專利名稱：同步整流開關(guān)電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將直流電壓變換為期望的電壓、供給到電子設(shè)備的同步整流方式的開關(guān)電源(switching power supply)，特別涉及回掃型(flyback)同步整流開關(guān)電源裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的具備同步整流式整流電路的開關(guān)電源裝置-回掃變換器，例如如(日本)特開2000-116122號(hào)公報(bào)公開的那樣，在變壓器的初級(jí)線圈端連接著由直流電源和主開關(guān)元件組成的串聯(lián)電路，在變壓器的次級(jí)線圈上串聯(lián)設(shè)置有同步整流元件，進(jìn)而經(jīng)整流電路連接在輸出端子上。該回掃變換器對(duì)MOS-FET的主開關(guān)元件進(jìn)行開關(guān)控制，在主開關(guān)元件截止時(shí)，使變壓器的次級(jí)端電路的同步整流元件-MOS-FET導(dǎo)通，用次級(jí)線圈上產(chǎn)生的回掃電壓對(duì)整流電路的輸出電容器進(jìn)行充電。此后，在主開關(guān)元件導(dǎo)通前使同步整流元件截止，重復(fù)該工作來向輸出端供電。
在該同步整流式回掃變換器的情況下，如果同步整流元件的截止定時(shí)偏移，在同步整流元件導(dǎo)通的狀態(tài)下主開關(guān)導(dǎo)通，則電源裝置的次級(jí)端的電路成為短路的狀態(tài)，在主開關(guān)元件中流過大的浪涌電流，有時(shí)導(dǎo)致主開關(guān)元件或同步整流元件等損壞。
因此，(日本)特開2000-116122號(hào)公報(bào)公開了下述開關(guān)電源電路為了防止主開關(guān)元件和同步整流元件的同時(shí)導(dǎo)通狀態(tài)，在由于主開關(guān)元件截止而使同步整流元件導(dǎo)通后，用由輔助線圈中感應(yīng)的電壓和定時(shí)電阻決定的電流對(duì)定時(shí)電容器進(jìn)行充電，在一定時(shí)間后使輔助晶體管導(dǎo)通而使整流元件截止。
在該現(xiàn)有技術(shù)的同步整流式開關(guān)電源裝置的情況下，如圖1所示，為了在主開關(guān)元件導(dǎo)通前使整流元件必須截止，存在有停滯時(shí)間(deadtime)td，使得由定時(shí)電容器決定的一定時(shí)間Tc在主開關(guān)元件的導(dǎo)通定時(shí)的一定時(shí)間之前。該停滯時(shí)間td由定時(shí)電容器的時(shí)間常數(shù)來設(shè)定，使得在平穩(wěn)狀態(tài)下，在由輸入電壓和輸出電壓及變壓器的匝數(shù)比決定的主開關(guān)元件的截止時(shí)間內(nèi)，使整流元件截止。
然而，在上述現(xiàn)有技術(shù)的同步整流式回掃變換器的情況下，有時(shí)負(fù)載電流急劇增加，主開關(guān)元件在比由輸入輸出電壓和變壓器的匝數(shù)比決定的主開關(guān)元件的導(dǎo)通時(shí)間長的時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通。在這種情況下，如圖1的虛線所示，有時(shí)在主開關(guān)元件的一定導(dǎo)通截止周期內(nèi)，定時(shí)電容器的電壓達(dá)不到使同步整流元件截止的輔助晶體管元件的閾值電壓。在這種情況下，有下述問題在整流元件未截止時(shí)主開關(guān)元件導(dǎo)通，在主開關(guān)元件中流過非常大的浪涌電流，電源裝置的次級(jí)端的電路成為短路的狀態(tài)，在次級(jí)端電路中流過貫通電流，導(dǎo)致主開關(guān)元件或同步整流元件等損壞。
另一方面，在上述停滯時(shí)間td的期間內(nèi)，由與同步整流元件并聯(lián)連接的二極管、或同步整流元件——MOS-FET的體二極管(body diode)進(jìn)行整流工作。該二極管的整流期間比MOS-FET的整流元件導(dǎo)通的期間的損失大。因此，存在下述問題雖然希望盡可能縮短該停滯時(shí)間，但是為了在主開關(guān)元件導(dǎo)通前使同步整流元件可靠地截止，不能縮短上述停滯時(shí)間td。再者，由于不能縮短該停滯時(shí)間td，所以也不能提高開關(guān)頻率，也妨礙了裝置的小型化和降低成本。
此外，在從外部向輸出電壓端子間施加了大于等于設(shè)定電壓的電壓的情況下，或者在輸出端子間附加了外部大容量電容器時(shí)停止電源的情況下，存在這樣的問題不能使次級(jí)端的同步整流元件截止而流過貫通電流，或者由于輸出端子間連接的大容量外部電容器的電力而使次級(jí)端的電路自激振蕩。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種回掃型同步整流開關(guān)電源裝置，在由于負(fù)載的激變而使主開關(guān)元件的導(dǎo)通時(shí)間變長的情況下，也能夠在主開關(guān)導(dǎo)通前使同步整流元件可靠截止。
再者，本發(fā)明的目的在于提供一種回掃型同步整流開關(guān)電源裝置，不管負(fù)載的激變或輸出端子間連接的外部設(shè)備如何，都防止了開關(guān)電源電路的貫通電流和自激振蕩。
本發(fā)明是一種同步整流開關(guān)電源裝置，具有控制電路，在輸入端子間串聯(lián)連接著變壓器的初級(jí)線圈和主開關(guān)元件，在一定周期內(nèi)對(duì)上述主開關(guān)元件進(jìn)行PWM控制；同步整流元件，與上述變壓器的次級(jí)線圈串聯(lián)地連接在輸出端子間；以及驅(qū)動(dòng)部件，使上述同步整流元件與上述主開關(guān)元件互補(bǔ)地導(dǎo)通，其特征在于，設(shè)有另一個(gè)電源和切斷部件，所述另一個(gè)電源利用因上述主開關(guān)元件的導(dǎo)通截止而在上述變壓器的次級(jí)端的線圈中產(chǎn)生的脈沖電壓來充電，所述切斷部件設(shè)在上述同步整流元件的柵極-源極間、并使上述同步整流元件截止，將上述切斷部件使上述同步整流元件截止的截止定時(shí)設(shè)為由上述主開關(guān)元件導(dǎo)通后來自上述另一個(gè)電源的電流設(shè)定的一定時(shí)間，該一定時(shí)間為盡量接近上述主開關(guān)元件的一定的驅(qū)動(dòng)周期范圍內(nèi)的定時(shí)。
上述切斷部件由晶體管和連接在該晶體管的信號(hào)輸入端子上的定時(shí)電容器組成，上述定時(shí)電容器由上述另一個(gè)電源來充電，在上述主晶體管導(dǎo)通的瞬間放電，并且從該瞬間起上述定時(shí)電容器開始充電，將該定時(shí)電容器的電壓超過上述晶體管的信號(hào)輸入端子的閾值之前的時(shí)間設(shè)為上述主開關(guān)元件的一定驅(qū)動(dòng)周期的范圍內(nèi)的時(shí)間。
此外，上述另一個(gè)電源是連接在上述變壓器的次級(jí)端的恒壓源或恒流源。再者，也可以使對(duì)上述定時(shí)電容器進(jìn)行充電的另一個(gè)電源兼作吸收上述同步整流元件截止時(shí)的浪涌能量的緩沖電路，用該緩沖電路吸收的能量對(duì)上述定時(shí)電容器進(jìn)行充電。
本發(fā)明的同步整流開關(guān)電源使同步整流元件從主開關(guān)元件的導(dǎo)通定時(shí)起在恒定期間內(nèi)可靠地截止，所以即使負(fù)載電流激變，主開關(guān)元件和同步整流元件也不會(huì)同時(shí)成為導(dǎo)通狀態(tài)。由此，能夠盡量縮短從同步整流元件截止到主開關(guān)元件的導(dǎo)通定時(shí)的停滯時(shí)間，能夠減少二極管的整流期間來抑制損耗，也提高開關(guān)頻率。再者，也有助于小型化、降低成本。
此外，本申請(qǐng)的另一發(fā)明是一種同步整流開關(guān)電源裝置，具有控制電路，在輸入端子間串聯(lián)連接著變壓器的初級(jí)線圈和主開關(guān)元件，在一定周期內(nèi)對(duì)上述主開關(guān)元件進(jìn)行PWM控制；同步整流元件，與上述變壓器的次級(jí)線圈串聯(lián)地連接在輸出端子間；以及驅(qū)動(dòng)部件，使上述同步整流元件與上述主開關(guān)元件互補(bǔ)地導(dǎo)通；其特征在于，設(shè)有另一個(gè)電源和切斷部件，所述另一個(gè)電源利用因上述主開關(guān)元件的導(dǎo)通截止而在上述變壓器的次級(jí)端的線圈中產(chǎn)生的脈沖電壓來充電，所述切斷部件設(shè)在上述同步整流元件的柵極-源極間、并使上述同步整流元件截止，包括這樣的控制元件比較上述另一個(gè)電源的輸出電壓和上述開關(guān)電源裝置的輸出端子的輸出電壓，在上述另一個(gè)電源的輸出電壓降低到小于等于一定值的情況下，用上述切斷部件使上述同步整流元件截止。
上述切斷部件的晶體管是使上述同步整流元件截止的npn晶體管，上述控制元件是發(fā)射極被連接在上述輸出端子上、集電極被連接在上述npn晶體管的基極上的pnp晶體管，在該pnp晶體管的基極上連接著上述另一個(gè)電源的輸出端。此外，也可以對(duì)上述另一個(gè)電源的輸出電壓進(jìn)行分壓，輸入到上述pnp晶體管的基極。
根據(jù)本申請(qǐng)的另一個(gè)發(fā)明，能夠可靠地防止負(fù)載的激變?cè)斐傻呢炌娏鳌㈦娫赐Ｖ箷r(shí)或施加外部電壓時(shí)自激振蕩這一現(xiàn)象，能夠使裝置的構(gòu)件小型化，非常有助于整個(gè)裝置的小型化和降低成本。


圖1是現(xiàn)有的回掃型同步整流開關(guān)電源裝置的工作時(shí)序圖。
圖2是本發(fā)明第一實(shí)施方式的同步整流開關(guān)電源裝置的概略電路圖。
圖3是該實(shí)施方式的的同步整流開關(guān)電源裝置的主開關(guān)元件的占空比寬的情況下的工作時(shí)序圖(A)、和窄的情況下的時(shí)序圖(B)。
圖4是本發(fā)明第二實(shí)施方式的同步整流開關(guān)電源裝置的概略電路圖。
圖5是本發(fā)明第三實(shí)施方式的同步整流開關(guān)電源裝置的概略電路圖。
圖6是本發(fā)明第四實(shí)施方式的同步整流開關(guān)電源裝置的概略電路圖。
圖7是本發(fā)明第五實(shí)施方式的同步整流開關(guān)電源裝置的概略電路圖。
圖8是本發(fā)明第五實(shí)施方式的同步整流開關(guān)電源裝置的另一例的概略電路圖。
具體實(shí)施例方式
以下，根據(jù)附圖來說明本發(fā)明的實(shí)施方式。圖2示出本發(fā)明第一實(shí)施方式的回掃型同步整流開關(guān)電源裝置的電路。該開關(guān)電源電路中，在輸入端子11、12間連接著直流電源10，變壓器T的初級(jí)線圈N1和MOS-FET的主開關(guān)元件Q1串聯(lián)連接。在直流電源10的正極端的輸入端子11上，連接著在主開關(guān)元件Q1導(dǎo)通時(shí)產(chǎn)生正電壓的端子——初級(jí)線圈N1的附點(diǎn)一側(cè)的端子，變壓器T的無點(diǎn)一側(cè)的端子被連接在主開關(guān)元件Q1的漏極上。此外，主開關(guān)元件Q1的源極被連接在直流電源10的負(fù)極端的輸入端子12上，在主開關(guān)元件Q1的柵極上，連接著控制電路18的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端，該控制電路18以一定周期按照輸入輸出條件，對(duì)主開關(guān)元件Q1進(jìn)行PWM(Pulse Width Modulation，脈寬調(diào)制)控制。
變壓器T的次級(jí)線圈N2的無點(diǎn)一側(cè)的端子被連接在輸出電容器C2的一端上，變壓器T的次級(jí)線圈N2的有點(diǎn)一側(cè)的端子被連接在MOS-FET的同步整流元件Q2的漏極上。同步整流元件Q2的源極被連接在輸出電容器C2的另一端——基準(zhǔn)電位端上。該輸出電容器C2的兩端被連接在輸出端子13、14上。在同步整流元件Q2的漏極-源極間，并聯(lián)連接著二極管D4。二極管D4的陽極被連接在同步整流元件Q2的源極上，陰極被連接在漏極上。因此，該二極管D4也可以置換為MOS-FET的同步整流元件Q2的體二極管(body diode)。
再者，在變壓器T的次級(jí)端，設(shè)有作為同步整流元件Q2的驅(qū)動(dòng)部件的輔助線圈N3，該輔助線圈N3的附有點(diǎn)的一側(cè)的端子被連接在基準(zhǔn)電位上，無點(diǎn)一側(cè)的端子經(jīng)電阻R1被連接在工作加速用的電容器C4的一端上。電容器C4的另一端被連接在二極管D1的陰極上，二極管D1的的陽極被連接在基準(zhǔn)電位上。在二極管D1的陰極和電容器C4的另一端之間，連接著同步整流元件Q2的柵極。
在同步整流元件Q2的柵極上，連接著npn型晶體管Tr1的集電極，晶體管Tr1的發(fā)射極被連接在基準(zhǔn)電位上。在晶體管Tr1的信號(hào)輸入端子——基極上，連接著定時(shí)電容器C3的一端，定時(shí)電容器C3的另一端被連接在基準(zhǔn)電位上。晶體管Tr1的基極還經(jīng)電阻R2與另一個(gè)電源——恒壓源16的輸出端連接，并且也與npn型晶體管Tr2的集電極連接。晶體管Tr2的發(fā)射極被連接在基準(zhǔn)電位上，基極經(jīng)電容器C7被連接在次級(jí)線圈N2的附有點(diǎn)的一側(cè)的端子上。在晶體管Tr2的基極-發(fā)射極間，并聯(lián)連接著電阻R3和二極管D2。二極管D2的陰極被連接在基極上，陽極被連接在基準(zhǔn)電位上。
恒壓源16由下述部分組成電容器C5，其一端被連接在次級(jí)線圈N2的附有點(diǎn)的一側(cè)的端子上；二極管D3，該電容器C5的另一端被連接在其陽極上；電容器C6，被連接在二極管D3的陰極和基準(zhǔn)電位之間；以及齊納二極管ZD1，被連接在二極管D3的陽極和基準(zhǔn)電位之間。該齊納二極管ZD1的陰極被連接在二極管D3的陽極上，陽極被連接在基準(zhǔn)電位上。此外，恒壓源16兼作吸收同步整流元件Q2截止時(shí)的浪涌能量的緩沖電路(snubber circuit)。
接著，根據(jù)圖2、圖3來說明本實(shí)施方式的同步整流開關(guān)電源裝置的控制方法和工作。首先，圖2的電路中的主開關(guān)元件Q1導(dǎo)通后，初級(jí)線圈N1及次級(jí)線圈N2的有點(diǎn)一側(cè)分別為正，但是如圖3(A)、(B)所示，同步整流元件Q2的柵極-源極間電位Vgs是“低”，同步整流元件Q2截止，同步整流元件Q2的電流Id1不流動(dòng)。此外，此時(shí)在恒壓源16中，從次級(jí)線圈N2的有點(diǎn)一側(cè)流過電流，對(duì)電容器C5、C6進(jìn)行充電，在恒壓源16的電容器C6的一端上得到用齊納二極管ZD1設(shè)定的一定電壓。電流從恒壓源16的輸出端——電容器C6的一端，經(jīng)電阻R2流向定時(shí)電容器C3，對(duì)其進(jìn)行充電。進(jìn)而，在主開關(guān)元件Q1導(dǎo)通的期間內(nèi)輔助線圈N3的有點(diǎn)一側(cè)是“高”，而同步整流元件Q2的柵極經(jīng)二極管D1處于基準(zhǔn)電位。
此后，控制電路18按照輸入輸出條件通過PWM控制使主開關(guān)元件Q1截止后，在次級(jí)線圈N2的無點(diǎn)一側(cè)的端子上產(chǎn)生回掃電壓，同時(shí)在輔助線圈N3的無點(diǎn)一側(cè)的端子上也產(chǎn)生回掃電壓，經(jīng)電容器C4對(duì)同步整流元件Q2的柵極電容Ciss進(jìn)行充電，柵極-源極間電位Vgs成為“高”，同步整流元件Q2導(dǎo)通。由此，電流Id1經(jīng)輸出電容器C2從次級(jí)線圈的無點(diǎn)一側(cè)的端子流向有點(diǎn)一側(cè)的端子，對(duì)輸出電容器C2進(jìn)行充電。
此外，從主開關(guān)元件Q1導(dǎo)通緊后起，定時(shí)電容器C3由來自恒壓源16的電流進(jìn)行充電，經(jīng)過一定時(shí)間后，定時(shí)電容器C3的電位達(dá)到晶體管Tr1的基極的閾值。由此，晶體管Tr1導(dǎo)通，對(duì)同步整流元件Q2的柵極電容Ciss進(jìn)行放電，同步整流元件Q2截止。但是，此后直至主開關(guān)元件Q1導(dǎo)通，也通過與同步整流元件Q2并聯(lián)設(shè)置的二極管D4，流過電流Id2。電流Id2有二極管造成的損失，所以比電流Id1少。通過該二極管D4而流過電流的期間，是用于在主開關(guān)元件Q1導(dǎo)通前使同步整流元件Q2截止的停滯時(shí)間dt。
此后，主開關(guān)元件Q1導(dǎo)通后，次級(jí)線圈N2的有點(diǎn)一側(cè)的電位經(jīng)電容器C7被施加到晶體管Tr1的基極上，在該瞬間晶體管Tr1成為“低”，定時(shí)電容器C3的電荷一瞬間被放電。由于在該期間內(nèi)電容器C7的電容相對(duì)足夠小，所以該期間在比主開關(guān)元件Q1的開關(guān)頻率足夠短的一瞬間的期間內(nèi)完成。從該瞬間起，如上所述，再次開始定時(shí)電容器C3的充電。
在本實(shí)施方式的回掃型同步整流開關(guān)電源中，控制電路18使主開關(guān)元件Q1的開關(guān)周期T一定，如圖3(A)、(B)所示，主開關(guān)元件Q1的導(dǎo)通期間——占空比按照輸入輸出條件來變化。但是，恒壓源16使本實(shí)施方式的晶體管Tr1的基極上施加的定時(shí)電容器C3的電位，從主開關(guān)元件Q1的導(dǎo)通定時(shí)起在一定時(shí)間內(nèi)達(dá)到晶體管Tr1的基極的閾值，所以在負(fù)載電流急劇增加、輸出電壓過渡性地降低時(shí)，為了使輸出電壓上升，即使主開關(guān)元件Q1的導(dǎo)通期間暫時(shí)變長，同步整流元件Q2在從主開關(guān)元件Q1的導(dǎo)通定時(shí)起的一定時(shí)間內(nèi)可靠截止。由此，能夠使從同步整流元件Q2截止到主開關(guān)元件Q1導(dǎo)通的停滯時(shí)間td盡量短，能夠縮短二極管D4的整流期間來抑制損耗，也提高開關(guān)頻率。
此外，定時(shí)電容器C3的充電電路——恒壓源16構(gòu)成吸收同步整流元件Q2截止時(shí)的浪涌能量的緩沖電路，用該緩沖電路吸收的能量對(duì)定時(shí)電容器進(jìn)行充電，所以能夠做成能量效率更高的電源。
接著，本發(fā)明第二實(shí)施方式的同步整流開關(guān)電源裝置示于圖4。這里，對(duì)與上述實(shí)施方式同樣的結(jié)構(gòu)附以同一標(biāo)記并省略其說明。在本實(shí)施方式中，與第一實(shí)施方式不同，在定時(shí)電容器C3上連接著由恒流電路組成的恒流源20的輸出端。
該恒流源20包括二極管D5，在變壓器T的次級(jí)線圈N2的有點(diǎn)一側(cè)的端子上連接著其陽極；和電容器C8，二極管D5的陰極被連接在其一端，另一端被連接在基準(zhǔn)電位上。再者，二極管D5的陰極經(jīng)電阻R4被連接在pnp型的晶體管Tr3的發(fā)射極上，晶體管Tr3的集電極作為該恒流源20的輸出端而被連接在定時(shí)電容器C3的一端上。再者，在二極管D5的陰極上連接著齊納二極管ZD2的陰極，齊納二極管ZD2的陽極被連接在晶體管Tr3的基極上，并且經(jīng)電阻R5被連接在基準(zhǔn)電位上。恒流由齊納二極管ZD2設(shè)定的一定電壓和電阻R4來設(shè)定。
在本實(shí)施方式的回掃型同步整流開關(guān)電源裝置中，能夠用來自恒流電路20的恒流對(duì)定時(shí)電容器C3進(jìn)行充電，定時(shí)電容器C3的電壓呈線性上升。
在本實(shí)施方式的同步整流開關(guān)電源裝置中，也能夠得到與上述實(shí)施方式同樣的效果，特別是在此情況下定時(shí)電容器C3的電壓上升呈線性，容易設(shè)定同步整流元件Q2的截止定時(shí)。也可以在該恒流源20上設(shè)置緩沖電路。由此，能夠使能量效率更高。
接著，本發(fā)明第三實(shí)施方式的同步整流開關(guān)電源裝置示于圖5。這里，與上述實(shí)施方式同樣的結(jié)構(gòu)上附以同一標(biāo)記并省略其說明。在本實(shí)施方式中，與第一實(shí)施方式不同，將定時(shí)電容器C3的一端經(jīng)二極管D6連接在連接著工作加速用電容器C4和晶體管Tr1的集電極的端子之間。二極管D6的陽極被連接在定時(shí)電容器C3上，陰極被連接在電容器C4的端子上。
本實(shí)施方式的同步整流開關(guān)電源裝置的工作與上述實(shí)施方式的電路同樣，通過使主開關(guān)元件Q1截止、輔助線圈N3的有點(diǎn)一側(cè)成為正電位，來進(jìn)行定時(shí)電容器C3的放電。此時(shí)電流從輔助線圈N3的有點(diǎn)一側(cè)的端子，經(jīng)定時(shí)電容器C3的基準(zhǔn)電位端的電極及相反端的電極，經(jīng)由二極管D6、電容器C4，流向輔助線圈N3的無點(diǎn)一側(cè)的端子，進(jìn)行電容器C3的放電。
用本實(shí)施方式也能夠得到與上述第一實(shí)施方式同樣的效果，再者，能夠簡化用于定時(shí)電容器C3的放電的電路結(jié)構(gòu)，能夠減少電子元件數(shù)，進(jìn)一步推進(jìn)裝置的小型化和降低成本。
接著，本發(fā)明第四實(shí)施方式的同步整流開關(guān)電源裝置示于圖6。這里，在與上述實(shí)施方式同樣的結(jié)構(gòu)上附以同一標(biāo)記并省略其說明。在本實(shí)施方式中，將第三實(shí)施方式的恒壓源16置換為恒流源20。根據(jù)本實(shí)施方式，能夠得到與上述第二實(shí)施方式同樣的效果，再者，與上述第三實(shí)施方式同樣，能夠簡化用于定時(shí)電容器C3的放電的電路結(jié)構(gòu)，能夠進(jìn)一步推進(jìn)裝置的小型化和降低成本。
接著，本發(fā)明第五實(shí)施方式的同步整流開關(guān)電源裝置示于圖7。這里，對(duì)與上述實(shí)施方式同樣的結(jié)構(gòu)上附以同一標(biāo)記并省略其說明。該實(shí)施方式的同步整流開關(guān)電源裝置中，與直流電源的輸入端子11、12并聯(lián)設(shè)置有輸入電容器C1，在輸入電容器C1的兩端，連接著由變壓器T的初級(jí)線圈N1和主開關(guān)元件Q1組成的串聯(lián)電路。變壓器T的初級(jí)線圈N1的有點(diǎn)一側(cè)被連接在輸入端子11上，無點(diǎn)一側(cè)被連接在主開關(guān)元件Q1上。主開關(guān)元件Q1由MOS-FET等半導(dǎo)體開關(guān)元件組成。變壓器T的次級(jí)線圈N2的無點(diǎn)一側(cè)的端子被連接在輸出端子13上，在有點(diǎn)一側(cè)的端子上，串聯(lián)設(shè)置有MOS-FET等同步整流元件Q2，并與基準(zhǔn)電位端的輸出端子14連接。再者，在輸出端子13、14間，設(shè)有平滑用輸出電容器C2。
在同步整流元件Q2的漏極-源極間，設(shè)有設(shè)在電源電路的次級(jí)端的另一個(gè)電源——恒壓源16。恒壓源16包括一端被連接在MOS-FET等同步整流元件Q2的漏極上的電容器C5，電容器C5的另一端被連接在電阻R6的一端上，電阻R6的另一端被連接在齊納二極管ZD1的陰極上，齊納二極管ZD1的陽極被連接在基準(zhǔn)電位上。再者，電阻R6的另一端被連接在二極管D3的陽極上，二極管D3的陰極經(jīng)電容器C6被連接在基準(zhǔn)電位上。二極管D3的陰極和電容器C6之間的點(diǎn)成為該恒壓源16的輸出端。
再者，在變壓器的次級(jí)端，設(shè)有作為同步整流元件Q2的驅(qū)動(dòng)部件的輔助線圈N3，該輔助線圈N3的附有點(diǎn)的一側(cè)的端子被連接在基準(zhǔn)電位上，無點(diǎn)一側(cè)的端子經(jīng)加速用電容器C4被連接在同步整流元件Q2的柵極上。再者，輔助線圈3的無點(diǎn)一側(cè)的端子被連接在二極管D6的陰極上，二極管D6的陽極經(jīng)電阻R7、定時(shí)電容器C3的串聯(lián)電路被連接在基準(zhǔn)電位上。電阻R7和定時(shí)電容器C3之間的點(diǎn)，經(jīng)電阻R2被連接在恒壓源16的二極管D3的陰極和電容器C6之間的點(diǎn)上。再者，電阻R7和電容器C3之間的點(diǎn)被連接在npn型晶體管Tr1的基極上。晶體管Tr1的集電極被連接在同步整流元件Q2的柵極上，發(fā)射極被連接在基準(zhǔn)電位上。此外，在同步整流元件Q2的柵極上連接著二極管D1的陰極，二極管D1的陽極被連接在基準(zhǔn)電位上。
在輸出端子13和晶體管Tr1的基極之間，連接著開關(guān)元件控制部件——pnp型晶體管Tr4。晶體管Tr4的發(fā)射極被連接在輸出端子13上，集電極經(jīng)電阻R8被連接在晶體管Tr1的基極上。晶體管Tr4的基極與恒壓源16的輸出端——二極管D3的陰極和電容器C6連接。
該開關(guān)電源裝置的工作是用控制電路18導(dǎo)通/截止主開關(guān)元件Q1來進(jìn)行PWM控制。在主開關(guān)元件Q1的導(dǎo)通期間內(nèi)，同步整流元件Q2截止，電流不流動(dòng)，恒壓源16的電容器C6經(jīng)電容器C5被充電。電容器C5用于限制電容器C6的充電量。電容器C6的充電電壓是由齊納二極管ZD1設(shè)定的電壓。此外，在主開關(guān)元件Q1的導(dǎo)通期間內(nèi)，輔助線圈N3以二極管D1的陰極一側(cè)為正，對(duì)電容器C4進(jìn)行充電。
主開關(guān)元件Q1截止后，在同步整流元件Q2的柵極上，施加輔助線圈N3的無點(diǎn)一側(cè)的端子的電壓和電容器C4的充電電壓來進(jìn)行充電，同步整流元件Q2導(dǎo)通。同時(shí)，次級(jí)線圈N2中產(chǎn)生的回掃電壓使次級(jí)線圈N2中積蓄的能量充電到輸出電容器C2中。
此外，與主開關(guān)元件Q1截止同時(shí)，恒壓源16經(jīng)電阻R2開始定時(shí)電容器C3的充電。定時(shí)電容器C3的電位逐漸上升，達(dá)到晶體管TR1導(dǎo)通的電位后，晶體管TR1導(dǎo)通，并對(duì)同步整流元件Q2的柵極的電荷進(jìn)行放電，使同步整流元件Q2截止。晶體管TR1導(dǎo)通的定時(shí)被設(shè)定為主開關(guān)元件Q1導(dǎo)通緊前的定時(shí)。主開關(guān)元件Q1導(dǎo)通后，恒壓源16再次開始電容器C6的充電，并且定時(shí)電容器C3經(jīng)電阻R7、二極管D6來放電。
這里，向晶體管Tr4的基極上施加恒壓源16的電容器C6的電位，比較恒壓源16的輸出電壓和輸出端子13的輸出電壓，主開關(guān)元件Q1停止，恒壓源16的電容器C6的電壓降低，變成小于等于使晶體管Tr4導(dǎo)通的規(guī)定的電位后，pnp型晶體管Tr4導(dǎo)通，經(jīng)電阻R8對(duì)定時(shí)電容器C3進(jìn)行充電，使晶體管Tr1導(dǎo)通。由此同步整流元件Q2的柵極電荷被放電，同步整流元件Q2截止。在晶體管Tr4導(dǎo)通的期間內(nèi)，即，在由于主開關(guān)元件Q1的停止等而使恒壓源16的電容器C6的電位成為小于等于規(guī)定電位的期間內(nèi)，晶體管Tr1導(dǎo)通，同步整流元件Q2截止。在此期間內(nèi)主開關(guān)元件Q1開始開關(guān)后，同步整流元件Q2用其體二極管進(jìn)行整流。此外，也經(jīng)晶體管Tr4向恒壓源16進(jìn)行充電，恒壓源16的充電更迅速進(jìn)行。
根據(jù)本實(shí)施方式的開關(guān)電源裝置，在主開關(guān)元件Q1因負(fù)載的激變而停止后重新開始開關(guān)的情況下，也使同步整流元件Q2可靠地截止，在恒壓源16的輸出電壓達(dá)到規(guī)定值以上、能夠用定時(shí)電容器C3及晶體管Tr1正常而且可靠地驅(qū)動(dòng)同步整流元件Q2之前，不使同步整流元件Q2導(dǎo)通。由此貫通電流不會(huì)流過電源電路，能夠可靠地防止電路元件的損壞等。
此外，在用外部設(shè)備向輸出端子13、14間施加比設(shè)定電壓高的電壓的情況下，主開關(guān)元件Q1也停止，恒壓源16的輸出電壓降低。在此情況下，也與上述同樣，由于恒壓源16的電位的降低而使晶體管Tr4導(dǎo)通，晶體管Tr1使同步整流元件Q2成為截止?fàn)顟B(tài)，防止自激振蕩。
再者，在連接了大容量的電容器作為輸出端子13、14間的外部設(shè)備的狀態(tài)下，通過遙控或輸入電壓的切斷而使主開關(guān)元件Q1停止工作的情況下，次級(jí)端的恒壓源16的電壓也降低，使同步整流晶體管Q2截止。由此，能夠防止輸出端子13、14間的外部的大容量電容器中積蓄的能量造成的自激振蕩，再者，用電阻R4來消耗大容量電容器中積蓄的能量，迅速降低輸出電壓。
本發(fā)明的回掃式同步整流開關(guān)電源裝置并不限于上述實(shí)施方式，例如也可以如圖8所示，用電阻R9、R10對(duì)圖7所示的電路的恒壓源16的輸出電位進(jìn)行分壓，輸入到晶體管Tr4的基極。由此，能夠適當(dāng)設(shè)定電阻R9、R10，來任意設(shè)定晶體管Tr4的導(dǎo)通電位。再者，也可以適當(dāng)組合其他電路。
再者，在本實(shí)施方式的回掃型同步整流開關(guān)電源裝置中，也可以用輔助線圈來進(jìn)行另一個(gè)電源的充電，電路也可以適當(dāng)組合其他電路。
權(quán)利要求
1.一種同步整流開關(guān)電源裝置，具有控制電路，在輸入端子間串聯(lián)連接著變壓器的初級(jí)線圈和主開關(guān)元件，在一定周期內(nèi)對(duì)上述主開關(guān)元件進(jìn)行PWM控制；同步整流元件，與上述變壓器的次級(jí)線圈串聯(lián)地連接在輸出端子間；以及驅(qū)動(dòng)部件，使上述同步整流元件與上述主開關(guān)元件互補(bǔ)地導(dǎo)通，其特征在于，設(shè)有另一個(gè)電源和切斷部件，所述另一個(gè)電源利用因上述主開關(guān)元件的導(dǎo)通截止而在上述變壓器的次級(jí)端的線圈中產(chǎn)生的脈沖電壓來充電，所述切斷部件設(shè)在上述同步整流元件的柵極-源極間、并使上述同步整流元件截止，將上述切斷部件使上述同步整流元件截止的截止定時(shí)設(shè)為由上述主開關(guān)元件導(dǎo)通后來自上述另一個(gè)電源的電流設(shè)定的一定時(shí)間，該一定時(shí)間為盡量接近上述主開關(guān)元件的一定的驅(qū)動(dòng)周期范圍內(nèi)的定時(shí)。
2.如權(quán)利要求1所述的同步整流開關(guān)電源裝置，其特征在于，上述切斷部件由晶體管和連接在該晶體管的信號(hào)輸入端子上的定時(shí)電容器組成，上述定時(shí)電容器由上述另一個(gè)電源來充電，在上述主晶體管導(dǎo)通的瞬間放電，并且從該瞬間起上述定時(shí)電容器開始充電，將該定時(shí)電容器的電壓超過上述晶體管的信號(hào)輸入端子的閾值之前的時(shí)間設(shè)為上述主開關(guān)元件的一定驅(qū)動(dòng)周期的范圍內(nèi)的時(shí)間。
3.如權(quán)利要求2所述的同步整流開關(guān)電源裝置，其特征在于，上述另一個(gè)電源是連接在上述變壓器的次級(jí)端的恒壓源或恒流源。
4.如權(quán)利要求3所述的同步整流開關(guān)電源裝置，其特征在于，在對(duì)上述定時(shí)電容器進(jìn)行充電的另一個(gè)電源上，設(shè)有吸收上述同步整流元件截止時(shí)的浪涌能量的緩沖電路，用該緩沖電路吸收的能量對(duì)上述定時(shí)電容器進(jìn)行充電。
5.一種同步整流開關(guān)電源裝置，具有控制電路，在輸入端子間串聯(lián)連接著變壓器的初級(jí)線圈和主開關(guān)元件，在一定周期內(nèi)對(duì)上述主開關(guān)元件進(jìn)行PWM控制；同步整流元件，與上述變壓器的次級(jí)線圈串聯(lián)地連接在輸出端子間；以及驅(qū)動(dòng)部件，使上述同步整流元件與上述主開關(guān)元件互補(bǔ)地導(dǎo)通；其特征在于，設(shè)有另一個(gè)電源和切斷部件，所述另一個(gè)電源利用因上述主開關(guān)元件的導(dǎo)通截止而在上述變壓器的次級(jí)端的線圈中產(chǎn)生的脈沖電壓來充電，所述切斷部件設(shè)在上述同步整流元件的柵極-源極間、并使上述同步整流元件截止，包括這樣的控制元件比較上述另一個(gè)電源的輸出電壓和上述開關(guān)電源裝置的輸出端子的輸出電壓，在上述另一個(gè)電源的輸出電壓降低到小于等于一定值的情況下，用上述切斷部件使上述同步整流元件截止。
6.如權(quán)利要求5所述的同步整流開關(guān)電源裝置，其特征在于，上述切斷部件的晶體管是使上述同步整流元件截止的npn晶體管，上述控制元件是發(fā)射極被連接在上述輸出端子上、集電極被連接在上述npn晶體管的基極上的pnp晶體管，在該pnp晶體管的基極上連接著上述另一個(gè)電源的輸出端。
7.如權(quán)利要求6所述的同步整流開關(guān)電源裝置，其特征在于，上述另一個(gè)電源是連接在上述變壓器的次級(jí)端的恒壓源，對(duì)上述另一個(gè)電源的輸出電壓進(jìn)行分壓，輸入到上述pnp晶體管的基極。
8.如權(quán)利要求7所述的同步整流開關(guān)電源裝置，其特征在于，在對(duì)上述定時(shí)電容器進(jìn)行充電的另一個(gè)電源上，設(shè)有吸收上述同步整流元件截止時(shí)的浪涌能量的緩沖電路，用該緩沖電路吸收的能量對(duì)上述定時(shí)電容器進(jìn)行充電。
全文摘要
一種同步整流式開關(guān)電源裝置，在由于負(fù)載的激變而使主開關(guān)元件的導(dǎo)通時(shí)間變長的情況下，也在主開關(guān)導(dǎo)通前可靠地使整流元件截止。該同步整流式開關(guān)電源裝置包括同步整流元件(Q2)，與變壓器(T)的次級(jí)線圈(N2)串聯(lián)地連接在輸出端子(13，14)間；和驅(qū)動(dòng)部件，由輔助線圈(N3)等組成，使同步整流元件(Q2)與主開關(guān)元件(Q1)互補(bǔ)地導(dǎo)通。在同步整流元件(Q2)的柵極－源極間設(shè)有使同步整流元件(Q2)截止的切斷部件－－晶體管(Tr1)。將切斷部件(Tr1)使同步整流元件(Q2)截止的截止定時(shí)設(shè)為主開關(guān)元件(Q1)導(dǎo)通后的一定時(shí)間，該一定時(shí)間為盡量接近上述主開關(guān)元件(Q1)的一定驅(qū)動(dòng)周期的范圍內(nèi)的定時(shí)。
文檔編號(hào)H02M3/28GK1692546SQ200380100639
公開日2005年11月2日 申請(qǐng)日期2003年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月19日
發(fā)明者高島誠, 廣川芳通 申請(qǐng)人:科索株式會(huì)社