專利名稱：開關(guān)電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種它帶有一個(gè)變壓器的開關(guān)電源。
在這種開關(guān)電源中，通過調(diào)節(jié)(調(diào)整)原邊開關(guān)晶體管的導(dǎo)通時(shí)間(占空系數(shù))，使副邊工作電壓的幅度得到穩(wěn)定。然而，必須將表明相應(yīng)的工作電壓實(shí)際值幅度的調(diào)整信息，從副邊傳送至原邊。不過在進(jìn)行這種傳送的時(shí)候，原邊和副邊之間必須保持電隔離。因此，眾所周知需要一個(gè)附加電路，例如，一個(gè)隔離變壓器或一個(gè)光耦合器，用來將調(diào)整信息從副邊傳至原邊。
本發(fā)明的目的是以一種簡(jiǎn)單的電方式，在實(shí)現(xiàn)將調(diào)整信息從副邊傳至原邊的同時(shí)保持電隔離，而無需附加電路。
本發(fā)明的開關(guān)電源可以完成這任務(wù)。它有一個(gè)變壓器，變壓器的副邊繞組通過一個(gè)二極管(D)向充電電容器(4)提供充電電流(iD)，在電容器兩端得到工作電壓(U5)，因此，在原邊得到依賴于副邊工作電壓(U5)的調(diào)整電壓(Ur)，用于控制開關(guān)晶體管(T1)的導(dǎo)通時(shí)間(占空系數(shù))，其特征在于有一個(gè)與二極管(D1)并聯(lián)的晶體管(T2)，充電電流(iD)衰減之后，該晶體管(T2)在開關(guān)晶體管(T1)導(dǎo)通的一部分期間內(nèi)受工作電壓(U5)的控制而導(dǎo)通，并且該晶體管(T2)通過一個(gè)與充電電流(iD)方向相反的反向電流(iT2)將能量從充電電容器(4)反饋至變壓器(Tr)，在原邊從由反向電流(iT2)感應(yīng)的電壓(U2)中得到調(diào)整電壓(Ur)。其它有益的改進(jìn)之處見于從屬權(quán)利要求。
根據(jù)本發(fā)明，總是需要用來進(jìn)行電隔離以及將原邊的電能傳至副邊的變壓器，另外還用來將調(diào)整信息從副邊傳至原邊。這種信息傳送發(fā)生在變壓器的所謂休止期，在這一期間，通過原邊繞組的電流被電源開關(guān)切斷。與信息同時(shí)傳送的能量或反饋回變壓器的能量因此而保持相當(dāng)小的水平。原邊的調(diào)整電壓可以從一個(gè)電壓部分得到，它依賴于相應(yīng)的反向電流的實(shí)際值以及副邊產(chǎn)生的工作電壓的值。最好在休止期利用時(shí)間窗口(time-window)對(duì)原邊的電壓進(jìn)行測(cè)定。于是調(diào)整電壓僅從該時(shí)間窗口的電壓部分獲得。調(diào)整電壓也可能從一個(gè)脈沖沿的陡度式幅度得到，它也依賴于反向電流以及副邊產(chǎn)生的工作電壓的值。對(duì)于傳送信息來說，在變壓器中不需要附加的繞組。利用一個(gè)整流器電流同時(shí)產(chǎn)生工作電壓的副邊繞組可以用來傳送信息。副邊繞組于是在工作期間向整流器電路提供能量，而在休止期間向原邊傳送控制信息。因此，能量的傳送和信息的傳送通過相同的繞組進(jìn)行，然而是在不同的時(shí)間和不同的方向。
這樣，變壓器中的脈沖電壓的特定部分可以測(cè)定調(diào)整變量。然而，為了測(cè)定該脈沖部分以得到調(diào)整變量可能通過不同的方法。
在第一種解決問題的方法中，脈沖電壓在時(shí)間窗口期間利用一個(gè)開關(guān)脈沖而將其鍵控關(guān)斷。開關(guān)脈沖來自控制開關(guān)電源的處理器。處理器裝有包含調(diào)整信息的電壓部分出現(xiàn)在工作期間內(nèi)哪一段時(shí)間的信息。為了得到調(diào)整電壓，該電壓部分由時(shí)間窗口將其鍵控關(guān)斷并且整流。在第二種解決問題的方法中，鍵控脈沖從脈沖電壓本身獲得。各個(gè)脈沖沿通過微分元件測(cè)定。于是就有可能得到一個(gè)標(biāo)志時(shí)間窗口開始的脈沖。然后，從脈沖整形電路中的該脈沖可以產(chǎn)生延續(xù)整個(gè)時(shí)間窗口期間的所需要的鍵控脈沖。
下面根據(jù)


本發(fā)明的不同的實(shí)施例。
圖1是根據(jù)第一種解決問題方法的以簡(jiǎn)化形式畫出的開關(guān)電源;
圖2是根據(jù)第二種解決問題方法的電路實(shí)例;
圖3是圖1和圖2中電壓和電流波形。
圖1中，端子1接有一個(gè)正的工作電壓+U6，它是通過對(duì)交流電源進(jìn)行整流后得到的。U6經(jīng)變壓器Tr的原邊繞組W1連接至作為開關(guān)的功率晶體管T1。晶體管T1由具有電壓2的處理器P控制，它被按照該電壓的脈沖寬度來調(diào)制。工作電壓U1、U2、U3、U4和U5由幾個(gè)副邊繞組和相連的整流器產(chǎn)生。RCD衰減器3，也稱作“緩沖器”，與原邊繞組W1并聯(lián)。它限制脈沖峰值及T1上電壓邊緣的陡度。
晶體管T2與二極管D1并聯(lián)，方向相反，它由比較器電路V在其基極進(jìn)行控制。工作方式結(jié)合圖3予以說明。從時(shí)刻t1至t2，電流i1流經(jīng)原邊繞組W1和晶體管T1。從時(shí)刻t2至t3，電流iD流經(jīng)二極管D1，對(duì)充電電容器4進(jìn)行充電。在時(shí)刻t3，晶體管T2變?yōu)閷?dǎo)通，將所謂的反向電流iT2從充電電容器4反饋至變壓器Tr。用這種方法傳送的能量相對(duì)很小。在時(shí)刻t4，晶體管T2截止。從時(shí)刻t4至t5，通過反向電流iT2，由脈沖電壓Us產(chǎn)生電壓U2。U2的幅度取決于iT2。在比較器電路V，工作電壓U5與齊納二極管5上恒定的基準(zhǔn)電壓Ref進(jìn)行比較。根據(jù)這一比較結(jié)果，控制晶體管T2導(dǎo)通時(shí)間長(zhǎng)短，從而使iT2和U2也依賴于U5。
于是包含一個(gè)調(diào)整信息的電壓U2也出現(xiàn)在原邊繞組W2，其電壓為UP，與US相位相反。在處理器P的脈沖整形器6中，鍵控脈沖UT來自電壓UB，該電壓周期性地控制晶體管導(dǎo)通和截止。鍵控脈沖UT以一個(gè)時(shí)間窗口控制開關(guān)7，于是UP中只有U2部分被測(cè)定。從以時(shí)間選擇方式鍵控?cái)嚅_的電壓U2且通過整流器8，在電容器15可以得到調(diào)整電壓Ur1，它表示各個(gè)實(shí)際的U5偏離所要求值的程度。在比較器單元9，Ur1與從電壓源10來的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。由此得到的調(diào)整電壓Ur2以這樣一種方式控制脈沖寬度調(diào)制器11，即從穩(wěn)定工作電壓U1至U5的意義上調(diào)整電壓2的脈沖寬度。這樣，調(diào)整電壓Ur2的依據(jù)是在時(shí)間觸發(fā)脈沖t4至t5電壓部分US或UP的幅度。時(shí)間窗口t4至t5大約為晶體管T1導(dǎo)通時(shí)間的10～20%。鍵控脈沖UT必須在整個(gè)期間t4至t5延續(xù)。根據(jù)圖3，該鍵控脈沖UT持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，即從t2至t5，因?yàn)樗詈脧碾娐分械玫?。在這種情況下，通過開關(guān)7，從t2至t4的UP部分也被接轉(zhuǎn)。然而，其負(fù)的部分由于二極管8的作用而受到抑制，結(jié)果只有從t4至t5期間的電壓U2通過二極管8進(jìn)一步得到傳送，從而產(chǎn)生Ur1。電路具有以下附加的優(yōu)點(diǎn)通常需要一個(gè)與充電電容器4并聯(lián)的附加的分流電阻，它也稱作“分流器”，為電容器放電提供一個(gè)通路。根據(jù)圖1的電路，該分流電阻可以具有較高的歐姆值，以致于釋放的功率較小。根據(jù)要求，作為晶體管T2作用的結(jié)果，分流電阻也可以完取消。
圖2表示產(chǎn)生鍵控脈沖UT的另一種可行的電路。利用微分元件12，從電壓UP得到電壓UP′。利用微分元件13，從T1基極的電壓UB得到電壓UB′、UP′和UB′在加法器14中相加，由此產(chǎn)生電壓Ud1。t1至t5期間的負(fù)脈沖UP′和此期間的正脈沖UB′相加，且部分抵消，而t4時(shí)刻UP′中的負(fù)電壓得以保留。利用二極管16，從電壓Ud1得到電壓Ud2，而前者在t4時(shí)刻具有負(fù)尖峰。在一個(gè)脈沖整形器或一個(gè)單穩(wěn)電路中可以使用電壓Ud2，用于產(chǎn)生時(shí)間窗口t4至t5的鍵控脈沖UT。
權(quán)利要求
1.帶有一個(gè)變壓器(Tr)的開關(guān)電源，變壓器的副邊繞組通過一個(gè)二極管(D1)向充電電容器(4)提供充電電流(iD)，在電容器兩端得到工作電壓(U5)，因此，在原邊得到依賴于副邊工作電壓(U5)的調(diào)整電壓(Ur)，用于控制開關(guān)晶體管(T1)的導(dǎo)通時(shí)間(占空系數(shù))，其特征在于有一個(gè)與二極管(D1)并聯(lián)的晶體管(T2)，充電電流(iD)衰減之后，該晶體管(T2)在開關(guān)晶體管(T1)導(dǎo)通的一部分期間內(nèi)受工作電壓(U5)的控制而導(dǎo)通，并且該晶體管(T2)通過一個(gè)與充電電流(iD)方向相反的反向電流(iT2)將能量從充電電容器(4)反饋至變壓器(Tr)，在原邊從由反向電流(iT2)感應(yīng)的電壓(U2)中得到調(diào)整電壓(Ur)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電源，其特征在于晶體管(T2)由一個(gè)比較器電路(V)控制，其中工作電壓(U5)與基準(zhǔn)電壓(Ref·)進(jìn)行比較。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的電源，其特征在于原邊繞組(W2)通過一個(gè)在時(shí)間窗口(t4至t5)期間由開關(guān)脈沖(UT)控制的開關(guān)(7)與整流器(8)相連，提供調(diào)整電壓(Url)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的電源，其特征在于開關(guān)脈沖(UT)是從控制開關(guān)電源的處理器(2)得到的，并且在工作期間具有確定的瞬時(shí)位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的電源，其特征在于，開關(guān)脈沖(UT)是從變壓器(Tr)的原邊繞組或副邊繞組的一個(gè)電壓脈沖沿得到的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的電源，其特征在于晶體管(T1)導(dǎo)通時(shí)間的一部分指全部導(dǎo)通時(shí)間的大約10～20%。
全文摘要
對(duì)有一個(gè)變壓器的開關(guān)電源附加一個(gè)與二極管(D1)并聯(lián)的晶體管(T2)，充電電流(iD)衰減之后，該晶體管(T2)在開關(guān)晶體管(T1)導(dǎo)通的一部分期間內(nèi)受工作電壓(U5)的控制而導(dǎo)通，并且該晶體管(T2)通過一個(gè)與充電電流(iD)方向相反的反向電流(iT2)將能量從充電電容器(4)反饋至變壓器(Tr)，在原邊從由反向電流(iT2)感應(yīng)的電壓(U2)中得到調(diào)整電壓(UT)。
文檔編號(hào)H02M3/335GK1055451SQ91100910
公開日1991年10月16日 申請(qǐng)日期1991年2月13日 優(yōu)先權(quán)日1990年2月15日
發(fā)明者瑞利杰拉德, 凱哈·克姆—利 申請(qǐng)人:德國(guó)湯姆森-勃朗特有限公司