具有一个被连接在绕组之间的开关的功率转换器制造技术

具有一个被连接在绕组之间的开关的功率转换器，一种示例功率转换器，包括第一绕组、第二绕组、开关以及控制器。第二绕组磁耦合到第一绕组。控制器被连接以控制该开关来响应于反馈而调节功率转换器的输出。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及功率转换器，且具体地但不排他地涉及交流-直流功率转换器。
技术介绍
电子器件使用电力来运行。由于开关式(switched mode)电源的高效率、小尺寸和 低重量，其经常被用来给现今的许多电子器件供电。常规的壁上插座提供了高电压交流电 流。在开关式电源中，高电压的交流电流(ac)输入被转换，以通过能量传递元件提供良好 的稳定的直流(dc)输出。典型的开关式电源也包括一个被连接到能量传递元件的开关，和 一个被连接到所述开关的电源控制电路。所述开关式电源控制电路通常调节电源的输出电 压、电源的输出电流、或两者的组合，其方式为检测该输出并且在一闭环中控制之。在运行 中，通过变化开关式电源中的开关的占空比(通常指开关接通时间与整个开关周期的比)， 利用该开关来提供理想的输出。降压转换器(buck converter)是一类开关式电源，当其以连续电流模式运行时， 占空比大致是，该开关式电源的输出电压与输入电压的比。同样地，开关的接通时间与关断 时间的比确定了输出电压。对于需要小于输入电压的输出电压的负载，降压转换器的占空 比较小，且因此所述开关的接通时间相对于总的开关周期而言比较小。例如，基于375V的 整流交流输入电压而具有12V输出电压的电源，将需要占总开关周期3. 2 %的接通时间。对 于这样的情况，分接降压转换器(tapped buck converter)可提供与降压转换器相同的输 出电压-输入电压比，但却具有更大的开关占空比。为了降低被连接到电源的能量传递元 件的开关(通常是M0SFET、双极晶体管或诸如此类)中的损耗，较大的开关占空比是理想 的。在典型的分接降压转换器结构中，一个电感的一端被连接到所述开关，而该电感 的另一端被连接到输出。然后将一个续流二极管连接到包括在该电感中的一个分接头。也 可在开关式电源中包括一电路以提供一反馈信号，该反馈信号代表了开关式电源的输出。 然后这一反馈信号可被电源控制电路用来控制所述开关的切换，以调节开关式电源的输 出。然而，由于在分接降压转换器中电源输出和电源控制电路以不同电压电平为基准，所述 反馈信号需要被电平移位以与控制电路对接(interface)。因此，典型的分接降压转换器 结构可能包括附加的和相对昂贵的电路，该电路用于以此方式对该反馈信号作电平移位。 例如，常规的分接降压转换器结构可包括一个光耦合器(optocoupler)或偏置绕组(bias winding)，其被连接在开关式电源的输出和电源控制电路之间，用于对所述反馈信号作电 平移位。附图说明下面将参考下列附图对本专利技术的非限制性和非穷举性的实施方案进行描述，其中 在所有的各张不同的附图中，除非另有说明，相同的附图标记均指相同的部分。图IA是示出了根据本专利技术的一个实施方案的功率转换器——其中具有一个处于 接通状态的开关——的示意图。图IB是示出了图IA的功率转换器——其中所述开关处于关断状态——的示意 图。图2A是示出了根据本专利技术的一个实施方案的功率转换器——其中具有一个处于 接通状态的开关——的示意图。图2B是示出了图2A的功率转换器——其中所述开关处于关断状态——的示意 图。图3A是示出了根据本专利技术的一个实施方案的功率转换器——其中具有一个处于 接通状态的开关——的示意图。图;3B是示出了图3A的功率转换器——其中所述开关处于关断状态——的示意 图。图4是示出了根据本专利技术的一个实施方案的具有集成控制电路的功率转换器的 示意图。图5是示出了根据本专利技术的一个实施方案的主电感的图。图6A是示出了根据本专利技术的一个实施方案的功率转换器——其中具有一个处于 接通状态的开关——的示意图。图6B是示出了图6A的功率转换器——其中开关处于关断状态——的示意图。图7是示出了根据本专利技术的一个实施方案的具有多个输出的功率转换器的示意 图。图8是示出根据本专利技术的一个实施方案的具有多个输出的另一功率转换器的示 意图。图9是示出根据本专利技术的一个实施方案的具有多个输出的另一功率转换器的示 意图。具体实施例方式此处描述了具有被连接在绕组之间的开关的功率转换器的实施方案。在下面的说 明中，给出了诸多具体细节，以提供对实施方案的全面理解。然而，相关领域技术人员将认 识到，此处描述的技术可在缺少一个或多个具体细节的情况下或通过其他方法、组件、材料 等来实现。在另一些情况下，公知的结构、材料或操作不被示出或详细描述，以免模糊了某 些方面。整个说明书在引用“一实施方案”或“一个实施方案”时，意指针对该实施方案所 描述的一个具体特征、结构或特性被包括在本专利技术的至少一个实施方案中。因此，在此说明 书全文中在各种不同地方出现的词组“一实施方案”或“一个实施方案”并不一定全都指同 一实施方案。此外，所述具体特征、结构或特性可以用任何适当方式结合在一个或多个实施 方案中。在此说明书全文中，使用了几个本领域术语。除非此处具体定义或它们的使用语 境清楚地另有清晰暗示，否则这些术语应以其所属领域的普通含义解释。处于关断状态的 开关也称为是断开的开关，是处于不传导电流的状态的开关。处于接通状态的开关也称为是闭合的开关，是处于可传导电流的状态的开关。本专利技术的实施方案包括一功率转换器，其具有有磁耦合的绕组，以及被连接在所 述绕组之间的一个开关。将该开关连接在绕组之间，允许了直接测量功率转换器的输出以 获得反馈信息，而无需通常包括在常规电源电路中的附加的且昂贵的电平移位部件。本发 明的一个实施方案是一个给发光二极管灯——在该发光二极管灯中流动的电流需要被调 节——供电的电源。通过将该开关和一个被连接以驱动该开关的控制电路置于能量传递元 件的磁耦合的绕组之间，能够产生代表了在发光二极管灯中流动的电流的反馈信号，而无 需对此反馈信号作电平移位。因此所述反馈信号可以直接连接到所述控制器，以提供低成 本的电源实施方式。这些和其他实施方案在下文进一步详述。图IA是示出了根据本专利技术的一个实施方案的具有处于接通状态的开关Sl 102的 功率转换器100的示意图。功率转换器100被示为包括开关Sl 102、第一绕组104、第二绕 组106、芯108、输出电容器Cq 110、二极管Dl 112、检测电路(sense circuit) 114、控制器 116以及公共基准(common reference) 118。第一绕组104被示为包括端子A和B，而第二 绕组106被示为包括端子C和D。开关Sl 102被示为包括端子120和122。在图IA中还 示出了输入电压Vin 124、输出电压Vq 126、输出电流Iq 127、电流Iqn 128、反馈信号130，、 驱动信号132、基准节点134、节点136以及负载138。如图IA所示，第一绕组104借助于芯108而磁耦合到第二绕组106。也即，芯108 对于第一绕组104和第二绕组106是公共的。在一个实施方案中，第一绕组104和第二绕 组106分别是一个主电感的第一部分和第二部分。因此，包括在功率转换器100中的主电 感可包括卷绕在单个芯周围的一根导线，其中所述导线被分成第一部分和第二部分，它们 分别相应于第一绕组104和第二绕组106。在一个实施方案中，芯108包括铁磁材料。第一绕组104的端子A本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．功率转换器，包括：第一绕组；第二绕组，其磁耦合到第一绕组；开关，其被连接在第一绕组和第二绕组之间，以使得当该开关处于接通状态时，电流流经第一绕组、第二绕组和所述开关；以及控制器，其被连接以响应于一个反馈信号来控制该开关，以调节所述功率转换器的输出。

【技术特征摘要】
2009.12.28 US 12/648,003;2010.05.28 US 12/790,4121.功率转换器，包括第一绕组；第二绕组，其磁耦合到第一绕组；开关，其被连接在第一绕组和第二绕组之间，以使得当该开关处于接通状态时，电流流 经第一绕组、第二绕组和所述开关；以及控制器，其被连接以响应于一个反馈信号来控制该开关，以调节所述功率转换器的输出ο2.根据权利要求1所述的功率转换器，还包括二极管，其被连接在所述开关和所述功 率转换器的一个公共基准之间，以使得当该开关处于关断状态时，电流流经所述第二绕组 和所述二极管。3.根据权利要求1所述的功率转换器，还包括一主电感，其中所述第一绕组是所述主 电感的第一部分，而所述第二绕组是所述主电感的第二部分。4.根据权利要求3所述的功率转换器，其中所述主电感包括一个铁磁芯，且其中所述 主电感的所述第一部分包括卷绕在所述铁磁芯周围的第一导线，且其中所述主电感的所述 第二部分包括卷绕在所述铁磁芯周围的第二导线。5.根据权利要求1所述的功率转换器，还包括一个检测电路，其被连接在所述开关和 所述控制器之间以提供所述反馈信号，其中所述反馈信号代表所述功率转换器的输出处的 输出电流。6.根据权利要求5所述的功率转换器，其中所述检测电路响应于相对于所述开关的一 个端子而取得的一个电压，来产生所述反馈信号。7.根据权利要求6所述的功率转换器，其中所述检测电路包括被连接到所述开关的所 述端子的一个电阻器，其中相对于所述开关的所述端子而取得的电压是所述电阻器两端的 电压。8.根据权利要求5所述的功率转换器，其中所述检测电路响应于相对于所述控制器的 公共端子而取得的一个电压，来产生所述反馈信号。9.根据权利要求8所述的功率转换器，其中所述检测电路包括被连接到所述控制器的 公共基准端子的一个电阻器，其中相对于所述公共端子而取得的所述电压是所述电阻器两 端的电压。10.根据权利要求1所述的功率转换器，还包括发光二极管(LED)阵列，其被连接以接 收功率转换器的输出。11.功率转换器，包括第一绕组；第二绕组，其磁耦合到所述第一绕组；集成控制电路，其被连接在所述第一绕组和所述第二绕组之间，其中所述集成控制电 路包括开关，其被连接在所述集成控制电路的第一端子和第二端子之间；以及控制器，其被连接以响应于一个反馈信号而控制所述开关以调节所述功率转换器的输 出，其中当所述开关处于接通状态时，电流流经所述第一绕组、所述第二绕组、以及所述集 成控制电路的第一端子和第二端子之间。12.根据权利要求11所述的功率转换器，还包括被连接在所述集成控制电路的第二端 子和所述功率转换器的一个公共基准之间的一个二极管，以使得当所述开关处于关断状态 时，电流流经所述第二绕组和所述二极管。13.根据权利要求11所述的功率转换器，还包括一个主电感，其中所述第一绕组是所 述主电感的第一部分，而所述第一绕组是所述主电感的第一部分，而所述第二绕组是所述 主电感的第二部分。14.根据权利要求13所述的功率转换器，其中所述主电感包括铁磁芯，且其中所述主 电感的第一部分包括卷绕在所述铁磁芯周围的第一导线，且其中所述主电感的第二部分包 括卷绕在所述铁磁芯周围的第二导线。15.根据权利要求11所述的功率转换器，还包括一检测电路，其被连接到所述第二端 子，并且被连接以将所述反馈信号提供给所述集成控制电路的一个第三端子，其中所述反 馈信号代表在所述功率转换器的输出处的输出电流。16.根据权利要求15所述的功率转换器，其中所述检测电路响应于相对于所述集成控 制电路的第二端子而取得的电压来产生所述反馈信号。17.根据权利要求16所述的功率转换器，其中所述集成控制电路的第二端子是所述集 成控制电路的一个公共端子，且其中所述控制器相对于在所述集成控制电路的公共端子处 的一个基准电压电平产生一个驱动信号来控制所述开关。18.根据权利要求16所述的功率转换器，其中所述检测电路包括一个电阻器，其被连 接到所述集成控制电路的第二端子，其中相对于所述第二端子而取得的所述电压是在所述 电阻器两端的电压。19.根据权利要求11所述的功率转换器，还包括发光二极管(LED)阵列，其被连接以接 收所述功率转换器的输出。20.根据权利要求11所述的功率转换器，其中所述开关是一个金属氧化物半导体场效 应晶体管(MOSFET)，其具有被连接到所述第一端子的漏极端子，以及被连接到所述集成控 制电路的所述第二端子的源极端子。21.功率转换器，包括第一绕组，具有第一和第二端子，其中所述第一端子用于被连接以接收所述功率转换 器的输入电压；开关，其被连接在所述第二端子和所述功率转换器的一个基准节点之间；输出电容器，其被连接到所述基准节点，以提供所述功率转换器的输出；第二绕组，其被连接在所述输出电容器和所述功率转换器的一个公共基准之间；其中 所述第二绕组磁耦合到所述第一绕组；以及控制器，其被连接以响应于一个反馈信号来控制所述开关，以调节所述功率转换器的 所述输出，其中当所述开关处于接通状态时，电流流经第一绕组、第二绕组，以及所述第二 端子和所述基准节点之间。22.根据权利要求21所述的功率转换器，还包括一个检测电路，其被连接在所述基准 节点和所述控制器之间以提供所述反馈信号，其中所述反馈信号代表所述功率转换器的一 个输出电流。23.根据权利要求22所述的功率转换器，其中所述检测电路响应于相对于所述基准节点而取得的电压来产生所述反馈信号。24.功率转换器，包括第一绕组，具有第一端子和第二端子，其中所述第一端子被连接以接收所述功率转换 器的输入电压；开关，其被连接在所述功率转换器的第二端子和基准节点之间；第二绕组，具有第三端子和第四端子，其中所述第二绕组磁耦合到所述第一绕组；输出电容器，其被连接在所述第二绕组的第四端子与所述功率转换器的公共基准之间 以提供所述功率转换器的输出；以及控制器，其被连接以响应于一反馈信号而控制所述开关来调节所述功率转换器的输 出，其中当所述开关处于接通状态时，电流流经所述第一绕组、所述第二绕组，以及所述第 二端子和所述基准节点之间。25.根据权利要求M所述的功率转换器，还包括一个检测电路，其被连接在所述基准 节点和所述第二绕组之间以将所述反馈信号提供给所述控制器，其中所述反馈信号代表所 述功率转换器的输出电流。26.根据权利要求25所述的功率转换器，其中所述检测电路包括一个电阻器，其具有 一个第五端子，其被连接到所述基准节点，以及一个第六端子，其被连接到所述第二绕组的 所述第三端子，其中所述检测电路响应于所述电阻器两端的电压而产生所述反馈信号。27.根据权利要求25所述的功率转换器，还包括一个二极管，其中所述检测电路包括 一个电阻器，其具有一个第五端子，其被连接到所述基准节点，以及一个第六端子，其被连 接到所述二极管。28.根据权利要求27所述的功率转换器，其中所述检测电路还包括一个电容器，其被 连接到所述电阻器的所述第五端子和所述第六端子。29.功率转换器，包括第一绕组；第二绕组，其磁耦合到所述第一绕组；开关，其被连接在所述第一绕组和所述第二绕组之间；控制器，具有一个反馈端子和一个公共端子，其中所述控制器被连接以响应于在所述 反馈端子处接收的反馈电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·M·H·马修斯，M·乌切利，
申请(专利权)人：电力集成公司，
类型：发明
国别省市：US