[发明专利]开关电源装置

说明书

技术领域

本发明涉及开关电源装置，尤其涉及通过多谐振电路进行电力输送的开关电源装置。 

背景技术

近年，电子设备的小型轻量化不断进步，对于开关电源的高效率化、小型轻量化的市场需求愈发高涨。例如关于利用LC谐振现象在变压器中流动正弦波状的谐振电流使其动作的电流谐振型半桥式转换器，其在输出电流脉动的特性被相对缓和的薄型电视等的市场中，灵活利用其高效率的特长，来推进其实用化。 

专利文献1公开了诸如LC串联谐振型DC-DC转换器。图13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连接着由电感器Lr和电容器Cr所构成的LC谐振电路以及两个开关元件Q1、Q2。在变压器T的次级绕组ns1、ns2，构成了由二极管Ds1、Ds2以及电容器Co所构成的整流平滑电路。 

通过这样的构成，开关元件Q1、Q2夹着死区时间互补地接通(on)、断开(off)，从而变压器T中流动的电流波形成为正弦波状的谐振波形。另外，该两个开关元件Q1、Q2的接通期间/断开期间的两个期间均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：JP特开平9-308243号公报 

发明内容

发明要解决的课题 

但是，在专利文献1的开关电源装置中，存在以下应解决的课题。 

(1)仅在初级侧(或者次级侧)构成LC谐振电路，通过初级绕组和次级绕组的磁耦合，等效地形成互感Lm，通过电磁感应来输送电力。但是，不参与磁耦合的漏磁通将形成等效的漏电感，次级侧漏电感的磁能作为整流二极管的开关损耗而成为电力损耗。尤其是在磁耦合小的情况下，次级绕组的漏电感变大，电力损耗增大。 

(2)在初级绕组和次级绕组的磁耦合小的情况下，由于在次级侧电路未构成谐振电路，因而阻抗大，从而无法高效地从初级侧向次级侧输送电力。 

(3)输出电力的控制可以根据开关频率fs的变化而进行。例如，将开关频率fs控制为轻负载时升高、重负载时降低。但是，在轻负载、无负载时，将产生开关频率fs过高而无法完全控制输出电力，成为间歇振荡动作，进而存在输出电压急剧升高等的问题。 

因而，本发明的目的在于，提供一利提高输出稳定性且提高电力变换效率的开关电源装置。 

用于解决课题的手段 

本发明的开关电源装置的构成如下。 

(1)特征在于，具备： 

变压器，其至少具备初级绕组和次级绕组； 

初级侧电路，其具备相对于所述初级绕组而等效地串联构成的初级侧谐振电感器Lr、与所述初级侧谐振电感器Lr一起构成初级侧谐振电路的初级侧谐振电容器Cr、以及初级侧交流电压产生电路，该初级侧交流电压产生电路至少具备两个开关元件，且根据输入直流电源电压来生成梯形波的交流电压，并提供给所述初级侧谐振电路； 

次级侧电路，其具备相对于所述次级绕组而等效地串联构成的次级侧谐振电感器Ls、与所述次级侧谐振电感器Ls一起构成次级侧谐振电路的次级侧谐振电容器Cs、以及次级侧整流电路，该次级侧整流电路具有整流元件，且对从所述次级侧谐振电路输出的交流电流进行整流，来得到直流电压， 

其中， 

在所述初级绕组和所述次级绕组之间，通过磁场共振耦合而等效地形成互感Lm，至少由所述初级侧电路以及所述次级侧电路来构成具备多个LC谐振电路的多谐振电路， 

通过所述多谐振电路， 

所述初级侧谐振电路和所述次级侧谐振电路产生共振，基于所述互感Lm中流动电流的磁场共振耦合，从所述初级侧电路向所述次级侧电路输送电力， 

从所述初级绕组未被送电的能量通过谐振现象而作为谐振能量被保存于所述初级侧谐振电路， 

所述次级绕组所受电的能量之中未提供给输出的能量通过谐振现象而作为谐振能量被保存于所述次级侧谐振电路， 

所述次级侧谐振电路构成了与所述整流元件被串联构成的电流路径不同的电流路径(ns1(Lms1)-Ls1-Cs1的路径以及ns2(Lms2)-Ls2-Cs2的路径)，从所述初级绕组向所述次级绕组输送电力。 

根据上述的构成，在初级绕组和次级绕组之间通过相互感应而形成等效的互感，通过多谐振电路使初级侧谐振电路和次级侧谐振电路产生共振，通过磁场谐振耦合，从初级侧电路向次级侧电路高效率地输送电力。另外，在整流元件成为非导通时，通过电感器Ls和电容器Cs进行谐振而作为谐振能量被保存，可以降低电力损耗。