專利名稱：具有用于功率因數(shù)校正的多向量誤差放大器的電源供應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源供應(yīng)器領(lǐng)域，且更具體而言，本發(fā)明涉及具有功率因數(shù)校正(PFC)控制的穩(wěn)壓電源供應(yīng)器。
背景技術(shù)：
穩(wěn)壓電源供應(yīng)器在諸多應(yīng)用中用于功率轉(zhuǎn)換，包括計算機、照明用鎮(zhèn)流器以及電信設(shè)備。耗電在70瓦(含)以上的穩(wěn)壓電源產(chǎn)品通常需有功率因數(shù)校正，以便減少功率損耗并且符合環(huán)境規(guī)定。在各種負載變動頻繁的產(chǎn)品中，尤其需要能夠?qū)ν话l(fā)負載變化作出快速反應(yīng)的穩(wěn)壓電源供應(yīng)器。
沒有功率因數(shù)校正，則AC/DC功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)就會將尖銳脈沖電流引入整流器，如圖1B中所示。這些高峰值電流會由于熱耗散導(dǎo)致顯著的功率損耗。此外，它們也會給配電系統(tǒng)和傳輸線帶來很大負荷。
功率因數(shù)校正電路通過采用回饋控制回路對輸入電流進行調(diào)節(jié)，可基本上消除這些電流脈動。功率因數(shù)校正電路將整流器輸入電流與整流器電壓輸出(圖1A)和電源供應(yīng)器電壓輸出同步。電源供應(yīng)器仍然能夠提供具有連續(xù)且低峰值輸入電流的相同的恒定電壓輸出功率。圖1C所示為經(jīng)過功率因數(shù)校正的電源供應(yīng)器的輸入電流波形。較低的峰值電流使電源供應(yīng)器能夠高效地轉(zhuǎn)換能量，同時也減輕配電系統(tǒng)和傳輸線的壓力。
為了在穩(wěn)態(tài)操作期間生成低失真輸入電流，穩(wěn)壓電源供應(yīng)器需要一具有極低帶寬誤差放大器的功率因數(shù)校正部。低帶寬誤差放大器從電源輸出電壓中濾除非DC分量，使非DC分量不會進入回饋控制回路。由于電源供應(yīng)器的輸入是AC信號，因此盡管電源輸出是DC信號，仍不可避免地含有AC分量。在一定限度內(nèi)，此在輸出上是可接受的，但是為了使功率輸出保持穩(wěn)定，必須盡可能地將此AC分量從回饋信號中去除。由于AC分量是低頻率信號(60-120Hz)，因此功率因數(shù)校正電路中需要極低帶寬誤差放大器來完成此工作。
穩(wěn)壓電源供應(yīng)器還必須能夠?qū)焖偎沧冄杆僮鞒鲰憫?yīng)。輸出負載發(fā)生變化、電源開啟或關(guān)閉以及電源輸入受到低頻干擾或電涌的影響時，都可發(fā)生這些快速瞬變。若電源供應(yīng)器在這些情況下不能立即作出反應(yīng)，則輸出電壓也將發(fā)生變化，可能超出電源的預(yù)定操作范圍。此可導(dǎo)致電源供應(yīng)器無預(yù)期的關(guān)斷和電路的損壞。
不幸的是，實現(xiàn)低信號失真和快速響應(yīng)在傳統(tǒng)的穩(wěn)壓電源設(shè)計中是兩個互相矛盾的目標。具有提供低失真的誤差放大器的功率因數(shù)校正電路對負載變化的反應(yīng)會非常緩慢。等到電源輸出被校正時，不是已經(jīng)達到了高電壓保護警告就是達到了低電壓保護警告，且電源供應(yīng)器將關(guān)斷。這是因為典型的低帶寬誤差放大器從反饋回路中濾除較高頻率信號，意味著其為“慢速”分量。盡管這對于消除電流失真是必要的，但是它降低了功率因數(shù)校正電路的響應(yīng)度。
現(xiàn)有技術(shù)中的穩(wěn)壓電源系統(tǒng)藉由謹慎選擇功率因數(shù)校正電路組件進行折衷，從而試圖解決這些互相矛盾的目標。但是，此折衷方案不能同時實現(xiàn)電流失真和瞬變響應(yīng)的最佳性能。由于上述原因，設(shè)計一可同時提供低信號失真和快速瞬變響應(yīng)的功率因數(shù)校正電路有其難度。低電流失真要求“慢速”誤差放大器，但是快速瞬變響應(yīng)要求“快速”誤差放大器。
所要解決的問題在于為功率因數(shù)校正電路設(shè)計出一種可在穩(wěn)態(tài)操作期間濾除AC分量脈動，同時又能夠快速且平滑地響應(yīng)輸出負載和電源電壓中突發(fā)變化的誤差放大器。理想的目標是一種電路，其可檢測快速瞬變，并且在不增加增益的情況下暫時增加其控制帶寬作為響應(yīng)。
美國專利第5,619,405號中公開了一種解決此問題的方法。Kammiller等人揭示了一種具有可變帶寬控制的功率因數(shù)校正電路。該發(fā)明包括一連接到低帶寬放大器一輸入端的可變電阻和一響應(yīng)輸出條件對可變電阻進行切換的控制電路。當(dāng)控制電路感測到輸出負載的變化時，連接到低帶寬放大器輸入端的可變電阻阻值可藉由一切換機構(gòu)(switching mechanism)而暫時降低。這樣就允許回饋-控制電路暫時以較高帶寬操作從而提高瞬變回應(yīng)。
Kammiller的發(fā)明的缺點之一是不能從瞬變模式操作中將穩(wěn)態(tài)操作去耦(decouple)。在穩(wěn)態(tài)操作期間，回饋信號通過低帶寬放大器。為了使控制信號能夠響應(yīng)于快速瞬變更快地傳送，Kammiller提出一種新型帶寬控制轉(zhuǎn)換機構(gòu)。此設(shè)計方案可增加反饋回路的總體速度，但是可增加程度有限。帶寬控制機構(gòu)的輸出端是被串聯(lián)到低帶寬放大器的輸入端。瞬變模式回饋控制信號的帶寬仍然嚴重地受到有效的低通濾波器的限制。電路的瞬變響應(yīng)仍然受到對穩(wěn)態(tài)操作條件要求的限制。
Kammiller的發(fā)明的另一缺點是具有不穩(wěn)定傾向。只要輸出電壓超出穩(wěn)態(tài)邊界，Kammiller所主張的電阻切換機構(gòu)就會增加反饋回路的控制帶寬。但是，在較高電路頻率下減小連接到低帶寬放大器輸入端的電阻，該電阻切換機構(gòu)也會增加回饋電路的總體增益。圖2A說明了Kammiller發(fā)明的增益特征。熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員熟知同時增加功率增益和帶寬會傾向于導(dǎo)致回饋控制系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。因此，在電源供應(yīng)器開啟/關(guān)閉以及負載變化瞬變期間可觀察到輸出電壓中的振蕩。此外，所述電阻切換機構(gòu)將導(dǎo)致極為急劇和突然的轉(zhuǎn)換，進一步增加了電路負擔(dān)并危害其穩(wěn)定性。圖3A說明了Kammiller設(shè)計的瞬變響應(yīng)。
Kammiller的發(fā)明的另一缺點是瞬變響應(yīng)緩慢。低帶寬放大器將造成功率因數(shù)校正控制信號的相位延遲。低帶寬放大器由一連接到電容器的放大器構(gòu)成。盡管存在電阻切換機構(gòu)，但瞬變回饋信號仍必須通過此組件并承受相位延遲。
Kammiller專利的另一缺點是高生產(chǎn)成本。如上述，Kammiller設(shè)計的瞬變響應(yīng)易于不穩(wěn)定。在瞬變模式期間最大輸出電壓可能大大高于穩(wěn)態(tài)輸出電壓。為了解決這一問題，可能有必要在電源輸出側(cè)使用具有高額定電壓的存儲電容(bank capacitance)。若電源輸出為385V-400V DC，則必須使用額定電壓為450V的存儲電容。相對于電路的總成本，此所增加的成本極高。
最后，Kammiller的發(fā)明中未公開如何實施其權(quán)利要求所主張的電阻切換機構(gòu)。沒有展示如何構(gòu)造此組件的圖式。也沒有在任何優(yōu)選實施例中進行任何詳細地說明或描述。不了解如何實施該發(fā)明，也就難以對其評估。本領(lǐng)域不存在設(shè)計所述切換機構(gòu)的簡單方式。相對于電路的總成本，可變電阻機構(gòu)的任何可實施的實例均為繁瑣且昂貴。此外，轉(zhuǎn)換機構(gòu)還可能帶來其它新增的需要解決的復(fù)雜問題。由于缺乏對于實施所述設(shè)備的方法的充分公開的支持，必然會得出Kammiller的發(fā)明未能切實地解決上述問題。
熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員易于了解，Kammiller專利的所有兩個優(yōu)選實施例都具有上述缺點。因此，仍然需要一種能夠提供低電流失真并且具有快速穩(wěn)定瞬變響應(yīng)的功率因數(shù)校正電路。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的總體目的在于提供一種用于穩(wěn)壓電源供應(yīng)器的功率因數(shù)校正電路的多向量誤差放大器，其將減小穩(wěn)態(tài)操作期間的功率輸出中的失真，同時快速且平滑地校正瞬變條件。當(dāng)發(fā)生負載變化或發(fā)生其它瞬變條件時，自動增加多向量誤差放大器的控制帶寬并降低增益，以此實現(xiàn)上述目的本發(fā)明的另一目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)發(fā)明的缺點。
本發(fā)明的另一目的是提供穩(wěn)定電流輸入的構(gòu)件，其自校正瞬變條件的構(gòu)件去耦，從而實際上兩者均可達到最佳化。在穩(wěn)態(tài)操作期間，回饋信號通過低帶寬放大器以便將AC分量失真從控制回路中濾除。當(dāng)控制電路系統(tǒng)檢測到輸出電壓中的顯著變化，其指示負載變化或其它瞬變條件時，回饋信號可自動經(jīng)由一高帶寬低增益電壓加法器(voltage adder)傳送。在瞬變模式操作期間，對穩(wěn)態(tài)操作的要求不會影響電路的性能，反之亦然。
本發(fā)明的另一目的是提供一種具有快速瞬變響應(yīng)的多向量誤差放大器。瞬變包括負載變化、電源開啟/關(guān)閉、輸入低頻干擾以及輸入電涌。本發(fā)明允許高頻瞬變模式回饋信號自動在低帶寬放大器傳送，而不會導(dǎo)致任何顯著的相位延遲。
本發(fā)明的另一目的是提供一種具有柔性、平滑瞬變響應(yīng)的多向量誤差放大器。當(dāng)檢測到操作條件中的變化時，本發(fā)明不僅可增加反饋回路的控制帶寬，而且可同時降低增益。
本發(fā)明的另一目的是減少功率因數(shù)校正電路的生產(chǎn)成本。本發(fā)明利用廉價組件的簡單設(shè)計可實現(xiàn)上述目標。實現(xiàn)對負載變化的穩(wěn)定響應(yīng)使電源能夠提供精確的DC輸出電壓。并允許在電源輸出端上使用具有相對較低額定電壓的存儲電容。此外，本發(fā)明可僅使用若干放大器以及一個電壓加法器來控制帶寬。本領(lǐng)域的技術(shù)人員熟知，廉價的電壓加法器是易于實現(xiàn)的。通過以下的附圖及說明，可了解本發(fā)明的其它目的和功效。


說明書附圖是本說明書的組成部分，其有助于進一步理解本發(fā)明。附圖中展示了本發(fā)明的實施例，并且連同以下的詳細說明共同用于闡明本發(fā)明的原理。
圖1A為電源的橋式整流器的輸出端處的電壓波形；圖1B為沒有功率因數(shù)校正的功率轉(zhuǎn)換電路的輸入電流信號波形；圖1C為具有功率因數(shù)校正的功率轉(zhuǎn)換電路的輸入電流信號波形；圖2A展示現(xiàn)有技術(shù)(Kammiller，美國專利第5,619,405號)中的誤差放大器的電壓增益特征；圖2B展示本發(fā)明多向量誤差放大器的電壓增益特征；圖3A展示現(xiàn)有技術(shù)(Kammiller，美國專利第5,619,405號)中的誤差放大器的瞬變響應(yīng)；圖3B展示多向量誤差放大器的瞬變響應(yīng)；圖4展示具有功率因數(shù)校正的已知穩(wěn)壓電源供應(yīng)器的方塊圖；圖5展示使用根據(jù)本發(fā)明的多向量誤差放大器的具有功率因數(shù)校正的穩(wěn)壓電源供應(yīng)器的方塊圖；圖6展示用于根據(jù)本發(fā)明的功率因數(shù)校正電路的多向量誤差放大器的另一實施例的圖。
具體實施例方式
下面請參照附圖，圖中的內(nèi)容僅用于說明而非限制本發(fā)明的優(yōu)選實施例的目的，圖4展示了已知的具有功率因數(shù)校正的穩(wěn)壓電源供應(yīng)器的方塊圖。
在此電路中，一橋式整流器22在一AC輸入端24處接收一AC輸入信號20。橋式整流器22的一個輸出端26連接到一電感器28和一電流感測電阻器30(current-sense resistor)。該電感器28和電流感測電阻器30經(jīng)由一切換開關(guān)(switch)32連接形成一回路。切換開關(guān)32可由若干種組件中的任選其一，包括場效應(yīng)晶體管(FET)開關(guān)或一些其它類型的已知開關(guān)組件。
當(dāng)控制電路系統(tǒng)將切換開關(guān)32閉合時，來自橋式整流器22的電壓被施加到電感器28上。經(jīng)過電感器28的電流開始增加。最終，切換開關(guān)32斷開并且流過電感器28的電流流過一二極管36并對一電容器42進行充電。電容器42必要時藉由端子對34之間的負載放電。在導(dǎo)通期間，二極管36使電容器42無法經(jīng)由切換開關(guān)32放電。切換開關(guān)32的控制信號使端子34處保持幾乎恒定的電壓。應(yīng)理解，盡管此實施例中的輸出為385伏，但是也可為其它恒定電壓輸出。
切換開關(guān)32受到一驅(qū)動電路44的控制，而驅(qū)動電路44從例如一RS鎖存器等控制組件接收其輸入。此實施例中展示RS鎖存器46的一設(shè)定-輸入端和一重設(shè)-輸入端分別耦接一比較器48和一時鐘50。時鐘50生成在約100KHz下操作的時鐘信號。這些組件的操作在本領(lǐng)域中是公知技術(shù)，因此無需更為詳細的論述。
在此現(xiàn)有技術(shù)的實施例中，在分壓器位置39處感測到輸出電壓的一個樣本。分壓器位置39是電阻器38和電阻器40形成的高阻抗分壓器網(wǎng)絡(luò)的一部分。分壓器位置39被連接到低帶寬誤差放大器組塊100的一個輸入端。分壓器位置39的穩(wěn)態(tài)感測輸出電壓可被配置成任意值，但是在此實施例中，其被選擇為2.5伏。
低帶寬誤差放大器組塊100的輸入端被連接到緩沖放大器101以避免負載高阻抗分壓器網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)由電阻器111將緩沖放大器101的輸出端提供到一放大器110的一負輸入端。一電容性組件112連接于放大器110的該負輸入端和一輸出端之間。電容性組件112增加了阻抗且減小了低帶寬誤差放大器組塊100的帶寬?？衫斫獾氖?，誤差放大器110還可被稱為積分器、比較器、電壓比較器、電壓誤差放大器、限定帶寬放大器或該領(lǐng)域中所知的其它術(shù)語。
在誤差放大器110中將從緩沖放大器101采樣的信號與2.5伏的參考電壓VREF進行比較。比較后產(chǎn)生一電壓誤差信號60，其被供應(yīng)到一個乘/除法器組塊62。乘/除法器組塊62還經(jīng)由電阻器64接收一具有與電源的整流輸入電壓相同的形狀的線形電流66。還向乘/除法器組塊62提供一量值輸入68。量值輸入68是一個與電源線電壓的RMS值相關(guān)的DC信號，其可發(fā)生變化。藉由使整流線路信號70先通過一低通濾波器72并且隨后通過一平方器74以獲得與電源線電壓的平方相關(guān)的DC信號，可產(chǎn)生量值輸入信號68。
在乘/除法器組塊62中將三個輸入，即電壓誤差信號60、電源波形電流66以及量值輸入68組合，并藉由電阻器轉(zhuǎn)換成電流。此形成輸入電流76，其為比較器48的參考信號，并且經(jīng)由電阻器78將其施加到比較器48的負輸入端。將輸入電流76與一線路輸入電流79進行比較。線路輸入電流79在電阻器30兩端產(chǎn)生電壓，藉由一電阻器80將該電壓轉(zhuǎn)換成電流并且施加到比較器48的負輸入端。比較器48的正輸入端連接到端子對34的接地點。端子對34、電阻器38、分壓器位置39、電阻器40、低帶寬誤差放大器組塊100、電壓誤差信號60、乘/除法器組塊62、電阻器64、線形電流66、量值輸入68、整流線路信號70、低通濾波器72、平方器74、輸入電流76、電阻器78、電流79、電阻器80、電流感應(yīng)電阻器30以及比較器48形成控制回路，該控制回路可使電阻器78與電阻器80接點處的電壓保持在端子對34接地點處的電平。
如前述，比較器48的一個輸出端、時鐘50、RS鎖存器46以及驅(qū)動電路44藉由控制切換開關(guān)32在端子對34兩端提供所要求的輸出電壓。
圖4中所示的電源供應(yīng)器被設(shè)計為保持恒定的DC輸出電壓，例如385伏。輸出電壓信號中的失真必須保持在可接受界限內(nèi)，例如+10/-10伏。但是，端子對34連接在電容性組件42的兩端，電容性組件42被具有較大的120Hz分量的整流電流充電，從而在分壓器位置39處所感測的電壓將仍具有120Hz AC脈動分量。若電壓誤差信號60包括此AC分量以作為其一部分并且該AC分量被傳遞到乘/除法器組塊62，則輸入電流76將含有來自電容性組件42上的波形的不良失真分量。為避免此現(xiàn)象，電壓誤差信號60需要盡可能地接近輸出信號的純DC分量。為了實現(xiàn)此要求，低帶寬誤差放大器組塊100必須以極低帶寬操作以便濾出AC信號分量。但是，這也導(dǎo)致對于負載變化的響應(yīng)極為緩慢。
DC電壓誤差信號60取決于負載和輸入條件可以是具有不同值的恒定DC電壓信號。極低帶寬放大器組塊100將從分壓器位置39濾出采樣的電壓的AC分量。此實現(xiàn)向乘/除法器組塊62提供一幾乎完全沒有AC失真的電壓誤差信號60。應(yīng)注意，線形電流66或量值輸入68不會輸入任何失真。
圖4的穩(wěn)壓電源存在的一個問題是，當(dāng)在端子對34處發(fā)生較大、快速負載變化時，低帶寬誤差放大器組塊100太慢以至于不能跟上該變化。當(dāng)發(fā)生突發(fā)負載步進(sudden load step)時，要求電源能夠藉由增加或降低輸出電流而迅速作出響應(yīng)，而不允許輸出電壓電平發(fā)生變化。用于使低帶寬誤差放大器組塊100實現(xiàn)此操作的一種方式為增加響應(yīng)速度、增加帶寬以便在電壓輸出電平可發(fā)生顯著變化之前對其進行校正。并且還要求此反應(yīng)平滑發(fā)生。盡管增加了帶寬，但是還應(yīng)該使電路減小增益，從而實現(xiàn)快速且穩(wěn)定的瞬變響應(yīng)。還應(yīng)該注意到，當(dāng)輸送到電源的輸入突然變化時，圖4的穩(wěn)壓電源將面臨類似的問題。此突然變化是由于電源開啟/關(guān)閉或由于輸入電壓受到低頻干擾而發(fā)生。
因此，關(guān)于能夠提供具有低失真的輸出信號并且可快速且穩(wěn)定響應(yīng)于負載和輸入變化的具有功率因數(shù)校正的電源，請參看圖5。圖5中類似或相同于圖4中的組件具有相同的數(shù)字標記。本發(fā)明特定地涉及多向量誤差放大器組塊200。此組件取代圖4中的低帶寬誤差放大器組塊100，其目的為確保切換開關(guān)32的驅(qū)動信號能夠提供低失真輸出，其快速且穩(wěn)定響應(yīng)于負載和輸入變化。多向量誤差放大器組塊200的一個輸入端連接到分壓器位置39，且多向量誤差放大器組塊200的一個輸出端輸出電壓誤差信號60。
在穩(wěn)態(tài)操作期間，該電路以類似于前述低帶寬誤差放大器100的方式操作，從而穩(wěn)壓電源的功率因數(shù)控制電路提供低失真輸出電壓。但是，對于多向量誤差放大器組塊200，由于增加了一些組件，使電源可迅速且平滑地響應(yīng)快速且較大的負載變化和輸入瞬變。當(dāng)電源在容許的穩(wěn)態(tài)參數(shù)內(nèi)操作時，多向量誤差放大器組塊200具有低帶寬，由此以較慢方式適當(dāng)?shù)夭僮鳌．?dāng)負載或輸入發(fā)生較大、快速瞬變變化時，輸出電壓將開始變化。在這一點上，多向量誤差放大器組塊200將自動變?yōu)楦邘挕⒌驮鲆婺Ｊ讲僮?，以便盡可能快地校正輸出電壓中的變化。
在此實施例中，只要操作條件保持穩(wěn)定，則分壓器位置39將非常接近參考電壓2.5伏。此分壓器位置39連接到多向量誤差放大器組塊200的一個輸入端。只要此電壓電平保持穩(wěn)定，則就其操作而言，多向量誤差放大器將等效于圖4中的低帶寬誤差放大器100。
在穩(wěn)態(tài)操作期間，回饋信號僅能夠通過放大器210。將放大器210的一個負輸入端連接到多誤差向量放大器組塊200的一個輸入端，并將該放大器的一個正輸入端連接到2.5伏的穩(wěn)態(tài)參考電壓。經(jīng)由電阻器211和旁路電容器212將放大器210的一個輸出端連接到電壓加法器300。將電壓加法器300的一個輸出端連接到多向量誤差放大器組塊200的一個輸出端。
在此實施例中，為了使誤差放大器210緩慢變化，可方便地將電阻器211和旁路電容器212做得足夠大，從而這些組件的組合將具有與AC頻率，如60Hz，相比低得多帶寬。以此方式對多向量誤差放大器組塊200組態(tài)，實際上就是零AC脈動被允許通過多向量誤差放大器。在穩(wěn)態(tài)操作期間，電壓加法器300的輸出將僅包含來自回饋的低帶寬分量。電壓加法器300的輸出成為電壓誤差信號60，其將充分地不含有非DC分量以使電源產(chǎn)生低干擾輸出信號。
但是，如前述，電源常常經(jīng)受突發(fā)負載變化和突然輸入瞬變。在這些過程期間，圖4的低帶寬誤差放大器組塊100將不能保持恒定的電壓輸出，且因此穩(wěn)壓電源將處于進入非穩(wěn)壓狀態(tài)的危險中。本發(fā)明添加了額外的為有效處理瞬變條件而設(shè)計的組件，加速了功率因數(shù)校正部的操作，同時提高了穩(wěn)定性。
多向量誤差放大器組塊200的輸入端還被連接到放大器220的負輸入端，用于檢測輸出電壓的突然增加。將2.6伏的高參考電壓連接到放大器220的一個正輸入端。放大器220的一個輸出端連接到二極管221的負極。二極管221的正極連接到電壓加法器300的第二輸入端。當(dāng)于驅(qū)動器位置39處采樣的電壓超出高參考電壓時，放大器220將允許高帶寬信號以負電流形式通過二極管221到達電壓加法器300?？山逵蛇x擇適當(dāng)?shù)姆糯笃鹘M件220來控制此信號的增益。
多向量誤差放大器組塊200的輸入端還被連接到放大器230的一個負輸入端，用于檢測輸出電壓的突發(fā)降低。將2.4伏的低參考電壓連接到放大器230的正輸入端。將放大器230的一個輸出端連接到二極管231的正極。將二極管231的負極連接到電壓加法器300的第三輸入端。當(dāng)驅(qū)動器位置39處的電壓降低到低于低參考電壓時，其將會指示輸出電壓開始降低。當(dāng)在驅(qū)動器位置39處采樣的電壓超出低參考電壓時，放大器230將允許高帶寬信號通過二極管231到達電壓加法器300?？山逵蛇m當(dāng)?shù)剡x擇放大器230來控制此信號的增益。
這些組件被配置為使得當(dāng)檢測到輸出/輸入條件中的突發(fā)變化時回饋信號可經(jīng)由高帶寬、低增益路徑而非低帶寬放大器210部件傳送。當(dāng)電源處于穩(wěn)態(tài)操作中時，這些添加的組件不會影響電路的其余部分，并且以減小信號失真的方式操作，類似于圖4所示現(xiàn)有技術(shù)方式。
應(yīng)了解，上述內(nèi)容構(gòu)成了根據(jù)本發(fā)明的多向量誤差放大器組塊200一種可能的實施方法的詳細說明。對于實施根據(jù)本發(fā)明的另一種多向量誤差放大器組塊200的說明，請參看圖6。此圖展示了多向量誤差放大器組塊200的另一個執(zhí)行實例。具體而言，其包含從圖5中省略的一些輔助組件，且其圖標了如何構(gòu)成電壓加法器300。
將在分壓器位置39處采樣的電壓連接到多向量誤差放大器組塊200的一個輸入端。將放大器210的一個負輸入端連接到此輸出端。將放大器210的一個正輸入端連接到2.5伏的穩(wěn)態(tài)參考電壓。為了在穩(wěn)態(tài)操作期間保持多向量誤差放大器組塊200的帶寬較低，將放大器210的一個輸出端連接到由串聯(lián)電阻器211和旁路電容器212構(gòu)成的低通濾波器。將低通濾波器的輸出連接到二極管213的一個負極。將二極管213的正極連接到電壓加法器300的第一輸入端。
這些組件用于在穩(wěn)態(tài)操作期間以類似于上述實施例的方式調(diào)節(jié)電源的操作。多向量誤差放大器組塊200進一步包括一個放大器220和一個放大器230，以實現(xiàn)快速且穩(wěn)定響應(yīng)于突發(fā)變化，輸入/輸出變化。為了避免負載由電阻器38和40形成的高阻抗分壓器網(wǎng)絡(luò)，未將分壓器位置39直接連接到放大器220和230。而是將分壓器位置39首先連接到緩沖放大器201的正輸入端。緩沖放大器201的輸出端連接回緩沖放大器201的負輸入端。
放大器220為高參考電壓放大器。包括有放大器220是為了使得多向量誤差放大器組塊200在輸出電壓開始增加時可快速反應(yīng)。經(jīng)由電阻器222將緩沖放大器201的輸出連接到放大器220的負輸入端。在此實施例中，放大器220的正輸入端連接到2.6伏的高參考電壓。經(jīng)由電阻器223將高參考電壓放大器220的一個輸出端連接到放大器220的負輸入端。高參考電壓放大器220的輸出端連接到二極管221的負極。二極管221的正極連接到電壓加法器300的第二輸入端。
當(dāng)分壓器位置39處的電壓超出2.6V時，此指示電源的輸出電壓突然增加。放大器220將允許高帶寬信號以負電流的形態(tài)通過二極管221到達電壓加法器300。此電流將導(dǎo)致電壓加法器300的輸出電壓快速降低，快速減小轉(zhuǎn)換頻率和電源的輸出電壓。調(diào)節(jié)電阻器222和電阻器223的比率能夠減小此高帶寬信號的增益。
放大器230是一個低參考電壓放大器。包括有放大器230使得多向量誤差放大器組塊200在輸出電壓開始突然降低時能夠適當(dāng)?shù)胤磻?yīng)。緩沖放大器201的輸出端經(jīng)由電阻器232連接到放大器230的負輸入端。在此實施例中，將放大器230的正輸入端連接到2.4伏的低參考電壓信號。藉由電流反射鏡將低參考電壓放大器230的輸出端連接到電壓加法器300的第三輸入端。
上述電流反射鏡由MOSFET 237和MOSFET 238構(gòu)成。將低參考電壓放大器230的輸出端連接到MOSFET 236的一個柵極。將放大器230的負輸入端連接到MOSFET 236的一個源極。將MOSFET 236的一個漏極連接到MOSFET237的一個漏極、MOSFET 237的一個柵極以及MOSFET 238的一個柵極。將MOSFET 237的一個源極與MOSFET 238的一個源極接到一起，并連接到電流源235。將MOSFET 238的一個漏極連接到電壓加法器300的第三輸入端。電流反射鏡的操作在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的，因此無需詳細描述。
當(dāng)分壓器位置39處的電壓低于2.4V時，此指示電源的輸出電壓突然降低。放大器230將允許高帶寬信號通過電流反射鏡到達電壓加法器300。此電流將導(dǎo)致電壓加法器300的輸出電壓快速增加，從而快速增加電源的轉(zhuǎn)換頻率并且快速增加電源的輸出電壓。增加電阻器232能夠減小此高帶寬信號的增益。
電壓加法器300包括三個輸入端、一個電流源301、一個電流接合點310以及一個旁路電阻器320。電流源301作為電壓加法器300的偏壓(bias)。電壓加法器300在電流接合點310處將三個輸入端的電流合計。電流接合點310連接到多向量誤差放大器組塊200的輸出端。連接到多向量誤差放大器組塊200的旁路電阻器320將電流接合點310的輸出轉(zhuǎn)換成電壓信號。電壓加法器300的此輸出成為電壓誤差信號60和多向量誤差放大器組塊200的輸出。
熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員將易于了解，在不背離本發(fā)明的精神和范疇的情況下，可對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)進行各種修改和變化。鑒于上文的描述，只要這些修改和變化屬于權(quán)利要求書或其等價物的范圍，則本發(fā)明涵蓋這些修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種具有功率因數(shù)控制的穩(wěn)壓電源供應(yīng)器，其包括一樣本電壓，其與所述穩(wěn)壓電源供應(yīng)器的一輸出電壓成線性關(guān)系；以及一多向量誤差放大器，其根據(jù)所述樣本電壓以不同的增益和帶寬自動放大所述樣本電壓，其包括一電壓加法器，將至少三個電壓信號相加；一穩(wěn)態(tài)參考電壓放大器，所述穩(wěn)態(tài)參考電壓放大器的一輸出端經(jīng)由一低通濾波器被連接到所述電壓加法器的一第一輸入端；一低參考電壓放大器，所述低參考電壓放大器的一輸出端經(jīng)由一第一二極管被連接到所述電壓加法器的一第二輸入端；以及一高參考電壓放大器，所述高參考電壓放大器的一個輸出端經(jīng)由一第二二極管被連接到所述電壓加法器的一第三輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有功率因數(shù)控制的穩(wěn)壓電源供應(yīng)器，其中所述穩(wěn)態(tài)參考電壓放大器更包括一負輸入端由所述樣本電壓所供應(yīng)，以及一正輸入端由一穩(wěn)態(tài)參考電壓所供應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有功率因數(shù)控制的穩(wěn)壓電源供應(yīng)器，其中所述低參考電壓放大器更包括一負輸入端由所述樣本電壓所供應(yīng)，以及一正輸入端由一低參考電壓所供應(yīng)，且其中所述低參考電壓明顯低于提供給所述穩(wěn)態(tài)參考電壓放大器的所述穩(wěn)態(tài)參考電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有功率因數(shù)控制的穩(wěn)壓電源供應(yīng)器，其中所述高參考電壓放大器更包括一負輸入端由所述樣本電壓所供應(yīng)，以及一正輸入端由一高參考電壓所供應(yīng)，且其中所述高參考電壓顯著高于提供給所述穩(wěn)態(tài)參考電壓放大器的所述穩(wěn)態(tài)參考電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有功率因數(shù)控制的穩(wěn)壓電源供應(yīng)器，其中當(dāng)所述樣本電壓小于所述高參考電壓且大于所述低參考電壓時，所述多向量誤差放大器的帶寬明顯小于一電源輸入功率的頻率。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有功率因數(shù)控制的穩(wěn)壓電源供應(yīng)器，其中當(dāng)所述樣本電壓超出所述高參考電壓或降低到低于所述低參考電壓時，所述多向量誤差放大器的帶寬明顯增加且所述多向量誤差放大器的增益明顯降低。
7.一種具有功率因數(shù)控制的穩(wěn)壓電源供應(yīng)器，其包括一樣本電壓，其與所述電源的輸出電壓成線性關(guān)系；以及一多向量誤差放大器，其根據(jù)所述樣本電壓以不同的增益和帶寬自動放大所述樣本電壓，其包括一電壓加法器，將至少三個電壓信號相加；一電流反射鏡；一第一電流源；一穩(wěn)態(tài)參考電壓放大器，其中所述穩(wěn)態(tài)參考電壓放大器的一輸出端經(jīng)由一低通濾波器和一第一二極管被連接到所述電壓加法器的一第一輸入端；一高參考電壓放大器，其中，所述高參考電壓放大器的一輸出端經(jīng)由一第二二極管被連接到所述電壓加法器的一第二輸入端；一低參考電壓放大器，其中，所述低參考電壓放大器的一輸出端經(jīng)由一電流反射鏡被連接到所述電壓加法器的一第三輸入端；以及一緩沖放大器，其中，所述緩沖放大器的一輸入端耦接到所述樣本電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有功率因數(shù)控制的穩(wěn)壓電源供應(yīng)器，其中所述穩(wěn)態(tài)電壓放大器更包括一負輸入端耦接到所述樣本電壓，以及一正輸入端耦接到一穩(wěn)態(tài)參考電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有功率因數(shù)控制的穩(wěn)壓電源供應(yīng)器，其中所述低通濾波器包括一第一電阻器和一電容器。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有功率因數(shù)控制的穩(wěn)壓電源，其中所述緩沖放大器更包括一負輸入端連接到所述緩沖放大器的一輸出端。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有功率因數(shù)控制的穩(wěn)壓電源供應(yīng)器，其中所述高參考電壓放大器更包括一正輸入端耦接到一高參考電壓，且其中所述高參考電壓顯著高于供應(yīng)到所述穩(wěn)態(tài)參考電壓放大器的所述穩(wěn)態(tài)參考電壓。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有功率因數(shù)控制的穩(wěn)壓電源供應(yīng)器，其中所述高參考電壓放大器更包括一負輸入端，經(jīng)由一第二電阻器耦接到所述緩沖放大器的一輸出端，且其中所述負輸入端還經(jīng)由一第三電阻器耦接到所述高參考電壓放大器的所述輸出端。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有功率因數(shù)控制的穩(wěn)壓電源供應(yīng)器，其中所述低參考電壓放大器更包括一正輸入端耦接到一低參考電壓，且其中所述低參考電壓顯著低于供應(yīng)到所述穩(wěn)態(tài)參考電壓放大器的所述穩(wěn)態(tài)參考電壓。
14.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有功率因數(shù)控制的穩(wěn)壓電源供應(yīng)器，其中所述低參考電壓放大器更包括一負輸入端經(jīng)由一第四電阻器耦接到所述緩沖放大器的所述輸出端。
15.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有功率因數(shù)控制的穩(wěn)壓電源供應(yīng)器，其中所述電壓加法器包括一第二電流源，其連接到一電流接合點；一第一輸入端，其連接到所述電流接合點；一第二輸入端，其連接到所述電流接合點；一第三輸入端，其連接到所述電流接合點；以及一用于將電流轉(zhuǎn)換成電壓信號的構(gòu)件，其連接到所述電流接合點以及所述電壓加法器的一輸出端。
16.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有功率因數(shù)控制的穩(wěn)壓電源供應(yīng)器，其中用于將電流轉(zhuǎn)換成電壓信號的所述構(gòu)件包括一連接到接地參考的第五電阻器。
17.根據(jù)權(quán)利要求7的所述的具有功率因數(shù)控制的穩(wěn)壓電源供應(yīng)器，其中當(dāng)所述樣本電壓小于所述高參考電壓且大于所述低參考電壓時，所述多向量誤差放大器的帶寬明顯小于一電源的輸入功率的頻率。
18.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有功率因數(shù)控制的穩(wěn)壓電源供應(yīng)器，其中當(dāng)所述樣本電壓超出所述高參考電壓或降低到低于所述低參考電壓時，所述多向量誤差放大器的帶寬明顯增加且所述多向量誤差放大器的增益明顯降低。
全文摘要
一種具有功率因數(shù)校正控制的穩(wěn)壓電源供應(yīng)器，其包括一個多向量誤差放大器。該多向量誤差放大器提供一個用于調(diào)節(jié)電源轉(zhuǎn)換機構(gòu)的一誤差信號。該多向量誤差放大器用于在穩(wěn)態(tài)操作期間提供一低失真誤差信號，同時對突發(fā)負載變化快速且平滑地作出響應(yīng)。
文檔編號H02M1/00GK1820406SQ200480019656
公開日2006年8月16日 申請日期2004年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月10日
發(fā)明者楊大勇, 呂宜興, 陳秋麟, 林振宇 申請人:崇貿(mào)科技股份有限公司