开关电源电路的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种开关电源电路。
【背景技术】
[0002]在现有的开关电源电路中，存在具备有使交流输入电压的相位和交流输入电流的相位一致来使功率因数接近I的功率因数改善功能(所谓的PFC “power factorcorrect1n”功能)的开关电源电路。另外，在现有的开关电源电路中，存在具备周期地改变开关频率而实现低EMI (electro-magnetic interference:电磁干扰)的频率跳变功能(频谱扩展功能)的开关电源电路。
[0003]此外，作为与上述关联的现有技术的一个例子，可以列举本申请申请人的日本特开2012-182967号公报。
[0004]但是，如果在现有的开关电源电路中分别独立地实现功率因数改善功能和频率跳变功能这双方，则有可能使偶数次的高次谐波特性恶化。
【发明内容】
[0005]在本说明书中公开的发明的目的在于:鉴于由本申请的发明人发现的上述问题，提供一种不使高次谐波特性恶化并能够使功率因数改善功能和频率跳变功能兼顾的开关电源电路。
[0006]为了达到上述目的，在本说明书中公开的开关电源电路构成为具备:输出晶体管，其为了从整流交流输入电压所得的脉动电压生成希望的输出电压而进行接通或断开；振荡器，其以与上述交流输入电压或上述脉动电压同步地周期性变化的开关频率生成接通信号；控制器，其生成断开信号使得上述输出电压与目标值一致且功率因数接近I ;逻辑电路，其与上述接通信号和上述断开信号对应地生成开关控制信号；以及驱动器，其与上述开关控制信号对应地使上述输出晶体管接通或断开。
[0007]此外，根据以下接着的最优方式的详细说明、与其相关的附图，能够进一步了解本发明的其他特征、要素、步骤、优点、以及特性。
【附图说明】
[0008]图1是表示LED (光电二极管)照明设备的整体结构例的框图。
[0009]图2是表示开关电源电路的一个结构例的电路框图。
[0010]图3是表示振荡器的一个结构例的框图。
[0011]图4是表不振荡器的一个动作例的时序图。
[0012]图5是表示频率跳变动作的一个例子的时序图。
[0013]图6是用于说明高次谐波的产生机制的时序图。
[0014]图7是表不输入监视部的第一结构例的框图。
[0015]图8是表示交流电源频率和跳变频率的同步化动作的时序图。
[0016]图9是表示输入监视动作的问题点的时序图。
[0017]图10是表示输入监视部的第二结构例的框图。
[0018]图11是表示输入监视动作的改善点的时序图。
[0019]图12A是表示LED照明设备I的第一应用例的外观图。
[0020]图12B是表示LED照明设备I的第二应用例的外观图。
[0021]图12C是表示LED照明设备I的第三应用例的外观图。
【具体实施方式】
[0022]〈LED照明设备〉
[0023]图1是表示LED照明设备I的整体结构例的框图。本结构例的LED照明设备I具备LED电源模块10、LED模块20。
[0024]LED模块20例如是发出日光色(色温6700K)、中性白色(色温5000K)、白色(色温4200K)、暖白色(色温3500K)、或者炽白色(色温3000K)的光的LED照明设备I的光源。作为接受来自电源模块10的电力供给而发光的发光元件，LED模块20包括单一的LED元件、或者串联或并联连接的多个LED元件。但是，发光元件并不限于LED元件，也可以使用有机EL (electro-luminescence:电致发光)元件等。
[0025]LED电源模块20将来自商用交流电源2的交流输入电压Vin变换为直流输出电压Vout而供给到作为负载的LED模块10。将滤波器电路11、整流电路12、开关电源电路13、DC/DC变换器电路14安装在同一印刷布线基板上而构成LED电源模块20。
[0026]滤波器电路11设置在比开关电源电路13更靠前级(在本结构例子中，比整流电路12更靠前级)的位置，除去重叠在交流输入电压Vin中的噪声分量、电涌分量。滤波器电路11包括X电容、共模滤波器部、标准模式滤波器部、或者熔断元件等。
[0027]整流电路12对经由滤波器电路11输入的交流输入电压Vin进行全波整流或半波整流而生成脉动电压VI。整流电路12包括二极管电桥、平滑电容器等。
[0028]开关电源电路13根据脉动电压Vl生成希望的升压电压V2。如果将脉动电压Vl理解为交流电压，则可以说开关电源电路13是AC/DC变换器电路。此外，开关电源电路13具备使交流输入电压Vin的相位和交流输入电流Iin的相位一致而使功率因数接近I的功率因数改善功能、使开关频率Fsw周期地变化而实现低EMI的频率跳变功能(频谱扩展功能)这双方。将在后面详细说明开关电源电路13的结构和动作。
[0029]DC/DC变换器电路14设置地比开关电源电路13靠后级，从升压电压V2生成希望的直流输出电压Vout而供给到LED模块20。此外，在本结构例中，采用了个别独立地设置开关电源电路(具备功率因数改善功能的AC/DC变换器电路)13、DC/DC变换器电路14的双变换器方式，但也可以采用将两者集成为一个的单变换器方式。
[0030]<开关电源电路(PFC电路)>
[0031]图2是表示开关电源电路13的一个结构例的电路框图。本结构例的开关电源电路13包括开关控制IC100、与其外部连接的各种分立部件(输出晶体管N1、电阻Rl?R5、二极管Dl和D2、电容器Cl以及线圈LI)。
[0032]开关控制IC100是开关电源电路13的控制主体。作为用于确立与外部的电连接的单元，开关控制IC100具备外部端子101?104。
[0033]线圈LI的第一端与脉动电压Vl的输入端连接。线圈L2的第二端与输出晶体管NI的漏极和二极管Dl的阳极连接。二极管Dl的阴极与升压电压V2的输出端连接。输出晶体管NI的栅极与外部端子101 (栅极信号Gl的输出端子)连接。输出晶体管NI的源极经由电阻R3与接地连接。电阻R3作为通过对在输出晶体管NI为接通时流过的开关电流Isw进行电流/电压变换而生成检测电压Vcs ( = IswXR3)的检测电阻而发挥功能。输出晶体管NI和电阻R3的连接节点作为检测电压Vcs的输出端与外部端子102连接。电容Cl被连接在升压电压V2的输出端和接地端之间。电阻Rl和R2串联连接在升压电压V2的输出端和接地端之间。电阻Rl和R2作为生成与升压电压V2对应的反馈电压Vfb的反馈电压生成电路而发挥功能。电阻Rl和电阻R2的连接节点作为反馈电压Vfb的输出端与外部端子103连接。
[0034]这样连接的分立部件(输出晶体管N1、电阻Rl?R3、电容器Cl、以及线圈LI)作为升压型的开关输出级而发挥功能，其通过使输出晶体管NI接通/断开而驱动作为能量贮存元件的线圈LI，来使脉动电压Vl升高而生成希望的升压电压V2。
[0035]但是，开关输出级并不限于升压型，也可以是降压型、升降压型。另外，也可以将二极管Dl置换为同步整流晶体管。另外，也可以将开关输出级从非绝缘型变更为绝缘型。
[0036]二极管D2的阳极与脉动电压Vl的输入端连接。二极管D2的阴极与电阻R4的第一端连接。电阻R4的第二端和电阻R5的第一端都与外部端子104连接。电阻R5的第二端与接地端连接。这样连接的分立部件(二极管D2、以及电阻R4和R5)作为生成对脉动电压Vl分压所得的监视电压Vmon的监视电压生成电路而发挥功能。此外，也可以对交流输入电压Vin进行分压而生成监视电压Vmon。
[0037]<开关控制IC>
[0038]接着，参照图2说明开关控制IC的结构和动作。本结构例的开关控制IClOO是成为开关电源电路13的控制主体的半导体集成电路器件，包括振荡器110、RS触发器120、栅极驱动器130以及控制器140。此外，除了上述电路单元以外，开关控制IC100还可以适当地组合异常保护电路等。
[0039]振荡器110以与监视电压Vmon(进而，与交流输入电压Vin和脉动电压VI)同步地周期性变化的开关频率Fsw生成接通信号SI。将在后面详细说明振荡器110的结构和动作。
[0040]RS触发器120是与接通信号SI和断开信号S2对应地生成开关控制信号S3 (PWM(脉冲宽度调制)信号)的逻辑电路。具体地说，RS触发器120在接通信号SI的上升沿将开关控制信号S3置位为高电平，在断开信号SI的上升沿将开关控制信号S3复位为低电平。
[0041]栅极驱动器130通过与开关控制信号S3对应地生成栅极信号G1，而使输出晶体管NI接通/断开。更具体地说，栅极驱动器130在开关控制信号S3为高电平时将栅极信号Gl设为高电平而使输出晶体管NI接通，另一方面，在开关控制信号S3为低电平时将栅极信号Gl设为低电平而使输出晶体管NI断开。
[0042]控制器140生成断开信号S2使得在使升压电压V2与目标值一致的同时使功率因数接近I。更具体地说，控制器140 —边进行与监视电压Vmon和检测电压Vcs对应的功率因数改善控制，一边进行与反馈电压Vfb对应的输出反馈控制，由此进行输出晶体管NI的开关驱动。此外，对于控制器140的功率因数改善控制