一種供電單元的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種供電單元（powersupply)以及一種用于操作包括變壓器的供 電單元的方法，該變壓器包括至少一個(gè)初級(jí)繞組和至少一個(gè)次級(jí)繞組，該初級(jí)繞組通過(guò) 第一線路和第二線路連接到至少一個(gè)激勵(lì)電路，該激勵(lì)電路被適配為連接到電源（power source)，該次級(jí)繞組連接到至少一個(gè)第一供電單元。
【背景技術(shù)】
[0002] 根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的是基于已知的反激技術(shù)的開(kāi)關(guān)模式供電單元。
[0003] US7005855公開(kāi)了一種涉及雙充電率供電電路的供電單元以及一種用于離子化 檢測(cè)的方法。該電路包括第一二極管、第一和第二電容器，以及第一和第二電流通路。第 一二極管包括可操作地連接到初級(jí)繞組的第一端的陽(yáng)極。第一電容器具有可操作地連接到 地的第二端，并且第二電容器具有可操作地連接到第一二極管的陰極的第一端以及可操作 地連接到地的第二端。第一和第二電流通路可操作地連接在第一電容器和第二電容器之 間，并且包括第二二極管、第一電阻器和第三二極管的并聯(lián)組合，以及第二電阻器。第一二 極管與第一電容器可操作地并聯(lián)連接。第二電阻器具有可操作地連接到第一二極管的陰極 的第一端，并且所述并聯(lián)組合可操作地連接在第二電阻器的第二端和第一電容器的第一端 之間。
[0004] 發(fā)明目的
[0005] 待決申請(qǐng)的目的是具有功率入口（inlet)、具有多個(gè)單獨(dú)的功率出口（outlet)的 供電單元。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 可以通過(guò)如在權(quán)利要求1所述的前述部分中公開(kāi)的供電單元來(lái)實(shí)現(xiàn)該目的，并且 其可以被修改，使得連接到初級(jí)繞組的線路之一進(jìn)一步連接到放電控制電路，該放電控制 電路進(jìn)一步連接到至少一個(gè)第二供電單元。
[0007] 以這種方式，第一供電單元進(jìn)行以下兩者：第一供電單元可以被操作為通過(guò)變壓 器發(fā)送輸出功率的傳統(tǒng)反激式功率調(diào)節(jié)，以及取決于在初級(jí)或次級(jí)的繞組，電壓的上下變 化是可能的。這是操作的傳統(tǒng)方式，其中開(kāi)關(guān)生成至變壓器的初級(jí)繞組的電流，并且該開(kāi)關(guān) 在生成電流和磁場(chǎng)之后打開(kāi)，并且變壓器的線圈繼續(xù)使電流導(dǎo)通，因此電路可能包括自由 振蕩二極管。但是同時(shí)，變壓器中的磁通的改變將在次級(jí)繞組中生成另外的電流。該電流 將是AC電流，這是因?yàn)楫?dāng)變壓器中的磁通增加時(shí)，生成在一個(gè)方向上的電流，并且當(dāng)磁通 減小時(shí)，生成在另一個(gè)方向上的電流。通過(guò)整流意味著可以以傳統(tǒng)的反激式方式生成DC供 電單元。在待決申請(qǐng)中，還使用初級(jí)繞組，這是因?yàn)榇嬖趶某跫?jí)繞組到至少一個(gè)另外的供電 單元所連接的另外的放電電路的另外的連接。操作是打開(kāi)開(kāi)關(guān)，使得當(dāng)電流生成變壓器中 的磁通時(shí)，打開(kāi)朝向供電單元的兩條線路，并且從變壓器生成的電流現(xiàn)在必須流到放電電 路并且流到第二供電單元中。通過(guò)控制不同的開(kāi)關(guān)，可以在兩個(gè)供電單元中生成處于不同 功率水平的功率。在第一供電單元中功率通過(guò)變壓器，并且朝向第一供電單元實(shí)現(xiàn)電隔離(galvanicisolation)。因?yàn)閺淖儔浩鞯某跫?jí)繞組到第二供電單元的電連接，第二供電單 元反而未被電隔離。利用供電單元中的電壓的相對(duì)簡(jiǎn)單的測(cè)量，微控制單元能夠控制開(kāi)關(guān) 的激活（activation)，并且以這種方式通過(guò)測(cè)量電壓，將定義哪些供電單元接下來(lái)使用附 加的功率。
[0008] 激勵(lì)電路可以包括第一和第二電子開(kāi)關(guān)，該第一和第二電子開(kāi)關(guān)執(zhí)行供電單元的 連接和斷開(kāi)，通過(guò)第一控制信號(hào)來(lái)控制該第一和第二開(kāi)關(guān)。因此，可以實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)的同步激 活。在連接電源和斷開(kāi)電源這兩種情況下，同步激活都是很重要的。在噪聲降低很重要的 情形中，同步開(kāi)關(guān)非常重要。尤其是，如果如待決申請(qǐng)中所公開(kāi)的一個(gè)產(chǎn)品被用作測(cè)量系統(tǒng) 的供電單元，則噪聲降低相當(dāng)重要。
[0009] 放電控制電路可以至少包括第三電子開(kāi)關(guān)，該第三電子開(kāi)關(guān)連接到第二供電單 元，通過(guò)第二控制信號(hào)來(lái)控制該第三電子開(kāi)關(guān)。通過(guò)控制連接到相同的放電控制單元的一 個(gè)或多個(gè)另外的供電單元，這些不同的供電單元可以與彼此無(wú)關(guān)地進(jìn)行操作?？梢詫⒐╇?單元與彼此無(wú)關(guān)地激活，這是因?yàn)樗鼈冊(cè)诜烹娍刂齐娐分芯哂杏糜诩せ畹钠渥约旱拈_(kāi)關(guān)。 因此，可以根據(jù)不同的參數(shù)實(shí)現(xiàn)從另外的供電單元的調(diào)節(jié)。以這種方式，可以在另一個(gè)供電 單元具有電流控制的情況下使一個(gè)供電單元具有電壓控制。同樣地，在可以前向（forward) 調(diào)節(jié)另一個(gè)供電單元的情況下，可以反饋調(diào)節(jié)一個(gè)供電單元。
[0010] 放電控制電路至少包括第四電子開(kāi)關(guān)，該第四電子開(kāi)關(guān)連接到第三供電單元，通 過(guò)第三控制信號(hào)來(lái)控制該第四電子開(kāi)關(guān)。因此，可以實(shí)現(xiàn)：第四開(kāi)關(guān)可以獨(dú)立地但是仍然與 激勵(lì)電路同步地操作。以這種方式，只有當(dāng)存在例如對(duì)供電單元中的電容器的進(jìn)一步充電 的需求時(shí)，才可以操作開(kāi)關(guān)。
[0011] 可以至少?gòu)牡谝惶幚砥魃傻谝缓偷诙刂菩盘?hào)。使用諸如微控制器之類的處理 器來(lái)生成脈沖，意味著可以彼此同步地、但仍然具有相對(duì)于彼此的限定的定時(shí)地生成不同 的脈沖。取決于至微控制器的輸入，可以通過(guò)高效開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)以使得三個(gè)獨(dú)立供電單元被 充電到它們能夠供應(yīng)它們被設(shè)計(jì)的水平的功率的電平的方式對(duì)三個(gè)獨(dú)立供電單元進(jìn)行充 電。
[0012] 可以將第一處理器連接到被連接到供電單元的測(cè)量設(shè)備，該測(cè)量設(shè)備可以傳輸表 示在電源處的電流和電壓的信號(hào)。通過(guò)測(cè)量在外部電源處的電流和電壓兩者，以這種方式 能夠獲得供電單元的任何過(guò)載的指示。通過(guò)調(diào)節(jié)算法，應(yīng)當(dāng)能夠影響例如激勵(lì)電路的開(kāi)關(guān) 方案、而且也影響放電電路的活動(dòng)，并且然后能夠?qū)⒐慕档鸵粫?huì)兒。如果通過(guò)開(kāi)始循環(huán)能 夠?qū)崿F(xiàn)的功率將低于已經(jīng)存在于系統(tǒng)中的功率水平，則不開(kāi)始任何激勵(lì)，這也可以是很重 要的。因此，保持開(kāi)關(guān)打開(kāi)并且不使用來(lái)自電源的任何功率會(huì)好很多。
[0013] 第一處理器可以基于表示電壓和電流的數(shù)據(jù)來(lái)執(zhí)行最優(yōu)功率跟蹤以避免電源的 過(guò)載。通過(guò)功率跟蹤，能夠?qū)崿F(xiàn)在電源的負(fù)載中的相對(duì)有效的改變。一旦指示了電源的電 壓的偏離，功率跟蹤例程就可以采用早在電源將其電壓降低到臨界電平以前功耗就被降低 的這種方式來(lái)改變激勵(lì)。
[0014] 可以控制第二供電單元以便生成幾乎恒定的電壓。如果將供電單元設(shè)計(jì)為使得在 系統(tǒng)中執(zhí)行電壓的測(cè)量，則能夠以非常精確地保持該電壓的方式來(lái)控制第二供電單元的電 壓。如果該供電單元被用于操作的電壓應(yīng)當(dāng)被保持為高于最小值的處理器裝置的供電，則 這可以是相當(dāng)重要的。供電單元的許多其它應(yīng)用需要在輸出處具有恒定電壓。
[0015] 可以控制第三供電單元以便生成幾乎恒定的功率。在一些情形中，第三供電單元 可以被用于LCD顯示器的背光。該背光不一定需要恒定電壓，但是為了使照明完全發(fā)揮作 用，則某個(gè)最小功率水平應(yīng)當(dāng)是可用的。因此，用于該特殊用途的功率調(diào)節(jié)將是高度有效 的。如果系統(tǒng)像這樣具有關(guān)于電壓和電流的數(shù)據(jù)，則功率調(diào)節(jié)當(dāng)然是可能的。
[0016] 處理器可以適于執(zhí)行通過(guò)放電電路中的任何開(kāi)關(guān)的功率的數(shù)字濾波。有可能的 是，從第二供電單元和第三供電單元傳送的功率水平如此低，使得可以執(zhí)行功率信號(hào)的數(shù) 字濾波。因此，可以例如通過(guò)能夠執(zhí)行數(shù)字濾波的微控制器來(lái)發(fā)送實(shí)際功率。僅僅因?yàn)槲⑻?理器已經(jīng)知道開(kāi)關(guān)頻率，因此可以通過(guò)該數(shù)字濾波來(lái)降低從開(kāi)關(guān)頻率生成的低頻率噪聲， 高度有效的是可以在控制數(shù)字濾波時(shí)使用關(guān)于開(kāi)關(guān)時(shí)間的信息。數(shù)字濾波可以給出穩(wěn)定的 輸出電壓或輸出功率。因此可以在沒(méi)有使用大電容器的情況下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的輸出。以這種方 式，像這樣的供電單元可以被生產(chǎn)為非常小的尺寸。
[0017] 來(lái)自輸入電壓和輸入電流的輸入對(duì)PWM調(diào)制進(jìn)行控制，該P(yáng)WM調(diào)制用于前向功 率調(diào)節(jié)算法的查找表，該前向功率算法生成對(duì)放電控制算法以及對(duì)放電電路的前饋（feed forward)。由于存在從輸入電壓和輸入電流到系統(tǒng)的輸入，因此系統(tǒng)能夠控制來(lái)自電源的 輸入功率，并且通過(guò)激勵(lì)電路的積極（active)影響，功耗可以得以控制。另外通過(guò)使PWM調(diào) 制用于查找表和前向功率調(diào)節(jié)算法，可以對(duì)放電控制以及對(duì)放電電路和開(kāi)關(guān)進(jìn)行前饋。因 此，可以執(zhí)行極其快速的調(diào)節(jié)。
[0018] 待決專利申請(qǐng)還公開(kāi)了用于操作如先前所公開(kāi)的供電單元的方法，該方法公開(kāi)了 至少以下序列的步驟：
[0019] A:將變壓器的初級(jí)繞組連接到電源，
[0020] B:斷開(kāi)初級(jí)繞組
[0021] C:使次級(jí)繞組對(duì)第一供電單元進(jìn)行充電
[0022] D:重復(fù)初級(jí)繞組到電源的連接
[0023]E:斷開(kāi)初級(jí)繞組并且關(guān)閉放電控制電路中的開(kāi)關(guān)之一以便對(duì)第二或第三供電單 元進(jìn)行充電
[0024] F:根據(jù)供電單元中的實(shí)際功率需求來(lái)重復(fù)從A至E的序列。
[0025] 通過(guò)所公開(kāi)的方法，可以實(shí)現(xiàn)具有不同功率水平的輸出的高效供電單元。在第一 供電單元，其將是在對(duì)于系統(tǒng)的其余部分電隔離的情況下進(jìn)行操作的供電單元，但是兩個(gè) 其他供電單元連接到變壓器的初級(jí)側(cè)。因此，可以實(shí)現(xiàn)，在第一供電單元所生成的電壓具有 一個(gè)其中在其他兩個(gè)供電單元的電壓或功率與第一供電單元非常不同的電平。
[0026] 在以上章節(jié)中，在2個(gè)固定的功率調(diào)節(jié)環(huán)路的情況下給出示例。固定的功率調(diào)節(jié) 可以要求：每個(gè)功率調(diào)節(jié)環(huán)路的電壓測(cè)量、電流測(cè)量和乘法。將調(diào)節(jié)環(huán)路之一實(shí)施為通過(guò)其 他功率調(diào)節(jié)環(huán)路所確定的前向調(diào)節(jié)，會(huì)消除對(duì)執(zhí)行兩個(gè)單獨(dú)的乘法的需要。如果CPU不具 有本地硬件乘法支持，則這是優(yōu)點(diǎn)。對(duì)調(diào)節(jié)方案進(jìn)行簡(jiǎn)單描述：
[0027] -個(gè)傳統(tǒng)的功率調(diào)節(jié)環(huán)路用于特征化系統(tǒng)。
[0028] 該特征化用于創(chuàng)建次級(jí)前向功率調(diào)節(jié)。
[0029] 如果固定激勵(lì)時(shí)間脈沖用于創(chuàng)建前向功率調(diào)節(jié)供電，則有必要估計(jì)脈沖的功率。 固定的時(shí)間激勵(lì)脈沖的功率取決于可以從外部PSU獲得的所施加的電壓電勢(shì)。
[0030] 以下示出激勵(lì)方案的示例。
[0032] 可以通過(guò)使用以下在CPU中計(jì)算脈沖功率：
[0033] 1.反饋調(diào)節(jié)環(huán)路將總功耗保持在固定的水平
[0034]a.總功耗是以下之和：
[0035] i.在PWM控制的激勵(lì)時(shí)隙期間傳遞的功率
[0036] ii.在固定的脈沖長(zhǎng)度激勵(lì)時(shí)隙期間傳遞的功率