專利名稱：開關(guān)式電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及開關(guān)式電源，這種開關(guān)式電源設(shè)有主(primary)輸出電路和次(seconary)輸出電路并且能夠輸出多個直流電壓，通過控制施加到次輸出電路上的方波電壓的脈沖寬度，可得到一個具有設(shè)定值的直流輸出電壓。本發(fā)明具體涉及對上述次輸出電路部分的改進(jìn)。
驅(qū)動一個場效應(yīng)晶體管(EFT)時需使其柵極電位高于源極電位，例如高4伏或以上。現(xiàn)因次輸出電路中的FET管的源極電位相當(dāng)，而要得到一個高于源極電位的柵極電位，在傳統(tǒng)的裝置中施加到FET管柵極上的控制信號需由一個驅(qū)動變壓器來升壓。然而，控制信號通過驅(qū)動變壓器時會產(chǎn)生延遲。
為了解決這個問題，本發(fā)明從輔助電源得到一個比EFT管源極電位高的電壓Vcc。該電壓由輔助電源施加到脈寬調(diào)制(PWM)電路上，該電路向FET管提供控制信號，從而明顯地減少了控制信號的時間延遲。此外，由于本發(fā)明使施加到次輸出電路的方波電壓有效值通過濾波電路，因此能得到高的次輸出電壓。


圖1示出了配有一個主輸出電路和一個次輸出電路的傳統(tǒng)型多輸出的開關(guān)式電源，圖2示出了圖1中各部分的電壓波形。
主輸出電路1提供輸出電壓V1。電壓V1用以作為控制變壓器T1初級側(cè)主開關(guān)管Q1的信號S1的基礎(chǔ)。
控制電路3輸出一個使主輸出電路1的輸出電壓V1等于設(shè)定值(未示出)的脈寬信號，用以控制占空比(即單位時間內(nèi)開關(guān)管Q1閉合時間所占的比率)。其結(jié)果是，在次級繞組W3中感應(yīng)出電壓Vw3，其占空比已經(jīng)改變了。電壓Vw3經(jīng)過整流和濾波，其占空比穩(wěn)定在使主輸出電路的主輸出V1與設(shè)定電壓相等的數(shù)值上。主輸出電路1包括一個次級繞組W3;一個二極管D1，用以對次級繞組W3的感應(yīng)電壓進(jìn)行整流;一個濾波電路，由一扼流圖L1和電容器C1組成;以及一個二極管D2用以泄放存儲在扼流圖L1內(nèi)的能量。主輸出電路1的輸出電壓V1由光耦合器2的隔離，并反饋到變壓器T1的初級側(cè)。
次輸出電路10是一個連接到變壓器T1的次級組W2上的電路，次級繞組W2與次級繞組W3相絕緣，而從繞組W2的感應(yīng)電壓可得到一個直流電壓V2。
次輸出電路10的繞組W2上感應(yīng)電壓V0的占空比隨著輸入電壓Vin或主輸出電路1的負(fù)載電流Iout的變化而變化。因此，如果不采取措施，次輸出電路10的直流輸出電壓V2就會有起伏。所以，次輸出電路10一般都要配上一個穩(wěn)壓裝置用以穩(wěn)定次輸出電壓V2。圖1中，次輸出電路10的穩(wěn)壓裝置包括一個同步信號發(fā)生器6、一個控制電路5、一個驅(qū)動變壓器T2、一個驅(qū)動電路4和一個場效應(yīng)管Q2。
在圖1中，繞組W2上的感應(yīng)電壓V0(參見圖2(1))由二極管D3整流后施加在作為開關(guān)元件的場效應(yīng)管Q2上。場效應(yīng)管Q2的導(dǎo)通/截止由驅(qū)動電路4控制。扼流圈L2和電容器C2對通過場效應(yīng)管Q2的電流濾波，從而減小次輸出電壓V2的紋波。二極管D4在場效應(yīng)管Q2的截止期間泄放存儲在扼流圈L2內(nèi)的能量。
通過控制場效應(yīng)管Q2來對繞組W2上感應(yīng)電壓V0的脈沖寬度Tp適當(dāng)?shù)財夭?見圖2(1))，并將得到的電壓施加到濾波電路(扼流圈L2和電容器C2)上，便保證了次輸出電壓V2的穩(wěn)定。下文將參照圖2來說明場效應(yīng)管Q2的控制作用。
場效應(yīng)管Q3接到控制電路5上執(zhí)行開關(guān)操作，而變壓器T2執(zhí)行控制電路5的輸出電壓Va的變更電平。
圖1所示電路裝置的工作情況如下。直流電壓Vin施加在電容器C3的兩端上，面開關(guān)元件Q1的導(dǎo)通/截止功能由控制電路3來控制。這樣，在初級繞組W1上間斷地施加了一個電壓，于是，在次級繞組W2和W3中各產(chǎn)生出感應(yīng)電壓。
由主輸出電路1得到的主輸出電壓V1通過光耦合器2反饋到變壓器T1的初級側(cè)。然后，在使主輸出電壓V1等于設(shè)定電壓(未示出)的控制電路3中產(chǎn)生一個脈寬調(diào)制信號S1，據(jù)此，控制了開關(guān)元件Q1的占空比。
在次級繞組W2中感應(yīng)出的電壓V0的占空比隨輸入電壓或主輸出電路1的負(fù)載電流Iout而變動。其原因如下。
當(dāng)輸入電壓Vin減小時，為了使主輸出電壓V1保持不變，主開關(guān)Q1的占空比要增大。換句話說，由于電壓Vin降低，就必需增加場效應(yīng)管Q1的導(dǎo)通比率，這是由提供給繞組W3的電能來補(bǔ)償。
此外，如果主輸出電路1的負(fù)載電流Iout增加，則為了使主輸出電壓V1保持不變，主開關(guān)Q1的占空比也需增大。
結(jié)果，與繞組W3繞在同一個鐵心上的繞組W2的感應(yīng)電壓的占空比隨之增大。
繞組W2的感應(yīng)電壓的占空比起伏時，若不采取措施，則次輸出電路10的次輸出電壓V2也波動。由于次輸出電壓V2的波動是一個重要問題，因此圖1的電路裝置執(zhí)行一個如下所述的控制操作以使次輸出電壓V2保持不變。
現(xiàn)在，解釋這個控制操作。如上所述，施加到次輸出電路10上的感應(yīng)電壓V0具有如圖2(1)所示的波形。同步信號發(fā)生器6引入這個感應(yīng)電壓V0，輸出一個同步信號Vc(見圖2(3))。這個同步信號在感應(yīng)電壓V0為高電平的Tp時段內(nèi)是斜向增加的，呈鋸齒波形。這個同步信號Vc與變壓器T1初級側(cè)的開關(guān)波形同步;同步信號發(fā)生器6檢測到次級繞組W2的感應(yīng)電壓V0處在高電平狀態(tài)時，就產(chǎn)生上述波形。控制電路5的輸入為具有圖2(3)波形的同步信號Vc和次輸出電壓V2，它產(chǎn)生出一個基準(zhǔn)電壓Vk。
當(dāng)次輸出電路10的次輸出電壓V2高于設(shè)定電壓(未示出)時，上述由控制電路5產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓Vk(見圖2(3))就上升。在圖2(3)所示的同步信號Vc的值高于控制電路5內(nèi)產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓Vk期間，控制電路5輸出一個高電平信號Va?？刂齐娐?的這個輸出信號Va驅(qū)使場效應(yīng)管Q3導(dǎo)通/截止。驅(qū)動變壓器T2初級上的電壓經(jīng)升壓后，加到驅(qū)動電路4上。
更具體地說，當(dāng)次輸出電壓V2高于設(shè)定電壓時，圖2(3)所示的基準(zhǔn)電壓Vk就增加。于是，同步信號值高于基準(zhǔn)電壓Vk的時間(亦即場效應(yīng)管Q2導(dǎo)通的時間)相應(yīng)地減小。結(jié)果，由于對扼流圈L2和電容器C2組成的濾波電路的供電量也減少，因此次輸出電壓V2的值減小，趨近設(shè)定電壓值。
反之，當(dāng)次輸出電壓V2低于設(shè)定電壓時，基準(zhǔn)電壓就減小，從而出現(xiàn)與上述相反的調(diào)整過程，也即場效應(yīng)管Q2的導(dǎo)通時間增加，而由于對扼流圈L2和電容器C2的供電量增大，因此，次輸出電壓V2也增大，趨近設(shè)定電壓值。
雖然通常用MOS-FET(金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管)作為開關(guān)元件Q2，但如果MOS-FET的柵極電位不比源極電位高4V，就不能驅(qū)動它到導(dǎo)通狀態(tài)。此外，在一般的面結(jié)型場效應(yīng)管中，柵極電位也必需高于源極電位。進(jìn)一步說，必需在場效應(yīng)管Q2的柵極上加一個信號，其電壓要比圖1中A點(diǎn)電位至少高4V。然而，這個A點(diǎn)處于次輸出電路10的高電位側(cè)，因此，為了得到高于A點(diǎn)的電位，必需采用升壓措施。在一些傳統(tǒng)的裝置中，裝有一個驅(qū)動變壓器T2，將控制電路的輸出Va加給它，由它產(chǎn)生一個比A點(diǎn)高4伏的電壓，加到場效應(yīng)管Q2的柵極。
如果，驅(qū)動變壓器T2設(shè)置在驅(qū)動電路4和控制電路5之間，則在脈寬信號Va通過驅(qū)動變壓器T2時會受到時間延遲。假設(shè)此時間延遲用Td表示(見圖2(3))，其值一般為200納秒左右。因此，在時刻TA，控制電路5檢測到同步信號Vc的值高于基準(zhǔn)電壓Vk后，并且再經(jīng)過時間Td，場效應(yīng)管Q2才實(shí)際進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)(見圖2(2))。
鑒于這個原因，對于加到次輸出電路10的寬度為Tp的輸入脈沖(即變壓器T1的輸出脈沖寬度)的情況，圖1所示的電路裝置僅能由場效應(yīng)管Q2向?yàn)V波電路供應(yīng)最大脈沖寬度為(Tp-Td)。如果圖1所示電源的開關(guān)頻率是100千赫左右的低頻，而輸入脈沖寬度Tp假若約為4微秒，則由于Td＝200納秒，遠(yuǎn)小于Tp＝3微秒，故圖2(3)所示的時間延遲Td可以忽略。然而，在低頻的開關(guān)式電源中，變壓器及一些電路元件都相當(dāng)大。近來，由于開關(guān)式電源小型化的需要，因此在設(shè)計中大都愿意采用較高的開關(guān)頻率。
然而，在高頻率的開關(guān)式電源中，由于輸入脈沖寬度Tp小，因此時間延遲Td所占的比例增大，它就成為另人注意的問題了。具體地說，在300千赫或以上的高開關(guān)頻率(Tp＜1微秒)情況下，雖然輸入脈沖寬度Tp仍比時間延遲Td大，但時間延遲Td的比例增大了。這樣，如果要求次輸出電路10輸出大電流，則由于向扼流圈L2和電容器C2組成的濾波電路的供電量不足，會產(chǎn)生不能保持輸出電壓恒定的問題。
研制本發(fā)明就是為了解決上述問題。為此，本發(fā)明的第一個目的是提供一種這樣的開關(guān)式電源，亦即，這種電源借助驅(qū)動變壓器T2來控制信號Va(用來控制場效應(yīng)管Q2導(dǎo)通/截止的信號)的時間延遲，即使工作在高的開關(guān)頻率下也能得到一個恒定的輸出電壓V2。
本發(fā)明的第二個目的是提供一種開關(guān)式穩(wěn)壓電源，這種電源由于減小了驅(qū)動變壓器T2所引起的控制信號Va的時間延遲，所以，即使輸出電流大也能保持輸出電壓不變。
然而，即使實(shí)現(xiàn)了以上二個目的，仍不能將控制信號的時間延遲減小到零，為此本發(fā)明的第三個目的是提供一種這樣的開關(guān)式電源，這種電源甚至在控制信號Va有小的時間延遲時，在不限制次輸出電路10的濾波電路的供電量的情況下，也能保持輸出電壓穩(wěn)定不變，而且，即使在輸出大電流時，也能保持輸出電壓穩(wěn)定不變。
圖1示出傳統(tǒng)的開關(guān)式電源的電路結(jié)構(gòu)方框圖;
圖2示出圖1所示電路裝置各處信號隨時間變化的波形圖;
圖3示出本發(fā)明的開關(guān)式電源的一個實(shí)施例方框圖;
圖4示出本發(fā)明的開關(guān)式電源中使用的同步信號發(fā)生器的方框圖;
圖5示出圖4所示電路各處信號隨時間變化的波形圖;
圖6示出本發(fā)明的開關(guān)式電源的另一個實(shí)施例方框圖;
圖7示出圖6所示電路裝置各處信號相對于時間的波形圖;
圖8示出圖6所示電路裝置整個工作過程相對于時間的波形圖;
圖9示出圖6所示電路裝置的次輸出電路的另一個實(shí)施例方框圖;
圖10示出本發(fā)明的開關(guān)式電源的再一個實(shí)施例方框圖;
圖11示出圖10所示電路裝置啟動過程的示意圖;
圖12示出圖10所示裝置各處信號相對于時間的波形圖;
圖13示出圖10所示電路裝置中恒定電壓電路15的具體電路結(jié)構(gòu)圖;
圖14示出本發(fā)明的開關(guān)式電源的安裝情況。
下文結(jié)合各附圖詳細(xì)說明本發(fā)明。
圖3示出本發(fā)明的第一個實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)方框圖。由圖所見，變壓器T初級側(cè)的主開關(guān)Q1由來自脈寬調(diào)制電路23的脈寬信號S1控制導(dǎo)通/截止。導(dǎo)通/截止的開關(guān)頻率由振蕩電路21決定。在次級繞組W3中感應(yīng)出的脈沖電壓依靠主輸出電路1中的二極管D1及扼流圈L1和電容器C1的作用，變換成一個主輸出電壓V1。這個電壓V1加到差分放大器24上與一個設(shè)定電壓Vt相比較，借以確定主輸出電壓V1的值。
差分放大器24輸出一個基準(zhǔn)電壓Vk′，并反饋給脈寬調(diào)制電路23。這個基準(zhǔn)電壓Vk′的值，在主輸出電壓V1大于設(shè)定電壓Vt時它增大，在V1小于Vt時它減小，而在V1等于Vt時則穩(wěn)定在一個給定的電壓值上。
產(chǎn)生這種基準(zhǔn)電壓Vk′的差分放大器24，可以用德克薩斯儀器公司(Texas Instrument Co.)出售的TL431型集成電路，十分簡便。
在變壓器T的初級電路和次級電路要相互隔離的情況下，可在差分放大器24中裝一個光耦合器，基準(zhǔn)電壓Vk′就通過這個光耦合器所饋給脈寬調(diào)制電路23。
脈寬調(diào)制電路23根據(jù)其輸入的基準(zhǔn)電壓Vk′來控制所輸出的脈沖信號S1的占空比，從而使主輸出電壓V1的值達(dá)到設(shè)定電壓Vt。輔助電源22將繞在變壓器T鐵心上的繞組W4的感應(yīng)電壓變換成一個直流電壓，供給脈寬調(diào)制電路23作為電源。
下面，對次輸出電路10加以說明。圖3中二極管D3和D4、場效應(yīng)管Q2及扼流圈L1和電容器C2的作用效應(yīng)，與圖1中的相同。簡單地說，二極管D3的作用是對繞組W2中感應(yīng)出的電壓進(jìn)行整流，而扼流圈L2和電容器C2組成一個濾波電路。此外，配置在二極管D3和濾波電路之間的場效應(yīng)管Q2，通過其導(dǎo)通/截止來控制繞組W2對濾波電路的供電量。
假設(shè)所示例的開關(guān)器件場效應(yīng)管Q1和Q2能工作在幾百千赫以上的頻率上，當(dāng)然，如果絕緣柵雙極晶體管(IGBT)或多種用途的晶體管能夠隨著導(dǎo)通/截止控制信號作高速的導(dǎo)通/截止轉(zhuǎn)換的話，它們也可以應(yīng)用。
圖3中虛線畫出的方框30是用來達(dá)到本發(fā)明的上述目的的關(guān)鍵部分，它包括同步信號發(fā)生器11、輔助電源12、脈寬調(diào)制電路13和差分放大器14。下面，對這幾部分作詳細(xì)說明。
同步信號發(fā)生器11的輸入信號Vsw隨著主開關(guān)Q1的導(dǎo)通/截止而反復(fù)處于高電平或低電平，其輸出信號Vc是一個周期性的鋸齒波同步信號，在主開關(guān)Q1進(jìn)入截止時刻起它以一恒定斜率上升，一直上升到主開關(guān)Q1下次重新轉(zhuǎn)入截止時刻止。
本發(fā)明的同步信號發(fā)生器與傳統(tǒng)的同步信號發(fā)生器之間的差別在于，輸出信號的波形是不同的。簡單地說，本發(fā)明的同步信號發(fā)生器的輸出信號具有圖5(4)所示的波形Vc，而傳統(tǒng)的同步信號發(fā)生器的輸出信號則具有圖2(3)所示的波形Vc。
由同步信號發(fā)生器11接受作為輸入的信號Vsw，若是一個隨著主開關(guān)Q1的導(dǎo)通/截止而相應(yīng)地在高電平和低電平之間變化的信號，則可以從圖3方框圖中的許多點(diǎn)上取得，例如，可以將圖3中繞組W2一個端點(diǎn)B上的信號作為此輸入信號。此外，在下面將要說明的圖6所示的電路是將繞在主輸出電路1中扼流圈L1鐵芯的繞組W5所感應(yīng)的電壓VB用以作為輸入信號Vsw的。而在后面將要說明的圖10所示的電路則是將繞在從輸出電路10中扼流圈L2鐵芯的繞組W8所感應(yīng)的電壓VH用以作為輸入信號Vsw的。
差分放大器14的一路輸入是由次輸出電路10中濾波電路來的次輸出電壓V2，另一路是用來調(diào)定次輸出電壓V2值的設(shè)定電壓Vs，而輸出是基準(zhǔn)電壓Vk。差分放大器14的工作與前面說明的差分放大器24相同，因此可以采用同樣的電路結(jié)構(gòu)。簡單地說，將次輸出電壓V2加到差分放大器14上，在那里與一個設(shè)定值電壓Vs進(jìn)行比較，從而輸出一個基準(zhǔn)電壓Vk，施加給脈寬調(diào)制電路13。如果次輸出電壓V2大于設(shè)定電壓Vs，則基準(zhǔn)電壓Vk的值增大，反之，V2小于Vs時Vk減小。如果V2等于Vs，值Vk就穩(wěn)定在一個給定的電壓上。由于這個差分放大器14具有與上述差分放大器24相同的結(jié)構(gòu)，因此可以用廣泛銷售的TL431型專用集成電路來構(gòu)成，十分簡便。
輔助電源12產(chǎn)生一個比場效應(yīng)管Q2源極(A點(diǎn))電位高Vcc伏的直流電壓Vcc，故能驅(qū)使場效應(yīng)管Q2導(dǎo)通。這個輔助電源只要輸出上述的直流電壓Vcc，可以采用任何形式的電路結(jié)構(gòu)，但在當(dāng)前的情況下，圖6和圖10中所示的電路結(jié)構(gòu)較為可取。由于輔助電源需要產(chǎn)生一個比場效應(yīng)管Q2源極(A點(diǎn))電位高的電壓，所以如圖3中所示，它將A點(diǎn)的電位作為輸入。此外，從那個起啟動電路作用的初級繞組W1的D點(diǎn)上連接一條線到輔助電源22，這是用來在輔助電源22啟動時提供電壓的。
脈寬調(diào)制電路13將輔助電源12輸入的直流電壓Vcc作為電源電壓，另將由同步信號發(fā)生器11輸出的同步信號Vc和由差分放大器14輸出的基準(zhǔn)電壓Vk作為兩個輸入信號。脈寬調(diào)制電路13對作為輸入信號的這兩個信號Vc和Vk比較其大小，然后，將由此得出的輸出信號Ve直接加到場效應(yīng)管Q2的柵極上，驅(qū)使Q2導(dǎo)通或截止。
例如，對信號Vc和Vk作比較后，如果Vc＞Vk，則脈寬調(diào)制電路13的輸出Ve為高電平，而如果Vc＜Vk，則輸出Ve為低電平。這種功能可容易地用一個廣泛銷售的比較器來實(shí)現(xiàn)。
現(xiàn)在，結(jié)合圖4和圖5對圖3所示電路結(jié)構(gòu)的工作情況加以說明。
圖3所示裝置的第一個特點(diǎn)是，不采用驅(qū)動變壓器(參見圖1中的T2)來得到驅(qū)動場效應(yīng)管Q2的信號，而是在輔助電源12中產(chǎn)生一個直流電壓Vcc，借助于這個直流電壓Vcc為電源的脈寬調(diào)制電路13來產(chǎn)生場效應(yīng)管Q2的控制信號Ve。
如圖5(4)中所示，第二個特點(diǎn)在于，同步信號Vc的波形是一個周期性鋸齒波，從主開關(guān)每次進(jìn)入截止的時刻起它以一恒定斜率上升，直至上升到主開關(guān)下一次再進(jìn)入截止的時刻為止。此外，由于輔助電源12以圖3中A點(diǎn)電位值作為輸入，因此可以為脈寬調(diào)制電路13提供一個高于A點(diǎn)電位的電壓Vcc作為電源。這樣，脈寬調(diào)制電路13就能將一個比A點(diǎn)電位高出的Vcc伏的電壓加到場效應(yīng)管Q2的柵極，直接驅(qū)動場效應(yīng)Q2，而不需要用驅(qū)動變壓器(圖1中的T2)。輔助電源12的電源可以如圖6中所示從扼流圈L1上取得，也可以如圖10中所示從扼流圈L2上取得。
現(xiàn)在，對同步信號發(fā)生器11和脈寬調(diào)制電路13的工作情況加以說明。圖4示出了同步信號發(fā)生器11的具體電路結(jié)構(gòu)，圖5示出了圖5中各處的信號波形。圖4中信號Vsw可看作是從圖3中B點(diǎn)引出的。
在圖4中，比較器U1、二極管D5和D6、電阻R1至R4、基準(zhǔn)電壓Vref1及電容器C4構(gòu)成了一個截止定時檢測器，用來檢測主開關(guān)Q1轉(zhuǎn)入截止的時刻。
此外，比較器U2、基準(zhǔn)電壓Vref2、二極管D7、電阻R5和R6及電容器C5構(gòu)成了一個波形發(fā)生器。
繞組W2產(chǎn)生一個如圖5(1)所示的開關(guān)波形。在這個波形中，t1至t2及t3至t4是主開關(guān)Q1處于導(dǎo)通狀態(tài)的期間，t2至t3是主開關(guān)Q1處于截止?fàn)顟B(tài)的期間。
圖5(1)所示的Vo＝Vsw的繞組W2輸出電壓，經(jīng)圖4的二極管D5整流及電阻R1和R2分壓后，加到比較器U1的反相輸入端。比較器U1將所分壓得的電壓Vm＝(R2·V0)/(R1+R2)去與加到比較器同相輸入端的基準(zhǔn)電壓Vref1進(jìn)行比較，從而輸出如圖5(2)所示的波形Va。也就是說，波形Va是一個在圖5(1)波形(繞組W2的波形)的t1、t2、t3等邊沿處翻轉(zhuǎn)的方波波形。
比較器U1的輸出信號Va經(jīng)電容器C4和電阻進(jìn)行微分，得到一個與繞組W2輸出電壓V0(見圖5(1))各邊沿同步的微分波形Vb(如圖5(3)所示)，加到比較器U2反相輸入端。所形成的微分波形Vb中的脈沖P2和P4與主開關(guān)Q1的截止定時相同步。二極管D6用來防止過大的負(fù)脈沖進(jìn)入比較器U2的反相輸入端而使比較器遭到損壞。
比較器U2將反相輸出端上輸入的如圖5(3)所示的微分脈沖P1、P2、P3等與同相輸入端上輸入的基準(zhǔn)電壓Vref2進(jìn)行比較。在出現(xiàn)微分脈沖P2和P4時，由于基準(zhǔn)電壓Vref2小于高幅度的微分脈沖P2和P4，因而比較器U2的輸出迅速地變到一個負(fù)電位。這樣，在電容器C5和二極管D7的電路中，有一個如圖4所示的電流i1流通，從而存儲在電容器C5內(nèi)的電荷經(jīng)電路泄放。
在比較器U2中，當(dāng)微分脈沖P2消失時，同相輸入端的電位就高于反相輸入端的電位，因此比較器U2的輸出變?yōu)橐粋€平穩(wěn)的較高電平。這樣，二極管D7截止，電容器C5的電位以一個恒定的斜率上升，一直趨向電容器C5公共電位和電源電位Vcc之間由電阻R5和R6分壓得到的電位值。也就是說，信號Vc(電容器C5上的電壓)的波形是一個以恒定斜率上升的鋸齒波(見圖5(4))。圖5(4)所示的同步信號Vc的最大電壓和斜率由電阻R5和R6的電阻值和電容器C5的電容量值確定。
在t4時刻，當(dāng)繞組W2的輸出電壓V0出現(xiàn)下一個后沿時，則微分脈沖P4加到比較器U2，從而重復(fù)上述工作過程，即信號Vc立刻下降到一個負(fù)電位，然后以一個恒定的斜率上升。這樣，就產(chǎn)生出如圖5(4)所示的同步信號波形。
現(xiàn)在說明圖3所示裝置的次輸出電路10的工作情況。如上所述，在繞組W2中產(chǎn)生出一個如圖5(1)所示的開關(guān)波形，而從同步信號婦出器11輸出具有如圖5(4)所示波形的鋸齒波同步信號Vc。
脈寬調(diào)制電路13將同步信號Vc(見圖5(4))與基準(zhǔn)電壓Vk(其變化情況已在前面說明)進(jìn)行比較，輸出一個具有圖5(5)所示波形的控制信號Ve，加到場效應(yīng)管Q2的柵極。當(dāng)同步信號Vc的值大于基準(zhǔn)電壓Vk時，控制信號Ve為高電平，驅(qū)使場效應(yīng)管Q2進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。
簡單地說，脈沖調(diào)制電路13從輔助電源12得到的電壓Vcc足以驅(qū)使場效應(yīng)管Q2導(dǎo)通。因此，脈寬調(diào)制電路13輸出的信號Ve的高電平能使場效應(yīng)管Q2導(dǎo)通。
圖3中所示的電路裝置能夠產(chǎn)生圖5(5)所示的控制信號Ve，而不需要采用圖1中所示的驅(qū)動變壓器T2。因此，圖3所示裝置中控制信號Ve的時間延遲能比圖1所示傳統(tǒng)裝置中控制信號Ve的時間延遲小許多。
結(jié)果是，即使開關(guān)頻率極高，圖3裝置也能使場效應(yīng)管Q2的開關(guān)動作跟得上這個頻率。簡單地說，這種裝置能夠達(dá)到本發(fā)明的第一個和第二個目的。
此外，盡管圖3裝置的時間延遲值大大減小了，而為了進(jìn)一步減小這時間延遲的影響，在本發(fā)明中同步信號Vc的波形是周期性地從主開關(guān)Q1轉(zhuǎn)入截止時刻起到下一次轉(zhuǎn)入截止時刻止以一恒定斜率上升的鋸齒波。因此，在整個輸入脈沖寬度Tp內(nèi)，由繞組W2對次輸出電路10的總供電量能夠全部通過濾波電路，從而達(dá)到了本發(fā)明的第三個目的。
下面，對此加以詳細(xì)說明。場效應(yīng)管Q2在同步信號Vc的值大于基準(zhǔn)電壓Vk的時間內(nèi)(見圖5(4))處于導(dǎo)通狀態(tài)。由于本發(fā)明的同步信號Vc的波形是周期性地從主開關(guān)Q1轉(zhuǎn)入截止時刻起到下一次轉(zhuǎn)入截止時刻止按直線上升的波形，因此，在基準(zhǔn)電壓Vk的值下降時，場效應(yīng)管Q2的導(dǎo)通時間就會增大。也就是說，由于基準(zhǔn)電壓Vk的值一直下降到使次輸出電路10的次電壓V2等于設(shè)定電壓值Vs(見圖5(4)中的Vk′)，所以信號Ve的脈沖寬度能夠展寬(見圖5(5))。簡單地說，即使有一個時間延遲Td，但由于基準(zhǔn)電壓Vk可進(jìn)一步減小，故信號Ve的脈沖寬度還可以增大。作為對照，看一下傳統(tǒng)電路的情況。在圖1所示的傳統(tǒng)電路中，只有在輸入脈沖寬度的Tp時間內(nèi)，同步信號Vc的波形才呈鋸齒波，如圖2(3)所示。因此，只有在Tp-Td的脈沖寬度內(nèi)才能通過場效應(yīng)管Q2對濾波電路流入電流。
對于圖3所示和上面已作說明本發(fā)明來說，由于不需要圖1中所示的驅(qū)動變壓器T2，因而顯著地減小了驅(qū)動場效應(yīng)管Q2的信號Ve的時間延遲。這樣，即使開關(guān)式電源采用高頻率的電路，次輸出電路也能供出大電流。
此外，由于不需要驅(qū)動變壓器T2，在變壓器T中不會產(chǎn)生高頻噪聲。
下面，繼續(xù)對本發(fā)明進(jìn)行具體說明。圖6示出本發(fā)明的第二個實(shí)施例方框圖，圖中示出了圖3中的輔助電源12的一個具體例子。在圖3和圖6中，圖6裝置與圖3裝置間的不同之處在于(a)圖3中的輔助電源12，在圖6中具體是由繞組W6、二極管D8及電容器C7構(gòu)成的。
(b)作為同步信號發(fā)生器11輸入的信號Vsw，在圖6中是從繞組W6兩端引出的。同步信號發(fā)生器11本身的電路可以采用圖4所示實(shí)施例的電路。
除了上面指出的(a)、(b)兩點(diǎn)以外，圖6的電路結(jié)構(gòu)與圖3的電路結(jié)構(gòu)相同。
下文就圖6與圖3的不同之處對圖6的裝置進(jìn)行說明。
組成輔助電源12的繞組W6繞在主輸出電路1的扼流圈L1的鐵芯上，其一端連接到場效應(yīng)管Q2源極側(cè)的A點(diǎn)上。扼流圈L1中原繞組W5和新繞組W6的同名端如圖6中所示(參見圖上扼流圈L1兩側(cè)處的兩個小黑點(diǎn))。
同步信號發(fā)生器11以繞組W6上的感應(yīng)電壓VB作為輸入，輸出的是周期性地從主開關(guān)Q1轉(zhuǎn)入截止時刻起到主開關(guān)Q1下一次轉(zhuǎn)入截止時刻止以一怛定斜率上升的鋸齒波同步信號Vc。同步信號發(fā)生器11的電路結(jié)構(gòu)和工作情況已經(jīng)結(jié)合圖4說明過。
輔助電源12通過用二極管D8和電容器C7對繞組W6中感應(yīng)出的方波電壓VB加以整流和濾波后，得到一個直流電壓Vcc。這個簡單地用整流和濾波得到的直流電壓Vcc是一個穩(wěn)定的電壓，其理由如下。由于變壓器T初級側(cè)脈寬調(diào)制電路23的作用，主輸出電路1的輸出電壓V1被控制成等于設(shè)定電壓Vt，因此存儲在扼流圈L1的繞組W5中的能量Va·Tp保持恒定，從而繞組W6中感應(yīng)得到的能量Vb(Td-Tp)也保持恒定。
由于上述原因，通過用二極管D8和電容器C7對電壓VB整流和濾波而簡單地得到的直流電壓Vcc是一個穩(wěn)定的電壓。這個直流電壓Vcc要比A點(diǎn)的電壓高Vcc?，F(xiàn)在，結(jié)合圖7對圖6裝置的工作特點(diǎn)(次輸出電路10的工作情況)加以說明。
圖6所示裝置的第一個特點(diǎn)是，在主輸出電路1的扼流圈L1鐵芯上繞有另一個繞組W6，而高于A點(diǎn)Vcc的直流電壓Vcc是從這個繞組W6上得到的。
第二個特點(diǎn)是，用來形成同步信號Vc的基本定時信號是由繞在主輸出電路1的扼流圈L1鐵芯上的繞組W6產(chǎn)生的感應(yīng)電壓VB給出的。
首先，在扼流圈L1的繞組W5中感應(yīng)出的電壓VA的波形如圖7(1)所示。時間t1至t2及t3至t4是主開關(guān)Q1導(dǎo)通狀態(tài)期間，而時間t2至t3是由主開關(guān)Q1處于截止?fàn)顟B(tài)期間。繞組W5和W6具有同名端位置相逆的關(guān)系，因此，如果對繞組W6的感應(yīng)電壓VB(見圖7(2))加以整流和濾波，主輸出電壓V1將是穩(wěn)定的。這樣，就從輔助電源12上得到一個穩(wěn)定的懸浮電壓Vcc(例如為15V)。此外，由于繞組W5和W6間具有同名端位置相逆的關(guān)系，所以當(dāng)扼流圈L1從主輸出電路中得不到供電的期間，輔助電源12在工作，能得到作為其輸入的供電電壓(見圖7(2))。因此，即使接上了輔助電源12，對主輸出電壓V1的穩(wěn)定性并沒有影響。
由于圖6中的A點(diǎn)連接到輔助電源12的一個輸出端，所以輔助電源12能夠向脈寬調(diào)制電路13提供一個比A點(diǎn)位高Vcc的電壓作為電源電壓。因?yàn)槊}寬調(diào)制電路13用電壓Vcc作為電源電壓，故而比A點(diǎn)電位約高Vcc的一個控制信號電壓Ve就能加到場效應(yīng)管Q2的柵極上。因此，能夠不用圖1的驅(qū)動變壓器T2來驅(qū)動場效應(yīng)管Q2的導(dǎo)通/截止。
下面，對同步信號發(fā)生器11和脈寬調(diào)制電路13的工作情況進(jìn)行說明。圖7(2)所示的脈沖波形VB加到同步信號發(fā)生器11上。這個脈沖波形VB表明了主開關(guān)Q1的導(dǎo)通/截止工作情況。因此，根據(jù)主開關(guān)Q1進(jìn)入截止時刻及下一次進(jìn)入截止時刻所給出的波形VB的上升沿，同步信號發(fā)生器11就能得到確定的工作狀態(tài)，這在前面已結(jié)合圖4作了說明。也就是，象前面所說明的那樣，同步信號發(fā)生器11輸出一個如圖7(3)所示的、周期性地以一恒定斜率上升的鋸齒波Vc。
脈寬調(diào)制電路13將同步信號Vc與一個變化情況如前所述的基準(zhǔn)電壓Vk進(jìn)行比較，得到一個如圖7(4)所示的脈寬控制信號Ve，該信號加到場效應(yīng)管Q2上以驅(qū)使其導(dǎo)通/截止。
在如上所述的圖6裝置中，由于來源于同步信號的定時信號(即主開關(guān)Q1導(dǎo)通/截止的信號)不是從變壓器T的繞組W2上取得以作為輸入的，而是從主輸出電路1的扼流圈L1上感應(yīng)得的，因此，構(gòu)成同步信號發(fā)生器11的電氣部件不需要用嚴(yán)格容差的部件，這是這種裝置的優(yōu)點(diǎn)。
下面，結(jié)合圖8對圖6所示整個裝置的工作情況進(jìn)行說明。
圖6所示裝置的啟動工作過程如下。首先，剛加上直流電壓Vin時，場效應(yīng)管Q1并不進(jìn)行導(dǎo)通/截止轉(zhuǎn)換。因此，變壓器T不產(chǎn)生感應(yīng)電壓，從而輔助電源22不能將一個電壓加到脈寬調(diào)制電路23上。
此時，為了啟動圖6的裝置，將圖6中D點(diǎn)處的電壓(電容器C3一端的電壓)引入輔助電源22。因此，輔助電源22在啟動時刻借助D點(diǎn)的電壓產(chǎn)生一個給定的電壓值，加到脈寬調(diào)制電路23上。這樣，脈寬調(diào)制電路23就開始工作。當(dāng)脈寬調(diào)制電路23開始工作而繞組W4產(chǎn)生一個實(shí)際的感應(yīng)電壓時，輔助電源22就不再需要來自D點(diǎn)的電壓。然后，由繞組W4的感應(yīng)電壓產(chǎn)生出要加給脈寬調(diào)制電路23的直流電壓。
這樣，通過啟動脈寬調(diào)制電路23進(jìn)入工作狀態(tài)，可使場效應(yīng)和Q1開始導(dǎo)通/截止轉(zhuǎn)換。結(jié)果是，當(dāng)主輸出電壓V1象圖8(1)示出的那樣上升時，輔助電源12的輸出電壓Vcc也隨著上升(見圖8(2))。然后，電壓Vcc上升到能使脈寬調(diào)制電路13進(jìn)行工作的電壓VM時，脈寬調(diào)制電路13便開始做如上所述的工作(圖8(3)中所示的“啟動”)，并且次輸出電壓V2上升。
圖6所示裝置的停止工作過程如下。如果脈寬調(diào)制電路23停止工作，則主輸出電壓V1下降，從而輔助電源12的輸出電壓Vcc也隨著下降。當(dāng)電壓Vcc下降到脈寬調(diào)制電路13能工作的極限VM′值時，脈寬調(diào)制電路13停止工作(見圖8(3))。
這樣，對于本實(shí)施例來說，可以協(xié)同地驅(qū)使主輸出電路1和次輸出電路10進(jìn)行工作。此外，還有這樣一個優(yōu)點(diǎn)，通過檢查主輸出電路1中扼流器L1上的電壓VA，可以監(jiān)視輸入電壓Vin。
圖9示出圖6所示裝置中次輸出電路10內(nèi)扼流圈L2、電容器C2、二極管D3和場效應(yīng)管Q2的另一種配置方案。
此外，上述的脈寬調(diào)制電路23是配置在變壓器T初級側(cè)，所謂的初級控制方法;然而，本發(fā)明采用脈寬調(diào)制電路23配置在變壓器T次級側(cè)，這是所謂的“次級控制方法”。在后一種情況下，脈寬調(diào)制電路23的輸出S1例如可以通過一個變壓器(未示出)來隔離，而后加到主開關(guān)Q1上。
圖6裝置除了具有圖3裝置的優(yōu)點(diǎn)外，還具有如下兩個優(yōu)點(diǎn)。
1.因?yàn)榧右哉骱蜑V波的是繞組W6上的感應(yīng)電壓VB(見圖7(2))，而主輸出電壓V1是得受到穩(wěn)壓的，所以從輔助電源12上可得到一個穩(wěn)定的懸浮電壓Vcc(例如為15伏)。此外，由于繞組W5和W6的同名端位置相逆，所以主輸出電路1中的扼流圈L1工作在無電流狀態(tài)期間，這時輔助電源12工作，接受供電作為其輸入(見圖7(2))。簡單地說，即使接有輔助電源12，也不影響主輸出電壓V1的穩(wěn)定性。
2.由于作為產(chǎn)生同步信號Vc之基礎(chǔ)的信號Vsw取自上述電路(扼流圈L1)，而不是取自變壓器T，因此，同步信號發(fā)生器11可以用寬容差的部件制造，所以，這種開關(guān)式電源能夠做得比圖3所示的電源更小。
下文對圖10所示裝置進(jìn)行說明。圖10示出本發(fā)明再一個實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)方框圖，并具體示明了圖3中的輔助電源12。圖10與圖3具有如下四個不同點(diǎn);
(a)圖3的輔助電源12在圖10中由繞組W8和恒定電壓電路15組成。
(b)圖10中有一個由二極管D10和電阻R12構(gòu)成的恒定電壓電路啟動電路。對于圖6所示裝置的輔助電源12來說，不需要啟動電路，因?yàn)楫?dāng)主輸出電路1開始工作時，在扼流圈L1的繞組W6中就有感應(yīng)電壓VB產(chǎn)生。
(c)在圖10中，從繞組W8兩端輸出的信號由同步信號發(fā)生器11接受作為輸入信號Vsw。同步信號發(fā)生器11本身可以采用圖4所示的電路結(jié)構(gòu)。
(d)圖10中所示的啟動電路是電阻R11，它將電容器C3上的電壓Vin加到輔助電源22上。
除了以上(a)至(d)的不同點(diǎn)外，圖10的電路結(jié)構(gòu)是與圖3的相同的。
首先，概述一下圖10裝置的電路結(jié)構(gòu)。
在圖10中，組成輔助電源12的繞組W8繞在次輸出電路10中的扼流圈L2的鐵芯上。繞組W8的一端連接到場效應(yīng)管Q2源極側(cè)的A點(diǎn)上。輔助電源12通過對扼流圈L2中繞組W8上感應(yīng)電壓VH的整流和穩(wěn)壓，得到一個直流電壓Vcc2。由于繞組W8上的感應(yīng)電壓大小可由繞組W8的匝數(shù)決定，因而直流電壓Vcc2的值可由繞組W8的匝數(shù)適當(dāng)?shù)卮_定，這樣，就能產(chǎn)生一個足以驅(qū)動場效應(yīng)管Q2的電壓。
這樣，因脈寬調(diào)制電路13能直接用輸出Ve來驅(qū)動場效應(yīng)管Q2，故消除了圖1所示裝置中驅(qū)動變壓器T2所引起的信號時間延遲。
下面，主要就圖10所示裝置與圖3所示裝置的不同之處，對圖10所示裝置進(jìn)行說明。
圖10中，輔助電源12的電源由次輸出電路10的扼流圈L2提供，也就是說，繞組W8繞在次輸出電路10中扼流圈L2的鐵芯上，而繞組W8的一端連接到場效應(yīng)管Q2源極側(cè)的A點(diǎn)上。
同步信號發(fā)生器11將繞組W8上的感應(yīng)電壓VH作為輸入，而輸出一個周期性地從主開關(guān)Q1輸入截止時刻起到下一次轉(zhuǎn)入截止時刻止以恒定斜率上升的鋸齒波同步信號Vc。同步信號發(fā)生器11的電路結(jié)構(gòu)和工作情況，在前面已結(jié)合圖4作過說明。
圖10的輔助電源12與圖6的輔助電源12不同之處在于，圖10的輔助電源12上有一個由二極管D10和電阻R12構(gòu)成的啟動電路。設(shè)置啟動電路的原因如下在圖10的裝置中，開始工作時場效應(yīng)管Q2保持截止，因而次輸出電路10的扼流圈L2并沒有電壓產(chǎn)生。結(jié)果是，繞組W8上不產(chǎn)生感應(yīng)電壓VH，從而恒定電壓電路15不能向脈寬調(diào)制電路13提供電壓Vcc2。因此，在啟動時，使電壓V0通過二極管D10和電阻12從變壓器T的繞組W2加到輔助電源12上，作為其輸入，由此產(chǎn)生出一個具有給定電平的電壓Vcc2。
借助于啟動時所產(chǎn)生的電壓Vcc2，當(dāng)脈寬調(diào)制電路13開始工作時，場效應(yīng)管Q2就進(jìn)行導(dǎo)通/截止轉(zhuǎn)換。結(jié)果是，在次輸出電路10中扼流圈L2的繞組W8上感應(yīng)出電壓VH。當(dāng)繞組W8上的感應(yīng)電壓VH逐漸升高時，輔助電源12并不產(chǎn)生出通過二極管D10和電阻R12提供來的電壓，而是借助繞組W8上的感應(yīng)電壓VH產(chǎn)生出電壓Vcc2，從而完成了啟動。
圖13示出具有上述啟動電路的一個輔助電源12的具體電路圖實(shí)例。圖13中的二極管D10、電阻R12、繞組W8、恒定電壓電路15及脈寬調(diào)制電路13均與圖10中所示的相同。恒定電壓電路15包括二極管D11、電容器C8和C9、晶體管Q4、穩(wěn)壓二極管D12及電阻R14。
下面，對圖13電路的工作情況進(jìn)行說明。在開始工作時，由于繞組W8中沒有產(chǎn)生感應(yīng)電壓VH，恒定電壓電路15的晶體管Q4因集電極電位低而截止。
此時，如圖13所示，繞組W2的感應(yīng)電壓(見圖10)經(jīng)二極管D10整流后，加到恒定電壓電路15上。這個已整流的電流經(jīng)電阻R12、R13流到電容器C9，對電容器C9充電。依靠啟動電路供給的這個電流，電容器C9上的電壓Vcc2逐漸上升，從而使脈寬調(diào)制電路13進(jìn)入工作狀態(tài)。
結(jié)果是，圖10中的場效應(yīng)管Q2進(jìn)行導(dǎo)通/截止轉(zhuǎn)換，因而在繞組W8中產(chǎn)生感應(yīng)電壓VH。這樣，電容器C8上的電壓增大，晶體管Q4產(chǎn)生出一個由繞組W8供電的恒定電壓Vcc2。此外，當(dāng)電容器C8上的電位增高時，啟動電路中的二極管D10進(jìn)入反向偏置狀態(tài)而截止。
下面，結(jié)合圖12對上述電路結(jié)構(gòu)的圖10裝置的工作情況進(jìn)行說明。
圖10所示裝置的第一個特點(diǎn)是，在次輸出電路10的扼流圈L2上有一個新繞組W8，從這個繞組W8的感應(yīng)電壓VH中產(chǎn)生出一個比A點(diǎn)電位高Vcc2的直流電壓Vcc2。
第二個特點(diǎn)是，作為產(chǎn)生同步信號Vc之基礎(chǔ)的定時信號Vsw是從繞在次輸出電路10中扼流圈L2上的繞組W8的感應(yīng)電壓VH產(chǎn)生的。
在扼流圈L2的繞組W8中感應(yīng)出的電壓VH的波形如圖12(1)所示。其中，時間t1至t2和t3至t4是主開關(guān)Q1處于導(dǎo)通狀態(tài)期間，而時間t2至t3是主開關(guān)Q1處于截止?fàn)顟B(tài)期間。
由于繞組W8的一端連接到圖10中的A點(diǎn)，所以輔助電源12能向脈寬調(diào)制電路13提供一個比A點(diǎn)電位高Vcc2伏的電源電壓Vcc2。因此，由于脈寬調(diào)制電路13能將一個比A點(diǎn)電位高約Vcc2的控制信號電壓Ve加到場效應(yīng)管Q2的柵極上，所以場效應(yīng)管Q2可以不用驅(qū)動變壓器T2(見圖1)來驅(qū)動。
下面，說明同步信號發(fā)生器11和脈寬調(diào)制電路13的工作情況。圖12(1)所示的脈沖波形VH加到同步信號發(fā)生器11上。這個脈沖波形VH表明了主開關(guān)Q1的導(dǎo)通/截止情況，而同步信號發(fā)生器11能識別波形VH的下降沿，從而能在主開關(guān)Q1進(jìn)入截止時刻到下一次進(jìn)入截止時刻的時期內(nèi)保持住本身的工作狀態(tài)，使同步信號發(fā)生器11輸出一個同步信號Vc，如圖12(2)所示，其波形是在該時期內(nèi)按一恒定斜率上升的鋸齒波，并周期性地出現(xiàn)。
如前所述，脈寬調(diào)制電路13對同下信號Vc與變化的基準(zhǔn)電壓Vk作幅度比較，根據(jù)比較的結(jié)果輸出一個脈沖寬度變化的控制信號Ve，如圖12(3)所示，它加到場效應(yīng)管Q2上，驅(qū)使場效應(yīng)管Q2導(dǎo)通和截止。
在如圖10所示的裝置中，作為產(chǎn)生同步信號Vc之基礎(chǔ)的定時信號Vsw(即主開關(guān)Q1的導(dǎo)通/截止信號)并不取自變壓器T，而是取自次輸出電路10中的扼流圈L2，作為同步信號發(fā)生器11的輸入，因此構(gòu)成同步信號發(fā)生器11的電氣部件不需要是嚴(yán)格容差的部件。
下面，結(jié)合圖11說明圖10所示整個裝置的工作情況。
首先，說明一開始時的控制情況。如圖11(1)所示，當(dāng)直流電壓Vin逐漸升高時，它通過電阻R11加到輔助電源22上。該輔助電源22的電路結(jié)構(gòu)和工作情況均與上文對圖13的輔助電源12的所述的情況相同;這里，借助由電阻R11施加的電壓使輸出電壓Vcc1上升，如圖11(2)所示。
現(xiàn)在，說明加到輔助電源12上的信號與加到輔助電源22上的信號的相似之處。從主變壓器T加到輔助電源12上的電壓V0，相當(dāng)于通過電阻R11加到輔助電源22上的電壓Vin。由于電壓Vin是一個直流電壓，所以連接電容器C3和輔助電源22的、其內(nèi)含有電阻R11的分路中不需要串接一個二極管。與外，加到輔助電源12上的由扼流圈L2中繞組W8感應(yīng)得到的電壓VH，相當(dāng)于加到輔助電源22上的由繞在主變壓器T上的繞組W4感應(yīng)得到的電壓。
當(dāng)輔助電源22的輸出電壓Vcc1高于脈寬調(diào)制電路23的啟動電壓VTH1時，振蕩電路21和脈寬調(diào)制電路23開始工作，從而主開關(guān)Q1開始其導(dǎo)通/截止轉(zhuǎn)換。因此，由于主輸出電路1開始工作，主輸出電壓V1上升，如圖11(3)所示。差分放大器24以主輸出電壓V1和設(shè)定電壓Vt作為輸入，如前面所述的那樣，它輸出一個基準(zhǔn)電壓Vk′反饋給脈寬調(diào)制電路23。脈寬調(diào)制電路23完成前面說明過的工作，當(dāng)主輸出電壓V1變得與設(shè)定電壓Vt相同時就穩(wěn)定下來。
在主輸出電壓V1上升時，繞組W4向輔助電源22提供功率，使輔助電源22將其改變?yōu)橐粋€直流電壓Vin，并從繞組W4提供的功率中產(chǎn)生一個輸出電壓Vcc1。此時，從直流電壓Vin流入至輔助電源22的功率流被阻斷。
又當(dāng)主輸出電壓V1上升時，主變壓器T的次級繞組W2上的感應(yīng)電壓V0也相應(yīng)上升，如圖11(4)所示。這個感應(yīng)電壓V0通過二極管D10客電阻R12加到次輸出電路10的輔助電源12上。根據(jù)前面結(jié)合圖13所說明的工作情況，輔助電源12的輸出電壓Vcc2隨著增大，如圖11(5)所示。當(dāng)輸出電壓Vcc2的值增大到超過脈寬調(diào)制電路13的啟動電壓VTH2時，脈寬調(diào)制電路13開始工作，從而使場效應(yīng)管Q2導(dǎo)通/截止。因此，繞組W2上感應(yīng)電壓V0的脈沖功率通過場效應(yīng)管Q2加到濾波電路上，使次輸出電路10的次輸出電壓V2上升，如圖11(6)所示。
當(dāng)次輸出電壓V2上升時，扼流圈L2中的繞組W8向恒定定電壓電路15提供懸浮功率，而恒定電壓電路15將改變到感應(yīng)電壓V0，并從繞組W8提供的電壓VH中產(chǎn)生出一個輸出電壓Vcc2。此時，從感應(yīng)電壓V0流入至恒定電壓電路15的功率流被阻斷。
差分放大器14將次輸出電壓V2與設(shè)定電壓Vs進(jìn)行比較，所得到的基準(zhǔn)電壓Vk反饋給脈寬調(diào)制電路13，從而次輸出電壓V2得到穩(wěn)定。
如上所述，組成主輸出電路1或次輸出電路10的電路，即輔助電源12或22、脈寬調(diào)制電路13或23、差分放大器14或24，都能各自應(yīng)用相同類型的部件。此外，場效應(yīng)管Q2能用脈寬調(diào)制電路13的輸出直接驅(qū)動，而不需要隔離。
圖10所示裝置除了具有圖3所示裝置的優(yōu)點(diǎn)外，還具有下列兩個優(yōu)點(diǎn)。
(1)圖10中的輔助電源12可以通過對次輸出電路10中扼流圈L2鐵芯上所繞繞線W8的感應(yīng)電壓VH進(jìn)行整流、濾波，得到一個直流電壓Vcc2。
作為輔助電源12的能源，如果是在變壓器上繞一個新繞組，并從這個新繞組中得到能源，則這個繞組對絕緣的要求較高。然而，圖10中的繞組W8是繞在次輸出電路10中扼流圈L2鐵心上的，因此不需如此高的絕緣程度。
(2)作為產(chǎn)生同步信號之基礎(chǔ)的信號Vsw不是取自變壓器T，而是取自別的電路(扼流圈L2)，因此，同步信號發(fā)生順11可用寬容差的部件來構(gòu)成。所以，這種開關(guān)式電源可以做得比圖3的開關(guān)式電源更小。
最后，說明開關(guān)式電源的安裝情況。圖14示出開關(guān)式電源結(jié)構(gòu)的透視圖。圖中，印刷板是用一種鋁型的高導(dǎo)電和高導(dǎo)熱材料制造的，其上表面可散發(fā)掉所安裝的電氣部件產(chǎn)生的熱，而其整個下表面實(shí)質(zhì)上可作散熱片用。在上表面上，安裝有變壓器、線路濾波器、扼流圈和其它磁性部件、以及濾波電容器等。此外，產(chǎn)生熱輻射的二極管、場效應(yīng)管和其它開關(guān)器件也安裝在上表面。除了這些部件，其它諸如電阻之類的部件也安裝在印刷板的這一側(cè)。這些二極管、場效應(yīng)管、電阻以及其它部件都是表面安裝式部件，以便容易地將它們安裝在印刷板上。
如果采用這種結(jié)構(gòu)方式，就可以大大推進(jìn)開關(guān)型穩(wěn)壓電源的生產(chǎn)自動化和設(shè)計自動化。首先，對于電源制造自動化來說，由于本發(fā)明所用的都是小型化部件，并安裝在單面印刷板的上表面，因此，容易實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸機(jī)器手的控制，從而推進(jìn)機(jī)械化生產(chǎn)。其次，對于散熱設(shè)計來說，可用一個計算機(jī)模擬模型來測試印刷板下表面的溫度分布，一旦已給定容納電源的機(jī)殼的條件，就能確定電源的溫升是否在容許范圍之內(nèi)。此外，對于電磁干擾的預(yù)防措施來說，由于可以預(yù)先測出浮游電容量，因此，通過計算機(jī)模擬能精確地預(yù)知輻射的電磁波，而在進(jìn)行實(shí)際試驗(yàn)后就能容易地作出決斷性的防范措施。還有，對于抗振動來說，由于較重的磁性部件與印刷板的上表面直接接觸，因此重心低，抗振動性能得到改善。這樣，就散熱、抗電磁干擾和抗振動各方面來看，其設(shè)計容易，這也是本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)式電源，用以控制開關(guān)的占空比，使主輸出電壓等于第一恒定電壓，所述的主輸出電壓是依靠通、斷一個安裝在變壓器初級側(cè)的一個主開關(guān)以及借助一個第一扼流圈來對所述變壓器次級側(cè)一個第一繞組中所感應(yīng)出電壓的已整流波形進(jìn)行濾波而得到的，所述的開關(guān)式穩(wěn)壓電源其特征在于，包括一個繞在所述變壓器次級側(cè)的第二繞組；一個濾波電路，對第二繞組的一個輸出的已整流波形進(jìn)行濾波，以得到次輸出電壓；一個開關(guān)器件，接受所述已整流波形，并通過其通/斷操作來控制對所述濾波電路的供電量；一個輔助電源，用來產(chǎn)生一個直流電壓該直流電壓具有的電壓電平比上述開關(guān)器件的源極電位高，能使所述開關(guān)器件導(dǎo)通；一個同步信號發(fā)生器，由它用來檢測所述的主開關(guān)轉(zhuǎn)入截止的定時，產(chǎn)生出一個周期性的鋸齒波同步信號，在所述的主開關(guān)轉(zhuǎn)入截止時刻起到下一次轉(zhuǎn)入截止時刻止的時間內(nèi)，該鋸齒波以一恒定斜率上升；一個差分放大器，以所述濾波電路的次輸出電壓和第二設(shè)定電壓作為輸入，比較這兩者的大小，輸出一個與所述次輸出電壓和所述第二設(shè)定電壓之間的差值相對應(yīng)的基準(zhǔn)電壓；一個脈寬調(diào)制電路，以所述輔助電源給出的直流電壓作為電源電壓，將所述同步信號和所述基準(zhǔn)電壓作為輸入，輸出一個寬度變化的脈沖信號加給所述開關(guān)器件，從而使所述濾波電路的次輸出電壓等于所述第二設(shè)定電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)式電源，其特征在于，所述同步信號發(fā)生器以所述第二繞組中的感應(yīng)電壓和為輸入，從該感應(yīng)電壓中檢測出所述主開關(guān)轉(zhuǎn)入截止的定時，從而產(chǎn)生出一個周期性的鋸齒波同步信號，在主開關(guān)轉(zhuǎn)入截止時刻起到下一次轉(zhuǎn)入截止時刻止的時間內(nèi)，該鋸齒波以一恒定斜率上升。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)式電源，其特征在于，所述輔助電源包括一個第三繞組，繞在所述第一扼流圈鐵心上;一個整流濾波電路，該電路的第一輸出端連接到用作所述開關(guān)器件的一個場效應(yīng)管的源極上，而該電路的第二輸出端連接到所述脈寬調(diào)制電路上，通過該電路對所述第三繞組中一個感應(yīng)出的電壓的整流和濾波，得到一個直流電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3提出的開關(guān)式電源，其特征在于，所述同步信號發(fā)生器以所述第三繞組中的感應(yīng)電壓作為輸入，從該感應(yīng)電壓中檢測出所述主開關(guān)轉(zhuǎn)入截止的定時，從而產(chǎn)生出一個周期性的鋸齒波同步信號，在主開關(guān)轉(zhuǎn)入截止時刻起到下一次轉(zhuǎn)入截止時刻止的時間內(nèi)，該鋸齒波以一恒定斜率上升。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開并式電源，其特征在于所述的濾波電路利用一個第二扼流圈，對作為輸入的已整流波形進(jìn)行濾波，得到所述的次輸出電壓;所述電源包括一個繞在所述第二扼流圈鐵心上的一個第四繞組，其一端連接到用作所述開關(guān)器件的一個場效應(yīng)管的源極上，并有一個恒定電壓電路，用以對所述秕四繞組中感應(yīng)出的信號進(jìn)行整流、濾波，從而產(chǎn)生一個直流電壓，加到所述脈寬調(diào)制電路上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的開關(guān)式電源，其特征在于，所述的同步信號發(fā)生器以所述第四繞組中的感應(yīng)電壓作為輸入，從該感應(yīng)電壓中檢測出所述主開關(guān)轉(zhuǎn)入截止的定時，從而產(chǎn)生一個周期性的鋸齒波同步信號，在主開關(guān)轉(zhuǎn)入截止時刻起到下一次轉(zhuǎn)入截止時刻止的時間內(nèi)，該鋸齒波以一恒定斜率上升。
全文摘要
開關(guān)式電源的次輸出電路場效應(yīng)管對輸入的方波電壓斬波來控制脈沖寬度而得到一個等于設(shè)定電壓值的直流輸出電壓。本發(fā)明輔助電源和產(chǎn)生特定同步信號波形的同步信號發(fā)生器用以減少驅(qū)動次輸出電路場效應(yīng)管導(dǎo)通/截止的控制信號的時間延遲，因而能夠得到高的次輸出電壓。
文檔編號H02M3/335GK1089407SQ9310497
公開日1994年7月13日 申請日期1993年4月27日 優(yōu)先權(quán)日1993年1月5日
發(fā)明者稻生清春, 松田修一 申請人:橫河電機(jī)株式會社