專(zhuān)利名稱(chēng)：開(kāi)關(guān)式電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及開(kāi)關(guān)式電源，這種開(kāi)關(guān)式電源設(shè)有主(primary)輸出電路和次(seconary)輸出電路并且能夠輸出多個(gè)直流電壓，通過(guò)控制施加到次輸出電路上的方波電壓的脈沖寬度，可得到一個(gè)具有設(shè)定值的直流輸出電壓。本發(fā)明具體涉及對(duì)上述次輸出電路部分的改進(jìn)。
驅(qū)動(dòng)一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(EFT)時(shí)需使其柵極電位高于源極電位，例如高4伏或以上?，F(xiàn)因次輸出電路中的FET管的源極電位相當(dāng)，而要得到一個(gè)高于源極電位的柵極電位，在傳統(tǒng)的裝置中施加到FET管柵極上的控制信號(hào)需由一個(gè)驅(qū)動(dòng)變壓器來(lái)升壓。然而，控制信號(hào)通過(guò)驅(qū)動(dòng)變壓器時(shí)會(huì)產(chǎn)生延遲。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，本發(fā)明從輔助電源得到一個(gè)比EFT管源極電位高的電壓Vcc。該電壓由輔助電源施加到脈寬調(diào)制(PWM)電路上，該電路向FET管提供控制信號(hào)，從而明顯地減少了控制信號(hào)的時(shí)間延遲。此外，由于本發(fā)明使施加到次輸出電路的方波電壓有效值通過(guò)濾波電路，因此能得到高的次輸出電壓。


圖1示出了配有一個(gè)主輸出電路和一個(gè)次輸出電路的傳統(tǒng)型多輸出的開(kāi)關(guān)式電源，圖2示出了圖1中各部分的電壓波形。
主輸出電路1提供輸出電壓V1。電壓V1用以作為控制變壓器T1初級(jí)側(cè)主開(kāi)關(guān)管Q1的信號(hào)S1的基礎(chǔ)。
控制電路3輸出一個(gè)使主輸出電路1的輸出電壓V1等于設(shè)定值(未示出)的脈寬信號(hào)，用以控制占空比(即單位時(shí)間內(nèi)開(kāi)關(guān)管Q1閉合時(shí)間所占的比率)。其結(jié)果是，在次級(jí)繞組W3中感應(yīng)出電壓Vw3，其占空比已經(jīng)改變了。電壓Vw3經(jīng)過(guò)整流和濾波，其占空比穩(wěn)定在使主輸出電路的主輸出V1與設(shè)定電壓相等的數(shù)值上。主輸出電路1包括一個(gè)次級(jí)繞組W3;一個(gè)二極管D1，用以對(duì)次級(jí)繞組W3的感應(yīng)電壓進(jìn)行整流;一個(gè)濾波電路，由一扼流圖L1和電容器C1組成;以及一個(gè)二極管D2用以泄放存儲(chǔ)在扼流圖L1內(nèi)的能量。主輸出電路1的輸出電壓V1由光耦合器2的隔離，并反饋到變壓器T1的初級(jí)側(cè)。
次輸出電路10是一個(gè)連接到變壓器T1的次級(jí)組W2上的電路，次級(jí)繞組W2與次級(jí)繞組W3相絕緣，而從繞組W2的感應(yīng)電壓可得到一個(gè)直流電壓V2。
次輸出電路10的繞組W2上感應(yīng)電壓V0的占空比隨著輸入電壓Vin或主輸出電路1的負(fù)載電流Iout的變化而變化。因此，如果不采取措施，次輸出電路10的直流輸出電壓V2就會(huì)有起伏。所以，次輸出電路10一般都要配上一個(gè)穩(wěn)壓裝置用以穩(wěn)定次輸出電壓V2。圖1中，次輸出電路10的穩(wěn)壓裝置包括一個(gè)同步信號(hào)發(fā)生器6、一個(gè)控制電路5、一個(gè)驅(qū)動(dòng)變壓器T2、一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路4和一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管Q2。
在圖1中，繞組W2上的感應(yīng)電壓V0(參見(jiàn)圖2(1))由二極管D3整流后施加在作為開(kāi)關(guān)元件的場(chǎng)效應(yīng)管Q2上。場(chǎng)效應(yīng)管Q2的導(dǎo)通/截止由驅(qū)動(dòng)電路4控制。扼流圈L2和電容器C2對(duì)通過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管Q2的電流濾波，從而減小次輸出電壓V2的紋波。二極管D4在場(chǎng)效應(yīng)管Q2的截止期間泄放存儲(chǔ)在扼流圈L2內(nèi)的能量。
通過(guò)控制場(chǎng)效應(yīng)管Q2來(lái)對(duì)繞組W2上感應(yīng)電壓V0的脈沖寬度Tp適當(dāng)?shù)財(cái)夭?見(jiàn)圖2(1))，并將得到的電壓施加到濾波電路(扼流圈L2和電容器C2)上，便保證了次輸出電壓V2的穩(wěn)定。下文將參照?qǐng)D2來(lái)說(shuō)明場(chǎng)效應(yīng)管Q2的控制作用。
場(chǎng)效應(yīng)管Q3接到控制電路5上執(zhí)行開(kāi)關(guān)操作，而變壓器T2執(zhí)行控制電路5的輸出電壓Va的變更電平。
圖1所示電路裝置的工作情況如下。直流電壓Vin施加在電容器C3的兩端上，面開(kāi)關(guān)元件Q1的導(dǎo)通/截止功能由控制電路3來(lái)控制。這樣，在初級(jí)繞組W1上間斷地施加了一個(gè)電壓，于是，在次級(jí)繞組W2和W3中各產(chǎn)生出感應(yīng)電壓。
由主輸出電路1得到的主輸出電壓V1通過(guò)光耦合器2反饋到變壓器T1的初級(jí)側(cè)。然后，在使主輸出電壓V1等于設(shè)定電壓(未示出)的控制電路3中產(chǎn)生一個(gè)脈寬調(diào)制信號(hào)S1，據(jù)此，控制了開(kāi)關(guān)元件Q1的占空比。
在次級(jí)繞組W2中感應(yīng)出的電壓V0的占空比隨輸入電壓或主輸出電路1的負(fù)載電流Iout而變動(dòng)。其原因如下。
當(dāng)輸入電壓Vin減小時(shí)，為了使主輸出電壓V1保持不變，主開(kāi)關(guān)Q1的占空比要增大。換句話說(shuō)，由于電壓Vin降低，就必需增加場(chǎng)效應(yīng)管Q1的導(dǎo)通比率，這是由提供給繞組W3的電能來(lái)補(bǔ)償。
此外，如果主輸出電路1的負(fù)載電流Iout增加，則為了使主輸出電壓V1保持不變，主開(kāi)關(guān)Q1的占空比也需增大。
結(jié)果，與繞組W3繞在同一個(gè)鐵心上的繞組W2的感應(yīng)電壓的占空比隨之增大。
繞組W2的感應(yīng)電壓的占空比起伏時(shí)，若不采取措施，則次輸出電路10的次輸出電壓V2也波動(dòng)。由于次輸出電壓V2的波動(dòng)是一個(gè)重要問(wèn)題，因此圖1的電路裝置執(zhí)行一個(gè)如下所述的控制操作以使次輸出電壓V2保持不變。
現(xiàn)在，解釋這個(gè)控制操作。如上所述，施加到次輸出電路10上的感應(yīng)電壓V0具有如圖2(1)所示的波形。同步信號(hào)發(fā)生器6引入這個(gè)感應(yīng)電壓V0，輸出一個(gè)同步信號(hào)Vc(見(jiàn)圖2(3))。這個(gè)同步信號(hào)在感應(yīng)電壓V0為高電平的Tp時(shí)段內(nèi)是斜向增加的，呈鋸齒波形。這個(gè)同步信號(hào)Vc與變壓器T1初級(jí)側(cè)的開(kāi)關(guān)波形同步;同步信號(hào)發(fā)生器6檢測(cè)到次級(jí)繞組W2的感應(yīng)電壓V0處在高電平狀態(tài)時(shí)，就產(chǎn)生上述波形?？刂齐娐?的輸入為具有圖2(3)波形的同步信號(hào)Vc和次輸出電壓V2，它產(chǎn)生出一個(gè)基準(zhǔn)電壓Vk。
當(dāng)次輸出電路10的次輸出電壓V2高于設(shè)定電壓(未示出)時(shí)，上述由控制電路5產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓Vk(見(jiàn)圖2(3))就上升。在圖2(3)所示的同步信號(hào)Vc的值高于控制電路5內(nèi)產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓Vk期間，控制電路5輸出一個(gè)高電平信號(hào)Va?？刂齐娐?的這個(gè)輸出信號(hào)Va驅(qū)使場(chǎng)效應(yīng)管Q3導(dǎo)通/截止。驅(qū)動(dòng)變壓器T2初級(jí)上的電壓經(jīng)升壓后，加到驅(qū)動(dòng)電路4上。
更具體地說(shuō)，當(dāng)次輸出電壓V2高于設(shè)定電壓時(shí)，圖2(3)所示的基準(zhǔn)電壓Vk就增加。于是，同步信號(hào)值高于基準(zhǔn)電壓Vk的時(shí)間(亦即場(chǎng)效應(yīng)管Q2導(dǎo)通的時(shí)間)相應(yīng)地減小。結(jié)果，由于對(duì)扼流圈L2和電容器C2組成的濾波電路的供電量也減少，因此次輸出電壓V2的值減小，趨近設(shè)定電壓值。
反之，當(dāng)次輸出電壓V2低于設(shè)定電壓時(shí)，基準(zhǔn)電壓就減小，從而出現(xiàn)與上述相反的調(diào)整過(guò)程，也即場(chǎng)效應(yīng)管Q2的導(dǎo)通時(shí)間增加，而由于對(duì)扼流圈L2和電容器C2的供電量增大，因此，次輸出電壓V2也增大，趨近設(shè)定電壓值。
雖然通常用MOS-FET(金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管)作為開(kāi)關(guān)元件Q2，但如果MOS-FET的柵極電位不比源極電位高4V，就不能驅(qū)動(dòng)它到導(dǎo)通狀態(tài)。此外，在一般的面結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管中，柵極電位也必需高于源極電位。進(jìn)一步說(shuō)，必需在場(chǎng)效應(yīng)管Q2的柵極上加一個(gè)信號(hào)，其電壓要比圖1中A點(diǎn)電位至少高4V。然而，這個(gè)A點(diǎn)處于次輸出電路10的高電位側(cè)，因此，為了得到高于A點(diǎn)的電位，必需采用升壓措施。在一些傳統(tǒng)的裝置中，裝有一個(gè)驅(qū)動(dòng)變壓器T2，將控制電路的輸出Va加給它，由它產(chǎn)生一個(gè)比A點(diǎn)高4伏的電壓，加到場(chǎng)效應(yīng)管Q2的柵極。
如果，驅(qū)動(dòng)變壓器T2設(shè)置在驅(qū)動(dòng)電路4和控制電路5之間，則在脈寬信號(hào)Va通過(guò)驅(qū)動(dòng)變壓器T2時(shí)會(huì)受到時(shí)間延遲。假設(shè)此時(shí)間延遲用Td表示(見(jiàn)圖2(3))，其值一般為200納秒左右。因此，在時(shí)刻TA，控制電路5檢測(cè)到同步信號(hào)Vc的值高于基準(zhǔn)電壓Vk后，并且再經(jīng)過(guò)時(shí)間Td，場(chǎng)效應(yīng)管Q2才實(shí)際進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)(見(jiàn)圖2(2))。
鑒于這個(gè)原因，對(duì)于加到次輸出電路10的寬度為T(mén)p的輸入脈沖(即變壓器T1的輸出脈沖寬度)的情況，圖1所示的電路裝置僅能由場(chǎng)效應(yīng)管Q2向?yàn)V波電路供應(yīng)最大脈沖寬度為(Tp-Td)。如果圖1所示電源的開(kāi)關(guān)頻率是100千赫左右的低頻，而輸入脈沖寬度Tp假若約為4微秒，則由于Td＝200納秒，遠(yuǎn)小于Tp＝3微秒，故圖2(3)所示的時(shí)間延遲Td可以忽略。然而，在低頻的開(kāi)關(guān)式電源中，變壓器及一些電路元件都相當(dāng)大。近來(lái)，由于開(kāi)關(guān)式電源小型化的需要，因此在設(shè)計(jì)中大都愿意采用較高的開(kāi)關(guān)頻率。
然而，在高頻率的開(kāi)關(guān)式電源中，由于輸入脈沖寬度Tp小，因此時(shí)間延遲Td所占的比例增大，它就成為另人注意的問(wèn)題了。具體地說(shuō)，在300千赫或以上的高開(kāi)關(guān)頻率(Tp＜1微秒)情況下，雖然輸入脈沖寬度Tp仍比時(shí)間延遲Td大，但時(shí)間延遲Td的比例增大了。這樣，如果要求次輸出電路10輸出大電流，則由于向扼流圈L2和電容器C2組成的濾波電路的供電量不足，會(huì)產(chǎn)生不能保持輸出電壓恒定的問(wèn)題。
研制本發(fā)明就是為了解決上述問(wèn)題。為此，本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種這樣的開(kāi)關(guān)式電源，亦即，這種電源借助驅(qū)動(dòng)變壓器T2來(lái)控制信號(hào)Va(用來(lái)控制場(chǎng)效應(yīng)管Q2導(dǎo)通/截止的信號(hào))的時(shí)間延遲，即使工作在高的開(kāi)關(guān)頻率下也能得到一個(gè)恒定的輸出電壓V2。
本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源，這種電源由于減小了驅(qū)動(dòng)變壓器T2所引起的控制信號(hào)Va的時(shí)間延遲，所以，即使輸出電流大也能保持輸出電壓不變。
然而，即使實(shí)現(xiàn)了以上二個(gè)目的，仍不能將控制信號(hào)的時(shí)間延遲減小到零，為此本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供一種這樣的開(kāi)關(guān)式電源，這種電源甚至在控制信號(hào)Va有小的時(shí)間延遲時(shí)，在不限制次輸出電路10的濾波電路的供電量的情況下，也能保持輸出電壓穩(wěn)定不變，而且，即使在輸出大電流時(shí)，也能保持輸出電壓穩(wěn)定不變。
圖1示出傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)式電源的電路結(jié)構(gòu)方框圖;
圖2示出圖1所示電路裝置各處信號(hào)隨時(shí)間變化的波形圖;
圖3示出本發(fā)明的開(kāi)關(guān)式電源的一個(gè)實(shí)施例方框圖;
圖4示出本發(fā)明的開(kāi)關(guān)式電源中使用的同步信號(hào)發(fā)生器的方框圖;
圖5示出圖4所示電路各處信號(hào)隨時(shí)間變化的波形圖;
圖6示出本發(fā)明的開(kāi)關(guān)式電源的另一個(gè)實(shí)施例方框圖;
圖7示出圖6所示電路裝置各處信號(hào)相對(duì)于時(shí)間的波形圖;
圖8示出圖6所示電路裝置整個(gè)工作過(guò)程相對(duì)于時(shí)間的波形圖;
圖9示出圖6所示電路裝置的次輸出電路的另一個(gè)實(shí)施例方框圖;
圖10示出本發(fā)明的開(kāi)關(guān)式電源的再一個(gè)實(shí)施例方框圖;
圖11示出圖10所示電路裝置啟動(dòng)過(guò)程的示意圖;
圖12示出圖10所示裝置各處信號(hào)相對(duì)于時(shí)間的波形圖;
圖13示出圖10所示電路裝置中恒定電壓電路15的具體電路結(jié)構(gòu)圖;
圖14示出本發(fā)明的開(kāi)關(guān)式電源的安裝情況。
下文結(jié)合各附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
圖3示出本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)方框圖。由圖所見(jiàn)，變壓器T初級(jí)側(cè)的主開(kāi)關(guān)Q1由來(lái)自脈寬調(diào)制電路23的脈寬信號(hào)S1控制導(dǎo)通/截止。導(dǎo)通/截止的開(kāi)關(guān)頻率由振蕩電路21決定。在次級(jí)繞組W3中感應(yīng)出的脈沖電壓依靠主輸出電路1中的二極管D1及扼流圈L1和電容器C1的作用，變換成一個(gè)主輸出電壓V1。這個(gè)電壓V1加到差分放大器24上與一個(gè)設(shè)定電壓Vt相比較，借以確定主輸出電壓V1的值。
差分放大器24輸出一個(gè)基準(zhǔn)電壓Vk′，并反饋給脈寬調(diào)制電路23。這個(gè)基準(zhǔn)電壓Vk′的值，在主輸出電壓V1大于設(shè)定電壓Vt時(shí)它增大，在V1小于Vt時(shí)它減小，而在V1等于Vt時(shí)則穩(wěn)定在一個(gè)給定的電壓值上。
產(chǎn)生這種基準(zhǔn)電壓Vk′的差分放大器24，可以用德克薩斯儀器公司(Texas Instrument Co.)出售的TL431型集成電路，十分簡(jiǎn)便。
在變壓器T的初級(jí)電路和次級(jí)電路要相互隔離的情況下，可在差分放大器24中裝一個(gè)光耦合器，基準(zhǔn)電壓Vk′就通過(guò)這個(gè)光耦合器所饋給脈寬調(diào)制電路23。
脈寬調(diào)制電路23根據(jù)其輸入的基準(zhǔn)電壓Vk′來(lái)控制所輸出的脈沖信號(hào)S1的占空比，從而使主輸出電壓V1的值達(dá)到設(shè)定電壓Vt。輔助電源22將繞在變壓器T鐵心上的繞組W4的感應(yīng)電壓變換成一個(gè)直流電壓，供給脈寬調(diào)制電路23作為電源。
下面，對(duì)次輸出電路10加以說(shuō)明。圖3中二極管D3和D4、場(chǎng)效應(yīng)管Q2及扼流圈L1和電容器C2的作用效應(yīng)，與圖1中的相同。簡(jiǎn)單地說(shuō)，二極管D3的作用是對(duì)繞組W2中感應(yīng)出的電壓進(jìn)行整流，而扼流圈L2和電容器C2組成一個(gè)濾波電路。此外，配置在二極管D3和濾波電路之間的場(chǎng)效應(yīng)管Q2，通過(guò)其導(dǎo)通/截止來(lái)控制繞組W2對(duì)濾波電路的供電量。
假設(shè)所示例的開(kāi)關(guān)器件場(chǎng)效應(yīng)管Q1和Q2能工作在幾百千赫以上的頻率上，當(dāng)然，如果絕緣柵雙極晶體管(IGBT)或多種用途的晶體管能夠隨著導(dǎo)通/截止控制信號(hào)作高速的導(dǎo)通/截止轉(zhuǎn)換的話，它們也可以應(yīng)用。
圖3中虛線畫(huà)出的方框30是用來(lái)達(dá)到本發(fā)明的上述目的的關(guān)鍵部分，它包括同步信號(hào)發(fā)生器11、輔助電源12、脈寬調(diào)制電路13和差分放大器14。下面，對(duì)這幾部分作詳細(xì)說(shuō)明。
同步信號(hào)發(fā)生器11的輸入信號(hào)Vsw隨著主開(kāi)關(guān)Q1的導(dǎo)通/截止而反復(fù)處于高電平或低電平，其輸出信號(hào)Vc是一個(gè)周期性的鋸齒波同步信號(hào)，在主開(kāi)關(guān)Q1進(jìn)入截止時(shí)刻起它以一恒定斜率上升，一直上升到主開(kāi)關(guān)Q1下次重新轉(zhuǎn)入截止時(shí)刻止。
本發(fā)明的同步信號(hào)發(fā)生器與傳統(tǒng)的同步信號(hào)發(fā)生器之間的差別在于，輸出信號(hào)的波形是不同的。簡(jiǎn)單地說(shuō)，本發(fā)明的同步信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)具有圖5(4)所示的波形Vc，而傳統(tǒng)的同步信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)則具有圖2(3)所示的波形Vc。
由同步信號(hào)發(fā)生器11接受作為輸入的信號(hào)Vsw，若是一個(gè)隨著主開(kāi)關(guān)Q1的導(dǎo)通/截止而相應(yīng)地在高電平和低電平之間變化的信號(hào)，則可以從圖3方框圖中的許多點(diǎn)上取得，例如，可以將圖3中繞組W2一個(gè)端點(diǎn)B上的信號(hào)作為此輸入信號(hào)。此外，在下面將要說(shuō)明的圖6所示的電路是將繞在主輸出電路1中扼流圈L1鐵芯的繞組W5所感應(yīng)的電壓VB用以作為輸入信號(hào)Vsw的。而在后面將要說(shuō)明的圖10所示的電路則是將繞在從輸出電路10中扼流圈L2鐵芯的繞組W8所感應(yīng)的電壓VH用以作為輸入信號(hào)Vsw的。
差分放大器14的一路輸入是由次輸出電路10中濾波電路來(lái)的次輸出電壓V2，另一路是用來(lái)調(diào)定次輸出電壓V2值的設(shè)定電壓Vs，而輸出是基準(zhǔn)電壓Vk。差分放大器14的工作與前面說(shuō)明的差分放大器24相同，因此可以采用同樣的電路結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，將次輸出電壓V2加到差分放大器14上，在那里與一個(gè)設(shè)定值電壓Vs進(jìn)行比較，從而輸出一個(gè)基準(zhǔn)電壓Vk，施加給脈寬調(diào)制電路13。如果次輸出電壓V2大于設(shè)定電壓Vs，則基準(zhǔn)電壓Vk的值增大，反之，V2小于Vs時(shí)Vk減小。如果V2等于Vs，值Vk就穩(wěn)定在一個(gè)給定的電壓上。由于這個(gè)差分放大器14具有與上述差分放大器24相同的結(jié)構(gòu)，因此可以用廣泛銷(xiāo)售的TL431型專(zhuān)用集成電路來(lái)構(gòu)成，十分簡(jiǎn)便。
輔助電源12產(chǎn)生一個(gè)比場(chǎng)效應(yīng)管Q2源極(A點(diǎn))電位高Vcc伏的直流電壓Vcc，故能驅(qū)使場(chǎng)效應(yīng)管Q2導(dǎo)通。這個(gè)輔助電源只要輸出上述的直流電壓Vcc，可以采用任何形式的電路結(jié)構(gòu)，但在當(dāng)前的情況下，圖6和圖10中所示的電路結(jié)構(gòu)較為可取。由于輔助電源需要產(chǎn)生一個(gè)比場(chǎng)效應(yīng)管Q2源極(A點(diǎn))電位高的電壓，所以如圖3中所示，它將A點(diǎn)的電位作為輸入。此外，從那個(gè)起啟動(dòng)電路作用的初級(jí)繞組W1的D點(diǎn)上連接一條線到輔助電源22，這是用來(lái)在輔助電源22啟動(dòng)時(shí)提供電壓的。
脈寬調(diào)制電路13將輔助電源12輸入的直流電壓Vcc作為電源電壓，另將由同步信號(hào)發(fā)生器11輸出的同步信號(hào)Vc和由差分放大器14輸出的基準(zhǔn)電壓Vk作為兩個(gè)輸入信號(hào)。脈寬調(diào)制電路13對(duì)作為輸入信號(hào)的這兩個(gè)信號(hào)Vc和Vk比較其大小，然后，將由此得出的輸出信號(hào)Ve直接加到場(chǎng)效應(yīng)管Q2的柵極上，驅(qū)使Q2導(dǎo)通或截止。
例如，對(duì)信號(hào)Vc和Vk作比較后，如果Vc＞Vk，則脈寬調(diào)制電路13的輸出Ve為高電平，而如果Vc＜Vk，則輸出Ve為低電平。這種功能可容易地用一個(gè)廣泛銷(xiāo)售的比較器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
現(xiàn)在，結(jié)合圖4和圖5對(duì)圖3所示電路結(jié)構(gòu)的工作情況加以說(shuō)明。
圖3所示裝置的第一個(gè)特點(diǎn)是，不采用驅(qū)動(dòng)變壓器(參見(jiàn)圖1中的T2)來(lái)得到驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管Q2的信號(hào)，而是在輔助電源12中產(chǎn)生一個(gè)直流電壓Vcc，借助于這個(gè)直流電壓Vcc為電源的脈寬調(diào)制電路13來(lái)產(chǎn)生場(chǎng)效應(yīng)管Q2的控制信號(hào)Ve。
如圖5(4)中所示，第二個(gè)特點(diǎn)在于，同步信號(hào)Vc的波形是一個(gè)周期性鋸齒波，從主開(kāi)關(guān)每次進(jìn)入截止的時(shí)刻起它以一恒定斜率上升，直至上升到主開(kāi)關(guān)下一次再進(jìn)入截止的時(shí)刻為止。此外，由于輔助電源12以圖3中A點(diǎn)電位值作為輸入，因此可以為脈寬調(diào)制電路13提供一個(gè)高于A點(diǎn)電位的電壓Vcc作為電源。這樣，脈寬調(diào)制電路13就能將一個(gè)比A點(diǎn)電位高出的Vcc伏的電壓加到場(chǎng)效應(yīng)管Q2的柵極，直接驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)Q2，而不需要用驅(qū)動(dòng)變壓器(圖1中的T2)。輔助電源12的電源可以如圖6中所示從扼流圈L1上取得，也可以如圖10中所示從扼流圈L2上取得。
現(xiàn)在，對(duì)同步信號(hào)發(fā)生器11和脈寬調(diào)制電路13的工作情況加以說(shuō)明。圖4示出了同步信號(hào)發(fā)生器11的具體電路結(jié)構(gòu)，圖5示出了圖5中各處的信號(hào)波形。圖4中信號(hào)Vsw可看作是從圖3中B點(diǎn)引出的。
在圖4中，比較器U1、二極管D5和D6、電阻R1至R4、基準(zhǔn)電壓Vref1及電容器C4構(gòu)成了一個(gè)截止定時(shí)檢測(cè)器，用來(lái)檢測(cè)主開(kāi)關(guān)Q1轉(zhuǎn)入截止的時(shí)刻。
此外，比較器U2、基準(zhǔn)電壓Vref2、二極管D7、電阻R5和R6及電容器C5構(gòu)成了一個(gè)波形發(fā)生器。
繞組W2產(chǎn)生一個(gè)如圖5(1)所示的開(kāi)關(guān)波形。在這個(gè)波形中，t1至t2及t3至t4是主開(kāi)關(guān)Q1處于導(dǎo)通狀態(tài)的期間，t2至t3是主開(kāi)關(guān)Q1處于截止?fàn)顟B(tài)的期間。
圖5(1)所示的Vo＝Vsw的繞組W2輸出電壓，經(jīng)圖4的二極管D5整流及電阻R1和R2分壓后，加到比較器U1的反相輸入端。比較器U1將所分壓得的電壓Vm＝(R2·V0)/(R1+R2)去與加到比較器同相輸入端的基準(zhǔn)電壓Vref1進(jìn)行比較，從而輸出如圖5(2)所示的波形Va。也就是說(shuō)，波形Va是一個(gè)在圖5(1)波形(繞組W2的波形)的t1、t2、t3等邊沿處翻轉(zhuǎn)的方波波形。
比較器U1的輸出信號(hào)Va經(jīng)電容器C4和電阻進(jìn)行微分，得到一個(gè)與繞組W2輸出電壓V0(見(jiàn)圖5(1))各邊沿同步的微分波形Vb(如圖5(3)所示)，加到比較器U2反相輸入端。所形成的微分波形Vb中的脈沖P2和P4與主開(kāi)關(guān)Q1的截止定時(shí)相同步。二極管D6用來(lái)防止過(guò)大的負(fù)脈沖進(jìn)入比較器U2的反相輸入端而使比較器遭到損壞。
比較器U2將反相輸出端上輸入的如圖5(3)所示的微分脈沖P1、P2、P3等與同相輸入端上輸入的基準(zhǔn)電壓Vref2進(jìn)行比較。在出現(xiàn)微分脈沖P2和P4時(shí)，由于基準(zhǔn)電壓Vref2小于高幅度的微分脈沖P2和P4，因而比較器U2的輸出迅速地變到一個(gè)負(fù)電位。這樣，在電容器C5和二極管D7的電路中，有一個(gè)如圖4所示的電流i1流通，從而存儲(chǔ)在電容器C5內(nèi)的電荷經(jīng)電路泄放。
在比較器U2中，當(dāng)微分脈沖P2消失時(shí)，同相輸入端的電位就高于反相輸入端的電位，因此比較器U2的輸出變?yōu)橐粋€(gè)平穩(wěn)的較高電平。這樣，二極管D7截止，電容器C5的電位以一個(gè)恒定的斜率上升，一直趨向電容器C5公共電位和電源電位Vcc之間由電阻R5和R6分壓得到的電位值。也就是說(shuō)，信號(hào)Vc(電容器C5上的電壓)的波形是一個(gè)以恒定斜率上升的鋸齒波(見(jiàn)圖5(4))。圖5(4)所示的同步信號(hào)Vc的最大電壓和斜率由電阻R5和R6的電阻值和電容器C5的電容量值確定。
在t4時(shí)刻，當(dāng)繞組W2的輸出電壓V0出現(xiàn)下一個(gè)后沿時(shí)，則微分脈沖P4加到比較器U2，從而重復(fù)上述工作過(guò)程，即信號(hào)Vc立刻下降到一個(gè)負(fù)電位，然后以一個(gè)恒定的斜率上升。這樣，就產(chǎn)生出如圖5(4)所示的同步信號(hào)波形。
現(xiàn)在說(shuō)明圖3所示裝置的次輸出電路10的工作情況。如上所述，在繞組W2中產(chǎn)生出一個(gè)如圖5(1)所示的開(kāi)關(guān)波形，而從同步信號(hào)婦出器11輸出具有如圖5(4)所示波形的鋸齒波同步信號(hào)Vc。
脈寬調(diào)制電路13將同步信號(hào)Vc(見(jiàn)圖5(4))與基準(zhǔn)電壓Vk(其變化情況已在前面說(shuō)明)進(jìn)行比較，輸出一個(gè)具有圖5(5)所示波形的控制信號(hào)Ve，加到場(chǎng)效應(yīng)管Q2的柵極。當(dāng)同步信號(hào)Vc的值大于基準(zhǔn)電壓Vk時(shí)，控制信號(hào)Ve為高電平，驅(qū)使場(chǎng)效應(yīng)管Q2進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。
簡(jiǎn)單地說(shuō)，脈沖調(diào)制電路13從輔助電源12得到的電壓Vcc足以驅(qū)使場(chǎng)效應(yīng)管Q2導(dǎo)通。因此，脈寬調(diào)制電路13輸出的信號(hào)Ve的高電平能使場(chǎng)效應(yīng)管Q2導(dǎo)通。
圖3中所示的電路裝置能夠產(chǎn)生圖5(5)所示的控制信號(hào)Ve，而不需要采用圖1中所示的驅(qū)動(dòng)變壓器T2。因此，圖3所示裝置中控制信號(hào)Ve的時(shí)間延遲能比圖1所示傳統(tǒng)裝置中控制信號(hào)Ve的時(shí)間延遲小許多。
結(jié)果是，即使開(kāi)關(guān)頻率極高，圖3裝置也能使場(chǎng)效應(yīng)管Q2的開(kāi)關(guān)動(dòng)作跟得上這個(gè)頻率。簡(jiǎn)單地說(shuō)，這種裝置能夠達(dá)到本發(fā)明的第一個(gè)和第二個(gè)目的。
此外，盡管圖3裝置的時(shí)間延遲值大大減小了，而為了進(jìn)一步減小這時(shí)間延遲的影響，在本發(fā)明中同步信號(hào)Vc的波形是周期性地從主開(kāi)關(guān)Q1轉(zhuǎn)入截止時(shí)刻起到下一次轉(zhuǎn)入截止時(shí)刻止以一恒定斜率上升的鋸齒波。因此，在整個(gè)輸入脈沖寬度Tp內(nèi)，由繞組W2對(duì)次輸出電路10的總供電量能夠全部通過(guò)濾波電路，從而達(dá)到了本發(fā)明的第三個(gè)目的。
下面，對(duì)此加以詳細(xì)說(shuō)明。場(chǎng)效應(yīng)管Q2在同步信號(hào)Vc的值大于基準(zhǔn)電壓Vk的時(shí)間內(nèi)(見(jiàn)圖5(4))處于導(dǎo)通狀態(tài)。由于本發(fā)明的同步信號(hào)Vc的波形是周期性地從主開(kāi)關(guān)Q1轉(zhuǎn)入截止時(shí)刻起到下一次轉(zhuǎn)入截止時(shí)刻止按直線上升的波形，因此，在基準(zhǔn)電壓Vk的值下降時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管Q2的導(dǎo)通時(shí)間就會(huì)增大。也就是說(shuō)，由于基準(zhǔn)電壓Vk的值一直下降到使次輸出電路10的次電壓V2等于設(shè)定電壓值Vs(見(jiàn)圖5(4)中的Vk′)，所以信號(hào)Ve的脈沖寬度能夠展寬(見(jiàn)圖5(5))。簡(jiǎn)單地說(shuō)，即使有一個(gè)時(shí)間延遲Td，但由于基準(zhǔn)電壓Vk可進(jìn)一步減小，故信號(hào)Ve的脈沖寬度還可以增大。作為對(duì)照，看一下傳統(tǒng)電路的情況。在圖1所示的傳統(tǒng)電路中，只有在輸入脈沖寬度的Tp時(shí)間內(nèi)，同步信號(hào)Vc的波形才呈鋸齒波，如圖2(3)所示。因此，只有在Tp-Td的脈沖寬度內(nèi)才能通過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管Q2對(duì)濾波電路流入電流。
對(duì)于圖3所示和上面已作說(shuō)明本發(fā)明來(lái)說(shuō)，由于不需要圖1中所示的驅(qū)動(dòng)變壓器T2，因而顯著地減小了驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管Q2的信號(hào)Ve的時(shí)間延遲。這樣，即使開(kāi)關(guān)式電源采用高頻率的電路，次輸出電路也能供出大電流。
此外，由于不需要驅(qū)動(dòng)變壓器T2，在變壓器T中不會(huì)產(chǎn)生高頻噪聲。
下面，繼續(xù)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體說(shuō)明。圖6示出本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例方框圖，圖中示出了圖3中的輔助電源12的一個(gè)具體例子。在圖3和圖6中，圖6裝置與圖3裝置間的不同之處在于(a)圖3中的輔助電源12，在圖6中具體是由繞組W6、二極管D8及電容器C7構(gòu)成的。
(b)作為同步信號(hào)發(fā)生器11輸入的信號(hào)Vsw，在圖6中是從繞組W6兩端引出的。同步信號(hào)發(fā)生器11本身的電路可以采用圖4所示實(shí)施例的電路。
除了上面指出的(a)、(b)兩點(diǎn)以外，圖6的電路結(jié)構(gòu)與圖3的電路結(jié)構(gòu)相同。
下文就圖6與圖3的不同之處對(duì)圖6的裝置進(jìn)行說(shuō)明。
組成輔助電源12的繞組W6繞在主輸出電路1的扼流圈L1的鐵芯上，其一端連接到場(chǎng)效應(yīng)管Q2源極側(cè)的A點(diǎn)上。扼流圈L1中原繞組W5和新繞組W6的同名端如圖6中所示(參見(jiàn)圖上扼流圈L1兩側(cè)處的兩個(gè)小黑點(diǎn))。
同步信號(hào)發(fā)生器11以繞組W6上的感應(yīng)電壓VB作為輸入，輸出的是周期性地從主開(kāi)關(guān)Q1轉(zhuǎn)入截止時(shí)刻起到主開(kāi)關(guān)Q1下一次轉(zhuǎn)入截止時(shí)刻止以一怛定斜率上升的鋸齒波同步信號(hào)Vc。同步信號(hào)發(fā)生器11的電路結(jié)構(gòu)和工作情況已經(jīng)結(jié)合圖4說(shuō)明過(guò)。
輔助電源12通過(guò)用二極管D8和電容器C7對(duì)繞組W6中感應(yīng)出的方波電壓VB加以整流和濾波后，得到一個(gè)直流電壓Vcc。這個(gè)簡(jiǎn)單地用整流和濾波得到的直流電壓Vcc是一個(gè)穩(wěn)定的電壓，其理由如下。由于變壓器T初級(jí)側(cè)脈寬調(diào)制電路23的作用，主輸出電路1的輸出電壓V1被控制成等于設(shè)定電壓Vt，因此存儲(chǔ)在扼流圈L1的繞組W5中的能量Va·Tp保持恒定，從而繞組W6中感應(yīng)得到的能量Vb(Td-Tp)也保持恒定。
由于上述原因，通過(guò)用二極管D8和電容器C7對(duì)電壓VB整流和濾波而簡(jiǎn)單地得到的直流電壓Vcc是一個(gè)穩(wěn)定的電壓。這個(gè)直流電壓Vcc要比A點(diǎn)的電壓高Vcc。現(xiàn)在，結(jié)合圖7對(duì)圖6裝置的工作特點(diǎn)(次輸出電路10的工作情況)加以說(shuō)明。
圖6所示裝置的第一個(gè)特點(diǎn)是，在主輸出電路1的扼流圈L1鐵芯上繞有另一個(gè)繞組W6，而高于A點(diǎn)Vcc的直流電壓Vcc是從這個(gè)繞組W6上得到的。
第二個(gè)特點(diǎn)是，用來(lái)形成同步信號(hào)Vc的基本定時(shí)信號(hào)是由繞在主輸出電路1的扼流圈L1鐵芯上的繞組W6產(chǎn)生的感應(yīng)電壓VB給出的。
首先，在扼流圈L1的繞組W5中感應(yīng)出的電壓VA的波形如圖7(1)所示。時(shí)間t1至t2及t3至t4是主開(kāi)關(guān)Q1導(dǎo)通狀態(tài)期間，而時(shí)間t2至t3是由主開(kāi)關(guān)Q1處于截止?fàn)顟B(tài)期間。繞組W5和W6具有同名端位置相逆的關(guān)系，因此，如果對(duì)繞組W6的感應(yīng)電壓VB(見(jiàn)圖7(2))加以整流和濾波，主輸出電壓V1將是穩(wěn)定的。這樣，就從輔助電源12上得到一個(gè)穩(wěn)定的懸浮電壓Vcc(例如為15V)。此外，由于繞組W5和W6間具有同名端位置相逆的關(guān)系，所以當(dāng)扼流圈L1從主輸出電路中得不到供電的期間，輔助電源12在工作，能得到作為其輸入的供電電壓(見(jiàn)圖7(2))。因此，即使接上了輔助電源12，對(duì)主輸出電壓V1的穩(wěn)定性并沒(méi)有影響。
由于圖6中的A點(diǎn)連接到輔助電源12的一個(gè)輸出端，所以輔助電源12能夠向脈寬調(diào)制電路13提供一個(gè)比A點(diǎn)位高Vcc的電壓作為電源電壓。因?yàn)槊}寬調(diào)制電路13用電壓Vcc作為電源電壓，故而比A點(diǎn)電位約高Vcc的一個(gè)控制信號(hào)電壓Ve就能加到場(chǎng)效應(yīng)管Q2的柵極上。因此，能夠不用圖1的驅(qū)動(dòng)變壓器T2來(lái)驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管Q2的導(dǎo)通/截止。
下面，對(duì)同步信號(hào)發(fā)生器11和脈寬調(diào)制電路13的工作情況進(jìn)行說(shuō)明。圖7(2)所示的脈沖波形VB加到同步信號(hào)發(fā)生器11上。這個(gè)脈沖波形VB表明了主開(kāi)關(guān)Q1的導(dǎo)通/截止工作情況。因此，根據(jù)主開(kāi)關(guān)Q1進(jìn)入截止時(shí)刻及下一次進(jìn)入截止時(shí)刻所給出的波形VB的上升沿，同步信號(hào)發(fā)生器11就能得到確定的工作狀態(tài)，這在前面已結(jié)合圖4作了說(shuō)明。也就是，象前面所說(shuō)明的那樣，同步信號(hào)發(fā)生器11輸出一個(gè)如圖7(3)所示的、周期性地以一恒定斜率上升的鋸齒波Vc。
脈寬調(diào)制電路13將同步信號(hào)Vc與一個(gè)變化情況如前所述的基準(zhǔn)電壓Vk進(jìn)行比較，得到一個(gè)如圖7(4)所示的脈寬控制信號(hào)Ve，該信號(hào)加到場(chǎng)效應(yīng)管Q2上以驅(qū)使其導(dǎo)通/截止。
在如上所述的圖6裝置中，由于來(lái)源于同步信號(hào)的定時(shí)信號(hào)(即主開(kāi)關(guān)Q1導(dǎo)通/截止的信號(hào))不是從變壓器T的繞組W2上取得以作為輸入的，而是從主輸出電路1的扼流圈L1上感應(yīng)得的，因此，構(gòu)成同步信號(hào)發(fā)生器11的電氣部件不需要用嚴(yán)格容差的部件，這是這種裝置的優(yōu)點(diǎn)。
下面，結(jié)合圖8對(duì)圖6所示整個(gè)裝置的工作情況進(jìn)行說(shuō)明。
圖6所示裝置的啟動(dòng)工作過(guò)程如下。首先，剛加上直流電壓Vin時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管Q1并不進(jìn)行導(dǎo)通/截止轉(zhuǎn)換。因此，變壓器T不產(chǎn)生感應(yīng)電壓，從而輔助電源22不能將一個(gè)電壓加到脈寬調(diào)制電路23上。
此時(shí)，為了啟動(dòng)圖6的裝置，將圖6中D點(diǎn)處的電壓(電容器C3一端的電壓)引入輔助電源22。因此，輔助電源22在啟動(dòng)時(shí)刻借助D點(diǎn)的電壓產(chǎn)生一個(gè)給定的電壓值，加到脈寬調(diào)制電路23上。這樣，脈寬調(diào)制電路23就開(kāi)始工作。當(dāng)脈寬調(diào)制電路23開(kāi)始工作而繞組W4產(chǎn)生一個(gè)實(shí)際的感應(yīng)電壓時(shí)，輔助電源22就不再需要來(lái)自D點(diǎn)的電壓。然后，由繞組W4的感應(yīng)電壓產(chǎn)生出要加給脈寬調(diào)制電路23的直流電壓。
這樣，通過(guò)啟動(dòng)脈寬調(diào)制電路23進(jìn)入工作狀態(tài)，可使場(chǎng)效應(yīng)和Q1開(kāi)始導(dǎo)通/截止轉(zhuǎn)換。結(jié)果是，當(dāng)主輸出電壓V1象圖8(1)示出的那樣上升時(shí)，輔助電源12的輸出電壓Vcc也隨著上升(見(jiàn)圖8(2))。然后，電壓Vcc上升到能使脈寬調(diào)制電路13進(jìn)行工作的電壓VM時(shí)，脈寬調(diào)制電路13便開(kāi)始做如上所述的工作(圖8(3)中所示的“啟動(dòng)”)，并且次輸出電壓V2上升。
圖6所示裝置的停止工作過(guò)程如下。如果脈寬調(diào)制電路23停止工作，則主輸出電壓V1下降，從而輔助電源12的輸出電壓Vcc也隨著下降。當(dāng)電壓Vcc下降到脈寬調(diào)制電路13能工作的極限VM′值時(shí)，脈寬調(diào)制電路13停止工作(見(jiàn)圖8(3))。
這樣，對(duì)于本實(shí)施例來(lái)說(shuō)，可以協(xié)同地驅(qū)使主輸出電路1和次輸出電路10進(jìn)行工作。此外，還有這樣一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)檢查主輸出電路1中扼流器L1上的電壓VA，可以監(jiān)視輸入電壓Vin。
圖9示出圖6所示裝置中次輸出電路10內(nèi)扼流圈L2、電容器C2、二極管D3和場(chǎng)效應(yīng)管Q2的另一種配置方案。
此外，上述的脈寬調(diào)制電路23是配置在變壓器T初級(jí)側(cè)，所謂的初級(jí)控制方法;然而，本發(fā)明采用脈寬調(diào)制電路23配置在變壓器T次級(jí)側(cè)，這是所謂的“次級(jí)控制方法”。在后一種情況下，脈寬調(diào)制電路23的輸出S1例如可以通過(guò)一個(gè)變壓器(未示出)來(lái)隔離，而后加到主開(kāi)關(guān)Q1上。
圖6裝置除了具有圖3裝置的優(yōu)點(diǎn)外，還具有如下兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
1.因?yàn)榧右哉骱蜑V波的是繞組W6上的感應(yīng)電壓VB(見(jiàn)圖7(2))，而主輸出電壓V1是得受到穩(wěn)壓的，所以從輔助電源12上可得到一個(gè)穩(wěn)定的懸浮電壓Vcc(例如為15伏)。此外，由于繞組W5和W6的同名端位置相逆，所以主輸出電路1中的扼流圈L1工作在無(wú)電流狀態(tài)期間，這時(shí)輔助電源12工作，接受供電作為其輸入(見(jiàn)圖7(2))。簡(jiǎn)單地說(shuō)，即使接有輔助電源12，也不影響主輸出電壓V1的穩(wěn)定性。
2.由于作為產(chǎn)生同步信號(hào)Vc之基礎(chǔ)的信號(hào)Vsw取自上述電路(扼流圈L1)，而不是取自變壓器T，因此，同步信號(hào)發(fā)生器11可以用寬容差的部件制造，所以，這種開(kāi)關(guān)式電源能夠做得比圖3所示的電源更小。
下文對(duì)圖10所示裝置進(jìn)行說(shuō)明。圖10示出本發(fā)明再一個(gè)實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)方框圖，并具體示明了圖3中的輔助電源12。圖10與圖3具有如下四個(gè)不同點(diǎn);
(a)圖3的輔助電源12在圖10中由繞組W8和恒定電壓電路15組成。
(b)圖10中有一個(gè)由二極管D10和電阻R12構(gòu)成的恒定電壓電路啟動(dòng)電路。對(duì)于圖6所示裝置的輔助電源12來(lái)說(shuō)，不需要啟動(dòng)電路，因?yàn)楫?dāng)主輸出電路1開(kāi)始工作時(shí)，在扼流圈L1的繞組W6中就有感應(yīng)電壓VB產(chǎn)生。
(c)在圖10中，從繞組W8兩端輸出的信號(hào)由同步信號(hào)發(fā)生器11接受作為輸入信號(hào)Vsw。同步信號(hào)發(fā)生器11本身可以采用圖4所示的電路結(jié)構(gòu)。
(d)圖10中所示的啟動(dòng)電路是電阻R11，它將電容器C3上的電壓Vin加到輔助電源22上。
除了以上(a)至(d)的不同點(diǎn)外，圖10的電路結(jié)構(gòu)是與圖3的相同的。
首先，概述一下圖10裝置的電路結(jié)構(gòu)。
在圖10中，組成輔助電源12的繞組W8繞在次輸出電路10中的扼流圈L2的鐵芯上。繞組W8的一端連接到場(chǎng)效應(yīng)管Q2源極側(cè)的A點(diǎn)上。輔助電源12通過(guò)對(duì)扼流圈L2中繞組W8上感應(yīng)電壓VH的整流和穩(wěn)壓，得到一個(gè)直流電壓Vcc2。由于繞組W8上的感應(yīng)電壓大小可由繞組W8的匝數(shù)決定，因而直流電壓Vcc2的值可由繞組W8的匝數(shù)適當(dāng)?shù)卮_定，這樣，就能產(chǎn)生一個(gè)足以驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管Q2的電壓。
這樣，因脈寬調(diào)制電路13能直接用輸出Ve來(lái)驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管Q2，故消除了圖1所示裝置中驅(qū)動(dòng)變壓器T2所引起的信號(hào)時(shí)間延遲。
下面，主要就圖10所示裝置與圖3所示裝置的不同之處，對(duì)圖10所示裝置進(jìn)行說(shuō)明。
圖10中，輔助電源12的電源由次輸出電路10的扼流圈L2提供，也就是說(shuō)，繞組W8繞在次輸出電路10中扼流圈L2的鐵芯上，而繞組W8的一端連接到場(chǎng)效應(yīng)管Q2源極側(cè)的A點(diǎn)上。
同步信號(hào)發(fā)生器11將繞組W8上的感應(yīng)電壓VH作為輸入，而輸出一個(gè)周期性地從主開(kāi)關(guān)Q1輸入截止時(shí)刻起到下一次轉(zhuǎn)入截止時(shí)刻止以恒定斜率上升的鋸齒波同步信號(hào)Vc。同步信號(hào)發(fā)生器11的電路結(jié)構(gòu)和工作情況，在前面已結(jié)合圖4作過(guò)說(shuō)明。
圖10的輔助電源12與圖6的輔助電源12不同之處在于，圖10的輔助電源12上有一個(gè)由二極管D10和電阻R12構(gòu)成的啟動(dòng)電路。設(shè)置啟動(dòng)電路的原因如下在圖10的裝置中，開(kāi)始工作時(shí)場(chǎng)效應(yīng)管Q2保持截止，因而次輸出電路10的扼流圈L2并沒(méi)有電壓產(chǎn)生。結(jié)果是，繞組W8上不產(chǎn)生感應(yīng)電壓VH，從而恒定電壓電路15不能向脈寬調(diào)制電路13提供電壓Vcc2。因此，在啟動(dòng)時(shí)，使電壓V0通過(guò)二極管D10和電阻12從變壓器T的繞組W2加到輔助電源12上，作為其輸入，由此產(chǎn)生出一個(gè)具有給定電平的電壓Vcc2。
借助于啟動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的電壓Vcc2，當(dāng)脈寬調(diào)制電路13開(kāi)始工作時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管Q2就進(jìn)行導(dǎo)通/截止轉(zhuǎn)換。結(jié)果是，在次輸出電路10中扼流圈L2的繞組W8上感應(yīng)出電壓VH。當(dāng)繞組W8上的感應(yīng)電壓VH逐漸升高時(shí)，輔助電源12并不產(chǎn)生出通過(guò)二極管D10和電阻R12提供來(lái)的電壓，而是借助繞組W8上的感應(yīng)電壓VH產(chǎn)生出電壓Vcc2，從而完成了啟動(dòng)。
圖13示出具有上述啟動(dòng)電路的一個(gè)輔助電源12的具體電路圖實(shí)例。圖13中的二極管D10、電阻R12、繞組W8、恒定電壓電路15及脈寬調(diào)制電路13均與圖10中所示的相同。恒定電壓電路15包括二極管D11、電容器C8和C9、晶體管Q4、穩(wěn)壓二極管D12及電阻R14。
下面，對(duì)圖13電路的工作情況進(jìn)行說(shuō)明。在開(kāi)始工作時(shí)，由于繞組W8中沒(méi)有產(chǎn)生感應(yīng)電壓VH，恒定電壓電路15的晶體管Q4因集電極電位低而截止。
此時(shí)，如圖13所示，繞組W2的感應(yīng)電壓(見(jiàn)圖10)經(jīng)二極管D10整流后，加到恒定電壓電路15上。這個(gè)已整流的電流經(jīng)電阻R12、R13流到電容器C9，對(duì)電容器C9充電。依靠啟動(dòng)電路供給的這個(gè)電流，電容器C9上的電壓Vcc2逐漸上升，從而使脈寬調(diào)制電路13進(jìn)入工作狀態(tài)。
結(jié)果是，圖10中的場(chǎng)效應(yīng)管Q2進(jìn)行導(dǎo)通/截止轉(zhuǎn)換，因而在繞組W8中產(chǎn)生感應(yīng)電壓VH。這樣，電容器C8上的電壓增大，晶體管Q4產(chǎn)生出一個(gè)由繞組W8供電的恒定電壓Vcc2。此外，當(dāng)電容器C8上的電位增高時(shí)，啟動(dòng)電路中的二極管D10進(jìn)入反向偏置狀態(tài)而截止。
下面，結(jié)合圖12對(duì)上述電路結(jié)構(gòu)的圖10裝置的工作情況進(jìn)行說(shuō)明。
圖10所示裝置的第一個(gè)特點(diǎn)是，在次輸出電路10的扼流圈L2上有一個(gè)新繞組W8，從這個(gè)繞組W8的感應(yīng)電壓VH中產(chǎn)生出一個(gè)比A點(diǎn)電位高Vcc2的直流電壓Vcc2。
第二個(gè)特點(diǎn)是，作為產(chǎn)生同步信號(hào)Vc之基礎(chǔ)的定時(shí)信號(hào)Vsw是從繞在次輸出電路10中扼流圈L2上的繞組W8的感應(yīng)電壓VH產(chǎn)生的。
在扼流圈L2的繞組W8中感應(yīng)出的電壓VH的波形如圖12(1)所示。其中，時(shí)間t1至t2和t3至t4是主開(kāi)關(guān)Q1處于導(dǎo)通狀態(tài)期間，而時(shí)間t2至t3是主開(kāi)關(guān)Q1處于截止?fàn)顟B(tài)期間。
由于繞組W8的一端連接到圖10中的A點(diǎn)，所以輔助電源12能向脈寬調(diào)制電路13提供一個(gè)比A點(diǎn)電位高Vcc2伏的電源電壓Vcc2。因此，由于脈寬調(diào)制電路13能將一個(gè)比A點(diǎn)電位高約Vcc2的控制信號(hào)電壓Ve加到場(chǎng)效應(yīng)管Q2的柵極上，所以場(chǎng)效應(yīng)管Q2可以不用驅(qū)動(dòng)變壓器T2(見(jiàn)圖1)來(lái)驅(qū)動(dòng)。
下面，說(shuō)明同步信號(hào)發(fā)生器11和脈寬調(diào)制電路13的工作情況。圖12(1)所示的脈沖波形VH加到同步信號(hào)發(fā)生器11上。這個(gè)脈沖波形VH表明了主開(kāi)關(guān)Q1的導(dǎo)通/截止情況，而同步信號(hào)發(fā)生器11能識(shí)別波形VH的下降沿，從而能在主開(kāi)關(guān)Q1進(jìn)入截止時(shí)刻到下一次進(jìn)入截止時(shí)刻的時(shí)期內(nèi)保持住本身的工作狀態(tài)，使同步信號(hào)發(fā)生器11輸出一個(gè)同步信號(hào)Vc，如圖12(2)所示，其波形是在該時(shí)期內(nèi)按一恒定斜率上升的鋸齒波，并周期性地出現(xiàn)。
如前所述，脈寬調(diào)制電路13對(duì)同下信號(hào)Vc與變化的基準(zhǔn)電壓Vk作幅度比較，根據(jù)比較的結(jié)果輸出一個(gè)脈沖寬度變化的控制信號(hào)Ve，如圖12(3)所示，它加到場(chǎng)效應(yīng)管Q2上，驅(qū)使場(chǎng)效應(yīng)管Q2導(dǎo)通和截止。
在如圖10所示的裝置中，作為產(chǎn)生同步信號(hào)Vc之基礎(chǔ)的定時(shí)信號(hào)Vsw(即主開(kāi)關(guān)Q1的導(dǎo)通/截止信號(hào))并不取自變壓器T，而是取自次輸出電路10中的扼流圈L2，作為同步信號(hào)發(fā)生器11的輸入，因此構(gòu)成同步信號(hào)發(fā)生器11的電氣部件不需要是嚴(yán)格容差的部件。
下面，結(jié)合圖11說(shuō)明圖10所示整個(gè)裝置的工作情況。
首先，說(shuō)明一開(kāi)始時(shí)的控制情況。如圖11(1)所示，當(dāng)直流電壓Vin逐漸升高時(shí)，它通過(guò)電阻R11加到輔助電源22上。該輔助電源22的電路結(jié)構(gòu)和工作情況均與上文對(duì)圖13的輔助電源12的所述的情況相同;這里，借助由電阻R11施加的電壓使輸出電壓Vcc1上升，如圖11(2)所示。
現(xiàn)在，說(shuō)明加到輔助電源12上的信號(hào)與加到輔助電源22上的信號(hào)的相似之處。從主變壓器T加到輔助電源12上的電壓V0，相當(dāng)于通過(guò)電阻R11加到輔助電源22上的電壓Vin。由于電壓Vin是一個(gè)直流電壓，所以連接電容器C3和輔助電源22的、其內(nèi)含有電阻R11的分路中不需要串接一個(gè)二極管。與外，加到輔助電源12上的由扼流圈L2中繞組W8感應(yīng)得到的電壓VH，相當(dāng)于加到輔助電源22上的由繞在主變壓器T上的繞組W4感應(yīng)得到的電壓。
當(dāng)輔助電源22的輸出電壓Vcc1高于脈寬調(diào)制電路23的啟動(dòng)電壓VTH1時(shí)，振蕩電路21和脈寬調(diào)制電路23開(kāi)始工作，從而主開(kāi)關(guān)Q1開(kāi)始其導(dǎo)通/截止轉(zhuǎn)換。因此，由于主輸出電路1開(kāi)始工作，主輸出電壓V1上升，如圖11(3)所示。差分放大器24以主輸出電壓V1和設(shè)定電壓Vt作為輸入，如前面所述的那樣，它輸出一個(gè)基準(zhǔn)電壓Vk′反饋給脈寬調(diào)制電路23。脈寬調(diào)制電路23完成前面說(shuō)明過(guò)的工作，當(dāng)主輸出電壓V1變得與設(shè)定電壓Vt相同時(shí)就穩(wěn)定下來(lái)。
在主輸出電壓V1上升時(shí)，繞組W4向輔助電源22提供功率，使輔助電源22將其改變?yōu)橐粋€(gè)直流電壓Vin，并從繞組W4提供的功率中產(chǎn)生一個(gè)輸出電壓Vcc1。此時(shí)，從直流電壓Vin流入至輔助電源22的功率流被阻斷。
又當(dāng)主輸出電壓V1上升時(shí)，主變壓器T的次級(jí)繞組W2上的感應(yīng)電壓V0也相應(yīng)上升，如圖11(4)所示。這個(gè)感應(yīng)電壓V0通過(guò)二極管D10客電阻R12加到次輸出電路10的輔助電源12上。根據(jù)前面結(jié)合圖13所說(shuō)明的工作情況，輔助電源12的輸出電壓Vcc2隨著增大，如圖11(5)所示。當(dāng)輸出電壓Vcc2的值增大到超過(guò)脈寬調(diào)制電路13的啟動(dòng)電壓VTH2時(shí)，脈寬調(diào)制電路13開(kāi)始工作，從而使場(chǎng)效應(yīng)管Q2導(dǎo)通/截止。因此，繞組W2上感應(yīng)電壓V0的脈沖功率通過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管Q2加到濾波電路上，使次輸出電路10的次輸出電壓V2上升，如圖11(6)所示。
當(dāng)次輸出電壓V2上升時(shí)，扼流圈L2中的繞組W8向恒定定電壓電路15提供懸浮功率，而恒定電壓電路15將改變到感應(yīng)電壓V0，并從繞組W8提供的電壓VH中產(chǎn)生出一個(gè)輸出電壓Vcc2。此時(shí)，從感應(yīng)電壓V0流入至恒定電壓電路15的功率流被阻斷。
差分放大器14將次輸出電壓V2與設(shè)定電壓Vs進(jìn)行比較，所得到的基準(zhǔn)電壓Vk反饋給脈寬調(diào)制電路13，從而次輸出電壓V2得到穩(wěn)定。
如上所述，組成主輸出電路1或次輸出電路10的電路，即輔助電源12或22、脈寬調(diào)制電路13或23、差分放大器14或24，都能各自應(yīng)用相同類(lèi)型的部件。此外，場(chǎng)效應(yīng)管Q2能用脈寬調(diào)制電路13的輸出直接驅(qū)動(dòng)，而不需要隔離。
圖10所示裝置除了具有圖3所示裝置的優(yōu)點(diǎn)外，還具有下列兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
(1)圖10中的輔助電源12可以通過(guò)對(duì)次輸出電路10中扼流圈L2鐵芯上所繞繞線W8的感應(yīng)電壓VH進(jìn)行整流、濾波，得到一個(gè)直流電壓Vcc2。
作為輔助電源12的能源，如果是在變壓器上繞一個(gè)新繞組，并從這個(gè)新繞組中得到能源，則這個(gè)繞組對(duì)絕緣的要求較高。然而，圖10中的繞組W8是繞在次輸出電路10中扼流圈L2鐵心上的，因此不需如此高的絕緣程度。
(2)作為產(chǎn)生同步信號(hào)之基礎(chǔ)的信號(hào)Vsw不是取自變壓器T，而是取自別的電路(扼流圈L2)，因此，同步信號(hào)發(fā)生順11可用寬容差的部件來(lái)構(gòu)成。所以，這種開(kāi)關(guān)式電源可以做得比圖3的開(kāi)關(guān)式電源更小。
最后，說(shuō)明開(kāi)關(guān)式電源的安裝情況。圖14示出開(kāi)關(guān)式電源結(jié)構(gòu)的透視圖。圖中，印刷板是用一種鋁型的高導(dǎo)電和高導(dǎo)熱材料制造的，其上表面可散發(fā)掉所安裝的電氣部件產(chǎn)生的熱，而其整個(gè)下表面實(shí)質(zhì)上可作散熱片用。在上表面上，安裝有變壓器、線路濾波器、扼流圈和其它磁性部件、以及濾波電容器等。此外，產(chǎn)生熱輻射的二極管、場(chǎng)效應(yīng)管和其它開(kāi)關(guān)器件也安裝在上表面。除了這些部件，其它諸如電阻之類(lèi)的部件也安裝在印刷板的這一側(cè)。這些二極管、場(chǎng)效應(yīng)管、電阻以及其它部件都是表面安裝式部件，以便容易地將它們安裝在印刷板上。
如果采用這種結(jié)構(gòu)方式，就可以大大推進(jìn)開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源的生產(chǎn)自動(dòng)化和設(shè)計(jì)自動(dòng)化。首先，對(duì)于電源制造自動(dòng)化來(lái)說(shuō)，由于本發(fā)明所用的都是小型化部件，并安裝在單面印刷板的上表面，因此，容易實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸機(jī)器手的控制，從而推進(jìn)機(jī)械化生產(chǎn)。其次，對(duì)于散熱設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，可用一個(gè)計(jì)算機(jī)模擬模型來(lái)測(cè)試印刷板下表面的溫度分布，一旦已給定容納電源的機(jī)殼的條件，就能確定電源的溫升是否在容許范圍之內(nèi)。此外，對(duì)于電磁干擾的預(yù)防措施來(lái)說(shuō)，由于可以預(yù)先測(cè)出浮游電容量，因此，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬能精確地預(yù)知輻射的電磁波，而在進(jìn)行實(shí)際試驗(yàn)后就能容易地作出決斷性的防范措施。還有，對(duì)于抗振動(dòng)來(lái)說(shuō)，由于較重的磁性部件與印刷板的上表面直接接觸，因此重心低，抗振動(dòng)性能得到改善。這樣，就散熱、抗電磁干擾和抗振動(dòng)各方面來(lái)看，其設(shè)計(jì)容易，這也是本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種開(kāi)關(guān)式電源，用以控制開(kāi)關(guān)的占空比，使主輸出電壓等于第一恒定電壓，所述的主輸出電壓是依靠通、斷一個(gè)安裝在變壓器初級(jí)側(cè)的一個(gè)主開(kāi)關(guān)以及借助一個(gè)第一扼流圈來(lái)對(duì)所述變壓器次級(jí)側(cè)一個(gè)第一繞組中所感應(yīng)出電壓的已整流波形進(jìn)行濾波而得到的，所述的開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源其特征在于，包括一個(gè)繞在所述變壓器次級(jí)側(cè)的第二繞組；一個(gè)濾波電路，對(duì)第二繞組的一個(gè)輸出的已整流波形進(jìn)行濾波，以得到次輸出電壓；一個(gè)開(kāi)關(guān)器件，接受所述已整流波形，并通過(guò)其通/斷操作來(lái)控制對(duì)所述濾波電路的供電量；一個(gè)輔助電源，用來(lái)產(chǎn)生一個(gè)直流電壓該直流電壓具有的電壓電平比上述開(kāi)關(guān)器件的源極電位高，能使所述開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通；一個(gè)同步信號(hào)發(fā)生器，由它用來(lái)檢測(cè)所述的主開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)入截止的定時(shí)，產(chǎn)生出一個(gè)周期性的鋸齒波同步信號(hào)，在所述的主開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)入截止時(shí)刻起到下一次轉(zhuǎn)入截止時(shí)刻止的時(shí)間內(nèi)，該鋸齒波以一恒定斜率上升；一個(gè)差分放大器，以所述濾波電路的次輸出電壓和第二設(shè)定電壓作為輸入，比較這兩者的大小，輸出一個(gè)與所述次輸出電壓和所述第二設(shè)定電壓之間的差值相對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)電壓；一個(gè)脈寬調(diào)制電路，以所述輔助電源給出的直流電壓作為電源電壓，將所述同步信號(hào)和所述基準(zhǔn)電壓作為輸入，輸出一個(gè)寬度變化的脈沖信號(hào)加給所述開(kāi)關(guān)器件，從而使所述濾波電路的次輸出電壓等于所述第二設(shè)定電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)式電源，其特征在于，所述同步信號(hào)發(fā)生器以所述第二繞組中的感應(yīng)電壓和為輸入，從該感應(yīng)電壓中檢測(cè)出所述主開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)入截止的定時(shí)，從而產(chǎn)生出一個(gè)周期性的鋸齒波同步信號(hào)，在主開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)入截止時(shí)刻起到下一次轉(zhuǎn)入截止時(shí)刻止的時(shí)間內(nèi)，該鋸齒波以一恒定斜率上升。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)式電源，其特征在于，所述輔助電源包括一個(gè)第三繞組，繞在所述第一扼流圈鐵心上;一個(gè)整流濾波電路，該電路的第一輸出端連接到用作所述開(kāi)關(guān)器件的一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管的源極上，而該電路的第二輸出端連接到所述脈寬調(diào)制電路上，通過(guò)該電路對(duì)所述第三繞組中一個(gè)感應(yīng)出的電壓的整流和濾波，得到一個(gè)直流電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3提出的開(kāi)關(guān)式電源，其特征在于，所述同步信號(hào)發(fā)生器以所述第三繞組中的感應(yīng)電壓作為輸入，從該感應(yīng)電壓中檢測(cè)出所述主開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)入截止的定時(shí)，從而產(chǎn)生出一個(gè)周期性的鋸齒波同步信號(hào)，在主開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)入截止時(shí)刻起到下一次轉(zhuǎn)入截止時(shí)刻止的時(shí)間內(nèi)，該鋸齒波以一恒定斜率上升。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)并式電源，其特征在于所述的濾波電路利用一個(gè)第二扼流圈，對(duì)作為輸入的已整流波形進(jìn)行濾波，得到所述的次輸出電壓;所述電源包括一個(gè)繞在所述第二扼流圈鐵心上的一個(gè)第四繞組，其一端連接到用作所述開(kāi)關(guān)器件的一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管的源極上，并有一個(gè)恒定電壓電路，用以對(duì)所述秕四繞組中感應(yīng)出的信號(hào)進(jìn)行整流、濾波，從而產(chǎn)生一個(gè)直流電壓，加到所述脈寬調(diào)制電路上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的開(kāi)關(guān)式電源，其特征在于，所述的同步信號(hào)發(fā)生器以所述第四繞組中的感應(yīng)電壓作為輸入，從該感應(yīng)電壓中檢測(cè)出所述主開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)入截止的定時(shí)，從而產(chǎn)生一個(gè)周期性的鋸齒波同步信號(hào)，在主開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)入截止時(shí)刻起到下一次轉(zhuǎn)入截止時(shí)刻止的時(shí)間內(nèi)，該鋸齒波以一恒定斜率上升。
全文摘要
開(kāi)關(guān)式電源的次輸出電路場(chǎng)效應(yīng)管對(duì)輸入的方波電壓斬波來(lái)控制脈沖寬度而得到一個(gè)等于設(shè)定電壓值的直流輸出電壓。本發(fā)明輔助電源和產(chǎn)生特定同步信號(hào)波形的同步信號(hào)發(fā)生器用以減少驅(qū)動(dòng)次輸出電路場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通/截止的控制信號(hào)的時(shí)間延遲，因而能夠得到高的次輸出電壓。
文檔編號(hào)H02M3/335GK1089407SQ9310497
公開(kāi)日1994年7月13日 申請(qǐng)日期1993年4月27日 優(yōu)先權(quán)日1993年1月5日
發(fā)明者稻生清春, 松田修一 申請(qǐng)人:橫河電機(jī)株式會(huì)社