[go: up one dir, main page]

CN102355134B - 开关变换电路及变换方法 - Google Patents

开关变换电路及变换方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102355134B
CN102355134B CN201110285566XA CN201110285566A CN102355134B CN 102355134 B CN102355134 B CN 102355134B CN 201110285566X A CN201110285566X A CN 201110285566XA CN 201110285566 A CN201110285566 A CN 201110285566A CN 102355134 B CN102355134 B CN 102355134B
Authority
CN
China
Prior art keywords
switching tube
circuit
switch
capacitor
electrically coupled
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201110285566XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN102355134A (zh
Inventor
邝乃兴
蔡家利
俞宏霞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chengdu Monolithic Power Systems Co Ltd
Original Assignee
Chengdu Monolithic Power Systems Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chengdu Monolithic Power Systems Co Ltd filed Critical Chengdu Monolithic Power Systems Co Ltd
Priority to CN201110285566XA priority Critical patent/CN102355134B/zh
Publication of CN102355134A publication Critical patent/CN102355134A/zh
Priority to US13/612,401 priority patent/US8885362B2/en
Priority to TW101134898A priority patent/TWI470911B/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102355134B publication Critical patent/CN102355134B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/22—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC
    • H02M3/24—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/28—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC
    • H02M3/325—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33507—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/37—Converter circuits
    • H05B45/3725—Switched mode power supply [SMPS]
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/37—Converter circuits
    • H05B45/3725—Switched mode power supply [SMPS]
    • H05B45/382—Switched mode power supply [SMPS] with galvanic isolation between input and output
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0006—Arrangements for supplying an adequate voltage to the control circuit of converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/36—Means for starting or stopping converters
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/37—Converter circuits
    • H05B45/3725—Switched mode power supply [SMPS]
    • H05B45/385—Switched mode power supply [SMPS] using flyback topology
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps
    • Y02B20/30—Semiconductor lamps, e.g. solid state lamps [SSL] light emitting diodes [LED] or organic LED [OLED]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

公开了一种开关变换电路和变换方法，以及用于该开关变换电路的集成电路。该电路包括：第一开关管，第一端电耦接至电路的输入端；第二开关管，第一端电耦接至第一开关管的第二端；第三开关管，第一端电耦接至第一开关管的第二端和第二开关管的第一端；控制电路，电耦接至第二开关管和第三开关管的门极，控制第二开关管和第三开关管的导通与关断；以及第一电容器，第一端电耦接至第三开关管的另一端和控制电路，为控制电路提供供电电压，第二端接地；开关变换电路在第一工作状态下通过第一开关管和第三开关管为第一电容器充电，在第二工作状态下通过第一开关管和第二开关管向负载传递功率。

Description

开关变换电路及变换方法
技术领域
本发明的实施例涉及一种开关电路，特别地，涉及一种开关变换电路和变换方法，以及用于该开关变换电路的集成电路。
背景技术
开关变换电路通过开关管的导通与关断将输入信号转换为输出信号。一般地，开关变换电路采用控制电路(通常为集成电路)来控制开关管的导通与关断，该控制电路需要直流电压供电。在开关变换电路刚启动时，控制电路的供电电压需要一段时间方能建立，这段时间被称为启动时间。在该启动时间内，开关变换电路无法正常工作。
在大多数应用场合，需要尽可能地缩短开关变换电路的启动时间。尤其对于可控硅调光(triac dimming)的LED驱动电路而言，由于在最小调光相位时可控硅开关管导通的时间非常短，开关变换电路的启动时间会直接限制LED调光的深度。
图1为一种现有的开关变换电路的电路图。整流桥将输入电压Vin转换为不控直流电压，包括变压器T1、开关管M、二极管Dout和电容器Cout的反激电路电耦接至整流桥的输出端，将不控直流电压转换为输出信号以驱动负载。控制电路101控制开关管M的导通与关断。电阻器R1的一端电耦接至整流桥的输出端，另一端电耦接至电容器C1。电容器C1两端的电压用作控制电路101的供电电压。在开关变换电路的启动阶段，输入电压Vin通过整流桥和电阻器R1为电容器C1充电。当电容器C1两端的电压增大至足以使控制电路201正常工作，即开关变换电路进入正常工作阶段后，变压器T1的辅助绕组将通过二极管D1为控制电路101供电。在这种供电方式中，若要减小启动时间，需要增大电容器C1的充电电流，这可以通过减小电阻器R1的阻值或减小电容器C1的容值来实现。然而，减小电阻器R1的阻值会增大该电阻器所消耗的功率，造成开关变换器的效率降低以及电阻器R1的温度升高。而电容器C1由于承担着稳定控制电路供电电压的职责，其容值不能降得过小。
图2为另一种现有的开关变换电路的电路图。控制电路201包括高压电流源I1和开关管S。高压电流源I1电耦接至整流桥的输出端，在开关变换电路的启动阶段通过开关管S为电容器C1充电。当开关变换电路进入正常工作阶段后，开关管S被关断，高压电流源I1从电容器C1处断开，变压器T1的辅助绕组通过二极管D1为控制电路201供电。图2所示的开关变换电路启动时间短、工作效率高，但是其中的开关管S需要承受高压，高压开关管的成本高且不易于集成。
发明内容
本发明提供一种不同于现有技术的开关变换电路和变换方法，以及用于该开关变换电路的集成电路。
根据本发明一实施例的一种开关变换电路，包括：第一开关管，具有第一端、第二端和门极，其中第一端电耦接至开关变换电路的输入端；第二开关管，具有第一端、第二端和门极，其中第一端电耦接至第一开关管的第二端；第三开关管，具有第一端、第二端和门极，其中第一端电耦接至第一开关管的第二端和第二开关管的第一端；控制电路，电耦接至第二开关管和第三开关管的门极，控制第二开关管和第三开关管的导通与关断；以及第一电容器，具有第一端和第二端，其中第一端电耦接至第三开关管的另一端和控制电路，为控制电路提供供电电压，第二端接地；其中开关变换电路在第一工作状态下通过第一开关管和第三开关管为第一电容器充电，在第二工作状态下通过第一开关管和第二开关管向负载传递功率。
根据本发明一实施例的一种开关变换电路，包括：变压器，包括初级绕组，次级绕组和辅助绕组；第一开关管，其漏极电连接至变压器的初级绕组；第二开关管，其漏极电连接至第一开关管的源极，源极接地；第三开关管，具有第一端、第二端和门极，其中第一端电耦接至第一开关管的源极和第二开关管的漏极；控制电路，电耦接至第二开关管的栅极和第三开关管的门极，控制第二开关管和第三开关管的导通与关断；第一电容器，具有第一端和第二端，其中第一端电连接至第三开关管的第二端和控制电路，为控制电路提供供电电压，第二端接地；第一二极管，其阳极电耦接至变压器的辅助绕组，阴极电连接至第一电容器的第一端；电阻器，具有第一端和第二端，其中第一端电耦接至开关变换电路的输入端；以及第二电容器，具有第一端和第二端，其中第一端电连接至电阻器的第二端和第一开关管的栅极，第二端接地。
根据本发明一实施例的一种用于开关变换电路的集成电路，该开关变换电路包括：包括初级绕组、次级绕组和辅助绕组的变压器，漏极电连接至变压器初级绕组的第一开关管，以及为集成电路提供供电电压的第一电容器，该集成电路包括：第二开关管，其漏极电连接至第一开关管的源极，源极接地；第三开关管，具有第一端、第二端和门极，其中第一端电耦接至第一开关管的源极和第二开关管的漏极，第二端电连接至第一电容器；以及控制电路，电耦接至第二开关管的栅极和第三开关管的门极，控制第二开关管和第三开关管的导通与关断。
根据本发明一实施例的一种开关变换方法，包括：通过第一开关管接收输入信号；将第二开关管电耦接至第一开关管；将第三开关管电耦接至第一开关管和第二开关管；通过控制电路控制第二开关管和第三开关管的导通与关断；将第一电容器电耦接至第三开关管，该第一电容器为控制电路提供供电电压；以及在第一工作状态下通过第一开关管和第三开关管为第一电容器充电，在第二工作状态下通过第一开关管和第二开关管向负载传递功率。
附图说明
图1为一种现有的开关变换电路的电路图；
图2为另一种现有的开关变换电路的电路图；
图3为根据本发明一实施例的开关变换电路的框图；
图4为根据本发明一实施例的开关变换电路的电路图；
图5为根据本发明一实施例的图4所示开关变换电路的波形图；
图6为根据本发明一实施例的开关变换方法的流程图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称元件“连接到”或“耦接到”另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
图3为根据本发明一实施例的开关变换电路300的框图，包括开关管S1～S3、控制电路301和电容器C1。开关管S1具有第一端、第二端和门极，其中第一端电耦接至开关变换电路300的输入端。开关管S2具有第一端、第二端和门极，其中第一端电耦接至开关管S1的第二端。开关管S3具有第一端、第二端和门极，其中第一端电耦接至开关管S1的第二端和开关管S2的第一端。控制电路301电耦接至开关管S2和开关管S3的门极，控制开关管S2和开关管S3的导通与关断。电容器C1具有第一端和第二端，其中第一端电耦接至开关管S3的第二端和控制电路301，为控制电路提供供电电压VCC，第二端接地。开关变换电路300在第一工作状态下通过开关管S1和S3为电容器C1充电，在第二工作状态下通过开关管S1和S2向负载传递功率。
开关管S1～S3可以是任何可控半导体开关器件，例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、双极结型晶体管(BJT)、结型场效应晶体管(JFET)等。在一个实施例中，开关变换电路300还包括驱动电路302。该驱动电路302的输入端电耦接至开关变换电路300的输入端，输出端电耦接至开关管S1的门极。
在一个实施例中，开关变换电路300还包括辅助供电电路303。该辅助供电电路303的输入端电耦接或磁耦接至开关变换电路300的输出端，输出端电耦接至电容器C1的第一端。在开关变换电路300的正常工作阶段，辅助供电电路303为控制电路301供电。
在一个实施例中，开关变换电路300还包括二极管D2。二极管D2的阳极电耦接至开关管S1的第二端和开关管S2的第一端，阴极电耦接至开关管S3的第一端。二极管D2可防止电容器C1通过开关管S3放电。
在一个实施例中，开关变换电路300还包括二极管D3。二极管D3的阳极电耦接至开关管S1的第二端和开关管S2的第一端，阴极电耦接至开关管S1的门极。二极管D3对开关管S1第二端的电压进行钳位，将其最大值限制至开关管S1的门极电压。
控制电路301可采用脉冲宽度调制(PWM，pulse width modulation)、脉冲频率调制(PFM，pulse frequency modulation)等控制方法来控制开关管S2，控制方法的实现方式可为峰值电流控制、关断时间控制、准谐振控制、平均电流控制、滞环电流控制等。
在开关变换电路300的启动阶段，开关管S3导通，开关管S2由于控制电路301尚未建立足够的供电电压而保持关断。开关变换电路300处于第一工作状态，输入信号IN通过开关管S1和S3为电容器C1充电，供电电压Vcc逐步增大。此时开关管S1工作于饱和区，处于源极跟随状态或射极跟随状态，其第二端的电压跟随其门极电压(例如为十几伏)。
当供电电压Vcc增大至足以使控制电路301正常工作，开关变换电路300进入正常工作阶段。开关变换电路300处于第二工作状态，通过开关管S1和S2将输入信号IN转换为输出信号OUT以驱动负载。开关管S3关断，辅助供电电路303为控制电路301供电。当开关管S2导通时，开关管S1工作于可变电阻区，其导通电阻值很小。当开关管S2关断时，二极管D3将开关管S1第二端的电压的最大值限制至开关管S1的门极电压。
在一个实施例中，当辅助供电电路303无法提供足够的能量以保证控制电路301的供电电压时，开关变换电路300重新进入第一工作状态，通过开关管S1和S3为电容器C1充电。上述情况可能出现在开关变换电路300刚启动完毕，工作尚不稳定时，或者开关变换电路300因遭遇故障而将开关管S2关断时。在一个实施例中，开关变换电路300为采用可控硅调光的LED驱动电路，在调光相位较小时，上述辅助供电电路303无法提供足够的能量以保证控制电路301供电电压的情况也可能出现。
在一个实施例中，控制电路301将供电电压VCC与阈值Vth1进行比较，当供电电压VCC增大至大于阈值Vth1时，关断开关管S3。在一个实施例中，控制电路301将供电电压VCC与阈值Vth2进行比较，当供电电压VCC减小至小于阈值Vth2时，导通开关管S3，其中阈值Vth2小于阈值Vth1。
由于开关管S2和S3的第一端电耦接至开关管S1的第二端，开关管S2和S3无需承受高压，即开关管S2和S3无需采用高压开关管。开关变换电路300的启动速度快、工作效率高且成本低廉。
以下以包括反激电路的交流/直流变换电路为例对本发明进行说明，但本领域的技术人员可知，本发明还可用于任何其他直流/直流变换电路或直流/交流变换电路，如BUCK-BOOST(升-降压)电路、FLYBACK(反激)电路以及FORWARD(正激)电路等。
图4为根据本发明一实施例的开关变换电路400的电路图。开关变换电路400用作驱动发光二极管串，包括整流桥、变压器T1、开关管S1～S3、电阻器R2、电容器C1和C2、控制电路401、驱动电路402、辅助供电电路403、二极管Dout以及输出电容器Cout。
整流桥接收交流输入电压Vin，并将其转换成不控直流电压。变压器T1包括初级绕组、次级绕组和辅助绕组。开关管S1和S2为N型MOSFET。开关管S1的漏极电连接至变压器的初级绕组。开关管S2的漏极电连接至开关管S1的源极，源极接地。开关管S3的第一端电耦接至开关管S1的源极和开关管S2的漏极。控制电路401电耦接至开关管S2的栅极和开关管S3的门极，产生控制信号CTRL2和CTRL3以控制开关管S2和S3的导通与关断。电容器C1的第一端电连接至开关管S3的第二端和控制电路401，为控制电路401提供供电电压VCC，第二端接地。二极管Dout的阳极电连接至变压器T1次级绕组的一端，阴极电连接至输出电容Cout的一端，输出电容Cout的另一端电连接至变压器T1次级绕组的另一端。在一个实施例中，二极管Dout由同步整流管代替。
驱动电路402包括电阻器R2和电容器C2。电阻器R2具有第一端和第二端，其中第一端通过整流桥电耦接至开关变换电路400的输入端。电容器C2具有第一端和第二端，其中第一端电耦接至电阻器R2的第二端和开关管S1的栅极，第二端接地。辅助供电电路403包括二极管D1。二极管D1的阳极电耦接至变压器T1的辅助绕组，阴极电连接至电容器C1的第一端。在一个实施例中，辅助供电电路403还包括电耦接在变压器T1的辅助绕组和二极管D1阳极之间的电阻器。
在一个实施例中，开关变换电路400还包括二极管D2。二极管D2的阳极电连接至开关管S1的源极和开关管S2的漏极，阴极电连接至开关管S3的第一端。
在一个实施例中，开关变换电路400还包括稳压二极管D4。该稳压二极管D4的阴极电连接至电容器C2的第一端，阳极接地。稳压二极管D4与电容器C2并联，对电容器C2两端的电压Vg1进行钳位。
在一个实施例中，开关变换电路400还包括二极管D3。二极管D3的阳极电连接至开关管S1的源极和开关管S2的漏极，阴极电连接至开关管S1的栅极。二极管D3对开关管S2的漏源极电压Vds2进行钳位，将其最大值限制至电容器C2两端的电压Vg1。当开关变换电路400工作于断续模式时，在开关管S2关断、变压器T1中存储的能量被全部传送至负载后，变压器T1的励磁电感和开关管S2的寄生电容会产生谐振。该谐振能量可通过二极管D3被回收至电容器C2，从而提高开关变换电路400的效率。在这种情况下，即使整流桥的输出电压很低，开关管S1的驱动电压，即电容器C2两端的电压Vg1也可得以维持。该性能对可控硅调光的LED驱动电路来说十分重要。
在一个实施例中，控制电路401还包括滞环比较器COM。该滞环比较器COM的同相输入端电连接至电容器C1的第一端以接收供电电压VCC，反相输入端接收阈值Vth1和Vth2。当供电电压VCC增大至大于或大于等于阈值Vth1时，滞环比较器COM输出高电平以关断开关管S3。当供电电压VCC减小至小于或小于等于阈值Vth2时，滞环比较器COM输出低电平以导通开关管S3。滞环比较器COM输出信号的初始值为低电平。
在一个实施例中，开关管S2、S3和控制电路401被集成在一个集成电路中。在一个实施例中，该集成电路还包括二极管D2。
图5为根据本发明一实施例的图4所示开关变换电路400的波形。在t0时刻，开关变换电路400启动，开关管S3导通。此时由于控制电路401的供电电压VCC尚未建立，开关管S2关断。输入电压Vin通过整流桥和电阻器R2对电容器C2充电，电容器C2两端的电压Vg1逐渐增大。
在t1时刻，电压Vg1增大至开关管S1的门限电压Vth，开关管S1导通。输入电压Vin通过整流桥、开关管S1、S3以及二极管D2对电容器C1充电，供电电压VCC逐渐增大。此时开关管S1工作于饱和区，被用作源极跟随器，因而VCC＝Vg1-Vth。
在t2时刻，供电电压VCC增大至阈值Vth1，开关管S3被关断。开关管S2开始在控制电路401的控制下导通与关断，从而将输入电压Vin转换为期望的输出电流以驱动发光二极管串。此时，供电电压VCC由变压器T1的辅助绕组提供。
在t3时刻，由于变压器T1的辅助绕组无法提供足够的能量，供电电压VCC开始减小。该情况可能出现在开关变换电路400刚启动完毕，工作尚不稳定时，也可能出现在开关变换电路400采用可控硅调光，而且调光相位较小时。在t4时刻，供电电压VCC减小至阈值Vth2，开关管S3被导通。输入电压Vin在开关管S2关断时，通过整流桥、开关管S1、S3以及二极管D2对电容器C1充电，供电电压VCC逐渐增大。在t5时刻，供电电压VCC增大至阈值Vth1，开关管S3再次被关断。在一个实施例中，在供电电压VCC减小至阈值Vth2后，开关管S2被关断，输入电压Vin通过整流桥、开关管S1、S3以及二极管D2对电容器C1充电，直至供电电压VCC增大至阈值Vth1。
开关变换电路400在工作过程中可能会遭遇各种故障，例如过电流、过电压、过热等。在检测到故障时，开关变换电路400常将开关管S2关断以达到自我保护的目的。如图5所示，在t6时刻，开关变换电路400检测到故障并将开关管S2关断，变压器T1的辅助绕组无法再为电容器C1提供能量，供电电压VCC开始减小。
在t7时刻，供电电压VCC减小至阈值Vth2，开关管S3被导通。输入电压Vin通过整流桥、开关管S1、S3以及二极管D2对电容器C1充电，供电电压VCC逐渐增大。在t8时刻，供电电压VCC增大至阈值Vth1，开关管S3再次被关断，开关变换电路400尝试恢复正常工作。在一个实施例中，若上述故障状况在t6～t8时间内消失，开关变换电路400将自动恢复正常工作。
在一个实施例中，在故障状态下，开关管S3直至供电电压VCC减小至阈值Vth3时方被导通，其中Vth3小于Vth2。在一个实施例中，Vth1等于10V，Vth2等于9V，Vth3等于7V。在一个实施例中，在故障状态下，当供电电压VCC减小至阈值Vth3，开关管S3被导通，当供电电压VCC增大至阈值Vth1，开关管S3被关断，以上过程重复进行。开关变换电路400在供电电压Vcc第N次(例如N＝4)达到阈值Vth1时，方尝试恢复正常工作。
图6为根据本发明一实施例的开关变换方法的流程图，包括步骤611～616。
在步骤611，通过第一开关管接收输入信号。
在步骤612，将第二开关管电耦接至第一开关管。
在步骤613，将第三开关管电耦接至第一开关管和第二开关管。
在步骤614，通过控制电路控制第二开关管和第三开关管的导通与关断。
在步骤615，将第一电容器电耦接至第三开关管，该第一电容器为控制电路提供供电电压。
在步骤616，在第一工作状态下通过第一开关管和第三开关管为第一电容器充电，在第二工作状态下通过第一开关管和第二开关管向负载传递功率。
在一个实施例中，控制电路将第一电容器提供的供电电压与第一阈值进行比较，当供电电压增大至大于第一阈值时，关断第三开关管。在一个实施例中，控制电路还将第一电容器提供的供电电压与第二阈值进行比较，当供电电压减小至小于第二阈值时，导通第三开关管，其中第二阈值小于第一阈值。
虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (18)

1.一种开关变换电路，包括：
第一开关管，具有第一端、第二端和门极，其中第一端电耦接至开关变换电路的输入端；
第二开关管，具有第一端、第二端和门极，其中第一端电耦接至第一开关管的第二端；
第三开关管，具有第一端、第二端和门极，其中第一端电耦接至第一开关管的第二端和第二开关管的第一端；
控制电路，电耦接至第二开关管和第三开关管的门极，控制第二开关管和第三开关管的导通与关断；以及
第一电容器，具有第一端和第二端，其中第一端电耦接至第三开关管的另一端和控制电路，为控制电路提供供电电压，第二端接地；其中
开关变换电路在第一工作状态下通过第一开关管和第三开关管为第一电容器充电，在第二工作状态下通过第一开关管和第二开关管向负载传递功率；
其中控制电路将第一电容器提供的供电电压与第一阈值进行比较，当供电电压增大至大于第一阈值时，关断第三开关管。
2.如权利要求1所述的开关变换电路，还包括辅助供电电路，该辅助供电电路的输入端电耦接或磁耦接至开关变换电路的输出端，输出端电耦接至第一电容器的第一端。
3.如权利要求1所述的开关变换电路，其中控制电路将第一电容器提供的供电电压与第二阈值进行比较，当供电电压减小至小于第二阈值时，导通第三开关管，其中第二阈值小于第一阈值。
4.如权利要求1所述的开关变换电路，还包括第二二极管，该第二二极管的阳极电耦接至第一开关管的第二端和第二开关管的第一端，阴极电耦接至第三开关管的第一端。
5.如权利要求1所述的开关变换电路，还包括第三二极管，该第三二极管的阳极电耦接至第一开关管的第二端和第二开关管的第一端，阴极电耦接至第一开关管的门极。
6.如权利要求1所述的开关变换电路，还包括驱动电路，该驱动电路的输入端电耦接至开关变换电路的输入端，输出端电耦接至第一开关管的门极。
7.如权利要求6所述的开关变换电路，其中驱动电路包括：
电阻器，具有第一端和第二端，其中第一端电耦接至开关变换电路的输入端；以及
第二电容器，具有第一端和第二端，其中第一端电耦接至电阻器的第二端和第一开关管的门极，第二端接地。
8.一种开关变换电路，包括：
变压器，包括初级绕组，次级绕组和辅助绕组；
第一开关管，其漏极电连接至变压器的初级绕组；
第二开关管，其漏极电连接至第一开关管的源极，源极接地；
第三开关管，具有第一端、第二端和门极，其中第一端电耦接至第一开关管的源极和第二开关管的漏极；
控制电路，电耦接至第二开关管的栅极和第三开关管的门极，控制第二开关管和第三开关管的导通与关断；
第一电容器，具有第一端和第二端，其中第一端电连接至第三开关管的第二端和控制电路，为控制电路提供供电电压，第二端接地；
第一二极管，其阳极电耦接至变压器的辅助绕组，阴极电连接至第一电容器的第一端；
电阻器，具有第一端和第二端，其中第一端电耦接至开关变换电路的输入端；以及
第二电容器，具有第一端和第二端，其中第一端电连接至电阻器的第二端和第一开关管的栅极，第二端接地。
9.如权利要求8所述的开关变换电路，还包括第二二极管，该第二二极管的阳极电连接至第一开关管的源极和第二开关管的漏极，阴极电连接至第三开关管的第一端。
10.如权利要求8所述的开关变换电路，还包括第三二极管，该第三二极管的阳极电连接至第一开关管的源极和第二开关管的漏极，阴极电连接至第一开关管的栅极。
11.如权利要求8所述的开关变换电路，其中控制电路将第一电容器提供的供电电压与第一阈值进行比较，当供电电压增大至大于第一阈值时，关断第三开关管。
12.如权利要求11所述的开关变换电路，其中控制电路将第一电容器提供的供电电压与第二阈值进行比较，当供电电压减小至小于第二阈值时，导通第三开关管，其中第二阈值小于第一阈值。
13.一种用于开关变换电路的集成电路，该开关变换电路包括：包括初级绕组、次级绕组和辅助绕组的变压器，漏极电连接至变压器初级绕组的第一开关管，以及为集成电路提供供电电压的第一电容器，该集成电路包括：
第二开关管，其漏极电连接至第一开关管的源极，源极接地；
第三开关管，具有第一端、第二端和门极，其中第一端电耦接至第一开关管的源极和第二开关管的漏极，第二端电连接至第一电容器；以及
控制电路，电耦接至第二开关管的栅极和第三开关管的门极，控制第二开关管和第三开关管的导通与关断。
14.如权利要求13所述的集成电路，其中开关变换电路还包括：
第一二极管，其阳极电耦接至变压器的辅助绕组，阴极电连接至第一电容器的第一端；
电阻器，具有第一端和第二端，其中第一端电耦接至开关变换电路的输入端；以及
第二电容器，具有第一端和第二端，其中第一端电连接至电阻器的第二端和第一开关管的栅极。
15.如权利要求14所述的集成电路，还包括第二二极管，该第二二极管的阳极电连接至第一开关管的源极和第二开关管的漏极，阴极电连接至第三开关管的第一端。
16.如权利要求13所述的集成电路，其中控制电路将第一电容器提供的供电电压与第一阈值、第二阈值进行比较，当供电电压增大至大于第一阈值时，关断第三开关管，当供电电压减小至小于第二阈值时，导通第三开关管，其中第二阈值小于第一阈值。
17.一种开关变换方法，包括：
通过第一开关管接收输入信号；
将第二开关管电耦接至第一开关管；
将第三开关管电耦接至第一开关管和第二开关管；
通过控制电路控制第二开关管和第三开关管的导通与关断；
将第一电容器电耦接至第三开关管，该第一电容器为控制电路提供供电电压；以及
在第一工作状态下通过第一开关管和第三开关管为第一电容器充电，在第二工作状态下通过第一开关管和第二开关管向负载传递功率；
其中控制电路将第一电容器提供的供电电压与第一阈值进行比较，当供电电压增大至大于第一阈值时，关断第三开关管。
18.如权利要求17所述的开关变换方法，其中控制电路将第一电容器提供的供电电压与第二阈值进行比较，当供电电压减小至小于第二阈值时，导通第三开关管，其中第二阈值小于第一阈值。
CN201110285566XA 2011-09-23 2011-09-23 开关变换电路及变换方法 Active CN102355134B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110285566XA CN102355134B (zh) 2011-09-23 2011-09-23 开关变换电路及变换方法
US13/612,401 US8885362B2 (en) 2011-09-23 2012-09-12 Fast startup switching converter and method thereof
TW101134898A TWI470911B (zh) 2011-09-23 2012-09-24 開關變換電路及變換方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110285566XA CN102355134B (zh) 2011-09-23 2011-09-23 开关变换电路及变换方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102355134A CN102355134A (zh) 2012-02-15
CN102355134B true CN102355134B (zh) 2013-09-18

Family

ID=45578654

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201110285566XA Active CN102355134B (zh) 2011-09-23 2011-09-23 开关变换电路及变换方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US8885362B2 (zh)
CN (1) CN102355134B (zh)
TW (1) TWI470911B (zh)

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8810146B1 (en) * 2011-11-04 2014-08-19 Universal Lighting Technologies, Inc. Lighting device with circuit and method for detecting power converter activity
CN102655373B (zh) 2012-05-08 2015-06-03 成都芯源系统有限公司 一种隔离式电压转换电路及其控制方法
KR20140003020A (ko) * 2012-06-28 2014-01-09 삼성전기주식회사 발광 다이오드 구동 장치
US9203307B2 (en) 2012-10-31 2015-12-01 Cree, Inc. Power converter with bias voltage regulation circuit
US8866413B2 (en) * 2013-01-11 2014-10-21 Shenzhen China Star Optoelectronics Technology Co., Ltd. LED drive circuit
CN103051196B (zh) * 2013-01-16 2015-01-21 绍兴光大芯业微电子有限公司 无辅助绕组方式实现集成电路供电的隔离式电源电路结构
US11641162B2 (en) * 2013-04-09 2023-05-02 Texas Instruments Incorporated Circuits and methods for generating a supply voltage for a switching regulator
CN104426370B (zh) * 2013-09-10 2017-11-10 深圳市必易微电子有限公司 电源适配器及其适配控制电路和适配控制方法
CN103929055A (zh) * 2014-04-30 2014-07-16 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 一种供电电路和开关电源
CN103973093A (zh) * 2014-05-22 2014-08-06 深圳东科半导体有限公司 开关变换器的无损启动电路
US9603205B2 (en) * 2014-07-07 2017-03-21 Dialog Semiconductor Inc. Multi-function terminal configurable to implement two functionalities
US9479065B2 (en) * 2014-10-17 2016-10-25 Power Integrations, Inc. Controller supply terminal boosting
US9973098B2 (en) * 2015-08-19 2018-05-15 Astec International Limited Fixed frequency discontinuous conduction mode flyback power converters employing zero voltage switching
CN108370216B (zh) 2015-10-26 2019-11-22 戴洛格半导体公司 启动时具有零电流的开关功率转换器
US9742262B1 (en) * 2016-05-06 2017-08-22 Bel Fuse (Macao Commerical Offshore) Limited Switching power supply startup circuit with normally on device providing startup charging current
CN106059336B (zh) 2016-08-01 2019-03-22 成都芯源系统有限公司 用于开关变换电路的集成电路及为其提供供电电压的方法
US10084370B2 (en) * 2017-01-13 2018-09-25 Dialog Semiconductor Inc. Active startup timing control at fault mode
CN106602883B (zh) * 2017-03-10 2019-03-15 绍兴光大芯业微电子有限公司 无辅助绕组的功率mos管开关电源集成供电电路
CN206850667U (zh) * 2017-04-21 2018-01-05 赤多尼科两合股份有限公司 启动控制电路和开关电源
CN107612107A (zh) * 2017-08-23 2018-01-19 成都芯源系统有限公司 一种供电电压产生电路及其集成电路
CN111600473A (zh) * 2019-05-28 2020-08-28 青岛鼎信通讯股份有限公司 一种电源芯片高压启动电路
CN110602829B (zh) * 2019-09-26 2021-11-16 中央民族大学 照明led驱动电路、装置及控制方法
CN111555643B (zh) * 2020-06-05 2024-02-27 上海晶丰明源半导体股份有限公司 开关电源控制器、开关电源系统及开关电源系统供电方法
CN112235903B (zh) * 2020-10-29 2024-05-28 深圳市必易微电子股份有限公司 控制电路、控制方法及其led驱动电路
CN114583963B (zh) * 2020-12-02 2024-06-14 艾科微电子(深圳)有限公司 反激式转换器及其控制方法
US11979090B2 (en) 2021-08-12 2024-05-07 Power Integrations, Inc. Power converter controller with branch switch

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101340150A (zh) * 2007-07-02 2009-01-07 富士电机电子设备技术株式会社 开关电源装置
CN202268802U (zh) * 2011-09-23 2012-06-06 成都芯源系统有限公司 开关变换电路及用于其中的集成电路

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0787733A (ja) * 1993-09-17 1995-03-31 Fuji Electric Co Ltd 安定化電源用起動回路
JPH1028374A (ja) * 1996-07-05 1998-01-27 Nagano Japan Radio Co 電源装置
JP2000175449A (ja) * 1998-12-07 2000-06-23 Nec Eng Ltd スイッチング電源回路
US6775164B2 (en) * 2002-03-14 2004-08-10 Tyco Electronics Corporation Three-terminal, low voltage pulse width modulation controller IC
US7307390B2 (en) * 2005-06-16 2007-12-11 Active-Semi International, Inc. Primary side constant output voltage controller
US7388764B2 (en) * 2005-06-16 2008-06-17 Active-Semi International, Inc. Primary side constant output current controller
US7911808B2 (en) * 2007-02-10 2011-03-22 Active-Semi, Inc. Primary side constant output current controller with highly improved accuracy
JP2009112083A (ja) * 2007-10-29 2009-05-21 Calsonic Kansei Corp 補助電源回路
CN101552545B (zh) 2009-02-25 2011-04-06 成都芯源系统有限公司 Ac-dc变换电路及用于该变换电路的启动电路和方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101340150A (zh) * 2007-07-02 2009-01-07 富士电机电子设备技术株式会社 开关电源装置
CN202268802U (zh) * 2011-09-23 2012-06-06 成都芯源系统有限公司 开关变换电路及用于其中的集成电路

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP特开2000-175449A 2000.06.23
JP特开2009-112083A 2009.05.21
JP特开平10-28374A 1998.01.27
JP特开平7-87733A 1995.03.31

Also Published As

Publication number Publication date
TW201325046A (zh) 2013-06-16
US20130077353A1 (en) 2013-03-28
CN102355134A (zh) 2012-02-15
US8885362B2 (en) 2014-11-11
TWI470911B (zh) 2015-01-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102355134B (zh) 开关变换电路及变换方法
CN107979288B (zh) 强迫式零电压开关反激变换器
CN102185484B (zh) 开关电源及其控制电路和控制方法
US7385833B2 (en) Snubber circuit for a power converter
CN101552560B (zh) 一种开关稳压电路及其控制方法
CN101964586B (zh) 涌流控制器
US9667132B2 (en) Flyback converter
US9537412B2 (en) Direct current voltage conversion device and clamping circuit
CN108390567B (zh) 一种零电压开关Boost电路及其控制方法
KR20160058704A (ko) 스타트업 셀 회로의 시스템 및 방법
CN102711306B (zh) 一种冲击电流消除电路
CN103441683A (zh) 一种有源嵌位正激电源电路
JP4088756B2 (ja) スイッチング電源装置
CN113541503A (zh) 一种零电流开关有源钳位电流型推挽直流变换器
WO2022165485A1 (en) Totem-pole bridgeless power factor correction device and power supply
CN102130600A (zh) 一种串联谐振开关电源
CN109347311B (zh) 一种双管正激同步整流电路的自驱驱动电路
CN101651419B (zh) 开关电源电路
CN202268802U (zh) 开关变换电路及用于其中的集成电路
CN102035394B (zh) 一种正激拓扑同步整流驱动电路
KR101388775B1 (ko) 전원 공급 장치
CN108322053A (zh) 一种降压式变换电路
TW201918006A (zh) 強迫式零電壓開關返馳變換器及其運行方法
CN218783723U (zh) 一种基于控制芯片的反激式开关电源
CN107086789A (zh) 一种次级控制准谐振的开关电源变换器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant