[其他]开关电源

说明书

一个开关电源，该电源包括一个基极驱动变压器、一个连接于变压器的初级绕组的一端的开关装置、及一个晶体管，该晶体管的基极连接于次级绕组的其中一端，而它的发射极连接于次级绕组的另一端，此外又包括一个连接于变压器的一个线圈两端的依赖于电流的电压钳位器。钳位电路防止了加在初级绕组的电压超越一个预先设定的数值一只要当开关装置打开时，通过初级绕组的磁化电流没有超出一个预先设定的数值。

本发明系关于一个开关电源。

图1显示了一种以前被提出的开关电源，该电源包括一个变压器（2），它的初级绕组（4）与一个介乎直流电压电源的两个终端之间的晶体管（6）的集电极-发射极路径串联连接，它的次级绕组（8）经整流器（10）及低通滤波器（12）与负荷（14）连接。举例说，这个负荷可以是一个实验室仪器的电源母线。一般技术人员都明白当接通晶体管（6）时，电流就在初级绕组（4）产生，当关掉晶体管（6）时，电流就传至次级绕组（8），并在那里衰减。在变压器（2）的次级绕组（8）流着的电流被整流及滤波并被加于负荷（14）上。

一个由变压器（16）、晶体管（18）、齐纳二极管（20）及脉冲发生器（22）组成的基极驱动电路可以开关晶体管（6）。典型地，变压器（16）的初级绕组（24）系连接于一个+12伏特的直流电源。脉冲发生器（22）产生序列形式的脉冲，这些脉冲具有一个一般约为30千赫的重覆频率。这个脉冲序列的占空因数由连接于变压器（2）的负荷对电力的需求而变化。典型地，这个占空因数可由10%至50%。当晶体管（18）由来自发生器（22）的脉冲接通时，电流通过变压器（16）的初级绕组（24），一个相应的电流被感应于次级绕组（26），从而向晶体管（6）提供了正向基极电流及将晶体管（6）导通，并在晶体管（6）的基极发射极区域内累积电荷。这个正向基极电流被电阻（28）所限制。在晶体管（18）导通的时间内，磁化电流在变压器（16）的初级绕组（24）内累积起来。

当正向基极电流流过次级绕组（26）时，电容器（30）被图1所显示那样地充电，因而当电流停止通过初级绕组（24）时，晶体管（6）的基极被维持负电，因此使得晶体管（6）被断开。二极管（32）将跨越电容器（30）的电势降限制于一个二极管压降（大约0.6伏特）。

当晶体管（18）被关掉时，在晶体管（18）的集电极的电压将稍为上升，比方说至13伏特，而以前在变压器（16）的初级绕组（24）内流着的磁化电流被作为逆基极电流而传到次级绕组（26），并驱动晶体管（6）的基极-发射极区域的带电载流子。这个逆基极电流与初级绕组内的磁化电流成正比。当晶体管（6）无法继续支持一个逆基极电流时（它的基极发射极区域的带电载流子被耗尽而关掉），电流停止通过次级绕组（26）。在此时，磁化电流又传送到初级绕组（24），晶体管（18）的集电极的电压又上升至齐纳二极管（20）的阈值，譬如30伏特。在次级绕组（24）两端的大电位差使得变压器铁心快速去磁。

这一串事件以发生器（22）的工作频率每周期发生一次。

如上所述，这个逆基极电流与通过初级绕组（24）的磁化电流成正比。这个磁化电流与晶体管（18）开着的时间长短成正比（工作循环）。

这个逆基极电流依赖于工作循环，而因为工作循环随输入电压及输出负荷条件而变化，逆基极电流可大幅度变化。这意味着晶体管（6）在一定线路及负荷条件下可能消耗比必要要多的电力。

本发明提供一个开关电源，该电源包括一个具有一初级绕组、一次级绕组及一磁性材料芯的基极驱动变压器、一个连接于初级绕组一端的开关装置，及一个晶体管，该晶体管的基极连接于次级绕组的其中一端而它的发射极连接于次级绕组的另一端，以使得当这个初级绕组及开关装置被连接于一直流电源之间及开关装置被间歇地接通之时，晶体管内形成集电极电流。这个电源又包括一个连接于变压器线圈两端的依赖于电流的电压钳位器以防止变压器线圈两端的电压超越一个予先设定的极限一只要当开关装置打开时那个通过初级绕组的磁化电流没有超出一个予先设定的数值。

按照本发明一个最佳实施例，这个依赖于电流的电压钳位器的效果在于减少由逆基极电流工作循环产生的变化，因而减少消耗于晶体管内的电力。