CN100576144C - 用于微型计算机的调节器 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于微型计算机的具有低能耗和提高的功率因数的调节器。该调节器包括：整流单元，用于整流工业交流(AC)输入电压并输出整流后的电压；开关单元，用于以预定时间间隔，间隔地切换整流单元的输出电压；平滑单元，用于将开关单元输出的交流(AC)电压平滑为直流(DC)电压，并将该直流(DC)电压输出给微型计算机；以及脉宽调制(PWM)信号发生单元，用于在微型计算机的控制下，输出PWM信号以间隔地打开/关闭开关单元。

Description

用于微型计算机的调节器
技术领域
本发明涉及一种用于微型计算机的调节器，尤其是涉及一种用于微型计算机的具有低能耗和提高的功率因数的调节器。
背景技术
含有电子设备的所有系统基本地具有一个微型计算机和一个单独的电源器件，即调节器，来操作微型计算机。
常规的用于微型计算机的调节器分成两类：一种采用变压器，另一种采用电容性分压电路。
采用变压器的调节器使用变压器将从电源单元输入的额定电压调节到指定的直流(DC)电压，并将调节后的直流(DC)电压提供给微型计算机。然而这种类型的调节器的缺点在于：它的尺寸很大，需要巨大的能耗和很高的生产成本。
采用电容性分压电路的调节器由于不需要变压器从而电路结构简化生产成本降低而得到了广泛的应用。
图1是说明用于微型计算机的采用电容性分压电路的常规调节器的结构的电路图。
参照图1，用于微型计算机的调节器100包括：第一电容器C1，其一端连接到工业交流(AC)电源的输入端；第一二极管D1，其阳极连接到第一电容器C1的另一端；第二电容器C2，其一端连接到第一二极管D1的阴极，另一端接地；第二二极管D2，其阴极连接到第一二极管D1的阳极；第三电容器C3，其一端连接到第二二极管D2的阳极，另一端接地；以及第一电阻R1，与第三电容器C3并联。
这里，微型计算机1并联到第二电容器C2上，并接收施加在第二电容器C2两端的电压Vo作为其驱动电压。在这种情况下，驱动电压由第一电容器C1的电容和第二电容器C2的电容之比决定，并且通常在220V的工业交流(AC)电源下，调节器100自身的功率消耗超过100mW。
由于调节器100由多个电容器组成，它的缺点在于：提供给微型计算机1的电压和电流之间的相位差变得很大。
发明内容
本发明致力于一种用于微型计算机的调节器，其充分地排除了由于相关技术的局限和缺点而产生的一个或多个问题。
本发明的一个目的是提供一种用于微型计算机的调节器，其提供给该微型计算机电源，并具有低能耗和提高的功率因数。
按照本发明的目的，为了实现这个目标以及其他优点，如同这里所实施和广泛描述的那样，提供了一种用于微型计算机的调节器，包括：整流单元，用于整流工业交流(AC)输入电压并输出整流后的电压；开关单元，用于以预定时间间隔，间隔地切换整流单元的输出电压；平滑单元，用于将开关单元输出的交流(AC)电压平滑成直流(DC)电压并且将该直流(DC)电压输出给微型计算机；以及脉宽调制(PulseWidth Modulation，简称PWM)信号发生单元，用于在微型计算机的控制下输出PWM信号以间隔地打开/关闭开关单元。
根据本发明的调节器最好还包括串联调节器，用于接收整流单元的输出电压并将其转换到适当的大小，以将转换后的电压输出到平滑单元，并在经过预定时间后，由微型计算机发送来的控制信号使其不激活。
平滑单元最好包括电容器，并且所述的预定时间指的是电容器充电的时间点。
附图说明
所含的附图提供对本发明的进一步的理解并且构成本申请的一部分，说明了本发明的实施例并与描述一起用来说明本发明的原则。其中：
图1是说明用于微型计算机的采用电容性分压电路的常规调节器结构的电路图；
图2是说明用于微型计算机的根据本发明的实施例的调节器结构的方框图；
图3是图2所示的调节器的详细电路图；
图4A和4B是显示基于图3所示结构的执行仿真的结果的图；以及
图5是显示计算出的用于微型计算机的根据本发明的调节器和用于微型计算机的常规调节器的功率因数的表。
具体实施方式
现在将详细地阐述本发明的优选实施例，本发明的优选实施例的例子如附图中所说明的。将尽可能地在全部附图中使用同样的标号以指示相同的或类似的部分。
图2是说明用于微型计算机的根据本发明的实施例的调节器结构的方框图。图3是图2所示的调节器的详细电路图。
参照图2，用于微型计算机的调节器200包括：二极管D，其阳极连接到工业交流(AC)电源的输入端；开关单元10，其一端连接到二极管D的阴极；PWM控制器14，连接到开关单元10的另一端，为开关单元10提供PWM信号；串联调节器12，连接到二极管D的阴极，在调节器初始操作时为微型计算机16提供驱动功率；以及电容器C，其一端公共地连接到开关单元10和串联调节器12，另一端接地。这里，公共地连接到开关单元10、串联调节器12和电容器C的节点(以下称“输出节点”)的电压被提供给微型计算机16作为其驱动电压。
二极管D对工业交流(AC)电源输入的交流(AC)电压半波整流，并将整流后的电压提供给开关单元10和串联调节器12。
串联调节器12从二极管D接收半波整流后的电压并将驱动电压提供给微型计算机16。在经过预定时间后，微型计算机16发送的特定控制信号使得串联调节器12不激活。
参照图3，串联调节器12包括：第一和第二电阻R1和R2，公共地连接到二极管D的阴极；第一双极晶体管Q1，其集电极连接到第一电阻R1的另一端，其发射极连接到输出节点并且其基极连接到第二电阻R2的另一端；第三电阻R3，其一端连接到第一双极晶体管Q1的基极；第二双极晶体管Q2，其集电极连接到第三电阻R3的另一端，发射极接地；以及第四电阻R4，其一端连接到双极晶体管Q2的基极，另一端连接到微型计算机的一个输出端。
这里，串联调节器12的输出电压作为驱动电压通过输出节点17提供给微型计算机16。同样，微型计算机16发出的不激活的控制信号通过第四电阻R4输入到第二双极晶体管Q2的基极，以关闭串联调节器12的操作。
再次参照图2，电容器C对开关单元10和串联调节器12所提供的交流(AC)电压信号进行平滑，并将平滑后的电压提供给微型计算机16。
在调节器200初始操作期间，微型计算机16接收来自串联调节器12的驱动功率，但是在经过预定时间后，微型计算机16在使得串联调节器不激活之后，从开关单元10接收驱动功率。这里，预定时间最好指的是来自串联调节器12的电源对电容器C充电结束的时间点。
PWM控制器14由微型计算机16控制，并输出PWM信号以用于间隔地打开/关闭开关单元10。
开关单元10响应于PWM控制器14输入的PWM信号而打开/关闭，以间隔地切换从二极管D输出的半波整流后的电压，并将切换后的电压输出给电容器C。
参照图3，开关单元10包括：MOS晶体管M，其漏极连接到二极管D的阴极，其栅极连接到PWM控制器14的输出端；第五电阻R5，其一端连接到MOS晶体管M的源极，另一端连接到电容器C；以及第六电阻R6，其一端连接到MOS晶体管M的栅极，另一端接地。
这里，MOS晶体管M通过响应从其栅极输入的PWM信号的幅度值的变化而打开/关闭，以间隔地切换到从其漏极输出的半波整流后的电压，并将切换后的电压输出到其源极。这个输出电压通过第五电阻R5下降到预定值，然后被输出给电容器。
现在将说明具有上述结构的用于微型计算机的调节器的操作。
在调节器初始操作期间，从串联调节器12输出的驱动电压被提供给微型计算机16。这是因为在调节器初始操作期间，驱动电压未被提供给微型计算机，所以在微型计算机16控制下操作的PWM控制器14和开关单元10不能正常地操作。
当串联调节器12提供驱动电压时，电容器C被充电，如果该充电操作完成，微型计算机16使得串联调节器12不激活。这是因为串联调节器包括多个电阻，从而具有高能耗，低效率。
其后，从开关单元10输出的驱动电压被提供给微型计算机16。
图4A和4B是显示基于图3所示结构的执行仿真的结果的图。
在仿真的过程中，设R1＝1MΩ，R2＝50MΩ，R3＝1KΩ，R4＝100KΩ，R5＝9.5KΩ，R6＝500KΩ，C＝5μF，AC是340V，60Hz。
图4A显示了PWM控制器14输出的PWM信号的波形。参照图4A，该PWM信号是一个幅度为6V，周期大约为0.017s的方波脉冲。该PWM信号显示了在t≥0.3s区域里的标准波形。
图4B显示了在输出节点17测量到的输出电压Vo的波形。参照图4B，在0s≤t≤0.3s的区域里面，输出电压Vo逐渐增加，并且形成了小的波动，而在t≥0.3s的区域里面，其显示稳定的值，并且在2.5V附近形成小的波动。
这里，在区域0s≤t≤0.3s内的输出电压Vo是从串联调节器12输出的，在区域t≥0.3s内的输出电压Vo是从开关单元10输出的。
特别地，串联调节器12在t＝0.3s时不激活，继而从开关单元10输出的电压提供给微型计算机16。
图5是显示计算出的用于微型计算机的根据本发明的调节器和用于微型计算机的常规调节器的功率因数的表。
用于微型计算机的常规调节器的功率因数基于图1所示的电路计算出来，以供参考，设C1＝0.025μF，C2＝5μF，C3＝5μF，R1＝25KΩ，AC是340V，60Hz。
参照图5，作为测量和计算的结果，常规调节器的视在功率(apparent power)、平均功率和功率因数分别是54mV，0.6mV和0.01，而根据本发明的调节器的那些参数分别是36mV，23mV和0.639。
工业适用性
如上所述，根据本发明，与相关技术相比，所述的视在功率降低并且功率因数得到极大的提高。这是因为提供给微型计算机16的驱动功率的电压和电流事实上具有相同的相位。
同样，由于从工业交流(AC)电源输入的电压是通过开关单元间隔地提供的，并且提供给微型计算机的电压和电流事实上具有相同的相位，因此功率因数得到极大的提高并且能耗降低。
前述的实施例只是示例性的，而不能理解成限制本发明的。本方法可以轻易地应用到其他类型的设备上。本发明的描述只是说明性的，并不限制权利要求的范围。许多替换、修改和变化对于本领域技术人员来说是非常显然的。

Claims (4)

1、一种用于微型计算机的调节器，包括：
整流单元，用于整流工业交流(AC)输入电压，并输出整流后的电压；
开关单元，用于以预定时间间隔，间隔地切换所述整流单元的输出电压；
平滑单元，用于将从所述开关单元输出的交流(AC)电压平滑为直流(DC)电压，并将该直流(DC)电压输出给所述微型计算机；以及
脉宽调制(PWM)信号发生单元，用于在所述微型计算机的控制下输出PWM信号，以间隔地打开/关闭所述开关单元。
2、根据权利要求1所述的调节器，还包括串联调节器，用于接收所述整流单元的输出电压并将其转换到适当的大小，以向所述平滑单元输出该转换后的电压，并在经过预定时间后，由所述微型计算机发送的控制信号使其不激活。
3、根据权利要求1所述的调节器，其中所述开关单元包括MOS晶体管。
4、根据权利要求2所述的调节器，其中所述平滑单元包括电容器，并且所述预定时间指的是所述电容器充电的时间点。
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