绝缘型开关电源装置的制作方法

专利名称：绝缘型开关电源装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种实际上不存在不进行变压器的1次-2次间的能量传输的期间的 绝缘型开关电源装置。
背景技术：
以往，作为一般的绝缘型开关电源装置，正激式转换器和反激式转换器等被熟知。 这些绝缘型开关电源装置，都是在主开关元件接通的期间，在变压器或者电感器中积蓄能 量，在初级侧的主开关元件接通或断开的期间，进行从初级侧向次级侧传输能量这种动作， 在主开关的接通/断开的任意一个期间中，存在不进行从初级侧向次级侧的能量传输的期 间。另一方面，作为在初级侧的主开关元件的接通期间和断开期间两者中，进行从初 级侧向次级侧的能量传输的绝缘型开关电源装置，具有2个变压器的双变压器型DC-DC转 换器被熟知。作为其一个例子，对下述的专利文献1进行说明。下述专利文献1，如图1所示，作为初级侧电路，由变压器Tl的初级线圈W1、变压 器T2的初级线圈W4、和主开关Ql构成的串联电路在连接点10和连接点20上与输入直流 电源2连接。此外，在变压器T2的初级线圈W4与主开关Ql的连接点，和输入直流电源2的负 端与主开关Ql的连接点20之间，连接有由变压器T2的初级线圈W5、变压器Tl的初级线圈 W2、和电容器Cl构成的串联电路。并且，在变压器T2的初级线圈W4与主开关元件Ql的连接点，和变压器Tl的初级 线圈W2与电容器Cl的连接点之间，连接有由电容器C2和副开关元件Q2构成的串联电路。此外，作为次级侧电路，通过由变压器Tl的次级线圈W3和输出开关Q4构成的串 联电路，和由输出开关Q3和变压器T2的次级线圈W6构成的串联电路，以相互并联的方式 连接于负载系统3的两端，且输出开关Q3和输出开关Q4作为同步整流元件来工作，从而构 成了所谓中心抽头式的全波整流电路。此外，电容器C3作为平滑电容器连接于负载系统3 的两端。像这样在主开关元件Ql接通的期间，副开关元件Q2断开，在初级侧上，在变压器 Tl的初级线圈Wl和变压器T2的初级线圈W4中流过电流，在次级侧上，输出开关Q3接通， Q4断开，在变压器T2的次级线圈W6中流过电流，并对负载系统3提供输出电压。此外，在主开关元件Ql断开的期间，副开关元件Q2接通，在初级侧上，在变压器Tl 的初级线圈W2和变压器T2的初级线圈W5中流过电流，在次级侧上，输出开关Q3断开，Q4 接通，在变压器Tl的次级线圈W3中流过电流，并对负载系统3提供输出电压。专利文献1 JP特开2005-51994号公报然而，因为在专利文献1所示的绝缘型开关电源装置中，具有通过使用两个变压 器，可以不用次级侧的扼流线圈的特征，所以存在必然需要两个变压器，电路将大型化的问题。
此外，不用扼流线圈的优点，在初级侧的主开关元件Ql接通的期间和断开的期 间，都能够从初级侧向次级侧传输能量这种意义上是有效的，但若不用次级侧的扼流线圈， 则存在如下问题由于在初级侧的主开关元件Ql的接通和断开的切换期间所产生的开关 噪声而输出脉动变大，且平滑用电容器C3大型化。并且，因为在主开关元件Ql的漏极-源极间施加对输入电压Vin加上了电容器C2 的两端电压的电压，所以需要高耐压的开关元件，且高耐压的开关元件因为作为导通时的 电阻分量的接通电阻较大，所以在开关元件上的导通损耗增加。因此，存在效率降低或成本 增加的问题。

发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种解除了上述问题，无论在主开关元件的接通/ 断开期间，都能够从变压器的初级侧向次级侧传输能量，并且抑制在开关元件的接通和断 开的切换期间所产生的开关噪声的产生，同时能够降低输出脉动(ripple 波纹)，而且能 够使用低耐压的开关元件的绝缘型开关电源装置。本发明为了解决所述课题，本发明的绝缘型开关电源装置如下述来构成。(1)特征在于，具备直流电源输入部，其输入直流输入电压Vi ；变压器T，其由一个磁性部件构成，具有磁耦合的第1初级绕组np、第1次级绕组 ns、和第2次级绕组no ；第1电感器Lr，其与所述第1初级绕组np串联连接；整流电路，其由对所述第1次级绕组ns和所述第2次级绕组no中产生的各自的 电流相加后的电流进行整流的第1整流元件Ds，和对所述第2次级绕组no中生成的电流进 行整流的第2整流元件Df构成；第1开关电路Si，其由第1开关元件Q1、第1电容器Cl、和第1 二极管Dl的并联 电路构成；第2开关电路S2，其由第2开关元件Q2、第2电容C2、和第2 二极管D2的并联电 路构成；第3电容器Cr ；第1串联电路，其连接于所述直流电源输入部的两端，且串联连接有所述第1初级 绕组np和所述第1开关电路Sl ；和第2串联电路，其连接于所述第1开关电路Sl的两端，或者所述第1初级绕组np 的两端，且串联连接有所述第2开关电路S2和所述第3电容器Cr，所述第1开关电路Sl和所述第2开关电路S2以如下方式构成隔着两者均为断 开的期间彼此互补地反复接通/断开的方式工作，所述变压器T以如下方式缠绕与所述第1开关电路Sl和所述第2开关电路S2 的互补性的接通/断开动作进行同步，由所述第1次级绕组ns或所述第2次级绕组no互 补地从初级侧向次级侧进行能量传输，所述第1次级绕组ns和所述第2次级绕组no，绕组的磁极性为彼此相反的极性，使得经由所述第2电感器Lro向次级侧输出输出电压Vo。
(2)特征在于，具备直流电源输入部，其输入直流输入电压Vi ；变压器T，其由一个磁性部件构成，具有磁耦合的第1初级绕组np和第1次级绕组 ns,以及第2初级绕组ni和第2次级绕组no ；第1电感器Lr，其与所述第1初级绕组np串联连接；第3电感器Lri，其与所述第2初级绕组ni串联连接；第2电感器Lro，其与所述第1次级绕组no串联连接；整流电路，其由对所述第1次级绕组ns和所述第2次级绕组no中生成的各自的 电流相加后的电流进行整流的第1整流元件Ds，和对所述第2次级绕组no中生成的电流进 行整流的第2整流元件Df构成；第1开关电路Si，其由第1开关元件Q1、第1电容器Cl、和第1 二极管Dl的并联 电路构成；第2开关电路S2，其由第2开关元件Q2、第2电容C2、和第2 二极管D2的并联电 路构成；第3电容器Cr ；第1串联电路，其连接于所述直流电源输入部的两端，且串联连接有所述第1初级 绕组np或所述第2初级绕组ni，和所述第1开关电路Sl ；第2串联电路，其连接于所述第1开关电路Sl的两端，或者所述第1初级绕组np 或所述第2初级绕组ni的两端，且串联连接有所述第2开关电路S2和所述第3电容器Cr ； 和第4电容器Ce，其并联连接于所述第1串联电路；所述第1开关电路Sl和所述第2开关电路S2以如下方式构成隔着两者均为断 开的期间，彼此互补地反复接通/断开的方式工作，所述变压器T以如下方式缠绕与所述第1开关电路Sl和所述第2开关电路S2 的互补性的接通/断开动作进行同步，由所述第1次级绕组ns或所述第2次级绕组no互 补地从初级侧向次级侧进行能量传输，所述第1次级绕组ns和所述第2次级绕组no，绕组的磁极性为彼此相反的极性；使得经由所述第2电感器Lro向次级侧输出输出电压Vo。(3)特征在于，用由所述第1初级绕组np和所述第1次级绕组ns构成的第1变压 器Tl，和由所述第2初级绕组ni和所述第2次级绕组no构成的第2变压器T2构成所述变 压器T。(4)特征在于，作为所述第1电感器Lr，使用所述变压器T的初级侧漏磁通。(5)特征在于，作为所述第2电感器Lro，使用所述变压器T的次级侧漏磁通。(6)特征在于，作为所述第3电感器Lri，使用所述变压器T的初级侧漏磁通。
(7)特征在于，在所述变压器T中，在消除由所述第2次级绕组no中流过的电流在 公共磁心上产生的直流磁通的方向上，缠绕所述第1初级绕组np或所述第2初级绕组ni， 使得所述第1次级绕组ns与所述第2次级绕组no的磁极性为相反极性，并使其匝数大于 所述第2次级绕组no的匝数。 (8)特征在于，针对所述第1开关电路Sl为导通状态，或所述第2开关电路S2为导通状态时流过的电流的方向，使得所述第1初级绕组np和所述第2初级绕组ni的磁极 性为相同极性，所述第1次级绕组ns和所述第2次级绕组no的磁极性为相反极性。(9)特征在于，使得所述第1变压器Tl的磁耦合度比所述第2变压器T2小。(10)特征在于，所述第1开关电路Sl或所述第2开关电路S2为场效应晶体管。(11)特征在于，所述第1开关电路Sl或所述第2开关电路S2通过在开关电路两 端的电压降低至OV或OV附近之后开关元件成为接通动作的零电压开关动作来驱动。(12)特征在于，所述整流电路由如下部件构成第3 二极管Ds，其在由所述第1次 级绕组ns进行从初级侧向次级侧的能量传输的期间，对在所述第1次级绕组ns中流过的 电流进行整流；和第4 二极管Df，其在由所述第2次级绕组no进行从初级侧向次级侧的能 量传输的期间，对在所述第2次级绕组no中流过的电流进行整流。(13)特征在于，用替换为场效应晶体管的同步整流电路构成了所述第3 二极管Ds 或所述第4 二极管Df。(14)特征在于，使所述第1次级绕组ns的匝数与所述第2次级绕组no的匝数的 匝数比为，ns no = 2 1。(15)特征在于，在所述变压器T中，至少所述第1初级绕组np与所述第1次级绕 组ns的磁耦合度相对较大，并且所述第2次级绕组no与其他绕组的磁耦合度相对较小。(16)特征在于，所述第1初级绕组np和所述第1次级绕组ns由层叠绕组构成，所 述第1次级绕组ns和所述第2次级绕组no，或者所述第1初级绕组np和第2次级绕组no 中，至少一方由抽头绕组构成。(17)特征在于，所述变压器T具有多个脚部铁芯，以所述第1初级绕组np和所述 第1次级绕组ns缠绕于同一脚部铁芯，且至少所述第2次级绕组no缠绕于其他脚部铁芯 的方式构成。(18)特征在于，所述第1初级绕组np和所述第1次级绕组ns由层叠绕组构成，所 述第1次级绕组ns和所述第2次级绕组no，或者所述第1初级绕组np和第2次级绕组no 中，至少一方由抽头绕组构成。(19)特征在于，所述第1开关电路Sl和所述第2开关电路S2通过PWM控制来控 制使得输出电压Vo稳定化。(20)特征在于，所述第3电容器Cr连接于所述第1初级绕组ni和所述第1开关 电路Sl之间。(21)特征在于，所述第1开关电路Sl或所述第2开关电路S2的任意一方，在假设 其占空比(=接通时间/开关周期)为Da的情况下，仅在0 彡 Da 彡 0. 5的范围内驱动，另一方仅在0. 5 ^ Da ^ 1的范围内驱动。(22)特征在于，在假设用所述输出电压Vo对所述电源输入部的输入电压Vi的比 率来表示的电压变换率为M( = Vo/Vi)，并假设所述第1初级绕组np和所述第1次级绕组 ns的匝数比为η( = np/ns)的情况下，用下式表示，
M = D(l_D)/n。本发明起到如下效果(a)开关元件在接通期间和断开期间的任意一个期间中，都能够从初级侧向次级 侧传输能量，功率变换效率优异。(b)通过使用由漏磁通型变压器构成的一个复合型变压器，能够用变压器的漏磁 通来代替电路工作上所需要的所有的电感元件，能够实现电路规模整体的大幅小型化。(c)在从初级侧向次级侧的能量传输中，不在电感元件中蓄积能量，能够实现变压 器的小型化。(d)因为在重负载时也能够充分降低变压器的最大磁通密度，所以与以往相比能 够对磁饱和等留有余地地进行变压器设计，因此能够实现变压器的小型轻量化。(e)因为在初级侧和次级侧具有用于抑制能量传输路径从一方的初级绕组ni与 次级绕组no的磁耦合向另一方的初级绕组np与次级绕组ns的磁耦合切换时的电流变动 的滤波电感器，所以能够大幅降低输出的脉动噪声，且能够将平滑用电容小型化。(f)因为用变压器的漏磁通来代替输出侧的滤波电感器Lro，所以能够削减部件 个数，能够大幅地将电路规模小型化。(g)因为第1开关元件Ql的动作电压被降低至与输入电压相同的电压，所以能够 将低耐压的半导体部件使用于开关元件，并且因为是低接通电阻，所以也可以预料到开关 损耗的降低，能够实现低成本、高效率化。(h)通过使第1开关元件Ql和第2开关元件Q2进行零电压开关(ZVS)驱动，能够 进一步降低开关损耗，能够实现高效率化。(i)通过用变压器的漏磁通来代替零电压开关(ZVS)驱动所需要的初级侧的电感 元件，能够削减部件个数，能够将电路规模大幅小型化。(j)因为开关元件Q2起到了电压钳位电路的作用，所以能够防止对开关元件Ql施 加开关电涌电压，因此能够将低耐压的半导体部件使用于开关元件，通过使用低接通电阻 的元件能够降低导通损耗，能够实现高效率化。能够简化电路规模，并且能够构成高效率的绝缘型开关电源装置。


图l是专利文献l所示的绝缘型开关电源装置的电路图。
图2是第l实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的电路图。
图3是第2实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的电路图。
图4是第3实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的电路图。
图5是第4实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的电路图。
图6是第5实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的电路图。
图7是第6实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的电路图。
图8是第7实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的电路图。
图9是第8实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的电路图。
图lo是第9实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的电路图。
图11是第lo实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的电路图。
图12是第11实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的电路图。
图13是第12实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的电路图。
图14是第13实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的电路图。
图15是第14实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的电路图。
图16是第15实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的电路图。
图17是第16实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的电路图。
图18是第l实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的波形图。
图19是使用于第l实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的变压器的结构例。
图20是使用于第l实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的变压器的其他结构例。
图2 l是使用于第l实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的变压器的其他结构例。
图22是使用于第l实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的变压器的其他结构例。
图23是使用于第l实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的变压器的其他结构例。
图24是使用于第l实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的变压器的其他结构例。
图25是使用于第l实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的变压器的其他结构例。
图26是使用于第l实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的变压器的其他结构例。
具体实施方式
《第l实施方式》
图2是第l实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的电路图。
如图2所示，该绝缘型开关电源装置，对提供直流电压Vi的电源输入部的+侧端子和一侧端子，连接有由第l电感器hi1复合型变压器T的第2初级绕组ni1第3电容器Cr1以及第l开关电路Sl构成的串联电路，在复合型变压器T的第2初级绕组ni与第3电容器Cr的连接点，和电源输入部的一侧端子之间，连接有由复合型变压器T的第l初级绕组np．第2电感器h1和第4电容器Ce构成的串联电路，在第3电容器Cr与第l开关电路Sl的连接点，和第2电感器h与第4电容器Ce的连接点之间，连接有第2开关电路S2。
另外，若第l开关电路Sl和第2开关电路S2两者同时接通则会短路，因此以隔着需要最小限度的停滞时间，彼此互补地进行接通／断开动作的方式构成。
所述第l开关电路Sl由第l开关元件Ql1第l二极管Dl1和第l电容器Cl的并联连接电路构成，所述第2开关电路S2由第2开关元件Q21第2二极管D21和第2电容C2的并联连接电路构成。
通过用M。SFET等场效应晶体管来构成该第l开关元件Ql和第2开关元件Q2，能够将其寄生二极管作为第l二极管Dl和第2二极管D2来使用，将寄生电容器作为第l电容器Cl和第2电容C2来使用。由此能够省略这些个别部件的安装，且能够削减部件个数。此外，在复合型变压器T的次级侧上，设有主要与第1初级绕组耦合的第1次级绕 组ns，和主要与第2初级绕组ni耦合的第2次级绕组no，并以第1初级绕组np和第2初 级绕组ns为相反极性，第2初级绕组nl和第2次级绕组no为相同极性的方式缠绕。第3 二极管Ds的阳极连接于复合型变压器T的第1次级绕组ns的一端，第4 二极 管Df的阳极连接于第1次级绕组ns的另一端，第4 二极管Df的阴极与第3 二极管Ds的 阴极连接。此外，第2次级绕组no的一端连接于第3 二极管Ds的阴极与第4 二极管Df的 阴极的连接点，第2次级绕组no的另一端连接于第3电感器Lro的一端。第3电感器Lro 的另一端与负载Ro的一端连接，负载Ro的另一端与第1次级绕组ns的另一端连接。此外， 在负载Ro的两端并联连接有平滑用第5电容器Co。根据这种结构，复合型变压器T中的第1初级绕组np和第1次级绕组ns以作为 在第1开关元件Ql断开且第2开关元件Q2接通的期间对输出发送电力的反激方式来工作 的方式设定绕组的极性，第2初级绕组ni和第2次级绕组no以作为在第1开关元件Ql接 通且第2开关元件Q2断开的期间对输出发送电力的正激方式来工作的方式设定绕组的极 性，因此在第1开关元件Ql接通且第2开关元件Q2断开的期间中，在第2次级绕组no中 电压被感应而第4 二极管Df接通，且经由第3电感器Lro流出输出电流并向负载Ro提供 直流输出电压。此外，在第1开关元件Ql断开且第2开关元件Q2接通的期间中，在第1次级绕组 ns中电压被感应而第3 二极管Ds接通，且经由第3电感器Lro流出输出电流并向负载Ro 提供直流输出电压。像这样，在复合型变压器T中，在第1开关电路Sl的接通期间或断开期间的任意 一个期间中，都能够实现从初级侧向次级侧的能量传输，因此除了需要的最低限度的停滞 时间之外，实际上开关周期的整个区域上都能够从初级侧向次级侧传输能量。并且在传输 路径切换的短期间的停滞期间中，在能够用变压器的漏磁通构成的滤波电感器Lro中，因 为能够抑制电流变动，所以能够大幅降低输出的脉动噪声，并且能够将平滑用第5电容器 Co小型化。图18是图2所示的绝缘型开关电源装置的电路各部分的波形图。以下，参照图2 和图12对电路动作进行说明。在图18中，vgsU vgs2分别是开关元件Ql、Q2的栅极-源 极间电压，实际上是表示开关元件Q1、Q2的接通 断开的波形。此外，Vdsl、Vds2分别是开 关元件Q1、Q2的漏极-源极间电压，实际上是电容C1、C2的两端电压波形。并且，idl、id2、 ii、ip、iL分别是开关电路Si、S2、第2初级绕组ni、第1初级绕组np、第3电感器Lro中 流过的电流的电流波形。该绝缘型开关电源装置的额定动作中的动作，在1个开关周期Ts中，能够分为时 刻tl t7的6个动作状态。以下分别对各状态的电路动作进行说明。(1)状态 lstatel [tl t2]首先第2开关元件Q2断开后，当第1开关元件Ql的漏极-源极间电压Vdsl邻 近零电压时，第1 二极管Dl接通。在此定时，使第1开关元件Ql接通，并进行零电压开关 (ZVS)动作。(2)状态 2state2 [t2 t3]
通过接通第1开关元件Q1，在第1初级绕组np和第2初级绕组ni中流过电流， 在第1开关元件Ql中流过的电流idl和在第1初级绕组np中流过的电流ip呈线性增大。 此时，主要与第1初级绕组np磁耦合的第1次级绕组ns作为反激式转换器进行工作，主要 与第2初级绕组ni磁耦合的第2次级绕组no作为正激式转换器进行工作，因此在复合型 变压器T的次级侧上，只在第2次级绕组no中流过电流，因此第3 二极管Ds断开，第4 二 极管Df接通。因而在复合型变压器T的次级侧中流过的电流是按照第4 二极管Df —第1 次级绕组no —第3电感器Lro —负载Ro的顺序流过的。(3)状态 3state3 [t3 t4]若第1开关元件Ql断开，则通过在第1电感器Lri和第2电感器Lr中积蓄的能 量将第1电容器Cl充电，第1开关元件Ql的漏极-源极间电压Vdsl随之上升。而且，同 时第2电容C2放电，第2开关元件Q2的漏极-源极间电压Vds2随之下降。(4)状态 4state4[t4 t5]若第2开关元件Q2的漏极-源极间电压Vds2邻近零电压，则第2 二极管D2接通。 在此定时，使第2开关元件Q2接通，并进行零电压开关(ZVS)动作。(5)状态 5state5[t5 t6]通过接通第2开关元件Q2，第1初级绕组np和第2初级绕组ni在[状态2]时的 反方向上被励磁，在第2初级绕组ni中不流过电流，第1初级绕组np在[状态2]时的反 方向上线性增大。此外，第2开关元件Q2中流过的电流id2也线性增大。此时，主要与第 1初级绕组np磁耦合的第1次级绕组ns作为反激式转换器进行工作，主要与第2初级绕 组ni磁耦合的第2次级绕组no作为正激式转换器进行工作，因此在复合型变压器T的次 级侧中，只在第1次级绕组ns中流过电流，因此第3 二极管Ds接通，第4 二极管Df断开。 因而复合型变压器T的次级侧中流过的电流是按照第1次级绕组ns —第3 二极管Ds —第 2次级绕组no —第3电感器Lro —负载Ro的顺序流过的。(6)状态 6state6 [t6 t7]若第2开关元件Q2断开，则通过在第2电感器Lr中积蓄的能量，将第2电容C2 充电，第2开关元件Q2的漏极-源极间电压Vds2随之上升。而且，同时第1电容器Cl放 电，第1开关元件Ql的漏极-源极间电压Vdsl随之下降。此后，返回[状态1]的动作。第1开关元件Ql和第2开关元件Q2的接通/断开的定时是，例如，具有用于检测 输出电压的输出电压检测电路等，使用光耦合器等绝缘反馈单元来反馈超出了预先规定的 电压，并基于此进行接通/断开控制。此外，在使用了 PWM(脉冲宽度调制)控制来作为该接通/断开控制的情况下，因 为开关频率固定，所以随着开关动作而产生的EMI噪声等频率分量也集中于固定的频率， 因此具有容易进行噪声应对的优点。但是，在本发明中，不限于PWM控制，也可以使用PAM(脉冲振幅调制)控制和 PFM(脉冲频率调制)等的各种控制方法，或将这些组合后的控制方式。图19是使用于第1实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的复合型变压器T的 外观图。如图19所示，主要与第1初级绕组np磁耦合的第1次级绕组ns，和主要与第2初 级绕组ni磁耦合的第2次级绕组no，构成为一个复合型变压器。此外，第1次级绕组no以与其他各绕组的磁耦合度最小，且漏磁通变大的方式缠绕。具体来说，如图19和图21等所 示，复合型变压器T具有多个脚部铁芯，使第1初级绕组np和第1次级绕组ns缠绕于同一 脚部铁芯，且至少第2次级绕组no缠绕于其他脚部铁芯。此外，也可以用层叠绕组来构成第 1初级绕组np和第1次级绕组ns，与其相对，用抽头绕组来构成第2次级绕组no。这些是 用于在用复合型变压器T的漏磁通代替第2电感器Lro的情况下取得较大电感值的结构。此外，假设在一个复合型变压器T中，在第1次级绕组ns中感应的电压为Vol，在 第2次级绕组no中感应的电压为Vo2，输出到负载Ro的电压为Vo，则在第1次级绕组ns 与第2次级绕组no的匝数比为ns no = 2 1的情况下，在第1开关元件Ql接通，并且第2开关元件Q2断开时，输出电压Vo为，Vo = Vo2在第1开关元件Ql断开，并且第2开关元件Q2接通时，输出电压Vo为，Vo = Vol-Vo2 = 2Vo2_Vo2 = Vo2能够消除输出电压Vo的脉动分量。此外，在使ns no = 1 1的情况下，在第1开关元件Ql接通并且第2开关元件Q2断开时，在复合型变压器T的铁芯 中产生的磁通量大小，与在第1开关元件Ql断开并且第2开关元件Q2接通时，在复合型变 压器T的铁芯中产生的磁通量大小相等，且变压器的铁芯变得最不容易磁饱和，因此能够 使复合型变压器的设计具有充裕度。将如图19所示的，为了有意地使漏磁通产生，而设置了磁耦合度较小的部分的变 压器，称作漏磁通型变压器。作为这种漏磁通型变压器的结构，例如可以考虑图19 图26 所示的那种变化。任何一个都为如下结构减小了第2次级绕组no和其他绕组的磁耦合 度，并且增大了第1初级绕组np和第1次级绕组ns的磁耦合度。铁芯构造如图所示，可以 考虑「EE型铁芯」、「EI型铁芯」、「ER型铁芯」、「ERI型铁芯」、「LL型铁芯」、「UU型铁芯」等。并且，在第1实施方式中，在使复合型变压器T的第1初级绕组np与第2初级绕 组ni的匝数相等的情况下，例如假设开关元件的占空比(=接通时间/开关周期)为Da， 第1初级绕组np与第1次级绕组ns的匝数比为η的情况下，电压变换率M( = Vo/Vi)为在假设第3电容器Cr的两端电压为VCr，第4电容器Ce的两端电压为VCe，开关 元件的接通时间为Ton,断开时间为Toff的情况下，因为Vi = VCe、D = Ton/ (Ton+Toff)， 所以下式成立，(Vi-VCr)X Ton = - (Vi-VCe-VCr) XToff将此求解后，VCr = DX Vi。而且，同时下式成立，Vo = {(no/ni) X (Vi-VCr) X D+ ((no-ns) /np) X (-VCr) X (I-D)} X Vi因为ni = np，所以将此求解后，M = DaX (I-Da)/n因此，由于电压变换率M描绘了以Da = 0. 5为峰值的抛物线状的特性曲线，所以 第1开关元件Ql和第2开关元件Q2能够以Da = 0. 5为边界点来进行对称动作。即，一个 开关元件在
0 彡 Da 彡 0.5的范围内动作，另一个开关元件在0. 5 ^ Da ^ 1的范围内动作。这样一来，能够分散开关元件的导通损耗，并且能够实现散热结构 的小型化，进而能够实现开关电源装置的小型化。该第1实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的结构所产生的效果如下。(a)开关元件在接通期间和断开期间的任意一个期间中，都能够从初级侧向次级 侧传输能量，功率变换效率优异。(b)通过使用由漏磁通型变压器构成的一个复合型变压器，能够用变压器的漏磁 通来代替电路工作上所需要的所有的电感元件，能够实现电路规模整体的大幅小型化。(c)在从初级侧向次级侧的能量传输中，不在电感元件中蓄积能量，能够实现变压 器的小型化。(d)因为在重负载时也能够充分降低变压器的最大磁通密度，所以与以往相比能 够对磁饱和等留有余地地进行变压器设计，因此能够实现变压器的小型轻量化。(e)因为在初级侧和次级侧，具有用于抑制能量传输路径从一方的初级绕组ni与 次级绕组no的磁耦合向另一方的初级绕组np与次级绕组ns的磁耦合切换时的电流变动 的滤波电感器，所以能够降低输出的脉动噪声，且能够将平滑用电容小型化。(f)因为用变压器的漏磁通来代替输出侧的滤波电感器Lro，所以能够削减部件 个数，能够大幅地将电路规模小型化。(g)因为第1开关元件Ql的动作电压被降低至与输入电压相同的电压，所以能够 将低耐压的半导体部件使用于开关元件，并且因为是低接通电阻，所以也可以预料到开关 损耗的降低，能够实现低成本、高效率化。(h)通过使第1开关元件Ql和第2开关元件Q2进行零电压开关(ZVS)驱动，能够 进一步降低开关损耗，能够实现高效率化。(i)通过用变压器的漏磁通来代替零电压开关(ZVS)驱动所需要的初级侧的电感 元件，能够削减部件个数，能够大幅地小型化。(j)因为开关元件Q2起到了电压钳位电路的作用，所以能够防止对开关元件Ql施 加开关电涌电压(surge voltage)，因此能够将低耐压的半导体部件使用于开关元件，通过 使用低接通电阻的元件能够降低导通损耗，能够实现高效率化。另外，在第1实施方式中，是将第1初级绕组np和第1次级绕组ns构成为相反极 性，将第2初级绕组ni和第2次级绕组no构成为相同极性，但也可以以使第1初级绕组np 和第1次级绕组ns为相同极性，使第2初级绕组ni和第2次级绕组no为相反极性的方式
来缠绕。《第2实施方式》图3是第2实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的电路图。与图2所示的电路 的不同之处在于，第3 二极管Ds的连接位置。S卩，在图3中，第3 二极管和第4 二极管Df 的阳极彼此连接。其他结构与图2所示的电路相同。即使为这种结构，也能够起到与第1实施方式的情况相同的作用效果。该第2实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的结构所产生的效果，具有在第1实施方式中列举的效果中的(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)、(h)、⑴、(j)的效果。《第3实施方式》(正激与反激反置)图4是第3实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的电路图。与图2所示的电路 的不同之处在于，第1初级绕组np和第1次级绕组ns作为正激方式来工作，第2初级绕组 ni和第2次级绕组no作为反激方式来工作这一点。即，在图4中，在第1开关元件Ql接 通，第2开关元件Q2断开的期间，在第1次级绕组ns中电压被感应而第3 二极管Ds接通， 且经由第3电感器Lro流出输出电流并向负载Ro提供直流输出电压。此外，在第1开关元件Ql断开，第2开关元件Q2接通的期间，在第2次级绕组no 中电压被感应而第4 二极管Df接通，且经由第3电感器Lro流出输出电流并向负载Ro提 供直流输出电压。其他结构与图2所示的电路相同。即使为这种结构，也能够起到与第1实施方式的情况相同的作用效果。该第3实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的结构所产生的效果，具有在第1 实施方式中列举的效果中的(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)、(h)、⑴、(j)的效果。《第4实施方式》图5是第4实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的电路图，是根据第1实施方 式，省略了第2初级绕组ni和第2次级绕组no而构成的例子。在第1实施方式中，为了使 第1开关电路Sl接通的期间中的传输能量，与第2开关电路S2接通的期间中的传输能量 相等，需要使第1初级绕组np和第2初级绕组ni的匝数相等。即，因为在第1开关电路Sl 接通的期间在第2初级绕组ni中流过电流，在第2开关电路S2接通的期间在第1初级绕 组np中流过电流，所以可以省略第2初级绕组ni，只用第1初级绕组np来驱动变压器T。 至于其他方面，与第1实施方式相同，因此省略说明。第4实施方式与第1实施方式相比，因为在变压器T中不用第2初级绕组ni，所以 能够更加小型化。该第2实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的结构所产生的效果，具有在第1 实施方式中列举的效果中的(a)、(b)、(c)、(d)、(f)、(g)、(h)、⑴、(j)的效果。《第5实施方式》图6是第5实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的电路图，是用第1实施方式 中的第1初级绕组np和第1次级绕组ns构成第1变压器Tl，用第2初级绕组ni和第2次 级绕组no构成第2变压器T2的例子。至于其他方面，与第1实施方式相同，因此省略说明。第5实施方式与第1实施方式相比，变压器被分离为两个，在小型化方面不利，但 第1变压器Tl和第2变压器T2，每一个都是小型，在安装方面能够扩大配置场所的自由度。该第5实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的结构所产生的效果，具有在第1 实施方式中列举的效果中的(a)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)、(h)、⑴、(j)的效果。《第6实施方式》图7是第6实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的电路图。与图6所示的电路 的不同之处在于，将次级侧的第3 二极管Ds替换为第6电容Cs这一点。在图6中，在第1 开关元件Ql接通，第2开关元件Q2断开时，第3 二极管Ds为断开，在第1开关元件Ql断 开，第2开关元件Q2接通时，第3 二极管Ds为接通。与此相对，图7中的电路构成了所谓倍压整流电路，在第1开关元件Ql接通，第2开关元件Q2断开时，在第6电容Cs中电荷被充电，在第1开关元件Ql断开，第2开关元件 Q2接通时，在第1次级绕组ns中输出与图4中的实施方式相比两倍的电压。至于其他方 面，与第1实施方式相同，因此省略说明。第6实施方式与第1实施方式相比，因为不存在第3 二极管Ds，所以具有在负载电 流较大的情况下，能够消除其正向电压降所产生的损耗，能够实现高效率化的优点。此外，在第6实施方式中，特别优选在复合型变压器T中，使第1次级绕组ns与第 2次级绕组no的匝数比为，ns no = 1 1在此情况下，若假设在第1次级绕组ns中感应的电压为Vol，在第2次级绕组no 中感应的电压为Vo2，输出到负载Ro的电压为Vo，则在第1开关元件Ql接通，并且第2开 关元件Q2断开时，输出电压Vo为，Vo = Vo 2在第1开关元件Ql断开，并且第2开关元件Q2接通时，构成了由第6电容Cs和 第4 二极管Df构成的倍压整流电路，因此输出电压Vo为，Vo = 2Vol-Vo2 = 2Vo2_Vo2 = Vo2能够消除输出电压Vo的脉动电压，并且能够成为复合型变压器T的铁芯最不容易 磁饱和的结构。该第6实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的结构所产生的效果，具有在第1 实施方式中列举的效果中的(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)、(h)、⑴、(j)的效果。《第7实施方式》图8是第7实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的电路图。与图6所示的电路 的不同之处在于，第3电容器Cr的连接位置。即，在图8中，第3电容器Cr连接于第1初 级绕组np和第2初级绕组ni之间。其他结构与图6所示的电路图相同。即使为这种结构也能够起到与第1实施方式的情况相同的作用效果。该第7实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的结构所产生的效果，具有在第1 实施方式中列举的效果中的(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(h)、⑴、(j)的效果。《第8实施方式》图9是第8实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的电路图。与图7所示的电路 的不同之处在于，第1电容器Cr的连接位置。即，在图9中，第3电容器Cr连接于第2电 感器Lr与第4电容器Ce的连接点，和第2开关元件S2之间。其他结构与图7所示的电路 相同。即使为这种结构也能够起到与第1实施方式的情况相同的作用效果。第8实施方式与第1实施方式相比，因为不存在第3 二极管Ds，所以具有在负载电 流较大的情况下，能够消除其正向电压降所产生的损耗，能够实现高效率化的优点。此外，在第8实施方式中，特别优选在复合型变压器T中，使第1次级绕组ns和第 2次级绕组no的匝数比为，ns no = 1 1理由与第6实施方式所示的相同。该第8实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的结构所产生的效果，具有在第1实施方式中列举的效果中的(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(h)、⑴、(j)的效果。《第9实施方式》图10是第9实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的电路图。图10所示的绝缘型开关电源装置，是根据作为第8实施方式的图10所示的绝缘 型开关电源装置，与第4实施方式相同地，以省略第2初级绕组ni，只用第1初级绕组np来 驱动变压器T的方式构成的。至于其他方面，与第1实施方式相同，因此省略说明。即使为这种结构也能够起到与第1实施方式的情况相同的作用效果。该第9实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的结构所产生的效果，具有在第1 实施方式中列举的效果中的(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(h)、⑴、(j)的效果。《第10实施方式》图11是第10实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的电路图。图11所示的绝缘型开关电源装置，对提供直流电压Vi的电源输入部的+侧端子 和-侧端子，连接有由第1电感器Lri、复合型变压器T的第2初级绕组ni、和第1开关电 路Sl构成的串联电路，并且在复合型变压器T的第1初级绕组ni与第1开关电路Sl的连 接点，和电源输入部的-侧端子之间，相互并联地连接有由复合型变压器T的第1初级绕组 np、第2电感器Lr、和第4电容器Ce构成的串联电路，以及由第2开关电路S2和第3电容 器Cr构成的串联电路。至于其他方面，与第1实施方式相同，因此省略说明。即使为这种结构也能够起到与第1实施方式的情况相同的作用效果。该第10实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的结构所产生的效果，具有在第1 实施方式中列举的效果中的(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(h)、⑴、(j)的效果。《第11实施方式》图12是第11实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的电路图。图12所示的绝缘型开关电源装置，是根据作为第10实施方式的图11所示的绝缘 型开关电源装置，与第4实施方式相同地，以省略第2初级绕组ni，只用第1初级绕组np来 驱动变压器T的方式构成的。至于其他方面，与第1实施方式相同，因此省略说明。即使为这种结构也能够起到与第1实施方式的情况相同的作用效果。该第11实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的结构所产生的效果，具有在第1 实施方式中列举的效果中的(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(h)、⑴、(j)的效果。《第12实施方式》图13是第12实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的电路图。图13所示的绝缘型开关电源装置，是将图8所示的第7实施方式中的第3电容器 Cr分为第7电容器Crl和第8电容器Cr2的结构。即，对提供直流电压Vi的电源输入部的 +侧端子和-侧端子，连接有由第1电感器Lri、复合型变压器T的第2初级绕组ni、和第1 开关电路Sl构成的串联电路，在复合型变压器T的第2初级绕组ni与第1开关电路Sl的 连接点，和电源输入部的-侧端子之间，连接有由复合型变压器T的第1初级绕组np、第2 电感器Lr、第7电容器Crl、和第4电容器Ce构成的串联电路，在第7电容器Crl与第4电 容器Ce的连接点，和第2初级绕组ni与第1开关元件Sl的连接点之间，连接有第2开关 元件S2，在第2电感器Lr与第7电容器Crl的连接点，和电源输入部的-侧端子之间，连接 有第8电容器Cr2。至于其他方面，与第1实施方式相同，因此省略说明。
即使为这种结构也能够起到与第1实施方式的情况相同的作用效果。该第12实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的结构所产生的效果，具有在第1 实施方式中列举的效果中的(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(h)、⑴、(j)的效果。《第13实施方式》图14是第13实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的电路图。图14所示的绝缘型开关电源装置，相对于第1实施方式，不同点在于将第3 二极 管Ds和第4 二极管Df替换为，由第3开关元件Q3、第5 二极管D3、以及第9电容C3的并 联连接电路构成的第3开关电路S3，和由第4开关元件Q4、第6 二极管D4、以及第10电容 C4的并联连接电路构成的第4开关电路S4,构成了同步整流电路。作为第3开关电路S3 和第4开关电路S4，优选由场效应晶体管构成。至于其他方面，与第1实施方式相同，因此 省略说明。即使为这种结构也能够起到与第1实施方式的情况相同的作用效果。该第13实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的结构所产生的效果，具有在第1 实施方式中列举的效果中的(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)、(h)、⑴、(j)的效果。《第14实施方式》图15是第14实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的电路图。图15所示的绝缘型开关电源装置，相对于第1实施方式，不同点在于，用第3次级 绕组nsl和第4次级绕组ns2构成了第1次级绕组ns，并与第3 二极管Ds、第4 二极管Df 一起构成了中心抽头式的全波整流电路。至于其他方面，与第1实施方式相同，因此省略说 明。即使为这种结构也能够起到与第1实施方式的情况相同的作用效果。该第14实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的结构所产生的效果，具有在第1 实施方式中列举的效果中的(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)、(h)、⑴、(j)的效果。《第15实施方式》图16是第15实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的电路图。图16所示的绝缘型开关电源装置，其初级侧电路与作为第9实施方式的图10所 示的绝缘型开关电源装置相同，在次级侧电路中，第2次级绕组no由第5次级绕组nol、第 6次级绕组no2构成，第5次级绕组nol和第6次级绕组no2，各自的一端连接于第1次级 绕组ns的两端，另一端分别经由第4电感器Lrol、第5电感器Lro2相互连接，并且连接于 负载Ro的一端。此外，第1次级绕组ns的两端分别经由第5 二极管Dl和第6 二极管D6而连接， 其连接点与负载Ro的另一端连接。通过这种连接，次级侧电路构成了所谓倍流(倍流整流)电路。至于其他方面，与 第1实施方式相同，因此省略说明。即使为这种结构也能够起到与第1实施方式的情况相同的作用效果。该第15实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的结构所产生的效果，具有在第1 实施方式中列举的效果中的(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(h)、⑴、(j)的效果。《第16实施方式》图17是第16实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的电路图。
图17所示的绝缘型开关电源装置，其次级侧电路与作为第15实施方式的图16所 示的绝缘型开关电源装置相同，至于其他方面，与第1实施方式相同，因此省略说明。即使为这种结构也能够起到与第1实施方式的情况相同的作用效果。该第16实施方式所涉及的绝缘型开关电源装置的结构所产生的效果，具有在第1 实施方式中列举的效果中的(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(h)、⑴、(j)的效果。符号说明
τ-复合型变压器
Tl-第1变压器
T2-第2变压器
np-第1初级绕组
ni-第2初级绕组
ns-第1次级绕组
no-第2次级绕组
nsl-第3次级绕组
ns2-第4次级绕组
nol-第5次级绕组
no2-第6次级绕组
Lri-第1电感器
Lr-第2电感器
Lro-第3电感器
Lrol-第4电感器
Lro2-第5电感器
Cl-第1电容器
C2-第2电容器
Cr-第3电容器
Ce-第4电容器
Co-第5电容器
Cs-第6电容器
Crl-第7电容器
Cr2-第8电容器
C3-第9电容器
C4-第10电容器
Dl-第1 二极管
D2-第2 二极管
Ds-第3 二极管
Df-第4 二极管
D3-第5 二极管
D4-第6 二极管
D5-第7 二极管
D6-第8 二极管
Ql-第1开关元件
Q2-第2开关元件
Q3-第3开关元件
Q4-第4开关元件
Sl-第1开关电路
S2-第2开关电路
S3-第3开关电路
S4-第4开关电路
Ro-负载
Vo-输出电压
Vi-电源输入部的输入电压
Da-开关元件的占空比
M-(电压变换率
Ton-开关元件的接通时间
Toff-开关元件的断开时间
Vcr-第3电容器的两端电压
VCe-第4电容器的两端电压
权利要求
1.一种绝缘型开关电源装置，其特征在于，具备 直流电源输入部，其输入直流输入电压(Vi)；变压器(T)，其由一个磁性部件构成，具有磁耦合的第1初级绕组(np)、第1次级绕组 (ns)、和第2次级绕组(no)；第1电感器(Lr)，其与所述第1初级绕组(np)串联连接；整流电路，其由对所述第1次级绕组(ns)和所述第2次级绕组(no)中产生的各自的 电流相加后的电流进行整流的第1整流元件(Ds)、和对所述第2次级绕组(no)中生成的电 流进行整流的第2整流元件(Df)构成；第1开关电路(Si)，其由第1开关元件(Ql)、第1电容器(Cl)、和第1 二极管(Dl)的 并联电路构成；第2开关电路(S2)，其由第2开关元件0^2)、第2电容器(C2)、和第2 二极管(D2)的 并联电路构成；第3电容器(Cr)；第1串联电路，其连接于所述直流电源输入部的两端，且串联连接有所述第1初级绕组 (np)和所述第1开关电路(Si)；和第2串联电路，其连接于所述第1开关电路(Si)的两端，或者所述第1初级绕组(np) 的两端，且串联连接有所述第2开关电路(S》和所述第3电容器(Cr)，所述第1开关电路(Si)和所述第2开关电路(S2)以如下方式构成隔着两者均为断 开的期间，彼此互补地反复接通/断开的方式工作，所述变压器(T)以如下方式缠绕与所述第1开关电路(Si)和所述第2开关电路(S2) 的互补性的接通/断开动作进行同步，由所述第1次级绕组(ns)或所述第2次级绕组(no) 互补地从初级侧向次级侧进行能量传输，所述第1次级绕组(ns)和所述第2次级绕组(no)，绕组的磁极性为彼此相反的极性， 使得经由所述第2电感器(Lro)向次级侧输出输出电压(Vo)。
2.一种绝缘型开关电源装置，其特征在于，具备 直流电源输入部，其输入直流输入电压(Vi)；变压器(T)，其由一个磁性部件构成，具有磁耦合的第1初级绕组(np)和第1次级绕组 (ns)、以及第2初级绕组(ni)和第2次级绕组(no)；第1电感器(Lr)，其与所述第1初级绕组(np)串联连接； 第3电感器(Lri)，其与所述第2初级绕组(ni)串联连接； 第2电感器(Lro)，其与所述第1次级绕组(no)串联连接；整流电路，其由对在所述第1次级绕组(ns)和所述第2次级绕组(no)中生成的各自 的电流相加后的电流进行整流的第1整流元件(Ds)、和对在所述第2次级绕组(no)中生成 的电流进行整流的第2整流元件(Df)构成；第1开关电路(Si)，其由第1开关元件(Ql)、第1电容器(Cl)、和第1 二极管(Dl)的 并联电路构成；第2开关电路(S2)，其由第2开关元件0^2)、第2电容器(C2)、和第2 二极管(D2)的 并联电路构成；第3电容器(Cr)；第1串联电路，其连接于所述直流电源输入部的两端，且串联连接有所述第1初级绕组 (np)和所述第1开关电路(Si)、或所述第2初级绕组(ni)和所述第1开关电路(Si)；第2串联电路，其连接于所述第1开关电路(Si)的两端，或者所述第1初级绕组(np) 或所述第2初级绕组(ni)的两端，且串联连接有所述第2开关电路(S》和所述第3电容 器(Cr)；和第4电容器(Ce)，其并联连接于所述第1串联电路；所述第1开关电路(Si)和所述第2开关电路(S2)以如下方式构成隔着两者均为断 开的期间，彼此互补地反复接通/断开的方式工作，所述变压器(T)以如下方式缠绕与所述第1开关电路(Si)和所述第2开关电路(S2) 的互补性的接通/断开动作进行同步，由所述第1次级绕组(ns)或所述第2次级绕组(no) 互补地从初级侧向次级侧进行能量传输，所述第1次级绕组(ns)和所述第2次级绕组(no)，绕组的磁极性为彼此相反的极性； 使得经由所述第2电感器(Lro)向次级侧输出输出电压(Vo)。
3.根据权利要求2所述的绝缘型开关电源装置，其特征在于，利用由所述第1初级绕组(np)和所述第1次级绕组(ns)构成的第1变压器(Tl)、和 由所述第2初级绕组(ni)和所述第2次级绕组(no)构成的第2变压器(1 来构成所述 变压器⑴。
4.根据权利要求1 3的任意一项所述的绝缘型开关电源装置，其特征在于， 作为所述第1电感器(Lr)，使用所述变压器(T)的初级侧漏磁通。
5.根据权利要求1 4的任意一项所述的绝缘型开关电源装置，其特征在于， 作为所述第2电感器(Lro)，使用所述变压器(T)的次级侧漏磁通。
6.根据权利要求2 5的任意一项所述的绝缘型开关电源装置，其特征在于， 作为所述第3电感器(Lri)，使用所述变压器(T)的初级侧漏磁通。
7.根据权利要求2 6的任意一项所述的绝缘型开关电源装置，其特征在于， 在所述变压器(T)中，在消除由所述第2次级绕组(no)中流过的电流在公共磁心上产生的直流磁通的方向上，缠绕所述第1初级绕组(np)或所述第2初级绕组(ni)，使得所述 第1次级绕组(ns)与所述第2次级绕组(no)的磁极性为相反极性，并使所述第1次级绕 组(ns)的匝数大于所述第2次级绕组(no)的匝数。
8.根据权利要求7所述的绝缘型开关电源装置，其特征在于，针对所述第1开关电路(Si)为导通状态、或所述第2开关电路(S》为导通状态时流 过的电流的方向，使得所述第1初级绕组(np)和所述第2初级绕组(ni)的磁极性为相同 极性，所述第1次级绕组(ns)和所述第2次级绕组(no)的磁极性为相反极性。
9.根据权利要求8所述的绝缘型开关电源装置，其特征在于， 使得所述第1变压器(Tl)的磁耦合度比所述第2变压器(1 小。
10.根据权利要求1 9的任意一项所述的绝缘型开关电源装置，其特征在于， 所述第1开关电路(Si)或所述第2开关电路(S》为场效应晶体管。
11.根据权利要求10所述的绝缘型开关电源装置，其特征在于，通过在开关电路两端的电压降低至OV或OV附近之后开关元件成为接通动作的零电压 开关动作来驱动所述第ι开关电路(Si)或所述第2开关电路(S2)。
12.根据权利要求1 11的任意一项所述的绝缘型开关电源装置，其特征在于，所述整流电路由如下部件构成第3 二极管(Ds)，其在由所述第1次级绕组(ns)进行 从初级侧向次级侧的能量传输的期间，对在所述第1次级绕组(ns)中流过的电流进行整 流；和第4 二极管(Df)，其在由所述第2次级绕组(no)进行从初级侧向次级侧的能量传输 的期间，对在所述第2次级绕组(no)中流过的电流进行整流。
13.根据权利要求12所述的绝缘型开关电源装置，其特征在于，用替换为场效应晶体管的同步整流电路构成了所述第3 二极管(Ds)或所述第4 二极 管(Df)。
14.根据权利要求1 13的任意一项所述的绝缘型开关电源装置，其特征在于， 使所述第1次级绕组ns的匝数与所述第2次级绕组no的匝数的匝数比为，ns ； no = 2 ； I0
15.根据权利要求1 14的任意一项所述的绝缘型开关电源装置，其特征在于， 在所述变压器(T)中，至少所述第1初级绕组(np)与所述第1次级绕组(ns)的磁耦合度相对较大，并且所述第2次级绕组(no)与其他绕组的磁耦合度相对较小。
16.根据权利要求1 15的任意一项所述的绝缘型开关电源装置，其特征在于， 所述第1初级绕组(np)和所述第1次级绕组(ns)由层叠绕组构成，所述第1次级绕组(ns)和所述第2次级绕组(no)、或者所述第1初级绕组(np)和第2次级绕组(no)中的 至少一方由抽头绕组构成。
17.根据权利要求1 16的任意一项所述的绝缘型开关电源装置，其特征在于， 所述变压器(T)具有多个脚部铁芯，以所述第1初级绕组(np)和所述第1次级绕组(ns)缠绕于同一脚部铁芯，且至少所述第2次级绕组(no)缠绕于其他脚部铁芯的方式构成。
18.根据权利要求17所述的绝缘型开关电源装置，其特征在于，所述第1初级绕组(np)和所述第1次级绕组(ns)由层叠绕组构成，所述第1次级绕 组(ns)和所述第2次级绕组(no)、或者所述第1初级绕组(np)和第2次级绕组(no)中的 至少一方由抽头绕组构成。
19.根据权利要求1 18的任意一项所述的绝缘型开关电源装置，其特征在于， 所述第1开关电路(Si)和所述第2开关电路(S2)按照通过PWM控制使得输出电压(Vo)稳定化的方式进行控制。
20.根据权利要求1 19的任意一项所述的绝缘型开关电源装置，其特征在于， 所述第3电容器(Cr)连接于所述第1初级绕组(ni)和所述第1开关电路(Si)之间。
21.根据权利要求20所述的绝缘型开关电源装置，其特征在于，所述第1开关电路(Si)或所述第2开关电路(S2)的任意一方，在假设其占空比为Da 的情况下，仅在0 < Da < 0. 5的范围内驱动，另一方仅在0. 5彡Da彡1的范围内驱动，其中占空比即为接通时间/开关周期。
22.根据权利要求21所述的绝缘型开关电源装置，其特征在于，在假设用所述输出电压Vo对所述电源输入部的输入电压Vi的比率来表示的电压变换 率为M = Vo/Vi，并假设所述第1初级绕组(np)和所述第1次级绕组(ns)的匝数比为η = np/ns的情况下，用下式表示， M = D (I-D)/η。
全文摘要
本发明的绝缘型开关电源装置以如下方式构成对第1开关元件(Q1)和第2开关元件(Q2)互补地进行接通/断开控制，在第1开关元件(Q1)的接通期间，用第2初级绕组(ni)和第2次级绕组(no)从初级侧向次级侧传输能量，在第2开关元件(Q2)的接通期间，用第1初级绕组(np)和第1次级绕组(ns)传输能量，第1次级绕组(ns)和第2次级绕组(no)串联连接，在第2次级绕组(no)中串联地插入电感器，无论第1开关元件(Q1)的接通期间还是第2开关元件(Q2)的接通期间，输出电流都经由电感器流出。
文档编号H02M3/28GK102067426SQ20098012334
公开日2011年5月18日 申请日期2009年4月23日 优先权日2008年7月24日
发明者细谷达也 申请人:株式会社村田制作所