CN2577502Y - 交流/直流转接器的切换式转换器 - Google Patents
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Abstract
一种交流/直流转接器的切换式转换器，具有一个返驰转换器和一个开关时间控制电路，开关时间控制电路调节返驰转换器的导通时间，使得导通时间与输入电压成反比，因此切换式转换器的峰值电流可以维持在定值，不受输入电压变化影响。本切换式转换器包括一个电压回馈电路，可调节在导通时间与返驰时间之间的闲置时间，并可调节输出电压。本切换式转换器还具有可提供固定的输出电流，并可提供低功率的待机模式的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于交流/直流转接器的转换器，特别涉及一种适用于低功率交流/直流转接器的返驰模式切换式转换器，可用在移动电话、刮胡刀等低功率产品的充电器中。
背景技术
一般的交流/直流转接器多采用返驰转换器(flyback converter)，以达到降低成本、减少体积和提高效率的目的。但传统的使用返驰转换器的交流/直流转接器往往会有输出电流不稳定和输出电压不稳定的现象。
发明内容
本实用新型的第一个目的在于提供一种用于交流/直流转接器的转换器，其峰值电流可以维持在定值，而不受输入电压变化影响。
本实用新型的第二个目的在于提供一种用于交流/直流转接器的转换器，可调节其输出电压。
本实用新型的第三个目的在于提供一种用于交流/直流转接器的转换器，可以提供固定的输出电流，并可提供低功率的待机模式。
为实现上述发明目的，本实用新型采用下述的技术方案：
一种交流/直流转接器的切换式转换器，其特征在于：
所述切换式转换器包括一个返驰转换器和一个调节返驰转换器的导通时间的开关时间控制电路；
所述返驰转换器包括一个第一电感、一个第二电感和一个第一开关晶体管；第一电感与第二电感磁耦合，第一开关晶体管与第一电感串联；
所述返驰转换器的第一电感上施加有输入电压。
本实用新型所述的切换式转换器具有可以提供不受输入电压变化影响的固定峰值电流；利用电压回馈机制提供负回馈以调节输出电压；可以提供固定的输出电流；并可提供低功率的待机模式的优点。
附图说明
图1所示为本实用新型所述的用于交流/直流转接器的转换器电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的说明。
图1所示为本实用新型所述的用于交流/直流转接器的转换器电路图。现根据该图对本实用新型进行说明。本实用新型所述的切换式转换器包括一个返驰转换器和一个开关时间控制电路，由于返驰转换器的操作为公知技术，在此不再赘述。该转换器主要包括第一电感线圈LI-1、第一开关晶体管Q1、第二电感线圈LI-4、二极管D4、负载电容C4和负载电阻R4。开关时间控制电路主要包括第二开关晶体管Q2、二极管D2、电容C2、电阻R2和电感线圈LI-3，其中电容C2与电阻R2构成一个积分电路。
电感线圈LI-3、第一电感线圈LI-1及第二电感线圈LI-4使用相同的磁芯而发生磁耦合，因此电感线圈LI-3上的电压和第一电感线圈LI-1、第二电感线圈LI-4上的电压成比例。
第一开关晶体管Q1导通时，第一电感线圈LI-1的电压等于输入电压V1，因此电感线圈LI-3的电压和输入电压成正比(因为电感线圈LI-3与第一电感线圈LI-1有相同的极性)；而在第一开关晶体管Q1关闭时，二极管D4会导通，第二电感线圈LI-4的电压约等于输出电压V2(只差二极管D4的正向电位降)，此时电感线圈LI-3的电压和第二电感LI-4的返驰电压成比例。
在一般的返驰转换器中，一个工作时间周期(switching cycle)可以分为导通时间(ontime)和关闭时间(off time)，其中关闭时间包括返驰时间(flyback time)和闲置时间(deadtime))。下面即依据不同的时间阶段说明本实用新型的操作状况，在此讨论中先忽略闲置时间，在后文中再讨论闲置时间的效应和本实用新型调节闲置时间的机制。
在返驰时间中，第一开关晶体管Q1关闭而二极管D4导通，由于电感线圈LI-3的极性与第二电感线圈LI-4相反，因此电压为负值(因为此时第二电感线圈LI-4上电压约等于输出电压，为一正值电压)，此时电容C2会充电，但是由于受到二极管D2的嵌位，电压限制在0.6伏左右，且在返驰时间内，电容C2的电压会维持在-0.6伏。在返驰时间内，第一电感线圈LI-1内储存的磁能会逐渐耗尽，然后第一电感线圈LI-1上的电压会因为自我谐振的缘故而变化极性，亦即从负电压变成正电压。电感线圈LI-3上的电压也会变成正值，使得第一开关晶体管Q1导通，此时切换式转换器即进入导通时间段。
在导通时间内，电感线圈LI-3上的电压会变成正值，因此电容C2会经由电阻R2充电。当电容C2的电压充到十0.6伏时，第二晶体管Q2即会导通，第一开关晶体管Q1的集电极电流因为第二晶体管Q2旁路的原因而下降，因此在第一电感LI-1上会产生反向电压(因为第一电感LI-1电压为电流对时间的微分)，此反向电压感应到电感线圈LI-3后即会降低第一开关晶体管Q1的偏压，因此第一开关晶体管Q1会迅速关闭，使返驰转换器进入下一个返驰时间。
由上述说明可以看出，导通时间由电容C2由-0.6伏电压充电到+0.6伏电压的时间来决定，此充电时间和流经电阻R2的时间成反比。由于电容C2的电位相对于输入电压而言极小，因此此电流可以视为和电感线圈LI-3上的电压成正比；而电感线圈LI-3上的电压和第一电感线圈LI-1上的电压(亦即输入电压)成正比，因此对本实用新型所述的切换式转换器而言，由于开关时间控制电路的作用，导通时间会和输入电压成反比。
在此切换式转换器中，峰值磁激电流(peak magnetizing current)和输入电压与导通时间的乘积成正比。由上述的说明可以看出，由于本实用新型中时间控制电路的作用，导通时间会和输入电压成反比，因此其乘积会为定值，使得峰值磁激电流亦可以维持在定值，而不受输入电压变化影响。由于峰值磁激电流可以维持在定值，因此储存在电感内的能量也会维持在定值，不受输入电压变化影响。而在此切换式转换器中，峰值电流即为流经第一电感LI-1的峰值磁激电流，因此此切换式转换器的峰值电流也可以维持在定值，而不受输入电压变化的影响。
如前所述，在一般的切换式转换器中，关闭时间通常包括闲置时间，亦即在电感内能量耗尽后，导通时间开始前的一段时间，因此完整的操作周期包括导通时间、返驰时间和闲置时间。
本实用新型所述的切换式转换器包括一个电压回馈机制，以调节闲置时间。电感线圈LI-3的电压和第二电感线圈LI-4上的电压成比例，而第二电感LI-4的返驰电压比输出电压高一个二极管电位降。因此在本实用新型所述的切换式转换器包括一个加在电感线圈LI-3上的取样电路，以仿真输出电压的取样。如图1所示，该取样电路包括二极管D3、电容C3和电阻R3，而取样电压V3即为电容C3的电压，在图中可以看出，在返驰时间内，电感线圈LI-3上的电压和第二电感线圈LI-4上的电压极性相反，因此取样电压V3亦为负值，且比电感线圈LI-3上的电压高一个二极管D3的电位降，以仿真输出电压V2。
该取样电压和齐纳二极管(Zener diode)Z3比较，差值经由齐纳二极管Z3的内阻送到第一开关晶体管Q1的基极。齐纳二极管Z3的临限电压值按下述原则选定：输出电压达到设定值时，取样电压V3的大小足以使齐纳二极管Z3导通。部分第一开关晶体管Q1的基极电流会流经此齐纳二极管Z3，使得电容C1会经由齐纳二极管Z3放电。因此第一开关晶体管Q1在返驰时间过后不会立即导通，从而产生一段闲置时间。
在本实用新型的闲置时间调节机制中，如果输出电压越大，取样电压也越大，会有更多电流流经齐纳二极管Z3，造成第一开关晶体管Q1延迟导通，使得闲置时间会更长。
换言之，在输出电压到达设定值的之前，取样电压V3并不大，此取样电压V3的量值(magnitude)不会超过齐纳二极管Z3的临限电压，因此第一开关晶体管Q1的基极电流不会流经齐纳二极管Z3，电容C1也不会经由齐纳二极管Z3放电。第一开关晶体管Q1在返驰时间过后会立即导通，不会产生闲置时间。由于不会产生闲置时间，因此本实用新型所述的切换式转换器会有最大的导通时间，因此会有最大的功率输出，使得输出电压可以尽快上升到设定值。
在输出电压到达设定值之后，取样电压V3的量值会超过齐纳二极管Z3的临限电压，本实用新型的电压回馈机制开始作用。如前所述，在本实用新型的电压回馈机制中，如果输出电压越大，取样电压也越大，会有更多电流流经齐纳二极管Z3，使得闲置时间会更长。因此本实用新型的电压回馈机制可以提供负回馈，以调节输出电压。
如果负载功率增加，也就是输出功率增加时，本实用新型所述的切换式转换器可以自动降低闲置时间。如果闲置时间为零则关闭时间即等于返驰时间。返驰时间正比于存在于电感内的磁激能量，并反比于输出电压。本实用新型所述的切换式转换器可以经过设计，使得导通时间有上限值，并远较关闭时间短，因此切换频率由关闭时间控制，并大约和关闭时间成反比。由于每一切换周期中的能量是固定的，因此输出功率和切换频率成正比，而切换频率又与输出电压成正比，因此可以保持固定的输出电流。换言之，即使输出电压变化，亦可以保持固定的输出电流。
本实用新型所述的切换式转换器也可以提供低功率的待机模式(low power standbymode)。因为在待机模式下，所需输出功率较低，本实用新型的负回馈机制可以提供较低的工作循环(duty cycle)。切换周期中的导通时间可以用一个控制电路控制以使导通时间不会随负载变化而变化。再者，导通时间也需要足够长以在固定的切换周期内传输最大能量。
为了达成低的工作循环，关闭时间也要足够长，因此切换频率也要足够低。在待机模式中，由于输入电流和输出电流都很低，因此主要的损失由切换损失产生。本实用新型所述的切换式转换器具有极低的切换频率，因此可以使切换损失降到最低，从而可以降低待机时的功率损耗。
本实用新型的特定实施方案已经对本实用新型进行了详细描述，对于本领域的技术人员来说，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种交流/直流转接器的切换式转换器，其特征在于：
所述切换式转换器包括一个返驰转换器和一个调节返驰转换器的导通时间的开关时间控制电路；
所述返驰转换器包括一个第一电感、一个第二电感和一个第一开关晶体管；第一电感与第二电感磁耦合，第一开关晶体管与第一电感串联；
所述返驰转换器的第一电感上施加有输入电压。
2.如权利要求1所述的交流/直流转接器的切换式转换器，其特征在于：
所述开关时间控制电路包括一个第三电感，一个第二开关晶体管，一个积分电路，一个嵌位二极管；所述第三电感与所述第一电感磁耦合，所述第二开关晶体管与所述第一开关晶体管相连接，所述积分电路接在所述第三电感的两端。
3.如权利要求2所述的交流/直流转接器的切换式转换器，其特征在于：
所述积分电路为RC积分电路，所述嵌位二极管与所述RC积分电路中的电容并联。
4.如权利要求1所述的交流/直流转接器的切换式转换器，其特征在于：
所述返驰转换器包括一个调节导通时间与返驰时间之间的闲置时间的电压回馈电路。
5.如权利要求4所述的交流/直流转接器的切换式转换器，其特征在于：
所述电压回馈电路包括一个可仿真输出电压的取样电路，所述取样电路包括二极管，电阻和电容，其中电阻与电容并联，并作为一个整体与二极管串联，接在所述第三电感的两端。
6.如权利要求5所述的交流/直流转接器的切换式转换器，其特征在于：
所述取样电路中的电阻与所述第一开关晶体管的基极之间接有提供参考电位的齐纳二极管。
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