專利名稱：可同步電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是用一個PWM變壓器部分實(shí)現(xiàn)的同步運(yùn)行方式下通過一個PFC變壓器部分進(jìn)行功率因數(shù)修正的可同步電源。
帶功率因數(shù)修正的電源主要由一個用于功率因數(shù)修正(PFC)的PFC變壓器部分和具有變換和網(wǎng)絡(luò)分隔功能的常規(guī)脈沖變壓器組成。除了其它的控制方法(例如頻率控制)外，脈寬調(diào)制是脈沖電源最常用的控制方法。此時將一個通常為固定頻率(脈沖頻率)的鋸齒波電壓與一個第二電壓即可調(diào)電壓進(jìn)行比較。可調(diào)電壓數(shù)值的改變相對于脈沖頻率來說通常很慢。比較器對兩個電壓的比較結(jié)果是產(chǎn)生一個矩形信號，在這一具有恒定周期的矩形信號上通過改變可調(diào)電壓可以調(diào)節(jié)高低電平之間的比例。如果給一個開關(guān)的高電平分配一個接通時間(TEIN)，給低電平分配一個切斷時間(TAUS)，則產(chǎn)生一個恒定周期(1/T)的鍵控比例TEIN/T其中T＝TEIN+TAUS脈沖變壓器從輸入到輸出的能流由鍵控比例規(guī)定。
對于由一個PFC變壓器部分和一個PWM變壓器部分組成的電源來說，顯然其兩個控制部分的運(yùn)行頻率需要同步，以便減少過耦合或者相互的干擾影響。
對于PFC變壓器部分其鍵控比例必須在0到0.99之間可調(diào)，而對于PWM變壓器部分在0到0.5之間可調(diào)。
公知的集成電路有托科(TOKO)公司的組件TK84819，線性技術(shù)(Linear Technology)公司的組件LT509，和微線(Micro Linear)公司的組件ML4824。
在迄今已知的方法中，振蕩器產(chǎn)生一個非對稱側(cè)緣(例如上升緣98％，下降緣2％)的與脈沖頻率相同的鋸齒波電壓，它用于PFC變壓器部份的脈寬調(diào)制。PWM變壓器部分這一縮短的鍵控比例可通過以下方式獲得，即把PWM變壓器部份可能的接通點(diǎn)延遲，延遲的程度是振蕩器頻率的一個固定的百分比(例如53％)。它可以通過一個電容器比較振蕩器的鋸齒波電壓與一個規(guī)定的(相應(yīng)于鍵控比例53％的)閾值來實(shí)現(xiàn)。
這種方法的特征是不可能在不影響PWM變壓器部分減小的鍵控比例的情況下來實(shí)現(xiàn)振蕩器的同步。
本發(fā)明的任務(wù)是制造一種沒有這種缺點(diǎn)的可同步電源。
該任務(wù)的解決方案是，兩個變壓器部分采用同樣的運(yùn)行頻率，而且PFC變壓器部分以99％的鍵控比例、PWM變壓器部分以50％的鍵控比例運(yùn)行，振蕩器或者一個外部供給的同步信號以相對于操作頻率至少兩倍大小的頻率工作，PWM變壓器部分的鍵控比例極限最大為50％。
本發(fā)明的改進(jìn)方案是，PWM變壓器部分的鍵控比例極限由一個分頻器-觸發(fā)器限制在最大為50％；兩個變壓器部分用不同的、一個變壓器部分為另一變壓器部分的整數(shù)倍的運(yùn)行頻率運(yùn)行，特別是PWM變壓器部分用PFC變壓器部分的雙倍頻率運(yùn)行，以及PFC變壓器部分的最大鍵控比例可以達(dá)到其脈沖周期的99％，而PWM變壓器部分的最大鍵控比例可以達(dá)到其脈沖周期的50％，其中通過數(shù)字分頻器和一個分頻器-觸發(fā)器限制鍵控比例；同步信號持續(xù)地或者斷續(xù)地疊加在振蕩器上；PWM變壓器部份的接通平面相對于PFC變壓器部分延遲50％的PWM變壓器部分的周期持續(xù)時間。
下面對照3個附圖詳細(xì)說明本發(fā)明。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個帶電流控制的集成控制電路的電源單元電路框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個帶電壓控制的集成控制電路的電源單元電路框圖；圖3是在圖1中表示的集成控制電路的電路框圖。
圖1中的帶功率因數(shù)修正的開關(guān)電源設(shè)備按已知方式構(gòu)造，包括輸入端17以及順序相連的扼流圈18、電容器19和整流器20。整流器20的正極經(jīng)由電阻器25、電感器26、二極管28和一個變壓器31相連。整流器20的負(fù)極經(jīng)由電阻器40、二極管39和變壓器31的一個繞組以及經(jīng)由電阻器40和一個MOSFET(金屬氧化物場效應(yīng)晶體管)37及變壓器31的第二繞組相連。在電阻器25與電感器26串聯(lián)的接點(diǎn)和整流器20的負(fù)極之間接有一個電容器27，在電感器26后面并聯(lián)第二個MOSFET29作為參考電位。
開關(guān)電源部分的輸出電路由兩個二極管32和33以及順序連接的線圈34和電容器35組成，它們以公知的方式相接。從端子36可以取出輸出電壓。
集成控制電路IC具有接點(diǎn)1-16，其上通過各個電阻器41-44、46-48以及組件57-67經(jīng)由在圖1或者圖2中表示的連線與開關(guān)電源設(shè)備連接。元件51到56構(gòu)成一個帶光電耦合器件56的反饋分路。
圖1和圖2的兩個電路的不同之處僅在于接口1和3的接法，它們決定是采用電壓控制(圖2)還是電流控制(圖1)。
圖3表示本發(fā)明所述控制開關(guān)電路的原理結(jié)構(gòu)。在端子1上可連接脈寬調(diào)制(PWM)控制電壓，它通常通過光電耦合器件56產(chǎn)生。端子2用于限制PWM電流。端子3是PWM電流傳感器輸入，它在電流方式下輸入范圍為0到1.5V，在電壓方式下輸入范圍為0到6V。在端子4上連接一個帶振蕩器的外部電容器。接口端子5是接地端子。端子6是PWM門驅(qū)動器37的輸出，而端子7是該電源的接口。在端子8上可取出內(nèi)部參考電壓，該參考電壓通過電阻器62、64、66供給端子1、8和15。端子9是補(bǔ)償PFC電流的輸出。端子10是乘法器70的輸出，同時又是誤差放大器72的非倒相輸入。端子11構(gòu)成乘法器70的輸入。端子12是用作電壓補(bǔ)償?shù)腜FC電流循環(huán)誤差放大器82的輸出，并與用作誤差負(fù)載的安全比較器83相連。端子13是帶有PFC過壓比較器84、PWM過壓比較器85和PWM欠壓比較器86的總線電壓誤差放大器的輸入。在端子14上可以連接PFC驅(qū)動三極管29的驅(qū)動極。端子15在與一個接地的電容器和一個在端子8后的電阻器相接時，其上出現(xiàn)為建立PFC變壓器部分的鍵控比例的鋸齒波電壓。端子16建立用于補(bǔ)償?shù)腜FC誤差電流放大器72的倒相輸入。
端子11與乘法器70的第一輸入連接，乘法器70的輸出經(jīng)由一個電壓/電流變換器71與端子10、運(yùn)算放大器72的非倒相輸入以及經(jīng)由一個電壓源73與另一運(yùn)算放大器74的非倒相輸入相連。運(yùn)算放大器72的輸出與一個運(yùn)算放大器76的非倒相輸入和端子9相連。運(yùn)算放大器74的輸出經(jīng)由一個低通濾波器75和在其后連接的一個施密特觸發(fā)器77分別與第一和第二與門的一個輸入連接。第一與門78的另一輸入與運(yùn)算放大器76的輸出相連。該與門的輸出與一個觸發(fā)器79的復(fù)位輸入連接，觸發(fā)器的輸出與與門80的第二輸入連接。與門80的輸出經(jīng)由一個驅(qū)動器81與輸出端子14相連，并建立起PFC控制的控制輸出。
圖1和圖2中的電容器30上的輸出電壓供給端子13。端子13與一個OTA(運(yùn)算放大器)82和兩個運(yùn)算放大器84和85的倒相輸入以及與運(yùn)算放大器86的非倒相輸入相連。OTA的輸出與端子12和運(yùn)算放大器83和運(yùn)算放大器103的非倒相輸入以及乘法器70的第二輸入連接。運(yùn)算放大器83的輸出與第二與門78的另一輸入相連。運(yùn)算放大器84的輸出與與門78的再一個輸入連接。運(yùn)算放大器85和86的輸出與與門87的各自一個輸入相連。在端子15上連接的電容器61用于產(chǎn)生RFC鍵控比例的鋸齒波電壓。端子15與晶體管106的集電極和運(yùn)算放大器76的倒相輸入相連。晶體管106的發(fā)射極與地、其基極與分頻器104的輸出和觸發(fā)器79的置位輸入連接。分頻器104的輸入與振蕩器105的一個輸出連接。通過接門4把一個外部電容器65接地，同時接口4經(jīng)由一個電阻器64與集成塊107的參考電壓連接。振蕩器105具有兩個控制輸入，它們各自與運(yùn)算放大器103和102的輸出相連。振蕩器105的另一個輸出與兩個觸發(fā)器94和93的置位輸入連接。觸發(fā)器94的復(fù)位輸入與與門87的輸出連接。觸發(fā)器94的輸出與一個與門92的一個輸入相連。觸發(fā)器93的倒相輸出與與門92的第三輸入相連，而與門92的第四輸入與與門87的一個輸入和運(yùn)算放大器88的輸出連接。與門92的輸出經(jīng)由驅(qū)動器91與接口端子6連接并用于PWM控制。
端子2經(jīng)由一個低通濾波器95與運(yùn)算放大器96的倒相輸入連接，運(yùn)算放大器96的輸出與與門87的一個輸入和與門92的一個輸入相連。端子1與運(yùn)算放大器102的非倒相輸入并經(jīng)由一個由兩個二極管100、101和一個電阻器99串聯(lián)的電路與運(yùn)算放大器88的非倒相輸入相連。另外，運(yùn)算放大器88的非倒相輸入經(jīng)由一個電阻器98以及一個并聯(lián)的齊納二極管97在截止方向上接地。觸發(fā)器93的輸出與一個另外的晶體管90的基極連接，晶體管90的發(fā)射極與地、集電極與端子3以及低通濾波器89的輸入連接。濾波器89的輸出與運(yùn)算放大器88的倒相輸入相連。運(yùn)算放大器74、82、83、84、85、86、96、102和103未命名的輸入由內(nèi)部參考電壓供給。
本發(fā)明的基本方案在于，帶功率因數(shù)修正的電源具有用一個PWM變壓器部分同步的運(yùn)行方式下的一個PFC變壓器部分。PFC變壓器部分的輸出構(gòu)成驅(qū)動級81和PWM變壓器部分的驅(qū)動級91。兩個變壓器部分都以同一操作頻率，在PFC變壓器部分99％的最大鍵控比例以及PWM變壓器部分50％的鍵控比例下運(yùn)行，而振蕩器或者一個外部供給的同步信號以相對于操作頻率至少兩倍大小的頻率工作。對于PWM變壓器部分例如通過一個分頻器-觸發(fā)器把鍵控比例極限限制在最高為50％。
另外，兩個變壓器部分用不同的、一個為另一變壓器部分的整數(shù)倍的操作頻率運(yùn)行，特別是PWM變壓器部分用PFC變壓器部分的雙倍頻率運(yùn)行，以及PFC變壓器部分的最大鍵控比例可以達(dá)到其脈沖周期的99％而PWM變壓器部分的最大鍵控比例可以達(dá)到其脈沖周期的50％，其中通過數(shù)字分頻器和一個分頻器-觸發(fā)器限制鍵控比例。
在一個改進(jìn)的方案中，給振蕩器持續(xù)疊加或斷續(xù)疊加一個同步信號。
為使振蕩器105也能通過一個外部信號同步，根據(jù)本發(fā)明，振蕩器105只用于產(chǎn)生脈沖頻率F1。為把PWM變壓器部分的鍵控比例限制在50％，用一個觸發(fā)器93把振蕩頻率分頻。使用對半分頻的脈沖頻率F2把用于PFC變壓器部分的鋸齒波電壓復(fù)位。從分頻器-觸發(fā)器93獲得的信號在相應(yīng)于脈沖頻率F1的每一第二周期的第二脈沖頻率F2的一個半周期期間鎖定PWM變壓器部分。
也就是說，當(dāng)振蕩器頻率變?yōu)閮蓚€變壓器部分選擇的運(yùn)行頻率的兩倍時，可以通過一個分頻器-觸發(fā)器保證PWM變壓器部分的鍵控比例限制在50％。這在振蕩器頻率例如由于同步(緩慢地)而改變時也能做到。
用于PFC變壓器部分和用于PWM變壓器部分的兩個鋸齒波電壓的相位原則上可以任意分配。但是為避免相互的干擾影響，優(yōu)選下述運(yùn)行方式，即PWM變壓器部分的接通緣相對于PFC變壓器部分的接通緣(前緣)延遲周期持續(xù)時間的50％(后緣)出現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.在使用一個PWM變壓器部分的同步運(yùn)行方式下，通過一個PFC變壓器部分進(jìn)行功率因數(shù)修正的電源，其特征在于，兩個變壓器部分采用同樣的運(yùn)行頻率，而且PFC變壓器部分以99％的鍵控比例、PWM變壓器部分以50％的鍵控比例運(yùn)行，振蕩器或者一個外部供給的同步信號以相對于操作頻率至少兩倍大小的頻率工作，PWM變壓器部分的鍵控比例極限最大為50％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源，其特征在于，PWM變壓器部分的鍵控比例極限由一個分頻器-觸發(fā)器限制在最大為50％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的電源，其特征在于，兩個變壓器部分用不同的、一個變壓器部分為另一變壓器部分的整數(shù)倍的運(yùn)行頻率運(yùn)行，特別是PWM變壓器部分用PFC變壓器部分的雙倍頻率運(yùn)行，以及PFC變壓器部分的最大鍵控比例可以達(dá)到其脈沖周期的99％，而PWM變壓器部分的最大鍵控比例可以達(dá)到其脈周期的50％，其中通過數(shù)字分頻器和一個分頻器-觸發(fā)器限制鍵控比例。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一個權(quán)利要求所述的電源，其特征在于，同步信號持續(xù)地或者斷續(xù)地疊加在振蕩器上。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一個權(quán)利要求所述的電源，其特征在于，PWM變壓器部份的接通平面相對于PFC變壓器部分延遲50％的PWM變壓器部分的周期持續(xù)時間。
全文摘要
本發(fā)明是在用一個PWM變壓器部分實(shí)現(xiàn)的同步運(yùn)行方式下通過一個PFC變壓器部分進(jìn)行功率因數(shù)修正的電源，它具有如下特征兩個變壓器部分用同樣的運(yùn)行頻率和PFC變壓器部分用99％的最大鍵控比例、PWM變壓器部分用50％的鍵控比例運(yùn)行，振蕩器或者一個外部供給的同步信號以相對于操作頻率至少兩倍的頻率工作，以及PWM變壓器部分的鍵控比例極限最大為50％。
文檔編號H02M3/335GK1167360SQ9711123
公開日1997年12月10日 申請日期1997年4月29日 優(yōu)先權(quán)日1996年4月29日
發(fā)明者M·赫里福德 申請人:西門子公司