[发明专利]开关电源装置

说明书

技术领域

本发明涉及在初级侧具备开关元件、在次级侧具备整流电路，并利用电磁场共振现象来进行电力输送的开关电源装置。

背景技术

近几年，电子设备的小型轻量化得到推进，开关电源的高效率化、小型轻量化的市场需求也进一步提高。例如，利用LC谐振现象使正弦波状的谐振电流流过变压器而使该变压器工作的电流谐振半桥式转换器在输出电流脉动的特性比较缓和的超薄电视机等市场中，发挥出了高效率的特长，因此推进了实用化。

例如，专利文献1公开了LC串联谐振型DC-DC转换器。图1是专利文献1的开关电源装置的基本电路图。该开关电源装置是电流谐振型的半桥式DC/DC转换器，在变压器T的初级绕组np上连接了由电感器Lr和电容器Cr构成的LC谐振电路及两个开关元件Q1、Q2。在变压器T的次级绕组ns1、ns2上构成了由二极管Ds1、Ds2及电容器Co形成的整流平滑电路。

通过这种结构，开关元件Q1、Q2隔着死区时间(dead time)而交替地被接通、断开，流过变压器T的电流波形成为正弦波状的谐振波形。此外，在该两个开关元件Q1、Q2的接通期间/断开期间这两个期间，都从初级侧向次级侧输送电力。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平9-308243号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

但是，在专利文献1的开关电源装置中，变压器被用作利用了电磁感应的绝缘变压器，仅仅是被用作利用了磁耦合的变压器。在利用了电磁感应的变压器中，使由流过初级绕组的电流所产生的磁通与次级绕组交链而流动电流，效率良好地进行从电到磁再到电的变换很重要。一般而言，由流过初级绕组的电流所产生的磁通中，与次级绕组交链的磁通的比例被称为(磁)耦合度，在利用了电磁感应的变压器中，想要提高电力变换效率，提高磁耦合度是很重要的。但是，为了防止磁饱和，或者因物理上的制约，有很多情况下难以增大变压器的磁耦合度，其结果会降低电力变换效率。

此外，在专利文献1的开关电源装置中，由于在输出控制中使用频率控制、PFM(Pulse Frequency Modulation：脉冲频率调制)控制，因此需要与最低工作频率相匹配地设计平滑电路，这会妨碍小型化。此外，若为了实现磁性部件的小型化而考虑MHz级下的工作，则在考虑输出的控制性、EMC(电磁兼顾性)等时，工作频率发生变化是很大的问题。

本发明的目的在于提供一种实现小型化的同时提高了电力变换效率的开关电源装置。

用于解决技术问题的技术方案

本发明的开关电源装置具有如下的结构。

(1)一种开关电源装置，其特征在于，具备：

电磁场耦合电路，具备初级绕组及次级绕组；

初级侧交流电压产生电路，具备与所述初级绕组连接的开关电路，并根据被输入的直流电压产生交流电压，由开关元件、二极管及电容器的并联连接电路构成该开关电路；

次级侧整流电路，将所述交流电压整流为直流电压；

第1谐振电路，被构成在初级侧，包括第1串联谐振电感器及第1串联谐振电容器；

第2谐振电路，被构成在次级侧，包括第2串联谐振电感器及第2串联谐振电容器；和

开关控制电路，通过将所述初级侧交流电压产生电路的开关元件隔着死区时间而交替地接通/断开，由此使大致为矩形波状或者梯形波状的交流电压产生，

在该开关电源装置中，

所述开关控制电路，以比相对于多谐振电路而阻抗成为最小的固有谐振频率还高的开关频率来对所述初级侧交流电压产生电路的开关元件进行开关动作，使得流入所述多谐振电路的电流成为比由所述初级侧交流电压产生电路产生的交流电压延迟的正弦波状的谐振电流波形、且在所述开关元件的接通期间及断开期间这两个期间内经由电磁场耦合电路从初级侧向次级侧输送电力，其中所述多谐振电路成为包括所述电磁场耦合电路在内使所述第1谐振电路和所述第2谐振电路合起来的整体，

所述电磁场耦合电路构成混合了在所述初级绕组与所述次级绕组之间借助互电感的磁场耦合、和借助互电容的电场耦合的电磁场共振电路，

所述第1谐振电路和所述第2谐振电路进行共振，从所述电磁场耦合电路的初级侧向次级侧输送电力。

(2)例如，所述开关控制电路使所述初级侧交流电压产生电路的开关频率恒定，并将在所述开关电路中电流导通的期间设为接通期间、将其他期间设为断开期间，通过控制多个开关电路的接通期间比率，由此调整从所述次级侧整流电路得到的输出电力。