專利名稱：升壓型開關電源裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及升壓型開關電源裝置，更詳細地，涉及可獲得比輸入電壓高的輸出電壓的升壓型開關電源裝置。
背景技術：
作為可獲得比輸入電壓高的輸出電壓的升壓型開關電源裝置，已公知，例如，在日本專利2512670號公報的

圖1中記載的電路。此電路包括由輸入電源、磁性線圈及開關單元組成的第一閉合電路及由輸入電源、二極管及平滑用電容器組成的第二閉合電路。在開關單元處于“通”的狀態(tài)時，電流流過由輸入電源、磁性線圈及開關單元組成的第一閉合電路而使磁性線圈勵磁。在開關單元處于“斷”的狀態(tài)時，電流流過由輸入電源、二極管及平滑用電容器組成的第二閉合電路使蓄積于磁性線圈中的勵磁能釋放而對平滑用電容器充電。由此，在作為輸出端的平滑用電容器的兩端出現(xiàn)比輸入電源的電壓高的輸出電壓。
在上述的升壓型開關電源裝置中，開關頻率通常是一定的，通過控制在一個開關周期內(nèi)開關單元處于“通”的狀態(tài)的時間比率(占空比)可穩(wěn)定輸出電壓。由于本裝置的動作在上述公報中已經(jīng)詳細說明，在此說明省略。
上述升壓型開關電源裝置的問題，可舉出恢復電流大的問題。在開關單元處于“斷”的狀態(tài)期間，二極管中流過等于輸入電流的電流。但是，在此狀態(tài)下如使開關單元進入“通”的狀態(tài)時，由于流過二極管的電流急劇減少，由于二極管特性，在短時間內(nèi)在反方向上會有恢復電流流過。此恢復電流與開關單元在進入“通”的狀態(tài)之前流過二極管的電流的大小及開關單元處于“通”的狀態(tài)引起的流過二極管的電流的減小速度成正比而增加。在上述的升壓型開關電源裝置中，限制流過二極管的電流的減小速度的主因只有包含于電路中的寄生阻抗和開關單元從“通”到“通”轉移時的電阻部分。因此，流過二極管的電流的減小速度非常快，結果會產(chǎn)生非常大的恢復電流。此恢復電流，由于可產(chǎn)生切換損耗，就成為升壓型開關電源裝置效率低下的原因。此外，此切換損耗，由于是在開關單元每次進行切換時都會發(fā)生，所以與驅動頻率成正比。因此，如為了使升壓型開關電源裝置小型化而提高驅動頻率，切換損耗也會增大。此外，由于恢復電流是非常陡峭的脈沖波形，如有很大的恢復電流流過電路，就會發(fā)生很大的噪聲。
為了解決上述第2512670號專利公報中記載的升壓型開關電源裝置的上述問題，提出了各種各樣的辦法。其中有記載于WO98/35432號公報中的升壓型開關電源裝置。
WO98/35432號公報中記載的升壓型開關電源裝置是在由輸入電源、磁性線圈(第一磁性線圈)及開關單元組成的第一閉合電路中插入第二磁性線圈的裝置。由于有第二磁性線圈處于中間，可限制在開關單元從“通”變?yōu)椤皵唷睍r流過開關單元的電流的增加速度。由此，可延緩在開關單元從“通”變?yōu)椤皵唷睍r流過二極管的電流的減小速度，可有效地抑制恢復電流。
但是，在WO98/35432號公報中記載的升壓型開關電源裝置中，由于是在用來對主要的第一磁性線圈進行勵磁的第一閉合電路中插入了第二磁性線圈，第一磁性線圈的勵磁電流一直流過第二磁性線圈。因此而產(chǎn)生升壓型開關電源裝置效率下降的新問題。不過，由于流過第二磁性線圈的電流很大，其形狀必須很大，妨礙裝置整體的小型化。
作為解決上述第2512670專利公報中記載的升壓型開關電源裝置上述問題的另一種辦法，是記載于美國專利公報第5418704號中的升壓型開關電源裝置。
美國專利公報第5418704號中記載的升壓型開關電源裝置是通過將第二磁性線圈及第二開關單元的串聯(lián)體與開關單元(第一開關單元)并聯(lián)，構成由平滑用電容器、第二磁性線圈及第二開關單元組成的第三閉合電路。在第一開關單元從“斷”變?yōu)椤巴ā敝埃诙_關單元從“斷”變?yōu)椤巴ā?。這樣，在同一公報中記載的升壓型開關電源裝置中，由于在主要的第一開關單元從“斷”變?yōu)椤巴ā敝埃o助的第二開關單元從“斷”變?yōu)椤巴ā?，在第一開關單元中實質上沒有電流流入，因此，在第一開關單元中產(chǎn)生的切換損耗可減小。此外，因為在第三閉合電路中包含第二磁性線圈，在第二開關單元從“斷”變?yōu)椤巴ā睍r產(chǎn)生的切換損耗可減小。
但是，在美國專利公報第5418704號中記載的升壓型開關電源裝置中，在第二開關單元從“通”變?yōu)椤皵唷钡膱龊?，是在有電流流過的同時實行關斷的硬性切換。因此，在第二開關單元中會產(chǎn)生切換損耗。
如上所述，過去一直嘗試各種可以減小由恢復電流引起的切換損耗的方法，但利用這些方法的升壓型開關電源裝置存在上述的問題。因此，希望能有一種切換損耗更小的升壓型開關電源裝置。
所以，本發(fā)明的目的是提供一種切換損耗更小的升壓型開關電源裝置。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的可利用如下的升壓型開關電源裝置實現(xiàn)，其構成包括在電源的一端和平滑用第一電容器的一端之間串聯(lián)的第一磁性元件和第一二極管；在作為上述第一磁性元件和上述第一二極管的節(jié)點的第一節(jié)點和上述電源的另一端之間連接的第一開關元件；在上述第一節(jié)點和上述電源的上述另一端之間串聯(lián)的第二磁性元件及第二開關元件；以及在作為上述第二磁性元件和上述第二開關元件的節(jié)點的第二節(jié)點和上述第一節(jié)點之間串聯(lián)的第二二極管及第二電容器。
根據(jù)本發(fā)明，因為在第二開關單元處于“通”的狀態(tài)時，第二磁性元件可抑制流過第二開關單元的電流的增加，另一方面，在第二開關單元處于“通”的狀態(tài)時，第二電容器的充電可抑制第二開關單元兩端的電壓的增加，所以可以大幅度減小因第二開關單元的通斷所產(chǎn)生的切換損耗。此外，在第二開關單元變?yōu)椤巴ā钡臓顟B(tài)之后通過使第一開關單元變?yōu)樘幱凇巴ā钡臓顟B(tài)，可大幅度減小第一開關單元變?yōu)椤巴ā钡臓顟B(tài)時的切換損耗，另外，在第一開關單元處于“斷”的狀態(tài)時，第二電容器的放電可抑制第一開關單元的兩端的電壓的增加。因此，也可以大幅度減小由于第一開關單元的通斷所產(chǎn)生的切換損耗。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，還包括在作為上述第二二極管和上述第二電容器的節(jié)點的第三節(jié)點和上述第一電容器的一端之間連接的第三二極管。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，由于包括在第三節(jié)點和第一電容器的一端之間連接的第三二極管，在第二開關單元處于“斷”的狀態(tài)，第二電容器充電結束之后，電流流經(jīng)第三二極管輸出，并且，在第一開關單元處于“斷”的狀態(tài)，第二電容器放電時，由于有電流流經(jīng)第三二極管輸出，能量可有效地再生輸出。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方式中，還包括在上述第一節(jié)點和上述第二磁性元件之間插入的第三磁性元件，上述第一磁性元件和上述第三磁性元件是由繞在同一磁心上的線圈構成的具有相反極性的磁性元件。
根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方式，可使由第二二極管的恢復電流在反方向上勵磁的第二磁性元件迅速復位，并且，可以使其能量經(jīng)第一磁性元件再生輸入。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方式中，上述第一磁性元件具有比上述第三磁性元件更大的電感。
根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方式，可使第三磁性元件小型化。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方式中，還包括在上述第二節(jié)點和上述第二二極管之間插入的第四二極管，以及在作為上述第二二極管和上述第四二極管的節(jié)點的第四節(jié)點和上述電源的上述另一端之間連接的第三電容器。
根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方式，由于在第二開關元件處于“斷”的狀態(tài)時，施加于第二開關元件的兩端之間的電壓的上升更加受到限制，可進一步減小在第二開關元件處于“斷”的狀態(tài)時的切換損耗。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方式中，還包括控制上述第一及第二開關單元的導通狀態(tài)的控制電路，上述控制電路，在使上述第一開關單元處于“通”的狀態(tài)之前使上述第二開關單元處于“通”的狀態(tài)，同時，響應于上述第一節(jié)點的電壓比上述電源的上述另一端的電壓更低的情況而使上述第一開關單元處于“通”的狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方式，由于控制電路的控制，因為響應第一節(jié)點的電壓比電源的另一端的電壓更低的狀態(tài)而使第一開關處于“通”的狀態(tài)，所以可以減小在第一開關處于“通”的狀態(tài)時的切換損耗。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方式中，還包括與上述第一開關元件并聯(lián)的第四二極管，上述控制電路，通過對流過上述第四二極管的電流的監(jiān)視，可檢測出上述第一節(jié)點的電壓比上述電源的上述另一端的電壓更低的狀態(tài)。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方式中，還包括與上述上述第四二極管并聯(lián)的第三電容器。
根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方式，由于流經(jīng)第二開關元件的電流的增加速度更加減緩，可進一步減小第二開關元件的切換損耗。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方式中，還包括與上述第一開關元件并聯(lián)的第四二極管，以及檢測上述第四二極管的兩端間的電壓的電壓檢測元件，上述控制電路，根據(jù)上述電壓檢測元件的檢測電壓，可檢測出上述第一節(jié)點的電壓比上述電源的上述另一端的電壓更低的狀態(tài)。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方式中，上述第一及第二開關元件是從雙極晶體管、MOSFET、IGBT及BSIT中選擇的開關組成的。
本發(fā)明的上述目的還可利用如下的升壓型開關電源裝置來實現(xiàn)，其構成包括在電源的一端和平滑用的第一電容器的一端之間串聯(lián)的第一磁性元件和第一二極管；在作為上述第一磁性元件和第一二極管的節(jié)點的第一節(jié)點和上述電源的另一端之間連接的第一開關元件；在上述第一節(jié)點和上述電源的上述另一端之間串聯(lián)的第二磁性元件及第二開關元件；以及控制上述第一及第二開關元件的導通狀態(tài)的控制電路；上述控制電路，在使上述第二開關元件處于“通”的狀態(tài)時使上述第一開關元件處于“通”的狀態(tài)。
在本發(fā)明的個優(yōu)選實施方式中，還包括在作為上述第二磁性元件和上述第二開關元件的節(jié)點的第二節(jié)點和上述第一節(jié)點之間串聯(lián)的第二二極管及第二電容器。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方式中，還包括在上述第一節(jié)點和上述第二磁性元件之間插入的第三磁性元件，上述第一磁性元件和上述第三磁性元件是由繞在同一磁心上的線圈構成的具有相反極性的磁性元件。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方式中，還包括在作為上述第二二極管和上述第二電容器的節(jié)點的第三節(jié)點和上述第一電容器的上述一端之間連接的第三二極管。
附圖簡述圖1為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的升壓型開關電源裝置1的電路圖。
圖2為示出升壓型開關電源裝置1的動作的時序圖。
圖3為本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方式的升壓型開關電源裝置17的電路圖。
圖4為圖3示出的升壓型開關電源裝置17的變形例的升壓型開關電源裝置20的電路圖。
圖5為本發(fā)明的又一個優(yōu)選實施方式的升壓型開關電源裝置21的電路圖。
圖6為本發(fā)明的再一個優(yōu)選實施方式的升壓型開關電源裝置23的電路圖。
圖7為利用交流電源代替在圖1示出的升壓型開關電源裝置1中使用的直流電源25的升壓型開關電源裝置2的電路圖。
實施發(fā)明的優(yōu)選方式下面基于附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式予以詳細說明。
圖1為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的升壓型開關電源裝置1的電路圖。
如圖1所示，本實施方式的升壓型開關電源裝置1包括分割為線圈部分3a及3b且線圈部分3a連接到直流電源2的正側端子的第一磁性元件3；連接到線圈部分3a及3b的節(jié)點的第一二極管4；連接到第一二極管4的陰極和直流電源2的負側端子(基準電源線)之間的輸出平滑用第一電容器5；一端連接到線圈部分3b的第二磁性元件7；連接到第一二極管4的陽極和直流電源2的負側端子之間的第一開關元件8；連接到第二磁性元件7的另一端和直流電源2的負側端子之間的第二開關元件9；陽極連接到第二磁性元件7的另一端的第二二極管10；連接到第一二極管4的陽極和第二二極管10的陰極之間的第二電容器11；陽極連接到第二二極管10的陰極，陰極連接到第一二極管4的陰極的第三二極管12；與第一開關元件8反向且并聯(lián)的第四二極管13；與第二開關元件9反向且并聯(lián)的第五二極管14；檢測流經(jīng)第四二極管13的電流ID4的電流檢測元件15；以及控制第一開關元件8及第二開關元件9的“通”、“斷”的控制電路16。在輸出平滑用第一電容器5兩端間連接有負載電阻6。在本實施方式的升壓型開關電源裝置1中，如圖1所示，采用雙極晶體管作為第一開關元件8及第二開關元件9。
此處，所謂“第一磁性元件3分割為線圈部分3a及線圈部分3b”，指線圈部分3a及線圈部分3b是由繞在同一磁心上的線圈構成的。另外，第一磁性元件3的線圈方向確定為使線圈部分3a及線圈部分3b的極性相反。此外，線圈部分3a的電感比線圈部分3b大很多。
下面參照圖2所示的時序圖對具有如上的電路構成的升壓型開關電源裝置1予以詳細說明。在圖2中，VBE1表示第一開關元件8的基極和發(fā)射極之間的電壓，VBE2表示第二開關元件9的基極和發(fā)射極之間的電壓。另外，VA表示施加于第一開關元件8的兩端的電壓，即線A的電壓。此外，Isw1表示流過第一開關元件8的電流，Isw2表示流過第一開關元件9的電流。此外，ID4表示流過第四二極管13的電流。此外，Vsw2表示第二開關元件9的集電極和發(fā)射極之間的電壓。此外，IL2表示流過第二磁性元件7的電流。此外，Ic2表示流過第二電容器11的電流。此外，VCR1表示第一二極管4的兩端的電壓，ICR1表示流過第一二極管4的電流。此外，ICR3表示流過第三二極管12的電流。
首先，在第一開關元件8及第二開關元件9的任何一個都處于“斷”的狀態(tài)時(時刻t0以前)，施加于第一開關元件8的兩端的電壓，即節(jié)點A的電壓VA等于輸出電壓Vo，并且，在第一二極管4中流過等于輸入電流Iin的電流ICR1。
之后，根據(jù)控制電路16的控制，如將“通”信號供給第二開關元件9(時刻t0)，則響應這一點，第二開關元件9的兩端的電壓Vsw2急速下降，在第一磁性元件3的線圈部分3b及第二磁性元件7上施加等于輸出電壓Vo的電壓。由此，通過第一磁性元件3的線圈部分3b及第二磁性元件7，流過第二開關元件9的電流Isw2直線增加。第二開關元件9的兩端的電壓Vsw2，按照上述，在時刻t0時急劇減小，而由于有線圈部分3b及第二磁性元件7的存在，在第二開關元件9從處于“斷”的狀態(tài)變?yōu)樘幱凇巴ā钡臓顟B(tài)時幾乎不會產(chǎn)生切換損耗。
另一方面，隨著流過第二開關元件9的電流Isw2的增加，流過第一二極管4的電流ICR1減小，當其變?yōu)榱銜r，生成恢復電流。但是，因為，如上所述，流過第二開關元件9的電流Isw2的增加很緩慢，所以流過第一二極管4的電流ICR1減小速度也很小。其結果，可有效地抑制在第一二極管4中生成的恢復電流。
如果流過第一二極管4的電流ICR1變?yōu)榱?時刻t1)，輸入電流Iin全部流過第二磁性元件7，節(jié)點A的電壓電壓VA實質上變?yōu)榱?，第一二極管4的兩端的電壓VCR1實質上等于輸出電壓Vo。在此時點，第二二極管10和第二電容器11的節(jié)點B的電壓VB實質上等于輸出電壓Vo，并且，第二電容器11的兩端的電壓實質上為零。此外，隨著在第一二極管4中生成的恢復電流的減小，節(jié)點A的電壓變?yōu)楹苄〉呢撾妷?由于負電壓很小，所以在圖2中未示出)，響應這一點，第四二極管13變?yōu)椤巴ā钡臓顟B(tài)。就是說，從直流電源2的負側端予向節(jié)點A有電流ID4流入。
流過第四二極管13的電流ID4的生成可由電流檢測元件15檢測到，響應這一點，控制電路16將“通”信號供給第一開關元件8(時刻t2)。由此，第一開關元件8從“斷”的狀態(tài)變?yōu)椤巴ā钡臓顟B(tài)，此時施加于第一開關元件8的兩端的電壓VA實質上為零(很小的負電壓)，流過第二磁性元件7的電流，因為是在由第二磁性元件7、線圈部分3b、第二開關元件9和第四二極管13構成的環(huán)路內(nèi)循環(huán)，在第一開關元件8從“斷”的狀態(tài)變?yōu)椤巴ā钡臓顟B(tài)時幾乎不會產(chǎn)生切換損耗。此時，流過第二磁性元件7的電流IL2為來自線圈部分3a的輸入電流Iin，與流過第二開關元件9的電流Isw2相等。
之后，根據(jù)控制電路16的控制，如將“斷”信號供給第二開關元件9(時刻t3)，則由此第二開關元件9從“通”的狀態(tài)變?yōu)椤皵唷钡臓顟B(tài)。響應這一點，輸入電流Iin流過第一開關元件8，蓄積于第二磁性元件7中的勵磁能量，通過第二二極管10，對第二電容器11進行充電。因此，第二開關元件9的兩端間的電壓Vsw2的上升緩慢，在第二開關元件9從“通”的狀態(tài)變?yōu)椤皵唷钡臓顟B(tài)時切換損耗極小。第二開關元件9的兩端間電壓Vsw2上升，如對第二電容器11充電的電壓大于輸出電壓Vo，則第三二極管12變?yōu)椤巴ā钡臓顟B(tài)，蓄積于第二磁性元件7中的勵磁能量再生輸出。
隨著蓄積于第二磁性元件7中的勵磁能量的減小，流過第二二極管10及第三二極管12的電流減小。如流過第二二極管10及第三二極管12的電流變?yōu)榱?時刻t4)，則在第二二極管10及第三二極管12中產(chǎn)生恢復電流，對第二磁性元件7進行反向勵磁。
隨著在第二二極管10及第三二極管12中產(chǎn)生恢復電流的減小，第二開關元件9的兩端間的電壓反轉成為負電壓(由于負電壓很小在圖2中未示出)，響應這一點，第五二極管14變?yōu)椤巴ā钡臓顟B(tài)(時刻t5)。由此，流過第一開關元件8的電流Isw1在由第一開關元件8、第五二極管14、第二磁性元件7和線圈部分3b構成的環(huán)路內(nèi)循環(huán)。這一循環(huán)電流，使第一磁性元件3的線圈部分3b中產(chǎn)生勵磁能量，它通過與線圈部分3b磁性耦合的線圈部分3a而再生輸入。就是說，這一循環(huán)電流，由于線圈部分3b產(chǎn)生的勵磁能量再生輸入而迅速變?yōu)榱?，第二磁性元?將在極短時間內(nèi)復位。其后，由于輸入電流Iin通過線圈部分3a流過第一開關元件8，在線圈部分3a中將蓄積勵磁能量。
另外，在第二磁性元件7復位結束之后，與線圈部分3a磁性耦合的線圈部分3b，由于產(chǎn)生第二二極管10及第三二極管12的反偏壓的電壓，在第二二極管10及第三二極管12中無電流流過。因此，之后在第二開關元件9變?yōu)椤巴ā钡臓顟B(tài)時，在第二二極管10及第三二極管12中不產(chǎn)生恢復電流。
于是，根據(jù)控制電路16的控制，如在預定的時刻將“斷”信號供給第一開關元件8(時刻t6)，則由此第一開關元件8從“通”的狀態(tài)變?yōu)椤皵唷钡臓顟B(tài)。響應這一點，原來流過第一開關元件8的輸入電流Iin被切斷，節(jié)點A的電壓上升，在第一開關元件8從“通”的狀態(tài)變?yōu)椤皵唷钡臓顟B(tài)的時刻，由于第二電容器11充電到實質上等于輸出電壓Vo的電壓，原來流過第一開關元件8的電流Isw1通過第二電容器11及第三二極管12供給輸出(ICR3)。因此，由于第二電容器11的充電電壓慢慢地放電，節(jié)點A的電壓的上升變緩，第一開關元件8從“通”的狀態(tài)變?yōu)椤皵唷钡臓顟B(tài)時切換損耗極小。
于是，如第二電容器11放電結束，節(jié)點A的電壓變得高于輸出電壓Vo時(時刻t7)，第一二極管4導通，來自線圈部分3a的輸入電流Iin全部流過第一二極管4。
本實施方式的升壓型開關電源裝置1，通過反復執(zhí)行這樣的動作，使直流電源2供給的電壓升壓對第一電容器5充電，將其供給負載電阻6。由此，負載電阻6可利用比直流電源2的電壓更高的電壓。
另外，控制電路16一直監(jiān)視第一電容器5兩端間的電壓，即輸出電壓Vo，第一開關元件8的占空因數(shù)的設定應使該電壓與預先設定的規(guī)定電位一致。就是說，在本實施方式的升壓型開關電源裝置1中，使第一開關元件8的“通”“斷”周期即驅動頻率一定，采用通過對該占空因數(shù)的控制來穩(wěn)定輸出電壓Vo的方法，如果輸出電壓Vo比預先設定的規(guī)定電位低，就提高第一開關元件8的占空因數(shù)，而如果輸出電壓Vo比預先設定的規(guī)定電位高，就降低第一開關元件8的占空因數(shù)。
如上所述，根據(jù)升壓型開關電源裝置1，在作為主開關的第一開關元件8從“斷”變?yōu)椤巴ā钡臅r刻(時刻t2)，由于循環(huán)電流流過由線圈部分3b、第二磁性元件7、第二開關元件9及第四二極管13構成的環(huán)路，可有效地降低在第一開關元件8從“斷”變?yōu)椤巴ā睍r的切換損耗。另一方面，在作為主開關的第一開關元件8從“通”變?yōu)椤皵唷钡臅r刻(時刻t6)，由于第二電容器11充電到等于輸出電壓Vo的電壓，原來流過第一開關元件8的電流，通過第二電容器11及第三二極管12再生輸出，與此同時，由于第二電容器11慢慢放電，可有效地降低在第一開關元件8從“通”變?yōu)椤皵唷睍r的切換損耗。所以，根據(jù)本實施方式的升壓型開關電源裝置1，可提供在作為主開關的第一開關元件8中產(chǎn)生的切換損耗極小、效率高的升壓型開關電源裝置。
另外，在作為輔助開關的第二開關元件9從“斷”變?yōu)椤巴ā钡臅r刻(時刻t0)，由于輸入電流Iin通過第一磁性元件3的線圈部分3b及第二磁性元件7流入第二開關元件9，電流量的增加速度緩慢，因此，可有效地降低在第二開關元件9從“斷”變?yōu)椤巴ā睍r的切換損耗。另外，由于因此使流過第一二極管4的電流ICR1的減小速度變緩，可有效地減小在第一二極管4中產(chǎn)生的恢復電流。另一方面，在作為輔助開關的第二開關元件9從“通”變?yōu)椤皵唷钡臅r刻(時刻t3)，由于原來流過第二開關元件9的電流通過第二二極管10對第二電容器11充電，第二開關元件9的兩端間的電壓緩慢上升，因此可有效地降低在第二開關元件9從“通”變?yōu)椤皵唷睍r的切換損耗。所以，根據(jù)本實施方式的升壓型開關電源裝置1，可提供在作為輔助開關的第二開關元件9中產(chǎn)生的切換損耗極小、效率高的升壓型開關電源裝置。
此外，如流過第二二極管10及第三二極管12的電流減小而產(chǎn)生恢復電流，則第二磁性元件7受到反方向的勵磁，由于恢復電流通過與線圈部分3b磁性耦合的線圈部分3a再生輸入，可使第二磁性元件7迅速復位。另外，在第二磁性元件7復位結束之后，與線圈部分3a磁性耦合的線圈部分3b，由于產(chǎn)生第二二極管10及第三二極管12的反偏壓的電壓，之后在第二開關元件9變?yōu)椤巴ā钡臓顟B(tài)時，在第二二極管10及第三二極管12中不產(chǎn)生恢復電流。
如上所述，根據(jù)本實施方式，可提供大幅度降低切換損耗、效率非常高的升壓型開關電源裝置。
下面對本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方式的升壓型開關電源裝置予以說明。
圖3為本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方式的升壓型開關電源裝置17的電路圖。
如圖3所示，本實施方式的升壓型開關電源裝置17具有與圖1所示的升壓型開關電源裝置1類似的結構，與圖1所示的升壓型開關電源裝置1的不同之處在于，在第二二極管10的陽極和第二開關元件9之間插入第六二極管18的同時，在第六二極管18的陰極和直流電源2的負側端子之間插入第三電容器19。
本實施方式的升壓型開關電源裝置17的動作基本上與圖1所示的升壓型開關電源裝置1的動作一樣，但由于添加了第六二極管18及第三電容器19，在第二開關元件9從“斷”變?yōu)椤巴ā睍r的切換損耗可進一步地減小。就是說，如第二開關元件9從“斷”變?yōu)椤巴ā保诙_關元件9的兩端間的電壓Vsw2將急速上升，但由于添加的第六二極管18及第三電容器19作為時間常數(shù)電路來工作，其上升速度受到抑制，其結果使第二開關元件9的切換損耗減小。
這樣，根據(jù)本實施方式的升壓型開關電源裝置17，可在圖1所示的升壓型開關電源裝置1的效果之上進一步減小在第二開關元件9從“斷”變?yōu)椤巴ā睍r的切換損耗。
圖4為作為圖3示出的升壓型開關電源裝置17的變形例的升壓型開關電源裝置20的電路圖。
如圖4所示，升壓型開關電源裝置20，與圖3所示的升壓型開關電源裝置17比較，除了線圈部分3b的插入位置不同之外，其構造相同，其動作也與圖3所示的升壓型開關電源裝置17的動作相同。
下面對本發(fā)明另一優(yōu)選實施方式的升壓型開關電源裝置21予以說明。
圖5為本發(fā)明的又一個優(yōu)選實施方式的升壓型開關電源裝置21的電路圖。
如圖5所示，本實施方式的升壓型開關電源裝置21具有與圖1所示的升壓型開關電源裝置1類似的構成，與圖1所示的升壓型開關電源裝置1不同之處在于，去掉了電流檢測元件15，而代之以設置用來檢測第四二極管13的兩端間的電壓的電壓檢測元件22。
本實施方式的升壓型開關電源裝置21的動作基本上與圖1所示的升壓型開關電源裝置1的動作一樣，但在本實施方式的升壓型開關電源裝置21中，是利用電壓檢測元件22的檢測電壓作為使第一開關元件8從“斷”變?yōu)椤巴ā钡亩〞r。就是說，在本實施方式的升壓型開關電源裝置21中，響應電壓檢測元件22檢測出第四二極管13的兩端間的電壓反轉變負的狀態(tài)，控制電路16使第一開關元件8從“斷”的狀態(tài)變?yōu)椤巴ā钡臓顟B(tài)。由此，與圖1所示的升壓型開關電源裝置1一樣，可使第一開關元件8在從“通”變?yōu)椤皵唷睍r的切換損耗極小。
下面對本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方式的升壓型開關電源裝置予以說明。
圖6為本發(fā)明的再一個優(yōu)選實施方式的升壓型開關電源裝置23的電路圖。
如圖6所示，本實施方式的升壓型開關電源裝置23具有與圖1所示的升壓型開關電源裝置1類似的構成，與圖1所示的升壓型開關電源裝置1不同之處在于在第四二極管13的兩端間并聯(lián)插入第四電容器24。
本實施方式的升壓型開關電源裝置23的動作基本上與圖1所示的升壓型開關電源裝置1的動作一樣，但在本實施方式的升壓型開關電源裝置23中，在第二開關元件9從“斷”變?yōu)椤巴ā钡膱龊?，由于形成由第二磁性元?和第四電容器24組成的共振電路，可進一步延緩流過第二開關元件9的電流的電流Isw2的增加速度。其結果，可進一步減小第二開關元件9的切換損耗。
這樣，根據(jù)本實施方式的升壓型開關電源裝置23，可在圖1所示的升壓型開關電源裝置1的效果之上進一步減小在第二開關元件9從“斷”變?yōu)椤巴ā睍r的切換損耗。
圖7為利用交流電源代替在圖1示出的升壓型開關電源裝置1中使用的直流電源2的升壓型開關電源裝置25的電路圖。
如圖7所示，在升壓型開關電源裝置25中，升壓電路單元26的電路構成與圖1所示的升壓型開關電源裝置1的相應部分的電路構成相同，不同之處在于利用交流電源27代替直流電源2。由交流電源27供給的交流電壓由全波整流電路28整流，其輸出供給升壓電路單元26。升壓電路單元26的升壓動作與圖1所示的升壓型開關電源裝置1的升壓動作相同。
本發(fā)明不限于以上的實施方式，在權利要求書記載的范圍內(nèi)可以進行種種改變，當然這些改變也包含在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
例如，在上述的各實施方式中的升壓型開關電源裝置中，作為第一開關元件8及第二開關元件9采用的是雙極晶體管，但開關的種類不限于此，也可以采用其他種類的開關，例如MOSFET、IGBT、BSIT。
另外，在上述的各實施方式中的升壓型開關電源裝置中，為了穩(wěn)定輸出電壓Vo，利用控制電路16監(jiān)視第一電容器5的電壓，與此相應地改變第一開關元件8的占空因數(shù)，但也可以使第一開關元件8的占空因數(shù)固定，通過改變其頻率來穩(wěn)定輸出電壓Vo。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可提供切換損耗小的升壓型開關電源裝置。
權利要求
1.一種升壓型開關電源裝置，包括在電源的一端和平滑用第一電容器的一端之間串聯(lián)的第一磁性元件及第一二極管；在上述第一磁性元件和上述第一二極管的節(jié)點即第一節(jié)點和上述電源的另一端之間連接的第一開關元件；在上述第一節(jié)點和上述電源的上述另一端之間串聯(lián)的第二磁性元件及第二開關元件；以及在上述第二磁性元件和上述第二開關元件的節(jié)點即第二節(jié)點和上述第一節(jié)點之間串聯(lián)的第二二極管及第二電容器。
2.如權利要求1所記載的升壓型開關電源裝置，其特征在于還包括在上述第一節(jié)點和上述第二磁性元件之間插入的第三磁性元件，上述第一磁性元件和上述第三磁性元件是由繞在同一磁心上的線圈構成的具有相反極性的磁性元件。
3.如權利要求2所記載的升壓型開關電源裝置，其特征在于上述第一磁性元件具有比上述第三磁性元件更大的電感。
4.如權利要求1所記載的升壓型開關電源裝置，其特征在于還包括在上述第二二極管和上述第二電容器的節(jié)點即第三節(jié)點和上述第一電容器的一端之間連接的第三二極管。
5.如權利要求4所記載的升壓型開關電源裝置，其特征在于還包括在上述第一節(jié)點和上述第二磁性元件之間插入的第三磁性元件，上述第一磁性元件和上述第三磁性元件是由繞在同一磁心上的線圈構成的具有相反極性的磁性元件。
6.如權利要求5所記載的升壓型開關電源裝置，其特征在于上述第一磁性元件具有比上述第三磁性元件更大的電感。
7.如權利要求4所記載的升壓型開關電源裝置，其特征在于還包括在上述第二節(jié)點和上述第二二極管之間插入的第四二極管，以及在上述第二二極管和上述第四二極管的節(jié)點即第四節(jié)點和上述電源的上述另一端之間連接的第三電容器。
8.如權利要求7所記載的升壓型開關電源裝置，其特征在于還包括在上述第一節(jié)點和上述第二磁性元件之間插入的第三磁性元件，上述第一磁性元件和上述第三磁性元件是由繞在同一磁心上的線圈構成的具有相反極性的磁性元件。
9.如權利要求8所記載的升壓型開關電源裝置，其特征在于上述第一磁性元件具有比上述第三磁性元件更大的電感。
10.如權利要求1所記載的升壓型開關電源裝置，其特征在于還包括控制上述第一及第二開關元件的導通狀態(tài)的控制電路，上述控制電路，在使上述第一開關元件處于“通”的狀態(tài)之前使上述第二開關元件處于“通”的狀態(tài)，同時，響應于上述第一節(jié)點的電壓比上述電源的上述另一端的電壓更低的情況而使上述第一開關元件處于“通”的狀態(tài)。
11.如權利要求4所記載的升壓型開關電源裝置，其特征在于還包括控制上述第一及第二開關元件的導通狀態(tài)的控制電路，上述控制電路，在使上述第一開關元件處于“通”的狀態(tài)之前使上述第二開關元件處于“通”的狀態(tài)，同時，響應于上述第一節(jié)點的電壓比上述電源的上述另一端的電壓更低的情況而使上述第一開關元件處于“通”的狀態(tài)。
12.如權利要求11所記載的升壓型開關電源裝置，其特征在于還包括與上述第一開關元件并聯(lián)的第四二極管，上述控制電路，通過對流過上述第四二極管的電流的監(jiān)視，可檢測出上述第一節(jié)點的電壓比上述電源的上述另一端的電壓更低的狀態(tài)。
13.如權利要求12所記載的升壓型開關電源裝置，其特征在于還包括與上述上述第四二極管并聯(lián)的第三電容器。
14.如權利要求11所記載的升壓型開關電源裝置，其特征在于還包括與上述第一開關元件并聯(lián)的第四二極管，以及檢測上述第四二極管的兩端間的電壓的電壓檢測元件，上述控制電路根據(jù)上述電壓檢測元件的檢測電壓，檢測出上述第一節(jié)點的電壓比上述電源的上述另一端的電壓更低的狀態(tài)。
15.如權利要求1所記載的升壓型開關電源裝置，其特征在于上述第一及第二開關元件是從雙極晶體管、MOSFET、IGBT及BSIT中選擇的開關。
16.一種升壓型開關電源裝置，其特征在于包括在電源的一端和平滑用的第一電容器的一端之間串聯(lián)的第一磁性元件和第一二極管；在上述第一磁性元件和第一二極管的節(jié)點即第一節(jié)點和上述電源的另一端之間連接的第一開關元件；在上述第一節(jié)點和上述電源的上述另一端之間串聯(lián)的第二磁性元件及第二開關元件；以及控制上述第一及第二開關元件的導通狀態(tài)的控制電路；上述控制電路，在使上述第二開關元件處于“通”的狀態(tài)時使上述第一開關元件處于“通”的狀態(tài)。
17.如權利要求16所記載的升壓型開關電源裝置，其特征在于還包括在上述第二磁性元件和上述第二開關元件的節(jié)點即第二節(jié)點和上述第一節(jié)點之間串聯(lián)的第二二極管及第二電容器。
18.如權利要求17所記載的升壓型開關電源裝置，其特征在于還包括在上述第一節(jié)點和上述第二磁性元件之間插入的第三磁性元件，上述第一磁性元件和上述第三磁性元件是由繞在同一磁心上的線圈構成的具有相反極性的磁性元件。
19.如權利要求17所記載的升壓型開關電源裝置，其特征在于還包括在上述第二二極管和上述第二電容器的節(jié)點即第三節(jié)點和上述第一電容器的上述一端之間連接的第三二極管。
20.一種升壓型開關電源裝置，包括接受交流電壓的整流電路；在上述整流電路的第一輸出端和平滑用的第一電容器的一端之間串聯(lián)的第一磁性元件和第一二極管；在上述第一磁性元件和第一二極管的節(jié)點即第一節(jié)點和上述整流電路的第二輸出端之間連接的第一開關元件；在上述第一節(jié)點和上述整流電路的第二輸出端之間串聯(lián)的第二磁性元件及第二開關元件；以及在上述第二磁性元件和上述第二開關元件的節(jié)點即第二節(jié)點和上述第一節(jié)點之間串聯(lián)的第二二極管及第二電容器。
全文摘要
一種切換損耗小的升壓型開關電源裝置，包括在直流電源(2)的一端和平滑用第一電容器(5)的一端之間串聯(lián)的線圈部分(3a)及第一二極管(4)；在線圈部分(3a)和上述第一二極管(4)的節(jié)點(A)和直流電源(2)的另一端之間連接的第一開關元件(8)；在節(jié)點(A)和直流電源(2)的另一端之間串聯(lián)的第二磁性元件(7)及第二開關元件(9)；以及在第二磁性元件(7)和第二開關元件(9)的節(jié)點和上述節(jié)點(A)之間串聯(lián)的第二二極管10及第二電容器11。在第二磁性元件(7)處于“通”的狀態(tài)時，第二磁性元件(7)可抑制流過第二開關元件(9)的電流的增加，在第二開關元件(9)處于“斷”的狀態(tài)時，第二電容器(11)的充電可抑制第二開關元件(9)兩端的電壓的增加，所以可以大幅度減小因第二開關元件(9)的通斷產(chǎn)生的切換損耗。
文檔編號H02M3/04GK1393050SQ01802805
公開日2003年1月22日 申請日期2001年9月19日 優(yōu)先權日2000年9月20日
發(fā)明者伊藤一行, 田中克明 申請人:Tdk株式會社