控制器
阅读：891发布：2020-05-16
专利汇可以提供控制器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种 开关 模式电源(100)的 控制器 (606)，包括：第一 端子 (620)，用于接收控制器输入 电压 (Vcc)；第二端子，用于耦接到接地(654)；选择性可接合负载(656)；负载选择器(658)，配置为：在第一和第二端子之间接合选择性可接合负载，以便汲取选择性可接合负载 电流 (Iextra)；以及根据分开 阈值 与第一端子处的控制器输入电压或输入电流之间的比较，选择性地将所述可接合负载与第一和第二端子分开。，下面是控制器专利的具体信息内容。
1.一种开关模式电源SMPS的控制器，包括：
第一端子，用于接收控制器输入电压；
第二端子，用于耦接到接地；
选择性可接合负载；
负载选择器，配置为：
在第一和第二端子之间接合所述选择性可接合负载，以便汲取选择性可接合负载电流；以及
根据分开阈值与第一端子处的控制器输入电压或控制器输入电流之间的比较，选择性将所述可接合负载与第一和第二端子分开。
2.根据权利要求1所述的控制器，其中所述负载选择器配置为根据接合阈值与第一端子处的控制器输入电压或输入电流之间的比较，接合所述选择性可接合负载。
3.根据权利要求1所述的控制器，其中所述负载选择器配置为当激活控制器时接合所述选择性可接合负载。
4.根据任一前述权利要求所述的控制器，其中所述开关模式电源包括：开关，布置在SMPS的输入和输出之间，可操作在断开状态和接通状态之间；并且
所述开关模式电源或控制器包括：开关切换单元，配置为当通过第一端子处达到启动阈值的控制器输入电压或输入电流来启用开关切换单元时，在断开状态和接通状态之间切换开关，以便从SMPS的输入向输出传送能量。
5.根据权利要求4所述的控制器，其中所述开关模式电源被配置为当启用开关切换单元时，从SMPS的输入汲取操作电流，并且所述开关模式电源被配置为当禁用开关切换单元时，从SMPS的输入汲取启动电流，其中根据启动电流和操作电流之间的差值，设置所述选择性可接合负载电流。
6.根据权利要求5所述的控制器，其中根据所述操作电流设置所述分开阈值。
7.根据权利要求5或6所述的控制器，其中所述启动阈值与分开阈值相等。
8.根据权利要求5或6所述的控制器，其中所述控制器包括开关切换单元。
9.根据权利要求8所述的控制器，其中所述控制器设置在一体化外壳中。
10.根据权利要求8所述的控制器，其中所述开关切换单元配置为当启用开关切换单元时，提供用于设置开关的状态的控制信号，所述控制器还包括用于向开关模式电源的开关提供所述控制信号的开关控制端子。
11.根据权利要求8所述的控制器，包括：比较器单元，配置为当第一端子处的控制器输入电压或输入电流满足启动阈值时，启动开关切换单元。
12.根据权利要求5或6所述的控制器，包括：
供应电容器，具有第一极板和第二极板，第一极板与控制器的第一端子相连，第二极板与控制器的第二端子相连；以及
限流电阻器，耦接在控制器的第一端子和SMPS的输入之间。
13.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的控制器，其中所述负载选择器包括计算机程序。
14.一种开关模式电源SMPS，包括任一前述权利要求所述的控制器。
15.一种LED发光系统，包括权利要求1到13中的任一权利要求所述的控制器或权利要求14所述的开关模式电源。
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技术领域
背景技术
[0002] 开关模式电源(SMPS)通常被用于电源单元，以将诸如干线输入电压之类的源变换为所需输出电压。SPMS包括布置在开关模式电源的输入和输出之间的开关。开关通常由场效应晶体管提供并且可操作在断开状态和闭合状态之间。SMPS还包括开关切换单元，配置为在断开状态和闭合状态之间切换开关，以便从电源的输入向电源的输出传送能量。周期性地执行这种切换，通常以几十或几百千赫兹的频率来执行这种切换。发明内容
[0003] 根据本发明的第一方面，提供了一种开关模式(SMPS)的控制器，包括：
[0004] 第一端子，用于接收控制器输入电压；
[0005] 第二端子，用于耦接到接地；
[0006] 选择性可接合负载；
[0007] 负载选择器，配置为：
[0008] 在第一和第二端子之间接合选择性可接合负载，以便汲取选择性可接合负载电流；以及
[0009] 根据分开阈值与第一端子处的(i)控制器输入电压或(ii)控制器输入电流之间的比较，选择性将可接合负载与第一和第二端子分开。
[0010] 控制器可以在启动期间接合选择性可接合负载以便呈现增加的电流需求，并在操作期间分开选择性可接合负载以便减小电流需求。这样可以防止不期望的开关行为。针对启动(接合)和停止(分开)条件使用滞后使SMPS当供给电流启动时能够连续地进行操作，其中已知所述供给电流足以用于稳态操作。
[0011] 第一端子可以是Vcc端子。第二端子可以是接地端子。可以仅当第一端子处的控制器输入电压或输入电流满足启动阈值(可以是电流或电压)时，启用开关模式电源的开关切换单元。在开关模式电源的启动期间或当启动开关模式电源时，控制器可以通过接合选择性可接合负载，来增加第一端子处的电流需求，并且因此可以减小第一端子处的电压或来自第一端子的电流。因此，接合选择性可接合负载可以防止在不太理想的供应电流或电压下启用开关切换单元，如果启用开关切换单元，则所述不太理想的供应电流或电压可能引起电源的输出的震荡。当接合了选择性可接合负载时，一旦第一端子处的控制器输入电压或输入电流已增加到分开阈值，第一端子处的控制器输入电压或输入电流可能足以操作控制器而不在输出处发生振荡。那么，可以在分开阈值处分开选择性可接合负载。当第一端子处的电压或从第一端子提供的电流满足启动阈值时(这启用了电源的开关切换单元)，分开在第一端子上的附加耗用电流(current drain)。也就是说，启动阈值可以与分开阈值是相同的。在启用开关切换单元之后开关模式电源(或开关切换单元)的操作可以与现有技术的电源的操作相似。
[0012] 阈值与电压或电流之间的比较可以是电压阈值与开关模式电源的电压之间的比较或电流阈值与开关模式电源的电流之间的比较。负载选择器可以被配置为根据第一端子处的控制器输入电压或输入电流与接合阈值之间的比较，接合选择性可接合负载。负载选择器可以被配置为当激活控制器时接合选择性可接合负载。
[0013] 开关模式电源可以包括：开关，布置在开关模式电源SMPS的输入和输出之间。SMPS的输入可以包括干线输入端子。开关可以在断开状态和闭合状态之间操作。开关模式电源或控制器可以包括开关切换单元。开关切换单元可以配置为：当通过第一端子处满足启动阈值的控制器输入电压或输入电流来启用开关切换单元时，在断开状态和闭合状态之间切换开关，以便从SMPS的输入向SMPS的输出传送能量。
[0014] 当启用开关切换单元时，开关模式电源可以从SMPS的输入汲取寄生操作电流。开关模式电源可以被配置为当禁用开关切换单元时，从SMPS的输入汲取启动电流。可以根据启动电流和操作电流之间的差值，设置由选择性可接合负载汲取的电流量。
[0015] 可以根据操作电流，设置分开阈值。启动阈值可以与分开阈值相等或不同(例如，高于分开阈值)。
[0016] 控制器可以包括开关切换单元。控制器可以设置在诸如集成电路等一体化外壳(unitary housing)中。可以将开关切换单元配置为：当启用开关切换单元时，提供用于设置开关状态的控制信号。控制器还可以包括用于向开关模式电源的开关提供控制信号的开关控制端子。控制器可以包括比较器单元，配置为当第一端子处的控制器输入电压或输入电流满足启动阈值时，启动开关切换单元。
[0017] 所述开关模式电源可以包括：
[0018] 供应电容器，具有第一极板和第二极板，第一极板与控制器的第一端子相连，第二极板与控制器的第二端子相连；以及
[0020] 提供了一种计算机程序，当在计算机上运行时，所述计算机程序使计算机配置包括本文所公开的电路、控制器、切换模式电源或设备在内的任何装置或执行本文所公开的任何方法。负载选择器可以包括计算机程序。计算机程序可以是软件实现方案，并且可以将计算机程序看作是任何适合硬件，包括数字信号处理器、微控制器和在只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、或电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)中的实现方案，作为非限制性示例。所述软件可以是汇编程序。
[0021] 可以将计算机程序提供在计算机可读介质上，计算机可读介质可以是诸如磁盘或存储器设备的物理计算机可读介质，可以表现为瞬态信号。这种瞬态信号可以是网络下载，包括互联网下载。
[0022] 根据本发明的第二方面，提供了一种包括上述控制器的开关模式电源。可以提供一种包括本文所公开的任何控制器的开关模式电源。还可以提供一种包括本文所公开的任何控制器或开关模式电源的LED发光系统。附图说明
[0023] 现参考附图示例性地描述本发明的一个或多个实施例，附图中：
[0024] 图1示出了反激变换器；
[0025] 图2示出了在启动和操作期间，在图1的反激变换器中的信号；
[0026] 图3示出了与图1的反激变换器相似的反激变换器，其中变换器的变压器具有附加辅助绕组(additional auxiliary winding)；
[0027] 图4示出了在启动和操作期间，在图3的开关模式电源中的信号状态；
[0028] 图5示出了用于使用降压模式配置来向LED发光设备提供电力的开关模式电源；
[0029] 图6示出了控制器的示意表示，将控制器配置为当从电源的输出有足够的电流来维持电源在稳定状态下的操作时，启动开关切换单元；
[0030] 图7示出了与使用图6的控制器相关的信号；
[0031] 图8示出了可以提供结合图6和7讨论的控制器功能的控制器的实现方案；
[0032] 图9示出了与使用图8的控制器相关的信号；
[0033] 图10示出了与图6的控制器相似的控制器及其相关电路的示意表示；以及[0034] 图11示出了与图10的控制器相关的信号。
具体实施方式
[0035] 图1示出了反激开关模式电源(SMPS)100。SMPS100包括变压器102、电力开关104和控制器106。SMPS100被配置为接收在SMPS100的干线输入端子108处的AC干线电压。整流器112将该干线电压变换为SMPS100的整流干线电压100。将整流干线电压110提供在整流干线端子114和接地端子116之间。可以在整流干线端子114和接地端子116之间设置可切换导电路径(switchable conduction path)。可切换导电路径包括串联的变压器102的初级绕组、电力开关104的导电通道以及可切换导电路径电阻器118。
[0036] 在整流干线端子114和接地端子116之间在整流器112的输出两端设置平滑电容器122。限流电阻器124和供应电容器126被串联地设置在整流干线端子114和接地端子116之间。供应电容器126具有第一极板和第二极板。第二极板与接地端子116相连。限流电阻器连接在整流干线端子114和供应电容器126的第一极板之间。
[0037] 控制器106具有：地连接，耦接到接地端子116；电压感测连接，连接到在电力开关104和可切换导电路径电阻器118之间的结；开关控制端子，连接到电力开关104的栅极；以及Vcc端子120，用于从整流干线端子114接收控制器输入电压或输入电流。Vcc端子120还可以被称作控制器106的第一端子。接地端子还可以被称作控制器106的第二端子。Vcc端子
120与供应电容器126的第一极板相连，使得将供给电容器126两端的Vcc电压用作控制器
106的控制器输入电压。
120与供应电容器126的第一极板相连，使得将供给电容器126两端的Vcc电压用作控制器
106的控制器输入电压。
[0038] 控制器106包括开关切换单元(图1未示出)。开关切换单元被配置为当启用开关切换单元时通过控制器106的开关控制端子提供用于设置电力开关104状态的控制信号。当控制器106的Vcc端子120到达启动阈值Vstart时，启动开关切换单元。否则，开关切换单元是被禁用的或闲置的。可以通过控制器106来实现欠压闭锁电压(under-voltage-lock-out voltage)(停止阈值Vstop)，如果当启用开关切换单元时供应电压落入停止阈值Vstop以下，则停止对开关切换单元的操作。
[0039] 在变压器102的次级侧，将次级侧绕组设置为与输出整流器二极管128串联。变压器102的次级侧绕组与输出整流器二极管128的串联结构被设置为与输出平滑电容器130并联。在该示例中，输出平滑电容器130的第一端子被耦接到二极管128的阴极。输出平滑电容器130的第二极板被耦接到晶体管102的次级侧绕组和接地。将开关模式电源100的输出电压提供在输出平滑电容器130两端。
[0040] 当将AC干线电源与SMPS 100的干线输入端子108相连时，在整流干线端子114和接地116之间的整流干线电压110开始提升。只要Vcc(供应电容器126两端的电压)提升到控制单元106的启动电压之上，控制器106发起控制器106中的开关切换单元。控制器106在开关状态(当启动开关切换单元时)下比在非开关、空闲状态(当禁用开关切换单元时)下消耗更多供应电流。例如，可能需要附加的供应电流来驱动电力开关104，可以电力开关104由金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)提供。
[0041] 如果向控制器106的Vcc端子120提供的电流不足以用于稳态操作，则SMPS可以在操作期间关闭，这是由于当启用开关切换单元时不满足控制器的较高电流需求。也就是说，当供应电流仅足以将供应电容器126充电到启动电压电平(Vstart)时，它可能不足以在操作期间向SMPS供电。当控制器106汲取更多电流以便启动对电力开关104进行开关时，由于供给电容器126放电到控制器106，控制器106的Vcc端子120的电压降低。如果Vcc端子120处的电压降低到停止阈值(SMPS无法再正常工作的电压电平)，则禁用开关切换单元。一禁用开关切换单元，就减少了控制器106的电流需求，供应电容器126能够重新充电到启动电压电平，此时再次启用开关切换单元。这种开关行为导致了输出平滑电容器130两端输出电压的不期望振荡。此外，如果在操作模式期间通过限流电阻器124的电流下降(如降压配置的情况)，则也可以发生这种不期望的开关行为。
[0042] 图2示出了在启用开关切换单元时，当从整流干线电源提供不足的电流时图1的开关模式电源的行为。第一曲线示出了在图1的控制器的Vcc端子处的电压202随时间的变化。图2的第二曲线示出了控制器在Vcc端子处汲取的电流204随时间的变化。
[0043] 在第一时刻t1开启开关模式电源100，启动阶段开始。在启动阶段的开始，控制器汲取的电流204在开启控制器时快速提升，直到到达第一电流水平I1。然后，电流需求204在第一电流水平I1处变成恒定。在该时段期间，随着供给电容器从电源接收电流并在它的板之间累积电荷，控制器的Vcc端子处的电压202线性增加。
[0044] 一旦控制器Vcc端子处的电压202到达启动阈值Vstart，启用控制器中的开关切换单元。开关切换单元被配置为通过控制器的开关控制端子提供用于设置开关模式电源的电力开关状态的控制信号。对开关切换单元的启用发生在第二时刻t2。
[0045] 在t2，由控制器汲取的需求电流204增加到第二电流水平I2，这是由于控制器和开关模式电源的其它组件(诸如电力开关)在操作阶段需要更多电流。因此，在操作阶段，由于从供应电容器流出(drain)电流以便满足控制器的电流需求，供应电容器两端的电压减小。在该示例中，从干线电源和被充电的供应电容器可以提供的电流不足以操作控制器。当供应电容器两端的Vcc电压202降至停止阈值Vstop(在停止阈值之下，开关切换单元无法再进行操作)时，禁用开关切换单元。在图2的第三时刻t3，发生对开关切换单元的禁用。在第三时刻t3，第一端子处的电流需求从第二电流水平I2下降到第一电流水平I1，这是由于禁用了开关切换单元。减小的电流需求意味着来自整流干线端子的电流再次可以用于对供应电容器进行充电。因此，供应电容器两端的Vcc电压202再次增加，直到达到启动阈值Vstart。
[0046] 在第四时刻t4，当供应电容器两端的Vcc电压202再次达到Vstart阈值时，再次启用控制器的开关切换单元。可以将开关切换单元被禁用时在第三时刻t3和第四时刻t4之间的时间段称作重启阶段。在第四时刻t4和第五时刻t5之间存在与在第二时刻t2和第三时刻t3之间的操作阶段相似循环。除非从整流干线端子提供的电流增加，否则这个周期可以无限期地重复。重复启用和禁用开关切换单元的结果是在开关切换电源100的输出处的电压以不希望的方式进行振荡。这种振荡可以意味着SMPS100的输出在实际情况下是不能用的。此外，如果将SMPS100用于发光应用，则SMPS100输出的振荡可以在发光输出中引起不希望的并且可能危险的振荡/闪烁。这种振荡可能触发用户癫痫发作，因此在许多应用中是不可接受的。对于电源单元(诸如蜂窝电话充电器)中的应用，由于电话中的充电电子器件被振荡输出干扰，因此开关行为是不希望的。
[0047] 现返回到图1，为了增加向控制器106的Vcc端子120提供的电流，可以减小限流电阻器124的电阻。然而，问题就转移到了较低的干线输入电压。也就是说，仍存在导致输出发生不希望振荡的干线电流水平，如参考图2所述。也就是说，由于干线电压从零增加，仍存在只足以提供启动所需的电流而不足以提供保持变换器操作的电流的特定电压。
[0048] 在另一示例中，可以通过至控制器IC专用管脚的外部电阻型分压器来测量整流干线电压。然而，这种解决方案可以增加外部组件的数目，并且还可能需要控制器IC上的附加管脚。对于成本非常低的应用，重要的是保持IC管脚数目尽可能少。管脚数目较少的封装通常较便宜，并且还在印刷电路板上占据较少空间。
[0049] 参考图3到5讨论了用于解决向控制器提供电流不足的问题的多种可能选项。
[0050] 可能改善控制器性能的一种方式是：当启用开关切换单元时，提供附加电流来对供应电容器进行充电。
[0051] 图3示出了与图1的开关模式电源相似的开关模式电源(SMPS)300。已参考图1描述的组件在此将不再赘述，并用300系列的对应附图标记来描述。在图3中，变压器302具有附加辅助绕组330。当启用开关切换单元时，附加辅助绕组330向控制器306提供附加电流源。
[0052] 变压器302的附加辅助绕组330的第一端子与接地316相连。附加辅助绕组330的第二端子通过整流二极管332与控制器306的Vcc端子320相连，使得当启用在控制器306中的开关切换单元，并且允许电流通过变压器302的初级绕组时，通过附加辅助绕组330将附加电力提供给控制器306的Vcc端子320。因此，在操作期间，供应电容器326接收附加电流源，从而在启动电源之后，可以在启用开关切换单元的同时将供给电容器326两端的电势保持在足够高的电平。
[0053] 图3绘制的解决方案的可能缺点在于需要附加绕组和整流器二极管，这样增加电路占据的电路板面积及其成本。
[0054] 图4示出了图3的开关模式电源在操作期间的信号状态。图4中的第一曲线表示在控制器的Vcc端子处的电压402。第二曲线表示控制器在Vcc端子处汲取的电流404。第一和第二曲线与图2所示的信号是相同类型。此外，图4还示出了开关模式电源的对应输出电压406，作为第三曲线。
[0055] 在第一时刻t1，开启开关模式电源，开始控制器的启动阶段。在启动阶段的开始，控制器汲取的电流402快速提升至第一电流水平I1。第一电流水平I1涉及在禁用开关切换单元的期间控制器所需的电流。在启动阶段期间，由于来自干线电源的电流可以用于对供应电容器进行充电，Vcc电压402线性地增加。
[0056] 在第二个第一时刻t2，Vcc电压402增加到启动阈值Vstart。一旦Vcc电压402到达启动阈值Vstart，就启用控制器的开关切换单元。如参考图2所述，当启用开关切换单元时，由控制器汲取的电流从第一电流水平I1增加到第二电流水平I2。在该示例中，控制器汲取的增加的电流引起Vcc电压402降低。然而，一旦启用开关切换单元，附加电流源从附加副干线绕组在控制器Vcc的端子处可用。这防止控制器的Vcc端子处的Vcc电压402降至停止阈值Vstop之下。这样，控制器继续在稳定状态下操作开关切换单元，由控制器汲取的电流404可以保持在第二电流水平I2处。
[0057] 在启动阶段期间，在第一时刻t1和第二时刻t2之间，开关模式电源的输出电压406是零，这是由于禁用开关切换单元，没有能量从干线输入端子传送到SMPS的输出。一旦在第二时刻t2启用开关切换单元，在第二时刻t2和第三时刻t3之间输出电压406增加。在第三时刻t3，已达到了SMPS的所需操作输出电压。在第三时刻t3之后，SMPS保持恒定的输出电压。
[0058] 图5示出了用于使用降压模式配置提供LED发光的开关模式电源(SMPS)500。已参考图1描述的组件在此将不再赘述，并且用500系列的对应附图标记来描述。
[0059] 开关模式电源(SMPS)500包括电感器502，而不是反激变换器中的变压器。电力开关504连接在整流干线端子514和降压回路之间。降压回路包括具有第一端子和第二端子的降压回路电阻器518。降压回路电阻器518的第一端子连接到电力开关504。降压回路电阻器518的第二端子连接到接地端子516。电感器502与LED串550和降压二极管528串联在降压回路电阻器518的第一和第二端子之间。
[0060] LED串550与输出平滑电容器530并联，表示SMPS500的负载。输出平滑电容器530的第一极板被耦接到LED550的阳极。输出平滑电容器530的第二极板被耦接到LED550的阴极。将SMPS500的输出电压提供在输出平滑电容器530两端。
[0061] 还提供电流反馈模块552。电流反馈模块552包括串联的二极管和电阻器。电流反馈模块552将输出平滑电容器530的第一极板与供应电容器526的第一极板(因此，控制器506的Vcc端子520)相连。
[0062] 当启动SMPS500时，通过限流电阻器524利用整流干线电压510对供应电容器526进行充电。在启动期间通过限流电阻器524的充电电流I(R1)为I(R1)＝(Vmains-Vcc-Vled)/R1，其中Vmains是在输入平滑电容器522两端的电压，Vcc是控制器输入电压(在供给电容器526两端的电压)，Vled是在LED串550两端的电压。
[0063] 如果在启动期间Vled初始为零，则充电电流I(R1)大于当变换器操作时且Vled大于零的充电电流。因此，只要LED电压Vled在操作期间(在启动之后)提升，通过限流电阻器524的充电电流I(R1)就下降。如果电流不足以对控制器506进行供电，则这种电流下降引起控制器输入电压Vcc在启动之后下降，并且可能同样引起不期望的开关操作。
[0064] 提供电流反馈模块552以防止这种开关操作。只要LED电压Vled开始提升，就通过电流反馈模块552向控制器506的Vcc端子520供应电流。添加电流反馈模块552增加了总(total)应用的成本，还增加了实现SMPS500所需的电路板面积。在诸如LED改型(retrofit)灯之类的一些应用中，组件可用面积可以是非常有限的。
[0065] 在上述示例的每个示例中，如果在电源的启动期间，来自供应电阻器的在供应电容器的第一极板处可用的剩余电流(未被控制器汲取的电流)小于操作期间(当禁用开关切换单元时)控制器的电流需求，则当启用开关切换单元时，SMPS将继续在稳定状态下操作。所以通常需要测试量(Vmains-Vcc)/R1-I(U1start-up)小于(Vmains-Vcc-Vled)/R1-I(U1operate)，[0066] 其中Istart-up是在启动期间由控制器汲取的电流，Ioperate是在操作期间由控制器汲取的电流。
[0067] 下文参考图6到11所述的控制器通过有利地仅在从整流干线输入可提供足够电流来保持稳定状态操作期间SMPS的操作时，启用开关切换单元，解决了不期望的输出振荡的问题。这种控制器可以不需要大量附加组件，也可以不需要在控制器集成电路上的附加管脚/端子，也可用不需要使用来自SMPS的输出的电力。
[0068] 图6示出了开关模式电源(诸如参考图1、3和5所述的开关模式电源)的控制器606。控制器具有Vcc端子和接地端子。控制器606的Vcc端子是第一端子620的示例，用于接收从整流干线电源得到的控制器输入电压Vcc。接地端子是第二端子654的示例，用于将开关模式电源连接到接地。
[0069] 选择性可接合负载656连接在第一端子620和第二端子654之间。在该示例中，选择性可接合负载656包括串联的开关664(诸如晶体管开关)和电阻器666。备选地，选择性可接合负载656可以实现为可控电流源或可以被控制以便选择性地从第一端子620汲取电流的任何其它组件。可以容易地在集成电路中实现可控电流源，在一些实施例中，可控电流源可以是已经可用的，因此不需要任何其它组件。
[0070] 还可以将负载选择器658连接到第一端子620和第二端子654。负载选择器658被配置为在第一和第二端子620、654之间接合选择性可接合负载656，以便汲取选择性可接合负载电流或附加耗用电流Iextra。在一个示例中，负载选择器658可以响应于在第一和第二端子620、654两端连接Vcc电压，接合选择性可接合负载656。可以通过对第一端子620处接收到的Vcc电压电平和接合阈值之间的比较，来触发接合。备选地，可以在激活控制器606时进行接合。当向第一端子620提供足以操作负载选择器658的电压电平时，可以认为要激活控制器606。
[0071] 然后，负载选择器658被配置为根据对第一端子620处接收到的Vcc电压电平与分开阈值之间的比较，选择性地将可接合负载656与第一和第二端子620、654分开。
[0072] 开关切换单元662(诸如参考图1所述的)可选地被设置在控制器606中。在其它示例中，开关切换单元662可以在控制器606外部。当第一端子620处的控制器输入电压Vcc到达启动阈值Vstart(相对第二端子654)时，启用开关切换单元662。一旦启用开关切换单元662时，开关切换单元662提供在断开状态和闭合状态之间切换SMPS的电力开关的开关控制信号，以便从干线输入端子向开关模式电源的输出传送能量。当启用开关切换单元662时，开关切换单元662从第一端子620汲取寄生操作电流。
[0073] 通过接合选择性可接合负载656，控制器606可以增加由控制器606的第一端子620汲取的电流，因此减小用于对还与控制器606的第一端子620相连的供应电容器进行充电的电流量，从而减慢了对供应电容器的充电。当接合了选择性可接合负载656时，一旦第一端子620处接收到的电压电平增加到分开阈值，可以认为第一端子620处接收到的电压电平足以操作开关模式电源，而不会引起在SMPS的输出处发生振荡。然后，可以在分开阈值Vdisengage下分开选择性可接合负载656。当第一端子620处的电压或向第一端子620供应的电流满足启动阈值Vstart(这启动了开关切换单元662)时，可以去除附加耗用电流Iextra。也就是说，启动阈值Vstart可以与分开阈值Vdisengage相同。在启用开关切换单元之后对开关模式电源的操作(或开关切换单元)可以与对现有技术的电源的操作相同。
[0074] 接合并随后分开选择性可接合负载656可以防止在不理想的供应电流或电压下启用开关切换单元，如果启用开关切换单元662，则所述不理想的供应电流或电压会引起电源的输出发生振荡。
[0075] 可选地在第一和第二端子620、654之间以反向偏置配置提供Zener二极管660，以便确保不超过在第一和第二端子620、654之间的最大电压。
[0076] 在该示例中，负载选择器658和开关切换单元662被设置在控制器606的一体化外壳中。将负载选择器658和开关切换单元662设置在同一外壳中允许减小在采用控制器606的SMPS中离散组件连接的数目。还可以减小占据的电路板面积。备选地，可以分立地设置负载选择器658和开关切换单元662。
[0077] 图7示出了图6的控制器606的行为，示出如何使输入电流足以支持开关切换单元的稳态操作。第一曲线示出了在控制器的Vcc端子下的控制器输入电压702随时间的变化。第二曲线示出了由选择性可接合负载汲取的电流704随时间的变化。第三曲线示出了由控制器汲取的电流706随时间的变化。
[0078] 在第一时刻t1开启SMPS，启动阶段开始。在启动阶段的开始，由控制器汲取的电流706快速增加。控制器汲取的电流704在开启控制器时快速提升，直到到达第一电流水平I1。
然后，由控制器汲取的电流704变成在第一电流水平I1处恒定。在该时段期间，随着开关模式电源的供给电容器从电源接收电流并在其极板之间累积电荷，控制器的Vcc端子处的电压702线性增加。
然后，由控制器汲取的电流704变成在第一电流水平I1处恒定。在该时段期间，随着开关模式电源的供给电容器从电源接收电流并在其极板之间累积电荷，控制器的Vcc端子处的电压702线性增加。
[0079] 一旦控制器的Vcc端子处的电压702到达接合阈值Vengage705，在第二时刻t2，接合选择性可接合负载。
[0080] 当接合选择性可接合负载时，在控制器的第一和第二端子之间提供选择性可接合负载电流或附加耗用电流Iextra。附加耗用电流Iextra被示出在通过可接合负载器件的电流704中，并且导致控制器从第一端子汲取了更多的电流I1+Iextra。也就是说，增加了在启动期间由控制器汲取的供应电流706。
[0081] 可以根据启动电流(I1)和操作电流(I2)之间的差值，设置由选择性可接合负载电流。选择性可接合负载电流可以被设置为大于或等于在操作期间由控制器(或作为整体的开关模式电源)汲取的操作电流(I2)减去所汲取的启动电流(I1)。
[0082] 由控制器汲取的电流706增加意味着从整流干线输入提供更少的电流以对供应电容器进行充电，所以当接合选择性可接合负载时，控制器的Vcc端子处的电压702更缓慢地增加。
[0083] 在一些示例中，可以在Vcc端子处的电压702开始提升时立即接合选择性可接合负载。例如，接合阈值Vengage应该是0V。然而，针对接合阈值Vengage选择该选项将延长启动时间，这是由于更少的电流可用于在更长的启动时间段内对供应电容器进行充电。因此，刚好在电压702到达启动阈值Vstart之前接合选择性可接合负载减小了控制器Vcc端子处的电压702缓慢增加的时间段。换言之，具有非零的接合阈值Vengage可以是有利的。
[0084] 当控制器Vcc端子处的电压702到达启动阈值Vstart时，以上述相同方式启动控制器中的开关切换单元。在第三时刻t3，发生对开关切换单元的启用。
[0085] 当控制器Vcc端子处的电压702到达分开阈值Vdisengage时，分开选择性可接合的负载。在该示例中，分开阈值Vdisengage与开关切换单元的启动阈值Vstart相同，所以分开发生在第三时刻t3。
[0086] 通常，根据操作电路设置分开阈值。例如，分开阈值可以与供应的电流相对应，该电流大于或等于控制器的操作电流需求(控制器所需的操作电流)。
[0087] 在分开之后，由控制器汲取的电流706降至操作电流水平或第二电流水平I2。由于在启动(接合了选择性可接合负载)期间需要的电流高于在开关切换单元的操作期间控制器所需要的电流，电流需求下降。
[0088] 图8示出了控制器806的实现方案，控制器806可以提供结合图6和7所讨论的控制器功能。
[0089] 控制器包括第一端子820和第二端子854，负载选择器858和选择性可接合负载856并联在第一端子820和第二端子854之间。将选择性可接合负载856实现为电流源。
[0090] 负载选择器858包括第一比较器COMP1、第二比较器COMP2、第三比较器COMP3、AND逻辑门AND1以及SR型触发器FF1。第一比较器COMP1具有与第一端子820相连的非反相输入和配置为接收接合阈值Vengage的反向输入。第二比较器COMP2具有与第一端子820相连的反向输入和配置为接收停止阈值Vstop的非反向输入。第三比较器COMP3具有与第一端子820相连的非反相输入和配置为接收启动阈值Vstart的反向输入，在该示例中，启动阈值Vstart与分开阈值Vdisengage相同。SR型触发器FF1具有与第二比较器COMP2的输出相连的设置输入S，以及与第三比较器COMP3的输出相连的重置输入R。将ST型触发器FF1的输出Q提供给AND逻辑门AND1的第一输入。将第一比较器COMP1的输出提供给AND逻辑门AND1的第二输入。AND逻辑门AND1的输出配置为针对选择性可接合负载856提供控制信号。
[0091] 图9示出了图8的控制器的行为，示出如何控制输入电流使得输入电流足以支持开关模式电源的稳态操作。第一曲线示出了控制器的Vcc端子处的控制器输入电压902随时间的变化，并且与参考图7所述的曲线相同。提供了附加曲线，附加曲线示出了在第一比较器(COMP1)904、第二比较器(COMP2)、第三比较器(COMP3)908、SR型触发器(FF1)910和AND逻辑门(AND1)912的输出处的信号的逻辑状态。
[0092] 在第一时刻t1开启开关模式电源，启动阶段开始。在启动时，控制器输入电压902是0V，所以第一比较器(COMP1)904和第三比较器(COMP3)908的输出是低逻辑电平，第二比较器(COMP2)906的输出为高逻辑电平。因此，第二比较器(COMP2)906将SR型触发器FF1的输出Q设置为高，AND逻辑门(AND1)912的输出为低。
[0093] 在第二时刻t2，控制器输入电压902增加到停止阈值Vstop，所以第二比较器(COMP2)906转变成低逻辑电平。第一比较器(COMP1)904和第三比较器(COMP3)908的输出保持为低。
SR型触发器FF1的输出Q和AND逻辑门(AND1)912的输出不受影响。
SR型触发器FF1的输出Q和AND逻辑门(AND1)912的输出不受影响。
[0094] 在时刻t3，控制器输入电压902增加到接合阈值Vengage，第一比较器(COMP1)904转变为高逻辑电平。因此，AND逻辑门(AND1)的输出912为高，这是由于AND逻辑门(AND1)的第一和第二输入都为高。因此，接合选择性可接合负载。
[0095] 在第四时刻t4，控制器输入电压902增加到分开阈值Vdisengage(在该示例中，与启动阈值Vstart相同)。第三比较器(COMP3)908变换为高逻辑电平，所以SR型触发器FF1被重置。SR型触发器FF1的输出(Q)912转变成低逻辑电平，所以使AND逻辑门(AND1)的输出912也变为低。因此，分开选择性可接合负载。在控制器输入电压902下降至停止阈值Vstop以下之后，可以仅在再次设置SR型触发器FF1之后，才可以再次接合选择性可接合负载。
[0096] 图10示出了与图6的控制器相似的控制器1006和相关电路的示意表示。
[0097] 在控制器1006中，选择性可接合负载1056、负载选择器1058和反向偏置的Zener二极管1060并联在控制器的Vcc端子1020和控制器1006的接地端子1054之间。在该示例中，将开关切换单元与负载选择器1058一起提供。结合图6讨论了这些组件的操作。在该示例中，选择性可接合负载1056是电流源。
[0098] 将限流电阻器1024和供应电容器1026设置在SMPS的整流干线端子1014和接地端子1016之间。供应电容器1026具有第一极板和第二极板。第二极板与SMPS的接地端子1016相连。限流电阻器1024连接在SMPS的整流干线端子1014和供应电容器1026的第一极板之间。供应电容器1026的第一极板与控制器1006的Vcc端子1020相连。
[0099] 各种电流和电压与图10中的组件相关。下文参考图11的信号，列出了并讨论了这些电流和电压。
[0100] I(1)-通过组合的开关切换单元和负载选择器1058的电流；
[0101] I(2)-通过选择性可接合负载1056的电流；
[0102] I(3)-通过反向偏置的Zener二极管1060的电流；
[0103] I(R1)-通过限流电阻器1024的电流；
[0104] I(C1)-由供应电容器1026汲取的电流；
[0105] Vcc-控制器输入电压(供应电容器1026两端的电压；控制器的Vcc端子1020相对控制器的接地端子的电压)；以及
[0106] Vmains-SMPS的整流干线端子1014和接地端子1016之间的整流干线电压。
[0107] 图11示出了与图10的控制器相关的信号，所述控制器控制输入电流使其足以支持控制器中开关切换单元的稳态操作。图11所示的信号包括Vcc、I(2)、I(R1)、Vmains、I(1)和(3)。下文讨论了在控制器1006的启动和操作期间的多个重要时刻的信号状态。
[0108] 由于电流守恒(conservation)，图11所示电路始终是I(R1)＝I(C2)+I(1)+I(2)+I(3)。
[0109] 在时刻t1，在启动控制器时，输入电压Vcc＝0V。
[0110] I(1)＞0，这是由于组合的开关切换单元和负载选择器在启动期
[0111] 间汲取电流。
[0112] I(2)＝0
[0113] I(3)＝0
[0114] I(R1)＝I(C2)+I(1)
[0115] 所以I(C2)＝I(R1)-I(1)
[0116] 如果I(R1)＞I(1)，则对C2充电，控制器输入电压Vcc线性增加，如图11所示。
[0117] 在第二时刻t2，控制器输入电压Vcc满足控制器的停止阈值Vstop(在该阶段，由于控制器的操作尚未开始，所以对控制器操作没有影响)。
[0118] 应认识到，由选择性可接合负载汲取的选择性可接合负载电流I(2)具有最大或目标值I(2)target，该值也被称作选择性负载电流Iextra。如果整流干线端子无法传送目标电流I(2)target(由于没有足够的电流可用)，则选择性可接合负载汲取的实际电流将小于目标电流I(2)target。
[0119] 在第三时刻t3，控制器输入电压Vcc满足控制器的接合阈值Vengage。
[0120] I(3)＝0
[0121] I(R1)＝I(C2)+I(1)+I(2)
[0122] 所以I(C2)＝I(R1)-I(1)-I(2)
[0123] 如果I(R1)＜I(1)+I(2)targe，则不存在提供给供应电容器的剩余电流，所以不对供应电容器进行充电。I(2)低于目标值。由于整流干线电压Vmains过低，控制器不启动开关切换单元。
[0124] 在第三时刻t3和第四时刻t4之间，电流I(R1)不足以提供选择性可接合负载电流I(2)的目标值I(2)target。
[0125] 在第四时刻t4，干线电源整流干线电压Vmains增加。
[0126] 在第五时刻t5，干线电源整流干线电压Vmains现在对于I(R1)足够大以便提供I(1)和I(2)target。因此，选择性可接合负载汲取选择性可接合负载电流的目标值I(2)target。
[0127] 在第五时刻t5，I(R1)现大于I(1)和I(2)target，所以提供剩余电流I(C2)以对供应电容器充电。整流干线电压Vmains继续增加。随着供应电容器上的电荷由于供应剩余电流I(C2)而增加，控制器输入电压Vcc也增加。
[0128] 在第六时刻t6，控制器输入电压Vcc到达分开阈值Vdisengage和启动阈值Vstart。由于达到启动阈值Vstart，启用开关切换控制器，所以控制器的电流消耗I(1)增加。由于达到了分开阈值Vdisengage，分开选择性可接合负载电流I(2)。由于断开了选择性可接合负载电流I(2)，还可以对供应电容器进行充电，所以控制器输入电压Vcc继续增加。在第六时刻t6，I(C2)＝I(R1)-I(1)。
[0129] 在第七时刻t7，控制器输入电压Vcc到达Zener二极管的钳位电压，I(3)增加。出于安全原因，提供Zener二极管1060以限制Vcc电压。
[0130] SMPS现在操作在稳定状态下，输出电力将由SMPS提供，直到整流干线电压Vmain下降到停止阈值Vstop前面。
[0131] 应认识到，本文描述为耦接或连接的任何组件可以是直接或间接地耦接或连接的。也就是说，一个或多个组件可以位于耦接或连接的两个组件之间，而同时使得仍然能够实现所需的功能。
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