[发明专利]临界导通模式三引脚封装恒定电流电压控制器

说明书

技术领域

本发明涉及电源转换领域，尤指一种在初级侧调节的控制器，其仅使用三个引脚来产生恒定输出电流和恒定输出电压。

背景技术

反激式转换器用作电池充电器和交流适配器，可向重负载提供恒定电流和向轻负载(例如当电池充满电时)提供恒定电压。反激式转换器可以断续导通模式(DCM)、临界导通模式(CRM)或连续导通模式(CCM)工作。在断续导通模式中，在传递到次级电感器的所有能量均已释放之后、电流再次开始通过初级电感器斜坡上升之前，存在一时间间隙。在连续导通模式中，在电流已停止流过次级电感器以释放所传递能量之前，电流开始在初级电感器中斜坡上升。在临界导通模式中，大约在电流停止流过次级电感器的同时，电流开始在初级电感器中斜坡上升。

反激式转换器以临界导通模式工作具有多种优点。例如，以临界导通模式工作的反激式转换器的自振荡能力会减小开关损耗。此外，为获得给定的充电功率所需的峰值电感器电流在临界导通模式中比在断续导通模式中低。尽管这两种情形中的平均电流相同，然而在临界导通模式中没有死区时间(dead time)。在峰值电流较低时可实现较高的能量传递效率。此外，在临界导通模式中比在连续导通模式中可实现更高的效率，因为在连续导通模式中，在所有能量从次级电感器释放之前初级电感器便开始充电。

自振荡并且以临界导通模式工作的反激式转换器具有多种现有设计。图1(现有技术)图解说明实例性的现有技术自振荡反激式转换器10，也称为“振铃扼流转换器(ringing choke converter)”。自振荡是利用两个双极型晶体管实现。第一晶体管Q111用作初级电感器12的开关。第二晶体管Q2 13在每一开关循环结束时关断第一晶体管Q1 11。转换器10通过经光耦合器15从变压器14的次级侧接收反馈来控制其输出电流和电压。转换器10还利用次级侧上的并联参考U1 16。例如，并联参考U1 16是将其第三端子调节到1.25伏的三引脚式部件TL431。

转换器10的缺点是，由于其采用许多部件来执行恒定输出电压和恒定输出电流控制，因而其比较昂贵。如图1所示，并联参考U1 16、电阻R2、R3和R6以及电容器C2用于恒定输出电压控制。晶体管Q3以及电阻R4和R5用于恒定输出电流控制。还需要光耦合器15，以将控制信号从反激式转换器10的次级侧传递到初级侧。初级侧上的两个外部双极晶体管11和13以及光耦合器15和并联参考16均会增加转换器10的成本。此外，转换器10的分立部件随着时间的推移不如集成电路中的同等部件可靠。

当转换器10首先接通时，流经启动电阻RSTART 17的电流使晶体管Q1 11的基极电压VB升高并且使晶体管Q1 11导通。当晶体管Q1 11导通时，在辅助电感器18中形成正的再生反馈，该反馈通过R/C网络19施加到晶体管Q1 11的基极，从而使晶体管Q1 11快速导通。随着晶体管Q1 11的射极电流增大，射极电阻RE 20两端的电压增大来自光耦合器15的反馈电压VFB，并且升高晶体管Q2 13的基极电压。当晶体管Q2 13导通时，电流从晶体管Q1 11的基极泄放，并且基极电压VB降低。当晶体管Q1 11开始关断时，电流停止流过初级电感器12，并且变压器14的所有电感器两端的电压均按照通常的反激式动作进行反转。电流通过辅助电感器18和R/C网络19流到晶体管Q1 11的基极会引起再生关断。晶体管Q1 11保持关断，直到变压器14中存储的所有能量均传递到次级侧。在重负载条件下，来自反馈回路所控制的辅助绕组的谐振电流将使下一用于导通晶体管Q1 11的开关循环立即开始。在轻负载或空载条件下，当电流不再流经任一电感器时，电感器两端的电压下降到零。当辅助电感器18两端的电压为零并且流过起动电阻RSTART 17的输入电流已再次在晶体管Q1 11的基极上积聚上，晶体管Q1 11将导通并且开始新的循环。

图2(现有技术)显示自振荡反激式转换器21的简单得多的实施方案。转换器21利用两个双极晶体管实现自振荡。通过变压器22从反射电压接收用于调节输出电流和电压的反馈。尽管转换器21不采用光耦合器和并联参考，但这两个双极晶体管和这许多分立部件增加转换器的成本。