專利名稱：功率因數調整型功率節省電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于開關型電源(SMPS)的功率節省電路，特別涉及一種功率因數調整型的功率節省電路，它可以在顯示器電源管理中減少變壓器內初級線圈的功率消耗量。
作為一種主要用于節省能量的電路，一般而言，SMPS功率節省電路應當符合美國的EPA(Environmental Protection Agency美國環境保護署)標準或者瑞典的NUTEK〔narings och teknikutveckling verket)標準以獲得產品許可證，從而可以把許可標記在產品上
上表所示為在最大值為230V的交流電壓的測試中，滿足兩種功率消耗標準所應獲得的功率消耗數值。
圖1圖示一個系統以說明相關技術中的使用功率反饋的增強功率因數調整電路。
參見圖1，相關技術中的增強功率因數調整電路包括一個電源1，用于整流交流電；一個功率因數調整單元2，用于調整通過電源部件1整流的電壓的功率因數；一個SMPS3，用于開關通過功率因數調整單元2提供給外圍電路的電壓；和一個微計算機4，用于根據一個DPM控制SMPS3。未說明的參考標號2a表示一個功率因數調整部件，L1表示一個扼流圈，D1表示一個二極管，C1表示一個電容，和Q1表示一個場效應晶體管。
在相關技術中的功率因數調整電路中，當施加一個外部交流電時，電源部件1整流交流電并提供給功率因數調整單元2。被整流后的直流電壓然后通過扼流圈L1除去交流成分，通過二極管D1和電容C1濾波，提供給SMPS3，然后轉換成外圍電路需要的電壓。在這個實例中，功率因數調整單元中2中的功率因數調整部件2a，根據交流電壓，控制場效應晶體管的開關操作以調整施加的交流電的功率因數。也就是說，改善交流電壓的功率因數以使交流電壓的電流波形更接近于正弦波，以提供一個通過二極管D1和電容C1整流的平穩的直流電壓給SMPS3。在此期間，微計算機4控制SMPS3以便在DPM工作模式或備用模式提供一個高電平信號給SMPS3，從而斷開從SMPS3的電壓輸出，以減少功率消耗量，而在DPM關閉模式中提供一個低電平信號給SMPS3以提供一個常規電壓。
然而，因為相關技術的功率因數調整電路只能通過微計算機4控制SMPS3輸出的電壓，而不考慮在DPM模式中通過功率因數調整單元2對場效應晶體管Q1的控制，這導致在SMPS3的輸入端消耗功率。該相關技術的功率因數控制電路存在一個問題，即不能符合DPM標準。
因此，本發明致力于一種功率因數調整型的功率節省電路，可以實質性地消除一個或多個相關技術中的限制和缺點所導致的問題。
本發明的目的是提供一種可減少功率消耗量并符合DPM標準的功率因數調整型的功率節省電路。
本發明的附加特征和優點將在下文的發明詳述中被闡明，一部分根據詳述將是顯而易見的，或者也可通過實施本發明來認識。通過在所寫的說明書和權利要求書及其附圖中所特別指示的結構，將會了解并獲得本發明的目的和其它優點。
為獲得與本發明目的相一致的上述和其它的優點，本功率因數調整型功率節省電路包括一個整流和濾波部件，用于將一交流電整流和濾波成一直流電壓；一個變壓器，連接在整流和濾波部件的一個輸出端上，用于將直流電壓根據繞組比按比例地升高到一電壓值；多個場效應晶體管，每個連接到整流和濾波部件和變壓器的一個接地端，用于開關直流電壓；和一個電壓斷開部件，連接到場效應晶體管的柵極和變壓器的整流電壓輸出端，用于依靠光耦合器接收DPM模式中的控制信號，切斷在初級線圈和次級線圈中的電壓生成。
在本發明的其它方案中，提供一種功率因數調整型功率節省電路，其包括第一和第二電源部件，均用于對交流電整流和濾波以提供直流電壓；第一場效應晶體管，根據柵極電壓的周期以升壓方式，開關自第一電源部件輸出的直流電壓；一個功率因數調整部件，連接到第一場效應晶體管的柵極和第二電源部件的輸出端，用于調整自第一電源部件輸出的直流電壓的功率因數；第二電源部件，用于整流交流電以提供并施加電壓B＋給功率因數調整部件；第一整流部件，用于整流和濾波由第一整流部件的開關而提供的電壓；第二場效應晶體管，響應于一個脈沖寬度調制信號而開關從第一整流部件輸出的電壓；一個變壓器，用于當第二場效應晶體管開關后，根據繞組比成比例的升高此電壓；一個第二整流部件，用于整流由變壓器升壓的電壓，并提供給外圍電路；一個電壓斷開部件，用于依靠光耦合器接收DPM模式控制信號來斷開在變壓器的初級線圈和次級線圈中的電壓生成。
可以認為上面的一般描述和下面的詳細描述都是示范的和解釋性的，是為了提供對本發明權利要求的更深入的解釋。
所含附圖提供對本發明的更深入的理解，并共同組成本說明書的一部分，用于說明本發明的實施例，并和本說明書一起用來解釋本發明原理。
附圖包括圖1圖示一個系統以說明相關技術中的使用反饋的增強功率因數調整電路；圖2圖示依照本發明的第一個實施例的功率因數調整型功率節省電路；和圖3圖示依照本發明的第二個實施例的功率因數調整型功率節省電路。
現在詳細說明本發明的最佳實施例，其例子在相應附圖中圖示。圖2圖示根據本發明的第一個實施例的功率因數調整型功率節省電路。
參見圖2，根據本發明的第一個實施例，該功率因數調整型功率節省電路包括第一電源部件11，用于整流和濾波交流電并提供直流電壓Vi；第一場效應晶體管Q11，用于根據柵極電壓G的周期以升壓方式開關第一電源部件11中的直流電流Vi；第一整流部件12，根據第一場效應晶體管Q11的開關，施加整流和濾波后的直流電壓V0給變壓器T1；第二場效應晶體管Q12，根據柵極電壓G的周期，開關從第一整流部件12輸出的直流電壓V0；變壓器T1，根據第二場效應晶體管Q12的開關，根據繞組比升高直流電壓V0；第二整流部件13，用于整流由變壓器T1升高的電壓并提供給外圍電路；第二電源部件14，用于分路、整流交流電，并提供電壓B＋給功率因數調整部件15；功率因數調整部件15，用于提供一個柵極控制信號給第一場效應晶體管Q11以控制直流電流Vi的功率因數；一個脈寬調制部件16，用于控制第二場效應晶體管Q12的開關周期；和一個電壓斷開部件17，用于根據DPM控制信號斷開從功率因數控制部件15提供給第一場效應晶體管Q11的柵極的控制信號，以減少變壓器T1原邊的功率消耗量。功率因數調整部件15是一塊集成電路。電壓斷開部件17包括一個晶體管Q14，連接到第二整流部件13的電壓輸出端；一個光電二極管PD1，連接到晶體管Q14的集電極；一個開關晶體管Q13，連接到晶體管Q14的基極；一個光電晶體管PT1，連接到功率因數調整部件的輸出端和第一場效應晶體管Q11的基極。未解釋的標號BD11表示一個橋式二極管，C11-C14表示電容，D11-D13表示二極管，L11表示一個線圈，及R11-R14表示電阻。
根據本發明的第一優選實施例的功率因數調整型的功率節省電路的工作和優點的解釋如下。
首先，交流電通過第一電源部件11中的橋式二極管BD11和電容C11被整流和濾波，作為直流電壓Vi輸出。然后，當直流電壓Vi流入第一場效應晶體管Q11的漏極D時，晶體管Q11根據柵極電壓的周期T以升壓方式提供一個高于直流電壓V0的直流電壓。
該直流電壓V0可表示為V0=Toff+TonToff×Vi]]>其中，Ton表示第一場效應晶體管的柵極電壓周期T的導通時間間隔而Toff表示第一場效應晶體管的柵極電壓周期T的截止時間間隔。第一場效應晶體管Q11的柵極電壓周期T是一個通過功率因數調整部件15用于調整直流電壓Vi的功率因數的柵電流。而提供給功率因數調整部件15的電壓B＋是由第二電源部件14中的二極管D11、電阻R11和電容C12對交流電壓分路和整流得到的直流電壓。通過第一場效應晶體管Q11開關的直流電壓V0，經過第一整流部件12中的二極管12和電容C13的整流和濾波，通過變壓器T1的初級線圈N1流入第二場效應晶體管Q12的漏極D。第二場效應晶體管Q12響應于脈沖寬度調制部件16輸出的控制信號來開關流入漏極D的直流電壓V0，當一個脈沖電壓通過第二場效應晶體管Q12的開關出現在變壓器T1的初級線圈N1中時，根據繞組比在次級線圈N2中將感應出一個升高的電壓。在變壓器T1的次級線圈N2中感應出的電壓通過第二整流部件13中的二極管D13和電容C14被整流和濾波，然后作為直流電壓輸出。在此期間，如果通過在DPM工作模式中脈沖寬度調制部件16使第一場效應晶體管Q12的柵極的導通時間間隔變短，功率消耗量能被減少，因為出現在變壓器T1的初級線圈中的脈沖電壓變低。而電壓斷開部件17，當響應于DPM控制信號(高電平)時生效，斷開功率因數調制部件15輸出的柵極控制信號，關閉第一場效應晶體管Q11的開關操作，從而減少變壓器T1中的初級線圈的功率消耗。也就是說，在DPM工作模式中，電壓斷開部件17根據DPM控制信號(高電平)導通開關晶體管Q13，并導通其基極連接到開關二極管Q12的集電極，其發射極連接到第二整流部件13的輸出端的晶體管Q14。在本實例中，因為晶體管Q13和Q14被導通，從第二整流部件13輸出的電壓輸入Q14的集電極，導致電流流入連接到發射極的光電二極管PD1。當光電二極管發光時，光線射入光電二極管的基極，從而導通光電晶體管PT1。因為光電晶體管PT1被導通，從功率因數調制部件15流出的柵極G電流通過光電二極管PT1的集電極流到發射極，使第一場效應晶體管Q11截止。因此，通過響應DPM控制信號將提供給第一場效應晶體管Q11的柵極的電流截斷，阻止了變壓器T1在功率消耗量的主要方面，從而滿足依照EPA或NUTEK標準使在100W級的產品中的功率消耗量低于5W。同時，在DPM關閉模式，電壓斷開部件17響應于DPM控制信號(低電平)不工作，從功率因數調整部件15提供一個柵極電流給第一場效應晶體管Q11的基極。也就是說，既然電壓斷開部件17中的開關晶體管Q13響應于DPM控制信號(低電平)而截止，它導致基極連接到晶體管Q13的集電極的晶體管Q14截止，光電二極管PD1截止。并且，因為光電二極管PD1不工作，另外與之耦合的光電晶體管PT1也不工作。因此，因為功率因數調制部件15提供一個柵極G控制信號給第一場效應晶體管Q11的基極，第一整流部件12可以提供一個穩定的直流電壓V0給變壓器T1的初級線圈。
圖3圖示根據本發明的第二實施例的功率因數調整型功率節省電路。
參見圖3，作為本發明第二實施例的功率因數調制型功率節省電路，包括第一和第二電源部件11和14，均用于整流和濾波交流電從而提供直流電壓；場效應晶體管Q11，依照柵極電壓的周期以升壓的方式開關從第一電源部件11輸出的直流電壓Vi；功率因數調整部件15，連接到第一場效應晶體管Q11的柵極和第二電源部件14的輸出端，用于調整從第一電源部件11輸出的直流電壓Vi的功率因數；第二電源部件14，用于整流交流電向功率因數調整部件15提供并施加一個電壓B＋；第一整流部件12，用于整流和濾波由第一整流部件12的開關所提供的電壓；第二場效應晶體管Q12，用于響應于脈沖寬度調制信號來開關從第一整流部件12輸出的電壓；變壓器T1，用于與繞組比成比例地升高在第二場效應晶體管Q12開關后電壓；第二整流部件13，用于整流經變壓器T1升高的電壓并提供給外圍電路；電壓斷開部件17，連接在第二電源部件14的輸出端和第二整流部件13之間，依靠接收DPM控制信號的光耦合器，斷開變壓器中的初級和次級繞組中的電壓生成。
根據本發明的第二最佳實施例的功率因數調整型的功率節省電路的工作和優點的解釋如下。
首先，交流電通過第二電源部件14中的二極管D11，電阻R11和電容C12被整流和分路，并提供所需的電壓B＋。在本實例中，當檢測到DPM工作模式時，一個微計算機(未圖示)通過電源斷開部件17控制該電壓B＋。電壓斷開部件17響應于DPM控制信號(高電平)導通晶體管Q13和Q14，Q13和Q14的導通導致光電二極管PD1發光，光電二極管PD1發出的光導通光電晶體管PT1。光電晶體管PT1的導通導致電壓B＋通過光電晶體管PT1的集電極輸入到發射極，斷開功率因數調整部件15的電源供應。綜上所述，功率因數調整部件15停止提供柵極控制信號，從而使第一場效應晶體管Q11截止，因而減少在變壓器T1的初級線圈中的功率消耗量。
如同解釋的一樣，本發明的功率因數調整型功率節省電路，通過減少在監視器的DPM模式中的變壓器的初級線圈的功率消耗量，使其既符合美國的又符合歐洲的DPM模式的標準，并且允許以低成本生產該電路，因為對于DPM模式不要求附加的供應電源。
對于本領域的技術人員來說很明顯，不離開本發明的精神和范圍，在本發明的功率因數調整型功率節省電路中，可以進行多種修改和變化。因而，如果所述修改和變化被所附權利要求所覆蓋，則它們屬于本發明的范圍。
權利要求
1.一種功率因數調整型功率節省電路，包括一個整流和濾波部件，用于將交流電整流和濾波成直流電壓；一個變壓器，連接到整流和濾波部件的輸出端，用于根據繞組比成比例的將該直流電壓升高到一電壓值；多個場效應晶體管，均連接到整流和濾波部件和變壓器的接地端，用于開關直流電壓；和一個電壓斷開部件，連接到場效應晶體管的柵極和變壓器上的整流電壓的輸出端，用于依靠在DPM模式中接收控制信號的光耦合器斷開在初級線圈和次級線圈中的電壓生成。
2.如權利要求1所述的功率節省電路，其特征在于所述DPM模式是常規模式、備用模式和關閉模式中的任何一種。
3.如權利要求1所述的功率節省電路，其特征在于所述電壓斷開部件包括多個晶體管，由第二整流部件供應電壓，并響應于DPM控制信號而導通，和一個光耦合器，用于通過導通所述晶體管來斷開連接在整流和濾波部件之間的場效應晶體管的開關。
4.如權利要求3所述的功率節省電路，其特征在于所述光耦合器中的一個光電晶體管接地并連接到場效應晶體管的基極。
5.如權利要求3所述的功率節省電路，其特征在于所述DPM信號是一高電平信號。
6.一種功率因數調整型功率節省電路，包括第一、第二電源部件，均用于整流和濾波交流電以提供直流電；第一場效應晶體管，用于根據柵極電壓的周期以升壓的方式開關從第一電源部件輸出的直流電壓；一個功率因數調整部件，連接到第一場效應晶體管的柵極和第二電源部件的輸出端，用于調整從第一電源部件輸出的直流電壓的功率因數；第二電源部件，用于整流交流電并提供和施加電壓B＋給功率因數調整部件；第一整流部件，用于整流和濾波由第一整流部件的開關而提供的電壓；第二場效應晶體管，用于根據脈沖寬度調制信號開關第一整流部件的輸出電壓；一個變壓器，用于根據繞組比成比例的將由第二場效應晶體管開關的電壓升高；第二整流部件，用于整流由變壓器升高的電壓并提供給外圍電路；一個電壓斷開部件，連接在第一場效應晶體管的柵極和第二整流部件之間，用于依靠接收DPM控制信號的光耦合器斷開在變壓器的初級和次級線圈中的電壓生成。
7.如權利要求6所述的功率節省電路，其特征在于所述第二場效應晶體管有一柵極連接到脈沖寬度調制部件并由其決定晶體管的開關周期。
8.如權利要求6所述的功率節省電路，其特征在于所述電壓斷開部件包括一個晶體管，連接到第二整流部件的電壓輸出端，一個光電二極管，連接到晶體管的集電極，一個開關晶體管，連接到晶體管的基極，一個光電晶體管，連接到功率因數控制部件的輸出端和第一場效應晶體管的基極。
9.如權利要求8所述的功率節省電路，其特征在于所述開關晶體管響應于DPM控制信號而開關。
10.如權利要求9所述的功率節省電路，其特征在于所述DPM控制信號在常規DPM模式中是低電平信號，而在DPM備用模式和DPM關閉模式中都是高電平信號。
11.一種功率因數調整型功率節省電路，包括第一、第二電源部件，均用于整流和濾波交流電以提供直流電；第一場效應晶體管，用于根據柵極電壓的周期以升壓的方式開關從第一電源部件輸出的直流電壓；一個功率因數調整部件，連接到第一場效應晶體管的柵極和第二電源部件的輸出端，用于調整從第一電源部件輸出的直流電壓的功率因數；第二電源部件，用于整流交流電并提供和施加電壓B＋給功率因數調整部件；第一整流部件，用于整流和濾波由第一整流部件的開關而提供的電壓；第二場效應晶體管，用于根據脈沖寬度調制信號開關第一整流部件的輸出電壓；一個變壓器，用于根據繞組比成比例的將由第二場效應晶體管開關的電壓升高；第二整流部件，用于整流由變壓器升高的電壓并提供給外圍電路；一個電壓斷開部件，連接在第二電源部件的輸出端和第二整流部件之間，用于依靠接收DPM控制信號的光耦合器斷開在變壓器的初級和次級線圈中的電壓生成。
12.如權利要求11所述的功率節省電路，其特征在于所述電壓斷開部件包括一個自偏壓型晶體管，在第二整流部件的輸出電壓下工作，一個光電二極管，連接到晶體管的發射極，一個開關晶體管，連接到晶體管的基極，和一個光電晶體管，其集電極既連接到第二電源部件的輸出端又連接到功率因數控制部件的輸入端。
13.如權利要求12所述的功率節省電路，其特征在于所述開關晶體管響應于DPM控制信號而開關。
14.如權利要求13所述的功率節省電路，其特征在于所述DPM控制信號在常規DPM模式中是低電平信號，而在DPM備用模式和DPM關閉模式中都是高電平信號。
全文摘要
功率因數調整型功率節省電路包括一個整流和濾波部件，用于將交流電整流和濾波成直流電壓；一個變壓器，連接到整流和濾波部件的輸出端，用于根據繞組比將直流電壓成比例的升高到一電壓值；多個場效應晶體管，均連接到整流和濾波部件和變壓器的接地端用于開關直流電壓；一個電壓斷開部件，連接到場效應晶體管的柵極和變壓器的整流電壓輸出端，用于依靠接收在DPM模式中的控制信號的光耦合器來斷開在初級線圈和次級線圈中的電壓生成。
文檔編號G05F1/70GK1239236SQ9910052
公開日1999年12月22日 申請日期1999年2月4日 優先權日1998年2月6日
發明者洪義成 申請人:Lg電子株式會社