开关电源电路制造技术

一种开关电源电路，在谐振型转换器的次级侧具有绕组电压检测方式的同步整流电路。而且，通过设定绝缘转换变压器（ＰＩＴ）的耦合系数、和设定次级绕组的每１匝（Ｔ）的感应电压电平，使绝缘转换变压器（ＰＩＴ）的磁束密度设定为规定以下，在重负载的条件下次级侧整流电流也成为连续模式。进而，通过在整流电流流到次级侧平滑电容器（Ｃｏ）的路线上串联插入的电感器（Ｌｅ）中产生的反电动势，抑制在整流电流中产生的反电动势，谋求进一步减少无功功率，同时防止因设定该电感器（Ｌｅ）的直流叠加特性而在超轻负载时例如（１２．５Ｗ以下）的反常振荡。作为具备同步整流电路的谐振型转换器，能获得高功率转换效率、以及随着电路简化而缩小电路规模及低成本化这样的效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及作为各种电子机器电源所具备的开关电源电路。
技术介绍
众所周知的开关电源电路例如有采用回描转换器和正向转换器等形式的开关转换器的开关电源电路。这些开关转换器因为开关动作波形是矩形波状，所以对开关噪声的抑制有一定限度。并且，在其动作特性上以及功率变换效率的提高方面也有一定限度。为此，人们提出了各种由谐振式转换器构成的开关电源电路并使之实用化。谐振式转换器容易获得高功率变换效率，同时开关动作波形为正弦波状，能实现低噪声。并且，还具有可由较少的零件数来构成开关电源电路这样的优点。图23的电路图表示作为现有例的具备谐振式转换器的开关电源电路的一个例子。该图中示出的电源电路是对他激式的电流谐振式转换器组合部分电压谐振电路。在该图示出的电源电路中，首先对商用交流电源AC配置由桥式整流电路(整流电路部)Di和平滑电容器Ci构成的全波整流平滑电路。然后通过这些桥式整流电路Di和一个平滑电容器Ci的全波整流动作，就能在平滑电容器Ci的两端得到整流平滑电压Ei(直流输入电压)。该整流平滑电压Ei成为与交流输入电压VAC等倍对应的电平。作为开关输入上述直流输入电压的电流谐振式转换器，如同图所示那样，用半桥式耦合法连接MOS-FET的2个开关器件Q1、Q2。对开关器件Q1、Q2的各漏极-源极间，按图示出的方向，各自并联连接体二极管的阻尼二极管DD1、DD2。并且，在开关器件Q2的漏极-源极之间并联连接部分谐振电容Cp。通过该部分谐振电容Cp的电容和初级绕组N1的漏电感L1而形成并联谐振电路(部分电压谐振电路)。从而得到只在开关器件Q1、Q2断开时电压谐振的部分电压谐振动作。该电源电路中，为了开关驱动开关器件Q1、Q2，所以例如设置由通用IC构成的振荡·驱动电路2。该振荡·驱动电路2有振荡电路和驱动电路。而且，用振荡电路和驱动电路对开关器件Q1、Q2的各栅极施加所需频率的驱动信号(栅电压)。因此，开关器件Q1、Q2按要求的开关频率交互地进行开关动作使之接通/断开。绝缘转换变压器PIT把开关器件Q1、Q2的开关输出传输到次级侧。该绝缘转换变压器PIT的初级绕组N1的一端，经由初级侧并联谐振电容C1的串联连接，连接到开关器件Q1的源极与开关器件Q2的漏极的连接点(开关输出点)，就传输开关输出。并且，初级绕组N1的另一端，连接到初级侧的地。在此，通过上述串联谐振电容C1的电容和包括初级绕组N1的绝缘转换变压器PIT的漏电感L1，形成为使初级侧开关转换器的动作成为电流谐振式的初级侧串联连接谐振电路。由上述说明，就该图示出的初级侧开关转换器来说，就得到作为由初级侧串联谐振电路(L1-C1)产生的电流谐振式的动作和由上述的部分电压谐振电路(Cp//L1)产生的部分电压谐振动作。即，该图示出的电源电路，对用于使初级侧开关转换器成为谐振式的谐振电路，应该采用与其它谐振电路组合的形式。在本说明书中，关于这种开关转换器，就称作复合谐振式转换器。在此，图示出的说明虽省略，但就绝缘转换变压器PIT的构造来说，例如具备由铁氧体材料的E型铁心组合后的EE型铁心。而且，在初级侧和次级侧分割缠绕部位方面，对EE型铁心的中央磁脚缠绕初级绕组N1和下面说明的次级绕组(N2A、N2B)。就绝缘转换变压器PIT的次级侧绕组来说，通过加上中心抽头缠绕一分为二的次级绕组N2A、N2B。在这些次级绕组N2A、N2B内激励与传输到初级绕组N1的开关输出相应的交变电压。此时，上述次级绕组N2A、N2B的中心抽头连接次级侧地线。而且，对该次级绕组N2A、N2B，如图所示连接由整流二极管D01、D02和平滑电容器C0构成的双波整流电路。因此，作为平滑电容器C0的两端电压得到次级侧直流输出电压E0。该次级侧直流输出电压E0供给图未示出的负载侧，同时也分条输入作为下面说明的控制电路1用检测电压。控制电路1向振荡·驱动电路2供给与次级侧直流输出电压E0的电平变化对应的检测输出。在振荡·驱动电路2，驱动开关器件Q1、Q2，以便与所输入的控制电路1的检测输出相对应使开关频率可变。这样一来，由于开关器件Q1、Q2的开关频率可变，次级侧直流输出电压电平就稳定化。作为由该图示出的电路结构构成的电源电路，图24表示与作为低电压大电流负载条件对应时的动作波形。图24示出的动作波形是在交流输入电压VAC＝100V、负载功率Po＝100W的条件下进行测定而得到的。并且，对这里的低电压大电流状态而言，就是以次级侧直流输出电压Eo＝5V，作为初级侧开关转换器的开关电流的初级侧串联谐振电流Io＝25A的状态。并且，在得到图24所示动作波形的实验结果当中，进行下面这些条件和电源电路中的零部件等的选定。首先，每次级侧绕组的1T(匝)的激励电压电平为5V/T的样子，作为设定次级绕组N2A、N2B和初级绕组N1的匝数，具体点说，次级绕组N2A＝N2B＝1T，确定初级绕组N1＝30T。而且，对绝缘转换变压器PIT的EE型铁心中央磁脚要形成1.0mm左右的间隙。因此，在初级绕组N1和次级绕组N2A、N2B就得到0.85左右的耦合系数。并且，选定初级侧串联谐振电容C1＝0.068μF、部分电压谐振电容Cp＝330pF，对整流二极管Do1、Do2而言，选定50A/40V的肖特基二极管。在图24示出的波形图上，开关器件Q2的两端电压V1是与开关器件Q2的接通/断开状态相对应。即，在开关器件Q2变为接通的期间T2是0电平，在变为断开的期间T1以规定电平成为箝位后的矩形波。而且，就开关器件Q2//阻尼二极管DD2内流动的开关电流IDS2来说，如期间T2所示，在导通时，由于流过阻尼二极管DD2变成负极性，其反转按照正极性从开关器件Q2的漏极→(源极流动，在期间T1变成了断开得到成为0电平的波形。并且，开关器件Q1相对于上述开关器件Q2，交互地进行开关使其接通/断开。为此，开关器件Q1//阻尼二极管DD1内流动的开关电流IDS1，相对开关电流IDS2成了移动180°相位的波形。而且，在连接到开关器件Q1、Q2的开关输出点与初级侧的地线之间的初级侧串联谐振电路(C1-L1)中流动的初级侧串联谐振电流Io，成为与开关电流IDS1和开关电流IDS2的合成波形对应的，作为初级侧串联谐振电路(C1-L1)谐振电流的正弦波成分与由初级绕组N1的励磁电感发生的锯齿波成分合成后的波形。而且，作为此时测定条件的负载功率Po＝100W，作为与图23示出的电源电路对应的负载条件，虽然是接近最大重负载的条件，但是这样以来在对应负载范围内成为重负载倾向的条件下，次级侧整流电流变成不连续模式。在此，如上述那样可变控制开关频率在关于次级侧直流输出电压Eo实现稳定化的结构方面，例如在成了轻负载倾向的状态下，就要控制以便提高开关频率实现稳定化。在该状态下，次级侧的整流电路中，次级侧整流电流流入次级侧平滑电容器的期间连续，不存在休止的期间，成为所谓的连续模式的动作。相对于此，如上述那样变成了重负载倾向，与次级侧直流输出电压Eo的电平成为下降倾向的状态对应，要进行控制以便降低初级侧的开关频率。由此，对次级侧平滑电容器，变成了次级侧整流电流不连续流动，成为电流不连续期间发生的，转移到所谓的不连续模式的状态。具体地说在这样的重负载时，发生于次本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关电源电路，该开关电源电路包括：对商用交流电源进行整流平滑来生成直流输入电压的整流平滑部件；具有进行开关以使上述直流输入电压断续的开关器件而形成的开关部件；对上述开关器件进行开关驱动的驱动部件；从初级侧 向次级侧传输上述开关部件的开关输出，并在初级侧缠绕安装初级绕组和在次级侧至少缠绕安装次级绕组的绝缘转换变压器；至少，通过上述绝缘转换变压器的初级绕组的泄漏电感成分和本身电容形成用于使上述开关部件的动作成为谐振式的初级侧谐振电路，连接 到初级侧的规定部位上的初级侧谐振电容；通过对上述绝缘转换变压器的次级绕组中感应的交变电压进行整流并使整流电流向次级侧平滑电容器充电，而得到次级侧直流输出电压作为上述次级侧平滑电容器的两端电压的、基于绕组电压检测方式的同步整流电路；和 定电压控制部件，该定电压控制部件进行控制，以便当上述次级侧直流输出电压的电平低时就降低上述开关部件的开关频率，当上述电平高时就提高上述开关频率，据此来进行有关上述次级侧直流输出电压的定电压控制；该开关电源电路其特征是：　 　上述绝缘转换变压器的磁通密度设定在规定以下，即使上述开关频率随着上述定电压控制部件的控制而降低到规定以下时，仍以连续模式维持流入上述同步整流电路的次级侧整流电流；并且，上述同步整流电路包括：具有对用于使整流电流向上述次级侧 平滑电容器充电的整流电流路线插入的管形状的珠形磁心的电感元件，即，针对直到连接上述次级侧直流输出电压的负载成为无负载的范围，设定上述次级侧整流电流的直流叠加特性以使该次级侧整流电流以连续模式维持的电感元件。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：安村昌之，
申请(专利权)人：索尼株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]