專利名稱：具有電流和電壓限制的開(kāi)關(guān)模式電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一個(gè)開(kāi)關(guān)模式電源，含有一個(gè)可控開(kāi)關(guān)元件和一個(gè)感性元件的串聯(lián)裝置，被連接以接收一個(gè)輸入電壓，用于使可控開(kāi)關(guān)元件在接通期間進(jìn)行導(dǎo)通的裝置，以產(chǎn)生經(jīng)過(guò)串聯(lián)裝置的電流，該電流在接通周期開(kāi)始時(shí)從一個(gè)最小值升高到在接通周期結(jié)束時(shí)的最大值，并且使可控開(kāi)關(guān)元件在關(guān)斷期間不導(dǎo)通。
這種開(kāi)關(guān)模式電源公開(kāi)在國(guó)際申請(qǐng)WO97/30574中。在所述已知的電源中，感性元件是變壓器的初級(jí)線圈并且可控開(kāi)關(guān)元件是開(kāi)關(guān)晶體管。該變壓器另外含有一個(gè)次級(jí)線圈，其提供到要充電的電池的輸出電流和/或經(jīng)過(guò)整流二極管的另外的負(fù)載。此已知負(fù)載的問(wèn)題是在要供電的負(fù)載出現(xiàn)短路時(shí)的輸出電流限制。短路電流能夠出現(xiàn)在負(fù)載或者要充電的電池出錯(cuò)的情況下。在可重復(fù)充電的設(shè)備中，例如剃須刀、牙刷、真空凈化器、電話設(shè)備以及等等，其能夠放置在一個(gè)座上以對(duì)電池進(jìn)行充電，短路的風(fēng)險(xiǎn)也是大的，因?yàn)殡娫吹挠|針能夠不注意地與一個(gè)導(dǎo)電物體相接觸。如果電源與主電壓匹配器或者提供到可重復(fù)充電裝置的充電電流的電源插座不匹配，這種情況也能夠方式。匹配器的輸出端也能夠不注意地被短路。
用在已知的電源上的常見(jiàn)的限制電流的方法是限制初級(jí)電流的最大值Ipmax。為此，測(cè)量初級(jí)電流并且一旦初級(jí)電流超過(guò)一個(gè)定值該開(kāi)關(guān)晶體管關(guān)斷。然而在此情況下當(dāng)開(kāi)關(guān)模式電源開(kāi)始工作在連續(xù)導(dǎo)通模式下時(shí)該平均的輸出電流仍然是高的，這意味著在輸出電流降到零之前該開(kāi)關(guān)晶體管再一次導(dǎo)通。該初級(jí)電流再一次從在接通周期開(kāi)始時(shí)的最小值Ipmin升高到在關(guān)斷周期結(jié)束時(shí)的最大值Ipmax。當(dāng)要供電的負(fù)載短路時(shí)，平均輸出電流大約等于n*(Ipmax+Ipmin)/2，其中n是變比。因?yàn)檩敵龆吮欢搪?，輸出電流在關(guān)斷期間幾乎沒(méi)有下降。在此情況下在接通期間幾乎立即達(dá)到了最大值Ipmax，結(jié)果輸出電流升高到大約n*(Ipmax+Ipmin)/2。
本發(fā)明的任務(wù)是提供一個(gè)具有改進(jìn)的短路性能的開(kāi)關(guān)模式電源。為此，開(kāi)頭所述類型的開(kāi)關(guān)模式電源含有用于限制最小的電流值的裝置。通過(guò)限制最小的電流值Ipmin可以實(shí)現(xiàn)將平均輸出電流限制到小于n*Ipman的一個(gè)值。
為了限制初級(jí)電流的最小值，本發(fā)明的開(kāi)關(guān)模式電源的一個(gè)實(shí)施例的特征在于限制裝置含有用于產(chǎn)生測(cè)量信號(hào)的裝置，該測(cè)量信號(hào)具有的幅值是在接通周期開(kāi)始時(shí)的電流的最小值的測(cè)量結(jié)果，用于將測(cè)量信號(hào)與參考信號(hào)進(jìn)行比較的裝置，和根據(jù)比較結(jié)果改變接通周期和關(guān)斷周期的比例的裝置。
在接通周期開(kāi)始時(shí)，即當(dāng)初級(jí)電流具有最小值Ipmin時(shí)，測(cè)量信號(hào)與參考信號(hào)進(jìn)行比較。根據(jù)該比較結(jié)果改變接通周期和關(guān)斷周期直接的比例，例如通過(guò)延長(zhǎng)關(guān)斷周期，以此方式最小值Ipmin沒(méi)有超過(guò)給定的最大值。結(jié)果當(dāng)負(fù)載短路時(shí)輸出電流保持恒定。
最小值Ipmin的幅值能夠通過(guò)與可控開(kāi)關(guān)元件和一個(gè)差分網(wǎng)絡(luò)相串聯(lián)的檢測(cè)晶體管進(jìn)行測(cè)量，該網(wǎng)絡(luò)能夠差分檢測(cè)晶體管上的電壓。在接通周期開(kāi)始時(shí)的差分信號(hào)中的超前邊沿的幅值是最小值Ipmin的幅值的測(cè)量結(jié)果。通過(guò)一個(gè)比較器此幅值能夠與一個(gè)參考信號(hào)進(jìn)行比較并且能夠然后進(jìn)行平均。所得到的平均比較信號(hào)例如影響了關(guān)斷周期以當(dāng)平均比較信號(hào)上升時(shí)延長(zhǎng)關(guān)斷周期。該開(kāi)關(guān)模式電源然后工作以保持超前邊沿的幅值并且接下來(lái)使最小值Ipmin的幅值保持恒定。
該比較器也能夠限制開(kāi)關(guān)模式電源的傳輸電壓。當(dāng)輸出電壓太高時(shí)，該比較器能夠使關(guān)斷周期延長(zhǎng)，結(jié)果是提供功率到該負(fù)載并且接下來(lái)下降。該輸出電壓能夠通過(guò)測(cè)量電壓的越變和將越變與差分信號(hào)進(jìn)行相加來(lái)進(jìn)行確定，該測(cè)量電壓越變是在關(guān)斷周期中發(fā)生在輔助線圈上或者直接發(fā)生在感性元件上的。因?yàn)楦行栽谛孤┑淖噪姼卸B加在電壓越變上的擾動(dòng)電壓波動(dòng)通過(guò)在接通周期結(jié)束時(shí)的差分信號(hào)的滯后的邊沿被壓縮。
作為該短路性能的結(jié)果，該開(kāi)關(guān)模式電源非常適合于使用可重復(fù)充電的裝置，尤其是具有壁安裝件或者座的裝置，其中設(shè)置有電源并且該電源具有接腳以使該裝置被放置到座上時(shí)使電源與該裝置進(jìn)行接觸。該開(kāi)關(guān)模式電源適合于使用在一個(gè)主電源和電源插座中，該主電源或者電源插座提供低電壓到具有或者不具有可重復(fù)充電的電池的電設(shè)備。
本發(fā)明的這些和其他的方面參考附圖進(jìn)行描述。


圖1是本發(fā)明的開(kāi)關(guān)模式電源的第一個(gè)實(shí)施例的方框圖，
圖2是表示當(dāng)本發(fā)明的開(kāi)關(guān)模式電源工作在斷續(xù)導(dǎo)通模式下的初級(jí)電流的變化的示意圖，圖3是表示當(dāng)本發(fā)明的開(kāi)關(guān)模式電源工作在連續(xù)導(dǎo)通模式下的初級(jí)電流的變化的示意圖，圖4是本發(fā)明的開(kāi)關(guān)模式電源的第二個(gè)實(shí)施例的方框圖，圖5是本發(fā)明的開(kāi)關(guān)模式電源的第三個(gè)實(shí)施例的方框圖，圖6是本發(fā)明的開(kāi)關(guān)模式電源的第四個(gè)實(shí)施例的方框圖，圖7是本發(fā)明的開(kāi)關(guān)模式電源的第五個(gè)實(shí)施例的方框圖，圖8示出了含有本發(fā)明的開(kāi)關(guān)模式電源的電動(dòng)剃須刀，圖9示出了含有本發(fā)明的開(kāi)關(guān)模式電源的一個(gè)主電壓匹配器，圖10示出了具有一個(gè)可重復(fù)充電的電池的電動(dòng)剃須刀和一個(gè)具有本發(fā)明的開(kāi)關(guān)模式電源以對(duì)電池進(jìn)行充電的座的組合，在附圖中具有相似功能或者目的的部分使用相同的參考符號(hào)。
圖1示出了本發(fā)明的開(kāi)關(guān)模式電源的方框圖。目前是變壓器4的初級(jí)線圈2的一個(gè)感性元件與目前是開(kāi)關(guān)晶體管6的可控開(kāi)關(guān)元件和一個(gè)檢測(cè)電阻8串聯(lián)連接，它們連接在電源端子10和接地端子12之間以接收輸入電壓Vin，例如是從整流的主電壓導(dǎo)出的。變壓器4具有通過(guò)整流二極管16連接到負(fù)載的次級(jí)線圈14，該負(fù)載通過(guò)例子的形式被示出，例如作為可重復(fù)充電的電池B或者一個(gè)馬達(dá)M，其能夠通過(guò)開(kāi)關(guān)SW與電池B進(jìn)行并聯(lián)。該開(kāi)關(guān)模式電源、電池B、開(kāi)關(guān)SW以及電機(jī)M能夠形成電設(shè)備，例如剃須刀的一部分，該電設(shè)備具有能夠從主電壓進(jìn)行充電的可重復(fù)充電的電池。該開(kāi)關(guān)模式電源能夠容納在電設(shè)備本身中，在一個(gè)壁安裝件或者一個(gè)座中或者在主電壓匹配器中，也可以作為電源插座。在最后的兩個(gè)情況下，負(fù)載通過(guò)兩個(gè)觸點(diǎn)15和16連接到整流二極管16和次級(jí)線圈14，在兩個(gè)觸點(diǎn)之間設(shè)置有一個(gè)電容19。
開(kāi)關(guān)晶體管6通過(guò)一個(gè)控制裝置18進(jìn)行控制，其將開(kāi)關(guān)晶體管6導(dǎo)通一個(gè)接通周期t1并且接下來(lái)將這個(gè)晶體管關(guān)斷一個(gè)關(guān)斷周期t2。在接通周期t1開(kāi)始時(shí)該開(kāi)關(guān)晶體管6導(dǎo)通，以此一個(gè)初級(jí)電流Ip開(kāi)始流過(guò)初級(jí)線圈2、開(kāi)關(guān)晶體管6和檢測(cè)晶體管8。如圖2所示，初級(jí)電流Ip上升到給定的最大值Ipmax。整流二極管16然后關(guān)斷。在檢測(cè)電阻8上的電壓Vs然后上升到一個(gè)最大值。電壓Vs被作用到控制裝置18的檢測(cè)輸入端20并且一旦電壓Vs超過(guò)最大值，該控制裝置18關(guān)斷該開(kāi)關(guān)晶體管6。隨后是一個(gè)關(guān)斷周期t2，它的長(zhǎng)度通過(guò)將電容22從一個(gè)電壓源24經(jīng)過(guò)兩個(gè)串聯(lián)連接電阻26和28充電到一個(gè)給定的電壓所需要的時(shí)間進(jìn)行確定。當(dāng)電容22的電壓超過(guò)給定的闕值時(shí)，控制裝置18再一次將開(kāi)關(guān)晶體管6導(dǎo)通并且電容22放電。作為初級(jí)電流Ip的中斷的結(jié)果，次級(jí)線圈14的電壓符號(hào)反向。整流二極管16導(dǎo)通并且降低了流過(guò)負(fù)載的次級(jí)電流，該電流作為變換到初級(jí)側(cè)的電流以點(diǎn)劃線示出在圖2中。在關(guān)斷周期t2期滿時(shí)開(kāi)始一個(gè)新的周期。
以在圖1中沒(méi)有示出的方式，負(fù)載的電壓Vout通過(guò)變化接通周期t1和關(guān)斷周期t2之間的比例被保持恒定。當(dāng)負(fù)載上升時(shí)需要更多的功率，以此關(guān)斷周期t2變?yōu)楦滩⑶议_(kāi)關(guān)模式電源開(kāi)始以連續(xù)導(dǎo)通的模式進(jìn)行工作，其中如圖3所示，在次級(jí)電流下降到零之前初級(jí)電流Ip已經(jīng)導(dǎo)通。在此情況下，當(dāng)開(kāi)關(guān)晶體管6導(dǎo)通時(shí)初級(jí)電流Ip的初始值不是零但是具有最小值Ipmin。在接通周期t1期間，初級(jí)電流Ip從最小值Ipmin上升到最大值Ipmax。在隨后的關(guān)斷周期t2期間，下降的次級(jí)電流流過(guò)該負(fù)載。
在負(fù)載短路的情況下或者過(guò)載的情況下，一定限制次級(jí)電流以阻止電源電路和/或負(fù)載被破壞。當(dāng)電源以連續(xù)導(dǎo)通模式工作時(shí)，將初級(jí)電流Ip限制到值Ipmax不能夠阻止平均次級(jí)電流上升到一個(gè)高值。當(dāng)負(fù)載短路時(shí)，平均次級(jí)電流大約等于n*(Ipmax+Ipmin)/2，其中n是初級(jí)線圈2和次級(jí)線圈14之間的比例。在短路的情況下，次級(jí)電流在關(guān)斷周期t2期間幾乎不能下降并且在隨后的接通周期t1中幾乎立即達(dá)到了最大值Ipmax。結(jié)果是平均次級(jí)電流上升到大約n*Ipmax。
根據(jù)本發(fā)明，不僅通過(guò)將初級(jí)電流Ip的最大值Ipmax保持恒定而且通過(guò)阻止初級(jí)電流Ip的最小值Ipmin超過(guò)一個(gè)給定的值，該次級(jí)電流被限制。以此在短路的情況下，最小值Ipmin不能夠上升到Ipmax并且平均次級(jí)電流被限制到一個(gè)安全值。以這種方式通過(guò)改變接通周期t1和關(guān)斷周期t2的比例來(lái)限制最小值Ipmin，即所得到的Ipmin沒(méi)有超過(guò)所希望的值。這能夠通過(guò)例如延長(zhǎng)關(guān)斷周期t2來(lái)達(dá)到。
最小值Ipmin能夠通過(guò)含有相互連接在節(jié)點(diǎn)34上的的電容30和電阻32的差分網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過(guò)差分在檢測(cè)電阻8上的電壓進(jìn)行測(cè)量。在圖1中信號(hào)Vs表示在連續(xù)導(dǎo)通模式下的在檢測(cè)電阻8上的電壓的變化，而信號(hào)Vsd表示在節(jié)點(diǎn)34上的差分信號(hào)。信號(hào)Vsd的超前邊沿的幅值是值Ipmin的測(cè)量值。通過(guò)比較器36，信號(hào)Vsd與由參考電壓源38提供的參考電壓Vref進(jìn)行比較。比較器36的輸出信號(hào)通過(guò)電容40進(jìn)行平均并且作用到在電阻26和28之間的節(jié)點(diǎn)。比較器36的輸出信號(hào)因此影響了電容22的充電時(shí)間以及因此的關(guān)斷周期t2的長(zhǎng)度。該開(kāi)關(guān)模式電源現(xiàn)在工作以保持在信號(hào)Vsd中的超前邊沿的恒定的幅值。該電源作為具有受限制平均次級(jí)電流的電流源起作用。
比較器36也能夠用于限制在負(fù)載上的輸出電壓Vout。在輸出電壓太高的情況下，比較器36能夠?qū)е玛P(guān)斷周期延長(zhǎng)，結(jié)果是功率被傳輸?shù)截?fù)載，并且以此輸出電壓Vout下降。圖4示出了一個(gè)實(shí)施例，其中電壓Vout通過(guò)輔助線圈42進(jìn)行測(cè)量。在關(guān)斷周期t2期間，是輸出電壓Vout的測(cè)量值的信號(hào)電壓Va出現(xiàn)在輔助線圈42上。信號(hào)電壓Va通過(guò)二極管44和電阻46被作用到節(jié)點(diǎn)34并且通過(guò)比較器36與參考電壓Vref進(jìn)行比較。變壓器4的泄漏電感在信號(hào)Va中在開(kāi)關(guān)晶體管6關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生了大電壓的瞬變，但是此瞬變通過(guò)出現(xiàn)在節(jié)點(diǎn)34上的信號(hào)Vsd中的負(fù)的滯后邊沿進(jìn)行抑制。該二極管44在接通周期t1期間將節(jié)點(diǎn)34與輔助線圈42相分離并且補(bǔ)償了在整流二極管16上的電壓降。
圖5示出了一個(gè)變型，其中電壓Vout被直接在初級(jí)線圈2上進(jìn)行測(cè)量。在開(kāi)關(guān)晶體管6和初級(jí)線圈2之間的節(jié)點(diǎn)通過(guò)電阻48被連接到PNP晶體管50的發(fā)射極，該晶體管的基極連接到在兩個(gè)電阻52和54之間的節(jié)點(diǎn)，該電阻串聯(lián)地設(shè)置在電源端子10和電壓源24之間，具有的集電極連接到節(jié)點(diǎn)34。晶體管50的發(fā)射極通過(guò)電阻49被連接到電壓源24。在關(guān)斷周期t2期間，在開(kāi)關(guān)晶體管6和初級(jí)線圈2之間的節(jié)點(diǎn)上的電壓高于電壓Vin。含有電阻52和54的以及電阻48和49的該分壓器以此方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，即晶體管50的基極-發(fā)射極連接變?yōu)閷?dǎo)通。該晶體管50的驅(qū)動(dòng)依賴于輸入電壓Vin?，F(xiàn)在一個(gè)電流流過(guò)晶體管50，它的幅值主要通過(guò)電阻48的值進(jìn)行確定。這個(gè)電流也流過(guò)電阻32，在那產(chǎn)生了具有與圖4的信號(hào)Va相同波形的信號(hào)電壓。在此情況下，瞬變電壓再一次通過(guò)在電阻32上的信號(hào)Vsd中的負(fù)的滯后邊沿進(jìn)行抑制。
在圖4和5中的電源電路都是電流受限制的并且電壓受限制。電壓Vout從沒(méi)有超過(guò)一個(gè)預(yù)定的值。另外次級(jí)電流的平均值以及提供到負(fù)載的電流受限制。這使該電源電路非常適合于作為一個(gè)電池充電器。
圖6示出了具有根據(jù)圖5的方框圈的電流和電壓限制的開(kāi)關(guān)模式電源的詳細(xì)電路圖。該交流主電壓或者適合的直流電壓被作用到輸入端子60和62。如果需要，該交流主電壓可以通過(guò)一個(gè)變壓器(未示出)進(jìn)行提供。該交流主電壓通過(guò)二極管橋64進(jìn)行整流并且通過(guò)電容66和68以及一個(gè)線圈70進(jìn)行平滑和濾波。也可以使用一個(gè)單一的整流二極管來(lái)代替二極管橋。一個(gè)優(yōu)選的電阻72限制了二極管橋64的電流。該整流輸入電壓的負(fù)端子被連接到接地端子12。該正端子10被連接到變壓器4的初級(jí)線圈2。一個(gè)齊那二極管74和一個(gè)二極管76被與初級(jí)線圈2并聯(lián)地設(shè)置并且當(dāng)流過(guò)初級(jí)線圈2的電流中斷時(shí)，限制初級(jí)線圈2上的電壓。代替在此所示的齊那二極管74和二極管76，一個(gè)替換的電路，例如電容和電阻的串聯(lián)裝置能夠被使用以限定在初級(jí)線圈2上的電壓的變化。
圖5的電壓源24通過(guò)在節(jié)點(diǎn)82和接地端子12之間的齊那二極管78和電容80實(shí)現(xiàn)。節(jié)點(diǎn)82通過(guò)電阻52和54被連接到正端子10。
該控制裝置18作為離散的單穩(wěn)態(tài)多振蕩器構(gòu)成，其在它的源極電極上驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)晶體管6。開(kāi)關(guān)晶體管6的柵極通過(guò)一個(gè)電阻84被連接到節(jié)點(diǎn)82以抑制開(kāi)關(guān)晶體管6的可能的關(guān)斷瞬變。該開(kāi)關(guān)晶體管6的源極被連接到PNP晶體管86的發(fā)射極，該晶體管的集電極通過(guò)檢測(cè)電阻連接到接地端子12。檢測(cè)電阻被分成兩個(gè)電阻88和90，電阻88被連接到晶體管86的集電極，而電阻90被連接到接地端子12。電阻88和90在一個(gè)抽頭點(diǎn)被相互連接。一個(gè)NPN晶體管92的發(fā)射極被連接到此抽頭點(diǎn)并且它的集電極連接到晶體管86的基極。單穩(wěn)態(tài)多振蕩器的計(jì)時(shí)是通過(guò)電阻26和28以及一個(gè)計(jì)時(shí)電容94進(jìn)行確定。電阻26和28被串聯(lián)連接在節(jié)點(diǎn)82以及晶體管92的基極之間。該計(jì)時(shí)電容94被連接在晶體管92的基極和電阻88與晶體管86的集電極之間的節(jié)點(diǎn)之間。一個(gè)齊那二極管96被連接在晶體管92的基極以及接地端子12之間。如果晶體管92的基極上的電壓超過(guò)了一個(gè)給定的闕值則齊那二極管96擊穿，并且然后形成了到接地端子12的低阻抗電流路徑。一個(gè)電阻98與晶體管86的基極-發(fā)射極連接進(jìn)行并聯(lián)連接。電阻88兩端的電容100抑制了寄生的振蕩。
圖5的比較器36含有一個(gè)NPN晶體管102，它的基極連接到節(jié)點(diǎn)34，它的發(fā)射極連接到接地端子12并且它的集電極連接到電阻26和28之間的節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)也連接到平均晶體管102的輸出信號(hào)的電容40。晶體管102的基極-發(fā)射極連接電壓Vbe作為參考電壓Vref起作用。差分網(wǎng)絡(luò)的電容30被連接到電阻88和90之間的節(jié)點(diǎn)。
一旦計(jì)時(shí)電容94通過(guò)電阻26和28被正向充電到大約+0.6V，晶體管92導(dǎo)通。然后晶體管92使晶體管86和開(kāi)關(guān)晶體管6導(dǎo)通。在開(kāi)關(guān)晶體管6和晶體管86中的上升的電流在電阻88上產(chǎn)生了上升的電壓，該電壓通過(guò)計(jì)時(shí)電容94反饋到晶體管92的基極。該計(jì)時(shí)電容94提供了一個(gè)正反饋，其中通過(guò)計(jì)時(shí)電容94一個(gè)電流開(kāi)始流到晶體管92的基極。結(jié)果是計(jì)時(shí)電容被反向充電。晶體管92被保持在接通狀態(tài)，直到電阻90的電壓等于齊那二極管96的齊那電壓。從此刻起，計(jì)時(shí)電容94的電流通過(guò)齊那二極管96代替地流到晶體管92的基極。晶體管92以及下面的晶體管86和開(kāi)關(guān)晶體管6然后被關(guān)斷。當(dāng)開(kāi)關(guān)晶體管6被關(guān)斷時(shí)，電阻88和90上的電壓消失。因?yàn)橛?jì)時(shí)電容94已經(jīng)被反向充電，晶體管92和86以及下面的開(kāi)關(guān)晶體管6保持不導(dǎo)通，直到電容94通過(guò)電阻26和28被正向重復(fù)充電。
如果節(jié)點(diǎn)34上的輔助電壓高于晶體管102的Vbe，晶體管102導(dǎo)通并且將電容40上的電壓降到一個(gè)較小的值，以此計(jì)時(shí)電容94需要更長(zhǎng)的時(shí)間進(jìn)行正向充電。因此當(dāng)開(kāi)關(guān)晶體管6導(dǎo)通時(shí)如果初級(jí)電流Ip超過(guò)一個(gè)給定的闕值，該關(guān)斷周期變長(zhǎng)。
晶體管98用于較好地確定晶體管86的導(dǎo)通瞬間。晶體管92的集電極電流在晶體管86導(dǎo)通之前首先構(gòu)成在電阻98上的闕值電壓。如果需要，晶體管50、86、92和102能夠作為MOS晶體管交替地構(gòu)成。
圖7示出了基于開(kāi)關(guān)IC型號(hào)TOP210的實(shí)施例，其可以商業(yè)上從功率積分有限公司得到。開(kāi)關(guān)IC104具有一個(gè)初級(jí)線圈2連接到此的端子DRN(“漏極”)，一個(gè)端子SRC(“源極”)，其通過(guò)檢測(cè)電阻8連接到接地端子12，和一個(gè)端子CTL(“控制端”)，其通過(guò)電阻106和一個(gè)二極管108連接到變壓器4的輔助線圈110的第一個(gè)端子，該輔助線圈的另一端連接到開(kāi)關(guān)IC104的端子SRC。開(kāi)關(guān)IC以與圖4相似的方式控制輸出電壓。可以與圖4的信號(hào)電壓Va相比較的電壓出現(xiàn)在輔助線圈110上。此電壓存儲(chǔ)在連接在端子CTL和SRC之間的電容112內(nèi)。該開(kāi)關(guān)IC104根據(jù)施加到端子CTL上的電流控制周期。另外為了控制輸出電壓，還提供了一個(gè)電流限制控制。初級(jí)電流的差分通過(guò)檢測(cè)電阻8和與圖4相似的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行影響。以圖6中相同的方式，具有積分電容的比較器含有一個(gè)晶體管102和電容40。電容114和二極管116的串聯(lián)裝置與輔助線圈110并聯(lián)地設(shè)置。電容114和二極管116之間的節(jié)點(diǎn)通過(guò)二極管118和晶體管120的發(fā)射極-集電極連接連接到端子CTL。晶體管120的基極通過(guò)電阻122連接到電容40。電容114和二極管116和118構(gòu)成了可以通過(guò)晶體管102和120導(dǎo)通的充電轉(zhuǎn)換裝置。當(dāng)晶體管120導(dǎo)通時(shí)，額外的電流施加在端子CTL，結(jié)果是傳輸電流受到限制。
本發(fā)明的電源電路適合于具有可重復(fù)充電的電池，例如NiCd或者NiMH電池的電設(shè)備，該電池由主電壓進(jìn)行充電。圖8以實(shí)施例的形式示出了具有外殼H的電動(dòng)剃須刀，該外殼容納了以PS參考的電源電路、可重復(fù)充電的電池B和馬達(dá)M。馬達(dá)驅(qū)動(dòng)該剃須頭SH并且通過(guò)開(kāi)關(guān)SW進(jìn)行啟動(dòng)。
圖9示出了含有電源電路PS的主電壓匹配器或者電源插頭PP。該電源插頭PP被適配以與圖8中的剃須刀共同進(jìn)行工作，在這種情況下，該剃須刀含有可重復(fù)充電的電池B但是不含有電源電路PS。
圖10示出了剃須刀的組合，該剃須刀的外殼H被設(shè)置在座ST的容器CM內(nèi)。該座容納了通過(guò)容器CM中的觸點(diǎn)(未示出)對(duì)電池B進(jìn)行充電的電源電路PS，該電池設(shè)置在剃須刀的外殼H中。
明顯的是該電源電路還適合于其他的具有或者不具有可重復(fù)充電的電池的電設(shè)備，例如電動(dòng)牙刷、穿孔機(jī)、真空清潔器以及相似的裝置。
權(quán)利要求
1.一個(gè)開(kāi)關(guān)模式電源，含有一個(gè)可控開(kāi)關(guān)元件(6)和一個(gè)感性元件(2)的串聯(lián)裝置，被連接以接收一個(gè)輸入電壓(Vin)，裝置(18)，用于使可控開(kāi)關(guān)元件(6)在接通周期期間導(dǎo)通，以產(chǎn)生經(jīng)過(guò)串聯(lián)裝置的電流(Ip)，該電流在接通周期開(kāi)始時(shí)從一個(gè)最小值上升到在接通周期結(jié)束時(shí)的最大值，并且用于使可控開(kāi)關(guān)元件(6)在關(guān)斷周期期間不導(dǎo)通，其特征在于，該開(kāi)關(guān)模式電源另外含有用于限制電流的最小值的裝置(8，30，32，36)。
2.如權(quán)利要求1的開(kāi)關(guān)模式電源，其特征在于，用于限制的裝置含有用于產(chǎn)生具有一個(gè)幅值的測(cè)量信號(hào)的裝置(8)，該幅值是在接通周期開(kāi)始時(shí)的電流的最小值的測(cè)量值，用于將測(cè)量信號(hào)與參考信號(hào)進(jìn)行比較的裝置(36)，和根據(jù)比較用于改變接通周期和關(guān)斷周期之間的比例的裝置(26，28，22，18)。
3.如權(quán)利要求2的開(kāi)關(guān)模式電源，其特征在于，用于產(chǎn)生測(cè)量信號(hào)的裝置含有一個(gè)與可控開(kāi)關(guān)元件(6)進(jìn)行串聯(lián)的檢測(cè)電阻(8)和通過(guò)差分檢測(cè)電阻(8)上的信號(hào)電壓來(lái)提供測(cè)量信號(hào)的差分網(wǎng)絡(luò)(30，32)。
4.如權(quán)利要求2或者3的開(kāi)關(guān)模式電源，其特征在于，用于比較的裝置含有一個(gè)比較器(36)，其具有的輸入端用于接收參考信號(hào)和測(cè)量信號(hào)以及輸出端用于提供一個(gè)比較信號(hào)，和用于平均該比較信號(hào)的和用于提供平均的比較信號(hào)的裝置(40)。
5.如權(quán)利要求4的開(kāi)關(guān)模式電源，其特征在于，用于改變(26，28，22，18)的裝置根據(jù)平均的比較信號(hào)延長(zhǎng)了關(guān)斷周期。
6.如權(quán)利要求3、4或者5的開(kāi)關(guān)模式電源，其特征在于，該開(kāi)關(guān)模式電源另外含有用于產(chǎn)生一個(gè)另外的測(cè)量信號(hào)的裝置(42)，該信號(hào)是要供電的負(fù)載兩端電壓的測(cè)量值，和用于將該另外的測(cè)量信號(hào)與第一個(gè)注明的測(cè)量信號(hào)相加的裝置(44，46)。
7.如權(quán)利要求6的開(kāi)關(guān)模式電源，其特征在于，用于產(chǎn)生一個(gè)另外的測(cè)量信號(hào)的裝置含有一個(gè)磁耦合到該感性元件(2)的輔助線圈(42)，和用于相加的裝置含有一個(gè)二極管(44)，以在關(guān)斷周期期間將輔助線圈(42)的電壓耦合到第一個(gè)注明的測(cè)量信號(hào)。
8.如權(quán)利要求6的開(kāi)關(guān)模式電源，其特征在于，用于產(chǎn)生一個(gè)另外的測(cè)量信號(hào)的裝置含有該感性元件(2)，并且用于相加的裝置含有一個(gè)第一個(gè)分壓器(48，49)，其連接在一個(gè)參考端子(24)和一個(gè)在感性元件(2)和可控開(kāi)關(guān)元件(6)之間的節(jié)點(diǎn)之間，一個(gè)第二個(gè)分壓器(52，54)，其連接在一個(gè)用于接收輸入電壓的端子(10)和參考端子(24)之間，一個(gè)晶體管(50)，它的第一個(gè)主電極連接到第一個(gè)分壓器(48，49)的一個(gè)抽頭點(diǎn)，它的第二個(gè)主電極耦合到差分網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)輸出端(34)，并且它的控制電極連接到第二個(gè)分壓器(52，54)的一個(gè)抽頭點(diǎn)。
9.一個(gè)電動(dòng)剃須刀(H)，含有一個(gè)可重復(fù)充電的電池(B)，一個(gè)電負(fù)載(M)，一個(gè)用于將負(fù)載(M)連接到電池(B)的開(kāi)關(guān)(SW)，和一個(gè)如上述任何一個(gè)權(quán)利要求所述的開(kāi)關(guān)模式電源(PS)，其用于提供功率到至少該電池(B)和/或該負(fù)載(M)。
10.一個(gè)電動(dòng)剃須系統(tǒng)，含有一個(gè)剃須刀，其含有一個(gè)可重復(fù)充電電池(B)，一個(gè)電負(fù)載(M)，一個(gè)用于將負(fù)載(M)連接到電池(B)的開(kāi)關(guān)(SW)，和一個(gè)座(ST)，該座含有如上述任何一個(gè)權(quán)利要求所述的一個(gè)開(kāi)關(guān)模式電源(PS)，以用于提供功率到至少該電池(B)和/或該負(fù)載(M)。
全文摘要
一個(gè)開(kāi)關(guān)模式電源使用用于開(kāi)關(guān)晶體管(6)的周期控制(18)。經(jīng)過(guò)次級(jí)線圈(2)的初級(jí)電流通過(guò)與開(kāi)關(guān)晶體管(6)進(jìn)行串聯(lián)的一個(gè)檢測(cè)電阻(8)進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)電阻(8)上的電壓與一個(gè)參考(38)和積分(40)信號(hào)進(jìn)行差分(30,32)、比較(36)。該積分信號(hào)延長(zhǎng)了開(kāi)關(guān)晶體管(6)的關(guān)斷周期,以此限制了在開(kāi)關(guān)晶體管(6)的接通周期開(kāi)始時(shí)的初級(jí)電流的幅值。在接通周期開(kāi)始時(shí)的初級(jí)電流的幅值通過(guò)檢測(cè)(20)檢測(cè)電阻(8)兩端的電壓進(jìn)行限制。初級(jí)電流的組合限制保證了該開(kāi)關(guān)模式電源的輸出電流以非常好的方式進(jìn)行限制。
文檔編號(hào)H02H7/122GK1246985SQ98802437
公開(kāi)日2000年3月8日 申請(qǐng)日期1998年11月30日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月10日
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