專利名稱：具有多個交流/直流輸入的開關式電源電路及這樣的電路對計算機電源或膝上型計算機 ...的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種方法，所述方法通過對電網輸入電路進行輕微的修改 而非使用第二開關式電源來向電路增加電池輸入作為二次輸入，以便在必
要時提供在具有電池和類似電源的開關式電源(SMPS)電路上產生的輸 出電壓。
本發明尤其涉及這種方法對計算機電源的應用，所述計算機電源被稱 為"不間斷計算機電源(UCPS)"并且被安裝到計算機機箱中的電源室，
而且還可以向監視器供電，本發明還涉及這種方法對膝上型計算機適配器 的應用，以^更4吏用除了電網插座之外的汽車點火器插座。
背景技術：
在今天通常使用的大部分電子設備中，存在將交流電網電壓轉換成電
子電路可以使用的直流低壓電源的開關式電源電路(SMPS)。所述設備 中包括根據電池電壓輸入而設計的第二開關式電源電路，以便使這些設備 除了使用電網電壓工作外還能夠使用電池工作。這一般以兩種方式完成。 第一種方式是加入開關式電源電路，該開關式電源電^來自電池的電壓 直接轉換成電子電路所需的直流電壓，第二種方式是加入逆變器電路，該 逆變器電路將來自電池的電力轉換成類似的電網電力，并且向電網輸入電 源電#供所需的類似電網輸入。有時，所述設備乜可以由用戶通過加入 外部逆變器單元或不間斷電源來^^用電池工作。
在現有技術中，可以找到與這個主J^相關的應用。例如，編號為WO 2005/015721的專利申請涉及具有交流和直流電源輸入以及直流輸出的變 換器電路。在再次涉及這個主題的美國申請WO0176051中說明了 一種提 供用來從直流電源獲得直流信號的二次適配器，其具有直流信號輸入端子 以及直流信號輸出端子。
由于當今的電子設備尤其是計算機對電力中斷非常敏感，因此大部分 計算機是通過串聯連接到電網線的外部不間斷電源(UPS)來操作的。但
6是這也對用戶產生了額外的成本。
在目前應用中所使用的方法中，不能針對開關式電源的多個電源輸入 定義適用于每個所用的拓樸的方法。在已知的技術中，出于在不4吏用附加 繞組的情況下具有二次輸入的目的，已經進行了一些改進，但它導致了兩 方面的缺陷，第一是將JM吏用的電池電壓必須依賴于將^^吏用的繞組，第 二是不能使用已知的容易的切換方法來切換繞組。
總之，具有多個交$力直流輸入的SMPS電路的必要性的出現以及這 種相關方法對計算機電源和膝上型計算機適配器的應用的必要性的出現 迫使在相關技術領域做出改進，其中通過在不特別需要第二開關式電源電 路的情況下對電源變壓器使用附加繞組來以較低的成本獲得所述SMPS 電路。
發明內容
本發明涉及具有多個交流/直流輸入的開關式電源電路，其滿足了前 述的要求，消除了所有的缺陷并提供了一些附加的優勢。
基于背景技術的情形，本發明的目標是提供一種經濟實用的解決方 案，所述解決方案不需要單獨的電源級，以使J吏由電網供電的電子i更備同 時也可由電池供電。
本發明的目標是，通過使用具有電池的計算機電源，它將變成特別用 于計算機的不間斷電源的有效選擇，所述具有電池的計算機電源以經濟的 方式使用單個電源級提供兩個輸入。
本發明的目標是，針對開關式電源的多個電源輸入定義適用于每個所 用的拓樸的方法.
本發明的目標是，本發明的方法可以應用于所有的具有變壓器的電壓 變換器開關式電源。所述方法包括向用于附加輸入電壓的變壓器添加適 合這個電壓的合適附加繞組；向用于切換這個繞組的電路添加適合于所用 拓樸而連接的附加電源切換晶體管；以及添加信號切換電路，所述信號切 換電路在電源經由附加輸入電壓提供時，將來自第一電源切換晶體管的控 制信號重新定向到附加電源切換晶體管。
在本發明的一些優選應用中，不必重新定向控制信號。屬于整個電源 輸入的電源切換晶體管可以通過將開關信號與第一電源切換晶體管以及屬于附加電源輸入的其他晶體管并聯連接來同時切換。在這種情況下，盡 管切換了整個輸入級，但只有施加電源輸入的電源輸入級是有效的。M 這種情況下，切換信號必須以將在同 一相位切換所有輸入繞組的形式來連 接，以避免輸入繞組通過磁耦合而彼此短路。在這種結構中，如果電源同 時應用于多于一個輸入，那么通過所連接的繞組匝數分配輸入電壓值的、 輸入電壓最大的輸入電源級將有效。其他輸入電源級不消耗來自輸入電源 的任何功率。
所述方法必須以根據變壓器結構以及屬于該拓樸的電源切換晶體管 的連接類型的合適形式應用于每個拓樸。如果電源是根據除了反激之夕卜的 概念而設計的，則屬于附加電源輸入的繞組以及連接到此繞組的電源切換
晶體管必須^ia合為除了反激之外的全橋、半橋或推挽類型中的任何一種 類型。例如，如果第一電源輸入級被組合為半橋，則附加電源輸入級可以 ^a合為全橋、半橋或推挽中的任何一種。在這樣的結構中，不應^a合 為僅由一個電源切換晶體管構成的反激概念。如果所述電源輸入被設計為 反激概念，則附加繞組和功率晶體管必須被組合為反激概念。不可以使用 其他連接類型。
本發明的目標是，通過將這種方法應用于膝上型計算機適配器，使用 既可來自電網也可來自汽車點火器插座的相同的適配器，從而可以以便宜 和實際的方式來操作計算機。
本發明的另一目標是，由于當電池有效時，電源變壓器的第一電源繞 組在相反的方向工作并且產生直流高壓，從而可以在不需要額外電路的情 況下為監視器供電。
本發明的另 一 目標是，通過切換計算機的電源掩組來激活操作系統的 休眠功能，從而在將整個主存儲器加栽到M之后而電池深度放電之前安 全地關閉計算機。
本發明的另 一 目標是，通過借助于比較器和控制電路來監測電網輸入 電壓，以及通過當電網輸入電壓超過所允許的上限和下限時重新定向控制 信號，使電M入有效。
為了能夠實現上述優點，本發明是一種具有多個交流/直流輸入的開 關式電源，所述開關式電源不需JHi"對每個不同電源^r入的單獨的開關式 電源，以根據來自交流電網或者電池或者不同種類和數量的電源輸入的選 擇而選擇性地轉換成公共輸出電壓，并且其特征在于，通過包括至少一個繞組、至少一個附加電源切換晶體管，以及通過將來自控制集成電路的控 制信號重新定向到所期望的輸入的電源切換晶體管，使所期望的輸入有 效，其中所述繞組被添加到在電源中使用的變壓器而不改變現有的繞組， 所述附加電源切換晶體管用來針對每個電池或不同種類和數量的輸入電 源電壓來切換所述繞組。
為了能夠實現上述優點，本發明是一種方法，所述方法渉;Me不使用 反激拓樸的開關式電源中添加電池或不同種類和數量的輸入作為第二電 源輸入而不添加第二開關式電源電路，并且其特征在于，通過向用于每個 輸入的公共電源變壓器添加適合所述輸入電壓的單獨繞組，通過連接用于 切換所述繞組的電源切換晶體管作為推挽、全橋或半橋技術中的任何一 個，以及通過將來自控制集成電路的控制信號重新定向到所期望輸入的電 源切換晶體管，使所期望的輸入有效。
為了能夠實現上述優點，本發明是一種方法，所述方法涉;M^使用反 激拓樸的開關式電源中添加電池或不同種類和數量的輸入作為第二電源 輸入而不添加第二開關式電源電路，并且其特征在于，通過向用于每個輸 入的公共電源變壓器添加適合所述輸入電壓的單獨繞組，根據反激拓樸連 接用于切換所述繞組的電源切換晶體管，添加連接到所述電源切換晶體管 的源極引腳的隔離變壓器以產生控制集成電路所需要的電流感應信號，以
及將來自所述控制集成電路的控制信號重新定向到所期望輸入的電源切 換晶體管，使所期望的輸入有效。
為了能夠實現上述優點，本發明是一種方法，所述方法涉;5Ut使用反 激拓樸的開關式電源中尤其在膝上型計算機適配器中添加電池或不同種 類和數量的輸入作為第二電源輸入而不添加第二開關式電源電路，并且其
特征在于，借助于在從輔助繞組(15 )所獲得的電壓的正周期進行微分而
在負周期輸出為零的電路，為4^輸入共同獲得控制集成電路所需的電流
感應信號，其中所述輔助繞組(15)纏繞到主電源變壓器并且在與輸出繞
組相反的方向上。
通過實現上述以及在以下的詳細說明中得到理解的所有優點，本發明 在考慮到上述特性方面具有很多便利。
通過附圖以及參考所述附圖的以下詳細描述，本發明的結構和特性特 征以及所有的優點將變得更加清楚，因此評估必須基于這些附圖以及詳細 的描述來進行。
為了最好地理解本發明的實施例及其優點連同補充的要素，必須與附 圖一起考慮，對于附圖，在此提供描述如下。
圖1是示出計算機電源的電網輸入濾波和整流級、 一次開關式電源 級、控制電路級以及變壓器的電路圖。備用電源電路、高壓和過負荷保護 電路在電路圖中未示出。
圖2是經由符號塊示出本發明方法對圖1所描繪電路的應用的電路 圖。備用電源電路、高壓和過負荷保護電路以及電池充電電路在電路圖中 未示出。
圖3是示出本發明方法對使用反激拓樸的開關式電源的應用的電路 圖。另外，在用作不間斷計算機電源的情況下，還向電路圖增加了電網監 測(4)和監視器電源開關(S3， S4)。反饋、備用電源、控制級電源、保 護以及電池充電電路在電路圖中未示出。
圖4是適用于膝上型計算機適配器的電路圖。在這種情況下,通過使 用一個微分電路簡單而共同地產生電流感應信號(CS)，并且同時取消了 重新定向控制信號的開關，所述電流感應信號是為將本發明應用于圖3 所示的反激拓樸的兩個電源輸入電路中的每個電路分別產生的。
圖5是圖4中的微分電路的電路圖。
圖6是微分電路中的輸入和輸出電壓在時間軸上的表示圖。
標號
(1) 激活開關(Sl)和(S2)的第一電源輸入的開關位置。
(2) 激活開關(Sl)和(S2)的第二電源輸入的開關位置。
(3) 3.3V調節電路。
(4) 監視和比較器電路，其根據電網電壓與下限和上限之間的電壓 間隔的比較結果來發送命令。
(5) 作為第二電源輸入的電池。
(6) 用于第二電源輸入的附加繞組，其被添加到電源變壓器(T3)， 以便在開關式電源中實施本發明方法。(7) —次繞組，其屬于開關式電源中的電源變壓器(T3)的電網輸入。
(8) 變壓器(T2)的輸入繞組，其驅動CPS和UCPS中的第一電源級。
(9) 變壓器(T2)的輸入繞組，其驅動CPS和UCPS中的第一電源級。
(10) 變壓器(T2)的輔助繞組，其驅動CPS和UCPS中的第一電源級。
(11) 監視器電源。
(12) 交流電網電源。
(13 )在反激拓樸中所使用的輸出電壓繞組.
(14) 在反激拓樸中所使用的輸出電壓繞組。
(15) 在反激拓樸中為產生共享的CS信號而使用的輔助繞組。
(16) 微分電路。
(17) 在微分電路(16)中為了使輸出電壓為零而使用的電路部分。
(18) 在微分電路中實現近似微分的RC電路。
(19) 微分電路(16)的輸入信號在電壓-時間軸上的代表。
(20) 微分電路(16)的輸出信號在電壓-時間軸上的代表。
(21) "啟動"電路，其在從圖4所示的電路中的電池冷啟動期間為控制器集成電^1供第一電源。
(22 )控制單元，其當電池電源有效而電池電壓下降到預定閾值電平以下時，使其輸出線短路大約1,5秒。
(23 )與計算機機箱前面的掩組用兩根電線并聯連接的控制單元的輸出線。
(T，T1)電網輸入濾波繞組。
(T2)變壓器，其驅動功率晶體管并同時將控制電路與帶電一次部分隔離。
(T3)電源電路的主電源變壓器。
ii(T4)變壓器，其驅動圖3和圖4中所示的功率晶體管(Q5)并將其與帶電部分隔離。
(T5)變壓器，其產生圖3所示的第二電源輸入級的(CS)信號并將第二電源輸入與帶電部分隔離。
(T6)圖l和圖2中的電源分配線團。
(Dl， D2, D3, D4, D5， D6， D7， D8， D9， DIO， Dll， D12,D13, D14, D15， D21, D22, D23， D24) 二極管。
(Cl， C2， C4， C5， C6， C7， C8， C9， C10, Cll， C12， C13,C21)電容器。
(R2， R3， R4， R6， R7， R8， RIO， Rll， R12， R13， R14， R16，R17， R19， R20, Rsense， R32， R33， R34， R35, R36， R37, R46)電阻器。
(IC1， IC2)控制器集成電路。(Al， A2)反相器緩沖電路。
(Ql， Q2， Q3， Q4， Q5， Q6， Q7， Q8， Q9， QIO， Qll)晶體管。
(CS)控制集成電路的電流感應輸入。
(L)電網帶電線。(N)電網中性線。
(Fl)熔斷器。
(NTCR1)負溫度系數電阻器。(Zl)變阻器。
(Sl， S2)機械或半導體選擇開關，其將來自控制器電路并去往功率晶體管的控制信號重新定向到應該有效的電源輸入級的相應功率晶體管。
(S3, S4)開關，其在主電網電源熄滅的情況下，將監視器電源從主電網分離并連接到所產生的直流電源。
具體實施例方式
在這個詳細說明中，根據本發明的具有多個交流/直流輸入的開關式電源和與其相關的方法的優選結構及應用只是作為示例來說明，以便更清楚地理解并且采用在意義上不具有限制效果的形式。
在圖1中，給出了示出在現有的應用中所使用的計算機電源的電網輸入濾波和整流級、 一次開關式電源級、控制電路級和變壓器的電路圖。如
圖2，通過將本發明方法應用于圖l所示的計算機電源電路而更清楚和詳細地說明本發明方法。為了方<^見，我們將說明只有兩個電源輸入的場景其中一個是電網輸入(12)而另一個是電池(5)輸入。如果需要，可以重復本發明的方法的應用以達到所期望的輸入數量。在這種方法中，向變壓器(T3)添加附加繞組(6)，其中電源使用所述變壓器(T3)用于電池(5)輸入電壓而不改變現有繞組的任何值。提到的這個附加繞組
(6)的線的粗度以及匝數將根據第二輸入(5)電壓的值以及從第二輸入所獲得的電流來計算。由于通常第一輸入電壓為電網電壓(12)而第二輸入電壓為電池(5)，所以第二輸入通常在12、 24V附近(低電壓但是高電流)。因此，根據這個電壓和電流，這個附加繞組(6)將具有比第一輸入電壓(7)的繞組少的匝數但更粗的線。經由添加到電路的附加開關晶體管(Q5和Q6 )來激活和切換這個附加繞組(6 )。由于控制集成電執IC1)的控制輸出信號是"集電極開路"型并且為控制輸出信號提供上拉電阻器
(R13, R14)，因此在信號的高狀態時輸出阻抗為高。此外，晶體管(Q1，Q2)在低狀態而不是高狀態開通。添加降低了輸出阻抗并將信號反向的小緩沖電路(Al, A2)，以便也為第二電源輸入級提供相同的驅動形式。這些緩沖電路(Al， A2)對于可以在信號的每個狀態下提供低阻抗輸出并使晶體管(Ql， Q2)在控制信號的高狀態下導通的電路不是必須的。由于第二電源切換晶體管組(Q5， Q6)在這個應用中可以被更簡單地應用于電路，因此其以推挽方式連接。但是如果需要，它也可連接成全橋或半橋。然而，在那種情況下，不可能像圖2那樣直接驅動晶體管(Q5，Q6 )，而是應當設置使用像T2 —樣的信號變壓器或根據這些拓樸的一些其他方法的驅動電路。當圖2中的開關S1和S2在"1"位置時，來自控制集成電路(IC1)的控制信號驅動屬于第一輸入電源的電源切換晶體管
(Q1和Q2)。當必須取消第一電源(12)輸入并使第二電源(5)輸入給電i^電時，開關S1和S2應當來到位置"2"。在這種情況下，由于由控制集成電路所產生的控制信號將去往第二電源開關級，所以第二電源輸入
(5)將變為有效。以符號的形式添加開關Sl和S2,以便更簡單和清楚地說明本發明的方法。可以通過半導體元件甚至通過小功率晶體管來簡單地執行這些開關(Sl， S2)的功能。
圖2所示的應用是不間斷計算機電源(UCPS)電路的部分，所述不間斷計算機電源電路在電網電力被中斷或電壓超出認為有風險的特定上
限和下限時自動使電網電力(12 )輸入無效，并且激活第二電源輸入(電池(5)輸入)，而且保證以這種方式為計算機供電的輸出電壓(+12V,+5V, +3.3V, -5V, -12V)的連續性，并且還自動切換(S3和S4)監視器電源從而也用直流為監視器供電。本發明的另一特性是，當電壓由于放電而下降到預定的閾值電平以下時，通過使與計算機電源掩組并聯連接的輸出線(23)短路，在將主存儲器中的4^P數據保存到^it之后安全地關閉計算機。由于一些電路級不與本發明的應用直接或間接相關，它們沒有包括在電路圖中；無論如何，它們將Ht計算機電源中一樣在不間斷計算機電源(UCPS)中保持不變。因此，它們沒有在電路圖中示出。此外，通過限制充電電流和電壓，該電路4吏用電源的輸出電壓為電池(5)充電。比較器電路(4)向位置變化開關(Sl， S2， S3, S4)發送所需奇^令，所述比較器電路(4)不斷地監視第一輸入電壓，并且當其在下限和上限之間時給出輸出。由于當第二電源級有效時，第一電源亂在相反方向工作并產生直流高壓，因此得到直流監視器電源(11)。換句話說，不需要額外的元件或額外的變壓器繞組來獲得監視器電源(11)。如之前所表述的那樣，當向為第二輸入添加的附加繞組(6)供電時，在所有的其他繞組處產生與匝數成比例的可選擇的輸出電壓，因此在第一電源1的一次繞組
(7)處也產生可選擇的電壓。所產生的電壓經由二極管(Dl)和(D2)整流，經由電容器(C5)和(C6)調節，并且經由線圏(T3)濾波，然后通過開關(S3 )和(S4 )發送到監視器。由于5-10ms的延時不會這么嚴格，所以可以經由繼電器來執行開關(S3)和(S4)。在這種情況下，當交流電網電源可用時，監視器將直接通過交流電網電源供電，而當交流電網電源不可用時，其將通過借助于在相反方向上工作的主電源變壓器
(T3)所產生的直流電源供電。如果使用沒有陰極射線管(CRT)的監視器，則開關(S3)和(S4)是不必要的。連續M直流電源為監視器供電并非是不利的，因為如果監視器沒有使用CRT,則監視器內將不存在只能由交流電網電力拔:供的消磁功能。在這種情況下，通過取消這個繼電器，可以直接從二極管(D22)和(D24)的陰極以及二極管(D21)和
(D23)的陽極提供監視器電源。
在電路的設計期間應注意的另 一要點是當第 一 電源級有效時選擇電壓引起問題的可能性，所il^擇電壓在與匝數成比例的附加繞組(6)處產生。在繞組(6)的中間端所產生的電壓的碎，值超過電池(5)電壓多達二極管正向電壓的情況下，開關功率晶體管(Q5和Q6)中的反向二極管將開始導通并在為電池(5)充電的方向上引起負電流。換句話說，這個電源級在相反的方向也能夠工作。但是這個充電電流是沒有控制或限制的電流。如果這個電流超過了電池的最大充電電流，其將根據第一輸入電壓的電平達到非常高從而損壞電池(5)，或者如果其超過最大允許電流，將損壞電路。插入一些元件(例如二極管)以防止電路工作在相反方向也不很合理。因為所插入的元件將變得非常熱，并且其上的電壓不能保持為小，所以當第二電源電路有效時，它是以高電流工作的電路，將會引起嚴重的電壓和效率損耗。在這種情況下，最合理的解決方案是以以下方式來保持第二電源繞組(6)的匝數為低即使在由第一輸入電壓的比較器電路(4)所允許的最高限制電壓處，第二電源繞組(6)的輸出峰值也不超過電池電壓。
當電池電源有效時，圖2中的控制單元(22)的功能是防止計算機由于電池過度放電而突然不適當地自己自動關閉。為了滿足這個功能，這個控制單元(22)不斷地監視電池電壓，并且當電壓下降到預定閾值電平以下時，使具有兩根電線的輸出線(23)短路大約1,5秒。提到的控制單元(22)的輸出線(23)通過一對電線并聯連接到計算機機箱前面的電源按鈕。為了執行電路(22)的功能，應當從Windows操作系統的控制面板中的電源選項中選擇當按下電源^fe時進行"休眠"的選項。當電池電壓下降到預定閾值電平以下時，在通過執行Windows操作系統的休眠功能而將主存儲器中的全部數據M到M之后，計算機自己安全地關閉。由于休眠功能，當計算機在電網電力(12)變得正常之后而打開時，保證計算M過將數據載入回主存儲器而從關閉前的最后時刻啟動。
總之，通過使用本發明的方法，可以用給正常計算機電源的成本添加的最小附加成本來制造不間斷計算機電源(UCPS)，所述不間斷計算機電源在電網電力(12)不工作時或電壓不在下限和上限之間時使電池(5)在線并且為計算機及其監視器供電，并且既可以作為計算機電源工作也可以作為在計算麵K箱中所使用的、取代使用正常計算機電源的不間斷電源(UPS)工作，其電池和電路安^t適合計算機機箱的電源室的金屬盒中或者其電池在計算機機箱里面或外面從外部連接，并以受控的方式使用輸出電壓中的一個來為其電池充電。
在圖3中，給出了示出本發明方法對使用反激拓樸的開關式電源的應用的電路圖.此外，在用作不間斷計算機電源的情況下，還向電路圖添加了電網監視(4)以;SJi視器電源開關(S3， S4)。反饋、備用電源、控制
15級電源、保護和電池充電電路^Mt電路圖中示出。在圖4中，給出了適用
于膝上型計算機適配器的電路圖。在這種情況下，通過使用一個微分電路并同時取消重新定向控制信號的開關來簡單而共同地產生電流感應信號
(CS)，所述電流感應信號是為將本發明應用于圖3示出的反激拓樸的兩個電源輸入電路中的每個電路而分別產生的。
為了使本發明的方法對膝上型計算機逸配器的應用成為可能，由于膝上型計算機適配器通常是通過使用反激拓樸制造的，所以有必要實現遵照使用反激拓樸的開關式電源的應用。另夕卜，也在一些臺式計算機電源中使用反激拓樸。也在電視機以及大量的電子設備中使用這種拓樸。圖3和圖4表明了如何針對反激拓樸實現本發明的方法。Vcc電源電路、振蕩器電路、反饋電路、備用電源電路、充電電路以及一次啟動電路M圖中示出，從而盡可能簡單地給出電路圖并集中于方法的應用。然而，這些共享電路應該既出現在單輸入電源也應出現在應用期間本發明被應用的多輸入電源。所述應用基本上是相同的。但是第二電源開關電路中的晶體管(Q5)應根據拓樸來連接。在這里也向電源變壓器(T3 )添加在與一次繞組(7)相同方向的附加繞組(6)。經由遵照反激拓樸而連接的電源切換晶體管(Q5)來切換這個繞組(6)和為其供電。如圖3所示，由于"電流感應"(CS)信號必須連同反饋以便在反激拓樸中實現所需控制，因此在晶體管(Q5)的源極處添加小信號變壓器(T5)以產生"電流感應"信號。當經由第一電源輸入的開關式電源電路的簡單電阻器(Rsense)來執行這種功能時，變壓器(T5)用于第二電源級。由于第二電源級中的電流太高，所以;ffb^插入電阻器，并且;flL據安4^則也^Iil供所需的與危險一次部分的隔離。當提到的變壓器(T5)的一次側具有較少繞組(一個或兩個)但電線粗時，二次側由于是信號輸出而具有較多繞組并且電線細。來自兩個電源級中的每個的CS信號通過1K電阻器(R32， R33 )組合并被傳送到控制器集成電路(IC2)。此處應注意的一點是由于彼此相連接，兩個CS信號通it^目互加載而將輸出電平降低到幾乎一半電平。因此，與單獨連接的情;;U目比，兩個輸出電平中的每個應再加倍。通過驅動器變壓器(T4)以這樣的方式來驅動第二功率晶體管保留隔離，以便遵照國際安M則在一次部分(作為有效部分)和二次部分(包括用戶可l的部分)之間提供所需的電氣隔離。可以經由開關(S1)在兩個輸入電源(5,12)之間切換。開關(S1)只改變接收控制信號的電源輸入級。激活將控制信號重新定向到開關(S1)的位置的輸入電源，而另一個電源保持無效。也可以經由半導體元件執行這種切換。當電路被用作不間斷計算機電源時，向圖3示出的電路添加比較和判定電路(4)和繼電器開關(S3， S4)，其中所述比較和判定電路通過跟蹤電網電壓向開關(Sl， S3, S4)發送控制信號，所述繼電器開關在電池電源輸入有效時，將由電網電源輸入和切換級(7， C5， Ql)工作在相反方向所產生的高壓直流電重新定向到監視器。
如圖4所示，由于當本發明的方法應用于膝上型計算M配器時，不會同時提供電網和電池電源，因此通過將電網(12)和電池(5)電源的電源切換控制信號彼此并聯連接，而不是放置位置選擇器開關(Sl)，可以更便宜和簡單地實現本應用。在這種情況下，兩個電源切換級將一起切換，但只有接收電源的電源級有效。由于沒有任何電源，另一電源級的晶體管(Ql或Q5 )即使被切換也不具有任何功能。對于本發明的方法對膝上型計算機適配器的應用，從電池執行冷啟動將是必要的。因此，應首先提供控制集成電路的電源(Vcc),以便使電路在電池連接到電路的時刻開始工作。為了實現這一點，如圖4所示，向第二電源輸入切換晶體管(Q5)
(21)。晶體管(Q5)在這個脈沖期間保持導通，并且電網一次繞組(7)將工作在相反方向并在此期間為電容器(C5)充電。在這個電容器充電之后，如果電網電力接通，則控制集成電路(IC2)將起作用并啟動電網
"啟動"電路(在電路圖中未示出)，以便提供第一電源(Vcc)電壓。在保證了第一電源的操作之后，電路無論如何都能夠產生它自己的電源
(Vcc )。
為了使本發明對反激拓樸的應用更簡單和更便宜，可以經由近似微分電路(16)傳送從添加到電源變壓器(T3)的小輔助繞組(15)獲取的信號電壓來獲得公共CS信號，而不用如圖4所示為每個電源輸入級產生單獨的CS信號然后將它們組M來。如果我們應當用以下公式(只要功率晶體管導通就有效)來說明經由提到的微分電路(16)產生公共CS信號的方法
L4xA證(Fl)
由于在線圍中^丄xrf//^ (F2)， / = 1/"化.& (F3);
4=1 —JC (F4)
)xjc (F5)
如可以看到的那樣，CS信號實際上是電壓^7的微分與常數
17(及，/;,V^)的乘積。如果在此期間假定F^不變，則這是一個梯度為(及s,X^7/丄w^)的斜率函數。因此，從電路(16)的輸出所獲得的信
號將具有與公式(F5)所表示的CS信號相同的值，所述電路(16)對在具有小于N1倍匝數的輔助繞組(15)上接收的電壓(代表電網一次繞組(7)上的電壓)進行微分，然后將這個微分與常數iV/x (及s卿e/^"附^ )相乘。應設置繞組的匝數比，以便在第二電源輸入級有效的情況下，從輔助繞組(15 )獲得近似相同的電壓。因此輔助繞組(15 )和微分電路(16)可以由兩個電源輸入級共享。代替為微分處理建立復雜的微分電路，圖5所示的簡單RC電路(18)便可以提供近似微分。由于CS信號的最大值由IV限制并且由于輔助繞組(15)的輸出電壓K 7/A7將遠大于IV， C13上的電壓將展示出在O-IV范圍內的幾乎固定斜率的特點。由于在功率晶體管關斷期間一次電流(4)將為0，所以祁*據第一7>式(Fl) CS信號應為零。這是經由圖5所示的二極管D14和D15組成的電路(17)來實現的。由于在功率晶體管關斷期間輔助繞組(15)的輸出電壓將為負，電容器C13將通過二極管(D14, D15)快逸故電并且在整個周期其容量保持在零伏附近。放置電阻器R37以限制二極管上的過電流以及防止輔助繞組在負周期期間過度充電；并且其阻值遠小于電阻器R36的阻值。在圖6中的電壓-時間坐標上示出了微分電路(16)的輸入信號(19)和輸出信號(20)，忽略在電源切換時刻發生的振蕩。
在圖4中示出了本發明對使用"反激"拓樸的膝上型計算^it配器的應用的電路圖。在適配器盒子中放置了額外的插座用于電M入。當在汽車中使用適配器時，應當利用一端l適配器上的插座而另一端l汽車點火器插座的電纜連接。當使用電網進行操作時，應當安裝一端插入適配器上的電網連接器而另 一端插入像其他適配器一樣的墻上插頭的連接電纜。總之，用戶不需攜帶額外的適配器以便沒有時間P艮制地在汽車中使用膝上型計算機；只要用于點火器插座連接的額外電纜就足夠了。這種應用的成本也比兩個單獨的適配器的總價^^更宜很多。
在權利要求部分確定本申請的保護范圍，并且該范圍決不限于僅通過示例所提供的以上描述。顯然本領域的技術人員還可以使用類似實施例提
類似目的其他領域。因此，這樣的實施例會明顯缺乏創新步驟的標準，尤其是不足以超出已知的現有技術。
權利要求
1.本發明是一種具有多個交流/直流輸入的開關式電源，每個不同的電源輸入(5，12)不需要單獨的開關式電源，以根據從交流電網(12)或電池(5)或不同種類和數量的電源輸入的選擇而選擇性地轉換成公共輸出電壓，其特征在于，所述開關式電源包括至少一個繞組(6)，其添加到在電源中使用的變壓器(T3)而不改變現有繞組；以及至少一個附加電源切換晶體管(Q5，Q6)，用于為每個電池(5)或不同種類和數量的輸入電源電壓切換所述繞組，并且將來自控制集成電路(IC1)的控制信號導向輸入電源切換晶體管(Q1，Q2，Q5，Q6)。
2. 根據權利要求1所述的具有多個交$力直流輸入的開關式電源，其特征在于，所述開關式電源包括至少一個信號切換電路，當經由附加輸入電壓提供電源時，所述至少一個信號切換電路將來自第一電源切換晶體管的控制信號重新定向到所述附加電源切換晶體管。
3. 根據權利要求1所述的具有多個交^/直流輸入的開關式電源，其特征在于，所述開關式電源包括反向緩沖電路(Al， A2)，其一端連接到開關(Sl)和(S2)，另一端連接到所述電源切換晶體管的門極引腳，并將信號反向及降低輸出阻抗。
4. 根據權利要求1所述的具有多個交$力直流輸入的開關式電源，其特征在于不間斷計算機電源(UCPS)，其當斷電時或者當電壓不在下限和上限之間時使電池(5)在線并且給計算機及其監視器供電，并且通過在計算機機箱中使用而不是使用常規計算機電源，所述不間斷計算機電源既用作計算機電源又用作不間斷電源(UPS)，而且所述不間斷計算機電源的電池和電路裝配在適合所述計算機機箱的電源室的金屬盒中，或者所述不間斷計算機電源的電池在所述計算麵^箱里面或外面從外部連接，并通過以受控方式使用輸出電壓之一來對其電池充電。
5. 根據權利要求4所述的具有多個交i^/直流輸入的開關式電源，其特4t^于電M入的附加繞組(6)具有比笫一輸入電壓(7)的繞組較少的匝數但是較粗的電線。
6. 根據權利要求1和4所述的具有多個交;力直流輸入的開關式電源，其特征在于，所述開關式電源包括至少一個控制電路(4)，當電網電力(12)被中斷或者電壓超出認為有危險的規定的上限和下限時，所述至少一個控制電路自動使所述電網電力(12)輸入無效，并且激活第二電源輸入亦即電池(5)輸入，而且保證以這種方式為計算機供電的輸出電壓(+12V， +15V, +3.3V, -5V， -12V)的連續性。
7. 根據權利要求1和6所述的具有多個交$力直流輸入的開關式電源，其特征在于，所述開關式電源包括以以下方式來保持第二電源繞組(6)的匝數為低，所述方式為即使在用于第一輸入電壓的比較器電路(4)所允許的最高限制的電壓處，所述第二電源繞組(6)的峰值輸出也不超過電池電壓。
8. 根據權利要求1和4所述的具有多個交;力直流輸入的開關式電源，其特征在于借助于當電池有效時對為第二輸入添加的附加繞組(6)進行供電，在所有其他的繞組處產生與匝數成比例的可選輸出電壓，并因此也在第一電源l的一次繞組(7)處產生可選電壓，并且在所述一次繞組處產生的電壓經由二極管(Dl)和(D2 )進行整流，經由電容器(C5 )和(C6)進行調節以及經由線圍(T3)進行濾波，換言之，電網輸入進入的電源級工作在相反方向，從而在不需^何附加電路的情況下通過開關(S3)和(S4)為監視器供電。
9. 根據權利要求l、 4和7所述的具有多個交^y直流輸入的開關式電源，其特征在于如果使用沒有陰極射線管(CRT)的監視器，則可以在不需要重新定向開關(S3)和(S4)的情況下，直接從二極管(D22)和(D24)的陰極以及二極管(D21)和(D23)的陽極提供監視器電源。
10. 根據前述權利要求任一項所述的具有多個交流/直流輸入的開關式電源，其特征在于，所述開關式電源包括至少一個控制單元，所述控制單元不斷地監視電池電壓，并且當電壓由于放電而下降到預定閾值電平以下時，通過將經由 一對電線并聯連接到計算機電源^&的輸出線(23)短路固定時間，并從而通過啟動操作系統的休眠功能，在將主存儲器中的全部數據保存到其M之后安全地關閉計算機。
11. 一種涉及在不使用反激拓樸的開關式電源中在不添加第二開關式電源電路的情況下添加電池(5)或不同種類和數量的輸入作為第二電源輸入的方法，其特征在于，通過作為推挽、全橋或半橋技術中任一技術連接用于切換繞組的電源切換晶體管(Q5, Q6)，并且通過將來自控制集成電路(IC1)的控制信號導入到輸入電源切換晶體管(Ql， Q2， Q5，Q6)，向用于每個輸入的公共電源變壓器(T3)添加適合于輸入電壓的單獨繞組(6 )。
12. 根據權利要求11所述的方法，其特征在于當期望由附加電壓供電時，將來自第一電源切換晶體管(Ql， Q2)的控制信號經由重新定向開關(Sl， S2)重新定向到附加電源切換晶體管(Q5， Q6)。
13. 根據權利要求11所述的方法，其特征在于，所述控制信號在不需^&何重新定向開關(Sl， S2)的情況下以以下方式并聯連接到晶體管(Ql， Q2， Q5， Q6):所有的電源輸入繞組(6, 7)將會一起工作并且處在相同的相位中，由所連接的繞組的匝數來分配輸入電壓(5， 12)的值的、輸入電壓最大的輸入電源級將會有效，而其他的輸入電壓級不消耗來自輸入電源的,功率。
14. 一種涉及在使用反激拓樸的開關式電源中在不添加第二開關式電源電路的情況下添加電池(5)或不同種類和數量的輸入作為第二電源輸入的方法，其特征在于向用于每個輸入的公共電源變壓器(T3)添加適合于輸入電壓的單獨繞組(6 )，根據反激拓樸將用于切換的電源切換晶體管(Q5)連接到所述繞組(6)，添加連接到所述電源切換晶體管(Q5)的源極引腳的隔離變壓器(T5)以產生控制集成電路(IC2)所需要的電流感應(CS)信號，以及將來自所述控制集成電路(IC2)的控制信號導入到輸入電源切換晶體管(Q1, Q5)。
15. 根據權利要求14所述的方法，其特征在于將來自所述控制集成電路(IC2)的控制信號經由至少一個重定向開關重新定向到所選擇的電源切換晶體管(Q1或Q5)。
16. 根據權利要求14所述的方法，其特征在于所述變壓器(T5)的一次側有較少繞組( 一個或兩個)但是電線粗，二次側由于是信號輸出而具有較多繞組但是電線細。
17. 根據權利要求14所述的方法，其特征在于，由至少一個驅動器變壓器(T4)以以下方式驅動所述功率晶體管(Q5):保留隔離，以<更在一次部分和二次部分之間拔:供所需要的電氣隔離，其中所述一次部分為帶 電部分，所述二次部分包括用戶可以l的部分。
18. —種涉及在使用反激拓樸的開關式電源中尤其在膝上型計算機 適配器中在不添加第二開關式電源電路的情況下添加電池或不同種類和 數量的輸入作為第二電源輸入的方法，其特征在于借助于電路(16)為 全部輸入共同獲得控制集成電路(IC2)所需要的電流感應信號(CS)， 所述電路(16)在從輔助繞組(15)獲取的電壓的正周期內進行微分并且 在負周期內使輸出為零，其中所述輔助繞組(15 )纏繞到主電源變壓器(T3 ) 并與輸出繞組相比處在相反的方向上。
19. 根據權利要求14和權利要求18所述的方法，其特征在于將電 網和電池電源的電源切換控制信號彼此并聯連接，并且兩個電源切換級一 起切換，但是只有接收到電源的電源^T效。
20. 根據權利要求18所述的方法，其特征在于在電池(5)連接到 電路從而使電源電路能夠開始工作的第一時刻，通過產生瞬時單脈沖到第 二功率晶體管(Q5)的門極輸入的簡單電路(21)，提供應當供給所述控 制集成電路(IC2)的電源(Vcc)。
21. 根據權利要求18所述的方法，其特征在于簡單的RC電路(18) 提供近似微分，而不是為微分處理建立復雜的微分電路。
22. 根據前述任一權利要求所述的具有多個交流/直流輸入的開關式 電源，其特征在于通過將電J^入連接器加上電網輸AJt在適配器盒子 上，兩電源輸AJ^上型計算機適配器在使用單個適配器的情況下，需要時 可通過將點火器電纜插入所述電池輸入連接器而從汽車電池工作，或者需 要時可通過將電網電纜插入到所述電網輸入而從電網工作。
全文摘要
本發明涉及一種開關式電源(SMPS-Switching Mode PowerSupply)，其通過使用共享電源變壓器(T3)來提供在交流電網輸入以及必要時具有電池和類似電源輸入的開關式電源電路中所產生的輸出電壓，所述共享電源變壓器(T3)具有適合于用于每個輸入電源的特定輸入電壓的單獨電源輸入繞組(7，6)以及根據所使用的拓撲連接到所述繞組的電源切換晶體管(Q1，Q2，Q5，Q6)，并且變壓器的其他剩余的控制、反饋、輸出整流和濾波電路以及其他繞組是單一的和共享的，而沒有使用除了電網輸入電源之外的第二獨立電源或調節器電路。通過添加小的干電池，這種概念適用于計算機電源以開發經濟的不間斷計算機電源(UCPS)，其可以安裝到計算機機箱中的電源室并且也可以為監視器供電。它還適用于膝上型計算機適配器，并且已經開發了既可以從汽車點火器插座工作也可以從具有單個適配器的電網工作的兩電源輸入膝上型計算機適配器。
文檔編號H02J9/06GK101663805SQ200880008436
公開日2010年3月3日 申請日期2008年2月15日 優先權日2007年2月15日
發明者謝爾金·厄曾奇 申請人:謝爾金·厄曾奇