专利名称：零开关损耗开关电源的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种开关电源。
现有的开关电源，不论是采用PWM技术、电压谐振变频技术或电流谐振变频技术，由于其本身固有的缺点，很难真正同时实现开关管和整流二极管的零开关损耗，即在开关管和整流二极管开、关的瞬间，其上电压、电流不为零，所以消耗的功率也就不能达到零。
本发明的目的就是为了解决以上问题，提供一种开关电源，同时实现开关管和整流二极管的零开关损耗工作。
本发明实现上述目的的方案是一种开关电源，包括输入端Vin、输出端Vo、变压器T、主要由电子开关K1组成的开关电路1、主要由第一二极管D1组成的整流电路2等，其特征是在变压器T的原边增加调整电路10，以调节电子开关K1、第一二极管D1上的电流、电压波形，使电子开关K1、第一二极管D1各自在开、关的瞬间，其电流、电压至少有一个量为零或接近于零；所述调整电路10包括电感L1、第二二极管D2、第二电容C2、第二初级绕组N2、第三二极管D3、第四二极管D4等，其中第二二极管D2、电感L1、第四二极管D4按顺序串联后，第二二极管D2的阴极一端接输入端Vin，第四二极管D4的阳极一端接地；第二电容C2一端接于第二二极管D2和电感L1的连接点处，另一端接于电子开关K1的非接地端；第三二极管D3、第二初级绕组N2串联后，第三二极管D3阴极一端接第四二极管D4与第一电感L1的连接点处，另一端接地，其中第二初级绕组N2是增设的原边第二绕组。
由于采用了以上的方案，适当控制电子开关K1等的导通、断开条件，即可达到电子开关K1导通时和第一二极管D1关断时二者的电流为零，电子开关K1关断时的电压为零，第一二极管D1导通时的电压接近于零，从而实现了电子开关K1和第一二极管D1的零开关损耗通、断。
图1是本发明的电路原理示意图(局部)。
图2是本发明的原理方框图(整体)。
图3是本发明实施例工作波形示意图。
图4是一个实施例的具体电路图。
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。
实施例一见图1，所示为本发明开关电源实例的拓扑示意，包括输入端Vin、输出端Vo、变压器T、主要由电子开关K1组成的开关电路1、主要由第一二极管D1组成的整流电路2等，在变压器T的原边增加调整电路10，以调节电子开关K1、第一二极管D1上的电流、电压波形，使电子开关K1、第一二极管D1各自在开、关的瞬间，其电流、电压至少有一个量为零；见图1，所述调整电路10包括电感L1、第二二极管D2、第二电容C2、第二初级绕组N2、第三二极管D3、第四二极管D4等，其中第二二极管D2、电感L1、第四二极管D4按顺序串联后，第二二极管D2的阴极一端接输入端Vin，第四二极管D4的阳极一端接地；第二电容C2一端接于第二二极管D2和电感L1的连接点处，另一端接于电子开关K1的非接地端；第三二极管D3、第二初级绕组N2串联后，第三二极管D3阴极一端接第四二极管D4与第一电感L1的连接点处，另一端接地，其中第二初级绕组N2是增设的原边第二绕组。
见图2，主要由B路电流检测器RSB组成的电流检测电路3检测整流电路2中的电流，其信号经B路电流过零比较器4、触发器5、驱动电路6等，发往开关电路1；主要由A路电流检测器RSA组成的电流检测电路7检测开关电路1中的电流，其信号经A路比较器9与来自整流电路2并经电压误差放大器8放大的电压误差信号比较后，比较信号进入触发器5、驱动电路6等，发往开关电路1。根据本图设计的一个具体电路如图4所示，图中接点TR1-TR4的标注是为了作图方便，标注相同的地方是相互连接的，比如凡标注TR1的地方均相连，余同。控制电路20包括B路电流过零比较器4、电压误差放大器8、A路比较器9、触发器5、驱动电路6等。
运用以上电路，控制电子开关K1的通断，使其一个周期的变化过程如下(1)B路电流检测器3检测副边电流信号，与B路电流过零比较器4比较，当检测到副边电流IRSB=0时，送出一个触发脉冲，使触发器5反转送出高电平信号，经驱动电路6使电子开关K1导通。(2)电子开关K1导通后，电流检测器A检测到原边电流IRSA逐渐上升，该电流值与经电压误差放大器8送来的误差信号相比较，当IRSA高于误差信号时，送出一个高电平脉冲，使触发器5状态反转，从而关断开关电子开关K1，第一二极管D1导通。(3)随着IRSB的下降并到零，回到状态(1)，从而完成一个周期的工作。
这样，电子开关K1、第二电容C2、第一二极管D1的波形应如图3所示。所以我们可以得到以下分析结果1、电子开关K1导通时，由于电感中电流不能突变，所以开通瞬间电流为零(电子开关K1开通的条件是RSB中电流为0)，实现零损耗开通；基于相同的原因(第一二极管D1反向关断的瞬间，正是电子开关K1开通的瞬间)，第一二极管D1实现零损耗关断。
2、假设我们取第一初级绕组N1和第二初级绕组N2的匝数比相互关系为N2=N1/2(如果是其他比例，可同理分析)，电子开关K1导通过程中，由于第二电容C2上电压不能突变，所以电感L1被施加了大于Vin/2的电压，由于电感的储能续流作用、第一二极管D1的箝位作用以及第二二极管D2、第三二极管D3的续流作用，从而使第二电容C2上的电压上升到Vin，由于第二二极管D2、第三二极管D3的单向导通特性，使得第二电容C2上的电压得以保持到电子开关K1关断时。
3、电子开关K1关断时，第二电容C2上有与Vin相等的电压，由于电容两端电压不能突变，所以开关两端电压不能突变，与关断前电位相等，这样就实现了零电压关断，从而实现了电子开关K1的零损耗关断。
4、由于第一二极管D1的导通压降等于二极管的正和向导通压降(正向电阻很小，故压降很小，即0.7V左右)，故第一二极管D1的导通损耗也接近于零。
综上1和4可知，本发明实现了电子开关K1和第一二极管D1的零开关损耗通、断。在一个实际的实验中，采用本发明的电路方式，在48V输入、24V输出、电流为6A的PWT电源中，实现了89％的效率，比未用该电路之前提高效率4％。
权利要求
1．一种开关电源，包括输入端Vin、输出端Vo、变压器T、主要由电子开关K1组成的开关电路(1)、主要由第一二极管D1组成的整流电路(2)等，其特征是在变压器T的原边增加调整电路(10)，以调节电子开关K1、第一二极管D1上的电流、电压波形，使电子开关K1、第一二极管D1各自在开、关的瞬间，其电流、电压至少有一个量为零或接近于零；所述调整电路(10)包括电感L1、第二二极管D2、第二电容C2、第二初级绕组N2、第三二极管D3、第四二极管D4等，其中第二二极管D2、电感L1、第四二极管D4按顺序串联后，第二二极管D2的阴极一端接输入端Vin，第四二极管D4的阳极一端接地；第二电容C2一端接于第二二极管D2和电感L1的连接点处，另一端接于电子开关K1的非接地端；第三二极管D3、第二初级绕组N2串联后，第三二极管D3阴极一端接第四二极管D4与电感L1的连接点处，另一端接地，其中第二初级绕组N2是增设的原边绕组。
2．如权利要求1所述的开关电源，其特征是主要由B路电流检测器RSB组成的电流检测电路(3)检测整流电路(2)中的电流，其信号经B路电流过零比较器(4)、触发器(5)、驱动电路(6)等，发往开关电路(1)；主要由A路电流检测器RSA组成的电流检测电路(7)检测开关电路(1)中的电流，其信号经A路比较器(9)与来自整流电路(2)并经电压误差放大器(8)放大的信号比较后，比较信号进入触发器(5)、驱动电路(6)等，发往开关电路(1)。
全文摘要
本发明公开一种开关电源,包括:输入端Vin、输出端Vo、变压器T、主要由电子开关K1组成的开关电路1、主要由第一二极管D1组成的整流电路2等,其特征是:在变压器T的原边增加调整电路10,以调节电子开关K1、第一二极管D1上的电流、电压波形,使电子开关K1、第一二极管D1各自在开、关的瞬间,其电流、电压至少有一个量为零或接近于零。从而同时实现开关管和整流二极管的零开关损耗工作。
文档编号H02M7/04GK1224947SQ9811692
公开日1999年8月4日 申请日期1998年8月20日 优先权日1998年8月20日
发明者刘非 申请人:深圳市华为电气股份有限公司