[发明专利]低压直流电源

说明书

本发明与一种从较高的直流电压源获得低压直流电源的设备有关。

获得用于各种电子电路的低压直流电源的标准方法是将交流电源电压在变压器中变压，得到低压交流电，然后整流。当需要的电流和功率比较大时，这种解决问题的方法有其缺点，在这种情况下，就需要从必要的集中供电单元引出大面积的导体，于是随着功耗的增加，效率一般是很低的，所引起的损耗必须通过冷却去除。

本发明的总的目的是得到一种低压直流电源，它的体积足够小，以便靠近负载安放，这样避免了使用长的大面积的导体。

本发明的另一个目的是得到一种低压直流电源，它允许电流的高频冲击，而对主电路不会产生干扰。

本发明的第三个目的是得到一种低损耗的低压直流电源。

根据本发明，所述的及其它的目的和优点可以通过一种具有较高的直流电压输入和低压直流输出的低压直流电源得到，它包括一组变压单元，每个所说的单元都有与每个所说的直流输入和输出相连的端子，每个所说的单元都包括一个变压器铁芯，其原边绕组与所说的直流输入电压相连，其副边绕组与所说的直流输出电压相连，并且还包括一个连接网络，该网络包括可控开关装置，用于将所说的直流输入电压在一个时钟脉冲序列的控制下，以变换极性的方式切换到所说的原边绕组，以及将所说的直流输出电压在同一个时钟脉冲序列的控制下，以变换极性的方式切换到所说的副边绕组，所说的一组变压单元共同受到控制，以便进行切换，在某一个时刻，当一个变压器单元正在进行切换时，至少另一个变压单元不进行切换。

根据一个最佳实施例，对单元组的每一个来说，都有一个包括四个可控开关的原边电桥和至少一个副边电桥，该日副边电桥也包括四个可控开关。

在一个典型的实例中，这样的电源可以从300V直流电压源得到，并输出5V直流电压。如果在输出端有一个快速的冲击电流，那么在输入端也会感受到相似的冲击。该冲击能有效地被300V输入端的电容器和/或电感器网络吸收，其电容量大约为具有相同的冲击衰减效果但连接在设备输出端的电容器容量的3600分之一。此外，在所要求的大电容量的情况下，考虑到必然存在于低压且容量极大的电容器中的串联电感量，很难获得同样的衰减效果。

根据一个最佳实施例，两个变压单元构成一个共同的部件，具有铁氧体磁芯和绕组，开关装置和安装在聚合物薄片上的控制电路，该部件与一个具有适当形式的冷却片相结合。

最好使控制电路不但能处理低载情况，还能处理过载情况。当输入/输出和各个绕组之间的连接短时间断开时，通过负载的输入电容或输出端附加的并联电容器，可以基本上保持直流输出电压不变。

虽然对某些应用来说，仅有两个变压单元就足够了，它们错开时间工作，以致于当一个切换时，另一个总是处于运行状态，但是在其它的应用中，变压单元的数目还可以更多，因此任何时候最多只有其中一个切换。于是由于在切换期间一个变压单元不供电而引起的损失将被多个其它的变压单元来弥补。

最好在连接网络中包括一组辅助绕组，用于提供必要的开关控制电源和控制电路电源。为了能开始工作，切换原边绕组的控制电路从直流输入电压得到电源，而切换副边绕组的控制电路所需的电源则全部从辅助绕组得到。于是只需要输入直流电压，全部电源便自给自足。直流输出电压与输入端电流隔开，于是避免了接地电流。

原边绕组和副边绕组的开关在原边一侧可是MOS晶体管。而在副边一侧，由于电流很大，最好是使几个单个的绕组都有它们自己的开关，这些开关并联连接。开关和绕组可以是安装在塑料薄片上的TAB带，该薄片有开口，用于穿过铁氧体芯。

下面结合图示的实施例对本发明进行更详细的描述，这些实施例不应视为是对本发明的限制，而应看作是本发明的特点和优点的精华。

图1是一组共同工作的可切换的变压器中的仅仅一个的简图，还画出了其控制电路。

图2是加在本发明的电源中的一组传感器，以黑框表示。

图3是控制系统的状态图。

图4表示切换间隔的时间分布。

图5表示在两个共同工作的变压器单元的副边绕组上测得的电压。

图6和图7分别表示原边绕组和副边绕组。

图8表示变压器铁芯上的绕组结构。

图9-11表示本发明的实施例，安装在冷却片上，构成一个单独的部件。