專利名稱:驅(qū)動開關(guān)電源中開關(guān)的方法及開關(guān)電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種驅(qū)動開關(guān)電源,尤其是自激式開關(guān)電源中的開關(guān)的方法,也涉及一種開關(guān)電源。
背景技術(shù):
開關(guān)電源的作用,是為所連接的負載提供至少近似直流的、獨立于負載的電壓。為此目的,變壓的初級線圈與一個開關(guān)串連于電源電壓,次級線圈與初級線圈呈感應(yīng)耦合連接,通常經(jīng)過一個整流裝置連到負載,對負載提供輸出電壓。當(dāng)開關(guān)閉合的時候,初級線圈吸收能量,接著當(dāng)開關(guān)打開,把上述能量輸出到次級。開關(guān)按照驅(qū)動電路產(chǎn)生的驅(qū)動脈沖被驅(qū)動。初級線圈在開關(guān)每次接通周期內(nèi)吸取的,并接著又輸出到次級供給負載的能量越大,則使開關(guān)保持關(guān)閉的時間越長。開關(guān)電源的功率損耗相應(yīng)于開關(guān)每個接通周期吸取能量的平均時間。
開關(guān)的接通周期隨著負載的功率消耗增加而被延長,以便使跨在負載上的當(dāng)前電壓保持近以恒定。為了設(shè)置驅(qū)動脈沖的持續(xù)時間,取決于輸出電壓的一個控制信號被產(chǎn)生。如果輸出電壓因負載變化而變化,則控制信號也變化,以便能用這種方式使驅(qū)動脈沖的持續(xù)時間適應(yīng)變化的負載狀況。
為了確定開關(guān)的接通時刻,已知的做法是估計跨在初級線圈或開關(guān)上的當(dāng)前電壓并當(dāng)初級線圈無能量或去磁時,也就是,當(dāng)初級線圈輸出它的存儲能量到次級的時候,在打開開關(guān)以后再合上開關(guān)。在低功耗的小負載情況下,當(dāng)驅(qū)動脈沖很短,每次開關(guān)接通時初級線圈吸取的能量相應(yīng)低的時候,就會引起高的開關(guān)頻率。
隨著開關(guān)的開關(guān)頻率升高,電源設(shè)備的開關(guān)損耗增加。因此DE19732169A1,提出一種開關(guān)電源,其中,在開關(guān)電源小功率輸出的情況下,當(dāng)初級線圈是無能量或被去磁的時候,開關(guān)不立刻接通,在已知的這種開關(guān)電源中,開關(guān)接通時刻當(dāng)然也依控制電壓設(shè)置,在兩個接通時刻之間的持續(xù)時間越長,則開關(guān)電源輸出功率就越小。為了設(shè)置接通時刻,在該已知設(shè)備中,控制信號被用于產(chǎn)生一個脈沖寬度調(diào)制信號,它的持續(xù)時間取決于控制信號的幅值,它同時決定兩個驅(qū)動脈沖之間的時間間隔。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一個驅(qū)動開關(guān)電源的開關(guān)的簡單的實現(xiàn)方法,其中,在低功率輸出情況下,電路損耗的增加被避免了。進一步,本發(fā)明的目的是提供一個實現(xiàn)這個方法的開關(guān)電源。
這個目的是通過具有權(quán)利要求1的特征的方法和具有權(quán)利要求8的特征的裝置實現(xiàn)的。
根據(jù)本發(fā)明驅(qū)動開關(guān)電源的功率開關(guān)的方法,開關(guān)與變壓器初級線圈串連,在開關(guān)打開以后提供參考時刻,在此時刻一個跨在開關(guān)上的當(dāng)前電壓對應(yīng)于一個第一參考電壓值,或者一個跨在開關(guān)上的當(dāng)前電壓對應(yīng)于一個待檢測的第二參考電壓值,并且僅當(dāng)檢測到的參考時刻的數(shù)值等于比較數(shù)值時,開關(guān)被關(guān)閉。依據(jù)輸出電壓決定的控制信號超過一個上限值或低于一個下限值,比較數(shù)值增加或減少。
本發(fā)明的方法是利用所謂自由變壓器振蕩,如果在初級線圈去磁以后,開關(guān)不再立刻關(guān)閉以便再提供給初級線圈能量,這種自由變壓器振蕩就建立了。這種自由變壓器振蕩是由一個諧振電路構(gòu)成的,在自激式開關(guān)電源中,它由初級線圈和一個緩沖電容器與一個開關(guān)并連,或與一個初級線圈串聯(lián)形成。這些變壓器振蕩在開關(guān)或初級線圈上產(chǎn)生周期性交變電壓。在本發(fā)明的方法中,跨在初級線圈或開關(guān)上的當(dāng)前的周期電壓的“零交叉”被檢測。在下文中,“零交叉”表示一個時刻,在這時刻,跨在開關(guān)上或初級線圈上的周期交變電壓的幅值相交于它們周期振蕩的幅值,或者它與各自周期交變電壓的平均值相對應(yīng)。在零交叉的時候,初級線圈至少近似沒有能量。這些零交叉之間的間隔是恒定的,取決于諧振電路的頻率。
本發(fā)明的方法利用均勻間隔的零交叉作為再次接通開關(guān)的暫時參考。在開關(guān)被再次接通以前出現(xiàn)的零交叉的數(shù)目取決于比較的數(shù)值,該數(shù)值依據(jù)控制信號而被設(shè)置。用這種方法,開關(guān)接通頻率隨輸出功率減少而減少。
該比較數(shù)值根據(jù)控制信號超過一個上限值或低于一個下限值而增加或減少。在一個實施例中,控制信號隨輸出電壓減少而增加,如果控制信號超過該上限值,比較數(shù)值就減少。比較數(shù)值的減少導(dǎo)致開關(guān)頻率的增加或者縮短下一次開關(guān)接通到來的持續(xù)時間,因此進一步抵制輸出電壓的減少。如果控制信號低于下限值,則比較數(shù)值就增加,以便減少開關(guān)頻率,并因此抵制輸出電壓的進一步升高。
在比周期變化的負載的周期要長的估計時間持續(xù)時間內(nèi),對控制信號的估計最好在對比較數(shù)值計數(shù)以前進行,比較數(shù)值被計數(shù),僅當(dāng)控制信號在整個估計時間持續(xù)時間內(nèi)保持在下限值以下時進行。周期變化負載引起周期性波動輸出電壓和一個周期波動控制信號。在比負載周期長的估計持續(xù)時間內(nèi)估計控制信號,增加比較數(shù)值,僅當(dāng)控制信號在整個估計時間持續(xù)時間內(nèi)控制信號保持低于下限值,當(dāng)控制信號剛剛降落的時刻避免對比較數(shù)值進行計數(shù)。結(jié)果,有可能防止比較數(shù)值在連續(xù)數(shù)值之間來回跳動,避免不斷改變接通頻率,防止不斷改變接通頻率是重要的,以便避免在所連負載上出現(xiàn)干擾,例如電視機圖象干擾,或變壓器哼哼聲。
比較數(shù)值的最小值是1,相當(dāng)于初級線圈去磁后再次直接接通開關(guān)的情況。
按照本發(fā)明的一個實施例,只有那些零交叉被檢測,這時,跨在開關(guān)上的電壓降低或者跨在初級線圈上的電壓升高。在零交叉情況下,存儲電容器經(jīng)受一個放電過程,也即存儲在電容器中的能量減少。開關(guān)由于存儲電容器被放電而接通,減少了開關(guān)的損耗,因為當(dāng)開關(guān)閉合的時候,電容器完全放電。
一個本發(fā)明的開關(guān)電源,它有一個開關(guān),該開關(guān)與一個變壓器初級線圈串連,開關(guān)按驅(qū)動脈沖接通或關(guān)斷,一個驅(qū)動電路依據(jù)一個啟動信號產(chǎn)生驅(qū)動脈沖,一個控制器,它根據(jù)輸出電壓產(chǎn)生一個控制信號。為了產(chǎn)生啟動信號,提供了一個電路裝置,它有一個檢測電路,檢測參考時刻,在該時刻,開關(guān)上的當(dāng)前電壓與第一參考電壓值對應(yīng)或初級線圈上的當(dāng)前電壓與一個第二參考電壓值對應(yīng),一個第一計數(shù)器被連到該檢測電路,所述計數(shù)器有一個輸出端,在其上獲得第一計數(shù)器信號。用于產(chǎn)生啟動信號的電路裝置還有一個第二計數(shù)器,它具有一個第一輸入端,在其上給出一個信號,它取決于控制信號與有低限值的比較,和一個第二輸入端,其上提供一個信號,它取決于控制信號與上限值的比較,并且有一個輸出端,比較計數(shù)信號可以在它上面得到。第一計數(shù)信號和比較計數(shù)信號被提供給一個第一比較器裝置,它依據(jù)第一計數(shù)器信號和比較計數(shù)器信號的比較而提供一個啟動信號。
按照本發(fā)明的一個實施例,一個第一比較器裝置被提供,它提供一個第一比較信號,該信號取決于控制信號和下限值的比較,和一個第二比較信號,它取決于控制信號和上限值的比較。
本發(fā)明將通過下面實施例和附圖得到更詳細的解釋,其中圖1是一個開關(guān)電源的實施例的方框圖,它具有一個與初級線圈串連的開關(guān)。
圖2是開關(guān)上電壓的時間分布圖,第一計數(shù)的讀數(shù),比較計數(shù)的讀數(shù),啟動信號和驅(qū)動脈沖的驅(qū)動信號。
圖3是控制信號的時間分布圖,比較計數(shù)的讀數(shù),為了解釋依據(jù)控制信號和上下限值而增、減的比較計數(shù)的讀數(shù)。
圖4是本發(fā)明的一個驅(qū)動電路的方框圖它提供了一個驅(qū)動信號。
圖5是一個產(chǎn)生一個零交叉信號的電路裝置的典型實施例。
圖6是開關(guān)上電壓的零交叉信號的時間分布圖。
圖7是第二比較器的典型實施例,它提供第一和第二比較信號。
圖8是脈沖產(chǎn)生裝置的典型實施例,該裝置按照啟動信號和一個控制信號產(chǎn)生驅(qū)動脈沖。
圖9是圖8裝置中所選擇信號的時間分布圖。
在各附圖中,除非另外指出,相同的參考符號表示相同的部分和具有相同意義的信號。
具體實施例方式
在解釋本發(fā)明的方法以前,先解釋一個適合實現(xiàn)本發(fā)明方法的自激式開關(guān)電源的典型實施例,參看圖1。
該開關(guān)電源有一個開關(guān)T,它是由MOS場效晶體管構(gòu)成(MOSFET=金屬氧化物半導(dǎo)體場效晶體管),它和變壓器的初級線圈L1串連,這個串連電路包含初級線圈L1和開關(guān)T,開關(guān)T被連到供電電位端和一個參考地電位M端之間的供電電壓V+,一個緩沖電容器C與初級線圈L1串連,與晶體管T的漏一源電路并聯(lián)。一個驅(qū)動電路10用于驅(qū)動晶體管T,該驅(qū)動電路與晶體管T的柵極端G相連,提供一個驅(qū)動脈沖AI,由此而使晶體管T接通或關(guān)斷。
變壓器有一個次級線圈L2,它與初級線圈L1電感耦合,它的出口端和一個整流器相連,在輸出端AK1,AK2上提供一個輸出電壓Va。在典型實施例中,整流器包含一個串連電路,它由一個二極管D1和一個電容器C1組成,它能在電容器C1上分接出輸出電壓Va。
開關(guān)電源用于在負載RL上提供一個近似直流的輸出電壓Va,它通過圖1中無電抗電阻RL為例進行解釋。當(dāng)晶體管T處于接通狀態(tài),初級繞組L1通過電壓V+吸取能量,接著,當(dāng)晶體管T關(guān)斷時,通過次級繞組L2、整流器D1、C1把上述能量輸出到負載RL。功率輸出到負載RL上,因此輸出電壓Va,取決于開關(guān)接通頻率,以這樣的頻率開關(guān)接通,在該時間持續(xù)時間內(nèi),晶體管T在接通后保持接通狀態(tài),這兩個參數(shù),即接通頻率和驅(qū)動脈沖的持續(xù)時間,是通過驅(qū)動電路10按照控制信號Vr設(shè)定的??刂菩盘朧r取決于輸出電壓Va,并取決于開關(guān)上的當(dāng)前電壓Vtr或初級線圈L1上當(dāng)前電壓VL1。在圖1的典型實施例中,晶體管T的電壓Vtr用作操作變量。
為了根據(jù)輸出電壓提供控制信號Vr,有一個控制裝置20,使用一個與初級線圈L1電感耦合的輔助線圈L3,整流器連接在輔助線圈L3的出口,它有一個二極管D2和一個電容器C2和一個電壓分壓器R2、R3,它們與電容C2并聯(lián)提供一個電壓Vm,與輸出電壓Va成比例??刂破鱎E比較上述電壓Vm和參考電壓Vref,在輸出端提供一個控制信號Vr。控制器RE,具體地說,是一個比例控制器,一個比例積分控制器或一個積分控制器??刂破鱎E,通過圖1進行解釋,它有一個比例控制頻率特性,它被設(shè)計成一個運算放大器,具有很大的放大倍數(shù)。對于控制信號Vr,在本例中,它保持準確,如果輸出電壓增加則控制信號Vr減少,如果輸出信號Va減少則控制信號Vr增加。
本發(fā)明方法的目的是驅(qū)動開關(guān)T以減少在小功率輸出情況下的開關(guān)頻率,即接通晶體管的驅(qū)動脈沖產(chǎn)生的頻率。本方法的基本步驟在下面參考圖2進行解釋。
為了影響開關(guān)頻率,在本發(fā)明的方法中,晶體器T上的電壓Vtr是被估計的。圖2是典型的電壓Vtr的時間分布,當(dāng)晶體管T處在接通狀態(tài),這個電壓Vtr是非常小的或近似等于零,如在接通持續(xù)時間ton內(nèi)所作的圖解。在晶體管T關(guān)斷以后,電壓Vtr迅速上升到一個高于電源電壓V+的值,并保持在這個值,直到存儲在初級線圈L1中的能量被輸出到次級。后來,電壓Vtr減少直到它在t1時刻達到電源電壓V+的值。在t1時刻,初級線圈L1被完全去磁,這是開關(guān)T打開以后的第一段時間,從而在初級線圈L1上的電壓等于零。如果在初級線圈L1第一次去磁以后開關(guān)T不是立刻再接通,則所謂自由變壓器振蕩就會出現(xiàn),它可由晶體管T上的或初級線圈L1上的周期交變電壓辨出。線圈L1上的電壓和晶體管T上的電壓Vtr之總合與電源電壓V+相等。
圖2中的電壓Vtr在電源電壓v+的值附近振蕩,因為有電阻,其幅度隨持續(xù)時間的增加而減小,圖2中未示出。電壓Vtr與電源電壓V+相交的時刻在下面被稱為是電壓Vtr的“零交叉”。
本發(fā)明的方法,是提供這些零交叉點,在晶體管T已關(guān)斷以后,進行檢測和計數(shù)。當(dāng)驅(qū)動脈沖AI,如圖2所示,從上限驅(qū)動水平到下限驅(qū)動水平減少的時候,n型導(dǎo)電場效應(yīng)晶體管T,如圖1所示,就關(guān)斷。圖2中,AZ表示一個第一計數(shù)器的值,它包含在晶體管已關(guān)斷后所檢測到的零交叉數(shù),并在晶體管T已關(guān)斷后,它從零開始。圖2所示方法僅檢測上述電壓Vtr下降邊沿上的電壓Vtr的零交叉。因此,當(dāng)對于第一時間,初級線圈L1被去磁的時候,第一計數(shù)器值A(chǔ)Z,呈現(xiàn)計數(shù)器的值,在時刻t1是1。在時刻t2電壓Vtr的一個完整振蕩周期以后,第一計數(shù)器值是2,和在下一個周期在時刻t3消逝以后,計數(shù)器的值是3。本發(fā)明的方法提供第一計數(shù)器值A(chǔ)Z和一個比較計數(shù)器值VZ進行比較,根據(jù)圖2實施例,它被設(shè)定為3,并且容許,僅當(dāng)?shù)谝挥嫈?shù)器值A(chǔ)Z已經(jīng)達到比較計數(shù)器值VZ的時候,再次產(chǎn)生驅(qū)動脈沖AI。
在圖2的例中,第一計數(shù)器值在時刻t3達到比較計數(shù)器的值,因此晶體管最早在t3再次被接通。
電壓Vtr也是存儲電容器C目前的電壓,當(dāng)晶體管T接通的時候,它被完全放電。為了保持開關(guān)損耗盡可能低,晶體管T被接通,是當(dāng)電容器C上的電壓或晶體管Vtr上的電壓盡可能小的時候。因此,本發(fā)明的一個實施例在操作計數(shù)器值A(chǔ)Z達到比較計數(shù)器VZ的值的時刻,在晶體管T或存儲電容器C上的電壓Vtr已進一步減小以后,提供一個啟動信號SOE和提供一個僅隨啟動信號SOE下降沿產(chǎn)生的驅(qū)動脈沖AI。
驅(qū)動脈沖AI的持續(xù)時間取決于控制信號Vr的幅度,它保持準確做到,驅(qū)動脈沖AI持續(xù)時間越長,控制信號Vr越大。一個大的控制信號表示一個過分小的輸出電壓,結(jié)果,延長驅(qū)動脈沖,由開關(guān)電源吸收的功率和輸出到負載的功率增加,以便校準輸出電壓。比較計數(shù)值VZ,它決定省略的零交叉數(shù)和兩個驅(qū)動脈沖A1之間的周期持續(xù)時間tai,同樣也取決于控制信號,如果控制信號Vr降到下限值Vr1以下,比較計數(shù)器值VZ就增加,如下所述??刂菩盘朧r降到下限值Vr1以下,表示輸出電壓過大或者負載具有低功率損耗。在小輸出功率情況下,比較計數(shù)器值VZ增加,以減少驅(qū)動脈沖AI的接通頻率fai或增加兩個驅(qū)動脈沖之間的時間間隔tai。如果輸出電壓Va由于負載的高功率損耗而減小并且如果,在這個過程中,控制信號Vr上升到上限值Vrh以上,如下所述,則比較計數(shù)器值VZ再次減小,以便再次增加接通頻率fai,或再次減少在兩個驅(qū)動脈沖之間的時間間隔tai。
取決于控制信號Vr,取決于上、下限值Vr1、Vrh的比較計數(shù)器值VZ的變化將在下面參考圖3予以解釋。
圖3a以舉例的方式表示,一個控制信號Vr相對于時間的分布圖,表示出上述控制信號Vr在圖解時間段中的周期波動。這樣一個周期波動的控制信號Vr由一個具有周期波動功耗的負載產(chǎn)生,它產(chǎn)生周期波動的輸出電壓Va,輸出電壓Va經(jīng)控制信號Vr被反饋。
圖3a還示出比較計數(shù)器值VZ,它通常用X表示,在持續(xù)時間tp2內(nèi),控制信號Vr最好被估計,它比控制信號Vr的波動周期持續(xù)時間tp1要長,或比連接到輸出端AK1,AK2上的負載RL的功率波動的周期持續(xù)時間tp1要長。在比波動控制信號Vr的周期持續(xù)時間長的一個時間間隔tp2內(nèi),估計控制信號Vr保證比較計數(shù)值VZ不僅僅因為控制信號Vr的時刻波動而變化。因此,在本發(fā)明的方法實施例中,當(dāng)控制信號Vr在整個時間周期tp2內(nèi)處在下限值Vr1下面的時候,就采取比較計數(shù)器值Vz增加1的措施,也就是當(dāng)輸出電壓Va在整個時間持續(xù)期間tp2內(nèi)超過一個預(yù)定的限定值的時候采取這個措施。
在圖3a的圖解時間分布圖中,雖然控制信號Vr偶爾處在下限值Vr1之下,但它同時也偶爾在上述時間間隔tp2內(nèi)超過上述下限值Vr1,從而比較計數(shù)值VZ保持不變。
圖3b示出了控制信號Vr的另一個時間分布圖,其中控制信號Vr一開始大于下限值Vr1,然后降到下限值Vr1的下面,并在整個估計周期tp2內(nèi)保持在下限值Vr1以下,從而在估計周期tp2結(jié)束以后,比較計數(shù)器值VZ被增加1,以便減少晶體管T的接通頻率。
圖3C是控制信號Vr的另一個分布圖,控制信號Vr偶然地大于上限值Vrh;從而比較計數(shù)器值VZ被減小1,以便增加晶體管T的接通頻率。在圖3C的這個例子中,比較計數(shù)器值VZ根據(jù)啟動信號SOE被減少,這就是說,任何時候控制信號Vr大于上限值Vrh,比較計數(shù)器值就減少,并且當(dāng)一個啟動信號SOE的脈沖存在,啟動信號SOE的脈沖用最短的脈沖表示,圖3C。啟動信號SOE因為作為時鐘信號以計算比較計數(shù)器值VZ。
開關(guān)電源操作方法,其中上述方法已被實現(xiàn),并在下面參照圖1,2,3予以解釋。當(dāng)開關(guān)電源被接通的時候,比較計數(shù)器值VZ被設(shè)定到1并當(dāng)開關(guān)電源被接通的時候,輸出電壓Va是零,這就產(chǎn)生一個很大的控制信號Vr,它通過適當(dāng)?shù)碾娐贩椒ū幌拗频较薅ㄖ礦rm,如圖3a所示。只要控制信號Vr大于下限值Vr1,比較計數(shù)器值VZ保持在1,即如果初級線圈L1在驅(qū)動周期的第一時間內(nèi),在每種情況下都是無能量的,晶體管T在時刻t1就總是再接通。驅(qū)動脈沖AI的持續(xù)時間取決于控制信號Vr,驅(qū)動脈沖AI持續(xù)時間越長,則控制信號Vr越大。如果控制信號Vr減小,則驅(qū)動脈沖AI縮短,在晶體管T的關(guān)斷和第一零交叉Vtr之間的持續(xù)時間減少,結(jié)果增加了開關(guān)接通頻率fai,或減小了兩驅(qū)動脈沖AI之間的時間間隔。為了抵制上述接通頻率fai隨控制信號Vr減小而進一步增加,即減少輸出功率,如果控制信號Vr下降到下限值Vr1以下,則比較計數(shù)器VZ開始計數(shù)。在本發(fā)明的實施例中,僅當(dāng)控制信號在估計周期tp2內(nèi)保持在下限值以下的時候,比較計數(shù)器VZ開始計數(shù)。增加比較計數(shù)器值VZ的結(jié)果是,在晶體管T下次接通以后,晶體管T上的電壓Vtr的零交叉被忽略,直到晶體管T再次被接通為止。這樣就減小了開關(guān)頻率fai。
在進一步的過程中,如果控制信號Vr保持在下限制Vr1以下,則比較計數(shù)器值VZ進一步增加,以便進一步有效地減少接通頻率fai。換言之,如果控制信號Vr上升到上限值Vrh以上的一個值,比較計數(shù)器值VZ就減小,以便再增加接通頻率fai,抵制輸出電壓Va進一步減小。
圖4是本發(fā)明驅(qū)動電路10的方框圖,它提供了本發(fā)明方法的一個驅(qū)動脈沖AI。
驅(qū)動電路10有一個電路裝置100,用于提供啟動信號SOE,和一個脈沖產(chǎn)生電路170,它根據(jù)啟動信號SOE和控制信號Vr產(chǎn)生驅(qū)動脈沖AI。
控制信號Vr和晶體管T上的電壓Vtr被供給電路裝置100,以產(chǎn)生啟動信號SOE。在這種情況下,電壓Vtr出現(xiàn)在檢測電路110上,它提供一個來自電壓Vtr的零交叉信號NDG,它的信號供給一個第一計數(shù)器裝置120。在上述計數(shù)器裝置120的輸出端可以得到一個輸出計數(shù)器值A(chǔ)Z,它被供給一個比較器裝置150。一個第二計數(shù)器裝置140提供比較計數(shù)器值Vz,它同樣被供給第一比較器裝置150,第一比較器裝置150根據(jù)第一計數(shù)器值A(chǔ)Z和比較計數(shù)器值VZ的比較而產(chǎn)生啟動信號SOE。第一和第二計數(shù)裝置120,140最好設(shè)計成數(shù)字計數(shù)器,第一比較器裝置150最好設(shè)計成數(shù)字比較器裝置,如果第一計數(shù)器值A(chǔ)Z等于比較計數(shù)器值VZ,它就產(chǎn)生一個啟動信號SOE的脈沖。第一計數(shù)器120的計數(shù)器讀數(shù)最好用啟動信號SOE的一個脈沖下降沿進行復(fù)原,以便在晶體管T再次被接通以后,再去從零計算電壓Vtr的零交叉數(shù)。
圖5是一個檢測電路110的實施例,它有一個比較器K1,對于它的非反相輸入端提供電源電壓V+,對于它的反相輸入端提供電壓Vtr。零交叉信號NDG可以在比較器K1的輸出端得到。
圖6是圖5的裝置產(chǎn)生的零交叉信號NDG的時間分布圖和電壓Vtr的時間分布圖。每當(dāng)電壓Vtr降到電源電壓V+值以下,零交叉信號NDG都呈現(xiàn)一個高電平。
第一計數(shù)器120是這樣設(shè)計的,第一計數(shù)器值A(chǔ)Z隨著零交叉信號NDG的上升沿的出現(xiàn)總是增加1。因此,第一計數(shù)器值在時刻t1,t2,t3各種情況下都增加1,在這些時刻,如果下降沿出現(xiàn),開關(guān)T上的電壓Vtr降到電源電壓V+值以下。如果電壓Vtr的下降沿出現(xiàn),僅有這些零交叉被檢測。
比較計數(shù)器值VZ由第二計數(shù)裝置140,按照第一輸入端141上的計數(shù)信號UP進行計數(shù),或按照第二輸入端142上的倒計數(shù)信號DO進行遞減計數(shù)。
計數(shù)信號UP取決于第一比較信號VR1,它還取決于控制信號Vr和下限值Vr1的比較結(jié)果。再者,倒計數(shù)信號DO取決于第二比較信號VRH,它還取決于控制信號Vr和上限值Vrh的比較結(jié)果。
第一和第二比較信號VRL,VRH是由第二比較器裝置130提供的,控制信號Vr被供給該裝置。圖7是一個比較裝置130的實施例,它有一個第一比較器K2和一個第二比較器K3??刂菩盘朧r被加到第一比較器K2的非反相輸入端,上限值Vrh被加到第一比較器K2的反相輸入端。如果控制信號Vr大于上限值Vrh,在第二比較器K2輸出端上獲得的第二比較信號VRH就呈現(xiàn)高電平??刂菩盘朧r加到第二比較器K3的一個非反相輸入端,下限值Vr1被加到第二比較器K3的反相輸入端,如果控制信號Vr大于下限值Vr1,第2比較器K3的輸出端上的第一比較信號VRL就呈現(xiàn)高的驅(qū)動電平。
第二比較信號VRH被加到與門G2的一個輸入端,啟動信號SOE加到它的另一個輸入端,在其輸出端上有倒計數(shù)信號D0。如果第二比較信號VRH是上驅(qū)動電平,即如果控制信號Vr大于上限值Vrh,并且如果啟動信號SOE的脈沖存在,則比較計數(shù)器值VZ被倒計數(shù)。因此,比較計數(shù)器值VZ按照控制信號Vr和上限值Vrh的比較進行倒計數(shù),并啟動信號SOE計時。
觸發(fā)器FF被接在第二比較器130和第二計數(shù)器140之間,一個時鐘發(fā)生器160連接到用于調(diào)節(jié)上述觸發(fā)器的輸入S,該時鐘發(fā)生器,隨著圖3a的估計間隔tp2計時,而產(chǎn)生脈沖,以便隨著上述估計間隔tp2的計時對觸發(fā)器FF進行調(diào)節(jié)。出現(xiàn)在第二比較器裝置130的輸出上的第一比較信號VRL被提供給觸發(fā)器FF的復(fù)原輸入端R。如果控制信號Vr超過下限值Vr1并且第一比較信號VRL是高驅(qū)動電平,則觸發(fā)器FF就被復(fù)位,一個低驅(qū)動電平就出現(xiàn)在觸發(fā)器FF的輸出端Q上。
如果控制信號Vr保持在下限值Vr1以下,則觸發(fā)器FF仍被設(shè)置,結(jié)果一個高驅(qū)動電平就出現(xiàn)在觸發(fā)器FF的輸出端Q上,并且時鐘信號Ptp2和觸發(fā)器的輸出信號被供給與門G1,隨著通過與門G1的時鐘信號Ptp2的下一個時鐘脈沖的到來,第二計數(shù)器140的計數(shù)脈沖UP被產(chǎn)生。在圖4的一個實施例中,觸發(fā)器的輸出端Q上出現(xiàn)的信號可以通過延遲元件D的時間延遲在與門G1上獲得。延遲元件D是必須有的,因為,計數(shù)脈沖UP產(chǎn)生所伴隨的時鐘信號Ptp2脈沖也能使觸發(fā)器FF復(fù)原,從而觸發(fā)器FF輸出端Q上的信號就隨著時鐘信號Ptp2的脈沖的出現(xiàn)而總是減小。
電路裝置100的啟動信號SOE被供給一個脈沖產(chǎn)生裝置170,它依據(jù)啟動信號SOE產(chǎn)生驅(qū)動脈沖AI。
圖8是一個脈沖產(chǎn)生裝置的實施例。這個脈沖產(chǎn)生裝置有一個RS觸發(fā)器FF2,啟動信號SOE被加到它的設(shè)定輸入端S,在其輸出端Q上可以獲得驅(qū)動信號AI。如上所述,如果第一計數(shù)器值A(chǔ)Z等于比較計數(shù)器值VZ,則圖3中第一比較器裝置150就產(chǎn)生啟動信號SOE脈沖,如圖2所述。根據(jù)圖2的信號分布圖,RS觸發(fā)器FF2最好以這種方式設(shè)計,即觸發(fā)器用啟動信號SOE脈沖的下降沿設(shè)定,從而驅(qū)動脈沖AI就隨啟動信號SOE脈沖的下降沿而產(chǎn)生。脈沖產(chǎn)生裝置170有一個比較器K4,控制信號Vr加到它的反相輸入端,在它的非反相輸入端和參考地電位M之間接有電容器C3,它通過電阻R3而連到電源電壓V+。一個雙極晶體管T2與電容器C3并聯(lián),上述晶體管經(jīng)一個反相器INV和一個電阻R4,由驅(qū)動脈沖AI驅(qū)動,如果驅(qū)動脈沖AI具有一個低驅(qū)動電平,也就是說,如果開關(guān)電源晶體管T斷開,則雙極晶體管T2就導(dǎo)通以便電容器C3放電。
圖9是圖8產(chǎn)生驅(qū)動脈沖的電路裝置的操作方法。由觸發(fā)器FF2的設(shè)定,觸發(fā)器FF2的輸出端出現(xiàn)高驅(qū)動電平,從而形成驅(qū)動脈沖AI的起點。雙極晶體管T2關(guān)斷,電容器C3經(jīng)電阻R3充電,結(jié)果電容器C3上的電壓Vc3就上升。如果電容器C3上的電壓Vc3達到控制信號Vr的值,則觸發(fā)器FF2,它的復(fù)位輸入端R連到比較器K4的輸出端上,就被復(fù)位,并且驅(qū)動脈沖AI停止。晶體管T3再次被接通,電容器C3被放電。
因此驅(qū)動脈沖AI持續(xù)的時間越長,控制信號Vr越大。
代替晶體管T上的電壓Vtr,本發(fā)明也使用初級線圈上的電壓V11,以便檢測零交叉時刻。為此目的,電壓V11與第二參考電壓值進行比較,這點不特別進行說明了。電壓V11等于電源電壓V+和晶體管上的電壓Vtr之間的差。
權(quán)利要求
1.一種驅(qū)動功率開關(guān)(T)的方法,在開關(guān)電源中該開關(guān)與一個變壓器的初級線圈(L1)串聯(lián),其中獲得一個取決于輸出電壓(Va)的控制信號(Vr),該方法有下述特征檢測參考時刻,在這個時刻,開關(guān)(T)上當(dāng)前電壓Vtr相應(yīng)于一個第一參考電壓值(V+)或者這時刻初級線圈(L1)上當(dāng)前電壓相應(yīng)于第二參考電壓值,在所檢測的參考時刻的數(shù)值(Az)已經(jīng)達到比較數(shù)字值(VZ)時關(guān)閉開關(guān)(T),根據(jù)控制信號(Vr)是超過一個上限值(Vrh)或是低于一個下限值(Vr1)增加或減少比較數(shù)字值(VZ)。
2.如權(quán)利要求1的方法,其中如果控制信號(Vr)超過上限值(Vrh),比較數(shù)字值(VZ)就減小。
3.如權(quán)利要求1或2的方法,如果在予定時間間隔(tp2)內(nèi),控制信號(Vr)不超過下限值(Vr1)比較數(shù)字值(VZ)就增加。
4.按照權(quán)利要求3的方法,其中予定時間間隔比負載周期波動功耗的周期持續(xù)時間要長。
5.按照上述權(quán)利要求之一的方法,其中比較數(shù)字值(VZ)在各種情況下增加1或減小1。
6.按照上述權(quán)利要求之一的方法,其中只有參考時刻被檢測,在這時刻,開關(guān)(T)上的當(dāng)前電壓(Vtr)降到第一參考電壓值(V+)以下。
7.按照前述權(quán)利要求之一的方法,其中開關(guān)(T)上的電壓通過分出開關(guān)(T)的電壓來直接確定。
8.一個具有下述特征的開關(guān)電源一個開關(guān)(T),它和變壓器的一個初級線圈(L1)串聯(lián)并根據(jù)驅(qū)動脈沖(AI)接通或關(guān)斷,一個驅(qū)動電路(170),根據(jù)啟動信號(SOE)產(chǎn)生驅(qū)動脈沖(AI),一個控制裝置(20),其中可獲得取決于輸出電壓(Va)的一個控制信號(Vr),其特征在于,產(chǎn)生啟動信號(SOE)的電路裝置(100),具有下述特征一個檢測電路(110),它檢測參考時刻,在這時刻,開關(guān)(T)上當(dāng)前電壓(Vtr)對應(yīng)于一個預(yù)定第一參考電壓值,一個第一計數(shù)器(120),它與檢測電路(110)連接,它有一個輸出端,在其上第一計數(shù)信號(AZ)可以獲得,一個第二計數(shù)器(140),它有一個第一輸入端(141),它上面的一個信號取決于控制信號(Vr)和一個第一參考信號(Vr1)的比較,一個第二輸入端(142),其上的信號取決于控制信號(Vr)和一個第二參考信號(Vrh)的比較,并且它有一個輸出端,在其上比較計數(shù)信號(VZ)可以獲得。一個第一比較器(150),第一計數(shù)信號和比較計數(shù)信號加到它上面,并且它提供啟動信號(SOE)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的電路裝置,它具有一個第二比較器裝置(130),它提供一個第一比較信號(VRL),它取決于控制信號(Vr)和第一參考信號(Vr1)的一個比較,它還提供一個第二比較信號(VRH),它取決于一個控制信號(Vr)和第二參考信號(Vrh)的比較。
10.權(quán)利要求10-12之一的電路裝置,它有一個脈沖產(chǎn)生裝置(170),控制信號(Vr)和啟動信號(SOE)加到它上面,它根據(jù)啟動信號(SOE)和控制信號(Vr)提供驅(qū)動脈沖(AI)。
11.權(quán)利要求11的電路裝置,其中驅(qū)動脈沖接通時刻取決于啟動信號(SOE),它的持續(xù)時間取決于控制信號(Vr)。
12.上述權(quán)利要求之一的電路裝置,它有一個觸發(fā)器(FF)連在第二比較器(130)和第二計數(shù)器之間,它有一個第一和第二輸入端(R、S)和一個輸出端(Q),一個取決于第一比較信號(VRL)的信號被送到第一輸入端(R),并且一個時鐘信號(Ptp2)被送到第二輸入端(S),供給第二計數(shù)器(140)的第一輸入端(141)的信號取決于觸發(fā)器(FF)的輸出信號。
全文摘要
本發(fā)明涉及一個驅(qū)動開關(guān)電源中開關(guān)的方法,其中開關(guān)與變壓器的初級線圈串連,并且取決于輸出電壓的控制信號可以從中得到。在這種情況下,參考時刻被檢測和計數(shù),在這時刻開關(guān)上的電壓相當(dāng)于第一參考電壓值,初級線圈上的電壓相當(dāng)于第二參考電壓值,僅當(dāng)所檢測的參考時刻的數(shù)達到一個比較數(shù)字值以后開關(guān)再次閉合。本發(fā)明還涉及實現(xiàn)本發(fā)明方法的開關(guān)電源。
文檔編號H02M3/335GK1377126SQ0211909
公開日2002年10月30日 申請日期2002年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月15日
發(fā)明者P·普雷勒 申請人:因芬尼昂技術(shù)股份公司