基于市電的開(kāi)關(guān)功放電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于市電的開(kāi)關(guān)功放電路。該開(kāi)關(guān)功放電路至少包括：用于將市電整流為直流電的整流電路；用于基于所述直流電來(lái)提供所需的共模電平的共模電平提供電路；用于基于所述直流電與所述共模電平來(lái)分別提供相互對(duì)應(yīng)的正向脈寬信號(hào)與反向脈寬信號(hào)的PWM波形產(chǎn)生電路；用于基于所述共模電平及正反向脈寬信號(hào)來(lái)分別生成2路開(kāi)關(guān)信號(hào)的開(kāi)關(guān)信號(hào)生成電路；以及分別設(shè)置有受控開(kāi)關(guān)的2路變壓電路，其每一路的受控開(kāi)關(guān)接入1路開(kāi)關(guān)信號(hào)，且各自基于各自的開(kāi)關(guān)信號(hào)及所述直流電來(lái)向負(fù)載提供相應(yīng)方向的電能以驅(qū)動(dòng)負(fù)載。本電路集變壓和開(kāi)關(guān)類功放于一身，而且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單。并且使用的是開(kāi)關(guān)類功放電路，效率也高。
【專利說(shuō)明】基于市電的開(kāi)關(guān)功放電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及功放領(lǐng)域，特別是涉及一種基于市電的開(kāi)關(guān)功放電路。
【背景技術(shù)】
[0002]開(kāi)關(guān)類功率放大器是一種高效率的功率放大器，在理想情況下，可以達(dá)到100%的效率。在這種功率放大器中，驅(qū)動(dòng)電壓幅度足夠強(qiáng)(過(guò)驅(qū)動(dòng))，使得輸出晶體管相等于受控開(kāi)關(guān)，在完全導(dǎo)通(晶體管工作在線性區(qū))和完全截止(晶體管工作在截止區(qū))之間快速切換，由于流過(guò)理想開(kāi)關(guān)的電流波形和開(kāi)關(guān)上的電壓波形不重疊，理想開(kāi)關(guān)不消耗功耗，電源提供的直流功耗全部轉(zhuǎn)換為輸出功率，由此達(dá)到100%的效率。然而，實(shí)際電路由于開(kāi)關(guān)管的狀態(tài)轉(zhuǎn)換中的功耗等因素，效率是難以達(dá)到100%。
[0003]正是由于開(kāi)關(guān)類功率放大器的高效率，其在各類發(fā)射機(jī)中被廣泛應(yīng)用，不過(guò)，現(xiàn)有各類開(kāi)關(guān)類功率放大器所需工作電壓通常都不超過(guò)60V，而我國(guó)市電電壓為220V，由此，現(xiàn)有開(kāi)關(guān)類功放電路均配置有降壓設(shè)備。而為了避免高頻干擾，又常采用變壓器而不是開(kāi)關(guān)電源來(lái)作為降壓設(shè)備。
[0004]例如，如圖1所示，其為一種常用開(kāi)關(guān)類功放電路示意圖。該開(kāi)關(guān)類功放電路I包括:將市電進(jìn)行降壓的變壓器11、連接變壓器11的整流電路12、連接整流電路12的濾波電容13、以及連接在穩(wěn)壓電容13的開(kāi)關(guān)類功放本體14，該開(kāi)關(guān)類功放本體14用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載15。
[0005]由上可見(jiàn)，由于變壓器是直接將市電降壓為開(kāi)關(guān)類功放電路所需的低壓，而市電的頻率通常為50HZ或者60HZ，工作在如此低頻率，導(dǎo)致變壓器的線圈匝數(shù)較多，進(jìn)而使得變壓器較為笨重，，因此，需要對(duì)現(xiàn)有開(kāi)關(guān)類功放電路進(jìn)行改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種簡(jiǎn)單而且效率高的基于市電的開(kāi)關(guān)功放電路。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種基于市電的開(kāi)關(guān)功放電路，其至少包括:
[0008]整流電路，用于將市電整流為直流電；
[0009]共模電平提供電路，用于基于所述直流電來(lái)提供所需的共模電平；
[0010]PWM波形產(chǎn)生電路，用于基于所述直流電與所述共模電平來(lái)分別提供相互對(duì)應(yīng)的正向脈寬信號(hào)與反向脈寬信號(hào)；
[0011]開(kāi)關(guān)信號(hào)生成電路，用于基于所述共模電平及正反向脈寬信號(hào)來(lái)分別生成2路開(kāi)關(guān)信號(hào)，其中，該2路開(kāi)關(guān)信號(hào)在同一時(shí)刻不會(huì)使各自控制的受控開(kāi)關(guān)同時(shí)導(dǎo)通；
[0012]分別設(shè)置有受控開(kāi)關(guān)的2路變壓電路，每一路的受控開(kāi)關(guān)接入I路開(kāi)關(guān)信號(hào)，各自基于各自的開(kāi)關(guān)信號(hào)及所述直流電來(lái)向負(fù)載提供相應(yīng)方向的電能以驅(qū)動(dòng)負(fù)載。
[0013]優(yōu)選地，所述共模電平提供電路包括降壓?jiǎn)卧版溄铀鼋祲簡(jiǎn)卧姆糯髥卧?；更為?yōu)選地，所述降壓?jiǎn)卧ㄓ呻娮琛⒎€(wěn)壓管及電容構(gòu)成的電路；所述放大單元包括由電阻及運(yùn)算放大器構(gòu)成的具有負(fù)反饋的電路。
[0014]優(yōu)選地，所述PWM波形產(chǎn)生電路包括:基于采樣及鏡像來(lái)獲得隨所述直流電變化而變化的兩第一比較電壓的第一電壓生成電路、基于所述共模電壓來(lái)提供第二比較電壓的第二電壓電路、以及基于兩第一比較電壓、第二比較電壓來(lái)生成兩路三角波信號(hào)的三角波生成電路。
[0015]優(yōu)選地，所述開(kāi)關(guān)信號(hào)生成電路包括比較電路及防止同時(shí)輸出2路能使受控開(kāi)關(guān)導(dǎo)通的防死區(qū)電路；更為優(yōu)選地，所述防死區(qū)電路包括與門與延時(shí)單元。
[0016]優(yōu)選地，2路變壓電路包括具有2個(gè)原繞組、I個(gè)副繞組的變壓器。
[0017]如上所述，本發(fā)明的基于市電的開(kāi)關(guān)功放電路，具有以下有益效果:能減小系統(tǒng)的復(fù)雜性，體積和重量，尤其省去了傳統(tǒng)笨重的50Hz或60Hz頻率的變壓器；此外，本電路是開(kāi)關(guān)類的功放系統(tǒng)，效率特別高。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1顯示為現(xiàn)有技術(shù)中的開(kāi)關(guān)類功放電路示意圖。
[0019]圖2顯示為本發(fā)明的基于市電的開(kāi)關(guān)功放電路示意圖。
[0020]圖3顯示為本發(fā)明的基于市電的開(kāi)關(guān)功放電路的全橋整流后的輸出信號(hào)波形圖。
[0021]圖4顯示為本發(fā)明的基于市電的開(kāi)關(guān)功放電路的PWM波形產(chǎn)生電路示意圖。
[0022]元件標(biāo)號(hào)說(shuō)明
[0023]I 開(kāi)關(guān)類功放電路
[0024]11 變壓器
[0025]12 整流電路
[0026]13 濾波電容
[0027]14 開(kāi)關(guān)類功放本體
[0028]15 負(fù)載
[0029]2 開(kāi)關(guān)功放電路
[0030]21 整流電路
[0031]22 共模電平提供電路
[0032]221 降壓?jiǎn)卧?br> [0033]222放大單元
[0034]23 PWM波形產(chǎn)生電路
[0035]24 開(kāi)關(guān)信號(hào)生成電路
[0036]241 比較電路
[0037]242防死區(qū)電路
[0038]25 2路變壓電路
[0039]26 負(fù)載
【具體實(shí)施方式】
[0040]以下由特定的具體實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本說(shuō)明書(shū)所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)及功效。
[0041]請(qǐng)參閱圖2至圖4。須知，本說(shuō)明書(shū)所附圖式所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配合說(shuō)明書(shū)所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的限定條件，故不具技術(shù)上的實(shí)質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本發(fā)明所能產(chǎn)生的功效及所能達(dá)成的目的下，均應(yīng)仍落在本發(fā)明所揭示的技術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。同時(shí)，本說(shuō)明書(shū)中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語(yǔ)，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的范圍，其相對(duì)關(guān)系的改變或調(diào)整，在無(wú)實(shí)質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當(dāng)亦視為本發(fā)明可實(shí)施的范疇。
[0042]如圖所示，本發(fā)明提供一種基于市電的開(kāi)關(guān)功放電路。所述開(kāi)關(guān)功放電路2至少包括:整流電路21、共模電平提供電路22、PWM波形產(chǎn)生電路23、開(kāi)關(guān)信號(hào)生成電路24、2路變壓電路25。
[0043]所述整流電路21用于將市電整流為直流電，其優(yōu)選包括整流全橋及濾波電容C21，其通過(guò)整流全橋?qū)⑹须夾C整流成圖3所示的輸出信號(hào)，該輸出信號(hào)再經(jīng)過(guò)濾波電容C21的濾波成普通的直流電VCC。
[0044]所述共模電平提供電路22基于所述直流電來(lái)提供所需的共模電平。
[0045]一種優(yōu)選的共模電平提供電路包括降壓?jiǎn)卧?21及連接所述降壓?jiǎn)卧?21的放大單元222。
[0046]如圖2所示，該降壓?jiǎn)卧?21包括電阻Rl、R2、穩(wěn)壓管及電容，其通過(guò)把整流電路21的濾波電容濾波后的直流電VCC經(jīng)過(guò)電阻Rl和穩(wěn)壓管，降壓成低壓電源，該低壓電源再經(jīng)過(guò)2個(gè)電阻R2分壓，再經(jīng)過(guò)電容去耦合濾除高頻信號(hào)，形成1/2電源VDD作為共模電平。
[0047]如圖2所示，所述放大單元222包括隔直電容、電阻R3、R4及運(yùn)算放大器01，該運(yùn)算放大器01的正向輸入端接入所述降壓?jiǎn)卧?21輸出端共模電平VC0M。所述放大電路22通過(guò)隔直電容把輸入信號(hào)Vin通過(guò)輸入電阻R3，反饋電阻R4和運(yùn)算放大器01來(lái)完成前級(jí)信號(hào)的放大。
[0048]所述PWM波形產(chǎn)生電路23基于所述直流電與所述共模電平來(lái)分別提供相互對(duì)應(yīng)的正向脈寬信號(hào)與反向脈寬信號(hào)。
[0049]其中，所述脈寬信號(hào)包括任何一種脈寬信號(hào)，優(yōu)選地，包括但不限于三角波信號(hào)
坐寸ο
[0050]優(yōu)選地，所述PWM波形產(chǎn)生電路23可包括:基于采樣及鏡像來(lái)獲得隨所述直流電變化而變化的兩第一比較電壓的第一電壓生成電路、基于所述共模電壓來(lái)提供第二比較電壓的第二電壓電路、以及基于兩第一比較電壓、第二比較電壓來(lái)生成兩路三角波信號(hào)的三角波生成電路。
[0051]例如，如圖4所示，其為一種優(yōu)選PWM波形產(chǎn)生電路示意圖。在該P(yáng)WM波形產(chǎn)生電路中，整流電路21輸出的直流電VCC通過(guò)電阻R5和R6分壓采樣，所述放大單元222的運(yùn)算放大器01正端電壓為電阻R6的電壓VK6=VCC*R6/ (R5+R6)，可見(jiàn)，若直流電VCC升高，則電阻R6上電壓Vk6也隨之升高；反之，若直流電VCC降低，則電阻R6上電壓Vk6也隨之降低。接著，基于運(yùn)算放大器01的反饋，電阻R7上電壓Vr7等于電阻R6上電壓VK6，則MOS管Ml的電流等于VK6/R7 ;再基于鏡像管M2、M3對(duì)MOS管Ml的鏡像，則流過(guò)鏡像管M2、M3的電流分別為VK6/R7和m*VK6/R7 ;再基于鏡像管M5對(duì)鏡像管M4的鏡像，其電流為m*VK6/R7 ;而b點(diǎn)電壓基于運(yùn)放02對(duì)跟隨，b點(diǎn)電壓為VC0M，也就是電壓VDD。這樣a點(diǎn)電壓和c點(diǎn)電壓分別是 VC0M+R8*m*VK6/R7, VC0M_R8*m*VK6/R7。
[0052]假設(shè)剛開(kāi)始時(shí)電容Cl的電平為O，這樣比較器COMl和COM2的輸出分別是0，I。開(kāi)關(guān)SI打開(kāi)，恒流源Il對(duì)電容Cl進(jìn)行充電，當(dāng)電容Cl的端電壓即信號(hào)PWMl電壓達(dá)到b點(diǎn)電壓，比較器COMl和COM2的輸出分別是1、1，則繼續(xù)對(duì)電容Cl進(jìn)行充電，當(dāng)電容Cl端電壓達(dá)到a點(diǎn)電壓，比較器COMl和COM2的輸出分別是1、0，則開(kāi)關(guān)SI關(guān)閉，開(kāi)關(guān)S2打開(kāi)，通過(guò)恒流源12對(duì)電容Cl放電；當(dāng)電容Cl的端電壓降至b點(diǎn)電壓，則恒流源Il對(duì)電容Cl，如此恒流充電和恒流放電，不斷循環(huán)，若11=12，則信號(hào)PWMl的波形就是一個(gè)三角波，上下拐點(diǎn)分別是a、b。與信號(hào)PWMl類似，PWM2的波形也是三角波，其上下拐點(diǎn)分別是b、c。可見(jiàn)，信號(hào)PWM1、PWM2各自的上下拐點(diǎn)的差值均隨電壓VCC的升高而升高、降低而降低。
[0053]所述開(kāi)關(guān)信號(hào)生成電路24基于所述共模電平及正反向脈寬信號(hào)來(lái)分別生成2路開(kāi)關(guān)信號(hào)，其中，該2路開(kāi)關(guān)信號(hào)在同一時(shí)刻不會(huì)使各自控制的受控開(kāi)關(guān)同時(shí)導(dǎo)通。
[0054]例如，如圖2所示，該開(kāi)關(guān)信號(hào)生成電路24包括比較電路241及防止同時(shí)輸出2路能使受控開(kāi)關(guān)導(dǎo)通的防死區(qū)電路242。
[0055]其中，比較電路241包括兩個(gè)比較器，一個(gè)比較器將運(yùn)算放大器01的輸出信號(hào)與信號(hào)PWMl進(jìn)行比較生成共模電平以上部分信號(hào)的匝空比信號(hào)(即正向信號(hào));另一比較器將運(yùn)算放大器01的輸出信號(hào)與PWM2進(jìn)行比較生成共模電平以下部分信號(hào)的匝空比信號(hào)(即反向信號(hào))。
[0056]其中，防死區(qū)電路242包括2路分別由與門與延時(shí)單元構(gòu)成電路。該電路的目的是為了保證正向輸出和反向輸出不會(huì)同時(shí)輸出“1”，否則兩路輸出信號(hào)會(huì)使得兩個(gè)受控開(kāi)關(guān)同時(shí)導(dǎo)通，導(dǎo)致連接受控開(kāi)關(guān)的2路變壓電路同時(shí)工作，進(jìn)而信號(hào)會(huì)有抵消。
[0057]該防死區(qū)電路242的基本原理如下,若左下端輸入信號(hào)為“I”時(shí),右上端輸出信號(hào)此時(shí)還是“I”還沒(méi)有回歸“0”，這樣在經(jīng)過(guò)反向器INV以及延遲單元Delay的延時(shí)后，輸出的緩沖信號(hào)為“0”，再經(jīng)過(guò)與門And，由此，右下角輸出的信號(hào)則還是“O” ；只有等到右上端輸出回歸到“0”，并且保持一段時(shí)間，該保持時(shí)間超過(guò)反向器INV、延遲單元Delay、與門And的延時(shí)時(shí)間，隨后，輸入與門And的信號(hào)均為“I”，右下端輸出信號(hào)才為“I”。
[0058]所述2路變壓電路25分別設(shè)置有受控開(kāi)關(guān)，每一路的受控開(kāi)關(guān)接入I路開(kāi)關(guān)信號(hào)，各自基于各自的開(kāi)關(guān)信號(hào)及所述直流電來(lái)向負(fù)載提供相應(yīng)方向的電能以驅(qū)動(dòng)負(fù)載。
[0059]如圖2所示，所述2路變壓電路25包括具有2個(gè)原繞組、I個(gè)副繞組的變壓器以及兩個(gè)MOS管作為受控開(kāi)關(guān)。由此，經(jīng)過(guò)整流電路21整流后的直流電VCC經(jīng)過(guò)2個(gè)極性相反的變壓器源極形成回路。這2個(gè)源極的開(kāi)關(guān)分別由2個(gè)NMOS管開(kāi)關(guān)決定，這2個(gè)NMOS管控制由防死區(qū)電路242輸出的2個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)控制，從而，經(jīng)過(guò)變壓器在副邊分別感應(yīng)出順時(shí)鐘方向和逆時(shí)針?lè)较虻碾娏鱽?lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載26。
[0060]上述電路中，PWM波形產(chǎn)生電路23輸出的信號(hào)PWM1、PWM2的上下拐點(diǎn)的差值隨VCC電壓的升高而升高，降低而降低，再基于開(kāi)關(guān)信號(hào)生成電路24的比較器，由此可保證系統(tǒng)的電源抑制比，也就說(shuō)最終負(fù)載26上的平均電不隨市電的升高而升高，降低而降低。因?yàn)橹绷麟奦CC升高，負(fù)載26上的電壓信號(hào)匝空比變小了，直流電VCC降低，負(fù)載上的電壓信號(hào)匝空比變大了，由此形成一個(gè)負(fù)反饋。
[0061]綜上所述，本發(fā)明的基于市電的開(kāi)關(guān)功放電路集變壓和開(kāi)關(guān)類功放于一身，省去了傳統(tǒng)笨重的50Hz或60Hz頻率的變壓器，有效減小了系統(tǒng)體積和重量；而且，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單。并且使用的是開(kāi)關(guān)類功放電路，效率也高。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。
[0062]上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種基于市電的開(kāi)關(guān)功放電路，其特征在于，所述基于市電的開(kāi)關(guān)功放電路至少包括: 整流電路，用于將市電整流為直流電； 共模電平提供電路，用于基于所述直流電來(lái)提供所需的共模電平； PWM波形產(chǎn)生電路，用于基于所述直流電與所述共模電平來(lái)分別提供相互對(duì)應(yīng)的正向脈寬信號(hào)與反向脈寬信號(hào)； 開(kāi)關(guān)信號(hào)生成電路，用于基于所述共模電平及正反向脈寬信號(hào)來(lái)分別生成2路開(kāi)關(guān)信號(hào)，其中，該2路開(kāi)關(guān)信號(hào)在同一時(shí)刻不會(huì)使各自控制的受控開(kāi)關(guān)同時(shí)導(dǎo)通； 分別設(shè)置有受控開(kāi)關(guān)的2路變壓電路，每一路的受控開(kāi)關(guān)接入I路開(kāi)關(guān)信號(hào)，各自基于各自的開(kāi)關(guān)信號(hào)及所述直流電來(lái)向負(fù)載提供相應(yīng)方向的電能以驅(qū)動(dòng)負(fù)載。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于市電的開(kāi)關(guān)功放電路，其特征在于:所述共模電平提供電路包括降壓?jiǎn)卧版溄铀鼋祲簡(jiǎn)卧姆糯髥卧?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于市電的開(kāi)關(guān)功放電路，其特征在于:所述降壓?jiǎn)卧ㄓ呻娮琛⒎€(wěn)壓管及電容構(gòu)成的電路；所述放大單元包括由電阻及運(yùn)算放大器構(gòu)成的具有負(fù)反饋的電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于市電的開(kāi)關(guān)功放電路，其特征在于:所述PWM波形產(chǎn)生電路包括:基于采樣及鏡像來(lái)獲得隨所述直流電變化而變化的兩第一比較電壓的第一電壓生成電路、基于所述共模電壓來(lái)提供第二比較電壓的第二電壓電路、以及基于兩第一比較電壓、第二比較電壓來(lái)生成兩路三角波信號(hào)的三角波生成電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于市電的開(kāi)關(guān)功放電路，其特征在于:所述開(kāi)關(guān)信號(hào)生成電路包括比較電路及防止同時(shí)輸出2路能使受控開(kāi)關(guān)導(dǎo)通的防死區(qū)電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于市電的開(kāi)關(guān)功放電路，其特征在于:所述防死區(qū)電路包括與門與延時(shí)單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于市電的開(kāi)關(guān)功放電路，其特征在于:2路變壓電路包括具有2個(gè)原繞組、I個(gè)副繞組的變壓器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于市電的開(kāi)關(guān)功放電路，其特征在于:受控開(kāi)關(guān)包括MOS管。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于市電的開(kāi)關(guān)功放電路，其特征在于:所述整流電路包括整流全橋及穩(wěn)壓電容。
【文檔編號(hào)】H02M5/458GK103532400SQ201310499989
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月22日
【發(fā)明者】金榮, 陳后鵬, 許偉義, 王倩, 宋志棠 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所