專利名稱：可同步電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是用一個(gè)PWM變壓器部分實(shí)現(xiàn)的同步運(yùn)行方式下通過(guò)一個(gè)PFC變壓器部分進(jìn)行功率因數(shù)修正的可同步電源。
帶功率因數(shù)修正的電源主要由一個(gè)用于功率因數(shù)修正(PFC)的PFC變壓器部分和具有變換和網(wǎng)絡(luò)分隔功能的常規(guī)脈沖變壓器組成。除了其它的控制方法(例如頻率控制)外，脈寬調(diào)制是脈沖電源最常用的控制方法。此時(shí)將一個(gè)通常為固定頻率(脈沖頻率)的鋸齒波電壓與一個(gè)第二電壓即可調(diào)電壓進(jìn)行比較。可調(diào)電壓數(shù)值的改變相對(duì)于脈沖頻率來(lái)說(shuō)通常很慢。比較器對(duì)兩個(gè)電壓的比較結(jié)果是產(chǎn)生一個(gè)矩形信號(hào)，在這一具有恒定周期的矩形信號(hào)上通過(guò)改變可調(diào)電壓可以調(diào)節(jié)高低電平之間的比例。如果給一個(gè)開(kāi)關(guān)的高電平分配一個(gè)接通時(shí)間(TEIN)，給低電平分配一個(gè)切斷時(shí)間(TAUS)，則產(chǎn)生一個(gè)恒定周期(1/T)的鍵控比例TEIN/T其中T＝TEIN+TAUS脈沖變壓器從輸入到輸出的能流由鍵控比例規(guī)定。
對(duì)于由一個(gè)PFC變壓器部分和一個(gè)PWM變壓器部分組成的電源來(lái)說(shuō)，顯然其兩個(gè)控制部分的運(yùn)行頻率需要同步，以便減少過(guò)耦合或者相互的干擾影響。
對(duì)于PFC變壓器部分其鍵控比例必須在0到0.99之間可調(diào)，而對(duì)于PWM變壓器部分在0到0.5之間可調(diào)。
公知的集成電路有托科(TOKO)公司的組件TK84819，線性技術(shù)(Linear Technology)公司的組件LT509，和微線(Micro Linear)公司的組件ML4824。
在迄今已知的方法中，振蕩器產(chǎn)生一個(gè)非對(duì)稱側(cè)緣(例如上升緣98％，下降緣2％)的與脈沖頻率相同的鋸齒波電壓，它用于PFC變壓器部份的脈寬調(diào)制。PWM變壓器部分這一縮短的鍵控比例可通過(guò)以下方式獲得，即把PWM變壓器部份可能的接通點(diǎn)延遲，延遲的程度是振蕩器頻率的一個(gè)固定的百分比(例如53％)。它可以通過(guò)一個(gè)電容器比較振蕩器的鋸齒波電壓與一個(gè)規(guī)定的(相應(yīng)于鍵控比例53％的)閾值來(lái)實(shí)現(xiàn)。
這種方法的特征是不可能在不影響PWM變壓器部分減小的鍵控比例的情況下來(lái)實(shí)現(xiàn)振蕩器的同步。
本發(fā)明的任務(wù)是制造一種沒(méi)有這種缺點(diǎn)的可同步電源。
該任務(wù)的解決方案是，兩個(gè)變壓器部分采用同樣的運(yùn)行頻率，而且PFC變壓器部分以99％的鍵控比例、PWM變壓器部分以50％的鍵控比例運(yùn)行，振蕩器或者一個(gè)外部供給的同步信號(hào)以相對(duì)于操作頻率至少兩倍大小的頻率工作，PWM變壓器部分的鍵控比例極限最大為50％。
本發(fā)明的改進(jìn)方案是，PWM變壓器部分的鍵控比例極限由一個(gè)分頻器-觸發(fā)器限制在最大為50％；兩個(gè)變壓器部分用不同的、一個(gè)變壓器部分為另一變壓器部分的整數(shù)倍的運(yùn)行頻率運(yùn)行，特別是PWM變壓器部分用PFC變壓器部分的雙倍頻率運(yùn)行，以及PFC變壓器部分的最大鍵控比例可以達(dá)到其脈沖周期的99％，而PWM變壓器部分的最大鍵控比例可以達(dá)到其脈沖周期的50％，其中通過(guò)數(shù)字分頻器和一個(gè)分頻器-觸發(fā)器限制鍵控比例；同步信號(hào)持續(xù)地或者斷續(xù)地疊加在振蕩器上；PWM變壓器部份的接通平面相對(duì)于PFC變壓器部分延遲50％的PWM變壓器部分的周期持續(xù)時(shí)間。
下面對(duì)照3個(gè)附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)帶電流控制的集成控制電路的電源單元電路框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)帶電壓控制的集成控制電路的電源單元電路框圖；圖3是在圖1中表示的集成控制電路的電路框圖。
圖1中的帶功率因數(shù)修正的開(kāi)關(guān)電源設(shè)備按已知方式構(gòu)造，包括輸入端17以及順序相連的扼流圈18、電容器19和整流器20。整流器20的正極經(jīng)由電阻器25、電感器26、二極管28和一個(gè)變壓器31相連。整流器20的負(fù)極經(jīng)由電阻器40、二極管39和變壓器31的一個(gè)繞組以及經(jīng)由電阻器40和一個(gè)MOSFET(金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管)37及變壓器31的第二繞組相連。在電阻器25與電感器26串聯(lián)的接點(diǎn)和整流器20的負(fù)極之間接有一個(gè)電容器27，在電感器26后面并聯(lián)第二個(gè)MOSFET29作為參考電位。
開(kāi)關(guān)電源部分的輸出電路由兩個(gè)二極管32和33以及順序連接的線圈34和電容器35組成，它們以公知的方式相接。從端子36可以取出輸出電壓。
集成控制電路IC具有接點(diǎn)1-16，其上通過(guò)各個(gè)電阻器41-44、46-48以及組件57-67經(jīng)由在圖1或者圖2中表示的連線與開(kāi)關(guān)電源設(shè)備連接。元件51到56構(gòu)成一個(gè)帶光電耦合器件56的反饋分路。
圖1和圖2的兩個(gè)電路的不同之處僅在于接口1和3的接法，它們決定是采用電壓控制(圖2)還是電流控制(圖1)。
圖3表示本發(fā)明所述控制開(kāi)關(guān)電路的原理結(jié)構(gòu)。在端子1上可連接脈寬調(diào)制(PWM)控制電壓，它通常通過(guò)光電耦合器件56產(chǎn)生。端子2用于限制PWM電流。端子3是PWM電流傳感器輸入，它在電流方式下輸入范圍為0到1.5V，在電壓方式下輸入范圍為0到6V。在端子4上連接一個(gè)帶振蕩器的外部電容器。接口端子5是接地端子。端子6是PWM門驅(qū)動(dòng)器37的輸出，而端子7是該電源的接口。在端子8上可取出內(nèi)部參考電壓，該參考電壓通過(guò)電阻器62、64、66供給端子1、8和15。端子9是補(bǔ)償PFC電流的輸出。端子10是乘法器70的輸出，同時(shí)又是誤差放大器72的非倒相輸入。端子11構(gòu)成乘法器70的輸入。端子12是用作電壓補(bǔ)償?shù)腜FC電流循環(huán)誤差放大器82的輸出，并與用作誤差負(fù)載的安全比較器83相連。端子13是帶有PFC過(guò)壓比較器84、PWM過(guò)壓比較器85和PWM欠壓比較器86的總線電壓誤差放大器的輸入。在端子14上可以連接PFC驅(qū)動(dòng)三極管29的驅(qū)動(dòng)極。端子15在與一個(gè)接地的電容器和一個(gè)在端子8后的電阻器相接時(shí)，其上出現(xiàn)為建立PFC變壓器部分的鍵控比例的鋸齒波電壓。端子16建立用于補(bǔ)償?shù)腜FC誤差電流放大器72的倒相輸入。
端子11與乘法器70的第一輸入連接，乘法器70的輸出經(jīng)由一個(gè)電壓/電流變換器71與端子10、運(yùn)算放大器72的非倒相輸入以及經(jīng)由一個(gè)電壓源73與另一運(yùn)算放大器74的非倒相輸入相連。運(yùn)算放大器72的輸出與一個(gè)運(yùn)算放大器76的非倒相輸入和端子9相連。運(yùn)算放大器74的輸出經(jīng)由一個(gè)低通濾波器75和在其后連接的一個(gè)施密特觸發(fā)器77分別與第一和第二與門的一個(gè)輸入連接。第一與門78的另一輸入與運(yùn)算放大器76的輸出相連。該與門的輸出與一個(gè)觸發(fā)器79的復(fù)位輸入連接，觸發(fā)器的輸出與與門80的第二輸入連接。與門80的輸出經(jīng)由一個(gè)驅(qū)動(dòng)器81與輸出端子14相連，并建立起PFC控制的控制輸出。
圖1和圖2中的電容器30上的輸出電壓供給端子13。端子13與一個(gè)OTA(運(yùn)算放大器)82和兩個(gè)運(yùn)算放大器84和85的倒相輸入以及與運(yùn)算放大器86的非倒相輸入相連。OTA的輸出與端子12和運(yùn)算放大器83和運(yùn)算放大器103的非倒相輸入以及乘法器70的第二輸入連接。運(yùn)算放大器83的輸出與第二與門78的另一輸入相連。運(yùn)算放大器84的輸出與與門78的再一個(gè)輸入連接。運(yùn)算放大器85和86的輸出與與門87的各自一個(gè)輸入相連。在端子15上連接的電容器61用于產(chǎn)生RFC鍵控比例的鋸齒波電壓。端子15與晶體管106的集電極和運(yùn)算放大器76的倒相輸入相連。晶體管106的發(fā)射極與地、其基極與分頻器104的輸出和觸發(fā)器79的置位輸入連接。分頻器104的輸入與振蕩器105的一個(gè)輸出連接。通過(guò)接門4把一個(gè)外部電容器65接地，同時(shí)接口4經(jīng)由一個(gè)電阻器64與集成塊107的參考電壓連接。振蕩器105具有兩個(gè)控制輸入，它們各自與運(yùn)算放大器103和102的輸出相連。振蕩器105的另一個(gè)輸出與兩個(gè)觸發(fā)器94和93的置位輸入連接。觸發(fā)器94的復(fù)位輸入與與門87的輸出連接。觸發(fā)器94的輸出與一個(gè)與門92的一個(gè)輸入相連。觸發(fā)器93的倒相輸出與與門92的第三輸入相連，而與門92的第四輸入與與門87的一個(gè)輸入和運(yùn)算放大器88的輸出連接。與門92的輸出經(jīng)由驅(qū)動(dòng)器91與接口端子6連接并用于PWM控制。
端子2經(jīng)由一個(gè)低通濾波器95與運(yùn)算放大器96的倒相輸入連接，運(yùn)算放大器96的輸出與與門87的一個(gè)輸入和與門92的一個(gè)輸入相連。端子1與運(yùn)算放大器102的非倒相輸入并經(jīng)由一個(gè)由兩個(gè)二極管100、101和一個(gè)電阻器99串聯(lián)的電路與運(yùn)算放大器88的非倒相輸入相連。另外，運(yùn)算放大器88的非倒相輸入經(jīng)由一個(gè)電阻器98以及一個(gè)并聯(lián)的齊納二極管97在截止方向上接地。觸發(fā)器93的輸出與一個(gè)另外的晶體管90的基極連接，晶體管90的發(fā)射極與地、集電極與端子3以及低通濾波器89的輸入連接。濾波器89的輸出與運(yùn)算放大器88的倒相輸入相連。運(yùn)算放大器74、82、83、84、85、86、96、102和103未命名的輸入由內(nèi)部參考電壓供給。
本發(fā)明的基本方案在于，帶功率因數(shù)修正的電源具有用一個(gè)PWM變壓器部分同步的運(yùn)行方式下的一個(gè)PFC變壓器部分。PFC變壓器部分的輸出構(gòu)成驅(qū)動(dòng)級(jí)81和PWM變壓器部分的驅(qū)動(dòng)級(jí)91。兩個(gè)變壓器部分都以同一操作頻率，在PFC變壓器部分99％的最大鍵控比例以及PWM變壓器部分50％的鍵控比例下運(yùn)行，而振蕩器或者一個(gè)外部供給的同步信號(hào)以相對(duì)于操作頻率至少兩倍大小的頻率工作。對(duì)于PWM變壓器部分例如通過(guò)一個(gè)分頻器-觸發(fā)器把鍵控比例極限限制在最高為50％。
另外，兩個(gè)變壓器部分用不同的、一個(gè)為另一變壓器部分的整數(shù)倍的操作頻率運(yùn)行，特別是PWM變壓器部分用PFC變壓器部分的雙倍頻率運(yùn)行，以及PFC變壓器部分的最大鍵控比例可以達(dá)到其脈沖周期的99％而PWM變壓器部分的最大鍵控比例可以達(dá)到其脈沖周期的50％，其中通過(guò)數(shù)字分頻器和一個(gè)分頻器-觸發(fā)器限制鍵控比例。
在一個(gè)改進(jìn)的方案中，給振蕩器持續(xù)疊加或斷續(xù)疊加一個(gè)同步信號(hào)。
為使振蕩器105也能通過(guò)一個(gè)外部信號(hào)同步，根據(jù)本發(fā)明，振蕩器105只用于產(chǎn)生脈沖頻率F1。為把PWM變壓器部分的鍵控比例限制在50％，用一個(gè)觸發(fā)器93把振蕩頻率分頻。使用對(duì)半分頻的脈沖頻率F2把用于PFC變壓器部分的鋸齒波電壓復(fù)位。從分頻器-觸發(fā)器93獲得的信號(hào)在相應(yīng)于脈沖頻率F1的每一第二周期的第二脈沖頻率F2的一個(gè)半周期期間鎖定PWM變壓器部分。
也就是說(shuō)，當(dāng)振蕩器頻率變?yōu)閮蓚€(gè)變壓器部分選擇的運(yùn)行頻率的兩倍時(shí)，可以通過(guò)一個(gè)分頻器-觸發(fā)器保證PWM變壓器部分的鍵控比例限制在50％。這在振蕩器頻率例如由于同步(緩慢地)而改變時(shí)也能做到。
用于PFC變壓器部分和用于PWM變壓器部分的兩個(gè)鋸齒波電壓的相位原則上可以任意分配。但是為避免相互的干擾影響，優(yōu)選下述運(yùn)行方式，即PWM變壓器部分的接通緣相對(duì)于PFC變壓器部分的接通緣(前緣)延遲周期持續(xù)時(shí)間的50％(后緣)出現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.在使用一個(gè)PWM變壓器部分的同步運(yùn)行方式下，通過(guò)一個(gè)PFC變壓器部分進(jìn)行功率因數(shù)修正的電源，其特征在于，兩個(gè)變壓器部分采用同樣的運(yùn)行頻率，而且PFC變壓器部分以99％的鍵控比例、PWM變壓器部分以50％的鍵控比例運(yùn)行，振蕩器或者一個(gè)外部供給的同步信號(hào)以相對(duì)于操作頻率至少兩倍大小的頻率工作，PWM變壓器部分的鍵控比例極限最大為50％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源，其特征在于，PWM變壓器部分的鍵控比例極限由一個(gè)分頻器-觸發(fā)器限制在最大為50％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的電源，其特征在于，兩個(gè)變壓器部分用不同的、一個(gè)變壓器部分為另一變壓器部分的整數(shù)倍的運(yùn)行頻率運(yùn)行，特別是PWM變壓器部分用PFC變壓器部分的雙倍頻率運(yùn)行，以及PFC變壓器部分的最大鍵控比例可以達(dá)到其脈沖周期的99％，而PWM變壓器部分的最大鍵控比例可以達(dá)到其脈周期的50％，其中通過(guò)數(shù)字分頻器和一個(gè)分頻器-觸發(fā)器限制鍵控比例。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一個(gè)權(quán)利要求所述的電源，其特征在于，同步信號(hào)持續(xù)地或者斷續(xù)地疊加在振蕩器上。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一個(gè)權(quán)利要求所述的電源，其特征在于，PWM變壓器部份的接通平面相對(duì)于PFC變壓器部分延遲50％的PWM變壓器部分的周期持續(xù)時(shí)間。
全文摘要
本發(fā)明是在用一個(gè)PWM變壓器部分實(shí)現(xiàn)的同步運(yùn)行方式下通過(guò)一個(gè)PFC變壓器部分進(jìn)行功率因數(shù)修正的電源，它具有如下特征兩個(gè)變壓器部分用同樣的運(yùn)行頻率和PFC變壓器部分用99％的最大鍵控比例、PWM變壓器部分用50％的鍵控比例運(yùn)行，振蕩器或者一個(gè)外部供給的同步信號(hào)以相對(duì)于操作頻率至少兩倍的頻率工作，以及PWM變壓器部分的鍵控比例極限最大為50％。
文檔編號(hào)H02M3/335GK1167360SQ9711123
公開(kāi)日1997年12月10日 申請(qǐng)日期1997年4月29日 優(yōu)先權(quán)日1996年4月29日
發(fā)明者M·赫里福德 申請(qǐng)人:西門子公司