[发明专利]具有有限输出功率的逆向变换器

说明书

本发明涉及开关电源，它包括：

具有初级绕组和至少一个辅助绕组的变压器；

与所述初级绕组串联连接以便接收输入电压的可控开关；

控制电路，其输出端耦合到所述可控开关的控制输入端以便向所述可控开关提供用于接通和断开所述可控开关的控制信号，并且其输入端用于接收向该控制电路供电的控制电压并且用于控制该可控开关接通和断开的时序；

整流器和平滑电容器，它们串联连接到所述辅助绕组，以便产生所述控制电压。

从Power Integrations，Inc.销售的型号为TOP210的转换开关集成电路(IC)的说明书可以了解这种开关电源。在所述转换开关IC中，所述可控开关是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)开关晶体管。尤其是，所述控制电路包括用于改变开关晶体管的截止时间间隔和导通时间间隔之间的比例的脉宽控制器。由流入控制输入端的电流量来确定脉宽的占空比。利用控制电路中的特殊装置使所述控制输入端上的电压保持恒定。这种恒定电压还作为控制电路的供电电压。由于平滑电容器连接到控制输入端，所以，在正常工作的情况下，平滑电容器上的电压等于所述恒定电压。因此，在所述辅助绕组两端的交流电压幅度和所述恒定电压之间存在固定的关系。已知的开关电源的变压器还具有次级绕组，后者连接到待经由整流器供电的负载。辅助绕组和次级绕组之间的匝数比确定了次级绕组两端的交流电压的幅度，并且因此确定了负载两端整流电压的幅度。这样，在待供电的负载两端的直流电压和转换开关IC的控制电路的控制输入端的恒定电压之间存在固定的关系。这种已知的开关电源非常适合于以固定的电压向负载供电。通过把开关晶体管两端的电压降与基准电压比较以及一旦该电压降超过基准电压时立即迫使开关晶体管不导通来限制通过开关晶体管的峰值电流。这种峰值电流限制方法保护开关晶体管免于过载，并且限制了由电源提供的功率。但是，如果待供电的负载过大，例如，像短路那样，或者，如果待供电的负载是仍然处在基本上耗尽的状态下的可再充电电池，那么，次级绕组两端的交流分量降低，并且，辅助绕组两端的交流分量也因此而降低。于是，平滑电容器两端的、同时形成控制电路的供电电压的整流电压降落到低于临界极限值。在这种极限值以下，控制电路被置于所谓自动再启动方式，在这种方式下，控制电路试图以5％的占空比在待供电的负载两端、因此也在平滑电容器的两端建立足以最终返回到正常工作状态的电压。在这些条件下，已知的电源电路即使向待供电的负载提供一些功率，但这通常大大地低于所需要的功率。如果待供电的负载是基本上耗尽的再充电的电池，那么，在把电池电压提高(如果事实上电池满充电时电池电压的确足够高的话)到足以把已知的电源电路恢复到正常工作状态并且随后以令人满意的速率把电池充电到满充电状态之前，要花费很长时间。

本发明的目的是提供一种解决上述问题的方法。为此目的，开篇中所定义的那种类型的开关电源的特征在于该开关电源还包括：

电荷泵，它耦合到辅助绕组，用来将该辅助绕组两端的交流电压转换成平滑电容器两端的直流电压。

一旦辅助绕组两端的电压下降到低于这样的幅度，即，在该幅度下平滑电容器两端的整流电压下降到低于所述恒定电压、使所述控制电路转换到自动再启动方式，则所述电荷泵为平滑电容器提供额外的电荷，结果，可以使平滑电容器两端的电压长时间保持在所述恒定电压，于是，所述控制电路不转换到自动再启动方式。当待供电的负载两端的降低到低于标称值时，只要所述辅助绕组两端的交流电压幅度仍然足够大，那么，根据本发明的开关电源就相当于一个恒定功率源。事实上，控制电路仍然有效，并且在开关晶体管的每一个开关周期在初级绕组中产生正比于开关频率和通过初级绕组的峰值电流的平方的功率。由于开关频率和峰值电流都是恒定的，所以，输送到待供电的负载的是恒定的平均功率。虽然标称的供电电压例如是12伏，但是，所述待供电的负载可以是例如仅仅2.5伏的可再充电电池。因此，根据本发明的电源电路既适合于利用12伏或者任何其它标称电压向负载供电，又适合于利用比标称电压低得多的电压给电池快速充电。因此，所述电源电路适合通用于所有类型的使用可再充电电池的设备中，例如，电动剃刀，电牙刷，真空吸尘器电话机，音频设备，视频设备，计算机设备等等，因为，这些设备的电池被以恒定的功率充电，而在实际短路的情况下仍保持固有的安全特性，即，自动再启动方式。