專利名稱：具有用于功率因數(shù)校正的多向量誤差放大器的電源供應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源供應(yīng)器領(lǐng)域，且更具體而言，本發(fā)明涉及具有功率因數(shù)校正(PFC)控制的穩(wěn)壓電源供應(yīng)器。
背景技術(shù)：
穩(wěn)壓電源供應(yīng)器在諸多應(yīng)用中用于功率轉(zhuǎn)換，包括計(jì)算機(jī)、照明用鎮(zhèn)流器以及電信設(shè)備。耗電在70瓦(含)以上的穩(wěn)壓電源產(chǎn)品通常需有功率因數(shù)校正，以便減少功率損耗并且符合環(huán)境規(guī)定。在各種負(fù)載變動(dòng)頻繁的產(chǎn)品中，尤其需要能夠?qū)ν话l(fā)負(fù)載變化作出快速反應(yīng)的穩(wěn)壓電源供應(yīng)器。
沒(méi)有功率因數(shù)校正，則AC/DC功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)就會(huì)將尖銳脈沖電流引入整流器，如圖1B中所示。這些高峰值電流會(huì)由于熱耗散導(dǎo)致顯著的功率損耗。此外，它們也會(huì)給配電系統(tǒng)和傳輸線帶來(lái)很大負(fù)荷。
功率因數(shù)校正電路通過(guò)采用回饋控制回路對(duì)輸入電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，可基本上消除這些電流脈動(dòng)。功率因數(shù)校正電路將整流器輸入電流與整流器電壓輸出(圖1A)和電源供應(yīng)器電壓輸出同步。電源供應(yīng)器仍然能夠提供具有連續(xù)且低峰值輸入電流的相同的恒定電壓輸出功率。圖1C所示為經(jīng)過(guò)功率因數(shù)校正的電源供應(yīng)器的輸入電流波形。較低的峰值電流使電源供應(yīng)器能夠高效地轉(zhuǎn)換能量，同時(shí)也減輕配電系統(tǒng)和傳輸線的壓力。
為了在穩(wěn)態(tài)操作期間生成低失真輸入電流，穩(wěn)壓電源供應(yīng)器需要一具有極低帶寬誤差放大器的功率因數(shù)校正部。低帶寬誤差放大器從電源輸出電壓中濾除非DC分量，使非DC分量不會(huì)進(jìn)入回饋控制回路。由于電源供應(yīng)器的輸入是AC信號(hào)，因此盡管電源輸出是DC信號(hào)，仍不可避免地含有AC分量。在一定限度內(nèi)，此在輸出上是可接受的，但是為了使功率輸出保持穩(wěn)定，必須盡可能地將此AC分量從回饋信號(hào)中去除。由于AC分量是低頻率信號(hào)(60-120Hz)，因此功率因數(shù)校正電路中需要極低帶寬誤差放大器來(lái)完成此工作。
穩(wěn)壓電源供應(yīng)器還必須能夠?qū)焖偎沧冄杆僮鞒鲰憫?yīng)。輸出負(fù)載發(fā)生變化、電源開啟或關(guān)閉以及電源輸入受到低頻干擾或電涌的影響時(shí)，都可發(fā)生這些快速瞬變。若電源供應(yīng)器在這些情況下不能立即作出反應(yīng)，則輸出電壓也將發(fā)生變化，可能超出電源的預(yù)定操作范圍。此可導(dǎo)致電源供應(yīng)器無(wú)預(yù)期的關(guān)斷和電路的損壞。
不幸的是，實(shí)現(xiàn)低信號(hào)失真和快速響應(yīng)在傳統(tǒng)的穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)中是兩個(gè)互相矛盾的目標(biāo)。具有提供低失真的誤差放大器的功率因數(shù)校正電路對(duì)負(fù)載變化的反應(yīng)會(huì)非常緩慢。等到電源輸出被校正時(shí)，不是已經(jīng)達(dá)到了高電壓保護(hù)警告就是達(dá)到了低電壓保護(hù)警告，且電源供應(yīng)器將關(guān)斷。這是因?yàn)榈湫偷牡蛶捳`差放大器從反饋回路中濾除較高頻率信號(hào)，意味著其為“慢速”分量。盡管這對(duì)于消除電流失真是必要的，但是它降低了功率因數(shù)校正電路的響應(yīng)度。
現(xiàn)有技術(shù)中的穩(wěn)壓電源系統(tǒng)藉由謹(jǐn)慎選擇功率因數(shù)校正電路組件進(jìn)行折衷，從而試圖解決這些互相矛盾的目標(biāo)。但是，此折衷方案不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)電流失真和瞬變響應(yīng)的最佳性能。由于上述原因，設(shè)計(jì)一可同時(shí)提供低信號(hào)失真和快速瞬變響應(yīng)的功率因數(shù)校正電路有其難度。低電流失真要求“慢速”誤差放大器，但是快速瞬變響應(yīng)要求“快速”誤差放大器。
所要解決的問(wèn)題在于為功率因數(shù)校正電路設(shè)計(jì)出一種可在穩(wěn)態(tài)操作期間濾除AC分量脈動(dòng)，同時(shí)又能夠快速且平滑地響應(yīng)輸出負(fù)載和電源電壓中突發(fā)變化的誤差放大器。理想的目標(biāo)是一種電路，其可檢測(cè)快速瞬變，并且在不增加增益的情況下暫時(shí)增加其控制帶寬作為響應(yīng)。
美國(guó)專利第5,619,405號(hào)中公開了一種解決此問(wèn)題的方法。Kammiller等人揭示了一種具有可變帶寬控制的功率因數(shù)校正電路。該發(fā)明包括一連接到低帶寬放大器一輸入端的可變電阻和一響應(yīng)輸出條件對(duì)可變電阻進(jìn)行切換的控制電路。當(dāng)控制電路感測(cè)到輸出負(fù)載的變化時(shí)，連接到低帶寬放大器輸入端的可變電阻阻值可藉由一切換機(jī)構(gòu)(switching mechanism)而暫時(shí)降低。這樣就允許回饋-控制電路暫時(shí)以較高帶寬操作從而提高瞬變回應(yīng)。
Kammiller的發(fā)明的缺點(diǎn)之一是不能從瞬變模式操作中將穩(wěn)態(tài)操作去耦(decouple)。在穩(wěn)態(tài)操作期間，回饋信號(hào)通過(guò)低帶寬放大器。為了使控制信號(hào)能夠響應(yīng)于快速瞬變更快地傳送，Kammiller提出一種新型帶寬控制轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。此設(shè)計(jì)方案可增加反饋回路的總體速度，但是可增加程度有限。帶寬控制機(jī)構(gòu)的輸出端是被串聯(lián)到低帶寬放大器的輸入端。瞬變模式回饋控制信號(hào)的帶寬仍然嚴(yán)重地受到有效的低通濾波器的限制。電路的瞬變響應(yīng)仍然受到對(duì)穩(wěn)態(tài)操作條件要求的限制。
Kammiller的發(fā)明的另一缺點(diǎn)是具有不穩(wěn)定傾向。只要輸出電壓超出穩(wěn)態(tài)邊界，Kammiller所主張的電阻切換機(jī)構(gòu)就會(huì)增加反饋回路的控制帶寬。但是，在較高電路頻率下減小連接到低帶寬放大器輸入端的電阻，該電阻切換機(jī)構(gòu)也會(huì)增加回饋電路的總體增益。圖2A說(shuō)明了Kammiller發(fā)明的增益特征。熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員熟知同時(shí)增加功率增益和帶寬會(huì)傾向于導(dǎo)致回饋控制系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。因此，在電源供應(yīng)器開啟/關(guān)閉以及負(fù)載變化瞬變期間可觀察到輸出電壓中的振蕩。此外，所述電阻切換機(jī)構(gòu)將導(dǎo)致極為急劇和突然的轉(zhuǎn)換，進(jìn)一步增加了電路負(fù)擔(dān)并危害其穩(wěn)定性。圖3A說(shuō)明了Kammiller設(shè)計(jì)的瞬變響應(yīng)。
Kammiller的發(fā)明的另一缺點(diǎn)是瞬變響應(yīng)緩慢。低帶寬放大器將造成功率因數(shù)校正控制信號(hào)的相位延遲。低帶寬放大器由一連接到電容器的放大器構(gòu)成。盡管存在電阻切換機(jī)構(gòu)，但瞬變回饋信號(hào)仍必須通過(guò)此組件并承受相位延遲。
Kammiller專利的另一缺點(diǎn)是高生產(chǎn)成本。如上述，Kammiller設(shè)計(jì)的瞬變響應(yīng)易于不穩(wěn)定。在瞬變模式期間最大輸出電壓可能大大高于穩(wěn)態(tài)輸出電壓。為了解決這一問(wèn)題，可能有必要在電源輸出側(cè)使用具有高額定電壓的存儲(chǔ)電容(bank capacitance)。若電源輸出為385V-400V DC，則必須使用額定電壓為450V的存儲(chǔ)電容。相對(duì)于電路的總成本，此所增加的成本極高。
最后，Kammiller的發(fā)明中未公開如何實(shí)施其權(quán)利要求所主張的電阻切換機(jī)構(gòu)。沒(méi)有展示如何構(gòu)造此組件的圖式。也沒(méi)有在任何優(yōu)選實(shí)施例中進(jìn)行任何詳細(xì)地說(shuō)明或描述。不了解如何實(shí)施該發(fā)明，也就難以對(duì)其評(píng)估。本領(lǐng)域不存在設(shè)計(jì)所述切換機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)單方式。相對(duì)于電路的總成本，可變電阻機(jī)構(gòu)的任何可實(shí)施的實(shí)例均為繁瑣且昂貴。此外，轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)還可能帶來(lái)其它新增的需要解決的復(fù)雜問(wèn)題。由于缺乏對(duì)于實(shí)施所述設(shè)備的方法的充分公開的支持，必然會(huì)得出Kammiller的發(fā)明未能切實(shí)地解決上述問(wèn)題。
熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員易于了解，Kammiller專利的所有兩個(gè)優(yōu)選實(shí)施例都具有上述缺點(diǎn)。因此，仍然需要一種能夠提供低電流失真并且具有快速穩(wěn)定瞬變響應(yīng)的功率因數(shù)校正電路。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的總體目的在于提供一種用于穩(wěn)壓電源供應(yīng)器的功率因數(shù)校正電路的多向量誤差放大器，其將減小穩(wěn)態(tài)操作期間的功率輸出中的失真，同時(shí)快速且平滑地校正瞬變條件。當(dāng)發(fā)生負(fù)載變化或發(fā)生其它瞬變條件時(shí)，自動(dòng)增加多向量誤差放大器的控制帶寬并降低增益，以此實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明的另一目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)發(fā)明的缺點(diǎn)。
本發(fā)明的另一目的是提供穩(wěn)定電流輸入的構(gòu)件，其自校正瞬變條件的構(gòu)件去耦，從而實(shí)際上兩者均可達(dá)到最佳化。在穩(wěn)態(tài)操作期間，回饋信號(hào)通過(guò)低帶寬放大器以便將AC分量失真從控制回路中濾除。當(dāng)控制電路系統(tǒng)檢測(cè)到輸出電壓中的顯著變化，其指示負(fù)載變化或其它瞬變條件時(shí)，回饋信號(hào)可自動(dòng)經(jīng)由一高帶寬低增益電壓加法器(voltage adder)傳送。在瞬變模式操作期間，對(duì)穩(wěn)態(tài)操作的要求不會(huì)影響電路的性能，反之亦然。
本發(fā)明的另一目的是提供一種具有快速瞬變響應(yīng)的多向量誤差放大器。瞬變包括負(fù)載變化、電源開啟/關(guān)閉、輸入低頻干擾以及輸入電涌。本發(fā)明允許高頻瞬變模式回饋信號(hào)自動(dòng)在低帶寬放大器傳送，而不會(huì)導(dǎo)致任何顯著的相位延遲。
本發(fā)明的另一目的是提供一種具有柔性、平滑瞬變響應(yīng)的多向量誤差放大器。當(dāng)檢測(cè)到操作條件中的變化時(shí)，本發(fā)明不僅可增加反饋回路的控制帶寬，而且可同時(shí)降低增益。
本發(fā)明的另一目的是減少功率因數(shù)校正電路的生產(chǎn)成本。本發(fā)明利用廉價(jià)組件的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載變化的穩(wěn)定響應(yīng)使電源能夠提供精確的DC輸出電壓。并允許在電源輸出端上使用具有相對(duì)較低額定電壓的存儲(chǔ)電容。此外，本發(fā)明可僅使用若干放大器以及一個(gè)電壓加法器來(lái)控制帶寬。本領(lǐng)域的技術(shù)人員熟知，廉價(jià)的電壓加法器是易于實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)以下的附圖及說(shuō)明，可了解本發(fā)明的其它目的和功效。


說(shuō)明書附圖是本說(shuō)明書的組成部分，其有助于進(jìn)一步理解本發(fā)明。附圖中展示了本發(fā)明的實(shí)施例，并且連同以下的詳細(xì)說(shuō)明共同用于闡明本發(fā)明的原理。
圖1A為電源的橋式整流器的輸出端處的電壓波形；圖1B為沒(méi)有功率因數(shù)校正的功率轉(zhuǎn)換電路的輸入電流信號(hào)波形；圖1C為具有功率因數(shù)校正的功率轉(zhuǎn)換電路的輸入電流信號(hào)波形；圖2A展示現(xiàn)有技術(shù)(Kammiller，美國(guó)專利第5,619,405號(hào))中的誤差放大器的電壓增益特征；圖2B展示本發(fā)明多向量誤差放大器的電壓增益特征；圖3A展示現(xiàn)有技術(shù)(Kammiller，美國(guó)專利第5,619,405號(hào))中的誤差放大器的瞬變響應(yīng)；圖3B展示多向量誤差放大器的瞬變響應(yīng)；圖4展示具有功率因數(shù)校正的已知穩(wěn)壓電源供應(yīng)器的方塊圖；圖5展示使用根據(jù)本發(fā)明的多向量誤差放大器的具有功率因數(shù)校正的穩(wěn)壓電源供應(yīng)器的方塊圖；圖6展示用于根據(jù)本發(fā)明的功率因數(shù)校正電路的多向量誤差放大器的另一實(shí)施例的圖。
具體實(shí)施例方式
下面請(qǐng)參照附圖，圖中的內(nèi)容僅用于說(shuō)明而非限制本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的目的，圖4展示了已知的具有功率因數(shù)校正的穩(wěn)壓電源供應(yīng)器的方塊圖。
在此電路中，一橋式整流器22在一AC輸入端24處接收一AC輸入信號(hào)20。橋式整流器22的一個(gè)輸出端26連接到一電感器28和一電流感測(cè)電阻器30(current-sense resistor)。該電感器28和電流感測(cè)電阻器30經(jīng)由一切換開關(guān)(switch)32連接形成一回路。切換開關(guān)32可由若干種組件中的任選其一，包括場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)開關(guān)或一些其它類型的已知開關(guān)組件。
當(dāng)控制電路系統(tǒng)將切換開關(guān)32閉合時(shí)，來(lái)自橋式整流器22的電壓被施加到電感器28上。經(jīng)過(guò)電感器28的電流開始增加。最終，切換開關(guān)32斷開并且流過(guò)電感器28的電流流過(guò)一二極管36并對(duì)一電容器42進(jìn)行充電。電容器42必要時(shí)藉由端子對(duì)34之間的負(fù)載放電。在導(dǎo)通期間，二極管36使電容器42無(wú)法經(jīng)由切換開關(guān)32放電。切換開關(guān)32的控制信號(hào)使端子34處保持幾乎恒定的電壓。應(yīng)理解，盡管此實(shí)施例中的輸出為385伏，但是也可為其它恒定電壓輸出。
切換開關(guān)32受到一驅(qū)動(dòng)電路44的控制，而驅(qū)動(dòng)電路44從例如一RS鎖存器等控制組件接收其輸入。此實(shí)施例中展示RS鎖存器46的一設(shè)定-輸入端和一重設(shè)-輸入端分別耦接一比較器48和一時(shí)鐘50。時(shí)鐘50生成在約100KHz下操作的時(shí)鐘信號(hào)。這些組件的操作在本領(lǐng)域中是公知技術(shù)，因此無(wú)需更為詳細(xì)的論述。
在此現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)施例中，在分壓器位置39處感測(cè)到輸出電壓的一個(gè)樣本。分壓器位置39是電阻器38和電阻器40形成的高阻抗分壓器網(wǎng)絡(luò)的一部分。分壓器位置39被連接到低帶寬誤差放大器組塊100的一個(gè)輸入端。分壓器位置39的穩(wěn)態(tài)感測(cè)輸出電壓可被配置成任意值，但是在此實(shí)施例中，其被選擇為2.5伏。
低帶寬誤差放大器組塊100的輸入端被連接到緩沖放大器101以避免負(fù)載高阻抗分壓器網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)由電阻器111將緩沖放大器101的輸出端提供到一放大器110的一負(fù)輸入端。一電容性組件112連接于放大器110的該負(fù)輸入端和一輸出端之間。電容性組件112增加了阻抗且減小了低帶寬誤差放大器組塊100的帶寬。可理解的是，誤差放大器110還可被稱為積分器、比較器、電壓比較器、電壓誤差放大器、限定帶寬放大器或該領(lǐng)域中所知的其它術(shù)語(yǔ)。
在誤差放大器110中將從緩沖放大器101采樣的信號(hào)與2.5伏的參考電壓VREF進(jìn)行比較。比較后產(chǎn)生一電壓誤差信號(hào)60，其被供應(yīng)到一個(gè)乘/除法器組塊62。乘/除法器組塊62還經(jīng)由電阻器64接收一具有與電源的整流輸入電壓相同的形狀的線形電流66。還向乘/除法器組塊62提供一量值輸入68。量值輸入68是一個(gè)與電源線電壓的RMS值相關(guān)的DC信號(hào)，其可發(fā)生變化。藉由使整流線路信號(hào)70先通過(guò)一低通濾波器72并且隨后通過(guò)一平方器74以獲得與電源線電壓的平方相關(guān)的DC信號(hào)，可產(chǎn)生量值輸入信號(hào)68。
在乘/除法器組塊62中將三個(gè)輸入，即電壓誤差信號(hào)60、電源波形電流66以及量值輸入68組合，并藉由電阻器轉(zhuǎn)換成電流。此形成輸入電流76，其為比較器48的參考信號(hào)，并且經(jīng)由電阻器78將其施加到比較器48的負(fù)輸入端。將輸入電流76與一線路輸入電流79進(jìn)行比較。線路輸入電流79在電阻器30兩端產(chǎn)生電壓，藉由一電阻器80將該電壓轉(zhuǎn)換成電流并且施加到比較器48的負(fù)輸入端。比較器48的正輸入端連接到端子對(duì)34的接地點(diǎn)。端子對(duì)34、電阻器38、分壓器位置39、電阻器40、低帶寬誤差放大器組塊100、電壓誤差信號(hào)60、乘/除法器組塊62、電阻器64、線形電流66、量值輸入68、整流線路信號(hào)70、低通濾波器72、平方器74、輸入電流76、電阻器78、電流79、電阻器80、電流感應(yīng)電阻器30以及比較器48形成控制回路，該控制回路可使電阻器78與電阻器80接點(diǎn)處的電壓保持在端子對(duì)34接地點(diǎn)處的電平。
如前述，比較器48的一個(gè)輸出端、時(shí)鐘50、RS鎖存器46以及驅(qū)動(dòng)電路44藉由控制切換開關(guān)32在端子對(duì)34兩端提供所要求的輸出電壓。
圖4中所示的電源供應(yīng)器被設(shè)計(jì)為保持恒定的DC輸出電壓，例如385伏。輸出電壓信號(hào)中的失真必須保持在可接受界限內(nèi)，例如+10/-10伏。但是，端子對(duì)34連接在電容性組件42的兩端，電容性組件42被具有較大的120Hz分量的整流電流充電，從而在分壓器位置39處所感測(cè)的電壓將仍具有120Hz AC脈動(dòng)分量。若電壓誤差信號(hào)60包括此AC分量以作為其一部分并且該AC分量被傳遞到乘/除法器組塊62，則輸入電流76將含有來(lái)自電容性組件42上的波形的不良失真分量。為避免此現(xiàn)象，電壓誤差信號(hào)60需要盡可能地接近輸出信號(hào)的純DC分量。為了實(shí)現(xiàn)此要求，低帶寬誤差放大器組塊100必須以極低帶寬操作以便濾出AC信號(hào)分量。但是，這也導(dǎo)致對(duì)于負(fù)載變化的響應(yīng)極為緩慢。
DC電壓誤差信號(hào)60取決于負(fù)載和輸入條件可以是具有不同值的恒定DC電壓信號(hào)。極低帶寬放大器組塊100將從分壓器位置39濾出采樣的電壓的AC分量。此實(shí)現(xiàn)向乘/除法器組塊62提供一幾乎完全沒(méi)有AC失真的電壓誤差信號(hào)60。應(yīng)注意，線形電流66或量值輸入68不會(huì)輸入任何失真。
圖4的穩(wěn)壓電源存在的一個(gè)問(wèn)題是，當(dāng)在端子對(duì)34處發(fā)生較大、快速負(fù)載變化時(shí)，低帶寬誤差放大器組塊100太慢以至于不能跟上該變化。當(dāng)發(fā)生突發(fā)負(fù)載步進(jìn)(sudden load step)時(shí)，要求電源能夠藉由增加或降低輸出電流而迅速作出響應(yīng)，而不允許輸出電壓電平發(fā)生變化。用于使低帶寬誤差放大器組塊100實(shí)現(xiàn)此操作的一種方式為增加響應(yīng)速度、增加帶寬以便在電壓輸出電平可發(fā)生顯著變化之前對(duì)其進(jìn)行校正。并且還要求此反應(yīng)平滑發(fā)生。盡管增加了帶寬，但是還應(yīng)該使電路減小增益，從而實(shí)現(xiàn)快速且穩(wěn)定的瞬變響應(yīng)。還應(yīng)該注意到，當(dāng)輸送到電源的輸入突然變化時(shí)，圖4的穩(wěn)壓電源將面臨類似的問(wèn)題。此突然變化是由于電源開啟/關(guān)閉或由于輸入電壓受到低頻干擾而發(fā)生。
因此，關(guān)于能夠提供具有低失真的輸出信號(hào)并且可快速且穩(wěn)定響應(yīng)于負(fù)載和輸入變化的具有功率因數(shù)校正的電源，請(qǐng)參看圖5。圖5中類似或相同于圖4中的組件具有相同的數(shù)字標(biāo)記。本發(fā)明特定地涉及多向量誤差放大器組塊200。此組件取代圖4中的低帶寬誤差放大器組塊100，其目的為確保切換開關(guān)32的驅(qū)動(dòng)信號(hào)能夠提供低失真輸出，其快速且穩(wěn)定響應(yīng)于負(fù)載和輸入變化。多向量誤差放大器組塊200的一個(gè)輸入端連接到分壓器位置39，且多向量誤差放大器組塊200的一個(gè)輸出端輸出電壓誤差信號(hào)60。
在穩(wěn)態(tài)操作期間，該電路以類似于前述低帶寬誤差放大器100的方式操作，從而穩(wěn)壓電源的功率因數(shù)控制電路提供低失真輸出電壓。但是，對(duì)于多向量誤差放大器組塊200，由于增加了一些組件，使電源可迅速且平滑地響應(yīng)快速且較大的負(fù)載變化和輸入瞬變。當(dāng)電源在容許的穩(wěn)態(tài)參數(shù)內(nèi)操作時(shí)，多向量誤差放大器組塊200具有低帶寬，由此以較慢方式適當(dāng)?shù)夭僮?。?dāng)負(fù)載或輸入發(fā)生較大、快速瞬變變化時(shí)，輸出電壓將開始變化。在這一點(diǎn)上，多向量誤差放大器組塊200將自動(dòng)變?yōu)楦邘?、低增益模式操作，以便盡可能快地校正輸出電壓中的變化。
在此實(shí)施例中，只要操作條件保持穩(wěn)定，則分壓器位置39將非常接近參考電壓2.5伏。此分壓器位置39連接到多向量誤差放大器組塊200的一個(gè)輸入端。只要此電壓電平保持穩(wěn)定，則就其操作而言，多向量誤差放大器將等效于圖4中的低帶寬誤差放大器100。
在穩(wěn)態(tài)操作期間，回饋信號(hào)僅能夠通過(guò)放大器210。將放大器210的一個(gè)負(fù)輸入端連接到多誤差向量放大器組塊200的一個(gè)輸入端，并將該放大器的一個(gè)正輸入端連接到2.5伏的穩(wěn)態(tài)參考電壓。經(jīng)由電阻器211和旁路電容器212將放大器210的一個(gè)輸出端連接到電壓加法器300。將電壓加法器300的一個(gè)輸出端連接到多向量誤差放大器組塊200的一個(gè)輸出端。
在此實(shí)施例中，為了使誤差放大器210緩慢變化，可方便地將電阻器211和旁路電容器212做得足夠大，從而這些組件的組合將具有與AC頻率，如60Hz，相比低得多帶寬。以此方式對(duì)多向量誤差放大器組塊200組態(tài)，實(shí)際上就是零AC脈動(dòng)被允許通過(guò)多向量誤差放大器。在穩(wěn)態(tài)操作期間，電壓加法器300的輸出將僅包含來(lái)自回饋的低帶寬分量。電壓加法器300的輸出成為電壓誤差信號(hào)60，其將充分地不含有非DC分量以使電源產(chǎn)生低干擾輸出信號(hào)。
但是，如前述，電源常常經(jīng)受突發(fā)負(fù)載變化和突然輸入瞬變。在這些過(guò)程期間，圖4的低帶寬誤差放大器組塊100將不能保持恒定的電壓輸出，且因此穩(wěn)壓電源將處于進(jìn)入非穩(wěn)壓狀態(tài)的危險(xiǎn)中。本發(fā)明添加了額外的為有效處理瞬變條件而設(shè)計(jì)的組件，加速了功率因數(shù)校正部的操作，同時(shí)提高了穩(wěn)定性。
多向量誤差放大器組塊200的輸入端還被連接到放大器220的負(fù)輸入端，用于檢測(cè)輸出電壓的突然增加。將2.6伏的高參考電壓連接到放大器220的一個(gè)正輸入端。放大器220的一個(gè)輸出端連接到二極管221的負(fù)極。二極管221的正極連接到電壓加法器300的第二輸入端。當(dāng)于驅(qū)動(dòng)器位置39處采樣的電壓超出高參考電壓時(shí)，放大器220將允許高帶寬信號(hào)以負(fù)電流形式通過(guò)二極管221到達(dá)電壓加法器300?？山逵蛇x擇適當(dāng)?shù)姆糯笃鹘M件220來(lái)控制此信號(hào)的增益。
多向量誤差放大器組塊200的輸入端還被連接到放大器230的一個(gè)負(fù)輸入端，用于檢測(cè)輸出電壓的突發(fā)降低。將2.4伏的低參考電壓連接到放大器230的正輸入端。將放大器230的一個(gè)輸出端連接到二極管231的正極。將二極管231的負(fù)極連接到電壓加法器300的第三輸入端。當(dāng)驅(qū)動(dòng)器位置39處的電壓降低到低于低參考電壓時(shí)，其將會(huì)指示輸出電壓開始降低。當(dāng)在驅(qū)動(dòng)器位置39處采樣的電壓超出低參考電壓時(shí)，放大器230將允許高帶寬信號(hào)通過(guò)二極管231到達(dá)電壓加法器300?？山逵蛇m當(dāng)?shù)剡x擇放大器230來(lái)控制此信號(hào)的增益。
這些組件被配置為使得當(dāng)檢測(cè)到輸出/輸入條件中的突發(fā)變化時(shí)回饋信號(hào)可經(jīng)由高帶寬、低增益路徑而非低帶寬放大器210部件傳送。當(dāng)電源處于穩(wěn)態(tài)操作中時(shí)，這些添加的組件不會(huì)影響電路的其余部分，并且以減小信號(hào)失真的方式操作，類似于圖4所示現(xiàn)有技術(shù)方式。
應(yīng)了解，上述內(nèi)容構(gòu)成了根據(jù)本發(fā)明的多向量誤差放大器組塊200一種可能的實(shí)施方法的詳細(xì)說(shuō)明。對(duì)于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的另一種多向量誤差放大器組塊200的說(shuō)明，請(qǐng)參看圖6。此圖展示了多向量誤差放大器組塊200的另一個(gè)執(zhí)行實(shí)例。具體而言，其包含從圖5中省略的一些輔助組件，且其圖標(biāo)了如何構(gòu)成電壓加法器300。
將在分壓器位置39處采樣的電壓連接到多向量誤差放大器組塊200的一個(gè)輸入端。將放大器210的一個(gè)負(fù)輸入端連接到此輸出端。將放大器210的一個(gè)正輸入端連接到2.5伏的穩(wěn)態(tài)參考電壓。為了在穩(wěn)態(tài)操作期間保持多向量誤差放大器組塊200的帶寬較低，將放大器210的一個(gè)輸出端連接到由串聯(lián)電阻器211和旁路電容器212構(gòu)成的低通濾波器。將低通濾波器的輸出連接到二極管213的一個(gè)負(fù)極。將二極管213的正極連接到電壓加法器300的第一輸入端。
這些組件用于在穩(wěn)態(tài)操作期間以類似于上述實(shí)施例的方式調(diào)節(jié)電源的操作。多向量誤差放大器組塊200進(jìn)一步包括一個(gè)放大器220和一個(gè)放大器230，以實(shí)現(xiàn)快速且穩(wěn)定響應(yīng)于突發(fā)變化，輸入/輸出變化。為了避免負(fù)載由電阻器38和40形成的高阻抗分壓器網(wǎng)絡(luò)，未將分壓器位置39直接連接到放大器220和230。而是將分壓器位置39首先連接到緩沖放大器201的正輸入端。緩沖放大器201的輸出端連接回緩沖放大器201的負(fù)輸入端。
放大器220為高參考電壓放大器。包括有放大器220是為了使得多向量誤差放大器組塊200在輸出電壓開始增加時(shí)可快速反應(yīng)。經(jīng)由電阻器222將緩沖放大器201的輸出連接到放大器220的負(fù)輸入端。在此實(shí)施例中，放大器220的正輸入端連接到2.6伏的高參考電壓。經(jīng)由電阻器223將高參考電壓放大器220的一個(gè)輸出端連接到放大器220的負(fù)輸入端。高參考電壓放大器220的輸出端連接到二極管221的負(fù)極。二極管221的正極連接到電壓加法器300的第二輸入端。
當(dāng)分壓器位置39處的電壓超出2.6V時(shí)，此指示電源的輸出電壓突然增加。放大器220將允許高帶寬信號(hào)以負(fù)電流的形態(tài)通過(guò)二極管221到達(dá)電壓加法器300。此電流將導(dǎo)致電壓加法器300的輸出電壓快速降低，快速減小轉(zhuǎn)換頻率和電源的輸出電壓。調(diào)節(jié)電阻器222和電阻器223的比率能夠減小此高帶寬信號(hào)的增益。
放大器230是一個(gè)低參考電壓放大器。包括有放大器230使得多向量誤差放大器組塊200在輸出電壓開始突然降低時(shí)能夠適當(dāng)?shù)胤磻?yīng)。緩沖放大器201的輸出端經(jīng)由電阻器232連接到放大器230的負(fù)輸入端。在此實(shí)施例中，將放大器230的正輸入端連接到2.4伏的低參考電壓信號(hào)。藉由電流反射鏡將低參考電壓放大器230的輸出端連接到電壓加法器300的第三輸入端。
上述電流反射鏡由MOSFET 237和MOSFET 238構(gòu)成。將低參考電壓放大器230的輸出端連接到MOSFET 236的一個(gè)柵極。將放大器230的負(fù)輸入端連接到MOSFET 236的一個(gè)源極。將MOSFET 236的一個(gè)漏極連接到MOSFET237的一個(gè)漏極、MOSFET 237的一個(gè)柵極以及MOSFET 238的一個(gè)柵極。將MOSFET 237的一個(gè)源極與MOSFET 238的一個(gè)源極接到一起，并連接到電流源235。將MOSFET 238的一個(gè)漏極連接到電壓加法器300的第三輸入端。電流反射鏡的操作在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的，因此無(wú)需詳細(xì)描述。
當(dāng)分壓器位置39處的電壓低于2.4V時(shí)，此指示電源的輸出電壓突然降低。放大器230將允許高帶寬信號(hào)通過(guò)電流反射鏡到達(dá)電壓加法器300。此電流將導(dǎo)致電壓加法器300的輸出電壓快速增加，從而快速增加電源的轉(zhuǎn)換頻率并且快速增加電源的輸出電壓。增加電阻器232能夠減小此高帶寬信號(hào)的增益。
電壓加法器300包括三個(gè)輸入端、一個(gè)電流源301、一個(gè)電流接合點(diǎn)310以及一個(gè)旁路電阻器320。電流源301作為電壓加法器300的偏壓(bias)。電壓加法器300在電流接合點(diǎn)310處將三個(gè)輸入端的電流合計(jì)。電流接合點(diǎn)310連接到多向量誤差放大器組塊200的輸出端。連接到多向量誤差放大器組塊200的旁路電阻器320將電流接合點(diǎn)310的輸出轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。電壓加法器300的此輸出成為電壓誤差信號(hào)60和多向量誤差放大器組塊200的輸出。
熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員將易于了解，在不背離本發(fā)明的精神和范疇的情況下，可對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)進(jìn)行各種修改和變化。鑒于上文的描述，只要這些修改和變化屬于權(quán)利要求書或其等價(jià)物的范圍，則本發(fā)明涵蓋這些修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種具有功率因數(shù)控制的穩(wěn)壓電源供應(yīng)器，其包括一樣本電壓，其與所述穩(wěn)壓電源供應(yīng)器的一輸出電壓成線性關(guān)系；以及一多向量誤差放大器，其根據(jù)所述樣本電壓以不同的增益和帶寬自動(dòng)放大所述樣本電壓，其包括一電壓加法器，將至少三個(gè)電壓信號(hào)相加；一穩(wěn)態(tài)參考電壓放大器，所述穩(wěn)態(tài)參考電壓放大器的一輸出端經(jīng)由一低通濾波器被連接到所述電壓加法器的一第一輸入端；一低參考電壓放大器，所述低參考電壓放大器的一輸出端經(jīng)由一第一二極管被連接到所述電壓加法器的一第二輸入端；以及一高參考電壓放大器，所述高參考電壓放大器的一個(gè)輸出端經(jīng)由一第二二極管被連接到所述電壓加法器的一第三輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有功率因數(shù)控制的穩(wěn)壓電源供應(yīng)器，其中所述穩(wěn)態(tài)參考電壓放大器更包括一負(fù)輸入端由所述樣本電壓所供應(yīng)，以及一正輸入端由一穩(wěn)態(tài)參考電壓所供應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有功率因數(shù)控制的穩(wěn)壓電源供應(yīng)器，其中所述低參考電壓放大器更包括一負(fù)輸入端由所述樣本電壓所供應(yīng)，以及一正輸入端由一低參考電壓所供應(yīng)，且其中所述低參考電壓明顯低于提供給所述穩(wěn)態(tài)參考電壓放大器的所述穩(wěn)態(tài)參考電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有功率因數(shù)控制的穩(wěn)壓電源供應(yīng)器，其中所述高參考電壓放大器更包括一負(fù)輸入端由所述樣本電壓所供應(yīng)，以及一正輸入端由一高參考電壓所供應(yīng)，且其中所述高參考電壓顯著高于提供給所述穩(wěn)態(tài)參考電壓放大器的所述穩(wěn)態(tài)參考電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有功率因數(shù)控制的穩(wěn)壓電源供應(yīng)器，其中當(dāng)所述樣本電壓小于所述高參考電壓且大于所述低參考電壓時(shí)，所述多向量誤差放大器的帶寬明顯小于一電源輸入功率的頻率。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有功率因數(shù)控制的穩(wěn)壓電源供應(yīng)器，其中當(dāng)所述樣本電壓超出所述高參考電壓或降低到低于所述低參考電壓時(shí)，所述多向量誤差放大器的帶寬明顯增加且所述多向量誤差放大器的增益明顯降低。
7.一種具有功率因數(shù)控制的穩(wěn)壓電源供應(yīng)器，其包括一樣本電壓，其與所述電源的輸出電壓成線性關(guān)系；以及一多向量誤差放大器，其根據(jù)所述樣本電壓以不同的增益和帶寬自動(dòng)放大所述樣本電壓，其包括一電壓加法器，將至少三個(gè)電壓信號(hào)相加；一電流反射鏡；一第一電流源；一穩(wěn)態(tài)參考電壓放大器，其中所述穩(wěn)態(tài)參考電壓放大器的一輸出端經(jīng)由一低通濾波器和一第一二極管被連接到所述電壓加法器的一第一輸入端；一高參考電壓放大器，其中，所述高參考電壓放大器的一輸出端經(jīng)由一第二二極管被連接到所述電壓加法器的一第二輸入端；一低參考電壓放大器，其中，所述低參考電壓放大器的一輸出端經(jīng)由一電流反射鏡被連接到所述電壓加法器的一第三輸入端；以及一緩沖放大器，其中，所述緩沖放大器的一輸入端耦接到所述樣本電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有功率因數(shù)控制的穩(wěn)壓電源供應(yīng)器，其中所述穩(wěn)態(tài)電壓放大器更包括一負(fù)輸入端耦接到所述樣本電壓，以及一正輸入端耦接到一穩(wěn)態(tài)參考電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有功率因數(shù)控制的穩(wěn)壓電源供應(yīng)器，其中所述低通濾波器包括一第一電阻器和一電容器。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有功率因數(shù)控制的穩(wěn)壓電源，其中所述緩沖放大器更包括一負(fù)輸入端連接到所述緩沖放大器的一輸出端。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有功率因數(shù)控制的穩(wěn)壓電源供應(yīng)器，其中所述高參考電壓放大器更包括一正輸入端耦接到一高參考電壓，且其中所述高參考電壓顯著高于供應(yīng)到所述穩(wěn)態(tài)參考電壓放大器的所述穩(wěn)態(tài)參考電壓。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有功率因數(shù)控制的穩(wěn)壓電源供應(yīng)器，其中所述高參考電壓放大器更包括一負(fù)輸入端，經(jīng)由一第二電阻器耦接到所述緩沖放大器的一輸出端，且其中所述負(fù)輸入端還經(jīng)由一第三電阻器耦接到所述高參考電壓放大器的所述輸出端。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有功率因數(shù)控制的穩(wěn)壓電源供應(yīng)器，其中所述低參考電壓放大器更包括一正輸入端耦接到一低參考電壓，且其中所述低參考電壓顯著低于供應(yīng)到所述穩(wěn)態(tài)參考電壓放大器的所述穩(wěn)態(tài)參考電壓。
14.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有功率因數(shù)控制的穩(wěn)壓電源供應(yīng)器，其中所述低參考電壓放大器更包括一負(fù)輸入端經(jīng)由一第四電阻器耦接到所述緩沖放大器的所述輸出端。
15.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有功率因數(shù)控制的穩(wěn)壓電源供應(yīng)器，其中所述電壓加法器包括一第二電流源，其連接到一電流接合點(diǎn)；一第一輸入端，其連接到所述電流接合點(diǎn)；一第二輸入端，其連接到所述電流接合點(diǎn)；一第三輸入端，其連接到所述電流接合點(diǎn)；以及一用于將電流轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)的構(gòu)件，其連接到所述電流接合點(diǎn)以及所述電壓加法器的一輸出端。
16.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有功率因數(shù)控制的穩(wěn)壓電源供應(yīng)器，其中用于將電流轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)的所述構(gòu)件包括一連接到接地參考的第五電阻器。
17.根據(jù)權(quán)利要求7的所述的具有功率因數(shù)控制的穩(wěn)壓電源供應(yīng)器，其中當(dāng)所述樣本電壓小于所述高參考電壓且大于所述低參考電壓時(shí)，所述多向量誤差放大器的帶寬明顯小于一電源的輸入功率的頻率。
18.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有功率因數(shù)控制的穩(wěn)壓電源供應(yīng)器，其中當(dāng)所述樣本電壓超出所述高參考電壓或降低到低于所述低參考電壓時(shí)，所述多向量誤差放大器的帶寬明顯增加且所述多向量誤差放大器的增益明顯降低。
全文摘要
一種具有功率因數(shù)校正控制的穩(wěn)壓電源供應(yīng)器，其包括一個(gè)多向量誤差放大器。該多向量誤差放大器提供一個(gè)用于調(diào)節(jié)電源轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的一誤差信號(hào)。該多向量誤差放大器用于在穩(wěn)態(tài)操作期間提供一低失真誤差信號(hào)，同時(shí)對(duì)突發(fā)負(fù)載變化快速且平滑地作出響應(yīng)。
文檔編號(hào)H02M1/00GK1820406SQ200480019656
公開日2006年8月16日 申請(qǐng)日期2004年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月10日
發(fā)明者楊大勇, 呂宜興, 陳秋麟, 林振宇 申請(qǐng)人:崇貿(mào)科技股份有限公司