專利名稱：開關(guān)式電源設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于電子設(shè)備例如計算機的開關(guān)式電源設(shè)備。更具體地說，本發(fā)明涉及對電源設(shè)備的改進，這些電源設(shè)備能用二次側(cè)產(chǎn)生的起動和停止信號，或用過電壓保護電路對二次側(cè)輸出電壓產(chǎn)生的指令來起動和停止一次側(cè)開關(guān)元件。
在常規(guī)開關(guān)式電源設(shè)備中，使用幾個隔離器來隔離下列三種信號用來使輸出電壓穩(wěn)定的反饋信號，由過電壓保護電路對輸出電壓產(chǎn)生的信號，以及用一個安排在二次側(cè)的外部開關(guān)使電源接通和斷開的遙控信號。光電耦合器或變壓器用作隔離器。例如，在公布的實用新型申請Hei No.1-79389(1989)中(由本申請人提出)，公開了用單個隔離器來隔離遙控信號和過電壓保護信號。
然而，由于分別地設(shè)置一個隔離器，用來隔離使輸出電壓穩(wěn)定的反饋信號，所以對整個開關(guān)式電源設(shè)備使用不止一個隔離器，因此增加了元件的數(shù)目和成本。另外，如果一次側(cè)與二次側(cè)之間的隔離要求使用光電耦合器或變壓器，則因為安全標(biāo)準(zhǔn)限制，要求有必要的規(guī)定蠕變距離和間隙，所以使印刷接線板的設(shè)計較為困難。
因此，在公布的專利申請Hei No.4-156270(1992)中，公開了一種用單個隔離器來隔離上述三種信號的例子。然而，由于過電壓保護的閂鎖電路安排在一次側(cè)，使遙控信號不能釋放閂鎖并再起動電源。另外，必須斷開公業(yè)用電源以釋放閂鎖，因此該例可能對有些電源應(yīng)用不適用。本發(fā)明則解決了這些問題。本發(fā)明的目的是提供一種開關(guān)式電源設(shè)備，它通過在使輸出電壓穩(wěn)定的反饋信號上疊加電源起動和停止信號，能保證用單個隔離器使一次側(cè)與二次側(cè)之間隔離。
實現(xiàn)上述目的的本發(fā)明涉及一種開關(guān)式電源設(shè)備，其包括下列部分主轉(zhuǎn)換器10，其用主開關(guān)元件Q1接通和斷開施加在主變壓器T1一次繞組n1的DC電流，并且通過整流和平滑二次繞組n2中感應(yīng)的電流，向二次側(cè)輸出主輸出電壓；誤差放大器20，其產(chǎn)生主輸出電壓與第一基準(zhǔn)電壓Vref1之間的誤差電壓；脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制電路30，其輸出控制信號以接通或斷開相應(yīng)主開關(guān)元件，以便使本誤差放大器輸出的誤差電壓最??；以及光電耦合器PC，其接收上述誤差放大器輸出的誤差電壓作為輸入，并把這個誤差電壓輸出到上述PWM控制電路。
該電源設(shè)備還設(shè)有下列部分過電壓保護電路50，其在主輸出電壓超過第二基準(zhǔn)電壓Vref2時產(chǎn)生過電壓保護信號；通-斷電路60，其根據(jù)確定是接通還是斷開電源的遙控信號，或輸出高電位或輸出共電位；關(guān)閉閂鎖電路70，其在本過電壓保護電路的過電壓保護信號表示過電壓狀態(tài)時，從輸出端輸出關(guān)閉信號；以及關(guān)閉實現(xiàn)電路80，其在來自本通-斷電路的遙控控制信號規(guī)定斷開電源時，或在關(guān)閉閂鎖電路的關(guān)閉信號為有效時，使上述光電耦合器的輸入電壓保持在抑制光電耦合器的光電二極管發(fā)光的值。
按照本發(fā)明的上述結(jié)構(gòu)，光電耦合器隔離二次側(cè)向一次側(cè)發(fā)送的誤差電壓信號。在或關(guān)閉信號或遙控信號規(guī)定斷開電源時，關(guān)閉實現(xiàn)電路80利用光電耦合器向一次側(cè)反饋的信號而向一次側(cè)發(fā)送電源斷開信號。在輸出過電壓保護信號時，關(guān)閉閂鎖電路70保持電源斷開狀態(tài)。
圖1是應(yīng)用本發(fā)明的開關(guān)式電源設(shè)備的電路圖。
圖2是對遙控信號接通和斷開操作兩種情況，說明圖1所示設(shè)備操作的波形圖。
在下文將用


本發(fā)明。圖1是應(yīng)用本發(fā)明的開關(guān)式電源設(shè)備的電路圖。在該圖中，主轉(zhuǎn)換器10用主開關(guān)元件Q1接通或斷開施加在主變壓器T1一次繞組n1的DC電流，并且通過整流和平滑在二次繞組n2中感應(yīng)的電流，向二次側(cè)輸出主輸出電壓Vo。由于工業(yè)用AC電源線用作輸入電源，所以用二極管電橋DB整流該線電壓，并用輸入電容器C1平滑這個電橋的輸出，得到DC輸入電壓Vidc。主開關(guān)元件Q1使用一個場效應(yīng)晶體管，但是也可以使用一個pnp或npn晶體管。在二次整流和平滑電路中，二極管D1和D2的陽極端分別連接到二次繞組n2的各端，并且它們的陰極端相互連接，而且還通過電感L1連接到輸出電容器C2。
誤差放大器20產(chǎn)生主輸出電壓Vo與第一基準(zhǔn)電壓Vref1之間的誤差電壓，并且在本實施例中應(yīng)用一個運算放大器U1。主輸出電壓Vo用分壓電阻器R1和R2按適當(dāng)比率分壓，然后送到誤差放大器20。PWM控制電路30輸出一個接通或斷開主開關(guān)元件的控制信號，以便使誤差放大器20輸出的誤差電壓最小，而且在這里應(yīng)用PWM電路U2。輔助電源40用輔助開關(guān)元件Q2接通或斷開施加在輔助變壓器T2一次繞組n3的DC電流。在一次側(cè)二次繞組n4中感應(yīng)的電流通過二極管D4和電容器C4組成的整流和平滑電路，以輔助電壓Vcc輸出，用來操作PWM控制電路30。另外，在二次側(cè)二次繞組n5中感應(yīng)的電流通過二極管D3和電容器C3組成的整流和平滑電路，在二次側(cè)以輔助電壓Vcc2輸出。
光電耦合器PC在發(fā)光二極管上接收來自誤差放大器20的一個誤差電壓，并且從光接收晶體管向PWM控制電路30輸出一個輸出信號。過電壓保護電路50在主輸出電壓Vo超過第二基準(zhǔn)電壓Vref2時產(chǎn)生一個過電壓保護信號。該電路使用運算放大器U3。由于主輸出電壓Vo通過齊納二極管D5和電阻器R4的串聯(lián)電路接地，所以把電阻器R4兩端之間產(chǎn)生的電壓輸入運算放大器U3的正端。通-斷電路60根據(jù)二次側(cè)送來的遙控信號，或輸出二次輔助電壓Vcc2或輸出共電位。在本實施例中，運算放大器U4在開關(guān)SW1側(cè)上電阻器R5端接收電壓作為其正端輸入，并且接收第三基準(zhǔn)電壓Vref3作為其負(fù)端輸入。運算放大器U4對應(yīng)遙控信號的接通/斷開輸出高電平或低電平信號。開關(guān)SW1由接觸開關(guān)或TTL電路組成，并且限定遙控信號的接通或斷開狀態(tài)。因此，如果遙控信號接通，則開關(guān)SW1閉合，并且運算放大器U4的輸出變?yōu)長(低電平)。
關(guān)閉閂鎖電路70在其設(shè)定端接收來自過電壓保護電路50的過電壓保護信號，還在其復(fù)位端接收通-斷電路60的遙控信號，并且從其輸出端輸出一個關(guān)閉信號。這個閂鎖電路應(yīng)用RS觸發(fā)電路U5。關(guān)閉實現(xiàn)電路80在或通-斷電路60的遙控信號或關(guān)閉閂鎖電路70的關(guān)閉信號指令斷開電源時，使光電耦合器PC的輸入電壓保持在L電平。在本實施例中，將運算放大器U4的輸出信號和關(guān)閉閂鎖電路70的輸出信號輸入“或”元件U6，用“或”元件U6的輸出信號來接通和斷開開關(guān)SW2。在開關(guān)SW2接通時，光電耦合器PC的輸入電壓VPD保持在L電平。如果開關(guān)SW2斷開，則上述輸入電壓VPD變?yōu)榈扔谡`差放大器20的輸出電壓E/A OUT。
以下敘述按這樣方式構(gòu)成的設(shè)備的操作。圖2是根據(jù)遙控信號的接通/斷開來說明圖1所示設(shè)備的操作的波形圖。在圖2中，(A)表示遙控信號的通-斷狀態(tài)，(B)表示關(guān)閉閂鎖電路70的輸出，(C)表示光電耦合器的輸入電壓VPD和輸出電壓VFB，(D)表示通-斷控制信號，以及(E)表示主輸出電壓Vo。在工業(yè)用AC電源線供電期間，輔助電源40總在運行而與遙控信號的接通或斷開狀態(tài)無關(guān)。假定輔助電源40已經(jīng)通過接通工業(yè)用AC電源線而起動，并且以穩(wěn)定方式供給PWM控制電路30的驅(qū)動電壓Vcc和二次側(cè)控制電路的驅(qū)動電壓Vcc2。
首先，在瞬時T1，當(dāng)遙控信號從斷開(H)電平變?yōu)榻油?L)電平時，通-斷電路60中運算放大器U4的輸出電壓變?yōu)長電平。同時，開關(guān)SW2斷開，并且屬于誤差放大器20的運算放大器U1的輸出電壓以光電耦合器的輸入電壓VPD供給光電耦合器。如果光電耦合器的輸出電壓VFB在預(yù)定閾值電壓Vth以下，則PWM控制電路30不從OUT端輸出脈沖。在輸出電壓VFB變?yōu)榇笥陂撝惦妷篤th時，PWM電路30操作以便OUT端輸出脈沖的功率比變大。因此，當(dāng)誤差放大器20的誤差電壓信號E/A OUT開始發(fā)送到光電耦合器PC時，光接收晶體管的發(fā)射極電壓VFB開始從0V上升。當(dāng)這個發(fā)射極電壓VFB超過閾值電壓Vth時，則從OUT端輸出通-斷控制信號。然后，主轉(zhuǎn)換器10開始操作，并且主輸出電壓Vo上升。在圖2中，光電耦合器的輸入電壓VPD和輸出電壓VFB及主輸出電壓Vo如所示按斜坡增加。這意味著考慮了對二次側(cè)的所謂緩慢起動電路加載。通過提供一個緩慢起動電路，防止了所謂沖擊電流，但是從另一方面來說，誤差放大器20的誤差電壓信號E/A OUT引起起動的平緩上升。
其次，在瞬時T2，當(dāng)遙控信號斷開時，通-斷電路60中運算放大器U4的輸出電壓變?yōu)镠電平，開關(guān)SW2閉合，并且光電耦合器的輸入電壓VPD箝位在L電平。由于光電耦合器的輸出電壓VFB降低到預(yù)定閾值電壓Vth以下，所以O(shè)UT端通-斷控制信號的占空比變?yōu)榱?，因此主轉(zhuǎn)換器10停止。
現(xiàn)在，假定在瞬時T3，在主輸出電壓Vo中產(chǎn)生過電壓。過電壓保護電路50檢測該過電壓，并且設(shè)定關(guān)閉閂鎖電路70。于是，光電耦合器的輸入電壓VPD箝位在L電平，并且它使主轉(zhuǎn)換器10停止，直到使關(guān)閉閂鎖電路70復(fù)位為止。在主轉(zhuǎn)換器10停止期間，完成工作以排除可能引起過電壓的任何故障。
在瞬時T4，當(dāng)遙控信號斷開時，通-斷電路60的運算放大器U4的輸出電壓變?yōu)镠電平，并且使關(guān)閉閂鎖電路60復(fù)位。其后，如果在瞬時T5接通遙控信號，則主轉(zhuǎn)換器10再起動。
在上述實施例中，敘述了一種情況，即通-斷電路60的運算放大器U4的輸出端連接在關(guān)閉閂鎖電路70的復(fù)位端。然而，如果相應(yīng)應(yīng)用不要求遙控信號來復(fù)位關(guān)閉閂鎖電路70，那么最好使用一種結(jié)構(gòu)，即通-斷電路60的運算放大器U4的輸出端不連接在關(guān)閉閂鎖電路70的復(fù)位端。另外，輔助電源40不限于使用輔助變壓器T2。簡單地說，只要提供與主轉(zhuǎn)換器10無關(guān)的DC電壓Vcc2，可以使用任何電路。例如，可以使用DC電壓源，例如電池。
本發(fā)明的優(yōu)點在于只需用單個光電耦合器作為隔離器。這是因為在輸出電壓的反饋信號上疊加過電壓保護信號和遙控信號，并且能得到高度可靠和成本低廉的開關(guān)式電源設(shè)備。
另外，設(shè)置輔助電源而與主轉(zhuǎn)換器無關(guān)，那么即使主轉(zhuǎn)換器不在操作，也能保證操作過電壓保護電路50、通-斷電路60、關(guān)閉閂鎖電路70及關(guān)閉實現(xiàn)電路80的電源。因此，該電源設(shè)備能作為一個電源設(shè)備來平滑控制遙控信號和關(guān)閉信號。
此外，本發(fā)明有另一個優(yōu)點，即該電源設(shè)備具有一種結(jié)構(gòu)，其中關(guān)閉閂鎖電路70由遙控信號來復(fù)位。當(dāng)輸出過電壓信號時，關(guān)閉閂鎖電路70的閂鎖狀態(tài)使電源保持為斷開狀態(tài)，這個閂鎖狀態(tài)即使在供給一次側(cè)輸入電壓時，也可以按照二次側(cè)發(fā)送來的遙控信號用通-斷電路60來釋放。因此，當(dāng)過電壓電路操作過時，能通過簡單工作再起動電源。
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)式電源設(shè)備，包括主轉(zhuǎn)換器10，其用主開關(guān)元件Q1接通和斷開施加在主變壓器T1一次繞組n1的DC電流，并且通過整流和平滑二次繞組n2中感應(yīng)的電流，向二次側(cè)輸出主輸出電壓；誤差放大器20，其產(chǎn)生所述主輸出電壓與第一基準(zhǔn)電壓Vref1之間的誤差電壓；PWM控制電路30，其向相應(yīng)主開關(guān)元件輸出通-斷控制信號，以便使本誤差放大器輸出的誤差電壓輸出最?。灰约肮怆婑詈掀鱌C，其接收所述誤差放大器輸出的誤差電壓作為輸入，并把這個誤差電壓輸出到所述PWM控制電路；該電源設(shè)備還設(shè)有過電壓保護電路50，其在所述主輸出電壓超過第二基準(zhǔn)電壓Vref2時產(chǎn)生過電壓保護信號；通-斷電路60，其根據(jù)確定是接通還是斷開電源設(shè)備的遙控信號，或輸出高電位或輸出共電位；關(guān)閉閂鎖電路70，其在所述過電壓保護電路的過電壓保護信號表示過電壓狀態(tài)時，從輸出端輸出關(guān)閉信號；以及關(guān)閉實現(xiàn)電路80，其在所述通-斷電路的遙控控制信號規(guī)定斷開電源時，或在所述關(guān)閉閂鎖電路的關(guān)閉信號為有效時，使所述光電耦合器的輸入電壓保持在抑制所述光電耦合器的光電二極管發(fā)光的值。
2.按照權(quán)利要求1的開關(guān)式電源設(shè)備，其中從一個與所述主轉(zhuǎn)換器無關(guān)設(shè)置的輔助電源供給所述通-斷電路的高電位。
3.按照權(quán)利要求2的開關(guān)式電源設(shè)備，其中所述輔助電源用輔助開關(guān)元件Q2接通和斷開施加在輔助變壓器T2一次繞組n3的DC電流，并且通過整流和平滑安排在一次側(cè)的二次繞組n4中感應(yīng)的電流，輸出輔助電壓Vcc以操作相應(yīng)PWM控制電路。
4.按照權(quán)利要求1的開關(guān)式電源設(shè)備，其中所述關(guān)閉閂鎖電路由遙控信號復(fù)位。
5.按照權(quán)利要求4的開關(guān)式電源設(shè)備，其中所述關(guān)閉閂鎖電路在其設(shè)定端接收所述過電壓保護電路的過電壓保護信號作為一個輸入，在其復(fù)位端接收來自所述通-斷電路的遙控信號作為另一個輸入，并且從輸出端輸出一個關(guān)閉信號。
6.按照權(quán)利要求4的開關(guān)式電源設(shè)備，其中所述關(guān)閉閂鎖電路由一個RS觸發(fā)器組成，它在其設(shè)定端接收來自所述過電壓保護電路的過電壓保護信號作為一個輸入，在其復(fù)位端接收所述通-斷電路的遙控信號作為另一個輸入，并且從輸出端Q輸出一個關(guān)閉信號。
7.按照權(quán)利要求1的開關(guān)式電源設(shè)備，其中所述關(guān)閉實現(xiàn)電路包括一個“或”電路和一個開關(guān)元件；所述“或”電路接收所述通-斷電路的遙控信號和所述關(guān)閉閂鎖電路的關(guān)閉信號作為輸入，并且所述開關(guān)元件的接通或斷開狀態(tài)由所述“或”電路控制；以及當(dāng)這個開關(guān)元件接通時，所述光電耦合器的輸入端連接到二次共端，即接地。
全文摘要
一種開關(guān)式電源設(shè)備,包括:主轉(zhuǎn)換器10;誤差放大器20;PWM控制電路30;以及光電耦合器PC;該電源設(shè)備還設(shè)有:過電壓保護電路50;通－斷電路60;關(guān)閉閂鎖電路70,其在所述過電壓保護電路的過電壓保護信號表示過電壓狀態(tài)時,從輸出端輸出關(guān)閉信號;以及關(guān)閉實現(xiàn)電路80,其在所述通－斷電路的遙控控制信號規(guī)定斷開電源時,或在所述關(guān)閉閂鎖電路的關(guān)閉信號為有效時,使所述光電耦合器的輸入電壓保持在抑制所述光電耦合器的光電二極管發(fā)光的值。
文檔編號H02M1/00GK1184372SQ9712304
公開日1998年6月10日 申請日期1997年12月1日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月2日
發(fā)明者塩谷政樹, 松村英明, 大江巧 申請人:橫河電機株式會社