TWI443945B - Switching power supply - Google Patents

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TWI443945B
TWI443945B TW098136393A TW98136393A TWI443945B TW I443945 B TWI443945 B TW I443945B TW 098136393 A TW098136393 A TW 098136393A TW 98136393 A TW98136393 A TW 98136393A TW I443945 B TWI443945 B TW I443945B
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Description

開關電源裝置
本發明係關於一種簡單且低價之開關電源裝置。
圖1係顯示習知開關電源裝置之構成的電路圖。圖1所示之開關電源裝置，係稱作電流諧振型開關電源裝置之方式，例如將來自商用電源之交流電壓整流平滑後之直流電壓作為直流輸入電壓Vin輸入。在供應直流輸入電壓Vin之直流電源Vin之兩端串聯由MOSFET(金屬氧化半導體場效電晶體)構成之開關元件Q11(第1開關元件)與由MOSFET構成之開關元件Q12(第2開關元件)。
在開關元件Q12之汲極-源極間(或開關元件Q11之汲極-源極間亦可)連接電壓諧振電容器Cv1，且連接由諧振電抗器Lr1、變壓器T1之一次繞組Np1、及電流諧振電容器Ci1構成之第1諧振電路。諧振電抗器Lr1例如由變壓器T1之洩漏電感代用。
在開關元件Q12之汲極-源極間連接二極體D1，在開關元件Q11之汲極-源極間連接二極體D2。二極體D1,D2為開關元件Q11,Q12之寄生二極體亦可。
又，在變壓器T1之二次側串聯分別反相捲繞之二次繞組Ns11,Ns12。二次繞組Ns11,Ns12產生之電壓係藉由二極體D11,D12整流，並藉由輸出平滑電容器Co1平滑後作為輸出電壓Vo1輸出。
為了防止開關元件Q11,Q12同時成為導通而設有無效時間之閘極訊號，係從控制電路10交互以相同導通寬度輸入至開關元件Q11,Q12之閘極。
使開關元件Q11,Q12交互導通/斷開時，在開關元件Q11,Q12流過圖2所示之諧振電流Q11i,Q12i，在變壓器T1之二次側經由二極體D11,D12放出正弦波狀之諧振電流D11i,D12i。
輸出電壓Vo1係透過未圖示之光耦合器等之絕緣手段反饋至一次側之控制電路10，藉由控制電路10控制開關元件Q11,Q12之開關頻率以使輸出電壓Vo1成為既定值。
此電流諧振型開關電源裝置中，如圖2所示，各開關元件Q11,Q12導通時，由於電流流向負方向(流過二極體D2,D1之電流)，因此不會產生開關損耗。又，由於進行諧振動作，因此亦不會產生開關元件Q11,Q12斷開時之突波電壓。因此，可使用耐低壓之開關元件，在構成高效率電源上為極有效之方式。
然而，圖1所示之電流諧振型開關電源裝置中，由於在二次側交互流過正弦波狀之電流D11i,D12i，因此電流D11i,D12i成為不連續動作。因此，流過輸出平滑電容器Co1之漣波電流Co1i成為輸出電流之約5～7成左右，與電流連續流過之前向轉換器等相較時較大。一般使用於輸出平滑電容器Co1之電解電容器，有容許漣波電流之規定，為了滿足此規定必須並聯複數個電解電容器。因此，具有成本及構裝面積增加之問題。
為了解決此問題，專利文獻1揭示一種並聯複數個電路，使各電路之相位偏移動作以降低電解電容器之漣波電流之方法。
專利文獻1：日本特開平4-105552號公報
然而，專利文獻1之方式中，必須要將控制電路內之高頻振盪電路之輸出脈衝訊號加以分頻之電路等，而有控制電路複雜化且高價之問題。
本發明提供一種能藉由簡單且低價之電路實現使相位偏移之並聯動作之開關電源裝置。
為了解決上述問題，第1發明之開關電源裝置，其具備：第1轉換器，具備第1整流電路，該第1整流電路，在直流電源之兩端串聯第1開關元件與第2開關元件，在該第1開關元件或該第2開關元件之兩端串聯具有輔助繞組之第1變壓器之一次繞組與第1電容器，將該第1變壓器之二次繞組產生之電壓加以整流；第2轉換器，具備第2整流電路，該第2整流電路，在該直流電源之兩端串聯第3開關元件與第4開關元件，在該第3開關元件或該第4開關元件之兩端串聯第2變壓器之一次繞組與第2電容器，將該第2變壓器之二次繞組產生之電壓加以整流；平滑電路，使從該第1整流電路與該第2整流電路輸出之電流平滑；串聯諧振電路，由串聯於該輔助繞組之諧振電抗器與諧振電容器構成；以及控制電路，依據流經該串聯諧振電路之電流使該第3開關元件及該第4開關元件導通/斷開。
第2發明之開關電源裝置，其具備：第1轉換器，具備第1整流電路，該第1整流電路，在直流電源之兩端串聯第1開關元件與第2開關元件，在該第1開關元件或該第2開關元件之兩端串聯具有彼此捲繞成相反極性之第1輔助繞組與第2輔助繞組之第1變壓器之一次繞組與第1電容器，將該第1變壓器之二次繞組產生之電壓加以整流；第2轉換器，具備第2整流電路，該第2整流電路，在該直流電源之兩端串聯第3開關元件與第4開關元件，在該第3開關元件或該第4開關元件之兩端串聯第2變壓器之一次繞組與第2電容器，將該第2變壓器之二次繞組產生之電壓加以整流；平滑電路，使從該第1整流電路與該第2整流電路輸出之電流平滑；第1串聯諧振電路，由串聯於該第1輔助繞組之第1諧振電抗器與第1諧振電容器構成；第1控制電路，依據該第1串聯諧振電路之電流使該第3開關元件導通/斷開；第2串聯諧振電路，由串聯於該第2輔助繞組之第2諧振電抗器與第2諧振電容器構成；以及第2控制電路，依據該第2串聯諧振電路之電流使該第4開關元件導通/斷開。
第3發明之開關電源裝置，其具備：第1轉換器，具備第1整流電路，該第1整流電路，在直流電源之兩端串聯第1開關元件與第2開關元件，在該第1開關元件或該第2開關元件之兩端串聯第1變壓器之一次繞組與第1電容器，將該第1變壓器之二次繞組產生之電壓加以整流；第2轉換器，具備第2整流電路，該第2整流電路，在該直流電源之兩端串聯第3開關元件與第4開關元件，在該第3開關元件或該第4開關元件之兩端串聯第2變壓器之一次繞組與第2電容器，將該第2變壓器之二次繞組產生之電壓加以整流；平滑電路，使從該第1整流電路與該第2整流電路輸出之電流平滑；串聯諧振電路，由連接於該第1開關元件或該第2開關元件之兩端之諧振電抗器與諧振電容器構成；以及控制電路，依據流經該串聯諧振電路之電流使該第3開關元件及該第4開關元件導通/斷開。
第4發明之開關電源裝置，其具備：第1轉換器，具備第1整流電路，該第1整流電路，在直流電源之兩端串聯第1開關元件與第2開關元件，在該第1開關元件或該第2開關元件之兩端串聯第1變壓器之一次繞組與第1電容器，在該第1開關元件或該第2開關元件之兩端串聯具有彼此捲繞成相反極性之第1二次繞組及第2二次繞組之第3變壓器之一次繞組與第3電容器，將該第1變壓器之二次繞組產生之電壓加以整流；第2轉換器，具備第2整流電路，該第2整流電路，在該直流電源之兩端串聯第3開關元件與第4開關元件，在該第3開關元件或該第4開關元件之兩端串聯第2變壓器之一次繞組與第2電容器，將該第2變壓器之二次繞組產生之電壓加以整流；平滑電路，使從該第1整流電路與該第2整流電路輸出之電流平滑；第1串聯諧振電路，由串聯於該第3變壓器之第1二次繞組之第1諧振電抗器與第1諧振電容器構成；第1控制電路，依據該第1串聯諧振電路之電流使該第3開關元件導通/斷開；第2串聯諧振電路，由串聯於該第3變壓器之第2二次繞組之第2諧振電抗器與第2諧振電容器構成；以及第2控制電路，依據該第2串聯諧振電路之電流使該第4開關元件導通/斷開。
第5發明之開關電源裝置，於請求項1至請求項8中任一項之開關電源裝置中，設置第1功率因素改善電路與第2功率因素改善電路以替代該直流電源；該第1功率因素改善電路，藉由第1開關使交流電源之交流電壓整流後之整流電壓導通/斷開以改善功率因素且轉換成既定直流電壓並供應至該第1轉換器；該第2功率因素改善電路，藉由第2開關使該交流電壓整流後之整流電壓導通/斷開以改善功率因素且以與該第1功率因素改善電路之第1開關之導通寬度相同之導通寬度轉換成直流電壓並供應至該第2轉換器。
第6發明之開關電源裝置，於請求項1至請求項8中任一項之開關電源裝置中，設置分壓用直流電源以替代該直流電源，且在該分壓用直流電源之兩端串聯第1分壓電容器與第2分壓電容器，該第1分壓電容器之直流電壓係供應至該第1轉換器，該第2分壓電容器之直流電壓係供應至該第2轉換器。
第7發明之開關電源裝置，其具備：串聯諧振電路，係由諧振電抗器與諧振電容器構成；第1轉換器，具備至少一個具有串聯於該串聯諧振電路之繞組之第1變壓器，藉由第1開關電路之導通/斷開動作從第1直流電源將輸入電力輸入，從該第1變壓器之二次側或從另一變壓器之二次側將輸出電力輸出；第2轉換器，具備第2變壓器，藉由第2開關電路之導通/斷開動作從該第1直流電源或第2直流電源將輸入電力輸入，從該第2變壓器之二次側將輸出電力輸出；整流平滑電路，使從該第1轉換器與該第2轉換器輸出之輸出電力整流平化並取出直流輸出；以及控制電路，依據該串聯諧振電路之電流控制該第2開關電路之導通/斷開動作。
根據本發明，控制電路，依據由諧振電抗器與諧振電容器構成之串聯諧振電路之電流使第2轉換器之開關元件導通/斷開。因此，從第2轉換器放出至輸出之電流，成為相對從第1轉換器輸出之電流相位偏移之電流。因此，僅追加簡單之電路，即可實現使相位偏移之並聯動作，大幅減輕輸出平滑電容器之漣波電流。
以下，參照圖式詳細說明本發明之開關電源裝置之實施形態。
(實施例1)
圖3係顯示本發明實施例1之開關電源裝置之構成的電路圖。圖3所示之開關電源裝置，具備直流電源Vin(第1直流電源)、第1轉換器3、第2轉換器4、及輸出平滑電容器Co1。
第1轉換器3，與圖1所示之習知開關電源裝置，僅在設置具有一次繞組Np1、二次繞組Ns11,Ns12、及輔助繞組Na1之變壓器T1a(第1變壓器)之點不同，其他構成皆相同，因此省略其說明。
第2轉換器4，與第1轉換器3相同，在直流電源Vin之兩端串聯由MOSFET構成之開關元件Q21(第3開關元件)與由MOSFET構成之開關元件Q22(第4開關元件)。
此外，開關元件Q11與開關元件Q12構成第1開關電路，開關元件Q21與開關元件Q22構成第2開關電路。
在開關元件Q22之汲極-源極間(或開關元件Q21之汲極-源極間亦可)連接電壓諧振電容器Cv2，且連接由諧振電抗器Lr2、變壓器T2(第2變壓器)之一次繞組Np2、及電流諧振電容器Ci2構成之第2諧振電路。諧振電抗器Lr2例如由變壓器T2之洩漏電感代用。
在開關元件Q22之汲極-源極間連接二極體D3，在開關元件Q21之汲極-源極間連接二極體D4。二極體D3,D4為開關元件Q21,Q22之寄生二極體亦可。
又，在變壓器T2之二次側串聯分別反相(相反極性)捲繞之二次繞組Ns21,Ns22。二次繞組Ns21,Ns22產生之電壓係藉由二極體D21,D22整流，並藉由輸出平滑電容器Co1平滑後作為輸出電壓Vo1輸出。
此外，二極體D11,D12,D21,D22與輸出平滑電容器Co1構成整流平滑電路。
在開關元件Q21,Q22之閘極連接控制電路11，在控制電路11連接由連接於變壓器T1a之輔助繞組Na1之諧振電抗器L1與諧振電容器C1構成之串聯諧振電路1(串聯諧振電路)。
圖4係實施例1之開關電源裝置之控制電路11的內部電路圖。圖4所示之控制電路11中，在電晶體Q1之基極-射極間連接轉流用二極體D5，且連接串聯諧振電路1與變壓器T1a之輔助繞組Na1之串聯電路。
電晶體Q1之集極，例如透過電阻R1連接於控制電路11之動作電源Vcc1。在電晶體Q1之集極與電阻R1之連接點連接驅動裝置14，驅動裝置14之輸出係連接於開關元件Q22之閘極。
又，在電晶體Q1之集極與電阻R1之連接點連接變流器電路12，變流器電路12之輸出係透過驅動裝置13連接於開關元件Q21之閘極。驅動裝置13雖未圖示，但在內部構成位準偏移電路，將以接地電位為基準之訊號轉換成以開關元件Q21與開關元件Q22之連接點為基準之訊號。
接著，針對以此方式構成之實施例1之開關電源裝置之動作，參照圖5所示之動作波形圖進行說明。
首先，第1轉換器3，與圖1所示之習知例相同，開關元件Q11與開關元件Q12交互以相同導通寬度反覆導通/斷開，在變壓器T1a之二次側放出正弦波狀之諧振電流D11i,D12i。
藉由開關元件Q11與開關元件Q12交互導通/斷開，在變壓器T1a之輔助繞組Na1產生正負對稱之方波狀之交流電壓Na1v。藉由將此交流電壓Na1v施加至諧振電抗器L1與諧振電容器C1之串聯諧振電路1，在串聯諧振電路1通過電晶體Q1之基極-射極間、或二極體D5流經有三角波狀之電流L1i。
將此種交流電壓Na1v施加至諧振電抗器L1與諧振電容器C1之串聯諧振電路1時，電流相對電壓延遲90°相位。因此，流經串聯諧振電路1之電流L1i，在開關元件Q11,Q12之導通期間之中間點(例如時刻t2)切換正負。
由於此電流L1i係作為電晶體Q1之基極電流流過，因此電晶體Q1之集極電壓Q1vce，在開關元件Q11,Q12之導通期間之中間點(例如時刻t2)切換電壓位準。
電晶體Q1之集極電壓，通過驅動裝置14作為開關元件Q22之閘極訊號Q22vgs輸出。又，藉由變流器電路12反轉之電晶體Q1之集極電壓，透過驅動裝置13作為開關元件Q21之閘極訊號Q21vgs輸出。
此外，驅動裝置13,14雖未圖示，但內部具有用以防止開關元件Q21,Q22之同時導通之延遲電路。
藉由將上述閘極訊號Q21vgs,Q22vgs輸入至開關元件Q21,Q22之閘極，第2轉換器4相對第1轉換器3成為頻率相同、相位偏移90°之動作。
設構成第2諧振電路之諧振電抗器Lr2與變壓器T2之一次繞組Np2與電流諧振電容器Ci2之諧振時間常數為與構成第1諧振電路之諧振電抗器Lr1與變壓器T1a之一次繞組Np1與電流諧振電容器Ci1之諧振時間常數相同值之情形，從第2轉換器4放出至輸出之電流D21i,D22i相對從第1轉換器3輸出之電流D11i,D12i成為相位偏移90°之電流。因此，流經輸出平滑電容器Co1之漣波電流Co1i，相較於圖1所示習知以1個轉換器構成之情形，可減輕至大約五分之一程度。
如上述，根據實施例1之開關電源裝置，控制電路11，依據由諧振電抗器L1與諧振電容器C1構成之串聯諧振電路1之電流L1i使第2轉換器4之開關元件Q21,Q22導通/斷開。亦即，僅追加簡單之電路，即可實現使相位偏移之並聯動作，大幅減輕輸出平滑電容器Co1之漣波電流Co1i。
(實施例2)
圖6係顯示本發明實施例2之開關電源裝置之構成的電路圖。圖6所示之實施例2之開關電源裝置，與圖3所示之實施例1之開關電源裝置，僅變壓器T1b、電晶體Q1,Q2、二極體D5,D6不同，因此僅說明上述部分。
變壓器T1b(第1變壓器)具有一次繞組Np1、二次繞組Ns11,Ns12、及輔助繞組Nb1,Nb2。輔助繞組Nb1(第1輔助繞組)與輔助繞組Nb2(第2輔助繞組)係捲繞成彼此反相(相反極性)。
在電晶體Q1(第1控制電路)之基極-射極間連接轉流用二極體D5，且連接由諧振電抗器L1與諧振電容器C1構成之串聯諧振電路1(第1串聯諧振電路)與變壓器T1b之輔助繞組Nb1之串聯電路。電晶體Q1之射極係連接於開關元件Q21之源極，電晶體Q1之集極係連接於開關元件Q21之閘極。電晶體Q1之集極係透過電阻R1連接於以開關元件Q21與開關元件Q22之連接點為基準之動作電源Vcc2。
在電晶體Q2(第2控制電路)之基極-射極間連接轉流用二極體D6，且連接由諧振電抗器L2與諧振電容器C2構成之串聯諧振電路2(第2串聯諧振電路)與變壓器T1b之輔助繞組Nb2之串聯電路。電晶體Q2之射極係連接於開關元件Q22之源極，電晶體Q2之集極係連接於開關元件Q22之閘極。電晶體Q2之集極係透過電阻R2連接於以接地為基準之動作電源Vcc3。
接著，針對以此方式構成之實施例2之開關電源裝置之動作，參照圖7所示之動作波形圖進行說明。
首先，第1轉換器3a，與圖1所示之習知例相同，開關元件Q11與開關元件Q12交互以相同導通寬度反覆導通/斷開，在變壓器T1b之二次側放出正弦波狀之諧振電流D11i,D12i。
藉由開關元件Q11與開關元件Q12交互導通/斷開，在變壓器T1b之輔助繞組Nb1,Nb2產生正負對稱之方波狀之交流電壓Nb1v,Nb2v，該交流電壓Nb1v,Nb2v分別為正負反轉之波形。藉由將此交流電壓Nb1v,Nb2v施加至諧振電抗器L1,L2與諧振電容器C1,C2之串聯諧振電路1,2，在串聯諧振電路1,2通過電晶體Q1,Q2之基極-射極間、或二極體D5,D6流經有三角波狀之電流L1i,L2i。
將此種交流電壓Nb1v,Nb2v施加至諧振電抗器L1,L2與諧振電容器C1,C2之串聯諧振電路1,2時，電流相對電壓延遲90°相位。因此，流經串聯諧振電路1,2之電流L1i,L2i，在開關元件Q11,Q12之導通期間之中間點(例如時刻t2)切換正負。
由於此電流L1i,L2i係作為電晶體Q1,Q2之基極電流流過，因此電晶體Q1,Q2，僅在正電流流經串聯諧振電路1,2之期間導通。在電晶體Q1,Q2斷開之期間，藉由電阻R1,R2將閘極訊號輸入至開關元件Q21,Q22。
亦即，藉由採用圖6所示之構成，串聯諧振電路1,2之電流L1i,L2i為正負反轉之電流，因此在開關元件Q21,Q22交互輸入有相對第1轉換器3a頻率相同、相位偏移90°之閘極訊號Q21vgs,Q22vgs。
藉此，與實施例1相同，可減輕輸出平滑電容器Co1之漣波電流Co1i。又，無效時間能藉由以電阻R1,R2與開關元件Q21,Q22之閘極電容之時間常數使導通時刻延遲生成，相較於實施例1，可消除延遲電路或位準偏移電路。
(實施例3)
圖8係顯示本發明實施例3之開關電源裝置之構成的電路圖。圖8所示之實施例3之開關電源裝置，與圖6所示之實施例2之開關電源裝置，在設置推拉型連接之電晶體Q1,Q3(第1驅動電路)、推拉型連接之電晶體Q2,Q4(第2驅動電路)之點不同。
諧振電抗器L1與諧振電容器C1之串聯諧振電路1之一端係連接於電晶體Q1,Q3之基極，電晶體Q1,Q3之射極係連接於開關元件Q21之閘極。電晶體Q3之集極係連接於開關元件Q21之源極，電晶體Q1之集極係透過電阻R1連接於動作電源Vcc2。
諧振電抗器L2與諧振電容器C2之串聯諧振電路2之一端係連接於電晶體Q2,Q4之基極，電晶體Q2,Q4之射極係連接於開關元件Q22之閘極。電晶體Q4之集極係連接於開關元件Q22之源極，電晶體Q2之集極係透過電阻R2連接於動作電源Vcc3。
在上述構成中，與實施例2相同，在串聯諧振電路1,2，相對第1轉換器3a相位偏移90°之正負對稱之三角波狀之電流流經電晶體Q1,Q3及電晶體Q2,Q4之基極-射極間。
在串聯諧振電路1,2之電流為正之期間基極電流流經電晶體Q1,Q2，藉由電晶體Q1,Q2之增幅作用從動作電源Vcc2,Vcc3對開關元件Q21,Q22之閘極施加電壓。
另一方面，在串聯諧振電路1,2之電流為負之期間基極電流流經電晶體Q3,Q4，藉由電晶體Q3,Q4之增幅作用除去開關元件Q21,Q22之閘極電壓。
亦即，在開關元件Q21,Q22交互輸入有相對第1轉換器3a頻率相同、相位偏移90°之閘極訊號。藉此，與實施例1相同，可減輕輸出平滑電容器Co1之漣波電流。
接著，針對實施例3之推拉型連接之電晶體之驅動電路之變形例進行說明。當飽和狀態之電晶體切換為斷開時，因少數載子之影響電晶體之斷開產生延遲時間。將矩形波狀之電壓輸入至推拉型連接之電晶體時，輸入電壓切換時電晶體之基極-射極間產生反偏壓。因此，少數載子被急速除去，可縮短輸出之延遲時間，可廣泛用為開關電源之驅動電路。
然而，本發明之實施例3中，對推拉型之驅動電路之輸入訊號不是電壓源，而是來自串聯諧振電路1,2之電流源，因此即使串聯諧振電路1,2之電流反轉，其電流值到達儲存於電晶體之基極之少數載子之電荷量為止前電晶體無法斷開，電流之方向之切換產生延遲時間。
圖9係實施例3之開關電源裝置之第1變形例的電路圖。此第1變形例，係解除驅動電路之延遲時間。圖9之第1變形例，與圖8所示之實施例3，僅驅動電路不同，因此針對其他共通部分省略說明。
圖9中，在電晶體Q1,Q3之集極-基極間追加例如蕭特基二極體等之順向電壓降低較低之二極體D7,D8。此外，雖未圖示，但對電晶體Q2,Q4亦同樣地追加二極體。
藉由以此方式構成，電晶體Q1,Q3切換成導通時流經基極之串聯諧振電路1,2之電流，通過追加之二極體D7,D8(第1二極體)後，流經集極-射極間。因此，在電晶體Q1,Q3之基極不會儲存多餘的電荷，可縮短串聯諧振電路1,2之電流反轉後之延遲時間。
圖10係實施例3之開關電源裝置之第2變形例的電路圖。圖10之第2變形例，相較於圖9所示之第1變形例，在串聯諧振電路1與電晶體Q1,Q3之基極之間追加二極體D9,D10(第2二極體)，在電晶體Q1之基極-射極間追加電阻R3。此外，雖未圖示，但對電晶體Q2,Q4亦同樣地追加二極體與電阻。
藉由以此方式構成，針對電晶體Q1,Q3之斷開與圖9所示之驅動電路相同，可縮短延遲時間。又，串聯諧振電路1,2之電流從負切換至正時，由於電流開始流經電阻R3，因此電晶體Q1不會立刻導通。電阻R3之電壓下降到達電晶體Q1之基極-射極間電壓後基極電流流入，電晶體Q1成為導通。是以，藉由電阻R1,R2之阻抗值可調整開關元件Q21,Q22從斷開切換至導通之時序、亦即無效時間。
(實施例4)
圖11係顯示本發明實施例4之開關電源裝置之構成的電路圖。圖8所示之實施例3中，將串聯諧振電路1,2連接於變壓器T1b之輔助繞組Nb1,Nb2。
相對於此，圖11所示之實施例4中，設置具有一次繞組Np3與二次繞組Ns31,Ns32之變壓器T3(第1變壓器)，在變壓器T3之二次繞組Ns31之一端連接串聯諧振電路1之一端，在變壓器T3之二次繞組Ns32之一端連接串聯諧振電路2之一端。在開關元件Q12之兩端連接電容器C3與變壓器T3之一次繞組Np3之串聯電路。此外，變壓器T1構成另一變壓器。
即使是上述構成，變壓器T3之二次繞組Ns31,Ns32產生之電壓亦為正負對稱之交流電壓，因此可獲得與實施例3之效果相同之效果。
(實施例5)
實施例1至實施例4中，針對使第1轉換器與第2轉換器相位偏移並聯運轉之方法進行說明。第1、第2轉換器，藉由諧振電抗器Lr1,Lr2、變壓器T1a,T2之一次繞組Np1,Np2、電流諧振電容器Ci1,Ci2之第1諧振電路及第2諧振電路之諧振動作，使電流諧振電容器Ci1,Ci2振幅，將其電壓產生於二次繞組Ns11,Ns12,Ns21,Ns22以傳遞能量。
因此，由於諧振電抗器Lr1,Lr2、一次繞組之電感、電流諧振電容器Ci1,Ci2之電容等之偏差，會有變壓器T1a,T2之二次繞組Ns11,Ns12,Ns21,Ns22產生之電壓大幅不同之情形。由於變壓器T1a,T2之二次側在整流二極體D11,D12,D21,D22與輸出平滑電容器Co1之間沒有控制電流之元件，因此二次繞組電壓較低側二次繞組電壓成為低於輸出平滑電容器Co1之電壓之電壓。因此，整流二極體D11,D12或D21,D22不會導通，僅以2個轉換器3,4之中之一個轉換器供應電力。亦即，原本以2個轉換器3,4供應之電力由一個轉換器負擔，會有各開關元件之散熱等之虞。
因此，實施例5之開關電源裝置係解決上述問題。圖12係顯示本發明實施例5之開關電源裝置之構成的電路圖。圖12所示之實施例5之開關電源裝置，替代圖11所示之實施例4之開關電源裝置之直流電源Vin，設置交流電源AC、全波整流電路DB、由昇壓電抗器L31與MOSFET所構成之開關元件Q31(第1開關)與二極體D31與電容器C31(第1直流電源)構成之第1PFC電路23(第1功率因素改善電路)、由昇壓電抗器L41與MOSFET所構成之開關元件Q41(第2開關)與二極體D41與電容器C41(第2直流電源)構成之第2PFC電路24(第2功率因素改善電路)、及控制電路15。
第1PFC電路23係連接於開關元件Q11與開關元件Q12之串聯電路之兩端，藉由控制電路15控制之開關元件Q31使交流電源AC之交流電壓以全波整流電路DB整流後之整流電壓導通/斷開以改善功率因素且轉換成既定直流電壓。
第2PFC電路24係連接於開關元件Q21與開關元件Q22之串聯電路之兩端，藉由控制電路15控制之開關元件Q41使交流電源AC之交流電壓以全波整流電路DB整流後之整流電壓導通/斷開以改善功率因素且以與第1PFC電路23之導通寬度相同之導通寬度轉換成直流電壓。
2個PFC電路23,24係藉由1個控制電路15控制。亦即，僅連接於第1轉換器3b之側之第1PFC電路23之輸出電壓由控制電路15控制，第2PFC電路24之輸出電壓未受監控，以與受電壓控制之第1PFC電路23之導通寬度(開關元件Q31之導通寬度)相同之導通寬度(開關元件Q41之導通寬度)使其動作。
以上之構成中，在第1諧振電路與第2諧振電路無偏差之情形，2個PFC電路23,24之輸出電壓約為相同電壓。然而，在第1諧振電路與第2諧振電路產生偏差之情形，放出至變壓器T1,T2之二次側之電力在第1轉換器3b與第2轉換器4會不同。
相較於第1轉換器3b，第2轉換器4輸出之電力較大時，第2PFC電路24之輸出電壓低於第1PFC電路23之輸出電壓。相對於此，相較於第1轉換器3b，第2轉換器4輸出之電力較小時，第2PFC電路24之輸出電壓高於第1PFC電路23之輸出電壓。
如上述，輸入至第1轉換器3b與第2轉換器4之電壓變化時，電流諧振電容器Ci2之電壓會變化，在變壓器T2之二次繞組Ns21,Ns22產生之電壓會產生變化。例如，相較於第1轉換器3b，第2轉換器4輸出之電力較大時，第2PFC電路24之輸出電壓降低，且變壓器T2之二次繞組Ns21,Ns22產生之電壓降低，從第2轉換器4輸出之電力降低。因此，在第1轉換器3b與第2轉換器4之輸出電力達到平衡時成為穩定動作。亦即，不進行複雜之控制，僅追加PFC電路23,24即可實現2個轉換器3b,4之電流平衡。
(實施例6)
圖13係顯示本發明實施例6之開關電源裝置之構成的電路圖。實施例6中，在直流電源Vin之兩端串聯分壓電容器C33(第1分壓電容器、第1直流電源)與分壓電容器C43(第2分壓電容器、第2直流電源)。
開關元件Q11與開關元件Q12之串聯電路係連接於分壓電容器C33之兩端，開關元件Q21與開關元件Q22之串聯電路係連接於分壓電容器C43之兩端。
第1轉換器3b與第2轉換器4供應至輸出之電力相同時，分壓電容器C33,C43之兩端電壓成為將直流電源Vin之直流電壓分壓成一半之電壓。
然而，在第1諧振電路與第2諧振電路產生偏差，從各轉換器3b,4供應至輸出之電力不同時，分壓電容器C33與分壓電容器C43之分壓比產生差異。例如，相較於第1轉換器3b，第2轉換器4輸出之電力較大時，相較於分壓電容器C33之兩端電壓，分壓電容器C43之兩端電壓降低。
亦即，第2轉換器4之輸入電壓降低，變壓器T2之二次繞組Ns21,Ns22產生之電壓降低，從第2轉換器4輸出之電力降低。因此，在第1轉換器3b與第2轉換器4之輸出電力達到平衡時成為穩定動作。
相對於此，相較於第1轉換器3b，第2轉換器4輸出之電力較小時，相較於分壓電容器C33之兩端電壓，分壓電容器C43之兩端電壓上升。亦即，第2轉換器4之輸入電壓上升，變壓器T2之二次繞組Ns21,Ns22產生之電壓上升，從第2轉換器4輸出之電力增加。因此，在第1轉換器3b與第2轉換器4之輸出電力達到平衡時成為穩定動作。亦即，能以簡單構成實現2個轉換器3b,4之電流平衡。
此外，本發明並不限於上述實施例。實施例1至實施例6雖例示電流諧振型開關電源裝置，但亦可適用於推挽型開關電源裝置等。
又，圖12所示之實施例5之開關電源裝置之第1PFC電路23及第2PFC電路24，適用於實施例1至實施例3之任一開關電源裝置亦可。
又，圖13所示之實施例6之開關電源裝置之分壓電容器C33及分壓電容器C43，適用於實施例1至實施例3之任一開關電源裝置亦可。
1,2．．．串聯諧振電路
3,3a,3b．．．第1轉換器
4．．．第2轉換器
10,11,15．．．控制電路
12．．．變流器電路
13,14．．．驅動裝置
23．．．第1PFC電路
24．．．第2PFC電路
Vin．．．直流電源
Q11,Q12,Q21,Q22,Q31,Q41．．．開關元件
Q1～Q4．．．電晶體
D1～D12,D21,D22,D31,D41．．．二極體
T1,T1a,T1b,T2,T3．．．變壓器
Np1,Np2,Np3．．．一次繞組
Ns11,Ns12,Ns21,Ns22,Ns31,Ns32．．．二次繞組
Na1,Nb1,Nb2．．．輔助繞組
C33,C43．．．分壓電容器
Co1．．．輸出平滑電容器
L31,L41．．．昇壓電抗器
Lr1,Lr2,L1,L2．．．諧振電抗器
C1,C2．．．諧振電容器
Ci1,Ci2．．．電流諧振電容器
Cv1,Cv2．．．電壓諧振電容器
R1,R2．．．電阻
AC．．．交流電源
DB．．．全波整流電路
圖1係顯示習知開關電源裝置之構成的電路圖。
圖2係顯示習知開關電源裝置之動作的波形圖。
圖3係顯示本發明實施例1之開關電源裝置之構成的電路圖。
圖4係實施例1之開關電源裝置之控制電路11的內部電路圖。
圖5係顯示實施例1之開關電源裝置之動作的波形圖。
圖6係顯示本發明實施例2之開關電源裝置之構成的電路圖。
圖7係顯示實施例2之開關電源裝置之動作的波形圖。
圖8係顯示本發明實施例3之開關電源裝置之構成的電路圖。
圖9係實施例3之開關電源裝置之第1變形例的電路圖。
圖10係實施例3之開關電源裝置之第2變形例的電路圖。
圖11係顯示本發明實施例4之開關電源裝置之構成的電路圖。
圖12係顯示本發明實施例5之開關電源裝置之構成的電路圖。
圖13係顯示本發明實施例6之開關電源裝置之構成的電路圖。
1．．．串聯諧振電路
3．．．第1轉換器
4．．．第2轉換器
10,11．．．控制電路
Vin．．．直流電源
Q11,Q12,Q21,Q22．．．開關元件
D1～D4,D11,D12,D21,D22．．．二極體
T1a,T2．．．變壓器
Np1,Np2．．．一次繞組
Ns11,Ns12,Ns21,Ns22．．．二次繞組
Na1．．．輔助繞組
Co1．．．輸出平滑電容器
Lr1,Lr2,L1．．．諧振電抗器
C1．．．諧振電容器
Ci1,Ci2．．．電流諧振電容器
Cv1,Cv2．．．電壓諧振電容器
Vo1．．．輸出電壓

Claims (16)

  1. 一種開關電源裝置，其具備：第1變壓器，具有一次繞組與二次繞組與輔助繞組；第2變壓器，具有一次繞組與二次繞組；第1轉換器，具備第1整流電路，該第1整流電路，在直流電源之兩端串聯第1開關元件與第2開關元件，在該第1開關元件或該第2開關元件之兩端串聯該第1變壓器之一次繞組與第1電容器，將該第1變壓器之二次繞組產生之電壓加以整流；第2轉換器，具備第2整流電路，該第2整流電路，在該直流電源之兩端串聯第3開關元件與第4開關元件，在該第3開關元件或該第4開關元件之兩端串聯該第2變壓器之一次繞組與第2電容器，將該第2變壓器之二次繞組產生之電壓加以整流；平滑電路，使從該第1整流電路與該第2整流電路輸出之電流平滑；串聯諧振電路，由串聯於該第1變壓器之輔助繞組之諧振電抗器與諧振電容器構成；以及控制電路，相對於在該第1變壓器之輔助繞組產生之電壓延遲90°相位之電流在該串聯諧振電路流動，依據流經該串聯諧振電路之電流之極性使該第3開關元件及該第4開關元件導通/斷開；該第2轉換器為相對於該第1轉換器延遲90°相位之動作。
  2. 如申請專利範圍第1項之開關電源裝置，其中，該控制電路，在流經該串聯諧振電路之電流為正時使該第3開關元件導通，在流經該串聯諧振電路之電流為負時使該第4開關元件導通。
  3. 如申請專利範圍第1項之開關電源裝置，其中，設置第1功率因素改善電路與第2功率因素改善電路以替代該直流電源；該第1功率因素改善電路，藉由第1開關使交流電源之交流電壓整流後之整流電壓導通/斷開以改善功率因素且轉換成既定直流電壓並供應至該第1轉換器；該第2功率因素改善電路，藉由第2開關使該交流電壓整流後之整流電壓導通/斷開以改善功率因素且以與該第1功率因素改善電路之第1開關之導通寬度相同之導通寬度轉換成直流電壓並供應至該第2轉換器。
  4. 如申請專利範圍第1項之開關電源裝置，其中，設置分壓用直流電源以替代該直流電源，且在該分壓用直流電源之兩端串聯第1分壓電容器與第2分壓電容器，該第1分壓電容器之直流電壓係供應至該第1轉換器，該第2分壓電容器之直流電壓係供應至該第2轉換器。
  5. 一種開關電源裝置，其具備：第1變壓器，具有一次繞組、二次繞組、第1輔助繞組、及捲繞成與該第1輔助繞組相反極性之第2輔助繞組；第2變壓器，具有一次繞組與二次繞組；第1轉換器，具備第1整流電路，該第1整流電路， 在直流電源之兩端串聯第1開關元件與第2開關元件，在該第1開關元件或該第2開關元件之兩端串聯該第1變壓器之一次繞組與第1電容器，將該第1變壓器之二次繞組產生之電壓加以整流；第2轉換器，具備第2整流電路，該第2整流電路，在該直流電源之兩端串聯第3開關元件與第4開關元件，在該第3開關元件或該第4開關元件之兩端串聯該第2變壓器之一次繞組與第2電容器，將該第2變壓器之二次繞組產生之電壓加以整流；平滑電路，使從該第1整流電路與該第2整流電路輸出之電流平滑；第1串聯諧振電路，由串聯於該第1變壓器之第1輔助繞組之第1諧振電抗器與第1諧振電容器構成；第1控制電路，相對於在該第1變壓器之第1輔助繞組產生之電壓延遲90°相位之電流在該第1串聯諧振電路流動，依據流經該第1串聯諧振電路之電流之極性使該第3開關元件導通/斷開；第2串聯諧振電路，由串聯於該第1變壓器之第2輔助繞組之第2諧振電抗器與第2諧振電容器構成；以及第2控制電路，相對於在該第1變壓器之第2輔助繞組產生之電壓延遲90°相位之電流在該第2串聯諧振電路流動，依據流經該第2串聯諧振電路之電流之極性使該第4開關元件導通/斷開；該第2轉換器為相對於該第1轉換器延遲90°相位之動 作。
  6. 如申請專利範圍第5項之開關電源裝置，其中，該第1控制電路具備第1驅動電路，該第1驅動電路具有推拉型連接之第1及第2電晶體，該第1及第2電晶體之各基極端子係連接於由該第1串聯諧振電路與該第1輔助繞組構成之串聯電路之一端，各射極端子係連接於由該第1串聯諧振電路與該第1輔助繞組構成之串聯電路之另一端與該第3開關元件之控制端子；該第2控制電路具備第2驅動電路，該第2驅動電路具有推拉型連接之第3及第4電晶體，該第3及第4電晶體之各基極端子係連接於由該第2串聯諧振電路與該第2輔助繞組構成之串聯電路之一端，各射極端子係連接於由該第2串聯諧振電路與該第2輔助繞組構成之串聯電路之另一端與該第4開關元件之控制端子。
  7. 如申請專利範圍第6項之開關電源裝置，其中，各該第1驅動電路及該第2驅動電路之各電晶體具備連接於基極端子與集極端子之間之二極體。
  8. 如申請專利範圍第5項之開關電源裝置，其中，該第1控制電路具備第1驅動電路，該第1驅動電路具有推拉型連接之第1及第2電晶體，該第1及第2電晶體之各基極端子及各集極端子係分別透過二極體連接於由該第1串聯諧振電路與該第1輔助繞組構成之串聯電路之一端，各射極端子係連接於由該第1串聯諧振電路與該第1輔助繞組構成之串聯電路之另一端與該第3開關元件之控制端子， 在該第1電晶體之基極端子及射極端子間連接電阻；該第2控制電路具備第2驅動電路，該第2驅動電路具有推拉型連接之第3及第4電晶體，該第3及第4電晶體之各基極端子及各集極端子係分別透過二極體連接於由該第2串聯諧振電路與該第2輔助繞組構成之串聯電路之一端，各射極端子係連接於由該第2串聯諧振電路與該第2輔助繞組構成之串聯電路之另一端與該第4開關元件之控制端子，在該第3電晶體之基極端子及射極端子間連接電阻。
  9. 如申請專利範圍第5項之開關電源裝置，其中，設置第1功率因素改善電路與第2功率因素改善電路以替代該直流電源；該第1功率因素改善電路，藉由第1開關使交流電源之交流電壓整流後之整流電壓導通/斷開以改善功率因素且轉換成既定直流電壓並供應至該第1轉換器；該第2功率因素改善電路，藉由第2開關使該交流電壓整流後之整流電壓導通/斷開以改善功率因素且以與該第1功率因素改善電路之第1開關之導通寬度相同之導通寬度轉換成直流電壓並供應至該第2轉換器。
  10. 如申請專利範圍第5項之開關電源裝置，其中，設置分壓用直流電源以替代該直流電源，且在該分壓用直流電源之兩端串聯第1分壓電容器與第2分壓電容器，該第1分壓電容器之直流電壓係供應至該第1轉換器，該第2分壓電容器之直流電壓係供應至該第2轉換器。
  11. 一種開關電源裝置，其具備：第1變壓器，具有一次繞組與二次繞組；第2變壓器，具有一次繞組與二次繞組；第1轉換器，具備第1整流電路，該第1整流電路，在直流電源之兩端串聯第1開關元件與第2開關元件，在該第1開關元件或該第2開關元件之兩端串聯該第1變壓器之一次繞組與第1電容器，將該第1變壓器之二次繞組產生之電壓加以整流；第2轉換器，具備第2整流電路，該第2整流電路，在該直流電源之兩端串聯第3開關元件與第4開關元件，在該第3開關元件或該第4開關元件之兩端串聯該第2變壓器之一次繞組與第2電容器，將該第2變壓器之二次繞組產生之電壓加以整流；平滑電路，使從該第1整流電路與該第2整流電路輸出之電流平滑；串聯諧振電路，由連接於該第1開關元件或該第2開關元件之兩端之諧振電抗器與諧振電容器構成；以及控制電路，相對於在該第1變壓器之一次繞組產生之電壓延遲90°相位之電流在該串聯諧振電路流動，依據流經該串聯諧振電路之電流之極性使該第3開關元件及該第4開關元件導通/斷開；該第2轉換器為相對於該第1轉換器延遲90°相位之動作。
  12. 如申請專利範圍第11項之開關電源裝置，其中，設 置第1功率因素改善電路與第2功率因素改善電路以替代該直流電源；該第1功率因素改善電路，藉由第1開關使交流電源之交流電壓整流後之整流電壓導通/斷開以改善功率因素且轉換成既定直流電壓並供應至該第1轉換器；該第2功率因素改善電路，藉由第2開關使該交流電壓整流後之整流電壓導通/斷開以改善功率因素且以與該第1功率因素改善電路之第1開關之導通寬度相同之導通寬度轉換成直流電壓並供應至該第2轉換器。
  13. 如申請專利範圍第11項之開關電源裝置，其中，設置分壓用直流電源以替代該直流電源，且在該分壓用直流電源之兩端串聯第1分壓電容器與第2分壓電容器，該第1分壓電容器之直流電壓係供應至該第1轉換器，該第2分壓電容器之直流電壓係供應至該第2轉換器。
  14. 一種開關電源裝置，其具備：第1變壓器，具有一次繞組與二次繞組與輔助繞組；第2變壓器，具有一次繞組與二次繞組；第3變壓器，具有一次繞組、第1二次繞組、及捲繞成與該第1二次繞組相反極性之第2二次繞組；第1轉換器，具備第1整流電路，該第1整流電路，在直流電源之兩端串聯第1開關元件與第2開關元件，在該第1開關元件或該第2開關元件之兩端串聯該第1變壓器之一次繞組與第1電容器，在該第1開關元件或該第2開關元件之兩端串聯該第3變壓器之一次繞組與第3電容 器，將該第1變壓器之二次繞組產生之電壓加以整流；第2轉換器，具備第2整流電路，該第2整流電路，在該直流電源之兩端串聯第3開關元件與第4開關元件，在該第3開關元件或該第4開關元件之兩端串聯該第2變壓器之一次繞組與第2電容器，將該第2變壓器之二次繞組產生之電壓加以整流；平滑電路，使從該第1整流電路與該第2整流電路輸出之電流平滑；第1串聯諧振電路，由串聯於該第3變壓器之第1二次繞組之第1諧振電抗器與第1諧振電容器構成；第1控制電路，相對於在該第3變壓器之第1二次繞組產生之電壓延遲90°相位之電流在該第1串聯諧振電路流動，依據流經該第1串聯諧振電路之電流之極性使該第3開關元件導通/斷開；第2串聯諧振電路，由串聯於該第3變壓器之第2二次繞組之第2諧振電抗器與第2諧振電容器構成；以及第2控制電路，相對於在該第3變壓器之第2二次繞組產生之電壓延遲90°相位之電流在該第2串聯諧振電路流動，依據流經該第2串聯諧振電路之電流之極性使該第4開關元件導通/斷開；該第2轉換器為相對於該第1轉換器延遲90°相位之動作。
  15. 如申請專利範圍第14項之開關電源裝置，其中，設置第1功率因素改善電路與第2功率因素改善電路以替代 該直流電源；該第1功率因素改善電路，藉由第1開關使交流電源之交流電壓整流後之整流電壓導通/斷開以改善功率因素且轉換成既定直流電壓並供應至該第1轉換器；該第2功率因素改善電路，藉由第2開關使該交流電壓整流後之整流電壓導通/斷開以改善功率因素且以與該第1功率因素改善電路之第1開關之導通寬度相同之導通寬度轉換成直流電壓並供應至該第2轉換器。
  16. 如申請專利範圍第14項之開關電源裝置，其中，設置分壓用直流電源以替代該直流電源，且在該分壓用直流電源之兩端串聯第1分壓電容器與第2分壓電容器，該第1分壓電容器之直流電壓係供應至該第1轉換器，該第2分壓電容器之直流電壓係供應至該第2轉換器。
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