专利名称：电源设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及电源设备，尤其涉及一种电源设备，在该电源设备中高频开关操作把能量提供给负载，从而抑制输入电流中的畸变。
为了较透彻地理解本发明，首先将说明已有技术电源设备的一种布置，即包括有源滤波电路的升压型转换器。在该电源设备中，交流电力被整流电路全波整流，整流电路与电感器和开关元件构成的串联电路相连，包括一平滑电容器和一负载的负载电路通过一二极管接至电感器和开关元件的接点。开关元件由这样的脉宽调制(PWM)控制电路控制，它能检测输入电流并发送控制信号，使输入电流与输入电压成正比。当开关元件处于接通状态时，电感器被激励，将输入能量存储在电感器中。之后，开关元件的断开使输入端与电感器串联连接，从而将能量提供给负载电路。这时，当开关元件处于接通状态时，输入电流增大，而当开关元件处于断开状态时，输入电流减小。当检测输入电流以控制开关元件时，可以抑制输入电流中的谐波畸变。
但是，上述已有技术的电源设备存在这样一个问题，即电感器必须很大以限制输入电流，因此导致所得的电源设备尺寸很大。
美国专利第5,229,690号提出一种放电灯照明系统，它的电源设备没有任何电感器。在该电源设备中，交流电源由一整流电路全波整流，整流电路与放电灯和一开关元件构成的串联电路相连，由第一二极管和一平滑电容器构成的串联电路与该开关元件并联，而第二二极管则连接在第一二极管与平滑电容器的接点和整流电路的正端之间。利用该电源设备，当开关元件断开时，平滑电容器通过放电灯充电，从而在低输入电压时，用存储在电容器中的能量抑制输入谐波。
然而，由于在输入电压的过零点附近基本上没有输入电流流过，所以上述电压设备在抑制输入谐波方面是有局限的。
美国专利申请第08/412,540号也揭示了一种使用开关电容器电路的电源设备，其中整流电路将交流电力全波整流，整流电路的输出端与由第一开关元件和第一电容器构成的串联电路相连，而由第二电容器和负载电路构成的串联电路通过第二开关元件与第一电容器并联。第一控制装置根据输入电压控制从电源输出并给第一电容器充电的的电量，或者控制由第一电容器放电并提供给负载的电量，从而当第一电容器放电给负载后，它的电压波形类似于全波整流的输出，由此可使输入电流波形的包络线类似于输入电压波形，从而抑制输入电流中的谐波成份。第二控制装置起着调节跨于第二电容器两端电压的作用，以向负载电路提供一恒定电压。
但由于必须分别提供用于抑制输入电流中谐波成份和用于向负载电路提供稳定电压的控制装置，所以当希望把设备的尺寸做小时，该电源设备存在不足。
由此可见，上述已有技术的任何电源设备都在制造小尺寸设备和抑制输入谐波方面存在局限。
因此，本发明的目的是提供一种能消除已有技术中的上述问题并能实现小型化和有效抑制输入谐波的电源设备。
依照本发明的一个方面，全波整流器与交流电源相连，负载电路作为与负载并联的平滑电容器的并联电路通过第一开关元件和一电容器与全波整流器的输出端相连，用于调节电容器两端电压的控制装置与电容器并联，使跨于电容器和平滑电容器的电压之和正比于输入电压，并使相应于输入和输出电压之差的电压出现在电容器的两端，以便向负载施加所需恒定电压，由此在第一开关元件的控制下，输入电流的包络线正比于输入电压。在本发明中，用于调节电容器两端电压的控制装置最好包括一电感器。例如，使电容器的一端通过第二开关元件与电感器的一端相连，而电感器的另一端通过第一二极管与电容器的另一端相连。另外，电容器的另一端与平滑电容器的一端相连，第二二极管接在平滑电容器的另一端和电感器的一端之间，而第三开关元件接在平滑电容器的另一端和电感器的另一端之间。控制装置通过第二开关元件使电感器和第一二极管与电容器串联连接，以调节电容器两端的电压并当输入电压高于设定的输出电压时暂时将能量存储在电感器中，而且控制装置通过第二开关元件、电感器和第三开关元件使平滑电容器与电压稳定装置的电容器相连，以对该电容器充电和调节其两端的电压，并当输入电压低于设定输出电压时将能量存储在电感器中，并且当完成电容器电压的调节，断开第二和第三开关元件时，控制装置通过第二和第一二极管就将存储在电感器中的能量提供给负载电路。
上述电容器最好使用一种电压波动引起的发热量相当小且损耗低的电容器。上述平滑电容器还最好使用电容值相当大的电容器。但是，本发明不局限于这些例子，任何元件只要具有实际静电电容即可。
如上所述，利用本发明的电源设备，电力变换电路由电容器、平滑电容器和第一开关元件的组合构成，因此跨于电容器和平滑电容器的电压之和在波形上与输入电压相似，从而抑制了输入谐波畸变，并且用于存储相应于输入和输出电压之差的电压的电容器与输入电压串联，以向负载提供恒定电压。因为对存储着电压差的电容器调节其电压的控制装置包括第二和第三开关元件和电感器以及第一和第二二极管，所以可以在调节电容器两端电压时减小峰值电流。另外，由于电感器所存能量会在负载电路中回收，所以可使电源设备的损耗和热量产生都较低。由此可见，利用少量的开关元件、一小尺寸的电容器和一电感器可实现电力变换，提供恒定的输出电压。另外，由于本发明的电源设备需要少量的开关元件，所以可使控制电路的结构简单，从而将整个电源电路的尺寸做小。
参考附图阅读详细说明，将更清楚本发明的详细布置和工作原理，其中
图1是本发明第一实施例的电路图；图2示出了本发明第一实施例中各点上呈现的信号波形；图3示出了本发明第一实施例中流过各元件的电流波形；图4是表示图1中本发明第一实施例之第一状态的等效电路；图5是表示图1中本发明第一实施例之第二状态的等效电路；图6是表示图1中本发明第一实施例之第三状态的等效电路；图7是本发明第二实施例的电路图；图8是一张说明图7中本发明第二实施例减小波纹的简图；图9是表示图7中本发明第二实施例之第一状态的等效电路；图10是表示图7中本发明第二实施例之第二状态的等效电路；图11是表示图7中本发明第二实施例之第三状态的等效电路；图12是本发明第三实施例主要部分的电路图；图13示出了本发明第三实施例中各点上呈现的信号波形；图14是本发明第四实施例的电路图；图15是本发明第五实施例的电路图；图16示出了本发明第五实施例中各点上呈现的信号波形；图17示出了本发明第六实施例中各点上呈现的信号波形；图18是本发明第七实施例的电路图；图19示出了图18的本发明第七实施例中各点上呈现的信号波形；图20是本发明第八实施例的电路图；图21是本发明第九实施例的电路图22是本发明第十实施例的电路图；图23示出了图22的本发明第十实施例中各点上呈现的信号波形；图24是本发明第十一实施例的电路图；图25是本发明第十二实施例的电路图；图26是本发明第十三实施例的电路图；图27是表示图26中本发明第十三实施例之第一状态的等效电路；图28是表示图26中本发明第十三实施例之第二状态的等效电路；图29是表示图26中本发明第十三实施例之第三状态的等效电路；图30是本发明第十四实施例的电路图；图31示出了本发明第十四实施例中各点上呈现的信号波形；图32是本发明第十五实施例的电路图；图33示出了图32的本发明第十五实施例中各点上呈现的信号波形；图34是本发明第十六实施例的电路图；图35是本发明第十七实施例的电路图；图36示出了本发明第十七实施例中各点上呈现的信号波形；图37是本发明第十八实施例的电路图；图38是本发明第十九实施例的电路图；图39示出了本发明第二十实施例中各点上呈现的信号波形；图40是表示图39中本发明第二十实施例之第二状态的等效电路；图41是表示图39中本发明第二十实施例之第三状态的等效电路；
图42是本发明第二十一实施例的电路图；图43示出了图42的本发明第二十一实施例中各点上呈现的信号波形；图44是表示图42中本发明第二十一实施例之第一状态的等效电路；图45是表示图42中本发明第二十一实施例之第二状态的等效电路；图46是表示图42中本发明第二十一实施例之第三状态的等效电路；图47是本发明第二十二实施例的电路图；图48示出了图47的本发明第二十二实施例中各点上呈现的信号波形；图49是表示图47中本发明第二十二实施例之第一状态的等效电路；图50是表示图47中本发明第二十二实施例之第二状态的等效电路；图51是表示图47中本发明第二十二实施例之第三状态的等效电路；图52是图47的本发明第二十二实施例的详细电路图；图53是本发明第二十三实施例的电路图；图54是图53的本发明第二十三实施例的详细电路图。
尽管本发明允许各种修改和不同的结构，但附图中已图示了一些实施例，并将作详细讨论。但应该理解，无意将本发明局限于所揭示的特殊形式，相反是想覆盖所有落在本发明精神和范围内的修改、替换结构和等同结构。
现将参照图示本发明许多实施例的附图，详细描述本发明。
实施例1
参照图1，图中示出了本发明第一实施例的电路图。在本实施例中，交流电源AC与全波整流器DB相连，整流器DB的输出端又与由第一开关元件SW1、电容器C1以及由平滑电容器C2与负载R的并联电路所构成的串联电路相连。跨接电容器C1两端的是用于调节电容器C1两端电压的控制装置。该控制装置包括电感器L1、第二和第三开关元件SW2和SW3，以及第一和第二二极管D1和D2。与电容器C1并联的是由第二开关元件SW2、电感器L1和二极管D1组成的串联电路。连接在电感器L1与二极管D1的接点和地之间的是第三开关元件SW3。为了将电感器L1的剩余能量提供给负载电路，在第二开关元件SW2与电感器L1的接点和地之间提供了第二二极管D2。布置好第一、第二和第三开关元件SW1、SW2和SW3，使它们在控制电路CON下合适地操作。
图2示出了本发明中各点上呈现的信号波形，而图3示出了流过相关元件的电流I1至I5的波形。在本实施例工作时，由交流电源AC提供的电压Vin被全波整流器DB整流，并作为脉动电压V1输出。来自控制电路CON的控制信号接通第一开关元件SW1，从而使相应于电容器C1和C2两端电压之和的电压V2被充电至输入脉动电压V1，该操作被称为状态1，而且图4示出了其等效电路。
接着将说明第一开关元件SW1断开后电源设备的工作情况。在输入脉动电压V1的峰部，电压V1高于输出电压Vout，只有第二开关元件SW2被接通。这导致电容器C1与电感器L1相连，从而将电容器C1的部分能量移至电感器L1，并以磁能的形成存储起来，该操作被称为状态2A。在输入脉动电压V1的谷部，电压V1低于输出电压Vout，第二和第三开关元件SW2和SW3被接通。这使电容器C1、平滑电容器C2和电感器L1相互连接，从而将存储在平滑电容器C2中的能量部分地移至电感器L1，并以磁能的形式存储起来，而且电容器C1被反向充电。该操作被称为状态2B。图5显示了分别作为等效电路的状态2A和2B。
流过电感器L1的电流具有谐振波形，并且在示例中以电容器C1(和C2)和电感器L1确定的谐振周期作很细小的振荡，所以对电流变化的描述大体上是线性的。通过上述操作，当第二开关元件SW2(和第三开关元件SW3)一断开，暂时存储在电感器L1中的能量就使第二二极管D2接通，从而通过二极管D1把能量全部送至负载电路，该操作被称为状态3，图6示出了它的等效电路。随着状态1、2和3操作的重复，平滑电容器C2两端的电压逐渐上升。若有必要可将状态1和3设计成同时进行。
由此可见，在本实施例中，将存储在电容器C1中的过多的能量通过电感器L1送至负载电路，以有效调节电容器C1两端的电压。另外，电容器C1以这样的方式存储输入脉动电压V1和输出电压Vout之间的电压差，即当第一开关元件SW1接通时，输入脉动电压V1与电容器C1串联连接，以向负载电路提供恒定电压。控制第二开关元件SW2(和第三开关元件SW3)的接通时间，以便刚好在第一开关元件SW1接通前使相应于电容器C1和C2两端电压之和的电压V2在波形上类似于全波整流输出V1，从而使输入电流波形的包络线类似于输入电压波形的包络线，以抑制输入谐波畸变。另外，当通过调节第二开关元件SW2(和第三开关元件SW3)的接通时间改变此相似比(similitude ratio)时，这使输入电流的峰值变化，从而使输出电压升高或下降。应该认识到，电源设备中此电路的输出电压是可以调节的。
如上所述，交流电源AC与全波整流器DB相连，整流器DB的输出端依次与第一开关元件SW1、电容器C1和平滑电容器C2串联连接，负载与平滑电容器C2并联，包括电感器L1、第二和第三开关元件SW2和SW3以及二极管D1和D2的控制装置与电容器C1并联连接，以便由控制装置控制电容器C1两端的电压。由此，提供了一种小体积的电源设备，它可以抑制输入谐波畸变并调节输入电流值和输出电压，当设置高的工作频率时，该设备允许把各电容器、电感器和开关元件的尺寸做小，并且能够产生所需的恒定电压。
实施例2图7示出了本发明的第二实施例。在本实施例中，交流电源AC与全波整流器DB相连，整流器DB的输出端又与由第一开关元件SW1、电容器C1和平滑电容器C2构成的串联电路相连。负载R与平滑电容器C2并联连接，而用于调节电容器C1两端电压的控制装置接在电容器C1的两端。控制装置包括电感器L1、开关元件SW2、SW3和SW4、二极管D1和D2，以及储能电容器C3。与电容器C1并联的是由第二开关元件SW2、电感器L1、二极管D1和第三开关元件SW3组成的串联电路。在电感器L1与二极管D1的接点和地之间提供了第三开关元件SW4。为了将电感器L1中的剩余能量提供给负载电路，在第二开关元件SW2与电感器L1的接点和地之间提供了第二二极管D2。为了存储能量，在二极管D1与第三开关元件SW3的接点和地之间提供了储能电容器C3。如图8所示，通过接通和断开第三开关元件SW3，可把储能电容器C3的能量提供给负载电路。
以下将说明本实施例的工作情况。首先，交流电源AC提供的交流电压Vin被全波整流器DB整流，然后作为输入脉动电压V1输出。当来自控制电路的控制信号接通第一开关元件SW1时，相应于电容器C1和C2两端电压之和的电压V2被充电至输入脉动电压V1，该操作被称为状态1，而图9示出了其等效电路。
接着将说明第一开关元件SW1断开后电源设备的工作情况。在输入脉动电压V1的峰部，电压V1高于输出电压Vout，开关元件SW2和SW3被接通。这导致电容器C1与电感器L1相连，从而将电容器C1的部分能量移至电感器L1，并以磁能的形成存储起来，该操作被称为状态2A。在输入脉动电压V1的谷部，电压V1低于输出电压Vout，开关元件SW2和SW4被接通。这使电容器C1和C2与电感器L1相连，从而将平滑电容器C2的部分能量移至电感器L1，并以磁能的形式存储起来，而且电容器C1被反向充电。该操作被称为状态2B。图5显示了分别作为等效电路的状态2A和2B。
利用上述布置，开关元件SW2和SW3(或开关元件SW2和SW4)一接通，暂时存储在电感器L1中的能量就被放出，从而接通第二二极管D2，把所有的能量通过二极管D1提供给储能电容器C3。该操作被称为状态3，并且图11示出了它的等效电路。
由此可见，通过将存储在电容器C1中的过多的能量经过电感器L1送至储能电容器C3，可有效地调节电容器C1两端的电压。重复这一过程，使电容器C2和C3两端的电压都逐渐上升。电容器C1以这样的方式存储相应于输入脉动电压V1和输出电压Vout之间电压差的电压，即当第一开关元件SW1接通时，输入脉动电压V1与电容器C1串联连接，以向负载电路提供恒定电压。控制第二开关元件SW2(和第三开关元件SW3)的接通时间，以便刚好在第一开关元件SW1接通前使相应于电容器C1和C2两端电压之和的电压V2在波形上类似于全波整流输出V1，从而使输入电流波形的包络线类似于输入电压波形的包络线，从而抑制输入谐波畸变。另外，当通过调节开关元件SW2和SW3(或开关元件SW2和SW4)的接通时间来改变此相似比时，这使输入电流的峰值发生变化，从而使输出电压升高或下降。因此，电源设备中此电路的输出电压是可以调节的。
另外，为了减少输出电压中市电频率级的波纹，把存储在储能电容器C3中的能量送至负载电路作补充。实现对该能量量值的控制，以便如图8所示检测输出电压Vout并将它与预定的参考电压比较，进而确定第三开关元件SW3的接通时间，由此第三开关元件SW3的接通和断开使输出电压保持不变。
如上所述，交流电源AC与全波整流器DB相连，整流器DB的输出端又与由第一开关元件SW1、电容器C1和电容器C2串联连接，负载R与平滑电容器C2并联，包括电感器L1、开关元件SW2、SW3和SW4、二极管D1和D2以及储能电容器C3的控制装置与电容器C1并联连接，以便由控制装置控制电容器C1两端的电压。通过控制装置对电容器C1两端电压的控制，实现了对输入谐波畸变的抑制，对输入电流值的调节以及对输出电压的调节。另外，开关元件SW3能够减少输出电压中市电频率的波纹。再有，当设置高的工作频率时，可将各电容器、电感器和开关元件的尺寸做小。由此，可以提供一种小体积并能产生所需恒定电压的电源设备。
实施例3图12示出的是本发明第三实施例中主要部分的电路图。图13还示出了本实施例中随开关元件SW的接通和断开而变化的信号波形。本实施例对应一个不具有减少输出电压中波纹功能的电路的辅助电路。平滑电容器C2和负载R以并联形式连接的负载电路的布置如图12所示。更具体地说，平滑电容器Cf通过开关元件SW连接在平滑电容器C2的两端，而负载R与平滑电容器Cf并联连接。另外，分别用检测器和比较器检测负载R的输出电压Vout并将它与预定的参考电压比较，以便控制开关元件SW的接通和断开，并由此可控地保持输出电压Vout不变。
如图1 3所示，在本实施例电路的工作过程中，为输出电压Vout设置了作为参考电压的下限Vlow和上限Vhigh，从而当输出电压Vout到达下限Vlow时，接通开关元件SW，而当输出电压Vout到达上限Vhigh时，断开开关元件SW，因此输出电压Vout可以处在上限Vhigh和下限Vlow的范围内。当电压下限Vlow和电压上限Vhigh之差接近于零时，输出电压Vout几乎不变。
如上所述，当本实施例的辅助电路与一个不具有减少输出电压中波纹功能的电路相连时，开关元件SW能减少市电频率级的输出电压波纹。
实施例4图14是本发明第四实施例的电路图。在本实施例中，提供了多对第一实施例中的电容器C1和平滑电容器C2。从而可获得多个所需的恒定电压。当电容器C1和平滑电容器C2的对数设定为n时，则可获得n个输出电压。在本实施例中，n设定为3。从交流电源AC所加的电压Vin先在全波整流器DB中整流，然后作为脉动电压V1输出。当接收到来自控制电路的控制信号时，开关元件SW1i(i＝1，2，…，和n)接通，从而相应于跨于电容器C1i和C2i(i＝1，2，...，和n)电压之和的电压被充电至输入脉动电压V1。在输入脉动电压V1高于输出电压Vout的峰部，接通开关元件SW2i，SW4i(i＝1，2，...，和n)。结果电容器C1i连到电感器L1i，从而电容器C1i(i＝1，2，...，和n)的部分能量移到电感器L1i并作为磁能存储在其中。在输入脉动电压V1低于输出电压Vout的谷部，接通开关元件SW2i(i＝1，2，...，和n)和开关元件SW3。结果电容器C1i(i＝1，2，...，和n)连到电容器C2i(i＝1，2，...，和n)和电感器L1，从而当对电容器Cli(i＝1，2，...，和n)充电时，电容器C2i(i＝1，2，...，和n)的部分能量移到电感器L1并作为磁能存储在其中。通过上述操作，暂时存在于电感器L1中的能量使二极管D1接通，同时一当开关元件SW2i(i＝1，2，...，和n)(和SW3)断开，SW4j(j＝1，2，...，和n)就接通，结果能量传到平滑电容器C2j(j＝1，2，...，和n)。以此种方式存储在电容器C1i(i＝1，2，...，和n)中的多余的能量通过电感器L1传到平滑电容器C2j(j＝1，2，...，和n)，从而可有效地调节跨于电容器C1i(i＝1，2，...，和n)两端的电压。于是，必需分别接通开关元件SW2l到SW2n(根据时分)。
上述操作的重复引起跨于平滑电容器C2j(j＝1，2，...，和n)两端的电压逐渐增加。电容器C1i(i＝1，2，...，和n)以这样的方式存储相应于输入脉动电压V1和输出电压Vouti(i＝1，2，……，和n)之间的电压差，即通过开关元件SW1i(i＝1，2，...，和n)的接通引起输入脉动电压V1与电容器C1i(i＝1，2，...，和n)串联以向负载电路提供恒定电压。此外，控制开关元件SW2i(i＝1，2，...，和n)(和SW3)的接通时间，从而相应于电容器C1i(i＝1，2，...，和n)和C2i(i＝1，2，...，和n)两端的电压之和的波形类似于输入脉动电压V1的波形，结果使输入电流波形的包络线类似于输入电压波形的包络线。当使通过电容器对的所有电流都类似于输入电压波形时，可抑制输入谐波畸变。当通过调节开关元件SW2i(i＝1，2，...，和n)(和SW3)的接通时间而改变相似比时，引起输入电流峰值的变化，从而各个输出电压Voutl，Vout2，...升高或下降。结果，电源设备也能调节各个输出电压。
如上所述，交流电源AC与全波整流器DB连接，而整流器DB的输出端又与开关元件SW1i(i＝1，2，...，和n)、电容器C1i(i＝1，2，...，和n)和平滑电容器C2i(i＝1，2，...，和n)相连，负载Ri(i＝1，2，...，和n)与各自的电容器C2i(i＝1，2，...，和n)并联，包括电感器L1、开关元件SW2i(i＝1，2，...，和n)、SW3、SW4i(i＝1，2，...，和n)和二极管D1的控制装置与电容器C1i(i＝1，2，...，和n)并联。当由控制装置控制跨于电容器C1i(i＝1，2，...，和n)的电压时，可以实现对输入谐波畸变的抑制，对输入电流值的调节和对输出电压的调节。当工作频率设定得很高时，各个电容器、电感器和开关元件的尺寸可做得很小。结果，可提供一种小型的电源装置，它可产生多个所需的恒定电压。
实施例5图15示出本发明的第五实施例的电路图，图16示出本实施例中信号的波形。在此实施例中，除了上述实施例4以外，开关元件SW5i(i＝1，2，...，和n)、电感器L2和电容器C3的串联电路与平滑电容器C2i(i＝1，2，...，和n)并联，包括开关元件SW61到SW64和负载R的全波桥式电路与电容器C3并联。此外，第二二极管D2与由电感器L2和电容器C3构成的串联电路并联。负载R可以是放电灯等。
在此电路中，把跨于电容器C2i(i＝1，2，...，和n)的电压设定为某些值，按照图16示出的时间段接通开关元件SW5i(i＝1，2，...，和n)，从而由平滑电容器C2i(i＝1，2，...，和n)、电感器L2和电容器C3构成的谐振电路引起电容器C3的电压连续地变化。在对负载R的输出电压Vout接近于过零点的时刻t7，只有电容器C3连到负载R而对其供电，从而当电容器C3的电压达到零时，开关元件SW61和SW64从它们的接通态转换到断开态，而开关元件SW62和SW63从它们的断开态转换到接通态，从而重新开始对电容器C3充电。同样地，当电容器C3的电压连续地变化到接近于下一个过零点时，开关元件SW62和SW63处于它们的断开态，而开关元件SW61和SW64处于它们的接通态。上述操作的重复使输出具有所需的交流电压波形。
如上所述，交流电源AC与全波整流器DB相连，而整流器DB的输出端又与开关元件SW1i(i＝1，2，...，和n)、电容器C1i(i＝1，2，...，和n)和平滑电容器C2i(i＝1，2，...，和n)连接，包括电感器L1、开关元件SW2i(i＝1，2，...，和n)、SW 3、SW4i(i＝1，2，...，和n)和二极管D1的控制装置与平滑电容器C2i(i＝1，2，...，和n)并联。从而可由控制装置控制电容器C1i(i＝1，2，...，和n)的电压。结果，可实现对输入谐波畸变的抑制，对输入电流值的调节和对输出电压的调节。此外，由开关元件SW5i(i＝1，2，...，和n)、电感器L2和电容器C3构成的串联电路与平滑电容器C2i(i＝1，2，...，和n)并联，包括开关元件SW61到SW64和负载R的全波桥式电路与电容器C3并联。结果可以得到所需的交流电压波形。此外，当工作频率设定得很高时，各个电容器、电感器和开关元件的尺寸可做得很小。于是，可提供一种小型的电源设备，它可产生多个所需的交流电压。
实施例6图17示出本发明第六实施例中的信号波形。本实施例相应于上述实施例4的电路，但对于电容器对中的一对(在其两端呈现的输出电压接近于输入电压)充电，从而使加到电压存储电容器C1i(i＝1，2，...，和n)的电压减小。即本实施例设计成减小加到电感器L1的电压，从而实现高效率。结合电容器对的数量设定为3的例子进行说明。
假定在图14的电路中，输出电压满足关系式Vout1＞Vout2＞Vout3。然后，如图17所示，在时刻t0—t1的时段和在时刻t4—t5的时段中，分别对电容器C13和C23充电以实行诸如调节跨于电容器C13的电压等一系列操作。同样，在时刻t1—t2的时段和在时刻t3—t4的时段中，实行诸如对子电容器对C12和C22的电压调节等一系列操作；而在时刻t2—t3的时段中，实行诸如对于电容器对C11和C21的电压调节等一系列的操作。通过上述抑制，只需要用于存储输入脉动电压V1和输出电压Vout1、Vout2、Vout3之间的电压差的电容器C11、C12、C13只保持很小的电压，结果在调节电压时也可减小加到电感器L1的电压。甚至对上述实施例5的电源设备也可作类似的控制。
这样，当在实施例4或5的电路中实现抑制，以对于电容器对中的一对(其两端出现的输出电压接近于输入脉动电压)充电，就可减小加到电压存储电容器的电压，可减小在调节电压时加到电感器的电压，因此可实现高效率。
实施例7
图18是本发明第七实施例的电路图，而图19示出本实施例中的信号的波形。在此实施例中，交流电源AC连到全波整流器DB，而整流器DB的一输出端又与开关元件SW11和SW12的一端相串联，而开关元件SW11和SW12的另一端之间有电容器C1。在开关元件SW11与电容器C1的接点和地之间还连有u个串联电路构成的并联电路，每个并联电路由开关元件SW4j(j＝2i＋1；i＝0，1，...和(u－1))和由并滑电容器C2j(j＝2i＋1；i＝0，1，...和(u－1))与负载Rj(j＝2i＋1；i＝0，1，...和(u－1))构成的并联电路构成。在本实施例中，作为例子u设定为2。在开关元件SW12与电容器C1的接点和地之间还连有m个串联电路构成的并联电路，每个串联电路由开关元件SW4k(k＝2i；i＝1，...和m)和由平滑电容器C2k(k＝2i；i＝1，...和m)和负载Rk(k＝2i；i＝1，...和m)构成的并联电路构成。在图示的实施例中，m设定为1。于是得到的所需的输出电压Vout1、Vout2、Vout 3、…的个数为n＝u＋m。在图示的实施例中，n设定为3(u＝2，m＝1)。
跨于电容器C1提供了用于调节跨于电容器C1两端的电压的控制装置。此控制装置包括电感器L1、开关元件SW21、SW22、SW3、SW51—SW5n和二极管D1。电容器C1的一端连到开关元件SW21，另一端连到开关元件SW21，开关元件SW21和SW22的另一端在接点处互相连接，在上述接点和地之间设有电感器L1和开关元件SW3的串联电路。在电感器L1和二极管D1的接点和开关元件SW4i(i＝1，2，...，和n)与平滑电容器C2i(i＝1，2，...，和n)的接点之间提供了开关元件SW5i(i＝1，2，...，和n)。为了把电感器L1中剩余的能量送至负载电路，在开关元件SW21、SW22与电感器L1的接点和地之间提供了二极管D1。
结合把n设定为3(u＝2，m＝1)和输出电压满足断开系式Vout1＞Vout2＞Vout3的情况操作电源设备。从交流电源AC所加的电压Vin在全波整流器DB整流，然后从其中作为输入脉动电压V1输出。在图19中，在时刻t0—t1的时段和在时刻t4—t5的时段，开关元件SW43预先设定一直为接通态。首先，开关元件SW21根据来自控制电路的控制信号设定为接通，以对平滑电容器C23充电。接着，当开关元件SW12断开后输入脉动电压V1低于输出电压Vout3时，开关元件SW43保持为接通态而接通开关元件SW22和SW3。这就接通了电容器C1、平滑电容器C23和电感器L1，从而对电容器C1充电时平滑电容器C23的部分能量移到电感器L1并作为磁能存储在其中。当输入脉动电压V1高于输出电压Vout3时，开关元件SW43保持接通态而接通开关元件SW22和SW53。结果，将电容器C1连到电感器L1，从而电容器C1的部分能量移到电感器L1并作为磁能存储在其中。通过上述过程暂时存储在电感器L1中的能量使开关元件SW22(和SW3)一接通开关元件SW51到SW53中的任一个就接通。结果，二极管D1接通，从而能量可全部送到平滑电容器C21到C23中的任一个。电容器C1的作用是在其中存储相应于输入脉动电压V1和输出电压Vout3之间的电压差的电压，并且当开关元件SW12接通时，把输入脉动电压和电容器C1的电压Vc1串联起来并向负载电路提供恒定电压。
接着，在图19的时刻t1—t2的时段和时刻t2—t3的时段中，开关元件SW42一直保持接通态。在这些时段中，根据接收到的来自控制电路的控制信号首先接通开关元件SW11，以对平滑电容器C22充电。在开关元件SW11断开后，以类似于上述的方式操作开关元件SW21和SW3从而调节跨于电容器C1的电压。
然后在图19的时刻t2—t3的时段中，开关元件SW41一直保持接通态，根据接收到的来自控制电路的控制信号首先接通开关元件SW12，以对平滑电容器C21充电。在开关元件SW12断开后，以类似于上述的方式操作开关元件SW22和SW3从而调节跨于电容器C1的电压。
应理解，当输入脉动电压V1达到电路操作的转换前后被充电的平滑电容器的设定电压之间的中间值时，才实行这些电路操作的转换。例如，在时刻t1和t4，脉动电压V1达到(Vout2＋Vout3)/2的电平。通过这样操作，使电容器C1的电压在上述转换时刻实际上连续变化。当控制开关元件SW21和SW22(和SW3)的接通时间从而开关元件SW11或SW12接通前跨于电容器C1和跨于平滑电容器C21到C23中的任一个的电压之和的波形类似于全波整流器DB的电压波形，输入电流波形的包络线类似于输入电压波形的包络线，从而抑制输入谐波畸变。此外，当通过调节开关元件SW21或SW22(和SW3)的接通时间而改变相似比时，输入电流的峰值变化，于是可以调节电路的各个输出电压。
如上所述，交流电源AC连到全波整流器DB，整流器DB的一个输出端与开关元件SW11和SW12的一端相连，在开关元件SW11和SW12的另一端之间接有电容器C1。在开关元件SW11与电容器C1的接点与地的之间还连有u个串联电路构成的并联电路，每个串联电路由开关元件SW4j(j＝2i＋1；i＝0，1，...和(u－1))和由平滑电容器C2j(j＝2i＋1；i＝0，1，...和(u－1))与负载Rj(j＝2i＋1；i＝0，1，...和(u－1))的并联电路构成。在开关元件SW12与电容器C1的接点和地之间还连有m个串联电路构成的并联电路，每个串联电路由开关元件SW4k(k＝2i；i＝1，...和m)和由平滑电容器C2k(k＝2i；i＝1，...和m)与负载Rk(k＝2i；i＝1，...和m)的并联电路构成。于是设定得到所需的输出电压数n为(u＋m)，连接了用于调节跨于电容器C1的电压的控制装置。通过由控制装置控制跨于电容器C1的电压，可实现对输入谐波畸变的抑制、对输入电流值的调节和对输出电压的调节。通过工作频率设定得很高，各个电容器、电感器和开关元件的尺寸可做得很小。于是可提供一种小型的电源设备，它可产生多个所需的常数电压。
实施例8图20示出本发明第八实施例的电路图。在本实施例中，交流电源AC连到全波整流器DB，而整流器DB的输出端又连至由开关元件SW1i(i＝1，2，...，和n)和电容器C1i(i＝1，2，...，和n)的n个串联电路构成的并联电路以及由平滑电容器C2和负载R构成的并联电路相串联的串联电路。用于调节跨于电容器C11，C12，...和C1n的电压的控制装置与电容器C11，C12，...和C1n并联。控制装置包括电感器L1、开关元件SW2i(i＝1，2，...，和n)、SW3和二极管D1、D2。与电容器C1i并联的分别是开关元件SW2i(i＝1，2，...，和n)、电感器L1和二极管D1的串联电路。在电感器L1和二极管D1的接点和地之间有开关元件SW3。为了把电感器L1剩余的能量送到负载电路，把二极管D2连到开关元件SW21，SW22，...和SW2n和电感器L1的接点与地之间。在图20的情况下，作为例子n设定为3。
以下对本实施例的操作进行说明。首先，从交流电源AC所加的电压Vin在全波整流器DB中整流，然后作为输入电压V1输出。当接收到来自控制电路的控制信号时，开关元件SW1i(i＝1，2，...，和n)全部接通时，对相应于跨于电容器C1i(i＝1，2，...，和n)和跨于平滑电容器C2电压之和的电压充电至输入脉动电压V1。然后说明开关元件断开后本实施例的操作。在输入脉动电压V1高于输出电压Vout的峰部，根据时分接通开关元件SW2i。这引起电容器C1i连到电感器L1，从而电容器C1i的部分能量移到电感器L1并作为磁能存储在其中。在输入脉动电压V1低于输出电压Vout的谷部，开关元件SW3保持接通态实行与以上相同的操作。这引起电容器C1连到电容器C2和电感器L1，从而在对电容器C1i充电时，平滑电容器C2的部分能量移到电感器L1并作为磁能存储在其中。开关元件SW2i一断开，通过上述操作暂时存储在电感器L1中的能量全部通过二极管D1送到负载电路。电容器C1中过多的能量以此方式通过电感器L1传到负载电路。当完成此操作时，实际上以如上相同方式调节跨于电容器C1j(j＝2i＋1；i＝0，1，...和(n－1))的电压。重复这样的操作可有效地调节跨于全部电容器C1i的电压。
上述的操作允许电容器C1i的电容量变小并减小通过电路的峰值流动。此重复引起平滑电容器C2的电压逐渐增加。电容器C1i的作用是当开关元件SW11，SW12，...和SW1n处于接通状态时，输入脉动电压与由电容器C11，C12，...和C1n的并联电路串联从而对负载电路提供恒定电压的方式在其中存储或存入相应于输入脉动电压V1和输出电压Vout的电压差的电压。此外，控制开关元件SW2i(i＝1，2，...，和n)的接通时间，从而相应于开关元件SW11，SW12，...和SW1n接通前，跨于电容器C1i(i＝1，2，...，和n)和平滑电容C2器的电压之和的电压V2的波形变得类似于全波整流输出V1的波形，从而使输入电流波形的包络线类似于输入电压波形，以抑制输入谐波畸变。当通过调节开关元件SW2i(i＝1，2，...，和n)的接通时间而改变相似比时，引起输入电流的峰值变化和输出电压增加或减小。结果，此电路可根据其输出电压加以调节。
如上所述，交流电源AC连到全波整流器DB，而整流器DB的输出端又连至由与开关元件SW1i(i＝1，2，...，和n)和电容器C1i(i＝1，2，...，和n)的n个串联电路构成的并联电路的串联电路。包括电感器L1、开关元件SW2i(i＝1，2，...，和n)、SW3和二极管D1、D2的控制装置与各个电容器C1i并联。当由控制装置控制跨于电容器C1i的电压时，可实现对输入谐波畸变的抑制，对输入电流值的调节和对输出电压的调节。当工作频率设定得很高时，各个电容器、电感器和开关元件的尺寸可做得很小。结果，可提供一种小型的电源设备，它可产生多个所需的恒定电压。
实施例9图21示出本发明第九实施例的电路图。在本实施例中，交流电源AC连到全波整流器DB，而整流器DB的输出端与由开关元件SW1、电容器C11、开关元件SW41、电容器C12、开关元件SW42，...，电容器C1m、开关元件SW4m(m＝n－1)、电容器C1n的串联电路和平滑电容器C2和负载R的并联电路相串联。二极管D3j(j＝1，2，...和m；m＝n－1)也连到电容器C11和开关元件SW41、电容器C12和开关元件SW42，...，电容器C1m和开关元件SW4m(m＝n－1)的接点以及电容器C1n和平滑电容器C2的接点。用于调节跨于电容器C1i(i＝1，2，...，和n)的电压的控制装置与电容器C1i并联。控制装置包括电感器L1、开关元件SW2i(i＝1，2，...，和n)和SW3、二极管D1i(i＝1，2，...，和n)和D2。开关元件SW2i(i＝1，2，...，和n)分别连在电容器C1i(i＝1，2，...，和n)的一端和电感器L1的一端之间。二极管D1j(j＝1，2，...和m；m＝n－1)分别通过开关元件SW4j(j＝1，2，...和m；m＝n－1)连到电容器C1j(j＝1，2，...和m；m＝n－1)的另一端和电感器L1的另一端之间。二极管D1n连在电容器C1n的另一端和电感器L1的另一端之间。在电感器L1和二极管D11，D12，...和D1n的连接点和地之间还连有开关元件SW3。为了把电感器L1中的剩余能量送到负载电路，把二极管D2连到开关元件SW21，SW22，...和SW2n和电感L1的接点与地之间。在图20的情况下，作为例子n设定为3。
以下对本实施例的操作进行说明。首先，从交流电源AC所加的电压Vin在全波整流器DB中整流，然后作为输入电压V1输出。当开关元件SW41，...和SW4m(m＝n－1)接收到来自控制电路的控制信号而接通时，把相应于跨于电容器C11，...和C1n及跨于平滑电容器C2的电压之和的电压充电至输入脉动电压V1。然后说明在开关元件SW1和开关元件SW41，...和SW4m(m＝n－1)断开后本实施例的操作。在输入脉动电压V1高于输出电压Vout的峰部，根据时分接通开关元件SW2i(i＝1，2，...，和n)。这引起电容器C1i的部分能量移到电感器L1i并作为磁能存储在其中。
一当开关元件SW2i断开使二极管D2接通，通过上述操作暂时存储在电感器L1中的能量就通过二极管D13全部传到负载电路。电容器C1i中多余的能量以此方式通过电感L1送到负载电路。当完成此操作时，实际上以如上相同方式调节跨于电容器C1k(k＝i＋1；i＝0，1，...和m；m＝n－1)上的电压。重复这样的操作可有效地调节跨于全部电容器C1i的电压。结果，可减小加到电感器L1的电压并可使电感器L1的值取得小。如此重复使平滑电容器C2的电压逐渐增加。跨于电容器C11，...和C1n的电压之和作为相应于输入脉动电压V1和输出电压Vout的电压差存储或存入，从而当开关元件SW41，SW42，...和SW4m(m＝n－1)处于接通状态时，输入脉动电压与电容器C11，C12，...和C1n串联，从而向负载电路提供恒定电压。此外，控制开关元件SW2i的接通时间，从而相应于开关元件SW41，SW42，...和SW4m(m＝n－1)接通前，跨于电容器C1i(i＝1，2，...，和n)和平滑电容器C2的电压之和的电压V2的波形变得类似于全波整流输出V1的波形，从而输入电流波形的包络线变得类似于输入电压波形，可抑制输入谐波畸变。当通过调节开关元件SW2i(i＝1，2，...，和n)的接通时间而改变相似比时，引起输入电流的峰值变化和输出电压增加或减小。结果，得到的电源设备可调节其输出电压。
如上所述，交流电源AC连到全波整流器DB，而整流器的输出端又与由开关元件SW1、电容器C11、开关元件SW41、电容器C12、开关元件SW42，...，电容器C1m、开关元件SW4m(m＝n－1)、电容器C1n的串联电路以及由平滑电容器C2和负载R的并联电路相串联。还把二极管D3j(j＝1，2，...和m；m＝n－1)连到电容器C11和开关元件SW41、电容器C1 2和开关元件SW42，...，电容器C1m和开关元件SW4m(m＝n－1)的接点以及电容器C1n和平滑电容器C2的接点。用于调节跨于电容器C1i(i＝1，2，...，和n)的电压的控制装置与电容器C1i并联。当由控制装置控制跨于电容器C1i的电压时，可实现对输入谐波畸变的抑制、对输入电流值的调节和对输出电压的调节。当工作频率设定得很高时，各个电容器、电感器和开关元件的尺寸可做得很小。结果，可提供一种小型的电源设备，它可产生多个所需的恒定电压。
实施例10图22示出本发明第十实施例的电路图，而图23示出本实施例中信号的波形。在本实施例中，交流电源AC连到全波整流器DB，而整流器DB的输出端又与开关元件SW1和二极管D3相连，由电感器L2、电容器C1，以及平滑电容器C2和负载R的并联电路构成的串联电路与二极管D3并联，用于调节跨于电容器C1的电压的控制装置与电容器C1并联。控制装置包括电感器L1、开关元件SW2和SW3、以及二极管D1和D2。跨于电容器C1的是由开关元件SW2、电感器L1和二极管D1构成的串联电路。在电感器L1和二极管D1的接点和地之间连有开关元件SW3。为了把电感器L1中的剩余能量送到负载电路，二极管D2连到开关元件SW2和电感器L1的接点与地之间。
以下对本实施例的操作进行说明。首先，从交流电源AC所加的电压Vin在全波整流器DB中整流，然后作为输入电压V1输出。当开关元件SW1根据接收到来自控制电路的控制信号而接通时，电感器L2、电容器C1和平滑电容器C2的谐振引起对电容器C1和平滑电容器C2的充电。当断开开关元件SW1引起二极管D3接通时，由此存储在电感器L2中的能量再对电容器C1和平滑电容器C2充电。然后说明通过电感器L2的电流变为零后本实施例的操作。在输入脉动电压V1高于输出电压Vout的峰部，只有开关元件SW2接通。这引起电容器C1连到平滑电容器C2和电感器L1，从而电容器C2的部分能量移到电感器L1并作为磁能存储在其中。在输入脉动电压V1低于输出电压Vout的谷部，接通开关元件SW2和SW3。这引起把电容器C1串联到平滑电容器C2和电感器L1，从而在对电容器C1充电时，平滑电容器C2的部分能量移到电感器L1并作为磁能存储在其中。一当开关元件SW2(和SW3)断开使二极管D2接通时，通过上述过程暂时存储在电感器L1中的能量全部通过二极管D1送到负载电路。电容器C1中过多能量以此方式通过电感器L1送到负载电路从而有效地调节电容器C1的电压。如此操作引起跨于平滑电容器C2的电压逐渐增加。电容器C1的作用是把相应于输入脉动电压V1和输出电压Vout电压差的电压存储或存入其中，从而当开关元件SW1处于接通状态时，输入脉动电压与电容器C1串联从而向负载电路提供恒定电压。此外，控制开关元件SW2(和SW3)的接通时间，从而相应于开关元件SW1接通前，跨于电容器C1和平滑电容器C2的电压之和的电压V2的波形变得类似于全波整流输出V1的波形，使开关元件SW1的接通时间为常数，从而输入电流波形的包络线变得类似于输入电压波形。此外，根据如此控制和谐振的电流波形可抑制输入谐波畸变，而电感器L1对电流的限制作用可使输入电流波形的包络线变小。当通过调节开关元件SW2(和SW3)的接通时间而改变相似比时，引起输入电流的峰值变化和输出电压增加或减小。结果，得到的电源设备可调节其输出电压。
如上所述，交流电源AC连到全波整流器DB，而整流器DB的输出端又与开关元件SW1和二极管D3相连，电感器L2、电容器C1的串联电路，以及平滑电容器C2和负载R的并联电路与二极管D3并联，用于调节跨于电容器C1两端电压的包括电感器L1、开关元件SW2和SW3、二极管D1和D2的控制装置与电容器C1并联。当由控制装置控制跨于电容器C1的电压时，可实现对输入谐波畸变的抑制、对输入电流值的调节和对输出电压的调节。当工作频率设定得很高时，各个电容器、电感器和开关元件的尺寸可做得很小。结果，可提供一种小型的电源设备，它可产生多个所需的恒定电压。
实施例11图24示出本发明第十一实施例的电路图。在本实施例中，交流电源AC连到全波整流器DB，而整流器DB的输出端又与开关元件SW1、电容器C1、电感器L2和平滑电容器C2和负载R的并联电路相串联，二极管D3与由电感器L2和平滑电容器C2构成的串联电路并联，用于调节跨于电容器C1的电压的控制装置与电容器C1并联。控制装置包括电感器L1、开关元件SW2和SW3和SW4′、以及二极管D11、D1和D2。跨于电容器C1接有开关元件SW2、电感器L1和二极管D11的串联电路。在电感器L1和二极管D11的接点以及电感器L2和平滑电容器C2的接点之间连有二极管D12。在电感器L1和二极管D11的接点和地之间有开关元件SW3。开关元件SW4与电容器C1和电感器L2的串联电路并联。为了把电感器L1中的剩余能量送到负载电路，二极管D2连到开关元件SW2和电感器L1的接点与地之间。
以下对本实施例的操作进行说明。首先，从交流电源AC所加的电压Vin在全波整流器DB中整流，然后作为输入电压V1输出。当开关元件SW1根据接收到来自控制电路的控制信号而接通时，电容器C1、电感器L2、和平滑电容器C2的谐振引起对电容器C1和平滑电容器C2的充电。当断开开关元件SW1时引起二极管D3接通时，存储在电感器L2中的能量被送到负载电路。结果，跨于电感器L2的电压最大可达到输出电压Vout的最大值。
然后说明通过电感器L2的电流变为零后本实施例的操作。在输入脉动电压V1高于输出电压Vout的峰部，只有开关元件SW2接通。这引起电容器C1串联到电感器L1，从而电容器C1的部分能量移到电感L1并作为磁能存储在其中。在输入脉动电压V1低于输出电压Vout的谷部，接通开关元件SW2和SW3。这引起电容器C1串联到平滑电容器C2和电感器L1和L2，从而在对电容器C1充电时，平滑电容器C2的部分能量移到电感器L1和L2并作为磁能存储在其中。一当开关元件SW2(和SW3)断开使二极管D2接通时，通过上述过程暂时存储在电感器L1中的能量全部通过二极管D12送到负载电路。在谷部，开关元件SW2和SW3一断开，存储在电感器L2中的能量引起开关元件SW4的接通，以对电容器C1充电。
如上所述，存在于电容器C1中过多能量以此方式通过电感器L1传到负载电路从而有效地调节电容器C1的电压。如此操作引起跨于平滑电容器C2的电压逐渐增加。电容器C1的作用是把相应于输入脉动电压V1和输出电压Vout之电压差的电压存储或存入其中，从而当开关元件SW1处于接通状态时，输入脉动电压1与电容器C1串联从而向负载电路提供恒定电压。此外，控制开关元件SW2(和SW3)的接通时间，从而相应于开关元件SW1接通前，跨于电容器C1和平滑电容器C2的电压之和的电压V2的波形变得类似于全波整流输出V1的波形，使开关元件SW1的接通时间不变，从而输入电流波形的包络线变得类似于输入电压波形。此外，根据如此控制和谐振的电流波形可抑制输入谐波畸变，电感器L1对电流的限制作用可使输入电流波形的包络线小。当通过调节开关元件SW2(SW3)的接通时间而改变相似比时，引起输入电流的峰值变化和输出电压增加或减小。结果，得到的电源设备可调节其输出电压。
如上所述，交流电源AC连到全波整流器DB，而整流器DB的输出端又与开关元件SW1、电容器C1、电感器L2和平滑电容器C2和负载R的并联电路相串联，二极管D3与由电感器L2和平滑电容器C2构成的串联电路并联，用于调节跨于电容器C1的电压的控制装置与电容器C1并联。当由控制装置控制跨于电容器C1的电压时，可实现对输入谐波畸变的抑制、对输入电流值的调节和对输出电压的调节。此外，当工作频率设定得很高时，各个电容器、电感器和开关元件的尺寸可做得很小。于是提供了一种小型的电源设备，它可产生多个所需的恒定电压。
实施例12图25示出本发明第十二实施例的电路图。在本实施例中，交流电源AC连到全波整流器DB，而整流器DB的输出端又与开关元件SW1和二极管D3相连，电感器L2、电容器C1以及平滑电容器C2和负载R的并联电路跨于于二极管D3两端，二极管D4和开关元件SW4的串联电路与电感器L2和电容器C1的串联电路并联，用于调节跨于电容器C1的电压的控制装置与电容器C1并联。控制装置包括电感器L1、开关元件SW2和SW3、以及二极管D1和D2。跨于电容器C1两端连有开关元件SW2、电感器L1和二极管D1的串联电路。在电感器L1和二极管D1的接点和地之间有开关元件SW3。为了把电感器L1中的剩余能量送到负载电路，把二极管D2连到开关元件SW2和电感器L1的接点与地之间。
以下对本实施例的操作进行说明。首先，从交流电源AC所加的电压Vin在全波整流器DB中整流，然后作为输入电压V1输出。当开关元件SW1根据接收到来自控制电路的控制信号而接通时，电感器L2、电容器C1和平滑电容器C2的谐振引起对电容器C1和平滑电容器C2的充电。当开关元件SW1断开后，在输入脉动电压V1高于输出电压Vout的峰部，当接通开关元件SW4时引起二极管D4接通，从而存储在电感器L2中的能量用于对电容器C1再充电。在输入脉动电压V1低于输出电压Vout的谷部，当开关元件SW4保持在断开状态时，二极管D3接通从而存在电感器L2中的能量对电容器C2充电。结果，加至电感器L2的电压最大可达到输出电压Vout。
然后说明通过电感器L2的电流变为零后本实施例的操作。在峰部，只有开关元件SW2接通。这引起电容器C1串联到电感器L1，从而电容器C1的部分能量移到电感器L1并作为磁能存储在其中。在谷部，接通开关元件SW2和SW3。这引起电容器C1串联到平滑电容器C2和电感器L1，从而在对电容器C1充电时，平滑电容器C2的部分能量移到电感器L1并作为磁能存储在其中。一当开关元件SW2(和SW3)断开而使二极管D2接通时，通过上述过程暂时存储在电感器L1中的能量全部通过二极管D1送到负载电路。
存储在电容器C1中过多的能量以此方式通过电感器L1送到负载电路从而有效地调节电容器C1的电压。如此操作引起跨于平滑电容器C2的电压逐渐增加。电容器C1的作用是把相应于输入脉动电压V1和输出电压Vout之电压差的电压存储或存入其中，从而当开关元件SW1处于接通状态时，输入脉动电压与电容器C1串联从而对负载电路提供恒定电压。此外，控制开关元件SW2(和SW3)的接通时间，从而相应于开关元件SW1接通前，跨于电容器C1和平滑电容器C2的电压之和的电压V2的波形变得类似于全波整流输出V1的波形，使开关元件SW1的接通时间不变，从而输入电流波形的包络线变得类似于输入电压波形。此外，根据如此控制和谐振的电流波形可抑制输入谐波畸变，电感器L1对电流的限制作用可使输入电流波形的包络线小。当通过调节开关元件SW2(SW3)的接通时间而改变相似比时，引起输入电流的峰值变化和输出电压增加或减小。结果，得到的电源装置可调节其输出电压。
如上所述，交流电源AC连到全波整流器DB，而整流器DB的输出端又与开关元件SW1和二极管D3相连，电感器L2、电容器C1以及平滑电容器C2和负载R的并联电路跨接于二极管D3两端，二极管D4和开关元件SW4的串联电路与电感L2和电容C1的串联电路并联，而包括电感器L1、开关元件SW2和SW3、二极管D1和D2的控制装置与电容器C1器并联。当由控制装置控制跨于电容器C1的电压时，可实现对输入谐波畸变的抑制、对输入电流值的调节和对输出电压的调节。此外，当工作频率设定得很高时，各个电容器、电感器和开关元件的尺寸可做得很小。于是提供了一种小型的电源设备，它可产生多个所需的恒定电压。
实施例13图26示出本发明第十三实施例的电路图。在本实施例中，交流电源AC连到全波整流器DB，而整流器DB的输出端又与开关元件SW1、电容器C1、开关元件SW3、电感器L1、二极管D1和电容器C2和负载R的并联电路相串联，二极管D3连在电容器C1和开关元件SW3的接点和二极管D1和平滑电容器C2的接点之间。开关元件SW2与电容器C1和开关元件SW3的串联电路并联，开关元件SW4与二极管D1和平滑电容器C2的串联电路并联。为了把电感器L1中的剩余能量送到负载电路，把二极管D2连到开关元件SW2和电感器L1的接点与地之间。
以下对本实施例的操作进行说明。首先，从交流电源AC所加的电压Vin在全波整流器DB中整流，然后作为输入电压V1输出。当开关元件SW1和SW3根据接收到来自控制电路的控制信号接通时，电容器C1、平滑电容器C2和电感器L1和的谐振引起对电容器C1和平滑电容器C2的充电，这个操作叫做状态1A。开关元件SW1的断开引起二极管D2接通，从而存储在电感器L1中的能量用于对负载电路充电，这个操作叫做状态1B。在图27A和27B中以等效电路示出这些状态1A和1B。
然后说明通过电感器L2的电流变为零后本实施例的操作。在输入脉动电压V1高于输出电压Vout的峰部，只有开关元件SW2接通。这引起电容器C1串联到电感器L1从而电容器C1的部分能量移到电感器L1并作为磁能存储在其中。该操作叫做状态2A。在输入脉动电压V1低于输出电压Vout的谷部，接通开关元件SW2和SW4。这引起电容器C1串联到平滑电容器C2和电感器L1，从而在对电容器C1充电时，平滑电容器C2的部分能量移到电感器L1并作为磁能存储在其中。该操作叫做状态2B。图28A和图28B中以等效电路示出状态2A和2B。
开关元件SW2(和SW4)一断开，通过上述过程暂时存储在电感器L1中的能量全部通过二极管D1送到负载电路。该操作叫做状态3，在图29中由等效电路示出。存储在电容器C1中的多余的能量以此方式通过电感器L1传到负载电路，从而有效地调节电容器C1的电压。如此操作引起跨于平滑电容器C2的电压逐渐增加。电容器C1的作用是把相应于输入脉动电压V1和输出电压Vout之电压差的电压存储或存入其中，从而当开关元件SW1处于接通状态时，输入脉动电压1与电容器C1串联，从而对负载电路提供恒定电压。此外，控制开关元件SW2(和SW4)的接通时间，从而相应于开关元件SW1接通前，跨于电容器C1和平滑电容器C2的电压之和的电压V2的波形变得类似于全波整流输出V1的波形，使开关元件SW1的接通时间不变，从而输入电流波形的包络线变得类似于输入电压波形。此外，根据如此控制和谐振的电流波形可抑制输入谐波畸变，电感器L1对电流的限制作用可使输入电流波形的包络线小。
如上所述，在此实施例中，单个电感器L1的作用是减小输入电流并调节跨于电容器C1的电压。此外，当通过调节开关元件SW2(和SW4)的接通时间而改变相似比时，引起输入电流峰值的变化和输出电压的增加或减小。于是本实施例的电路可调节其输出电压。
如上所述，把交流市电电源AC连到全波整流器DB，而整流器DB的输出端又与开关元件SW1、电容器C1、开关元件SW3、电感器L1、二极管D1和电容器C2和负载R的并联电路相串联。二极管D3连在电容器C1和开关元件SW3的接点和二极管D1的一端之间。开关元件SW2与电容器C1和开关元件SW3的串联电路并联，开关元件SW4与二极管D1和平滑电容器C2的串联电路并联。为了把电感器L1中的剩余能量送到负载电路，把二极管D2连到开关元件SW2和电感器L1的接地与地点之间。当控制跨于电容器C1的电压时，可实现对输入谐波畸变的抑制、对输入电流值的调节和对输出电压的调节。此外，当工作频率设定得很高时，各个电容器、电感器和开关元件的尺寸可做得很小。于是提供了一种小型的电源设备，它可产生多个所需的恒定电压。
实施例14图30示出本发明第十四实施例的电路图，而图31示出本实施例中包括输入电流的信号波形。本实施例相应于第八个实施例但n设定为2。从交流电源AC所加的电压Vin先在全波整流器DB中整流，然后作为输入电压V1输出。当SW11根据接收到来自控制电路的控制信号而接通时，相应于跨于电容器C11和跨于平滑电容器C2电压之和的电压充电至输入脉动电压V1。一当开关元件SW11断开使开关元件SW12接通时，相应于跨于电容器C11和平滑电容器C2电压之和的电压就充电至输入脉动电压。开关元件SW11和SW12根据时分的操作使输入电流Iin连续引出。
接着，在开关元件SW12的接通状态期间，本实施例如下操作。即，在输入脉动电压V1高于输出电压Vout的峰部，开关元件SW21接通。这引起电容器C11串联到电感器L1，从而电容器C11的部分能量移到电感器L1并作为磁能存储在其中。此外，在输入脉动电压V1低于输出电压Vout的谷部，开关元件SW3保持在接通状态。这引起电容器C11串联到电容器C2和电感器L1，从而在对电容器C11充电时，平滑电容器C2的部分能量移到电感器L1并作为磁能存储在其中。
如上所述，一当开关元件SW21(和SW3)断开使二极管D2接通时，通过上述操作暂时存储在电感器L1中的能量全部通过二极管D1送到负载电路。开关元件SW12一断开，再次接通开关元件SW11，从而与上述开关元件SW21相同的操作引起依据开关元件SW22调节跨于电容器C12的电压。电容器C11和C12中过多的能量以此方式通过电感器L1送到负载电路以有效地调节跨于电容器C11和C12的电压。此重复引起跨于平滑电容器C2的电压逐渐增加。
电容器C11和C12的作用是在其中存入或存储相应于输入脉动电压V1和输出电压Vout之电压差的电压，从而当开关元件SW11处于接通状态时，输入脉动电压V1串联到电容器C11，而当开关元件SW12处于接通状态时，输入脉动电压V1串联到电容器C12，从而对负载电路提供恒定电压。此外，控制开关元件SW21和SW22(和SW3)的接通时间，从而相应于开关元件SW11接通前跨于电容器C11和平滑电容器C2的电压之和以及相应于开关元件SW12接通前跨于电容器C12和平滑电容器C2的电压之和的电压的波形变得类似于全波整流输出V1的波形，从而输入电流波形的包络线变得类似于输入电压波形。此外，当根据时分操作开关元件SW11和SW12，使输入电流Iin连续引出时，可抑制输入谐波畸变。当通过调节开关元件SW21和SW22(和SW3)的接通时间而改变相似比时，引起输入电流的峰值变化和输出电压增加或减小。结果，得到的电源设备可调节其输出电压。
如上所述，交流电源AC连到全波整流器DB，而整流器DB的输出端又与开关元件SW11和C11的串联电路和开关元件SW12和电容器C12的串联电路互相并联。包括电感器L1、开关元件SW21、SW22和SW3、以及二极管D1、D2的控制装置与电容器C11和C12并联。当由控制装置控制跨于电容器C11和C12的电压时，可实现对输入谐波畸变的抑制、对输入电流值的调节和对输出电压的调节。此外，当工作频率设定得很高时，各个电容器、电感器和开关元件的尺寸可做得很小。结果，可提供一种小型的电源设备，它可产生多个所需的恒定电压。
实施例15图32示出了本发明的第十五实施例的电路图。图33示出了本实施例中的包括输入电流的信号的波形。在本实施例中，交流电源AC与全波整流器DB相连，而整流器DB的输出端与开关元件SW11和二极管D3相连，电感器L2、电容器C11和平滑电容器C2与负载R的并联电路并联到二极管D3上。在全波整流器DB的输出端与电容器C11和平滑电容器C2的接点之间设置有开关元件SW12和电容器C12的串联电路。调节电容器C11和C12上的电压的控制装置并联到电容器C11和C12上。该控制装置包含电感器L1、开关元件SW21、SW22和SW3以及二极管D1和D2。跨接在电容器C11上的是开关元件SW21、电感器L1和二极管D1的串联电路。设置在电容器C12和电感器L1之间的是开关元件SW22。开关元件SW3连接在电感器L1和二极管D1的接点与地之间。为了把留在电感器L1内的能量送至负载电路，在开关元件SW21、SW22和电感器L1的接点与地之间接一个二极管D2。
下面解释本实施例的工作情况。首先，交流电源AC施加的电压Vin在全波整流器DB中整流，然后作为输入电压V1从其输出。当开关元件SW11响应于从控制电路接收到的控制信号接通时，电感器L2和电容器C11的谐振使电容器C11和平滑电容器C2充电。一旦开关元件SW11断开，则开关元件SW12接通，对应于电容器C12和平滑电容器C2上的电压之和的电压被充电至输入脉动电压V1。在这种情况下，二极管D3接通，所以把存储在电感器L2内的能量送至电容器C11和平滑电容器C2。当对电容器C12充电导致输入电流I2逐渐下降时，开关元件SW12再次接通。当电流I1变大时，开关元件S12断开。接着所进行的操作基本上与上述实施例相同。当开关元件SW11和SW12以这种方式工作时，能持续地得到对应于电流I1和I2之和的输入电流Iin。
在开关元件SW11断开期间，本实施例的工作情况如下。在电压V1高于输出电压Vout的输入脉动电压V1的峰部，仅开关元件SW21接通。这引起电容器C11串接到电感器L1上，从而使电容器C11的部分能量移到电感器L1，并以磁能的形式存储在其内。在电压V1小于输出电压Vout的输入脉动电压V1的谷部，开关元件SW3保持在其接通状态。这引起电容器C11串接到平滑电容器C2和电感器L1上，从而使电容器C2的部分能量移到电感器L1上，并以磁能的形式存储在其内，同时对电容器C11充电。一当开关元件SW21(和SW3)断开以使二极管D2接通，通过上述过程，将暂时存储在电感器L1内的所有能量经二极管D1全部送至负载电路。同样，即使开关元件SW12处于其断开状态，与上述开关元件SW21相同的操作也可以根据开关元件SW22调节电容器C12的电压。以这种方式存储在电容器C11和C12内的能量经电感器L1送至负载电路，以有效地调节跨于电容器C11和C12的电压。重复上述操作，将逐渐提高平滑电容器C2两端的电压。电容器C11和C12起到在其内存储或存入对应于输入脉动电压V1和输出电压Vout之差值的电压的作用，所以当开关元件SW11处于其接通状态时，输入脉动电压V1被串联连接到电容器C11，而当开关元件SW12处于其接通状态时，输入脉动电压V1被串联连接到电容器C12，从而向负载电路提供恒定电压。再者，对开关元件SW21和SW22(和SW3)的接通时间进行控制，使对应于在开关元件SW11接通之前跨于电容器C11和平滑电容器C2的电压之和的电压波形，以及对应于在开关元件SW12接通之前跨于电容器C12和平滑电容器C2的电压之和的电压波形与全波整流输出V1相似，以保持开关元件SW1的接通时间恒定，从而使输入电流波形的包络线与输入电压波形相似。开关元件SW11和SW21使流过它们的电流汇合，所以能持续地得到输入电流，并能抑制输入谐波失真。而且，当通过调节开关元件SW21和SW22(和SW3)的接通时间来改变该相似比时，输入电流的峰值变化，输出电压提高或降低。所以，得到的电源设备能调节其输出电压。
如上所述，交流电源AC与全波整流器DB相连，整流器DB的输出端又与开关元件SW11和二极管D3相连，电感器L2、电容器C11和平滑电容器C2与负载R的并联电路与二极管D3并联连接。在全波整流器DB的输出端和电容器C11与平滑电容器C2的接点之间设置开关元件SW12和电容器C12的串联电路。包括电感器L1、开关元件SW21、SW22和SW23以及二极管D1和D2的控制装置并联连接到电容器C11和C12上。当控制装置控制跨于电容器C11和C12的电压时，能抑制输入谐波失真，调节输入电流值和调节输出电压。而且，当把工作频率设置得较高时，能将各电容器、电感器和开关元件做得较小。因此，能提供一种产生所需恒定电压的小体积的电源设备。
实施例16图34示出了本发明的第十六实施例的电路图。在本实施例中，交流电源AC与全波整流器DB相连，全波整流器DB的输出端又与开关元件SW11和二极管D3相连，而电感器L2、电容器C11和平滑电容器C2与负载R的并联电路与二极管D3并联连接。与电感器L2和电容器C11的串联电路并联设置一二极管D4和开关元件SW4的串联电路。在全波整流器DB的输出端和电容器C11与平滑电容器C2的接点之间连接开关元件SW12和电容器12的串联电路。与电容器C11和C12并联连接一调节跨于电容器C11和C12两端电压的控制装置。该控制装置包含电感器L1、开关元件SW21、SW22和SW3以及二极管D1和D2。跨接在电容器C11的是开关元件SW21、电感器L1和二极管D1的串联电路。设置在电容器C12和电感器L1之间的是开关元件SW22。连接在电感器L1和二极管D1的接点与地之间的是开关元件SW3。为了把电感器L1内剩余的能量送至负载电路，在开关元件SW21、SW22和电感器L1的连接点与地之间连接二极管D2。
下面解释本实施例的工作情况。首先，全波整流器DB对交流电源AC施加的电压Vin进行整流，并作为输入电压V1从其输出。当开关元件SW11向应从控制电路接收到的控制信号而接通时，电感器L2和电容器C11的谐振使电容器C11和平滑电容器C2充电。一当开关元件SW11断开，则开关元件SW12接通，从而对应于电容器C12和平滑电容器C2电压之和的电压被充电至输入脉动电压V1。在这种情况下，在电压V1高于输出电压Vout的输入脉动电压V1的峰部，开关元件SW4接通，所以存储在电感器L2内的能量被送至电容器C11。在电压V1低于输出电压Vout的输入脉动电压V1的谷部，二极管D3接通，存储在电感器L2内的能量被送至电容器C11和平滑电容器C2。当对电容器C12充电导致通过开关元件SW12的输入电流I2逐渐下降时，开关元件SW11再次接通。当流过开关元件SW11的电流I1变大时，开关元件S12断开。接着所进行的操作基本上与上述实施例相同。当开关元件SW11和SW12以这种方式工作时，能持续地得到对应于电流I1和I2之和的输入电流Iin。
在开关元件SW11断开期间，本实施例的工作情况如下。在峰部时，开关元件SW21接通。这引起电容器C11串接到电感器L1，使电容器C11的部分能量移到电感器L1，并以磁能的形式存储在其内。在谷部时，开关元件SW3保持其接通状态。这引起电容器C11串接到平滑电容器C2和电感器L1，使电容器C2的部分能量移到电感器L1，并以磁能的形式存储在其内，同时对电容器C11充电。一当开关元件SW21(和SW3)断开使二极管D2接通，通过上述过程，将暂时存储在电感器L1内的所有能量经二极管D1送至负载电路。同样，即使开关元件SW12处于其断开状态，与上述开关元件SW21相同的操作也可以相应于开关元件SW22调节电容器C12的电压。以这种方式存储在电容器C11和C12内的能量经电感器L1送至负载电路，以有效地调节跨于电容器C11和C12的电压。重复上述操作，将逐渐提高跨于平滑电容器C2的电压。电容器C11和C12起到在其内存储或存入对应于输入脉动电压V1和输出电压Vout之差值的电压的作用，所以当开关元件SW11处于接通状态时，输入脉动电压V1被串联连接到电容器C11，而当开关元件SW12处于接通状态时，输入脉动电压V1被串联连接到电容器C12，从而向负载电路提供恒定电压。再者，对开关元件SW21和SW22(和SW3)的接通时间进行控制，使对应于开关元件SW11接通之前的电容器C11和平滑电容器C2电压之和的电压波形，以及对应于在开关元件SW12接通之前的电容器C12和平滑电容器C2电压之和的电压的波形与全波整流输出V1相似，从而使输入电流波形的包络线与输入电压波形相似。开关元件SW11和SW21使流过它们的电流汇合，所以能持续地得到输入电流，并能抑制输入谐波失真。而且，当通过调节开关元件SW21和SW22(和SW3)的接通时间来改变该相似比时，输入电流的峰值变化，输出电压提高或降低。所以，得到的电源设备能调节其输出电压。
如上所述，交流电源AC与全波整流器DB相连，全波整流器DB的输出端又与开关元件SW11和二极管D3相连，而电感器L2、电容器C11和平滑电容器C2与负载R的并联电路与二极管D3并联连接。二极管D4和开关元件SW4的串联电路连接到电感器L2和电容器C11的串联电路。在全波整流器DB的输出端和电容器C11与平滑电容器C2的接点之间设置开关元件SW12和电容器C12的串联电路。包括电感器L1、开关元件SW21、SW22和SW23以及二极管D1和D2的控制装置并联连接到电容器C11和C12。当控制装置控制跨于电容器C11和C12的电压时，能抑制输入谐波失真，调节输入电流值和调节输出电压。而且，当把工作频率设置得较高时，能将各电容器、电感器和开关元件做得较小。因此，能提供一种产生所需恒定电压的小体积的电源设备。
实施例17图35示出了本发明的第十七实施例的电路图，图36示出了本实施例的信号波形。在本实施例中，交流电源AC与全波整流器DB相连，全波整流器DB的输出端又与彼此并联的开关元件SW11以及二极管D31的串联电路以及开关元件SW12和二极管D32的串联电路相连。电感器L21、电容器C11和平滑电容器C2与负载R的并联电路与二极管D31并联连接。在二极管D32和平滑电容器C2之间设置有电感器L22和电容器C12的串联电路。调节跨于电容器C11和C12电压的控制装置并联连接至电容器C11和C12。该控制装置包含电感器L1、开关元件SW21、SW22和SW3以及二极管D1和D2。跨接于电容器C11两端的是开关元件SW21、电感器L1和二极管D1的串联电路。设置在电容器C12和电感器L1之间的是开关元件SW22。连接在电感器L1和二极管D1的接点与地之间的是开关元件SW3。为了把电感器L1内剩余的能量送至负载电路，在开关元件SW21、SW22和电感器L1的接点与地之间连接二极管D2。
下面解释本实施例的工作情况。首先，全波整流器DB对交流电源AC施加的电压Vin进行整流，并作为脉动电压V1从其输出。当开关元件SW11响应从控制电路接收到的控制信号接通时，电感器L21和电容器C11的谐振使电容器C11和平滑电容器C2充电。一当开关元件SW11断开，则开关元件SW12接通，从而电感器L22、电容器C12和平滑电容器C2谐振，引起电容器C12和平滑电容器C2充电。在这种情况下，二极管D31接通，存储在电感器L21中的能量被送至电容器C11和平滑电容器C2。同样，一当开关元件SW12断开，二极管D32就接通，存储在电感器L22中的能量被送至电容器C12和平滑电容器C2。当开关元件SW11和SW12以这种方式时分工作时，能持续得到输入电流。
在开关元件SW12接通期间，本实施例的工作情况如下。在电压V1高于输出电压Vout的输入脉动电压V1的峰部，开关元件SW21接通。这引起电容器C11串接到电感器L1，使电容器C11上的部分能量移到电感器L1，并以磁能的形式存储在其内。在电压V1小于输出电压Vout的输入脉动电压V1的谷部，开关元件SW3保持在接通状态。这引起电容器C11串接到平滑电容器C2和电感器L1，使电容器C2内的部分能量移到电感器L1，并以磁能的形式存储在其内，同时对电容器C11充电。一当开关元件SW21(和SW3)断开使二极管D2接通，通过上述过程，将暂时存储在电感器L1内的所有能量经二极管D1送至负载电路。一当开关元件SW12断开，开关元件SW11就接通，所以开关元件SW22进行与开关元件SW21相同的操作，以调节于电容器C12的电压。
以这种方式把存储在电容器C11和C12中的剩余能量通过电感器L1送至负载电路，以有效地调节跨于电容器C11和C12的电压。重复上述操作，将逐渐提高平滑电容器C2的电压。电容器C11和C12起到在其内存储或存入对应于输入脉动电压V1和输出电压Vout之差值的电压的作用，所以当开关元件SW11处于其接通状态时，输入脉动电压V1被串联连接到电容器C11，而当开关元件SW12处于其闭合状态时，输入脉动电压V1被串联连接到电容器C12，从而向负载电路提供恒定电压。再者，对开关元件SW21和SW22(和SW3)的接通时间进行控制，使对应于在开关元件SW11接通之前跨于电容器C11和平滑电容器C2的电压之和的电压波形，以及对应于在开关元件SW12接通之前跨于电容器C12和平滑电容器C2的电压之和的电压波形与全波整流输出V1相似，从而使输入电流波形的包络线与输入电压波形相似。基于这种控制和谐振的电流波形以及开关元件SW11和SW12的时分操作将能持续地得到输入电流，因此抑制了输入谐波失真。而且，当通过调节开关元件SW21和SW22(和SW3)的接通时间来改变该相似比时，输入电流的峰值变化，输出电压提高或降低。所以，得到的电源设备能调节其输出电压。
如上所述，交流电源AC与全波整流器DB相连，全波整流器DB的输出端又与彼此并联的开关元件SW11和二极管D31的串联电路以及开关元件SW12和二极管D32的串联电路相连。电感器L2、电容器C11和平滑电容器C2与负载R的并联电路与二极管D31并联连接。在二极管D32和平滑电容器C2之间设置电感器L22和电容器C12的串联电路。控制装置并联连接到电容器C11和C12。当控制装置控制跨于电容器C11和C12的电压时，能抑制输入谐波失真，调节输入电流值和调节输出电压。而且，当把工作频率设置得较高时，能将各电容器、电感器和开关元件做得较小。因此，能提供一种产生所需的恒定电压的小体积的电源设备。
实施例18图37示出了本发明的第十八实施例的电路图。在本实施例中，交流电源AC与全波整流器DB相连，全波整流器DB的输出端又与彼此并联的开关元件SW11和二极管D31的串联电路以及开关元件SW12和二极管D32的串联电路相连。电感器L21、电容器C11和平滑电容器C2与负载R的并联电路与二极管D31并联连接。二极管D4和开关元件SW4的串联电路并联连接到电感器L21和电容器C11的串联电路上。在二极管D32和平滑电容器C2之间还设置有电感器L22和电容器C12的串联电路。调节跨于电容器C11和C12上的电压的控制装置并联连接至电容器C11和C12。该控制装置包含电感器L1、开关元件SW21、SW22和SW3以及二极管D1和D2。跨接在电容器C11上的是开关元件SW21、电感器L1和二极管D1的串联电路。设置在电容器C12和电感器L1之间的是开关元件SW22。连接在电感器L1和二极管D1的接点与地之间的是开关元件SW3。为了把在电感器L1内剩余的能量送至负载电路，在开关元件SW21、SW22和电感器L1的接点与地之间连接二极管D2。
下面解释本实施例的工作情况。首先，全波整流器DB对交流电源AC施加的电压Vin进行整流，并作为脉动电压V1从其输出。当开关元件SW11向应从控制电路接收到的控制信号而接通时，电感器L21、电容器C11和平滑电容器C2的谐振使电容器C11和平滑电容器C2充电。一当开关元件SW11断开，则开关元件SW12接通，从而电感器L22、电容器C12和平滑电容器C2的谐振使电容器C12和平滑电容器C2充电。在这种情况下，在电压V1高于输出电压Vout的输入脉动电压V1的峰部，开关元件SW4接通，所以存储在电感器L21中的能量通过二极管D4被送至电容器C11。在电压V1低于输出电压Vout的输入脉动电压V1的谷部，二极管D31导通，所以存储在电感器L21中的能量被送至电容器C11和平滑电容器C2。一当开关元件SW12断开，二极管D32就接通，存储在电感器L22中的能量被送至电容器C12和平滑电容器C2。当开关元件SW11和SW12以这种方式时分工作时，能持续得到输入电流。
在开关元件SW12接通期间，本实施例的工作情况如下。在峰部，开关元件SW21接通。这引起电容器C11连接到电感器L1，使电容器C11上的部分能量移到电感器L1，并以磁能的形式存储在其内。在谷部，开关元件SW3保持在接通状态。这引起电容器C11连接到平滑电容器C2和电感器L1，使电容器C2内的部分能量移到电感器L1，并以磁能的形式存储在其内，同时对电容器C11充电。一当开关元件SW21(和SW3)断开使二极管D2接通，通过上述过程，将暂时存储在电感器L1内的所有能量经二极管D1送至负载电路。一当开关元件SW12断开，开关元件SW11就接通，所以开关元件SW22进行与开关元件SW21相同的操作，调节跨于电容器C12的电压。
以这种方式把存储在电容器C11和C12中的剩余能量通过电感器L1送至负载电路，以有效地调节跨于电容器C11和C12的电压。重复上述操作，将逐渐提高跨于平滑电容器C2的电压。电容器C11和C12起到在其内存储或存入对应于输入脉动电压V1和输出电压Vout之间的差值的电压的作用，所以当开关元件SW11处于其接通状态时，输入脉动电压V1被串联连接到电容器C11，而当开关元件SW12处于其接通状态时，输入脉动电压V1被串联连接到电容器C12，从而向负载电路提供恒定电压。再者，对开关元件SW21和SW22(和SW3)的接通时间进行控制，使对应于在开关元件SW11接通之前跨于电容器C11和平滑电容器C2的电压之和的电压波形，以及对应于在开关元件SW12接通之前跨于电容器C12和平滑电容器C2上的电压之和的电压波形与全波整流输出V1相似，从而使输入电流波形的包络线与输入电压波形相似。基于这种控制和谐振的电流波形以及开关元件SW11和SW12的时分操作将能持续地得到输入电流，因此抑制了输入谐波失真。而且，当通过调节开关元件SW21和SW22(和SW3)的接通时间来改变该相似比时，输入电流的峰值变化，输出电压提高或降低。所以，得到的电源设备能调节其输出电压。
如上所述，交流电源AC与全波整流器DB相连，全波整流器DB的输出端又与彼此并联的开关元件SW11和二极管D31的串联电路以及开关元件SW12和二极管D32的串联电路相连。电感器L21、电容器C11和平滑电容器C2与负载R的并联电路与二极管D31并联连接。二极管D4和开关元件SW4的串联电路并联连接到电感器L21和电容器C11的串联电路。在二极管D32和平滑电容器C2之间设置电感器L22和电容器C12的串联电路。控制装置并联连接到电容器C11和C12。当控制装置控制跨于电容器C11和C12的电压时，能抑制输入谐波失真，调节输入电流值和调节输出电压。而且，当把工作频率设置得较高时，能将各电容器、电感器和开关元件做得较小。因此，能提供一种产生所需的恒定电压的小体积的电源设备。
实施例19图38示出了本发明的第十九实施例的电路图。在本实施例中，交流电源AC与全波整流器DB相连，全波整流器DB的输出端又与彼此并联的开关元件SW11和二极管D31的串联电路以及开关元件SW12和二极管D32的串联电路相连。电感器L21、电容器C11和平滑电容器C2与负载R的并联电路与二极管D31并联连接。二极管D41和开关元件SW4的串联电路并联连接到电感器L21和电容器C11的串联电路。在二极管D32和平滑电容器C2之间还设置有电感器L22和电容器C12的串联电路。二极管D42连接到开关元件SW12与电感器L22的接点和二极管D41与开关元件SW4的接点上。调节电容器C11和C12上的电压的控制装置并联连接至电容器C11和C12。该控制装置包含电感器L1、开关元件SW21、SW22和SW3以及二极管D1和D2。跨接在电容器C11两端的是开关元件SW21、电感器L1和二极管D1的串联电路。设置在电容器C12和电感器L1之间的是开关元件SW22。连接在电感器L1和二极管D1的接点与地之间的是开关元件SW3。为了把电感器L1内剩余的能量送至负载电路，在开关元件SW21、SW22和电感器L1的接点与地之间连接二极管D2。
下面解释本实施例的工作情况。首先，全波整流器DB对交流电源AC施加的电压Vin进行整流，并作为脉动电压V1从其输出。当开关元件SW11响应从控制电路接收到的控制信号接通时，电感器L21、电容器C11和平滑电容器C2的谐振使电容器C11和平滑电容器C2充电。一当开关元件SW11断开，则开关元件SW12接通，电感器L22、电容器C12和平滑电容器C2的谐振使电容器C12和平滑电容器C2充电。在这种情况下，在电压V1高于输出电压Vout的输入脉动电压V1的峰部，开关元件SW4接通，所以存储在电感器L21中的能量通过二极管D41被送至电容器C11。在电压V1低于输出电压Vout的输入脉动电压V1的谷部，二极管D31接通，所以存储在电感器L21中的能量被送至电容器C11和平滑电容器C2。即使开关元件SW12断开时，开关元件SW4和二极管D32也进行与断开开关元件SW11一样的操作。当开关元件SW11和SW12以这种方式时分工作时，能持续得到输入电流。
在开关元件SW12接通期间，本实施例的工作情况如下。在峰部，开关元件SW21接通。这引起电容器C11连接到电感器L1，从而使电容器C11上的部分能量转移到电感器L1，并以磁能的形式存储在其内。在谷部，开关元件SW3保持在接通状态。这引起电容器C11连接到平滑电容器C2和电感器L1上，从而使电容器C2内的部分能量移到电感器L1，并以磁能的形式存储在其内，同时对电容器C11充电。一当开关元件SW21(和SW3)断开使二极管D2接通，通过上述过程，将暂时存储在电感器L1内的所有能量经二极管D1送至负载电路。一当开关元件SW12断开，开关元件SW11就接通，所以开关元件SW22进行与开关元件SW21相同的操作，以调节跨于电容器C12的电压。
以这种方式把存储在电容器C11和C12中的剩余能量通过电感器L1送至负载电路，以有效地调节跨于电容器C11和C12的电压。重复上述操作，将逐渐提高跨于平滑电容器C2的电压。电容器C11和C12起到在其内存储或存入对应于输入脉动电压V1和输出电压Vout之间的差值的电压的作用，所以当开关元件SW11处于其接通状态时，输入脉动电压V1被串联连接到电容器C11，而当开关元件SW12处于其接通状态时，输入脉动电压V1被串联连接到电容器C12，从而向负载电路提供恒定电压。再者，对开关元件SW21和SW22(和SW3)的接通时间进行控制，使对应于在开关元件SW11接通之前跨于电容器C11和平滑电容器C2的电压之和的电压波形，以及对应于在开关元件SW12接通之前跨于电容器C12和平滑电容器C2的电压之和的电压波形与全波整流输出V1相似，从而使输入电流波形的包络线与输入电压波形相似。基于这种控制和谐振的电流波形以及开关元件SW11和SW12的时分操作将能持续地得到输入电流，因此抑制了输入谐波失真。而且，当通过调节开关元件SW21和SW22(和SW3)的接通时间来改变该相似比时，输入电流的峰值变化，输出电压提高或降低。所以，得到的电源设备能调节其输出电压。
如上所述，交流电源AC与全波整流器DB相连，全波整流器DB的输出端又与彼此并联的开关元件SW11和二极管D31的串联电路以及开关元件SW12和二极管D32的串联电路相连。电感器L21、电容器C11和平滑电容器C2与负载R的并联电路与二极管D31并联连接。二极管D41和开关元件SW4的串联电路并联连接到电感器L21和电容器C11的串联电路。在二极管D32和平滑电容器C2之间设置电感器L22和电容器C12的串联电路。二极管D42连接到开关元件SW12与电感器L22的接点和二极管D41与开关元件SW4的接点。控制装置并联连接到电容器C11和C12。当控制装置控制跨于电容器C11和C12的电压时，能抑制输入谐波失真，调节输入电流值和调节输出电压。而且，当把工作频率设置得较高时，能将各电容器、电感器和开关元件做得较小。因此，能提供一种产生所需的恒定电压的小体积的电源设备。
实施例20图39示出了本发明的第二十实施例的信号波形。本实施例对应于图1的实施例1，但它被设计成在电压V1低于输出电压Vout的输入脉动电压V1的谷部调节跨于电容器C1的电压时，减小峰值电流。下面解释本实施例的工作情况。首先，全波整流器DB对交流电源AC施加的电压Vin进行整流，并作为脉动电压V1从其输出。在图1的电路中，当开关元件SW1响应从控制电路接收到的控制信号接通时，对应于电容器C1和平滑电容器C2的电压之和的电压被充电到输入脉动电压V1。下面解释本实施例在开关元件SW1断开后的工作情况。在电压V1高于输出电压Vout的输入脉动电压V1的峰部，仅开关元件SW2接通。这引起电容器C1连接到电感器L1，从而使电容器C1的部分能量转移到电感器L1，并以磁能的形式存储在其内。在输入脉动电压Y1的谷部，仅开关元件SW2和SW3接通。这引起电容器C1连接到平滑电容器C2和电感器L1的串联电路，使平滑电容器C2内的部分能量移到电感器L1，并以磁能的形式存储在其内，同时对电容器C11充电。该操作被称为状态2B—1，图40A示出了其等效电路。然后，开关元件SW3断开，引起存储在电感器L1内的能量向电容器C1充电，该操作被称为状态2B—2，图40B示出了其等效电路。由于这将引起由平滑电容器C2的充电转换成由电感器L1的充电，所以电流停止增加，并逐渐下降。图39的实线和虚线示出了该变化。虚线表示在转换之前，而实线表示本实施例。此后，跨于电容器C1的电压Vc1达到设定电压，开关元件SW2断开。一当开关元件SW2断开使二极管D2接通，通过上述过程，将存储在电感器L1内的所有能量经二极管D1送至负载电路，该操作被称为状态3，图41示出了其等效电路。对开关元件SW2(和SW3)的接通时间进行控制，使对应于在开关元件SW1接通之前跨于电容器C1和平滑电容器C2的电压之和的电压波形与全波整流输出V1相似，从而使输入电流波形的包络线与输入电压波形相似，以抑制输入谐波失真。而且，当通过调节开关元件SW2(和SW3)的接通时间来改变该相似比时，输入电流的峰值变化，输出电压提高或降低。所以，得到的电源设备能调节其输出电压。
这样，在电压V1低于输出电压Vout的输入脉动电压V1的谷部，能使调节跨于电容器C1两端的电压时的峰值电流降低，来实现高效率，而且，能抑制输入谐波失真，调节输入电流值和调节输出电压。再者，当把频率设置得较高时，能将各电容器，电感器和开关元件做得较小。因此，能提供一种产生所需的恒定电压的小体积的电源设备。
实施例21图42示出了本发明的第二十一实施例的电路图，图43示出了本实施例的信号波形。在本实施例中，交流电源AC与全波整流器DB相连，全波整流器DB的输出端又与开关元件SW1和电容器C1的串联电路以及平滑电容器C2和负载R的并联电路相连。调节电容器C1上的电压的控制装置与电容器C1并联连接。该控制装置包含电感器L1、开关元件SW2、SW3和SW4、二极管D1至D5和储能电容器C3。跨接在电容器C1两端的是电感器L1、二极管D1和开关元件SW2的串联电路。二极管D3和开关元件SW4的串联电路连接到二极管D1和开关元件SW2的串联电路，并彼此并联。与开关元件SW4并联连接的是储能电容器C3和二极管D5的串联电路。二极管D2连接在储能电容器C3与二极管D5的接点和地之间。与二极管D3和储能电容器C3的串联电路并联连接的是二极管D4和开关元件SW3的串联电路。
下面解释本实施例的工作情况。首先，全波整流器DB对交流电源AC施加的电压Vin进行整流，并作为脉动电压V1从其输出。当开关元件SW1响应从控制电路接收到的控制信号而接通时，对应于电容器C1和平滑电容器C2的电压之和的电压被充电到输入脉动电压V1。该操作被称为状态1，图44示出了其等效电路。接着解释本实施例在开关元件SW1断开后的工作情况。在电压V1高于输出电压Vout的输入脉动电压V1的峰部，开关元件SW2接通。这引起电容器C1通过二极管D1连接到电感器L1，使电容器C1中的部分能量移到电感器L1，并以磁能的形式存储在其内，该操作称为状态2A。在电压V1低于输出电压Vout的输入脉动电压V1的谷部，开关元件SW3和SW4接通。这引起电容器C1通过二极管D4串联连接到储能电容器C3和电感器L1，使储能电容器C3内的能量部分移到电感器L1，并以磁能的形式存储在其内，同时对电容器C1充电。该操作称为状态2B。图45A和45B分别示出了状态2A和2B的等效电路。一当开关元件SW2(或SW3，SW4)断开使二极管D3和D5接通，通过上述过程，将暂时存储在电感器L1内的所有能量送至储能电容器C3。该操作称为状态3，而在图46示出了其等效电路。在这种情况下，由于把极性相反的电压猛然作用于电感器L1，所以流过电感器L1的电流将急骤降低。即使在该操作期间，由于跨于电容器C1两端的电压持续下降，所以电容器C1的电压将进一步下降，但其峰值电流相同。即，对于相同的设定电压，与现有技术相比，能减小峰值电流。
以这种方式把存储在电容器C1中的剩余能量通过电感器L1送至储能电容器C3，以有效地调节跨于电容器C1的电压。重复上述操作，将逐渐提高跨于平滑电容器C2和电源存储电容器C3的电压。电容器C1起到在其内存储或存入对应于输入脉动电压V1和输出电压Vout之间的差值的电压的作用，所以当开关元件SW1处于其接通状态时，输入脉动电压V1被串联连接到电容器C1，向负载电路提供恒定电压。再者，对开关元件SW2(或SW3或SW4)的闭合时间进行控制，使对应于在开关元件SW1接通之前跨于电容器C1和平滑电容器C2的电压之和的电压V2与全波整流输出V1相似，从而使输入电流波形的包络线与输入电压波形相似，以抑制输入谐波失真。当通过调节开关元件SW2(或SW3或SW4)的闭合时间来改变该相似比时，输入电流的峰值变化，输出电压提高或降低。所以，得到的电源设备能调节其输出电压。如图44所示，为了减少在市电频率级上的输出电压的波纹，把存储在储能电容器C3内的能量用于补足负载电路的能量。通过检测输出电压Vout，把它与参考电压作比较，确定开关元件SW4的接通时间，并通过对开关元件SW3的接通和断开操作来保持输出电压恒定。
如上所述，交流电源AC与全波整流器DB相连，全波整流器DB的输出端又与开关元件SW1、电容器C1以及平滑电容器C2和负载R的并联电路相连。与电容器C1并联连接的是包括电感器L1、开关元件S2、SW3和SW4、二极管D1至D5以及储能电容器C3的控制装置。当控制装置控制跨于电容器C1的电压时，能抑制输入谐波失真，调节输入电流值和调节输出电压。再者，开关元件SW4能减少市电频率级的输出电压的波纹。而且，当把工作频率设置得较高时，能将各电容器、电感器和开关元件做得较小。因此，能提供一种产生所需恒定电压的小体积的电源设备。
实施例22图47示出了本发明的第二十二实施例的电路图，图48示出了本实施例的信号波形。在本实施例中，交流电源AC与全波整流器DB相连，全波整流器DB的输出端又与串联的开关元件SW1和二极管D3连接。跨接在二极管D3上的是串联连接的电感器L1、开关元件SW2、电容器C1和平滑电容器C2与负载R的并联电路。设置有调节跨于电容器C1的电压的控制装置。控制装置包含电感器L1，开关元件SW3和SW4、二极管D1和D2。跨接在二极管D3两端的是开关元件SW3和SW4的串联电路。连接在开关元件SW3与SW4的接点和电容器C1与平滑电容器C2的接点之间的是二极管D1。跨接在二极管D2上的是开关元件SW2、电容器C1和平滑电容器C2与负载R的并联电路。
下面解释本实施例的工作情况。首先，全波整流器DB对交流电源AC施加的电压Vin进行整流，并作为脉动电压V1从其输出。当开关元件SW1响应从控制电路接收到的控制信号而接通，并且基本上在开关元件SW2接通的同时，电感器L1、电容器C1和平滑电容器C2谐振，引起向电容器C1和平滑电容器C2充电。该操作被称为状态1，而图49示出了该等效电路。当开关元件SW1断开时，二极管D3接通，存储在电感器L1内的能量通过开关元件SW2向电容器C1和平滑电容器C2充电。接着解释本实施例在电流流过电感器L1后的工作情况。在电压V1高于输出电压Vout的输入脉动电压V1的峰部，除了开关元件SW2之外，开关元件SW3也被接通。这引起电容器C1串接到电感器L1，使电容器C1上的部分能量移到电感器L1，并以磁能的形式存储在其内，该操作称为状态2A，而在图50A中示出了其等效电路。在电压V1低于输出电压Vout的输入脉动电压V1的谷部，除了开关元件SW2之外，开关元件SW3和SW4也接通。这引起电容器C1连接到储能电容器C2和电感器L1，使储能电容器C2内的能量部分地移到电感器L1，并以磁能的形式存储在其内，同时对电容器C1充电。该操作称为状态2B，而图50B示出了其等效电路。一当开关元件SW2(或SW4)断开使二极管D2接通，通过上述过程，将暂时存储在电感器L1内的所有能量通过二极管D1送至负载电路。该操作称为状态3，而在图51示出了其等效电路。以这种方式把存储在电容器C1内的剩余能量通过电感器L1送至负载电路，以有效地调节跨于电容器C1的电压。重复上述操作，将逐渐提高跨于平滑电容器C2的电压。电容器C1起到在其内存储或存入对应于输入脉动电压V1和输出电压Vout之间的差值的电压的作用，所以当开关元件SW1和SW2均处于其接通状态时，输入脉动电压V1被串联连接到电容器C1，向负载电路提供恒定的电压。再者，对开关元件SW2和SW3(和SW4)的时间进行控制，使对应于在开关元件SW1和SW2接通之前跨于电容器C1和平滑电容器C2的电压之和的电压V2与全波整流输出V1相似，以保持开关元件SW1和SW2的接通时间恒定不变，从而使输入电流波形的包络线与输入电压波形相似。基于这种控制和谐振的电流波形(图48)能抑制输入谐波失真，还能使输入电流波形的包络线变小。当通过调节开关元件SW2和SW3(和SW4)的接通时间来改变该相似比时，输入电流的峰值变化，输出电压提高或降低。所以，得到的电源设备能调节其输出电压。
如上所述，交流电源AC与全波整流器DB相连，全波整流器DB的输出端又与开关元件SW1和二极管D3的串联电路连接。跨接在二极管D3两端的是由电感器L1、开关元件SW2、电容器C1和平滑电容器C2与负载R的并联电路构成的串联电路。还设置有控制装置，它包括开关元件SW3和SW4和二极管D1和D2。当控制装置控制跨于电容器C1上的电压时，能抑制输入谐波失真，调节输入电流值和调节输出电压。而且，当把工作频率设置得较高时，能将各电容器、电感器和开关元件做得较小。因此，能提供一种能产生所需的恒定电压的小体积的电源设备。
图52所示的是对本实施例适当改变后的电路图。更具体地说，在图52所示的电路中，开关元件SW1至SW4均包含n沟道金属氧化物半导体物效应晶体管(NMOSFET)，开关元件SW1的NMOS-FET的漏极与全波整流器DB相连，开关元件SW2的NMOSEFT的漏极与电容器C1相连，而开关元件SW3的NMOSEFT的漏极与电感器L1相连，开关元件SW4的NMOSFET的漏极与开关元件SW3相连。这种结构不需要提供图47的二极管D3。而且，由于NMOSFET的开关元件SW2周围的寄生二极管，所以当接通时间仅在图47所示的开关元件SW2和图47所示的开关元件SW3两个元件的接通状态期间维持，图48所示的开关元件SW2的接通时间也能满足图49至51的电路的工作。换句话说，要求在从开关元件SW1接通到开关元件SW3接通(或开关元件SW3基本上接通)的时间间隔内开关元件SW2保持其接通状态。
实施例23图53示出了本发明的第二十三个实施例的电路图。在本实施例中，在交流电源AC和全波整流器DB之间设置有输入滤波电路，它能防止电源噪声，还能防止电力变换部件的开关元件发出的噪声向外传出。图54示出了这种输入滤波电路的一个例子，在该电路中，使用了一个电感器和一个电容器。通过输入滤波电路，输入电流波形能接近输入电压波形，并且，能抑制输入谐波失真。
容易理解，在前述实施例2至23中对开关元件的接通和断开控制的实现必需用图1的实施例1所示的控制器。控制电路CON本身可以具有普通的开关控制结构。
权利要求
1.一种电源设备，它包括与交流电源相连的全波整流器；第一开关元件和第一储能装置，连接在所述全波整流器的输出端；作为负载和稳压装置的并联电路的负载电路，通过所述第一开关元件和所述储能装置与全波整流器的输出端相连；用于调节第一储能装置两端电压的控制装置；其特征在于，所述控制装置可控地调节第一储能装置两端的电压，使第一储能装置两端电压与所述稳压装置两端电压之和正比于输入电压，使第一储能装置保持其两端电压为相应于输入电压和输出电压之差的电压，由此可把所需的恒定电压提供给所述负载，并且输入电流的包络线正比于输入电压。
2.如权利要求1所述的电源设备，其特征在于，所述控制装置包括一电感器。
3.如权利要求2所述的电源设备，其特征在于，所述第一储能装置是第一电容器，所述稳压装置是平滑电容器，所述控制装置包括一电感器，电感器的一端通过第二开关元件与所述第一电容器的一端相连，而另一端与第一二极管的阳极相连，所述第一二极管的阴极与第一电容器的另一端相连，所述第一电容器的另一端与平滑电容器的一端相连，所述控制装置包括第二二极管，第二二极管的阳极与平滑电容器的另一端相连而其阴极与所述电感器的一端相连，所述控制装置还包括第三开关元件，第三开关元件连接在平滑电容器另一端和电感器另一端之间，控制所述控制装置以使第一电容器通过第二开关元件与由电感器和第一二极管构成的串联电路相连，从而在输入电压高于某设定输出电压，而调节第一电容器两端的电压时，暂时将能量存储在电感器中，使平滑电容器通过第二开关元件、电感器和第三开关元件与第一电容器相连，以使第一电容器充电并调节其两端的电压，从而当输入电压低于该设定输出电压和完成第一电容器电压调节时，将能量存储在电感器中，以使第二开关元件断开，同时把存储在电感器中的能量通过第一和第二二极管送至所述负载电路。
4.如权利要求2所述的电源设备，其特征在于，所述第一储能装置是第一电容器，所述稳压装置是第二电容器，所述控制装置包括一电感器，电感器的一端通过第二开关元件与所述第一电容器的一端相连，而另一端与第一二极管的阳极相连，所述第一二极管的阴极通过第三开关元件与第一电容器的另一端相连，所述第一电容器的另一端与第二电容器的一端相连，所述控制装置包括第二二极管，第二二极管的阳极与第二电容器的另一端相连而其阴极与所述电感器的一端相连，所述控制装置还包括第四开关元件，第四开关元件连接在第二电容器另一端和电感器另一端之间，所述储能电容器接在第一二极管与第三开关元件的接点和第二电容器另一端之间，控制所述控制装置以使第一电容器通过第二开关元件与电感器、第一二极管和第三开关元件构成的串联电路串联连接，从而当输入电压高于某设定输出电压，而调节第一电容器两端的电压时，暂时将能量存储在电感器中，使第一电容器通过第二开关元件、电感器和第四开关元件与第二电容器相连，以使第一电容器充电并调节其两端的电压，从而当输入电压低于该设定输出电压和完成第一电容器的电压调节时，将能量存储在电感器中，以使第二开关元件断开，同时把存储在电感器中的能量通过第一和第二二极管送至储能电容器，并且通过第三开关元件把储能电容器的能量补充给所述负载电路，以保持负载电压恒定。
5.如权利要求1所述的电源设备，其特征在于，所述稳压装置是储能电容器，所述负载电路是所述平滑电容器的并联电路，并且负载通过开关元件与储能电容器并联连接，并且进一步包括这样的装置，它通过开关元件调节从储能电容器提供给负载的能量量值以保持负载两端的电压恒定。
6.如权利要求1所述的电源设备，其特征在于，所述控制装置在所述全波整流器的输出端之间连接多个电路，包括多个串联电路，每个串联电路具有与负载并联的稳压装置的负载电路，并具有第一储能装置和第一开关元件的串联电路，以把电力提供给多个负载，在时分的基础上调节每个所述储能装置两端的电压，以便将所需的输出电压提供给负载。
7.如权利要求6所述的电源设备，其特征在于，根据输入电压选择所述包括多个串联电路的多个电路中的一个，其中每个串联电路具有与负载并联的稳压装置的负载电路，并具有由第一储能装置和第一开关元件构成的串联电路，然后给所选择的电路充电，以降低储能装置两端的电压。
8.如权利要求6所述的电源设备，其特征在于，在时分的基础上，根据输入电压的变化按序给所述多个串联电路中的一个充电，其中每个串联电路具有由第一储能装置和第一开关元件构成的串联电路，以及与负载并联的稳压装置的负载电路，因而出现在其两端的电压更接近输入电压。
9.如权利要求6所述的电源设备，其特征在于，通过一个储能装置将电力提供给多个具有所需电压的负载。
10.如权利要求1所述的电源设备，其特征在于，将多个并联电路与单个并联于负载的稳压装置的负载电路相连，其中每个并联电路具有与第一储能装置串联连接的第一开关元件，以便在时分的基础上调节所述多个第一储能装置两端的电压。
11.如权利要求1所述的电源设备，其特征在于，将多个串联电路与单个并联于负载的稳压装置的负载电路相连，其中每个串联电路具有与第一储能装置串联连接的第一开关元件，以便在时分的基础上调节所述多个第一储能装置两端的电压。
12.如权利要求1所述的电源设备，其特征在于，在第一开关元件和第一储能装置之间插入一个电感器，并提供一二极管，该二极管装置用于释放存储在所述电感器中的能量，直至结束第一开关元件的操作，并进一步在结束第一开关元件的操作后将能量提供给第一储能装置和负载电路。
13.如权利要求1所述的电源设备，其特征在于，在第一储能装置和并联于负载的稳压装置的负载电路之间插入一电感器，并提供一二极管，该二极管装置用于释放存储在所述电感器中的能量，直至结束第一开关元件的操作，并进一步在结束第一开关元件的操作后将能量提供给负载电路。
14.如权利要求12所述的电源设备，其特征在于，第二二极管沿电感器能量释放的方向通过第二开关元件与由电感器和第一储能装置构成的串联电路并联连接，以在释放存储在电感器中的能量时驱动第二开关元件，从而当输入电压高于设定输出电压时将该能量提供给第一储能装置。
15.如权利要求2所述的电源设备，其特征在于，第一储能装置是第一电容器，控制装置包括第一电容器，其一端通过第一开关元件与全波整流器的第一输出端相连；电感器，其一端通过第二开关元件与第一电容器的一端相连；第一二极管，其阳极与电感器的另一端相连而其阴极与并联于负载的稳压装置的负载电路一端相连，而负载电路另一端与所述全波整流器的第二输出端相连；第三开关元件，它接在第一电容器另一端和电感器一端之间；第四开关元件，它接在电感器的另一端和全波整流器第二输出端之间；第一电容器另一端与第三二极管的阴极相连，负载电路的一端与第三二极管的阳极相连；第二二极管，其阴极与电感器的一端相连而其阳极与全波整流器的第二输出端相连，以将电感器中剩余的能量提供给负载电路，所述控制装置通过第二开关元件使电感器及第一和第三二极管与第一电容器串联连接，以调节第一电容器两端的电压并当输入电压高于设定输出电压时暂时将能量存储在电感器中，所述控制装置将第一电容器、第二开关元件、电感器和第四开关元件从稳压装置开始串联连接，通过第三二极管给第一电容器充电并调节其两端的电压，并且当输入电压低于设定输出电压时将能量存储在电感器中，当向电感器提供能量一结束，所述控制装置就将存储在电感器中的能量通过第一和第二二极管提供给负载电路。
16.如权利要求1所述的电源设备，其特征在于，由第二开关元件和第二储能装置构成的串联电路与由第一开关元件和第一储能装置构成的串联电路并联连接，交替操作第一和第二开关元件，从而连续引导输入电流，使输入电流的包络线正比于输入电压，用相同的控制装置交替调节第一和第二储能装置的电压，全波整流器的输出电压通过第一或第二开关元件与第一或第二储能装置串联连接以把电力提供给负载。
17.如权利要求12所述的电源设备，其特征在于，第二开关元件和第二储能装置构成的串联电路与第一开关元件、电感器和第一储能装置构成的串联电路并联连接，联合操作第一和第二开关元件，使流过的电流汇合，从而使输入电流的包络线正比于输入电压，用相同的控制装置交替调节第一和第二储能装置的电压，全波整流器的输出电压通过由第一开关元件和电感器构成的串联电路或通过第二开关元件与第一或第二储能装置串联连接，以把电力提供给负载。
18.如权利要求14所述的电源设备，其特征在于，由第二开关元件和第二储能装置构成的串联电路与由第一开关元件、电感器和第一储能装置构成的串联电路并联连接，联合操作第一和第二开关元件，使流过的电流汇合，从而使输入电流的包络线正比于输入电压，用相同的控制装置交替调节第一和第二储能装置的电压，全波整流器的输出电压通过由第一开关元件和电感器构成的串联电路或通过第二开关元件与第一或第二储能装置串联连接，以把电力提供给负载。
19.如权利要求12所述的电源设备，其特征在于，第一电感器和用于释放存储在第一电感器中能量的装置接在第一开关元件和第一储能装置之间，第二电感器和用于释放存储在第二电感器中能量的装置接在第二开关元件和第二储能装置之间，交替操作第一和第二开关元件，以连续引导输入电流，从而使输入电流包络线正比于输入电压，用相同的控制装置交替调节第一和第二储能装置的电压，全波整流器的输出电压通过第一开关元件和第一电感器或通过第二开关元件和第二电感器与第一或第二储能装置串联连接，以把电力提供给负载。
20.如权利要求14所述的电源设备，其特征在于，第一电感器和用于释放存储在第一电感器中能量的装置接在第一开关元件和第一储能装置之间，第二电感器和用于释放存储在第二电感器中能量的装置接在第二开关元件和第二储能装置之间，交替操作第一和第二开关元件，以连续引导输入电流，从而使输入电流包络线正比于输入电压，用相同的控制装置交替调节第一和第二储能装置的电压，全波整流器的输出电压通过第一开关元件和第一电感器或通过第二开关元件或第二电感器与第一或第二储能装置串联连接，以把电力提供给负载。
21.如权利要求1所述的电源设备，其特征在于，提供了控制装置，从而使一电感器通过开关元件与多个电源或多个储能装置相连，储能装置的极性与流过电感器的电流方向相反，当操作开关元件以在完成开关元件操作的同时把能量传送至电感器的时候，使储能装置与电感器相连，从而限制流过电感器的电流并给储能装置充电。
22.如权利要求3所述的电源设备，其特征在于，在断开第二开关元件之前，断开第三开关元件，同时保持第二开关元件的操作，从而终止从平滑电容器向第一电容器充电，并通过第一二极管用存储在电感器中的能量给第一电容器充电。
23.如权利要求1所述的电源设备，其特征在于，第一储能装置是第一电容器，稳压装置是第二电容器，控制装置包括一电感器，其一端与第一电容器的一端相连而其另一端与第一二极管的阳极相连，第一二极管阴极通过第二开关元件与第一电容器的另一端相连，第一电容器的另一端与第二电容器的一端相连，电感器的另一端与第三二极管的阳极相连，所述第三二极管的阴极通过第四开关元件与第一电容器的另一端相连，第二电容器的另一端与第二二极管的阳极相连，第二二极管的阴极与第五二极管的阳极相连，所述第五二极管的阴极与第二电容器的一端相连，一储能电容器接在第二二极管阴极和第三二极管阴极之间，第四二极管的阳极与第三二极管的阳极相连，所述第四二极管的阴极通过第三开关元件与第二二极管的阴极相连，当输入电压高于设定输出电压而调节第一电容器两端的电压时，所述控制装置通过第二开关元件串联连接第一电容器、电感器和第一二极管，以暂时把能量存储在电感器中，当输入电压低于设定输出电压而调节第一电容器两端的电压以限制流过电感器的电流时，所述控制装置通过第三和第四开关元件将第一电容器、电感器和第四二极管与储能电容器相连，以给第一电容器充电和调节其两端的电压，将能量存储在电感器中，所述控制装置还通过第三和第五二极管将存储在电感器中的能量提供给储能装置并用储能电容器的能量进行补充，并且一断开第二、第三和第四开关元件就通过第四开关元件保持负载电压恒定。
24.如权利要求2所述的电源设备，其特征在于，第一储能装置是第一电容器，所述控制装置包括所述电感器，其一端通过第一开关元件与所述全波整流器的第一输出端相连，电感器的另一端通过第二开关元件与第一电容器的一端相连，第一电容器的另一端与并联于负载的稳压装置所述负载电路的一端相连，负载电路的另一端与全波整流器的第二输出端相连，第一电容器的另一端与第一二极管的阴极相连，电感器一端与第一开关元件的接点通过第三开关元件与第一二极管的阳极相连，第四开关元件接在第一二极管的阳极和负载电路另一端之间，第二二极管接在电感器另一端和全波整流器第二输出端之间，以提供电感器中剩余的能量，第三二极管接在电感器一端和负载电路另一端之间，当输入电压高于设定输出电压而调节第一电容器两端的电压时，所述控制装置通过第二和第三开关元件将电感器和第一二极管与第一电容器串联连接，以把能量暂时存储在电感器中，当输入电压低于设定输出电压而改变第一电容器并调节其两端的电压时，所述控制装置通过第二、第三和第四开关元件将第一电容器和电感器与稳压装置相连，以把能量存储在电感器中，另外当结束向电感的能量提供时，所述控制装置接通过第二和第一二极管以及第三开关元件把存储在电感器中能量提供给负载电路。
25.如权利要求24所述的电源设备，其特征在于，所述第一至第四开关元件是金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)，每个元件都具有一个寄生二极管，并且用MOSFET的所述寄生二极管代替了第三二极管。
26.如权利要求1所述的电源设备，其特征在于，在输入电源和每个组件之间提供了一个至少包括一电感器和一电容器的输入低通滤波器。
全文摘要
一种电源设备，其中全波整流器与交流电源相连，与平滑电容器并联的负载电路通过开关元件和电容器与全波整流器的输出端相连，并且控制装置与电容器并联，使电容器和平滑电容器的电压之和正比于输入电压，并使电容器的电压为输入和输出电压之差，以将所需的恒定电压加至负载，由此在开关元件的控制下，输入电流的包络线正比于输入电压。因此用少量的开关元件实现了电力变换，简化了控制电路的布置，并使调节电容器电压时的峰值电压较小。
文档编号H02M3/155GK1139313SQ96103450
公开日1997年1月1日 申请日期1996年2月15日 优先权日1995年2月15日
发明者鸣尾诚浩, 神田隆司, 中野智之 申请人:松下电工株式会社