專利名稱：電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過高頻開關(guān)操作和控制輸入電流畸變向負(fù)載提供能量的電源裝置。
一般，已知的電源裝置包括一整流電路，它對交流電源的交流功率進(jìn)行全波整流；一電感器和一開關(guān)元件構(gòu)成的串聯(lián)電路；以及一包括一平滑濾波電容器和一負(fù)載，并通過一二極管連至電感器和開關(guān)元件的連接點(diǎn)的負(fù)載電路，在這個(gè)電源裝置中，開關(guān)元件檢測輸入電流并受一控制電路控制，該控制電路提供一控制信號，該信號使輸入電流的包絡(luò)與輸入電壓成正比，而且電路是這樣布置的，當(dāng)接通開關(guān)元件時(shí)，電感器受激勵，把輸入能量存儲在電感器中，此后，斷開開關(guān)元件，輸入端與電感器串聯(lián)，把能量供給負(fù)載電路，這樣，當(dāng)接通開關(guān)元件時(shí)電流上升而當(dāng)斷開開關(guān)元件時(shí)電流下降，檢測此輸入電流，從而通過控制開關(guān)元件來控制輸入電流的高次諧波畸變。
然而，在上述裝置中有這樣一個(gè)問題，即為了限制輸入電流，所需電感器的尺寸較大，因而整個(gè)裝置的尺寸也不得不大。
另一方面，第5,229,690號美國專利揭示了一種不用電感器的放電燈照明裝置。在該裝置中，用一整流電路來對交流電源功率進(jìn)行全波整流，一放電燈與一開關(guān)元件構(gòu)成一串聯(lián)電路，一二極管與一平滑濾波電容器構(gòu)成的又一串聯(lián)電路與開關(guān)元件相并聯(lián)，而另一二極管跨接在所述二極管和平滑濾波電容器的連接點(diǎn)與整流電路的正端之間。當(dāng)開關(guān)元件處于斷開狀態(tài)時(shí)，這個(gè)裝置通過放電燈對平滑濾波電容器充電，從而在低輸入電壓的時(shí)間利用此充電能來控制輸入高次諧波。
雖然這個(gè)裝置不需要任何大的電感器，但在控制輸入高次諧波方面受到限制，這是由于在接近輸入電壓的另交叉點(diǎn)時(shí)刻，幾乎沒有輸入電流流動。
此外，序號為第280,552號美國申請專利提出了一種電源裝置，在該裝置中，采用一種已知的開關(guān)電容器電路，交流電源功率經(jīng)一整流電路作全波整流，通過一第一開關(guān)電容器電路把一負(fù)載連至整流電路，并通過一平滑濾波電容器把一第二開關(guān)電容器電路與負(fù)載并聯(lián)至第一開關(guān)電容器電路。在此電源裝置中，電路是這樣布置的，即這樣來用二個(gè)開關(guān)電容器電路，使得二個(gè)電路中的一個(gè)用來對負(fù)載電路供電，而另一個(gè)用來在輸入電壓接近零交叉點(diǎn)時(shí)為電源積聚電荷，同時(shí)靠改變包含在開關(guān)電容器電路中諸電容器，從而使流經(jīng)這二個(gè)開關(guān)電容器電路的電流之和與輸入功率成正比的辦法來控制輸入電流的高次諧波畸變。
然而，這種電源所需的電容器數(shù)目應(yīng)與包括在市電頻率每一周中諸高頻開關(guān)周期相對應(yīng)，方能使輸入電流正比于輸入電壓，因此，為實(shí)現(xiàn)數(shù)量級為數(shù)萬赫茲的開關(guān)操作，必須采用數(shù)千個(gè)元件。因?yàn)樗柙臄?shù)目隨工作頻率升高而增加，這就產(chǎn)生了難以使裝置尺寸減小的問題。
如前所述，已知的電源裝置一般具有裝置尺寸難于減小以及對于輸入高次諧波畸變的控制受限制等等問題。
因此，本發(fā)明的主要目的是提供這樣一種電源裝置，它既能有效地實(shí)現(xiàn)對高次諧波的控制又能有效地減小裝置的尺寸。
按照本發(fā)明，可以用這樣一種電源裝置來實(shí)現(xiàn)上述目的。該電源裝置包括一瞬時(shí)電壓有波動的電源；通過第一開關(guān)元件跨接在該電源的二個(gè)輸出端的第一儲能裝置；由第二儲能裝置和一負(fù)載電路構(gòu)成的一串聯(lián)電路，它通過一第二開關(guān)元件跨接在第一儲能裝置的二端；包括一第三開關(guān)元件并與第二儲能裝置并聯(lián)的裝置；以及一控制開關(guān)元件的裝置，其特征是，該控制裝置控制第一、第二和第三開關(guān)元件的接通和斷開的時(shí)間間隔和頻率，從而使跨于第一儲能裝置二端的電壓大體上與電源電壓相似，而跨于第二儲能裝置二端的電壓允許以某一預(yù)定電壓輸出供給負(fù)載電路。


圖1是表示本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的電路原理圖；圖2是圖1第一個(gè)實(shí)施例的工作波形圖；圖3A和3B是說明圖1第一個(gè)實(shí)施例工作的電路原理圖；圖4是本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的電路原理圖；圖5是本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例的電路原理圖；圖6是圖5第三個(gè)實(shí)施例的工作波形圖；圖7A至7E是說明圖5第三個(gè)實(shí)施例工作的電路原理圖；圖8是圖5第三個(gè)實(shí)施例的工作波形圖；圖9是表示本發(fā)明第四個(gè)實(shí)施例的電路原理圖；圖10是表示本發(fā)明第五個(gè)實(shí)施例的電路原理圖；圖11是表示本發(fā)明第六個(gè)實(shí)施例的電路原理圖；圖12是表示本發(fā)明第七個(gè)實(shí)施例的電路原理圖；圖13A和13B是圖12第七個(gè)實(shí)施例所采用的部分電路的局部電路圖和圖13A的那部分電路的工作波形圖；圖13C和13D是說明圖13A所示的部分電路工作的電路原理圖；圖14是表示本發(fā)明第八個(gè)實(shí)施例的電路圖；圖15是表示本發(fā)明第九個(gè)實(shí)施例的電路圖；圖16是圖15第九個(gè)實(shí)施例中一開關(guān)元件的說明性波形圖；圖17是圖15第九個(gè)實(shí)施例的說明性波形圖；圖18是說明圖15第九個(gè)實(shí)施例工作的電路原理圖；圖19是說明圖15第九個(gè)實(shí)施例工作的局部電路圖；圖20是表示本發(fā)明第十個(gè)實(shí)施例的電路圖21是表示本發(fā)明第十一個(gè)實(shí)施例的電路圖；圖22是表示本發(fā)明第十二個(gè)實(shí)施例的電路圖；圖23是圖22第十二個(gè)實(shí)施例的說明性波形圖；圖24A至24H是說明圖22第十二個(gè)實(shí)施例工作的電路原理圖；圖25是表示本發(fā)明第十三個(gè)實(shí)施例的電路圖；圖26是表示本發(fā)明第十四個(gè)實(shí)施例的電路圖；圖27A和27B是說明圖26第十四個(gè)實(shí)施例工作的電路原理圖；圖28是圖26第十四個(gè)實(shí)施例的工作波形圖；圖29是表示本發(fā)明第十五個(gè)實(shí)施例的電路圖；圖30是說明圖29第十五個(gè)實(shí)施例工作的電路原理圖；圖31是表示本發(fā)明第十六個(gè)實(shí)施例的電路圖；圖32是說明圖31第十六個(gè)實(shí)施例工作的電路原理圖；以及圖33是表示本發(fā)明第十七個(gè)實(shí)施例的電路圖。第一個(gè)實(shí)施例按照本發(fā)明的電源裝置第一個(gè)實(shí)施例的電路圖示于圖1而工作波形圖示于圖2。參照第一個(gè)實(shí)施例的電路布置，一整流器DB與一交流電源AC相連，把由一開關(guān)元件S1和一電容器C1構(gòu)成的串聯(lián)電路連在整流器DB的二個(gè)輸出端，再把由一電容器C2和一負(fù)載電路C構(gòu)成的另一個(gè)串聯(lián)電路通過一開關(guān)元件S2與電容器C1并聯(lián)。把一電壓控制裝置B跨接于電容器C2二端以調(diào)節(jié)電容器電壓，而將一控制裝置A與開關(guān)元件S1和S2相連以控制由電源側(cè)向電容器C1提供的充電能或者由電容器C1向負(fù)載電路提供的放電能，從而來調(diào)節(jié)跨于電容器C1二端的電壓。
下面來說明第一個(gè)實(shí)施例的工作。首先，在圖3B的狀態(tài)下，由控制電路的控制信號把開關(guān)元件S1接通，把電容器C1充電至輸入電壓Vin。接下來，在圖3A的狀態(tài)下，斷開開關(guān)元件S1，接通開關(guān)元件S2，由電容器C1和C2構(gòu)成的串聯(lián)電路與負(fù)載電路C相連，而把電容器C1內(nèi)的一部分電荷供給負(fù)載電路C。接著，在圖3B的狀態(tài)下，斷開開關(guān)元件S2并接通開關(guān)元件S1，而把電容器C1充電至Vin。與此同時(shí)，由電壓控制裝置B把電容器C2的電壓調(diào)節(jié)在一預(yù)定電壓上。此時(shí)的預(yù)定電壓大體上是電容器C2處的輸入電壓Vin和輸出電壓Vout之間的差值電壓，而供給負(fù)載電路C的能量由電壓控制裝置B決定。加至負(fù)載電路C的輸入電壓Vin采用大體上高到它的峰值電壓作為最高電壓。此外，為了使電容器C1向負(fù)載側(cè)放電后的剩余電壓波形與Vin的波形相似(為全波整流輸出)，要使輸入電流波形的包絡(luò)與輸入電壓波形相似，其做法是用控制裝置A來控制開關(guān)元件S1(或S2)的接通時(shí)間，從而限制輸入電流畸變。
用上述的連接方法可以限制輸入電流畸變，即把整流器DB連至交流電源AC，把由開關(guān)元件S1和電容器C1構(gòu)成的串聯(lián)電路連至整流器的二個(gè)輸出端，把由電容器C2和負(fù)載電路C構(gòu)成的串聯(lián)電路通過開關(guān)元件S2與電容器C1并聯(lián)，而把電壓控制裝置B連至電容器C2的二端以調(diào)節(jié)其電壓，并用控制裝置A來控制電容器C1中的剩余電壓，而設(shè)定高的工作頻率亦可將有關(guān)的電容器和開關(guān)元件做得較小。因此能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)生任何可選恒定電壓的小型電源裝置。第二實(shí)施例本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的電路圖示于圖4。在本實(shí)施例中，由一平滑濾波電容器3和負(fù)載1構(gòu)成的并聯(lián)電路用作負(fù)載電路C，從而可向負(fù)載提供大體上恒定的輸出電壓。
在本實(shí)施例中，也能象上一個(gè)實(shí)施例那樣限制輸入電流畸變，而通過設(shè)定高的工作頻率可分別使電容器和開關(guān)元件做得較小。因此能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)生可選恒定電壓的小型電源裝置。第三個(gè)實(shí)施例本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例的電路圖示于圖5，其工作波形圖示于圖6。在本實(shí)施例中，把整流器DB連至交流電源AC，把由開關(guān)元件S1和電容器C1構(gòu)成的串聯(lián)電路連至整流器的二個(gè)輸出端，電容器C2通過開關(guān)元件S2與電容器C1并聯(lián)，而由電容器C3和負(fù)載1構(gòu)成的并聯(lián)電路通過開關(guān)元件S4與電容器C2相連。電壓控制裝置B連至電容器C2用以調(diào)節(jié)其電壓。由一電容器C4和開關(guān)元件S3、S6、S5以及S7組成的電路用作電壓控制裝置B。此外，控制裝置A控制由電源側(cè)向電容器C1的充電量以及從電容器C1向負(fù)載側(cè)的放電量，以調(diào)節(jié)電容器C1的電壓。其工作過程將描述如下。
首先，在圖7A的狀態(tài)中，由來自控制裝置的控制信號把開關(guān)元件S1接通，并對電容器C1充電至Vin。其次，在圖7A的狀態(tài)中，即在圖8的時(shí)間間隔“a”內(nèi)，斷開開關(guān)元件S1，而接通開關(guān)元件S2和S4，從而把由電容器C1和C2構(gòu)成的串聯(lián)電路連至平滑濾波電容器C3，于是把電容器C1中的電荷部分地移至平滑濾波電容器C3，而在對平滑濾波電容器C3充電時(shí)，有一部分電荷供給負(fù)載1。接下來，在圖7B的狀態(tài)中，斷開開關(guān)元件S2和S4而接通開關(guān)元件S1，對電容器C1充電至Vin。與此同時(shí)，在圖6中時(shí)刻t1與時(shí)刻t2之間的時(shí)間間隔內(nèi)，到達(dá)圖7C的狀態(tài)，即圖8的時(shí)間間隔“b1”的狀態(tài)，這時(shí)把開關(guān)元件S3和S6接通，把由電容器C2和C4構(gòu)成的串聯(lián)電路連至平滑濾波電容器C3，而在電容器C2(以及電容器C4)中的電荷部分地移至平滑濾波電容器C3，而在對平滑濾波電容器C3充電時(shí)，有電荷供給負(fù)載1。在圖6中時(shí)刻t2至?xí)r刻t3的時(shí)間間隔內(nèi)，到達(dá)圖7D的狀態(tài)，即圖8的時(shí)間間隔“b2”的狀態(tài)，這時(shí)把開關(guān)元件S4和S7接通，而電容器C2與平滑濾波電容器C3并聯(lián)，這時(shí)把在平滑濾波電容器C3中的電荷部分地移至電容器C2，并在對電容器C2充電時(shí)有電荷供給負(fù)載1。有關(guān)的開關(guān)元件S1-S7在時(shí)刻t1與t2之間以及在時(shí)刻t2與和t3之間的時(shí)間間隔內(nèi)的工作過程示于圖8。
接下來，在圖7E的狀態(tài)中，即在圖8的時(shí)間間隔“c”內(nèi)，斷開開關(guān)元件S3和S6(或S4和S7)，而接通開關(guān)元件S5，在平滑濾波電容器C3中的電荷部分地供給負(fù)載1和電容器C4，電容器C4和平滑濾波電容器C3將具有相等的電壓。當(dāng)重復(fù)這一工作過程時(shí)，在電容器C4和平滑濾波電容器C3處的電壓逐漸增加，可對這些電容器充電至由開關(guān)元件S3和S6(或S4和S7)的接通周期所確定的電壓。對于電容器C2，所充的電壓為輸入電壓Vin和輸出電壓Vout的差值。平滑濾波電容器C3大體上可被充電至Vin的峰值作為最高電壓。此外，通過控制開關(guān)元件S2(或S1)的接通時(shí)間間隔，使電容器C1在向負(fù)載側(cè)放電后的剩余電壓波形與作為全波整流輸出的Vin波形相似，使輸入電流波形的包絡(luò)與輸入功率波形相似，從而限制了輸入電流畸變。
如上所述，采用如下的連接方法，即把整流器DB連至交流電源AC，把由開關(guān)元件S1和電容器C1構(gòu)成的串聯(lián)電路連至整流器的二個(gè)輸出端，把電容器C2通過開關(guān)元件S4與電容器C1相并聯(lián)，通過開關(guān)元件S4與由平滑濾波電容器C3和負(fù)載1構(gòu)成的并聯(lián)電路相連，并把電壓控制裝置B連至電容器C2以調(diào)節(jié)其電壓，以及由控制裝置A控制電容器C1中的剩余電壓，可以限制輸入電流畸變。此外，由于可以靠設(shè)定高的工作頻率而把有關(guān)的電容器和開關(guān)元件做得較小，因此能夠提供產(chǎn)生任何可選恒定電壓的小型電源裝置。第四個(gè)實(shí)施例圖9是本發(fā)明第四個(gè)實(shí)施例的電路圖。在本實(shí)施例中，圖5中的開關(guān)元件S5用一二極管D1來替代。第五個(gè)實(shí)施例圖10是示出本發(fā)明第五個(gè)實(shí)施例的電路圖。在該實(shí)施例中，開關(guān)控制是這樣來完成的，在控制裝置A中，把輸入電壓和電容器C1的電壓送入一比較檢測器3，而把檢測器的輸出輸入至一PWM(脈寬調(diào)制)控制器4，由此可以處理輸入電壓的波動。
該電路工作時(shí)，由比較檢測器3來檢測輸入電壓對一預(yù)定值的顯著偏離，而把它的檢測信號輸入至PWM控制器4以確定開關(guān)元件S1或S2的接通時(shí)間間隔。當(dāng)輸入電壓降低時(shí)，由縮短(延長)開關(guān)元件S1(或S2)的接通時(shí)間間隔并減小(或增加)至電容器C1的充電量(或由C1的放電量)可以減小電容器C1的電壓，并這樣來調(diào)節(jié)，使電路具有與正常工作時(shí)相同的輸入電流。當(dāng)輸入電壓升高時(shí)，可以用相反的方式進(jìn)行操作。
通過把輸入電壓和電容器C1的電壓送入比較檢測器3，并把它的輸出送入PWM控制器4而作出的控制裝置A的開關(guān)控制，即使在輸入電壓有任何波動時(shí)，仍能限制輸入電流畸變，并且通過設(shè)定高的工作頻率，可以把有關(guān)的電容器和開關(guān)元件做得較小，因此能夠提供產(chǎn)生任何可選恒定電壓的小型電源裝置。第六個(gè)實(shí)施例圖11是本發(fā)明第六個(gè)實(shí)施例的電路圖。在該實(shí)施例中，把一可變電容器用作電容器C1，從而可以控制電容器C1的電壓。第七個(gè)實(shí)施例在圖12中，示出了本發(fā)明第七個(gè)實(shí)施例的電路圖。在該實(shí)施例中，主電路的基本布置如下把整流器DB連至交流電源AC，并把由開關(guān)元件S1和示于圖13A的開關(guān)電容器電路SC1構(gòu)成的串聯(lián)電路連至整流器的二個(gè)輸出端。此開關(guān)電容器電路SC1中的開關(guān)元件如圖13B那樣被交替地接通和斷開。通過開關(guān)元件S2將電容器C2與開關(guān)電容器電路SC1并聯(lián)，并把電壓控制裝置B連至電容器C2以調(diào)節(jié)其電壓。此外，用控制裝置A來控制在輸入電壓Vin情況下由電源側(cè)對開關(guān)電容器電路SC1提供的充電量或由開關(guān)電容器電路SC1向負(fù)載側(cè)提供的放電量，從而調(diào)節(jié)在開關(guān)電容器電路SC1中有關(guān)電容器的電壓。當(dāng)由來自控制裝置A的控制信號把開關(guān)元件S1接通，并使開關(guān)電容器電路SC1中的開關(guān)元件Sx與之聯(lián)鎖接通時(shí)，則開關(guān)電容器電路SC1將處于如圖13C所示的狀態(tài)，而開關(guān)電容器電路SC1中的有關(guān)電容器亦被充電至Vin的峰值。當(dāng)開關(guān)電容器電路SC1中的開關(guān)元件Sx和Sy與開關(guān)元件S1的斷開以及開關(guān)元件S2和S4的接通聯(lián)鎖地分別接通和斷開時(shí)，則開關(guān)電容器電路SC1將處于如圖13D所示的狀態(tài)，而開關(guān)電容器電路SC1提供的是輸入電壓Vinn倍的電壓。因此，平滑濾波電容器C3大體上被充電至輸入電壓Vin峰值的n倍這樣一個(gè)值作為最高電壓。在本實(shí)施例中，也能通過控制裝置控制開關(guān)電容器電路SC1中的有關(guān)電容器的剩余電壓來控制輸入電壓畸變，并且作為設(shè)定工作頻率的結(jié)果，可以縮小有關(guān)電容器和開關(guān)元件的尺寸，從而能夠提供產(chǎn)生任何可選恒定電壓的小型電源裝置。第八個(gè)實(shí)施例圖14是本發(fā)明第八個(gè)實(shí)施例的電路圖，在該實(shí)施例中，對電容器C2中的電壓進(jìn)行檢測并輸入至一PWM控制器5，從而在圖5中時(shí)間間隔t1—t2內(nèi)對開關(guān)元件S3或S6以及在時(shí)間間隔t2—t3內(nèi)對開關(guān)元件S4或S7進(jìn)行控制。說得更明確些，為把一恒定電壓加至負(fù)載，檢測電容器C2的電壓并且與作為參考電壓的電容器C2的電壓進(jìn)行比較。在圖7C(7D)的狀態(tài)下，接通開關(guān)元件S3和S6(或S4和S7)，開始對電容器C2的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。這里，當(dāng)電容器C2中的電壓與參考電壓相符時(shí)檢測得一信號，并把這一信號用來進(jìn)行控制開關(guān)元件S3或S6(或S4或S7)的斷開。用這種方式，實(shí)現(xiàn)對電容器C2的電壓控制，并在圖7A的狀態(tài)下把一恒定電壓提供給負(fù)載。第九個(gè)實(shí)施例本發(fā)明第九個(gè)實(shí)施例的電路圖示于圖15。在該實(shí)施例中，把開關(guān)元件S11加到主電路中，從而有關(guān)的開關(guān)元件在圖16所示的時(shí)間間隔t4—t5內(nèi)將如圖17所示的那樣動作。通過在圖17的時(shí)間間隔b3中如圖18那樣把開關(guān)元件SS和S11接通，就能減小電容器C2與平滑濾波電容器C3之間的任何電壓差，并能有效地調(diào)節(jié)電容器C2的電壓。
此外，在圖17的時(shí)間間隔b3中，如圖19那樣接通開關(guān)元件S11和S12，就可以減小電容器C2和C4之間的電壓差，并把電容器C2的能量提供給電容器C4，從而能有效地進(jìn)行電容器C2的電壓調(diào)節(jié)。在這種情形中，也能控制輸入電流畸變并且通過設(shè)定高的工作頻率可將有關(guān)電容器和開關(guān)元件做得較小，因而能夠提供產(chǎn)生可選恒定電壓的小型電源裝置。第十個(gè)實(shí)施例圖20是本發(fā)明第十個(gè)實(shí)施例的電路圖。在該實(shí)施例中，接入一可變電容器作為圖5的電容器C2，在圖8所示的時(shí)間t1—t2的時(shí)間間隔b1內(nèi)，接通開關(guān)元件S3和S6，當(dāng)增大電容器C1的電容量時(shí)，要改變電容器C2的電容量，從而減小電容器C2和C4的串聯(lián)電路與平滑濾波電容器C3之間的電壓差值，電容器C2的電荷將部分地提供給平滑濾波電容器C3和負(fù)載C1，因而可有效地進(jìn)行電容器C2的電壓調(diào)節(jié)。第十一個(gè)實(shí)施例圖21是本發(fā)明第十一個(gè)實(shí)施例的電路圖。在該實(shí)施例中，接有如圖13A所示的開關(guān)電容器電路SC2，以代替電容器C2。在示于圖8的時(shí)間間隔“a”中，如圖13B所示，接通開關(guān)元件Sy而斷開開關(guān)元件Sx，在前述時(shí)間t1—t2的時(shí)間間隔b1中，接通開關(guān)元件S3和S6，并且，因?yàn)榕c之聯(lián)鎖，接通開關(guān)元件Sx時(shí)斷開開關(guān)元件Sy，如圖13B所示，從而電容器C2的電壓將下跌而可有效地進(jìn)行電容器C2的電壓調(diào)節(jié)。在該實(shí)施例中，也可以象圖5的實(shí)施例那樣控制輸入電流畸變，通過設(shè)定高的工作頻率可以把電容器和開關(guān)元件分別地做得較小，因而能夠提供產(chǎn)生可選恒定電壓的小型電源裝置。第十二個(gè)實(shí)施例本發(fā)明第十二個(gè)實(shí)施例的電路圖示于圖22，其工作波形示于圖23。在該實(shí)施例中，用包括開關(guān)元件S15和S16、開關(guān)電容器電路SC3和負(fù)載1的電路作為負(fù)載電路C。
本實(shí)施例的工作過程描述如下。在由控制裝置A的控制信號把開關(guān)元件S1接通時(shí)，電容器C1充電至輸入電壓Vin。接著，當(dāng)斷開開關(guān)元件S1而把開關(guān)電容器電路SC3調(diào)節(jié)為并聯(lián)狀態(tài)，并象圖23的狀態(tài)“a”那樣接通開關(guān)元件S2、S4和S15時(shí)，就把電容器C1和C2的串聯(lián)電路連至開關(guān)電容器電路SC3，電容器C2中的電荷部分地移至開關(guān)電容器電路SC3，由此對電路SC3充電。其次，如圖23的狀態(tài)“b”那樣，把開關(guān)元件S2和S4斷開，而接通開關(guān)元件S1，于是將電容器C1充電至輸入電壓Vin。與此同時(shí)，在時(shí)間間隔t1—t2內(nèi)，如圖23的“b1”狀態(tài)那樣，接通開關(guān)元件S3和S6，從而把電容器C2和C4的串聯(lián)電路連至開關(guān)電容器電路SC3，電容器C2(和C4)中的電荷部分地移至開關(guān)電容器電路SC3，由此對電路SC3充電。在時(shí)間間隔t2—t3內(nèi)，如圖23的狀態(tài)“b2”那樣，把開關(guān)元件S4和S7接通，把電容器C2與開關(guān)電容器電路SC3并聯(lián)。使開關(guān)電容器電路SC3內(nèi)的電荷部分地移至電容器C2，而將電容器C2充電。隨后，如圖23的狀態(tài)“c”那樣，斷開開關(guān)元件S2和S3(或S4和S7)而接通開關(guān)元件S5，在開關(guān)電容器電路SC3中的電荷部分地移至電容器S4，電容器C4的電壓和開關(guān)電容器電路SC3中有關(guān)電容器的電壓相等。這樣，由于象圖23的“d”狀態(tài)那樣斷開開關(guān)元件S15但接通開關(guān)元件S16，開關(guān)電容器電路SC3與之聯(lián)鎖而處于串聯(lián)狀態(tài)，從而向負(fù)載側(cè)提供一個(gè)n倍高的電壓。用這種方式，可以向負(fù)載提供一高于輸入電壓Vin的電壓。第十三實(shí)施例圖25是本發(fā)明第十三個(gè)實(shí)施例的電路圖。在該實(shí)施例中，是通過這樣的設(shè)計(jì)來使輸出電壓穩(wěn)定的檢測負(fù)載1的輸出電壓，把檢測得的電壓以及一參考電壓電路6的輸出送入比較電路7，把比較電路的輸出送入PWM控制器8，并由此控制開關(guān)元件S1或S2。于是，可以用改變參考電壓電路6的輸出或以固定的比率改變送至開關(guān)元件的脈沖信號寬度的方法來改變輸出電壓。由于在本實(shí)施例中也能通過控制電容器C1的剩余電壓來控制輸入電流畸變，同時(shí)設(shè)定高的工作頻率可將有關(guān)的電容器和開關(guān)元件做得較小，從而能夠提供產(chǎn)生可選恒定電壓的小型電源裝置。第十四個(gè)實(shí)施例圖26是本發(fā)明第十四個(gè)實(shí)施例的電路圖，而圖27A、27B和28是用來說明其工作的圖。在本實(shí)施例中，把整流器DB連至交流電源AC，把由開關(guān)元件S1和電容器C1構(gòu)成的串聯(lián)電路連至整流器的二個(gè)輸出端，把電容器C2通過開關(guān)元件S2與電容器C1并聯(lián)，而將由負(fù)載1和由開關(guān)元件S17與平滑濾波電容器C3的串聯(lián)電路構(gòu)成的并聯(lián)電路一頭通過開關(guān)元件S4連至電容器C2，另一頭通過二極管D2連至整流器DB的接地側(cè)。接著，把電壓控制裝置B連至電容器C2以調(diào)節(jié)其電壓，并通過開關(guān)元件S16連至整流器DB的接地側(cè)。此外，把一開關(guān)元件S18一頭接在開關(guān)元件S17與平滑濾波電容器C3的連接點(diǎn)，另一頭接在整流器的接地側(cè)。在圖26中作為電容器C2的電壓控制裝置B，該電路包括有電容器C4，并采用了開關(guān)元件S3、S5、S6和S7。再則，通過開關(guān)元件S1和S2，控制由電源側(cè)相應(yīng)于輸入電壓Vin時(shí)向電容器C1的充電量或者由電容器C1向負(fù)載側(cè)的放電量，可以調(diào)節(jié)電容器C1中的電壓。
在連至電源后就接通開關(guān)元件S1-S3、S6和S16，則由電容器C2和C4構(gòu)成的串聯(lián)電路、平滑濾波電容器C3和電容器C1都被充電至輸入電壓Vin，而把輸入電壓Vin加至負(fù)載1。隨后，當(dāng)斷開開關(guān)元件S1、S16和S17時(shí)就接通開關(guān)元件S7和S18，開關(guān)元件S2、S3和S6隨后被接通，此時(shí)，負(fù)載1被加上3Vin的電壓。用這種方法，可以將一高電壓瞬時(shí)地加至負(fù)載1。采用這種電路布置，就可以應(yīng)付諸如放電燈這樣的負(fù)載，這種負(fù)載需要一預(yù)熱功率和一啟動電壓，以及在啟動后，由于恢復(fù)正常工作而能向負(fù)載提供恒定的電壓。此外，靠設(shè)定高的工作頻率，使有關(guān)的電容器和開關(guān)元件都能做得較小，從而能夠提供產(chǎn)生可選恒定電壓的小型電源裝置。第十五個(gè)實(shí)施例本發(fā)明第十五個(gè)實(shí)施例的電路圖示于圖29，而該實(shí)施例的工作狀態(tài)圖示于圖30。在本實(shí)施例中，由無載檢測器9來檢測無負(fù)載狀態(tài)，把檢測結(jié)果提供給開關(guān)控制裝置10，斷開開關(guān)元件S1并把主電路部分從電源切斷，接通開關(guān)元件S2、S4、S5和S6，而把C2和C4的串聯(lián)電路與電容器C1以及平滑濾波器C3并聯(lián)，以使它們的電壓相等，因而在接上負(fù)載后就能以平滑的方式工作。這樣，由于有了用于無載狀態(tài)下有關(guān)電容器的電壓控制裝置，因而可以在接上負(fù)載后提供恒定的電壓，并且靠設(shè)定高的工作頻率，可以把有關(guān)的電容器和開關(guān)元件做得較小，因而能夠提供產(chǎn)生可選恒定電壓的小型電源裝置。第十六個(gè)實(shí)施例本發(fā)明第十六個(gè)實(shí)施例的電路圖示于圖31，該實(shí)施例的工作狀態(tài)圖示于圖32。在本實(shí)施例中，用終止檢測器11檢測終止?fàn)顟B(tài)，把檢測結(jié)果輸入至開關(guān)控制裝置10，由此接通開關(guān)元件S2、S3和S6，而把電容器C2和C4的串聯(lián)電路與電容器C1和平滑濾波電容器C3并聯(lián)，通過接通開關(guān)元件19，把有關(guān)的電容器連至放電電阻R1，使這些電容器放電而電壓下跌。由于為在終止?fàn)顟B(tài)下為有關(guān)電容器提供了這種電壓控制裝置，就可能在一開始工作后就提供恒定的電壓而一終止工作就使負(fù)載電壓為零，并靠設(shè)定高的工作頻率，把有關(guān)的電容器和開關(guān)元件做得較小，從而能夠提供產(chǎn)生可選恒定電壓的小型電源裝置。第十七個(gè)實(shí)施例圖33是本發(fā)明第十七個(gè)實(shí)施例的電路圖。在該實(shí)施例中，作為電壓控制裝置B，另外接有由開關(guān)元件S9與另一個(gè)負(fù)載2構(gòu)成的串聯(lián)電路和另一個(gè)開關(guān)元件S10，并且靠接通開關(guān)元件S9和S10從而把電容器C2的電荷部分地向負(fù)載2放電的辦法來調(diào)節(jié)電容器C2的電壓。在本實(shí)施例中，也能用與圖4的實(shí)施例相同的方式控制電容器C1中的剩余電壓，從而控制輸入電流畸變，并且靠設(shè)定高的工作頻率，可以把有關(guān)的電容器和開關(guān)元件做得較小，從而能夠提供產(chǎn)生可選恒定電壓的小型電源裝置。
雖然全文都把儲能元件取為電容器，但不用說就能明白，也可采用諸如用齊納(Zener)二極管和電感器或類似器件做成的電壓發(fā)生電路等其他能量積聚電路。
按照本發(fā)明，首先，它有這樣的效果，即通過把能升高電源電壓的電容器和開關(guān)元件組合起來構(gòu)成電源變換電路，不采用任何電感器，以及控制電容器電壓使其與輸入電壓具有類似波形，并且靠由電壓調(diào)節(jié)電容器和多個(gè)開關(guān)元件組成的電壓控制裝置將恒定的電壓提供給負(fù)載，就能控制輸入電流畸變。其次，它具有這樣的效果，即由于有關(guān)的開關(guān)元件都用脈沖控制使之工作并且可以采用小型的電容器，因而能消除任何沖擊電流。最后，其效果還在于通過設(shè)定高的工作頻率可將有關(guān)電容器和開關(guān)元件做得較小，因此可減小電源裝置的尺寸。
權(quán)利要求
1.一種電源裝置，其特征在于，包括一電源；一第一儲能裝置，通過一第一開關(guān)元件把該裝置與所述電源并聯(lián)；一負(fù)載電路，它包括由一電壓穩(wěn)定裝置和一負(fù)載構(gòu)成的并聯(lián)電路，并通過一第二開關(guān)元件把該電路連至所述第一儲能裝置；與所述第一和第二開關(guān)元件相連，用以控制它們的接通/斷開工作的裝置；以及一電壓控制裝置，包括一第二儲能裝置和多個(gè)另外的開關(guān)元件，通過所述另外開關(guān)元件的開關(guān)操作，可以控制所述負(fù)載電路的輸出電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電源是一脈動電流電源。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一和第二儲能裝置分別是一電容器。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，在所述負(fù)載電路內(nèi)的所述電壓穩(wěn)定裝置是一平滑濾波電容器。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述接通/斷開控制裝置包括響應(yīng)于來自所述電源的一輸入電壓而改變所述開關(guān)元件接通時(shí)間間隔的裝置。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電壓控制裝置還包括一與所述第二儲能裝置串聯(lián)，用作電壓升壓的電壓調(diào)節(jié)電容器以及把電壓調(diào)節(jié)裝置的能量向所述負(fù)載釋放的裝置。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電壓控制裝置還包括連至所述多個(gè)開關(guān)元件供電壓調(diào)節(jié)用的一電容器。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述多個(gè)開關(guān)元件包括一二極管。
9.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電壓控制裝置還包括一與一電壓控制電容器并聯(lián)的第二負(fù)載以及向所述第二負(fù)載釋放能量的裝置。
10.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電壓控制裝置包括一用作所述第二儲能裝置的電壓控制電容器；一與所述電壓控制電容器并聯(lián)的電壓調(diào)節(jié)電容器；以及把電壓控制電容器的能量向所述負(fù)載釋放的裝置。
11.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第二儲能裝置是一可變電容器。
12.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電壓控制裝置是一電能充入裝置，該能量來自與電壓控制電容器并聯(lián)的一電壓調(diào)節(jié)電容器。
13.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電壓控制裝置是一電能充入裝置，其能量來自與電壓控制電容器并聯(lián)的一平滑濾波電容器。
14.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，它還包括一電壓升高電路，該電路包括多個(gè)開關(guān)元件和一個(gè)電容器。
15.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述接通/斷開控制裝置包括用于調(diào)節(jié)輸出電壓穩(wěn)定的接通時(shí)間間隔和調(diào)節(jié)開關(guān)元件的裝置。
16.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，它還包括一開關(guān)裝置，用于通過一開關(guān)操作使所有電容器互相并聯(lián)并對它們充電，以及使電容器串聯(lián)并向所述負(fù)載放電，由此瞬時(shí)地獲得一高電壓。
17.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，它還包括可在無載狀態(tài)下使有關(guān)電容器的電壓保持在預(yù)定值并在終止?fàn)顟B(tài)下使有關(guān)電容器放電的裝置。
18.一種電源裝置，其特征在于，包括一電源；由一第一開關(guān)元件和一第一電容器構(gòu)成，并與所述電源并聯(lián)的一串聯(lián)電路；由一第二開關(guān)元件、第二電容器和一負(fù)載電路構(gòu)成的另一串聯(lián)電路，負(fù)載電路由一平滑濾波電容器和一與所述平滑濾波電容器并聯(lián)的負(fù)載構(gòu)成，所述另一串聯(lián)電路跨接在所述第一電容器二端；用于控制響應(yīng)于一輸入電壓的所述第一和第二開關(guān)元件中至少一個(gè)的接通時(shí)間間隔的裝置，所述接通時(shí)間間隔控制所述第一電容器的剩余電壓，使該電壓與所述輸入電壓相似；以及一電壓控制裝置，該裝置與所述第二電容器相連并包括一電壓調(diào)節(jié)電容器和多個(gè)其他的開關(guān)元件，該裝置用這樣的方法來控制加給所述負(fù)載的電壓，即當(dāng)輸入電壓比設(shè)定電壓高時(shí)，把所述電壓調(diào)節(jié)電容器與第二電容器串聯(lián)，以向負(fù)載釋放存儲的電能，而當(dāng)輸入電壓低于所述設(shè)定電壓時(shí)，把所述電壓調(diào)節(jié)電容器與所述平滑濾波電容器并聯(lián)，以向其中充入電能。
19.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，所述電壓控制裝置包括這樣一個(gè)裝置，當(dāng)所述輸入電壓比所述設(shè)定電壓高很多時(shí)，該裝置把所述電壓調(diào)節(jié)電容器連至所述負(fù)載。
全文摘要
提供一種尺寸小，具有所需個(gè)數(shù)的開關(guān)和儲能元件，用于小功率變換的電源裝置。在該裝置中，把一第一儲能元件通過一第一開關(guān)元件與一電源并聯(lián)，把由一穩(wěn)壓裝置和一負(fù)載構(gòu)成的負(fù)載電路通過一第二開關(guān)元件與第一儲能元件并聯(lián)，把一接通/斷開控制裝置連至第一和第二開關(guān)元件，以對它們進(jìn)行控制，并提供一包括一第二儲能元件和另一些開關(guān)元件的一電壓控制裝置，用以通過諸開關(guān)元件的開關(guān)操作來控制負(fù)載電路的輸出電壓。
文檔編號H05B41/28GK1116369SQ9510298
公開日1996年2月7日 申請日期1995年3月28日 優(yōu)先權(quán)日1994年3月28日
發(fā)明者鳴尾誠浩 申請人:松下電工株式會社