專利名稱：開關(guān)電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種開關(guān)電源，具有存儲(chǔ)電容器、帶有初級(jí)繞組和次級(jí)繞組的變壓器、和與初級(jí)繞組串聯(lián)的開關(guān)晶體管。這種開關(guān)電源特別用做娛樂電子設(shè)備、例如電視機(jī)和錄象機(jī)中的回掃電壓變換器。
背景技術(shù)：
為了使開關(guān)晶體管的損耗降至最小，這種開關(guān)電源所用的開關(guān)晶體管采用變換和截止時(shí)間盡可能最短的開關(guān)模式。在截止時(shí)間產(chǎn)生的電流中斷，由此導(dǎo)致的高di/dt和在開關(guān)電源截止相位開始的變壓器的電感，在開關(guān)晶體管產(chǎn)生明顯超過由存儲(chǔ)電容器確定的穩(wěn)態(tài)電壓的高電壓峰值。如果開關(guān)電源工作在230伏的AC系統(tǒng)，則可能出現(xiàn)高達(dá)1000V的電壓峰值，這對(duì)開關(guān)晶體管是危險(xiǎn)的，或者因此開關(guān)晶體管必須設(shè)計(jì)在此電壓范圍。
為此目的，已知有阻尼網(wǎng)絡(luò)，也稱為緩沖網(wǎng)絡(luò)，至少可以部分地抑制這些電壓峰值。常用的這種阻尼網(wǎng)絡(luò)例如有DE4029221A1所公開的。這里，一種網(wǎng)絡(luò)包括與二極管串聯(lián)的電容器，并且并聯(lián)有電阻器，這種網(wǎng)絡(luò)與變壓器的初級(jí)繞組并聯(lián)設(shè)置。采用這種阻尼網(wǎng)絡(luò)，在開關(guān)晶體管出現(xiàn)的電壓峰值至少被電容器部分地抑制，或者經(jīng)過二極管存儲(chǔ)在存儲(chǔ)電容器中并隨后饋出，或者當(dāng)電容器放電時(shí)被電阻器消耗掉。
在較小的開關(guān)電源中，還已知與初級(jí)繞組僅并聯(lián)一個(gè)電容器來用做阻尼網(wǎng)絡(luò)。但是，這種電路變形在導(dǎo)通期間產(chǎn)生更高的開關(guān)晶體管電流負(fù)載。用于阻尼電壓峰值的另一種電路變形例如可見EP-A-0279335。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于開始提到的開關(guān)電源的阻尼網(wǎng)絡(luò)，其僅具有少量的元件，并且在開關(guān)電源中產(chǎn)生的損耗低。
用于開關(guān)電源的上述目的是通過權(quán)利要求1中所述特征來實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的進(jìn)一步有利的發(fā)展如從屬權(quán)利要求所述。
根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)電源具有存儲(chǔ)電容器，帶有初級(jí)繞組和至少一個(gè)次級(jí)繞組的變壓器，和與初級(jí)繞組串聯(lián)的開關(guān)晶體管。初級(jí)繞組分成具有至少一個(gè)抽頭的次繞組，作為阻尼網(wǎng)絡(luò)，電容器與次繞組分別并聯(lián)設(shè)置，最好與每個(gè)次繞組并聯(lián)。采用這種方式，初級(jí)繞組的次繞組被分別單獨(dú)阻尼，而不是對(duì)初級(jí)繞組阻尼。
次繞組的匝數(shù)和與次繞組并聯(lián)設(shè)置的電容器的電容按如下方式選取是有利的，即開關(guān)晶體管截止時(shí)產(chǎn)生的振蕩具有不同的諧振頻率，從而至少部分地相互抵消。這是由開關(guān)晶體管的截止電壓的有效阻尼所導(dǎo)致的。但是，由于這里串聯(lián)電容器，所得總電容小，所以在開關(guān)晶體管的導(dǎo)通時(shí)間相關(guān)的放電電流較小。
“室變壓器”具體可以用做這種變壓器，例如由EP-A-0071008公開的，其中初級(jí)繞組分成次繞組，設(shè)置在線圈殼的各個(gè)室中，從而抽頭能夠饋出到每個(gè)次繞組而沒有明顯的支出。
以下參考實(shí)施例和附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明。


圖1是根據(jù)回掃電壓變換原理的開關(guān)電源的簡化電路圖。
圖2是根據(jù)圖1的開關(guān)電源的電壓和電流圖。
圖3是根據(jù)已有技術(shù)的僅有一個(gè)與初級(jí)繞組并聯(lián)的電容器的開關(guān)電源的電壓和電流圖。
根據(jù)圖1的開關(guān)電源具有存儲(chǔ)電容器C1，與變壓器TR的初級(jí)繞組連接，其電壓U1或電荷為開關(guān)電源提供所需的電源。與開關(guān)晶體管T1的電源接點(diǎn)1和2串聯(lián)的初級(jí)繞組這里分成為兩個(gè)次繞組W1a和W1b，在兩個(gè)次繞組W1a和W1b之間具有抽頭A。電容器C2和C3分別與這兩個(gè)次繞組W1a和W1b并聯(lián)，作為阻尼網(wǎng)絡(luò)。
變壓器TR在次級(jí)側(cè)具有繞組W2，提供給用戶；在具體實(shí)施例中，通常還含有多個(gè)次級(jí)繞組和在初級(jí)側(cè)的輔助繞組，用于開關(guān)電源的工作。如果開關(guān)電源工作在230V的主系統(tǒng)，則設(shè)計(jì)具有主絕緣。這里，存儲(chǔ)電容器C1通過整流器連接到主系統(tǒng)，對(duì)開關(guān)電源供電。但是，開關(guān)電源也可以設(shè)置無主絕緣的變壓器，例如與電池連接使用的DC-DC變換器。
變壓器TR具體是室變壓器，如EP-A-0071008所述，其初級(jí)繞組和次級(jí)繞組分成為多個(gè)次繞組，位于室線圈殼的各個(gè)室中，初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)的次繞組交錯(cuò)。在此實(shí)施例中，電容器的電容C2、C3是2.2nF和1nF。
在圖1所示實(shí)施例中，開關(guān)晶體管T1作為回掃電壓變換器工作，按公知方式由驅(qū)動(dòng)級(jí)D經(jīng)由控制接點(diǎn)3控制。這里，開關(guān)晶體管T1具體是MOSFET。
在此，阻尼網(wǎng)絡(luò)的電容器C2和C3與相關(guān)的次繞組W1a和W1b一起構(gòu)成彼此獨(dú)立的可振蕩系統(tǒng)，當(dāng)開關(guān)晶體管T1截止時(shí)它們被激勵(lì)。由于開關(guān)晶體管T1在導(dǎo)通相位經(jīng)由初級(jí)繞組W1a、W1b從存儲(chǔ)電容器C1提取相應(yīng)的電流，所以當(dāng)開關(guān)晶體管T1截止時(shí)通過相關(guān)的次繞組W1a和W1b的電感對(duì)電容器C2和C3充電。相對(duì)于經(jīng)由存儲(chǔ)電容器C1產(chǎn)生的電壓U1而經(jīng)由電容器C2和C3產(chǎn)生電壓增量，由此增量導(dǎo)致開關(guān)晶體管T1的輸入1上存在的電壓。按照振蕩彼此抵消的方式選擇阻尼網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)諧振，例如，如果諧振頻率的比例是1∶3，以便保證有效的振蕩阻尼。由于電容器C2和C3串聯(lián)，所以阻尼網(wǎng)絡(luò)的總電容較小，以致晶體管T1導(dǎo)通時(shí)放電電流也較小。
以下將參考圖2所示的電流和電壓圖詳細(xì)說明阻尼網(wǎng)絡(luò)的諧振。在此，通道1、CH1，表示開關(guān)晶體管T1的漏極接點(diǎn)1上存在的電壓U2，通道4、CH4，表示在開關(guān)電源的正常工作狀態(tài)經(jīng)過開關(guān)晶體管的電流。開關(guān)晶體管分別在時(shí)刻t1和t3變換，以及分別在時(shí)刻t2和t4截止。
在時(shí)刻t1和t3，當(dāng)開關(guān)晶體管T1導(dǎo)通時(shí)，通過兩個(gè)電容器C2和C3的放電(見通道CH4)出現(xiàn)對(duì)應(yīng)的電流浪涌I1。根據(jù)變壓器TR的電感，經(jīng)過開關(guān)晶體管的電流則連續(xù)增大。在時(shí)刻t2和t4，當(dāng)開關(guān)晶體管截止時(shí)，電流分別降低為零。電壓U2隨之在時(shí)刻t2和t4急劇升高，然后緩慢地衰減。在第一個(gè)峰值，清楚可見由不同諧振頻率導(dǎo)致的閃變。該峰值較小，表明對(duì)開關(guān)晶體管沒有危險(xiǎn)。因此可以選擇具有相應(yīng)較低的介電強(qiáng)度的類型作為開關(guān)電源。
對(duì)于僅有一個(gè)電容器與初級(jí)繞組并聯(lián)的阻尼網(wǎng)絡(luò)，正如已有技術(shù)所公知的，圖3示出了相應(yīng)的電流和電壓比例。在此，電容器具有2.2nF的電容。在此，電壓峰值U4的電平可與電壓峰值相比，但是在開關(guān)晶體管導(dǎo)通時(shí)的時(shí)刻t1和t3的電流浪涌I2，明顯更高并且尤其明顯更寬。這將在開關(guān)晶體管上導(dǎo)致大的熱負(fù)載，這是由于開關(guān)晶體管在此期間尚未完全變換，因此開關(guān)晶體管的電流接點(diǎn)1上實(shí)際上仍舊存在電壓，以致電流-電壓乘積相當(dāng)高。
因此有效阻尼網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)表示為一個(gè)初級(jí)繞組，其僅被分成兩個(gè)次繞組，以及附加的電容器。特別是，使電容器放電不需要電阻器，而通常對(duì)于更高的功率損耗必須設(shè)計(jì)電阻器。
圖1的開關(guān)電源包括帶有兩個(gè)次繞組的變壓器，而且還有兩個(gè)并聯(lián)的電容器，但是也可以使用具有多于兩個(gè)次繞組的變壓器。對(duì)于兩個(gè)次繞組，特別適用于功率范圍小于100瓦的回掃電壓變換器，其中具有MOSFET作為開關(guān)晶體管。
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)電源，具有存儲(chǔ)電容器(C1)，帶有初級(jí)繞組和至少一個(gè)次級(jí)繞組的變壓器(TR)，和與初級(jí)繞組串聯(lián)的開關(guān)晶體管(T1)，其特征在于，初級(jí)繞組分成具有至少一個(gè)抽頭(A)的次繞組(W1a，W1b)，電容器(C2，C3)與至少兩個(gè)次繞組(W1a，W1b)分別并聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的開關(guān)電源，其特征在于，選擇兩個(gè)電容器(C2，C3)的電容和兩個(gè)次繞組(W1a，W1b)的繞組匝數(shù)，以使開關(guān)晶體管(T1)截止時(shí)出現(xiàn)的振蕩具有不同的諧振頻率，從而一個(gè)振蕩的第一最大與第二振蕩的最小重合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中任一的開關(guān)電源，其特征在于，與次繞組(W1b)并聯(lián)并且與開關(guān)晶體管(T1)連接的電容器(C3)，小于與第二次繞組(W1a)并聯(lián)的第二電容器(C2)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3中任一的開關(guān)電源，其特征在于，變壓器(TR)具有兩個(gè)次繞組(W1a，W1b)和兩個(gè)電容器(C2，C3)，選擇兩個(gè)電容器(C2，C3)的電容和兩個(gè)次繞組(W1a，W1b)的繞組匝數(shù)，以使諧振頻率的比例大致為1∶3。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一個(gè)的開關(guān)電源，其特征在于，變壓器(TR)是室變壓器，其初級(jí)側(cè)上的次繞組(W1a，W1b)由抽頭(A)饋出。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一個(gè)的開關(guān)電源，其特征在于，作為具有MOSFET作為開關(guān)晶體管(T1)的回掃電壓變換器，工作在小于100瓦的功率范圍。
全文摘要
一種開關(guān)電源,具有存儲(chǔ)電容器(C1),帶有初級(jí)繞組和至少一個(gè)次級(jí)繞組的變壓器(TR),和與初級(jí)繞組串聯(lián)的開關(guān)晶體管(T1)。初級(jí)繞組分成具有至少一個(gè)抽頭(A)的次繞組(W1a,W1b),電容器(C2,C3)分別與次繞組并聯(lián),最好與每個(gè)次繞組(W1a,W1b)分別并聯(lián),作為阻尼網(wǎng)絡(luò)。選擇次繞組的繞組匝數(shù)和與次繞組并聯(lián)的電容器的電容,以使開關(guān)晶體管截止時(shí)出現(xiàn)的振蕩具有不同的諧振頻率,從而部分地彼此抵消。這導(dǎo)致開關(guān)晶體管的截止電壓(U2)的有效阻尼。由于電容器(C2、C3)串聯(lián),所以有效總電容較小,以致開關(guān)晶體管導(dǎo)通期間產(chǎn)生的放電相對(duì)較小。特別可以使用室變壓器作為該變壓器。
文檔編號(hào)H02M3/335GK1340907SQ0113391
公開日2002年3月20日 申請日期2001年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月24日
發(fā)明者萊因哈德·凱格爾, 讓-保羅·洛維爾 申請人:湯姆森特許公司