[发明专利]开关电源设备

说明书

技术领域

本发明例如涉及具有谐振开关转换器的开关电源设备。

背景技术

配备有各种谐振转换器的开关电源设备被广泛地使用。通过谐振转换器能够容易地实现高的功率转换效率，并且由于谐振转换器的开关波形(switching waveform)基本上是正弦波，因此还可以实现低噪声特性。另外，谐振转换器具有配置有相对少量的部件的优势。

作为谐振转换器的典型配置，广泛使用采用了半桥耦合系统的配置，在该配置中，由串联连接的两个开关元件组成的开关电路对于DC输入电压并联设置。采用半桥耦合系统的电流谐振转换器被配置为使得两个开关元件交替导通/截止。在采用半桥耦合系统的这种开关转换器中，通常使用彼此并联连接的各开关元件和谐振电容的组合。

用于谐振转换器的开关驱动被配置为使得两个开关元件交替导通/截止，并且设置了两个开关元件同时都截止的瞬变周期。设置瞬变周期以防止两个开关元件同时导通。

图1示出了使用采用半桥耦合系统的电流谐振转换器作为DC-DC转换器4的开关电源电路的实例，其中，半桥耦合系统包括作为开关元件的场效应晶体管(下文中相应地称为FET)Q1和Q2。商用电源经由AC插头1和保险丝2提供至AC/DC转换器3。AC/DC转换器3由二极管桥BD组成，并且从AC/DC转换器3输出的DC电压提供到隔直电容器(平滑电容器)Ci。

隔直电容器Ci两端产生的电压被提供至作为电流谐振转换器而配置的DC-DC转换器4。在DC-DC转换器4中，初级串联谐振电容(下文中，相应地称为谐振电容)C1设置在初级线圈N1的一端和地之间。这里，图1中示出的电源设备采用该配置，以通过外部激励来驱动开关元件。

图1中示出的DC-DC转换器4包括由一个FET Q1和另一个FET Q2组成的串联连接电路。换句话说，两个FET Q1和Q2在半桥配置中耦合。由这些FET Q1和FET Q2组成的半桥电路与隔直电容器Ci两端的DC输入电压Vdc并联连接。由于FET Q1和FET Q2被开关驱动(switching-driven)，因此，发送到FET Q1和FET Q2的DC输入电压被切换。

另外，本体二极管D1以所谓的反平行状态与FET Q1连接。换句话说，FET Q1的漏极与本体二极管D1的负极连接，并且FET Q1的源极与本体二极管D1的正极连接，使得FET Q1的正向和本体二极管的正向相反。类似地，本体二极管D2以反平行状态与FET Q2连接。由变压器T的初级线圈N1、变压器T的漏电感部件(leakage inductance component)L1和谐振电容器C1组成的串联谐振电路与FET Q2并联连接。

另一方面，谐振电容器不与FET Q1连接。然而，正如人们通常所熟悉的，具有与FET Q2并联连接的谐振电容器而不具有与FET Q1并联连接的任何谐振电容器的配置的谐振操作，与具有分别与FET Q1和FET Q2并联连接的两个谐振电容器的配置类似。

控制电路9被设置用于通过外部激励开关驱动FET Q1和FET Q2，并且例如包括如图1所示的振荡器10和驱动电路11。振荡器10生成具有预定频率的振荡信号，并将该振荡信号提供至驱动电路11。驱动电路11使用输入的振荡信号生成用来开关驱动FET Q1和FET Q2的驱动信号SG1和SG2。

基于输入到驱动电路11的振荡器10的输出信号，来确定这些驱动信号SG1和SG2的频率。另外，在驱动信号SG1的相位和驱动信号SG2的相位之间存在180度的相位差。因此，FET Q1和FET Q2根据由振荡电路11生成的振荡信号频率确定的开关频率以交替导通/截止的方式来执行开关操作。

另外，以设置了瞬变周期(FET Q1和FET Q2在此期间同时截止)的方式形成驱动信号SG1和SG2的波形。控制电路9还包括误差放大器12和光耦合器(photocoupler)13。

变压器T被设置为用来将FET Q1和FET Q2的开关输出从初级侧传输到次级侧，并通过将初级线圈N1和次级线圈N2缠绕在铁心上而制成。此外，漏电感部件L1提供谐振操作。初级线圈N1的一端与FET Q1和FET Q2之间的连接节点相连接，而另一端经由串联谐振电容C1与DC输入电压Vdc的负极侧相连接。

这里，漏电感部件L1与谐振电容C1串联连接，L1和C1的该串联连接形成了初级侧串联谐振电路。FET Q1和FET Q2的开关输出被提供至初级侧串联谐振电路，这使得初级侧串联谐振电路的开关操作成为电流谐振操作。