CN1393987A - 开关电源电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种开关电源电路在进行直流电转换时半导体开关器件损耗小，可获得高功率因数。该开关电源电路具有被施加交流电压的二极管桥D1～D4、连到其另一端的电抗器L1、与其连接的第1二极管D5、第1二极管的另一端连到第1线圈的变压器TR、通电线路连接第1线圈的另一端的第1晶体管Q1、与电抗器和第1二极管连接的电容器C4、与第3线圈和电容器另一端连接的第2二极管D7、以及第2二极管的另一端连到通电线路的第2晶体管Q2，而且按第1、第2晶体管以不同的定时进行导通截止。

Description

开关电源电路

技术领域

本发明涉及一种从直流电压源通过变压器把直流电力供给负荷的开关电源电路，特别是涉及改善功率因数的开关电源电路。

背景技术

现在，大多数使用采用二极管桥等的整流器，把商用交流电源来的交流电压转换成直流电压，将其变压为要求的直流电力进行波形整形输出的开关电源电路。这种开关电源电路中，通过变压器的一次线圈将用整流器转换后的直流电力供给晶体管等的开关器件，通过以一定的周期使该开关器件导通截止，在变压器的二次线圈获得要求波形的输出电压，通过对该输出电压进行平滑处理，就可以向负荷供给最终希望的直流电力。

在这里，作为现有的开关电源电路，例如由日本特许第3082873号公报提出。图4表示现有的开关电源电路图，图5是表示图4中所示开关电源电路的工作曲线图。图4中的开关电源电路2是表示与该专利大致同样的开关电源电路，设置有外加交流电力的二极管桥D1～D4、连到该二极管D1与D3的连接点的电抗器L1、以及连接该另一端的二极管D5。再者，用于变压的晶体管TR具有输入侧的一次线圈N1和输出侧的二次线圈N2。在晶体管TR的一次线圈N1的一端上连接上述二极管D5的另一端，进而连接电容器C1。一次线圈N1的另一端上，连接作为是主半导体开关的开关器件，晶体管Q1导电线路一端，其另一端连到上述的二极管桥的D4与D2的连接点。另外，在晶体管TR的一次线圈N1的另一端和上述电抗器L1与二极管D5的连接点之间，设置缓冲电容器C4。同样，电容器C3连到晶体管Q1的导电线路一端和另一端。

该开关晶体管Q1，根据输出电位，供给控制晶体管导通截止的定时信号，用该定时信号进行其开关。

而且，作为晶体管TR输出侧的二次线圈N2，其一端连接二极管D6，另一端设置接地。而且，二极管D6的输出连接到电解电容器C2的一端，向图未示出的负荷供给输出电位V0。还有电解电容器C2的另一端接地。

这种开关电源电路2中，按照图5曲线示出这样的工作定时，在二次线圈N 2侧，发生要求的直流电力供给负荷。

发明内容

然而，这种开关电源电路中，令人关注开关晶体管Q1的工作定时，存在发生半导体开关器件损耗的这个问题。就是，在时刻T1随栅极电压晶体管Q1导通。同时电容器C3、C4放电的电流流入晶体管Q1。并且晶体管Q1的漏极电压也在下降。该晶体管Q1导通时，晶体管Q1的漏电流上升边与漏电压下降边重叠部分作为开关损耗出现。该开关损耗就成为开关电源电路效率和功率因数低下原因的这种问题所在。又进而，晶体管Q1的漏电流下降边因与晶体管Q1的漏电压上升边重复，会作为晶体管Q1截止时的开关损耗表现出来，也同样存在导致效率和功率因数降低这样的问题。

本发明就是鉴于上述情况而研发的，其目的在于提供一种可通过设置多个开关器件，可获得开关器件损耗少高功率因数的开关电源电路。

本发明开关电源电路包括：整流商用交流电源来的交流电压，输出直流电压的桥型整流电路；由上述桥型整流电路的直流电压输出端上连接的电抗器、及与该电抗器串联连接的第1二极管构成的串联电路；具有一次线圈、二次线圈、三次线圈，一次线圈的一端介以上述串联电路连到上述桥型整流电路的直流电压输出端，另一端连到三次线圈一端的变压器；具有控制电极和主导电线路，在上述变压器一次线圈的另一端与基准电位点之间连接主导电线路的第1开关器件；具有控制电极和主导电线路，在上述变压器三次线圈的另一端与基准电位点之间，介以第2二极管连接主导电线路的第2开关器件；连到上述第1二极管与上述一次线圈的连接点和基准电位点之间的第1电容器；连到上述电抗器与第1二极管的连接点和上述第2二极管与第2开关器件的连接点之间的第2电容器；连到上述变压器二次线圈的二次侧整流电路；以及向上述第1、第2开关器件的控制电极供给驱动信号并且按不同的定时驱动上述第1、第2开关器件导通截止，同时按照上述二次侧整流电路来的电压变化控制上述驱动信号的定时电路而构成的开关电源电路。

本发明采用按期望的定时开关上述的第2晶体管Q2，使用于降低第1晶体管Q1的开关损耗的两个电容器C3、C4的意外蓄电进行放电。因此，比起仅用一个晶体管进行转换处理的情况还要能够减轻开关损耗，因而可以提供一种可能达到更高效率，又改善功率因数的开关电源电路。

附图说明

图1表示本发明开关电源电路一例的电路图。

图2表示本发明开关电源电路工作一例的曲线图。

图3表示本发明开关电源电路工作一例的曲线图。

图4表示现有开关电源电路的电路图。

图5是表示图4开关电源电路工作的曲线图。

具体实施方式

以下，利用附图详细说明本发明的实施例。

图1是表示有关本发明开关电源电路一例的电路图，图2表示有关开关电源电路工作一例的曲线图，图3表示有关本发明开关电源电路工作一例的曲线图。

图1中本发明的开关电源电路1设有外加交流电力的二极管桥D1～D4、连到该二极管D1与D3的连接点的电抗器L1、和连到该另一端的二极管D5。而且，用于变压的晶体管TR具有输入侧的一次线圈N1、三次线圈N3和输出侧的二次线圈N2。晶体管TR输入侧的一次线圈N1一端上，连接着上述二极管D5的另一端，进而连接电解电容器C1。一次线圈N1的另一端上，连接有作为开关器件的晶体管Q1导电线路的一端，其另一端连到上述二极管桥D4与D2的连接点即地。

而且在三次线圈N3的一端，设置电抗器L2和跟其串联的二极管D7。进而在二极管D7的另一端和上述电抗器L1与二极管D5的连接点之间，设置缓冲电容器C4。同样，电容器C3连到晶体管Q1的主导电线路一端与另一端之间。

而且，成为本发明特征的第2开关器件的晶体管Q2导电线路连接到上述二极管D7的另一端，导电线路的另一端连接在二极管D2与D4的连接点。

另外进而，二个晶体管Q1、Q2，分别由定时电路T，各自供给定时信号V_Q1、V_Q2，按照这些定时进行其开关。

并且，晶体管TR输出侧的二次线圈N2，其一端连到二极管D6，另一端设置接地。而且，二极管D6的输出连到电解电容器C2的一端，将输出电位V₀供给图未示出的负荷。另外电解电容器C2的另一端接地。

并且，要把该输出电位V₀供给光电耦合器P1，通过光电耦合器P1把输出电位V₀的变化向定时电路T1反馈，控制驱动晶体管Q1、Q2的定时信号V_Q1、V_Q2频率等，控制晶体管Q1、Q2的导通截止状态。

本发明的开关电源电路1跟图4所示的开关电源电路2的不同处在于，晶体管TR上添加N3线圈，该N3线圈上连接电抗器L2和二极管D7的串联电路，第2晶体管Q2跟该串联电路连接，并将电容器C4连到该连接点。以下，参照图3说明本发明开关电源电路的工作。

开关电源电路1中，作为副半导体开关器件的晶体管Q2假定时刻T1为导通，缓冲电容器C3的电荷沿晶体管TR的三次线圈N3→电抗器L2→二极管D7→晶体管Q2的路径进行放电。该放电电流作为缓冲电容器C3和电抗器L2的串联振荡电流流动。并且缓冲电容器C3和电抗器L2的串联振荡电流的一部分，通过晶体管TR的一次线圈N1，在作为直流电压源的电解电容器C1再生。

借助于这样的晶体管Q2作用，在缓冲电容器C3和电抗器L2的串联振荡电流峰值后半部，可使电容器C3的电压降到零，因而该时刻T2，随着使主半导体开关的晶体管Q1导通，晶体管Q1在零电压下导通。所以晶体管Q1导通时的开关损耗变成零(零电压开关)，会改善效率。

另外，并且晶体管Q2因为缓冲电容器C3和电抗器L2的串联振荡电流从零上升，所以能够进行零电流开关，因而可以消除导通时的损耗。

晶体管Q2导通期间，电容器C4的能量沿电容器C4→晶体管Q2→二极管D4、D2→二极管D1、D3→电抗器L1的路径贮存于电抗器L1内。该晶体管Q2的导通期间T1～T3流向电抗器L1的电流是通过直流电压源进行的，因此二极管桥D1～D4导通角宽大并能改善功率因数。

另外，从晶体管Q2导通的时刻T3起，电抗器L1的能量沿电抗器L1→二极管D5→电容器C1→二极管D4、D2→二极管D1、D3的路径贮存于直流电压源的电解电容器C1内。借助于该晶体管Q2的开关作用，Q1的漏电流朝向零衰减，时刻T4以后变成相当小的值，晶体管Q1的漏电流下降边与漏电压上升边的重叠部分将减少到非常小，导通时的损耗也能抑制到非常小的程度。

就是，在时刻T4，与晶体管Q1导通同时晶体管Q1和晶体管Q2的漏电压上升。晶体管Q1的漏电压上升由于上述晶体管Q2的作用，使充电电流向缓冲电容器C3和C4流动，所以变得缓慢，并能抑制晶体管Q1导通时的损耗。

而且，在时刻T4～T5之间，电容器C4由晶体管TR的一次线圈N1和三次线圈N3进行充电。这时的电容器C4两端电压以[(N1+N3)/N2]表示，如果晶体管Q2导通，该电容器C4的两端电压就与电抗器L1的两端电压相加，因此如图2所示，二极管桥D1～D4中流动电流的导通角从直流电压源的峰值扩大到电容器C4的两端电压，因而可以实现功率因数的改善。

如以上说明过的那样，本发明的开关电源电路中，除作为主半导体开关的晶体管Q1外，通过设置作为副半导体开关的晶体管Q2，随着消除并抑制晶体管Q1导通时的损耗和截止时的损耗，使提高效率和功率因数成为可能。

通过以上所述的实施例，本领域普通技术人员就能实现本发明，然而应该认为本领域普通技术人员也容易实现这些实施例的变形例。这样，本发明扩及不与公开的原理和新特征矛盾的广阔范围，不言而喻并不限定于上述实施例。

以上，在本发明的开关电源电路中，用作为主半导体开关的晶体管Q1从一次侧向二次侧转换能量，借助于作为副半导体开关的晶体管Q2，通过担当减少晶体管Q1开关损耗的任务和改善功率因数的任务，可以抑制晶体管Q1的开关损耗，并且能够提供功率因数高、发生高次谐波电流少的开关电源电路。

Claims (6)

1.一种开关电源电路，包括：

整流商用交流电源的交流电压，输出直流电压的桥型整流电路；

由连接到上述桥型整流电路的直流电压输出端上的电抗器，和与该电抗器串联正向连接的第1二极管构成的串联电路；

具有一次线圈、二次线圈、三次线圈的变压器，一次线圈的一端通过上述串联电路连到上述桥型整流电路的直流电压输出端，另一端连到三次线圈一端；

具有控制电极和主导电线路的第1开关器件，主导电线路连接在上述变压器一次线圈的另一端与基准电位点之间；

具有控制电极和主导电线路的第2开关器件，在上述变压器三次线圈的另一端与基准电位点之间，主导电线路介以第2二极管连接；

在上述第1二极管和上述一次线圈的连接点与基准电位点之间连接的第1电容器；

在上述电抗器和第1二极管的连接点与上述第2二极管和第2开关器件的连接点之间连接的第2电容器；

与上述变压器二次线圈连接的二次侧整流电路；以及

向上述第1、第2开关器件的控制电极供给驱动信号并且按不同的定时驱动上述第1、第2开关器件导通截止，同时响应上述二次侧整流电路来的电压变化，控制上述驱动信号的定时电路。

2.根据权利要求1所述的开关电源电路，其特征是上述变压器的三次线圈的另一端与上述第2二极管之间连接有第2电抗器。

3.根据权利要求1所述的开关电源电路，其特征是上述定时电路产生上述驱动信号，使上述第1开关器件以相对于上述第2开关器件的导通截止定时延迟的定时进行导通截止。

4.根据权利要求1所述的开关电源电路，其特征是上述第1、第2开关器件由场效应晶体管构成。

5.一种开关电源电路，包括：

整流商用交流电源的交流电压，输出直流电压的桥型整流电路；

由连到上述桥型整流电路的直流电压输出端的第1电抗器，和与该第1电抗器串联正向连接的第1二极管和第1电容器构成的第1整流电路；

具有一次线圈、二次线圈、三次线圈的变压器，一次线圈的一端由第1整流电路供给整流电压，另一端连到三次线圈的一端；

由连到上述变压器三次线圈的另一端的电抗器和与该电抗器串联正向连接的第2二极管构成的串联电路；

在上述第1电抗器和第1二极管的连接点与上述第2二极管输出端之间连接的第2电容器；

具有控制电极和主导电线路的第1晶体管，主导电线路连接在上述变压器一次线圈的另一端与基准电位点之间；

具有控制电极和主导电线路的第2晶体管，连接主导电线路在上述第2二极管的输出端与基准电位点之间；

与上述第1晶体管的主导电线路并联连接的第3电容器；

与上述变压器二次线圈连接的二次侧整流电路；以及

向上述第1、第2晶体管的控制电极供给驱动信号，按不同的定时驱动上述第1、第2开关器件进行导通截止，同时响应上述二次侧整流电路来的电压变化，控制上述驱动信号的定时电路。

6.根据权利要求5所述的开关电源电路，其特征是上述定时电路产生上述驱动信号，使上述第1晶体管以相对于上述第2晶体管导通截止定时延迟的定时使进行导通截止。

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