[发明专利]直流变换装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种高效率、小型且廉价的直流变换装置。

背景技术

图1是表示现有直流变换装置的电路构成图(专利文献1)。现有的该 直流变换装置，是以半桥电路构成，由MOSFET构成的开关元件Q1和Q2的串 联电路与直流电源Vin的两端连接。并且，开关元件Q2的漏极与直流电源 Vin的正极连接，开关元件Q1的源极与直流电源Vin的负极连接。

在开关元件Q1的漏源之间并联连接有二极管D1及电压共振电容器Crv 的同时，连接有电抗器Lr1和变压器T1的一次线圈P1和电流共振电容器Cri 的串联电路。电抗器Lr1包括变压器T1，在该变压器T1的一次及二次线圈 之间发生漏感。在一次线圈P1等价地连接有作为电抗器Lp的励磁电感。在 开关元件Q2的漏源之间并联连接有二极管D2。

将变压器T1的线圈卷绕的开始，以点(●)表示。在变压器T1的二次 线圈S1的一端(●侧)，连接有二极管D3的阳极。在变压器T1的二次线圈 S1的另一端和变压器T1的二次线圈S2的一端(●侧)与平滑用的电容器Co 的一端连接。变压器T1的二次线圈S2的另一端与二极管D4的阳极连接。二 极管D3的阴极和二极管D4的阴极与电容器Co的另一端连接。并且，负载Ro 与电容器Co的两端连接。

PFM控制电路10，基于电容器Co的输出电压Vo来将开关元件Q1和开关 元件Q2交替地接通/关断。由此，使得开关元件Q1和开关元件Q2的占空比 固定，开关元件Q1和Q2的频率可变。由此，进行PFM控制(频率控制)，使 得电容器Co的输出电压Vo成为预定值。

其次，参照图2所示的额定负载时的各部信号的时序图对如下构成的 现有直流变换装置的动作进行说明。

在图2中，VQ1是开关元件Q1的漏源间电压，IQ1是开关元件Q1的漏极 电流，VQ2是开关元件Q2的漏源间电压，IQ2是开关元件Q2的漏极电流，Vcri 是电流共振电容器Cri的两端电压，VD3是二极管D3的两端电压，ID3是二 极管D3的电流，VD4是二极管D4的两端电压，ID4是二极管D4的电流。

并且是具有开关元件Q1和Q2这两者均为关断状态的死时间，开关元件 Q1和Q2交替进行接通/关断动作的结构。

首先，在时刻t0～时刻t1的期间，在时刻t0，开关元件Q2从接通变为 关断。在开关元件Q2处于接通的状态下，在变压器T1的一次侧，电流流过 Vin→Q2→Lr1→Lp→Cri→Vin线路。并且，在变压器T1的二次侧，电流流 过Co→Ro→Co线路。

在开关元件Q2关断时，从变压器T1的一次侧流过的电流从开关元件Q2 转流到电流共振电容器Crv，电流流过Crv→Lr1→Lp→Cri→Crv线路。

从而，电压共振电容器Crv，在开关元件Q2处于接通的状态下大致为 直流电源Vin的电压，通过Q2关断而将放电到0V(以下，将直流电源Vin的 电压也表示为Vin)。

从而，电压共振电容器Crv的电压与开关元件Q1的电压VQ1相等，从而 开关元件Q1的电压VQ1从Vin减少到0V。并且，因开关元件Q2的电压VQ2是 (Vin-VQ1)，从而从0V上升到Vin。

在时刻t1～时刻t2期间，在时刻t1，电压共振电容器Crv的电压减少 到0V。于是二极管D1接通，电流流过D1→Lr1→Lp(P1)→Cri→D1线路。 并且，变压器T1的二次线圈S2的电压达到输出电压Vo。即，在变压器T1的 二次侧，电流流过Co→Ro→Co的线路和S2→D4→Co→S2的线路。并且，在 时刻t1～t2期间，开关元件Q1的门信号接通。由此，开关元件Q1实现零电 压开关(ZVS)及零电流开关(ZCS)动作。

在时刻t2～t3期间，在时刻t2，开关元件Q1接通。因此，电流流过Cri →Lp(P1)→Lr1→Q1→Cri的线路。由此，电流共振电容器Cri的电压VCri 减少。并且，变压器T1的二次侧，电流流过S2→D4→Co→S2的线路，及Co →Ro→Co的线路。二次线圈S2的电压是以输出电压Vo的电压来进行钳位， 一次线圈P1的电压通过与输出电压Vo匝数比成比例的电压钳位。由此，在 变压器T1的一次侧流过利用电抗器Lr1和电流共振电容器Cri的共振电流。