CN100505491C - 降压转换器电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有输入端、输出端、由开关(S1)和电感(LT)构成的串联电路和第一二极管(D1)的降压转换器电路，其中该降压转换器电路还包括具有卸荷电容器(Cent)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)和辅助电感(LH)的卸荷电路，其中由卸荷电容器(Cent)、第三二极管(D3)和辅助电感(LH)构成的串联电路与电感(LT)并联，第二二极管(D2)以其第一端子连接到参考电位上并以其第二端子与卸荷电容器(Cent)和第三二极管(D3)之间的连接点连接，第二二极管(D2)如同第一二极管(D1)那样相对于参考电位被极化，第三二极管(D3)相对于第二二极管(D2)这样被极化，以致电流可以流过由第二二极管(D2)和第三二极管(D3)构成的串联电路。

Description

降压转换器电路
技术领域
本发明涉及一种降压转换器电路，尤其涉及一种具有输入端、输出端、串联电路和第一二极管的降压转换器电路，其中所述输入端具有用于施加输入电压的第一和第二输入端子；所述输出端具有第一和第二输出端子，在该输出端上可提供输出电压；所述串联电路由开关和电感构成并且连接在第一输入端子和第一输出端子之间，其中所述开关具有用于施加控制信号的控制输入端；所述第一二极管这样连接在位于开关和电感之间的连接点与参考电位之间，使得在电感无载运转(Freilaufen)时电流可以流过第一二极管。
背景技术
在图1中示出了一种这样的现有技术中已知的电路，其中输入电压标记为Ue、输出电压标记为Ua、开关标记为S1、控制输入端标记为St、第一二极管标记为D1并且电感标记为LT。在此，所述输入电压Ue由输入电容器Ce提供。输出电压Ua可以在输出电容器Ca上量取。分流电阻Rsh用于电流测量。
下面将参考图1中所示的降压转换器电路来描述本发明所基于的问题：在闭合开关S1后，电流在回路S1、LT、Ca、Rsh、Ce中流动。由于该电流，电感LT被充磁，输出电容器Ca被充电。如果此后断开开关S1，则电感LT试图维持该电流并且驱动回路LT、Ca、Rsh、D1中的电流。然而由于在二极管D1的二极管支路中的线路寄生电感，流过二极管D1的二极管支路的电流起初受到抑制，其中所述线路寄生电感在此被概括为电感Lpar。在二极管D1上的压降UD1升高，这使得其在不希望有的电压峰值和由于该电压峰值而引起的EMI干扰(EMI＝电磁干扰)方面变得明显。在这种公知的降压转换器电路中通过设置梯形电容器CTr来解决该问题，所述梯形电容器CTr在断开开关S1时承担初始的电流。虽然此后在某一个时候给梯形电容器CTr充电，但间歇地给寄生电感Lpar充磁，使得可以由二极管D1的二极管支路承担电流。另一缺点是由于所述开关S1鉴于其损耗功率必须具有很大的尺寸而产生的。这由受限制的开关时间引起，即在断开S1时，电压US1位于开关S1上，而同时有电流流过该开关。这两个量的乘积再现在开关S1中所转换的损耗功率。由于这种损耗功率，必须使开关S1超尺寸，即考虑到待由其驱动的输出端子上的负载、优选为灯，必须使其尺寸比真正所需的尺寸明显更大。此外存储在梯形电容器CTr中的能量没有被合理地使用，而是在开关S1中转换为热量。正如对专业人士来说显然的，由于开关的高负荷，直接通过开关S1给梯形电容器CTr充电是不喜欢看见的并因此同样不希望的。
发明内容
因此从按照此类型的降压转换器电路出发，本发明所基于的任务是提供一种降压转换器电路，其特色为改善的EMI和较小的损耗功率。
此任务通过具有权利要求1的特征的降压转换器电路来解决。
本发明所基于的认识是，通过二极管D1上的电压的更平缓的边沿可以实现EMI的改善。通过延缓卸荷电容器Cent的充电可以实现损耗功率的改善。为实现这种想法，按照此类型的降压转换器电路此外还包括具有已经提及的卸荷电容器Cent、第二二极管D2、第三二极管D3和辅助电感LH的卸荷电路。在此情况下，由卸荷电容器、第三二极管和辅助电感构成的串联电路与电感并联连接。下面的实施例适用于 U a ≤ U e 2 : 在闭合开关S1时，由电压差Ue—Ua驱动的电流在电路Cent、D3、LH中流动。通过这种电路连接，在接通开关S1时通过电感LH来抑制电流上升。通过以下方式能够在断开开关S1时首先使电流流过LT、Ca、D2和Cent，即第二二极管以其第一端子连接到参考电位上并以其第二端子与位于卸荷电容器和第三二极管之间的连接点连接，其中第二二极管如同第一二极管那样相对于参考电位被极化，而第三二极管相对于第二二极管这样被极化，以致电流可以流过由第二和第三二极管构成的串联电路。一旦Cent已被充电，电流就流过D2、D3、LH。因此包含在卸荷电容器Cent中的能量没有在开关S1中转换为损耗功率，而是用于输出电路的充电。
在一优选实施形式中，第四二极管被布置成与卸荷电容器并联，其中所述第四二极管相对于第二二极管这样取向，以致电流可以流过由第二和第四二极管构成的串联电路。通过以这种方式布置的第四二极管，使第一二极管阴极上的电压的明显的负尖峰和流过卸荷电容器Cent的尖峰形充电电流减小，其中该尖峰形充电电流可能引起电流值检测的干扰并且因此引起电流调节。也就是说，通过第四二极管的引入，寄生电感Lpar在转换(Kommutierung)时不被立即磁化，因为电流流过第二二极管D2、卸荷电容器Cent和第四二极管D4。因此此实施形式的特色为较小的负尖峰，这导致较小的EMI干扰。此实施形式的另一优点在于功率半导体S1和D1可更自由地放置。由于寄生电感Lpar不必快速地被磁化，因此允许其取较大的值。因此也允许到D1的馈电线较长。
较小的负尖峰的原因在于：在断开开关S1后，由于在二极管D1的二极管支路中的寄生电感Lpar，首先例如在大约100ns内电流流过二极管D2和D4的串联电路。接着，也就是在寄生电感Lpar已被充磁时，电流转换到二极管D1的二极管支路上。其原因在于二极管D1、D2、D4的尺寸，所述尺寸在此这样来选择，使得二极管D1的导通时间是二极管D2或D4的导通时间的大约10倍。
在先前介绍的实施形式中，用于电流检测的分流电阻优选地被布置在第二输出端子与第二二极管和参考电位相连接所处的点之间。对于通过开关S1的控制输入端St来控制开关S1来说，分流电阻Rsh是需要的。在此情况下通过电流进行调节，即在电流上升超过确定的数值时，开关S1被断开，直到由电感LT驱动的电流又返回到0，开关S1紧接着就又被接通。
另一实施形式的特色为在负载电路中设置电流检测，即输出电容器具有第一和第二端子，其中第一端子与第一输出端子连接，并且在输出电容器的第二端子和第二输出端子之间布置分流电阻。通过这种布置，电流检测的干扰在Cent和LT充电期间由于充电电流尖峰而受到抑制。不过考虑到动态的电流调节，这种布置是不利的。
也即在分流电阻的这种布置的情况下，不能不失真地测量流过开关S1的电流。于是产生两个结果：如果开关S1太长时间被接通，则开关S1可能损坏。第二，只可能很困难地实现，在用这样布置的分流电阻进行电流测量的基础上，通过控制开关S1的控制输入端St来对连接在所述输出端子上的灯的工作参数的变化作出反应。
一种特别有利的实施形式的特色为其还包括滤波电容器CF和滤波电感LF，其中滤波电感LF被布置成与辅助电感LH串联并位于辅助电感LH和第一输出端子之间，而滤波电容器CF被布置在辅助电感LH和滤波电感LF的连接点与参考电位之间。通过滤波电容器CF的引入，用于经由分流电阻Rsh对卸荷电容器Cent充电的电流受到抑制。电流流过滤波电容器CF，并因此流过分流电阻Rsh。存储在滤波电容器CF中的能量作为小的DC电流通过滤波电感LF被馈入到负载电路中。替代地，存储在滤波电容器中的能量可以通过附加电路、尤其是通过同相调节器(Laengsregler)被输送给为开关S1提供控制信号的控制电路。
其它有利的实施形式在从属权利要求中被描述。
附图说明
下面，从现在开始参照附图更详细地描述本发明的实施例。其中：
图1示出了现有技术中已知的降压转换器电路；
图2示出了根据本发明的降压转换器电路的第一实施例；
图3示出了根据本发明的降压转换器电路的第二实施例；
图4示出了根据本发明的降压转换器电路的第三实施例；以及
图5示出了根据本发明的降压转换器电路的第四实施例。
具体实施方式
联系根据图1的现有技术的描述已经被介绍和说明的元件下面将不再次进行描述。
在图2中所示的根据本发明的降压转换器电路的实施例中，设置有卸荷电路，所述卸荷电路包括卸荷电容器Cent、第二二极管D2、第三二极管D3和辅助电感LH。由卸荷电容器Cent、第三二极管D3和辅助电感LH构成的串联电路与电感LT并联连接。第二二极管D2以其第一端子连接到参考电位上并以其第二端子与位于卸荷电容器Cent和第三二极管D3之间的连接点连接，其中第二二极管D2如同第一二极管D1那样相对于参考电位被极化，并且第三二极管D3相对于第二二极管D2这样被极化，以致电流可以流过由第二二极管D2和第三二极管D3构成的串联电路。
应指出：在此情况下，输出电压Ua在数值上小于或等于输入电压Ue的一半。
在图3中所示的实施例中，第四二极管D4被布置成与卸荷电容器Cent并联，其中所述第四二极管D4相对于第二二极管D2这样取向，以致电流可以流过由第二二极管D2和第四二极管D4构成的串联电路。在图3中所示的实施形式中在第二输出端子与第二二极管D2和参考电位相连接所处的点之间布置了用于电流调节的分流电阻Rsh，而在图4中所示的实施形式中，所述分流电阻Rsh被布置在负载电路侧，此外该实施形式对应于图3中所示的实施形式，也就是说输出电容器Ca具有第一和第二端子，其中第一端子与第一输出端子连接，并且在输出电容器Ca的第二端子和降压转换器电路的第二输出端子之间布置有分流电阻Rsh。
在图5中所示的实施形式中此外还设置有滤波电容器CF和滤波电感LF，其中滤波电感LF被布置成与辅助电感LH串联并位于辅助电感LH和第一输出端子之间，并且滤波电容器CF被布置在辅助电感LH和滤波电感LF的连接点与参考电位之间。

Claims (9)

1、一种降压转换器电路，具有：
输入端，具有用于施加输入电压(Ue)的第一和第二输入端子；
输出端，具有第一和第二输出端子，在该输出端上提供输出电压(Ua)；
由开关(S1)和电感(LT)构成的串联电路，该串联电路连接在所述第一输入端子和所述第一输出端子之间，其中所述开关(S1)具有用于施加控制信号的控制输入端(St)；
第一二极管(D1)，其连接在位于所述开关(S1)和所述电感(LT)之间的连接点与参考电位之间，以致在所述电感(LT)无载运转时电流能流过所述第一二极管(D1)；
其特征在于，
该降压转换器电路此外还包括卸荷电路，该卸荷电路包括卸荷电容器(Cent)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)和辅助电感(LH)，其中由卸荷电容器(Cent)、第三二极管(D3)和辅助电感(LH)构成的串联电路与所述电感(LT)并联连接，而第二二极管(D2)以其第一端子连接到参考电位上并且以其第二端子与位于卸荷电容器(Cent)和第三二极管(D3)之间的连接点连接，其中所述第二二极管(D2)如同第一二极管(D1)那样相对于所述参考电位被极化，而第三二极管(D3)相对于第二二极管(D2)被极化来使得电流能流过由第二二极管(D2)和第三二极管(D3)构成的串联电路。
2、根据权利要求1的降压转换器电路，其特征在于，在所述第一和第二输入端子之间布置有输入电容器(Ce)。
3、根据权利要求1或2的降压转换器电路，其特征在于，在所述第一和第二输出端子之间布置有输出电容器(Ca)。
4、根据权利要求3的降压转换器电路，其特征在于，所述输出电容器(Ca)具有第一和第二端子，其中第一端子与所述第一输出端子连接，并且在所述输出电容器(Ca)的第二端子和所述第二输出端子之间布置有分流电阻(Rsh)。
5、根据权利要求3的降压转换器电路，其特征在于，在所述第二输出端子与所述第二二极管(D2)和所述参考电位相连接所处的点之间布置有分流电阻(Rsh)。
6、根据权利要求1的降压转换器电路，其特征在于，第四二极管(D4)被布置成与所述卸荷电容器(Cent)并联，其中所述第四二极管(D4)相对于所述第二二极管(D2)取向来使得电流能流过由所述第二二极管(D2)和第四二极管(D4)构成的串联电路。
7、根据权利要求1的降压转换器电路，其特征在于，该降压转换器电路此外还包括滤波电容器(CF)和滤波电感(LF)，其中该滤波电感(LF)被布置成与辅助电感(LH)串联并且位于辅助电感(LH)和第一输出端子之间，而该滤波电容器(CF)被布置在所述辅助电感(LH)和所述滤波电感(LF)的连接点与所述参考电位之间。
8、根据权利要求7的降压转换器电路，其特征在于，该降压转换器电路被设计用于将存储在所述滤波电容器(CF)中的能量通过附加电路、尤其是通过同相调节器输送给为所述开关(S1)提供控制信号的控制电路。
9、根据权利要求1的降压转换器电路，其特征在于，所述输出电压(Ua)在数值上小于或等于所述输入电压(Ue)的一半。
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