[发明专利]带有连接到变压器线圈的电感的正向变换器

说明书

本发明涉及一种开关型电源(SMPS)。本发明尤其涉及一种正向电压变换器。

SMPS通过改变开关(例如晶体管)的时序而产生调节后的直流输出，开关按照该时序导通和截止，将未处理的电源电压连接到变压器的初级线圈。通过对变压器次级线圈上产生的电压进行整流而获得调节后的输出，并将调节后的输出反馈到触发开关控制的驱动或控制电路。

在谐振或调谐型零电压开关SMPS中，变压器初级线圈上的晶体管开关与钳位二极管并联，与初级线圈串联。将电容器连接到初级线圈，与初级线圈的电感构成谐振电路。在每个周期的一个部分期间，电感两端生成基本上为正弦的电压。在振荡的半个周期的末端，二极管导通并将晶体管开关的集电极钳位到零伏特。当集电极电压为零时接通晶体管使开关损耗达到最小。与类似的非谐振开关型电源相比，当晶体管断开时谐振电路降低了晶体管两端的电压。

在正向变换器中，来自未处理的或未经调节的输入电压的电力在开关晶体管导通期间连接到输出端。在这种类型的典型的半正向变换器结构中，变压器的次级线圈连接到串联的整流二极管，电感器或扼流线圈以及滤波电容器。前述串联二极管连接在次级线圈和钳位制动二极管之间。两个二极管的阴极连接串联电感器或扼流线圈，然后连接滤波或输出电容器。在滤波电容器中产生输出电源电压。

由于正向导通期间在初级线圈上产生了反极性效应，所以次级线圈上的串联二极管导通。扼流线圈限制串联二极管中的电流变化率。当初级线圈上的晶体管开关断开时，初级侧谐振电路上的电感使变压器次级线圈上的电压反转，使串联二极管关断。相反，箝位二极管为在扼流线圈中导通电流提供电流路径。从电容器上的电压得到反馈信号以控制晶体管开关的开关时序。

因为当反馈控制对与次级线圈相关联的输出电容器上的电压作出响应时，输出电源以调节输出电压的方式响应加载在次级中的电流变化。但是，当设有几个次级线圈时就可能会遇到问题，例如产生不同的操作电压。除了获得反馈信号的那个次级线圈以外，加载在其它次级线圈上的电流变化可能没有完全反应在反馈信号中。这是由前述串联电感器或扼流线圈引入的高阻抗造成的。为了更准确地控制次级线圈中电压产生的所有输出电压，减小每个次级线圈和相关联的滤波电容器之间的阻抗是有好处的。

关于上述电源和变换器的详细情况，可以参见美国专利文献US5,521,807和US4,881,014。

本发明的目的是提供一种开关型电源和一种正向电压变换器，它能提高电源的功率输出能力并易于改善输出电压之间的跟踪。

根据本发明的第一方面的正向变换器，包括：变压器，具有第一线圈和第二线圈；输入电压源；开关晶体管，响应周期性的开关控制信号，用于将输入电源电压周期性地应用于第一线圈，从而在开关晶体管中产生电流脉冲；整流器，连接到第二线圈，用于对第二线圈中的变压器耦合电压进行整流，产生连接到负载的整流输出电源电压，在将输入电源电压应用于第一线圈的部分给定周期期间生成输出电源电压，供正向变换器运行；其特征在于还包括：电感，耦接第一线圈和第二线圈，用于限制整流器中电流的变化率和开关晶体管中电流脉冲的变化率；电容器，连接到电感以形成谐振电路；及控制电路，响应谐振电路中产生的谐振电压，用于产生具有控制输出电源电压的开关时序的开关控制信号，从而在开关晶体管中提供零电压开关，控制电路响应晶体管中的电流脉冲，从而以电流模式控制开关晶体管电流脉冲，控制模式基于电流脉冲对电流脉冲控制。

根据本发明的第二方面的正向变换器，包括：变压器，具有第一线圈，第二线圈和第三线圈；输入电压源；开关晶体管，响应周期性的开关控制信号，用于将输入电源电压周期性地应用于第一线圈，从而在开关晶体管中产生电流脉冲；第一整流器，连接到第二线圈，用于对第二线圈中产生的变压器耦合电压进行整流，在正向变换器运行中在将输入电源电压应用于第一线圈，使第二线圈和负载以及包括第一整流器之间的第一电流路径具有低阻抗给定周期部分期间，变压器耦合电压经第一整流器耦合到第一负载，从而在第一负载中产生整流第一输出电源电压；第二整流器，连接到第三线圈，用于对第三线圈中产生的变压器耦合电压进行整流以生成连接到第二负载的整流第二输出电压，第三线圈和第二负载以及包括第二整流器之间的第二路径在所述部分周期期间具有低阻抗；其特征在于还包括：电感，连接到第一线圈，用来共同限制第一和第二电流路径中以及开关晶体管中电流的变化率；及控制电路，用于产生开关控制信号，用于产生具有根据电流模式控制开关晶体管电流脉冲的开关时序的开关控制信号。