以雙向磁化磁放大器實現的輔助輸出電壓控制的製作方法

2023-12-11 10:57:22

專利名稱：以雙向磁化磁放大器實現的輔助輸出電壓控制的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種開關電源變換器的配置電路及其工作方法，尤其涉及一種磁放大器的雙向磁化控制電路，該控制電路用以穩定電源變換器的輔助輸出電壓，使該變換器在輸出端被應用的負載範圍能更為寬廣。
因此，一般現存的技術當中仍然有必要提供一新的及改良的電源變換器，其裝有磁放大器以便提供一穩定的輔助電源，從而解決上面所提的技術性限制。
特別的，本發明磁放大器與脈衝寬度調控器在一起應用。該脈衝寬度調控器被應用來控制主輸出電壓，而該磁放大器被應用來控制輔助輸出電壓，用以產生穩定的輸出電壓。為了擴大由磁放大器處理的可工作的負載範圍，兩個磁化繞組W1及W2分別用於兩個控制電路，它們被應用來向飽和鐵芯提供正和負的磁化電流以執行正和負磁化工作。因此，已知技術的負載無法達到如上面所說的雙向的磁化的情況而維持在一狹窄範圍內的限制，因此得以解決。
簡言之，在一較佳的實施例內，本發明揭示了一種電源變換器，它包括一變壓器將一輸入電壓從初級側轉移到二次側，該二次側包括一主輸出電壓迴路，而且至少一輔助輸出迴路與磁放大器連結。一脈衝寬調製(PWM)控制器控制一在變壓器初級側的開關，以便開啟開關及關閉該主輸出電壓迴路和輔助輸出電壓迴路。該磁放大器包括第一及第二磁化繞組，它們分別由第一及第二磁化控制電路所控制，以便提供一正和負的磁化電流來執行雙向磁化工作，進而實現擴大開關電源變換器的可工作負載範圍。
當磁放大器的負載增加的時候，輔助輸出電壓Vo2就降低。結果輸入比較器電路負端值Vo2比輸入正端的值Vref還小，那樣就導致來自差分放大器的輸出電壓Vc較高。來自差分放大器的輸出電壓Vc較高導致負電流ic-降低以及W1*ic-降低而減弱對磁放大器的負磁化。同時，由於較高的電壓Vc，正磁化電流ic+及W2*ic+被增加以增強對磁放大器的正向磁化。參數W1和W2以及控制電路的參數設計使得當Vc增加的時候淨磁化安培-匝數的乘積，即W*ic＝[W1*ic]-[W2*ic+]被降低了。於是，磁放大器要達到磁飽和的時間縮短了。輔助輸出電壓Vo2則被增加，從而提供穩定的輸出電壓。由於本發明為雙向磁化，所以即使在輔助輸出電壓Vo2降至某一門檻底下甚至當負電流ic-降至零，該正磁化電流ic+仍然可以增加而進一步縮短了到達磁飽和所需的時間。因此，本發明雙向磁化電路即使當負磁化電流為零時，仍可適當地工作磁放大器。因此該輸出電壓的負載範圍就擴大了。更進一步，該雙向磁化的過程運用了由第一及第二控制器10及100所控制的負和正磁化電流增進了輸出電壓的穩定性。
相反地，當磁放大器的負載降低時，該輔助輸出電壓Vo2則增加了。輸入至比較電路負端的電壓比輸入至比較電路正端的輸入電壓Vref還大。差分放大器的輸出電壓Vc被降低，而負磁化電流ic-和安培-匝數乘積W1*ic-的結果被增加，以用來復位磁放大器。依較低的Vc，將磁放大器正磁化的正磁化電流ic+及安培-匝數乘積W2*ic+的結果被降低了。當Vc減少的時候，淨復位磁化安培-匝數乘積W*ic＝[W1*ic]-[W2*ic+]被增加。該磁放大器達到磁飽和的時間就拉長了。該輔助輸出電壓Vo2被減少以提供穩定的輔助輸出電壓。現有技術在處理負載範圍受限的不足於是獲得解決。運用磁放大器在新的及改善的電源變換器的可工作負載範圍於是明顯地增加。參照圖3，其解釋了復位安培-匝數乘積的變化與Vc範圍相關。在一正激式電源變換器運用單向及雙向磁化電流的工作範圍之間做比較。數量上的改進可明顯地從檢視該圖所得知，從而了解當負載R2增加則輸出電壓Vo2減少，且出自差分放大器的輸出電壓Vc減少。一較高的Vc導致該負安培-匝數乘積W1*ic-減少而正安培-匝數乘積W2*ic+增加。根據電路的設計，淨安培-匝數乘積W*ic＝[W1*ic]-[W2*ic+]被減少而且復位磁放大器的電壓-時間乘積則縮短。該磁放大器的有效工作佔空比隨著磁飽和時間的縮短而增加。該磁放大器的有效工作佔空比的增加導致輸出電壓Vo2更高，因此而提供了穩定的輸出電壓Vo2。
如上所述的該雙向磁化結構也可運用在如圖3B所示的反激式電源變換器。參照圖4A的電路圖，它的反激式電源變換器在二次側內包括一磁放大器用來控制該輔助輸出電壓。類似於上述圖2及圖3所討論的正激式電源變換器，圖4A的反激式電源變換器也受到磁放大器的單向磁化的限制。在圖4B內，該反激式電源變換器除了負磁化電流控制電路之外，還進一步包括一正磁化電流控制電路200。類似於正激式電源變換器，該正磁化電流控制電路200包括一達林頓電晶體Q，它結合第一與第二電晶體以接收來自一差分放大器30的差分信號。該工作原理與磁化程序與前述的類似，所以這些細節不在此處重複。
雖然本發明已經以現行的較佳實施例加以敘述，但必須了解這樣的揭示不應被理解為限制。在閱讀過上述的揭示之後，各種替代及修正對於現行的技術將無疑是開放的。因此，該所附的權利要求範圍也可以被解釋為涵蓋所有符合本發明的真正精神及意旨的替代及修正。
權利要求
1.一電源變換器包含一變壓器，將輸入電能自初級側轉移至二次側；該二次側包括一主輸出電壓迴路以及一與磁放大器連結的輔助輸出迴路；該磁放大器包括一分別由第一及第二控制電路所控制的第一及第二磁化繞組，該第一及第二磁化繞組分別承擔一正磁化電流及負磁化電流，以供該磁放大器的雙向磁化。
2.如權利要求1所述的電源變換器，其特徵在於，該磁放大器具備一有效的工作佔空比，用以調整一輔助輸出電壓；以及該第一控制電路及第二控制電路控制流經該第一及第二磁化繞組的該正及負磁化電流，以調整該磁放大器的該有效工作佔空比，而調整及穩定該輔助輸出電壓。
3.如權利要求1所述的電源變換器，其特徵在於，進一步包含一脈寬調製控制器，用以控制該變壓器的該初級側上的開關，以便控制該主輸出電壓迴路的一主輸出電壓。
4.如權利要求2所述的電源變換器，其特徵在於，該第一及第二磁化繞組各有一W1及W2繞組，該W1及W2都為實數，其為供一負及正磁化電流ic-及ic+流過，以便分別產生一安培-匝數乘積W1*ic-及W2*ic+，其中該第一及第二控制電路控制著該安培-匝數乘積，以反應輔助輸出電壓的變化，以便穩定該輔助輸出電壓。
5.如權利要求4所述的電源變換器，其特徵在於，該第一及第二控制電路控制著該安培-匝數乘積，用以調整一磁化復位時間，以反應該輔助輸出電壓迴路的該負載，以調整該磁放大器的該有效工作佔空比。
6.如權利要求4所述的電源變換器，其特徵在於，該第一及第二控制電路控制著該安培匝數乘積，以產生一淨安培匝數乘積如W*ic＝[W1*ic-]-[W2*ic+]，其增加或減少會分別反應該輔助輸出電壓的增加或減少。
7.如權利要求1所述的電源變換器，其特徵在於，該磁放大器進一步包含一差分電壓放大器，自該輔助輸出電壓迴路接收一輸入電壓，以便供應一差分控制電壓給該第一及第二控制電路。
8.一電源變換器包含一變壓器將輸入電壓自初級側轉移至二次側；該二次側包括一主輸出電壓迴路及一與磁放大器連結的輔助輸出迴路；一脈寬調製控制器，用以控制一位於該變壓器的該初級側上的一開關，以控制該主輸出電壓迴路的主輸出電壓；該磁放大器包括第一及第二磁化繞組各有W1及W2繞組，W1及W2都為實數，其為供一負及正磁化電流ic-及ic+流過，以便該磁放大器的雙向磁化及產生一淨安培-匝數乘積W*ic＝[W1*ic-]-[W2*ic+]；該磁放大器進一步包括第一及第二控制電路，用來分別控制該ic-及ic+，以便調整該淨安培-匝數乘積，以反應該輔助輸出電壓的變化，以穩定該輔助輸出電壓。
9.如權利要求8所述的電源變換器，其特徵在於，該磁放大器進一步包含一差分電壓放大器，以自該輔助輸出電壓迴路接收一輸入電壓，以提供一差分控制電壓至該第一及第二控制電路。
10.如權利要求8所述的電源變換器，其特徵在於，該控制著淨安培匝數乘積的該第一及第二控制電路進一步被提供用來調整該磁放大器的磁化復位時間，以反應該輔助輸出電壓迴路的該負載，以調整該磁放大器的有效的工作佔空比。
11.如權利要求8所述的電源變換器，其特徵在於，該第一及第二控制電路控制著該淨安培匝數乘積的增加及減少，以分別反應該輔助輸出電壓的增加及減少。
12.如權利要求9所述的電源變換器，其特徵在於，該第一及第二控制電路進一步自該差分電壓放大器運用該差分控制電壓，以產生該淨安培匝數乘積，其增加及減少分別反應該輔助輸出電壓的增加及減少。
13.一應用在電源變換器內的磁放大器包含一雙向磁化該磁放大器的裝置。
14.如權利要求13所述的磁放大器，其特徵在於，雙向磁化該磁放大器的該裝置進一步包含第一及第二磁繞組分別由第一及第二控制電路所控制，以便提供一正磁化電流及負磁化電流而將該磁放大器做雙向磁化。
15.如權利要求14所述的磁放大器，其特徵在於，該磁放大器具備一有效的工作佔空比，以調整一輔助輸出電壓；以及該第一控制電路及第二控制電路控制著流經該第一及第二磁化繞組的該正及負磁化電流，以調整該磁放大器的該有效工作佔空比，以調整及穩定該輔助輸出電壓。
16.如權利要求14所述的磁放大器，其特徵在於，該第一及第二磁化繞組各有一W1及W2繞組，該W1及W2都為實數，其為供一負及正磁化電流ic-及ic+流過，以便分別產生一安培-匝數乘積W1*ic-及W2*ic+，其中第一及第二控制電路控制著該安培-匝數乘積，以反應該輔助輸出電壓迴路的該負載，以便穩定該輔助輸出電壓。
17.如權利要求16所述的磁放大器，其特徵在於，該第一及第二控制電路控制著該安培-匝數乘積，用以調整一磁化復位時間，以反應該輔助輸出電壓迴路之該負載，以調整該磁放大器的該有效工作佔空比。
18.如權利要求16所述的磁放大器，其特徵在於，該第一及第二控制電路控制著該安培匝數乘積，以產生一淨安培匝數乘積如W*ic＝[W1*ic-]-[W2*ic+]，其增加及減少則分別反應該輔助輸出電壓的增加及減少。
19.一種運用磁放大器於電源變換器內的方法，其包含下列步驟雙向磁化該磁放大器。
20.如權利要求19所述的方法，其特徵在於，雙向磁化該磁放大器的該步驟進一步包含提供第一及第二磁繞組的步驟，以及分別使用第一和第二控制電路控制該第一及第二磁繞組，以便提供一正磁化電流及負磁化電流用來雙向磁化該磁放大器。
21.如權利要求20所述的方法，其特徵在於，控制流經該第一及第二磁化繞組的該正及負磁化電流的該步驟進一步包含調整該磁放大器的有效工作佔空比，以便調整及穩定一輔助輸出電壓。
22.如權利要求20所述的方法，其特徵在於，提供該第一及第二磁化繞組的該步驟進一步包含提供各該繞組所具備的W1及W2繞組的步驟，W1及W2都為實數，其為供一負及正磁化電流ic-及ic+流過，以便分別產生一安培-匝數乘積W1*ic-及W2*ic+，以使該第一及第二控制電路能控制該安培-匝數乘積，以反應該輔助輸出電壓迴路的一負載，以便穩定該輔助輸出電壓。
23.如權利要求22所述的方法，其特徵在於，調整該磁放大器的有效工作佔空比的該步驟還包含控制該安培-匝數乘積，用以調整一磁化復位時間，以反應該輔助輸出電壓迴路的該負載，以調整該磁放大器的該有效工作佔空比。
24.如權利要求22所述的方法，其特徵在於，產生該安培-匝數乘積的該步驟進一步包含產生一淨安培-匝數乘積如W*ic＝[W1*ic-]-[W2*ic+]，其增加及減少分別反應該輔助輸出電壓的增加及減少。
全文摘要
本發明揭示一種電源變換器。該電源變換器包括一變壓器用以自初級側轉移一輸入電能至二次側。該二次側包括一主輸出電壓迴路，以及至少一與磁放大器連結的輔助輸出迴路。一脈寬調製(PMW)控制器控制位於該變壓器初級側上的一開關。該磁放大器包括一分別由第一及第二控制電路所控制的第一及第二磁化繞組，以提供一正及負磁化電流，以執行一雙向磁化程序，並可實現擴大供該電源變換器作業的負載範圍。
文檔編號H02M3/24GK1462109SQ02104618
公開日2003年12月17日 申請日期2002年2月10日 優先權日2001年3月16日
發明者陳為, 姜劍, 溫兆均 申請人:臺達電子工業股份有限公司