专利名称：电源电路的制作方法
一种由输入电压给负载供电的电源电路，该电源电路包括一个具有初级绕组和次级绕组的变压器、一个开关晶体管，该晶体管具有一个控制极、一个第一主电极和一个第二主电极，第一主电极和第二主电极限定了开关晶体管的一个主电流通路，该晶体管的主电流通路与初级绕组串联连接；一个连接在第一主电极和次级绕组的第一端之间的第一电阻；一个与待被供电的负载串联连接在次级绕组的第一端和次级绕组的第二端之间的第一二极管；一个由电容器和第二电阻组成的串联支路，该串联支路被连接在第二端和控制极之间；一个连接在控制极和电源端之间的第三电阻；一个用于限制控制极上电压的阈元件，该阈元件连接在控制极和第一端之间。
这样的电源电路在美国专利4,464,619中已经被公知，特别是在图3中，该公知的电源电路能够被用于对电池充电和为一个电设备供电。这样的电源电路特别适合于被用在包括可充电电池的一个电动剃胡刀中，其中电源电路为电池提供充电电流和为剃胡刀的电动机提供电流。在公知的电源电路中，开关晶体管是一个双极性晶体管。第三电阻给开关晶体管的控制极或基极提供起动电流并且使其被导通。这将导致电流通过变压器的初级绕组。这个初级绕组电流在次级绕组中感应出一个电压，该电压借助于由第一电容器和第二电阻组成的串联支路正向反馈给开关晶体管的基极。其结果是该开关晶体管迅速地被饱和导通。在正向时间间隔期间，初级绕组电流线性地增加直到第一电阻上的电压降和在基极与第一主电极或发射极之间的电压的和等于阈元件的阈值电压为止。该阈元件被导通并且使开关晶体管的基极短路到一个参考电压，它使开关晶体管被关断。在回扫时间间隔中，在变压器中存储的能量借助于第一二极管被传送给待供电的负载，使一个次级绕组电流流入到次级绕组中，该电流逐渐到减小。在从正向时间间隔到回扫时间间隔的过渡过程中，次级电压的符号被反向并且借助于第一电容器和第二电阻利用正反馈加速开关晶体管的关断。在回扫时间间隔的末端上第一二极管被关断和一个等待时间间隔开始直到在开关晶体管的基极上的驱动电压再次足以使这个晶体管导通为止，其中在等待时间间隔中在第一电容器上建立的电压差借助于第三电阻被补偿。因此，该电源电路自激振荡。
在已知的电路中，阈元件与由开关晶体管的基极-发射极结、第一电阻和待充电的电池组成的串联支路并联连接。这意味着电池电压是确定开关晶体管的关断时刻的因素之一。因此，额定电池电压不被固定，并且为了防止电池的过充电或充电不足，设置大量的或少量的串联电池而没有设计适应的电源电路是不可能的。通过把阈元件连接在控制极和第一端之间，电池电压不再起作用。阈元件最好包括一个齐纳二极管。
美国专利4,652,984公开了一种自激振荡电源电路，在该电源电路中由第一电容器和第二电阻组成的串联支路借助于一个附加的电阻与开关晶体管的控制极连接。在串联支路和附加电阻之间的结点借助于一个齐纳二极管与开关晶体管的第一主电极连接。然而，在这个公知电源电路中的齐纳二极管不限制开关晶体管的控制极上的电压，但是，当输入电压增加时它通过限制次级绕组电压来限制提供给开关晶体管的控制极的驱动电流，借助于由第一电容器和第二电阻组成的串联支路来反馈该驱动电流。因此，当初级绕组电流达到一个给定值时，该齐纳二极管不用于使开关晶体管关断。为此目的，利用一个单独关断的晶体管，利用初级绕组电流通过的一个电阻上的电压来驱动该晶体管。
美国专利4,965,506中示出了一种与在美国专利4,652,984中涉及的齐纳二极管和电阻类似的一个齐纳二极管和一个电阻，它们具有相同的功能和目的。美国专利4,965,506中还示出了一个由齐纳二极管和一个常规二极管组成的串联支路。这个串联支路的一端与次级绕组的第一端连接，而另一端不是与开关晶体管的控制极连接，而是与一个晶体管的控制极连接，它也驱动一个单独关断的晶体管。
振荡期间的重复频率特别依赖于用于补偿第一电容器上的电压差所需要的时间。通过在由第一电阻和开关晶体管的控制极与第一主电极之间的结组成的串联支路上设置一个阈元件，特别是一个齐纳二极管，除了通过第三电阻的导通通路之外，能够获得一个附加的导通通路，借助于该附加的导通通路能够补偿第一电容器上的电压差。实际上，在回扫时间间隔中次级电压的符号被反向，并且电流能够流过该齐纳二极管，该齐纳二极管作为一个二极管来操作。这个效果导致相当大地减小了用于补偿第一电容器上的电压差所需要的时间。因此，振荡周期的重复频率增加了，其结果是电源电路每单位时间内提供给负载或电池的能量比以前提供给它的能量更多。在该电源电路的设计中能够考虑这种情况。然而，这限制了设计的自由度。
本发明的目的是为了消除这些缺陷，为此，在开始段落中限定类型的电源电路的特征是一个第二二极管与阈元件串联连接，在限制开关晶体管的控制极上的电压期间该第二二极管导通。
该第二二极管使阈元件的附加导通通路中断。第二二极管的存在具有附加的优点这样构成的电源电路能够在一个相对高的重复频率和一个相对低的重复频率之间进行转换。为此，该电源电路的实施例的特征是一个开关与第二二极管并联连接，以便使第二二极管短路。
该开关可以是一个普通的电开关或一个晶体管开关。因此。为了给电池充电，电源电路能够从慢速充电(开关打开；第二二极管没有被短路)转换到快速充电(开关闭合；第二二极管被短路)。为了防止电池被过充电，一种实施例的特征是该电源电路还包括用于根据一个信号使开关打开和闭合的装置，该信号是待被供电负载的状态的一个度量。该状态可以是待充电电池的电压或温度。
在改变输入电压的情况下，次级绕组电压也变化，该变化被反馈给开关晶体管的控制极。当齐纳二极管被击穿时，一个变化的电流流过这个齐纳二极管并且在该齐纳二极管的内阻抗上产生一个变化的齐纳电压。然而，具有一个低内阻抗的齐纳二极管是同时具有一个高于5V的更高电压类型的齐纳二极管。如果变压器的次级绕组电压是低的并且如果由第二电阻上的电压降引起的损耗需要被降低，那么这种齐纳二极管是不需要。
这个问题利用一种实施例能够解决，该实施例的特征是阈元件包括另一个串联电阻，该电阻被连接在由第一电容器和第二电阻组成的串联支路和开关晶体管的控制极之间；一个与开关晶体管的控制极连接的第一齐纳二极管；和一个借助于该另一个串联电阻与开关晶体管的控制极连接的第二齐纳二极管。
利用另一个实施例来提供对这个问题的另一种解决方法，该实施例的特征是阈元件包括一个由一个齐纳二极管和另一个串联电阻组成的串联支路，和一个双极性晶体管，该双极性晶体管具有一个与该齐纳二极管和该另一个串联电阻的结点连接的基极，一个与由该齐纳二极管和该另一个串联电阻组成的串联支路并联连接的主电流通路。
为了消除在开关晶体管中的损耗，开关晶体管应该迅速地转换。利用一个实施例能够加速开关晶体管的转换，该实施例的特征是一个第二电容器与第二电阻并联连接。在瞬态过程中第二电容器减小在次级绕组的第二端和开关晶体管的控制极之间的阻抗。
一种监视待被供电负载上电压的实施例的特征是第二二极管具有一个与次级绕组的第一端连接的第一电极和一个与阈元件连接的第二电极，并且开关包括一个第一晶体管，该晶体管具有与第一端连接第一主电极、一个与第二二极管的第二电极连接的第二主电极、和一个与次级绕组的第二端连接的控制极；一个第二晶体管，该晶体管具有一个与第一端连接的第一主电极、一个与第一晶体管的控制极连接的第二主电极和一个控制极；和一个电压分压器，该电压分压器连接在待被供电的负载的两端上并且具有一个与第二晶体管的控制极连接的抽头。
在回扫时间间隔中第一晶体管使第二二极管短路，该第一晶体管可以是双极性或单极性(MOS)的。电源电路现在作为一个快速充电器操作。在一个给定的电池电压上第二晶体管被导通并且使第一晶体管的控制极短路，其结果是第二二极管的短路被消除了并且该电源电路自动地转换到慢速充电。
利用第一和第二晶体管能够避免使用一个齐纳二极管和避免在开关晶体管的关断点中产生变化。为此目的，一种实施例的特征是阈元件包括一个第一双极性晶体管，该双极性晶体管具有一个与第一端连接的发射极、一个与开关晶体管的控制极连接的集电极和一个与次级绕组的第二端连接的基极；一个第二双极性晶体管，该双极性晶体管具有一个与第一端连接的发射极、一个与第一双极性晶体管的基极连接的集电极和一个借助于二极管与第一端连接的基极；该电源电路还包括一个电压分压器，该电压分压器连接在待被供电负载的两端上并且具有一个与第二双极性晶体管的基极连接的抽头。
第一和第二晶体管现在是双极性晶体管，在正向时间间隔中，双极性晶体管与把第二双极性晶体管的基极连接到第一端上的二极管结合起来以形成一个阈元件，该阈元件具有一个阈值电压，该阈值电压是该二极管上的电压和第一与第二晶体管的集电极-基极电压的总和。在正向时间间隔中第一和第二晶体管如前面描述的方式操作。
甚至在另一个实施例中也能够减小使输入电压变化的影响，该实施例的特征是阈元件包括一个第一双极性晶体管，该双极性晶体管具有一个与第一端连接的发射极、一个与开关晶体管的控制极连接的集电极和一个借助于一个串联电阻与次级绕组的第二端连接的基极；一个第二双极性晶体管，该双极性晶体管具有一个与第一端连接的发射极、一个借助于一个串联电阻与第一双极性晶体管的基极连接的集电极和一个基极；一个反向导通型的第三双极性晶体管，该晶体管具有一个与第一端连接的发射极、一个与第一双极性晶体管的基极连接的集电极和一个基极；该电源电路还包括一个电压分压器，该电压分压器连接在待被供电的负载的两端上并且具有一个与第二双极性晶体管的基极和第三双极性晶体管的基极连接的抽头。
利用一个反向导通型的第三双极性晶体管来代替前面描述的二极管并且加入一个与第一双极性晶体管的基极串联的电阻。该串联电阻能够调整补偿度。
特别是在慢速充电方式中，第三电阻对振荡周期的重复频率有相当大的影响。与第三电阻连接的电源端的特征是根据输入电压的变化来使电源电压稳压。因此另一种实施例的特征是该电源电路还包括另一个晶体管，该晶体管具有一个与开关晶体管的第二主电极和一个第三电阻连接的第一主电极、一个与初级绕组连接的第二主电极和一个控制极，该控制极接收一个根据输入电压的变化而被稳压的电压。
该另一个晶体管与开关晶体管一起形成了一个串联支路。当达到开关晶体管的关断点时，在该另一个晶体管的第一主电极上的电压变化实际上比在开关晶体管的第一主电极上的电压变化更大，以致于该另一个晶体管与开关晶体管本身相比相对迅速地被关断。因为在该另一个晶体管的第一主电极和控制极之间存在一个实际上恒定的电压差，所以该另一个晶体管也限制开关晶体管上的电压。这就减小了在开关晶体管中的损耗。
与上述利用在慢速充电和快速充电之间进行转换的实施例结合在一起，该另一个晶体管对于输入电压的变化提供有一个附加补偿。
一种使该另一个晶体管的控制极上的电压稳压的实施例的特征是另一个晶体管的控制极借助于一个电阻来接收输入电压并且借助于另一个阈元件与在待被供电负载和第一二极管之间的一个结点连接。通过把另一个阈元件与在待被供电负载和第一二极管之间的一个结点连接，在电池中断或没有负载的情况下能够使另一个晶体管保持关断和使开关晶体管不导通，其中阈元件可以是一个齐纳二极管。
特别地，如果该另一个晶体管是一个双极性晶体管，那么当该另一个晶体管被导通时，借助于它的控制极或基极与输入电压连接阻抗可以是特别高以致于能够提供足够的基极电流。减小该阻抗导致了不需要的损耗。为了消除这个损耗，一种实施例的特征是该电源电路还包括一个由二极管和电阻组成的串联支路，该串联支路被连接在该另一个晶体管的控制极和次级绕组的第二端之间。在正向时间间隔中第二端借助于该二极管和该电阻给该另一个晶体管的控制极提供一个附加的驱动信号。在回扫时间间隔中次级绕组上的电压被反向。然后，该二极管被关断以便在控制极上电压的电压稳压被干扰。
当开关晶体管没有导通时，在回扫时间间隔中该另一个晶体管的第一主电极载有一个缓冲的稳压电压。这个优点被利用在一个实施例中，该实施例的特征是该电源电路还包括一个连接在第一晶体管的第一主电极和另一个电源端之间的二极管，和一个与该另一个电源端连接的平波电容器。当开关晶体管导通时，在正向时间间隔中该二极管被关断。在回扫时间间隔中该另一个晶体管借助于该二极管对平波电容器进行充电。由于该另一个晶体管形成了一个用于在它的控制极上稳压电压的有源缓冲器，所以一个相对小的平波电容器将是适合的。在平波电容器上的电压能够被用于为附加的电子电路供电。在一个剃胡刀中，这样的附加电路例如是一个控制单元、一个显示器和一个微处理机。
利用各种方法能够影响从快速充电到慢速充电的转换点和从慢速充电到快速充电的转换点。为此目的，一种实施例的特征是至少一部分第三电阻包括一个可变的或可调的电阻。如上所述，第三电阻对振荡周期的重复频率具有相当大的影响，特别是在慢速充电方式中。通过使第三电阻可调或可变化，能够改变提供的充电电流。
另一种实施例的特征是电源电路包括用于对电压分压器的抽头上电压产生影响的装置。其结果是与没有该装置相比，该电源电路将转换的更快或更慢。
本发明的这些和其它的方面将结合下列的附图进行描述
图1示出了根据本发明的一个电源电路的实施例；图2示出了根据本发明的一个电源电路的实施例；图3示出了根据本发明的一个电源电路的实施例；图4示出了根据本发明的一个电源电路的实施例；图5示出了根据本发明的一个电源电路的实施例；
图6示出了根据本发明的一个电源电路的实施例；图7示出了根据本发明的一个电源电路的实施例；图8示出了在图7中所示实施例的一部分电路图；图9示出了根据本发明的一个电源电路的实施例；图10示出在图9中所示实施例的一部分电路图；图11A和11B是解释在根据本发明的一个电源电路的实施例中控制功能的操作图；图12示出了根据本发明的一个电源电路的实施例；图13示出了根据本发明的一个电源电路的实施例；图13示出了根据本发明的一个电源电路的实施例；图14示出了一个电动剃胡刀，该剃胡刀包括一个可充电电池和一个根据本发明的电源电路。
在这些图中相同的部件使用相同的参考符号。
图1示出了根据本发明的一个电源电路的实施例的电路图。交流主电压或一个适当的直流电压被提供到输入端N4和N5上。利用一个二极管整流桥D0对交流电压进行整流并且利用电容器C1和C2和一个线圈L1对整流的电压进行平滑和滤波。整流输入电压的负端接地。正端N7与一个变压器的初级绕组W1连接。一个齐纳二极管D1和一个二极管D2与初级绕组W1并联连接，并且当通过初级绕组W1的电流被中断时限制在初级绕组W1上的电压。包括一个双极性NPN晶体管的开关晶体管T2的主电流通路与初级绕组W1串联连接，该晶体管具有一个与初级绕组W1偶合的第二主电极或集电极。开关晶体管T2的第一主电极或发射极借助于一个电阻R3与变压器的次级绕组W2的第一端N1连接，该次级绕组W2与初级绕组W1磁偶合。次级绕组W2还具有一个与待供电的负载连接的第一端N1，该负载例如是一个可充电电池B。可充电电池B的正端与第一端N1连接。可充电电池B的负端与一个端N6连接，该端N6借助于一个二极管D3与次级绕组W2的一个第二端N2连接。该端N6例如接地。这样连接的结果是不仅通过次级绕组W2的电流而且通过初级绕组W1的电流都流过可充电电池B。如果这是不需要的，那么可以利用第一端N1代替端N6来接地。开关晶体管的控制极或基极借助于电阻R6与一个电源端N3连接。这个电源端能够直接与正端N7连接，但是在改变输入电压的情况下，最好例如利用连接在电源端N3和端N6之间的齐纳二极管D7和一个连接在电源端N3和正端N7之间的电源电阻R2使电源端N3上的电压稳压。一个电容器C3和电阻R5被串联连接在开关晶体管T2的基极和次级绕组W2的第二端N2之间。此外，开关晶体管T2具有一个借助于一个由齐纳二极管D5和二极管D6串联连接组成的阈元件与第一端N1连接的基极，当齐纳二极管D5被击穿时该阈元件导通。一个阈元件可以被理解为是这样一个元件，即只要该元件上的电压低于一个给定阈值电压，该元件具有一个比较高的阻抗，当该元件上的电压超过一个给定阈值电压时，该元件具有一个比较低的阻抗，这种类型的元件包括齐纳二极管、双向击穿二极管和充气稳压管。
当接收到一个输入电压时，一个起动电流借助于电阻R6从电源端N3提供给开关晶体管T2的基极，由此该开关晶体管T2被导通。正向时间间隔或正向阶段开始。目前一个电流借助于初级绕组W1、开关晶体管T2、电阻R3和电池B开始从正端N7流动到端N6上。在初级绕组W1上的电压差包括一个在次级绕组W2上变压的电压差，接着，第二端N2相对于第一端N1是正电位的。二极管D3的阴极相对于二极管D3的阳极是正电位，其结果是二极管D3被关断。在次级绕组W2上的正电压差具有一个正反馈作用并且借助于电容器C3来驱动开关晶体管T2的基极-发射极结使其进一步导通，利用电阻R5来限制该驱动电流。开关晶体管T2被饱和导通并且一个增加的电流开始流过初级绕组W1。这个增加的电流在电阻R3上产生了一个增加的电压。当开关晶体管T2的基极-发射极结电压和电阻R3上的电压的总和等于阈元件的阈值电压时，在目前的情况下阈值电压是齐纳二极管D5的稳压电压和二极管D6的结电压的总和，开关晶体管T2的基极被短路到第一端N1上。因此开关晶体管T2被关断和通过初级绕组W1的电流被中断。现在回扫时间间隔或回扫阶段开始，在变压器中存储的能量被传送到电池B中。在开关晶体管T2被关断时的峰值电流不依赖于在电池B上的电压，其原因是阈元件开关晶体管T2基极-发射极结和电阻R3并联连接。因此，一个短路的电池B或另一个负载永远不能导致一个过大的峰值电流通过开关晶体管。
通过初级绕组W1的电流的中断导致了在初级绕组W1上一个大电压的增加，该电压增加相对于在正端N7上的输入电压是正的，并且由二极管D2和齐纳二极管D1来限制该电压增加。电流中断的结果是在初级绕组W1上的电压符号被反向，结果在次级绕组W2上的电压符号也被反向。现在次级绕组W2的第二端N2相对于第一端N1是正的。二极管D3导通和一个次级电流在由次级绕组W2、二极管D3和电池B形成的次级电路中流动，在变压器中的能量被传送给电池B。次级电流减小到零。只要二极管D3导通，在次级绕组W2上的负电压就等于二极管D3上的电压和电池B的电压的总和。在次级绕组W2上的负电压瞬态过程呈现的电容器C3上并且保持开关晶体管T2的基极相对于发射极为负的。二极管D6防止电容器C3借助于齐纳二极管D5放电，此时该齐纳二极管D5是正向导通的。开关晶体管T2将保持关断直到电容器C3借助于电阻R6和电阻R5被再次充电到这样一个程度，即开关晶体管T2的基极上的电压相对于发射极再次是足够正的电压，并且一个新的振荡周期被启动为止。其结果是电源电路被自激振荡。
对电容器C3充电需要的时间和振荡周期的的重复频率主要地由电阻R6的阻值来确定，其原因是在实际中电阻R5的阻值可以被忽略。电源电路一直等到电容器C3借助于电阻R6被充足地充电为止。因此回扫时间间隔由一个等待时间间隔来跟随。实际上，在每个振荡周期中，一个固定的能量被传送给电池B或另一个负载。因此振荡周期的重复频率确定了流入到电池B中的平均充电电流。利用适当地选择电阻R6的阻值能够固定平均充电电流。在图1中所示的电源电路特别适合作为用于可充电电池的慢速电充器或涓流充电器。
在正向时间间隔中利用在次级绕组W2上的正电压差也能够确定电容器C3的充电过程。该电压差与在正电源端N7上的输入电压成正比，它也与整流的主电压成正比，该主电压能够从额定100V变化到额定240V。主电压越高，用于电容器C3充电的时间越长。当由于一个较高的主电压使在开关晶体管T2被关断时的峰值电流更迅速地被达到时，电容器C3的充电时间变得更长。其结果是重复频率被修改并且获得一个用于改变主电压的补偿。
开关晶体管T2是一个双极性晶体管。然而，其它类型的晶体管也能够被用于这个目的。例如它包括一个达林顿晶体管、一个单极MOS晶体管，或一个绝缘栅双极性晶体管(IGBT)，其中单极MOS晶体管的第一主电极、第二主电极和控制极分别地与源极、漏极和栅极相对应。
图2示出了根据本发明的电源电路的一个更精细的实施例的电路图。一个加速电容器C5连接在电阻R5的两端以便加速开关晶体管T2的导通。此外，一个共射-共基晶体管T1与开关晶体管T2串联连接，该共射-共基晶体管例如是一个双极性NPN晶体管，它具有一个与开关晶体管T2的集电极连接的发射极、一个与初级绕组W1连接的集电极和一个与在电源电阻R2和一个齐纳二极管D7之间的结点连接的基极，其中电阻R2与正端N7连接而齐纳二极管D7与端N6(地)连接。利用晶体管T1的发射极形成电源端N3，电阻R6与电源端N3连接。电源端N3提供一个稳压电压，该稳压电压由齐纳二极管D7来确定并且由晶体管T1自动地缓冲。当达到开关晶体管T2的关断点时，在晶体管T1的发射极上的电压变化比在开关晶体管T2的发射极上的电压变化大的多。结果是与开关晶体管T2相比晶体管T1更快地关断。晶体管T1也限制在开关晶体管T2的集电极上的电压。这就限制了在开关晶体管T2中的损耗并且能够选择一个低电压型的晶体管。
在起动期间，晶体管T1借助于电阻R2接收基极电流并且被导通。然后，利用齐纳二极管D7使在电源端N3上的电压稳压。由于电容器C3仍然借助于电阻R6被充电，所以开关晶体管T2保持关断。一旦开关晶体管T2被导通，在电源端N3上的电压就下降，其原因是晶体管T1和开关晶体管T2进入到饱和状态。然后，齐纳二极管D7关断。在开关晶体管T2已经被关断之后，齐纳二极管D7被导通并且晶体管T1把开关晶体管T2的集电极电压限制到由齐纳二极管D7的稳压电压和晶体管T1的基极-发射极电压确定的一个值上。
电源电阻R2提供用于齐纳二极管D7的基极电流和该电阻R2的阻值最好被选择的尽可能的高以便把损耗减小到最小。然而，它的阻值太高以致于当开关晶体管T2从晶体管T1得到电流时，不能给晶体管T1提供足够的基极电流。借助于二极管D4和限制电阻R4来克服这个问题，其中二极管D4和电阻R4被串联连接在次级绕组W2的第二端N2和晶体管T1的基极之间。因此，在正向时间间隔中次级绕组W2上的正向电压的正反馈对于驱动晶体管T1的基极也是有效的。在回扫时间间隔中在次级绕组W2上的电压被反向并且变为负的。然后二极管D4被关断以便防止用于晶体管T1的基极上电压的稳定电压被干扰。
当达到齐纳二极管D5的阈值电压时，一个电流流过次级绕组W2、电容器C3、电阻R5、齐纳二极管D5和二极管D6。这个电流依赖于在正向时间间隔中次级绕组W2上呈现的正电压。该主电压也依赖于主电压。在一个高主电压的情况下，通过齐纳二极管D5的电流比在一个低主电压的情况下通过齐纳二极管D5的电流更大。齐纳二极管D5的内阻抗导致了一个变化的阈值电压，其结果是开关晶体管T2的关断点依赖于主电压。然而，具有一个低内阻抗的齐纳二极管同时又具有比5V更高的稳压电压。如果变压器的次级电压对于激励具有低电压的电池来说是低的，并且如果电阻R3的阻抗值是小的以便使损耗减小到最小，那么它将被不需要。
图3示出了一个包括一个阈元件的实施例，该阈元件在阈值电压中具有较小的变化。一个电阻R7被连接在电阻R5和开关晶体管T2的基极之间。在电阻R5和电阻R7之间的结点借助于一个附加的齐纳二极管D8与二极管D6的阳极连接。附加齐纳二极管D8的稳压电压比齐纳二极管D5的稳压电压更高。附加齐纳二极管D8把次级绕组W2上的电压限制到一个恒定值，以致于通过齐纳二极管D5的电流实际上是恒定的并且它的阈值电压几乎不再依赖于主电压。因此，对于齐纳二极管D5和齐纳二极管D8来说也能够选择具有相对高内阻抗的低电压类型。
图4示出了利用另一种解决方法来改变齐纳二极管D5的阈值电压的实施例。现在利用一个与电阻Rs串联连接的齐纳二极管Z来代替齐纳二极管D5。一个NPN晶体管TN的集电极-发射极通路与它们的串联电路并联连接，该晶体管具有一个连接在齐纳二极管Z和电阻Rs之间结点上的基极。晶体管TN传送大部分的电流，否则这些电流将流过齐纳二极管Z。晶体管TN的基极-发射极电压稳定电阻Rs上的电压降和通过齐纳二极管Z的电流。
齐纳二极管D7与端子N6连接。这意味着电池B的电压是确定电源端N3上稳压电压的因素之一，如已经解释的，稳压的电压是等待时间间隔的长度和振荡周期的重复频率的度量。如果齐纳二极管D7已经与电池B的正端，那么等待时间间隔变得与电池电压无关。然而，通过把齐纳二极管D7与电池B的负端连接，能够防止电源电路被中断或失去电池。在电池中断的情况下，没有电流能够流过开关晶体管T2，其结果是没有基极电流流到晶体管T1。晶体管T1和T2保持关断，而在电源端N3上的电压被限制到一个对于开关晶体管T2的安全值。因此，开关晶体管T2不能被破坏，如果齐纳二极管D7与电池B的正端连接，那么这种破坏将是可能的。
图5示出了一个实施例，在该实施例中共射-共基晶体管T1由一个MOS晶体管构成。由于当晶体管T1被导通时该晶体管的栅极几乎没有电流，所以二极管D4和电阻R4能够被省去。一个附加的电容器C5连接在齐纳二极管D7的两端上以便克服在晶体管T1的栅极上可能的瞬态过程。与利用一个双极性晶体管T1的实施例相比，当开关晶体管T2被导通时，齐纳二极管D7保持导通。当开关晶体管T2被饱和导通时，晶体管T1的源极上的电压下降。增加的栅极-源极电压使晶体管T1进入到希望的导通状态。
二极管D6抑制第三电容器C3的快速充电。在存在二极管D6的情况下，能够使电源电路在相对高的重复频率和相对低的重复频率之间进行转换。通过使二极管D6短路，电容器C3上的负电压瞬态过程能够在回扫时间间隔中被迅速地补偿，其原因是齐纳二极管D5作为一个正向连接的二极管来操作。其结果是开关晶体管T2的基极电压更迅速地呈现为正值，该正值适合于使开关晶体管T2再次导通。然后，振荡周期的重复频率实际上变得更高，其结果是提供给电池B或另一个负载的电流的平均值增加。借助于连接在二极管D6上的一个开关，能够对电池B从慢速充电转换到快速充电。该开关可以是一个手操作开关(没有示出)或是一个开关晶体管。
图6示出了具有一个电子开关的实施例，例如该电子开关是由一个双极性PNP晶体管T3构成的，它具有一个与第一端N1连接的发射极，一个与二极管D6的阳极连接的集电极和一个借助于限流电阻R7与第二端N2连接的基极。在回扫时间间隔中，第二端N2相对于第一端N1是负的，其结果是晶体管T3被导通并且使二极管D6短路。为了防止电池B的电压过量地增加和被过充电，设置有一个电池电压传感器和一个开关，如果电池电压超过一个给定值，那么该开关停止驱动晶体管T3。电压传感器采用一个电压分压器的形式，该电压分压器由与电池B串联连接的电阻R8和电阻R9构成。例如，该开关也由一个PNP晶体管构成，该晶体管具有与第一端N1连接的发射极，与晶体管T3的基极连接的集电极，和与电压分压器的抽头连接的基极。当电池电压超过一个给定值时，晶体管T4被导通和晶体管T3的基极-发射极结被短路。对于晶体管T3和晶体管T4也能够利用单极(MOS)晶体管来代替双极性晶体管。借助于一个适当的接口电路，利用一个信号也能够驱动晶体管T4，该信号是另一个电池状态的度量，例如一个与待充电电池中的温度或压力对应的信号。在正向时间间隔中，借助于电阻R7、电压分压器R8，R9和晶体管T4导通的集电极-基极结能够防止一个过高的基极-发射极电压。
在晶体管T3和晶体管T4的情况下，能够避免利用齐纳二极管D5和避免在开关晶体管T2的关断点中产生变化。图7示出了一个没有齐纳二极管D5的实施例。二极管D6也已经被省略了。电阻R7借助于一个电容器C6与第二端N2连接。此外，一个二极管D8连接在晶体管T4的基极-发射极结上，二极管D8的阳极与晶体管T4的基极连接。图8示出了在正向时间间隔中晶体管T3和T4和二极管D8的工作情况。然后，晶体管T3和T4的集电极-基极结是导通的。接着阈值电压等于三个结电压的总和。(近似为2.1V)。当它们的集电极-基极结导通时，晶体管T3和晶体管T4将以反向方式操作，即集电极作为发射极操作、发射极作为集电极操作。这样获得的阈元件的内阻抗特别地依赖于在反向方式中晶体管的电流增益，因此该阈元件特别适用于晶体管T3。在回扫时间间隔中，晶体管T3和晶体管T4再次以在图6中所示的实施例的方式操作。电容器C6防止起动电流借助于晶体管T3的集电极-基极结、电阻R7和次级绕组流入到电池B中。
图9示出一种实施例，该实施例能够补偿由于改变主电压所产生的影响。利用一个NPN晶体管T5来代替在图7中所示电路中的二极管D8，该晶体管T5具有一个与第一端N1连接的发射极、一个与晶体管T3的基极连接的集电极和一个与晶体管T4的基极连接的基极。此外，晶体管T4具有借助于一个电阻R11与晶体管T3的基极连接的集电极。借助于电阻R11能够调整补偿度。图10示出了在正向时间间隔中的情况。阈值电压是晶体管T3的集电极-基极电压和晶体管T5的集电极-发射极电压的和。利用晶体管T5来维持晶体管T4的集电极上的电压，其原因是其从晶体管T4的集电极提取的电流与由电阻R7提供的电流相等，其中晶体管T4的集电极上的电压是晶体管T4的集电极-基极电压和晶体管T5的基极-发射极电压之和。其结果是晶体管T5的集电极上的电压将减小一个因数，该因数是由电阻R11和电阻R7之间的比确定的并且与由电阻R7提供的电流成正比。由于电阻R7借助于电容器C6与次级绕组W2的第二端N2连接，所以晶体管T5的集电极上的电压作为主电压的一个线性函数来减小和增加。其结果是开关晶体管T2的关断时刻与主电压成正比地变化。
电容器C6借助于晶体管T3的集电极-基极结抑制起动电流漏到电池B上。为此电阻R7不与电容器C3连接以便省略电容器C4，其原因是起动电流借助于电阻R7、晶体管T4的集电极-基极结和电阻R8泄漏。由于次级绕组W2上的平均电压是零和用于电容器C6的充电和放电通路的阻抗实际上是相等的，所以电容器C6上的平均电压以将是零。如果电阻R7和电容器C6的时间常数相对于开关周期时间是大的，那么电容器C4对主电压补偿的影响将被忽略。然而，似乎即使在一个小的时间常数情况下主电压的补偿仍然是满意地可调整的。
图9还示出了一个电动机M，该电动机能够借助于一个开关SW与电池B连接。此外，为了附加地抑制干扰，设置了一个平波电容器C7。电动机M可以是一个包括可充电电池的剃胡刀的电动机，该可充电电池由主电压充电。利用一个LED二极管D9来指示电源电路的操作，该二极管D9与次级绕组W2的端N1连接并且通过一个串联连接电阻R10与次级绕组W2的端N2连接。
利用各种方法能够影响从快速充电到慢速充电的转换点和从慢速充电到快速充电的转换点。图11A示出了第一方法，该方法基于由电压分压器电阻R8、R9测量的电池电压的作用。然后，通过电池的平均充电电流IB从一个高值转换到另一个电池电压VB上的低值。图12示出了一个实施例，该实施例包括一个控制单元CU，该控制单元CU借助于一个电阻R12来改变在电压分压器电阻R8、电阻R9的抽头上的电压。该控制单元CU根据各种参数来进行该控制，这些参数例如是电池的温度、电动机M的旋转或非旋转(在图12中没有示出)、在充电期间电池的电压变化、经过的时间，或根据电池设备的任何其它形式来进行控制。
然而，它也能够改变电阻R6的值，其结果是相对小的慢速充电电流被增加到一个相对大的快速充电电流，如在图11B中所示的。为此，在图12中的电阻R11已经被分成两个电阻，其中一个电阻能够利用一个晶体管T6被短路，该晶体管T6由控制单元CU来控制。借助于一个数字控制信号使晶体管T6导通和关断，以便改变电阻R6的阻值，或借助于一个模拟信号使晶体管T6导通和关断，以便调制电阻R6的阻值。
该控制单元从一个电源端N7来接收它的供电电源，该端N7借助于一个二极管D4与电源端N3连接，并且借助于一个平波电容器C8接地。当开关晶体管T2导通时，二极管D10关断并且防止平波电容器C8被放电。由于晶体管T1在它的基极上形成了一个有源缓冲器，所以平波电容器C4能够是相对小的。
图13示出了一个实施例，在该实施例中利用电池B的正端来代替电池B的负端接地。例如，这种布置已经被应用到在图9中所示的实施例中，但是在此之前描述的任意实施例能够相应地被变形。其结果是通过初级绕组W1的电流不再流过电池B和负载。同样的，齐纳二极管D7的阳极可以选择地与电池B的正端或负端连接。然而，只有当齐纳二极管D7与电池B的负端连接时，前面描述的防止一个中断或防止损坏电池的措施起作用。
图14示出了具有一个外壳1的电动剃胡刀，该外壳1内容纳有电源电路PS、电池B和电动机M。该电动机驱动剃胡刀头2并且由开关SW来操作。
权利要求
1.一种由输入电压给负载(B)供电的电源电路，该电源电路包括一个具有初级绕组(W1)和次级绕组(W2)的变压器、一个开关晶体管(T2)，该晶体管具有一个控制极、一个第一主电极和一个第二主电极，第一主电极和第二主电极限定了开关晶体管(T2)的一个主电流通路，该晶体管的主电流通路与初级绕组(W1)串联连接；一个连接在第一主电极和次级绕组(W2)的第一端(N1)之间的第一电阻(R3)；一个与待被供电的负载(B)串联连接在次级绕组(W2)的第一端(N1)和次级绕组(W2)的第二端(N2)之间的第一二极管(D3)；一个由电容器(C3)和第二电阻(R5)组成的串联支路，该串联支路被连接在第二端(N2)和控制极之间；一个连接在控制极和电源端(N3)之间的第三电阻(R6)；一个用于限制控制极上电压的阈元件(D5)，该阈元件(D5)连接在控制极和第一端(N1)之间，其特征是，一个第二二极管(D6)与阈元件(D5)串联连接，在限制开关晶体管(T2)的控制极上的电压期间该第二二极管导通。
2.根据权利要求1的电源电路，其特征是，一个开关(T3)与第二二极管(D6)并联连接，以便使第二二极管(D6)短路。
3.根据权利要求2的电源电路，其特征是，该电源电路还包括用于根据一个信号使开关(T3)打开和闭合的装置(CU，R12，R8，R9，T4)，该信号是待被供电负载(B)的状态的一个度量。
4.根据权利要求3的电源电路，其特征是，第二二极管(D6)具有一个与次级绕组(W2)的第一端(N1)连接的第一电极和一个与阈元件连接的第二电极，并且该开关包括一个第一晶体管(T3)，该晶体管(T3)具有与第一端(N1)连接第一主电极、一个与第二二极管(D6)的第二电极连接的第二主电极、和一个与次级绕组(W2)的第二端(N2)连接的控制极；一个第二晶体管(T4)，该晶体管(T4)具有一个与第一端(N1)连接的第一主电极、一个与第一晶体管(T3)的控制极连接的第二主电极和一个控制极；和一个电压分压器(R8，R9)，该电压分压器连接在待被供电负载(B)的两端上并且具有一个与第二晶体管(T4)的控制极连接的抽头。
5.根据权利要求1的电源电路，其特征是，该阈元件包括一个第一双极性晶体管(T3)，该双极性晶体管(T3)具有一个与第一端(N1)连接的发射极、一个与开关晶体管(T2)的控制极连接的集电极和一个与次级绕组(W2)的第二端(N2)连接的基极；一个第二双极性晶体管(T4)，该双极性晶体管(T4)具有一个与第一端(N1)连接的发射极、一个与第一双极性晶体管T3的基极连接的集电极和一个借助于二极管(D8)与第一端(N1)连接的基极；该电源电路还包括一个电压分压器(R8，R9)，该电压分压器连接在待被供电的负载(B)的两端上并且具有一个与第二双极性晶体管(T4)的基极连接的抽头。
6.根据权利要求1的电源电路，其特征是，该阈元件包括一个第一双极性晶体管(T3)，该双极性晶体管(T3)具有一个与第一端(N1)连接的发射极、一个与开关晶体管(T2)的控制极连接的集电极和一个借助于一个串联电阻(R11)与次级绕组(W2)的第二端(N2)连接的基极；一个第二双极性晶体管(T4)，该双极性晶体管(T4)具有一个与第一端(N1)连接的发射极、一个借助于一个串联电阻(R11)与第一双极性晶体管(T3)的基极连接的集电极和一个基极；一个反向导通型的第三双极性晶体管(T5)，该晶体管(T5)具有一个与第一端(N1)连接的发射极、一个与第一双极性晶体管(T3)的基极连接的集电极和一个基极；该电源电路还包括一个电压分压器(R8，R9)，该电压分压器连接在待被供电负载(B)的两端上并且具有一个与第二双极性晶体管(T4)的基极和第三双极性晶体管(T5)的基极连接的抽头。
7.根据权利要求1、2、3、4、5或6的电源电路，其特征是，该电源端(N3)具有一个用于根据在输入电压的变化被稳压的电压。
8.根据权利要求1、2、3、4、5、6或7的电源电路，其特征是，该电源电路还包括另一个晶体管(T1)，该晶体管(T1)具有一个与开关晶体管(T2)的第二主电极和一个第三电阻(R6)连接的第一主电极、一个与初级绕组(W1)连接的第二主电极和一个控制极，该控制极接收一个根据在输入电压的变化被稳压的电压。
9.根据权利要求8的电源电路，其特征是，另一个晶体管(T1)的控制极借助于一个电阻(R2)来接收输入电压并且借助于另一个阈元件(D7)与在待被供电负载(B)和第一二极管(D3)之间的一个结点(N6)连接。
10.根据权利要求8或9的电源电路，其特征是，该电源电路还包括一个由二极管(D4)和电阻(R4)组成的串联支路，该串联支路被连接在该另一个晶体管(T1)的控制极和次级绕组(W2)的第二端(N2)之间。
11.根据权利要求8、9或10的电源电路，其特征是，该该电源电路还包括一个连接在第一晶体管(T1)的第一主电极和另一个电源端(N7)之间的二极管(D10)，一个与该另一个电源端(N7)连接的平波电容器(C8)。
12.根据权利要求7、8、9、10或11的电源电路，其特征是，至少一部分第三电阻(R6)包括一个可变的或可调的电阻。
13.根据权利要求4、5、6、7、8、9、10、11或12的电源电路，其特征是，电源电路包括用于对电压分压器(R8，R9)的抽头上的电压产生影响的装置(CU，R12)。
14.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12或13的电源电路，其特征是，阈元件包括一个齐纳二极管(D5)。
15.根据权利要求14的电源电路，其特征是，该阈元件包括另一个串联电阻(R7)，该电阻(R7)被连接在由第一电容器(C3)和第二电阻(R5)组成的串联支路和开关晶体管(T2)的控制极之间；一个与开关晶体管(T2)的控制极连接的第一齐纳二极管(D5)；和一个借助于另一个串联电阻(R7)与开关晶体管(T2)的控制极连接的第二齐纳二极管(D8)。
16.根据权利要求14的电源电路，其特征是，该阈元件包括一个由齐纳二极管(Z)和另一个串联电阻(Rs)组成的串联支路，和一个双极性晶体管(TN)，该双极性晶体管(TN)具有一个与齐纳二极管(Z)和该另一个串联电阻(Rs)的结点连接的基极，一个与由齐纳二极管(Z)和该另一个串联电阻(Rs)组成的串联支路并联连接的主电流通路。
17.根据前面所述任意权利要求的电源电路，其特征是，第二电容器(C5)与第二电阻(R5)并联连接。
18.根据权利要求9的电源电路，其特征是，另一个阈元件包括一个齐纳二极管(D7)。
19.一电动剃胡刀，包括一个可充电电池(B)，一个电动机(M)，一个用于把电动机(M)与电池(B)连接起来的开关(SW)，和一个根据前面任意权利要求的电源电路(PS)，以用于至少给可充电电池(B)和/或电动机(M)供电。
全文摘要
在一个用于给电池(B)充电的自激激振荡电源电路中,如果在传感电阻(R3)上的电压超过一个齐纳二极管(D5)的阈值电压时,那么开关晶体管(T2)被关断。齐纳二极管(D5)与由开关晶体管(T2)的基极－发射极结和传感电阻(R3)组成的串联支路并联连接,以致于电池电压不影响开关晶体管(T2)被关断时的峰值电流。一个二极管(D6)与齐纳二极管(D5)串联连接并且能够借助于一个开关(T3)被短路,以便把该电源电路从慢速充电转换到快速充电。一个电压传感器(R8,R9,T4)监视电池电压和当达到一个给定的电池电压时消除二极管(D6)的短路,其结果是:电源电路转换到慢速充电。一个串联晶体管(T1)能够防止开关晶体管(T2)过电压并且能够使与起动电阻(R6)连接的电源端(N3)上的电压稳压。在慢速充电期间它允许一个精确的电流计量。
文档编号H02M3/28GK1179238SQ96192633
公开日1998年4月15日 申请日期1996年11月18日 优先权日1995年11月27日
发明者S·希林加 申请人:菲利浦电子有限公司