[发明专利]开关模式电源

说明书

本发明涉及一种开关模式电源。

发明背景

通常，一个开关模式电源包括一个连接到主功率变压器的初级绕组的主开关晶体管。输出电源电压是由变压器次级绕组所得的电压所发展得到的。当晶体管导通时，一个变压器的初级绕组和主开关晶体管中产生一个电流脉冲。还在与主开关晶体管相串联的电流传感电阻(currentsensing resistor)中产生一个电压。在电流传感电阻中产生的电压被连接到比较器晶体管。在该晶体管的给定导通时间间隔中，当电流传感电阻电压超过该比较器晶体管的阈值电压时，包括该比较器晶体管的一个锁存器被触发。该锁存器的输出被连接到晶体管的控制电极，用以基于一个电流脉冲-紧随-电流脉冲来控制该晶体管的截止。

在一个现有技术的零电压开关(ZVS)电源中，当晶体管被截止时，产生一个谐振电压脉冲。锁存器在紧随着主开关晶体管截止时刻的谐振电压脉冲的一部分期间将晶体管保持为截止。在谐振电压脉冲的后沿末端，当晶体管两端电压处于或接近于零伏特时，晶体管被再次导通以提供ZVS电源。可能希望的是在谐振电压的前述部分中将主开关晶体管维持在截止状态，而无需使用锁存器以简化电路。

发明概述

一个体现本发明特征的开关模式电源包括一个输入电压源和一个连接到该输入电压源的电源电感以形成一个受调谐的谐振电路。第一开关晶体管响应于第一控制信号用以在给定周期中在耦连于一个负载的该电源电感中产生一个脉冲和用以在电容中产生一个谐振脉冲。第一控制信号在谐振脉冲的末端导通第一开关晶体管以提供零电源开关过程和在一给定周期中截止第一开关晶体管。在谐振脉冲期间根据电容中的容性电流来产生第一控制信号，以在该谐振脉冲的一部分期间维持第一开关晶体管的截止。

附图简述

图1为本发明的电路的一个示例性实施例的示意图；

图2a-2f示出可用于解释图1中电路的操作过程的波形。

发明详述

图1示出了一个体现本发明各方面的受调谐SMPS 100，在图1中，一个N型，金属氧化物半导体(MOS)主开关晶体管Q3具有一个通过一个变压器T1的初级绕组耦连到输入供电、直流(DC)电压RAW B+的端子20的漏电极。

晶体管Q3的源电极经由电流传感器或取样电阻R12耦连到地电位。一个与晶体管W3相集成并且用作为一个开关的阻尼二极管D6有效地与晶体管Q3相并联以形成一个双向开关22。一个谐振电容C6连接到绕组L1，以当开关22为非导通时，与绕组L1的电感一起形成一个谐振电路21。

变压器T1的次级绕组L2连接到峰值整流二极管D8的阳极以在耦连于二极管D8阴极的滤波电容C10中产生一个输出电压VOUT。一个误差放大器23响应于电压VOUT和响应于一个参考电压，未示出，用以控制包括一个发光二极管D9的光耦合器IC1的光晶体管Q1中的电流le。晶体管Q1的发射极连接到用于控制晶体管Q3截止的开关晶体管Q2的基极。晶体管Q1的集电极V4在滤波电容C11中被产生。光耦合器IC1的发射极电流le表示了在电压VOUT与误差放大器23的一个参考电压，未示出，之间的差值。从而，电流le在Q2的基极处产生一个控制偏置电压。

图2a-2f示出了可用于解释图1中电路的操作过程的波形。在图2a-af中的相似符号和数字表示相似的功能项。

图1的晶体管Q2具有经由电阻R11连接到在晶体管Q3的源电极和电流传感电阻R12之间的接合端子60的基极。晶体管Q2在当图1中晶体管Q3中的斜上升源-漏电流ID在端子60中产生一个足够大的电压以超过晶体管Q2的基极-发射极前向电压的，图2a中的，时间t10处被导通。当晶体管Q2变为导通时，晶体管Q3截止。晶体管R14连接在晶体管Q1的发射极和集电极之间用于偏置晶体管Q2的基极-发射极。在给定周期中导通晶体管Q2所要求的电流ID大小是可由电流le以负反馈方式控制的。

变压器T1的次级绕组L3产生一个经由电容C4交流连接到电阻R8的电压V3，以产生图2e中的电压VR8。电压VR8连接到图1中的晶体管Q3的基极以产生一个正栅极-源极电压VGS。正驱动电压VGS以一个提供零电压开关(ZVS)电源的方式来导通晶体管Q3。ZVS电源的优点在1999年3月2日出版的，以Fitzgerald的名义(Fitzgerald专利)，标题为“具有连接到一个变压器绕组的电感的前向转换器”的美国专利No.5,877,946中有描述。电压VGS维持晶体管Q3导通直至晶体管Q2被导通。交流连接的电压还被二极管D2整流以产生电源电压V4，用以产生电流le。