CN1551470A - 开关电源装置 - Google Patents

Abstract

一种开关电源装置，包括第一整流电感器，第一整流电感器设置在当第一开关电路接通期间，从电源输入装置经由第一开关电路和电感器的电流路径上；和第二整流电感器，其设置在当第一开关电路断开期间，经由电感器的电流的路径上。第一与第二整流电感器和该电感器连接到第一连接点。包含第二开关电路和串联电容器的钳位串联电路的一端连接到第二连接点，第二连接点连接第一整流感应器和第一开关电路，而它的另一端被连接成致使第一和第二整流感应器和串联电容器组成一个谐振电路。因此，第一和第二开关元件能够以零电压接通。

Description

开关电源装置

技术领域

本发明涉及一种开关电源装置，其用于提供和中断来自输入电源的电能以及利用电感器转换该电能以便输出预定的直流电压。

背景技术

美国专利No.5,736,842(专利文献1)和国际公布No.95/22092小册子(专利文献2)公开了用于减少损耗的开关电源装置，其中开关元件是在外加电压几乎是零时才转换。

图11是根据专利文件1的开关电源装置电路图。在这个装置中，包括开关元件S1和电容器Cc的串联电路(钳位电路)连接到电感器Ls与开关元件S的连接点以及二极管D与滤波电容器C_F的连接点。还有，该钳位电路与包括电感器Ls和二极管D的串联电路并联连接。

在图11所示的开关电源装置中，当开关元件S导通时，能量是在接通期间在电感器Ls中积累，电容器Cc在开关元件S断开期间充电，然后进行放电。通过在放电期间断开开关元件S1，开关元件S的寄生电容积累的电荷放电，致使该开关元件接通以至于开关元件两端的电压是零(在下文中，这种操作称为零电压转换)。

图12是根据专利文件2的开关电源装置电路图。在这个电路中，电感器L2连接在电感器L2与开关元件S1的连接点和第五二极管D5之间。利用这种结构，包括开关元件S2和电容器C3的串联电路(钳位电路)跨接在电感器L2两端，在开关元件S1断开期间在电感器L2中积累能量，以便于实现开关元件S1的零电压转换。

在图11所示的根据专利文件1的开关电源装置中，当输入电压和输出电流显著地变化时，电感器Ls中积累的转换能量改变，因此在输入电压与负载电流的很宽范围内难以实现零电压转换。尤其是，在具有谐波电流调节功能的开关电源装置中，在没有整流/平滑输入直流电源的情况下进行转换，因此输入电压变化很大。例如，当商用交流电源电压是AC 264V时，在商用交流电源的频率上，输入电压在0到373V的很宽的范围内变化。因此，当没有可靠地执行零电压转换时，损耗显著地增加。

还有，经由电感器Ls的峰值电流和有效电流随着输入电源电压的变化而显著地改变。因此，通过电感器Ls减少传导损耗的同时，难以积累零电压转换所需要的整流能量。

另外，当电感器Ls和开关元件S的连接点和一个稳定电位(例如，跨越滤波电容器CF的电位)通过钳位电路连接时，在轻负载情况下电流连续流过电感器L，因此电流反馈模式发生，其中电流被反馈到输入端。因此，电感器L和开关元件S的传导损耗增加，而在轻负载情况下的效率显著地变坏。

在图12所示的根据专利文件2的开关电源装置中，当输入电源电压和输出电流相对负载显著地变化时，电感器L2中积累的整流能量变化。所以，在输入电源电压和输出电流的很宽的范围内难以执行零电压转换。还有，在通过电感器L2减少传导损耗的同时，难以积累零电压转换需要的整流能量。

发明内容

为了克服上述问题，本发明优选实施方案提供低损耗的开关电源装置，其用于可靠地执行零电压转换而不管输入电源电压和输出电流之一的变化范围大。

此外，本发明的优选实施方案提供一种开关电源装置，其中功率因数通过执行零电压转换而显著地改善，不管输入电源电压的变化范围大。

根据本发明优选实施例的开关电源装置包括：用于提供和中断来自电源输入单元的电能的第一开关电路；用于积累经由第一开关电路输入的电能以及释放电能给电源输出单元的电感器；用于对流到输出单元的电流进行整流的整流二极管；用于平滑输出单元的电压的滤波电容器。第一整流电感器设置在当第一开关电路接通期间，从电源输入单元流经第一开关电路和电感器的电流路径上。第二整流电感器设置在当第一开关电路断开期间，流经电感器的电流路径上。该电感器和第一、第二整流电感器连接到第一连接点。钳位串联电路，其包含以串联的形式连接的第二开关电路和串联电容器，钳位串联电路的一端连接到第二连接点，第二连接点连接第一整流感应器和第一开关电路，以致于第一和第二整流感应器和串联电容器组成一个谐振电路。第一开关电路包括第一开关元件、第一二极管和第一电容器的并联电路。第二开关电路包括第二开关元件、第二二极管和第二电容器的并联电路。设置开关控制电路，用于在第一和第二开关元件两者断开的一周期内，交替地接通/断开第一和第二开关元件。

利用这种结构，能量是在第一和第二开关电路接通与断开循环期间，在第一和第二整流感应器中积累，以致于能够实现零电压转换。此外，即使输入电源电压和输出电流之一显著地变化，也能够实现零电压转换而且可以显著地降低开关损耗。

更可取地，该钳位串联电路可以并联连接到第一和第二整流感应器的串联电路。

利用这种唯一的结构，当输出负载较轻时以及当流过第一和第二整流电感器的电流较小时，该装置以所谓的电流间断模式工作，其中电流间断地流过串联的电感器，以致可以减少由于反馈电流引起的传导损耗。

还有，包括串联连接的第二开关电路和串联电容器的钳位串联电路的一端可以连接到第二连接点，而钳位串联电路的另一端可以连接到电源输入装置、电源输出装置和地线中的任何一端。

利用这种结构，当加到输出的负载较轻时，该装置以反馈的方式工作，其中电源是通过串联的电感器提供给电源输入装置，致使预定电流持续流过串联的电感器。因此，在轻负载情况下输出电压的稳定性和开关电源装置的响应特性大大地改善。

第一和第二整流电感器可以是磁耦合的。

从而，第一和第二整流电感器的总电感变得大于第一和第二整流电感器单独安排情况下的电感。还有，可以减少磁芯上导线的圈数，致使该电感器可以小型化而且能够减少由导线所引起的传导损耗。

还有，一过电流保护电路与第二开关元件串联连接，所述过电流保护电路用于检测流过第二开关元件的电流、当该电流达到预定值时关断第二开关元件以致于抑制流过第二开关元件的电流峰值，而且抑制第一和第二整流电感器的磁饱和。

利用这种结构，能够抑制流过第二开关元件电流的峰值，可以防止第一和第二整流电感器的磁饱和，而且可以避免由磁饱和所引起的过电流导致第二开关元件的击穿。

此外，在钳位串联电路中设置第三二极管，第三二极管具有比第二开关元件短的反向恢复时间并且防止反向电流到第二开关元件。具有比与第二开关元件并联的第二二极管更短的反向恢复时间的第四二极管按照与第二开关元件导通方向相反的方向与包括第二开关电路的串联电路连接。

通过提供第三和第四二极管，可以减少由第二开关元件的寄生二极管的反向恢复时间所引起的第一开关元件的开关损耗。此外，通过提供第四二极管，可以减少用于检测流过第二开关元件电流的电路所引起的损耗。

第五二极管可以按照防止反向电压施加到串联电容器的方向并联连接到串联电容器。

利用这种结构，可以防止反向电压施加到串联电容器，而且当一个过电压施加时则第五二极管短路，因此避免该串联电容器击穿。

此外，提供用于对商业交流电源的输入实现全波整流的全波整流电路；以及设置在全波整流电路和电源输入装置之间的低通滤波器，低通滤波器用于允许商业交流电源的频率分量通过，并且阻断第一和第二开关元件的转换频率的分量和它们的谐波分量。

利用这种结构，由转换第一和第二开关元件所产生的脉冲电流被低通滤波器阻断，而该脉冲电流没有施加到全波整流电路。从而，可以减少全波整流电路中的损耗。

开关控制电路可以包括一个单元，该单元用于将与通过整流商业交流电源电压获得的全波整流电压信号成比例的电压乘以一直流输出电压或通过分割输出电压而获得的一直流输出电压，以便为控制输入电流和输出电压两者的电流误差放大器获得基准信号，而且根据该基准信号来控制第一和第二开关元件的控制信号的脉冲宽度。

按照这种方法，通过控制来自输入电源的输入电流波形，可以抑制输入电流中的谐波电流。

此外，第一和第二开关电路中的至少一个可以是场效应晶体管。

利用这种结构，场效应晶体管的寄生二极管和电容可以作为电路元件，因此可以减少元件的数量以及可以减少设备的尺寸和重量。

开关控制电路可以包括定时控制单元，其用于当施加在第一或第二开关元件上的电压下降到零或者几乎是零以后，接通第一或第二开关元件。

按照这种方法，通过进行第一和第二开关元件的零电压转换，可以显著地减少开关损耗，可以抑制开关浪涌，因此开关电源设备的效率可以增加同时开关电源设备的尺寸和重量可以减小。

从下面参考附图优选实施例的详细描述中，本发明的其它特点、元件、步骤、特征和优点将变得更明显。

附图说明

图1是根据本发明第一优选实施例的开关电源装置的电路图；

图2显示图1电路中的波形成分；

图3显示输入电流Iin和流过电感器L的电流IL的波形；

图4是根据本发明第二优选实施例的开关电源装置的电路图；

图5是根据本发明第三优选实施例的开关电源装置的电路图；

图6是根据本发明第三优选实施例的开关电源装置的电路图；

图7A到7C是电路图，其中每个电路图显示根据本发明第四优选实施例的开关电源装置的一关键部分；

图8A到8C是电路图，其中每个电路图显示根据本发明第四优选实施例的开关电源装置的一关键部分；

图9A到9C是电路图，其中每个电路图显示根据本发明第四优选实施例的开关电源装置的一关键部分；

图10A和10B显示在轻负载情况下当工作方式转入间断方式和反馈方式时，第一开关元件Q1的漏极电流波形；

图11是已有技术开关电源装置的电路图；

图12是另一个已有技术开关电源装置的电路图。

具体实施方式

在下文中，将参考图1到图3描述根据第一优选实施例的开关电源装置。图1是该开关电源装置的电路图，而图2和图3显示其中元件的波形。

在图1中，电路包括商业交流电源Vin和用于实现电流全波整流的二极管电桥DB。低通滤波器LPF允许商业交流电源的频率(大约50Hz到60Hz)通过它而阻断开关频率(例如，大约100kHz)。低通滤波器LPF包括电感器Lf和电容器Cf1与Cf2。电感器L是能量-转换电感器而电感器L1与L2是第一和第二整流电感器。第一开关电路S1包括第一开关元件Q1、第一二极管D1和第一电容器C1的并联电路。通过使用金属氧化物半导体场效应晶体管作为第一个开关电路S1，它的寄生二极管与寄生电容可以分别用作为第一二极管D1与第一电容器C1。第一整流电感器L1设置在当第一开关电路S1导通期间，从电源输入单元Pin经过第一开关电路S1与电感器L的电流流过的路径上。

第二整流电感器L2设置在当第一开关电路S1断开期间，流过电感器L的电流的路径上。此外，电感器L和第一和第二整流电感器L1和L2连接到第一连接点P1。

该电路的输出单元包括整流二极管Ds和用于平滑输出单元的电压的电容器Co。电容器Cs是整流二极管Ds的寄生电容。

第二开关电路S2包括第二开关元件Q2、第二二极管D2和第二电容器C2的并联电路。如第一开关电路S1中一样，通过使用金属氧化物半导体场效应晶体管作为第二开关电路S2，它的寄生二极管和寄生电容可以分别用作为第二二极管D2和第二电容器C2。第二开关电路S2与串联电容器Cr串联连接，而且这个串联电路起着钳位串联电路的作用并且定义为钳位串联电路10。

钳位串联电路10的一端连接到第二连接点P2，第二连接点P2连接第一整流电感器L1和第一开关电路S1，而该钳位串联电路10的另一端连接到第三连接点P3，第三连接点P3连接第二整流感应器L2和第二整流二极管Ds，因此第一和第二整流感应器L1和L2和串联电容器Cr构成一个谐振电路。此外，在这个优选实施例中，该钳位串联电路10并联连接到第一和第二整流感应器L1和L2的串联电路。

第一和第二整流电感器L1和L2更可取地是通过在磁芯上绕制导线而形成，而且两个电感器是磁耦合。通常，电感器的电感量与导线圈数的平方成正比。例如，当第一和第二整流电感器L1和L2是通过分别在磁芯上卷绕导线5圈形成在相同的磁芯上时，当这两个电感器没有磁耦合时，总电感是(5²)×A+(5²)×A＝50A。另一方面，当两个电感器是磁耦合时，总电感是((5+5)²)×A＝100A，因此总电感可以加倍。这里，A通常是一个称作AI-值(感应系数)的特征值，其取决于磁芯的材料、有效横截面、磁路长度等等。所以，用较少的导线圈数可以获得相同的电感，因此可以减少第一与第二整流电感器的尺寸与重量同时也可以减少导线的传导损耗。

用于检测流过第二开关元件Q2电流的电阻R2与第二开关元件Q2串联连接。还有，晶体管Tr1与第二开关元件Q2连接以致于电阻R2的电压降施加在基极与发射极之间，而第二开关元件Q2的栅极-源极由于集电极与发射极之间的导通而短路。

电阻R3与R4构成电阻分压器，用于以一定的比例分压输出电压Vo。电阻R1提取流过第一开关电路S1的电流Id1作为一个电压信号。

在开关控制电路11中，电压误差放大器A1将由电阻分压器中电阻R3与R4分压的电压与一个参考电压Vr进行比较，以致于输出一个直流电压信号。乘法器MUL将电压误差放大器A1的输出与电源输入单元Pin的全波整流电压信号相乘，以致输出一个具有全波整流电压波形的信号。电流误差放大器A2利用乘法器MUL的输出电压作为参考信号，并且进行这个基准信号与电阻R1的电压降信号的误差放大(即，与流过第一开关电路S1的电流Id1成正比的电压信号)，然后降该信号施加到脉宽调制振荡器PWMOSC。脉宽调制振荡器PWMOSC根据电流误差放大器A2的输出电压将开关控制信号施加到第一与第二开关元件Q1与Q2的栅极。脉宽调制振荡器PWMOSC控制在转换周期内第一开关元件Q1的导通时间比例(时间比)。此时，第一和第二开关元件Q1和Q2按照其间两个元件都断开的一个周期，交替地导通/断开，如下所述。

图2显示图1中所示元件中的波形。在此，Vgs1是第一开关元件Q1的栅-源电压，Vgs2是第二开关元件Q2的栅-源电压。Vds1是第一开关元件Q1的漏-源电压，Vds2是第二开关元件Q2的漏-源电压。Id1是第一开关元件Q1的漏极电流，Id2是第二开关元件Q2的漏极电流。Is是流过整流二极管Ds的电流。该电路的每个状态的工作将描述如下。

状态1：t1-t2

第一开关元件Q1处于导通状态，而第二开关元件Q2和整流二极管Ds处于断开状态。  输入电压Vin施加到电感器L与整流电感器L1的串联电路，以至于漏极电流Id1流过第一开关元件Q1。漏极电流Id1随时间线性地增加。串联电容器Cr的电压Vc施加在第二开关元件Q2的漏极与源极之间，而输出电压Vo施加在整流二极管Ds两端。然后，第一开关元件Q1在时间t2断开以致于转变到状态2。

状态2：t2-t3

当第一开关元件Q1断开时，第一电容器C1利用流过电感器L与整流电感器L1的电流充电而第二电容器C2与电容器Cs放电。在时间t2，当第二开关元件Q2的漏-源电压Vds2和整流二极管Ds的电压Vs达到零时，第二开关元件Q2的第二二极管D2和整流二极管Ds进入导通状态。

状态3：t3-t4

当第二开关元件Q2的第二二极管D2进入导通时，串联电容器Cr的电压Vc施加到第一和第二整流电感器L1和L2的串联电路。串联电容器Cr具有足够大的电容量，电容器Cr的充电电压Vc基本上是恒定的，而第二开关元件Q2的漏极电流Id2实质上随时间而增加。在此，当流过第二二极管D2的电流达到零之前，通过接通第二开关元件Q2可以进行第二开关元件Q2的零电压转换。也就是说，因为当电流流过第二二极管D2时(图2中的周期T2期间)第二开关元件Q2的漏-源电压是零，所以可以通过在那个周期期间产生Vgs2高电平来实现第二开关元件Q2的零电压转换。然后，第二开关元件Q2在时间t4断开以致于进入状态4。

状态4：t4-t5

当第一开关元件Q2断开时，第一电容器C1利用流过电感器L与整流电感器L2的电流放电而第二电容器C2充电。还有，当第一开关元件Q1的漏-源电压Vds1达到零时，第一开关元件Q1的第一二极管D1进入导通状态，以致达到状态5。

状态5：t5-t6

当第一二极管D1进入导通状态时，输出电压Vo施加到第一和第二整流感应器L1和L2的串联电路。漏极电流Id1随时间线性地增加。在此，在第一开关元件Q1的漏极电流Id1达到零之前的期间，就是说，在第一二极管D1处于导通周期期间(图2中T1期间)，Vgs1达到高电平而第一开关元件Q1导通，因此可以实现第一开关元件Q1的零电压转换。然后，在时间t6，漏极电流Id1变得等于流过电感器L的电流而整流二极管Ds的电流Is达到零，以至于达到状态6，状态6是整流二极管Ds的反向恢复时间。

状态6：t6-t7

在整流二极管Ds的反向恢复时间期间，整流二极管Ds的电压Vs是零而电流Is以相反的方向流动。然后，在整流二极管Ds的过渡时间，跨越整流二极管Ds两端的电压Vs开始增加，而同时，第二开关元件Q2的漏-源电压Vds2减小。因此，串联电容器Cr的电压Vc变得等于包括第一和第二整流电感器L1和L2的串联电路的外加电压。

重复上面所描述的状态1到6。

图3显示图1中所示的输入电流Iin与流过电感器L的电流IL之间的关系。输入电流Iin等效于利用图1中所示的低通滤波器LPF滤除流过电感器L的电流IL的电流信号而获得的分量。即使电源输入单元Pin处的电压从0V到全波整流电压波形的峰值电压显著地变化，也可以在宽范围内进行第一和第二开关元件Q1和Q2的零电压转换，而且输入电流Iin具有与商业交流电源电压几乎相同的波形。这相当于这样一种操作，其中包含连接到其输出单元的负载的整个开关电源装置作为商业交流电源的电阻负载，而且它是作为具有功率因数大约是1.0的负载。因此，功率因数可以显著地改善。

在这个优选实施例中，并联连接到第一和第二开关元件Q1和Q2的第一和第二二极管D1和D2以及第一和第二电容器C1和C2，分别是金属氧化物半导体场效应晶体管的寄生二极管和寄生电容，而且并联连接到整流二极管Ds的电容器Cs也是寄生电容。然而，可以根据所需要的每个二极管的载流容量以及所需要的每个电容器的电容量来添加独立的(非寄生的)二极管和电容器。

接下来，将参考图4中所示电路图描述根据第二优选实施例的开关电源装置。这个开关电源装置是通过在图1所示的开关电源装置中增加第三二极管D3到第五二极管D5构成的。

在这个优选实施例中，第三二极管D3是按照防止第二开关元件Q2的反向电流的方向，与包含第二开关电路S2和串联电容器Cr的串联电路连接的。

还有，第四二极管D4是按照与第二开关元件Q2的导通方向相反的方向，与包括第二开关电路S2的串联电路并联连接的。第四二极管D4以相反方向旁路流过电阻R2的电流以致于减少由电阻R2等引起的传导损耗。再者，第四二极管D4的反向恢复时间比第二二极管D2的反向恢复时间短。因此，第二二极管D2不起作用，以致由第四二极管D4减小了反向恢复电流。

第五二极管D5是按照防止反向电压施加到电容器Cr的方向，与串联电容器Cr并联连接的。因此，可以使用有极性的电容元件作为串联电容器Cr。此外，通过使用齐纳二极管作为第五二极管D5，当施加在串联电容器Cr的电压超过齐纳击穿电压时，该电压被钳位或短路，因此可以防止由于串联电容器Cr击穿而引起的故障的扩大。

接下来，将参考图5和图6描述根据第三优选实施例的开关电源装置。

在第一和第二优选实施例中使用了升压的变换器方案，然而也可以采用降压的变换器方案或采用升压/降压的变换器方案。图5显示采用降压的变换器方案的例子，图6显示采用升压/降压的变换器方案的例子。在图5和图6中，没有显示与第一和第二开关元件Q1和Q2并联连接的电容器和二极管以及整流二极管Ds的寄生电容。还有，用于施加开关控制信号到第一和第二开关元件Q1和Q2的开关控制电路也没有显示。

在图5中，第一开关元件Q1设置在电源输入单元Pin与第二连接点P2之间，整流二极管Ds设置在第三连接点P3与地线GND之间，而电感器L设置在第一连接点P1与输出单元Vout之间。

在图6中，第一开关元件Q1设置在电源输入单元Pin与第二连接点P2之间，电感器L设置在第一连接点P1与地线GND之间，而整流二极管Ds设置在第三连接点P3与输出单元Vout之间。

在图5和图6中，第一整流电感器L1设置在第一开关元件Q1导通期间流过第一开关元件Q1和电感器L的电流路径上，而第二整流电感器L2设置在第一开关元件Q1断开期间流过电感器L的电流路径上。还有，设置有钳位串联电路10，其包括具有串联连接的第二开关元件Q2和串联电容器Cr的第二开关电路，而且钳位串联电路10连接到第二和第三连接点P2和P3，以致于第一和第二整流感应器L1和L2与串联电容器Cr构成一个谐振电路。此外，钳位串联电路10与包括第一和第二整流感应器L1和L2的串联电路并联连接。这种结构与图1和4中显示的升压变换器的结构相同。

利用这种结构，可以实现第一和第二开关元件Q1和Q2的零电压转换，输入到电源输入单元Pin的宽范围的电压可以作为一稳定的直流电压输出。

接下来，将参考图7A到10B描述根据第四优选实施例的开关电源装置。

图7A到7C显示升压的变换器的三种结构。图8A到8C显示降压的变换器的三种结构。图9A到9C显示升压/降压变换器的三种结构。

在图7A到9C中，Vi是来自电源输入单元Pin的与电源输入侧电路相对应的输入电源。在图7A和图9C中，没有显示并联连接到第一和第二开关元件Q1和Q2的电容器和二极管以及整流二极管Ds的寄生电容。还有，用于施加开关控制信号到第一和第二开关元件Q1和Q2的开关控制电路也没有显示。

在图7A到9C的每幅图中，第一整流电感器L1设置在第一开关元件Q1的导通期间从电源输入单元Pin经由第一开关元件Q1和电感器L的电流流过的路径上，而第二整流电感器L2设置在第一开关元件Q1断开期间流过第一整流电感器L1的电流路径上。还有，电感器L和第一和第二整流电感器L1和L2与第一连接点P1连接，并设置包括串联连接的第二开关元件Q2和串联电容器Cr的钳位串联电路10。此外，钳位串联电路10的一端与第二连接点P2连接，第二连接点P2与第一整流电感器L1和第一开关元件Q1连接，以致于第一和第二整流电感器L1和L2和串联电容器Cr构成一个谐振电路。

在图7A、8A和9A中，钳位串联电路10的另一端连接到输出单元Vout。在图7B、8B、和9B中，钳位串联电路10的另一端连接到地线GND。在图7C、8C、和9C中，钳位串联电路10的另一端连接到电源输入单元Pin。

在图7A到9C中，在包括第一和第二整流电感器L1和L2和串联电容器Cr的谐振电路中的谐振电流流过下面的路径。

图7A Cr→Q2→L1→L2→Ds→Cr

图7B Cr→Q2→L1→L2→Ds→Co→Cr

图7C Cr→Q2→L1→L2→Ds→Co→Vi→Cr

图8A Cr→Co→Ds→L2→L1→Q2→Cr

图8B Cr→Ds→L2→L1→Q2→Cr

图8C Cr→Vi→Ds→L2→L1→Q2→Cr

图9A Cr→Ds→L2→L1→Q2→Cr

图9B Cr→Co→Ds→L2→L1→Q2→Cr

图9C Cr→Vi→Co→Ds→L2→L1→Q2→Cr

在图1、4、5和6显示的每个电路中，钳位串联电路10的两端连接到第二和第三连接点P2和P3，而第三连接点P3确定为第二整流电感器L2与整流二极管Ds的连接点。利用这种结构，在轻负载情况下，操作模式从连续模式转移到所谓的间断模式。另一方面，在图7A到9C所示的开关电源装置中，钳位串联电路10的一端连接到第二连接点P2而它的另一端连接到电源输入单元Pin、输出单元Vout和地线GND中的任何一个。利用这种结构，在轻负载情况下，操作模式转变到所谓的反馈模式。

图10A和10B显示这些状态。图10A显示当模式转变到间断模式时第一开关元件Q1的漏极电流Id1的波形，而图10B显示当模式转变到反馈模式时第一开关元件Q1的漏极电流Id1的波形。当输入与输出电压是常数时，第一开关元件Q1的漏极电流Id1随着输出电流的增加而增加。

在图10A与10B中，a是在一定负载下第一开关元件Q1的漏极电流。当负载变得较轻而漏极电流Id1变得较小时，Id1波形的高度变的较低而其斜度保持不变。在转变到间断模式的开关电源装置中，当输出功率从b所示的状态(临界模式)进一步减少时，在第一开关元件Q1导通周期内，第一开关元件Q1断开以致于转变到间断模式，如图中c所显示。也就是说，当流过电感器L的电流达到0时，产生周期TL。

另一方面，在转变到反馈模式的开关电源装置中，当负载变得比临界模式b中的负载轻时，模式转变到反馈模式，其中电流Id1从负电平开始，如图10B所示。结果，即使在轻负载情况下电流也继续流过电感器L。

在间断模式中，电感器L和第一整流电感器L1中的传导损耗可以抑制，而且开关电源装置在轻负载情况下的损耗也可以减少。另一方面，在反馈模式中，即使在轻负载情况下预定的电流也流过电感器L，因此可以改善输出电压的稳定性和相对输出变化的响应特性。

在图1和4所示的优选实施例中，在二极管电桥DB和电源输入单元Pin之间设置低通滤波器LPF。另外，低通滤波器LPF可以设置在用于执行全波整流的二极管电桥DB输入一侧。在这种情况下，开关操作产生的脉冲电流流过二极管电桥DB。因为二极管电桥DB具有滤波效应，所以低通滤波器LPF可以有利于小型化。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，显然对于那些技术上熟知的人来说，在此所公开的发明可以在多方面修改，以及除了上面特别陈述内容之外还可以设想出许多实施例。因此，这意味着本发明所附的权利要求覆盖落在本发明的真正精神和范围内的所有的修改和变化。

Claims (11)

1.一种开关电源装置，其中包括：

用于提供和中断来自电源输入单元的电能的第一开关电路；

用于积累经由第一开关电路输入的电能以及释放电能给电源输出单元的电感器；

用于对流到输出单元的电流进行整流的整流二极管；

用于平滑输出单元的电压的滤波电容器；其中

第一整流电感器，设置在当第一开关电路接通期间从电源输入单元流经第一开关电路和电感器的电流路径上；

第二整流电感器，设置在当第一开关电路断开期间流经电感器的电流路径上；

该电感器和第一、第二整流电感器连接到第一连接点；

钳位串联电路，其包括以串联的形式连接的第二开关电路和串联电容器，钳位串联电路的一端连接到第二连接点，第二连接点连接第一整流感应器和第一开关电路，以致于第一和第二整流感应器和串联电容器组成一个谐振电路；

第一开关电路包括第一开关元件、第一二极管和第一电容器的并联电路；

第二开关电路包括第二开关元件、第二二极管和第二电容器的并联电路；和

开关控制电路，用于在第一和第二开关元件两者断开的周期内，交替地接通/断开第一和第二开关元件。

2.根据权利要求1所述的开关电源装置，其特征在于所述钳位串联电路并联连接到第一和第二整流感应器的串联电路。

3.根据权利要求1所述的开关电源装置，其特征在于包括串行连接的第二开关电路和串联电容器的钳位串联电路的一端连接到第二连接点，而钳位串联电路的另一端连接到电源输入单元、电源输出单元和地线中的至少一端。

4.根据权利要求1所述的开关电源装置，其特征在于所述第一和第二整流电感器是磁耦合的。

5.根据权利要求1所述的开关电源装置，其特征在于一过电流保护电路与第二开关元件串联连接，所述过电流保护电路用于检测流过第二开关元件的电流、当该电流达到预定值时关断第二开关元件以致于抑制流过第二开关元件的电流峰值，而且抑制第一和第二整流电感器的磁饱和。

6.根据权利要求5所述的开关电源装置，其特征在于在钳位串联电路中设置第三二极管，第三二极管具有比第二开关元件短的反向恢复时间并且防止反向电流到第二开关元件，以及第四二极管按照与第二开关元件导通方向相反的方向与包括第二开关电路的串联电路并联连接。

7.根据权利要求1所述的开关电源装置，其特征在于第三二极管按照防止反向电压施加到串联电容器的方向并联连接到串联电容器。

8.根据权利要求1所述的开关电源装置，其特征在于包括：用于对商业交流电源的输入实现全波整流的全波整流电路；以及设置在全波整流电路和电源输入装置之间的低通滤波器，低通滤波器用于允许商业交流电源的频率分量通过，并且阻断第一和第二开关元件转换频率的分量和它们的谐波分量。

9.根据权利要求1所述的开关电源装置，其特征在于开关控制电路包括一个单元，其用于将与通过整流商业交流电源电压获得的全波整流电压信号成比例的电压乘以一直流输出电压或通过分割输出电压而获得的一直流输出电压，以便为控制输入电流和输出电压两者的电流误差放大器获得基准信号，而且根据该基准信号来控制第一和第二开关元件的控制信号的脉冲宽度。

10.根据权利要求1所述的开关电源装置，其特征在于第一和第二开关电路中至少一个是场效应晶体管。

11.根据权利要求1所述的开关电源装置，其特征在于所述开关控制电路包括：定时控制单元，其用于当施加在第一或第二开关元件上的电压下降到零或者几乎是零以后接通第一或第二开关元件。

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