專利名稱：開關(guān)電源設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種開關(guān)電源設(shè)備，根據(jù)輸入電源執(zhí)行間歇供電，并且利用電感器執(zhí)行功率轉(zhuǎn)換，以便輸出預(yù)定的DC電壓。
背景技術(shù)：
通常，開關(guān)電源設(shè)備的性能測(cè)量包括諧波特性和功率因數(shù)特性。諧波特性是一種用于抑制從開關(guān)電源設(shè)備流向其輸入電源線的諧波電流的功能，定義諧波電流的上限，以便不會(huì)影響其他組件。功率因數(shù)特性是開關(guān)電源在輸入處看到的功率因數(shù)。為了減小功率系統(tǒng)的損失，功率因數(shù)越高越好。
因此，在現(xiàn)有技術(shù)中。已經(jīng)建議了具有專利文獻(xiàn)1到3中公開的結(jié)構(gòu)的開關(guān)電源設(shè)備。
圖13示出了專利文獻(xiàn)1中公開的開關(guān)電源的示例結(jié)構(gòu)。在圖13中，第一開關(guān)電路S1由包括第一開關(guān)器件Q1、第一二極管D1和第一電容器C1的并聯(lián)電路構(gòu)成，而第二開關(guān)電路S2由包括第二開關(guān)器件Q2、第二二極管D2和第二電容器C2的并聯(lián)電路構(gòu)成。
符號(hào)T表示變壓器。第一開關(guān)電路S1和輸入電源E與包括變壓器T的初級(jí)繞組T1和電感器L的串聯(lián)電路串聯(lián)。包括第二開關(guān)電路S2和電容器C的串聯(lián)電路與包括初級(jí)繞組T1和電感器L的串聯(lián)電路并聯(lián)。變壓器T的次級(jí)繞組T2具有包括整流二極管Ds和平滑電容器Co的整流平滑電路。電容器Cs與次級(jí)側(cè)的整流二極管Ds并聯(lián)。檢測(cè)電路14檢測(cè)提供到負(fù)載的輸出電壓Vo，并且如果必要，還檢測(cè)輸出電流Io。控制電路11接收在偏置繞組T3中產(chǎn)生的電壓，并通過(guò)施加正反饋，使開關(guān)器件Q1自激振蕩。控制電路12接收在偏置繞組T4中產(chǎn)生的電壓，并通過(guò)控制開關(guān)器件Q2的截止定時(shí)來(lái)控制開關(guān)器件Q2的導(dǎo)通周期。
圖14示出了專利文獻(xiàn)2中公開的開關(guān)電源設(shè)備的示例結(jié)構(gòu)。在圖14中，通過(guò)整流器4來(lái)整流從AC電源2提供的AC電壓，然后，由平滑電容器6進(jìn)行平滑濾波，以便得到整流電壓Vin，并將整流電壓Vin提供給第一功率轉(zhuǎn)換器8和第二功率轉(zhuǎn)換器10。當(dāng)開關(guān)晶體管Qs導(dǎo)通時(shí)，將整流電壓Vin施加到扼流圈CH、二極管Db和高頻變壓器T的初級(jí)繞組L1上，并將能量存儲(chǔ)在扼流圈CH中。當(dāng)開關(guān)晶體管Qs截止時(shí)，扼流圈CH中的能量使電流流過(guò)二極管Dc、初級(jí)繞組L1和電容器C1。重復(fù)執(zhí)行開關(guān)晶體管Qs的導(dǎo)通/截止操作，以便通過(guò)二極管D2和電容器Co來(lái)平滑在變壓器T的次級(jí)繞組L2中感應(yīng)的電壓，并輸出DC電壓Vo。脈沖寬度控制電路16根據(jù)輸出電壓Vo的波動(dòng)來(lái)控制開關(guān)晶體管Qs的導(dǎo)通時(shí)間，以便穩(wěn)定電壓Vo。
圖15示出了在專利文獻(xiàn)3中公開的開關(guān)電源設(shè)備的示例結(jié)構(gòu)。在圖15中，全波整流電路2接收來(lái)自輸入端子1-1’的AC輸入電壓，并輸出整流電壓Ei。第一電容器3通過(guò)第二開關(guān)器件6和第二電容器7來(lái)平滑濾波電感器20的電流，并提供DC電壓E3。第一開關(guān)器件4通過(guò)高頻切換，分別利用電感器20和變壓器5的初級(jí)繞組51，將整流電壓Ei和第一電容器7的DC電壓E3轉(zhuǎn)換為AC電壓。通過(guò)控制電路11，第二開關(guān)器件6和第一開關(guān)器件4交替地導(dǎo)通和截止。在第二開關(guān)器件6的導(dǎo)通時(shí)間期間，第二電容器7吸收并發(fā)射存儲(chǔ)在變壓器5中的激發(fā)能(excitation energy)和電感器20中的電流的一部分。由二極管8和電容器9構(gòu)成的整流平滑電路整流并平滑濾波在次級(jí)繞組52中產(chǎn)生的高頻AC電壓的回掃電壓，并將DC輸出電壓Eo輸出到輸出端子10-10’?？刂乞?qū)動(dòng)電路11檢測(cè)DC輸出電壓Eo，并控制第一開關(guān)器件4和第二開關(guān)器件6的導(dǎo)通-截止比。
專利文獻(xiàn)1日本待審專利申請(qǐng)公開No.11-187664專利文獻(xiàn)2日本待審專利申請(qǐng)公開No.4-21358專利文獻(xiàn)3日本待審專利申請(qǐng)公開No.7-75334

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問(wèn)題在專利文獻(xiàn)1中，盡管由電壓箝位電路執(zhí)行的零電壓切換操作(以下稱為“ZVS操作”)提供了較高的效率，但不具有諧波電流抑制功能。
在專利文獻(xiàn)2中，盡管具有諧波電流抑制功能，但沒有執(zhí)行ZVS操作，這導(dǎo)致較高的切換損失以及由此較低的電路效率。
在專利文獻(xiàn)3中，盡管通過(guò)電壓箝位電路來(lái)執(zhí)行ZVS操作并且具有諧波電流抑制功能，但由切換操作產(chǎn)生的電流流入了用于整流商用AC電壓的二極管(圖15所示的全波整流電路2)，這導(dǎo)致在該二極管中較大的損失以及較低的諧波電流減少效果。因此，需要提供一種商用AC電源線上的低通濾波器，由此增大了開關(guān)電源設(shè)備的尺寸。另一個(gè)問(wèn)題在于，不能控制用于確保持續(xù)時(shí)間(輸出保持時(shí)間)的電容器3的電壓，在所述持續(xù)時(shí)間內(nèi)，即使當(dāng)由于瞬間功率故障等導(dǎo)致臨時(shí)關(guān)閉商用AC電源，也能夠持續(xù)地提供輸出，因此，在輕負(fù)載(lightload)情況下，極大地增大了電壓，導(dǎo)致電壓超過(guò)部件的擊穿電壓的危險(xiǎn)。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種開關(guān)電源設(shè)備，其具有較高的諧波電流減小效果、改進(jìn)的諧波特性和功率因數(shù)特性以及較高的效率。
解決問(wèn)題的手段(1)根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)電源設(shè)備包括第一開關(guān)電路S1，由包括第一開關(guān)器件Q1、第一二極管D1和第一電容器Cds1的并聯(lián)電路構(gòu)成；第二開關(guān)電路S2，由包括第二開關(guān)器件Q2、第二二極管D2和第二電容器Cds2的并聯(lián)電路構(gòu)成；輸入側(cè)整流電路Da，由用于整流AC輸入電壓的至少一個(gè)整流器件構(gòu)成；向其施加由整流電路Da整流的電壓的第三電容器Ca；具有初級(jí)繞組Lp和次級(jí)繞組Ls的變壓器T；與次級(jí)繞組Ls相連的整流平滑電路Rs；與初級(jí)繞組Lp串聯(lián)的第一電感器Lr；連接第二電感器Li，以便在第一開關(guān)電路S1導(dǎo)通的導(dǎo)通周期期間，施加第三電容器Ca的電壓；防止反向電流流入第二電感器Li的第三二極管Di；第四電容器Ci，由存儲(chǔ)在第二電感器Li中的激發(fā)能充電，并對(duì)其進(jìn)行連接，以便在導(dǎo)通周期期間將電壓施加到初級(jí)繞組Lp；第五電容器Cr，與第一電感器Lr、初級(jí)繞組Lp和第二開關(guān)電路S2一起形成閉合回路；以及開關(guān)控制電路SC1和SC2，用于按照其中二者之間的兩個(gè)開關(guān)器件截止的時(shí)間周期，交替地導(dǎo)通和截止第一和第二開關(guān)器件。
(2)根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)電源設(shè)備包括第一開關(guān)電路S1，由包括第一開關(guān)器件Q1、第一二極管D1和第一電容器Cds1的并聯(lián)電路構(gòu)成；第二開關(guān)電路S2，由包括第二開關(guān)器件Q2、第二二極管D2和第二電容器Cds2的并聯(lián)電路構(gòu)成；輸入側(cè)整流電路Da，由用于整流AC輸入電壓的至少一個(gè)整流器件構(gòu)成；向其施加由整流電路Da整流的電壓的第三電容器Ca；具有初級(jí)繞組Lp和次級(jí)繞組Ls的變壓器T；與次級(jí)繞組Ls相連的整流平滑電路Rs；與初級(jí)繞組Lp串聯(lián)的第一電感器Lr；連接第二電感器Li，以便在第一開關(guān)電路S1導(dǎo)通的導(dǎo)通周期期間，施加第三電容器Ca的電壓；防止反向電流流入第二電感器Li的第三二極管Di；第四電容器Ci，由存儲(chǔ)在第二電感器Li中的激發(fā)能充電，并對(duì)其進(jìn)行連接，以便在導(dǎo)通周期期間將電壓施加到初級(jí)繞組Lp；第五電容器Cr，與第二開關(guān)電路S2一起形成連接到第一開關(guān)電路S1的兩端的串聯(lián)電路；以及開關(guān)控制電路SC1和SC2，用于按照其中二者之間的兩個(gè)開關(guān)器件截止的時(shí)間周期，交替地導(dǎo)通和截止第一和第二開關(guān)器件。
(3)配置根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)電源設(shè)備，以便在(1)或(2)中，設(shè)置不同于變壓器T的第二變壓器T2，第二電感器Li由第二變壓器T2的輸入繞組構(gòu)成，并且在第二變壓器T2的輸出繞組Lo和整流平滑電路RS之間設(shè)置整流電路Ds2。
(4)配置根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)電源設(shè)備，以便在(1)或(2)中，設(shè)置不同于變壓器T的第二變壓器T2，第二變壓器T2的輸入繞組Li1與第二電感器Li串聯(lián)，并且在第二變壓器T2的輸出繞組Lo和整流平滑電路RS之間設(shè)置整流電路Ds2。
(5)配置根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)電源設(shè)備，以便在(1)或(2)中，變壓器T具有第三繞組Lt，第二電感器Li與第三繞組Lt串聯(lián)。
(6)配置根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)電源設(shè)備，以便在(1)到(5)中，第三電容器Ca形成阻擋諧波分量電流的低通濾波器或低通濾波器的一部分。
(7)配置根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)電源設(shè)備，以便在(1)到(6)中，將第四二極管Db連接在輸入側(cè)整流電路Da和第四電容器Ci之間。
(8)配置根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)電源設(shè)備，以便在(1)到(7)中，第二電感器Li的一端與第一開關(guān)電路S1和第二開關(guān)電路S2之間的節(jié)點(diǎn)相連，另一端與第三二極管Di相連，并且第四二極管Dc的兩端與第二開關(guān)電路S2和第四電容器Cr之間的節(jié)點(diǎn)以及第一開關(guān)電路S1和第二開關(guān)電路S2之間的節(jié)點(diǎn)相連。
(9)配置根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)電源設(shè)備，以便在(1)到(8)中，變壓器T包括一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)繞組Lb1和Lb2，開關(guān)控制電路SC1和SC2利用驅(qū)動(dòng)繞組Lb1和Lb2中產(chǎn)生的電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)第一開關(guān)器件Q1或第二開關(guān)器件Q2。
(10)配置根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)電源設(shè)備，以便在(1)到(9)中，將由包括電阻器Rg1和Rg2以及電容器Cg1和Cg2的串聯(lián)電路構(gòu)成的延遲電路DL1和DL2設(shè)置在驅(qū)動(dòng)繞組Lb1和Lb2以及第一和第二開關(guān)器件Q1和Q2的控制端子之間，以及在驅(qū)動(dòng)繞組Lb1和Lb2中產(chǎn)生用于導(dǎo)通開關(guān)器件Q1和Q2的電壓之后，開關(guān)控制電路SC1和SC2有延遲地導(dǎo)通開關(guān)器件Q1和Q2。
(11)配置根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)電源設(shè)備，以便在(10)中，設(shè)置延遲電路DL1和DL2的延遲時(shí)間，以便在將要施加到第一和第二開關(guān)器件Q1和Q2的兩端的電壓減小到零或近似零之前，不導(dǎo)通開關(guān)器件Q1和Q2。
(12)配置根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)電源設(shè)備，以便在(1)到(9)中，在驅(qū)動(dòng)繞組Lb1和Lb2中產(chǎn)生用于導(dǎo)通開關(guān)器件Q1和Q2的電壓之后，將開關(guān)控制電路SC1和SC2導(dǎo)通預(yù)定時(shí)間，由此截止開關(guān)器件Q1和Q2。
(13)配置根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)電源設(shè)備，以便在(12)中，開關(guān)裝置由晶體管Tr1和Tr2構(gòu)成，并將阻抗電路和形成時(shí)間常數(shù)電路的電容器Ct1和Ct2分別連接到晶體管Tr1和Tr2的控制端子。
(14)配置根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)電源設(shè)備，以便在(1)到(13)中，開關(guān)控制電路SC1和SC2包括時(shí)間常數(shù)電路TC1和TC2，用于在驅(qū)動(dòng)繞組Lb1和Lb2中產(chǎn)生用于導(dǎo)通開關(guān)器件Q1和Q2的電壓之后，將開關(guān)器件Q1和Q2截止特定時(shí)間。
(15)配置根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)電源設(shè)備，以便在(1)到(14)中，變壓器T具有漏電感，并將漏電感配置為第一電感器Lr。
(16)配置根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)電源設(shè)備，以便在(1)到(15)中，由場(chǎng)效應(yīng)晶體管構(gòu)成第一開關(guān)電路S1和第二開關(guān)電路S2中的至少一個(gè)。
(17)配置根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)電源設(shè)備，以便在(1)到(16)中，開關(guān)控制電路SC1和SC2控制第一開關(guān)器件Q1的導(dǎo)通周期，以便穩(wěn)定從與次級(jí)繞組Ls相連的整流平滑電路RS得到的輸出電壓。
(18)配置根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)電源設(shè)備，以便在(1)到(17)中，開關(guān)控制電路SC1和SC2根據(jù)第四電容器Ci兩端的電壓來(lái)控制第二開關(guān)器件Q2的導(dǎo)通周期。
(19)配置根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)電源設(shè)備，以便在(1)到(18)中，當(dāng)?shù)谒碾娙萜鰿i兩端的電壓增大時(shí)，開關(guān)控制電路SC1和SC2抑制第二開關(guān)器件Q2的導(dǎo)通周期，并過(guò)渡到其中在輕負(fù)載或無(wú)負(fù)載情況下、周期性地重復(fù)振蕩周期和停止周期的間歇振蕩操作模式，開關(guān)控制電路SC1和SC2抑制第四電容器Ci兩端電壓的增大。
優(yōu)點(diǎn)(1)根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)執(zhí)行零電壓切換操作，第一開關(guān)器件Q1和第二開關(guān)器件Q2具有極低的切換損失。此外，切換輸入半波整流電壓或全波整流電壓，并且使與整流電壓成比例的電流流動(dòng)。因此，電流展示了正弦波峰值，引起較高的功率因數(shù)。防止反向電流流入第二電感器Li的第三二極管Di不需要如專利文獻(xiàn)3所示對(duì)商用AC電壓和切換電流均進(jìn)行整流，而只需對(duì)切換電流進(jìn)行整流。因此，能夠以高速切換實(shí)現(xiàn)較低損失。此外，在輸入側(cè)整流電路Da中，高頻電流不會(huì)如專利文獻(xiàn)3所示流入用于整流商用AC電壓的二極管。因此，沒有減小諧波電流抑制。
(2)根據(jù)本發(fā)明，設(shè)置了與第二開關(guān)電路S2一起形成連接到第一開關(guān)電路S1的兩端的串聯(lián)電路的第五電容器Cr以及按照其中在二者之間截止第一和第二開關(guān)器件的時(shí)間周期來(lái)交替地導(dǎo)通和截止第一和第二開關(guān)器件的開關(guān)控制電路SC1和SC2。因此，通過(guò)增大第五電容器Cr的施加電壓，能夠減小第五電容器Cr的電容。
(3)根據(jù)本發(fā)明，第二變壓器T2的輸入繞組用作第二電感器Li，第二變壓器T2的輸出繞組通過(guò)整流電路與整流平滑電路相連。因此，通過(guò)第二變壓器T2，能夠直接將存儲(chǔ)在第二變壓器T2的輸入繞組中的能量提供到次級(jí)側(cè)，變壓器T的電流減小，引起較低的導(dǎo)通損失和較高的效率。
(4)根據(jù)本發(fā)明，第二變壓器T2的輸入繞組Li1與第二電感器Li串聯(lián)，第二變壓器T2的輸出繞組和整流電路通過(guò)另一個(gè)整流電路相連。因此，能夠調(diào)整施加到第二電感器Li的電壓，從而增寬輸入電流導(dǎo)通角，由此進(jìn)一步抑制諧波電流，或相反地，縮小導(dǎo)通角，由此防止電容器Ci的電壓增大。
(5)根據(jù)本發(fā)明，變壓器T的第三繞組Lt與第二電感器Li串聯(lián)。因此，能夠調(diào)整施加到第二電感器Li的電壓，從而增寬輸入電流導(dǎo)通角，由此進(jìn)一步抑制諧波電流，或相反地，縮小導(dǎo)通角，由此防止電容器Ci的電壓增大(6)根據(jù)本發(fā)明，第三電容器Ca防止高頻電流由于第一和第二開關(guān)器件Q1和Q2的切換傳播到輸入電源線側(cè)。因此，實(shí)現(xiàn)了較高的諧波電流抑制效果。
(7)根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)設(shè)備通電時(shí)，連接在輸入側(cè)整流電路Da和第四電容器Ci之間的第四二極管Db允許直接充電第四電容器Ci，并且在其達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)之前，防止了變壓器的磁偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象等。
(8)根據(jù)本發(fā)明，在第一開關(guān)電路S1的截止周期期間，第四二極管Dc和第二開關(guān)電路S2短路第二電感器Li。因此，在電感器Li中流動(dòng)的電流變?yōu)榱悖軌驑O大地減小施加到第三二極管Di上的電壓。因此，可以將低擊穿電壓二極管用作第三二極管Di。
(9)根據(jù)本發(fā)明，變壓器T具有驅(qū)動(dòng)繞組Lb1和Lb2，將在驅(qū)動(dòng)繞組Lb1和Lb2中產(chǎn)生的電壓用于驅(qū)動(dòng)第一和第二開關(guān)器件Q1和Q2。因此，能夠執(zhí)行自激振蕩。
(10)根據(jù)本發(fā)明，設(shè)置延遲電路DL1和DL2，在驅(qū)動(dòng)繞組Lb1和Lb2中產(chǎn)生用于導(dǎo)通開關(guān)器件Q1和Q2的電壓之后，有延遲地導(dǎo)通開關(guān)器件Q1和Q2，由此產(chǎn)生無(wú)感時(shí)間(dead time)。因此，能夠以適當(dāng)?shù)囟〞r(shí)交替地導(dǎo)通和截止第一和第二開關(guān)器件Q1和Q2。
(11)根據(jù)本發(fā)明，設(shè)置延遲電路DL1和DL2的延遲時(shí)間，以便在將要施加到第一和第二開關(guān)器件Q1和Q2的兩端的電壓減小到零或近似零之前，不導(dǎo)通開關(guān)器件Q1和Q2。因此，執(zhí)行了零電壓切換操作，引起較低的切換損失和較高的效率。
(12)根據(jù)本發(fā)明，開關(guān)控制電路SC1和SC2包括用于截止開關(guān)器件Q1和Q2的開關(guān)裝置。因此，開關(guān)控制電路SC1和SC2具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，并且能夠利用較少數(shù)目的部件來(lái)執(zhí)行開關(guān)控制。
(13)根據(jù)本發(fā)明，開關(guān)裝置由晶體管Tr1和Tr2構(gòu)成，并且形成時(shí)間常數(shù)電路。因此，能夠容易地設(shè)置第一和第二開關(guān)器件Q1和Q2的導(dǎo)通周期。
(14)根據(jù)本發(fā)明，時(shí)間常數(shù)電路TC1和TC2允許在驅(qū)動(dòng)繞組Lb1和Lb2中產(chǎn)生用于導(dǎo)通開關(guān)器件Q1和Q2的電壓之后，將開關(guān)器件Q1和Q2截止預(yù)定時(shí)間。因此，能夠適當(dāng)?shù)卦O(shè)置截止定時(shí)，以便確定開關(guān)器件Q1和Q2的導(dǎo)通周期。
(15)根據(jù)本發(fā)明，將變壓器T的漏電感用作第一電感器Lr。因此，能夠減少部件的數(shù)目。
(16)根據(jù)本發(fā)明，由場(chǎng)效應(yīng)晶體管構(gòu)成第一開關(guān)電路S1和第二開關(guān)電路S2中的至少一個(gè)。因此，二極管D1和D2可以由寄生二極管構(gòu)成，并且電容器Cds1和Cds2可以由寄生電容器構(gòu)成。因此，能夠利用較少數(shù)目的部件來(lái)配置包括開關(guān)器件Q1和Q2、二極管D1和D2以及電容器Cds1和Cds2的并聯(lián)電路。
(17)根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)控制第一開關(guān)器件Q1的導(dǎo)通周期來(lái)穩(wěn)定輸出電壓。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)恒壓電源設(shè)備。
(18)根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)第四電容Ci兩端的電壓來(lái)控制第二開關(guān)器件Q2的導(dǎo)通周期。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)恒壓電源設(shè)備。
(19)根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)?shù)谒碾娙萜鰿i兩端的電壓增大時(shí)，開關(guān)控制電路SC1和SC2抑制第二開關(guān)器件Q2的導(dǎo)通周期，并過(guò)渡到輕負(fù)載或無(wú)負(fù)載情況下的間歇振蕩操作模式，開關(guān)控制電路SC1和SC2抑制第四電容器Ci兩端電壓的增大。因此，能夠防止損壞第四電容器Ci，并能夠減小其擊穿電壓。還能夠減小開關(guān)器件Q1和Q2以及次級(jí)側(cè)整流二極管Ds的擊穿電壓。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的開關(guān)電源設(shè)備的電路圖。
圖2是開關(guān)電源設(shè)備中的組件的波形圖。
圖3是輸入電壓、輸入電流和在電感器中流動(dòng)的電流的波形圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的開關(guān)電源設(shè)備的電路圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的開關(guān)電源設(shè)備的電路圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的開關(guān)電源設(shè)備的電路圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的開關(guān)電源設(shè)備的電路圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的開關(guān)電源設(shè)備的電路圖。
圖9是根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的開關(guān)電源設(shè)備的電路圖。
圖10是根據(jù)本發(fā)明第八實(shí)施例的開關(guān)電源設(shè)備的電路圖。
圖11是根據(jù)本發(fā)明第九實(shí)施例的開關(guān)電源設(shè)備的電路圖。
圖12是示出了根據(jù)本發(fā)明第十實(shí)施例的開關(guān)電源設(shè)備中的示例開關(guān)控制電路的示意圖。
圖13是現(xiàn)有技術(shù)的開關(guān)電源設(shè)備的電路圖。
圖14是現(xiàn)有技術(shù)的開關(guān)電源設(shè)備的電路圖。
圖15是現(xiàn)有技術(shù)的開關(guān)電源設(shè)備的電路圖。
參考符號(hào)EMI-F EMI濾波器Da 輸入側(cè)整流電路
Q1 第一開關(guān)器件D1 第一二極管Cds1 第一電容器S1 第一開關(guān)電路Q2 第二開關(guān)器件D2 第二二極管Cds2 第二電容器S2 第二開關(guān)電路Ca 第三電容器T 變壓器Lp 初級(jí)繞組Ls 次級(jí)繞組Lb1，Lb2 驅(qū)動(dòng)繞組Ds 整流二極管Co 平滑電容器RS 整流平滑電路Lr 第一電感器Li 第二電感器Cr 第五電容器Ci 第四電容器SC1第一開關(guān)控制電路SC2第二開關(guān)控制電路Db 第四二極管Di 第三二極管Tr1，Tr2 晶體管DL1，DL2 延遲電路FBi，F(xiàn)B2 反饋電路TC1，TC2 時(shí)間常數(shù)電路
具體實(shí)施例方式
將參考圖1到3來(lái)說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的開關(guān)電源設(shè)備。
圖1是開關(guān)電源設(shè)備的電路圖。在圖1中，符號(hào)Vin表示商用AC電源。輸入側(cè)整流電路Da由二極管橋構(gòu)成，并通過(guò)EMI-F濾波器來(lái)全波整流商用AC電源Vin。第一開關(guān)電路S1包括第一開關(guān)器件Q1、第一二極管D1和第一電容器Cds1。同樣，第二開關(guān)電路S2包括第二開關(guān)器件Q2、第二二極管D2和第二電容器Cds2。二極管D1和D2是用作FET的開關(guān)器件Q1和Q2的寄生二極管，電容器Cds1和Cds2是開關(guān)器件Q1和Q2的寄生電容器。然而，可以獨(dú)立于開關(guān)器件Q1和Q2來(lái)附加地設(shè)置二極管D1和D2以及電容器Cds1和Cds2，以便得到必要的性能。
將輸入側(cè)整流電路Da的整流電壓施加到第三電容器Ca。變壓器T具有初級(jí)繞組Lp、次級(jí)繞組Ls以及驅(qū)動(dòng)繞組Lb1和Lb2。將包括整流二極管Ds和平滑電容器Co的整流平滑電路RS與變壓器T的次級(jí)繞組Ls相連。將用于在反相變壓器T的電壓時(shí)進(jìn)行諧振的電容器Cs與整流二極管Ds并聯(lián)。電容器Cs可以使用整流二極管Ds的寄生電容。第一電感器Lr和第二電感器Li與變壓器T的初級(jí)繞組Lp串聯(lián)。電感器Lr可以使用變壓器T的漏電感。
第五電容器Cr與第二開關(guān)電路S2串聯(lián)。第二開關(guān)電路SC2、第五電容器Cr、第一電感器Lr和變壓器T的初級(jí)繞組Lp形成閉合回路。第二電感器Li的一端與第一開關(guān)電路S1和第二開關(guān)電路S2之間的節(jié)點(diǎn)相連，另一端與第三二極管Di相連。第四二極管Dc的兩端與第二開關(guān)電路S2和第五電容器Cr之間的節(jié)點(diǎn)、以及第三二極管Di和第二電感器Li之間的節(jié)點(diǎn)相連。
第四電容器Ci連接在第一開關(guān)電路S1和第三電容器Ca之間的節(jié)點(diǎn)與第一電感器Lr的一端之間。
開關(guān)控制電路SC1和SC2分別與第一和第二開關(guān)電路S1和S2相連。第四二極管Db連接在輸入側(cè)整流電路Da和第四電容器Ci之間。
開關(guān)控制電路SC1包括連接在第一開關(guān)器件Q1的柵極和源極之間的晶體管Tr1、延遲電路DL1和時(shí)間常數(shù)電路TC1。延遲電路DL1由包括電容器Cg1和電阻器Rg1的串聯(lián)電路以及開關(guān)器件Q1的輸入電容(未示出)構(gòu)成。通過(guò)驅(qū)動(dòng)繞組Lb1的感應(yīng)電壓導(dǎo)通第一開關(guān)器件Q1；然而，通過(guò)延遲電路DL1來(lái)延遲開關(guān)器件Q1的導(dǎo)通定時(shí)。
時(shí)間常數(shù)電路TC1包括阻抗電路，包括電阻器Rt1、二極管Dt1和光電耦合器的光電晶體管Pt1；以及電容器Ct1。時(shí)間常數(shù)電路TC1和晶體管Tr1控制第一開關(guān)器件Q1的截止。
第二開關(guān)控制電路SC2具有與第一開關(guān)控制電路SC1相似的結(jié)構(gòu)，并且按照相似方式進(jìn)行操作。
反饋電路FB1與第一開關(guān)控制電路SC1的光電耦合器的光電晶體管Pt1相連。反饋電路FB1檢測(cè)要從整流平滑電路RS輸出到輸出端子OUT的電壓Vo，并執(zhí)行反饋控制，以便能夠穩(wěn)定電壓Vo。第二反饋電路FB2檢測(cè)第四電容器Ci的輸入電壓Vi，并執(zhí)行反饋控制，以便控制第二開關(guān)器件Q2的導(dǎo)通周期，以使在輕負(fù)載的情況下，輸入電壓Vi不會(huì)增大到超出預(yù)定值。然而，如果不必控制電容器Ci的電壓Vi，可以省略反饋電路FB2。
第三電容器Ca使通過(guò)切換開關(guān)器件Q1和Q2產(chǎn)生的高頻電流流向(或分流到)地，因此，阻擋了高頻電流流回輸入電源側(cè)?？梢圆迦腚姼衅鞯?，以使其電感和電容器Ca的電容形成低通濾波器。
將參考圖2和3，來(lái)說(shuō)明圖1所示的開關(guān)電源設(shè)備的電路操作。
圖2是圖1所示組件的波形圖。圖3是輸入電壓Vin、商用電源的輸入電流iin以及在電感器Li中流動(dòng)的電流il的示意波形圖。示出了各種狀態(tài)中的操作，其中“Vgs1”和“Vgs2”表示開關(guān)器件Q1和Q2的導(dǎo)通/截止信號(hào)(源極-柵極電壓)，“Vds1”和“Vds2”表示漏極-源極電壓，“id1”和“id2”表示漏極電流，“is”表示整流二極管Ds的電流，“il”表示電感器Li中流動(dòng)的電流，以及“im”表示變壓器T的激勵(lì)電流。
(1)狀態(tài)1[t1到t2]二極管D1或開關(guān)Q1導(dǎo)通，當(dāng)二極管D1導(dǎo)通時(shí)，驅(qū)動(dòng)繞組Lb1的電壓導(dǎo)通開關(guān)Q1，以執(zhí)行ZVS操作。將輸入電壓Vi提供到初級(jí)繞組Lp并對(duì)其進(jìn)行激勵(lì)，并且將全波整流電壓Vac提供到電感器Li。在圖2中，αton表示在導(dǎo)通周期期間變壓器T的激勵(lì)電流im為負(fù)的時(shí)間。
在時(shí)間t2，電容器Ct1的電壓等于晶體管Tr1的閾值電壓，晶體管Tr1導(dǎo)通，同時(shí)開關(guān)Q1截止。反相變壓器T的電壓(變壓器T的繞組的電壓)。
(2)狀態(tài)2[t2到t3]在變壓器T、電感器Lr和電感器Li中流動(dòng)的電流使電容器Cds1被充電，并使電容器Cds2放電。在時(shí)間t3，電壓Vds2變?yōu)榱?，并且二極管D2導(dǎo)通。在變壓器T的次級(jí)側(cè)，當(dāng)電壓Vs為零時(shí)，整流二極管Ds導(dǎo)通。
(3)狀態(tài)3[t3到t4]在二極管D2導(dǎo)通時(shí)，驅(qū)動(dòng)繞組Lb2的電壓導(dǎo)通開關(guān)Q2，并執(zhí)行ZVS操作。在變壓器T的初級(jí)側(cè)，電感器Lr和電容器Cr彼此諧振，并通過(guò)存儲(chǔ)在電感器Li中的激勵(lì)電流il來(lái)充電電容器Ci。在變壓器T的次級(jí)側(cè)，從次級(jí)繞組Ls釋放變壓器T的激發(fā)能，并且在二極管Ds中流動(dòng)的電流展示了曲線波形。在圖2中，tr1表示變壓器T的復(fù)位時(shí)間。當(dāng)電流il在時(shí)間t4(從t3經(jīng)過(guò)tr2)變?yōu)榱銜r(shí)，電容器Ci的充電結(jié)束。
(4)狀態(tài)4[t4到t5]當(dāng)電流il變?yōu)榱銜r(shí)，二極管Dc導(dǎo)通，并且電感器Li的兩端和開關(guān)器件Q2短路，由此箝位了二極管Di的施加電壓。在狀態(tài)3和狀態(tài)4，將電容器Cr的電壓Vr施加到包括初級(jí)繞組Lp和電感器Lr的串聯(lián)電路上，并線性地減小激勵(lì)電流。當(dāng)激勵(lì)電流變?yōu)榱銜r(shí)，負(fù)電流流動(dòng)，并按照與狀態(tài)1相反的方向來(lái)激勵(lì)初級(jí)繞組Lp。在次級(jí)側(cè)，在變?yōu)榱阒?，電流流?dòng)。在時(shí)間t5，當(dāng)電容器Ct2的電壓等于晶體管Tr2的閾值電壓并且晶體管Tr2導(dǎo)通時(shí)，開關(guān)Q2截止。
(5)狀態(tài)5[t5到t6]在變壓器T的次級(jí)側(cè)，將反向電壓施加到二極管Ds，并反相變壓器T的次級(jí)繞組Ls的電壓。在初級(jí)側(cè)，在初級(jí)繞組Lp和電感器Lr中流動(dòng)的電流使電容器Cds1放電并使電容器Cds2被充電。在時(shí)間t6，當(dāng)電壓Vds1變?yōu)榱銜r(shí)，二極管D1導(dǎo)通。
重復(fù)上述狀態(tài)1到5。
圖1所示開關(guān)電源設(shè)備的電路特性如下。
假設(shè)“ton”表示其間開關(guān)器件Q1或二極管D1導(dǎo)通的時(shí)間周期，“ton2”表示其間開關(guān)器件Q2或二極管D2導(dǎo)通的時(shí)間周期，“T”表示一個(gè)周期，“Vac”表示商用電源電壓的絕對(duì)值(商用電源的整流電壓)，以及“n”表示變壓器T的初級(jí)繞組Lp與次級(jí)繞組Ls的匝數(shù)比，對(duì)于施加到變壓器T上的電壓乘積，滿足以下等式Vi×ton＝nVo×ton2 …等式(1)對(duì)于施加到電感器Li上的電壓乘積，滿足以下等式Vac×ton＝(Vi+nVo-Vac)×tr2 …等式(2)在等式(2)中，tr2表示在截止周期中，在流過(guò)電感器Li的電流il變?yōu)榱阒暗臅r(shí)間。在商用電源電壓的一個(gè)周期期間，電壓Vi和輸出電壓Vo實(shí)質(zhì)上是恒定的。因此，通過(guò)根據(jù)等式(1)來(lái)控制時(shí)間ton，以控制ton/ton2，或時(shí)間比ton/T，能夠穩(wěn)定輸出電壓。
根據(jù)升壓變流器的通用等式，由以下等式給出瞬時(shí)輸入功率p。
p＝(Vac·ton)2(Vi+nVo)/{2LiT(Vi+nVo-Vac)}…等式(3)將等式(1)代入等式(3)，并重新排列，得到以下等式p＝(Vac·nVo)2/{2LiVi(Vi+nVo-Vac)}×ton2 …等式(4)可以看出，輸入功率p與時(shí)間ton2成正比。
還可以看出，如果等式(4)中的ton2是常數(shù)，輸入功率p越小，則電壓Vi變得越大。因此，從等式(4)可以理解到，通過(guò)控制時(shí)間ton2能夠穩(wěn)定電壓Vi。
當(dāng)?shù)仁?2)給出的時(shí)間tr2短于時(shí)間ton2時(shí)，由以下等式給出在電感器Li中流動(dòng)的峰值電流IlpIlp＝(Vac/Li)×ton …等式(5)在商用電源電壓的一個(gè)周期期間，導(dǎo)通周期ton實(shí)質(zhì)上是恒定的。因此，當(dāng)滿足ton2＞tr2時(shí)，峰值電流Ilp與全波整流電壓Vac成正比。如圖3所示，商用AC電源的輸入電流iin實(shí)質(zhì)上表現(xiàn)為正弦波。因此，極大地減小了輸入電流的諧波分量，并增大了功率因數(shù)。
還可以看出，由于在商用電源電壓的一個(gè)周期期間，導(dǎo)通周期ton實(shí)質(zhì)上是恒定的，用于穩(wěn)定輸出電壓的控制電路具有較好的響應(yīng)特性，并且存儲(chǔ)在電容器Ci中的靜電能確保了足夠的輸出電壓保持時(shí)間。
作為高頻切換電流的、在電感器Li中流動(dòng)的電流il流經(jīng)電容器Ca，因此，不會(huì)流入輸入側(cè)整流電路Da。因此，能夠極大地減小現(xiàn)有技術(shù)中由構(gòu)成輸入側(cè)整流電路的整流器件所產(chǎn)生的反向恢復(fù)時(shí)間、反向電壓等引起的功率損失。
圖1所示的開關(guān)電源設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)如下(1)由于ZVS操作，開關(guān)器件Q1和Q2具有極低的切換損失。
(2)切換電流流入二極管Di，并且該切換電流流入電容器Ca。因此，切換電流不會(huì)流入整流電路Da，由此減小了損失。盡管二極管Di必須執(zhí)行與切換頻率相對(duì)應(yīng)的高速操作，但整流電路Da和Db可以是執(zhí)行與商用電源頻率相對(duì)應(yīng)的低速操作的普通二極管。
(3)在開關(guān)器件Q1截止的時(shí)間周期中，二極管Dc和開關(guān)器件Q2短路了電感器Li。因此，在電感器Li中流動(dòng)的電流變?yōu)榱?，由此防止反向施加電壓。因此，能夠極大地減小施加到二極管Di上的電壓。
(4)通過(guò)根據(jù)反饋電路FB1的信號(hào)來(lái)控制開關(guān)器件Q1的導(dǎo)通周期，控制輸出電壓Vo，從而穩(wěn)定輸出電壓Vo。
(5)通過(guò)根據(jù)反饋電路FB2的信號(hào)來(lái)控制開關(guān)器件Q2，控制輸入電壓Vi。因此，在輕負(fù)載或無(wú)負(fù)載的情況下，能夠防止輸入電壓Vi增大。
接下來(lái)，將參考圖4，說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的開關(guān)電源設(shè)備。
圖4是其電路圖。在該示例中，與圖1所示的開關(guān)電源設(shè)備不同，包括第二開關(guān)電路S2和第五電容器Cr的串聯(lián)電路與第一開關(guān)電路S1并聯(lián)。其余結(jié)構(gòu)與圖1所示的相似。在圖4中，沒有示出變壓器T的驅(qū)動(dòng)繞組Lb1和Lb2以及反饋電路FB1和FB2。由方框表示開關(guān)控制電路SC1和SC2。
該電路結(jié)構(gòu)也實(shí)現(xiàn)了與第一實(shí)施例相似的優(yōu)點(diǎn)。盡管施加到電容器Cr上的電壓較大，如果假設(shè)要存儲(chǔ)的電荷量固定，則電容器Cr可以具有較低電容。因此，電容器Cr可以變得緊湊。
圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的開關(guān)電源設(shè)備的電路圖。在圖5所示的示例中，與圖1所示的結(jié)構(gòu)不同，第五電容器Cr連接在第四電容器Ci的一端和第一電感器Lr之間。盡管未示出，圖1所示的二極管Dc可以連接在二極管Di的陰極和開關(guān)器件Q2的漏極之間。其余結(jié)構(gòu)與圖1所示的相似。但是，在圖5中，沒有示出變壓器T的驅(qū)動(dòng)繞組Lb1和Lb2、開關(guān)控制電路SC1和Sc2以及反饋電路FB1和FB2。
該結(jié)構(gòu)也實(shí)現(xiàn)了與第一實(shí)施例相似的優(yōu)點(diǎn)。此外，第二開關(guān)器件Q2的一端與同第一電感器Lr串聯(lián)的第五電容器Cr和第四電容器Ci之間的節(jié)點(diǎn)相連。因此，能夠減小施加到第一和第二開關(guān)器件Q1和Q2上的電壓，并且能夠減小其上的電壓應(yīng)力。
圖6是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的開關(guān)電源設(shè)備的電路圖。在圖6所示的示例中，與圖1所示的結(jié)構(gòu)不同，并未設(shè)置如圖1所示的第四二極管Db。圖1所示的第四二極管Db使充電電流被施加到第四電容器Ci上。然而，二極管Db和電容器Ci沒有形成所謂的電容器輸入整流平滑電路。由變壓器T的初級(jí)繞組Lp和電感器Lr對(duì)電容器Ci進(jìn)行充電。因此，圖1所示的二極管Db不是必要的。在圖6所示的結(jié)構(gòu)中，二極管Db不是必要的，因此，能夠減少部件的數(shù)目。在開關(guān)電源設(shè)備加電或在重負(fù)載的情況下，在電容器Ci兩端的電壓小于電容器Ca兩端的電壓的狀態(tài)下，用于充電電容器Ci的電流流經(jīng)變壓器T，并且可能發(fā)生變壓器T的磁偏轉(zhuǎn)。通過(guò)設(shè)置圖1所示的二極管Db，在設(shè)備加電或在重負(fù)載的情況下，能夠直接充電電容器Ci，因此克服了上述問(wèn)題。
圖7是根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的開關(guān)電源設(shè)備的電路圖。在圖1所示的示例中，第二電感器Li設(shè)置在第一和第二開關(guān)電路S1和S2之間的節(jié)點(diǎn)和第三二極管Di之間，而在圖7所示的示例中，第二電感器Li設(shè)置在第一開關(guān)電路S1和電容器Ci之間的節(jié)點(diǎn)和電容器Ca之間。該結(jié)構(gòu)也實(shí)現(xiàn)了與第一實(shí)施例相似的優(yōu)點(diǎn)。
圖8是根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的開關(guān)電源設(shè)備的電路圖。在該示例中，獨(dú)立于變壓器T設(shè)置第二變壓器T2，并且將第二變壓器T2的輸入繞組Li用作圖1所示的第二電感器Li。將整流電路Ds2設(shè)置在第二變壓器T2的輸出繞組Lo和整流平滑電路RS之間。其余部分與圖1所示的相似。圖8沒有示出與圖1所示的二極管Db相對(duì)應(yīng)的組件。
該結(jié)構(gòu)能夠?qū)⒋鎯?chǔ)在電感器Li的能量從變壓器T2的輸出繞組Lo提供到整流平滑電路RS側(cè)，由此減小了變壓器T的電流。因此，能夠減小由于變壓器T的繞組等引起的傳導(dǎo)損失，引起較高的效率。整流電路Ds2和整流電路Ds可以是分離的，并且可以設(shè)置為不同的輸出。
圖9是根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的開關(guān)電源設(shè)備的電路圖。在該示例中，設(shè)置了第二變壓器T2，并且與第二變壓器T2的輸入繞組Li1串聯(lián)設(shè)置了電感器Li。其余部分與圖8所示相似。
該結(jié)構(gòu)使存儲(chǔ)在電感器Li1中的能量被直接提供到整流平滑電路RS側(cè)，由此減小了變壓器T的電流。因此，能夠減小由于變壓器T的繞組等引起的傳導(dǎo)損失，引起較高的效率。與圖8所示的情況相同，整流電路Ds2和整流電路Ds可以是分離的，并且可以設(shè)置為不同的輸出。
圖10是根據(jù)本發(fā)明第八實(shí)施例的開關(guān)電源設(shè)備的電路圖。在該示例中，變壓器T具有第三繞組Lt，第三繞組Lt與第二電感器Li串聯(lián)。其余結(jié)構(gòu)與圖1所示相似。
圖10所示的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了與第一實(shí)施例相似的優(yōu)點(diǎn)。此外，利用在變壓器T的第三繞組Lt中產(chǎn)生的電壓，能夠調(diào)整要施加到電感器Li上的電壓，并且能夠調(diào)整輸入電流iin的導(dǎo)通角(商用電源電壓半個(gè)周期期間的導(dǎo)通時(shí)間)，以實(shí)現(xiàn)諧波電流抑制和損失減小。通過(guò)調(diào)整第三繞組Lt和初級(jí)繞組的匝數(shù)比，能夠減小導(dǎo)通角，由此防止將過(guò)高的電壓施加到電容器Ci上。
圖11是根據(jù)本發(fā)明第九實(shí)施例的開關(guān)電源設(shè)備的電路圖。在該示例中，將電感器Li設(shè)置在二極管Db和電容器Ca之間。整流平滑電路RS是額外包括二極管Df和電感器Lf的正向變換器型。因此，變壓器T的次級(jí)繞組Ls的極性與第一到第八實(shí)施例中的相反。其余結(jié)構(gòu)與圖1所示的相似。利用圖11所示的結(jié)構(gòu)，將激發(fā)能存儲(chǔ)在電感器Lf中，因此，變壓器T能夠變得更加緊湊。
次級(jí)側(cè)可以是圖1所示的回掃轉(zhuǎn)換器型，無(wú)需改變電感器Li的位置。在圖1以及4到10中，與圖11相同，次級(jí)側(cè)可以是正向變換器型。
圖12示出了根據(jù)本發(fā)明第十實(shí)施例的開關(guān)電源設(shè)備中的開關(guān)控制電路的示例結(jié)構(gòu)。在該示例中，包括電阻器Rz、齊納二極管ZD和二極管Dz的串聯(lián)電路與變壓器T的驅(qū)動(dòng)繞組Lb相連，以及包括電阻器Rt和電容器Ct的串聯(lián)電路與包括齊納二極管ZD和二極管Dz的串聯(lián)電路并聯(lián)。將電容器Ct的電壓施加到晶體管Tr的基極上。晶體管Tr的基極和發(fā)射極之間的二極管Db防止將反向電壓施加到晶體管Tr的基極和發(fā)射極之間。
包括電阻器Rg和電容器Cg的串聯(lián)電路形成了用于延遲開關(guān)器件Q的導(dǎo)通的延遲電路DL。電容器Ciss示出了開關(guān)器件Q的輸入電容。
因此，齊納二極管ZD向包括電阻器Rt和電容器Ct的時(shí)間常數(shù)電路提供了恒定電壓，并且所述時(shí)間常數(shù)電路不會(huì)受到驅(qū)動(dòng)繞組Lb的電壓變化的影響。通過(guò)控制電阻器Rt阻抗，能夠控制晶體管Tr的導(dǎo)通定時(shí)，即，開關(guān)器件Q的導(dǎo)通周期。
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)電源設(shè)備，包括第一開關(guān)電路S1，由包括第一開關(guān)器件Q1、第一二極管D1和第一電容器Cds1的并聯(lián)電路構(gòu)成；第二開關(guān)電路S2，由包括第二開關(guān)器件Q2、第二二極管D2和第二電容器Cds2的并聯(lián)電路構(gòu)成；輸入側(cè)整流電路Da，由用于整流AC輸入電壓的至少一個(gè)整流器件構(gòu)成；向其施加由整流電路Da整流的電壓的第三電容器Ca；具有初級(jí)繞組Lp和次級(jí)繞組Ls的變壓器T；與次級(jí)繞組Ls相連的整流平滑電路Rs；與初級(jí)繞組Lp串聯(lián)的第一電感器Lr；連接第二電感器Li，以便在第一開關(guān)電路S1導(dǎo)通的導(dǎo)通周期期間，施加第三電容器Ca的電壓；防止反向電流流入第二電感器Li的第三二極管Di；第四電容器Ci，由存儲(chǔ)在第二電感器Li中的激發(fā)能充電，并對(duì)其進(jìn)行連接，以便在導(dǎo)通周期期間將電壓施加到初級(jí)繞組Lp；第五電容器Cr，與第一電感器Lr、初級(jí)繞組Lp和第二開關(guān)電路S2一起形成閉合回路；以及開關(guān)控制電路SC1和SC2，用于按照其中二者之間的兩個(gè)開關(guān)器件截止的時(shí)間周期，交替地導(dǎo)通和截止第一和第二開關(guān)器件。
2.一種開關(guān)電源設(shè)備，包括第一開關(guān)電路S1，由包括第一開關(guān)器件Q1、第一二極管D1和第一電容器Cds1的并聯(lián)電路構(gòu)成；第二開關(guān)電路S2，由包括第二開關(guān)器件Q2、第二二極管D2和第二電容器Cds2的并聯(lián)電路構(gòu)成；輸入側(cè)整流電路Da，由用于整流AC輸入電壓的至少一個(gè)整流器件構(gòu)成；向其施加由整流電路Da整流的電壓的第三電容器Ca；具有初級(jí)繞組Lp和次級(jí)繞組Ls的變壓器T；與次級(jí)繞組Ls相連的整流平滑電路Rs；與初級(jí)繞組Lp串聯(lián)的第一電感器Lr；連接第二電感器Li，以便在第一開關(guān)電路S1導(dǎo)通的導(dǎo)通周期期間，施加第三電容器Ca的電壓；防止反向電流流入第二電感器Li的第三二極管Di；第四電容器Ci，由存儲(chǔ)在第二電感器Li中的激發(fā)能充電，并對(duì)其進(jìn)行連接，以便在導(dǎo)通周期期間將電壓施加到初級(jí)繞組Lp；第五電容器Cr，與第二開關(guān)電路S2一起形成連接到第一開關(guān)電路S1的兩端的串聯(lián)電路；以及開關(guān)控制電路SC1和SC2，用于按照其中二者之間的兩個(gè)開關(guān)器件截止的時(shí)間周期，交替地導(dǎo)通和截止第一和第二開關(guān)器件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的開關(guān)電源設(shè)備，其特征在于，設(shè)置不同于變壓器T的第二變壓器T2，第二電感器Li由第二變壓器T2的輸入繞組構(gòu)成，并且在第二變壓器T2的輸出繞組Lo和整流平滑電路RS之間設(shè)置整流電路Ds2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的開關(guān)電源設(shè)備，其特征在于，設(shè)置不同于變壓器T的第二變壓器T2，第二變壓器T2的輸入繞組Li1與第二電感器Li串聯(lián)，并且在第二變壓器T2的輸出繞組Lo和整流平滑電路RS之間設(shè)置整流電路Ds2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的開關(guān)電源設(shè)備，其特征在于，變壓器T具有第三繞組Lt，第二電感器Li與第三繞組Lt串聯(lián)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5之一所述的開關(guān)電源設(shè)備，其特征在于，第三電容器Ca使諧波分量電流流動(dòng)，并形成低通濾波器或低通濾波器的一部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6之一所述的開關(guān)電源設(shè)備，其特征在于，將第四二極管Db連接在輸入側(cè)整流電路Da和第四電容器Ci之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7之一所述的開關(guān)電源設(shè)備，其特征在于，第二電感器Li的一端與第一開關(guān)電路S1和第二開關(guān)電路S2之間的節(jié)點(diǎn)相連，另一端與第三二極管Di相連，并且第四二極管Dc的兩端與第二開關(guān)電路S2和第四電容器Cr之間的節(jié)點(diǎn)以及第一開關(guān)電路S1和第二開關(guān)電路S2之間的節(jié)點(diǎn)相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到8之一所述的開關(guān)電源設(shè)備，其特征在于，變壓器T包括一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)繞組Lb1和Lb2，開關(guān)控制電路SC1和SC2利用驅(qū)動(dòng)繞組Lb1和Lb2中產(chǎn)生的電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)第一開關(guān)器件Q1或第二開關(guān)器件Q2。
10.根據(jù)權(quán)利要求1到9之一所述的開關(guān)電源設(shè)備，其特征在于，將由包括電阻器Rg1和Rg2以及電容器Cg1和Cg2的串聯(lián)電路構(gòu)成的延遲電路DL1和DL2設(shè)置在驅(qū)動(dòng)繞組Lb1和Lb2以及第一和第二開關(guān)器件Q1和Q2的控制端子之間，以及在驅(qū)動(dòng)繞組Lb1和Lb2中產(chǎn)生用于導(dǎo)通開關(guān)器件Q1和Q2的電壓之后，開關(guān)控制電路SC1和SC2有延遲地分別導(dǎo)通開關(guān)器件Q1和Q2。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的開關(guān)電源設(shè)備，其特征在于，設(shè)置延遲電路DL1和DL2的延遲時(shí)間，以便在將要施加到第一和第二開關(guān)器件Q1和Q2的兩端的電壓減小到零或近似零之前，不導(dǎo)通開關(guān)器件Q1和Q2。
12.根據(jù)權(quán)利要求1到11之一所述的開關(guān)電源設(shè)備，其特征在于，開關(guān)控制電路SC1和SC2包括與開關(guān)器件Q1和Q2的控制端子相連的開關(guān)裝置，在驅(qū)動(dòng)繞組Lb1和Lb2中產(chǎn)生用于導(dǎo)通開關(guān)器件Q1和Q2的電壓之后，將開關(guān)裝置導(dǎo)通預(yù)定時(shí)間，由此截止開關(guān)器件Q1和Q2。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的開關(guān)電源設(shè)備，其特征在于，開關(guān)裝置由晶體管Tr1和Tr2構(gòu)成，并將阻抗電路和形成時(shí)間常數(shù)電路的電容器Ct1和Ct2分別連接到晶體管Tr1和Tr2的控制端子。
14.根據(jù)權(quán)利要求1到13之一所述的開關(guān)電源設(shè)備，其特征在于，開關(guān)控制電路SC1和SC2包括時(shí)間常數(shù)電路TC1和TC2，用于在驅(qū)動(dòng)繞組Lb1和Lb2中產(chǎn)生用于導(dǎo)通開關(guān)器件Q1和Q2的電壓之后，將開關(guān)器件Q1和Q2截止特定時(shí)間。
15.根據(jù)權(quán)利要求1到14之一所述的開關(guān)電源設(shè)備，其特征在于，變壓器T具有漏電感，并將漏電感配置為第一電感器Lr。
16.根據(jù)權(quán)利要求1到15之一所述的開關(guān)電源設(shè)備，其特征在于，由場(chǎng)效應(yīng)晶體管構(gòu)成第一開關(guān)電路S1和第二開關(guān)電路S2中的至少一個(gè)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1到16之一所述的開關(guān)電源設(shè)備，其特征在于，開關(guān)控制電路SC1和SC2控制第一開關(guān)器件Q1的導(dǎo)通周期，以便穩(wěn)定從與次級(jí)繞組Ls相連的整流平滑電路RS得到的輸出電壓。
18.根據(jù)權(quán)利要求1到17之一所述的開關(guān)電源設(shè)備，其特征在于，開關(guān)控制電路SC1和SC2根據(jù)第四電容器Ci兩端的電壓來(lái)控制第二開關(guān)器件Q2的導(dǎo)通周期。
19.根據(jù)權(quán)利要求1到18之一所述的開關(guān)電源設(shè)備，其特征在于，當(dāng)?shù)谒碾娙萜鰿i兩端的電壓增大時(shí)，開關(guān)控制電路SC1和SC2抑制第二開關(guān)器件Q2的導(dǎo)通周期，并過(guò)渡到其中在輕負(fù)載或無(wú)負(fù)載情況下、周期性地重復(fù)振蕩周期和停止周期的間歇振蕩操作模式，開關(guān)控制電路SC1和SC2抑制第四電容器Ci兩端電壓的增大。
全文摘要
一種開關(guān)電源設(shè)備，包括由開關(guān)器件(Q1)和(Q2)、二極管(D1)和(D2)以及電容器(Cds1)和(Cds2)構(gòu)成的第一和第二開關(guān)電路(S1)和(S2)、和變壓器(T)。第一電感器(Lr)與變壓器(T)的初級(jí)繞組(Lp)串聯(lián)，并設(shè)置第二電感器(Li)，以便在第一開關(guān)電路(S1)的導(dǎo)通周期期間，施加第三電容器(Ca)的電壓。還設(shè)置了防止反向電流流入第二電感器(Li)的二極管(Di)以及由存儲(chǔ)在第二電感器(Li)中的激發(fā)能充電并在第一開關(guān)電路(S1)的導(dǎo)通周期期間將電壓施加到初級(jí)繞組(Lp)的電容器(Ci)。還設(shè)置了電容器(Cr)，以便與電感器(Lr)、初級(jí)繞組(Lp)和第二開關(guān)電路(S2)一起形成閉合回路。
文檔編號(hào)H02M3/28GK1742424SQ200480002939
公開日2006年3月1日 申請(qǐng)日期2004年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月30日
發(fā)明者細(xì)谷達(dá)也, 竹村博 申請(qǐng)人:株式會(huì)社村田制作所