專利名稱：開關(guān)穩(wěn)功率電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及開關(guān)電源，尤其是一種開關(guān)穩(wěn)功率電源，屬于電源技術(shù)領(lǐng)域。
本發(fā)明的開關(guān)穩(wěn)功率電源能夠?qū)⑤斎氲闹绷麟姾驼骱蟮慕涣麟娮儞Q成為電流和電壓可分別從極小值至限定值雙向隨機(jī)調(diào)整的直流電輸出給負(fù)載，因電功率是電壓與電流的乘積，故本發(fā)明開關(guān)穩(wěn)功率電源包含開關(guān)穩(wěn)流電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源，本發(fā)明的開關(guān)穩(wěn)流電源或開關(guān)穩(wěn)壓電源只不過是本發(fā)明開關(guān)穩(wěn)功率電源的一種表現(xiàn)形式，這里所說的“穩(wěn)”字，除了有使電源的輸出電壓、電流和電功率穩(wěn)定在某一數(shù)值的含義外，還有使電源的輸出電壓、電流和電功率限定在某一數(shù)值范圍的含義，不僅如此，它還有使電源的輸出電壓、電流和電功率按預(yù)先給定的某個函數(shù)關(guān)系改變的含義，因此，也可以將本發(fā)明的開關(guān)穩(wěn)功率電源稱之為開關(guān)函數(shù)電源。
開關(guān)電源作為一門獨(dú)立的電源技術(shù)出現(xiàn)以來已經(jīng)歷了近半個世紀(jì)，在這段時(shí)間里，與開關(guān)電源技術(shù)有關(guān)的電源理論、變換器設(shè)計(jì)、控制方法、材料器件、生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品應(yīng)用等方面都獲得了很大的進(jìn)步和發(fā)展，然而，當(dāng)我們對該技術(shù)進(jìn)行深入研究后卻發(fā)現(xiàn)它仍然存在著一些問題需要解決，而且有的問題還帶有全局性，以下試列出幾個與本發(fā)明主題有關(guān)的，在本發(fā)明開關(guān)穩(wěn)功率電源中已基本得到解決的問題作一簡要的闡述。
假如向從事電源技術(shù)專業(yè)并有一定設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的工程師們提問在現(xiàn)有材料器件的基礎(chǔ)上，“理想”的電源設(shè)計(jì)應(yīng)具有哪些特征？以下的一些內(nèi)容很可能會在“答案”中出現(xiàn)1)、電源的工作電流最好是連續(xù)的。——現(xiàn)有開關(guān)電源的工作電流一般都不連續(xù)的，造成這一狀況的原因與目前普遍采用的開關(guān)電源控制方式及其所依據(jù)的控制理論有關(guān)，如以目前最常用的控制方式“定頻調(diào)寬制”為例，它是以固定開關(guān)的工作周期、調(diào)整開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間來控制輸出的一種開關(guān)電源控制方式，這種控制方式所基于的控制理論認(rèn)為在同一開關(guān)周期所包含的開關(guān)導(dǎo)通和開關(guān)截止兩個時(shí)間里，只要調(diào)整其中的一個——開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間，就可以控制電源的輸出，因此，凡采用定頻調(diào)寬的控制方式來設(shè)計(jì)電源，都以輸出功率最大時(shí)所需的續(xù)流時(shí)間為依據(jù)來預(yù)留開關(guān)截止時(shí)間的，如此，則當(dāng)負(fù)載所需的功率小于電源的最大輸出功率時(shí)就必然造成了工作電流的不連續(xù)，不難理解，“固定開關(guān)工作周期”和“預(yù)留開關(guān)截止時(shí)間”是一種“限制性措施”，它實(shí)質(zhì)是“放棄”開關(guān)截止時(shí)間對輸出的調(diào)整作用，而僅僅利用開關(guān)導(dǎo)通這一部分時(shí)間來調(diào)整電源的輸出，正是由于這種“單調(diào)”控制理論和方法存在的局限性，除導(dǎo)致電源的工作電流不連續(xù)外，還造成了電源設(shè)計(jì)中的其它許多“盲點(diǎn)”。
2)、最好能有一種降低高頻變壓器反峰電壓的辦法，使今后僅用一只低耐壓，如耐壓600V的一般開關(guān)管就能對220V工頻電源進(jìn)行變換?！@是目前AC-DC開關(guān)電源普遍存在的問題，幾十年來，人們?yōu)榱私鉀Q這一難題，已圍繞高頻變壓器設(shè)計(jì)了不計(jì)其數(shù)的變換器電路，但至今仍未找到一個令人滿意的解決方案，這個問題之所以“久拖不決”，我們認(rèn)為與長期占主導(dǎo)地位的定頻調(diào)寬的控制理論和方法有關(guān)，不妨可以將它看作是由這種“單調(diào)”的控制理論和方法導(dǎo)致的一個設(shè)計(jì)盲點(diǎn)，目前，有代表性的單端正激、半橋或全橋變換器都是用兩只開關(guān)管串聯(lián)起來去共同承受高頻變壓器的反峰電壓的，這種辦法雖然“有效”，但也帶來了重復(fù)、浪費(fèi)、低效和可靠性差等消極的一面。我們知道，“反峰電壓”是開關(guān)導(dǎo)通期間存入高頻變壓器的勵磁能量在開關(guān)關(guān)斷時(shí)的一種表現(xiàn)，而勵磁能量只能在、也必須在開關(guān)關(guān)斷后的截止期間處理掉，既能高效處理勵磁能量又能有效限制反峰電壓的辦法是存在的，那就是要及時(shí)地為勵磁能量提供一個“低阻抗通道”，并且為勵磁能量的通過提供一段時(shí)間，但以上“單調(diào)”控制方法不具備這一條件。
3)、是否能將單端正激變換器中高頻變壓器的勵磁能量不回輸給輸入電源，而用其他更積極的辦法來解決高頻變壓器的磁通復(fù)位問題?！哳l變壓器的磁通復(fù)位問題和上述反峰電壓問題同源，都是由勵磁能量引起的，而勵磁能量的處理途徑大約有三種1、返還給輸入電源；2、輸出給負(fù)載；3、就地消耗掉?？墒?，受定頻調(diào)寬控制的單端正激變換器除“就地消耗掉”這一處理途徑外，就只能選擇將勵磁能量返還給電源一種作法了，將已經(jīng)輸入高頻變壓器的能量再返還給電源做的是“無用功”，這樣做不僅造成高頻變壓器和開關(guān)管等器件的工作效率低、損耗大的缺陷，它還“浪費(fèi)”了傳輸能量的時(shí)間！如果一只電源的勵磁能量不是返還給輸入電源而是輸出給了負(fù)載，那就意味著我們將可得到以下“收益”1、可用較小體積的高頻變壓器獲得較大的輸出功率，從而可減小電源的體積。2、可以較低的開關(guān)工作頻率獲得較大的輸出功率，從而可減少開關(guān)管的開、關(guān)損耗。3、可以較短的開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間獲得較大的輸出功率，從而可減少開關(guān)管的管壓降損耗。4、可為降低高頻變壓器的反峰電壓提供一條“低阻抗通道”，進(jìn)而為采用較低耐壓的開關(guān)管來變換220V工頻電源創(chuàng)造條件。
4)、最好能有一種可取代在功率回路里串聯(lián)電阻的傳統(tǒng)電流取樣方法的新的高效率的電流取樣方法。——這個問題向來是電源技術(shù)，尤其是以小體積、高功率密度見長的開關(guān)電源技術(shù)發(fā)展的“瓶頸”，它更是本發(fā)明開關(guān)穩(wěn)功率電源必須摒除的“障礙”。
5)、最好一個電源的輸出電流和電壓能夠分別從極小值到限定值雙向隨機(jī)調(diào)整?！@也許是每一位從事電源設(shè)計(jì)的專業(yè)人員都有過的想法，它也是本發(fā)明開關(guān)穩(wěn)功率電源的主要任務(wù)，從專業(yè)理論和應(yīng)用的角度來看，電源一旦具備了以上性能，不但其用途會得到極大擴(kuò)展，而且它的內(nèi)在技術(shù)指標(biāo)也必將得到顯著提高。
6)、最好能解決高頻開關(guān)電源的并聯(lián)同步輸出問題，以突破開關(guān)電源最大設(shè)計(jì)功率的局限性?！壳埃捎诖嬖谥喾N限制因素，一只開關(guān)電源的最大設(shè)計(jì)功率一般只能做到幾千瓦，專業(yè)界公認(rèn)開關(guān)電源只有實(shí)現(xiàn)并聯(lián)同步輸出才能最終突破開關(guān)電源的設(shè)計(jì)功率限制，才能滿足諸如電解、電鍍一類電流以千安、萬安計(jì)的電源的高頻化需要，才能發(fā)揮高頻開關(guān)電源的優(yōu)勢。
以上的問題看似彼此獨(dú)立，其實(shí)它們之間存在著一定的關(guān)聯(lián)性，如果試圖一個一個地去解決這些問題，人們的努力已經(jīng)表明，這也許還是一條艱難而漫長的路，那么，這些問題的“癥結(jié)”究竟在哪里呢？長期以來我們在研究開關(guān)電源變換器的結(jié)構(gòu)時(shí)發(fā)現(xiàn)不論是只含單電感的變換器，或者是同時(shí)包含電感和高頻變壓器的變換器，它們都有一個“變換中心”，這個變換中心就是那個被置于變換器的輸出端最貼近負(fù)載的電感器，即本發(fā)明所稱的“輸出電感”，以往，可能是受交流變壓器電源影響的緣故，人們似乎也習(xí)慣地將高頻變壓器作為開關(guān)電源的變換中心來對待了，其實(shí)不然，電能變換、尤其是用開關(guān)電源技術(shù)進(jìn)行的電能變換離不開電感、電容和開關(guān)等，但可以不用變壓器！關(guān)于這一點(diǎn)，我們只要深入地考察一下開關(guān)電源中的最簡單的單電感變換器，就不難明白這個道理，因此，將開關(guān)電源可以不用的東西作為開關(guān)電源變換器的變換中心來對待開始就是一個“誤解”。輸出電感之所以能成為開關(guān)電源變換器的變換中心，是因?yàn)樗岸笫亍痹谧儞Q器輸出電流的必經(jīng)通道上，它是變換器中唯一通過全部輸出電流的器件，輸出電感本身就擔(dān)負(fù)著能量傳遞、限流、蓄能、釋能等關(guān)鍵作用，不論你主觀上只想利用輸出電感的某一部分特性，但是客觀上它也要對所有通過它的電能進(jìn)行“最后的變換”，在同時(shí)包含高頻變壓器和輸出電感的變換器中，電能實(shí)際上被變換了兩次，一次是在高頻變壓器中進(jìn)行的，另一次是在輸出電感中進(jìn)行的，兩次變換相比后者的變換是主要的，而前者高頻變壓器的變換則是輔助的、次要的，由于輸出電感是開關(guān)電源的變換中心，所以開關(guān)電源設(shè)計(jì)應(yīng)圍繞這個中心來進(jìn)行，在所有組成開關(guān)電源的諸多功能器件和單元電路中，我們只有先處理好了輸出電感才能處理好電路的其他部分，才能為開關(guān)電源出現(xiàn)的各種問題找到最為恰當(dāng)?shù)慕鉀Q方案，而處理好輸出電感的關(guān)鍵在于能否讓它工作在“最佳狀態(tài)”，也就是說，我們不應(yīng)主觀地去為輸出電感安排一種工作模式，而應(yīng)當(dāng)按輸出電感工作在最佳狀態(tài)時(shí)的自然狀況來適時(shí)控制，我們知道，輸出電感工作在最佳狀態(tài)時(shí)的電流波形表現(xiàn)為“連續(xù)三角波”，那么能否使輸出電感上的電流波形保持連續(xù)三角波就成了設(shè)計(jì)開關(guān)電源控制器“關(guān)鍵”，本發(fā)明開關(guān)穩(wěn)功率電源將“保持輸出電感上電流的連續(xù)三角波”作為“設(shè)計(jì)原則”，按照這一設(shè)計(jì)原則開關(guān)電源控制器的控制方式將必然是“開關(guān)雙調(diào)制”，這是一種既調(diào)整開關(guān)的開啟導(dǎo)通時(shí)間又調(diào)整開關(guān)的關(guān)斷截止時(shí)間來控制輸出的開關(guān)電源控制方式，唯有開關(guān)雙調(diào)的控制方式才能與輸出電感上電流的連續(xù)三角波相適配；按照這一設(shè)計(jì)原則開關(guān)電源控制器無需設(shè)置獨(dú)立的“振蕩器”，控制器本身將不直接決定開關(guān)的開啟、導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷、截止時(shí)間，開關(guān)的開啟、導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷、截止時(shí)間是由輸出電感上連續(xù)三角波的上升和下降的時(shí)間曲線來決定的，最終輸出電感上連續(xù)三角波的上升和下降的時(shí)間曲線則是由輸出電感和輸入、輸出參數(shù)來決定的。
本發(fā)明的目的在于提供一種開關(guān)穩(wěn)功率電源，該電源可將輸入的直流電和整流后的交流電變換成限流穩(wěn)壓、限壓穩(wěn)流、穩(wěn)壓穩(wěn)流以及穩(wěn)功率的直流電高效率、高功率、智能化地提供給負(fù)載。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種用途廣泛的開關(guān)穩(wěn)功率電源，該電源除了可被用在電鍍電源、電解電源、焊接電源、充電電源、直流不間斷電源、通信電源、超聲電源、醫(yī)療電源、工具電源、直流電機(jī)調(diào)速電源等專用電源領(lǐng)域外，還可以將它設(shè)計(jì)成系列化、模塊化的穩(wěn)功率通用電源。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種輸出功能多、調(diào)整范圍大、負(fù)載適應(yīng)性強(qiáng)；功率器件工作效率高、損耗小、溫升低；僅用一只耐壓600V以下的開關(guān)管即可對220V工頻電源進(jìn)行變換；設(shè)有并聯(lián)同步輸出功能；通用性好、系列化、模塊化的序列少；以及整機(jī)體積小、重量輕、造價(jià)低的開關(guān)穩(wěn)功率電源。
本發(fā)明的最終目的在于通過本發(fā)明促進(jìn)電源技術(shù)、電源工業(yè)以及電源應(yīng)用的進(jìn)步和發(fā)展。
為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明的開關(guān)穩(wěn)功率電源包括輸出電感(L1)，還包括輸入電路(Vi)；開關(guān)(U1)以及觸發(fā)電路；續(xù)流二極管(D1)；輸出電路(RL和C1并聯(lián))；電壓比較器(IC1)電路及其輸出(OUT)；由分壓電阻(R2和R3串聯(lián))以及隔離二極管(D2)和(D5)構(gòu)成的電壓采樣電路；由輸出電感(L1)和采樣電阻(R1)、采樣電容(C2)以及阻斷二極管(D6)、泄流二極管(D3)構(gòu)成的LRC電流同步峰值采樣電路；由輸出電感(L1)和開關(guān)二極管(D4)構(gòu)成的LD開關(guān)電路；由加速電阻(R6)和加速電容(C3)構(gòu)成的RC加速和防震電路；由運(yùn)算放大器(IC2)、分壓電阻(R4和R5串聯(lián))、限流電阻(R8)、濾波電容(C5)構(gòu)成的電壓隨機(jī)基準(zhǔn)電壓電路；由運(yùn)算放大器(IC3)、限流電阻(R9)、濾波電容(C6)、隔離二極管(D7)構(gòu)成的電流隨機(jī)基準(zhǔn)電壓電路；由削峰電容(C0)、削峰電阻(D0)和緩沖二極管(D0)構(gòu)成的CRD削峰緩沖電路，另外，它還包括由續(xù)流二極管(D1)、輸出二極管(D9)以及二級管(D01)和(D09)組成的全波整流電路；可調(diào)或固定電流基準(zhǔn)電壓源(VIOR)電路；可調(diào)或固定電壓基準(zhǔn)電壓源(VVOR)電路；固定電流基準(zhǔn)電壓(W1)電路；由輸出電感(L1)、開關(guān)二極管(D4)、同步二極管(D8)和并聯(lián)輸出端子(X1)構(gòu)成的LDD并聯(lián)同步輸出開關(guān)電路等。
本發(fā)明的有些單元電路的名稱前帶有字母，如“RC”、“LRC”、“LDD”等，這是本文采取的一種表達(dá)方式，其中的每一個字母一般僅代表一個元器件，并依慣例“R”代表電阻、“C”代表電容、“L”代表電感、“D”代表二極管等，采取這種表達(dá)方式的目的在于加強(qiáng)電路的專指性，盡可能地將用途不同而又容易混淆的電路區(qū)別開來，譬如以“LD和LDD開關(guān)”電路為例，這是利用輸出電感(L)在工作時(shí)其端電壓的高、低變化而使一只二極管(D)或兩只二極管(DD)工作在導(dǎo)通、截止兩種狀態(tài)的一種開關(guān)電路，但我們不能將這兩個電路都簡單地稱為“開關(guān)”即是。
本發(fā)明的主導(dǎo)思路為以輸出電感為電源的變換中心；保持輸出電感的電流波形為連續(xù)三角波；用開關(guān)雙調(diào)控制方式調(diào)整電源的輸入和輸出；將高頻變壓器和輸出電感的勵磁能量串聯(lián)輸出給負(fù)載；利用降壓變換器輸出端呈現(xiàn)的低阻抗來降低高頻變壓器的反峰電壓；采用LRC電流同步采樣電路對輸出電流進(jìn)行采樣控制；利用運(yùn)算放大器產(chǎn)生電流隨機(jī)基準(zhǔn)電壓和電壓隨機(jī)基準(zhǔn)電壓；利用各并聯(lián)電源輸出電感的連續(xù)三角波波形在時(shí)間上的一致性實(shí)現(xiàn)電源的并聯(lián)同步輸出，本發(fā)明具有以下要點(diǎn)1)、變換器和控制器是開關(guān)電源的兩個基本組成部份，在此，為了便于敘述，將本發(fā)明的開關(guān)穩(wěn)功率電源也分為變換器和控制器兩部份，并將它們稱為穩(wěn)功率變換器和穩(wěn)功率控制器。但是，在此需要特別說明的是由于本發(fā)明開關(guān)穩(wěn)功率電源沒有獨(dú)立振蕩器，因此本發(fā)明的穩(wěn)功率變換器和穩(wěn)功率控制器與傳統(tǒng)的變換器和控制器不同，組成本發(fā)明穩(wěn)功率變換器的某些器件同時(shí)也參與穩(wěn)功率控制器的工作，它們同時(shí)也是穩(wěn)功率控制器的一部分，比如“輸出電感”它就是一個既屬于穩(wěn)功率變換器又屬于穩(wěn)功率控制器的“共享”器件，因此嚴(yán)格地說，本發(fā)明的開關(guān)穩(wěn)功率電源是一個不可分割的整體，它的“控制器”沒有“通用性”。
2)、從“電能變換”的本質(zhì)來看，組成以上穩(wěn)功率變換器的所有器件中只有高頻變壓器和輸出電感是“蓄能器件”，因而它們是電能變換的“主令變換器”，如變換器以含主令變換器的多少來劃分，那么穩(wěn)功率變換器既可包含高頻變壓器和輸出電感兩個主令變換器，也可以只含有輸出電感一個主令變換器，本發(fā)明開關(guān)穩(wěn)功率電源與傳統(tǒng)的開關(guān)電源不同，它將輸出電感這一主令變換器作為本發(fā)明穩(wěn)功率變換器的“中心變換器”，而將另一主令變換器高頻變壓器作為“輔助變換器”，其理由已在前文中論及，概而言之，這樣做不過是還它們的本來面目而已。
3)、由中心變換器和輔助變換器可以組成兩種穩(wěn)功率變換器1、DC-DC降壓型穩(wěn)功率變換器——將輸入的直流高電壓或整流后的直流高電壓由中心變換器直接降壓變換為直流低電壓輸出的穩(wěn)功率變換器。2、預(yù)降壓或升壓DC-DC降壓型穩(wěn)功率變換器——將輸入的直流電壓或整流后的直流電壓經(jīng)高頻變壓器預(yù)降壓或升壓再由中心變換器降壓變換為直流低電壓輸出的穩(wěn)功率變換器。
以上兩種穩(wěn)功率變換器有一個共同特點(diǎn)，即它們都是以中心變換器的“降壓變換”來最后完成對輸入電源的變換的，而輔助變換器在此的作用只不過是向中心變換器提供一個高于輸出電壓的合適電壓，它是中心變換器的“電壓源”。
如單從“功能”的角度來看，只要用以上兩種穩(wěn)功率變換器中的第二種即預(yù)降壓或升壓DC-DC降壓型穩(wěn)功率變換器就可以對所有輸入的電壓進(jìn)行變換了，而未必要采用第一種DC-DC降壓型穩(wěn)功率變換器，由此可見，第一種穩(wěn)功率變換器只不過是在輸入電壓恰好適合直接變換的特定條件下對第二種穩(wěn)功率變換器的一種“簡化”。
4)、本發(fā)明穩(wěn)功率變換器以輸出電感為中心變換器，開關(guān)穩(wěn)功率電源的設(shè)計(jì)將圍繞輸出電感來進(jìn)行，而輸出電感的最佳工作狀態(tài)表現(xiàn)為電流的“連續(xù)三角波”，因此本發(fā)明將“保持輸出電感上電流的連續(xù)三角波”確定為開關(guān)穩(wěn)功率電源的“設(shè)計(jì)原則”，采取開關(guān)雙調(diào)制的控制方式與之相適配，該控制方式的一般定義為以既調(diào)整開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間又調(diào)整開關(guān)截止時(shí)間來控制輸出的一種開關(guān)電源控制方式。除此以外，本發(fā)明采取“開關(guān)雙調(diào)制”的另一思想出發(fā)點(diǎn)是開關(guān)電源在開關(guān)導(dǎo)通期間輸入變換器的能量實(shí)際被分成了兩部分，一部分經(jīng)過變換器輸出給了負(fù)載，另一部分則作為勵磁能量被儲存在了高頻變壓器和輸出電感中，勵磁能量需要在開關(guān)截止期間處理掉，而處理勵磁能量的最佳選擇是將它輸出給負(fù)載，并且使開關(guān)截止時(shí)間等于勵磁能量輸出給負(fù)載所需的時(shí)間。因此，可將本發(fā)明開關(guān)穩(wěn)功率電源應(yīng)用的開關(guān)雙調(diào)控制方式進(jìn)一步定義為以調(diào)整開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間控制輸入變換器的能量，并以調(diào)整開關(guān)截止時(shí)間使之等于將勵磁能量輸出給負(fù)載所需的時(shí)間來控制輸出的一種開關(guān)電源控制方式，本發(fā)明的開關(guān)雙調(diào)控制方式是由穩(wěn)功率變換器和穩(wěn)功率控制器兩者結(jié)合在一起來完成的。
綜上所敘，以輸出電感為中心變換器、保持輸出電感上的連續(xù)三角波電流波形、不設(shè)獨(dú)立的振蕩器、采取開關(guān)雙調(diào)控制方式、將勵磁能量輸出給負(fù)載并使開關(guān)截止時(shí)間等于勵磁能量輸出給負(fù)載所需的時(shí)間是本發(fā)明開關(guān)穩(wěn)功率電源的重要特征。
5)、含高頻變壓器的穩(wěn)功率變換器即存在高頻變壓器勵磁能量的處理和磁芯復(fù)位問題，本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)將高頻變壓器的勵磁能量輸出給負(fù)載并使其磁芯復(fù)位，特別在高頻變壓器的副邊增設(shè)了一組“續(xù)流復(fù)位繞組”，并將它與輸出電感串聯(lián)起來，安排在開關(guān)截止的“續(xù)流時(shí)間”里將高頻變壓器的勵磁能量和輸出電感的勵磁能量一道輸出給負(fù)載，同時(shí)使高頻變壓器和輸出電感的磁芯復(fù)位。
6)、因本發(fā)明的穩(wěn)功率變換器都是“降壓型”變換器，所以將高頻變壓器的勵磁能量輸出給負(fù)載即意味著為勵磁能量提供了一條“低阻抗通道”，因此，本發(fā)明進(jìn)一步將高頻變壓器續(xù)流復(fù)位繞組的匝數(shù)和高頻變壓器輸出繞組的匝數(shù)設(shè)置為相等，以此來降低續(xù)流復(fù)位繞組反射給高頻變壓器輸入繞組的反峰電壓，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)僅用一只耐壓600V以下的開關(guān)管來變換220V工頻電源的目的。
將高頻變壓器的勵磁能量輸出給負(fù)載還意味著在提高對高頻變壓器的利用率，因此，可用較輕、較小的高頻變壓器重量、體積得到較大的輸出功率；將高頻變壓器的勵磁能量輸出給負(fù)載也意味著提高了開關(guān)的工作效率，因此可減小開關(guān)管的損耗、減輕電源的散熱負(fù)擔(dān)；另外，將高頻變壓器的勵磁能量輸出給負(fù)載產(chǎn)生了一種通過調(diào)整勵磁能量來調(diào)整電源工作參量的方法，我們可以通過增大高頻變壓器的勵磁能量來相對延長開關(guān)截止時(shí)間和縮短開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間，以及降低電源的工作頻率，從而優(yōu)化電源設(shè)計(jì)。
7)、由于本發(fā)明的開關(guān)雙調(diào)控制方式將輸出電感的電流波形始終保持為連續(xù)三角波，因而輸出電感輸出的峰值電流與其輸出的平均電流之間恒保持著二分之一的關(guān)系，這一“關(guān)系”，為“LRC電流同步峰值采樣”等技術(shù)的產(chǎn)生和應(yīng)用提供了條件。
8)、組成本發(fā)明穩(wěn)功率控制器的單元電路有電壓比較器電路、RC加速和防震電路、LRC電流同步峰值采樣電路、電流隨機(jī)基準(zhǔn)電壓電路、電壓采樣電路、電壓隨機(jī)基準(zhǔn)電壓電路、LD或LDD開關(guān)和并聯(lián)同步輸出端子X1電路、CRD削峰緩沖電路、開關(guān)觸發(fā)電路和光電耦合器電路等單元電路組成。如前所敘，本發(fā)明穩(wěn)功率控制器沒有獨(dú)立的振蕩器，電源的工作頻率是由穩(wěn)功率控制器和穩(wěn)功率變換器共同產(chǎn)生的，如果說“振蕩器”之對于開關(guān)電源猶如是一個“心臟”，那么組成本發(fā)明開關(guān)穩(wěn)功率電源的每一個器件或電路都從屬于這個心臟，它們都參與了心臟的工作。
9)、“電壓比較器”是本發(fā)明穩(wěn)功率控制器的核心電路，本發(fā)明穩(wěn)功率控制器僅用一只電壓比較器，其它電路都將產(chǎn)生的信號送到電壓比較器的正、負(fù)輸入端進(jìn)行比較，電壓比較器再將其比較后產(chǎn)生的高、低電平信號，通過光電耦合器和開關(guān)觸發(fā)電路等去控制開關(guān)，進(jìn)而控制穩(wěn)功率變換器的工作。
本發(fā)明開關(guān)穩(wěn)功率電源的穩(wěn)功率控制器僅用一只電壓比較器無疑為最大限度地壓縮信號傳輸時(shí)間創(chuàng)造了條件，實(shí)踐證明本發(fā)明用普通速度的電壓比較器就能輕易地將電源的工作頻率提高到1兆的水平，這對于降低電源的功耗、擴(kuò)展電源的調(diào)整范圍、提高電源工作的穩(wěn)定性是有利的。
10)、“RC加速和防震電路”是電壓比較器的一個附加電路，它有兩個作用1、提高電壓比較器輸出的高、低電平信號的翻轉(zhuǎn)速度，從而提高開關(guān)的開關(guān)速率以減小開關(guān)損耗、減輕輸出過沖和提高控制精度。2、將高電壓比較器翻轉(zhuǎn)后的狀態(tài)延遲一段時(shí)間以防止發(fā)生電路振蕩，并為輸出電感轉(zhuǎn)入續(xù)流狀態(tài)、LDD開關(guān)翻轉(zhuǎn)提供時(shí)間保證。RC加速和防震電路關(guān)系到電源工作的穩(wěn)定性，它是本發(fā)明開關(guān)穩(wěn)功率電源的一個不可忽缺的電路，11)、“LRC電流同步峰值采樣電路”是建立在輸出電感的電流波形始終為連續(xù)三角波、且輸出的平均電流恒為峰值電流的二分之一條件基礎(chǔ)上的一種峰值電流采樣技術(shù)，該技術(shù)運(yùn)用電阻和電容串聯(lián)充電、電容兩端的電壓隨時(shí)間上升的曲線前段近似呈線性的原理，將采樣電阻和采樣電容串聯(lián)后再并聯(lián)接在輸出電感的兩端，采樣電阻的另一端與輸出電感的輸入端相聯(lián)，這樣，當(dāng)開關(guān)開啟導(dǎo)通、輸出電感的輸入端為高電位時(shí)采樣電阻即給采樣電容充電，采樣電容兩端的電壓上升曲線與輸出電感上的電流上升曲線同步，隨將輸出電感上的峰值電流同時(shí)轉(zhuǎn)變成了采樣電容上的“采樣電壓”，在此同時(shí)，該采樣電壓要與由電流隨機(jī)基準(zhǔn)電壓電路等設(shè)置的“電流基準(zhǔn)電壓”進(jìn)行對比抵消，對比抵消后產(chǎn)生的電壓將被輸入電壓比較器并促使電壓比較器翻轉(zhuǎn)，進(jìn)而控制輸出電流；另外，還要利用輸出電感在開關(guān)關(guān)斷截止后輸入端出現(xiàn)的低于地的電位，使采樣電容上的電壓恢復(fù)到初始狀態(tài)。
12)、“電流隨機(jī)基準(zhǔn)電壓電路”的任務(wù)是為LRC電流同步峰值采樣電路中的采樣電容提供一個電流基準(zhǔn)電壓，與一般的電流基準(zhǔn)電壓不同，本電流基準(zhǔn)電壓電路要為本發(fā)明開關(guān)穩(wěn)功率電源大范圍隨機(jī)調(diào)整輸出電流的需要提供一個可隨機(jī)調(diào)整的電流基準(zhǔn)電壓，并且本電流基準(zhǔn)電壓電路還要能與LRC電流同步峰值采樣電路相適配、要在輸入電壓比較器之前完成電流采樣電壓和電流基準(zhǔn)電壓的比較，為此，本發(fā)明圍繞采樣電容設(shè)計(jì)了三種預(yù)置電流基準(zhǔn)電壓的方法和電路1、采樣電容前并聯(lián)穩(wěn)壓管固定預(yù)置電流基準(zhǔn)電壓電路。2、采樣電容后充電預(yù)置電流基準(zhǔn)電壓電路。3、采樣電容前后混合預(yù)置電流基準(zhǔn)電壓電路。其中，采樣電容后充電預(yù)置電流基準(zhǔn)電壓電路的充電電壓可以來自一般固定或手動可調(diào)穩(wěn)壓源，也可以來自運(yùn)算放大器等隨機(jī)提供的電壓源，并且，采樣電容后充電預(yù)置電壓的預(yù)置時(shí)間安排在輸出電感的續(xù)流期間，它是利用輸出電感在續(xù)流時(shí)輸入端出現(xiàn)的低于地的電位來為采樣電容反向充電預(yù)置的。
本發(fā)明開關(guān)穩(wěn)功率電源以LRC電流同步峰值采樣電路和電流隨機(jī)基準(zhǔn)電壓電路，取代傳統(tǒng)在功率回路里串聯(lián)電阻進(jìn)行電流采樣和控制的老辦法，有以下優(yōu)點(diǎn)1、消除了用串聯(lián)電阻進(jìn)行電流采樣的功耗。2、為隨機(jī)大范圍調(diào)整輸出電流創(chuàng)造了條件。3、為僅用一只電壓比較器控制輸出電流和電壓創(chuàng)造了條件，從而為本發(fā)明開關(guān)穩(wěn)功率電源提供了技術(shù)支持。
13)、“電壓采樣電路和電壓隨機(jī)基準(zhǔn)電壓電路”是為滿足本發(fā)明開關(guān)穩(wěn)功率電源隨機(jī)大范圍調(diào)整輸出電壓的需要而設(shè)計(jì)的，其中的電壓隨機(jī)基準(zhǔn)電壓的提供方式與一般的基準(zhǔn)電壓提供方式有所不同它除了可以由一般的固定或手動可調(diào)穩(wěn)壓源提供外，它還來自運(yùn)算放大器等隨機(jī)提供的電壓源。
14)、“LD或LDD開關(guān)以及電源并聯(lián)同步輸出引出端子”是兩個相關(guān)聯(lián)的電路，其中的LD或LDD開關(guān)是為了貫徹輸出電流的“連續(xù)三角波原則”而專門設(shè)置的，它是將至少一只二極管、當(dāng)需要將電源并聯(lián)輸出時(shí)用兩只二極管同向串聯(lián)起來，再串聯(lián)接在輸出電感的輸入端和電壓比較器的一個正或者負(fù)輸入端之間，利用輸出電感輸入端高、低變化的工作電壓，使一只二極管或兩只二極管也同時(shí)工作在截止或者導(dǎo)通的狀態(tài)，以此來降低電壓比較器正輸入端或負(fù)輸入端的電位，并起到保持電壓比較器輸出電平的作用，從而使輸出電感的續(xù)流時(shí)間與開關(guān)的截止時(shí)間同步對應(yīng)，以保持輸出電流的波形連續(xù)。
由于二極管的截止、導(dǎo)通狀態(tài)與輸出電感輸入端高、低變化的電壓相對應(yīng)，也即二極管的關(guān)斷、開啟的切換時(shí)間與輸出電感上電流三角波的波谷和波峰相對應(yīng)，因此，當(dāng)我們將若干只電源并聯(lián)輸出時(shí)，只要再將每只電源的LDD開關(guān)中兩只二極管的聯(lián)結(jié)點(diǎn)引出一個接線端子并將它們并聯(lián)接在一起，這樣，只要一只電源進(jìn)入了續(xù)流狀態(tài)，并聯(lián)的其余電源就緊跟著也會進(jìn)入續(xù)流狀態(tài)；反之，只要有一只電源的續(xù)流狀態(tài)沒有結(jié)束，并聯(lián)的其余電源也就不能結(jié)束續(xù)流狀態(tài)，如此，就可以實(shí)現(xiàn)電源的并聯(lián)同步輸出，達(dá)到擴(kuò)大電源輸出電流和功率的目的。
15)、“CRD削峰緩沖電路”是本發(fā)明開關(guān)穩(wěn)功率電源不可省缺的一個功能電路，它在本發(fā)明中有以下作用1、吸收消除穩(wěn)功率變換器中的開關(guān)、高頻變壓器、輸出電感、續(xù)流二極管等功率器件工作時(shí)產(chǎn)生的尖峰電壓。2、避免穩(wěn)功率變換器發(fā)生自激震蕩。3、為輸出電感續(xù)流結(jié)束后的反向電流提供一個短時(shí)間的通路，以迅速提高輸出電感輸入端的電位，促使LD或LDD開關(guān)關(guān)斷并維持一段時(shí)間直至開關(guān)再次開啟導(dǎo)通，使穩(wěn)功率變換器能正常、穩(wěn)定地工作。
16)、由于本發(fā)明的開關(guān)穩(wěn)功率電源本身已具備一定的“緩啟動”和“短路保護(hù)”功能，因此一般不必再重復(fù)附加緩啟動或短路保護(hù)的電路，但不排除出于某種考慮另增加某一類的保護(hù)電路，由于本發(fā)明開關(guān)穩(wěn)功率電源電路基本是“暴露”的，所以加保護(hù)電路一般比較簡單、方便，而且形式也多樣，這里就不再列舉。需要特別指出的是短路保護(hù)的結(jié)果一般有兩種，一種是輸出端被短路后無輸出，另一種是輸出被短路后仍有輸出，用本發(fā)明開關(guān)穩(wěn)功率電源設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的電源一般為后者。
以下將結(jié)合電路圖和公式對本發(fā)明開關(guān)穩(wěn)功率電源的構(gòu)造、工作原理以及技術(shù)特征等進(jìn)行詳細(xì)描述。


圖1(A)至(C)是DC-DC降壓型變換器在輸出電流連續(xù)時(shí)的工作原理示意圖。
圖2(B)和(C)是本發(fā)明DC-DC降壓型開關(guān)穩(wěn)功率電源電路及其工作原理示意圖。
圖3(A)至(H)是圖2所示的本發(fā)明DC-DC降壓型開關(guān)穩(wěn)功率電源的工作波形圖。
圖4是在圖2電路基礎(chǔ)上將電壓比較器的輸出設(shè)置為高電平控制的DC-DC降壓型開關(guān)穩(wěn)功率電源電路。
圖5是在圖2電路的基礎(chǔ)上增加同步二極管D8和并聯(lián)輸出端子X1，形成具有并聯(lián)同步輸出功能的DC-DC降壓型開關(guān)穩(wěn)功率電源電路。
圖6是將若干只(圖中為三只)圖5所示的DC-DC降壓型開關(guān)穩(wěn)功率電源并聯(lián)使用的電路。
圖7是在圖6所示電源并聯(lián)使用電路的基礎(chǔ)上，保留其中的一只電源為主電源，刪除其余電源的大部分控制器電路等為從電源，形成的將若干只DC-DC降壓型開關(guān)穩(wěn)功率電源以主、從電源并聯(lián)使用的電路。
圖8為采用采樣電容前置固定電流基準(zhǔn)和可調(diào)電壓基準(zhǔn)，形成的限流穩(wěn)壓DC-DC降壓型開關(guān)穩(wěn)功率電源電路。
圖9為利用電源輸出的低電壓形成采樣電容后置固定電流基準(zhǔn)電壓和采用可調(diào)電壓基準(zhǔn)，形成的兼有緩啟動和短路保護(hù)功能的限流穩(wěn)壓DC-DC降壓型開關(guān)穩(wěn)功率電源電路。
圖10為采用采樣電容后置固定電流基準(zhǔn)和可調(diào)電壓基準(zhǔn)，形成的兼有緩啟動和短路保護(hù)功能的限流穩(wěn)壓DC-DC降壓型開關(guān)穩(wěn)功率電源電路。
圖11為采用采樣電容后置可調(diào)電流基準(zhǔn)和固定電壓基準(zhǔn)，形成的兼有緩啟動和短路保護(hù)功能的限壓穩(wěn)流DC-DC降壓型開關(guān)穩(wěn)功率電源電路。
圖12為采用采樣電容后置可調(diào)電流基準(zhǔn)和可調(diào)電壓基準(zhǔn)，形成的兼有緩啟動和短路保護(hù)功能的穩(wěn)流穩(wěn)壓DC-DC降壓型開關(guān)穩(wěn)功率電源電路。
圖13為用兩只運(yùn)算放大器隨機(jī)產(chǎn)生并控制電流基準(zhǔn)和電壓基準(zhǔn)的DC-DC降壓型開關(guān)穩(wěn)功率電源電路。
圖14是在圖13電路的基礎(chǔ)上插入降壓或升壓隔離高頻變壓器，形成的預(yù)降壓或升壓DC-DC降壓型開關(guān)穩(wěn)功率電源電路。
圖15是在圖14的基礎(chǔ)上將高頻變壓器的輸出繞組和續(xù)流復(fù)位繞組合二而一后增加兩只二極管，形成的另一種預(yù)降壓或升壓DC-DC降壓型開關(guān)穩(wěn)功率電源電路。
參見圖1。圖1由(A)、(B)、(C)三幅圖組成。三幅圖繪的是同一個DC-DC降壓型變換器電路，但表示開關(guān)U1的符號有所不同(A)圖用的是N型場效應(yīng)管符號，表示變換器在實(shí)際工作時(shí)最常采用的器件，而(B)、(C)圖則用了兩種開關(guān)符號，以表示開關(guān)U1處在開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間TON和開關(guān)截止時(shí)間TOFF的兩種不同工作狀態(tài)。三幅圖中間所示的波形將在下文說明。
圖1中由輸入電路Vi、開關(guān)U1、輸出電感L1、以及由濾波電容C1和負(fù)載RL并聯(lián)的輸出電路Vo順序串聯(lián)形成閉環(huán)回路，另續(xù)流二極管D1并聯(lián)在輸出電感L1的輸入端和地之間，續(xù)流二極管D1的正極接地組成的電路通常被稱為“串聯(lián)降壓型DC-DC變換器”，這是被公認(rèn)為所含元件最少、結(jié)構(gòu)最簡單、變換效率最高、也是最常用的基本變換器之一，本發(fā)明開關(guān)穩(wěn)功率電源即以該變換器電路作為本發(fā)明穩(wěn)功率變換器的電路基礎(chǔ)。
參見圖1(A)，當(dāng)用一電壓幅度為VGS、時(shí)間為TON，如圖中波形圖所示的方波信號去觸發(fā)開關(guān)U1時(shí)，開關(guān)U1開啟并導(dǎo)通，參見圖1(B)，電源的輸入電壓Vi通過開關(guān)U1加在了輸出電感L1的輸入端，如忽略開關(guān)U1的管壓降不計(jì)，且電路已處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，加在輸出電感L1兩端的電壓為輸入電壓Vi和輸出電壓VO之差，輸出電感L1在此電壓的作用下電流從零開始線性上升，電流方向如圖中連線上的箭頭所示，經(jīng)過TON時(shí)間，通過輸出電感L1的電流上升至峰值IL1P，如圖1(B)中的波形圖所示，以上關(guān)系可用公式表示為(Vi-VO)*TON＝L1*IL1P(1)式中Vi——輸入電壓(V)；VO——輸出電壓(V)；TON——開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間(S)；
L1——輸出電感(H)；IL1P——輸出電感上的峰值電流(A)。
開關(guān)U1在導(dǎo)通了TON時(shí)間后關(guān)斷截止，此時(shí)，參見圖1(C)，輸出電感L1上的電壓換向，將其在開關(guān)導(dǎo)通期間積蓄的勵磁能量通過續(xù)流二極管D1繼續(xù)向負(fù)載輸出，電流方向如連線上的箭頭所示，輸出電流在TOFF時(shí)間里從峰值電流IL1P線性下降到零，如圖中的波形圖所示，在此同時(shí)，輸出電感L1的磁通復(fù)位，如忽略續(xù)流二極管D1的管壓降不計(jì)，以上關(guān)系可用公式表示為IL1P2*L1/2＝V0*IO*TOFF(2)式中IO——輸出電流(A)；TOFF——開關(guān)截止時(shí)間(S)。
由于輸出電感在開關(guān)導(dǎo)通和截止期間輸出電流的波形是線性和連續(xù)的，因此輸出電感上的平均電流等于輸出電流IO，即IL1P/2＝IO(3)在式(2)中消去式(3)后得IL1P*L1＝Vo*TOFF(4)對比式(1)和式(4)，“IL1P*L1”為共有項(xiàng)，因此有(Vi-VO)*TON＝IL1P*L1＝Vo*TOFF(5)式(5)簡明地表述了傳統(tǒng)串聯(lián)降壓型DC-DC變換器的輸入、變換、輸出三個環(huán)節(jié)之間所存在的一種數(shù)學(xué)關(guān)系，將式(3)引入式(5)，則有(Vi-VO)*IL1P*TON/2＝IL1P2*L1/2＝Vo*IO*TOFF(6)式(6)清晰地表達(dá)了傳統(tǒng)串聯(lián)降壓型DC-DC變換器的輸入、變換、輸出三個環(huán)節(jié)之間存在的一種功率變換關(guān)系，式(6)的中間一項(xiàng)式“IL1P2*L1/2”是輸出電感的勵磁能量，它是開關(guān)導(dǎo)通期間積蓄在輸出電感中的能量，在而后的開關(guān)截止期間輸出了給負(fù)載。
式(6)以及以上各式所表明的數(shù)學(xué)關(guān)系揭示了傳統(tǒng)串聯(lián)降壓型DC-DC變換器的一種輸出電流保持連續(xù)的工作模式，它們也是本發(fā)明開關(guān)穩(wěn)功率電源賴以建立的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和本發(fā)明穩(wěn)功率變換器的工作模式，并且是本發(fā)明穩(wěn)功率變換器的唯一工作模式。式(6)及以上各式還表明1)、輸出電感L1是傳統(tǒng)串聯(lián)降壓型DC-DC變換器的“變換中心”，它既是輸入和輸出之間的通道和橋梁，它又是將輸入能量變換為輸出能量的主要變換環(huán)節(jié)，變換器的所有時(shí)間、參數(shù)和“動作”都與輸出電感L1有關(guān)，都是圍繞輸出電感L1來進(jìn)行的。
2)、式(3)是式(6)成立的條件，也就是說，只有當(dāng)輸出電流IO恒等于輸出電感L1上的峰值電流IL1P的二分之一時(shí)式(6)才能成立，而要滿足以上條件，輸出電感L1上的電流波形就必須始終保持連續(xù)三角波，這就自然成為了本發(fā)明開關(guān)穩(wěn)功率電源必須尊守的一條原則。
3)、輸出電感L1在實(shí)際電源中通常是固定的，即輸出電感L1的電感量在式(6)以上各式中將是個不變量，而其他參數(shù)則都是可變的，分析式中各變量之間的位置和關(guān)系，不難看出當(dāng)輸出電流IO改變時(shí)，輸出電感L1上的峰值電流IL1P也要跟著改變，而且必須同時(shí)調(diào)整開關(guān)U1的導(dǎo)通時(shí)間TON和截止時(shí)間TOFF才能使關(guān)系式平衡；當(dāng)輸出電壓VO改變時(shí)，加在輸出電感兩端的輸入電壓(Vi-VO)也將跟著變，同樣，也只有同時(shí)調(diào)整開關(guān)U1的導(dǎo)通時(shí)間TON和截止時(shí)間TOFF才能使關(guān)系式平衡，因此，本發(fā)明開關(guān)穩(wěn)功率電源唯有采取開關(guān)雙調(diào)的控制方法才能控制和穩(wěn)定輸出。
4)、開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間TON和截止時(shí)間TOFF在輸出電感L1上也同時(shí)體現(xiàn)為峰值電流的上升時(shí)間和勵磁能量的輸出時(shí)間，同時(shí)輸出電感L1還以改變工作電壓的極性與這兩個時(shí)間相對應(yīng)，如圖3(B)和(C)中輸出電感L1兩端的正、負(fù)符號所示，因此，本發(fā)明就利用輸出電感L1兩端電壓高、低變化以及其上電流波形為連續(xù)三角波的特點(diǎn)，對應(yīng)設(shè)計(jì)了開關(guān)雙調(diào)的控制方法，另外，同樣利用輸出電感L1的以上特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種LRC電流同步峰值采樣的電流采樣方法以及電流基準(zhǔn)電壓的預(yù)置方式等。
參見圖2。圖2由(B)、(C)兩幅圖組成，兩幅圖的電路相同，它們與圖1中的(B)、(C)兩幅圖相對應(yīng)，分別表示的是同一個變換器在開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間TON和開關(guān)截止時(shí)間TOFF的不同工作狀態(tài)，與圖1不同的是，圖2中增加了穩(wěn)功率控制器電路部分，由于圖2所示的電路已具備對輸出電流和電壓的調(diào)整能力，因此我們從本圖2的電路出發(fā)來逐步深入地揭示本發(fā)明開關(guān)穩(wěn)功率電源的結(jié)構(gòu)和工作原理1)、如圖2，以DC-DC降壓型穩(wěn)功率變換器電路為基礎(chǔ)，在此電路基礎(chǔ)上先設(shè)置一電壓比較器IC1；在電壓比較器IC1的一輸入端(圖中為正輸入端)接入一組分壓電阻R2和R3，電阻R3的另一端接地，電阻R2的另一端一方面通過二極管D2引入輸出電壓VO，作為“輸出電壓采樣信號”送到電壓比較器IC1的正輸入端；另一方面電阻R2還將接受由二極管D5送來的“輸出電流控制信號”，這里，二極管D2和D5的作用是互相防止對方送來的信號被分流，因此稱它們?yōu)楦綦x二極管。接下來，再在電壓比較器IC1的另一輸入端(圖中為負(fù)輸入端)接入另一組分壓電阻R4和R5，電阻R5的另一端接地，電阻R4的另一端接在電壓基準(zhǔn)電壓VVOR上，目的在于為電壓比較器IC1的負(fù)輸入端提供一個“電壓基準(zhǔn)電壓”。當(dāng)輸出電壓采樣信號在電壓比較器IC1中與電壓基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較并高于后者時(shí)，電壓比較器IC1的輸出OUT為高電平，該電平將通過光電耦合器和開關(guān)觸發(fā)電路(圖中未示出)去關(guān)斷開關(guān)U1，進(jìn)而控制電源的輸出電壓等。為了使電壓比較器IC1的正、負(fù)輸入端輸入的電壓信號具有可比性，在一般情況下，組成以上功能電路的各個電阻的取值應(yīng)符合以下關(guān)系式(VO-VD2)*R3/(R2+R3)＝VVOR*R5/(R4+R5) (7)式中VD2——二極管D2的管壓降(V)；VVOR——電壓基準(zhǔn)電壓(V)；R2、R3、R4、R5——電阻(Ω)。
2)、接下來，從電壓比較器IC1的負(fù)輸入端接出一被稱為開關(guān)二極管的二極管D4，開關(guān)二極管D4的負(fù)極接在輸出電感L1的輸入端，此即形成了所謂“LD開關(guān)”，LD開關(guān)利用輸出電感L1在換向時(shí)其輸入端電壓的高、低變化，以及該電壓高、低變化的切換時(shí)間與輸出電感L1上連續(xù)三角波電流的波谷和波峰相對應(yīng)的特征，通過降低和恢復(fù)電壓比較器一輸入端(圖中為負(fù)輸入端)的電位，來切換電壓比較器IC1的輸出電平，從而使開關(guān)U1的截止時(shí)間TOFF和輸出電感L1的續(xù)流時(shí)間之間保持對應(yīng)相等的關(guān)系。
3)、接下來，根據(jù)電阻和電容串聯(lián)充電、電容兩端的電壓隨時(shí)間上升的曲線前段近似呈線性的原理，利用串聯(lián)降壓型DC-DC變換器輸出電感L1上的電流波形呈連續(xù)三角波時(shí)其輸出的平均電流恒等于峰值電流二分之一的關(guān)系，將電阻R1、電容C2以及二極管D6串聯(lián)后再并聯(lián)聯(lián)接在輸出電感L1上，電阻R1的另一端與輸出電感L1的輸入端相聯(lián)，二極管D6的負(fù)極接在輸出電感L1的輸出端，此即形成了所謂“LRC電流同步峰值采樣電路”，我們將電路中的R1稱為“采樣電阻”，C2稱為“采樣電容”，其中二極管D6的作用是阻斷輸出電壓VO對采樣電容C2充電。以上采樣電阻R1的阻值與電阻R3和R4的阻值之間以及它們與輸入電壓Vi和輸出電壓VO之間的關(guān)系應(yīng)符合下式[R1∶(R3+R4)]＞[(Vi-VO)∶VO](8)式中R1——采樣電阻(Ω)。
另外，還需要在電阻R1上并聯(lián)一只泄流二極管D3，D3的正極與采樣電容C2相聯(lián)，設(shè)置D3的目的在于為采樣電容C2提供一條放電和反向充電的快速通路。
4)、用一只穩(wěn)壓管W1與隔離二極管D5的的正極相聯(lián)，穩(wěn)壓管W1的負(fù)極聯(lián)接在采樣電阻R1和采樣電容C2的聯(lián)結(jié)點(diǎn)上，即形成了所謂“采樣電容C2前置固定電流基準(zhǔn)電壓”；再在采樣電容C2和二極管D6的聯(lián)結(jié)點(diǎn)上接入二極管D7，并由D7的正極引入電流基準(zhǔn)電壓VIOR，此即形成了所謂“采樣電容C2后置電流基準(zhǔn)電壓”，此電壓與前敘采樣電容C2前置固定電流基準(zhǔn)電壓不同，它是利用輸出電感L1在續(xù)流時(shí)其輸入端的電位、即圖中“A”點(diǎn)的電位低于“地”電位時(shí)，經(jīng)由VIOR、D7、C2、D3而建立在采樣電容C2上的電流基準(zhǔn)電壓VIOR。設(shè)置采樣電容C2前置固定電流基準(zhǔn)電壓W1時(shí)，應(yīng)使它小于輸入電壓與輸出電壓之差，即(Vi-VO)＞W(wǎng)1(9)式中W1——穩(wěn)壓管(V)。
5)、由于本發(fā)明開關(guān)穩(wěn)功率電源不專設(shè)震蕩器，整機(jī)的工作頻率即是以輸出電感L1為中心的穩(wěn)功率變換器的“變換頻率”，這個變換頻率需要由電壓比較器IC1集中各單元電路送來的信號比較處理后產(chǎn)生，因此電壓比較器IC1的工作穩(wěn)定與否將關(guān)系到整機(jī)的穩(wěn)定、可靠和安全，為此，本發(fā)明特別在電壓比較器IC1上附設(shè)了一個“RC加速和防震電路”，如圖將一被稱為“加速電容”的電容C3的一端接在電壓比較器IC1的正輸入端上、加速電容C3的另一端接電壓比較器IC1的輸出端；再將一被稱為“防震電阻”的電阻R6的一端接在輔助電源VCC上，防震電阻R6的另一端也接電壓比較器IC1的輸出端，如此，則當(dāng)電壓比較器IC1的輸出的OUT在高、低電平之間切換時(shí)，加速電容C3被充、放電，加速電容C3的充、放電電壓作用在電壓比較器IC1正輸入端上時(shí)即產(chǎn)生一短時(shí)間的正反饋電壓，該電壓的主要作用有二1、提高電壓比較器IC1輸出的切換速率，進(jìn)而縮短開關(guān)U1的開啟、關(guān)斷時(shí)間。2、防止電壓比較器IC1的輸出出現(xiàn)振蕩，從而使電壓比較器IC1以及整機(jī)穩(wěn)定地工作。
加速電容C3的數(shù)值在輔助電源VCC的電壓高于電壓比較器IC1正輸入端電壓幾伏的前提下，一般取幾十微微法，加速電阻R6的對地電流取幾毫安。
6)、接下來，再將電容C0與電阻R0和二極管D0并聯(lián)的電路串聯(lián)起來，電容C0的另一端接在開關(guān)U1和輸出電感L1的聯(lián)結(jié)點(diǎn)上，電阻R0和二極管D0的另一端接地，此即形成了所謂“CRD削峰緩沖電路”，電容C0被稱為削峰電容，電阻R0被稱為削峰電阻，二極管D0被稱為緩沖二極管，該電路有以下作用1、利用其對在路電流產(chǎn)生的瞬間“吸收”作用，消除開關(guān)U1和輸出電感L1等器件工作時(shí)產(chǎn)生的電壓尖峰。2、為輸出電感L1轉(zhuǎn)入續(xù)流狀態(tài)提供短時(shí)間的電流補(bǔ)償，減緩高頻變壓器續(xù)流復(fù)位繞組上的電流上升速率，從而減小直至消除疊加在反峰電壓上的電壓尖峰。3、為輸出電感L1續(xù)流結(jié)束后的電壓換向提供一條電流通道，以便輸出電感L1的輸入端、即圖中的“A”點(diǎn)及時(shí)出現(xiàn)高電位，進(jìn)而使開關(guān)二極管D4由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為截止，恢復(fù)“C”點(diǎn)的電位，促使電壓比較器IC1的輸出電平翻轉(zhuǎn)。4、減小開關(guān)U1的關(guān)斷損耗。
如上所敘，DC-DC降壓型穩(wěn)功率變換器加上穩(wěn)功率控制器電路，包括聯(lián)接在電壓比較器IC1的輸出OUT上的光電耦合器、開關(guān)觸發(fā)電路和輔助電源VCC電路(圖中未示出)等，就形成了本發(fā)明DC-DC降壓型開關(guān)穩(wěn)功率電源電路。由于光電耦合器、開關(guān)觸發(fā)電路和輔助電源VCC電路有多種電路類型，而且這些電路人們也比較熟悉，故在附圖中就不再予以示出。
繼續(xù)參見圖2(B)和(C)，本圖所示為本發(fā)明DC-DC降壓型開關(guān)穩(wěn)功率電源在開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間TON和開關(guān)截止時(shí)間TOFF的工作原理示意圖，圖中連線上的“箭頭”表示電流方向。
如圖2(B)所示當(dāng)電壓比較器IC1的“C”點(diǎn)電位高于“B”點(diǎn)電位時(shí)，電壓比較器IC1的輸出OUT為低電平，設(shè)開關(guān)U1在輸出OUT低電平時(shí)開啟、導(dǎo)通，如忽略開關(guān)U1的管壓降不計(jì)，那么，輸入電壓Vi經(jīng)過開關(guān)U1一方面使輸出電感L1上的電壓上正下負(fù)、電流從零線性上升并輸出給負(fù)載，同時(shí)輸出電感L1積蓄勵磁能量；另一方面輸入電壓Vi還通過采樣電阻R1給采樣電容C2充電，如采樣電容C2上已經(jīng)建立有后置電流基準(zhǔn)VIOR，那么采樣電容C2的端電壓將從負(fù)值逐漸上升為正值，經(jīng)過時(shí)間TON當(dāng)采樣電容C2上的電壓上升至超過穩(wěn)壓管W1的穩(wěn)壓值時(shí)，穩(wěn)壓管W1被擊穿，致使“B”點(diǎn)的電位迅速上升并高于“C”點(diǎn)的電位，(此時(shí)，由二極管D2引入的輸出電壓VO還不足以使“B”點(diǎn)的電位高于“C”點(diǎn)的電位，即電源此時(shí)的穩(wěn)流控制超前于穩(wěn)壓控制，如果在此之前，輸出電壓VO已率先使“B”點(diǎn)的電位高于了“C”點(diǎn)的電位，那么電源將先實(shí)行穩(wěn)壓控制。)電壓比較器IC1的輸出翻轉(zhuǎn)為高電位，開關(guān)U1關(guān)斷并截止。
接下來，如圖2(C)所示開關(guān)U1關(guān)斷截止后，輸出電感L1上的電壓換向，轉(zhuǎn)為上負(fù)下正，致使續(xù)流二極管D1導(dǎo)通，電路進(jìn)入續(xù)流狀態(tài)，輸出電感L1將其積蓄的勵磁能量輸出給負(fù)載；同時(shí)，輸出電感L1還使開關(guān)二極管D4導(dǎo)通，并迅速地將“C”點(diǎn)的電位降到了接近于地電位，從而維持電壓比較器IC1輸出的高電平不變，將開關(guān)U1也維持在了截止?fàn)顟B(tài)；另外，輸出電感L1還使二極管D3和二極管D7導(dǎo)通，使采樣電容C2放電并同時(shí)建立后置電流基準(zhǔn)電壓VIOR。輸出電感L1在經(jīng)過了TOFF時(shí)間后其勵磁能量釋放完畢，輸出電感L1上的電壓再次換向改為向削峰電容C0和削峰電阻R0串聯(lián)電路充電，同時(shí)將“A”點(diǎn)的電位上升至等于輸出電壓VO，致使開關(guān)二極管D4截止，“C”點(diǎn)的電位恢復(fù)并高于“B”點(diǎn)的電位，電壓比較器IC1的輸出OUT又翻轉(zhuǎn)為低電平，開關(guān)U1再次開啟導(dǎo)通，周而復(fù)始地進(jìn)行以上過程，不斷地將輸入的高壓電能變換為低壓電能輸出給負(fù)載。根據(jù)以上所敘的電流采樣和控制過程，可以列出下式(Vi+VIOR-W1-VO)*TON＝(W1+VIOR)*C2*R1 (10)式中VIOR——采樣電容C2后置電流基準(zhǔn)(V)；C2——采樣電容(F)。
如預(yù)先已設(shè)置VIOR＝W1。那么(10)式可改寫為(Vi-VO)*TON＝(W1+VIOR)*C2*R1(11)(11)式說明，如果將VIOR和W1的數(shù)值設(shè)置為等值，就可以將它們從(10)式等號前項(xiàng)式中消掉，這樣，(10)式等號后項(xiàng)式中W1和VIOR的位置由于一個在采樣電容C2前而另一個在采樣電容C2后，這就意味我們可以將采樣電容C2兩端的電壓上升曲線以“線性的”來對待。
如再對比(11)式和(1)式，等號前的項(xiàng)式完全相同，因此有(W1+VIOR)*C2*R1＝L1*IL1P(12)(12)式從數(shù)學(xué)角度說明采樣電容C2上的電壓(W1+VIOR)和輸出電感L1上的峰值電流IL1P是同步上升的。
(11)式和(12)式告訴我們通過調(diào)整采樣電容C2或者采樣電阻R1都可以調(diào)整峰值電流IL1P；另外，通過等量增、減VIOR和W1的數(shù)值也可以調(diào)整峰值電流IL1P，由于峰值電流IL1P和輸出電流IO之間恒保持著二分之一的關(guān)系，故調(diào)整峰值電流IL1P即是調(diào)整了電源的輸出電流IO。至此，我們在實(shí)現(xiàn)了電流線性同步采樣的同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了對電源輸出電流的線性控制。但同時(shí)應(yīng)當(dāng)看到，雖然通過調(diào)整采樣電容C2或采樣電阻R1都可以使輸出電流從限定值調(diào)整到極小值，可是調(diào)整采樣電容C2和采樣電阻R1在實(shí)際操作時(shí)一般只能采取“手動”的方式，很難達(dá)到“隨機(jī)”控制的要求，因此它們只能用于有限的場合。
此外，這里需要說明的是，不論調(diào)整采樣電容C2或調(diào)整采樣電阻R1都不可能將本發(fā)明開關(guān)穩(wěn)功率電源的輸出電流調(diào)整到“零”，因?yàn)殡娐分械碾妷罕容^器、二極管、場效應(yīng)管等器件都存在“存儲效應(yīng)”，它們傳遞信號需要時(shí)間，將這些傳遞信號的時(shí)間累加起來已足以使開關(guān)U1開啟并輸出一定量的電流，這就是我們以“極小值”來表示輸出電流底限的原因。
參見圖3。圖3(A)至(H)是圖2所示的本發(fā)明DC-DC降壓型開關(guān)穩(wěn)功率電源在穩(wěn)流工作時(shí)的波形示意圖，本圖忽略二極管的管壓降。
圖3(A)所示為開關(guān)U1采用場效應(yīng)管作時(shí)，加在場效應(yīng)管U1上的觸發(fā)信號VGS的波形圖，圖中表示的時(shí)間關(guān)系為T＝TON+TOFF。(13)式中T——開關(guān)周期(S)。
圖3(B)所示為場效應(yīng)管U1的漏、源極工作電壓VDS的波形圖。
圖3(C)所示為輸出電感L1上的工作電壓VL1的波形圖。
圖3(D)所示為場效應(yīng)管U1的漏極工作電流ID的波形圖。
圖3(E)所示為采樣電容C2的工作電壓波形圖，圖中的虛線為采樣電容C2前置固定電流基準(zhǔn)電壓W1和采樣電容C2后電流基準(zhǔn)電壓VIOR。
圖3(F)所示為輸出電感L1的輸出電流IL1的波形圖。
圖3(G)所示為續(xù)流二極管D1的工作電流波形圖。
圖3(H)所示為電源的輸出電流波形圖，圖中的橫直線表示平均輸出電流IO。
參見圖4。當(dāng)需要將圖2的電壓比較器IC1的低電平觸發(fā)改為高電平觸發(fā)，即需要將電壓比較器IC1的正、負(fù)輸入端交換時(shí)，如圖4所示，須將加速電容C3仍然置于電壓比較器IC1輸出OUT與正輸入端之間，其他電路及其連接關(guān)系不變，以保持加速電容C3對電壓比較器IC1輸出OUT的正反饋?zhàn)饔谩?br> 參見圖5。圖5是在圖2的基礎(chǔ)電路上增加了被稱為同步二極管的二極管D8和并聯(lián)輸出端子X1，同步二極管D8插入在開關(guān)二極管D4和輸出電感L1的輸入端之間，然后在同步二極管D8的正極與D4的負(fù)極相聯(lián)的結(jié)點(diǎn)上引出一個接線端子X1即“并聯(lián)輸出端子”，以上的輸出電感L1、同步二極管D8、開關(guān)二極管D4和并聯(lián)輸出端子X1等形成了所謂“LDD開關(guān)以及并聯(lián)同步輸出端子”，當(dāng)需要將本發(fā)明開關(guān)穩(wěn)功率電源并聯(lián)輸出時(shí)，可同時(shí)將并聯(lián)輸出電源的并聯(lián)同步輸出端子連接起來，就能使所有電源并聯(lián)同步輸出。
參見圖6。圖6是將若干只(圖中用三只電源表示)圖5所示的本發(fā)明開關(guān)穩(wěn)功率電源并聯(lián)起來使用的接線圖，除了要將各電源的輸入、輸出部分分別并聯(lián)起來外，還要將所有電源的并聯(lián)同步輸出端子X1也連接起來，如此，凡并聯(lián)在一起的電源就發(fā)生了以下關(guān)系只要其中任一電源的輸出電感率先進(jìn)入了續(xù)流狀態(tài)，必將帶動其他所有電源也同時(shí)進(jìn)入續(xù)流狀態(tài)，也即，只要其中有一個電源的輸出電感還保持在續(xù)流狀態(tài)，就會將其他所有電源的電壓比較器的輸出OUT牽制在高電平不變，從而使這些電源的開關(guān)U1都保持截止，反之，只有當(dāng)最后一個電源的輸出電感結(jié)束了續(xù)流狀態(tài)，其它并聯(lián)電源的開關(guān)才能開啟導(dǎo)通，因此，以上并聯(lián)電源的輸出將是同步的。
如圖6所示將若干只獨(dú)立電源并聯(lián)在一起工作的電路，如果其中的一只電源出現(xiàn)了故障，波及其他電源的可能性較小，電路還不至于整體遭到毀壞，這時(shí)電路的輸出電流雖然小了，但可能還能繼續(xù)維持工作，這是采用獨(dú)立電源并聯(lián)工作的優(yōu)點(diǎn)，如果我們對圖8所示電源的并聯(lián)電路深入觀察一下，就會發(fā)現(xiàn)電源中的有些東西似已重復(fù)，不免多余，可以去掉。
參見圖7。圖7是在圖6的基礎(chǔ)上保留一個完整電源作為“主電源”，而刪去其余電源的部分控制器電路作為“從電源”，并將所有從電源的開關(guān)U1(須保留光電耦合器和開關(guān)觸發(fā)電路部分，圖中未示出)都集中由主電源的輸出OUT來驅(qū)動，從而形成的主、從電源并聯(lián)電路。如圖所示，圖中的(A)電源為主電源，其電壓比較器IC1的輸出OUT(A)將控制所有主、從電源的開關(guān)U1；圖中的(A+1)和(A+2)電源是從電源，(A+1)從電源中被虛線圍繞的部分指被刪除的電路部分，(A+2)從電源所示為刪除了部分電路后的情形。不難看出，從電源的電路雖然被簡化了，但各并聯(lián)從電源仍需將本發(fā)明開關(guān)穩(wěn)功率電源并聯(lián)同步輸出所不可缺少的部分輸出電感L1、同步二極管D8以及并聯(lián)同步輸出端子X1等保留下來，因此圖7所示的主、從電源并聯(lián)電路仍能保持如圖6所示的獨(dú)立電源并聯(lián)電路所具有的并聯(lián)同步輸出關(guān)系，但是圖7中并聯(lián)的電源(A)不能發(fā)生故障，否則，電源整體將有被毀壞的危險(xiǎn)，因此，不論是圖6的獨(dú)立電源并聯(lián)電路，還是圖7的主、從電源并聯(lián)電路，都應(yīng)當(dāng)另采取在每一并聯(lián)電源的功率回路里串聯(lián)熔斷器等保護(hù)辦法，隨時(shí)將損壞的電源從并聯(lián)電路中“隔離”出去。
如前所敘，圖2的電路雖然已具備了線性調(diào)整輸出電流的能力，但由于調(diào)整采樣電容C2和采樣電阻R2等存在著諸多不便，所以它不具備“隨機(jī)”控制輸出電流的條件，因此必須對該電路進(jìn)行改造，根據(jù)電阻、電容串聯(lián)充電，電容兩端的電壓隨時(shí)間上升的曲線前段近似呈線性的原理，我們只要在采樣電容C2的前置固定電流基準(zhǔn)W1和后置電流基準(zhǔn)VIOR兩個中采用其中的一個，并使它遠(yuǎn)小于輸入電壓Vi與輸出電壓VO之差，這樣也可以將采樣電容C2上電壓的上升曲線看作是線性的，即
W1＜＜(Vi-VO) (14)或者VIOR＜＜(Vi-VO)(15)采用前置固定電流基準(zhǔn)W1或后置電流基準(zhǔn)VIOR兩個中的一個作為電流基準(zhǔn)后，從圖5的DC-DC降壓型開關(guān)穩(wěn)功率電源電路就可派生出限流穩(wěn)壓、限壓穩(wěn)流、穩(wěn)流穩(wěn)壓和穩(wěn)功率等多種不同輸出特性和用途的開關(guān)穩(wěn)功率電源電路。
參見圖8。圖8是在圖7的基礎(chǔ)上取消采樣電容C2后置電流基準(zhǔn)VIOR，僅采用采樣電容C2前置固定電流基準(zhǔn)W1，而形成的一種限流穩(wěn)壓DC-DC降壓型開關(guān)穩(wěn)功率電源電路，圖中電壓基準(zhǔn)VVOR的符號上有一條斜線，表示它是一個可調(diào)電壓源，調(diào)整電壓基準(zhǔn)VVOR能將輸出電壓VO從極小值調(diào)整到限定值，由于圖中穩(wěn)壓管W1的穩(wěn)壓數(shù)值是固定的，因此，當(dāng)輸出被短路時(shí)，輸出電流仍將為設(shè)定值。
參見圖9。如果圖8所示的限流穩(wěn)壓電源的輸出電壓VO只需穩(wěn)定在一個較低的(譬如5V)電壓值，我們就可以直接利用輸出電壓VO形成采樣電容C2后置電流基準(zhǔn)電壓，這樣可省掉穩(wěn)壓管W1、二極管D6和D7三個元件，從而形成了另一種限流穩(wěn)壓DC-DC降壓型開關(guān)穩(wěn)功率電源電路。由于該電路的電流基準(zhǔn)電壓即是輸出電壓VO，因此每當(dāng)電源啟動時(shí)，該電流基準(zhǔn)電壓將隨著輸出電壓VO的逐漸上升而上升，致使該電路具有緩啟動和短路保護(hù)功能。每當(dāng)該電路的輸出短路時(shí)，由于器件的存儲效應(yīng)、響應(yīng)速度和分布參數(shù)等因素的影響，該電源的輸出電流不為零，但輸出為最小值。
參見圖10。圖10是在圖5基礎(chǔ)上取消采樣電容C2前置固定電流基準(zhǔn)W1，僅采用采樣電容C2后置電流基準(zhǔn)VIOR，而形成的又一種限流穩(wěn)壓DC-DC降壓型開關(guān)穩(wěn)功率電源電路。圖中電流基準(zhǔn)VIOR的符號上沒有斜線，表示它是一個固定電壓源，由于圖中電流基準(zhǔn)VIOR通過二極管D7和D6接在了輸出電壓VO上，因此電流基準(zhǔn)VIOR將會跟隨輸出電壓VO上升或下降，只有當(dāng)輸出電壓VO上升并超出電流基準(zhǔn)VIOR的設(shè)定值時(shí)，電流基準(zhǔn)VIOR才能最終被建立起來，該特征賦予了本圖的限流穩(wěn)壓DC-DC降壓型開關(guān)穩(wěn)功率電源緩啟動和短路保護(hù)的功能。而每當(dāng)輸出被短路時(shí)，由于有二極管D6的管壓降等因素存在，該電源的輸出電流將維持在一個較小的數(shù)值。
參見圖11。圖11是將圖10的固定電流基準(zhǔn)VIOR改為可調(diào)電壓源，可調(diào)電壓基準(zhǔn)VVOR改為固定電壓源，從而形成的限壓穩(wěn)流DC-DC降壓型開關(guān)穩(wěn)功率電源電路，調(diào)整電流基準(zhǔn)VIOR能將輸出電流IO從最小值調(diào)整到限定值。由于圖中的電流基準(zhǔn)VIOR通過二極管D7和D6接在了輸出電壓VO上，因此電流基準(zhǔn)VIOR將跟隨VO上升或下降，只有當(dāng)輸出電壓VO上升并超出電流基準(zhǔn)VIOR的設(shè)定值時(shí)，電流基準(zhǔn)VIOR才能最終被建立起來，因此，圖11的限壓穩(wěn)流DC-DC降壓型開關(guān)穩(wěn)功率電源電路兼有緩啟動和短路保護(hù)的功能，當(dāng)輸出短路時(shí)，電源的輸出電流將維持在一個較小的數(shù)值。如果電流基準(zhǔn)VIOR已被調(diào)整到零，那么由于有器件的存儲效應(yīng)、響應(yīng)速度和分布參數(shù)等因素存在，該電源的輸出電流不為零，但輸出為最小值。
參見圖12。圖12是將以上圖10、圖11的電流基準(zhǔn)VIOR和電壓基準(zhǔn)VVOR都改成可調(diào)電壓源，而形成的穩(wěn)流穩(wěn)壓DC-DC降壓型開關(guān)穩(wěn)功率電源電路，該電路兼有緩啟動和短路保護(hù)的功能。調(diào)整VVOR可將輸出電壓從零調(diào)到限定值，而調(diào)整VIOR可將輸出電流從最小值調(diào)到限定值，它是一個兼具限流穩(wěn)壓和限壓穩(wěn)流功能的“雙穩(wěn)”電源。
參見圖13。圖13用兩只運(yùn)算放大器IC2和IC3分別取代了圖12電路中的可調(diào)電流基準(zhǔn)VIOR和可調(diào)電壓基準(zhǔn)VVOR，使VIOR和VVOR擺脫手調(diào)的限制而具有了“隨機(jī)”調(diào)整的功能，從而最終形成了完整意義上的“DC-DC降壓型開關(guān)穩(wěn)功率電源”電路，本圖的電路可以實(shí)現(xiàn)12圖以上各圖所示的電源電路所有的輸出特性和功能。圖中的C5、C6是濾波電容。R8、R9為限流電阻。采用運(yùn)算放大器來控制電源的輸出電流和電壓1、有利于提高改變電源輸出波形的速度和精度。2、有利于對電源的輸出波形進(jìn)行簡單的函數(shù)控制。2、有利于對電源的輸出波形采取復(fù)雜的計(jì)算機(jī)程序控制。3、有利于利用各種傳感器實(shí)現(xiàn)對電源的智能控制。
到目前為止，以上各圖所示的開關(guān)穩(wěn)功率電源電路都是在本發(fā)明DC-DC降壓型穩(wěn)功率變換器的基礎(chǔ)上演變而來的，如從功率變換的角度來看，以上DC-DC降壓型開關(guān)穩(wěn)功率變換器的功率變換關(guān)系可用公式表示為Vi*TON*IL1P/2＝(Vi-VO)*TON*IL1P/2+VO*TON*IL1P/2(16)(16)式表明在開關(guān)導(dǎo)通的TON時(shí)間里，輸入的電能實(shí)際被分成了兩部分，一部分輸出給了負(fù)載，另一部分則被儲存在了輸出電感中。而儲存在輸出電感中的能量必須在、也只能在開關(guān)關(guān)斷的TOFF時(shí)間里輸送給負(fù)載，因此有TOFF＝[(Vi-VO)*TON*IL1P/2]/[VO*TON*IL1P/2]＝(Vi-VO)/VO(17)(17)式表明，輸入電壓Vi與輸出電壓VO相比越高則所需的開關(guān)關(guān)斷時(shí)間TOFF就越長，因此，在設(shè)計(jì)電源時(shí)為了能將電源的工作周期T限定在50微秒內(nèi)以避開音頻，就需要將輸入電壓Vi高出輸出電壓VO的數(shù)值限制在一定的范圍，當(dāng)輸入電壓Vi過高時(shí)則需要插入高頻降壓變壓器，當(dāng)輸入電壓Vi過低時(shí)則需要插入高頻升壓變壓器。除此以外，當(dāng)輸入的直流電為整流后的交流電時(shí)，還需要利用變壓器的“隔離”特性以保證電源的安全；不僅如此，有時(shí)還純粹為了加強(qiáng)用電設(shè)備的安全保護(hù)也需要插入隔離高頻變壓器?！案哳l變壓器”在本發(fā)明穩(wěn)功率變換器中是以輔助變換器出現(xiàn)的，但高頻變壓器無疑能使本發(fā)明開關(guān)穩(wěn)功率電源更為完善。
參見圖14。圖14是在圖13的電路基礎(chǔ)上插入降壓或升壓隔離高頻變壓器T1后所形成的開關(guān)穩(wěn)功率電源電路，我們將它稱為“預(yù)降壓或升壓DC-DC降壓型開關(guān)穩(wěn)功率電源”，同樣，高頻變壓器T1也可以插入以上除圖13以外的其他圖中，從而形成預(yù)降壓或升壓限流穩(wěn)壓DC-DC降壓型開關(guān)穩(wěn)功率電源或預(yù)降壓或升壓限壓穩(wěn)流DC-DC降壓型開關(guān)穩(wěn)功率電源電路。
圖14插入的高頻變壓器T1共含有N1、N2和N3三個繞組，其中N1是輸入繞組；N2是輸出繞組；N3是續(xù)流復(fù)位繞組，顧名思義，“續(xù)流復(fù)位繞組”是為了將高頻變壓器的勵磁能量輸出給負(fù)載并使磁芯復(fù)位而設(shè)置的一個繞組。如圖14，輸入繞組N1的輸入端接在開關(guān)U1即場效應(yīng)管的源級“S”上，輸出端接輸入電壓Vi的負(fù)極(輸入繞組N1的另一種接法是將輸入繞組N1的輸入端接輸入電壓Vi的正極，輸入繞組N1的輸出端接場效應(yīng)管U1的漏級“D”，而場效應(yīng)管U1的源級“S”則接輸入電壓Vi的負(fù)極)；輸出繞組N2與輸入繞組N1的輸入端同名的一端為輸出端，該輸出端接一被稱為輸出二極管的二極管D9的正級，輸出二極管D9的負(fù)極接在輸出電感L1的輸入端，輸出繞組N2的另一端接地，輸出二極管D9的作用是只允許輸出繞組N2的電流在開關(guān)U1導(dǎo)通期間單向流動作為輸出電感L1的電壓源；續(xù)流復(fù)位繞組N3與輸入繞組N1的輸入端同名的一端如圖接續(xù)流二極管D1的負(fù)極，續(xù)流二極管D1的另一端接地，續(xù)流復(fù)位繞組N3的另一端接在輸出電感L1的輸入端，續(xù)流二極管D1的作用是只允許續(xù)流復(fù)位繞組N3的電流在開關(guān)U1截止期間單向流動將高頻變壓器T1的勵磁能量通過與輸出電感L1串聯(lián)輸出給負(fù)載，另外，還需將原同步二極管D8的負(fù)極改接在續(xù)流二極管D1與續(xù)流復(fù)位繞組N3的聯(lián)結(jié)點(diǎn)上，利用開關(guān)U1截止期間續(xù)流復(fù)位繞組N3與續(xù)流二極管D1聯(lián)結(jié)的一端出現(xiàn)的低于地的電位吸收電壓比較器IC1負(fù)輸入端的電流，以保持電壓比較器IC1輸出OUT的高電平不變，從而保持電源的續(xù)流輸出狀態(tài)。
插入高頻變壓器T1后，電壓比較器IC1的輸出OUT與開關(guān)U1的觸發(fā)電路之間應(yīng)當(dāng)通過一個光電耦合器再去觸發(fā)開關(guān)U1，這在電路圖中未示出，雖然該光電耦合器在本發(fā)明中從電路原理的角度看并非是不可替代或取消的，但由于有了它將使驅(qū)動電路更簡約、合理、可靠和安全。
如圖14的預(yù)降壓或升壓DC-DC降壓型開關(guān)穩(wěn)功率電源在開關(guān)U1開啟、導(dǎo)通期間，高頻變壓器T1的輸入繞組N1上的電流線性上升，如忽略變壓器的漏感和損耗不計(jì)，這時(shí)輸入高頻變壓器T1的能量被分成輸出能量和勵磁能量兩部分，其中，輸出能量通過輸出繞組N2傳遞給輸出電感L1，而勵磁能量則被儲存在了高頻變壓器T1中，從而有以下關(guān)系式(Vi*N2/N1-VO)*TON＝L1*IL1P(18)式中N1——輸入繞組(匝)；N2——輸出繞組(匝)。
(18)式與(1)式相比，僅輸入電壓Vi多乘了一個系數(shù)“N2/1”，N2/1＝N2/N1(19)式中N2/1——輸出繞組與輸入繞組的匝數(shù)比。
如N2/1小于1，說明高頻變壓器T1是降壓變壓器；N2/1大于1，則說明高頻變壓器T1是升壓變壓器。
開關(guān)U1在導(dǎo)通了TON時(shí)間后關(guān)斷截止，儲存在高頻變壓器T1中的勵磁能量將通過續(xù)流復(fù)位繞組N3和輸出電感L1的勵磁能量一道輸出給負(fù)載，所需的續(xù)流時(shí)間TOFF可由下式得出TOFF＝[(Vi*TON/LN1)2*LN1/2+(Vi*N2/1*TON/L1)2*L1/2]/V0*IO(20)式中LN1——輸入繞組N1的電感量(H)。
比較式(20)與式(2)，式(20)在續(xù)流期間所輸出的能量多出了整整一項(xiàng)，即高頻變壓器T1在開關(guān)U1導(dǎo)通期間TON所積蓄的勵磁能量WLN1＝(Vi*TON/LN1)2*LN1/2(21)式中WLN1——通過LN1引入T1的勵磁能量(Wh)。
本發(fā)明開關(guān)穩(wěn)功率電源采取將高頻變壓器T1的勵磁能量WLN1輸出給負(fù)載而不回輸給輸入電源的方式來解決T1的磁芯復(fù)位有以下優(yōu)點(diǎn)1、可提高高頻變壓器T1和開關(guān)U1的工作效率，如不計(jì)器件損耗，則通過開關(guān)U1輸入高頻變壓器T1的能量全部得到了利用。2、為調(diào)整高頻變壓器T1的勵磁能量WLN1，優(yōu)化電源設(shè)計(jì)提供了條件。3、為降低整機(jī)工作頻率減小開關(guān)U1的開關(guān)損耗，進(jìn)而降低整機(jī)的功耗和溫升提供了條件。4、為充分利用高頻變壓器T1等器件的輸出能力，以減小整機(jī)的體積和重量提供了條件。5、為降低加在開關(guān)U1上的反峰電壓提供了條件。實(shí)踐證明開關(guān)U1的耐壓一般在600V就可以用來變換220V工頻電源，如此不僅可以大幅度地降低AC-DC大功率開關(guān)電源的制作成本，而且電源工作的穩(wěn)定性和可靠性也將因此而得到提高。
如圖14的預(yù)降壓或升壓DC-DC降壓型開關(guān)穩(wěn)功率電源，在有了CRD削峰緩沖電路之后，當(dāng)開關(guān)U1關(guān)斷截止，高頻變壓器T1的續(xù)流復(fù)位繞組N3進(jìn)入續(xù)流狀態(tài)，續(xù)流復(fù)位繞組N3反射疊加在開關(guān)U1上的反峰電壓可用下式求得VDSU1＝Vi+(N1/N3)*VO(22)式中VDSU1——開關(guān)U1上的反峰電壓(V)；N3——續(xù)流復(fù)位繞組(匝)；N1/N3——輸入繞組與續(xù)流復(fù)位繞組的匝數(shù)比。
由于本發(fā)明開關(guān)穩(wěn)功率電源的中心變換器是一個“降壓型變換器”，它要求輸出繞組N3提供給輸出電感L1的電壓必須始終高于輸出電壓VO；又由于通常我們將續(xù)流復(fù)位繞組N3的匝數(shù)與輸出繞組N2的匝數(shù)設(shè)置為相等，如設(shè)輸出繞組N3的輸出電壓為輸出電壓VO的兩倍，那么式(22)可改為VDSU1＝Vi+(Vi/2VO)*VO＝Vi+Vi/2(23)將輸入電壓Vi替換為整流后的220V工頻電源，則有VDSU1=220V*2+220V*2/2]]>≈311V+155V＝466V (24)(24)式表明，在此開關(guān)U1最低耐壓為466V，如加上一定余量，開關(guān)U1的耐壓有600V已可滿足要求，當(dāng)然，我們還可以將輸出繞組N3的電壓設(shè)置的比輸出電壓VO的兩倍更高一些，來進(jìn)一步降低對開關(guān)管U1的耐壓要求。
至此，圖14所示的預(yù)降壓或升壓DC-DC降壓型開關(guān)穩(wěn)功率電源電路能夠?qū)崿F(xiàn)本圖以外其它各圖所示電源電路的所有輸出特性和功能，其它各圖只不過是本圖在特定條件下的一種“簡化”，因此圖14是本發(fā)明開關(guān)穩(wěn)功率電源的代表圖。
如圖14的預(yù)降壓或升壓DC-DC降壓型開關(guān)穩(wěn)功率電源電路，如續(xù)流復(fù)位繞組N3和輸出繞組N2的線圈匝數(shù)相等，就意味著可以將它們合二而一，而僅用一個繞組來擔(dān)任高頻變壓器T1的輸出和續(xù)流復(fù)位任務(wù)，這就又派生出了圖15的電路。
參見圖15。圖15的電路與圖14的電路相比少了一個繞組N3，但多用了兩只二級管D01和D09，四只二極管D1、D01、D9、和D09如圖組合接成全波整流的形式插在繞組N2和輸出電感L1之間，另還要將同步二極管D8的負(fù)極改接在輸出二極管D9的正極上，如此則形成了繞組N2在開關(guān)U1導(dǎo)通時(shí)起到上圖輸出繞組N2的作用，而在開關(guān)U1關(guān)斷后則又起到續(xù)流復(fù)位繞組N3的作用，從圖上看，圖13的高頻變壓器的確簡單了一些，但電源多用了兩只二極管，這兩只二極管將要產(chǎn)生的功耗在設(shè)計(jì)電源時(shí)將不容忽略，因此該圖一般只能用來設(shè)計(jì)小電流的電源，如用來設(shè)計(jì)大電流、大功率的電源則并非合適。
電源是提供電能的裝置，而開關(guān)電源與工頻交流電、蓄電池等電源不同，它既不發(fā)電也不儲存電，它僅僅在電源和負(fù)載之間充當(dāng)“橋梁”，對于負(fù)載來說開關(guān)電源是電源，但對于工頻交流電和蓄電池等電源來說它又是負(fù)載。
一般地說，一個電源的輸出特性是根據(jù)負(fù)載特性來設(shè)計(jì)的，如穩(wěn)壓電源與阻性負(fù)載相適配，而穩(wěn)流電源則與容性或感性負(fù)載較相適配，而需要采用穩(wěn)功率電源的負(fù)載目前似乎還不多，一個常見的例子是直流電機(jī)調(diào)速，由于直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩是電流的函數(shù)，轉(zhuǎn)速是電壓的函數(shù)，因此需要一個電流、電壓能雙向調(diào)節(jié)的電源與之匹配，只有這樣才能充分發(fā)揮直流電機(jī)的優(yōu)良調(diào)速性能。
廣泛地說，對電源輸出特性的要求并不僅僅來自負(fù)載。譬如鉛酸蓄電池的容量要受其放電電流的影響，放電電流大時(shí)它的容量變小，兩者呈反比關(guān)系；如果放電電流超過了一定限度，還會影響電池的壽命。因此，為了使鉛酸蓄電池能達(dá)到預(yù)期容量和壽命，就必須適時(shí)限制它的放電功率。
進(jìn)一步說，電源并非只能被動地從屬于負(fù)載，如我們可以通過控制穩(wěn)功率電源的輸出波形，使它形成除一般直流電外的低頻、中頻甚至高頻直流電能，或使其頻率和幅度在某一時(shí)域有規(guī)律地改變的電能，直接去操縱“外設(shè)”，賦予負(fù)載某些功用，開發(fā)新穎的電源產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)穩(wěn)功率電源，包括輸出電感(L1)，其特征在于它還包括輸入電路(Vi)；開關(guān)(U1)以及觸發(fā)電路；續(xù)流二極管(D1)；輸出電路(RL和C1并聯(lián))；電壓比較器(IC1)及其輸出(OUT)電路；由分壓電阻(R2和R3串聯(lián))以及隔離二極管(D2)和(D5)構(gòu)成的電壓采樣電路；由所述輸出電感(L1)和采樣電阻(R1)、采樣電容(C2)以及阻斷二極管(D6)、泄流二極管(D3)構(gòu)成的LRC電流同步峰值采樣電路；由所述輸出電感(L1)和開關(guān)二極管(D4)構(gòu)成的LD開關(guān)電路；由加速電阻(R6)和加速電容(C3)構(gòu)成的RC加速和防震電路；由運(yùn)算放大器(IC2)、分壓電阻(R4和R5串聯(lián))、限流電阻(R8)、濾波電容(C5)構(gòu)成的電壓隨機(jī)基準(zhǔn)電壓電路；由運(yùn)算放大器(IC3)、限流電阻(R9)、濾波電容(C6)、隔離二極管(D7)構(gòu)成的電流隨機(jī)基準(zhǔn)電壓電路；由削峰電容(C0)、削峰電阻(D0)和緩沖二極管(D0)構(gòu)成的CRD削峰緩沖電路；所述輸出電感(L1)與所述輸出電路(RL和C1并聯(lián))、輸入電路(Vi)、開關(guān)(U1)相串聯(lián)成閉環(huán)回路，另所述續(xù)流二極管(D1)的負(fù)極接所述開關(guān)(U1)和輸出電感(L1)的聯(lián)結(jié)點(diǎn)，所述續(xù)流二極管(D1)的正極接地，構(gòu)成穩(wěn)功率變換器；所述分壓電阻(R2和R3串聯(lián))聯(lián)結(jié)點(diǎn)接在所述電壓比較器(IC1)的一個輸入端，所述分壓電阻中(R3)的另一端接地，所述分壓電阻中(R2)的另一個端接所述隔離二極管(D2)和隔離二極管(D5)的負(fù)極，所述隔離二極管(D2)的正極接所述輸出電路(RL和C1并聯(lián))的正端，所述隔離二極管(D5)的正極接所述采樣電阻(R1)和所述采樣電容(C2)的聯(lián)結(jié)點(diǎn)；所述分壓電阻(R4和R5串聯(lián))聯(lián)結(jié)點(diǎn)接在所述電壓比較器(IC1)的另一個輸入端，所述分壓電阻中(R5)的另一端接地，所述分壓電阻中(R4)的另一端接所述濾波電容(C5)和限流電阻(R8)的聯(lián)結(jié)點(diǎn)，所述限流電阻(R8)的另一端接所述運(yùn)算放大器(IC2)的輸出，所述濾波電容(C5)另一端接地；所述采樣電阻(R1)和采樣電容(C2)以及阻斷二極管(D6)順序串聯(lián)，所述采樣電阻(R1)的另一端接所述開關(guān)(U1)和輸出電感(L1)的聯(lián)結(jié)點(diǎn)，所述阻斷二極管(D6)的負(fù)極接所述輸出電路(RL和C1并聯(lián))的正端，另在所述采樣電阻(R1)的兩端并聯(lián)所述泄流二極管(D3)，所述泄流二極管(D3)的正極接所述采樣電容(C2)；所述采樣電容(C2)和阻斷二極管(D6)的聯(lián)結(jié)點(diǎn)接入所述隔離二極管(D7)，所述隔離二極管(D7)的正極接所述濾波電容(C6)和限流電阻(R9)的聯(lián)結(jié)點(diǎn)，所述限流電阻(R9)的另一端接所述運(yùn)算放大器(IC3)的輸出，所述濾波電容(C6)另一端接地；所述電壓比較器(IC1)的負(fù)或者正輸入端接出所述開關(guān)二極管(D4)，所述開關(guān)二極管(D4)的負(fù)極接所述輸出電感(L1)的輸入端；所述加速電阻(R6)和所述加速電容(C3)先串聯(lián)，再將串聯(lián)聯(lián)結(jié)點(diǎn)接在所述電壓比較器(IC1)的輸出(OUT)上，所述加速電容(C3)的另一端接在所述電壓比較器(IC1)的正輸入端，所述加速電阻(R6)的另一端接輔助電源VCC；所述削峰電阻(D0)和所述緩沖二極管(D0)先并聯(lián)再與所述削峰電容(C0)串聯(lián)，所述削峰電阻(D0)的另一端和所述緩沖二極管(D0)的正極接地，所述削峰電容(C0)的另一端接在所述開關(guān)(U1)和輸出電感(L1)的聯(lián)結(jié)點(diǎn)上，以上構(gòu)成穩(wěn)功率控制器；由以上所述穩(wěn)功率變換器和所述穩(wěn)功率控制器構(gòu)成DC-DC降壓型開關(guān)穩(wěn)功率電源電路。
2.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)穩(wěn)功率電源，其特征在于刪除所述電壓隨機(jī)基準(zhǔn)電壓電路中的所述運(yùn)算放大器(IC2)、限流電阻(R8)和濾波電容(C5)，增加可調(diào)電壓源(VVOR)為可調(diào)電壓基準(zhǔn)；刪除所述電流隨機(jī)基準(zhǔn)電壓電路中的所述運(yùn)算放大器(IC3)、限流電阻(R9)和濾波電容(C6)，增加可調(diào)電壓源(VIOR)為可調(diào)電流基準(zhǔn)，簡化形成具有穩(wěn)流穩(wěn)壓功能的DC-DC降壓型開關(guān)穩(wěn)功率電源。
3.如權(quán)利要求2所述的開關(guān)穩(wěn)功率電源，其特征在于將所述可調(diào)電壓源(VVOR)設(shè)置為固定電壓基準(zhǔn)，簡化形成具有限壓穩(wěn)流功能的DC-DC降壓型開關(guān)穩(wěn)功率電源。
4.如權(quán)利要求2所述的開關(guān)穩(wěn)功率電源，其特征在于將所述可調(diào)電壓源(VIOR)設(shè)置為固定電流基準(zhǔn)，簡化形成具有限流穩(wěn)壓功能的DC-DC降壓型開關(guān)穩(wěn)功率電源。
5.如權(quán)利要求2所述的開關(guān)穩(wěn)功率電源，其特征在于刪除所述可調(diào)電壓源(VIOR)以及刪除所述隔離二極管(D7)和阻斷二極管(D6)，將所述采樣電容(C2)直接接在所述輸出電路(RL和C1并聯(lián))的正端，利用輸出的穩(wěn)定低電壓為固定電流基準(zhǔn)，簡化形成另一具有限流穩(wěn)壓功能的DC-DC降壓型開關(guān)穩(wěn)功率電源。
6.如權(quán)利要求2所述的開關(guān)穩(wěn)功率電源，其特征在于刪除所述可調(diào)電壓源(VIOR)，在所述采樣電容(C2)和隔離二極管(D5)之間增加穩(wěn)壓管(W1)為固定電流基準(zhǔn)電壓，所述穩(wěn)壓管(W1)的正極接所述隔離二極管(D5)的正極，簡化形成又一具有限流穩(wěn)壓功能的DC-DC降壓型開關(guān)穩(wěn)功率電源。
7.如權(quán)利要求1至6所述的開關(guān)穩(wěn)功率電源，其特征在于進(jìn)一步包括降壓或升壓隔離高頻變壓器(T1)以及輸出二極管(D9)，以構(gòu)成預(yù)降壓或升壓DC-DC降壓型開關(guān)穩(wěn)功率電源電路；所述高頻變壓器(T1)包括輸入繞組(N1)、輸出繞組(N2)、續(xù)流復(fù)位繞組(N3)三個繞組；所述輸入繞組(N1)的輸入端接所述開關(guān)(U1)的輸出即如場效應(yīng)管的源極(S)，所述輸入繞組(N1)的輸出端接所述輸入電路(Vi)的負(fù)極，所述開關(guān)(U1)的輸入即如場效應(yīng)管的漏極(D)接輸入電路(Vi)的正極；或者所述輸入繞組(N1)的輸入端接所述輸入電壓(Vi)的正極，所述輸入繞組(N1)的輸出端接所述開關(guān)(U1)的輸入即如場效應(yīng)管的漏級(D)，所述開關(guān)(U1)的輸出即如場效應(yīng)管的源級(S)接所述輸入電路(Vi)的負(fù)極；所述輸出繞組(N2)與所述輸入繞組(N1)的輸入端同名的一端為輸出端，該輸出端接輸出二極管(D9)，所述輸出二極管(D9)的負(fù)極接所述輸出電感(L1)的輸入端，所述輸出繞組(N2)的另一端接地；所述續(xù)流復(fù)位繞組(N3)與輸入繞組(N1)的輸入端同名的一端接所述續(xù)流二極管(D1)的負(fù)極，續(xù)流二極管(D1)的另一端接地，所述續(xù)流復(fù)位繞組(N3)的另一端接所述輸出電感(L1)的輸入端；另將所述開關(guān)二極管(D4)的負(fù)極改接在所述續(xù)流復(fù)位繞組(N3)和續(xù)流二極管(D1)聯(lián)結(jié)點(diǎn)上。
8.如權(quán)利要求7所述的開關(guān)穩(wěn)功率電源，其特征在于進(jìn)一步將所述續(xù)流復(fù)位繞組(N3)和所述輸出繞組(N2)的匝數(shù)設(shè)置為相等。
9.如權(quán)利要求8所述的開關(guān)穩(wěn)功率電源，其特征在于刪除所述續(xù)流復(fù)位繞組(N3)，增加兩只二級管(D01)和(D09)，所述兩只二極管(D01和D09)與所述續(xù)流二極管(D1)和所述輸出二極管(D9)組合聯(lián)接成全波整流的形式插在所述輸出繞組(N2)和輸出電感(L1)之間，以所述輸出繞組(N2)兼所述續(xù)流復(fù)位繞組(N3)。
10.如權(quán)利要求1至6和8、9所述的開關(guān)穩(wěn)功率電源，其特征在于還包括同步二極管(D8)和并聯(lián)同步輸出端子(X1)，所述同步二極管(D8)插入接在所述開關(guān)二極管(D4)和輸出電感(L1)的輸入端或者所述續(xù)流復(fù)位繞組(N3)和續(xù)流二極管(D1)聯(lián)結(jié)點(diǎn)之間，在所述同步二極管(D8)的正極和開關(guān)二極管(D4)的負(fù)極的聯(lián)結(jié)點(diǎn)上引出并聯(lián)同步輸出端子(X1)。
11.如權(quán)利要求10所述的開關(guān)穩(wěn)功率電源，其特征在于將如 10所述的開關(guān)穩(wěn)功率電源中的若干只同類型電源的所述輸入電路(Vi)和輸出電路(RL和C1并聯(lián))以及并聯(lián)同步輸出端子(X1)分別并聯(lián)起來。
12.如權(quán)利要求11所述的若干只并聯(lián)同步輸出的相同類型開關(guān)穩(wěn)功率電源，其特征在于保留其中的一只電源為主電源，而將其它電源的穩(wěn)功率控制器部分刪除為從電源，并將所述從電源的所述開關(guān)(U1)的觸發(fā)電路集中于所述主電源來控制而形成的另一種同類型開關(guān)穩(wěn)功率電源以主、從電源并聯(lián)同步輸出的結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種開關(guān)穩(wěn)功率電源,它包括以輸出電感為變換中心的穩(wěn)功率變換器和穩(wěn)功率控制器電路,它能夠?qū)⑤斎氲闹绷麟姾驼骱蟮慕涣麟娮儞Q成為電流和電壓可分別從極小值至限定值雙向隨機(jī)調(diào)整的直流電輸出給負(fù)載,本發(fā)明具有輸出功能多、調(diào)整范圍大、負(fù)載適應(yīng)性強(qiáng)、功率器件工作效率高、用一只耐壓600V的開關(guān)管即可變換220V工頻電源以及整機(jī)溫升低、體積小、重量輕、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H02M3/156GK1349143SQ0111374
公開日2002年5月15日 申請日期2001年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月1日
發(fā)明者周符明 申請人:周符明