專利名稱：開關(guān)電源裝置和開關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種開關(guān)電源裝置以及它所使用的一種開關(guān)方法。
背景技術(shù)：
KOKAI公開號(hào)為2004-135415的未審查日本專利申請(qǐng)公開了一種常規(guī)的開關(guān)電源(開關(guān)模式電源)裝置。


圖13示出用于說(shuō)明在上述公報(bào)中給出的常規(guī)開關(guān)電源裝置的電路圖。
該開關(guān)電源裝置包括主開關(guān)元件Q1、同步整流開關(guān)元件Q2、串聯(lián)電路26、以及同步開關(guān)控制電路27。
主開關(guān)元件Q1開關(guān)(導(dǎo)通和截止)流經(jīng)變壓器T1的初級(jí)線圈LP的電流。同步整流開關(guān)元件Q2連接在變壓器T的次級(jí)線圈LS和負(fù)載之間。串聯(lián)電路26包括同步整流電感元件L1和二極管D1，并且與變壓器T1的次級(jí)線圈LS并聯(lián)連接。同步整流開關(guān)控制電路27包括二極管D2、電容器C51、以及晶體管Q5。
同步整流開關(guān)元件Q2在主開關(guān)元件Q1的導(dǎo)通期間截止，并且將電能儲(chǔ)存和積累在變壓器T1以及同步整流電感元件L1中。同步整流開關(guān)元件Q2在主開關(guān)元件Q1的截止期間導(dǎo)通，并且允許儲(chǔ)存的電能釋放。在儲(chǔ)存在變壓器T1中的電能釋放完成之前，二極管D1的動(dòng)作導(dǎo)致同步整流電感元件L1完成儲(chǔ)存電能的釋放。根據(jù)同步整流電感元件L1和二極管D1之間的節(jié)點(diǎn)A上的電壓，同步整流開關(guān)控制電路27中的二極管D2檢測(cè)到同步整流電感元件L1的儲(chǔ)存電能已經(jīng)釋放，并使同步整流開關(guān)元件Q2截止。
在這一開關(guān)電源裝置里，即使變壓器T1的儲(chǔ)存電能的釋放已經(jīng)完畢，節(jié)點(diǎn)A上的電壓也不會(huì)立即下降。更準(zhǔn)確地說(shuō)，因?yàn)橥秸麟姼性﨤1的電感效應(yīng)和同步整流控制電路27的電容效應(yīng)，或者同步整流電感元件L1的寄生電容效應(yīng)，節(jié)點(diǎn)A的電壓在儲(chǔ)存的電能從變壓器T1釋放完畢之后，節(jié)點(diǎn)A的電壓不會(huì)立即下降。節(jié)點(diǎn)A上電壓下降的延遲可以在變壓器T1的儲(chǔ)存電能已經(jīng)釋放完畢之后，保持同步整流開關(guān)元件Q2導(dǎo)通。這會(huì)降低效率，并且損壞元件。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是實(shí)現(xiàn)一種開關(guān)電源裝置，其中整流開關(guān)在合適的時(shí)刻導(dǎo)通和截止。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的開關(guān)電源裝置包括具有初級(jí)和次級(jí)線圈(2a、2b)的變壓器(2)；開關(guān)流經(jīng)初級(jí)線圈(2a)的電流的主開關(guān)元件(3)；控制主開關(guān)元件(3)工作的控制器(4)；平滑電路(6)；在次級(jí)線圈(2b)和平滑電路(6)之間連接和斷開的整流開關(guān)元件(7)；以及驅(qū)動(dòng)整流開關(guān)元件的整流元件驅(qū)動(dòng)電路(2c、5、8-33)，并且包括電抗器(5)，與次級(jí)線圈(2b)并聯(lián)連接，在主開關(guān)元件(3)的導(dǎo)通期間儲(chǔ)存能量，在主開關(guān)元件(3)的截止期間釋放所儲(chǔ)存的能量，以及驅(qū)動(dòng)電路(2c、8-15、18)，其檢測(cè)流經(jīng)所述電抗器(5)的電流值，并且當(dāng)流經(jīng)所述電抗器的電流大于或者等于預(yù)定值時(shí)，在主開關(guān)元件的截止期間使整流開關(guān)元件導(dǎo)通，并且當(dāng)流經(jīng)電抗器的電流小于預(yù)定值時(shí)，使整流開關(guān)元件截止。
通過采用這種結(jié)構(gòu)，當(dāng)流經(jīng)與變壓器次級(jí)線圈并聯(lián)連接的電抗器的電流大于或者等于預(yù)定值時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路使整流開關(guān)元件導(dǎo)通。當(dāng)流經(jīng)電抗器的電流變得小于預(yù)定值時(shí)，整流開關(guān)元件截止。這可以防止使整流開關(guān)元件導(dǎo)通的導(dǎo)通期間沒有必要地太長(zhǎng)。
驅(qū)動(dòng)電路可以包括電流檢測(cè)電路，其檢測(cè)流經(jīng)電抗器(5)的電流的電流值。電流檢測(cè)電路可以包括有一端連接到電抗器(5)而另一端連接到次級(jí)線圈(2b)的電流檢測(cè)電阻(9)、以及具有控制電極及第一和第二導(dǎo)通電極的晶體管(18)，所述第一和第二導(dǎo)通電極根據(jù)提供給控制電極的信號(hào)改變導(dǎo)通狀態(tài)的，控制電極(基極)連接到電抗器(5)，第一導(dǎo)通電極(發(fā)射極)連接到次級(jí)線圈，以及當(dāng)由于流經(jīng)電抗器(5)的電流而在電流檢測(cè)電阻(9)上產(chǎn)生的電壓降低于晶體管(18)的閥值時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路(10-18)可以根據(jù)所述晶體管的所述第二導(dǎo)通電極上的電壓，截止整流開關(guān)元件(7)。
晶體管(18)可以是雙極性晶體管，它的基極、發(fā)射極和集電極分別對(duì)應(yīng)于控制電極、第一導(dǎo)通電極和第二導(dǎo)通電極。晶體管(18)可以是MOS晶體管，它的柵極、源極和漏極分別對(duì)應(yīng)于控制電極、第一導(dǎo)通電極和第二導(dǎo)通電極。
驅(qū)動(dòng)電路可以包括截止控制開關(guān)(off-control switch)(16)，其具有一個(gè)主端子，它的一端(源極)連接到次級(jí)線圈(2b)，而另一端(漏極)連接到整流開關(guān)元件(7)的控制端；以及一個(gè)控制端子(柵極)，其連接到與次級(jí)線圈(2b)串聯(lián)連接的輔助線圈(2c)以及晶體管(18)的第二導(dǎo)通電極(集電極)，當(dāng)晶體管(18)截止時(shí)，其導(dǎo)通以降低所述整流開關(guān)元件(7)的控制端上的電壓。
驅(qū)動(dòng)電路可以包括電流旁通二極管(20)，它的陽(yáng)極和陰極分別連接到電抗器(5)和晶體管的第二導(dǎo)通電極。
驅(qū)動(dòng)電路可以包括滯回電路(hysteresis circuit)(23)，其包括電阻器和二極管，連接在電抗器(5)和截止控制開關(guān)(16)的電流通路的另一端之間，并且在截止控制開關(guān)的導(dǎo)通期間，允許流經(jīng)電抗器的電流部分地流過截止控制開關(guān)。
驅(qū)動(dòng)電路可以包括偏置電路(25)，其確保電流從輔助線圈(2c)或整流開關(guān)元件的控制端經(jīng)電阻器(26、27)流到電流檢測(cè)電路。
整流元件驅(qū)動(dòng)電路可以包括電容器，其連接在整流開關(guān)元件(7)的控制端與輔助線圈(2c)之間，并且具有降低整流開關(guān)元件控制端電壓的電壓降低功能，或者具有這些功能，即驅(qū)動(dòng)整流開關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)功能和電壓降低功能。
驅(qū)動(dòng)電路可以包括驅(qū)動(dòng)晶體管(13)，它的發(fā)射極、基極和集電極分別連接到整流開關(guān)元件(7)的控制端、截止控制開關(guān)主端子的另一端和所述輔助線圈，并且電阻器(12)和齊納二極管(36)連接在所述驅(qū)動(dòng)晶體管的基極和集電極之間。
驅(qū)動(dòng)電路可以包括檢測(cè)流經(jīng)電抗器(5)的電流的電流值的電流檢測(cè)電路，以及諸如NOR電路的門電路，當(dāng)所述主開關(guān)元件截止時(shí)，其根據(jù)所述電流檢測(cè)電路的檢測(cè)結(jié)果的輸出信號(hào)，使整流開關(guān)元件導(dǎo)通和截止。
電流檢測(cè)電路可以包括電流檢測(cè)電阻(9)，其一端連接到電抗器(5)，而另一端連接到次級(jí)線圈，以及比較器(40)，其比較電流檢測(cè)電阻所產(chǎn)生的電壓和預(yù)定電壓，并且當(dāng)所述主開關(guān)元件截止時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路可以根據(jù)比較器(40)的輸出信號(hào)，使整流開關(guān)元件導(dǎo)通和截止。
為了實(shí)現(xiàn)這一目的，根據(jù)本發(fā)明的一種開關(guān)方法包括以下步驟間歇地向變壓器(2)的初級(jí)線圈(2a)提供電流；以及根據(jù)流經(jīng)電抗器的電流，在沒有電流流經(jīng)初級(jí)線圈期間，并且當(dāng)流經(jīng)與變壓器的次級(jí)線圈并聯(lián)連接的電抗器(5)的電流的電流值大于或等于預(yù)定值時(shí)，使整流開關(guān)元件導(dǎo)通以便經(jīng)整流開關(guān)元件將變壓器次級(jí)線圈(2b)的輸出提供給平滑電路，并且當(dāng)流經(jīng)電抗器的電流的電流值小于預(yù)定值時(shí)使整流開關(guān)元件截止。
根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)流經(jīng)電抗器的電流小于預(yù)定值時(shí)，整流開關(guān)元件截止。因此，可以防止使整流開關(guān)元件導(dǎo)通的時(shí)間沒有必要地太長(zhǎng)，并且使效率得到提高。
附圖簡(jiǎn)述通過閱讀以下詳細(xì)說(shuō)明和附圖，本發(fā)明的這些目的和其它目的以及優(yōu)點(diǎn)將會(huì)更加清楚，在這些附圖中圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的開關(guān)電源裝置的電路圖；圖2(包括圖2A至2H)是說(shuō)明該開關(guān)電源裝置工作的波形圖；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的開關(guān)電源裝置的電路圖；圖4是示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的開關(guān)電源裝置的電路圖；圖5是示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的開關(guān)電源裝置的電路圖；圖6是示出根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的開關(guān)電源裝置的電路圖；圖7是示出根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的開關(guān)電源裝置的電路圖；圖8是示出根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的開關(guān)電源裝置的電路圖；圖9是示出根據(jù)本發(fā)明第八實(shí)施例的開關(guān)電源裝置的電路圖；圖10是示出根據(jù)本發(fā)明第九實(shí)施例的開關(guān)電源裝置的電路圖；圖11是示出根據(jù)本發(fā)明第十實(shí)施例的開關(guān)電源裝置的電路圖；圖12是示出根據(jù)本發(fā)明第十一實(shí)施例的開關(guān)電源裝置的電路圖；以及圖13是示出常規(guī)開關(guān)電源設(shè)備的電路圖。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明第一實(shí)施例圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的開關(guān)(開關(guān)模式)電源裝置的電路圖。
該開關(guān)電源裝置是逆向變換器(flyback converter)，其包括連接到直流(DC)電源1的變壓器2。
變壓器2的初級(jí)線圈2a的熱端(hot side)連接到直流電源1的陽(yáng)極。初級(jí)線圈2a的冷端(cold side)連接到N溝道型MOS(金屬氧化物半導(dǎo)體)晶體管(在下文中稱為“NMOS”)3的漏極，其是主要開關(guān)元件?？刂破?連接到NMOS3的柵極，并且向柵極提供控制信號(hào)。NMOS3的源極連接到DC電源1的陰極。
變壓器2還包括通過磁芯與初級(jí)線圈2a電磁耦合的次級(jí)線圈2b和輔助線圈2c。輔助線圈2c與次級(jí)線圈2b的冷端串聯(lián)連接。
次級(jí)線圈2b的熱端連接到電抗器5的一端、平滑電容器6的負(fù)電極、以及地GND。次級(jí)線圈2b的冷端連接到用作同步整流開關(guān)元件的NMOS7的源極。NMOS7的漏極連接到平滑電容器6的正電極。輸出端Tout連接到平滑電容器6的正電極。從輸出端Tout向未示出的負(fù)載提供輸出電壓Vo。
電抗器5的另一端連接到防止回流的二極管(a backflowprevention diode)8的陽(yáng)極。二極管8的陰極連接到電流檢測(cè)電阻器9的一端。電流檢測(cè)電阻器9的另一端連接到次級(jí)線圈2b的冷端。因而，電抗器5、二極管8、和電阻器9構(gòu)成的串聯(lián)電路與次級(jí)線圈2b并聯(lián)連接。
連接到次級(jí)線圈2b的輔助線圈2c的冷端連接到二極管10的陽(yáng)極。二極管10的陰極連接到電阻11和12的一端以及NPN晶體管13的集電極。
電阻器12的另一端連接到晶體管13的基極。晶體管13的發(fā)射極連接到二極管14的陽(yáng)極和電阻15器的一端。二極管14的陰極連接到晶體管13的基極。電阻器15的另一端連接到NMOS7的柵極。
晶體管13的基極還連接到NMOS16的漏極。NMOS16的源極連接到次級(jí)線圈2b的冷端。
電阻器11的另一端連接到二極管17的陽(yáng)極。二極管17的陰極連接到NMOS16的柵極以及NPN晶體管18的集電極連接。晶體管18的基極連接到二極管8和電阻器9之間的節(jié)點(diǎn)。晶體管18的發(fā)射極連接到次級(jí)線圈2b的冷端?？梢杂肗PN雙極性晶體管來(lái)代替NMOS16。在這種情況下，替代所述NMOS16的所述NPN晶體管的集電極、基極和發(fā)射極分別連接到NPN晶體管13的基極、二極管17的陰極、以及次級(jí)線圈2b的冷端。
接下來(lái)，將說(shuō)明圖1所示的開關(guān)電源裝置的工作過程。
圖2A至2H是說(shuō)明所述開關(guān)電源裝置工作過程的波形圖。
NMOS3響應(yīng)由控制器4提供的控制信號(hào)而導(dǎo)通和截止。在NMOS3處于導(dǎo)通狀態(tài)期間，即，當(dāng)圖2A所示的NMOS3的漏極-源極電壓Vds是(幾乎)0伏時(shí)，初級(jí)電流(a primary current)Id流經(jīng)(通過)變壓器2的初級(jí)線圈2a，如圖2B所示。
假定NMOS3導(dǎo)通的導(dǎo)通時(shí)間的長(zhǎng)度是Ton，初級(jí)線圈2a的電感是Lp，并且DC電源1的輸出電壓是Vin，則變壓器2在NMOS3的導(dǎo)通期間儲(chǔ)存的能量為(Vin2/2Lp)Ton。
如圖2C所示，在NMOS3的導(dǎo)通期間，次級(jí)線圈2b在它的熱端產(chǎn)生電壓VT，并且熱端上的電壓變得比冷端上的電壓高。輔助線圈2c在它的熱端產(chǎn)生電壓，并且熱端上的電壓變得比冷端上的電壓高。當(dāng)輔助線圈2c熱端上的電壓比輔助線圈2c冷端上的電壓高時(shí)，晶體管13被設(shè)置成處于截止?fàn)顟B(tài)。因而，如圖2H所示，沒有產(chǎn)生NMOS7的柵極-源極電壓Vgs，并且NMOS7被設(shè)置成處于截止?fàn)顟B(tài)。
假定變壓器2的初級(jí)線圈2a上的匝數(shù)是np，并且次級(jí)線圈2b上的匝數(shù)是ns，則在NMOS3的導(dǎo)通期間內(nèi)在次級(jí)線圈2b上產(chǎn)生的電壓VT可以用等式表示為VT＝(ns/np)Vin當(dāng)次級(jí)線圈2b的熱端上的電壓變得比冷端上的電壓高時(shí)，電流IL從電抗器5流到二極管8和電阻器9，如圖2E所示。電流IL在NMOS3的導(dǎo)通期間內(nèi)增大。
當(dāng)由于流過電阻器9的電流而在電阻器9兩端上產(chǎn)生的電壓降變得大于晶體管18的閥值時(shí)，晶體管18進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。相應(yīng)地，電阻器9兩端上的電壓降如圖2F所示那樣變化。如果二極管8的正向電壓與電阻器9兩端上的電壓降VR或晶體管18的基極-發(fā)射極電壓VR之和為ΔV(t)，則施加到電抗器5上的電壓為VT-ΔV(t)。
當(dāng)NMOS3根據(jù)控制器4的控制信號(hào)截止時(shí)，變壓器2的次級(jí)線圈2b和輔助線圈2c從冷端產(chǎn)生比熱端上的電壓高的電壓。由于變壓器2次級(jí)線圈2b上的電壓，通過NMOS7的寄生二極管對(duì)電容器6進(jìn)行充電。
在NMOS3剛剛截止之后，晶體管18處于導(dǎo)通狀態(tài)，并且NMOS16處于截止?fàn)顟B(tài)，從而使輔助線圈2c冷端上的電壓變得高于輔助線圈2c熱端上的電壓。這通過電阻12提高了晶體管13的基極電壓，使晶體管13導(dǎo)通。
晶體管13的導(dǎo)通動(dòng)作導(dǎo)致NMOS7導(dǎo)通。當(dāng)NMOS7導(dǎo)通時(shí)，儲(chǔ)存在變壓器2中的能量被作為次級(jí)電流IT通過NMOS7釋放掉，如圖2D所示。通過次級(jí)電流IT對(duì)電容器6進(jìn)行充電。
次級(jí)電流IT隨著時(shí)間減小。次級(jí)電流IT的下降斜率可以表示為(Vo2/2LS)t2。在這里，LS表示次級(jí)線圈2b的電感。
初級(jí)和次級(jí)線圈2a和2b的匝數(shù)np和ns、初級(jí)線圈2a的電感LP和次級(jí)線圈2b的電感LS具有由以下等式表示的關(guān)系
LS＝(ns2/np2)LP相應(yīng)地，直到次級(jí)電流IT停止流動(dòng)的時(shí)間t可以表示為t＝(nsVin/npVo)Ton當(dāng)NMOS3截止時(shí)，電抗器5通過二極管8釋放在NMOS3導(dǎo)通期間儲(chǔ)存的能量。假設(shè)二極管8的正向電壓和電阻器9的電壓降或晶體管18的基極-發(fā)射極電壓之和為ΔV(t)on，并且電抗器5的電感為L(zhǎng)以及NMOS3的導(dǎo)通時(shí)間是Ton，則在NMOS3的導(dǎo)通期間結(jié)束時(shí)流經(jīng)電抗器5的電流IL可以表示為IL＝(VT-ΔV(t)on)Ton/L流經(jīng)電抗器5的電流IL在NMOS3截止的周期內(nèi)減小。
假設(shè)二極管8的正向電壓和電阻器9兩端上的電壓降或晶體管18的基極-發(fā)射極電壓為ΔV(t)off，則流經(jīng)電抗器5的電流IL變成零的時(shí)間將被表示為t＝(VT-ΔV(t)on)Ton/(Vo+ΔV(t)off)＝((ns/np)Vin-ΔV(t)on)Ton/(Vo+ΔV(t)off)(1)與次級(jí)線圈2b產(chǎn)生的電壓V2和電壓Vo相比，ΔV(t)on和ΔV(t)off是足夠小的值。相應(yīng)地，如圖2D和2E所示，流經(jīng)電抗器5的電流IL變成0要比次級(jí)電流IT略快一點(diǎn)。
當(dāng)流經(jīng)電抗器5的電流IL減小，并且電阻器9兩端上的電壓降VR變得低于晶體管18的閥值時(shí)，晶體管18截止。相應(yīng)地，通過電阻器11和二極管17使NMOS16的柵極啟動(dòng)(向其施加高電壓)，導(dǎo)致NMOS16導(dǎo)通。NMOS16的導(dǎo)通動(dòng)作使晶體管18處于截止?fàn)顟B(tài)，從而通過二極管14將電荷從NMOS7的柵極拉出。這導(dǎo)致NMOS7的柵極-源極電壓Vgs下降，由此使NMOS7截止。
流經(jīng)電抗器5，確定NMOS7截止時(shí)刻的電流IL可以按照以下等式設(shè)置IL＝VBE/R9
其中VBE是晶體管18的基極-發(fā)射極電壓，以及R9是電阻器9的電阻值。
增大電阻值R9可以將NMOS7的截止時(shí)刻設(shè)置為剛好在流經(jīng)電抗器5的電流變成零之前。因此，因?yàn)榈仁?1)表示的關(guān)系，NMOS7在次級(jí)電流IT變成零之前截止。在NMOS7截止以后，NMOS7的寄生二極管進(jìn)行整流。由于次級(jí)電流IT基本上是三角波，所以即使電流IL被寄生二極管整流，電流與這個(gè)期間的時(shí)間的乘積僅是總電流的百分之幾，這不會(huì)在實(shí)質(zhì)上影響損耗。
在電抗器5中的能量被釋放期間，以如圖1所示的方式連接到次級(jí)線圈2b的電抗器5兩端上的電壓為(Vo+ΔV)，并且在能量釋放結(jié)束之后變成零。檢測(cè)電抗器5兩端上的電壓使得可以剛好在次級(jí)電流IT變成零之前使NMOS7截止。然而，因?yàn)殡娍蛊?的電感和電壓檢測(cè)電路的電容，或者電抗器5的寄生電容，電抗器5兩端上的電壓不會(huì)立即下降。由于這一延遲，存在NMOS7在次級(jí)電流IT變成零之后保持導(dǎo)通的危險(xiǎn)性。
考慮這種延遲來(lái)設(shè)計(jì)開關(guān)電源裝置需要增大與電抗器5串聯(lián)連接的電阻器9的電阻值，并且要求串聯(lián)連接多個(gè)二極管8。由于負(fù)載和溫度改變電壓降，同步整流時(shí)間應(yīng)該被設(shè)計(jì)得更短。減小電抗器5的電感L使得電抗器5兩端上的電壓下降速度更快，但是電流IL相應(yīng)地增大，由此增大了損耗。
因此，當(dāng)根據(jù)電抗器5上的電壓變化使NMOS7截止時(shí)，損耗可能增大，封裝空間可能增加，導(dǎo)致難以實(shí)現(xiàn)成本降低。相反，本實(shí)施例的開關(guān)電源裝置借助電阻器9檢測(cè)流經(jīng)電抗器5的電流IL的值，并且根據(jù)該電流值使NMOS7截止。因而，可以在次級(jí)電流IT變成零之前確保使NMOS7截止，而不會(huì)受到由電抗器5的電感所產(chǎn)生的延遲的影響。這可以以低成本實(shí)現(xiàn)有效的開關(guān)電源裝置。
第二實(shí)施例圖3是示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的開關(guān)電源裝置的電路圖，并且用同樣的標(biāo)記表示與圖1中的第一實(shí)施例相同的元件。
該開關(guān)電源裝置包括電流旁通二極管20和圖1所示的結(jié)構(gòu)。其余結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施例的開關(guān)電源裝置的結(jié)構(gòu)相同。
二極管20的陽(yáng)極連接到電抗器5的一端和二極管8的陽(yáng)極之間的節(jié)點(diǎn)。二極管20的陰極連接到晶體管18的集電極。
該開關(guān)電源裝置的基本工作過程與第一實(shí)施例相同。然而，在晶體管18導(dǎo)通以后流經(jīng)電抗器5的電流IL流進(jìn)晶體管18的集電極及其基極，因?yàn)樵陔娍蛊?的一端和晶體管18的集電極之間設(shè)有二極管20。
在第一實(shí)施例的開關(guān)電源裝置中，流經(jīng)電抗器5的電流IL全部變成晶體管18的基極電流，一般而言，晶體管基極電流的絕對(duì)最大額定值小于其集電極電流，并且具有小信號(hào)的控制晶體管不能增大流經(jīng)電抗器5的電流IL。
通過增大電抗器5的電感L，可以在標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)限制流經(jīng)電抗器5的電流IL的值。然而，太多的限制不能在晶體管18上獲得足夠的電流增益。因而，使電抗器5的全部電流IL流進(jìn)晶體管18的基極是不可取的。
在本實(shí)施例的開關(guān)電源裝置中，流經(jīng)電抗器5的電流IL部分地流進(jìn)晶體管18的集電極。這可以防止晶體管18的基極電流超過絕對(duì)最大額定值。在這種情況下，晶體管18這樣進(jìn)入A類操作，使得晶體管18的集電極-發(fā)射極電壓變得等于其基極-發(fā)射極電壓。因而，在NMOS16具有低閥值，或者使用雙極性晶體管來(lái)代替NMOS16的情況下，需要通過使用分壓電阻等來(lái)對(duì)晶體管18的集電極電壓進(jìn)行分壓，將分壓以后的電壓施加到NMOS16的柵極或雙極性晶體管的基極。
第三實(shí)施例圖4是示出根據(jù)說(shuō)明本發(fā)明第三實(shí)施例的開關(guān)電源裝置的電路圖，并且用同樣的標(biāo)記表示與圖3中的第二實(shí)施例相同的元件。
該開關(guān)電源裝置用NMOS21替換第二實(shí)施例的晶體管18。其余結(jié)構(gòu)與第二實(shí)施例的開關(guān)電源裝置的結(jié)構(gòu)相同。
NMOS21的柵極連接到二極管8的陰極和電阻器9之間的節(jié)點(diǎn)，并且NMOS21的漏極連接到二極管17、20的陰極和NMOS16的柵極。NMOS21的源極連接到變壓器2的次級(jí)線圈2b的冷端。
在該開關(guān)電源裝置里，在由于從電抗器5流出的電流IL而在電阻器9上產(chǎn)生的電壓降大于NMOS21的閥值的情況下，NMOS21導(dǎo)通。在由于電流IL而在電阻器9上產(chǎn)生的電壓降變得小于NMOS21的閥值的情況下，NMOS21截止。當(dāng)NMOS21截止時(shí)，NMOS16導(dǎo)通。相應(yīng)地，NMOS7截止，并且停止同步整流。
NMOS21的柵極電壓不同于晶體管18的基極-發(fā)射極電壓，并且即使NMOS1處于導(dǎo)通狀態(tài)NMOS21的柵極也不會(huì)被鉗制在恒定電壓上。因而，根據(jù)等式(1)，與流經(jīng)次級(jí)線圈2b的次級(jí)電流IT相比，從電抗器5流出的電流IL和電阻器9上的電壓降的增大明顯地縮短了從電抗器5流出的電流IL變成零之前的時(shí)間。由于在NMOS21導(dǎo)通以后，二極管使來(lái)自電抗器5的電流IL流進(jìn)NMOS21的漏極，所以二極管20如此發(fā)揮作用，從而將電流檢測(cè)電阻器9上的電壓降抑制在NMOS21的閥值附近大約1到2伏的范圍之內(nèi)。因此，與次級(jí)電流IT相比，可以防止大大縮短電流IL變成零之前的時(shí)間。在這種情況下，當(dāng)NMOS16具有低閥值，或者使用雙極性晶體管代替NMOS16時(shí)，也需要通過使用分壓電阻等來(lái)對(duì)NMOS21的漏極電壓進(jìn)行分壓，將分壓以后的電壓施加到NMOS16的柵極或雙極性晶體管的基極。
第四實(shí)施例圖5是示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的開關(guān)電源裝置的電路圖，并且用同樣的標(biāo)記表示與圖3中的第二實(shí)施例相同的元件。
該開關(guān)電源裝置包括二極管23和電阻器24。其余結(jié)構(gòu)與第二個(gè)實(shí)施例的開關(guān)電源裝置的結(jié)構(gòu)相同。
二極管23的陽(yáng)極連接到電抗器5的一端、二極管8、20的陽(yáng)極。二極管23的陰極連接到電阻器24的一端，而電阻器24的另一端連接到晶體管13的基極和NMOS16的漏極之間的節(jié)點(diǎn)。
在逆向變換器中，當(dāng)主開關(guān)元件處于截止?fàn)顟B(tài)，變壓器2中的能量釋放結(jié)束時(shí)，產(chǎn)生阻尼振蕩(ringing)。在第二實(shí)施例的開關(guān)電源設(shè)備中，當(dāng)NMOS3處于截止?fàn)顟B(tài)，變壓器2的能量釋放結(jié)束時(shí)，產(chǎn)生阻尼振蕩，并且在次級(jí)線圈2b上產(chǎn)生等于輸出電壓Vo的正弦電壓。電抗器5還根據(jù)該正弦電壓儲(chǔ)存和釋放能量。
為了最大程度地進(jìn)行同步整流，這樣設(shè)置電阻器9的電阻值，使得NMOS7正好在流經(jīng)電抗器5的電流IL變成零之前保持導(dǎo)通狀態(tài)，這會(huì)導(dǎo)致晶體管18在阻尼振蕩期間保持在導(dǎo)通狀態(tài)，并且可以這樣驅(qū)動(dòng)NMOS7從而使其導(dǎo)通。
本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例的開關(guān)電源裝置可以解決開關(guān)電源裝置中與逆向變換器同樣的問題。
當(dāng)變壓器2中的能量釋放結(jié)束，并且從次級(jí)線圈2b流出的次級(jí)電流IT變成零時(shí)，從電抗器5流出的電流IL也變成零。這導(dǎo)致晶體管18截止，并且NMOS16導(dǎo)通。隨后，因?yàn)樽枘嵴袷幍漠a(chǎn)生，在阻尼振蕩電壓使電流IL再次流經(jīng)電抗器5時(shí)，除了電阻器9以外，電流IL還經(jīng)二極管23和電阻器24流進(jìn)NMOS16。
假設(shè)NMOS16的導(dǎo)通電阻例如為200mΩ，并且流經(jīng)NMOS16的最大電流是50mA，則NMOS16的漏極-源極電壓是10mV，并且遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于晶體管18基極和發(fā)射極之間大約0.6伏的閥值。因此，如果忽略NMOS16的漏極-源極電壓，并且二極管8的正向電壓等于二極管23的正向電壓，則當(dāng)電阻器9和電阻器24的組合電阻產(chǎn)生的電壓降小于晶體管18的閥值時(shí)，晶體管18導(dǎo)通。事實(shí)上，電阻器9和電阻器24的電阻值分別為R9和R24，并且當(dāng)電流IL變成如下式表示的情況下，IL2＝VBE(R9+R24)/(R9.R24)晶體管18導(dǎo)通。
因?yàn)镹MOS16的柵極和源極之間的電容，保持NMOS16的柵極電壓，直到晶體管18導(dǎo)通，并且這樣設(shè)置電阻器24的電阻值R24，使得IL2變得大于由于阻尼振蕩而流經(jīng)電抗器5的電流，這防止在阻尼振蕩期間驅(qū)動(dòng)NMOS7而使其導(dǎo)通。
在采用雙極性晶體管替換NMOS16的情況下，通過在二極管17的陰極和次級(jí)線圈2b的冷端之間連接電容器，并且通過該電容器保持雙極性晶體管的基極電壓，由此使基極電流保持流動(dòng)，來(lái)得到類似的效果。
由于作為主開關(guān)元件的NMOS3導(dǎo)通，所以次級(jí)線圈2C的熱端上的電壓高于次級(jí)線圈2C的冷端上的電壓。這樣，通過二極管10、電阻器11、以及二極管17沒有電壓驅(qū)動(dòng)NMOS16的柵極，并且NMOS16截止，沒有電流流經(jīng)電阻器24。因而，通過電阻器9的電阻值，可以設(shè)置在晶體管18處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，流經(jīng)電抗器5的電流IL，并且剛好在流經(jīng)電抗器5的電流IL變成零之前使NMOS7截止。
在反饋負(fù)載狀態(tài)并且調(diào)整主開關(guān)元件的導(dǎo)通時(shí)間長(zhǎng)度的逆向變換器的情況下，當(dāng)負(fù)載小時(shí)，次級(jí)線圈2b的次級(jí)電流IT可能減小。在這種情況下，損害可能降低。然而，在大負(fù)載和小負(fù)載中用于驅(qū)動(dòng)NMOS7的電功率都是相同的。因此有時(shí)，由于進(jìn)行同步整流而造成的損耗可能變得大于不進(jìn)行同步整流時(shí)的損耗。
在本實(shí)施例的開關(guān)電源中，當(dāng)具有小負(fù)載的NMOS3的導(dǎo)通時(shí)間很短時(shí)，流經(jīng)電抗器5的電流IL減小，并且晶體管18不導(dǎo)通，這樣不進(jìn)行同步整流。因此，本實(shí)施例的開關(guān)電源裝置可以獲得減小小負(fù)載情況下的損耗的效果。
第五實(shí)施例圖6是示出根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的開關(guān)電源裝置的電路圖，并且用同樣的標(biāo)記表示與圖3中的第二實(shí)施例相同的元件。
該開關(guān)電源裝置包括二極管25、電阻器26、27、二極管28和電容器29、以及與第二實(shí)施例的開關(guān)電源裝置相同的結(jié)構(gòu)。。
二極管25的陽(yáng)極連接到電阻器15的一端和晶體管13的發(fā)射極之間的節(jié)點(diǎn)，而二極管25的陰極連接到電阻器26的一端。電阻器26的另一端連接到電阻器27的一端、二極管28的陽(yáng)極和電容器29的一個(gè)電極。電阻器27的另一端連接到晶體管18的基極。二極管28的陰極連接到晶體管18的集電極。電容器29的另一個(gè)電極連接到變壓器2次級(jí)線圈2b的冷端。
該開關(guān)電源裝置可以取得與第四實(shí)施例的開關(guān)電源裝置類似的效果，并且防止在產(chǎn)生阻尼振蕩并且負(fù)載不大時(shí)NMOS7導(dǎo)通。
當(dāng)為主開關(guān)元件的NMOS3處于導(dǎo)通狀態(tài)，或者在阻尼振蕩期間沒有將任何電壓施加到同步整流NMOS7的柵極時(shí)，只有流經(jīng)電抗器5的電流IL流進(jìn)電阻器9。由于當(dāng)在那種情況下晶體管8導(dǎo)通時(shí)流經(jīng)電抗器5的電流IL的值IL3用晶體管18的基極-發(fā)射極電壓VBE和電阻器9的電阻值R9表示，所以IL3可以被表示成IL3＝VBE/R9因而，通過這樣設(shè)置電阻器9的電阻值R9，使得電流值IL3變得大于在阻尼振蕩期間和當(dāng)負(fù)載不大時(shí)流經(jīng)電抗器5的電流IL，可以防止晶體管18導(dǎo)通，從而防止NMOS7在阻尼振蕩期間和負(fù)載不大時(shí)導(dǎo)通。
相反，在驅(qū)動(dòng)NMOS7的柵極并且NMOS7處于導(dǎo)通狀態(tài)的情況下，偏置電流從NMOS7的柵極經(jīng)二極管25和電阻器26、27流進(jìn)電阻器9。
在此時(shí)，由于二極管28，電阻器26和電阻器27之間節(jié)點(diǎn)上的電壓變?yōu)榫w管18的集電極-發(fā)射極電壓VCE與二極管28的正向電壓VF之和。如上所述，在晶體管18，當(dāng)集電極-發(fā)射極電壓VCE變得等于基極-發(fā)射極電壓VBE時(shí)，電阻器26和電阻器27之間的節(jié)點(diǎn)被VBE+VF的值所鉗制。因此，當(dāng)晶體管18處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，如果電阻器27的電阻值是R27，則流經(jīng)電阻器9的偏置電流為VF/R27。
在流經(jīng)電抗器5的電流IL與通過電阻器27偏置的電流的和在電阻器9上產(chǎn)生的電壓低于晶體管18的閥值時(shí)，晶體管18截止。假設(shè)在晶體管18截止時(shí)流經(jīng)電抗器5的電流IL的值為IL4，則通過設(shè)置開關(guān)電源裝置，使其滿足以下等式IL4+VF/R27＝VBE/R9也就是，R27＝VF(IL3-IL4)，可以在產(chǎn)生阻尼振蕩并且負(fù)載不大時(shí)抑制NMOS7導(dǎo)通。
擔(dān)心在晶體管18截止之后在NMOS16導(dǎo)通以及NMOS7的柵極電壓下降之前的短時(shí)間內(nèi)，電阻器26、27節(jié)點(diǎn)上的電壓會(huì)增大，并且電阻器9的偏置增大，從而再次導(dǎo)通晶體管18，但是由于電容器29延遲電阻器26、27的節(jié)點(diǎn)上的電壓增大，所以這可以防止晶體管18再次導(dǎo)通。
通過使用電阻器和二極管，而不穩(wěn)定流進(jìn)電阻器9的偏置電流，可以使偏置電流從NMOS7的柵極或者輔助線圈2c直接流進(jìn)電阻器9，然而，在這種情況下，需要考慮在輔助線圈2c上產(chǎn)生的電壓的變化和晶體管的溫度特性來(lái)設(shè)置偏置。
第六實(shí)施例圖7是示出根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的開關(guān)電源裝置的電路圖，并且用同樣的標(biāo)記表示與圖5中的第四實(shí)施例相同的元件。
該開關(guān)電源裝置包括二極管30、電容器31、電阻器32，以及與第五實(shí)施例的開關(guān)電源裝置相同的結(jié)構(gòu)。
二極管30的陽(yáng)極連接到二極管14的陰極，而二極管30的陰極連接到電容器31的一個(gè)電極。電容器31的另一個(gè)電極連接到變壓器2的輔助線圈2c的冷端。電阻器32連接在電容器31的兩端之間。
當(dāng)輸出電壓Vo為低時(shí)，例如，在開始階段，逆向變換器不能從次級(jí)線圈2c的冷端產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)NMOS16的柵極的電壓。因此，即使流經(jīng)電抗器5的電流變成零，并且晶體管18截止，也不會(huì)在NMOS16的柵極產(chǎn)生預(yù)定電壓，這就導(dǎo)致不確定的NMOS7柵極電壓。通過這種方式，在作為主開關(guān)元件的NMOS3導(dǎo)通，并且NMOS7的源極電壓相對(duì)于NMOS7的漏極電壓變低而NMOS7的柵極電壓又不確定的情況下，通過NMOS7的反饋電容對(duì)輸入電容進(jìn)行充電，并且在NMOS7的柵極產(chǎn)生電壓。由于這一柵極電壓，擔(dān)心NMOS7將導(dǎo)通，并且穿透電流流過。
相反，在本實(shí)施例的開關(guān)電源裝置中，在NMOS16處于截止?fàn)顟B(tài)并且NMOS3導(dǎo)通的情況下，NMOS7源極上的電壓相對(duì)于它的漏極變低，并且輔助線圈2c冷端的電勢(shì)相對(duì)于NMOS7源極的電勢(shì)進(jìn)一步變低。因而，通過二極管14、二極管30和電容器31對(duì)NMOS7的反饋電容進(jìn)行充電。由于通過NMOS16的寄生二極管的正向電壓而使二極管14陰極的電勢(shì)相對(duì)于NMOS7的源極變低，所以NMOS7的柵極電壓幾乎變?yōu)?伏，并且不導(dǎo)通。此外，沒有施加任何負(fù)的過載電壓。
第七實(shí)施例圖8是示出根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的開關(guān)電源裝置的電路圖，并且用同樣的標(biāo)記表示與圖7中的第六實(shí)施例相同的元件。
該開關(guān)電源裝置包括二極管33，代替第六實(shí)施例的開關(guān)電源裝置的電阻器32。二極管33的陽(yáng)極連接到二極管30的陰極和電容器31之間的節(jié)點(diǎn)，而二極管33的陰極連接到晶體管13的集電極。
在第六實(shí)施例中，通過電阻器32對(duì)在NMOS3導(dǎo)通期間儲(chǔ)存在電容器31中的電荷進(jìn)行放電，但是在本實(shí)施例的開關(guān)電源裝置中，儲(chǔ)存在電容器31中的電荷通過晶體管13的集電極提供給NMOS7的柵極。也就是說(shuō)，儲(chǔ)存在電容器31中的電荷用于驅(qū)動(dòng)NMOS7，這導(dǎo)致有效利用所述電荷。
第八實(shí)施例圖9是示出根據(jù)本發(fā)明第八實(shí)施例的開關(guān)電源裝置的電路圖，并且用同樣的標(biāo)記表示與圖7中的第六實(shí)施例相同的元件。
該開關(guān)電源裝置除去第六實(shí)施例的開關(guān)電源裝置中的晶體管13和二極管10、14，而包括二極管34、35。
電容器31的一個(gè)電極通過電阻器15連接到NMOS7的柵極，而電容器31的另一個(gè)電極直接連接到輔助線圈2c的冷端。二極管34的陽(yáng)極連接到電容器31的一個(gè)電極，而二極管34的陰極則連接到電阻器24和NMOS16的漏極之間的節(jié)點(diǎn)。二極管35的陽(yáng)極連接到NMOS7的源極，而二極管35的陰極則通過電阻器15連接到NMOS7的柵極。
在該開關(guān)電源裝置中，通過電容器31驅(qū)動(dòng)同步整流NMOS7。當(dāng)作為主開關(guān)元件的NMOS3導(dǎo)通時(shí)，由在次級(jí)線圈2c中感應(yīng)的電壓通過二極管35對(duì)電容器31進(jìn)行充電。當(dāng)作為主開關(guān)元件的NMOS3截止并且輔助線圈2c的電壓反轉(zhuǎn)時(shí)，NMOS7被儲(chǔ)存在電容器31中的電荷和在輔助線圈2c中感應(yīng)的電壓導(dǎo)通。如果電容器31能夠驅(qū)動(dòng)NMOS7的柵極，它就足夠了，這樣電容器31的電容可以是很小的值。
當(dāng)流經(jīng)電抗器5的電流IL減小并且NMOS16導(dǎo)通時(shí)，NMOS16導(dǎo)通。因此，從NMOS7的柵極通過二極管34釋放電荷，從而使NMOS7截止。這樣，電容器31處于這樣一種狀態(tài)，它的一個(gè)電極連接到輔助線圈2c的熱端，并且被反向充電。一直保持對(duì)電容器31進(jìn)行充電，直到電容器31的充電電壓變得等于輔助線圈2c所產(chǎn)生的電壓。此后，沒有電流流經(jīng)輔助線圈2c。這樣，功率損耗很小。此外，電容器31的電容可以相對(duì)較小，由此流經(jīng)輔助線圈2c的電流很小。
二極管34防止流經(jīng)電抗器5的電流IL流回到電容器31的一個(gè)電極中。
在上述開關(guān)電源裝置中，可以除去晶體管13，并且可以通過電容器31驅(qū)動(dòng)NMOS7，該電容器31比晶體管13便宜。可以減少二極管和電阻器的元件數(shù)量，從而減少該開關(guān)電源裝置的成本。
第九實(shí)施例圖10是示出根據(jù)本發(fā)明第九實(shí)施例的開關(guān)電源裝置的電路圖，并且用同樣的標(biāo)記表示與圖8中的第七實(shí)施例相同的元件。
該開關(guān)電源裝置包括齊納二極管36。
齊納二極管36的陰極連接到二極管10的陰極，而齊納二極管36的陽(yáng)極則連接到電阻器12的一端，并且電阻器12的另一端連接到晶體管13的基極。
在該開關(guān)電源裝置中，在像剛開始這種時(shí)候輸出電壓Vo很低，并且輔助線圈2c所產(chǎn)生的電壓很低的情況下，齊納二極管36防止基極電流流進(jìn)晶體管13。這可以抑制像剛開始這種時(shí)候可能出現(xiàn)的不穩(wěn)定工作。
第十實(shí)施例圖11是示出根據(jù)本發(fā)明第十實(shí)施例的開關(guān)電源裝置的電路圖，并且用同樣的標(biāo)記表示與圖5中的第四實(shí)施例相同的元件。
該開關(guān)電源裝置包括DC電源1、變壓器2、為主開關(guān)元件的NMOS3、以及控制NMOS3導(dǎo)通/截止的控制器。以與第一至第九實(shí)施例相似的方式將DC電源1和NMOS3連接到變壓器2。
變壓器2的次級(jí)線圈2b的冷端連接到電阻器11的一端和電容器6的一個(gè)電極。電容器6的另一個(gè)電極連接到地GND。
次級(jí)線圈2b的熱端連接到電阻器37的一端、輔助線圈2c的冷端、以及同步整流NMOS7的漏極。電阻器37的另一端連接到電阻器38的一端，并且電阻器38的另一端連接到NMOS7的源極。NMOS7的源極連接到地GND。
輔助線圈2c的熱端連接到電抗器5的一端。電抗器5的另一端連接到二極管8、20和23的陽(yáng)極。二極管8的陰極通過電阻器9連接到地GND，并連接到晶體管18的基極。
二極管20的陰極連接到晶體管18的集電極，并且晶體管18的發(fā)射極連接到地GND。二極管17的陽(yáng)極連接到電阻器11的另一端，而二極管17的陰極則連接到晶體管18的集電極。
二極管17的陰極還連接到NMOS16的柵極。二極管23的陰極連接到電阻器24的一端，而電阻器24的另一端連接到NMOS16的漏極。NMOS16的源極連接到地GND。
電阻器37和電阻器38之間的節(jié)點(diǎn)連接到二輸入NOR電路39的一個(gè)輸入端。NOR電路39的另一個(gè)輸入端連接到晶體管18的集電極。NOR電路39的輸出端經(jīng)電阻器15連接到NMOS7的柵極。
在按照上述方式連接的開關(guān)電源裝置中，電抗器5根據(jù)輔助線圈2c所產(chǎn)生的電壓儲(chǔ)存和釋放能量。電阻器9檢測(cè)流經(jīng)電抗器5的電流IL，并且類似于第一至第九實(shí)施例的開關(guān)電源裝置，晶體管18根據(jù)流經(jīng)電抗器5的電流導(dǎo)通。
晶體管18的導(dǎo)通動(dòng)作導(dǎo)致將低電平信號(hào)輸入到NOR電路39的另一個(gè)輸入端中。晶體管18的截止動(dòng)作導(dǎo)致將高電平信號(hào)輸入到NOR電路39的另一個(gè)輸入端中。
串聯(lián)的電阻37和38連接在NMOS7的源極和漏極之間。因此，當(dāng)NMOS(主開關(guān))3導(dǎo)通時(shí)，將次級(jí)線圈2b上的電壓和輸出電壓Vo施加到電阻器37和38。當(dāng)NMOS3截止時(shí)，NMOS7的寄生二極管正向偏置。因此，將低電壓施加到電阻器37和38。因此，電阻器37和38之間的連接節(jié)點(diǎn)，即，NOR電路39的一個(gè)輸入端當(dāng)NMOS3導(dǎo)通時(shí)處于高電壓，當(dāng)NMOS3截止時(shí)處于低電壓。
因此，當(dāng)大于預(yù)定電流水平的電流流經(jīng)電抗器5以使晶體管18導(dǎo)通并且作為主開關(guān)的NMOS3截止時(shí)，NOR電路39輸出高電平信號(hào)。從NOR電路39輸出的高電平輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)或?qū)∟MOS7。
在第一至第九實(shí)施例的開關(guān)電源裝置中，由于NMOS7的柵極被輔助線圈2c所產(chǎn)生的電壓驅(qū)動(dòng)，因此難以將輔助線圈2c所產(chǎn)生的電壓設(shè)置成極低的電平，但是在本實(shí)施例中，由于輔助線圈2c只用于儲(chǔ)存和釋放電抗器5的能量，因此可以減少匝數(shù)ns，這使得可以用較小和便宜的電抗器替換電抗器5。
第十一實(shí)施例圖12是示出根據(jù)本發(fā)明第十一實(shí)施例的開關(guān)電源裝置的電路圖，并且用同樣的標(biāo)記表示與圖11中的第十實(shí)施例相同的元件。
該開關(guān)電源裝置是在第十實(shí)施例的開關(guān)電源裝置中除去二極管17、20、電阻器11、晶體管18、NMOS16、以及NOR電路39，但是包括了比較器40、基準(zhǔn)電壓發(fā)生器41、二極管42、反相器43、以及AND電路44的開關(guān)電源裝置。
與第十實(shí)施例一樣，陽(yáng)極與電抗器5的另一端連接的二極管8連接到電阻器9的一端，并且連接到比較器40的一個(gè)輸入端、以及二極管42的陽(yáng)極。二極管42的陰極連接到電阻器9的另一端和地GND。將基準(zhǔn)電壓發(fā)生器41產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓輸入到比較器40的另一個(gè)輸入端?；鶞?zhǔn)電壓低于二極管42的正向電壓。
陽(yáng)極連接到電抗器5的另一個(gè)電極的二極管23的陰極連接到電阻器24的一端，而電阻器24的另一端連接到比較器40的輸出端。
與第十實(shí)施例一樣，電阻器37、38的串聯(lián)電路連接在NMOS7的漏極和它的源極之間。反相器43的輸入端連接到電阻器37和電阻器38之間的節(jié)點(diǎn)，而反相器43的輸出端則連接到AND電路43的一個(gè)輸入端。AND電路43的另一個(gè)輸入端連接到比較器40的輸出端。AND電路43的輸出端經(jīng)電阻器15連接到NMOS7的漏極。
在該開關(guān)電源裝置中，比較器40將電阻器9上的電壓降與基準(zhǔn)電壓發(fā)生器41產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，并且當(dāng)電阻器9上的電壓降大于基準(zhǔn)電壓時(shí)，也就是大于預(yù)定水平的電流流經(jīng)電抗器5時(shí)，輸出高電平信號(hào)給AND電路的一個(gè)輸入端。電阻器37和38串聯(lián)連接在NMOS7的漏極和源極之間。因此，電阻器37和38之間的連接節(jié)點(diǎn)當(dāng)NMOS3導(dǎo)通時(shí)處于高電平，并且當(dāng)NMOS3截止時(shí)處于低電平。電阻器37和38的連接節(jié)點(diǎn)通過反相器電路43連接到AND電路44的另一個(gè)輸入端。因此，當(dāng)NMOS3導(dǎo)通并且大于預(yù)定電流水平的電流流經(jīng)電抗器5時(shí)，AND電路44輸出高電平信號(hào)，以便使NMOS7導(dǎo)通。二極管42將電阻器9上的電壓降鉗制在它的正向電壓上，以保護(hù)比較器40。在本實(shí)施例中，通過比較電阻器9上的電壓降和基準(zhǔn)電壓來(lái)對(duì)流經(jīng)電抗器5的電流進(jìn)行檢測(cè)。與晶體管的基極-發(fā)射極電壓相比，基準(zhǔn)電壓由于溫度的變化而變化很小。因而，比較器40的比較結(jié)果變得穩(wěn)定。因此，可以抑制NMOS7的導(dǎo)通/截止時(shí)刻隨著溫度變化而發(fā)生變化。
在不背離本發(fā)明的廣義精神和范圍的情況下，可以對(duì)其進(jìn)行各種實(shí)施和改變。上述實(shí)施例旨在舉例說(shuō)明本發(fā)明，而不是限制本發(fā)明的范圍。通過附加的權(quán)利要求而非實(shí)施例來(lái)示出本發(fā)明的范圍。在本發(fā)明的權(quán)利要求的等價(jià)含義內(nèi)和在權(quán)利要求內(nèi)進(jìn)行的各種修改將被認(rèn)為是落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。
本申請(qǐng)是以2004年11月19日提交的日本專利申請(qǐng)No.2004-336307為基礎(chǔ)，并且包括說(shuō)明書、權(quán)利要求書、附圖以及摘要。在此完整并入上述日本專利申請(qǐng)的公開內(nèi)容作為參考。
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)電源裝置，包括變壓器(2)，具有初級(jí)和次級(jí)線圈(2a、2b)；主開關(guān)元件(3)，開關(guān)流經(jīng)所述初級(jí)線圈(2a)的電流；控制器(4)，控制所述主開關(guān)元件(3)的操作；平滑電路(6)；整流開關(guān)元件(7)，在所述次級(jí)線圈(2b)和所述平滑電路(6)之間連接和斷開；以及整流元件驅(qū)動(dòng)電路(2c、5、8-33)，驅(qū)動(dòng)所述整流開關(guān)元件，并且包括電抗器(5)，與所述次級(jí)線圈(2b)并聯(lián)連接，在所述主開關(guān)元件(3)的導(dǎo)通期間儲(chǔ)存能量，并且在所述主開關(guān)元件(3)的截止期間釋放所述儲(chǔ)存的能量，以及驅(qū)動(dòng)電路(2c、8-15、18)，檢測(cè)流經(jīng)所述電抗器(5)的電流的電流值，并且當(dāng)流經(jīng)所述電抗器的所述電流大于或者等于預(yù)定值時(shí)，在所述主開關(guān)元件的所述截止期間使所述整流開關(guān)元件導(dǎo)通，而當(dāng)流經(jīng)所述電抗器的所述電流小于所述預(yù)定值時(shí)，使所述整流開關(guān)元件截止。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)電源裝置，其中所述驅(qū)動(dòng)電路包括電流檢測(cè)電路，其檢測(cè)流經(jīng)所述電抗器(5)的所述電流的電流值，并且所述電流檢測(cè)電路包括電流檢測(cè)電阻器(9)，一端連接到所述電抗器(5)，而另一端連接到所述次級(jí)線圈(2b)；以及晶體管(18)，具有控制電極(基極)，以及根據(jù)施加到所述控制電極的信號(hào)改變導(dǎo)通狀態(tài)的第一和第二導(dǎo)通電極(發(fā)射極、集電極)，所述控制電極(基極)連接到所述電抗器(5)，所述第一導(dǎo)通電極(發(fā)射極)連接到所述次級(jí)線圈，以及當(dāng)由于流經(jīng)所述電抗器(5)的所述電流而在所述電流檢測(cè)電阻器(9)上產(chǎn)生的電壓降變得小于所述晶體管(18)的閥值時(shí)，所述驅(qū)動(dòng)電路(10-18)根據(jù)所述晶體管(18)的所述第二導(dǎo)通電極上的電壓，使所述整流開關(guān)元件(7)截止。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的開關(guān)電源裝置，其中所述晶體管(18)是雙極性晶體管，它的基極、發(fā)射極和集電極分別對(duì)應(yīng)于所述控制電極、所述第一導(dǎo)通電極和所述第二導(dǎo)通電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的開關(guān)電源裝置，其中所述晶體管(18)是MOS晶體管，它的柵極、源極和漏極分別對(duì)應(yīng)于所述控制電極、所述第一導(dǎo)通電極和所述第二導(dǎo)通電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的開關(guān)電源裝置，其中所述驅(qū)動(dòng)電路包括截止控制開關(guān)(16)，其具有電流通路，一端(源極)連接到所述次級(jí)線圈(2b)，而另一端(漏極)連接到所述整流開關(guān)元件(7)的控制端；以及控制端(柵極)，連接到與所述次級(jí)線圈(2b)串聯(lián)連接的輔助線圈(2c)、以及所述晶體管(18)的所述第二導(dǎo)通電極(集電極)；當(dāng)所述晶體管(18)截止時(shí)，所述截止控制開關(guān)(16)導(dǎo)通以降低所述整流開關(guān)元件(7)的所述控制端上的電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的開關(guān)電源裝置，其中所述驅(qū)動(dòng)電路包括電流旁通二極管(20)，它的陽(yáng)極和陰極分別連接到所述電感器(5)、以及所述晶體管的所述第二導(dǎo)通電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的開關(guān)電源裝置，其中所述驅(qū)動(dòng)電路包括具有電阻器和二極管的滯回電路(23)，連接在所述電抗器(5)和所述截止控制開關(guān)(16)的所述電流通路的所述另一端之間，并且在所述截止控制開關(guān)的導(dǎo)通期間，允許流經(jīng)所述電抗器的所述電流部分地流經(jīng)所述截止控制開關(guān)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的開關(guān)電源裝置，其中所述驅(qū)動(dòng)電路包括偏置電路(25)，其確保電流從所述輔助線圈(2c)或所述整流開關(guān)元件的所述控制端通過電阻器(26、27)流到所述電流檢測(cè)電路。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的開關(guān)電源裝置，其中所述整流元件驅(qū)動(dòng)電路包括電容器，其連接在所述整流開關(guān)元件的所述控制端和所述輔助線圈之間，并且具有減小所述整流開關(guān)元件的所述控制端上的電壓的功能。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的開關(guān)電源裝置，其中所述整流元件驅(qū)動(dòng)電路包括電容器，其連接在所述整流開關(guān)元件(7)的所述控制端和所述輔助線圈(2c)之間，并且具有減小所述整流開關(guān)元件的所述控制端上的電壓的功能、以及驅(qū)動(dòng)所述整流開關(guān)元件的功能。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的開關(guān)電源裝置，其中所述驅(qū)動(dòng)電路包括驅(qū)動(dòng)晶體管(13)，它的發(fā)射極、基極和集電極分別連接到所述整流開關(guān)元件(7)的所述控制端、所述截止控制開關(guān)的主端子的另一端、以及所述輔助線圈，并且電阻器(12)和齊納二極管(36)連接在所述驅(qū)動(dòng)晶體管的所述基極和所述集電極之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)電源裝置，其中所述驅(qū)動(dòng)電路包括電流檢測(cè)電路，檢測(cè)流經(jīng)電抗器(5)的電流的電流值；以及門電路(39)，當(dāng)所述主開關(guān)元件截止時(shí)，根據(jù)所述電流檢測(cè)電路的檢測(cè)結(jié)果，使所述整流開關(guān)元件導(dǎo)通和截止。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)電源裝置，其中所述電流檢測(cè)電路包括電流檢測(cè)電阻器(9)，一端連接到所述電抗器(5)，而另一端連接到所述次級(jí)線圈，以及比較器(40)，對(duì)所述電流檢測(cè)電阻器所產(chǎn)生的電壓與預(yù)定電壓進(jìn)行比較，并且當(dāng)所述主開關(guān)元件截止時(shí)，所述驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)所述比較器(40)的輸出信號(hào)，使所述整流開關(guān)元件導(dǎo)通和截止。
14.一種開關(guān)方法，包括以下步驟間隙地將電流提供給變壓器(2)的初級(jí)線圈(2a)；以及根據(jù)流經(jīng)所述電抗器的所述電流，在沒有電流流經(jīng)所述第一線圈期間以及當(dāng)流經(jīng)與所述變壓器的所述次級(jí)線圈并聯(lián)的電抗器(5)的電流的電流值大于或者等于預(yù)定值時(shí)，使整流開關(guān)元件導(dǎo)通，以便通過整流開關(guān)元件將所述變壓器的次級(jí)線圈(2b)的輸出提供給平滑電路，而當(dāng)流經(jīng)所述電抗器的所述電流的所述電流值小于所述預(yù)定值時(shí)，使所述整流開關(guān)元件截止。
全文摘要
流經(jīng)電抗器(5)的電流流經(jīng)電阻器(9)，其根據(jù)電流的值產(chǎn)生電壓。當(dāng)由電阻器(9)產(chǎn)生的電壓大于或者等于晶體管(18)的閥值時(shí)，晶體管(18)處于導(dǎo)通狀態(tài)。當(dāng)流經(jīng)電抗器(5)的電流減小，并且由電阻器(9)產(chǎn)生的電壓變得小于晶體管(18)的閥值時(shí)，晶體管(18)截止，并且NMOS(16)導(dǎo)通。因而，通過二極管(14)降低NMOS(7)的柵極電壓，確保NMOS(7)在流經(jīng)變壓器(2)的次級(jí)線圈(2b)的電流變成零之前截止。
文檔編號(hào)H02M3/28GK1848652SQ200510124820
公開日2006年10月18日 申請(qǐng)日期2005年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月19日
發(fā)明者京野羊一 申請(qǐng)人:三墾電氣株式會(huì)社