專利名稱：高效率線性直流穩(wěn)定電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是在直流穩(wěn)定電源里，用電子元器件構(gòu)成，使線性電源的效率達(dá)到或超過(guò)開(kāi)關(guān)電 源的一種自動(dòng)控制技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前的線性直流穩(wěn)定電源，電源調(diào)整管的輸出電壓可調(diào)，而電源調(diào)整管的輸入電壓不變， 一般比最大輸出電壓大幾伏，以保證穩(wěn)定電源在所有輸出電壓范圍內(nèi)都能正常工作。這樣， 當(dāng)輸出電壓低時(shí)，電源調(diào)整管輸出輸入兩端就有很大的壓差，當(dāng)輸出電流也大時(shí)，電源調(diào)整 管就有很大的功率消耗，因此，目前的線性直流穩(wěn)定電源的效率很低，其次，電源調(diào)整管必 須有很大的功率儲(chǔ)備，這導(dǎo)致產(chǎn)品的成本增高。
有一種改進(jìn)方法是當(dāng)輸出電壓調(diào)整到某一設(shè)定閾值時(shí)，使一個(gè)繼電器動(dòng)作，繼電器觸 點(diǎn)接通變壓器次級(jí)相應(yīng)的電壓繞組，這種方法對(duì)降低電源調(diào)整管的最大功率消耗有一定的作
用，但由于技術(shù)和成本原因，這種控制點(diǎn)不能設(shè)太多， 一般0-30V設(shè)一個(gè)點(diǎn)，0-50V設(shè)兩個(gè)
點(diǎn)，因此，在整個(gè)輸出范圍內(nèi)，對(duì)效率的提高并不明顯。另外由于使用了頻繁工作的機(jī)械器
件，可靠性也隨之下降。
低壓差線性集成穩(wěn)壓器的效率很高，但輸出功率不大，且一般只能輸出固定電壓。 提高效率最好的方法是低壓開(kāi)關(guān)電源，目前可調(diào)式集成開(kāi)關(guān)電源穩(wěn)壓器的平均效率可達(dá)
到90%以上，但它紋波太大，至少在100mV以上，即使采取很大的成本措施，也只能做到幾
十mV，不能達(dá)到實(shí)驗(yàn)室對(duì)精密直流穩(wěn)定電源的技術(shù)指標(biāo)要求，由于功率器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，
有難以克服的射頻干擾和電磁干擾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是使線性電源的電源調(diào)整管輸入端直接接高壓隔離開(kāi)關(guān)電源的次級(jí)電壓，在電源 調(diào)整管的輸入和輸出端取出采樣電壓，分別送到集成運(yùn)算放大器的同相和反相輸入端作減法 運(yùn)算，將運(yùn)算出的差值電壓和設(shè)定壓差比較后，用其誤差電壓對(duì)高壓隔離開(kāi)關(guān)電源的輸出電 壓進(jìn)行控制，當(dāng)電源調(diào)整管的輸出電壓改變時(shí)，電源調(diào)整管的輸入電壓作相應(yīng)改變，即直流 穩(wěn)定電源的輸出電壓和輸出電流在額定范圍內(nèi)作任何改變，電源調(diào)整管輸出輸入兩端的壓差 始終精確控制在其臨界飽和的線性區(qū)，其功率消耗限制到最低，從而使線性電源的效率得到最 大限度的提升。
本發(fā)明對(duì)開(kāi)關(guān)電源的各種拓?fù)錁?gòu)成，從小功率輸出的單端反激、正激、TOP系列等各種電 源管、大功率輸出的半橋、全橋、推挽等，采用同步整流和有源箝位技術(shù)，都能做到很好的 控制。
本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)和有益效果是
31. 低壓開(kāi)關(guān)型電源存在一定的開(kāi)關(guān)功率損耗，本方案電源調(diào)整管輸入輸出壓差能精確控 制在臨界飽和的線性區(qū)，其效率能超過(guò)低壓開(kāi)關(guān)電源，平均效率可達(dá)到90%以上；
2. 本發(fā)明改變了數(shù)十年來(lái)線性電源效率低的狀況，能有效地節(jié)約能源，提高線性電源的
功率密度，降低線性電源的成本；
3. 通用性強(qiáng)，從幾瓦到幾十千瓦的線性電源都能適用。
4. 低壓開(kāi)關(guān)型電源由于工作方式的限制，很多技術(shù)指標(biāo)難以達(dá)到精密直流穩(wěn)定電源的要 求，而線性電源很容易做到，本發(fā)明突破了線性電源效率低的瓶頸，將會(huì)產(chǎn)生一種全新的直 流穩(wěn)定電源理念。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。 圖1和圖2是本發(fā)明的基本原理框圖。
圖1和圖2中《輸出電壓調(diào)整》可用普通的集成三端穩(wěn)壓器或其它輸出電壓調(diào)整的方式 實(shí)現(xiàn)。
圖1和圖2中《運(yùn)算放大器》可用LM358或TL082等普通運(yùn)算放大器。
圖1中《脈寬調(diào)制器》可由雙端輸出的脈寬調(diào)制器集成芯片如SG3524、 TL494等組成，
用于不同拓?fù)涞拈_(kāi)關(guān)電源的輸出脈寬控制。
圖2中《脈寬調(diào)制器》可由精密可調(diào)式穩(wěn)壓器TL431和線性光電藕合器等組成精密負(fù)反
饋回路來(lái)控制TOP系列等電源管構(gòu)成的單端開(kāi)關(guān)電源。
圖l用于雙端輸出的開(kāi)關(guān)電源如半橋、全橋、推挽等的基本原理結(jié)構(gòu)框圖。
圖2用于分立元件或單片電源管組成的正激、反激單端輸出的開(kāi)關(guān)電源的基本原理結(jié)構(gòu)框圖。
圖l、圖2用于說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)結(jié)構(gòu)特征。
圖3和圖4是本發(fā)明的兩個(gè)典型可實(shí)施例，各元器件使用及元器件參數(shù)選用僅用于對(duì)該 可實(shí)施例的原理和工作模式說(shuō)明，由于本發(fā)明的應(yīng)用范圍可涉足整個(gè)直流穩(wěn)定電源領(lǐng)域，在 實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)其處理方式以及輸出功率要求的不同會(huì)有很多不同的電路組成結(jié)構(gòu)。
圖3和圖4中，3V電源為一組獨(dú)立電源，提供集成三端穩(wěn)壓器和復(fù)合管BG1 (BG3)必 要的壓差，以保證電源調(diào)整管在1V壓差下正常工作。
圖3和圖4中，調(diào)節(jié)輸出電壓部分是一般線性直流穩(wěn)定電源典型的調(diào)壓方式，這里引用 只是為了和本發(fā)明構(gòu)成一個(gè)可實(shí)施的整體電路。
具體實(shí)施例方式
圖3是典型實(shí)施方式1。
該電路用于TOP系列電源管構(gòu)成的單端反激開(kāi)關(guān)電源。
該電路可輸出電壓0—30V，電流O—3A，電源調(diào)整管的輸入輸出壓差在全程范圍內(nèi)可控 制在IV，低壓側(cè)線型電源的平均效率可達(dá)到92%以上。圖3中，電源調(diào)整管BG4輸入輸出端分別取出采樣電壓，送到運(yùn)算放大器的同相和反相 輸入端，經(jīng)放大器減法運(yùn)算獲取差值電壓，此電壓作為精密穩(wěn)壓器TL431控制的基準(zhǔn)電壓， 經(jīng)光電耦合器PC817A，控制TOP247Y輸出的振蕩脈沖寬度，達(dá)到輸出穩(wěn)定的跟蹤電壓，這 是一個(gè)閉環(huán)負(fù)反饋過(guò)程，設(shè)輸出電壓V。 T，則IC3A輸出電壓i。 TL431輸出電壓i， PC817A 輸出電流i， TOP247Y的脈沖寬度T，變壓器B1輸出電壓T，以此達(dá)到電源調(diào)整管輸入輸出 壓差不變。反之亦然。
圖4是典型實(shí)施方式2。
該電路可用于由功率MOS管組成的半橋式開(kāi)關(guān)電源。
該電路可輸出電壓0—30V，輸出電流0—10A，電源調(diào)整管的輸入輸出壓差在全程范圍 內(nèi)可控制在IV，低壓側(cè)線性電源的平均效率可達(dá)到92%以上。
圖4中，從電源調(diào)整管BG4輸出輸入端分別取出采樣電壓，送到運(yùn)算放大器IC3A的同 相和反相輸入端，經(jīng)減法運(yùn)算后獲取差值電壓，送到IC2的反相輸入端，和同相輸入端的基 準(zhǔn)電壓比較，其誤差電壓來(lái)控制IC2輸出的脈沖寬度，達(dá)到輸出穩(wěn)定的跟蹤電壓，上述過(guò)程 是一個(gè)閉環(huán)負(fù)反饋過(guò)程，設(shè)輸出電壓V。 i， IC3A輸出電壓T， IC2輸出電壓的脈寬寬度丄， 高頻變壓器輸出電壓i，以此達(dá)到電源調(diào)整管輸入輸出壓差不變。反之亦然。
權(quán)利要求
1. 高效率線性直流穩(wěn)定電源，為使線性電源的效率最大限度提升設(shè)計(jì)的一種新的自動(dòng)控制方案，其特征是線性電源的電源調(diào)整管輸入端直接接高壓隔離開(kāi)關(guān)電源的次級(jí)電壓，在電源調(diào)整管的輸入和輸出端取出采樣電壓，分別送到集成運(yùn)算放大器的同相和反相輸入端作減法運(yùn)算，將運(yùn)算出的差值電壓和設(shè)定壓差比較后，用其誤差電壓對(duì)高壓隔離開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓進(jìn)行控制，當(dāng)電源調(diào)整管的輸出電壓改變時(shí)，電源調(diào)整管的輸入電壓作相應(yīng)改變，電源調(diào)整管輸入輸出兩端的壓差始終精確控制在其臨界飽和的線性區(qū)，其功率消耗限制到最低。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效率線性直流穩(wěn)定電源，其特征是對(duì)開(kāi)關(guān)電源的各種拓?fù)錁?gòu)成， 小功率輸出的單端反激、正激、TOP系列等各種電源管、大功率輸出的半橋、全橋、推挽、 采用同步整流和有源箝位技術(shù)，都能實(shí)現(xiàn)很好的控制。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效率線性直流穩(wěn)定電源，其特征是調(diào)電源調(diào)整管輸出電壓的電 路由一個(gè)大于3V，獨(dú)立的直流電壓供電，該電壓的"一"端接電源調(diào)整管的輸入電壓。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效率線性直流穩(wěn)定電源，其特征是電源調(diào)整管輸出電壓和電流 在額定范圍內(nèi)任意改變，其輸入電壓都能隨之改變，而電源調(diào)整管輸入輸出兩端的壓差始終 控制在設(shè)定壓差。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效率線性直流穩(wěn)定電源，其特征是從電源調(diào)整管輸入輸出兩端 取出采樣電壓進(jìn)行數(shù)字化處理，實(shí)現(xiàn)電源調(diào)整管輸入輸出壓差精確的程序控制。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效率線性直流穩(wěn)定電源，其特征是調(diào)整電源輸出電壓和輸出電 流的電路可以采取各種方式，而電源調(diào)整管輸入輸出兩端的壓差都能夠精確控制。
全文摘要
本發(fā)明是使線性電源的電源調(diào)整管輸入端直接接高壓隔離開(kāi)關(guān)電源的次級(jí)電壓，在電源調(diào)整管的輸入和輸出端取出采樣電壓，分別送到集成運(yùn)算放大器的同相和反相輸入端作減法運(yùn)算，將運(yùn)算出的差值電壓和設(shè)定壓差比較后，用其誤差電壓對(duì)高壓隔離開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓進(jìn)行控制，當(dāng)電源調(diào)整管的輸出電壓改變時(shí)，電源調(diào)整管的輸入電壓作相應(yīng)改變，即直流穩(wěn)定電源的輸出電壓和輸出電流在額定范圍內(nèi)作任何改變，電源調(diào)整管輸出輸入兩端的壓差始終精確控制在其臨界飽和的線性區(qū)，其功率消耗限制到最低，從而使線性電源的效率得到最大限度的提升。本發(fā)明對(duì)開(kāi)關(guān)電源的各種拓?fù)錁?gòu)成，從小功率輸出的單端反激、正激、TOP系列等各種電源管、大功率輸出的半橋、全橋、推挽等，都能做到很好的控制。
文檔編號(hào)H02M3/24GK101447733SQ200710168999
公開(kāi)日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2007年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月26日
發(fā)明者程杰保 申請(qǐng)人:程杰保