CN1216876A - 开关型电源 - Google Patents

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Abstract

一种在宽输入电压范围内可靠工作的开关型电源。在整流元件(BR)和变压器(TR)初级绕组(W1)抽头(A)之间产生连接的第二电流通路(I2)中,包括为这个电流通路中的电感(L19)产生限流的电容器(C19)。当开关晶体管(T60)处于切换方式时,在接通开关晶体管(T60)时在能量存储的意义上使电感(L19)充电,直到电容器(C19)被充电为止。当断开开关晶体管(T60)时,电感(L19)和电容器(C19)经由二极管(D18)朝能量存储电容器(C20)的方向放电。具体应用包括电视机及类似消费电子设备。

Description

开关型电源
本发明涉及一种具有整流元件、能量存储电容器、变压器的开关型电源。在DE19610762A1中已公开了这种类型的开关型电源。
开关电源对线路电网产生严格的脉中式负载，这就导致线路电网上的谐波电流。这个负载特别发生在正弦电网电压的电压峰值处，在那些时刻使开关型电源中的能量储存电容器再充电。为了限制来自谐波电流的这种负载，正在产生关于开关型电源越来越多的国际规章，其目的在于设计未来的开关型电源，以便实现更多的正弦电流消耗。线路电网上的谐波负载也可被引用为所谓功率因素。
在EP0700145A2号中公开了具有在线路电网上减小了的谐波负载的另一种开关型电源。这种开关型电源在初级侧也含有第二电流通路，初级侧具有电感和二极管并在电网一侧整流器下游的充电电容器和变压器的初级绕组上的抽头之间产生连接。电感起能量存储器的作用，它在接通开关晶体管时充电，随后在断开开关晶体管时经由二极管和初级绕组向能量存储电容器放出其能量。这个充电和放电过程导致在线路电网的整个360°相位范围内从线网上得到电流，因为在充电电容器两端存在恒定极性的未滤波的半波正弦电压。
EP0598197A2公开了一种具有正弦电流消耗的开关型电源，它包括具有电容器的电流泵，在接通开关晶体管期间经由电路整流器使电容器充电，而在断开开关晶体管时，电容器向能量存储电容器放出这种存储的能量。
本发明的目的是提供一种最初提到的那种类型的开关型电源，它在宽的输入电压范围内可靠工作。
通过权利要求1的特征实现这个目的。在从属权利要求中详细说明了本发明的有利的发展。
根据本发明的开关型电源在第二电流通路中含有被特别配置在电感和初级绕组上的抽头之间的电容器。这个电容器导致第二电流通路中的电流限制，从而确保电感的铁心以及初级绕组的铁心、因而还有变压器的铁心不进入饱和状态。因此，该开关型电源在从190到265伏的输入电压范围内可靠工作。
在短暂电网中断的情况下电流限制尤其重要。在电网中断的情况下，只要能量存储电容器上的电荷仍然足够时，开关型电源即继续工作。在能量存储电容器处于深度放电状态的情况下，此刻如果重新施加电网电压，那时大电流流过电感，这可能导致其铁氧体材料的饱和。由于在电感下游仍然有经由二极管通到能量存储电容器的连接，尤其会出现这种情况。
此外，在开关晶体管断开并从而减小其dV/dt的时刻，电容器起阻尼元件的作用，这就导致开关晶体管中减小了的断开损失。第二电流通路具有电流激励效应，通过这些元件的电感和电容可影响其强度。
作为例子，在下文中将参照在附图中说明的示范性实施例更详细地阐述本发明，在附图中：
图1表示具有减小了的线网谐波负载的、基于回扫转换器原理的开关型电源的输入电路。
图1中的开关型电源包括具有初级绕组W1和W2以及次级绕组W3和W4的变压器TR。初级绕组W1与开关晶体管T60串联连接，后者通过控制电路(图中未表示)周期性地接通和断开，作为其结果就把能量从开关型电源的初级侧传送到次级侧。初级绕组W1经由第一接头1和能量存储电容器C20连接，并经由第二接头2和开关晶体管T60连接。
在输入侧配置了整流元件，在这个示范性实施例中是与电网电压UN连接的桥式整流器BR。在输出侧，桥式整流器BR具有分别与其串联连接的小电容的电容器10，和在电阻R10下游的，通向能量存储电容器C20的包括第一二极管D16的第一电流通路I1，以及包括电感器L15、电感L19和电容器C19的第二电流通路I2，电容器C19通向初级绕组W1的抽头A。电感器L15具有铁心并和电容器C18一起相当于阻尼元件，电容器C18在一侧与电感器L15和电感L19之间的第二电流通路I2连接，而在另一侧与二极管D16下游的第一电流通路I1连接。
电容器C10和电阻R10仅仅导致小量平滑在桥式整流器BR上出现的输出信号，使得整流的正弦电压基本上仍然存在于电阻R10的下游。如果这个正弦电压高于能量存储电容器C20两端的电压电平，那么电流经由第一电流通路I1中的二极管D16流过并使电容器C20充电。二极管D16与电容器C15并联连接，后者阻尼通过二极管D16的电流波动。
电流通路I2为能量存储电容器C20产生另外的连接，在这种情况下这个另外的连接在50赫电网频率的整个周期范围内起作用，因为当接通开关晶体管T60时，电流总是要经由电流通路I2和初级绕组W1上的抽头A流动。在这种情况下，在接通开关晶体管T60的每个阶段中，在能量存储的意义上使电感L19充电，但受到电容器C19的限制，因为仅仅在使其充电时，电流才流过这个电容器C19。朝着充电电容器C20的方向经由二极管D18产生连接，后者在一端与第二电流通路I2中的电感L19和电容C19连接，而在另一端与第一二极管D16下游的第一电流通路I1连接。因此，电感L19中的能量被直接传送给能量存储电容器C20，而无需绕过经由初级绕组W1上的抽头A的迂回路线。当断开开关晶体管T60时，抽头A处于由于初级绕组W1中的杂散电感所引起的比能量存储电容器C20两端的电压更高的电压。因此，电容器C19和电感L19经由二极管D18放电。当随后再次接通开关晶体管T60时，那时这个周期重新从头开始。
通过把第二电流通路与变压器TR上的中间抽头、抽头A连接，进一步限制这种电流激励效应。这防止在部分负载和空载情况下使电容器C20过度充电。如果初级绕组W1在第一接头1和抽头A之间以及在抽头A和第二接头2之间的匝数比是大约1/3到2/3时，中间抽头特别有利。但是，抽头A与接头1或2之一重合的结构也是可能的。
电流通路I2的电流激励效应导致使电容器C20充电到可能大于整流的电网电压UN的峰值的电压电平。因此，流过电流通路I1的电流显著减少。从而必须确保电容器C20具有适当的额定电压。由于电感器的铁心，电感器L15和电容器C18形成具有高度惯性的LC元件。这种电流激励效应还取决于开关型电源的开关频率。在开关型电源的开关频率依赖于负载的情况下，这个关系是关键性的，因为在这种情况下，在减小了的负载的条件下开关频率增加。这导致功率因素校正电路的作用增大，电容器C20被充电到增加的程度。可用适当的方式选择初绕组W1上的中间抽头用作抽头A，以便防止使这个电容器过度充电。
这种类型的开关型电源可特别适用于具有比较大的功率消耗的消费电子设备，例如电视机。但是，应用于，例如，计算机监视器和专用设备也是可能的。可适当地使附图中的开关型电源与要求相适应，因而它仅仅是示范性的。特别是开关晶体管T60不一定必须是双极型晶体管，而且包括场效应晶体管和其它类型的晶体管。
作为例子，在用于按回扫转换器原理工作的开关型电源的附图中阐述了本发明。但是，本发明也适用于其它开关型电源，例如正向转换器。

Claims (9)

1．具有整流元件(BR)、能量存储电容器(C20)、变压器(TR)的开关型电源，变压器具有通过第一接头(1)与能量存储电容器(C20)连接的以及通过第二接头(2)与串联连接的开关晶体管(T60)连接的初级绕组(W1)，该开关型电源包括具有第一二极管(D16)的第一电流通路(I1)，该第一电流通路(I1)在整流元件(BR)和能量存储电容器(C20)之间产生连接，该开关型电源包括具有电感(L19)和第二二极管(D18)的第二电流通路(I2)，电感(L19)在整流元件(BR)和初级绕组(W1)上的抽头(A)之间产生连接，第二二极管(D18)通向与第二电流通路(I2)连接的能量存储电容器(C20)，其特征在于在第二电流通路(I2)中配置了电容器(C19)。
2．根据权利要求1的开关型电源，其特征在于以这样的方式选择电容器(C19)的电容，使得在第二电流通路(I2)中产生电流限制。
3．根据权利要求2的开关型电源，其特征在于以这样的方式选择电流限制，即防止电感(L19)和初级绕组(W1)的铁心饱和。
4．根据权利要求2的开关型电源，其特征在于在电感(L19)和抽头(A)之间配置了电容器(C19)。
5．根据权利要求4的开关型电源，其特征在于第二二极管(D18)与第二电流通路(I2)的连接点位于电感(L19)和电容器(C19)之间。
6．根据权利要求2的开关型电源，其特征在于初级绕组(W1)在第一接头(1)和抽头(A)之间以及在抽头(A)和第二接头(2)之间的匝数比是大约1/3到2/3。
7．根据权利要求2的开关型电源，其特征在于LC元件(L15,C18)位于第二电流通路(I2)中电感(L19)的上游，用于阻尼，其电容器(C18)与第一电流通路(I1)连接。
8．根据权利要求2的开关型电源，其特征在于在每种情况下电容(C15,C17,C19)与第一二极管(D16)以及第二二极管(D18)并联连接。
9．根据上述权利要求之一的开关型电源，其特征在于开关型电源根据回扫转换器原理或正向转换器原理工作。
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