CN100350730C - 具有衰减网络的开关式电源 - Google Patents

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Abstract

开关式电源包括变压器(TR)、与变压器(TR)的初级绕组(WP)串联的开关晶体管(T1)、以及在次级端的衰减网络(DN)，所述衰减网络(DN)具有与另一个次级绕组(W2)的连接，经由该连接，能量被从例如这个衰减网络向与这个次级绕组连接的电荷存储电容器(C3)传送。经由诸如二极管(D3)的一个整流元件而有益地产生所述连接，所述整流元件被连接在第二次级绕组(W2)的整流二极管(D5)之后。在另一个示范实施例中，与第一次级绕组(W1)的整流器二极管(D1)并联的、在串联电路中的二极管(D2)不连接到第一次级绕组(W1)的电荷存储电容器(C1)，而是同样连接到第二次级绕组(W2)的电荷存储电容器(C3)。

Description

具有衰减网络的开关式电源
技术领域
本发明基于一种具有变压器和开关晶体管的开关式电源，所述开关晶体管与变压器的初级绕组串联。这种类型的开关式电源用于例如电视机、录像机或计算机监控器中，并且最好在从大约50到150瓦的功率范围内用作逆向变换器。
背景技术
在逆向变换器模式中，在开关式电源接通阶段期间，能量被存储在变压器中，该能量随后在开关晶体管关断阶段期间被传送到次级端。但是在这种情况下，当关断开关晶体管时产生干扰电压尖脉冲，它们在开关晶体管上带来很大的电压负载，并且引起辐射干扰。因此，已知与初级绕组并联地提供一个衰减网络，也称为缓冲网络，并且这个网络用于限制当开关晶体管关断时开关晶体管的电流输入的电压尖脉冲。这个网络通常具有与初级绕组并联的一个电容器，这个电容器当开关晶体管关断时被充电，其能量随后被发送到输入端的储能电容器，或者在电阻器中被消耗和转换为热量。可以例如从DE-A-40 29 221中来了解这种类型的衰减网络。
EP-A-0 695 023公开了一种开关式电源，它除了与初级绕组并联的衰减网络之外还包括与变压器次级的绕组并联的第二衰减网络。在这种情况下，由电容器和第二二极管形成的串联电路与一个整流二极管并联，所述整流二极管通过一个电荷存储电容器产生期望的输出电压，并且这个串联电路的中心点经由一个二极管和一个电感器连接到一个基准电势。当开关晶体管关断时，能量在这种情况下同样经由这个电容器被传送到所述电荷存储电容器来用于能量恢复。
现在参照图1来更详细地说明这个开关式电源的操作方法。这种开关式电源包括网络连接UN，后随储能电容器C0的网络整流器1与所述网络连接UN连接，通过它们产生直流电压U0。这被施加到变压器TR的初级绕组WP上，一个开关晶体管T1与这个初级绕组WP连接。开关晶体管T1被驱动器电路2利用开关脉冲3以公知的方式驱动，仅仅用符号图解所述驱动器电路2。在这种情况下，开关式电源具体工作在逆向变换器模式中，其中在开关晶体管T1关断阶段期间，能量从变压器TR被传送到一个或多个次级绕组。
当晶体管T1被关断时，用于衰减电压尖脉冲的衰减网络与初级绕组WP并联。这个衰减网络具有由电容器Cs和二极管Ds形成的串联电路，并且一个电阻器Rs与其二极管并联。当开关晶体管T1关断时产生的电压尖脉冲在这种情况下被电容器Cs吸收，并且部分地经由二极管Ds被反馈到储能电容器C0、而剩余的部分在电阻器Rs中被转换为热量。
在次级端，开关式电源具有次级绕组W1，它通过整流器二极管D1和电荷存储电容器C1提供期望的输出电压U1。为了已知电压尖脉冲和为了降低在开关式电源中的功耗，一个衰减网络同样与次级绕组W1连接。这个衰减网络包括：第一串联电路，即与二极管D1并联的电容器C2和二极管D2；第二串联电路，即电感器L1和二极管D4，这个第二串联电路被布置在第一串联电路上的一个抽头和一个基准电势之间。一个电阻器R1也与电感器L1并联，并且用于衰减在这个电感器和电容器C2之间的振荡。
如图1所示的在次级端上的网络工作如下：在开关晶体管T1接通阶段期间，在次级绕组W1上的电压Us是负的，因此经由电感器L1和二极管D4来对电容器C2充电。因此，在这个过程中，能量被存储在电容器C2中，电感器L1限制在充电过程中的电流上升。当开关晶体管T1被关断时，电压Us迅速上升，直到最后达到电压U1，并且二极管D1改变到正向偏置状态，于是电荷存储电容器C1因此再次被充电。但是，在较早的阶段通过电容器C2达到输出电压U1，因为由C2和D2形成的串联电路的中心点相对于电压Us是正的。二极管D2于是在二极管D1之前变为正向偏置，因此电压Us的电压上升被衰减。在这个过程中，在电容器C2中的能量同样被传送到电荷存储电容器C1。在这种情况下，在电容器C2和电感器L1之间发生的任何振荡被电阻器R1衰减。在于此参考的EP-A-0 695 023中说明了这种衰减网络的进一步的细节。
在EP-A-0 279 335中可以了解另一种衰减网络，其中在初级端有一个衰减网络，在次级端有一个衰减网络。
发明内容
本发明的目的是降低前一种类型的在次级端的衰减网络中的功耗。
根据本发明的一个方面，提供一种开关式电源，包括变压器和与变压器的初级绕组串联的开关晶体管，所述变压器的第一次级绕组的一端经由第一二极管连接到提供第一工作电压的第一电荷存储电容器的一端，并且还经由具有第二二极管的串联电路连接到该第一电荷存储电容器的所述端，并且在所述串联电路的第二二极管的一端和第一次级绕组的所述端之间的第一连接点经由第一电感器连接到基准电势，其中，在基准电势和第一连接点之间布置第四二极管，在第一电感器和第四二极管之间的第二连接点连接到所述变压器的第二次级绕组。
根据本发明的另一方面，提供一种开关式电源，包括变压器和与变压器的初级绕组串联的开关晶体管，所述变压器的第一次级绕组的一端经由第一二极管连接到提供第一工作电压的第一电荷存储电容器的一端，并且还与具有第二二极管的串联电路相连接，并且在所述串联电路的第二二极管的一端和第一次级绕组的所述端之间的第一连接点经由第一电感器连接到基准电势，其中，在基准电势和第一连接点之间布置第四二极管，在第一电感器和第四二极管之间的第二连接点连接到所述变压器的第二次级绕组，以及第二二极管连接到第二次级绕组或在变压器上的另一个次级绕组。
根据本发明的另一方面，提供一种开关式电源，包括：变压器，具有初级绕组以及第一和第二次级绕组，两个次级绕组被布置在开关式电源的次级端上，以及开关晶体管，与所述初级绕组串联，所述第一次级绕组的一端经由第一二极管连接到提供第一工作电压的第一电荷存储电容器的一端，并且经由具有第二二极管的串联电路连接到该第一电荷存储电容器的所述端，并且在所述串联电路的第二二极管的一端和第一次级绕组的所述端之间的第一连接点经由第一电感器连接到基准电势，其中，在第一电感器和第二二极管的所述端之间的第二连接点连接到所述第二次级绕组。
按照本发明，衰减网络具有与第二次级绕组的连接，经由这个连接能量被从例如这个衰减网络向与这个次级绕组连接的电荷存储电容器传送。经由诸如二极管的一个整流元件而有益地产生所述连接，所述整流元件被连接在第二次级绕组的整流二极管之后，于是防止这个次级绕组对衰减网络具有任何反作用。
在另一个示范实施例中，与第一次级绕组的整流器二极管并联的、在串联电路中的二极管不连接到第一次级绕组的电荷存储电容器，而是同样连接到第二次级绕组的电荷存储电容器。这当第一次级绕组的工作电压比第二次级绕组的工作电压大得多时尤其有益，以便这个电容器大幅度放电，并且当开关晶体管关断时改善网络的衰减特性。也特别在这个电容器和第二次级绕组的电荷存储电容器之间的连接中布置了一个LC低通滤波器，它用于防止在这个电荷存储电容器上的干扰电压尖脉冲。
附图说明
在下文中参照示意图通过示例来更详细地说明本发明，其中：
图1示出了在次级端上布置的、具有按照现有技术的衰减网络的开关式电源；
图2示出了在次级端上布置的按照本发明的衰减网络，它不仅向第一次级绕组的电荷存储电容器提供能量，而且向第二次级绕组的电荷存储电容器提供能量；
图3示出了在次级端上布置的衰减网络，它具有用于第二次级绕组的两个连接。
具体实施方式
按照本发明的开关式电源例如以逆向变换器的原理工作，其中一个开关晶体管与变压器的初级绕组串联，如参照图1所述。但是，它不限于这个原理。可以具体参照EP-A-0 695 023来获得与这个开关式电源的操作相关联的进一步细节。图2和3示出了本发明的优选示范实施例，它们涉及与在次级端上布置的改进的衰减网络。因此，相同的部件被提供相同的附图标号。而且，在图2和3中，未示出在初级端的开关式电源的部分以及次级端的进一步的细节，特别是用于稳压和其他的次级绕组的调整元件，因为这些与本发明无关。
图2示意性地示出了具有布置在次级端的次级绕组W1和W2的用于开关式电源的变压器TR。在这种情况下的次级绕组W1经由二极管D1和电荷存储电容器C1而产生第一工作电压U1，并且次级绕组W2经由二极管D5和电荷存储电容器C3产生第二工作电压U2。工作电压U1和U2特别用于供给在电视机中的电子电路。
而且，图2所示的电路具有衰减网络DN，它在输入端连接到次级绕组W1，并且在输出端连接到电荷存储电容器C1和C3。它包括一个串联电路，所述串联电路包括与二极管D1并联的电容器C2和二极管D2，通过它们能量被从次级绕组W1传送到电荷存储电容器C1，如在前面的介绍中所述。而且，包括诸如具有100μH电感的线圈的电感器L1和二极管D4的串联电路连接到在电容器C2和二极管D2之间的连接点a，因此使得电流可以从基准电势向连接点a的方向流动。一个电阻器R1也与电感器L1并联。这样，除了在L1和D4的序列中的改变之外，这个电路对应于在图1中所述的衰减网络。
按照本发明，在连接点a和电感器L1之间的连接点，在这个示范实施例中是在二极管D4和L1之间的连接点b现在连接到变压器TR的第二次级绕组W2。这个连接在这种情况下是经由二极管D3而产生的，通过这样，电感器L1连接到电荷存储电容器C3。
这个电路在这种情况下工作如下：当在开关式电源中的开关晶体管被接通时，在次级绕组W1上的电压Us是负的，因此电容器C2响应于在这个次级绕组上的负向电压被经由二极管D4和电感器L1充电。在这种情况下的L1限制充电电流，结果导致当开关晶体管接通时电容器C2被缓慢充电。
当开关晶体管关断时，电压Us很快地上升，并且当在连接点a的电压达到电压U1时，二极管D2变为正向偏置，因此电容器C2在电荷存储电容器C1的方向上被放电。在这个过程中，作为在二极管D1上游的通过电容器C2的正向电压的结果，二极管D2变为正向偏置，因此结果电压Us的电压上升被限制，并且在变压器绕组WP、W1之间的耦合同样限制开关晶体管T1上的电压上升。在所述过程中电容器C2从次级绕组W1抽出的电荷结果被再次供回系统，因此未丢失。但是，在这种情况下在电容器C2和电感器L1之间发生振荡，这些必须被电阻器R1衰减。但是，这些振荡现在被二极管D3另外衰减，因此相当大地降低了在电阻器R1中的功耗。
图3示出了布置在次级端的、按照本发明的衰减网络的另一个示范实施例。但是，在这种情况下，二极管D2不与电荷存储电容器C1连接，而是以与二极管D3相同的方式同样连接到次级绕组W2的电荷存储电容器C3。这当电压U1比电压U2大得多时尤其有益。在这个示范实施例中，电压U1是例如130V的系统电压Usys，并且工作电压U2是10V的电压，因此当在次级绕组W1上的电压Us高时，电容器C2可以大幅度地放电。这就实现了较大的衰减效果。
在这个示范实施例中，由于工作电压U2用作视频电源电压，在二极管D2和电荷存储电容器C3之间也布置了包括电感器L3和电容器C4的滤波元件。这就避免了由于电源电压U2上的电压尖脉冲而导致的图像干扰。
本发明的其他改进形式在本领域内的技术人员的范围内，例如二极管D2也可以连接到变压器TR的另一个次级绕组，而不是连接到次级绕组W2。在在此说明的实施例中和在权利要求中，二极管最好用作整流元件。但是，在本发明的范围内，也可以取代二极管而使用其他的整流元件，诸如被开关用于电压整流的晶体管。

Claims (11)

1.开关式电源，包括变压器(TR)和与变压器(TR)的初级绕组(WP)串联的开关晶体管(T1)，
所述变压器的第一次级绕组(W1)的一端经由第一二极管(D1)连接到提供第一工作电压(U1)的第一电荷存储电容器(C1)的一端，并且所述变压器的第一次级绕组(W1)的所述端还经由具有第二二极管(D2)的串联电路连接到该第一电荷存储电容器(C1)的所述端，
并且在所述串联电路(D2，C2)的第二二极管(D2)的一端和第一次级绕组(W1)的所述端之间的第一连接点(a)经由第一电感器(L1)连接到基准电势，其特征在于，在基准电势和第一连接点(a)之间布置第四二极管(D4)，在第一电感器(L1)和第四二极管(D4)之间的第二连接点(b)连接到所述变压器(TR)的第二次级绕组(W2)。
2.按照权利要求1的开关式电源，其特征在于，第二连接点(b)经由整流元件(D3)连接到第二次级绕组(W2)的、提供第二工作电压(U2)的第二电荷存储电容器(C3)，所述整流元件(D3)具体是第三二极管(D3)。
3.按照权利要求2的开关式电源，其特征在于，在第一电感器(L1)和第一连接点(a)之间布置了第四二极管，并且所述整流元件(D3)的阳极连接到在第一电感器(L1)和第四二极管(D4)之间的第二连接点(b)。
4.按照任一在前权利要求的开关式电源，其特征在于，所述串联电路具有与第二二极管(D2)串联的第二电容器(C2)，并且在第二电容器(C2)和第二二极管(D2)之间布置了第一连接点(a)。
5.按照权利要求2的开关式电源，其特征在于，第一工作电压(U1)是电视机或监控器的系统电压并且大于100V，第二工作电压(U2)是小于20V的低工作电压。
6.开关式电源，包括变压器(TR)和与变压器(TR)的初级绕组(WP)串联的开关晶体管(T1)，
所述变压器的第一次级绕组(W1)的一端经由第一二极管(D1)连接到提供第一工作电压(U1)的第一电荷存储电容器(C1)的一端，并且所述变压器的第一次级绕组(W1)的所述端还与具有第二二极管(D2)的串联电路相连接，
并且在所述串联电路(D2，C2)的第二二极管(D2)的一端和第一次级绕组(W1)的所述端之间的第一连接点(a)经由第一电感器(L1)连接到基准电势，其特征在于，在基准电势和第一连接点(a)之间布置第四二极管(D4)，在第一电感器(L1)和第四二极管(D4)之间的第二连接点(b)连接到所述变压器(TR)的第二次级绕组(W2)，以及
第二二极管(D2)连接到第二次级绕组(W2)或在变压器(TR)上的另一个次级绕组。
7.按照权利要求6的开关式电源，其特征在于，第二二极管(D2)的阴极连接到第二次级绕组(W2)的、提供第二工作电压(U2)的第二电荷存储电容器(C3)。
8.按照权利要求6的开关式电源，其特征在于，在第二二极管(D2)和该第二次级绕组(W2)之间布置了滤波器(L2，C4)。
9.按照权利要求8的开关式电源，其特征在于，滤波器(L2，C4)是LC低通滤波器。
10.按照权利要求7的开关式电源，其特征在于，第一工作电压(U1)是电视机或监控器的系统电压并且大于100V，第二工作电压(U2)是小于20V的低工作电压。
11.开关式电源，包括：
变压器(TR)，具有初级绕组(WP)以及第一和第二次级绕组(W1，W2)，两个次级绕组(W1，W2)被布置在开关式电源的次级端上，以及
开关晶体管(T1)，与所述初级绕组(WP)串联，
所述第一次级绕组(W1)的一端经由第一二极管(D1)连接到提供第一工作电压(U1)的第一电荷存储电容器(C1)的一端，并且所述第一次级绕组(W1)的所述端还经由具有第二二极管(D2)的串联电路连接到该第一电荷存储电容器(C1)的所述端，
并且在所述串联电路(D2，C2)的第二二极管(D2)的一端和第一次级绕组(W1)的所述端之间的第一连接点(a)经由第一电感器(L1)连接到基准电势，其特征在于，在第一电感器(L1)和第二二极管(D2)的所述端之间的第二连接点(b)连接到所述第二次级绕组(W2)。
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