專利名稱：電流諧振型開關(guān)電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種開關(guān)電源電路，特別是，涉及一種開關(guān)電源，其在將電流諧振型開關(guān)電源中副邊上所獲得的輸出電壓用作同步整流方法時是有用的。
近來，與全球范圍內(nèi)的節(jié)能有關(guān)，需要高效低噪聲的各種開關(guān)電源。
特別是，對于用于例如計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備等的電源來說，就需要直流-直流變換器，其即使在低壓輸出時也可保持高效和低噪聲。
然而，通常，如果輸出低壓的話，在相同耗電的情況下，輸出電流將為大電流。在直流-直流變換器的情況下，由于在副邊上整流二極管的電阻損耗將表示大的電源損耗。
因此，可以考慮通過使用電流諧振開關(guān)電源，其具有高效和相對低的噪聲，以及由副邊上低導(dǎo)通電阻，如MOS晶體管，而輸出的整流器件，使DC輸出電壓可通過同步整流方法進(jìn)行整流而獲得。
圖4表示使用該組合的開關(guān)電源電路的一實(shí)例。標(biāo)號Q1和Q2分別表示開關(guān)元件，其包括串聯(lián)連接的MOSFET。標(biāo)號T表示隔離變壓器，其用于將原邊上的開關(guān)電源傳遞到副邊上。
IC表示信號源，用以交替地在預(yù)定開關(guān)周期下接通/斷開開關(guān)元件Q1和Q2，通常其可以如此構(gòu)成，使得其能夠改變開關(guān)元件的開關(guān)頻率，同時通過電壓檢測裝置(未示出)可將輸出電壓V0與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，以便控制使得可將輸出電壓V0設(shè)置為恒定電壓。
開關(guān)元件Q1和Q2的輸出可提供給隔離變壓器T的原邊繞組L1和諧振電容器C1。如果開關(guān)元件Q1和Q2交替地接通/斷開的話，變壓器的原邊繞組L1將由電流進(jìn)行驅(qū)動，用以使諧振電容器C1充電/放電，以便與變壓器T的漏電感相諧振。如圖5所示，提供給原邊繞組L1的電壓V1將作為V2感應(yīng)于副邊繞組L2。在標(biāo)稱直流-直流變換器情況下，通過一對二極管進(jìn)行整流，可實(shí)現(xiàn)全波整流。
然而，如果輸出電壓較低的話，整流二極管的損耗將明顯地變大。因此，如圖4所示，通過使用N溝道MOS晶體管Q3和Q4代替整流二極管，可以通過同步方法實(shí)現(xiàn)全波整流。由此構(gòu)成一電路，其直流電壓V0可通過濾波電容C0而輸出。
在圖4所示電路情況下，濾波電容C0可在低電阻下通過MOS晶體管Q3和Q4由全波整流電壓進(jìn)行充電。
“D”表示寄生二極管，其是由MOS晶體管Q3和MOS晶體管Q4制成。
在接通時，可設(shè)置電流諧振型開關(guān)電源，以便執(zhí)行零電流開關(guān)，其中開關(guān)元件為半橋連接。由于設(shè)置電源使其在斷開電源時諧振于電流，所以電源的特征在于，噪聲實(shí)際上是小的，并且在副邊上的輸出電壓V0通過改變開關(guān)頻率而有較大變化。然而，為了保證寬的調(diào)整范圍，在整個周期過程中，還會存在這樣的情況，即電源具有整流電流連續(xù)形式，用以使電流傳遞到副邊側(cè)上，以及副邊側(cè)整流不連續(xù)形式，用以使電流不會提供到副邊側(cè)上。
然而，通常要檢測隔離變壓器的輸出電壓或電流，并且要建立邏輯電路，以便控制MOS晶體管Q3和Q4。例如，可提供控制電路，使得可檢測在圖4輸出電路中“a”點(diǎn)和“b”點(diǎn)的電壓，產(chǎn)生適當(dāng)?shù)慕油?斷開控制信號，并且使MOS晶體管Q3和Q4導(dǎo)通。
然而，如果提供該電路的話，將會產(chǎn)生下列問題。各部件的數(shù)量會增加。如圖5所示，當(dāng)整流器件接通/斷開同時檢測輸出點(diǎn)的電壓V2時，即實(shí)際檢測的時間點(diǎn)C，電壓會由隔離變壓器的輸出電壓V2的產(chǎn)生時間點(diǎn)延遲。由于整流器件由時間點(diǎn)C進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，并且電流Id流動，使整流電流id將延遲控制，并且整流操作的效率較低。
控制電壓檢測延遲造成定時，使整流器件Q3和Q4二者斷開，從而導(dǎo)致整流電流導(dǎo)通角變窄，相對于此，功率傳送率會隨著功率系數(shù)的減小而降低。
為了解決上述問題，按照本發(fā)明提供一種電流諧振型開關(guān)電源。
電流諧振型開關(guān)電源，其具有驅(qū)動電路，用以使開關(guān)元件交替地接通/斷開，其各開關(guān)元件與DC電壓半橋連接，其中交流電壓可由開關(guān)元件的結(jié)點(diǎn)通過諧振電容器而提供給隔離變壓器的原邊側(cè)，并且可使預(yù)定交流電壓能夠通過隔離變壓器的副邊繞組而獲得。開關(guān)電源如此構(gòu)成，使得一對整流器件可配備在副邊線圈的輸出側(cè)上，其受到定時控制，以便于交替地接通，并且整流器件對的通/斷控制信號可通過信號源而接通/斷開開關(guān)元件。
由于整流器件的接通/斷開控制是聯(lián)動地進(jìn)行開關(guān)元件的通/斷控制的，例如，在接通一個開關(guān)元件的時候，一個整流器件必定導(dǎo)通，并且開關(guān)輸出電壓的持續(xù)時間和整流器件將會完全響應(yīng)。
該控制電壓可以很容易地通過驅(qū)動開關(guān)元件的信號源而輸出，使得電路可以減小尺寸而不會增加部件的數(shù)量。
附圖的簡要描述。


圖1是一電路圖，其用以表示用于本發(fā)明電流諧振型開關(guān)電源的電源電路實(shí)施例；圖2是一電路圖，其用以表示在圖1扼流輸入方法情況下的實(shí)施例；圖3是一電路圖，其表示本發(fā)明的另一實(shí)施例；圖4是一電路示意圖，其表示在將同步整流方法用于電流諧振型開關(guān)電源時的電路；和圖5是在同步整流過程中出現(xiàn)控制電壓的示意波形圖。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明。
圖1表示按照本發(fā)明實(shí)施例的電流諧振型開關(guān)電源電路。如圖4中所示，標(biāo)號E表示供電電源，Q1和Q2表示開關(guān)元件，其形成半橋連接的開關(guān)電路。這些元件均由MOSFET晶體管構(gòu)成。
輸出端通過隔離變壓器T的原邊繞組L1和諧振電容器C1而連接于供電電源E的連接端上。
為了通過同步整流型的MOS晶體管Q3和Q4由隔離變壓器T的副邊繞組L2所感應(yīng)的感應(yīng)電壓為濾波電容C0充電，而構(gòu)成全波整流電路。
在開關(guān)電源情況下，可構(gòu)成用以驅(qū)動MOS晶體管Q3和Q4的通/端控制信號，使得其可通過驅(qū)動變壓器Ta和Tb由驅(qū)動開關(guān)元件Q1和Q2的信號源分別提供給MOS晶體管Q3和Q4柵極，包括整流器件。
與副邊繞組的輸出電壓極性相一致，例如，導(dǎo)通的整流器件，其副邊繞組的輸出電壓為正。
下面將簡單地描述開關(guān)電源的操作。例如，當(dāng)提供供電電源E時，驅(qū)動MOS晶體管，使得MOS晶體管Q1導(dǎo)通，而MOS晶體管Q2斷開。此時，諧振電容器C1通過MOS晶體管Q1和變壓器的原邊繞組L1由電源E充電。
接著，與原邊側(cè)上的諧振周期相一致，驅(qū)動各MOS晶體管，使得MOS晶體管Q1斷開，而MOS晶體管Q2導(dǎo)通。由此，使諧振電容器C1的諧振電流流到變壓器T的原邊繞組L1上，并且交流電源將傳遞到副邊側(cè)上。
關(guān)于在副邊側(cè)L2中所產(chǎn)生的交變電壓，例如，與開關(guān)元件Q1和Q2的通/斷時間一致地，可施加?xùn)烹妷海沟肕OS晶體管Q3和Q4分別導(dǎo)通一定的時間周期，其中其極性均為正。使整流電流id3和id4流到電容C0，由此進(jìn)行全波整流。
在本發(fā)明實(shí)施例中，如上所述，隔離變壓器T的輸出極性與開關(guān)元件Q1和Q2的通/斷時間一致地變化。因此，如圖5所示，不會產(chǎn)生在輸出電壓與整流器件中流動的電流之間的相位延遲(t)。整流電流的導(dǎo)通角變寬，使得可有效地提供DC電壓。
由于導(dǎo)通角不窄，使得功率因數(shù)保持較小。開關(guān)電源的效率也將增加，同時可有效地抑制噪聲。
“IC”是IC電路，其用于在驅(qū)動開關(guān)元件Q1和Q2時的控制。IC電路通?？煽刂崎_關(guān)頻率，以便使輸出電壓V0維持在一恒定電壓下，并且可檢測開關(guān)電源溫度的異常增加，使得其具有保護(hù)功能，用以停止開關(guān)操作。
電阻r1和r2具有這樣的功能，其可通過柵極電容的適當(dāng)時間常數(shù)而設(shè)置導(dǎo)通時間。
按照本發(fā)明，整流器件的通/斷控制可與開關(guān)元件的通/斷控制同步地進(jìn)行，使得整流電流的流動開始和輸出電壓的起始點(diǎn)相互完全一致。這改進(jìn)了整流輸出的效率。
當(dāng)改變開關(guān)元件Q1和Q2的開關(guān)周期時，可進(jìn)行同步整流，同時跟蹤變化，從而不會產(chǎn)生相位延遲。因此，電壓的調(diào)整得到改進(jìn)。由于使用了信號源驅(qū)動脈沖用以開關(guān)轉(zhuǎn)換，所以同步整流型的開關(guān)電源可通過少量的部件而構(gòu)成。
對于整流器件，不限于MOS晶體管，只要整流器件為有源元件，其能夠?qū)崿F(xiàn)另一電阻，就可使用該元件。
如圖2實(shí)施例所示，對于整流電流來說，在通過電感Lc以整流電流為濾波電容充電的扼流輸入方法下，可以消除在將模擬型開關(guān)元件用作整流器件時易于產(chǎn)生的隨開關(guān)轉(zhuǎn)換以相反方向流動的電流。
也就是說，當(dāng)模式為間斷整流模式時，在濾波電容的電壓高于輸出電壓V2情況下產(chǎn)生的反向電流可通過電感的反電動勢而阻止。這樣可減少開關(guān)時產(chǎn)生的熱量。
圖3表示本發(fā)明的另一實(shí)施例。通過整流器件的通/斷控制信號，可將來自信號源(IC)的驅(qū)動脈沖通過由發(fā)光二極管、光檢測晶體管等組成的光電轉(zhuǎn)換元件Pa和Pb以及適當(dāng)?shù)碾妷悍糯笃?未示出)提供給整流器件的柵電極。
在這種情況下，用于驅(qū)動整流器件的控制信號可在原邊側(cè)與副邊側(cè)絕緣而不通過變壓器傳遞的情況下提供。
如上所述，在按照本發(fā)明的電流諧振型開關(guān)電源中，特別是，在同步整流型的整流器件適用于半橋型電流諧振型開關(guān)電源時，可將開關(guān)電源的驅(qū)動信號提供給同步整流器件。因此，整流操作可有效地進(jìn)行而不需要特定電路。
特別是，用于開關(guān)的非延遲整流控制電壓使整流電壓的循環(huán)角足夠大，以便改善開關(guān)電源的功率因數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種電流諧振型開關(guān)電源，其具有驅(qū)動電路，用以交替地接通/斷開開關(guān)元件，其與DC電壓半橋地連接，其中可由所述開關(guān)元件的陽極將交變電電壓通過諧振電容器而施加于隔離變壓器的原邊側(cè)上，由此可通過所述隔離變壓器的副邊繞組而獲得預(yù)定交變電壓，其中配備在所述副邊繞組的輸出側(cè)的可定時地控制的一對整流器件，以便交替地接通，和可將所述整流器件對的通/斷控制信號提供給可由信號源提供，以便接通/斷開所述開關(guān)元件。
2.按照權(quán)利要求1的電流諧振型開關(guān)電源，其中所述開關(guān)元件和所述整流元件是由晶體管組成的。
3.按照權(quán)利要求1的電流諧振型開關(guān)電源，其中所述通/斷控制信號可通過由所述信號源耦合的變壓器而提供。
4.按照權(quán)利要求1或2的電流諧振型開關(guān)電源，其中濾波電容可通過扼流線圈由整流電流充電，以便使所述整流器件導(dǎo)通。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種開關(guān)電源,其通過交替地接通第一和第二MOS晶體管,使諧振電流流到變壓器的原邊繞組,并使交變電流傳遞給副邊側(cè)。對于副邊側(cè)上所產(chǎn)生的交變信號,可提供柵電壓,使得第三MOS晶體管和第四MOS晶體管分別導(dǎo)通,同時交變信號的極性為正。整流電流將流到電容處,并進(jìn)行全波整流操作。由于用于同步控制的控制信號由信號源通過變壓器而提供,以便控制第一和第二開關(guān)元件,開關(guān)定時通過簡單電路而使其與同步整流器件的通/斷定時精確地一致。由此改善電流諧振型開關(guān)電源的效率。
文檔編號H02M3/28GK1234645SQ9910624
公開日1999年11月10日 申請日期1999年4月16日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月16日
發(fā)明者佐藤伸雄, 關(guān)川裕治, 今村典俊 申請人:索尼公司