转换器的制造方法
【专利摘要】本发明的转换器具备：具有初级线圈（Np）和次级线圈（Ns）的变压器；与次级线圈串联的第1开关元件（Q1）；用于控制第1开关元件的控制电路（IC）；以及用于给控制电路（IC）供电的第1整流元件（D1），其特征在于，控制电路（IC）的地（Gnd）与第1整流元件（D1）在彼此不同的位置连接至初级线圈。根据本发明的转换器，可以实现转换器的小型化和制造成本的降低。
【专利说明】转换器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种转换器，特别涉及一种反激式转换器和正激式转换器中的变压器的小型化的转换器。
【背景技术】
[0002]近年，例如作为通信设备等的电源，大多使用小型的转换器。图12是表示现有的反激式转换器的概略结构的图。图12所示的现有的转换器IH具备:输入端Vin ;输入电容器Cl ;具有初级线圈Np和次级线圈Ns的变压器Tl ;平滑电容器C2 ;开关元件Ql ;用于控制所述开关元件Ql的控制电路IC ;当初级线圈断开时给所述控制电路供电的辅助线圈Nb ；用于给控制电路IC供电的第I整流元件(二极管)Dl ；以及用于给输出端Vout供电的第2整流元件(二极管)D2。
[0003]以下，使用图12?15来说明转换器IH的工作。
[0004]首先，在转换器IH中，在开关元件Ql的导通期间，在变压器Tl的初级侧，从输入端Vin流入图13所示的电流Ip。此时，第I整流元件Dl和第2整流元件D2被反向偏置。在这个期间，对初级线圈Np施加与电容器Cl两端的电压相等的电压，初级线圈Np有电流Ip流过而在变压器Tl蓄积能量。
[0005]接着，在开关元件Ql的断开期间，第I整流元件Dl与第2整流元件D2被正向偏置，在变压器Tl的次级侧有如图14所示的电流Is流过，辅助线圈Nb有电流Ib流过。在这个期间，经由次级线圈Ns而将能量供给输出端Vout，而且，经由辅助线圈Nb而将能量供给控制电路。
[0006]图15是表示施加在初级线圈Np的电压VNp,流过初级线圈Np的电流Ip,通过次级线圈Ns而供给输出端Vout的输出电流Is,以及通过辅助线圈Nb而供给控制电路的控制电路供给电流Ib的波形图。在图15中，Ton表示开关元件Ql的导通期间，Toff表示开关元件Ql的断开期间。在开关元件Ql的导通期间Ton，在初级线圈Np施加电压Vnp而使流过初级线圈Np的电流Ip缓缓上升。在开关元件Ql断开的时刻，有由次级线圈的感应电压引起的输出电流Is以及由辅助线圈的感应电压引起的控制电路供给电流Ib流过，其后，在开关元件Ql的断开期间Toff,输出电流Is、控制电流供给电流Ib缓缓减小。当电容器Cb被完全充电时，控制电路供电电流Ib的变动停止。虚线表示电流连续模式的情况的波形，实线是表示电流不连续模式的波形。在开关元件Ql的断开期间Toff，变压器Tl所蓄积的能量被供给控制电路和输出端。
[0007]在这样的现有的转换器中，由于有必要设置辅助线圈，因此存在制造成本增加，变压器的尺寸变大这样的问题。另外，也存在为了设置辅助线圈而限制了用于主线圈的空间的问题。再者，由于辅助线圈并没有传送能量，因此浪费了使用空间。
[0008]本发明是为了解决这样的问题而作成的，其目的在于谋求转换器的小型化和低价格化。在本发明中，提供一种在转换器不设置辅助线圈而至少将初级线圈的一部分作为辅助线圈而起作用的转换器。
【发明内容】
[0009]本发明是为了解决上述技术问题而作成的，本发明的转换器具备:具有初级线圈和次级线圈的变压器；与所述次级线圈串联的第I开关元件；用于控制所述第I开关元件的控制电路；以及用于给所述控制电路供电的第I整流元件，所述控制电路的接地端与所述第I整流元件在彼此不同的位置连接至所述初级线圈。
[0010]另外，在所述转换器中，所述第I整流元件与所述初级线圈，以所述第I开关元件断开时在所述第I整流元件有电流流过的方式连接。
[0011]另外，在所述转换器中，所述转换器是反激式转换器或正激式转换器。
[0012]另外，在所述转换器中，所述控制电路的供电端与接地端之间，连接有电容器。
[0013]另外，在所述转换器中，所述初级线圈被分割为多个。
[0014]另外，在所述转换器中，所述控制电路的供电端与接地端之间，连接有所述初级线圈。
[0015]另外，在所述转换器中，所述控制电路的接地端直接或经由第I电阻连接至所述第I开关元件。
[0016]另外，在所述转换器中，所述初级线圈被分割为初级线圈第一部分和初级线圈第二部分，所述第I开关元件插入在所述初级线圈第一部分与初级线圈第二部分之间。
[0017]另外，在所述转换器中，所述初级线圈被分割为初级线圈第一部分和初级线圈第二部分，所述第I开关元件、所述初级线圈第二部分和初级线圈第一部分依次连接。
[0018]另外，在所述转换器中，所述初级线圈被分割为初级线圈第一部分、初级线圈第二部分以及初级线圈第三部分，所述初级线圈与第2电阻串联，所述第2电阻与第2开关元件并联，所述初级线圈第三部分通过与所述第I整流元件不同的整流元件连接至驱动所述第2开关元件的驱动电路。
[0019]发明的效果
[0020]根据本发明的转换器，可以实现转换器的小型化和制造成本的降低。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是表示本发明的第I实施方式的转换器IA的图。
[0022]图2是图1所示的转换器IA的第I开关元件Ql导通时的等效电路图。
[0023]图3是图1所示的转换器IA的第I开关元件Ql断开时的等效电路图。
[0024]图4表示图1所示的转换器IA中总电压V(Npl+Np2)、电流Ip，输出电流Is，以及控制电路供给电流Inp2的波形图。
[0025]图5是表示本发明的第2实施方式的转换器IB的图。
[0026]图6是表示本发明的第3实施方式的转换器IC的图。
[0027]图7是图6所示的转换器IC的详细结构图。
[0028]图8是表示本发明的第4实施方式的转换器ID的图。
[0029]图9是表示本发明的第5实施方式的转换器IE的图。
[0030]图10是表示本发明的第6实施方式的转换器IF的图。
[0031]图11是表示本发明的第7实施方式的转换器IG的图。[0032]图12是现有技术的转换器IH的图。
[0033]图13是图12所示的转换器IH的第I开关元件Ql导通时的等效电路图。
[0034]图14是图12所示的转换器IH的第I开关元件Ql断开时的等效电路图。
[0035]图15是表示图12所示的转换器IH中总电压VNp、电流Ip、输出电流Is以及控制电路供给电流Ib的波形图。
【具体实施方式】
[0036]以下，参照附图，详细地说明用于实施本发明的方式。
[0037][第I实施方式]
[0038]图1是表示本发明的转换器的第I实施方式的图。图1所示的转换器IA是反激式转换器，初级线圈Npl、Np2与次级线圈Ns的绕线方向相反。转换器IA具备:输入电容器Cl ;具有初级线圈Npl、Np2和次级线圈Ns的变压器Tl ;电容器C2 ;与初级线圈Npl、Np2串联的第I开关元件Ql ;用于控制第I开关元件Ql的控制电路IC ;用于给控制电路IC供电的第I整流元件(二极管)Dl ;以及用于给输出端Vout供电的第2整流元件(二极管)D2。控制电路IC的接地端GND与第I整流元件Dl在彼此不同的位置连接至初级线圈Npl、Np2。另外，控制电路IC的供电端VCC与地GND之间连接有电容器Cnp2。控制电路IC由用于以规定的占空比使第I开关元件Ql导通/断开的芯片等构成。在图1所示的构成例中，初级线圈被分割为线圈Npl (初级线圈第一部分)和线圈Np2 (初级线圈第二部分),但根据情况，线圈Npl的绕线圈数也可以为零。在这种情况下，仅线圈Np2起到初级线圈的功能。
[0039]以下，使用图广4说明转换器IA的工作。
[0040]首先，在开关元件Ql (第I开关元件)的导通期间Ton，在变压器的初级侧有图2所示的电流Ip流过。此时，第I整流元件Dl与第2整流元件D2被反向偏置。在此期间，在线圈Npl和线圈Np2施加与电容器Cl两端的电压相等的电压，初级线圈Npl、Np2有电流Ip流过，在变压器Tl蓄积能量。另外，电容器C2所蓄积的能量被供给输出端Vout。
[0041]接着，在开关元件Ql的断开期间TofT，第I整流元件Dl与第2整流元件D2被正向偏置，在变压器的次级侧有图3所示的电流Is流过，线圈Np2有电流Inp2流过。在此期间，经由次级线圈Ns而将能量供给输出端Vout，并且对电容器C2进行充电。而且，经由线圈Np2而将能量供给控制开关元件Ql的控制电路1C，并且对电容器Cnp2充电。
[0042]图4表示在本实施方式所涉及的转换器IA中施加在线圈Npl和线圈Np2的总电压V (Npl+Np2)、流到初级线圈Npl、Np2的电流Ip,通过次级线圈Ns而供给输出端Vout的输出电流Is，以及通过线圈Np2而供给控制电路的控制电路供给电流Inp2的波形图。在图4中，Ton表示开关元件Ql的导通期间，Toff表示开关元件Ql的断开期间。在开关元件Ql的导通期间Ton中，施加在串联的线圈Npl和线圈Np2的总电压V (Npl+Np2)变为高电平，流到初级线圈Npl、Np2的电流Ip缓缓上升。在开关元件Ql断开的时刻，有由次级线圈的感应电压引起的输出电流Is，以及由辅助线圈的感应电压引起的控制电路供给电流Inp2流过，其后，在开关元件Ql的断开期间Toff，输出电流Is和控制电路供给电流Inp2缓缓减小。当电容器Cnp2被完全充电时，控制电路供给电流Inp2的变动停止。虚线表示电流连续模式的情况的波形，实线是表示电流不连续模式的波形，在本实施方式所涉及的转换器可使用任一种模式。在开关元件Ql的断开期间TofT，变压器Tl所蓄积的能量被供给控制电路IC和输出端Vout。
[0043]在第I实施方式所涉及的转换器1A，不用设置用于给控制电路IC供电的辅助线圈，而通过作为初级线圈的一部分的线圈Np2在开关元件Ql的断开期间Toff给控制电路IC供电。另外，在开关元件Ql的导通期间Ton，通过在断开期间Toff被充电的电容器Cnp2，给控制电路IC供电。因此，即使不设置辅助线圈，也可以使控制电路正常地工作。由此，实现转换器的小型化和制造成本的降低。
[0044][第2实施方式]
[0045]图5是表示本发明的转换器的第2实施方式的图。第2实施方式所涉及的转换器1B，与第I实施方式所涉及的电容器IA的主要不同点在于，电容器Cnp2 (未图示)集成于控制电路1C。
[0046]图5所示的转换器IB是反激式转换器。转换器IB具备:输入电容器Cl ;具有初级线圈Npl、Np2和次级线圈Ns的变压器Tl ；电容器C2 ;与初级线圈Npl、Np2串联的第I开关元件Ql ;用于控制第I开关元件Ql的控制电路IC ;用于给控制电路IC供电的第I整流元件Dl ;以及用于给输出端Vout供电的第2整流元件D2。在本实施方式中，作为控制电路1C，使用在芯片内集成有大容量电容器的控制电路。该大容量电容器起到与第I实施方式中的电容器Cnp2相同的功能。另外，控制电路IC的接地端GND与第I整流元件Dl在彼此不同的位置连接至初级线圈。
[0047]由于第2实施方式的转换器IB的工作与第I实施方式的转换器IA相同，因此省略这些说明。
[0048]根据第2实施方式的转换器1B，与第I实施方式的转换器IA相同，可以正常地控制开关元件，并且可以实现转换器IB的小型化和制造成本的降低。
[0049][第3实施方式]
[0050]图6是表示本发明转换器的第3实施方式的图。第3实施方式所涉及的转换器1C，与第I实施方式所涉及的电容器IA的主要不同点在于，控制电路IC的接地端GND经由第I电阻Rsense而连接到开关元件Ql。
[0051]图6所示的转换器IC在第I实施方式的转换器IA的结构基础上，在开关元件Ql与线圈Np2之间设置了第I电阻Rsense。第I电阻Rsense是用于检测流到初级线圈的电流的突变的电阻。
[0052]图7是表示控制电路IC的连接结构的电路图。如图7所示那样，第I电阻Rsense的两端连接至控制电路1C。控制电路IC检测第I电阻Rsense两端的电压，在该电压突然上升的情况下，以例如开关元件Ql处于断开的方式进行控制，防止初级线圈中的过电流。另外，控制电路IC检测输出端的电阻Rsl与电阻Rs2的连接部的电压，并通过光电耦合器将所检测的电压值传送至控制电路1C。控制电路IC控制使开关元件Ql导通/断开的占空t匕，以使检测电压与目标电压一致。这样，控制电路IC以使输出电压稳定的方式进行控制。另外，在开关元件Ql的断开期间Toff，流到线圈Np2的电流向控制电路IC供电。在开关元件Ql的导通期间Ton，在开关元件Ql断开期间Toff被充电的电容器Cnp2向控制电路IC供电。
[0053]根据第3实施方式的转换器1C，与第I实施方式的转换器IA相同，可以正常地控制开关元件，并可以实现转换器IC的小型化和制造成本的降低，而且可以防止流到初级线圈中的过电流。
[0054][第4实施方式]
[0055]图8是表示本发明的转换器的第4实施方式的图。第4实施方式所涉及的转换器1D，与第I实施方式所涉及的电容器IA的主要不同点在于，开关元件Q1、初级线圈的第二部分Np2和初级线圈的第一部分Npl依次连接。
[0056]在本发明的第4实施方式所涉及的电容器ID中，初级线圈被分割为线圈Npl (初级线圈第一部分)和线圈Np2 (初级线圈第二部分),但根据情况,线圈Npl的绕线圈数也可以为零。在这种情况下，仅初级线圈的第二部分Np2起到初级线圈的功能。
[0057]第I整流元件Dl连接至线圈Np2与线圈Npl的连接部。在开关元件Ql的断开期间Toff，第I整流元件Dl被正向偏置，线圈Np2有由感应电压引起的电流Inp2流过。
[0058]在第4实施方式所涉及的电容器ID中，在上述所有实施方式的基础上，可以进一步节约变压器的一个引脚，从而可以更节省空间。另外，第4实施方式所涉及的电容器ID可以正常地控制开关元件，并且可以实现转换器ID的小型化和制造成本的降低。
[0059][第5实施方式]
[0060]图9是表示本发明的转换器的第5实施方式的图。第5实施方式所涉及的转换器1E，与第4实施方式所涉及的电容器ID的主要不同点在于，控制电路IC的接地端Gnd经由第I电阻Rsense而连接到开关元件Ql。
[0061]图9所示的转换器IE在第4实施方式的转换器ID的结构的基础上，在开关元件Ql与线圈Np2之间设置了第I电阻Rsense。第I电阻Rsense是用于检测流到初级线圈的电流的突变的电阻。
[0062]第5实施方式中的控制电路IC的具体结构，可以是与图7所示的控制电路IC相同的结构，也可以是其他公知的结构。
[0063]根据第5实施方式的转换器1E,与第3实施方式的转换器IC相同,可以正常地控制开关元件，并可以实现转换器IE的小型化和制造成本的降低，而且能够防止流到初级线圈中的过电流。
[0064][第6实施方式]
[0065]图10是表示本发明的转换器的第6实施方式的图。与第I实施方式所涉及的电容器IA的主要不同点在于，第6实施方式所涉及的转换器IF是正激式转换器。
[0066]图10所示的转换器1F，与第I实施方式的转换器IA相比，次级线圈侧的结构不同。次级线圈Ns的绕线方向与第I实施方式的转换器IA的次级线圈的绕线方向相反，初级线圈Npl、Np2与次级线圈Ns的绕线方向相同。另外，次级线圈侧由第2整流元件D2、第3整流元件D3、电感器Ls和电容器C2构成。
[0067]在开关元件Ql的导通期间Ton，第2整流元件D2被正向偏置，在变压器的次级侧有电流Is流过。在此期间，经由次级线圈Ns而将能量供给输出端。另外，在开关元件Ql的断开期间Toff，二极管D2被反向偏置，电容器C2和电感器Ls所蓄积的能量被供给输出端。
[0068]根据第6实施方式的转换器1F，与第I实施方式的转换器IA相同，可以正常地控制开关元件，并可以实现转换器IF的小型化和制造成本的降低。
[0069]另外，通过把正激式转换器的第6实施方式的转换器IF的次级侧的结构应用于上述第2飞实施方式，可以构成对应的正激式转换器。本发明在应用于低功耗的反激式转换器的情况下，更好地发挥效率提高的效果，但即使是如上所述那样构成的正激式转换器，与上述第2飞实施方式所涉及的反激式转换器相同，也可以实现转换器的小型化和制造成本的降低。
[0070][第7实施方式]
[0071]图11是表示本发明的转换器的第7实施方式的图。第7实施方式的转换器1G，与第3实施方式所涉及的电容器IC的主要不同点在于，初级线圈被分割为初级线圈第一部分(Npl)、初级线圈第二部分(Np2)以及初级线圈第三部分(Np3)。
[0072]图11所示的电容器1G，在第3实施方式转换器IC的结构的基础上，具备初级线圈第三部分(Np3)和涌流防止电路ICL。具体而言，对第3实施方式的电容器IC中的线圈Npl再进行分割，成为线圈Npl (初级线圈第一部分)和线圈Np3 (初级线圈第三部分)。在线圈Npl与线圈Np3的连接部连接有第4整流元件D4。涌流防止电路ICL具备与初级线圈串联的电阻Rl (第2电阻)、与电阻Rl并联的开关元件Kl (第2开关元件)、以及驱动开关元件Kl的驱动电路drc。驱动电路drc经由第4整流元件D4连接至线圈Np3。开关元件Kl可以是例如继电器、场效应晶体管(FET)、晶体管、闸流管和三端双向可控硅开关(TRIAC)等。
[0073]以下，说明涌流防止电路ICL的工作。
[0074]首先，输入电容器Cl经由电阻Rl而被充电。
[0075]当电容器Cl被完全充电时，第I开关元件Ql的动作开始。
[0076]当第I开关元件Ql导通时，在初级线圈(NP3、NP2、NP1)有电流流过。在这第一次的导通期间Ton，由于开关元件Kl的初始设定是断开的，因此，电阻Rl也有电流流过。
[0077]接着，当第I开关元件Ql断开时，第4整流元件D4被正向偏置，第4整流管有电流流过，通过驱动电路开关元件Kl被驱动为导通。在该第I开关元件Ql的断开期间Toff，驱动电路保持用于驱动开关元件Kl的能量。例如，驱动电路可以包含由流到第4整流元件D4的电流进行充电的电容器(未图示)。
[0078]然后，当第I开关元件Ql再次导通时，与上述相同，开关元件Kl保持导通。
[0079]在这样的涌流防止电路ICL中，在第I开关元件Ql的动作停止的情况下，驱动电路drc在用完所保持的能量时使开关元件Kl断开。
[0080]因此，由于在下次接入电源时，开关元件Kl被设定为断开而在电阻Rl有电流流过，因此，可以防止由于电源接入时的涌流而破坏电气元件。
[0081]根据第7实施方式的转换器1G，与第3实施方式的转换器IC相同，可以正常地控制开关元件，并可以实现转换器IG的小型化和制造成本的降低，而且由于在电源启动时使冲击电流减小，能够防止因电源接入时的涌流而导致的客户端的断路器误触发和电气元件的损坏。
【权利要求】
1.一种转换器，其特征在于， 具备: 具有初级线圈(Np)和次级线圈(Ns)的变压器； 与所述次级线圈串联的第I开关元件(Ql)； 用于控制所述第I开关元件的控制电路(IC);以及 用于给所述控制电路(IC)供电的第I整流元件(DI)， 所述控制电路(IC)的接地端与所述第I整流元件(Dl)在彼此不同的位置连接至所述初级线圈。
2.根据权利要求1所述的转换器，其特征在于， 所述第I整流元件(Dl)与所述初级线圈，以在所述第I开关元件断开时在所述第I整流元件(Dl)中有电流流过的方式连接。
3.根据权利要求1所述的转换器，其特征在于， 所述转换器是反激式转换器或正激式转换器。
4.根据权利要求1所述的转换器，其特征在于， 所述控制电路(IC)的供电端(VCC)与接地端之间，连接有电容器(cnp2)。
5.根据权利要求1所述的转换器，其特征在于， 所述初级线圈被分割为多个。
6.根据权利要求1所述的转换器，其特征在于， 所述控制电路(IC)的供电端(VCC)与接地端之间，连接有所述初级线圈。
7.根据权利要求广5中任一项所述的转换器，其特征在于， 所述控制电路(IC)的接地端直接或经由第I电阻(Rsense)连接至所述第I开关元件(Ql)0
8.根据权利要求广5中任一项所述的转换器，其特征在于， 所述初级线圈被分割为初级线圈第一部分(Npl)和初级线圈第二部分(Np2)， 所述第I开关元件(Ql)插入在所述初级线圈第一部分(Npl)与所述初级线圈第二部分(Np2)之间。
9.根据权利要求广5中任一项所述的转换器，其特征在于， 所述初级线圈被分割为初级线圈第一部分(Npl)和初级线圈第二部分(Np2)， 所述第I开关元件(Q1)、所述初级线圈第二部分(Np2)和初级线圈第一部分(Npl)依次连接。
10.根据权利要求广5中任一项所述的转换器，其特征在于， 所述初级线圈被分割为初级线圈第一部分(Np I )、初级线圈第二部分(Np2 )以及初级线圈第三部分(Np3)， 所述初级线圈与第2电阻(Rl)串联， 所述第2电阻(Rl)与第2开关元件(Kl)并联， 所述初级线圈第三部分(Np3)经由与所述第I整流元件不同的整流元件(D4)连接至驱动所述第2开关元件(Kl)的驱动电路(drc)。
【文档编号】H02M7/21GK103516236SQ201210201891
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年6月15日 优先权日:2012年6月15日
【发明者】彭李钢, 周鑫 申请人:Tdk株式会社