[发明专利]带有保护电路的直流－直流转换器

说明书

本发明属于直流-直流转换器(dc/dc转换器)技术领域。

下面将对如图1所示的这种dc/dc转换器1的公知特征进行说明。一个直流电压源2通过连接装置3分别向两个变压器6、7的初级绕组4、5供电。在图1所示的情况下，开关装置3呈现为继电器3的形式。继电器3包括一个触点8和一个控制线圈9。控制线圈9中的电流是由一个电路10控制的。第一变压器6是一个低磁阻变压器，它可以视作一个电流变压器。第二变压器7是一个电压变压器。在图1所示的情况下，该dc/dc转换器是一个中功率自激振荡推挽式转换器。可以在第一变压器6的初级绕组4中流动的电流受到开关晶体管11、12的控制，这两个开关晶体管的集电极-发射极电流取决于其相应的基极13、14的极化电流的量值。开关晶体管11、12的各自基极13、14的极化电流分别来自于变压器6的次级绕组15和来自于第二变压器7的次级绕组23的反馈52、53。这种dc/dc转换器的工作原理如下所述：

当第一变压器6的铁心16中的磁通量增大时，在次级绕组15中感生的电流处于第一方向，例如此次级绕组中的电流允许第一开关晶体管11导通。初级绕组中的电流则流过初级绕组4的第一绕组17、第一晶体管11的集电极-发射极以及第二变压器7的初级绕组。当第一变压器6的铁心16达到饱和时，铁心中的磁通量不再增大，因此在这个变压器的次级绕组15中不再感生电流。晶体管11关断，使得由初级绕组17、晶体管11和第二变压器7的初级绕组5组成的电路闭合。随后，铁心16中的磁场将降低，磁场的降低会导致铁心16中的磁通量的降低，从而导致第一变压器6的次级绕组15中的电流减小。这个电流处于与此前流动的电流相反的方向。这个电流将导通晶体管12，于是一个电流将流过初级绕组4的第二绕组18。与上述过程相同的现象将以一定的频率重复产生，这种频率取决于铁心16、绕组4和5以及极化装置49和50的特性，极化装置49和50连接在第一变压器6的次级绕组15与晶体管11和12的基极之间。这种振荡现象需要启动，这种启动是通过一个启动电路22实现的。

刚刚描述过的振荡现象在第二变压器7的初级绕组5中感生方波。这使得在所述第二变压器的次级绕组19上产生方波输出。为得到所要求的直流电压，所述的方波要通过整流器20整流，并通过调整和积分电路21进行积分和调整。通常，在诸如电视机或者监视器(显示器)中的阴极射线管所用的电源中，所述的直流电压被馈送至一个全程(full range)开关型电源(SMPS)(未示出)。

对于电源而言，最重要的设计标准之一是可靠性。这意味着在这种转换器的其它特征中要有一个过电流保护特征。这是困难的，主要原因是：输入连接至一个低输入电压源，因此对于中功率而言，流过晶体管11或12的电流可能是较大的，例如大于10安培。过电流保护是通过一个保护电路实现的，这个保护电路连接至由第一和第二变压器的初级绕组形成的电路，并且将一个极化状态施加于该dc/dc转换器的开关晶体管。此保护电路本身能够处于两种状态，即电流低于一个预定电平时的第一状态和电流高于此预定电平时的第二状态。在第一种极化状态时，该dc/dc转换器按上述方式工作，在第二种状态时，开关晶体管的极化是这样的，即开关晶体管处于持久不导通状态。

这样的dc/dc转换器可以从US4,162,524得到。本发明的目的是要提供一种dc/dc转换器，它可以接受宽的输入电压范围，而不需要对任何跨接线(jumper)或类似元件进行开关控制。

根据本发明，保护电路连接至一个电压限制电路，如果直流电源具有比相应于开关晶体管的第一状态的电压高的电压，此电压限制电路自动地改变保护电路的第一状态并因此改变开关晶体管11、12的极化状态。这种特性允许适应宽范围的直流电压源。例如，一个dc/dc转换器可以连接至额定值为12-24伏亦即约10-28伏的电池。