[发明专利]开关型电源

说明书

本发明涉及一种具有一个周期性地接转施加到变压器初级绕组的电压的开关晶体管的开关型电源，它含有一个转换级和一个用于操作开关晶体管的基极电流网络，和一个用于稳定次级电压的控制级。这样一种开关型电源按回扫变换器原理工作，其中开关晶体管在接通阶段被导通，因此在变压器中产生磁化，该开关晶体管在关断阶段被截止并经由变压器的耦合绕组再次被消磁。为了降低开关晶体管的接通损耗，开关型电源另外还具有一个振荡阶段，其中开关晶体管在集电极-发射极电压振荡的电压最小值被导通。

这种类型的开关型电源已在例如DE4431783中和1995年12月的期刊“电子世界和无线电世界”第1058-1063页中公开。它们都各自包含一个预先确定开关型电源的转换频率的振荡器。

本发明的目的是提出一种没有振荡器的开关型电源，它在一个宽的输入电压范围上稳定工作，而且开关晶体管的接通损耗是最小的。

用下述的本发明的技术方案来达到该目的。

一种开关型电源，包括：一个变压器和串联连接到所述变压器初级绕组并周期性地接转施加到所述初级绕组的输入电压的开关晶体管，一个转换级和一个用于操作所述开关晶体管的基极电流网络，所述基极电流网络连接到所述变压器的基极电流绕组，一个连接在所述变压器绕组与所述转换级之间用于稳定次级电压的控制级，开关晶体管在工作期间含有一接通阶段，一关断阶段和一所述关断阶段之后的振荡阶段，该开关型电源经由所述基极电流绕组并经由所述控制级自激振荡，所述开关型电源还包括：一个无源网络，该无源网络具有与至少一个正向二极管串联的电阻器，用于间接地确定开关晶体管的接通延迟，所述无源网络与所述控制级并联设置。

一种开关型电源，包括：一个变压器和串联连接到所述变压器初级绕组并周期性地接转施加到所述初级绕组的输入电压的开关晶体管，一个转换级和一个用于操作所述开关晶体管的基极电流网络，所述基极电流网络连接到所述变压器的基极电流绕组，一个连接在所述变压器绕组与所述转换级之间用于稳定次级电压的控制级，其中，与所述控制级并联地设置一个至少具有串联的一个电容器和一个电阻器的网络，以便以非常低的负载并在备用方式下产生开关晶体管的最小接通持续时间。

一种开关型电源，包括：一个变压器和串联连接到所述变压器初级绕组并周期性地接转施加到所述初级绕组的输入电压的开关晶体管，一个转换级和一个用于操作所述开关晶体管的基极电流网络，所述基极电流网络连接到所述变压器的基极电流绕组，一个连接在所述变压器绕组与所述转换级之间用于稳定次级电压的控制级，一个高阻电阻器，设置在所述基极电流网络与提供所述输入电压的整流器的输出端之间，所述高阻电阻器以与变压器无关的小电流为所述基极电流网络供电，其中，所述基极电流网络包含一个在开关型电源的接通阶段提供一个短电流脉冲的适当计算的电容器，以在该容性网络与一个用于为基极电流网络供电的基极电流绕组之间产生正反馈，由此在该绕组与该网络之间发生振荡，该振荡逐步地导通开关晶体管。

按照本发明的开关型电源的开关晶体管在接通期间经由一个高阻电阻器、一个初级绕组和一个电容器逐步地导通。此后，开关型电源经由变压器的另一初级绕组自激振荡，并由一个控制电路控制以便调节次级电压。为操作该开关型电源不需要任何附加自激振荡器。用非常高的阻抗设计启动电路，故而在正常工作期间仅消耗少量的功率。

该开关型电源按负载的函数改变开关晶体管的转换频率。例如，正常工作时，它以大约50-100kHz的频率振荡，而在低损耗的备用方式下则以大约20kHz的频率振荡。由于在备用方式下开关晶体管仅接通非常短的时间(＞200kHz)，因此为开关型电源配备有一个附加网络，它使开关晶体管在一规定的时间内接通。

借助于一个与控制电路并联的无源网络，开关晶体管在集电极电压的第一振荡的最小值之前不久或在最小值以规定的方式导通。结果，开关晶体管的接通损耗是最小的。

该开关型电源仅需要很少数量的有源器件因此非常节省费用。即使对于不稳定输入电压和不稳定的负载它也具有高稳定性。由于开关晶体管的低转换损耗，可以将该电源的频率设计得比常规回扫变换器电源的情况下要高得多，以便使开关晶体管具有相同的总功率损耗。这一较高频率允许一较小尺寸的变压器用于同样传输功率。

此外，开关型电源包括一个所谓的软启动电路，该电路允许开关晶体管在启动阶段比在正常工作时有比较小的最大集电极电流。由于软启动电路是由一个回扫电压控制的，在次级电压(特别是系统电压)短路的情况下，在启动阶段仅有小的集电极电流仍是可能的，由此防止了开关晶体管过热。