專利名稱：具有可變啟動(dòng)頻率電路的開(kāi)關(guān)型電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有控制裝置的開(kāi)關(guān)型電源(SMPS)，此控制裝置包括產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)的振蕩器。
用在Thomson Chassis TX91(亞洲)中的一個(gè)公知的此類電路如

圖1所示。市電電壓源連接到全波橋式整流器DP1，產(chǎn)生整流電壓V1，再經(jīng)電容器C7平滑。開(kāi)關(guān)型電源還包括變壓器LP3，它具有初級(jí)繞組W1，反饋繞組W2及次級(jí)繞組W3和W4。電壓V1串接到初級(jí)繞組W1和開(kāi)關(guān)晶體管T1。
包括產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)的振蕩器OS的控制裝置IP1在其輸出端14提供驅(qū)動(dòng)電壓V2以驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)晶體管T1。振蕩器OS的振蕩頻率能由電阻器R13和電容器C26調(diào)整。在1994年SGS-湯姆森微電子學(xué)目錄第1/9至9/9頁(yè)中所描述的集成電路，如TEA2261可用作控制裝置IP1。
在接通市電電源后，為了安全啟動(dòng)，控制裝置IP1提供軟啟動(dòng)。這可由電阻器R5緩慢給電容器C14充電來(lái)實(shí)現(xiàn)，電容器C14具有大容量，它在15和16腳為集成電路IP1提供必需的功率。
此外，開(kāi)關(guān)型電源以低振蕩頻率啟動(dòng)以避免在開(kāi)關(guān)晶體管T1中的電流聚集。在一個(gè)新的傳導(dǎo)周期開(kāi)始前，當(dāng)存貯在初級(jí)電感中的能量沒(méi)有完全轉(zhuǎn)移到次級(jí)側(cè)時(shí)會(huì)出現(xiàn)電流聚集。這將導(dǎo)致以連續(xù)方式工作，因而，開(kāi)關(guān)晶體管T1會(huì)離開(kāi)其安全工作區(qū)。為了降低啟動(dòng)期間的振蕩頻率，開(kāi)關(guān)型電源包括相串聯(lián)的電阻器R51和二極管D9，它們連接電容器C26與電容器C12，電容器C12由反饋繞組W2充電。當(dāng)SMPS接通時(shí)，電容器C12起初沒(méi)有充電。因此，二極管D9將電容器C26與電容器C12斷開(kāi)。此時(shí)，工作頻率由R13和C26固定，這是一個(gè)低頻率(幾kHz)。一段時(shí)間后，電容器C12被充電，D9將導(dǎo)通，附加電流將經(jīng)R51給C26充電，因此，振蕩頻率增大到其正常工作頻率(約22kHz)。這確保開(kāi)關(guān)型電源以非連續(xù)方式安全啟動(dòng)，即在開(kāi)始晶體管T1新的傳導(dǎo)周期之前，存貯在初級(jí)電感中的能量總是被全部轉(zhuǎn)移到了次級(jí)側(cè)。
這個(gè)公知開(kāi)關(guān)型電源的啟動(dòng)取決于電容器C14經(jīng)電阻器R5的充電時(shí)間，因此，取決于交流市電輸入電壓的電壓值。在低市電輸入電壓時(shí)，這將導(dǎo)致一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的啟動(dòng)時(shí)間。
本發(fā)明的目的是提供一種如前所述的開(kāi)關(guān)型電源，該開(kāi)關(guān)型電源在一個(gè)寬輸入電壓范圍內(nèi)具有快啟動(dòng)時(shí)間。
根據(jù)本發(fā)明，開(kāi)關(guān)型電源含有一網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)在高輸入電壓情況下維持以僅用于啟動(dòng)時(shí)間的低振蕩頻率啟動(dòng)。啟動(dòng)之后，振蕩頻率變到正常振蕩頻率。在低輸入電壓時(shí)，該網(wǎng)絡(luò)維持以基本正常振蕩頻率啟動(dòng)。對(duì)開(kāi)關(guān)晶體管而言，這樣做無(wú)安全風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)樵谶@種情形中，其工作電壓低。由于此低電壓，即使在啟動(dòng)中出現(xiàn)輕微的電流聚集現(xiàn)象，開(kāi)關(guān)晶體管仍處在安全工作區(qū)。因此，該網(wǎng)絡(luò)包括僅在高市電輸入電壓時(shí)改變振蕩頻率的裝置。在低市電輸入電壓時(shí)保證無(wú)軟啟動(dòng)。振蕩頻率的頻率控制可由頻率控制裝置有效地進(jìn)行，此頻率控制裝置包括一個(gè)晶體管級(jí)，在高市電輸入電壓時(shí)，它改變決定振蕩頻率的振蕩器網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間常數(shù)。
在一個(gè)具體實(shí)施例中，該網(wǎng)絡(luò)含有一個(gè)以換接方式用作開(kāi)關(guān)元件的晶體管。用這種電路配置，另一二極管就不需要了。這利用了此事實(shí)，即最大集基極擊穿電壓明顯高于最大射基極擊穿電壓。本開(kāi)關(guān)型電源特別適用于工作在90伏特到270伏特的市電輸入電壓范圍的電視接收機(jī)。在電視接收機(jī)中，顯像管的啟動(dòng)時(shí)間必須另加考慮。
以下通過(guò)對(duì)照附圖和一個(gè)列表的優(yōu)選實(shí)施例，解釋本發(fā)明更多的細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)，其中圖1是一種現(xiàn)有技術(shù)開(kāi)關(guān)型電源的框圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的一種開(kāi)關(guān)型電源的框圖。
圖3是啟動(dòng)期間變更振蕩頻率的晶體管級(jí)的一種等效電路。
圖2示出開(kāi)關(guān)型電源的優(yōu)選實(shí)施例，該開(kāi)關(guān)型電源具有市電輸入電壓AC，橋式整流器DP1和平滑電容器C7，用來(lái)產(chǎn)生已整流電壓V1。所述電壓V1應(yīng)用到變壓器LP3的初級(jí)繞組W1、開(kāi)關(guān)晶體管T1和低阻電阻器R20的串聯(lián)上。驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)晶體管T1的脈寬調(diào)制信號(hào)V2(PWM)由集成電路IP1，例如SGS-湯姆森的TEA2261產(chǎn)生。此集成電路IP1包括一個(gè)穩(wěn)定變壓器LP3次級(jí)電壓的誤差放大器E，一個(gè)產(chǎn)生PWM信號(hào)振蕩頻率的振蕩器OS，PWM輸出信號(hào)的一個(gè)驅(qū)動(dòng)器級(jí)D和監(jiān)控電源電壓VCC的一個(gè)電壓監(jiān)控器VM。振蕩器OS的振蕩頻率可經(jīng)由10和11腳確定。變壓器LP3包括產(chǎn)生次級(jí)電壓的次級(jí)繞組W3和W4及產(chǎn)生電源電壓VCC和誤差信號(hào)VE的反饋繞組W2。通過(guò)一個(gè)可調(diào)整次級(jí)輸出電壓的電位器P1，將上述誤差信號(hào)VE加到集成電路IP1的誤差放大器E上。
本開(kāi)關(guān)型電源工作過(guò)程如下在正常方式，反饋繞組W2產(chǎn)生電源電壓VCC，并經(jīng)低值電阻器R10和集成電路IP1的15腳為驅(qū)動(dòng)器級(jí)D產(chǎn)生所必需的電壓。脈寬調(diào)制信號(hào)V2的占空比根據(jù)誤差信號(hào)VE控制。在接通市電輸入電壓AC后的啟動(dòng)階段，因?yàn)殚_(kāi)關(guān)晶體管T1在開(kāi)始時(shí)刻不工作以及電容器C14放電，故集成電路IP1需要一附加電源電壓來(lái)啟動(dòng)。為了給電容器C14充電，在此電容器和市電輸入電壓AC之間用到另一電阻器R5。因?yàn)殡娙萜鰿14需要相當(dāng)大的值來(lái)保證所有工作條件下有很穩(wěn)定的電源電壓VCC，以及電阻器R5必須有相當(dāng)大的阻值以維持功率消耗為一個(gè)合理的低值，所以必須仔細(xì)選取電容器C14和電阻器R5的值。因此電容器C14的充電過(guò)程決定集成電路IP1的啟動(dòng)時(shí)間，在90伏特的低市電輸入電壓時(shí)，這將導(dǎo)致相當(dāng)長(zhǎng)的啟動(dòng)時(shí)間。電容器C14的值可有效地減少到仍足以使集成電路IP1穩(wěn)定工作的某一值。這一值對(duì)啟動(dòng)時(shí)間很不合適。
集成電路IP1啟動(dòng)后，根據(jù)其軟啟動(dòng)操作，占空比(導(dǎo)通時(shí)間/切換周期)直線上升，隨之晶體管T1開(kāi)通和關(guān)斷。由于占空比的固定直線上升，晶體管T1電流包絡(luò)直線上升將取決于電壓V1，而該電壓又取決于市電輸入電壓(通過(guò)T1的電流＝V1×導(dǎo)通時(shí)間/W1的電感)。采用高切換頻率，則在晶體管T1關(guān)斷期間，繞組W1的能量的釋放較短，如果此能量不能全部釋放到繞組W3、W4、W2的負(fù)載上，它將在晶體管T1開(kāi)通時(shí)回掃到繞組W1，并將引起晶體管T1的起始電流高，以及在開(kāi)通期間，能量全部釋放給晶體管T1。在高市電電壓輸入時(shí)，如果切換頻率沒(méi)有降下來(lái)，則回掃電流比預(yù)期的大很多，晶體管T1的回掃電流聚集效應(yīng)太大，將超過(guò)其安全工作區(qū)。在低市電電壓(＜150伏)時(shí)，電流包絡(luò)較小(由于電壓V1較小，對(duì)于相同的導(dǎo)通時(shí)間，通過(guò)晶體管T1的電流較小)，所以，能量釋放到次級(jí)繞組W3、W4、W2更完全，晶體管T1導(dǎo)通時(shí)回掃到T1的能量更小，因而晶體管T1可以高頻率切換，以便及時(shí)給電容器C14充電來(lái)防止C14電壓下降和集成電路IP1停止工作。
在高于150伏特的較高市電輸入電壓時(shí)，啟動(dòng)期間振蕩頻率必須降低，但因電壓較高仍將導(dǎo)致快啟動(dòng)時(shí)間。因此，本開(kāi)關(guān)型電源有一網(wǎng)絡(luò)，它依據(jù)市電輸入電壓AC來(lái)控制脈寬調(diào)制信號(hào)的振蕩頻率。該網(wǎng)絡(luò)提供一個(gè)門限，在此門限以下，開(kāi)關(guān)型電源基本上以正常工作頻率啟動(dòng)。
已經(jīng)描述過(guò)，集成電路IP1的振蕩器OS的振蕩頻率可通過(guò)其10和11腳來(lái)確定。因此，包括晶體管T2和電阻器R52、R51和R24的晶體管級(jí)連接在電容器C12和電容器C26之間。電阻器R13和電容器C26提供正常方式時(shí)的高振蕩頻率。對(duì)高市電輸入電壓AC，晶體管T2經(jīng)電阻器R24導(dǎo)通，電流經(jīng)電阻器R52和晶體管T2從電容器C26流到電容器C12，以降低振蕩頻率，在啟動(dòng)階段此電流持續(xù)時(shí)間與電容器C12的放電一樣長(zhǎng)。一段時(shí)間后，當(dāng)電容器C12充電結(jié)束，該開(kāi)關(guān)型電源的晶體管T2將截止。150伏特的門限由電阻器R24和R52確定。接通開(kāi)關(guān)型電源后，晶體管T2的基極電壓可立即由電阻器R24和R14得到。
晶體管T2以換接晶體管來(lái)工作，換接晶體管意思是集電極當(dāng)作發(fā)射極使用，反之亦然。這樣是可行的，因?yàn)橐粋€(gè)晶體管可理解為二個(gè)互補(bǔ)極管所構(gòu)成。晶體管中電流以逆向流動(dòng)是一種常見(jiàn)現(xiàn)象，只要晶體管中產(chǎn)生的功率維持比較小則無(wú)危險(xiǎn)。晶體管的逆向電流增益比正向方式增益小很多的不足在本應(yīng)用中沒(méi)有關(guān)系，因?yàn)榫w管T2僅當(dāng)作一個(gè)開(kāi)關(guān)使用。使用換接晶體管方式的優(yōu)點(diǎn)是，晶體管T2和電容器C12之間的另一二極管能省掉。這是因?yàn)樽畲蠹鶚O電壓VCBO明顯高于最大射基極電壓VEBO。同樣，也沒(méi)有必要用一個(gè)二極管來(lái)保護(hù)晶體管T2。
圖3給出了啟動(dòng)期間晶體管級(jí)T2的等效電路。因?yàn)樵诮油ū鹃_(kāi)關(guān)型電源后電容器C12上無(wú)電荷，故T2的集電極實(shí)際上是與地相連。在集成電路IP1的10腳上提供2.5伏特直流電壓。分壓器R24和R51用這種方法仔細(xì)調(diào)整，即僅對(duì)150伏特交流及其以上的市電輸入電壓才使晶體管T2導(dǎo)通。
市電輸入電壓AC為90伏特到265伏特時(shí)，開(kāi)關(guān)晶體管T2的所得電壓、基極電壓VB和發(fā)射極電壓VE如表1所示。啟動(dòng)后正常方式的振蕩頻率是22kHz。此外，還給出了對(duì)應(yīng)的啟動(dòng)頻率。150伏特和其以上的電壓的啟動(dòng)頻率被大大減小。
表1列出了描述開(kāi)關(guān)型電源啟動(dòng)狀態(tài)的典型值。
表1
本發(fā)明不限制在這一實(shí)施例，還可被用于在寬市電輸入電壓范圍內(nèi)需要快啟動(dòng)時(shí)間的所有開(kāi)關(guān)型電源。
圖2中所示開(kāi)關(guān)型電源的相關(guān)元件值為R527K/36W C7220μR656 C124μ7R74K75 C14470μR81K C25100μR1018/3W C26680PR11100KT1BUL310X1R1382K T2BC548BR14220KIP1TEA2261R15220KR192K2R200.15R222M2R242M權(quán)利要求
1.一種開(kāi)關(guān)型電源(SMPS)，含有包括用于產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)(V2)的振蕩器(OS)的控制裝置(IP1)，其特征在于SMPS包含一網(wǎng)絡(luò)(T2，R51，R52，R24)，該網(wǎng)絡(luò)保證在高市電輸入電壓(AC)時(shí)以低振蕩頻率啟動(dòng)，經(jīng)一定時(shí)間后，該低振蕩頻率變?yōu)檎Ｕ袷庮l率；在低市電輸入電壓(AC)時(shí)實(shí)際上以正常振蕩頻率啟動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的開(kāi)關(guān)型電源，其特征在于該網(wǎng)絡(luò)含有頻率控制裝置(R51，R52，R24，T2)，它在高市電輸入電壓(AC)的情況下改變振蕩器網(wǎng)絡(luò)(R13，C26)的時(shí)間常數(shù)，該振蕩器網(wǎng)絡(luò)決定振蕩頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的開(kāi)關(guān)型電源，其特征在于頻率控制裝置(R51，R52，R24，T2)含有一個(gè)開(kāi)關(guān)(T2)，在一確定的市電電壓值(AC)之上時(shí)，它經(jīng)過(guò)電容器(C12)給振蕩器網(wǎng)絡(luò)(R13，C26)加載。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的開(kāi)關(guān)型電源，其特征在于振蕩器網(wǎng)絡(luò)(R13，C26)含有一個(gè)約150伏的門限，并且在市電電源電壓高于所述門限時(shí)提供軟啟動(dòng)，而在低于所述門限時(shí)實(shí)質(zhì)上避免軟啟動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4的開(kāi)關(guān)型電源，其特征在于開(kāi)關(guān)(T2)是一個(gè)以換接方式使用的晶體管(T2)。
6.根據(jù)上述任一權(quán)利要求的開(kāi)關(guān)型電源，其特征在于該網(wǎng)絡(luò)包括附加裝置(R5，C14)，在低輸入電壓情況下為了快啟動(dòng)，該裝置含有一個(gè)低電容值(C14)。
全文摘要
一種含有控制裝置(IP1)的開(kāi)關(guān)型電源,該控制裝置包括產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)(V2)的振蕩器(OS)。其目的是在寬市電輸入電壓范圍(AC)內(nèi)提供快啟動(dòng)時(shí)間。按本發(fā)明,開(kāi)關(guān)型電源含有一網(wǎng)絡(luò)(T2,R52,R51,R24),在高輸入電壓時(shí)提供低振蕩頻率的軟啟動(dòng);在低輸入電壓時(shí)基本上以正常振蕩頻率啟動(dòng)。在市電輸入電壓為90至265伏的寬范圍上,本發(fā)明提供快啟動(dòng)時(shí)間。該網(wǎng)絡(luò)有一換接使用的晶體管(T2),作為開(kāi)關(guān)元件提供約150伏的門限值。本電源可有利地作為電視機(jī)部件使用。
文檔編號(hào)H02M3/24GK1183667SQ97122908
公開(kāi)日1998年6月3日 申請(qǐng)日期1997年11月25日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月7日
發(fā)明者吳俊興, 許建明 申請(qǐng)人:湯姆森多媒體公司