專利名稱：電源調(diào)節(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及被調(diào)節(jié)的電源。
背景技術(shù)：
本發(fā)明的重要目的是使用線路頻率切換電路系統(tǒng)提供高功率被部分調(diào)節(jié)的電源，并具有低切換損耗及熱保護(hù)。

發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明，電源包括具有第一及第二個(gè)端子用于存儲(chǔ)直流(DC)電荷的電容器。電源還包括第一和第二個(gè)線路輸入端用于連接到交流(AC)線電流源，AC線電流具有AC線電壓；被連接到第一和第二個(gè)線路輸入端用于使AC線電壓變換到降低的電壓的變壓器；被連接到變壓器用于使降低的AC電壓調(diào)整到已整流的AC電壓的整流器，已整流的AC電壓得到具有上升邊緣、下降邊緣及峰點(diǎn)的電壓波形。電源還包括連接整流器及電容器用于使電容器充電到額定的DC輸出電壓的充電電路系統(tǒng)。電源被構(gòu)成并裝配以便充電電路系統(tǒng)在上升邊緣期間的一段時(shí)間間隔內(nèi)及在下降邊緣期間的一段時(shí)間間隔內(nèi)使電容器充電，因此充電電路系統(tǒng)不在峰點(diǎn)使電容器充電。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，電源包括第一、第二及第三個(gè)輸出端和第一及第二個(gè)線路輸入端用于連接到AC線電流源，AC線電流具有AC線電壓。電源另外包括被連接到第一及第二個(gè)線路輸入端，用于使AC線電壓變換到降低的AC電壓的變壓器；被連接到變壓器用于使降低的電壓調(diào)整到已整流的AC電壓的整流器；以及用于使第一、第二、及第三個(gè)輸出端分別充電到第一、第二、及第三個(gè)電勢以使第一個(gè)電勢與第二個(gè)電勢之間的電勢差小于第一個(gè)電勢與第三個(gè)電勢之間的電勢差的充電電路系統(tǒng)。充電電路系統(tǒng)包括單個(gè)開關(guān)。
在本發(fā)明的還有的另一個(gè)方面中，電源包括具有第一及第二個(gè)端子用于存儲(chǔ)DC電荷的電容器。電源還包括用于連接到AC線電流源的第一及第二個(gè)線路輸入端，AC線電流具有AC線電壓；被連接到第一及第二個(gè)線路輸入端用于將AC線電壓變換到降低的AC電壓的變壓器；被連接到變壓器用于使降低的AC電壓調(diào)整到已整流的AC電壓的整流器，已整流的AC電壓得到具有上升邊緣、下降邊緣及峰點(diǎn)的電壓波形。電源還包括連接整流器及電容器用于使電容器充電到額定的DC輸出電壓的充電電路系統(tǒng)。電源被構(gòu)成并裝配以便充電電路系統(tǒng)在每個(gè)已整流的AC周期期間使電容器充電兩次。
其他的特點(diǎn)、目的及優(yōu)點(diǎn)從以下參考伴隨附圖的詳細(xì)描述將變得明顯。
附圖描述

圖1是按照本發(fā)明的電源的方框圖；圖2是按照圖1的電源的示意圖；以及圖3示出圖解說明圖1和2的電源運(yùn)行的波形及其他的電參數(shù)。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參看附圖，更具體而言圖1，該圖示出按照本發(fā)明的電源的合乎邏輯的布局的方框圖，連接元件的線以實(shí)線或虛線的形式被示出。實(shí)線表示元件之間用于傳遞電功率的互連。連接元件的虛線代表用于傳遞信息或控制的元件之間的互連；在虛線上的箭頭表示信息或控制的流動(dòng)方向。為清楚起見，用于驅(qū)動(dòng)或接地的電路裝置的互連未按這種觀點(diǎn)被示出，而如在圖2中所示。電源包括用于連接到外部AC電源，例如120V，60Hz的線路功率，的電源輸入端10、11。電源輸入端10、11被連接到變壓器12的主繞組。變壓器12的次繞組通過整流器的輸入端16、18被連接到整流器14。整流器的正輸出端20由高側(cè)電源線21被連接到負(fù)載電容器26的端點(diǎn)24。負(fù)載電阻RL 30在端點(diǎn)24及28與電容器26被并聯(lián)。整流器的負(fù)端22通過開關(guān)電路32被連接到電容器26的端子28及負(fù)載電阻RL30。開關(guān)電路32包括參考組塊34、控制組塊36、及開關(guān)38。降低的電壓電路40的輸入端被連接到變壓器12的中間電壓抽頭及負(fù)載電容器26的端子28。參考組塊34從高側(cè)電源線21、低側(cè)電源線23、負(fù)載電容器26的端子28及熱敏電路44接收信號(hào)。參考組塊34傳遞信號(hào)到控制組塊36，它控制開關(guān)38。
按照本發(fā)明的具有開關(guān)在低側(cè)電源線上的電源是有利的，它超過在高側(cè)電源線上有開關(guān)的電源，因?yàn)楫?dāng)開關(guān)在低側(cè)電源線上時(shí)有較少的切換損耗(作為熱被耗散)。
在運(yùn)行中，變壓器12使輸入電壓從線路AC電壓電平(例如120V，60Hz)轉(zhuǎn)換到中間的AC電壓電平(例如17V，60Hz)。整流器14使中間的AC電壓調(diào)整到已整流的AC電壓，它然后被用于使電容器26充電，電容器26保持跨越負(fù)載的DC電壓，負(fù)載由負(fù)載電阻RL30代表。開關(guān)電路32控制電容器26的充電，如下文所描述。
變壓器12、整流器14、及電容器26是常規(guī)的元件。開關(guān)38可能是常規(guī)的n型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)(MOSFET)開關(guān)。由負(fù)載電阻RL30所代表的負(fù)載一般是需要DC功率的電路，例如音頻信號(hào)處理電路系統(tǒng)及功率放大器。
現(xiàn)在參看圖2，圖中被示出用于實(shí)現(xiàn)圖1的電源的電路。在圖2中相同的參考號(hào)數(shù)指的是圖1的相應(yīng)的元件。圖2中畫虛線的框包入完成由圖1的組塊所表示功能的電路部分。
現(xiàn)在參看圖3，圖中被示出為了圖解說明圖1及2的電源運(yùn)行的電壓及充電電流的曲線圖。曲線50是電壓Vac的圖線，電壓Vac跨越輸入線到整流器的端點(diǎn)16、18。曲線50上的擾亂是由于負(fù)載在電源充電時(shí)所造成的。曲線51是Vi的圖線，該電壓跨越整流器輸出端20、22。曲線53是Vz的圖線，該電壓在節(jié)點(diǎn)54與22之間。曲線57，用于參考，是當(dāng)沒有負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)Vac的已整流值的波形。曲線55是Vo的圖線，該電壓跨越負(fù)載電容器26端子24、28。當(dāng)負(fù)載電容器26被充電時(shí)曲線55具有向上的斜率，而當(dāng)電容器26通過負(fù)載電阻器30放電時(shí)曲線55具有向下的斜率。曲線49是充電電流Is的圖線，說明電容器26何時(shí)在被充電。曲線已被弄光滑，那樣作是歸因于切換的次要擾亂及電壓脈沖未被示出。
當(dāng)開關(guān)38在“導(dǎo)通”的位置，并且當(dāng)整流器14是“導(dǎo)通”的(也就是說，當(dāng)跨越輸入端16、18的電壓小于跨越整流器輸出端20、22的電壓時(shí)，引起電流流過整流器14)，負(fù)載電容器被充電。
通過參照曲線51及53，開關(guān)38的運(yùn)轉(zhuǎn)是能被理解的。開關(guān)最初在時(shí)刻t0是“導(dǎo)通”的。在時(shí)刻t2，當(dāng)Vi等于Vt時(shí)，開關(guān)38轉(zhuǎn)向“斷開”。在時(shí)刻t3，在周期的下落邊緣，當(dāng)Vz比Vt大數(shù)量Vz時(shí)，開關(guān)轉(zhuǎn)向“導(dǎo)通”，Vz由變壓器12的性能和電阻器70與72的比值決定。開關(guān)38保持“導(dǎo)通”一直到時(shí)刻ts，它基本上等同于t0。在時(shí)刻t12，在后面的半周期，開關(guān)38轉(zhuǎn)向“斷開”，基本上類似于在時(shí)刻t2的情況，而在時(shí)刻t13轉(zhuǎn)向“導(dǎo)通”，它基本上類似于t14的情況。當(dāng)Vi變得大于Vo時(shí)，在時(shí)刻t1整流器14轉(zhuǎn)向“導(dǎo)通”。當(dāng)Vi變得小于Vo時(shí)，在時(shí)刻t4整流器14轉(zhuǎn)向“斷開”。整流器14保持“斷開”一直到時(shí)刻t5，它基本上等同于時(shí)刻t0。在時(shí)刻t11整流器14重新轉(zhuǎn)向“導(dǎo)通”，它基本上類似于在時(shí)刻t1的情況。在時(shí)刻t14整流器14轉(zhuǎn)向“斷開”，它基本上類似于在時(shí)刻t4的情況。
在第一個(gè)半周期上升邊緣的一段間隔(t1到t2)期間及在第一個(gè)半周期下降邊緣的一段間隔(t3到t4)期間，整流器14和開關(guān)38都是“導(dǎo)通”的。同樣，在第二個(gè)半周期上升邊緣的一段間隔(t11到t12)期間及在第二個(gè)半周期下降邊緣的一段間隔(t13到t14)期間，整流器14和開關(guān)38都是“導(dǎo)通”的。因而，在半周期上升邊緣的一段間隔期間及在半周期下降邊緣的一段間隔期間，電源是被充電的。在包括半周期的峰點(diǎn)65一段間隔期間，電源是不被充電的。充電間隔(t1到t2)、(t3到t4)、(t11到t12)、(t13到t14)的卡度由許多因素確定，它們包括輸入波形(如果電源線用大量接近AC周期峰點(diǎn)汲取功率的裝置被負(fù)載，它可能不是純正弦形的)的形狀，在電源上的負(fù)載，和變壓器12的性能及圖2的兩個(gè)電阻器70與72的比值。電源如所描述的在典型條件，包括在Vac和負(fù)載上的變化，很寬的范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)。間隔t5到t15顯示按照本發(fā)明的電源保持最大電壓在Vt，即使具有高AC電壓及輕的負(fù)載。
按照本發(fā)明的電源通常受到較少的代理商的調(diào)節(jié)(例如EMC標(biāo)準(zhǔn)EN 61000，它具有對電源的特殊類別，例如目前的一種，它需要少的或沒有任何線路調(diào)節(jié)裝置用于功率因素校正)。另外，按照本發(fā)明的電源能容易地通過許多EMI標(biāo)準(zhǔn)例如設(shè)備控制操縱臺(tái)(FCC)及被線路引導(dǎo)的發(fā)射因?yàn)槿鄙俑哳l切換。
另外，不在峰點(diǎn)充電的電源是有利的，因?yàn)檩敵鲭妷壕哂泄潭ǖ淖畲笾?，它不改變，即使線電壓改變，只要Vac的峰值大于Vt。
在每半個(gè)線AC周期期間充電兩次(或更多)或在每個(gè)完全的線AC周期期間充電四次(或更多)的電源在重負(fù)載條件下比在每半個(gè)周期僅充電一次或每個(gè)完全周期充電兩次的電源能保持接近于預(yù)計(jì)的輸出電壓。下降邊緣充電比上升邊緣充電產(chǎn)生較小的開關(guān)發(fā)熱，所以對相同的負(fù)載包含下降邊緣充電意味著較少的全部的開關(guān)發(fā)熱。
重新參看圖2，圖1的降低的電壓電路40作為被連接到變壓器中間電壓抽頭、電容器76、被降低電壓的端點(diǎn)42、以及穿過電容器26的電容器端子28的二極管74被實(shí)現(xiàn)。在端點(diǎn)42的電壓可能被用于驅(qū)動(dòng)裝置，它具有電壓需要小于由電阻器RL 30所代表的裝置。如果中間電壓抽頭是中點(diǎn)引線，端點(diǎn)24、42及28能作為分別具有電壓按+Vo/2、地、及-Vo/2的端點(diǎn)被配置。在這樣的配置中，按照本發(fā)明的電源能被用于驅(qū)動(dòng)雙極裝置。
按照本發(fā)明的電源比起使用復(fù)制的功能上相似的電路去導(dǎo)出降低的電壓或雙極電壓的電源是有利的，因?yàn)榘凑毡景l(fā)明的電源需要更少的組件，例如負(fù)載電容器、開關(guān)及開關(guān)控制電路，而降低電路費(fèi)用。按照本發(fā)明的電源需要不太昂貴的組件并且比起使用調(diào)節(jié)器提供降低的電壓的電源來能在更高的功率電平運(yùn)轉(zhuǎn)。
仍然參看圖2，圖1的熱敏電路44作為被嵌入變壓器12的并且由電阻器60被連接到參考電路終端節(jié)點(diǎn)54及低側(cè)電源線23的負(fù)溫度系數(shù)(NTC)電阻器46被實(shí)現(xiàn)的。這個(gè)NTC電阻器和附加的熱敏電阻能被放置在電路的別處以保護(hù)其他的精密熱組件。
在運(yùn)行中，當(dāng)變壓器12(或其他被保護(hù)的組件)過熱，NTC電阻器改變數(shù)值，降低Vt并從而Vo。用多數(shù)電阻性或放大器負(fù)載，降低Vo引起被遞交到輸出端的較低的電流或功率，因而降低在變壓器(或其他被保護(hù)的組件)上的應(yīng)力。
包含熱敏電路44的電源比起使用功率熔斷電阻器的電源來是有利的，因?yàn)殡娫吹倪^熱狀態(tài)下繼續(xù)運(yùn)行(在被降低的輸出端)而不突然失效。當(dāng)過熱狀態(tài)不再存在，電源恢復(fù)在全功率正常運(yùn)行。在多數(shù)應(yīng)用，特別是高功率應(yīng)用中，具有變壓器的電源比起具有功率電阻器作為電壓降低元件的電源來是更有效的。
盡管圖1和2的實(shí)施方案使用橋式整流器14，本發(fā)明還可以在使用其他形式的整流器，例如二極管整流器或等價(jià)物，并且電路能適合于所使用的整流器的電源中被實(shí)現(xiàn)。例如，單個(gè)二極管整流器能被用于提供半波整流的AC。在每個(gè)半波期間，將要在上升邊緣的一段間隔內(nèi)及在下降邊緣期間的一段間隔內(nèi)被充電，而在波形的其他部分，包括在上升邊緣充電與下降邊緣充電之間的波形部分，不充電。
顯然熟悉本技術(shù)領(lǐng)域人員現(xiàn)在可能從在這里被公開的特有的儀器和技術(shù)作出許多發(fā)揮及改變而不違反發(fā)明的概念。因此，本發(fā)明將被認(rèn)作包含在這里所公開的一切新穎的特點(diǎn)及特點(diǎn)的新穎的組合，并且僅被附加的權(quán)利要求的精神及范圍所限制。
權(quán)利要求
1.電源，包含具有第一及第二個(gè)端子的電容器；用于連接到AC線電流源的第一及第二個(gè)線路輸入端；被連接到該第一及第二個(gè)線路輸入端的變壓器；連接到該變壓器，被構(gòu)成并裝配以提供具有上升邊緣、下降邊緣和峰點(diǎn)的電壓波形的整流器；以及連接該整流器和該電容器，被構(gòu)成并裝配用于使該電容器充電到額定的DC輸出電壓的充電電路系統(tǒng)；其中該電源被構(gòu)成并裝配以便該充電電路系統(tǒng)使該電容器在該上升邊緣的一段間隔內(nèi)及在該下降邊緣的一段間隔內(nèi)充電，以使該充電電路系統(tǒng)不在峰點(diǎn)使該電容器充電。
2.按照權(quán)利要求1的電源，另外包含將該整流器與第一個(gè)電容器端子相連接的高側(cè)電源線；包含將該整流器與該第二個(gè)電容器端子相連接的開關(guān)的低側(cè)電源線。
3.按照權(quán)利要求2的電源，該電源具有輸出端，該輸出端具有電勢，該電勢小于在該第一個(gè)電容器端子的電勢而大于在該第二個(gè)電容器端子的電勢。
4.按照權(quán)利要求3的電源，其中第一個(gè)電容器端子和該第二個(gè)電容器端子具有第一個(gè)電勢差，而其中該第二個(gè)電容器端子和該輸出端具有第二個(gè)電勢差，其中該第二個(gè)電勢差小于第一個(gè)電勢差。
5.按照權(quán)利要求4的電源，其中該第二個(gè)電勢差是該第一個(gè)電勢差的一半。
6.按照權(quán)利要求1的電源，該電源另外包含過熱保護(hù)電路，其中該過熱保護(hù)電路被構(gòu)成并裝配以響應(yīng)由于該電源使該電容器充電到小于該額定DC電壓的非零電壓所引起的過熱狀態(tài)。
7.按照權(quán)利要求6的電源，其中該過熱保護(hù)電路包含在與該變壓器熱接觸中的負(fù)溫度系數(shù)電阻器。
8.電源包含第一、第二及第三個(gè)輸出端；用于連接到AC線電流源的第一及第二個(gè)線路輸入端；被連接到該第一及第二個(gè)線路輸入端的變壓器；被連接到該變壓器的整流器；用于使該第一、第二及第三個(gè)輸出端分別充電到第一、第二及第三個(gè)電勢的充電電路系統(tǒng)，以使在該第一個(gè)電勢與該第二個(gè)電勢之間的電勢差小于在該第一個(gè)電勢與該第三個(gè)電勢之間的電勢差，該充電電路系統(tǒng)包含一個(gè)單開關(guān)。
9.按照權(quán)利要求8的電源，其中在該第一個(gè)電勢與該第二個(gè)電勢之間的電勢差是在該第一個(gè)電勢與該第三個(gè)電勢之間電勢差的一半。
10.電源包含具有第一個(gè)端子及第二個(gè)端子的電容器；用于連接到AC線路電流源的第一及第二個(gè)線路輸入端；被連接到該第一及第二個(gè)線路輸入端的變壓器；連接到該變壓器，被構(gòu)成并裝配以提供具有上升邊緣、下降邊緣及峰點(diǎn)的電壓波形的整流器；以及連接該整流器和該電容器，用于使該電容器充電到額定的DC輸出電壓的充電電路系統(tǒng)；其中該電源被構(gòu)成并裝配以使該電容器在該已整流的AC的每個(gè)周期期間充電兩次。
全文摘要
電源被構(gòu)成并裝配以使電源在上升邊緣期間的一段間隔內(nèi)及在下降邊緣的一段間隔內(nèi)被充電，并因此充電電路系統(tǒng)不在AC周期的峰點(diǎn)使電容器充電。
文檔編號(hào)H02M7/21GK1438761SQ02142789
公開日2003年8月27日 申請日期2002年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月17日
發(fā)明者S·S·丘 申請人:伯斯有限公司