專利名稱：開關(guān)電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高效、小型、低噪聲的開關(guān)電源裝置。
背景技術(shù)：
作為逆變器或DC-DC變換器等的開關(guān)電源裝置所使用的現(xiàn)有的變壓器，公知的有例如日本國特開平8-181023號公報(圖1)所公開的變壓器。
即，如圖1所示現(xiàn)有的變壓器的結(jié)構(gòu)為，在外周卷繞了原線圈134和次級線圈135的線圈骨架124的主體部125的兩端，形成具有壁厚部分127的外側(cè)凸緣128A、128B，在該外側(cè)凸緣128A、128B之間以規(guī)定間隔形成多個中間凸緣129、130、131、132、133，在一個外側(cè)凸緣128A和與這個外側(cè)凸緣128A相鄰的第一中間凸緣129之間卷繞有原線圈134，在距第一中間凸緣129規(guī)定間隔設(shè)置的凸緣130和另一個外側(cè)凸緣128B之間，卷繞有分成數(shù)個的次級線圈135，從而在從原線圈134起相距規(guī)定間隔的位置上卷繞了次級線圈135。
這樣構(gòu)成的變壓器的結(jié)構(gòu)是將原線圈卷繞在外側(cè)凸緣128A和第一中間凸緣129之間，在從該位置起只相距規(guī)定間隔的位置上將次級線圈135按凸緣130～135的間隔分成多個并卷繞，通過將原線圈134和次級線圈135特意做成分離的結(jié)構(gòu)，從而可改變漏電感量和變壓器的原線圈和次級線圈間的容量，能夠使功率因數(shù)達(dá)到最佳值。
然而，在如圖1所示的變壓器中，由于原線圈134和次級線圈135只離開規(guī)定間隔W，而且是將次級線圈分成多個(分成4個)卷繞而成的結(jié)構(gòu)，因而，其軸向長度增長，變壓器的體積增大且價格增高。
另外，由于原線圈和次級線圈只離開規(guī)定間隔W，不能將原線圈和次級線圈間的漏電感調(diào)整到適當(dāng)?shù)闹怠２⑶?，希望有將變壓器的原線圈和次級線圈間的漏電感用作電抗器的開關(guān)電源裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種開關(guān)電源裝置，它通過將變壓器的原線圈和次級線圈的漏電感做得適當(dāng)，從而不需要外部的電抗器，并可實現(xiàn)高效、低噪聲、低成本。
為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了以下的技術(shù)方案。根據(jù)本發(fā)明的第一技術(shù)方案的開關(guān)電源裝置的特征在于，具有連接在直流電源的兩端，第一電抗器、變壓器的原線圈和主開關(guān)串聯(lián)連接的第一串聯(lián)電路；連接在上述主開關(guān)的兩端或上述原線圈的兩端，輔助開關(guān)和箝位電容器串聯(lián)連接的第二串聯(lián)電路；并聯(lián)連接在上述變壓器的原線圈上的可飽和電抗器；對在上述變壓器的次級線圈上產(chǎn)生的電壓進(jìn)行整流平滑的整流平滑電路；以及交替地使上述主開關(guān)和上述輔助開關(guān)接通/斷開，同時在通過上述可飽和電抗器的飽和上述輔助開關(guān)的電流增大時使上述輔助開關(guān)斷開的控制電路，上述第一電抗器包括上述變壓器的原線圈及次級線圈間的漏電感，上述變壓器將上述原線圈分成2個并串聯(lián)連接，將上述次級線圈配置在分成2個的原線圈之間，通過調(diào)整分成2個的原線圈的圈數(shù)來調(diào)整上述變壓器的原線圈和次級線圈之間的漏電感。
本發(fā)明的第二技術(shù)方案的開關(guān)電源裝置在第一技術(shù)方案的開關(guān)電源裝置的基礎(chǔ)上，還具有以下特征上述可飽和電抗器利用上述變壓器的鐵芯的飽和特性而形成。
本發(fā)明的第三技術(shù)方案的開關(guān)電源裝置在第一或第二技術(shù)方案的開關(guān)電源裝置的基礎(chǔ)上，還具有以下特征在上述變壓器的鐵芯的磁路的一部分上設(shè)置截面積小的部分，利用蓄積在上述變壓器的原線圈及次級線圈之間的漏電感上的能量使上述變壓器的鐵芯的磁路的一部分飽和，從而使上述主開關(guān)進(jìn)行零電壓開關(guān)動作。
本發(fā)明的第四技術(shù)方案的開關(guān)電源裝置在第一至第三技術(shù)方案的開關(guān)電源裝置的基礎(chǔ)上，還具有以下特征上述控制電路在接通上述主開關(guān)時，從上述主開關(guān)的電壓通過與該主開關(guān)并聯(lián)連接的電容器和上述可飽和電抗器的飽和電感的共振而達(dá)到零電壓時起在規(guī)定期間中使上述主開關(guān)接通。
本發(fā)明的第五技術(shù)方案的開關(guān)電源裝置在第一至第四技術(shù)方案的開關(guān)電源裝置的基礎(chǔ)上，還具有以下特征上述整流平滑電路具有與上述變壓器的次級線圈串聯(lián)連接的第一整流元件；與該第一整流元件和上述次級線圈的串聯(lián)電路并聯(lián)連接的第二整流元件；以及通過第二電抗器與上述第二整流元件并聯(lián)連接的平滑元件。
本發(fā)明的第六技術(shù)方案的開關(guān)電源裝置在第一至第四技術(shù)方案的開關(guān)電源裝置的基礎(chǔ)上，還具有以下特征上述整流平滑電路具有上述變壓器的次級線圈和第三線圈的第三串聯(lián)電路；連接在該第三串聯(lián)電路的兩端的第一整流元件和平滑元件的第四串聯(lián)電路；以及連接在上述次級線圈與上述第三線圈的連接點及上述第一整流元件和上述平滑元件的連接點的第二整流元件。
本發(fā)明的第七技術(shù)方案的開關(guān)電源裝置在第六技術(shù)方案的開關(guān)電源裝置的基礎(chǔ)上，還具有以下特征在上述變壓器的鐵芯上，具有漏電感地卷繞有上述變壓器的原線圈和上述次級線圈，具有比上述原線圈和上述次級線圈的漏電感更小的漏電感地卷繞有上述變壓器的原線圈和上述第三線圈。


圖1是表示現(xiàn)有的開關(guān)電源裝置所設(shè)置的逆變器用的變壓器的一個例子的圖。
圖2是表示實施例1的開關(guān)電源裝置的電路結(jié)構(gòu)圖。
圖3是實施例1的開關(guān)電源裝置所設(shè)置的變壓器的結(jié)構(gòu)圖。(b)是從(a)IIIb方向見到的變壓器的向視圖。
圖4是表示圖3所示的變壓器的漏電感與原線圈的圈數(shù)的關(guān)系的測定值的一個例子的圖。
圖5是實施例1的開關(guān)電源裝置的各部分的信號的定時圖。
圖6是表示實施例1的開關(guān)電源裝置的開關(guān)Q1接通時的各部分的信號的詳細(xì)情況的定時圖。
圖7是表示實施例1的開關(guān)電源裝置所設(shè)置的變壓器的B-H特性的圖。
圖8是實施例1的開關(guān)電源裝置所設(shè)置的可飽和電抗器的電流的定時圖。
圖9是表示實施例2的開關(guān)電源裝置的電路結(jié)構(gòu)圖。
圖10是實施例2的開關(guān)電源裝置所設(shè)置的電抗器的結(jié)構(gòu)圖。(b)是從(a)的Xb方向看電抗器的向視圖。
具體實施例方式
下面，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的開關(guān)電源裝置的實施例。
第1實施例實施例1的開關(guān)電源裝置的特征是，主開關(guān)接通時通過變壓器的次級線圈直接對負(fù)載供電，在主開關(guān)斷開時將蓄積在變壓器的原線圈中的勵磁能量蓄積在箝位電容器中，通過接通輔助開關(guān)使用變壓器鐵芯的B-H曲線的第一、第三象限，并通過從與原線圈連接的電抗器對勵磁能量不足部分的能量予以補充，將B-H曲線的出發(fā)點取為第三象限的下端的同時，將可飽和電抗器與變壓器的原線圈并聯(lián)連接，從而使可飽和電抗器在輔助開關(guān)接通期間的即將結(jié)束以前達(dá)到飽和，增大電流而使輔助開關(guān)在斷開時產(chǎn)生極大的反向電壓，從而使主開關(guān)實現(xiàn)零電壓的開關(guān)動作(ZVs動作)。
另外，實施例1的開關(guān)電源裝置的特征是，其為使用有源箝位，利用變壓器的原線圈和次級線圈之間的漏電感的能量使飽和電抗器達(dá)到飽和并利用了共振的開關(guān)電源裝置；將變壓器的原線圈分成2個線圈并將其串聯(lián)連接，將次級線圈布置在分成了2個線圈的原線圈之間，通過調(diào)整被分成2個線圈的原線圈的各線圈的圈數(shù)(分成2個線圈的圈數(shù)之和相同)，可將變壓器的原線圈和次級線圈之間的漏電感調(diào)整到最佳，從而使可飽和電抗器達(dá)到飽和，因而不需要外部的電抗器的同時，可減小原線圈及次級線圈間的容量，實現(xiàn)高效、低噪聲、低成本。
圖2是實施例1的開關(guān)電源裝置的電路結(jié)構(gòu)圖。圖2所示的開關(guān)電源裝置中，在直流電源Vdc1的兩端連接有電抗器L3、變壓器T的原線圈5a(圈數(shù)為n1)和由MOSFET(場效應(yīng)晶體管)構(gòu)成的開關(guān)Q1(主開關(guān))的串聯(lián)電路。在開關(guān)Q1的兩端并聯(lián)連接有二極管D3和電容器C1。此外，電容器C1和二極管D3也可以是開關(guān)Q1的寄生二極管和寄生電容。
電抗器L3以虛線表示，由變壓器T的原線圈5a和次級線圈5b之間的漏電感構(gòu)成。該電抗器L3在開關(guān)Q1接通時蓄積能量，并在開關(guān)Q1斷開時將所蓄積的能量供給箝位電容器C3。
在變壓器T的原線圈5a的一端與開關(guān)Q1的一端的連接點上，連接有由MOSFET構(gòu)成的開關(guān)Q2(輔助開關(guān))的一端，開關(guān)Q2的另一端通過箝位電容器C3與直流電源Vdc1的正極連接。此外，開關(guān)Q2的另一端也可以通過箝位電容器C3與直流電流電源Vdc1的負(fù)極連接。
在開關(guān)Q2的兩端并聯(lián)著二極管D4。此外，二極管D4也可以是開關(guān)Q2的寄生二極管。開關(guān)Q1、Q2都具有處于斷開狀態(tài)的期間(空載時間)，通過控制電路10的PWM(脈沖寬度調(diào)制器)控制實現(xiàn)交替的接通/斷開。
在變壓器T的原線圈5a的兩端連接有可飽和電抗器SL1。該可飽和電抗器SL1以虛線表示，使用了變壓器T的鐵芯的飽和特性。為了只將蓄積在漏電感(電抗器L3)中的那部分能量供給可飽和電抗器SL1，將使磁通分布偏移于圖7所示的H-B曲線上的第三象限的電壓施加到該可飽和電抗器SL1上。
如圖7所示，相對于一定的正磁場，磁通B(B為磁通密度，磁通φ＝B×S，S雖為鐵芯的截面積，但在此處取S＝1(單位面積)時，則表現(xiàn)為φ＝B)在Bm達(dá)到飽和，對于一定的負(fù)磁場，磁通B則在-Bm達(dá)到飽和，磁場H與電流i的大小成比例地產(chǎn)生。就該飽和電抗器SL1而言，磁通B在B-H曲線上沿Ba→Bb→Bc→Bd→Be→Bf→Bg移動，磁通的變化范圍變成為較寬的范圍。在B-H曲線上的Ba-Bb間和Bf-Bg間處于飽和狀態(tài)。
因此，在飽和狀態(tài)下，開關(guān)Q2的電流增大，通過在該狀態(tài)下使開關(guān)Q2斷開，則可使開關(guān)Q1的電壓降低而成為零電壓。
在變壓器T的鐵芯上卷繞著原線圈5a和與該線圈同相的次級線圈5b(圈數(shù)為n2)，次級線圈5b的一端與二極管D1連接，二極管D1和電抗器L1的一端的連接點以及次級線圈5b的另一端與二極管D2連接，由二極管D1和二極管D2構(gòu)成整流電路。電抗器L1的另一端和次級線圈5b的另一端與平滑電容器C4連接。該平滑電容器L4對電抗器L1的電壓進(jìn)行平滑并將直流輸出輸出到負(fù)載RL。
控制電路10對開關(guān)Q1和開關(guān)Q2交替地進(jìn)行接通/斷開控制，當(dāng)負(fù)載RL的輸出電壓達(dá)到基準(zhǔn)電壓以上時，通過控制使加到開關(guān)Q1上的脈沖的導(dǎo)通寬度變窄而使加在開關(guān)Q2上的脈沖的導(dǎo)通寬度加寬。即，當(dāng)負(fù)載RL的輸出電壓達(dá)到基準(zhǔn)電壓以上時，通過將開關(guān)Q1的脈沖的導(dǎo)通寬度變窄而將輸出電壓控制為恒定的電壓。
另外，控制電路10在開關(guān)Q2的電流Q2i增大了的時刻，斷開開關(guān)Q2后接通開關(guān)Q1?？刂齐娐?0當(dāng)接通開關(guān)Q1時，開關(guān)Q1的電壓因與開關(guān)Q1并聯(lián)的電容器C1和可飽和電抗器SL1的飽和電感的共振，從達(dá)到零電壓時起在規(guī)定期間中使開關(guān)Q1接通。
圖3是表示設(shè)置在實施例1的開關(guān)電源裝置中的變壓器的一個例子的圖。圖3(a)是變壓器的主剖視圖。圖3(b)是變壓器的側(cè)剖視圖。圖3所示的變壓器將原線圈分成2個線圈并串聯(lián)連接，將次級線圈配置在分成2個的原線圈之間，通過調(diào)整分成2個的原線圈的圈數(shù)，便可調(diào)整變壓器的原線圈和次級線圈間的漏電感。
圖3所示的變壓器具備具有矩形外形的鐵芯20，在鐵芯20上形成有與磁路的長度方向平行的長形的間隙24a、24b以構(gòu)成磁路25a、25b、25c。在該鐵芯20的鐵芯部20a上設(shè)置有線圈骨架，在該線圈骨架上卷繞了原線圈5a和次級線圈5b。原線圈5a夾住次級線圈5b并分成線圈5a1和線圈5a2串聯(lián)連接。原線圈5a的線圈5a1卷繞在凸緣23a和凸緣23b之間，原線圈5a的線圈5a2卷繞在凸緣23c和凸緣23d之間；次級線圈5b卷繞在凸緣23b和凸緣23c之間。
通常，就原線圈5a和次級線圈5b間的漏電感而言，如果原線圈5a和次級線圈5b的相對結(jié)構(gòu)相同的話，當(dāng)設(shè)原邊換算的漏電感值為Lpe，設(shè)原線圈5a的圈數(shù)為Np時，則Lpe∝Np2。因此，若設(shè)卷數(shù)Np為1/2，則漏電感值Lpe為1/4。
圈數(shù)Np由于是由鐵芯20的截面積、輸入電壓、頻率決定的值，因而如圖3所示，在同一個鐵芯柱上將原線圈5a分成2個線圈，對各個線圈5a1、5a2卷繞1/2的圈數(shù)并串聯(lián)連接，則原線圈5a的圈數(shù)相同，變壓器T的變壓比不變。
由于這種情況下的原邊換算的漏電感Lpe分別為1/4，因而在將分成的2個線圈串聯(lián)連接的情況下，則為原線圈5a不分割時的1/2。此處，Np1+Np2＝Np，若設(shè)原線圈5a不分割時的Lpc為1，則在改變了線圈5a1的圈數(shù)Np1和線圈5a2的圈數(shù)Np2的比的情況下的漏電感Lpc為(Np1/Np)2+(Np2/Np)2，其值在1到1/2之間變化。即，通過改變Np1和Np2的圈數(shù)比，可以將漏電感調(diào)整為不分割時的值的1至1/2倍。
圖4是表示圖3所示的變壓器的漏電感相對于原線圈的圈數(shù)的測定值的一個例子的圖。圖4中，鐵芯20的截面積為125mm2，原線圈5a的圈數(shù)為34T(34匝)，將該線圈分成2個線圈，使線圈5a1的圈數(shù)和線圈5a2的圈數(shù)改變(但是，2個線圈5a1、5a2的圈數(shù)的總和不變?yōu)?4T)，并測定了漏電感的例子。最大電感值和最小電感值之比為1/2，如理論上所表明的那樣。
此外，原線圈5a和次級線圈5b在結(jié)構(gòu)上的位置關(guān)系若相同，則可以將原線圈5a分成3個或以上線圈。這種情況下，若設(shè)原線圈5a的分割數(shù)為N，則可將電感值調(diào)整到1至1/N。
另外，圖3中，在鐵芯部20a上形成了2處凹部20b。利用該凹部20b，鐵芯20的磁路35b的一部分的截面積比其它部分變窄，由于只有這部分達(dá)到磁飽和，因而可降低鐵芯損失。
下面，參照圖5、圖6及圖8所示的定時圖對這樣構(gòu)成的實施例1的開關(guān)電源裝置的動作進(jìn)行說明。圖5是實施例1的開關(guān)電源裝置的各部分的信號的定時圖。圖6是表示實施例1的開關(guān)電源裝置的開關(guān)Q1在接通時的各部分的信號的詳細(xì)情況的定時圖。圖7是表示實施例1的開關(guān)電源裝置中所設(shè)置的變壓器的B-H特性的圖。圖8是實施例1的開關(guān)電源裝置中所設(shè)置的可飽和電抗器SL1的電流定時圖。
此外，圖5和圖6中的各符號表示如下Q1v為開關(guān)Q1兩端之間的電壓，Q1i為流經(jīng)開關(guān)Q1的電流，Q2v為開關(guān)Q2兩端之間的電壓，Q2i為流經(jīng)開關(guān)Q2的電流，SL1i為流經(jīng)可飽和電抗器SL1的電流。
首先，在時刻t1(與時刻t11-t12對應(yīng))，使開關(guān)Q1接通時，電流按Vdc1→L3→5a→Q1→Vdc1流動。并且，在該時刻，變壓器T的次級線圈5b中上也產(chǎn)生電壓，電流按5b→D1→L1→L4→5b流動。另外，在使開關(guān)Q1接通時，電流流經(jīng)電抗器L3和可飽和電抗器SL1，在電抗器L3和可飽和電抗器SL1中蓄積了能量。
電流SL1i的變化如圖8所示，時刻t1為電流值a(負(fù)值)，時刻t1b為電流值b(負(fù)值)，時刻t13為電流值c(零)，時刻t2為電流值d(正值)。圖7所示的B-H曲線上磁通的變化為Ba→Bb→Bc→Bd。并且，圖7所示的Ba～Bg與圖8所示的a～g相對應(yīng)。另外，磁通的工作范圍ΔB如圖7所示，B-H曲線具有飽和區(qū)域Hs。
其次，在時刻t2，當(dāng)使開關(guān)Q1斷開時，電容器C1利用蓄積在電抗器L3和可飽和電抗器SL1中的能量充電。這時，可飽和電抗器SL1的電感和電容器C1形成共振，開關(guān)Q1的電壓Q1v上升。電流按L1→C4→D2→L1流動，通過電容器C4對負(fù)載RL供給電流。
然后，當(dāng)電容器C1的電位達(dá)到與箝位電容器C3的電位等電位時，由于電抗器L3和可飽和電抗器SL1的能量釋放，二極管D4導(dǎo)通，電流流過，箝位電容器C3充電。并且，這時，由于使開關(guān)Q2接通，開關(guān)Q2則為零電壓開關(guān)。于是，電流SL1i從時刻t2到時刻t20則從電流值d(正值)變化到電流值e(零)。圖7所示的B-H曲線上，磁通的變化為Bd→Be。
另外，當(dāng)電抗器L3和可飽和電抗器SL1的能量釋放結(jié)束時，則箝位電容器C3的充電停止。
隨后，在時刻t20到時刻t3，蓄積在箝位電容器C3中的能量按L3→Q2→SL1(5a)→L3→C3流動，可飽和電抗器SL1的磁通重新分布。與可飽和電抗器SL1并聯(lián)的變壓器T的磁通同樣也變化。
這時，在時刻t20到時刻t3，由于蓄積在箝位電容器C3中的能量返回到可飽和電抗器SL1中，因而，流過可飽和電抗器SL1的電流SL1i如圖8所示為負(fù)值。即，在時刻t20到時刻t2a，電流SL1i從電流值e(零)變化到電流值f(負(fù)值)。圖7所示的B-H曲線上的磁通的變化為Be→Bf。并且，從時刻t2到時刻t20的面積S與從時刻t20到時刻t2a的面積S相等。該面積S相當(dāng)于蓄積在箝位電容器C3中的可飽和電抗器SL1的能量。
接著，在時刻t2a到時刻t3，電流SL1i從電流值f(負(fù)值)變化到電流值g(負(fù)值)。圖7所示的B-H曲線上，磁通的變化為Bf→Bg。時刻t2a到時刻t3的面積相當(dāng)于蓄積在箝位電容器C3中的電抗器L3的能量。
即，蓄積在箝位電容器C3中的能量由于是可飽和電抗器SL1的能量和電抗器L3的能量之和，電流SL1i在重新分配時僅增大由電抗器L3供給的能量的部分，因而磁通在第三象限移動并達(dá)到飽和區(qū)域(Bf-Bg)，電流SL1i增大并在時刻t3(在時刻t1也同樣)達(dá)到最大。電流SL1i是可飽和電抗器SL1在飽和時的飽和電流，在開關(guān)Q2接通期間就要結(jié)束以前增大。
另外，在該時刻t3，開關(guān)Q2的電流Q2i也達(dá)到最大。在該時刻，由于使開關(guān)Q2斷開，電容器C1則迅速放電，在短時間達(dá)到零。這時，由于使開關(guān)Q1接通，可使開關(guān)Q1實現(xiàn)零電壓開關(guān)。
并且，飽和電流由從電抗器L3供給箝位電容器C3的能量決定，在負(fù)載一定的情況下，由于流過的電流值相同，因而與電抗器L3的電感成比例。在飽和電流小的情況下，開關(guān)Q1的電壓不為零，開關(guān)Q1的Zvs(零電壓開關(guān))動作不進(jìn)行。
另外，在飽和電流大的情況下，循環(huán)電流增大，損失也增大。因此，需要使電抗器L3的電感為適當(dāng)?shù)闹?。由于電抗器L3與變壓器T的原線圈5a為串聯(lián)地被插入，因而如圖4所示，通過將變壓器的原線圈5a分為2個線圈5a1、5a2，并調(diào)整被分割成的原線圈5a1、5a2各自的圈數(shù)，則可使變壓器T的原線圈、次級線圈間的漏電感為適當(dāng)?shù)闹?，從而不需要外部的電抗器的同時，可在原線圈及次級線圈之間得到適當(dāng)?shù)碾姼?，從而能實現(xiàn)適當(dāng)?shù)牧汶妷洪_關(guān)動作。另外，通過減小變壓器T的原線圈和次級線圈間的容量，從而能以高效率、低噪聲及低價格實現(xiàn)電路的簡化。
第2實施例下面，說明本發(fā)明的實施例2的開關(guān)電源裝置。圖9是表示實施例2的開關(guān)電源裝置的電路結(jié)構(gòu)圖。圖9所示的實施例2的開關(guān)電源裝置相對于圖2所示的實施例1的開關(guān)電源裝置，變壓器Ta的次級一側(cè)的電路不同，因而僅對這部分進(jìn)行說明。
在變壓器Ta上卷繞有原線圈5a(圈數(shù)n1)、次級線圈5b(圈數(shù)n2)和第三線圈5c(圈數(shù)n3)。
在變壓器Ta的次級線圈5b和第三線圈5c的串聯(lián)電路的兩端，連接有二極管D2和平滑電容器C4的串聯(lián)電路。在次級線圈5b與第三線圈5c的連接點以及二極管D2與平滑電容器C4的連接點上連接有二極管D1。原線圈5a和次級線圈5b同相卷繞，原線圈5a和第三線圈5c反相卷繞。
使變壓器Ta的次級線圈5b與原線圈5a弱耦合，利用原線圈5a及次級線圈5b間的漏電感來代替與平滑電容器C4串聯(lián)連接的電抗器L4。使變壓器Ta的第三線圈5c與原線圈5a稍微弱耦合，利用原線圈5a和第三線圈5c間的漏電感來代替與變壓器Ta串聯(lián)連接的電抗器L3。
下面，說明這樣構(gòu)成的實施例2的開關(guān)電源裝置的動作。其基本動作與實施例1的動作相同，在此，重點說明變壓器Ta的次級一側(cè)電路的動作。
首先，當(dāng)使開關(guān)Q1接通時，電流按Vdc1→C3→5a→Q1→Vdc1流動。并且，在該時刻，在變壓器Ta的次級線圈5b上也產(chǎn)生電壓，電流按5b→D1→C4→L4→5b流動。因此，二極管D1的電流直線地增大。
其次，當(dāng)使開關(guān)Q斷開時，蓄積在變壓器Ta的原線圈5a和次級線圈5b間的漏電感L4中的能量通過變壓器Ta返回到次級一側(cè)。在次級一側(cè)，由于在變壓器Ta的第三線圈5c中誘發(fā)了電壓，電流則按5c→D2→C4→L4→5b→5c流動。因此，在二極管D2中有電流流過。
這樣，由于變壓器Ta的原線圈5a及次級線圈5b間的漏電感L4的值加大，開關(guān)Q1接通時所蓄積的能量通過變壓器Ta返回到次級一側(cè)，因而提高了效率。另外，利用二極管D1和二極管D2使流過次級一側(cè)的電流在開關(guān)Q1接通及斷開期間變成連續(xù)的電流。因此，平滑電容器C4的波紋電流也減少。
圖10是實施例2的開關(guān)電源裝置所設(shè)置的變壓器的結(jié)構(gòu)圖。圖10(a)是變壓器的主剖視圖，圖10(b)是變壓器的側(cè)剖視圖。圖10所示的變壓器Ta具備具有矩形外形的鐵芯30，在鐵芯30上以構(gòu)成磁路34a、34b、34c的方式形成與磁路的長度方向平行的長形的間隙35a、35b。在鐵芯30的鐵芯部分30a上設(shè)有線圈骨架，在該線圈骨架上卷繞有由分成2個的線圈5a1、5a2構(gòu)成的原線圈5a和配置成夾在該原線圈5a中間的第三線圈5c。原線圈5a的線圈5a1卷繞在凸緣33a和凸緣33b之間，原線圈5a的線圈5a2卷繞在凸緣33c和凸緣33d之間，第三線圈5c卷繞在凸緣33b和凸緣33c之間。這樣，使原線圈和第三線圈之間具有稍微的漏電感。
另外，在鐵芯30上形成間隙31，在外周鐵芯30d上卷繞次級線圈5b。即，通過利用間隙31使原線圈5a和次級線圈5b弱耦合，從而增大漏電感。
具有漏電感L4地在變壓器Ta的鐵芯30上卷繞有變壓器Ta的原線圈5a和次級線圈5b，具有漏電感L3地卷繞有變壓器Ta的原線圈5a和第三線圈5c，并使漏電感L3比原線圈5a和次級線圈5b的漏電感L4小地被卷繞。
另外，在外周鐵芯并在原線圈5a和次級線圈5b之間形成有2處凹部30b。外周鐵芯磁路的一部分的截面積由于該凹部30b而比其它部分更窄，由于只有這部分達(dá)到磁飽和，因而可降低鐵芯損失。
這樣，通過對變壓器Ta的鐵芯的形狀和線圈的改進(jìn)，可減小開關(guān)電源裝置的體積，降低其價格。并且，可以得到與實施例1的效果相同的效果。
采用本發(fā)明，由于第一電抗器由變壓器的原線圈及次級線圈間的漏電感構(gòu)成；變壓器的原線圈被分成2個線圈串聯(lián)連接并將次級線圈配置在分成2個的原線圈之間，通過調(diào)整分成2個的原線圈的圈數(shù)以調(diào)整變壓器的原線圈及次級線圈間的漏電感，因而，在不需要外部的電抗器的同時，可以在原線圈與次級線圈之間得到適當(dāng)?shù)碾姼?，因而，可以提供能實現(xiàn)適當(dāng)?shù)牧汶妷洪_關(guān)動作的，高效率、低噪聲、低價格的開關(guān)電源裝置。
本發(fā)明的開關(guān)電源裝置可適用于DC-DC變換器、AC-DC變換器等開關(guān)電源裝置。
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)電源裝置，其特征在于，具有連接在直流電源的兩端，第一電抗器、變壓器的原線圈和主開關(guān)串聯(lián)連接的第一串聯(lián)電路；連接在上述主開關(guān)的兩端或上述原線圈的兩端，輔助開關(guān)和箝位電容器串聯(lián)連接的第二串聯(lián)電路；并聯(lián)連接在上述變壓器的原線圈上的可飽和電抗器；對在上述變壓器的次級線圈上產(chǎn)生的電壓進(jìn)行整流平滑的整流平滑電路；以及交替地使上述主開關(guān)和上述輔助開關(guān)接通/斷開，同時在通過上述可飽和電抗器的飽和上述輔助開關(guān)的電流增大時使上述輔助開關(guān)斷開的控制電路，上述第一電抗器包括上述變壓器的原線圈及次級線圈間的漏電感，上述變壓器將上述原線圈分成2個并串聯(lián)連接，將上述次級線圈配置在分成2個的原線圈之間，通過調(diào)整分成2個的原線圈的圈數(shù)來調(diào)整上述變壓器的原線圈和次級線圈之間的漏電感。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于，上述可飽和電抗器利用上述變壓器的鐵芯的飽和特性而形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于，在上述變壓器的鐵芯的磁路的一部分上設(shè)置截面積小的部分，利用蓄積在上述變壓器的原線圈及次級線圈之間的漏電感上的能量使上述變壓器的鐵芯的磁路的一部分飽和，從而使上述主開關(guān)進(jìn)行零電壓開關(guān)動作。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于，在上述變壓器的鐵芯的磁路的一部分上設(shè)置截面積小的部分，利用蓄積在上述變壓器的原線圈及次級線圈之間的漏電感上的能量使上述變壓器的鐵芯的磁路的一部分飽和，從而使上述主開關(guān)進(jìn)行零電壓開關(guān)動作。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于，上述控制電路在接通上述主開關(guān)時，從上述主開關(guān)的電壓通過與該主開關(guān)并聯(lián)連接的電容器和上述可飽和電抗器的飽和電感的共振而達(dá)到零電壓時起在規(guī)定期間中使上述主開關(guān)接通。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于，上述控制電路在接通上述主開關(guān)時，從上述主開關(guān)的電壓通過與該主開關(guān)并聯(lián)連接的電容器和上述可飽和電抗器的飽和電感的共振而達(dá)到零電壓時起在規(guī)定期間中使上述主開關(guān)接通。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于，上述整流平滑電路具有與上述變壓器的次級線圈串聯(lián)連接的第一整流元件；與該第一整流元件和上述次級線圈的串聯(lián)電路并聯(lián)連接的第二整流元件；以及通過第二電抗器與上述第二整流元件并聯(lián)連接的平滑元件。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于，上述整流平滑電路具有與上述變壓器的次級線圈串聯(lián)連接的第一整流元件；與該第一整流元件和上述次級線圈的串聯(lián)電路并聯(lián)連接的第二整流元件；以及通過第二電抗器與上述第二整流元件并聯(lián)連接的平滑元件。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于，上述整流平滑電路具有上述變壓器的次級線圈和第三線圈的第三串聯(lián)電路；連接在該第三串聯(lián)電路的兩端的第一整流元件和平滑元件的第四串聯(lián)電路；以及連接在上述次級線圈與上述第三線圈的連接點及上述第一整流元件和上述平滑元件的連接點的第二整流元件。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于，上述整流平滑電路具有上述變壓器的次級線圈和第三線圈的第三串聯(lián)電路；連接在該第三串聯(lián)電路的兩端的第一整流元件和平滑元件的第四串聯(lián)電路；以及連接在上述次級線圈與第三線圈的連接點及上述第一整流元件與上述平滑元件的連接點的第二整流元件。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于，在上述變壓器的鐵芯上，具有漏電感地卷繞有上述變壓器的原線圈和上述次級線圈，具有比上述原線圈和上述次級線圈的漏電感更小的漏電感地卷繞有上述變壓器的原線圈和上述第三線圈。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于，在上述變壓器的鐵芯上，具有漏電感地卷繞有上述變壓器的原線圈和上述次級線圈，具有比上述原線圈和上述次級線圈的漏電感更小的漏電感地卷繞有上述變壓器的原線圈和上述第三線圈。
全文摘要
本發(fā)明提供一種開關(guān)電源裝置，具有連接在直流電源(Vdc1)兩端的電抗器(L3)和變壓器T的原線圈(5a)和開關(guān)(Q1)的串聯(lián)電路；連接在原線圈的兩端的開關(guān)(Q2)和箝位電容器(C3)的串聯(lián)電路；與原線圈并聯(lián)的可飽和電抗器(SL1)；對在次級線圈(5b)上產(chǎn)生的電壓進(jìn)行整流平滑的整流平滑電路(D1、D2、L1、C4)；以及交替地使開關(guān)(Q1)和(Q2)接通/斷開的同時，在開關(guān)(Q2)的電流增大時，利用可飽和電抗器(SL1)的飽和使開關(guān)(Q2)斷開的控制電路(10)。電抗器(L3)由原線圈和次級線圈間的漏電感構(gòu)成，變壓器(T)將原線圈分成2個并串聯(lián)連接，次級線圈位于分成2個的原線圈之間，調(diào)整分成2個的原線圈的圈數(shù)來調(diào)整漏電感，從而使可飽和電抗器(SL1)飽和。
文檔編號H01F27/32GK1788410SQ200580000410
公開日2006年6月14日 申請日期2005年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月26日
發(fā)明者鶴谷守 申請人:三墾電氣株式會社