专利名称：切换式电源的制作方法
技术领域：
本发明关于一切换式电源，用于将一直流输入电压转换为输出电压，其具有一触发电路，用于触发至少一个受控开关，该开关定时地将输入电压施加至一变压器的至少一个初级线圈上，当输入电压跌至一给定最小值以下时，其可使用一辅助半导体开关把该触发电路的一辅助电压关闭。该辅助电压一方面从输入电压获得第一辅助电源电压，另一方面从通过整流变压器的辅助线圈获得第二辅助电源电压。
在标准类型的切换式电源中，触发电路首先在启动过程中由辅助电压电容器汲取其操作所需要的辅助电源电压作为第一辅助电源，安置在由一输入电压连出的高阻率电流通路上，部分在上升阶段时作出，但此后则通过整流及通过一同步调整器调整后的变压器辅助线圈汲取辅助电源电压作为第二辅助电源。触发电路的一恒定电压供应，通常从输入电压通过对一交流电源电压整流而获得并经常被称为中继电路电压，在串连电阻中会因为输入电压可能会达到370伏或更大而造成不必要的损失，但触发电路的电源电压只有例如15伏，因此电压差距必定横跨串连电阻，所以即使在触发电路仅有低电流消耗例如10毫安的情况下，所消耗的仅是几瓦的电。
本发明所基于的问题的起点为，将直流电源电压降低至低于一给定值，例如100伏的情况下，必须中断触发电路的电压供应以关闭切换式电源。否则将不能进行正常操作；开关的触发脉冲的脉冲占空因数(pulse duty factor)、过量电流等的限值亦会达到。此外，前面提到的处于此值时电路将被关闭或被重新开启的临界电压值必须处于滞留状态；否则将会产生不稳定性。
根据先前技术的切换式电源可以达到前述的触发电路电源电压的关闭或重新开启，如
图1所示。例如通过对一正常范围处于例如120至370伏之间的交流电源电压整流所得到的一直流电源电压Uzk，可以通过一受控开关S来转换至一变压器UET的初级线圈Wp。此电流的连接电流流经一传感电阻Rsh，与该电流相对应的信息将由其提供给触发电路AST，该触发电路将控制脉冲提供给受控开关S的闸极。其次，用一整流二极管Dg对变压器次级线圈Ws的电压进行整流，在一电容器Ca处过滤，即可提供输出电压Ua。电压传感器SPS在输出电压Ua处的信息通过触发电路AST的一光耦合器OKO传输，从而可通过调节开关S的触发脉冲的脉冲占空因数(pulse dutyfactor)而对输出电压进行调整。另外，亦可调整至一初级电路电压，及调整至一输出电流或一输入电流的电压，这些调整及其组合已为此领域内专家所知。
触发电路AST具有一用于其操作电压的输入端H，此后将被称为辅助电源电压。如已述，可以通过两种方法得到此辅助电源电压。
在触发电路或切换式电源的启动过程中，通常有一横跨一辅助电压电容器Cs的电压，可以使用一高电阻电流通路获取，在本案中为一高阻值串连电阻。该电压在此处被指定为Uh，且其横跨辅助半导体开关Ts的断路器间隙被发送至前述的触发电路AST的电压供应输入端H。
在电源供应操作过程中，辅助线圈Wh提供一电压，其用整流二极管Dg整流并在电容器C处过滤。此电压亦相同地通过一同步调整器LAE及一退耦二极管De被发送至触发电路AST的电源输入端H。
为能够使在此案中具有一基极-射极电阻Rbe的辅助开关Ts在阻滞作用下关闭及打开，提供有一比较仪KOM，其输出端被连接至辅助开关Ts的开关输入端，在此案中即为基极。该比较仪KOM的正极输入端处于齐纳(Zener)二极管Zref产生的参考电压Uref处。齐纳(Zener)二极管Zref通过一电阻R接收其电流，在该处存在辅助电源电压Uh或Uh1。因此在比较仪KOM的正极输入端处存在一电压，其与现有辅助电压相应。在比较仪KOM的负极输入端处存在一电压，其由输入电压Uzk利用一电压分压器Ra，Rb获得。在比较仪KOM的正极反馈支路上设有一电阻网R41，R42，其决定比较仪KOM的阻滞行为。
如果在开关该切换式电源时，输入电压Uzk跌至参考二极管Zref所规定的值以下，例如100伏，比较仪KOM则关掉辅助开关Ts，且与此同时因此不再形成回路的触发电路AST的辅助电源电压及整个切换式电源停止其电源操作。如果电源电压Uzk此后再次上升，比较仪KOM再次连接辅助开关Ts，但带有一例如20伏的阻滞，此情况相应前述示例性阻滞当输入电压为120伏时发生。
即使关掉或重新开启部分的所需功能通过此电路得到保证，所需元件的相对高的电耗(功率损耗)如其所需的空间一样，亦属不利。
本发明的一个目标即为找出一种用于控制辅助电源电压开关，并具有一低电耗且构造简单的电路。
此目标可通过一开始时提到的切换式电源类型达到，其中根据本发明，辅助开关的闸极一方面被连至在触发电路内部产生的参考电压的一参考电压输出端，另一方面连至一输入电压分压器的一分压点，因此，当触发电路操作时，辅助开关的闸极接收到一额外电压，可将其理解为一辅助开关的强制跳闸。
根据本发明的电路不需要比较仪，且因此不需要在此等比较仪的输入保护电路上的电流归零元件。其结构简单便宜，且其耗功可以大大减少。
为防止对开关控制器的反应，本发明的一有利实施例提供有一退耦电阻，其被连接于参考电压输出端与辅助开关闸极之间。为能任意选择辅助开关的打开或关闭临界值，如能将退耦电阻置于参考电压输出端与电压分压器的分压点之间则更为有利。
为能尽可能使用最少的开关元件且仍能达到安全功能，如果输入电压能通过两个电阻的串联电路连接至一辅助电压电容器，其中辅助电压横跨该电容器从辅助开关的断路器间隙通过接至触发电路的辅助电压输入端，且用于辅助开关闸极的输入电压分压器被连接至串联电路两个电阻的交互连接点则更为有利。这考虑到了高阻值(功)电阻在技术上通常包括两个或更多电阻的串联电路的情况。
为了在同步调整器上实现对电压供应的确定切断，当触发电路的电源电压低于或超出一临界值时，打开或关闭触发电路的参考电压输出端的参考电压则更为有利，相反亦然。因此，如果打开或关闭参考电压的动作带有阻滞达致则更为可取。
本发明及其他优点，将在下面根据图中所示实施例详细解释。图中图1显示出根据已在前面叙述过的过往技术的切换式电源的电路，及图2显示出根据本发明的切换式电源的电路。
根据图2的电路在其基本结构上与图1中的相对应，不难分辨。辅助开关Ts的触发器，在此案中被设为FET(场效电晶体)，与根据图1的电路中的触发器不同。首先，在参考输出端R上提供有参考电压Uref的触发电路AST为此发明之首要，一旦触发电路的电源电压超出或低于一临界值，则此参考电压即时被打开或关闭，可能带有阻滞现象。市面有售的触发电路AST均具有此参考电压，但目前为止还未被用于下面将进一步描述的目的。触发电路AST的参考电压Uref通过一退耦电阻Rf输送至闸极，在本案中即为辅助开关Ts的闸极。即使其并非绝对必要，亦可以为参考电压Uref提供一电压分压器R3，R4，退耦电阻Rf可以由其分压点通向辅助开关Ts的闸极。通过对R3/R4电阻比的选择，考虑到开关的性能，得到一广阔设定范围。
辅助开关Ts的闸极G存在于输入电压分压器的分压点Te处，其于此通过一电阻Rs1，一电阻R1及一电阻R2形成。电阻R1亦可选择直接连至输入电压Uzk。另一电阻Rs2连接电阻Rs1至用于辅助电源电压Uh的电容器Cs。在根据图2的电路中，在图1中所示的串联电阻Rs因此被分为两个电阻Rs1及Rs2。如图1中，初级电路块被指定为Mp及次级电路块被指定为Ms。
图2中所示电路操作如下一旦触发电路AST开始操作或其后不久，内部参考电压Uref即存在于输出端R上且一相对应电压或一与其成比例的部分被施加于电压分压器Rs1，R1，R2的分支R2上，其中该电压随之而于辅助开关Ts的闸极G处开始。最后，同步调整器LAE及其输出电压Uh1接管辅助电源功能。
如果输入电压Uzk降低，则横跨辅助开关Ts的闸极G的电压亦成比例地下降且因此在源极S处减少2至3伏的电压。在输入电压分压器的一点Te的某电压开始，触发电路停止工作且参考电压Uref在输出端R处不再存在。电压分压点Te因此而被拉至更偏至负值并可更佳地确保关闭。通过此方法，可以得到与关闭及打开相关的所需阻滞。
权利要求
1.一用于将一直流输入电压(Uzk)转换至一输出电压(Ua)的切换式电源，其具有一触发电路(AST)，用于触发至少一个受控开关(S)，该开关定时地将输入电压施加于变压器(UET)的至少一个初级线圈(Wp)上，当输入电压跌至一给定最小值以下时，其可以使用一辅助半导体开关(Ts)关掉一用于触发电路的辅助电压，辅助电压一方面可从输入电压获得第一辅助电源电压(Uh)，另一方面可从通过整流来源于变压器的一辅助线圈(Wh)获得第二辅助电源电压(Uhl)。其中辅助开关(Ts)的闸极(G)一方面连至在触发电路AST内部产生的参考电压(Uref)的参考电压输出端(R)，另一方面连至一输入电压分压器(Rs1，R1，R2)的分压点(Te)，从而当触发电路操作时，辅助开关(Ts)的闸极(G)接收一额外电压，可理解其为一辅助开关的强制跳闸。
2.如权利要求1中所描述的切换式电源，其中一退耦电阻(Rf)被连接于参考电压输出端(R)与辅助开关(Ts)的闸极(G)之间。
3.如权利要求2中所描述的切换式电源，其中退耦电阻(Rf)被安装在参考电压输出端(R)与电压分压器(R3/R4)的分压点(Tf)之间。
4.如权利要求1至3其中一项中所述的切换式电源，其中输入电压(Uzk)通过两电阻(Rs1，Rs2)的串连电路被连至一辅助电容器(Cs)，由此该辅助电压(Uh)横跨辅助开关(Ts)的断路器间隙达到触发电路(AST)的辅助电压输入端(H)，并连至用于辅助开关(Ts)的闸极(G)的输入电压分压器(R1，R2)的串连电路的两个电阻(Rs1，Rs2)的交互连接点。
5.如权利要求1至4其中一项中所描述的切换式电源，其中当触发电路的电源电压超过或低于一临界值时，触动电路(AST)的参考电压输出端(R)处的参考电压(Uref)则会被打开或关闭。
6.如权利要求5中所描述的切换式电源，其中参考电压(Uref)的打开或关闭的发生带有滞后现象。
全文摘要
本发明所揭示的是一用于将直流输入电压(Uzk)转换为一输出电压(Ua)的切换式电源。该切换式电源包括一用于触发至少一个受控开关(S)的电路，该开关定时地将一输入电压施加于变压器(UET)的至少一初级线圈(Wp)上。当输入电压降至一给定最小值以下时，用于触发电路的辅助电压可以通过一辅助半导体开关(Ts)的协助而关闭一用于触发电路的辅助电压，该辅助电压包括一来源于输入电压的第一辅助电压(Uh)及一通过整流来源于变压器的辅助线圈(Wh)的第二辅助电压(Uh1)。辅助开关(Ts)的控制电极(G)被连至一在触发电路(AST)内部产生的参考电压(Uref)的参考电压输出端(R)及一输入电压分压器(Rs1，R1，R2)的分压点(Te)，从而辅助开关(Ts)的控制电极(G)在触发电路的操作过程中接收到一额外电压，从而启动辅助开关(Ts)。
文档编号H02M3/335GK1833348SQ200480022332
公开日2006年9月13日 申请日期2004年8月5日 优先权日2003年8月6日
发明者阿诺特·桑利特那, 贾拉勒·雅度拉森·哈勒克 申请人:奥地利西门子股份有限公司