[发明专利]在开关调节器中减少启动时间的方法、装置及系统

说明书

技术领域

本发明公开的实施例涉及功率转换领域，更具体地涉及在开关式电源电路 中加速开关控制器的启动时间的方法、装置及系统。

背景技术

已知的逆向变换器电路是开关式电源电路，通常用在如壁式交直流转换适 配器电源和电池充电器这类应用中。图1(现有技术)是一个简单的逆向变换 器1的方框图。该逆向变换器1由电源转换变压器的原边控制，并且配置成由 发射极进行开关控制动作。逆向变换器1包括变压器100，其具有原边线圈， 副边线圈和辅助线圈。在原边侧，逆向变换器1包括：启动电阻101，电容102， 整流器103，开关电路104，NPN双极晶体管开关105，二极管106，和电阻109。 在副边侧，逆向变换器1包括二次整流器122和输出电容124。交流(AC)线 电压例如可以通过全波桥式整流器(未示出)和相关平滑电容(未示出)进行 整流，因此在Vin端呈现经整流和平滑的直流(DC)电压。

逆向变换器1通过重复地接通和关断NPN晶体管105进行工作。接通NPN 晶体管105使得电流从第一输入节点Vin，通过变压器100的原边线圈(有Np 匝)，经NPN晶体管105，流入开关电路104的SW端。关断NPN晶体管105使 得在原边线圈标有圆点的端点处的电压、以及由此副边线圈(有Ns匝)均变为 正极性，导致电流流过整流二极管122进入电容124，在Vout端产生直流输出 电压。开关电路104通过打开和关闭连接在SW端和GND端之间的开关，从NPN 晶体管105的发射极端控制NPN晶体管105的接通和关闭。一个光耦合器电路 (未示出)提供从变压器200的副边到开关电路104的FB端的反馈，以调节输 出电压Vout。

逆向变换器1的启动时间是从出现有效输入电压Vin(大于最小输入电压) 的时刻，到在输出电压端Vout处提供希望的被调节的输出电压VREG的时刻。 在启动时间内，在Vout端的电压从零伏上升到希望的调节输出电压VREG。启 动时间取决于RC启动时间常数，该常数是电阻101的电阻值和电容102的电容 大小的乘积。正如将要展示的，选择大的电阻101的电阻值和大的电容器102 的电容值，产生大的RC时间常数和长的启动时间。

按照某些能量守恒标准，对低功率充电器在闲置模式的功率消耗限制为最 大300毫瓦。闲置模式是当在Vin端有输入电压但没有设备从Vout端抽取能量 的时候。由于电阻101的功率消耗反比于电阻101的电阻值，电阻101的大电 阻值使在闲置模式期间的功率消耗最小。电阻101的功率消耗表示为：

P＝(Vin-VC)²/R₁₀₁

对于265V RMS交流输入线，在Vin端的电压可高达直流375V。例如当VC 为15V及R₁₀₁为1.5兆欧时，电阻101的功率消耗是86毫瓦，这几乎占闲置期 间逆向变换器1允许的最大功率消耗的三分之一。

图2的波形图示出了电容102的使用方式。接通阈值电压(表示为“接通 电压”)是开关电路104开始接通或关断NPN晶体管105时的电压，而关断阈值 电压(表示为“关断电压”)是开关电路104停止工作时的电压。例如，接通阈 值电压为20V及关断阈值电压为10V。电容102具有大的电容值，这是因为在 VC端达到接通阈值电压(图2中的T2时刻)之后一直到输出电压Vout足够大 以便辅助线圈向开关电路104提供能量(在T3时刻)同时还维持VC端的电压 在关断阈值电压以上，电容102在VC端处向开关电路104提供能量。如果电容 102的电容值不足够大，那么在T2时刻之后，VC端的电压将落到关断阈值电压 以下，并且开关电路104将关断由此导致逆向变换器1出现故障。从T2时刻到 T3时刻，输出电压Vout上升，一直到T3时刻，此时辅助电压(约为Vout*Na/Ns， 忽略整流二极管122的电压降)超过电容102在VC端提供的电压。从T3时刻 起，辅助线圈通过VC端向开关电路104提供能量。由于输出电压Vout稳定为 被调节的输出电压VREG，VC端的电压稳定为一个恒定的电压，约为VREG*Na/Ns。