專利名稱：變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到將DC電壓變換成一種輸出直流電壓的變換器，按照權(quán)利要求1前序部分特別適用于TV或計算機屏幕。
背景技術(shù)：
這種變換器的例子可以參見美國專利US5777859，還可以參見Motorola Inc.于1996年出產(chǎn)的高強度諧振控制器件MC33067和MC34067的數(shù)據(jù)圖表，如圖6所示。
按照圖6的變換器包括一個整流器件2，用于將輸入電壓Um變換成DC電壓UBat。整流器件2是由全波二極管橋式整流器2-1和一個串聯(lián)連接的平滑電容CEL組成的。
變換器還包括具有可控切換元件S1，S2的一個橋式電路7用于將DC電壓UBat變換成AC電壓U～，再由串聯(lián)連接的一個切換電路3變換成變換器的輸出直流電壓Uout。
切換電路3包括一個諧振功率變換器3-1和串聯(lián)連接的第二整流器3-2。功率變換器3-1的輸入端并聯(lián)著一個由電容Cs和兩個線圈Ls，Lp構(gòu)成的串-并聯(lián)電路。變壓器13與線圈Lp并聯(lián)的原邊一側(cè)連接到原邊一側(cè)的多個繞組n1。在變壓器的副邊一側(cè)具有n2個繞組，有一個電容Cp與其并聯(lián)連接。電容Cp上的電壓產(chǎn)生功率變換器3-1的輸出電壓。和第一整流器2具有相同實施例的第二整流器3-2在其輸入端接收來自功率變換器3-1的輸出電壓，并且在其輸出端產(chǎn)生變換器的輸出電壓Uout。
該輸出直流電壓Uout通常是輸出到連接在變換器上的一個負載17。為了驅(qū)動橋式電路7的切換元件S1，S2，變換器還包括一個控制電路5’，它響應反映變換器輸出直流電壓Uout大小的第一反饋信號而產(chǎn)生控制信號。
如果在輸入電壓也就是AC電壓U～在一個寬電壓范圍內(nèi)分布的條件下工作，諧振功率變換器3-1的效率就會明顯下降，在這種情況下，由于功率變換器3-1內(nèi)部電抗性的功率循環(huán)，會出現(xiàn)不利的損失。
用圖7的全波電路實現(xiàn)橋式電路7就可以克服這一缺點。該全波電路包括兩個并聯(lián)分支，它們各自具有兩個串聯(lián)連接的可控切換元件S1…S4。DC電壓輸入電壓UBat被提供給全波電路7的并聯(lián)分支，同時在兩個并聯(lián)分支的兩個切換元件之間提供AC電壓U～。
控制電路5產(chǎn)生控制信號，按照以下被稱為“半橋模式”的第一變換器工作模式或以下被稱為“全橋模式”的第二變換器工作模式單獨地驅(qū)動各個可控切換元件S1，S2。兩種模式間的切換是由控制電路5按照反映DC電壓UBat大小的第二反饋信號來執(zhí)行的。
在例如100到200V的低DC電壓下，橋式電路7按照全橋模式工作，相位余量是180°。另一方面，在例如200到380V的較高DC電壓下，橋式電路7按照半橋模式工作。通過在工作模式間相應地切換就能以一種相對于完美的DC電壓UBat的適當方式實現(xiàn)將諧振功率變換器3-1輸入電壓的AC電壓U～范圍減半。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是進一步改進公知的變換器，使它產(chǎn)生的輸出電壓Uout在其工作模式在全橋模式和半橋模式間切換的過程中維持穩(wěn)定。
按照本發(fā)明的這一目的是由權(quán)利要求1的裝置來實現(xiàn)的。具體地說，按照本發(fā)明，從全橋模式到半橋模式或者是相反的切換僅僅發(fā)生在空載時間間隔內(nèi)，全橋電路的至少一個切換元件在此期間是處在無負載也就是關(guān)斷狀態(tài)。
這樣做的優(yōu)點是避免了帶負載切換元件之間的切換過程中產(chǎn)生的有害電壓波動。
按照一個基本實施例，該變換器具有第一比較器電路，它按照DC電壓與初始的和第二參考電壓的比較結(jié)果產(chǎn)生一個二進制參考信號。這一第一比較器電路應該體現(xiàn)為一個門限檢測器，它根據(jù)第一和第二參考電壓限定了一個滯后環(huán)，通過這一滯后環(huán)使產(chǎn)生的參考信號相對于DC電壓中的微小波動保持穩(wěn)定。
如果在控制中采用至少一個匹配電路來執(zhí)行全橋電路切換元件的控制信號電平與所需的預定電平的適配就能獲得進一步的優(yōu)點。
從屬權(quán)利要求體現(xiàn)了這種變換器進一步的有益實施例。
附圖簡述說明書附帶的附圖如下

圖1是按照本發(fā)明的一種變換器；
圖2是圖1所示變換器的一個控制電路；圖3是圖2所示控制電路中的一個邏輯電路；圖4表示圖2所示的控制電路內(nèi)在半橋模式下的信號特性；圖5表示圖2所示的控制電路內(nèi)在全橋模式下的信號特性；圖6是按照現(xiàn)有技術(shù)狀態(tài)的一種變換器，以及圖7是對圖6所示變換器的一種公知的改進。
發(fā)明的
具體實施例方式
以下要參照圖1到5具體描述本發(fā)明的兩個實施例。
圖1所示的變換器與上文參照圖7所述的基本相同。在兩幅圖中用相同的標號表示兩種變換器中相同的部件。
然而，按照本發(fā)明的變換器與圖7所示的公知變換器的區(qū)別在于按照圖5的控制電路的實施例。
如圖1所示，按照本發(fā)明的控制電路5包括用于產(chǎn)生二進制參考信號的第一比較器電路32和第二比較器電路22，用第二比較器產(chǎn)生驅(qū)動切換元件S4的第四控制信號24，并產(chǎn)生驅(qū)動第三切換元件S3的第三控制信號25。
所有切換元件最好都采用功率半導體器件。
按照圖1，控制電路5還包括一個邏輯電路34，用于產(chǎn)生延遲的第一控制信號35來驅(qū)動全橋電路7的第一切換元件S1，并產(chǎn)生延遲的第二控制信號36來驅(qū)動第二切換元件S2。按照對第三和第四控制信號的處理來產(chǎn)生第一和第二控制信號35，36，因為它們是響應二進制參考信號33從第二比較器電路22輸出的。控制電路5還包括一個時間延遲電路26，用于將第三和第四控制信號至少延遲一段適當?shù)臅r間，該時間對應著邏輯電路34處理信號所需的時間，從而使邏輯電路34和時間延遲電路26的輸出端上產(chǎn)生的各個控制信號能彼此同步。最后，控制電路5還包括兩個匹配電路29和37，用于執(zhí)行時間延遲的第一，第二，第三和/或第四控制信號的電平與相應的切換元件S1…S4所需的規(guī)定電平的適配。
在以下用圖2具體描述上述控制電路5的內(nèi)部電路22，26，32，34。
在比較器電路32中，將變換器的DC電壓送到第一運算放大器32-1的反向輸入端和第二運算放大器32-2的非反向輸入端。第一運算放大器32-1將DC電壓與出現(xiàn)在其非反向輸入端的第一規(guī)定參考電壓Vref1相比較，而第二運算放大器32-2將DC電壓與出現(xiàn)在其反向輸入端的第二規(guī)定參考電壓Vref2相比較。第二運算放大器32-2的輸出被提供給一個NAND元件32-3的一個輸入，將第一比較器32的輸出反饋給NAND元件的第二輸入。第一NAND元件32-3的輸出和第一運算放大器32-1的輸出共同構(gòu)成第二NAND元件32-4的輸入，其輸出在同時構(gòu)成第一比較器電路32的輸出。
為第一比較器電路32描述的電路結(jié)構(gòu)通過限定了一個滯后環(huán)的兩個內(nèi)部參考電壓Vref1和Vref2構(gòu)成一個門限檢測器。將DC輸入電壓UBat中的狀態(tài)和變化與限定的滯后環(huán)相比較。這樣就能根據(jù)全橋電路7在工作模式之間發(fā)生的切換在第一比較器電路32的輸出端提供二進制參考信號33。
按照圖2一類的電路結(jié)構(gòu)，如果參考信號33采取二進制值0，全橋電路7就切換到全橋模式；否則，如果參考信號采取二進制值1，全橋電路7就切換到半橋模式。
按照圖4a和4b，第二比較器電路22按照變換器的輸出直流電壓Uout和規(guī)定的第三參考電壓Vref3的比較結(jié)果產(chǎn)生第三和第四控制信號。
由二進制參考信號33及第三控制信號25和第四控制信號24構(gòu)成圖2中所示的邏輯電路34的輸入信號。第三和第四控制信號被送到一個NOR元件34-1的輸入端，其輸出被連接到一個D-觸發(fā)器34-2的時鐘輸入C。用二進制參考信號33操作這一觸發(fā)器34-2的D-輸入。該邏輯電路34還包括一個AND元件34-3，用觸發(fā)器34-2的反向輸出信號操作其第一輸入，并且用第四控制信號24操作其第二輸入。在這一AND元件34-3的輸出端輸出時間延遲的第二控制信號36。邏輯電路34還包括一個OR元件34-4，其第一輸入連接到觸發(fā)器34-2的非反向輸出Q，而用其第二輸入接收第三控制信號25。在這一OR元件34-4的輸出端輸出時間延遲的第一控制信號。
與第二比較器電路22的輸出上產(chǎn)生第三和第四控制信號相比，邏輯電路34產(chǎn)生第一和第二控制信號需要一定的額外時間。為了補償這一時間差別，控制電路5還包括用來延遲第三和第四控制信號的時間延遲電路26，讓這兩個信號與第一和第二控制信號具有準確的時間關(guān)系。為了達到這一目的，時間延遲電路26要將第三和第四控制信號分別延遲到邏輯電路34能夠由第三和第四控制信號產(chǎn)生第一和第二控制信號所需的時間。為了實現(xiàn)這一延遲，按照圖2的第三和第四控制信號25，24在每一種情況下都要通過兩個NAND元件26-1…26-4的一個串聯(lián)電路。
圖3表示邏輯電路34的第二實施例，在其中NOR元件34-1，AND元件34-3和OR元件34-4的上述功能在各種情況下都是由一個純NAND元件來執(zhí)行的。邏輯電路34的這一具體實施例具有特殊的優(yōu)點，因為在邏輯電路34和時間延遲電路26雙方使用的串聯(lián)連接的NAND元件可以使這兩個電路各自的延遲時間較好地匹配。所獲得的控制信號彼此間更加精確的同步或者是時間調(diào)節(jié)能夠按更加精確或者是更加準確的定時來驅(qū)動切換元件S1-S4。
圖4表示在全橋電路7工作在半橋工作模式下的一個切換周期1/fs期間的二進制控制信號。圖4a和圖4b表示第二比較器電路22的輸出端上的第四和第三控制信號。圖4c表示NOR元件34-1的輸出端上的二進制信號的特性，該信號被作為時鐘信號送到邏輯電路34中的觸發(fā)器34-2的C輸入端。
圖4d-4g中的信號隨著控制電路5輸出端的電平適配對應著第四，第三，第一和第二控制信號30，31，38，39。
參見圖4d中的信號20，用于驅(qū)動切換元件S4的第四控制信號基本上對應著來自圖4a的信號24，但是與其相比延遲了一個延遲時間tdelay。如上所述，這一時間延遲是由時間延遲電路26產(chǎn)生的。對圖4e所示的信號31采用同樣的延遲，這樣，用于驅(qū)動切換元件S3的第三控制信號與圖4b中的信號25相比就被延遲了同樣的時間延遲tdelay。
將圖4d和4e中的信號特性加以比較就可以看出，在半橋模式下，兩個切換元件S3和S4交替切換導通和關(guān)斷，中間有一個中斷也就是空載時間ttot。在這一空載時間內(nèi)，兩個切換元件都關(guān)斷。另外，圖4f和4g表示了切換元件S1在半橋模式下持續(xù)導通，而切換元件S2在同時則持續(xù)關(guān)斷。
圖5與圖4的不同之處是表示了全橋電路7的控制信號在全橋模式下工作時的特性，也就是在低DC輸入電壓的情況下。在這種模式下，圖5a-5e所示的信號特性對應著上文中參照圖4a-4e所述的信號特性。在這種具體情況下是交替地切換兩個切換元件S3和S4，不用考慮空載時間。圖5f和5g的信號特性表示的情況是，在全橋模式下，考慮到空載時間ttot的切換元件S1和S2也是交替切換導通和關(guān)斷的。具體地說，如果將圖5g與5d而5f與5e相比較，切換元件S2是和切換元件S4并聯(lián)驅(qū)動的，而切換元件S1是和切換元件S3并聯(lián)驅(qū)動的。
按照本發(fā)明，一旦參考信號33被改變，從全橋模式到半橋模式的切換或者是相反的切換始終發(fā)生在第一空載時間間隔ttot內(nèi)。按照這種方式，如果工作模式有變化，切換元件S1…S4就總是關(guān)斷的。這樣，與圖7中部件的負載相比，在圖1中的切換元件以及諧振功率變換器3-1的各無源部件的負載部可以減小，從而使這些部件可以采用低負載部件。
權(quán)利要求
1.在TV或計算機屏幕中用于將DC電壓(UBat)變換成輸出直流電壓(Uout)的一種變換器包括一個全橋電路(7)，它具有可控切換元件(S1…S4)，用于將DC電壓(UBat)斬波成其輸出端上的一個AC電壓(U～)；一個切換電路(3)，用于將AC電壓(U～)變換成變換器的輸出直流電壓(Uout)；以及一個控制電路(5)，它按照第一或第二變換器工作模式產(chǎn)生用于驅(qū)動可控切換元件(S1…S4)的控制信號，這其中在兩種模式間的切換是按照反映DC電壓(UBat)大小的一個參考信號來執(zhí)行的，其特征在于控制電路(5)在產(chǎn)生控制信號時還要考慮到對變換器直流電壓(Uout)的補償；并且控制電路(5)僅僅在至少一個切換元件(S1…S4)被關(guān)斷的一個空載時間間隔ttot期間執(zhí)行從第一到第二變換器工作模式的切換或者是相反的切換。
2.按照權(quán)利要求1的變換器，其特征在于全橋電路(7)具有兩個并聯(lián)分支，它們各自具有兩個串聯(lián)連接的可控切換元件，用來接收與并聯(lián)分支相并聯(lián)的DC電壓(UBat)，并且在兩個并聯(lián)分支各自的兩個切換元件之間輸出AC電壓(U～)。
3.按照權(quán)利要求2的變換器，其特征在于控制電路(5)具有第一比較器電路(32)，它按照DC電壓(UBat)與第一和第二參考電壓(Vref1，Vref2)的比較結(jié)果產(chǎn)生一個二進制參考信號；以及第二比較器電路(22)，它按照變換器輸出直流電壓(Uout)和規(guī)定的第三參考電壓(Vref3)的比較結(jié)果產(chǎn)生用于驅(qū)動第四切換元件(S4)的第四控制信號，并產(chǎn)生用于驅(qū)動第三切換元件(S3)的第三控制信號。
4.按照權(quán)利要求3的變換器，其特征在于第一比較器電路(32)體現(xiàn)為一個門限檢測器。
5.按照權(quán)利要求3或4的變換器，其特征在于控制電路進一步包括一個邏輯電路，用于響應二進制參考信號根據(jù)第三和第四控制信號來產(chǎn)生驅(qū)動第一切換元件(S1)的第一控制信號，并產(chǎn)生驅(qū)動第二切換元件(S2)的第二控制信號。
6.按照權(quán)利要求3到5之一的變換器，其特征在于控制電路(5)具有一個時間延遲電路(26)，用于將第三和第四控制信號至少延遲供邏輯電路(34)處理信號所需的一段適當?shù)臅r間。
7.按照權(quán)利要求3到6之一的變換器，其特征在于控制電路還具有至少一個匹配電路(29，37)，用于執(zhí)行延遲的第一，第二，第三和/或第四控制信號的電平與相應的切換元件所需的規(guī)定電平的適配。
8.計算機或電視機專用的一種屏幕，其特征是具有權(quán)利要求1到7之一所述的那種變換器。
全文摘要
本發(fā)明涉及到在TV或計算機屏幕中用于將DC電壓U
文檔編號H02M3/28GK1374740SQ0210809
公開日2002年10月16日 申請日期2002年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月1日
發(fā)明者U·貝克 申請人:皇家菲利浦電子有限公司