专利名称：开关网络部件的脉冲电流源的制作方法
技术领域：
本发明涉及了一个开关网络部件的脉冲电流源，特别是具有备用运行的开关网络部件的脉冲电流源，具有如下特征a)具有用于初级和次级电路的直流隔断以及用于初级和次级电路电压转换的主变换器，b)具有一个脉冲化的第二变换器，c)具有一个用于中间电路电压的第一调节回路，在这里第一调节回路相应于第二变换器设置，d)具有一个串接于第二变换器后的第一输出电路。
最新的电设备例如PC-、Fax-或者TV-设备都具有现今常用的备用功能或预备功能。对于在备用状态下的TV-设备来说这个设备是关闭的并且能够通过例如一个远程操作重新被接到额定工作状态。对于Fax-设备来说这个设备是处于接收准备就绪状态并且通过例如一个来话传真信号被接通。不同的设备状态如备用运行或者设备运行在这里常需要用所挑出的请求给开关网络部件电流提供。在备用运行时功率消耗应该是尽可能的小。特别的在这里应该只有如下设备功能被供电，这种设备功能对于快速的可运行状态是必须的并且这种设备功能对于启动信号的识别例如远程操作的红外信号或传真调制解调器的接收信号是不可缺少的。
在考虑尽可能高的效率时对于设备的运行状态，电源现在通常是利用一个用于额定/最大负荷的主电源和一个用于最小负荷的附加的辅助电源来实现，这个辅助电源例如在PC-设备的备用运行时是必须的。
根据技术/经济上的考虑以及为了遵守已规定的国家和国际的标准和调整将来这个主电源除了熟悉的设备主电源的PWM-变换器(脉宽调制；DC/DC变换器)以外还包括常见的一个另外所说的PFC-变换器。这个PFC-变换器(功率系数修正；AC/DC变换器)用于功率因数的规定校正，而传统的PWM-变换器把变换和系统分离放在了前面。功率因数定义为在所接受的有效功率和所接收的矢量功率之间的比例。在理想状态下功率因数等于1。在这种情况下没有无功功率。典型情况下PFC-变换器是由于费用原因和根据其高效率作为升压调节器而实现的。PFC-变换器举例来说也能够选择作为反向变换器来实现。
现在对于被关断的设备或PWM-变换器部分指定PFC-变换器作为在备用运行状态下的电源是有利的并且因此节约了一个单独的辅助电源。在实践中PFC-变换器的第一次普通应用可能失败，因为为了通过调整来保持所接收的电网电流只有很小的波动，PFC-变换器输出端电压的调节环从原理上限定了必须被配置成动态慢速的。这样在很多工况下例如对于电源的启动或对于负载阶跃就会导致在节拍运行时出现长时间的间隔，因此用来作为辅助电源的能流就被中断了。节拍间隔的跨接，例如通过较大的存储电容器的跨接，就由于在确定的运行状态下运行持续时间不够用来再充电而失败。
开关网络部件这种类型的电源比如根据Werner Schott所著的《功率系数控制器TDA4815/19改进开关网络部件的功率因数》，在Brochure Siemens元件31(1933)中的第二卷46页到50页所给出的。这里在图2中特别给出了一个带有作为升压调节器(PFC-变换器)而实现的有效的谐波过滤器和流量变换器(PWM-变换器)的开关网络部件。
其他的这种类型的集成电路例如是根据TOKO公司对集成块TK84819的技术说明表，Linear技术公司对集成块LT1509以及MicroLinear公司对集成芯片ML4824的技术说明表来描述的。
本发明的任务是给出本发明描述的如开始所说方式的开关网络部件的脉冲电流源，而在这种方式下单独的辅助电源，特别是对于备用运行的辅助电源是可以被舍去的。
这个任务是通过权利要求1的特征部分解决的。这里为中间电路电压设计了第二调节环，这个第二调节环属于第二变换器并且至少在有时候是叠加到第一调节环或者至少在有时候是完整的替换了第一调节环，在这里第一调节环的调节时间常数大于第二调节环的调节时间常数。
本发明重要的组成部分是对于中间电压采用了第二调节环。第二调节环叠加在功率变换器上．功率变换器在有利的方式下是带有功率因数修正的变换器(PFC-变换器)。功率变换器是作为有效的谐波滤波器来实现的，这个谐波滤波器允许正弦波形的功率消耗以及广域转换。第二调节环动态调节远远快于PFC-变换器的原理上限制了的动态的缓慢的第一调节环。功率变换器在需要时被激活并且有一部分叠加到第一电源或全部替换第一电源。在备用运行时通过功率变换器本身不需要采用单独的辅助电源。
在一个结构中，功率变换器典型情况下是作为升压调节器实现的。下面的选择也是可以考虑的，即变换器部分通过另外一个功率变换器例如一个反向变换器，高/低设置调节器或类似的来转换。当然升压调节器根据其高效率或由于费用原因而更愿意被作为功率变换器。
在一个改进中，一个带有较短延迟时间的其他输出电路被并联到PFC-变换器的输出端电路。于是这个能流可以被很快的获取。在一个结构中，一个其他绕组电压总是通过至少一个其他绕组分接到扼流圈。每一个绕组电压都是被供给整流电路。一个单独的输出端电压总是加到整流电路各自的输出端。
在一个有利的改进中整流电路可以作为桥式整流器或作为充电泵来构造。
在一个结构中，整流电路的至少一个输出端电压被用做初级侧电源电压。这个初级侧电源电压举例来说能够供给集成电路的控制系统。一个其他的输出端电压能够被采用作为次级侧电源电压。这个电源电压例如可以为设备功能的次级侧电源而设计，特别是在备用运行时。
采用依照本发明的装置对于下面情况能够是有利的，即在PFC-变换器完全卸载时其主输出端保持脉冲地工作以对另外的用户，例如备用的设备功能或系统控制装置进行供电，而不会产生在主输出端上的电压的不允许的上升或者脉冲间隔被放大。
接下来本发明借助在下图中所描述的实施例进行详细的解释。
附图如下
图1带有用于电流控制的集成控制电路的为人熟知的供电部分的方块电路图，图2带有集成控制电路的依照本发明的电源部分的方块电路图，这个电源部分附加有一个第二动态快速调节环以及为中间电路电压设计的第二输出电路，图3用于准备提供单独电源电压的整流电路的电路图，这个整流电路是作为桥式整流器(a)或作为充电泵(b)来实现的。
图1给出了带有PFC-功率变换器的开关网络部件的一个为人熟知的脉冲电流源的方块电路图。
这个带有PFC-变换器的开关网络部件依照图1以为人熟知的方式被构造并且有一个由扼流圈18、电容器19和整流器20串联组成的输入端17。整流器20的正极通过电感26和二极管28的串连和变换器31连接。整流器20的负极通过电阻40和二极管39的串联和变换器31的绕组相连并且通过电阻38和MOSFET37与变换器的第二绕组相连。在整流器20的输出端的正负极之间连有电容器27，以及在电感26后面第二MOSFET29和电路的参考电位并联。在由二极管28和变换器31组成的串联电路的节点和参考电势之间连接有另外一个电容30，中间电路电压UA就加在这个电容上。
开关网络部件的输出回路是由两个二极管32、33以及串联的线圈34和电容器35组成，这个线圈以熟知的方式错接。开关网络部件的输出端电压能够从端口36处被量取。
集成控制电路IC有管脚1到16，这些管脚借助各自的电阻41到44,46到48,50以及元件45,49和57到67通过在图1中描述的连线与开关网络部件相连接。
元件51到56构造了一个带有光耦合器56的反馈支路。元件57-59为集成电路IC构造了一个辅助电源。绕组57可以安装到例如变换器31或扼流圈26上。这个辅助电源被连接到集成电路IC的端子7。在这里电容器60被充电并且在超过极限电压时，这个极限电压典型方式是50V，这个电容60被放电同时供给集成电路IC。
依照图1的电路是作为电流控制来布置的。通过端子1和3的不同布线利用和图1相应的电路也能实现电压控制。
集成电路IC控制电路的端子可以如下连接。PWM-控制器电压可以连到端子1，这个控制器电压通常情况下通过光耦合器56被准备提供。端子2用于PWM-电流限制。端子3是PWM-电流输入端，这个电流输入端在电流模式下通常具有从0到1.5V的输入范围而在电压模式下一般有0到6V的输入范围。外部电容是通过端子4与振荡器相联系。接线端子5是地线接头。接线端子6是PWM-驱动门极的输出端。端子7连接电源电压。内部参考电压可以在端子8处量取，这个参考电压通过电阻62、64、66被供给端子1、4、15。端子9是PFC-电流补偿的输出端。接线端子10和11两个与倍增器输出端建立联系。接线10另外也和故障放大器的非反向输入端建立联系。端子12是用于电压补偿的PVC-电流环故障放大器的输出端并且和所缺负载的安全性比较器相连接。端子13是BUS-电压故障放大器的反向输入端，这个电压故障放大器包含有PFC-过电压比较器以及PWM-过电压比较器。PFC-驱动晶体管的门极接线被连接到端子14上。在利用对地电容和端子8后面的电阻在布线时在端子15处产生一个用于给PFC-变换器单元构造脉冲比例的斜坡电压。端子16构造一个用于补偿PFC-故障电流放大器的反向输入端。
图2给出了开关网络部件的依照本发明的脉冲电流源的电路方块图，这个电源另外有一个第二动态快速调节环以及一个第二输出回路。同样的元件相对于图1具有相同分符号。
在图2中开关网络部件的脉冲电流源基本上包含了来自图1中的开关网络部件的元件。功率变换器在这通过PFC-变换器部分被构造。图2中的PFC-变换器通过升压调节器被构造。这个升压调节器在图2例子中由扼流圈26、二极管28以及电容27和30和MOS场效应管29组成。电容30典型情况下是作为具有按比例增大电容量的电解电容来构造的。PFC-变换器通过另外一个功率变换器例如反向变换器来构造高/深设置调节器或相似设备也是可以考虑的。由于费用原因或根据其较高的效率升压调节器自然首选作为功率变换器。
由二极管28和电容30组成的中间电路电压的第一输出回路和由二极管70电容71和电阻41组成的第二输出回路相并联。电容71远远小于电解电容器30的电容。电容30和电容101的典型值分别是100μF和100nF。因此具有上述数值因子的第二输出端回路的延迟时间小于第一输出回路的延迟时间。电阻41有一个依照比例增大的典型情况下大约是200KΩ的电阻值并且主要是用于电流限制。
与作为变换器31而构造的主变换器相串联的脉冲PFC-变换器包含一个用于中间电路电压的第一调节环。这个准备提供调节信号给集成电路IC端子12的第一调节环，是按原理性限定的动态的缓慢的条件来设计的。依照本发明一个其他的调节环叠加在PFC-变换器上。第二调节环动态给出一个快速的响应时间。第二调节环在这里是利用输出回路被构造，这个输出回路有一个很短的延迟。在由电阻元件72、73组成的分压器的基点可以获得一个信号并且提供给集成电路IC端子2’。这个端子2’在这里不同于图1中的端子2。在集成电路IC中端子2’的信号提供给OTAS74(Operational TransconductanceAmplifier)的反向输入端。OTAS74的正输入端和参考电压REF相联系。OTAS74的输出侧连到端子10。第二动态快速调节信号在端子10处被获得。
第一和第二调节环的调节时间常数基本上是由电容30、71和49来确定。调节时间常数的典型值对于第一调节环是100ms而对于第二快速调节环是1ms。
在图2中PFC-变换器的扼流圈26有一个另外的绕组75。绕组75的两个末端和端子A、B相连，则绕组电压加在这个端子上。加在端子A,B上的绕组电压被供给整流电路GR。第一个单独的电源电压VOUT1和电流信号AUX1被准备提供给整流电路GR输出侧。电流信号AUX1输入到端子7并且作为初级侧的辅助电源，特别是用于集成电路IC。因此图1中辅助电源的元件57-59被取消了。
另外在图2中PFC-变换器的扼流圈26有一个第三绕组76。这个绕组76的两端通过端子C、D建立连接，而绕组电压加在该端子上，和另外一个整流电路GR相连。带有电流信号AUX2的第二个单独电源电压VOUT2被准备提供给整流器的输出侧。电流信号AUX2作为辅助电源输入到端子7。这个电流信号作为次级侧的辅助电源。特别是供给设备功能例如用于备用运行的电源。
图3给出了用于准备提供单独电源电压VOUT的两个整流器电路图。
在图3a)中实现带有以熟知的方式设计的桥式整流器80的整流电路GR，桥式整流器的输入端和端子A、B相联系。在桥式电路的输出端的正负极之间两个电容81、83并联连接。电容81、83用作中间存储单元同时在有利的情况下是作为电解电容来实现的。电解电容由于其较高的功率特性是有利于接收大的负载电流。此外在电容81,83之间连接有纵向调节器82，这个调节器是作为模拟电压调节器来实现的。这个带有输出端电流AUX的单独电源电压VOUT加在输出端子上。为了限制负载电流电阻84作为电流限制元件接入了桥式整流器80中。
在图3b)中整流电路GR作为充电泵来实现。这个充电泵是由放电电流回路和充电电流回路组成。放电电流回路包含串联的第一电容90、限流元件92和第一二极管91。限流元件92典型情况下是一个电阻。为了开始一个脉冲周期第一电容90被放电或者利用负极充电。通过限流元件92充电电流在这里被限流。充电回路包含串联的第一电容90、第二二极管93和第二电容94，以及包含一个与第二电容94并联的限压元件95。限压元件95典型情况下是一个齐纳二极管，第二电容94通常是作为电解电容器来实现的。当电源开关断路器后面的电压升高时第一电容90通过第二二极管93由正极对电流路径的隔断进行充电。充电回路通过第二电容94被连接作为单独电源电压的存储器单元。限流元件也可以和第一电容90串联连接。然而这种变型有很高损耗。
在图2中给出的给初级侧和次级侧准备提供电源电压VOUT1,V0UT2的整流电路GR可以是相同的但不是必须相同的。
通过在扼流圈26处的其他绕组和其他整流电路GR其他的单独电源电压可以被准备用于另外的设备功能。
另外对于接收电流的第三调节环能够以熟知的方式叠加在上面提到的第一和第二电压调节环。这个电流调节器以适当的方式具有一个修正的积分，于是对于非等幅的扼流圈电流也可实现高频波浪电流的抑制或平均值构造。在控制器结构中在第一慢速调节环和电流调节器之间插入了倍增器，因此输入电压的波形被强制加上电流的额定值。在这种方式下所接收的电网电流对于局部负载也有最佳的波形，如果输入端电压的峰值达到输出端电压，这种波形也继续保持。此外在运行时无线电噪声抑制利用一个叠加的电流调节很容易被达到。
权利要求
1．开关网络部件的脉冲电流源，特别是具有备用运行的开关网络部件的脉冲电流源，a)带有为直流隔断初级和次级电流回路以及为转换初级和次级电路的电压而设的主变换器(31)，b)带有脉冲第二变换器(26-30)，c)带有为中间电路电压而设的第一调节环，其中，第一调节环为第二变换器(26-30)设置，d)带有串接在第二变换器(26-30)之后的第一输出电路其特征在于，e)含有用于中间电路电压的第二调节环，其为第二变换器(26-30)设置，并且至少在有些时候可有效的叠加在第一调节环或至少在有些时候完全替换第一调节环，其中，第一调节环的调节时间常数大于第二调节环的调节时间常数。
2．根据权利要求1的脉冲电流源，其特征在于，第二变换器(26-30)是一个有效的谐波滤波器。
3．根据上述权利要求之一的脉冲电流源，其特征在于，第二变换器(26-30)是一个升压调节器。
4．根据权利要求1或3之一的脉冲电流源，其特征在于，包含线形元件(41)和存储单元(71)的第二输出电路(41,70,71)设置成和第二变换器(26-30)的输出电路(28,30)相并联，其中，第二输出电路(41、70、71)的延迟时间小于第一输出电路的延迟时间，其中第二调节环由输出电路构造，这个输出电路有最短的延迟时间。
5．根据权利要求1到4之一的脉冲电流源，其特征在于，第二变换器(26-30)的扼流圈(26)有至少一个其他绕组(75,76)，在这个绕组上总是可以得到绕组电压，这个绕组电压通过各自的整流电路(GR)总是准备提供一个单独的电源电压(VOUT1,VOUT2)。
6．根据权利要求5的脉冲电流源，其特征在于，整流电路(GR)包含一个桥式整流器(80)。
7．根据权利要求5的脉冲电流源，其特征在于，整流电路(GR)包含一个充电泵。
8．根据权利1到4之一的脉冲电流源，其特征在于，在初级侧含有至少一个电源电压(VOUT1)用于集成电路(IC)的系统控制。
9．根据权利1到4之一的脉冲电流源，其特征在于，在次级侧含有至少一个另外的电源电压(VOUT2)用于设备功能的，特别是用于备用运行的设备功能的电流提供。
全文摘要
开关网络部件的脉冲电流源,特别是对于带有备用运行的开关网络部件,具有如下特征:一带有用于直流隔断初级和次级电流回路以及用于转换初次级回路电压的主变换器一带有脉冲第二变换器,－带有用于中间电路电压的第一调节环,在这里第一调节环属于第二变换器,－带有串联在第二变换器之后的第一输出回路,－带有用于中间电路电压的第二调节环,这个调节环属于第二变换器,第二调节环至少有时候可有效的叠加在第一调节环或者至少在有时候完全替换第一调节环,在这里第一调节环的调节时间常数大于第二调节环的调节时间常数。
文档编号H02M3/335GK1237286SQ97198616
公开日1999年12月1日 申请日期1997年9月19日 优先权日1996年10月7日
发明者M·赫福特 申请人:西门子公司