开关电源制造技术

一种开关电源，包括： 具有初级线圈和次级线圈的变压器； 连接在变压器的输入端和初级线圈之间的开关电路； 连接到变压器的次级线圈的整流器； 控制开关电路的控制电路；以及 第一和第二操作电压产生电路，每个操作电压产生电路产生控制电路的操作电压； 由第一操作电压产生电路所产生的第一操作电压和由第二操作电压产生电路所产生的第二操作电压彼此具有不同的值。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种开关电源，更具体地说，涉及一种在开关电源的操作停止时能够防止输出电压Vout下冲和波动的开关电源。
技术介绍
开关电源广泛地用作电子和电器设备比如计算机的电源。附图7所示为常规的开关电源的电路图。如在附图7中所示，常规的开关电源由变压器T1、位于变压器T1的初级侧的开关电路和位于变压器T1的次级侧上的自驱动型整流器和滤波电路。开关电源降低在提供到位于初级侧上的开关电路上的电压Vin中的DC(直流)输入电压以产生DC输出电压Vout并将它提供给负载。在附图7中，负载表示为电阻部件RLoad、电容部件CLoad和电阻部件LLoad。控制电路10基于输出电压Vout控制包括在初级侧的开关电路中的主开关Q1和Q2。具体地说，在输出电压Vout相对于所需的电压增加时控制电路10降低主开关Q1和Q2的占空系数以降低提供到负载的电功率，而在输出电压Vout相对于所需的电压降低时控制电路10升高主开关Q1和Q2的占空系数以增加提供到负载的电功率。因此，提供到负载的输出电压Vout可以总是稳定在所需的电压上。因为控制电路10属于初级侧，所以控制电路10不能直接接受输出电压Vout。因此，通过隔离电路20给控制电路10提供与输出电压Vout相关的电压Vout’。通过运行由晶体管Tr1、电阻R1和齐纳二极管Z1组成的操作电压产生电路产生控制电路10的操作电压Vcc。电容器C3连接在控制电路10的电源端子之间以稳定操作电压Vcc。在操作开关S1处于接通状态时启动操作电压产生电路，而在操作开关S1处于切断状态时停止操作电压产生电路。从外部可以控制操作开关S1。在要开始在附图7中所示的开关电源的操作时，接通操作开关S1；在要开始终止在附图7中所示的开关电源的操作时，切断操作开关S1。包括在次级整流器中的整流开关Q3和Q4通过变压器T1的次级电压自驱动。此外，电阻R2和R3分别插入在整流开关Q3和Q4的栅电极和源电极之间，以防止整流开关Q3和Q4的栅电极处于浮动状态。接着，解释在附图7中所示的常规的开关电源的操作。附图8所示为在附图7中的常规的开关电源的操作的时序图。如附图8所示，在操作开关S1处于接通状态时，在控制电路10的控制下以预定的开关频率将主开关Q1和Q2的栅源电压VGS(Q1)和VGS(Q2)交替地激励到较高的电平。结果，变压器T1的初级电压VLP的极性交替地反向，因此初级侧电容器C1和C2交替地充电和放电。与初级侧的操作同步地，在变压器T1的次级线圈Ls1和Ls2上出现的次级电压的极性也交替地反向，因此以预定的开关频率交替地使整流开关Q3和Q4处于接通状态。更具体地说，在由于栅源电压VGS(Q1)处于高电平使主开关Q1处于接通状态的同时，整流开关Q3的栅源电压VGS(Q3)上升到比它的阈值电压高在初级线圈Ls2上出现的电压(次级电压)的电压，由此整流开关Q3接通。在另一方面，在由于栅源电压VGS(Q2)处于高电平使主开关Q2处于接通状态的同时，整流开关Q4的栅源电压VGS(Q4)上升到比它的阈值电压高在初级线圈Ls1上出现的电压(次级电压)的电压，由此整流开关Q4接通。结果，对交替反向的极性的次级电压进行了整流。通过滤波电路对经整流的电压进行滤波，该滤波电路由输出电抗器Lout和输出电容器Cout组成，因此产生了稳定的输出电压Vout。在另一方面，在某一时间切断操作开关S1时，控制电路10的操作停止，因为晶体管Tr1切断，因此整流开关Q1和Q2处于切断状态。即停止了开关操作。然而，因为在操作开关S1切断时停止了开关电路的操作，因此整流开关Q3和Q4中的一个或另一个开关处于接通状态，并且反向电流开始从输出电容器Cout和负载的电容部件CLoad流到输出电抗器Lout。附图8所示为在整流开关Q3响应操作开关S1的切断首先保持在接通状态的情况。在这种情况下，因为停止了初级侧的开关电路，所以整流开关Q3的栅电极的电荷的放电通路实质仅仅为电阻R2。因此，由于流经电阻器R2的电流的作用，整流开关Q3的栅源电压VGS(Q3)渐渐下落。在这个期间，流到输出电抗器Lout的反向电流继续。在另一方面，由于通过输出电容器Cout和负载的电容部件CLoad的放电和来自整流开关Q3的栅电极的电荷通过电阻R2的放电造成输出电压Vout和次级电压降低，在因为整流开关Q3的栅源电压VGS(Q3)下落到它的阈值电压以下造成整流开关Q3切断时，在变压器T1上的逆程电压上升。逆程电压通过变压器T1升高了在开关电路中的内部电压Vp，并升高了整流开关Q4的栅源电压VGS(Q4)。因此，整流开关Q4保持接通。如附图8所示，因为通过整流开关Q4流到输出电抗器Lout中电流的方向临时变成正向，因此在这个期间对输出电容器Cout和负载的电容部件CLoad进行充电，因此输出电压Vout增加。然后，在流到输出电抗器Lout的电流的方向反向时，由于通过输出电容器Cout和负载的电容部件CLoad的放电和来自整流开关Q4的栅电极的电荷通过电阻R3的放电造成输出电压Vout和次级电压降低，整流开关Q4的栅源电压VGS(Q4)逐渐下落。然后，由于整流开关Q4的栅源电压VGS(Q4)下落到它的阈值电压之下，在整流开关Q4切断时，在变压器T1上的逆程电压再次上升，该逆程电压通过变压器T1升高了在开关电路中的内部电压Vp，并升高了整流开关Q3的栅源电压VGS(Q3)。因此，整流开关Q3保持接通。这种操作周期性地进行直到输出电容器Cout和负载的电容部件CLoad被次级侧电路和负载的电阻部件RLoad所消耗。因此，输出电压Vout逐渐降低同时在比开关周期长得多的周期上产生波动，此外，在开关电路中的内部电压Vp逐渐增加。如上文所描述，在常规的开关电源中，因为输出电压Vout并不是线性下降，而是逐渐下落，同时在比开关周期长得多的周期上产生波动，即使发出了停止操作开关电源的指令(开关S1切断)，在负载中仍然可能产生某些故障。例如，可以将负载设计成识别开关电源的操作何时已经停止并在输出电压Vout已经下落到预定电压之下时执行一定的操作。但是如果输出电压Vout逐渐降低同时波动，则识别开关电源是否已经停止变得较困难。此外，在常规的开关电源中，因为在操作终止的过程中在开关电路中的内部电压Vp逐渐增加，所以可能损失了在初级侧使用的电部件。这增加了开关电源的成本。此外，在常规的开关电源中，因为在操作终止的过程中较大的电流流经输出电抗器Lout、变压器T1的次级线圈Ls1和Ls2和整流开关Q3和Q4，并且因为输出电抗器Lout、变压器T1的次级线圈Ls1和Ls2和整流开关Q3和Q4释放了释放大量的热，所以可能降低开关电源的可靠性。在负载的电阻部件RLoad变大时这些问题更加突出。因此，在轻负载的情况下在发出了终止操作的指令时，问题非常严重。此外，因为在负载的电容部件CLoad变大时这些问题更加突出，因此电功率提供给具有较大的电容部件CLoad的负载时这些问题也非常严重。在另一方面，虽然在负载的电阻部件RLoad相当小(即负载较重)时这些问题并不严重，但是在这种情况下，在由于输出电压Vout的下冲(undershoot)的缘故在操作终止的过程中在负载中可能出现某些故障。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：八田昌治，畠山治彥，渡边正人，
申请(专利权)人：TDK股份有限公司，
类型：发明
国别省市：