專利名稱：能夠減少其響應(yīng)時(shí)間的開關(guān)式電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一個(gè)開關(guān)式電源(SMPS)；特別是一個(gè)改進(jìn)的SMPS，在萬一發(fā)生AC輸入電源故障時(shí)，有效地處理在其中預(yù)充電的經(jīng)整流的AC電源，從而在此AC輸入電源恢復(fù)并重新供電時(shí)減少此SMPS的響應(yīng)時(shí)間以產(chǎn)生穩(wěn)壓的DC輸出電壓。
正如眾所周知，SMPS廣泛使用于多種多樣的電子/電氣的應(yīng)用中，和普通的電源相比，SMPS以其高性能和緊湊性而受到工業(yè)界的普遍喜愛，它適用于把一個(gè)AC輸入電源變換為多個(gè)穩(wěn)壓的DC電壓。SMPS基本上包括一個(gè)用于對(duì)AC輸入電源整流的全波整流器，一個(gè)濾波裝置用于濾波包含在經(jīng)整流的AC輸入電源中的高頻成分，一個(gè)變壓器用于按比例縮小經(jīng)過濾波的AC輸入電源的電壓以提供多個(gè)按比例縮小的AC電壓，以及一個(gè)具有多個(gè)二極管和大容量電容器的整流裝置用于整流和濾波此多個(gè)按比例縮小的AC電壓以產(chǎn)生和提供穩(wěn)壓的DC電壓給有關(guān)的負(fù)載。SMPS還包括一個(gè)初始驅(qū)動(dòng)電容器，一個(gè)開關(guān)晶體管以及一個(gè)產(chǎn)生開關(guān)控制信號(hào)的開關(guān)控制電路。
在SMPS中，開關(guān)二極管首先在一個(gè)初始時(shí)間(to)通過初始驅(qū)動(dòng)電容器被整流的AC輸入電源所啟動(dòng)，從此以后，開關(guān)二極管就由開關(guān)控制信號(hào)控制。通常，控制信號(hào)起的作用是把AC輸入電流的正弦波形變換為其波峰大致符合正弦波形的窄脈沖形式，這樣的電流形式往往不但增加功率因數(shù)而且減少在全波整流器上的應(yīng)力，其中這里用到的功率因數(shù)表示在實(shí)際功率和表觀功率之間的一個(gè)比值。
對(duì)一個(gè)SMPS的AC輸入電源的供給有時(shí)會(huì)由于例如一個(gè)電源故障、在一個(gè)耦合在其上的負(fù)載上的過載以及諸如此類的原因而被中斷，由此而停止了從SMPS產(chǎn)生穩(wěn)壓的DC電壓。在這種場(chǎng)合，當(dāng)AC輸入電源恢復(fù)了或向其供電時(shí)，為了立即恢復(fù)從SMPS產(chǎn)生穩(wěn)壓的DC電壓，在濾波裝置中已預(yù)充電的整流AC電源通常要通過例如初始驅(qū)動(dòng)電容器、開關(guān)二極管、切換控制電路和變壓器的初級(jí)繞阻線圈等放電，其中已充電的AC電源所需的放電時(shí)間取決于一個(gè)正比于在放電中所涉及到的所有裝置的總阻抗值的時(shí)間常數(shù)。
然而，由于總阻抗值一般是大的，傳統(tǒng)的SMPS即使在AC輸入電源已經(jīng)對(duì)其恢復(fù)供應(yīng)時(shí)也不能夠在相當(dāng)于一個(gè)由此大阻抗總值所決定的響應(yīng)時(shí)間的期間內(nèi)產(chǎn)生穩(wěn)壓的DC電壓。
因此，本發(fā)明的一個(gè)基本目的是提供一個(gè)改進(jìn)的SMPS用于在AC輸入電源故障而供電中斷的場(chǎng)合有效地處理其中一個(gè)預(yù)充電的整流的AC電源，從而顯著地減少SMPS在AC輸入電源恢復(fù)供應(yīng)時(shí)產(chǎn)生穩(wěn)壓的DC電壓的響應(yīng)時(shí)間。
按照本發(fā)明，提供了一個(gè)改進(jìn)的SMPS用于從一個(gè)AC輸入電源輸出多個(gè)穩(wěn)壓的DC輸出電壓到多個(gè)負(fù)載，它包含一個(gè)第一整流器用于對(duì)AC輸入電源整流和充電以產(chǎn)生一個(gè)在預(yù)定范圍之內(nèi)的整流AC電源信號(hào)；一個(gè)變壓裝置用于從整流AC電源信號(hào)產(chǎn)生多個(gè)按比例縮小的AC電源信號(hào)；
一個(gè)第二整流器用于從多個(gè)按比例縮小的AC電源信號(hào)產(chǎn)生和提供多個(gè)穩(wěn)壓的DC輸出電壓通過連接到其上的各自的負(fù)載線連到多個(gè)負(fù)載；以及一個(gè)單元用于如果發(fā)生AC輸入電源對(duì)SMPS的供電中斷，就將第一整流器中預(yù)充電的整流AC電源信號(hào)接地，從而當(dāng)AC輸入電源供應(yīng)恢復(fù)時(shí)立即產(chǎn)生多個(gè)穩(wěn)壓的DC輸出電壓。
本發(fā)明的上述和其他目的和特性從以下結(jié)合附圖一起給出的較佳實(shí)施例的說明中將顯而易見，附

圖1是本發(fā)明的一個(gè)框圖，說明一個(gè)能夠減少其上的響應(yīng)時(shí)間的新穎的SMPS。
參看圖1，說明了配有本發(fā)明的放電電路30的一個(gè)新穎的SMPS100的框圖，用于將一個(gè)AC輸入電源變壓為多個(gè)所需要的電壓，例如兩個(gè)穩(wěn)壓的DC輸出電壓V1和V2的SMPS100，包含一個(gè)第一橋式整流器20、一個(gè)濾波電容器26、放電電路30、一個(gè)初始驅(qū)動(dòng)電容器38、一個(gè)開關(guān)晶體管39、一個(gè)變壓器40、一個(gè)整流裝置50、一個(gè)開關(guān)控制電路60、一個(gè)誤差值發(fā)生器70以及一個(gè)光電耦合器80。
如圖1所示，一個(gè)在線10和線12上的AC輸入電源通過包括4個(gè)整流二極管21至24的第一橋式整流器20整流并且也被也包括4個(gè)整流二極管即二極管21、22和包含在放電電路30中的二極管31和32的第二橋式整流器整流。從第一橋式整流器20來的第一整流AC電源經(jīng)過濾波電容器26供應(yīng)給放電電路30的電阻33、變壓器40和初始驅(qū)動(dòng)電容器38，而來自第二電橋整流器的第二整流AC電源則通過放電電路30的一個(gè)電容器34和一個(gè)電阻35饋送給開關(guān)晶體管36的基板。
濾波電容器26跨接在第一橋式整流器20的輸出端上，其作用是旁路高頻微波以防止它們暴露在來自第一橋式整流器20的整流AC電源上。連接在濾波電容器26的輸出和開關(guān)晶體管39的基極之間的初始驅(qū)動(dòng)電容器38的作用是在一個(gè)初始時(shí)間(to)從濾波電容器26傳輸大量電流到開關(guān)晶體管39的基極作為它的初始驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，在初始時(shí)間(to)之后，初始驅(qū)動(dòng)電容器38只從濾波電容器傳輸少量的電流到開關(guān)晶體管39的基極。
開關(guān)晶體管39，其中它的基極是耦合到初始驅(qū)動(dòng)電容器38和開關(guān)控制電路60的，而它的集電板連接到變壓器40的初級(jí)繞組線圈T1上，交替地開啟和關(guān)閉變壓器40的初級(jí)繞組線圈T1。正如在此技術(shù)中眾所周知的，開關(guān)晶體管39的操作首先由在初始時(shí)間(to)從初始驅(qū)動(dòng)電容器38來的電流所控制，但是自此以后，由于如上面所提到的從初始驅(qū)動(dòng)電容器38那里來的電流量變得非常之小，此操作是由從開關(guān)控制電路60來的開關(guān)控制信號(hào)控制的。正如在此領(lǐng)域中眾所周知，這個(gè)操作使AC輸入電源的正弦波形能夠變換到其波峰大致符合正弦波形的窄脈沖的形式，從而增加SMPS的功率因數(shù)。
如在圖中所示，變壓器40有一個(gè)初級(jí)繞組線圈T1和三個(gè)次級(jí)繞阻線圈T21到T23。初級(jí)繞組線圈T1的一個(gè)接頭耦合到橋式整流器20、濾波電容器26和初始驅(qū)動(dòng)電容器38上，而其另一個(gè)接頭連接到開關(guān)晶體管39的集電極。另一方面，第一次級(jí)繞組線圈T21的一個(gè)接頭連接到開關(guān)控制電路60而其另一個(gè)接頭接地，第二次級(jí)繞組線圈T22的一個(gè)接頭耦合到整流裝置50的一個(gè)整流二極管51的陽(yáng)極上，而其另一個(gè)接頭接地。最后，第三次級(jí)繞組線圈T23的一個(gè)接頭耦合到整流裝置50的一個(gè)整流二極管53的陽(yáng)極上，而其另一個(gè)接頭接地。正如在此技術(shù)中眾所周知的，變壓器40起的作用是按比例縮小從濾波電容器26來的輸出電源以產(chǎn)生多個(gè)按比例縮小的AC信號(hào)，例如，兩個(gè)按比例縮小的AC電源信號(hào)。
這兩個(gè)由變壓器40產(chǎn)生的按比例縮小的AC電源信號(hào)分別提供給整流裝置50的它們相應(yīng)的整流二極管51和53，在包括整流二極管51和53以及大容量電容器52和54的整流裝置50處，這兩個(gè)按比例縮小的AC電源信號(hào)的每個(gè)高頻組分都被整流和濾波以產(chǎn)生和提供兩個(gè)穩(wěn)壓的DC輸出電壓，V1和V2，分別到對(duì)應(yīng)的負(fù)載線56和58。此外，這兩個(gè)穩(wěn)壓的DC輸出電壓V1和V2之一，例如V1，提供到誤差值發(fā)生器70。
誤差值發(fā)生器70跨接在整流裝置50的大容量電容器52的輸出上，所起的作用是監(jiān)測(cè)從大容量電容器52來的穩(wěn)壓的DC輸出電壓V1或者是在第一負(fù)載線56上的對(duì)應(yīng)的電流值，以推得一個(gè)表示在一個(gè)監(jiān)測(cè)的電壓值和一個(gè)預(yù)定值TH1之間的差異的誤差值，其中TH1為一實(shí)數(shù)。此后，此誤差值就提供給光電耦合器80。
光電耦合器80，正如在此技術(shù)中眾所周知的，它可以包括一個(gè)發(fā)光二極管和一個(gè)光電晶體管(未示出)，通過利用發(fā)光二極管把誤差值的電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào)并利用光電晶體管把光信號(hào)恢復(fù)為電信號(hào)把開關(guān)控制電路60和誤差值發(fā)生器70隔開。
連接到第一次級(jí)繞組線圈T21、開關(guān)晶體管39的基極和光電耦合器80上的開關(guān)控制電路60產(chǎn)生一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)使開關(guān)晶體管39能夠執(zhí)行一個(gè)通斷操作。正如在此技術(shù)中眾所周知，開關(guān)控制電路60按照在第一負(fù)載線56上的一個(gè)電壓值的變化而調(diào)整開關(guān)控制信號(hào)的脈沖寬度。依靠按照來自誤差值發(fā)生器70的電信號(hào)適當(dāng)?shù)馗淖冮_關(guān)控制信號(hào)的脈沖寬度，可得到所需要的DC輸出電壓，V1和V2。
另一方面，本發(fā)明的放電電路30包括開關(guān)晶體管36、電阻33和35、二極管31和32以及電容器34。如圖所示，開關(guān)晶體管36的基板分別耦合到二極管31和32的各個(gè)陰極、電阻35和電容器34，而它的發(fā)射極則連接到電阻33，為了簡(jiǎn)明起見，在本發(fā)明的一個(gè)示范實(shí)施例中，假定開關(guān)晶體管36是一個(gè)PNP型晶體管而電阻33的阻抗值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于初始驅(qū)動(dòng)電容器38、開關(guān)晶體管39、開關(guān)控制電路60、光電耦合器80以及變壓器40的初級(jí)和第一次級(jí)繞組線圈T1和T21的總阻抗值、Z總。并且，有理由假定一個(gè)時(shí)間常數(shù)值，它可由電容器34的阻抗值和電阻35的阻抗值相乘而得到，遠(yuǎn)小于濾波電容器26的阻抗值和總阻抗值Z總相組合的阻抗值。應(yīng)該理解到這兩個(gè)時(shí)間常數(shù)可以在此SMPS所要求的效率的基礎(chǔ)上決定。
從以上可以看出，在一個(gè)正常的操作中，即在AC輸入功率供給到第二橋式整流器的情況下，開關(guān)晶體管36被從第二橋式整流器來的第二整流AC輸入電源所關(guān)閉，在這種情況中，從濾波電容器26來的第一整流AC輸入電源沒有接地或放電，而是供給到初始驅(qū)動(dòng)電容器38和變壓器40的初級(jí)繞組線圈T1，因此，分別在負(fù)載線56和58上產(chǎn)生穩(wěn)壓的DC輸出電壓V1和V2。
另一方面，在長(zhǎng)于一個(gè)預(yù)定時(shí)間(它可以等于或小于從組合電容34和電阻35的阻抗而得到的時(shí)間常數(shù))的一般時(shí)間內(nèi)，AC輸入電源沒有輸入到第二橋式整流器的情況下，開關(guān)晶體管36將被打開，結(jié)果，在濾波電容器26中預(yù)充電的第一整流AC電源就通過具有小阻抗值的電阻33而直接接地，從而當(dāng)AC輸入電源對(duì)第一橋式整流器20和第二電橋整流器的供電恢復(fù)時(shí)分別在負(fù)載線56和58上立即產(chǎn)生所需要的DC輸出電壓V1和V2。
如上面所述，本發(fā)明即使在電源故障的情況下也能夠有效地消除或放電以處理裝在SMPS中的濾波電容器中的預(yù)充電的整流AC電源，從而顯著地減少SMPS的響應(yīng)時(shí)間以在AC輸入功率供應(yīng)恢復(fù)時(shí)產(chǎn)生穩(wěn)壓的DC輸出電壓。
盡管本發(fā)明已經(jīng)就具體實(shí)施例進(jìn)行了示出并說明，對(duì)熟悉本領(lǐng)域的人來說顯然還可以做出許多改變和修改而并不脫離由所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一個(gè)開關(guān)式電源(SMPS)通過整流一個(gè)AC輸入電源用于產(chǎn)生和提供多個(gè)穩(wěn)壓的DC輸出電壓給多個(gè)負(fù)載，它包含第一整流裝置，用于整流此AC輸入電源以產(chǎn)生在一個(gè)預(yù)定的范圍內(nèi)的一個(gè)整流AC電源信號(hào)；變壓裝置用于從整流AC電源信號(hào)中產(chǎn)生多個(gè)按比例縮小的AC電源信號(hào)；第二整流裝置，用于從多個(gè)按比例縮小的AC電源信號(hào)中產(chǎn)生多個(gè)穩(wěn)壓的DC輸出電壓；以及放電裝置用于在發(fā)生對(duì)SMPS的AC輸入電源供應(yīng)中斷時(shí)使在第一整流裝置中預(yù)充電的整流AC電源信號(hào)接地，從而當(dāng)AC輸入電源恢復(fù)時(shí)立即產(chǎn)生多個(gè)穩(wěn)壓的DC輸出電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中放電裝置包括一個(gè)開關(guān)晶體管、一個(gè)連接到其發(fā)射極的第一電阻和分別耦合到開關(guān)晶體管的基極的一個(gè)第二電阻、一個(gè)電容器和兩個(gè)整流二極管。
全文摘要
開關(guān)式電源(SMPS)，包含第一整流器用于整流AC輸入電源以產(chǎn)生整流AC電源信號(hào)；變壓裝置用于從整流AC電源信號(hào)中產(chǎn)生多個(gè)按比例縮小的AC電源信號(hào)；第二整流器用于從多個(gè)按比例縮小的AC電源信號(hào)產(chǎn)生和提供多個(gè)穩(wěn)壓的DC輸出電壓，通過連接到其上各自的負(fù)載線到多個(gè)負(fù)載；以及一個(gè)單元用于當(dāng)對(duì)SMPS的AC輸入電源供電中斷時(shí)，使在第一整流器中預(yù)充電的整流AC電源信號(hào)接地，當(dāng)供電恢復(fù)時(shí)立即產(chǎn)生多個(gè)穩(wěn)壓的DC輸出電壓。
文檔編號(hào)H02M7/12GK1132420SQ95119438
公開日1996年10月2日 申請(qǐng)日期1995年12月29日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月31日
發(fā)明者洪在奎 申請(qǐng)人:大宇電子株式會(huì)社