[发明专利]用于测量仪器的具有非常宽动态范围的开关电源

说明书

一种开关模式电源，包括：功率变换器，所述功率变换器包括变压器，所述变压器具有与接收输入电压的初级电路连接的初级绕组以及与将输出电压传递到负载的次级电路连接的次级绕组，所述初级电路包括用于操作开关元件以对在初级绕组中流动的电流进行斩波以便将能量选择性地传送到次级绕组的控制器，并且所述次级电路包括将所述能量传递到所述负载的储能电容器；第一调节器，所述第一调节器接收输出电压并经由隔离器元件传递用于所述控制器的第一控制电流；以及，第二调节器，所述第二调节器接收作为输出电压的镜像的辅输出电压并传递用于所述控制器的第二控制电流，所述第二控制电流被添加到第一控制电流以避免在所述初级绕组中流动的电流的斩波中的任何中断。

技术领域

本发明涉及用于测量仪器的开关模式电源领域，尤其涉及一种与直流(DC)和交流(AC)电源网络都兼容的具有非常大动态范围的电源。

背景技术

这里所说的电源具有非常宽动态范围指的是当与DC网兼容时超过120伏直流(Vdc)至1600Vdc的范围，或者当与AC网络兼容时超过85伏交流(Vac)至1150Vac的范围。

在开关模式电源中，来自AC网络的电压被整流和滤波，然后通过开关元件以高于该网络的频率的频率“被斩波”，使得在输入和输出之间提供隔离的变压器的次级电压大体上呈现方波形，其通过整流和二次滤波被转换成DC电压。通过操作开关元件的占空比，将输出DC电压调节到期望的恒定电平。

图4示出了现有技术的反激式拓扑结构的开关模式电源，其工作在来自AC网络的固定频率的电流模式(被称为“正弦起跳(takeoff)”)下。在该配置中，接收经整流的市电的电容器C1和C2实际上具有零电容，并且主要用于提供电磁兼容性(EMC)。因此，将能量存储器C11布置在能量变压器THT(其次级电压通过二极管D11进行整流)的次级上，并且它需要具有足以吸收来自AC网络的波纹的电容(几毫法拉(m F))。按照已知的方式，伺服控制利用电源的电流模式的，该伺服控制由比例积分(PI)调节器Z9来执行，该比例积分(PI)调节器Z9的时间常数远大于一个市电半周期(为此，电容器C9具有大的电容)，并且其参考电压由在输出端与地之间的负载的端子之间串联连接的电阻器R14和R15的比来给出，其中调制整斩波晶体管T1的导通时间的控制器Z6的参考电流是由该调节器经由光耦合器Z8来传递的。

虽然标准电源配置在正常操作中通常会令人满意，但是遗憾的是，其受到若干限制，尤其是在空载工作或起动时，如图5所示，输出电压10会显著变化，周期性地超过设定值，从而由于控制器Z6的接替的停止和重启而导致间歇性地发生斩波(参考曲线12)。类似地，如果市电故障导致AC网络的相位之一不存在，或者如图6中所示周期性地过零(在市电交替低点处，如针对经整流的市电的曲线20所示)，在高电平处晶体管T1的导通的中断被延长到若干斩波周期(参考曲线22)的事实导致起跳能量的停止(参考曲线24)，由此导致不稳定的调节操作以及可听的噪声。

发明内容

本发明提出用开关模式电源缓解这些缺陷，尽管开关模式电源在电压和电流两方面的动态范围都非常大，但其稳定地工作。本发明的目的还在于提出一种开关模式电源，其可以接受DC网络或AC网络作为输入，所述AC网络可以是单相的或三相的。本发明的另一目的在于提出一种开关模式电源，其与诸如称为“反激”、“前馈”或“推挽”等的各种类型的配置兼容。