[发明专利]开关电源装置

说明书

技术领域

本发明涉及开关电源装置，特别涉及获得与商用交流电源绝缘的 直流输出的绝缘型DC-DC变换器(converter)。

背景技术

在获得与商用交流电源绝缘的直流输出的情况下，一般通过绝缘 型DC-DC变换器从将交流电压整流平滑后的直流中间电压得到直流输 出。另外，在采用输入电流的高谐波标准的电源装置中，从交流电源 经升压斩波电路得到直流中间电压。

开关电源装置要求高效率、低噪音、小型、低成本、高可靠性， 为了实现这些提出有各种电路方式。

图5是这种开关电源装置的例子，与例如专利文献1、2中记载的 绝缘型DC/DC变换器的电路结构大致相同。

以下，参考图6的波形图对图5的动作进行说明。

图5中的FB1是对输出电压Vo和输出电压设定值之间的误差进行 放大的反馈电路。Cont1是控制电路，其在设定的固定频率fs(＝1/T) 下，设置死区时间(dead time)Td1、Td2，交替地将MOSFET的Q1、 Q2导通、断开(on、off)。同时，根据反馈电路的输出信号VFB控制 元件Q1、Q2的导通占空比(on-duty)D，将输出电压Vo控制为一定。

变压器T1、T2由以励磁电感Lm1、Lm2、漏电感Lr1、Lr2、初 级绕组圈数Np1、Np2和次级绕组圈数Ns1、Ns2表示的等价电路表示。

电容器Cr起到断开流入T1、T2的初级绕组(primary winding) 的电流中的直流电流并防止极端的磁场偏移的作用。

电感元件Lz在元件Q1、Q2的开关时与电容器Cs进行部分共振 动作，使Q1、Q2进行零电压开关。其中，Lz能够由T1、T2的漏电 感Lr1和Lr2代替，因此可以省略。在以下的说明中，省略Lz。另外， Cs也可以由Q1、Q2的寄生电容代替而省略。

T1的初级电感(Lm1+Lr1)、T2的初级电感(Lm2+Lr2)和电 容器Cr的串联电路的共振频率通过采用为相对于开关频率fs足够低的 值，使得流入Q1、Q2的电流IQ1、IQ2直线地上升。

在开关元件Q1导通(on)期间(t0＜t＜t3)，由直流电源经T1 向负载侧供给能量，T2起到扼流线圈(choke coil)的作用。另一方面， 在元件Q2导通期间(t3＜t＜t0)，由电容器Cr经T2向负载侧供给能 量，T1起到扼流线圈的作用。

在时刻t＝t0处Q2从导通切换到断开时，整流二极管D1导通， 电流以Vo/(Lr1+Lr2)的斜率增加。在Q2断开时，流入整流二极管 D2的电流ID2以-Vo/(Lr1+Lr2)的斜率减少，在t＝t2处ID2为零时 D2断开。另外，当在t＝t3处Q1从导通切换为断开时，ID1以-Vo/(Lr1 +Lr2)的斜率减少，当在t＝t5处ID1为零时D1断开。流入D2的电 流以Vo/(Lr1+Lr2)的斜率增加。

图8是另一开关电源装置的例子，表示与例如专利文献3中记载 的绝缘型DC/DC变换器大致相同的电路结构。

以下，参照图9的波形图对图8的动作进行说明。

控制电路Cont1，令导通占空比D＝0.5，设置死区时间Td1、Td2， 交替地导通、断开Q1、Q2，根据反馈电路的输出信号VFB控制Q1、 Q2的开关频率fs，由此将输出电压Vo控制为一定。

变压器T3以由励磁电感Lm、漏电感Lr、初级绕组圈数Np1和次 级绕组圈数Ns1、Ns2构成的等价电路表示。

电容器Cr起到断开流入T1的初级绕组中的电流的直流电流并防 止极端的磁场偏移的作用，并且还起到使T1的励磁电感Lm、漏电感 Lr和电感元件Lz共振的作用。

电感元件Lz在元件Q1、Q2的开关时与电容器Cs进行部分共振 动作，使元件Q1和Q2进行零电压开关。其中，Lz可以由T1的漏电 感Lr代替而省略。在以下的说明中省略Lz。另外，Cs也可以由Q1、 Q2的寄生电容代替而省略。

当Q1导通时，漏电感Lr和共振电容器Cr共振，IQ1和ID1成为 正弦波形。当在时刻t＝t3处ID1为零时，D1断开，T1的初级电感(Lm +Lr)和Cr共振，频率低的正弦波的电流流入MOSFET Q1中。