CN1153934A

CN1153934A - 开关电源稳压器

Info

Publication number: CN1153934A
Application number: CN96122793A
Authority: CN
Inventors: 肯尼思·J·赫尔弗里兹
Original assignee: Thomson Consumer Electronics Inc
Current assignee: Technicolor USA Inc
Priority date: 1995-09-28
Filing date: 1996-09-28
Publication date: 1997-07-09
Anticipated expiration: 2016-09-28
Also published as: JP4059942B2; CA2186547A1; TW319941B; KR100389486B1; CA2186547C; SG43415A1; KR970019342A; US5615092A; MX9604369A; JPH09130633A; MY113522A; CN1099192C

Abstract

一种电视接收机的开关电源，其中：行偏转电路将变压器第一线圈的脉冲耦合到与未稳压DC电压源连接的变压器第二线圈；以可变导通比工作的开关将稳压DC电压提供给第一线圈；具有公共节点的电感和二极管与第二线圈连接，该电感把未稳压DC电压耦合到该开关上；脉冲宽度调节器改变该开关导通比；在回扫时间间隔期间充电的第一电容和在该间隔的未端充电的第二电容把驱动电压提供给该开关；脉冲宽度调节器对第二电容放电。

Description

开关电源稳压器

本发明涉及一种开关型电源，特别涉及用于电视接收机的开关型电源，该电源具有与一个开关晶体管相结合的一个电感器和箝位二极管，该开关晶体管的导通比(duty cycle)以行扫描速率被变化以便调整一个电源的输出电压的范围。

开关式稳压器利用一个开关晶体管的导通和关断时间来调整提供给一个负载电路的电流。利用改变开关时间来代替改变导通电流的电平，该开关式稳压器避免了串联稳压器的高功率损耗。在电视装置中，一个开关式稳压器能够被用来与回扫描变压器相结合，该变压器产生行电子束偏转信号。该开关式稳压器与行扫描同步地操作，但是，为了调整各种电源电压来维持基准电平，需要改变开关式稳压器的导通时间或导通比以便把充足的功率耦合到回扫描变压器的第二线圈上。它包括稳压的B+电源电压，该电源电压把电流提供给一个与行输出晶体管连接的回扫描变压器的一个线圈，以便执行行电子束扫描。

利用一个在反馈装置中的脉冲宽度调节器能够驱动上面所述的开关式稳压器。一个电流源以行扫描率重复地对一个电容器进行充电以便提供一个锯齿波电压，该锯齿波电压被提供到一个比较器的一个输入端。一个代表稳压输出电压的误差电压被提供到该比较器的另一输入端。该比较器控制电压稳压器的开关晶体管，即在锯齿波电压超过稳压的输出电压时的每个周期期间的时间上关断开关晶体管。当为了需要通过开关晶体管耦合更多的功率时使开关晶体管的导通比相对地变为更大，反之亦然，以便把输出电压维持在一个基准电平上。

在一种被称为“补偿”稳压器的开关稳压器中，开关晶体管和一个电感器被串联连接在未稳压的电源电压和一个输出上，常常还具有一个并联的存储电容器。当晶体管被导通时在电感器中产生一个电磁场。当开关晶体管被关断时，反电动势在电感器上感应一个电压。一个箝位二极管或“定位”二极管被连接以便把开关晶体管和电感器的节点保持在正好低于零电平的电压上。然后反电动势被施加以便在输出端维持正电压，而当开关晶体管关断时利用电感器提供电流以便维持输出电压。这种装置依靠开关晶体管来关断供给电感器的电流，以便产生一个感应功率脉冲，也被称为一个感应补偿。

在一个感应型稳压器的设计中遇到的困难之一是需要驱动开关晶体管的栅极。例如若开关晶体管是一个MOSFET，栅极电压就必需以MOSFET的源极端为基准。然而，在源极端上的电压不是恒定的，而是根据MOSFET的导通相对于地电位随着输入电压而变化。

在常规的补偿稳压器中，电感器和定位二极管与开关晶体管的源极(或发射极)连接。也就是：在沿着电流供给通路上晶体管位于电感器的上游，即位于在未稳压的电源电压和电感器与定位二极管的节点之间。当晶体管关断时，由于在电感器上产生的反电动势从在电感器的相反端上的稳压输出电压中被减去，所以晶体管的源极端和定位二极管的阴极端试图变为负电位。然后定位二极管的导通把电压箝位在电感器的上游端。随后感应脉冲被提供给输出端。

在本发明的装置中，利用一个位于一个开关晶体管上游的电感器来获得一个感应功率脉冲或感应补偿，一个箝位二极管被连接到该电感器在未稳压的电源电压侧的一端上。在这个装置中，当箝位二极管正在导通时开关晶体管需要被导通，以致于感应脉冲被耦合到输出端。该电源也一种断续的方式操作。需要除开关晶体管以外的装置来导通箝位二极管以使电感器更负的电位端接地，这样感应脉冲能够通过晶体管被提供给负载。利用回扫描变压器的线圈，通过把行回扫脉冲和未稳压的电压(电压稳压器与该未稳压电压耦合来产生稳压的B+电压)相加来设置用于关断供给稳压器的电感器的电流的装置。通过耦合经过回扫描变压器被加入到未稳压的电源电压上的回扫脉冲使输入电压下降。箝位二极管的导通正好把电压箝位在低于地电位，以便来激励感应脉冲。当一个新的脉冲宽度调节周期开始时，箝位二极管仅仅在回扫时间间隔期间导通并且在回扫结束之前开关晶体管被关断。

根据本发明的一个方面，一种电源包括：一个未稳压DC电压的电源；一个行偏转电路，用于把从一个变压器的第一线圈来的脉冲感应地耦合到所述变压器的第二线圈上，未稳压DC电压被提供给所述第二线圈；一个开关，以可变导通比工作并且把一个稳压DC电压提供给第一线圈；具有一个公共节点的一个电感器和一个二极管与第二线圈连接，电感器把未稳压DC电压耦合到开关上；和用于根据代表由一个稳压DC电压供电的一个负载变化的反馈信号来改变开关导通比的装置。

在一个优选的实施例中，一个第一电容器由未稳压DC电压和脉冲来充电；和一个第二电容器由第一电容器来充电并且为开关提供一个驱动电压，利用用于改变导通比的装置的操作使驱动电压被放电。第二电容器与稳压的DC电压耦合。在回扫时间间隔期间所述第一电容器被充电，和在所述回扫时间间隔的未端所述第二电容器被充电。用于改变导通比的装置确定驱动电压被放电的时间。

根据本发明的另一个方面，一种电源包括：一个未稳压DC电压的电源；一个具有第一线圈和第二线圈的变压器，第二线圈被连接到未稳压DC电压上；一个以可变导通比工作并且与第一线圈和第二线圈连接的开关；一个行偏转电路，用于把从第一线圈来的脉冲感应地耦合到第二线圈上，开关把一个稳压DC电压提供给第一线圈；一个由未稳压DC电压和脉冲充电的第一电容器；一个由第一电容器充电的并且为开关提供一个驱动电压的第二电容器；和用于根据代表由一个稳压DC电压供电的一个负载变化的反馈信号通过重复地使驱动电压放电来改变开关导通比的装置。

在本发明的一个优选的实施例中，具有一个公共节点的一个电感器和一个二极管与第二线圈连接，电感器也被连接到开关上。二极管被连接在公共节点和地之间。在回扫时间间隔期间第一电容器被充电，和在所述回扫时间间隔的未端第二电容器被充电。第二电容器被连接到稳压DC电压上。

图1是一个根据本发明的一个开关电源稳压器的示意电路图，其中部分电路为方框图。

图2和3是用于解释在图1中所示电路操作的波形图。

在图1中，从民用电网20来的AC电流由一个整流桥22整流并且被耦合来给一个滤波电容器C1充电，以便提供一个DC驱动电压，也就是未稳压的电压B+(RAWB+)，例如110伏-170伏，耦合到回扫描变压器T1的一个线圈W2上。开关稳压器30与线圈W2的另一端连接并且通过开关晶体管Q1提供一个稳压电压B+(REGB+)，例如130伏，耦合到回扫描变压器T1的另一个初级线圈W1上。行输出晶体管Q2与线圈W1的另一端连接并且由一个行驱动电路28(HOR DRIVE)的输出信号来驱动。在电视的扫描方式中，行输出晶体管Q2的操作把回扫描脉冲提供给线圈W1并且激励一个偏转电路(DEFL)29，该偏转电路29包括行电子束偏转线圈，该行电子束偏转线圈借助于一个二极管与并联和串联电容器与行输出晶体管Q2连接用于提供一个行扫描频率的锯齿波电流。回扫描变压器的次级线圈提供驱动扫描模式的负载所需要的各种电压。

一个反馈信号通过误差放大器33与一个基准信号相比较，该误差放大器33包括一个脉冲宽度调节器(PWM)35和一个晶体管开关Q3。脉冲宽度调节器35的操作与行同步脉冲同步，并因此可以由从回扫描变压器的一个次级线圈W3来的称为HOR SYNC的回扫描脉冲来控制。与行同步信号同步的并且包括行同步信号在内的其它信号可以被利用。

该反馈信号可以由稳压的DC电压直接地产生或由该稳压的DC电压供电的一负载间接地产生。在图1中，一个实线39表示连接在一个节点J3和一个节点J4之间的反馈通路，用于直接地监测稳压的DC电压。虚线40表示一个连接在一个回扫描分路的辅助电源36和节点J4之间的另一个反馈通路，该通路可以被用来代替通路39。分路辅助电源36包括一个次级回扫描变压器线圈W4，用于为整流二极管D9和电容器C6提供回扫描脉冲从而为负载38供电。

在每一种情况下，利用由电阻器R8和电阻器R9组成的分压器可以确定反馈电压的大小，电阻器R8和电阻器R9的值取决于被监测电压的范围。误差放大器33的输出通过电阻器R1与晶体管Q1的栅极连接，用于调整在每个行扫描周期期间开关晶体管Q1保持导通的时间长度。当功率损耗增加时，晶体管Q1导通时间逐渐地增长，因此通过回扫描变压器把附加功率耦合给负载。当功率损耗减小时，晶体管Q1在该周期内导通时间变短，因此调整包括稳压的B+电压在内的电源电压。

回扫描变压器的线圈W2通过串联连接的整流二极管D5和电感器L1与开关晶体管Q1的源极连接。设置电感器L1是为了提供一个感应脉冲。一个箝位二极管或定位二极管D6与电感器L1的一端连接，用于箝位在那端上的电压以阻止该电压增加到一大于一个正向偏置二极管的电压降的负电位。

一般地在一个补偿稳压器中，一个电感器被设置在开关晶体管的源极或发射极侧上，以致于当该晶体管导通时电感器被激励和当该晶体管被关断时电感器提供一个感应脉冲，该电感器利用在被充电的电感器中的阻尼磁场所产生反电动势连续地提供电流给输出。然而，根据本发明的一个方面，电感器L1被设置在开关晶体管Q1的漏极侧上。利用回扫描脉冲来提供感应脉冲，该感应脉冲是从线圈W1被耦合到线圈W2上以便提供一个使箝位二极管D6导通的负工作脉冲。这样就把箝位二极管D6的阴极箝位在大约-0.7伏上和把电感器L1的电压提供给开关晶体管Q1的源极端。

在回扫描变压器的线圈W2上的未稳压的B+电压与负回扫脉冲相加并且被耦合的二极管D5上，以便提供一个大于未稳压B+电压的电压V1，其原因是施加给线圈W1上的行信号的扫描部分和未稳压B+电压相结合，也就是相加在一起。在图2中示出了在线圈W2和二极管D5阳极的节点J1上的RAWB+电压和电压V1。电压V1的脉冲的1/fh周期由从线圈W1耦合来的回扫描脉冲产生。

在二极管D5的阴极和箝位二极管D6的阴极的节点J2上的电压V2可以被认为是一个新的B+电压。电压V2没有由一个电容器滤波，以致于在回扫开始时电压V2将下降，也就是，在负回扫描脉冲时使箝位二极管D6导通。图3示出了在相对图2的一个扩展的时间刻度中相对于电压V1的电压V2和电流i2。

栅极驱动电路包括一个存储电容器C2，利用一个齐纳二极管CR1使电容器C2被保持在一个预定的最大电压，例如，9.1伏。当电视被关断但仍然与民用电网20连接时，电阻器R3提供栅极电荷，以使开关晶体管Q1保持导通，该开关晶体管Q1是一个MOSFET。当在电视的正常扫描方式中开关晶体管Q1正在导通时，误差放大器33的输出最初是高电位并且开关晶体管Q1导通使电容器C2提供的电荷经过电阻器R3。在所需时间内，误差放大器33的输出变为低电位并且开关晶体管Q1被关断，通过电阻器R1消除栅极电荷。该电路在箝位二极管D6正在导通时通过对电容器C3进行充电，并且在回扫时间间隔被完成之后未稳压B+电压和回扫脉冲的叠加再次升高时通过把电荷从电容器C3向电容器C2放电来向电容器C2上提供电荷，该电路被连接到开关晶体管Q1的栅极上。

当开关晶体管Q1关断时，晶体管开关Q3借助于电阻器R1和电阻器R7排除栅极电荷。当晶体管开关Q3关断时，电荷被设置到开关晶体管Q1的栅极上。在感应脉冲期间电容器C3通过二极管D8和电阻器R2被充电。在回扫时间间隔结束之后未稳压B+电压升高时，在电容器C3上的电荷则通过二极管D7放电到电容器C2上。齐纳二极管CR1调整在电容器C2上的电压，例如，调整到9.1伏。

缓冲电路26与开关晶体管Q1连接。相互串联连接的电阻器R6和电容器C4被连接在开关晶体管Q1的漏极和一个与开关晶体管Q1的源极串联连接在电流过载电阻器R4之间。电容器C5被连接在该源极和漏极之间。一个电阻器R5保护开关晶体管Q1的栅极。一个电容器(未示出)，例如具有220pf的电容量，可以被跨接在每个二极管D7和D8上以便来抑制射频干扰。

本发明提供了利用一个新的补偿变换装置的栅极驱动装置，其中电感器L1位于开关晶体管Q1的上游，并且从一回扫描线圈W2来的回扫脉冲能触发一个箝位和定位二极管D6的导通以便使感应脉冲被产生。本发明进一步通过电容器C3被充电而再放电以对电容器C2进行充电的协同作用，在电容器C2上提供一个用于开关晶体管Q1的控制端的驱动电压，例如用于一个MOSFET的栅极端。

Claims

1、一种电源，包括：

一个未稳压DC电压(RAMB+)的电源(20，22)；

一个行偏转电路(28，Q2，29)，用于把从一个变压器(T1)的第一线圈(W1)来的脉冲感应地耦合到所述变压器的第二线圈(W2)上；

一个以可变导通比工作的开关(Q1)；和

装置(33)，用于根据代表由一个稳压DC电压供电的一个负载的变化的反馈信号来改变所述开关(Q1)的所述导通比，

其特征包括：

所述未稳压DC电压(RAMB+)被提供给所述第二线圈；

所述开关(Q1)把所述稳压DC电压(REGB+)提供给所述第一线圈；和

具有一个公共节点(J2)的一个电感器(L1)和一个二极管(D6)与所述第二线圈(W2)连接，所述电感器(L1)把所述未稳压DC电压(RAMB+)耦合到所述开关(Q1)上。

2、根据权利要求1所述的电源，其特征进一步包括：

一个由所述未稳压DC电压(RAMB+)和所述脉冲充电的第一电容器(C3)；和

一个由所述第一电容器(C3)充电的并且为所述开关(Q1)提供一个驱动电压的第二电容器(C2)，利用用于改变所述导通比的所述装置(33)的操作使所述驱动电压被放电。

3、根据权利要求2所述的电源，其特征在于所述第二电容器(C2)被连接到所述稳压DC电压(REGB+)上。

4、根据权利要求2所述的电源，其特征在于在回扫时间间隔期间所述第一电容器(C3)被充电，和在所述回扫时间间隔的未端所述第二电容器(C2)被充电。

5、根据权利要求4所述的电源，其特征在于用于改变所述导通比的所述装置(33)确定所述驱动电压被放电的时间。

6、根据权利要求1所述的电源，其特征在于用于改变所述导通比的所述装置(33)包括一个脉冲宽度调节器(35)，该脉冲宽度调节器与行同步脉冲同步地工作。

7、根据权利要求1所述的电源，其特征进一步包括一个与所述稳压DC电压(REGB+)连接的并且与所述开关(Q1)连接的齐纳二极管(CR1)，用于调整所述驱动电压。

8、根据权利要求1所述的电源，其特征在于所述二极管(D6)被连接在所述公共节点(J2)和地之间。

9、一种电源，包括：

一个未稳压DC电压(RAMB+)的电源(20，22)；

一个具有第一线圈(W1)和第二线圈(W2)的变压器(T1)；

一个以可变导通比工作的开关(Q1)；

一个行偏转电路(28，Q2，29)，用于把从所述第一线圈(W1)来的脉冲感应地耦合到所述第二线圈(W2)上；

装置(33)，用于根据代表由一个稳压DC电压(REGB+)供电的一个负载的变化的反馈信号来改变所述开关(Q1)的所述导通比，

其特征包括：

所述第二线圈(W2)被连接到未稳压DC电压(RAMB+)上；

所述开关(Q1)与所述第一线圈(W1)和所述第二线圈(W2)连接并且把所述稳压DC电压(REGB+)提供给所述第一线圈(W1)；

一个由所述未稳压DC电压(RAMB+)和所述脉冲充电的第一电容器(C3)；

一个由所述第一电容器(C3)充电的并且为所述开关(Q1)提供一个驱动电压的第二电容器(C2)；和

用于改变所述开关(Q1)的所述导通比的所述装置(33)根据所述反馈信号重复地使所述驱动电压放电。

10、根据权利要求9所述的电源，其特征进一步包括：

具有一个公共节点(J2)的一个电感器(L1)和一个二极管(D6)与所述第二线圈(W2)连接，所述电感器(L1)也被连接到所述开关(Q1)上。

11、根据权利要求10所述的电源，其特征在于所述二极管(D6)被连接在所述公共节点(J2)和地之间。

12、根据权利要求9所述的电源，其特征在于在回扫时间间隔期间所述第一电容器(C3)被充电，和在所述回扫时间间隔的未端所述第二电容器(C2)被充电。

13、根据权利要求12所述的电源，其特征在于所述第二电容器(C2)被连接到所述稳压DC电压(REGB+)上。

14、根据权利要求9所述的电源，其特征在于用于改变所述导通比的所述装置(33)包括一个脉冲宽度调节器(35)，该脉冲宽度调节器与行同步脉冲同步地工作。

15、根据权利要求9所述的电源，其特征进一步包括一个与所述稳压DC电压(REGB+)连接的并且与所述开关(Q1)连接的齐纳二极管(CR1)，用于调整所述驱动电压。