开关型电源单元及电源单元中的开关方法技术

提供了一种使得能够以低功率损耗进行开关的开关型电源以及开关该开关型电源的方法。所述开关型电源单元包括：变压器，具有初级、次级绕组和控制绕组；开关，切换通过所述初级绕组从同名端到异名端的初级电流的供应；整流二极管，连接到所述次级绕组；具有二极管和电阻器的监视信号产生电路，该二极管在ＧＮＤ和控制绕组的同名端之间，该电阻器在ＧＮＤ和所述控制绕组的异名端之间，该监视信号产生电路在所述控制绕组的同名端产生监视信号；以及具有零点检测器和控制器的控制单元。零点检测器监视监视信号并将检测信号提供给所述控制器。所述控制器根据零点检测器提供的检测信号确定开关的导通时刻。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种使得能够以最小功率损耗进行开关的开关型电源 单元，以及开关型电源单元中的一种开关方法。
技术介绍
作为一种输出功率约150W的传统的开关型电源单元，作为反激转 换器的一种的自激振荡转换器(a ringing chalk converter)经常被使用。 在图4中示出了自激振荡转换器的示例电路布局。在图4中，源电功率 供给变压器初级绕组的同名端。初级绕组的另一端通过开关Qs连接至 GND。通过以预定时序导通和关断开关Qs，电功率提供至变压器的次 级绕组。次级绕组的输出经整流和平滑，生成电源单元的输出电压。 经常将MOSFET用作开关Qs。通常电容器Cr并联连接到MOSFET以构成"缓冲电路"。在图4所示的开关型电源单元中，零电流检测电路确定开关Qs的导 通时刻。同时，反馈电路的输出电压和指示漏极电流的电压确定开关 Qs的截止时刻。图5示出了漏极电压(Vds)、从控制绕组输出到控制单元的信号 (Vc)、次级电流(Is)以及漏极电流(Id)的波形。在开关导通的时间段期间，通过变压器初级侧的电感器Lp提供漏极电流(Id)。该漏极电流(Id)通过电阻器Rd转变成电压，然后输入到控制单元。控制单元将此电压和来自与变压器次级侧相连接的反馈电路的信号进行比较，确定开关(MOSFET)的截止时刻(tl)，并且截止此 幵关。当开关截止时，变压器次级侧电感器Ls上的能量开始放电，并 且电流流过次级侧二极管Dout。从tl到t2的时间段期间，尽管如图5所 示漏极电压(Vds)包括一些噪声，但它几乎保持恒定。当变压器次级侧的能量放电在t2时完成时，缓冲电容器Cr中的充 电电流(electricity)开始放电。于是，在Lp和Cr之间产生谐振，并且 如图5所示，漏极电压(Vds)在t2之后的时间段期间开始逐渐下降。由Lp和Cr确定的谐振频率f^下 f= 1/(2tt*( LP*Cr) "2)变压器控制绕组的波形如图5中的Vc所示。当Vc在t3左右接近于零 时，该t3是变压器次级侧的电感器Ls放电完成的时刻。控制单元可在t3 时导通开关Qs并开始下一个开关周期。然而，难以通过被构建为工作在正电压下的控制单元来感测负电 压。因此，当电压Vc仍然高于零时，发生零点的检测。如图5中所示，如果开关Qs在t3时导通，那么因为漏极电压Vds仍 然较高，所以由Ic^Vds计算的功率损耗(开关损耗)将很大。如果开 关Qs在Vc真正的过零点、图5中的t4时刻导通则功率损耗被降低，或者 其在Vc为图5的最小点t5处导通则会更好。为了解决上面提到的问题，如图4所示，在变压器的控制绕组和控 制单元之间提供延迟电路。此延迟电路延迟从控制绕组到控制单元的 输出信号(Vc)。这将导致开关在漏极电压(Vds)足够低时导通。例如，日本专利3，458,369公开了一种包括延迟电路的开关型电源 单元，通过参考将该日本专利3，458,369全部并入并且下文称之为参考 文件l。然而，在包括延迟电路的传统开关型电源单元中1) 增加的延迟电路需要额外的成本。2) 当缓冲电容器的电容值和/或变压器初级侧的电感值Lp发生变 化时，延迟常数也将改变。从而，具有固定延迟常数的延迟电路无法 应用于不同的应用。
技术实现思路
本专利技术提供一种使得能够以很少的功率损耗进行开关的开关型电 源单元，以及一种开关该开关型电源单元的方法。 该开关型电源单元包括变压器，其包括初级绕组、次级绕组以及控制绕组；开关，其切换通过初级绕组从同名端到异名端的初级电流的供应；' 整流电路，其允许次级电流通过次级绕组从同名端流到异名端； 监视信号产生电路，其包括监视二极管和电阻器，该监视二极管被布置在GND和控制绕组的同名端之间，该电阻器被布置在GND和控制绕组的异名端之间，所述监视信号产生电路在连接到控制绕组的同名端的二极管的一端上产生监视信号；以及控制单元，其包括零点检测器和控制器，该零点检测器监视上述监视信号并将检测信号提供给控制器，控制器根据零点检测器提供的 检测信号确定开关的导通时间。根据本专利技术，提供了一种低成本地控制开关时序并保持多样性的 开关型电源单元。也提供了一种控制开关型电源单元的方法。附图说明图l示出了本专利技术的电源单元的示例性电路布局。 图2示出了本专利技术的电源单元的另一示例性电路布局。图3示出了在图2的电路布局中示出的漏极电压Vds、控制绕组12c 两端的电压Vc、节点A的电压、电压Va的差分值、次级电流Is、漏极电 流Id以及驱动输出Dr的示例性波形轮廓。图4示出了现有技术的自激振荡转换器型的电源单元的电路布局。图5示出了在图4的电路布局中示出的漏极电压Vds、控制绕组12c 两端的电压Vc、次级电流Is，漏极电流Id以及驱动输出Dr的示例性波形 轮廓。图6示出了本专利技术的示例性差分电路。 具体实施例方式'图1示出了本专利技术的电源单元10的示例性电路布局。图2示出了本 专利技术的电源单元10的另一示例性电路布局。对于图1和图2中相同部分 使用相同的参考数字。如图1所示，将在后面详细解释的零点检测器22a监视节点A的信 号，所述节点A可以是二极管18b的阴极端。可选地，如图2所示，该节 点A也可以是串联连接在二极管18b的阴极端和GND之间的电阻器18c 和18d之间的中间节点。在本专利技术的电源单元10中，如图1和图2所示，变压器12的初级绕 组12a的同名端连接到输入电源24。初级绕组12a的另一端连接到开关14 的漏极。开关14的源极经由电阻器26连接到GND。电阻器26用来把漏 极电流转换成控制单元22使用的电压信号。开关14把提供的输入电力切换到初级绕组12a。也就是说，当开关 14导通时，正电流通过初级绕组12a从同名端流向另一端。变压器12的初级绕组12a的另一端还连接至电容器元件16的一端。 电容器元件16的另一端连接至开关14的源极。变压器12配备有控制绕组12c。控制绕组12c连接到整流和平滑电 路28。整流和平滑电路28的DC输出被用作控制单元22的电源电压 (Vcc)。在图1和图2中，整流和平滑电路28配备有二极管28a和电容 器元件28b。 二极管28a的阳极端连接到控制绕组12c的异名端。二极管 28a的阴极端连接到电容器元件28b的一端。电容器元件28b的另一端连 接至GND。二极管28a阴极端上的电压被用作控制单元22的电源(Vcc)。控制绕组12c的另一端连接到二极管18b的阴极端。二极管18b的阳 极端接到电阻器18a的一端。二极管18b的阳极端和电阻18a的这端都连 接至GND。 二极管18b的阴极端连接到零点检测器22a。作为控制单元 22的一部'分的零点检测器22a监视二极管18b的阴极端的信号并检测零由零点检测器22a检测的关于在二极管18b的阴极端上的电压变化 的信息被传送至控制器22b，所述控制器22b也是控制单元22的一部分。 控制器22b根据由零点检测器22a所检测的电压的变化来控制开关14的 导通时刻。在图1和图2中，根据AC输入产生DC电压的、包括二极管和电容 器元件的电路被用作示例性的输入电源单元24。然而，输入电源单元 24并不限于图1和图2中所示的电路。只要向变压器12的初级绕组12a提 供必要的电力，则可以使用任何类本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关型电源单元，包括：　变压器，其包括初级绕组、次级绕组以及控制绕组；　开关，其切换通过所述初级绕组从同名端到异名端的初级电流的供应；　整流电路，其允许次级电流通过次级绕组从同名端流到异名端；　监视信号产生电路， 其包括监视二极管和电阻器，所述监视二极管被布置在ＧＮＤ和所述控制绕组的同名端之间，所述电阻器被布置在ＧＮＤ和所述控制绕组的异名端之间，所述监视信号产生电路在连接到所述控制绕组的同名端的二极管的一端产生监视信号；以及　控制单元，其包括零 点检测器和控制器，所述零点检测器监视所述监视信号并将检测信号提供给所述控制器，所述控制器根据由所述零点检测器提供的所述检测信号确定所述开关的导通时刻。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：田牧一郎，
申请(专利权)人：川崎微电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]