专利名称：预处理器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种预处理器，其中用一个整流器从接收电压源接收AC电压并对所述AC电压整流，用一个开关模式电源控制整流器中的电流，还用一个反馈路径将预处理器输出电压反馈至一个控制块，所述控制块的带宽等于或大于电压源频率。这样的预处理器在任何符合IEC61000-3-2要求的电子装置中，如电视机，都可以很方便地实现。
为了从交变的(通常是正弦波)电压源获得相对稳定的DC输出电压，通常用包含4个二极管的整流桥和一个电容对该电压进行整流。这样的简单方案会产生带高次谐波的AC线输入电流，峰值电流越高，电容的充电时间越短。这样也会导致整流器中不期望的损耗。因此，人们努力试图产生更多的谐波AC线电流。一种优选的方案是引入一种开关模式电源(SMPS)，并设计SMPS的适当的控制手段。输入SMPS的电流可以是正弦电流(例如，借助于功率因数控制器)，或梯形电流(分段形)。这样的系统当前在各种电子设备中用作预处理器。
应当明白，在用AC输入电压馈送恒定功率负载的整流器系统中，SMPS的输出电压总是带有其频率两倍于电压频率的纹波。当设计为将预处理器的输出电压在任何变化条件下都保持在预定电平的电压控制回路试图消除该纹波时，理想的电流波形就会畸变，输入电流中就会有更多的谐波。为避免这一缺陷，控制回路的频率带宽可以限制为非常低的值(低于50Hz，典型地为8-10Hz)，从而消除系统中AC电源的影响。在这样低的带宽，输出电压中的纹波对控制回路来说“不可见”，因而控制回路就不会试图去减小纹波。然而，低带宽会导致很慢的系统特征，从而导致对负载阻抗的不良响应。
因此，在反馈回路中期望有较高的带宽，优选地高于AC电源的频率，即，标准的干线频率，如50-60Hz。这种方案的缺陷是输出电压中的纹波在反馈回路中反馈，引起SMPS的输入电流偏离理想波形。
本发明的目的是提供一种高带宽电压反馈的预处理器，以克服上述的问题。
根据本发明，该目的和其它目的是由简介中叙述的类型的预处理器实现的，其中，反馈路径包括一个带通滤波器，连接到所述输出电压，还包括根据输出电压和所述带通滤波器的输出信号产生反馈信号的装置，该反馈信号在滤波器的通带频率附近的纹波被削弱。
带通滤波器运行，在通带频率附近选择电压振荡，然后该输出信号被用于形成一个基本上没有纹波的控制反馈。通过借助于带通滤波器进行纹波削弱，可以达到消除纹波的目的，而不牺牲控制回路的带宽，从而可以快速响应负载突变。
通过消除电压反馈回路中的纹波，预处理器不会因为试图控制该纹波而浪费能量。由于AC电源的缘故，该纹波总是存在的。
举例来说，根据本发明的预处理器可以用于要求大于75W输入功率的LCD监视器中。
根据优选实施例，产生反馈信号的装置包括一个减法器，其第一输入端子连接所述输出电压，第二输入端子连接所述带通滤波器输出信号，用于产生等于所述输出电压和所述滤波器输出信号之差的反馈信号。
根据另一个优选实施例，带通滤波器为反相滤波器，产生反馈信号的装置包括一个加法器，其第一输入端子连接所述输出电压，第二输入端子连接所述带通滤波器输出信号，用于产生等于所述输出电压和所述滤波器输出信号之和的反馈信号。
带通滤波器优选地具有基本上等于电压源频率两倍的中心频率(w0)。这样可以有效地消除AC电源所产生的纹波。
根据另一个优选实施例，带通滤波器由具有不同通带频率的两个分离的带通滤波器构成，两个带通滤波器彼此并联，且其输出求和。这样做对于分布在包括具有不同干线频率的国家的大市场上的预处理器是有利的。优选地，一个通带频率的范围为90-110Hz，另一个通带频率的范围为110-130Hz，以便有效选择50Hz和60Hz的干线频率产生的纹波。
举例来说，该开关模式电源可以包括脉宽调制器。
通过参照附图更加清楚地描述优选实施例，本发明的这些和其它方面会更加明白。
图1是根据本发明的预处理器的框图。
图2是图1所示预处理器的的较详细的框图。
图3是根据本发明的一种可能的滤波器设计方案的框图。
图4是表示输入电流和输出电压的曲线图。
图1所示的预处理器1包括整流器2、包括例如一个脉宽调制器的开关模式电源(SMPS)3、以及反馈路径4。整流器2从电源5接收AC电压(VAC)，优选为干线电压，并向负载6输出DC电流IL。SMPS3控制通过整流器的电流，减小该电流中的谐波电流。SMPS3从反馈路径4接收电压控制信号(Vc)。
图2较详细地示出预处理器1的一种实例，包括具有4个二极管和一个线圈8的整流桥2，SMPS3包括控制块7。从图2中可以清楚看到，控制块7驱动与线圈8串联的开关组件9，并通过电流检测电阻R1接收电流的测量值ifeed。此外，反馈路径4为控制块7提供电压反馈。
根据本发明，反馈路径4包括一个带通滤波器10和减法器11。滤波器10的输入端子12连接输出电压V0，其输出信号(Vb)连接减法器11的负输入端子13。该减法器的正输入端子14直接连接输出电压V0。这样，提供给控制块7的减法器的输出(Vc)就等于输出电压V0减去滤波器输出Vb。
最简单形式的带通滤波器10具有如下传递函数H(s)=k0ω0Qss2+sω0Q+ω02---(1)]]>其中k0是滤波器的最大增益，ω0是期望带宽的中心频率，选择为AC输入频率(标准为50Hz或60Hz)的两倍，Q是质量因数，影响滤波器的带宽(Q越大，滤波器越窄)，以及s是复频率。
滤波器中组件的公差和对控制回路稳定性的要求限制Q的值，测试中选择了大约为5的值。如所提到的，期望的带通中心频率由干线中的频率决定，由于在世界不同地方该频率不同，因此，最好开发一种滤波器，在50Hz和60Hz干线频率都可以实现其功能，即消除100Hz或120Hz频率的纹波。图3示出这样的滤波器设计方案。
本例中的滤波器10包括两个不同的带通滤波器21和22，每个滤波器具有根据上述公式1的标准带通设计方案，但带通中心频率不同，分别为ω01和ω02。要获得具有期望特征的带通效果，ω01应该为大约94Hz，ω02应该为大约126Hz。
控制回路的另一种设计方案是实现一个移相滤波器，将滤波器输出Vb与电压输出V0相加，而不是相减。这种情况下，当采用图3所示的双滤波器时，必须注意保持滤波器相移接近180°，以保持滤波器的反相质量。
测试中，采用了ω01＝94.4和ω02＝126.5的两个反相带通滤波器，结果在滤波器输出中有大约等于1/6的100Hz纹波和120Hz纹波。
图4是使用和不使用根据本发明的反馈路径时测得的表示输入电流(31，32)和输出电压(33，34)的波形曲线图。从图4中可以清楚看到，输出电压基本没有变化，保持了100Hz的纹波。当考虑输入电流时，本发明的优点是显然的。没有带通滤波器时，输入电流的梯形波形被纹波扭曲，在曲线31上的A点和B点之间可以清楚看到。相反，有带通滤波器时，输入电流畸变较小，从而输入电流要稳定得多，如曲线32上A点和B点之间所示。
以上说明不是要限制附加的权利要求的范围，而仅仅是给出优选实施例的一种实例。技术人员可以理解对该实施例的各种改变，例如，包括不同的滤波器设计方案。从权利要求中可以清楚看出，本发明创造性的概念是采用经过带通滤波的输出电压来减小或消除反馈信号中的纹波。
权利要求
1.预处理器，包括整流器，用于从电压源接收AC电压并对所述AC电压进行整流，开关模式电源，用于控制整流器中的电流，以及反馈路径，用于将预处理器的输出电压反馈到一个控制块，所述控制块的带宽等于或大于电压源频率，其特征在于所述反馈路径包括连接所述输出电压的带通滤波器，和用于根据输出电压和所述带通滤波器的输出信号产生反馈信号的装置，该反馈信号在滤波器的通带频率附近具有较小的纹波。
2.根据权利要求1的预处理器，其中用于产生反馈信号的装置包括一个减法器，其第一输入端子连接所述输出电压，第二输入端子连接所述带通滤波器输出信号，用于产生等于所述输出电压与所述滤波器输出信号之差的反馈信号。
3.根据权利要求1的预处理器，其中所述带通滤波器是反相滤波器，且所述用于产生反馈信号的装置包括一个加法器，其第一输入端子连接所述输出电压，第二输入端子连接所述带通滤波器输出信号，用于产生等于所述输出电压与所述滤波器输出信号之和的反馈信号。
4.根据前述任一项权利要求的预处理器，其中所述带通滤波器的通带频率约等于电压源频率的两倍。
5.根据前述任一项权利要求的预处理器，其中所述带通滤波器由两个分离的带通滤波器构成，两个分离的带通滤波器彼此并联，且中心频率不同。
6.根据权利要求5的预处理器，其中一个通带频率在90-110Hz之间，另一个通带频率在110-130Hz之间。
7.根据前述任一项权利要求的预处理器，其中所述开关模式电源包括一个脉宽调制器。
全文摘要
本发明涉及一种预处理器，包括整流器，用于从电压源接收AC电压，并向负载提供DC电压(V
文档编号H02M1/42GK1401154SQ01804896
公开日2003年3月5日 申请日期2001年11月26日 优先权日2000年12月13日
发明者H·R·德格罗特 申请人:皇家菲利浦电子有限公司