[发明专利]DC－DC变换器

说明书

技术领域

本发明涉及可以适应负载或输入电压变化的DC-DC变换器。

背景技术

现有的典型的DC-DC(直流-直流)变换器，例如，如美国专利第5719755号所示，由直流电源、具有一次、二次和三次线圈的变压器、开关元件、整流滤波电路、控制电路构成。开关元件，通过变压器的一次线圈连接在直流电源的一端和另一端之间，并由控制电路进行通·断控制。整流滤波电路，按第1型或第2型构成。第1型整流滤波电路，由具有在一次线圈侧的开关元件接通期间由在二次线圈中感应的电压反向偏置而在一次线圈侧的开关元件断开期间由在二次线圈中感应的电压正向偏置的方向性并与二次线圈连接的整流二极管及对该整流二极管的输出电压进行滤波的电容器构成。第2型整流滤波电路，由具有在开关元件接通期间由在二次线圈内感应的电压正向偏置的方向性并与二次线圈连接的整流二极管、与该整流二极管的输出线路串联连接的扼流圈、连接在该扼流圈的输出级的滤波用电容器、用于形成包含扼流圈和滤波用电容器的闭合电路的二极管构成。具有第1型整流滤波电路的开关调整器，称作回扫型或反向型开关调整器，具有第2型整流滤波电路的开关调整器，称作正向型开关调整器。

同时，对DC-DC变换器要求具有高的效率。为提高DC-DC变换器的效率，必须减低开关元件的功率损失。为达到这一目的，在上述美国专利中，将一个准谐振(quasiresonant)用电容器与开关元件并联连接。如按这种方式将电容器与开关元件并联连接，则当开关元件断开时将使电容器慢慢地充电，因而使该电容器的电压及开关元件的电压逐渐升高。作为开关元件的双极晶体管或场效应晶体管的电流，由于半导体中的载流子的存储效应，即使对其进行了断开控制后也仍会流过。但是，当设有谐振用电容器时，在进行了断开控制后开关元件的电压不会急剧升高，所以可以根据开关元件的电压和电流的乘积抑制功率损失即开关损耗，另外，还可以抑制断开时的噪声即浪涌电压。

在使开关元件断开时，开关元件的电压将随着变压器一次线圈的电感和与开关元件并联连接的电容器的谐振动作而逐渐降低，并当该电压降低到零或接近零时，使开关元件接通。按照这种方式，可以实现开关元件的零电压却换，因而能降低开关损耗。

可是，在备有将输出电压控制为恒定值的电路的准谐振型开关调整器中，当负载的大小改变时，使开关元件的反复通·断频率(以下，称作切换频率)改变。例如，当负载小时，使切换频率提高。而如切换频率提高，则开关元件的切换次数增加。由于每次切换时开关元件都将产生损耗，所以，当每单位时间的切换次数增加时，每单位时间的损耗也增大。其结果是，尽管进行准谐振动作，也不能使开关调整器的效率得到令人满意的提高。

为了抑制轻负载时切换次数的增加，例如，可以采用特开平8-289543号公报中所述的抑制开关元件的反复通·断频率即切换频率的方式。在现有的DC-DC变换器中，开关元件的断开期间的长度受到强制性的限制。该受到强制性限制的断开期间，被称为最小断开期间或最小断开时间。在设定最小断开期间时，开关元件的断开期间(断开时间)不能小于最小断开期间。

在设定了最小断开期间的DC-DC变换器中，当负载大幅度减轻时，即使随着在开关元件接通期间蓄存在变压器中的能量的放出而使回扫电压的发生结束，开关元件也不能立即切换为接通，而只有在最小断开期间之后才能使开关元件切换为接通状态。当回扫电压的发生在最小断开期间内结束时，将因变压器的线圈阻抗及开关元件的寄生电容或谐振用电容而发生阻尼振荡。因此，使开关元件在阻尼振荡中切换为接通状态。在最小断开期间结束时，开关元件的电压有时因阻尼振荡而仍较高，所以在最小断开期间结束之后当开关元件的电压变为较低值时才将开关元件切换为接通状态。当按如上所述的方法控制开关元件时，可以大幅度地减低开关损耗。