[发明专利]开关电源电路

说明书

本发明涉及适用于用作各种电子设备电源的一种开关电源电路。

众所周知一种类型的开关电源电路利用开关型变换器，例如逆向(flybAck)变换器或正向变换器。由于这种开关型变换器按照矩形波进行开关操作，所以在抑制开关噪方面存在一定的限制。并且，显而易见，由于它的工作特性，在改善功率变换效率方面将会受到某些无法避免的限制。

按照上述观点，本申请人已经提出了利用各种谐振型变换器的多种开关电源电路。当用正弦波进行开关操作时，谐振型变换器能够容易获得高功率变换效率，同时实现低噪声。并且，其还可能获得另外的优点，即该电路能够由相对少量的组成元件构成。

图6是表示本申请人根据先前申请的已知发明构成的一种常规开关电源电路的电路图。

在该图中的电源电路中，全波整流电路由桥式整流器Di和滤波电容器Ci构成，提供作为一种整流滤波电路，用于从工业用交流电源(交流输入电压VAC)获得DC输入电压，其中产生了相应于交流输入电压VAC的一倍电平的整流滤波电压Ei。

作为用于间断地开、关输入的整流滤波电压Ei(DC输入电压)的开关变换器，提供有一个电压谐振型变换器，该电压谐振型变换器包含由一个晶体管构成的开关元件Q1，可按单端形式进行开关操作。

这里利用的电压谐振型变换器采用它激的结构，开关元件Q1例如由MOS-FET构成。开关元件Q1的漏极，通过隔离型变换器变压器PIT的初级绕组N1连到滤波电容器Ci的正端，它的源极连到初级地端。

并联谐振电容器Cr连到开关元件Q1的漏极和源极之间。并联谐振电容器Cr的电容和隔离型变换器变压器PIT的初级绕组N1内的漏电感构成初级并联谐振电路。由于开关元件Q1的开关操作，由并联谐振电路产生谐振，因而开关元件Q1的这种开关操作变为电压谐振类型。

此外，由实体二极管构成的箝位二极管DD，并联到开关元件Q1的漏极和源极之间，因此，在开关元件的关断期间形成箝位电流的通路。

在这种情况下，开关元件Q1的漏极连接到下面要叙述的开关驱动器10B的振荡电路41上。以后将要叙述，在控制开关频率时，利用加到振荡电路41上的漏极输出来可变地控制导通时间。

整体设有振荡电路41和驱动电路42的驱动器10B可驱动开关元件Q1，并且通过可变地控制开关频率，可以进行恒压控制。在这种情况下，开关驱动器10B例如可作为单块集成电路(IC)提供。

通过启动电阻Rs将开关驱动器10B连接到经整流滤波后的电压Ei的线路上，例如，在电源启动时间，通过启动电阻Rs施加源电压，因而启动开关驱动器10B。

开关驱动器10B内的振荡电路41进行振荡，因此产生振荡信号，然后输出该信号。接着驱动电路42将振荡信号转换成驱动电压，然后将其输出到开关元件Q1的栅极上。于是，开关元件Q1基于振荡电路41产生的振荡信号进行开关操作。因此，根据振荡电路41产生的振荡信号，可确定开关元件Q1的开关频率和一个开关周期内的开/关占空比。

振荡电路41，根据后面将要叙述的光电耦合器30提供的次级DC(直流)输出电压EO的电平进行改变振荡信号频率(开关频率fs)的操作。在改开关频率fs的操作的同时，振荡电路41还用来控制振荡信号波形，按照这种方式可以改变开关元件Q1的导通时间TON(导通角)，同时保持开关元件Q1的关断时间TOFF恒定。因此，后面将要叙述，由于振荡电路41的这种工作方式，能够稳定次级直流输出电压EO。

隔离型变换器变压器PIT传输开关元件Q1的开关输出到次级侧。

如图8所示，隔离型变换器变压器PIT具有EE-形磁芯，其中例如由铁氧体构成的E-形磁芯CR1和CR2相互组合在一起，按照这种方式，可使其磁路支臂相对，以及利用对于EE-形磁芯中心磁路支臂的分离式线圈架B以分离状态分别卷绕初级绕组N1和次级绕组N2。如该图所示，中心磁路支臂形成气隙G，由此按照要求的耦合系数达到粗耦合。

通过将加工成形E-形磁芯CR1和E-形磁芯CR2使每个中心磁路支臂均短于外部磁路支臂，能够形成气隙G。通过设定耦合系数，例如K≈0.85以适合达到粗耦合，因此相应地避免了饱和状态。

如图6所示，隔离型变换器变压器PIT的初级绕组N1的终端连接到开关元件Q1的漏极，而初级绕组N1的始端连接到滤波电容Ci的正端(经整流滤波后的电压Ei)，因此，当开关元件Q1的开关输出提供到初级绕组N1时，产生周期相应于开关频率的交流电压。