專利名稱：交錯的開關(guān)變換器電路和開關(guān)變換器控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可應(yīng)用于各種類型的電子單元的開關(guān)變換器電路。更具體地，本發(fā)明涉及一種其中多個相互平行連接的開關(guān)變換器被交替地接通/斷開的交錯的開關(guān)變換器電路，及一種用于控制這些開關(guān)變換器的方法。
例如在日本公開出版號為61-288780、1-231661及1-270769，美國專利號5,508,903等專利說明書中描述了各種類型的交錯的開關(guān)變換器電路，在一現(xiàn)有技術(shù)的開關(guān)變換器電路中，假定該開關(guān)變換器電路包括N個開關(guān)變換器(N為一等于或大于2的整數(shù))，這些開關(guān)變換器以36 0/N度的相位差被交替地接通/斷開的，例如，一交錯的開關(guān)變換器電路包括兩個開關(guān)變換器(即N＝2)，該兩個開關(guān)變換器被以180度的相位差接通/斷開。在這樣一構(gòu)成中，輸入/輸出電流中生成的波紋振幅可被減小而波紋頻率可被增加。而且，由于加至輸入/輸出濾波器上的負(fù)載可被減少，這些濾波器的尺寸可被減小。
在這樣一常規(guī)的交錯的開關(guān)變換器電路中，由于各自開關(guān)變換器以一適當(dāng)?shù)南辔徊畋唤油?斷開，開關(guān)頻率被固定。這樣，不可能通過將這樣的開關(guān)變換器組合作為具有依據(jù)輸入/輸出條件而變化的開關(guān)頻率的振鈴扼流圈(ringing choke)變換器來形成一交錯的開關(guān)變換器電路。
本發(fā)明的交錯的開關(guān)變換器電路包括相互平行連接的第一和第二開關(guān)變換器；用于接通/斷開第一開關(guān)變換器的第一控制驅(qū)動器；具有第一和第二電容器并響應(yīng)第一開關(guān)變換器的接通/斷開而交替地對第一和第二電容器進行充電/放電的充電器/放電器；及用于與第一和第二電容器的電壓之間差的反相同步地接通/斷開第二開關(guān)變換器的第二控制驅(qū)動器。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面的交錯的開關(guān)變換器電路包括相互平行連接的第一和第二開關(guān)變換器；生成第一驅(qū)動信號用于驅(qū)動第一開關(guān)變換器的開關(guān)的第一控制驅(qū)動器；具有第一和第二電容器，接收該第一驅(qū)動信號，并與該第一驅(qū)動信號同步地交替地對和第一和第二電容器進行充電/放電的充電器/放電器；及生成第二驅(qū)動信號用于驅(qū)動第二開關(guān)變換器的開關(guān)的第二控制驅(qū)動器。該第二控制驅(qū)動器接收第一和第二電容器的電壓并與第一和第二電容器的電壓之間差的反相同步地生成第二驅(qū)動信號。
在一實施例中，該第一開關(guān)變換器是一以一臨界模式工作的開關(guān)變換器，其中電流以一連續(xù)模式和一不連續(xù)模式之間的一邊界模式流過一扼流線圈。
在另一實施例中，在第一和第二電容器之間的電壓差的反相被檢測到之后及在各電容器被開始充電之前的一時間間隔內(nèi)，各第一和第二電容器被放電到一零電壓或至零電壓附近。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面的交錯的開關(guān)變換器電路包括相互平行連接的N個開關(guān)變換器(N為一等于或大于2的自然數(shù))；生成第K驅(qū)動信號用于驅(qū)動第K個開關(guān)變換器的開關(guān)的第K個控制驅(qū)動器(K也為一自然數(shù)且1≤K＜N)；具有第一和第二電容器，接收第K個驅(qū)動信號且與該第K個驅(qū)動信號同步地交替地對第一和第二電容器進行充電/放電的充電器/放電器；及生成第K+1驅(qū)動信號用于驅(qū)動第K+1個開關(guān)變換器的開關(guān)的第K+1個控制驅(qū)動器。該第K+1控制驅(qū)動器接收第一和第二電容器的電壓并與第一和第二電容器的電壓間的差的反相同步地生成第K+1驅(qū)動信號。
在一實施例中，由充電器/放電器放電的電流電平至少大約是由充電器/放電器充電的電流電平的(N/n-1)倍直至第一和第二電容器的電壓間的差被反相(n是一小于N的自然數(shù)且相對于N是素的(prime))。
在另一實施例中，由充電器/放電器放電的電流電平至少大約是由充電器/放電器充電的電流電平的(N/n-1)倍直至第一和第二電容器的電壓間的差被反相(n是一等于或小于N/2的自然數(shù))。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面的交錯的開關(guān)變換器電路包括相互平行連接的N個開關(guān)變換器(N是一等于或大于2的整數(shù))。一交流輸入電壓被整流并輸入至各N個開關(guān)變換器。各所述開關(guān)變換器將一直流輸出電壓提供給一負(fù)載。第一開關(guān)變換器包括第一開關(guān)；第一電流檢測器，用于檢測流過該第一開關(guān)的電流，從而輸出第一電流信號；一電壓檢測器，用于檢測該交錯的開關(guān)變換器電路的輸出電壓，從而輸出一電壓信號；及一第一控制驅(qū)動器，用于輸出具有一預(yù)定占空因數(shù)的第一驅(qū)動信號，從而驅(qū)動該第一開關(guān)。該第一控制驅(qū)動器自通過整流該交流輸入電壓獲得的一輸入電壓及自該電壓信號確定并輸出一基準(zhǔn)電流信號，并將第一電流信號與該基準(zhǔn)電流信號進行比較，從而確定第一驅(qū)動信號的占空因數(shù)。第K(1＜K≤N)個開關(guān)變換器包括第K個開關(guān)；第K個電流檢測器，用于檢測流過第K個開關(guān)的電流，從而輸出第K個電流信號；一電壓檢測器，用于檢測該交錯的開關(guān)變換器電路的輸出電壓，從而輸出電壓信號；及第K個控制驅(qū)動器，用于輸出第K個驅(qū)動信號，從而驅(qū)動第K個開關(guān)。該第K個控制驅(qū)動器具有第一和第二電容器，檢測第K-1個開關(guān)變換器的一第K-1驅(qū)動信號，與第K-1驅(qū)動信號的上升邊同步地交替地對第一和第二電容器進行充電/放電，與第一和第二電容器的電壓間之差的反相同步地啟動第K驅(qū)動信號，并將第K個電流信號與基準(zhǔn)電流信號進行比較，從而確定第K驅(qū)動信號的占空因數(shù)。在本發(fā)明的開關(guān)變換器控制方法中，兩個電容器響應(yīng)于第一開關(guān)變換器的接通/斷開而被交替地充電/放電，及第二開關(guān)變換器通過相互比較兩電容器的電壓而被接通/斷開。
在根據(jù)本發(fā)明另一方面的開關(guān)變換器控制方法中，第一開關(guān)變換器的驅(qū)動信號的一周期被存儲為一電容器的充電電壓、及根據(jù)該電容器的充電電壓確定第二開關(guān)變換器的驅(qū)動信號的一周期。
以下，將描述通過本發(fā)明所得到的功能或效果。
根據(jù)采用上述構(gòu)成的本發(fā)明，即使當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)變換器的開關(guān)頻率被改變時，第二開關(guān)變換器可以一任意的相位差被驅(qū)動。在第一驅(qū)動信號的上升邊上，第一電容器被從0V的放電狀態(tài)轉(zhuǎn)換成恒定電流充電狀態(tài)，及第二電容器被同時地從充電狀態(tài)轉(zhuǎn)換成放電狀態(tài)。在該充電/放電轉(zhuǎn)變點的第二電容器的初始電壓與轉(zhuǎn)換周期成比例。這是因為第二電容器已經(jīng)以該恒定電流被充電過第一開關(guān)變換器的一轉(zhuǎn)換周期。被充電的第一電容器的上升電壓迅即跨過被放電的第二電容器的下降電壓。該相交點，即第二驅(qū)動信號的上升邊被從第一驅(qū)動信號的上升邊延遲過與轉(zhuǎn)換周期成比例的一時間間隔。通過適當(dāng)?shù)貙⒊潆?放電電流設(shè)至各自電容器，第二開關(guān)變換器可以相對于第一開關(guān)變換器的轉(zhuǎn)換周期的一任意相位差被驅(qū)動。
在例如振鈴扼流圈變換器的開關(guān)變換器中，當(dāng)一轉(zhuǎn)換器或一扼流線圈的電抗器電流變?yōu)榱銜r，一開關(guān)被接通。這樣一操作被稱為以一臨界模式的操作，該臨界模式為一連續(xù)模式(電抗器電流連續(xù)地流動)和一不連續(xù)模式(電抗器電流不連續(xù)地流動)之間的一邊界，與該連續(xù)模式相比，開關(guān)電流的幅值與輸入/輸出波紋電流的幅值較大，但在臨界模式中開關(guān)的接通噪聲及二極管恢復(fù)噪聲較小。因此，由開關(guān)頻率或其諧波導(dǎo)致的一相對低的頻率區(qū)域中的噪聲較大，但由接通噪聲及恢復(fù)噪聲引起的一相對高的頻率區(qū)域中的噪聲較小。
本發(fā)明可應(yīng)用于在開關(guān)頻率依據(jù)于輸入/輸出條件為可變的臨界模式下進行工作的開關(guān)變換器。通過提供本發(fā)明給這樣一以臨界模式進行工作的開關(guān)變換器，一低頻區(qū)域中的輸入/輸出波紋電流和噪聲可被減少。
因此，在此描述的本發(fā)明可取得以下優(yōu)點(1)提供了一交錯的開關(guān)變換器，其中該開關(guān)變換器可通過執(zhí)行一簡化的控制而以一任意相位差及一可變的開關(guān)頻率被開關(guān)，及(2)提供一種用于控制待以這樣一交錯方式被開關(guān)的開關(guān)變換器的方法，通過參考附圖對以下詳細(xì)描述的閱讀和理解，本發(fā)明的這些及其它優(yōu)點對于本領(lǐng)域的熟練人員而言是顯然的。


圖1為本發(fā)明的第一示例中的一交錯的開關(guān)變換器電路的方框圖；圖2為圖1中所示的交錯的開關(guān)變換器電路中各信號波形的時間圖；圖3為圖1中所示的交錯的開關(guān)變換器電路的控制驅(qū)動器和充電圖/放電圖的具體電路構(gòu)成的方框圖；圖4為圖3中所示的電路部分的各信號波形的時間圖；圖5為在第一和第二電容器的電勢已偏離的狀態(tài)中的圖3中的電路部分中的各信號波形的時間圖；圖6為圖3中所示的電路部分的一變型中的各信號波形的時間圖；圖7為圖3中所示的電路部分的另一變型中的各信號波形的時間圖；圖8為本發(fā)明的第二示例的一交錯的開關(guān)變換器電路的方框圖；圖9為圖8中所示的交錯的開關(guān)變換器電路中的各信號波形的時間圖；圖10為圖8中所示的交錯的開關(guān)變換器電路的開關(guān)周期已被改變的狀態(tài)中的各信號波形的時間圖；圖11為是本發(fā)明的第三示例中的一交錯的開關(guān)變換器電路的外圍電路部分的一充電器/放電器和第二控制驅(qū)動器的構(gòu)成的方框圖；圖12為圖11中所示的電路部分中的各信號波形的時間圖；圖13為本發(fā)明的第四示例中的一交錯的開關(guān)變換器電路的方框圖；圖14為圖13中所示的交錯的開關(guān)變換器電路中各信號波形的時間圖；圖15為本發(fā)明的第五示例中的一交錯的開關(guān)變換器電路的方框圖；圖16A和16B分別為圖15中所示的交錯的開關(guān)變換器電路中的第一和第二控制驅(qū)動器的構(gòu)成方框圖；圖17為說明圖15中所示的交錯的開關(guān)變換器電路中第一升壓變換器的操作的各信號波形的時間圖；圖18為說明圖15中所示的交錯的開關(guān)變換器電路中第二升壓變換器的操作的各信號波形的時間圖；圖19為本發(fā)明的第六例中的一交錯的開關(guān)變換器電路中的，包括有一充電器/放電器、一峰值保持器、一比較器和一第二控制驅(qū)動器的電路部分的構(gòu)成方框圖；圖20為圖19中所示的電路部分中各信號波形的時間圖。
示例1圖1示出了本發(fā)明的第一示例中的一交錯的開關(guān)變換器電路，該第一示例的交錯的開關(guān)變換器電路通過使用兩升壓變換器而構(gòu)成。圖2示出了圖1中所示的交錯的開關(guān)變換器電路中各信號波形。
如圖1中所示，該交錯的開關(guān)變換器包括一輸入直流(DC)電源1；一輸出電容器2；一負(fù)載3；和一第一升壓變換器10a。該第一升壓變換器10a包括第一扼流線圈11；第一開關(guān)12；第一二極管13；第一控制驅(qū)動器14a；和第一電流檢測器15。該第一電流檢測器15檢測流過第一開關(guān)12的電流，從而輸出第一電流信號Vi1。
該交錯的開關(guān)變換器電路還包括一第二升壓變換器20。該第二升壓變換器20包括第二扼流線圈21；第二開關(guān)22；第二二極管23；第二控制驅(qū)動器24；和第二電流檢測器25。該第二電流檢測器25檢測流經(jīng)第二開關(guān)22的電流，從而輸出一第二電流信號Vi2。
該交錯的一開關(guān)變換器電路還包括一電壓檢測器4，該電壓檢測器4檢測待從輸出電容器2提供給負(fù)載3的一輸出DC電壓，從而輸出一代表該DC電壓與一基準(zhǔn)電壓之間的一差值的電壓信號Ve。第一控制驅(qū)動器14a接收第一電流信號Vi1和該電壓信號Ve，從而輸出一具有預(yù)定周期和預(yù)定占空因數(shù)的第一驅(qū)動信號Vdr1。第一開關(guān)12接收該第一驅(qū)動信號Vdr1并響應(yīng)于該第一驅(qū)動信號Vdr1而被接通/斷開。
該交錯的開關(guān)變換器電路還包括一充電器/放電器40；一第一電容器41；和一第二電容器42。該充電器/放電器40接收第一驅(qū)動信號Vdr1并與第一驅(qū)動信號Vdr1的上升邊同步地交替地以預(yù)定電流對第一和第二電容器41和42進行充電/放電。具體地，當(dāng)?shù)谝浑娙萜?1被充電時，第二電容器42被放電。相反地，當(dāng)?shù)谝浑娙萜?1被放電時，第二電容器42被充電。第二控制驅(qū)動器24接收第一電容器41的電壓Vc1、第二電容器42的電壓Vc2、第二電流信號Vi2和電壓信號Ve，從而輸出一在電壓Vc1和Vc2的波形相交處被啟動的第二驅(qū)動信號Vdr2，并具有一預(yù)定的ON時間周期。第二開關(guān)22接收該第二驅(qū)動信號Vdr2，且響應(yīng)于該第二驅(qū)動信號Vdr2而被接通/斷開。
以下，將參照圖2對具有這樣一構(gòu)成的交錯的開關(guān)變換器電路的操作進行描述。
圖2-(a)說明了由第一控制驅(qū)動器14a輸出的第一驅(qū)動信號Vdr1的波形。當(dāng)?shù)谝或?qū)動信號Vdr1被啟動時，第一開關(guān)12被接通且激勵電流流過第一扼流線圈11。第一電流檢測器15檢測該激勵電流，從而輸出具有圖2-(d)中所示波形的第一電流信號Vi1。第一電流信號Vi1的電平通過第一控制驅(qū)動器14a與電壓信號Ve的電平相比較。當(dāng)?shù)谝浑娏餍盘朧i1的電平到達電壓信號Ve的電平，第一驅(qū)動信號Vdr1被撤消。在第一驅(qū)動信號Vdr1的下降邊上，第一開關(guān)12被斷開。然后，已被存儲在第一扼流線圈11中的能量經(jīng)第一二極管13被輸出作為具有圖2-(i)中所示的波形的電流Id1。因此，第一升壓變換器10a的輸入電流，即流過第一扼流線圈11的電流變?yōu)槿鐖D2-(f)所示。
圖2-(b)分別說明了第一和第二電容器41和42的電壓Vc1和Vc2的波形。充電器/放電器40接收第一驅(qū)動信號Vdr1，并與該第一驅(qū)動信號Vdr1的上升邊同步地交替地充電及放電該第一和第二電容器41和42。
第二控制驅(qū)動器24接收第一和第二電壓Vc1和Vc2，并在第一和第二電壓Vc1和Vc2的相交處撤消第二驅(qū)動信號Vdr2，如圖2-(c)所示。當(dāng)?shù)诙_關(guān)22接收到第二驅(qū)動信號Vdr2時，第二開關(guān)22被接通，以使激勵電流流過第二扼流線圈21。第二電流檢測器25檢測該激勵電流，從而輸出具有圖2-(e)中所示波形的第二電流信號Vi2。該第二電流信號Vi2的電平通過第二控制驅(qū)動器24與電壓信號Ve的電平相比較。當(dāng)?shù)诙娏餍盘朧i2的電平達到電壓信號Ve的電平時，該第二驅(qū)動信號Vdr2被撤消。在第二驅(qū)動信號Vdr2的下降邊上，第二開關(guān)22被斷開。
然后，已被存儲在第二扼流線圈21中的能量經(jīng)第二二極管23被輸出為具有圖2-(j)所示波形的電流Id2。因此，流過第二扼流線圈21的電流Ii2變?yōu)槿鐖D2-(g)所示。當(dāng)輸出DC電壓增高時，電壓信號Ve的電平變得更低。相反地，當(dāng)輸出DC電壓降低時，電壓信號Ve的電平變得更高。開關(guān)12和22的開關(guān)周期的占空因數(shù)被控制以使輸出DC電壓穩(wěn)定。假定充電/放電第一和第二電容器41和42的電流具有一預(yù)定的相同電平，電壓Vc1和Vc2的波形在一從第一驅(qū)動信號Vdr1的上升邊延遲過對應(yīng)于半個開關(guān)周期的一時間間隔的時間相交。
也就是說，第一和第二升壓變換器10a和20構(gòu)成了一具有等于一半開關(guān)周期的相位差的交錯的開關(guān)變換器電路。該交錯的開關(guān)變換器電路的輸入電流Ii(＝Ii1+Ii2)如圖2-(h)所示地變化，同時到輸出電容器2的充電電流Ic(＝Id1+Id2)如圖2-(k)所示地變化。
圖3示出了第一控制驅(qū)動器14a、充電器/放電器40和第二控制驅(qū)動器24的更具體的電路結(jié)構(gòu)。
由于第一控制驅(qū)動器14a為一常規(guī)的電流模式控制器，只簡短地描述其操作。在以下的描述中，將參照圖4所示的各信號波形，詳細(xì)地描述充電器/放電器40和第二控制驅(qū)動器24的操作。
在第一控制驅(qū)動器14a中，已由一振蕩器149生成的具有一預(yù)定的頻率的接通脈沖由一RS觸發(fā)器148的一設(shè)定端子所接收，從而啟動第一驅(qū)動信號Vdr1。第一比較器142分別接收來自第一電流檢測器15和電壓檢測器4的第一電流信號Vi1和電壓信號Ve，并相互比較它們的電平。當(dāng)?shù)谝浑娏餍盘朧i1的電平超過電壓信號Ve的電平時，Rs觸發(fā)器在其一復(fù)位端子接收一斷開脈沖H，從而撤消第一驅(qū)動信號Vdr1。通過增高/降低電壓信號Ve的電壓，第一驅(qū)動信號Vdr1的脈沖寬度，即第一開關(guān)12的ON時間周期被調(diào)整且輸出DC電壓被穩(wěn)定。
充電器/放電器40包括一控制器偏置電源400，用于通過分別地提供一線圈例如一扼流線圈而對通常在變換器的工作期間所生成的一電壓執(zhí)行一整流和一波紋過濾；一D觸發(fā)器401；電阻器402至405；二極管406至411；晶體管412至415；及用于控制充電/放電電流的電阻器416和417。另一方面，第二控制驅(qū)動器24包括第一比較器241；一反相器242；一異-或非邏輯元件243，其輸出待被確定；第二比較器244；和一RS觸發(fā)器245。
圖4示出了充電器/放電器40和第二控制驅(qū)動器24中各信號的波形。以下，將參照圖4描述這些電路40和24的工作。
圖4-(a)說明了第一驅(qū)動信號Vdr1的波形。該D觸發(fā)器401在其CK端子接收第一驅(qū)動信號Vdr1，從而輸出信號V1和V2。信號V1和V2的電平與第一驅(qū)動信號Vdr1的上升邊同步地被反相，如圖4-(b)和(c)所示。圖4-(d)示出了各晶體管412至415的通/斷(ON/OFF)狀態(tài)。當(dāng)信號V1為H(高)電平而信號V2為L(低)電平時，一PNP晶體管412和一NPN晶體管415為斷(OFF)而一NPN晶體管413和一PNP晶體管414為通(ON)。因此，第一電容器41被放電且第二電容器42被充電。相反地，當(dāng)信號V1為L電平而信號V2為H電平時，PNP晶體管412和NPN晶體管415為通(ON)而NPN晶體管412和PNP晶體管414為斷(OFF)。因此，第一電容器41被充電而第二電容器42被放電。
圖4-(e)示出了這些充電/放電狀態(tài)。假定電阻器416和417的電阻值被相同地以R表示而各二極管406至411的正向電壓降和各晶體管412至415的基極電壓和發(fā)射極電壓被相同地以Vd表示，則充電/放電電流變成由Vd/R表示的恒定電流。第一比較器241分別接收第一和第二電容器41和42的電壓Vc1和Vc2，從而輸出一信號V3，該信號V3的電平在這兩電平Vc1和Vc2的相交處被反相，如圖4-(f)所示。
信號V3被輸入給反相器242和異-或非邏輯元件243，該異一或非邏輯元件243與信號V3的反相同步地輸出一單跳(shot)脈沖V4，如圖4-(g)所示。RS觸發(fā)器245在其一設(shè)定端子接收該單跳脈沖V4，從而與該單跳脈V4同步地啟動其輸出，即第二驅(qū)動信號Vdr2。第二比較器244接收第二電流信號Vi2和電壓信號Ve，比較這兩信號的電平，然后輸出一信號V5給RS觸發(fā)器245的復(fù)位端子，如圖4-(h)和(i)所示。第二驅(qū)動信號Vdr2與信號V5的上升邊同步地被撤消，如圖4-(j)所示。
當(dāng)?shù)谝缓偷诙娙萜?1和42的電壓Vc1和Vc2總是在0電勢之上，如圖2-(b)和圖4-(e)的情況中時，如果開關(guān)周期通過輸入/輸出條件中的突然變化等而被改變，則電壓Vc1和Vc2的波形變成被規(guī)則地穩(wěn)定以具有一偏差，如圖5所示，結(jié)果，電壓Vc1和Vc2之間的相交改變且第一和第二驅(qū)動信號Vdr1和Vdr2之間的相位差變成不恒定的。為了解決這樣一問題，第一和第二電容器41和42的放電電流可被設(shè)定在比其充電電流高的一電平上。這樣，即使電壓Vc1和Vc2有時以一瞬變的方式發(fā)生偏差，當(dāng)放電完成時，這些電容器的電壓被降低至零電壓附近且第一和第二驅(qū)動信號Vdr1和Vdr2之間的相位差變?yōu)楹愣?，而且，由于電壓Vc1和Vc2的波形在第一驅(qū)動信號Vdr1已被啟動之后的一較早時間相交，第一驅(qū)動信號Vdr1的上升邊與第二驅(qū)動信號Vdr2的上升邊之間的延遲也可被修正。
而且，如果第一和第二電容器41和42的放電電流被有意設(shè)定在一比其充電電流的電平要高的一電平，第二驅(qū)動信號Vdr2可以半個開關(guān)周期內(nèi)的一任意延遲時間(即以一任意相位差)被啟動，如圖6所示。
假設(shè)第一和第二電容器41和42的電容值以C表示，一開關(guān)周期表示為Ts，及充電電流表示為Ich，則在充電期間的第一電容器41的電壓Vc1被表示為Vc1＝Ich·t/c，當(dāng)充電結(jié)束時，第一電容器41的電壓Vch被表示為Vc1＝Ich·Ts/c。另一方面，假設(shè)放電電流表示為A·Ich(A＞1)，放電期間的第二電容器42的電壓Vc2被表示為Vc2＝Ich·Ts/c-A·Ich·t/C＝(Ts-A·t)·Ich/c。因為Vc1＝Vc2，相交時間變?yōu)閠＝Ts(1+A)。換句話說，可設(shè)定延遲時間Td以具有開關(guān)周期的持續(xù)時間的1/(1+A)的持續(xù)時間。
以上描述是有關(guān)放電電流被設(shè)定在高于充電電流的電平的一電平上的情況。事實上，同樣的描述也可應(yīng)用于充電電流被相反地設(shè)定在高于放電電流的電平的一電平的情況。在將放電電流設(shè)定在一較高電平的情況中，第一和第二電容器41和42的充電電壓Vc1和Vc2總是在從零電壓附近開始。另一方面，在將充電電流設(shè)定在一較高電平的情況下，放電從一預(yù)定上限電壓的附近開始，如圖7所示。從圖7可以清楚地看出，延遲時間Td可根據(jù)充電電流的電平被設(shè)定。
示例2圖8示出了本發(fā)明的第二示例中的一交錯的開關(guān)變換器電路的電路構(gòu)成。圖9和10示出了各信號的波形。圖8中所示的交錯的開關(guān)變換器電路與圖1中所示的交錯的開關(guān)變換器電路的不同之處在于為第一升壓變換器的第一扼流線圈11附加地提供了一復(fù)位檢測繞組111且還在于第一控制驅(qū)動器14b接收在該復(fù)位檢測繞組111中生成的電壓。
控制驅(qū)動器14b不包括第一示例中的第一控制驅(qū)動器14a的振蕩器149。但包括有一電阻器143；一基準(zhǔn)電壓源144；一第二比較器145；一反相器146；和一NOR元件147。當(dāng)?shù)诙容^器145檢測到第一扼流線圈11中電壓的反相并將其輸出從H改為L時，該NOR元件147輸出一接通脈沖，從而啟動第一驅(qū)動信號Vdr1。以與第一示例的第一控制驅(qū)動器14a中相同的方法執(zhí)行啟動第一驅(qū)動信號Vdr1的操作。
根據(jù)本發(fā)明，即使當(dāng)開關(guān)頻率被改變，第二升壓變換器20總能以對應(yīng)于一個開關(guān)周期的預(yù)定比例的一延遲時間工作。將參照圖9和10描述本發(fā)明的這一特征。
圖9-(a)說明了第一驅(qū)動信號Vdr1的波形。當(dāng)?shù)谝或?qū)動信號Vdr1被啟動時，第一開關(guān)12被接通并輸入電流Ii1，其電平從0起線性地增高，如圖9-(d)所示，流過第一扼流線圈11。第一電流檢測器15檢測該輸入電流Ii1。對應(yīng)于該輸入電流Ii1的第一電流信號Vi1的電平通過第一控制驅(qū)動器14b與信號Ve的電平相比較。當(dāng)?shù)谝浑娏餍盘朧i1的電平達到電壓信號Ve的電平時，第一驅(qū)動信號由第一控制驅(qū)動器14b撤消，以使第一開關(guān)12被斷開。然后，存儲在第一扼流線圈11的能量被釋出作為流過第一二極管13的電流Id1，如圖9-(f)所示。
當(dāng)電流Id1已完成流動時，第一扼流線圈11的電壓被反相。第一扼流線圈11的電壓反相經(jīng)復(fù)位檢測線圈111由第一控制驅(qū)動器14b檢測到。如上所述，當(dāng)?shù)谝豢刂乞?qū)動器14b檢測到第一扼流線圈11的電壓反相時，第一控制驅(qū)動器14b啟動第一驅(qū)動信號Vdr1并將第一開關(guān)12接通。然后，第一升壓變換器10b重復(fù)地執(zhí)行同樣的操作。
因此，第一升壓變換器10b是一種振鈴扼流圈變換器并是一種以臨界模式工作的開關(guān)變換器。在該臨界模式中，可有利地防止二極管恢復(fù)噪聲的產(chǎn)生，但卻不利地增大了輸入/輸出波紋電流。而且，輸入電壓變得越高或輸出電流變得越小，開關(guān)頻率在這樣一模式中變得越高。
接著，將描述第二升壓變換器20的工作。圖9-(b)分別說明了第一和第二電容器41和42的電壓Vc1和Vc2的波形。充電器/放電器40接收第一驅(qū)動信號Vdr1，并與第一驅(qū)動信號Vdr1的上升邊同步地交替地對第一和第二電容器41和42進行充電及放電。第二控制驅(qū)動器24接收電壓Vc1和Vc2，并在電壓Vc1和Vc2的相交處啟動第二驅(qū)動信號Vdr2，如圖9-(c)所示。當(dāng)?shù)诙_關(guān)22接收到第二驅(qū)動信號Vdr2時，第二開關(guān)22被接通，以使輸入電流Ii2，其電平從零起線性地增高，如圖9-(d)所示，流過第二扼流線圈21。第二電流檢測器25檢測這一輸入電流Ii2。第二電流信號Vi2的電平通過第二控制驅(qū)動器24與電壓信號Ve的電平相比較，當(dāng)?shù)诙娏餍盘朧i2的電平達到電壓信號Ve的電平時，第二控制驅(qū)動器24撤消第二驅(qū)動信號Vdr2。在第二驅(qū)動信號Vdr2的下降邊上，第二開關(guān)22被斷開。然后，存儲在第二扼流線圈21中的能量被釋放作為流過第二二極管23的電流Id2，如圖9-(f)所示。
如果第二扼流線圈21的電感值被設(shè)定為等于或低于第一扼流線圈11的電感值，則存儲在第二扼流線圈21中的能量變?yōu)榈扔诨蛐∮诖鎯υ诘谝欢罅骶€圈11中的能量。因此，當(dāng)?shù)诙?qū)動信號Vdr2被啟動時，電流Id2為零。這樣，第二升壓變換器20的輸入電流Ii2變成如圖9-(d)所示。
假設(shè)第一和第二電容器41和42的放電電流為稍大于它們的充電電流的恒定電流，電壓Vc1和Vc2的波形在從第一驅(qū)動信號Vdr1的上升邊延遲過大約半個開關(guān)周期的一時間處相交。也就是說，第一和第二升壓變換器10b和20構(gòu)成具有等于半個開關(guān)周期的相位差的交錯的開關(guān)變換器電路。該交錯的開關(guān)變換器電路的輸入電流Ii(＝Ii1+Ii2)如圖9-(e)所示地變化。而到輸出電容器2的充電電流Ic(＝Id1+Id2)如圖9-(g)所示地變化。
由于第一開關(guān)變換器10b以上述的臨界模式工作，第二示例的交錯的開關(guān)變換器電路也以臨界模式工作。在該臨界模式中，輸入電壓變得越高或輸出電流變得越低，則開關(guān)頻率變得越高。圖10示出了在輸出電流的幅值已變得較小的情況下各信號的波形。在該情況下，通過開關(guān)周期變得較短，第一和第二電容器41和42的電壓Vc1和Vc2具有一較小的幅值，如圖10-(b)所示。結(jié)果，在它們相交處的電壓Vc1和Vc2之間的相位差相對于第一驅(qū)動信號Vdr1的上升邊保持等于半個開關(guān)周期。
從以上描述可以理解，在本發(fā)明的交錯的開關(guān)變換器電路中，即使在開關(guān)頻率被改變時，第二驅(qū)動信號Vdr2可被啟動以使被從第一驅(qū)動信號Vdr1延遲過對應(yīng)于一開關(guān)周期的預(yù)定比例的時間間隔。
示例3圖11示出了構(gòu)成本發(fā)明的第三示例中的一交錯的開關(guān)變換器電路的外圍部分的一充電器/放電器和一第二控制驅(qū)動器的電路構(gòu)成。圖12示出了各信號的波形。在圖11中所示的交錯的開關(guān)變換器電路中，在圖3所示的交錯的開關(guān)變換器電路的充電器/放電器40和第二控制驅(qū)動器24之間附加地提供有一AND元件418和一NOR元件419、信號V1和V3被從D觸發(fā)器401和比較器241輸入給它們；電阻器420和421；一晶體管422和一二極管423，用于快速地放電第一電容器41；和一電阻器424及一二極管425，用于快速地放電第二電容器42。
圖12-(a)說明了第一驅(qū)動信號Vdr1的波形。D觸發(fā)器401在其CK端子接收第一驅(qū)動信號，從而輸出信號V1，其電平與第一驅(qū)動信號Vdr1的上升邊同步被反相，如圖12-(b)所示。以與圖3中所示的交錯的開關(guān)變換器電路中的相同方法，第一和第二電容器41和42響應(yīng)于信號V1而被充電和放電。圖12-(d)說明了接收具有圖12-(c)中所示波形的第一和第二電容器41和42的電壓Vc1和Vc2的第一比較器241的輸出信號V3的波形。而且，以與圖3中所示的交錯的開關(guān)變換器電路中的相同方法，響應(yīng)于信號V3，獲得第二驅(qū)動信號Vdr2，如圖12-(g)所示。
圖12-(e)說明了已被輸入信號V1和V3的AND元件418的輸出信號V6的波形，及圖12-(f)說明了也被輸入信號V1和V3的NOR元件419的輸出信號V7的波形。在被放電的第一電容器41的電壓Vc1變成低于第二電容器42的電壓Vc2之后及第一電容器41開始充電之前的一時間間隔期間，待響應(yīng)于信號V6而被驅(qū)動的晶體管422將第一電容器41快速放電至零電勢附近。
另一方面，在被放電的第二電容器42的電壓Vc2變成低于第一電容器41的電壓Vc1之后及第二電容器42開始充電之前的一時間間隔期間，待響應(yīng)于信號V7而被驅(qū)動的晶體管424將第二電容器42快速放電至零電勢附近。
如上所述，在穩(wěn)定狀態(tài)中，圖11中所示的交錯的開關(guān)變換器電路沒有不同于圖3所示的電路。然而，在本示例的電路中，第一和第二電容器41和42總是從零電勢附近起被充電。因此，即使當(dāng)開關(guān)周期通過輸入/輸出條件的變化而被改變時，第一和第二電容器41和42的電壓Vc1和Vc2的偏差可被快速地修正，及直至第二驅(qū)動信號Vdr2的上升邊的延遲時間可被迅速地穩(wěn)定。
示例4圖13示出了本發(fā)明的第四示例中的交錯的開關(guān)變換器電路的電路構(gòu)成。該第四示例的交錯的開關(guān)變換器電路包括有三個升壓變換器。通過擴大地提供該第四示例的電路結(jié)構(gòu)，N個升壓變換器可被平行地操作(N為一等于或大于3的整數(shù))。
在該示例中，第一和第二升壓變換器分別具有與圖8中所示的兩升壓變換器10b和20相同的結(jié)構(gòu)。該第四示例的交錯的開關(guān)變換器電路還包括第三升壓變換器30；第二充電器/放電器50；及第三和第四電容器51和52。該第三升壓變換器30包括第三扼流線圈31；第三開關(guān)32；第三二極管33；第三控制驅(qū)動器34；及第三電流檢測器35。
第一控制驅(qū)動器14b比較第一電流信號Vi1和電壓信號Ve，從而輸出具有預(yù)定占空因數(shù)的第一驅(qū)動信號Vdr1以穩(wěn)定升壓變換器10b的輸出電壓。第一開關(guān)12接收第一驅(qū)動信號Vdr1，并響應(yīng)于第一驅(qū)動信號Vdr1而被接通/斷開。第一充電器/放電器40與自第一控制驅(qū)動器14b提供的第一驅(qū)動信號Vdr1的上升邊同步地充電/放電第一和第二電容器41和42。第二控制驅(qū)動器24接收第一和第二電容器41和42的電壓Vc1和Vc2，從而輸出一第二驅(qū)動信號Vdr2，該第二驅(qū)動信號Vdr2在電壓Vc1和Vc2之間的的相交處被啟動并具有待由第二電流信號Vi2和電壓信號Ve之間的比較確定的一ON時間周期。
第二充電器/放電器50接收第二驅(qū)動信號Vdr2并與第二驅(qū)動信號Vdr2同步地充電/放電第三和第四電容器51和52。第三控制驅(qū)動器34接收第三和第四電容器51和52的電壓Vc3和Vc4，從而輸出一第三驅(qū)動信號Vdr3，該第三驅(qū)動信號Vdr3在電壓Vc3和Vc4之間的相交處被啟動。
在這種情況下，假定第一、第二、第三和第四電容器41、42、51和52的靜電電容值相互等同，則充電器/放電器40和50的充電電流相同，充電器/放電器40和50的放電電流也相同，及將放電電流設(shè)定為具有兩倍于充電電流幅值的幅值。因此，第一和第二電容器41和42的電壓Vc1和Vc2在自第一驅(qū)動信號Vdr1的上升邊延遲過1/3開關(guān)周期的一時間處相交，類似地，第三和第四電容器51和52的電壓Vc3和Vc4在從第二驅(qū)動信號Vdr2的上升邊延遲1/3開關(guān)周期的一時間處相交。
接著，將參照圖14中所示的各信號波形更詳細(xì)地描述第四示例的交錯的開關(guān)變換器電路的工作。
圖14-(a)說明了第一驅(qū)動信號Vdr1的波形。圖14-(b)說明了第一和第二電容器41和42的電壓Vc1和Vc2的波形。因為放電電流的幅值被設(shè)定為充電電流幅值的兩倍，電壓Vc1和Vc2在比第一驅(qū)動信號Vdr1的上升邊的時間t0遲后對應(yīng)于1/3開關(guān)周期的一時間間隔的時間t2處相交。在時間t2，第二驅(qū)動信號Vdr2被啟動，如圖14-(c)所示。圖14-(d)說明了第三和第四電容器51和52的電壓Vc3和Vc4的波形。由于放電電流的幅值被設(shè)定為充電電流幅值的兩倍，電壓Vc3和Vc4在比第二驅(qū)動信號Vdr2的上升邊的時間t2遲后一對應(yīng)于1/3開關(guān)周期的時間間隔的時間t4處相交。在時間t4，第三驅(qū)動信號Vdr3被啟動，如圖14-(e)所示。
結(jié)果，升壓變換器10b、20和30的輸入電流Ii1、Ii2和Ii3的波形變成如圖14-(f)所示。輸入電流Ii或Ii1、Ii2和Ii3的和具有一帶有減少波紋的波形，如圖14-(g)所示。另一方面，流過各升壓變換器10b、20和30的二極管的電流Id1、Id2和Id3的波形變成如圖14-(h)所示。待被提供給輸出電容器2的充電電流IC或Id1、Id2和Id3之和具有一帶有減少的波紋的波形，如圖14-(i)所示。
而且，如圖8所示的第二示例中相同的方法，該第一升壓變換器10b是一振鈴扼流圈變換器且開關(guān)頻率依據(jù)輸入/輸出條件是可變的。在第四示例中，即使當(dāng)開關(guān)頻率改變時，通過改變第一至第四電容器41、42、51、和52的電壓Vc1至Vc4的幅值，各開關(guān)變換器中的相位差可被保持在一等于1/3開關(guān)周期的值上。
如可從第四示例的描述中理解到，如果放電電流的幅值被設(shè)定為充電電流幅值的A倍，則相位差可被設(shè)定為1/(1+A)個開關(guān)周期。
這里，假定升壓變換器數(shù)表示為N。在圖13中，由于N＝3，A被設(shè)定為2及相位差被設(shè)定為1/3個開關(guān)周期。易于理解，如果N＝4，則A可被設(shè)定為3及相位差可被設(shè)定為1/4個開關(guān)周期。而且，如果N＝5，則A可被設(shè)定為4及相位差可被設(shè)定為1/5個開關(guān)周期。進而A可被設(shè)定為1.5且相位差可被設(shè)定為2/5個開關(guān)周期。還有，如果附加地提供例如在圖11中所示的第三示例中所提供的一快速充電器，A可被設(shè)定為一小于1的值。因此，當(dāng)N＝3時，A可被設(shè)定為0.5且相位差也可被設(shè)定為2/3個開關(guān)周期。
以上關(guān)系可被概括如下，在包括N個升壓變換器的一交錯的開關(guān)變換器電路中，如果A被設(shè)定為等于N/n-1，則各升壓變換器可以對應(yīng)于n/N個開關(guān)周期的相位差被開關(guān)。這里，n為一小于N的自然數(shù)并相對于N是素的，或是一等于或小于N/2的自然數(shù)。當(dāng)n是一小于N的自然數(shù)并相對于N是素的時，(N/n-1)＝2/5、7/5、2、3、5/3、3/2、5/2…等。另一方面，當(dāng)n是等于或小于N/2的自然數(shù)時，(N/n-1)＝3、7/2、4…等。
在上述第一至第四示例中，自各升壓變換器分離地提供各充電器/放電器。替換地，如果這些充電器/放電器與除第一控制驅(qū)動器外的第二(第三等等)控制驅(qū)動器集成在一起，則可以較低成本形成具有更廣闊用途的一交錯的開關(guān)變換器電路。
示例5圖15示出了本發(fā)明的第五示例中的一交錯的開關(guān)變換器電路的電路構(gòu)成。該第五示例的交錯的開關(guān)變換器電路包括兩升壓變換器并用作為功率因數(shù)提高變換器電路。
在圖15中，該交錯的開關(guān)變換器電路包括一輸入交流(AC)電源100；一輸入濾波器101；一橋式二極管102；一輸出電容器2；一負(fù)載3；一電壓檢測器4；及第一升壓變換器10C。該電壓檢測器4檢測自輸出電容器2提供給負(fù)載3的輸出DC電壓。并輸出表示通過比較該DC電壓與一基準(zhǔn)電壓所得到的結(jié)果的電壓信號Ve。
第一升壓變換器10c包括第一扼流線圈11、第一開關(guān)12；第一二極管13；第一控制驅(qū)動器140；及第一電流檢測器15。為第一扼流線圈11附加地提供一復(fù)位檢測繞組111且該繞組被連接至第一控制驅(qū)動器140。第一電流檢測器15檢測流過第一開關(guān)12的電流，從而輸出第一電流信號Vi1給第一控制驅(qū)動器140。第一控制驅(qū)動器140不僅輸出用于接通/斷開第一開關(guān)12的第一驅(qū)動信號Vdr1，而且還輸出以下將敘述的基準(zhǔn)電流信號Vii。
該交錯的開關(guān)變換器電路還包括一第二升壓變換器20’。該第二升壓變換器20’包括第二扼流線圈21；第二開關(guān)22；第二二極管23；第二控制驅(qū)動器240；和第二電流檢測器25。該第二電流檢測器25檢測流過第二開關(guān)22的電流，從而輸出第二電流信號Vi2給第二控制驅(qū)動器240。第二控制驅(qū)動器240輸出第二驅(qū)動信號，從而接通/斷開第二開關(guān)22。
在第五示例中，從一AC電源100提供一AC電壓并通過變換該AC電壓而得到一DC電壓。功率因數(shù)通過第一和第二控制驅(qū)動器140和240而被提高。
圖16A和16B分別示出了第一和第二控制驅(qū)動器140和240的構(gòu)成。圖17和18示出了第五示例中各信號的波形。
首先，將參照圖16A和17描述第一升壓變換器10C的工作。如圖16A所示，第一控制驅(qū)動器140包括一乘法器141；第一比較器142；一電阻器143；一電壓電源144；第二比較器145；一反相器146；一NOR元件147；及一Rs觸發(fā)器148。
假定將橋式二極管102的輸出，即輸入整流的電壓表示為Vi。圖17-(a)說明了第一驅(qū)動信號Vdr1的波形。在第一驅(qū)動信號Vdr1的上升邊上，第一開關(guān)12被接通，該輸入整流的電壓Vi被提供給第一扼流線圈11且然后流動線性增大的電流。第一開關(guān)12檢測這一電流，從而輸出該第一電流信號Vi1。
該輸入整流的電壓Vi與電壓信號Ve通過乘法器141被相乘，從而輸出基準(zhǔn)電流信號Vii。第一比較器142將第一電流信號Vi1的電平與該基準(zhǔn)電流信號Vii的電平相比較，并當(dāng)?shù)谝浑娏餍盘朧i1的電平超出該基準(zhǔn)電流信號Vii的電平時，輸出一被啟動或升至H電平的信號Vf，如圖17-(d)及(e)所示。
該RS觸發(fā)器148在其復(fù)位端子接收該被啟動的信號Vf，并撤消其輸出，即第一驅(qū)動信號Vdr1。響應(yīng)于其，第一開關(guān)12被斷開且第一扼流線圈11中存儲的能量經(jīng)第一二極管13被釋出給輸出電容器2。
已在復(fù)位檢測繞組111中生成圖17-(b)中所示的電壓V111。該電壓V111經(jīng)電阻器143被提供給第二比較器145。第二比較器145將電壓V111與電壓電源44的電壓相比較。當(dāng)存儲第一扼流線圈11中的全部能量被釋出且第一扼流線圈11和復(fù)位檢測繞組111的電壓被反相時，第二比較器145的輸出的電平被從H變至L。反相器146和NOR元件147檢測到該下降邊，從而輸出一單跳脈沖Vck，如圖17-(c)所示。RS觸發(fā)器148在其的設(shè)定端子接收該單跳脈沖Vck，并撤消其輸出，即第一驅(qū)動信號Vdr1。
重復(fù)地執(zhí)行這一操作的升壓變換器10C的一開關(guān)周期顯著地小于自輸入AC電源100提供的AC電壓的一周期。因此，在開關(guān)周期期間的輸入整流的電壓Vi的變化是可忽略的。在圖17-(f)中說明了該輸入整流的電壓Vi的波形，其中時間軸已被擴展。另一方面，如果電流檢測器4的響應(yīng)頻率被設(shè)定為明顯低于輸入AC頻率，則電壓信號Ve變?yōu)樵谧訟C電源100提供的AC電壓的一周期期間為不變化的一DC電壓。也就是說，由將輸入整流的電壓Vi和電壓信號Ve一起相乘所得到的基準(zhǔn)電流信號Vii與輸入整流的電壓Vi成比例。輸入電流Ii1的平均值也與輸入整流的電壓Vi成正比例。因此，第一升壓變換器10C可單獨地提高臨界模式中的操作的功率因數(shù)。這樣一能提供臨界模式中的功率因數(shù)的變換器可有利地消除二極管恢復(fù)噪聲，但輸入電流的峰值及其波紋電流卻被不利地增大。因此，這樣一單獨的變換器不適于要求高功率的用途。
接著，將參照圖16B和18描述第二升壓變換器20′的工作。如圖16B中所示，第二控制驅(qū)動器240包括第一比較器241；一反相器242；一異-或非邏輯元件243；第二比較器244；一RS觸發(fā)器245；一D觸發(fā)器246；電阻器247至250；晶體管251至254；恒流電源255和256；第一和第二電容器257和258；一AND元件259；一NOR元件260；電阻器261和262；及晶體管263和264。包括第一比較器241、反相器242、異-或非邏輯元件243、第二比較244和RS觸發(fā)器245的第二控制驅(qū)動器240的一部分對應(yīng)于圖3中所示的第二控制驅(qū)動器24。另一方面，包括D觸發(fā)器246、電阻器247和250、晶體管251至254和該恒流電源255和256的第二控制驅(qū)動器240的一部分對應(yīng)于圖3中所示的充電器/放電器40。
圖18-(a)說明了第一驅(qū)動信號Vdr1的波形，及圖18-(b)說明了與第一驅(qū)動信號Vdr1的上升邊同步地被反相的D觸發(fā)器246的信號V1的波形。晶體管251至254響應(yīng)于信號V1及信號V1的反相信號V2而被操作。從而對第一和第二電容器257和258進行充電/放電，如圖18-(c)所示。
第一比較器241將第一和第二電容器257的電壓Vc1和Vc2相互比較，從而輸出信號V3，信號V3的電平在這些電壓之間的相交處被反相，如圖18-(d)所示。信號V1和V3被輸入給AND元件259和NOR元件260，它們分別輸出信號V6和V7，如圖18-(e)和(f)所示。晶體管263響應(yīng)于信號V6而被接通/斷開并使第一電容器257快速放電以使第一電容器257的電壓Vc1在其放電期間在電壓Vc1和Vc2之間的相交處之后馬上降至零電壓附近。類似地，晶體管264響應(yīng)于信號V7而被接通/斷開并使第二電容器258快速放電以使第二電容器258的電壓Vc2在其放電期間在電壓Vc1和Vc2之間的相交處之后馬上降至零電壓附近。因此，第一和第二電容器257和258的充電總是從零電壓附近開始。假設(shè)自恒流電源255和256提供的電流幅值相互等同，電壓Vc1和Vc2在自第一驅(qū)動信號Vdr1的上升邊延遲過對應(yīng)半個開關(guān)周期的一時間間隔的時間處相交。
具有一待被反相的輸出的反相器242和一異-或非邏輯元件243與信號V3的反相同步地輸出一單跳脈沖V4，如圖18-(g)所示。RS觸發(fā)器245在其設(shè)定端子上接收該單跳脈沖V4，然而啟動其輸出，即第二驅(qū)動信號Vdr2，從而將第二開關(guān)22接通。當(dāng)?shù)诙_關(guān)22被接通時，輸入整流的電壓Vi被提供給第二扼流線圈21且流動自零電壓起線性增加的電流。該電流由第二電流檢測器25檢測，從而輸出第二電流信號Vi2。第二電流信號Vi2的電平通過第二比較器244與基準(zhǔn)電流信號Vii的電平相比較，如圖18-(h)和(i)所示。當(dāng)?shù)诙娏餍盘朧i2的電平超出基準(zhǔn)電流信號Vii的電平時，第二比較器244的輸出信號V5被啟動，即升至H電平。RS觸發(fā)器245在其復(fù)位端子接收該被啟動的信號V5，并撤消其輸出，即第二驅(qū)動信號Vdr2。圖18-(j)說明了第二驅(qū)動信號Vdr2的波形。當(dāng)?shù)诙?qū)動信號Vdr2被撤消時，第二開關(guān)22被斷開的且存儲在第二扼流線圈21中的能量經(jīng)第二二極管23被釋出給輸出電容器2。
流過第一和第二扼流線圈11和21的電流的峰值跟隨同樣的基準(zhǔn)電流信號Vii。因此，如果第二扼流線圈21的電感值等于或小于第一扼流線圈11的電感值，則存儲在第二扼流線圈21中的能量變化等于或低于存儲在第一扼流線圈11中的能量。因此，當(dāng)在第一驅(qū)動信號Vdr1被啟動之后，第二驅(qū)動信號Vdr2再被啟動且上述操作被重復(fù)時，存儲在第二扼流線圈21中的所有能量已被釋出。因此，第二升壓變換器20，以與第一升壓變換器10C基本相同的開關(guān)周期和占空因數(shù)進行工作。第一和第二升壓變換器10C和20′的輸入電流Ii1和Ii2的波形如圖18-(k)中所示，其中時間軸被擴展。流過橋式二極管102的輸入電流Ii(＝Ii1+Ii2)具有減少的波紋的電流波形，如圖18-(1)所示。
示例6本發(fā)明的上述第一至第五示例中的交錯的開關(guān)變換器電路通過將與第一升壓變換器的驅(qū)動信號的上升邊同步地被重復(fù)充電和放電的一對電容器的電壓進行比較，確定了第二升壓變換器的驅(qū)動信號的啟動點。
這一工作原理可被簡單地解釋如下，也就是說，可以理解本發(fā)明的交錯的開關(guān)變換器電路在確定第二升壓變換器的驅(qū)動信號的啟動點中，采用了被存儲作為一電容器的充電電壓的第一升壓變換器的驅(qū)動信號的周期。
基于這樣一觀點，可得到本發(fā)明的第六示例中的交錯的開關(guān)變換器電路。
圖19示出了本發(fā)明的第六示例中的交錯的開關(guān)變換器電路。該交錯的開關(guān)變換器電路包括一充電器/放電器300；一峰值保持器302；第一比較器303；及第二控制驅(qū)動器310。充電器/放電器300和第二控制驅(qū)動器310分別替代圖1和8中的充電器/放電器40和第二控制驅(qū)動器24。
響應(yīng)于自第一控制驅(qū)動器14a或14b提供的第一驅(qū)動信號Vdr1，充電器/放電器300對電容器301進行充電/放電。峰值保持器302保持電容器301的電壓Vc的一峰值Ec，并輸出一表示峰值Ec的信號302。該峰值Ec通過電阻器304和305被進行了電阻分配，以使電壓αEc被提供給第一比較器303。第一比較器303將該電壓αEc與電容器301的電壓Vc進行比較。如果Vc大于αEc，第一比較器303將一輸出信號V303設(shè)定在H電平上。另一方面，如果Vc小于αEc，第一比較器303將輸出信號V303轉(zhuǎn)換成L電平。當(dāng)?shù)谝槐容^器303的輸出信號V303被從L反轉(zhuǎn)成H時，峰值保持器302被復(fù)位。第二控制驅(qū)動器310包括，一反相器308；一AND元件309；第二比較器306；及一Rs觸發(fā)器307。
圖20說明了圖19中所示的電路中各信號的波形。充電器/放電器300接收第一驅(qū)動信號Vdr1，例如圖20-(a)中所示，與第一驅(qū)動信號Vdr1同步地將電容器301快速放電至零電壓附近，且然后以恒定電流對電容器301進行充電。然后，充電器/放電器300重復(fù)地執(zhí)行這樣一充電/放電操作。結(jié)果，電容器301的電壓Vc如圖20-(b)中的虛線所示地被改變。峰值保持器302接收電容器301的電壓Vc，從而輸出表示峰值Ec的信號V302，如圖20-(c)所示。當(dāng)自第一比較器303提供的信號V303被從L反轉(zhuǎn)成H時，如圖20-(d)所示。峰值保持器302被復(fù)位，如圖20-(c)所示。反相器308和AND元件309與自第一比較器303提供的信號V303的上升邊同步地輸出一單跳脈沖給RS觸發(fā)器307的設(shè)定端子，從而啟動第二驅(qū)動信號Vdr2。另一方面，當(dāng)?shù)诙娏鳈z測器25提供的第二電流信號Vi2的電平超出自電壓檢測器4提供的電壓信號Ve的電平時，第二比較器306提供被啟動的H信號給RS觸發(fā)器307的復(fù)位端子，從而復(fù)位該RS觸發(fā)器307并撤消第二驅(qū)動信號Vdr2。
通過重復(fù)地執(zhí)行上述操作，第二升壓變換器20可被操作以使被延遲過同第一升壓變換器10a或10b的操作相比與一個開關(guān)周期一樣短的相位差α?xí)r間。
在以上敘述中，已說明了包括有多個升壓變換器的交錯的開關(guān)變換器，可替代地，通過使用多個不同類型的開關(guān)變換器而不是這些升壓變換器，也可實現(xiàn)本發(fā)明的交錯的開關(guān)變換器電路。
從上述描述中可以顯現(xiàn)，本發(fā)明提供了一種可通過執(zhí)行一簡化的控制而能以一任意的相位差和一可變的開關(guān)周期被操作的交錯的開關(guān)變換器電路。具體地，如果本發(fā)明的交錯的開關(guān)變換器電路被構(gòu)成使以一臨界模式被操作，可克服該模式的有關(guān)缺陷(即，由于輸入/輸出波紋較大，該模式不適用于消耗大量功率的用途)而同時取得了消除作為臨界模式的特性的二極管恢復(fù)噪聲的優(yōu)點。本發(fā)明的這些效果也可適宜地應(yīng)用于一功率因數(shù)提高變換器電路。
本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員可在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的前提下容易地作出各種其它的改型。因此，所附權(quán)利要求的范圍并不限于以上的描述，而應(yīng)廣闊地解釋。
權(quán)利要求
1.一種交錯的開關(guān)變換器電路，包括相互平行連接的第一和第二開關(guān)變換器；一用于接通/斷開第一開關(guān)變換器的第一控制驅(qū)動器；一充電器/放電器，具有第一和第二電容器并響應(yīng)于第一開關(guān)變換器的接通/斷開而交替地對第一和第二電容器進行充電/放電；及一第二控制驅(qū)動器，用于與第一和第二電容器的電壓之間的差的反相同步地接通/斷開第二開關(guān)變換器。
2.一種交錯的開關(guān)變換器電路，包括相互平行連接的第一和第二開關(guān)變換器；一第一控制驅(qū)動器，產(chǎn)生第一驅(qū)動信號用于驅(qū)動第一開關(guān)變換器的開關(guān)；一充電/放電器，具有第一和第二電容器，接收第一驅(qū)動信號，并與第一驅(qū)動信號同步地交替地對第一和第二電容器進行充電/放電；及一第二控制驅(qū)動器，產(chǎn)生第二驅(qū)動信號用于驅(qū)動第二開關(guān)變換器的開關(guān)；其中該第二控制驅(qū)動器接收第一和第二電容器的電壓并與第一和第二電容器的電壓間的差的反相同步地產(chǎn)生第二驅(qū)動信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的一種交錯的開關(guān)變換器電路，其中該第一開關(guān)變換器是一以臨界模式工作的開關(guān)變換器，在該臨界模式中，電流以一連續(xù)模式和一非連續(xù)模式之間的一邊界模式流過一扼流線圈。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的一種交錯的開關(guān)變換器電路，其中在檢測到第一和第二電容器間的電壓差的反相后及開始對各第一和第二電容器充電前的一時間間隔內(nèi)，各第一和第二電容器被放電至零電壓或其附近。
5.一種交錯的開關(guān)變換器電路，包括有相互平行連接的N個開關(guān)變換器(N為一等于或大于2的自然數(shù))；一第k個控制驅(qū)動器(k也為一自然數(shù)且1≤K＜N)，產(chǎn)生第k個驅(qū)動信號用于驅(qū)動第K個開關(guān)變換器的開關(guān)；一充電器/放電器，具有第一和第二電容器，接收第K個驅(qū)動信號，并與第K個驅(qū)動信號同步地交替地對第一和第二電容器進行充電/放電；及一第K+1個控制驅(qū)動器，產(chǎn)生第K+1個驅(qū)動信號用于驅(qū)動第K+1個開關(guān)變換器的開關(guān)；其中該第K+1個控制驅(qū)動器接收第一和第二電容器的電壓并與第一和第二電容器的電壓間的差的反相同步地產(chǎn)生第K+1個驅(qū)動信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的一種交錯的開關(guān)變換器電路，其中由充電器/放電器放電的電流的電平至少大約為充電器/放電器充電的電流的電平的(N/n-1)倍(n為一小于N的自然數(shù)并相對于N為素的)直至第一和第二電容器的電壓的差被反相。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的一種交錯的開關(guān)變換器電路，其中由充電器/放電器放電的電流的電平至少大約為由該充電器/放電器充電的電流的電平的(N/n-1)倍(n為一等于或小于N/2的自然數(shù))直至第一和第二電容器的電壓間的差被反相。
8.一種交錯的開關(guān)變換器電路，包括N個相互平行連接的開關(guān)變換器(N為一等于或大于2的整數(shù))，一交流輸入電壓被整流并被輸入到各N個開關(guān)變換器，各所述開關(guān)變換器提供一直流輸出電壓給一負(fù)載；其中第一開關(guān)變換器包括第一開關(guān)；第一電流檢測器，用于檢測流過第一開關(guān)的電流，從而輸出第一電流信號；一電壓檢測器，用于檢測該交錯的開關(guān)變換器的一輸出電壓，從而輸出一電壓信號；及第一控制驅(qū)動器，用于輸出具有一預(yù)定占空因數(shù)的第一驅(qū)動信號，從而驅(qū)動第一開關(guān)。及其中第一控制驅(qū)動器從通過整流該交流輸入電壓得到的一輸入電壓及從該電壓信號確定并輸出一基準(zhǔn)電流信號，并將該第一電流信號與該基準(zhǔn)電流信號進行比較，從而確定第一驅(qū)動信號的占空因數(shù)，及其中一第K個開關(guān)變換器(1＜K≤N)包括第K個開關(guān)；第K個電流檢測器，用于檢測流第K個開關(guān)的電流，從而輸出一第K電流信號；一電壓檢測器，用于檢測該交錯的開關(guān)變換器的輸出電壓，從而輸出電壓信號；及第K個控制驅(qū)動器，用于輸出第K驅(qū)動信號，從而驅(qū)動第K個開關(guān)。及其中該第K個控制驅(qū)動器具有第一和第二電容器，檢測第K-1個開關(guān)變換器的第K-1驅(qū)動信號，與第K-1驅(qū)動信號的上升邊同步地交替地對第一和第二電容器進行充電/放電，與第一和第二電容器的電壓間的差的反相同步地啟動第K驅(qū)動信號，并將該第K電流信號與該基準(zhǔn)電流信號相比較，從而確定第K驅(qū)動信號的一占空因數(shù)。
9.一種開關(guān)變換器控制方法，其中兩電容器響應(yīng)于第一開關(guān)變換器的一接通/斷開而被交替地充電/放電，及第二開關(guān)變換器通過相互比較兩電容器的電壓而被接通/斷開。
10.一種開關(guān)變換器控制方法，其中第一開關(guān)變換器的一驅(qū)動信號的一周期被存儲作為一電容器的充電電壓，及第二開關(guān)變換器的一驅(qū)動信號的一周期根據(jù)該電容器的充電電壓而被確定。
全文摘要
一種交錯的開關(guān)變換器電路,包括:相互平行連接的第一和第二開關(guān)變換器;一用于接通/斷開第一開關(guān)變換器的第一控制驅(qū)動器;一充電器/放電器,具有第一和第二電容器并響應(yīng)于第一開關(guān)變換器的接通/斷開而交替地對第一和第二電容器進行充電/放電;及一第二控制驅(qū)動器,用于與第一和第二電容器的電壓之間的差反相同步地接通/斷開第二開關(guān)變換器。
文檔編號H02M3/158GK1180955SQ9711905
公開日1998年5月6日 申請日期1997年10月17日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月17日
發(fā)明者石井卓也, 水谷喜夫 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社