[發(fā)明專利]開關(guān)電源裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310009228.2
• 申請日: 2013-01-10
• 公開（公告）號: CN103312170A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 佐藤纮介
• 申請（專利權(quán)）人: 富士電機(jī)株式會社
• 主分類號: H02M3/28
• 分類號: H02M3/28;H02M3/335
• 代理公司: 北京尚誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11322
• 代理人: 龍淳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及通過半導(dǎo)體開關(guān)的開關(guān)動作從直流電源轉(zhuǎn)換為電壓不同的其他直流的開關(guān)電源裝置，特別涉及根據(jù)負(fù)載的大小來控制開關(guān)頻率、實現(xiàn)裝置的高效率化和應(yīng)用的部件的小型化的控制電路技術(shù)。

背景技術(shù)

圖6表示了專利文獻(xiàn)1中周知的根據(jù)負(fù)載的變動而使開關(guān)頻率變化、通過減少損失實現(xiàn)高效率化和通過抑制開關(guān)元件的峰值電流實現(xiàn)使用部件的小型化的電路例子。主電路方式是回掃式（flyback），控制方式是電流模式控制方式。

主電路結(jié)構(gòu)是：與作為直流電源的電容Ci并聯(lián)連接包括變壓器T的初級線圈P1、作為半導(dǎo)體開關(guān)的MOSFETQ1和電流檢測電阻Rs的串聯(lián)電路，與變壓器T的次級線圈S1并聯(lián)連接包括整流二極管D1和平滑電容器Co的整流平滑電路，平滑電容器Co的兩端與直流輸出端子Po（正極輸出端子）、No（負(fù)極輸出端子）連接。

控制電路在電流模式控制方式下，主要部單片集成為集成電路（IC）。該控制方式將直流輸出電壓與基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，控制初級側(cè)MOSFETQ1中流動的電流的峰值，使得直流輸出電壓與基準(zhǔn)值的偏差為零。

直流輸出電壓是將使用電阻Ro1和Ro2分壓后的電壓值對分路分壓器（Shunt?Regulator）D2的控制端子輸入，用與偏差相應(yīng)的電流驅(qū)動光電耦合器PC1的二極管，將與初級側(cè)控制電路連接的光電晶體管的電流通過負(fù)載電阻轉(zhuǎn)換為電壓，將其作為反饋電壓。

另一方面，振蕩電路用控制電路的基準(zhǔn)電源電壓Vreg經(jīng)由電阻R1對振蕩用電容器C2充電，用比較器CP2判定電容器C2的電壓達(dá)到了用電阻R2和R3分壓后的電壓，使晶體器Q2導(dǎo)通。晶體管Q2導(dǎo)通時，電容器C2的電荷被放電，同時晶體管Q2自身也斷開，觸發(fā)器（flip?flop）FF被設(shè)置，MOSFETQ1通過“或非”門NOR、驅(qū)動電路、電阻R7而導(dǎo)通。MOSFETQ1導(dǎo)通時，電流IQ1以由直流輸入電壓值與變壓器的電感值決定的斜度上升。將該電流檢測為分路電阻Rs的電壓，用比較器CP1檢測該電壓值達(dá)到了上述反饋電壓值（FB端子的電壓值），使觸發(fā)器FF復(fù)位。其結(jié)果是，MOSFETQ1斷開。通過反復(fù)進(jìn)行這樣的動作，直流輸出電壓被控制為固定值的恒定電壓。

在電阻R1和振蕩用電容器C2的連接點與輸出MOSFETQ1用的開關(guān)信號的OUT端子之間，連接由電阻R8、R9和電容器C3構(gòu)成的平均化電路。驅(qū)動MOSFETQ1用的開關(guān)信號的導(dǎo)通占空比（on-duty）根據(jù)連接在直流輸出端子（Po、No）的負(fù)載的大小而變化。即，負(fù)載輕（輕負(fù)載）時導(dǎo)通占空比小，負(fù)載大（重負(fù)載）時導(dǎo)通占空比大。其結(jié)果是，振蕩用電容器C2的充電時間在重負(fù)載時縮短，開關(guān)頻率升高。此外，在輕負(fù)載時電容器C2的充電時間延長，開關(guān)頻率降低。因為輕負(fù)載時使開關(guān)頻率降低，所以損失降低，裝置的轉(zhuǎn)換效率提高。此外，因為重負(fù)載時頻率上升，所以MOSFETQ1的電流IQ1的峰值電流被抑制，MOSFETQ1、變壓器T、二極管D1等使用部件能夠小型化。

作為了控制方式，說明了電流模式控制方式的現(xiàn)有例子，但開關(guān)電源的控制方式有電壓模式控制方式和電流模式控制方式兩種。圖7中表示PWM（脈寬調(diào)制）控制的區(qū)別。如圖7（a）所示，電流模式控制方式的PWM波形，因振蕩器的導(dǎo)通觸發(fā)信號而成為導(dǎo)通信號，用比較器CP3對將反饋電壓值（FB端子的電壓）用負(fù)載電阻等電平移位電路轉(zhuǎn)換后的電壓和將開關(guān)元件（MOSFET）中流動的峰值電流檢測值轉(zhuǎn)換為電壓后的電壓（IS端子的電壓）進(jìn)行比較，峰值電流檢測值能夠由達(dá)到反饋電壓值時斷開的結(jié)構(gòu)得到。此處，與IS端子連接的LEB（Leading?Edge?Braking），是用于在開關(guān)導(dǎo)通時為了不檢測IS端子的電壓中尖峰電壓而屏蔽微少時間的功能。

電壓模式控制方式是用比較器CP4對反饋電壓值（FB端子的電壓）與斜坡電壓振蕩器Osc的輸出電壓值進(jìn)行比較而得到的。作為振蕩器也可以使用三角波振蕩器等。詳情在專利文獻(xiàn)3中有說明，所以省略。

接著，圖8、圖9表示專利文獻(xiàn)2中周知的電壓模式控制方式的開關(guān)電源的現(xiàn)有例子。圖8是回掃式的主電路結(jié)構(gòu)，與作為直流電源的電容器Ci并聯(lián)連接包括變壓器T1的初級線圈P和作為半導(dǎo)體開關(guān)的MOSFETQ1的串聯(lián)電路，與變壓器T的次級線圈S并聯(lián)連接包括整流二極管D1和平滑電容器Co的整流平滑電路，平滑電容器Co的兩端與直流輸出端子Po（正極輸出端子）、No（負(fù)極輸出端子）連接。