專利名稱：開關(guān)型電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有整流元件、能量存儲電容器、變壓器的開關(guān)型電源。在DE19610762A1中已公開了這種類型的開關(guān)型電源。
開關(guān)電源對線路電網(wǎng)產(chǎn)生嚴(yán)格的脈中式負(fù)載，這就導(dǎo)致線路電網(wǎng)上的諧波電流。這個負(fù)載特別發(fā)生在正弦電網(wǎng)電壓的電壓峰值處，在那些時刻使開關(guān)型電源中的能量儲存電容器再充電。為了限制來自諧波電流的這種負(fù)載，正在產(chǎn)生關(guān)于開關(guān)型電源越來越多的國際規(guī)章，其目的在于設(shè)計未來的開關(guān)型電源，以便實現(xiàn)更多的正弦電流消耗。線路電網(wǎng)上的諧波負(fù)載也可被引用為所謂功率因素。
在EP0700145A2號中公開了具有在線路電網(wǎng)上減小了的諧波負(fù)載的另一種開關(guān)型電源。這種開關(guān)型電源在初級側(cè)也含有第二電流通路，初級側(cè)具有電感和二極管并在電網(wǎng)一側(cè)整流器下游的充電電容器和變壓器的初級繞組上的抽頭之間產(chǎn)生連接。電感起能量存儲器的作用，它在接通開關(guān)晶體管時充電，隨后在斷開開關(guān)晶體管時經(jīng)由二極管和初級繞組向能量存儲電容器放出其能量。這個充電和放電過程導(dǎo)致在線路電網(wǎng)的整個360°相位范圍內(nèi)從線網(wǎng)上得到電流，因為在充電電容器兩端存在恒定極性的未濾波的半波正弦電壓。
EP0598197A2公開了一種具有正弦電流消耗的開關(guān)型電源，它包括具有電容器的電流泵，在接通開關(guān)晶體管期間經(jīng)由電路整流器使電容器充電，而在斷開開關(guān)晶體管時，電容器向能量存儲電容器放出這種存儲的能量。
本發(fā)明的目的是提供一種最初提到的那種類型的開關(guān)型電源，它在寬的輸入電壓范圍內(nèi)可靠工作。
通過權(quán)利要求1的特征實現(xiàn)這個目的。在從屬權(quán)利要求中詳細(xì)說明了本發(fā)明的有利的發(fā)展。
根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)型電源在第二電流通路中含有被特別配置在電感和初級繞組上的抽頭之間的電容器。這個電容器導(dǎo)致第二電流通路中的電流限制，從而確保電感的鐵心以及初級繞組的鐵心、因而還有變壓器的鐵心不進(jìn)入飽和狀態(tài)。因此，該開關(guān)型電源在從190到265伏的輸入電壓范圍內(nèi)可靠工作。
在短暫電網(wǎng)中斷的情況下電流限制尤其重要。在電網(wǎng)中斷的情況下，只要能量存儲電容器上的電荷仍然足夠時，開關(guān)型電源即繼續(xù)工作。在能量存儲電容器處于深度放電狀態(tài)的情況下，此刻如果重新施加電網(wǎng)電壓，那時大電流流過電感，這可能導(dǎo)致其鐵氧體材料的飽和。由于在電感下游仍然有經(jīng)由二極管通到能量存儲電容器的連接，尤其會出現(xiàn)這種情況。
此外，在開關(guān)晶體管斷開并從而減小其dV/dt的時刻，電容器起阻尼元件的作用，這就導(dǎo)致開關(guān)晶體管中減小了的斷開損失。第二電流通路具有電流激勵效應(yīng)，通過這些元件的電感和電容可影響其強(qiáng)度。
作為例子，在下文中將參照在附圖中說明的示范性實施例更詳細(xì)地闡述本發(fā)明，在附圖中

圖1表示具有減小了的線網(wǎng)諧波負(fù)載的、基于回掃轉(zhuǎn)換器原理的開關(guān)型電源的輸入電路。
圖1中的開關(guān)型電源包括具有初級繞組W1和W2以及次級繞組W3和W4的變壓器TR。初級繞組W1與開關(guān)晶體管T60串聯(lián)連接，后者通過控制電路(圖中未表示)周期性地接通和斷開，作為其結(jié)果就把能量從開關(guān)型電源的初級側(cè)傳送到次級側(cè)。初級繞組W1經(jīng)由第一接頭1和能量存儲電容器C20連接，并經(jīng)由第二接頭2和開關(guān)晶體管T60連接。
在輸入側(cè)配置了整流元件，在這個示范性實施例中是與電網(wǎng)電壓UN連接的橋式整流器BR。在輸出側(cè)，橋式整流器BR具有分別與其串聯(lián)連接的小電容的電容器10，和在電阻R10下游的，通向能量存儲電容器C20的包括第一二極管D16的第一電流通路I1，以及包括電感器L15、電感L19和電容器C19的第二電流通路I2，電容器C19通向初級繞組W1的抽頭A。電感器L15具有鐵心并和電容器C18一起相當(dāng)于阻尼元件，電容器C18在一側(cè)與電感器L15和電感L19之間的第二電流通路I2連接，而在另一側(cè)與二極管D16下游的第一電流通路I1連接。
電容器C10和電阻R10僅僅導(dǎo)致小量平滑在橋式整流器BR上出現(xiàn)的輸出信號，使得整流的正弦電壓基本上仍然存在于電阻R10的下游。如果這個正弦電壓高于能量存儲電容器C20兩端的電壓電平，那么電流經(jīng)由第一電流通路I1中的二極管D16流過并使電容器C20充電。二極管D16與電容器C15并聯(lián)連接，后者阻尼通過二極管D16的電流波動。
電流通路I2為能量存儲電容器C20產(chǎn)生另外的連接，在這種情況下這個另外的連接在50赫電網(wǎng)頻率的整個周期范圍內(nèi)起作用，因為當(dāng)接通開關(guān)晶體管T60時，電流總是要經(jīng)由電流通路I2和初級繞組W1上的抽頭A流動。在這種情況下，在接通開關(guān)晶體管T60的每個階段中，在能量存儲的意義上使電感L19充電，但受到電容器C19的限制，因為僅僅在使其充電時，電流才流過這個電容器C19。朝著充電電容器C20的方向經(jīng)由二極管D18產(chǎn)生連接，后者在一端與第二電流通路I2中的電感L19和電容C19連接，而在另一端與第一二極管D16下游的第一電流通路I1連接。因此，電感L19中的能量被直接傳送給能量存儲電容器C20，而無需繞過經(jīng)由初級繞組W1上的抽頭A的迂回路線。當(dāng)斷開開關(guān)晶體管T60時，抽頭A處于由于初級繞組W1中的雜散電感所引起的比能量存儲電容器C20兩端的電壓更高的電壓。因此，電容器C19和電感L19經(jīng)由二極管D18放電。當(dāng)隨后再次接通開關(guān)晶體管T60時，那時這個周期重新從頭開始。
通過把第二電流通路與變壓器TR上的中間抽頭、抽頭A連接，進(jìn)一步限制這種電流激勵效應(yīng)。這防止在部分負(fù)載和空載情況下使電容器C20過度充電。如果初級繞組W1在第一接頭1和抽頭A之間以及在抽頭A和第二接頭2之間的匝數(shù)比是大約1/3到2/3時，中間抽頭特別有利。但是，抽頭A與接頭1或2之一重合的結(jié)構(gòu)也是可能的。
電流通路I2的電流激勵效應(yīng)導(dǎo)致使電容器C20充電到可能大于整流的電網(wǎng)電壓UN的峰值的電壓電平。因此，流過電流通路I1的電流顯著減少。從而必須確保電容器C20具有適當(dāng)?shù)念~定電壓。由于電感器的鐵心，電感器L15和電容器C18形成具有高度慣性的LC元件。這種電流激勵效應(yīng)還取決于開關(guān)型電源的開關(guān)頻率。在開關(guān)型電源的開關(guān)頻率依賴于負(fù)載的情況下，這個關(guān)系是關(guān)鍵性的，因為在這種情況下，在減小了的負(fù)載的條件下開關(guān)頻率增加。這導(dǎo)致功率因素校正電路的作用增大，電容器C20被充電到增加的程度?？捎眠m當(dāng)?shù)姆绞竭x擇初繞組W1上的中間抽頭用作抽頭A，以便防止使這個電容器過度充電。
這種類型的開關(guān)型電源可特別適用于具有比較大的功率消耗的消費電子設(shè)備，例如電視機(jī)。但是，應(yīng)用于，例如，計算機(jī)監(jiān)視器和專用設(shè)備也是可能的?？蛇m當(dāng)?shù)厥垢綀D中的開關(guān)型電源與要求相適應(yīng)，因而它僅僅是示范性的。特別是開關(guān)晶體管T60不一定必須是雙極型晶體管，而且包括場效應(yīng)晶體管和其它類型的晶體管。
作為例子，在用于按回掃轉(zhuǎn)換器原理工作的開關(guān)型電源的附圖中闡述了本發(fā)明。但是，本發(fā)明也適用于其它開關(guān)型電源，例如正向轉(zhuǎn)換器。
權(quán)利要求
1．具有整流元件(BR)、能量存儲電容器(C20)、變壓器(TR)的開關(guān)型電源，變壓器具有通過第一接頭(1)與能量存儲電容器(C20)連接的以及通過第二接頭(2)與串聯(lián)連接的開關(guān)晶體管(T60)連接的初級繞組(W1)，該開關(guān)型電源包括具有第一二極管(D16)的第一電流通路(I1)，該第一電流通路(I1)在整流元件(BR)和能量存儲電容器(C20)之間產(chǎn)生連接，該開關(guān)型電源包括具有電感(L19)和第二二極管(D18)的第二電流通路(I2)，電感(L19)在整流元件(BR)和初級繞組(W1)上的抽頭(A)之間產(chǎn)生連接，第二二極管(D18)通向與第二電流通路(I2)連接的能量存儲電容器(C20)，其特征在于在第二電流通路(I2)中配置了電容器(C19)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的開關(guān)型電源，其特征在于以這樣的方式選擇電容器(C19)的電容，使得在第二電流通路(I2)中產(chǎn)生電流限制。
3．根據(jù)權(quán)利要求2的開關(guān)型電源，其特征在于以這樣的方式選擇電流限制，即防止電感(L19)和初級繞組(W1)的鐵心飽和。
4．根據(jù)權(quán)利要求2的開關(guān)型電源，其特征在于在電感(L19)和抽頭(A)之間配置了電容器(C19)。
5．根據(jù)權(quán)利要求4的開關(guān)型電源，其特征在于第二二極管(D18)與第二電流通路(I2)的連接點位于電感(L19)和電容器(C19)之間。
6．根據(jù)權(quán)利要求2的開關(guān)型電源，其特征在于初級繞組(W1)在第一接頭(1)和抽頭(A)之間以及在抽頭(A)和第二接頭(2)之間的匝數(shù)比是大約1/3到2/3。
7．根據(jù)權(quán)利要求2的開關(guān)型電源，其特征在于LC元件(L15,C18)位于第二電流通路(I2)中電感(L19)的上游，用于阻尼，其電容器(C18)與第一電流通路(I1)連接。
8．根據(jù)權(quán)利要求2的開關(guān)型電源，其特征在于在每種情況下電容(C15,C17,C19)與第一二極管(D16)以及第二二極管(D18)并聯(lián)連接。
9．根據(jù)上述權(quán)利要求之一的開關(guān)型電源，其特征在于開關(guān)型電源根據(jù)回掃轉(zhuǎn)換器原理或正向轉(zhuǎn)換器原理工作。
全文摘要
一種在寬輸入電壓范圍內(nèi)可靠工作的開關(guān)型電源。在整流元件(BR)和變壓器(TR)初級繞組(W1)抽頭(A)之間產(chǎn)生連接的第二電流通路(I2)中,包括為這個電流通路中的電感(L19)產(chǎn)生限流的電容器(C19)。當(dāng)開關(guān)晶體管(T60)處于切換方式時,在接通開關(guān)晶體管(T60)時在能量存儲的意義上使電感(L19)充電,直到電容器(C19)被充電為止。當(dāng)斷開開關(guān)晶體管(T60)時,電感(L19)和電容器(C19)經(jīng)由二極管(D18)朝能量存儲電容器(C20)的方向放電。具體應(yīng)用包括電視機(jī)及類似消費電子設(shè)備。
文檔編號H02M1/00GK1216876SQ9812348
公開日1999年5月19日 申請日期1998年10月29日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月30日
發(fā)明者邁克爾·邁茨納, 讓-保羅·盧維爾 申請人:德國湯姆遜-布朗特公司