專利名稱：主從臨界導(dǎo)通模式功率轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總##及為負載供應(yīng)功率的系統(tǒng)，并且特別涉及這種使用多個電源 來產(chǎn)生高輸出的、同質(zhì)功率的系統(tǒng)。
技術(shù)背景幾個問題起因于功率轉(zhuǎn)換器的構(gòu)造。這些問題中最成問題的是在不把噪聲 引入輸入功率的情況下難以產(chǎn)生無噪聲的輸出功率。集中到這個問題的常規(guī)技 術(shù)是已知的，但是實現(xiàn)起來復(fù)雜并且昂貴。常規(guī)功率轉(zhuǎn)換器引入輸入電流的周 期性變化的分量并且能夠?qū)е履芰繐p失。另外，現(xiàn)有技術(shù)的功率轉(zhuǎn)換器相對于 功率輸入典型地不表現(xiàn)為簡單電阻性負載。用于功率因數(shù)校正(PFC)的增壓轉(zhuǎn)換器的現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計包括兩種常規(guī)解 決最小化紋波電流問題的方法。圖5示出了5見有技術(shù)功率因數(shù)校正(PFC)增 壓轉(zhuǎn)換器500的示意圖。用于相似于圖5的系統(tǒng)的兩種方法是間斷模式(DM) 和連續(xù)模式(CM)。在轉(zhuǎn)換器500中，交流(AC)電壓供應(yīng)VAc耦合到全波橋式整流器BR的 輸入端兩端。該橋式整流器BR的第一輸出端耦合到電感L的第一端。電感L 的第二端耦合到晶體管開關(guān)M的漏極和二極管D的陽極。二極管D的陰極耦 合到輸出電容C的第一端。該橋式整流器BR的第二輸出端耦合到感應(yīng)電阻 Rsen^的第一端。感應(yīng)電阻RsenSE的第二端、晶體管開關(guān)M的源極和電容C的 第二端均耦合到接地節(jié)點。形成在感應(yīng)電阻的第一端的電壓信號-I^皿 表示增壓轉(zhuǎn)換器500從電源U1A的電流。信號-Ise^是負極性，因為它由電阻RsenSE相對于地的兩端壓降形成。開雜制電壓信號V，施加到晶體管開
關(guān)M的柵極并且控制晶體管開關(guān)M是否導(dǎo)通(開關(guān)閉合)或者不導(dǎo)通(開關(guān) 打開)。當(dāng)開關(guān)M閉合時，從橋式整流器BR產(chǎn)生的電流ffiil電感L并且通過開 關(guān)M。在這種^f牛下，二極管D被輸出電壓V。m反向偏置。流經(jīng)電感L的電 流儲存能量，作為與電感L相關(guān)聯(lián)的磁場。當(dāng)開關(guān)M打開時，儲存的能量通 過流經(jīng)二極管D的電流被轉(zhuǎn)移到輸出電容C。在這種^[牛下，二極管D被正 向偏置。儲存在輸出電容C的能量形成電容C兩端的輸出電壓VQUT， i亥輸出 電壓可用來驅(qū)動負載，例如第二電源級。從電源V^到電容C的能量轉(zhuǎn)移速率 依賴于開關(guān)控制信號V，的占空比。圖5中所示的增壓轉(zhuǎn)換器500控制晶體管開關(guān)M切換的次數(shù)以使被增壓 轉(zhuǎn)換器500從交流電源VAC B及入的電流與電源VAC提供的電壓在相位上基本上 相同，并且控制晶體管開關(guān)M的占空比以使輸出電壓V。m維持在恒定電平。電壓VQOT和電壓-I,w都被監(jiān)測以控制切換。當(dāng)在CM中執(zhí)4f^樣的增壓轉(zhuǎn)換器500時，流經(jīng)電感L的電流一直保持在 零以上。這樣，在開關(guān)M閉合的時刻，電流流經(jīng)二極管D。儲存在與二極管 D相關(guān)結(jié)點中的能量引起對二極管D的有限恢復(fù)時間以至于二極管D不能立 刻斷開。更確切地講，儲存在二極管D的結(jié)點中的能量在開關(guān)M —閉合時就 ffiil開關(guān)M放電。由此引起的在開關(guān)M中的高電平電流導(dǎo)致額外的能量耗散 和開關(guān)M的過早損壞。因為這種高電平電流發(fā)生在每次開關(guān)M循環(huán)時，所以 切換頻率是有限的。這對驅(qū)動第二電源級的增壓轉(zhuǎn)換器來說尤其正確，因為這 種增壓轉(zhuǎn)換器典型地在輸出電容C兩端生成大約400伏特的調(diào)節(jié)電壓。此外， 因為PFC增壓轉(zhuǎn)換器500控制切換發(fā)生的次數(shù)以使由電源V^提供的電壓和電 流是互相同相的，所以開關(guān)M中電流升高的問M常不能ffi31讓二極管D中 的電流在閉合開關(guān)M之前降到零 免，如果轉(zhuǎn)換器500執(zhí)行在DM時也一 樣會發(fā)生。當(dāng)執(zhí)行在DM時，轉(zhuǎn)換器500特別放大讓電流M51L降到最小為零的波紋， 同時升高最大電流值。不論操I1^莫式如何，允許的電流值的范圍的擴JW DM 轉(zhuǎn)換器意味著L中電流的平均值保持為常值。盡管這種電流的保持允許轉(zhuǎn)換器 相對于CM轉(zhuǎn)換器能獲得低損耗切換和提高的效率，但是不幸的是向輸M口輸 出電流中引入了高波紋。
現(xiàn)有的系鄉(xiāng)過〗柳多個J^設(shè)計的轉(zhuǎn)換器、修改它們的相對相位，并合 并它們的輸出功率來設(shè)法附氏波紋影響。^轉(zhuǎn)換器的相位相對于其它的轉(zhuǎn)換 器皮修改以使轉(zhuǎn)換器的波紋分量彼此抵消。這樣一種裝置在圖6中示出。為了給負載提供功率而消去被系統(tǒng)引入的波紋電流是已知的。已知在現(xiàn)有 技術(shù)中通過并聯(lián)耦合兩個電源并且通過給這兩個電源提供相差180度的切換頻率來實現(xiàn)輸入波紋電流的消去。圖6中所示的現(xiàn)有的系統(tǒng)20規(guī)定了以這種方 式來消去輸入波紋電流。該系統(tǒng)20包括第一增壓型功率轉(zhuǎn)換器21 (第一電源)， 其包括PWM控制器22、 FET電源開關(guān)M1、電感Ll、整流器D1和濾波電容 Cl。功率轉(zhuǎn)換器21以已知的方式運行，這里不再進一步說明。通過第一功率 轉(zhuǎn)換器21提供給負載26的功率被反饋網(wǎng)絡(luò)27和PWM控制器22調(diào)整，其輸 出耦合到FET電源開關(guān)Ml的柵極。由反饋網(wǎng)絡(luò)27的電阻R3和R4形成的分 壓器劃分第一功率轉(zhuǎn)換器21的輸出電壓并且在放大器U6中比較所分出的輸出 電壓和參考電壓Vj^。來自放大器U6的輸出電壓然后耦合到PWM控制器22 的控制輸入以調(diào)整電源開關(guān)M1的導(dǎo)通時間。該系統(tǒng)20還包括第二增壓型功率轉(zhuǎn)換器23 (第二電源)，其包括PWM控 制器24、 FET電源開關(guān)M2、電感L2、整流器D2和濾波電容C2。功率轉(zhuǎn)換 器23以已知的方式運行，這里不再進一步說明。通過第二功率轉(zhuǎn)換器23提供 給負載26的功率也被反饋網(wǎng)絡(luò)27和PWM控制器24調(diào)整，其輸出耦合到FET 電源開關(guān)M2的柵極。來自放大器U6的輸出電壓也耦合到PWM控制器24的 控制輸入以調(diào)整電源開關(guān)M2的導(dǎo)通時間。X^萬周知，流經(jīng)功率轉(zhuǎn)換器21和23中的電感L1和L2的電流分別具有三 角波形。固定頻率振蕩器25直接耦合到PWM控制器22的時鐘輸入并且通過 反相器N2耦合到PWM控制器24的時鐘輸入以給PWM控制器22和24提供 相差180度的時鐘波形。結(jié)果，電感Ll和L2的三角電流波形將相差180度。 因此，輸入電流的三角成分被抵消了，僅僅留下輸入電流的的DC分量。圖6 的電路不^l軍決對負載26進行電流或功率均衡的問題。此外，因為兩個電源 的分量不相同，所以自然會發(fā)生輕微的相差。導(dǎo)致波紋電流足夠大至腰避免這 種電路應(yīng)用到大功率裝置。結(jié)合可變頻率的電源來給負載提供功率并且進一步使用相位檢測來穩(wěn)定由 旨電源提供給負載的電流并且消去由該系統(tǒng)引入的輸入電流的波紋分量是已知的。圖7示出了為負載36提供功率的系統(tǒng)30的框圖。系統(tǒng)30包括第一和第 二電源31和32，它們的輸廟耦合到一起并為同一負載36提供功率。電源31 和32中的每一個都是可變頻率功率源，在它的切換頻率和它提供給負載的功 率之間有一定關(guān)系。例如，每個電源31和32都能具有在它的切換頻率和它提 供給負載的功率之間是線性或非線性的的關(guān)系。同時，*電源也都能在它的 切換頻率和它提供給負載的功率之間有正比的關(guān)系，這樣功率和切換頻率在相 同的方向增加或降低，或者有反比的關(guān)系，這樣功率和切換頻率在相反的方向 變化。系統(tǒng)30的電源31和32在它們的切換頻率與它們提供給負載36的功率 之間有相似的關(guān)系。如圖7所示，第一和第二電源31和32能相互并聯(lián)耦合。參考圖7，該系統(tǒng)還包括分別與第一和第二電源31和32相關(guān)聯(lián)的反饋網(wǎng) 絡(luò)33和34。第一反饋網(wǎng)絡(luò)33把第一電源31的輸出電壓的一部辨禹合到第一 電源31的控制端CTRL以改變第一電源31的第一切換頻率O人而調(diào)整由第 一電源31提供給負載36的功率。相似的，第二反饋網(wǎng)絡(luò)34把第二電源32的 輸出電壓的一部辨禺合至'傑二電源32的控制端CTRL以改麟二電源32的第 二切換頻率U,從而調(diào)整由第二電源32提供給負載36的功率。相位檢測裝置35提供了表示第一電源31的第一切換頻率fswl與第二電源 32的第二切換頻率f^之間的相差的誤差信號。第一切換頻率。從第一電源31 的端子接出，并施加于相位檢測裝置35的一^f俞入端。相似的，第二切換頻 率U從第二電源32的端子接出，并施加于相位檢測裝置35的另一個輸入端。 由相位檢測體35提供的誤差信號接入到反饋網(wǎng)絡(luò)33和34。結(jié)果是第一和第 二切換頻率f^和f^相互鎖定。此外，因為第一和第二電源31和32在它們的切換頻率與它們提供給負載 的功率之間有相似的關(guān)系，所有第一電源31提供給負載36的功率基本上等于 第二電源32提供給負載36的功率。在圖7中，由第一和第二電源31和32提 供給負載36的功率的大體穩(wěn)定意味著由電源31和32中每一個提供給負載36 的電流基本上穩(wěn)定，因為電源31和32相互并聯(lián)耦合，并且這樣給負載36施 加相同的電壓。圖7的電路j頓被設(shè)計成鎖定兩個電源相差180度相位差的回路。不幸地， 因為兩個電源的占空比不總是50%，所以相位就不總是完全相反。此外，在調(diào)
整回路極限狀態(tài)時圖7中的裝置喪失相位鎖定，這導(dǎo)致完全喪失消去輸入波紋 電流，并且能導(dǎo)致從該裝置發(fā)出聽得見的噪聲。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明涉及一種使用多個電源為負載提供功率的系統(tǒng)和方法，這里那些電 源布置成主從結(jié)構(gòu)，其中從功率源的特性被調(diào)制以產(chǎn)生具有期望特性的輸出功率。本發(fā)明能用所有鄉(xiāng)的臨界導(dǎo)通模式(CCM)轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)，包括反極性、增壓、反極性增壓、逆向和正向轉(zhuǎn)換器以用在AC/DC和DC/DC功率轉(zhuǎn)換器與 絕緣的和非絕緣的結(jié)構(gòu)中。在一些應(yīng)用中，包括打算用在輸出功率,300瓦特的電源中的功率因數(shù) 校正(PFC)前端，期望具有以下特征的電源系統(tǒng)在輸入電壓的整個范圍內(nèi) 有好的電流分配，可變頻率運行，極好的輸入電流波紋消除和與輸入功率系統(tǒng) 之間具有最小的干擾。本發(fā)明提供一種具有這些期望特性并且具有改進的簡易 性禾蹄隨容易的系統(tǒng)。此外，本發(fā)明避免了大體積和低效率組件(例如在許多 現(xiàn)有的裝置中存在的感應(yīng)電阻)的使用。本發(fā)明涉及在一種使用多個可變頻率功率源以提供一致的功率給負載的系 統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)和方法包括觸發(fā)從功率源的接通以切斷主功率源，它們還包 括為了最優(yōu)功率特性而使用相位檢測器來調(diào)整從功率源的切斷。在另一方面，本發(fā)明在觸發(fā)中利用局部電壓控制振蕩器(VCO)。在這個 實施例中，主功率源的接通被鎖定到VCO。頻率被控制為與主功率源相同的頻率。此外，vco有對稱的輸出波形。從功率源被觸發(fā)到vco輸出的下降沿，其與上升沿(其與主功率源接通同相)基本上有180度相位差。因此，從功率 源的接通將與主功率源的接ffi^間基本上有180度的相位差。這個方案最小化 了輸入和輸出波紋電流。


圖1是根據(jù)本發(fā)明特征的用于向負載提供功率的系統(tǒng)的框圖。 圖2進一步示出了圖1中系統(tǒng)的組件。 圖3是本發(fā)明可選實施例的功能圖。 圖4是本發(fā)明最優(yōu)實施例的功能圖。 圖5示出了現(xiàn)有技術(shù)的功率源。 圖6示出了現(xiàn)有技術(shù)中使用兩個并聯(lián)功率源進行功率因數(shù)校正的電源前端。圖7示出了現(xiàn)有技術(shù)中使用其頻率被相位鎖定回路穩(wěn)定的兩個并聯(lián)源進行 功率因數(shù)校正的電源前端。 4雌實施例的詳細說明現(xiàn)在將對本發(fā)明的tt^和可選實施例進行詳細說明，例子在附圖中示出。 盡管結(jié)合這些實施例對本發(fā)明進行描述，但是可以理解它們不打算把本發(fā)明限 于這些實施例。相反，本發(fā)明目的在于覆蓋替換、修改和等同物，其可以包括 在附加的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。此外，在以下本發(fā)明的詳 細描述中，為了提供本對發(fā)明徹底的理解闡明了許多特定細節(jié)。然而，應(yīng)當(dāng)注 意本發(fā)明在沒有這些特定的細節(jié)時也能實現(xiàn)。在其它盼瞎況，為了不使本發(fā)明 的各方面變得不必要的不清楚，眾所周知的方法、程序、組件和電路將不詳細 描述。圖1是根據(jù)本發(fā)明的用于為負載提供功率的系統(tǒng)100的框圖。這個系統(tǒng)包 括兩個功率源，主功率源110和從功率源130。每一個功率源可以包括以下組 件，分別對于主功率源110和從功率源130:功率輸入112、 132;電流傳感器 輸出114、 134;功率輸出116、 136;內(nèi)部單穩(wěn)態(tài)驅(qū)動器118、 138;內(nèi)部單穩(wěn) 態(tài)延遲驅(qū)動器122、 142;和內(nèi)部單穩(wěn)態(tài)輸出124、 144。主功率源110耦合到 從功率源130以把在系統(tǒng)100的輸入102接收的功率轉(zhuǎn)換為在系統(tǒng)100的組合 輸出104處所供應(yīng)的功率，同時在輸入102和組合輸出104處都提供最小限度 的干擾。在系統(tǒng)100中，主功率源110和從功率源130都是如現(xiàn)有技術(shù)中已知的可 切換電源，并且從而僅僅當(dāng)它們接通時才提供功率給它們的輸出116和136。 兩個電源都依賴內(nèi)部單穩(wěn)態(tài)，其沒有示出，以控制內(nèi)部開關(guān)，也沒有示出。內(nèi) 部單穩(wěn)態(tài)驅(qū)動器118、 138通過提供驅(qū)動觸發(fā)器決定切換狀:態(tài)。當(dāng)電壓施加到 內(nèi)部單穩(wěn)態(tài)驅(qū)動器118、 138時，每個單穩(wěn)態(tài)驅(qū)動器提供電壓給內(nèi)部開關(guān)和內(nèi) 部單穩(wěn)態(tài)輸出124、 144。由內(nèi)部單穩(wěn)態(tài)驅(qū)動:^^供的電壓根據(jù)由內(nèi)部單穩(wěn)態(tài)延 遲電路驅(qū)動器122、 142所決定的延遲持續(xù)。在主功率源110和從功率源130 中，開關(guān)和單穩(wěn)態(tài)電壓供應(yīng)之間的關(guān)系是這樣的，當(dāng)單穩(wěn)態(tài)驅(qū)動器提供電壓或 者"接通"時，開關(guān)閉合，這相應(yīng)于電源的"斷開"狀態(tài)。然而，在主功率源
110的內(nèi)部單穩(wěn)態(tài)輸出124與從功率源130的內(nèi)部單穩(wěn)態(tài)驅(qū)動器138之間包含 反相器180意tt從功率源130的內(nèi)部單穩(wěn)態(tài)驅(qū)動器與主功率源110的內(nèi)部單 穩(wěn)態(tài)驅(qū)動器基本上異相地驅(qū)動?？傊娫?10和130被配置成這樣以至于驅(qū) 動器118和138收到的信號將引起電源被切斷，并且在由延遲電路驅(qū)動器122、 142所決定的一段時間內(nèi)電壓被提供給輸出124、 144。當(dāng)主功率源110處于斷開狀態(tài)時，儲存提供到輸入112的功率，當(dāng)它處于 導(dǎo)通狀態(tài)時這個功率被施加到輸出116并且隨后到組合輸出104并且接著施加 到負載，這個沒有示出。同時，來自組合輸出104的信號耦合到單穩(wěn)態(tài)延遲電 路驅(qū)動器122，電流被儲存在其中以當(dāng)單穩(wěn)態(tài)驅(qū)動器激活時驅(qū)動該延iM^置。 主功率源110處于自諧振結(jié)構(gòu)當(dāng)主功率源110中的電涼返到零時，來自電流 傳感器輸出1]4的i言號被tf^到單穩(wěn)態(tài)驅(qū)動器118。這個信號可選擇通過延遲 結(jié)構(gòu)131以禾擁過零點電流中的自然諧 11。接著單穩(wěn)態(tài)驅(qū)動器提供電壓， 切斷主功率源110并且同時提供電壓到單穩(wěn)態(tài)輸出124。單穩(wěn)態(tài)驅(qū)動器在符合 延遲電路122的一段時間內(nèi)提供這個電壓。延遲電路122被系統(tǒng)100的輸出功 率充電。來自單穩(wěn)態(tài)輸出124的信號通過反相器180耦合到從功率源130的單穩(wěn)態(tài) 驅(qū)動器138。因此，當(dāng)主功率源110切換到關(guān)斷位置時，從功率源130隨之切 換到導(dǎo)通位置。從功率源130 KS成JOT反饋機構(gòu)來調(diào)整它保持在導(dǎo)通位置的 時間。從功率源130在由EiK電路142決定的時間內(nèi)保持在導(dǎo)通位置。延遲電 路142被使用系統(tǒng)100的輸出功率、單穩(wěn)態(tài)輸出144和電流傳 輸出142的 反饋回路充電。這個反饋回路運行引起如果從功率源130中的電流不基本上接 近零則從功率源不切斷。來自單穩(wěn)態(tài)輸出144的信號和來自電流傳li^l輸出142 的信號在相位檢測器160中比較。相位檢測器160的輸出加至lj與系統(tǒng)100的輸 出功率成比例的電流上并且其組合被供應(yīng)給延遲電路142。相位檢測器160的 電壓輸出代表在切斷時與功率源130中出現(xiàn)的零電流的偏離。這個誤差信號提 供了負反饋以調(diào)制從功率源130的脈沖寬度以使切斷發(fā)生在從功率源130中基 本上為零的電流出現(xiàn)的時刻。主功率源110為自諧振結(jié)構(gòu)具有{繊于來自組合輸出104和來自它的電 流傳自114的反饋的切換^l^態(tài)。從功率源130的切換狀態(tài)被主功率源110的 單穩(wěn)態(tài)輸出控制，并且被來自組合輸出104的反饋控制，該組合輸出104被由 根據(jù)電流傳感器134和單穩(wěn)態(tài)輸出144之間比較所得出的校正所調(diào)節(jié)。這樣，從功率源130的切換狀態(tài)與主功率源110的狀態(tài)相反地i^在一起，并且從功率源130的脈沖寬度最優(yōu)化到適合3卩個切換狀態(tài)。M31輸入102外部供應(yīng)的功率通過輸入112并聯(lián)接入到主功率源110和通 過輸入132接入到從功率源130，在那里該功率被儲存。當(dāng)主功率源110位于 接通位置時，從功率源130位于斷開位置。接入到輸入112和儲存在主功率源 110的功率在輸出116供應(yīng)并且隨后到組合輸出104。同時，在輸入132接入 到從功率源130的功率儲存在從功率源130中，沒有功率供應(yīng)給輸出136。當(dāng) 主功率源110中的電流達到零時，來自電流傳li^輸出114的信號接入到單穩(wěn) 態(tài)驅(qū)動器118，切換主功率源110到斷開位置，在此位置它保持由延遲電路122 所決定的一段長度的時間。同時，來自單穩(wěn)態(tài)輸出124的信號接入單穩(wěn)態(tài)驅(qū)動 器138，觸發(fā)從功率源130從斷開位置切換到接通位置。從功率源130在一段 由延遲電路142所決定長度的時間內(nèi)保持在接通位置。延遲的長度由負反饋機 構(gòu)經(jīng)過多個切換周期進行調(diào)制，其中最優(yōu)延遲長度的偏離弓(^t供應(yīng)到延遲長 度電路142的功率的調(diào)整。同時，主功率源110根據(jù)EiR電路122保持在斷開 狀態(tài)。因為延遲電路122、 142由同一源提供功率，所以它們能被按照使/人功 率源130的切斷后不久接著是主功率源110的接通這樣一種方式而配置。圖2是圖1中主功率源110或從功率源130的功率源200的功能框圖。功 率源200包括電壓輸入210、電壓輸出230、單穩(wěn)態(tài)電路276、運算放大器274、 開關(guān)278、電感270、 二極管280和電感272。接入電壓輸入210的電壓為電感 270提供能量，在電感272中引起感應(yīng)電流。如果開關(guān)278打開，并且供應(yīng)的 電流處于正確的方向，那么來自電感270的電流正向偏置二極管280并且穿行 i!51電壓輸出230。如果開關(guān)278閉合，來自電感270的電流短路接地并且二 極管280被反向偏置。開關(guān)278的狀態(tài)由單穩(wěn)態(tài)電路276的Q輸出決定。該Q輸出能采取兩種 狀態(tài)并且默認處于一種狀態(tài)，當(dāng)該單穩(wěn)態(tài)電路在A輸入上接收電壓時，它推動 Q輸出至U第二狀態(tài)，在那里它保持一段由與急態(tài)電路的RC輸入決定的時間。 單穩(wěn)態(tài)電路276的A輸A^ RC輸入分別由功率源200的輸入240和250決定。 單穩(wěn)態(tài)電路的Q輸出作為功率源200的輸出260提供。電感272中引起的感應(yīng)電流作為一個輸入接入到運算放大器274，運算放 大器274的另一 輸入接地。運算放大器274的輸出作為功率源200的輸出220魏a不內(nèi)n 。圖3是本發(fā)明可選實施例的功育雕圖。圖3中系統(tǒng)300的運行基本上與圖 1中系統(tǒng)100相似。系統(tǒng)300耦合來在輸入301接收功率并且在輸出302提供 功率。來自輸入301的功率信號耦合到并聯(lián)功率源， 一個主功率源和一個從功 率源。該功率信號耦合到電感310，在其中它在電感318中引起感應(yīng)電流。該信 號采取自電感310的兩條ffi^各中的一條，取決于開關(guān)314的狀態(tài)如果開關(guān)打 開，該信號艦二極管312并接著到輸出302;如果開關(guān)閉合，該信號將通過 開關(guān)314到地。來自電感318的感應(yīng)信號作為一，入供給運算方文大器320。 放大器320的另一4it入短接到地。運算放大器320的輸出ail延機置322 接到單穩(wěn)態(tài)電路316的觸發(fā)輸入A。該功率信號也接入到從功率源。該功率信號接入到電感350，在其中它在 電感358中弓胞感應(yīng)電流。該信號采取自電感350的兩條通路中的一條，取決 于開關(guān)354的纟犬態(tài)如果開關(guān)打開，該j言號通過二極管352并接著到輸出302; 如果開關(guān)閉合，該信號將M31開關(guān)354到地。來自電感358的感應(yīng)信號作為運 算放大器360的一^f俞入。運算放大器360的另一個輸Ai^接到地。運算放大 器360的輸出耦合至,于控制從功率源的反饋網(wǎng)絡(luò)395。網(wǎng)絡(luò)395的運行將在 對單穩(wěn)態(tài)電路316、 356的運行和主功率源的運行的更徹底的描述之后討論。*單穩(wěn)態(tài)電路316、 356者PM出Q與兩個輸入A和RC。該輸出Q能 采取兩種狀態(tài)， 一種是穩(wěn)定的并且一種是浮動的。從穩(wěn)定狀態(tài)到浮動狀態(tài)的轉(zhuǎn) 換發(fā)生在斜急態(tài)電路在輸入A上接收信號時，輸出Q保持在浮動狀態(tài)的持續(xù) 時間由輸入RC決定。當(dāng)輸入RC短接到地時，輸出Q的狀態(tài)切換回穩(wěn)定狀態(tài)。 在系統(tǒng)300中，普遍存在的這種轉(zhuǎn)換的定時方法是連接電阻和電容網(wǎng)絡(luò)到RC 輸入上。當(dāng)輸出Q為浮動狀態(tài)時，存儲在電容中的能Mi電阻被耗散，直到 RC輸入短接到地，這樣決定了輸出Q處于浮動狀態(tài)的時間。主功率源和從功率源的組合輸出，當(dāng)提供給輸出302時，也作為反饋信號 397提供給主功率源和從功率源。反饋信號397通過濾波器380并且接著通過 濾波器382和加法器392。濾波器382的輸出耦合到單穩(wěn)態(tài)電路316的輸入RC。 這樣，單穩(wěn)態(tài)電路316中滯留在浮動狀態(tài)的持續(xù)時間由濾波器382決定。單穩(wěn) 態(tài)電路316通過輸出Q驅(qū)動開關(guān)314的狀態(tài)。輸出Q的狀態(tài)，并且因此開關(guān)314 由單穩(wěn)態(tài)電路316決定。同時，來自輸出Q的信號提供給從功率源的單穩(wěn)態(tài)電 路356的輸入A。由于開關(guān)314、 354的特性，單穩(wěn)態(tài)電路316的輸出Q到單穩(wěn)態(tài)電路356 的輸入A的耦合弓胞這種影響閉合開關(guān)314接著弓跑開關(guān)354的打開。從而， 從功率源的接通由主功率源的切斷所觸發(fā)。然而，從功率源和主功率源的實際占空比不敲竟像的，并且因此不會引起輸入和輸出波紋電流的完全抵消。此外， 決定切換周期的反饋機構(gòu)具有弓l起這些占空比調(diào)整的校正因數(shù)。現(xiàn)在將詳細描 述這些反饋結(jié)構(gòu)。從功率源的反饋網(wǎng)絡(luò)395基于運算放大器360的輸出和單穩(wěn)態(tài)電路356的 輸出Q決定適當(dāng)?shù)男盘栆蕴峁┙o單穩(wěn)態(tài)電路356的輸入A和RC。此外，網(wǎng)絡(luò) 395控制從單穩(wěn)態(tài)電路356的輸出Q和運算放大器360的輸出到開關(guān)354的信 號。反饋網(wǎng)絡(luò)395對來自運算放大器360和來自單穩(wěn)態(tài)電路356的輸入執(zhí)行兩 種不同的操作，這兩種操作導(dǎo)致兩種相互^tl立的輸出。為了形成第一輸出，反饋網(wǎng)絡(luò)395比較單穩(wěn)態(tài)電路356的輸出Q和運算放 大器360的輸出之間的相位。i亥輸出Q使單穩(wěn)態(tài)電路356影響從功率源中的切 換事件，運算放大器360的輸出代表從功率源中存在的電流量。該相位比較計 算表示期望切換時間與最優(yōu)切換時間之間偏差的信號，在最優(yōu)切換時間從功率 源中的電流基本上為零。第二輸出是由與門390對單穩(wěn)態(tài)電路356的輸出Q和運算放大器360的輸出執(zhí)行操作之后的結(jié)果。除非從功率源中的電流基本上小于或等于零，否則這 種操作產(chǎn)生不觸發(fā)開關(guān)事件的輸出。反饋網(wǎng)絡(luò)395的第一輸出信號傳Mffi過濾波器384到加法器392。加法器 392把第一輸出與反饋信號397相組合。這個加法器的輸出被提供到濾波器386 并且接著被提供到單穩(wěn)態(tài)電路356的輸入RC。這樣，轉(zhuǎn)變到單穩(wěn)態(tài)電路356的輸出Q的浮動狀態(tài)由來自單穩(wěn)態(tài)電路316 的輸出Q的信號決定，并且該浮動狀態(tài)持續(xù)的時間由反饋信號397和反饋網(wǎng)絡(luò) 395的第一輸出所決定的信號所決定。反饋網(wǎng)絡(luò)395的第二輸出信號被耦合來控制從功率源的開關(guān)354。從功率 源的切換狀態(tài)由單穩(wěn)態(tài)電路356的輸出Q與運算放大器360的輸出在邏輯與門
390中的結(jié)合決定。這樣，除非從功率源中的電流基本上小于或等于零，否則 就不觸發(fā)切換事件。反饋網(wǎng)絡(luò)395的作用是給從功率源的期望切換時間提供校正。如上所討論 的，這個期望的切換時間被主功率源的切斷直接觸發(fā)。然而，在沒有反饋網(wǎng)絡(luò) 395的情況下，對開關(guān)354來說用從電感350中不能被接受電平的電流來閉合 是可能的。這能導(dǎo)致?lián)p壞開關(guān)354。該反饋網(wǎng)絡(luò)395提供兩種功能第一，它 防止開關(guān)354被不能接受電平的電流永遠閉合；第二它對從功率源的脈沖寬 度提供了校正，朝著關(guān)于從功率源中的電流的切斷事件發(fā)生在最優(yōu)時亥啲那一 點,。圖4是本發(fā)明優(yōu)選實施例的系統(tǒng)400的功能圖。系統(tǒng)400與圖3中的系統(tǒng) 300 —樣，但是在單穩(wěn)態(tài)電路316的輸出Q和單穩(wěn)態(tài)電路356的輸入A之間附 加有振蕩器電路410。振蕩器電路410包括具有50%占空比的壓控振蕩器440用以產(chǎn)生送到單穩(wěn) 態(tài)電路356的輸入A的觸發(fā)信號。接入到振蕩器440的控制信號被調(diào)制以使振 蕩器440的頻率基本上與單穩(wěn)態(tài)電路316的輸出Q的頻率相同。此外，來自振 蕩器440的信號基本上與單穩(wěn)態(tài)電路316的輸出Q信號同相，因為它被觸發(fā)離 開那個信號的上升沿。這個信號被反相，入單穩(wěn)態(tài)電路356的輸入A以使單 穩(wěn)態(tài)電路356的輸出結(jié)果Q基本上與單穩(wěn)態(tài)電路316的輸出Q有180度相位 差。在振蕩器電路410中，斜急態(tài)電路316的輸出Q耦合到相位^t測器420， 在其中它和壓控振蕩器440的輸出相比較。相位檢測器420的輸出結(jié)果與兩個 輸入信號之間的差成比例。這個輸入耦合至吩壓器430并接著耦合到振蕩器 440。結(jié)果是反饋網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動該振蕩器的輸出信號與單穩(wěn)態(tài)電路316的輸出Q的 上升沿同相。因此，振蕩器440的頻率和單穩(wěn)態(tài)電路316的輸出Q基本上相同。 振蕩器440的輸出也被反相器450反相并被接入單穩(wěn)態(tài)電路356的輸入A。這 種操作在與單穩(wěn)態(tài)電路316的輸出信號Q有180度相位差的一點有效地觸發(fā)單 穩(wěn)態(tài)電路356。由于開關(guān)314、 354的特性，在單穩(wěn)態(tài)電路316、 356的輸出Q的信號中的 180度相位差引起以下影響閉合開關(guān)314接著引起開關(guān)354的打開。因此， 從功率源的接通被主功率源的切斷所觸發(fā)。
與系統(tǒng)300相比較，系統(tǒng)400產(chǎn)生更好的輸入和輸出電流波ia消。如上^^f討論的，在主功率源和從功率源之間具有不一致性。為了不損壞電路組件， 主功率源和從功率源的占空比不必互相成為鏡像。這樣，主功率源和從功率源 信號不能完好地消除相互的波紋分量。局部振蕩器系統(tǒng)400為主功率源和從功率源的占空比提供了常值校正，朝 著使它們^Th都是50%并且有180度相，的狀態(tài)驅(qū)動。該校正為最優(yōu)消除作 準(zhǔn)備。與此相反，系統(tǒng)300沒有這種校正。因此，系統(tǒng)400相比于系統(tǒng)300提 高了波紋消除。就加入了細節(jié)的特定實施例描述了本發(fā)明，使得本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和操作 容易理解。在這里對特定實施例及其細節(jié)的參考，目的并不在于限制所附的權(quán) 利要求的范圍。在不背離本發(fā)明的精神和范圍的條件下，可以對實施例進行修 改對于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言顯而易見。
權(quán)利要求
1、一種為負載提供功率的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括a、第一和第二功率源，每一個具有控制系統(tǒng)；和，b、檢測第一功率源中的切斷事件并且接著觸發(fā)第二功率源中的接通事件的裝置，該裝置包括直接提供相同信號給第一功率源的開關(guān)和第二功率源的控制系統(tǒng)的裝置；其中第一和第二功率源具有相似的噪聲特性。
2、 權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中第一功率源具有包括頻率和脈沖寬度的切換 波形，此外其中該脈沖寬度被第一反饋系統(tǒng)調(diào)制，該第一反饋系統(tǒng)采用包括與 該系統(tǒng)提供的功率成比例的信號的輸入，此外其中該頻率由第二反饋系統(tǒng)決 定，該第二反饋系統(tǒng)采用包括與第一功率源中存在的電流成比例的信號的輸 入。
3、 權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中第二反饋系統(tǒng)包括檢測第一功率源中電流存 在并且隨后給第一功率源的控制系統(tǒng)發(fā)信號以觸發(fā)第一功率源的切斷事件的裝置。
4、 權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其中隨后給控制系統(tǒng)發(fā)送信號包括利用第一功率 源中電流的已知振蕩特性5^發(fā)送信號以使第一功率源的切換元件兩端的電壓 最小化的裝置。
5、 權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中第二功率源具有包括頻率和脈沖寬度的切換 波形，其中頻率由第二功率源中接通事件的觸發(fā)所決定，此外其中脈沖寬度被 第三反饋系統(tǒng)調(diào)制，該第三反饋系統(tǒng)采用包括與第二功率源中存在的電流成比 例的信號、與該系統(tǒng)提供的功率成比例的信號和希望的切換事件的輸入。
6、 權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其中希望的切換事件由第一功率源中的切斷事件 間接觸發(fā)。
7、 權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中第三反饋系統(tǒng)把希望的切換事件與第一功率 源中的電流基本上為零的時間點相比較，并且生成表示那些點之間的時間差的 信號并且把它提供給控制系統(tǒng)，其中控制系統(tǒng)i頓表示時間差的信號來智能地 調(diào)制第二功率源的脈沖寬度。
8、 一種為負載提供功率的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 a、 第一和第二功率源，每一個具有控制系統(tǒng)；和，b、 檢測第一功率源中的切斷事件并且接著觸發(fā)第二功率源中的接通事件 的裝置，該裝置包括直接提供相同信號給第一功率源的開關(guān)和第二功率源的控 制系統(tǒng)的裝置，其中用于檢測的裝置包括用于直接提供相同信號給第一功率源 的開關(guān)和處理系統(tǒng)的裝置，該處理系統(tǒng)負責(zé)隨后提供信號給第二功率源的控制 系統(tǒng)；其中第一和第二功率源具有相似的噪聲特性。
9、 權(quán)利要求8的系統(tǒng)，其中該處理系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生與第一功率源的波 形基本上相同頻率也和第一功率源有基本上180度的相位差并且有基本上為50 %占空比的波形的裝置，此外其中這個波形是提供給第二功率源的控制系統(tǒng)的信號。
10、 權(quán)利要求8的系統(tǒng)，其中第一功率源具有包括頻率和脈沖寬度的切換 波形，此外其中脈沖寬度被第一反饋系統(tǒng)調(diào)制，該第一反饋系統(tǒng)采用包括與該 系統(tǒng)提供的功率成比例的信號的輸入，此外其中頻率由第二反饋系統(tǒng)決定，該 第二反饋系統(tǒng)采用包括與第一功率源中存在的電流成比例的信號的輸入。
11、 權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中第二反饋系統(tǒng)包括檢測第一功率源中電流 存在并且隨后給第一功率源的控制系統(tǒng)發(fā)信號以觸發(fā)第一功率源的切斷事件的 裝置。
12、 豐又利要求11的系統(tǒng)，其中隨后給控制系統(tǒng)發(fā)送信號包括利用第一功 率源中電流的已知振蕩特性延遲發(fā)送信號以使第一功率源的切換元件兩端的電 壓最小化的裝置。
13、 豐又利要求8的系統(tǒng)，其中第二功率源具有包括頻率和脈沖寬度的切換 波形，其中頻率由第二功率源中接通事件的觸發(fā)所決定，此外其中脈沖寬度被 第三反饋系統(tǒng)調(diào)制，該第三反饋系統(tǒng)釆用包括與第二功率源中存在的電流成比 例的信號、與該系統(tǒng)提供的功率成比例的信號和希望的切換事件的輸入。
14、 權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中希望的切換事件由第一功率源中的切斷事 件間，數(shù)蟲發(fā)。
15、 權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中第三反饋系統(tǒng)把希望的切換事件與第一功 率源中的電流基本上為零的時間點相比較，并且生成表示那些點之間的時間差 的信號并且把它提供給控制系統(tǒng)，其中控制系統(tǒng)4頓表示時間差的信號來智能 地調(diào)制第二功率源的脈沖寬度。
16、 禾又利要求14的系統(tǒng)，其中第三反饋系統(tǒng)還包括用于當(dāng)不希望的電流 量保持在第二功率源中時防止切換發(fā)生的裝置。
17、 一種為電源提供功率因數(shù)校正的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括a、 為電源提供輸入功率的第一和第二功率源，其中每一個功率源在功率源提供的功率和功率源的切換頻率之間有相似的關(guān)系，此外其中每個功率源都 在功率源的輸出中有相似的特性噪聲，此外其中第二功率源具有特性切換脈沖寬度；b、 用于檢測第一功率源中的切斷事件并且隨后觸發(fā)第二功率源中接通事 件的裝置；和c、 用于調(diào)制第二功率源的脈沖寬度以控制第二功率源中切斷事件發(fā)生的次數(shù)的裝置。
18、 權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其中用于檢測的體包括用于直接提供相同信 號給第一功率源的開關(guān)和第二功率源的控制系統(tǒng)的裝置。
19、 權(quán)利要求18的系統(tǒng)，其中第一功率源具有包括頻率和脈沖寬度的切 換波形，此外其中脈沖寬度被第一反饋系統(tǒng)調(diào)制，該第一反饋系統(tǒng)采用包括與 該系統(tǒng)提供的功率成比例的信號的輸入，此外其中頻率由第二反饋系統(tǒng)決定， 該第二反饋系統(tǒng)采用包括與第一功率源中存在的電流成比例的信號的輸入。
20、 權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其中第二反饋系統(tǒng)包括用于檢測第一功率源中 電流的存在并且隨后給第一功率源的控制系統(tǒng)發(fā)信號以觸發(fā)第一功率源的切斷 事件的體。
21、 權(quán)利要求20的系統(tǒng)，其中隨后給控制系統(tǒng)發(fā)送信號包括利用第一功 率源中電流的已知振蕩特性延遲發(fā)送信號以使第一功率源的切換元件兩端的電 壓最小化的裝置。
22、 權(quán)利要求18的系統(tǒng)，其中第二功率源具有包括頻率和脈沖寬度的切 換波形，其中頻率由第二功率源中接通事件的觸發(fā)所決定，此外用于調(diào)制第二 功率源脈沖寬度的裝置是采用包括與第二功率源中存在的電流成比例的信號、 與該系統(tǒng)提供的功率成比例的信號和希望的切換事件的輸入的第三反饋系統(tǒng)。
23、 權(quán)利要求22的系統(tǒng)，其中希望的切換事件由第一功率源中的切斷事 件間接觸發(fā)。
24、 權(quán)利要求23的系統(tǒng)，其中第三反饋系統(tǒng)把希望的切換事件與第一功 率源中的電流基本上為零的時間點相比乾并且生成表示那些點之間時間差的 信號并且把它提供給控制系統(tǒng)，其中控制系統(tǒng)4OT表示時間差的信號來智能地 調(diào)制第二功率源的脈沖寬度。
25、 權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其中用于檢測的體包括用于直接提供相同信 號給第一功率源的開關(guān)和處理系統(tǒng)的裝置，該處理系統(tǒng)負責(zé)隨后提供信號給第 二功率源的控制系統(tǒng)。
26、 權(quán)利要求25的系統(tǒng)，其中處理系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生與第一功率源的波 形基本上相同頻率也和第一功率源有基本上180度的相位差并且有基本上為50 %的占空比的波形的裝置，此外其中這個波形是提供給第二功率源的控制系統(tǒng) 的信號。
27、 權(quán)利要求25的系統(tǒng)，其中第一功率源具有包括頻率和脈沖寬度的切 換波形，此外其中脈沖寬度被第一反饋系統(tǒng)調(diào)制，該第一反饋系統(tǒng)采用包括與 該系統(tǒng)提供的功率成比例的信號的輸入，此外其中頻率由第二反饋系統(tǒng)決定， 該第二反饋系統(tǒng)采用包括與第一功率源中存在的電流成比例的信號的輸入。
28、 權(quán)利要求27的系統(tǒng)，其中第二反饋系統(tǒng)包括檢測第一功率源中電流 的存在并且隨后給第一功率源的控制系統(tǒng)發(fā)信號以觸發(fā)第一功率源的切斷事件 的裝置。
29、 權(quán)利要求28的系統(tǒng)，其中隨后給控制系統(tǒng)發(fā)送信號包括利用第一功 率源中電流的已知振蕩特性延遲發(fā)送信號以使第一功率源的切換元件兩端的電 壓最小化的裝置。
30、 權(quán)利要求25的系統(tǒng)，其中第二功率源具有包括頻率和脈沖寬度的切 換波形，其中頻率由第二功率源中接通事件的觸發(fā)所決定，此外其中脈沖寬度 被第三反饋系統(tǒng)調(diào)制，該第三反饋系統(tǒng)采用包括與第二功率源中存在的電流成 比例的信號、與該系統(tǒng)提供的功率成比例的信號和希望的切換事件的輸入。
31、 權(quán)利要求30的系統(tǒng)，其中希望的切換事件由第一功率源中的切斷事 件間接觸發(fā)。
32、 權(quán)利要求31的系統(tǒng)，其中第三反饋系統(tǒng)把希望的切換事件與第一功 率源中的電流基本上為零的時間點相比較，并且生成表示那些點之間的時間差 的信號并且把它提供給控制系統(tǒng)，其中控制系統(tǒng)使用表示時間差的信號來智能地調(diào)制第二功率源的脈沖寬度。
33、 權(quán)利要求31的系統(tǒng)，其中第三反饋系統(tǒng)還包括用于當(dāng)不希望的電流量保持在第二功率源中時防止切換發(fā)生的裝置。
34、 一種為電源提供功率因數(shù)校正的方法，該方法包括.-a、 耦合第一和第二功率源以〗吏兩個功率源都從同一源接收功率并輸出功 率給同一負載；其中兩個功率源有切換周期；b、 以自諧振方式配置第一功率源以使它決定它自己切換周期的切換頻率；c、 當(dāng)?shù)谝还β试辞袛鄷r配置第二功率源接通，由此第二功率源的切換周 期具有與第一功率源的切換頻率近似相同的切換頻率；并且，d、 調(diào)制第二功率源的脈沖寬度以使第二功率源的切斷事件發(fā)生在與存在 于第二功率源中電流相關(guān)的最佳時刻。
35、 一禾中為電源提供功率因數(shù)校正的方法，該方^跑括a、 耦合第一和第二功率源以使兩個功率源都從同一源接收功率并輸出功 率給同一負載；其中兩個功率源有切換周期；b、 以自諧振方式配置第一功率源以使它決定它自己切換周期的切換頻率；c、 配置本地振蕩器以產(chǎn)生具有近似50%的占空比、與第一功率源切換頻 率相同頻率并且和第一功率源的切換頻率相位對準(zhǔn)的波形；d、 配置第二功率源運行在與本地振蕩器所產(chǎn)生的波形有近似180度相位 差的切換頻率，由此第二功率源的切換周期具有與第一功率源的切換頻率近似 相同的切換頻率并且與第一功率源的切換頻率之間近似有180度相位差；并且，e、 調(diào)制第二功率源的脈沖寬度以使第二功率源的切斷事件相對于存在于 第二功率源中的電流發(fā)生在最佳時刻。
全文摘要
一種給負載提供功率的多個功率源(圖3的314和354)。一種自動地且基本上消除該系統(tǒng)引入的輸入電流的波紋分量的觸發(fā)系統(tǒng)。主功率源(314)和從功率源(354)為負載提供功率。該觸發(fā)系統(tǒng)導(dǎo)致兩個功率源具有基本上相等的切換頻率和具有基本上180度相差的切換周期。此外，該方法和裝置設(shè)備考慮到設(shè)想在該觸發(fā)系統(tǒng)中使用局部振蕩器來確保在主功率源的切換周期中與主功率源切換驅(qū)動信號的上升沿有近似180度相差的一點把從功率源觸發(fā)到接通位置。該系統(tǒng)和方法能方便地被用來為開關(guān)模式的電源提供功率因數(shù)校正前端。能使用在所供應(yīng)的功率和切換頻率之間關(guān)系有多變排列的電源。
文檔編號G05F1/10GK101128788SQ200580029798
公開日2008年2月20日 申請日期2005年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月7日
發(fā)明者A·揚森 申請人:弗萊克斯電子有限責(zé)任公司