用于高功率可調(diào)整線性調(diào)節(jié)器的電壓跟蹤整流器方法
【專利摘要】一種用于高功率可調(diào)整線性調(diào)節(jié)器的電壓跟蹤整流器方法。描述了一種用于減小高功率可調(diào)整線性調(diào)節(jié)器的功率耗散的控制方法和裝置。通過(guò)添加幾個(gè)部件，可在線性調(diào)節(jié)器輸出晶體管上設(shè)置固定的電壓降。這不僅可以減小功率耗散，還可以減少包括散熱器、功率晶體管等部件的成本。此外，較低的功率耗散可以增強(qiáng)可靠性以及最小化產(chǎn)品大小。
【專利說(shuō)明】
用于高功率可調(diào)整線性調(diào)節(jié)器的電壓跟蹤整流器方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及用于高功率可調(diào)整線性調(diào)節(jié)器的電壓跟蹤整流器方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著開(kāi)關(guān)電源在電子產(chǎn)品中的流行，線性電源由于具有大尺寸和低效率而變得不太普遍。然而，在一些應(yīng)用中，例如，教育、制造、研究以及開(kāi)發(fā)中，線性電源提供了至關(guān)重要的低波動(dòng)、低噪聲以及快速瞬態(tài)響應(yīng)。在這些應(yīng)用中，需要可調(diào)整的輸出電壓，范圍從OV到36V，或者更高，輸出功率從數(shù)十到數(shù)百(from 10' s to 100' s)瓦。針對(duì)熱部件耗散、效率、機(jī)械大小和復(fù)雜度、輸出電流能力等對(duì)線性電源進(jìn)行適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)。
[0003]線性電源調(diào)節(jié)跨控制電路的輸入電壓和輸出電壓。該拓?fù)涞年P(guān)鍵問(wèn)題是跨例如晶體管的線性調(diào)節(jié)功率器件的功率消耗。晶體管Ql上的耗散為=(Vra-Vtjut)Wt5l^為了減小晶體管上耗散的功率，取決于最終用戶負(fù)載，將￥_電壓減小到對(duì)于給定的Itjut提供穩(wěn)定的Vout的最小電平。
[0004]目前的現(xiàn)有技術(shù)包括多繞組次級(jí)變壓器、感測(cè)Vrat電壓并控制電子開(kāi)關(guān)6和兩個(gè)二極管7、8的控制電路，其使能或禁用第2變壓器繞組。參見(jiàn)圖1中的詳細(xì)框圖。變壓器9的次級(jí)具有雙繞組，其中的一個(gè)繞組跨包括二極管11、12、13、14的全波整流器連接。整流輸出V,e。通過(guò)雙極晶體管Ql耦合到輸出Vwt。耦合到Ql的基極的是晶體管控制15，其包括電流放大器16,電流放大器16的輸入來(lái)自于誤差放大器17,該誤差放大器17的負(fù)輸入是從節(jié)點(diǎn)18處的Vtjut分出的電壓。
[0005]增加Vref電壓，單個(gè)變壓器繞組通過(guò)二極管11和13以及雙繞組被禁用，增加了輸出電壓。功率耗散是(Hut) *10Ut, 1ut是跨Rltjad的Vwt。\ec被設(shè)置在變壓器9雙繞組電壓的最大值或峰值。
[0006]如果變壓器9單繞組等效于雙繞組，最大Ql功率耗散為Vwt = 0V，，其中 l/2Vpeak 變壓器 9。Ql 最大功率為(IAVpeak-Vtjut) * Iwt，或者 I/2Vpeak* I out。Ql 最大功率還發(fā)生在Vwt = 1/2V全標(biāo)度處，其中^ Vpeak變壓器9。Ql最大功率為(Vpeak-Vwt)^I,為了保證合適的熱部件耗散，必須為最大Ql負(fù)載設(shè)計(jì)熱沉和冷卻，從而導(dǎo)致相當(dāng)大的(sizable)空間、成本和復(fù)雜性。如果附加的變壓器9繞組是可用的，Ql功率耗散可以減少，但是對(duì)于每個(gè)附加繞組，必須要復(fù)制附加開(kāi)關(guān)和二極管，加上附加開(kāi)關(guān)控制電路來(lái)針對(duì)+/-10%電壓和+/-3%頻率容限的AC輸入調(diào)節(jié)變壓器9。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0007]本實(shí)用新型將介紹更好的控制方法來(lái)解決不同AC輸入條件和輸出電壓設(shè)置。耗散僅取決于用戶的負(fù)載和缺省偏移電壓，以及功率耗散等式應(yīng)當(dāng)為:P1()SS = V.JU。
[0008]描述了一種控制方法和裝置，用于減小高功率可調(diào)整線性調(diào)節(jié)器的功率耗散。通過(guò)添加幾個(gè)部件，可以設(shè)置跨Ql輸出晶體管的固定電壓。其可以減少Q(mào)l功率耗散，簡(jiǎn)化Ql散熱器設(shè)計(jì)、減少昂貴的散熱器、風(fēng)扇以及電源部件的大小和空間。另外，較低的Ql功率耗散將減少Q(mào)l的溫度，改進(jìn)了熱可靠性。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是使用多繞組智能開(kāi)關(guān)技術(shù)構(gòu)造可調(diào)整線性調(diào)節(jié)器的現(xiàn)有方法的框圖，并且其被指定為現(xiàn)有技術(shù)。
[0010]圖2是示出了本實(shí)用新型的改進(jìn)線性調(diào)節(jié)器電路構(gòu)造的框圖。
[0011]圖3是圖2的驅(qū)動(dòng)器子電路的詳細(xì)框圖。
[0012]圖4是圖2的鋸齒波發(fā)生器子電路的詳細(xì)框圖。
[0013]圖5是圖2的Vtjffset子電路的詳細(xì)框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014]如圖2中所示，包括晶體管Ql的輸出電路、包括電流放大器16和第一誤差放大器17的晶體管控制15與圖1中的類(lèi)似。變壓器10采用單繞組次級(jí)，并且圖1中的開(kāi)關(guān)6、二極管7、8以及開(kāi)關(guān)控制被省略。不是具有四個(gè)二極管的全波整流橋，我們用兩個(gè)SCR21、23代替兩個(gè)二極管。SCR控制電路24包含第二誤差放大器25、比較器26、SCR驅(qū)動(dòng)器27、28以及鋸齒波發(fā)生器30。對(duì)變壓器輸出正弦波采樣以產(chǎn)生鋸齒波，該波頻率將跟隨輸入AC輸入電壓和頻率變化，參見(jiàn)圖4。誤差放大器25負(fù)輸入不僅使用Vwt，而且加上來(lái)自由Vtjffsrt電路32提供的Vwt的固定偏移電壓(Vtjffsrt)，在圖5中更詳細(xì)地示出。誤差放大器25的輸出(U將與鋸齒波相比較以得到SCR的打開(kāi)點(diǎn)(open point)。反饋控制環(huán)是:如果Vref增加，則DC輸出電壓Vtjut增加，誤差放大器輸出電SVm。將減小。然后，SCR將在下半周期期間事先打開(kāi)，并且將增加。反之亦然，如果VMf減小，則DC輸出電壓Vwt減小，誤差放大器輸出V.將增加。SCR將在下半周期期間稍后打開(kāi)，以及\ec將減小以保持Vra-Vtjut =
Voffset ° Vrec
將跟蹤Vtjut的改變而改變。
[0015]假設(shè)設(shè)置Vtjffset = 5V，該5V偏移電壓跨晶體管Ql出現(xiàn)。不管針對(duì)0.5V/5A的輸出還是針對(duì)30V/5A的輸出設(shè)置RlMd，Ql晶體管功率損失將保持在25W?？梢葬槍?duì)5V偏移以及最大電源Rltjad電流設(shè)計(jì)Ql晶體管散熱器設(shè)計(jì)。
[0016]當(dāng)Vrat >全標(biāo)度或峰值變壓器輸出電壓的80%時(shí)，驅(qū)動(dòng)器持續(xù)地接通SCR以增加電壓Vra，來(lái)保持跨Ql的恒定電壓降。
[0017]圖3更加詳細(xì)地示出了用于SCR21、23的驅(qū)動(dòng)器電路27、28。來(lái)自比較器26的DriverJn信號(hào)耦合到隔離三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件(Triac)光耦合器三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件的輸入。三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件輸出耦合到SCR柵極，提供與低電壓SCR驅(qū)動(dòng)器控制電路的高電壓Tsense_pos和Tsense_neg隔離。
[0018]圖4更詳細(xì)地示出了鋸齒波發(fā)生器30。連接到Vrefl并且通過(guò)二極管I和2連接到變壓器次級(jí)的比較器3基于如附圖波形中示出的變壓器初級(jí)輸入電壓和頻率產(chǎn)生鋸齒斜波形
[0019]圖5更加詳細(xì)地示出了恒定電壓偏移電路32。運(yùn)算放大器、二極管以及電阻器串聯(lián)耦合到電流源，以保持參考Vrat的恒定電壓偏移。
[0020]總之，本方法通過(guò)改變幾個(gè)部件將極大地減少線性晶體管上的功率耗散、改進(jìn)效率、減少成本并增加產(chǎn)品的輸出能力。本技術(shù)已經(jīng)被轉(zhuǎn)換為工程原型，它們?cè)谛阅軠y(cè)試中已
【權(quán)利要求】
1.一種具有電壓跟蹤整流器的可調(diào)整線性調(diào)節(jié)器，包括: 變壓器，其具有用于接收AC功率輸入的初級(jí)和用于輸出變換的AC功率信號(hào)的次級(jí)； 整流器電路，其跨變壓器的次級(jí)耦合以輸出具有電壓\ec和電流U的經(jīng)整流的功率信號(hào); 雙極晶體管Q1，其耦合到整流器輸出以在電壓Vtjut傳輸電流Itjut到負(fù)載； 晶體管控制器，其耦合到跨負(fù)載的電壓以及耦合到晶體管Ql的基極以控制通過(guò)晶體管的電流Itjut ； SCR控制電路，其耦合到整流器電路以控制其操作來(lái)保持跨晶體管的恒定電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有電壓跟蹤整流器的可調(diào)整線性調(diào)節(jié)器，其中整流器電路包括布置在全波整流橋的電路拓?fù)渲械膬蓚€(gè)二極管和兩個(gè)SCR。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有電壓跟蹤整流器的可調(diào)整線性調(diào)節(jié)器，其中SCR控制電路包括: Voffset電路，其耦合到電壓Vwt并提供偏移電壓輸出； 誤差放大器，其具有作為輸入的偏移電壓輸出和電壓\ec,并產(chǎn)生輸出誤差電壓； 比較器，其具有作為輸入的輸出誤差電壓和來(lái)自鋸齒波發(fā)生器的輸出鋸齒信號(hào)，該鋸齒波發(fā)生器的輸入包括變換的AC功率信號(hào)以當(dāng)輸出鋸齒信號(hào)電壓超過(guò)輸出誤差電壓Veao時(shí)產(chǎn)生比較器輸出信號(hào)； SCR驅(qū)動(dòng)器電路，其耦合以接收比較器輸出信號(hào)并輸出兩個(gè)SCR控制信號(hào)來(lái)調(diào)制整流器電路的操作，以增加或減小電壓'ec來(lái)保持關(guān)系Ht = V0ffseto
【文檔編號(hào)】H02M7/162GK204089622SQ201420450563
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年6月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月30日
【發(fā)明者】C·J·米勒, 潘朝松, 趙宇 申請(qǐng)人:基思利儀器公司