專利名稱:驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)電源中開(kāi)關(guān)的方法及開(kāi)關(guān)電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)電源,尤其是自激式開(kāi)關(guān)電源中的開(kāi)關(guān)的方法,也涉及一種開(kāi)關(guān)電源。
背景技術(shù):
開(kāi)關(guān)電源的作用,是為所連接的負(fù)載提供至少近似直流的、獨(dú)立于負(fù)載的電壓。為此目的,變壓的初級(jí)線圈與一個(gè)開(kāi)關(guān)串連于電源電壓,次級(jí)線圈與初級(jí)線圈呈感應(yīng)耦合連接,通常經(jīng)過(guò)一個(gè)整流裝置連到負(fù)載,對(duì)負(fù)載提供輸出電壓。當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合的時(shí)候,初級(jí)線圈吸收能量,接著當(dāng)開(kāi)關(guān)打開(kāi),把上述能量輸出到次級(jí)。開(kāi)關(guān)按照驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)脈沖被驅(qū)動(dòng)。初級(jí)線圈在開(kāi)關(guān)每次接通周期內(nèi)吸取的,并接著又輸出到次級(jí)供給負(fù)載的能量越大,則使開(kāi)關(guān)保持關(guān)閉的時(shí)間越長(zhǎng)。開(kāi)關(guān)電源的功率損耗相應(yīng)于開(kāi)關(guān)每個(gè)接通周期吸取能量的平均時(shí)間。
開(kāi)關(guān)的接通周期隨著負(fù)載的功率消耗增加而被延長(zhǎng),以便使跨在負(fù)載上的當(dāng)前電壓保持近以恒定。為了設(shè)置驅(qū)動(dòng)脈沖的持續(xù)時(shí)間,取決于輸出電壓的一個(gè)控制信號(hào)被產(chǎn)生。如果輸出電壓因負(fù)載變化而變化,則控制信號(hào)也變化,以便能用這種方式使驅(qū)動(dòng)脈沖的持續(xù)時(shí)間適應(yīng)變化的負(fù)載狀況。
為了確定開(kāi)關(guān)的接通時(shí)刻,已知的做法是估計(jì)跨在初級(jí)線圈或開(kāi)關(guān)上的當(dāng)前電壓并當(dāng)初級(jí)線圈無(wú)能量或去磁時(shí),也就是,當(dāng)初級(jí)線圈輸出它的存儲(chǔ)能量到次級(jí)的時(shí)候,在打開(kāi)開(kāi)關(guān)以后再合上開(kāi)關(guān)。在低功耗的小負(fù)載情況下,當(dāng)驅(qū)動(dòng)脈沖很短,每次開(kāi)關(guān)接通時(shí)初級(jí)線圈吸取的能量相應(yīng)低的時(shí)候,就會(huì)引起高的開(kāi)關(guān)頻率。
隨著開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)頻率升高,電源設(shè)備的開(kāi)關(guān)損耗增加。因此DE19732169A1,提出一種開(kāi)關(guān)電源,其中,在開(kāi)關(guān)電源小功率輸出的情況下,當(dāng)初級(jí)線圈是無(wú)能量或被去磁的時(shí)候,開(kāi)關(guān)不立刻接通,在已知的這種開(kāi)關(guān)電源中,開(kāi)關(guān)接通時(shí)刻當(dāng)然也依控制電壓設(shè)置,在兩個(gè)接通時(shí)刻之間的持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng),則開(kāi)關(guān)電源輸出功率就越小。為了設(shè)置接通時(shí)刻,在該已知設(shè)備中,控制信號(hào)被用于產(chǎn)生一個(gè)脈沖寬度調(diào)制信號(hào),它的持續(xù)時(shí)間取決于控制信號(hào)的幅值,它同時(shí)決定兩個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖之間的時(shí)間間隔。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一個(gè)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)的簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)方法,其中,在低功率輸出情況下,電路損耗的增加被避免了。進(jìn)一步,本發(fā)明的目的是提供一個(gè)實(shí)現(xiàn)這個(gè)方法的開(kāi)關(guān)電源。
這個(gè)目的是通過(guò)具有權(quán)利要求1的特征的方法和具有權(quán)利要求8的特征的裝置實(shí)現(xiàn)的。
根據(jù)本發(fā)明驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)電源的功率開(kāi)關(guān)的方法,開(kāi)關(guān)與變壓器初級(jí)線圈串連,在開(kāi)關(guān)打開(kāi)以后提供參考時(shí)刻,在此時(shí)刻一個(gè)跨在開(kāi)關(guān)上的當(dāng)前電壓對(duì)應(yīng)于一個(gè)第一參考電壓值,或者一個(gè)跨在開(kāi)關(guān)上的當(dāng)前電壓對(duì)應(yīng)于一個(gè)待檢測(cè)的第二參考電壓值,并且僅當(dāng)檢測(cè)到的參考時(shí)刻的數(shù)值等于比較數(shù)值時(shí),開(kāi)關(guān)被關(guān)閉。依據(jù)輸出電壓決定的控制信號(hào)超過(guò)一個(gè)上限值或低于一個(gè)下限值,比較數(shù)值增加或減少。
本發(fā)明的方法是利用所謂自由變壓器振蕩,如果在初級(jí)線圈去磁以后,開(kāi)關(guān)不再立刻關(guān)閉以便再提供給初級(jí)線圈能量,這種自由變壓器振蕩就建立了。這種自由變壓器振蕩是由一個(gè)諧振電路構(gòu)成的,在自激式開(kāi)關(guān)電源中,它由初級(jí)線圈和一個(gè)緩沖電容器與一個(gè)開(kāi)關(guān)并連,或與一個(gè)初級(jí)線圈串聯(lián)形成。這些變壓器振蕩在開(kāi)關(guān)或初級(jí)線圈上產(chǎn)生周期性交變電壓。在本發(fā)明的方法中,跨在初級(jí)線圈或開(kāi)關(guān)上的當(dāng)前的周期電壓的“零交叉”被檢測(cè)。在下文中,“零交叉”表示一個(gè)時(shí)刻,在這時(shí)刻,跨在開(kāi)關(guān)上或初級(jí)線圈上的周期交變電壓的幅值相交于它們周期振蕩的幅值,或者它與各自周期交變電壓的平均值相對(duì)應(yīng)。在零交叉的時(shí)候,初級(jí)線圈至少近似沒(méi)有能量。這些零交叉之間的間隔是恒定的,取決于諧振電路的頻率。
本發(fā)明的方法利用均勻間隔的零交叉作為再次接通開(kāi)關(guān)的暫時(shí)參考。在開(kāi)關(guān)被再次接通以前出現(xiàn)的零交叉的數(shù)目取決于比較的數(shù)值,該數(shù)值依據(jù)控制信號(hào)而被設(shè)置。用這種方法,開(kāi)關(guān)接通頻率隨輸出功率減少而減少。
該比較數(shù)值根據(jù)控制信號(hào)超過(guò)一個(gè)上限值或低于一個(gè)下限值而增加或減少。在一個(gè)實(shí)施例中,控制信號(hào)隨輸出電壓減少而增加,如果控制信號(hào)超過(guò)該上限值,比較數(shù)值就減少。比較數(shù)值的減少導(dǎo)致開(kāi)關(guān)頻率的增加或者縮短下一次開(kāi)關(guān)接通到來(lái)的持續(xù)時(shí)間,因此進(jìn)一步抵制輸出電壓的減少。如果控制信號(hào)低于下限值,則比較數(shù)值就增加,以便減少開(kāi)關(guān)頻率,并因此抵制輸出電壓的進(jìn)一步升高。
在比周期變化的負(fù)載的周期要長(zhǎng)的估計(jì)時(shí)間持續(xù)時(shí)間內(nèi),對(duì)控制信號(hào)的估計(jì)最好在對(duì)比較數(shù)值計(jì)數(shù)以前進(jìn)行,比較數(shù)值被計(jì)數(shù),僅當(dāng)控制信號(hào)在整個(gè)估計(jì)時(shí)間持續(xù)時(shí)間內(nèi)保持在下限值以下時(shí)進(jìn)行。周期變化負(fù)載引起周期性波動(dòng)輸出電壓和一個(gè)周期波動(dòng)控制信號(hào)。在比負(fù)載周期長(zhǎng)的估計(jì)持續(xù)時(shí)間內(nèi)估計(jì)控制信號(hào),增加比較數(shù)值,僅當(dāng)控制信號(hào)在整個(gè)估計(jì)時(shí)間持續(xù)時(shí)間內(nèi)控制信號(hào)保持低于下限值,當(dāng)控制信號(hào)剛剛降落的時(shí)刻避免對(duì)比較數(shù)值進(jìn)行計(jì)數(shù)。結(jié)果,有可能防止比較數(shù)值在連續(xù)數(shù)值之間來(lái)回跳動(dòng),避免不斷改變接通頻率,防止不斷改變接通頻率是重要的,以便避免在所連負(fù)載上出現(xiàn)干擾,例如電視機(jī)圖象干擾,或變壓器哼哼聲。
比較數(shù)值的最小值是1,相當(dāng)于初級(jí)線圈去磁后再次直接接通開(kāi)關(guān)的情況。
按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例,只有那些零交叉被檢測(cè),這時(shí),跨在開(kāi)關(guān)上的電壓降低或者跨在初級(jí)線圈上的電壓升高。在零交叉情況下,存儲(chǔ)電容器經(jīng)受一個(gè)放電過(guò)程,也即存儲(chǔ)在電容器中的能量減少。開(kāi)關(guān)由于存儲(chǔ)電容器被放電而接通,減少了開(kāi)關(guān)的損耗,因?yàn)楫?dāng)開(kāi)關(guān)閉合的時(shí)候,電容器完全放電。
一個(gè)本發(fā)明的開(kāi)關(guān)電源,它有一個(gè)開(kāi)關(guān),該開(kāi)關(guān)與一個(gè)變壓器初級(jí)線圈串連,開(kāi)關(guān)按驅(qū)動(dòng)脈沖接通或關(guān)斷,一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路依據(jù)一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)脈沖,一個(gè)控制器,它根據(jù)輸出電壓產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)。為了產(chǎn)生啟動(dòng)信號(hào),提供了一個(gè)電路裝置,它有一個(gè)檢測(cè)電路,檢測(cè)參考時(shí)刻,在該時(shí)刻,開(kāi)關(guān)上的當(dāng)前電壓與第一參考電壓值對(duì)應(yīng)或初級(jí)線圈上的當(dāng)前電壓與一個(gè)第二參考電壓值對(duì)應(yīng),一個(gè)第一計(jì)數(shù)器被連到該檢測(cè)電路,所述計(jì)數(shù)器有一個(gè)輸出端,在其上獲得第一計(jì)數(shù)器信號(hào)。用于產(chǎn)生啟動(dòng)信號(hào)的電路裝置還有一個(gè)第二計(jì)數(shù)器,它具有一個(gè)第一輸入端,在其上給出一個(gè)信號(hào),它取決于控制信號(hào)與有低限值的比較,和一個(gè)第二輸入端,其上提供一個(gè)信號(hào),它取決于控制信號(hào)與上限值的比較,并且有一個(gè)輸出端,比較計(jì)數(shù)信號(hào)可以在它上面得到。第一計(jì)數(shù)信號(hào)和比較計(jì)數(shù)信號(hào)被提供給一個(gè)第一比較器裝置,它依據(jù)第一計(jì)數(shù)器信號(hào)和比較計(jì)數(shù)器信號(hào)的比較而提供一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)。
按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例,一個(gè)第一比較器裝置被提供,它提供一個(gè)第一比較信號(hào),該信號(hào)取決于控制信號(hào)和下限值的比較,和一個(gè)第二比較信號(hào),它取決于控制信號(hào)和上限值的比較。
本發(fā)明將通過(guò)下面實(shí)施例和附圖得到更詳細(xì)的解釋,其中圖1是一個(gè)開(kāi)關(guān)電源的實(shí)施例的方框圖,它具有一個(gè)與初級(jí)線圈串連的開(kāi)關(guān)。
圖2是開(kāi)關(guān)上電壓的時(shí)間分布圖,第一計(jì)數(shù)的讀數(shù),比較計(jì)數(shù)的讀數(shù),啟動(dòng)信號(hào)和驅(qū)動(dòng)脈沖的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
圖3是控制信號(hào)的時(shí)間分布圖,比較計(jì)數(shù)的讀數(shù),為了解釋依據(jù)控制信號(hào)和上下限值而增、減的比較計(jì)數(shù)的讀數(shù)。
圖4是本發(fā)明的一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路的方框圖它提供了一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
圖5是一個(gè)產(chǎn)生一個(gè)零交叉信號(hào)的電路裝置的典型實(shí)施例。
圖6是開(kāi)關(guān)上電壓的零交叉信號(hào)的時(shí)間分布圖。
圖7是第二比較器的典型實(shí)施例,它提供第一和第二比較信號(hào)。
圖8是脈沖產(chǎn)生裝置的典型實(shí)施例,該裝置按照啟動(dòng)信號(hào)和一個(gè)控制信號(hào)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)脈沖。
圖9是圖8裝置中所選擇信號(hào)的時(shí)間分布圖。
在各附圖中,除非另外指出,相同的參考符號(hào)表示相同的部分和具有相同意義的信號(hào)。
具體實(shí)施例方式
在解釋本發(fā)明的方法以前,先解釋一個(gè)適合實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的自激式開(kāi)關(guān)電源的典型實(shí)施例,參看圖1。
該開(kāi)關(guān)電源有一個(gè)開(kāi)關(guān)T,它是由MOS場(chǎng)效晶體管構(gòu)成(MOSFET=金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管),它和變壓器的初級(jí)線圈L1串連,這個(gè)串連電路包含初級(jí)線圈L1和開(kāi)關(guān)T,開(kāi)關(guān)T被連到供電電位端和一個(gè)參考地電位M端之間的供電電壓V+,一個(gè)緩沖電容器C與初級(jí)線圈L1串連,與晶體管T的漏一源電路并聯(lián)。一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路10用于驅(qū)動(dòng)晶體管T,該驅(qū)動(dòng)電路與晶體管T的柵極端G相連,提供一個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖AI,由此而使晶體管T接通或關(guān)斷。
變壓器有一個(gè)次級(jí)線圈L2,它與初級(jí)線圈L1電感耦合,它的出口端和一個(gè)整流器相連,在輸出端AK1,AK2上提供一個(gè)輸出電壓Va。在典型實(shí)施例中,整流器包含一個(gè)串連電路,它由一個(gè)二極管D1和一個(gè)電容器C1組成,它能在電容器C1上分接出輸出電壓Va。
開(kāi)關(guān)電源用于在負(fù)載RL上提供一個(gè)近似直流的輸出電壓Va,它通過(guò)圖1中無(wú)電抗電阻RL為例進(jìn)行解釋。當(dāng)晶體管T處于接通狀態(tài),初級(jí)繞組L1通過(guò)電壓V+吸取能量,接著,當(dāng)晶體管T關(guān)斷時(shí),通過(guò)次級(jí)繞組L2、整流器D1、C1把上述能量輸出到負(fù)載RL。功率輸出到負(fù)載RL上,因此輸出電壓Va,取決于開(kāi)關(guān)接通頻率,以這樣的頻率開(kāi)關(guān)接通,在該時(shí)間持續(xù)時(shí)間內(nèi),晶體管T在接通后保持接通狀態(tài),這兩個(gè)參數(shù),即接通頻率和驅(qū)動(dòng)脈沖的持續(xù)時(shí)間,是通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路10按照控制信號(hào)Vr設(shè)定的??刂菩盘?hào)Vr取決于輸出電壓Va,并取決于開(kāi)關(guān)上的當(dāng)前電壓Vtr或初級(jí)線圈L1上當(dāng)前電壓VL1。在圖1的典型實(shí)施例中,晶體管T的電壓Vtr用作操作變量。
為了根據(jù)輸出電壓提供控制信號(hào)Vr,有一個(gè)控制裝置20,使用一個(gè)與初級(jí)線圈L1電感耦合的輔助線圈L3,整流器連接在輔助線圈L3的出口,它有一個(gè)二極管D2和一個(gè)電容器C2和一個(gè)電壓分壓器R2、R3,它們與電容C2并聯(lián)提供一個(gè)電壓Vm,與輸出電壓Va成比例??刂破鱎E比較上述電壓Vm和參考電壓Vref,在輸出端提供一個(gè)控制信號(hào)Vr??刂破鱎E,具體地說(shuō),是一個(gè)比例控制器,一個(gè)比例積分控制器或一個(gè)積分控制器??刂破鱎E,通過(guò)圖1進(jìn)行解釋,它有一個(gè)比例控制頻率特性,它被設(shè)計(jì)成一個(gè)運(yùn)算放大器,具有很大的放大倍數(shù)。對(duì)于控制信號(hào)Vr,在本例中,它保持準(zhǔn)確,如果輸出電壓增加則控制信號(hào)Vr減少,如果輸出信號(hào)Va減少則控制信號(hào)Vr增加。
本發(fā)明方法的目的是驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)T以減少在小功率輸出情況下的開(kāi)關(guān)頻率,即接通晶體管的驅(qū)動(dòng)脈沖產(chǎn)生的頻率。本方法的基本步驟在下面參考圖2進(jìn)行解釋。
為了影響開(kāi)關(guān)頻率,在本發(fā)明的方法中,晶體器T上的電壓Vtr是被估計(jì)的。圖2是典型的電壓Vtr的時(shí)間分布,當(dāng)晶體管T處在接通狀態(tài),這個(gè)電壓Vtr是非常小的或近似等于零,如在接通持續(xù)時(shí)間ton內(nèi)所作的圖解。在晶體管T關(guān)斷以后,電壓Vtr迅速上升到一個(gè)高于電源電壓V+的值,并保持在這個(gè)值,直到存儲(chǔ)在初級(jí)線圈L1中的能量被輸出到次級(jí)。后來(lái),電壓Vtr減少直到它在t1時(shí)刻達(dá)到電源電壓V+的值。在t1時(shí)刻,初級(jí)線圈L1被完全去磁,這是開(kāi)關(guān)T打開(kāi)以后的第一段時(shí)間,從而在初級(jí)線圈L1上的電壓等于零。如果在初級(jí)線圈L1第一次去磁以后開(kāi)關(guān)T不是立刻再接通,則所謂自由變壓器振蕩就會(huì)出現(xiàn),它可由晶體管T上的或初級(jí)線圈L1上的周期交變電壓辨出。線圈L1上的電壓和晶體管T上的電壓Vtr之總合與電源電壓V+相等。
圖2中的電壓Vtr在電源電壓v+的值附近振蕩,因?yàn)橛须娮?,其幅度隨持續(xù)時(shí)間的增加而減小,圖2中未示出。電壓Vtr與電源電壓V+相交的時(shí)刻在下面被稱為是電壓Vtr的“零交叉”。
本發(fā)明的方法,是提供這些零交叉點(diǎn),在晶體管T已關(guān)斷以后,進(jìn)行檢測(cè)和計(jì)數(shù)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)脈沖AI,如圖2所示,從上限驅(qū)動(dòng)水平到下限驅(qū)動(dòng)水平減少的時(shí)候,n型導(dǎo)電場(chǎng)效應(yīng)晶體管T,如圖1所示,就關(guān)斷。圖2中,AZ表示一個(gè)第一計(jì)數(shù)器的值,它包含在晶體管已關(guān)斷后所檢測(cè)到的零交叉數(shù),并在晶體管T已關(guān)斷后,它從零開(kāi)始。圖2所示方法僅檢測(cè)上述電壓Vtr下降邊沿上的電壓Vtr的零交叉。因此,當(dāng)對(duì)于第一時(shí)間,初級(jí)線圈L1被去磁的時(shí)候,第一計(jì)數(shù)器值A(chǔ)Z,呈現(xiàn)計(jì)數(shù)器的值,在時(shí)刻t1是1。在時(shí)刻t2電壓Vtr的一個(gè)完整振蕩周期以后,第一計(jì)數(shù)器值是2,和在下一個(gè)周期在時(shí)刻t3消逝以后,計(jì)數(shù)器的值是3。本發(fā)明的方法提供第一計(jì)數(shù)器值A(chǔ)Z和一個(gè)比較計(jì)數(shù)器值VZ進(jìn)行比較,根據(jù)圖2實(shí)施例,它被設(shè)定為3,并且容許,僅當(dāng)?shù)谝挥?jì)數(shù)器值A(chǔ)Z已經(jīng)達(dá)到比較計(jì)數(shù)器值VZ的時(shí)候,再次產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)脈沖AI。
在圖2的例中,第一計(jì)數(shù)器值在時(shí)刻t3達(dá)到比較計(jì)數(shù)器的值,因此晶體管最早在t3再次被接通。
電壓Vtr也是存儲(chǔ)電容器C目前的電壓,當(dāng)晶體管T接通的時(shí)候,它被完全放電。為了保持開(kāi)關(guān)損耗盡可能低,晶體管T被接通,是當(dāng)電容器C上的電壓或晶體管Vtr上的電壓盡可能小的時(shí)候。因此,本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例在操作計(jì)數(shù)器值A(chǔ)Z達(dá)到比較計(jì)數(shù)器VZ的值的時(shí)刻,在晶體管T或存儲(chǔ)電容器C上的電壓Vtr已進(jìn)一步減小以后,提供一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)SOE和提供一個(gè)僅隨啟動(dòng)信號(hào)SOE下降沿產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)脈沖AI。
驅(qū)動(dòng)脈沖AI的持續(xù)時(shí)間取決于控制信號(hào)Vr的幅度,它保持準(zhǔn)確做到,驅(qū)動(dòng)脈沖AI持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng),控制信號(hào)Vr越大。一個(gè)大的控制信號(hào)表示一個(gè)過(guò)分小的輸出電壓,結(jié)果,延長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)脈沖,由開(kāi)關(guān)電源吸收的功率和輸出到負(fù)載的功率增加,以便校準(zhǔn)輸出電壓。比較計(jì)數(shù)值VZ,它決定省略的零交叉數(shù)和兩個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖A1之間的周期持續(xù)時(shí)間tai,同樣也取決于控制信號(hào),如果控制信號(hào)Vr降到下限值Vr1以下,比較計(jì)數(shù)器值VZ就增加,如下所述。控制信號(hào)Vr降到下限值Vr1以下,表示輸出電壓過(guò)大或者負(fù)載具有低功率損耗。在小輸出功率情況下,比較計(jì)數(shù)器值VZ增加,以減少驅(qū)動(dòng)脈沖AI的接通頻率fai或增加兩個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖之間的時(shí)間間隔tai。如果輸出電壓Va由于負(fù)載的高功率損耗而減小并且如果,在這個(gè)過(guò)程中,控制信號(hào)Vr上升到上限值Vrh以上,如下所述,則比較計(jì)數(shù)器值VZ再次減小,以便再次增加接通頻率fai,或再次減少在兩個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖之間的時(shí)間間隔tai。
取決于控制信號(hào)Vr,取決于上、下限值Vr1、Vrh的比較計(jì)數(shù)器值VZ的變化將在下面參考圖3予以解釋。
圖3a以舉例的方式表示,一個(gè)控制信號(hào)Vr相對(duì)于時(shí)間的分布圖,表示出上述控制信號(hào)Vr在圖解時(shí)間段中的周期波動(dòng)。這樣一個(gè)周期波動(dòng)的控制信號(hào)Vr由一個(gè)具有周期波動(dòng)功耗的負(fù)載產(chǎn)生,它產(chǎn)生周期波動(dòng)的輸出電壓Va,輸出電壓Va經(jīng)控制信號(hào)Vr被反饋。
圖3a還示出比較計(jì)數(shù)器值VZ,它通常用X表示,在持續(xù)時(shí)間tp2內(nèi),控制信號(hào)Vr最好被估計(jì),它比控制信號(hào)Vr的波動(dòng)周期持續(xù)時(shí)間tp1要長(zhǎng),或比連接到輸出端AK1,AK2上的負(fù)載RL的功率波動(dòng)的周期持續(xù)時(shí)間tp1要長(zhǎng)。在比波動(dòng)控制信號(hào)Vr的周期持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的一個(gè)時(shí)間間隔tp2內(nèi),估計(jì)控制信號(hào)Vr保證比較計(jì)數(shù)值VZ不僅僅因?yàn)榭刂菩盘?hào)Vr的時(shí)刻波動(dòng)而變化。因此,在本發(fā)明的方法實(shí)施例中,當(dāng)控制信號(hào)Vr在整個(gè)時(shí)間周期tp2內(nèi)處在下限值Vr1下面的時(shí)候,就采取比較計(jì)數(shù)器值Vz增加1的措施,也就是當(dāng)輸出電壓Va在整個(gè)時(shí)間持續(xù)期間tp2內(nèi)超過(guò)一個(gè)預(yù)定的限定值的時(shí)候采取這個(gè)措施。
在圖3a的圖解時(shí)間分布圖中,雖然控制信號(hào)Vr偶爾處在下限值Vr1之下,但它同時(shí)也偶爾在上述時(shí)間間隔tp2內(nèi)超過(guò)上述下限值Vr1,從而比較計(jì)數(shù)值VZ保持不變。
圖3b示出了控制信號(hào)Vr的另一個(gè)時(shí)間分布圖,其中控制信號(hào)Vr一開(kāi)始大于下限值Vr1,然后降到下限值Vr1的下面,并在整個(gè)估計(jì)周期tp2內(nèi)保持在下限值Vr1以下,從而在估計(jì)周期tp2結(jié)束以后,比較計(jì)數(shù)器值VZ被增加1,以便減少晶體管T的接通頻率。
圖3C是控制信號(hào)Vr的另一個(gè)分布圖,控制信號(hào)Vr偶然地大于上限值Vrh;從而比較計(jì)數(shù)器值VZ被減小1,以便增加晶體管T的接通頻率。在圖3C的這個(gè)例子中,比較計(jì)數(shù)器值VZ根據(jù)啟動(dòng)信號(hào)SOE被減少,這就是說(shuō),任何時(shí)候控制信號(hào)Vr大于上限值Vrh,比較計(jì)數(shù)器值就減少,并且當(dāng)一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)SOE的脈沖存在,啟動(dòng)信號(hào)SOE的脈沖用最短的脈沖表示,圖3C。啟動(dòng)信號(hào)SOE因?yàn)樽鳛闀r(shí)鐘信號(hào)以計(jì)算比較計(jì)數(shù)器值VZ。
開(kāi)關(guān)電源操作方法,其中上述方法已被實(shí)現(xiàn),并在下面參照?qǐng)D1,2,3予以解釋。當(dāng)開(kāi)關(guān)電源被接通的時(shí)候,比較計(jì)數(shù)器值VZ被設(shè)定到1并當(dāng)開(kāi)關(guān)電源被接通的時(shí)候,輸出電壓Va是零,這就產(chǎn)生一個(gè)很大的控制信號(hào)Vr,它通過(guò)適當(dāng)?shù)碾娐贩椒ū幌拗频较薅ㄖ礦rm,如圖3a所示。只要控制信號(hào)Vr大于下限值Vr1,比較計(jì)數(shù)器值VZ保持在1,即如果初級(jí)線圈L1在驅(qū)動(dòng)周期的第一時(shí)間內(nèi),在每種情況下都是無(wú)能量的,晶體管T在時(shí)刻t1就總是再接通。驅(qū)動(dòng)脈沖AI的持續(xù)時(shí)間取決于控制信號(hào)Vr,驅(qū)動(dòng)脈沖AI持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng),則控制信號(hào)Vr越大。如果控制信號(hào)Vr減小,則驅(qū)動(dòng)脈沖AI縮短,在晶體管T的關(guān)斷和第一零交叉Vtr之間的持續(xù)時(shí)間減少,結(jié)果增加了開(kāi)關(guān)接通頻率fai,或減小了兩驅(qū)動(dòng)脈沖AI之間的時(shí)間間隔。為了抵制上述接通頻率fai隨控制信號(hào)Vr減小而進(jìn)一步增加,即減少輸出功率,如果控制信號(hào)Vr下降到下限值Vr1以下,則比較計(jì)數(shù)器VZ開(kāi)始計(jì)數(shù)。在本發(fā)明的實(shí)施例中,僅當(dāng)控制信號(hào)在估計(jì)周期tp2內(nèi)保持在下限值以下的時(shí)候,比較計(jì)數(shù)器VZ開(kāi)始計(jì)數(shù)。增加比較計(jì)數(shù)器值VZ的結(jié)果是,在晶體管T下次接通以后,晶體管T上的電壓Vtr的零交叉被忽略,直到晶體管T再次被接通為止。這樣就減小了開(kāi)關(guān)頻率fai。
在進(jìn)一步的過(guò)程中,如果控制信號(hào)Vr保持在下限制Vr1以下,則比較計(jì)數(shù)器值VZ進(jìn)一步增加,以便進(jìn)一步有效地減少接通頻率fai。換言之,如果控制信號(hào)Vr上升到上限值Vrh以上的一個(gè)值,比較計(jì)數(shù)器值VZ就減小,以便再增加接通頻率fai,抵制輸出電壓Va進(jìn)一步減小。
圖4是本發(fā)明驅(qū)動(dòng)電路10的方框圖,它提供了本發(fā)明方法的一個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖AI。
驅(qū)動(dòng)電路10有一個(gè)電路裝置100,用于提供啟動(dòng)信號(hào)SOE,和一個(gè)脈沖產(chǎn)生電路170,它根據(jù)啟動(dòng)信號(hào)SOE和控制信號(hào)Vr產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)脈沖AI。
控制信號(hào)Vr和晶體管T上的電壓Vtr被供給電路裝置100,以產(chǎn)生啟動(dòng)信號(hào)SOE。在這種情況下,電壓Vtr出現(xiàn)在檢測(cè)電路110上,它提供一個(gè)來(lái)自電壓Vtr的零交叉信號(hào)NDG,它的信號(hào)供給一個(gè)第一計(jì)數(shù)器裝置120。在上述計(jì)數(shù)器裝置120的輸出端可以得到一個(gè)輸出計(jì)數(shù)器值A(chǔ)Z,它被供給一個(gè)比較器裝置150。一個(gè)第二計(jì)數(shù)器裝置140提供比較計(jì)數(shù)器值Vz,它同樣被供給第一比較器裝置150,第一比較器裝置150根據(jù)第一計(jì)數(shù)器值A(chǔ)Z和比較計(jì)數(shù)器值VZ的比較而產(chǎn)生啟動(dòng)信號(hào)SOE。第一和第二計(jì)數(shù)裝置120,140最好設(shè)計(jì)成數(shù)字計(jì)數(shù)器,第一比較器裝置150最好設(shè)計(jì)成數(shù)字比較器裝置,如果第一計(jì)數(shù)器值A(chǔ)Z等于比較計(jì)數(shù)器值VZ,它就產(chǎn)生一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)SOE的脈沖。第一計(jì)數(shù)器120的計(jì)數(shù)器讀數(shù)最好用啟動(dòng)信號(hào)SOE的一個(gè)脈沖下降沿進(jìn)行復(fù)原,以便在晶體管T再次被接通以后,再去從零計(jì)算電壓Vtr的零交叉數(shù)。
圖5是一個(gè)檢測(cè)電路110的實(shí)施例,它有一個(gè)比較器K1,對(duì)于它的非反相輸入端提供電源電壓V+,對(duì)于它的反相輸入端提供電壓Vtr。零交叉信號(hào)NDG可以在比較器K1的輸出端得到。
圖6是圖5的裝置產(chǎn)生的零交叉信號(hào)NDG的時(shí)間分布圖和電壓Vtr的時(shí)間分布圖。每當(dāng)電壓Vtr降到電源電壓V+值以下,零交叉信號(hào)NDG都呈現(xiàn)一個(gè)高電平。
第一計(jì)數(shù)器120是這樣設(shè)計(jì)的,第一計(jì)數(shù)器值A(chǔ)Z隨著零交叉信號(hào)NDG的上升沿的出現(xiàn)總是增加1。因此,第一計(jì)數(shù)器值在時(shí)刻t1,t2,t3各種情況下都增加1,在這些時(shí)刻,如果下降沿出現(xiàn),開(kāi)關(guān)T上的電壓Vtr降到電源電壓V+值以下。如果電壓Vtr的下降沿出現(xiàn),僅有這些零交叉被檢測(cè)。
比較計(jì)數(shù)器值VZ由第二計(jì)數(shù)裝置140,按照第一輸入端141上的計(jì)數(shù)信號(hào)UP進(jìn)行計(jì)數(shù),或按照第二輸入端142上的倒計(jì)數(shù)信號(hào)DO進(jìn)行遞減計(jì)數(shù)。
計(jì)數(shù)信號(hào)UP取決于第一比較信號(hào)VR1,它還取決于控制信號(hào)Vr和下限值Vr1的比較結(jié)果。再者,倒計(jì)數(shù)信號(hào)DO取決于第二比較信號(hào)VRH,它還取決于控制信號(hào)Vr和上限值Vrh的比較結(jié)果。
第一和第二比較信號(hào)VRL,VRH是由第二比較器裝置130提供的,控制信號(hào)Vr被供給該裝置。圖7是一個(gè)比較裝置130的實(shí)施例,它有一個(gè)第一比較器K2和一個(gè)第二比較器K3??刂菩盘?hào)Vr被加到第一比較器K2的非反相輸入端,上限值Vrh被加到第一比較器K2的反相輸入端。如果控制信號(hào)Vr大于上限值Vrh,在第二比較器K2輸出端上獲得的第二比較信號(hào)VRH就呈現(xiàn)高電平。控制信號(hào)Vr加到第二比較器K3的一個(gè)非反相輸入端,下限值Vr1被加到第二比較器K3的反相輸入端,如果控制信號(hào)Vr大于下限值Vr1,第2比較器K3的輸出端上的第一比較信號(hào)VRL就呈現(xiàn)高的驅(qū)動(dòng)電平。
第二比較信號(hào)VRH被加到與門G2的一個(gè)輸入端,啟動(dòng)信號(hào)SOE加到它的另一個(gè)輸入端,在其輸出端上有倒計(jì)數(shù)信號(hào)D0。如果第二比較信號(hào)VRH是上驅(qū)動(dòng)電平,即如果控制信號(hào)Vr大于上限值Vrh,并且如果啟動(dòng)信號(hào)SOE的脈沖存在,則比較計(jì)數(shù)器值VZ被倒計(jì)數(shù)。因此,比較計(jì)數(shù)器值VZ按照控制信號(hào)Vr和上限值Vrh的比較進(jìn)行倒計(jì)數(shù),并啟動(dòng)信號(hào)SOE計(jì)時(shí)。
觸發(fā)器FF被接在第二比較器130和第二計(jì)數(shù)器140之間,一個(gè)時(shí)鐘發(fā)生器160連接到用于調(diào)節(jié)上述觸發(fā)器的輸入S,該時(shí)鐘發(fā)生器,隨著圖3a的估計(jì)間隔tp2計(jì)時(shí),而產(chǎn)生脈沖,以便隨著上述估計(jì)間隔tp2的計(jì)時(shí)對(duì)觸發(fā)器FF進(jìn)行調(diào)節(jié)。出現(xiàn)在第二比較器裝置130的輸出上的第一比較信號(hào)VRL被提供給觸發(fā)器FF的復(fù)原輸入端R。如果控制信號(hào)Vr超過(guò)下限值Vr1并且第一比較信號(hào)VRL是高驅(qū)動(dòng)電平,則觸發(fā)器FF就被復(fù)位,一個(gè)低驅(qū)動(dòng)電平就出現(xiàn)在觸發(fā)器FF的輸出端Q上。
如果控制信號(hào)Vr保持在下限值Vr1以下,則觸發(fā)器FF仍被設(shè)置,結(jié)果一個(gè)高驅(qū)動(dòng)電平就出現(xiàn)在觸發(fā)器FF的輸出端Q上,并且時(shí)鐘信號(hào)Ptp2和觸發(fā)器的輸出信號(hào)被供給與門G1,隨著通過(guò)與門G1的時(shí)鐘信號(hào)Ptp2的下一個(gè)時(shí)鐘脈沖的到來(lái),第二計(jì)數(shù)器140的計(jì)數(shù)脈沖UP被產(chǎn)生。在圖4的一個(gè)實(shí)施例中,觸發(fā)器的輸出端Q上出現(xiàn)的信號(hào)可以通過(guò)延遲元件D的時(shí)間延遲在與門G1上獲得。延遲元件D是必須有的,因?yàn)椋?jì)數(shù)脈沖UP產(chǎn)生所伴隨的時(shí)鐘信號(hào)Ptp2脈沖也能使觸發(fā)器FF復(fù)原,從而觸發(fā)器FF輸出端Q上的信號(hào)就隨著時(shí)鐘信號(hào)Ptp2的脈沖的出現(xiàn)而總是減小。
電路裝置100的啟動(dòng)信號(hào)SOE被供給一個(gè)脈沖產(chǎn)生裝置170,它依據(jù)啟動(dòng)信號(hào)SOE產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)脈沖AI。
圖8是一個(gè)脈沖產(chǎn)生裝置的實(shí)施例。這個(gè)脈沖產(chǎn)生裝置有一個(gè)RS觸發(fā)器FF2,啟動(dòng)信號(hào)SOE被加到它的設(shè)定輸入端S,在其輸出端Q上可以獲得驅(qū)動(dòng)信號(hào)AI。如上所述,如果第一計(jì)數(shù)器值A(chǔ)Z等于比較計(jì)數(shù)器值VZ,則圖3中第一比較器裝置150就產(chǎn)生啟動(dòng)信號(hào)SOE脈沖,如圖2所述。根據(jù)圖2的信號(hào)分布圖,RS觸發(fā)器FF2最好以這種方式設(shè)計(jì),即觸發(fā)器用啟動(dòng)信號(hào)SOE脈沖的下降沿設(shè)定,從而驅(qū)動(dòng)脈沖AI就隨啟動(dòng)信號(hào)SOE脈沖的下降沿而產(chǎn)生。脈沖產(chǎn)生裝置170有一個(gè)比較器K4,控制信號(hào)Vr加到它的反相輸入端,在它的非反相輸入端和參考地電位M之間接有電容器C3,它通過(guò)電阻R3而連到電源電壓V+。一個(gè)雙極晶體管T2與電容器C3并聯(lián),上述晶體管經(jīng)一個(gè)反相器INV和一個(gè)電阻R4,由驅(qū)動(dòng)脈沖AI驅(qū)動(dòng),如果驅(qū)動(dòng)脈沖AI具有一個(gè)低驅(qū)動(dòng)電平,也就是說(shuō),如果開(kāi)關(guān)電源晶體管T斷開(kāi),則雙極晶體管T2就導(dǎo)通以便電容器C3放電。
圖9是圖8產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)脈沖的電路裝置的操作方法。由觸發(fā)器FF2的設(shè)定,觸發(fā)器FF2的輸出端出現(xiàn)高驅(qū)動(dòng)電平,從而形成驅(qū)動(dòng)脈沖AI的起點(diǎn)。雙極晶體管T2關(guān)斷,電容器C3經(jīng)電阻R3充電,結(jié)果電容器C3上的電壓Vc3就上升。如果電容器C3上的電壓Vc3達(dá)到控制信號(hào)Vr的值,則觸發(fā)器FF2,它的復(fù)位輸入端R連到比較器K4的輸出端上,就被復(fù)位,并且驅(qū)動(dòng)脈沖AI停止。晶體管T3再次被接通,電容器C3被放電。
因此驅(qū)動(dòng)脈沖AI持續(xù)的時(shí)間越長(zhǎng),控制信號(hào)Vr越大。
代替晶體管T上的電壓Vtr,本發(fā)明也使用初級(jí)線圈上的電壓V11,以便檢測(cè)零交叉時(shí)刻。為此目的,電壓V11與第二參考電壓值進(jìn)行比較,這點(diǎn)不特別進(jìn)行說(shuō)明了。電壓V11等于電源電壓V+和晶體管上的電壓Vtr之間的差。
權(quán)利要求
1.一種驅(qū)動(dòng)功率開(kāi)關(guān)(T)的方法,在開(kāi)關(guān)電源中該開(kāi)關(guān)與一個(gè)變壓器的初級(jí)線圈(L1)串聯(lián),其中獲得一個(gè)取決于輸出電壓(Va)的控制信號(hào)(Vr),該方法有下述特征檢測(cè)參考時(shí)刻,在這個(gè)時(shí)刻,開(kāi)關(guān)(T)上當(dāng)前電壓Vtr相應(yīng)于一個(gè)第一參考電壓值(V+)或者這時(shí)刻初級(jí)線圈(L1)上當(dāng)前電壓相應(yīng)于第二參考電壓值,在所檢測(cè)的參考時(shí)刻的數(shù)值(Az)已經(jīng)達(dá)到比較數(shù)字值(VZ)時(shí)關(guān)閉開(kāi)關(guān)(T),根據(jù)控制信號(hào)(Vr)是超過(guò)一個(gè)上限值(Vrh)或是低于一個(gè)下限值(Vr1)增加或減少比較數(shù)字值(VZ)。
2.如權(quán)利要求1的方法,其中如果控制信號(hào)(Vr)超過(guò)上限值(Vrh),比較數(shù)字值(VZ)就減小。
3.如權(quán)利要求1或2的方法,如果在予定時(shí)間間隔(tp2)內(nèi),控制信號(hào)(Vr)不超過(guò)下限值(Vr1)比較數(shù)字值(VZ)就增加。
4.按照權(quán)利要求3的方法,其中予定時(shí)間間隔比負(fù)載周期波動(dòng)功耗的周期持續(xù)時(shí)間要長(zhǎng)。
5.按照上述權(quán)利要求之一的方法,其中比較數(shù)字值(VZ)在各種情況下增加1或減小1。
6.按照上述權(quán)利要求之一的方法,其中只有參考時(shí)刻被檢測(cè),在這時(shí)刻,開(kāi)關(guān)(T)上的當(dāng)前電壓(Vtr)降到第一參考電壓值(V+)以下。
7.按照前述權(quán)利要求之一的方法,其中開(kāi)關(guān)(T)上的電壓通過(guò)分出開(kāi)關(guān)(T)的電壓來(lái)直接確定。
8.一個(gè)具有下述特征的開(kāi)關(guān)電源一個(gè)開(kāi)關(guān)(T),它和變壓器的一個(gè)初級(jí)線圈(L1)串聯(lián)并根據(jù)驅(qū)動(dòng)脈沖(AI)接通或關(guān)斷,一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路(170),根據(jù)啟動(dòng)信號(hào)(SOE)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)脈沖(AI),一個(gè)控制裝置(20),其中可獲得取決于輸出電壓(Va)的一個(gè)控制信號(hào)(Vr),其特征在于,產(chǎn)生啟動(dòng)信號(hào)(SOE)的電路裝置(100),具有下述特征一個(gè)檢測(cè)電路(110),它檢測(cè)參考時(shí)刻,在這時(shí)刻,開(kāi)關(guān)(T)上當(dāng)前電壓(Vtr)對(duì)應(yīng)于一個(gè)預(yù)定第一參考電壓值,一個(gè)第一計(jì)數(shù)器(120),它與檢測(cè)電路(110)連接,它有一個(gè)輸出端,在其上第一計(jì)數(shù)信號(hào)(AZ)可以獲得,一個(gè)第二計(jì)數(shù)器(140),它有一個(gè)第一輸入端(141),它上面的一個(gè)信號(hào)取決于控制信號(hào)(Vr)和一個(gè)第一參考信號(hào)(Vr1)的比較,一個(gè)第二輸入端(142),其上的信號(hào)取決于控制信號(hào)(Vr)和一個(gè)第二參考信號(hào)(Vrh)的比較,并且它有一個(gè)輸出端,在其上比較計(jì)數(shù)信號(hào)(VZ)可以獲得。一個(gè)第一比較器(150),第一計(jì)數(shù)信號(hào)和比較計(jì)數(shù)信號(hào)加到它上面,并且它提供啟動(dòng)信號(hào)(SOE)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的電路裝置,它具有一個(gè)第二比較器裝置(130),它提供一個(gè)第一比較信號(hào)(VRL),它取決于控制信號(hào)(Vr)和第一參考信號(hào)(Vr1)的一個(gè)比較,它還提供一個(gè)第二比較信號(hào)(VRH),它取決于一個(gè)控制信號(hào)(Vr)和第二參考信號(hào)(Vrh)的比較。
10.權(quán)利要求10-12之一的電路裝置,它有一個(gè)脈沖產(chǎn)生裝置(170),控制信號(hào)(Vr)和啟動(dòng)信號(hào)(SOE)加到它上面,它根據(jù)啟動(dòng)信號(hào)(SOE)和控制信號(hào)(Vr)提供驅(qū)動(dòng)脈沖(AI)。
11.權(quán)利要求11的電路裝置,其中驅(qū)動(dòng)脈沖接通時(shí)刻取決于啟動(dòng)信號(hào)(SOE),它的持續(xù)時(shí)間取決于控制信號(hào)(Vr)。
12.上述權(quán)利要求之一的電路裝置,它有一個(gè)觸發(fā)器(FF)連在第二比較器(130)和第二計(jì)數(shù)器之間,它有一個(gè)第一和第二輸入端(R、S)和一個(gè)輸出端(Q),一個(gè)取決于第一比較信號(hào)(VRL)的信號(hào)被送到第一輸入端(R),并且一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)(Ptp2)被送到第二輸入端(S),供給第二計(jì)數(shù)器(140)的第一輸入端(141)的信號(hào)取決于觸發(fā)器(FF)的輸出信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一個(gè)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)電源中開(kāi)關(guān)的方法,其中開(kāi)關(guān)與變壓器的初級(jí)線圈串連,并且取決于輸出電壓的控制信號(hào)可以從中得到。在這種情況下,參考時(shí)刻被檢測(cè)和計(jì)數(shù),在這時(shí)刻開(kāi)關(guān)上的電壓相當(dāng)于第一參考電壓值,初級(jí)線圈上的電壓相當(dāng)于第二參考電壓值,僅當(dāng)所檢測(cè)的參考時(shí)刻的數(shù)達(dá)到一個(gè)比較數(shù)字值以后開(kāi)關(guān)再次閉合。本發(fā)明還涉及實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的開(kāi)關(guān)電源。
文檔編號(hào)H02M3/335GK1377126SQ0211909
公開(kāi)日2002年10月30日 申請(qǐng)日期2002年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月15日
發(fā)明者P·普雷勒 申請(qǐng)人:因芬尼昂技術(shù)股份公司