具有有源箝位电路的开关电源装置制造方法及图纸

一种有源箝位电路设置在复合谐振型开关变换器一次侧，该变换器在一次侧具有一电压谐振型变换器电路和在二次侧具有一并联谐振电路。该有源箝位电路箝位一次侧并联谐振电容器两端产生的并联谐振电压脉冲以此抑制该并联谐振电压脉冲的电位。因此，可为设置在电源电路中的如开关装置和一次侧并联谐振电容器等元件选择低耐压值的产品。有源箝位电路的辅助开关装置Ｑ２由自激振荡电路驱动，提高了功率转换效率和使电源电路小型化。（*该技术在2021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作为各种电子装置电源使用的开关电源电路。作为开关电源电路的开关变换器如逆向变换器和正向变换器已广为人知。这些开关电路在开关操作中形成一矩形波，因此，对开关噪音的抑制就产生了限定。而且如大家所熟知它们工作特性的原因，对功率转换效率的提高也会产生限定。因此，人们已提议出由谐振型变换器设计制成的各种开关电源电路，谐振型变换器能使它稳定地获得高功率转换效率，和实现噪音的降低，因为谐振型变换器在开关操作中能够产生正弦波形。该谐振型变换器具有另一个优点它可由相对较少的部件制成。图9和10分别表示使用谐振型变换器的现有技术开关电源电路的一个例子的电路图。该电压谐振型变换器由外部激励，例如，一MOS-FET用作开关装置Q1。一电容器Cr并联在开关装置Q1的漏极和源极之间。电容器Cr的电容和在绝缘换流变压器PIT的初级绕组N1获得的漏感形成一电压谐振电路。该并联谐振电路根据开关装置Q1的开关操作执行谐振操作。一箝位二极管(所谓的本体二极管)DD并联在在开关装置Q1的漏极和源极之间。箝位二极管DD形成一在开关装置断开时间过程中流通的箝位电流的路径。开关装置Q1的漏极与开关驱动器10中的振荡电路11相连接。提供给振荡电路11的漏极的输出用于在开关频率控制中变化地控制开关装置Q1开关操作的导通时间。开关装置Q1是通过一由振荡电路11和驱动电路12一体形成的开关驱动器10驱动开关操作的，为了能够进行恒压控制，开关装置Q1的开关频率可被变化地控制。顺便地说一句，在此情况下，开关驱动器10例如可设置为一单个的集成电路。开关驱动器10经过启动电阻Rs与整流过的平滑电压Ei的线路相连接。开关驱动器10例如通过在供电开始时经过启动电阻Rs提供的电源电压能够启动工作。开关驱动器10中的振荡电路11执行振荡操作以产生和输出一振荡信号。驱动电路12将该振荡信号变换为一驱动电压，然后将该驱动电压输出给开关装置Q1的栅极。因此，开关装置Q1根据振荡电路11产生的振荡信号执行开关操作。因此，开关频率和在开关装置Q1一个开关循环周期中的导通/断开时间的负载比就根据振荡电路11产生的振荡信号确定。振荡电路11根据通过光耦合器30输入的二次侧直流输出电压E0的电位改变振荡信号的频率fs。振荡电路11改变开关频率fs，同时还以在开关装置Q1断开的过程中时间段OFF是固定的和在开关装置Q1导通的过程中时间段TON是变化的方式控制振荡信号的波形。时间TON根据并联谐振电容器Cr两端的开关谐振脉冲电压V1的电位被变化地控制。由于振荡电路11具有这样的操作，二次侧直流输出电压E0是稳定的。绝缘换流变压器PIT将开关装置Q1的开关输出传输给开关电源电路的二次侧。如附图说明图11所示，绝缘换流变压器PIT具有一E-E型铁心，该铁心是以铁心CR1的磁心柱与铁心CR2的磁心柱相对的方式通过结合例如由铁氧体材料制成的E型铁心CR1和CR2而形成的。一缝隙G以如图所示的方式在E-E型铁心的中间磁心柱中形成，初级绕组N1和次级绕组N2通过使用一分开式线圈架B以绕组相互分离的状态缠绕在中间磁心柱上。因此，在初级绕组N1和次级绕组N2之间获得所需耦合系数(例如k0.85)的松耦合状态，由于耦合具有松散性，因此就不易获得一饱和状态。该缝隙G通过使每个E型铁心CR1和CR2的中间磁心柱短于每个E型铁心CR1和CR2的两个外侧心柱而形成。如图9和10所示，绝缘换流变压器PIT的初级绕组N1的端点与开关装置Q1的漏极相连接，而初级绕组N1的起始点与整流过的平滑电压Ei相连接。因此，初级绕组N1由开关装置Q1的开关输出供电，由此就会在初级绕组N1中产生周期对应于开关装置Q1开关频率的交流电压。在绝缘换流变压器PIT二次侧的次级绕组N2中产生一初级绕组N1感应的交流电压。在图9中，二次侧并联谐振电容器C2与次级绕组N2并联，在图10中，二次侧串联谐振电容器C2与次级绕组N2串联。因此次级绕组N2的漏感L2和二次侧并联或串联谐振电容器C2的电容形成一谐振电路。该谐振电路将次级绕组N2中感应的交流电压变换为一谐振电压，由此在二次侧获得电压谐振操作。电源电路设有一并联谐振电路以在一次侧将开关操作变换为电压谐振型操作，该并联或串联谐振电路在二次侧提供电压谐振操作。在本说明书中，如上所述在一次侧和二次侧设有谐振电路的开关变换器被称之为“复合谐振型开关变换器”。一包括桥式整流电路DBR和平滑电容器C0的整流和平滑电路设置在电源电路的二次侧，由此就能获得二次侧直流输出电压E0。在图9的电源电路中，通过二次侧的桥式整流电路DBR提供一全波整流操作。在此情况下，桥式整流电路DBR通过二次侧并联谐振电路提供谐振电压，然后产生二次侧直流输出电压E0，其电位大致与次级绕组N2中感应的交流电压相等。在图10的电源电路中，两个整流二极管D01和D02以如图所示的方式连接，以此二次侧的整流电路形成一倍压整流电路。因此，二次侧的整流电路提供了二次侧直流输出电压E0，其电位是次级绕组N2中获得交流电压的两倍。还经过绝缘一次侧与二次侧的光耦合器30将二次侧直流输出电压E0输入给一次侧开关驱动器10中的振荡电路11。就绝缘换流变压器PIT的二次侧工作过程来说，初级绕组N1的电感L1和次级绕组N2的电感L2之间的互感M根据初级绕组N1和次级绕组N2的极性(绕组方向)、整流二极管D01和D02之间的连接关系和次级绕组N2中感应的交流电压极性的改变而变为+M或-M。例如，如图12A所示的等效电路图具有+M的互感，而如图12B所示的等效电路图具有-M的互感。这个将应用于图9或图10所示的绝缘换流变压器PIT的二次侧的工作过程中。次级绕组N2所获得的交流电压为正极性时，使整流电流在桥式整流电路DBR中流过的工作可被认为是+M工作状态或是正向工作，而在次级绕组N2所获得的交流电压为负极性时，使整流电流在桥式整流电路DBR中流过的工作可被认为是-M工作状态或是逆向工作。每次次级绕组N2所获得的交流电压为正极性或负极性时，该工作状态的互感就分别变为+M或-M。由于具有这样的结构，把随一次侧并联谐振电路和二次侧并联谐振电路的效应增加的功率提供给负载侧，因此提供给负载侧的功率也同样多的增加，从而提高了最大负荷功率增加的速率。这是可以实现的，因为在绝缘换流变压器中初级绕组N1和次级绕组N2是以一种绕组相互分开以便相互形成松耦合的状态缠绕的，因此就不易获得饱和状态。如图9或图10所示电流的稳定工作过程如下所述。如上所述，一次侧开关驱动器10中的振荡电路11经过光耦合器30由二次侧直流输出电压E0供电。振荡电路11根据所提供给的二次侧直流输出电压E0电位的变化改变用于输出的振荡信号的频率。这意味着一个改变开关装置Q1开关频率的操作。因此，一次侧电压谐振型变换器和绝缘换流变压器PIT的谐振阻抗被改变，由此传输给绝缘换流变压器PIT二次侧的电能也被改变。因此，二次侧直流输出电压E0被控制以便按所需的电位保持恒定。这就意味着电源是稳定的。图9或图10中所示的电源电路的振荡电路11改变开关频率时，开关装置Q1断开过程的时间段TOFF固定，而开关装置Q1导通过程的时间段TON被变化地控制。更具体地说，通过变化地控制开关频率作为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关电源电路，它包括：一开关器件，它具有一主开关装置，用于中止所输入的直流输入电压的输出；一次侧并联谐振电容器，用于形成一次侧并联谐振电路，该并联谐振电路将上述开关器件的操作变换为电压谐振型操作；一绝缘换流变压器，它具有一初 级绕组和一次级绕组，用于将初级绕组获得的上述开关器件的输出传输给次级绕组，初级绕组和次级绕组能被缠绕成以一所需的耦合系数在它们相互之间形成松耦合；二次侧谐振电路，它通过将二次侧谐振电容器与上述次级绕组相连接而形成；一直流输出电压发生 器，用于整流上述次级绕组输入的交流电压，以此提供直流输出电压；一有源箝位器件，用于箝位上述主开关装置断开时间过程中上述一次侧并联谐振电容器两端产生的一次侧并联谐振电压，该有源箝位器件包括一通过自激振荡驱动进行开关操作而被驱动的辅助开关装 置；和一开关驱动器件，该开关驱动器件用于通过驱动开关操作的上述主开关装置实现恒压控制使得上述主开关装置的开关频率根据上述直流输出电压的电位进行可变控制，同时改变一个开关循环周期中的上述主开关装置的导通／断开时间段。

【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]