專利名稱：根據(jù)次級(jí)側(cè)電流持續(xù)時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)的開關(guān)電源的控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于具有初級(jí)側(cè)開關(guān)和變壓器的初級(jí)受控開關(guān)電源的 控制電路。此外，本發(fā)明還涉及一種相關(guān)的開關(guān)電源。
背景技術(shù)：
通常，已知的開關(guān)電源使用功率晶體管開關(guān)，以便將脈動(dòng)的電流提供 到電感的和電容的蓄能元件的網(wǎng)絡(luò)上，這些蓄能元件將接入的電流脈沖轉(zhuǎn) 換為經(jīng)過調(diào)節(jié)的直流電壓。根據(jù)開關(guān)電源的工作模式，開關(guān)電源可以提供 大于、小于、等于未經(jīng)調(diào)節(jié)的輸入電壓的或者與未經(jīng)調(diào)節(jié)的輸入電壓極性 相反的輸出電壓。開關(guān)電源往往用于功率電源電路。在此，這樣的開關(guān)電
源要接受在85V至270V交流電壓范圍內(nèi)的輸入電壓，并且按照這種方式可 以在全世界不同的電網(wǎng)電源上不經(jīng)修改或者開關(guān)地工作。此外，還必須足 夠地和準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)輸出電壓，以便一方面防止損壞負(fù)載，而另一方面防止 不必要的功率消耗。最后，今天的開關(guān)電源必須做得成本極其低廉而且其 幾何尺寸盡量減到最小。
通常，借助于反饋信號(hào)來調(diào)節(jié)已知的初級(jí)開關(guān)的開關(guān)電源的輸出電壓， 該反饋信號(hào)反映了輸出電壓和/或輸出電流。為了能夠使用輸出電壓作為調(diào) 節(jié)量，必須進(jìn)行從次級(jí)側(cè)向在初級(jí)側(cè)的調(diào)節(jié)回路的相應(yīng)信號(hào)的反饋。這個(gè) 反饋信號(hào)被用來控制開關(guān)功率晶體管的工作周期。為了提供一個(gè)適當(dāng)?shù)姆?^晴信號(hào)，目前存在不同的方式。例如，可以i殳置初級(jí)側(cè)輔助繞組，它在初 級(jí)側(cè)開關(guān)斷開期間產(chǎn)生一個(gè)反饋信號(hào)，該反饋信號(hào)提供了輸出電壓的映像。 但是，作為替代方案，還可以通過光耦合器直接反饋輸出電壓。作為替代 方案，還可以使用另一種信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器，以便直接將在次級(jí)側(cè)的輸出電壓在 初級(jí)側(cè)的控制電路上發(fā)出信號(hào)。
這些反饋方案具有如下的缺點(diǎn)它們必須使用輔助繞組、光耦合器或 者信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器。例如，在變壓器中輔助繞組的情況下其比較復(fù)雜和昂貴。20091016397L 7
說明書第2/10頁

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，給出一種盡可能簡(jiǎn)單和成本最 低廉的用于開關(guān)電源的控制電,它允許在在次級(jí)側(cè)和初級(jí)側(cè)之間沒有直 接反饋的條件下調(diào)節(jié)開關(guān)電源的輸出電壓。
本發(fā)明基于這樣的思想，即可以采用次級(jí)側(cè)電流持續(xù)時(shí)間代替實(shí)際的 輸出電壓作為調(diào)節(jié)量，以便由此控制初級(jí)側(cè)開關(guān)。因?yàn)樵摯渭?jí)側(cè)電流持續(xù) 時(shí)間可以間接地在初級(jí)側(cè)確定，所以在次級(jí)側(cè)的輸出電壓和初級(jí)側(cè)的控制 電路之間完全不需要直接反饋。
因此，根據(jù)該控制電路的設(shè)計(jì)，初級(jí)側(cè)開關(guān)的斷開時(shí)刻和/或接通時(shí)刻 可以根據(jù)次級(jí)側(cè)電流持續(xù)時(shí)間來確定。
該次級(jí)側(cè)電流持續(xù)時(shí)間必須在初級(jí)側(cè)確定，其中，在次級(jí)側(cè)上的該電 流持續(xù)時(shí)間的起點(diǎn)通過初級(jí)側(cè)開關(guān)的斷開時(shí)刻來定義，因?yàn)橹挥性诖藭r(shí)刻 電流才開始通過次級(jí)繞組流動(dòng)。
電流通過次級(jí)側(cè)流動(dòng)的電流持續(xù)時(shí)間的終點(diǎn)，可以通過觀察在初級(jí)繞 組上的電壓來確定。 一個(gè)變壓器中的初級(jí)和次級(jí)繞組是^t耦合的，而且如 果假定是理想的元件，則兩個(gè)繞組上的電壓具有一個(gè)相同的變化過程。如 果次級(jí)側(cè)電流不再流動(dòng)，則在次級(jí)繞組上不再有電壓，因此在初級(jí)繞組上 也沒有電壓。所以次級(jí)側(cè)電流的終點(diǎn)可以才艮據(jù)初級(jí)線圈上的電壓過零點(diǎn)確 定。
初級(jí)線圈上的電壓比較高，因此不能直接在初級(jí)線圏上測(cè)量這個(gè)電壓， 而是在也施加了這個(gè)電壓的開關(guān)的控制輸入端測(cè)量。該初級(jí)繞組的高電壓 處于雙極性晶體管(例如可以作為開關(guān)使用)的集電極輸入端。由于該高 電壓，通過雙極性晶體管集電極輸入端和基極輸入端(控制輸入)之間的 寄生電容可以在基極輸入端上量取一個(gè)足夠高的電壓，以便確定在初級(jí)線 圈上的電壓是否衰退，亦即，發(fā)生了電壓過零。
作為替代方案，還可以使用印制導(dǎo)線之間的寄生電容來量取初級(jí)繞組 上的電壓。
按照一個(gè)有利的實(shí)施方式，使初級(jí)側(cè)開關(guān)在斷開狀態(tài)下保持高阻，從 而使該初級(jí)繞組上的電壓更好地傳遞到雙極性晶體管基極輸入端的電壓。
用來控制初級(jí)側(cè)開關(guān)的控制電路的控制輸出端與該開關(guān)的控制輸入端 連接。在該開關(guān)的控制輸入端上還可以量取由此通過該控制輸出端返回控制電路的上述電壓。因此，該控制電路的控制輸出端必須在兩個(gè)方向上 都能工作。然而，還可以在該控制電i 各上設(shè)置一個(gè)附加的端子，以便返回 雙極性晶體管基極輸入端上的與初級(jí)繞組上的電壓對(duì)應(yīng)的電壓。作為替代 方案，該端子可以電阻地或者電容地連接到變壓器的 一個(gè)繞組上。
如前所述，使用次級(jí)側(cè)電流持續(xù)時(shí)間作為調(diào)節(jié)量來調(diào)節(jié)開關(guān)電源的輸 出電壓。通過一個(gè)或多個(gè)與控制電路的 一個(gè)反饋輸入端連接的開關(guān)元件來 定義該電流持續(xù)時(shí)間的極限值，該極限值是對(duì)于實(shí)際的調(diào)節(jié)回路需要的。
開關(guān)電源的輸出電壓取決于多個(gè)因素，諸如次級(jí)繞組中的電流峰值、 變壓器次級(jí)繞組的電感以及次級(jí)側(cè)電流持續(xù)時(shí)間，等等。與此有關(guān)的公式
t—sek ■— L—sek * I—sek_max / (V—out + V—d) 以及I—sek—max = I_prim—max * Np / Ns
因?yàn)長(zhǎng)—sek， Np， Ns和V—d是常數(shù)，所以次級(jí)側(cè)電流持續(xù)時(shí)間t—sek 只取決于I_prim—max和V—out。為了能夠在t—sek和V—out之間進(jìn)行簡(jiǎn)單而 直接的對(duì)應(yīng)，在每次初級(jí)側(cè)開關(guān)斷開時(shí)都使流過初級(jí)繞組的最大電流 I_prim—max保持相等。


下面參照附圖1和2所呈現(xiàn)的設(shè)計(jì)方案對(duì)本發(fā)明作更詳細(xì)的說明。 圖1示出了帶有按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的調(diào)節(jié)電路的初級(jí)受控開 關(guān)電源的電路圖2示出了在按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的初級(jí)受控開關(guān)電源中的調(diào) 節(jié)電路的功能結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
下面參照?qǐng)Dl描述開關(guān)電源。
該開關(guān)電源在其輸入端上一皮施加交流電壓(Vac in)。電網(wǎng)電壓在歐洲 在180V和263V交流電壓之間變化，在美國(guó)在90V和130V之間變化。借 助于由二極管D1至D4組成的橋式整流器，以及電容C2， C3和電感L1， 對(duì)輸入電壓Vac in進(jìn)行整流和穩(wěn)壓，并且保證了在開關(guān)電源中產(chǎn)生的干擾 信號(hào)不會(huì)太強(qiáng)地達(dá)到交流電網(wǎng)。所構(gòu)造的變壓器T的初級(jí)繞組L2與初級(jí)側(cè)開關(guān)Q2彼此串聯(lián)。在初級(jí) 繞組L2的端子2上加有整流后的輸入電壓。該初級(jí)側(cè)開關(guān)Q2與調(diào)節(jié)電路 IC1控制信號(hào)B對(duì)應(yīng)地中斷通過初級(jí)繞組L2流動(dòng)的電流。
例如，可以這樣調(diào)節(jié)初級(jí)側(cè)開關(guān)Q2的斷開持續(xù)時(shí)間，使得在變壓器T 中所儲(chǔ)存的能量取決于輸出電壓Vdcout。也就是說，這樣調(diào)節(jié)所傳遞的功 率，使得給出對(duì)輸出電壓Vdcout所希望的值，正如下面要更準(zhǔn)確地闡述的 那樣。
開關(guān)電源的中央元件之一是變壓器，通常構(gòu)造為帶有一個(gè)初級(jí)繞組和 一個(gè)次級(jí)繞組的變壓器。在本發(fā)明中作為范例假定的閉塞變流器屬于廣泛 采用的開關(guān)電源類型。然而，對(duì)于專業(yè)人員容易理解的是，可以將按照下 列本發(fā)明的原理應(yīng)用在開關(guān)電源的其他一些類型上。在閉塞變流器中，能 量總是只有在開關(guān)晶體管的截止階段才被傳遞到輸出端。更詳細(xì)地說，在 導(dǎo)通階段(開關(guān)Q2接通)期間輸入電壓加在初級(jí)繞組Ll上，而一個(gè)線性 上升的電流通過初級(jí)線圈Ll流動(dòng)。在此，輸入電壓源的能量傳遞到初級(jí)線 圈中、特別是變壓器的空氣隙中，因?yàn)橥ㄟ^該電流建立一個(gè)磁場(chǎng)。在初級(jí) 側(cè)主繞組中貯存的能量取決于斷開時(shí)刻通過該繞組的電流強(qiáng)度。該電流越 大，則接著傳遞到次級(jí)側(cè)的所貯存的能量就越大。
在導(dǎo)通階段上不進(jìn)行向次級(jí)側(cè)的能量傳遞，因?yàn)橛捎诖渭?jí)繞組的極性， 次級(jí)側(cè)上的二極管截止，因此沒有電流可以通過次級(jí)側(cè)流動(dòng)。在導(dǎo)通階段 期間，負(fù)載必須由與次級(jí)繞組并聯(lián)的次級(jí)側(cè)電容提供電流。
如果開關(guān)Q2現(xiàn)在斷開，則截止階段開始，在該截止階段期間進(jìn)行實(shí)際 的能量交換。通過初級(jí)側(cè)開關(guān)的斷開，次級(jí)繞組上的極性交換，因?yàn)榘凑?電感定律變壓器上的電壓極性翻轉(zhuǎn)。次級(jí)側(cè)上的二極管現(xiàn)在導(dǎo)通，而在次 級(jí)側(cè)上一個(gè)連續(xù)下降的電流開始流動(dòng)。從而，變壓器中貯存的能量被送出
到輸出負(fù)載和輸出電容上。
在這里做成為專用集成電路(ASIC)實(shí)施的調(diào)節(jié)電路，控制驅(qū)動(dòng)輸出 B，并因此控制初級(jí)側(cè)開關(guān)Q2的接通和斷開時(shí)間。不僅對(duì)頻率的控制，而 且脈沖寬度都由開關(guān)控制確定。在此，接通時(shí)刻確定截止階段的持續(xù)時(shí)間， 從而確定能量傳遞的頻率。斷開時(shí)刻確定電流持續(xù)時(shí)間，從而確定與要傳 遞的能量對(duì)應(yīng)的脈沖寬度。換句話說，通過接通時(shí)刻可以調(diào)節(jié)斷開持續(xù)時(shí) 間，從而調(diào)節(jié)節(jié)拍頻率。通過該截止時(shí)刻可以調(diào)節(jié)能量脈沖寬度，從而調(diào)節(jié)初級(jí)側(cè)主繞組中待傳遞的能量。
按照本發(fā)明，開關(guān)電源沒有輸出電壓的反饋，亦即，在次級(jí)側(cè)和初級(jí) 側(cè)之間不設(shè)置用于反饋一個(gè)與輸出電壓對(duì)應(yīng)的信號(hào)的直接連接。而是將開
關(guān)Q2的斷開之后次級(jí)側(cè)的電流持續(xù)時(shí)間作為調(diào)節(jié)量。因?yàn)榭梢栽诔跫?jí)側(cè)確
定這個(gè)調(diào)節(jié)量，所以不需要次級(jí)側(cè)的直接反饋。這點(diǎn)具有許多優(yōu)點(diǎn)，例如 生產(chǎn)成本較低，因?yàn)樽儔浩鞑槐鼐哂休o助繞組，或者該開關(guān)電源不必使用 光耦合器。初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)的電流分離是由變壓器給出的，而且因?yàn)椴恍?要反饋，所以輸入側(cè)和輸出側(cè)彼此完全隔離。
下面闡述為什么可以使用次級(jí)側(cè)電流持續(xù)時(shí)間來調(diào)節(jié)開關(guān)電源的輸出 電壓。
在開關(guān)電源中按照閉塞變流器原理在間斷的運(yùn)行中算出初級(jí)側(cè)開關(guān)斷
開之后電流的持續(xù)時(shí)間，近似如下
t—sek =L—sek * I—sek—max / (V—out + V—d) 以及I—sek—max = I_prim—max * Np / Ns
其中
t_sek=開關(guān)Q2斷開之后次級(jí)側(cè)電流的持續(xù)時(shí)間
L—sek=變壓器次級(jí)繞組的電感
I—sek—max =次級(jí)繞組中電流的峰值
V—out=輸出電壓
V—d=次級(jí)側(cè)整流二極管的導(dǎo)通電壓 I_prim—max =初級(jí)繞組中電流的峰值 Np=初纟及繞纟且的臣凄史 Ns=次級(jí)繞組的臣凄史
因?yàn)長(zhǎng)—sek， Np， Ns和V—d都是恒定的或近似恒定的，t—sek只取決于 I_prim—max和V—out。 I_prim—max可以在初級(jí)側(cè)凈皮測(cè)量和控制。因此，可 以通過確定開關(guān)斷開之后次級(jí)側(cè)電流時(shí)間間接確定輸出電壓的大小。如果 在每個(gè)脈沖中最好有相同的最大初級(jí)電流I_prim_max,則就最簡(jiǎn)單。在這 種情況下，每個(gè)持續(xù)時(shí)間t—sek準(zhǔn)確地對(duì)應(yīng)于輸出電壓。因此，可以通過調(diào) 節(jié)t—sek來調(diào)節(jié)輸出電壓。
對(duì)于根據(jù)t—sek進(jìn)行調(diào)節(jié)還需要對(duì)于次級(jí)側(cè)電流持續(xù)時(shí)間的極限值，藉 此可以形成閉環(huán)調(diào)節(jié)回路。
8為此目的作為實(shí)施例， 一個(gè)由電阻R107和電容C31組成的RC元件與 控制電路IC1的反饋輸入端FB連接。電容C31在導(dǎo)通階段上通過IC1中的 引腳FB放電。如果初級(jí)側(cè)開關(guān)Q2斷開，則電容C31由在電阻R107上出 現(xiàn)的電源電壓通過電阻R107充電，并且因此為該控制電路提供一個(gè)時(shí)間值。 為此，將IC1的引腳FB上的電壓與IC1中形成的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。如果 FB上的電壓等于該基準(zhǔn)電壓，則達(dá)到了該時(shí)間值。
按照前面給出的公式，高的輸出電壓V—out與低的t—sek值對(duì)應(yīng)，而低 的輸出電壓與長(zhǎng)的次級(jí)側(cè)電流持續(xù)時(shí)間對(duì)應(yīng)。
如果所確定的次級(jí)側(cè)電流持續(xù)時(shí)間t—sek低于上面所定義的極限值(見 C31和R107)時(shí)，則輸入電壓太高，所以必須用下面的脈沖將較少的能量 從初級(jí)側(cè)傳遞給次級(jí)側(cè)。
為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，例如可以在閉塞變流器中延遲初級(jí)側(cè)開關(guān)的接通時(shí) 刻，由此降低能量傳遞的節(jié)拍頻率(在此，每個(gè)脈沖的能量最好保持相等， 由此可以只根據(jù)節(jié)拍頻率來改變單位時(shí)間傳遞的能量)。通過開關(guān)Q2較晚 的接通，傳遞較少的能量并降低輸出電壓。作為替代方案，還可以縮小用 于初級(jí)電流的斷開閾值，以便使每個(gè)脈沖傳遞較少的能量。然而，這時(shí)還 必須-使時(shí)間基準(zhǔn)適應(yīng)，例如，通過調(diào)整基準(zhǔn)電壓。
如果次級(jí)側(cè)電流持續(xù)時(shí)間處于極限值以上時(shí)，則輸出電壓太低了，而 必須向次級(jí)側(cè)傳遞更多的能量。必須提高能量傳遞的節(jié)拍頻率，由此使初 級(jí)側(cè)開關(guān)更早地再次接通。
如上所述，由此給出一個(gè)閉環(huán)調(diào)節(jié)回路，其可以將該輸出電壓(和/或 輸出電流)調(diào)節(jié)在一個(gè)所期望的數(shù)值上。
下面將闡述如何可以按照本發(fā)明確定電流通過次級(jí)側(cè)流動(dòng)的電流持續(xù) 時(shí)間。
次級(jí)側(cè)電流持續(xù)時(shí)間t—sek的起點(diǎn)與初級(jí)側(cè)開關(guān)的斷開時(shí)刻對(duì)應(yīng)，因?yàn)?只在開關(guān)Q2斷開時(shí)，次級(jí)側(cè)上的二極管Dll才導(dǎo)通，從而可能在次級(jí)側(cè)有 電流。
如前所述，電流持續(xù)時(shí)間的終點(diǎn)#>據(jù)初級(jí)繞組上的電壓確定。更詳細(xì) 地說，如果初級(jí)繞組電壓下降到零，則次級(jí)電壓由于磁耦合同樣下降到零， 并因此在次級(jí)側(cè)上不再有電流流過次級(jí)繞組。
按照一個(gè)有利的實(shí)施方式，這個(gè)初級(jí)繞組電壓通過測(cè)量初級(jí)側(cè)開關(guān)Q2
9的基極輸入端上的電壓來確定。為此利用開關(guān)的寄生電容。因?yàn)樽儔浩鞒?級(jí)繞組上的電壓一般都非常高，通過小的電容也足以傳遞足夠的能量，以 便采集電壓的變化過程。例如，為此在應(yīng)用雙極性晶體管作為開關(guān)時(shí)，利
用基極上的電壓，或者在應(yīng)用FET時(shí)利用柵極上的電壓。這時(shí)在基極或在 柵極上可以得知變壓器上電壓的變化過程，因?yàn)樵撾妷和ㄟ^集電極-基極 或漏極-柵極電容(米勒電容)耦合到基才及或4冊(cè)極上。
為了改善集電極上的電壓和基極上所產(chǎn)生的電壓之間的該耦合，可以 使該開關(guān)在斷開狀態(tài)下保持相對(duì)較高的電阻。該斷開過程必須迅速進(jìn)行， 因此，首先將該開關(guān)控制為低電阻。然而，在斷開過程結(jié)束之后，將該開 關(guān)控制為高阻，以便使該開關(guān)保持開路狀態(tài)。通過高阻控制提高經(jīng)由寄生 電容向開關(guān)的基極傳遞的電壓，因此可以更好對(duì)其進(jìn)行測(cè)量。
代替通過開關(guān)基極輸入端的電壓確定初級(jí)繞組電壓，還可以用這樣的 方式利用印制導(dǎo)線之間的寄生電容。例如，可以在控制電路的輸入引腳上 連接一條印制導(dǎo)線，其電容地耦合到Q2的引.腳C和L2的引腳1之間的印 制導(dǎo)線上(例如，平行的印制導(dǎo)線)。這樣在輸入引腳上出現(xiàn)在L2的引腳1 上電壓的映像。因?yàn)檫@里引腳B的控制信號(hào)不疊加，在該實(shí)施方式中，可 以比較簡(jiǎn)單地采集電流持續(xù)時(shí)間。
i安照上述方式可以在初級(jí)側(cè)測(cè)量次級(jí)側(cè)的電流持續(xù)時(shí)間，/人而調(diào)節(jié)開 關(guān)電源的輸出電壓，而無需變壓器的輔助繞組或者光耦合器(或諸如此類)。
調(diào)節(jié)電路IC1的電源電壓端E通過電阻R125與初級(jí)側(cè)開關(guān)的發(fā)射極連 接，以便可以直接從流過開關(guān)Q2的初級(jí)側(cè)電流取得電源電壓。
此外，為了可以引走剩余的電流，并聯(lián)一個(gè)分支電阻R131,它通過開 關(guān)端子S與安排在IC1中的開關(guān)這樣連接，使得可以引開并聯(lián)于工作電壓 的剩余的電流。在ASICIC1內(nèi)部中包含比較裝置，它監(jiān)視工作電壓是否超 過一個(gè)定義的值，例如3V或者5V。如果工作電壓超過這個(gè)闞值，則內(nèi)部 開關(guān)接通，通過電阻R131并經(jīng)由與各IC的工作電壓并聯(lián)的大地將剩余電 流引走。在此，大部分功率損失不發(fā)生在ASIC IC1上，而是在分支電阻R131 上，以便使可能是關(guān)鍵性的溫度上升出現(xiàn)在ASIC以外。按照這樣的方式， 可以做到以價(jià)格便宜的元件，亦即電阻來限制控制電路的工作電壓。
在當(dāng)前的實(shí)施方式中作為初級(jí)側(cè)開關(guān)Q2設(shè)置一個(gè)功率雙極性晶體管。 顯而易見，所有常用的半導(dǎo)體功率開關(guān)都可以使用，即，雙極性晶體管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管或者絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。
因?yàn)樵摽刂齐娐返淖罡唠娢槐染w管Q2導(dǎo)通時(shí)要求的電位低，在開關(guān) Q2的控制端子和ASIC的驅(qū)動(dòng)器輸出B之間設(shè)置一個(gè)電容C25。這個(gè)電容 的端子與控制電路的運(yùn)行電壓電位上的、即ASIC IC1的端子E上的電阻 R108連接，使得在控制電路的驅(qū)動(dòng)器輸出B切換時(shí)電壓可能達(dá)到高于工作 電壓。因此，盡管實(shí)際的工作電壓處于所要求的數(shù)值以下，該功率開關(guān)Q2 仍能被可靠地接通和斷開。
為了能夠限制變壓器T中的最大電流，在控制電路和功率開關(guān)Q2的輸 出端(即，發(fā)射極端子E或在FET的情況下的源極端子)之間連接一個(gè)電 阻R125。這個(gè)電阻上的電壓降通過另一個(gè)電阻R126引導(dǎo)到控制電路的峰 值電流識(shí)別端子Ip。根據(jù)峰值電流識(shí)別端子Ip上的電壓降，通過該控制電 路IC1確定功率開關(guān)Q2必須被斷開的時(shí)刻。
按照本發(fā)明的ASIC的第6個(gè)端子是接地端子GND并與大地連接。
為了啟動(dòng)，控制電路IC1需要一個(gè)小的電流。在這里所示出的開關(guān)電 源中，這是通過兩個(gè)啟動(dòng)電阻R53和R97進(jìn)行的，它們與開關(guān)電源整流后 的輸入電壓連接。啟動(dòng)電阻R97的第二端子不直接與調(diào)節(jié)電路的運(yùn)行電壓 輸入端E連接，而是與端子Ip連接，以便限制最大電流。通過在該端子上 適當(dāng)配置的電阻，亦即啟動(dòng)電阻R53和R97以及電阻R126，可以補(bǔ)償通過
圖2示出了按照本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式的控制電路IC1的內(nèi)部 功能結(jié)構(gòu)。該控制電路分為6個(gè)子組件，其功能將在下面作較詳細(xì)的說明。
Vcc調(diào)節(jié)器(Vcc-Reg)與引腳S， E和GND (大地)連接，并具有保 持引腳E上的電壓恒定的任務(wù)。如上所述，在工作電壓太高時(shí)通過電阻R131 和引腳S將剩余的電流引開。為此，在Vcc調(diào)節(jié)器內(nèi)部將通過引腳S流入 的電流傳遞給大地，直至該工作電壓再次降低到正確的數(shù)值(例如5V)為 止。
去磁;險(xiǎn)測(cè)器(DemagDetect)要測(cè)定<可時(shí)初級(jí)繞組去》茲，亦即何時(shí)在初 級(jí)繞組上不再有電壓。為此，檢測(cè)器與引腳B、 BNotDel和Bintern連接， 并且在？ 1腳Demag上輸出相應(yīng)的輸出信號(hào)。在引腳B上去》茲^r測(cè)器可以確 定開關(guān)Q2控制輸入的電壓變化過程。這只在開關(guān)Q2處于斷開狀態(tài)期間才 進(jìn)行，檢測(cè)器根據(jù)引腳Bintern上相應(yīng)的信號(hào)識(shí)別出這點(diǎn)。引腳BNotDel延遲對(duì)引腳B上的電壓的測(cè)量，直至初級(jí)側(cè)開關(guān)的斷開過程完全結(jié)束為止。
如果確定了引腳B上的電壓(即在晶體管Q2基極上的電壓)的過零，則去 磁檢測(cè)器通過引腳Demag輸出 一個(gè)相應(yīng)的信號(hào)。
電壓調(diào)節(jié)器(U-Regler)有三個(gè)輸入端FB、 Demag和Bintern，以便由 此借助于驅(qū)動(dòng)器(后面還將描述)準(zhǔn)備輸出信號(hào)B1來控制初級(jí)側(cè)開關(guān)。在 電壓調(diào)節(jié)器內(nèi)部確定次級(jí)側(cè)電流持續(xù)時(shí)間并與一個(gè)極限值比較。通過引腳 Bintem該電壓調(diào)節(jié)器可以確定^f時(shí)次級(jí)側(cè)的電流開始流動(dòng)，亦即〗可時(shí)初級(jí) 側(cè)開關(guān)Q2斷開。電流持續(xù)時(shí)間的終點(diǎn)由引腳Demag及其由去磁檢測(cè)器產(chǎn) 生的信號(hào)定義。這樣確定的持續(xù)時(shí)間與一個(gè)借助于引腳FB上的信號(hào)所確定 的極限值比較。根據(jù)次級(jí)側(cè)電流持續(xù)時(shí)間是否低于該極限值，電壓調(diào)節(jié)器 的輸出端B1上施加一個(gè)信號(hào)。輸出調(diào)節(jié)器主要調(diào)節(jié)開關(guān)Q2的導(dǎo)通時(shí)刻。
電流調(diào)節(jié)器(IReg)主要用來確定初級(jí)側(cè)開關(guān)的斷開時(shí)刻。為此使用 輸入端Ip和Demag。如上所述，電阻R125上的電壓降通過另 一個(gè)電阻R126 被引導(dǎo)到控制電路的峰值電流識(shí)別端子Ip。根據(jù)峰值電流識(shí)別端子Ip上的 電壓降，電流調(diào)節(jié)器確定功率開關(guān)Q2必須斷開的時(shí)刻。該斷開時(shí)刻最好這 樣選擇，使得在每個(gè)脈沖中呈現(xiàn)相同的最大電流。借助于Demag信號(hào)可以 確定次級(jí)繞組中的電流持續(xù)時(shí)間。從而可以確定應(yīng)該接通Q2的最早時(shí)刻。 按照已知的方式可以這樣限制輸出電流。在該最簡(jiǎn)單的實(shí)施方式中，Q2最 早在該次級(jí)繞組中的電流結(jié)束時(shí)再次被接通。只要該輸出電壓小于調(diào)節(jié)電 壓，這便導(dǎo)致所謂準(zhǔn)諧振模式。由此使輸出電流隨著輸出電壓下降而上升。 作為替代方案，也可以將次級(jí)繞組中電流的恒定的占空比進(jìn)行調(diào)整，由此 達(dá)到取決于輸出電壓的電流限制。
驅(qū)動(dòng)器用來從一個(gè)由輸出B1，B2和B3的結(jié)合給出的輸入信號(hào)Bintern 中，為初級(jí)側(cè)開關(guān)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的控制信號(hào)B。該驅(qū)動(dòng)器附帶地用來高阻地 控制開關(guān)，以便使之保持?jǐn)嚅_狀態(tài)。信號(hào)BNotDel由驅(qū)動(dòng)器輸出，以便向 去磁檢測(cè)器發(fā)出信號(hào)，指示何時(shí)該開關(guān)的斷開過程結(jié)束，由此可以使之從 3十初級(jí)繞組的去石茲的識(shí)別開始。
控制電路的啟動(dòng)(Startup)組件只在接通開關(guān)電源時(shí)才使用。
盡管到目前為止的出發(fā)點(diǎn)都是將按照本發(fā)明的控制電路用于調(diào)節(jié)開關(guān) 電源的輸出電壓。然而，按照本發(fā)明的原理的應(yīng)用不限于此。例如，按照 本發(fā)明的通過次級(jí)側(cè)電流持續(xù)時(shí)間對(duì)輸出電壓的確定，還可以被用于過壓寸呆護(hù)(Overvoltage Protection, OVP )。
在開關(guān)電源中必須保證在輔助繞組接錯(cuò)或者斷線的情況下，通過適當(dāng) 的措施將開關(guān)電源的輸出電壓限制在一個(gè)可靠的電平上。通常這是用另一 個(gè)調(diào)節(jié)回路完成的。這些已知方法的缺點(diǎn)是， 一般需要附加的元件，后者 使該電路不必要地變得復(fù)雜和昂貴。
按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，開關(guān)電源有一個(gè)本身普通的借助于通 過輔助繞組或者光耦合器的反饋的輸出電壓的調(diào)節(jié)裝置。換言之，調(diào)節(jié)不 是如上所述根據(jù)次級(jí)側(cè)的電流持續(xù)時(shí)間進(jìn)行的，而是根據(jù)一個(gè)與輸出電壓 對(duì)應(yīng)的反饋信號(hào)并且例如通過變壓器的初級(jí)側(cè)的輔助繞組反饋進(jìn)行的。按 照本發(fā)明的調(diào)節(jié)電路，除了實(shí)際的輸出電壓調(diào)節(jié)所需要的功能以外，還具 有過壓保護(hù)功能。該輸出電壓借助于可以如上所述地確定的次級(jí)側(cè)電流持 續(xù)時(shí)間進(jìn)行監(jiān)視。再定義一個(gè)該電流持續(xù)時(shí)間不應(yīng)低于的極限值，其中該 極限值對(duì)應(yīng)于一個(gè)開關(guān)電源不應(yīng)超過的輸出電壓。現(xiàn)在為了實(shí)現(xiàn)過壓保護(hù)， 當(dāng)所確定的次級(jí)側(cè)電流持續(xù)時(shí)間低于該才及限值時(shí)，可以讓初級(jí)側(cè)開關(guān)斷開 某段時(shí)間或者持續(xù)地?cái)嚅_。這時(shí)再?zèng)]有能量傳遞到次級(jí)側(cè)，于是輸出電壓 下降。
如果在開關(guān)電源中有反饋(例如如果用本發(fā)明實(shí)現(xiàn)OVP )，則還可以借 助于反饋信號(hào)代替初級(jí)繞組上的電壓，來確定次級(jí)側(cè)電流持續(xù)時(shí)間的終點(diǎn)。 例如，可以將輔助繞組上去磁識(shí)別的本身已知的方法用于此目的。
按照本發(fā)明的控制電路使得可以給出這樣一種開關(guān)電源，其中，與使 用輔助繞組或者光耦合器來從次級(jí)側(cè)向初級(jí)側(cè)反饋輸出電壓的已知方法相 比，可以節(jié)省費(fèi)用。
1權(quán)利要求
1.一種用于初次側(cè)受控的開關(guān)電源的控制電路，該開關(guān)電源包括一個(gè)具有初級(jí)繞組和次級(jí)繞組的變壓器，其中，初級(jí)側(cè)開關(guān)切換流過所述初級(jí)繞組的電流，而且其中，所述控制電路能夠這樣地與所述初級(jí)側(cè)開關(guān)的控制輸入端連接，使得根據(jù)電流通過變壓器次級(jí)繞組流動(dòng)的次級(jí)側(cè)電流持續(xù)時(shí)間控制該初級(jí)側(cè)開關(guān)，以便調(diào)節(jié)所述開關(guān)電源的輸出電壓。
2. 按照權(quán)利要求1所述的控制電路，其中，將所述次級(jí)側(cè)電流持續(xù)時(shí)間作為調(diào)節(jié)量與 一個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間比較，以便調(diào)節(jié)所述輸出電壓。
3. 按照權(quán)利要求1或2所述的控制電路，其中，根據(jù)所述次級(jí)側(cè)電流 持續(xù)時(shí)間確定所述初級(jí)側(cè)開關(guān)的接通時(shí)刻。
4. 按照上述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的控制電路，其中，所述次級(jí)側(cè) 電流持續(xù)時(shí)間從所述初級(jí)側(cè)開關(guān)的斷開時(shí)刻開始。
5. 按照上述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的控制電路，其中，所述次級(jí)側(cè) 電流持續(xù)時(shí)間的終點(diǎn)通過所述初級(jí)繞組上電壓的過零點(diǎn)來定義。
6. 按照權(quán)利要求5所述的控制電路，其中，通過對(duì)所述初級(jí)側(cè)開關(guān)控 制輸入端上的電壓的測(cè)量來確定所述初級(jí)繞組上的電壓。
7. 按照權(quán)利要求6所述的控制電路，其中，所述初級(jí)側(cè)開關(guān)的控制輸 入端上的電壓，通過所述控制電路的控制輸入端返回到該控制電路。
8. 按照上述權(quán)利要求中一項(xiàng)所述的控制電路，其中，至少一個(gè)開關(guān)元 件可以與所述控制電路的反饋輸入端連接，以便為所述電流持續(xù)時(shí)間定義一個(gè)極限值。
9. 按照上述權(quán)利要求中一項(xiàng)所述的控制電路，其中，所述控制電路將 所述初級(jí)側(cè)開關(guān)高阻地保持在斷開狀態(tài)下。
10. 按照上述權(quán)利要求中一項(xiàng)所述的控制電路，其中，所述初級(jí)側(cè)開關(guān) 被這樣斷開，使得通過該初級(jí)繞組流動(dòng)的最大電流在所述初級(jí)側(cè)開關(guān)的每 次斷開時(shí)相等。
11. 一種帶有按照權(quán)利要求1至10中至少一項(xiàng)所述的控制電路的開關(guān) 電源。
12. 按照權(quán)利要求11所述的開關(guān)電源，其中，所述控制電路被實(shí)現(xiàn)為 該開關(guān)電源的過壓保護(hù)。
13.按照權(quán)利要求11或12所述的開關(guān)電源，其中，所述初級(jí)側(cè)開關(guān)包 括雙極性晶體管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管或者絕緣柵雙極晶體管IGBT。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于初級(jí)受控的開關(guān)電源的控制電路，該開關(guān)電源具有初級(jí)側(cè)開關(guān)和變壓器。此外，本發(fā)明還涉及一種相關(guān)的開關(guān)電源。按照本發(fā)明，該控制電路能夠這樣與初級(jí)側(cè)開關(guān)的一個(gè)控制輸入端連接，使得根據(jù)電流通過變壓器次級(jí)繞組流動(dòng)的次級(jí)側(cè)電流持續(xù)時(shí)間控制該初級(jí)側(cè)開關(guān)，以便調(diào)節(jié)輸出電壓。本發(fā)明基于這樣的思想，即可以使用次級(jí)側(cè)電流持續(xù)時(shí)間代替實(shí)際的輸出電壓作為調(diào)節(jié)量，以便由此控制初級(jí)側(cè)開關(guān)。因?yàn)樵摯渭?jí)側(cè)電流持續(xù)時(shí)間可以間接地在初級(jí)側(cè)確定，所以在次級(jí)側(cè)上的輸出電壓和初級(jí)側(cè)上的控制電路之間完全不需要直接的反饋。
文檔編號(hào)H02M7/217GK101626200SQ20091016397
公開日2010年1月13日 申請(qǐng)日期2009年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月14日
發(fā)明者拉爾夫·施羅德-格吉格 申請(qǐng)人:能源系統(tǒng)技術(shù)有限責(zé)任公司