CN108631569B - 开关电源和用于运行开关电源的方法 - Google Patents

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Abstract

一种开关电源(100)，其具有：布置在初级电路(1)中的、用于控制用于将电能从所述初级电路(1)传输到次级电路(2)上的变压器(30)的调整元件(10)；布置在所述次级电路(2)中的第一调节元件(40)，所述第一调节元件用于调节所述次级电路(2)的电输出参量；和布置在所述初级电路(1)中的第二调节元件(60)，所述第二调节元件用于根据所述初级电路(1)的温度调节所述调整元件(10)的电调整参量，其中，所述第二调节元件(60)热耦合到所述初级电路(1)的在温度方面待检测的元件上。

Description

开关电源和用于运行开关电源的方法
技术领域
本发明涉及一种开关电源和一种用于运行开关电源的方法。
背景技术
已知的开关电源由初级侧(AC输入端)和次级侧(DC输出端)组成，所述次级侧与所述初级侧电分离。
在开关电源中，调节电路位于次级侧上。该调节电路检测输出端电压和输出端电流并且将它们与相应的期望值比较。由此得出的信号控制光电耦合器。所提到的光电耦合器将信号传输到初级侧上，其方式是，所述光电耦合器根据次级的信号引出或者改变初级的调节电流。
为此，在开关电源具有在次级侧上的较大的功率的情况下，大多通过NTC电阻检测温度，以便在温度(例如由于提高的周围环境温度或者因为主动的冷却装置(通风机)被省去而)提高的情况下，同样地通过降低期望值来降低功率(所谓的“Derating：降额”)。
可以在初级侧上使用的集成的开关调节装置通常提供一个功能，所述功能在不正常的过热温度的情况下完全地关断开关电源(所谓的锁定(Latch))。这也可以通过双金属开关进行。然而，完全的关断通常不是值得期望的，并且此外，双金属开关通常不可价格有利地获得。
WO 2004/027963 A1公开了一种开关电源，其中，设置一种控制装置，在所述控制装置中实现一种热模型，借助所述热模型可以算出或者估计至少一个构件的温度，其中，给所述热模型提供至少一个电流值作为电参量以供使用，所述电流值与负载相关。控制装置设置用于在达到可预给定的极限值或者多个极限值的函数时，根据所算出的或者所估计的温度值输出至少一个限制信号，在干预的意义下，所述限制信号可以用于温度减小。在此，可以给控制装置提供限制信号，在温度减小和与此同时功率减小的意义下，所述限制信号对控制电路产生影响。
发明内容
本发明的任务是，提供一种改进的开关电源。
根据第一方面，借助开关电源解决该任务，所述开关电源具有：
布置在初级电路中的、用于借助电调整参量控制变压器的调整元件；
布置在次级电路中的第一调节元件，所述第一调节元件与所述调整元件功能性地连接，其中，所述第一调节元件构造用于调节所述次级电路的电输出参量；和
布置在所述初级电路中的第二调节元件，所述第二调节元件用于根据所述初级电路的元件的、借助所述第二调节元件检测的温度调节所述调整元件的电调整参量。
以此方式可以有利地监视在开关电源的初级侧上的可预给定的温度阈值。有利地，开关电源可以装备或者加装第二调节元件。以此方式，对于开关电源，可以以简单和成本有利的方式遵守有关技术安全性的规范和标准。
尤其由此有利地实现一种待简单地实现的措施，借助所述措施可以进行开关电源的多侧的温度调节。有利地，以此方式实现开关电源的功率输出的逐级匹配而不实现剧烈的切断(Cut-Off)。有利地，现有的开关电源可以加装第二调节元件。
根据第二方面，所述任务借助一种用于运行开关电源的方法解决，所述方法具有以下步骤：
a)检测开关电源的次级电路的电输出参量；
b)根据所检测的电输出参量改变第一电调整参量；
c)检测在初级电路中的元件的温度；
d)根据在初级电路中的所检测的温度改变第二电调整参量；
e)根据第一电调整参量和第二电调整参量的和匹配调整元件的控制；以及
f)根据初级电路的元件的所检测的温度改变在变压器中传输的电功率，其中，分别依次和同时地实施步骤a)和b)或者c)和d)。
设备的优选的实施方式为有利的扩展方案的主题。
开关电源的一种有利的扩展方案的特征在于，所述电调整参量为电流或者电压或者数字参量。以此方式可以实现用于调整元件的不同的控制方案。
开关电源的另一种有利的扩展方案的特征在于，对于所述调整元件的电调整参量，所述调整元件的一个或多个开关的开关频率能够被调节。由此可以有利地实现用于调整元件的、可简单地改变的控制方案。
开关电源的另一种有利的扩展方案的特征在于，所述第二调节元件构造用于如此影响所述调整元件的电调整参量，使得不超过用于所述初级电路的所述元件的可预给定的温度阈值。以此方式可以实现由初级电路产生的功率的调节，由此可以以有利的方式监视在初级侧上的温度箱(Temperaturschrank)。
开关电源的另一种有利的扩展方案设置，第二调节元件为电阻。由此，对于开关电源，可以实现一种成本有利的、进行温度检测的调节元件。
开关电源的另一种有利的扩展方案设置，电阻为NTC电阻，所述NTC电阻如此连接在初级电路中，使得所述NTC电阻提供在合适的调节方向(Regelsinn)上的调节电流。有利地，可以以此方式提供成本有利的调节元件，所述调节元件具有“正确的”调节方向，其中，随着上升的温度，NTC电阻的电阻变得更小并且电流变得更大。
开关电源的另一种有利的扩展方案的特征在于，电阻为PTC电阻，所述PTC电阻如此连接在初级电路中，使得所述PTC电阻提供在合适的调节方向上的调节电流。以此方式有利地提供一种替代的、成本有利的调节元件，借助所述调节元件可以实现一种替代的调节方案，其中，借助PTC电阻提供在合适的、即“正确的”调节方向上的调节电流。
开关电源的另一种有利的扩展方案设置，开关电源为谐振式换能器。在这类开关电源中，在变压器的初级侧上的温度是特别关键的，由此，对于这些类型的开关电源，提供高效的温度监视。
所述方法的一种有利的扩展方案设置，如此执行调整元件的控制，使得当在所述初级电路中的元件的温度超过可预给定的阈值时，降低由所述初级电路传输到所述次级电路上的电功率。
接下来，借助另外的特征和优点根据多个附图详细地描述本发明。在此，所公开的所有特征与其在说明书中和在附图中的展示无关地以及与其在权利要求中的引用关系无关地构成本发明的主题。附图尤其旨在说明发明实质性的原理。
所公开的方法特征类似地由相应地公开的设备特征得出，并且反之依然。这尤其意味着：以类似的方式由用于运行开关电源的方法的相应的实施方案、特征和优点得出有关开关电源的特征、技术优点和实施方案，并且反之依然。
附图说明
附图示出：
图1所提出的开关电源的一种实施方式的电路框图；
图2所提出的开关电源的另一种实施方式的电路框图；和
图3根据本发明的方法的一种实施方式的原理性的流程图。
具体实施方式
本发明的核心构想尤其是，提供一种开关电源，借助所述开关电源，基于在初级侧上检测的温度执行用于变压器的调整参量的调节。
在已知的降额功能中，仅仅在开关电源的次级侧上检测温度。这意味着：在监视在初级侧(例如变压器、冷却体、开关元件等等的初级侧)上的温度的情况下，精确的降额功能或者温度的检测(在不完全关断开关电源的情况下功率的降低)是不可能的。
然而，如果这种已知的降额功能通过不精确的次级的温度检测来实现，则这可能具有以下的不利的作用：
-如果降额功能过少地降低功率，则在初级侧上的部件可能过度加热，其后果是降低的使用寿命或者安全标准的不满足等等。
-如果降额功能过强地降低电功率，则即使温度还在正常的范围内，开关电源也不能够提供可能的满的电功率。结果，这意味着开关电源的性能损害。
所提到的两个问题在充电设备中特别突出，在所述充电设备中，调节在次级侧上的充电电流，并且因此，次级侧的温度少许地改变。当开关电源为谐振式换能器(例如LLC变流器)时，所提到的问题还更突出，在所述谐振式换能器中，初级侧的温度非常强烈地随着AC-电网电压改变。
因此，提出一种具有温度检测元件的功能性的调节元件，所述温度检测元件与初级侧的其温度应被监视的元件热耦合，并且所述温度检测元件影响在初级侧上的电调整元件。原则上，这可以在图1的所提出的开关电源100的示图中看到。借助初级电路1的调整元件10生成一个电信号，所述电信号控制变压器30，所述变压器将电功率从初级电路1传输到次级电路2上。在开关电源100的次级电路2中，借助检测装置20检测电输出参量(例如在次级电路2的输出端上的电流和/或电压)。借助与检测装置20功能性地连接的第一调节元件40，将所检测的电参量通过耦合元件50(例如光电耦合器)向初级电路1的调整元件10传输，所述耦合元件连接在初级电路1和次级电路2之间。降额元件41与调节元件40连接，所述降额元件执行以上阐述的降额功能。
耦合元件50与调整元件10功能性地连接，由此，借助第一调节元件40结果实现第一调节电路，所述第一调节电路根据在次级电路2上的电输出参量调节用于调整元件10的电调整参量。
提出，将第二调节元件60热耦合到初级电路1的在温度方面待检测的元件(未示出)上，并且，将第二调节元件60也功能性地与调整元件10连接。以此方式，借助第二调节元件60实现第二调节电路，所述第二调节电路根据初级电路1的元件的温度调节用于调整元件10的电调整参量。
图2示出所提出的开关电源100的另一种可能的实施方式。在该实施方式中看到，以NTC电阻形式的第二调节元件60与耦合元件50并联连接。NTC电阻具有负的温度系数，这意味着，在温度上升时，电阻变得更小，并且由此，通过NTC电阻的电流INTC变得更大。
结果，由此，在以NTC电阻形式的第二调节元件60的温度上升时，用于调整元件10的电流IReg增大，由此，由变压器30生成的电功率减小。结果，在温度提高时，通过变压器30传输的电功率又减小，由此，结果，在初级电路1中的温度下降以及因此初级电路1的根据温度检测的元件的温度也下降。
因此，有利地，借助在初级电路1中的NTC电阻可以非常准确地检测初级电路1的温度。在此，有利地以简单的方式可能的是，将NTC电阻布置在任意的元件——所述元件的温度应被检测——上、例如冷却体、构件、变压器30的元件等等上。在此，NTC电阻如同附加的温度调节电路那样表现，所述附加的温度调节电路对于借助第一调节元件40实现的调节电路附加地起作用。在这里，降额元件41也与调节元件40连接，借助所述降额元件执行已经阐述的降额功能。
在图2中示出，NTC电阻与以光电耦合器形式的耦合元件50的初级侧并联连接。电流INTC流经NTC电阻，所述电流相加到流经光电耦合器的耦合器电流IOpto。该电流随着初级的温度相应于NTC电阻的电阻降低而提高。
因此，结果，总调节电流IReg提高与温度相关的部分，由此，结果，在温度过高时，最大的可用的电功率降低(降额功能)。在正常温度下，该部分如此小，使得具有第一调节元件40的次级调节电路可以平衡这并且因此不降低开关电源100的电功率。
由此，结果，以简单的方式借助单个的NTC电阻可能的是，在已经存在的用于开关电源100的调节电路中实现附加的初级的降额功能。因此，在初级的温度提高时，功率降低(降额)，其中，调整元件10有利地但不完全地关断开关电源100(英语：latch)。因此，对于开关电源100，基本功能性有利地保持在减小的等级上。例如，对于充电设备，这意味着，充电功能不完全被关断，而仅仅例如充电电流减小。
所提出的开关电源100的另一种未在附图中示出的实施方式设置，第二调节元件60为PTC电阻，所述PTC电阻如此连接在初级电路1中，使得所述PTC电阻提供在“正确的”调节方向上的调节电流IReg。例如，在开关电源中的调节方向逆转(调节电流IReg必须变得更小，以便降低功率)的情况下，PTC电阻可以作为调节元件60使用。以此方式，借助PTC电阻实现一种替代的、另外的调节电路。
开关电源100的另一种未在附图中示出的实施方式设置，电调节量为用于调整元件10的数字的调整参量，例如用于调整元件10的控制信号，其具有在接通时间和关断时间之间的与所检测的温度相关的可调整的比例关系。为此目的，优选第二调节元件60构造为电子电路(未示出)，所述电子电路提供所提到的功能以供使用。
优选地，所提到的开关电源100为谐振式换能器，在所述谐振式换能器中，初级电路的温度监视具有高的优先权。有利地，可以以此方式实现技术安全性标准的和/或规范的遵守或者监视。
图3示出根据本发明的方法的一种实施方式的原理性的流程图。
在步骤200中，执行开关电源100的次级电路2的电输出参量的检测。
在步骤210中，根据所检测的电输出参量执行第一电调整参量IOpto的改变。
在步骤220中，执行在初级电路1中的元件的温度的检测。
在步骤230中，根据在初级电路1中的所检测的温度执行第二电调整参量INTC的改变。
在步骤240中，根据第一电调整参量IOpto和第二电调整参量INTC的和执行调整元件10的控制的匹配。
在步骤250中，根据初级电路1的元件的所检测的温度执行在变压器30中传输的电功率的改变，其中，分别依次地和同时地实施步骤200和210或者220和230。在此，步骤200、210借助第一调节元件40来执行，并且，步骤220、230借助第二调节元件60来执行。
第一电调整参量(步骤210)为根据所检测的电输出参量(步骤200)以及借助耦合元件50改变的电调整参量。
在开关电源100的在图2中示出的实施方式中，电流IOpto被光电耦合器改变。光电耦合器根据由调节元件40在次级侧上产生的信号改变该电流IOpto。
第二电调整参量(步骤230)为根据在初级侧(步骤220)上的所检测的温度改变的电调整参量。
在图2的开关电源100的实施方式中，电流INTC被NTC电阻改变(NTC电阻的电阻值随着温度而改变并且因此该电流INTC改变)。
在图2中看到，这两个电调整参量相加。结果，由此产生电流IReg(IReg＝IOpto+INTC)，根据该电流匹配调整元件10的控制(步骤240)。
概括地，借助本发明，提供一种除了具有次级侧的调节之外具有初级侧的温度调节的开关电源。
尽管先前已参照具体的应用例子描述了本发明，但本领域技术人员可以实现先前也未公开或者仅仅部分地公开的实施方式，而不偏离本发明的核心。

Claims (10)

1.一种开关电源(100)，其具有：
布置在初级电路(1)中的、用于借助电调整参量控制变压器(30)的调整元件(10)；
布置在次级电路(2)中的第一调节元件(40)，所述第一调节元件与所述调整元件(10)功能性地连接，其中，所述第一调节元件(40)构造用于调节所述次级电路(2)的电输出参量；
耦合元件(50)，所述耦合元件连接在所述初级电路(1)和所述次级电路(2)之间，其中，所述电输出参量通过所述耦合元件(50)向所述调整元件(10)传输；
布置在所述初级电路(1)中的第二调节元件(60)，所述第二调节元件用于根据所述初级电路(1)的元件的、借助所述第二调节元件(60)检测的温度调节所述调整元件(10)的电调整参量，其中，所述第二调节元件(60)与所述耦合元件(50)并联连接。
2.根据权利要求1所述的开关电源(100)，其特征在于，所述电调整参量为电流或者电压或者数字参量。
3.根据权利要求2所述的开关电源(100)，其特征在于，对于所述调整元件(10)的电调整参量，所述调整元件(10)的一个或多个开关的开关频率能够被调节。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的开关电源(100)，其特征在于，所述第二调节元件(60)构造用于如此影响所述调整元件(10)的电调整参量，使得不超过用于所述初级电路(1)的所述元件的可预给定的温度阈值。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的开关电源(100)，其特征在于，所述第二调节元件(60)为电阻。
6.根据权利要求5所述的开关电源(100)，其特征在于，所述电阻为NTC电阻，所述NTC电阻如此连接在所述初级电路(1)中，使得所述NTC电阻提供在合适的调节方向上的调节电流(IReg)。
7.根据权利要求5所述的开关电源(100)，其特征在于，所述电阻为PTC电阻，所述PTC电阻如此连接在所述初级电路(1)中，使得所述PTC电阻提供在合适的调节方向上的电调节电流(IReg)。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的开关电源(100)，其特征在于，所述开关电源(100)为谐振式换能器。
9.一种用于运行根据权利要求1至8中任一项所述的开关电源(100)的方法，其具有以下步骤：
a.检测所述开关电源(100)的次级电路(2)的电输出参量；
b.根据所检测的电输出参量改变第一电调整参量(IOpto)；
c.检测在所述初级电路(1)中的元件的温度；
d.根据在所述初级电路(1)中的所检测的温度改变第二电调整参量(INTC)；
e.根据所述第一电调整参量(IOpto)和所述第二电调整参量(INTC)的和匹配调整元件(10)的控制；以及
f.根据所述初级电路(1)的所述元件的所检测的温度改变在所述变压器(30)中传输的电功率，其中，分别依次和同时地实施所述步骤a)和b)或者c)和d)。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，如此执行所述调整元件(10)的控制，使得当在所述初级电路(1)中的所述元件的温度超过可预给定的阈值时，降低由所述初级电路(1)传输到所述次级电路(2)上的电功率。
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