RU2810265C2 - Ultra-low power source control circuit - Google Patents
Ultra-low power source control circuit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2810265C2 RU2810265C2 RU2021124706A RU2021124706A RU2810265C2 RU 2810265 C2 RU2810265 C2 RU 2810265C2 RU 2021124706 A RU2021124706 A RU 2021124706A RU 2021124706 A RU2021124706 A RU 2021124706A RU 2810265 C2 RU2810265 C2 RU 2810265C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- power
- circuit
- transistor
- control circuit
- power supply
- Prior art date
Links
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000004804 winding Methods 0.000 abstract description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 12
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000035764 nutrition Effects 0.000 description 1
- 235000016709 nutrition Nutrition 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Схема управления со сверхнизкой мощностью потребления предназначена для создания маломощных AC-DC источников питания без вспомогательной обмотки на силовом трансформаторе. Ежегодные решения комиссии по энергосбережению Европейского парламента и Совета ужесточают требования по энергопотреблению из электросетей и регламентируют: качество потребляемой энергии, эффективность в диапазоне рабочих нагрузок от 10% до 100%, а также потребление на холостом ходу [1]. The ultra-low power consumption control circuit is designed to create low-power AC-DC power supplies without an auxiliary winding on the power transformer. The annual decisions of the Energy Conservation Commission of the European Parliament and the Council tighten the requirements for energy consumption from electrical networks and regulate: the quality of energy consumed, efficiency in the operating load range from 10% to 100%, as well as idle consumption [1].
Известно устройство, описанное в патенте [2] в котором, в трансформаторе 510 (фиг 5) имеется дополнительная обмотка 513, а также диод D7 и конденсатор С4, которые позволяют питать устройство управление от пониженного напряжения чем и достигается снижение потерь в схеме управления, при этом пусковой резистор R3 не отключается. В данной схеме есть два недостатка: необходимость использования дополнительной обмотки и выпрямительных элементов, и что пусковой резистор не отключается и его номинальное значение является компромиссом между временем включения источника питания (желательно иметь малое сопротивление) и постоянной мощностью рассеивания в рабочем режиме (желательно иметь большое сопротивление). A device is known, described in the patent [2] in which, in the transformer 510 (Fig. 5) there is an additional winding 513, as well as a diode D7 and a capacitor C4, which allow the control device to be powered from a reduced voltage, which achieves a reduction in losses in the control circuit, with In this case, the starting resistor R3 is not turned off. This circuit has two disadvantages: the need to use additional winding and rectifier elements, and that the starting resistor is not turned off and its nominal value is a compromise between the turn-on time of the power supply (it is desirable to have a low resistance) and the constant power dissipation in operating mode (it is desirable to have a high resistance ).
Известно также устройство, описанное в патенте [3], в котором несмотря на иное схемотехническое решение сохранились недостатки выше приведенного устройства. The device described in the patent [3] is also known, in which, despite a different circuit design, the disadvantages of the above device are preserved.
Известно также устройство, описанное в патенте [4], в котором также применена дополнительная обмотка, но при этом в схему введен ключ, позволяющий отключать пусковые цепи и тем самым снижать мощность потерь в цепях управления. Известны изделия с такой схемой управления рассеивающие менее 15 мВт [5].The device described in the patent [4] is also known, in which an additional winding is also used, but a switch is introduced into the circuit that allows you to turn off the starting circuits and thereby reduce the power losses in the control circuits. There are known products with such a control circuit that dissipate less than 15 mW [5].
Известны изделия с такой схемой управления [6]. Как правило они позволяют работать в двух режимах как это описано в патентах [7] и [8].Products with such a control circuit are known [6]. As a rule, they allow operation in two modes as described in patents [7] and [8].
Наиболее близким по техническому решению является патент [7], выданный Всемирной организацией интеллектуальной собственности и его российский аналог [8], содержащий 4 независимых и 19 зависимых пунктов и 5 иллюстраций в котором в пунктах 8 и 21 защищены схемы с управления питанием от дополнительной обмотки и возможность работы без нее. Работа схемы приведена в описании, из которого ясно, что при отсутствии дополнительной обмотки питание устройства управления осуществляется через пусковой ключ S2. Недостатком такой схемы является то, что весь ток управления проходит через пусковой ключ и мощность потерь на нем составляетThe closest technical solution is the patent [7], issued by the World Intellectual Property Organization and its Russian analogue [8], containing 4 independent and 19 dependent claims and 5 illustrations in which, in
где Pd мощность потерь, Р0 - мощность в схеме управления, Vin - входное напряжение питания, Vсс - напряжение питания схемы управления и в реальных схемах мощность потерь в 50-100 превышает мощность в цепях управления, что допустимо только в маломощных источниках питания.where P d power losses, P 0 - power in the control circuit, V in - input supply voltage, V сс - supply voltage of the control circuit and in real circuits the power losses are 50-100 times higher than the power in the control circuits, which is only permissible in low-power sources nutrition.
Технический результат предполагаемого изобретения заключается в уменьшении потерь в схеме управления источника питания.The technical result of the proposed invention is to reduce losses in the control circuit of the power source.
Технический результат достигается тем, что в схему введен повышающий преобразователь напряжения, преобразующий рабочее питание схемы в повышенное напряжение, а питание драйвера выходного транзистора подключено к рабочему питанию схемы и повышенному напряжению через мультиплексор, управляемый компаратором, который контролирует рабочее питание схемы и управляет внутренним транзистором, который включен между истоком силового транзистора и общим проводом, к общей точке транзисторов присоединен анод диода, катод которого присоединен к шине рабочего питания схемы.The technical result is achieved by the fact that a step-up voltage converter is introduced into the circuit, converting the operating power of the circuit into an increased voltage, and the power supply of the output transistor driver is connected to the operating power of the circuit and the increased voltage through a multiplexer controlled by a comparator, which controls the operating power of the circuit and controls the internal transistor, which is connected between the source of the power transistor and the common wire, the anode of the diode is connected to the common point of the transistors, the cathode of which is connected to the operating power bus of the circuit.
Реализация схемы управления AC-DC источником питания со сверхнизкой мощностью потребления содержащий, узел питания схемы с узлом начального запуска, обеспечивающий рабочее питание схемы, источник опорного напряжения, контроллер, реализующий тот или иной алгоритм управления источником питания, приемник сигнала обратной связи, драйвер выходного транзистора к которому присоединяется внешний выходной силовой транзистор, а также повышающий преобразователь напряжения, преобразующий рабочее питание схемы в повышенное напряжение, питание драйвера выходного транзистора подключено к рабочему питанию схемы и повышенному напряжению через мультиплексор, управляемый компаратором, который контролирует рабочее питание схемы и управляет внутренним транзистором, который включен между истоком внешнего выходного силового транзистора и общим проводом, к общей точке транзисторов присоединен анод диода, катод которого присоединен к шине рабочего питания схемы, позволяет исключить из схемы дополнительную обмотку силового трансформатора и систему питания схемы управления связанной с ней, что существенно упрощает и удешевляет схему источника питания.Implementation of a control circuit for an AC-DC power supply with ultra-low power consumption containing a circuit power unit with an initial start-up unit that provides operating power to the circuit, a reference voltage source, a controller that implements a particular power supply control algorithm, a feedback signal receiver, and an output transistor driver to which an external output power transistor is connected, as well as a step-up voltage converter that converts the operating power of the circuit into an increased voltage, the output transistor driver power is connected to the operating power of the circuit and the increased voltage through a multiplexer controlled by a comparator, which controls the operating power of the circuit and controls the internal transistor, which is connected between the source of the external output power transistor and the common wire, the anode of the diode is connected to the common point of the transistors, the cathode of which is connected to the operating power bus of the circuit, allows you to exclude from the circuit the additional winding of the power transformer and the power supply system of the control circuit associated with it, which significantly simplifies and reduces the cost of the power supply circuit.
Пример реализации схемы источника питания показан на фигуре 1. Схема содержит: схему управления выполненная по данному изобретению (1) с двумя конденсаторами фильтров С1 и С2, узел обратной связи с гальванической развязкой (2), силовой трансформатор TR1, внешний высоковольтный транзистор VT1 и выходной выпрямитель с фильтром VD1 и С4.An example of the implementation of a power supply circuit is shown in Figure 1. The circuit contains: a control circuit made according to this invention (1) with two filter capacitors C1 and C2, a feedback unit with galvanic isolation (2), a power transformer TR1, an external high-voltage transistor VT1 and an output rectifier with filter VD1 and C4.
Схема принципиально должна быть одним из вариантов обратноходового преобразователя, а котором в первом такте, при открытом транзисторе VT1, в трансформаторе накапливается энергияThe circuit should fundamentally be one of the variants of a flyback converter, and in which in the first cycle, with transistor VT1 open, energy is accumulated in the transformer
где =Lt и It индуктивность и ток трансформатора соответственно, а во втором такте энергия передается в конденсатор фильтра С4 и далее в нагрузку.where =Lt and It are the inductance and current of the transformer, respectively, and in the second cycle the energy is transferred to the filter capacitor C4 and then to the load.
На фигуре 2 приведена структурная схема устройства управления. Схема содержит: (1) - микросхема устройства управления, в которую входят - пусковой блок (5), схема контроля напряжения питания (14), внешний накопительный конденсатор (16), источник опорного напряжения (13), узел обратной связи FB (17), контроллер источника питания (7), компаратор (12), внутренний транзистор (11), внутренний диод (10), драйвер внешнего выходного силового транзистора (8), повышающий преобразователь напряжения (4) и мультиплексор (6), к микросхеме присоединены внешние конденсаторы (15) и (16) и внешний выходной силовой транзистор (9).Figure 2 shows a block diagram of the control device. The circuit contains: (1) - a control device microcircuit, which includes - a starting unit (5), a supply voltage control circuit (14), an external storage capacitor (16), a reference voltage source (13), an FB feedback unit (17) , power supply controller (7), comparator (12), internal transistor (11), internal diode (10), external output power transistor driver (8), boost voltage converter (4) and multiplexer (6), external capacitors (15) and (16) and an external output power transistor (9).
Схема работает следующим образом:The scheme works as follows:
Старт схемы: при включении входное напряжение Vin поступает на пусковой блок StUp (5) и начинает заряжаться внешний конденсатор С1 питания схемы управления Vcc1. При достижении напряжения величины 2,5-3 В, схема контроля напряжения питания включает повышающий преобразователь напряжения выполненный, например, на внутренних переключаемых конденсаторах, и на конденсаторе С2 появляется повышенное напряжение Vcc2. При достижении напряжения Vcc1 величины 6 В отключается питание Vin и схема управления переходит в рабочий режим.Start of the circuit: when turned on, the input voltage Vin is supplied to the starting block StUp (5) and the external capacitor C1 of the power supply to the control circuit Vcc1 begins to charge. When the voltage reaches 2.5-3 V, the supply voltage control circuit turns on a step-up voltage converter made, for example, on internal switched capacitors, and an increased voltage Vcc2 appears on capacitor C2. When the voltage Vcc1 reaches 6 V, the Vin power is turned off and the control circuit goes into operating mode.
Рабочий режим: рабочий режим схемы управления обеспечивается контроллером источника питания PowerControl (7) совместно с узлом обратной связи FB (17), реализующих тот или иной алгоритм управления источником питания, например, ШИМ. Для реализации сверхнизкой мощности потребления схемой управления и обеспечения стабильного питания Vcc1 в схему введен компаратор Cmp (12), контролирующий напряжение питания схемы управления и при понижении величины Vcc1 ниже 5,7 В он закрывает транзистор VT2 (11) и переключает напряжение питания драйвера выходного транзистора VT1 (8) с помощью мультиплексора MX (6) на повышенное напряжение Vcc2. Через диод VD2 (10) начинает заряжаться внешний конденсатор С1 и при Vcc=6 B схема возвращается в исходное состояние. Индуктивное сопротивление первичной обмотки трансформатора ограничивает ток заряда конденсатора С1, а энергия, накопленная в трансформаторе, передается в нагрузку.Operating mode: the operating mode of the control circuit is provided by the power supply controller PowerControl (7) together with the feedback node FB (17), which implements one or another power supply control algorithm, for example, PWM. To implement ultra-low power consumption by the control circuit and ensure stable power supply to Vcc1, a comparator Cmp (12) is introduced into the circuit, which controls the supply voltage of the control circuit and when the value of Vcc1 drops below 5.7 V, it closes transistor VT2 (11) and switches the supply voltage of the output transistor driver VT1 (8) using multiplexer MX (6) to increased voltage Vcc2. Through the diode VD2 (10), the external capacitor C1 begins to charge and at Vcc = 6 V the circuit returns to its original state. The inductive reactance of the primary winding of the transformer limits the charging current of capacitor C1, and the energy accumulated in the transformer is transferred to the load.
Баланс мощности: определим соотношение энергий, переданных в конденсатор С1 и в нагрузку за время одного импульса длительностью Ти. Энергия в конденсаторе EC Power balance: we determine the ratio of energies transferred to capacitor C1 and to the load during one pulse of duration Ti. Energy in capacitor E C
Где Vin/Lt скорость нарастания тока в трансформаторе,Where Vin/Lt is the rate of current rise in the transformer,
Энергия в трансформаторе.Energy in the transformer.
Отношение энергий определяется по формулеThe energy ratio is determined by the formula
Т.е. соотношение такое же в формуле 1), за исключением того, что энергия трансформатора не превращается в бесполезное тепло, а переходит в нагрузку, тем самым повышая КПД маломощных источников питания.Those. the ratio is the same in formula 1), except that the energy of the transformer does not turn into waste heat, but goes into the load, thereby increasing the efficiency of low-power power supplies.
При типовой мощности в схеме управления на уровне 4-6 мВт, минимальная нагрузка должна составлять не менее 300 мВт.With a typical control circuit power of 4-6 mW, the minimum load should be at least 300 mW.
Данная схема управления рекомендуется для использования в маломощных источниках питания, установленных в устройства, которые в силу своих особенностей потребляют в дежурном/рабочем режиме не менее 300 мВт, например, системы управления микроклиматом с обширным количеством всевозможных микропотребляющих датчиков.This control circuit is recommended for use in low-power power supplies installed in devices that, due to their characteristics, consume at least 300 mW in standby/operating mode, for example, climate control systems with a large number of various micro-consumption sensors.
ЛитератураLiterature
1) Official Journal of the European Union COMMISSION REGULATION (EU) 2019/1782 of 1 October 2019».1) Official Journal of the European Union COMMISSION REGULATION (EU) 2019/1782 of 1 October 2019.”
2) Патент US 2020/0287454.2) US Patent 2020/0287454.
3) Патент US 9.705,408.3) US Patent 9,705,408.
4) Патент US 9,712,045.4) US Patent 9,712,045.
5) Data Sheet «Off-Line PWM Controllers with Integrated Power MOSFET STR6A100xV/xVD Series».5) Data Sheet “Off-Line PWM Controllers with Integrated Power MOSFET STR6A100xV/xVD Series”.
6) Описание микросхемы «Green Mode Power Switch FSL206MR» www.onsemi.com6) Description of the chip “Green Mode Power Switch FSL206MR” www.onsemi.com
7) WO 2009/146141 A1 от 29 May 2008 «Primary side control circuit and method for ultra-low idle power operation))7) WO 2009/146141 A1 dated 29 May 2008 “Primary side control circuit and method for ultra-low idle power operation))
8) RU 2456736 C1.8) RU 2456736 C1.
Claims (2)
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2021124706A RU2021124706A (en) | 2023-02-20 |
| RU2810265C2 true RU2810265C2 (en) | 2023-12-25 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2456736C1 (en) * | 2008-05-29 | 2012-07-20 | Айгоу, Инк. | Primary circuit control loop and method for operation at ultra-low offload power |
| RU154346U1 (en) * | 2014-12-15 | 2015-08-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего профессионального образования Пензенский государственный университет архитектуры и строительства | SINGLE-STROKE REVERSED STABILIZED VOLTAGE CONVERTER |
| US9705408B2 (en) * | 2015-08-21 | 2017-07-11 | Microchip Technology Incorporated | Power converter with sleep/wake mode |
| US9712045B2 (en) * | 2014-11-17 | 2017-07-18 | Infineon Technologies Austria Ag | System and method for a startup cell circuit |
| RU179345U1 (en) * | 2017-10-12 | 2018-05-10 | Акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники" | Trigger Generator for High Voltage Input Power Supply |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2456736C1 (en) * | 2008-05-29 | 2012-07-20 | Айгоу, Инк. | Primary circuit control loop and method for operation at ultra-low offload power |
| US9712045B2 (en) * | 2014-11-17 | 2017-07-18 | Infineon Technologies Austria Ag | System and method for a startup cell circuit |
| RU154346U1 (en) * | 2014-12-15 | 2015-08-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего профессионального образования Пензенский государственный университет архитектуры и строительства | SINGLE-STROKE REVERSED STABILIZED VOLTAGE CONVERTER |
| US9705408B2 (en) * | 2015-08-21 | 2017-07-11 | Microchip Technology Incorporated | Power converter with sleep/wake mode |
| RU179345U1 (en) * | 2017-10-12 | 2018-05-10 | Акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники" | Trigger Generator for High Voltage Input Power Supply |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7345894B2 (en) | Cascode switch power supply | |
| US9705408B2 (en) | Power converter with sleep/wake mode | |
| US20190326811A1 (en) | Dual-rectification full bridge interleaved single stage pfc converter circuit and control methods thereof | |
| JP3475887B2 (en) | Switching power supply | |
| US8520410B2 (en) | Virtual parametric high side MOSFET driver | |
| US20030086280A1 (en) | Multiple -output flyback converter having bi-directional switching means for independent control of the multiple outputs | |
| US7272021B2 (en) | Power converter with isolated and regulated stages | |
| US6344768B1 (en) | Full-bridge DC-to-DC converter having an unipolar gate drive | |
| US10355578B2 (en) | Switching power supply with main switching device and secondary switching device | |
| US20150270784A1 (en) | Flyback converter circuit | |
| CN101572490A (en) | Zero-voltage switch flyback-type DC-DC power supply conversion device | |
| JP2005287260A (en) | Switching power supply control semiconductor device | |
| KR20060049384A (en) | Power converter | |
| TW576004B (en) | Bidirectional flyback switch mode power supply (SMPS) | |
| JP2002345239A (en) | Switching power supply | |
| JP2011024306A (en) | Switching power supply apparatus | |
| CN114649932B (en) | X capacitance control and start multiplexing circuit, switch power supply controller and switch power supply | |
| RU2810265C2 (en) | Ultra-low power source control circuit | |
| US7729136B2 (en) | Isolated DC-DC converter | |
| CN108390557B (en) | Improve the Switching Power Supply of underloading frequency | |
| CA2779179C (en) | Linear transformer power supply | |
| US20250070641A1 (en) | Power conversion circuit and method | |
| JPH05176533A (en) | Transformer system dc-dc converter | |
| CN111049391A (en) | Off-line flyback converter and power supply equipment | |
| US10944331B1 (en) | Converter and method for controlling thereof |