專利名稱：混合調(diào)節(jié)器的制作方法
發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及在其中互連開關(guān)調(diào)節(jié)器和串聯(lián)調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)器，特別涉及這樣構(gòu)成的“混合”調(diào)節(jié)器，以利用串聯(lián)調(diào)節(jié)器的優(yōu)點，即具有即使在負(fù)載發(fā)生變化時也沒有波紋的良好調(diào)節(jié)性能，和利用開關(guān)調(diào)節(jié)器高效率的優(yōu)點。
現(xiàn)有技術(shù)的說明隨著綠色循環(huán)(Green Round)的出現(xiàn)，近來在許多技術(shù)領(lǐng)域中都在進行降低所用能源絕對量的各種努力。在電子和電氣裝置中也在進行這種努力。除了這種努力之外，還進行著提高使用能源效率的另一種努力，從而使能源損失最小。
同時，目前使用的所有電子裝置，電氣裝置、民用電子裝置和各種工業(yè)電子裝置基本上都需要穩(wěn)定的電源，即DC-DC轉(zhuǎn)換器。在其內(nèi)包括電子電路的大多數(shù)儀表使用例如一般為+5V DC、+12V DC或+15V DC的穩(wěn)定的DC(直流)電源。
對于例如IC(集成電路)、晶體管、燈等電子器件來說，設(shè)有最大允許電壓。當(dāng)施加給電子器件的電壓大于其最大允許電壓時，就可能損壞該器件或降低其使用壽命。在把運算放大器或電容器用于放大低振幅信號或與這種信號進行比較的情況下，在適應(yīng)于電源電壓的電路的外部電源中發(fā)生的電壓變化會導(dǎo)致電路故障，從而產(chǎn)生精度或穩(wěn)定性的下降。因此，除了開發(fā)有高精度的電子器件外，開發(fā)穩(wěn)定的電源裝置也很重要。
一般來說，調(diào)節(jié)器是這樣一種裝置，不管輸入或輸出負(fù)載變化，都能按穩(wěn)定和均勻的狀態(tài)維持輸出電壓或電流。目前使用的調(diào)節(jié)器主要分為開關(guān)調(diào)節(jié)器和串聯(lián)調(diào)節(jié)器。當(dāng)需要沒有波紋的良好調(diào)節(jié)性能時，一般使用串聯(lián)調(diào)節(jié)器。另一方面，為了獲得高效率同時減小尺寸，使用開關(guān)調(diào)節(jié)器。
參照

圖1，它表示串聯(lián)調(diào)節(jié)器的實例。串聯(lián)調(diào)節(jié)器也稱為“線性調(diào)節(jié)器”或“降壓調(diào)節(jié)器”。這種調(diào)節(jié)器有良好的輸出電壓調(diào)節(jié)優(yōu)點和低的功率轉(zhuǎn)換效率的缺點。在這方面，串聯(lián)調(diào)節(jié)器適于需要顯著調(diào)節(jié)但功率低的情況。由于這種串聯(lián)調(diào)節(jié)器按電壓串聯(lián)反饋方法控制，同時沒有配置在其主電源通路上的延遲部件(例如，與調(diào)節(jié)器串聯(lián)連接的電感器，或與調(diào)節(jié)器并聯(lián)連接的電容器)，所以串聯(lián)調(diào)節(jié)器在穩(wěn)定狀態(tài)以及瞬間狀態(tài)條件下有固定的良好調(diào)節(jié)性能。
在圖1所示的串聯(lián)調(diào)節(jié)器中，把在外部電源電壓Vdd和負(fù)載電阻R4上觀測的輸出電壓Vo之間的“差分電壓”施加在輸出晶體管Q1的集電極和發(fā)射極之間。在這種情況下，按照與負(fù)載電阻R4所需電流相同量的電流通過輸出晶體管Q1的集電極供給輸出晶體管Q1的發(fā)射極。由于這個原因，該串聯(lián)調(diào)節(jié)器顯示出低的功率效率。
這種情況下，用于負(fù)載電阻R4上的功率由下式(1)表示，而輸出晶體管Q1上的功率損耗由下式(2)表示[式1]PR4=VR4×IR4[式2]PQ1=VcE×Ic≌VCE×IR4為了降低由式2表示的晶體管Q1上的功率損耗，需要降低在輸出晶體管Q1的集電極和發(fā)射極之間施加的電壓VCE或降低流過輸出晶體管Q1集電極的電流IC，或同時降低電壓VCE和電流IC。
流過負(fù)載電阻R4的電流IR4幾乎與集電極電流IC相等。施加在負(fù)載電阻R4上的電壓VR4與集電極-發(fā)射極電壓VCE之和與外部電源電壓Vdd相同。因此，假設(shè)忽略串聯(lián)調(diào)節(jié)器其它部件上的功率損耗，那么串聯(lián)調(diào)節(jié)器的功率效率可由下式(3)近似地表示[式3]η=PR4PTotal=PR4RR4+PQ1=VR4Vdd]]>式(3)中，“η”表示功率效率，“Ptotal”表示所述串聯(lián)調(diào)節(jié)器的總消耗功率。
當(dāng)用+12V的外部電源電壓Vdd時，采用串聯(lián)調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)驅(qū)動TTL IC的+5V電壓的情況下，把外部電源電壓和輸出電壓之間的差分電壓+7V DC施加在輸出晶體管Q1的集電極和發(fā)射極之間。因此，在這種情況下，串聯(lián)調(diào)節(jié)器的功率效率相當(dāng)于約42％。
當(dāng)然，由式(3)可知，通過增加電壓VR4同時降低電壓Vdd，可以提高功率轉(zhuǎn)換效率。但是，由于選擇期望的外部電源電壓或期望的輸出電壓的范圍被限定，所以在功率效率的任意設(shè)定上有限制。
另一方面，功率轉(zhuǎn)換期間消耗的功率損耗完全變?yōu)闊帷Ｒ虼?，為了防止輸出晶體管Q1因熱導(dǎo)致溫度高于允許的溫度，必須額外使用大的散熱片。這會導(dǎo)致體積龐大。由于這個原因，在必須使用大于20W的大功率情況下，很難把串聯(lián)調(diào)節(jié)器用作電源。
參照圖2，它表示開關(guān)調(diào)節(jié)器的實例。如圖2所示，開關(guān)調(diào)節(jié)器有與串聯(lián)調(diào)節(jié)器類似的結(jié)構(gòu)，只是開關(guān)調(diào)節(jié)器使用比較器U2作為其控制部件，而串聯(lián)調(diào)節(jié)器使用運算放大器U1作為其控制部件。與串聯(lián)調(diào)節(jié)器不同，開關(guān)調(diào)節(jié)器還包括調(diào)節(jié)電路，該電路由電感器和電容器組成，并配置在輸出晶體管Q1和負(fù)載電阻R4之間。換句話說，開關(guān)調(diào)節(jié)器進行開關(guān)控制，而串聯(lián)調(diào)節(jié)器進行線性控制。因此，即使沒有在串聯(lián)調(diào)節(jié)器中包含的輸出波紋，開關(guān)調(diào)節(jié)器也包含開關(guān)波紋。
在圖2所示的開關(guān)調(diào)節(jié)器中，通過負(fù)反饋電阻R2和R3檢測施加在電阻R4上的輸出電壓。然后，對于該輸出電壓，在比較器U2中進行比較。根據(jù)比較的結(jié)果，比較器U2輸出高電平或低電平的信號。根據(jù)來自比較器U2的輸出信號，輸出晶體管Q1完成接通(ON)或斷開(OFF)的開關(guān)操作。結(jié)果，將高電平(即Vdd)或低電平(即零)施加給電感器L1。在穩(wěn)定狀態(tài)下，通過包括電容器C1和電感器L1的調(diào)節(jié)電路調(diào)節(jié)電壓的脈沖波形。電容器C1上的輸出電壓有與施加給電感器L1脈沖波的平均值對應(yīng)的值，以致輸出電壓有包含開關(guān)波紋的波形。
在開關(guān)調(diào)節(jié)器的輸出電壓中包含的波紋包括由開關(guān)操作本身造成的開關(guān)波紋和因負(fù)載變化造成的負(fù)載變化波紋。通過提高開關(guān)頻率可以降低開關(guān)波紋。但是，在這種情況下，由開關(guān)操作造成的功率損耗與開關(guān)頻率成正比地增加。結(jié)果，不可避免地出現(xiàn)功率效率的下降。由于這個原因，也更需要使用具有高工作速度的部件。但是，這會導(dǎo)致制造成本的增加。
通過使用帶有大電感和電容的調(diào)節(jié)電路，可以降低負(fù)載變化波紋，從而改善調(diào)節(jié)性能。但是，在這種情況下，使用的電感器和電容器體積龐大。還出現(xiàn)制造成本的增加。
由以上說明可知，開關(guān)調(diào)節(jié)器滿足綠色循環(huán)的要求在于，它具有低功率損耗即高功率效率和較小尺寸的優(yōu)點。但是，這種開關(guān)調(diào)節(jié)器的缺點是在其輸出電壓中包含開關(guān)波紋和適應(yīng)負(fù)載變化的能力不足。
以下的表1表示目前的串聯(lián)調(diào)節(jié)器和開關(guān)調(diào)節(jié)器的彼此相反的優(yōu)點和缺點。
表1串聯(lián)調(diào)節(jié)器優(yōu)點缺點良好的調(diào)節(jié)性能 低功率效率不包含波紋抵抗負(fù)載變化能力強 體積龐大的散熱片開關(guān)調(diào)節(jié)器優(yōu)點缺點良好的功率效率 包含開關(guān)波紋的不良調(diào)節(jié)性能緊湊型散熱片抵抗負(fù)載變化能力弱發(fā)明的公開因此，本發(fā)明的目的在于解決包含在普通串聯(lián)調(diào)節(jié)器和開關(guān)調(diào)節(jié)器中的上述問題，提供一種這樣構(gòu)成的混合調(diào)節(jié)器，以利用串聯(lián)調(diào)節(jié)器的優(yōu)點，即具有即使在負(fù)載發(fā)生變化時也沒有波紋的良好調(diào)節(jié)性能，和利用開關(guān)調(diào)節(jié)器高效率的優(yōu)點。
按照本發(fā)明，通過提供混合調(diào)節(jié)器來實現(xiàn)本目的，該混合調(diào)節(jié)器包括用作獨立電壓源的串聯(lián)調(diào)節(jié)器；和作為非獨立電流源的開關(guān)調(diào)節(jié)器，開關(guān)調(diào)節(jié)器按這樣的方式耦合串聯(lián)調(diào)節(jié)器，即串聯(lián)調(diào)節(jié)器供給或吸收期望的少量電流，以防止開關(guān)調(diào)節(jié)器以大功率效率供給大量電流時產(chǎn)生的波紋。
附圖的簡要說明根據(jù)參照附圖對實施例的以下說明，本發(fā)明的其它目的和方案將變得明了，其中圖1是表示普通串聯(lián)調(diào)節(jié)器的電路圖；圖2是表示普通開關(guān)調(diào)節(jié)器的電路圖；圖3是表示本發(fā)明混合調(diào)節(jié)器的電路圖；圖4a至圖4d是在本發(fā)明的混合調(diào)節(jié)器中產(chǎn)生的輸出波形圖；和圖5a和圖5b是表示在測量本發(fā)明的混合調(diào)節(jié)器抗負(fù)載變化的輸出調(diào)節(jié)性能后獲得的結(jié)果的波形圖。
優(yōu)選實施例的說明參照圖3，它表示本發(fā)明實施例的混合調(diào)節(jié)器。如圖3所示，混合調(diào)節(jié)器主要包括四個功能塊，亦即作為獨立電壓源的串聯(lián)調(diào)節(jié)器10；作為非獨立電流源的開關(guān)調(diào)節(jié)器20；檢測單元30，用于檢測從串聯(lián)調(diào)節(jié)器10輸出的少量電流io，從而輸出適于控制開關(guān)調(diào)節(jié)器20的控制電壓，以提供大電流id；和負(fù)載40。
按照本發(fā)明，串聯(lián)調(diào)節(jié)器10包括用于產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓Vref的基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路11，基準(zhǔn)電壓是由串聯(lián)連接在外部電壓源Vdd和地之間的電阻R1和R5分壓的電壓。串聯(lián)調(diào)節(jié)器10還包括用于接收來自基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路11的輸出電壓和負(fù)反饋電壓的運算放大器U1，由兩個晶體管Q2和Q3構(gòu)成且用于接收來自運算放大器U1的輸出電壓的基極驅(qū)動器12，輸出級電路13和負(fù)反饋電路14。輸出級電路13由把外部電壓供給檢測單元30的晶體管Q1和把來自檢測單元30的輸出電壓與地接通的晶體管Qa構(gòu)成。負(fù)反饋電路14由兩個電阻R2和R3組成，以確定整個系統(tǒng)的增益。
按照本發(fā)明，開關(guān)調(diào)節(jié)器20包括比較電路21，該電路由接收施加在檢測單元30上的電壓的比較器U2、電容器C2和上拉電阻R6組成。開關(guān)調(diào)節(jié)器20還包括由兩個晶體管Q4和Q5組成的柵極驅(qū)動器22，用于接收來自比較電路21的輸出電壓；輸出級電路23，由MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)Q1和兩個電阻R7及R8組成，用于接收來自柵極驅(qū)動器22的作為控制電壓的輸出電壓；和調(diào)節(jié)電路24，由電感器L1、電容器C1和二極管D1組成，用于調(diào)節(jié)來自輸出級電路23的電流輸出。
按照本發(fā)明，檢測單元30僅包括耦合在串聯(lián)調(diào)節(jié)器10的輸出級電路13和負(fù)載40即電阻R4之間的檢測電阻RC。檢測電阻RC檢測在其上供給或吸收的電流ia，并把檢測的電流轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的電壓。
盡管為按照由使用電阻獲得的電壓分配規(guī)則產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓，構(gòu)成串聯(lián)調(diào)節(jié)器10的基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路11，但也可以用齊納二極管或其它適當(dāng)?shù)难b置產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓。
本發(fā)明采用的串聯(lián)調(diào)節(jié)器10與普通的串聯(lián)調(diào)節(jié)器的主要差別在于它有適于吸收電流ia的晶體管Qa。例如，在圖1所示的普通串聯(lián)調(diào)節(jié)器中，只有一個NPN晶體管Q1用于其輸出級電路。但是，按照本發(fā)明，串聯(lián)調(diào)節(jié)器10的輸出級電路13除NPN晶體管Q1外還包括PNP晶體管Qa，附加使用PNP晶體管Qa的理由是由于本發(fā)明的串聯(lián)調(diào)節(jié)器除應(yīng)該具有對負(fù)載40供給電流ia的功能外，還應(yīng)該具有吸收電流ia即-ia的功能。在普通串聯(lián)調(diào)節(jié)器的情況下，僅要求對負(fù)載供給電流ia的功能。
為了迅速供給或吸收因開關(guān)調(diào)節(jié)器20的電感器L1產(chǎn)生的波紋電流，本發(fā)明的串聯(lián)調(diào)節(jié)器10應(yīng)該有盡可能寬的帶寬。盡管將串聯(lián)調(diào)節(jié)器10和開關(guān)調(diào)節(jié)器20按并聯(lián)方式連接到負(fù)載40的電阻R4上，但由于串聯(lián)調(diào)節(jié)器10作為電壓源而開關(guān)調(diào)節(jié)器20作為電流源，所以沒有問題。
下面，參照圖3說明流過作為負(fù)載用的電阻R4的電流ia的定量特性。
負(fù)載電流io對應(yīng)于由串聯(lián)調(diào)節(jié)器10供給的電流ia與由開關(guān)調(diào)節(jié)器20供給的電流id之和。該電流可用下式(4)表示[式4]io=ia+id由于與開關(guān)調(diào)節(jié)器20相比，串聯(lián)調(diào)節(jié)器10有相當(dāng)差的功率效率，所以為了確保高的功率效率必須減小電流ia同時增加電流id。換句話說，電流id應(yīng)該比電流ia大得多。就是說，應(yīng)該滿足以下關(guān)系式[式5]id=kia(規(guī)定k＞＞1)在式5中，參數(shù)k是id與ia的比率，即電流增益?？梢酝ㄟ^改變圖3結(jié)構(gòu)中構(gòu)成檢測單元30的檢測電阻RC、用于確定比較電路21的比較器U2的輸出升高和下降特性的電阻R6和電容器C2來調(diào)整該參數(shù)k。
從經(jīng)驗上看，參數(shù)k有從單個數(shù)字至幾十的值。在參數(shù)k有幾十的較大值情況下，由式(4)和(5)可推出近似的表達式，如下式(6)[式6]io=ia+id=ia+kia=kia=id在穩(wěn)定狀態(tài)下，由于由從開關(guān)調(diào)節(jié)器20供給的電流id供給負(fù)載40所需的大部分電流io，所以可獲得高的功率效率。只有當(dāng)瞬間狀態(tài)下出現(xiàn)負(fù)載變化時，串聯(lián)調(diào)節(jié)器10以波紋電流形式迅速供給電流ia，因此，本發(fā)明的混合調(diào)節(jié)器呈現(xiàn)出良好的調(diào)節(jié)性能。該物理表達式包含在式(6)中。
下面，定量說明本發(fā)明混合調(diào)節(jié)器的工作。
當(dāng)電源電壓Vdd從外部供給混合調(diào)節(jié)器時，由基準(zhǔn)電壓電路11產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓Vref。把基準(zhǔn)電壓Vref供給運算放大器U1的非反相輸入端(+)。運算放大器U1還接收其反相數(shù)據(jù)輸入端(-)上的電壓。在初始條件下，由于負(fù)載40輸出零電平電壓和把該零電平電壓通過負(fù)反饋電路14供給反相輸入端(-)，所以供給運算放大器U1的反相輸入端(-)的電壓為零。
結(jié)果，運算放大器U1產(chǎn)生其電平比零電平高的輸出電壓。然后，把來自運算放大器U1的輸出電壓通過基極驅(qū)動器12供給構(gòu)成輸出端電路13的第一晶體管Q1的基極，從而導(dǎo)致晶體管Q1導(dǎo)通。在晶體管Q1導(dǎo)通狀態(tài)下，“+ia”電流流過檢測電路30的電阻RC，于是在電阻RC上產(chǎn)生脈沖電壓。換句話說，在連接到負(fù)載40上的電阻RC的一端的電位低于連接到第一晶體管Q1的電阻RC的另一端上的電位。
因此，接收分別在檢測單元30即電阻Rc兩端上產(chǎn)生的電壓的比較電路21輸出低電平電壓。由于來自比較電路21的輸出電壓為低電平，所以柵極驅(qū)動器22的第四晶體管Q4截止，而柵極驅(qū)動器22的第五晶體管Q5導(dǎo)通。在第五晶體管Q5導(dǎo)通的狀態(tài)下，輸出端電路23的MOS晶體管Qt導(dǎo)通。就是說，柵極驅(qū)動器22輸出低電平電壓，從而造成輸出端電路23輸出高電平電壓。
由于MOS晶體管Qt導(dǎo)通，外部電源電壓Vdd即高電平電壓由調(diào)節(jié)電路24的電感器L1轉(zhuǎn)換成電流形式。結(jié)果，產(chǎn)生電流id。因此，流過負(fù)載40的電流io對應(yīng)于電流id和電流ia之和。因此，由負(fù)反饋電路14檢測對應(yīng)于流過負(fù)載電流的最終輸出電壓。換句話說，由負(fù)反饋電路14的電阻R2和R3分壓最終的輸出電壓，然后供給運算放大器U1的(-)輸入端。當(dāng)供給運算放大器U1(-)輸入端的電壓低于供給運算放大器U1(+)輸入端的基準(zhǔn)電壓Vref時，電流+ia和電流id被持續(xù)地供給負(fù)載電阻。
當(dāng)電流id大于電流io時，電流id的剩余部分反向流過電阻RC。即產(chǎn)生電流-ia。按照包括在輸出端電路13中的晶體管Qa的運作，該電流被地吸收。此時，在檢測單元30的檢測電阻RC上產(chǎn)生負(fù)電壓。結(jié)果，在比較電路21上的輸入電壓電平被反相。
因此，開關(guān)調(diào)節(jié)器20的輸出級電路23截止，以致流過電感器L1的電流id量下降。電流id的下降導(dǎo)致電流ia的迅速增加，從而迅速地補償電流id的下降部分。當(dāng)電流ia增加至期望的值時，在檢測電阻RC上再次產(chǎn)生脈沖電壓。結(jié)果，電流id又增加。
重復(fù)象上述那樣的操作，于是通過電感器L1供給的電流id有這樣的波形，即小的波紋電流被包括在大的DC電流中。還有，供給檢測電阻RC的電流ia有對應(yīng)于小波紋電流波形的波形?；旧线@意味著有寬帶寬的串聯(lián)調(diào)節(jié)器10可用于消除由開關(guān)調(diào)節(jié)器20輸出的波紋成分，從而產(chǎn)生不帶波紋的輸出電流io。按照這種特性，實現(xiàn)顯著的調(diào)節(jié)。
下面，說明構(gòu)成本發(fā)明的混合調(diào)節(jié)器所使用的基本元件的特征值。應(yīng)該適當(dāng)?shù)剡x擇檢測電阻RC的電阻范圍。就開關(guān)調(diào)節(jié)器而言，增加檢測電阻RC的電阻是有利的，因為檢測電阻RC在增加其電阻時顯示靈敏度增加。但是，就串聯(lián)調(diào)節(jié)器10來說，當(dāng)檢測電阻RC的電阻過大時，由串聯(lián)調(diào)節(jié)器10傳輸給負(fù)載40的功率明顯下降。這是因為檢測電阻RC與負(fù)載即電阻R4有串聯(lián)耦合結(jié)構(gòu)的緣故。在檢測電阻Rc的電阻過小的情況下，來自檢測電阻RC的輸出電壓即檢測電壓會被噪聲電壓干擾。因此，應(yīng)該適當(dāng)?shù)剡x擇檢測電阻RC的范圍。按照本發(fā)明，檢測電阻RC最好有0.01Ω至10Ω的電阻范圍。
還應(yīng)該適當(dāng)?shù)剡x擇電感器L1的電感范圍。當(dāng)所用的開關(guān)頻率增加時，可以降低電感。但是，當(dāng)電感過小時，大量的電流突然流動。在這種情況下，存在的問題是可能損壞輸出級電路23的MOS晶體管Qt。另一方面，在電感過大的情況下，例如會出現(xiàn)不定的結(jié)果，有與未使用開關(guān)調(diào)節(jié)器情況相同的效果。因此，電感器L1最好有10μH至1000μH的電感范圍。
此外，僅用帶有范圍為從幾十nF至幾百nF電容的調(diào)節(jié)電路23的電容器C1，就可以調(diào)節(jié)輸出。這是因為通過由具有良好調(diào)節(jié)性能并作為獨立電壓源的串聯(lián)調(diào)節(jié)器10與作為非獨立電流源的開關(guān)調(diào)節(jié)器20的組合構(gòu)成本發(fā)明的混合調(diào)節(jié)器的緣故。
下面，參照圖4a至圖4d說明本發(fā)明混合調(diào)節(jié)器進行的實驗結(jié)果。
實驗中，+12V DC被用于外部電源電壓，而容易獲得的+5V DC被設(shè)定為要獲得的輸出電壓。對于輕負(fù)載來說，把75Ω的負(fù)載與混合調(diào)節(jié)器耦合。對于重負(fù)載來說，5Ω的負(fù)載附加地與75Ω的負(fù)載并聯(lián)連接。為了觀察基于負(fù)載變化輸出電壓和分別從串聯(lián)調(diào)節(jié)器10和開關(guān)調(diào)節(jié)器20供給的電流量的變化，專門使負(fù)載變化。
把5Ω的負(fù)載與75Ω的負(fù)載并聯(lián)連接，同時把開關(guān)配置在兩個負(fù)載之間。通過交替接通開關(guān)或斷開開關(guān)使負(fù)載變化。
圖4a至圖4d所示的物理量包括來自混合調(diào)節(jié)器的輸出電壓Vo，對電感器L1施加的電壓VL，由開關(guān)調(diào)節(jié)器20供給的電流id，由串聯(lián)調(diào)節(jié)器10供給的電流ia，圖4a和圖4b表示輕負(fù)載狀態(tài)即負(fù)載電阻R4有75Ω電阻狀態(tài)下產(chǎn)生的輸出波形。另一方面，圖4c和圖4d表示重負(fù)載狀態(tài)即負(fù)載電阻R4有75Ω電阻與5Ω電阻并聯(lián)電阻的狀態(tài)下產(chǎn)生的輸出波形。在圖4b和圖4d中，最上邊的波形是只有輸出電壓的波紋成分的放大波形。
參照圖4a至4d，可以看出被良好調(diào)節(jié)的輸出。參照圖4b和圖4d，可以看出在輕負(fù)載狀態(tài)下輸出中存在約30mVp的波紋(占輸出百分比的0.6％)，而在重負(fù)載狀態(tài)下輸出中存在約20mVp的波紋(占0.4％)。
參照圖4a(輕負(fù)載狀態(tài)下)，可以看出由開關(guān)調(diào)節(jié)器供給流過負(fù)載的大部分電流，而串聯(lián)調(diào)節(jié)器僅供給波紋電流。參照圖4c(重負(fù)載狀態(tài)下)，可以看出由開關(guān)調(diào)節(jié)器供給流過負(fù)載的大部分電流(約1A)。
圖5a和圖5b表示在示波器的正常模式下，當(dāng)負(fù)載變化時，測量輸出電壓中包含的波紋電壓和分別由調(diào)節(jié)器供給的電流量后獲得的結(jié)果。
參照圖5a和圖5b，可以看出，盡管負(fù)載變化，但輸出電壓只包含小的波紋。還可以看出，串聯(lián)調(diào)節(jié)器10迅速地供給由開關(guān)調(diào)節(jié)器20未充分供給的電流id的不足部分，同時迅速地吸收由開關(guān)調(diào)節(jié)器20過多供給的電流id的剩余部分。
還進行了測量本發(fā)明的混合調(diào)節(jié)器的功率效率的另一實驗。該實驗中，在使用+12V的外部電源電壓、+5V的輸出電壓和75Ω與5Ω的并聯(lián)連接負(fù)載的情況下，測量外部供給的電流量和流過負(fù)載的電流量。結(jié)果，外部供給的電流約為0.65A，流過負(fù)載的電流約為1.1A。當(dāng)把這些值帶入式(3)時，可獲得約70％的功率轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明的混合調(diào)節(jié)器的這個效率約等于普通開關(guān)調(diào)節(jié)器的效率。
從上述實驗結(jié)果可知，本發(fā)明的混合調(diào)節(jié)器有優(yōu)于普通的串聯(lián)調(diào)節(jié)器的良好的調(diào)節(jié)性能，即使當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時也不包含波紋，和優(yōu)于普通開關(guān)調(diào)節(jié)器的高效率。
在以發(fā)明者的名義且與放大器有關(guān)的先前申請的韓國專利申請No.97-5529中更詳細(xì)地披露了有關(guān)本發(fā)明的其它或其類似的技術(shù)構(gòu)思。因此，本發(fā)明所涉及的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以容易地實施本發(fā)明。
盡管以示例性目的披露了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但技術(shù)人員應(yīng)知道可以進行各種改進、補充和變換均不脫離如權(quán)利要求所披露的本發(fā)明的范圍和精神。
權(quán)利要求
1．一種混合調(diào)節(jié)器，其中包括作為獨立電壓源的串聯(lián)調(diào)節(jié)器；和作為非獨立電流源的開關(guān)調(diào)節(jié)器，開關(guān)調(diào)節(jié)器以這樣的方式耦合串聯(lián)調(diào)節(jié)器，即串聯(lián)調(diào)節(jié)器供給或吸收期望的少量電流，以防止開關(guān)調(diào)節(jié)器以高效率供給大量電流時產(chǎn)生的波紋。
2．按照權(quán)利要求1所述的混合調(diào)節(jié)器，其特征在于還包括檢測裝置，用于檢測由串聯(lián)調(diào)節(jié)器供給或吸收的少量電流，從而產(chǎn)生用于控制開關(guān)調(diào)節(jié)器的檢測電壓，以提供大量的電流。
3．按照權(quán)利要求2所述的混合調(diào)節(jié)器，其特征在于，檢測裝置包括耦合在串聯(lián)調(diào)節(jié)器的輸出端和負(fù)載之間的檢測電阻。
4．按照權(quán)利要求3所述的混合調(diào)節(jié)器，其特征在于，檢測電阻有0.01Ω至10Ω的電阻范圍。
5．按照權(quán)利要求2所述的混合調(diào)節(jié)器，其特征在于，串聯(lián)調(diào)節(jié)器包括輸出級電路，用于把外部電壓供給檢測裝置或把來自檢測裝置的輸出電壓與地導(dǎo)通；負(fù)反饋電路，用于接收施加給負(fù)載的電壓，對接收的電壓分壓，和輸出合成電壓，以確定整個系統(tǒng)的增益；基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路，用于對外部電源電壓分壓，從而產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓；運算放大器，用于接收來自基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路的輸出電壓和來自負(fù)反饋裝置的輸出電壓；和基極驅(qū)動器，用于接收來自運算放大器的輸出電壓，從而控制輸出端電路。
6．按照權(quán)利要求5所述的混合調(diào)節(jié)器，其特征在于，輸出端電路包括P型晶體管和N型晶體管；P型晶體管有用于接收來自基極驅(qū)動器的輸出電壓的基極，用于接收外部電源電壓的集電極，和與檢測裝置耦合的發(fā)射極；和N型晶體管有用于接收來自基極驅(qū)動器的輸出電壓的基極，與地相連的集電極，和與檢測裝置耦合的發(fā)射極。
7．按照權(quán)利要求2所述的混合調(diào)節(jié)器，其特征在于，開關(guān)調(diào)節(jié)器包括包括比較器的比較裝置，用于接收施加在檢測裝置上的電壓；柵極驅(qū)動器，用于接收來自比較裝置的輸出電壓；輸出級電路，用于接收來自柵極驅(qū)動器的作為控制電壓的輸出電壓，從而供給對應(yīng)于外部電源電壓的電流；和調(diào)節(jié)電路，用于調(diào)節(jié)來自輸出級電路的電流輸出和供給負(fù)載調(diào)節(jié)過的電流。
8．按照權(quán)利要求7所述的混合調(diào)節(jié)器，其特征在于，調(diào)節(jié)電路包括一端與輸出級電路的輸出端耦合而另一端與負(fù)載耦合的電感器，電感器的電感范圍為10μH至1000μH。
全文摘要
一種在其中按期望的方式互連開關(guān)調(diào)節(jié)器和串聯(lián)調(diào)節(jié)器的混合調(diào)節(jié)器。在混合調(diào)節(jié)器中,由調(diào)節(jié)性能差但效率高的開關(guān)調(diào)節(jié)器供給負(fù)載需要的大部分電流?；旌险{(diào)節(jié)器還包括檢測單元,用于迅速檢測供給負(fù)載的電流。根據(jù)檢測單元的操作,功率效率差但調(diào)節(jié)功能良好的串聯(lián)調(diào)節(jié)器僅供給或吸收少量的波紋電流。串聯(lián)調(diào)節(jié)器作為獨立的電壓源,而開關(guān)調(diào)節(jié)器作為非獨立的電流源。因此,混合調(diào)節(jié)器可確保良好的調(diào)節(jié)性能,同時實現(xiàn)高效率。
文檔編號H02M3/158GK1231037SQ98800957
公開日1999年10月6日 申請日期1998年2月16日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月10日
發(fā)明者丁南聲, 曹圭亨 申請人:韓國科學(xué)技術(shù)院