CN103378749B - 电源电路 - Google Patents

Abstract

一种电源电路，包括在输入端子与基准电源之间的第一和第二开关；在输出端子与节点之间的电感，所述节点在第一和第二开关之间，耦接至输出端子的主电容，位于电感与输出端子之间的主开关，通过子开关耦接至电感与主开关之间的节点的子电容，以及控制电路。并且控制电路执行：第一和第二开关的切换操作，以及在切换操作之后保持第一和第二开关的断开状态的暂停操作；通过接通主开关而对主电容进行的切换操作；通过接通子开关而对子电容进行的切换操作；以及通过接通主开关和子开关的操作。本发明的电源电路提高了发电效率。

Description

电源电路

技术领域

本发明涉及一种电源电路。

背景技术

最近引人注意的能量采集器（Energy harvesting）是通过从周边环境中收集丢弃不用的诸如热能、振动能、电磁波等微能量而发电的技术。例如，列出了振动发电和微波发电，其中振动发电是通过在压电器件上施加扭矩发电，而微波发电是通过天线将环境中的微波转换为电力。为了将能量收集器产生的电能提供给负载电路，采用AC-DC转换器从能量收集器产生的AC电源产生期望电势的DC输出电压。

例如，AC-DC转换器包括如DC-DC转换器等电源电路和整流电路。首先，整流电路将AC电源的AC电压整流为DC电压。然后，诸如DC-DC转换器等电源电路从上述DC电势产生期望电势的输出电压。

如果输出电压达到期望电势，只要AC电源持续发电，就持续将AC电压供应给AC-DC转换器。结果是，从整流电路输入到电源电路的DC电压持续增大，并产生过压状态。为避免这点，在电源电路中提供过压保护电路，使得输入到电源电路的DC电压被钳位为预定电压。

以下是相关的现有技术。

日本特开专利公开号为2000-308352的官方公报。

日本特开专利公开号为Hei-10（1998）-322934的官方公报。

日本特开专利公开号为2005-6398的官方公报。

然而，为了将输入到电源电路的DC电压钳位为预定电压，在过压保护电路中，一部分由AC电源产生的微能量丢弃不用而被接地等。这会损害发电效率。尤其是，由于能量采集器产生微能量，不希望将所产生的能量丢弃不用。

发明内容

本发明的目的是提供一种发电效率得以提高的电源电路。

根据实施例的一个方面，一种电源电路，包括：被配置为对输入电流进行输入的输入端子；耦接至输入端子并被配置为通过输入电流积聚电荷的输入电容；耦接至输入端子并被配置为执行钳位操作以将输入端子的电压钳位为钳位电压的过压保护电路；串联耦接至输入端子与基准电源之间的第一开关和第二开关；设置在第一连接节点与输入端子之间的电感，所述第一连接节点位于第一开关与第二开关之间；耦接至输出端子的主输入电容；设置在电感与输出端子之间的主输出开关；通过子输出开关耦接至第二连接节点的子输出电容，所述第二连接节点位于电感与主输出开关之间；以及耦接至输入端子的控制电路，该控制电路配置为控制第一开关、第二开关、主输出开关和子输出开关，其中控制电路执行：当输入端子的电压达到低于钳位电压的第一电压时，执行对第一开关和第二开关重复通-断和断-通控制的切换操作，直到第二连接节点的电压达到第二电压，以及在第二连接节点的电压达到第二电压之后，保持第一开关和第二开关的断开状态的暂停操作；通过打来主输出开关接通而对主输出电容进行的切换操作和暂停操作；在对主输出电容的暂停操作期间，当输入端子电压达到钳位电压时，通过断开主输出开关和接通子输出开关而对子输出电容进行的切换操作；以及基于对子输出电容的切换操作，在第二连接节点的电压达到第二电压之后，通过接通主输出开关和子输出开关而对主输出电容和子输出电容进行的切换操作或暂停操作。

本发明的电源电路能够提高发电效率。

附图说明

图1是示出电源电路的示意图；

图2是示出过压保护电路的示意图；

图3是示出根据第一实施例的电源电路的示意图；

图4是示出根据第一实施例的输出终点开关电路的示意图；

图5是示出根据第一实施例的输出终点开关电路的真值表示意图；

图6是示出根据第一实施例的电源电路产生的输出电压和每个信号的示意图。

图7是示出从根据第一实施例的开关控制电路输出的驱动信号的波形示意图。

图8是示出根据第二实施例的电源电路的示意图。

图9是示出根据第二实施例的电源电路产生的输出电压和每个信号波形的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图描述本发明的优选实施例。

图1是示出电源电路的示意图。图1中的电源电路11包括：连接到输入端子NA的输入电容CA；过压保护电路12；在输入端子NA与地之间串联连接的P沟道MOSFET开关SWA和N沟道MOSFET开关SWB；在开关SWA和SWB的连接节点NC与输出端子NB之间连接的电感LA；连接到输出端子NB的输出电容CB；以及控制开关SWA和SWB的开关控制电路13。电源电路11将通过桥式整流器电路10整流AC电源（e）而得到的DC电流I0输入到输入端子NA，并且在输出端子NB上从输入端子NA的输入电压VIN产生期望的输出电压VOUT。然后，电源电路11从输出端子NB为负载电路14提供输出电压VOUT。

作为AC电源（e），使用包括振动发电和无线供电的能量采集装置。例如，当压电器件用作AC电源（e）时，将施加于压电器件的微小振动能量转换成电能，使得在节点PZ1和PZ2处产生AC电压。

基于输入端子NA的输入电压VIN、输出端子NB的输出电压VOUT和流过电感LA的电流ILA，开关控制电路13控制开关SWA和SWB接通和断开。

作为开关SWB，也有可能可以使用从地到连接节点NC为正向的二极管。在这种情况下，如稍后所述，通过控制开关SWA接通和断开，开关控制电路13可以产生输出电压VOUT。

作为电源电路11的操作的典型示例，当负载电路14处于待机状态（轻负载或无负载条件）时输入电压VIN是零电压的状态，下面将对从此状态进行AC电源（e）的发电时的操作加以描述。当输入电压VIN是零电压时，开关控制电路13断开开关SWA和SWB。此时，如果在AC电源（e）处发电，则DC电流I0被输入到输入端子NA，从而电荷被充入到输入电容CA，使得输入电压VIN增大。

当输入电压VIN达到控制启动电压V0时，开关控制电路13接通开关SWA使其导通，并且断开SWB使其不导通。此后，称之为通-断控制。通过这种方式，连接节点NC增大到输入电压VIN，并且电感电流ILA逐渐增大。通过该电感电流ILA，将已充入到输入电容CA中的电荷转移到输出电容CB。

在预定时间的间隔之后，开关控制电路13断开开关SWA使其不导通，并且接通开关SWB使其导通。后文中称之为断-通控制。通过这种方式，连接节点NC降低到低于地电压的电压，并且电感LA持续使电感电流ILA流向正方向，使得对输出电容CB持续充电。然而，电感电流ILA逐渐减小。然后，当电感电流ILA变成零时，开关电路13断开开关SWB，以避免电感电流ILA向反方向流动。

通过开关控制电路13的这种通-断和断-通控制，将电容CA中的电荷转移到输出电容CB，并且输入端子NA的输入电压VIN降低。通过这种方式，开关控制电路13暂停通-断和断-通控制，并且将开关SWA和SWB都断开。

另一方面，在通-断和断-通控制的暂停期间，通过AC电源（e），电荷持续充入到输入电容CA使降低的输入电压VIN再次升高。然后，当输入电压VIN再次达到控制启动电压V0时，开关控制电路13接通开关SWA并且还断开开关SWB，之后断开开关SWA并且接通开关SWB，使得电荷充入到输出电容CB。

以这种方式，通过开关控制电路13对开关SWA和SWB的上述控制的重复，电荷充入到输出电容CB并且在输出端子NB处产生具有期望电势的输出电压VOUT。如果输出电容CB的电容量小，则产生期望电势的输出电压VOUT需要的时间变短，并且可以更早地使负载电路14处于可用状态。

当输出电压VOUT达到期望电势时，为了保护负载电路，开关控制电路13暂停通-断和断-通控制，并且将开关SWA和SWB都断开。结果是，电荷持续充入到输入电容CA，并且输入电压VIN进一步升高到超过控制启动电压V0。

当输入电压VIN达到高于控制启动电压V0的钳位电压Vth时，过压保护电路12启动钳位操作。过压保护电路12将输入电压VIN钳位为低于负载电路14的额定电压的钳位电压Vth。

而且，当负载电路14变为过载状态时，导致输出端子NB的输出电压VOUT降低到低于期望电压，电源电路11重启上述对于开关SWA和SWB的通-断和断-通控制，以产生期望电压的输出电压VOUT。

这样，通过对开关SWA和SWB的通-断和断-通控制，电源电路11执行切换操作，以产生期望电压的输出电压VOUT。并且，在输出电压VOUT达到期望电压之后，电源电路11执行暂停操作以保持开关SWA和SWB断开。

图2是示出过压保护电路的示意图。图2中描述的过压保护电路12包括在输入端子NA与地之间串联连接的电阻R1和R2、比较器15和N沟道MOSFET的开关SWX。电阻R1与R2之间的连接节点NX连接至比较器15的正端。电压Vref=Vth*R1/（R1+R2）被提供至比较器15的负端。基于比较结果，将过压检测信号OVP提供至开关SWX。

当输入电压VIN达到钳位电压Vth时，连接节点NX变成电压Vref或更高，因此，比较器15输出低电平的过压检测信号OVP以接通开关SWX。通过开关SWX的导通，电流ISH经过开关SWX从输入端子流到地。结果是，过压保护电路12将输入电压VIN钳位为钳位电压Vth。

这样，当在过压保护电路12中执行钳位操作时，在电源电路11中，电流ISH不经使用而流到地，这是不希望的。换句话说，AC电源中产生的电力中的一部分微电力被丢弃不用，导致发电效率变差。尤其是，由于通过诸如压电器件等能量采集器产生的电力是微弱的，希望可以最大限度地使用所产生的电力。因此，接下来对通过使用过压保护电路12的电流ISH而提高发电效率的电源电路进行描述。

［第一实施例］

图3是示出根据第一实施例的电源电路的示意图。除了图1中描述的电源电路11之外，图3中描述的电源电路20还包括：设置于电感L与输出端子N2之间的P-沟道MOSFET的主输出开关SW3；通过P沟道MOSFET的子输出开关SW4连接到主输出开关SW3与电感L之间的节点N4的子电容C2；以及控制主输出开关SW3和子输出开关SW4的输出终点开关电路23。进而，与图1类似，电源电路20将通过桥式整流器电路10整流的DC电流I0输入到输入端子N1。如稍后所述，电源电路20通过开关SW1-SW4的控制而给主输出电容C1和子输出电容C2充电，并且产生输出电压VOUT到输出端子N2，以给负载电路14提供输出电压VOUT。

除输入电容C0、主输出电容C1、子输出电容C2和电感L之外，电源电路20被配置在单个芯片中。在外部提供桥式整流器电路10、输入电容C0、主输出电容C1、子输出电容C2和电感L。可替换地，可以将电源电路20全部配置在单芯片中，包括输入电容C0、主输出电容C1、子输出电容C2和电感L。进而，可以有一种情况是形成MENS器件，该MENS器件包括在单个硅基板上集成的电源电路20和桥式整流器电路10。过压保护电路21包括与图2中描述的配置类似的配置。当输入端子N1处的输入电压VIN达到钳位电压Vth时，执行上述钳位操作，并且，将从比较器15输出的过压检测信号OVP提供到输出终点开关电路23。

基于输入端子N1处的输入电压VIN、输出端子N2处的输出电压VOUT、节点N4处的电压VS和电感L中的电感电流IL，开关控制电路22输出驱动信号QH以控制开关SW1，并且输出驱动信号QL以控制开关SW2。而且，开关控制电路22也为输出终点开关电路23提供电源电压LDO、输出电压检测信号SS和暂停信号PFM（稍后述及）。

电源电压LDO从开关控制电路22提供到输出终点开关电路23。基于输出电压VOUT、节点N3处的电压VS和过压检测信号OVP、输出电压检测信号SS和暂停信号PFM，输出终点开关电路23输出驱动信号G1以控制主输出开关SW3，并输出驱动信号G2以控制子输出开关SW4。

图4是示出根据第一实施例的输出终点开关电路的示意图。而且，图5是示出根据第一实施例的输出终点开关电路的真值表的示意图。

图4中描述的输出终点开关电路23包括比较器40、RS触发器41-43、与（AND）门44、与（AND）门47、或（OR）门45、非（NOR）门、缓冲器48和缓冲器49。

比较器40输入输出电压检测信号SS作为使能信号，并且比较输出电压VOUT与节点N3的电压VS，以输出充电完成信号PG。RS触发器41还分别将比较器40的输出信号PG输入到设置输入端子，以及将输出电压检测信号SS输入到重置输入端子，并且输出输出信号Q。

RS触发器42还分别将过压检测信号OVP输入到设置输入端子，以及将输出电压检测信号SS输入到重置输入端子，并且输出输出信号OVP_Q。进而，RS触发器43分别将暂停信号PFM输入到设置输入端子，以及将输出电压检测信号SS输入到重置端子，并且输出输出信号PFM_Q。

与门44输入RS触发器42的输出信号OVP_Q以及RS触发器43的输出信号PFM_Q，并且输出输出信号ENB。或门45输入与门44的输出信号ENB以及RS触发器41的输出信号Q，并且输出输出信号OR。

进而，基于输出信号Q和OR，或门46通过缓冲器48输出子输出开关SW4的驱动信号G2。并且，基于输出信号Q和OR，与门47通过缓冲器49输出主输出开关SW3的驱动信号G1。

接下来，将结合图6描述电源电路20的具体操作。图6是示出由根据第一实施例的电源电路产生的输出电压和每个信号的示意图。图6示出了当AC功率电源（e）在这样的状态下开始发电时的操作波形，该状态是负载电路14在无负载或轻负载条件下，开关SW1和SW2断开并且输出电压VOUT是零电压。

当AC功率电源（e）开始发电时，电荷充入到电容C0，并且输入电压VIN增加。在时间T0处，当输入电压VIN达到起始电压时，开关控制电路22开始升高电源电压LDO，并且将输出电压检测信号SS设定为高电平。而且，被提供有电源电压LDO的输出终点开关电路23还将驱动信号G2设定为高电平以断开子输出开关SW4，并且将驱动信号G1保持在低电平以接通主输出开关SW3。

在时间T1处，当电源电压升高到预定电压时，如果输入电压VIN已经达到控制启动电压V0，则开关控制电路22启动前述的切换操作以产生输出电压VOUT。这里，在时间T1处，输出终点开关电路23中每一信号的状态如图5的标记A所述。

图6中描述的波形LX示出了节点N3处的电压波动的发生频率。在从开关控制电路22启动切换操作的时间T1到产生期望电压V1的输出电压VOUT的时间T2的周期期间，如稍后所述，开关控制电路22间断地重复对开关SW1和SW2的通-断和断-通控制。在图7中描述了以下内容：从图6中描述的时间T1到时间T2，与节点N3处的电压LX相对应的开关SW1的驱动信号QH、开关SW2的驱动信号QL和电感电流IL。

图7是示出根据第一实施例的开关控制电路输出的驱动信号的波形的示意图。之后，将使用图7来具体描述开关SW1和SW1从时间T1到时间T2的操作。

在时间T1处，输入电压VIN已经达到控制起始电压V0，因此，开关控制电路22将驱动信号QH设置为低电平以接通开关SW1，并且将驱动信号信号QL保持在低电平处以断开SW2。在下文中，称之为通-断控制。通过这种方式，连接节点N3处的电压LX升高到输入电压VIN，并且电感电流IL逐渐增加。进而，通过电感电流IL，电荷从输入电容C0转移到主输出电容C1。结果是，输入电压VIN降低，而输出电压VOUT和节点N4处的电压VS升高。

在从时间T1经过间隔ΔT之后的时间T1-1处，开关控制电路22将驱动信号QH设置为高电平以断开开关SW1，并且还将驱动信号QL设置为高电平以接通开关SW2。在下文中，称之为断-通控制。通过这种方式，连接节点N3处的电压LX降低到低于地电压的电压，并且通过储存的电磁能，电感L持续使电感电流IL通过节点N4流到主输出电容C1，以持续给主输出电容C1充电。然而，电感电流IL持续减小。

在电感电流变为零的时间T1-2处，开关控制电路22断开开关SW2，以避免电感电流IL通过连接节点N3流到地。进而，由于输入电压VIN降低到低于控制起始电压V0的电压，开关控制电路22完成对开关SW1和SW2的通-断和断-通控制，并且断开开关SW1和SW2。通过这种方式，电荷持续充入到输入电容C0，使得输入电压V1再次升高。

在输入电压VIN达到控制起始电压V0的时间T1-3处，开关控制电路22对开关SW1和SW2执行通-断和断-通操作，与从时间T1到时间T1-2类似，使得电荷从电容C0转移到电容C1。进而，在通过上述操作让输入电压VIN再次达到控制起始电压V0的时间T1-4处，与从时间T1到时间T1-2类似，开关控制电路22对开关SW1和SW2执行通-断和断-通操作。

如此，每次当输入电压VIN达到控制起始电压V0时，电荷充入主输出电容C1，使得输出电压VOUT和电压VS升高。

在时间T1-6处，当输出电压VOUT和电压VS达到期望电压V1时，开关控制电路22将驱动信号QH从低电平设置为高电平以断开开关SW1，并且还将驱动信号QL从低电平设置为高电平以接通开关SW2。然后，在电感电流IL变为零的时间T2处，开关控制电路22将驱动信号QL设置为低电平以断开SW2，并且启动暂停操作。

这样，在时间T1到时间T2期间，开关控制电路22对开关SW1和SW2执行间断地重复通-断和断-通控制的操作，并且产生达到期望电压V1的输出电压VOUT。

再次参照图6，响应于在上述的时间T1-6处输出电压VOUT和电压VS达到期望电压V1，当在时间T2处启动暂停操作时，开关控制电路22将输出电压检测信号SS从高电平设置为低电平。同时，开关控制电路22将暂停信号PFM从低电平设置为高电平。响应于低电平输出电压检测信号SS和高电平暂停信号PFM，输出终点开关电路23中的RS触发器43输出高电平输出信号PFM_Q（图5中的标记F）。

通过开关控制电路22从时间T2的暂停操作，电荷充入到输入电容C0，使得输入电压VIN升高。在时间T3处，当输入电压VIN达到高于控制起始电压V0的钳位电压Vth时，过压保护电路21中的比较器15输出高电平过压检测信号OVP，以接通开关SWX。通过这种方式，钳位电流ISH通过开关SWX从输入端子N1流到地，并且将输入电压VIN钳位为钳位电压Vth。

另一方面，在输出终点开关电路23中，响应于高电平过压检测信号OVP和低电平输出信号Q，RS触发器42输出高电平输出信号OVP_Q。响应于以上的高电平输出信号OVP_Q和高电平暂停信号PFM，与门44输出高电平输出信号ENE。进而，响应于高电平输出信号ENE和低电平输出信号Q，或门45输出高电平输出信号OR。然后，响应于低电平输出信号Q和高电平输出信号OR，非门46将驱动信号G2从高电平切换为低电平。并且与门47将驱动信号G1从低电平切换为高电平（图5中的标记H）。通过这种方式，断开主输出开关SW3并且接通子输出开关SW4，并且节点N4处的电压VS通过子输出电容C2而被降低。

当检测到节点N4处的电压VS低于期望电压V1并且输入电压VIN高于控制起始电压V0时，开关控制电路22将暂停信号PFM从高电平切换为低电平，以完成暂停操作，并且启动开关SW1和SW2的切换操作。通过这种方式，电荷充入到子输出电容C2，并且节点N4处的电压VS升高。进而，当开关控制电路22启动开关SW1和SW2的切换操作时，由于输入电压VIN从钳位电压Vth降低，过压保护电路21将过压检测信号OVP设置为低电平以断开开关SWX。

在节点N4处的电压VS达到期望电压V1的时间T4处，与时间T2类似，开关控制电路库22完成SW1和SW2的切换操作并启动暂停操作，以将暂停信号PFM设置为高电平。然后，通过高电平暂停信号PFM、低电平输出电压检测信号SS、过压检测信号OVP和节点N4处已经达到期望电压V1的输出电压VOUT和电压VS，输出终点开关电路23将驱动信号G1从高电平设置为低电平。输出终点开关电路23还将驱动信号G2保持在高电平（图5中的标记K）。也就是，输出终点开关电路23将主输出开关SW3和子输出开关SW4都接通。通过这种方式，子输出电容C2与主输出电容C1一起起到电力稳定电容的作用。这样，能够将期望电压V1的输出电压VOUT以稳定的电势提供到负载电路14。

从时间T4，电荷持续充入到输入电容C0，并且因此输入电压VIN再次升高。然后，在输入电压VIN达到钳位电压Vth的时间T5处，过压保护电路21再次接通开关SWX，并且将输入电压VIN钳位为钳位电压Vth。此外，在图5中以标记I表示输入终点开关电路23的每个信号状态。

此外，在时间T4以及此后，如果负载电路14改变成重负载条件，由于在主输出电容C1和子输出电容C2中储存的电荷被提供到负载电路14，节点N4处的输出电压VOUT和电压VS降低。当检测到这种情况时，开关控制电路22启动切换操作并且将输出电压VOUT保持在期望电压V1。

如此，根据第一实施例，当负载电路14处于无负载或轻负载条件时，在对输出电容C0的充电完成之后，通过将充电目标转换为子输出电容C2，能够充入由AC电源产生的电力而没有丢弃。同时，通过主输出电容C1的电容量的减少，能够在AC电源（e）开始发电之后迅速产生期望电压V1的输出电压VOUT。进而，基于子输出电容C2作为电力稳定电容的功用，如果负载电路14的负载条件在完成对子输出电容C2的充电之后突然改变，通过子输出电容C2的升高，能够抑制输出电压的波动。

此外，根据第一实施例，响应于从低电平切换为高电平的过压检测信号OVP，切换开关SW3和SW4以启动在开关控制电路22中的开关SW1和SW2的切换操作。然而，不限于此。例如，当开关控制电路22处于暂停操作中时，通过响应于输出电压达到控制启动电压V0而切换开关SW3和SW4，开关控制电路22可以启动开关SW1和SW2的切换操作。

［第二实施例］

图8是示出根据第二实施例的电源电路的示意图。除了图3中描述的电源电路20之外，图8中描述的电源电路30还包括通过P沟道MOSFET的子输出开关SW5连接到节点4的外部子输出电容C3，该外部子输出电容C3与子输出电容C2并联。可替代地，子输出开关SW5可以与电源电路30的其它元件一起配置在单个芯片中，而不是作为外部的附件。子输出开关SW5由从输出终点开关电路33输出的驱动信号G3控制。

通过参照图9，将描述当两个子输出电容用作电力稳定电容时的典型操作（如图8所述）。图9是示出由根据第二实施例的电源电路产生的输出电压和每个信号波形的示意图。图9示出了当AC电源（e）在这样的状态下开始发电时的操作波形，该状态是负载电路14在无负载或轻负载条件下，开关SW1和SW2断开并且输出电压VOUT是零电压。

在输入电压VIN达到起始电压的时间T0处，开关控制电路32开始提高电源电压LDO，并且将输出电压检测信号SS设定为高电平。而且，被提供有电源电压LDO的输出终点开关电路33将驱动信号G2和G3设定为高电平以断开子输出开关SW4和SW5，并且将驱动信号G1保持在低电平以接通主输出开关SW3。

然后，与第一实施例类似，从电源电压LDO升高到预定电压的时间T1到时间T4，开关控制电路32执行开关SW1和SW2的切换操作和暂停操作，并且该输出终点开关电路33控制主输出开关SW3和子输出开关SW4。结果是，与期望电压V1对应的电荷充入到主输出电容C1和子输出电容C2。

在时间T4处，响应于在节点N4处已经达到期望电压V1的电压VS，开关控制电路32启动暂停动作并且将暂停信号PFM从低电平设置为高电平。通过这种方式，输入电压VIN再次升高。在输入电压VIN已经达到高于控制启动电压V0的钳位电压Vth的时间T5处，过压保护电路31中的比较器15输出高电平的过压检测信号OVP，以接通开关SWX。通过这种方式，钳位电流ISH通过主输出开关SW3从输入端子流出，并且输入电压VIN被钳位为钳位电压Vth。

然后，响应于以上的高电平过压检测信号OVP，输出终点开关电路33将驱动信号G2从低电平设定为高电平，并且还将驱动信号G3从高电平设定为低电平。通过这种方式，断开子输出开关SW4，接通子输出开关SW5，使得节点N4处的电压VS降低。

当检测到节点N4处的电压VS低于电压V1并且输入电压VIN高于控制启动电压V0时，开关控制电路32将暂停信号PFM从高电平设定为低电平，以完成暂停操作并启动切换操作。通过这种方式，电荷充入到子输出电容C3，并且节点N4处的电压VS升高。

在时间T6，当节点N4处的电压VS达到期望电压V1时，开关控制电路32完成切换操作并且启动暂停操作，并且将暂停信号PFM设定为高电平。然后，通过高电平暂停信号PFM、低电平输出电压检测信号SS、过压检测信号OVP和在节点N4处已经达到期望电压V1的输出电压VOUT和电压VS，输出终点开关电路33将驱动信号G1和G2从高电平设置为低电平。并且将驱动信号G3保持在低电平。也就是，输出终点开关电路33将主输出开关SW3和子输出开关SW4、SW5接通。

通过这种方式，作为电力稳定电容，子输出电容C2和C3能够与主输出电容C1一起为负载电路14提供具有期望电压V1的输出电压VOUT。

从时间T6起，与第一实施例类似，由于电荷持续充入到输入电容C0，输入电压VIN再次升高。然后，当输入电压VIN达到钳位电压Vth时，过压保护电路31将输入电压VIN钳位为钳位电压Vth。

进而，在时间T6处和此后，如果负载电路14改变为重负载条件，当检测到输出电压VOUT降低并且节点N4处的电压VS降低时，开关控制电路32启动切换操作，并且将输出电压VOUT保持在期望电压V1，与第一实施例类似。

如此，在图9中，当负载电路14处于无负载或轻负载条件时，在对主输出电容C1的充电完成之后，通过输出终点开关电路33的子输出开关的转换（switchover）操作和开关控制电路32的切换操作和暂停操作，依次对子输出电容C2和C3充电。也就是，与第一实施例类似，甚至在主输出电容C1的充电完成之后，也能够充入由AC电源（e）产生的电力而没有丢弃。通过这种方式，如果负载电路14的负载条件突然改变，子输出电容C2和C3起到电力稳定电容的作用，并且避免输出电压VOUT的电压降低。这样，能够以比第一实施例中更稳定的方式为负载电路14提供输出电压VOUT。

此外，当具有三个或更多个子输出电容时，在对主输出电容C1的充电完成之后重复以下周期：如图9中描述的周期T2-T3，由暂停操作产生的输入电压VIN的电压升高周期，以及如周期T3-T4，在切换子输出开关之后由切换操作产生的充电周期。结果是，每个子输出电容被充电到期望电压V1。然后，在充电完成之后，每个子输出电容起到电力稳定电容的作用，并避免输出电压VOUT的电压降低。

Claims (7)

1.一种电源电路，包括：

输入端子，被配置为对输入电流进行输入；

输入电容，耦接至所述输入端子并被配置为通过所述输入电流积聚电荷；

过压保护电路，耦接至所述输入端子，且该过压保护电路被配置为执行钳位操作以将所述输入端子的电压钳位为钳位电压；

第一开关和第二开关，串联耦接在所述输入端子与基准电源之间；

电感，设置在第一连接节点与输出端子之间，所述第一连接节点位于所述第一开关与所述第二开关之间；

主输出电容，耦接至所述输出端子；

主输出开关，设置在所述电感与所述输出端子之间；

子输出电容，通过子输出开关耦接至第二连接节点，该第二连接节点位于所述电感与所述主输出开关之间；以及

控制电路，耦接至所述输入端子，且该控制电路被配置为控制所述第一开关、所述第二开关、所述主输出开关和所述子输出开关，

其中该控制电路执行：

当所述输入端子的电压达到低于所述钳位电压的第一电压时，执行对所述第一开关和所述第二开关重复通-断和断-通控制的切换操作，直到所述第二连接节点的电压达到第二电压，以及在所述第二连接节点的电压达到所述第二电压之后，将所述第一开关和所述第二开关保持断开状态的暂停操作；

通过接通所述主输出开关以及断开所述子输出开关而对所述主输出电容进行的切换操作；

在对所述主输出电容的暂停操作周期期间，当所述输入端子电压达到所述钳位电压时，通过断开所述主输出开关和接通所述子输出开关而对所述子输出电容进行的切换操作，对所述子输出电容进行的切换操作是在对所述主输出电容的切换操作之后执行的；以及

基于对所述子输出电容的切换操作，在所述第二连接节点的电压达到所述第二电压之后，通过接通所述主输出开关和所述子输出开关而对所述主输出电容和所述子输出电容进行的切换操作。

2.如权利要求1所述的电源电路，

其中，所述输入端子输入直流电流，该直流电流通过整流从交流电源电路输出的交流电流而获得。

3.如权利要求1所述的电源电路，

其中，在所述第二连接节点的电压达到所述第二电压之前的周期期间的所述切换操作中，所述控制电路执行如下第一操作：当所述输入端子电压达到所述第一电压时接通所述第一开关并且断开所述第二开关，在接通所述第一开关并且断开所述第二开关之后经过预定的时间之后断开所述第一开关和接通所述第二开关，并且所述控制电路执行第二操作：当电感电流的流动从正向切换为反向时，断开所述第一开关和所述第二开关。

4.如权利要求1所述的电源电路，

其中，当所述第二连接节点的电压达到所述第二电压时，所述控制电路断开所述第一开关并接通所述第二开关，并且当所述电感电流的流动从正向转变为反向时，所述控制电路断开所述第二开关以执行暂停操作。

5.如权利要求1所述的电源电路，

其中，当所述输入端子电压第一次从零电压达到预定电压时，所述第一开关和所述第二开关断开，所述主输出开关接通，以及所述子输出开关断开。

6.如权利要求1所述的电源电路，还包括：

多个子输出开关和子输出电容组；

其中，对于每个组，所述控制电路通过断开所述主输出开关、接通对应于切换操作被执行的所述子输出电容的子输出开关、以及断开除了被接通的子输出开关之外的其它子输出开关来执行对所述子输出电容的切换操作；

所述控制电路执行处于所述子输出电容的切换操作的每个周期之间的所述暂停操作；以及

当完成了对全部子输出电容的切换操作时，所述控制电路通过接通所述主输出开关和所述子输出开关来执行对所述主输出电容和所述子输出电容的切换操作，使得与所述第二电压相同的输出电压从所述输出端子输出。

7.一种电源电路中的控制电路，该电源电路包括：输入端子，对输入电流进行输入；输入电容，耦接至所述输入端子以通过所述输入电流积聚电荷；过压保护电路，耦接至所述输入端子以执行钳位操作，从而将所述输入端子的电压钳位为钳位电压；第一开关和第二开关，串联耦接在所述输入端子与基准电源之间；电感，设置在第一连接节点与输出端子之间，所述第一连接节点位于所述第一开关与所述第二开关之间；主输出电容，耦接至所述输出端子；主输出开关，设置在所述电感与所述输出端子之间；以及子输出电容，通过子输出开关耦接至第二连接节点，该第二连接节点位于所述电感与所述主输出开关之间，该控制电路包括：控制部，耦接至所述输入端子以控制所述第一开关、所述第二开关、所述主输出开关和所述子输出开关，该控制部被配置为执行：

当所述输入端子的电压达到低于所述钳位电压的第一电压时执行的重复对所述第一开关和所述第二开关进行通-断和断-通控制的切换操作，直到所述第二连接节点的电压达到第二电压，以及在所述第二连接节点的电压达到所述第二电压之后执行将所述第一开关和所述第二开关保持断开状态的暂停操作；

通过接通所述主输出开关和断开所述子输出开关而对所述主输出电容进行的切换操作；

在对所述主输出电容的暂停操作期间，当所述输入端子电压达到所述钳位电压时，通过断开所述主输出开关和接通所述子输出开关而对所述子输出电容进行的切换操作，对所述子输出电容进行的切换操作是在对所述主输出电容的切换操作后执行的；以及

基于对所述子输出电容的切换操作，在所述第二连接节点的电压达到所述第二电压之后，通过接通所述主输出开关和所述子输出开关而对所述主输出电容和所述子输出电容进行的切换操作。