专利名称：开关电源的制作方法
技术领域：
本发明涉及开关电源，它使用开关元件接通或断开流过感应线圈的电流，由此获得升压的DC(直流)输出。
设置在电视机等中的调谐电路使用了通过改变调谐电压来改变调谐频率的装置。该调谐电压通常为最大值略大于30伏的电压。因而该调谐电压不能由具有12伏工作电源的车载电视机中的工作电源产生。因此，在这种情况下提供升压电路以便获得略大于30伏的用于产生所述调谐电压的DC电压。图2示出先有技术的升压电路，它通常由已知的斩波式升压电路配置构成，即，按照振荡电路53的输出信号来执行开关操作的晶体三极管Q7设置在感应线圈L7的输出侧。振荡电路53的振荡由检测DC输出误差电压的误差检测电路54的输出信号控制，从而稳定DC输出电压(在下文中，该技术被称为第一先有技术)。
在未审查的日本实用新型No．Sho 62178619中提出了一种用于产生调谐电压的先有技术。图3是显示这种技术的方框图。将参考
这种技术。在该技术中，正电源+B通过用于电压降落的串联电阻R21输入到齐纳二极管D7，由此从齐纳二极管D7的负极获得产生调谐电压所需的DC输出。用于将电压限制到预定电压值的调谐电压限制电路51设置在齐纳二极管D7的负极和产生调谐电压的脉宽调制(PWM)电路52之间。当接收特殊频带时，提供给PWM电路52的DC输出电压被限制到预定的电压值；而当接收其他频带时，提供给PWM电路52的电压值等于齐纳二极管的负极电压(在下文中，该技术被称为第二先有技术)。
可是，按照第一先有技术，由于需要用于检测DC输出误差电压的误差检测电路54以便稳定DC输出电压，因而引起电路配置变复杂的问题。按照第二先有技术，使用串联电阻R21和齐纳二极管D7来稳定供给调谐电压限制电路51的电压。这样，由于需要两个元件来稳定电压，因此元件的数量增加。在这种情况下，由于串联电阻R21作为产生电压降的元件用于吸收电压变化，因而引起不能省去串联电阻的问题。
于是，鉴于先有技术的上述问题而产生了本发明，权利要求1叙述的本发明的目的是提供一种开关电源，该开关电源只需使用齐纳二极管而无需使用产生电压降的串联电阻就能稳定输出电压，其配置是使用开关元件产生不稳定电压并且使用齐纳二极管稳定该不稳定电压，以及产生不稳定电压的开关电路的内阻用作产生电压降的串联电阻、用于吸收电压变化，从而省去误差检测电路。
除上述目的外，本发明的另一个目的是提供一种开关电源，它能够以将磁耦合到感应线圈的辅助线圈的输出输入到开关元件来接通或断开开关元件的方式，简化用来接通或断开开关元件的部件的电路配置。
除上述目的外，本发明的又一个目的是提供一种开关电源，它能够通过提供τ型平滑电路来充分地减小DC输出的波纹成分。
除上述目的外，本发明的再一个目的是提供一种开关电源，它能够利用用于调谐电压发生电路的工作电源，简化用于产生调谐电压的部件的配置。
除上述目的外，本发明的又一个目的是提供一种开关电源，当从开关侧看时，它能够将耗散功率抑制到较低值。
为了达到上述目的，按照本发明的开关电源被应用于这样的开关电源它包括其一个端子连接到初级侧DC电源的感应线圈和连接到所述感应线圈另一端子的开关元件，其中，流过感应线圈的电流利用开关元件来接通或断开以便获得升压的DC输出，以及所述开关元件安排成进一步包括连接到感应线圈的所述另一端子的整流平滑电路和连接到整流平滑电路输出端的齐纳二极管，其中在感应线圈侧通过整流平滑电路看到的内阻作为产生齐纳二极管所需的电压降的串联电阻、用于吸收电压波动，从而稳定DC输出电压。
即，当DC输出电压减小时，齐纳二极管减小在感应线圈侧通过整流平滑电路看过去的内阻上产生的电压降，从而防止DC输出电压的下降。另外，当DC输出电压上升时，齐纳二极管增加在所述内阻上产生的电压降，从而防止DC输出电压的上升。
除上述配置外，所述开关电源安排成还包含磁耦合到感应线圈的辅助线圈，其中辅助线圈的输出输入到开关元件由此执行开关元件中的开关操作。即，感应线圈、辅助线圈和开关元件形成自激振荡的间歇振荡电路。
除上述配置外，所述开关电源以如下方式配置提供配备有τ型平滑电路的整流平滑电路。从而能更有效地去除波纹成分。
除上述配置外，所述开关电源以如下的方式配置所述DC输出输入到产生用于调谐电路的调谐电压的调谐电压发生电路。即，能够以简单的配置构成作为产生调谐电压的部件的组成元件的开关电源，其中误差检测电路和用于齐纳二极管的串联电阻被省去。
除上述的配置外，所述开关电源以如下的方式配置当DC输出端空载时，流过齐纳二极管的电流值被设置成小于流过调谐电压发生电路最大电流值的两倍；并且当流过调谐电压发生电路的电流最大时，流过齐纳二极管的电流值大于0。因而，即使预料到元件变化，也只有在DC输出能被稳定范围内的小电流流过齐纳二极管。
图1是示出调谐电压发生装置的电连接的电路图，所述调谐电压发生装置具有按照本发明实施例的开关电源。
图2是示出先有技术的电气配置的方框图。
图3是示出先有技术的电气配置的方框图。
将参考
本发明的最佳实施例。
图1是示出调谐电压发生装置的电连接的电路图，其中的调谐电压发生装置具有按照本发明实施例的开关电源，其配置主要分为开关电源1、调谐电压发生电路2、控制部分3和调谐电路4。
图中，开关电源1是使用按照本发明的配置的开关电源，它在没有使用误差检测电路的情况下产生电压略大于30伏的稳定DC输出22，后者是调谐电压发生电路2产生调谐电压时所需要的。调谐电压发生电路2是这样一种部件它被供于从开关电源1输出的DC输出22，然后产生其电压随控制部分3的输出而定的调谐电压23，并且向调谐电路4输出该调谐电压。
控制部分3是用于控制由调谐电路4接收的信道的一种部件，它控制由调谐电压发生电路2产生的调谐电压23的电压。另外，该控制部分控制由调谐电路4产生的本地振荡信号的频率。调谐电路4是这样一种单元它放大其频率由调谐电压23设置的信号，并且利用其频率与控制部分3的输出频率一致的本地振荡信号来转换所述放大信号的频率。还有，调谐电路向图中未示出的中频信号放大电路输出通过频率转换得到的中频信号。
下面将详细说明调谐电压发生电路2。电压略超过30伏的DC输出22通过电阻R4加到晶体三极管Q2的集电极。晶体三极管Q2的集电极通过电阻R5连接到积分电路8。控制部分3的输出端通过电阻R7连接到晶体三极管Q2的基极。晶体三极管Q2的发射极接地。这样，由晶体三极管Q2、电阻R4和R5组成的部件7作为按照如下方式工作的开关电路向积分电路8输出DC输出22的时间间隔与停止向积分电路8输出DC输出22的时间间隔之间的比值随控制部分3的输出而改变。以由电阻R6和电容C5与C4组成的τ型平滑电路的形式构成积分电路8。该积分电路对从开关电路7输出的脉冲形电压进行积分，由此产生作为设置调谐电路4的调谐频率的信号的调谐电压23。
调谐电压发生电路2按照上述方式配置。因而，为了降低调谐电压23而使晶体三极管Q2处于导通状态的时间间隔的比率变得越大，调谐电路电压发生电路2的耗散电流就变得越大。相反，为了提高调谐电压23而使晶体三极管Q2处于导通状态的时间比率变得越小，调谐电路电压发生电路2的耗散电流就变得越小。在调谐电路4接通的状态下，如此变化的耗散电流值最小为数百μA而最大约为1．5mA。
下面将更详细地说明开关电源1。5伏初级侧DC电源21连接到作为主要升压元件的感应线圈L1的一个端子。作为开关元件的晶体三极管Q1的集电极连接到感应线圈L1的另一个端子。磁耦合到感应线圈L1的辅助线圈L2的一个端子连接到初级侧DC电源21。辅助线圈L2的另一端子通过用于限制晶体三极管基极电流的电阻R1连接到晶体三极管Q1的基极。电阻R1与由电容C2和电阻R2形成的串联电路并联连接、以便提高开关速度。晶体三极管Q1的发射极接地。连接在初级侧DC电源21和地之间的电容C1用于减小从感应线圈L1侧看到的初级侧DC电源21的阻抗。
由二极管D1、电阻R3、电容C3和C4形成的部件6作为对响应晶体三极管Q1开关操作而在感应线圈L1另一端产生的电压进行整流平滑的整流平滑电路。为了提高波纹成分的去除率，整流和平滑电路6的平滑电路使用了由电阻R3和电容C3及C4形成的τ型平滑电路。电阻R3值设置为100Ω左右。
连接在整流和平滑电路6的输出端与地电平之间的齐纳二极管D2作为将从整流和平滑电路6输出的DC输出电压稳定在略大于30伏的元件。即，由于通过整流和平滑电路6看到的部件5的内阻作为产生齐纳二极管D2所需的用于吸收电压波动的电压降的串联电阻，由此稳定DC输出22的电压。
最好在二极管D1和电阻R3之间的点上施加大约5伏的交流电压。
按照上述方式配置开关电源1。调谐电压发生电路2的耗散电流变化范围从数百μA到1．5mA左右。这样，当无负载连接到DC输出22时，流过齐纳二极管D2的电流值被设置为大约两倍(3mA)于调谐电压发生电路2的最大耗散电流。因此，当调谐电压发生电路2的耗散电流从数百μA到1．5mA左右的范围变化时，流过齐纳二极管D2的电流值将在从3mA减小数百μA所获得的值与从3mA减小1．5mA所获得的值之间的范围内变化。结果，即使存在诸如感应线圈L1、晶体三极管Q2等各元件的变化，由于流过齐纳二极管D2的最小电流值变成大于0，因而DC输出22的电压总能得到稳定。
如上所述，构成τ型平滑电路的电阻R3约为100Ω，因此在电阻R3上的功率耗散小。该电阻的这种取值是为了使该电阻能作为去除波纹成分的τ型平滑电路的元件的电阻值。可是，由于流过该电阻的电流大约为3mA，其电压降小，使得电阻R3不起用于产生齐纳二极管D2所需的用于吸收电压波动的电压降的串联电阻的作用。
下面将说明如此配置的实施例的操作。
当电流流过感应线圈L1时，辅助线圈L2产生用于使晶体三极管Q2导通的电压。这样，由感应线圈L1、辅助线圈L2、电阻R1、R2和电容C2形成的部件5构成振荡在由这些元件的值确定的频率上的间歇振荡电路5。因此，如果没有齐纳二极管，则通过提升初级侧DC电源21的电压而产生的不稳定电压将出现在整流和平滑电路6的输出端。
相反，当从齐纳二极管D2侧通过整流和平滑电路6来看电感L1侧时，在间歇振荡电路5中有一个内阻。该内阻的值被设置成能够产生齐纳二极管所需用于吸收电压波动(通过改变电阻R1的值能容易地改变该内阻值)的电压降的电阻值(例如数千Ω)。因而，即使当调谐电压发生电路2的耗散电流改变时，齐纳二极管D2也会改变内阻引起的电压降(即，改变流过齐纳二极管的电流)，从而将DC输出22的电压稳定在略微大于30伏。
控制部分3与被接收信道频率相一致地设置调谐电路4的本地振荡频率。另外，控制部分3以对应于被接收信道频率的速率重复地使晶体三极管Q2导通和截止。这样，向调谐电压发生电路2提供略大于30伏的稳定的DC输出22，作为产生和输出其电压对应于被接收信道频率的调谐电压23的工作电源。因此，调谐电路4输出通过接收所接收信道的广播信号所得到的中频信号。
如上所述，整流和平滑电路6中的电阻R3是一个不作为从齐纳二极管D2看时的串联电阻的元件。因此，在向不需要十分抑制波纹成分的负载提供电流的情况下，既省去电阻R3又省去电容C4是可能的。
感应线圈L1和辅助线圈L2可以是彼此磁耦合的一对线圈。因此，感应线圈和辅助线圈可以是分开缠绕的线圈。另外，感应线圈和辅助线圈可以由单个线圈以如下方式构成在线圈的某部分提供一个抽头，从而形成从该抽头到线圈的一个端头的部分作为L1、而从抽头到线圈的另一端头的部分作为辅助线圈L2。
尽管给出的说明是关于开关电源1安排成向调谐电压发生电路2提供DC输出22的情况，但该开关电源也能应用于向其它任意负载提供DC输出的情况。
如上所述，按照本发明的开关电源应用于如下的配置使用开关元件来接通或断开流过感应线圈的电流以便获得升压的DC输出，并且所述开关元件安排成进一步包括连接到感应线圈另一端的整流平滑电路以及连接到整流平滑电路的输出端的齐纳二极管，其中在感应线圈侧通过整流平滑电路看到的内阻作为产生齐纳二极管所需的用于吸收电压波动的电压降的串联电阻，从而稳定DC输出电压。因而，当DC输出电压改变时，该变化被产生在由感应线圈侧通过整流平滑电路看到的内阻上的电压降的变化所吸收，因此有可能仅使用齐纳二极管而不使用省去误差检测电路的配置中的串联电阻来稳定输出电压。
另外，按照本发明的开关电源还包含磁耦合到感应线圈的辅助线圈，其中辅助线圈的输出被输入到开关元件，从而执行开关元件中的开关操作。这样，感应线圈、辅助线圈和开关元件形成执行自激振荡的间歇振荡电路。因此，简化用以执行开关元件的开关操作的部件的电路配置成为可能。
另外，按照本发明的开关电源按照如下方式配置所述整流平滑电路配备有τ型平滑电路。这样，由于可以更有效地去除波纹成分，所以有效减小DC输出的波纹成分成为可能。
另外，按照本发明的开关电源按照如下的方式配置DC输出端被输入到产生供给调谐电路的调谐电压的调谐电压发生电路。这样，可以用简单的配置提供作为产生调谐电压的部件的组成元件的开关电源，其中误差检测电路和用于齐纳二极管的串联电阻被省去，使得简化产生调谐电压的部件的配置成为可能。
另外，按照本发明的开关电源按照如下的方式配置当DC输出端空载时，流过齐纳二极管的电流被设置为小于流过调谐电压发生电路最大电流值的两倍；并且当流过调谐电压发生电路的电流最大时，流过齐纳二极管的电流被设置为大于0。因此，即使预料到元件变化，也仅有能够稳定DC输出的范围内的小电流流过齐纳二极管，使得有可能将从开关侧看到的耗散功率抑制到小的值。
权利要求
1．一种开关电源，它包括感应线圈，其一个端子连接到初级侧DC(直流)电源，开关元件，它连接到所述感应线圈的另一个端子，整流平滑电路，它连接到所述感应线圈的所述另一端子，以及齐纳二极管，它连接到所述整流平滑电路的输出端，其中利用所述开关元件接通或断开流过所述感应线圈的电流，以便获得升压的DC输出，以及通过所述整流平滑电路看到的所述感应线圈侧内阻用作串联电阻，后者用以产生所述齐纳二极管吸收电压波动以便稳定DC输出电压所需的电压降。
2．按照权利要求1的开关电源，其特征在于还包括辅助线圈，它磁耦合到所述感应线圈，其中所述辅助线圈的输出被输入到所述开关元件、以便执行所述开关元件中的开关操作。
3．按照权利要求1的开关电源，其特征在于所述整流平滑电路包括τ型平滑电路。
4．按照权利要求1的开关电源，其特征在于所述DC输出被输入到用于产生向调谐电路提供调谐电压的调谐电压发生电路。
5．按照权利要求4的开关电源，其特征在于当所述DC输出负载空载时，流过所述齐纳二极管的电流值被设置为小于流过所述调谐电压发生电路的最大电流值的两倍，并且当流过所述调谐电压发生电路的电流最大时，流过所述齐纳二极管的电流值被设置为大于0。
6．按照权利要求3的开关电源，其特征在于所述整流平滑电路还包含电阻。
7．按照权利要求6的开关电源，其特征在于所述电阻引起5伏左右的交流电压。
全文摘要
开关电源包括连接到感应线圈L1的整流平滑电路6以及连接到整流平滑电路6的输出端的齐纳二极管D2。通过整流平滑电路6看到的感应线圈L1侧的内阻用作产生齐纳二极管吸收电压波动所需的电压降的串联电阻,从而稳定直流(DC)输出22的电压。
文档编号H03J5/24GK1282146SQ0012227
公开日2001年1月31日 申请日期2000年7月27日 优先权日1999年7月27日
发明者樋口善男 申请人:船井电机株式会社