TWI491151B - 湧入電流控制電路、包括湧入電流控制電路的電源供應器、使用用於限制湧入電流的電源供應器的方法 - Google Patents

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Description

湧入電流控制電路、包括湧入電流控制電路的電源供應器、使用用於限制湧入電流的電源供應器的方法 優先權
本申請案要求以下美國專利申請的優先權：美國臨時專利申請No.61/227,772，申請日為2009年7月22日，題為具有湧入電流控制的電源供應器(代理人案號為No.ELAN-01238US0)；美國臨時專利申請No.61/232,735，申請日為2009年8月10日，題為具有湧入電流控制的電源供應器(代理人案號為No.ELAN-01238US1)；美國臨時專利申請No.12/836,153，申請日為2010年7月14日，題為湧入電流控制(代理人案號為No.ELAN-01238US2)。
本發明之實施例大致關於一種湧入電流控制電路和方法以及包括湧入電流控制電路的電源供應器。
例如，在整流器輸出具有大容量電容器的AC/DC電源供應器通常需要進行輸入湧入電流控制來防止保險絲或上游過流保護設備被觸發。此外，熱插式電信設備。
傳統的湧入電流控制電路通常實施為電阻器與繼電器並聯的形式。但是，繼電器控制繞組標準能耗為10到20mA，其大於期望的功耗，特別是期望達到“ENERGY STAR(能量之星)”備用電源需要或其他能量標準時的功耗。
替代性的主動湧入電流控制電路可採用TRIAC與電阻器相並聯。儘管這樣的替代性電路的功率損耗與包括繼電器的傳統湧入電流控制電路不同，它們需要浮動偏置閘極驅動源，其並不總是實際可行的和/或讓人期望的。
由上述描述可理解，仍然需要改進湧入電流控制電路。
本發明的某些實施例用於湧入電流控制電路，有選擇地使包括開關電晶體(Q1)的電源供應器的湧入電流限制電阻器的旁路短路，其中開關電晶體(Q1)包括根據脈衝寬度調製(PWM)驅動信號驅動的控制端(閘極或基極)。
根據特定實施例，湧入電流控制電路包括旁路電晶體(例如，Q3)、第一電阻器(例如，R3)、電容器(例如，C2)、第二電阻器(例如，R2)和二極體(例如，D3)。旁路電晶體(Q3)包括控制端(閘極或基極)，第一電流路徑端(源極或射極)和第二電流路徑端(汲極或集極)，在第一和第二電流路徑端之間具有電流路徑，其中電流路徑與湧入電流限制電阻器(R1)並聯。第一電阻器(R3)具有連接至旁路電晶體(Q3)控制端(閘極或基極)的第一電阻器端和連接至旁路電晶體(Q3)的第一電流路徑端(源極或射極)的第二電阻器端。電容器(C2)具有連接至旁路電晶體(Q3)控制端(閘極或基極)的第一電容器端和連接至旁路電晶體(Q3)的第一電流路徑端(源極或射極)的第二電容器端。第二電阻器(R2)具有連接至旁路電晶體(Q3)控制端(閘極或基極)的第一電阻器端以及第二電阻器端。二極體(D3)的陰極端連接至第二電阻器(R2)的第二電阻器端，其陽極端連接至電源供應器的開關電晶體(Q1)的一端。
在某些實施例中，二極體(D3)的陽極端連接至電源供應器的開關電晶體(Q1)控制端(閘極或基極)。在這些實施例中，在電源供應器被插入電源出口中、開啟或熱插之後，開關電晶體(Q1)的控制端(閘極或基極)開始接收PWM驅動信號並根據PWM信號有選擇地導通或截止。當開關電晶體(Q1)根據PWM驅動信號有選擇地導通時，開關電晶體(Q1)控制端的電壓將通過二極體(D3)和第二電阻器(R2)使旁路電晶體(Q3)控制端的電壓充電，這將使得旁路電晶體(Q3)由截止切換為導通，由此使得在電源供應器被插入電源出口中、開啟或熱插之後的導通時間常數內，旁路電晶體(Q3)的電流路徑使湧入電流限制電阻器(R1)的旁路短路。二極體(D3)使旁路電晶體(Q3)控制端(閘極或基極)電壓保持足够高，從而在PWM信號驅動開關電晶體(Q1)有選擇地截止期間使得旁路電晶體(Q3)保持導通。該導通時間常數取决於第二電阻器(R2)和電容器(C2)。
根據本發明的可選實施例，二極體(D3)的陽極端連接至電源供應器的開關電晶體(Q1)的第二電流路徑端(集極或汲極)。在這樣的實施例中，當電源供應器插入電源出口、開啟或熱插之後，開關電晶體(Q1)的控制端(閘極或基極)開始接收PWM驅動信號並根據PWM信號有選擇地導通或截止。當開關電晶體(Q1)根據PWM驅動信號有選擇地截止時，二極體(D3)的陽極電壓將使旁路電晶體(Q3)的控制端電壓充電，這將使得旁路電晶體由截止切換為導通，由此使得在電源供應器被插入電源出口中、開啟或熱插之後的導通時間常數內，旁路電晶體(Q3)的電流路徑使湧入電流限制電阻器(R1)的旁路短路。
本發明的實施例還可以是包括諸如上文概述的湧入電流限制電路的電源供應器。此外，本發明的實施例還可以是包括這些電源供應器的放大器。本發明的實施例也可以是用於控制電源供應器湧入電流的方法。
這些概述易於概括本發明的所有實施例。本發明實施例的更多可選實施例、特徵、方面以及優點，將由下文的具體說明，附圖和申請專利範圍變得更加明顯。
本發明的具體實施例採用較少的元件和簡單的連接來控制輸入湧入電流。因此，這樣的實施例可以用於低成本和高密度應用。本發明的實施例可用於具有高側MOSFET或IGBT的雙端DC/DC轉換器，例如雙開關正向DC/DC轉換器、半橋DC/DC轉換器和全橋DC/DC轉換器，但不限於此。本發明的實施例還可用於AC/DC轉換器電源供應器，下文將參照圖3和4描述。
圖1和2分別表示在雙開關正向DC/DC轉換器100和半橋DC/DC轉換器200中的湧入電流控制電路122的實施例，其中每個控制電路都包括高側開關電晶體Q1。湧入電流控制電路122能够應用在任意其他具有高側開關電晶體的轉換器或反向器中，例如全橋DC/DC轉換器和單相或三相橋式反向器，但不限於此。例如，高側開關電晶體可以是金屬氧化半導體場效電晶體(MOSFET)、絕緣閘雙極型電晶體(IGBT)或雙極型電晶體(BJT)。
如圖1和2所示，每個電源供應器包括輸入大容量電容器C1來過濾漣波電壓並攔截高壓線(VBUS)的能量。當電源供應器被插入電源出口，開啟或者熱插時，低阻抗輸入源可使大容量電容器C1快速充電並形成大湧入電流和/或電弧。如果不加限制，大湧入電流會觸發上游的保險絲或斷路器和/或損壞流過輸入電流的設備，例如斷開電源供應器的橋式整流器。電弧會損壞ON/OFF開關或連接器引脚的接點。
在圖1中，雙開關正向DC/DC轉換器100包括與高壓線(VBUS)串聯的湧入電流限制電阻器(R1)、一對N通道MOSFET Q2和Q1、一對二極體D2和D1、變壓器T1、另一對二極體D4和D5，以及包括電感器L1和電容器C3的LC濾波器。電晶體Q2和Q1也可分別作為低側開關電晶體和高側開關電晶體。高側開關電晶體Q1的控制端(例如，閘極或基極)從脈衝寬度調製(PWM)控制器(圖1中未示出，但在圖3中示出)接收高側脈衝寬度調製(PWM)信號。例如，PWM控制器可以採用由加州米爾皮塔斯市的Intersil公司獲得的ISL6721單端PWM電流模式控制器來實現，但不限於此。在圖1的實施例中，低側開關電晶體Q2由來自PWM控制器的低側PWM信號來控制，而低側PWM信號與高側PWM信號同相。
變壓器T1包括初級繞組和次級繞組，用於將一次側的電壓降壓(或升壓)至二次側的另一電壓位準。二極體D4和D5分別為整流器和飛輪(freewheeling)二極體，將變壓器T1的次級繞組的高頻AC輸出電壓整形為單極脈衝。電感器L1和電容器C3組成低通濾波器，濾除單極脈衝中的高頻AC成分，使輸出電壓Vout成為DC電壓。
根據本發明的一種實施例，DC/DC轉換器100還包括湧入電流控制電路122。湧入電流控制器122包括電晶體Q3，其源極-汲極電流路徑(或可替換地，射極-集極路徑)與湧入電流限制電阻器R1並聯連接。例如，湧入電流限制電阻器R1可以是50歐1W或2W的電阻器PTC或NTC，但不限於此。此外，湧入電流控制電路122包括電容器C2，電阻器R2和R3，以及二極體D3。電容器C2連接於電晶體Q3的源極和閘極之間。電阻器R3與電容器C2並聯。電阻器R2連接於電晶體Q3的閘極和二極體D3的陰極之間。二極體D3的陽極連接至電源供應器的高側開關電晶體Q1。
在湧入電流控制電路122中，電晶體Q3在包括DC/DC轉換器100的電路(例如，電源供應器)插電、供電或熱插之前截止。湧入電流限制電阻器R1連接在輸入電路中以限制由高壓線(VBUS)提供給電容器C1的充電電流。R1的電阻(即，湧入電流限制電阻器的歐姆值)决定了湧入電流峰值。
當大容量電容器C1所存儲的電壓充電至高於欠壓保護臨界值時，DC/DC轉換器啟動且PWM閘極驅動信號提供至高側開關電晶體Q1的閘極。當Q1閘極電壓高時，電晶體Q1導通。由於在電晶體Q1導通時電晶體Q1汲極到源極的電壓接近零，它的高閘極電壓也可通過二極體D3和電阻器R2施加至電晶體Q3的閘極，從而使電晶體Q3的閘極充電且導通電晶體Q3從而使得湧入電流限制電阻器R1的旁路短路。當PWM閘極驅動信號使得電晶體Q1的閘極電壓較低時，電晶體Q1截止而電晶體Q1的閘極-源極電壓小於VBUS電壓。隨後二極體D3向後偏壓以防止電晶體Q3的閘極放電。這樣，無論DC/DC轉換器是運行還是引起高的輸入電流，電晶體Q3一直導通。當DC/DC轉換器不插電、斷電或熱拔時，電容器C1存儲的電壓放電且電晶體Q3截止，由此湧入電流限制電阻器R1可以在下次電源供應器插入、供電或熱插時提供電流限制。由於電晶體Q3用於可選擇地旁路連接湧入電流限制電阻R1，電晶體Q3可稱作旁路電晶體Q3。
電阻器R2用於減弱電晶體Q1和Q3閘極之間的交互作用。在負載和線路故障期間，當Q1閘極驅動PWM信號突然消失時，電容器C2有助於保持電晶體閘極的電壓並保持電晶體Q3導通(即，防止電晶體截止)。在電源供應器不插電、斷電或熱拔之後，電阻器R3為電容器C2和電晶體Q3的閘極提供放電路徑以使電晶體Q3復位(截止)。湧入電流控制電路122的電阻器R2和R3及電容器C2用於限定導通時間常數，其確定在電源供應器插電、供電或熱插之後電晶體Q3導通多長時間。電阻器R3和電容器C2用於定義截止時間常數，其指定在電源供應器不插電，斷電或熱拔之後電晶體Q3截止多長時間。更具體地，導通時間常數(T_on)可根據以下公式確定：
T_on=C2*(R2∥R3)
=C2*(R2*R3)/(R2+R3)
截止時間常數(T_off)可根據以下公式確定：
T_off=C2*R3
當其用於圖2所示的半橋DC/DC轉換器中時，湧入電流控制電路122以類似方式運行，因此無需再詳細論述。但是應該注意，在圖2所示的實施例中，低側開關電晶體Q2由PWM控制器的低側PWM信號驅動，其中低側PWM信號與高側PWM信號具有180度相位差。
在圖1和2(以及下述的圖3)中，如果轉換器或反向器的高側開關電晶體Q1是FET，則電晶體Q3可以是IGBT或FET，如上所述。但是，如果高側電晶體Q1是BJT，則電晶體Q3可以是FET、IGBT或者甚至是BJT電晶體。
圖3是根據一種實施例的實施為開關模式電源供應器(SMPS)的離線AC/DC電源供應器300。電源供應器300示為包括電磁干擾(EMI)濾波器112和全波整流器116，當電源供應器300插入電源出口時，其對來自兩線制或三線制電源出口的AC電壓進行濾波和全波整流。此外，根據本發明的一種實施例，電源供應器300包括湧入電流限制電阻R1和湧入電流控制器122。如圖1和2所示，湧入電流控制電路122包括電晶體Q3、電容器C2、電阻器R2和R3，以及二極體D3。
如圖3所示，全波整流器的正極(+)端連接至湧入電流控制電阻器R1的一端，而全波整流器116的負極(-)端接地(或其它低壓線)。湧入電流控制電阻器R1的另一端連接至高壓線(VBUS)。如圖所示的大容量電容器C1(可使用單個電容器或並聯連接的多個電容器)連接於VBUS和接地點(或其它低壓線)之間。
與上文參照圖1和2所述的方式相類似，湧入電流限制電阻器R1限制當電源供應器300插入電源出口、開啟或者熱插時所產生的湧入電流。這樣的湧入電流若不加限制，會觸發系統級別的輸入保險絲(未示出)、觸發提供AC電壓的線路中的斷路器和/或損壞電路元件，諸如H-橋式全波整流器116中的二極體D2。
依然如圖3所示，電源供應器300還包括DC-DC轉換器，其將由電容器C1產生的高壓轉換(在該示例中，降低)為低壓。所示的DC-DC轉換器包括一對N通道MOSFET Q2和Q1(分別為低側開關電晶體和高側開關電晶體)、一對二極體D2和D1，以及變壓器T1。
此外，電源供應器300包括脈衝寬度調製(PWM)控制器152。例如，PWM控制器152可以採用由加州米爾皮塔斯市的Intersil公司獲得的ISL6721單端PWM電流模式控制器來實現，但不限於此。PWM控制器152的閘極輸出(也稱作閘極控制輸出或PWM輸出)連接至電晶體Q2的閘極(通過電阻器R18)並連接至高側閘極驅動變壓器T3的一側(通過電阻器R35、耦合電容器C18和電阻器R34)。閘極驅動變壓器T3的另一側連接至電晶體Q1的閘極(通過耦合電容器C11和電阻器R19)。在該結構中，PWM控制器152向電晶體Q2和Q1的閘極提供低側和高側PWM閘極驅動信號，來控制電晶體Q2和Q1的切換。
PWM控制器152的欠壓(UV)輸入連接至分壓器162的輸出，當VBUS達到特定位準時，其將促使PWM控制器152產生PWM輸出(在閘極輸出處)。換種說法，PWM控制器152將不產生PWM輸出(在閘極輸出處)直到達到UV輸入預定義的UV位準。此外，當提供至UV輸入的電壓由上述預定義UV位準轉換至低於預定義UV位準時，PWM控制器152將停止在其閘極輸出處產生PWM輸出。
當PWM控制器152開始使得電晶體Q2和Q1的閘極由PWM信號驅動時，電晶體Q2和Q1將依據PWM信號導通和截止。例如，當閘極驅動變壓器T3的特定引脚(連接至電容器C11的一端和二極體D3的陽極)處的電壓為高時，其使電晶體Q1導通。當電晶體Q1導通時，電晶體Q1的閘極電壓將高於(例如，高12伏)VBUS電壓。在電晶體Q3的閘極相對於VBUS的這12伏(或其他電壓值)將通過二極體D3和電阻器R2(其中電晶體Q3、二極體D3和電阻器R2是湧入電流控制器122的一部分)充電，其將使得電晶體Q3導通。當電晶體Q3導通時，電晶體Q3的汲極-源極路徑使得湧入電流限制電阻器R1的旁路短路。當PWM信號(由PWM控制器152提供)使得電晶體Q1截止(即，當提供至電晶體Q1閘極的PWM信號為低時)期間，二極體D3保持電晶體Q3的汲極電壓足句多高，從而保持電晶體Q3導通。
與圖1和2中一樣，在圖3中湧入電流控制電路122的電阻器R2和R3以及電容器C2用於限定導通時間常數，而電阻器R3和電容器C2用於限定截止時間常數。
使用湧入電流控制器122比起常規的使用繼電器與湧入電流限制電阻器R1相並聯具有更高的能效。此外，湧入電流控制器122可用於消除由熱插式DC/DC電源供應器中的湧入電流充電電流所引起的火花電弧。
在圖3中，所示的湧入電流控制器122用於包括AC/DC轉換器的電源供應器中。湧入電流控制器122還可用於DC/DC電源供應器中，可由上述圖1和2的討論中理解，還可用於其它電源供應器中。
圖4示出根據本發明的一種實施例，包括湧入電流控制電路422的離線AC/DC返馳(flyback)轉換器電源供應器400。所示的電源供應器400包括電磁干擾(EMI)濾波器112和全波整流器416，當電源供應器400插電時，其對來自兩線制或三線制電源出口的AC電壓進行全波整流。全波整流器416的六個二極體為電源供應器400(顯示於整流器416的右側)的主要部分以及輸入電壓檢測電路418(顯示於整流器416之下)提供AC電壓信號的全波整流。
湧入電流控制電路422包括電晶體Q3、電容器C2和C4、電阻器R2和R3，以及二極體D3。湧入電流控制電路還包括穩壓二極體D10來鉗制電晶體Q3的最大閘極電壓。二極體D3和D10、電容器C4以及電阻器R2和R3還組成RCD緩衝器來鉗制電晶體Q1的汲極-閘極電壓的最大峰值。
此外，電源供應器400包括脈衝寬度調製(PWM)控制器152。PWM控制器152可以採用由加州米爾皮塔斯市的Intersil公司獲得的ISL6721單端PWM電流模式控制器來實現，但不限於此。PWM控制器152的閘極控制輸出連接至電晶體Q1的閘極(通過電阻器R7)。
依然如圖4所示，全波整流器416的正極(+)端連接至湧入電流控制電阻器R1的一端，而全波整流器416的負極(-)端接地(或其它低壓線)。湧入電流控制電阻器R1的另一端連接至標注為VBUS的高壓線。如圖所示的大容量電容器C1(可實施為單個電容器或並聯連接的多個電容器)連接於VBUS和接地點(或其它低壓線)之間。
與圖1-3中一樣，湧入電流限制電阻器R1限制當電源供應器400插入電源出口、開啟或者熱插時所產生的湧入電流。這樣的湧入電流若不加限制，會觸發系統級別的輸入保險絲(未示出)、觸發提供AC電壓的線路中的斷路器和/或損壞電路元件，諸如全波整流器416中的二極體D2。
輸入電壓檢測和RC延遲電路418產生提供至PWM控制器152的欠壓(UV)輸入的電壓檢測信號，這將使得當檢測信號達到預定UV位準時，PWM控制器152產生PWM輸出(在閘極輸出)。在輸入電壓檢測和RC延遲電路418內的電阻器和電容器值選擇為慢速導通和快速截止。更具體地，電容器C5(存儲提供至PWM控制器152的UV輸入的電壓)，在電源供應器400插電，供電或熱插之後慢速充電，但是在電源供應器不插電、斷電或熱拔時快速放電。電容器C5慢速充電確保PWM控制器152並不開始驅動電晶體Q1的閘極，直到大容量電容器C1充滿電之後。電容器C5快速放電確保在電源供應器由電源出口拔出、斷電或熱拔之後，在下一次電源供應器插電、供電或熱插時，由C5存儲的電壓為0，這樣基本提供了欠壓保護。
在PWM控制器152啟動使得電晶體Q1的閘極由PWM信號驅動之後，電晶體Q1將依據PWM信號導通和截止。
當電晶體Q1截止時，變壓器T4的初級繞組的極性將改變而電流將流過D3並使電容器C4充電，由此C4、R2和D3連接在一起的節點電壓將高於VBUS電壓。在電晶體Q3的閘極相對於VBUS的較高電壓將通過電阻R2(其中電晶體Q3、二極體D3和電阻器R2是湧入電流控制器422的一部分)充電，這將導致電晶體Q3導通。當電晶體Q3導通時，電晶體Q3的汲極-源極路徑(或集極-射極路徑)使得湧入電流限制電阻器R1的旁路短路。在PWM信號(由PWM控制器152提供)使得電晶體Q1導通(即，當提供至電晶體Q1閘極的PWM信號為高時)期間，二極體D3和電容器C4保持電晶體Q3的汲極電壓足句多高從而保持電晶體Q3導通。
與圖1-3中一樣，圖4中湧入電流控制電路422的電阻器R2和R3以及電容器C2用於限定導通時間常數，而電阻器R3和電容器C2用於限定截止時間常數。用於圖4的時間常數公式與圖1-3相同。但是，由於電容器C4的電壓遠高於圖1-3中Q1的閘極電壓，因此具有相同時間常數的導通時間很小，並且穩壓二極體D10將最終觸發以使電晶體Q3的閘極電壓處於可接受的水平。
變壓器T4、電晶體Q1、二極體D4和電容器C3連接在一起構成返馳轉換器，其是補償-提升(buck-boost)轉換器，具有電感器分離以形成變壓器，因此電壓比倍增並具有隔離的額外優點。變壓器T4包括初級繞組和次級繞組，用於將初級側的電壓降低(或升高)至次級側的另一電壓位準。二極體D4將變壓器T4的次級繞組的高頻AC輸出電壓整形為單極脈衝。開關電晶體Q1是用於返馳轉換器的返馳開關。
圖5是概要流程圖，用於概述一種使用包括開關電晶體(例如，Q1)和湧入電流限制電阻器(例如，R1)的電源供應器的方法，其中湧入電流限制電阻器限制當電源供應器插入電源出口、開啟或者熱插時所產生的湧入電流，且電流限制電阻器(R1)與電源供應器的高壓線(例如，VBUS)串聯連接。如步驟502所示，旁路電晶體(例如，Q3)的電流路徑與湧入電流限制電阻器(R1)相並聯，其中當電源供應器拔出或斷電時旁路電晶體(Q3)截止。如步驟504所示，在電源供應器插入電源出口、開啟或熱插之後，旁路電晶體(Q3)的控制端電壓根據驅動開關電晶體(Q1)控制端(閘極或基極)的脈衝寬度調製(PWM)驅動信號而充電，由此導通旁路電晶體(Q3)並使湧入電流限制電阻器(R1)的旁路短路。通過圖1-4的描述可以理解，步驟504可包括使旁路電晶體(Q3)的控制端電壓充電至高於電源供應器高壓線(VBUS)的電壓，由此導通旁路電晶體(Q3)並使湧入電流限制電阻器(R1)的旁路短路。
本發明的實施例中的電源供應器可用於功率放大器系統，並且由此，本發明的實施例也可用於包括上述電源供應器的放大器系統。例如，這樣的放大器系統可以是音頻放大器系統，但不限於此。圖6示出了根據本發明的示例放大器系統600。參照圖6，所示的放大器604由包括如上詳述的湧入電流控制電路(例如，122或422)的電源供應器602(例如，100，200，300或400)供電。放大器604包括至少一個接收輸入信號的輸入端、至少一個輸出放大的輸出信號的輸出端，以及一個電源供應器端子。其中一個電源供應器端子可連接至電源供應器602，而另一個電源供應器端子可連接至接地點或其他低壓線。儘管輸入和輸出示為音頻信號，而放大器示為音頻放大器，但本發明的實施例不限於此。
儘管上文已經描述了本發明的多種實施例，但是應當理解，它們意在示例，而不在限制。不脫離本發明精神和範圍所作的各種形式和細節上的改變，對於本領域技術人員來說是顯而易見的。
100．．．雙開關正向DC/DC轉換器
112．．．電磁干擾(EMI)濾波器
116．．．全波整流器
122．．．湧入電流控制電路
152．．．脈衝寬度調製(PWM)控制器
162．．．分壓器
200．．．半橋DC/DC轉換器
300．．．開關模式電源供應器(SMPS)
400．．．AC/DC返馳轉換器電源供應器
416．．．全波整流器
418．．．輸入電壓檢測電路
502,504．．．方法步驟
600．．．放大器系統
602．．．電源供應器
604．．．音頻放大器
C1,C2,C3,C4,C5,C6,C8,C11,C18．．．電容器
D1,D2,D3,D4,D5,D10．．．二極體
L1．．．電感器
Q1,Q2,Q3．．．電晶體
R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8,R9,R18,R19,R34,R35．．．電阻器
T1,T3,T4．．．變壓器
VBUS．．．高壓線
Vin．．．輸入電壓
Vout．．．輸出電壓
圖1示出了實施於雙開關正向DC/DC轉換器電源供應器中的根據本發明的一種實施例的湧入電流控制電路。
圖2示出了實施於半橋DC/DC轉換器電源供應器中的根據本發明的一種實施例的湧入電流控制電路。
圖3示出了根據本發明的一種實施例的用於包括AC/DC轉換器的電源供應器中的本發明的一種實施例的湧入電流控制電路。
圖4示出了實施於AC/DC返馳轉換器電源供應器中的根據本發明的一種實施例的湧入電流控制電路。
圖5示出了用於概述根據本發明的一種實施例的方法的概要流程圖。
圖6示出了根據本發明的一種實施例的包括放大器的系統示例。
112．．．電磁干擾(EMI)濾波器
116．．．全波整流器
122．．．湧入電流控制電路
152．．．脈衝寬度調製(PWM)控制器
162．．．分壓器
C1,C2,C3,C11,C18．．．電容器
D1,D2,D3,D4,D5．．．二極體
L1．．．電感器
Q1,Q2,Q3．．．電晶體
R1,R2,R3,R18,R19,R34,R35．．．電阻器
T1,T3．．．變壓器
VBUS．．．高壓線
Vout．．．輸出電壓

Claims (15)

  1. 一種湧入電流控制電路，用於有選擇地使包括開關電晶體(Q1)的電源供應器的湧入電流限制電阻器(R1)的旁路短路，其中開關電晶體(Q1)包括由脈衝寬度調製(PWM)驅動信號所驅動的控制端(閘極或基極)、第一電流路徑端(源極或射極)和第二電流路徑端(集極或汲極)，且其中湧入電流控制電路包括：旁路電晶體(Q3)，包括控制端(閘極或基極)、第一電流路徑端(源極或射極)和第二電流路徑端(汲極或集極)，在第一和第二電流路徑端之間具有電流路徑，其中電流路徑與湧入電流限制電阻器(R1)並聯；第一電阻器(R3)，具有連接至旁路電晶體(Q3)的控制端(閘極或基極)的第一電阻器端，還具有連接至旁路電晶體(Q3)的第一電流路徑端(源極或射極)的第二電阻器端；電容器(C2)，具有連接至旁路電晶體(Q3)的控制端(閘極或基極)的第一電容器端，還具有連接至旁路電晶體(Q3)的第一電流路徑端(源極或射極)的第二電容器端；第二電阻器(R2)，具有連接至旁路電晶體(Q3)的控制端(閘極或基極)的第一電阻器端，還具有第二電阻器端；以及二極體(D3)，其陰極端連接至第二電阻器(R2)的第二電阻器端，其陽極端連接至電源供應器的開關電晶體 (Q1)的控制端(閘極或基極)。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的湧入電流控制電路，其中在電源供應器被插入電源出口、開啟或熱插之後，開關電晶體(Q1)的控制端(閘極或基極)開始接收PWM驅動信號並根據PWM信號有選擇地導通或截止；並且其中當開關電晶體(Q1)根據PWM驅動信號有選擇地導通時，開關電晶體(Q1)的控制端的電壓將通過二極體(D3)和第二電阻器(R2)使旁路電晶體(Q3)的控制端的電壓充電，這將使得旁路電晶體(Q3)從截止切換為導通，由此使得在電源供應器被插入電源出口、開啟或熱插之後的導通時間常數內，旁路電晶體(Q3)的電流路徑使湧入電流限制電阻器(R1)的旁路短路。
  3. 根據申請專利範圍第2項所述的湧入電流控制電路，其中二極體(D3)使旁路電晶體(Q3)的控制端(閘極或基極)的電壓保持足够高，從而使得在PWM驅動信號使開關電晶體(Q1)有選擇地截止期間，讓旁路電晶體(Q3)保持導通。
  4. 根據申請專利範圍第2項所述的湧入電流控制電路，其中導通時間常數取决於第二電阻器(R2)和電容器(C2)。
  5. 一種湧入電流控制電路，用於有選擇地使包括開關電晶體(Q1)的電源供應器的湧入電流限制電阻器(R1)的旁路短路，其中開關電晶體(Q1)包括由脈衝寬度調製(PWM)驅動信號所驅動的控制端(閘極或基極)、第一 電流路徑端(源極或射極)和第二電流路徑端(集極或汲極)，且其中湧入電流控制電路包括：旁路電晶體(Q3)，包括控制端(閘極或基極)、第一電流路徑端(源極或射極)和第二電流路徑端(汲極或集極)，在第一和第二電流路徑端之間具有電流路徑，其中電流路徑與湧入電流限制電阻器(R1)並聯；第一電阻器(R3)，具有連接至旁路電晶體(Q3)的控制端(閘極或基極)的第一電阻器端，還具有連接至旁路電晶體(Q3)的第一電流路徑端(源極或射極)的第二電阻器端；電容器(C2)，具有連接至旁路電晶體(Q3)的控制端(閘極或基極)的第一電容器端，還具有連接至旁路電晶體(Q3)的第一電流路徑端(源極或射極)的第二電容器端；第二電阻器(R2)，具有連接至旁路電晶體(Q3)的控制端(閘極或基極)的第一電阻器端，還具有第二電阻器端；以及二極體(D3)，其陰極端連接至第二電阻器(R2)的第二電阻器端，其陽極端連接至電源供應器的開關電晶體(Q1)的第二電流路徑端(集極或汲極)；其中在電源供應器被插入電源出口、開啟或熱插之後，開關電晶體(Q1)的控制端(閘極或基極)開始接收PWM驅動信號並根據PWM信號有選擇地導通或截止；且其中當開關電晶體(Q1)根據PWM驅動信號有選擇地 截止時，二極體(D3)的陰極電壓將使旁路電晶體(Q3)的控制端的電壓充電，這將使得旁路電晶體(Q3)從截止切換為導通，由此使得在電源供應器被插入電源出口、開啟或熱插之後的導通時間常數內，旁路電晶體(Q3)的電流路徑使湧入電流限制電阻器(R1)的旁路短路。
  6. 一種電源供應器，包括：全橋整流器；湧入電流限制電阻器(R1)，連接於全橋整流器的正極(+)端和高壓線(VBUS)之間；大容量電容器(C1)，連接於高壓線(VBUS)和接地點之間；開關電晶體(Q1)，包括由脈衝寬度調製(PWM)驅動信號驅動的控制端(閘極或基極)、第一電流路徑端(源極或射極)和第二電流路徑端(集極或汲極)；以及湧入電流控制電路，有選擇地使湧入電流限制電阻器(R1)的旁路短路；其中湧入電流控制電路包括旁路電晶體(Q3)，包括控制端(閘極或基極)、第一電流路徑端(源極或射極)和第二電流路徑端(汲極或集極)，在第一和第二電流路徑端之間具有電流路徑，其中電流路徑與湧入電流限制電阻器(R1)並聯；第一電阻器(R3)，具有連接至旁路電晶體(Q3)的控制端(閘極或基極)的第一電阻器端，還具有連接至旁路電晶體(Q3)的第一電流路徑端(源極或射極)的第二 電阻器端；電容器(C2)，具有連接至旁路電晶體(Q3)的控制端(閘極或基極)的第一電容器端，還具有連接至旁路電晶體(Q3)的第一電流路徑端(源極或射極)的第二電容器端；第二電阻器(R2)，具有連接至旁路電晶體(Q3)的控制端(閘極或基極)的第一電阻器端，還具有第二電阻器端；以及二極體(D3)，其陰極端連接至第二電阻器(R2)的第二電阻器端，其陽極端連接至電源供應器的開關電晶體(Q1)的控制端(閘極或基極)。
  7. 根據申請專利範圍第6項所述的電源供應器，其中在電源供應器被插入電源出口、開啟或熱插之後，開關電晶體(Q1)的控制端(閘極或基極)開始接收PWM驅動信號並根據PWM信號有選擇地導通或截止，並且其中當開關電晶體(Q1)根據PWM驅動信號有選擇地導通時，開關電晶體(Q1)的控制端的電壓將通過二極體(D3)和第二電晶體(R2)使旁路電晶體(Q3)的控制端的電壓充電，這將使得旁路電晶體(Q3)從截止切換為導通，由此使得在電源供應器被插入電源出口、開啟或熱插之後的導通時間常數內，旁路電晶體(Q3)的電流路徑使湧入電流限制電阻器(R1)的旁路短路。
  8. 根據申請專利範圍第7項所述的電源供應器，其中二極體(D3)使旁路電晶體(Q3)的控制端(閘極或基極) 的電壓保持足够高，從而使得在PWM驅動信號使開關電晶體(Q1)有選擇地截止期間旁路電晶體(Q3)保持導通。
  9. 根據申請專利範圍第7項所述的電源供應器，其中導通時間常數取决於第二電阻器(R2)和電容器(C2)。
  10. 一種電源供應器，包括：全橋整流器；湧入電流限制電阻器(R1)，連接於全橋整流器的正極(+)端和高壓線(VBUS)之間；大容量電容器(C1)，連接於高壓線(VBUS)和接地點之間；開關電晶體(Q1)，包括由脈衝寬度調製(PWM)驅動信號驅動的控制端(閘極或基極)、第一電流路徑端(源極或射極)和第二電流路徑端(集極或汲極)；以及湧入電流控制電路，有選擇地使湧入電流限制電阻器(R1)的旁路短路；其中湧入電流控制電路包括旁路電晶體(Q3)，包括控制端(閘極或基極)、第一電流路徑端(源極或射極)和第二電流路徑端(汲極或集極)，在第一和第二電流路徑端之間具有電流路徑，其中電流路徑與湧入電流限制電阻器(R1)並聯；第一電阻器(R3)，具有連接至旁路電晶體(Q3)的控制端(閘極或基極)的第一電阻器端，還具有連接至旁路電晶體(Q3)的第一電流路徑端(源極或射極)的第二電阻器端； 電容器(C2)，具有連接至旁路電晶體(Q3)的控制端(閘極或基極)的第一電容器端，還具有連接至旁路電晶體(Q3)的第一電流路徑端(源極或射極)的第二電容器端；第二電阻器(R2)，具有連接至旁路電晶體(Q3)的控制端(閘極或基極)的第一電阻器端，還具有第二電阻器端；以及二極體(D3)，其陰極端連接至第二電阻器(R2)的第二電阻器端，其陽極端連接至電源供應器的開關電晶體(Q1)的一端；其中開關電晶體(Q1)包括高側開關電晶體，其第二電流路徑端(集極或汲極)連接至高壓線(VBUS)。
  11. 一種電源供應器，包括：全橋整流器；湧入電流限制電阻器(R1)，連接於全橋整流器的正極(+)端和高壓線(VBUS)之間；大容量電容器(C1)，連接於高壓線(VBUS)和接地點之間；開關電晶體(Q1)，包括由脈衝寬度調製(PWM)驅動信號驅動的控制端(閘極或基極)、第一電流路徑端(源極或射極)和第二電流路徑端(集極或汲極)；以及湧入電流控制電路，有選擇地使湧入電流限制電阻器(R1)的旁路短路；其中湧入電流控制電路包括 旁路電晶體(Q3)，包括控制端(閘極或基極)、第一電流路徑端(源極或射極)和第二電流路徑端(汲極或集極)，在第一和第二電流路徑端之間具有電流路徑，其中電流路徑與湧入電流限制電阻器(R1)並聯；第一電阻器(R3)，具有連接至旁路電晶體(Q3)的控制端(閘極或基極)的第一電阻器端，還具有連接至旁路電晶體(Q3)的第一電流路徑端(源極或射極)的第二電阻器端；電容器(C2)，具有連接至旁路電晶體(Q3)的控制端(閘極或基極)的第一電容器端，還具有連接至旁路電晶體(Q3)的第一電流路徑端(源極或射極)的第二電容器端；第二電阻器(R2)，具有連接至旁路電晶體(Q3)的控制端(閘極或基極)的第一電阻器端，還具有第二電阻器端；以及二極體(D3)，其陰極端連接至第二電阻器(R2)的第二電阻器端，其陽極端連接至開關電晶體(Q1)的第二電流路徑端(集極或汲極)；以及電容器(C4)，連接於高壓線(VBUS)和二極體(D3)的陰極之間；其中在電源供應器被插入電源出口、開啟或熱插之後，開關電晶體(Q1)的控制端(閘極或基極)開始接收PWM驅動信號並根據PWM信號有選擇地導通或截止；且其中當開關電晶體(Q1)根據PWM驅動信號有選擇地 截止時，二極體(D3)的陽極的電壓將使旁路電晶體(Q3)的控制端的電壓充電，這將使得旁路電晶體(Q3)從截止切換為導通，由此使得在電源供應器被插入電源出口、開啟或熱插之後的時間常數內，旁路電晶體(Q3)的電流路徑使湧入電流限制電阻器(R1)的旁路短路。
  12. 一種電源供應器，包括：全橋整流器；湧入電流限制電阻器(R1)，連接於全橋整流器的正極(+)端和高壓線(VBUS)之間；大容量電容器(C1)，連接於高壓線(VBUS)和接地點之間；開關電晶體(Q1)，包括由脈衝寬度調製(PWM)驅動信號驅動的控制端(閘極或基極)、第一電流路徑端(源極或射極)和第二電流路徑端(集極或汲極)；以及湧入電流控制電路，有選擇地使湧入電流限制電阻器(R1)的旁路短路；其中湧入電流控制電路包括旁路電晶體(Q3)，包括控制端(閘極或基極)、第一電流路徑端(源極或射極)和第二電流路徑端(汲極或集極)，在第一和第二電流路徑端之間具有電流路徑，其中電流路徑與湧入電流限制電阻器(R1)並聯；第一電阻器(R3)，具有連接至旁路電晶體(Q3)的控制端(閘極或基極)的第一電阻器端，還具有連接至旁路電晶體(Q3)的第一電流路徑端(源極或射極)的第二 電阻器端；電容器(C2)，具有連接至旁路電晶體(Q3)的控制端(閘極或基極)的第一電容器端，還具有連接至旁路電晶體(Q3)的第一電流路徑端(源極或射極)的第二電容器端；第二電阻器(R2)，具有連接至旁路電晶體(Q3)的控制端(閘極或基極)的第一電阻器端，還具有第二電阻器端；以及二極體(D3)，其陰極端連接至第二電阻器(R2)的第二電阻器端，其陽極端連接至開關電晶體(Q1)的第二電流路徑端(集極或汲極)；以及其中開關電晶體(Q1)包括返馳轉換器的返馳開關。
  13. 一種使用包括開關電晶體(Q1)和湧入電流限制電阻器(R1)的電源供應器的方法，其中湧入電流限制電阻器用於限制在電源供應器被插入電源出口、開啟或者熱插時的湧入電流，其中湧入電流限制電阻器(R1)與電源供應器的高壓線(VBUS)串聯連接，該方法包括：(a)將旁路電晶體(Q3)的電流路徑與湧入電流限制電阻器(R1)相並聯，其中當電源供應器拔出或斷電時旁路電晶體(Q3)截止；以及(b)在電源供應器被插入電源出口、開啟或熱插之後，根據驅動開關電晶體(Q1)的控制端的脈衝寬度調製(PWM)驅動信號，使旁路電晶體(Q3)的控制端的電壓充電，由此導通旁路電晶體(Q3)並使湧入電流限制電阻 器(R1)的旁路短路。
  14. 根據申請專利範圍第13項所述的方法，其中步驟(b)包括使旁路電晶體(Q3)的控制端的電壓充電至比電源供應器高壓線(VBUS)的電壓要大的電壓，由此導通旁路電晶體(Q3)並使湧入電流限制電阻器(R1)的旁路短路。
  15. 一種使用包括湧入電流限制電阻器(R1)的電源供應器的方法，其中湧入電流限制電阻器用於限制在電源供應器被插入電源出口、開啟或者熱插時的湧入電流，其中湧入電流限制電阻器(R1)與電源供應器的高壓線(VBUS)串聯連接，該方法包括：(a)在電源供應器被插入電源出口、開啟或熱插後的一段時間內，使電流限制電阻器限制電源供應器中的電流；(b)在電源供應器被插入電源出口、開啟或熱插後的這段時間的至少一部份期間，使用脈衝寬度調製(PWM)驅動信號來驅動電源供應器的開關電晶體(Q1)的控制端；以及(c)在使旁路電晶體(Q3)的控制端的電壓充電至比電源供應器高壓線(VBUS)的電壓要大的電壓的時間段之後，使湧入電流限制電阻器(R1)的旁路短路；其中依據用來驅動電源供應器的開關電晶體(Q1)的控制端的PWM驅動信號，來對旁路電晶體(Q3)的控制端的電壓充電。
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