[发明专利]开关电源电路

说明书

技术领域

本发明涉及开关电源电路。

背景技术

为了实现开关电源电路的低损耗，在专利文献1中公开有使开关元件在其施加电压大致为零时进行开关的方法。图10是在与专利文献1中公开的电路对应的开关电源电路901的电路图。电源电路901将来自电力输入部902的直流电压Vin转换为其它直流电压Vo输出(Vin＜Vo)。

在图10的电源电路901，在开关元件Q1的导通期间，在电感器L2蓄积能量，在开关元件Q1的断开期间，在电容器C1被充电之后变为放电状态。通过在该放电期间关断开关元件Q2，将蓄积在开关元件Q1的寄生电容的电荷放电，在开关元件两端的电压实质上为零的状态进行开关元件的接通(将这称为零电压开关)。电源电路901以电容器C1的充电电压被维持为恒定值Vc为前提。开关元件Q1侧为电容器C1的正极。

图11表示图10的电源电路901的动作时序图。在图11，纵轴与电压或电流对应，横轴与时间对应。在图11，波形911～919分别为开关元件Q1的栅极信号Q1g的电压波形、开关元件Q2的栅极信号Q2g的电压波形、在电感器L1流动的电流L1i的波形、在电感器L2流动的电流L2i的波形、在开关元件Q1流动的电流Q1i的波形、在开关元件Q2流动的电流Q2i的波形、在二极管D1流动的电流D1i的波形、开关元件Q1的漏极–源极间电压Q1v的波形、开关元件Q2的漏极–源极间电压Q2v的波形。对于电流Q1i、Q2i，以从漏极流至源极的电流的极性为正。

首先，在栅极信号Q1g被控制为高电平、开关元件Q1成为导通的期间(图11的时刻T0以前的期间)，在通过电力输入部902的正极、电感器L1、电感器L2、开关元件Q1和电力输入部902的负极的路径，流动开关元件Q1的电流Q1i、电感器L1的电流L1i和电感器L2的电流L2i，电流Q1i、L1i和L2i呈直线(以Vin/(L1+L2)的倾斜度)增加。在开关元件Q1的导通期间中，开关元件Q2成为断开，其结果是，电流Q2i成为零。以Ip表示在时刻T0的电流L1i、L2i和Q1i的值(Ip＞0)。

在时刻T0，当开关元件Q1被控制为断开时，开关元件Q1的电流Q1i从Ip减少至零，并且开关元件Q1的漏极–源极间电压Q1v增加，从开关元件Q2的源极向漏极开始流动电流Q2i，开关元件Q2的漏极–源极间电压Q2v减少。在时刻T0，在开关元件Q1被控制为断开时开始流动的电流Q2i的初始值为(–Ip)。

当电压Q1v在时刻T1达到电压“Vo+Vc”时，在通过电力输入部902的正极、电感器L1、二极管D1、电容器Co和电力输入部902的负极的路径以及通过电感器L1、电感器L2、开关元件Q2的寄生二极管、电容器C1和电容器Co的路径流动电流，其结果是，电流L1i呈直线(以(Vo–Vin)/L1的倾斜度)减少且电流L2i呈直线(以–Vc/L2的倾斜度)减少，并且，电流Q2i呈直线(以Vc/L2的倾斜度)增加且电流D1i(＝L1i–L2i)呈直线增加，在时刻T2电流Q2i成为零。控制电路910在时刻T1和T2间的期间、即在开关元件Q2流动负的电流Q2i的期间中关断开关元件Q2，由此实现开关元件Q2的零电压开关。

时刻T0以后，以“Vc/L2”的倾斜度从(–Ip)增加来的电流Q2i在时刻T2成为零之后也以同一倾斜度“Vc/L2”继续增加。通过在时刻T3使栅极信号Q2g成为低电平，由电感器L2和开关元件Q1的输出电容与开关元件Q2的输出电容开始谐振动作，电压Q1v减少并且电压Q2v增加，在时刻T4电压Q1v成为零。此外，由于该谐振动作，在时刻T3以后至后述的时刻T5为止，开关元件Q1的寄生二极管导通，流动负的电流Q1i。另外，在电容器C1的充电电压Vc为恒定的情况下，“(电容器C1的充电电流)＝(电容器C1的放电电流)”成立，因此，在时刻t3，L2i＝–Ip且Q2i＝Ip。

控制电路910在时刻T4电压Q1v成为零之后、在开关元件Q1流动负的电流Q1i的期间中(即在时刻T4和T5间的期间中)，通过使栅极信号Q1g成为高电平而实现开关元件Q1的零电压开关。时刻T3以后，电流Q1i和L2i呈直线(以Vo/L2的倾斜度)增加，电流D1i呈直线减少，在时刻T6，D1i＝0且L1i＝L2i＝Q1i。

另外，在专利文献2中公开有进行专利文献1的电流结构的改良的结构。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利5736842号说明书

专利文献2：日本专利第4114537号公报

发明内容