CN1523743A - 开关调节器 - Google Patents

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Abstract

一种升压开关调节器，它包括：输入端和输出端；连接到输入端的输入电源；用于提升输入电源的输入电压的电感器；一个输入/输出断开开关，它位于输入电源和电感器之间，所述输入/输出断开开关用来中断从所述输入电源向一个设备的能量供应；连接到输出端的输出电容；以及一个控制电路，用于通过在升压操作开始时，在给定时段重复接通和断开输入/输出断开开关，以限制从输入电源流到输出电容器的冲击电流。本发明的开关调节器具有以下优点，在从升压操作停止的状态启动升压操作时，流入平滑电容和加在设备上的电容的冲击电流得到抑制，从而避免输入电源电压下降和整流装置、平滑电容等等被损坏的不利影响。

Description

开关调节器
技术领域
本发明涉及一种能够减少启动时流过的冲击电流的开关调节器。
背景技术
一般说来，如图4电路图所示，斩波式升压开关调节器主要由电感403、整流装置404、平滑电容405、开关装置407和控制电路406构成。在这样构成的开关调节器中，即使开关装置407关断以停止升压操作，能量也会不可避免地从输入电源401通过电感403和整流装置404提供给设备402。
在上述情况下，如图3所示，传统上已知一种开关调节器，其中开关310位于输入电源301和电感303之间，开关311位于电感303和开关装置307之间，开关312位于开关装置307和整流装置304之间，开关313位于整流装置304和平滑电容305之间，而开关314位于平滑电容305和设备302之间，其中，在升压操作停止时关断这些相应的开关，以便中断从输入电源向设备的能量供应。
但是，在传统的开关调节器中，当开关310、开关311、开关312、开关313或开关314接通以开始升压操作时，不可避免地有大的冲击电流从输入电源301流入平滑电容305和加在设备上的电容309，冲击电流产生使输入电源电压减低或损坏整流装置、平滑电容等等的有害影响。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是解决传统开关调节器的上述问题。
本发明的另一个目的是提供一种能够抑制冲击电流的开关调节器，其中中断从输入电源向设备供应能量用的开关不是像传统的开关调节器那样突然从不导通状态变为导通状态，使电流在该开关一接通就无限地流动，而是采用限制电流的开关或限制在给定时间间隔内流动的电流的开关。
为了达到上述目的，按照本发明，提供了一种升压开关调节器，它包括：输入端和输出端；连接到输入端的输入电源；用于提升输入电源的输入电压的电感器；一个输入/输出断开开关，它位于输入电源和电感器之间，所述输入/输出断开开关用来中断从所述输入电源向一个设备的能量供应；连接到输出端的输出电容；以及一个控制电路，用于通过在升压操作开始时，在给定时段重复接通和断开输入/输出断开开关，以限制从输入电源流到输出电容器的冲击电流。
从以下参考附图所作的详细描述，本发明的这些或其他目的、特征和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1是表示带有输入/输出断开开关的按照本发明第一实施例的斩波式升压开关调节器的整个电路的示意图；
图2是表示按照本发明第一实施例的输入/输出断开开关部分具体电路实例1的示意图；
图3是表示带有输入/输出断开开关的传统的斩波式升压开关调节器的示意图；
图4是表示传统的斩波式升压开关调节器的整个电路的示意图；
图5是表示按照本发明第一实施例的输入/输出断开开关部分具体电路实例2的示意图；
图6是表示带有输入/输出断开开关的按照本发明第二实施例的斩波式升压开关调节器具体电路实例1的示意图；
图7是表示带有输入/输出断开开关的按照本发明第二实施例的斩波式升压开关调节器具体电路实例2的示意图；
图8是表示带有输入/输出断开开关的按照本发明第三实施例的斩波式升压开关调节器具体电路实例的示意图。
具体实施方式
现将参照附图更详细地描述本发明的最佳实施例。
(第一实施例)
图1是表示按照本发明第一实施例的斩波式升压开关调节器的示意图。在该电路中，电感103、整流装置104、平滑电容105、开关装置107和控制电路106与传统的开关调节器相同。采用限流开关作为位于输入电源101和设备102之间的开关110、开关111、开关112、开关113和开关114中的一个。这种结构能够限制从位于输入电源101和设备102之间的开关关断升压操作停止起直至该开关接通升压操作开始为止从输入电源101流到平滑电容105和加在设备102上的电容109的冲击电流。
图2示出限流开关的具体实例。该开关由限流电阻204、开关202和开关203构成。开始升压操作时，接通开关202，输入电源101通过限流电阻204向平滑电容105和加到设备上的电容109充电，并在充电操作结束之后接通开关203。在这种情况下，假定输入电源电压为VIN，而限流电阻为R，则流入电容105和电容109的最大充电电流Icharge用下式表示：
Icharge＝VIN/R            (1)
于是，对电流的限制通过把限流电阻R设置为充电电流不出任何问题这样的限流电阻阻值来实现。
类似地，在图5所示的开关实例中，限流可以通过使开关503首先接通，充电操作后开关502接通这样的方法来实现。
显然，限流电阻可以用其他能够限制电流的元件代替，若开关由作为电子开关装置的晶体管形成，则可获得同样的效果。另外，显然，若利用限流开关，则不用限流电阻也能获得同样的效果。
(第二实施例)
图6是表示按照本发明第二实施例的斩波式开关调节器的电路图。第二实施例与第一实施例的差别在于开关可以限制在给定的时间间隔内流过的电流。像第一实施例一样，图6所示的这一结构可以限制从位于输入电源601和设备602之间的开关断开时停止升压操作起直至该开关接通时开始升压操作为止从输入电源601流到平滑电容605和加到设备602上的电容609的冲击电流。
图6示出可以限制给定时间内流过的电流的开关610的具体实例。该开关610由晶体管611、电容612、电阻613和开关614构成。在开关614接通升压操作开始时，通过把电容612和电阻613加到晶体管611使开关614可以缓慢接通，便获得与积分放大电路相同的效果。
图6中所示的电阻615和开关616用作使晶体管611在升压操作停止时截止的一个实例。
当开关614接通时，充入电容612的电荷通过电阻613对地放电，而当把晶体管611导通时的栅极电压设置为阈值VTH时，晶体管611的栅极电压617降到该阈值而使晶体管611导通。当晶体管611导通时，作为斩波式升压开关调节器的输出的晶体管611的漏极电压618上升，电容器612充电，使得晶体管611的栅极电压617上升，于是抑制晶体管611的导通操作，结果斩波式升压开关调节器的输出电压618缓慢上升。假定电容器612的电容是Cc，而受电阻613限制的放电电流值是ic，输出电压618从0V(伏)上升至输入电源电压VIN期间的时间周期tc用下式表示：
tc＝Cc×VIN/ic             (2)
于是，通过这样设置输出电压上升周期tc，使得流入电容105和电容109的冲击电流变成不出问题的值即可实现所述限流。
现将描述晶体管611由MOS(金属-氧化物-半导体)场效应晶体管形成的实例。但若使用双极晶体管，则所述说明同样适用，而且电阻613可以由另一个限流元件代替。另外，若开关614用作为电子开关装置的晶体管代替，显然可以获得同样的效果，而且若将晶体管613的位置和开关614的位置交换，则可获得同样的效果。
此外，若把存在于晶体管611的栅极617和源极618之间的寄生电容用作电容612，则显然获得同样的效果。
另外，即使在图7所示的结构实例中也能获得同样的效果。
(第三实施例)
图8是表示按照本发明第三实施例的斩波式升压开关调节器的电路图。像在第一实施例中一样使用限流开关，但这个实施例与第一实施例的差别在于限流方法。更具体地说，该方法使用放置在输入电源801和设备802之间的电感803，而开关装置811和二极管813用来控制时间的通/断周期，来限制从输入电源801流入平滑电容805和加在设备802上的电容809的冲击电流。
假定开关811接通之后的时间周期为ton，电感803的电感量为L，输入电源814的电压为VIN，而输出电压为Vout，在开关811接通后随着时间增大的从输入电源801流入电容805和809的电流i用下式表达：
i＝(VIN-Vout)/L×ton       (3)
正如从上式(3)看到的，可以用开关811的接通时间来调整电流i。
另外，假定开关811关断后的时间周期是toff，而二极管813正向电压降是VF，在开关811关断后随着时间t减小的从输入电源801流入电容805和809的电流i用下式表达：
-i＝(Vout-VF)/L×toff       (4)
正如从上式(4)看到的，可以用开关811的关断时间来调整电流-i。
因而，可以利用电流控制电路812通过调整开关811的通/断时间来实现限流，使得流入电容805和电容809的冲击电流变为一个不出问题的数值。
上面描述了晶体管811由MOS场效应晶体管形成的实例。但若晶体管811用另一种开关装置代替，则显然所述说明同样适用，而若二极管813用另一种整流装置代替，则可获得同样效果。
如上所述，按照本发明的开关调节器具有以下优点，即在从升压操作停止的状态启动升压操作时，流入平滑电容和加在设备上的电容的冲击电流得到抑制，从而避免输入电源电压下降和整流装置、平滑电容等等被损坏的不利影响。
对本发明最佳实施例的以上描述是为举例说明和描述的目的提出的。并非打算穷举或把本发明限制在所公开的精确形式中，考虑到上述传授可以作出修改和变化，或可以从本发明的实践中获得这些修改和变化。实施例是为了解释本发明的原理而选择和描述的，其实际应用使本专业的技术人员能够利用各个实施例中的本发明，并为适应打算实现的具体应用而作出各种修改。本发明的范围准备由后附的权利要求书或其等价物限定。

Claims (1)

1.一种升压开关调节器，它包括：
输入端和输出端；
连接到输入端的输入电源；
用于提升输入电源的输入电压的电感器；
一个输入/输出断开开关，它位于输入电源和电感器之间，所述输入/输出断开开关用来中断从所述输入电源向一个设备的能量供应；
连接到输出端的输出电容；以及
一个控制电路，用于通过在升压操作开始时，在给定时段重复接通和断开输入/输出断开开关，以限制从输入电源流到输出电容器的冲击电流。
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