[发明专利]宽输入电压范围正激式开关电源

说明书

技术领域

本发明属于电子技术领域，涉及隔离式直流-直流和交流-直流变换器。更具体地说，本发明涉及一种新高性能低价格的隔离式直流-直流和交流-直流开关电源。

背景技术

在中小功率直流-直流和交流-直流隔离式开关电源应用中，最常用的拓扑电路结构是反激式电路和正激式电路。它们具有各自的优缺点。通常根据实际应用的要求来选择合适的拓扑电路结构。

在反激式电路中，通常一个磁性元件用来完成输入输出的隔离以及能量的传输及控制。该磁性元件是以一耦合电感的形式来实现输入输出的隔离，即，原边与付边隔离，以及能量的传输及控制。由于经耦合电感传输的电流不连续，需要一比较大的输出电容来平滑该输出电流。这使得反激式电路在高输出电流的直流-直流和交流-直流隔离式开关电源应用中，其整体系统效率比较低。在反激式电路中，其原边的有源开关的导通截止控制相应的输出功率大小。其付边的二极管或同步整流二极管是将由这耦合电感所传输的相应的交流功率转换成直流功率。原边的有源开关所承受最高电压是其输入最高电压Vin加上这耦合电感的复位电压Vrefl。耦合电感的复位电压Vrefl是付边输出电压Vo经这耦合电感匝比N产生。由于耦合电感的复位电压Vrefl是由输出电压Vo和耦合电感匝比N的乘积决定，它与反激式电路的输入电压无关。这对宽输入电压范围直流-直流和交流-直流隔离式开关电源应用而言，将十分有利选择合适性价比的有源功率开关器件。

在正激式电路中，通常有两个磁性元件分别用来完成输入输出的隔离和能量的传输及控制。用于完成输入输出的隔离的磁性元件是一开关变压器。用于来完成输入输出的隔离，即，原边与付边隔离。能量的传输及控制的磁性元件是一电感，即输出电感。由于电感的特性，其输出电流将是一平滑输出电流。其输出电容值可大大地降低。这使得正激式电路在高输出电流的直流-直流和交流-直流隔离式开关电源应用中，其整体系统效率高。在正激式电路中，其原边的有源开关的导通截止控制相应的输出功率大小；其付边的二极管或同步整流二极管以及输出电感是将由开关变压器所传输的相应的交流功率转换成直流功率。

由于在正激式电路中，输入输出的隔离是以开关变压器来完成。开关变压器有一磁场复位的要求。通常有若干种方法来完成，如：有源箝位复位、电阻电容二极管网络复位、复位绕组复位、以及谐振复位。

如图1所示，有源箝位复位能使开关变压器高效地在第一和第三象限复位，但需额外功率开关，且电路复杂。在有源箝位复位中，开关变压器原边绕组最大复位电压Vrefl由输入电压Vin和原边绕组的有源开关的导通占空比决定的。当其占空比小于等于0.5，其最大电压是Vin。随着其占空比减小这复位电压也减小。

如图2所示，电阻电容二极管网络复位能使开关变压器在第一象限复位。但复位能量是由这电阻电容二极管网络吸收而使其复位效率低。在电阻电容二极管网络复位中，开关变压器原边绕组最大复位电压Vrefl是由输入电压Vin和原边绕组的有源开关的导通占空比决定的。当其占空比小于等于0.5，其最大电压是Vin。随着其占空比减小这复位电压也减小。

如图3所示，复位绕组复位能使开关变压器高效地在第一象限复位。这复位能量是经复位绕组反馈到输入电源因此其复位效率高。在复位绕组复位中，开关变压器原边绕组最大复位电压Vrefl是由输入电压Vin决定的，即为Vin，当其占空比小于等于0.5，它与其占空比大小无关。

如图4所示，谐振复位能使开关变压器高效地在第一和第三象限复位，其复位时间是由其谐振半周期决定。谐振复位的电路结构是最简单的。在谐振复位复位中，开关变压器原边绕组最大复位电压Vrefl是由输入电压Vin和原边绕组的有源开关的导通时间以及开关变压器的激磁电感和外电路构成的谐振电容决定的。

对比反激式电路和正激式电路的磁性元件的复位电压，在反激式电路中，复位电压Vrefl是独立与输入电压Vin，而在正激式电路中，复位电压Vrefl是与输入电压Vin相关。如果能够使得正激式电路的磁性元件的最大复位电压Vrefl独立于输入电压Vin，这能使得正激式电路的有源功率开关的最大承受电压与反激式电路的有源功率开关的最大承受电压相当。从而使得正激式电路有更佳的性价比。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种宽输入电压范围正激式开关电源，其是从正激式电路的谐振复位出发，加上相应的控制使得其开关变压器的最大复位电压独立于输入电压Vin；从而有效地控制正激式电路的有源功率开关的最大承受电压；本发明的宽输入电压范围正激式开关电源能达到高性价比的性能。