CN204089622U - 用于高功率可调整线性调节器的电压跟踪整流器方法 - Google Patents

Abstract

一种用于高功率可调整线性调节器的电压跟踪整流器方法。描述了一种用于减小高功率可调整线性调节器的功率耗散的控制方法和装置。通过添加几个部件，可在线性调节器输出晶体管上设置固定的电压降。这不仅可以减小功率耗散，还可以减少包括散热器、功率晶体管等部件的成本。此外，较低的功率耗散可以增强可靠性以及最小化产品大小。

Description

用于高功率可调整线性调节器的电压跟踪整流器方法

技术领域

本实用新型涉及用于高功率可调整线性调节器的电压跟踪整流器方法。

背景技术

随着开关电源在电子产品中的流行，线性电源由于具有大尺寸和低效率而变得不太普遍。然而，在一些应用中，例如，教育、制造、研究以及开发中，线性电源提供了至关重要的低波动、低噪声以及快速瞬态响应。在这些应用中，需要可调整的输出电压，范围从0V到36V，或者更高，输出功率从数十到数百(from 10′s to 100′s)瓦。针对热部件耗散、效率、机械大小和复杂度、输出电流能力等对线性电源进行适当地设计。

线性电源调节跨控制电路的输入电压和输出电压。该拓扑的关键问题是跨例如晶体管的线性调节功率器件的功率消耗。晶体管Q1上的耗散为：(V_rec-V_out)*I_out。为了减小晶体管上耗散的功率，取决于最终用户负载，将V_rec电压减小到对于给定的I_out提供稳定的V_out的最小电平。

目前的现有技术包括多绕组次级变压器、感测V_out电压并控制电子开关6和两个二极管7、8的控制电路，其使能或禁用第2变压器绕组。参见图1中的详细框图。变压器9的次级具有双绕组，其中的一个绕组跨包括二极管11、12、13、14的全波整流器连接。整流输出V_rec通过双极晶体管Q1耦合到输出V_out。耦合到Q1的基极的是晶体管控制15，其包括电流放大器16，电流放大器16的输入来自于误差放大器17，该误差放大器17的负输入是从节点18处的V_out分出的电压。

增加V_ref电压，单个变压器绕组通过二极管11和13以及双绕组被禁用，增加了V_rec输出电压。功率耗散是(V_rec-V_out)*I_out，I_out是跨R_load的V_out。V_rec被设置在变压器9双绕组电压的最大值或峰值。

如果变压器9单绕组等效于双绕组，最大Q1功率耗散为V_out＝0V，，其中V_rec≈1/2Vpeak变压器9。Q1最大功率为(1/2V_peak-V_out)*I_out，或者1/2V_peak*Iout。Q1最大功率还发生在V_out＝1/2V全标度处，其中V_rec≈V_peak变压器9。Q1最大功率为(V_peak-V_out)*I_out。为了保证合适的热部件耗散，必须为最大Q1负载设计热沉和冷却，从而导致相当大的(sizable)空间、成本和复杂性。如果附加的变压器9绕组是可用的，Q1功率耗散可以减少，但是对于每个附加绕组，必须要复制附加开关和二极管，加上附加开关控制电路来针对+/-10％电压和+/-3％频率容限的AC输入调节变压器9。

实用新型内容

本实用新型将介绍更好的控制方法来解决不同AC输入条件和输出电压设置。耗散仅取决于用户的负载和缺省偏移电压，以及功率耗散等式应当为：P_loss＝V_offset*I_out。

描述了一种控制方法和装置，用于减小高功率可调整线性调节器的功率耗散。通过添加几个部件，可以设置跨Q1输出晶体管的固定电压。其可以减少Q1功率耗散，简化Q1散热器设计、减少昂贵的散热器、风扇以及电源部件的大小和空间。另外，较低的Q1功率耗散将减少Q1的温度，改进了热可靠性。

附图说明

图1是使用多绕组智能开关技术构造可调整线性调节器的现有方法的框图，并且其被指定为现有技术。

图2是示出了本实用新型的改进线性调节器电路构造的框图。

图3是图2的驱动器子电路的详细框图。

图4是图2的锯齿波发生器子电路的详细框图。

图5是图2的V_offset子电路的详细框图。

具体实施方式

如图2中所示，包括晶体管Q1的输出电路、包括电流放大器16和第一误差放大器17的晶体管控制15与图1中的类似。变压器10采用单绕组次级，并且图1中的开关6、二极管7、8以及开关控制被省略。不是具有四个二极管的全波整流桥，我们用两个SCR21、23代替两个二极管。SCR控制电路24包含第二误差放大器25、比较器26、SCR驱动器27、28以及锯齿波发生器30。对变压器输出正弦波采样以产生锯齿波，该波频率将跟随输入AC输入电压和频率变化，参见图4。误差放大器25负输入不仅使用V_out，而且加上来自由V_offset电路32提供的V_out的固定偏移电压(V_offset)，在图5中更详细地示出。误差放大器25的输出(V_eao)将与锯齿波相比较以得到SCR的打开点(open point)。反馈控制环是：如果V_ref增加，则DC输出电压V_out增加，误差放大器输出电压V_eao将减小。然后，SCR将在下半周期期间事先打开，并且V_rec将增加。反之亦然，如果V_ref减小，则DC输出电压V_out减小，误差放大器输出V_eao将增加。SCR将在下半周期期间稍后打开，以及V_rec将减小以保持V_rec-V_out＝V_offset。V_rec将跟踪V_out的改变而改变。

假设设置V_offset＝5V，该5V偏移电压跨晶体管Q1出现。不管针对0.5V/5A的输出还是针对30V/5A的输出设置R_load，Q1晶体管功率损失将保持在25W。可以针对5V偏移以及最大电源R_load电流设计Q1晶体管散热器设计。

当V_out＞全标度或峰值变压器输出电压的80％时，驱动器持续地接通SCR以增加电压V_rec，来保持跨Q1的恒定电压降。

图3更加详细地示出了用于SCR21、23的驱动器电路27、28。来自比较器26的Driver_In信号耦合到隔离三端双向可控硅开关元件(Triac)光耦合器三端双向可控硅开关元件的输入。三端双向可控硅开关元件输出耦合到SCR栅极，提供与低电压SCR驱动器控制电路的高电压Tsense_pos和Tsense_neg隔离。

图4更详细地示出了锯齿波发生器30。连接到V_ref1并且通过二极管1和2连接到变压器次级的比较器3基于如附图波形中示出的变压器初级输入电压和频率产生锯齿斜波形

图5更加详细地示出了恒定电压偏移电路32。运算放大器、二极管以及电阻器串联耦合到电流源，以保持参考V_out的恒定电压偏移。

总之，本方法通过改变几个部件将极大地减少线性晶体管上的功率耗散、改进效率、减少成本并增加产品的输出能力。本技术已经被转换为工程原型，它们在性能测试中已被证明。

Claims (3)

1.一种具有电压跟踪整流器的可调整线性调节器，包括： 

变压器，其具有用于接收AC功率输入的初级和用于输出变换的AC功率信号的次级； 

整流器电路，其跨变压器的次级耦合以输出具有电压V_rec和电流I_out的经整流的功率信号； 

双极晶体管Q1，其耦合到整流器输出以在电压V_out传输电流I_out到负载； 

晶体管控制器，其耦合到跨负载的电压以及耦合到晶体管Q1的基极以控制通过晶体管的电流I_out； 

SCR控制电路，其耦合到整流器电路以控制其操作来保持跨晶体管的恒定电压。 

2.根据权利要求1所述的具有电压跟踪整流器的可调整线性调节器，其中整流器电路包括布置在全波整流桥的电路拓扑中的两个二极管和两个SCR。 

3.根据权利要求1或2所述的具有电压跟踪整流器的可调整线性调节器，其中SCR控制电路包括： 

V_offset电路，其耦合到电压V_out并提供偏移电压输出； 

误差放大器，其具有作为输入的偏移电压输出和电压V_rec，并产生输出误差电压V_eao； 

比较器，其具有作为输入的输出误差电压V_eao和来自锯齿波发生器的输出锯齿信号，该锯齿波发生器的输入包括变换的AC功率信号以当输出锯齿信号电压超过输出误差电压V_eao时产生比较器输出信号； 

SCR驱动器电路，其耦合以接收比较器输出信号并输出两个SCR控制信号来调制整流器电路的操作，以增加或减小电压V_rec来保持关系V_rec-V_out＝V_offset。