[发明专利]具有串联电容的开关电源

说明书

发明领域

本发明涉及一种用于提供直流稳定电压的开关电源。更加具体来说，本发明涉及一种开关电源，它在开关元件的导通周期中在变压器的初级线圈和电容器中存储能量，并且在开关元件的截止周期中把所存储的能量从变压器的次级线圈提供到一个负载。

现有技术

在日本专利申请9-352696中，提供一种开关电源设备，其中第一开关电路连接到变压器T的初级线圈侧的第二开关电路，以及在两个开关元件截止之前和之后的周期中，开关控制电路交替地导通和截止包含在第一和第二开关电路中的开关元件，从而形成自激振荡。图1为示出开关电源设备的方框图。

在该开关电源设备中，一个输入电源E、一个电感器L和第一开关电路S1串联到变压器T的初级线圈T1。另外，包括初级线圈T1和电感器L的串联电路与包括电容器C和第二开关电路S2的串联电路相并联。第一驱动线圈T3产生基本上与初级线圈T1的电压成比例的一个电压。第一驱动线圈T3的电压被输入到一个控制电路11。类似地，第二驱动线圈T4产生基本上与初级线圈T1的电压成比例的一个电压。第二驱动线圈T4的电压被输入到一个控制电路12。控制电路11的电压被输入到第一开关电路S1的第一开关元件Q1的一个控制端。第二控制电路12的电压被输入到第二开关电路S2的第二开关元件Q2的一个控制端。第一开关电路S1由包括第一开关元件Q1、第一二极管D1以及第一电容器C1的并联电路所形成。第二开关电路S2由包括第二开关元件Q2、第二二极管D2以及第二电容器C2的并联电路所形成。

一个整流元件Ds与变压器T的次级线圈T2相串联。整流和平滑电路包括整流元件Ds和连接到整流元件Ds的一个输出端的电容器Co。整流元件Ds与电容器(电容阻抗)Cs相并联，检测负载电压的检测电路14连接在整流和平滑电路的一个输出端与该负载之间。检测电路14的输出反馈被发送到第一控制电路11。

另外，美国专利第3,596,165号中提供一种开关电源设备，其中两个开关电路在变压器的初级线圈侧相连接，以形成分别激励的振荡，并且一个全波整流器连接到该次级线圈。

另外，在日本未审查专利申请公告5-328719和日本未审查专利申请公告11-136940中提供开关电源设备。在每种设备中，两个开关电路在变压器的初级线圈上相互连接，并且次级线圈由图1中所示的电路结构所形成。在这种情况下，电感器和电容器串联到初级线圈。第二开关元件并联到该串联电路。

但是，在上述的每个开关电源设备中，存在如下问题：

(1)美国专利3,596,165

该开关电源设备被称为谐振型半桥式电路(ON-ON型)。在这种电路中，当每个开关元件导通时，能量被从初级线圈发送到次级线圈。每个开关元件的导通时间基本上固定，并且开关频率被改变，以改变串联在初级线圈上LC谐振电路的阻抗，以控制输出功率。换句话说，当LC谐振频率和开关频率相互接近时，LC谐振电路的阻抗变得更小，从而大电流流过该变压器，因此获得大输出功率。相反，当LC谐振频率远离开关频率时，可以获得小的输出功率。在这种方案中，开关频率根据输出功率而明显改变。当频率大大改变时，输出平滑电路和滤波器电路的尺寸也增加。结果，存在电子元件干扰和控制电路功耗增加这样的问题。

另外，由于开关电源设备是一种分离激励振荡型的设备，元件数目的增加有碍于该设备的小型化和成本的降低。另外，为了进行全波整流，在变压器的次级侧至少需要两个二极管。(2)日本未审查专利申请公告5-328719和日本未审查专利公告11-136940

在该公告中提供的每个开关电源设备是一个ON-OFF型开关电源设备，其中在开关元件的导通时间中，能量存储在初级线圈内，并且在开关元件的截止时间中，所存储能量被从次级线圈释放。但是，每个设备不是自激励振荡型而是分离激励振荡型或同步振荡型的。因此，由于该设备需要一个振荡器、驱动电路等等，所以元件的数目增加，从而妨碍设备的小型化和成本的降低。在日本未审查专利申请公告5-328719中，由于使用同步振荡电路，因此不需要振荡器。但是，该电源设备需要包含具有高电压击穿特性的MOS-FET的集成电路来驱动高端开关元件、用于隔离的脉冲变换器和驱动器等等。结果，即使在该开关电源设备中，开关控制电路的尺寸和制造成本增加。

(3)日本专利申请9-352696