任意電壓的穩壓器電路的製作方法

2023-06-11 19:53:26 1

專利名稱：任意電壓的穩壓器電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種任意電壓的穩壓器電路，特別涉及一種能藉助於檢測所加電流的變化來穩定輸出電壓並採用電流反饋的任意電壓穩壓器電路。
在一般的任意電壓電源電路中，所加電壓的變化會使輸出電壓發生變化，從而使輸出電壓不穩定。也就是說，當加到變壓器的初級側的電流電平因工業交流電壓變化而發生變化時，由於電流電平發生變化，它不能調節輸出電壓的變化，從而最後產生不能使輸出電壓的電平保持恆定的缺陷。
此外還有這樣一個缺點，即當有初始浪湧電流或過電流產生時，輸出端會出現過電流或浪湧電流，從而使電路誤動作。
本發明的目的是提供一種克服上述一般電源電路所具有的問題的任意電壓穩壓器電路，它通過檢測所加電流的變化而能保持輸出電壓電平穩定且採用了電流反饋。
本發明的另一個目的是提供一種包括能通過檢測所加電流的變化進行電流反饋的電流反饋電路裝置的任意電壓穩壓器電路。
本發明的又一個目的是提供一種能在開始接上電源時保護電路免受浪湧電流或浪湧電壓的侵襲的任意電壓的穩壓器電路。
為達到上述諸目的，本發明的任意電壓的穩壓器電路包括一變壓器，該變壓器有一個接到電源的初級繞組，一個產生輸出電壓的次級繞組，和用於產生與由所述次級繞組所產生的所述輸出電壓成正比的電壓的第一和第二輔助繞組。所述變壓器的初級繞組連接有一個開關裝置。該開關裝置有一個控制端子，控制信號即加到該控制端子上以控制從所述電源加到所述初級繞組的電能。所述電源接有一個激勵裝置。該激勵裝置用以在起動所述開關裝置時將起動電流從所述電源供到所述開關裝置的所述控制端子上。此外，所述激勵裝置與該變壓器的所述第一輔助繞組連接。該激勵裝置系用以將所述第一輔助繞組感應出的電壓加到開關裝置上作為偏壓，並在所述開關裝置「導通」期間檢測在所述第一輔助繞組上感應出來的電流，並將電流反饋信號供到該開關裝置的所述控制端子上。
有一個電壓控制裝置與變壓器的所述第二輔助繞組相聯。該電壓控制裝置系用以檢測正比於輸出電壓電平的電壓，並在所檢測出的電壓電平超過預定的電壓電平時將正比於所述檢測出的電壓電平的電壓反饋信號供到開關裝置的控制端子上。變壓器的初級繞組連接有一過電流檢測裝置，而該過電流檢測裝置系用以在在初級繞組處產生過電流時終止所述開關裝置的操作。


圖1是本發明任意電壓的穩壓器電路的線路方框圖。
圖2是包括在圖1的任意電壓的穩壓器電路中的激勵裝置的電路圖。
圖3是包括在圖1的任意電壓的穩壓器電路中的電壓控制裝置的電路圖。
參看圖1。變壓器T上供有直流電壓V，直流電壓V是通過整流電路90對工業交流電壓100進行整流得出而加到初級繞組N1的一個端子上的。初級繞組N1的另一個端子連接有開關裝置10。
開關裝置10包括一個開關電晶體，且經由過電流檢測裝置70接地。變壓器T的次級繞組N2繞在鐵心上，其繞向與初級繞組N1的繞向相反，且通過包括二極體101和電容器102、103的整流裝置連接到輸出端子。變壓器T的第一輔助繞組N3以與初級繞組的繞向相反的方向繞在鐵心上，第二輔助繞組N4繞在鐵心上的繞向與初級繞組的繞向相同。第一和第二輔助繞組N3、N4在繞組末端彼此連接起來。
激勵裝置30連接到第一輔助繞組N3上，其輸出端則連接到開關裝置10的控制端，即開關電晶體的基極電極上。來自整流電路90的直流電壓V經電容器92整平後通過開關91加到激勵裝置30上。
電壓控制裝置50連接到第二輔助繞組N4上，其輸出端則連接到開關電晶體10的基極電極上。
過電流檢測裝置70的輸出端連接到開關電晶體10的基極電極上。
圖2是圖1的激勵裝置30的一個例子的電路圖。參看圖2。激勵裝置30經由起動電阻器31將直流電壓V供到所述開關電晶體的基極電極上。為了將偏壓供到開關電晶體10的基極電極上，將第一輔助繞組的繞組起始端(如圖1中帶點端所示)通過串聯連接著的電阻器33和電容器32連接到開關裝置的控制端子上。偏壓供應裝置用以改善開關裝置的開關操作特性。
在第一輔助繞組N3感應出的電流通過包括二極體36、34和電容器35的電流充電裝置充到電容器35中。電容器35經由電阻器37放電，並通過開關電路裝置將基極電流供到開關裝置10上。
該開關電路裝置是這樣構成的，即電晶體42接在電容器35的正端與開關裝置10的基極之間，且電晶體42的基極通過電阻器45和電晶體46連接到開關裝置10的發射極上。開關控制電路裝置系這樣連接的，即第一輔助繞組N3的繞組起始端(帶點端子)通過電阻器47連接到電晶體42的發射極，通過二極體40和電阻器41連接到電晶體42的基極，並通過電阻器43連接到電晶體46的基極。偏壓電阻器44連接到電晶體46的基極和發射極之間。
圖3是圖1的電壓控制裝置50一個實例的電路圖。參看圖3。電壓控制裝置50獲得電容器53兩端的電壓，該電壓是通過使在第二輔助繞組N4感應出的電流流經包含電容器53、二極體52和電阻器51的電壓檢測電路裝置而在電容器53中充電形成的。電容器53兩端的電壓供到包括電阻器54和齊納二極體55的電壓比較器電路裝置上，並與齊納二極體55的齊納電壓進行比較。此外所述電容器53兩端的電壓加到控制電路裝置的電阻器61和電阻器62上，在電阻器62上分壓的電壓則作為電晶體63的基極偏壓加到該電晶體上。
電晶體63的發射極通過齊納二極體55連接到電容器53的負端上，電晶體63的集電極則通過電阻器64連接到一分流電路裝置的電晶體66的基極上。電晶體66的發射極連接到所述開關電晶體10的控制端或基極上，其集電極則連接到開關電晶體10的發射極上。因此當電容器53兩端的電壓電壓電平超過齊納二極體55的齊納電壓電平時，則由於使所述電晶體63的發射極電流能流動，因而電晶體66的電流增益正比於電容器53兩端的電壓電平而增加。
從圖1中可以看到，過電流檢測裝置70系這樣工作的，即當流經變壓器T的初級繞組的電流變成異乎尋常地過量時，電阻器71的端電壓升高，使電阻器71的端電壓促使電晶體72導通，並使供到所述開關電晶體10基極的基極電流被旁路至地，以致最終導致所述開關裝置10停止工作，從而防止了變壓器T和開關裝置10因過電流而損壞。
此外在所述開關裝置10中還設有緩衝電路，如圖1中所示。所述緩衝電路80是這樣構成的，即在所述變壓器T的初級繞組N的各端之間連接有串聯連接的電阻器81和二極體82以及串聯連接的電容器83和84，所述電阻器81與二極體82的公共結點連接到所述電容器83和84的公共結點上。
此外初級繞組N與開關裝置10的公共結通過電容器85接地。緩衝電路80不僅防止在開關裝置10被截止時刻發射極-集電極電壓突然增加，使該電壓處於穩定區，而且還減少了混雜其間不必要的噪音。
具這種結構的本發明，其工作情況和效果如下。
首先，通過整流電路90和電容器92將所獲得的工業交流電壓作為直流電壓V輸出。該直流電源V通過開關91加到激勵裝置30上。圖2的起動電阻器31將起動電流從所加的直流電壓V供到所述開關裝置10的基極上。於是開關裝置10導通。開關裝置10的導通使其集電極電流增加。
即其集電極電流的增量為di/dt＝V/L1(L1為變壓器T的初級繞組的電感)並且集電極電流繼續增加直到它變為Ic＝hfe×Ib為止。
此時初級繞組N1形成的磁通在第一輔助繞組N3所感應的電壓變為Vb＝L3×di/dt(L3為變壓器T的第一輔助繞組N3的電感)由於所述第一輔助繞組N3中感應出來的電壓系作為正向偏壓經由圖2的電容器32和電阻器33加到開關裝置的基極上，因而開關裝置10突然導通。在此情況下，次級繞組的電壓反向加到二極體101上，因而變壓器的次級繞組中沒有電流流過。因此流經初級繞組的電流僅僅是初級繞組的磁化電流。開關裝置10的電流增加，如果基極電流不能維持開關電晶體10的飽和狀態的話，開關電晶體就脫離飽和狀態，於是VCE(集電極-發射極間電壓)增加，而如果初級繞組的電壓下降時，則基極偏壓也通過第一輔助繞組N3下降，於是由於VCE增加，開關晶管10即刻截止。
即使在電晶體截止時刻，磁場也保持同樣的狀態，於是二極體101因次級繞組的電流從繞組起始端(圖1中用帶點端表示)流到繞組終端而導通。因此輸出端104上出現輸出電壓B+。當變壓器T的初級繞組N1中所儲存的全部能量轉移到次級繞組N2中時，二極體101的電流變為0，於是二極體101截止。在此時刻變壓器T的各繞組電壓變零，開關電晶體則因起動電阻器31的起動電流而再次導通。重複這個過程，開關電晶體10反覆導通/截止。
這種開關電晶體的開關頻率如下。
首先，平均輸入電流Iav為Iav= 1/2 ×IN1× (Ton)/(Ton+Toff)= 1/2 ×(Ton× (V)/(L1) )× (Ton)/(T)= 1/2 × (V·(Ton)2)/(L1·T)若佔空因數為50%，則Ton變得與Toff相等，於是T＝2Ton，因而Iav＝V·T/8·L1這時頻率f＝1/T，因而平均輸入電流Iav變為Iav＝V/8·L1·f因此確定著開關頻率的平均輸入電流Iav與輸入電壓V有關，從而通過改變直流電壓就可以改變平均輸入電流Iav，而這一來限制了開關頻率穩定了輸出電壓。
另外，第二輔助繞組N4的峰值電壓Vp-p為Vp-p＝V×N4/N1(N146匝，N410匝)而加到圖3的電容器53的電壓V53為V53＝Vp-p× (Ton)/(Ton+Toff) ＝Vp-p×Ton×f這表明只有當頻率和「導通」時間Ton是根據輸入直流電壓V的變化進行控制時，加到電容器53上的電壓才能保持不變。
電晶體10的「導通」時間Ton正比於IC，且IC＝hfe·Ib，因此IC可由基極電流Ib進行控制，若Ib變小，則IC和「導通」時間變小。因此圖3中的輸入電壓的升高使開關電晶體10的基極電流Ib的旁路量增加，而這促使「導通」時間Ton縮短從而使頻率f提高和佔空因數T減小。因此連接到變壓器T的次級側的整流電路不管初級側的電流如何變化始終提供穩定的電壓。
而在電源開關91通/斷期間和輸出側短路時所產生的象浪湧電流之類的過電流的發生則由過電流檢測裝置70的小於1歐的電阻器檢測出來，由於該電阻器71的端電壓，電晶體72(IC＝0.8安，VCEO＝30伏)導通，於是開關電晶體的基極電流經由地旁路，而這就能使各開關電晶體停止工作，從而保護了開關電晶體。
與此同時，激勵裝置30給開關裝置10提供基極電流，為了不致用輸入電能時的過電壓而誤動作，由電容器35加以延遲一段時間。
也就是說，即使將供到第一輔助繞組的電壓通過二極體40和電阻器41加到電晶體42上，由於電容器35沒有在開始輸入電能時充電，電晶體42也不導通。當在緊接著開關裝置10的導通時間之後的初始截止期間電容器35充電，且開關裝置10通過起動電阻器31和電容器32第二次導通以便將偏壓加到電阻器33上時，儲存在所述電容器35中的電荷就通過電晶體42供到開關裝置10的基極上。因此，所述電晶體42必須採用頻率特性在100兆赫以上的電晶體以進行瞬時開關操作。這樣就保護了開關裝置免受初始浪湧電壓的衝擊，因為激勵裝置30的電晶體42在開始輸入電能時延遲一段時間工作，而這一下就調節了開關裝置10的基極電流，歷時頭一個周期的時間。
從上面談到的可知，本發明在電壓電流變化而不能正常作用時控制著開關電晶體的開關操作，以便無論工業交流電壓如何波動始終能供應恆定電壓。
此外由於消除了輸出電壓因初始浪湧電流和浪湧電壓而造成的不穩定，因而能進行穩定的運行。
權利要求
1.一種任意電壓的穩壓器電路，其特徵在於，該電路包括一變壓器裝置，它包括一接到電源的初級繞組、一產生輸出電壓的次級繞組和第一和第二輔助繞組，該第一和第二輔助繞組用以產生相應的正比於由所述次級繞組產生的輸出電壓的電壓；一開關裝置，它具有控制端，該控制端接收控制信號並與所述初級繞組串聯連接，用以控制電能從所述電源供至所述初級繞組；一激勵裝置，它連接到所述電源上，用以在所述開關裝置起動時將來自所述電源的起動電流供到所述開關裝置的控制端上，該激勵裝置還與所述第一輔助繞組相連接，用以在所述開關裝置導通時給所述開關裝置的控制端提供正向偏壓，而在所述開關裝置截止時線所述開關裝置的控制端提供反偏壓，並用以在所述開關裝置截止期間充正比於流經所述次級繞組的輸出電流的電流，然後以便在所述開關裝置導通期間將該電流洩放到所述開關裝置的控制端上；一電壓控制裝置，它與所述第二輔助繞組相連接，用以保持輸出電壓電平恆定，具體作法是在所述開關裝置截止期間檢測所述次級繞組中所產生的所述輸出電壓的電平，並給所述開關裝置的控制端提供控制信號，該控制信號在所述檢測值超過預定電壓電平時按檢測值的一定比例縮短所述開關裝置的導通時間，和一過電流檢測裝置，它通過所述開關裝置與所述初級繞組相連接，用以在檢測出有過電流存在時通過截斷加到所述開關裝置的控制端上的信號使所述開關裝置停止工作。
2.如權利要求1所述的任意電壓的穩壓器電路，其特徵在於，所述激勵裝置包括一起動電流供應裝置，它連接在所述電源與所述開關裝置的控制端之間，用以將來自所述電源的起動電流提供給所述開關裝置的控制端子;一偏壓供應電路裝置，它與所述第一輔助繞組串聯連接，通過在所述開關裝置導通時提供正偏壓使所述開關裝置更快地動作，並在其截止時將反偏壓加到開關裝置的控制端子上;一電流充電電路裝置，它與所述第一輔助繞組相連接，用以在所述開關裝置截止期間充正比於流經所述次級繞組的輸出電流的電流;一開關電路裝置，它連接到所述電流充電電路裝置的輸出端上，用以將所述電流充電裝置中充的電流供到所述開關裝置的控制端上;和一開關控制電路裝置，它與所述第一輔助繞組相連接，用以根據所述第一輔助繞組所產生的電壓來控制開關電路裝置。
3.如權利要求2所述的任意電壓的穩壓器電路，其特徵在於，所述電壓控制裝置包括一電壓檢測電路裝置，它與所述第二輔助繞組相連接，用以在所述開關裝置截止期間檢測正比於由所述次級繞組所產生的輸出電壓的電壓;一電壓比較器電路裝置，它連接到所述電壓檢測電路裝置上，用以在所述電壓檢測裝置檢測出的電壓電平超過預定電壓電平時產生啟動信號;一控制電路裝置，它連接到所述電壓比較器裝置上，由所述電壓比較裝置的啟動信號加以啟動，且連接到電壓檢測裝置上以產生正比於所檢測出的電壓電平的控制信號;和分流電路裝置，它連接到所述控制裝置上，用以按正比於所述控制電路裝置的控制信號的方式對供到所述開關裝置的控制端上的電流進行分流。
全文摘要
一種任意電壓的穩壓器電路，它包括一變壓器，變壓器的初級繞組接至用以控制電能加到初級繞組上的開關裝置。一激勵裝置，與第一輔助繞組相連接，用以給開關裝置提供起動電流，並用以在開關裝置導通期間通過在第一輔助繞組感應出的電壓和電流來激勵開關裝置。第二輔助繞組連接有一電壓控制裝置，在所檢測出的電壓電平超過預定的電壓電平時，檢測出的電壓正比於輸出電壓的電平。配備有過電流檢測裝置，用以檢測出即將出現的過電流時終止開關裝置的開關操作。
文檔編號G05F1/625GK1043999SQ8910704
公開日1990年7月18日 申請日期1989年8月25日 優先權日1988年12月31日
發明者朱基東 申請人:三星電子株式會社