用于使用继电器式规则的开关模式电源控制器的辅助电源制造技术

本公开涉及用于使用继电器式规则的开关模式电源控制器的辅助电源，提供了用于开关模式电源(SMPS)的方法和SMPS电路。该方法和电路使用继电器式规则以提供可用于为SMPS的控制器供电的辅助电源。要求实现该方法和电路的附加电路是最小的，因而相对于要求附加电源或要求变压器中的辅助绕组的技术是具有优势的。继电器式规则控制SMPS内的开关器件，使得在一定的时间段内，常开型开关器件启用而常闭型开关器件禁用。在该周期内，电流被提供给SMPS控制器和相关联的能量存储设备。

【技术实现步骤摘要】
用于使用继电器式规则的开关模式电源控制器的辅助电源
本申请涉及用于向开关模式电源(SMPS)的控制器提供电能的方法和电路。所公开的技术使用SMPS内或外的最小附加电路装置向SMPS控制器提供电能。
技术介绍
开关模式电源(SMPS)被广泛用于向诸如计算机、电视机、照明系统和其他电子装置的电子设备(负载)提供电能。如同其他电源，SMPS将来自电源的电能转换为更加适合于负载的形式。在典型应用中，从具有50Hz到60Hz的频率和90V到240V的均方根(RMS)电压电平的交流(AC)主电压获取电源。SMPS将该电源转换为提供给负载的低压直流(DC)电能。SMPS相对于其他电源类型具有多重优势。SMPS通常比其他类型的电源明显更加有效，因为它们浪费欧姆损耗中的较少能量，例如由依赖于线性规则的电源所进行的。由于浪费的能量通常必须作为热量进行消散，所以SMPS减少了热消散需求，意味着需要更少和/或更小的热沉。此外，与其他电源类型相比，一些SMPS结构不要求或者要求较小的变压器。由于这些原因，SMPS通常比其他电源类型更小且更便宜。虽然具有用于SMPS的许多结构，但所有这些结构在一些电平下切换(启用和禁用)提供给输出负载的电能。SMPS控制器通过改变诸如用于驱动一个或多个开关器件(例如，晶体管)的脉宽调制(PWM)信号的频率和/或占空比的参数来管理这种切换，使得提供给负载的输出电能在电压和电流方面满足负载的电能需求。SMPS控制器本身是必须供电的电子设备。在SMPS的启动期间以及用于SMPS的持续(稳定状态)操作期间，必须向SMPS控制器提供电能。用于向SMPS控制器提供电能的一些现有解决方案依赖于SMPS外的独立电源。其他解决方案在SMPS内的变压器抽出辅助绕组来向SMPS控制器提供电能。使用外部电源具有如下缺点，其要求外部电路装置，从而增加SMPS系统的尺寸和成本。使用变压器的辅助绕组要求SMPS包括变压器，这在一些SMPS设计中是不期望的，例如不具有变压器的降压转换器。即使对于结合有变压器的SMPS设计来说，优选不要求在变压器内包括辅助绕组(具有相关联的尺寸和成本)。期望用于向SMPS控制器提供电能的电路和方法。这种电路和方法应该要求在SMPS所要求之外的最小电路部件，并且应该能够在SMPS的启动和稳定状态操作期间向SMPS控制器提供电能。
技术实现思路
根据开关模式电源(SMPS)中的方法实施例，使用常开型开关器件向SMPS的控制器提供电能，其中常开型开关器件在抽头连接点处与常闭型开关器件串联连接。通过启用常开型开关器件和常闭型开关器件使得二者均导通来向SMPS的负载提供电流。常闭型器件被禁用，随后监控抽头连接点处的电压。如果监控的抽头连接电压被检测为高于第一阈值电平，则常开型开关器件被启用或者保持启用。如果监控的抽头连接电压被检测为超过高于第一电平的第二电平，则常开型开关器件被禁用。根据开关模式电源(SMPS)电路的实施例，SMPS电路包括在抽头连接点处串联的常开型开关器件和常闭型开关器件。SMPS电路还包括：SMPS控制器，从抽头连接点提供电能；以及继电器式(bang-bang)控制器。继电器式控制器被配置为监控抽头连接点处的电压并且控制常开型开关器件。继电器式控制器启用或保持启用常开型器件响应于检测到抽头连接电压低于第一阈值电平。在检测到抽头连接电压超过高于第一电平的第二电平时，继电器式控制器禁用常开型器件。对于上述SMPS方法和电路实施例，常闭型开关器件默认为禁用状态，其中电流不再其输入和输出端之间传导。通过向常闭型器件的控制端提供适当信号来启用常闭型开关器件，从而使得电流在其输入和输出端之间传导。常开型开关器件默认为启用状态，其中在其输入和输出端之间传导电流。通过向常开型开关器件的控制端提供适当信号来禁用常开型开关器件，从而防止电流在其输入和输出端之间传导。本领域技术人员将在阅读以下详细说明并查看附图的基础上意识到附加的特征和优势。附图说明附图的元件不需要相互按比例绘制。类似的参考标号表示对应的类似的部分。各个所示实施例的特征可以组合，除非它们相互排除。附图中示出且在如下说明书中描述实施例。图1示出了被配置为向SMPS的控制器提供电能的开关模式电源(SMPS)的框图。图2示出了用于向SMPS控制器提供电能的方法。图3示出了被配置为向SMPS的控制器提供电能的包括反激(flyback)转换器的SMPS电路。图4示出了由被配置为向SMPS的控制器提供电能的SMPS电路产生的波形。图5示出了图3的SMPS电路的变形例，其中去除反激转换器并且SMPS以浮置降压拓扑来配置。图6示出了被配置为向SMPS的控制器供电的SMPS电路，其中常开型开关器件的级联用于为SMPS的负载供电，并且其中继电器式控制器与SMPS控制器独立实施。图7示出了SMPS电路，其中增强模式金属氧化物半导体场效应晶体管被配置以操作为常开型开关器件并且被配置为将电能提供给SMPS的控制器。具体实施方式本文描述的实施例用于在开关模式电源(SMPS)的启动期间及其稳定状态操作期间向SMPS的控制器提供电能。这不要求外部电源来完成。通过适当地配置SMPS的现有电路装置，实施例能够使用最小附加电路装置来向SMPS控制器提供电能。将在以下说明书和相关特征中描述各个实施例。这些实施例提供了用于解释的特定示例，并且不用于限定本专利技术。除了不允许的情况，来自这些示例性实施例的特征和方面可以组合或重新布置。本专利技术的目的在于SMPS的实施例。SMPS通常在本领域是公知的。为了避免混淆本专利技术的特定方面，将不再详细讨论与SMPS的控制相关联的已知方面，例如确定切换的频率和占空比。这将包括针对开环SMPS以及闭环确定这样的参数，其中SMPS的电压输出用于确定和/或调整这样的参数。SMPS可以使用各种拓扑来实施，诸如反激、正向、降压、升压、降压-升压等。本文描述的技术类似地应用于多种这样的拓扑，并且特定拓扑不是尤其重要的。为了避免不需要的复杂度，将使用有限集合的拓扑来描述示例性实施例，应该理解也可以利用其他SMPS拓扑来实施本专利技术。图1示出了SMPS100的高级框图，其可用于向SMPS的控制器110提供电能。电源(未示出)经由输入VIN在整流器120或类似部件处向SMPS提供电能。在典型结构中，电源可以是由具有50至60Hz的频率以及90至240VRMS的电压电平的主电压提供的交流(AC)电源。整流器120将AC电压转换为直流(DC)电压，其被提供给调节电路130。在一些应用(例如，电池供电设备)中，电源可以提供DC电压，在这种情况下，整流器可以省略或者用一些其他电路装置(例如，DC变压器或类似部件)来替换。调节电路130将根据SMPS100的拓扑而变化。在隔离拓扑中，调节电路130可以包括反激变压器，其中通过初级绕组的电流被切换以在变压器的次级绕组处提供期望的输出电压和电流。然后，输出电压(VOUT)被提供给一些负载，诸如电子设备(例如，照明系统、无线电、电视、装置)。在非隔离拓扑(诸如降压转换器)中，调节电路130通常包括二极管和电感器而非反激变压器。与基于反激变压器的隔离拓扑相比，降压转换器通常较小并且较便宜。因此，SMPS100将在假定调节电路130包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在开关模式电源(SMPS)中为所述SMPS的控制器提供电能的方法，所述SMPS包括在抽头连接点处与常闭型开关器件串联连接的常开型开关器件，所述开关器件被配置为向所述SMPS的负载提供电流，所述方法包括：通过启用所述常开型开关器件和所述常闭型开关器件来向所述SMPS的负载提供电流，使得两个器件均导通；禁用所述常闭型开关器件，并且，在所述常闭型开关器件被禁用时：检测所述抽头连接点处的电压电平；响应于检测到所述抽头连接点处的电压低于第一电平而启用所述常开型开关器件；并且响应于检测到所述抽头连接点处的电压高于第二电平而禁用所述常开型开关器件，其中所述第二电平高于所述第一电平，其中所述常开型开关器件被启用，除非向所述常开型开关器件的控制端子提供适当信号，并且所述常闭型开关器件被禁用，除非向所述常闭型开关器件的控制端子提供适当信号。

【技术特征摘要】
2015.12.18 US 14/974,6681.一种用于在开关模式电源(SMPS)中为所述SMPS的控制器提供电能的方法，所述SMPS包括在抽头连接点处与常闭型开关器件串联连接的常开型开关器件，所述开关器件被配置为向所述SMPS的负载提供电流，所述方法包括：通过启用所述常开型开关器件和所述常闭型开关器件来向所述SMPS的负载提供电流，使得两个器件均导通；禁用所述常闭型开关器件，并且，在所述常闭型开关器件被禁用时：检测所述抽头连接点处的电压电平；响应于检测到所述抽头连接点处的电压低于第一电平而启用所述常开型开关器件；并且响应于检测到所述抽头连接点处的电压高于第二电平而禁用所述常开型开关器件，其中所述第二电平高于所述第一电平，其中所述常开型开关器件被启用，除非向所述常开型开关器件的控制端子提供适当信号，并且所述常闭型开关器件被禁用，除非向所述常闭型开关器件的控制端子提供适当信号。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述SMPS的控制器驱动所述常闭型开关器件的控制端子以启用或禁用所述常闭型开关器件。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述常闭型开关器件包括增强模式金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、结型场效应晶体管(JFET)和双极结晶体管(BJT)中的一个或多个。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述常开型开关器件包括耗尽模式金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和结型场效应晶体管(JFET)中的一个或两个。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述耗尽模式MOSFET是串联级联的多个耗尽模式MOSFET中的一个。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述SMPS包括反激转换器，并且所述常开型开关器件的输出连接至所述反激转换器的初级绕组。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述SMPS是降压转换器。8.根据权利要求1所述的方法，还包括：将所述抽头连接电压限制为低于第三电平，所述第三电平高于所述第二电平。9.一种用于在开关模式电源(SMPS)中为所述SMPS的控制器提供电能的方法，所述SMPS包括在抽头连接点处与常闭型开关器件串联连接的常开型开关器件，所述开关器件被配置为向所述SMPS的负载提供电流，所述方法包括：将所述常开型开关器件保持为被启用的默认状态以使所述常开型开关器件导通，并且将所述常闭型开关器件保持为被禁用的默认状态以使所述常闭型开关器件不导通，从而在启动阶段期间向所述SMPS的控制器提供电流，其中所述SMPS控制器不在所述启动阶段期间控制所述常开型开关器件或所述常闭型开关器件；检测所述抽头连接点处的电压电平；以及响应于检测到所述抽头连接点处的电压电平达到第三电平，通过启用钳位器件或者禁用所述常开型开关器件或者这两种操作来防止所述抽头连接点处的电压进一步增加，其中所述常开型开关器件被启用，除非向所述常开型开关器件的控制端子提供适当信号，并且所述常闭型开关器件被禁用，除非向所述常闭型开关器件的控制端子提供适当信号。10.一种开关模式电源(SMPS)电路，包括：常开型开关器件；常闭型开关器件，在抽头连接点处与所述常开型开关...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·赫福特，W·格拉尼格，R·威斯，
申请(专利权)人：英飞凌科技奥地利有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利,AT