[發明專利]正反激拓撲的開關模式電源

有效

• 申請號: 201380072655.3
• 申請日: 2013-02-28
• 公開（公告）號: CN104981971B
• 公開（公告）日: 2018-12-28
• 發明（設計）人: O·珀森;M·阿佩爾貝格;M·卡爾森
• 申請（專利權）人: 瑞典愛立信有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華

開關模式電源(400)包括變壓器(410)，該變壓器(410)具有初級繞組(410?1)、配置為存儲在操作期間從初級繞組(410?1)對其傳輸的能量的變壓器鐵芯(410?3)、以及具有第一端子(T1)和第二端子(T2)的次級繞組(410?2)。該開關模式電源還具有：初級側電路(Q1、Q2、C1)，被布置為生成電壓脈沖并且由此驅動變壓器(410)的初級繞組(410?1)；以及次級側電路，其包括在第一和第二端子(T1、T2)處連接到次級繞組(410?2)的整流電路。整流電路被布置為使得在初級繞組(410?1)由初級側電路驅動以對變壓器鐵芯(410?3)進行磁化并在其中存儲能量的開關電源的操作的正向階段期間，由整流電路輸出感生為在次級繞組(410?2)中從第二端子(T2)流動到第一端子(T1)的電流。整流電路進一步被布置為使得在變壓器鐵芯(410?3)的磁化被重置的開關模式電源的操作的反激階段期間，由整流電路輸出感生為在次級繞組中從次級繞組(410?2)的第一端子(T1)流動到第二端子(T2)的電流，使得由整流電路輸出在操作的正向階段期間存儲在變壓器(410)中的能量。

技術領域

本發明一般地涉及開關模式電源(有時稱為switch mode power supplies或switching mode power supplies)的領域，并且更具體地涉及正反激電路拓撲的開關模式電源。

背景技術

由于其小尺寸和重量以及高效率，開關模式電源(SMPS)是具有多種應用范圍的公知類型的電源轉換器，例如在個人計算機和諸如手機的便攜式電子設備中。SMPS通過以高頻率(通常幾十到幾百kHz)切換諸如功率MOSFET的一個或多個開關元件來實現這些優點，其中開關的頻率和占空比使用反饋信號來調整以將輸入電壓轉換成期望的輸出電壓。SMPS可以具有整流器(AC/DC轉換器)、DC/DC轉換器、頻率轉換器(AC/AC)或逆變器(DC/AC)的形式。

存在用于開關模式電源的許多不同的電路拓撲，并且每個都具有其益處和缺點。其中的一些被稱為“反激”和“正向”拓撲，其廣泛地用于許多不同的SMPS應用。反激式轉換器是簡單的低成本分離的轉換器，其通常用于低輸出功率應用。另一方面，正向式轉換器通常在需要較高的效率和功率輸出時使用。現在將參考圖1A、圖1B、圖2A和圖2B來說明典型的反激式和正向轉換器電路的操作原理。

圖1A圖示了在初級側具有有源箝位的典型反激式轉換器。更具體地，該反激式轉換器100包括具有初級繞組110-1和次級繞組110-2的反激式變壓器110，初級繞組110-1和次級繞組110-2以匝數比N＝n_p/n_s纏繞變壓器鐵芯110-3，其中n_p和n_s分別是初級繞組110-1和次級繞組110-2的匝數。變壓器鐵芯110-3具有用于存儲在操作期間由初級繞組110-1提供的磁化能量的間隙(例如，氣隙)。

初級繞組110-1通過包括電容器C1以及有源控制的開關Q1和Q2的初級側電路連接到輸入電壓源。如在本實施例中，Q1和Q2中的每一個可以以諸如金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)或雙極結型晶體管(BJT)的晶體管的形式來提供。反激式轉換器100的次級側電路包括二極管D2和電容器C2的形式的整流器，二極管D2和電容器C2如圖1A中所示被連接，以對次級繞組電壓進行整流和濾波。

如現在將解釋的，反激式轉換器100可以被理解為通過在操作的兩個“階段”或“模式”(涉及SMPS開關周期的對應部分)之間交替來進行操作。

在穩態操作的第一階段期間，晶體管Q1被導通，并且晶體管Q2被截止(如圖1B中的軌跡(a)和(b)所示)，使得電流從輸入電壓源通過Q1和初級繞組110-1(軌跡(c))流動以磁化反激式變壓器110的鐵芯110-3并且將能量存儲在磁場中。在操作的第一階段期間，雖然因為二極管D2被反向偏置而導致流經次級繞組110-2的電流被阻止，但是電流仍然通過電容器的(部分)放電而被供應到反激式轉換器的負載，如圖1B中的軌跡(d)所示。