[發明專利]開關電源裝置

有效

• 申請號: 201180066145.6
• 申請日: 2011-12-07
• 公開（公告）號: CN103339843A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發明（設計）人: 細谷達也
• 申請（專利權）人: 株式會社村田制作所
• 主分類號: H02M3/28
• 分類號: H02M3/28
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 樊建中

技術領域

本發明涉及在初級側具備開關元件、在次級側具備整流電路，并利用電磁場共振現象來進行電力輸送的開關電源裝置。

背景技術

近幾年，電子設備的小型輕量化得到推進，開關電源的高效率化、小型輕量化的市場需求也進一步提高。例如，利用LC諧振現象使正弦波狀的諧振電流流過變壓器而使該變壓器工作的電流諧振半橋式轉換器在輸出電流脈動的特性比較緩和的超薄電視機等市場中，發揮出了高效率的特長，因此推進了實用化。

例如，專利文獻1公開了LC串聯諧振型DC-DC轉換器。圖1是專利文獻1的開關電源裝置的基本電路圖。該開關電源裝置是電流諧振型的半橋式DC/DC轉換器，在變壓器T的初級繞組np上連接了由電感器Lr和電容器Cr構成的LC諧振電路及兩個開關元件Q1、Q2。在變壓器T的次級繞組ns1、ns2上構成了由二極管Ds1、Ds2及電容器Co形成的整流平滑電路。

通過這種結構，開關元件Q1、Q2隔著死區時間(dead?time)而交替地被接通、斷開，流過變壓器T的電流波形成為正弦波狀的諧振波形。此外，在該兩個開關元件Q1、Q2的接通期間/斷開期間這兩個期間，都從初級側向次級側輸送電力。

在先技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開平9-308243號公報

發明內容

發明所要解決的技術問題

但是，在專利文獻1的開關電源裝置中，變壓器被用作利用了電磁感應的絕緣變壓器，僅僅是被用作利用了磁耦合的變壓器。在利用了電磁感應的變壓器中，使由流過初級繞組的電流所產生的磁通與次級繞組交鏈而流動電流，效率良好地進行從電到磁再到電的變換很重要。一般而言，由流過初級繞組的電流所產生的磁通中，與次級繞組交鏈的磁通的比例被稱為(磁)耦合度，在利用了電磁感應的變壓器中，想要提高電力變換效率，提高磁耦合度是很重要的。但是，為了防止磁飽和，或者因物理上的制約，有很多情況下難以增大變壓器的磁耦合度，其結果會降低電力變換效率。

此外，在專利文獻1的開關電源裝置中，由于在輸出控制中使用頻率控制、PFM(Pulse?Frequency?Modulation：脈沖頻率調制)控制，因此需要與最低工作頻率相匹配地設計平滑電路，這會妨礙小型化。此外，若為了實現磁性部件的小型化而考慮MHz級下的工作，則在考慮輸出的控制性、EMC(電磁兼顧性)等時，工作頻率發生變化是很大的問題。

本發明的目的在于提供一種實現小型化的同時提高了電力變換效率的開關電源裝置。

用于解決技術問題的技術方案

本發明的開關電源裝置具有如下的結構。

(1)一種開關電源裝置，其特征在于，具備：

電磁場耦合電路，具備初級繞組及次級繞組；

初級側交流電壓產生電路，具備與所述初級繞組連接的開關電路，并根據被輸入的直流電壓產生交流電壓，由開關元件、二極管及電容器的并聯連接電路構成該開關電路；

次級側整流電路，將所述交流電壓整流為直流電壓；

第1諧振電路，被構成在初級側，包括第1串聯諧振電感器及第1串聯諧振電容器；

第2諧振電路，被構成在次級側，包括第2串聯諧振電感器及第2串聯諧振電容器；和

開關控制電路，通過將所述初級側交流電壓產生電路的開關元件隔著死區時間而交替地接通/斷開，由此使大致為矩形波狀或者梯形波狀的交流電壓產生，

在該開關電源裝置中，

所述開關控制電路，以比相對于多諧振電路而阻抗成為最小的固有諧振頻率還高的開關頻率來對所述初級側交流電壓產生電路的開關元件進行開關動作，使得流入所述多諧振電路的電流成為比由所述初級側交流電壓產生電路產生的交流電壓延遲的正弦波狀的諧振電流波形、且在所述開關元件的接通期間及斷開期間這兩個期間內經由電磁場耦合電路從初級側向次級側輸送電力，其中所述多諧振電路成為包括所述電磁場耦合電路在內使所述第1諧振電路和所述第2諧振電路合起來的整體，

所述電磁場耦合電路構成混合了在所述初級繞組與所述次級繞組之間借助互電感的磁場耦合、和借助互電容的電場耦合的電磁場共振電路，

所述第1諧振電路和所述第2諧振電路進行共振，從所述電磁場耦合電路的初級側向次級側輸送電力。

(2)例如，所述開關控制電路使所述初級側交流電壓產生電路的開關頻率恒定，并將在所述開關電路中電流導通的期間設為接通期間、將其他期間設為斷開期間，通過控制多個開關電路的接通期間比率，由此調整從所述次級側整流電路得到的輸出電力。