开关电源装置以及可调节电源系统的制作方法

专利名称：开关电源装置以及可调节电源系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种开关(switching)电源装置以及具备该开关电源装置的可调节电源系统(system)，所述开关电源装置输入经相位控制的交流电压而工作，并通过输出来对负载进行赋能而使该负载工作。
背景技术：
双线式相位控制调光器是构成为，利用三端双向可控硅开关(triac)来对交流电压进行相位控制，主要用于灯(lamp)调光等。该调光器是将白炽灯泡设想为负载而设计，且构成为，当使三端双向可控硅开关导通时，通过与作为负载的白炽灯泡的灯丝 (filament)串联连接而动作的相位控制电路来决定三端双向可控硅开关的导通相位。但是，该调光器已得到广泛普及，因此较为理想的是，除了白炽灯泡以外，该调光器还能够用于代替使用的灯泡型发光二极管(Light Emitting Diode,LED)灯或灯泡型荧光灯的调光。 这些灯内置有以直流斩波器(chopper)或逆变器(inverter)之类的开关电源为主体的点灯电路，基于此关系，这些灯会呈现与白炽灯泡不同的阻抗(impedance)。然而，上述调光器是根据输入电压值来决定三端双向可控硅开关的导通相位，因此，当灯泡型LED灯或灯泡型荧光灯串联连接于调光器时，会受到他们的阻抗的影响。为了使调光器正常动作，在决定调光相位角时，必须使串联连接于相位控制电路的灯泡型LED 灯或灯泡型荧光灯等的负载的阻抗稳定且低。另外，所谓负载阻抗低，是指上述调光器的相位控制电路进行动作时的电路电流少，因此，只要负载阻抗低到一定程度(数百Ω左右)， 基本上就不会有问题。与此相对，如果负载阻抗发生变动或为高阻抗，则无法确保调光器的相位控制电路所需的电路电流，因此无法以所需的相位来使电源导通。其结果，会产生亮度的闪烁或不亮等的问题。而且，上述调光器在断开相位期间内，内置于其中的三端双向可控硅开关为断开， 因此，负载电流不会流动。此时，负载中内置的开关电源通常成为高阻抗。但是，在内置的点灯电路上，连接有噪声防止电路或平滑电容器(condenser)，因此，如果直接连接于上述调光器，则阻抗将不稳定，因此会产生问题。进而，在上述调光器的相位控制启动时，如果负载中内置的开关电源未与此呼应地快速启动，则三端双向可控硅开关有时会反复进行这样的导通断开动作即间歇电震 (chattering)，即三端双向可控硅开关无法保持导通状态，因而会断开，且再次导通后又断开。为了避免上述问题，可以实施追加切换电路等的对策来使动作变得稳定，所述切换电路在上述调光器的三端双向可控硅开关断开的相位，使负载的阻抗降低。而且，也可以将包含电阻的虚设(dummy)负载并联连接于灯泡型LED灯或灯泡型荧光灯等的输入侧。进而，也可以对启动电路进行设计，以使开关电源的启动能够快速进行。现有技术文献专利文献
专利文献1日本专利第4370794号公报但是，上述的背景技术中，用于使用双线式控制调光器之类的相位控制型调光器来使灯泡型LED灯或灯泡型荧光灯等的灯变得可调光的电路结构均会复杂化。

发明内容
本发明的目的在于提供一种开关电源装置以及具备此开关电源装置的可调节电源系统，所述开关电源装置为了使用相位控制电路来使负载变得可调整而无须附设特别的电路，从而电路结构得以简化。根据本发明的实施方式，开关电源装置具备输入端、整流机构、开关动作转换电路、断开驱动机构以及输出端。输入端被施加经相位控制电路进行了相位控制的相位控制交流电压。整流机构对相位控制交流电压进行整流并转换为直流输入电压。该开关动作转换电路具备常通(normally on)型开关元件以及在有规定的电流流经时使常通型开关元件断开的断开驱动机构，对直流输入电压进行转换并产生输出，使用该输出来对负载进行赋能而使该负载工作。(发明的效果)本发明对于开关动作转换电路的开关元件使用常通型开关元件，由此，当被施加相位控制电压时，通过导通状态的开关元件来使输入电流流动，从而使开关动作转换电路启动，因此，比相位控制元件的自保持电流大的输入电流流动而相位控制电路正常工作，相位控制元件以所需的相位而确实地导通，因此能够提供一种无须附设用于使相位控制元件导通的特别电路而电路结构得以简化的开关电源装置以及具备此开关电源装置的可调节电源系统。


图1是本发明的开关电源装置的第1实施方式以及可调节电源系统的一实施方式的电路方块图。图2是本发明的开关电源装置的第1实施方式的相位控制电路的电路图。图3是本发明的开关电源装置的第2实施方式的主要部分的电路图。图4是本发明的开关电源装置的第3实施方式的主要部分的电路图。图5是本发明的开关电源装置的第4实施方式的主要部分的电路图。图6是表示本发明的开关电源装置的第4实施方式的开关元件的电流· ·电压特性的图表。图7是本发明的开关电源装置的第5实施方式的主要部分的电路图。图8是本发明的开关电源装置的第6实施方式的主要部分的电路图。符号的说明A 第1电路AC:交流电源B 第2电路Cl:输出电容器C2 耦合电容器
C3 高频旁通电容器C4、C5、C11 电容器D1、D11、D12 二极管D2 过电压保护二极管DIAC 二端交流开关元件DW:驱动线圈El 控制电压⑶栅极电路Ll 电感器LS 负载0D、0D11、0D12 断开驱动机构P⑶相位控制电路PS:移相电路Ql 常通型开关元件Q11、Q12:开关元件R1、R2、R3、R4 电阻器Rll 可变电阻器Rec 整流机构SC:开关动作转换电路SRA:开关电源装置TRIAC 三端双向可控硅开关t01、t02:端子tl、t2:输入端t3、t4:输出端子t5、t6:输入端子t738:输出端VD:分压电路
具体实施例方式开关电源装置的第1实施方式在第1实施方式中，如图1所示，开关电源装置SRA具备输入端tl、输入端t2、整流机构Rec、开关动作转换电路SC以及输出端t7、输出端伪，且使负载LS工作。输入端tl、输入端t2经由相位控制电路P⑶而连接于交流电源AC。如图2所示， 相位控制电路PCD为插入从交流电源AC延伸的一对线路中的其中一条线路的双线式。并且，该相位控制电路P⑶是具备端子t01、端子t02、三端双向可控硅开关TRIAC以及移相电路PS而构成。三端双向可控硅开关TRIAC连接于端子tOl、端子t02间。另外，三端双向可控硅开关TRIAC是如下所述的三端双向可控硅元件(thyristor)，即，无论是朝向顺向或逆向的哪个方向流动的电流，均能够利用一个栅极(gate)电极来以相同的方式进行控制而进行开关。移相电路PS是用于使三端双向可控硅开关TRIAC以电源电压的所需相位而导通的电路。并且，所述移相电路PS是以可变时间常数电路为主体而构成。即，如图2所示，在端子tOl、端子t02间连接着可变电阻器Rll以及电容器Cll所形成的串联电路。通过使可变电阻器Rll的电阻发生变化，从而能够从可变电阻器Rll以及电容器Cll的连接点导出移相输出。移相输出经由触发器(trigger)用的二端交流开关元件(diode AC switch) DIAC而对三端双向可控硅开关TRIAC的栅极供给栅极电流。当供给规定的栅极电流时，三端双向可控硅开关TRIAC导通。并且，如果在导通时自保持电流流动，则在交流电压的半周期(cycle)内持续导通状态。另外，可以根据所需而将噪声防止电容器并联连接于三端双向可控硅开关TRIAC。 而且，可以将噪声防止用的电感器(inductor)串联连接于三端双向可控硅开关TRIAC。如此，上述噪声防止电容器以及噪声防止用的电感器构成噪声防止电路NS。再次返回图1继续说明。整流机构Rec将施加至开关电源装置SRA的输入端tl、 输入端t2间的相位控制交流电压转换为直流输入电压，并施加至后述的开关动作转换电路SC的输入端子t5、输入端子t6间。整流机构Rec只要以上述方式发挥功能，则其具体结构并无特别限定。例如，可以如图所示般使用电桥(bridge)型全波整流电路。而且，允许整流机构Rec根据所需而具备平滑化电路。在本实施方式中，开关动作转换电路SC是为了对由输入电力获得所期望的输出电力的电力转换装置的电力进行转换· 调整而使用开关元件Ql以及开关元件Ql的断开驱动机构OD所构成的转换机构，其输出形态可以是直流以及交流中的任一种。而且，开关动作转换电路SC的动作可以是自激以及他激中的任一种。因此，在本实施方式中，开关电源装置SRA的概念不仅包括包含将直流电力转换为其他的直流电力的直流-直流(Direct Current-Direct Current，DC-DC)变换器 (converter)以及将交流电力转换为固定的直流电力的整流机构Rec的开关电源装置，还包括包含直流-交流(Direct Current-Alternating Current, DC-AC)变换器即逆变器以及整流机构Rec的开关电源装置。而且，作为DC-DC变换器，包括开关控制方式以及反激变换器(flyback converter)以及正激变换器(forward converter)等。开关控制方式是所谓的直流斩波器(chopper)，包括降压型、升压型以及升降压型等。而且，在本实施方式中， 开关电源装置SRA也可以是例如后文所述的电路结构，即，采用将整流机构Rec以及开关动作转换电路SC复合化而成的电路。图1所示的形态中，开关动作转换电路SC为开关控制方式，具备输入端子t5、输入端子t6、常通型开关元件Q1、断开驱动机构0D、电感器Ll以及驱动线圈DW等。并且，该开关动作转换电路SC的输出被供给至开关电源装置SRA的输出端t7、输出端伪间。输入端子t5、输入端子t6连接于整流机构Rec的直流输出端子t3、直流输出端子 t4，对其施加与经相位控制的交流电压相应的直流输入电压。常通型开关元件Ql为常断的开关元件，优选可以使用宽带隙半导体开关元件，该宽带隙半导体开关元件是使用宽带隙(wide band gap)半导体的开关元件。但是，在本实施方式中，宽带隙半导体的具体物质并无特别限定。例如，只要是以SiC(碳化硅)、GaN(氮化镓)以及金刚石(diamond)之类的具有宽带隙的半导体(宽带隙半导体)为主体的开关元件即可。在图示的实施方式中，宽带隙半导体开关元件采用包含以GaN为主体而构成的 GaN-HEMT的开关元件Ql。宽带隙半导体开关元件Ql具有下述特征，即，通过使该宽带隙半导体开关元件Ql 以MHz区域，例如以IOMHz以上的频率来进行开关，从而使得电路得以显著小型化，并且使导通电阻小，因此开关损失显著降低。另外，在开关元件Ql为常通型的情况下，通过将其控制端子(栅极)电位相对于主端子(源极(source))电位而设为负电压，从而能够使该开关元件Ql断开。断开驱动机构OD是当流经常通型开关元件Ql的电流达到规定值时使该常通型开关元件Ql断开的机构。例如，可以使用恒电流机构以及电流检测型响应电路等来构成该断开驱动机构OD。恒电流机构是具有恒电流特性的电路机构，例如可以采用使用恒电流二极管、接合型场效应晶体管(Field Effect Transistor, FET)、三端子调节器(regulator)以及晶体管(transistor)的各种恒电流电路等。另外，作为使用晶体管的恒电流电路，允许为使用一管或两管晶体管的已知的恒电流电路。而且，可以使用接合型FET的一种即常通型或常断型的宽带隙半导体开关元件例如GaN-HEMT来作为恒电流机构。宽带隙开关元件在MHz 区域，例如IOMHz以上的高频的开关特性优异，因此适合于进行高速开关。而且，当该断开驱动机构OD包含恒电流机构时，例如，如后述的第2实施方式所示，在常通型开关元件Ql的导通时有电流流经电感器Ll的第1电路A中，该断开驱动机构 OD与常通型开关元件Ql串联连接。而且，上述断开驱动机构OD也串联连接于包含驱动上述开关元件Ql的驱动线圈DW的上述开关元件Ql的驱动电路中。通过具备这些结构，当流经断开驱动机构OD的增加电流到达预先设定的恒电流值，且欲进一步增加时，断开驱动机构OD的电压将急遽上升，因此，此时可以通过断开驱动机构OD产生的电压上升，而使装入上述开关元件Ql的驱动电路中的主端子(源极)的电位相对于控制端子(栅极)的电位而相对提高。其结果，由于控制端子的电位低于上述开关元件Ql的阈值，因此能够使上述开关元件Ql断开。通过使上述开关元件Ql为常通型且阈值为负，该电路动作将变得更加容易且确实。当该断开驱动机构OD包含电流检测型响应电路时，该断开驱动机构OD的电路结构将以电流检测器、比较器(comparator)以及开关为主构成元件。电流检测器包含串联连接于常通型开关元件Ql的一对主端子(源极)的电阻器。比较器包含运算放大器 (operational amplifier)，该运算放大器将电流检测器的电压输入至反转输入端子，并将表示规定电流值的基准电位源连接于非反转输入端子。开关例如包含晶体管，该晶体管的集电极(collector)连接于常通型开关元件Ql的控制端子(栅极)，发射极(emitter)经由灯LS而连接于上述开关元件Ql的主端子(源极)，且在基极(base)上连接有比较器的输出端子。如此，当流经电流检测器的增加电流超过规定值时，比较器产生输出，开关导通。 其结果，常通型开关元件Ql的控制端子(栅极)的电位与上述开关元件Ql的主端子(源极)的电位相比为负，因此上述开关元件Ql断开。电感器Ll在上述开关元件Ql导通而有增加电流流经于此时，将电磁能量蓄积至内部，在上述开关元件Ql断开时放出电磁能量，而从电感器Ll流出一种减少电流。但是， 允许取代电感器Ll而使用具有所要的电感(inductance)的变压器(transformer)。此形态适合于构成反激变换器或正激变换器的情况。驱动线圈DW磁耦合于电感器Li，该驱动线圈DW的感应电压直接地或经由例如负载LS而间接地施加于常通型开关元件Ql的控制端子(栅极)以及主端子(源极)间。因此，上述开关元件Ql在驱动线圈DW的感应电压为低于主端子(源极)的电位的负电位时断开，且在驱动线圈DW的感应电压为主端子(源极)的电位以上的正电位时导通。输出端t7、输出端伪是被供给有开关电源装置SRA的输出的端部，因此，负载LS 例如LED之类的灯连接于该输出端t7、输出端伪。并且，负载LS由开关电源装置SRA的输出进行赋能而工作(点灯)。其次，对以上说明的第1实施方式中的电路动作进行说明。当将开关电源装置SRA的输入端tl、输入端t2经由相位控制电路P⑶而连接于交流电源AC时，相位控制交流电压被施加至整流机构Rec。相位控制交流电压经整流机构 Rec整流，并从该输出端子t3、输出端子t4输出与上述交流电压的实效值相应的直流输入电压。该直流输入电压被施加至开关动作转换电路SC的输入端子t5、输入端子t6。另一方面，由于常通型开关元件Ql始终导通，因此能够使微弱的电流流经上述相位控制电路PCD。 其结果，在相位控制电路PCD中，其移相电路PS上升而开始移相动作，因此三端双向可控硅开关TRIAC以规定相位而导通。并且，相位控制交流电压从开关电源装置SRA的输入端tl、 输入端t2间被施加至整流机构Rec，将相当于相位控制交流电压的直流输入电压施加至开关动作转换电路SC的输入端子t5、输入端子t6间。当施加直流输入电压时，开关元件Ql 始终导通，因此充分的输入电流通过开关元件Ql而流动，从而使开关动作转换电路SC启动。其结果，经开关动作转换电路SC转换的输出被供给至输出端t7、输出端伪间，因此，连接于上述输出端t7、输出端伪间的负载LS受到赋能而开始工作。可调节电源系统的一实施方式在图1中，可调节电源系统具备相位控制电路PCD、以上说明的开关电源装置SRA、 以及负载LS而构成。相位控制电路PCD为图2所示的结构，其将相位控制元件例如三端双向可控硅开关TRIAC以及移相电路PS作为主构成元件，且以介隔在交流电源AC与开关电源装置SRA 之间的方式而串联连接着。另外，对于相位控制元件，可以使用三端双向可控硅开关或逆并联连接的一对可控硅元件等。如此，当接通交流电源AC时，移相电路PS经由作为负载的开关电源装置SRA而连接于交流电源AC，由于开关电源装置SRA的常通型开关元件Ql为导通，因此移相电路PS快速开始动作。通过操作上述可变电阻器Rll来使移相电路PS的电阻值发生变化，从而移相角发生变化，因此相位控制元件的导通开始相位将对应于该移相角而发生变化，因而使交流电压经相位控制后供给至负载LS的电力变得可调节(例如调光)。开关电源装置SRA为上述的第1实施方式，但当然也可以是后述的各实施方式。允许负载LS为多种负载。开关电源装置的第2实施方式第2实施方式如图3所示，开关动作转换电路SC包含降压斩波器。另外，对于与图 1相同的部分标注相同符号。在图中，输入端子t5、常通型开关元件Q1、断开驱动机构0D、 输出电容器Cl、电感器Ll以及输入端子t6的串联电路形成第1电路A。输入端子t5、输入端子t6连接于图1中的整流机构Rec的输出端子t3、输出端子t4。常通型开关元件Ql 包含GaN-HEMT。该断开驱动机构OD是与开关元件Ql同样地包含GaN-HEMT的恒电流机构。 并且，在断开驱动机构OD即恒电流机构的控制端子(栅极)与输出端伪之间，连接有调整恒电流值的控制电压E1。而且，从输出电容器Cl的两端分别导出输出端t7、输出端伪。而且，电感器Li、二极管D1、输出电容器Cl以及电感器Ll的闭电路形成第2电路 B。另外，二极管Dl包含GaN。而且，二极管Dl也可以是同步整流器。当使用同步整流器时，能够与开关元件Ql以及断开驱动机构OD —并使用包含宽能带半导体的开关元件。进而，磁耦合于电感器Ll的驱动线圈DW在图中的左端经由耦合电容器C2而连接于常通型开关元件Ql的控制端子(栅极)，图中的右端连接于电感器Ll与输出电容器Cl 的连接点即输出端t8。另外，在图中，符号D2是经由断开驱动机构OD而连接于上述开关元件Ql的控制端子(栅极)与主端子(源极)之间的过电压保护二极管。而且，符号C3是连接于输入端子t5、输入端子t6间的高频旁通(bypass)电容器。其次，对第2实施方式中的电路动作进行说明。当未图示的整流机构将直流输入电压施加至输入端子t5、输入端子t6间时，由于开关动作转换电路SC的常通型开关元件Ql始终导通，因此从整流机构经由上述开关元件Q1、该断开驱动机构OD的恒电流机构以及插入至整流机构的输入侧的未图示的相位控制电路而在第1电路A内流动的电流为微弱，如果根据图2来进行说明，则流有足以让相位控制电路PCD的移相电路PS工作的电流，作为触发器元件的二端交流开关元件DIAC以移相电路PS中设定的规定移相而导通，其结果，作为相位控制元件的三端双向可控硅开关 TRIAC导通。由此，相位控制电路PCD输出相位控制交流电压，因此，整流机构从其输出端子输出与相位控制交流电压相应的直流输入电压。当该直流输入电压被施加至开关动作转换电路SC的输入端子t5、输入端子t6时，开关元件Ql使输入电流流动而开关动作转换电路SC 启动。并且，一种增加电流在包含输入端子t5、常通型开关元件Q1、断开驱动机构0D、输出电容器Cl、电感器Ll以及输入端子t6的第1电路A内流动，在电感器Ll内蓄积电磁能量。 并且，当该增加电流达到断开驱动机构OD的预先设定的规定电流值时，电流的增加倾向停止而保持为恒电流。当该增加电流达到断开驱动机构OD的恒电流值时，流经电感器Ll的电流欲进一步增加，因此该断开驱动机构OD的电压变大为脉冲(pulse)状。并且，伴随于此，上述开关元件Ql的主端子(源极)电位变得比控制端子(栅极)的电位高，其结果，控制端子(栅极)相对明确地变为负电位，因此该开关元件Ql断开。因此，流入电感器Ll的增加电流由于上述开关元件Ql的断开而被阻断。在上述开关元件Ql断开的同时，蓄积在电感器Ll中的电磁能量开始放出，一种减少电流流出至第2电路B。另外，在该减少电流流动的期间，电感器Ll的电压极性反转而变为负极性，在驱动线圈DW中感应出使上述开关元件Ql的控制端子变为负电位的电压，负电压经由断开驱动机构OD而施加至上述开关元件Ql的控制端子(栅极)· ·主端子(源极)间，因此上述开关元件Ql维持为断开状态。当流经第2电路B的减少电流变为0时，不再感应出施加至上述开关元件Ql的控制端子(栅极)的负电压，与此同时，因反电动势而在驱动线圈DW中感应出使控制端子(栅极)变为正极性的电压，因此上述开关元件Ql再次导通，以后反复进行与上述同样的电路动作。由以上的电路动作可明确的是，开关动作转换电路SC进行降压斩波器动作，增加电流与减少电流交替流动的输出电流流经连接于开关电源装置SRA的输出端t7、输出端伪间的负载LS，负载LS利用这些直流成分来工作，输出电容器Cl使输出中的高频成分旁通 (bypass) 0开关电源装置的第3实施方式第3实施方式如图4所示，开关动作转换电路SC包含升压斩波器。另外，对于与图3相同的部分标注相同符号。本实施方式在与图3所示的第2实施方式的对比中，第1 电路A以及第2电路B的结构不同。S卩，第1电路A包含输入端子t5、电感器Ll、常通型开关元件Ql、断开驱动机构OD以及输入端子t6的串联电路。第2电路B包含电感器Li、二极管D1、输出电容器Cl以及输入端子t6的串联电路。其他的结构与第2实施方式相同。其次，对第3实施方式的电路动作进行简单说明。当从未图示的整流机构将直流输入电压施加至输入端子t6、输入端子t7间时，由于常通型开关元件Ql始终导通，因此与最初在第1实施方式以及第2实施方式中说明的大致同样地，相位控制电路PCD开始动作。并且，由于相位控制交流电压是经整流机构转换为直流输入电压后而施加，因此一种增加电流将在开关动作转换电路SC的第1电路A内流动。上述开关元件Ql的导通状态由于驱动线圈DW的感应电压对上述开关元件Ql的控制端子(栅极)施加正向偏压，因而得以维持。并且，当该增加电流达到断开驱动机构OD的恒电流值时，该断开驱动机构OD的压降将急遽增大，因此上述开关元件Ql的控制端子(栅极)的电位相对于另一个主端子(源极)的电位而变为负，上述开关元件Ql断开。当上述开关元件Ql断开时，蓄积在电感器Ll中的电磁能量放出而减少电流在第2 电路B 1内流动。当该减少电流流动时，负载LS受到赋能而点灯。在该减少电流流动的期间，在驱动线圈DW中感应出相对于上述为反极性的电压，因此上述开关元件Ql被维持为断开状态。当减少电流变为0时，上述开关元件Ql的控制端子(栅极)的反向偏压将消失， 因此上述开关元件Ql再次导通而反复进行以上的动作。在以上说明的第3实施方式中，通过升压而获得比输入电压高的输出电压。开关电源装置的第4实施方式第4实施方式为图5所示的电路结构，开关动作转换电路SC与第2实施方式中的开关动作转换电路同样地包含降压斩波器，但将保护电路构成为，当输出电流欲超过预定的最大电流时停止动作。而且构成为，当开关电源装置SRA经由相位控制电路而连接于交流电源时，在接通交流电源的同时，使相位控制电路的相位控制元件的自保持电流以上的输入电流流动。另外，对于与图3相同的部分标注相同符号。在第4实施方式中，与第2实施方式以及第3实施方式相同之处在于，该断开驱动机构OD使施加至控制端子(栅极)的电压发生变化，从而将与该开关元件Ql同样的开关元件的恒电流特性设定为所需特性，但如图5所示，该断开驱动机构OD的栅极电路GD包含分压电路VD及电容器C4。分压电路VD将电阻器Rl、电阻器R2的串联电路并联连接于二极管D1。而且，电容器C4并联连接于电阻器R2。在此结构的栅极电路中，电阻器R2的电压经电容器C4平滑化后，被施加至该断开驱动机构OD的控制端子(栅极)· ·主端子(源极)间。通过将分压电压的设定予以适当化，从而满足上述的动作要件。构成如下所述的保护电流，S卩，在接通交流电源的同时，使相位控制元件的自保持电流以上的输入电流流动，而当欲超过预定的最大电流时，停止开关动作转换电路SC的动作。该保护电路通过下述方式而构成，即，通过预先调整分压电路VD的分压输出，从而将施加至断开驱动机构OD的栅极的电压设为相对于自保持电流以上的电流为导通状态的值， 并且，将开关元件Ql的导通、断开的阈值预先调整为与预定的最大电流一致。即，只要以满足不等式Vth^!l) > VGS (Ql)-VQ2的方式来设定该断开驱动机构OD 的电压即可。此处，VthOil)为开关元件Ql的阈值，VGS(Ql)为开关元件Ql的栅极· 源极间电压，VQ2为断开机构OD的导通电压。另外，VQ2如图6所示，是断开机构OD的电压· 电流特性的导通区域中的导通电阻RON与最大电流IMAX之积即导通电压。在导通区域中，电压与电流成比例关系，导通电阻RON是电压· ·电流特性曲线中的导通区域的斜率。上述导通电压VQ2可以通过对栅极电路GD中的分压电路VD的分压输出进行调整而视所需来选择。其次，对电路动作进行说明。在本实施方式中，当接通省略了图示的交流电源而将直流输入电压施加至输入端子t5、输入端子t6间时，省略了图示的相位控制电路的相位控制元件的自保持电流以上的电流流出至开关元件Q1，从而开关电源装置SRA启动。如果在开关电源装置SRA的动作过程中因某些理由导致流经开关元件Ql的电流增大，则断开机构 OD的导通电压VQ2将伴随于此而增加，因此，当达到最大电流时，开关元件Ql的栅极· ·源极间电压低于阈值，上述不等式成立。其结果，开关元件Ql断开。因此，该开关动作转换电路SC停止动作，因此得以实现安全。开关电源装置的第5实施方式第5实施方式为图7所示的电路结构，开关动作转换电路SC与第3实施方式中的开关动作转换电路同样包含升压斩波器，但不同之处在于，断开驱动机构OD包含常断型开关元件。另外，对于与图4相同的部分标注相同符号。断开驱动机构OD的栅极电路GD是在栅极与源极之间串联连接电阻器R3以及电阻器R4，且将电容器C5并联连接于该串联电路而构成。在本实施方式中，在栅极电路⑶上连接着平滑电容器C5，因此即使在构成断开驱动机构OD的常断型开关元件的栅极· ·源极间产生电压休止区间，也能够借助电容器C5 的平滑作用来保持栅极电压，因此能够阻止该断开驱动机构OD断开。而且，该断开驱动机构OD控制直流电流，因此可以将相对较大电容的电容器用于驱动电路中。因此，能够将断开驱动机构OD维持为低阻抗。因此，对于该断开驱动机构0D， 可以采用常断型开关元件。与此相对，开关元件Ql由于要进行高速开关，因此无法使用相对较大容量的电容器。开关电源装置的第6实施方式第6实施方式为图8所示的电路结构，开关动作转换电路SC的一对二极管Dll以及二极管D12兼有整流机构的作用。另外，对于与图1相同的部分标注相同符号并省略说明。即，一对二极管D11、二极管D12以及开关元件与断开驱动机构的一对串联电路形成电桥电路，在开关元件Qll以及二极管Dll的连接点与二极管D12以及开关元件Q12的连接点之间，如图所示般连接着交流电源AC、相位控制电路PCD以及电感器Ll的串联电路。而且，在二极管Dll以及二极管D12的连接点与断开驱动机构ODll以及断开驱动机构0D12 的连接点之间，并联连接着输出电容器Cl以及负载LS。如此，在本实施方式中，在交流电压的输入端tl侧成为正极的半周期内，电感器 Li、开关元件Q12、断开驱动机构0D12以及二极管Dll进行升压动作，而在成为负的半周期内，电感器Li、开关元件Ql 1、断开驱动机构ODll以及二极管D12进行升压动作，从而利用经开关动作转换电路SC转换后的直流电流来对连接于输出端t7、输出端伪间的负载LS进行赋能而使该负载LS工作。其他的动作与第1实施方式中的动作相同。因此，即使将本发明的以上说明的各实施方式中的开关电源装置SRA的整流机构 Rec以及开关动作转换电路设为复合电路，也能起到所期望的效果。因此，可以理解的是，无须使整流机构Rec以及开关动作转换电路具备分别另设的电路而构成，而且并不具有特别技术含义。开关电源装置的第7实施方式第7实施方式省略了图示，但在以上说明的各实施方式中，开关电源装置SRA具备负载状态检测机构，对无负载或负载异常进行检测；以及控制机构，当负载状态检测机构检测出无负载或负载异常时，停止该开关电源装置SRA的动作或者降低输出。并且，控制机构是构成为，在该开关电源装置SRA的动作停止后，将保护动作保持规定时间，随后对停止状态进行重置(reset)而恢复为最初的状态。从保护动作开始到重置为止的时间优选设为交流电源电压的至少半周期以上。但是，也可以采用下述结构，即，根据所需而在交流电源接通过程中保持着保护状态。如此，在本实施方式中，能够在负载的状态为异常时实现安全。而且，只要异常状态解除，就能够自动进行重启，而且，一旦开放交流电源后再接通时，也能够进行重置。
权利要求
1.一种开关电源装置，其特征在于包括输入端，被施加经相位控制电路进行了相位控制的相位控制交流电压；整流机构，对施加于输入端的相位控制交流电压进行整流并转换为直流输入电压；开关动作转换电路，包括常通型开关元件以及开关元件的断开驱动机构，当施加有经整流机构整流的直流输入电压时，通过导通状态的开关元件来使输入电流流动而启动，并且当流经开关元件的电流达到规定值时，所述断开驱动机构使开关元件断开，通过开关元件反复进行开关动作，从而将直流输入电压转换为不同的输出电压；以及输出端，将开关动作转换电路的输出供给至负载。
2.根据权利要求1所述的开关电源装置，其特征在于，在启动时流经开关元件的输入电流被设定为比相位控制电路中的相位控制元件的自保持电流大，且不超过预定的最大电流。
3.根据权利要求2所述的开关电源装置，其特征在于，所述断开驱动机构是与开关元件的源极串联连接的恒电流半导体元件，所述开关电源装置包括保护电路，当流经开关元件的输入电流超过预定的最大电流时，恒电流半导体元件的端子电压使开关元件的栅极· 源极间电压为阈值以下，从而使开关半导体元件断开。
4.根据权利要求1所述的开关电源装置，其特征在于，所述断开驱动机构为常断型的恒电流元件，在其栅极控制电路上连接有发挥平滑作用的电容器。
5.一种调节电源系统，其特征在于包括相位控制电路，对交流电压进行相位控制；权利要求1至4中任一项所述的开关电源装置，输入端经由相位控制电路而连接于交流电源；以及负载，利用所述开关电源装置的输出来动作。
全文摘要
一种为了使用相位控制电路来使负载变得可调整而无须附设特别的电路从而电路结构得以简化的开关电源装置及具备其的可调节电源系统。开关电源装置(SRA)包括输入端(t1、t2)，被施加相位控制交流电压；整流机构(Rec)，对相位控制交流电压进行整流并转换为直流输入电压；开关动作转换电路(SC)，包含常通型开关元件(Q1)以及开关元件的断开驱动机构(OD)，当施加有经整流机构整流的直流输入电压时，通过导通状态的开关元件来使输入电流流动而启动，且当流经开关元件的电流达到规定值时，断开驱动机构使开关元件断开，通过开关元件反复进行开关动作，从而将直流输入电压转换为不同的输出电压；以及输出端(t7、t8)。
文档编号H05B37/02GK102412709SQ20111027302
公开日2012年4月11日 申请日期2011年9月15日 优先权日2010年9月17日
发明者北村纪之, 石北彻, 铃木浩史, 高桥浩司, 高桥雄治 申请人:东芝照明技术株式会社