專利名稱:開(kāi)關(guān)電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種開(kāi)關(guān)電源,更具體地說(shuō),涉及一種在開(kāi)關(guān)電源的操作停止時(shí)能夠防止輸出電壓Vout下沖和波動(dòng)的開(kāi)關(guān)電源。
背景技術(shù):
開(kāi)關(guān)電源廣泛地用作電子和電器設(shè)備比如計(jì)算機(jī)的電源。
附圖7所示為常規(guī)的開(kāi)關(guān)電源的電路圖。
如在附圖7中所示,常規(guī)的開(kāi)關(guān)電源由變壓器T1、位于變壓器T1的初級(jí)側(cè)的開(kāi)關(guān)電路和位于變壓器T1的次級(jí)側(cè)上的自驅(qū)動(dòng)型整流器和濾波電路。開(kāi)關(guān)電源降低在提供到位于初級(jí)側(cè)上的開(kāi)關(guān)電路上的電壓Vin中的DC(直流)輸入電壓以產(chǎn)生DC輸出電壓Vout并將它提供給負(fù)載。在附圖7中,負(fù)載表示為電阻部件RLoad、電容部件CLoad和電阻部件LLoad。
控制電路10基于輸出電壓Vout控制包括在初級(jí)側(cè)的開(kāi)關(guān)電路中的主開(kāi)關(guān)Q1和Q2。具體地說(shuō),在輸出電壓Vout相對(duì)于所需的電壓增加時(shí)控制電路10降低主開(kāi)關(guān)Q1和Q2的占空系數(shù)以降低提供到負(fù)載的電功率,而在輸出電壓Vout相對(duì)于所需的電壓降低時(shí)控制電路10升高主開(kāi)關(guān)Q1和Q2的占空系數(shù)以增加提供到負(fù)載的電功率。因此,提供到負(fù)載的輸出電壓Vout可以總是穩(wěn)定在所需的電壓上。因?yàn)榭刂齐娐?0屬于初級(jí)側(cè),所以控制電路10不能直接接受輸出電壓Vout。因此,通過(guò)隔離電路20給控制電路10提供與輸出電壓Vout相關(guān)的電壓Vout’。
通過(guò)運(yùn)行由晶體管Tr1、電阻R1和齊納二極管Z1組成的操作電壓產(chǎn)生電路產(chǎn)生控制電路10的操作電壓Vcc。電容器C3連接在控制電路10的電源端子之間以穩(wěn)定操作電壓Vcc。在操作開(kāi)關(guān)S1處于接通狀態(tài)時(shí)啟動(dòng)操作電壓產(chǎn)生電路,而在操作開(kāi)關(guān)S1處于切斷狀態(tài)時(shí)停止操作電壓產(chǎn)生電路。從外部可以控制操作開(kāi)關(guān)S1。在要開(kāi)始在附圖7中所示的開(kāi)關(guān)電源的操作時(shí),接通操作開(kāi)關(guān)S1;在要開(kāi)始終止在附圖7中所示的開(kāi)關(guān)電源的操作時(shí),切斷操作開(kāi)關(guān)S1。
包括在次級(jí)整流器中的整流開(kāi)關(guān)Q3和Q4通過(guò)變壓器T1的次級(jí)電壓自驅(qū)動(dòng)。此外,電阻R2和R3分別插入在整流開(kāi)關(guān)Q3和Q4的柵電極和源電極之間,以防止整流開(kāi)關(guān)Q3和Q4的柵電極處于浮動(dòng)狀態(tài)。
接著,解釋在附圖7中所示的常規(guī)的開(kāi)關(guān)電源的操作。
附圖8所示為在附圖7中的常規(guī)的開(kāi)關(guān)電源的操作的時(shí)序圖。
如附圖8所示,在操作開(kāi)關(guān)S1處于接通狀態(tài)時(shí),在控制電路10的控制下以預(yù)定的開(kāi)關(guān)頻率將主開(kāi)關(guān)Q1和Q2的柵源電壓VGS(Q1)和VGS(Q2)交替地激勵(lì)到較高的電平。結(jié)果,變壓器T1的初級(jí)電壓VLP的極性交替地反向,因此初級(jí)側(cè)電容器C1和C2交替地充電和放電。
與初級(jí)側(cè)的操作同步地,在變壓器T1的次級(jí)線圈Ls1和Ls2上出現(xiàn)的次級(jí)電壓的極性也交替地反向,因此以預(yù)定的開(kāi)關(guān)頻率交替地使整流開(kāi)關(guān)Q3和Q4處于接通狀態(tài)。更具體地說(shuō),在由于柵源電壓VGS(Q1)處于高電平使主開(kāi)關(guān)Q1處于接通狀態(tài)的同時(shí),整流開(kāi)關(guān)Q3的柵源電壓VGS(Q3)上升到比它的閾值電壓高在初級(jí)線圈Ls2上出現(xiàn)的電壓(次級(jí)電壓)的電壓,由此整流開(kāi)關(guān)Q3接通。在另一方面,在由于柵源電壓VGS(Q2)處于高電平使主開(kāi)關(guān)Q2處于接通狀態(tài)的同時(shí),整流開(kāi)關(guān)Q4的柵源電壓VGS(Q4)上升到比它的閾值電壓高在初級(jí)線圈Ls1上出現(xiàn)的電壓(次級(jí)電壓)的電壓,由此整流開(kāi)關(guān)Q4接通。
結(jié)果,對(duì)交替反向的極性的次級(jí)電壓進(jìn)行了整流。通過(guò)濾波電路對(duì)經(jīng)整流的電壓進(jìn)行濾波,該濾波電路由輸出電抗器Lout和輸出電容器Cout組成,因此產(chǎn)生了穩(wěn)定的輸出電壓Vout。
在另一方面,在某一時(shí)間切斷操作開(kāi)關(guān)S1時(shí),控制電路10的操作停止,因?yàn)榫w管Tr1切斷,因此整流開(kāi)關(guān)Q1和Q2處于切斷狀態(tài)。即停止了開(kāi)關(guān)操作。
然而,因?yàn)樵诓僮鏖_(kāi)關(guān)S1切斷時(shí)停止了開(kāi)關(guān)電路的操作,因此整流開(kāi)關(guān)Q3和Q4中的一個(gè)或另一個(gè)開(kāi)關(guān)處于接通狀態(tài),并且反向電流開(kāi)始從輸出電容器Cout和負(fù)載的電容部件CLoad流到輸出電抗器Lout。
附圖8所示為在整流開(kāi)關(guān)Q3響應(yīng)操作開(kāi)關(guān)S1的切斷首先保持在接通狀態(tài)的情況。在這種情況下,因?yàn)橥V沽顺跫?jí)側(cè)的開(kāi)關(guān)電路,所以整流開(kāi)關(guān)Q3的柵電極的電荷的放電通路實(shí)質(zhì)僅僅為電阻R2。因此,由于流經(jīng)電阻器R2的電流的作用,整流開(kāi)關(guān)Q3的柵源電壓VGS(Q3)漸漸下落。在這個(gè)期間,流到輸出電抗器Lout的反向電流繼續(xù)。
在另一方面,由于通過(guò)輸出電容器Cout和負(fù)載的電容部件CLoad的放電和來(lái)自整流開(kāi)關(guān)Q3的柵電極的電荷通過(guò)電阻R2的放電造成輸出電壓Vout和次級(jí)電壓降低,在因?yàn)檎鏖_(kāi)關(guān)Q3的柵源電壓VGS(Q3)下落到它的閾值電壓以下造成整流開(kāi)關(guān)Q3切斷時(shí),在變壓器T1上的逆程電壓上升。逆程電壓通過(guò)變壓器T1升高了在開(kāi)關(guān)電路中的內(nèi)部電壓Vp,并升高了整流開(kāi)關(guān)Q4的柵源電壓VGS(Q4)。因此,整流開(kāi)關(guān)Q4保持接通。
如附圖8所示,因?yàn)橥ㄟ^(guò)整流開(kāi)關(guān)Q4流到輸出電抗器Lout中電流的方向臨時(shí)變成正向,因此在這個(gè)期間對(duì)輸出電容器Cout和負(fù)載的電容部件CLoad進(jìn)行充電,因此輸出電壓Vout增加。
然后,在流到輸出電抗器Lout的電流的方向反向時(shí),由于通過(guò)輸出電容器Cout和負(fù)載的電容部件CLoad的放電和來(lái)自整流開(kāi)關(guān)Q4的柵電極的電荷通過(guò)電阻R3的放電造成輸出電壓Vout和次級(jí)電壓降低,整流開(kāi)關(guān)Q4的柵源電壓VGS(Q4)逐漸下落。然后,由于整流開(kāi)關(guān)Q4的柵源電壓VGS(Q4)下落到它的閾值電壓之下,在整流開(kāi)關(guān)Q4切斷時(shí),在變壓器T1上的逆程電壓再次上升,該逆程電壓通過(guò)變壓器T1升高了在開(kāi)關(guān)電路中的內(nèi)部電壓Vp,并升高了整流開(kāi)關(guān)Q3的柵源電壓VGS(Q3)。因此,整流開(kāi)關(guān)Q3保持接通。
這種操作周期性地進(jìn)行直到輸出電容器Cout和負(fù)載的電容部件CLoad被次級(jí)側(cè)電路和負(fù)載的電阻部件RLoad所消耗。因此,輸出電壓Vout逐漸降低同時(shí)在比開(kāi)關(guān)周期長(zhǎng)得多的周期上產(chǎn)生波動(dòng),此外,在開(kāi)關(guān)電路中的內(nèi)部電壓Vp逐漸增加。
如上文所描述,在常規(guī)的開(kāi)關(guān)電源中,因?yàn)檩敵鲭妷篤out并不是線性下降,而是逐漸下落,同時(shí)在比開(kāi)關(guān)周期長(zhǎng)得多的周期上產(chǎn)生波動(dòng),即使發(fā)出了停止操作開(kāi)關(guān)電源的指令(開(kāi)關(guān)S1切斷),在負(fù)載中仍然可能產(chǎn)生某些故障。例如,可以將負(fù)載設(shè)計(jì)成識(shí)別開(kāi)關(guān)電源的操作何時(shí)已經(jīng)停止并在輸出電壓Vout已經(jīng)下落到預(yù)定電壓之下時(shí)執(zhí)行一定的操作。但是如果輸出電壓Vout逐漸降低同時(shí)波動(dòng),則識(shí)別開(kāi)關(guān)電源是否已經(jīng)停止變得較困難。
此外,在常規(guī)的開(kāi)關(guān)電源中,因?yàn)樵诓僮鹘K止的過(guò)程中在開(kāi)關(guān)電路中的內(nèi)部電壓Vp逐漸增加,所以可能損失了在初級(jí)側(cè)使用的電部件。這增加了開(kāi)關(guān)電源的成本。
此外,在常規(guī)的開(kāi)關(guān)電源中,因?yàn)樵诓僮鹘K止的過(guò)程中較大的電流流經(jīng)輸出電抗器Lout、變壓器T1的次級(jí)線圈Ls1和Ls2和整流開(kāi)關(guān)Q3和Q4,并且因?yàn)檩敵鲭娍蛊鱈out、變壓器T1的次級(jí)線圈Ls1和Ls2和整流開(kāi)關(guān)Q3和Q4釋放了釋放大量的熱,所以可能降低開(kāi)關(guān)電源的可靠性。
在負(fù)載的電阻部件RLoad變大時(shí)這些問(wèn)題更加突出。因此,在輕負(fù)載的情況下在發(fā)出了終止操作的指令時(shí),問(wèn)題非常嚴(yán)重。此外,因?yàn)樵谪?fù)載的電容部件CLoad變大時(shí)這些問(wèn)題更加突出,因此電功率提供給具有較大的電容部件CLoad的負(fù)載時(shí)這些問(wèn)題也非常嚴(yán)重。
在另一方面,雖然在負(fù)載的電阻部件RLoad相當(dāng)小(即負(fù)載較重)時(shí)這些問(wèn)題并不嚴(yán)重,但是在這種情況下,在由于輸出電壓Vout的下沖(undershoot)的緣故在操作終止的過(guò)程中在負(fù)載中可能出現(xiàn)某些故障。例如,在輸出電壓Vout變?yōu)樨?fù)時(shí),在負(fù)載中使用的集成電路(IC)中的寄生二極管等可能接通。由于這造成了較大的電流流經(jīng)IC,因此IC可能產(chǎn)生故障或被損壞。
附圖9所示為在操作終止的過(guò)程中輸出電壓Vout的下沖的時(shí)序圖。
如在附圖9中所示,在通過(guò)切斷操作開(kāi)關(guān)S1來(lái)停止初級(jí)側(cè)的開(kāi)關(guān)電路的操作時(shí),流經(jīng)電阻部件RLoad的電流IRLoad從輸出電壓Vout的輸出電流ILout改變到輸出電容器Cout的放電電流ICout,并且在負(fù)載的電抗部件LLoad上的電壓VLLoad上升,因此電流繼續(xù)流動(dòng)。結(jié)果,輸出電壓Vout變?yōu)樨?fù),即出現(xiàn)了下沖。然后,如果下沖電壓達(dá)到整流開(kāi)關(guān)Q3和Q4的體二極管的正向電壓Vf,則這些體二極管接通。結(jié)果,電流開(kāi)始流經(jīng)由整流開(kāi)關(guān)Q3(體二極管)、變壓器T1的次級(jí)線圈Ls1、輸出電抗器Lout和輸出電容器Cout組成的LCR串聯(lián)電路和由整流開(kāi)關(guān)Q4(體二極管)、變壓器T1的次級(jí)線圈Ls2、輸出電抗器Lout和輸出電容器Cout組成的另一LCR串聯(lián)電路。因此,下沖電壓的峰值鉗位在-Vf的周圍。
在此,在電阻部件RLoad、電抗部件LLoad和輸出電容器Cout之間的關(guān)系滿足公式(1)時(shí),這些LCR串聯(lián)電路振蕩。結(jié)果出現(xiàn)下沖。RLoad2<4·LLoadCout...(1)]]>從公式(1)中可以看出,在電阻部件RLoad較小時(shí)(在負(fù)載較重時(shí))易于產(chǎn)生下沖。為了防止開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生下沖,因?yàn)殡娮璨考Load和電抗部件LLoad都屬于該負(fù)載,所以需要足夠電容的附加的電容器Cex與輸出電容器Cout并聯(lián)。這就導(dǎo)致了不希望地增加部件的數(shù)量。通過(guò)公式(2)可以表示防止下沖附加的電容器Cex所需的電容。Cex>4·LLoadRLoad2-Cout...(2)]]>因?yàn)樵陔娮璨考oad較小時(shí)這種問(wèn)題較突出,因此在使用開(kāi)關(guān)電源驅(qū)動(dòng)要求較低的電壓和較大的電流的負(fù)載比如服務(wù)器計(jì)算機(jī)時(shí)它變得較嚴(yán)重。
如上文所解釋,常規(guī)的開(kāi)關(guān)電源具有兩個(gè)主要的問(wèn)題一個(gè)問(wèn)題是在發(fā)出了停止開(kāi)關(guān)電源的操作的指令時(shí)輸出電壓Vout逐漸降低同時(shí)在非常長(zhǎng)的周期時(shí)間上波動(dòng);另一個(gè)問(wèn)題是在發(fā)出了停止開(kāi)關(guān)電源的操作的指令時(shí)在輸出電壓Vout中出現(xiàn)下沖。在電阻部件Rload較大時(shí)前一問(wèn)題變得突出,而在電阻部件Rload較小時(shí)后一問(wèn)題較突出。后一問(wèn)題是否出現(xiàn)取決于整流器是否是自驅(qū)動(dòng)型。
發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的一個(gè)發(fā)明目的是提供一種開(kāi)關(guān)電源,在發(fā)出停止開(kāi)關(guān)電源的操作的指令時(shí)該開(kāi)關(guān)電源能夠防止輸出電壓Vout下沖。
因此本發(fā)明的另一個(gè)發(fā)明目的是提供一種開(kāi)關(guān)電源,在發(fā)出停止開(kāi)關(guān)電源的操作的指令時(shí)該開(kāi)關(guān)電源能夠防止輸出電壓Vout波動(dòng)。
因此本發(fā)明的另一個(gè)發(fā)明目的是提供一種開(kāi)關(guān)電源,在發(fā)出停止開(kāi)關(guān)電源的操作的指令時(shí)該開(kāi)關(guān)電源能夠防止開(kāi)關(guān)電源的內(nèi)部電壓Vp逐漸增加。
因此本發(fā)明的另一個(gè)發(fā)明目的是提供一種開(kāi)關(guān)電源,在發(fā)出停止開(kāi)關(guān)電源的操作的指令時(shí)該開(kāi)關(guān)電源能夠防止大量的電流流經(jīng)輸出電抗器Lout、變壓器T1的次級(jí)線圈Ls1和Ls2和整流開(kāi)關(guān)Q3和Q4。
通過(guò)包括如下結(jié)構(gòu)的開(kāi)關(guān)電源可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的和其它的目的具有初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的變壓器;連接在變壓器的輸入端和初級(jí)線圈之間的開(kāi)關(guān)電路;連接到變壓器的次級(jí)線圈的整流器;控制開(kāi)關(guān)電路的控制電路;以及第一和第二操作電壓產(chǎn)生電路,每個(gè)操作電壓產(chǎn)生電路產(chǎn)生控制電路的操作電壓;由第一操作電壓產(chǎn)生電路所產(chǎn)生的第一操作電壓和由第二操作電壓產(chǎn)生電路所產(chǎn)生的第二操作電壓彼此具有不同的值。
在本發(fā)明的優(yōu)選方面,第一操作電壓產(chǎn)生電路包括確定第一操作電壓的值的第一齊納二極管,第二操作電壓產(chǎn)生電路包括確定第二操作電壓的值的第二齊納二極管,第一齊納二極管的齊納電壓和第二齊納二極管的齊納電壓彼此具有不同的值。
在本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方面,第一操作電壓產(chǎn)生電路進(jìn)一步包括與第一齊納二極管并聯(lián)的操作開(kāi)關(guān)。
在本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方面,開(kāi)關(guān)電路包括在變壓器的輸入端和初級(jí)線圈之間串聯(lián)的第一和第二變換器。
在本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方面,控制電路包括控制第一變換器的第一變換器控制電路和控制第二變換器的第二變換器控制電路,第一操作電壓產(chǎn)生電路給為第一和第二變換器控制電路所公用的電源線提供第一操作電壓,而第二操作電壓產(chǎn)生電路給該電源線提供第二操作電壓。
在本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方面,在第一操作電壓產(chǎn)生電路處于有效狀態(tài)時(shí)啟動(dòng)第一和第二第二變換器控制電路,在第二操作電壓產(chǎn)生電路處于有效狀態(tài)時(shí)停止第一和第二第二變換器控制電路。
在本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方面,第一變換器控制電路的最小操作電壓和第二變換器控制電路的最小操作電壓彼此具有不同的值。
在本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方面,該開(kāi)關(guān)電源進(jìn)一步包括使用在變壓器的初級(jí)側(cè)上的輔助線圈上出現(xiàn)的電壓,將第三操作電壓提供給電源線的輔助電源電路。
在本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方面,第三操作電壓高于第一和第二操作電壓。
在本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方面,第一變換器是從反向變換器和升壓變換器中選擇的,并且第一變換器是從半橋變換器、正向變換器、全橋變換器和推挽變換器中選擇的。
在本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方面,整流器是自驅(qū)動(dòng)型的。
根據(jù)本發(fā)明的這些方面,因?yàn)橛傻谝徊僮麟妷寒a(chǎn)生電路所產(chǎn)生的第一操作電壓和由第二操作電壓產(chǎn)生電路所產(chǎn)生的第二操作電壓不同,因此控制電路可以在正常操作的過(guò)程中使用從一個(gè)操作電壓產(chǎn)生電路提供的操作電壓進(jìn)行操作,并且在發(fā)送了停止開(kāi)關(guān)電源的操作的指令之后使用從另一個(gè)操作電壓產(chǎn)生電路提供的操作電壓進(jìn)行操作。即,在發(fā)送了該指令之后可以繼續(xù)開(kāi)關(guān)操作。因此,因?yàn)檩敵鲭妷夯揪€性地降低并且沒(méi)有波動(dòng)或下沖,因此可以有效地避免負(fù)載的故障。
具體地說(shuō),在整流器是自驅(qū)動(dòng)型的情況下,在發(fā)送了停止開(kāi)關(guān)電源的操作的指令時(shí)防止在初級(jí)側(cè)上的開(kāi)關(guān)電路中的內(nèi)部電壓逐漸增加。因此可以有效地保護(hù)在初級(jí)側(cè)上使用的電部件不受損壞。此外,因?yàn)椴恍枰褂媚透邏旱牟考?,因此降低了開(kāi)關(guān)電源的成本。此外,因?yàn)樵诎l(fā)送指令時(shí)較大的電流不流經(jīng)輸出電抗器、變壓器的次級(jí)線圈和整流器,因此可以提高開(kāi)關(guān)電源的可靠性。
因此,本發(fā)明的開(kāi)關(guān)電源適合于作為給具有較大電容部件CLoad的負(fù)載提供電功率的開(kāi)關(guān)電源。此外,本發(fā)明的特別適合于作為給易于經(jīng)常呈輕負(fù)載狀態(tài)的負(fù)載提供電功率的開(kāi)關(guān)電源。此外,本發(fā)明的開(kāi)關(guān)電源還適合于給要求較低的電壓和較大的電流的負(fù)載(比如服務(wù)器計(jì)算機(jī))提供電功率的開(kāi)關(guān)電源。即,根據(jù)本發(fā)明,即使在較重的負(fù)載狀態(tài)或較輕的負(fù)載狀態(tài)下發(fā)送了停止開(kāi)關(guān)電源的操作的指令,該開(kāi)關(guān)電源也能夠基本線性地降低它的輸出電壓。
本發(fā)明的上述目的和其它目的還可以通過(guò)如下的開(kāi)關(guān)電源實(shí)現(xiàn),該開(kāi)關(guān)電源包括具有初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的變壓器;連接在變壓器的輸入端和初級(jí)線圈之間的開(kāi)關(guān)電路;連接到變壓器的次級(jí)線圈的整流器;位于整流器的隨后級(jí)上并包括輸出電容器的濾波電路;控制開(kāi)關(guān)電路的控制電路;以及響應(yīng)指令以停止開(kāi)關(guān)操作,至少使用存儲(chǔ)在輸出電容器中的能量給控制電路提供操作電壓的裝置。
在本發(fā)明的優(yōu)選方面,在正常操作的過(guò)程中從該裝置中提供的操作電壓低于提供給控制電路的操作電壓。
在本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方面,整流器是自驅(qū)動(dòng)型的。
根據(jù)本發(fā)明這些方面,該開(kāi)關(guān)電源能夠基本線性地降低它的輸出電壓而不波動(dòng)或下沖。因此能夠有效地避免負(fù)載的故障。具體地說(shuō),在整流器是自驅(qū)動(dòng)型的情況下,在發(fā)送了停止開(kāi)關(guān)電源的操作的指令時(shí)能夠防止在初級(jí)側(cè)的開(kāi)關(guān)電路中的內(nèi)部電壓逐漸增加。因此可以有效地保護(hù)在初級(jí)側(cè)上使用的電部件不受損壞。此外,因?yàn)椴恍枰褂媚透邏旱牟考虼私档土碎_(kāi)關(guān)電源的成本。此外,因?yàn)樵诎l(fā)送指令時(shí)較大的電流不流經(jīng)輸出電抗器、變壓器的次級(jí)線圈和整流器,因此可以提高開(kāi)關(guān)電源的可靠性。
本發(fā)明的上述目的和其它目的還可以通過(guò)如下的開(kāi)關(guān)電源實(shí)現(xiàn),該開(kāi)關(guān)電源包括具有初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的變壓器;串聯(lián)連接在變壓器的輸入端和初級(jí)線圈之間的第一和第二變換器;連接到變壓器的次級(jí)線圈的整流器;控制第一和第二變換器的控制電路;以及響應(yīng)指令以停止開(kāi)關(guān)操作,從而第一和第二變換器的順序停止第一和第二變換器的操作的裝置。
在本發(fā)明的優(yōu)選方面,在發(fā)送指令時(shí)的時(shí)刻到停止第二變換器的操作的時(shí)刻的期間中,該停止裝置應(yīng)用從變壓器的次級(jí)側(cè)提供的能量使第二變換器的操作繼續(xù)。
在本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方面,整流器是自驅(qū)動(dòng)型的。
根據(jù)本發(fā)明這些方面,該開(kāi)關(guān)電源能夠基本線性地降低它的輸出電壓而不波動(dòng)或下沖。因此能夠有效地避免負(fù)載的故障。具體地說(shuō),在整流器是自驅(qū)動(dòng)型的情況下,在發(fā)送了停止開(kāi)關(guān)電源的操作的指令時(shí)能夠防止在第二變換器中的內(nèi)部電壓逐漸增加。因此能夠有效地保護(hù)在初級(jí)側(cè)上使用的電部件不受損壞。此外,因?yàn)椴恍枰褂媚透邏旱牟考?,因此降低了開(kāi)關(guān)電源的成本。此外,因?yàn)樵诎l(fā)送指令時(shí)較大的電流不流經(jīng)輸出電抗器、變壓器的次級(jí)線圈和整流器,因此可以提高開(kāi)關(guān)電源的可靠性。
通過(guò)閱讀下文參考附圖的描述本發(fā)明的上述目的和其它目的和特征將會(huì)更加清楚。
附圖1所示為說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電源的電路圖。
附圖2所示為在負(fù)載的電阻部件RLoad相當(dāng)大時(shí)在附圖1中所示的開(kāi)關(guān)電源的操作的時(shí)序圖。
附圖3所示為在附圖2中所示的時(shí)序圖的原理部分的放大時(shí)序圖。
附圖4所示為在負(fù)載的電阻部件RLoad相當(dāng)小時(shí)在附圖1中所示的開(kāi)關(guān)電源的操作的時(shí)序圖。
附圖5所示為在附圖1中所示的開(kāi)關(guān)電源的變型實(shí)例的電路圖。
附圖6所示為作為本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電源的電路圖。
附圖7所示為說(shuō)明常規(guī)的開(kāi)關(guān)電源的電路圖。
附圖8所示為在附圖7中所示的常規(guī)的開(kāi)關(guān)電源的操作的時(shí)序圖。
附圖9所示為在發(fā)送了停止開(kāi)關(guān)電源的操作的指令時(shí)輸出電壓Vout的下沖的時(shí)序圖。
具體實(shí)施例方式
參考附圖詳細(xì)地解釋本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
附圖1所示為作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電源的電路圖。
如附圖1所示,本實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電源可以降低提供到一對(duì)輸入功率端子41和42中的DC(直流)輸入電壓Vin以在一對(duì)輸出功率端子43和44之間產(chǎn)生直流輸出電壓Vout并將該DC輸出電壓Vout提供給負(fù)載。本實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電源由連接到輸入功率端子41和42的反向變換器電路50、連接到反向變換器電路50以激勵(lì)變壓器T2的初級(jí)線圈Lp11的半橋變換器電路60、控制反向變換器電路50的反向變換器控制電路71、控制半橋變換器電路60的半橋變換器控制電路72、在正常操作的過(guò)程中為反向變換器控制電路71和半橋變換器控制電路72產(chǎn)生工作電壓Vcc的輔助電源電路80、在操作的開(kāi)始的過(guò)程中產(chǎn)生工作電壓Vcc的第一操作電壓產(chǎn)生電路90、在操作的終止的過(guò)程中產(chǎn)生工作電壓Vcc的第二操作電壓產(chǎn)生電路100、位于變壓器T2的次級(jí)側(cè)上的自驅(qū)動(dòng)型整流器110和連接在整流器110和輸出功率端子43和44之間的濾波電路120。
此外,在輸入DC電源和輸入功率端子41之間提供操作開(kāi)關(guān)S11。為了啟動(dòng)開(kāi)關(guān)電源,必需從外部將操作開(kāi)關(guān)S11改變到接通狀態(tài)。雖然操作開(kāi)關(guān)S11并不是包括在開(kāi)關(guān)電源中的部件,但是它可以是包括在開(kāi)關(guān)電源中的部件。
反向變換器電路50包括主開(kāi)關(guān)Q11和Q12和慮波電抗器Lb。如在附圖1中所示,主開(kāi)關(guān)Q11和慮波電抗器Lb串聯(lián)連接在高壓側(cè)輸入功率端子41和半橋變換器電路60之間。主開(kāi)關(guān)Q12連接在低壓側(cè)輸入功率端子42和主開(kāi)關(guān)Q11和慮波電抗器Lb的節(jié)點(diǎn)之間。反向變換器電路50可以降低在輸入功率端子41和42之間提供的輸入電壓Vin以在一對(duì)內(nèi)部線45和46之間產(chǎn)生直流內(nèi)部電壓Vp。
半橋變換器電路60包括串聯(lián)連接在該對(duì)內(nèi)部線45和46之間的主開(kāi)關(guān)Q13和主開(kāi)關(guān)Q14和串聯(lián)連接在該對(duì)內(nèi)部線45和46之間的初級(jí)側(cè)電容器C11和C12。如附圖1所示,變壓器T2的初級(jí)線圈Lp11連接在主開(kāi)關(guān)Q13和主開(kāi)關(guān)Q14的節(jié)點(diǎn)和初級(jí)側(cè)電容器C11和C12的節(jié)點(diǎn)之間。
反向變換器控制電路71是這樣的電路它控制包括在反向變換器電路50中的主開(kāi)關(guān)Q11和Q12的開(kāi)關(guān)操作以便在反向變換器控制電路71的控制下以預(yù)定的停滯時(shí)間依次使主開(kāi)關(guān)Q11和Q12進(jìn)入接通狀態(tài)。反向變換器控制電路71基于輸出電壓Vout的電平控制主開(kāi)關(guān)Q12的占空系數(shù)。具體地說(shuō),在輸出電壓Vout相對(duì)于所需的電壓增加時(shí)反向變換器控制電路71降低主開(kāi)關(guān)Q12的占空系數(shù)以降低通過(guò)內(nèi)部線45和46提供到半橋變換器電路60的電功率,而在輸出電壓Vout相對(duì)于所需的電壓降低時(shí)升高主開(kāi)關(guān)Q11的占空系數(shù)以增加通過(guò)內(nèi)部線45和46提供到半橋變換器電路60的電功率。因此,給半橋變換器電路60提供了具有穩(wěn)定的電平的內(nèi)部電壓Vp,該穩(wěn)定的電平取決于直流輸入電壓Vin和主開(kāi)關(guān)Q12的占空系數(shù)。
因?yàn)榉聪蜃儞Q器控制電路71屬于初級(jí)側(cè),所以反向變換器控制電路71不能直接接收輸出電壓Vout。因此通過(guò)隔離電路130給反向變換器控制電路71提供與輸出電壓Vout相關(guān)的電壓Vout’。下文將解釋反向變換器控制電路71的最小操作電壓。
半橋變換器控制電路72是這樣的一種電路它控制包括在半橋變換器電路60中的主開(kāi)關(guān)Q13和主開(kāi)關(guān)Q14的開(kāi)關(guān)操作以便主開(kāi)關(guān)Q13和主開(kāi)關(guān)Q14依次以固定的占空系數(shù)進(jìn)入接通狀態(tài)。因此,在該對(duì)輸出功率端子43和44之間出現(xiàn)了具有穩(wěn)定的電平的輸出電壓Vout,該穩(wěn)定的電平取決于內(nèi)部電壓Vp和變壓器T2的匝數(shù)比。下文將解釋半橋變換器控制電路72的最小操作電壓。
輔助電源電路80是這樣的一種電路用于在正常操作的過(guò)程中產(chǎn)生用于反向變換器控制電路71和半橋變換器控制電路72的工作電壓。輔助電源電路80由二極管橋路B、濾波電容器C13和C14、晶體管Tr11和電阻R11和R12構(gòu)成。二極管橋路B是對(duì)在變壓器T2的初級(jí)側(cè)上的輔助線圈Lp12上出現(xiàn)的電壓進(jìn)行整流的電路。在二極管橋路B的輸出節(jié)點(diǎn)之間出現(xiàn)的電壓通過(guò)濾波電容器C13進(jìn)行濾波以產(chǎn)生輔助功率電壓Vsub。晶體管Tr11連接在二極管橋路B的高壓側(cè)輸出節(jié)點(diǎn)和Vcc線之間。電阻R11連接在晶體管Tr11的基極和發(fā)射電極之間。二極管橋路B的低壓側(cè)輸出節(jié)點(diǎn)直接連接到內(nèi)部線46。在半橋變換器電路60開(kāi)始開(kāi)關(guān)操作時(shí)具有上述結(jié)構(gòu)的輔助電源電路80使用在輔助線圈Lp12上出現(xiàn)的電壓將具有預(yù)定的電平的操作電壓提供給Vcc線。通過(guò)輔助電源電路80提供到Vcc線的操作電壓稱為“Vcc1”。
第一操作電壓產(chǎn)生電路90是這樣的一種電路用于在操作開(kāi)始的過(guò)程中產(chǎn)生用于反向變換器控制電路71和半橋變換器控制電路72的操作電壓。第一操作電壓產(chǎn)生電路90由晶體管Tr12、電阻R13、齊納二極管Z11、二極管D11和操作開(kāi)關(guān)S12構(gòu)成。如附圖1所示,晶體管Tr12和二極管D11串聯(lián)連接在高壓側(cè)輸入功率端子41和Vcc線之間。電阻R13和齊納二極管Z11串聯(lián)連接在高壓側(cè)輸入功率端子41和低壓側(cè)輸入功率端子42之間。電阻R13和齊納二極管Z11的節(jié)點(diǎn)連接到晶體管Tr12的基電極以使齊納二極管Z11的齊納電壓Vz11應(yīng)用到晶體管Tr12的基電極。因此,在晶體管Tr12進(jìn)入接通狀態(tài)時(shí)提供到Vcc線的電壓可以表示為VZ11-2Vth(這里Vth表示在晶體管Tr12的基極和發(fā)射極電極之間的電壓和二極管D11的正向電壓兩者)。通過(guò)第一操作電壓產(chǎn)生電路90提供到Vcc線的操作電壓稱為“Vcc2”。
在本實(shí)施例中,選擇齊納二極管Z11,其齊納電壓VZ11表示如下Vcc1>Vcc2因此,僅在開(kāi)關(guān)電源操作開(kāi)始時(shí)啟動(dòng)第一操作電壓產(chǎn)生電路90。在半橋變換器電路60開(kāi)始開(kāi)關(guān)操作之后,晶體管Tr12進(jìn)入切斷狀態(tài)以使第一操作電壓產(chǎn)生電路90不包括在開(kāi)關(guān)電源的操作中。
包括在第一操作電壓產(chǎn)生電路90中的操作開(kāi)關(guān)S12連接在齊納二極管Z11的相對(duì)端之間。為了啟動(dòng)開(kāi)關(guān)電源,必需從外部切斷操作開(kāi)關(guān)S12。即,為了啟動(dòng)開(kāi)關(guān)電源,操作開(kāi)關(guān)S11必需接通而操作開(kāi)關(guān)S12必需切斷??梢酝ㄟ^(guò)切斷操作開(kāi)關(guān)S11或通過(guò)接通操作開(kāi)關(guān)S12來(lái)終止開(kāi)關(guān)電源的操作。
第二操作電壓產(chǎn)生電路100是這樣的電路用于在操作終止的過(guò)程中產(chǎn)生用于反向變換器控制電路71和半橋變換器控制電路72的操作電壓。第二操作電壓產(chǎn)生電路100由晶體管Tr13和Tr14、齊納二極管Z12和二極管D12構(gòu)成。晶體管Tr13和二極管D12串聯(lián)在連接內(nèi)部線45和Vcc線之間。晶體管Tr14連接在內(nèi)部線45和晶體管Tr13的基電極之間。齊納二極管Z12連接在晶體管Tr13的基電極和內(nèi)部線46之間。晶體管Tr14的柵電極和源電極短接以使晶體管Tr14作為恒流元件使用??梢允褂秒娮杵魈娲w管Tr14。
將齊納二極管Z12的齊納電壓VZ12設(shè)置成低于齊納二極管Z11的齊納電壓VZ11。因此,在操作開(kāi)關(guān)S11處于接通狀態(tài)并且操作開(kāi)關(guān)S12處于切斷狀態(tài)時(shí),因?yàn)榫w管Tr12的基極電壓低于晶體管Tr13的基極電壓,所以在晶體管Tr13的基極電極和發(fā)射極電極之間施加一個(gè)比晶體管Tr13的閾值電壓更低的電壓,然后將晶體管Tr13保持在切斷狀態(tài)。在晶體管Tr11處于切斷狀態(tài)時(shí),第二操作電壓產(chǎn)生電路100并不包括在開(kāi)關(guān)電源的操作中。
在晶體管Tr13進(jìn)入接通狀態(tài)時(shí),施加到Vcc線的電壓表示為VZ12-2Vth(這里Vth表示在晶體管Tr13的基極和發(fā)射極電極之間的電壓和二極管D12的正向電壓兩者)。通過(guò)第二操作電壓產(chǎn)生電路100提供到Vcc線的操作電壓稱為“Vcc3”。
因?yàn)辇R納二極管Z12的齊納電壓VZ12低于如前文所指出的齊納二極管Z11的齊納電壓VZ11,因此在Vcc2和Vcc3之間的關(guān)系可以表示為Vcc2>Vcc3因此,由于操作開(kāi)關(guān)S11切斷或者操作開(kāi)關(guān)S12接通的緣故,僅在晶體管Tr12處于切斷時(shí)啟動(dòng)第二操作電壓產(chǎn)生電路100。
在本實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電源中,反向變換器控制電路71的最小的操作電壓設(shè)置成低于Vcc2并且等于或大于Vcc3,而半橋變換器控制電路72的最小的操作電壓設(shè)置成低于Vcc3。因此,在輔助電源電路80或第一操作電壓產(chǎn)生電路90處于有效狀態(tài)時(shí)反向變換器控制電路71可以驅(qū)動(dòng)主開(kāi)關(guān)Q11和Q12,而在第二操作電壓產(chǎn)生電路100處于有效狀態(tài)并且輔助電源電路80和第一操作電壓產(chǎn)生電路90都不處于有效狀態(tài)時(shí)反向變換器控制電路71不能驅(qū)動(dòng)主開(kāi)關(guān)Q11和Q12。在輔助電源電路80、第一操作電壓產(chǎn)生電路90和第二操作電壓產(chǎn)生電路100中任一個(gè)處于有效狀態(tài)時(shí)半橋變換器控制電路72就能夠驅(qū)動(dòng)主開(kāi)關(guān)Q13和Q14。
整流器110由整流開(kāi)關(guān)Q15和Q16和電阻R14和R15構(gòu)成。整流開(kāi)關(guān)Q15連接在變壓器T2的次級(jí)線圈Ls11和低壓側(cè)輸出功率端子44之間。整流開(kāi)關(guān)Q16連接在變壓器T2的次級(jí)線圈Ls12和低壓側(cè)輸出功率端子44之間。整流開(kāi)關(guān)Q15的柵電極連接到次級(jí)線圈Ls12,而整流開(kāi)關(guān)Q16的柵電極連接到次級(jí)線圈Ls11。即,整流器110是自驅(qū)動(dòng)型的。此外,電阻R14和R15分別插入在整流開(kāi)關(guān)Q15和Q16的柵電極和源電極之間,以防止它的柵電極處于浮動(dòng)狀態(tài)。
濾波電路120由連接在整流器110的整流端和高壓側(cè)輸出功率端子43之間的輸出電抗器Lout和連接在該對(duì)輸出功率端子43和44之間的輸出電容器Cout構(gòu)成。
通過(guò)電阻部件RLoad、電容部件CLoad和電抗部件LLoad可以表示負(fù)載,該負(fù)載不是包括在開(kāi)關(guān)電源中的元件,并且它連接在該對(duì)輸出功率端子43和44之間。
接著,解釋本實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電源的操作。
附圖2所示為本實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電源的操作的時(shí)序圖。
為了啟動(dòng)本實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電源,操作開(kāi)關(guān)S11必需改變到接通狀態(tài),并且必需從外部將操作開(kāi)關(guān)S12改變到切斷狀態(tài)。在操作開(kāi)關(guān)S11改變到接通狀態(tài)并且操作開(kāi)關(guān)S12改變切斷狀態(tài)時(shí),Vcc線的電平變?yōu)閂cc2,因?yàn)樵诘谝徊僮麟妷寒a(chǎn)生電路90中的晶體管Tr12接通。
由于這個(gè)緣故,反向變換器控制電路71和半橋變換器控制電路72都啟動(dòng)。具體地說(shuō),反向變換器控制電路71基于電壓Vout’以一定占空系數(shù)依次使主開(kāi)關(guān)Q11和Q12進(jìn)入接通狀態(tài),而半橋變換器控制電路72以固定的占空系數(shù)依次使主開(kāi)關(guān)Q13和Q14進(jìn)入接通狀態(tài)。
由于這個(gè)緣故,因?yàn)樽儔浩鱐2的初級(jí)電壓VLP11的極性交替地反向,并且與初級(jí)側(cè)的操作同步,因此在變壓器T2的次級(jí)線圈Ls11和Ls12上出現(xiàn)的次級(jí)電壓也交替地反向,因此整流開(kāi)關(guān)Q15和Q16交替地依次進(jìn)入接通狀態(tài)。結(jié)果,對(duì)交替反向的極性的次級(jí)電壓進(jìn)行了整流,并且通過(guò)濾波電路120對(duì)所整流的電壓進(jìn)行濾波以產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出電壓Vout。
附圖3所示為在附圖2中所示的時(shí)序圖的原理部分的放大時(shí)序圖。
如附圖3所示,在半橋變換器控制電路72的控制下在主開(kāi)關(guān)Q13和Q14相互切換時(shí),流經(jīng)輸出電抗器Lout的電流ILOUT的頻率變成開(kāi)關(guān)頻率的兩倍,而流經(jīng)變壓器T2的初級(jí)線圈Lp11的電流ILP11的頻率變成與開(kāi)關(guān)頻率相同。在流經(jīng)輸出電抗器Lout的電流ILOUT的方向?yàn)檎虻那闆r下,對(duì)輸出電容器Cout進(jìn)行充電;在流經(jīng)輸出電抗器Lout的電流ILOUT的方向?yàn)樨?fù)向的情況下,輸出電容器Cout放電。
在主開(kāi)關(guān)Q13處于接通狀態(tài)的周期中,在流經(jīng)變壓器T2的初級(jí)線圈Lp11的電流ILP11的方向?yàn)檎虻耐瑫r(shí)初級(jí)側(cè)電容器C11放電,而在流經(jīng)變壓器T2的初級(jí)線圈Lp11的電流ILP11的方向?yàn)樨?fù)向的同時(shí)對(duì)初級(jí)側(cè)電容器C11進(jìn)行充電。雖然在附圖3中沒(méi)有示出,在主開(kāi)關(guān)Q14處于接通狀態(tài)的周期中,在流經(jīng)變壓器T2的初級(jí)線圈Lp11的電流ILP11的方向?yàn)檎虻耐瑫r(shí)對(duì)初級(jí)側(cè)電容器C12進(jìn)行充電,而在流經(jīng)變壓器T2的初級(jí)線圈Lp11的電流ILP11的方向?yàn)樨?fù)向的同時(shí)初級(jí)側(cè)電容器C12放電。
在通過(guò)半橋變換器電路60的開(kāi)關(guān)操作所產(chǎn)生的電壓出現(xiàn)在變壓器T2上的輔助線圈Lp12上時(shí),輔助電源電路80將操作電壓Vcc1提供給Vcc線的電平。然后,停止第一操作電壓產(chǎn)生電路90。
在另一方面,在操作開(kāi)關(guān)S12在所需的時(shí)間上充電到接通狀態(tài)時(shí),晶體管Tr12切斷,因?yàn)樗幕鶚O電壓降低了。在晶體管Tr12切斷時(shí),晶體管Tr11也切斷,因?yàn)樗幕鶚O電壓也降低了。
由于這個(gè)原因,Vcc的電平降低,然后晶體管Tr13接通,因?yàn)樵谒幕鶚O和發(fā)射極電極之間的電壓超過(guò)它的閾值電壓。然后,Vcc線的電平變成Vcc3,因此反向變換器控制電路71的操作終止。即,主開(kāi)關(guān)Q11和Q12都呈切斷狀態(tài)。在另一方面,因?yàn)閷霕蜃儞Q器控制電路72的最小操作電壓設(shè)定成低于Vcc3,因此主開(kāi)關(guān)Q13和Q14繼續(xù)開(kāi)關(guān)操作。
因此,整流開(kāi)關(guān)Q15和Q16也以正常的開(kāi)關(guān)頻率繼續(xù)開(kāi)關(guān)操作,并且整流開(kāi)關(guān)Q15和Q16都不會(huì)象常規(guī)的開(kāi)關(guān)電源那樣保持在接通狀態(tài)。
如前文所述,根據(jù)本實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電源,在通過(guò)接通操作開(kāi)關(guān)S12發(fā)送停止開(kāi)關(guān)電源的操作的指令之后,主開(kāi)關(guān)Q13和Q14仍然繼續(xù)開(kāi)關(guān)操作,因此存儲(chǔ)在負(fù)載的電容部件CLoad和輸出電容器Cout中的能量逐漸被負(fù)載的電阻部件RLoad、主開(kāi)關(guān)Q13和Q14、整流開(kāi)關(guān)Q15和Q16等消耗掉,因此降低了輸出電壓Vout。在這個(gè)期間,由于主開(kāi)關(guān)Q13和Q14繼續(xù)以正常的開(kāi)關(guān)頻率進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作,因此輸出電壓Vout并不會(huì)象常規(guī)開(kāi)關(guān)電源那樣降低而且波動(dòng),但輸出電壓Vout基本線性地降低。
此外,在本實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電源中,即使在操作開(kāi)關(guān)S12改變到接通狀態(tài)時(shí)主開(kāi)關(guān)Q13和Q14仍然繼續(xù)開(kāi)關(guān)操作。因此,與常規(guī)的開(kāi)關(guān)電源不同的是,不會(huì)產(chǎn)生逆程電壓,因此在開(kāi)關(guān)電路中的內(nèi)部電壓Vp不會(huì)增加。在開(kāi)關(guān)電路中的內(nèi)部電壓Vp如附圖2所示那樣線性地降低。在另一方面,在Vcc線電平降低了半橋變換器控制電路72的最小操作電壓時(shí),所有的開(kāi)關(guān)操作都終止。在這時(shí),因?yàn)橐呀?jīng)消耗了存儲(chǔ)在輸出電容器Cout和負(fù)載的電容部件CLoad中的大部分能量,因此輸出電壓Vout不會(huì)象常規(guī)的開(kāi)關(guān)電源那樣在非常長(zhǎng)的時(shí)間周期上波動(dòng)。
此外,因?yàn)樵诓僮鏖_(kāi)關(guān)S12改變接通狀態(tài)之后主開(kāi)關(guān)Q13和Q14的開(kāi)關(guān)操作與在正常的操作過(guò)程中的開(kāi)關(guān)操作相同,因此流經(jīng)輸出電抗器Lout的電流與正常操作的電流相同,并且沒(méi)有異常電流流動(dòng)。
此外,在本實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電源中,因?yàn)樵谕ㄟ^(guò)操作開(kāi)關(guān)S12的接通發(fā)送停止開(kāi)關(guān)電源的操作的指令之后,主開(kāi)關(guān)Q13和Q14繼續(xù)開(kāi)關(guān)操作,所以在滿足如下的公式(3)時(shí)由整流開(kāi)關(guān)Q15(體二極管)、變壓器T2的次級(jí)線圈Ls11、輸出電抗器Lout和輸出電容器Cout組成的LCR串聯(lián)電路和由整流開(kāi)關(guān)Q16(體二極管)、變壓器T2的次級(jí)線圈Ls12、輸出電抗器Lout和輸出電容器Cout組成的另一LCR串聯(lián)電路振蕩RLoad2<4·LLoadCout+(N1N2)2·(C11+C12)...(3)]]>
這里N1表示變壓器T2的初級(jí)線圈Lp11的匝數(shù),N2表示變壓器T2的次級(jí)線圈Ls11和Ls12的匝數(shù)。
從公式(3)中可以看出,根據(jù)本實(shí)施例,因?yàn)閷⒊跫?jí)側(cè)電容器C11和C12的電容加入到公式(1)中,所以LCR串聯(lián)電路阻止了振蕩。因此,通過(guò)應(yīng)用初級(jí)側(cè)電容器C11和C12的電容但不使用任何附加的電容器Cex可以防止輸出電壓Vout的下沖。
附圖4所示為在附圖1中的開(kāi)關(guān)電源的操作的時(shí)序圖,在該圖中負(fù)載的電阻部件RLoad相當(dāng)小。
如附圖4所示,在初級(jí)側(cè)電容器C11和C12的電容即使不滿足公式(3)的情況下,即使在負(fù)載的電抗部件LLoad上的電壓VLLoad上升,因?yàn)長(zhǎng)CR串聯(lián)電路不滿足振蕩條件,因此輸出電壓Vout也不會(huì)變?yōu)樨?fù)。即,可以防止輸出電壓Vout的下沖。
如上文所解釋,根據(jù)本實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電源,因?yàn)橥ㄟ^(guò)接通操作開(kāi)關(guān)S12終止開(kāi)關(guān)電源的操作而不產(chǎn)生在常規(guī)的開(kāi)關(guān)電源中出現(xiàn)的各種問(wèn)題,因此可以通過(guò)在接通狀態(tài)下的操作開(kāi)關(guān)S11啟動(dòng)和終止本實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電源的操作。因此,本實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電源特別適合于操作開(kāi)關(guān)S11設(shè)置在開(kāi)關(guān)電源之外的情況。
此外,在本實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電源中,因?yàn)樵谡2僮鞯倪^(guò)程中停止了第一操作電壓產(chǎn)生電路90,同時(shí)通過(guò)輔助電源電路80給Vcc線提供操作電壓,因此在正常操作的過(guò)程中在第一操作電壓產(chǎn)生電路90中不會(huì)產(chǎn)生電損失。
此外,因?yàn)楸緦?shí)施例的開(kāi)關(guān)電源通過(guò)兩個(gè)串連變換器電路、反向變換器電路50和半橋變換器電路60執(zhí)行輸入電壓Vin的壓降,因此可以降低在每個(gè)變換器電路中產(chǎn)生的電損失,因此可以總體地提高轉(zhuǎn)換效率。
雖然附圖2和4所示為通過(guò)接通操作開(kāi)關(guān)S12終止本實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電源的操作的情況,但是通過(guò)切斷操作開(kāi)關(guān)S11也可以終止它。還是在這種情況下,與接通操作開(kāi)關(guān)S12的情況類似,可以終止開(kāi)關(guān)電源的操作而不產(chǎn)生在常規(guī)的開(kāi)關(guān)電源中出現(xiàn)的各種問(wèn)題。
在本實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電源中,雖然包括在第二操作電壓產(chǎn)生電路100中的晶體管Tr13的集電極電極和晶體管Tr14的漏極電極都連接到內(nèi)部線45,但是它們也可以連接到包括在輔助電源電路80中的二極管橋路B的高壓側(cè)輸出節(jié)點(diǎn),如附圖5所示。在附圖5中所示的開(kāi)關(guān)電源可以執(zhí)行與在附圖1中的開(kāi)關(guān)電源的操作幾乎相同的操作。
接著,解釋本發(fā)明的另一優(yōu)選的實(shí)施例。
附圖6所示為本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電源的電路圖。
如在附圖6中所示,除了增加附加的電路140以外,本實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電源具有與在附圖1中所示的開(kāi)關(guān)電源相同的結(jié)構(gòu)。
附加電路140由串聯(lián)連接在內(nèi)部線45和46之間的附加電容器Ca和附加電阻器Ra構(gòu)成,它用于防止LCR串聯(lián)電路振蕩。在本實(shí)施例中,在滿足公式(4)時(shí),LCR串聯(lián)電路振蕩,由此產(chǎn)生下沖。RLoad2<4·LLoadCout+(N1N2)2·(cl1+cl2)+(2·N1N2)2·Ca...(4)]]>從公式(4)中可以看出,根據(jù)本實(shí)施例,LCR串聯(lián)電路仍然非常強(qiáng)地抑制了振蕩,因?yàn)楦郊与娙萜鰿a的電容加入到公式(3)中。因此,本實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電源適合于在僅僅通過(guò)利用初級(jí)側(cè)電容器C11和C12的電容不能防止輸出電壓Vout的下沖的地方,即在滿足公式(3)時(shí)。因?yàn)楦郊与娙萜鰿a和附加電阻器Ra構(gòu)成了時(shí)間恒定電路,在正常操作的過(guò)程中附加電路140并不影響開(kāi)關(guān)電源的操作。
附加電路140可以加入到在附圖5中所示的開(kāi)關(guān)電源中。
因此參考具體的實(shí)施例已經(jīng)示出并描述了本發(fā)明。然而,應(yīng)該注意的是本發(fā)明并不限于所描述的詳細(xì)結(jié)構(gòu),在不脫離所附加的權(quán)利要求的范圍的前提下可以作出變型。
例如,在上述的實(shí)施例中,通過(guò)給齊納二極管Z12設(shè)置低于齊納二極管Z11的齊納電壓VZ11的齊納電壓VZ12可以實(shí)現(xiàn)所需的操作。然而,可以允許齊納二極管Z11的齊納電壓VZ11和齊納二極管Z12的齊納電壓VZ12具有相同的值或者齊納二極管Z11的齊納電壓VZ11低于齊納二極管Z12的齊納電壓VZ12,只要在操作開(kāi)關(guān)S11處于接通狀態(tài)同時(shí)操作開(kāi)關(guān)S12處于切斷狀態(tài)時(shí),晶體管Tr12的基極電壓高于晶體管Tr13的基極電壓。
此外,在上述的實(shí)施例中,通過(guò)將反向變換器控制電路71的最小操作電壓設(shè)置成高于半橋變換器控制電路72的最小操作電壓可以實(shí)現(xiàn)所需的操作。然而,可以允許這些最小操作電壓具有相同的值或者反向變換器控制電路71的最小操作電壓低于半橋變換器控制電路72的最小操作電壓,只要在例如通過(guò)在反向變換器控制電路71的Vcc輸入端和Vcc線之間增加一個(gè)或串聯(lián)的多個(gè)二極管啟動(dòng)第二操作電壓產(chǎn)生電路100時(shí),在半橋變換器控制電路72保持在有效狀態(tài)的同時(shí),停止反向變換器控制電路71。
此外,在上述的實(shí)施例中,變壓器T2的初級(jí)側(cè)電路由串聯(lián)連接的反向變換器電路50和半橋變換器電路60構(gòu)成;然而,變壓器T2的初級(jí)側(cè)電路并不限于這種結(jié)構(gòu),也可以串聯(lián)使用其它的變換器電路作為變壓器T2的初級(jí)側(cè)電路。例如,可以使用升壓變換器電路等類似的電路替代反向變換器電路50,以及使用正向變換器電路、全橋變換器電路、推挽變換器電路等替代半橋變換器電路60。
此外,在上述的實(shí)施例中,整流器110是自驅(qū)動(dòng)型的。然而,因?yàn)椴还苷髌魇欠袷亲则?qū)動(dòng)型的,在操作終止的過(guò)程中輸出電壓Vout下沖的問(wèn)題都會(huì)出現(xiàn),因此也可以使用通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制的同步型整流器或使用二極管的普通型整流器替代自驅(qū)動(dòng)型的整流器110。
此外,在上述的實(shí)施例中,雖然反向變換器控制電路71和半橋變換器控制電路72都屬于變壓器T2的初級(jí)側(cè),但是它們也可以屬于變壓器T2的次級(jí)側(cè)。
如上文所述,根據(jù)本發(fā)明的開(kāi)關(guān)電源,可以以如下的方式終止開(kāi)關(guān)電源的操作輸出電壓Vout基本線性地降低而不會(huì)有波動(dòng)或下沖。因此可以有效地避免負(fù)載的故障。此外,根據(jù)本發(fā)明的開(kāi)關(guān)電源,在發(fā)送了停止開(kāi)關(guān)電源的操作的指令時(shí)防止在初級(jí)側(cè)上的開(kāi)關(guān)電路中的內(nèi)部電壓Vp逐漸增加。因此可以有效地保護(hù)在初級(jí)側(cè)上使用的電部件不受損壞。此外,因?yàn)椴恍枰褂媚透邏旱牟考?,因此降低了開(kāi)關(guān)電源的成本。此外,因?yàn)樵诎l(fā)送指令時(shí)較大的電流不流經(jīng)輸出電抗器Lout,因此可以提高開(kāi)關(guān)電源的可靠性。
因此,本發(fā)明的開(kāi)關(guān)電源適合于作為給具有較大電容部件CLoad的負(fù)載提供電功率的開(kāi)關(guān)電源。此外,本發(fā)明的開(kāi)關(guān)電源特別適合于作為給易于經(jīng)常呈輕負(fù)載狀態(tài)的負(fù)載提供電功率的開(kāi)關(guān)電源。此外,本發(fā)明的開(kāi)關(guān)電源還適合于給要求較低的電壓和較大的電流的負(fù)載(比如服務(wù)器計(jì)算機(jī))提供電功率的開(kāi)關(guān)電源。即,根據(jù)本發(fā)明,即使在較重的負(fù)載狀態(tài)或較輕的負(fù)載狀態(tài)下發(fā)送了停止開(kāi)關(guān)電源的操作的指令,該開(kāi)關(guān)電源也能夠基本線性地降低它的輸出電壓。
權(quán)利要求
1.一種開(kāi)關(guān)電源,包括具有初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的變壓器;連接在變壓器的輸入端和初級(jí)線圈之間的開(kāi)關(guān)電路;連接到變壓器的次級(jí)線圈的整流器;控制開(kāi)關(guān)電路的控制電路;以及第一和第二操作電壓產(chǎn)生電路,每個(gè)操作電壓產(chǎn)生電路產(chǎn)生控制電路的操作電壓;由第一操作電壓產(chǎn)生電路所產(chǎn)生的第一操作電壓和由第二操作電壓產(chǎn)生電路所產(chǎn)生的第二操作電壓彼此具有不同的值。
2.如權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)電源,其中第一操作電壓產(chǎn)生電路包括確定第一操作電壓的值的第一齊納二極管,第二操作電壓產(chǎn)生電路包括確定第二操作電壓的值的第二齊納二極管,第一齊納二極管的齊納電壓和第二齊納二極管的齊納電壓彼此具有不同的值。
3.如權(quán)利要求2所述的開(kāi)關(guān)電源,其中第一操作電壓產(chǎn)生電路進(jìn)一步包括與第一齊納二極管并聯(lián)的操作開(kāi)關(guān)。
4.如權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)電源,其中開(kāi)關(guān)電路包括在變壓器的輸入端和初級(jí)線圈之間串聯(lián)的第一和第二變換器。
5.如權(quán)利要求2所述的開(kāi)關(guān)電源,其中開(kāi)關(guān)電路包括在變壓器的輸入端和初級(jí)線圈之間串聯(lián)的第一和第二變換器。
6.如權(quán)利要求5所述的開(kāi)關(guān)電源,其中控制電路包括控制第一變換器的第一變換器控制電路和控制第二變換器的第二變換器控制電路,第一操作電壓產(chǎn)生電路給第一和第二變換器控制電路所公用的電源線提供第一操作電壓,而第二操作電壓產(chǎn)生電路給該電源線提供第二操作電壓。
7.如權(quán)利要求6所述的開(kāi)關(guān)電源,其中在第一操作電壓產(chǎn)生電路處于有效狀態(tài)時(shí)啟動(dòng)第一和第二第二變換器控制電路,在第二操作電壓產(chǎn)生電路處于有效狀態(tài)時(shí)停止第一和第二第二變換器控制電路。
8.如權(quán)利要求6所述的開(kāi)關(guān)電源,其中第一變換器控制電路的最小操作電壓和第二變換器控制電路的最小操作電壓彼此具有不同的值。
9.如權(quán)利要求6所述的開(kāi)關(guān)電源,其中進(jìn)一步包括使用在變壓器的初級(jí)側(cè)上的輔助線圈上出現(xiàn)的電壓,將第三操作電壓提供給電源線的輔助電源電路。
10.如權(quán)利要求9所述的開(kāi)關(guān)電源,其中第三操作電壓高于第一和第二操作電壓。
11.如權(quán)利要求4所述的開(kāi)關(guān)電源,其中第一變換器是從反向變換器和升壓變換器中選擇的,并且第一變換器是從半橋變換器、正向變換器、全橋變換器和推挽變換器中選擇的。
12.如權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)電源,其中整流器是自驅(qū)動(dòng)型的。
13.一種開(kāi)關(guān)電源,包括具有初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的變壓器;連接在變壓器的輸入端和初級(jí)線圈之間的開(kāi)關(guān)電路;連接到變壓器的次級(jí)線圈的整流器;位于整流器的隨后級(jí)上并包括輸出電容器的濾波電路;控制開(kāi)關(guān)電路的控制電路;以及響應(yīng)指令以停止開(kāi)關(guān)操作,至少使用存儲(chǔ)在輸出電容器中的能量給控制電路提供操作電壓的裝置。
14.如權(quán)利要求13所述的開(kāi)關(guān)電源,其中在正常操作的過(guò)程中從該裝置中提供的操作電壓低于提供給控制電路的操作電壓。
15.如權(quán)利要求13所述的開(kāi)關(guān)電源,其中整流器是自驅(qū)動(dòng)型的。
16.如權(quán)利要求14所述的開(kāi)關(guān)電源,其中整流器是自驅(qū)動(dòng)型的。
17.一種開(kāi)關(guān)電源,包括具有初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的變壓器;串聯(lián)連接在變壓器的輸入端和初級(jí)線圈之間的第一和第二變換器;連接到變壓器的次級(jí)線圈的整流器;控制第一和第二變換器的控制電路;以及響應(yīng)指令以停止開(kāi)關(guān)操作,從而以第一和第二變換器的順序停止第一和第二變換器的操作的裝置。
18.如權(quán)利要求14所述的開(kāi)關(guān)電源,其中,在發(fā)送指令時(shí)的時(shí)刻到停止第二變換器的操作的時(shí)刻的期間中,該停止裝置應(yīng)用從變壓器的次級(jí)側(cè)提供的能量使第二變換器的操作繼續(xù)。
19.如權(quán)利要求17所述的開(kāi)關(guān)電源,其中整流器是自驅(qū)動(dòng)型的。
20.如權(quán)利要求18所述的開(kāi)關(guān)電源,其中整流器是自驅(qū)動(dòng)型的。
全文摘要
公開(kāi)了一種開(kāi)關(guān)電源,在發(fā)送停止操作的指令時(shí)該開(kāi)關(guān)電源能夠防止輸出電壓(Vout)波動(dòng)或下沖。根據(jù)本發(fā)明的開(kāi)關(guān)電源應(yīng)用具有初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的變壓器、連接在變壓器的輸入端和初級(jí)線圈之間的開(kāi)關(guān)電路、連接到變壓器的次級(jí)線圈的整流器、位于整流器的隨后級(jí)上并包括輸出電容器的濾波電路、控制開(kāi)關(guān)電路的控制電路和響應(yīng)停止開(kāi)關(guān)操作的指令至少使用存儲(chǔ)在輸出電容器中的能量給控制電路提供操作電壓的操作電壓產(chǎn)生電路。因此,本發(fā)明的開(kāi)關(guān)電源基本線性地降低了輸出電壓(Vout)。
文檔編號(hào)H02M3/337GK1424812SQ0215590
公開(kāi)日2003年6月18日 申請(qǐng)日期2002年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月5日
發(fā)明者八田昌治, 畠山治彥, 渡邊正人 申請(qǐng)人:Tdk股份有限公司