ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО, СОДЕРЖАЩЕЕ ТАКОЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ
POWER SOURCE AND ELECTRICAL DEVICE CONTAINING SUCH POWER SOURCE

Область техники
[0001]
Настоящее изобретение относится к источнику питания, имеющему схему резонанса токов, управляемую коммутационным элементом, и обеспечивающему работу коммутационного элемента в непрерывном или прерывистом режиме, а также к электрическому устройству, содержащему такой источник питания.
Уровень техники
[0002]
Среди обычных источников питания, встроенных в электрическую, электронную аппаратуру и т.п. и выполненных с возможностью подвода к нагрузке относительно большой мощности, существуют источники питания, в которых для уменьшения мощности в режиме ожидания используется схема с двумя преобразователями. Например, схема с двумя преобразователями, которая содержит цепь основного источника питания, обеспечивающую подачу питания на нагрузку, потребляющую большую мощность, и цепь источника пониженной мощности, обеспечивающую подачу мощности на менее энергоемкую нагрузку, такую как цепь управления, в нормальном режиме управляет цепями основного источника питания и источника пониженной мощности, а в режиме пониженного энергопотребления (режиме ожидания) управляет исключительно цепью источника пониженной мощности. Однако схема с двумя преобразователями должна иметь две цепи питания, что невыгодно способствует увеличению размера источника питания и повышению его стоимости.
[0003]
По этой причине предложен импульсный источник питания, цепью питания которого является одна цепь основного питания, и который управляет транзистором коммутационного блока в цепи питания, обеспечивая его работу в непрерывном режиме при большом токе нагрузки, и работу в прерывистом режиме при малом токе нагрузки (см. Патентный документ 1).
[0004]
Примерами импульсных источников питания могут служить высоковольтные выпрямители, а также источники с резонансом токов. Источник питания с резонансом токов используют, например, в случае необходимости повышения эффективности при использовании большой нагрузки, при работе на большом выходном токе или при необходимости повышения шумового сопротивления.
Список противопоставленных материалов
Патентные документы
[0005]
Патентный документ 1. Опубликованная японская рассмотренная регистрационная заявка на полезную модель No. 4-10588.
Раскрытие изобретения
Техническая задача
[0006]
Когда источник питания с резонансом токов осуществляет прерывистое управление транзистором в режиме ожидания, он обеспечивает подачу на нагрузку только слабого тока. По этой причине при подключении нагрузки, потребляющей большое количество энергии, во время прерывистого режима работы транзистора выходное напряжение уменьшается, а источник питания временно прекращает работу. Кроме того, необходимо обеспечить подачу электрическим устройством, например монитором (дисплеем), содержащим источник питания такого типа, относительно большой мощности даже в режиме ожидания.
[0007]
Настоящее изобретение создано с учетом вышесказанного, и его задача состоит в разработке источника питания, обеспечивающего возможность подачи требуемой мощности даже в режиме ожидания, а также электрического устройства, содержащей такой источник питания.
Решение поставленной задачи
[0008]
Настоящее изобретение предлагает источник питания, содержащий схему резонанса токов, выполненную с возможностью управления трансформатором; к первичной стороне которого подключен резонансный контур с коммутационным элементом, выполненным с возможностью периодически повторяемых включения и отключения, а также контроллер, выполненный с возможностью управления коммутационным элементом так, что коммутационный элемент работает в непрерывном режиме, при котором он выполняет непрерывно повторяемые включение и отключение, или в прерывистом режиме, при котором он выполняет повторяемые с перерывами включение и отключение, в соответствии с внешним сигналом, указывающим на работу в непрерывном режиме или в прерывистом режиме. Источник питания содержит индикатор напряжения, выполненный с возможностью определения напряжения на вторичной стороне трансформатора, а также коммутационный блок, выполненный таким образом, что в прерывистом режиме работы коммутационного элемента, установленном контроллером в соответствии с внешним сигналом, указывающим на прерывистую работу, и при выявлении индикатором напряжения падения напряжения ниже заданного значения первого порогового напряжения обеспечивает перевод коммутационного элемента в непрерывный режим работы посредством контроллера.
[0009]
Согласно настоящему изобретению индикатор напряжения выполнен с возможностью определения напряжения на вторичной стороне трансформатора, т.е. выходного напряжения. Предполагают, что в прерывистом режиме работы коммутационного элемента, устанавливаемом контроллером в соответствии с внешним сигналом, т.е. при подаче контроллером питания на менее энергоемкую нагрузку в режиме ожидания, напряжение, определяемое индикатором напряжения, падает ниже заданного значения первого порогового напряжения. Причина снижения напряжения, определяемого индикатором напряжения, заключается в подключении к выходу источника питания более энергоемкой нагрузки, а следовательно, в увеличении тока нагрузки. В этом случае коммутационный блок воздействует на контроллер, обеспечивая перевод коммутационного элемента из прерывистого режима работы в непрерывный режим работы.
[0010]
В режиме ожидания коммутационный элемент, работающий в непрерывном режиме, осуществляет эту работу до момента повторного повышения выходного напряжения до некоторой величины. Таким образом, даже при подключении относительно большой нагрузки и соответствующем увеличении тока нагрузки будет предотвращено падение выходного напряжения ниже значения первого порогового напряжения и обеспечена подача требуемой мощности даже в режиме ожидания.
[0011]
В источнике питания согласно настоящему изобретению, когда коммутационный блок побуждает контроллер перевести коммутационный элемент работает в непрерывный режим, а напряжение, определяемое индикатором напряжения, возрастает выше значения второго порогового напряжения, превышающего значение первого порогового напряжения, коммутационный блок воздействует на контроллер, обеспечивая перевод коммутационного элемента в прерывистый режим работы.
[0012]
В источнике питания согласно настоящему изобретению, когда коммутационный блок воздействует на контроллер для перевода коммутационного элемента в режиме ожидания в непрерывный режим, а напряжение, определяемое индикатором напряжения, возрастает выше значения второго порогового напряжения, превышающего значение первого порогового напряжения, коммутационный блок воздействует на контроллер, обеспечивая перевод коммутационного элемента в прерывистый режим работы. Подключение относительно большой нагрузки в режиме ожидания и перевод коммутационного элемента из прерывистого режима работы в непрерывный режим работы приводит к возникновению большого тока нагрузки. Питание подключенной нагрузки током достаточной величины способствует увеличению выходного напряжения. При повышении напряжения, определяемого индикатором напряжения (выходного напряжения), выше значения второго порогового напряжения, превышающего значение первого порогового напряжения, коммутационный элемент вновь переходит в прерывистый режим работы, выполняющий функцию режима ожидания, вследствие подвода к нагрузке достаточной мощности. Значения первого и второго пороговых напряжений различны, что позволяет предотвратить частый переход из прерывистого режима работы в непрерывный режим работы.
[0013]
При подаче на контроллер источника питания согласно настоящему изобретению внешнего сигнала, указывающего на работу в непрерывном режиме, коммутационный блок отменяет определение напряжения, осуществленное с помощью индикатора напряжения.
[0014]
Согласно настоящему изобретению при подаче на контроллер внешнего сигнала, указывающего на работу в непрерывном режиме, коммутационный блок отменяет определение напряжения, осуществленное с помощью индикатора напряжения. Таким образом, можно надежно предотвратить перевод коммутационного элемента, работающего в нормальном (непрерывном) режиме, в прерывистый режим работы.
[0015]
В источнике питания по настоящему изобретению индикатор напряжения содержит множество резисторов, подключенных последовательно к вторичной стороне трансформатора; коммутационный блок содержит фотодиод, выполненный с возможностью открытия или закрытия в зависимости от напряжения, поделенного резисторами, и фототранзистор, расположенный на первичной стороне трансформатора и выполненный с возможностью открытия или закрытия в ответ на открытие или закрытие фотодиода, а контроллер содержит транзистор, выполненный с возможностью установления непрерывного или прерывистого режима работы в зависимости от его собственного открытого или закрытого состояния, и обеспечивает открытие или закрытие указанного транзистора в ответ на открытие или закрытие фототранзистора.
[0016]
Согласно настоящему изобретению индикатор напряжения содержит резисторы, подключенные последовательно к вторичной стороне трансформатора. Например, за счет последовательного подключения резисторов к вторичной стороне трансформатора, т.е. между выводами источника питания, и определения напряжения в месте соединения резисторов может быть обеспечено деление выходного напряжения до требуемого значения. Коммутационный блок содержит фотодиод, выполненный с возможностью открытия или закрытия в зависимости от уровня деленного напряжения, и фототранзистор, расположенный на первичной стороне трансформатора и выполненный с возможностью открытия или закрытия в ответ на открытие или закрытие фотодиода. Контроллер содержит транзистор и обеспечивает управление коммутационным элементом таким образом, что работа коммутационного элемента в непрерывном или прерывистом режимах зависит от того, находится ли транзистор в открытом или закрытом состоянии. Контроллер обеспечивает открытие или закрытие транзистора в ответ на открытие или закрытие фототранзистора. Таким образом, например, уменьшение напряжения, определяемого индикатором напряжения (например, ниже значения первого порогового напряжения), обеспечивает открытие фоторезистора и открытие транзистора, что, в свою очередь, обеспечивает перевод коммутационного элемента из прерывистого режима работы в непрерывный режим работы. В результате даже в режиме ожидания возможна подача энергии при подключении внешней нагрузки.
[0017]
В источнике питания согласно настоящему изобретению коммутационный блок дополнительно содержит диод, соединенный с катодом фотодиода, и выполнен с возможностью открытия указанного диода при подаче на коммутационный блок внешнего сигнала, указывающего на работу в непрерывном режиме.
[0018]
Согласно настоящему изобретению коммутационный блок содержит диод, соединенный с катодом фотодиода. При получении внешнего сигнала, указывающего на работу в непрерывном режиме, коммутационный блок осуществляет открытие диода. Подача на коммутационный блок внешнего сигнала, указывающего на работу в непрерывном режиме, обуславливает повышение выходного напряжения выше значений первого порогового напряжения и второго порогового напряжения, при этом коммутационный блок обеспечивает перевод коммутационного элемента в прерывистый режим работы. По этой причине открытие диода и принудительное открытие фотодиода вызывают открытие транзистора, что, в свою очередь, приводит к переходу в непрерывный режим работы. Таким образом, подача внешнего сигнала, указывающего на работу в непрерывном режиме, обеспечивает перевод коммутационного элемента в непрерывный режим работы независимо от наличия индикатора напряжения.
[0019]
В настоящем изобретении предложен источник питания, содержащий схему резонанса токов, выполненную с возможностью управления трансформатором, к первичной стороне которого подключен резонансный контур с коммутационным элементом, выполненным с возможностью периодически повторяемых включения и отключения, а также контроллер, выполненный с возможностью управления коммутационным элементом так, что коммутационный элемент работает в непрерывном режиме, при котором он выполняет непрерывно повторяемые включение и отключение, или в прерывистом режиме, при котором он выполняет повторяемые с перерывами включение и отключение в соответствии с внешним сигналом, указывающим на работу в непрерывном режиме или в прерывистом режиме. Источник питания содержит датчик нагрузки, который определяет величину нагрузки на вторичной стороне трансформатора, и коммутационный блок, выполненный таким образом, что при выявлении датчиком нагрузки увеличения величины нагрузки выше установленного значения первой пороговой величины во время прерывистого режима работы коммутационного элемента, обеспечиваемого соответствующим внешним сигналом, коммутационный блок воздействует на контроллер, обеспечивая перевод коммутационного элемента в непрерывный режим работы.
[0020]
Согласно настоящему изобретению датчик нагрузки выполнен с возможностью определения величины нагрузки на вторичной стороне трансформатора. Величиной нагрузки может служить, например, величина тока, протекающего через нагрузку, однако это не является ограничительным признаком. Предполагается, что в прерывистом режиме работы коммутационного элемента, устанавливаемом контроллером в соответствии с внешним сигналом, т.е. при подаче контроллером питания на менее энергоемкую нагрузку в режиме ожидания, величина нагрузки, определяемая датчиком нагрузки, возрастает выше установленного значения первой пороговой величины. Причина увеличения нагрузки, выявляемого датчиком нагрузки, заключается в подключении к выходу источника питания более энергоемкой нагрузки, а следовательно, в увеличении тока нагрузки. При этом коммутационный блок воздействует на контроллер, обеспечивая перевод коммутационного элемента из прерывистого режима работы в непрерывный режим работы.
[0021]
В режиме ожидания коммутационный элемент работает в непрерывном режиме до повторного повышения выходного напряжения до некоторой величины. Таким образом, даже при подключении относительно большой нагрузки и соответствующем увеличении тока нагрузки будет предотвращено падение выходного напряжения ниже значения первого порогового напряжения и обеспечена подача требуемой мощности даже в режиме ожидания.
[0022]
В настоящем изобретении предложен источник питания, содержащий схему резонанса токов, выполненную с возможностью управления трансформатором; к первичной стороне которого подключен резонансный контур с коммутационным элементом, выполненным с возможностью периодически повторяемых включения и отключения, а также контроллер, выполненный с возможностью управления коммутационным элементом так, что коммутационный элемент работает в непрерывном режиме, при котором он выполняет непрерывно повторяемые включение и отключение, или в прерывистом режиме, при котором он выполняет повторяемые с перерывами включение и отключение, в соответствии с внешним сигналом, указывающим на работу в непрерывном режиме или в прерывистом режиме. Источник питания содержит блок определения подключения, которое определяет, подключено ли внешнее устройство к вторичной стороне трансформатора, а также коммутационный блок, выполненный таким образом, что в прерывистом режиме работы коммутационного элемента, устанавливаемом контроллером в соответствии с внешним сигналом, и при обнаружении блоком определения подключения внешнего устройства он воздействует на контроллер, обеспечивая перевод коммутационного элемента в непрерывный режим работы.
[0023]
Согласно настоящему изобретению блок определения подключения определяет, подключено ли внешнее устройство к вторичной стороне трансформатора. Предполагают, что в прерывистом режиме работы коммутационного элемента, устанавливаемом контроллером в соответствии с внешним сигналом, т.е. при подаче контроллером питания на менее энергоемкую нагрузку в режиме ожидания, и при выявлении блоком определения подключения внешнего устройства, коммутационный блок воздействует на контроллер, обеспечивая перевод коммутационного элемента из прерывистого режима работы в непрерывный режим работы.
[0024]
В режиме ожидания коммутационный элемент переходит из прерывистого режима работы в непрерывный режим работы. Таким образом, даже при подключении внешнего устройства, а следовательно, и увеличении нагрузки внешнее устройство получает достаточное количество энергии. В результате требуемая мощность может быть обеспечена даже в режиме ожидания.
[0025]
В настоящем изобретении предложено электрическое устройство, содержащее любой из рассмотренных выше источников питания, а также разъем, выполненный на вторичной стороне трансформатора. При подаче на источник питания внешнего сигнала, указывающего на прерывистый режим работы, источник питания питает внешнее устройство, подключенное к разъему.
[0026]
Согласно настоящему изобретению при подаче на источник питания внешнего сигнала, указывающего на прерывистый режим работы, и подключении к разъему более энергоемкого внешнего устройства возможны временный перевод из прерывистого режима работы в непрерывный режим работы и подвод требуемой мощности к внешнему устройству.
Полезный эффект изобретения
[0027]
Согласно настоящему изобретению подвод требуемой мощности может быть обеспечен даже в режиме ожидания.
Краткое описание чертежей
[0028]
На фиг. 1 показана структурная схема, иллюстрирующая конфигурацию цепи источника питания согласно первому примеру осуществления изобретения.
На фиг. 2 показана временная диаграмма, иллюстрирующая пример работы источника питания согласно первому примеру осуществления изобретения.
На фиг. 3 показана схема, иллюстрирующая пример перевода источника питания согласно первому примеру осуществления изобретения из одного режима работы в другой.
На фиг. 4 показана временная диаграмма, иллюстрирующая пример работы традиционного источника питания в режиме ожидания.
На фиг. 5 показана структурная схема, иллюстрирующая схему источника питания согласно второму примеру осуществления изобретения.
На фиг. 6 показана временная диаграмма, иллюстрирующая пример работы источника питания согласно второму примеру осуществления изобретения.
На фиг. 7 показана структурная схема, иллюстрирующая схему источника питания согласно третьему примеру осуществления изобретения.
На фиг. 8 показана временная диаграмма, иллюстрирующая пример работы источника питания согласно третьему примеру осуществления изобретения.
Описание примеров осуществления изобретения
[0029]
Первый пример осуществления изобретения
Ниже приведено описание примеров осуществления настоящего изобретения со ссылкой на чертежи. На фиг. 1 показана структурная схема, иллюстрирующая конфигурацию цепи источника питания согласно первому примеру осуществления изобретения. Входной разъем источника 100 питания подключен к сети 1 электропитания общего пользования (например, АС 100 В, АС 200 В). На источник 100 питания от сети 1 электропитания общего пользования поступает напряжение переменного тока, которое двухполупериодный выпрямитель с помощью диодного моста 10 преобразует в напряжение постоянного тока.
[0030]
Катушка (катушка индуктивности) 11 и диод 12 соединены последовательно с выходом диодного моста 10. Полевой транзистор 13 включен между местом соединения катушки 11 и диода 12 и землей (уровнем земли). С затвором полевого транзистора 13 соединен вывод G схемы управления 15 компенсацией коэффициента мощности (РРС). Катушка 11, диод 12 и полевой транзистор 13 образуют схему компенсации коэффициента мощности. Схема управления компенсацией коэффициента мощности 15 обеспечивает компенсацию коэффициента мощности (PFC) путем управления переключением (коммутацией) полевого транзистора 13. Следует отметить, что схема компенсации коэффициента мощности не ограничена конфигурацией, показанной на фиг. 1. Кроме того, возможно использование других конфигураций схемы, например схемы выпрямителя с дроссельным входом, которые увеличивают угол отсечки за счет использования электрического дросселя, поскольку они могут создавать форму кривой тока аналогичную синусоидальному сигналу.
[0031]
К выходу диода 12 подключены сглаживающий конденсатор 14 и полевые транзисторы 24 и 25, которые соединены последовательно и выполняют функцию коммутационных элементов. Один конец первичной обмотки 21 трансформатора 20 подключен к месту соединения полевых транзисторов 24 и 25. Другой конец первичной обмотки 21 соединен с землей через конденсатор 23.
[0032]
Вторичная обмотка 22 трансформатора 20 состоит из трех выводов. С двумя из трех этих выводов соединены аноды диодов 31 и 32. Катоды диодов 31 и 32 соединены между собой и подключены к положительной клемме выводов А. Другой вывод вторичной обмотки 22 подключен к отрицательной клемме выводов А. К выводам диодов 31 и 32 подсоединен сглаживающий конденсатор 33.
[0033]
Схема управления компенсацией коэффициента мощности 15 питается от определенного источника напряжения Vcc (например, напряжением постоянного тока, полученным путем выпрямления напряжения переменного тока, вырабатываемого трансформатором 20) через полевой транзистор 16. Фототранзистор 38 включен между затвором полевого транзистора 16 и землей. Фотодиод 37 образует оптопару с фототранзистором 38 и включен между положительной клеммой выводов А и выходом С микропроцессора 39.
[0034]
Т.е. протекание заданного тока через фотодиод 37, а следовательно, открытие фототранзистора 38, обеспечивает открытие полевого транзистора 16 с последующим срабатыванием схемы компенсации коэффициента мощности. С другой стороны, отсутствие протекания тока через фотодиод 37, а следовательно, закрытие фототранзистора 38, приводит к закрытию полевого транзистора 16 и прекращению работы схемы компенсации коэффициента мощности.
[0035]
Контур 17 управления с резонансом токов образован интегральной схемой, два вывода D1 и D2 которой подсоединены к затворам полевого транзистора 24 и полевого транзистора 25 соответственно. Резонансный контур образован катушкой индуктивности, содержащейся в трансформаторе 20, и конденсатором 23. Т.е. попеременное открытие или закрытие полевых транзисторов 24 и 25 может вызывать вибрацию (резонирование) тока, проходящего через резонансный контур.
[0036]
Контур 17 управления с резонансом токов выполняет функцию контроллера. Контур 17 управления с резонансом токов управляет полевыми транзисторами 24 и 25, обеспечивая их работу в непрерывном режиме, при котором многократное открытие и закрытие полевых транзисторов происходит непрерывно, или работу в прерывистом режиме, при котором многократное открытие и закрытие полевых транзисторов происходит периодически, в зависимости от высокого или низкого уровня напряжения на выводе стабилизатора (STB). Например, низкий уровень напряжения на STB выводе характеризует непрерывный (нормальный) режим работы и, следовательно, обеспечивает работу полевых транзисторов 24 и 25 в непрерывном режиме. С другой стороны, высокий уровень напряжения на STB выводе характеризует прерывистый режим (режим ожидания) и, следовательно, обеспечивает работу полевых транзисторов 24 и 25 в прерывистом режиме. Прерывистый режим работы называют также краткосрочным (импульсным) режимом.
[0037]
Контур 17 управления с резонансом токов питается от источника установленного напряжения Vcc. Полевой транзистор 18 включен между STB выводом контура 17 управления с резонансом токов и землей. Фототранзистор 43 включен между затвором полевого транзистора 18 и источником напряжения Vcc. Фотодиод 42 образует оптопару с фототранзистором 43. Анод фотодиода 42 соединен с положительной клеммой выводов А через резистор 41, а его катод соединен с землей через транзистор 54.
[0038]
Т.е. протекание заданного тока через фототранзистор 42, а следовательно, открытие фототранзистора 43 вызывает открытие полевого транзистора 18. Напряжение на STB выводе падает до низкого уровня, обеспечивая таким образом работу полевых транзисторов 24 и 25 в непрерывном (нормальном) режиме. С другой стороны, отсутствие протекания тока через фототранзистор 42, а следовательно, закрытие фототранзистора 43 приводит к закрытию фототранзистора 42 и закрытию полевого транзистора 18. Напряжение на STB выводе возрастает до высокого уровня, обеспечивая таким образом работу полевых транзисторов 24 и 25 в прерывистом режиме (режиме ожидания). Коммутационный блок образован фотодиодом 42, фототранзистором 43, диодом 44 (который будет рассмотрен ниже), фотодиодом 37 и фототранзистором 38. Полевой транзистор 18 составляет часть контроллера.
[0039]
Контур 17 управления с резонансом токов также управляет полевыми транзисторами 24 и 25, обеспечивая постоянство выходного напряжения VO в нормальном режиме работы. Фототранзистор 35 включен между FB выводом контура 17 управления с резонансом токов и землей. Фотодиод 34 образует оптопару с фототранзистором 35. Ток, протекающий через фотодиод 34, поступает на FB вывод через фототранзистор 35. Таким образом, контур 17 управления с резонансом токов осуществляет управление полевыми транзисторами 24 и 25, обеспечивая постоянство выходного напряжения VO в нормальном режиме работы.
[0040]
Индикатор 50 напряжения выполняет функцию датчика нагрузки и содержит резисторы 51 и 52, управляющую микросхему 53, транзистор 54, фотодиод 42, и т.п. Индикатор 50 напряжения выполнен с возможностью определения напряжения на вторичной стороне трансформатора 20, т.е. выходного напряжения между выводами А. Подробное описание индикатора 50 напряжения будет приведено ниже. Следует отметить, что конфигурация индикатора напряжения, показанная на фиг. 1, не является ограничительным признаком.
[0041]
Последовательный контур, состоящий из резисторов 51 и 52, включен между положительной и отрицательной клеммами (уровень земли) выводов А. К месту соединения резисторов 51 и 52 подключен входной разъем В управляющей микросхемы 53. Управляющая микросхема 53 выполнена с возможностью определения напряжения в месте соединения резисторов 51 и 52, определяя, таким образом, напряжение, полученное путем деления выходного напряжения до требуемого значения с помощью резисторов 51 и 52. Вывод OUT управляющей микросхемы 53 соединен с базой транзистора 54 через резистор 55. Между базой и эмиттером транзистора 54 включен резистор 56 смещения. При падении напряжения на входе IN ниже установленного значения (значения первого порогового напряжения Vth1) управляющая микросхема 53 обеспечивает повышение напряжения на выводе OUT до высокого уровня для открытия транзистора 54. С другой стороны, при повышении напряжения на входе IN выше установленного значения (значения второго порогового напряжения Vth2 > значения первого порогового напряжения Vth1) управляющая микросхема 53 обеспечивает снижение напряжения на выводе OUT до низкого уровня и закрытие транзистора 54.
[0042]
Микропроцессор 39 выдает внешние сигналы, указывающие на работу в нормальном (непрерывном) режиме или режиме ожидания (прерывистом режиме). Когда микропроцессор 39 получает или вырабатывает внешний сигнал, указывающий на работу в нормальном режиме, напряжение на выводе С, с которым соединен катод фотодиода 37, падает до низкого уровня, а ток заданного значения проходит через фотодиод 37, вызывая открытие фототранзистора 38. С другой стороны, когда микропроцессор 39 получает или вырабатывает внешний сигнал, указывающий на работу в режиме ожидания, напряжение на выводе С возрастает до высокого уровня, при этом происходит уменьшение или отключение тока, протекающего через фотодиод 37, что приводит к закрытию фототранзистора 38. Микропроцессор 39 предназначен исключительно для управления включением/выключением коммутационного блока в ответ на поступающие внешние сигналы, указывающие на работу в нормальном (непрерывном) режиме или режиме ожидания (прерывистом режиме). Следовательно, только полевой транзистор может быть, например, использован вместо микропроцессора 39.
[0043]
Диод 44, составляющий часть коммутационного блока, включен между катодом фотодиода 42 и катодом фотодиода 37. В частности, анод диода 44 соединен с катодом фотодиода 42, а катод диода 44 соединен с катодом фотодиода 37. Когда микропроцессор 39 получает или вырабатывает внешний сигнал, указывающий на работу в нормальном режиме, напряжение на выводе С падает до низкого уровня, а ток заданного значения проходит через диод 44 и фотодиод 42, обеспечивая открытие фототранзистора 43. Таким образом, открытие полевого транзистора 18 происходит независимо от уровня напряжения, определенного индикатором 50 напряжения; напряжение на STB выводе падает до низкого уровня; а полевые транзисторы 24 и 25 осуществляют работу в непрерывном (нормальном) режиме. Следует отметить, что диод 44 может быть заменен транзистором, элементом, имеющим разомкнутый/замкнутый контакт, и т.п.
[0044]
Анод фотодиода 34 соединен с положительной клеммой выводов А, а схема 36 управления постоянным напряжением соединена с катодом фотодиода 34. Фототранзистор 35 образует оптопару с фотодиодом 34 и включен между контуром 17 управления с резонансом токов и землей. Схема 36 управления постоянным напряжением обеспечивает постоянство значения выходного напряжения VO в нормальном режиме работы. Схема 36 осуществляет управление постоянным напряжением путем определения выходного напряжения VO и отражения (переноса) результатов этого определения на значение тока, поступающего на FB вывод контура 17 управления с резонансом токов через фотодиод 34 и фототранзистор 35.
[0045]
Ниже будет приведено описание работы источника 100 питания согласно первому примеру осуществления изобретения. На фиг. 2 показана временная диаграмма, иллюстрирующая пример работы источника 100 питания согласно первому примеру осуществления изобретения. На фиг. 3 показана схема, иллюстрирующая пример перевода источника 100 питания согласно первому примеру осуществления изобретения из одного режима работы в другой. Следует отметить, что формы кривых напряжения и тока для простоты показаны на фиг. 2 схематично и могут отличаться от фактических форм кривых. Кроме того, форма кривой выходного тока IO в режиме S3 для простоты показана на фиг. 2 схематично.
[0046]
Как показано на фиг. 2 и 3, в режиме S1 микропроцессор 39 получает или вырабатывает внешний сигнал, указывающий на работу в нормальном режиме, а источник 100 питания работает в нормальном (непрерывном) режиме. В этом режиме выходной ток и выходное напряжение VO имеют заданные значения. Так как напряжение вывода С микропроцессора 39 имеет низкий уровень, требуемый ток проходит через фотодиод 37, обеспечивая открытие фототранзистора 38 и срабатывание цепи компенсации коэффициента мощности. В нормальном режиме выходное напряжение VO имеет заданное значение, которое превышает значения первого порогового напряжения Vth1 и второго порогового напряжения Vth2; поэтому напряжение на выводе OUT управляющей микросхемы 53 находится на низком уровне, а транзистор 54 закрыт. С другой стороны, напряжение вывода С микропроцессора 39 находится на низком уровне, и поэтому требуемый ток через диод 44 проходит через фотодиод 42. При этом фототранзистор 43 открыт; полевой транзистор 18 открыт; напряжение STB вывода находится на низком уровне, а полевые транзисторы 24 и 25 работают в непрерывном режиме.
[0047]
Далее, когда микропроцессор 39 получает или вырабатывает внешний сигнал, указывающий на работу в режиме ожидания, источник 100 питания переходит из режима S1 в режим S2. То есть напряжение на выводе С микропроцессора 39 возрастает до высокого уровня. Таким образом, ток, проходящий через фотодиод 37, отключен или уменьшен; фототранзистор 38 переведен из открытого состояния в закрытое состояние, а полевой транзистор 16 закрыт.В результате цепь компенсации коэффициента мощности прекращает работу. Так как транзистор 54 остается в закрытом состоянии, ток, проходящий через фотодиод 42, отключен или уменьшен; фототранзистор 43 переведен из открытого состояния в закрытое состояние; полевой транзистор 18 закрыт, а напряжение на STB выводе возрастает до высокого уровня. Таким образом, полевые транзисторы 24 и 25 работают в прерывистом режиме. В этом случае цепь компенсации коэффициента мощности прекращает работу и напряжение на входе трансформатора 20 не возрастает. В результате напряжения между истоками и стоками полевых транзисторов 24 и 25 понижаются.
[0048]
Работа полевых транзисторов 24 и 25 в прерывистом режиме обеспечивает уменьшение выходного тока 10, как в случае, соответствующем небольшой нагрузке в режиме ожидания. Например, если нагрузка составляет порядка нескольких Вт или менее, полевые транзисторы 24 и 25 могут продолжать работу при сохранении значений выходного напряжения VO и выходного тока IO.
[0049]
При подключении средней нагрузки, например, величиной более нескольких Вт (например, несколько десятков Вт или около этого) к выводам А в режиме S2 источник 100 питания переходит из режима S2 в режим S3. В режиме S3 требуемая мощность превышает мощность, затрачиваемую в режиме ожидания и, таким образом, выходное напряжение VO начинает снижаться от заданного значения. Выявление индикатором 50 напряжения падения выходного напряжения VO ниже значения первого порогового напряжения Vth1 вызывает открытие транзистора 54 и протекание тока заданного значения через фотодиод 42. При этом фототранзистор 43 переходит из закрытого состояния в открытое, полевой транзистор 18 открыт; напряжение на STB выводе находится на низком уровне, а полевые транзисторы 24 и 25 работают в непрерывном режиме.
[0050]
Благодаря непрерывной работе полевых транзисторов 24 и 25 в режиме S3 выходной ток IO обеспечивает достаточную мощность на средней нагрузке. При этом выходное напряжение VO начинает возрастать.
[0051]
Определение индикатором 50 напряжения увеличения выходного напряжения VO выше значения второго порогового напряжения Vth2 вызывает закрытие транзистора 54 и отсутствие протекания тока через фотодиод 42. При этом фототранзистор 43 переходит из открытого состояния в закрытое, полевой транзистор 18 закрыт; напряжение на STB выводе возрастает от низкого уровня до высокого, а полевые транзисторы 24 и 25 периодически переходят в режим ожидания. После этого выполнение соответствующих операций повторяют.
[0052]
На фиг. 4 показана временная диаграмма, иллюстрирующая пример работы обычного источника питания в режиме ожидания. Следует отметить, что формы кривых напряжения и тока для простоты показаны на фиг. 4 схематично и могут отличаться от фактических форм кривых. Режим S2 (фиг. 4) характеризует состояние, при котором переключающий транзистор периодически переходит в режим ожидания и обеспечивает подвод к небольшой нагрузке тока заданного малого значения, а также выходного напряжения заданной величины.
[0053]
При подключении средней нагрузки к выводу источника питания в режиме S2 источник питания выполняет переход в режим S3. При этом имеет место уменьшение тока, подаваемого источником питания, а также уменьшение выходного напряжения. Уменьшение выходного напряжения вызывает выключение электрического устройства (например, монитора, дисплея), содержащего источник питания. Хотя источник питания временно отключен, он подключен к электросети общего пользования. Как следствие, схема управления источника питания начинает работу, обеспечивая перезапуск электрического устройства, а также возрастание выходного напряжения и тока. Тем не менее, переключающий транзистор работает в прерывистом режиме. Таким образом, вновь возникает дефицит затрачиваемой мощности, что приводит к уменьшению тока и выходного напряжения и повторному выключению электрического устройства. После этого выполнение соответствующих операций повторяют.
[0054]
С другой стороны, источник 100 питания согласно настоящему примеру осуществления изобретения с помощью индикатора 50 напряжения определяет напряжение на вторичной стороне трансформатора 20, т.е. выходное напряжение VO. Считают, что когда контур 17 с резонансом токов управляет работой полевых транзисторов 24 и 25 в прерывистом режиме согласно соответствующему внешнему сигналу, т.е. обеспечивает подвод мощности к менее энергоемкой (небольшой) нагрузке в режиме ожидания, напряжение, определяемое индикатором 50 напряжения, падает ниже заданного значения первого порогового напряжения Vth1. Причина снижения напряжения, определяемого индикатором 50 напряжения, заключается в подключении к выходу источника питания более энергоемкой (средней) нагрузки, а следовательно, в увеличении тока нагрузки. В этом случае фототранзистор 43 воздействует на контур 17 управления с резонансом токов, обеспечивая перевод полевых транзисторов 24 и 25 из прерывистого режима работы в непрерывный режим работы.
[0055]
Из вышеприведенного следует, что даже в режиме ожидания возможен временный переход полевых транзисторов 24 и 25 из прерывистого режима в непрерывный режим работы. Таким образом, даже при подключении относительно большой нагрузки (средней нагрузки, составляющей, например, несколько десятков Вт или около этого) и соответствующем увеличении тока нагрузки будет предотвращено падение выходного напряжения ниже значения первого порогового напряжения и обеспечена подача требуемой мощности даже в режиме ожидания.
[0056]
При обеспечении коммутационным блоком (фототранзистором 43) непрерывной работы полевых транзисторов 24 и 25 в режиме ожидания и повышении напряжения, определяемом индикатором 50 напряжения, выше значения второго порогового напряжения Vth2, превышающего значение первого порогового напряжения Vth1, коммутационный блок воздействует на контур 17 управления с резонансом токов, обеспечивая перевод полевых транзисторов 24 и 25 в прерывистый режим работы. Подключение относительно большой нагрузки в режиме ожидания и перевод полевых транзисторов 24 и 25 из прерывистого режима работы в непрерывный режим работы вызывает наличие большого тока нагрузки. Подача на подключенную нагрузку тока достаточной величины приводит к увеличению выходного напряжения VO. При повышении напряжения, определяемого индикатором 50 напряжения (выходного напряжения), выше значения второго порогового напряжения Vth2, превышающего значение первого порогового напряжения Vth1, полевые транзисторы переходят в прерывистый режим работы, выполняющий функцию режима ожидания, за счет подвода к нагрузке достаточной мощности. Значения первого порогового напряжения Vth1 и второго порогового напряжения Vth2 различны, что предотвращает частый переход из прерывистого режима работы в непрерывный режим работы.
[0057]
Кроме того, когда микропроцессор 39 принимает внешний сигнал, указывающий на непрерывный режим работы, а контур 17 управления с резонансом токов обеспечивает перевод полевых транзисторов 24 и 25 в непрерывный режим работы, диод 44, составляющий часть коммутационного блока, отменяет определение напряжения, осуществленное с помощью индикатора 50 напряжения.
[0058]
В частности, за счет открытия диода 44 и принудительного открытия фотодиода 42 открытие фототранзистора 43 и полевого транзистора 18 (транзистора, определяющего непрерывный или прерывистый режим работы) обеспечивает перевод в непрерывный режим работы. При этом при получении внешнего сигнала, указывающего на работу в непрерывном режиме, полевые трансформаторы 24 и 25 переходят в непрерывный режим работы независимо от наличия индикатора 50 напряжения. Таким образом, можно надежно предотвратить перевод полевых транзисторов 24 и 25, работающих в нормальном (непрерывном) режиме, в прерывистый режим работы.
[0059]
Как было сказано выше, при небольшой нагрузке работа в установленном прерывистом режиме осуществляется в режиме ожидания, поэтому мощность, потребляемая в этом режиме, не возрастает, то есть остается неизменной. С другой стороны, при подключении средней нагрузки непрерывный и прерывистый режимы работы повторяются даже в режиме ожидания. Таким образом, можно обеспечить мощность, требуемую средней нагрузкой. Иными словами, даже в режиме ожидания на выходе может быть получено среднее количество энергии, при этом необходимость использования дополнительного источника питания отсутствует. Таким образом обеспечивают высокий КПД, уменьшение габаритов, сокращение стоимости, упрощение схемы, сокращение площади подложки и т.п.
[0060]
Второй пример осуществления изобретения
На фиг. 5 показана структурная схема, иллюстрирующая пример конфигурации схемы источника 120 питания согласно второму примеру осуществления изобретения. На фиг. 6 показана временная диаграмма, иллюстрирующая пример работы источника 120 питания согласно второму примеру осуществления изобретения. Источник питания, изображенный на фиг. 5, отличается от источника питания согласно первому примеру осуществления изобретения, тем, что в нем в качестве датчика нагрузки использована цепь 60 контроля тока, а не индикатор 50 напряжения.
[0061]
Как показано на фиг. 6, режимы работы S1 и S2 второго примера осуществления изобретения аналогичны режимам первого примера осуществления изобретения.
[0062]
Например, при подключении средней нагрузки, превышающей несколько ватт (например, несколько десятков ватт или около этого), к выводам А в режиме S2 источник 120 питания переходит из режима работы S2 в режим S3. В режиме S3 требуемая мощность превышает мощность, затрачиваемую в режиме ожидания и, таким образом, выходное напряжение VO начинает снижаться от заданного значения. Кроме того, выходной ток IO возрастает, обеспечивая подвод энергии к нагрузке. Когда цепь 60 контроля тока определяет, что значение выходного тока IO превышает значение первого порогового тока Ith1, она выдает сигнал ON, обеспечивающий перевод в непрерывный режим работы и протекание через фотодиод 42 тока заданного значения. При этом фототранзистор 43 переходит из закрытого состояния в открытое, полевой транзистор 18 открыт; напряжение на STB выводе снижается с высокого уровня до низкого, обеспечивая непрерывную работу полевых транзисторов 24 и 25 в режиме ожидания.
[0063]
Благодаря непрерывной работе полевых транзисторов 24 и 25 в режиме S3 выходное напряжение VO возрастает, что приводит к уменьшению выходного тока IO.
[0064]
Когда цепь 60 контроля тока определяет, что значение выходного тока IO ниже значения второго порогового тока Ith2, она выдает сигнал OFF, прекращая протекание тока через фотодиод 42. При этом фототранзистор 43 переходит из открытого состояния в закрытое, полевой транзистор 18 закрыт; напряжение на STB выводе возрастает от низкого уровня до высокого, а полевые транзисторы 24 и 25 периодически переходят в режим ожидания. После этого выполнение соответствующих операций повторяют.
[0065]
Как и в первом примере осуществления изобретения, источник питания согласно второму примеру осуществления изобретения также может обеспечивать подвод требуемой мощности даже в режиме ожидания.
[0066]
Третий пример осуществления изобретения
На фиг. 7 показана структурная схема, иллюстрирующая конфигурацию схемы источника 140 питания согласно третьему примеру осуществления изобретения. На фиг. 8 показана временная диаграмма, иллюстрирующая пример работы источника 140 питания согласно третьему примеру осуществления изобретения. Источник питания, изображенный на фиг. 7, отличается от источника питания согласно первому примеру осуществления изобретения тем, что в качестве блока определения подключения он вместо индикатора 50 напряжения содержит цепь 70 датчика нагрузки с USB выходом. Как показано на фиг. 7, блок определения подключения содержит, например, цепь 70 датчика нагрузки с USB выходом.
[0067]
Цепь 70 датчика нагрузки с USB выходом может быть образована, например, коммутатором, таким как механический или электрический коммутатор, расположенным на разъеме (не показан) для подвода энергии от выводов А источника 140 питания на внешнее устройство (именуемом, например, USB разъемом, DOWN разъемом). Цепь 70 датчика нагрузки с USB-DOWN выходом выбирает детектирование на «высоком» или «низком» уровне сигнала соединения с USB-DOWN нагрузкой.
[0068]
В частности, подключение кабеля (именуемого USB-DOWN кабелем) внешнего устройства к DOWN разъему обеспечивает коммутацию коммутатора (например, перевод из включенного состояния в отключенное и наоборот), при этом цепь 70 датчика нагрузки с USB-DOWN выходом выявляет «детектирование на высоком уровне сигнала», определяя, таким образом, подключение внешнего устройства (наличие соединения). С другой стороны, при отсутствии подключения кабеля любого внешнего устройства к DOWN разъему цепь 70 датчика нагрузки с USB-DOWN выходом выявляет «детектирование на низком уровне сигнала», определяя, таким образом, отсутствие подключения какого-либо внешнего устройства (отсутствие соединения).
[0069]
Режим S2 (фиг. 8) характеризует пример, в котором отсутствует подключение внешнего устройства.
[0070]
При подключении внешнего устройства в режиме S2 подключенная USB-DOWN нагрузка соответствует «детектированию на высоком уровне сигнала», а источник 140 питания осуществляет переход из режима S2 в режим S3. В режиме S3 цепь 70 датчика нагрузки с USB-DOWN выходом пропускает ток заданного значения через фотодиод 42. При этом фототранзистор 43 переходит из закрытого состояния в открытое, полевой транзистор 18 открыт, напряжение на STB выводе снижается с высокого уровня до низкого, обеспечивая непрерывную работу полевых транзисторов 24 и 25 в режиме ожидания.
[0071]
Непрерывная работа полевых транзисторов 24 и 25 в режиме S3 вызывает возрастание выходного тока IO и выходного напряжения VO и обеспечивает подвод достаточной мощности к внешнему устройству.
[0072]
При отсоединении внешнего устройства от разъема в режиме S3 подключенная USB-DOWN нагрузка соответствует «детектированию на низком уровне сигнала» и источник 140 питания осуществляет переход из режима S3 в режим S2. В режиме S2 цепь 70 датчика нагрузки с USB-DOWN выходом прекращает протекание тока через фотодиод 42. При этом фототранзистор 43 переходит из открытого состояния в закрытое, полевой транзистор 18 закрыт, напряжение на STB выводе возрастает от низкого уровня до высокого, а полевые транзисторы 24 и 25 периодически переходят в режим ожидания. После этого аналогичные операции повторяют в зависимости от того, подключено ли внешнее устройство.
[0073]
Как и в первом примере осуществления изобретения, источник питания согласно третьему примеру осуществления изобретения также может обеспечивать подвод тока заданной величины даже в режиме ожидания.
[0074]
Источники 100, 120 и 140 питания могут быть встроены в электрические устройства, например монитор и дисплей. Таким образом, может быть создано электрическое устройство, в котором источник 100, 120, или 140 питания, работающий в прерывистом режиме согласно соответствующему внешнему сигналу, полученному извне или изнутри электрического устройства, при подключении более энергоемкой внешней нагрузки (средней нагрузки) к разъему (например, USB разъему), соединенному с выводами А источника питания, выполнен с возможностью временного перехода из прерывистого режима работы в непрерывный режим работы и подвода к внешней нагрузки требуемого количества электроэнергии.
Обозначения, используемые на чертежах
[0075]
17 контур управления с резонансом токов (контроллер)
18 полевой транзистор (контроллер, транзистор)
20 трансформатор (схема резонанса токов)
21 первичная обмотка
22 вторичная обмотка
23 конденсатор (схема резонанса токов)
24, 25 полевой транзистор (коммутационный элемент)
39 микропроцессор
42 фотодиод (коммутационный блок)
43 фототранзистор (коммутационный блок)
44 диод (коммутационный блок)
50 индикатор напряжения (датчик нагрузки)
60 цепь контроля тока (датчик нагрузки)
70 цепь датчика нагрузки с USB-DOWN выходом (блок определения подключения)