高频开关式电源供应器制造技术

本发明专利技术公开了一种高频开关式电源供应器，其将输入电源连接至该高频交流产生器上，产生一交流讯号并传送至该自动电位及补偿控制电路，根据设计的功率或输出高低及检测出的输出位准回授讯号进行电位的调校，经调校后的高频交流信号再进入高频脉冲宽度产生器及功率驱动电路，以产生脉冲宽度波，并经由低通滤波器消除高频载波及噪声后，由输出变压器调整电压的高低，并于输出端连接一位准检测及隔离电路，检出输入／输出差值讯号，再传递至自动电位及补偿控制电路进行控制调校，则输入之不稳定电力或市电电源，经过上述装置后，即可依设计的目标或需要输出所设定的电压、电流或功率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种可用于输出高电流或高电压的高频开关式电源供 应器，应用范围更可扩广及需要较大电力的变频式电源供应器，不断电 系统(UPS)，马达转速控制设备，冷冻空调机械设备或家庭电器产 品例如感应式电磁炉等应用。
技术介绍
电源供应器为当今电子、电机产业上最重要的产品之一，举凡各种 需使用及电力的电机、电子、家电、信息、视听产品，除了少数被动式 产品或简易应用外，几乎皆需仰赖各种不同功能、型式，功率大小或不 同设计技术的电源供应器，以维持其正常运作，并且在当今能源供应短 缺、绿色环保议题当道情况下，以往许多使用简易式电源供应器的产品 或应用，也有渐渐转为使用(高性能)电源供应器的趋势。对『电源供应器』的一般性认知，为将电力供应源(电力公司、发 电厂)经由电力馈送线送来的电力电源或由其它种电力产生设备(例如 电池或自驱式引擎发电机)转换为合乎用电设备的特定需求，例如电压 高低、高流大小、频率高低、不同波型或特定的功率供应能力等目的或 目标的产品或设备。其中主要的应用或产品则仍以供应特定的电压或特 定的电流为主的电压稳定器或电流稳定器，因此，虽然『电源供应器』 具有各种不同的类型、应用或设计目的，但也大都被泛称为『稳压器J。再者，目前的『电源供应器』依其工作或设计的原理不同，大致可 分为两类「线性电源供应器(Linear Regulator)」及「开关式电源供 应器(Switching Power Supply),亦称『交换式电源供应器』」。其中线 性电源供应器是将高于设定或目标的多余的电力消耗转换成热量以达 到稳压及稳流的目的，但却造成了电力的浪费。而开关式电源供应器是 以一式电路做为切换开关控制器，将直流电源做『波宽宽度调制(Pulse Width Modulation - PWM)』，并将能量先储存于储能另件中，再将储 能另件储存的能量转换为合适的电压或电流值；储能另件包括电磁另件(Magnetic Device)或电容器(Capacitor)。『脉波宽度调制产生器』为将输入电能依照切换频率(开关频率或 交换频率)的高低，截割成『等时但不等宽』或『等宽但不等时』的小 段型式的脉冲波功率，再将这些小段的脉冲波功率经由能量储存装置、 另件暂时储存，再经由转换输出变压器及波型整理电路整理成合用的输 出电压/电流功率。电压稳定控制原理大抵为利用『脉波宽度调制产生 器』控制输出的波型宽度(等时但不等宽用之)或时距一时间周期(等 宽但不等时用之)，以使最终输出电压或电流的值，不因输入电压高低 变动或负载变动所影响，即维持恒定或稳态。再者，根据变压器绕组感 应电动势的公式，请参考图5的变压器示意图EF4IUfNiBmAeXl0—4 (式一) E2二4IUfN2BmAex10—4 (式二)式中E: —一初级感应电动势 E2 —一次级感应电动势一一电压波型因子 f 一一工作频率 N, —一初级绕组圈数 N2 —一次级绕组圈数 Bm—一磁感应强度(磁场强度变动值T) Ae —一铁芯有效截面积由(式一)、(式二)可得Ei/E2二N,/Nz (式三) 又因为电功率P = ExI (式四)；变压器在不计内部损失下，理论上输入与输出功率应相等，即P ! = P 2 ，因此绕组功率E , x I i = E 2 x I 2 (式六) 所以E/ E 2 = I 2 / I , (式七)藉由上述公式推导可知『磁场强度Bm越强(越高)』及『工作频率 f越高』，皆可提高变压器的工作、输送或承载功率。因此设计具有高 的磁场强度及高的工作频率，即可相对提高电源输出功率；或者也可以说，设计使用更强的磁场或提高脉波宽度调制产生器的切换频率，便能 提高变压器或电源供应器的工作功率。一般的平价或大功率型变压器大都使用硅钢片做为变压器的电磁 铁芯，主要原因除了硅钢片相对于其它种类导磁材料具有价廉优势外， 另一重要的原因为硅钢片可以工作在较高的磁场强度，因此可以提供较 大的输出功率。但硅钢片铁芯在高频使用时，其换能损失大，能够使用的交换频率范围较低，大约仅能工作于10KHz以下频率范围，因此 并不能在具有较高频率及高次谐波的开关电源供应器中使用。又， 一般 开关电源供应器因为需工作在高频率或高次谐波条件，因此大都使用可 工作于高频率，但却必须在较低的磁场强度下工作的铁粉芯型导磁材料 做为变压器铁芯，即使如此，仍然会因为所使用的切换频率高低而需选 择使用不同材质、且有极大价差的高频铁粉芯材料，并且如需提高工作 频率时，通常导磁材料也必须以降低导磁率或工作磁场强度做为负面的 报偿。对于需要高输出功率或大电流的电源供应器而言，如何提高变压 器的工作频率或使用在较大的磁场强度则是一大难题。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种 易控制、稳定性高、电压或电流的可调整动态范围比较宽广的高频开关 式电源供应器。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是 一种高频开关 式电源供应器，其包括一高频脉冲宽度调制产生器及功率驱动电路、一 主低通滤波器、一输出变压器及一输出整流器、一位准检测及隔离电路， 输入的电源功率经过上述装置后，即可输出所设定的电压、电流或功率 的大小，其特点是该开关式电源供应器的电路进一步设有一高频交流 产生器、 一自动电位及补偿控制电路；将输入直流电源连接至该高频交 流产生器上，以产生一高频交流讯号，并使其连接至该自动电位及补偿 控制电路，根据输出的需要进行讯号电位的调校，经调校的高频交流讯 号再进入高频脉冲宽度调制产生器及功率驱动电路，产生脉冲宽度调制 波，并经由主低通滤波器消除高频噪声后，由输出变压器及输出整流器调整输出的电压电流；又，于输出端连接上述位准检测及隔离电路，检 出之输出位准后，再与预先设定的输出电压、电流的高低或强度值进行 比较，以取得输出误差讯号，再回授传递至自动电位及补偿控制电路进 行控制调校，以使输出维持稳定。本专利技术采用的另一种技术方案是 一种高频开关式电源供应器，其 包括一高频脉冲宽度调制产生器及功率驱动电路、 一主低通滤波器、一 输出变压器及一输出整流器，输入的电源经过上述装置后，即可输出所 设定的电压、电流或功率的大小，其特点是该开关式电源供应器的电 路进一步设有一高频交流产生器，其中该高频交流产生器利用设于一数 字单元或一逻辑电路内的程序或编码产生相对应设定的高频交流讯号； 将输入直流电源连接至该数字或该逻辑单元规划的高频交流产生器上， 以产生一高频交流讯号，将该高频交流讯号连结到自动电位及补偿控制 电路，再进入高频脉冲宽度调制产生器及驱动电路，产生脉冲宽度调制 波，并经由主低通滤波器消除高频噪声后，由输出变压器及输出整流器 调整输出的电压电流；又，于输出端连接一位准检测及隔离电路，检出 之输出位准后，再与预先设定的输出电压、电流的高低或强度值进行比 较，以取得输出误差讯号，再回授传递至自动电位及补偿控制电路进行 控制调校，以使输出维持稳定。本专利技术采用的又一种技术方案是 一种高频开关式电源供应器，其 包括一高频脉冲功率驱动电路、 一低通滤波器、 一输出变压器及一输出 整流器，输入的电源经过上述装置后，即可输出所设定的电压、电流或 功率的大小，其特点是该开关式电源供应器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高频开关式电源供应器，其包括一高频脉冲宽度调制产生器及功率驱动电路、一主低通滤波器、一输出变压器及一输出整流器、一位准检测及隔离电路，输入的电源功率经过上述装置后，即可输出所设定的电压、电流或功率的大小，其特征在于：该开关式电源 供应器的电路进一步设有一高频交流产生器、一自动电位及补偿控制电路；将输入直流电源连接至该高频交流产生器上，以产生一高频交流讯号，并使其连接至该自动电位及补偿控制电路，根据输出的需要进行讯号电位的调校，经调校的高频交流讯号再进入高频脉冲宽度调制产生器及功率驱动电路，产生脉冲宽度调制波，并经由主低通滤波器消除高频噪声后，由输出变压器及输出整流器调整输出的电压电流；又，于输出端连接上述位准检测及隔离电路，检出之输出位准后，再与预先设定的输出电压、电流的高低或强度值进行比较，以取得输出误差讯号，再回授传递至自动电位及补偿控制电路进行控制调校，以使输出维持稳定。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曾东荣，
申请(专利权)人：曾东荣，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]