一种供电单元的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种供电单元（powersupply)以及一种用于操作包括变压器的供 电单元的方法，该变压器包括至少一个初级绕组和至少一个次级绕组，该初级绕组通过 第一线路和第二线路连接到至少一个激励电路，该激励电路被适配为连接到电源（power source)，该次级绕组连接到至少一个第一供电单元。
【背景技术】
[0002] 根据现有技术的是基于已知的反激技术的开关模式供电单元。
[0003] US7005855公开了一种涉及双充电率供电电路的供电单元以及一种用于离子化 检测的方法。该电路包括第一二极管、第一和第二电容器，以及第一和第二电流通路。第 一二极管包括可操作地连接到初级绕组的第一端的阳极。第一电容器具有可操作地连接到 地的第二端，并且第二电容器具有可操作地连接到第一二极管的阴极的第一端以及可操作 地连接到地的第二端。第一和第二电流通路可操作地连接在第一电容器和第二电容器之 间，并且包括第二二极管、第一电阻器和第三二极管的并联组合，以及第二电阻器。第一二 极管与第一电容器可操作地并联连接。第二电阻器具有可操作地连接到第一二极管的阴极 的第一端，并且所述并联组合可操作地连接在第二电阻器的第二端和第一电容器的第一端 之间。
[0004] 发明目的
[0005] 待决申请的目的是具有功率入口（inlet)、具有多个单独的功率出口（outlet)的 供电单元。
【发明内容】
[0006] 可以通过如在权利要求1所述的前述部分中公开的供电单元来实现该目的，并且 其可以被修改，使得连接到初级绕组的线路之一进一步连接到放电控制电路，该放电控制 电路进一步连接到至少一个第二供电单元。
[0007] 以这种方式，第一供电单元进行以下两者：第一供电单元可以被操作为通过变压 器发送输出功率的传统反激式功率调节，以及取决于在初级或次级的绕组，电压的上下变 化是可能的。这是操作的传统方式，其中开关生成至变压器的初级绕组的电流，并且该开关 在生成电流和磁场之后打开，并且变压器的线圈继续使电流导通，因此电路可能包括自由 振荡二极管。但是同时，变压器中的磁通的改变将在次级绕组中生成另外的电流。该电流 将是AC电流，这是因为当变压器中的磁通增加时，生成在一个方向上的电流，并且当磁通 减小时，生成在另一个方向上的电流。通过整流意味着可以以传统的反激式方式生成DC供 电单元。在待决申请中，还使用初级绕组，这是因为存在从初级绕组到至少一个另外的供电 单元所连接的另外的放电电路的另外的连接。操作是打开开关，使得当电流生成变压器中 的磁通时，打开朝向供电单元的两条线路，并且从变压器生成的电流现在必须流到放电电 路并且流到第二供电单元中。通过控制不同的开关，可以在两个供电单元中生成处于不同 功率水平的功率。在第一供电单元中功率通过变压器，并且朝向第一供电单元实现电隔离(galvanicisolation)。因为从变压器的初级绕组到第二供电单元的电连接，第二供电单 元反而未被电隔离。利用供电单元中的电压的相对简单的测量，微控制单元能够控制开关 的激活（activation)，并且以这种方式通过测量电压，将定义哪些供电单元接下来使用附 加的功率。
[0008] 激励电路可以包括第一和第二电子开关，该第一和第二电子开关执行供电单元的 连接和断开，通过第一控制信号来控制该第一和第二开关。因此，可以实现开关的同步激 活。在连接电源和断开电源这两种情况下，同步激活都是很重要的。在噪声降低很重要的 情形中，同步开关非常重要。尤其是，如果如待决申请中所公开的一个产品被用作测量系统 的供电单元，则噪声降低相当重要。
[0009] 放电控制电路可以至少包括第三电子开关，该第三电子开关连接到第二供电单 元，通过第二控制信号来控制该第三电子开关。通过控制连接到相同的放电控制单元的一 个或多个另外的供电单元，这些不同的供电单元可以与彼此无关地进行操作。可以将供电 单元与彼此无关地激活，这是因为它们在放电控制电路中具有用于激活的其自己的开关。 因此，可以根据不同的参数实现从另外的供电单元的调节。以这种方式，可以在另一个供电 单元具有电流控制的情况下使一个供电单元具有电压控制。同样地，在可以前向（forward) 调节另一个供电单元的情况下，可以反馈调节一个供电单元。
[0010] 放电控制电路至少包括第四电子开关，该第四电子开关连接到第三供电单元，通 过第三控制信号来控制该第四电子开关。因此，可以实现：第四开关可以独立地但是仍然与 激励电路同步地操作。以这种方式，只有当存在例如对供电单元中的电容器的进一步充电 的需求时，才可以操作开关。
[0011] 可以至少从第一处理器生成第一和第二控制信号。使用诸如微控制器之类的处理 器来生成脉冲，意味着可以彼此同步地、但仍然具有相对于彼此的限定的定时地生成不同 的脉冲。取决于至微控制器的输入，可以通过高效开关来实现以使得三个独立供电单元被 充电到它们能够供应它们被设计的水平的功率的电平的方式对三个独立供电单元进行充 电。
[0012] 可以将第一处理器连接到被连接到供电单元的测量设备，该测量设备可以传输表 示在电源处的电流和电压的信号。通过测量在外部电源处的电流和电压两者，以这种方式 能够获得供电单元的任何过载的指示。通过调节算法，应当能够影响例如激励电路的开关 方案、而且也影响放电电路的活动，并且然后能够将功耗降低一会儿。如果通过开始循环能 够实现的功率将低于已经存在于系统中的功率水平，则不开始任何激励，这也可以是很重 要的。因此，保持开关打开并且不使用来自电源的任何功率会好很多。
[0013] 第一处理器可以基于表示电压和电流的数据来执行最优功率跟踪以避免电源的 过载。通过功率跟踪，能够实现在电源的负载中的相对有效的改变。一旦指示了电源的电 压的偏离，功率跟踪例程就可以采用早在电源将其电压降低到临界电平以前功耗就被降低 的这种方式来改变激励。
[0014] 可以控制第二供电单元以便生成几乎恒定的电压。如果将供电单元设计为使得在 系统中执行电压的测量，则能够以非常精确地保持该电压的方式来控制第二供电单元的电 压。如果该供电单元被用于操作的电压应当被保持为高于最小值的处理器装置的供电，则 这可以是相当重要的。供电单元的许多其它应用需要在输出处具有恒定电压。
[0015] 可以控制第三供电单元以便生成几乎恒定的功率。在一些情形中，第三供电单元 可以被用于LCD显示器的背光。该背光不一定需要恒定电压，但是为了使照明完全发挥作 用，则某个最小功率水平应当是可用的。因此，用于该特殊用途的功率调节将是高度有效 的。如果系统像这样具有关于电压和电流的数据，则功率调节当然是可能的。
[0016] 处理器可以适于执行通过放电电路中的任何开关的功率的数字滤波。有可能的 是，从第二供电单元和第三供电单元传送的功率水平如此低，使得可以执行功率信号的数 字滤波。因此，可以例如通过能够执行数字滤波的微控制器来发送实际功率。仅仅因为微处 理器已经知道开关频率，因此可以通过该数字滤波来降低从开关频率生成的低频率噪声， 高度有效的是可以在控制数字滤波时使用关于开关时间的信息。数字滤波可以给出稳定的 输出电压或输出功率。因此可以在没有使用大电容器的情况下实现稳定的输出。以这种方 式，像这样的供电单元可以被生产为非常小的尺寸。
[0017] 来自输入电压和输入电流的输入对PWM调制进行控制，该PWM调制用于前向功 率调节算法的查找表，该前向功率算法生成对放电控制算法以及对放电电路的前馈（feed forward)。由于存在从输入电压和输入电流到系统的输入，因此系统能够控制来自电源的 输入功率，并且通过激励电路的积极（active)影响，功耗可以得以控制。另外通过使PWM调 制用于查找表和前向功率调节算法，可以对放电控制以及对放电电路和开关进行前馈。因 此，可以执行极其快速的调节。
[0018] 待决专利申请还公开了用于操作如先前所公开的供电单元的方法，该方法公开了 至少以下序列的步骤：
[0019] A:将变压器的初级绕组连接到电源，
[0020] B:断开初级绕组
[0021] C:使次级绕组对第一供电单元进行充电
[0022] D:重复初级绕组到电源的连接
[0023]E:断开初级绕组并且关闭放电控制电路中的开关之一以便对第二或第三供电单 元进行充电
[0024] F:根据供电单元中的实际功率需求来重复从A至E的序列。
[0025] 通过所公开的方法，可以实现具有不同功率水平的输出的高效供电单元。在第一 供电单元，其将是在对于系统的其余部分电隔离的情况下进行操作的供电单元，但是两个 其他供电单元连接到变压器的初级侧。因此，可以实现，在第一供电单元所生成的电压具有 一个其中在其他两个供电单元的电压或功率与第一供电单元非常不同的电平。
[0026] 在以上章节中，在2个固定的功率调节环路的情况下给出示例。固定的功率调节 可以要求：每个功率调节环路的电压测量、电流测量和乘法。将调节环路之一实施为通过其 他功率调节环路所确定的前向调节，会消除对执行两个单独的乘法的需要。如果CPU不具 有本地硬件乘法支持，则这是优点。对调节方案进行简单描述：
[0027] -个传统的功率调节环路用于特征化系统。
[0028] 该特征化用于创建次级前向功率调节。
[0029] 如果固定激励时间脉冲用于创建前向功率调节供电，则有必要估计脉冲的功率。 固定的时间激励脉冲的功率取决于可以从外部PSU获得的所施加的电压电势。
[0030] 以下示出激励方案的示例。
[0032] 可以通过使用以下在CPU中计算脉冲功率：
[0033] 1.反馈调节环路将总功耗保持在固定的水平
[0034]a.总功耗是以下之和：
[0035] i.在PWM控制的激励时隙期间传递的功率
[0036] ii.在固定的脉冲长度激励时隙期间传递的功率