[發明專利]開關式電源器件和開關式電源控制電路

有效

• 申請號: 200910208077.7
• 申請日: 2009-10-22
• 公開（公告）號: CN101728956A
• 公開（公告）日: 2010-06-09
• 發明（設計）人: 陳建;園部孝二
• 申請（專利權）人: 富士電機系統株式會社
• 主分類號: H02M3/28
• 分類號: H02M3/28;H02M3/155
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 張鑫

1.技術領域

本發明涉及一種開關式電源器件和開關式電源控制電路，其包括具有電流 諧振電感器和電流諧振電容器的串聯諧振電路；本發明特別涉及一種用于消除 輕負載之下的電流回流的開關式電源器件和開關式電源控制電路。

2.背景技術

包括圖7所示電流諧振型轉換器的開關式電源器件是現有技術中已知的開 關式電源器件。在這種電流諧振轉換器中，輸入DC電壓Vi被加到具有諧振電 感器Lr和諧振電容器Cr的串聯諧振電路，并且由MOSFET(金屬-氧化物-半導 體場效應晶體管)或相似器件構成的兩個主開關元件Qa、Qb被導通和截止， 從而控制電能轉換變壓器T的初級繞組L1中流動著的主側電流的路徑，使得 正弦電流在變壓器T的初級繞組L1中流動。變壓器T的次級繞組L2和三次繞 組L3(其中繞組比率L1∶L2∶L3是n∶1∶1)連接到用于對感應的二次電流I1、I2分 別進行整流的整流二極管D1、D2，并且還連接到用于使到負載LD的輸出電 壓V_O平滑的輸出電容器C_O。此外，到負載LD的輸出電壓V_O被反饋給驅動電 路3，以通過誤差放大器1和VCO(電壓受控振動器)2來導通和截止主開關元 件Qa、Qb，并且在變壓器T的初級繞組L1中流動的電流以及上述電壓都受到 控制，從而將輸出電壓V_O控制在恒定電壓處。VCO?2的作用在于，根據誤差 放大器1的輸出，當輸出電壓V_O被判定為高于預定電壓或負載是較輕的時候， 輸出頻率就提高，并且當輸出電壓V_O被判定為低于預定電壓或負載是較重的 時候，輸出頻率就降低。

然而，當把這種開關式電源器件用作低電壓大電流電源時，當變壓器T的 次級一側設置的整流二極管D1和D2中有二次電流I1和I2流動時，就出現了 因橫跨整流二極管D1、D2的正向電壓降V_F所導致的大電流損耗V_F×I_O。該電流 I_O代表二次電流I1和I2中的任一個。

因此，使用了一種單獨激勵驅動型電流諧振電路，其中連接了具有低導通 態阻抗的MOSFET?Qs1、Qs2并以它們作為用于同步整流的開關元件，如圖8 所示，Qs1、Qs2替代了整流二極管D1、D2以便執行同步整流，從而減小這種 電能損耗。圖8中的MOSFET?Qs1、Qs2受到驅動電路3的控制，以便伴隨著 主側的主開關元件Qa、Qb導通和截止的工作頻率(fop)而同步地導通和截止， 并且二次電流I1、I2被交替地存儲在電容器C_O中。

此處，考慮了圖8的電流諧振轉換器中的單獨激勵同步整流，其中圖7中 的次級一側的整流二極管D1、D2被具有低導通態阻抗的MOSFET?Qs1、Qs2 替代。

同步整流方法包括自激勵驅動方法和單獨激勵驅動方法。在單獨激勵驅動 方法中，由邏輯電路輸出驅動信號，并且如果該邏輯電路被包括在電源IC(集 成電路)中，則電源制造商可以很容易地實現同步整流功能。因此，IC制造商 已經提出各種單獨激勵驅動方法(參閱美國專利7184280、美國專利申請 2008/0055942、美國專利申請2005/0122753、日本專利申請特開2005-198438 以及日本專利申請特開2005-198375，下文會對它們進行描述)。

現有技術的這種開關式電源器件被配置成使主開關元件Qa、Qb執行開關 操作，從而通過電壓轉換變壓器T獲得任意的DC輸出。在這種器件中，根據 連接到二次一側的負載LD的大小，電容器C_O上所累積的電荷被排放掉，使得 出現了回流到變壓器T的電流(返回電流)，并且在回流區域中出現了電能損 耗的問題。

相似地，考慮到單獨激勵驅動同步整流，下述內容被認為是足夠了： MOSFET?Qs1、Qs2的同步驅動信號與用于控制主開關元件Qa、Qb開關的柵 極信號同步。但是，在實際情況中，如果在每一個工作模式中并未檢測到回流 區域，并且上述信號并未被轉換成與之同步的驅動信號，則輸出電容器C_O上 所累積的電荷就被排放掉，出現了回流到變換器T的電流(返回電流)，且效 率下降了。此外，還要關注因電能回流到變換器T的初級一側而導致的電路毀 壞。