CN87107983A - 用于图腾柱电源开关的改进的电源 - Google Patents

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Abstract

一种用于按图腾柱电路结构配置的电源开关的、改进的电源现已公开，它具有一个单一的电源，其输出电压比加到上部电源开关的电压低得多，并在悬浮电容器电路内对电容器周期性地充电。微处理器为基础的控制电路控制该电容器的充电和放电，并控制电源开关周期性的工作，从而使电源开关的输出端电压或是系统的公共端电位，或是加到上部电源开关的电压。

Description

本发明涉及电源开关电路，特别涉及一种用于按图腾柱电路结构配置的电源开关的、改进的电源。
图腾柱电路结构广泛应用于电源开关电路。在这种型式的电路结构中，相对于电路公共端电位而言，上部电源开关通常工作于高电压，因而这种电路的电源必须能够工作于高电压。为此很多种图腾柱电源开关电路使用了PNP型晶体管作为上部的电源开关，还使用多个隔离的电源。通常，这种PNP型晶体管在电压和电流的额定值方面都不及相应的NPN型晶体管，因此不利地的是影响了电源开关电路的效率。此外，多个隔离的电源增大了开关电路的体积，还显著地增加开关电路的成本。
鉴于上述原因，人们希望研制一种为图腾柱电路结构所配置的电源开关供电的电源系统，该系统可以不用隔离电源，并且可不使用工作于高电压的电源。
本发明由于提供了一种用于图腾柱电路结构所配置的电源开关的、改进的电源系统，从而解决了上述现有技术中相关的问题和其它问题。这种改进的电源系统含有一个单一电源，该电源的输出电压低于加到上部电源开关的电压;该系统还含有一个能充电到电源输出电压的悬浮电容器电路;微处理器为基础的控制电路（microprocessor    based    control    circuitry）提供了控制上部和下部的电源开关，并调节悬浮电容器电路中的电容器的充电所必需的逻辑;对地隔离电路使上述微处理器为基础的控制电路与加到上部电源开关的电压隔离开。下部电源开关的激励（actuation）和上部电源开关的退激励（deatuation）将使电源给电容器充电，结果使电源开关的输出保持在系统的公共端的电位上。相反地，上部电源开关的激励和下部电源开关的退激励将使电容器通过其负载放电，从而使电源开关的输出保持在加到上部电源开关的电压上。
一张附图表示本发明电源系统的原理图。
参阅附图，该图只是为了描述本发明的最佳实施例，并不以此限制本发明。该图是图腾柱电路结构所配置的电源开关12和14的电源系统10的原理图。由图可见，电源系统10包含微处理器为基础的控制电路16，这个微处理器为基础的控制电路16具有连接到电源系统10的上半部分的输出端18和连接到电源系统10的下半部分的输出端20。输出端18连接到对地隔离电路22的输入端，对地隔离电路22的输出端连接到控制调节电路24的输入端。由二极管26和电容器28组成的悬浮电容器电路连接到控制调节电路24的另一输入端。控制调节电路24的输出端连接到电源开关12，并控制它的工作。电压源V+连接到电源开关12的输入端，电源开关12的输出端连接到按图腾柱电路结构配置的电源开关14的输出端。应该注意的是，电容器28和控制调节电路24是以公共端为基准的，这个公共端就是电源开关12和14的输出端，这个公共端可以是系统的公共端、可以是V+或是取决于电源开关12和14状态的一个独立的电平。该微处理器为基础的控制电路16的输出端20连接到控制调节电路30的输入端，控制调节电路30的输出端连接到电源开关14，并控制它的工作。该系统还提供一个电源32，该电源32的输出端连接到二极管26的阳极和控制调节电路30的输入端。该电源32提供的输出电压低于电压V+，为系统10的下半部分供电。电源32、控制调节电路30和电源开关14都以系统公共端为基准。
微处理器为基础的控制电路16提供了控制该电源开关12和14工作和控制悬浮电容器电路的电容器充电所必需的逻辑。对地隔离电路22将微处理器为基础的控制电路内的控制逻辑与控制调节电路24隔离开，从而容许微处理器为基础的控制电路16工作在比电压V+低得多的电压下。
在运行中，当电源系统10不起作用时或在它被启动的瞬间，微处理器为基础的控制电路16内的固件使电源开关14保持在闭合状态。在这种情况下，固件是在微处理器的只读存贮器中的软件库，该软件库可由其它软件调用，例如由主逻辑程序调用。这样，电源开关12和14的输出保持在系统公共端的电位上，允许电容器28充电到电源32的输出电压值。该输出电压实际上低于电压V+。当微处理器为基础的控制电路16的固件确定电源开关12应该闭合时，将电源开关12闭合，将电源开关14打开。当电源开关12闭合时，电源开关12和14的输出是以电压V+为基准的，二极管26阻止电压V+出现在电源32的输出端上。在这个工作阶段，电容器28上存贮的能量可给控制调节电路24供电，并维持电源开关12闭合所需的偏压。当微处理器为基础的控制电路16的固件确定电源开关12和14的输出应该返回到系统公共端电位时，允许电源开关12打开，电源开关14闭合。在这种方式下，电容器28可再充电到电源32的输出电压。上述操作的循环可无限地继续下去。应该注意的是，电源开关12能够保持闭合状态的最长时间取决于电容器28通过其负载放电的时间常数。相反地，电源开关14能保持闭合的最短时间取决于电容器28通过二极管26充电所需的时间。非常有利的是，电容器28的充电时间比它的放电时间短得多。还应该注意到，电源开关14在不起作用的期间不必需保持闭合。另外，在电源开关14在不起作用的期间之后，可以短暂地闭合，以容许在上述操作循环开始之前使电容器28充电。
很明显，上述电源系统10在很多方面例如尺寸、成本、元件数量和效率都高于现有技术，具有显著的优点。本发明去消了该系统10上半部分所需的隔离电源。此电源系统与它所取代的电源系统相比，所需的元件少得多，也便宜得多。因为二极管26上的电压降是唯一的损耗，所以该电源系统的效率很高。此外，微处理器为基础的控制电路16已经包含了执行电路系统10所需的大部分逻辑，只需再增加少量的固件就可执行同样的逻辑。
应该注意到，这种电源系统10特别适用于脉宽调制系统，因为脉宽调制系统自身的特点就是需要电源开关按规则的间隔、交替地触发。然而在这种电源系统10的应用中，使用的数量和型式几乎都是无限的。
对于本领域中的专业人员而言，阅读本文时可以设想出某些修改和改进，应该理解，为了内容简明便于阅读起见，所有修改和改进在本文中都已省略，它们都在以下权利要求的范围之内。

Claims (8)

1、一种为图腾柱电路结构所配置的电源开关供电的电源系统包括：
一个在电气上连接到按图腾柱电路结构配置的第一开关和第二开关的电源；
一个在电气上连接到第一开关和所述电源的贮能装置；
一个用以控制第一开关和第二开关周期性地工作、以使所述贮能装置周期性地充电和放电、并在第一开关和第二开关的输出端上周期性地施加一个预定电压的装置。
2、如权利要求1中规定的电源系统，其中，所述的周期性的切换操作包括由所述的电源对所述的贮能装置充电的第一工作阶段，和容许所述的贮能装置放电的第二工作阶段。
3、如权利要求2中规定的电源系统，其中，在所述的第一工作阶段内，第一开关和第二开关的输出端是以系统公共端为基准的;在所述的第二工作阶段内，第一开关和第二开关的输出端的电压是所述的预定电压。
4、如权利要求2中规定的电源系统，其中，在所述的第一工作阶段内，第一开关被激励，第二开关退激励;在所述的第二工作阶段内，第二开关被激励，第一开关退激励。
5、一种为图腾柱电路结构所配置的电源开关供电的电源系统包括：
一个第一开关;
一个在电气上连接到所述的、按图腾柱电路结构配置的第一开关的、第二开关，这两个开关之间有一个输出端;
一个在电气上连接到所述第一开关和所述第二开关的电源;
一个在电气上连接到所述第一开关和所述电源的贮能装置;
一个用以控制所述第一开关和所述第二开关周期性工作，以使所述的贮能装置周期性地充电与放电、并在所述的第一开关和所述的第二开关的所述输出端上周期性地施加一个预定电压的装置。
6、如权利要求5中规定的电源系统，其中所述的周期性的切换工作包括由所述的电源对所述的贮能装置充电的第一工作阶段，和容许所述的贮能装置放电的第二工作阶段。
7、如权利要求6中规定的电源系统，其中，在所述的第一工作阶段内，所述的第一开关和所述的第二开关的所述输出端是以系统公共端为基准的，在所述的第二工作阶段内，所述的第一开关和所述的第二开关的所述输出端电压为所述的预定电压。
8、如权利要求6中规定的电源系统，其中，在所述的第一工作阶段内，所述的第一开关被激励，所述的第二开关退激励;在所述的第二工作阶段内，所述的第二开关被激励，第一开关退激励。
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