CN105659483A - 电源装置 - Google Patents

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Abstract

电源装置(1)包括:整流器(51或52)；线圈(43)；以及第二个电容器(53)。其中，整流器(51或52)的输入端子与进行同步整流的开关元件(41或42)的一端相连接；线圈(43)的一端与自身电源装置1的输出端相连接；第二个电容器(53)与第一个电容器(44)相串联，其一端与一端接地的第一个电容器(43)的另一端和线圈(43)的一端之间的连接点相连接，其另一端与整流器(51或52)的输出端子相连接。

Description

电源装置
技术领域
本发明涉及一种电源装置。
背景技术
以往，电源装置通过开关(Switching)元件将输入的直流电转换为交流电已被普遍认知。这样的电源装置通过变压器(Transformer)对已转换的交流电的电压进行转换。变压器的二次线圈的电路具备整流器，对由二次线圈感应的交流电进行整流。这样的电源装置在流通二次线圈的电流方向切换时，由于变压器的一次线圈以及二次线圈的漏磁等原因会使整流器产生浪涌(Surge)电压。例如，专利文献一公开了以使用连接于整流器的浪涌吸收电路对产生的浪涌电压进行吸收的技术。
另外，作为这样的电源装置，有使用FET(场效应晶体管(Transistor))对由二次线圈感应的交流电进行同步整流的同步整流DC-DC转换器(Converter)。同步整流DC-DC转换器在输出处连接有阻流线圈(Chokecoil)。这种同步整流DC-DC转换器的输出端在有电池(Battery)连接的情况下，电池电压有时会变得比同步整流DC-DC转换器的输出电压更高。电池的电压变高时，会产生由电池朝阻流线圈方向(Chokecoil)以及FET方向的反向电流。
先行技術文献
特許文献1特开2007－181280号公报
然而，在上述技术中,同步整流DC-DC转换器在产生反向电流的情况下，在控制FET停止同步整流运作时，由于在阻流线圈积蓄的电能(Energy)会导致浪涌电压的产生。因此，上述技术中存在由于该浪涌电压使FET被附加过大的电压从而可能导致被破坏的课题。
发明内容
鉴于以上问题点,本发明的目的在于提供能够降低因反向电流的产生而产生的浪涌电压的电源装置。
为了达成所述目的,本发明的一种形态涉及的电源装置，其特征在于，包括:整流器，其输入端子与进行同步整流的开关(Switching)元件的一端相连接；线圈(Coil)，其一端与自身电源装置的输出端相连接；以及第二个电容器，其一端与一端接地的第一个电容器(Condenser)的另一端和所述线圈的一端之间之间的连接点相连接，其另一端与所述整流器的输出端子相连接，所述第二个电容器与所述第个一电容器相串联。
【发明效果】
本发明能够降低电源装置中因反向电流的产生而产生的浪涌电压。
【简单附图说明】
图1是显示本实施方式涉及的电源装置的结构示意图。
图2是显示比较例中不具备浪涌防止电路的电源装置的结构示意图。
图3是比较例的电源装置中在产生反向电流时的波形的一例示意图。
图4是本实施方式涉及的电源装置在产生反向电流时的波形的一例示意图。
发明实施方式
以下,将参照附图对本发明的实施方式进行说明。
如图1所示,为本实施方式涉及的电源装置的结构示例图。如图1所示,电源装置1包含一次电路部20、二次电路部40、浪涌防止电路50、以及控制电路70。电源装置1的结构为通过变压器30将一次电路20以及二次电路40绝缘。电源装置1的一次电路20处连接有电池10，二次电路40处连接有电池60。再者，图1所示例中，虽然举例以电池60作为负载相连接，但也可将其他的外部电源等作为负载。另外，电池60或外部电源等的负载，也可通过电缆(Cable)与电源装置1相连接。
一次电路20包括一次线圈31、开关元件21～24、以及电容器25。开关元件21～24例如为N沟道(Channnel)MOSFET(场效应晶体管)。开关元件21～24的各开关元件的脉冲信号的宽度根据不图示的PWM(脉冲(Pulse)宽度)调制电路控制。该开关元件21～24构成全桥式(FullBridge)电路。
并且，在输出正电压时，开关元件21以及24被PWM调制电路控制为导通(On)状态；开关元件22以及23被控制为截止(Off)状态。另一方面，在输出负电压时，开关元件22以及23被控制为导通状态；开关元件21以及24被控制为截止状态。在这里，PWM调制电路通过控制脉冲信号的宽度，从而对供给到一次线圈31的电压值进行控制。PWM调制电路例如，对电源装置1的接地(Ground)与输出端子间的电压进行检测，控制开关元件21～24的脉冲信号的宽度使检测出的电压成为规定的电压。
开关元件21与22相串联。开关元件21的漏极(Drain)与开关元件23的漏极、电容器25的一端、以及电池10的正极相连接。开关元件21的源极(Source)与开关元件22的漏极、以及一次线圈31的另一端相连接。开关元件21的栅极(Gate)与PWM调制电路相连接。
开关元件22的源极与开关元件24的源极、电容器25的另一端、以及电池10的负极相连接。开关元件22栅极与PWM调制电路相连接。
开关元件23与24相串联。开关元件23的源极与开关元件24的漏极、一次线圈31的一端相连接。开关元件23以及24各自的栅极与PWM调制电路相连接。
第一个二次线圈32的一端连接有二次电路40的开关元件41的漏极、以及整流器51的阳极(Anode)(输入端子)。第二个二次线圈33的一端连接有二次电路40的开关元件42的漏极、以及整流器52的阳极(输入端子)。另外，线圈43的一端与电池60相连接，另一端与第一个二次线圈32的另一端与第二个二次线圈33的另一端之间的连接点相连接。
二次电路40包括第一个二次线圈32、第二个二次线圈33、开关元件41和42、线圈43、以及第一个电容器44。
变压器30由一次电路20的一次线圈31、二次电路40的第一个二次线圈32、以及第二个二次线圈33构成。
开关元件41以及42例如为N沟道MOSFET(场效应晶体管)。开关元件41以及42根据控制电路70的控制，对第一个二次线圈32、以及第二个二次线圈33处产生的电力进行同步整流。
开关元件41以及42的各个源极接地，各个栅极与控制电路70相连接。
第一个电容器的一端接地，另一端与线圈43的一端、以及第二个电容器53的负极相连接。
线圈43例如为阻流线圈。线圈43的一端通过电源装置1的输出端与电池60相连接。
浪涌防止电路50包括整流器51和52、以及第二个电容器53。第二个电容器53与第一个电容器44相串联，其正极与整流器51的阴极(Cathode)(输出端子)以及整流器52的阴极(输出端子)相连接。浪涌电压在这里被按照第一个电容器44以及第二个电容器53的容量比进行分压。因此，浪涌电压的最大电压值按照以开关元件41以及42的未满耐压的电压值的容量比来设定第二个电容器53的容量。第二个电容器53的容量例如设定为小于第一个电容器44的容量的值。整流器51以及52例如为二极管(Diode)。
控制电路70通过向开关元件41以及42的栅极提供控制信号来进行同步整流运作。
接下来，将参照图2、图3对电池60的电压值高于二次电路40的输出电压值，电源装置1处产生反向电流后产生浪涌电压的原理进行说明。图2为作为举例对比的不具备浪涌防止电路的电源装置1’的结构示例图。图3为作为举例对比的不具备浪涌防止电路的电源装置1’在产生反向电流时的波形的一例示例图。
如图2所示，电源装置1’包括一次电路920、二次电路940、以及控制电路970。电源装置1’的一次侧连接有电池910，二次侧连接有电池960。电源装置1’的结构如图1所示为不具备浪涌防止电路50的电源装置1。一次电路920与电源装置1的一次电路20；变压器930与电源装置1的变压器30；二次电路940与电源装置1的二次电路40；以及控制电路970与电源装置1的控制电路70分别对应。
一次电路920包括一次线圈931、开关元件921～924、以及电容器925。开关元件921～924对应电源装置1的开关元件21～24；电容器925对应电源装置1的电容器25。
二次电路940包括第一个二次线圈932、第二个二次线圈933、开关元件941和942、线圈943、以及电容器944。开关元件941和942对应电源装置1的开关元件41～42；线圈943对应电源装置1的线圈43；电容器944对应电源装置1的电容器44。
变压器930由一次电路920的一次线圈931、二次电路940的第一个二次线圈932、以及第二个二次线圈933构成。一次线圈931对应源装置1的一次线圈31；第一个二次线圈932对应源装置1的二次线圈32；第二个二次线圈933对应源装置1的第二个二次线圈33。
所述一次电路920、变压器930、二次电路940、以及控制电路970中的各部件、以及电路的连接关系与图1的电源装置1相同。
图3中，横轴表示时刻，上段的波形的纵轴表示输出电压值，下段的波形的纵轴表示输出电流值。图3中，波形211表示随时刻变化的输出电压值的变波，符号212所包围区域的波形表示受浪涌电压影响的波形。图3中，波形221表示随时刻变化的输出电流值的波形。再有，图3中的输出电压等于图2的电容器944的两端的电压。
图3中，时刻0～t1的期间，电池960的电压值与二次电路940的输出电压值相同，电压值为V1。该期间输出电流值为I1。
时刻t1～t2的期间，如波形211所示电池960的电压从V1上升至V2。再有，电压值V2大于电压值V1。
电池960的电压由V1上升至V2时，开关元件941以及942发生短路，从电池960处经由线圈943向变压器930的第二个二次线圈933处流通对应电压上升的电流。第二个二次线圈933处流通由第一个二次线圈932与第二个二次线圈933之间的连接点向开关元件942的漏极的电流。该结果如图3所示波形一样，时刻t1之后，电流值从I1开始减少，产生反向电流。
由于第二个二次线圈933处流通电流，与第二个二次线圈933磁耦合的一次线圈931处也产生电流。一次线圈931处产生的电流，由与开关元件922的漏极连接的另一端流向与开关元件923的源极连接的一端。
并且，由于一次线圈931处产生了电流，从而产生了由开关元件923的源极流向漏极的电流，更产生了由开关元件923的漏极流向电池910的正极的电流。
图3中，当输出电流值达到-I2时，在时刻t3的时间点停止同步整流运作。这里，电流值-I2为小于0(A(Ampere))安培。
此结果为，在时刻t3～t4的期间，如波形221所示电流值由-I2变为0。由此，电源装置1’在时刻t3～t4的期间停止同步整流，开关元件941以及942变为截止状态，由于在线圈943处积蓄的电能，导致开关元件941以及942的源极和漏极之间产生浪涌电压(符号212)。产生的浪涌电压的最大值，如图3符号212所示例如为V3。该电压值V3大于电压值V2。
像这样产生的浪涌电压，有时也会对与电源装置1’连接的负载以及开关元件941以及942产生影响。浪涌电压超过开关元件941以及942的耐压时，该浪涌电压有时会导致开关元件941以及942被破坏。
接下来，就被本实施方式的电源装置1的运作进行说明。
图4为本实施方式涉及的电源装置1在产生反向电流时的波形的一例示例图。图4中，横轴表示时刻，上段的波形的纵轴表示输出电压值，下段的波形的纵轴表示输出电流值。波形311表示随时刻变化的输出电压值的变波，符号312所包围区域的波形表示受浪涌电压影响的波形。
时刻0～t13为止电源装置1的运作与电源装置1’相同。时刻t13～t14的期间，如符号312所示，由于同步整流停止，线圈43处积蓄的电能是通过与开关元件41以及42的各个漏极连接的整流器51以及52，被第一个电容器44与第二个电容器53分压后积蓄的。并且开关元件41以及42的源极与漏极之间附加的电压，与第一个电容器44的两端附加的电压相等。
并且，时刻t13～t14的期间，如波形221所示，电流值由-I2变为0。由此，电源装置1在时刻t13～t14的期间，如符号312所示同步整流停止，开关元件41以及42变为截止状态，由于在线圈43处积蓄的电能，导致开关元件41以及42的源极和漏极之间产生浪涌电压。产生的浪涌电压的最大值，例如为V4。该电压V4为小于开关元件41以及42的耐压的电压值。此处，产生的浪涌电压由于被第一个电容器44与第二个电容器53分压，相比未设置第二个电容器53的电源装置1’，第一个电容器44处积蓄的电压值V4小于V3(图3)。例如，第一个电容器44与第二个电容器53的容量假设相等时，被分压后的第一个电容器44处积蓄的电压值V4则变为如图2说明的浪涌电压V3的一半。
电源装置1’中产生的浪涌电压的最大值V3例如为大于开关元件41以及42的耐压。另一方面，本实施方式的电源装置1中开关元件41以及42的耐压即使原本就与电源装置1’相同，浪涌电压也会被第一个电容器44与第二个电容器53分压后积蓄。因此，开关元件41以及42的源极与漏极之间附加的电压的最大值可降低至比V3更小的V4，使其低于开关元件41以及42的耐压。此结果为，根据本实施方式，可防止因浪涌电压导致开关元件41以及42被破坏。
再者，例如也可根据预料的浪涌电压的大小与开关元件41以及42的耐压，通过实验来求得第二个电容器53的容量。第二个电容器53的容量越小则开关元件41以及42的容许电压值就越小，容量越大则开关元件41以及42的容许电压值就越大。
如以上所述，本实施方式的电源装置1包括：整流器(51或52)，其输入端子(例如阳极)与进行同步整流的开关元件(41或42)的一端(例如漏极)连接；线圈43，其一端与自身电源装置的输出端连接；以及与第一个电容器44串联的第二个电容器53，其一端与一端接地的第一个电容器44的另一端与所述线圈43的一端之间的连接点相连接，另一端与所述整流器(51或52)的输出端子(例如阴极)相连接。
根据此结构，本实施方式的电源装置1即使因反向电流的产生而产生浪涌电压，产生的浪涌电压也会被第一个电容器44与第二个电容器53分压后积蓄。因此，第一个电容器44处积蓄的电压值相比未设置第二个电容器53时来的小，可以降低因反向电流的产生而产生的浪涌电压的大小。此结果为，即使因反向电流的产生而产生浪涌电压，也可防止通过线圈43与第一个二次线圈32以及第二个二次线圈33进行同步整流的开关元件41、42、以及负载处被附加过大的电压。
另外，浪涌防止电路50除了可防止所述因反向电流的产生而产生的浪涌电压外，即使二次电路40处因产生瞬间性的大的电压变化而产生电噪声，所产生的电噪声也会被第一个电容器44与第二个电容器53分压。此结果为，根据本发明，除了因反向电流的产生而产生的浪涌电压外，即使因产生瞬间性的大的电压变化而产生电噪声，也可防止开关元件41、42、以及负载处被附加过大的电压。
以上，就本发明的实施方式就行了说明，在不脱离本发明的要旨的范围内，可进行各种变形、置换、以及附加等。
例如，本实施方式中作为二次电路的举例，虽然用两个开关元件41以及42进行同步不整流的结构进行了说明，但不限于此。本实施方式适用于开关元件为一个及以上时的电路。例如，开关元件为一个时，防电涌电路也可包括一个整流器与第二个电容器53。另外，二次电路40例如为三相输出，包括三个开关元件时，防电涌电路也可包括三个整流器与第二个电容器53。另外，第二个电容器53也可按照例如具有电源装置1的主板的面积以及装置的大小，由多个电容器来构成。
所述实施方式中，虽然一次电路20的电路以结构为全桥式电路作为举例说明，但不限于全桥式电路，二次电路40的整流电路也可由同步整流方式的电路构成。例如，一次电路20的电路方式也可为非共振型的PWM调制的电路方式，另外，也可为由相位转换(Phaseshift)型的开关电路构成的开关电源装置。
另外，电源装置1可进一步包括反向电流检测电路。反向电流检测电路例如对流通开关元件41或42处的电流进行检测。当检测出反向电流产生时，反向电流检测电路可将表示检测出反向电流的信号输出给控制电路70。此情况下，根据本实施方式，同步整流被停止时产生的浪涌电压由于会被第一个电容器44与第二个电容器53分压，可防止因浪涌电压导致开关元件41以及42被破坏。
另外，本实施方式中虽然以电源装置1通过变压器30将一次电路20与二次电路40绝缘，对电压进行变压为例，但不限于此。二次电路40包括进行同步整流的电路即可。另外，例如也可使用不使用变压器的电荷泵(Chargepump)电路进行变压。
再者，所述电源装置1中控制电路70内的各处理部也可通过专门的硬件(Hardware)得以实现，另外，也可将实现各处理部的功能的程序(Programe)记录在可进行计算机(Computer)读取的记录媒体中，通过使计算机系统(Computersystem)读取并执行该记录媒体中记录的程序来实现其功能。
也就是说，也可使所述控制电路70内搭载具有CPU、ROM、以及RAM等的微型控制器(Microcontroller)和微型计算机(Microcomputer)等的计算机系统，通过CPU读取并执行软件程序来实现控制电路70的一部分或者全部的处理功能。
符号说明
1电源装置
10、60电池
20一次电路
21～24、41、42开关元件
25电容器
30变压器
31一次线圈
32第一个二次线圈
33第二个二次线圈
40二次电路
44第一个电容器
50浪涌防止电路
51、52整流器
53第二个电容器
70控制电路

Claims (4)

1.一种电源装置，其特征在于，包括：
整流器，其输入端子与进行同步整流的开关元件的一端相连接；
线圈，其一端与自身电源装置的输出端相连接；以及
第二个电容器，其一端与一端接地的第一个电容器的另一端和所述线圈的一端之间的连接点相连接，其另一端与所述整流器的输出端子相连接，所述第二个电容器与所述第一个电容器相串联。
2.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于：
其中，第一个所述整流器的输入端子与进行同步整流的第一个所述开关元件的一端和进行电压转换的变压器的二次线圈的一端之间的交汇点相连接，
第二个所述整流器的输入端子与进行同步整流的第二个所述开关元件的一端和所述二次线圈的另一端之间的交汇点相连接，
所述线圈的另一端与所述二次线圈的连接点相连接。
3.根据权利要求2所述的电源装置，其特征在于：
其中，所述第二个电容器的正极与第一个所述整流器的输出端子以及第二个所述整流器的输出端子相连接，
所述第二个电容器的负极与所述线圈的一端以及所述第一个电容器的另一端相连接。
4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的电源装置，其特征在于：
其中，所述第一个电容器以及所述第二个电容器对所述线圈处产生的浪涌电压进行分压。
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