CN1082265A

CN1082265A - 并联开关型电源的相位差同步控制电路

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Publication number: CN1082265A
Application number: CN93107210A
Authority: CN
Inventors: 崔升
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1992-05-21
Filing date: 1993-05-21
Publication date: 1994-02-16
Anticipated expiration: 2013-05-21
Also published as: CN1033775C; KR0134952B1; US5369564A

Abstract

所公开者是一种SMPS(开关型电源)，具体地公开了一种两个或多个SNPS并联工作用的主电路相位差同步控制电路。该相位差同步控制电路包括：第一PWM控制器14、第二PWM控制器16、相位差同步控制装置、第一及第二变压器18及20及第一与第二开关晶体管22与24。利用上述结构，使两个主电路的输出相位同步，并在同时，以180°相位差交替地输出PWM脉冲，以使得并联于直流电源工作的两个电源能由小容量的电源供电。

Description

本发明涉及一种开关型电源（SMPS）的主电路，并尤其涉及两个或多个开关型电源并联工作的主电路的一种相位差同步控制电路。

一般言，当具有不同工作输出电压等级的电路并联工作时，一个或多个电源必须相对一个输入并联地工作。

为了使两个各自由不同电平的电源供电而工作的电路工作，要使用二个电源。例如，使用了以至少两个或多个具有PWM（脉宽调制）装置的主电路工作的SMPS。

当在具有两个或多个主电路的SMPS中有两个主电路并联工作时，由于两个主电路之间的电源开关频率差产生出新的高次谐波，因而影响了主电路的工作。

为了防止两个主电路并联工作时由两个主电路的开关频率差产生出高次谐波，使用了使两个主电路各自内部的PWM脉冲发生器的输出相位同步的方法。用于这种方法的电路描绘在图1中。

图1是一个传统的SMPS并联主电路图，它包括：一个电源滤波器10，用于除去在输入直流供电电压Vdc中包括的噪波并输出滤除噪波的电压;一个第一PWM控制器14，用于输出具有预定周期的预定PWM脉冲及与PWM脉冲同步的时钟，以响应由电源滤波器10输出直流电压Vdc的输入，一个第二PWM控制器16，用于产生具有预定周期的预定PWM脉冲，以响应直流电压的输入，及输出所产生的并与第一PWM控制器14输出的时钟相位同步的PWM脉冲;第一及第二变压器18及20，它们的原边绕组n11及n21的一侧端子与供电电压Vdc相连接，用于将原边绕组n11及n21的输入电压在各次边绕组n12及n22上感应出输出电压;在第一及第二变压器18及20的原边绕组n11及n21的另一端子及地之间耦合的第一及第二开关晶体三极管22及24，利用由第一及第二PWM控制器14及16各自输出的PWM脉冲进行开关以驱动第一及第二变压器18及20;及整流部分26及28，用于将第一及第二变压器各个次边绕组n12及n22的输出脉冲电压进行整流及输出。

图1电路结构中的第一及第二PWM控制器14及16与电阻及电容元件相连接，用于确定一个内部振荡时间常数。

图2A至2C是用来解释图1工作的工作波形图，其中图2A及2B是在第一及第二变压器18及20的原边绕组n11及n21中流过电流的波形图，而图2C是当第一及第二变压器18及20如图2A及2B中所示地驱动时，输入供电电压Vdc的电流波形图。

如果直流电压Vdc现在供给到图1的电路上，输入滤波器10滤去输入供电电压Vdc中的噪波，该电压供给到第一及第二变压器18及20的各原边绕组n11及n21的一侧端子上，并供给到第一及第二PWM控制器14及16的供电线32及34上。

在此时，第一PWM控制器14将预定的PWM脉冲37经由导线36提供到晶体管22的基极上，并与此同时，将具有与输出的PWM脉冲37相同周期的时钟经由导线30提供到第二PWM控制器16上，以响应由滤波器10输出电压Vdc的输入。

同时，第二PWM控制器16产生一个预定时间常数的PWM脉冲，以响应滤波器10输出的供电电压Vdc的输入，并使所产生的PWM脉冲与通过导线30输入的时钟同步，及将在其内部产生出的PWM脉冲39输出到导线38上。因此，第二个PWM控制器16输出PWM脉冲与第一个PWM控制器输出的时钟同步，以便使第一及第二PWM控制器14及16输出的PWM脉冲37及39具有相同的频率输出。

用于由其基极端子经过导线36及38接收第一及第二PWM控制器14及16各自输出的PWM脉冲37及39的第一及第二晶体管22及24，根据PWM脉冲37及39的输入周期进行开关。

如果第一及第二晶体管22及24被“开通”，由第一及第二变压器18及20的原边绕组n11及n21的一侧端子所接收的供电电压Vdc的电流流经各自的集电极-发射极。这就是，如果晶体管22及24被“开通”，就形成了第一及第二变压器18及20的原边绕组n11及n21各自的电流环路，由此各自流过电流i1及i2。

在此时，如果假定由第一及第二PWM控制器14及16各自输出的PWM脉冲37和39具有相同相位的频率，并且开/关导通比为50%，则各自流过第一及第二变压器18及20原边绕组n11及n21的电流i1及i2变成图2A及2B中的电流。

因此，在具有图1所示的上述结构的SMPS中，二个主电路工作在如前所述的相同频率上，因而阻止了由SMPS的并联工作所产生的高次谐波。

然而，因为由第一及第二PWM控制器14及16输出的PWM脉冲的频率是相等的，则在第一及第二变压器18及20的原边绕组中各自在同时流过原边绕组电流，以使得如图1所示的电路应该用叠加电流量值的直流输入来供电。

这就是，由于两个PWM控制器14及16输出的PWM脉冲的相位是相同的，流经第一及第二变压器18及20的原边绕组n11及n21的电流i1与i2的和i1+i2，即电流I，如图2C中所示，应由输入滤波器10提供。

因此，如图1所示的电源产生了一个问题，即因为在两个变压器18及20中消耗电流的增大，图1所示的提供直流供电电压Vdc的电源必须具有大的容量。

因此，本发明的一个目的在于提供一种电源，其中当两个电源并联工作时，两个电源以180°相位差进行工作。

本发明的另一目的在于提供一种由两个电源之间的一个电源的输出控制的电路，由此来控制这两个电源交替地工作。

本发明的上述目的及另外的优点将通过参照附图对本发明优选实施例的描述变得更加清楚，其附图为：

图1：传统SMPS的并联主电路;

图2A至2C：解释图1工作的波形图;

图3：根据本发明的并联SMPS的一个相位差同步电路;及

图4A至4C：解释图3工作的波形图。

图3是一个根据本发明的并联工作SMPS的相位差同步控制电路图，它包括：一个电源滤波器10，用于滤除包括在输入直流供电电压Vdc个的噪波并输出滤除噪波的电压;一个第一PWM控制器14，用于输出具有预定周期的预定PWM脉冲，以响应由电源滤波器输出的直流电压Vdc的输入;一个第二PWM控制器16，用于靠直流电压Vdc的输入工作并输出具有预定周期的预定PWM脉冲，以响应脉冲输出控制信号的输入;一个耦合在第一PWM控制器14的一个输出端与第二PWM控制器16的一个输出控制端之间的相位差同步控制装置，用于检测由第一PWM控制器14输出的PWM脉冲的第一状态电压，并将一输出控制信号输出到第二PWM控制器16;第一及第二变压器18及20，它们的原边绕组n11及n21的一侧端子与供电电压Vdc相连接，用于将原边绕组n11及n21的输入电压在各次边绕组n12和n22上感应出输出电压;在第一及第二变压器18及20的原边绕组n11及n21的另一端子及地之间耦合的第一及第二开关晶体三极管22与24，利用由第一及第二PWM控制器14及16各自输出的PWM脉冲进行开关以驱动第一及第二变压器18及20;及整流部分26与28，用于将第一及第二变压器18及20的各个次边绕组n12及n22的输出脉冲电压进行整流及输出。

在图3的电路结构中，相位差同步控制装置包括，一个电阻R5，一个二极管D1，电阻R6及R9，以及一个电容器C3，它们连接在第二PWM控制器16的一个输出控制端及第一PWM控制器14的一个输出端之间。

未解释过的标号40及42表示用于确定第一及第二PWM控制器14及16的振荡频率的RC时间常数电路。在图3中具有和图1中相同功能（作用）的部件使用与图1中相同的标号。

图4A至4C表示解释图3工作的工作波形图，其中图4A及4B是在第一及第二变压器18与20的各原边绕组n11及n21中流过电流的波形图，而图4C的输入供电电压Vdc的电流波形图。

在参照图4解释根据本发明的图4中的工作实施例前，假定当RC时间常数端子Toff变成成“低”位时，第一及第二PWM控制器14及16各自输出PWM脉冲。

如果现在用直流供电电压Vdc及电压VB分别表示供给到图3电路中的滤波器10及电阻R6的电压，则输入滤波器10利用前述的滤波功能滤去输入供电电压Vdc中的噪波。其噪波被滤波器10滤去的供电电压Vdc输入到第一及第二PWM控制器14及16的电源线32与34上，并输出到第一及第二变压器18与20的原边绕组n11及n21的一侧端子上。

在此时，第一PWM控制器14将具有根据时间常数电路40的RC值确定的振荡频率的PWM脉冲37通过导线36输出到第一晶体管22的基极及由电阻R6与R9及电容C3组成的一个滤波电路，以响应直流电源Vdc的输入。

第一晶体管被“开通”，用以响应由第一PWM控制器14输出的PWM脉冲37的第二状态，例如，是一个逻辑“高”的状态，而该晶体管被“关断”是响应第一状态（一个逻辑“低”状态）。

因此，如果第一PWM控制器14输出的PWM脉冲37的开/关周期是图4A中的周期，则第一晶体管22就以图4A所示的周期进行“开/关”如果第一晶体管22进行“开/关”工作，则在第一变压器18的原边绕组n11中形成根据该“开/关”周期的一个电流环路，由此如图4A所示，在原边绕组n11中流入电流i1。

同时，第二PWM控制器16产生由RC时间常数电路42确定的振荡频率的PWM脉冲，以响应通过导线34输入的直流电压Vdc，并当端子Toff的电平为“低”时，将所产生的PWM脉冲经由输出导线38提供给第二晶体管24的基极。

在此时，第二PWM控制器16的端子Toff利用与第一PWM控制器14输出的PWM脉冲37的第一状态同步来进行控制。

如果由第一PWM控制器14输出的PWM脉冲是处于第二状态电平（逻辑“高”），如图4A中的50，则该第二状态电平经由电阻R9供给到二极管D1的阴极，由此切断二极管D1。

因此，如果第一PWM控制器14的输出是一个“高”态脉冲，例如图4A的50所示时，第二PWM控制器16的端子Toff则保持“高”位，因而不将PWM脉冲39输出到输出导线38上。如果第一PWM控制器14的输出处于“低”态，例如图4A的52所示时，则在第二PWM控制器16端子Toff上的“高”位电压经过电阻R5，二极管D1及电阻R9流到第一PWM控制器14的输出端上，由此变成“低”位。

在此时，第二PWM控制器16的端子Toff的“高”位沿上述路径流通，因为这两个PWM控制器14及16的输出端是与集电极开断的。

如果第二PWM控制器16的端子Toff的“高”上的电平变成了“低”位，则如前所述地，第二PWM控制器16将PWM脉冲，例如图4B的54供给到第二开关晶体管24的基极。在此时，因为第二晶体管24是被“开通”，电流i2，如图4B的54所示，在第二变压器20的原边绕组n21中流通。

在上述工作期间，如果第一PWM控制器14输出脉冲再次变成“高”位，则二极管D1如前所述地被切断。因此，第二PWM控制器16的输出被阻断，所以可以知道：第二PWM控制器16是与第一PWM控制器14的“低”输出相位差地同步的，由此输出PWM脉冲。

在图3中电阻R8，R9及电容C3组成了一个滤波器电路，用于仅在一瞬间操作第二PWM控制器16的端子Toff的电位，而电阻R6及R7组成一个上偏置及下偏置电路，用于在电路工作时保证电路的电位。

此外，电阻R5及二极管D1阻止第二PWM控制器16的端子Toff处过份的电位降，及阻止反向的电位等，该反向电位可能由电压VB或输出脉冲37引起。

如上所述，根据本发明，第二PWM控制器16的工作由在第一PWM控制器14的输出信号中检测出“低”位信号开始，因而使第二PWM控制器16的工作在第一PWM控制器14工作以后小于180°的一个相位中开始。

因此，利用对第一及第二晶体管22及24的保护性开关操作，使电流交替地流到第一及第二变压器18与20的原边绕组n11和n21中，因而获得了如图4C所示的输入电流被形。

因此，由于需要使输入电压的电流I仅具有第一及第二变压器18及20消耗电流的幅值，图3的电路可用具有小容量的电源进行工作。

在本发明的一个实施例中，第二PWM控制器16的输出利用第一PWM控制器14的输出进行控制，使用了由一个二极管D1，多个电阻及一个电容组成的电路等。此外，第二PWM控制器16的输出状态也可由检测第一PWM控制器14输出的“低”位信号来控制。

如上所述，根据本发明，在两个或多个SMPS的并联工作中，其输出相位同步于一个SMPS。这就是，另外的SMPS依赖于主SMPS工作，由此形成交替地工作。因此，SMPS输入电源的效率可以被提高。

Claims

1、一种开关型电源电路，它具有：一个输入端子用于接收单个直流电压；与所述输入端子连接的第一及第二脉冲发生装置，用于各自产生具有第一及第二脉冲宽度的脉冲，以响应所述直流电压；连接在所述第一脉冲发生装置的一个输出端及所述输入端子之间的装置，用于根据具有所述第一脉冲宽度的所述脉冲的开关工作产生第一直流供电电压；连接在所述输入端及所述第二脉冲发生装置一个输出端子之间的装置，用于根据具有所述第二脉冲宽度的所述脉冲的工作产生第二直流供电电压，该电路包括：

连接在所述第一脉冲发生装置的输出端与所述第二脉冲发生装置的控制端之间的相位控制装置，用于使具有所述第一及第二脉冲宽度的所述脉冲彼此间具有接近180°的相位差。

2、根据权利要求1所述的电路，其中所述相位控制装置用于对所述第二脉冲发生装置的控制端提供第二状态的输出控制信号，以响应由所述第一脉冲发生装置输出的处于第一逻辑状态的脉宽调制脉冲，该相位控制装置包括多个电阻，一个二极管及一个电容。

3、一种并联开关型电源的相位差同步控制电路，它具有：一个预定电平的直流供电电压;第一及第二变压器，它们各原边绕组一侧端与所述供电电压相连接，用于使所述原边绕组的输入电压感应到各次边绕组并输出;及连接在所述第一及第二变压器的另一端及地之间的第一及第二开关装置，利用由第一及第二PWM控制器各自输出的PWM脉冲进行开关以驱动第一及第二变压器，该电路包括：

一个电源滤波器，用于除去在输入直流供电电压中包含的噪波并输出滤除噪波的电压;

一个第一PWM控制器，用于输出具有预定周期的预定PWM脉冲作为所述第一开关装置的控制信号，以响应所述电源滤波器输出的直流电压的输入;

相位差同步控制装置，用于检测由所述第一PWM控制器输出的PWM脉冲的第一状态电压，并输出第二状态电压输出控制信号;

一个第二PWM控制器，用于依靠所述直流电压的输入工作，并输出具有预定周期的第二状态电压的预定PWM控制器作为所述第二开关装置的控制信号，以响应所述第二状态输出控制信号;及

整流部分，用于对所述第一及第二变压器各次边绕组输出的脉冲电压进行整流并作输出。

由此使第二状态的PWM脉冲交替地从所述第一及第二PWM控制器输出。