專利名稱：功率開關管驅(qū)動信號的平衡控制裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是一種對橋式(半橋與全橋)、推挽式(以下總稱橋式)開關電源的兩組交替工作的功率開關管驅(qū)動信號實現(xiàn)平衡輸出控制的驅(qū)動信號平衡控制裝置。涉及開關電源中的功率調(diào)節(jié)控制技術。
橋式開關電源，其基本工作方式是兩組功率開關管交替工作。一當分別加于兩組功率開關管的驅(qū)動信號不對稱時，即會產(chǎn)生偏磁，而半橋式還會產(chǎn)生中位電壓偏移。影響開關電源工作可靠性。以往的解決辦法，是增加反饋控制回路中的積分電路時間常數(shù)，使加入調(diào)節(jié)電路的控制電壓的變化率減小，以求取平衡輸出。這是一種近似解決辦法。而積分電路時間常數(shù)的加大，卻又會導至開關電源動態(tài)響應速度減慢。
本發(fā)明的目的，是以不犧牲動態(tài)響應特性為前提，徹底解決橋式兩組功率開關管驅(qū)動信號平衡輸出這個技術難點。
本發(fā)明的構思是這樣的，在原開關電源的調(diào)節(jié)電路的調(diào)節(jié)控制端與反饋控制回路的輸出端之間，插接入一個驅(qū)動信號平衡控制裝置，該裝置應具有輸出周期性平衡控制電壓的功能，且與橋式工作有一個同步的關系，該關系是對應于至少一個橋式工作周期內(nèi)的兩組驅(qū)動信號，加于調(diào)節(jié)電路調(diào)節(jié)控制端調(diào)節(jié)控制電壓是周期性平衡的，而該控制電壓的調(diào)節(jié)或轉(zhuǎn)換變化，設定在調(diào)節(jié)電路無驅(qū)動信號輸出的寂靜時區(qū)內(nèi)。
上述構思已由本發(fā)明的驅(qū)動信號平衡控制裝置予以實現(xiàn)。


圖1為本發(fā)明的電原理構思圖。
圖2為本發(fā)明中的一種由電子開關與保持電容組成的并接雙T型結構設計圖。
圖3為由調(diào)節(jié)電路A3直接或間接輸出的與驅(qū)動信號相關的波形圖與加于電子開關控制端的開關信號波形圖。
圖4為采用并接雙T結構的電子開關與保持電容的實施例圖。
圖5為采用常規(guī)的電子開關的實施例圖。
本發(fā)明由開關信號形成電路A1、取樣保持電路A2與附加電路組成，插接在原開關電源的反饋控制回路A4與調(diào)節(jié)電路(包括脈寬調(diào)節(jié)的、頻率調(diào)節(jié)的、脈寬與頻率混合調(diào)節(jié)的，下同)A3之間。涉及原開關電源中的調(diào)節(jié)電路A3與反饋控制回路A4。開關信號形成電路A1的輸入端與調(diào)節(jié)電路A3的驅(qū)動信號輸出端、或振蕩信號取樣端、或同步信號輸出端直接或間接連接，由其輸入與驅(qū)動信號相關的信號，以形成與橋式工作周期相關的開關信號。該開關信號的周期等于或大于一個橋式工作周期，且與之同步。取樣保持電路A2中的電子開關控制端與開關信號形成電路A1的輸出端相連接。取樣保持電路A2的工作狀態(tài)由開關信號形成電路A1輸出的開關信號控制。取樣保持周期等于或大于一個橋式工作周期，取樣時域或電子開關轉(zhuǎn)換時域在調(diào)節(jié)電路A3無驅(qū)動信號輸出的寂靜時區(qū)內(nèi)。取樣保持電路A2的取樣輸入端連接反饋控制回路A4的輸出端。取樣保持電路A2在開關信號控制下，對反饋控制回路A4的輸出控制電壓取樣、保持。取樣保持電路A2輸出端與調(diào)節(jié)電路A3的調(diào)節(jié)控制端相連接。本裝置的插入，改變調(diào)節(jié)電路A3由反饋控制回路A4直接輸入控制電壓為由本裝置中的取樣保持電路A2提供控制電壓。由上述取樣保持周期與取樣或電子開關轉(zhuǎn)換時域的設定，本裝置提供的控制電壓，對應于至少一個橋式工作周期內(nèi)的兩組驅(qū)動信號是一個周期性保持狀態(tài)下提供的周期性平衡電壓，由電壓平衡，實現(xiàn)了驅(qū)動信號平衡輸出控制。
取樣保持電路A2的結構，可以從公知的各種型式中選取，為常規(guī)型。它包含有電子開關、保持電容與高阻輸入型放大器，使用在本發(fā)明中，電子開關是一只或并接的兩只，或采用另一種改進型。高阻輸入放大器是高阻高速電壓跟隨器或高阻高速電壓放大器。
上述的改進型是一種電子開關與保持電容組合而成的雙T型并接結構。T型兩臂是電子開關，該電子開關是相串接的兩只獨立的單刀單擲式開關K1與K2(另一T型是K3與K4)，或者是一只單刀雙擲式開關Ka(另一T型是Kb)，雙擲觸點aX與aY，分別在兩臂。中間的電子開關串接點或電子開關的公共端與地之間，是一只保持電容C1(另一T型是C2)。工作狀態(tài)是這樣的，上T左臂aX(或K1)與下T右臂bX(或K4)為一同相組，上T右臂aY(或K2)與下T左臂bY(或K3)為反相組。兩組交替導通與關閉。同相組導通，反相組關閉，電容C1對反饋控制回路A4取樣，電容C2向放大器A2-1提供取樣電壓。反之，電容C2取樣，電容C1提供保持電壓。該型式結構的電子開關，采用開關轉(zhuǎn)換方式提供保持電壓，無需設立獨立的取樣時間，可用于高頻率開關電源中。使用時，要把開關轉(zhuǎn)換時間設定在調(diào)節(jié)電路A3無驅(qū)動信號輸出的寂靜時區(qū)內(nèi)。為防止因保持電壓轉(zhuǎn)換而在高阻放大器輸入端可能引起的電壓抖晃或過大的電壓跳變，可以在開關輸出端附加一只均衡保持電容C3，當電子開關內(nèi)阻很小時，還應考慮加一只阻尼電阻，該阻尼電阻串接在開關輸出端與高阻放大器輸入端之間。
開關信號形成電路A1的設計，依據(jù)兩個外部條件，一是加于輸入端與驅(qū)動信號相關的信號特性，二是電子開關的結構形成。
調(diào)節(jié)電路A3直接或間接輸出的與驅(qū)動信號相關的信號有多種。其中常見的是兩種，一種是調(diào)節(jié)電路A3輸出的橋式的兩阻驅(qū)動信號u1與u2，另一種是外接振蕩電容上的鋸齒波u3。其周期T3與單端驅(qū)動信號同周期。橋式的二組驅(qū)動信號交替之間有一個無輸出的寂靜區(qū)T2。該T2的初始時間對應于鋸齒波u3下降沿，有一個小的滯后時間。控制常規(guī)型電子開關的開關信號為u4或u4的倒相，視電子開關的電平控制極性而定。u4為正極性電子開關的控制波形。u4-1為電子開關的導通開關信號，它設定在寂靜時區(qū)T2內(nèi)。開關信號周期T4等于或大于一個橋式工作周期T1?？刂齐pT型電子開關的開關信號為u5。開關信號周期等于或大于兩個橋式工作周期。高低電平各半，為1/2T5。開關電平轉(zhuǎn)換時域在寂靜時區(qū)內(nèi)。
用于常規(guī)型的電子開關的開關信號形成電路A1有兩種基本結構。一種是由分頻電路加開關脈沖形成電路組成，第二種是單由開關脈沖形成電路組成。當輸入信號是單端性的，它必須采用第一種結構。當輸入是橋式的，它可以采用第二種結構。分頻電路由JK型觸發(fā)器、D型觸發(fā)器、T型觸發(fā)器或單穩(wěn)態(tài)電路組成。也可以由其他具有分頻功能的電路組成。分頻值為2或大于2。開關脈沖形成電路由單穩(wěn)態(tài)電路或微分電路組成，也可以由其他具有同樣功能的電路組成。用于雙T型電子開關的開關信號形成電路由分頻電路組成。分頻電路取上述結構形式。當輸入為橋式信號，分頻值取2或大于2。當輸入為單端性的，分頻值取4或大于4。
當輸入開關信號形成電路A1的信號是間歇性的，兩種開關信號形成電路A1中，還應增設有一個輔助開關信號形成電路，該電路在輸入信號出現(xiàn)期間輸出用于電子開關的關閉信號，而在無信號輸入的間歇期輸出開啟信號。該輔助開關信號可以與原開關信號合并控制原電子開關，也可以用來控制與原電子開關并接的另一電子開關。其作用是在間歇期間用來溝通反饋控制回路輸出端與保持電容的電連接，防止反饋失控。它由再觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路或由充放電時間常數(shù)不一的積分電路、整流電路或其他電路組成。
附加電路是倒相器、電阻器、電容器、電平變換電路或延時電路等，它們是為完成系統(tǒng)電連接、電匹配而附設的輔助電路?？蛇x用其中的一種或多種，或不選用，應依不同實施方案，采用何種元器件而定。
實施例1調(diào)節(jié)電路A3為脈寬調(diào)節(jié)集成電路是TL494，由其5端輸出的是單端周期性鋸齒波信號，下降沿為進入寂靜區(qū)同步信號，有一個小的提前時間△t。電子開關是雙T型式，由兩只單刀雙擲開關Ka與Kb組成，選用集成電子開關電路CD4053。將之開關控制地址端A、B、C并接在一起，是雙T開關控制端，與開關信號輸出端、即三極管V1的集電極相連結?？刂贫藶椤?”電平時，兩公共端分別接通aX與bX，“1”電平時接通aY與bY。該集成電路其他端子按使用手冊規(guī)定處理。電容C1、C2、C3為保持電容，電容C3兼有均衡作用。四分頻電路由雙JK觸發(fā)器IC1-1與IC1-2組成，從74HC或54HC系列中選用，有多種。負沿觸發(fā)型，其CP端可直接與TL494第5端相連接，若是正沿觸發(fā)型，中間須加一只倒相器。由于該分頻電路須用U1(U1＝3～4.5V)電壓供電，低于電子開關CD4053供電電壓U2(U＝5～15V)，因此，由IC1-2的Q或Q輸出的電平須進行電平變換，電平變換電路由三極管V1、電阻R1與R2及電容C4組成，電容C4用于提高三極管V1反向恢復速度。反饋控制回路輸出信號由電子開關aX與bY并接端輸入，由IC2輸出的平衡控制電壓加進TL494的第3端。輸入信號經(jīng)分頻與電平變換處理后，會產(chǎn)生一個延時，若延時值小于上述△t，可在IC1-1與IC1-2之間，加一個RC延時電路。調(diào)節(jié)電路TL494中，有兩只運放，許多開關電源中反饋控制回路的末級運放選用其中的一只。但該運放的輸出端在TL494內(nèi)部與調(diào)節(jié)控制端第3端相連接，無法將其斷開?？梢宰鬟@樣的技術處理在調(diào)節(jié)電路TL494外，為反饋控制回路A4另加一只集成運放，而將原運放關閉。關閉的方法是將該運放的反相輸入端接至高電平，而同相輸入端接至低電平即可。外加的運放輸出端，即是反饋控制回路輸出端。另外，原反饋控制回路中，均設有積分電路，主要用途之一是為了均衡橋式的兩組驅(qū)動信號，本發(fā)明既已更有效地解決平衡驅(qū)動問題，積分電路可作另外處理，至少其時間常數(shù)可以減小，這樣，有利于提高反饋控制速度，也就提高了開關電源的動態(tài)響應速度、改善了電源輸出特性。
實施例2。調(diào)節(jié)電路仍為TL494。由其8或11端輸出驅(qū)動信號是橋式的。該兩端接有負載脈沖變壓器B。它是一種間歇性信號。因此，其開關信號形成電路A1可以單由開關脈沖形成電路及輔助開關脈沖信號形成電路組成。開關脈沖形成電路由單穩(wěn)態(tài)電路IC3-1組成。由電阻R5與電容C5組成的時間常數(shù)用于確定單穩(wěn)態(tài)輸出脈寬，該脈寬應小于寂靜時區(qū)T2。電阻R3與R4用于輸入限流保護，二極管D用于限幅。開關脈沖由Q端輸出，加進取樣保持開關K5控制端。單穩(wěn)態(tài)IC3-2組成再觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路，電阻R6與C6組成的時間常數(shù)用于確定無再觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)輸出脈寬，該脈寬須大于一個橋式工作周期。在橋式信號連結觸發(fā)下，IC3-2無法恢復，“Q”端輸出保持在低電平狀態(tài)，輔助開關K6關閉，反之K6導通，溝通保持電容C7與反饋控制回路輸出端的電連接。高阻高速運放IC4組成電壓跟隨器，輸出的保持控制電壓加進TL494第3端。IC3-1與IC3-2選用CD4098或4528，電子開關選用CD4066。對于反饋控制回路的技術處理同例1。
由以上說明可知，與原有用加大設在反饋控制回路中的積分電路時間常數(shù)的辦法來解決橋式兩組驅(qū)動信號的平衡技術相比，本發(fā)明的解決辦法，具徹底性。同時，又帶來動態(tài)響應速度的加快。因此，采用本發(fā)明技術，可以提高產(chǎn)品的可靠性及改善電源輸出特性。
權利要求
1.一種用于橋式與推挽式(以下合并簡稱橋式)開關電源中的，對其兩組功率開關管的驅(qū)動信號實現(xiàn)平衡輸出控制的驅(qū)動信號平衡控制裝置，該裝置由開關信號形成電路A1、取樣保持電路A2與附加電路組成，并涉及原開關電源中的或脈寬、或頻率、或脈寬與頻率混合調(diào)節(jié)電路A3及原反饋控制回路A4，該裝置的特征是1.1它插接在原反饋控制回路A4的輸出端與調(diào)節(jié)電路A3之間，其中的取樣保持電路A2的取樣輸入端與反饋控制回路A4輸出端相連接，輸出端與調(diào)節(jié)電路A3的調(diào)節(jié)控制端相連接，改變調(diào)節(jié)電路A3由反饋控制回路A4直接輸入控制電壓為經(jīng)由取樣保持電路A2提供控制電壓，1.2本裝置提供的控制電壓，是由其對反饋控制回路A4的輸出端輸出的控制電壓取樣、保持，對應于至少一個橋式工作周期內(nèi)的兩組驅(qū)動信號是一個周期性保持狀態(tài)下提供的周期性平衡電壓，1.3本裝置的開關信號形成電路A1的輸入端與調(diào)節(jié)電路A3的驅(qū)動信號輸出端、或振蕩信號取樣端、或同步信號輸出端直接或間接連接，由其輸入與驅(qū)動信號相關的信號，開關信號形成電路A1的輸出端與取樣保持電路A2中的電子開關控制端相連接，取樣保持電路A2的工作狀態(tài)由開關信號形成電路A1輸出的開關信號控制。
2.根據(jù)權利要求1所述的驅(qū)動信號平衡控制裝置，其特征是取樣保持電路A2中包含有電子開關與保持電容，電子開關與保持電容是雙T型并接結構，T型兩臂是電子開關，中間的電子開關串接點或電子開關的公共端與地之間是一只保持電容。
全文摘要
本發(fā)明由取樣保持電路與開關信號形成電路組成，插接在開關電源中的反饋控制回路輸出端與或脈寬、或頻率、或脈寬與頻率混合調(diào)節(jié)電路之間，組成橋式開關電源的兩組功率開關管驅(qū)動信號平衡控制裝置。該裝置改變調(diào)節(jié)電路由反饋控制回路直接控制為由該裝置在周期性保持狀態(tài)下提供的周期性平衡電壓控制。徹底解決橋式功率放大管的平衡驅(qū)動技術。同時，又可提高電源的動態(tài)響應速度，有利于產(chǎn)品可靠性的提高與電源輸出特性的改善。
文檔編號G05F1/66GK1099489SQ9311694
公開日1995年3月1日 申請日期1993年8月25日 優(yōu)先權日1993年8月25日
發(fā)明者陳大可 申請人:陳大可