專利名稱：用于給負(fù)載供電的電路裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于從供電電源給一負(fù)載供給電能的電路裝置。
德國專利申請P3722337.2描述了一種電路裝置，用于傳送來自一個交流電壓源的電功率，在給定時間間隔內(nèi)該電壓源被接到一個能量存儲裝置上以達(dá)到供給它能量的目的，該電路裝置具有一個由控制電路周期性地啟動的開關(guān)，以便從能量存儲裝置中導(dǎo)出該能量。在該電路裝置中，其中產(chǎn)生的高頻干擾被抑制，即從交流電壓源上隔離開，控制電路使開關(guān)只在時間間隔外導(dǎo)通，而在該時間間隔內(nèi)交流電壓源同能量存儲裝置相連接。該電路裝置專用于從一個供電交流電壓導(dǎo)出能量的開關(guān)型電源，由于周期性地啟動開關(guān)的開關(guān)過程，因此產(chǎn)生了干擾電壓和電流，但該干擾電壓和電流將不會進(jìn)入到電網(wǎng)交流電壓中。交流電壓源和能量存儲裝置的分?jǐn)嗷蜻B接最好由一整流級來完成。為了使能量存儲裝置再充電，在整流級處于導(dǎo)通狀態(tài)的時間間隔中，使開關(guān)的啟動被中止，致使該開關(guān)不會通過整流級把任何干擾引入到交流電壓源，即電網(wǎng)中。
然而，中止該開關(guān)的啟動使開關(guān)型電源饋給負(fù)載的能量供給也中斷了，以致使得該負(fù)載周期地但不均勻地被供給能量。
本發(fā)明的目的在于提供一種電路裝置，它具有簡單的裝置，以保證負(fù)載均勻的能量供給和可靠地抑制由負(fù)載引入供電電源及相反方向的干擾。
在開始段節(jié)中所描述的這種類型的電路裝置中，這個目的是采用至少兩個能量存儲裝置，其中至少有一個可交替地連接到負(fù)載或者電源上來解決的。
本發(fā)明利用簡單的電路結(jié)構(gòu)并在均勻地、不間斷地供電給負(fù)載時，提供了抑制干擾的可能性。為了達(dá)到該目的，并不需要精心制作的傳統(tǒng)類型的高頻濾波器。由電源及由負(fù)載產(chǎn)生的干擾均可被電路裝置抑制。它以簡單的方式可適用于任何供電電源和任何負(fù)載結(jié)構(gòu)。
為了所需的交替連接，至少一個能量存儲裝置設(shè)置在第一和第二開關(guān)單元之間的串聯(lián)電路中，這樣是有利的。能量存儲裝置由供電電源通過第一開關(guān)單元供給能量，而負(fù)載是通過第二開關(guān)單元供給能量。最好至少兩個串聯(lián)電路并聯(lián)在供電電源和負(fù)載之間。因此，一個能量存儲裝置在任何時刻能持續(xù)地連接到負(fù)載并給其供電，而至少另外一個的能量存儲裝置連接到供電電源上以便供給能量。
負(fù)載以非常均勻的形式供電，其中至少一個能量存儲裝置固定地連接到負(fù)載上。最好是由串聯(lián)電路供給能量。
本發(fā)明所描述的所有實(shí)施例共同地具有總是連在供電電源和負(fù)載之間的至少一個阻斷的開關(guān)單元，以便不能通過開關(guān)單元和能量存儲裝置將供電電源連接到負(fù)載的引線傳送干擾。
為了將至少一個能量存儲裝置交替地連接到供電電源或者負(fù)載?？刂齐娐纷詈帽挥糜诳刂浦辽僖粋€開關(guān)單元。這就提供了用任意供電電源使該電路裝置工作的可能性，該任意供電電源例如是具有不同頻率和波形的直流或交流電。此外，從供電電源到負(fù)載功率的供給可按照不同的需要由控制電路控制，例如按對于不同類型的負(fù)載的需要。
在另一個實(shí)施例中，至少一個第一開關(guān)單元適用于對供電電源的交流供電電壓進(jìn)行整流，通過該第一開關(guān)單元至少一個能量存儲裝置可被連接到供電電源上。為此，有關(guān)第一開關(guān)單元可被構(gòu)成為不可控制的整流器，或者專門作成由控制電路控制的整流器。
如果第一開關(guān)單元僅由來自于供電電源的交流電壓來控制，那么是非常有利的。這就能實(shí)現(xiàn)交流電壓簡單的整流，并也能實(shí)現(xiàn)通過能量存儲裝置到負(fù)載簡單的能量傳送。
如果至少一個第二開關(guān)單元可借助于在第一開關(guān)單元后面的控制電路控制時，那么也是特別有利的。因此所確定的控制系統(tǒng)在所有的工作情況下，特別是在供電電源脈動電壓下，能實(shí)現(xiàn)電路裝置的可靠工作。
在另一個實(shí)施例中，控制電路在一個第一開關(guān)單元和相連接的能量儲存單元之間設(shè)置了一個電位移動級，用以產(chǎn)生控制電壓，該控制電壓可通過一個控制支路供給連接的第二開關(guān)單元。上述的電路裝置容許簡單地控制相連接的第二開關(guān)單元，該控制無需為此設(shè)置單獨(dú)的電源以供給單獨(dú)的控制邏輯電路，而是依賴于相連接的第一開關(guān)單元進(jìn)行控制。因此按照本發(fā)明實(shí)施例的控制電路可與該電路裝置的其它元件以很緊湊與廉價的方法結(jié)合起來。此外它自身的能量消耗很小。
現(xiàn)在，本發(fā)明的實(shí)施例將參考附圖詳細(xì)地描述在下面。其附圖為

圖1第一個實(shí)施例的方框圖;
圖2第二個實(shí)施例的方框圖;
圖3更詳細(xì)描繪的第三個實(shí)施例;
圖4表示圖3中電路裝置的工作波形圖;
圖5第四個實(shí)施例;
圖6，7表示這個電路裝置的工作波形圖;
圖8第五個實(shí)施例。
根據(jù)圖1的圖解方框圖，它包括一個(理想的)電壓源和兩個電源阻抗2，3的供電電源的等效電路圖，兩個電源阻抗2、3和電壓源1串聯(lián)在一起并構(gòu)成供電電源的等效電壓源的內(nèi)阻。在電源阻抗2和3之間的連接點(diǎn)接地。供電電源的供電電壓可在其端子4、5上獲得。
在圖1中，供電電源1至5與第一開關(guān)單元6相連接，后者又連接到第一能量存儲裝置7，第二開關(guān)單元8，第二能量存儲裝置9和作為終端的負(fù)載10的串聯(lián)電路上。在工作期間，第一和第二開關(guān)單元6和8以這樣的方式交替地變換導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)即僅是第一或第二開關(guān)單元6或8單獨(dú)導(dǎo)通，而另一個開關(guān)單元則關(guān)斷。第一能量存儲裝置7于是交替地連接到供電電源1至5或者連接到第二能量存儲裝置9，并由此連接到負(fù)載10。結(jié)果，來自供電電源的能量被第一能量存儲裝置7交替地取得并在其后通過第二能量存儲裝置9傳遞到負(fù)載10。第二能量存儲裝置9起到緩沖器的作用，該能量在第二開關(guān)單元8處于關(guān)斷的時間間隔中可向負(fù)載10供電。這保證了供給負(fù)載10能量的均勻。
另一方面，所述開關(guān)單元6、8的工作方式保證總有一個是關(guān)斷的，即在供電電源1至5和負(fù)載10之間至少一個以阻斷的開關(guān)形式形成高歐姆阻抗。結(jié)果，干擾既不可能從供電電源1至5到負(fù)載10，又不可能從負(fù)載10到供電電源1至5。對于干擾靈敏的負(fù)載10因此可以有效地對可能存在于供電電源1至5中的干擾電壓形成屏蔽;相反地，形成干擾的負(fù)載10，例如是開關(guān)方式工作的電源，可由供電電源1至5供電而不會由負(fù)載10將干擾傳送到該電源上。
在如圖2所示的第二實(shí)施例中，在其中已經(jīng)描述過的元件具有同樣的標(biāo)號，在供電電源1至5和負(fù)載10之間并聯(lián)兩個串聯(lián)電路，這些串聯(lián)電路中的每一個中分別包括第一開關(guān)單元61，62，第一能量存儲裝置71，72，和第二開關(guān)單元81，82。這些串聯(lián)電路61，71，81和62，72，82中的每一個將以如同在圖1中的第一開關(guān)單元6，第一能量存儲裝置7和第二開關(guān)單元8中的串聯(lián)電路那樣的工作方式工作。另外，相對于在兩個串聯(lián)電路中開關(guān)單元61，62，81和82的開關(guān)狀態(tài)在時間上相互的關(guān)系是這樣的第一能量存儲裝置71，72中的一個總是連接到供電電源1至5，與此同時另外一個連接到負(fù)載10，或是相反。當(dāng)?shù)谝荒芰看鎯ρb置71，72中的一個吸收來自供電電源1至5的能量時，第一能量存儲裝置71，72中的另一個在相同的期間內(nèi)供能負(fù)載10能量。在該期間的最后，開關(guān)單元61，62，81，82以這樣的方式轉(zhuǎn)換剛吸收能量的第一能量存儲裝置71，72連接到負(fù)載10，以便將吸收的能量供給負(fù)載10，而剛向負(fù)載10供能的另一個第一能量存儲裝置71，72這時連接到供電電源1至5上，以便再吸收能量。于是第一能量存儲裝置71和72以一種推挽工作方式下交替地連接到供電電源1至5和負(fù)載10。結(jié)果，第一能量存儲裝置71，72中的一個被隨時地連接到負(fù)載10，因而該負(fù)載10以比由單個第一能量存儲裝置時更均勻的方式被供給能量。尤其是利用該電路裝置，從供電電源1至5到負(fù)載10供給的能量可以是圖1電路裝置可能供給能量的二倍。然而，元件的數(shù)量，尤其是能量存儲裝置，并不隨可供能量的數(shù)量同樣的倍數(shù)增加，因此對于增加電源容量提供了節(jié)省空間的可能性。
所示的并聯(lián)電路可由更多具有類似構(gòu)造的串聯(lián)電路的并聯(lián)支路組成，增多并聯(lián)的數(shù)目。
當(dāng)負(fù)載10從第一能量存儲裝置71，72中的一個轉(zhuǎn)換到另一個時，為了達(dá)到平滑的轉(zhuǎn)換過程，如在圖2中由虛線所表示的那樣，也可在第二開關(guān)單元81，82和負(fù)載10之間設(shè)置第二能量存儲裝置9。然而作為由該能量存儲裝置跨接的時間間隔本質(zhì)上比按圖1中的該裝置短，在圖2中的第二能量存儲裝置可以被取實(shí)際上更小的尺寸，這也造就了簡單緊湊和便宜的構(gòu)造。
圖3表示的第三個實(shí)施例是一個比根據(jù)圖2所示框圖更詳細(xì)的電路，其中與上述相應(yīng)的元件具有相同的標(biāo)號。
在圖3中，第一開關(guān)單元6由橋式整流器組成。第一開關(guān)單元因此也適應(yīng)于將供電電源1至5的電壓源供給的交流電壓進(jìn)行整流。第一能量存儲裝置7(在該相應(yīng)情況中為電容)由出現(xiàn)在第一開關(guān)單元6的直流端的脈動直流電壓供給能量。第二開關(guān)單元8由在第一能量存儲裝置7和第二能量存儲裝置9(也是一個電容)之間連接的串聯(lián)晶體管組成。第二開關(guān)單元由控制電路11來控制。
圖3中也表示了作為開關(guān)型電源的負(fù)載10的構(gòu)造。它包括一個開關(guān)晶體管12，該晶體管12周期地將耗能裝置13和電感14的串聯(lián)電路連接到第二能量存儲裝置9，平波電容器15并聯(lián)到耗能裝置13上并且有一續(xù)流二極管16并聯(lián)在電感14和耗能裝置13的串聯(lián)電路上。起負(fù)載10作用的開關(guān)型電源以常規(guī)方式工作，因此對此不再贅述。
開關(guān)晶體管12的開關(guān)過程在負(fù)載10中產(chǎn)生干擾脈沖，該負(fù)載10中的干擾脈沖當(dāng)?shù)诙_關(guān)單元8導(dǎo)通時通過連接引線也到達(dá)第一開關(guān)單元6，并且如果第一開關(guān)單元6也導(dǎo)通時，那么這些干擾脈沖將通過連接端子4和5也被引入到供電電源。所以，第二開關(guān)單元8以這樣的方式來由控制電路11控制即僅在第一開關(guān)單元6關(guān)斷的時間間隔內(nèi)第二開關(guān)單元8才導(dǎo)通。
參照圖4的曲線，它們表示根據(jù)圖3的電路裝置隨時間變化的工作過程。在圖4a)中的波形是根據(jù)圖3裝置中的電壓U作為在不同時間點(diǎn)上時間t的函數(shù)。標(biāo)號UG表示電源1至5的整流交流電壓的整流正半波。這些正半波的每一個在時間t1和t2之間的時間間隔內(nèi)使第一能量存儲裝置再充電。在第一能量存儲裝置7上的電壓U7跟隨著UG變化。第一開關(guān)單元6，即橋式整流器在t1至t2時間間隔中導(dǎo)通。它被圖解地表示在圖4c)中，其中符號“O”表示第一開關(guān)單元6的關(guān)斷狀態(tài)，而符號“1”表示其導(dǎo)通的狀態(tài)。從供電電源1至5到第一能量存儲裝置7的再充電電流IL被表示在圖4d)中。
如果在時刻t2后電壓UG再減小，第一開關(guān)單元6將關(guān)斷。這時因為第二開關(guān)單元8也仍是關(guān)斷的，所以在第一能量存儲裝置7上的電壓U7開始保持不變。該第二開關(guān)單元8的狀態(tài)用相似于圖4c)的方式表示在圖4b)上?？刂齐娐?1保持第二開關(guān)單元8的關(guān)斷狀態(tài)直到時刻t3為止。這時第一能量存儲裝置7既與供電電源1至5隔離開又與第二能量存儲裝置9和負(fù)載10分隔開，因此除了漏電流外，電壓U7不會變化。
如在圖4b)中波形所示，第二開關(guān)單元8在時刻t1由控制電路11從導(dǎo)通狀態(tài)變換到關(guān)斷狀態(tài)，從而第一能量存儲裝置7與第二能量存儲裝置9分隔開來。在t1至t3的時間間隔中，于是負(fù)載10僅由第二能量存儲裝置9供電。因此出現(xiàn)于該存儲裝置9的電壓U9從時刻t1不斷地下降，如圖4a)所示。
在時刻t3上，在第二開關(guān)單元8變換到再導(dǎo)通狀態(tài)時，這時第二能量存儲裝置9已到達(dá)它的所示工作期間的最低放電狀態(tài)，而第一能量存儲裝置卻被充足電。在第二開關(guān)單元8轉(zhuǎn)換時，在第一和第二能量存儲裝置7和9之間的平衡過程被啟動，能量從第一能量存儲裝置7流入第二能量存儲裝置9。在第一能量存儲裝置7上電壓U7減少的同時，在第二能量存儲裝置9上電壓U9增加。在該平衡過程結(jié)束后，這兩個電壓就相等了，如果不考慮第二開關(guān)單元8上的電壓損耗的話(該電壓損耗未在圖中示出)。時刻t3以這樣的方式來選擇在平衡過程期間電壓U7不能變得比整流電壓UG的瞬時值低，因為否則的話，第一開關(guān)單元6在時刻t3上將會再次轉(zhuǎn)為導(dǎo)通。
負(fù)載10這時被第一和第二能量存儲裝置7和9的并聯(lián)電路供電，電壓U7和U8相同地減少，直到時刻t4它們變成與電源1至5的下一個半波整流電壓UG的上升電壓相等時為止。在該時刻t4上，第一開關(guān)單元6再度變?yōu)閷?dǎo)通，而第二開關(guān)單元8由控制電路11轉(zhuǎn)換為關(guān)斷狀態(tài)。這些變化如圖4b)和4c)所示。這時負(fù)載10僅由第二能量存儲裝置9供電，再充電電流IL通過第一開關(guān)單元6再次流入，然后又重復(fù)如時刻t1開始的過程。
控制電路11可有不同的構(gòu)造。在一個實(shí)施例中，與供電電源1至5的整流電壓UG成正比的電壓是由電源1至5通過一個二極管的供電電壓經(jīng)分壓器取得的，并且該電壓通過一個比較器與基準(zhǔn)電壓相比。比較器供給一個信號，該信號與每一個整流電壓UG的正半波的固定給定時刻同時發(fā)生。相應(yīng)于該時刻位移的、用以控制第二開關(guān)單元8的另一時刻可由相應(yīng)設(shè)計選定的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產(chǎn)生。
在另一個實(shí)施例中，一個測量低歐姆電阻以引線方式設(shè)置在第一能量存儲裝置7上，隨著該電阻再充電電流IL，并且尤其是它的在時刻t1后急劇上升的邊沿被測量出來，然后第二開關(guān)單元8可通過用以確定時刻t3的單穩(wěn)觸發(fā)器轉(zhuǎn)換。
作為所述例子的改型，控制電路11中的時刻t3也可由在能量存儲裝置7、9上的測量電壓U7及U9和整流電壓UG之間的比較確定，其整流電壓UG是以上述方式測量的。當(dāng)U7+U9的和超過整流電壓UG的給定倍數(shù)時，就得到時刻t3，該給定倍數(shù)取決于能量存儲裝置7和9的量值比例。后一個變型有益處，即該電路能自動地對供電電源1至5的電壓波動及對流入負(fù)載10的電流的波動進(jìn)行補(bǔ)償。
與常規(guī)的裝置相類似，在根據(jù)本發(fā)明的電路裝置中供給負(fù)載10的第二能量存儲裝置9上的電壓U9基本上是鋸齒狀波動的。但是，在預(yù)定的最大允許波動的情況下，第一能量存儲裝置7和第二能量存儲裝置9組合起來，也不比在常規(guī)電路裝置中對于同樣的波動所需的一個能量存儲裝置大，因此對于需要相對多空間的這些部件來說，在根據(jù)本發(fā)明的電路中這些部件的量值不會增加。
除去第一開關(guān)單元6由圖3中的橋式整流器表示，及第二開關(guān)單元8用一個雙極性晶體管表示并且能量存儲裝置用電容器表示的實(shí)施形式外，另外的實(shí)施形式也是可能的。為了代替僅對其輸入及輸出電壓差作出反應(yīng)的不可控開關(guān)，也可使用可控的開關(guān)元件作為第一開關(guān)單元，例如取代橋式整流器上的二極管。最好使用晶體三極管作為可控開關(guān)元件。結(jié)果，這些開關(guān)單元也可以使用在與由電源供給的交流電壓所確定的頻率不同的頻率上。尤其是在整流電壓UG的每個半波中這些開關(guān)單元可以完成多個開關(guān)周期。
可以任意選擇使用儲能器代替以電容形式的能量存儲裝置。在適當(dāng)設(shè)計的實(shí)施例中然而也可以使用電感作為能量存儲裝置。
此外，為了使供電電源的電壓適應(yīng)于供給負(fù)載所需的電壓，第一開關(guān)單元可以與一主變壓器相連接在一起，例如以具有轉(zhuǎn)換的或不具有轉(zhuǎn)換的半波或全波整流器的形式出現(xiàn)。對于第二開關(guān)單元可以使用兩端形式代替圖3中的一端形式的實(shí)施例。
對于開關(guān)頻率的選擇，尤其是對第一開關(guān)單元，應(yīng)該考慮的是它所執(zhí)行的開關(guān)過程不會引起干擾信號。
根據(jù)本發(fā)明電路裝置取得的對干擾的抑制的特殊優(yōu)點(diǎn)不僅是不受擾的工作，而且還可以作到尤其是對作為開關(guān)型電源的負(fù)載10，其中所需開關(guān)晶體管對電壓波動所需的裕度比沒有本發(fā)明的干擾抑制時所需的裕度可以定得實(shí)質(zhì)地小一些。在開關(guān)型電源中其開關(guān)晶體管沒有被作出對供電電源電壓的干擾抑制時，它對電壓波動的裕度的確定要考慮一個安全裕量，該安全裕量常常是對于干擾考慮的，尤其是對所謂的電網(wǎng)瞬變過程。這個安全裕度可能為數(shù)百伏的數(shù)量級。這就意味對于這種開關(guān)晶體管必須施加非常嚴(yán)格的要求。然而當(dāng)使用了根據(jù)本發(fā)明的電路裝置時這些要求則可免去，因此可以使用具有較低截止電壓的結(jié)構(gòu)簡單的并且實(shí)質(zhì)上便宜的元件。當(dāng)將這種開關(guān)電源的元件集成在一個半導(dǎo)體基片上時，對元件幾何形狀及制造方法的選擇可以簡化并且降低了成本。
圖5表示具有設(shè)計得非常簡單及可靠的控制電路11的又一個實(shí)施例。已被描述過的部件使用同樣的標(biāo)號。它在主要的結(jié)構(gòu)上該電路裝置對應(yīng)于圖3中的實(shí)施例。控制電路11包括一個電位移動級，它包括一個在第一開關(guān)單元6和第一能量存儲裝置7之間連接引線上的串聯(lián)二極管17和第一開關(guān)單元6的直流端并聯(lián)的分流電阻18。
從開關(guān)單元6的一個直流端，串聯(lián)二極管17和分流電阻18的連接點(diǎn)19上，電位移動級17、18經(jīng)過作為控制支路的電阻20提供一個控制電壓施加到第二開關(guān)單元8的控制端，該第二開關(guān)單元8在該相應(yīng)情況下是雙極性PNP晶體管。
按照圖5的電路裝置的工作過程表示在圖6和圖7的波形圖中。這些圖基本上相應(yīng)于圖4的形式，用于表示根據(jù)圖5的電路裝置的一些電壓波形。標(biāo)號UN表示供電電源1至5的交流電壓經(jīng)第一開關(guān)單元整流形成的脈動直流電壓，并且可在第一開關(guān)單元6的直流端獲得。由于第一開關(guān)單元6的構(gòu)造具有非理想的整流器元件，于是電壓波形UN允許電壓移動，標(biāo)號U7表示在第一能量存儲裝置7上的電壓，U9表示在第二能量存儲裝置9的電壓。圖7表示在實(shí)現(xiàn)第一和第二開關(guān)單元6和8的開關(guān)過程期間的脈動直流電壓UN的半波峰值區(qū)域中更詳細(xì)的電壓波形。標(biāo)號t表示橫座標(biāo)上的時間。
在電路裝置的工作狀態(tài)中，脈沖直流電壓UN在時刻t10前的時間區(qū)間中比在第一能量存儲裝置7上的電壓U7小。所以串聯(lián)二極管17阻斷。出現(xiàn)在連接點(diǎn)19上的脈動直流電壓UN通過電阻20作為控制電壓施加在第二開關(guān)單元的控制端。只要脈動直流電壓UN和在第一能量存儲裝置7上的電壓U7的差超過了第二開關(guān)單元8的基極-發(fā)射極二極管的正向電壓，該開關(guān)單元就是處于導(dǎo)通狀態(tài)，因而相互連接第一和第二能量裝置7和9，并且在這些存儲裝置上出現(xiàn)相同的電壓。從而在該時間區(qū)間，在第二能量存儲裝置9上的電壓U9的變化相同于電壓U7的變化。
如果所說的電壓UN和U7的差在t10過后的時刻變得比第二開關(guān)單元8的基極-發(fā)射極二極管的正向電壓UBE小，該二極管部分隨著此電壓差的減小漸漸地轉(zhuǎn)換到它的阻斷狀態(tài)，串聯(lián)二極17仍繼續(xù)處于其阻斷狀態(tài)，結(jié)果在第一和第二能量存儲裝置7和9之間的連接逐漸被阻斷，因而逐漸由第二能量存儲裝置9向負(fù)載10供電。所以這時在第二能量存儲裝置9上的電壓U9開始比在時刻t10前的時間間隔中以較快的速度減少，而在第一能量存儲裝置7上的電壓減少得很慢。
在時刻t11上，脈動直流電壓UN的值相應(yīng)于在第二能量存儲裝置7上的電壓U7。在該時刻上，呈現(xiàn)在串聯(lián)二極管17二端的電壓消失了，并由此出現(xiàn)在第二開關(guān)單元8的基極-發(fā)射極通路二端的電壓也消失了。在第二開關(guān)單元8剛到達(dá)它的完全關(guān)閉狀態(tài)的時刻t11上，串聯(lián)二極管17仍是完全阻斷的。
如果脈動直流電壓UN進(jìn)一步地增加，在串聯(lián)二極管17逐漸地轉(zhuǎn)換到其導(dǎo)通狀態(tài)時，第二開關(guān)單元8繼續(xù)停留在它的關(guān)斷狀態(tài)。在時刻t12上的脈動直流電壓UN的值比在第一能量存儲裝置7上的電壓大到正好等于串聯(lián)二極管17的正向二極管壓降UD時，就達(dá)到上述的情況。第一能量存儲裝置7這時通過轉(zhuǎn)換到導(dǎo)通狀態(tài)的第一開關(guān)單元6和串聯(lián)二極管17被脈動直流電壓UN充電;因此在第一能量存儲裝置7上的電壓U7由于二極管的正向電壓UD而落后于脈沖直流電壓。
另一方面，負(fù)載10進(jìn)而由第二能量存儲裝置9上的電壓U9供電，因此在時刻t11到達(dá)后，隨著時間的增長，在第二存儲裝置9上的電壓逐漸減少。自時刻t12開始，串聯(lián)二極管17處于飽和狀態(tài)。
在時刻t13上，在連接點(diǎn)19上的脈沖直流電壓UN到達(dá)它的峰值，然后再減少，結(jié)果在脈沖直流電壓UN和在第一能量存儲裝置7上的電壓U7之間的差在時刻t13以后變小，因而串聯(lián)二極管17從它的飽和狀態(tài)向阻斷狀態(tài)轉(zhuǎn)換。然而只要串聯(lián)二極管17還導(dǎo)通，第一能量存儲裝置7也可繼續(xù)在較小程度上充電，電壓U7還繼續(xù)增加，直到時刻t14時為止。此時脈動直流電壓UN相當(dāng)于在第一能量存儲裝置7上的電壓U7，并且串聯(lián)二極管17完全關(guān)斷。因而在脈動直流電壓UN的這個半波中第一能量存儲裝置7的充電過程被告終止，并且第一開關(guān)單元6也轉(zhuǎn)換到關(guān)斷狀態(tài)。
直到時刻t14，在第二能量存儲裝置9上的電壓U9因為第二開關(guān)單元8繼續(xù)關(guān)斷，故繼續(xù)穩(wěn)步地減少。
在時刻t14以后，由于脈動直流電壓UN變成比在第一能量存儲裝置上的電壓U7小，串聯(lián)二極管17保持關(guān)斷狀態(tài)，而第二開關(guān)單元8通過電阻20得到控制電壓，該控制電壓使第二開關(guān)單元8轉(zhuǎn)換到導(dǎo)通狀態(tài)。結(jié)果，對于從第一能量存儲裝置7到第二能量存儲裝置9供給能量的連接被建立起來。由于第一能量存儲裝置7完全充電并且實(shí)際上第二能量存儲裝置被放電到它的最低電壓上，能量開始從第一能量存儲裝置7流入第二能量存儲裝置9，因而第一能量存儲裝置7上的電壓U7減少，而在第二能量存儲裝置9上的電壓U9開始增加。在時刻t15上，脈動直流電壓UN及第一能量存儲裝置7上的電壓U7之間的差值達(dá)到一個數(shù)值，在該值時，第二開關(guān)單元8已完全轉(zhuǎn)換到使形成該單元的雙極性晶體管導(dǎo)通的狀態(tài)，從該時刻起，電壓U7跟隨著通過連接點(diǎn)19和電阻20控制第二開關(guān)單元8的脈動直流電壓UN變化。同樣地，隨著上述控制第一能量存儲裝置7的放電，第二能量存儲裝置9由第一能量存儲裝置7供給的能量充電。能量存儲裝置7和9上電荷的相反方向的變化由脈動直流電壓UN下降邊的延伸確定。如果電荷相反方向的變化慢，即如果是電壓U7減少很慢，第二開關(guān)單元將變得飽和，導(dǎo)致電荷反向變化的加速。相反地，在過快的放電情況下，脈動直流電壓UN和電壓U7之間的差也將變小，因此使第二開關(guān)單元8立即強(qiáng)行趨于關(guān)閉狀態(tài)，結(jié)果反向電荷變化將慢下來。
在時刻t16上，在能量存儲裝置7和9上的電壓U7和U9相等;電荷反向變化過程被告停止。當(dāng)脈動直流電壓UN進(jìn)一步減少時，作為到目前為止的情況，在第一能量存儲裝置7上的電壓U7不再跟隨著第二開關(guān)單元8的基極-發(fā)射極通路的正向電壓在一間距UBE的上方變化。確切地說，電壓U7與U9的共同減少僅由能量流入負(fù)載10來確定。隨著脈動直流電壓UN的減少，它與電壓U7的差越來越大，因此該電壓差通過電阻20迫使第二開關(guān)元件8進(jìn)入其飽和狀態(tài)，并由此處于導(dǎo)通狀態(tài)。其后該狀態(tài)保持不變直到下一個脈動直流電壓UN的半波時為止，從這時起將相應(yīng)地重復(fù)上述自時刻t10開始的周期過程。
所描述的電壓變化和數(shù)值關(guān)系也保證了串聯(lián)二極管17連續(xù)地保持在它的關(guān)斷狀態(tài)，并相應(yīng)地，第一開關(guān)元件6也保持在其關(guān)閉狀態(tài)。
圖6b)和c)的波形圖以簡化形式，并以相似于圖4b)和c)的方式表示第一和第二開關(guān)單元6和8相對時間t的變化狀態(tài)。在時刻t11之前，第一開關(guān)單元6是關(guān)斷狀態(tài)，在圖6c)的波形圖中用“0”表示，而第二開關(guān)單元8是處于導(dǎo)通飽和狀態(tài)，由“1”來表示。在時刻t11上，這些狀態(tài)被轉(zhuǎn)換了;在該時刻前，第二開關(guān)單元8已經(jīng)轉(zhuǎn)換到和圖6b)中的變換到狀態(tài)“0”一致的狀態(tài)。在圖6b)中該變換以簡化的方式表示為垂直邊沿。在時刻t11以后，第一開關(guān)單元6呈現(xiàn)導(dǎo)通狀態(tài)，在時刻t14上，第一開關(guān)單元6轉(zhuǎn)換回到關(guān)閉狀態(tài)，而第二開關(guān)單元8被轉(zhuǎn)換到使構(gòu)成該單元的雙極性晶體管的正向偏置的狀態(tài)“a”，并且保持在該狀態(tài)中直到t16時刻為止。正向偏置狀態(tài)“a”被表示為中間導(dǎo)通狀態(tài)〔圖6b)〕。在時刻t16上，第二開關(guān)單元8呈現(xiàn)導(dǎo)通飽和狀態(tài)“1”，而第一開關(guān)單元6繼續(xù)處在它的關(guān)斷狀態(tài)“0”。在隨后的脈動直流電壓UN的半波上以相應(yīng)的方式重復(fù)這些過程。
由上述進(jìn)一步說明了在按圖5的裝置中，開關(guān)單元6和8出現(xiàn)導(dǎo)通和關(guān)斷的時間間隔總是相互分開的，即它們不能重疊，這是因為對于第二開關(guān)單元8的控制電壓是專門產(chǎn)生的，因此，在供電電源1至5和負(fù)載10之間的高歐姆分?jǐn)嗫偸潜槐ＷC的。
為了通過電阻20傳送盡可能小的干擾，該電阻被選取得盡可能的大，因此構(gòu)成第二開關(guān)單元8的晶體管采用盡可能高的電流放大系數(shù)，以便在第一能量存儲裝置7到第二能量存儲裝置9的傳遞能量的預(yù)定電流情況下，通過電阻20的控制電流可選得盡可能地小。
圖8表示根據(jù)圖5的實(shí)施例的一種改型，其中第二開關(guān)單元8是一個PNP晶體管和一個NPN晶體管的復(fù)合形式，用于增加放大系數(shù)。為了在控制第二開關(guān)單元8的這個改型時電壓間的比例，用兩個串聯(lián)二極管171、172的串聯(lián)電路代替一個串聯(lián)二極管17。此外，放電二極管21并聯(lián)在控制支路的電阻20上，該二極管保證第二開關(guān)單元8的PNP晶體管的基極區(qū)域的快速電荷釋放。
按照圖5和圖8的電路裝置具有非常簡單的結(jié)構(gòu)，尤其是，在這些裝置中的控制電路11不需要任何隔離的邏輯電路，并且不需要隔離地向所需的這些電路供給能量。用這種電路裝置達(dá)到了很好的干擾抑制。尤其是因為在供電電源1至5的電壓脈動和由負(fù)載10吸收能量的脈動被自動地補(bǔ)償了。因此也保證了在供電電源電壓相對時間波動及由此脈動直流電壓UN波動的情況下的干擾抑制。由于所需元件的數(shù)量少，電路裝置以簡單的方式構(gòu)成并且對于較大能量的傳送成本也低，尤其是它可集成在半導(dǎo)體基片上。
權(quán)利要求
1.用于從供電電源(1至5)供給一負(fù)載(10)能量的電路裝置，其特征在于至少具有兩個能量存儲裝置(7、9)，至少它們中的一個能夠被交替地連接到負(fù)載(10)或者供電電源(1至5)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路裝置，其特征在于至少一個能量存儲裝置(7)是在第一(6)和第二(8)開關(guān)單元之間的串聯(lián)電路中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路裝置，其特征在于至少兩個串聯(lián)電路(61、71、81和62、72、82)被并聯(lián)在供電電源(1至5)和負(fù)載(10)之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的電路裝置，其特征在于至少一個能量存儲裝置(9)被固定地連接在負(fù)載(10)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3，或從屬于權(quán)利要求2或3的權(quán)利要求4所述的電路裝置，其特征在于控制至少一個開關(guān)單元(8)的控制電路(11)用于交替地將至少一個能量存儲裝置(7)連接到供電電源(1至5)或者連接到負(fù)載(10)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3，或者從屬于權(quán)利要求2或3的權(quán)利要求4，或權(quán)利要求5所述的電路裝置，其特征在于至少一個第一開關(guān)單元(6、61、62)被設(shè)置用于整流由供電電源(1至5)供給的交流電壓，并且至少一個能量存儲裝置(7、71、72)經(jīng)過該開關(guān)單元可連接到供電電源(1至5)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電路裝置，其特征在于第一開關(guān)單元(6、61、62)可僅由來自于供電電源(1至5)的交流電壓控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或者權(quán)利要求4，從屬于權(quán)利要求5的權(quán)利要求7所述的電路裝置其特征在于至少一個第二開關(guān)單元(8、81、82)由被設(shè)置在第一開關(guān)單元(6、61、62)后面的控制電路(11)來控制。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路裝置，其特征在于控制電路(11)具有至少一個被設(shè)置在一個第一開關(guān)單元(6)及與其相連的能量存儲裝置(7)之間的電位移動級(17、18)，用于產(chǎn)生控制電壓，該控制電壓可經(jīng)過控制支路(20)施加給相連接的第二開關(guān)單元(8)。
全文摘要
用于從供電電源(1至5)向負(fù)載(10)供給能量的電路裝置以簡單的方式保證了對負(fù)載(10)供能的均勻又保證了從負(fù)載(10)到供電電源(1至5)可靠的干擾抑制，及在相反方向上的可靠的干擾抑制。為此，它包括至少兩個能量存儲裝置(7、9)，至少其中的一個能夠交替地連接到負(fù)載(10)或者供電電源(1至5)。
文檔編號H02M7/04GK1053975SQ9010140
公開日1991年8月21日 申請日期1990年2月6日 優(yōu)先權(quán)日1990年2月6日
發(fā)明者胡伯特·雷特斯 申請人:菲利浦光燈制造公司