CN105453400B - 供电装置 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的一个实施方式，当使用包括共享能量存储元件的第一和第二放大单元的供电装置时，通过独立地调整第一和第二放大单元的放大比例，可以降低半导体器件的电压应力并且恒定地维持输出至第一和第二放大单元的电压。

Description

供电装置
技术领域
本发明涉及供电装置。
背景技术
通常，电容器输入型整流器电路广泛地用作被用为电子设备的电源的开关电源。通过这样的电容器产生脉冲型的输入电流。由于在电子设备、信息设备以及通信设备的每次输入时同时产生脉冲型输入电流，则脉冲型输入电流被以相位的方式添加在配电线路上，这导致电力系统的谐波失真和商用电源的功率因数的降级。
为了解决这样的问题，现在正积极地对具有功率因数校正功能的升压型功率因数校正(PFC)的控制电路进行研究和开发。
图1是示出了传统的升压转换器类型的供电装置的图。
参照图1，传统的供电装置1具有下述配置：输入电源连接至整流器2的两端，电感器3连接在整流器2与开关元件4之间作为能量存储元件，以及二极管连接在开关元件4与电容器之间。
上面的供电装置1将输入端的电压放大至预定比例以向输出端子5输出经放大的电压。
当高压如三相系统中的线间电压被施加至供电装置1时，极高的电压被提供至输出端子5。因此，在输出端子处的半导体器件上的电压应力增加，因此绝缘栅双极型晶体管(IGBT)元件而不是场效应管(FET)元件被用作开关元件。因此，存在根据IGBT元件的使用应当使用较低开关频率的缺点。此外，存在供电装置的下述设计限制：增加了无源元件的尺寸，增加了制造成本等。
发明内容
实施方式提供了一种供电装置，该供电装置能够降低包括在其中的半导体器件上的电压应力。
另一实施方式提供了一种供电装置，该供电装置能够恒定地控制包括在该供电装置中的第一和第二输出单元的输出电压。
根据实施方式的供电装置包括：输入供电单元，其配置成对交流(AC)电力进行整流；以及放大单元，其配置成将输入电压放大n(n是大于1的实数)倍，其中，放大单元包括第一和第二放大单元以及电感器，第一放大单元取决于第一开关元件的操作向第一输出部输出与n1(n1是正实数)倍的输入电压对应的第一输出电压，并且第二放大单元取决于第二开关元件的操作向第二输出部输出与n2(n2是正实数)倍的输入电压对应的第二输出电压。
根据实施方式的供电装置的第一和第二放大单元以及电感器串联地连接，并且电感器连接在第一与第二放大单元之间。
根据实施方式的供电装置的第一和第二放大单元具有彼此相同的配置。
根据实施方式的供电装置的输入供电单元包括整流器，并且该整流器是桥式整流器。
根据实施方式的供电装置的第一放大单元包括并联地连接至第一开关元件的第一输出部，并且第二放大单元包括并联地连接至第二开关元件的第二输出部。
根据实施方式的供电装置的第一输出部包括彼此串联地连接的第一二极管和第一电容器-电阻器，并且第二输出部包括彼此串联地连接的第二二极管和第二电容器-电阻器。
包括在根据实施方式的供电装置的第一和第二电容器-电阻器单元的每一个中的电容器和电阻器彼此并联地连接。
根据实施方式的供电装置的n、n1以及n2满足等式1。
[等式1]
n＝n1+n2
根据实施方式的供电装置的n1和n2具有彼此相同的值。
根据实施方式的供电装置的第一和第二开关元件同时接通并且同时关断。
根据实施方式的供电装置的第一和第二开关元件同时接通，第一开关元件在第一时间点关断并且第二开关元件在第二时间点关断，并且当n1的值大于n2的值时，第一时间点在第二时间点之后到来。
根据实施方式的供电装置包括：整流器，其配置成将AC电力整流成第一电压；以及放大单元，其配置成接收来自整流器的第一电压并且对来自整流器的第一电压进行升压，并且将所升压的电压划分成作为输出的第二和第三电压。
根据实施方式的供电装置的放大单元包括：第一放大单元，其配置成接收并且放大第一电压以输出第二电压；第二放大单元，其配置成串联地连接至第一放大单元，并且配置成接收并且放大第一电压以从而输出第三电压；以及电感器，其配置成串联地连接至第一和第二放大单元。
根据实施方式的供电装置的电感器连接在第一和第二放大单元之间。
根据实施方式的供电装置的第二和第三电压是彼此相同的电压。
根据实施方式的供电装置的第一和第二放大单元中的每一个包括第一和第二开关元件，并且取决于第一和第二开关元件的操作频率来控制第二和第三电压。
根据实施方式的供电装置的第一和第二开关元件同时接通并且同时关断。
当根据实施方式的供电装置的第二和第三电压彼此相同时，第一和第二开关元件同时接通并且同时关断。
在根据实施方式的供电装置中，在第二和第三电压彼此相同的第一时段期间，第一和第二开关元件同时接通并且同时关断，并且在第二和第三电压彼此不同的第二时段期间，第一开关元件在第一时间点关断，而第二开关元件在第二时间点关断。
在根据实施方式的供电装置的第二时段期间，第一和第二开关元件同时接通。
有益效果
根据实施方式，可以通过使用装备有共享能量存储元件的第一和第二放大单元的供电装置来降低在半导体器件上的电压应力。此外，通过独立地控制第一和第二放大单元中的每一个的放大比例，可以恒定地维持来自第一和第二放大部的输出电压。
附图说明
图1是示出了传统的升压转换器类型的供电装置的图。
图2是根据本发明的实施方式的供电装置1000的框图。
图3是示出了根据本发明的实施方式的供电装置的图。
图4是示出了当根据本发明的第一实施方式的供电装置的第一和第二开关元件Qs和Qm被接通时的操作方式的图。
图5是示出了当根据本发明的第一实施方式的供电装置的第一和第二开关元件Qs和Qm被关断时的操作方式的图。
图6是示出了当根据本发明的第一实施方式的供电装置的第一开关元件Qs被接通并且该供电装置的第二开关元件Qm被关断时的操作方式的图。
图7是示出了当根据本发明的第一实施方式的供电装置的第一开关元件Qs被关断并且该供电装置的第二开关元件Qm被接通时的操作方式的图。
图8是根据本发明的第二实施方式的平衡输出供电装置的图。
图9是根据本发明的第二实施方式的平衡输出供电装置的控制单元的图。
图10是根据本发明的第二实施方式的平衡输出供电装置的模拟控制单元的图。
图11是第一和第二双反馈单元的电路图。
图12和图13是根据本发明的实施方式的供电装置和用于操作该供电装置的控制单元的电路图。
图14是根据本发明的实施方式的供电装置的模拟结果的图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图来详细地描述根据本发明的实施方式的供电装置。提供本文中描述的示例性实施方式以充分地向本领域普通技术人员提供本发明的精神。因此，在不偏离本发明的精神或范围的情况下，可以对如在实施方式中描述的本发明进行许多变型和/或修改。
图2是根据本发明的供电装置1000的框图，以及图3是示出了根据本发明的实施方式的供电装置1000的图。
特别地，根据本发明的实施方式的供电装置1000可以用在需要使输出电压比输入电压高的系统中，亦即用于电力升压系统。
例如，供电装置1000可以用在电池、太阳能板、整流器以及直流(DC)发电机中，并且用作发光二极管(LED)板的电压供给装置或者用作用于对液晶显示(LCD)板的栅极驱动电压进行升压的装置，但是不限于此。
参照图2和图3，根据本发明的实施方式的供电装置1000可以包括：具有整流器10的电源11、第一放大单元20、第二放大单元30以及用作能量存储元件的电感器40。
整流器10接收并且整流输入其中的AC电力以输出经整流的电力。整流器10可以是桥式整流器，并且包括第一至第四二极管D1至D4。
整流器100可以对通过第一节点和第二节点输入的AC电力进行接收并且整流以通过第三节点和第四节点输出经整流的电力。
将描述整流器10的第一至第四二极管D1至D4的连接关系。
正极是连接至第一至第四二极管D1至D4中的每一个的P区的电极，而负极是连接至每个二极管的N区的电极。
第一二极管D1的正极端子连接至第一节点N1，并且其负极端子连接至第三节点N3。
第二二极管D2的正极端子连接至第四节点N4，并且其负极端子连接至第二节点N2。
第三二极管D3的正极端子连接至第二节点N2，并且其负极端子连接至第三节点N3。
第四二极管D4的正极端子连接至第四节点N4，并且其负极端子连接至第二节点N2。
作为与第一和第二开关元件Qs和Qm的操作同步的能量存储元件的电感器40可以反复地积累能量，并且将所积累的能量供给至第一和第二放大单元20和30。
第一和第二放大单元20和30与电感器40同步，并且可以通过放大输入电压来输出放大的电压。
第一放大单元20、第二放大单元30以及电感器40可以串联地连接。虽然在附图中电感器40被布置在第一放大单元20与第二放大单元30之间，但是其不限于此。
电感器40、第一放大单元20以及第二放大单元30可以按照所写的串联地布置。可替选地，第一放大单元20、第二放大单元30以及电感器40可以按照所写的串联地布置。
第一和第二放大单元20和30可以具有如图3所示的电路配置。
在下文中，第五节点N5被限定为第六节点N6和第七节点N7的超节点。
第一放大单元20可以连接在第三节点N3与第五节点N5之间。
第二放大单元30可以连接在第五节点N5与第四节点N4之间。因此，第一和第二放大单元20和30可以彼此串联地连接。
电感器40可以连接在第六节点N6与第七节点N7之间。
要注意的是，电感器40的位置不限于上述位置。
电感器40可以连接至在整流器10与第一放大单元20之间的第三节点N3，并且可以连接至在整流器10与第二放大单元30之间的第四节点N4。因此，整流器10、第一放大单元20、第二放大单元30以及电感器40可以串联地连接。
第一放大单元20可以包括第一开关元件Qs以及与其并联地连接的第一输出部21。
第二放大单元30可以包括第二开关元件Qm以及与其并联地连接的第二输出部31。
第一输出部21可以包括第一电容器22、第一电阻器23以及第一输出二极管24。
第一电容器22和第一电阻器23可以彼此并联地连接，并且第一输出二极管24可以串联地连接至第一电容器22和第一电阻器23。
虽然在附图中第一输出二极管24连接在第五节点N5与第八节点N8之间，但是其不限于此，并且第一输出二极管24可以连接至在第一开关元件Qs与第一电容器22之间的正向方向上的第三节点N3。
第二输出部31可以包括第二电容器32、第二电阻器33以及第二输出二极管34。
第二电容器32和第二电阻器33可以彼此并联地连接，并且第二输出二极管34可以串联地连接至第二电容器32和第二电阻器33。
尽管在附图中第二输出二极管34连接在第五节点N5与第九节点N9之间，但是其不限于此。
第二输出二极管34可以连接至在第二开关元件Qm与第二电容器32之间的正向方向上的第四节点N4。
同时，第一和第二电容器22和32可以使供给至第一和第二电阻器23和33的电流稳定，并且第一和第二输出二极管24和34可以起防止反向电流流动的整流器二极管的功能。
第一和第二开关元件Qs和Qm用于控制从电感器40供给至第一和第二输出部21和31的电流。
亦即，第一和第二开关元件Qs和Qm响应于脉冲宽度调制(PWM)信号反复地接通与关断，使得可以控制从电感器40供给至第一和第二输出部21和31的电流的幅值。
在附图中，为了便于说明，第一和第二开关元件Qs和Qm被描绘为功率金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)，但是其不限于此。因此，第一和第二开关元件Qs和Qm可以取决于功率容量为接通/关断可控的元件。
供电装置1000可以接收输入电压并且取决于第一开关元件Qs的操作在第一输出部21处产生第一输出电压Vo1。此外，供电装置1000可以取决于第二开关元件Qm的操作在第二输出部31处产生第二输出电压Vo2。
亦即，第一和第二放大单元20和30可以将来自输入电源11的输入电压放大到多达“n”倍。
与输出电压小于输入电压的降压转换器不同，根据本实施方式的供电装置1000的输出电压可以大于输入电压。因此，“n”可以是大于1的实数。此外，可以获得如等式1的电压传输比。
[等式1]
在等式1中，Vi表示输入电压，并且Vo表示放大器50的输出电压。
电压传输比Gv与占空比D的关系是与1-D成反比。
当占空比D为0时，电压传输比Gv为作为最小值的1，而当占空比D为1时，电压传输比Gv具有无限大值。
在理想元件的情况下，可以通过从零至1地改变占空比D来控制放大器50的输出电压。
第一放大单元20可以向第一输出部21输出与n1倍的输入电压对应的第一输出电压Vo1。此外，第二放大单元30可以向第二输出部31输出与n2倍的输入电压对应的第二输出电压Vo2。
可以取决于第一开关元件Qs的开关频率来控制第一放大单元20的放大比例，并且可以取决于第二开关元件Qm的操作来控制第二放大单元20的放大比例。
放大器50的放大比例与组成放大器50的第一和第二放大单元20和30的放大比例之间的关系可以表示为等式2。
[等式2]
n＝n1+n2
亦即，放大器50可以将输入电压放大到多达n倍。同样地，放大的电压与分别由第一放大单元20放大到n1倍并且由第二放大单元30放大到n2倍的输入电压的和相同。
n1和n2可以具有相同值或者可以具有彼此不同的值。
当n1和n2具有相同值时，输入电压的放大程度在第一和第二放大单元20和30中的每个放大单元处相同。因此，可以从第一和第二输出部21和31中的每个输出部获得相同的输出电压。
当n1和n2具有彼此不同的值时，输入电压的放大程度在第一和第二放大单元20和30中的每个放大单元处不同。因此，可以从第一和第二输出部21和31中的每个输出部获得不同的输出电压。
在下文中，参照图4至图7，将描述根据本发明的第一实施方式的供电装置1000的操作方式。为了便于说明，将假定并且描述每个元件具有接近其理想特征的特性。
取决于第一和第二开关元件Qs和Qm的操作方式，可以存在四个不同操作模式如第一操作模式至第四操作模式。
可以通过第一和第二开关元件Qs和Qm的接通/关断操作来控制第一和第二输出部21和31的输出电压。
(第一操作模式)
图4是示出了当根据本发明的第一实施方式的供电装置1000的第一和第二开关元件Qs和Qm被接通时的操作方式的图。
参照图4，在第一操作模式中，第一和第二开关元件Qs和Qm同时被接通。在这种情况下，施加至第一和第二开关元件Qs和Qm的电压可以是零伏。此外，在第一和第二开关元件Qs和Qm中的每个开关元件中流动的电流可以是在电感器40中流动的电流。
经整流的输入电压被施加至电感器40，然后，电感器40中流动的电流增加。
(第二操作模式)
图5是示出了当根据本发明的第一实施方式的供电装置1000的第一和第二开关元件Qs和Qm被关断时的操作方式的图。
参照图5，在第二操作模式中，第一和第二开关元件Qs和Qm同时被关断。在这种情况下，输入电压被划分成分布至第一和第二开关元件Qs和Qm。此外，在第一和第二开关元件Qs和Qm中的每个开关元件中流动的电流变成零安培(A)。
由于第一和第二输出二极管24和34处于接通，则施加至第一和第二输出二极管24和34的电压变成零伏。此外，在第一和第二输出二极管24和34中的每个输出二极管中流动的电流变成在电感器40中流动的电流。
通过将第一和第二输出部21和31中的每个输出部的电压从输入电压中减去来获得施加至电感器40的电压，使得负的电压施加至电感器40。因此，在电感器40中流动的电流减小。
在下文中，将描述第一与第二操作模式的更替。
在第一操作模式中，在电感器40上流动的电流增加。此时，当供电装置1000被切换至第二操作模式时，跨电感器40的两端的电压增加以维持在电感器40中流动的电流。此外，电流在第一和第二输出部21和31中的每个输出部中流动。此外，当操作模式被切换至第一操作模式同时在电感器40上流动的电流逐渐地减小时，第一和第二开关元件Qs和Qm被接通以增加在电感器40中流动的电流。
如上所述，当第一和第二开关元件Qs和Qm被同时接通以及同时关断以使得能够反复进行第一操作模式和第二操作模式时，通过检测第一和第二输出部21和31的输出电压来确定第一和第二开关元件Qs和Qm的接通/关断比例。因此，可以获得恒定的第一与第二输出电压。此外，输入电压被放大，并且经放大的输入电压可以被平均地分配至第一和第二输出部21和31。
针对施加至第一和第二输出部21和31的输入电压的电压传输比的等式可以满足如下等式3。
[等式3]
此时，通过在零至1的范围内改变占空比D，可以控制第一和第二输出部21和31的输出电压。
如上所述，根据本发明的供电装置1000，通过对输入电压进行放大，经放大的输入电压被分配并且施加至第一和第二输出部21和31。因此，降低了电路元件上的电压应力。因此，IGBT元件以及FET元件可以用作开关元件。
亦即，缓解了选择要应用在本发明中的部件元件的限制，使得可以增加设计可能性以避免各种元件的尺寸增加和成本增加。
除了降低了各种元件上的电压应力的效果之外，由于输出部被分成两个部分并且被驱动，则该两个部分可以向具有彼此不同的功能的电路提供电力。同样地，根据本发明的实施方式的供电装置1000具有下述优点：该供电装置1000可以通过使用一个电源来提供多个电源，以及基于该优点，可以减小整个电路的尺寸并且降低整个电路的制造成本。
根据上述描述，虽然已经描述了第一和第二开关元件Qs和Qm同时被接通和关断，但是它们不限于此。
根据应用供电装置1000的产品，存在两个输出部具有彼此不同的电压的需要。因此，在这种情况下，可以独立地驱动第一和第二开关元件Qs和Qm中的每个开关元件。亦即，通过将PWM信号分别地施加至第一和第二开关元件Qs和Qm，可以独立地控制第一和第二开关元件Qs和Qm。因此，第一和第二输出部21和31中的每个输出部可以输出不同的电压。
(第三操作模式)
图6是示出了当根据本发明的第一实施方式的供电装置1000的第一开关元件Qs被接通并且供电装置1000的第二开关元件Qm被关断时的操作方式的图。
参照图6，根据第三操作模式，可以接通第一开关元件Qs并且同时可以关断第二开关元件Qm。
当第一开关元件Qs被接通并且第二开关元件Qm被关断时，施加至第一开关元件Qs的电压变成零伏，并且在第一开关元件Qs中流动的电流变成在电感器40中流动的电流。此外，输入电压被放大然后被施加至第二开关元件Qm，并且在第二开关元件Qm中流动的电流变成零A。此外，输入电压与施加至第二开关元件Qm之间的差动电压被施加至电感器40，并且差动电压变成负电压使得在电感器40中流动的电流减小。
(第四操作模式)
图7是示出了当根据本发明的第一实施方式的供电装置1000的第一开关元件Qs被关断并且供电装置1000的第二开关元件Qm被接通时的操作方式的图。
参照图7，根据第四操作模式，可以关断第一开关元件Qs并且同时可以接通第二开关元件Qm。
当第一开关元件Qs被关断并且第二开关元件Qm被接通时，输入电压被放大然后被施加至第一开关元件Qs，并且在第一开关元件Qs中流动的电流变成零A。此外，施加至第二开关元件Qm的电压变成零伏，并且在第二开关元件Qm中流动的电流变成在电感器40中流动的电流。此外，在输入电压与施加至第一开关元件Qs之间的差动电压被施加至电感器40，并且差动电压变成负值使得在电感器40中流动的电流减小。
在上述第三和第四操作模式中，可以取决于占空比来控制施加至第一和第二输出部21和31中的每个输出部的电压的放大程度。
总之，根据本发明的第一实施方式的供电装置1000可以取决于第一至第四操作模式的组合来以各种方式操作。例如，当第一与第二操作模式被采用为主操作模式时，经放大的电压被分配至第一和第二输出部21和31使得可以减小半导体器件上的电压应力，并且来自第一和第二输出部21和31的输出电压可以用于相同目的或不同目的。此外，当来自第一和第二输出部21和31的输出电压间歇地彼此不同时，通过改变施加至第一和第二开关元件Qs和Qm中的每个开关元件的PWM信号的占空比可以实现减小电压应力的目的。此外，当第一与第二操作模式被采用为主操作模式时，经放大的具有彼此相同的值的电压可以施加至第一和第二输出部21和31。然而，由于外部因素和/或电路元件的非理想特征，在第一和第二输出部21和31处不能维持经放大的具有彼此相同的幅值的电压。在这种情况下，通过另外地采用第三与第四操作模式，可以在第一和第二输出部21和31处维持经放大的具有相同幅值的电压。
在下文中，将描述根据本发明的第二实施方式的供电装置3000。
然而，本发明的第二实施方式将被称为平衡输出供电装置3000。
根据上述第一实施方式的供电装置1000，可以将输入电压划分并且提供至两个输出部，并且可以通过第一至第四操作模式平均地分配输入电压，从而将所分配的输入电压施加至两个输出部。
反之，可以以将经放大的输入电压不同地分配至两个输出部的方式来操作。此外，经放大的输入电压可以针对预定时期平均地分配至两个输出部，并且经放大的输入电压可以在指定时期内以不同值的方式分配至两个输出部。
在第二实施方式中，将描述平衡输出供电装置1000平均地分配输入电压以将所分配的输入电压提供至两级的输出部，并且当在两级的输出部处发生电压不平衡时校正电压不平衡。
当在第一实施方式中描述的供电装置1000以第一和第二操作模式的方式交替地操作时，在第一和第二输出部21和31的负载上流动的电流量可以彼此不同。在这种情况下，两个输出部中的一个的电容器中充载的能量可以相对小于剩余的输出部中的另一电容器中充载的能量，其中，大量的电流在所述两个输出部上流动。因此，可以降低包括充载有相对较低能量的另一电容器的剩余的输出部的输出电压。在这种情况下，不能实现输入电压的平均分配并且不会发生平衡的输出。此外，由于相对较高的电压被施加至电路中的半导体器件中的一个，则会增加施加相对较高的电压的半导体器件上的电压应力。
根据本发明的第二实施方式，当不同的电流在第一和第二输出部21和31中的每个输出部中流动并且使得输出电压不平衡时，可以纠正该不平衡。
在下文中，将参照附图来描述根据本发明的第二实施方式的平衡输出供电装置3000的操作方式。
图8是示出了根据本发明的第二实施方式的平衡输出供电装置3000的图，以及图9是示出了图8中所示的控制单元的详细配置的电路图。
参照图8与图9，平衡输出供电装置3000可以包括供电单元1000和控制器2000。
供电单元1000可以是在图2至图7中描述的供电装置1000，并且控制器2000产生用于接通或关断供电装置1000的开关元件Qs和Qm的控制信号。
参照图8与图9，根据本发明的第二实施方式的平衡输出供电装置3000可以包括：电压控制器100、功率因数校正电路200、三角波产生电路400、第一比较器310、第二比较器320、第一微位移控制器610以及第二微位移控制器620。此外，平衡输出供电装置3000还可以包括第一至第三加法器510、520和530。
考虑组成控制器2000的每个元件的连接关系，第一加法器510可以连接在施加第一和第二输出电压Vo1和Vo2的端子与电压控制器100的输入端子之间。
电压控制器100可以连接在第一参考电压端子Vref1、第一加法器510的输出端子以及功率因数校正电路200的输入端子之间。
功率因数校正电路200可以连接在电压控制器100的输出端子、施加AC电压感测信号的端子、施加电流感测信号的端子以及第二和第三加法器520和530的输入端子之间。此外，第二加法器520可以连接在第一微位移控制器610的输出端子与第一比较器310的输入端子之间，第三加法器530可以连接在第二微位移控制器620的输出端子与第二比较器320的输入端子之间，第一微位移控制器610可以连接在施加第二输出电压Vo2的端子与施加第二参考电压Vref2的端子之间，并且第二微位移控制620可以连接在施加第一输出电压Vo1的端子与施加第三参考电压Vref3的端子之间，从而将信号输出至第三加法器530。
此外，第一比较器310可以连接在三角波产生电路400的输出信号端子、第二加法器520的输出信号端子以及第一开关元件Qs的控制端子之间。第二比较器320可以连接在三角波产生电路400的输出信号端子、第三加法器530的输出信号端子以及第二开关元件Qm的控制端子之间。
在下文中，将描述根据本发明的第二实施方式的平衡输出供电装置3000的操作方式。在这种情况下，作为示例，将假定输入AC电压的峰值是400伏，并且第一和第二输出部21和31中的每个输出部通过将输入AC电压放大两倍来输出400伏。要注意的是，在此描述的数值是为了便于解释而提出的，它们并不限于此。
电压控制器100接收来自第一和第二输出部21和31的输出电压的总和信号，并且对该总和信号与第一参考电压Vref1进行比较。
亦即，电压控制器100可以配置有运算放大器，该运算放大器对施加至同相端子的第一参考电压Vref1与施加至反相端子的第一和第二输出部21和31的输出电压之间的差进行放大，从而输出第一控制信号。
第一参考电压Vref1可以是800伏，其是将输入AC电压的峰值即400伏放大两倍。电压控制器100可以对第一参考电压Vref1与第一和第二输出部21和31的输出电压的总和信号进行比较，并且将从比较结果获得的差进行放大，从而向功率因数校正电路200输出与经放大的差对应的第一控制信号。
同时，第一和第二输出部21和31的输出电压可以是根据第一加法器510的总和信号。
功率因数校正电路200可以接收从电压控制器100输出的第一控制信号、感测输入电压Vi以及感测输出电流以输出第二控制信号。
亦即，功率因数校正电路200可以配置有运算放大器，该运算放大器对施加至同相端子的感测输入电压信号和第一控制信号与施加至反相端子的感测电流信号之间的差进行放大，从而输出第二控制信号。
第二输出电流可以被限定为在电感器40中流动的电流。此外，感测的输出电流可以是在电感器40中流动的平均电流，并且可以是在第一开关元件Qs或第二开关元件Qm中流动的电流。
第一微位移控制器610可以对第一输出部21的输出电压与第二参考电压Vref2进行比较以输出第一微位移信号，而第二微位移控制器620可以对第二输出部31的输出信号与第三参考电压Vref3进行比较以输出第二微位移信号。
同时，第一微位移控制器610可以被配置有运算放大器，该运算放大器可以通过同相端子接收第二输出部的输出以及通过反相端子接收第二参考电压Vref2，并且对所接收的输出与第二参考电压Vref2之间的差进行放大以输出第一微位移信号。此外，第二微位移控制器620可以配置有运算放大器，该运算放大器可以通过同相端子接收第一输出部的输出以及通过反相端子接收第三参考电压Vref3，并且对所接收的输出与第三参考电压Vref3之间的差进行放大以输出第二微位移信号。
第二和第三参考电压Vref2和Vref3可以具有彼此相同的值。
同时，当输入电压被放大，然后经放大的输入电压被平均地施加至第一和第二输出部21和31时，第一和第二输出部21和31中的每个输出部处的电压可以是400伏，并且可以使400伏作为第二和第三参考电压Vref2和Vref3。
从功率因数校正电路200输出的第二控制信号和第一微位移信号可以通过第二加法器520转换成待提供至第一比较器310的作为总和信号的第一比较信号。从功率因数校正电路200输出的第二控制信号和第二微位移信号可以通过第三加法器530转换成待提供至第二比较器320的作为总和信号的第二比较信号。
第一和第二比较器310和320用作对模拟信号与参考信号进行比较以输出在模拟信号至数字信号转换处理中使用的二进制信号的电路。此外，第一和第二比较器310和320的特性更像具有较高增益的通用目的运算放大器的特性。
第一比较器310可以对从三角波产生电路400输出的三角波信号与第一比较信号进行比较，并且将第一PWM信号提供至第一开关元件Qs，从而控制第一开关元件Qs的接通/关断操作。第二比较器320可以对从三角波产生电路400输出的三角波信号与第二比较信号进行比较，并且将第二PWM信号提供至第二开关元件Qm，从而控制第二开关元件Qm的接通/关断操作。
特别地，第一比较器310的运算放大器的同相端子可以接收第一微位移信号以及第二控制信号，并且第一比较器310的运算放大器的反相端子可以接收三角波信号，使得第一比较器310对所接收的信号进行比较以输出第一PWM信号。第二比较器320的运算放大器的同相端子可以接收第二微位移信号以及第二控制信号，并且第二比较器320的反相端子可以接收三角波信号，使得第二比较器320对所接收的信号进行比较以输出第二PWM信号。
第一和第二PWM信号可以是用于对第一和第二开关元件中的每个开关元件的接通/关断时间进行调整的信号。亦即，通过在即1％至100％的范围内调整第一和第二PWM信号的占空比，可以实现线性控制。
同时，在三角波产生电路400中产生的三角波信号可以取决于第二控制信号和第一和第二微位移信号被分配为具有适当的周期和幅值以便调整脉冲宽度调制的占空比。
同时，在图9中示出的包括在电压控制器100、功率因数校正电路200、第一微位移控制器610以及第二微位移控制器620中的第一至第八阻抗Z1至Z8可以是纯电阻元件和纯电容元件。特别地，第一阻抗Z1、第三阻抗Z3、第五阻抗Z5以及第七阻抗Z7可以是电阻器，然而由于第二阻抗Z2、第四阻抗Z4、第六阻抗Z6以及第八阻抗Z8用作运算放大器的负反馈，则第二阻抗Z2、第四阻抗Z4、第六阻抗Z6以及第八阻抗Z8可以配置有串联地连接至其的电阻器和电容器。
参照图4至图7，将描述用于将不平衡输出调整至平衡输出的操作方式。
例如，将考虑放大器50将来自输入电源11的输入电压放大到n倍(n是正实数)。
包括在放大器50中的第一放大单元20输出与n1倍(n1是正实数)的输入电压对应的第一输出电压Vo1，并且第二放大单元30输出与n2倍(n2是正实数)的输入电压对应的第二输出电压Vo2。
此时，当通过增加第一开关元件Qs的接通时间(即通过相比第二开关元件Qm的关断时间延迟第一开关元件Qs的关断时间)来降低包括在第二放大单元30中的第二输出部31的输出电压以使n1大于n2(即设定n1>n2的关系)时，可以调整第一和第二输出部21和31的输出电压以生成平衡的输出电压。
亦即，如图4和图5中所示，当供电装置1000以第一和第二模式交替地操作时，由于外部因素和电路中的内部元件的非理想特性使得第二输出部31的输出电压降低，则可以通过暂时地改变至图6中所示的第三操作模式来调整第一和第二输出部21和31的输出电压。
在下文中，当第一和第二输出部21和31的输出电压不平均时，将考虑控制器的操作方式。
例如，当第二输出部31的输出电压降低时，施加至第一微位移控制器610的反相端子的电压降低。然后，可以增加作为第一微位移控制器610的输出电压的第一微位移信号的电压以作为高信号输出。此外，当第二输出部31的输出电压降低时，第一输出部21的输出电压增加，并且施加至第二微位移控制器620的反相端子的电压增加。因此，作为第二微位移控制器620的输出电压的第二微位移信号可以增加成变成低信号。
同样地，电压增加的第一微位移信号和电压降低的第二微位移信号可以分别地被转换成第一和第二比较信号，第一和第二比较信号是增加至待施加至第一和第二比较器310和320的第二控制信号的总和信号。
施加第一和第二比较信号的第一和第二比较器310和320可以对三角波信号与所施加的比较信号进行比较以产生并且输出对脉冲宽度进行调制的PWM输出信号。
特别地，由于作为高信号的第一微位移信号，则施加至第一比较器310的反相端子的信号的幅值增加使得可以增加第一PWM输出信号的占空比。由于作为低信号的第二微位移信号，则施加至第二比较器320的反相端子的信号的幅值降低使得可以降低第二PWM输出信号的占空比。
同样地，由于占空比增加的第一PWM输出信号，则可以延长第一开关元件Qs的接通时间并且可以缩短第二开关元件Qm的接通时间。亦即，当第一和第二开关元件Qs和Qm的接通时间点是相同的时间点时，第一和第二开关元件Qs和Qm的关断时间点是彼此不同的时间点，并且可以控制第一和第二输出部21和31的电压的平衡。
同时，当通过调换施加至第一和第二比较器310和320的信号来将第一和第二比较信号施加至反相端子并且将三角波信号施加至同相端子时，由于第一和第二比较器310和320相对于上述操作执行相反操作，则第一比较器310可以产生占空比减小的第一PWM输出信号，而第二比较器320可以产生占空比增加的第二PWM输出信号。
此外，当设定第一和第二微位移控制器610和620、功率因数校正电路200和电压控制器100的带宽时，优选地将最大带宽设定给功率因数校正电路200并且将第二大带宽设定给电压控制器100。
尽管根据本发明的第二实施方式的平衡输出供电装置3000的控制器2000被描述为数字控制器，但是可替选地，可以通过使用模拟功率因数控制器集成电路(PFC IC)来实现控制器2000。
图10是示出了根据本发明的第二实施方式的平衡输出供电装置3000的模拟控制器2000的图。
参照图10，根据本发明的第二实施方式的平衡输出供电装置3000的模拟控制器2000可以包括第一和第二PFC IC 1100和1200以及第一和第二加法器1300和1400。
第一和第二PFC IC 1100和1200可以接收感测的AC输入电压、感测的电流以及三角波信号，并且分别从第一和第二加法器1300和1400接收反馈信号，从而输出用于控制第一和第二开关元件Qs和Qm的第一和第二PWM信号。
第一加法器1300可以将第二输出部31的输出电压增加至第一和第二输出部21和31的输出电压以向PFC 1100输出增加的电压。此外，第二加法器1400可以将第一输出部21的输出电压增加至第一和第二输出部21和31的输出电压以向第二PFC IC 1200输出增加的电压。
代替第一和第二加法器1300和1400，可以通过使用能够反馈回输出电压的431系列元件来实现第一和第二双反馈单元1500和1600。
图11是第一和第二双反馈单元1500和1600的电路图。
参照图11，将考虑第一和第二双反馈单元1500和1600的详细的电路配置。
由于关于具有输出电压反馈结构的第一和第二双反馈单元1500和1600中的一个双反馈单元的电路配置可以与剩余的双反馈单元的电路配置相同，则将主要描述第一双反馈单元1500。
第一双反馈单元1500可以包括第一至第四电阻器R1至R4、电容器C以及齐纳二极管ZD。
电阻器R1连接在第十节点N10与施加第一和第二输出部21和31的输出电压的端子之间。
电阻器R2连接在第十节点N10与施加第二输出部31的输出电压的端子之间。
彼此串联连接的第三电阻器R3与电容器C连接在第十节点N10与第十一节点N11之间。
齐纳二极管ZD连接在第十节点N10、第十一节点N11以及接地GND之间。输出至第一PFC IC 1100的反馈被施加至第十一节点N11。
通过选择小于第二电阻器R2的电阻的第一电阻器R1的电阻，可以施加加权值。
图12和图13是用于模拟根据本发明的第二实施方式的平衡输出供电装置3000的电路图。
参照示出了在图12和图13中示出的平衡输出供电装置3000的模拟结果的图14，将描述根据本发明的第二实施方式的平衡输出供电装置的操作方式和效果。
参照图14，当在时间点T1增加在第一输出部21上流动的电流使得在第一和第二输出部21和31中流动的电流不平均时，可以看到第二输出部31的电压Vo2增加并且第一输出部21的电压Vo1减小。在这种情况下，可以看到，高信号的第一微位移信号从第一微位移控制器610中输出，从而增加施加至第一比较器310的反相端子的信号的幅值使得可以增加第一PWM输出信号的占空比，并且由于来自第二微位移控制器620的低信号的第二微位移信号，则可以减小施加至第二比较器320的反相端子的信号的幅值，从而减小第二PWM输出信号的占空比使得第一和第二输出部21和31的输出电压Vo1和Vo2在时间点T2之后彼此相等。
反之，当在时间点T3增加在第二输出部31上流动的电流使得在第一和第二输出部21和31中流动的电流不平均时，可以看到，第一输出部21的电压Vo1增加而第二输出部31的电压Vo2减小。在这种情况下，从图中可以看到，从第一微位移控制器610中输出低信号的第一微位移信号，从而减小施加至第一比较器310的反相端子的信号的幅值使得可以减小第一PWM输出信号的占空比，并且由于来自第二微位移控制器620的高信号的第二微位移信号，则增加了施加至第二比较器320的反相信号的信号的幅值，从而增加第二PWM输出信号的占空比使得第一和第二输出部21和31的输出电压Vo1和Vo2在时间点T4之后变得彼此近似地平均。
如上所述，根据本发明的平衡输出供电装置1000具有下述优点：当第一和第二输出部21和31的输出电压彼此不相等时，根据第一和第二微位移控制器610和620的操作与第一和第二比较器310和320的操作来调整第一和第二PWM信号的占空比使得可以平均地调整第一和第二输出部21和31的输出电压。
虽然已经参照上述实施方式描述了前述的发明，但是在不偏离本发明的精神的情况下可以进行各种修改以及改变。因此，所有这样的修改和改变被认为是在所附权利要求的范围内。因此，以示例性的方式而不是以限制意义上的方式来考虑说明书及附图。形成本文的一部分的附图作为说明而不是限制性地示出了可以实施本主题的特定实施方式。充分详细地描述了示出的实施方式以使得本领域普通技术人员能够实施本文中公开的教导。利用其他实施方式以及从其中获得的其他实施方式，使得可以在不偏离本公开内容的范围的情况下进行结构与逻辑替换以及结构与逻辑改变。因此，本详细的说明书没有采取限制意义的方式，并且仅由所附权利要求与这样的权利要求有权保护的全部等同方式的范围一起限定各种实施方式的范围。

Claims (19)

1.一种供电装置，包括：
输入供电单元，其配置成对交流(AC)电力进行整流；
放大单元，其配置成将输入电压放大n倍，其中n是大于1的实数；以及
控制器，其配置成控制所述放大单元，
其中，所述放大单元包括第一放大单元、第二放大单元以及电感器，所述第一放大单元取决于第一开关元件的操作向第一输出部输出与n1倍的所述输入电压对应的第一输出电压，其中n1是正实数，并且所述第二放大单元取决于第二开关元件的操作向第二输出部输出与n2倍的所述输入电压对应的第二输出电压，其中n2是正实数；
其中，所述第一放大单元包括并联地连接至所述第一开关元件的所述第一输出部，并且所述第二放大单元包括并联地连接至所述第二开关元件的所述第二输出部；
其中，所述第一放大单元、所述第二放大单元和电感器串联连接；
其中，所述控制器包括第一和第二功率因数校正集成电路PFC IC以及第一和第二加法器；
其中，所述第一加法器将所述第二输出部的输出电压增加至所述第一输出部和所述第二输出部的输出电压以向所述第一PFC IC输出第一反馈信号；
其中，所述第二加法器将所述第一输出部的输出电压增加至所述第一输出部和所述第二输出部的输出电压以向所述第二PFC IC输出第二反馈信号；
其中，所述第一PFC IC接收所述第一反馈信号、所述输入电压、输出电流以及三角波信号，并且输出用于控制所述第一开关元件的第一脉冲宽度调制PWM信号；并且
其中，所述第二PFC IC接收所述第二反馈信号、所述输入电压、所述输出电流以及所述三角波信号，并且输出用于控制所述第二开关元件的第二PWM信号。
2.根据权利要求1所述的供电装置，其中，所述电感器连接在所述第一放大单元与所述第二放大单元之间；
其中，所述第一加法器包括第一至第四电阻器、第三电容器以及第一齐纳二极管；并且
其中，所述第二加法器包括第五至第八电阻器、第四电容器以及第二齐纳二极管。
3.根据权利要求2所述的供电装置，其中，所述第一开关元件是绝缘栅双极型晶体管IGBT元件，
其中，所述第二开关元件是IGBT元件；
其中，第一电阻器连接在第一节点与施加所述第一和第二输出部的输出电压的端子之间；
其中，第二电阻器连接在所述第一节点与施加所述第二输出部的输出电压的端子之间；
其中，彼此串联连接的第三电阻器与所述第三电容器连接在所述第一节点与第二节点之间；
其中，所述第一齐纳二极管连接在所述第一节点、所述第二节点与接地之间；
其中，所述第一反馈信号从所述第二节点输出；
其中，第四电阻器连接在所述第一节点与所述接地之间；
其中，第五电阻器连接在第三节点与施加所述第一和第二输出部的输出电压的端子之间；
其中，第六电阻器连接在所述第三节点与施加所述第一输出部的输出电压的端子之间；
其中，彼此串联连接的第七电阻器与所述第四电容器连接在所述第三节点与第四节点之间；
其中，所述第二齐纳二极管连接在所述第三节点、所述第四节点与所述接地之间；
其中，所述第二反馈信号从所述第四节点输出；并且
其中，第八电阻器连接在所述第三节点与所述接地之间。
4.根据权利要求3所述的供电装置，其中，所述输入供电单元包括整流器，并且所述整流器是桥式整流器；
其中，所述第一电阻器的电阻小于所述第二电阻器的电阻；并且
其中，所述第五电阻器的电阻小于所述第六电阻器的电阻。
5.根据权利要求1所述的供电装置，其中，所述第一开关元件和所述第二开关元件用于控制从所述电感器供给至所述第一和第二输出部的电流；并且
其中，所述输出电流被定义为所述电感器中流动的电流。
6.根据权利要求1所述的供电装置，其中，所述第一输出部包括彼此串联地连接的第一二极管和第一电容器-电阻器单元，并且所述第二输出部包括彼此串联地连接的第二二极管和第二电容器-电阻器单元。
7.根据权利要求6所述的供电装置，其中，包括在所述第一电容器-电阻器单元和所述第二电容器-电阻器单元的每一个中的电容器和电阻器彼此并联地连接。
8.根据权利要求1所述的供电装置，其中，n、n1以及n2满足等式1：
n＝n1+n2。
9.根据权利要求1所述的供电装置，其中，n1和n2具有彼此相同的值。
10.根据权利要求1所述的供电装置，其中，所述第一开关元件和所述第二开关元件同时接通并且同时关断。
11.根据权利要求1所述的供电装置，其中，所述第一开关元件和所述第二开关元件同时接通，所述第一开关元件在第一时间点关断，并且所述第二开关元件在第二时间点关断，
其中，当n1的值大于n2的值时，所述第一时间点在所述第二时间点之后到来。
12.一种供电装置，包括：
整流器，其配置成将AC电力整流至第一电压；
放大单元，其配置成接收来自所述整流器的所述第一电压并且对来自所述整流器的所述第一电压进行升压，并且划分所升压的电压以将所划分的电压输出为第二电压和第三电压；以及
控制器，其控制所述放大单元，
其中，所述放大单元包括：
第一放大单元，其配置成接收和放大所述第一电压以输出所述第二电压；
第二放大单元，其串联连接至所述第一放大单元，并且配置成接收和放大所述第一电压以输出所述第三电压；以及
电感器，其串联连接至所述第一放大单元和所述第二放大单元，
其中，所述第一放大单元包括并联连接至第一开关元件的第一输出部，并且所述第二放大单元包括并联连接至第二开关元件的第二输出部；
其中，所述第一输出部输出所述第二电压；
其中，所述第二输出部输出所述第三电压；
其中，所述控制器包括第一和第二功率因数校正集成电路PFC IC以及第一和第二加法器；
其中，所述第一加法器将所述第三电压增加至所述第二电压和所述第三电压以向所述第一PFC IC输出第一反馈信号；
其中，所述第二加法器将所述第二电压增加至所述第二电压和所述第三电压以向所述第二PFC IC输出第二反馈信号；
其中，所述第一PFC IC接收所述第一反馈信号、所述第一电压、输出电流以及三角波信号，并且输出用于控制所述第一开关元件的第一脉冲宽度调制PWM信号；并且
其中，所述第二PFC IC接收所述第二反馈信号、所述第一电压、所述输出电流以及所述三角波信号，并且输出用于控制所述第二开关元件的第二PWM信号，
其中，所述第一输出部包括第一电容器、第一输出电阻器以及第一输出二极管；
其中，所述第二输出部包括第二电容器、第二输出电阻器以及第二输出二极管；
其中，所述第一加法器包括第一至第四电阻器、第三电容器以及第一齐纳二极管；并且
其中，所述第二加法器包括第五至第八电阻器、第四电容器以及第二齐纳二极管。
13.根据权利要求12所述的供电装置，其中，所述电感器连接在所述第一放大单元与所述第二放大单元之间；
其中，第一电阻器连接在第一节点与施加所述第二电压和所述第三电压的端子之间；
其中，第二电阻器连接在所述第一节点与施加所述第三电压的端子之间；
其中，彼此串联连接的第三电阻器与所述第三电容器连接在所述第一节点与第二节点之间；
其中，所述第一齐纳二极管连接在所述第一节点、所述第二节点与接地之间；
其中，所述第一反馈信号从所述第二节点输出；
其中，第四电阻器连接在所述第一节点与所述接地之间；
其中，第五电阻器连接在第三节点与施加所述第二电压和所述第三电压的端子之间；
其中，第六电阻器连接在所述第三节点与施加所述第二电压的端子之间；
其中，彼此串联连接的第七电阻器与所述第四电容器连接在所述第三节点与第四节点之间；
其中，所述第二齐纳二极管连接在所述第三节点、所述第四节点与所述接地之间；
其中，所述第二反馈信号从所述第四节点输出；并且
其中，第八电阻器连接在所述第三节点与所述接地之间。
14.根据权利要求12所述的供电装置，其中，所述第二电压和所述第三电压是彼此相同的电压；并且
其中，所述输出电流被定义为所述电感器中流动的电流。
15.根据权利要求13所述的供电装置，其中，取决于所述第一开关元件和所述第二开关元件的操作频率来控制所述第二电压和所述第三电压，
其中，所述第一电阻器的电阻小于所述第二电阻器的电阻；并且
其中，所述第五电阻器的电阻小于所述第六电阻器的电阻。
16.根据权利要求15所述的供电装置，其中，所述第一开关元件和所述第二开关元件同时接通并且同时关断。
17.根据权利要求15所述的供电装置，其中，当所述第二电压与所述第三电压彼此相同时，所述第一开关元件和所述第二开关元件同时接通并且同时关断。
18.根据权利要求15所述的供电装置，其中，通过检测所述第一输出部和所述第二输出部的输出电压来确定所述第一开关元件和所述第二开关元件的接通/关断比例；
其中，在所述第二电压与所述第三电压彼此相同的第一时段期间，所述第一开关元件和所述第二开关元件同时接通并且同时关断，并且
在所述第二电压与所述第三电压彼此不同的第二时段期间，所述第一开关元件在第一时间点关断，并且所述第二开关元件在第二时间点关断。
19.根据权利要求18所述的供电装置，其中，在所述第二时段期间所述第一开关元件和所述第二开关元件同时接通。
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