專利名稱：可消除反向線圈電流對電源進(jìn)行再充電的開關(guān)調(diào)整器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及一種由可高效操作的簡單電路組成的開關(guān)調(diào)整器電路(以下稱為SW調(diào)整電路)。具體地講，本發(fā)明是針對這樣一種開關(guān)調(diào)整器電路，它可以消除流經(jīng)線圈的反向電流所引起的電源再充電作用。
圖8示出了一種常規(guī)的增強(qiáng)型SW(開關(guān))調(diào)整電路。在這種增強(qiáng)型SW調(diào)整電路中，電源10與線圈11的一端相連，而開關(guān)元件(以下記為SW元件)13和二極管12都與線圈11的另一端相連。二極管12的另一端則組成該SW調(diào)整電路的輸出端。電容14與負(fù)載15均連在此輸出端上，而SW調(diào)整控制電路20則控制著SW元件13的閉合與斷開來使得輸出端輸出的電壓是一個確定不變的值“Vout”。在圖8所示的SW調(diào)整電路中，因為有電流流經(jīng)二極管12，所以有損耗存在。為了減少這種損失，圖9所示的同步整流型SW調(diào)整器引入了一個額外的SW元件16與二極管12并聯(lián)，而且SW元件13與SW元件16按

圖10所示的互補(bǔ)模式工作。因此，一般而言，同步整流型SW調(diào)整器的轉(zhuǎn)換效率可提高大約5％。
在該同步整流型SW調(diào)整器中，線圈11的電流在與電流連續(xù)模式不同的電流模式(即電流不連續(xù)模式，線圈電流減至為0)下經(jīng)由SW元件16沿著反方向流動，結(jié)果是該反向線圈電流給電源10充電，這可能引起問題。該SW元件16是與二極管12并聯(lián)的。
本發(fā)明是為了解決上述問題，因此，目的便是依據(jù)本發(fā)明提供一種開關(guān)調(diào)整器電路，其特征在于，在線圈和電源之間加上一個開關(guān)元件，在線圈與地之間連上一個大電容，以及此開關(guān)元件被閉合／斷開。這樣可使流經(jīng)線圈的反向電流對電源的再充電作用被中斷，而反向電流則給大電容充電。
具體地講，這種開關(guān)調(diào)整器電路的特征在于，依據(jù)本發(fā)明的第一方面，這樣一種同步整流型的開關(guān)調(diào)整器電路通過交替地閉合／斷開第一開關(guān)元件來控制此開關(guān)調(diào)整器中的線圈電流和與整流二極管并接的第二開關(guān)元件，其中一個電容被加在此開關(guān)調(diào)整器電路的輸入端；第三開關(guān)元件連在諸如電池的電源和電容之間；而且當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)元件閉合時，第三開關(guān)元件也閉合，反之當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)元件斷開時，第三開關(guān)元件也斷開。
此外，這種開關(guān)調(diào)整器電路的特征還在于，依據(jù)本發(fā)明的第二方面，這種同步整流型的開關(guān)調(diào)整器電路還帶有檢測線圈電流的裝置，以便通過交替地閉合／斷開第一開關(guān)元件來控制此開關(guān)調(diào)整器中的線圈電流和與整流二極管并接的第二開關(guān)元件，其中一個電容被加在此開關(guān)調(diào)整器電路的輸入端；第三開關(guān)元件連在諸如電池的電源和電容之間；而且當(dāng)線圈電流降低到小于或等于預(yù)先選定的電流值時，第三開關(guān)元件斷開，反之，當(dāng)線圈電流增加到大于或等于預(yù)先選定的電流值時，第三開關(guān)元件持續(xù)閉合。
通過采用這樣的電路設(shè)計，這種開關(guān)調(diào)整器電路可實現(xiàn)高效率工作，而電源也不會被線圈的反向電流充電。
為了更好的理解本發(fā)明，可以參考結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，其中圖1示出的是依據(jù)本發(fā)明實施方案1的開關(guān)調(diào)整器電路；圖2示出的是依據(jù)本發(fā)明實施方案1的開關(guān)調(diào)整器電路的第一種操作；圖3示出的是依據(jù)本發(fā)明實施方案1的開關(guān)調(diào)整器電路的第二種操作；圖4示出的是依據(jù)本發(fā)明實施方案2的開關(guān)調(diào)整器電路；圖5示出的是依據(jù)本發(fā)明實施方案2的開關(guān)調(diào)整器電路的第一種操作；圖6示出的是依據(jù)本發(fā)明實施方案2的開關(guān)調(diào)整器電路的第二種操作；圖7描述的是依據(jù)本發(fā)明實施方案1的減壓型開關(guān)調(diào)整器電路；圖8示出的是常規(guī)開關(guān)調(diào)整器電路；圖9示出的是常規(guī)同步整流型開關(guān)調(diào)整器電路；圖10描述了常規(guī)同步整流型開關(guān)調(diào)整器電路的一種操作。
現(xiàn)在參看附圖，將詳細(xì)描述本發(fā)明的多種優(yōu)選實施方案。
圖1是依據(jù)本發(fā)明實施方案1的開關(guān)調(diào)整器(SW調(diào)整器)電路。在此SW調(diào)整電路中，電源10、線圈11、二極管12、輸出電容14、負(fù)載15以及SW元件13／16在互補(bǔ)模式下閉合／斷開，并與那些在常規(guī)SW調(diào)整電路中使用的SW元件相似。根據(jù)本發(fā)明實施方案1的SW調(diào)整電路，其特征是開關(guān)元件(SW元件)31插在線圈11和電源10之間，以及電容32被添加在SW元件31與線圈11之間的結(jié)點上。SW調(diào)整控制電路30控制上述3組SW元件13、16和31的閉合／斷開。電容32是電容值很大的電雙層電容，例如，一般采用大于或等于0．0001F(100μF)的電容。
與在常規(guī)SW調(diào)整電路中的開關(guān)操作相似，為了保持輸出端的電壓Vout是一個常數(shù)，實施方案1的SW調(diào)整電路操作如下當(dāng)SW調(diào)整控制電路30控制SW元件13閉合／斷開時，該SW調(diào)整控制電路30以與SW元件13互補(bǔ)的方式控制SW元件16的閉合／斷開。在該實施方案1中，SW調(diào)整控制電路30同步地閉合／斷開SW元件13和31。此處控制閉合／斷開的操作如圖2所示。
因為SW元件13的閉合／斷開與SW元件31同步，所以當(dāng)SW元件13和31閉合時，能量便被儲存在線圈11中，與此同時，電容32的電壓便變?yōu)殡娫?0的電壓“Vin”，這類似于常規(guī)的SW調(diào)整電路。
接著，當(dāng)SW元件13和31斷開時，儲存在線圈11中的能量經(jīng)由SW元件16被放電。因為SW元件16除了沒有整流功能外與二極管沒什么不同，所以電流可以從線圈11流向Vout端，此外，反向電流也可從Vout端流向線圈11。
圖3表示的便是SW元件13和16之間閉合／斷開操作的關(guān)系，“IL”是流經(jīng)線圈11的電流。
在圖3中，將由線圈11流向Vout端的電流定為“+”。
當(dāng)SW元件13和31都閉合時，SW元件31的閉合電阻在此情況下非常小可以忽略，假設(shè)線圈11的電感值為“L”，電源10的電壓為“Vin”，則線圈11的電流IL隨時間“t1”的增加如下IL=Vin／L×t1+IL(t1=0)上式中，時間“t1”是指SW元件13閉合的持續(xù)時間，符號IL(t1=0)表示在t1=0時線圈11的電流。
當(dāng)SW元件13和31都斷開時，假設(shè)電容32足夠大，則電容32的電壓與Vin沒有實質(zhì)上的不同，線圈11的電感值為“L”，則線圈11的電流IL隨時間“t2”的降低如下IL=IL(t2=0)-(Vout-Vin)／L×t2上式中，時間“t2”是指SW元件13斷開的持續(xù)時間，符號IL(t2=0)表示在t2=0時線圈11的電流。
SW元件13閉合時間的變化依賴于電源電壓Vin、輸出電壓Vout以及負(fù)載15的情況。結(jié)果如圖3所示，顯然有些情況可使線圈11的電流降低到0以下。換句話說，線圈11的電流由Vout端流向線圈(即線圈電流沿反方向流動)是有可能的。不過，在圖1所示的SW調(diào)整電路中，當(dāng)SW元件斷開時反向電流的一部分被用于給電容32充電。結(jié)果便是有可能制止反向電流對電源10充電。在圖1所示的SW調(diào)整電路中，因為反向電流大約有一半被用于給電容32充電，所以流向電源10的全部反向電流大約有1／2能被最終消除。
圖5表示的是SW元件13和16之間閉合／斷開操作的關(guān)系，以及在與圖3不同的情況下線圈11的電流IL。
與圖3相似，對圖5中所示的線圈電流IL也做出如下假定電流由線圈11流向Vout端為+(正)。在圖5所示的情況下，線圈11的電流IL總是為+(正)，連續(xù)地由線圈11流向Vout端。在此情況下，即使當(dāng)SW元件13和16按互補(bǔ)方式閉合／斷開時，線圈電流也絕不會沿著反方向流動。在圖4所示的電路中，在線圈11的電流被電流檢測電路41檢測時，如果線圈電流變得大于或等于一個確定的正(+)值，則SW元件31仍然保持閉合狀態(tài)。如果線圈電流下降到小于此確定的正(+)值，則SW元件31轉(zhuǎn)為斷開狀態(tài)。圖6示出了這種情況。
一般而言，作為檢測電流的一種方法，如圖4所示，當(dāng)采用一個電阻元件時，在該電阻的兩端會產(chǎn)生一個可供檢測的電壓，從而電流也就容易檢測了。
在上述方案下，線圈11的反向電流不會對電源充電。
在圖4所示的實施方案2中，需要加上一個起動電路，以便在電源打開時，SW元件31被強(qiáng)制閉合，這樣便可對電容32充電。也就是說，此起動電路應(yīng)如下操作舉例說明，在電源打開時，起動電路持續(xù)閉合SW元件31直到電容32的電壓實質(zhì)上等于電源10的電壓為止(即，直到電容32被電源10充滿電為止)，在此期間SW元件13和16都是斷開的。
在實施方案1和實施方案2中，連在SW元件31和線圈11的交叉點上的電容32在SW元件31斷開時都是扮演電源的角色。其結(jié)果是，在SW元件31斷開時，電容32的電壓必須與電源10的電壓Vin保持基本相同。
現(xiàn)在假定SW元件31斷開的時間間隔為5μs(頻率為I00KHz時的工作周期的一半)，從線圈11流向輸出端的平均電流為100mA，如果電容32被選為0．0001F，則電容32在這段時間的電壓變化ΔVc如下ΔVc=0．1×5E-6／0．0001=5E-3[V]也就是說，可以揭露以下的事實。即在這段時間內(nèi)電容32的電壓實質(zhì)上沒什么變化。至于0．0001F(＝100μF)的大電容，舉個例子，可使用電雙層電容。
此外，增強(qiáng)型SW調(diào)整電路在實施方案1和實施方案2中都有描述。作為選擇，用減壓型SW開關(guān)調(diào)整器電路同樣可實現(xiàn)本發(fā)明。圖7所指便是一個減壓型SW開關(guān)調(diào)整器電路的例子。圖7的減壓型SW開關(guān)調(diào)整器電路符合實施方案1．同樣地，本發(fā)明明顯可用于倒置型SW調(diào)整器。
正如前面所詳細(xì)描述的，依照本發(fā)明可實現(xiàn)下列優(yōu)點。那就是可以實現(xiàn)可高效工作的SW調(diào)整器電路，而且電源不會被流經(jīng)線圈的電流充電。
權(quán)利要求
1．一種同步整流型開關(guān)調(diào)整器電路，它通過交替地閉合／斷開第一開關(guān)元件來控制此開關(guān)調(diào)整器中的線圈電流和與整流二極管并接的第二開關(guān)元件，其中一個電容被加在此開關(guān)調(diào)整器電路的輸入端；第三開關(guān)元件被插入在諸如電池的電源和電容之間；當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)元件閉合時，第三開關(guān)元件也閉合，反之當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)元件斷開時，第三開關(guān)元件也斷開。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)調(diào)整器電路，其特征在于被加在此開關(guān)調(diào)整器電路輸入端的電容器的電容值要選擇大于或等于0．0001F。
3．一種具有線圈電流檢測裝置的同步整流型開關(guān)調(diào)整器電路，它通過交替地閉合／斷開第一開關(guān)元件來控制此開關(guān)調(diào)整器中的線圈電流和與整流二極管并接的第二開關(guān)元件，其中一個電容被加在此開關(guān)調(diào)整器電路的輸入端；第三開關(guān)元件被插入在諸如電池的電源和電容之間；當(dāng)線圈電流降低到小于或等于預(yù)先選定的電流值時，該第三開關(guān)元件斷開，反之，當(dāng)線圈電流增加到大于或等于該預(yù)先選定的電流值時，該第三開關(guān)元件持續(xù)閉合。
4．根據(jù)權(quán)利要求3所述的開關(guān)調(diào)整器電路，其特征在于被加在此開關(guān)調(diào)整器電路輸入端的電容器的電容值要選擇大于或等于0．0001F。
全文摘要
實現(xiàn)一種可高效率操作的同步整流型開關(guān)調(diào)整器電路,且流經(jīng)線圈的反向電流不再給電源充電。在這種同步整流型的開關(guān)調(diào)整器電路中,一個電容被加在此開關(guān)調(diào)整器電路的輸入端,第三開關(guān)元件被插入在諸如電源的電池和電容之間,通過交替地閉合/斷開第一開關(guān)元件來控制此開關(guān)調(diào)整器中的線圈電流和與整流二極管并接的第二開關(guān)元件,而且,當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)元件閉合時,第三開關(guān)元件也閉合,反之,當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)元件斷開時,第三開關(guān)元件也斷開。
文檔編號H02M3/155GK1294443SQ0013314
公開日2001年5月9日 申請日期2000年10月25日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月25日
發(fā)明者須藤稔 申請人:精工電子有限公司