专利名称：开关电源装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种开关电源(switching power supply)装置，特别涉及一种作为他 激式AC-DC转换器的开关电源装置，其中，他激式AC-DC转换器具备包括起动电路 的控制电路。
背景技术：
众所周知，开关电源装置是一种能够提高电压转换效率并可实现小型化及轻量化 的装置。这是因为，在开关电源装置中，通过开关(通/断)流经变压器的初级绕组 (primary winding)的电流来控制流经变压器的次级绕组(secondary winding)的电 流，从而将其转换成电压，由此能够提高上述变压器的转换效率，并可实现上述变压 器的小型化及轻量化。上述开关电源装置采用他激式开关控制方式或自激式开关控制 方式，在他激式开关控制方式中具有用于对上述开关动作实施控制的控制电路，在自 激式开关控制方式中不具有上述控制电路。以下，通过图5说明使用了他激式开关控制方式的开关电源装置的第一现有技术 例。在开关电源装置100中，利用整流电路和平滑电容器C3整流由商用电源输入到端子 Pl、 P2之间的交流电压Vin从而得到直流电压，利用主开关元件Q1开关上述直流电压 从而得到交流电压，其中，上述整流电路由二极管D1 D4构成。上述交流电压被施加 给变压器T1的初级主绕组N1，从变压器T1的次级绕组N2输出的交流电压通过整流二极 管D6和平滑电容器C5被转换为直流电压后从端子P3、 P4输出。此时，可通过控制电路(控制装置)102使上述端子P3、 P4输出稳定的直流电压。 其中，上述控制电路102根据检测次级绕组的直流电压的输出电压检测部101通过光电 耦合器PC反馈的输出电压信息，对上述主开关元件Q1实施PWM (Pulse Width Modulat ion)控制。在开关电源装置100中，作为控制电路102的电源电压VCC，在输入初期时使用通 过起动电阻R1、 R2调整经整流电路和平滑电容器C3整流的直流电压后得到的直流电
压'其中，该整流电路由二极管D1 D4构成，在输出稳定时，使用通过整流二极管D7 和平滑电容器C4整流从变压器T1的初级副绕组N3输出的交流电压后得到的直流电压。 为了使得在起动电阻R1、 R2两端施加的电压不超过所使用电阻的耐压，而使用多个起 动电阻R1、 R2。以下，通过图5的开关电源装置100和图6 (a)说明第一现有技术例的问题。在图5 的电路中，当截断商用电源的交流电压Vin、平滑电容器C3的电压开始下降时，端子P3 的输出电压也下降，初级副绕组N3中产生的电压也同时下降。由此，控制电路102的电 源电压VCC也下降，控制电路102暂时停止动作。接着，由于平滑电容器C3中残留电荷的影响，电流经由起动电阻R1、 R2流入控制 电路102，电源电压VCC如图6 (a)所示地上升，数秒后控制电路102起动，端子P3中 产生脉冲电压，从而导致在后一级连接的设备发生错误动作。例如，当开关电源装置 IOO连接有音响设备时，由于上述脉冲电压的作用，扬声器将会发生杂音。此时，由于 商用电源的交流电压Vin处于截断状态，端子P3的电压将立刻下降。图7所示的第二现有技术例解决了上述第一现有技术例所存在的问题。在图7所示 的开关电源装置110中，开关电路113具有晶体管Q2，该开关电路113连接控制电路112 的电源电压端子VCC。当商用电源的交流电压Vin因异常而瞬时下降时，在交流电压 Vin向OV下降的中途，平滑电容器C3的电压小于或等于齐纳二极管ZD1、 ZD2的齐纳电 压，齐纳二极管ZD1、 ZD2的电流变为0A。其结果，二极管D5的阴极电压低于阳极电 压，二极管D5导通，电流通过电阻R3、 R4流入接地。并且，晶体管Q2的基极电压低 于发射极电压，其结果，晶体管Q2导通，电流通过限流电阻R5和晶体管Q2的发射极-集电极流入接地，控制电路112的电源电压VCC下降至0.2V左右，控制电路112停止动 作。因此，根据图7所示的第二现有技术例，如图6 (b)所示，当电源被截断时不会在 端子P3产生脉冲电压。专利文献l (日本国实用新型申请公开实开平5-55784号公报，
公开日1993年7月 23日)揭示了这样一种技术方案，即当开关电源的动作停止时，输入电压降低，导 致开关元件的接通时间增加，由脉宽检测电路对上述接通时间进行转换从而得到模拟 电压，比较该模拟电压和基准电压，并根据比较结果关断开关控制元件。由于图7所示的第二现有技术例使用的齐纳二极管ZD1、 ZD2的齐纳电压的上限为 36V左右，所以，当施加给平滑电容器C3的电压为72V以下时，控制电路112将停止动
作。上述电压换算为商用电源的交流电压Vin时，大约为50V。但是，在上述第二现有技术例中，当交流电压Vin下降时，变压器T1的次级绕组输 出的电压下降。输出电压检测部lll对上述电压下降情况进行检测，并由光电耦合器C 将检测结果反馈给控制电路112。控制电路112为了升高变压器T1的次级绕组N2的输出 电压而增大向主开关元件Q1的栅极输出的开关信号的频率。由此，主开关元件Qi在每 单位时间内的开关次数增加，流入主开关元件Ql的漏极-源极的电流与电压Vin的降低 成反比地增加，流入保险丝HS1的电流也增加。因此，当交流电压Vin因异常而下降至 50V时，将损坏主开关元件Q1或者导致保险丝HS1熔断。这样的问题也同样会发生在 图5所示的第一现有技术例的开关电源装置100中。而且，由于在变压器T1的初级副绕 组N3的端子产生的电压的阻抗较低，因此，当交流电压Vin降低时，流入晶体管Q2的 电流变大从而导致损坏晶体管Q2。发明内容本发明是根据上述问题而进行开发的，其目的在于提供一种能够在商用电源的交 流电压降低的情况下安全地停止动作的开关电源装置。为了实现上述目的，本发明的开关电源装置是一种他激式开关电源装置，具有用 于控制主开关元件使得直流输入成为稳定的所期望的电压并作为直流输出进行输出的 控制部，该开关电源装置的特征在于，包括起动电源电路，具有多个相互串联连接 的起动电阻，该起动电阻根据上述直流输入生成用于起动上述控制部的起动电源；以 及电压检测开关电路，通过齐纳二极管检测上述直流输入的电压，当上述电压值小于 或等于预定值时停止上述主开关元件，其中，上述电压检测开关电路通过上述齐纳二 极管监测上述起动电源电路中的多个起动电阻之间的任意接点的直流。根据上述结构，上述电压检测开关电路对上述起动电路的多个电阻之间的接点的 直流进行监测，由此，能够降低被输入电压检测开关电路并检测的直流的电压。因 此，上述结构能够采用耐压小的齐纳二极管或开关元件，无需象现有技术那样为了确 保耐压而串联连接多个齐纳二极管，从而能够简化电路结构。另外，在上述结构中，通过齐纳二极管检测上述直流输入的电压，当上述电压值 小于或等于预定值时，电压检测开关电路停止对上述主开关元件的控制。由此，能够 防止在整流电路中使用的电容器带来的影响，其中，该整流电路用作控制装置的辅助
电源。其结果，可避免现有技术中存在的主晶体管毁坏或对其它电子设备的不良影 响。本发明的其他目的、特征和优点在以下的描述中会变得十分明了。此外，以下参 照附图来明确本发明的优点。
图1是表示本发明的开关电源装置的实施方式1的电路图。图2是表示本发明的开关电源装置的实施方式2的电路图。图3是表示本发明的开关电源装置的实施方式3的电路图。图4是表示本发明的开关电源装置的实施方式4的电路图。图5是表示现有技术的开关电源装置的电路图。图6 (a)是表示现有技术的开关电源装置的动作的波形图。图6 (b)是表示现有技术中的解决方法和本发明中各开关电源装置的动作的波形图。图7是表示过去为解决第一现有技术例存在的问题所采用的方法的电路图。
具体实施方式
(实施方式O以下，根据图1和图7说明本发明的一实施方式。首先，根据图1说明本实施方 式1的开关电源装置的概要结构。图1所示的开关电源装置10大致具有以下结构， 即输出电压检测部ll、控制电路12、开关电路13、电压检测电路14、变压器T1、 主开关元件Ql,并且具有输入交流电压Vin的输入端子Pl、 P2和直流电压输出端子 P3、 P4。在开关电源装置10中，设置有线路滤波器L1和线路电容器C1、 C2。由商用电源 等向端子P1、 P2之间输入的交流电压Vin、例如100V、 60Hz的电压经由保险丝输入 上述线路滤波器LI。线路电容器CI、 C2用于去除噪声，分别设置在上述线路滤波器 Ll的前后级。另外，作为上述商用交流电源还可以为U7V、 200V或220V等。在开关电源装置10中设置有惠斯登电桥式二极管D1 D4和平滑电容器C3。其 中，已去除线路滤波器Ll的噪声的交流输入被输入二极管D1 D4，平滑电容器C3
用于对具有二极管D1 D4的脉动成分的直流进一步实施整流，并输出由上述交流输 入得到的直流输入。另外，在开关电源装置10中设有变压器T1，变压器T1包括接 受来自平滑电容器C3的直流输入的初级主绕组Nl、极性与初级主绕组Nl相反的次 级绕组N2以及用作辅助电源的初级副绕组N3。在变压器T1中，在顺时针方向上形成 初级副绕组N3和初级主绕组NI的极性。另外，为了将从直流输入向负载施加的负载电压设定为期望值，转换为预定频率 的交流，而设置场效应晶体管FET (主开关元件)Ql。其中，FETQ1连接变压器Tl 的初级主绕组N1，用于开关(通/断)流经初级主绕组N1的电流。在本实施方式中，FETQ1是N沟道型晶体管，根据需要也可以使用P沟道型晶体 管。并且，只要具有开关功能，还可以使用其它类型的晶体管，例如，双极性晶体 管。因此，FETQ1的漏极连接初级主绕组Nl的接地侧，FETQ1的源极连接二极管 D1 D4的接地侧，FETQ1的栅极连接后述的控制电路12的输出端子OUT和开关电 路13的晶体管Q2的限流电阻R5的一端。另一方面，变压器T1的次级绕组N2具有整流二极管D6、平滑电容器C5和输出 端子P3、 P4。其中，整流用二极管D6用于整流由次级绕组N2输出的、其电压经升压 或降压后被调整到期望值的输出交流，并作为直流输出进行输出。输出端子P3、 P4用 于向外部输出上述直流输出。另外，为了检测上述直流输出的电压而设置有输出电压 检测部11，该输出电压检测部11与输出端子P3、 P4并联连接。另外'在变压器Tl 的次级绕组N2中还设有光电耦合器PC的发光部Pca，用于以非接触型光学方式将输 出电压检测部11检测出的输出电压值传送给初级绕组。控制电路12是一种例如能够进行PWM控制的控制IC。具体而言，来自光电稱合 器PC的受光部PCb的用于表示输出电压值的检测信号被输入反馈端子FB，控制电路 12根据该检测信号改变对FETQ1的栅极提供的控制信号(开关脉冲信号)'也就是 说，改变FETQ1的开关动作，即，开关频率或开关脉冲信号的占空比。变压器Tl的初级副绕组N3具有整流用二极管D7和平滑电容器C4，以使得能够 向控制电路12的电源端子Vcc提供预定电压的直流作为辅助电源。平滑电容器C4是 用于进行整流的电容器和用于蓄积在起动时来自起动电阻Rl、 R2的起动电流的电容 器。另外，为了起动控制电路12，还通过起动电阻R1、 R2向控制电路12的电源端子
Vcc输入预定电压的直流电压。其中，该直流电压是由二极管D1 D4的直流输入所电 生成的。开关电源装置IO具有开关电路13和电压检测电路14。开关电路13是通过串联连 接电阻R5和晶体管Q2而构成的，开关电路13的一端(电阻R5侦D连接控制电路12 的输出与FETQ1的栅极之间的接点，另一端(晶体管Q2侧)连接接地。电压检测电路14由齐纳二极管ZD1、电阻R3、以及二极管D5构成。在电压检测 电路14中，齐纳二极管ZD1和电阻R3串联连接，二极管D5的阴极连接齐纳二极管 ZD1与电阻R3之间的接点。另外，齐纳二极管ZD1的另一端连接起动电阻Rl与R2 之间的接点，电阻R3的另一端连接接地。开关电路13具有的晶体管Q2的基极连接 电压检测电路14具有的二极管D5的阳极。当开关电源装置10停止动作、交流电压Vin被截断时，在交流电压Vin向0V下 降的中途，平滑电容器C3的两端的电压将小于或等于齐纳二极管ZD1的齐纳电压， 齐纳二极管ZD1中的电流将变为0A。由此，二极管D5的阴极侧的电压低于阳极侧的 电压，二极管D5导通，电流通过电阻R3流入接地。然后晶体管Q2的基极电压低于 发射极电压，晶体管Q2导通，被输出到晶体管Ql的栅极的开关信号经由限流电阻 R5和晶体管Q2的发射极-集电极流入接地，由此，晶体管Q1停止开关动作，开关电源装置l安全地停止动作。另外，电压检测电路14连接起动电阻R1与起动电阻R2之间的接点，所以电压检 测电路14的输入电压被起动电阻R1和起动电阻R2分压而低于图7所示的第二现有技 术例中的输入电压。由此，在控制电路12停止动作时电压检测电路14的输入电压、 即齐纳二极管的齐纳电压降低。因此，电压检测电路14可以去除图7所示的齐纳二极 管ZD2。并且，电阻R3、 R4采用了额定功率为1/2瓦的电阻，其功耗减少，所以， 可以去除电阻R4。另外，优选根据下式(1)来设定起动电阻Rl、 R2，后述的其它实施方式也同样 优选上述设定，Rl/R2= ( (VinXWXk) —Vcc) / (Vzdl—Vcc) —l ...... (1)其中，交流电压Vin表示输入端子Pl、 P2的交流电压；Vzdl表示齐纳二极管ZD1的 齐纳电压；Vcc表示控制电路12的电源电压。通过式(1)能够推导出下述，即起动电阻Rl与起动电阻R2之间的接点的电 压Vr2是(R2/R1+R2) X (VinX VJ Xk—Vcc) +Vcc，当晶体管Q2导通、控制电 路12停止时Vr2的电压等于齐纳二极管ZDl的齐纳电压Vzdl。 k是用于停止FETQ1 的开关动作的系数。由开关电路13的晶体管Q2吸收当交流电压Vin例如下降到70% 时从控制电路12向FETQ1的栅极输出的开关信号，从而使FETQ1停止开关动作。可 通过改变上述值k，将动作停止电压设定为任意的值。当交流电压下降到70%时，k= 0.7。(实施方式2)以下，根据图2 图4，说明本发明的另一实施方式。在图2所示的开关电源装置20中设置有电压检测电路24。通过在图l所示的电压 检测电路14的齐纳二极管ZD1和第1偏压电阻R3及二极管D5之间追加设置串联连 接的第2偏压电阻R7而得到上述电压检测电路24。通过追加第2偏压电阻R7， 二极 管D5的阴极电压被电阻R3和电阻R7分压而降低。在现有技术中二极管D5使用 500V耐压品，但根据图2的结构，能够使用耐压低、廉价、且小型的50V耐压品的二 极管。(实施方式3)以下，根据图3说明本发明的另一实施方式。在图3所示的开关电源装置30中设置有电压检测电路34。通过去除图1所示的电 压检测电路14中的二极管D5而得到上述电压检测电路34。由于电压检测电路34连 接起动电阻Rl与起动电阻R2之间的接点，使得电压检测电路34的输入电压低于图7 所示的现有技术例中的电压检测电路114的输入电压'其结果'由于可将晶体管Q2的 基极电压设定得较低，所以，可通过将基极电压的耐压为ioov的晶体管用作晶体管 Q2来去除二极管D5。 (实施方式4)以下，根据图4说明本发明的另一实施方式。在图4所示的开关电源装置40中设有电压检测电路44。通过去除图2所示的电压 检测电路24中的二极管D5而得到上述电压检测电路44。由于晶体管Q2的基极电压 被第2偏压电阻R7和第1偏压电阻R3分压而降低，其结果，能够使用基极电压的耐 压比上述实施方式3使用的IOOV低80V左右的廉价的晶体管作为晶体管Q2。在上述实施方式1 4揭示的任一电路中，都不会如图6 (b)所示那样在商用电源 的交流电压截断后从端子P3产生脉冲电压。另外，能够在商用电源的交流电压下降到k 乂100%时停止控制电路的动作，不会造成错误动作或者其它部件的毁坏和损伤，能够 安全地停止开关电源装置的动作。另外，FETQ1的栅极开关信号的阻抗比较高，所以 在晶体管Q2中不会通过较大的电流，因此，不会损害晶体管Q2。在上述开关电源装置中，上述电压检测开关电路可具有用于根据上述齐纳二极管 的检测结果进行动作并输出第一控制信号的开关元件。上述开关电源装置可以构成为下述，S卩上述开关元件是晶体管，在上述电压检测开关电路中，在上述齐纳二极管和上述晶体管之间设置有用于保护上述晶体管的二 极管。根据上述结构，由于设置有保护用的二极管，所以能够减小所使用的开关元件的 晶体管的耐压，从而实现低成本化和小型化。根据上述开关电源装置，在上述电压检测开关电路中，可以对上述齐纳二极管设 置第一偏压电阻。根据上述结构，因为具有第一偏压电阻，所以能够使用耐压小的齐纳二极管，实 现低成本化和小型化。在上述开关电源装置中，可以设置用于通过分压来降低施加电压的第二偏压电阻。根据上述结构，通过进一步设置第二偏压电阻，可进一步降低所使用的齐纳二极 管的耐压，从而实现低成本化和小型化。在上述开关电源装置中，为了防止过量电流，上述电压检测开关电路可具有限流 电阻。在上述开关电源装置中，也可以进一步设置用于由交流输入生成上述直流输入的 输入侧整流电路。在上述开关电源装置中，当Vin表示交流输入的电压、Vzdl表示齐纳二极管的齐 纳电压、Vcc表示上述控制部的电源电压、k表示暂时停止上述控制的交流输入的电压 的降低率的设定值时，可根据下式(1)来设定上述起动电源电路中的、被进行电压检 测的接点前后的第一起动电阻和第二起动电阻的比(Rl/R2)，<formula>formula see original document page 11</formula> ……式(1)
以上，对本发明进行了详细的说明，上述具体实施方式
或实施例仅仅是揭示本发 明的技术内容的示例，本发明并不限于上述具体示例，不应对本发明进行狭义的解 释，可在本发明的精神和权利要求的范围内进行各种变更来实施之。
权利要求
1. 一种他激式开关电源装置，具有用于控制主开关元件使得直流输入成为稳定的 所期望的电压并作为直流输出进行输出的控制部，该开关电源装置的特征在于，包 括起动电源电路，具有多个相互串联连接的起动电阻，该起动电阻根据上述直流输 入生成用于起动上述控制部的起动电源；以及电压检测开关电路，通过齐纳二极管检测上述直流输入的电压，当上述电压值小 于或等于预定值时停止上述主开关元件，其中，上述电压检测开关电路通过上述齐纳二极管监测上述起动电源电路中的多 个起动电阻之间的任意接点的直流。
2. 根据权利要求l所述的开关电源装置，其特征在于上述电压检测开关电路具有根据上述齐纳二极管的检测结果进行动作并输出使上 述主开关元件停止的信号的开关元件。
3. 根据权利要求2所述的开关电源装置，其特征在于 上述开关元件是晶体管；上述电压检测开关电路在上述齐纳二极管和上述晶体管之间具有用于保护上述晶 体管的二极管。
4. 根据权利要求l所述的开关电源装置，其特征在于 上述电压检测开关电路对上述齐纳二极管设置有第一偏压电阻。
5. 根据权利要求4所述的开关电源装置，其特征在于具有第二偏压电阻，用于通过分压来降低对上述电压检测开关电路的施加电压。
6. 根据权利要求l所述的开关电源装置，其特征在于 上述电压检测开关电路具有用于防止过量电流的限流电阻。
7. 根据权利要求1至6中的任一项所述的开关电源装置，其特征在于 还具有用于由交流输入生成上述直流输入的输入侧整流电路。
8. 根据权利要求7所述的开关电源装置，其特征在于上述起动电源电路中的被进行电压检测的接点前后的第一起动电阻和第二起动电阻之比(Rl /R2)满足式(1)， Rl/R2= ( (VinXVIXk) —Vcc) / (Vzdl—Vcc) —l ......式(1)，其中，Vin表示交流输入的电压，Vzdl表示齐纳二极管的齐纳电压，Vcc表示上 述控制部的电源电压，k表示暂时停止上述控制的交流输入的电压的降低率的设定值。
全文摘要
本发明提供一种开关电源装置。开关电源装置(10)通过控制电路(12)控制主开关元件(Q1)，使得直流电压成为稳定的所期望的电压并作为直流输出而进行输出，其中，上述直流电压是由整流电路对输入交流电压进行整流后所得到的电压。另外，通过第1起动电阻(R1)和第2起动电阻(R2)，由上述直流电压得到控制电路(12)的起动电流。还具有电压检测电路(14)，通过齐纳二极管(ZD1)检测上述直流输入的电压；以及开关电路(13)，当上述直流输入的电压值小于或等于预定值时，停止主开关元件(Q1)。电压检测电路(14)通过齐纳二极管(ZD1)检测上述多个起动电阻之间的接点的直流。根据上述结构，能够在开关电源装置的商用电源的交流电压降低时安全地停止动作而不会导致错误动作或部件毁损。
文档编号H02M3/335GK101123399SQ20071014195
公开日2008年2月13日 申请日期2007年8月10日 优先权日2006年8月11日
发明者川崎登轨雄 申请人:夏普株式会社