专利名称：电源调节的制作方法
技术领域：
本发明涉及被调节的电源。
背景技术：
本发明的重要目的是使用线路频率切换电路系统提供高功率被部分调节的电源，并具有低切换损耗及热保护。
发明内容
按照本发明，电源包括具有第一及第二个端子用于存储直流(DC)电荷的电容器。电源还包括第一和第二个线路输入端用于连接到交流(AC)线电流源，AC线电流具有AC线电压；被连接到第一和第二个线路输入端用于使AC线电压变换到降低的电压的变压器；被连接到变压器用于使降低的AC电压调整到已整流的AC电压的整流器，已整流的AC电压得到具有上升边缘、下降边缘及峰点的电压波形。电源还包括连接整流器及电容器用于使电容器充电到额定的DC输出电压的充电电路系统。电源被构成并装配以便充电电路系统在上升边缘期间的一段时间间隔内及在下降边缘期间的一段时间间隔内使电容器充电，因此充电电路系统不在峰点使电容器充电。
在本发明的另一个方面中，电源包括第一、第二及第三个输出端和第一及第二个线路输入端用于连接到AC线电流源，AC线电流具有AC线电压。电源另外包括被连接到第一及第二个线路输入端，用于使AC线电压变换到降低的AC电压的变压器；被连接到变压器用于使降低的电压调整到已整流的AC电压的整流器；以及用于使第一、第二、及第三个输出端分别充电到第一、第二、及第三个电势以使第一个电势与第二个电势之间的电势差小于第一个电势与第三个电势之间的电势差的充电电路系统。充电电路系统包括单个开关。
在本发明的还有的另一个方面中，电源包括具有第一及第二个端子用于存储DC电荷的电容器。电源还包括用于连接到AC线电流源的第一及第二个线路输入端，AC线电流具有AC线电压；被连接到第一及第二个线路输入端用于将AC线电压变换到降低的AC电压的变压器；被连接到变压器用于使降低的AC电压调整到已整流的AC电压的整流器，已整流的AC电压得到具有上升边缘、下降边缘及峰点的电压波形。电源还包括连接整流器及电容器用于使电容器充电到额定的DC输出电压的充电电路系统。电源被构成并装配以便充电电路系统在每个已整流的AC周期期间使电容器充电两次。
其他的特点、目的及优点从以下参考伴随附图的详细描述将变得明显。
附图描述
图1是按照本发明的电源的方框图；图2是按照图1的电源的示意图；以及图3示出图解说明图1和2的电源运行的波形及其他的电参数。
具体实施例方式
现在参看附图，更具体而言图1，该图示出按照本发明的电源的合乎逻辑的布局的方框图，连接元件的线以实线或虚线的形式被示出。实线表示元件之间用于传递电功率的互连。连接元件的虚线代表用于传递信息或控制的元件之间的互连；在虚线上的箭头表示信息或控制的流动方向。为清楚起见，用于驱动或接地的电路装置的互连未按这种观点被示出，而如在图2中所示。电源包括用于连接到外部AC电源，例如120V，60Hz的线路功率，的电源输入端10、11。电源输入端10、11被连接到变压器12的主绕组。变压器12的次绕组通过整流器的输入端16、18被连接到整流器14。整流器的正输出端20由高侧电源线21被连接到负载电容器26的端点24。负载电阻RL 30在端点24及28与电容器26被并联。整流器的负端22通过开关电路32被连接到电容器26的端子28及负载电阻RL30。开关电路32包括参考组块34、控制组块36、及开关38。降低的电压电路40的输入端被连接到变压器12的中间电压抽头及负载电容器26的端子28。参考组块34从高侧电源线21、低侧电源线23、负载电容器26的端子28及热敏电路44接收信号。参考组块34传递信号到控制组块36，它控制开关38。
按照本发明的具有开关在低侧电源线上的电源是有利的，它超过在高侧电源线上有开关的电源，因为当开关在低侧电源线上时有较少的切换损耗(作为热被耗散)。
在运行中，变压器12使输入电压从线路AC电压电平(例如120V，60Hz)转换到中间的AC电压电平(例如17V，60Hz)。整流器14使中间的AC电压调整到已整流的AC电压，它然后被用于使电容器26充电，电容器26保持跨越负载的DC电压，负载由负载电阻RL30代表。开关电路32控制电容器26的充电，如下文所描述。
变压器12、整流器14、及电容器26是常规的元件。开关38可能是常规的n型金属氧化物半导体场效应(MOSFET)开关。由负载电阻RL30所代表的负载一般是需要DC功率的电路，例如音频信号处理电路系统及功率放大器。
现在参看图2，图中被示出用于实现图1的电源的电路。在图2中相同的参考号数指的是图1的相应的元件。图2中画虚线的框包入完成由图1的组块所表示功能的电路部分。
现在参看图3，图中被示出为了图解说明图1及2的电源运行的电压及充电电流的曲线图。曲线50是电压Vac的图线，电压Vac跨越输入线到整流器的端点16、18。曲线50上的扰乱是由于负载在电源充电时所造成的。曲线51是Vi的图线，该电压跨越整流器输出端20、22。曲线53是Vz的图线，该电压在节点54与22之间。曲线57，用于参考，是当没有负载运转时Vac的已整流值的波形。曲线55是Vo的图线，该电压跨越负载电容器26端子24、28。当负载电容器26被充电时曲线55具有向上的斜率，而当电容器26通过负载电阻器30放电时曲线55具有向下的斜率。曲线49是充电电流Is的图线，说明电容器26何时在被充电。曲线已被弄光滑，那样作是归因于切换的次要扰乱及电压脉冲未被示出。
当开关38在“导通”的位置，并且当整流器14是“导通”的(也就是说，当跨越输入端16、18的电压小于跨越整流器输出端20、22的电压时，引起电流流过整流器14)，负载电容器被充电。
通过参照曲线51及53，开关38的运转是能被理解的。开关最初在时刻t0是“导通”的。在时刻t2，当Vi等于Vt时，开关38转向“断开”。在时刻t3，在周期的下落边缘，当Vz比Vt大数量Vz时，开关转向“导通”，Vz由变压器12的性能和电阻器70与72的比值决定。开关38保持“导通”一直到时刻ts，它基本上等同于t0。在时刻t12，在后面的半周期，开关38转向“断开”，基本上类似于在时刻t2的情况，而在时刻t13转向“导通”，它基本上类似于t14的情况。当Vi变得大于Vo时，在时刻t1整流器14转向“导通”。当Vi变得小于Vo时，在时刻t4整流器14转向“断开”。整流器14保持“断开”一直到时刻t5，它基本上等同于时刻t0。在时刻t11整流器14重新转向“导通”，它基本上类似于在时刻t1的情况。在时刻t14整流器14转向“断开”，它基本上类似于在时刻t4的情况。
在第一个半周期上升边缘的一段间隔(t1到t2)期间及在第一个半周期下降边缘的一段间隔(t3到t4)期间，整流器14和开关38都是“导通”的。同样，在第二个半周期上升边缘的一段间隔(t11到t12)期间及在第二个半周期下降边缘的一段间隔(t13到t14)期间，整流器14和开关38都是“导通”的。因而，在半周期上升边缘的一段间隔期间及在半周期下降边缘的一段间隔期间，电源是被充电的。在包括半周期的峰点65一段间隔期间，电源是不被充电的。充电间隔(t1到t2)、(t3到t4)、(t11到t12)、(t13到t14)的卡度由许多因素确定，它们包括输入波形(如果电源线用大量接近AC周期峰点汲取功率的装置被负载，它可能不是纯正弦形的)的形状，在电源上的负载，和变压器12的性能及图2的两个电阻器70与72的比值。电源如所描述的在典型条件，包括在Vac和负载上的变化，很宽的范围内运转。间隔t5到t15显示按照本发明的电源保持最大电压在Vt，即使具有高AC电压及轻的负载。
按照本发明的电源通常受到较少的代理商的调节(例如EMC标准EN 61000，它具有对电源的特殊类别，例如目前的一种，它需要少的或没有任何线路调节装置用于功率因素校正)。另外，按照本发明的电源能容易地通过许多EMI标准例如设备控制操纵台(FCC)及被线路引导的发射因为缺少高频切换。
另外，不在峰点充电的电源是有利的，因为输出电压具有固定的最大值，它不改变，即使线电压改变，只要Vac的峰值大于Vt。
在每半个线AC周期期间充电两次(或更多)或在每个完全的线AC周期期间充电四次(或更多)的电源在重负载条件下比在每半个周期仅充电一次或每个完全周期充电两次的电源能保持接近于预计的输出电压。下降边缘充电比上升边缘充电产生较小的开关发热，所以对相同的负载包含下降边缘充电意味着较少的全部的开关发热。
重新参看图2，图1的降低的电压电路40作为被连接到变压器中间电压抽头、电容器76、被降低电压的端点42、以及穿过电容器26的电容器端子28的二极管74被实现。在端点42的电压可能被用于驱动装置，它具有电压需要小于由电阻器RL 30所代表的装置。如果中间电压抽头是中点引线，端点24、42及28能作为分别具有电压按+Vo/2、地、及-Vo/2的端点被配置。在这样的配置中，按照本发明的电源能被用于驱动双极装置。
按照本发明的电源比起使用复制的功能上相似的电路去导出降低的电压或双极电压的电源是有利的，因为按照本发明的电源需要更少的组件，例如负载电容器、开关及开关控制电路，而降低电路费用。按照本发明的电源需要不太昂贵的组件并且比起使用调节器提供降低的电压的电源来能在更高的功率电平运转。
仍然参看图2，图1的热敏电路44作为被嵌入变压器12的并且由电阻器60被连接到参考电路终端节点54及低侧电源线23的负温度系数(NTC)电阻器46被实现的。这个NTC电阻器和附加的热敏电阻能被放置在电路的别处以保护其他的精密热组件。
在运行中，当变压器12(或其他被保护的组件)过热，NTC电阻器改变数值，降低Vt并从而Vo。用多数电阻性或放大器负载，降低Vo引起被递交到输出端的较低的电流或功率，因而降低在变压器(或其他被保护的组件)上的应力。
包含热敏电路44的电源比起使用功率熔断电阻器的电源来是有利的，因为电源的过热状态下继续运行(在被降低的输出端)而不突然失效。当过热状态不再存在，电源恢复在全功率正常运行。在多数应用，特别是高功率应用中，具有变压器的电源比起具有功率电阻器作为电压降低元件的电源来是更有效的。
尽管图1和2的实施方案使用桥式整流器14，本发明还可以在使用其他形式的整流器，例如二极管整流器或等价物，并且电路能适合于所使用的整流器的电源中被实现。例如，单个二极管整流器能被用于提供半波整流的AC。在每个半波期间，将要在上升边缘的一段间隔内及在下降边缘期间的一段间隔内被充电，而在波形的其他部分，包括在上升边缘充电与下降边缘充电之间的波形部分，不充电。
显然熟悉本技术领域人员现在可能从在这里被公开的特有的仪器和技术作出许多发挥及改变而不违反发明的概念。因此，本发明将被认作包含在这里所公开的一切新颖的特点及特点的新颖的组合，并且仅被附加的权利要求的精神及范围所限制。
权利要求
1.电源，包含具有第一及第二个端子的电容器；用于连接到AC线电流源的第一及第二个线路输入端；被连接到该第一及第二个线路输入端的变压器；连接到该变压器，被构成并装配以提供具有上升边缘、下降边缘和峰点的电压波形的整流器；以及连接该整流器和该电容器，被构成并装配用于使该电容器充电到额定的DC输出电压的充电电路系统；其中该电源被构成并装配以便该充电电路系统使该电容器在该上升边缘的一段间隔内及在该下降边缘的一段间隔内充电，以使该充电电路系统不在峰点使该电容器充电。
2.按照权利要求1的电源，另外包含将该整流器与第一个电容器端子相连接的高侧电源线；包含将该整流器与该第二个电容器端子相连接的开关的低侧电源线。
3.按照权利要求2的电源，该电源具有输出端，该输出端具有电势，该电势小于在该第一个电容器端子的电势而大于在该第二个电容器端子的电势。
4.按照权利要求3的电源，其中第一个电容器端子和该第二个电容器端子具有第一个电势差，而其中该第二个电容器端子和该输出端具有第二个电势差，其中该第二个电势差小于第一个电势差。
5.按照权利要求4的电源，其中该第二个电势差是该第一个电势差的一半。
6.按照权利要求1的电源，该电源另外包含过热保护电路，其中该过热保护电路被构成并装配以响应由于该电源使该电容器充电到小于该额定DC电压的非零电压所引起的过热状态。
7.按照权利要求6的电源，其中该过热保护电路包含在与该变压器热接触中的负温度系数电阻器。
8.电源包含第一、第二及第三个输出端；用于连接到AC线电流源的第一及第二个线路输入端；被连接到该第一及第二个线路输入端的变压器；被连接到该变压器的整流器；用于使该第一、第二及第三个输出端分别充电到第一、第二及第三个电势的充电电路系统，以使在该第一个电势与该第二个电势之间的电势差小于在该第一个电势与该第三个电势之间的电势差，该充电电路系统包含一个单开关。
9.按照权利要求8的电源，其中在该第一个电势与该第二个电势之间的电势差是在该第一个电势与该第三个电势之间电势差的一半。
10.电源包含具有第一个端子及第二个端子的电容器；用于连接到AC线路电流源的第一及第二个线路输入端；被连接到该第一及第二个线路输入端的变压器；连接到该变压器，被构成并装配以提供具有上升边缘、下降边缘及峰点的电压波形的整流器；以及连接该整流器和该电容器，用于使该电容器充电到额定的DC输出电压的充电电路系统；其中该电源被构成并装配以使该电容器在该已整流的AC的每个周期期间充电两次。
全文摘要
电源被构成并装配以使电源在上升边缘期间的一段间隔内及在下降边缘的一段间隔内被充电，并因此充电电路系统不在AC周期的峰点使电容器充电。
文档编号H02M7/21GK1438761SQ02142789
公开日2003年8月27日 申请日期2002年9月16日 优先权日2001年9月17日
发明者S·S·丘 申请人:伯斯有限公司