專(zhuān)利名稱(chēng)：具有有源諧波限定的開(kāi)關(guān)電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1前序部分所述的具有有源諧波限定的開(kāi)關(guān)電源。
這種類(lèi)型的開(kāi)關(guān)電源在大量應(yīng)用中得以成功使用。當(dāng)通過(guò)開(kāi)關(guān)電源發(fā)送的直流電源用于各自的應(yīng)用時(shí)，需要超過(guò)發(fā)送電能的交流主干線電壓峰值的直流電壓電勢(shì)，在這種情況下，這種開(kāi)關(guān)電源的優(yōu)點(diǎn)更為突出。
US-A-5705894公開(kāi)了根據(jù)這種應(yīng)用設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源的一個(gè)非常典型的例子。這篇文件描述了一種用于運(yùn)行一個(gè)或者如果適當(dāng)?shù)脑?，運(yùn)行大量熒光燈的電子鎮(zhèn)流器。作為輸入網(wǎng)絡(luò)，其中所公開(kāi)的電子鎮(zhèn)流器的開(kāi)關(guān)電源有整流橋，交流主干線電壓在輸入側(cè)送入整流橋。在整流器高電勢(shì)的輸出端，整流橋向經(jīng)正向偏壓充電二極管部分連接到存儲(chǔ)電容器的充電電感發(fā)送脈動(dòng)直流電壓。所述存儲(chǔ)電容器的第二個(gè)端子連接到整流橋低電勢(shì)的輸出端。作為所連接的電子鎮(zhèn)流器的電源電壓，穩(wěn)定平滑的直流電壓在存儲(chǔ)電容器的兩個(gè)端子輸出。與通過(guò)整流橋發(fā)送的脈動(dòng)直流電壓相比，為了升高該穩(wěn)定的直流電壓的電勢(shì)，還設(shè)置了與充電二極管和存儲(chǔ)電容器并聯(lián)功率晶體管形式的開(kāi)關(guān)。
這種類(lèi)型的電路用于橋接交流主干線電壓瞬時(shí)值和存儲(chǔ)電容器兩端的直流電壓之間的電壓差值。具體地說(shuō)，如果功率晶體管被激活且開(kāi)關(guān)閉合，則充電電感中的電流線性升高。如果當(dāng)達(dá)到預(yù)定端值時(shí)通過(guò)關(guān)斷功率晶體管打開(kāi)開(kāi)關(guān)，則電流向充電電容器放電，假設(shè)該充電電容器兩端的電壓大于整流橋輸出端整流后的主干線電壓。在該放電電流的下一個(gè)過(guò)零點(diǎn)，功率晶體管再次被激活，也就是說(shuō)，開(kāi)關(guān)閉合，結(jié)果重復(fù)所述過(guò)程。開(kāi)關(guān)周期以主干線頻率的多倍運(yùn)行，在流過(guò)充電電感的電流電平的期望值，與整流橋輸出端脈動(dòng)直流電壓的瞬時(shí)值相對(duì)應(yīng)，功率晶體管被轉(zhuǎn)換，也就是說(shuō)被去激活。
當(dāng)在開(kāi)關(guān)電源輸出端產(chǎn)生的穩(wěn)定的直流電壓電平與輸送的交流主干線電壓相比不太大時(shí)，這種帶有可調(diào)的升壓轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)電源的結(jié)構(gòu)特別有利。但是，開(kāi)關(guān)電源輸出電壓的差值越大，則決定升壓轉(zhuǎn)換器功能的開(kāi)關(guān)電源的元件的體積越大，尺寸要求越苛刻。
這實(shí)際上通過(guò)US-A-5383109的教導(dǎo)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)。這篇文件公開(kāi)了一種帶有有源諧波限定的開(kāi)關(guān)電源形式的電源，用它產(chǎn)生已定義的相對(duì)被提高的穩(wěn)定的直流電壓，甚至在大量具有不同峰值的交流主干線電壓的情況下。在這篇文件中，所公開(kāi)的可調(diào)開(kāi)關(guān)電源的大量實(shí)施例都共用相同的基本概念，即成倍使用尺寸很關(guān)鍵并基本決定了升壓轉(zhuǎn)換器的功能的元件。與上述已有技術(shù)相比，那么，在US-A-5383109所公開(kāi)的開(kāi)關(guān)電源的例子中，位于開(kāi)關(guān)電源輸出端的存儲(chǔ)電容器由兩個(gè)同樣電容器的串聯(lián)電路代替，這樣每個(gè)電容器上只有整流后輸出電壓的一半。以類(lèi)似的方式，在升壓轉(zhuǎn)換器中實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)的單個(gè)功率晶體管由兩個(gè)晶體管的串聯(lián)電路來(lái)代替，并且最后，充電電感被分為兩個(gè)電感。但是，這種電路設(shè)計(jì)需要分別在兩個(gè)存儲(chǔ)電容器之間的兩個(gè)開(kāi)關(guān)晶體管之間有接合點(diǎn)與整流橋的中性線輸入相連接。
但是，為了能實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)，即能在相應(yīng)點(diǎn)及時(shí)地將升壓轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)切換為開(kāi)或關(guān)，可調(diào)升壓轉(zhuǎn)換器通常需要和開(kāi)關(guān)電源本身瞬時(shí)操作狀態(tài)有關(guān)的信息項(xiàng)。這涉及到與充電電感中電流瞬時(shí)值有關(guān)的信息，涉及到與由整流橋發(fā)送的整流后的交流主干線電壓的瞬時(shí)值有關(guān)的信息，也涉及到與在開(kāi)關(guān)電源的輸出端的穩(wěn)定的直流電壓的瞬時(shí)值有關(guān)的信息。在帶有可調(diào)的升壓轉(zhuǎn)換器的傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)電源的例子中，例如在引言中引證的US-A-5705894中所描述的，這種信息分別在排布在整流橋下游的電路配置中的開(kāi)關(guān)電源元件中被檢測(cè)和拾取。這樣，就能夠使所有這些信號(hào)參考共同的參考電勢(shì)，該電勢(shì)通常是到低電勢(shì)的整流橋輸出端的返回線上的電勢(shì)。但是，US-A-5383109中公開(kāi)的解決方案沒(méi)有披露在不同的電路設(shè)計(jì)情況下，怎樣解決在開(kāi)關(guān)電源中如何檢測(cè)與其瞬時(shí)操作狀態(tài)有關(guān)的信息項(xiàng)這一問(wèn)題，其瞬時(shí)操作狀態(tài)對(duì)可調(diào)升壓轉(zhuǎn)換器來(lái)說(shuō)必要的。
因此本發(fā)明的目的是為引言中所述類(lèi)型的開(kāi)關(guān)電源提供另一些實(shí)施方案，這些實(shí)施方案允許具有成本有節(jié)約的元件的低損耗交流/直流轉(zhuǎn)換使用穩(wěn)定可調(diào)的電路，甚至當(dāng)在這一過(guò)程中產(chǎn)生的穩(wěn)定的直流電壓高達(dá)至少兩倍于輸送的交流主干線電壓峰值時(shí)。
就引言中提到的所述類(lèi)型的開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)，通過(guò)權(quán)利要求1特征部分所述特征來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目的。
在這種解決方案中，在開(kāi)關(guān)本身作為二進(jìn)制信息直接檢測(cè)到的實(shí)際上僅是和升壓轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)切換狀態(tài)有關(guān)的信息。特別是作為模擬信號(hào)檢測(cè)到的所有其他的和開(kāi)關(guān)電源瞬時(shí)操作狀態(tài)有關(guān)的信息項(xiàng)，在每種情況下經(jīng)連接在交流主干線電壓和開(kāi)關(guān)電源整流橋之間的充電電感的副線圈被拾取。由于信號(hào)評(píng)價(jià)單元處于定義好的參考-地電勢(shì)，所有以浮動(dòng)方式送入該單元的模擬狀態(tài)信號(hào)都被參考同樣的參考-地電勢(shì)。根據(jù)信號(hào)評(píng)價(jià)單元中的電路，能夠以可靠且簡(jiǎn)單的方式對(duì)這些信號(hào)同時(shí)進(jìn)行分析，并轉(zhuǎn)換成可以經(jīng)處理作為傳統(tǒng)的可調(diào)升壓轉(zhuǎn)換器控制單元輸入信號(hào)的信號(hào)。一方面，在上述在開(kāi)關(guān)電源的直流輸出電壓和輸送的交流主干線電壓峰值之間的相對(duì)大的差值的約束條件下，這一方案能夠用成本節(jié)約的元件實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)電源，并且同時(shí)也能用簡(jiǎn)單的方式構(gòu)建穩(wěn)定的用于升壓轉(zhuǎn)換器的相應(yīng)的可調(diào)電路。
根據(jù)本發(fā)明所述方案的其他優(yōu)點(diǎn)可以從以下對(duì)實(shí)施例的描述看出。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。在這些附圖中

圖1是具有有源的諧波限定的開(kāi)關(guān)電源的具體結(jié)構(gòu)，以及該開(kāi)關(guān)電源的控制單元，此外還有信號(hào)評(píng)價(jià)單元。
圖2是帶有可調(diào)升壓轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)電源基本功能的時(shí)序圖。
圖3是上述信號(hào)評(píng)價(jià)單元的一個(gè)實(shí)施例。及圖4是用于說(shuō)明開(kāi)關(guān)電源和上述控制單元的信號(hào)評(píng)價(jià)單元序列的功能的時(shí)序圖。
圖1分為三個(gè)模塊并顯示出開(kāi)關(guān)電源1的具體電路，也概略地顯示了控制單元2和信號(hào)評(píng)價(jià)單元3。開(kāi)關(guān)電源1的輸入端連接到交流主干線電壓U，其相和中性線分別由L和N指定。充電電感L1與交流主干線電壓U的相L連接，除主線圈L1p外，充電電感還有副線圈L1s。副線圈L1s的端子連接到信號(hào)評(píng)價(jià)單元3的信號(hào)輸入Inp1和Inp2。與開(kāi)關(guān)電源1的瞬時(shí)操作狀態(tài)有關(guān)的信息項(xiàng)經(jīng)過(guò)所述信號(hào)輸入供給信號(hào)評(píng)價(jià)單元3，這在后面將參考附圖3和4詳細(xì)說(shuō)明。
包括四個(gè)二極管D1至D4的橋式電路的整流器裝置通過(guò)橋輸入端連接到充電電容L1的主線圈L1p的第二端子。該整流器裝置的第二橋輸入端連接到交流主干線電壓U的中性線N。因此，在整流器裝置D1至D4的兩個(gè)輸出側(cè)端子上得到整流后的脈動(dòng)的交流電壓Ug，整流器裝置D1至D4的處于低電勢(shì)的輸出側(cè)端子的電勢(shì)形成了開(kāi)關(guān)電源1的參考電勢(shì)。與整流器裝置D1至D4的這些輸出側(cè)端子相連接的是由兩個(gè)分開(kāi)的正向偏壓充電二極管D5和D6及兩個(gè)存儲(chǔ)電容器C1和C2形成的充電存儲(chǔ)裝置。這里，在彼此串聯(lián)的存儲(chǔ)電容器C1和C2之間的連接點(diǎn)與連接到交流主干線電壓U中性線N的整流器裝置D1至D4的橋端子連接。第一充電二極管D5和第一存儲(chǔ)電容器C1之間的連接點(diǎn)以及第二存儲(chǔ)電容器C2和第二充電二極管D6之間的連接點(diǎn)形成了開(kāi)關(guān)電源1的輸出端。在這些輸出端得到了與整流后的交流主干線電壓Ug相比被升高了的穩(wěn)定的直流電壓uzw。圖1概略地示出了負(fù)載Ld被連接到輸出端并供以直流電壓。這種類(lèi)型的開(kāi)關(guān)電源1可以有很多應(yīng)用，例如它可以作為運(yùn)行熒光燈用的電子鎮(zhèn)流器的直流電源。在這種典型的應(yīng)用中，必須將整流后的交流主干線電壓Ug提高到穩(wěn)定的直流電壓uzw的相對(duì)高的電勢(shì)，在這些應(yīng)用中穩(wěn)定的直流電壓uzw通常作為中間電路電壓。
為了能夠根據(jù)到整流后的交流主干線電壓Ug升高中間電路電壓uzw，開(kāi)關(guān)電源1還包括開(kāi)關(guān)晶體管V1，其開(kāi)關(guān)路徑與檢測(cè)電阻Rsh串聯(lián)，連接到整流器裝置D1至D4的輸出側(cè)端子，與充電存儲(chǔ)裝置D5,C1,C2,D6并聯(lián)。有了開(kāi)關(guān)晶體管V1，在升壓過(guò)程期間，能夠橋接整流后的交流電壓Ug瞬時(shí)值和中間電路電壓uzw之間的電壓差值。具體地說(shuō)，如果開(kāi)關(guān)晶體管V1被激活(開(kāi)關(guān)操作“閉合”)，就產(chǎn)生包括充電存儲(chǔ)裝置D5,C1,C2,D6的并聯(lián)電路。這樣做的結(jié)果是主線圈L1p中的電流il1線性增長(zhǎng)。當(dāng)達(dá)到想要的端值時(shí)，開(kāi)關(guān)晶體管被去激活(開(kāi)關(guān)操作“打開(kāi)”)。結(jié)果，假設(shè)中間電路電壓uzw高于主干線電壓U，在主周期的正半周或負(fù)半周，充電電感L1主線圈L1p中的電流il1分別向存儲(chǔ)電容器C1或C2放電。充電電感主線圈L1p中的電流il1一但變?yōu)榱悖烹娺^(guò)程就結(jié)束。此刻開(kāi)關(guān)晶體管V1被再次激活，再重新進(jìn)行上述過(guò)程。整流后的交流電壓Ug的瞬時(shí)值用作啟動(dòng)放電過(guò)程的理想值。從而保證得到主干線電流實(shí)質(zhì)上為正弦線形，即獲得有源諧波限定。
所述電路原理用于所有已知的升壓轉(zhuǎn)換器并通過(guò)控制單元2實(shí)現(xiàn)。這樣，為了使開(kāi)關(guān)晶體管V1相應(yīng)地影響控制過(guò)程，控制單元2需要與開(kāi)關(guān)電源1的瞬時(shí)狀態(tài)有關(guān)的特定的信息項(xiàng)。就配有升壓轉(zhuǎn)換器的傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)，上述整流后的交流電壓Ug的瞬時(shí)值最初最好通過(guò)在整流器裝置D1至D4輸出側(cè)端子的電阻分壓器來(lái)測(cè)量。而且，為了將其與整流后的交流電壓Ug的瞬時(shí)值相比，必須測(cè)出充電電感中電流的瞬時(shí)值。這種比較通常是通過(guò)比較器來(lái)完成的，充電電感L1主線圈L1p中的電流il1的實(shí)際值一但超過(guò)由整流后的交流電壓Ug所預(yù)先設(shè)定的理想值，比較器就打開(kāi)。而且，為了轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)晶體管V1，有必要檢測(cè)電流il1的過(guò)零值。
以上描述的開(kāi)關(guān)電源1的升壓轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)過(guò)程大體上以圖2中圖表的方式示出。在這個(gè)圖表中，脈動(dòng)的整流后的交流電壓Ug的線形針對(duì)時(shí)間軸t示出。同時(shí)，對(duì)于半個(gè)周期來(lái)說(shuō)，概略地示出了充電電感L1主線圈L1p中電流il1的鋸齒狀線形，還有開(kāi)關(guān)電源1的穩(wěn)定后的輸出電壓，指定中間電路電壓uzw在整流后的交流電壓Ug的峰值之上。由于本領(lǐng)域的技術(shù)人員十分了解配有可調(diào)升壓轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)電源的功能，所以當(dāng)合并起來(lái)時(shí)，這些解釋在目前的連接中也應(yīng)當(dāng)是非常充分的。
然而，就配有可調(diào)升壓轉(zhuǎn)換器的傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)，到以上所描述的程度上，所有關(guān)于開(kāi)關(guān)電源1瞬時(shí)狀態(tài)的信息項(xiàng)，通常相對(duì)于在整流器裝置D1至D4低電勢(shì)輸出側(cè)端子的參考電勢(shì)取出。就以上參照?qǐng)D1所描述的開(kāi)關(guān)電源1的結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，這不容易實(shí)現(xiàn)，這還因?yàn)橛捎诔叽缭蜻B接到整流器裝置D1至D4上游的充電電感L1被直接連到交流主干線電壓U上。因此，設(shè)置信號(hào)評(píng)價(jià)單元3，連接到副線圈L1s的信號(hào)輸入端Inp1和Inp2以浮動(dòng)的方式向其提供與開(kāi)關(guān)電源1中瞬時(shí)信號(hào)狀態(tài)有關(guān)的信息項(xiàng)。在信號(hào)評(píng)價(jià)單元3中，對(duì)送來(lái)的信息進(jìn)行分析、調(diào)節(jié)，形成用于控制單元2的控制信號(hào)，控制單元2以已知方式構(gòu)成。
圖3所示為信號(hào)評(píng)價(jià)單元3的結(jié)構(gòu)實(shí)施例。下面參照?qǐng)D3解釋本例中理想信號(hào)評(píng)價(jià)產(chǎn)生的方法。
作為輸入電路，信號(hào)評(píng)價(jià)單元3還有整流器裝置，它連接到輸入側(cè)的兩個(gè)信號(hào)輸入端Inp1和Inp2并由在輸出側(cè)與旁路電阻R1并聯(lián)的二極管D10至D13的橋式電路形成。為了定義參考-地電勢(shì)，這個(gè)再整流器裝置D10至D13的低電勢(shì)的橋端子經(jīng)接地端gnd連接到開(kāi)關(guān)電源1的參考電勢(shì)。穿過(guò)充電電感L1主線圈L1p的交流電壓通過(guò)副線圈L1s變壓，通過(guò)再整流器裝置D10至D13的整流，進(jìn)一步被處理為與電感電壓成正比的電壓信號(hào)p_1。
此外，將與開(kāi)關(guān)電源1的開(kāi)關(guān)晶體管V1的瞬時(shí)功能有關(guān)的信息項(xiàng)提供給信號(hào)評(píng)價(jià)單元3是必要的。該信息在控制單元2和開(kāi)關(guān)晶體管V1的控制輸入端之間的相應(yīng)控制線上被拾取，并被輸入到信號(hào)評(píng)價(jià)單元3作為開(kāi)關(guān)控制信號(hào)Sw(in)。信號(hào)評(píng)價(jià)單元3分別設(shè)有第一和第二單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器M1和M2，該信號(hào)直接以及經(jīng)過(guò)第一轉(zhuǎn)換器INV1轉(zhuǎn)換后分別輸入第一和第二單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器中。后者的輸出信號(hào)，即轉(zhuǎn)換后的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)在此例中由p_2指定。兩個(gè)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器M1和M2的輸出信號(hào)p_3和p_4在各自情況下分別通過(guò)多諧振蕩器時(shí)間常數(shù)的延遲，分別將與開(kāi)關(guān)晶體管V1的瞬時(shí)開(kāi)關(guān)狀態(tài)有關(guān)的信息項(xiàng)設(shè)為“閉合”和“打開(kāi)”。在各自的情況下，這兩個(gè)輸出信號(hào)p_3和p_4作為啟動(dòng)信號(hào)分別送給兩個(gè)采樣/保持電路S&H1和S&H2。這兩個(gè)采樣/保持電路也參照參考電勢(shì)。此外，與電感電壓成正比的電壓信號(hào)p_1在每種情況下被送入它們的信號(hào)輸入端。因此第一采樣/保持電路S&H1在開(kāi)關(guān)晶體管V1被激活(開(kāi)關(guān)動(dòng)作“閉的”)的時(shí)刻存儲(chǔ)該比例電壓信號(hào)p_1的值。在這種狀態(tài)下，在主線圈L1p兩端的整個(gè)瞬時(shí)的交流主干線電壓U降落，結(jié)果電壓信號(hào)p_1與交流主干線電壓U的瞬時(shí)值成正比。第一采樣/保持電路S&H1將該信號(hào)以模擬形式儲(chǔ)存并將其作為輸出信號(hào)在其輸出端輸出。
隨后，開(kāi)關(guān)晶體管V1一但被去激活，中間電路電壓uzw瞬時(shí)值和主干線電壓U瞬時(shí)值之間相應(yīng)的差值電壓在充電電感L1的主線圈L1p兩端呈現(xiàn)。這個(gè)差值電壓經(jīng)過(guò)副線圈L1s變壓，通過(guò)再整流器裝置D10至D13整流，由第二采樣/保持電路S&H2作為模擬值存儲(chǔ)起來(lái)。由于第二單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器M2的時(shí)間常數(shù)，所以相對(duì)于開(kāi)關(guān)晶體管V1的實(shí)際開(kāi)關(guān)斷開(kāi)過(guò)程存在一個(gè)事先設(shè)定的延遲。
兩個(gè)采樣/保持電路S&H1和S&H2的兩個(gè)輸出信號(hào)Uli和P_5分別作為輸入信號(hào)送入模擬加法器ADD1。該模擬加法器提供和中間電路電壓uzw的瞬時(shí)值有關(guān)的信息項(xiàng)。包含該信息項(xiàng)的信號(hào)，即與中間電路uzw成正比的信號(hào)由Ust指定。在交流主干線電壓U的過(guò)零期間，在模擬加法器ADD1輸出端和中間電路電壓有關(guān)的信息可以瞬時(shí)地即刻失效。因此，在模擬加法器ADD1輸出端設(shè)置積分元件INT，對(duì)其輸出信號(hào)起平滑作用。積分元件INT的輸出信號(hào)Ust(out)被送入控制單元2。
所述過(guò)程隨著開(kāi)關(guān)晶體管V1開(kāi)關(guān)過(guò)程的周期變化重復(fù)進(jìn)行，每一次都對(duì)存儲(chǔ)在采樣/保持電路S&H1和S&H2中的模擬值進(jìn)行更新。
此外，為了確認(rèn)放電過(guò)程的結(jié)束然后再次激活開(kāi)關(guān)晶體管V1，有必要檢測(cè)主線圈L1p中電流il1的過(guò)零。因此，在信號(hào)評(píng)價(jià)單元3中設(shè)置比較器COM1。預(yù)先設(shè)定的第二采樣/保持電路S&H2的輸出信號(hào)p_5的部分電壓經(jīng)連接到第二采樣/保持電路S&H2輸出的分壓器R2,R3送入所述比較器，該部分電壓用另一電壓信號(hào)p_7表示。此外，再整流裝置D10至D13的輸出端的電壓信號(hào)p_1送入該比較器COM1的轉(zhuǎn)換輸入端。在電流il1過(guò)零的過(guò)程中，電壓信號(hào)p_1的幅值突然趨向于零，結(jié)果比較器COM1則輸出具有相應(yīng)電勢(shì)的輸出信號(hào)p_8。
然而，只有當(dāng)?shù)诙蓸?保持電路S&H2中采樣過(guò)程確實(shí)中止時(shí)才應(yīng)該是這種情況。因此，送入采樣/保持電路S&H2的啟動(dòng)信號(hào)p_4在作為時(shí)鐘信號(hào)p_6送入D型觸發(fā)器D1的時(shí)鐘輸入之前，通過(guò)第二轉(zhuǎn)換器N2被轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)輸入和D型觸發(fā)器D1的置位輸入被共同硬連接為邏輯高電平(“l(fā)og1”)。由于在第二轉(zhuǎn)換器N2和D型觸發(fā)器中的傳播時(shí)間，僅當(dāng)?shù)诙蓸?保持電路S&H2已經(jīng)確實(shí)結(jié)束相應(yīng)的采樣過(guò)程時(shí)，后者才輸出高電平輸出信號(hào)p_10。D型觸發(fā)器D1的輸出信號(hào)p_10作為啟動(dòng)信號(hào)送入比較器COM1。結(jié)果，僅當(dāng)先前采樣/保持電路S&H2中相應(yīng)的采樣過(guò)程結(jié)束時(shí)，后者才被激活。隨著正比于電感電壓的電壓信號(hào)p_1的電壓下降，比較器COM1產(chǎn)生輸出信號(hào)p_8，激活第三單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器M3。后者的輸出信號(hào)p_9經(jīng)第三轉(zhuǎn)換器N3轉(zhuǎn)換，并作為過(guò)零信號(hào)輸出到控制單元2。同時(shí)，該過(guò)零信號(hào)送入D型觸發(fā)器D1的復(fù)位輸入，結(jié)果觸發(fā)器被復(fù)位至其初始狀態(tài)，同時(shí)抑制比較器COM1。
圖4所示為在以上對(duì)信號(hào)評(píng)價(jià)單元3的描述中所解釋的信號(hào)線形，時(shí)序圖覆蓋交流主干線電壓U0到π/2的周期范圍。本例中，送入信號(hào)評(píng)價(jià)單元3的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)Sw(in)的線形圖以行a)中雙極性脈沖序列的形式示出。圖4中行b)概略地示出了充電電感L1副線圈L1s兩端的電壓線形。相應(yīng)地，圖4中行c)表示電壓信號(hào)p_1的電壓線形圖，該電壓信號(hào)正比于電感電壓并通過(guò)再整流器裝置D10至D13整流。
如果在時(shí)刻t1用開(kāi)關(guān)控制信號(hào)Sw(in)的正邊沿激活功率晶體管V1，則變壓后的整個(gè)電感電壓的瞬時(shí)值在充電電感L1的副線圈L1s兩端表現(xiàn)出來(lái)，該值經(jīng)輸入Inp1和Inp2輸入信號(hào)評(píng)價(jià)單元3，并由圖4中行b)概略地示出。由于在其線形圖剩余部分中可以從該脈沖序列收集，該值隨開(kāi)關(guān)晶體管V1的每一開(kāi)關(guān)周期首次產(chǎn)生。當(dāng)然，這同樣也相應(yīng)地適用于由其導(dǎo)出并在此例中正比于電感電壓的整流后的電壓信號(hào)p_1，電壓信號(hào)p_1由圖4中行c)示出。
在時(shí)刻t1出現(xiàn)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)Sw(in)的正邊沿時(shí)，信號(hào)評(píng)價(jià)單元3的第一單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器M1被置位，經(jīng)預(yù)先設(shè)定的延遲產(chǎn)生第一單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器的輸出信號(hào)的第一個(gè)啟動(dòng)脈沖，如圖4中行c)所示。用這個(gè)脈沖，啟動(dòng)第一采樣/保持電路S&H1采樣正比于電感電壓的電壓信號(hào)p_1，最后將其作為比例電壓信號(hào)Uli輸出到控制單元2。
在由控制單元2中實(shí)現(xiàn)的調(diào)節(jié)電路決定接下來(lái)的時(shí)刻t2，開(kāi)關(guān)晶體管V1被去激活，這樣，充電電感L1到存儲(chǔ)電容器裝置C1,C2的放電過(guò)程被啟動(dòng)。在這一時(shí)刻，為了用輸出信號(hào)p_4啟動(dòng)第二采樣/保持電路S&H2，第二單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器M2被置位。這些用于第二采樣/保持電路S&H2的啟動(dòng)信號(hào)的脈沖序列如圖4中行e)所示。在時(shí)刻t2經(jīng)延遲后，啟動(dòng)脈沖啟動(dòng)第二采樣/保持電路S&H2采樣電壓信號(hào)p_1的瞬時(shí)值并將其存儲(chǔ)起來(lái)，如圖4中行g(shù))所示的作為第二采樣/保持電路S&H2的輸出信號(hào)p_5的形式。
正如在對(duì)信號(hào)評(píng)價(jià)單元3的描述中所詳細(xì)解釋的那樣，為了產(chǎn)生正比于中間電路電壓uzw且其線形圖如圖4中行1)所示的信號(hào)Ust，將兩個(gè)采樣/保持電路S&H1和S&H2的輸出信號(hào)通過(guò)加法器ADD1的方式以模擬形式相加。對(duì)于該信號(hào)來(lái)說(shuō)，為了圖示出在描述圖3期間提到的采樣間隔，圖4中行1)直接示出了在加法器ADD1輸出端的信號(hào)線形圖，從而顯示出為什么實(shí)際上在隨后的積分元件INT中對(duì)加法器ADD1的輸出信號(hào)起了平滑作用。
圖4中行h)至k)所示的剖面圖示出了如何檢測(cè)充電電感L1主線圈L1p中電流il1的過(guò)零值的控制關(guān)系，特別是在比較器COM1和D型觸發(fā)器D1的幫助下。在時(shí)刻t2的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)Sw(in)的下降沿，用第二轉(zhuǎn)換器N2的輸出信號(hào)p_2產(chǎn)生用于D型觸發(fā)器D1的時(shí)鐘脈沖。先前受抑制的比較器被啟COM1動(dòng)，來(lái)評(píng)價(jià)在時(shí)刻t3出現(xiàn)的在正比于電感電壓的電壓信號(hào)p_1中的大的降落，如圖4中行c)所示。所述比較器用其相應(yīng)的輸出信號(hào)p_8將第三單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器置位。如圖4中行i)所示，該多諧振蕩器輸出轉(zhuǎn)換后形式的輸出脈沖，形成如圖4中行j)所示的相應(yīng)的過(guò)零信號(hào)Io。由于D型觸發(fā)器D1也用這個(gè)脈沖復(fù)位，產(chǎn)生了圖4行k)所示的比較器COM1啟動(dòng)信號(hào)p_10的信號(hào)線形圖。
然后，按照開(kāi)關(guān)晶體管V1的開(kāi)關(guān)周期重復(fù)上述過(guò)程，因此，產(chǎn)生作為整流后的交流主干線電壓Ug瞬時(shí)值函數(shù)的圖4所示的信號(hào)線形圖，該瞬時(shí)值出現(xiàn)在事件的另外過(guò)程中。
權(quán)利要求
1．開(kāi)關(guān)電源，用于向直流供給負(fù)載提供升高的穩(wěn)定的直流電壓，直流電壓是從交流主干線電壓通過(guò)整流器電路、充電電感、開(kāi)關(guān)和充電存儲(chǔ)裝置形成，所述開(kāi)關(guān)由控制單元控制并且其開(kāi)關(guān)路徑與上述整流器電路的輸出端并聯(lián)，以及充電存儲(chǔ)裝置與所述開(kāi)關(guān)的上述開(kāi)關(guān)路徑并聯(lián)設(shè)置，其端子構(gòu)成用于為直流供給負(fù)載輸送穩(wěn)定的直流電壓的電源端子，其特征在于，上述充電電感(L1)設(shè)置在交流主干線電壓(U)和上述整流器電路(D1至D4)之間高電勢(shì)(L)的線路路徑上，且在其副邊有帶有端子的輔助線圈(L1s)，其特征還在于，設(shè)置信號(hào)評(píng)價(jià)單元(3)，用于浮動(dòng)評(píng)價(jià)上述充電電感的瞬時(shí)充電狀態(tài)，一方面，像上述控制單元(2)那樣，信號(hào)評(píng)價(jià)單元置于相應(yīng)于返回到上述整流器電路的線路路徑上電勢(shì)的參考電勢(shì)(gnd)，另一方面，信號(hào)評(píng)價(jià)單元連接副邊輔助線圈端子，以及包括為了將輸入控制信號(hào)(Uli,Ust,Io)送入該控制單元而連接到上述控制單元指定信號(hào)輸入端的信號(hào)輸出端。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)電源，其特征在于，上述充電存儲(chǔ)裝置(D5,C1,C2,D6)包括兩個(gè)存儲(chǔ)電容器(C1,C2)的串聯(lián)電路，其第一端子經(jīng)共同的接合點(diǎn)連接到上述整流器電路(D1至D4)的中性線端子(N)，還包括一對(duì)正向偏壓的充電二極管(D5,D6)，分別排列在上述整流器電路的上述直流電壓的一個(gè)輸出端和上述存儲(chǔ)電容器的一個(gè)第二端子之間，在一個(gè)上述充電二極管(例如D5)和一個(gè)上述存儲(chǔ)電容器(如C1)之間的上述接合點(diǎn)構(gòu)成為了向直流供給負(fù)載(LD)輸送穩(wěn)定的直流電壓(uzw)的電源端子，其特征還在于，由功率晶體管(V1)所形成的上述開(kāi)關(guān)與上述整流器電路的上述直流電壓輸出端并聯(lián)排列，其開(kāi)關(guān)路徑與串聯(lián)電阻(Rsh)串聯(lián)。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的開(kāi)關(guān)電源，其特征在于，上述控制單元(2)的控制信號(hào)輸入端與上述串聯(lián)電阻(Rsh)和上述功率晶體管(V1)開(kāi)關(guān)路徑之間的接合點(diǎn)連接，經(jīng)過(guò)該控制信號(hào)輸入向所述控制單元送入與流經(jīng)上述功率晶體管開(kāi)關(guān)路徑的瞬時(shí)電流成正比的信號(hào)，其特征還在于，上述功率晶體管的控制輸入端連接到上述控制單元的控制信號(hào)輸出端(Sw(out))，只要上述電感電流不超出從以上述控制單元中形成的調(diào)節(jié)器電壓倍增的上述整流后的交流主干線電壓(Ug)引出的期望值，其經(jīng)過(guò)所述控制信號(hào)輸出端傳送的控制信號(hào)(SW)就會(huì)使上述開(kāi)關(guān)晶體管接通。
4．根據(jù)權(quán)利要求2和3中任一項(xiàng)所述的開(kāi)關(guān)電源，其特征在于，作為輸入網(wǎng)絡(luò)，上述信號(hào)評(píng)價(jià)單元(3)包括再整流器裝置(D10至D13)，連接到上述充電電感的上述輔助線圈(L1s)端子，其低電勢(shì)的整流器輸出端經(jīng)地線(gnd)連接到上述開(kāi)關(guān)電源(1)的上述整流器裝置(D1至D4)的上述低電勢(shì)輸出端，其特征還在于，上述信號(hào)評(píng)價(jià)單元還設(shè)有兩個(gè)采樣/保持電路(S&H1和S&H2)，其信號(hào)采樣輸入端分別連接上述再整流器裝置的高電勢(shì)輸出端，具有啟動(dòng)輸入端，上述功率晶體管(V1)的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)(Sw(in))直接或經(jīng)轉(zhuǎn)換后送入該啟動(dòng)輸入端，借此，上述采樣/保持電路分別采樣和緩存信號(hào)(Uli)，該信號(hào)與穿過(guò)上述開(kāi)關(guān)電源(1)的上述充電電感(L1)的電壓瞬時(shí)值成正比，以及一個(gè)[lacuna]信號(hào)(p_5)的瞬時(shí)值，該信號(hào)從上述中間電路電壓(uzw)和上述整流后的交流主干線電壓(Ug)之間的差值形成，目的是從中引出分別與上述充電電感電流(il1)和上述中間電路電壓(uzw)電平有關(guān)的信息項(xiàng)(Ust(out),Uli(out))輸出到控制單元。
5．根據(jù)權(quán)利要求4所述的開(kāi)關(guān)電源，其特征在于，單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器(M1和M2)的輸出端分別連接上述采樣/保持電路(S&H1和S&H2)的啟動(dòng)輸入端，上述功率晶體管(V1)的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)(Sw)直接或經(jīng)過(guò)第一轉(zhuǎn)換器(N1)分別送入多諧振蕩器的上述輸入端。
6．根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的開(kāi)關(guān)電源，其特征在于，為了在上述信號(hào)評(píng)價(jià)單元(3)中產(chǎn)生相應(yīng)于上述充電電感(L1)的電流(il1)過(guò)零值的脈沖信號(hào)(Io)，設(shè)置比較器(COM1)，一方面其反相輸入端連接到上述再整流器裝置(D10至D13)的上述高電勢(shì)輸出端，并且通過(guò)其第二輸入端連接到上述第二采樣/保持電路(S&H2)的輸出端，并在其輸出端輸出信號(hào)(p_8)，該信號(hào)升高到與上述充電電感(L1)中電流(il1)降落程度相當(dāng)?shù)母唠妱?shì)。
7．根據(jù)權(quán)利要求6所述的開(kāi)關(guān)電源，其特征在于，上述比較器(COM1)指定為D型觸發(fā)器(D1)，其數(shù)據(jù)輸入端硬連接在邏輯電平“1”，其時(shí)鐘輸入端通過(guò)上述第二采樣/保持電路(S&H2)的上述啟動(dòng)信號(hào)(p_4)觸發(fā)，其信號(hào)輸出端連接到上述比較器的啟動(dòng)輸入端，結(jié)果，僅當(dāng)?shù)诙蓸?保持電路中采樣過(guò)程結(jié)束時(shí)，上述比較器才被啟動(dòng)。
8．根據(jù)權(quán)利要求7所述的開(kāi)關(guān)電源，其特征在于，上述比較器(COM1)的輸出端連接一個(gè)串聯(lián)電路，該串聯(lián)電路包括另一個(gè)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器(M3)和另一個(gè)轉(zhuǎn)換器(N3)，以和上述充電電感(L1)中上述電流(il1)的過(guò)零值時(shí)域同步的方式，輸出過(guò)零信號(hào)脈沖(Io(out))，該信號(hào)既作為輸入控制信號(hào)(Io(in))送入上述控制輸入端(2)，也送入D型觸發(fā)器(D1)的復(fù)位輸入端。
9．根據(jù)權(quán)利要求4至8中任一項(xiàng)所述的開(kāi)關(guān)電源，其特征在于，上述信號(hào)評(píng)價(jià)單元(3)設(shè)有模擬加法器(ADD1)，其信號(hào)輸入端連接到上述第一和第二采樣/保持電路(S&H1和S&H2)的信號(hào)輸出端，并因此產(chǎn)生正比于上述中間電路電壓(uzw)的輸出信號(hào)(Ust)。
10．根據(jù)權(quán)利要求9所述的開(kāi)關(guān)電源，其特征在于，積分元件(INT)連接到上述模擬加法器(ADD1)的輸出端，作為正比于上述中間電路電壓(uzw)瞬時(shí)值的信號(hào)，該積分元件的上述輸出信號(hào)Ust(out)被送入上述控制單元。
全文摘要
一種用升高后的穩(wěn)定的直流電壓向直流供給負(fù)載供電的開(kāi)關(guān)電源，該直流電壓從交流主干線電壓通過(guò)整流器電路，充電電感，開(kāi)關(guān)和充電存儲(chǔ)裝置而形成，開(kāi)關(guān)由控制單元控制并且其開(kāi)關(guān)路徑與上述整流器輸出并聯(lián)。充電存儲(chǔ)裝置包括充電二極管的串聯(lián)電路和兩個(gè)存儲(chǔ)電容器，上述充電電感設(shè)置在交流主干線電壓和上述整流器電路之間的高電勢(shì)直線路徑中，包括一個(gè)輔助線圈，用于將信號(hào)評(píng)價(jià)單元與輔助線圈相連接。
文檔編號(hào)H02M7/217GK1227988SQ9910258
公開(kāi)日1999年9月8日 申請(qǐng)日期1999年3月3日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月3日
發(fā)明者R·特瓦爾德茲克 申請(qǐng)人:電燈專(zhuān)利信托有限公司