[发明专利]开关电源

说明书

本发明涉及一种它带有一个变压器的开关电源。

在这种开关电源中，通过调节(调整)原边开关晶体管的导通时间(占空系数)，使副边工作电压的幅度得到稳定。然而，必须将表明相应的工作电压实际值幅度的调整信息，从副边传送至原边。不过在进行这种传送的时候，原边和副边之间必须保持电隔离。因此，众所周知需要一个附加电路，例如，一个隔离变压器或一个光耦合器，用来将调整信息从副边传至原边。

本发明的目的是以一种简单的电方式，在实现将调整信息从副边传至原边的同时保持电隔离，而无需附加电路。

本发明的开关电源可以完成这任务。它有一个变压器，变压器的副边绕组通过一个二极管(D)向充电电容器(4)提供充电电流(iD)，在电容器两端得到工作电压(U5)，因此，在原边得到依赖于副边工作电压(U5)的调整电压(Ur)，用于控制开关晶体管(T1)的导通时间(占空系数)，其特征在于有一个与二极管(D1)并联的晶体管(T2)，充电电流(iD)衰减之后，该晶体管(T2)在开关晶体管(T1)导通的一部分期间内受工作电压(U5)的控制而导通，并且该晶体管(T2)通过一个与充电电流(iD)方向相反的反向电流(iT2)将能量从充电电容器(4)反馈至变压器(Tr)，在原边从由反向电流(iT2)感应的电压(U2)中得到调整电压(Ur)。其它有益的改进之处见于从属权利要求。

根据本发明，总是需要用来进行电隔离以及将原边的电能传至副边的变压器，另外还用来将调整信息从副边传至原边。这种信息传送发生在变压器的所谓休止期，在这一期间，通过原边绕组的电流被电源开关切断。与信息同时传送的能量或反馈回变压器的能量因此而保持相当小的水平。原边的调整电压可以从一个电压部分得到，它依赖于相应的反向电流的实际值以及副边产生的工作电压的值。最好在休止期利用时间窗口(time-window)对原边的电压进行测定。于是调整电压仅从该时间窗口的电压部分获得。调整电压也可能从一个脉冲沿的陡度式幅度得到，它也依赖于反向电流以及副边产生的工作电压的值。对于传送信息来说，在变压器中不需要附加的绕组。利用一个整流器电流同时产生工作电压的副边绕组可以用来传送信息。副边绕组于是在工作期间向整流器电路提供能量。而在休止期间向原边传送控制信息。因此，能量的传送和信息的传送通过相同的绕组进行，然而是在不同的时间和不同的方向。

这样，变压器中的脉冲电压的特定部分可以测定调整变量。然而，为了测定该脉冲部分以得到调整变量可能通过不同的方法。

在第一种解决问题的方法中，脉冲电压在时间窗口期间利用一个开关脉冲而将其键控关断。开关脉冲来自控制开关电源的处理器。处理器装有包含调整信息的电压部分出现在工作期间内哪一段时间的信息。为了得到调整电压，该电压部分由时间窗口将其键控关断并且整流。在第二种解决问题的方法中，键控脉冲从脉冲电压本身获得。各个脉冲沿通过微分元件测定。于是就有可能得到一个标志时间窗口开始的脉冲。然后，从脉冲整形电路中的该脉冲可以产生延续整个时间窗口期间的所需要的键控脉冲。

下面根据附图说明本发明的不同的实施例。

图1是根据第一种解决问题方法的以简化形式画出的开关电源；

图2是根据第二种解决问题方法的电路实例；

图3是图1和图2中电压和电流波形。

图1中，端子1接有一个正的工作电压+U6，它是通过对交流电源进行整流后得到的。U_s经变压器Tr的原边绕组W1连接至作为开关的功率晶体管T1。晶体管T1由具有电压2的处理器P控制，它被按照该电压的脉冲宽度来调制。工作电压U1、U2、U3、U4和U5由几个副边绕组和相连的整流器产生。ROD衰减器3，也称作“缓冲器”，与原边绕组W1并联。它限制脉冲峰值及T1上电压边缘的陡度。

晶体管T2与二极管D1并联，方向相反，它由比较器电路V在其基极进行控制。工作方式结合图3予以说明。从时刻t1至t2，电流i1流经原边绕组W1和晶体管T1。从时刻t2至t3，电流iD流经二极管D1，对充电电容器4进行充电。在时刻t3，晶体管T2变为导通，将所谓的反向电流iT2从充电电容器4反馈至变压器Tr。用这种方法传送的能量相对很小。在时刻t4，晶体管T2截止。从时刻t4至t5，通过反向电流iT2，由脉冲电压Us产生电压U2。U2的幅度取决于iT2。在比较器电路V，工作电压U5与齐纳二极管5上恒定的基准电压Ref进行比较。根据这一比较结果，控制晶体管T2导通时间长短，从而使iT2和U2也依赖于U5。