專利名稱：用于開環(huán)直流至交流變換器的pwm控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明一般地涉及PWM(脈寬調(diào)制)控制器，較具體地涉及一種適用于開環(huán)直流至交流變換器的PWM控制器。
典型的響鈴發(fā)生器被設(shè)計(jì)得能提供正弦形的或基本正弦形的波形。例如小型環(huán)路載波系統(tǒng)、PBX系統(tǒng)、或鍵控系統(tǒng)等小型電話系統(tǒng)，一般采用電子響鈴技術(shù)而不采用需要大鐵芯變壓器的設(shè)計(jì)方案。典型地，要求這種小型系統(tǒng)能夠同時(shí)使很大一部分線路發(fā)生響鈴。
而且，由于光纖被愈來愈多地引入到電話環(huán)路中，相應(yīng)地增加了對(duì)具有合理效率和控制得很好的正弦形輸出波形的小型響鈴發(fā)生器的需求。像光纖至街道分接站(curb)(FTTC)這樣的系統(tǒng)典型地為4戶居民服務(wù)，可以提供多達(dá)12條電話線路。而光纖至家庭(FTTH)系統(tǒng)則僅為1戶居民服務(wù)，典型地提供不多于3條的電話線路。這種系統(tǒng)以及其他相應(yīng)的電話系統(tǒng)需要有一個(gè)能同時(shí)使3條線路響鈴的響鈴源。此外，每條線路可能連接了多達(dá)5個(gè)電話鈴。響鈴發(fā)生器裝置輸出的功率必須足以以合理的效率驅(qū)動(dòng)所支持的所有電話線路上的每一個(gè)電話鈴，同時(shí)還必須維持輸出的正弦波形狀。
此外，響鈴發(fā)生器裝置必須能由各種輸入電壓的電源供電，這些電壓例如是常見的直流5、12、24或48V。該裝置的功耗必須受到限制，以避免系統(tǒng)中的其他電源不能得到正常工作所需的功率。響鈴發(fā)生器還必須能承受電流過載，例如出現(xiàn)負(fù)載低阻抗故障或發(fā)生短路，而不致造成永久性損壞。如果該器件因同時(shí)被響鈴的電話鈴數(shù)目過多而發(fā)生超載，它必須仍然能繼續(xù)工作并保持正弦波形輸出，即使這時(shí)它必須把輸出電壓降低到不足以使多余的電話鈴負(fù)載響鈴的程度。
該P(yáng)WM控制器可被適配得能提供所需的信號(hào)來控制各種可能的開環(huán)變換器結(jié)構(gòu)。該控制器的功能是產(chǎn)生一個(gè)可用來產(chǎn)生一個(gè)半波(halfwave)正弦波信號(hào)的PWM信號(hào)。該控制器具有控制所產(chǎn)生PWM信號(hào)的占空比的必要功能，使得能在輸出電橋電路的輸出中產(chǎn)生一個(gè)全波正弦波。
本發(fā)明公開了一種通用的PWM控制器以及由此實(shí)現(xiàn)的多種具體的開環(huán)結(jié)構(gòu)變換器電路。為了說明的目的，首先在開環(huán)式回描(flyback)型響鈴發(fā)生器電路的范圍內(nèi)來說明本發(fā)明。不過，本發(fā)明PWM控制器的應(yīng)用不限于響鈴發(fā)生器，它也能被適配于用來控制其他類型的開環(huán)結(jié)構(gòu)變換器，其中包括但不局限于升壓、降壓、前向和推挽結(jié)構(gòu)。
在第一個(gè)實(shí)施例中，PWM控制器提供所需的信號(hào)去控制一個(gè)具有開環(huán)回描結(jié)構(gòu)的響鈴發(fā)生器電路?？刂破鳟a(chǎn)生的PWM信號(hào)用來使一個(gè)變壓器的初級(jí)方接通和斷開。控制器具有控制所產(chǎn)生PWM信號(hào)的占空比的必要功能，以在變壓器的次級(jí)方產(chǎn)生一個(gè)正弦波輸出?？刂破鬟€含有過電流保護(hù)電路，它通過探測(cè)流經(jīng)初級(jí)繞組的電流來跟蹤輸出負(fù)載上的功率。此外，該電路通過利用一個(gè)與一個(gè)附加的變壓器次級(jí)繞組相耦合的同步整流電路而容許次級(jí)繞組中有負(fù)的電流。一個(gè)輸出電橋電路從所產(chǎn)生的半波輸出產(chǎn)生全波正弦波輸出。
控制器能實(shí)現(xiàn)由下述著名公式所表示的連續(xù)模式回描變壓器電路的傳遞函數(shù)D=VoutN·Vin+Vout]]>其中Vout=希望的輸出電壓Vin=輸入電壓N=變壓器次級(jí)繞組與初級(jí)繞組之間的匝數(shù)比。
上述等式給出了控制器所產(chǎn)生的PWM信號(hào)的占空比D。等式中等號(hào)右端的值是已知的，于是D值可被算得，從而實(shí)現(xiàn)了開環(huán)結(jié)構(gòu)。匝數(shù)比是事先確定的，輸出電壓Vout是希望的正弦函數(shù)，它可以由例如ROM(只讀存儲(chǔ)器)或同步態(tài)機(jī)器等眾知的裝置產(chǎn)生。此外，Vin可以采樣得到并代入式中。
控制器中的過電流保護(hù)裝置能探測(cè)流經(jīng)變壓器初級(jí)方的電流。當(dāng)電流超過一個(gè)預(yù)定閾值時(shí)，一個(gè)內(nèi)設(shè)的可逆計(jì)數(shù)器將進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而增加一個(gè)保護(hù)常數(shù)的值，該常數(shù)值將被乘在匝數(shù)比N上。這將使輸出電壓下降，直到消除過電流情況。這相當(dāng)于增大了匝數(shù)比。實(shí)際效果是減小了占空比，所以當(dāng)實(shí)際匝數(shù)比未變大時(shí)將降低輸出電壓。
本發(fā)明響鈴發(fā)生器控制器和響鈴發(fā)生器電路的主要特征是，(1)與傳統(tǒng)的閉環(huán)設(shè)計(jì)不同，該響鈴發(fā)生器工作于開環(huán)結(jié)構(gòu)；(2)該電路從直流輸入產(chǎn)生交流正弦波；(3)得到的電路比較簡(jiǎn)單，制作成本也比較低；以及(4)得到的控制電路可以用ASIC(專用集成電路)實(shí)現(xiàn)。
電路可以用各種輸入電壓Vin工作，例如5、12、24和48V直流電壓。所產(chǎn)生的正弦波輸出電壓Vout的振幅均方根值從50V到90V，而且即使Vin改變時(shí)此值也是穩(wěn)定的。再有，輸出電壓Vout可以具有世界各國(guó)通訊系統(tǒng)所采用的各種不同的頻率，其中包括但不局限于17、20、25和50Hz。該電路還含有禁止裝置，其功能是切斷輸出并減小電路的電流消耗。禁止裝置包括一個(gè)內(nèi)部同步電路，用以延時(shí)禁止動(dòng)作直到輸出響鈴信號(hào)達(dá)到零電平。
第二、第三和第四個(gè)實(shí)施例示出了PWM控制器對(duì)升壓、降壓、或前向等各種已知類型的變換器的應(yīng)用。
本發(fā)明的詳細(xì)說明本發(fā)明書所用符號(hào)下面的符號(hào)在整個(gè)本文件中使用。
符號(hào)定義ASIC專用集成電路
CTI計(jì)算機(jī)電話集成EMF電磁力ESR等效串連電阻FET場(chǎng)效應(yīng)晶體管FTTC 光纖至街道分接站FTTH 光纖至家庭LED發(fā)光二極管MOSFET 金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管PBX小型交換機(jī)(專用交換器)PWM脈寬調(diào)制器RMS均方根ROM只讀存儲(chǔ)器UPS不間斷電源VSAT甚小孔徑終端綜述本發(fā)明包括一種適用于實(shí)現(xiàn)開環(huán)結(jié)構(gòu)直流至交流變換器的PWM控制器。該控制器的特征是能夠在不需要對(duì)輸出信號(hào)采樣的情形下提供為產(chǎn)生任何希望輸出電壓所必需的電路控制信號(hào)。該控制器能根據(jù)輸入電壓、變壓器匝數(shù)比和希望的輸出電壓來控制PWM信號(hào)的占空比。本發(fā)明的控制適用于各種PWM控制的開環(huán)變換器結(jié)構(gòu)，例如降壓模式、升壓模式、前饋模式、推挽模式和任何其他連續(xù)模式的結(jié)構(gòu)。
作為具體例子，將對(duì)適合于響鈴發(fā)生器應(yīng)用的控制器和開環(huán)回描型變換器進(jìn)行詳細(xì)說明。詳細(xì)地示出和說明控制器本身和由此構(gòu)筑的響鈴發(fā)生器電路。這里所公開的響鈴發(fā)生器電路類型可以應(yīng)用于各種通信系統(tǒng)，例如PBX、鍵控、傳真轉(zhuǎn)換、CTI設(shè)備、鄉(xiāng)村電話、衛(wèi)星電話、VSAT終端、和無線局域網(wǎng)電話等系統(tǒng)。
本發(fā)明的響鈴發(fā)生器控制器已經(jīng)用一個(gè)ASIC實(shí)現(xiàn)，并可從以色列petach Tikva市的Power Dsine有限公司購(gòu)得其制造的產(chǎn)品部件號(hào)PD5019和PD5036。從上述公司還可購(gòu)得用本發(fā)明響鈴發(fā)生器控制器實(shí)現(xiàn)的響鈴發(fā)生器電路系列部件號(hào)PD22XX、PD21XX、和PD23XX。一般的DC(直流)傳遞函數(shù)任何開關(guān)電源，例如DC／DC、AC(交流)／DC、AC／AC和DC／AC，的一般DC傳遞函數(shù)都可表示成Vo(t)=K·N·Vin(t)f1(D，t)·f2(fs，t)(1)其中K為結(jié)構(gòu)因子；N為變壓器匝數(shù)比(N=1對(duì)應(yīng)于次級(jí)／初級(jí)比=1或非隔離結(jié)構(gòu))；Vin(t)為輸入電壓，它可以是AC或DC；典型地是DC，因?yàn)槿绻茿C則將被整流并濾除小的紋波成分，以簡(jiǎn)化f1(D，t)的推導(dǎo)；Vo(t)為希望的輸出電壓；D為PWM信號(hào)的占空比；fs為開關(guān)頻率。
上述式(1)成立的條件為(1)開關(guān)頻率fs為常量，(2)流經(jīng)磁性元件的電流必須永不為零。換言之，電感元件必須工作于ΔI2]]>>min[IAVG](2)的連續(xù)電流模式，或者必須使用同步整流技術(shù)。在這些條件下，可使用下述公式Vo(t)=K·N·Vin(t)f1(D，t)(3)于是，對(duì)于任何Vo(t)，f1(D，t)可由下式計(jì)算f1(D,t)=V0(t)K·N·Vin(t)------(4)]]>應(yīng)用式(4)的例子有利用同步整流來保持經(jīng)磁性元件的電流不為零的直流至交流開環(huán)回掃變換器其他的例子包括各種具有PWM控制結(jié)構(gòu)的開環(huán)直流至交流變換器，例如降壓模式、升壓模式、前向模式和任何其他連續(xù)模式的變換器。
如前所述，為了幫助理解本發(fā)明控制器的原理，

圖1示出了一個(gè)簡(jiǎn)化的響鈴發(fā)生器電路。該簡(jiǎn)化響鈴發(fā)生器電路總的用代號(hào)90表示，它包括一個(gè)帶有初級(jí)繞組74和次級(jí)繞組76的變壓器72。初級(jí)繞組耦合在總的由代號(hào)10表示的響鈴發(fā)生器控制器、FET88、和電容70上。次級(jí)繞組耦合在二極管82、同步整流器80、電容84和輸出電橋電路86上。
本發(fā)明的控制器和相應(yīng)的響鈴發(fā)生器電路的主要特征是(1)與傳統(tǒng)的閉環(huán)設(shè)計(jì)不同，該電路工作于開環(huán)結(jié)構(gòu)；(2)該電路能從直流輸入產(chǎn)生一個(gè)交流正弦波；(3)該電路制作簡(jiǎn)單和成本低；以及(4)得到的控制電路可以任選地用一個(gè)ASIC實(shí)現(xiàn)。
參見圖1，控制器10對(duì)輸入電壓Vin采樣并產(chǎn)生開關(guān)(FET)88的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人們可以看出，電路90具有開環(huán)回描結(jié)構(gòu)，沒有來自輸入電壓Vout的反饋?？刂破?0產(chǎn)生的脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)使FET88接通和斷開，從而在輸出電橋電路86的輸入端產(chǎn)生一個(gè)整流的半波正弦波。輸出電橋電路86從輸入的整流正弦波產(chǎn)生一個(gè)完整的(全波)的輸出正弦波。
該電路可用各種不同的輸入電壓Vin工作，其中包括但不局限于直流5、12、24和48V。輸出的正弦波電壓Vout的均方根幅度可以在50至90V范圍內(nèi)變化，也可能實(shí)現(xiàn)其他的電壓范圍。此外，輸出電壓可以具有世界各國(guó)通信系統(tǒng)所使用的各種頻率，其中包括但不局限于17、20、25和50HZ。該電路還含有禁止裝置，其功能是切斷輸出和減小電路的電流消耗。禁止裝置包括一個(gè)內(nèi)部同步電路，用來延時(shí)禁止動(dòng)作直到輸出響鈴信號(hào)達(dá)到零電平。
該電路還包括過電流保護(hù)裝置，當(dāng)輸入電流超過一個(gè)預(yù)定閾值時(shí)該裝置將被激活。過電流保護(hù)裝置包括這樣的電路，它能限制輸入電流以避免向響鈴器電路供應(yīng)過多的電流和從輸出電橋電路的電源電路部分輸出過多的電流，從而防止損壞響鈴發(fā)生器電路?？刂破髂墚a(chǎn)生適當(dāng)?shù)拇渭?jí)方峰值幅度，以避免輸出正弦波被削頂。如果過電流情況嚴(yán)重，則保護(hù)裝置將在800ms內(nèi)切斷開響鈴器，并經(jīng)過一段任意的延時(shí)，例如5秒鐘，之后重新激活響鈴發(fā)生器。在這段時(shí)間內(nèi)，響鈴器的電流消耗被減小到低水平上。當(dāng)除去了過度的負(fù)載或短路后，響鈴器將在一段時(shí)間之后自動(dòng)恢復(fù)正常工作。
現(xiàn)在更詳細(xì)地說明電路90的工作。如前所述，該電路能以不對(duì)輸出信號(hào)采樣的開環(huán)方式產(chǎn)生一個(gè)半波正弦波信號(hào)，輸出電橋電路86再將它轉(zhuǎn)換成全波正弦波輸出信號(hào)Vout。這是利用眾知的回描電路傳遞函數(shù)來做到的。電路的傳遞函數(shù)以及已知的具體電路數(shù)據(jù)被用來計(jì)算施加給開關(guān)88的開關(guān)信號(hào)的占空比。傳遞函數(shù)(或傳輸函數(shù))把輸出電壓與占空比、輸入電壓、和次級(jí)／初級(jí)繞組匝數(shù)比以函數(shù)關(guān)系聯(lián)系起來，可由式(5)表示VoutVin=N·D1-D------(5)]]>其中N=N2N1------(6)]]>以及Vout=半正弦波輸出電壓Vin=輸入電壓N=匝數(shù)比N1=初級(jí)繞組匝數(shù)N2=次級(jí)繞組匝數(shù)D=向開關(guān)輸入的PWM信號(hào)的占空比。
于是，輸出電壓Vout可以表示為Vout=Vin·N·D1-D------(7)]]>重要的是需要指出，上述傳遞函數(shù)公式僅當(dāng)流經(jīng)變壓器72的電流為連續(xù)時(shí)才成立。所以，在電流的每個(gè)周期時(shí)期內(nèi)，必須有一個(gè)環(huán)形電流流入初級(jí)繞組74或次級(jí)繞組76，才能保持有電流流經(jīng)變壓器72。
考察上述傳遞函數(shù)，除了占空比之外所有參量都可以事先確定。雖然輸出電壓Vout是由電路產(chǎn)生的，但它也是一個(gè)已知量。由于輸入電壓Vin可以被周期性地采樣，它也是已知的。還有，匝數(shù)比N可以預(yù)先確定，所以對(duì)于一個(gè)具體應(yīng)用它是已知的。唯一未知或未預(yù)先確定的量是占空比D，它必須逐個(gè)周期地計(jì)算。從式(5)解出D得到D=VoutN·Vin+Vout------(8)]]>于是控制器10將在每個(gè)周期內(nèi)計(jì)算一次占空比D，以用來相應(yīng)地調(diào)整施加給FET88的門極的開關(guān)信號(hào)的脈寬。
如前所述，上式僅當(dāng)流經(jīng)變壓器72的電流為連續(xù)時(shí)才成立。流經(jīng)初級(jí)繞組74和次級(jí)繞組76的電流是由一些因素確定的，其中包括施加給開關(guān)88的開關(guān)信號(hào)；耦合在次級(jí)方的電路；以及連接在輸出電橋電路86輸入端或者輸出端處的負(fù)載(如果有負(fù)載的話)。
使變壓器有連續(xù)的電流流過可以用兩種方法中的一種實(shí)現(xiàn)。第一種方法是在次級(jí)方電路中設(shè)置一個(gè)最小負(fù)載，第二種方法是采用所謂的同步整流器或同步二極管電路。圖2A示出當(dāng)在次級(jí)方設(shè)置一個(gè)負(fù)載時(shí)流經(jīng)變壓器初級(jí)和次級(jí)繞組的電流的曲線圖。其中對(duì)一個(gè)電流周期T示出了流經(jīng)變壓器72的電流。時(shí)期TON代表開關(guān)88接通的時(shí)間，而TOFF代表開關(guān)斷開的時(shí)間?？刂破?0能夠產(chǎn)生一個(gè)其占空比由前述公式確定的PWM信號(hào)去驅(qū)動(dòng)開關(guān)88。
曲線20表示開關(guān)88接通時(shí)流經(jīng)初級(jí)繞組的電流I1，曲線22表示開關(guān)斷開時(shí)流經(jīng)次級(jí)繞組的電流I2。圖2A中的電流曲線代表當(dāng)在次級(jí)電路中設(shè)置一個(gè)最小泄漏負(fù)載從而使流經(jīng)變壓器的電流連續(xù)時(shí)的情況?？梢钥闯?，負(fù)載增加了一個(gè)直流電平，這將浪費(fèi)能量和使電路效率降低。隨著泄漏負(fù)載的增大，直流電平也增大，使電路效率更低。
圖2B示出當(dāng)在不存在泄漏負(fù)載或其他類型負(fù)載下工作時(shí)，流經(jīng)變壓器初級(jí)和次級(jí)繞組的電流曲線。曲線30表示當(dāng)開關(guān)88接通時(shí)流經(jīng)初級(jí)繞組的電流I1，曲線32表示當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)流經(jīng)次級(jí)繞組的電流I2。這兩條曲線代表電路中沒有使用同步二極管或泄漏負(fù)載時(shí)的情況。這樣，參見圖1，其中次級(jí)方僅包括二極管82和電容84。在此情形下，當(dāng)在開關(guān)88斷開期間產(chǎn)生反向EMF時(shí)沒有通道可以讓電流流回到初級(jí)方。由于二極管82被反向偏置，電容84上的電壓無法放電。由于次級(jí)方中沒有負(fù)載，于是流經(jīng)次級(jí)方的電流將下降到零，使電容上的電壓愈升愈高，從而破壞了輸出的正弦波形狀。這時(shí)，電容上的電壓不再按照傳遞函數(shù)變化。
圖2C示出當(dāng)次級(jí)方有一個(gè)同步整流器從而工作于高效率狀態(tài)時(shí)，流經(jīng)變壓器初級(jí)和次級(jí)繞組的電流曲線。曲線40表示當(dāng)開關(guān)88接通時(shí)流經(jīng)初級(jí)繞組的電流I1，曲線42表示當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)流經(jīng)次級(jí)繞組的電流I2。在該情形下，次級(jí)電路中設(shè)置了同步二極管80，其作用是在開關(guān)88斷開時(shí)期向初級(jí)方回饋能量。在開頭接通的時(shí)期內(nèi)，初級(jí)繞組電流I2穩(wěn)定地增大，直到開關(guān)斷開。當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，次級(jí)繞組中的電流I2穩(wěn)定地下降。在某一點(diǎn)上，電流下降到小于零，方向發(fā)生改變。正是在電流改變方向的這個(gè)點(diǎn)上，同步二極管電路開始發(fā)生作用，保持了次級(jí)繞組中電流的流動(dòng)。注意，如果沒有同步二極管80，則回描變壓器次級(jí)方中的二極管將不允許負(fù)向電流的流動(dòng)。當(dāng)電流不能流過二極管時(shí)，傳輸函數(shù)將不再正確，從而輸出將不再是正弦波形狀。
現(xiàn)在將更詳細(xì)地說明適用于控制開環(huán)回描響鈴發(fā)生器電路的控制器。圖3示出說明本發(fā)明開環(huán)控制器第一個(gè)實(shí)施例的方框圖。參見圖1，響鈴發(fā)生器控制器10含有為實(shí)現(xiàn)前述公式(8)所需的單元，這里再次示出該式D=VoutN·Vin+Vout------(8)]]>上式右側(cè)的每個(gè)參量都是已知的。如圖1所示，輸入電壓Vin是通過采樣被輸入給控制器的。匝數(shù)比N是已知的，控制器可以獲得。余下的參量輸出電壓Vout因?yàn)槭窍Ｍ谳敵龆说玫降碾妷海砸彩且阎摹?br> 參見圖3，控制器10包括A／D轉(zhuǎn)換器50、乘法器52、加法器54、除法器56、PWM電路58、輸出緩存器60、時(shí)鐘電路62和正弦發(fā)生器64。輸入電壓Vin被輸入給A／D轉(zhuǎn)換器50，后者輸出一個(gè)代表Vin的電壓。A／D轉(zhuǎn)換器的輸出被輸入給乘法器52兩個(gè)輸入端中的一個(gè)。匝數(shù)比N被輸入給乘法器的另一個(gè)輸入端。乘法器輸出乘積N·Vin，后者被輸入給加法器54兩個(gè)輸入端中的一個(gè)。
時(shí)鐘電路產(chǎn)生必要的時(shí)鐘信號(hào)去驅(qū)動(dòng)正弦發(fā)生器64，后者可以是一個(gè)內(nèi)含數(shù)字采樣正弦函數(shù)的只讀存儲(chǔ)器(ROM)。注意，僅需要90。范圍的正弦函數(shù)數(shù)據(jù)。正弦發(fā)生器的輸出代表了輸出電壓Vout。該輸出被輸入給加法器54的第二個(gè)輸入端。加法器產(chǎn)生和值N·Vin+Vout，該和值被輸入給除法器56兩個(gè)輸入端中的一個(gè)。除法器另一輸入端處的輸入是來自正弦發(fā)生器的Vout。除法器將產(chǎn)生上述公式所示的商值D。
占空比D被輸入給一個(gè)普通的脈寬調(diào)制(PWM)電路58，后者將產(chǎn)生一個(gè)占空比為D的方波輸出信號(hào)。PWM電路的輸出被輸入給緩存器60，后者將產(chǎn)生一個(gè)能驅(qū)動(dòng)開關(guān)88的信號(hào)。
熟悉電技術(shù)的人們可以明顯看到，只要能實(shí)現(xiàn)關(guān)于占空比D的公式，圖3的控制器可以用許多種不同的方法實(shí)現(xiàn)。為了更好地說明本發(fā)明的控制器的應(yīng)用，將示出一個(gè)能實(shí)現(xiàn)上述關(guān)于占空比D的公式的示例性響鈴發(fā)生器控制器。圖4示出說明示例性響鈴發(fā)生器控制器的較詳細(xì)的方框圖。
總的由代號(hào)100表示的響鈴發(fā)生器控制器按上面結(jié)合圖3詳細(xì)說明的方式實(shí)現(xiàn)關(guān)于占空比D的公式。圖4中的響鈴發(fā)生器電路100利用下述一些單元來實(shí)現(xiàn)關(guān)于占空比D的公式A／D轉(zhuǎn)換器112、乘法器114、加法器116、除法器118、移位器126、正弦發(fā)生器128、和PWM電路120。此外，控制器100還包含脈沖計(jì)數(shù)電路106，可逆計(jì)數(shù)器108、時(shí)鐘電路130，同步脈沖電路134和緩存器122、124。該電路的供電是由一個(gè)外部電源通過Vcc102提供的。地104把電路連接到參考地電平上。
時(shí)鐘電路130包括一些能產(chǎn)生整個(gè)控制器100所使用的各種時(shí)鐘信號(hào)和復(fù)原信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)電路。特別地，時(shí)鐘電路含有兩個(gè)輸入端XTAL1和XTAL2，它們將連接于一個(gè)時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)源。例如，時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)源的頻率可以在10MHz至20MHz之間。該時(shí)鐘電路可以適配于接收各種驅(qū)動(dòng)源，例如簡(jiǎn)單的RC(電阻電容)振蕩器、晶體振蕩器、陶瓷諧振器、LC(電感電容)或外部時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)源。時(shí)鐘電路還含有分頻電路，以把時(shí)鐘分成較小的頻率。兩個(gè)輸入端F0和F1可以用來確定正弦波輸出信號(hào)Vout的頻率。INHIBIT(禁止)輸入端的用途是切斷PWM電路120的輸出信號(hào)。這將減小控制器和相關(guān)電路的電流消耗。時(shí)鐘電路還含有內(nèi)部的同步電路，它可以延時(shí)禁止動(dòng)作直到輸出正弦波信號(hào)電平與零電平相交。注意，INHIBIT輸入可以用來產(chǎn)生響鈴信號(hào)的通／斷時(shí)間長(zhǎng)度。
A／D轉(zhuǎn)換器112用于對(duì)輸入電壓Vin采樣。一個(gè)稱為CAD-IN的信號(hào)被輸入給轉(zhuǎn)換器，一個(gè)稱為PAD_OUT的信號(hào)從轉(zhuǎn)換器輸出。在本例中，A／D轉(zhuǎn)換器及其相關(guān)電路被適配于產(chǎn)生一個(gè)8比特的輸出，該輸出中已乘上了匝數(shù)比N。此外，A／D轉(zhuǎn)換器的輸出值是匝數(shù)比與輸入電壓的乘積的兩倍，即等于2·N·Vin。后面將結(jié)合圖11更詳細(xì)地說明A／D轉(zhuǎn)換器的工作和輸入電壓的采樣方法。
A／D轉(zhuǎn)換器的輸出被輸入給乘法器114兩個(gè)輸入端中的一個(gè)。乘法器的另一個(gè)輸入是可逆計(jì)數(shù)器108的輸出?？赡嬗?jì)數(shù)器108與脈沖計(jì)數(shù)電路016及一個(gè)外部的比較器的結(jié)合構(gòu)成了響鈴發(fā)生器電路的過電流保護(hù)裝置。該過電流保護(hù)裝置的原理是增大上述D公式中N·Vin項(xiàng)的值。增大N·Vin項(xiàng)將迫使該公式給出一個(gè)較小的D值。隨著N·Vin的增大，計(jì)算得到的占空比將減小，從而降低輸出電壓，進(jìn)而減小流經(jīng)負(fù)載的電流。
脈沖計(jì)數(shù)電路106接收一個(gè)稱為CL的信號(hào)，該信號(hào)由一些脈沖組成，表明流經(jīng)負(fù)載的電流是否大于最大許可電流。脈沖計(jì)數(shù)電路106是一個(gè)10比特的計(jì)數(shù)器，它對(duì)輸出正弦波每半個(gè)周期中接收到的CL脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。CL脈沖的頻率可以高達(dá)300KHz。計(jì)數(shù)值愈大，則電路中的過載或過電流情況愈嚴(yán)重。為了執(zhí)行半個(gè)周期內(nèi)的計(jì)數(shù)功能，計(jì)數(shù)電路從時(shí)鐘電路130接收時(shí)鐘信號(hào)和復(fù)原信號(hào)。計(jì)數(shù)器的復(fù)原頻率約為34至100HZ。
圖5示出說明脈沖計(jì)數(shù)電路的較詳細(xì)的方框圖。脈沖計(jì)數(shù)電路106包括一個(gè)能接收CL信號(hào)的10比特脈沖計(jì)數(shù)器300，參考源302，和比較器304、306。脈沖計(jì)數(shù)電路能根據(jù)參考源302和脈沖計(jì)數(shù)器300的值產(chǎn)生UP(向上計(jì)數(shù))和DOWN(向下計(jì)數(shù))信號(hào)。邏輯電路304、306將參考源302的值與脈沖計(jì)數(shù)器300的值進(jìn)行比較。邏輯塊304含有邏輯電路裝置，用來判斷脈沖計(jì)數(shù)器值是否小于或等于參考源的值。如果是這樣，則將給出DOWN信號(hào)。類似地，邏輯塊306含有邏輯電路裝置，用來判斷脈沖計(jì)數(shù)器值是否大于參考源的值。如果是這樣，則將給出UP信號(hào)。雖然沒有示出，但輸入給時(shí)鐘電路130(圖4)的兩個(gè)信號(hào)F0和F1被脈沖計(jì)數(shù)電路106用來確定參考源的值。對(duì)應(yīng)于較高輸出正弦波信號(hào)頻率的F0、F1值對(duì)應(yīng)于參考源302的較低值。
每半個(gè)正弦波輸出周期都由脈沖計(jì)數(shù)電路106產(chǎn)生一次UP和DOWN信號(hào)，并輸出給可逆計(jì)數(shù)器108?？赡嬗?jì)數(shù)器108是一個(gè)5比特的計(jì)數(shù)器，能在16至31的范圍內(nèi)計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)器108達(dá)到了值16時(shí)，再輸入的DOWN信號(hào)將不再影響計(jì)數(shù)值。類似地，當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到了值31時(shí)，再輸入的UP信號(hào)不再影響計(jì)數(shù)值。如果既無UP信號(hào)又無DOWN信號(hào)，則計(jì)數(shù)不受影響。通常，當(dāng)不存在過電流情況時(shí)，可逆計(jì)數(shù)器的值是16。
計(jì)數(shù)器108的輸出信號(hào)UD被輸入給延時(shí)電路110和乘法器114的第二輸入端。乘法器能把其兩個(gè)輸入相乘，產(chǎn)生一個(gè)如下的8比特的值2·N·Vin·UD32------(9)]]>當(dāng)不存在過電流情況時(shí)，上式中的“2”與“UD／32”互相抵消，僅剩下N·Vin。當(dāng)存在過電流情況時(shí)，乘法器的輸出將大于N·Vin但小于2·N·Vin。注意，通過把信號(hào)UD移位5位便可容易地使其除以32。
乘法器114的輸出是加法器116兩個(gè)輸入中的一個(gè)。加法器的另一個(gè)輸入是正弦發(fā)生器128的輸出。正弦發(fā)生器能產(chǎn)生一個(gè)代表輸出信號(hào)的7比特?cái)?shù)字信號(hào)Vo。發(fā)生器128從時(shí)鐘電路130接收時(shí)鐘輸入。發(fā)生器128可以用許多種本技術(shù)領(lǐng)域眾知的方法實(shí)現(xiàn)。例如，可以用一個(gè)地址計(jì)數(shù)器和一個(gè)含有正弦函數(shù)采樣值的ROM查找表的結(jié)合來產(chǎn)生正弦輸出。或者，可以使用一個(gè)能產(chǎn)生所需正弦函數(shù)采樣值的同步態(tài)機(jī)器。加法器所產(chǎn)生的和值可以表達(dá)為V0+2·N·Vin·UD32------(10)]]>加法器116的輸出被輸入給除法器118兩個(gè)輸入端中的一個(gè)。除法器另一個(gè)輸入是移位器126的輸出。移位器的輸入是正弦發(fā)生器128的輸出。移位器126把正弦輸出Vo向左移位7位，也即使Vo乘上128。這是為做除法作準(zhǔn)備。除法器的輸出是一個(gè)7位數(shù)字D，其范圍在0至127之間，該數(shù)字即代表了占空比。除法器的輸出可以表示為128V0V0+2·N·Vin·UD32------(11)]]>除法器118的輸出被輸入給脈寬調(diào)制(PWM)電路120。PWM電路是一個(gè)能把0至127范圍內(nèi)的輸入轉(zhuǎn)換成具有相應(yīng)占空比的方波的標(biāo)準(zhǔn)電路。用百分?jǐn)?shù)(0至100％)表示的范圍在0與1之間的占空比可表示為用百分?jǐn)?shù)表示的占空比=D128×100%(12)]]>PWM電路120能產(chǎn)生兩個(gè)輸出信號(hào)PWM信號(hào)及其反信號(hào)PWM。這兩個(gè)信號(hào)分別被輸入給緩存器122和124，以產(chǎn)生緩存信號(hào)。緩存器122、124將產(chǎn)生適合于驅(qū)動(dòng)連接在控制器100上的外部晶體管或電路的PWM信號(hào)。
除了接收脈沖計(jì)數(shù)電路106的輸入之外，PWM電路120還接收CL信號(hào)輸入。接收到CL信號(hào)表示響鈴電路中出現(xiàn)了過電流情況，這將使PWM單元立即終止當(dāng)前的脈寬周期。這樣，如果接收到CL信號(hào)時(shí)PWM信號(hào)為高電平，則該高電平將立即變成低電平從而終止當(dāng)時(shí)的周期。
延時(shí)電路110與脈沖計(jì)數(shù)電路106和可逆計(jì)數(shù)器108協(xié)同工作。為響鈴電路提供過電流保護(hù)?？赡嬗?jì)數(shù)器108的輸出UD被輸入給延時(shí)電路110。當(dāng)UD值達(dá)到其最大值31時(shí)，延時(shí)電路110將觸發(fā)一個(gè)具有預(yù)定最大時(shí)間，例如300ms，的計(jì)時(shí)器。如果在這整個(gè)300ms內(nèi)可逆計(jì)數(shù)器的輸出UD始終保持為31，則將產(chǎn)生一個(gè)PWM-OFF(PWM切斷)信號(hào)。
PWM-OFF信號(hào)被輸入給PWM電路120和正弦發(fā)生器128。當(dāng)PWM電路接收到PWM-OFF信號(hào)時(shí)，該信號(hào)將使PWM完全切斷，從而使占空比下降為零。當(dāng)正弦發(fā)生器接收到PWM-OFF信號(hào)時(shí)，該信號(hào)也將使正弦發(fā)生器切斷，也即在完成了當(dāng)前周期之后正弦發(fā)生器的輸出值Vo將下降至零。
在產(chǎn)生了PWM-OFF信號(hào)之后，延時(shí)電路將觸發(fā)第二個(gè)計(jì)時(shí)器，該計(jì)時(shí)器設(shè)定的時(shí)間要長(zhǎng)得多。例如5秒。在等待了第二個(gè)計(jì)時(shí)器的設(shè)定時(shí)間，即5秒鐘，之后，PWM-OFF將被取消，然后正弦發(fā)生器被復(fù)原以從零度點(diǎn)開始產(chǎn)生正弦數(shù)據(jù)。此外，PWM電路被重新接通。由于可逆計(jì)數(shù)器的值沒有受到影響，所以設(shè)定為300ms的第一計(jì)時(shí)器可以立即被再次觸發(fā)，并且如果在其后300ms內(nèi)可逆計(jì)數(shù)值仍保持為31，則經(jīng)過300ms后將再次給出PWM-OFF信號(hào)。這樣，只要存在過電流或過載情況，延時(shí)電路就能一次又一次地發(fā)出PWM-OFF信號(hào)。
正弦發(fā)生器128除了產(chǎn)生正弦函數(shù)值之外，還能產(chǎn)生電橋控制信號(hào)，該信號(hào)被輸出電橋電路(后面將說明)用來把整流正弦波轉(zhuǎn)換成完全的有正有負(fù)的正弦波。
同步脈沖電路134從正弦發(fā)生器128接收其輸出，從時(shí)鐘電路130接收必要的時(shí)鐘信號(hào)，以產(chǎn)生包括了一系列代表正弦波輸出過零點(diǎn)的脈沖輸出信號(hào)。不令正向過零還是負(fù)向過零都將產(chǎn)生脈沖。該電路例如可以被外部通信設(shè)備用來執(zhí)行其他有關(guān)的通信功能。
現(xiàn)在將更詳細(xì)地說明利用圖4控制器100構(gòu)筑的一個(gè)示例性響鈴發(fā)生器電路。圖6示出說明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例構(gòu)筑的響鈴發(fā)生器電路的原理圖?？偟挠纱?hào)150表示的響鈴發(fā)生器電路是環(huán)繞著圖4響鈴發(fā)生器控制器100構(gòu)筑的?？偟膩碚f電路150的形式與結(jié)合圖1所說明的電路形式相同。
總的說來，控制器100產(chǎn)生用于使一個(gè)晶體管接通斷開的PWM開關(guān)信號(hào)。在接通時(shí)期，電流流經(jīng)變壓器的初級(jí)繞組。當(dāng)晶體管被斷開時(shí)，將在變壓器的次級(jí)繞組中感生出電流。整流的正弦波電壓被一個(gè)輸出電橋電路轉(zhuǎn)換成正弦波。
輸入電壓Vin被電容152和電感或鐵氧體珠156濾波。輸入電壓被施加給由電阻154、158組成的分壓器。分壓器的輸出V采樣被電容160平滑化。采樣的輸入電壓被輸入給比較器224的正輸入端。采樣電壓V采樣被用來導(dǎo)出對(duì)控制器100中的A／D轉(zhuǎn)換器112(圖4)的輸入。比較器的輸出形成了給A／D轉(zhuǎn)換器的輸入CAD-IN。后面將更詳細(xì)地說明該電路的工作。
鐵氧體珠156的輸出被輸入給一個(gè)穩(wěn)壓器162，后者可以是LM7805(由National Semiconductor(廠名松下半導(dǎo)體)制造的一種5V穩(wěn)壓集成塊)或任何其他合適的穩(wěn)壓器。穩(wěn)壓器162的輸出形成了響鈴電路控制器100的Vcc，它經(jīng)過了電容170的濾波，該電容的值最好是0．33μF。穩(wěn)壓器的輸出還被輸入給由電阻164、166組成的分壓器。分壓器的輸出VREF被電容168濾波，該電容的值最好為10nF。電壓VREF被輸入給比較器222的正輸入端。比較器的作用是產(chǎn)生要輸入給控制器100的CL的脈沖，用來表明在響鈴器的輸出方出現(xiàn)了過電流情況。
鐵氧體珠156的輸出還被電容172、174濾波。電容172可以是一個(gè)47μF的鋁電解電容，電容174可以是一個(gè)1μF的高頻低ESR電容。然后輸出電壓被加到變壓器180的初級(jí)繞組176上。變壓器180含有一個(gè)初級(jí)繞組和兩個(gè)次級(jí)繞組178、208。次級(jí)繞組178用于轉(zhuǎn)換初級(jí)方的能量，以產(chǎn)生響鈴器的輸出。次級(jí)繞組208用于同步整流器或同步二極管的工作，后者在下面將有較詳細(xì)的說明。初級(jí)繞組176的匝數(shù)為N1，次級(jí)繞組178的匝數(shù)為N2，匝數(shù)比N為N2／N1。
對(duì)控制器100的INHIBIT(禁止)輸入由一個(gè)外部源提供。如前所述，INHIBIT輸入控制了響鈴PWM電路的輸出。在控制器100的輸入端XTAL1和XTAL2上連接有一個(gè)時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)源226，例如陶瓷諧振器或晶體。時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)源226向控制器100的時(shí)鐘電路130(圖4)提供時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)。如前面軟詳細(xì)地說明的，兩個(gè)頻率選擇輸入F0和F1確定了響鈴器輸出的正弦波頻率。Vcc輸入端連接在Vcc線上，GND端連接在地電平上。圖6中的示例性電路沒有利用SYNC(同步)信號(hào)或控制器產(chǎn)生的PWM信號(hào)。
電橋控制信號(hào)由控制器的BRC輸出端輸出，并連接到輸出電橋電路200上。后面將結(jié)合圖11較詳細(xì)地說明與A／D轉(zhuǎn)換器電路有關(guān)的PAD_OUT和CAD_IN信號(hào)。
初級(jí)方電路被一個(gè)開關(guān)Q1接通和斷開，開關(guān)Q1可以是任何適當(dāng)?shù)木w管，例如圖6所示的n通道增強(qiáng)型MOSFET。假定控制器輸出的是5V的邏輯電平開關(guān)信號(hào)，則在本特例中使用n通道邏輯電平型晶體管是很合適的。熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人們可以理解當(dāng)電壓不是5V而例如是12V時(shí)，可以使用其他類型的晶體管。
在晶體管Q1的源極與漏極之間連接了一個(gè)電阻218和一個(gè)電容216。電阻218和電容216形成一個(gè)緩沖電路，它可以大為減小通常出現(xiàn)在晶體管Q1的漏極上的尖刺電壓。大的尖刺電壓是由初級(jí)繞組電路中的分布電感所產(chǎn)生的反向EMF以及晶體管Q1漏源極之間的固有二極管造成的。電阻218和電容216的適當(dāng)值分別是62Ω和330pF。
晶體管Q1的源極連接在電阻214上，該電阻的作用是形成一個(gè)正比于流經(jīng)初級(jí)繞組176的電流的電壓。該電流正比于輸入給響鈴電路的功率，后者又正比于轉(zhuǎn)移給負(fù)載的功率。所以電阻214上的電壓正比于響鈴器的輸入功率和負(fù)載功率，可以用于探測(cè)是否存在過電流情況。電阻214的適當(dāng)值約為0．1Ω。
電阻214上的電壓被輸入給比較器222的負(fù)輸入端。當(dāng)電流小于參考閾值時(shí)，比較器的輸出保持為高電平。每當(dāng)流經(jīng)初級(jí)繞組的電流超過了預(yù)定閾值時(shí)，比較器222的輸出都將轉(zhuǎn)變成低電平。該閾值由VREF的值和電阻214的值共同確定。如前所述，控制器100的CL輸入端處的脈沖將使PWM電路降低PWM輸出信號(hào)的占空比。其目的是降低輸出電壓從而減小負(fù)載電流。這將反過來影響到初級(jí)方，減小流經(jīng)晶體管Q1的電流。這會(huì)使電阻214上的電壓下降，最終使比較器222的輸出變成高電平。這樣，當(dāng)出現(xiàn)過電流情況時(shí)，將在CL輸入線上產(chǎn)生一系列脈沖，這些脈沖又將減小負(fù)載電流，從而減小或消除過電流情況。
假定電阻214的值為0．1Ω，則可將電路150設(shè)計(jì)成當(dāng)初級(jí)繞組中的電流超過了2A時(shí)將產(chǎn)生CL脈沖。這時(shí)需要在比較器222的正輸入端上施加0．2Ω的參考電壓?？梢酝ㄟ^改變電阻214的值和參考電壓VREF的值來調(diào)節(jié)產(chǎn)生CL脈沖的閾值。
在變壓器180的次級(jí)繞組178兩端并聯(lián)了互相串連的電阻183和電容182。電阻183和電容182形成了一個(gè)緩沖器，其作用是減少由Q1由斷開時(shí)產(chǎn)生的反向EMF在次級(jí)電路中造成的高尖刺電壓。電阻183和電容182的適當(dāng)值分別是390Ω和220pF。
次級(jí)電路中還有一個(gè)二極管184和一個(gè)電容186。當(dāng)Q1接通時(shí)，二極管184將阻止電流注過。當(dāng)Q1斷開時(shí)，電流將沿I2正方向流經(jīng)二極管184并對(duì)電容186充電，從而在電容186上產(chǎn)生一個(gè)正電壓VRS。注意，如果沒有二極管184，則當(dāng)Q1再次接通時(shí)電容將放電，于是有電流流經(jīng)初級(jí)繞組。工作時(shí)，電容186上產(chǎn)生的電壓可能超過100V。電容18的適當(dāng)值是0．22μF。
現(xiàn)在將較詳細(xì)地說明總的用代號(hào)230表示的同步整流器電路的工作。同步整流器230位在變壓器180的次級(jí)方，包括二極管192、194、202，開關(guān)Q2，電感或鐵氧缽珠818，齊納二極管190、204，電阻196、198，電容206，和次級(jí)繞組208。開關(guān)Q2最好是一個(gè)例如為n通道增強(qiáng)型MOSFET的晶體管。齊納二極管190的閾值電壓最好為15V，齊納二極管204的閾值電壓最好為5．1V。電阻196和198的優(yōu)選值分別為1K和10K。初級(jí)繞組176、次級(jí)繞組178、和次級(jí)繞組208的電感值分別用L1、L2和L3表示。
當(dāng)晶體管Q1導(dǎo)通時(shí)，即RDS≈0時(shí)，初級(jí)繞組176中的電流因存在L1而按下式變化ΔI1=VinL1Δt------(13)]]>次級(jí)繞組178中的電流本來應(yīng)該是負(fù)I2方向的(該繞組是反向繞制的，如圖6中的小圈所示)，但二極管184和同步整流器230卻不允許這種電流存在，所以電流I2為零。
當(dāng)晶體管Q1截止時(shí)，即RDS→∞，電流I1為零。由于反向EMF，次級(jí)繞組上的電壓反向，于是有電流I2流經(jīng)二極管184并對(duì)電容186充電。電流I2立即開始以ΔIΔt------(14)]]>的線性形式下降。
當(dāng)流經(jīng)由次級(jí)繞組178、電容186和二極管184所組成的環(huán)路的電流下降到零時(shí)，二極管變成反向偏置，從而不允許負(fù)向I2電流流過。正是在這一時(shí)刻，同步二極管開始導(dǎo)通，允許電流從電容186流向次級(jí)繞組178。換言之，電容可以作為電壓源來驅(qū)動(dòng)變壓器180。
現(xiàn)在將給出一個(gè)說明性的例子來重點(diǎn)說明同步整流器230的工作。該例中假定Vin約為12V，匝數(shù)比N1∶N2=1∶4，匝數(shù)比N1∶N3近似等于1∶1，其中N1、N2、N3分別是繞組176、178、208的匝數(shù)。
當(dāng)晶體管Q1導(dǎo)通時(shí)，即RDS≈0時(shí)，初級(jí)繞組176中有電流I1流過。由于二極管184反向偏置，次級(jí)繞組178中的電流I2為零。然而卻有電流流經(jīng)次級(jí)繞組208。電感L3將產(chǎn)生一個(gè)流過齊納二極管204、二極管202和電容206的環(huán)形電流。由于匝數(shù)比為1∶1，所以在次級(jí)繞組208上產(chǎn)生的電壓為12V。這樣，因齊納二極管上的壓降為5．1V，二極管202上的壓降為0．7V，便在電容206上產(chǎn)生了6．2V的電壓。電壓VD=-5．8V。為了有足夠的電壓VGS去接通Q2，VGS必須超過晶體管Q2的正閾值電壓?？梢匀芜x地用一個(gè)齊納二極管190把VGS限制在一個(gè)安全的值上。這時(shí)，串聯(lián)二極管202、204兩端的電壓VD為-5．8V，所以晶體管Q2是截止的，于是電流I2為零。
在晶體管Q1斷開的瞬間，由于產(chǎn)生了反向EMF，次級(jí)繞組178和208上的電壓將改變方向。假定輸出電壓約為100V，則因在初級(jí)繞組176上產(chǎn)生的電壓VL1等于在次級(jí)繞組208上產(chǎn)生的電壓VL3，所以它們等于VL1=VL3=14·100=25V------(15)]]>因此，現(xiàn)在電壓VD=25+6．2=31．2V。這樣便存在了超過受齊納二極管190保護(hù)的晶體管Q2的閾值電壓的足夠電壓。一旦Q2被接通，便有電流開始流經(jīng)電阻196、齊納二極管190、鐵氧體珠188、齊納二極管204和二極管202。晶體管Q2門極上的電壓VGS為15V，所以Q2導(dǎo)通，允許電流沿正方向和負(fù)方向流動(dòng)。不過應(yīng)該注意，在實(shí)際中，由于有二極管192存在，僅有負(fù)I2方向的電流流經(jīng)晶體管Q2。所以僅有負(fù)I2方向的電流流經(jīng)同步整流器230。
當(dāng)下一個(gè)周期開始時(shí)，晶體管Q1接通，次級(jí)繞組208上的電壓VL3又變?yōu)?2V。這將使晶體管Q2門極上的電荷快速地通過二極管194放電，從而快速地使Q2斷開。電阻196的作用是吸收提供給Q2門極的多余電壓。注意，鐵氧體珠188的作用是限制電流尖刺，該尖刺產(chǎn)生于晶體管Q1接通但Q2尚未斷開的時(shí)期，例如最初的100ns內(nèi)。在該時(shí)期中，這表現(xiàn)為短路。或者，也可以利用PWM信號(hào)在Q1接通之前斷開Q2。
為了幫助理解同步整流器230的工作。將給出一些附圖，這些圖示出了變壓器各繞組中的電流與晶體管Q1電壓之間的關(guān)系。
圖7示出在Q1導(dǎo)通(ON)和截止(OFF)的時(shí)期內(nèi)，Q1上的電壓VDS和對(duì)應(yīng)的電流I1。曲線260代表Q1導(dǎo)通和截止時(shí)期內(nèi)的晶體管Q1電壓VDS。在Q1導(dǎo)通時(shí)期，VDS=0，RDS≈0。初級(jí)繞組上的電壓VL1由下式給出VL1=L1dI1dt------(16)]]>然而，由于Vin為常量并且VL1=Vin，所以流經(jīng)初級(jí)繞組176的電流可以表示為I1=VinL1·t+C------(17)]]>其中C是一個(gè)負(fù)常量。所以如曲線262所示，初級(jí)繞組中的電流I1從開始時(shí)的一個(gè)負(fù)值穩(wěn)定地增大到最后的一個(gè)正值。開始時(shí)電流以I1為負(fù)是因?yàn)榍耙恢芷谥挟?dāng)Q1斷開時(shí)次級(jí)繞組會(huì)加上一個(gè)電壓。
當(dāng)控制器100產(chǎn)生的PWM信號(hào)使Q1斷開時(shí)，電壓VDS將增大并且RDS→∞。當(dāng)Q1斷開時(shí)，流經(jīng)初級(jí)繞組176的電流I1為零。
圖8示出在Q1導(dǎo)通和截止時(shí)期串聯(lián)二極管202、204兩端的電壓和電流I2。如曲線270所示，當(dāng)晶體管Q1導(dǎo)通并有電流流經(jīng)初級(jí)繞組時(shí)，電壓VD約為-5．8V。如曲線272所示，當(dāng)晶體管Q2截止時(shí)，二極管184被反向偏置從而沒有電流流經(jīng)次級(jí)繞組178，即I2=0。
當(dāng)晶體管Q1斷開時(shí)，反向EMF在次級(jí)繞組208上產(chǎn)生25V的電壓，于是電壓VD增大到約31．2V。該電壓將足以接通晶體管Q2，從而允許負(fù)I2方向電流流動(dòng)。不過在開始時(shí)，電流I2是正的，并且雖然同步整流器已接通，但由于二極管192的反向偏置使得電流不能流過同步整流器。電流I2將穩(wěn)定地減小直到改變方向并變成負(fù)值。如前所述，同步整流器230允許電流I2反方向流動(dòng)。
圖9示出在Q1截止和導(dǎo)通時(shí)期晶體管Q1的電壓VGS和電流I1。如曲線280所示，當(dāng)VGS為零時(shí)，晶體管Q1是截止的。從而如曲線282所示，流經(jīng)初級(jí)繞組的電流I1為零。當(dāng)控制器產(chǎn)生的PWM信號(hào)變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，VGS升向高電平，并且晶體管Q1接通。這使得初級(jí)電流I1按前面曾給出的表達(dá)式穩(wěn)定地增大I1=VinL1·t+C------(18)]]>現(xiàn)在將較詳細(xì)地說明A／D轉(zhuǎn)換器及其相關(guān)電路。圖10較詳細(xì)地示出了說明A／D轉(zhuǎn)換器及其相關(guān)電路的原理方框圖。為了幫助理解，圖中同時(shí)示出了控制器100的A／D部分和響鈴電路150(圖6)的輸入采樣電路。還特別示出了輸入電壓Vin是加在由電阻154、158組成的分壓器上的。分壓器的輸出表示為V采樣，它被輸入給比較器224的正輸入端。比較器的輸出表示為CAD_IN，被輸出給A／D電路112。
A／D轉(zhuǎn)換電路112包括一個(gè)8比特的可逆計(jì)數(shù)器290、PWM發(fā)生器294和一個(gè)8比特的鎖存器292。鎖存器的輸出即是A／D轉(zhuǎn)換器的輸出。其范圍為0至255，計(jì)數(shù)器的輸出被輸入給PWM發(fā)生器294和鎖存器292。PWM發(fā)生器294的輸出表示為PAD_OUT，它被輸入給一個(gè)連接在比較器224負(fù)輸入端上的低通濾波器。低通濾波器由串聯(lián)的電阻210和電容212組成，連接在比較器224負(fù)輸入端與地之間。
在工作中，CAD_IN為高電平時(shí)將使計(jì)數(shù)器290向上計(jì)數(shù)。這將令PWM294的輸出PAD_IN增大其占空比，從而使比較器224負(fù)輸入端處的電壓增大。結(jié)果CAD_IN將變成低電平，使計(jì)數(shù)器290向下計(jì)數(shù)。后者又會(huì)使PAD_OUT減小其占空比，令比較器224負(fù)輸入端的電壓降低。一旦達(dá)到了穩(wěn)態(tài)情況，即輸入電壓Vin變化緩慢，則計(jì)數(shù)器值將在采樣電壓值周圍振蕩。電阻210和電壓212的作用是使PAD_OUT信號(hào)平滑(進(jìn)行積分)。
回憶式(7)給出的輸出電壓Vout的表達(dá)式Vout=N·Vin·D1-D------(7)]]>解出D得到D=VOUTN·Vin+Vout------(18)]]>代表正弦發(fā)生器128(圖4)輸出的Vout的值是一個(gè)7位(二進(jìn)制)數(shù)，它能在0至100的范圍內(nèi)變化，對(duì)應(yīng)于Vout值為0V至100V(峰值)或70V(均方根值)。所以Vout可寫成Vout=sin(x)×100(19)N·Vin的表達(dá)式為 =Vin×R158R154+R158×2555×1632(20)]]>其中R154、R158分別對(duì)應(yīng)于電阻154、158的值。“255“是A／D轉(zhuǎn)換器輸出的最大值，而”5“是輸入電壓的滿度值5V。16″″″″32]]>是一個(gè)保護(hù)系數(shù)，用于為響鈴器提供過電流保護(hù)。前面公式中的因子“2”已經(jīng)折算到上式中。
于是，N可以表達(dá)如下N=R158R154+R158×25.5------(21)]]>對(duì)于Vout的峰值不是100V的情形，上式變?yōu)镹=R158R154+R158×25.5×100Vout------(22)]]>重要的是應(yīng)該指出，上述等式是在如下假定下得到的Vout=100V(峰值)Vin=12VN=4N·Vin=48在上述假設(shè)下，占空比D可以寫成D=sin(x)·100sin(x)·100+VinR158R154+R158·2555·1632------(23)]]>如果希望采用其他的輸入電壓值，必須相應(yīng)地改變?cè)褦?shù)比N。下表給出一些典型輸入電壓下的N值。
Vin N5 9124242481在基于本發(fā)明的控制器構(gòu)筑響鈴發(fā)生器電路時(shí)，首先應(yīng)該選擇輸入電壓。選定了輸入電壓之后，就可以確定變壓器的匝數(shù)比N。一旦確定了N，便可選擇電阻154、158的值。
圖11A示出響鈴發(fā)生器電路在輸出電橋電路的輸入端所產(chǎn)生的整流半波正弦波圖形。曲線240是該半波正弦波，它就是在電容186(圖6)上產(chǎn)生并輸入給輸出電橋電路200的電壓VRS。
圖11B更詳細(xì)地示出圖11A的整流半波正弦波形圖，其中突出地示出了用于產(chǎn)生輸出波形的脈沖的有變化的寬度。審視圖11B將可發(fā)現(xiàn)，輸出電壓是一系列直流值，它們經(jīng)平滑化后構(gòu)成正弦波形。作為說明，示出了三個(gè)輸出電壓等級(jí)242、244和246。許多具有占空比ToNN的脈沖構(gòu)成了輸出電壓的242部分。當(dāng)正弦函數(shù)的值增大時(shí)，脈沖寬度也相應(yīng)地增大。等級(jí)244是由多個(gè)寬度為ToNN+1的脈沖構(gòu)成的。類似地，等級(jí)246由寬度為ToNN+2的一些脈沖構(gòu)成。
現(xiàn)在將較詳細(xì)地說明輸出電橋電路。圖12較詳細(xì)地示出說明輸出電橋電路的原理圖?？偟挠纱?hào)200表示的輸出電橋電路的作用是把半波正弦波信號(hào)VRS轉(zhuǎn)變成有正負(fù)變化的全波正弦波。由于輸出電橋電路在本技術(shù)領(lǐng)域是眾知的，將不再十分詳細(xì)地說明這里給出的電路200。
輸出電橋電路200含有4個(gè)由正弦發(fā)生器128(圖4)輸出的電橋控制信號(hào)BRC所控制的開關(guān)。信號(hào)BRC被輸入給兩個(gè)光耦合器340和370。光耦合器340由LED344和晶體管體管342組成。LED344的陽(yáng)極通過電阻346連接在Vcc上。類似地，光耦合器370由LED374和晶體管372組成。LED374的陰極通過電阻376連接在地上。電橋控制信號(hào)連接在LED344的陰極和LED374的陽(yáng)極上。
電橋控制信號(hào)是一個(gè)其周期與所產(chǎn)生正弦波的周期相同的方波信號(hào)。假定開始時(shí)電橋控制信號(hào)為高電平，則光耦合器370中的LED374導(dǎo)通而光耦合器340中的LED344截止。于是晶體管372導(dǎo)通從而由NPN晶體管366、364、362組成的開關(guān)全都截止。沒有電流流經(jīng)電阻358。此外，電流不能流經(jīng)電阻310和318，從而PNP晶體管312、314截止。
當(dāng)光耦合器340截止時(shí)，將有電流流經(jīng)電阻320從而提供基極驅(qū)動(dòng)使晶體管322、324、326導(dǎo)通。于是電流流經(jīng)晶體管356、328，使晶體管352、354導(dǎo)通。這樣便生成了一個(gè)從VRS經(jīng)過晶體管352、電阻382至Vout再經(jīng)過負(fù)載、電阻380、晶體管326并回到VRS的電流通路。
現(xiàn)在假定電橋控制信號(hào)變成低電平，則光耦合器340中的LED344導(dǎo)通，而光耦合器370中的LED374截止。于是晶體管342導(dǎo)通，由NPN晶體管322、324、326組成的開關(guān)全都截止。沒有電流流經(jīng)電阻320。電流不能流經(jīng)電阻356和328，于是PNP晶體管352、354截止。
當(dāng)光耦合器370截止時(shí)，電流將流經(jīng)電阻358提供基極驅(qū)動(dòng)，使晶體管366、364、362導(dǎo)通。于是電流便可流經(jīng)電阻310、318使晶體管312、314導(dǎo)通。這樣便生成了一個(gè)從VRS經(jīng)過晶體管314、電阻380至Vout再經(jīng)過負(fù)載、電阻382、晶體管362并返回VRS的電流通路。
電容384與電阻380、382一起使輸出電壓Vout平滑化。電阻380、382最好具有10Ω量級(jí)的低電阻值。電容值最好為0．1μF量級(jí)。二極管316、330、350、360的作用是減小電壓尖刺和保護(hù)輸出電橋及相關(guān)電路。
一般直流至交流變換器結(jié)構(gòu)在說明了連續(xù)模式的PWM控制開環(huán)回描型直流至交流變換器的一個(gè)具體例子之后，下面將討論本發(fā)明控制器和方法對(duì)各種類型的開環(huán)直流至交流變換器的幾個(gè)更廣泛的應(yīng)用。將給出本發(fā)明控制器對(duì)一些眾知的變換器結(jié)構(gòu)，如降壓型、升壓型和前向型結(jié)構(gòu)，的應(yīng)用。關(guān)于這些眾知類型的電源和變換器的更多的信息可以在P．Horowitz和W．Hill的著作“The Art of Electronics(電子技術(shù))”(第二版，1989)中找到。
一般方框13示出說明本發(fā)明開環(huán)控制器一般情況的方框圖。圖13所示的方框圖已被修改得能適合于一般情況的開環(huán)控制器?？偟挠?50代表的開環(huán)控制器包含了為產(chǎn)生用于控制多種不同類型的變換器的PWM信號(hào)所必須的單元。前面給出的關(guān)于任意開關(guān)電源的直流傳遞函數(shù)的公式為Vo(t)=K·N·Vin(t)f1(D，t)f2(fs，t)(1)其中K為結(jié)構(gòu)因子；N為變壓器匝數(shù)比(當(dāng)次級(jí)／初級(jí)比=1或采用非隔離結(jié)構(gòu)時(shí)，N=1)；
Vin(t)為輸入電壓，它既可是交流的也可是直流的，但典型地是直流的，因?yàn)槿绻斎腚妷菏墙涣鞯?，它將被整流和濾波以使紋波較小，這樣可簡(jiǎn)化f1(D，t)的推導(dǎo)；Vo(t)為希望的輸出電壓；D為PWM信號(hào)的占空比；fs為開關(guān)頻率。
該公式可以用來構(gòu)筑一個(gè)處理模塊，以計(jì)算要輸入給PWM發(fā)生器電路的D值。
參見圖13，較具體地說，輸入電壓被A／D轉(zhuǎn)換器552數(shù)字化，并輸入給計(jì)算模塊554。該模塊的功能是根據(jù)給定的各種參數(shù)計(jì)算D值。所有的函數(shù)變量都是已知的。輸入電壓Vin由采樣得到；輸出電壓Vout也已知，因?yàn)樗窍Ｍ谳敵龆水a(chǎn)生的電壓；K值已知(對(duì)于前面的響鈴發(fā)生器例子，K=1)；N也已知。
Vout發(fā)生器電路558產(chǎn)生希望的輸出電壓。該信號(hào)被輸入給計(jì)算模塊554。占空比D被輸入給一個(gè)普通的脈寬調(diào)制(PWM)電路556，后者的作用是產(chǎn)生一個(gè)其占空比按照D變化的方波輸出信號(hào)。PWM電路產(chǎn)生兩個(gè)信號(hào)。PWM和PWM。這兩個(gè)信號(hào)分別被輸出緩存器560、562緩存。輸出緩存器產(chǎn)生一個(gè)能驅(qū)動(dòng)FET開關(guān)的信號(hào)。
注意，在前述響鈴發(fā)生器例子中，Vout發(fā)生器是一個(gè)正弦波發(fā)生器。發(fā)生器558也可以是一個(gè)存儲(chǔ)了數(shù)字采樣函數(shù)的只讀存儲(chǔ)器(ROM)。
熟悉電技術(shù)的人們可明顯看到，只要能實(shí)現(xiàn)關(guān)于占空比D的公式，圖13中的控制器550可以用許多不同的方法實(shí)現(xiàn)。
降壓型變換器結(jié)構(gòu)圖14示出說明適合于控制具有降壓結(jié)構(gòu)的變換器的開環(huán)控制器第二實(shí)施例的方框圖。圖3所示的方框圖已被修改得使開環(huán)控制器適配于降壓結(jié)構(gòu)。總的由代號(hào)400表示的降壓結(jié)構(gòu)開環(huán)控制器含有為產(chǎn)生能控制降壓型變換器的PWM信號(hào)所必須的單元。PWM信號(hào)的占空比也可表示成D=VoutVin------(24)]]>上式右端的兩個(gè)量都是已知的。如圖1所示，輸入電壓Vin由采樣得到并被輸入給控制器。輸出電壓Vout也已知，因?yàn)樗窍Ｍ谳敵龆水a(chǎn)生的電壓。
參見圖4，控制器400包括A／D轉(zhuǎn)換器402，除法器404，PWM電路406，輸出緩存器408、410，時(shí)鐘電路412，以及正弦發(fā)生器414。輸入電壓Vin被輸入給A／D轉(zhuǎn)換器402，后者輸出一個(gè)代表Vin的電壓。A／D轉(zhuǎn)換器的輸出被輸入給除法器404兩個(gè)輸入端中的一個(gè)。
時(shí)鐘電路產(chǎn)生必要的時(shí)鐘信號(hào)去驅(qū)動(dòng)正弦發(fā)生器414，后者可以是一個(gè)含有數(shù)字采樣正弦函數(shù)的只讀存儲(chǔ)器(ROM)。注意，只需要90°范圍的正弦函數(shù)。正弦發(fā)生器的輸出代表了輸出電壓Vout。然后該輸出被輸入給除法器404的另一個(gè)輸入端。除法器404將根據(jù)上述式(20)產(chǎn)生商值D。
占空比值D被輸入給一個(gè)普通的脈寬調(diào)制(PWM)電路406，后者的功能是產(chǎn)生一個(gè)占空比為D的方波輸出信號(hào)。PWM電路產(chǎn)生兩個(gè)輸出信號(hào)。PWM和PWM。這兩個(gè)信號(hào)分別被緩存器408、410緩存。輸出緩存器產(chǎn)生一個(gè)能驅(qū)動(dòng)FET開關(guān)的信號(hào)。
熟悉電技術(shù)的人們可以明顯看到，只要能實(shí)現(xiàn)關(guān)于占空比D的公式，控制器400可以用許多不同的方法實(shí)施。
圖15示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)筑的具有降壓結(jié)構(gòu)的響鈴發(fā)生器電路第二實(shí)施例的原理圖。為了清楚，圖中示出了降壓型變換器的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。不過熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人們可以再添加一些元件來提供所示功能之外的附加功能。
總的由代號(hào)420表示的降壓型變換器包括線圈424，電容421、430、FET422、426，二極管428，以及輸出電橋電路432?？刂破骱拖鄳?yīng)降壓型變換器電路的主要特性是，(1)與傳統(tǒng)的閉環(huán)設(shè)計(jì)不同，該電路工作于開環(huán)方式；(2)該電路能從一個(gè)直流輸入產(chǎn)生一個(gè)交流正弦波；(3)得到的電路是簡(jiǎn)單的并且制造成本低；以及(4)得到的控制電路可以任選地用一個(gè)ASIC實(shí)現(xiàn)。
控制器400的作用是對(duì)輸入電壓Vin采樣和產(chǎn)生開關(guān)(FET)422的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人們可以看到，電路420具有開環(huán)結(jié)構(gòu)，不需從輸出電壓Vout反饋。控制器400產(chǎn)生脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)去接通和斷開FET422，使得在輸出電橋電路432的輸入端處產(chǎn)生一個(gè)整流的半波正弦波。輸出電橋電路432由輸入的整流半波正弦波產(chǎn)生全波正弦波輸出。
現(xiàn)在將更詳細(xì)地說明電路420的工作。如前所述，該電路以不從輸出信號(hào)采樣的開環(huán)工作方式產(chǎn)生半波正弦波信號(hào)，再由輸出電橋電路432將該信號(hào)轉(zhuǎn)換成全波正弦波輸出信號(hào)Vout。這是通過利用下列式(25)所示眾知的降壓型變換器傳遞函數(shù)來做到的。電路的傳遞函數(shù)和已知的電路參量被用來計(jì)算施加給開關(guān)422的開關(guān)信號(hào)的占空比。傳遞函數(shù)(或傳輸函數(shù))把輸出電壓與占空比和輸入電壓以函數(shù)關(guān)系聯(lián)系起來，其表達(dá)式如下VoutVin=D------(25)]]>其中，Vout=半正弦波輸出電壓Vin=輸入電壓D=輸入給開關(guān)的PWM信號(hào)的占空比。
于是，輸出電壓Vout可表示為Vout=D·Vin(26)重要的是應(yīng)該注意，上述傳遞函數(shù)公式僅當(dāng)流經(jīng)線圈424的電流為連續(xù)時(shí)才成立。所以在電路的每個(gè)周期中，必須有電流流經(jīng)線圈424。
考察上述傳遞函數(shù)，除了占空比之外其余所有的量都可以事先確定。輸出電壓Vout是一個(gè)已知量。由于可以周期性地采樣，輸入電壓Vin也是已知的。僅有的未知量或未確定量是占空比D，它必須每個(gè)周期都要計(jì)算。
這樣，控制器400的功能是在每個(gè)周期中都計(jì)算一次占空比D，該占空比D被用來相應(yīng)地調(diào)節(jié)施加給PET422門極的開關(guān)信號(hào)的脈沖寬度。
可以用兩個(gè)方法中的一個(gè)來做到電流以連續(xù)地流經(jīng)變壓器。第一個(gè)方法是在電感的電流通路中設(shè)置一個(gè)最小負(fù)載，第二個(gè)方法是利用一個(gè)同步整流電路即FET426，如圖6實(shí)施例所示。
降壓型變換器420基于眾知的向下(step down)PWM變換器。在一個(gè)周期開始時(shí)，F(xiàn)ET開關(guān)422導(dǎo)通，于是電壓Vx與Vin短接，結(jié)果在電感424加上了電壓Vout-Vin，使得有一個(gè)線性增大的電流流經(jīng)電感和輸出電容430，如下面的眾知公式所示dIdt=VL------(27)]]>當(dāng)FET422截止時(shí)，由于電感試圖保持恒定的電流，結(jié)果Vx點(diǎn)的電壓快速下降。二極管428的導(dǎo)通，于是電流繼續(xù)以同方向流經(jīng)電感424，但電感兩端的電壓極性將反轉(zhuǎn)。電流的路徑包括二極管428、電感424和電容430。電感424不斷把電流注入電容430。在周期的這一點(diǎn)處，加在電感上的電壓是Vout+V428。電流按照上述(27)的規(guī)律線性地減小。在下一周期的開始時(shí)，F(xiàn)ET開關(guān)422又導(dǎo)通，于是該電路將按照上述原理重復(fù)工作。
重要的是應(yīng)該指出，所產(chǎn)生的輸出電壓只能小于輸入電壓。FET開關(guān)426與FET422互補(bǔ)地工作。起著同步整流器的作用，其工作原理與圖6中Q2的相同，即其功能是保持電路工作于連續(xù)電流模式。FET426的必要性在于讓電容430可以放電，也即把能量從輸出方返回給輸入方。
升壓型變換器結(jié)構(gòu)圖16示出說明適合于控制具有升壓結(jié)構(gòu)的變換器的開環(huán)控制器第三實(shí)施例的方框圖。在該第三實(shí)施例中，圖3所示的方框圖已被修改得使開環(huán)控制器能適配于升壓型變換器?？偟挠纱?hào)440表示的升壓型開環(huán)控制器含有為產(chǎn)生一個(gè)用于控制升壓型變換器的PWM信號(hào)所必須的單元。PWM信號(hào)的占空比D可以表達(dá)為D=Vout-VinVout------(28)]]>等式右端的每個(gè)量都已知。如圖1所示。輸入電壓Vin通過采樣得到并輸入給控制器。輸出電壓Vout也已知，因?yàn)樗窍Ｍ谳敵龆水a(chǎn)生的電壓。
參見圖16，控制器440包括A／D轉(zhuǎn)換器442，求和器444，除法器446、PWM電路448，輸出緩存器450、452，時(shí)鐘電路454，以及正弦發(fā)生器456。輸入電壓Vin被輸入給A／D轉(zhuǎn)換器442，后者輸出一個(gè)代表Vin的電壓。該信號(hào)被輸入給求和器444。求和器444的作用是產(chǎn)生差值Vout-Vin。該差值被輸入給除法器446兩個(gè)輸入端中的一個(gè)。
時(shí)鐘電路產(chǎn)生必要的時(shí)鐘信號(hào)去驅(qū)動(dòng)正弦發(fā)生器456，后者可以是一個(gè)含有數(shù)字采樣正弦函數(shù)的只讀存儲(chǔ)器(ROM)。注意只需要90°范圍的正弦函數(shù)數(shù)據(jù)。正弦發(fā)生器的輸出代表了輸出電壓Vout。該輸出被輸入給除法器446的另一個(gè)輸入端。除法器446按照上述式(28)產(chǎn)生商值D。
占空比值D被輸入給一個(gè)普通的脈寬調(diào)制(PWM)電路448，后者的功能是產(chǎn)生一個(gè)具有占空比D的方波輸出信號(hào)。PWM電路產(chǎn)生兩上輸出信號(hào)PWM和PWM。這兩個(gè)信號(hào)分別被輸出緩存器450、452緩存。輸出緩存器產(chǎn)生一個(gè)能驅(qū)動(dòng)FET開關(guān)的信號(hào)。
熟悉電技術(shù)的人們可以明顯看到，只要能實(shí)現(xiàn)關(guān)于占空比D的公式，圖16的控制器440可以用許多不同的方法實(shí)施。
圖17示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)筑的具有升壓結(jié)構(gòu)的響鈴發(fā)生器電路第三實(shí)施例的原理圖。為了清楚，圖中示出了升壓變換器的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。不過熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人們可以任選地添加一些元件以提供除了所示功能之外的附加功能。
總的由代號(hào)460表示的升壓變換器電路包括線圈462，電容461、468，F(xiàn)ET472、466，二極管464，以及輸出電橋電路470。該控制器和升壓變換器電路的主要特性是(1)與傳統(tǒng)的閉環(huán)設(shè)計(jì)不同，該電路工作于開環(huán)形式；(2)該電路能從直流輸入產(chǎn)生交流正弦波；(3)得到的電路是簡(jiǎn)單的，并且制造成本低；以及(4)得到的控制電路可以任選地用一個(gè)ASIC實(shí)現(xiàn)。
控制器440能對(duì)輸入電壓Vin采樣并產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)開關(guān)(FET)472的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人們可以看到，電路460具有開環(huán)結(jié)構(gòu)，不需要從輸出電壓Vout反饋。控制器440產(chǎn)生一個(gè)脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)去接通和斷開FET 472，使得在輸出電橋電路470的輸入端處產(chǎn)生一個(gè)整流的半波正弦波。輸出電橋電路470的作用是從輸入的整流正弦波產(chǎn)生一個(gè)全波的輸出正弦波。
現(xiàn)在將更詳細(xì)地說明電路460的工作。如前所述，該電路能以不對(duì)輸出信號(hào)采樣的開環(huán)形式產(chǎn)生一個(gè)半波正弦波信號(hào)，再由輸出電橋電路470將它轉(zhuǎn)換成全波正弦輸出信號(hào)Vout。這是利用了前面式(28)所示眾知的升壓型變換器的傳遞函數(shù)實(shí)現(xiàn)的，電路的傳遞函數(shù)以及電路中的已知參量被用來計(jì)算施加給開關(guān)472的開關(guān)信號(hào)的占空比，傳遞函數(shù)(傳輸函數(shù))把輸出電壓與占空比和輸入電壓以下述函數(shù)關(guān)系聯(lián)系起來。VoutVin=11-D------(29)]]>其中，Vout=半正弦波輸出電壓；Vin=輸入電壓；D=輸入給開關(guān)的PWM信號(hào)的占空比；于是，輸出電壓Vout可表達(dá)為Vout=Vin1-D------(30)]]>重要的是需要指出，上述關(guān)于傳遞函數(shù)的公式僅當(dāng)流經(jīng)電感462的電流為連續(xù)時(shí)才成立。所以在電路的每一個(gè)周期中，電流環(huán)路必須通過電感462。
考察上述傳遞函數(shù)，除了占空比之外其余所有參量都可以事先確定。盡管輸出電壓Vout是由電路產(chǎn)生的電壓，但它是一個(gè)已知量，輸入電壓Vin也已知，因?yàn)樗梢灾芷谛缘夭蓸?。唯一未知或未預(yù)先確定的量是占空比，它必須在每個(gè)周期中計(jì)算。
這樣，控制器440的作用是在每個(gè)周期中計(jì)算占空比D，并把D用于相應(yīng)地調(diào)節(jié)施加給FET 472門極的開關(guān)信號(hào)的脈沖寬度。
圖17所示的升壓型變換器460基于眾知的升壓型PWM變換器。當(dāng)FET開關(guān)472導(dǎo)通時(shí)，電壓Vx與地短接，Vin被加在電感462的兩端，使流經(jīng)電感的電流按下述公式線性地增大dIdt=VL------(31)]]>當(dāng)FET開關(guān)472截止即開路時(shí)，由于電感462試圖保持恒定的電流而使電壓Vx快速增大。二極管464變?yōu)榍跋蚱?，使流?jīng)電感462的電流沿相同方向繼續(xù)流動(dòng)。這時(shí)的電流通路包括電感462、二極管464和電容468。在一個(gè)周期的這一部分中，電感462將把電流注入到電容468內(nèi)，而電感兩端的電壓則由下式給出V462=Vout-Vin-V464(32)電流同樣按上述眾知的公式(31)下降。在下一個(gè)周期的開始時(shí)刻，F(xiàn)ET開關(guān)472重新導(dǎo)通，電路按上述重復(fù)工作。
重要的是需要指出，所產(chǎn)生的輸出電壓有可能比輸入電壓高得多，流經(jīng)二極管和FET466的電流可以把電容468充電到高于Vin的電壓。此外，F(xiàn)ET開關(guān)466利用與圖6中Q2相同的工作原理起到了同步整流器的作用，也即保證了電路工作于連續(xù)電流模式。FET 466的必要性在于允許電流從電容468流出。FET 466門極上的虛線表示需要有某種形式的隔離，例如利用脈沖變壓器或者與圖6所示同步整流器230相關(guān)聯(lián)的電路。
前向型變換器結(jié)構(gòu)圖18示出說明適用于具有前向結(jié)構(gòu)的變換器的開環(huán)控制器第四實(shí)施例的方框圖。在第四實(shí)施例中，圖3所示方框圖已被修改得使開環(huán)控制器能適配于前向型變換器?？偟挠纱?hào)480表示的前向型開環(huán)控制器含有為產(chǎn)生能控制前向型變換器的PWM信號(hào)所需的單元。PWM信號(hào)的占空比D可表示為D=VoutN.Vin------(33)]]>該式右側(cè)的每個(gè)參量都已知。輸入電壓Vin被采樣并輸入給控制器，如圖1所示。此外，匝數(shù)比N對(duì)于控制器是已知和可得的。輸出電壓Vout也已知，因?yàn)樗窍Ｍ谳敵龆水a(chǎn)生的電壓。
參見圖18，控制器480包括A／D轉(zhuǎn)換器482，乘法器484，除法器486，PWM電路488，輸出緩存器490、492，時(shí)鐘電路494，以及正弦發(fā)生器496。輸入電壓Vin被輸入給A／D變換器482，后者將輸出一個(gè)代表Vin的電壓。該信號(hào)被輸入給乘法器484兩個(gè)輸入端中的一個(gè)。N值被輸入給另一輸入端。乘法器484的作用是產(chǎn)生乘積N·Vin。該乘積被輸入給除法器486兩個(gè)輸入端中的一個(gè)。
時(shí)鐘電路產(chǎn)生必要的時(shí)鐘信號(hào)去驅(qū)動(dòng)正弦發(fā)生器496，后者可以是一個(gè)含有數(shù)字采樣正弦函數(shù)的只讀存器(ROM)。注意僅需要90°范圍內(nèi)的正弦函數(shù)值。正弦發(fā)生器的輸出代表了輸出電壓Vout。該輸出被輸入給除法器486的另一個(gè)輸入端。除法器486將按照上述公式(33)產(chǎn)生商值D。
占空比的值D被輸入給一個(gè)普通的脈寬調(diào)制(PWM)電路488，后者的功能是產(chǎn)生一個(gè)占空比為D的方波輸出信號(hào)。PWM電路產(chǎn)生兩個(gè)輸出信號(hào)PWM和PWM。這兩個(gè)信號(hào)分別被緩存器490、492緩存。輸出緩存器產(chǎn)生一個(gè)能驅(qū)動(dòng)FET開關(guān)的信號(hào)。
熟悉電技術(shù)的人們可以明顯看到，只要能實(shí)現(xiàn)關(guān)于占空比D的公式，圖18的控制器480可以用許多不同的方法實(shí)現(xiàn)。
圖19示出根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)筑的具有前向結(jié)構(gòu)的響鈴發(fā)生器電路第四實(shí)施例的原理圖，為了清楚，示出了產(chǎn)向型變換器的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。不過熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人們可以任選地添加一些元件以提供除了所示功能之外的附加功能。
總的由代號(hào)500表示的前向型變換器電路包括線圈512，變壓器502，電容501、514，F(xiàn)ET 522、510、520，二極管503、508，以及輸出電橋電路516。該控制器和相應(yīng)前向型變換器電路的主要特性是(1)與傳說的閉環(huán)設(shè)計(jì)不同，該電路工作于開環(huán)方式；(2)該電路能從一個(gè)直流輸入產(chǎn)生一個(gè)支流正弦波；(3)得到的電路簡(jiǎn)單，制造成本低；以及(4)得到的控制電路可以任選地用一個(gè)ASIC實(shí)現(xiàn)。
控制器480的作用是對(duì)輸入電壓Vin采樣并產(chǎn)生開關(guān)(FET)522的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人們可以看出，電路500具有開環(huán)結(jié)構(gòu)，不需要從輸出電壓Vout反饋?？刂破?80產(chǎn)生一個(gè)脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)去接通和斷開FET 522，使得在輸出電橋電路516的輸入端處產(chǎn)生一個(gè)整流的半波正弦波。輸出電橋電路516的功能是從輸入的整流正弦波產(chǎn)生一個(gè)全波正弦波輸出。
現(xiàn)在將更詳細(xì)地說明電路500的工作。如前所述。該電路能以不從輸出信號(hào)采樣的開環(huán)方式產(chǎn)生一個(gè)半波正弦信號(hào)，輸出電橋電路516再把它轉(zhuǎn)換成全波正弦波輸出信號(hào)Vout。這是通過利用下面如式(34)所示的眾知的升壓變換器的傳遞函數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。電路的傳遞函數(shù)以及電路中的已知參量被用來計(jì)算施加給開關(guān)522的開關(guān)信號(hào)的占空比。傳遞函數(shù)(傳輸函數(shù))將輸出電壓與占空的比和輸入電路按下述函數(shù)關(guān)系聯(lián)系起來VoutVin=D·N------(34)]]>其中，Vout=半正弦波輸出電壓；Vin=輸入電壓；N=變壓器的匝數(shù)比；
D=輸入給開關(guān)的PWM信號(hào)的占空比。于是，輸出電壓Vout可表示為Vout=D·N·Vin(35)重要的是需要指出，上述關(guān)于傳遞函數(shù)的公式(34)僅當(dāng)流經(jīng)電感512的電流為連續(xù)時(shí)才成立。所以在電路的每個(gè)周期，電流環(huán)路必須通過電感512。
考察上述傳遞函數(shù)，除了占空比之外其余所有參量都可事先確定。輸出電壓Vout是一個(gè)已知量，雖然它是由電路產(chǎn)生的。輸入電壓Vin也已知，因?yàn)樗杀恢芷谛缘夭蓸?。匝?shù)的N也已知。唯一不知或未預(yù)先確定的量是占空比D，它必須在每個(gè)周期中計(jì)算。
這樣，控制器480的功能是在每個(gè)周期中計(jì)算占空比D，并利用D相應(yīng)地調(diào)節(jié)施加給FET 522門極的開關(guān)信號(hào)的脈沖寬度。
前向型變換器500是一種眾知的PWM變換器結(jié)構(gòu)，它包括兩極變壓器級(jí)和降壓型變換器級(jí)。在一個(gè)周期的開始時(shí)FET開關(guān)522導(dǎo)通，變壓器502初級(jí)繞組504兩端的電壓為Vin。同時(shí)，次級(jí)繞組506兩端的電壓為N·Vin。因此二極管508被前向偏置，Vx點(diǎn)的電壓等于N·Vin(未計(jì)及V508)。
不計(jì)二極管電壓，加在電感512兩端的電壓等于Vout-N·Vin。這將使得流經(jīng)電感和輸出電容514的電流按下述眾知公式線性地增大dIdt=VL------(36)]]>當(dāng)FET開關(guān)522截止即開路時(shí)，變壓器502上的電壓將反向，二極管508截止。由于電感512試圖保持恒定電流，導(dǎo)致Vx點(diǎn)電壓快速下降。于是二極管518導(dǎo)通，流經(jīng)電感512的電流得以繼續(xù)沿同方向流動(dòng)。電流路徑通過二極管518、電感512和電容514。
電感512不斷把電流注入電容514。在一個(gè)周期的這個(gè)點(diǎn)上，電感兩端的電壓是Vout(未計(jì)及V508)，而電流則按照上述基本公式(36)線性地下降。在下一個(gè)周期開始時(shí)，F(xiàn)ET開關(guān)522再次接通，電路按上述原理重復(fù)工作。
繞組505是變壓器502的第三個(gè)繞組，如下面所說明的，其作用是讓變壓器電流放電。當(dāng)FET522導(dǎo)通時(shí)，變壓器的初級(jí)繞組504充電，二極管503截止。當(dāng)FET522斷開時(shí)，變壓器502繞組上的電壓極性反轉(zhuǎn)，二極管503導(dǎo)通。于是繞組505上的電壓被限制在Vin的大小上，變壓器電流將找到一個(gè)通過電容501、二極管503和繞組505的通路。
注意，利用這種類型的結(jié)構(gòu)輸出電壓可以高于或低于輸入電壓，這取決于N和D的值。FET開關(guān)510和522同時(shí)導(dǎo)通，而FET開關(guān)520則以與FET開關(guān)522互補(bǔ)的方式工作。FET 510和520利用與圖6中的Q2相同的原理起到了同步整流器的作用，即保持電路工作于連接電流模式。
FET驅(qū)動(dòng)隔離可以利用一些技術(shù)來隔離對(duì)次級(jí)方電路，例如FET 466(圖17)和FET 510、520(圖19)的驅(qū)動(dòng)，如圖中的虛線所示。一種可能的隔離技術(shù)是采用脈沖變壓器來把控制信號(hào)耦合到FET上。圖20示出了一種FET驅(qū)動(dòng)隔離電路的原理圖。
脈沖變壓器530被用來使來自控制器的PWM或PWM信號(hào)相對(duì)于地浮動(dòng)，并把它傳輸給次級(jí)方中的FET開關(guān)。控制信號(hào)被輸入給電容542的一端。電容另一端連接在變壓器530的初級(jí)繞組上。電容542的作用是消除直流電壓對(duì)脈沖變壓器530正常工作的干擾。電容536、二極管538和電阻540起著一個(gè)零點(diǎn)恢復(fù)電路的作用，該電路用來穩(wěn)定輸入給FET的PWM信號(hào)電平。
雖然本發(fā)明是借助于有限數(shù)目的一些實(shí)施例來說明的，但應(yīng)該理解，可以做出本發(fā)明的許多變化，修改和其他應(yīng)用。例如，熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人們可以把本發(fā)明的響鈴發(fā)生器電路適配得能與其他類型的開環(huán)回描型直流至交流變換器電路，例如UPS(不間斷電源)和采用直流電源的交流發(fā)生器，協(xié)同工作。此外，通過除去正弦發(fā)生器和輸出電橋電路，本發(fā)明可以用來實(shí)現(xiàn)開環(huán)回描型直流至直流變換器。
權(quán)利要求
1.一種用于控制直流至交流開環(huán)脈寬調(diào)制(PWM)變換器電路的控制器，上述控制器包括采樣裝置，用于產(chǎn)生代表電源電壓的數(shù)字值，該值用Vin表示；輸出電壓發(fā)生器裝置，用于產(chǎn)生希望輸出電壓的數(shù)字代表，該代表用Vout表示；處理裝置，用于確定作為K、N、Vin和Vout的函數(shù)的PWM信號(hào)的占空比D；以及脈寬調(diào)制裝置，用于根據(jù)由上述處理裝置產(chǎn)生的占空比產(chǎn)生上述PWM信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的控制器，其中上述采樣裝置包括A／D轉(zhuǎn)換裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的控制器，其中上述輸出電壓發(fā)生裝置包括正弦波發(fā)生器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的控制器，其中上述輸入電壓Vin是一個(gè)未經(jīng)穩(wěn)壓的直流電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的控制器，其中上述處理裝置能確定適用于降壓結(jié)構(gòu)開環(huán)變換器的PWM信號(hào)的占空比，上述處理裝置包括一個(gè)能實(shí)現(xiàn)Vout除以Vin的除法器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的控制器，其中上述處理裝置能確定適用于升壓結(jié)構(gòu)開環(huán)變換器的PWM信號(hào)的占空比，上述處理裝置包括一個(gè)求和器，用于產(chǎn)生和值Vout-Vin；以及一個(gè)除法器，用于產(chǎn)生上述和值除以Vout的商值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的控制器，其中上述處理裝置能確定適用于前向結(jié)構(gòu)開環(huán)變換器的PWM信號(hào)的占空比，上述處理裝置包括一個(gè)乘法器，用于產(chǎn)生乘積N·Vin；以及一個(gè)除法器，用于產(chǎn)生Vout除以上述乘積的商值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的控制器，它還包括電橋控制裝置，用于產(chǎn)生電橋控制信號(hào)，以把一個(gè)半波正弦函數(shù)轉(zhuǎn)換成一個(gè)全波正弦函數(shù)，上述電橋控制信號(hào)的頻率與上述電路輸出的正弦波的頻率相同。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的控制器，它還包括耦合在上述脈寬調(diào)制裝置輸出端上的緩存裝置，上述緩存裝置用于產(chǎn)生具有適當(dāng)驅(qū)動(dòng)特性和負(fù)載特性的輸出PWM信號(hào)。
10.一種用于控制具有降壓結(jié)構(gòu)的開環(huán)脈寬調(diào)制(PWM)變換器電路的控制器，上述電路連接在一個(gè)電源上，上述控制器包括采樣裝置，用于產(chǎn)生代表上述電源電壓大小的數(shù)字值，該值用Vin表示；正弦發(fā)生器裝置，用于產(chǎn)生一個(gè)正弦波形的數(shù)字代表，該代表用Vout表示；處理裝置，用于根據(jù)下述公式確定一個(gè)PWM信號(hào)的占空比D=VoutVin]]>其中，D=PWM信號(hào)的占空比Vin=上述直流電源的電壓大小Vout=正弦波形的數(shù)字代表脈寬調(diào)制裝置，用于根據(jù)由上述處理裝置產(chǎn)生的占空比產(chǎn)生上述PWM信號(hào)，上述PWM信號(hào)由上述控制器輸出；根據(jù)上述PWM信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)半波正弦波的電路；以及輸出電橋電路，用于把上述半波正弦波信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)全波正弦函數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的控制器，其中上述采樣裝置包括A／D轉(zhuǎn)換裝置。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的控制器，其中上述正弦發(fā)生器裝置包括耦合在查找表裝置上的計(jì)數(shù)裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求10的控制器，其中上述正弦發(fā)生器裝置包括同步態(tài)機(jī)器裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求10的控制器，它還包括耦合在上述脈寬調(diào)制裝置輸出端上的緩存裝置，上述緩存裝置用于產(chǎn)生具有適當(dāng)驅(qū)動(dòng)特性和負(fù)載特性的輸出PWM信號(hào)。
15.根據(jù)權(quán)利要求10的控制器，其中上述處理裝置能確定適用于降壓結(jié)構(gòu)開環(huán)變換器的PWM信號(hào)的占空比，上述處理裝置包括一個(gè)能將Vout除以Vin的除法器。
16.一種用于控制具有升壓結(jié)構(gòu)的開環(huán)變換器電路的控制器，上述電路連接在一個(gè)電源上，上述控制器包括采樣裝置，用于產(chǎn)生代表上述電源的電壓大小的數(shù)字值，該值用Vin表示；正弦發(fā)生器裝置，用于產(chǎn)生一個(gè)正弦波形的數(shù)字代表，該代表用Vout表示；處理裝置，用于根據(jù)下述公式確定一個(gè)脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)的占空比D=Vout-VinVout]]>其中，D=PWM信號(hào)的占空比Vin=上述直流電源的電壓大小Vout=正弦波形的數(shù)字代表脈寬調(diào)制裝置，用于根據(jù)由上述處理裝置產(chǎn)生的占空比產(chǎn)生上述PWM信號(hào)，上述PWM信號(hào)由上述控制器輸出；用于根據(jù)上述PWM信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)半波正弦波的電路；以及輸出電橋電路，用于把上述半波正弦信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)全波正弦函數(shù)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的控制器，其中上述采樣裝置包括A／D轉(zhuǎn)換裝置。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的控制器，其中上述正弦發(fā)生器裝置包括耦合在查找表裝置上的計(jì)數(shù)裝置。
19.根據(jù)權(quán)利要求16的控制器，其中上述正弦發(fā)生器裝置包括同步態(tài)機(jī)器裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求16的控制器，它還包括耦合在上述脈寬調(diào)制裝置輸出端上的緩存裝置，上述緩存裝置用于產(chǎn)生一個(gè)具有適當(dāng)驅(qū)動(dòng)特性和負(fù)載特性的輸出PWM信號(hào)。
21.根據(jù)權(quán)利要求16的控制器，其中上述處理裝置能確定適用于升壓結(jié)構(gòu)開環(huán)變換器的PWM信號(hào)的占空比，上述處理裝置包括一個(gè)求和器，用于產(chǎn)生和值Vout-Vin；以及一個(gè)除法器，用于產(chǎn)生上述和值除以Vout的商值。
22.一種用于控制具有前向結(jié)構(gòu)的開環(huán)變換器電路的控制器，上述電路連接在一個(gè)電源上，并含有一個(gè)具有初級(jí)方和次級(jí)方的變壓器，上述控制器包括采樣裝置，用于產(chǎn)生代表上述電源的電壓大小的數(shù)字值，該值用Vin表示；正弦發(fā)生器裝置，用于產(chǎn)生一個(gè)正弦波形的數(shù)字代表，該代表用Vout表示；處理裝置，用于根據(jù)下述公式確定一個(gè)脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)占空比D=VoutN·Vin]]>其中，D=PWM信號(hào)的占空比N=上述變壓器的匝數(shù)比Vin=上述直流電源的電壓大小Vout=正弦波形的數(shù)字代表脈寬調(diào)制裝置，用于根據(jù)由上述處理裝置產(chǎn)生的占空比產(chǎn)生上述PWM信號(hào)，上述PWM信號(hào)由上述控制器輸出；用于根據(jù)上述PWM信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)半波正弦波的電路；及輸出電橋電路，用于把上述半波正弦信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)全波正弦函數(shù)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的控制器，其中上述采樣裝置包括A／D轉(zhuǎn)換裝置。
24.根據(jù)權(quán)利要求22的控制器，其中上述正弦發(fā)生器裝置包括耦合在查找表裝置上的計(jì)數(shù)裝置。
25.根據(jù)權(quán)利要求22的控制器，其中上述正弦發(fā)生器裝置包括同步態(tài)機(jī)器裝置。
26.根據(jù)權(quán)利要求22的控制器，它還包括耦合在上述脈寬調(diào)制裝置輸出端上的緩存裝置，上述緩存裝置用于產(chǎn)生具有適當(dāng)驅(qū)動(dòng)特性和負(fù)載特性的輸出PWM信號(hào)。
27.根據(jù)權(quán)利要求22的控制器，其中上述處理裝置能確定適用于前向結(jié)構(gòu)開環(huán)變換器的PWM信號(hào)的占空比，上述處理裝置包括一個(gè)乘法器，用于產(chǎn)生乘積N·Vin；以及一個(gè)除法器，用于產(chǎn)生Vout除以上述乘積的商值。
28.一種控制開環(huán)脈寬調(diào)制(PWM)變換器電路的方法，上述方法包括以下步驟產(chǎn)生一個(gè)代表了一個(gè)直流電源的電壓大小的數(shù)字值，該值用Vin表示；產(chǎn)生一個(gè)正弦波形的數(shù)字代表，該代表用Vout表示；確定一個(gè)PWM信號(hào)的占空比；以及根據(jù)由上述處理裝置產(chǎn)生的占空比產(chǎn)生上述PWM信號(hào)。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中確定上述適用于降壓結(jié)構(gòu)開環(huán)變換器的PWM信號(hào)的占空比的步驟包括將Vout除以Vin的步驟。
30.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中確定上述適用于升壓結(jié)構(gòu)開環(huán)變換器的PWM信號(hào)的占空比的步驟包括下述步驟產(chǎn)生和值Vout-Vin；以及把上述和值除以Vout。
31.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中確定上述適用于前向結(jié)構(gòu)開環(huán)變換器的PWM信號(hào)的占空比的步驟包括下述步驟產(chǎn)生乘積N·Vin；以及把Vout除以上述乘積。
32.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，它還包括把一個(gè)半波正弦函數(shù)轉(zhuǎn)換成一個(gè)全波正弦函數(shù)的步驟。
33.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，它還包括生成一個(gè)具有適當(dāng)驅(qū)動(dòng)特性和負(fù)載特性的輸出PWM信號(hào)的步驟。
34.一種控制具有降壓結(jié)構(gòu)的開環(huán)脈寬調(diào)制(PWM)變換器電路的方法，上述電路連接在一個(gè)電源上，上述方法包括以下步驟產(chǎn)生一個(gè)代表上述電源的電壓大小的數(shù)字值，該值用Vin表示；產(chǎn)生一個(gè)正弦波形的數(shù)字代表，該代表用Vout表示；根據(jù)下述公式確定一個(gè)PWM信號(hào)的占空比D=VoutVin]]>其中，D=PWM信號(hào)的占空比Vin=上述直流電源的電壓大小Vout=正弦波形的數(shù)字代表根據(jù)由確定步驟中所生成的占空比產(chǎn)生上述PWM信號(hào)；根據(jù)上述PWM信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)半波正弦波；以及把上述半波正弦波信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)全波正弦函數(shù)。
35.一種控制具有升壓結(jié)構(gòu)的開環(huán)變換器電路的方法，上述電路連接在一個(gè)電源上，上述方法包括以下步驟產(chǎn)生一個(gè)代表上述電源的電壓大小的數(shù)字值，該值用Vin表示；產(chǎn)生一個(gè)正弦波形的數(shù)字代表，該代表用Vout表示；根據(jù)下述公式確定一個(gè)脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)的占空比D=Vout-VinVout]]>其中，D=PWM信號(hào)的占空比Vin=上述直流電源的電壓大小Vout=正弦波形的數(shù)字代表根據(jù)上述確定步驟中所產(chǎn)生的占空比，產(chǎn)生上述PWM信號(hào)；根據(jù)上述PWM信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)半波正弦波；以及把上述半波正弦波信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)全波正弦函數(shù)。
36.一種控制具有前向結(jié)構(gòu)的開環(huán)脈寬調(diào)制(PWM)變換器電路的方法，上述電路連接在一個(gè)電源上并含有一個(gè)具有初級(jí)方和次級(jí)方的變壓器，上述方法包括以下步驟產(chǎn)生一個(gè)代表上述電源的電壓大小的數(shù)字值，該值用Vin表示；產(chǎn)生一個(gè)正弦波形的數(shù)字代表，該代表用Vout表示；根據(jù)下述公式確定一個(gè)PWM信號(hào)的占空比D=VoutN·Vin]]>其中，D=PWM信號(hào)的占空比N=上述變壓器的匝數(shù)比Vin=上述直流電源的電壓大小Vout=正弦波形的數(shù)字代表根據(jù)上述確定步驟中所產(chǎn)生的占空比產(chǎn)生上述PWM信號(hào)；根據(jù)上述PWM信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)半波正弦波；以及把上述半波正弦信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)全波正弦函數(shù)。
全文摘要
一種適用于包括響鈴發(fā)生器電路(90)在內(nèi)的各種開環(huán)結(jié)構(gòu)供電電路的脈寬調(diào)制(PWM)控制器(10)。該控制器和據(jù)其實(shí)現(xiàn)的電路利用開環(huán)結(jié)構(gòu)來得到希望的輸出電壓波形。該P(yáng)WM控制器適合于實(shí)現(xiàn)許多種不同的開環(huán)變換器結(jié)構(gòu),例如降壓型、升壓型、前向型和推挽型結(jié)構(gòu)。該P(yáng)WM控制器可被適配得能提供為控制各種可能的開環(huán)變換器結(jié)構(gòu)所需的信號(hào)。該控制器的功能是產(chǎn)生一個(gè)用于產(chǎn)生半波正弦波信號(hào)的PWM信號(hào)。該控制器具有為控制所產(chǎn)生的PWM信號(hào)的占空比從而能在輸出電橋電路(86)的輸出端處產(chǎn)生全波正弦波所需要的功能。
文檔編號(hào)H02M1/00GK1292944SQ99803863
公開日2001年4月25日 申請(qǐng)日期1999年2月10日 優(yōu)先權(quán)日1998年2月11日
發(fā)明者德羅爾·科爾恰爾茨, 阿隆·費(fèi)倫茨 申請(qǐng)人:鮑爾德西內(nèi)有限公司