CN1706090A - 开关电源装置 - Google Patents

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Abstract

一种开关电源装置，具有：与直流电源(Vdc1)的两端连接的，将变压器(T)的一次线圈(5a)和电抗器(L3)以及开关(Q1)串联连接的第一串联电路；与一次线圈(5a)以及电抗器(L3)的两端连接的，将开关(Q2)和电容器(C3)串联连接的第二串联电路；整流平滑电路(D1)、(D2)、(L1)、(C4)；和交互地闭合/打开开关(Q1)和开关(Q2)的控制电路(10)，变压器T具有形成磁回路的，隔开规定的间隙(23)安装一次线圈(5a)和二次线圈(5b)的主铁芯(21)；和在间隙(23)中沿一次线圈(5a)的圆周方向隔开规定的距离设置的辅助铁芯(24a)、(24b)，电抗器(L3)由变压器(T)的漏感形成。

Description

开关电源装置
技术领域
本发明涉及一种高效、小型、低噪声的开关电源装置。
背景技术
开关电源装置通过使用开关开/关控制流过变压器的一次线圈的电流来整流平滑在变压器的二次线圈中产生的电压，然后将得到的直流输出供给负载。在该开关电源装置中使用的变压器因为进行能量的传送，所以其构造及特性特别重要。
图1是在特开2000-340441号公报中记载的漏磁变压器的一个例子的结构图。图1所示的漏磁变压器111具有形成磁回路的由磁材料形成的E铁芯113，与E铁芯113一起构成主铁芯的I铁芯115，安装在E铁芯113的适当位置的一次线圈119以及二次线圈125，在来自磁回路的漏磁通通过的位置上设置的由磁材料形成的圆筒状的漏磁铁芯123，安装在漏磁铁芯123上的用于检测漏磁通的电流检测线圈121。
根据该漏磁变压器111，因为在来自磁回路的漏磁通所通过的位置上设置由磁材料形成的漏磁铁芯123，同时，在该漏磁铁芯123上安装有用于检测漏磁通的电流检测线圈121，所以不发生电力损耗，结构不复杂，可以进行电流检测。
发明内容
另一方面，最近正在开发通过将电抗器与变压器的一次线圈串联连接，利用在该电抗器中积蓄的能量使开关进行开关动作，更加降低开关损失的开关电源装置。在这种情况，为了更加降低开关损失，需要适当设定电抗器的电感值。
但是，在漏磁变压器111等中只具有恒定的漏感，因此，将外部的电抗器与一次线圈119串联连接，适当调整电抗器的电感值。结果，部件数目增大费用升高，安装面积增加开关电源装置变大。
本发明的目的在于提供一种开关电源装置，它通过适当设定变压器的漏感的值，在不需要外部电抗器的同时，能够实现零电压开关、高效、小型、低噪声的开关电源装置。
本发明用于解决上述问题，其第一方面的特征在于，具有：与直流电源的两端连接的，将变压器的一次线圈和电抗器以及第一开关串联连接的第一串联电路；与上述第一开关的两端或者上述一次线圈以及上述电抗器的两端连接的，将第二开关和电容器串联连接的第二串联电路；整流平滑在上述变压器的二次线圈上产生的电压的整流平滑电路；和交互地闭合/打开上述第一开关和上述第二开关的控制电路，上述变压器具有：形成磁回路的隔开规定的间隔安装上述一次线圈和上述二次线圈的主铁芯；和在上述规定的间隔内沿上述一次线圈的圆周方向隔开规定的距离设置的多个辅助铁芯，上述电抗器是通过上述变压器的漏感形成的。
本发明的第二方面的特征在于，具有：与直流电源的两端连接的，将变压器的一次线圈、电抗器以及第一开关串联连接的第一串联电路；与上述第一开关的两端或者上述一次线圈以及上述电抗器的两端连接的，将第二开关和电容器串联连接的第二串联电路；整流平滑在上述变压器的二次线圈上产生的电压的整流平滑电路；交互地闭合/打开上述第一开关和上述第二开关的控制电路；和设置在上述变压器的二次侧的，使在上述第一开关闭合时在上述电抗器中积蓄的能量在上述第一开关打开时回流到二次侧的反馈线圈，上述变压器具备：形成磁回路的，具有隔开规定的间隙卷绕上述变压器的一次线圈和上述反馈线圈的中心柱以及卷绕上述变压器的二次线圈的侧柱的主铁芯；和在上述规定的间隙内沿上述一次线圈的圆周方向隔开规定距离设置的多个辅助铁芯，上述电抗器是通过上述变压器的漏感形成的。
附图说明
图1是表示现有技术的漏磁变压器的一例的结构的图。
图2是涉及第一实施方式的开关电源装置的电路结构图。
图3是涉及第一实施方式的开关电源装置的各部信号的定时图。
图4是表示涉及第一实施方式的开关电源装置的开关Q1闭合时，各信号的详细情况的定时图。
图5是表示在涉及第一实施方式的开关电源装置中设置的变压器的B-H特性的图。
图6是在涉及第一实施方式的开关电源装置上设置的可饱和电抗器的电流的定时图。
图7是表示变压器内侧线圈架的第一具体例子的结构图。
图8是表示变压器外侧线圈架的第一具体例子的结构图。
图9是表示变压器内侧线圈架的第二具体例子的结构图。
图10是表示变压器外侧线圈架的第二具体例子的结构图。
图11是涉及第二实施方式的开关电源装置的电路结构图。
图12是表示在涉及第二实施方式的开关电源装置中使用的变压器的结构图。
图13是涉及第二实施方式的开关电源装置的各部的信号的定时图。
具体实施方式
下面参照附图详细说明涉及本发明的开关电源装置的实施方式。
(第一实施方式)
涉及第一实施方式的开关电源装置的特征为：在主开关闭合时经由变压器的二次线圈直接对负载供给电力，在主开关打开时把在变压器的一次线圈中积蓄的励磁能量积蓄在电容器C3中，通过闭合辅助开关使用变压器铁芯的B-H曲线的第一、第三象限，而且，通过从电抗器L3补充励磁能量的不足量将B-H曲线的出发点设在第三象限的下端，同时，通过在变压器的一次线圈上并联连接可饱和电抗器，在辅助开关的闭合期间快要结束之前使可饱和电抗器饱和，通过增大电流使辅助开关打开时的逆电压的产生急剧，零电压开关主开关。
图2(a)、2(b)、2(c)是涉及第一实施方式的开关电源装置的电路结构图。在图2(a)中，在直流电源Vdcl的两端连接由电抗器L3、变压器T的一次线圈5a(匝数n1)以及由MOSFET等形成的开关Q1(主开关)构成的串联电路。在开关Q1的两端，并联连接二极管D3和共振用电容器C1。
二极管D3也可以是开关Q1的寄生二极管，共振用电容器C1也可以是开关Q1的寄生容量。
在变压器T的一次线圈5a的一端和开关Q1的一端的连接点上连接由MOSFET等形成的开关Q2(辅助开关)的一端，开关Q2的另一端经由电容器C3与直流电源Vdcl的正极以及电抗器L3的一端连接。此外，开关Q2的另一端也可以经由电容器C3与直流电源Vdcl的负极连接。
电抗器L3构成在开关Q1闭合时积蓄电力，在开关Q1打开时将积蓄的电力供给给电容器C3的电力供给源。
在开关Q2的两端并联连接二极管D4。二极管D4也可以是开关Q2的寄生二极管。开关Q1、Q2具有一起成为打开的期间(死时间)，通过控制电路10的PWM控制交互地闭合/打开。
在变压器T的一次线圈5a的两端连接可饱和电抗器SL1。该可饱和电抗器SL1使用变压器T的铁芯的饱和特性。在可饱和电抗器SL1中，因为流过大小相等的交流电流，所以磁通以图5所示的B-H曲线上的零为中心，在第一象限和第三象限相等地增减。
另外如图5所示，对于恒定的正磁场H，磁通B(正确地说B是磁通密度，磁通φ＝B·S，S是铁芯的横截面面积，这里，取S＝1、φ＝B。)为Bm时饱和，对于恒定的负磁场H，磁通B为-Bm时饱和。磁场H与电流的大小成比例发生。在该可饱和电抗器SL1中磁通B在B-H曲线上沿Ba→Bb→Bc→Bd→Be→Bf→Bg移动，磁通的动作范围变为宽范围。B-H曲线上的Ba-Bb间以及Bf-Bg间是饱和状态。
在变压器的铁芯上卷绕一次线圈5a和与该线圈相对的同相的二次线圈5b(匝数n2)，二次线圈5b的一端与二极管D1连接，二极管D1和电抗器L1的一端的连接点和二次线圈5b的另一端与二极管D2连接，由二极管D1和二极管D2构成整流电路。电抗器L1的另一端和二次线圈5b的另一端与电容器C4连接。该电容器C4平滑电抗器L1的电压，将直流输出输出给负载RL。
此外，变压器T为如图2(b)所示的正面截面图、图2(c)所示的侧面截面图那样构造，后面对其细节进行说明。
控制电路10交互地闭合/打开开关Q1和开关Q2，在负载RL的输出电压超过基准电压时，进行控制以使施加在开关Q1上的脉冲的导通宽度变窄，使施加在开关Q2上的脉冲的导通宽度变宽。即，在负载RL的输出电压超过基准电压时，通过使开关Q1的脉冲的导通宽度变窄，控制输出电压为恒定电压。
另外，控制电路10在开关Q2的电流Q2i增大的时刻打开开关Q2，之后使开关Q1闭合。控制电路10在闭合开关Q1时，从开关Q1的电压由于和开关Q1并联连接的共振用电容器C1和可饱和电抗器SL1的饱和电感的共振成为零电压开始，在规定的期间内使开关Q1闭合。
下面参照图3、图4以及图6所示的定时图对如此构成的涉及第一实施方式的开关电源装置的动作进行说明。图3是涉及第一实施方式的开关电源装置的各部信号的定时图。图4是表示涉及第一实施方式的开关电源装置的开关Q1在闭合时的各部信号的详情情况的定时图。图5是表示在涉及第一实施方式的开关电源装置中设置的变压器的B-H特性的图。图6是在涉及第一实施方式的开关电源装置中设置的可饱和电抗器的电流的定时图。
此外，在图3及图4中表示了开关Q1的两端之间的电压Q1v、流过开关Q1的电流Q1i、开关Q2的两端之间的电压Q2v、流过开关Q2的电流Q2i、流过可饱和电抗器SL1的电流SL1i。
首先，在时刻t1(对应时刻t11～t12)，当使开关Q1闭合时，电流流过Vdcl→L3→5a(SL1)→Q1→Vdcl。此时在电抗器L3上积蓄能量。另外，在该时刻，还在变压器T的二次线圈5b上产生电压，电流流过5b→D1→L1→C4→5b。另外，在使开关Q1闭合时，还在可饱和电抗器SL1中流过电流SL1i，在可饱和电抗器SL1上积蓄能量。
该电流SLli，如图6所示，在时刻t1向电流值a(负值)，在时刻t1b向电流值b(负值)，在时刻t13向电流值c(零)，在时刻t2向电流值d(正值)变化。在如图5所示的B-H曲线上，磁通向Ba→Bb→Bc→Bd变化。此外，图5所示的Ba～Bg和图6所示的a～g相对应。
然后，在时刻t2，当使开关Q1打开时，通过在可饱和电抗器SL1上积蓄的能量对电容器C1进行充电。此时，通过可饱和电抗器SL1的电感和电容器C1形成电压共振，开关Q1的电压Q1v上升。另外，电流流过L1→C4→D2→L1，经由电容器C4对负载供给电流。
然后，在电容器C1的电位成为和电容器C3的电位相同的电位时，通过可饱和电抗器SL1的能量的释放，二极管D4导通二极管流过电流，对电容器C3进行充电。另外，此时，通过使开关Q2闭合，开关Q2成为零电压开关。此外，电流SL1i在从时刻t2到时刻t20从电流值d(正值)变化为电流值e(零)。在图5所示的B-H曲线上，磁通向Bd→Be变化。
另外，在可饱和电抗器SL1的能量释放的同时，来自电抗器L3的能量沿L3→5a(SL1)→D4→C3→L3释放，对电容器C3进行充电。即，在电容器C3上叠加来自电抗器L3的能量和来自可饱和电抗器SL1的能量。然后，当可饱和电抗器SL1的能量的释放和来自电抗器L3的能量的释放结束时，电容器C3的充电停止。
然后，在时刻t20～时刻t3，在电容器C3中积蓄的能量流过C3→Q2→SL1(5a)→C3，复位可饱和电抗器SL1的磁通，与可饱和电抗器SL1并联连接的变压器T的磁通也同样地变化。
在该情况，在时刻t20～时刻t3中，因为在电容器C3中积蓄的能量反馈回可饱和电抗器SL1，所以流过可饱和电抗器SL1的电流SL1i如图6所示成为负值。即，电流SL1i在时刻t20～时刻t2a中，从电流值e(零)变化为电流值f(负值)。在图5所示的B-H曲线上，磁通向Be→Bf变化。此外，从时刻t2到时刻t20中的面积S和从时刻t20到时刻t2a中的面积S相等。该面积S与在电容器C3中积蓄的来自可饱和电抗器SL1的能量相当。
然后，电流SL1i在时刻t2a～时刻t3中，从电流值f(负值)变化为电流值g(负值)。在图5所示的B-H曲线上，磁通向Bf-Bg变化。从时刻t2a～时刻t3中的面积与在电容器C3中积蓄的来自电抗器L3来的能量相当。
即，在电容器C3中积蓄的能量因为是合并了可饱和电抗器SL1的能量和电抗器L3的能量的能量，所以电流SL1i在复位时增加相当于由电抗器L3供给的能量，因此磁通移动到第三象限达到饱和区域(Bf-Bg)，电流SL1i增大在时刻t3(时刻t1也同样)成为最大。电流SL1i在开关Q2的闭合期间将要结束之前增大，为可饱和电抗器SL1饱和时的电流。
另外，在该时刻t3，开关Q2的电流Q2i也成为最大。在该时刻，通过使开关Q2打开电容器C1的放电变得急剧在短时间内成为零。此时，通过使开关Q1闭合，开关Q1可以成为零电压开关。
这样，因为通过与变压器T的一次线圈5a连接的电抗器L3中积蓄的能量使开关Q1成为零电压开关，所以在电抗器L3的能量小的情况不能完全进行零电压开关动作，另外，在能量过大时，循环电流增大开关Q1的损失增大。因此，需要使电抗器L3具有适当的电感值。
因此，第一实施方式的特征是，因为将电抗器L3和变压器T的一次线圈5a串联连接，所以适当设置变压器T的一次线圈以及二次线圈间的漏感通过该漏感形成电抗器L3，由此不需要外部的电抗器简化电路。即，如图2(b)、图2(c)所示，在变压器T的一次线圈5a和二次线圈5b之间插入辅助铁芯24a、24b，通过调整该辅助铁芯的个数及长度L可以调整漏感值得到所需要的电抗器(电感器)。
更详细说明变压器T的结构的话，在图2(b)、图2(c)中，在形成磁回路的由日字形的磁性材料形成的主铁芯21的中央心柱22上，隔开规定间隙23地安装着一次线圈5a和二次线圈5b。在规定的间隙23中，沿一次线圈5a的圆周方向隔有规定距离地设置由规定长度L的两个磁性材料所形成的辅助铁芯24a、24b。另外，在一次线圈5a、二次线圈5b各自的线圈上缠绕图中未表示的绝缘带。
在该例中，设置了两个辅助铁芯，但通过调整辅助铁芯的个数和规定长度L可以得到适当的漏感。另外，通过增加辅助铁芯的个数，通过增大面积增长规定长度L，可以缩短和主铁芯21的间隙，使漏感增大。因此，可以在漏感中积蓄适当的能量通过该能量完全进行开关Q1的零电压开关动作。
图7是表示变压器的内侧线圈架的第一具体例的结构图。图8是表示变压器的外侧线圈架的第一具体例的结构图。第一具体例的变压器具有：图2(b)所示的主铁芯21，缠绕一次线圈5a的圆筒状内侧线圈架31(图7所示)，比该内侧线圈架31直径大且缠绕二次线圈5b的，在沿圆周方向隔有规定距离地设置规定长度L的缝隙34a、34b，在缝隙34a、34b中插入辅助铁芯35a、35b的外侧线圈架33(图8所示)。内侧线圈架31和外侧线圈架33例如由树脂材料形成。
通过调整辅助铁芯的个数及长度L，得到适当的漏感值。另外，在内侧线圈架31中为了防止线圈脱落在两端形成台阶部31a，在外侧线圈架33上也形成台阶部33a。
这样的变压器按照如下所述的内容制作。首先，在外侧线圈架33上设置用于安装辅助铁芯35a、35b的缝隙34a、34b，在外侧线圈架33上缠绕二次线圈5b，将调整到适当的规定长度L的辅助铁芯35a、35b插入缝隙34a、34b。
然后，在内侧线圈架31上缠绕一次线圈5a，将内侧线圈架31插入外侧线圈架33，在将内侧线圈架31插入到外侧线圈架33的状态下安装在主铁芯21上，变压器T完成。
这样制作的变压器T具有适当值的电抗器L3，同时，因为用线圈架实现一次和二次线圈之间的绝缘，所以可以制作绝缘性优良寄生电容容量小的变压器T。另外，在提高电源安全性的同时可以降低噪声。再有，因为不需要一次线圈5a和二次线圈5b的绝缘带，所以制作变得简单。
图9是表示变压器的内侧线圈架的第二具体例的结构图。图10是表示变压器的外侧线圈架的第二具体例的结构图。第二具体例的变压器具有：图2(b)所示的主铁芯21，缠绕一次线圈5a的圆筒状内侧线圈架31(图9所示)，比该内侧线圈架31直径大且缠绕二次线圈5b的，由塑料磁性体等绝缘磁性材料形成的外侧线圈架37(图10所示)。作为磁性材料可以使用铁氧体、坡莫合金等。
通过调整绝缘磁性材料的导磁率得到适当的漏感值。另外，在内侧线圈架31中为了防止线圈脱落在两端形成台阶部31a，在外侧线圈架37上也形成台阶部37a。
在这样的第二具体例的变压器T中，因为不需要辅助铁芯所以可以实现更简单的变压器T。
(第二实施方式)
下面对涉及第二实施方式的开关电源装置进行说明。第二实施方式的开关电源装置的特征在于，增大与变压器的一次线圈串联连接的电抗器的电感值，在变压器的二次侧(输出侧)设置在开关Q1闭合时向二次侧(输出侧)反馈在电抗器中积蓄的能量的反馈线圈。
图11是涉及第二实施方式的开关电源装置的电路结构图。图11所示的涉及第二实施方式的开关电源装置对于图2(a)、图2(b)、图2(c)所示的涉及第一实施方式的开关电源装置，因为变压器Tb和变压器Tb的外围电路不同，所以仅说明这些部分。
在该例中，在变压器Tb上缠绕着一次线圈5a(匝数n1)和二次线圈5b(匝数n2)以及反馈线圈5c(匝数n3)。一次线圈5a和二次线圈5b同相缠绕，一次线圈5a和反馈线圈5c反相缠绕。即，使变压器Tb的二次线圈5b和一次线圈5a疏松耦合，通过一次线圈5a和二次线圈5b之间的漏感形成与变压器Tb串联连接的电抗器L3。然后，使开关Q1闭合时在电抗器L3上积蓄的能量在开关Q1打开时回流到二次侧。
二次线圈5b的一端(·侧)和反馈线圈5c的一端(·侧)连接，在连接点上连接二极管D1的阳极。在反馈线圈5c的另一端(无·侧)连接二极管D2的阳极，将二极管D1的阴极和二极管D2的阴极以及电容器C4的一端相连接。电容器C4的另一端与二次线圈5b的另一端(无·侧)连接。
下面参照图13所示的定时图对如此构成的涉及第二实施方式的开关电源装置的动作进行说明。此外，在图13中表示开关Q1两端之间的电压Q1v，流过开关Q1的电流Q1i，开关Q2两端之间的电压Q2v，流过开关Q2的电流Q2i，在流过可饱和电抗器SL1的电流SL1i，流过二极管D1、D2的电流D1i、D2i。
首先，在时刻t1当闭合开关Q1时，电流流过Vdcl→L3→5a(SL1)→Q1→Vdcl。另外，在该时刻在变压器Tb的二次线圈5b上也产生电压，电流流过5b→D1→C4→5b。因此，如图13所示，在时刻t1～t2二极管D1的电流直线增大。
然后，在时刻t2当打开开关Q1时，在电抗器L3中积蓄的能量反馈到变压器Tb的二次侧。即，在变压器Tb的二次侧因为在反馈线圈5c中感应出电压，所以电流流过5c→D2→C4→5b→5c。因此，如图13所示，在时刻t2～t3期间电流流过二极管D2。
这样，根据涉及第二实施方式的开关电源装置，因为增大与变压器Tb的一次线圈5a串联连接的电抗器L3的电感值，使在Q1闭合时积蓄的能量反馈到二次侧，所以效率提高。另外，通过二极管D1和二极管D2，在开关Q1的闭合、打开期间二次侧电流连续流动。因此，电容器C4的波动电流也减小。
图12是表示在涉及第二实施方式的开关电源装置中使用的变压器的结构图。图12所示的变压器Tb具有日字形的主铁芯41，在主铁芯41的中央心柱42上隔开规定间隙23地安装着一次线圈5a和反馈线圈5c。在规定的间隙23中沿一次线圈5a的圆周方向隔有规定距离地设置由规定长度L的两个磁性材料形成的辅助铁芯24a、24b。另外，在一次线圈5a、反馈线圈5c的各自的线圈上缠绕未图示的绝缘带。
在该例中，设置了两个辅助铁芯，但通过调整辅助铁芯的个数和规定长度L，可以得到一次线圈5a以及反馈线圈5c之间的适当的漏感。
另外，在主铁芯41上形成通路铁芯43a和间隙44。在侧柱43上缠绕有二次线圈5b。即，通过通路铁芯43a使一次线圈5a和二次线圈5b疏松耦合，由此使漏感增大。
这样，通过对变压器Tb的铁芯的形状和线圈进行研究，将一次线圈5a和二次线圈5b以及反馈线圈5c与一个主铁芯41相耦合并设置通路铁芯43a，由此可以得到大的漏感形成电抗器L3，因为将变压器部分和电抗器部分相耦合，所以可以使开关电源装置小型化、低价格化。
另外，在一次线圈5a和反馈线圈5c的间隙23中设置多个辅助铁芯，通过调整辅助铁芯的个数和长度L可以将漏感调整为适当的值。因此，可以得到与涉及第一实施方式的开关电源装置相同的效果。
此外，在涉及第二实施方式的开关电源装置中，在变压器的结构中虽然在一次线圈5a和反馈线圈5c的间隙23中设置了辅助铁芯24a、24b，但也可以使用例如图7所示的内侧线圈架31以及图8所示的外侧线圈架33，在内侧线圈架31上缠绕一次线圈5a在外侧线圈架33上缠绕反馈线圈5c，在将内侧线圈架31插入到外侧线圈架33中的状态下安装到主铁芯41的中央心柱42上。
另外，也可以使用例如图9所示的内侧线圈架31以及图10所示的外侧线圈架37，在内侧线圈架31上缠绕一次线圈5a在外侧线圈架37上缠绕反馈线圈5c，在将内侧线圈架31插入到外侧线圈架37中的状态下安装到主铁芯41的中央心柱42上。
根据本发明，通过适当设置变压器的漏感值，可以提供不需要外部电抗器，同时可以实现零电压开关的，能够高效、小型、低噪声化的开关电源装置。
因此，本发明的开关电源装置可适用于DC-DC转换型的电源电路或者AC-DC转换型的电源电路。

Claims (7)

1.一种开关电源装置，其特征在于，
具有：与直流电源的两端连接的，将变压器的一次线圈和电抗器以及第一开关串联连接的第一串联电路；与上述第一开关的两端或者上述一次线圈以及上述电抗器的两端连接的，将第二开关和电容器串联连接的第二串联电路；整流平滑在上述变压器的二次线圈中产生的电压的整流平滑电路；交互地闭合/打开上述第一开关和上述第二开关的控制电路，
上述变压器具有：形成磁回路的，隔开规定的间隙安装了上述一次线圈和上述二次线圈的主铁芯；和在上述规定的间隙中沿上述一次线圈的圆周方向隔开规定的距离设置的多个辅助铁芯，上述电抗器由上述变压器的漏感形成。
2.权利要求1所述的开关电源装置，其特征在于，
上述变压器具有：缠绕上述一次线圈的圆筒形的内侧线圈架；和比该内侧线圈架直径大且缠绕上述二次线圈的，沿圆周方向隔开规定的距离设置多个缝隙，在多个缝隙中插入上述多个辅助铁芯的外侧线圈架，在将上述内侧线圈架插入到上述外侧线圈架中的状态下安装到上述主铁芯上。
3.权利要求1所述的开关电源装置，其特征在于，
上述变压器具有：缠绕上述一次线圈的圆筒形的内侧线圈架；和比该内侧线圈架直径大且缠绕上述二次线圈的，由绝缘磁性材料形成的外侧线圈架，在将上述内侧线圈架插入到上述外侧线圈架中的状态下安装到上述主铁芯上。
4.一种开关电源装置，其特征在于，
具有：与直流电源的两端连接的，将变压器的一次线圈和电抗器以及第一开关串联连接的第一串联电路；与上述第一开关的两端或者上述一次线圈以及上述电抗器的两端连接的，将第二开关和电容器串联连接的第二串联电路；整流平滑在上述变压器的二次线圈上产生的电压的整流平滑电路；交互地闭合/打开上述第一开关和上述第二开关的控制电路；和在上述变压器的二次侧设置的，使上述第一开关闭合时在上述电抗器中积蓄的能量在上述第一开关打开时回流到二次侧的反馈线圈，
上述变压器具有：形成磁回路的，具有隔开规定的间隙缠绕上述变压器的一次线圈和上述反馈线圈的中央心柱以及缠绕上述变压器的二次线圈的侧柱的主铁芯；和在上述规定的间隙中沿上述一次线圈的圆周方向隔开规定的距离设置的多个辅助铁芯，上述电抗器由上述变压器的漏感形成。
5.权利要求4所述的开关电源装置，其特征在于，
上述变压器具有：缠绕上述一次线圈的圆筒形的内侧线圈架；和比该内侧线圈架直径大且缠绕上述反馈线圈的，沿圆周方向隔开规定的距离设置多个缝隙，在多个缝隙中插入上述多个辅助铁芯的外侧线圈架，在将上述内侧线圈架插入到上述外侧线圈架中的状态下安装到上述主铁芯上。
6.权利要求4所述的开关电源装置，其特征在于，
上述变压器具有：缠绕上述一次线圈的圆筒形的内侧线圈架；和比该内侧线圈架直径大且缠绕上述反馈线圈的，由绝缘磁性材料形成的外侧线圈架，在将上述内侧线圈架插入到上述外侧线圈架中的状态下安装到上述主铁芯上。
7.权利要求1至6的任何一项所述的开关电源装置，其特征在于，
具有与上述变压器的一次线圈的两端连接的，使用上述变压器的铁芯的饱和特性的可饱和电抗器，
上述控制电路在上述第二开关的电流增大时打开上述第二开关。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102290975A (zh) * 2010-06-18 2011-12-21 快捷韩国半导体有限公司 功率因数校正器及其驱动方法

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007059845A (ja) * 2005-08-26 2007-03-08 Matsushita Electric Works Ltd 電磁装置、インバータ回路並びに照明器具
US20070091541A1 (en) * 2005-10-20 2007-04-26 Applied Materials, Inc. Method of processing a workpiece in a plasma reactor using feed forward thermal control
US7411363B2 (en) * 2006-06-26 2008-08-12 Lam Dat D Conservation of electrical energy and electro-magnetic power in motor, generator, and product components
US20090176148A1 (en) * 2008-01-04 2009-07-09 3M Innovative Properties Company Thermal management of electrochemical cells
US7987581B2 (en) * 2008-05-28 2011-08-02 Flextronics Ap, Llc High power manufacturing friendly transformer
US9257225B2 (en) * 2008-07-02 2016-02-09 Chun Li Methods and configurations of LC combined transformers and effective utilizations of cores therein
KR20120020325A (ko) * 2010-08-30 2012-03-08 삼성전자주식회사 역률 개선 회로용 인덕터 코어
US8693223B2 (en) * 2011-02-23 2014-04-08 Fsp Technology Inc. Power converter with zero voltage switching and related control method thereof
DE102012102398B4 (de) 2012-03-21 2015-01-08 Maschinenfabrik Reinhausen Gmbh Leistungstransformator mit elektronischen Bauelementen
US20140139202A1 (en) * 2012-11-21 2014-05-22 Adam Michael White Enhanced leakage common mode inductor
DE102014202531A1 (de) * 2014-02-12 2015-08-13 Siemens Aktiengesellschaft Hochspannungstransformatorvorrichtung mit einstellbarer Streuung, Wechselrichterschaltung mit einer Hochspannungstransformatorvorrichtung und Verwendung einer Hochspannungstransformatorvorrichtung
CN104240917B (zh) * 2014-09-26 2017-04-26 珠海市竞争电子科技有限公司 可视对讲系统开关电源用变压器及其制备方法
JP6122904B2 (ja) * 2015-05-18 2017-04-26 東芝デベロップメントエンジニアリング株式会社 漏洩磁束型トランス
US10186370B1 (en) * 2017-07-03 2019-01-22 Hamilton Sundstrand Corporation Transformers with integrated inductors
JP6895832B2 (ja) * 2017-07-14 2021-06-30 マレリ株式会社 プレーナ型トランス及びｄｃｄｃコンバータ
CA3128234C (en) * 2019-02-13 2024-01-09 Astronics Advanced Electronic Systems Corp. Integrated transformer with low ac losses and impedance balanced interface
JP7369940B2 (ja) * 2019-03-28 2023-10-27 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電力変換装置
US12131864B2 (en) * 2020-10-08 2024-10-29 Deere & Company Transformer with integral inductor

Family Cites Families (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2608610A (en) * 1950-01-28 1952-08-26 Bell Telephone Labor Inc Transformer
US2949591A (en) * 1955-10-10 1960-08-16 United Transformer Corp Miniature inductive devices
US3173119A (en) * 1962-04-24 1965-03-09 Clevite Corp Method of making and adjusting transducer
JPS5324530A (en) * 1976-08-18 1978-03-07 Mitsubishi Electric Corp Transformer of electric current source
US4259716A (en) * 1978-02-06 1981-03-31 General Electric Company Transformer for use in a static inverter
JPS55169809U (zh) * 1979-05-22 1980-12-05
US4549130A (en) * 1983-07-12 1985-10-22 International Business Machines Corporation Low leakage transformers for efficient line isolation in VHF switching power supplies
JPS6037111A (ja) * 1983-08-09 1985-02-26 Mitsubishi Electric Corp 変流器
US4613841A (en) * 1983-11-30 1986-09-23 General Electric Company Integrated transformer and inductor
JPS6211211A (ja) * 1985-07-09 1987-01-20 Kijima Musen Kk 電気巻線装置の積層コア
US4959764A (en) * 1989-11-14 1990-09-25 Computer Products, Inc. DC/DC converter switching at zero voltage
JPH03250703A (ja) * 1990-02-28 1991-11-08 Mitsubishi Electric Corp コイル部品
JPH0430408A (ja) * 1990-05-25 1992-02-03 Fuji Electric Co Ltd 変圧器
US5126931A (en) * 1990-09-07 1992-06-30 Itt Corporation Fixed frequency single ended forward converter switching at zero voltage
JPH054434A (ja) 1990-10-09 1993-01-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd 染着記録方法、染着記録装置、染着記録用インク及びサーマルヘツド
US5789907A (en) * 1991-03-29 1998-08-04 Top Gulf Coast Corporation Variable impedence transformer
JPH054434U (ja) * 1991-06-30 1993-01-22 ミツミ電機株式会社 トランス
JP3311391B2 (ja) * 1991-09-13 2002-08-05 ヴィエルティー コーポレーション 漏洩インダクタンス低減トランス、これを用いた高周波回路及びパワーコンバータ並びにトランスにおける漏洩インダクタンスの低減方法
US5770982A (en) * 1996-10-29 1998-06-23 Sematech, Inc. Self isolating high frequency saturable reactor
JPH10223458A (ja) * 1997-02-12 1998-08-21 Bandou Denki Kk 電源トランス
US5764494A (en) * 1997-03-13 1998-06-09 Lockheed Martin Corporation Saturable reactor and converter for use thereof
JP3354454B2 (ja) * 1997-09-18 2002-12-09 シャープ株式会社 スイッチング電源装置
JPH11186076A (ja) * 1997-12-17 1999-07-09 Sanken Electric Co Ltd トランス
US6600402B1 (en) * 1998-10-20 2003-07-29 Vlt Corporation Bobbins, transformers, magnetic components, and methods
JP2000306745A (ja) * 1999-04-20 2000-11-02 Tamura Seisakusho Co Ltd 電源トランス
JP2000306744A (ja) * 1999-04-20 2000-11-02 Tamura Seisakusho Co Ltd 電源トランス
JP2000340441A (ja) 1999-05-28 2000-12-08 Ntt Data Corp 磁気漏れ変圧器
DE10000116A1 (de) * 2000-01-04 2001-07-26 Epcos Ag Sensor zur Messung eines Gleichstroms und Messverfahren
JP2001230133A (ja) * 2000-02-16 2001-08-24 Sanshin Denki Kk 共振形スイッチング電源用の変圧器ユニット
JP2002075750A (ja) * 2000-08-30 2002-03-15 Fuji Xerox Co Ltd トランス及び電源装置
JP4683364B2 (ja) * 2000-12-26 2011-05-18 Ｔｄｋラムダ株式会社 複合共振型スイッチング電源装置
US6831545B2 (en) * 2001-06-26 2004-12-14 Endress + Hauser Flowtec Ag E-I or E-E transformer
US7119647B2 (en) * 2001-12-21 2006-10-10 Power Integrations, Inc. Method and apparatus for substantially reducing electrical earth displacement current flow generated by wound components without requiring additional windings
GB0210886D0 (en) * 2002-05-13 2002-06-19 Zap Wireless Technologies Ltd Improvements relating to contact-less power transfer
US7532488B2 (en) * 2002-10-21 2009-05-12 Sanken Electric Co., Ltd. DC converter
US6856230B2 (en) * 2003-05-27 2005-02-15 Weimin Lu Harmonic filtering circuit with special transformer
US6980077B1 (en) * 2004-08-19 2005-12-27 Coldwatt, Inc. Composite magnetic core for switch-mode power converters

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102290975A (zh) * 2010-06-18 2011-12-21 快捷韩国半导体有限公司 功率因数校正器及其驱动方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP4175367B2 (ja) 2008-11-05
WO2005015725A1 (ja) 2005-02-17
JPWO2005015725A1 (ja) 2006-10-12
US20060018134A1 (en) 2006-01-26
US7405951B2 (en) 2008-07-29

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