[发明专利]具有有源箝位电路的开关电源装置

说明书

本发明涉及一种作为各种电子装置电源使用的开关电源电路。

作为开关电源电路的开关变换器如逆向变换器和正向变换器已广为人知。这些开关变换器在开关操作中形成一矩形形波，因此，对开关噪音的抑制就产生了限制。而且如大家所熟知它们工作特性的原因，对功率转换效率的提高也会产生限制。因此，人们已提议出由谐振型变换器设计制成的各种开关电源电路。谐振型变换器能使它稳定地获得高功率转换效率，和实现噪音的降低，因为谐振型变换器在开关操作中能够产生正弦波形。该谐振型变换器具有另一个优点：它可由相对较少的部件制成。

图5是表述现有技术开关电源电路一个实例的电路图。图5所示的电源电路用工业交流输入电压VAC供电，然后通过一包括桥式整流电路Di和平滑电容器Ci的全波整流器电路产生一整流的和平滑的电压Ei。

一种自激电压谐振型变换器电路提供作为开关变换器用于断开从全波整流电路输入的整流和平滑电压Ei，该变换器电路包括一开关装置Q1并通过一所谓的单端系统实现开关操作。在此情况下，一BJT(双极结型晶体管)用作电压谐振型变换器，BJT是耐高压双极晶体管。

一绝缘换流变压器PIT将开关装置Q1的开关输出传输给开关电源电路的二次侧。如图6所示，绝缘换流变压器PIT具有一E-E型铁心，该铁心是以铁心CR1的磁心柱与铁心CR2的磁心柱相对的方式通过结合例如由铁氧体材料制成的E型铁心CR1和CR2而形成的。初级绕组N1和次级绕组N2通过使用一分开式线圈架B以相互分离的状态缠绕在E-E型铁心的中间磁心柱上。此外，如图6所示，在中间磁心柱中形成一缝隙G以能够按所需的耦合系数提供松耦合。该缝隙G通过使每个E型铁心CR1和CR2的中间磁心柱短于每个E型铁心CR1和CR2的两个外侧磁心柱而形成。耦合系数例如设定为0.85，以提供一松耦合状态，由此就不易于获得一饱和状态。

如图5所示，绝缘换流变压器PIT初级绕组的末端点与开关装置Q1的集电极相连接，而初级绕组N1的起始点经过谐振电流检测绕组ND与平滑电容器Ci的正极相连接。因此，初级绕组N1由开关装置Q1的开关输出供电，由此就会在初级绕组N1上产生周期对应于开关装置Q1开关频率的交流电压。

在绝缘换流变压器PIT二次侧的次级绕组N2上产生一通过初级绕组N1感应的交流电压。在此情况下，二次侧并联谐振电容C2与次级绕组N2并联，因此次级绕组N2的漏感L2和二次侧并联谐振电容器C2的电容形成一并联谐振电路。该并联谐振电路将次级绕组N2感应的交流电压变换为一谐振电压，由此在二次侧获得电压谐振操作。

电源电路设有一并联谐振电路以在一次侧将开关操作变换为电压谐振型操作，该并联谐振电路在二次侧提供电压谐振操作。如上所述在一次侧和二次侧设有谐振电路的开关变换器被称之为“复合谐振型开关变换器”。

就绝缘换流变压器PIT二次侧的工作过程来说，初级绕组N1的电感L1和次级绕组N2的电感L2之间的互感M为+M或-M(根据初级绕组N1和次级绕组N2的绕组方向，整流二极管D0的连接关系和次级绕组N2上感应的交流电压极性的改变而定)。例如，如图7A所示的等效电路图具有+M的互感，而如图7B所示的等效电路图具有-M的互感。这个将应用于图5所示的绝缘换流变压器PIT二次侧的工作过程中。次级绕组N2所获得的交流电压为正极性时，使整流电流在桥式整流电路DBR中流过的工作可被认为是+M工作模式或是正向工作，而在次级绕组N2所获得的交流电压为负极性时，使整流电流在桥式整流二极管电路DBR中流过的工作可被认为是-M工作模式或是逆向工作。每次次级绕组N2所获得的交流电压为正极性或负时，该工作模式的互感就分别为+M或-M。

由于具有这样的结构，随一次侧并联谐振电路和二次侧并联谐振电路的效应增加的电源提供给负载侧，因此提供给负载侧的电源也同样多的增加，从而提高了最大负荷功率增加的速率。这是可以实现的，因为参考图5所述，缝隙G在绝缘换流变压器PIT中形成以按一所需的耦合系数提供松耦合，因此就不易于获得饱和状态。

开关装置Q1的基极经过基极限流电阻RB和启动电阻RS与平滑电容器Ci的正极端相连接，这样在电源起始端的基极电流就可以从整流和平滑的电压线上获得。插接在开关装置Q1的基极和二次侧接地极之间的箝位二极管DD形成一个在开关装置Q1关断时间过程中流通的箝位电流的路径。开关装置Q1的集电极与绝缘换流变压器PIT初级绕组N1的一端相连接，而开关装置Q1的发射极接地。