專利名稱:用于圖騰柱電源開關(guān)的改進的電源的制作方法
本發(fā)明涉及電源開關(guān)電路，特別涉及一種用于按圖騰柱電路結(jié)構(gòu)配置的電源開關(guān)的、改進的電源。
圖騰柱電路結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于電源開關(guān)電路。在這種型式的電路結(jié)構(gòu)中，相對于電路公共端電位而言，上部電源開關(guān)通常工作于高電壓，因而這種電路的電源必須能夠工作于高電壓。為此很多種圖騰柱電源開關(guān)電路使用了PNP型晶體管作為上部的電源開關(guān)，還使用多個隔離的電源。通常，這種PNP型晶體管在電壓和電流的額定值方面都不及相應(yīng)的NPN型晶體管，因此不利地的是影響了電源開關(guān)電路的效率。此外，多個隔離的電源增大了開關(guān)電路的體積，還顯著地增加開關(guān)電路的成本。
鑒于上述原因，人們希望研制一種為圖騰柱電路結(jié)構(gòu)所配置的電源開關(guān)供電的電源系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以不用隔離電源，并且可不使用工作于高電壓的電源。
本發(fā)明由于提供了一種用于圖騰柱電路結(jié)構(gòu)所配置的電源開關(guān)的、改進的電源系統(tǒng)，從而解決了上述現(xiàn)有技術(shù)中相關(guān)的問題和其它問題。這種改進的電源系統(tǒng)含有一個單一電源，該電源的輸出電壓低于加到上部電源開關(guān)的電壓;該系統(tǒng)還含有一個能充電到電源輸出電壓的懸浮電容器電路;微處理器為基礎(chǔ)的控制電路(microprocessor based control circuitry)提供了控制上部和下部的電源開關(guān)，并調(diào)節(jié)懸浮電容器電路中的電容器的充電所必需的邏輯;對地隔離電路使上述微處理器為基礎(chǔ)的控制電路與加到上部電源開關(guān)的電壓隔離開。下部電源開關(guān)的激勵(actuation)和上部電源開關(guān)的退激勵(deatuation)將使電源給電容器充電，結(jié)果使電源開關(guān)的輸出保持在系統(tǒng)的公共端的電位上。相反地，上部電源開關(guān)的激勵和下部電源開關(guān)的退激勵將使電容器通過其負載放電，從而使電源開關(guān)的輸出保持在加到上部電源開關(guān)的電壓上。
一張附圖表示本發(fā)明電源系統(tǒng)的原理圖。
參閱附圖，該圖只是為了描述本發(fā)明的最佳實施例，并不以此限制本發(fā)明。該圖是圖騰柱電路結(jié)構(gòu)所配置的電源開關(guān)12和14的電源系統(tǒng)10的原理圖。由圖可見，電源系統(tǒng)10包含微處理器為基礎(chǔ)的控制電路16，這個微處理器為基礎(chǔ)的控制電路16具有連接到電源系統(tǒng)10的上半部分的輸出端18和連接到電源系統(tǒng)10的下半部分的輸出端20。輸出端18連接到對地隔離電路22的輸入端，對地隔離電路22的輸出端連接到控制調(diào)節(jié)電路24的輸入端。由二極管26和電容器28組成的懸浮電容器電路連接到控制調(diào)節(jié)電路24的另一輸入端?？刂普{(diào)節(jié)電路24的輸出端連接到電源開關(guān)12，并控制它的工作。電壓源V+連接到電源開關(guān)12的輸入端，電源開關(guān)12的輸出端連接到按圖騰柱電路結(jié)構(gòu)配置的電源開關(guān)14的輸出端。應(yīng)該注意的是，電容器28和控制調(diào)節(jié)電路24是以公共端為基準的，這個公共端就是電源開關(guān)12和14的輸出端，這個公共端可以是系統(tǒng)的公共端、可以是V+或是取決于電源開關(guān)12和14狀態(tài)的一個獨立的電平。該微處理器為基礎(chǔ)的控制電路16的輸出端20連接到控制調(diào)節(jié)電路30的輸入端，控制調(diào)節(jié)電路30的輸出端連接到電源開關(guān)14，并控制它的工作。該系統(tǒng)還提供一個電源32，該電源32的輸出端連接到二極管26的陽極和控制調(diào)節(jié)電路30的輸入端。該電源32提供的輸出電壓低于電壓V+，為系統(tǒng)10的下半部分供電。電源32、控制調(diào)節(jié)電路30和電源開關(guān)14都以系統(tǒng)公共端為基準。
微處理器為基礎(chǔ)的控制電路16提供了控制該電源開關(guān)12和14工作和控制懸浮電容器電路的電容器充電所必需的邏輯。對地隔離電路22將微處理器為基礎(chǔ)的控制電路內(nèi)的控制邏輯與控制調(diào)節(jié)電路24隔離開，從而容許微處理器為基礎(chǔ)的控制電路16工作在比電壓V+低得多的電壓下。
在運行中，當電源系統(tǒng)10不起作用時或在它被啟動的瞬間，微處理器為基礎(chǔ)的控制電路16內(nèi)的固件使電源開關(guān)14保持在閉合狀態(tài)。在這種情況下，固件是在微處理器的只讀存貯器中的軟件庫，該軟件庫可由其它軟件調(diào)用，例如由主邏輯程序調(diào)用。這樣，電源開關(guān)12和14的輸出保持在系統(tǒng)公共端的電位上，允許電容器28充電到電源32的輸出電壓值。該輸出電壓實際上低于電壓V+。當微處理器為基礎(chǔ)的控制電路16的固件確定電源開關(guān)12應(yīng)該閉合時，將電源開關(guān)12閉合，將電源開關(guān)14打開。當電源開關(guān)12閉合時，電源開關(guān)12和14的輸出是以電壓V+為基準的，二極管26阻止電壓V+出現(xiàn)在電源32的輸出端上。在這個工作階段，電容器28上存貯的能量可給控制調(diào)節(jié)電路24供電，并維持電源開關(guān)12閉合所需的偏壓。當微處理器為基礎(chǔ)的控制電路16的固件確定電源開關(guān)12和14的輸出應(yīng)該返回到系統(tǒng)公共端電位時，允許電源開關(guān)12打開，電源開關(guān)14閉合。在這種方式下，電容器28可再充電到電源32的輸出電壓。上述操作的循環(huán)可無限地繼續(xù)下去。應(yīng)該注意的是，電源開關(guān)12能夠保持閉合狀態(tài)的最長時間取決于電容器28通過其負載放電的時間常數(shù)。相反地，電源開關(guān)14能保持閉合的最短時間取決于電容器28通過二極管26充電所需的時間。非常有利的是，電容器28的充電時間比它的放電時間短得多。還應(yīng)該注意到，電源開關(guān)14在不起作用的期間不必需保持閉合。另外，在電源開關(guān)14在不起作用的期間之后，可以短暫地閉合，以容許在上述操作循環(huán)開始之前使電容器28充電。
很明顯，上述電源系統(tǒng)10在很多方面例如尺寸、成本、元件數(shù)量和效率都高于現(xiàn)有技術(shù)，具有顯著的優(yōu)點。本發(fā)明去消了該系統(tǒng)10上半部分所需的隔離電源。此電源系統(tǒng)與它所取代的電源系統(tǒng)相比，所需的元件少得多，也便宜得多。因為二極管26上的電壓降是唯一的損耗，所以該電源系統(tǒng)的效率很高。此外，微處理器為基礎(chǔ)的控制電路16已經(jīng)包含了執(zhí)行電路系統(tǒng)10所需的大部分邏輯，只需再增加少量的固件就可執(zhí)行同樣的邏輯。
應(yīng)該注意到，這種電源系統(tǒng)10特別適用于脈寬調(diào)制系統(tǒng)，因為脈寬調(diào)制系統(tǒng)自身的特點就是需要電源開關(guān)按規(guī)則的間隔、交替地觸發(fā)。然而在這種電源系統(tǒng)10的應(yīng)用中，使用的數(shù)量和型式幾乎都是無限的。
對于本領(lǐng)域中的專業(yè)人員而言，閱讀本文時可以設(shè)想出某些修改和改進，應(yīng)該理解，為了內(nèi)容簡明便于閱讀起見，所有修改和改進在本文中都已省略，它們都在以下權(quán)利要求
的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種為圖騰柱電路結(jié)構(gòu)所配置的電源開關(guān)供電的電源系統(tǒng)包括一個在電氣上連接到按圖騰柱電路結(jié)構(gòu)配置的第一開關(guān)和第二開關(guān)的電源；一個在電氣上連接到第一開關(guān)和所述電源的貯能裝置；一個用以控制第一開關(guān)和第二開關(guān)周期性地工作、以使所述貯能裝置周期性地充電和放電、并在第一開關(guān)和第二開關(guān)的輸出端上周期性地施加一個預(yù)定電壓的裝置。
2.如權(quán)利要求
1中規(guī)定的電源系統(tǒng)，其中，所述的周期性的切換操作包括由所述的電源對所述的貯能裝置充電的第一工作階段，和容許所述的貯能裝置放電的第二工作階段。
3.如權(quán)利要求
2中規(guī)定的電源系統(tǒng)，其中，在所述的第一工作階段內(nèi)，第一開關(guān)和第二開關(guān)的輸出端是以系統(tǒng)公共端為基準的;在所述的第二工作階段內(nèi)，第一開關(guān)和第二開關(guān)的輸出端的電壓是所述的預(yù)定電壓。
4.如權(quán)利要求
2中規(guī)定的電源系統(tǒng)，其中，在所述的第一工作階段內(nèi)，第一開關(guān)被激勵，第二開關(guān)退激勵;在所述的第二工作階段內(nèi)，第二開關(guān)被激勵，第一開關(guān)退激勵。
5.一種為圖騰柱電路結(jié)構(gòu)所配置的電源開關(guān)供電的電源系統(tǒng)包括一個第一開關(guān);一個在電氣上連接到所述的、按圖騰柱電路結(jié)構(gòu)配置的第一開關(guān)的、第二開關(guān)，這兩個開關(guān)之間有一個輸出端;一個在電氣上連接到所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)的電源;一個在電氣上連接到所述第一開關(guān)和所述電源的貯能裝置;一個用以控制所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)周期性工作，以使所述的貯能裝置周期性地充電與放電、并在所述的第一開關(guān)和所述的第二開關(guān)的所述輸出端上周期性地施加一個預(yù)定電壓的裝置。
6.如權(quán)利要求
5中規(guī)定的電源系統(tǒng)，其中所述的周期性的切換工作包括由所述的電源對所述的貯能裝置充電的第一工作階段，和容許所述的貯能裝置放電的第二工作階段。
7.如權(quán)利要求
6中規(guī)定的電源系統(tǒng)，其中，在所述的第一工作階段內(nèi)，所述的第一開關(guān)和所述的第二開關(guān)的所述輸出端是以系統(tǒng)公共端為基準的，在所述的第二工作階段內(nèi)，所述的第一開關(guān)和所述的第二開關(guān)的所述輸出端電壓為所述的預(yù)定電壓。
8.如權(quán)利要求
6中規(guī)定的電源系統(tǒng)，其中，在所述的第一工作階段內(nèi)，所述的第一開關(guān)被激勵，所述的第二開關(guān)退激勵;在所述的第二工作階段內(nèi)，所述的第二開關(guān)被激勵，第一開關(guān)退激勵。
專利摘要
一種用于按圖騰柱電路結(jié)構(gòu)配置的電源開關(guān)的、改進的電源現(xiàn)已公開，它具有一個單一的電源，其輸出電壓比加到上部電源開關(guān)的電壓低得多，并在懸浮電容器電路內(nèi)對電容器周期性地充電。微處理器為基礎(chǔ)的控制電路控制該電容器的充電和放電，并控制電源開關(guān)周期性的工作，從而使電源開關(guān)的輸出端電壓或是系統(tǒng)的公共端電位，或是加到上部電源開關(guān)的電壓。
文檔編號H03K17/00GK87107983SQ87107983
公開日1988年8月3日 申請日期1987年11月25日
發(fā)明者約翰·詹姆斯·弗里, 愛德華·巴斯蒂扎尼克 申請人:巴布科克和威爾科斯公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan