專利名稱：開關(guān)調(diào)節(jié)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能夠減少啟動時流過的沖擊電流的開關(guān)調(diào)節(jié)器。
一般說來，如圖4電路圖所示，斬波式升壓開關(guān)調(diào)節(jié)器主要由電感403、整流裝置404、平滑電容405、開關(guān)裝置407和控制電路406構(gòu)成。在這樣構(gòu)成的開關(guān)調(diào)節(jié)器中，即使開關(guān)裝置407關(guān)斷以停止升壓操作，能量也會不可避免地從輸入電源401通過電感403和整流裝置404提供給設(shè)備402。
在上述情況下，如圖3所示，傳統(tǒng)上已知一種開關(guān)調(diào)節(jié)器，其中開關(guān)310位于輸入電源301和電感303之間，開關(guān)311位于電感303和開關(guān)裝置307之間，開關(guān)312位于開關(guān)裝置307和整流裝置304之間，開關(guān)313位于整流裝置304和平滑電容305之間，而開關(guān)314位于平滑電容305和設(shè)備302之間，其中，在升壓操作停止時關(guān)斷這些相應(yīng)的開關(guān)，以便中斷從輸入電源向設(shè)備的能量供應(yīng)。
但是，在傳統(tǒng)的開關(guān)調(diào)節(jié)器中，當(dāng)開關(guān)310、開關(guān)311、開關(guān)312、開關(guān)313或開關(guān)314接通以開始升壓操作時，不可避免地有大的沖擊電流從輸入電源301流入平滑電容305和加在設(shè)備上的電容309，沖擊電流產(chǎn)生使輸入電源電壓減低或損壞整流裝置、平滑電容等等的有害影響。
有鑒于此，本發(fā)明的目的是解決傳統(tǒng)開關(guān)調(diào)節(jié)器的上述問題。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種能夠抑制沖擊電流的開關(guān)調(diào)節(jié)器，其中中斷從輸入電源向設(shè)備供應(yīng)能量用的開關(guān)不是像傳統(tǒng)的開關(guān)調(diào)節(jié)器那樣突然從不導(dǎo)通狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，使電流在該開關(guān)一接通就無限地流動，而是采用限制電流的開關(guān)或限制在給定時間間隔內(nèi)流動的電流的開關(guān)。
為了達(dá)到上述目的，按照本發(fā)明，提供一種開關(guān)調(diào)節(jié)器，它包括輸入電源，它連接到開關(guān)調(diào)節(jié)器的輸入端；至少一個輸入/輸出斷開開關(guān)，它位于輸入電源和連接到開關(guān)調(diào)節(jié)器輸出端的設(shè)備之間，用以中斷從輸入電源向設(shè)備的能量供應(yīng)；以及用來在開始升壓操作而接通輸入/輸出斷開開關(guān)時限制沖擊電流從輸入電源流入輸出電容的裝置。
另外，按照本發(fā)明，在該開關(guān)調(diào)節(jié)器中，輸入/輸出斷開開關(guān)的沖擊電流限制裝置具有加在輸出斷開開關(guān)上的限流功能，以便設(shè)定允許流過的電流的極限值。
此外，按照本發(fā)明，在所述開關(guān)調(diào)節(jié)器中，輸入/輸出斷開開關(guān)的沖擊電流限制裝置具有作為輸出斷開開關(guān)的晶體管，所述晶體管以同積分放大電路相同的方式工作，以限制在給定時間內(nèi)流過的電流。
再者，按照本發(fā)明，在所述開關(guān)調(diào)節(jié)器中，輸入/輸出斷開開關(guān)的沖擊電流限制裝置重復(fù)輸出斷開開關(guān)的接通/關(guān)斷操作，以便控制接通時間和斷開時間，從而限制允許流過的電流。
從以下參考附圖所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的這些或其他目的、特征和優(yōu)點將變得更加清楚。附圖中

圖1是表示帶有輸入/輸出斷開開關(guān)的按照本發(fā)明第一實施例的斬波式升壓開關(guān)調(diào)節(jié)器的整個電路的示意圖；圖2是表示按照本發(fā)明第一實施例的輸入/輸出斷開開關(guān)部分具體電路實例1的示意圖；圖3是表示帶有輸入/輸出斷開開關(guān)的傳統(tǒng)的斬波式升壓開關(guān)調(diào)節(jié)器的示意圖；圖4是表示傳統(tǒng)的斬波式升壓開關(guān)調(diào)節(jié)器的整個電路的示意圖；圖5是表示按照本發(fā)明第一實施例的輸入/輸出斷開開關(guān)部分具體電路實例2的示意圖；圖6是表示帶有輸入/輸出斷開開關(guān)的按照本發(fā)明第二實施例的斬波式升壓開關(guān)調(diào)節(jié)器具體電路實例1的示意圖7是表示帶有輸入/輸出斷開開關(guān)的按照本發(fā)明第二實施例的斬波式升壓開關(guān)調(diào)節(jié)器具體電路實例2的示意圖；圖8是表示帶有輸入/輸出斷開開關(guān)的按照本發(fā)明第三實施例的斬波式升壓開關(guān)調(diào)節(jié)器具體電路實例的示意圖。
現(xiàn)將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的最佳實施例。
(第一實施例)圖1是表示按照本發(fā)明第一實施例的斬波式升壓開關(guān)調(diào)節(jié)器的示意圖。在該電路中，電感103、整流裝置104、平滑電容105、開關(guān)裝置107和控制電路106與傳統(tǒng)的開關(guān)調(diào)節(jié)器相同。采用限流開關(guān)作為位于輸入電源101和設(shè)備102之間的開關(guān)110、開關(guān)111、開關(guān)112、開關(guān)113和開關(guān)114中的一個。這種結(jié)構(gòu)能夠限制從位于輸入電源101和設(shè)備102之間的開關(guān)關(guān)斷升壓操作停止起直至該開關(guān)接通升壓操作開始為止從輸入電源101流到平滑電容105和加在設(shè)備102上的電容109的沖擊電流。
圖2示出限流開關(guān)的具體實例。該開關(guān)由限流電阻204、開關(guān)202和開關(guān)203構(gòu)成。開始升壓操作時，接通開關(guān)202，輸入電源101通過限流電阻204向平滑電容105和加到設(shè)備上的電容109充電，并在充電操作結(jié)束之后接通開關(guān)203。在這種情況下，假定輸入電源電壓為VIN，而限流電阻為R，則流入電容105和電容109的最大充電電流Icharge用下式表示Icharge＝VIN/R.....................(1)于是，對電流的限制通過把限流電阻R設(shè)置為充電電流不出任何問題這樣的限流電阻阻值來實現(xiàn)。
類似地，在圖5所示的開關(guān)實例中，限流可以通過使開關(guān)503首先接通，充電操作后開關(guān)502接通這樣的方法來實現(xiàn)。
顯然，限流電阻可以用其他能夠限制電流的元件代替，若開關(guān)由作為電子開關(guān)裝置的晶體管形成，則可獲得同樣的效果。另外，顯然，若利用限流開關(guān)，則不用限流電阻也能獲得同樣的效果。
(第二實施例)圖6是表示按照本發(fā)明第二實施例的斬波式開關(guān)調(diào)節(jié)器的電路圖。第二實施例與第一實施例的差別在于開關(guān)可以限制在給定的時間間隔內(nèi)流過的電流。像第一實施例一樣，圖6所示的這一結(jié)構(gòu)可以限制從位于輸入電源601和設(shè)備602之間的開關(guān)斷開時停止升壓操作起直至該開關(guān)接通時開始升壓操作為止從輸入電源601流到平滑電容605和加到設(shè)備602上的電容609的沖擊電流。
圖6示出可以限制給定時間內(nèi)流過的電流的開關(guān)610的具體實例。該開關(guān)610由晶體管611、電容612、電阻613和開關(guān)614構(gòu)成。在開關(guān)614接通升壓操作開始時，通過把電容612和電阻613加到晶體管611使開關(guān)614可以緩慢接通，便獲得與積分放大電路相同的效果。
圖6中所示的電阻615和開關(guān)616用作使晶體管611在升壓操作停止時截止的一個實例。
當(dāng)開關(guān)614接通時，充入電容612的電荷通過電阻613對地放電，而當(dāng)把晶體管611導(dǎo)通時的柵極電壓設(shè)置為閾值VTH時，晶體管611的柵極電壓617降到該閾值而使晶體管611導(dǎo)通。當(dāng)晶體管611導(dǎo)通時，作為斬波式升壓開關(guān)調(diào)節(jié)器的輸出的晶體管611的漏極電壓618上升，電容器612充電，使得晶體管611的柵極電壓617上升，于是抑制晶體管611的導(dǎo)通操作，結(jié)果斬波式升壓開關(guān)調(diào)節(jié)器的輸出電壓618緩慢上升。假定電容器612的電容是Cc，而受電阻613限制的放電電流值是ic，輸出電壓618從0V(伏)上升至輸入電源電壓VIN期間的時間周期tc用下式表示tc＝Cc×VIN/ic .....(2)于是，通過這樣設(shè)置輸出電壓上升周期tc，使得流入電容105和電容109的沖擊電流變成不出問題的值即可實現(xiàn)所述限流。
現(xiàn)將描述晶體管611由MOS(金屬-氧化物-半導(dǎo)體)場效應(yīng)晶體管形成的實例。但若使用雙極晶體管，則所述說明同樣適用，而且電阻613可以由另一個限流元件代替。另外，若開關(guān)614用作為電子開關(guān)裝置的晶體管代替，顯然可以獲得同樣的效果，而且若將晶體管613的位置和開關(guān)614的位置交換，則可獲得同樣的效果。
此外，若把存在于晶體管611的柵極617和源極618之間的寄生電容用作電容612，則顯然獲得同樣的效果。
另外，即使在圖7所示的結(jié)構(gòu)實例中也能獲得同樣的效果。
(第三實施例)圖8是表示按照本發(fā)明第三實施例的斬波式升壓開關(guān)調(diào)節(jié)器的電路圖。像在第一實施例中一樣使用限流開關(guān)，但這個實施例與第一實施例的差別在于限流方法。更具體地說，該方法使用放置在輸入電源801和設(shè)備802之間的電感803，而開關(guān)裝置811和二極管813用來控制時間的通/斷周期，來限制從輸入電源801流入平滑電容805和加在設(shè)備802上的電容809的沖擊電流。
假定開關(guān)811接通之后的時間周期為ton，電感803的電感量為L，輸入電源814的電壓為VIN，而輸出電壓為Vout，在開關(guān)811接通后隨著時間增大的從輸入電源801流入電容805和809的電流i用下式表達(dá)i＝(VIN-Vout)/L×ton ......(3)正如從上式(3)看到的，可以用開關(guān)811的接通時間來調(diào)整電流i。
另外，假定開關(guān)811關(guān)斷后的時間周期是toff，而二極管813正向電壓降是VF，在開關(guān)811關(guān)斷后隨著時間t減小的從輸入電源801流入電容805和809的電流i用下式表達(dá)-i＝(Vout-VF)/L×toff ......(4)正如從上式(4)看到的，可以用開關(guān)811的關(guān)斷時間來調(diào)整電流-i。
因而，可以利用電流控制電路812通過調(diào)整開關(guān)811的通/斷時間來實現(xiàn)限流，使得流入電容805和電容809的沖擊電流變?yōu)橐粋€不出問題的數(shù)值。
上面描述了晶體管811由MOS場效應(yīng)晶體管形成的實例。但若晶體管811用另一種開關(guān)裝置代替，則顯然所述說明同樣適用，而若二極管813用另一種整流裝置代替，則可獲得同樣效果。
如上所述，按照本發(fā)明的開關(guān)調(diào)節(jié)器具有以下優(yōu)點，即在從升壓操作停止的狀態(tài)啟動升壓操作時，流入平滑電容和加在設(shè)備上的電容的沖擊電流得到抑制，從而避免輸入電源電壓下降和整流裝置、平滑電容等等被損壞的不利影響。
對本發(fā)明最佳實施例的以上描述是為舉例說明和描述的目的提出的。并非打算窮舉或把本發(fā)明限制在所公開的精確形式中，考慮到上述傳授可以作出修改和變化，或可以從本發(fā)明的實踐中獲得這些修改和變化。實施例是為了解釋本發(fā)明的原理而選擇和描述的，其實際應(yīng)用使本專業(yè)的技術(shù)人員能夠利用各個實施例中的本發(fā)明，并為適應(yīng)打算實現(xiàn)的具體應(yīng)用而作出各種修改。本發(fā)明的范圍準(zhǔn)備由后附的權(quán)利要求書或其等價物限定。
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)調(diào)節(jié)器，它包括輸入電源，它連接到所述開關(guān)調(diào)節(jié)器的輸入端；至少一個輸入/輸出斷開開關(guān)，它位于所述輸入電源和連接到所述開關(guān)調(diào)節(jié)器輸出端的設(shè)備之間，用以中斷從所述輸入電源向所述設(shè)備的能量供應(yīng)；以及用來在接通輸入/輸出斷開開關(guān)開始升壓操作時限制從所述輸入電源流入輸出電容的沖擊電流的裝置。
2.權(quán)利要求1所要求的開關(guān)調(diào)節(jié)器，其特征在于所述輸入/輸出斷開開關(guān)的所述沖擊電流限制裝置具有加在所述輸出斷開開關(guān)上的限流功能，以便設(shè)定允許流過的電流的極限值。
3.權(quán)利要求1所要求的開關(guān)調(diào)節(jié)器，其特征在于所述輸入/輸出斷開開關(guān)的所述沖擊電流限制裝置具有作為輸出斷開開關(guān)的晶體管，所述晶體管以同積分放大電路一樣的方式工作，從而限制在給定時間內(nèi)流過的電流。
4.權(quán)利要求1所要求的開關(guān)調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述輸入/輸出斷開開關(guān)的所述沖擊電流限制裝置重復(fù)輸出斷開開關(guān)的接通/關(guān)斷操作，以便控制接通時間和斷開時間，從而限制允許流過的電流。
全文摘要
一種開關(guān)調(diào)節(jié)器包括:輸入電源,它連接到所述開關(guān)調(diào)節(jié)器的輸入端;至少一個輸入/輸出斷開開關(guān),它位于所述輸入電源和連接到所述開關(guān)調(diào)節(jié)器輸出端的設(shè)備之間,用以中斷從所述輸入電源向所述設(shè)備的能量供應(yīng);以及用來在接通輸入/輸出斷開開關(guān)開始升壓操作時限制從所述輸入電源流入輸出電容的沖擊電流的裝置。
文檔編號H02M3/155GK1273450SQ0010867
公開日2000年11月15日 申請日期2000年5月10日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月10日
發(fā)明者益子健 申請人:精工電子有限公司