專利名稱：電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電源，特別涉及一種包含一個(gè)斬波器的電源，它提供一個(gè)來自交流電壓源的功率因數(shù)被改善的直流電壓。
本技術(shù)領(lǐng)域眾所周知，電源包括一個(gè)斬波器以便提供一個(gè)來自交流電壓源的直流電壓，再通過一個(gè)將直流電壓變換為另一高頻交流電壓的逆變器來驅(qū)動(dòng)諸如放電燈之類的負(fù)載。

圖1示出一典型的已有技術(shù)的電源，它包括從諸如交流電網(wǎng)之類的交流電壓源1提供脈動(dòng)直流輸出的全波整流器2，和從脈動(dòng)直流電壓提供一升高的直流電壓的斬波器CH。斬波器CH包括電感器4、MOS場(chǎng)效應(yīng)管5和平滑電容器7。MOS場(chǎng)效應(yīng)管5與電感器4串聯(lián)跨接在整流器2上，并被驅(qū)動(dòng)通斷以產(chǎn)生一周期性阻斷的電壓，它經(jīng)隔離二極管6加在平滑電容7上，向負(fù)載3提供最終的平滑直流電壓。MOS場(chǎng)效應(yīng)管5由包含無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器11(μPC1555，可從日本電氣株式會(huì)社獲得)的斬波器控制器10驅(qū)動(dòng)，從而控制MOS場(chǎng)效應(yīng)管5以固定頻率導(dǎo)通和截止。該多諧振蕩器11在控制電壓端(管腳5)接收工作電壓，并且以電阻12以及13和電容14的時(shí)間常數(shù)所確定的時(shí)間周期在輸出端(管腳3)提供高低控制信號(hào)。經(jīng)緩沖級(jí)15提供的控制信號(hào)以固定的占空度使MOS場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通和截止，即以這樣一種方式當(dāng)MOS場(chǎng)效應(yīng)管被導(dǎo)通時(shí)，電流經(jīng)電感器4和MOS場(chǎng)效應(yīng)管5流過，從而存貯由整流器輸出的能量，而當(dāng)MOS場(chǎng)效應(yīng)管5被截止時(shí)允許電流從電感器4繼續(xù)流到電容7，從而把能量從電感器4釋放到電容7中。流過電感器4的電流示于圖2A中。由圖可知，當(dāng)MOS場(chǎng)效應(yīng)管5在時(shí)刻t1導(dǎo)通，電流就相應(yīng)地上升。在時(shí)刻t2MOS場(chǎng)效應(yīng)管5一截止，電流在時(shí)刻t3就下降到0，并在0值附近振蕩直到MOS場(chǎng)效應(yīng)管在時(shí)刻t4再次被導(dǎo)通。如圖1所示這種振蕩其原因在于電感器4與斬波器中本身存在的寄生電容，即MOS場(chǎng)效應(yīng)管5上的電容C1、三極管6上的電容C2、和整流器2上的電容C3一起會(huì)共同形成一諧振電路。這樣形成的諧振電路允許電流在0值附近振蕩，并將相應(yīng)的振蕩電壓加到MOS場(chǎng)效應(yīng)管5和二極管6上從而給這些元件帶來過高的壓力。除了這種不希望的壓力之外，已有的電源還遭受這樣的問題，即振蕩電流在越長(zhǎng)的死區(qū)時(shí)間(t3-t4)上持續(xù)，來自交流電壓源1的輸入電流將有越高的諧波成分，并被越大程度地畸變。由于該原因，即，當(dāng)來自整流器2的脈動(dòng)直流電壓較高時(shí)，電感器4出現(xiàn)來自整流器輸出的高斜率供應(yīng)電流，并且有低斜率的釋放電流流向平滑電容器7，而當(dāng)脈動(dòng)直流電壓較低時(shí)，電感器4出現(xiàn)來自整流器輸出的低斜率供應(yīng)電流，并且有高斜率的釋放電流流向平滑電容器7，因而上述死區(qū)時(shí)間(t3-t4)在較低整流器輸出時(shí)將會(huì)比在較高整流整輸出時(shí)更長(zhǎng)一些。因而，特別是整流器的脈動(dòng)直流電壓較低時(shí)，相對(duì)于如圖3A所示的交流電壓源的輸入電壓，由于延長(zhǎng)的死區(qū)時(shí)間輸入電流因振蕩引起的諧波而畸變，如圖3B所示，故而使功率因數(shù)下降。
為避免上述問題，希望對(duì)圖1電路的MOS場(chǎng)效應(yīng)管5加以控制使之如圖4A和4B所示在電感器4尚未完全釋放其能量之前就導(dǎo)通來消除上述死區(qū)時(shí)間。但是，按此方案，當(dāng)流經(jīng)二極管6的電流流至平滑電容7時(shí)MOS場(chǎng)效應(yīng)管5被導(dǎo)通，電容7就會(huì)向二極管6加一反向電壓。因而恢復(fù)電流Ir就會(huì)流過二極管6使其壓力增加。而且，由于電流不變地流過電感器4，使其存儲(chǔ)的能量(L×I2/2)連續(xù)地增加，電感器被飽和。因而，針對(duì)這些和上述的問題，特別是整流器的脈動(dòng)直流電壓低電平時(shí)，需要在供給能量前將電感器中存儲(chǔ)的能量釋放，同時(shí)使電感器中流過的電流發(fā)生振蕩的死區(qū)時(shí)間為最小。
為此目的，提出過另一已有技術(shù)的電源，如圖5所示，它除了由電感器31、MOS場(chǎng)效應(yīng)管32、隔離二極管33和平滑電容器34組成的一個(gè)類似的斬波器30之外，還有一個(gè)專用控制器40對(duì)MOS場(chǎng)效應(yīng)管32加以控制，使之在電感器31釋放其能量之后立即導(dǎo)通?？刂破?0包括一個(gè)其Q輸出與MOS場(chǎng)效應(yīng)管32的柵極連接的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器41，和一個(gè)監(jiān)視流過電流敏感電阻35的電流的電流傳感器42，它表示流過電感器31的電流，以便當(dāng)流過電感器31的電流減少為O時(shí)它就送出一高電平輸出使雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器41的輸入S位置，從而給出高電平的柵極信號(hào)使MOS場(chǎng)效應(yīng)管32導(dǎo)通，由整流器22流出的電流將能量存儲(chǔ)進(jìn)電感器31。雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器41具有一個(gè)與雙極型晶體管48的基極連接的Q輸出，使其與MOS場(chǎng)效應(yīng)管32的導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)同步截止。控制器40包含一個(gè)由晶體管43和44組成的電流反射鏡，它提供一個(gè)由直流電源45和電阻46設(shè)定的恒定電流，由該電流對(duì)定時(shí)電容器47充電。電容器47與晶體管48并接在比較器50的同相輸入端。電阻36和37組成的電壓分壓器連接在平滑電容器34上，向一差分放大器51的反相輸入端提供一相應(yīng)的電壓，此差分放大器51在放大器51的反相輸入端和輸出端之間連接一個(gè)電容器53作為反饋?zhàn)杩?。此差分放大?1使其同相輸入端連接接收來自另一個(gè)直流電源52的固定基準(zhǔn)電壓，從而提供一個(gè)作為輸入信號(hào)之間差值的函數(shù)的電壓。這個(gè)最后產(chǎn)生的電壓基本上是恒定的，它被作為確定MOS場(chǎng)效應(yīng)管32截止時(shí)間的閾值電壓VTH送給比較器50的反相輸入端。即當(dāng)電容47充電至比較器50的閾值電壓VTH時(shí)比較器50就產(chǎn)生一高電平輸出使雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器41的輸入R復(fù)位，從而自Q輸出端提供一低電平柵極信號(hào)來截止MOS場(chǎng)效應(yīng)管32，使電流經(jīng)二極管33從電感器31釋放至平滑電容器34。同時(shí)，雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器41在Q輸出端提供一高電平使晶體管48導(dǎo)通。在這種情況下，電容器47由目前導(dǎo)通的晶體管48分流放電，以便準(zhǔn)備好在電流傳感器42隨著電感器31的電流減小為零而提供一高電平信號(hào)使雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器41的S輸入端置位之后再一次充電。按照此方式，MOS場(chǎng)效應(yīng)管32在電感器31的電流一下降到零便導(dǎo)通，并且在電阻46和電容器47組成的時(shí)間常數(shù)所確定的固定時(shí)間間隔內(nèi)保持為導(dǎo)通狀態(tài)。
在此注意到電路中從電感器31的電流減小為零這一瞬時(shí)至MOS場(chǎng)效應(yīng)管32實(shí)際被導(dǎo)通這一瞬時(shí)的響應(yīng)延時(shí)是不可避免的。考慮到這種延時(shí)，參考圖6圖示的來自整流器22輸出的脈動(dòng)直流電壓、流過電感器31的電流、在電容器47上建立起來的電壓、和送至MOS場(chǎng)效應(yīng)管32的柵極信號(hào)，來詳細(xì)說明圖5中已有電源的工作。在時(shí)刻t1，自從電感器31電流下降到零這一條件由電流傳感器42檢測(cè)出，經(jīng)過響應(yīng)延時(shí)之后，MOS場(chǎng)效應(yīng)管32被導(dǎo)通，開始向電感器31供給電流。同時(shí)，雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器41產(chǎn)生響應(yīng)使晶體管48截止，開始由電流反射鏡對(duì)電容器47充電。在時(shí)刻t2電容器47被充電至比較器50的閾值電平VTH，雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器41響應(yīng)比較器50至復(fù)位輸入端R的高電平信號(hào)使MOS場(chǎng)效應(yīng)管32截止，同時(shí)使晶體管48導(dǎo)通，從而允許電感器31開始從電感器31釋放電流對(duì)平滑電容器34充電，同時(shí)通過目前已導(dǎo)通的晶體管48使電容器47放電。繼續(xù)對(duì)平滑電容器34充電直到電感器31的電流降至零的時(shí)刻之后經(jīng)過一個(gè)延時(shí)MOS場(chǎng)效應(yīng)管32再一次被導(dǎo)通為止。按此方式，已有的電源可以根據(jù)電感器31的電流降為零的時(shí)間來導(dǎo)通MOS場(chǎng)效應(yīng)管32，從而減小流經(jīng)電感器電流發(fā)生振蕩的死區(qū)時(shí)間。
然而，該已有的電源仍然遭受到一個(gè)問題，如圖7C所示輸入電流波形在Tx期間失真或與輸入電壓沒有較好地吻合，這與來自整流器22的脈動(dòng)直流電壓的低電平范圍有關(guān)。由于斬波器電路中不可避免地形成的諧振電路，以及由于電流降為零時(shí)刻和MOS場(chǎng)效應(yīng)管32實(shí)際被導(dǎo)通的時(shí)刻之間的延時(shí)響應(yīng)，流過電感器的電流變負(fù)，因而電感器31起初總是流過反向電流。在此注意到，當(dāng)由整流器向電感器供給能量時(shí)流過電感器的電流其斜率由VIN/L表示(這里VIN是整流器22向斬波器CH的輸入電壓，L是電感器的電感)，當(dāng)由電感器釋放能量時(shí)流過電感器31的電流其斜率由(VOUT－VIN)/L表示(這里VOUT是斬波器的輸出電壓)。VOUT基本保持在一恒定電平，因而由以上關(guān)系可知，來自整流器22的脈動(dòng)直流電壓在高電平附近(圖7A)時(shí)，供電電流大斜率上升，釋放電流小斜率下降，而當(dāng)脈動(dòng)直流電壓在低電平附近(圖7B時(shí))，供電電流小斜率上升，釋放電流大斜率下降。這意味著，電感器的電流下降為零后在相同的響應(yīng)延時(shí)內(nèi)，與高整流器輸出(圖7A)相比，在低整流器輸出(圖7B)時(shí)釋放電流會(huì)以更大的斜率反向流過(圖7B)和緩慢地上升。因而，如圖7B所示當(dāng)整流器輸出較低時(shí)，在MOS場(chǎng)效應(yīng)管32的固定導(dǎo)通時(shí)間T1內(nèi)，在MOS場(chǎng)效應(yīng)管一導(dǎo)通后立即連續(xù)反向流過的電流量J1比圖中T2所示期間的正向流動(dòng)的電流量J2大。換名話說，隨著整流器輸出變低，正向電流流過電感器存儲(chǔ)能量的有效時(shí)間T2減小，從而J1＜J2的關(guān)系不成立。正是J1≥J2的時(shí)間區(qū)間Tx，輸入電流波形與輸入電壓不完全一致，從而產(chǎn)生不希望的諧波，導(dǎo)致功率因數(shù)降低。在這意義上，這種已有的電源特別是在整流器至斬波器的低電平輸出附近，消除不需要的諧波還不夠成功，因而對(duì)功率因數(shù)的改進(jìn)也還不夠。
針對(duì)以上問題，本發(fā)明成功地實(shí)現(xiàn)一種從交流電壓源提供具有改進(jìn)功率因數(shù)的直流電壓的電源。本發(fā)明的電源包括從一交流電源提供被整流過的脈動(dòng)直流電壓的全波整流器和具有串聯(lián)連接在整流器兩端的電感器和開關(guān)元件的斬波器。開關(guān)元件被驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通和截止以提供周期性阻斷的電壓，此電壓經(jīng)隔離二極管加在平滑電容器上產(chǎn)生一個(gè)平滑直流電壓用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載。電感器響應(yīng)開關(guān)元件的導(dǎo)通存儲(chǔ)來自整流器的能量，和響應(yīng)開關(guān)元件的載止釋放能量，這時(shí)電流正向流過電感器。電感器與斬波器中本身存在的寄生電容一同形成一個(gè)振蕩電路，它允許電流反向流過電感器。設(shè)有電流電感器，用來感知流過電感器的電流，并且一旦電流降至某一水平時(shí)就發(fā)出一開始信號(hào)。電源包括一個(gè)控制器，它響應(yīng)該開始信號(hào)，當(dāng)電流反向流動(dòng)時(shí)使開關(guān)元件導(dǎo)通，并經(jīng)過預(yù)先規(guī)定的導(dǎo)通時(shí)間之后接著使開關(guān)元件截止以便從電感器釋放電流，從而使電流在導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)先反向隨后正向流過電感器。該電源其特征在于包括一輸入電流波形整形電路，它建立一種關(guān)系，即在每個(gè)開關(guān)元件的導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)，開關(guān)元件導(dǎo)通之后立即發(fā)生的反向連續(xù)流過電感器的電流量總小于此后立即發(fā)生的正向連續(xù)流過電感器的電流量。由于包含輸入電流波形整形電路，即使整流器的脈動(dòng)直流電壓在較低電平范圍內(nèi)，也可以使正向流過電感器的電流在總量上比反向的大，從而減小來自交流電壓源的輸入電流中所不希望的諧波。因而輸入電流波形可以與輸入電壓波形較好地一致，從而提高電源的功率因數(shù)，所以這是本發(fā)明的主要目的。
在較佳實(shí)施例中，輸入電流波形整形電路與控制器一同使開關(guān)元件以這樣一種方式工作，即，來自整流器的脈動(dòng)直流電壓變低時(shí)使導(dǎo)通時(shí)間增大。因而，通過延長(zhǎng)開關(guān)元件的導(dǎo)通時(shí)間電感器可以按增加的數(shù)量使電流在正方向流過，從而對(duì)整流器的脈動(dòng)直流電壓下降時(shí)出現(xiàn)的正向電流減少量加以補(bǔ)償，所以這是本發(fā)明的另一個(gè)目的。
在另一個(gè)較佳實(shí)施例中，輸入電流波形整形電路被組成為包括至少一個(gè)與第一個(gè)電感器串聯(lián)連接的附加電感器；跨接在附加電感器兩端的旁路開關(guān)；與全波整流器連接給出一個(gè)指示來自整流器的脈動(dòng)電壓的監(jiān)視電壓的電壓監(jiān)視器。設(shè)有一比較器，將此監(jiān)視電壓與預(yù)先規(guī)定的基準(zhǔn)電壓作比較，在監(jiān)視電壓下降至基準(zhǔn)電壓時(shí)便產(chǎn)生一個(gè)分流信號(hào)。此分流信號(hào)起動(dòng)閉合旁路開關(guān)，將附加電感器旁路使之與第一電感器斷開，藉此降低斬波器的電感，從而在開關(guān)元件導(dǎo)通期間內(nèi)使正向流過第一電感器的電流增加。按此方式，隨著脈動(dòng)直流電壓的下降使電流以增加的斜率正向流過，藉此給出正向流動(dòng)電流的增加量，在整流器的脈動(dòng)直流電壓的低電平范圍內(nèi)對(duì)發(fā)生的電流減少量加以補(bǔ)償，所以這是本發(fā)明的又一目的。
作為替換，輸入電流波形整形電路可以被組成包括至少有一個(gè)與第一電感器串聯(lián)連接的附加電感器；與附加電感器串聯(lián)再與第一開關(guān)元件并聯(lián)跨接在全波整流器兩端的附加開關(guān)元件；與全波整流器連接給出表明脈動(dòng)直流電壓的監(jiān)視電壓的電壓監(jiān)視器。設(shè)置一選擇器以便有選擇地使第一和附加開關(guān)元件二者之一起動(dòng)。一個(gè)選擇器控制器被連接用來起動(dòng)選擇器，以根據(jù)監(jiān)視電壓的電平按這樣一種方式有選擇地使第一和附加開關(guān)元件二者之一起動(dòng)，這種方式使第一和附加電感器之一專用于存儲(chǔ)能量，從而在監(jiān)視電壓降低時(shí)使斬波器的電感減小，流過電感器的電流增加。因而，在脈動(dòng)直流電壓降低時(shí)還可以以逐漸增加的斜率使電流正向流動(dòng)，藉此使正向流過的電流量增加，對(duì)整流器的脈動(dòng)直流電壓低電平范圍內(nèi)會(huì)另外發(fā)生的電流減少量加以補(bǔ)償，因而這也是本發(fā)明又一目的。
在還有的實(shí)施例中，輸入電流波形整形電路被組成包括一個(gè)與整流器連接給出一個(gè)表示整流器脈動(dòng)直流電壓的電壓監(jiān)視器；和一調(diào)節(jié)器，它以這樣一種方式改變電壓器的電感，即在監(jiān)視電壓下降時(shí)提高開關(guān)元件導(dǎo)通期間沿所述正向流動(dòng)的電流。為此目的，一個(gè)次級(jí)繞組與飽和式電感器磁耦合，并根據(jù)來自電感器的脈動(dòng)直流電壓它被控制流過一變化的電流，從而在脈動(dòng)直流電壓降低時(shí)改變電壓器的電感使正向流動(dòng)的電流增大，所以這也是本發(fā)明的又一目的。
在還有的實(shí)施例中，輸入電流波形整形電路被組成為包括一個(gè)給出表示流過電感器電流的監(jiān)視電壓的電流監(jiān)視器；和一個(gè)提供一個(gè)變化的基準(zhǔn)電壓的電壓監(jiān)視器，此變化的基準(zhǔn)電壓表示來自全波整流器的脈動(dòng)直流電壓，并隨脈動(dòng)直流電壓的降低而升高。設(shè)有一個(gè)比較器對(duì)所監(jiān)視的電壓與變化的基準(zhǔn)電壓作比較，在所監(jiān)視的電壓下降至該基準(zhǔn)電壓時(shí)就送出開始信號(hào)。該比較器被連接到控制器，以便控制器在脈動(dòng)直流電壓下降時(shí)以這樣一種方式響應(yīng)該開始信號(hào)使所述開關(guān)元件較早地導(dǎo)通，即不管脈動(dòng)直流電壓變化的電平在流過電感器的電流降為零后緊接的某一時(shí)間使開關(guān)元件導(dǎo)通。因而，當(dāng)來自整流器的脈動(dòng)直流電壓處于低電平范圍時(shí)就可以在導(dǎo)通區(qū)間的一開始把反向流過電感器的電流量減到最小，從而確保在開關(guān)元件導(dǎo)通期間正向流過的電流量大于反向的，因而這也是本發(fā)明的又一目的。
在其它較佳實(shí)施例中，輸入電流波形整形電路被組成為包括一個(gè)提供指示流過所述電感器所述電流的監(jiān)視電壓的電流監(jiān)視器；和一個(gè)提供變化的第一電壓的電壓監(jiān)視器，該第一電壓表示來自整流器的脈動(dòng)直流電壓，并隨所述脈動(dòng)直流電壓的上升而下降。設(shè)有一比較器對(duì)所監(jiān)視的電壓與一預(yù)先規(guī)定的電平作比較，在流過電感器的電流下降到基本上零值時(shí)即發(fā)出開始信號(hào)。還包括一個(gè)定時(shí)器，它接受來自比較器的開始信號(hào)，并延時(shí)將此開始信號(hào)傳送給控制器，此延時(shí)時(shí)間隨所述第一電壓的升高而縮短，這樣當(dāng)脈動(dòng)直流電壓下降時(shí)控制器就更早地響應(yīng)使開關(guān)元件導(dǎo)通。按照這種設(shè)計(jì)，還可以當(dāng)整流器的脈動(dòng)直流電壓處于低電平范圍時(shí)，把在導(dǎo)通區(qū)間開始時(shí)反向流過電感器的電流量減到最小，藉此確保在開關(guān)元件導(dǎo)通期間內(nèi)正向流過的電流量大于反向的，因而這也是本發(fā)明的又一目的。電流監(jiān)視器可以包括一個(gè)與電感器串聯(lián)連接的電流敏感電阻，作為替換，還可以是一個(gè)與電感器磁耦合的，從而能感應(yīng)出與電感器中流過的電流相對(duì)應(yīng)電壓的次級(jí)繞組。
本發(fā)明這些和其它的目的及優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖對(duì)較佳實(shí)施例的說明將會(huì)變得清楚。
圖1是已有技術(shù)電源的電路圖。
圖2A和2B是描述圖1電源工作的波形圖。
圖3A和3B分別是表示從交流電壓源加至圖1電源中全波整流器的輸入電壓和輸入電流波形的波形圖。
圖4A和4B是表示在圖1電源的修改方案中所預(yù)計(jì)的問題的波形圖。
圖5是另一已有技術(shù)電源的電路圖。
圖6是描述圖5電源工作的波形圖。
圖7A和7B分別是當(dāng)來自全波整流器的脈動(dòng)直流電壓較高和較低時(shí)流過電感器電流的放大波形。
圖7C示出圖5電路中交流電壓源提供給整流器的輸入電流波形。
圖8是本發(fā)明第一實(shí)施例電源的電路圖。
圖9是描述圖8電源工作的波形圖。
圖10示出當(dāng)來自交流電壓源的脈動(dòng)直流電壓較低時(shí)流過圖8電源電感器的電流的放大波形。
圖11是本發(fā)明第二實(shí)施例電源的電路圖。
圖12是描述圖11電源工作的波形圖。
圖13是本發(fā)明第三實(shí)施例電源的電路圖。
圖14是描述圖13電源工作的波形圖。
圖15是第三實(shí)施例修改方案的電路圖。
圖16是本發(fā)明第四實(shí)施例電源的電路圖。
圖17是描述圖16電源工作的波形圖。
圖18是第四實(shí)施例修改方案的電路圖。
圖19是本發(fā)明第五實(shí)施例的電路圖。
圖20是描述圖19電源工作的波形圖。
圖21示出當(dāng)交流電壓源的脈動(dòng)直流電壓較低時(shí)流過圖19電源器的電流的放大波形。
圖22是第五實(shí)施例修改方案的電路圖。
圖23是本發(fā)明第六實(shí)施例電源的電路圖。
圖24是第六實(shí)施例修改方案的電路圖。
圖25是本發(fā)明第七實(shí)施例電源的電路圖。
圖26是描述圖25電路中電感器電感和與該電感器耦合的次級(jí)繞組所流電流的關(guān)系的曲線圖。
圖27是本發(fā)明第八實(shí)施例電源的電路圖。
圖28A和28B分別示出圖27電路中所用的晶體管101的發(fā)射極電壓和基極電流的波形。
圖29是本發(fā)明第九實(shí)施例電源的電路圖。
圖30A和30B分別示出圖29電路中整流器的脈動(dòng)直流電壓的波形和用于確定開關(guān)元件導(dǎo)通時(shí)間的一個(gè)變化閾值電壓的波形。
圖31A和31B分別示出當(dāng)整流器的脈動(dòng)直流電壓較高和較低時(shí)流過圖29電源電感器的電流的放大波形。
圖32是本發(fā)明第十實(shí)施例電源的電路圖。
圖33是就圖32電路描述從電感器所流電流降為零至開關(guān)元件實(shí)際導(dǎo)通這一變化的時(shí)間間隔與整流器脈動(dòng)直流電壓關(guān)系的圖。
圖34A和34B分別示出當(dāng)整流器的脈動(dòng)直流電壓較高和較低時(shí)流過圖32電源電感器的電流的放大波形。
圖35是第十實(shí)施例修改方案的電路圖。
第一實(shí)施例(圖8至圖10)參見圖8，它示出本發(fā)明第一實(shí)施例的電源。此電源包括二極管橋路形式的全波整流器22用于從諸如交流電網(wǎng)之類的交流電壓源21提供一個(gè)脈動(dòng)直流電壓；和一個(gè)由脈動(dòng)直流電壓提供一個(gè)升高的直流電壓的斬波器30。斬波器30包括電感器31、MOS場(chǎng)效應(yīng)管32和平滑電容器34。MOS場(chǎng)效應(yīng)管32與電感器31串聯(lián)跨接在整流器22的兩端，并被一個(gè)控制器40所驅(qū)動(dòng)，并使之交替地導(dǎo)通和截止以提供一個(gè)周期性阻斷的電壓，該電壓經(jīng)一隔離二極管33橫加在平滑電容器34的兩端，向負(fù)載23提供一個(gè)最終的經(jīng)平滑的直流電壓。電容器38是被連接在整流器22兩端的較小電容。負(fù)載23可以包括一個(gè)從電源輸出的直流電壓提供一個(gè)高頻交流電壓以驅(qū)動(dòng)諸如熒光燈之類的放電燈的逆變器。
控制器40與在此之前參考圖5已經(jīng)說明過的已有電源中的控制器基本相同，只是它還包括一個(gè)電流補(bǔ)償器，以產(chǎn)生一個(gè)與來自整流器22的脈動(dòng)直流電壓成正比變化的額外電流Ib。電流補(bǔ)償器包括與定時(shí)電容器47串聯(lián)連接的電阻61和二極管62，以便除了由直流電源45通過晶體管43和44及電阻46所組成的電流反射鏡提供的電流Ia之外還給出額外的電流Ib。因而，來自整流器22的脈動(dòng)直流電壓降低時(shí)，額外電流Ib便減小，從而擴(kuò)展了定時(shí)電容器充電到閾值電壓VTH的持續(xù)時(shí)間，因而增加了MOS場(chǎng)效應(yīng)管32的導(dǎo)通區(qū)間，如圖9所示，結(jié)果如圖10所示，當(dāng)脈動(dòng)電壓處于較低電平時(shí)，MOS場(chǎng)效應(yīng)管32的導(dǎo)通區(qū)間T1被延伸長(zhǎng)至?xí)r刻t2′結(jié)束，而不是在沒有電流補(bǔ)償器的情況下MOS場(chǎng)效應(yīng)管32本該截止的時(shí)刻t2，從而使電流正向流過電感器31的有效持續(xù)時(shí)間T2延長(zhǎng)。由這些圖可知，導(dǎo)通區(qū)間T1是從流過電感器31的電流降為零時(shí)刻起經(jīng)過響應(yīng)延時(shí)ts到達(dá)時(shí)刻t1起開始的，MOS場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通；但這時(shí)按在此之前對(duì)已有技術(shù)的電源所說明的原因，電流就因振蕩而反向流過。因而，即使當(dāng)脈動(dòng)直流電壓下降至這樣一個(gè)低電平，其反向連續(xù)流過電感器31的電流量J1比正向連續(xù)流過的電流量J2大，從而使輸入電流波形失真和功率因數(shù)下降，電流補(bǔ)償器能增加正向流過的電流量J2′，從而建立J1＜J2＋J2′的關(guān)系，使輸入電流波形與輸入電壓波形相符合以獲得改進(jìn)的功率因數(shù)。本實(shí)施例的其他特征與參考圖5說明的已有電源相同。因此沒有必要作完全一樣的說明。進(jìn)一步確定的是，送給比較器50的閾值電壓VTH借助在平滑電容34兩端提供一個(gè)固定電壓的反饋控制而保持在基本恒定的電平上。第二實(shí)施例(圖11和12)圖11描述一個(gè)與第一實(shí)施例相似的本發(fā)明的第二實(shí)施例的電源，不同之處在于，控制器40A被構(gòu)成能根據(jù)來自整流器22A的脈動(dòng)直流電壓去改變比較器50A的閾值電平，以便如第一實(shí)施例那樣，當(dāng)脈動(dòng)直流電壓下降時(shí)使MOS場(chǎng)效應(yīng)管32A的導(dǎo)通區(qū)間延伸。相類似的元件由帶有后綴字母“A”的相似標(biāo)號(hào)標(biāo)注。該控制器40A包括一個(gè)由電阻64、晶體管65及66組成的電流反射鏡形式的電流補(bǔ)償器，它流過一個(gè)波形與來自整流器22A的脈動(dòng)直流電壓相一致的電流Ic。晶體管66使其集電極與比較器50A的反相輸入端連接，來自差分放大器51A的固定電壓Vf也加在此輸入端上，這樣比較器50A就具有如圖12所示的隨著脈動(dòng)直流電壓的上升而下降的閾值電壓VTH，成立VTH＝Vf－Ic×R(電阻64)的關(guān)系。定時(shí)電容器47A由固定的直流電源45A經(jīng)過電阻46A和晶體管43A以及44A所組成的電流反射鏡以固定速率充電。因而，比較器50A在某個(gè)時(shí)刻送出一高電平至雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器41A的復(fù)位輸入端R，該時(shí)刻隨著脈動(dòng)直流電壓的下降就來得遲一些。按此方式，當(dāng)脈動(dòng)直流電壓下降MOS場(chǎng)效應(yīng)管32A的導(dǎo)通區(qū)間T1便延伸，以便使正向流過的電流量J2′增加，從而如圖10所示，即使處于脈動(dòng)直流電壓低電平范圍，上述關(guān)系J1＜J2′也成立。第三實(shí)施例(圖13和圖14)圖13描述一個(gè)與第一實(shí)施例相似的本發(fā)明的第三實(shí)施例的電源，不同之處在于，控制器40B被構(gòu)成能根據(jù)來自整流器22B的脈動(dòng)直流電壓去改變流過由晶體管43B以及44B和電阻46B所組成的電流反射鏡的電流，從而在脈動(dòng)直流電壓較低時(shí)便延長(zhǎng)MOS場(chǎng)效應(yīng)管32B的導(dǎo)通區(qū)間。為便于參考相似的元件由帶后綴字母“B”的相似標(biāo)號(hào)標(biāo)注。電阻68和69組成的電壓分壓器跨接在整流器22B的兩端，將脈動(dòng)直流電壓的分壓送給具有內(nèi)部基準(zhǔn)電壓的電壓檢測(cè)器70。當(dāng)該分壓檢測(cè)出超過基準(zhǔn)電壓時(shí)，該檢測(cè)器70給予一偏置使雙極型晶體管71導(dǎo)通。晶體管71與電阻72串聯(lián)后跨接在電流反射鏡的電阻46B兩端，該電流反射鏡流過來自固定的直流電源45B的電流并對(duì)電容器47B充電。因而，當(dāng)晶體管71被導(dǎo)通而使電阻72與電阻46B并聯(lián)連接時(shí)，電阻72和46B的并聯(lián)使電流反射鏡的電阻減小，藉此使流進(jìn)電容器47B的電流增加。結(jié)果，如圖14所示，當(dāng)檢測(cè)器70檢測(cè)出脈動(dòng)直流電壓上升到臨界電平時(shí)，電容47B在短時(shí)間區(qū)間內(nèi)就充電至比較器50B的閾值電壓VTH。換句話說，當(dāng)脈動(dòng)直流電壓低于臨界電平時(shí)，電容器47B就在一延長(zhǎng)的時(shí)間區(qū)間內(nèi)充電至閾值電壓VTH從而延伸MOS場(chǎng)效應(yīng)管32B的導(dǎo)通區(qū)間。臨界電平設(shè)定為在低脈動(dòng)直流電壓J1≥J2的范圍Tx期間，使導(dǎo)通區(qū)間延長(zhǎng)以增加正向流過的電流量J2′，以成立上面所述的關(guān)系J1＜J2＋J2′。因而，在脈動(dòng)直流電壓的全部時(shí)間內(nèi)J1＜J2＋J2′或J1＜J2成立。
圖15描述一個(gè)與第三實(shí)施例基本相同的第三實(shí)施例的修改方案，不同之處在于電壓檢測(cè)器70C有多個(gè)基準(zhǔn)電壓，根據(jù)來自整流器22C的脈動(dòng)直流電壓的變化電平以分段方式改變電容器47C的充電時(shí)間或MOS場(chǎng)效應(yīng)管32C的導(dǎo)通區(qū)間。相似元件由帶有后綴字母“C”的相似標(biāo)號(hào)標(biāo)注。晶體管71C1至71Cn和電阻72C1至72Cn組成的多個(gè)串聯(lián)組合與電阻46C并聯(lián)連接，晶體管71C1至71Cn則分別使其基極與檢測(cè)器70C連接。電阻68C和69C組成的類似的電壓分壓器跨接在整流器22C的兩端，并向檢測(cè)器70C提供脈動(dòng)直流電壓的分壓。隨該分壓從最低上升至最高基準(zhǔn)電壓，檢測(cè)器70C依次累加地導(dǎo)通晶體管71C1至71Cn，以增加與電阻46C并聯(lián)的電阻71C1至72Cn的個(gè)數(shù)，以便脈動(dòng)直流電壓的上升增加流過電流反射鏡的電流。因而，隨著脈動(dòng)直流電壓的下降以分段方式降低電容器47C的充電速度以延長(zhǎng)MOS場(chǎng)效應(yīng)管32C的導(dǎo)通區(qū)間，從而進(jìn)行更精確的控制，以便對(duì)于一個(gè)脈動(dòng)直流電壓的延續(xù)范圍成立以上關(guān)系J1＜J2＋J2′。第四實(shí)施例(圖16和17)圖16描述一個(gè)與第一實(shí)施例相似的本發(fā)明第四實(shí)施例的電源，其不同之處在于控制器40D被構(gòu)成能根據(jù)來自整流器22D的脈動(dòng)直流電壓去改變比較器50D的閾值電壓VTH，而電容器47D由直流電源45D經(jīng)晶體管43D以及44D和電阻46D所組成的相類似的電流反射鏡以恒定速率充電。相類似的元件由帶后綴字母“D”的相應(yīng)標(biāo)號(hào)標(biāo)注。為此目的，控制器40D包括一個(gè)由電阻68D和69D所組成的電壓分壓器跨接在整流器22D的兩端以提供指示整流器22D脈動(dòng)直流電壓的分壓。此分壓被送給電壓檢測(cè)器70D，在該檢測(cè)器中將該分壓與內(nèi)部基準(zhǔn)電壓作比較，當(dāng)分壓超過基準(zhǔn)電壓或脈動(dòng)直流電壓超過某一臨界電平時(shí)，就送給雙極型晶體管73一偏置信號(hào)。晶體管73與電阻74串聯(lián)跨接在電阻37D的兩端，當(dāng)晶體管73導(dǎo)通，電阻74與電阻37D并聯(lián)使送給差分放大器51D反相輸入端的圖16中A點(diǎn)的電壓下降，進(jìn)而使差分放大器5ID的輸出，即被送給比較器50D的閾值電壓VTH上升。換句話說，當(dāng)脈動(dòng)電壓低于某一臨界電平時(shí)，檢測(cè)器70D便保持晶體管73導(dǎo)通，藉此如圖17所示，保持閾值電壓VTH處于較高電平以得到MOS場(chǎng)效應(yīng)管32D的延長(zhǎng)導(dǎo)通區(qū)間。這樣，如同第三實(shí)施例所實(shí)現(xiàn)的那樣，即使在脈動(dòng)直流電壓的低電平范圍Tx期間，在此期間預(yù)計(jì)到J1≥J2，控制器40D增加J2′量，從而確保J1＜J2＋J2′關(guān)系，以改進(jìn)功率因數(shù)。
圖18描述了一個(gè)與第四實(shí)施例基本相同的第四實(shí)施例的修改方案，其不同之處在于電壓檢測(cè)器70E具有多個(gè)基準(zhǔn)電壓，根據(jù)來自整流器22E的脈動(dòng)直流電壓的變化電平以分段方式改變比較器50E的閾值電壓VTH，來改變電容器47E的充電時(shí)間或MOS場(chǎng)效應(yīng)管32E的導(dǎo)通區(qū)間。相應(yīng)元件由帶有后綴字母“E”的相應(yīng)標(biāo)號(hào)標(biāo)注。晶體管73E1至73En和電阻74E1至74En所組成的多個(gè)串聯(lián)組合與電阻37E并聯(lián)連接，而晶體管74E1至74En分別使其基極與檢測(cè)器70E連接。電阻68E和69E所組成的類似的電壓分壓器跨接在整流器22E的兩端，并向檢測(cè)器70E提供脈動(dòng)直流電壓的分壓。隨著該分壓從最高下降到最低基準(zhǔn)電壓，檢測(cè)器70E依次累加地導(dǎo)通晶體管73E1至73En，以便增加與電阻37E并聯(lián)組合的電阻74E1至74En的個(gè)數(shù)，隨脈動(dòng)直流電壓的下降使送給差分放大器51E反相輸入端的圖18A點(diǎn)的電壓下降。換句話說，電容器47E在分段方式增加的時(shí)間間隔內(nèi)被充電至閾值電平VTH，以便隨脈動(dòng)直流電壓的下降相應(yīng)地延長(zhǎng)MOS場(chǎng)效應(yīng)管32E的導(dǎo)通區(qū)間，從而進(jìn)行更精確的控制，以便對(duì)于脈動(dòng)直流電壓的延長(zhǎng)范圍建立上述關(guān)系J1＜J2＋J2′。第五實(shí)施例(圖9和12)圖19描述一個(gè)與第一實(shí)施例相似的本發(fā)明第五實(shí)施例的電源，不同之處在于包括一電流補(bǔ)償器，它以這樣一種方式去改變斬波器的電感，即當(dāng)整流器22的脈動(dòng)直流電壓處于低電平范圍時(shí)增加正向流過電感的電流。相應(yīng)元件由帶有后綴字母“F”的相應(yīng)標(biāo)號(hào)標(biāo)注。在此實(shí)施例中，由于定時(shí)電容器47F由固定的直流電源45F充電一恒定時(shí)間達(dá)到基本上保持為恒定電平的閾值電壓，因而雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器41F以一個(gè)恒定的導(dǎo)通區(qū)間去控制MOS場(chǎng)效應(yīng)管32F的導(dǎo)通和截止。補(bǔ)償器包括一個(gè)與第一電感器31F串聯(lián)連接的附加電感器81；跨接在附加電感器81兩端的旁路開關(guān)82；一個(gè)由電阻68F和69F所組成的電壓分壓器跨接在整流器22F兩端提供指示脈動(dòng)直流電壓的分壓；對(duì)分壓與直流電源83的基準(zhǔn)電壓作比較的檢測(cè)器70F，當(dāng)分壓低于該基準(zhǔn)電壓以表明脈動(dòng)直流電壓低于臨界電壓時(shí)它送出一個(gè)觸發(fā)信號(hào)。在沒有觸發(fā)信號(hào)或脈動(dòng)直流電壓高于臨界電平時(shí)，附加電感器81與第一電感器31F保持串聯(lián)連接，當(dāng)向電感存儲(chǔ)能量時(shí)流過斬波電路一個(gè)斜率由下述關(guān)系dI/dt＝VIN/(L1＋L2)表示的電流I，當(dāng)由該電感釋放能量時(shí)則電流的斜率dI/dt＝(VOUT－VIN)/(L1＋L2)，其中VIN是輸入斬波器的輸入電壓，VOUT是斬波器的輸出電壓，L1是第一電感器31F的電感，L2是附加電感器81的電感。相反，因?yàn)樵趫D20所示的Tx范圍內(nèi)脈動(dòng)直流電壓低于臨界電平而發(fā)出觸發(fā)信號(hào)，啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)器84使旁路開關(guān)82閉合時(shí)，附加電壓器81就與電路斷開，由向電感儲(chǔ)能時(shí)的關(guān)系式dI/dt＝VIN/L1和釋放能量時(shí)的關(guān)系式dI/dt＝(VOUT－VIN)/L1可知電感減小。從而使得流過電感器31F的電流增加，如圖21所示，即使在脈動(dòng)直流電壓低電平Tx范圍，如圖21中的虛線所示可能為J1≥J2的場(chǎng)合，也能成立J1＜J2的關(guān)系。
圖22描述一個(gè)與圖21的第五實(shí)施例基本相同的第五實(shí)施例的修改方案，不同之處在于有多個(gè)附加電感器81G1至81Gn與第一電感器31G串聯(lián)連接，相應(yīng)個(gè)數(shù)的旁路開關(guān)82G1至82Gn分別跨接在各個(gè)附加電感器81G1至81Gn兩端。還設(shè)有相應(yīng)個(gè)數(shù)的檢測(cè)器70G1至70Gn，在其同相輸入端接收來自各個(gè)直流電源83G1至83Gn的不同基準(zhǔn)電壓。由電阻68G和69G所組成的類似的電壓分壓器向檢測(cè)器70G1至70Gn反相輸入端共同提供指示脈動(dòng)直流電壓的分壓，以便檢測(cè)器當(dāng)整流器22G的脈動(dòng)直流電壓下降時(shí)發(fā)生響應(yīng)順序地將旁路開關(guān)82G1至82Gn閉合，藉此以分段方式減小斬波器的電感，使流過斬波器電感的電流增加。結(jié)果，可以在輸入直流電壓的較寬范圍上進(jìn)行更為精確的控制而建立上述關(guān)系J1＜J2，不受來自交流電壓源21C的輸入電流中的諧波的影響，以便得到被進(jìn)一步改進(jìn)的功率因數(shù)。第六實(shí)施例(圖23)圖23描述一個(gè)與第五實(shí)施例相似的本發(fā)明第六實(shí)施例的電源，它揭示了一種根據(jù)來自整流器22H的脈動(dòng)直流電壓來改變斬波器電感的不同結(jié)構(gòu)的電流補(bǔ)償器。相應(yīng)元件由帶有后綴字母“H”的相應(yīng)符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)。在本實(shí)施例中，隨著定時(shí)電容器47K由一個(gè)固定的直流電源45H充電一恒定時(shí)間至基本保持恒定電平的閾值電壓VTH，雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器41H以一個(gè)恒定的導(dǎo)通區(qū)間控制MOS場(chǎng)效應(yīng)管32H的導(dǎo)通和截止時(shí)間。該補(bǔ)償器包括由附加電感器81H和MOS場(chǎng)效應(yīng)管86組成的串聯(lián)對(duì)，與第一電感器31H和MOS場(chǎng)效應(yīng)器32H所組成的串聯(lián)對(duì)并聯(lián)連接在整流器22H的兩端；由電阻68H和69H組成的電壓分壓器提供指示脈動(dòng)直流電壓的分壓；對(duì)分壓與來自直流電源83H的基準(zhǔn)電壓作比較的檢測(cè)器70H，當(dāng)分壓下降至基準(zhǔn)電壓，即表明脈動(dòng)直流電壓小于預(yù)先規(guī)定的電壓時(shí)給出一個(gè)觸發(fā)信號(hào)?？刂破?0H的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器41H使其輸出端Q經(jīng)一選擇器87與第一MOS場(chǎng)效應(yīng)管32H和附加MOS場(chǎng)效應(yīng)管86H的柵極連接，以選擇性地使MOS場(chǎng)效應(yīng)管的其中之一導(dǎo)通和截止。在沒有觸發(fā)信號(hào)送至選擇器87的情況下，雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器41H使得附加MOS場(chǎng)效應(yīng)管86導(dǎo)通和載止，以便第一和附加電感器31H和81H一同存儲(chǔ)和釋放能量，而且流過相應(yīng)值的電流。相反，為響應(yīng)脈動(dòng)直流電壓小于臨界電平而送出觸發(fā)信號(hào)時(shí)，僅有第一MOS場(chǎng)效應(yīng)管32H起動(dòng)使第一電感器31H單獨(dú)起作用以存儲(chǔ)和釋放能量，藉此使流過電感器31H的電流增加。因而，本實(shí)施例中通過對(duì)電感器的電感加以合適的選擇，而可以在脈動(dòng)直流電壓的全部范圍上建立上面的關(guān)系J1＜J2。
圖24描述一個(gè)與第六實(shí)施例基本相同的第六實(shí)施例的修改方案，不同之處在于電路中包括由附加電感器81J1至81Jn和MOS場(chǎng)效應(yīng)管86J1至86Jn所組成的多個(gè)串聯(lián)組合，各組與第一電感器31J和MOS場(chǎng)效應(yīng)管32J所組成的串聯(lián)組合并聯(lián)連接在整流器22J的兩端。選擇器87J介于第一以及附加MOS場(chǎng)效應(yīng)管的柵極和雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器41J的輸出端Q之間，由雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器41J以控制方式有選擇地使MOS場(chǎng)效應(yīng)管的其中之一導(dǎo)通和截止。設(shè)有由電阻68J和69J所組成的相應(yīng)的電壓分壓器以給出指示來自整流器22J的脈動(dòng)直流電壓的分壓。檢測(cè)器70J將此分壓與多個(gè)內(nèi)部基準(zhǔn)電平作比較，提供與分壓的電平相對(duì)應(yīng)的觸發(fā)信號(hào)來有選擇地使MOS場(chǎng)效應(yīng)管的其中之一導(dǎo)通，這樣隨著脈動(dòng)直流電壓的下降，用于存儲(chǔ)和釋放能量的電感器的個(gè)數(shù)減少，藉此以分段方式使流過斬波器的電流增加。因而如同圖22的電路，可以在輸入直流電壓的較寬范圍上進(jìn)行更為精確的控制使上述關(guān)系J1＜J2成立，免遭交流電壓源21J的輸入電流中諧波的影響，從而獲得進(jìn)一步改進(jìn)的功率因數(shù)。第七實(shí)施例(圖25)圖25描述一個(gè)與第一實(shí)施例相似的本發(fā)明第七實(shí)施例的電源，不同之處在于設(shè)有一電流補(bǔ)償器，它根據(jù)來自整流器22K的脈動(dòng)直流電壓改變電感器31K的電感或流過該電感器的電流。相應(yīng)元件由帶有后綴字母“K”的相應(yīng)標(biāo)號(hào)標(biāo)注。在此實(shí)施例中，隨著定時(shí)電容器47K由一固定的直流電源45K在一恒定的時(shí)間內(nèi)充電至基本保持為恒定電平的閾值電平VTH，雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器41K以一個(gè)恒定的導(dǎo)通區(qū)間控制MOS場(chǎng)效應(yīng)器32K的導(dǎo)通和截止。本實(shí)施例采用的電感器31K是飽和式電感器，如圖26所示，在直流電流從I1到I2的較寬范圍顯示出隨著流過耦合的次級(jí)繞組91中的直流電流的增加其電感大體上線性的關(guān)系下降的特性。次級(jí)繞組91與固定的直流電源92、可變電阻93、和開關(guān)94連接形成一個(gè)由開關(guān)94打開和閉合的電路回路。由電阻68K和69K所組成的相應(yīng)電壓分壓器向檢測(cè)器70K提供指示脈動(dòng)直流電壓的分壓，該檢測(cè)器70K在脈動(dòng)直流電壓低于臨界電平時(shí)產(chǎn)生響應(yīng)使開關(guān)94閉合，藉此使電流流過次級(jí)繞組91以減小電感器31K的電感，從而使流過電感器31K的電流增加。按此設(shè)計(jì)，即使處于脈動(dòng)直流電壓的低電平范圍內(nèi)，如圖21中的虛線所示本來可能J1≥J2，也可以按圖21中所示相類似方式使流過電感器31K的電流量增加。圖25中雖未圖示，通過采用一個(gè)或多個(gè)附加次級(jí)繞組，根據(jù)脈動(dòng)直流電壓的不同電平有選擇地使之通電以改變電感器31K的電感，從而可以進(jìn)行更為精確的控制。第八實(shí)施例(圖27、28A和28B)圖27描述一個(gè)與圖25中的第七實(shí)施例相似的本發(fā)明第八實(shí)施例的電源，不同之處在于電流補(bǔ)償器利用圖26所示的特性工作，去連續(xù)地改變流過次級(jí)繞組91L的直流電流，從而連續(xù)地改變電感器31L的電感。為此，次級(jí)繞組91L與直流電源92L和雙極型晶體管101連接形成一個(gè)閉合回路，晶體管101的集電極經(jīng)電阻102和次級(jí)繞組91L與直流電源92L的正極連接，晶體管101的發(fā)射極經(jīng)電阻103與直流電源92L的負(fù)極連接。晶體管101的基極經(jīng)電阻104與另一個(gè)直流電源105連接，由此得到一個(gè)偏置。晶體管101的發(fā)射極經(jīng)過一個(gè)電阻106與整流器22L連接，從而獲得一個(gè)與脈動(dòng)電壓一致的發(fā)射極電壓Ve，如圖28A所示，這樣晶體管101接收一個(gè)基極電流，該基極電流是直流電流減去脈動(dòng)電流，如圖28B所示。因而，在晶體管101的控制下，隨著脈動(dòng)直流電流的增加，使得流過次級(jí)繞組91L的電流增加，進(jìn)而使電感器31L的電感減小，流過電感器31L的電流增加。因而，在脈動(dòng)直流電壓的整個(gè)范圍上可以進(jìn)行精確的控制，在MOS場(chǎng)效應(yīng)管32L的導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)以上關(guān)系J1＜J2始終成立，從而達(dá)到改善功率因數(shù)的目的。第九實(shí)施例(圖20、30、31A和31B)圖29描述一個(gè)與第一實(shí)施例相似的本發(fā)明第九實(shí)施例的電源，不同之處在于控制器40M的運(yùn)行情況，它是響應(yīng)電感器31M所流的電流下降改變雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器41M導(dǎo)通MOS場(chǎng)效應(yīng)管32M的時(shí)間。相應(yīng)元件由帶后綴字母“M”的相應(yīng)標(biāo)號(hào)標(biāo)注。在本實(shí)施例中，隨著定時(shí)電容器47M由固定直流電源45M充電一恒定時(shí)間達(dá)到基本保持在恒定電平的閾值電壓，雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器41M以一恒定的導(dǎo)通區(qū)間控制MOS場(chǎng)效應(yīng)管32M的導(dǎo)能和截止?？刂破?0M包括一個(gè)比較器形式的電流傳感器42M，在其反相輸入端接收在電流敏感電阻35M兩端建立起來的電壓作為流過電感器31M電流的指示。比較器42M使其同相輸入端經(jīng)過電阻111與來自直流電源45M的固定電壓相連接，還與由電阻112、晶體管113以及114所組成的電流反射鏡連接。流過被連接在電路中的電流反向鏡的電流是Ic，其波形與來自整流器22M的脈動(dòng)直流電壓相對(duì)應(yīng)。晶體管114使其集電極與比較器42M的同相輸入端連接，來自直流電源45M的電流也被送給比較器42M的同相輸入端，這樣比較器42M具有一個(gè)隨脈動(dòng)直流電壓的下降而上升的閾值電壓Vz，如圖30B所示。因而，當(dāng)脈動(dòng)直流電壓高于某一電平時(shí)，來自電感器31M的釋放電流以某個(gè)相當(dāng)?shù)偷男甭氏陆?，如圖3A所示。將此情況與脈動(dòng)直流電壓低于上述電平時(shí)，如圖31B所示來自電感器31M的釋放電流以較高斜率下降的情況相比，比較器42M具有一個(gè)更低的閾值電壓Vz。當(dāng)感知出電流下降到閾值電壓Vz時(shí)，比較器42M就產(chǎn)生響應(yīng)發(fā)出一開始信號(hào)送到雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器41M的置位輸入端S從而導(dǎo)通MOS場(chǎng)效應(yīng)管32M。按照電流下降至閾值電壓Vz的某一時(shí)刻到MOS場(chǎng)效應(yīng)管32M實(shí)際導(dǎo)通的某一時(shí)刻電路所固有的響應(yīng)延時(shí)tS，對(duì)閾值電壓Vz加以選擇，以便甚至在脈動(dòng)直流電壓底部的情況下，在電感器基本上完全釋放能量之后，當(dāng)電流反向流動(dòng)時(shí)使MOS場(chǎng)效應(yīng)管32M仍能導(dǎo)通，如圖31B所示。由于閾值電壓Vz隨脈動(dòng)直流電壓的上升而下降，從而在脈動(dòng)直流電壓的整個(gè)范圍內(nèi)確保MOS場(chǎng)效應(yīng)管32M總是在電流反向流動(dòng)的時(shí)刻t1導(dǎo)通。由圖31B可知，它示出脈動(dòng)直流電壓最小的情況，閾值電壓Vz被提高，盡管有一恒定的響應(yīng)延時(shí)tS但仍使MOS場(chǎng)效應(yīng)管32M的導(dǎo)通時(shí)間有所提前，因而在恒定的導(dǎo)通區(qū)間T1內(nèi)反向流過電感器31M的電流量下降而正向流過的電流量上升，因而，MOS場(chǎng)效應(yīng)管32M假如在如圖31A所示脈動(dòng)直流電壓為其峰值情況下的相同時(shí)間被導(dǎo)通的話，就會(huì)如圖31B中虛線所示，結(jié)果為J1≥J2；相反情況下即使為低脈動(dòng)直流電壓，也能使上述關(guān)系J1＜J2成立。第十實(shí)施例(圖32、33、34A和34B)圖32描述一個(gè)與第九實(shí)施例相似的本發(fā)明第十實(shí)施例的電源，不同之處在于包括一個(gè)定時(shí)器，自電流傳感器42檢測(cè)到流過電感器31N的電流減小到0那時(shí)起該定時(shí)器使MOS場(chǎng)效應(yīng)管32N導(dǎo)通一段變化的時(shí)間間隔。相應(yīng)元件由帶后綴字母“N”的相應(yīng)標(biāo)號(hào)標(biāo)注。電流傳感器42N從直流電源121得到一固定的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)來自電流傳感器35N的電壓減少到基準(zhǔn)電壓，即表示流過電感器31N的電流減小到零時(shí)便產(chǎn)生一個(gè)高電平輸出。定時(shí)器包括一個(gè)連接著的電容器31由傳感器42N的輸出經(jīng)電阻132，和由電阻112N、晶體管113N以及114N所組成的相類似電流反射鏡加以充電。電流反射鏡被連接在電路中，流過電流反射鏡的電流是Ic，其波形與來自整流器22N的脈動(dòng)直流電壓相對(duì)應(yīng)。晶體管114N使其集電極與電容器131和電阻132之間的接點(diǎn)連接，從而隨脈動(dòng)直流電壓的下降，由此將電流Ic拉到較小的程度。這樣，如圖33所示，當(dāng)脈動(dòng)直流電壓較高時(shí)，雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器41N就接收一輸出Va，輸出Va在一較長(zhǎng)時(shí)間間隔tH內(nèi)逐漸上升達(dá)到置位輸入端S的閾值電平，而當(dāng)脈動(dòng)直流電壓較低時(shí)，輸出Vb在一較短時(shí)間間隔tL內(nèi)迅速達(dá)到置位輸入端S的閾值電平。這意味著隨著脈動(dòng)直流電壓的下降，開始信號(hào)被較早地送給雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器41，從而加快MOS場(chǎng)效應(yīng)管32N的導(dǎo)通。因而，如圖34A和34B所示，當(dāng)脈動(dòng)直流電壓在低電平范圍(圖34B)而非高電平范圍(圖34A)時(shí)，響應(yīng)延時(shí)TD可以縮短，這樣，即使直流電壓處于低電平范圍時(shí)，也可以如圖34中實(shí)線所示，使正向流過的電流量J1減小反向流過的電流量J2增加，以滿足上面所述的關(guān)系J1＜J2。否則，在脈沖直流電壓處于高電平范圍時(shí)，假如在流過電感器31N的電流減小到零之后以相同的延時(shí)TD使MOS場(chǎng)效應(yīng)管32N導(dǎo)通的話，就會(huì)產(chǎn)生J1≥J2的關(guān)系，如圖34B中虛線所示。在此方式下，在脈動(dòng)直流電壓的整個(gè)范圍內(nèi)建立J1＜J2關(guān)系，從而消除輸入電流中不希望的諧波以改進(jìn)電源的功率因數(shù)。
圖35描述第十實(shí)施例的修改方案，不同之處僅在于是利用與電感器31P耦合的次級(jí)繞組141來代替利用電流敏感電阻，在電流傳感器42P處感知流過電感器31P的電流。即，次級(jí)繞組141感應(yīng)產(chǎn)生與流過電感器31P的電流成正比的電流，從而經(jīng)過電阻142和二極管143給出相應(yīng)的電壓并送至電流傳感器42P，作為對(duì)流過電感器31P的電流的指示。其他電路的組成及工作均與第十實(shí)施例相同。這里請(qǐng)注意，利用次級(jí)繞組141進(jìn)行電流檢測(cè)的方案可以等效地應(yīng)用于前面一個(gè)或多個(gè)適用的實(shí)施例和修改方案中。
權(quán)利要求
1.一種電源包括一個(gè)交流電源；一個(gè)全波整器，與所述交流電源相連，由所述交流電源提供一個(gè)經(jīng)整流的脈動(dòng)直流電壓；一個(gè)斬波器，包括與一個(gè)電感器串聯(lián)跨接在所述整流器兩端的一個(gè)開關(guān)元件，所述開關(guān)元件被驅(qū)動(dòng)而導(dǎo)通和截止，提供一周期性阻斷的電壓，該電壓經(jīng)一個(gè)隔離二極管加在平滑電容器的兩端，產(chǎn)生經(jīng)平滑的直流電壓來驅(qū)動(dòng)負(fù)載，借助正向流過所述電感器電流，所述電感器存儲(chǔ)來自所述整流器的能量以響應(yīng)所述開關(guān)元件的導(dǎo)通，釋放所述能量以響應(yīng)所述開關(guān)元件的截止，所述電感器與所述斬波器中固有的寄生電容一同形成一個(gè)振蕩電路，該電路允許所述電流沿與所述正向相反的負(fù)向流過所述電感器；電流檢測(cè)裝置，它檢測(cè)流過所述電感器的所述電流，當(dāng)所述電流一下降到某個(gè)值時(shí)即發(fā)出一個(gè)開始信號(hào)；一個(gè)控制器，它響應(yīng)所述開始信號(hào)在所述電流沿所述負(fù)向流過時(shí)導(dǎo)通所述開關(guān)元件，在一個(gè)預(yù)定的導(dǎo)通區(qū)間之后隨即使所述開關(guān)元件截止，以便從所述電感器釋放所述電流，由此使所述電流在所述導(dǎo)通區(qū)間內(nèi)先沿負(fù)向流過再沿正向流過所述電感器；所述電源其特征在于包括輸入電流波形整形裝置，它建立這樣一種關(guān)系，即在第一時(shí)間周期內(nèi)發(fā)生的沿所述負(fù)向連續(xù)流過所述電感器的電流總和總是小于在與所述第一時(shí)間周期緊緊相鄰的第二時(shí)間周期內(nèi)發(fā)生的沿正向連續(xù)流過所述電感器的電流總和。
2.如權(quán)利要求1所述的電源，其特征在于所述輸入電流波形整形裝置建立一種關(guān)系，即在每次所述開關(guān)元件的所述導(dǎo)通區(qū)間內(nèi)，所述開關(guān)元件導(dǎo)通后即發(fā)生的沿所述負(fù)向連續(xù)流過所述電感器的電流總和總是小于此后隨即發(fā)生的沿正向連續(xù)流過所述電感器的電流總和。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電源，其特征在于所述電流波形整形裝置以這樣一種方式使所述開關(guān)元件工作，即所述導(dǎo)通區(qū)間隨來自所述整流器的所述脈動(dòng)直流電壓的電平變低而變大。
4.如權(quán)利要求3所述的的電源，其特征在于所述輸入電流波形整形裝置包括一個(gè)定時(shí)電容器，與所述全波整流器連接，根據(jù)所述脈動(dòng)直流電壓的變化電平以不同的速率由來自所述整流器的所述脈動(dòng)直流電壓充電；一個(gè)比較器，將在所述定時(shí)電容器兩端建立起來的電壓與閾值電壓作比較，在所述電容器的電壓達(dá)到所述閾值電壓時(shí)發(fā)出一個(gè)結(jié)束信號(hào)，這樣所述結(jié)束信號(hào)的發(fā)送隨著所述脈動(dòng)直流電壓的電平變低而推遲。所述控制器響應(yīng)所述結(jié)束信號(hào)使所述開關(guān)元件截止，由此隨所述脈動(dòng)直流電壓的電平下降而延伸所述導(dǎo)通區(qū)間。
5.如權(quán)利要求3所述的電源，其特征在于所述輸入電流波形整形裝置包括一個(gè)定時(shí)電容器，與一輔助直流電源連接，由此以一個(gè)基本不變的速率對(duì)它充電；一個(gè)電壓監(jiān)視器，監(jiān)視所述脈動(dòng)直流電壓，以給出與所述脈動(dòng)直流電壓成反比例變化的閾值電壓；一個(gè)比較器，將在所述定時(shí)電容器兩端建立起來的電壓與所述變化的閾值電壓作比較，在所述電容器的電壓達(dá)到所述閾值電壓時(shí)發(fā)出一個(gè)結(jié)束信號(hào)，這樣所述結(jié)束信號(hào)的發(fā)送隨著所述脈動(dòng)直流電壓的電平變低而推遲。所述控制器響應(yīng)所述結(jié)束信號(hào)使所述開關(guān)元件截止，由此隨所述脈動(dòng)直流電壓的電平下降而延伸所述導(dǎo)通區(qū)間。
6.如權(quán)利要求1所述的電源，其特征在于所述輸入電流波形整形裝置包括；至少一個(gè)與所述第一電感器串聯(lián)連接的附加電感器；一個(gè)跨接在所述附加電感器兩端的旁路開關(guān)；一個(gè)電壓監(jiān)視器，與所述全波整流器連接給出一個(gè)指示所述脈動(dòng)直流電壓的監(jiān)視電壓；比較器裝置，將所述監(jiān)視電壓與一個(gè)預(yù)定的基準(zhǔn)電壓作比較，在所述監(jiān)視電壓下降到所述基準(zhǔn)電壓時(shí)產(chǎn)生一個(gè)分流信號(hào)，所述分流信號(hào)啟動(dòng)并閉合所述旁路開關(guān)以斷開所述附加電感器，由此減小所述斬波器的電感，從而在所述開關(guān)元件的導(dǎo)通區(qū)間內(nèi)增加正向流過所述第一電感器的電流。
7.如權(quán)利要求6所述的電源，其特征在于有多個(gè)所述附加電感器與所述第一電感器串聯(lián)連接，并有相應(yīng)數(shù)量的旁路開關(guān)分別跨接在所述附加電感器的兩端；所述比較器裝置具有多個(gè)不同電平的基準(zhǔn)電壓，在所述監(jiān)視電壓降到所述基準(zhǔn)電壓時(shí)就分別提供相應(yīng)數(shù)量的所述分流信號(hào)，每個(gè)所述分流信號(hào)啟動(dòng)并閉合所述旁路開關(guān)中相對(duì)應(yīng)的那個(gè)，由此隨所述脈動(dòng)直流電壓的下降以分段方式減小所述斬波器的電感。
8.如權(quán)利要求1所述的電源，其特征在于所述輸入電流波形整形裝置包括至少一個(gè)與所述第一電感器串聯(lián)連接的附加電感器；附加開關(guān)元件與所述附加電感器串聯(lián)，再與跨接在所述全波整流器兩端的所述第一開關(guān)元件并聯(lián)；一個(gè)電壓監(jiān)視器，與所述全波整流器連接給出指示所述脈動(dòng)直流電壓的監(jiān)視電壓；連接一個(gè)選擇器以便有選擇地使所述第一和附加開關(guān)元件中的某一個(gè)啟動(dòng)；一個(gè)選擇器的控制器，根據(jù)所述監(jiān)視電壓的電平起動(dòng)所述選擇器，以便有選擇地使所述第一和附加開關(guān)元件中的一個(gè)啟動(dòng)，按這樣的方式使所述第一和附加電感器的一個(gè)專用于存儲(chǔ)能量，以便減小所述斬波器的電感，從而隨所述監(jiān)視電壓的減小而增大流過該電感器的所述電流。
9.如權(quán)利要求8所述的電源，其特征在于有多個(gè)所述附加電感器與所述第一電感器串聯(lián)連接，相應(yīng)數(shù)量的附加開關(guān)元件每一個(gè)先與各自的那個(gè)所述附加電感器串聯(lián)再與所述第一開關(guān)元件并聯(lián)連接。
10.如權(quán)利要求1所述的電源，其特征在于所述輸入電流波形整形裝置包括一個(gè)電壓監(jiān)視器，與所述全波整流器連接以給出指示所述脈動(dòng)直流電壓的監(jiān)視電壓；調(diào)節(jié)裝置，以這樣一種方式調(diào)節(jié)所述電感器的電感，即隨著所述監(jiān)視電壓的下降，在所述開關(guān)元件的導(dǎo)通區(qū)間內(nèi)增大沿所述正向流過的電流。
11.如權(quán)利要求10所述的電源，其特征在于所述電感器是一個(gè)與次級(jí)繞組磁耦合的飽和式電感器，所述次級(jí)繞組被連接進(jìn)由輔助直流電壓源、電阻、和開關(guān)所組成的串聯(lián)電路回路；所述開關(guān)被閉合以響應(yīng)所述監(jiān)視電壓下降到預(yù)定電平使電流流過所述次級(jí)繞組以減小所述電感器的電感，否則便打開使所述次級(jí)繞組與所述輔助直流電壓源斷開。
12.如權(quán)利要求10所述的電源，其特征在于所述電感器是一個(gè)與次級(jí)繞組磁耦合的飽和式電感器，所述次級(jí)繞組與輔助直流電壓源、電阻器、和雙極型晶體管串聯(lián)連接，被連接的所述晶體管在其發(fā)射極接收所述全波整流器的所述監(jiān)視電壓，隨所述監(jiān)視電壓變低，使得電流以連續(xù)增加的方式從所述輔助直流電壓源流過所述次級(jí)繞組，由此在所述開關(guān)元件的導(dǎo)通區(qū)間內(nèi)減小所述電感器的電感，以增大沿所述正向流過電感器的所述電流。
13.如權(quán)利要求1或2所述的電源，其特征在于所述輸入電流波形整形裝置包括一個(gè)電流監(jiān)視器，它提供一個(gè)指示流過所述電感器的所述電流的監(jiān)視電壓；一個(gè)電壓監(jiān)視器，它提供一個(gè)變化的基準(zhǔn)電壓，該變化的基準(zhǔn)電壓指示所述全波整流器的所述脈動(dòng)直流電壓，且隨著所述脈動(dòng)直流電壓的下降而升高；一個(gè)比較器，將所述監(jiān)視電壓與所述變化的基準(zhǔn)電壓作比較，在所述監(jiān)視電壓下降到所述基準(zhǔn)電壓時(shí)就發(fā)出所述開始信號(hào)；所述控制器隨所述脈動(dòng)直流電壓的下降響應(yīng)所述開始信號(hào)以這樣一種方式使所述開關(guān)元件提前導(dǎo)通，即不論所述脈動(dòng)直流電壓的變化電平，在流過所述電感器的所述電流降為零的時(shí)刻之后，緊接著使所述開關(guān)元件導(dǎo)通。
14.如權(quán)利要求1或2所述的電源，其特征在于所述輸入電流波形整形裝置包括一個(gè)電流監(jiān)視器，提供一個(gè)指示流過所述電感器的所述電流的監(jiān)視電壓；一個(gè)電壓監(jiān)視器，提供一個(gè)變化的第一電壓，該第一電壓指示所述全波整流器的所述脈動(dòng)直流電壓，且隨著所述脈動(dòng)直流電壓的上升而降低；一個(gè)比較器，將所述監(jiān)視電壓與一個(gè)預(yù)定電平作比較，當(dāng)流過所述電感器的所述電流降至基本上零時(shí)發(fā)出所述開始信號(hào)；定時(shí)裝置，接收來自所述比較器的所述開始信號(hào)，并且以延時(shí)時(shí)間隨所述第一電壓的升高而縮短的延時(shí)方式將所述開始信號(hào)傳送至所述控制器，這樣，所述控制便隨所述脈動(dòng)直流電壓的下降而產(chǎn)生響應(yīng)，使所述開關(guān)元件提前導(dǎo)通。
15.如權(quán)利要求13和14所述的電源，其特征在于還進(jìn)一步包括一個(gè)與所述電感器相耦合的次級(jí)繞組，以產(chǎn)生一個(gè)表示流過所述電感器電流的感應(yīng)電壓，所述感應(yīng)電壓被送到所述比較器。
全文摘要
本發(fā)明的電源中，電感器與斬波器中固有的寄生電容一同形成振蕩電路，該電路造成電流負(fù)向流過電感器?？刂破髟陔娏髫?fù)向流過時(shí)導(dǎo)通晶體管，在預(yù)定的導(dǎo)通區(qū)間之后接著使晶體管截止，以便釋放來自電感器的電流，因而使得電流在導(dǎo)通區(qū)間內(nèi)先負(fù)向然后再正向流過電感器。設(shè)有輸入電流波形整形電路，以便對(duì)每個(gè)導(dǎo)通區(qū)間都建立一種關(guān)系，即晶體管導(dǎo)通之后隨即發(fā)生的連續(xù)負(fù)向流過電感器的電流總量總是小于接著正向流過電感器的電流總量。
文檔編號(hào)H02M1/08GK1118120SQ9311766
公開日1996年3月6日 申請(qǐng)日期1993年9月10日 優(yōu)先權(quán)日1992年11月20日
發(fā)明者山內(nèi)得志, 山中正弘, 西本和弘, 山中幸男 申請(qǐng)人:松下電工株式會(huì)社