接收到该停止复位信号，该振荡电路3就开始产生该振荡信号，并且一旦接收到该停止信号，就停止产生该振荡信号。以这样的方式，该低压检测电路11具有二个阈值电压UVL和UVH，以在开始和停止产生该振荡信号两者的过程中提供一个迟滞(即，电压差)。
该高压检测电路12被连接到该Vcc端子T1。该高压检测电路12从该Vcc端子T1接收该电源电压Vcc，并且将该电源电压Vcc与预定的阈值电压OVP比较。当该电源电压Vcc大于该阈值电压OVP的时候，该高压检测电路12输出一个停止信号给该锁存电路9。在接收到该停止信号之后，该锁存电路9锁存从该振荡边缘电路8产生的信号。
该过热状态检测电路13检测该准谐振类型开关电源单元200的温度，并且当该温度大于预定的参考温度TREF的时候，输出一个停止信号给该锁存电路9。响应从该过热状态检测电路13接收的该停止信号，该锁存电路9锁存从该振荡边缘电路8产生的信号。
该门边缘电路60从该驱动电路18接收一个门信号SDRV，并且在该门信号SDRV从高电平下降到低电平的定时上，作为门关闭(gate-off)边缘信号SGOF输出一个从高电平改变为低电平的脉冲信号，如图2所示。该门关闭边缘信号SGOF被提供给该电平确定电路62。该门关闭边缘信号SGOF可以被作为一个复位信号使用，其在该MOSFET 1达到断路状态的定时上终止在该振荡电平比较电路15中设置的该参考电压Vref的设置阶段。
例如，如图3所示，该门边缘电路60包括三个非门60a、60b和60c；一个与非门60d和一个低通滤波器60e。该非门60a和60c具有分别地接收该门信号SDRV的输入端子。该非门60a具有一个经由该低通滤波器60e连接到该非门60b的输入端子的输出端子。该非门60b和60c具有分别地连接到该与非门60d的输入端子的输出端子。该门边缘电路60的电路布置不局限于该公开的一种，据此可以被以多种方式修改，使得该脉冲信号等等可以被与该MOSFET 1变成断路状态的定时同步地传送给该电平确定电路62。
该电平确定电路62接收从该TRG端子T2输入的该触发信号STRG，并且确定该触发信号STRG是否大于或等于一个预定的阈值电压。基于该触发信号STRG与从该次级绕组24产生的电压成比例的事实，该电平确定电路62可以确定在接下来的转换周期中使用的该参考电压Vref。
如图3所示的该电平确定电路62可以被作为一个包括比较器的边缘检测电路构成。例如，该电平确定电路62包括比较器70、71和72、与非门73和74、边缘检测电路75和76、以及RS触发电路77和78。但是，该电平确定电路62的电路布置不局限于该公开的一种，据此可以被以多种方式修改，使得该触发信号STRG可以与一个预定的阈值电压相比较，并且基于该比较结果可以产生一个确定该参考电压的控制信号。
该比较器70具有接收阈值电压Vp的非反相输入端子(+)和接收该触发信号STRG的反相输入端子(-)。如图2所示，当该触发信号STRG小于或等于该阈值电压Vp的时候，该比较器70产生一个高电平输出，并且当该触发信号STRG大于该阈值电压Vp的时候，产生一个低电平输出。该比较器71具有接收该触发信号STRG的非反相输入端子(+)和接收阈值电压VTH2的反相输入端子(-)。如图2所示，当该触发信号STRG小于该阈值电压VTH2的时候，该比较器71产生一个低电平输出，并且当该触发信号STRG大于或等于该阈值电压VTH2的时候，产生一个高电平输出。
该比较器70的输出C1和该比较器71的输出C2被输入到该与非门73。因此，如图2所示，当该比较器70的输出C1和该比较器71的输出C2两者是处于高电平的时候，即，当该触发信号STRG不小于该阈值电压VTH2，并且不大于该阈值电压Vp的时候，该与非门73产生一个低电平输出N1。
边缘检测电路75输入该与非门73的输出N1。如图2所示，该边缘检测电路75与从低电平转向高电平的该输出N1的定时同步地输出一个边缘脉冲信号P1。
例如，如图3所示，该边缘检测电路75可以包括三个非门75a、75b和75c、一个或非门75d和一个低通滤波器75e。该非门75a和75c具有分别地接收该输出N1的输入端子。该非门75a具有一个经由该低通滤波器75e连接到该非门75b的输入端子的输出端子。该非门75b和75c具有分别地连接到该或非门75d的输入端子的输出端子。
该RS触发电路77具有从该边缘检测电路75接收该边缘脉冲信号P1的设置端子S，和从该门边缘电路60接收该门关闭边缘信号SGOF的复位端子R(bar)。与将该触发信号STRG从不小于阈值电压VTH2并且不大于阈值电压Vp的状态转换为小于阈值电压VTH2的状态或者大于阈值电压Vp的状态的定时同步地，该RS触发电路77将其输出端子Q的输出信号S0从低电平转向高电平。换句话说，该RS触发电路77将其反相输出端子Q(bar)的输出信号S1从高电平转向低电平。
然后，与将该门关闭边缘信号SGoF从高电平改变为低电平的定时同步地，即，该门信号SDRV从高电平改变为低电平以使得该MOSFET 1进入断路状态的定时同步地，该RS触发电路77将其输出端子Q的输出信号S0从高电平复位到低电平。换句话说，该RS触发电路77将其反相输出端子Q(bar)的输出信号S1从低电平复位到高电平。
该输出信号S1可以被用作一个确定在该参考电压产生电路64中的该参考电压Vref的控制信号。
如从图2中清晰可见的，当由于某种原因该触发信号被保持在大于该阈值电压Vp的状态一段比1个周期更长的时间以后的时候，该RS触发电路77连续地从其输出端子Q(即，连续地从其反相输出端子Q(bar)产生一个高电平输出)产生一个低电平输出信号。
如果必须将该参考电压Vref分解为多个(二个以上)级，可以增加比较器的总数。该比较器72具有接收该触发信号STRG的非反相输入端子(+)和接收阈值电压VTH1的反相输入端子(-)。当该触发信号STRG小于该阈值电压VTH1的时候，该比较器72产生一个低电平输出，并且当该触发信号STRG大于或等于该阈值电压VTH1的时候，产生一个高电平输出。
此外，该比较器72的输出C3被输入给与非门74的输入端子。在该与非门74的另一个输入端子被保持在高电平的条件之下，如果该触发信号STRG大于或等于该阈值电压VTH1，则该与非门74产生一个低电平输出N2。
该与非门74接收该比较器70的输出C1和该比较器72的输出C3。因此，如图2所示，只有当该比较器70的输出C1和该比较器72的输出C3两个都处于高电平的时候，即，当该触发信号STRG不小于该阈值电压VTH1，并且不大于该阈值电压Vp的时候，该与非门74产生一个低电平输出N2。
边缘检测电路76输入该与非门74的输出N2。如图2所示，该边缘检测电路76与从低电平转向高电平的该输出N2的定时同步地输出一个边缘脉冲信号P2。如图3所示，该边缘检测电路76可以包括与该边缘检测电路75的那些相同的三个非门76a、76b和76c；一个或非门76d；和一个低通滤波器76e。
该RS触发电路78具有从该边缘检测电路76接收该边缘脉冲信号P2的设置端子S，和从该门边缘电路60接收该门关闭边缘信号SGOF的复位端子R(bar)。与将触发信号STRG从不小于阈值电压VTH1并且不大于阈值电压Vp的状态转换为小于阈值电压VTH1的状态或者大于阈值电压Vp的状态的定时同步地，该RS触发电路78将其反相输出端子Q(bar)的输出信号S2从高电平转向低电平。
然后，与该门关闭边缘信号SGOF从高电平改变为低电平的定时同步地，即，该门信号SDRV从高电平改变为低电平以使得该MOSFET 1进入断路状态的定时同步地，该RS触发电路78将其反相输出端子Q(bar)的输出信号S2从低电平复位到高电平。该输出信号S2可以被用作一个控制信号，其可以设置在该参考电压产生电路64中的该参考电压Vref的多个级。如从图2中清晰可见的，当由于某种原因该触发信号STRG被保持在大于该阈值电压Vp的状态的时候，该RS触发电路78连续地从其反相输出端子Q(bar)产生高电平输出。
在当前的实施例中使用的该阈值电压是处于预定的关系，即，阈值电压VTH1＜阈值电压VTH2＜阈值电压Vp。例如，该阈值电压VTH1可以被设置为1.9V。该阈值电压VTH2可以被设置为3.8V。该阈值电压Vp可以被设置为Vcc-1.5V。此外，比较器的总数可以被增加，以提供该参考电压Vref足够数量的多个级，其可以被在与该触发信号STRG比较的过程中作为阈值电压使用。
该参考电压产生电路64接收该电平确定电路62的输出信号S1和S2，并且按照该输出信号S1和S2产生该阶梯式的参考电压Vref。如图4所示，该参考电压产生电路64包括一个恒流源80、电阻元件R1至R4以及晶体管85和86。但是，该参考电压产生电路64的安排不局限于公开的一个，并且可以被以多种方式修改，使得该参考电压Vref可以被按照从该电平确定电路62接收的该控制信号阶梯式地输出。
该电阻元件R1至R4是顺序地连接的。该电阻元件R4被在其一端D上连接到地。该恒流源80提供恒定电流Ic给该电阻元件R1至R4。由该电阻元件R3和R4构成的串联电路的两端B和D被连接到该晶体管85的源极和漏极。此外，该电阻元件R4的两端C和D被连接到该晶体管86的源极和漏极。该晶体管85具有一个栅电极，其从该电平确定电路62接收该输出信号S2。该晶体管86具有一个栅电极，其从该电平确定电路62接收该输出信号S1。该参考电压产生电路64可以从该电阻元件R1和该电阻元件R2的连接点A产生该参考电压Vref。
当该电平确定电路62的输出信号S2被保持在高电平上的时候，该晶体管85的源极和漏极被短路，因此，该参考电压产生电路64产生一个参考电压Vref1＝(R2×Vx)/(R1+R2)。
当该电平确定电路62的输出信号S2被保持在低电平上，并且该电平确定电路62的输出信号S1被保持在高电平上的时候，该晶体管85的源极和漏极被开路，并且该晶体管86的源极和漏极被短路，因此，该参考电压产生电路64产生一个参考电压Vref2＝((R2+R3)×Vx)/(R1+R2+R3)。
当该电平确定电路62的输出信号S1和S2两者变成低电平的时候，相应的晶体管85和86的源极和漏极被开路，因此，该参考电压产生电路64产生一个参考电压Vref3＝((R2+R3+R4)×Vx))/(R1+R2+R3+R4)。该Vx的值取决于与该电阻元件R1至R4并联连接的二极管的反向偏压。
充分地确定该电阻元件R1至R4可以满足需要的关系，即，参考电压Vref1＜参考电压Vref2＜参考电压Vref3。例如，设置实际的值R1＝200kΩ、R2＝50kΩ、R3＝100kΩ、R4＝300kΩ以及Vx＝5.7V提供实际的参考电压值Vref1＝近似地1.14V、Vref2＝近似地2.44V以及Vref3＝近似地3.95V。
该电平确定电路62和该参考电压产生电路64协同构成一个过电流限制电路。该过电流限制电路不需要外部电容器，并且可以单独地产生和输出对应于该触发信号STRG的幅度的参考电压Vref给该振荡电平比较电路15。
当该负载达到短路条件的时候，最好是该过电流限制电路产生一个最低的参考电压。这可以降低甚至当该负载被短路时，该开关元件被连续地保持在接通状态的该时段，从而确保保护该设备避免过电流的结果。
该准谐振类型开关电源单元200可以被结合进在图5中示出的准谐振类型开关电源装置中。
全波整流电路20被经由扼流圈21连接到市电Vin施加在其之间的端子X和端子Y。换能器22包括初级绕组23、次级绕组24和辅助绕组25。该初级绕组23具有连接到该全波整流电路20的端子U的第一端子。该初级绕组23具有连接到该准谐振类型开关电源单元200的漏极端子T5的第二端子。该全波整流电路20具有连接到该准谐振类型开关电源单元200的源极端子T4的端子T。
该初级绕组23的第二端子被经由电压谐振电容器29连接到该准谐振类型开关电源单元200的源极端子T4。该准谐振类型开关可以通过调整该电压谐振电容器29的电容来实现。
平滑滤波器电路27被插入在该全波整流电路20的二个端子T和U之间。该平滑滤波器电路27可以平滑在该全波整流电路20中整流的直流电压。在已经被在该全波整流电路20中整流和在该平滑滤波器电路27中平滑之后，该直流电压被作为电源电压Vcc经由启动(start-up)电阻器28提供给该准谐振类型开关电源单元200的Vcc端子T1。该辅助绕组25具有一个经由二极管30连接到该Vcc端子T1的端子，以及还经由电阻器45连接到该TRG端子T2的端子。
该换能器22的次级绕组24具有连接到该负载的接地端子N的第一端子和连接到二极管31的正极的第二端子。该二极管31的负极被连接到该负载。
此外，DC-OUT端子M被经由电容器32连接到该负载的接地端子N。光耦合器33被经由电阻器连接到该DC-OUT端子M。该电阻器、光耦合器33、晶体管40和齐纳二极管43的串联的电路被插入在该DC-OUT端子M和该负载的接地端子N之间。此外，电阻器41和电阻器42的另一个串联的电路被插入在该DC-OUT端子M和该负载的接地端子N之间。
该光耦合器33大体上是发光二极管34和光晶体管35的组合。该光耦合器33和晶体管40协同构成一个错误放大电路的基本部分，其可以将提供给次级电路的负载的电源馈送回初级电路。该发光二极管34具有一个经由该电阻连接到该二极管31负极的正极。该发光二极管34具有一个连接到该晶体管40的集电极的负极。该晶体管40具有一个经由该齐纳二极管43连接到该负载的接地端子(即，到该次级绕组24的第一端子)的发射极。
该晶体管40可以检测在端子M和端子N之间施加的该负载电压的变化。该晶体管40具有一个连接到该电阻器41和电阻器42的接合点的基极。该晶体管40的集电极被经由电容器连接到该电阻器41和电阻器42的接合点。该晶体管40的发射极被经由一个电阻器连接到该二极管31的负极。
该换能器22的次级绕组24被电磁地与该辅助绕组25相连接。该辅助绕组25的第一端子被接地。该辅助绕组25的第二端子被连接到该二极管30的正极。此外，该辅助绕组25的第二端子被经由该电阻器45连接到该TRG端子T2。
该二极管30的负极被连接到该Vcc端子T1。此外，该二极管30的负极被经由该光晶体管35、电阻器36和电阻器37的串联电路接地。此外，该二极管30的负极被经由电容器38接地。
该光晶体管35具有一个连接到该二极管30的负极的集电极。该光晶体管35具有一个连接到该电阻器36的发射极。该光晶体管35具有一个光电地连接到提供在该次级电路中的该发光二极管34的基极。该电阻器36和电阻器37的接合点被连接到该FB端子T3。
接下来将参考图1至6描述该准谐振类型开关电源装置的各种各样的功能。图6是示出在该准谐振类型开关电源装置的各种各样的信号的瞬时变化的时序图。
施加在端子X和端子Y之间的市电被在该全波整流电路20中整流和在该平滑滤波器电路27中平滑。然后，该整流和平滑的电源被作为电源电压Vcc经由该启动电阻器28提供给该封装S的Vcc端子T1。
当该电源电压Vcc小于或等于该阈值电压UVL的时候，该低压检测电路11输出一个停止信号以防止该振荡电路3产生一个锯齿状信号。当该电源电压Vcc逐渐地增加并且大于该阈值电压UVH的时候，该低压检测电路11输出一个停止复位信号，以使该振荡电路3去产生一个锯齿状信号。此外，响应施加于该Vcc端子T1的该电源电压Vcc，该参考电压产生电路64输出最低的参考电压Vref1给该振荡电平比较电路15。
该锯齿状信号被输入给该振荡边缘电路8，其中该锯齿状信号被转换为脉冲信号。然后，该脉冲信号被发送给该锁存电路9。在这种情况下，该高压检测电路12不产生停止信号。该脉冲信号被经由该锁存电路和该缓冲器17输入给该脉宽调制电路16的设置端子S。
当该脉冲信号被输入给该脉宽调制电路16的设置端子S的时候，该脉宽调制电路16从其输出端子Q产生一个高电平输出信号。在这种情况下，该驱动电路18是处于一个操作条件之中，因为一个停止复位信号当前被从该低压检测电路11输入。因此，该驱动电路18可以放大该脉宽调制电路16的输出端子Q的信号，并且可以将高电平信号SDRV施加给该MOSFET 1的栅电极和该MOSFET 2的栅电极。
当该门电位上升到高电平的时候，该MOSFET 1和MOSFET 2的每个达到接通状态。因此，电流Id经由该换能器的初级绕组23从该漏极流动到该MOSFET 1的源极。漏极-源极电压VDS降低，如图6所示。该换能器22的次级绕组24按照施加于该换能器22的初级绕组23的电能产生次级电压。该次级电压被通过该二极管31和该电容器32整流和平滑，并且被施加于连接在端子M和端子N之间的该负载。在该MOSFET 1已经变成接通状态之后，该电流Id逐渐地增加，如图6所示。该电流Id的斜率取决于该初级绕组的电感值。
在该负载中存在的端子M的电压增加被除以该电阻器41和42，并且被用于逐渐地提高该晶体管40的基极电压。按照该晶体管40的增加的基极电压，流经该发光二极管34的该电流提高。因此，该发光二极管34逐渐地提高该光发射强度。该光晶体管35的阻抗值降低。因此，如图6所示，施加于该FB端子T3的该反馈电压VFB按照施加于该负载的增加电压而增加。
该反馈电压VFB被经由该FB端子T3馈送给该振荡电平比较电路15。当检测电压VCOM超过该参考电压Vref(即，在初始条件中的参考电压Vref1)的时候，该振荡电平比较电路15输出一个复位信号给该脉宽调制电路16的复位端子R。该检测电压VCOM包括该反馈电压VFB和经由该MOSFET 2施加的电压。因此，该脉宽调制电路16从其输出端子Q产生一个低电平输出信号。该驱动电路18按照在该脉宽调制电路16的输出端子Q上的变化产生一个低电平门信号SDRV。在该脉宽调制电路16的输出端子Q上的该变化被经由该驱动电路18传送给该MOSFET 1的栅电极和传送给该MOSFET 2的栅电极。因此，该MOSFET 1和该MOSFET 2两者达到断路状态。没有电能被提供给该换能器22的初级绕组23。
当该门信号SDRV下降到低电平的时候，与门信号SDRV从高电平下降到低电平的定时同步地，该门边缘电路60产生门关闭边缘信号SGOF作为降低到低电平的脉冲信号，如图2所示。
从该辅助绕组25产生的该电压和从该次级绕组24产生的该电压的比等于该绕组比。当来自该初级绕组23的所有电能被完全地传送给该次级绕组24的时候，由于该电压谐振电容器29的谐振功能，该MOSFET 1的漏极-源极电压导致自由振荡和具有余弦波形的衰减。该辅助绕组25产生一个具有类似于该MOSFET 1的漏极-源极电压波形的电压。提供在TRG端子和GNP端子之间的该电阻器45和电容器CO可以结合该辅助绕组25的电压，因此，产生在图6中示出的该触发信号STRG。该触发信号STRG被输入给该TRG端子T2。
该边缘检测电路6从该TRG端子T2接收该触发信号STRG，并且将其转换为一个脉冲信号，其被传送给该整理电路4和该电平确定电路62。
该电平确定电路62接收该触发信号STRG，并且确定是否该触发信号STRG大于或等于一个预定的阈值电压。如图2所示，与该触发信号STRG从不小于阈值电压VTH1并且不大于阈值电压Vp的状态转换为小于阈值电压VTH1的状态或者大于阈值电压Vp的状态的定时同步地，该输出信号S2从高电平下降到低电平。
与该触发信号STRG从不小于阈值电压VTH2并且不大于阈值电压Vp的状态转换为小于阈值电压VTH2的状态或者大于阈值电压Vp的状态的定时同步地，该输出信号S1从高电平转换到低电平。
例如，该阈值电压VTH1可以被设置为1.9V。该阈值电压VTH2可以被设置为3.8V。该阈值电压Vp可以被设置为Vcc-1.5V。
如图6所示，该参考电压产生电路64按照该输出信号S1和S2产生该参考电压Vref。如以前描述的，在该输出信号S2被保持在高电平的条件下，即，在该触发信号STRG小于该阈值电压VTH1的条件下，该参考电压产生电路64产生该参考电压Vref1＝(R2×Vx)/(R1+R2)。
当该电平确定电路62保持低电平输出信号S2和高电平输出信号S1的时候，即，在该触发信号STRG大于或等于该阈值电压VTH1并且小于该阈值电压VTH2的条件下，该晶体管85的源极和漏极在该触发信号STRG降低的定时上被开路，并且该晶体管86的源极和漏极被短路。因此，该参考电压产生电路64产生该参考电压Vref2＝((R2+R3)×Vx))/(R1+R2+R3)。
当该输出信号S1和S2两个都处于低电平的时候，即当该触发信号STRG大于或等于该阈值电压VTH2并且小于该阈值电压Vp的时候，该各晶体管85和86的源极和漏极被开路，并且因此该参考电压产生电路64在该触发信号STRG降低的定时上产生该参考电压Vref3＝((R2+R3+R4)×Vx))/(R1+R2+R3+R4)。
此外，当该触发信号STRG被保持在大于或等于该阈值电压Vp的状态一段相当于1个周期的相对短的时间的时候，各晶体管85和86的源极和漏极在该触发信号STRG提高的定时上被开路。
因此，该参考电压产生电路64在该触发信号STRG提高的定时上产生该参考电压Vref3＝((R2+R3+R4)×Vx))/(R1+R2+R3+R4)。接下来，直到该MOSFET 1变成断路状态的定时，即，直到该门关闭边缘信号SGOF变成低电平，该参考电压Vref可以在该振荡电平比较电路15中被设置。
例如，在图4中，设置实际的值R1＝200kΩ、R2＝50kΩ、R3＝100kΩ、R4＝300kΩ以及Vx＝5.7V提供了实际的参考电压值Vref1＝近似地1.14V、Vref2＝近似地2.44v以及Vref3＝近似地3.95V。
如上所述，在该MOSFET 1和MOSFET 2两个都处于断路状态之中的条件下，可以设置该参考电压Vref去在下一个转换周期中使用，并且在该MOSFET 1从接通状态转换到断路状态之前，可以被连续地保持。
此外，该辅助绕组25按照在辅助绕组25和次级绕组24之间的绕组比产生一个与该次级电压成比例的电压。该参考电压Vref可以基于由反转电动势产生的该触发信号STRG在下一个周期中被阶梯式地设置。例如，该参考电压Vref在如图6所示的起动周期中阶梯式地提高。因此，其变得可能逐渐地提高施加给该负载的电能，其通常被称为软起动过程。
该准谐振类型开关电源单元200可以不依赖任何外部电容器来设置该参考电压Vref。因此，不再需要以前对于将外部电容器连接到该设备需要的努力。该制造时间可以被缩短，并且制造成本可以被降低。
此外，在该负载被短路的情况下，该参考电压Vref可以被设置为最低的电平。因此，可以提高保护该设备避免过电流或者过载的结果。
此外，当该触发信号STRG被保持在大于或等于该阈值电压Vp的状态一段比1个周期更长的时间周期的时候，该输出信号S1和S2被保持在高电平，并且该参考电压Vref1＝(R2×Vx)/(R1+R2)可以被产生。因此，通过将该触发信号STRG保持在大于或等于该阈值电压Vp的状态可以实现该间歇振荡和其他的处理。
另一方面，该整理电路4对在其中产生的振荡限制信号和从该边缘检测电路6输入的该脉冲信号施加逻辑运算，并且当两个信号处于低电平之中的时候，输出一个充电控制信号。该MOSFET 5响应充电电势变成接通状态，并且该电容器C被经由该MOSFET 5充电。因此，该锯齿状信号的斜率提高。
该振荡边缘电路8接收从该振荡电路3产生的该锯齿状信号，并且将其转换为一个脉冲信号，其被输入到该脉宽调制电路16的设置端子S中。响应该脉冲信号，该脉宽调制电路16从其输出端子Q产生一个高电平输出信号。从该脉宽调制电路16的输出端子Q产生的该高电平输出信号被经由该驱动电路18提供给该MOSFET 1的栅电极和提供给该MOSFET 2的栅电极。因此，该MOSFET 1和该MOSFET 2两者被再次接通。
如上所述，当该MOSFET 1和MOSFET 2处于断路状态之中的时候，基于与从被电磁地与初级绕组23相连接的辅助绕组25产生的反向电动势相对应的该触发信号STRG，参考电压Vref可以被阶梯式地设置。然后，该MOSFET1和该MOSFET 2的条件被转换回到接通状态。
在这种情况下，当包括该反馈电压VFB(对应于提供给该负载的电能)的该检测电压VCOM大于该参考电压Vref的时候，该MOSFET 1和MOSFET 2两者被切换到断路状态。通过重复以上所述的切换操作，电能可以被提供给该负载。
虽然已经参考示范的实施例描述了本发明，应该明白，本发明不局限于该公开示范的实施例。以下的权利要求的范围将被给予最宽的解释，使得其包含所有的修改、等效结构及其功能。

Claims (11)

1.一种包括开关元件的准谐振类型开关电源单元，该开关元件导致反复性的切换以间歇地提供电能给外部换能器的初级绕组，从而提供电能给连接到该换能器的次级绕组的负载，该换能器的次级绕组被电磁地与该初级绕组相连接，包括：
过电流限制电路，当该开关元件处于断路状态的时候，其接收从被电磁地与所述初级绕组相连接的所述换能器的辅助绕组产生的反向电动势，并且基于该反向电动势产生一个阶梯式的参考电压；和
振荡电平比较电路，其接收一个与提供给所述负载的电能相对应的检测电压，并且当一个对应于该检测电压的电压超过所述参考电压的时候，产生一个控制信号，其使得该开关元件进入断路状态。
2.根据权利要求1的准谐振类型开关电源单元，其中该过电流限制电路响应该开关元件的每个切换来更新该参考电压。
3.根据权利要求1的准谐振类型开关电源单元，其中当该负载处于短路条件的时候，该过电流限制电路产生一个最低的参考电压。
4.根据权利要求2的准谐振类型开关电源单元，其中当该负载处于短路条件的时候，该过电流限制电路产生一个最低的参考电压。
5.根据权利要求1的准谐振类型开关电源单元，其中该过电流限制电路包括多个串联地连接的电阻元件，和一个按照所述反向电动势能够短路该电阻元件的至少一个的两个终端的开关元件。
6.根据权利要求2的准谐振类型开关电源单元，其中该过电流限制电路包括多个串联地连接的电阻元件，和按照所述反向电动势能够短路该电阻元件的至少一个的两个终端的开关元件。
7.根据权利要求3的准谐振类型开关电源单元，其中该过电流限制电路包括多个串联地连接的电阻元件，和按照所述反向电动势能够短路该电阻元件的至少一个的两个终端的开关元件。
8.一种包括准谐振类型开关电源单元和换能器的准谐振类型开关电源装置，其中该准谐振类型开关电源单元包括开关元件，该开关元件导致反复性的切换以间歇地提供电能给该换能器，并且该换能器包括连接到该开关元件的初级绕组、电磁地与该初级绕组相连接以提供电能给负载的次级绕组、和电磁地与该初级绕组相连接的辅助绕组，
其中该准谐振类型开关电源单元包括：
过电流限制电路，当该开关元件处于断路状态的时候，其接收从该辅助绕组产生的反向电动势，并且基于该反向电动势产生一个阶梯式的参考电压；和
振荡电平比较电路，其接收一个与提供给该负载的电能相对应的检测电压，并且当一个对应于该检测电压的电压超过该参考电压的时候，产生一个控制信号，其使得该开关元件进入断路状态。
9.一种包括准谐振类型开关电源单元和换能器的准谐振类型开关电源装置，其中该准谐振类型开关电源单元包括开关元件，该开关元件导致反复性的切换以间歇地提供电能给该换能器，并且该换能器包括连接到该开关元件的初级绕组、电磁地与该初级绕组相连接以提供电能给负载的次级绕组、和电磁地与该初级绕组相连接的辅助绕组，
其中该准谐振类型开关电源单元包括：
过电流限制电路，当该开关元件处于断路状态的时候，其接收从该辅助绕组产生的反向电动势，并且基于该反向电动势产生一个阶梯式的参考电压；和
振荡电平比较电路，其接收一个对应于提供给该负载的电能的检测电压，并且当一个对应于该检测电压的电压超过该参考电压的时候，产生一个控制信号，其使得该开关元件进入断路状态；
其中该过电流限制电路响应该开关元件的每个切换来更新该参考电压。
10.一种包括准谐振类型开关电源单元和换能器的准谐振类型开关电源装置，其中该准谐振类型开关电源单元包括开关元件，该开关元件导致反复性的切换以间歇地提供电能给该换能器，并且该换能器包括连接到该开关元件的初级绕组、电磁地与该初级绕组相连接以提供电能给负载的次级绕组、和电磁地与该初级绕组相连接的辅助绕组，
其中该准谐振类型开关电源单元包括：
过电流限制电路，当该开关元件处于断路状态的时候，其接收从该辅助绕组产生的反向电动势，并且基于该反向电动势产生一个阶梯式的参考电压；和
振荡电平比较电路，其接收一个与提供给该负载的电能相对应的检测电压，并且当一个对应于该检测电压的电压超过该参考电压的时候，产生一个控制信号，其使得该开关元件进入断路状态；
其中当该负载处于短路条件的时候，该过电流限制电路产生一个最低的参考电压。
11.一种包括准谐振类型开关电源单元和换能器的准谐振类型开关电源装置，其中该准谐振类型开关电源单元包括开关元件，该开关元件导致反复性的切换以间歇地提供电能给该换能器，并且该换能器包括连接到该开关元件的初级绕组、电磁地与该初级绕组相连接以提供电能给负载的次级绕组、和电磁地与该初级绕组相连接的辅助绕组，
其中该准谐振类型开关电源单元包括：
过电流限制电路，当该开关元件处于断路状态的时候，其接收从该辅助绕组产生的反向电动势，并且基于该反向电动势产生一个阶梯式的参考电压；和
振荡电平比较电路，其接收一个与提供给该负载的电能相对应的检测电压，并且当一个对应于该检测电压的电压超过该参考电压的时候，产生一个控制信号，其使得该开关元件进入断路状态；
其中该过电流限制电路响应该开关元件的每个切换来更新该参考电压，并且当该负载处于短路条件的时候，产生一个最低的参考电压。
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