为了既提供具有同步整流电路的复合谐振变换器的高功率转换效率，又通过简化电路而降低电路规模和成本，在复合谐振变换器的次级侧提供了绕组电压检测系统的同步整流电路，通过将绝缘变换器变压器（ＰＩＴ）的间隙长度设置为约１．５ｍｍ，将耦合系数降低到大约０．８，并且初级绕组（Ｎ１）和次级绕组（Ｎ２Ａ和Ｎ２Ｂ）的匝数被设置使得次级绕组每匝（Ｔ）的感应电压是２Ｖ／Ｔ。从而，由于绝缘变换器变压器（ＰＩＴ）的磁芯处的磁通密度降低到特定值或更低，因此即使在大负载条件下，次级侧的经整流电流也可处于连续模式中。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及被提供作为各种电子装置中的电源的开关电源电路。
技术介绍
利用例如诸如反激变换器和正激变换器之类的变换器的开关电源电路是广泛公知的。这些开关变换器在开关操作中形成矩形波形，因此在抑制开关噪声方面存在限制。同样已知的是，由于它们的操作特性，在改善电源变换效率方面存在限制。因此，使用谐振变换器的各种开关电源电路(例如参见日本专利申请早期公开No.平11-332233)已经被提出并付诸实际使用。因为谐振变换器在开关操作中形成正弦波形，所以谐振变换器可以容易地提供高的电源变换效率，并达到低噪声。谐振变换器具有另一个优点能够由相对少量的部分形成。图24是示出了具有谐振变换器的传统开关电源电路的示例的电路图。在图中所示的电源电路中，部分电压谐振电路与外部激励型电流谐振变换器相结合。在该图所示的电源电路中，对商用交流电源AC提供全波整流和平滑电路，其包括桥式整流电路Di和一个平滑电容器Ci。作为桥式整流电路Di和平滑电容器Ci的全波整流操作的结果，在平滑电容器Ci两端获得了经整流和平滑的电压Ei(直流输入电压)。该经整流和平滑的电压Ei具有与交流输入电压VAC相等的电平。被提供了直流输入电压并对直流输入电压进行开关操作的电流谐振变换器具有通过半桥耦合彼此连接的两个MOS-FET开关器件Q1和Q2，如图所示。由体二极管形成的阻尼二极管DD1和DD2在图中所示的方向中分别在开关器件Q1和Q2的漏极与源极之间与开关器件Q1和Q2并联连接。部分谐振电容器Cp在开关器件Q2的漏极与源极之间与开关器件Q2并联连接。部分谐振电容器Cp的电容和初级绕组N1的漏电感L1形成并联谐振电路(部分电压谐振电路)。于是，获得了部分电压谐振操作，其中仅当开关器件Q1和Q2关断时才发生电压谐振。该电源电路配备有例如由通用IC形成的振荡和驱动电路2，用于对开关器件Q1和Q2进行开关驱动。振荡和驱动电路2具有振荡电路和驱动电路。振荡电路和驱动电路向开关器件Q1和Q2的栅极施加所需频率的驱动信号(栅极电压)。从而，开关器件Q1和Q2执行开关操作，使得以所需的开关频率交替地导通/关断。绝缘变换器变压器(isolated converter transformer)PIT被提供用于将开关器件Q1和Q2的开关输出传递到次级侧。经由初级侧的并联谐振电容器C1的串联连接，绝缘变换器变压器PIT的初级绕组N1的一端被连接到开关器件Q1的源极与开关器件Q2的漏极之间的结点(开关输出点)，由此传递开关输出。初级绕组N1的另一端被连接到初级侧的地。串联谐振电容器C1的电容和包含初级绕组N1的绝缘变换器变压器PIT的漏电感L1形成初级侧串联谐振电路，用于将初级侧的开关变换器的操作变换为电流谐振型操作。根据上述描述，该图中所示的初级侧开关变换器通过初级侧串联谐振电路(L1-C1)获得了电流谐振型操作，通过上述部分电压谐振电路(Cp//L1)获得了部分电压谐振操作。也就是说，该图中所示的电源电路采用了这样的形式，其中用于使初级侧开关变换器成为谐振变换器的谐振电路结合了另一个谐振电路。在本说明书中，这样的开关变换器将被称作复合谐振变换器。虽然没有参考图形进行描述，但是绝缘变换器变压器PIT具有通过将由铁氧体材料制成的E形磁芯(core)彼此组合而形成的E-E形磁芯。绝缘变换器变压器PIT具有彼此分开的初级侧绕组部分和次级侧绕组部分。初级绕组N1和下面将描述的次级绕组(N2A和N2B)围绕E-E形磁芯的中心磁芯柱(magnetic leg)缠绕。通过提供中心抽头而被分开的两个次级绕组N2A和N2B被缠绕作为绝缘变换器变压器PIT的次级绕组。在次级绕组N2A和N2B中感应了与被传递到初级绕组N1的开关输出相对应的交流电压。在这种情况中，次级绕组N2A和N2B的中心抽头被连接到次级侧的地。包括整流二极管D01和D02以及平滑电容器C0的全波整流电路被连接到次级绕组N2A和N2B，如图所示。从而，获得了作为平滑电容器C0两端电压的次级侧直流输出电压E0。次级侧直流输出电压E0被提供给未在图中示出的负载侧，并且从分支点输入给下面将描述的控制电路1作为检测电压。控制电路1向振荡和驱动电路2提供与次级侧直流输出电压E0的电平变化相对应的检测输出。振荡和驱动电路2驱动开关器件Q1和Q2，使得根据控制电路1所提供的检测输出，改变开关频率。这样改变开关器件Q1和Q2的开关频率稳定了次级侧直流输出电压的电平。图25示出了当具有该图中所示的电路配置的电源电路满足低电压和高电流的负载条件时的操作波形。图25所示的操作波形是当在交流输入电压VAC＝100V并且负载功率Po＝125W的条件下进行测量时获得的。该情况中的低电压和高电流条件是这样的条件次级侧直流输出电压Eo＝5V，并且作为初级侧开关变换器开关电流的初级侧串联谐振电流Io＝25A。在获得图25所示的操作波形的实验结果中，如下选择电源电路的条件、部分、元件等。首先，次级绕组N2A和N2B以及初级绕组N1的匝数被设置为使得次级侧绕组的每T(匝)感应的电压电平是5V/T。具体地说，次级绕组N2A＝N2B＝1T，初级绕组N1＝30T。其次，在绝缘变换器变压器PIT的E-E形磁芯的中心磁芯柱中形成大约1.0 mm的间隙。从而，在初级绕组N1与次级绕组N2A和N2B之间获得大约0.85的耦合系数。选择初级侧串联谐振电容器C1＝0.068μF，部分电压谐振电容器Cp＝330pF。选择50A/40V肖特基二极管作为整流二极管Do1和Do2。图25的波形图中的开关器件Q2两端的电压V1对应于开关器件Q2的导通/关断状态。具体地说，电压V1是矩形波，在开关器件Q2导通的时段T2期间电平为零，在开关器件Q2关断的时段T1期间被箝位在预定电平。流过开关器件Q2//阻尼二极管DD2的开关电流IDS2具有这样的波形在时段T2期间，开关电流IDS2流过阻尼二极管DD2，并因而在导通时刻是负极性，然后被反相，以正极性流过开关器件Q2的漏极和源极，并且在关断的时段T1期间，开关电流IDS2处于零水平。开关器件Q1执行开关操作，使得与开关器件Q2交替地导通/关断。因此，流过开关器件Q1//阻尼二极管DD1的开关电流IDS1具有相对于开关电流IDS2相移180°的波形。流过在开关器件Q1和Q2的开关输出点与初级侧的地之间连接的初级侧串联谐振电路(C1-L1)的初级侧串联谐振电流Io是如下波形分量合成得到的波形作为初级侧串联谐振电路(C1-L1)的谐振电流的正弦波形分量，以及由初级绕组N1的激励电感产生的锯齿波分量，该波形对应于开关电流IDS1和开关电流IDS2的合成波形。该情况中的负载功率Po＝125W的条件是这样的条件与作为图24所示电源电路所满足的负载条件的最大值接近的大负载。在电源电路所处理的负载功率范围内的大负载的条件下，次级侧的经整流电流处在不连续模式中。具体地说，如图25所示，在次级绕组N2A处出现的次级绕组电压V2仅在初级侧串联谐振电流Io以正弦波形式流动的时段期间，具有被箝位在预定的绝对值电平处的波形，并且在由激励电感产生的锯齿波分量(作为在初级侧串联谐振电流Io以正弦波形式流动的时段之间的初级侧串联谐振电流Io)流动的间隔期间，电平本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种开关电源电路，其特征在于包括：利用开关器件形成的开关单元，用于进行开关操作，使得中断被输入给开关单元的直流输入电压；驱动单元，用于对所述开关器件进行开关驱动；绝缘变换器变压器，用于将所述开关单元的开关输出从初级侧传递到次级侧，所述绝缘变换器变压器至少含有被缠绕在绝缘变换器变压器中的初级绕组和次级绕组；初级侧谐振电容器，所述初级侧谐振电容器连接到初级侧的预定部分，使得形成初级侧谐振电路，所述初级侧谐振电路用于至少利用所述绝缘变换器变压器的初级绕组的漏电感分量和初级侧谐振电容器的电容，将所述开关单元的操作变换为谐振型操作；初级侧部分电压谐振电路，用于在形成所述开关单元的开关器件被关断的时段期间，进行部分电压谐振操作，所述初级侧部分电压谐振电路由部分谐振电容器的电容和所述绝缘变换器变压器的初级绕组的漏电感分量形成，所述部分谐振电容器与形成所述开关单元的开关器件中的至少一个并联连接；和同步整流电路，用于通过对在所述绝缘变换器变压器的次级绕组中所感应的交流电压进行整流操作，并利用经整流电流对次级侧平滑电容器充电，提供作为所述次级侧平滑电容器两端电压的次级侧直流输出电压；其中，所述同步整流电路包括：第一场效应晶体管，所述第一场效应晶体管插入在所述次级绕组的一个端部与所述次级侧平滑电容器的负极接线端之间；第二场效应晶体管，所述第二场效应晶体管插入在所述次级绕组的另一个端部与所述次级侧平滑电容器的负极接线端之间；第一驱动电路，用于通过电阻性元件，检测与所述第一场效应晶体管使经整流电流流动的半波时段相对应的次级绕组电压，并输出用于导通所述第一场效应晶体管的栅极电压；和第二驱动电路，用于通过电阻性元件，检测与所述第二场效应晶体管使经整流电流流动的半波时段相对应的次级绕组电压，并输出用于导通所述第二场效应晶体管的栅极电压；并且所述绝缘变换器变压器的磁通密度被设置为预定值或者更低，使得作为所述整流操作的结果而流过同步整流电路的次级侧经整流电流处于连续模式中，而与连接到所述次级侧直流输出电压上的负载条件的变化无关。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：安村昌之，
申请(专利权)人：索尼株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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