專利名稱：開關電源的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種開關電源(switched power supply),該開關電源包括
輸入端，其用于在輸入電壓下的交流輸入電流；
輸出端，其用于直流輸出電流；以及
相繼地，從輸入端到輸出端，
受控的斷路開關系統(tǒng)；
變壓器，所述變壓器的初級電路被鏈接在受控的斷路開關系統(tǒng)的輸出端處；
整流電路，其跨接在變壓器的次級電路的端子上；以及
儲能電容器，其通過線圈的介入而并聯(lián)地跨接在整流電路的輸出端，所述輸出端跨越儲能電容器的端子而形成。
背景技術：
許多電子設備由電網(wǎng)(grid)供電，所述輸電網(wǎng)通過能夠提供直流的電源電流的開關電源來分配正弦信號。
例如，高保真放大器就是這樣的例子。
這樣的開關電源的傳統(tǒng)結構通常包括升壓型(boost-type)電路(作為輸入端)，所述升壓型電路能夠將正弦電流轉換成在一個高于所述正弦電源電流的電壓的電壓下的直流。接著是直流-直流換流器(converter),其實現(xiàn)由緊跟著由二極管電橋組成的整流器(rectifier)的受控的斷路開關電橋。所述受控的斷路開關電橋和所述二極管電橋通過變壓器(transformer)被相互連接。
升壓電路通常包括通過二極管為電容器供電的線圈，所述二極管和電容器的結合與受控的斷路開關并聯(lián)被安裝。該斷路開關根據(jù)能夠允許一個高于輸入電壓的電壓來給所述電容器充電的周期比(cyclic ratio)被開啟。
因此,這樣的開關電源包括兩個交換級(switching stages),—個交換級在升壓電路中，另一個交換級在受控的斷路開關電橋中。這種雙交換結構是來自開關電源的相對低的輸出的根源。發(fā)明內容
本申請的目的在于提出一種具有高輸出的開關電源。
為此，本申請涉及一種上述類型的開關電源，其特征在于，受控的斷路開關系統(tǒng)是輸入端和輸出端之間唯一包括開關構件(switching members)的電路,并且受控的斷路開關系統(tǒng)包括用于對斷路開關系統(tǒng)進行控制的裝置，以便根據(jù)輸出電流的輸入電壓和儲能電容器的端子之間的電壓來對所述輸入電流的幅值進行控制。
根據(jù)特定的實施例，所述電源包括一個或多個下列特征
所述電源包括用于測量所述輸出電流的裝置；
所述電源包括用于僅在不從所述輸入端向所述儲能電容器提供能量的階段期間對所述輸出電流進行估算的裝置；
用于對所述輸出電流進行估算的所述裝置包括用于在不向所述電容器提供能量的所述階段期間對所述儲能電容的所述端子之間的電壓降AU進行測量的裝置，以及用于根據(jù)通過所述電容器的所述端子處的所述電壓降確定出的電壓的變化速度來計算所述輸出電流的裝置；
所述電源包括用于計算在所述輸出端處所消耗的功率的裝置；用于根據(jù)所述輸出端處所消耗的所述功率來計算所述輸入電流的參考幅值的裝置；以及用于所述斷路開關系統(tǒng)的控制裝置，所述斷路開關系統(tǒng)包括用于根據(jù)所述輸入電流的所述參考幅值來調節(jié)所述輸入電流的裝置；
用于計算所述功率的裝置能夠根據(jù)提供給所述儲能電容器的所述功率與在輸出端處傳輸給所述負載的功率的加權和，來計算所述功率；以及
所述斷路開關系統(tǒng)形成電橋。
本申請還涉及一種高保真放大器，所述高保真放大器包括放大級和如所述限定的開關電源。


根據(jù)閱讀下面的描述，本申請將被更好地理解，下面的描述僅作為一個例子被提供并且參考附圖被說明，其中
圖I為并入到放大器中的根據(jù)本申請的開關電源的示意電路；
圖2為針對圖I中所示的電源中實現(xiàn)的斷路開關的控制模式的概要圖3為圖解了開關電源的電壓和輸入電流的曲線圖。
具體實施方式
圖I示出了高保真放大器10，其包括為放大級14供電的開關電源12。任何合適類型的放大級14在例如專利申請FR 2，873，872中進行了描述。
開關電源12具有輸入端16，輸入端16能夠被連接到電源電網(wǎng)18上，電源電網(wǎng)18 提供正弦電流，例如頻率為50或60Hz，電壓為220V。
輸入電源用Vpki來表不,并且流過輸入端16的電流強度用Ipki來表不。輸入端16 被直接地連接在斷路開關電橋20的輸入端處，而沒有升壓電路的介入，斷路開關電橋20的輸出端被連接到變壓器21上。
眾所周知，斷路開關電橋20包括兩個并聯(lián)支路(branch)，每個并聯(lián)支路包括兩個串聯(lián)安裝的可控斷路開關，這兩個支路連接在兩個輸入端子16之間。同一支路的斷路開關的連接點組成斷路開關電橋的輸出端。
舉例而言，每個斷路開關是由MOS類型的晶體管構成的，并且這些晶體管是由控制電路22來進行控制。
變壓器21包括初級電路24和次級電路26，初級電路24連接在每個支路的兩個串聯(lián)安裝的受控斷路開關之間，次級電路26跨接在整流電路28 (例如，形成于已知的二極管電橋)的輸入端子上。
二極管30連接在二極管電橋28的兩個輸出端子之間。
二極管電橋28的輸出端還通過線圈34鏈接到儲能電容器32上。這個線圈被設置在二極管30的陰極和電容器32的一個端子之間。開關電源的輸出端36在電容器32的端子處形成。輸出電流用Ise。來表不，而輸出電壓用Vse。來表不。
用于測量輸入電流強度Ipki和輸出電流強度I·的裝置提供在開關電源的輸入端和輸出端處。它們例如分別由電阻38和40構成，對電阻38和40的端子之間的電壓進行測量，該電壓與電阻中計算的電流強度成比例。
電橋20的兩個支路的相對的受控電路斷路器的基極被連接在一起，以接收分別用Ctl和C1來表不的同一指令。
控制電路22通過任何合適的裝置來接收輸入電壓Vpki、輸入電流強度Ipki、輸出電壓\ec和輸出電流強度Ise。，以作為輸入。
圖2示出了由控制電路22實施的調節(jié)鏈(regulating chain)。開關電源被設計為提供用Vsertawt來表示的恒定參考電壓。例如，該恒定參考電壓等于50V。這個電壓是在儲能電容器32的端子之間測得的電壓。
控制電路22可以提供兩個控制信號Ctl和C1，這兩個控制信號Ctl和C1分別施加到電橋20的直徑上對置的受控斷路開關上。
圖2中所示出的調節(jié)器100包括作為輸入端的比較器102，比較器102接收參考電壓Vsertawt和所測量的輸出電壓V·。該調節(jié)器還接收輸出電流強度I·。根據(jù)第一實施例，這是利用電阻40來不斷測量的。
級104計算平均功率P,平均功率P將在下列扇區(qū)半周期(sector half-period) 期間被電源消耗的。該功率由兩項的和組成第一項表示要提供給電容器32以從當前的電壓Vsec轉到參考電壓Vsectarget,而第二項表示要提供給負載14的功率的估計。
其中，λ是加權系數(shù)，其優(yōu)選地小于1，
C是電容器32的容量，以及
A和B分別是在電源信號的半周期內不給儲能電容器32提供能量和給儲能電容器 32提供能量的周期的持續(xù)時間。持續(xù)時間A和B在圖3中示出。
因此，對于電源信號的每個半周期(或者對于50Hz的信號而言，每隔10毫秒)，計算一次功率P。
用于計算峰值電壓aVpki的級106接收輸入電壓Vpki作為輸入。
用于計算等效電阻的級108被連接到級104和106的輸出端處，并且可以根據(jù)峰值電壓aVpki的平方除以在104計算的功率P的兩倍來計算等效電阻R。
等效電阻R被引入到次級調節(jié)回路110中，次級調節(jié)回路110包括用于計算電流強度I的級112作為輸入端，電流強度I必須在輸入端18被消耗，以補償電容器32的放電和負載14的電力供應。該電流強度I由輸入電壓除以之前確定的電阻R的商來給出。
電流強度I被發(fā)送到比較器114中，比較器114在一個輸入端處接收輸入電流強度Ipki并且在另一個輸入端處接收計算出的電流強度I。比較器114的輸出端被連接到控制級116上，控制級116根據(jù)電流強度差I-Ipki來驅動脈寬調制調節(jié)器118，眾所周知，脈寬調制調節(jié)器118限定和施加參考值Ctl和Cp
由于存在電容器32，該電容器32通常使用等于或接近于參考電壓的電壓來進行充電，并且在所考慮的示例中，該參考電壓取等于50伏特，因此只有在由電網(wǎng)提供的電壓的絕對值大于50伏特時，電網(wǎng)才提供能量。當電網(wǎng)的電壓在-50V和+50V之間時，不從電網(wǎng)中吸取電流。
圖3中的實線示出了電源電壓VPKI，虛線示出了通過輸入端16環(huán)流的電流強度 IPKF。該圖示出了當電源電壓在-50伏特和+50伏特之間時，電流強度為O。
因此，對于電源信號的每個周期，存在持續(xù)時間A的兩個不導通階段，這些階段對應于輸入電壓在50伏特和-50伏特之間的時間。這兩個不導通階段被持續(xù)時間B的導通階段分隔開，在持續(xù)時間B的導通階段期間，電橋的斷路開關由單元118根據(jù)預定的周期比來進行控制。
調節(jié)鏈100是使得，在持續(xù)時間A的每個非導通階段期間，計算周期比，并且在持續(xù)時間B的隨后導通階段期間被應用，以便在導通階段期間準確地對儲能電容器的功率變化和在輸出端處傳輸?shù)截撦d的功率進行補償。
在非導通階段A期間，在隨后的導通階段B期間待提供的電流I由級102至112利用公式- Vi) + 2U Vse, (S +A))來計算，然后，周期比由級116根據(jù)電源電流強度Ipki來確定，以便在隨后的導通階段B期間利用驅動級118來驅動電橋20 的斷路開關。
根據(jù)第二實施例，電阻40被去除，而電流I·被假定為在電源電流的每個周期中為常數(shù)，并且僅在持續(xù)時間A的每個非導通階段期間被估算。
為此，在每個非導通階段期間，儲能電容器的端子處的電壓降AU被測量，并且輸 出電流I·是利用公式
權利要求
1.一種開關電源(10),包括輸入端(16),其用于在輸入電壓(Vpki)下的交流輸入電流(Ipki)；輸出端(36)，其用于直流輸出電流(IsJ ;以及相繼地，從所述輸入端到所述輸出端，受控的斷路開關系統(tǒng)(20)；變壓器(21)，所述變壓器(21)的初級電路(24)被鏈接在所述受控的斷路開關系統(tǒng)(20)的輸出端處；整流電路(28)，其跨接在所述變壓器的次級電路(26)的端子上；以及儲能電容器(32)，其通過線圈(34)的介入而并聯(lián)地跨接在所述整流電路(28)的輸出端，所述輸出端(36)跨越所述儲能電容器(32)的端子而形成；其特征在于，所述受控的斷路開關系統(tǒng)(20)是所述輸入端(16)和所述輸出端(36)之間唯一包括開關構件的電路，并且所述受控的斷路開關系統(tǒng)(20)包括用于對所述斷路開關系統(tǒng)(20)進行控制的裝置(22)，以便根據(jù)所述輸出電流(IsJ的所述輸入電壓(Vpki)和所述儲能電容器(32)的所述端子之間的電壓(V·)來對所述輸入電流(Ipki)的幅值進行控制。
2.根據(jù)權利要求I所述的電源，其特征在于，所述電源包括用于測量所述輸出電流 (Isec)的裝置(40)。
3.根據(jù)權利要求I所述的電源，其特征在于，所述電源包括用于僅在不從所述輸入端(16)向所述儲能電容器(32)提供能量的階段期間對所述輸出電流(IsJ進行估計的裝置。
4.根據(jù)權利要求3所述的電源，其特征在于，所述用于對所述輸出電流(IsJ進行估計的裝置包括用于在不向所述電容器提供能量的所述階段期間對所述儲能電容器(32)的所述端子之間的電壓降AU進行測量的裝置，以及用于根據(jù)由所述電容器的所述端子處的所述電壓降確定出的電壓的變化速度來計算所述輸出電流(IsJ的裝置。
5.根據(jù)前述任一項權利要求所述的電源，其特征在于，所述電源包括用于計算在所述輸出端(36)處所消耗的功率(P)的裝置(104)，用于根據(jù)所述輸出端(36)處所消耗的所述功率來計算所述輸入電流(Ipki)的參考幅值的裝置，以及用于所述斷路開關系統(tǒng)(20)的控制裝置(22)，所述斷路開關系統(tǒng)(20)包括用于根據(jù)所述輸入電流(Ipki)的所述參考幅值來調節(jié)所述輸入電流(Ipki)的裝置(116)。
6.根據(jù)權利要求5所述的電源，其特征在于，所述用于計算所消耗的功率(P)的裝置 (104)能夠針對所述輸入電流(Ipki)的每個半周期來計算所消耗的功率(P)。
7.根據(jù)權利要求5或6所述的電源，其特征在于，所述用于計算所述功率(P)的裝置(104)能夠根據(jù)提供給所述儲能電容器的所述功率與在輸出端(36)處傳輸給所述負載(14)的功率的加權和，來計算所述功率(P)。
8.根據(jù)前述任一項權利要求所述的電源，其特征在于，所述斷路開關系統(tǒng)(20)形成電橋。
9.一種放大器(10)，包括放大級(14)和根據(jù)前述任一項權利要求所述的開關電源(12)。
全文摘要
一種開關電源(10)包括輸入端(16)，其用于在輸入電壓(VPRI)下的交流輸入電流(IPRI)；輸出端(36)，其用于直流輸出電流(Isec)；以及相繼地，從輸入端到輸出端，受控的斷路開關系統(tǒng)(20)；變壓器(21)，變壓器(21)的初級電路(24)被鏈接在受控的斷路開關系統(tǒng)(20)的輸出端處；整流電路(28)，其跨接在變壓器的次級電路(26)的端子上；以及儲能電容器(32)，其通過線圈(34)的介入而并聯(lián)地跨接在整流電路(28)的輸出端，輸出端(36)跨越儲能電容器(32)的端子而形成。受控的斷路開關系統(tǒng)(20)是輸入端(16)和輸出端(36)之間唯一包括開關構件的電路，并且受控的斷路開關系統(tǒng)(20)包括用于對斷路開關系統(tǒng)(20)進行控制的裝置(22)，以便根據(jù)所述輸出電流(Isec)的輸入電壓(VPRI)和所述儲能電容器(32)的端子之間的電壓(Vsec)來對輸入電流(IPRI)的幅值進行控制。
文檔編號H02M7/217GK102948063SQ201080066221
公開日2013年2月27日 申請日期2010年3月16日 優(yōu)先權日2010年3月16日
發(fā)明者皮埃爾-埃馬紐埃爾·卡莫, 馬西亞斯·摩仁瓦利 申請人:帝瓦雷公司