專利名稱：具有恒定電流輸出的初級側(cè)穩(wěn)壓電源系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率轉(zhuǎn)換，并且更具體地涉及具有恒定電流輸出的初級側(cè)穩(wěn)壓電源系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電源對于許多現(xiàn)代電子設(shè)備是必不可少的。在一些電源應用中，比如電池充電器或發(fā)光二極管(LED)鎮(zhèn)流器，只要負載電阻小于特定值，電源就應當提供恒定電流。如果負載電阻大于這個值，則輸出電壓需要是恒定的或者值至少受到限制。在根據(jù)用于這些應用的以前開發(fā)的設(shè)計的典型實現(xiàn)中，電源具有變壓器(具有初級和次級繞組)和光耦合器器件。負載(例如電池)連接到次級繞組，并且光耦合器用于提供來自次級側(cè)的反饋以便監(jiān)控提供給負載的電流。光耦合器是單獨的部件，并且因此其添加使實現(xiàn)電源的成本增高。此外，根據(jù)以前開發(fā)的設(shè)計的實現(xiàn)還可使用專用集成電路(IC)器件，其專門是為所期望的應用(例如電池充電器或發(fā)光二極管鎮(zhèn)流器)而設(shè)計的。這種專用IC器件也增加了實現(xiàn)電源的成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個實施例提供一種恒定電流輸出(例如，用于電池充電器或LED鎮(zhèn)流器)而沒有從變壓器的次級側(cè)到初級側(cè)的反饋回路。這有利于低成本應用。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，電源系統(tǒng)包括可操作用于接收輸入電壓的輸入端。變壓器耦合到該輸入端并定義初級側(cè)和次級側(cè)。輸出端耦合到變壓器的次級側(cè)并且可連接到負載以便向其提供電流。提供用于從初級側(cè)調(diào)整電源系統(tǒng)使得在輸出端處提供給負載的電流基本上恒定的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，電源系統(tǒng)包括可操作用于接收輸入電壓的輸入端。變壓器耦合到該輸入端并定義初級側(cè)和次級側(cè)。輸出端耦合到變壓器的次級側(cè)并且可連接到負載以便向其提供電流?？刂齐娐否詈系阶儔浩鞑⒖刹僮饔糜诳刂屏鹘?jīng)變壓器的電流。反饋電路，耦合到控制電路和變壓器，可操作用于支持控制電路從初級側(cè)進行調(diào)整，使得在輸出端處提供給負載的電流基本上恒定。
根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例，電源系統(tǒng)包括初級側(cè)和次級側(cè)。初級側(cè)上的輸入端可操作用于接收輸入電壓。次級側(cè)上的輸出端可操作連接到負載以便向其提供電流。提供可操作用于從初級側(cè)調(diào)整電源系統(tǒng)使得在輸出端處提供給負載的電流基本上恒定的電路。
從下面的附圖、說明書和權(quán)利要求中本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚理解本發(fā)明的重要技術(shù)優(yōu)點。


為了更完整地理解本發(fā)明和進一步的特征和優(yōu)點，現(xiàn)在參考下面描述以及附圖。
圖1是以部分方框形式的根據(jù)本發(fā)明的實施例的的電源系統(tǒng)的示意圖。
圖2是以部分方框形式的圖1中所述控制電路的示例實施方式的示意圖。
圖3是將根據(jù)本發(fā)明實施例的進行初級側(cè)調(diào)整的電源系統(tǒng)的輸出特性與根據(jù)以前所開發(fā)技術(shù)所實現(xiàn)的電源的輸出特性進行比較的示意圖。
具體實施例方式
參考圖1到3可很好地理解本發(fā)明的實施例及其優(yōu)點。相同的數(shù)字用于各附圖的相同和對應部分。
圖1是以部分方框形式的根據(jù)本發(fā)明的實施例的電源系統(tǒng)10的示意圖。電源系統(tǒng)10可連接到輸入電壓源4并用于利用初級側(cè)電流和電壓調(diào)整來提供恒定電流輸出給負載6(例如電池)。電源系統(tǒng)10輸出電壓Vout。如圖所示，電源系統(tǒng)10包括整流器電路12、輸入LC濾波器網(wǎng)絡14、RC網(wǎng)絡15、控制電路16、變壓器18、輔助電源電路19和反饋電路20。
輸入電壓源4可以是交流(AC)電源電壓的源。整流器電路12用于整流AC輸入電壓以產(chǎn)生直流(DC)電壓?？捎枚鄠€以全波整流器結(jié)構(gòu)布置的二極管來實現(xiàn)整流器電路12。在一個實施例中，如所示的，輸入LC濾波器網(wǎng)絡14包括電感器22和電容器24、26。在一個實施例中，每個電容器24、26可具有4.7μF的值。變壓器18可連接到RC網(wǎng)絡15。RC網(wǎng)絡15限制由變壓器18的漏電感引起的電壓尖脈沖。RC網(wǎng)絡15可包括電阻器28和電容器30。在一個實施例中，電阻器28可具有15KΩ的值并且電容器30可具有10nF的值。變壓器18在初級側(cè)具有繞組34、36并在次級側(cè)具有繞組38。
控制電路16可連接到RC網(wǎng)絡15和變壓器18。控制電路16控制經(jīng)過電源系統(tǒng)10的電流，以及傳遞到負載6的電流?？刂齐娐?6可包括電源開關(guān)，其一端連接到變壓器18的繞組34。電源開關(guān)可接通和斷開以便使電流流經(jīng)繞組34。控制電路16還具有用于反饋電壓(Vfb)的端，用于限制峰值漏電流(Ipk)。
在一些實施例中，所有或部分的控制電路16可以在具有電流控制和電流限制特征的一個或多個適當?shù)募呻娐?IC)器件上實現(xiàn)。這種IC器件不需要專門設(shè)計用于所需的應用，比如以往設(shè)計的電池充電器或LED鎮(zhèn)流器。在一個實施例中，例如控制電路16可用FSDX321產(chǎn)品來實現(xiàn)，該產(chǎn)品可在商業(yè)上從Fairchi1d半導體公司得到。以部分框圖的形式，在圖2中示出了控制電路16的一個實施方式的示意圖。
連接到控制電路16的Ipk端的電阻器90為峰值漏電流(Ipk)設(shè)置限制。即是，電阻器90確定變壓器18的初級側(cè)上的輸出限制電流，從而限制次級側(cè)的功率。
輔助電源電路19可連接到變壓器18初級側(cè)上的繞組36。當電流流經(jīng)初級繞組36時，輔助電源電路19向控制電路16供電(Vcc)。如圖所示，電源電路19包括電感器70、電容器72，80以及二極管74，76和78。在一個實施例中，電感器70具有120μH的值；并且電感器72和80分別具有1.5nF和10μF的值。
反饋電路20提供反饋(Vfb)到控制電路16以便從初級側(cè)調(diào)整系統(tǒng)10。如所示的，在一個實施例中，反饋電路20包括二極管40，42，44，46、電容器48，50，52、電阻器54，56，58，60，62，64、和晶體管66。在一個實施例中，電容器48和50的每一個可具有100nF的值，并且電容器52可具有22nF的值；電阻器56，58，60，62和64分別具有47KΩ、10KΩ、1KΩ、15KΩ和470KΩ的值。反饋電路20的一部分與電源系統(tǒng)10的穩(wěn)定狀態(tài)條件關(guān)聯(lián)，直到輸出電壓Vout開始下降；反饋電路20的另一部分用于在輸出電壓Vout已經(jīng)開始下降后為系統(tǒng)10使能或提供恒定輸出電流。
反饋電路20與電源系統(tǒng)10的穩(wěn)定狀態(tài)條件關(guān)聯(lián)的部分包括二極管40、電容器48、二極管44、電阻器56，58、晶體管66和電容器52。這些部件提供輸出電壓調(diào)整。在穩(wěn)定狀態(tài)條件下并具有輕負載，系統(tǒng)10的輸出電壓Vout是穩(wěn)定的，并且向負載6提供電流。在反饋電路20中，電容器48兩端的電壓(Vc)是晶體管66的基極-發(fā)射極電壓(Vbe)和二極管44兩端的電壓降(Vz)的函數(shù)，由下面的等式給出Vc＝Vbe+Vz。在一個實施例中可實現(xiàn)為雙極結(jié)晶體管(BJT)的晶體管66調(diào)制反饋電壓。
隨著電源系統(tǒng)10的負載6的增加，輸出電壓Vout下降，這轉(zhuǎn)而使變壓器18的初級繞組36兩端的逆程電壓下降。這使電容器48兩端的電壓(Vc)以及晶體管66的基極-發(fā)射極電壓(Vbe)降低，因為二極管44兩端的電壓降(Vz)恒定。當Vbe下降時，經(jīng)過晶體管66的集電極的電流下降。這具有電壓(Vfb)增加的效果。結(jié)果，控制電路16的漏電流增加并且輸出電壓增加。這個操作繼續(xù)直到控制電路16的漏電流達到由電阻器90設(shè)置的電流限制。
此刻，經(jīng)過控制電路16的電源開關(guān)的峰值電流保持恒定，而與控制電路16的反饋端處的電壓(Vfb)無關(guān)。這導致輸出電壓Vout的下降。由于在此條件下輸出的電壓/電流(V/I)特性實質(zhì)上是恒定電源特性(即，Iout＝a/Vout，其中a是某常數(shù))，所以負載電流將增加。
為了避免負載電流的增加，反饋電路20的其它部分是活動的，以便在輸出電壓Vout開始下降后為系統(tǒng)10使能或提供恒定輸出電流。這部分反饋電路20包括二極管42、電阻器60、電容器50、和電阻器62，64，并且實質(zhì)上用于降低經(jīng)過控制電路的電源開關(guān)的峰值漏電流。這部分反饋電路20可按如下工作。
變壓器18的初級側(cè)上的繞組36兩端的正向電壓由二極管42、電阻器60和電容器50整流和過濾。所得的電容器50兩端的電壓相對于信號接地(GND)是負的并且與電源系統(tǒng)10的輸入電壓成比例。在由與控制電路61的端(Ipk)連接的電阻器90設(shè)置的峰值漏電流限制達到之后，并且當負載增加并且輸出電壓Vout開始下降時，二極管44陰極處的電壓開始下降。這是由于二極管44陰極處的電壓等于Vc-Vz，其中Vc是電容器48兩端的電壓并且Vz是二極管44兩端的電壓降。在某個時刻，電流從控制電路16的Ipk端離開而流經(jīng)電阻器62又通過二極管44，進一步降低了峰值漏電流。這建立反饋回路，其穩(wěn)定到負載的輸出電流，使得其不增加。反饋的量(以及電源系統(tǒng)10所期望的輸出特性)可由電阻器62的值設(shè)置。此外，對于一些實施例反饋特性是可能的。電阻器64用上升的輸入電壓來補償上升的漏電流限制。
電源系統(tǒng)10可例如用于低成本電池充電器應用或LED鎮(zhèn)流器。電源系統(tǒng)10可用比許多以前的設(shè)計更少的和更便宜的部件來實現(xiàn)。
當負載電壓低于特定值時，電源系統(tǒng)10利用初級側(cè)調(diào)整來提供恒定輸出電流到負載6。如此，電源系統(tǒng)10不要求用于從變壓器28的次級側(cè)反饋的光耦合器。這降低了實現(xiàn)的成本，因此提供了顯著的優(yōu)點。
圖2是以部分方框形式的圖1中所述控制電路16的示例實施方式的示意圖。在一些實施例中，所有或部分的控制電路16可實現(xiàn)在一個或多個集成電路(IC)器件上。如圖所示，控制電路16具有用于正常工作電壓(Vcc)、啟動電壓(Vstr)、接地(GND)、反饋電壓(Vfb)、峰值電流(Ipk)和輸出(Drain)的端、導線或引腳?？刂齐娐?6包括電壓開關(guān)100，其可用金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)、雙極結(jié)晶體管(BJT)、絕緣門極雙極晶體管(IGBT)或其它任何合適的晶體管來實現(xiàn)?？刂齐娐?6的輸出端(Drain)可連接到變壓器18的繞組34?？刂齐娐?6的電源開關(guān)100被驅(qū)動以便控制流經(jīng)變壓器18的繞組34的電流，以及傳遞到負載6的電流。
圖3是將根據(jù)本發(fā)明實施例的進行初級側(cè)調(diào)整的電源系統(tǒng)的輸出特性與根據(jù)以前所開發(fā)技術(shù)所實現(xiàn)的電源的輸出特性進行比較的示意圖200。示意圖200描述了多個電壓/電流(V/I)特性曲線202、204和206。曲線202是理想的特性曲線，電源為在一個輸出電壓值范圍內(nèi)的負載提供恒定電流。曲線204是根據(jù)以前所開發(fā)技術(shù)的利用光耦合器的電源的特性曲線。曲線206是根據(jù)本發(fā)明實施例的進行初級側(cè)調(diào)整的電源的特性曲線。如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的電源提供可與以前所開發(fā)技術(shù)(具有近似理想的特性)比較的特性，而不需要使用光耦合器，由此節(jié)省了實現(xiàn)成本。
由本發(fā)明的各個實施例提供的一些優(yōu)點包括降低了部件的數(shù)量和實現(xiàn)低功率充電器的成本。其還改善了實現(xiàn)的可靠性。此外，不需要專門的部件或集成電路。
盡管詳細描述了本發(fā)明及其優(yōu)點，應當理解在不叛離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下可進行各種變化、替代和替換。即是，包括在本申請中的討論旨在作為基本的描述。應當理解，特定的討論不是明確地描述所有可能的實施例；許多可替換方式是隱含的。還不能完全地解釋本發(fā)明的通用性質(zhì)，并且可能沒有明確地示出每個特征或元素實際上是如何代表更廣泛的功能或更多樣的替換方式或等同元素。并且，這些被隱含地包括在本公開中。在用面向器件的術(shù)語描述本發(fā)明時，設(shè)備的每個元件隱含地執(zhí)行功能。描述和術(shù)語都不旨在限制權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.一種電源系統(tǒng)，包括輸入端，可操作用于接收輸入電壓；變壓器，耦合到該輸入端并定義初級側(cè)和次級側(cè)；輸出端，耦合到變壓器的次級側(cè)并且可連接到負載以便向其提供電流；和裝置，用于從初級側(cè)調(diào)整電源系統(tǒng)使得在輸出端處提供給負載的電流基本上恒定。
2.權(quán)利要求1的電源系統(tǒng)，其中用于調(diào)整的裝置包括具有反饋的控制電路，可操作用于在穩(wěn)定狀態(tài)操作中調(diào)整輸出端處的電壓并可操作用于在輸出端處的電壓低于特定值時提供恒定電流輸出到負載。
3.權(quán)利要求1的電源系統(tǒng)，其中用于調(diào)整的裝置包括控制電路和反饋電路。
4.權(quán)利要求1的電源系統(tǒng)，其中用于調(diào)整的裝置包括控制電路，具有漏電流流經(jīng)的電源開關(guān)；和耦合到該控制電路的反饋電路；其中控制電路和反饋電路可操作用于在電源系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)操作中調(diào)整輸出端處的電壓并還可操作用于在輸出端處的電壓低于特定值時提供恒定電流輸出到負載。
5.權(quán)利要求4的電源系統(tǒng)，其中反饋電路包括耦合到控制電路的電阻器，電流可流經(jīng)該電阻器以便降低流經(jīng)控制電路中的電源開關(guān)的漏電流。
6.權(quán)利要求4的電源系統(tǒng)，其中反饋電路包括耦合到控制電路的電阻器，用于調(diào)節(jié)流經(jīng)控制電路中的電源開關(guān)的漏電流。
7.權(quán)利要求4的電源系統(tǒng)，其中變壓器包括第一和第二初級側(cè)繞組和次級側(cè)繞組，其中控制電路的電源開關(guān)耦合到第一初級側(cè)繞組，并且其中輸出端耦合到次級側(cè)繞組。
8.權(quán)利要求7的電源系統(tǒng)，其中反饋電路耦合到第二初級側(cè)繞組。
9.權(quán)利要求7的電源系統(tǒng)，其中反饋電路包括第一二極管，其陽極耦合到第二初級側(cè)繞組；電容器，耦合到第一二極管的陰極；第二二極管，其陰極耦合到第一二極管的陰極；電阻器，其一端耦合到第二二極管的陽極并且其另一端耦合到晶體管的控制端；和晶體管，耦合到控制電路。
10.權(quán)利要求4的電源系統(tǒng)，其中至少一部分控制電路被實現(xiàn)為集成電路器件。
11.權(quán)利要求4的電源系統(tǒng)，其中控制電路具有反饋端和峰值漏電流端，并且其中反饋電路耦合到控制電路的反饋端和峰值漏電流端。
12.一種電源系統(tǒng)，包括輸入端，可操作用于接收輸入電壓；變壓器，耦合到該輸入端并定義初級側(cè)和次級側(cè)；輸出端，耦合到變壓器的次級側(cè)并且可連接到負載以便向其提供電流；控制電路，耦合到變壓器并可操作用于控制流經(jīng)變壓器的電流；和反饋電路，耦合到控制電路和變壓器，該反饋電路可操作用于支持控制電路從初級側(cè)進行調(diào)整，使得在輸出端處提供給負載的電流基本上恒定。
13.權(quán)利要求12的電源系統(tǒng)，其中控制電路包括漏電流流經(jīng)的電源開關(guān)。
14.權(quán)利要求12的電源系統(tǒng)，其中反饋電路包括耦合到控制電路的電阻器，電流可流經(jīng)該電阻器以便降低流經(jīng)控制電路中的電源開關(guān)的漏電流。
15.權(quán)利要求12的電源系統(tǒng)，其中變壓器包括第一和第二初級側(cè)繞組和次級側(cè)繞組，其中控制電路的電源開關(guān)耦合到第一初級側(cè)繞組，并且其中輸出端耦合到次級側(cè)繞組。
16.權(quán)利要求15的電源系統(tǒng)，其中反饋電路耦合到第二初級側(cè)繞組。
17.權(quán)利要求12的電源系統(tǒng)，其中至少一部分控制電路被實現(xiàn)為集成電路器件。
18.權(quán)利要求12的電源系統(tǒng)，其中反饋電路包括耦合到控制電路的電阻器，用于調(diào)節(jié)流經(jīng)控制電路的電流。
19.權(quán)利要求13的電源系統(tǒng)，其中變壓器包括第一和第二初級側(cè)繞組和次級側(cè)繞組，其中控制電路的電源開關(guān)耦合到第一初級側(cè)繞組，并且其中輸出端耦合到次級側(cè)繞組。
20.權(quán)利要求19的電源系統(tǒng)，其中反饋電路耦合到變壓器的第二初級側(cè)繞組。
21.權(quán)利要求19的電源系統(tǒng)，其中反饋電路包括第一二極管，其陽極耦合到第二初級側(cè)繞組；電容器，耦合到第一二極管的陰極；第二二極管，其陰極耦合到第一二極管的陰極；電阻器，其一端耦合到第二二極管的陽極并且其另一端耦合到晶體管的控制端；和晶體管，耦合到控制電路。
22.權(quán)利要求12的電源系統(tǒng)，其中控制電路具有反饋端和峰值漏電流端，并且其中反饋電路耦合到控制電路的反饋端和峰值漏電流端。
23，一種具有初級側(cè)和次級側(cè)的電源系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括初級側(cè)上的輸入端，可操作用于接收輸入電壓；次級側(cè)上的輸出端，可操作連接到負載以便向其提供電流；和電路，可操作用于從初級側(cè)調(diào)整電源系統(tǒng)使得在輸出端處提供給負載的電流基本上恒定。
24.權(quán)利要求23的電源系統(tǒng)，其中所述電路包括具有反饋的控制電路，可操作用于在穩(wěn)定狀態(tài)操作中調(diào)整輸出端處的電壓并可操作用于在輸出端處的電壓低于特定值時提供恒定電流輸出到負載。
25.權(quán)利要求23的電源系統(tǒng)，其中所述電路包括控制電路和反饋電路。
26.權(quán)利要求23的電源系統(tǒng)，其中所述電路包括控制電路，具有漏電流流經(jīng)的電源開關(guān)；和耦合到該控制電路的反饋電路；其中控制電路和反饋電路可操作用于在電源系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)操作中調(diào)整輸出端處的電壓并還可操作用于在輸出端處的電壓低于特定值時提供恒定電流輸出到負載。
27.權(quán)利要求26的電源系統(tǒng)，其中反饋電路包括耦合到控制電路的電阻器，電流可流經(jīng)該電阻器以便降低流經(jīng)控制電路中的電源開關(guān)的漏電流。
28.權(quán)利要求26的電源系統(tǒng)，其中反饋電路包括耦合到控制電路的電阻器，用于調(diào)節(jié)流經(jīng)控制電路中的電源開關(guān)的漏電流。
29.權(quán)利要求26的電源系統(tǒng)，其中其中至少一部分控制電路被實現(xiàn)為集成電路器件。
30.權(quán)利要求26的電源系統(tǒng)，其中控制電路具有反饋端和峰值漏電流端，并且其中反饋電路耦合到控制電路的反饋端和峰值漏電流端。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，電源系統(tǒng)具有初級側(cè)和次級側(cè)。初級側(cè)上的輸入端可操作用于接收輸入電壓。次級側(cè)上的輸出端可操作連接到負載以便向其提供電流。提供可操作用于從初級側(cè)調(diào)整電源系統(tǒng)使得在輸出端處提供給負載的電流基本上恒定的電路。
文檔編號H02M3/28GK101017381SQ200710005208
公開日2007年8月15日 申請日期2007年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月7日
發(fā)明者M·魏里希 申請人:美國快捷半導體有限公司