[发明专利]一种开关电源

说明书

技术领域

本发明涉及开关电源领域（SMPS）。具体如本发明实施例所涉及的提供恒定输出电流的BUCK转换器电路的开关电源。

背景技术

开关电源系统在传统线性调节电源上存在很多优势。这些优势包括体积小，更好的稳定性和高功效。因此，电源开关被广泛应用在很多领域，如电视，机顶盒，录像机，便携式电话充电器和个人数字助理（PADS）等等。近年来，随着发光二极管(LED)技术的日渐成熟，电源开关作为驱动广泛应用于LED设备中，其中包括背光显示设备和白光灯泡的替代应用。

开关电源系统有隔离型和非隔离型。在隔离电源中，变压器用来转换初级边和次级边之间的能量。在非隔离型开关系统中，电源开关连接到一个电感器，也连接到输出。当开关导通时，磁能存储在电感中，当开关截止时，能量转移到输出。非隔离型buck转换器趋向于简单的电路系统和低成本。BUCK转换器，也被称为降压转换器，作为非隔离开关电源系统的一个实例被应用于驱动LED照明系统中。

发明内容

发明人已经观察到传统的开关电源在用在驱动LED系统中受到很多限制。例如，当一个开关电源系统用于驱动LED，一般需要提供一个恒定的输出电流，为了保持稳定的LED亮度。当使用不同的交流电源，例如110伏和220伏，传统的LED照明设备通常需要被定制为当地电源。通常需要一个不同的控制电路，或者需要一个额外电源选择性电路。此外，不同于传统白炽灯泡，LED照明设备的行为并不像交流电路中的纯电阻负载。因此，传统的LED灯泡通常不提供在交流功率利用率中的理想的效率，即通过“功率因素”来测量的值。最近美国的能源效率标准需要LED额定功率大于5W，功率因素不低于0.7。欧洲标准需要LED额定功率大于25W，功率因素不低于0.94。传统的设备通常不满足这些标准。另外，BUCK转换器是非隔离型电源，输出电流往往影响输入电压或者输出负载电压的变化。

本发明的实施例中，开关电源具有一降压式（BUCK）转换器技术：其正极输出终端耦合到输入电压，在正极输出终端和负极输出终端之间产生输出电流和电压。当电感电流放电到零时，控制器开始电感充电的循环，随之而来的是电压转换器运行于临界导通模式（boundary conduction mode，BC M）中。控制器被定义用一个参考信号监控电感中的峰值电流，该参考信号基于负极输出终端的瞬时电压和负极输出终端的平均电压之间的比率。在本发明的实施例中，输出电流被呈现为独立于输入电压和输出负载电压。在一些发明的实施例中，输出电流被呈现为取决于某些电阻器的电阻。此外，电源的输入电流与输入电压同相，从而提供高的功率因数。

在可选择的实施例中，转换器接收负极输出终端补偿信号，其中包括关于输入电压和输出电压的信息。因此，单一的补偿信号可以为控制器提供信息用以补偿输入电压和输出负载电压之间的差异。

在一些实施例中，电源能够把在BCM模式下的补偿方法和参考信号采样方法结合起来，达到高功率的恒流输出，并且在输入电压和输出负载电压中对变化不敏感。

本发明的实施例中，电源开关包括输入终端和接地终端，用来接收整流DC输入电压。电源开关还包括正极输出终端和负极输出终端，提供输出电流给输出负载。在一些实施例中，输出负载是LED负载。输出电流被定义从正极输出终端通过输出负载流入负极输出终端。正极输出终端耦合于输入终端。开关式电源具有的降压转换电路，包括一端耦合于负极输出端的第一电感，一开关设备在第一节点耦合于第一个电感的另一端。开关设备耦合于一个电流感应电阻器，此电阻器耦合于地端。一二极管耦合于输入端和第一节点之间。一输出电容耦合于正极输出端与负极输出端之间。电源开关系统配置了可以控制第一电感中的峰值电流来调节输出电流的控制器。

在一些实施例中，降压转换器电路包含了变压器，第一个电感是变压器的初级绕组。变压器还包含了一个提供反馈信号给控制器反馈输入端的辅助绕组，用于监测第一电感的放电和开关设备的导通。

在开关电源系统的一些实施例中，控制器用于调节输出电流：用由电流感应电阻器获得的信号，控制第一电感中的峰值电流，依据所述峰值电流调节所述输出电流。控制器还用于接收电源开关系统中负极输出端的输出补偿信号。在这些实施例中，控制器还用于补偿输入电压和输出电压中的变化，用来保持恒定输出电流。