专利名称：功率开关管驱动信号的平衡控制装置的制作方法
技术领域：
本发明是一种对桥式(半桥与全桥)、推挽式(以下总称桥式)开关电源的两组交替工作的功率开关管驱动信号实现平衡输出控制的驱动信号平衡控制装置。涉及开关电源中的功率调节控制技术。
桥式开关电源，其基本工作方式是两组功率开关管交替工作。一当分别加于两组功率开关管的驱动信号不对称时，即会产生偏磁，而半桥式还会产生中位电压偏移。影响开关电源工作可靠性。以往的解决办法，是增加反馈控制回路中的积分电路时间常数，使加入调节电路的控制电压的变化率减小，以求取平衡输出。这是一种近似解决办法。而积分电路时间常数的加大，却又会导至开关电源动态响应速度减慢。
本发明的目的，是以不牺牲动态响应特性为前提，彻底解决桥式两组功率开关管驱动信号平衡输出这个技术难点。
本发明的构思是这样的，在原开关电源的调节电路的调节控制端与反馈控制回路的输出端之间，插接入一个驱动信号平衡控制装置，该装置应具有输出周期性平衡控制电压的功能，且与桥式工作有一个同步的关系，该关系是对应于至少一个桥式工作周期内的两组驱动信号，加于调节电路调节控制端调节控制电压是周期性平衡的，而该控制电压的调节或转换变化，设定在调节电路无驱动信号输出的寂静时区内。
上述构思已由本发明的驱动信号平衡控制装置予以实现。
图1为本发明的电原理构思图。
图2为本发明中的一种由电子开关与保持电容组成的并接双T型结构设计图。
图3为由调节电路A3直接或间接输出的与驱动信号相关的波形图与加于电子开关控制端的开关信号波形图。
图4为采用并接双T结构的电子开关与保持电容的实施例图。
图5为采用常规的电子开关的实施例图。
本发明由开关信号形成电路A1、取样保持电路A2与附加电路组成，插接在原开关电源的反馈控制回路A4与调节电路(包括脉宽调节的、频率调节的、脉宽与频率混合调节的，下同)A3之间。涉及原开关电源中的调节电路A3与反馈控制回路A4。开关信号形成电路A1的输入端与调节电路A3的驱动信号输出端、或振荡信号取样端、或同步信号输出端直接或间接连接，由其输入与驱动信号相关的信号，以形成与桥式工作周期相关的开关信号。该开关信号的周期等于或大于一个桥式工作周期，且与之同步。取样保持电路A2中的电子开关控制端与开关信号形成电路A1的输出端相连接。取样保持电路A2的工作状态由开关信号形成电路A1输出的开关信号控制。取样保持周期等于或大于一个桥式工作周期，取样时域或电子开关转换时域在调节电路A3无驱动信号输出的寂静时区内。取样保持电路A2的取样输入端连接反馈控制回路A4的输出端。取样保持电路A2在开关信号控制下，对反馈控制回路A4的输出控制电压取样、保持。取样保持电路A2输出端与调节电路A3的调节控制端相连接。本装置的插入，改变调节电路A3由反馈控制回路A4直接输入控制电压为由本装置中的取样保持电路A2提供控制电压。由上述取样保持周期与取样或电子开关转换时域的设定，本装置提供的控制电压，对应于至少一个桥式工作周期内的两组驱动信号是一个周期性保持状态下提供的周期性平衡电压，由电压平衡，实现了驱动信号平衡输出控制。
取样保持电路A2的结构，可以从公知的各种型式中选取，为常规型。它包含有电子开关、保持电容与高阻输入型放大器，使用在本发明中，电子开关是一只或并接的两只，或采用另一种改进型。高阻输入放大器是高阻高速电压跟随器或高阻高速电压放大器。
上述的改进型是一种电子开关与保持电容组合而成的双T型并接结构。T型两臂是电子开关，该电子开关是相串接的两只独立的单刀单掷式开关K1与K2(另一T型是K3与K4)，或者是一只单刀双掷式开关Ka(另一T型是Kb)，双掷触点aX与aY，分别在两臂。中间的电子开关串接点或电子开关的公共端与地之间，是一只保持电容C1(另一T型是C2)。工作状态是这样的，上T左臂aX(或K1)与下T右臂bX(或K4)为一同相组，上T右臂aY(或K2)与下T左臂bY(或K3)为反相组。两组交替导通与关闭。同相组导通，反相组关闭，电容C1对反馈控制回路A4取样，电容C2向放大器A2-1提供取样电压。反之，电容C2取样，电容C1提供保持电压。该型式结构的电子开关，采用开关转换方式提供保持电压，无需设立独立的取样时间，可用于高频率开关电源中。使用时，要把开关转换时间设定在调节电路A3无驱动信号输出的寂静时区内。为防止因保持电压转换而在高阻放大器输入端可能引起的电压抖晃或过大的电压跳变，可以在开关输出端附加一只均衡保持电容C3，当电子开关内阻很小时，还应考虑加一只阻尼电阻，该阻尼电阻串接在开关输出端与高阻放大器输入端之间。
开关信号形成电路A1的设计，依据两个外部条件，一是加于输入端与驱动信号相关的信号特性，二是电子开关的结构形成。
调节电路A3直接或间接输出的与驱动信号相关的信号有多种。其中常见的是两种，一种是调节电路A3输出的桥式的两阻驱动信号u1与u2，另一种是外接振荡电容上的锯齿波u3。其周期T3与单端驱动信号同周期。桥式的二组驱动信号交替之间有一个无输出的寂静区T2。该T2的初始时间对应于锯齿波u3下降沿，有一个小的滞后时间。控制常规型电子开关的开关信号为u4或u4的倒相，视电子开关的电平控制极性而定。u4为正极性电子开关的控制波形。u4-1为电子开关的导通开关信号，它设定在寂静时区T2内。开关信号周期T4等于或大于一个桥式工作周期T1。控制双T型电子开关的开关信号为u5。开关信号周期等于或大于两个桥式工作周期。高低电平各半，为1/2T5。开关电平转换时域在寂静时区内。
用于常规型的电子开关的开关信号形成电路A1有两种基本结构。一种是由分频电路加开关脉冲形成电路组成，第二种是单由开关脉冲形成电路组成。当输入信号是单端性的，它必须采用第一种结构。当输入是桥式的，它可以采用第二种结构。分频电路由JK型触发器、D型触发器、T型触发器或单稳态电路组成。也可以由其他具有分频功能的电路组成。分频值为2或大于2。开关脉冲形成电路由单稳态电路或微分电路组成，也可以由其他具有同样功能的电路组成。用于双T型电子开关的开关信号形成电路由分频电路组成。分频电路取上述结构形式。当输入为桥式信号，分频值取2或大于2。当输入为单端性的，分频值取4或大于4。
当输入开关信号形成电路A1的信号是间歇性的，两种开关信号形成电路A1中，还应增设有一个辅助开关信号形成电路，该电路在输入信号出现期间输出用于电子开关的关闭信号，而在无信号输入的间歇期输出开启信号。该辅助开关信号可以与原开关信号合并控制原电子开关，也可以用来控制与原电子开关并接的另一电子开关。其作用是在间歇期间用来沟通反馈控制回路输出端与保持电容的电连接，防止反馈失控。它由再触发单稳态电路或由充放电时间常数不一的积分电路、整流电路或其他电路组成。
附加电路是倒相器、电阻器、电容器、电平变换电路或延时电路等，它们是为完成系统电连接、电匹配而附设的辅助电路。可选用其中的一种或多种，或不选用，应依不同实施方案，采用何种元器件而定。
实施例1调节电路A3为脉宽调节集成电路是TL494，由其5端输出的是单端周期性锯齿波信号，下降沿为进入寂静区同步信号，有一个小的提前时间△t。电子开关是双T型式，由两只单刀双掷开关Ka与Kb组成，选用集成电子开关电路CD4053。将之开关控制地址端A、B、C并接在一起，是双T开关控制端，与开关信号输出端、即三极管V1的集电极相连结。控制端为“0”电平时，两公共端分别接通aX与bX，“1”电平时接通aY与bY。该集成电路其他端子按使用手册规定处理。电容C1、C2、C3为保持电容，电容C3兼有均衡作用。四分频电路由双JK触发器IC1-1与IC1-2组成，从74HC或54HC系列中选用，有多种。负沿触发型，其CP端可直接与TL494第5端相连接，若是正沿触发型，中间须加一只倒相器。由于该分频电路须用U1(U1＝3～4.5V)电压供电，低于电子开关CD4053供电电压U2(U＝5～15V)，因此，由IC1-2的Q或Q输出的电平须进行电平变换，电平变换电路由三极管V1、电阻R1与R2及电容C4组成，电容C4用于提高三极管V1反向恢复速度。反馈控制回路输出信号由电子开关aX与bY并接端输入，由IC2输出的平衡控制电压加进TL494的第3端。输入信号经分频与电平变换处理后，会产生一个延时，若延时值小于上述△t，可在IC1-1与IC1-2之间，加一个RC延时电路。调节电路TL494中，有两只运放，许多开关电源中反馈控制回路的末级运放选用其中的一只。但该运放的输出端在TL494内部与调节控制端第3端相连接，无法将其断开。可以作这样的技术处理在调节电路TL494外，为反馈控制回路A4另加一只集成运放，而将原运放关闭。关闭的方法是将该运放的反相输入端接至高电平，而同相输入端接至低电平即可。外加的运放输出端，即是反馈控制回路输出端。另外，原反馈控制回路中，均设有积分电路，主要用途之一是为了均衡桥式的两组驱动信号，本发明既已更有效地解决平衡驱动问题，积分电路可作另外处理，至少其时间常数可以减小，这样，有利于提高反馈控制速度，也就提高了开关电源的动态响应速度、改善了电源输出特性。
实施例2。调节电路仍为TL494。由其8或11端输出驱动信号是桥式的。该两端接有负载脉冲变压器B。它是一种间歇性信号。因此，其开关信号形成电路A1可以单由开关脉冲形成电路及辅助开关脉冲信号形成电路组成。开关脉冲形成电路由单稳态电路IC3-1组成。由电阻R5与电容C5组成的时间常数用于确定单稳态输出脉宽，该脉宽应小于寂静时区T2。电阻R3与R4用于输入限流保护，二极管D用于限幅。开关脉冲由Q端输出，加进取样保持开关K5控制端。单稳态IC3-2组成再触发单稳态电路，电阻R6与C6组成的时间常数用于确定无再触发单稳态输出脉宽，该脉宽须大于一个桥式工作周期。在桥式信号连结触发下，IC3-2无法恢复，“Q”端输出保持在低电平状态，辅助开关K6关闭，反之K6导通，沟通保持电容C7与反馈控制回路输出端的电连接。高阻高速运放IC4组成电压跟随器，输出的保持控制电压加进TL494第3端。IC3-1与IC3-2选用CD4098或4528，电子开关选用CD4066。对于反馈控制回路的技术处理同例1。
由以上说明可知，与原有用加大设在反馈控制回路中的积分电路时间常数的办法来解决桥式两组驱动信号的平衡技术相比，本发明的解决办法，具彻底性。同时，又带来动态响应速度的加快。因此，采用本发明技术，可以提高产品的可靠性及改善电源输出特性。
权利要求
1.一种用于桥式与推挽式(以下合并简称桥式)开关电源中的，对其两组功率开关管的驱动信号实现平衡输出控制的驱动信号平衡控制装置，该装置由开关信号形成电路A1、取样保持电路A2与附加电路组成，并涉及原开关电源中的或脉宽、或频率、或脉宽与频率混合调节电路A3及原反馈控制回路A4，该装置的特征是1.1它插接在原反馈控制回路A4的输出端与调节电路A3之间，其中的取样保持电路A2的取样输入端与反馈控制回路A4输出端相连接，输出端与调节电路A3的调节控制端相连接，改变调节电路A3由反馈控制回路A4直接输入控制电压为经由取样保持电路A2提供控制电压，1.2本装置提供的控制电压，是由其对反馈控制回路A4的输出端输出的控制电压取样、保持，对应于至少一个桥式工作周期内的两组驱动信号是一个周期性保持状态下提供的周期性平衡电压，1.3本装置的开关信号形成电路A1的输入端与调节电路A3的驱动信号输出端、或振荡信号取样端、或同步信号输出端直接或间接连接，由其输入与驱动信号相关的信号，开关信号形成电路A1的输出端与取样保持电路A2中的电子开关控制端相连接，取样保持电路A2的工作状态由开关信号形成电路A1输出的开关信号控制。
2.根据权利要求1所述的驱动信号平衡控制装置，其特征是取样保持电路A2中包含有电子开关与保持电容，电子开关与保持电容是双T型并接结构，T型两臂是电子开关，中间的电子开关串接点或电子开关的公共端与地之间是一只保持电容。
全文摘要
本发明由取样保持电路与开关信号形成电路组成，插接在开关电源中的反馈控制回路输出端与或脉宽、或频率、或脉宽与频率混合调节电路之间，组成桥式开关电源的两组功率开关管驱动信号平衡控制装置。该装置改变调节电路由反馈控制回路直接控制为由该装置在周期性保持状态下提供的周期性平衡电压控制。彻底解决桥式功率放大管的平衡驱动技术。同时，又可提高电源的动态响应速度，有利于产品可靠性的提高与电源输出特性的改善。
文档编号G05F1/66GK1099489SQ9311694
公开日1995年3月1日 申请日期1993年8月25日 优先权日1993年8月25日
发明者陈大可 申请人:陈大可