CN1255930C - 开关变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将输入直流电压(UE)变换为至少一个输出直流电压(UA)的开关变换器，其中从变压器(Tr)的至少一个辅助绕组(WH1，WH2)引出一个内部的辅助电压(UH1，UH2)，设置了用于输出电压的受控负载元件(BAL)，并且一个关断信号(Ss)可馈送给开关变换器用以关断/开启输出电压，用于接通负载元件(BAL)的关断信号如此影响输出直流电压，以产生一个近似短路的状态，在此状态下输出电压(Ua)接近于零，而至少一个用于给其相应单元供电的辅助电压(UH1，UH2)足够高。

Description

开关变换器
技术领域
本发明涉及一种用于将输入直流电压变换为至少一个输出直流电压的开关变换器，其中变压器的初级绕组可通过可控开关接通输入直流电压，一个占空比可变化的控制信号被控制电路馈送给开关，并且根据次级的和/或初级的电流或电压的关系，设置了通过至少改变控制信号的占空比来进行控制的调节电路，从至少一个辅助绕组得到一个内部辅助电压，还设置了用于输出电压的可控负载元件，而且为了关断/开启输出电压，将关断信号馈送给开关变换器。
背景技术
这种形式的开关变换器有多种实施方式，例如已作为关断型变换器或作为导通型变换器被公开。控制电路大都包含一个脉宽调制器，为了调节，尤其是为了调节到恒定的输出电压或恒定的输出电流，该调制器的占空比可被改变。
这种开关变换器的开启和关断应可借助于一个关断信号实现，此信号例如由用户给出，并且它应处于次级侧的电平上。如果通过光耦合器或继电器进行电位隔离，则可以用初级侧的开关进行切换。然而此关断信号也可在开关变换器中自行产生，例如在出现诸如短路这样的故障状态时自动产生此信号。
由此可见，此解决方案开销很大，而且全部辅助电压都被切断，这些辅助电压为控制和调节电路供电，基于各种原因这是不希望的，例如在任何时候都要求变换器在重新开启之后过渡到一个固定的，稳定的状态。在这些情况下借助于独立的、始终连接到电网的辅助变换器获得辅助电压，或者当不要求辅助电压与电网实行电位隔离时，直接从电网接出辅助电压，例如借助于纵轴调压器或电容分压器来引出辅助电压。
发明内容
本发明的目的在于，可以在次级侧基于关断信号来关断变换器，而不中断变换器内部控制单元和调节单元的供电。
上述任务由本说明书开始处所述的开关变换器完成，其中按照本发明用于接通负载元件的关断信号这样来影响输出电压，使得产生一个近似短路的状态，在此状态下输出电压接近于零，并且至少一个辅助电压对于它所供电的单元而言是足够高的。
本发明利用了开关变换器的特性，该变换器通过脉宽调制被调节，其中产生一个近似短路的状态，这时尽管占空比很小，但是在一个辅助绕组上仍有足够高的电压，使得相应的辅助电压可对变换器的调节/控制单元供电。同时保持在负载元件上的输出电压可足够小，使得对于用户而言此电压可视为零。
一个具有优点的方案是，提供了负载调节器用来控制负载元件，将一个与输出电流有关的信号馈送给负载调节器。这样，负载元件也可作为空载时接入的最低负载使用。这里同样具有优点的是，与流经负载元件的电流相关的信号被馈送给负载调节器。
如果在由关断信号触发的近似短路的状态下，将辅助电压与一个参考电压之间的差值作为调节信号馈送给控制电路，可实现开关或调节功能的进一步优化。
实际上合乎目的的是，负载元件是可控的半导体，尤其是晶体管。
在某些情况下，如果负载元件可借助于受关断信号控制的开关连接到输出电压上，可降低电路耗电。尤其合乎目的的是，受控开关是继电器。负载元件也可具有一个可接入的电阻。
附图说明
下面借助于附图中所示出的实施例详细说明本发明及其优点。附图中：
图1是本发明所述开关变换器的简化原理图，
图2是可控负载元件的一种可能的简单实现方式，以及
图3详细表示出本发明所述开关变换器的一种方案。
具体实施方式
如图1所示，本发明开关变换器具有一个变压器TR，这里它具有初级绕组Wp，次级绕组Ws和辅助绕组WH。初级绕组Wp可通过受控开关S接到输入直流电压UE上，此直流电压例如通过电网电压的整流而获得。开关S受一个控制电路AST控制，控制电路提供一个基本上为矩形的控制信号Sa，通过其占空比可实现特别是对输出电压和/或输出电流的调节。
在次级侧，次级绕组Ws的电压借助于二极管D1被整流，并通过扼流圈L馈送到电容器C，电容器C上施加了输出直流电压UA。按已知的方法，提供了一个空转二极管D2。为了调整输出电压UA，该电压或其一部分在电压比较器KU中与一个参考电压UR1进行比较，并且电压比较器KU的输出信号馈送给控制电路AST。类似地，为了调节或限制输出电流IA，电流传感器Se，例如电流转换器或测量电阻的信号在电流比较器KI中与一个参考电压UR2进行比较，并且电流比较器KI的输出信号也被送到控制电路AST。
在这里所表示的实施例中，开关变换器作为导通型变换器来实现，应该指出，在下面还要详细说明的本发明也可适用于关断型变换器。
负载元件BAL并联连接在输出电压UA上，为了控制负载元件，可接入一个外加的关断信号Ss，这在下面进一步详细说明。
由变压器TR的辅助绕组WH，通过借助于二极管DH的整流和电容器CH的滤波得到一个辅助电压UH。通常采用昂贵的受控电路来产生辅助电压。辅助电压UH不仅与输入电压UE而且与输出电压UA在电位上隔离，辅助电压UH可用于给开关变换器的调节电路和控制电路供电，或用于其它目的。
如上所述，变换器或其输出电压UA应通过关断信号而被关断，然而辅助电压仍应足够高，以完成赋于它的任务，如维持变换器的全部控制和调节功能。可控制的负载元件BAL被应用于此目的，在有关断信号时，应在开关变换器的输出端产生如此大的负载，使得输出电压UA接近于零，而由控制电路AST预先确定的占空比还保持足够大，辅助绕组WH上的交流电压仍保持足够大，从而使辅助直流电压UH也保持足够高。
图2表示了一种非常简单的实现方法，按此方法，负载元件BAL包括负载电阻RB，它可通过继电器开关接到开关变换器的输出端。其中关断信号Ss被馈送到继电器的线圈A。在施加有关断信号、并且继电器触点相应接通时，开关变换器实际进入短路状态，输出电流Ia被调节到最大值。为此输出电流Ia借助于电流传感器Se被测量，并在比较器KI中与参考电压UR2进行比较，此参考电压确定最大电流。比较器KI的输出信号被送至控制电路AST，在准短路状态下控制电路以已知的方式由比较器KU的电压调节转换为电流调节。上述方式保证了不仅输出电压非常低一根据负载电阻RB的大小在数百毫伏的数量级一而且还保持了占空比，该占空比保证了足够大的辅助电压UH。
图3详细表示了本发明所述的第二种实施方式，它除了图1中所表示的电路元件外还涉及下述元件。
施加在输入电容器CE上的输入电压UE通过这里作为晶体管而表示的受控开关S送到初级绕组Wp，并且相应的控制电路AST由辅助电压UH供电，该辅助电压通过借助于二极管DH1对辅助绕组WH1上的电压进行整流、并通过电容器CH1滤波而得到。
次级侧负载元件BAL被设计为晶体管，其集电极与发射极之间并联连接有输出电容器C。为了控制负载元件BAL，即晶体管，设置了负载调节器BAR，它例如由第二个辅助电压UH2供电。辅助电压UH2通过借助于二极管DH2对辅助绕组WH2上的电压进行整流、并接着通过电容器CH2的滤波而得到。
与图1所示一样，这里也有一个电压比较器KU及一个电流比较器KI，并且这两个比较器KU和KI的输出通过退耦二极管DU和DI接到切换开关SU上，并且通过光耦合器OPO送到控制电路AST。
在此方案中，在出现关断信号Ss时调节辅助电压UH2。此外通过负载元件BAL晶体管的电流由一个电流传感器Fe测得，并送到负载调节器BAR，从而通过负载元件的电流也被考虑了。
为了调节辅助电压UH2，设置了另一个比较器KH1，它的一个输入端施加了辅助电压UH2或其一部分，该比较器的另一个输入端如比较器KU和KI的相应另一个输入端一样，施加了一个参考电压Uref。
借助于由关断信号Ss控制的切换开关Su，调节电路由比较器KU和KI进行的电压或电流控制转换为比较器KH进行的对辅助电压UH2的控制。
当此电路中例如由远端用户一方给出的关断信号Ss送入时，当然由于磁耦合UH1也被调节，整个调节电路通过切换开关SU转换为对辅助电压UH2的控制。流过负载元件BAL晶体管的电流通过电流传感器并借助于负载调节器BAR而被限制。此外，通过电流传感器Se所采集的信号Si可识别空转状态，并且通过负载调节器BAR将负载元件BAL转换为最低负载。
在本发明的这个方案中主要的是，在关断信号出现后立即使受控的负载元件BAL进入近似短路的状态。这里作为输出端处的晶体管的负载元件这样来控制，使得输出电压足够小(对于相应的用户可视为零)，而另一方面流过负载元件的电流的大小恰好使得辅助供电电压足够大。
应该说明，开关变换器常有多于一个的输出电压，即两个或多个电流上隔离的输出直流电压，它们之中至少一个受到控制。在此情况下本发明中的负载元件可接于一个输出电压上，因为其它的输出电压通过磁路而产生寄生耦合。

Claims (9)

1、用于将一个输入直流电压(UE)变换为至少一个输出电流电压(UA)的开关变换器，其中变压器(TR)的初级绕组(WP)可通过受控开关(S)接到输入直流电压(UE)上，从控制电路(AST)将一个占空比可变的控制信号(Sa)送至此受控开关，根据次级和/或初级的电流或电压的关系，设置了通过改变控制信号的占空比而进行控制的调节电路，从至少一个辅助绕组(WH1，WH2)中得到一个用于控制电路和/或调节电路的内部的辅助电压(UH1，UH2)，还设置了用于输出电压的受控负载元件(BAL)，并且可将一个关断信号(Ss)馈送给开关变换器，以接通负载元件，其特征在于，在接通负载元件(BAL)之后，仅保留与受控开关(S)的控制信号的小占空比相对应的小输出电压(UA)，然而，其中的占空比保证了对于实现由其供电的单元(AST，BAR)的功能而言足够高的辅助电压(UH1，UH2)。
2、如权利要求1所述的开关变换器，其特征在于，设置了负载调节器(BAR)，用于控制负载元件(BAL)，并将一个与输出电流(IA)有关的信号(Si)馈送给此负载调节器。
3、如权利要求2所述的开关变换器，其特征在于，一个与流过负载元件(BAL)的电流(Ci)有关的信号(Si)被馈送给负载调节器(BAR)。
4、如权利要求1至3中任一项所述的开关变换器，其特征在于，在由关断信号(Ss)所触发的过载状态下，辅助电压(UH2)与一个参考电压(URef)之间的差被作为调节信号馈送给控制电路(AST)。
5、如权利要求1所述的开关变换器，其特征在于，负载元件(BAL)为可控半导体。
6、如权利要求5所述的开关变换器，其特征在于，负载元件(BAL)为晶体管。
7、如权利要求1所述的开关变换器，其特征在于，负载元件(BAL)借助于由关断信号(Ss)控制的开关(A，a)接到输出电压(UA)上。
8、如权利要求7所述的开关变换器，其特征在于，受控开关(A，a)为继电器。
9、如权利要求7或8所述的开关变换器，其特征在于，借助于所述所控开关(A，a)将一个电阻(RL)接到输出电压(UA)上。
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