專利名稱：向低壓用電設備供電的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種調(diào)節(jié)提供給至少一個用電設備的電力的方法，該用電設備通過一個電壓調(diào)節(jié)器連接到一個直流電壓源的電壓輸出端，在該輸出端有一個電源電壓。本發(fā)明還涉及一種用于調(diào)節(jié)提供給至少一個用電設備的電力的電路裝置，該用電設備具有一個直流電壓源，在該直流電壓源上存在一個電源電壓，該用電設備還具有至少一個電壓調(diào)節(jié)器，該電壓調(diào)節(jié)器具有連接到所述用電設備的至少一個電壓輸出端。
背景技術：
在邏輯電路裝置的結(jié)構(gòu)中，經(jīng)常使用具有低電源電壓的數(shù)字模塊，即所謂低壓電平設備，如μC和DSP。根據(jù)應用的領域，也使用模擬模塊。數(shù)字模塊和模擬模塊都需要良好調(diào)節(jié)的電源電壓。
電源包用作電源，該電源包完成例如將所述邏輯電路裝置從電網(wǎng)隔離和將電網(wǎng)電壓變?yōu)榈碗妷旱娜蝿?。模塊和電源包常常安裝在獨立的pc板上，因為電源包可以安裝在單層pc板上，而邏輯模塊安排在多層pc板上，即所謂應用板。
這些模塊的可靠的電壓源的一個問題在于以下事實，即它們需要低電源電壓，因此，預期將來開發(fā)的模塊的電源電壓將會更低。還可以預期這樣的模塊的電流消耗將會增加。根據(jù)高電流消耗，所述電源包所能提供的電源電壓在從該電源包到所述模塊的線路上以及在模塊的插頭觸點上將下降。因此必須對電源電壓進行重新調(diào)節(jié)。
所述重新調(diào)節(jié)是在所述模塊本身通過電壓調(diào)節(jié)器進行的，特別是通過線性調(diào)節(jié)器。為了獲得完美的操作，需要在其輸入與輸出之間具有最小的電壓降，該電壓降應當在所有環(huán)境下都維持。因此，應當在輸入側(cè)為所述線性調(diào)節(jié)器提供足夠的電壓裕量，使得該線性調(diào)節(jié)器在任何負載條件下和其它影響下，例如導致輸入電壓降低的轉(zhuǎn)換觸點老化等，都能完美運行。一個顯著的缺點是線性調(diào)節(jié)器中的電壓降與高電流一起導致高損耗，該高損耗以發(fā)熱形式耗散。有時該耗散必須要散熱器。
為了使這些損耗最小化，人們一直努力試圖為線性調(diào)節(jié)器提供一種輸入電壓，使得所述電壓裕量減到最小值。
從US 6,031,362中知道一種開始段落中定義的類型的方法，其中一個電源包通過電壓輸出向一個或多個用電設備提供電源。所述用電設備必需的電壓由該用電設備上的線性調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)，同時，最好使用低壓降輸出線性調(diào)節(jié)器(LDO)，與其它線性調(diào)節(jié)器相比，該調(diào)節(jié)器具有需要較小的最小電壓降的優(yōu)點。為了使線性調(diào)節(jié)器能夠獲得足夠高的輸入電壓，對電源包的輸出端出現(xiàn)的電壓進行調(diào)節(jié)，所有線性調(diào)節(jié)器的輸出電壓都按照規(guī)則的時間間隔被檢測、數(shù)字化，并提供給一個處理器單元。該處理器單元根據(jù)所有測量值生成一個校準信號，用于調(diào)節(jié)所述電源包。然后進行校準，使得所述電源包的電源電壓足夠高，從而調(diào)節(jié)器偏離其調(diào)節(jié)范圍，不再將其輸出電壓調(diào)節(jié)到期望值。
該已知電壓調(diào)節(jié)器的缺點之一是直到一個或多個線性調(diào)節(jié)器上的輸出電壓由于電壓裕量太小而已經(jīng)下降時，才能檢測到該線性調(diào)節(jié)器上的太小的電壓裕量。而且，還有一個缺陷，即線性調(diào)節(jié)器輸出端的電壓降可能是其操作溫度變化的結(jié)果。該電壓降不能通過增加電壓裕量來補償。因此對于該調(diào)節(jié)，應當考慮線性調(diào)節(jié)器輸出端的電壓降是該調(diào)節(jié)器所固有的還是由太小的電壓裕量決定的。在這種情況下，檢測所述電壓裕量是否太小是通過暫時增加線性調(diào)節(jié)器的輸入電壓進行的。如果隨后沒有檢測到輸出電壓增加，則電壓裕量足夠，且輸入電壓可以再降低到原來的值。但是，如果所述輸出電壓增加，則電源包輸出端的電源電壓就應當增加，直到不再能檢測到相應的調(diào)節(jié)器的輸出電壓增加為止。這種控制價格昂貴，且有損耗。
發(fā)明概述因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種在開始段落中所定義類型的方法，其中上述功率損耗被最小化。
該目的是通過由開始段落中定義的方法實現(xiàn)的，其中(a)生成一個調(diào)節(jié)信號，該信號至少是由在所述電壓調(diào)節(jié)器上出現(xiàn)的輸入電壓和該電壓調(diào)節(jié)器特有的參考值決定的，及(b)直流電壓源的電源電壓根據(jù)所述調(diào)節(jié)信號調(diào)節(jié)。
在開始段落中定義的類型的電路裝置中，該目的是通過至少一個驅(qū)動器電路實現(xiàn)的，該驅(qū)動器電路的信號輸出端連接到所述直流電壓源的調(diào)節(jié)信號輸出端，且該驅(qū)動器電路的信號輸出端出現(xiàn)一個調(diào)節(jié)信號，該調(diào)節(jié)信號至少是根據(jù)在所述電壓調(diào)節(jié)器上出現(xiàn)的輸入電壓和該電壓調(diào)節(jié)器特有的參考值而生成的。
其中，直流電壓源應當理解為適合提供直流電壓的任何電壓源。這可以是例如電源包或轉(zhuǎn)換器，而直流電壓源本身可以輸入直流電壓或交流電壓。
其中，用電設備應當理解為單個電路元件或單個邏輯模塊，但是也可以是多個電路元件和/或邏輯模塊的裝置，特別是在應用板上的排列。此外，也可以稱為模塊或組件。
根據(jù)本發(fā)明，提供了以下方法即直流電壓源的輸出端的電源電壓由一個調(diào)節(jié)信號調(diào)節(jié)，該調(diào)節(jié)信號是根據(jù)在所述電壓調(diào)節(jié)器輸入端出現(xiàn)的輸入電壓和該電壓調(diào)節(jié)器特有的參考值，特別是驅(qū)動器電路的參考值而生成的。如果所述電壓調(diào)節(jié)器的輸入電壓太低，則直流電壓源輸出端的電源電壓就增加。
根據(jù)在所述直流電壓源中根據(jù)所述電壓調(diào)節(jié)器上的輸入電壓對電壓的調(diào)節(jié)，有可能將電路在特定操作狀態(tài)下必需的裕量最小化為所述直流電壓源能夠提供的電壓高度，同時依然能夠保證向單獨的用電設備提供恒定電壓。因為所述直流電壓源的電源電壓的控制是根據(jù)電壓調(diào)節(jié)器的輸入電壓進行的，所以能夠防止電壓調(diào)節(jié)器的輸出電壓由于輸入電壓太低而下降之前達到或超過最小電壓裕量。從而可以保證向用電設備的可靠供電，并避免不必要的功率損耗。因為這種方法產(chǎn)生較少的發(fā)熱，因此對散熱措施的要求也比較不嚴格。這也提供了模塊和電路元件可靠性方面的優(yōu)點。
所需的輸入電壓的最小設定值最好用作參考值，且所述調(diào)節(jié)信號根據(jù)局部作用的輸入電壓的實際值與所述輸入電壓的最小設定值之間的差值的函數(shù)來確定。于是，最小輸入電壓值取決于電壓調(diào)節(jié)器的類型和需要穩(wěn)定的輸出電壓電平。
在另一個優(yōu)選實施例中，所述方法可以利用最小設定值作為該電壓調(diào)節(jié)器輸入和輸出電壓之間差值的參考值，從而用作所述電壓調(diào)節(jié)器的運行所必須的最小電壓降值，且所述調(diào)節(jié)信號可以根據(jù)該最小設定值和在所述電壓調(diào)節(jié)器上發(fā)生的電壓降的實際值的函數(shù)來確定。
生成所述調(diào)節(jié)信號的優(yōu)選可能方法在于將一個運算放大器用作誤差放大器，在該放大器上出現(xiàn)用于所述電壓調(diào)節(jié)器工作點的實際值的模擬信號和用于相關參考值的信號。根據(jù)調(diào)節(jié)特性，作用的信號與調(diào)節(jié)信號間的差別增加，該調(diào)節(jié)信號可以從所述運算放大器的輸出端引出，作用到所述直流電壓源。
生成所述調(diào)節(jié)信號的另一個優(yōu)選可能方法在于利用滯后調(diào)節(jié)器，特別是施密特觸發(fā)器，在該觸發(fā)器上出現(xiàn)用于所述電壓調(diào)節(jié)器工作點的實際值的模擬信號和用于相關參考值的信號。在這樣的滯后調(diào)節(jié)器中，當電壓調(diào)節(jié)器工作點的實際信號與相關參考值之間的差值達到下限時，所述調(diào)節(jié)信號被上變換，當達到上限時，再下變換。這樣，可以將對相應的電壓調(diào)節(jié)器來說是關鍵的輸入電壓保持在一定范圍內(nèi)。
還有一種生成所述調(diào)節(jié)信號的優(yōu)選可能方法，其中具有所述電壓調(diào)節(jié)器工作點實際值，例如其輸入電壓，的所有信號通過A/D轉(zhuǎn)換以數(shù)字形式被采集，且調(diào)節(jié)信號分別根據(jù)這個或這些數(shù)字信號和一個數(shù)字參考值生成。最好可以從中生成數(shù)字調(diào)節(jié)信號，但是該調(diào)節(jié)信號也可以重新變換為模擬調(diào)節(jié)信號。
電壓調(diào)節(jié)器最好采用線性電壓調(diào)節(jié)器，更具體地說，低壓降輸出線性調(diào)節(jié)器，但是也可以采用開關調(diào)節(jié)器。
在本方法的另一個優(yōu)選實施例中，使用電源包，具體而言是主時鐘開關模式電源包，作為直流電壓源。特別地，將AC/DC轉(zhuǎn)換器和DC/DC轉(zhuǎn)換器看作開關模式電源包，其在轉(zhuǎn)換器原邊側(cè)功率消耗可以調(diào)節(jié)。根據(jù)所述直流電壓源的類型，也可以通過例如在所述直流電壓源的輸出端提供的電容上定時所述電源來在其輸出端調(diào)節(jié)電源電壓。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，還可以采用具有多個電壓輸出端的直流電壓源，在該多個輸出端上通過電壓調(diào)節(jié)器連接一個或多個用電設備，且其中每個電壓輸出端的電源電壓通過為相應的電壓調(diào)節(jié)器生成的調(diào)節(jié)信號來調(diào)節(jié)。
附圖簡述下面參考附圖對本發(fā)明進行進一步解釋，其中

圖1示出用于要實現(xiàn)的方法一種優(yōu)選電路裝置。
具體實施例方式
圖1中的電路圖示出作為電壓源的主電源包1，其輸入端連接交流電壓網(wǎng)，還具有一個電壓輸出端，其上存在電壓U0。
主電源包1的電壓輸出端連接到電壓調(diào)節(jié)器2的輸入端，并向其提供輸入電壓Uin。由于線損，電源電壓U0和電壓調(diào)節(jié)器2上的輸入電壓Uin通常不同。電壓調(diào)節(jié)器2的輸出端連接到此處未示出的用電設備，并向其提供校準的輸出電壓Uout。
用于其工作點的實際值是從電壓調(diào)節(jié)器2引出的。該實際值可以是例如向圖中所示的輸入電壓Uin，但是同時該輸入電壓Uin與輸出電壓Uout之間的差值用作現(xiàn)有的電壓閾值。
為電壓調(diào)節(jié)器2指定的實際值，即此處的輸入電壓Uin，與用于電壓調(diào)節(jié)器2的參考值Vref之間的差值在驅(qū)動器電路3中形成，然后根據(jù)這些差值生成調(diào)節(jié)信號。該參考值可以是例如用于保證電壓調(diào)節(jié)器2的足夠電壓裕量所必需的最小電壓降的值。
根據(jù)驅(qū)動器電路的裝置，用于電壓調(diào)節(jié)器2的工作點的實際值可以用模擬形式處理，或者被數(shù)字化，使得可以以數(shù)字形式進行調(diào)節(jié)信號的計算和生成。
在所示實例中，驅(qū)動器13被安排作為一個模擬電路，包括一個誤差或運算放大器3，在其輸入端存在電壓調(diào)節(jié)器2的輸入電壓Uin，以及相關的參考值Vref。當輸入電壓Uin稍微小于相應的參考值時，該運算放大器產(chǎn)生一個正輸出信號作為調(diào)節(jié)信號，該調(diào)節(jié)信號被作用到主電源包，以控制電源電壓U0。
權(quán)利要求
1.一種方法，用于調(diào)節(jié)向至少一個用電設備提供的電源，該用電設備通過電壓調(diào)節(jié)器(2)連接到直流電壓源(1)的電壓輸出端，在該輸出端存在電源電壓(U0)，其特征在于(a)生成一個調(diào)節(jié)信號，該調(diào)節(jié)信號取決于在所述電壓調(diào)節(jié)器(2)上存在的輸入電壓(Uin)和該電壓調(diào)節(jié)器(2)的特定參考值(Vref)，及(b)所述直流電壓源(1)的電源電壓(U0)根據(jù)所述調(diào)節(jié)信號被調(diào)節(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述參考值(Vref)是所述電壓調(diào)節(jié)器(2)的必要輸入電壓的最小設定值，且所述調(diào)節(jié)信號根據(jù)在電壓調(diào)節(jié)器(2)上存在的輸入電壓(Uin)的實際值與所述電壓調(diào)節(jié)器(2)的輸入電壓的最小控制值之間的差值的函數(shù)來確定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述參考值(Vref)是用于所述電壓調(diào)節(jié)器(2)的輸入和輸出電壓之間的差值的最小調(diào)節(jié)值，且所述調(diào)節(jié)信號根據(jù)所述最小控制值與在所述電壓調(diào)節(jié)器(2)上存在的輸入電壓(Uin)和輸出電壓(Uout)之間發(fā)現(xiàn)的實際差值的函數(shù)確定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項的調(diào)節(jié)方法，其特征在于用誤差放大器產(chǎn)生所述調(diào)節(jié)信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項的調(diào)節(jié)方法，其特征在于用滯后調(diào)節(jié)器，特別是施密特觸發(fā)器產(chǎn)生所述調(diào)節(jié)信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項的調(diào)節(jié)方法，其特征在于至少在所述電壓調(diào)節(jié)器(2)上存在的輸入電壓(Uin)用數(shù)字方式檢測，且對所述調(diào)節(jié)信號的處理至少根據(jù)所述數(shù)字化的輸入電壓(Uin)和數(shù)字參考值(Vref)進行。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項的調(diào)節(jié)方法，其特征在于所述調(diào)節(jié)信號用數(shù)字形式計算。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項的調(diào)節(jié)方法，其特征在于用線性調(diào)節(jié)器，具體地說是低壓降輸出線性調(diào)節(jié)器，作為電壓調(diào)節(jié)器(2)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項的調(diào)節(jié)方法，其特征在于用電源包，具體地說是原邊時鐘控制的開關模式電源包，作為直流電壓源(1)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項的調(diào)節(jié)方法，其特征在于所述直流電壓源(1)具有多個電壓輸出端，一個或多個相應的用電設備通過相應的電壓調(diào)節(jié)器(21、22、…、2n)連接到所述輸出端，且其中每個電壓輸出端的電源電壓(U01、U01、…、U0n)通過為對應的電壓調(diào)節(jié)器(21、22、…、2n)生成的調(diào)節(jié)信號調(diào)節(jié)。
11.一種電路裝置，用于調(diào)節(jié)向至少一個用電設備提供的電源，包括直流電壓源(1)，在該電壓源上存在電源電壓(U0)；具有至少一個電壓輸出端的至少一個電壓調(diào)節(jié)器(2)，該電壓輸出端連接到所述用電設備，其特征在于至少一個驅(qū)動器電路(3)，其信號輸出端連接到所述直流電壓源(1)的調(diào)節(jié)信號輸入端，在其信號輸出端存在一個調(diào)節(jié)信號，該信號是至少根據(jù)在所述電壓調(diào)節(jié)器(2)上出現(xiàn)的輸入電壓(Uin)和根據(jù)所述電壓調(diào)節(jié)器(2)特有的參考值(Vref)而生成的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種方法，用于調(diào)節(jié)向至少一個用電設備提供的電源，該用電設備通過電壓調(diào)節(jié)器(2)連接到直流電壓源(1)的電壓輸出端，在該輸出端存在電源電壓(U
文檔編號G05F1/10GK1428677SQ0215700
公開日2003年7月9日 申請日期2002年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月19日
發(fā)明者T·杜爾鮑姆 申請人:皇家菲利浦電子有限公司