TW200527805A - Switching power supply device - Google Patents

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200527805 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一開關電源裝置，供接通、斷開來自輪 入電源之供應電力，並藉電感器進行功率轉換以輪出既定 之直流電壓。 & 【先前技術】 一般而言，作為開關電源裝置的性能指標，有高諧波 特性及功率因數特性。高諧波㈣，係指從開關電源裳置 流向該輸人電源線路的高諧波電流之抑制功能，規定有古 譜波電流之上a，以防止對其他機器造成不良影響。又了 功率因數特性’係指從„電源裝置的輸人所觀察之功 率’為了電力系統的低損失化，較佳為具有高功率。 “已有如專利文獻1〜3所揭示構造之開關電 雄裝置。 圖1 4係表示衷rf .1 v 1. ^卜 利文獻1之開關電源裝置的構成例。圖 中’第1開關電路ς ! ^ 極體D1、及第！電六'、、1開關凡件Q1、第1二 電路S2,俜由第2: 聯電路所構成；第2開關 帝*。口 ’、弟2開關元件Q2、第2二極體D2、及第2 …C2之並聯電路所構成。 丁係變壓器，右苴 攸 ^ 一 1 乂繞組T1與電感器L之串聯電 ^ ^ ^ 路S1與輸入電源E，且使第2開關電 吟與電容器c夕由 _ 串聯電路並聯於1次繞組τι與電感器 之串聯電路。變厭 雕η ^ Τ的2次繞組Τ2，具有由整流二極 月豆Ds與平滑雷空您 _ 时Co所構成之整流平滑電路Rs。在2 200527805 次侧的整：體-"Pv —極肢Ds，與電容器Cs 用以檢測供瘅於g恭夕& , 杬而电路U係 、 乙於負載之輪出電1 Vo,並在必要時 電流1〇。控制電路u係輸 干别出 並對開關元件〇1祐“ 所產生的電壓， 忏Φ鈿加正回授而自激振 輸入偏壓繞組丁4所產在m + p 虹釗电路12則 開卿）時點，藉以控制以的接通（⑽)期間。 的㈣ φ圖2表7^利文獻2之開關電源裝置的構成例。圖 ，吏父流電源2所供應的交流電壓以整流器4整流， 將以平滑電容器6施以平滑化所取得之整流電® Vn/供 =第！功率轉換部8及第2功率轉換部1G。當開關電晶 體QS接通時，則將整流電a Vin施加於扼流線目ch盘二 極體Db及高頻變塵器τ之1次繞組U，以將能量儲存於 扼流線圈CH。當斷開開關電晶體㈣，則以扼流線圈⑶ „量使電流流通於二極體…次繞組L1及電容器。。 藉著重複遠開關電晶體QS的接通斷開動作，使變壓器T 勺2人、’几組L2之感應電壓經二極體D2與電容器c〇的平 滑化而輸出直流電M Vg。脈衝寬控制電路16係按照輸出 電壓Vo的變動來控制開關電晶體Qs之通電時間以使ν〇 %定。 圖1 6係表示專利文獻3的開關電源裝置之構成例。圖 1 6中，全波整流電路2係輪入來自端子卜丨，之交流輸入電 壓，並輸出整流電壓E”第i電容器3，係使電感器2〇的 電流透過第2開關元件6與第2電容器7而平滑化後，供 應直流電壓E3。第1開關元件4，使上述整流電壓Ei透 200527805 過黾感态20，進而使第i電 电合印/曰7直，巩電壓£3透過變 …的：次繞組1/後，藉由高頻開關轉換成交流電壓。 弟2開關元件6與第1關μ _ * j义么 、弟1開關兀件4，係透過控制電路η而 父替接通/斷開。第2電容哭 心 “為7，在弟2開關元件6的接通 20二二收儲存於變壓器5之激磁能量的-部份與電感器 i〇mr釋出。二極體8與電容器9構成整流平滑 :敕、⑥2次繞組52的高頻交流電壓之馳返電塵 以流平滑，以直流輪出電麼Eo輪出於輪出端子1〇_ _。：制電：U係檢測直流輸出電“。，並控制第Μ #兀4及第2開關元件6之〇N/〇FF比。 專利文獻1 ··曰本特開平11-187664號公報 專利文獻2 :曰本特開平‘21358號公報 專利文獻3 :曰本特開平7-75334號公報 【發明内容】 〜此外，在專利文獻1巾，儘管已藉㈣箝位電路來進 仃|電麼開關動作（以下稱zvs動作 末進 化，卻無高諧波電流抑制功能。 °〜、·>'向效率 專利文獻2中，儘管具有高 為沒有進行zvs翻A &太 门#波电^抑制功能，卻因 進仃ZVS動作而使切換損 佳。又’為了要在即使瞬間停電等二大：電路效率不 時仍能確保持續輸出-段時間之的供應遭阻絕 制，故會有在低負載時大幅上昇而m1的電塵未被控 獻3,儘管已藉電厂堅箝位電路施以 ， 1 白波電流抑制功能，然而’因開關動作所產生之 200527805 2流通過用以整流商用交流電壓之二極體（圖16所示之 全波整流電路2)，而增大該二極體 波電流的減低效果變小。因此 ^ ’且亦使高譜 載打大幅上昇而超過零件耐壓之虞。 -負 〜：發明之目的’係提供-開關電源“，以謀求提昇 =白波電流之降低效|，改善高諧波特性及功率因數特 ^生並ό某求更南之效率。 ⑴本發明之開關電源裝置，係具備:第〗開關電路si， 之、，1開關兀件Q1、第1二極體m、及第1電容器CdSl 聯電路所構成。卜《器T，具有1次繞組L#2次繞 1電“ 串聯於該1次繞組LP;整流平滑 “路RS ’連接於該2次繞組；輸入側整流電路Da，具有 至少，以整流交流電壓之整流元件；帛2電感器：件 p 1開關私路S1在導通狀態之接通（〇N)期間能施加 取自。玄輪入側整流電路Da之整流電壓；第3電容器。土， =儲存於該第2電感器元件以的激磁能量充電，且1該接 7期，將電壓施加於該}次繞組Lp;及開關控制電路，係 ^第1開關元件Q1而從連接於該2次繞組Ls之整流平 丨月弘路Rs取得輸出，其特徵在於具備： 、，第2開關元件Q2、第2二極體D2、第2電容器Cds2 之並聯電路所構成之第2開關電路S2 ;及 串聯於該第2開關電路S2之第4電容器cr ; 200527805 使第2開關電路82與第4電容器。的串聯電路之一 端，連接第1開關電路s 1的一端； 該開關控制電路，係以在帛i開關元 接通第剛元"2、在第2開關元 弟1開關兀件Q1的方式來進行控制，並控 間透過第i開關電路81對第3電容器Ci充工電之電荷妾通期 ⑺本發明之開關電源裝置，其係於⑴中，控^何里門 關元件Q!的接通（Ο N)期間，俾使取自整流平滑 = % 輸出電壓穩定。 ^•路s之 第二關電源裝置，其係在⑴或⑺中，按照 期間 兩端電㈣控制第2開關元件Q2之接通 (4) 本發明之開關電源裝置，其係 電路，控制第2開關元件…接通期(間^ 滑電路Rs之輸出電壓穩定，並按照第3 抓 電壓來控制第1開關元件⑴之接通期間。…兩端 (5) 本發明之開關電源|置，其係在⑴ 不同於變壓器T的第2變壓器T2，以 二

=組來構成…感器元件L1，在第2變二= ULo與該整流平滑電路Rs間設置整流電路口月 ⑹本發明之開關電源裝置，其係在⑴。 不同於變壓器T的第2變壓器τ2，使 】H 入婊知τ · ·« + 不 文遂為Τ2之輸 、、’ 1聯第2電感器L!，在第2變壓器τ Ά組Lo與該馨、、古車、、具年 之輸出 *千/月黾路RS間設置整流電路。 10 200527805 (7)本發明之開關電源裝置，其係在（1 )〜（4)中，該變 壓器T設有3次繞組Lt，將第2電感器Ll與該3次繞組 L t串聯。 (8)本發明之開關電源裝 壓為T設有單數或複數驅動繞組Lb 1、Lb2，該開關护：制 電路係使用驅動繞組Lbl、Lb2所產生的電壓，來驅動第i 開關元件Q1或第2開關元件Q2。 (9)本發明之開關電源裝置，其係在〇)〜（8)中，在驅 動繞組Lbl、Lb2與第1、第2開關元件Q1、Q2之控制端 子間，具備由電阻Rgl、Rg2與電容器cgl、Cg2之串聯 電路所構成的延遲電路DL1、DL2，該開關控制電路，係 在該驅動繞組Lbl、Lb2產生供接通該開關元件^、q2 之電壓後進行延遲，再接通該開關元件Q1、Q2。 、（1〇)本發明之開關電源裝置中，其係在（9)中 延 遲電路DL1、DL2 $延遲時間設定a，待施加於第’厂第 的兩端„降至零電屢或零電㈣近 ⑴）本發明之開關電源裳置，其係在⑴ 亥 開關控制電路且有砗門$ ()中’ β 守間常數電路TC1、TC2，装從π勒崠 組叫、Lb2產生接通開關 2驅= 定時間後使開關元件Q1、Q2斷開Q Q之以起’經既 Η II :12)本發明之開關電源裝置，其係在⑴〜⑴)Φ嗦 開關控制電路係控制第⑽關 丄)。？中，/ 低負載或無負載時成 χ既定負載為 成為間歇振逢動作模式，以週期性地重 200527805 複第1、第2開關元件Ql、㈨ 停止該振盪之振盪停止期間。 接通斷開之振盪期間 和 變麼器了的漏電感在⑴〜(12)中，以 源裝置， 電路S2 其係在（1)〜（13)中，第] 之至少一方係以場效電晶 (14)本發明之開關電 開關電路S1與第2開關 體構成。 ⑴料發明，開關元件Q1、Q2可藉zvs動作而大 w低切換損失。又’藉開關元件q 厂堅器電⑽，接通開關…2,藉開關Jq2F)= 體Ds之斷開來使變塵器電屢反轉，以接通開關元件：極 故，在原理上不會同時接通開關元件qi &開關 2, :會因同時接通而有破壞等不良狀況發生。又，輸出電壓 v〇’係根據回授電路FB1的信號而控制開關元件 通期間以達穩定化控制’輸人電麼Vi’係根據回授電路酿 的信號來控制開關元件Q2之接通期間以控制之。再 特別是在低負載時’藉由縮短開關元# Q2之接 _關元件Q1之接通㈣，能抑制電容器電…:上 昇0 (2)依本發明，藉由控制 俾使取自整流平滑電路Rs 定電壓電源裝置之用。 第1開關元件Q1的接通期間， 之輸出電壓穩定，II此能作為 甩谷l§ Ci的兩端電壓來 間，而能控制接通期間透 (3)依本發明，藉由按照第3 控制第2開關元件Q2之接通期 12 200527805 過第^開關電路S1對第3電容器ci之充 旦 制低負載或無負載時對電容器。之施加電壓的：：上：：

之接(:):=明，藉由開關控制電路對第2開關元件Q2 接通』間進行控制，俾使取自整流平滑電路R 電壓穩定，按照第3電容哭C 知出 元株⑴社 之兩端電壓來控制第1開關 路1 :^ 間’ ^在接通期間可透過第1開關電 ::對弟3電容器Cl進行充電，實現輸出電壓V。與 弟3電谷器Cl的電壓vi兩者之穩定化。 (5)依本發明，係以不同於變㈣τ之第2變壓哭丁2 的輸入繞組來構成…感器元件U，在第2變壓；Τ2 H繞組L。與該整流平滑電路Rs間設置整流電路^， 转此，能使第2電感器Li之儲存能量直接供應至2次側， 減少變壓ϋ 了之繞組電流，降低導通損失，進—步謀求高 效率化。 (6) 依本發明’使第2變壓器Τ2之輸入繞組w串聯 第2電感器Ll’在第2變麼器T2之輸出繞組[〇與該整产 :滑電路Rs間設置整流電路Ds2，藉此，可利用第2變壓 器T2之輸出繞組所產生的電壓，來調整施加於電感器元 件U之電壓，能擴大輸入電流的導通角以進一步抑制高諧 波電流’或是相反的縮小導通角以抑制第3電容器〇之電 壓上昇，而能謀求高性能化。 (7) 依本發明’在變壓器τ設有3次繞組u，將第2電 感器u與該3次繞組Lt串聯，藉此，可利用變壓器之3 次繞組所產生的電壓，來調整施加於電感器元件Li之電 13 200527805 壓，能擴大輪入電流的導通角以進一 .,c 抑制咼諧波電流， ^反勺縮小導通角以抑制第3電容器^之 能謀求高性能化。 包土上歼，而 (8) 依本發明，在變壓器τ

Thl 又另早數或铍數驅動繞組 、⑽，開關控制電路係使用驅動繞組 生的電壓’來驅動帛i 關元件Q1 4 ..,_ Y凡昂2開關兀件Q2， 猎此可貫現自激振盪動作。 (9) 依本發明，在驅動繞組Lbl、Lb2與第1、第2開 Q1、q2之控制端子間，具有由電阻¥、邮二 电合态Cgl'Cg2之串聯電路所構成之延遲電路Du、DL2， 開關控制電路係自驅動繞組Lbl、Lb2產生供接通開關元 ^ Q卜Q2之電壓後進行延遲，再接通該開關元件Q1、Q2, 糟=插入無用時間（dead time)，在原理上能避免同時接 通第1、第2開關元件Q1、Q2，可藉zvs動作來降低切 換知失。 (10)依本發明，將該延遲電路DL1、DL2之延遲時間 設定成，待第Ϊ、第2開關元件Q1、Q2之兩端施加電壓 降至零電壓或零電壓附近後再予接通，藉此，能以ZVS動 作來降低切換損失以謀求高效率化。 (1 1)依本發明，藉時間常數電路TCI、TC2的作用， 自驅動繞組Lb 1、Lb2產生供接通開關元件q !、q2之電 壓起’經一定時間後使Q1、q2斷開，故開關元件Q1、如 之接通期間的決定，不受驅動繞組Lb 1、Lb2電壓變動的 影響。 14 200527805 (12)依本發明，在低負裁或無負載日士，/ 性重複振盪期間與停止振盪期間之間τ i係轉移至週期 效抑制第3電容器Cl兩端電壓之上昇，振盈拉式，故能有 之切換次數，以降低切換損失及導 ％減乂單位時間 化。 貝失，而謀求高效率 裔Lr，故能減少零件數。 (14)依本發明，第1開關電路si > π , 久乐2開關電路$ 9 之至y —方，係以場效電晶體 L ^ 丹取稭此，能分別以寄4 一極體構成二極體D1、D2 ;以寄 王电谷構成電谷Cdsl、 cds2，開關元件φ與q2、 極 V 位饈D1與D2、及電容器Cdsl 與Cds2之並聯電路’能以較少之零件來構成。 【實施方式】 以下參照圖1〜圖3’說明第1實施形態之開關電源裳 置。 圖1係開關電源裝置之電路圖。圖丨中的Vin係商用 交流電源。輸入側整流電路Da由二極體電橋所構成，透 過EMI濾波器EMI_F來對商用交流電源Vin施以全波整 流。第1開關電路S i，由第}開關元件Q }、第i二極體 D1、及第1電容器cds 1所構成。同樣的，第2開關電路 S2係由第2開關元件q2、第2二極體〇2、及第2電容器 Cds2所構成。上述之二極體di、D2，乃是以FET構成之 開關元件Ql、Q2之寄生二極體；電容器Cdsl和Cds2係 Q1、Q2之寄生電容。然而，亦可為取得必要特性而附加 15 200527805 以有別於 將輸入側整流電路Da的整流電壓心 變壓器τ具有i次繞組^、2 ^DD Ca〇

Lb2 4, r, οσ T H组 U、驅動繞組 Lbl、 / 2次繞組U，連接由整流二極體 平滑電容器c。所構成之整流平滑電路 d、 共振動作。再者，可使用-:Γ:變壓器之電壓時產生 —〇。 Τ使用—極體仏之寄生電容來作 谷态Cs，以省略個別零件。又，變屙哭 ，'、书 盘笛Ί + a。。 1 σσ 之1次繞組Lp， 契弟1電感态Lr及第2電减哭 T夕怎+ a十 ULl串聯。亦可利用變壓界 之漏電感來作為第1電感器Lr。 。 第2開關電路S2與第4電容器&串聯。由該 關電路SC2、第4電容器Cr、第 ^ 汗 步丄ΐ感裔Lr、及變壓哭τ 1次繞組LP，構成封閉迴路。又太皆λ 口口 ^ ^ 9 „ Μ ^ 又，在弟1開關電路S1 ΓΓ路S2之連接點，連接有第2電…的-I其另-端則連接第3二極體Di。 “與第4電容器。之連接點 ：：“路 # 口口 τ · 不弟3 一極體Di與第2電 感…連接點’連接第4二極體Dc之兩端。 第1開關電路s 1與電容哭r ^ ^ ^ 哭 山 ”电今為Ca之連接點，和第i電感 。。卜的一知之間，連接第3電容器 第卜第2開關電路81、82，分別連接開關控制電路 、車 在輸入側整流電路Da與第3電容器Ci之間， 連接有第4二椏體Db。 開關控制電路s C1，I古、*

Pe , /、有連接於第1開關元件Q 1之 甲1極一源極間之雷晶I# 7>〗4： rl和延遲電路DL1與時間常數電 16 200527805 路TC1。延遲電路Dl 聯電路所構成。第】p 為Cgl與電阻Rgl之串 感輸而接通，作件Q1 _是由驅動繞組Lbl之 點。 仁以延遲電路DL1來延遲Q1之接通時 人哭广間：數電路TC1 ’係由電阻Rtl、二極體Dtl、光耦 /之光Ptl所構成之阻抗電路與電容 ::時間常數電路TC1與電晶體川，來控制第J 關疋件Q1之斷開。 同縣：2開關控制電路SC2亦與第1開關控制電路SC1呈 冋樣構成，且具同樣作用。 弟1開關控制電路SC1之光耦合器的光電晶體pti， 货、連接回授雷敗 FB1 °該回授電路FBI，檢測出由整流 /月電路Rs輪往輪φ ， 的方… 子0UT之電壓V〇,以穩定該電壓Vo 第3二:以回授控制。第2回授電路FB2，則是檢測出

Cl之輸人電壓％ ’以回授控制方式來控制第2 開關元件Q2 $ 、s 4 * 接通期間，避免該輸入電壓Vi在低負載時 咼於既定值。 、丁 一电谷Ca ’因為已使開關元件Q 1、Q2因切換所產生 3譜波電流流向接地（shum :分流），故能阻止該高譜 兩电*返回到輸入電源側。X，亦可插入電感器等，藉該 电感崙與電容器Ca之電容來構成低通濾波器。 接著，*照圖2、圖3，說明圖1所示之開關電源裝 之電路動作。 圖2係圖1各部之波形圖。又，圖3係商用電源之輸 17 200527805 入電壓Vin、輸入電流iin、及流向電感器Li之電流η之 概略波形圖。其各狀態之動作表示係：以Vgsi、為 開關兀件Ql、Q2之驅動信號（閘極、源極間電壓）·，以

Vdsl、Vds2為汲極、源極間電壓；以nil、id2為沒極電 /爪，以1111為芰壓态τ之激磁電流·，以is為通過2次繞組 之電流；以il為通過電感器u之電流。 (1)狀態 1 [tl 〜t2] 使-極體D1導通’以驅動繞組⑴的電壓來接通開 關元件Q1而進行zvs動作。在狀態1，1次繞組Lp係透 過開關元件Q1將雷交哭p · 谷tm Cl的兩i而電壓作為輸入電壓Vi 而施加，使1次綠έ日τ h丄上 、、、、LP之激磁電感器受激磁。電感器Li， 係透過開關Q1祧祐★入& " 破軛加全波整流電壓Vac，造成電感器u 的激磁。圖2中，π卜 _ α 乃是變壓器τ的激磁電流im為負 的期間。在該期間，获士 、 力门猎由電容器Ci、開關Qiq次繞組Lp、 及電感器Lr所構忐夕、 攝成之迴路，使電容器Ci充電。 在時點t2，電容器帝 電壓而接通如，斷開Q1之"£達到電晶體Trl之間值 之各繞組電壓）反轉。而讀器τ之電壓（變壓器τ (2)狀態 2 [t2〜t3] 藉變壓器' 丁之！次繞 一 及通過電感器Li之電泣 、電感态Lr之電流、 ⑽放電。在…V吏電容器Cdsi充電，使電容器 T j t3，電壓 vds2 D 2導通。在㈣器T之2次側的電承、、⑽而使二極體 二極體Ds導通。 t Vs成為零而史整流 18 200527805 (3) 狀態 3 [t3 〜t4] 一極體D2導i甬R主 it ffr- 岭通％，猎驅動繞組Lb2的電屙 關Q2而進行zvs動作。在變壓器丁之i次側了接：開 組Lp、開關Q2、電容器Cr、及電感器Lr之迴 H繞 電路，電感器Lr及電容哭Cr ! 4 i 籌成共振 包今裔Cr共振，流動共振 儲存於電感器u之激 机。又’ 敦磁毛，爪11，透過開關Q2與電容哭 而流入電容器Cl，以對電容器Ci充電。在變壓；二： % 側，由2次繞組Ls釋出變壓器τ之激磁能量/通過二^ 體Ds之電流is成為曲線波形。H ° ° 叫冰，反〜圖2中，trl係變單哭τ — Π時二在時點即由時—二: ”、、-17終止激磁電流Η對電容器Ci的充電。 (4) 狀態 4 [t4〜t5] 待電流U成為零即導通二極體Dc，電感器u兩端盘 開關：件Q2同為短路，以箝制對二極體m之施加電麼:、 在狀心3、狀態4之電容器Cr的電^ ，被施加於1次 :、、且，與電感器Lr之串聯電路，激磁電流im成線性減 =、☆待激磁電流im成為零，其後成為負值。在2次側， 通過零為止。在時點t5的電容器Ct2的電壓達到Tr2 的閾值電壓而接通Tr2，以斷開開關元件Q2。 (5) 狀態 5 [t5 〜t6] 在又壓杰之2次側’二極體ds被施加逆向電壓而使 °。 之2。人繞組Ls的電壓反轉。在1次側，由1次 兀、且Lp與通過電感器Lr之電流使電容器匸心工放電，電 谷。。Cds2充電，在時點t6，電壓vdsi成為零而使di導 19 200527805 通0 里钹以上狀態 圖1所示之開關電源裝置的電路特性如 開關電路si的導通（接通期間）設 \ 電路S2的導通期間設為時間㈣，電容器一開關

Vac，電容器ci之電犀為ν· 電壓设為 心〜土為Vi，變壓器之i次銬 繞組數之匝數比為n，則 A、、、數對2次 W，轭加於變壓器之激磁 的電塵與時間之積成為下式關係。 “感“

Vixton=nV〇xt〇n2 ......⑴ 係。又，施加於電感器w與時間之積成為下式關

Vacxton = (Vi+nV〇^Vac )xtr2 #上式中的時間的’係通過電感器Li之電流n在斷開 :間達到零為止之時間。當輸出電力為一定時，交流輸入 -电塵的1週期内之電壓Vl幾乎為一定，&，以式⑴來控 ton經控制ton/ ton2即可藉以達到輸出電壓ν〇之穩 定化。 心 ♦、又輸入電流lin之取得，可從1切換週期中從流入 电感為Li之電流的平均值以下式求取。 iin-VacxnV〇xton/{2Li (Vi+nVo—Vac)} ......(3) 因此，如圖1所示，輸入電流iin幾乎為正弦波，大 巾田卜低輸入電流之高頻成分。又，可以了解，當電壓Vi 4大則電流iin愈近於正弦波，失真率降低，可進一步抑 制高諧波電流。 20 200527805 所述 又，全波整流電壓Vac中的瞬時輸入功率pi以下式 p 1 =V acxiin ......(4) 因此’若由式（1)、（3)、（4)中消去tcm，成為·· pl=(VaCxnVo)2 / {2LiVi (Vi+nVo—Vac)}xt〇n2 ••… 一广“解’功率pl與時間ton2成比例。若時間：丄 -定’當電壓Vi愈大則功率pl則愈小，相反的，者輸出 電力愈小則電壓V1上昇。相對於此，藉由控制時間:二， 以控制功_ pl，能控制電壓V"目對於輸入電力的變化， 可抑制小輸出電力時之電壓Vi的上昇。 又，由變壓器之重置時間trl與接通㈣ton 侍到下式α。 <關係 )t〇n2 = trl ^ ton2= trl +α ton2 ......(6) 此處之a t〇n2,係使變壓器於逆向激磁之時 斷開期間充電於電容器Cr之電荷來使變壓 二 磁，在接通期間透過第丨開關電路81充電於第3;容=·激 在上述接通期間之充電期間為“ " 1 式表示。 兄兔包何i Qa以下

Qa^Vi( α t〇n)2/2L=(nV〇x a ton2)2/(2VixL) · °玄充電電荷Qa，係在i切換週期循 ） 參與給ψ AA 7电何，乃是不 认 勺能量。按照式（6)，接通期間t〇112， #斟於， 入别出之變壓器的重置時間旧，、’、、；苓 間α t〇n? 上文硬向激磁之時 〇n2，理論上，會增加時間ton2〇故，拎 而增加充兩㊉# &加時間a t〇n2 兔毛荷量Qa後，依式（5)，電壓Vi 气加，輸入電 21 200527805 流波形更近於正弦波，可抑制高諧波電流。相反的，若縮 短時間_η2’而減少充電電荷量Qa，依式⑺，可 壓Vi的上昇。 因此，若女為控制時間α ton2或時間a ton來控制充 電電荷量Qa，可穩定電壓Vl並抑制高譜波電流。 再者，激磁電流im的振幅〗ηιρρ以下式表示。 lmpp = (Vi/L)xt〇n ······ (9) 且mPP作為通過電感@ Ll的電流u之振幅 下式表示。 〜 11PP = (Vac/Li)xt〇n ···…(1〇) 因此，由變麼器丁送至2次側的功⑲，以下式表示。 P2 nVo {( 1-^ 2 α ) lmppxt〇n2 / 2T + 11ρρχίΓ2 / 2T} 々〜故$功率P2維持一定，在輸入週期中改變α，按照 化而改變^ …流…沖與…之變 邊按所述，邊控制接通㈣ton來穩定輸出電壓， 輸出電力或交流輸入電厂堅的峰值來 充電"a，藉此，輸入電流之高譜波㈣ 二：?壓v:之上昇抑制，兩者可以兼顧。特別是， 於正5 错增加充電* W來使輸入電流波形更近 的上^低負載時，則減少充電量如以抑制電塵％ 又，本發明中，藉由設置接 Μ充電於第3"〜間透過弟！開關電路 、弟…c,之期間aton，在該期間咖，乃 22 200527805 是错開關元件Q1之接通，進行開關元件Qi之零電壓切換 動作，可大幅降低切換損失。 、 再者，因開關元件Q1 %開時由漏電感導致之切換突 編的發生，藉由串聯第2開關電路S2與第4電容哭。 之電壓籍位電路而大幅降低，而可謀求開關電路之 應力化。 、，又，^交流輸入電塵之1週期中的接通期間ton係幾 性停：。&對用以穩定輸出電壓之控制電路之響應特 ^藉著儲存於電容器Ci之靜電能量，能確 輸出電壓保持期間。 接通Π極：：I當負載輕於既定負載或是無負载時， ::θ : ’相較於自驅動繞組Lbl產生開關元件Q1 、、壓异起至開關元件Q"妾通為止之延遲時間，對 曰雕 、（柄間5又疋成較前者更短時，乃因電 曰曰“"父開關元件Q1更早接 期性地重複振盡期門^ " "派I轉移成週 线i期間與卜止期間之間歇振㈣作 曰守，早位時間内儲存於 第3雷|哭p. 、 ^时1之能量減少，能有效抑制 電谷时C!兩端電壓的上 切換次數，能減少切換損失及導错者減少早位時間之 佶，、… 領夭及冷通損失，以實現高效率。 ==通為止之延遲時間，係以㈣ 日丁間DL 1的時間常數爽私 之延遲時間，係以Rtl 又使上述Trl至接通為止 時間常數來設定。Ptl、⑶之時間常數電請的 23 200527805 ⑴開關元件Q1、Q2藉zvs動作而大幅減低切換損失。 (2)錯開關元件Q“◊斷開而使變麼器電塵反轉，接通 藉斷開開關元件與二極體&而使變厂堅 电i：反轉，以接通開關元件 Q…關元”不會同時接，因：，原理上開關元件 壞等不良情形。曰叫接通’不會有同時接通導致破

⑺輸出電厂"。，係按照回授電路_之信號來控制 幵1關7L件Q 1之接通期間， A 係按照回授電路FB2之广> 士 制’而輪入㈣Vl ’ 間而控制之。 。5虎來控制開關元件Q2的接通期 (4)特別是在低負載時 通期間，以缩短開關元件Q2的接 電…上昇 Q1的接通期間，而可抑制電容 (5 )在低負載或|倉恭η士 期間與振盈停止期間、==轉移至週期性地重軸 電容器。之兩端電星的上 核式，故能有效抑制第3 次數，以降低… ，且能減少單位時間内之切換 接 、貝失與導通損失，實現高效率化。 钱者根據於圖4，，ν。— 置。 5兄明弟2實施形態之開關電源裝 置，其中係使第2開關1 Q 所不之開關電源裝 路，和箪 1电路S2與第4電容器Cr之串聯電 和弟1開關電路S1 平耳外电 不者同樣。再者，同 至方；/、他的構成與圖1所 圖4中省略了變壓器τ之驅動繞組Lbi 24 200527805 和Lb2、回授電路FBI和FB2之圄干。又，pq ,Γ1、ς〜 '之圖不又開關控制電路 予以方塊表示。又，圖丨所示之二極體Dc係可 接於二極體D1的陽極與開關元件Q2的汲極 中已省略。 j但圖示 上述之電路構成，亦能獲致第1實施形態之同樣效果。 又仫&兒谷器Cr的施加電壓增加，但，考量所健在 °里，、疋，能降低電容器的電容，故能實現命六 器Cr的小型化。 、兄私谷 圖5係第3實施形態之開關電源裝置的電路圖。與圖 斤示之構成不同，在該圖5所示之例中，係、使第4電容 &連接於第3電容器Ci的一端與第！電感器u之間。 又圖1戶斤不之二極冑Dc，可連接於二極體⑴的陽極與 開關το件Q2之沒極間，但在此圖已省略。其他部份則血 ^1所示同樣。然而’在圖5中’對於變壓器了之驅動繞 組Lbl、Lb2 1關控制電路SC1、SC2、及回授電路㈣、 FB2’圖中已予省略。 上述之構成亦能獲致第丨實施形態時之相同效果。 + 一 ^ ’在串聯於第1電感器Lr之第4電容H 〇與第3 ^谷器Cl之連接點，連接有第2開關元件Q2的一端，故 甘一 弟2開關兀件Ql、Q2之施加電壓，可降低 其等之電壓應力。 圖6係第4實施形態之開關電源裝置的電路圖。盥圖 =示之開關電源裝置不同，在該圖6所示之例中，並不 ，、有圖1所示之第4二極體•圖！所示之第4二極體Db， 25 200527805 因其之設置而將充電電流供應至第3電 ； 極體Db與電容器Cl並不構 °。 1，然而该一 滑電路。電容器。透過變壓器的二::幹:入型之整流平 S2而充電。因此，圖1所示二極體 6的構成中，因去除了二極體 湧。在a亥圖 且Db而能減少零 在該開關電源裝置起動時或重負載時，…。。 ， 電壓小於電容器Ca的兩端電 t田二益Cl的兩端 狀悲，充電於 的電流有因通過變壓器τ而使變 ' "^ 口口 T偏磁之情艰， 其 具有圖1所示之二極體Db，在起動士 、 y 一 Φ ^ 55 Ci # Φ Λ11 守〆重負载時係直接對 电合w Ci充電，故月b免於上述問題。 圖7係第5實施形態之開 一 电/原衮置的電路圖。在圖 1所示之例中，係使第2電感器 電路SH2之連接點與第3二極二t，1:第/開關 股Ul之間，但在該圖7 之不例中，該第2電感器Li的設置卢 置處’係在弟1開關電路 ⑽之連接點和電容器Ca之間。藉上㈣成， 亦能獲致與第1實施形態時相同的效果。 圖8係第6實施形態之開關電源裝置的電路圖。在此 例中，設有不同於變壓器τ之第2變壓器Τ2，以該第2變 壓器Τ2之輸入繞組Ll，來作為圖”斤示之第2電感哭 又，在第2變壓器T2之輪出繞組L〇與整流平滑電路以 間’設置整流電路Ds2。其他部份則相同於圖ι所示。再 者，圖8中，並未圖示出相當於圖丨之二極體〇1?者。 藉上述構成，在電感器Li所儲存的能量可直接供應至 整流平滑電路RS側，故能減少變壓器τ的電流，降低變 26 200527805 壓器τ的繞組等之導通損失，以謀求更高效率 可將整流電路Ds2與整流電路Ds分開，以不 供應。 。再者， 同之輪出 亦 來 置的電路圖。在言女 輸入繞組Lil之電 圖9係弟7實施形態之開關電源穿 例中設有第2電感器T2，設有串聯於其 感裔Li。其他部份則與圖8所示者相同 精上返構成 ,μ甘w胧ϊ〜直接供應 至整流平滑電路RS側’故能減少變塵器τ的電流，降： 變壓器Τ的繞組等之導通損失，以謀求更高效率。再者： 亦可與圖8同樣，將整流電路Ds2與整流電路Ds分開， 以不同之輸出來供應。 圖10所示係第8實施形態之開關電源裝置的電路圖。 該例中’在變壓器T設有3次繞組Lt，該3次繞組⑴系 串聯於第2電感器U。其他則與圖！所示者同樣。 藉由上述圖10之構成’除了能獲致第1實施形態之同 樣效果外，並能利用變壓器τ之3次繞組u所產生的電 昼來調整電感器Ll之施加電壓，以調整輸入電流加之導 通角（在商用電源電壓的半週期内之導通期間），以謀求 步抑制高諸波電流，可降低損失。又，可藉著調整3 —人繞組"與1次繞組之&數比來縮小上述導通角，而能抑 制電容器Ci被施加過大電壓。 圖"係第9貫施形態之開關電源裝置的電路圖。在該 例中’係將電感器U設置在二極體Db與電容器。之間。 且，係在整流平滑電路RS追加二極體Df與電感器Lf，以 27 200527805 構成順向轉換器形式。故，變壓器τ η“ 性，盥箓1卜 _人、丸組Ls的極 /、弗1〜弟8實施形態情形逆向。1 M 所干π样# 其他構成則與圖i …。右根據該圖11所示構成，因於電感哭 激磁能量，故能獲得變壓器τ的小型化。 心:存 所亦可不改變電感器Ll的位置，使2次側如圖1 t t構絲返式轉換11形式。再者，圖4〜圖1Q 、、2次側亦可與圖n同樣為順向轉換器形式。 J 12係第10實施形態之開關電源裝置的電路圖。在 二i ’係將二極體Dbl、Db2連接於商用電源（交流輸 線路）的兩端與S 2電感器的-端之間。又 低通遽波器LPF接於交流輸人電I線路，使第3電容哭「 =❹於輸入侧整流電路Da的整流輸出。低通遽波器 阻止因開關元件Q1、Q2的切換動作所產生之 波電流回到輸入電源側。 藉上述構成，除了可獲得與第i實施形態之同樣效果 外’亦因為將低通濾波器、LPF設置於交流輸入電壓線路， 而提昇零件配置的自由度。 圖1 3所不，係第丨丨實施形態的開關電源裝置之開關 控制電路的構成例。該{列中M吏電阻rz、齊納二極體ZD、 一極體DZ之串聯電路連接變壓器τ之驅動繞組Lb，電阻 入电谷夯Ct之串聯電路，並聯於齊納二極體zD與二極 體DZ之串聯電路。又，使電容器ct的電壓施加於電晶體 極又在電晶體T r的基極、射極間所設置之二 極版Db ’可防止逆電壓施加至電晶體Tr的基極、射極間。 28 200527805 電阻Rg輿電容器Cg之 以延遲接通開M元件Q。再者，:電路構成延遲電路dl， Q之輸入電容。 ’電容Ciss係表示開關元件 如所揭示者，由電阻Rt * ·… 數電路，係由齊納二極冑如、…〇所構成之時間常 動繞組Lb的+ ^ a ^ a 釆供應一定電壓，故不受驅 0的電壓變動的影變。 阻抗，可批七不 "X，藉著控制該電阻Rt的 」控制電晶體Τι*之接iS R士

之接通期間。 $點’亦即控制開關元件Q t圖式簡單說明】 圖1係第1實施形態之開關電 剛电/原裝置之電路圖。 Θ 2係該開關電源裝置之各部波形圖。 圖3係輸入電壓、輸入電流 π — 电 < 及通過電感器之電流波 %不圖。 圖4係第2實施形態之開關電源裝置之電路圖。 圖5係第3實施形態之開關電源裝置之電路圖。 圖6係第4實施形態之開關電源裝置之電路圖。 圖7係第5實施形態之開關電源裝置之電路圖。 圖8係第6實施形態之開關電源裝置之電路圖。 圖9係第7實施形態之開關電源裝置之電路圖。 圖10係第8實施形態之開關電源裝置之電路圖。 圖11係第9實施形態之開關電源骏置之電路圖。 圖係第10實施形態之開關電源裝置之電路圖。 圖1 3係第11實施形悲之開關電源裝置的開關控制電 路之示例圖。 29 200527805 圖1 4係習知的開關電源裝置之電路圖。 圖1 5係習知的開關電源裝置之電路圖。 圖1 6係習知的開關電源裝置之電路圖。 【主要元件符號說明】 EMI-F EMI濾波器 LPF 低通滤波器 Da 輸入側整流電路 Q1 第 1開關元件 D1 第 1二極體 Cdsl 第 1電容器 SI 第 1開關電路 Q2 第 2開關元件 D2 第 2二極體 Cds2 第 2電容器 S2 第 2開關電路 Ca 電容器 T 變壓器 Lp 1 次繞組 Ls 2次繞組 Lbl 、 Lb2 驅動繞組 Ds 整流二極體 Co 平滑電容器 Rs 整流平滑電路 Lr 第 1電感器

30 200527805

Li 第 2 電 感 器 Cr 第 4 電 容 器 Ci 第 3 電 容 器 SCI 第 1 開 關 控 制 電 路 SC2 第 2 開 關 控 制 電 路 Db 第 4 二 極 體 Di 第 3 二 極 體 Trl、 Tr2 電 晶 體 DL1、 DL2 延 遲 電 路 FBI、 FB2 回 授 電 路 TCI、 TC2 時 間 常數 電 路 31

Claims (1)

1. 200527805 十、申請專利範圍： …丨· 一種開關電源裝置，具備：第1開關電路S1，由 =¥關元件Q1、第1二極體D1、及第1電容器Cdsl之 並聯電路所構成；變壓器τ，具有1次繞組“與2次繞組 ，第1電感益Lr，串聯於該i次繞組Lp ;整流平滑電 路RS，連接於該2次繞組；輸入側整流電路，具有至 二丄個用以整流交流電壓之整流元件;第2電感器元件L， 二」開關電路S1在導通狀態之接通_期間能施加取 儲整流電路Da之整流電壓；第3電容器ci，以 =子；。亥第2電感|g兀件Li的激磁能量 期間將電壓. 电且在《通 — ' 人％、、且LP，及開關控制電路，係控 ，關70 # Q1而從連接於該2次繞組Ls之整产平淋 電路k取得輸出，其特徵在於具備： 之“千'月 由第2開關元件如、第2二極體d 之並聯電路所構成之第9 s 屯今益Cds2 风之弟2開關電路S2 ;及 串：於該第2開關電路S2之第4電容器Cr; 使第2開關電路S2盥 哭 端’連接第1門問干一 電奋Cr的串聯電路之一 按弟1開關電路S1的一端； 該開關控制電路，么、 i甬笛0 係以在第1開關元件Q1斷n 8士拉 通乐2開關元# Q Vi斷開日“妾 開關元件Q1的方4'也、開關凡件Q2斷開時接通第1 過第1開關電路S1對楚1 玉》工制在•通期間透 ^ 對弟3電容器〇充電之電荷量。 2·如申請專利範圍第 里 關批钿干a 弟1項之開關電源裝置，苴中兮叫 關控制電路，係控制 其中该開 開關凡件Q1的接通期間，俾使 32 / ouj 取自.亥整流平滑電路Rs之輪出電 3·如申請專利範圍第】項 土知定。 關控制電路，係按照第3電：：開關電源装置，其中該開 開關元件Q2之接通期間。% Cl的兩端電壓來控制第2 4·如申請專利範圍第2項 關控制電路，係按照第3兩办抑碭關电源裝置，其中該開 開關元件Q2之接通期間。 、兩端電壓來控制第2 5 ·如申凊專利範圍第】 關控制電路，係控制第2 F二開關電源裝置，其中該開 取自整流平滑電路Rs^H#Q2之接通期間，俾使 哭Γ · AA 剧出笔愿穩定，並按，昭第3雷六 口口 C〗的兩端電壓來控制第 、、、弟電合 .,,.^ 開關凡件Q1之接通期間。 6·如申請專利範圍第…項中 ：I 士 置，其係設置不同於變壓 r …“源i …。丁的第2變壓器T2，以第2變 厭：的輸入繞組來構成第2電感器元件Ll，在第2變 土。。T2之輸出繞系且L〇與該整流平滑電路&間設置整流 電路Ds2。 7·如申凊專利範圍帛丨至5項中任一項之開關電源裝 置’其係設置不同於該變壓器T的第2變壓器T2，使第2 =…輸入繞組U1串聯第2電感器U，在二 土荔T2之輸出繞組L〇與該整流平滑電路間設置整流 電路Ds2。 8 ·如申請專利範圍第1至5項中任一項之開關電源裝 置’其係在該變壓器T設置3次繞組Lt，將第2電感器Li 與該3次繞組Lt串聯。 33 200527805 9.如申請專利範圍第丨至5項中任一項之開關電源裝 置’其係在該變壓器τ設置單數或複數驅動繞組Lb 1、Lb2， 該開關控制電路使用驅動繞組Lb 1、Lb2所產生的電壓， 來驅動第1開關元件Q1或第2開關元件Q2。 如申請專利範圍第丨至5項中任一項之開關電源裝 置，其係在該驅動繞組Lbl、Lb2與第卜第2開關元件Q1、 Q2之控制端子間，具備由電阻、Rg2與電容器、 Cg=之串聯電路所構成的延遲電路dl 1、π]，該開關控 制電路，係在該驅動繞組Lbl、Lb2產生供接通該開關元 件Q卜Q2之電壓後進行延遲，再接通該開關元件qi、以。 、11 ·如申睛專利範圍第1〇項之開關電源裝置，係將該 j遲電路DL1、DL2的延遲時間設定成，待施加於第1、 ^ 1關兀件Q1、q2的兩端電壓降至零電壓或零電壓 近後再予接通。 12·如申請專利範圍第1 置，豆中# η Μ 5員中任一項之開關電源裝 ^/、中6亥開關控制電路係具有時間常數電路TC1、TC2, 其攸驅動繞組Lb 1、[Μ & 币Γ 生么、接通開關元件Q 1、Q2之 電壓起，經既定時間後# Y 以之 Ί後使開關兀件Ql、Q2斷開。 13.如申μ專利範圍第丨至$ 置，苴中兮η關祕心 員中任一項之開關電源裝 既定負載為低負載或無負載時二1開關兀"1，俾在較 週期性地重複第】、第，，、、間歇振盈動作模式，以 逢期間、和停止該振盡之«停；期tQ2接通斷開之振 14·如申請專利範圍帛i至 員中任一項之開關電源裝 34 200527805 置，其係以該變壓器T的漏電感作為第1電感器Lr。 1 5.如申請專利範圍第1至5項中任一項之開關電源裝 置，其中，第1開關電路S1與第2開關電路S2之至少一 方係以場效電晶體構成。 十一、圖式： 如次頁

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