降低开关模式电源待机功耗的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术揭示了一种用于将开关模式电源（ＳＭＰＳ）控制器耦合到整流后的线电压并降低ＳＭＰＳ待机功率的装置，包括：高压启动晶体管，用于在ＳＭＰＳ的启动期间提供充电电流并在ＳＭＰＳ控制器的正常操作期间不提供电流；开关，耦合到高压启动晶体管，该开关用于从ＳＭＰＳ控制器接收控制信号，该控制信号在ＳＭＰＳ启动阶段使高压启动晶体管工作在导通状态，而在ＳＭＰＳ正常操作期间使高压启动晶体管工作在截止状态；其中，当ＳＭＰＳ控制器处于正常操作阶段时流过启动晶体管的电流远小于ＳＭＰＳ控制器处于启动阶段时流过启动晶体管的电流，即充电电流。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及开关模式电源(SMPS)，更具体地说，涉及降低开 关模式电源的待机功耗的装置。
技术介绍
开关模式电源(SMPS)具有尺寸小、效率高和输出功率容量大的优 点，并且被广泛地应用在移动电话充电器、笔记本电脑的电源适配器等领 域。近些年，特别强调绿色电源，绿色电源要求更高的转换效率，尤其要 求低的待机功耗。当应用于充电器或者电源适配器时，在该电源被连接到 插座上但还没有连接到负载上的时候，其仅仅消耗待机功耗，这就要求待 机功耗越低越好。图1是传统的主侧调节开关模式电源系统的示意图。当线电压Vac被 施加到该系统时，在Vcc电压低于一门限电压(称为启动电压，Vst)的时 候，开关信号并不会出现(即输出管脚OUT维持低电平)。这个阶段称为 开关模式电源的启动阶段。在该阶段，Vcc电容C1由经过整流后的线电 压Vin通过启动电阻R1进行充电。当Vcc超过Vst时，启动阶段结束， 控制器的输出管脚OUT产生开关信号以控制功率管2的导通及关断以调节 次级线圈上的输出电压Vout。由于控制器1的操作电流在启动阶段之后会 比控制器1在启动阶段所需要的电流大很多，Vcc电容C1必须在系统的 正常操作期间通过辅助线圏4获得额外的能量来向控制器1提供操作电流。在典型的，比如图1所示的开关模式电源中，Vcc电容C1是微法(ja F)等级的电容。启动电阻R1的电阻值越小，越能为C1产生大的充电电 流，以使得启动阶段能够快速地完成。但是大的电流通过R1会在正常操 作期间消耗更多的能量，这会使得系统的待机功耗增加。因此，需要一种降低开关模式电源的待机功耗的技术。4
技术实现思路
本技术针对开关模式电源(SMPS),旨在提供一种用于降低开 关模式电源的待机功耗的设备和方法。作为一个例子，本技术被用于降低PWM或PFM模式开关电源系统的待机功耗。但是本技术具有更 加广阔的应用范围。本技术一方面提供一种用于将开关模式电源(SMPS)控制器耦 合到整流后的线电压的装置，该装置包括高压启动晶体管，用于在SMPS 的启动期间提供充电电流并在SMPS控制器的正常操作期间不提供电流； 开关，耦合到高压启动晶体管，该开关用于从SMPS控制器接收控制信号， 该控制信号在SMPS启动阶段使高压启动晶体管工作在导通状态，而在 SMPS正常操作期间使高压启动晶体管工作在截止状态；偏压设备，串联 到该开关，该偏压设备用于在SMPS控制器的正常操作期间将启动晶体管 维持在截止状态；其中，当SMPS控制器处于正常操作阶段时流过高压启 动晶体管的电流远小于SMPS控制器处于启动阶段时的充电电流。本技术另一方面提供一种用于将开关模式电源(SMPS)控制器 耦合到整流后的线电压的装置，该装置包括高压启动晶体管，用于在 SMPS的启动期间提供充电电流并在SMPS控制器的正常操作期间不提供 电流；齐纳二极管，耦合到高压启动晶体管的控制端，该齐纳二极管的击 穿电压比SMPS控制器的启动电压高且比SMPS控制器的正常操作电压 低；该高压启动晶体管在SMPS控制器的正常操作期间被关断，且当SMPS 控制器处于正常操作阶段时流过高压启动晶体管的电流远小于SMPS控制 器处于启动阶段时的充电电流。本技术另 一方面提供一种用于将SMPS控制器耦合到整流后的线 电压并降低开关模式电源(SMPS)待机功率的装置，该SMPS控制器具 有两种操作状态，当SMPS控制器电源端的电压低于第一基准电压时该 SMPS控制器进入第一状态、当电源端的电压高于第二基准电压时该 SMPS控制器进入第二状态。该装置包括高压半导体设备，具有第一端、5第二端和第三端，该第一端耦合至整流后的线电压端、第二端耦合至SMPS 控制器的电源端、第三端用于控制第一端和第二端之间的电流；偏压电路， 耦合至高压半导体设备，偏压电路用于在SMPS控制器处于第一状态时开 启该高压半导体设备，并在SMPS控制器处于第二状态时关断该高压半导体设备。本技术另 一方面提供一种集成电路芯片构成的开关模式电源 (SMPS)控制器，包括第一端，用于检测SMPS的输出电压；第二端， 用于输出控制SMPS输出电压的脉冲信号；电源端，用于从外部的高压半 导体设备接收电流；控制端，用于向外部的高压半导体设备提供控制信号， 使得该高压半导体设备在SMPS的启动期间提供充电电流并在SMPS控制 器的正常操作期间不提供电流。本技术另 一方面提供一种用于调节SMPS的输出电压的多芯片半 导体封装，该封装包括第一半导体芯片，该第一半导体芯片包括开关模 式电源(SMPS)控制器，该SMPS控制器具有第一端，用于检测SMPS 的输出电压；第二端，用于输出控制SMPS输出电压的脉沖信号；电源端， 用于从外部的高压半导体设备接收电流；控制端，用于提供控制流过该高 压半导体设备电流的控制信号，以及，第二半导体芯片，该第二半导体芯 片包括高压半导体芯片，用于接收控制信号，以及作为响应，在SMPS的 启动期间提供充电电流并在SMPS控制器的正常操作期间不提供电流。本技术另一方面提供一种用于接收整流后的输入交流电压并提供 直流输出电压的开关模式电源，包括耦接至整流后的交流输入电压的变 压器，该变压器包括主级线圏、次级线圈和辅助线圏；开关模式电源 (SMPS)控制器，具有用于接收SMPS输出电压的反馈端和用于耦接至 辅助线圏的电源端；高压半导体设备，具有第一端、第二端和第三端，该 第一端耦接至整流后的交流输入电压，第二端耦接至SMPS控制器的电源 端，第三端用于控制第一端和第二端之间的电流；以及偏压设备，耦接至 该高压半导体设备，该偏压设备用于使得该高压半导体设备在SMPS的启 动期间开启并在S M P S控制器的正常操作期间截止。根据一 实施例，本技术提供一种用于降低开关模式电源的待机功 耗的电路实现。在一实施例中，在系统启动阶段，高压启动晶体管、偏压 设备、开关、以及控制信号被用于从整流后的线电压向与开关模式电源控制器的Vcc管脚相关的电容器提供充电电流，并且在开关模式电源的正常 操作期间切断从整流后的线电压提供给Vcc电容的充电电流。根据一实施例，在启动阶段，开关被控制信号断开。所有来自整流后 的线电压的电流通过启动电阻后进入到高压启动晶体管的基极并且被放大以提供Vcc电容的充电电流。在启动阶段之后，开关被控制信号闭合，以使得偏压设备能够吸收来自启动电阻的电流并将高压启动晶体管的基极电 压维持在低于其发射极电压的水平。在这种情况下，启动晶体管处于截止 状态。结果，启动电阻上消耗的功耗显著降低，因为在本技术的实施 例中，启动电阻的阻值可以是传统技术中的开关模式电源中的电阻值的十 倍或更大。根据该实施例，高压启动晶体管可以是双极型晶体管或者MOSFET。 在一个实施例中，偏压设备和开关被集成到开关模式电源控制器芯片中。 此外，高压启，晶体管可以是电源系统中分离的设备，或者与集成的控制 器芯片封装在一起以在电源系统的印刷电路板上形成多芯片的单个封装设 备。在另一个实施例中，偏压设备是齐纳二极管，而作为一个特例，该开 关始终处于闭合状态。高压启动晶体管、齐纳二极管和开关模式电源控制 器可以形成具有极低的待机功耗的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将开关模式电源控制器耦合到整流后的线电压并降低开关模式电源待机功率的装置，其特征在于，该装置包括：　高压启动晶体管，用于在开关模式电源的启动期间提供充电电流并在开关模式电源控制器的正常操作期间不提供电流；　开关，耦合到高 压启动晶体管，该开关用于从开关模式电源控制器接收控制信号，该控制信号在开关模式电源启动阶段使高压启动晶体管工作在导通状态，而在开关模式电源正常操作期间使高压启动晶体管工作在截止状态；　偏压设备，串联到该开关，该偏压设备用于在开关模式电 源控制器的正常操作期间将启动晶体管维持在截止状态；　其中，当开关模式电源控制器处于正常操作阶段时流过启动晶体管的电流远小于开关模式电源控制器处于启动阶段时流过启动晶体管的电流，即充电电流。

【技术特征摘要】
限 定。尽管上面是针对开关模式电源系统的主侧控制拓朴结构进行描述，但 是本实用新型也可被用于副侧控制的开关模式电源系统。在上述的实施例中，高压双极型晶体管仅仅是作为一个例子。在其他 的实施例中，高压半导体设备可以是双极型器件、包括NPN晶体管、PNP晶体管、PNPN开关、以及SCR中的一个或多个。在另一个实施例中，高压半导体设备可以是场效应器件，并且可以包括n型MOSFET、 p型MOSFET、 LDMOS、 JFET、 JFET和MOSFET的合成中的一个或多个。本实用新型的方案，当SMPS控制器处于正常操作阶段时流过启动晶体管的电流远小于SMPS控制器处于启动阶段时流过启动晶体管的电流(充电电流)，从而可以明显地降低系统的待机功耗。上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本实用新型的，熟悉本领域的人员可在不脱离本实用新型的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本实用新型的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。14权利要求1. 一种用于将开关模式电源控制器耦合到整流后的线电压并降低开关模式电源待机功率的装置，其特征在于，该装置包括高压启动晶体管，用于在开关模式电源的启动期间提供充电电流并在开关模式电源控制器的正常操作期间不提供电流；开关，耦合到高压启动晶体管，该开关用于从开关模式电源控制器接收控制信号，该控制信号在开关模式电源启动阶段使高压启动晶体管工作在导通状态，而在开关模式电源正常操作期间使高压启动晶体管工作在截止状态；偏压设备，串联到该开关，该偏压设备用于在开关模式电源控制器的正常操作期间将启动晶体管维持在截止状态；其中，当开关模式电源控制器处于正常操作阶段时流过启动晶体管的电流远小于开关模式电源控制器处于启动阶段时流过启动晶体管的电流，即充电电流。2. 如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：董文辉，方邵华，费瑞霞，朱亚江，
申请(专利权)人：BCD半导体制造有限公司，
类型：实用新型
国别省市：VG[英属维尔京群岛]