[发明专利]带有磁通密度控制的开关式电源装置

说明书

现有技术是，在一开关式电源装置中以电流形式或以电压形式调节输出电流或输出电压，如WO-A-86/03902公开了一种带有一用于控制输出电压的变压器的开关式电源装置。

在电流形式中，开关调节器按下述原理工作：预先规定在变压器中应达到的峰值电流额定值，然后根据额定值调节变压器上的特定脉冲宽度，如图1所示。图1还显示了变压器中的电流i、峰值电流的额定值Is和由此产生的脉冲宽度p。

此外，还很容易看出，在瞬时过程中脉冲宽度p可以很快地具有较大的值，因为变压器在大的脉冲宽度时不现完全去磁，因此变压在几个脉冲后即进行饱和。当然，人们可以将脉冲宽度p限制为一固定值，这也有其不足，即几乎无法实现宽范围的电源装置。

在电压形式中，预先规定的值不是峰值电流，而直接是脉冲宽度p(图2)，如果通过将三角形或锯齿形电压与额定值进行比较得到这一宽度，但是这里也存在同样的问题，即在瞬时过程中，脉冲宽度p可以达到很大，变压器不再去磁。图2显示了电压形式的三种信号：三角形电压U_D，额定值U_S和脉冲宽度。

本发明的目的是找到一种可能的途径，即根据单端通量转换器原理，在开关式电源装置中这样限制脉冲宽度：避免变压器中的饱和现象和与此相关的过电压。

本发明的核心及优点：

通过预先规定或限制变压器中的最大磁通量密度替代限制峰值电流或直接的脉冲宽度，(即电流或电压形式)不仅可以最佳地充分利用变压器，而且还可最佳地充分利用功率功能块，即在最小的热强度状态下充分使用(条件是产生过电压)。

因此在开关式电源装置启动时发明有其优点，因为脉冲宽度决不超过不允许的值，并且通过所需部件的合理布置自动给出“均调启动”。

对于输出调节器是一个有利的副作用。当系统特别是在电流形式中趋于不稳定时(至少在极限范围内：断电的额定负载，空转和输出短路)，发明的开关调节器原理显示了高的稳定性。

最后，用对于电流型已有的开关电路(IC)可以很简单地组装起一个开关调节器。此外，还省去了初级分流电阻，这对电源装置的效率有利。

在以下的描述中将详细地介绍本发明的实施例。图1表示在电流型中公知调节器的电流波形图和电压波形图；图2表示在电压型中公知开关调节器的电压波形；图3表示一个实施例的电路框图；及图4表示图3中开关调节器的两个电压波形图。

实施例描述

图3表示带有两个磁耦合线圈19，20的变压器17，这两个线圈由另一耦合线圈18供电。线圈20通过串联的整流器21与分流电阻23和输出电容器24相并联。与输出电容器24并联的是输出端子37，38，其可输出电容电压U。线圈19的一端接地，另一端通过二极管15与电源14相连接。在位于线圈19一端和二极管15之间的节点1上连接有一个积分器11。积分器11的输入端有一个电阻R1和一个电容器C1，另一端与参考电压V_Ref相连接。在由电容器C1和电阻R1形成的第二节点2上通过另一电阻R2与参考电压V_Ref相连接。因此，在节点2上连接开关调节器10的第一输入端34。首先考虑开关调节器10为商用集成电路，它有一个比较器28，其反相输入端与第一输入端34相连接。比较器28的非反相输入端构成了节点3，在这一节点上预先给定了调节电压U_R。节点3通过限值器27与开关调节器10的第二输入端35相连接。比较电路28的输出端与触发器31的输入端R相连接。在触发器31的设置输入端S上接有一个振荡器30。触发器31的输出端Q与驱动级32相连接，其输出端通过端子33和隔离电阻39与晶体管T1的控制输入端相连接。为完善起见还需指出，开关调节器10具有一具稳压器29，它用于内部元件的供电以及形成参考电压V_Ref。

晶体管T1(例如MOS晶体管)在其负荷电路中接有一个续流二极管16。晶体管T1一方面接地，另一方面与线圈18的一端相连接。线圈18通过整流器26与电网电压U_AC相连接。滤波电容器25与整流器26并联且与地相连接。

在位于分流电阻23和线圈20之间的节点上接有一个电流调节器12，其第二接头通过电位隔离器13与开关调节器10的第二输入端35相连接。

图4表示节点1至3上充电电压随时间变化的两个波形图。上面的波形图表示在变压器17的线圈19(辅助绕组)上测得的节点1上的电压变化。下面的波形图表示了与上图时间相关的节点2和3上相应的电压变化。