[发明专利]开关模式电源

说明书

技术领域

本发明涉及一种开关模式电源，并且该电源能够补偿由干线电源输入电压引起的最大输出功率变化。

背景技术

干线电源设备典型地采用开关模式电源以便从干线电源产生内部设备所需要的电压。

在与回扫开关模式电源(SMPS)连接的干线电源中，输出功率通常取决于干线电源输入电压。最大输出功率通常随着增加的干线电压而增加。可以通过操作模式，例如准谐振操作(quasi resonant operation)，增加输出功率，或者通过电流检测电路中的延迟增加输出功率。

图1示出一种典型的回扫SMPS。

在变压器T1的初级侧提供整流电源2。例如该电路设计为可以接收在85V至276V的范围内的电压以便能够在不同的地理区域使用。二极管整流器D1和电容器提供DC输出。

通过采用可控开关S1控制初级电路中的电流来控制输出电压Vout。当电压Visense流经感测电阻器Rsense时测量电流。PWM电路10校准开关S1的传导时间以获得所需的电流值。

PWM电路10是集成电路，包括对置位复位锁存器14提供设置信号的振荡器12，该PWM电路10的输出通过驱动器15驱动开关S1。当检测到峰值电流时开关S1关闭。这个峰值电流导致产生比较器16的输出的电压Visense传至开关输出。提供至比较器16的参考电压从控制单元18处获得并且包括表示在需要发生切换之前电阻器Rsense增加的电压的电压Vipk。因此，对于所需的正常调节的电流水平，Vipk是流经Rsense的电压，与初级绕组中所需的峰值电流对应。

可以从反馈/控制电压Vfb获得Vipk的值，可以在误差放大器的输出获得反馈/控制电压Vfb。

延迟元件19用于延迟至开关S1的控制信号的反相形式以产生消隐信号“blank”。当开关S1开启时，这用于消除Visense上的峰值。如图1中所示，消隐信号用于使比较器失效，以便当消隐信号为高时，比较器产生低(即无)输出。

一种准谐振回扫SMPS在与低电源相比的高电源时具有更高的切换频率。在高电源时，需要建立流经变压器T1的电流的时间更短，因为dIpk/dt＝Vmains/Lp，其中Vmains是整流主电压，是Lp变压器T1的初级自感并且dIpk/dt是建立的流经该变压器的电流。

输出功率等于Pout＝1/2*Lp*Ipk2*Fsw，其中Ipk是流经该变压器的峰值电流并且Fsw是切换频率。

在图2中示出了在高电源和低电源时的变压器电流I_T1和输出二极管电流I_D1。

当开关闭合时晶体管电流上升(ramps up)。当开关断开时，没有电流流入初级绕组，并且能源转移为流经二极管D1的电流。I_T1的峰值等于I_D1的峰值乘以变压器的匝数比Ns/Np，其中Np是初级侧匝数的数量而Ns是次级侧匝数的数量。

在固定频率回扫SMPS中，在间断传导(discontinuous conduction)模式中工作，输出功率也是Pout＝1/2*Lp*Ipk²*Fsw。

虽然Fsw是固定并恒定的，但Ipk的值在高电源输入电压时将典型的更高。

比较器和驱动电路也将具有一定延迟。由于峰值电流在高电源时比在低电源时增加更快，dIpk/dt＝Vmains/Lp，延迟将会在与低电源相比的高电源时产生更高的峰值电流水平。

图3中示出了电压Visense的增加和I_T1的增加。当达到电压Vipk时，在开关关闭并且使电流I_T1回零并因此Visense回零之前出现恒定的延迟“比较器延迟”。

为了防止过热以及安全的原因，在许多应用中需要在高电源和低电源电压时最大输出功率是一样的。

为了补偿输出功率的变化，可以测量主输入电压并引入补偿信号。WO02/231953公开了一种开关模式电源，其中采用第三变压器绕组测量主输入电压(线电压)。

需要监测主电压水平则需要控制器处理额外的信号，这增加了电路的复杂性并且增加了建立信号传导的数量。

发明内容

根据本发明，提供的开关模式电源，包括：

用于连接至整流的干线电源的输入，

在干线侧上具有初级绕组并在直流输出侧具有次级绕组的变压器；

用于控制在变压器的初级绕组中的电流的开关元件；

与开关元件串联连接的感测电阻器；