CN86101483A - 具有若干受控输出端的直流电压变换器 - Google Patents

Abstract

对于一个具有受控和跟随输出端(Ua1，Ua2)的直流电压变换器，利用一个脉冲发生器(IG1)进行脉冲频率调节。总是将负载最重的输出引入以进行调节，其它的输出则跟随运行。取能电流(JA)的大小也控制脉冲发生器(IG1)。与采用脉宽调节的变换器相比，这种变换器开关损耗较少，但同样具有很好的跟随特点。

Description

本发明涉及依照权利要求1的直流电压变换器。这样一种直流电压变换器已在EP27    015    B1中被公开。

根据EP    27    015    B1的直流变换器中有一个自由振荡器，用来确定开关晶体管的开、关时间。还设置了若干调节回路，一方面用于调节输出电压，另一方面用于确定振荡器的脉冲重复频率及取能电流的大小。

本发明的任务是关于根据权利要求1广义概念所述的直流电压变换器的，这种变换器在具有一个受控的和至少一个跟随输出时，具备良好的跟随特点。特别是，该直流电压变换器如同具有恒定频率功能和脉冲宽度调节的直流电压变换器一样，具备良好的跟随特点。

这个任务通过权利要求1中的特征部分来解决。权利要求2指出了本发明的一种优良的结构。

按照本发明的直流电压变换器很适于用作带有大变化负载的小功率变换器，因而特别适合于用作ISDN网络中的电源。根据本发明的直流电压变换器，相对于单纯自由振荡的变换器来说，具有静态功率小的优点;相对于单纯脉冲宽度调制的变换器来说，具有开关损耗小的优点。特别是在功率约20mw、输入电压振幅在30与100V之间的ISDN网络中，必须达到很高的效率，依照本发明的变换器最优地满足了这个要求。

下面，根据附图进一步说明本发明的一个实施例。

图1是直流电压变换器的电路图，

图2是电压和电流的变化曲线。

如图1所示，直流电压变换器的输入电压U_E串联地加在变换器变压器的初没线圈W1、开关晶体管T_S的开关部分和电流测量电阻R1上。直流变换器具有两个输出端，相应的输出电压分别为Ua1和Ua2。通过变压器Tr的第一个次级线圈W₂、二极管D1和输出端滤波电容Cg1得到第一个输出电压;通过第二个次级线圈W3、二极管D2和输出端滤波电容Cg2得到第二个输出电压。二极管D1和D2分别接到次级线圈W2和W3上，以使变换器作为间歇变换器而工作。开关晶体管Ts的开关时间由脉冲发生器IG1控制。如果输出端3为高电位，开关晶体管Ts（图1中用场效应晶体管表示）导通。与此相反，如果脉冲发生器IG1的输出端3为低电位，开关晶体管Ts截止。脉冲发生器IG1（可以用定时器IC7555实现）是自由振荡型的，其频率由电阻R6和电容C1确定，R6位于端6和端3之间，C1位于端2和电流测量电阻R1与输入电压U_E的接点之间。但是，处于自由振荡的脉冲发生器IG1也可以由外部引入的封锁或开启信号来控制其脉冲重复频率，这个信号是加在与端子2相联的端子6上的。如下面即将仔细描述的，根据变换器取能电流的大小和输出电压Ua1与Ua2的大小来实现这个控制。若不引入外部封锁信号，则脉冲发生器IG1将以由其频率确定元件R6和C1决定的频率工作。脉冲发生器IG1的直流电压源由输入电压U_E经过稳压器SR后得到。为此，脉冲发生器IG1的端子8与稳压器SR的输出相连，端子1与输入电压U_E的负端相连。晶体管T1和T2也都通过稳压器SR来获得直流电压。

利用取能电流在电流测量电阻R1上产生的电压降，使取能电流影响脉冲发生器IG1的工作。若取能电流J_A的值在某个确定的阈值以下，则脉冲发生器的输出端3为高电位。当R1上的电压降超过某个给定的阈值时，晶体管T1导通，接着使接在晶体管T1后面的晶体管T2也导通。若晶体管T2导通，则电容C1以附加电压U_H充电，电容C1上的电压值一达到约附加电压U_H的2/3，脉冲发生器IG1的输出端3的电位就变为低电位，开关晶体管T_S断开。于是电容C1通过电阻R6放电。一旦电容C1放电到约附加电压U_H的1/3时，脉冲发生器IC1的输出端3的电位就变为高电位，开关晶体管T_S重新导通，取能周期重新开始。若没有其输入端6的进一步影响，则脉冲发生器IG1将持续地对开关晶体管T_S提供这种开关脉冲，而且其重复频率由时间常数R6C1确定。该重复频率相应于变换器的最大可能工作频率，它出现在次级侧至少有一路输出处于最大负载的短路情况中。在其它情况下，该重复频率根据输出电压Ua1和Ua2的大小而降低。

设置了一个第二调整回路，以便根据各输出端的负载来影响脉冲发生器IG1的重复频率，回路包括：具有分压电阻R2、R3、R4、R5和基准电压源Ur的两个比较器K1、K2，另外还有脉冲发生器IG2，变压器

和晶体管T3。在变换器供能周期期间，若第一路输出的输出电压Ua1大于某个规定的值，则分压器R2、R3的电阻R3上的电压降大于基准电压源Ur的基准电压，在脉冲发生器IG2的输入端4上所加的比较器K1的输出使IG2（还可以用定时器IC7553来实现）开始工作，即在其输出端3产生脉冲。此脉冲的重复频率由脉冲发生器IG2的频率确定元件-电阻R7和电容C2来确定。与脉冲发生器IG1相反，脉冲发生器IG2具有恒定的脉冲重复频率。此外，还监视第二路输出的输出电压Ua2。若输出电压Ua2大于某个规定的值，则分压器R4、R5的电阻R5上的电压降大于基准电压源Ur的基准电压，脉冲发生器IG2开始工作。比较器K1和K2相互之间是这样连接的，即脉冲发生器IG2总是根据其输出电压首先小于规定值的那个比较器而被封锁。比较器K1的输出端直接与脉冲发生器IG2的输入端连接，比较器K2的输出端通过比较器K1间接地与脉冲发生器IG2的输入端连接，即它的输出端通过隔离二极管D3与比较器K1的信号输入端连接。比较器K2的输出信号影响比较器K1的分压器R2、R3上的分压情况，以便使脉冲发生器IG2的封锁控制信号也出现在比较器K1的输出端。变换器次级回路中脉冲发生器IG2的输出脉冲，通过具有初级线圈W4和次级线圈W5的变压器ü，以电隔离方式传送到变换器的初级回路。变压器ü的次级线圈W5接在场效应晶体管T3的栅、源极之间。脉冲发生器IG2有输出脉冲时，场效应晶体管T3便受到脉冲控制，晶体管T2亦如此，T2的基极通过一个电阻与场效应晶体管T3的漏极相连。通过对晶体管T2进行脉冲控制，脉冲发生器IG1接收到一个封锁信号，使得电容C1以脉冲方式通过晶体管T2进行再充电，这样它就不会降到1/3UH的阈值，从而阻止了脉冲发生器IG1开启开关晶体管TS。比较器K1或K2使脉冲发生器IG2维持工作的时间越长，产生封锁信号并阻止开关晶体管TS导通的时间就越长。取能脉冲的重复频率取决于其输出电压首先小于某个规定值、亦即是负载最重的那路输出。而另一路输出则跟随运行。然而，一旦另一路输出的负载变得更重，它就起调节作用，而第一路输出则跟随运行。

图2以具有输出电压Ua1的那个输出为例，描绘了取能脉冲的重复频率与负载的关系。图2中的图Ⅰ示出输出电压Ua1的时间曲线，而且是在负载较重的情况下。由于滤波电容Cg1的充电，在t1时刻之前，输出电压Ua1上升较快，超过规定的阈值U_N后转为斜率由所接负载电阻决定的一条直线。在超过规定值U_N的期间（时间间隔t1至t2），比较器K1使脉冲发生器IG2处于工作状态，其封锁脉冲BL（图2中的图Ⅱ）传送给脉冲发生器IG1。只要重新小于规定电压U_N（时刻t2），就能又产生取能电流J_A（图2中的图Ⅲ）。当达到规定的最大电流I_S时（时刻t3），即电流测量电阻R1上的电压降达到其预先确定值时，取能过程结束。

图Ⅳ至Ⅵ示出在较轻负载情况下信号的时间曲线。输出电压Ua1在超过阈值U_N之后转入一条斜率较小的直线，并且直到时刻t2之后才小于那个值。封锁脉冲BL存在时间延长了，以此方式影响了取能电流脉冲J_A的重复频率。

在一个实施方案中，取能电流脉冲J_A的重复频率可以在fs min≈150Hz和fs max≈8.3KHz之间变化。在依照本发明的实施方案中，对于一个输出端上负载变化的情况，只需作很小的改动，因为仅通过两个次级线圈W2和W3就可实现输出的耦合。受控输出端的负载变化导致这样的频率变化，使受控输出端的电压保持恒定，而其它带恒定负载的输出则跟随运行。尽管出于减少开关损失的原因而采用了脉冲频率调节的方法，也可以得到与利用一个具有恒定频率和脉宽调节的直流变换器一样的跟随特点。

Claims (2)

1、直流电压变换器，包括：

一个变压器(Tr)和在这个变压器初级回路中的至少一个开关晶体管(TS)，

控制开关晶体管开、关的一个受控脉冲发生器(IG1)

根据直流电压变换器输出电压(Ua1)的大小影响脉冲发生器频率的第一种开关装置(R1，R2，K1，IG2，ü，T2，C1，R5)，

当初级回路的取能电流超过某个预定值时，控制其断路的第二种开关装置(R1，R1，T2)；

其特征在于：

第三种开关装置(R3，R4，K2，D3)，对于变换器的至少一个其它的同步输出端，确定其输出电压(Ua2)是否超过或小于某个规定值，

将第一种和第三种开关装置进行如此连接，使得开关装置总是根据其输出电压(Ua1，Ua2)中首先达到规定值的那个输出来确定脉冲发生器(IG1)的频率。

2、根据权利要求1的直流变换器，对于一个受控的和一个跟随的输出，其特征在于，开关装置包括：

比较器（K1，K2），通过电压检测器（R2，R3，R4，R5）总是将变换器某个输出的输出电压（Ua1，Ua2）以及基准电压（Ur）引入比较器，

另一个恒定频率的脉冲发生器（IG2），它是通过比较器（K1，K2）之一的一个输出信号来开启或关闭的，

一个隔离变压器（ü），其初级线圈（W4）与另外的脉冲发生器（IG2）的输出端相连接，其次级线圈（W5）通过一个开关晶体管（T3，T2）与脉冲发生器（IG1）的控制输入端相连接，

在初级取能电路中的一个电流测量电阻（R1），

与该电流测量电阻（R1）相连接的另一个开关晶体管（T1），

一个将另外的开关晶体管（T1）与脉冲发生器（IG1）的控制输入端相连接的部件（T2）。

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