專利名稱：用于在電源升壓系統(tǒng)中產(chǎn)生恒定輸出電壓的系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明一股涉及電源，更具體 及用于在電源升壓系統(tǒng)中產(chǎn)生基本恒定
輸出電壓的電源升壓系統(tǒng)和方法。
背景獄
〖0002電源升壓系統(tǒng)經(jīng)常用于例如航空器顯示器電源以產(chǎn)生高于航空器電源電 壓的電壓。在當前的航空器顯示器中，電源升壓系統(tǒng)驅(qū)動在這種航空器顯示器 背部照明中的發(fā)光二極管(LED)串。設計如航空器顯示器中的電源升壓系統(tǒng) 的一種挑戰(zhàn)在于建立在寬范圍的輸入電壓和輸出負載上都具有高穩(wěn)定性的電源 升壓系統(tǒng)。因此，期望提供用于在電源升壓系統(tǒng)中產(chǎn)生基本恒定輸出電壓的電源升壓 系統(tǒng)和方法。并且，期望提供產(chǎn)生的輸出電壓不是輸入電壓和/，出負載函數(shù) 的電源升壓系統(tǒng)和方法。財卜，根據(jù)下面的本發(fā)明的具鄉(xiāng)述和所附權利要求, 并結合附圖和本發(fā)明的背景技術，本發(fā)明的其它期望的特征和特點將變得清晰。
發(fā)明內(nèi)容
各種示例性實施例提供了肖,耦合到電源和負載的電源升壓電路。 一種 電源升壓電路包括隨成耦合到負載和電源并用于提供輸出電壓的輸出節(jié)點， 配置成耦合到負載和電源的前饋回路，和包括耦合到前饋回路和輸出節(jié)點的電 壓P艮制器的反饋回路。其它實施例提供了一種系統(tǒng)，其包括電壓源，電源升壓電路，和耦合電壓 源和電源升壓電路的負載。電源升壓電路包括用于鄉(xiāng)輸出電壓的輸出節(jié)點， 耦合到電壓源的前饋回路，和耦合到輸出節(jié)點的反饋回路，該反饋回路包括耦 合到前饋回路的電壓限帝勝。還提供了用于在耦合到負載的電源升壓系統(tǒng)的輸出處產(chǎn)生基本恒定電壓 的方法，該電源升壓系統(tǒng)包括具有耦合到輸出的限制器的反饋回路和耦合限制 器、負載和電源的前饋回路。一種方法包括以下步驟M反饋回路比較恒定電壓和參考電壓；以及在輸入電壓和負載變化的范圍上穩(wěn)定電源升壓系統(tǒng)。在 一個實施例中，穩(wěn)定步驟包括基于比鄉(xiāng)驟，通過限制器將供給前饋回路的電 壓限制到預定電壓范圍的步驟。
下面將結合附圖描述本發(fā)明，其中相同的新己^^相同的元件，并且
圖1是顯示系統(tǒng)的一個示例性實施例的框圖；圖2是包括在圖1的顯示系統(tǒng)中的電源升壓電路的一個示例性實施例的 原理圖；圖3 ;i^出包括在圖2的電源升壓電路中的電壓P艮律幡的輸出祖的圖; 以及圖4是包括在圖1的顯示系統(tǒng)中的電源電壓的時序圖。
具體實施例方式以下的詳細描述實質(zhì)上僅僅是示例性的，并不是對發(fā)明或發(fā)明的應用和 使用的P艮制。此外，無意于被任何在前面的背景K^或后面的具體描述中出現(xiàn) 的理論所限制。本發(fā)明的各種實施例提供了用于在電源升壓系統(tǒng)中產(chǎn)生基本恒定輸出電
壓的前饋電源升壓系統(tǒng)和方法。也就是說，各個實施例提供了產(chǎn)生非輸入電壓
和/，出負載函數(shù)的輸出電壓的前饋電源升壓系統(tǒng)和/^法。圖1題示系統(tǒng)100的一個示例性實施例的框圖。在所示出的實施例中，
顯示系統(tǒng)100包括耦合到電源120和負載130的電源升壓電路("升壓電路")
110。升壓電路110配置皿電源120接收電源電壓，并且放大電源電壓來產(chǎn)
生基本恒定的輸出電壓。也就是說，升壓電路iio mg^^不管多大的電源電
壓和/纖出負載(即，顯示器130粒的負載)的情況下都產(chǎn)生基本相同的輸
出電壓。在^h示例性實施例中，升壓電路no ra^生基本恒定或一致的
輸出電壓，該電壓可以，定應用中需要的{，電壓。升壓電路110的特定優(yōu) 選實施例^^在下面更加詳細地討論。電源120可以是樹可育辦產(chǎn)生電源^ffi并將該電壓鄉(xiāng)給升壓電路110 的硬件、裝置、柳或系統(tǒng)。也就是說，電源120可以是電池或其它類型的旨辦 產(chǎn)生和/赫儲功率的驢或設備。在一個實施例中，電源120產(chǎn)生育,供所需負載功率的任意電壓信號，并且它的電壓變化發(fā)生在比升壓電源的操作周期
更長的時間^h。負載130可以是任何可能需要比電源120所產(chǎn)生的feffi更高的操作^ffi的硬件、^S、和/^統(tǒng)。也就是說，電源120能Jii共足夠的功率^"壓電路U0鄉(xiāng)作負載130。在各種實施例中，負載130可以是任何能將娜的視覺和/或其它形式的表mM現(xiàn)給用戶的硬件、裝置、和/或系統(tǒng)。也就是說，負載130可以題示器、計算錢、稱鄉(xiāng)它電子硬件/體系統(tǒng)。示例性的顯示器包括，但不局限于，發(fā)光二極管(LED)顯示器、有機發(fā)光二極管(OLED)顯示器、陰極射線管(CRT)顯示器，等離子顯示板(PDP)顯示器、液晶顯示器(LCD)、薄膜晶體管(TFT)顯示器、高性能尋址(HPA)顯示器、電致發(fā)，示器(ELD)、表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射顯示器(SED)、激光光電顯示器、碳納米管(CNT)顯示器、納米晶體顯示器和諸如此類的顯示器。在各種實施例中，顯示器130配置為用在航空器平臺(如，飛機、餅機、太空船、Ai^Q星、和諸如此類的航空器)，陸地^mx具(如，軍用魏工具、汽車、卡車、火車、農(nóng)機具、施工設備、和諸如此類的!^il工具)，和7K運工具(如，船(如，軍用、商用等)、潛水艇、小船、和諸如此類的7jCiiX具)上。圖2是升壓電路110的一個示例性實施例的原理圖。^M示的實施例中，
升壓電路110配置戯電源120接收輸入電壓(Vin),并產(chǎn)生基本恒定，但更高的輸出電壓(Vout)。升壓電路110包括節(jié)點1101-1107、電 | 1110、二極管1120、電容器1130、體放大器1140、電壓限制器1150、比較器1160、開關1170、和電阻器R1-R5。升壓電路110倉嫩fflil節(jié)點1102齢到電源120，并且肯嫩M31節(jié)點1104耦合到負載130。節(jié)點1101耦合到電繊1110,該電麟也耦合到節(jié)點1102。節(jié)點1102耦合到二極管1120,該二極管進一步i!31節(jié)點1103耦合到電容器1130合到地)和節(jié)點1104。節(jié)點1104還3I31節(jié)點1105耦合到電P且器R1 ，節(jié)點1105電阻器R1 M51節(jié)點1106耦合到電阻器R2 (郷合至哋)和聽放大器1140的正輸入端。誤差放大器1140的輸出端耦合到腿限制藤1150并且該誤差放大器1140的輸出端隨鵬放大的誤差輸出電壓(Vw),給電壓P艮制器1150。財卜，，放大器1140的負輸入端耦合到參考電壓(Vref), i^放大器1140配置皿于V^和節(jié)點1105上的電壓(即，V^)的比S^^產(chǎn)生Vae。
電壓限制器1150隨雌于接收到的Vw的幅ffl^輸出 跪范圍內(nèi)的誤
差電壓(Ve)。 Ve的預定范圍取決于升壓電路110的應用，并且可以包括任何電
壓范圍。具體地，參考附圖3，當電壓、劚氏于或等于第一 腕電壓(VA)的
電壓時，電壓Ve是等于預定電壓范圍內(nèi)的劇氐電壓(V,)的頓。同樣地，當電壓Vw是高于或等于第二預定電壓(Vb)的腿時，腿Ve是等于預定腿范圍內(nèi)的最高電壓(V2)的電壓。另外，當電壓Vae是在VA和VB之間的^J1時，Ve是在V,和V2之間的電壓。再次回到圖2，電壓限制器1150，合到電阻器R3，該電阻器R3進一步辛給到節(jié)點1107。節(jié)點1107 ^^到電阻器R4 (鄉(xiāng)合到地)和電阻器R5，該電阻器R5進"^耦合到節(jié)點U01。節(jié)點1107進一步耦合至l此較器1160的負輸入端，并且將輸入電壓(g (t))供給比較器1160的負輸入端。比較器1160的正輸入端被耦合以接收電壓(f (t))。比較器1160的輸出端耦合到開關1170，開關1170進一步耦合到節(jié)點1102和地。開關1170根據(jù)比較器1160的輸出電壓導衝關斷，比較器1160的輸出電壓取決于g (t)和f (t)的比較。具體地，并參考圖4，當f (t)低于g (t)時，開關1170關縱一時間段(W)。同樣地，當f (t)高于g (t)時，開關1170導艦一時間段(W)。特別地，電P且器R!、 R2、 R3、 R4和R5, i^^大器1140，和電壓限偉幡1150構戯壓電路110的反饋回路1180。電阻器R3、 R4和Rs，比較器1160,以及開關1170構皿壓電路110的前饋回路1190。
本領職術人員將認識到，升壓電路110可以包麟多可以執(zhí)行對上述電路相同或相4,作的結構，并且本發(fā)明不應該被局限于所公開的電路結構，
以;的討論是升壓電路110的操作的數(shù)學解釋，這不^有助于理解該具體公開的結構，也有助于理解升壓電路110的各種其它實施例。輸出電壓V^正比于Vin乘以時間因數(shù)。這種比例關系可以用以下等錄示
<formula>formula see original document page 6</formula>其中D等于開關1170的占空比，其為開關1170的導通時間(U)除以周期(T),周期(T)是開關1170—個周期的總時間(WW)?，F(xiàn)在，假設電路在靜態(tài)，這樣Vout是相對穩(wěn)定的電壓(用符號Vo,)，接著M51^以上等式(1)進行簡單#[戈，可以看到Vo等于Vin乘以時間因數(shù)，時間因數(shù)用周期T除以開關1170關斷時間(W) 。
作可以用以下等式
Vr a Vin(T/W) (2)
, l^VrKR^yCR^+R^Rs+RsRs)]。還如圖4
描述的那樣，在W時，f(W):g(toff)，或者[((Vb-VaXT)W)WJ-[pVin+k]0
當k-Va(即，最大電壓)時，那么pViK(Vb-VaXT)toff)，或者toH(pTVin)
/(Vb-Va)]。如果將toff的等式接著代入上面的等式(2)，則可以看出V喊正比于量
(vb-vayP，該量是一個恒定值。數(shù)學上地，這可以^為
a(Vb-Va)/p (5)
因而，升壓電路110的前饋回路1190韋M嘗Vjn和負載130中變化的電壓。同樣地，電壓限制器1150 ^S饋回路1180對升壓電路110的操作的影響降至最小。也就是說，電壓限制器1150 ,M嘗電麟川0中的/W損耗和二極管1120
中的/.V損耗，同時對輸入電壓Vin和負載130的變化具有最小的影響。因此，
升壓電路110 入電壓和負載變化的很寬范圍內(nèi)都是穩(wěn)定的。
雖 前述的發(fā)明的詳細描述中己經(jīng)給出了至少一個示例性實施例，但應當理解還存在剤艮多的變形。也應當理解示例性實施例僅僅是例子，并不意在以任何方式限制本發(fā)明的范圍、適用性或結構。然而，前述的詳細描述將提供給本領域技術人員實現(xiàn)本發(fā)明的示例性實施例的方便的路線?？梢岳斫庠诓槐畴x所附權利要求提出的本發(fā)明的范圍的情況下，可對示例性實施例中所描述的功能和配置進行各種改變.
權利要求
1、一種能夠耦合到電源和負載的電源升壓電路，該電源升壓電路包括輸出節(jié)點，配置成耦合到負載和電源，并且用于提供輸出電壓(Vout)；前饋回路，配置成耦合到負載和電源；和反饋回路，包括耦合到前饋回路和輸出節(jié)點的電壓限制器。
2、 一種電源升壓系統(tǒng)，包括 電壓源；電源升壓電路，包括輸出節(jié)點，用于Jif共輸出電壓(Vout)， 前饋回路，耦合到電壓源，和反饋回路，耦合到輸出節(jié)點，反饋回路包括耦合到前饋回路的電壓限偉幡；和負載，耦合電壓源、輸出節(jié)點和前饋回路。
3、 一種用于在耦合到負載的電源升壓系統(tǒng)的輸出產(chǎn)生基本恒定的電壓的方 法，該電源升壓系統(tǒng)包括具有耦合到輸出的限審勝的反饋回路和耦合該限制器、負辦卩電源的前饋回路， '跑括以下步驟M反饋回路比較閨定電壓和參考電壓；以及 在輸入電壓禾晚鞭化的范圍內(nèi)穩(wěn)定電源升壓系統(tǒng)，其中該穩(wěn)定步驟包括基于比較步驟，皿限串'擺將供給前饋回路的電 壓P蹄倒 腕電壓范圍的步驟。
全文摘要
一種用于在電源升壓系統(tǒng)中產(chǎn)生基本恒定的輸出電壓的系統(tǒng)和方法。電源升壓電路包括用于提供輸出電壓的輸出節(jié)點，配置成耦合到負載和電源的前饋回路，和包括耦合到前饋回路和輸出節(jié)點的電壓限制器的反饋回路。一種電源升壓系統(tǒng)包括上面的耦合到負載和電源的電源升壓。方法包括步驟通過反饋回路比較恒定電壓和參考電壓，和在輸入電壓和負載變化的范圍內(nèi)穩(wěn)定電源升壓系統(tǒng)。穩(wěn)定步驟包括基于比較步驟，通過限制器將供給前饋回路的電壓到預定電壓范圍的步驟。
文檔編號G05F1/10GK101566860SQ20091020394
公開日2009年10月28日 申請日期2009年4月22日 優(yōu)先權日2008年4月23日
發(fā)明者S·奧爾森 申請人:霍尼韋爾國際公司