[发明专利]开关式电源器件和开关式电源控制电路

说明书

1.技术领域

本发明涉及一种开关式电源器件和开关式电源控制电路，其包括具有电流 谐振电感器和电流谐振电容器的串联谐振电路；本发明特别涉及一种用于消除 轻负载之下的电流回流的开关式电源器件和开关式电源控制电路。

2.背景技术

包括图7所示电流谐振型转换器的开关式电源器件是现有技术中已知的开 关式电源器件。在这种电流谐振转换器中，输入DC电压Vi被加到具有谐振电 感器Lr和谐振电容器Cr的串联谐振电路，并且由MOSFET(金属-氧化物-半导 体场效应晶体管)或相似器件构成的两个主开关元件Qa、Qb被导通和截止， 从而控制电能转换变压器T的初级绕组L1中流动着的主侧电流的路径，使得 正弦电流在变压器T的初级绕组L1中流动。变压器T的次级绕组L2和三次绕 组L3(其中绕组比率L1∶L2∶L3是n∶1∶1)连接到用于对感应的二次电流I1、I2分 别进行整流的整流二极管D1、D2，并且还连接到用于使到负载LD的输出电 压V_O平滑的输出电容器C_O。此外，到负载LD的输出电压V_O被反馈给驱动电 路3，以通过误差放大器1和VCO(电压受控振动器)2来导通和截止主开关元 件Qa、Qb，并且在变压器T的初级绕组L1中流动的电流以及上述电压都受到 控制，从而将输出电压V_O控制在恒定电压处。VCO 2的作用在于，根据误差 放大器1的输出，当输出电压V_O被判定为高于预定电压或负载是较轻的时候， 输出频率就提高，并且当输出电压V_O被判定为低于预定电压或负载是较重的 时候，输出频率就降低。

然而，当把这种开关式电源器件用作低电压大电流电源时，当变压器T的 次级一侧设置的整流二极管D1和D2中有二次电流I1和I2流动时，就出现了 因横跨整流二极管D1、D2的正向电压降V_F所导致的大电流损耗V_F×I_O。该电流 I_O代表二次电流I1和I2中的任一个。

因此，使用了一种单独激励驱动型电流谐振电路，其中连接了具有低导通 态阻抗的MOSFET Qs1、Qs2并以它们作为用于同步整流的开关元件，如图8 所示，Qs1、Qs2替代了整流二极管D1、D2以便执行同步整流，从而减小这种 电能损耗。图8中的MOSFET Qs1、Qs2受到驱动电路3的控制，以便伴随着 主侧的主开关元件Qa、Qb导通和截止的工作频率(fop)而同步地导通和截止， 并且二次电流I1、I2被交替地存储在电容器C_O中。

此处，考虑了图8的电流谐振转换器中的单独激励同步整流，其中图7中 的次级一侧的整流二极管D1、D2被具有低导通态阻抗的MOSFET Qs1、Qs2 替代。

同步整流方法包括自激励驱动方法和单独激励驱动方法。在单独激励驱动 方法中，由逻辑电路输出驱动信号，并且如果该逻辑电路被包括在电源IC(集 成电路)中，则电源制造商可以很容易地实现同步整流功能。因此，IC制造商 已经提出各种单独激励驱动方法(参阅美国专利7184280、美国专利申请 2008/0055942、美国专利申请2005/0122753、日本专利申请特开2005-198438 以及日本专利申请特开2005-198375，下文会对它们进行描述)。

现有技术的这种开关式电源器件被配置成使主开关元件Qa、Qb执行开关 操作，从而通过电压转换变压器T获得任意的DC输出。在这种器件中，根据 连接到二次一侧的负载LD的大小，电容器C_O上所累积的电荷被排放掉，使得 出现了回流到变压器T的电流(返回电流)，并且在回流区域中出现了电能损 耗的问题。

相似地，考虑到单独激励驱动同步整流，下述内容被认为是足够了： MOSFET Qs1、Qs2的同步驱动信号与用于控制主开关元件Qa、Qb开关的栅 极信号同步。但是，在实际情况中，如果在每一个工作模式中并未检测到回流 区域，并且上述信号并未被转换成与之同步的驱动信号，则输出电容器C_O上 所累积的电荷就被排放掉，出现了回流到变换器T的电流(返回电流)，且效 率下降了。此外，还要关注因电能回流到变换器T的初级一侧而导致的电路毁 坏。