CN100568691C - 同步整流型正向转换器 - Google Patents

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Abstract

一种同步整流型正向转换器，具有在主开关元件(Q1)导通时输出导通时刻驱动信号的第1驱动控制信号再生电路(29)和在主开关元件(Q1)截止时产生截止时刻驱动信号的第2驱动控制信号再生电路(30)，用第2驱动控制信号再生电路(30)的输出驱动连接在整流开关元件(Q2)的栅源间的整流开关控制用开关元件(Q5)，辅助线圈(N14)的一端连接换流开关元件(Q3)的栅极，另一端连接换流开关控制用开关元件(Q4)，换流开关控制用开关元件(Q4)的栅极连接第1驱动控制信号再生电路(29)的输出。从而由初级侧直接控制整流开关元件(Q2)。

Description

同步整流型正向转换器
技术领域
[0001]
本发明涉及对输出电流进行同步整流的正向转换器(ForwardConverter)。
背景技术
[0002]
专利文献1公开了现有技术的同步整流型的正向转换器。图1表示该专利文献1的转换器的电路。
[0003]
在图1所示的电路中，若变压器4的初级侧的主开关元件2导通，则在变压器4的次级线圈4b产生的电压的作用下，次级侧的整流侧的同步整流元件5导通，而换流侧的同步整流元件6则截止，在这里，如果换流侧同步整流元件6截止的时刻滞后，就会形成通过2个同步整流元件5、6的短路路径，所以采用设置与变压器4的第3级线圈4c串联的驱动开关元件7，在初级侧的主开关元件2导通的时刻，使驱动开关元件7导通的结构。采用该结构后，在初级侧的主开关元件2即将导通之前，通过驱动开关元件7做媒介，释放换流侧同步整流元件6的栅极电容的电荷，使换流侧同步整流元件6迅速地截止，防止短路。
专利文献1：JP特开2000-262051号公报
[0004]
可是，在图1所示的那种使用变压器的线圈电压控制同步整流元件5、6的所谓“间接控制型的同步整流型正向转换器”中，若主开关的开关动作停止、或者输出端子施加比较高的电压，就会出现次级侧自激振荡、电能由次级侧向初级侧倒流(再生)的问题。
[0005]
另外，由于换流侧同步整流元件6受主开关元件2的导通时刻的控制，所以开关元件驱动电路12停止时，换流侧同步整流元件6未被截止，在换流侧同步整流元件6的栅·源之间的泄漏电流的作用下，直到截止为止处于导通状态，所以由输出侧施加过电压(倒流)时，次级侧的扼流线圈8被激磁，产生自激振荡。
[0006]
另外，整流侧同步整流元件5，其栅电压被变压器4供给后导通，次级侧的扼流线圈8的激磁由初级侧进行时，因主开关元件2截止而扼流线圈8的激磁结束之际，其电压换向，使整流侧同步整流元件5截止；扼流线圈8的激磁由输出侧进行时，扼流线圈8的激磁状态被复位，电压换向，使整流侧同步整流元件5截止。因此，存在着利用扼流线圈8的激磁状态，控制来自次级侧的变压器4的导通期间的模式。开关元件驱动电路12，按照将变压器4的线圈电压整流平滑后获得的电压，对主开关元件2进行PWM控制，使输出电压稳定，但是产生上述倒流动作之际，由于变压器4的线圈电压上升，所以开关元件驱动电路12的控制停止。另外，即使开关元件驱动电路12的控制不停止，利用上述变压器4的线圈电压进行的控制和利用扼流线圈8进行的控制混在一起后也要产生异常振荡。
[0007]
进而，由于在扼流线圈8的激磁的作用下，电路动作不稳定，不能控制同步整流元件5、6的导通期间，所以还存在着不能够吸收来自输出侧的逆电流的问题。
发明内容
[0008]
因此，本发明的目的在于解决上述问题，提供在输出过电压引起逆流动作时，防止异常振荡及自振激荡，还抑制来自输出侧的电流的逆流的同步整流型正向转换器。
[0009]
为了解决上述问题，本发明的同步整流型正向转换器结构如下。
[0010]
[1]在具备变压器(T1)(该变压器(T1)分别具备初级线圈、次级线圈、第3级线圈)、主开关元件(Q1)(该主开关元件(Q1)与该变压器(T1)的初级线圈串联)、扼流线圈(L2)(该扼流线圈(L2)与所述变压器(T1)的次级线圈(N2)串联)平滑电容器(C1)(该平滑电容器(C1)在输出端子之间并联)、整流开关元件(Q2)(该整流开关元件(Q2)与所述变压器(T1)的次级线圈(N2)串联，与所述主开关元件(Q1)的导通/截止同步地导通/截止)、换流开关元件(Q3)(该换流开关元件(Q3)与所述主开关元件(Q1)的导通/截止同步地导通/截止，导通后构成所述扼流线圈的励磁能的释放路径)、开关控制电路(23)(该开关控制电路(23)给予所述主开关元件(Q1)的驱动信号)的同步整流型正向转换器中，所述同步整流型正向转换器设置有：
同步整流元件驱动电路，该同步整流元件驱动电路，只将所述开关控制电路输出的所述主开关元件的驱动信号中的导通时刻及截止时刻作为触发脉冲，经脉冲变压器由初级侧传递给次级侧，并且，根据该触发脉冲，输出按照所述主开关元件的导通或截止来驱动所述整流开关元件及所述换流开关元件中的至少一个的驱动信号；和
脉冲分离电路，该脉冲分离电路由所述脉冲变压器和成为二极管电桥的2个二极管构成，所述2个二极管中，二者的阳极彼此连接，二者的阴极分别与所述脉冲变压器的次级侧2端连接，输出所述主开关元件的导通时刻信号和截止时刻信号。
本发明的另一种同步整流型正向转换器，具备：变压器，该变压器分别具备初级线圈、次级线圈、第3级线圈；主开关元件，该主开关元件与所述变压器的初级线圈串联连接；扼流线圈，该扼流线圈与所述变压器的次级线圈串联连接；平滑电容器，该平滑电容器与输出端子之间并联连接；
整流开关元件，该整流开关元件与所述变压器的次级线圈串联连接，并与所述主开关元件的导通/截止同步地进行导通/截止；换流开关元件，该换流开关元件与所述主开关元件的导通/截止同步地进行截止/导通，导通后构成所述扼流线圈的励磁能的释放路径；以及开关控制电路，该开关控制电路给予所述主开关元件驱动信号，其特征在于：所述同步整流型正向转换器设置有：
同步整流元件驱动电路，该同步整流元件驱动电路，只将所述开关控制电路输出的所述主开关元件的驱动信号中的导通时刻及截止时刻作为触发脉冲，经第1脉冲变压器和第2脉冲变压器由初级侧传递给次级侧，并且，根据该触发脉冲，输出按照所述主开关元件的导通或截止来驱动所述整流开关元件及所述换流开关元件中的至少一个的驱动信号；和
脉冲分离电路，该脉冲分离电路由所述第1脉冲变压器和第2脉冲变压器构成，所述第1脉冲变压器将所述开关控制电路输出的所述主开关元件的驱动信号中的导通时刻作为触发脉冲，由初级侧传递给次级侧，所述第2脉冲变压器将所述开关控制电路输出的所述主开关元件的驱动信号中的截止时刻作为触发脉冲，由初级侧传递给次级侧。
[0011]
[2]所述同步整流元件驱动电路(24)，具备：
控制电压信号生成电路(26)，该控制电压信号生成电路(26)生成对所述整流开关元件(Q2)的控制电压；
整流开关导通控制用开关电路(27)，该整流开关导通控制用开关电路(27)在所述主开关元件(Q1)导通时，将该控制电压信号生成电路(26)生成的控制电压，施加给所述整流开关元件(Q2)；
整流开关控制用开关元件(Q5)，该整流开关控制用开关元件(Q5)在所述主开关元件(Q1)截止时，控制所述整流开关元件(Q2)的控制端子的电压，强制性地使该整流开关元件(Q2)截止。
[0012]
[3]所述同步整流元件驱动电路(24)，具备：
控制电压信号生成电路(26)，该控制电压信号生成电路(26)生成对所述整流开关元件(Q3)的控制电压；
换流开关导通控制用开关电路(28)，该换流开关导通控制用开关电路(28)在所述主开关元件(Q1)截止时，将该控制电压信号生成电路(26)生成的控制电压，施加给所述换流开关元件(Q3)；
换流开关控制用开关元件(Q4)，该换流开关控制用开关元件(Q4)在所述主开关元件(Q1)截止时，控制所述换流开关元件(Q3)的控制端子的电压，强制性地使该换流开关元件(Q3)截止。
[0013]
[4]为了驱动所述换流开关元件(Q3)，设置换流开关元件控制电路(31)，该换流开关元件控制电路(31)根据所述整流开关元件(Q2)的导通/截止控制信号，控制所述换流开关元件(Q3)的控制端子的电压。
[0014]
[0015]
[0016]
[7]所述同步整流元件驱动电路(24)，具备触发电路(34)，该触发电路(34)在所述主开关元件(Q1)的导通时和截止时，切换状态，用该状态信号控制所述整流开关元件(Q2)或所述换流开关元件(Q3)。
[0017]
[1]设置同步整流元件驱动电路(24)，该同步整流元件驱动电路(24)再生驱动信号，从而只将所述开关控制电路(23)输出的主开关元件(Q1)的驱动信号中的导通时刻及截止时刻作为触发脉冲，在通过脉冲变压器(T2、T3)做媒介，由初级侧传递给次级侧的同时，还根据该触发脉冲，在主开关元件(Q1)导通时，导通整流开关元件(Q2)，或者在主开关元件(Q1)截止时，截止换流开关元件(Q3)。这样，由于在初级侧的控制停止时，切实截止次级侧的整流开关元件或换流开关元件，所以不会产生自激振荡。
[0018]
[2]同步整流元件驱动电路(24)具备控制电压信号生成电路(26)(该控制电压信号生成电路(26)生成对整流开关元件(Q2)的控制电压)、整流开关导通控制用开关电路(27)(该整流开关导通控制用开关电路(27)在主开关元件(Q1)导通时，将该控制电压信号生成电路(26)生成的控制电压，施加给整流开关元件(Q2))、整流开关控制用开关元件(Q5)(该整流开关控制用开关元件(Q5)在主开关元件(Q1)截止时，控制整流开关元件(Q2)的控制端子的电压，强制性地使该整流开关元件(Q2)截止)后，整流开关元件Q2的输出电容(寄生电容)、换流开关元件Q3的输出电容(寄生电容)及扼流线圈L2自由共振，能够使变压器导通期间不增加地复位扼流线圈L2的励磁状态，防止自激振荡。
[0019]
[3]同步整流元件驱动电路(24)具备控制电压信号生成电路(26)(该控制电压信号生成电路(26)生成对整流开关元件(Q3)的控制电压)、换流开关导通控制用开关电路(28)(该换流开关导通控制用开关电路(28)在主开关元件(Q1)截止时，将该控制电压信号生成电路(26)生成的控制电压，施加给换流开关元件(Q3))、换流开关控制用开关元件(Q4)(该换流开关控制用开关元件(Q4)在主开关元件(Q1)截止时，控制换流开关元件(Q3)的控制端子的电压，强制性地使该换流开关元件(Q3)截止)后，由于与主开关元件(Q1)的导通/截止同步强制性地使换流开关元件(Q3)导通/截止，所以变压器的导通期间不变化，逆流时变压器的第3级线圈电压不会上升。另外，能够直到扼流线圈(L2)饱和为止，一边向初级侧再生来自输出的逆流，一边稳定地动作。另外，由于强制性地使换流开关元件(Q3)截止，所以不会产生自激振荡。
[0020]
[4]为了驱动所述换流开关元件(Q3)，而设置换流开关元件控制电路(31)(该换流开关元件控制电路(31)根据整流开关元件(Q2)的导通/截止控制信号，控制换流开关元件(Q3)的控制端子的电压)后，由于强制性地使整流开关元件(Q2)及换流开关元件(Q3)两者与主开关元件(Q1)同步地导通/截止，所以能够防止自激振荡。
[0021]
[5]分别设置将所述开关控制电路(23)输出的所述主开关元件(Q1)的驱动信号中的导通时刻作为触发脉冲，由初级侧传递给次级侧的第1脉冲变压器(T2)，和将所述开关控制电路(23)输出的所述主开关元件(Q1)的驱动信号中的截止时刻作为触发脉冲，由初级侧传递给次级侧的第2脉冲变压器(T3)后，能够使与各自的脉冲变压器(T2、T3)的初级侧及次级侧连接的电路简单，切实分离导通时刻信号和截止时刻信号。
[0022]
[6]同步整流元件驱动电路(24)，设置二极管电桥，该二极管电桥向它的脉冲变压器(T2)的次级侧，输出主开关元件(Q1)的导通时刻信号和截止时刻信号后，能够使用单一的脉冲变压器，将主开关元件(Q1)的导通时刻信号和截止时刻信号由初级侧传递给次级侧，能够减少部件数量。
[0023]
[7]同步整流元件驱动电路(24)，具备触发电路(34)，该触发电路(34)在主开关元件(Q1)的导通时和截止时，切换状态，用该状态信号控制整流开关元件(Q2)或换流开关元件(Q3)后，能够使用IC化的触发电路，易于减少部件数量。
附图说明
[0024]
图1是表示专利文献1涉及的转换器的结构的图形。
图2是第1实施方式涉及的同步整流型正向转换器的电路图。
图3是该转换器的主要部分的波形图。
图4是第2实施方式涉及的同步整流型正向转换器的电路图。
图5是该转换器的主要部分的波形图。
图6是该转换器的主要部分的波形图。
图7是第3实施方式涉及的同步整流型正向转换器的电路图。
图8是该转换器的主要部分的波形图。
图9是第4实施方式涉及的同步整流型正向转换器的电路图。
图10是第5实施方式涉及的同步整流型正向转换器的电路图。
图11是第6实施方式涉及的同步整流型正向转换器的电路图。
图12是第7实施方式涉及的同步整流型正向转换器的电路图。
图13是第8实施方式涉及的同步整流型正向转换器的电路图。
图14是第9实施方式涉及的同步整流型正向转换器的电路图。
[0025]
图中：21-输入端子；22-三次整流平滑电路；23-开关控制电路；24-同步整流元件驱动电路；25、29、30、33-驱动控制信号再生电路；26-控制电压信号生成电路；27-整流开关导通控制用开关电路；28-换流开关导通控制用开关电路；31-换流开关元件驱动电路；32-输出端子；34-触发电路；35、36-驱动器；Q1-主开关元件；Q2-整流开关元件；Q3-换流开关元件；Q4-换流开关控制用开关元件；Q5-；Q6、Q7-控制用开关元件；T1-主变压器；T2、T3-脉冲变压器；N11-初级线圈；N12-次级线圈；N13-第3级线圈；N14-辅助线圈；L1、L2-扼流线圈；C1-平滑电容器。
具体实施方式
[0026]
(第1实施方式)
下面，根据图2，讲述第1实施方式涉及的同步整流型正向转换器的结构。
图2是将局部方块化及符号化的同步整流型正向转换器的电路图。如图2所示，主变压器T1，具备初级线圈N11、次级线圈N12、第3级线圈N13。将主开关元件Q1，与初级线圈N11串联，在输入端子21(21a、21b)之间，连接电容器。将扼流线圈L2及整流开关元件Q2，与主变压器T1的次级线圈N12串联，在输出端子32(32a、32b)之间，连接平滑电容器C1。另外，扼流线圈L2和平滑电容器C1都构成回路，在成为扼流线圈L2的励磁能释放时的换流路径的位置，设置换流开关元件Q3。
[0027]
主变压器T1的第3级线圈N13，与由二极管D1、D2、扼流线圈L1、电容器C2构成的三次整流平滑电路22连接。开关控制电路23，将三次整流平滑电路22的输出作为电源及作为间接的输出电压检出信号输入，向主开关元件Q1输出开关控制信号。
[0028]
整流开关元件Q2的控制端子施加主变压器T1的次级线圈N12的起电压(Electromotive Voltage)。
[0029]
同步整流元件驱动电路24，输入开关控制电路23输出的对主开关元件Q1而言的开关控制信号，在与其同步的时刻，驱动整流开关元件Q2及换流开关元件Q3。
[0030]
在讲述图2所示的同步整流型正向转换器的动作之际，为了明确同步整流元件驱动电路24的作用·效果，参照图3的波形图，讲述只用主变压器T1的次级线圈N12驱动整流开关元件Q2的间接驱动型(线圈驱动型)的情况，和通过同步整流元件驱动电路24做媒介，从初级侧直接驱动整流开关元件Q2的情况。
[0031]
图3(A)是间接驱动型的通常动作时的波形，(B)是间接驱动型的逆流动作时的波形(C)是直接驱动型的动作时的波形。
[0032]
<通常动作>
图3(A)是该通常动作时的波形图。在图3(A)中，各期间A～E的状态如下。
期间A：Q1的导通事先触发发送期间、Q3截止期间
期间B：Q1导通期间、变压器导通期间
该期间B，扼流线圈L2在输入电源的作用下进行励磁的期间(电能由输入侧传递给输出侧)。
期间C：扼流线圈L2的换向期间、Q1截止期间、变压器导通期间
期间D：Q2、Q3同时截止期间
期间E：Q3的导通期间(扼流线圈L2的励磁复位期间)
间接驱动型的通常动作时，首先在开关控制电路23施加给主开关元件Q1的电压的作用下，主开关元件Q1导通。在该Q1的作用下，电流流入主变压器T1的初级线圈N11。与此同时，在次级线圈N12的起电压的作用下，整流开关元件Q2导通，电流按照N12→C1→L2→Q2→N12的路线流动，在C1被充电的同时，励磁能被蓄积到L2中。这时，同步整流元件驱动电路24不使换流开关元件Q3导通，Q3保持截止状态。
[0033]
在开关控制电路23的控制下，主开关元件Q1截止后，由于次级线圈N12的起电压换向，Q2的控制端子电压换向，所以Q2截止。另外，同步整流元件驱动电路24与主开关元件Q1的截止同步，将换流开关元件Q3导通。这样，在L2→Q3→→C1→L2的路线中，产生换流。
在上述主开关元件Q1导通/截止的作用下，反复进行上述整流和换流。
[0034]
这样，通常动作时，在输入电能的作用下，扼流线圈L2被励磁，电能被输出传递后，扼流线圈L2的励磁被复位。
[0035]
<间接驱动型的逆流动作时>
图3(B)是该逆流动作时的波形图。在图3(B)中，各期间A～E的状态如下。
期间A：Q1的导通事先触发发送期间、Q3的截止期间
期间B：Q1导通期间、变压器导通期间
该期间B，和通常动作时不同，是扼流线圈L2的励磁复位期间，电能由输出侧向输入侧再生。
[0036]
期间C’：是在逆流的作用下，电能向输入侧再生的再生期间、Q1截止期间、变压器导通/截止期间
相当于该C’的期间，在图3(A)所示的通常动作时不存在
[0037]
期间C：扼流线圈L2的换向期间、Q1截止期间、变压器导通期间
期间D：Q2、Q3同时截止期间
期间E：Q3的导通期间(扼流线圈L2在输出施加电压的作用下进行励磁的期间)
这样，逆流动作时，在来自输出的电能供给的作用下，扼流线圈被励磁，向输入再生电能。通常动作电压以上的异常电压被输出施加时，以及输出负荷的过渡急变时输出发生过大的电压时，如果不采取任何措施，扼流线圈L2就成为与通常动作时相比，被过大地励磁。
[0038]
就是说，通常动作时，主开关元件Q1的导通占空比(Q1导通期间ton/开关周期T)和变压器的导通占空比(输入电压施加给变压器期间ton_t/开关周期T)基本一致(因期间C有若干偏移)。而逆流动作时，ton＜ton_t，Q1的导通占空比和变压器导通占空比，因发生期间C’而变得不一致。
[0039]
<直接驱动型动作>
图3(C)是直接驱动型的波形图。在图3(C)中，各期间A～E的状态如下。
期间A：Q1的导通事先触发发送期间、Q3的截止期间
期间B：Q1导通期间、变压器导通期间
该期间B，和通常动作时不同，是扼流线圈L2的励磁复位期间，电能由输出侧向输入侧再生。
[0040]
期间C’：Q2的漏·源之间的电容和扼流线圈L2共振(自由共振)，扼流线圈L2的励磁复位期间
期间C：扼流线圈L2的换向期间、Q1截止期间、变压器导通期间
期间D：Q2、Q3同时截止期间
期间E：Q3的导通期间(扼流线圈L2在输出施加电压的作用下进行励磁的期间)
在图2所示的输出端子32a-32b之间，产生超过通常动作电压Vo的异常电压Vab的情况下，Q3导通时，扼流线圈L2被施加异常电压后励磁。象本实施方式那样的扼流圈输入整流的正向转换器，使主变压器T1的导通占空比为D、主变压器T1的初级线圈N11的匝数为n1、主变压器T1的次级线圈N12的匝数为n2、主变压器T1的第3级线圈N13的匝数为n3、次级输出电压为Vo、第3级输出电压为Vt、输入电压为Vin后，以下的公式通常成立。
[0041]
Vo＝(n2/n1)×D×Vin    …(1)
Vt＝(n3/n1)×D×Vin    …(2)
发生上述异常电压Vab时，使开关周期为T、额定输出电压为Voc后，扼流线圈L2发生下式的磁通密度ΔB。
[0042]
ΔB＝Vab(1-D)/T＞ΔBc＝Voc(1-D)/T  …(3)
式中：ΔBc是额定电压输出时的扼流线圈L2产生的磁通密度的变化量。
[0043]
在变压器的导通期间，需要复位该ΔB。但是如果使额定电压时的复位电压为V12rc，那么在变压器的导通期间，扼流线圈L2的电压，就可以用输入电压Vin和输出的异常电压Vab抑制，扼流线圈复位电压V12r存在下述关系。
V12r＝(n2/n1)×Vin-Vab＜V12rc  …(4)
[0044]
如果使复位ΔB需要的时间为t12r、通常动作时的复位期间为t12rc，则成为下述关系。
t12r＝ΔB/V12r＞t12rc＝ΔBc/V12rc
比通常的变压器导通期间长。该动作在驱动整流开关元件Q2时使用次级的变压器线圈的情况下，是共同的，起因于整流开关元件Q2的截止不受初级侧的开关控制电路控制的缘故。
[0045]
与此不同，在直接驱动型的动作中，整流开关元件Q2和主开关元件Q1同时截止，次级侧的扼流线圈L2和整流开关元件Q2的输出电容(对于开关而言，并列存在的寄生电容)，引起自由共振现象，能够用比较短的期间，复位上述ΔB。上述自由共振的共振频率的半周期Tres成为D·T＞Tres时，能够防止扼流线圈L2的励磁引起的变压器的导通期间的增加，能够在来自开关控制电路23的输出脉冲虽然变短但是变压器的导通期间不延长、第3级线圈N13的电压不上升的状态下，进行控制。就是说，虽然Q1的导通占空比和变压器的导通占空比不一致，但是由于间接控制变压器的导通期间，从而使变压器的第3级线圈电压成为一定，所以变压器的导通占空比被以不随着施加电压而变的状态固定。这样，能够防止逆流。
[0046]
另外，主开关元件Q1导通时换流开关元件Q3截止、主开关元件Q1截止时换流开关元件Q3导通，这样相反地取得同步，使Q2的导通期间一定，将L2偏磁后，能够吸收逆流电流。由于Q2保持一定的导通期间，所以不会引起异常共振。
[0047]
进而，由于和开关控制电路23的停止同时停止Q2、Q3，在输出扼流的励磁和励磁状态复位引起的振动的作用下，变压器不会被励磁，所以不产生自激振荡。
[0048]
以上的效果，可归纳如下。
(1)与主开关元件Q1同步地驱动整流开关元件Q2，从而产生限制逆流电流的逆流防止电路功能。
[0049]
(2)与主开关元件Q1的导通/截止同步地相反驱动换流开关元件Q3后，能够不引起异常共振地能够吸收逆流电流。
[0050]
(3)和Q1同步地驱动Q2或Q3后，能够防止自激振荡。
[0051]
(第2实施方式)
接着，根据图4～图6，讲述第2实施方式涉及的同步整流型正向转换器的结构。
图4是第2实施方式涉及的同步整流型正向转换器的电路图。图5、图6是其主要部分的波形图。
[0052]
如图4所示，开关控制电路23，具备开关控制用IC230，该开关控制用IC230将来自三次整流平滑电路22的输出作为电源动作，而且输入被相同输出的电阻R2、R3产生的分压电压。该开关控制用IC230，通过脉冲变压器T2、T3的初级线圈N21、N31，向主开关元件Q1的栅极输出开关控制信号。这时，根据输入的上述分压电压和基准电压，PWM控制主开关元件Q1，以便使上述分压电压和基准电压一致。
[0053]
将脉冲变压器T2的励磁复位用的二极管D3，与脉冲变压器T2的初级线圈N21连接。使D3的方向这样后，只在开关控制电路23输出将主开关元件Q1导通的信号时，由次级线圈N22输出导通时刻信号的脉冲。将输出电压调整用的电阻R4与该脉冲变压器T2的次级线圈N22连接。由该脉冲变压器T2、二极管D3、电阻R4，构成驱动控制信号再生电路29。
[0054]
将脉冲变压器T3的励磁复位用的二极管D4，与脉冲变压器T3的初级线圈N31连接。使D4的方向这样后，只在开关控制电路23输出将主开关元件Q1截止的信号时，由次级线圈N32输出截止时刻信号的脉冲。将输出电压调整用的电阻R1与该脉冲变压器T3的次级线圈N32连接。由该脉冲变压器T3、二极管D4、电阻R1，构成驱动控制信号再生电路30。
[0055]
在整流开关元件Q2的栅·源之间，连接整流开关控制用开关元件Q5。在该整流开关控制用开关元件Q5的栅·源之间，连接驱动控制信号再生电路30的输出。
[0056]
将主变压器T1的辅助线圈N14的一端，与换流开关元件Q3的栅连接，将该辅助线圈N14的另一端，与换流开关控制用开关元件Q4的漏极连接。在该换流开关控制用开关元件Q4的栅·源之间，连接驱动控制信号再生电路29的输出。
[0057]
在主变压器T1的辅助线圈N14的一端(Q3的栅极连接端)和接地之间，串联二极管D5及电容器C4。将控制用开关元件Q7的漏·源之间，与该电容器C4和二极管D5的连接点——充电电压输出端和Q2的栅极之间串联，在该Q7的栅·源之间，连接Q7的截止电流供给用的电阻R5的同时，还在Q7的栅极和接地之间，连接控制用开关元件Q6。然后，在该控制用开关元件Q6的栅·源之间，也连接所述驱动控制信号再生电路29的输出。
[0058]
在该第2实施方式中，用主变压器T1的辅助线圈N14的电压，控制换流开关元件Q3。另一方面，采用使用辅助线圈N14的电压，由控制电压信号生成电路26(该控制电压信号生成电路26由二极管D5及电容器C4构成)生成控制电压信号，通过P型的控制用开关元件Q7作媒介，将该控制电压信号施加给整流开关元件Q2的结构。
[0059]
在通过电阻R5作媒介供给的电流的作用下，Q7通常成为截止状态。Q5、Q6也通常成为截止状态。Q2截止时，主开关元件Q1的导通触发脉冲，通过脉冲变压器T2作媒介传递后，由驱动控制信号再生电路29输出导通时刻驱动信号，Q6导通，Q7导通，Q2导通。然后，Q6立即截止，Q7也立即截止，但是Q2因为其栅·源之间有充电电荷，所以继续保持导通状态。
[0060]
接着，主开关元件Q1的截止触发脉冲，通过脉冲变压器T3作媒介传递后，由驱动控制信号再生电路30输出截止时刻驱动信号，Q5导通，因为Q2的栅·源之间充电电荷放电，所以Q2截止。然后，Q5立即截止，Q7立即截止后，因为没有向Q2的栅极供给电流的路线，所以Q2继续保持截止状态。
[0061]
图6是图4所示的开关元件Q1、Q5、Q6、Q7、Q2各自的栅电压的波形图。这样，在主开关元件Q1导通时，Q6、Q7导通，Q2导通。另外，Q1截止时，Q5导通，Q2截止。这样，就利用初级侧的控制，直接驱动整流开关元件Q2。
[0062]
在图4所示的电路中，输出产生异常电压时，在Q3的导通期间，扼流线圈L2被励磁，但是Q7与主开关元件Q1同步截止后，整流开关元件Q2的输出电容(漏·源之间的寄生电容)、换流开关元件Q3的输出电容(漏·源之间的寄生电容)和扼流线圈L2自由共振，能够使变压器导通期间不增加地复位扼流线圈L2的励磁状态。该L2的复位时间，成为主变压器T1的导通期间变压器和Q1的导通期间之差，但是由于使三次整流平滑电路22的输出电压稳定地进行PWM控制，所以自动的产生复位时间。
[0063]
图5(a)表示图4所示的扼流线圈L2的两端电压的变化。另外，图5(b)将不从初级侧控制，而用次级线圈N12的电压控制图4中的整流开关元件Q2时的扼流线圈L2的两端电压的变化的例子作为比较例表示。在这里，Tout是输出引起的励磁期间，Ton是整流开关元件Q2的导通期间(＝主开关元件Q1的导通期间)，Toff是整流开关元件Q2及换流开关元件Q3的截止期间。在图中的斜线部分正负成为相同面积时，励磁状态的复位完毕。就是说，Ton+Toff(＝Tr)是扼流线圈L2的复位期间。
[0064]
上述Q2的导通期间Ton的电压Vout，是输出电压(该电压是外部施加电压，所以被固定)。另外，使主变压器T1的初级线圈N11、次级线圈N12的匝数分别为n11、n12、输入电压为Vin时，电压Vo是具有下列关系的电压。
Vo＝(n12/n11)Vin
[0065]
不从初级侧控制，而用次级线圈N12的电压控制图4中的整流开关元件Q2时产生逆流后，如图5(b)所示，扼流线圈L2的复位期间Tr’变长。与此不同，如果从初级侧控制整流开关元件Q2，就能够如图5(a)所示，以变压器励磁期间不延长、第3级线圈N13的电压不上升的状态，进行初级侧的开关控制电路23的控制。其结果，控制Q1的导通(主变压器T1的导通)，以便使三次整流平滑电路22输出电压恒定后，可以进行输出电压稳定的控制。另外，还能够制止异常振荡的发生。进而，还能够消除由超过开关控制电路23的控制范围、变压器的导通期间扩大、不能复位主变压器T1的励磁状态引起的主开关元件Q1的应力的问题。
[0066]
(第3实施方式)
再接着，根据图7、图8，讲述第3实施方式涉及的同步整流型正向转换器的结构。
图7是第3实施方式涉及的同步整流型正向转换器的电路图。图8是其主要部分的波形图。
[0067]
在该第3实施方式中，采用将主变压器T1的次级线圈N12的一端，与整流开关元件Q2的栅极连接，和现有技术那样，用变压器的电压控制该Q2的结构。另一方面，通过控制用开关元件Q7作媒介，将控制电压信号生成电路26的输出电压，施加给换流开关元件Q3栅·源之间的结构。在控制用开关元件Q7的栅极和接地之间，连接控制用开关元件Q6。另外，在Q3的栅·源(接地)之间，连接换流开关控制用开关元件Q4。而且，采用将由脉冲变压器T3、二极管D4、电阻R1构成的驱动控制信号再生电路30的输出，施加给Q6的栅极，将由脉冲变压器T2、二极管D3、电阻R4构成的驱动控制信号再生电路29的输出，施加给Q4的栅极的结构。在通过电阻R5作媒介供给的电流的作用下，开关元件Q7通常是截止状态。Q4、Q6也通常是截止状态。Q3截止状态时，主开关元件Q1的截止触发脉冲通过脉冲变压器T3作媒介传递后，驱动控制信号再生电路30输出截止时刻驱动信号，Q6导通，Q7导通，Q3导通。然后，Q6立即截止，Q7也立即截止。而Q3由于其栅·源之间有充电电荷，所以继续保持导通状态。
[0068]
接着，主开关元件Q1的导通触发脉冲通过脉冲变压器T2作媒介传递后，驱动控制信号再生电路29输出导通时刻驱动信号，Q4导通，Q3由于其栅·源之间的充电电荷放电，所以截止。然后，Q4立即截止，但是Q7不截止，而由于没有向Q3的栅极供给电流的路径，所以Q3继续保持截止状态。
[0069]
图8是图7所示的开关元件Q1、Q6、Q4、Q7、Q3各自的栅极电压的波形图。这样，主开关元件Q1截止时，Q6、Q7导通，Q3导通。另外，Q1导通时，Q4导通，Q3截止。这样，就利用初级侧的控制，直接驱动换流开关元件Q3。
[0070]
这样，由于Q1导通时强制性地截止Q3，Q1截止时导通Q3，所以主变压器T1的导通期间不变化，第3级线圈N13的电压不会上升。另外，虽然Q3导通时，L2被励磁，但是由于Q2导通时不能够复位，所以磁场偏移。这样，能够吸收逆流电流，能够直到L2饱和为止，一边向初级侧再生来自输出的逆流，一边稳定地动作(输出大致和无负荷时同样)。由于在应该截止的时刻(Q1的导通时刻)强制性地使换流开关元件Q3截止，所以不会产生自激振荡。
[0071]
(第4实施方式)
接着，根据图9，讲述第4实施方式涉及的同步整流型正向转换器的结构。
该第4实施方式涉及的同步整流型正向转换器，是由初级侧直接驱动整流开关元件Q2及换流开关元件Q3两者的转换器。关于Q2的驱动，和图4所示的同样。在Q2的栅极和Q3的栅极之间，作为换流开关元件控制电路，连接使Q2的栅极电压的High/Low的逻辑电平反向的倒相器31。就是说，在使整流开关元件Q2与主开关元件Q1的导通/截止同步地导通/截止的同时，还使换流开关元件Q3导通/截止。这时，Q2截止后，倒相器31的延迟时间后，Q3导通，能够防止Q2·Q3同时导通。
[0072]
(第5实施方式)
再接着，根据图10，讲述第5实施方式涉及的同步整流型正向转换器的结构。
图10是其电路图。在图4所示的电路图中，使用2个脉冲变压器T2、T3，传递主开关元件Q1的导通触发脉冲和截止触发脉冲。但是在该图10所示的同步整流型正向转换器中，使用单一的脉冲变压器T2，将Q1的导通触发脉冲和截止触发脉冲传递给次级侧。
[0073]
在脉冲变压器T2的次级线圈N22中，设置由二极管D9、D10构成的二极管电桥。由该脉冲变压器T2和二极管D9、D10构成驱动控制信号再生电路25。可以说，该驱动控制信号再生电路25，是具有图4所示的驱动控制信号再生电路29、30两者的功能的部件。就是说，删除脉冲变压器T2的初级侧的复位用二极管，取而代之地设置接地用的二极管D7、D8，同时还在脉冲变压器T2的次级侧设置由上述二极管D9、D10构成的二极管电桥。二极管D7、D8，复位脉冲变压器T2的导通/截止时的励磁。
[0074]
在脉冲变压器T2的次级线圈N22的一端和二极管D9的阴极的连接点与整流开关控制用开关元件Q5的栅极之间，通过逆流防止用的二极管D13作媒介连接。在该Q5的栅极和接地之间，连接电阻R8，在脉冲变压器T2的次级线圈N22的另一端和接地之间，连接电阻R7。这两个电阻R7、R8，是为了调整主开关元件Q1的截止触发脉冲发生时的脉冲变压器T2的次级线圈N22发生的电压的电阻。
[0075]
在脉冲变压器T2的次级线圈N22的一端和二极管D10的阴极的连接点与控制用开关元件Q6的栅极之间，通过逆流防止用的二极管D14作媒介连接。在该Q6的栅极和接地之间，连接电阻R10，在脉冲变压器T2的次级线圈N22的另一端和接地之间，连接电阻R6。这两个电阻R6、R10，是为了调整主开关元件Q1的导通触发脉冲发生时的脉冲变压器T2的次级线圈N22发生的电压的电阻。
[0076]
在Q6的漏极和Q5的栅极之间，连接二极管D12。利用该二极管D12，在Q6导通时Q5一定截止，所以能够防止Q7和Q5同时导通引起的Q5的损失增加。
其它的结构，和图4所示的同样。
这样，由于使用单一的脉冲变压器T2，向次级侧传递主开关元件Q1的导通时刻和截止时刻，在次级侧分离后，再生整流开关元件Q2的驱动信号，所以能够减少部件数量。
[0077]
(第6实施方式)
再接着，根据图11，讲述第6实施方式涉及的同步整流型正向转换器的结构。
在图11所示的同步整流型正向转换器中，采用使用触发器(RS触发器IC)31，根据来自驱动控制信号再生电路32的信号，控制整流开关元件Q2的结构。
[0078]
在脉冲变压器T2的次级线圈N22中，设置由二极管D9、D10构成的二极管电桥。由该脉冲变压器T2和二极管D9、D10构成驱动控制信号再生电路33。在脉冲变压器T2的初级侧，没有复位用的二极管，取而代之地设置接地用的二极管D7、D8，利用该二极管D7、D8，复位脉冲变压器T2的导通/截止时的励磁。将来自该二极管D10的阴极的输出信号输入换流开关控制用开关元件Q4的栅极。这样，在主开关元件Q1的导通时刻，Q4导通，Q3的栅·源之间的充电电荷放电，所以Q3截止。此为，关于Q3的控制，和现有技术相同。
[0079]
另外，将施加给该Q4的信号，输入触发器34的置位输入端子S，将来自二极管D9的阴极的输出信号，输入触发器34的复位输入端子R地连接。然后，将触发器34的Q输出信号，通过驱动器35作媒介，作为驱动信号，给予Q2的栅极。这样，在Q1导通时，触发器34被置位，Q2导通。另外，在Q1截止时，触发器34被复位，Q2被强制性地截止。
[0080]
此外，作为触发器34的电源，例如可以利用该转换器的输出及变压器的电压变化后供给。这时，因为启动时不产生电压，所以触发器34不动作，但是由于整流开关元件Q2及换流开关元件Q3分别是MOSFET，利用内置的机体二极管进行二极管整流，所以在动作上不成问题。在发生转换器的输出电压的阶段，触发器34动作后，进行上述动作。
[0081]
(第7实施方式)
再接着，根据图12，讲述第7实施方式涉及的同步整流型正向转换器的结构。
图12是第7实施方式涉及的同步整流型正向转换器的电路图。在该例中，采用将触发器34的/Q输出信号(Q的反向输出信号)，通过驱动器35作媒介，施加给换流开关元件Q3的栅极的结构。由主变压器T1的次级线圈N12的一端，向整流开关元件Q2的栅极供给信号。就是说，线圈驱动整流开关元件Q2，从初级侧直接驱动换流开关元件Q3。Q1截止时，在二极管D9的阴极侧输出的信号的作用下，触发器34被复位，Q3导通。Q1导通时，在二极管D10的阴极侧输出的信号的作用下，触发器34被置位，Q3被强制性地截止。
[0082]
该图12所示的同步整流型正向转换器的作用效果，和图17所示的同样。但是因为触发器34能够IC化，所以能够减少整体的部件数量。
[0083]
(第8实施方式)
再接着，根据图13，讲述第8实施方式涉及的同步整流型正向转换器的结构。
图13是第8实施方式涉及的同步整流型正向转换器的电路图。在该例中，采用将触发器34的Q输出，通过驱动器36作媒介，施加给Q2的栅极，将触发器34的/Q输出信号(Q的反向输出信号)，通过驱动器35作媒介，施加给Q3的栅极的结构。
[0084]
这样，从初级侧直接驱动整流开关元件Q2和换流开关元件Q3的两者后，从而获得图9所示的同步整流型正向转换器的作用效果。而且，使用IC化的触发器后，能够减少整体的部件数量。
[0085]
(第9实施方式)
再接着，根据图14，讲述第9实施方式涉及的同步整流型正向转换器的结构。
在该第9实施方式中，表示出怎样向第6～第8实施方式所示的同步整流型正向转换器的触发器34及驱动器35、36供给电源。
[0086]
在图14中，控制电压信号生成电路26，由将电压信号整流的二极管D5及将该整流电压充电的电容器C4构成。在图14中，电容器C4的电压，作为对于触发器34及驱动器35而言的电源，被施加。此外，作为对于该控制电压信号生成电路26而言的电源，除了图14所示的a点以外，b、c、d中哪个点也行。还可以用稳压器升降压用该控制电压信号生成电路26充电的电压。
[0087]
另外，还可以设置对主变压器T1的次级线圈N12或其它的线圈的输出进行二极管整流的电路。
进而，还可以由与次级侧连接的其它电源电路供给电能。

Claims (10)

1、一种同步整流型正向转换器，具备：
变压器，该变压器分别具备初级线圈、次级线圈、第3级线圈；
主开关元件，该主开关元件与所述变压器的初级线圈串联连接；
扼流线圈，该扼流线圈与所述变压器的次级线圈串联连接；
平滑电容器，该平滑电容器与输出端子之间并联连接；
整流开关元件，该整流开关元件与所述变压器的次级线圈串联连接，并与所述主开关元件同步导通、同步截止；
换流开关元件，该换流开关元件的导通与所述主开关元件的截止同步，换流开关元件的截止与所述主开关元件的导通同步，导通后构成所述扼流线圈的励磁能的释放路径；以及
开关控制电路，该开关控制电路给予所述主开关元件驱动信号，其特征在于：
所述同步整流型正向转换器设置有：
同步整流元件驱动电路，该同步整流元件驱动电路，只将所述开关控制电路输出的所述主开关元件的驱动信号中的导通时刻及截止时刻作为触发脉冲，经脉冲变压器由初级侧传递给次级侧，并且，根据该触发脉冲，输出按照所述主开关元件的导通或截止来驱动所述整流开关元件及所述换流开关元件中的至少一个的驱动信号；和
脉冲分离电路，该脉冲分离电路由所述脉冲变压器和成为二极管电桥的2个二极管构成，所述2个二极管中，二者的阳极彼此连接，二者的阴极分别与所述脉冲变压器的次级侧2端连接，输出所述主开关元件的导通时刻信号和截止时刻信号。
2、如权利要求1所述的同步整流型正向转换器，其特征在于，所述同步整流元件驱动电路，具备：
控制电压信号生成电路，该控制电压信号生成电路生成对所述整流开关元件的控制电压；
整流开关导通控制用开关电路，该整流开关导通控制用开关电路在所述主开关元件导通时，将所述控制电压信号生成电路生成的控制电压，施加给所述整流开关元件；以及
整流开关控制用开关元件，该整流开关控制用开关元件在所述主开关元件截止时，控制所述整流开关元件的控制端子的电压，强制性地使所述整流开关元件截止。
3、如权利要求1所述的同步整流型正向转换器，其特征在于，所述同步整流元件驱动电路，具备：
控制电压信号生成电路，该控制电压信号生成电路生成对所述换流开关元件的控制电压；
换流开关导通控制用开关电路，该换流开关导通控制用开关电路在所述主开关元件截止时，将所述控制电压信号生成电路生成的控制电压，施加给所述换流开关元件；以及
换流开关控制用开关元件，该换流开关控制用开关元件在所述主开关元件导通时，控制所述换流开关元件的控制端子的电压，强制性地使所述换流开关元件截止。
4、如权利要求2所述的同步整流型正向转换器，其特征在于：设置有换流开关元件控制电路，该换流开关元件控制电路根据所述整流开关元件的导通控制信号，控制所述换流开关元件的控制端子的电压，使该换流开关元件截止，而根据所述整流开关元件的截止控制信号，控制所述换流开关元件的控制端子的电压，使该换流开关元件导通。
5、如权利要求1所述的同步整流型正向转换器，其特征在于：所述同步整流元件驱动电路，设置触发电路，该触发电路在所述主开关元件的导通时和截止时状态产生切换，用该状态信号控制所述整流开关元件或所述换流开关元件。
6、一种同步整流型正向转换器，具备：
变压器，该变压器分别具备初级线圈、次级线圈、第3级线圈；
主开关元件，该主开关元件与所述变压器的初级线圈串联连接；
扼流线圈，该扼流线圈与所述变压器的次级线圈串联连接；
平滑电容器，该平滑电容器与输出端子之间并联连接；
整流开关元件，该整流开关元件与所述变压器的次级线圈串联连接，并与所述主开关元件同步导通、同步截止；
换流开关元件，该换流开关元件的导通与所述主开关元件的截止同步，换流开关元件的截止与所述主开关元件的导通同步，导通后构成所述扼流线圈的励磁能的释放路径；以及
开关控制电路，该开关控制电路给予所述主开关元件驱动信号，其特征在于：
所述同步整流型正向转换器设置有：
同步整流元件驱动电路，该同步整流元件驱动电路，只将所述开关控制电路输出的所述主开关元件的驱动信号中的导通时刻及截止时刻作为触发脉冲，经第1脉冲变压器和第2脉冲变压器由初级侧传递给次级侧，并且，根据该触发脉冲，输出按照所述主开关元件的导通或截止来驱动所述整流开关元件及所述换流开关元件中的至少一个的驱动信号；和
脉冲分离电路，该脉冲分离电路由所述第1脉冲变压器和第2脉冲变压器构成，所述第1脉冲变压器将所述开关控制电路输出的所述主开关元件的驱动信号中的导通时刻作为触发脉冲，由初级侧传递给次级侧，所述第2脉冲变压器将所述开关控制电路输出的所述主开关元件的驱动信号中的截止时刻作为触发脉冲，由初级侧传递给次级侧。
7、如权利要求6所述的同步整流型正向转换器，其特征在于，所述同步整流元件驱动电路，具备：
控制电压信号生成电路，该控制电压信号生成电路生成对所述整流开关元件的控制电压；
整流开关导通控制用开关电路，该整流开关导通控制用开关电路在所述主开关元件导通时，将所述控制电压信号生成电路生成的控制电压，施加给所述整流开关元件；以及
整流开关控制用开关元件，该整流开关控制用开关元件在所述主开关元件截止时，控制所述整流开关元件的控制端子的电压，强制性地使所述整流开关元件截止。
8、如权利要求6所述的同步整流型正向转换器，其特征在于，所述同步整流元件驱动电路，具备：
控制电压信号生成电路，该控制电压信号生成电路生成对所述换流开关元件的控制电压；
换流开关导通控制用开关电路，该换流开关导通控制用开关电路在所述主开关元件截止时，将所述控制电压信号生成电路生成的控制电压，施加给所述换流开关元件；以及
换流开关控制用开关元件，该换流开关控制用开关元件在所述主开关元件导通时，控制所述换流开关元件的控制端子的电压，强制性地使所述换流开关元件截止。
9、如权利要求7所述的同步整流型正向转换器，其特征在于：设置有换流开关元件控制电路，该换流开关元件控制电路根据所述整流开关元件的导通控制信号，控制所述换流开关元件的控制端子的电压，使该换流开关元件截止，而根据所述整流开关元件的截止控制信号，控制所述换流开关元件的控制端子的电压，使该换流开关元件导通。
10、如权利要求6所述的同步整流型正向转换器，其特征在于：所述同步整流元件驱动电路，设置触发电路，该触发电路在所述主开关元件的导通时和截止时状态产生切换，用该状态信号控制所述整流开关元件或所述换流开关元件。
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