TW591861B - Buck converter - Google Patents

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發明背景 此一發明係有關於即一降壓轉換器之一直流轉換器，該 降夏轉換器具有一可控開關，具有一用於控制與可控開關 之裝置’及具有一用作感測其輸出電流之裝置。 一降壓轉換器，即一直流電壓降低轉換器，可自D£ 196 12 365獲知。降壓轉換器藉一振盪器在一預先決定切換之 頻率上振盪，在不受負載甚大之變化下保持轉換器之輸出 電壓。此一輸出電壓送至具有一相符調整之脈衝工作因子 之-電子開關之-控制裝置上。^ 了避免流經線圈之電流 超過一預先決定之值，控制裝置藉一感測電阻外加感測 使流經線圈之電流當在電子開關導通期間，如果必要可由 電子開關電流切斷。此亦可防止輸出電壓造成_不需要之 高值。 ”在DE 33 10 678中有一相似已知之直流電壓降低轉換 器，該一電壓降低轉換器與已知之DE 196 12 365不同，前 者僅未設有但不是自我一㈣型之振堡器來預先決—切： 之頻率.電子開關將維持導通—直至流經線圈之電流超過 一限定值，並且將維持不導通一直至輸出電壓已降低至产 定之值。纟W0 9咖7〇中已知之自我_振盈降壓轉換: 其振盘特性僅由其輸出電塵來決定及其包括備有加有具有 用於限制線圈電流之一感測電阻之裝置。 所有降壓轉換器可以說是由其輸出 開關關入後僅感測其流經線圈之電流 目的僅提供電流之限制。 電壓來控制， ，在此一情形 當電子 感測之

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591861 A7 B7五、發明説明（2 ) 自DE 39 21 955中已知之一切換之控制器其電力輸出為 何可控制者。為此一目的輸出電壓及輸出電流被感測。無 論如何，當電子開關在打開時所感測者僅輸出電流。 自EP 0 752 748已知用於對電池充電之一降壓轉換器。 該降壓轉換器包括一電子開關及一感測流經線圈電流之電 流感測電阻，及當電池電壓低於指定值時將電子開關導通 及切開以便獲得成定值之一時間一平均充電電流之結果。 當電池之後再充電至一位準達到電壓超過之指定值時，電 子開關將依照降壓轉換器之輸出電壓而控制之，使得輸出 電壓保持於定值。 自 W0 99/13595已知之自我一振盪降壓轉換器，其輸出 電流藉一電流感測電阻而被感測並維持一定值位準。無論 如何，輸出電壓上升時，輸出電流亦隨之上升。 本發明目的之一為提供特別是對於一蓄電池充電而設計 之一簡單之結構之降壓轉換器。即，適合於對蓄電池在特 別情況下充電及克服室内環境（溫度），在特別之瞬間情況 下不考慮輸入電壓之供應下來提供充電電流。堪注意之點 為對近於滿充電之蓄電池僅需一較少量之充電電流，另一 方面在充電池近於用竭之情形可得到一很大之充電電流之 能力。 對此一目的可依本發明之降壓轉換器來達成。該降壓轉 換器包括按照一相關之輸出及輸入電壓之函數來調整輸出 電流位準之裝置，考慮到當本發明之降壓轉換器對一蓄電 池充電之用時，降壓轉換器之輸出電壓由反應出蓄電池充

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電之特別狀況之連接之蓄電池來預先做決定。如此，降壓 轉換器在適合用於蓄電池充電之特別狀況下成為—不變化 之電流供應。

本發明之—降®轉換器包括-可控制開關，-用於控制 可控開關之裝置，-用作感測降壓轉換器輸出電壓之裝 置，及一用於感測降壓轉換器輸出電流之裝置。經其輸入 端子降壓轉換器可耦合至一電源供給。如已知技蓺之方式 降壓轉換器之運作為減低輸入端子上之輸入電壓I一較1 之輸出電恩。最好蓄電池連接至輸出端子。原因為電池之 電壓當在電池充電時變化非常慢，本發明之降壓轉換器之 裝 運作模式首先要說明的為針對由電池電壓而決定之一定值 輸出電壓之情況。 可控開關最好為特別是一電晶體之，為已知技藝受一控

線 制裝置控制之一電子開關。即，在一連續之週期内切開及 關入。開關關入，即當在電晶體之導通期間一電流自輸入 端流經開關及線圈至蓄電池，並使線圈蓄存磁能。當開關 切開期間，即當電晶體成開路期間，磁能變換為電能，使 一電流自線圈流至蓄電池，在此一過程中，電路㉖ 體以知之技藝方式被接通。本發明用作感測降壓轉換器之 輸出電流之裝置，最好為一電流感測電阻，當電子開關之 二種導通期間及開路期間時來感測降壓轉換器之轉出電 流。本發明之降壓轉換器之控制裝置當輸出電流已下降至 一指定之第一值時將關入，而當在輸出電流已昇高至一浐 定之第二值時將切開。由於即然本發明之降壓轉換器受輸

五、 發明説明（ 出黾流控制，此一輪 發明之降壓轉換器受輸出電壓大小之影響。本 器之輸出電壓增加，第 論如何，為了配合降壓轉換 保持於開路較以前 指足值將變化，以致開關 平均之輸出電流將減少使得降壓轉換器之時間- 例中’本發明之降㈣換器尚配置 σ較向之輸出電壓出現下第一及第-浐宕 于/、所做义黾子開關蓄電延 在大電壓及_輸β ά +、，、 ，’此即為特別是 使—理想降壓轉換器需要切換 電.之大，兄。由於此-情況不影響其輸出 私机《大小，因之在不同之輪 器之運作顯示出並無問題壓τ本發明之降壓轉換 本發明之降壓轉換器最好為自我一振盈型，即用於控制 可控制開關〈切開及關入並無振盧器。無論如何，本發明 之降壓轉換器提供-控制輸入經該_控制輪入可將降壓轉 換器予以切換至開路。完成之方式為，舉例，當蓄 合至降壓轉換器已達到其滿充電情 、 / 發出-相符之信來達成之。 精—无電控制裝置 在一具有特別簡單及經濟架構之降壓轉換器中，發 控制裝置所做之配置包括具有一磁滯之_ Μ " 尺 、 罘—比較器及一 弟一置放電壓電源。第一比較器之磁潘 Μ ， φ崎在罘一置放電壓 電源内所產生取決於第一比較器供給之輸 ，，高，，之二不同之參考電壓。 低或者為 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐）

此一具有優點之降壓轉換器尚包括當輸出電壓為甚低時 將降壓轉換器變轉為至開％以確4呆降壓轉換器之運作之一 ' 此即g在輸出端子電降降低至一低輸入電壓時， 降壓轉換器將自動切換其自已至開路。 '按照本發明之架構為一特別對充電一蓄電池有優點之降 θ、轉換器，泫一降壓轉換器在一低之輸入電壓下可使其輸 黾阻值為特別之典限大。舉例，可藉至少一可控開關 2開將降壓轉換ϋ電路之輸出端子切斷或防止冑流經輸出 %子流通來達成之。此一方式為確保蓄電池耦合至降壓轉 換器之輸出端子，當降壓轉換器之輸入端子在短路或當此 鲕子之電壓較蓄電池電壓為低時不致經由降壓轉換器來 放電。 本發明將就以下並併用參考顯示之圖面中幾個具體實施 例加以說明之，本發明之降壓轉換器之另外之具體實施例 則以說明為之，圖中， 圖1為本發明之一降壓轉換器之一方塊圖。 圖2為本發明示於圖1中顯示之所選具體實施例之一降 壓轉換器之方塊圖。 圖3為本發明之一降壓轉換器之一電路圖。 示於圖1中本發明之降壓轉換器，如已知之技藝包括可 ί二開關LS及一線圈L在輸入端子Ue與輸出端子Ua+間成 寧聯連接。在可控開關LS與線圈中之間節點被接至一自 由輪轉二極體D之陰極。自由輪轉二極體之陽極接至接地 與電流感測電阻RM之一端。電流感測電阻RM之另一端 ______-8- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Μ規格(21〇Χ297公爱)~ --

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591861 A7 B7五、發明説明（6 ) 接至第二輸出端子Ua_。一第一電阻R1插入輸入端子Ue 與一點B之間另經一第二電阻R2至第一輸出端子Ua+及 另經一第三電阻R3至第二輸出端子Ua-。點B另接至一第 一比較器K1之反相輸入，比較器之輸出經一驅動器TR連 接至可控開關LS之一控制輸入。第一比較器K1將其非一 反相之輸入耦合至第一參考電壓電源U1，該U1被接至輸 入端子Ue及接地之間。 第一比較器K1及第一參考電壓電源U1所連接之方式為 由第一參考電壓電源U1供應之參考電壓Urefl (點A)取決 於第一比較器K1輸出為’’低π或者為π高f’二種不同之值， 因為其斷開電壓（點A)較重置電壓（點A)具有不同值之 故，第一比較器K1有一磁滯。在點B出現之電壓由電壓 跨於電阻Rl，R2，R3及RM之電壓降及依輸入電壓而定。 輸入電壓受第一，第三及電流感測電阻RM及輸出電壓受 第二及第三電阻之分配而降低。第一比較器K1點B上之 電壓與在點A上之電壓比較一直至在點A之電壓低於點 B之電壓上，第一比較器K1之輸出為π高π，反之亦然。 如顯示於圖2本發明降壓轉換器之所選具體實施例。此 一具體實施例與圖1所示本發明之降壓轉換器有所不同， 不同者為在一低輸入電壓出現下藉將變換降壓轉換器為開 路及在一低輸入電壓出現下防止蓄電池耦合至降壓轉換器 經降壓轉換器而放電之安排。 在一低輸入電壓出現下用於將降壓轉換器變換成開路之 安排包括一第二參考電壓電源U2連接至輸入端Ue與接地 ____ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）

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線 591861 A7 B7 五、發明説明（7 ) 之間，一第二比較器K2在其非一反相之輸入耦合至第一 比較器K1之輸出，當在其反相之輸入耦合至第二參考電 壓電源U2及其輸出接至驅動器TR時，第二比較器K2將 第一比較器K1之輸出電壓與由第二參考電壓電源U2供給 之一第二參考電壓Uref2比較。當輸入電壓為低時，即， 當輸入電壓處於低於第二參考電壓Uref2時，第二比較器 K2之輸出將保持在”低f’使可控開關LS經驅動器TR被保 持於打開並防止降壓轉換器之振盪。無論如何，輸出電壓 處於高於第二參考放電壓Uref2時，第二比較器K2之輸出 電壓隨第一比較器K1之輸出電壓而運作，即，可控制開 關LS將經第二比較器K2及驅動器TR由第一比較器K1來 控制。 為防止蓄電池連接降壓轉換器經降壓轉換器因低輸入電 壓而充電所作之安排包括第二電阻R2及第一輸出端子Ua+ 間之一第二可控開關S及具有其控制輸入經一第十電阻 R10耦合至輸入端子Ue。第二可控開關S最好包括有舉例 如其基極連接至第10電阻R10之一電晶體之電子開關。當 輸入電壓為”低”時，第二可控開關S將為切開，使得降壓 轉換器之輸出電阻值為一實際之無限大，而防止蓄電池經 第二及第三電阻R2、R3，放電。 按照圖3，第一參考電壓電源U1包括有一第四，第五 及第六電阻R4，R5，R6，成串聯連接至輸入端子Ue與 接地之間，及具有其陰極連接至第四及第五電阻R4，R5 及其陽極連接至接地及第六電阻之一端之一齊納二極體 __-^0-_ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）

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線 591861 A7 B7 五、發明説明（8 ) ZD1體。第六電阻R6具有另一端耦合至第一比較器K1 (點A)之非一反相輸入及一端接至一第八電阻R8。第八 電阻R8經一第七電阻R7耦合至輸入端子Ue及經一第九 電阻R9至第一比較器K1之輸出。第二參考電壓電源U2 包括有具有其陽極連接至接地及陰極連接至第二比較器 K2之反相輸入及經一第Η--電阻Rl 1接至輸入端子Ue之 一第二齊納二極體ZD2。 由第一參考電壓電源產生之第一參考電壓Urefl (點A) 為經第五及第六電阻R5，R6分配降低之齊納電壓及由輸 入電壓經第四電阻R4及第一齊納二極體ZD1所造成之電 壓。如前述，依據第一比較器K1之輸出為”低”或者為π高 ’’二個不同值而定。當第一比較器Κ1之輸出為”高”時，在 點Α之電壓（斷開電壓）由分配降低之齊納電壓及輸出電壓 經第六第七及第八電阻R6，R7，R8分配降低之電壓而 定。相比之下，當第一比較器K1之輸出為”低”時，第九 電阻R9將並聯連接於第六及第八電阻R6，R8之成串聯 之電路上，因之，在點A之電壓（重置電壓）將由分配降低 之齊納電壓及輸入電壓一方面經第六，第七，及第八電阻 R6，R7，R8及另一方面經第七及第九電阻R7，R9分配 降低之電壓而定。斷開電壓及重置電壓之差即磁滯電壓。 第七電阻R7及第九電阻R9用於第一比較器K1之輸出至 同一時間合於做為一提升電阻器。 一直至第一比較器K1之輸出為’’低”上，即，當第一比 較器K1之輸出尚未超過第二參考電壓電源U2之參考電 ____ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）

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線 591861 A7 B7 五、發明説明（9 ) 壓Uref2時第二比較器K2之輸出則相等收維持於”低π。 因此驅動器TR將不被驅動，及可控開關LS將保持於開 路，對比之下，當第一比較器Κ1為”高”時，即，第一比 較器Κ1之輸出電壓超過第三參考電壓電源U2之參放電 壓Uref2，第二比較器Κ2之輸出將為相等之’’高’’。此情形 除非有一切換一開始信號經停止控制輸入被送至第二比較 器K2將使驅動器TR被驅動。 __- 12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 591861 8 8 8 8 A B c D 六、申請專利範圍 8.如申請專利範圍第1項之降壓轉換器，其中無論可控 開關係為開或關，輸出電流均被感測。 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)