开关电源装置的制作方法

专利名称：开关电源装置的制作方法
技术领域：
在开关电源装置中，为了在与其输出部连接的机器出现异常等时，防 止过大的电流流过该输出部及该机器的过负荷保护或过电流保护功能，在 现有技术中已经早已有之。
在该保护中，过负荷、过电流状态的检出方法，成为技术上的重点。 存在着各种方法，例如过负荷时根据开关电源的输出部的电压下降的情况 检出过负荷的方法，以及根据流入开关元件的电流成为一定值以上的情况 检出过负荷的方法等。
下述专利文献1介绍的发明，是实现利用变压器的第3绕组的过负荷 保护的开关电源装置。这里，使用图21所示的电路，简单讲述该方法。 使在初级绕组31a (该初级绕组31a与开关元件1串联连接)和次级绕组 31b (该次级绕组31b向输出部供给功率)之外设置的、极性与次级绕组 31b相同的第3绕组——辅助绕组31c的电压平滑的电压——辅助绕组平 滑电压(控制电路2的VCC端子电压)，具有和输出功率的增大而同时上
升的特性。在下述专利文献l中，提出了利用该特性的回扫型(flybacktype) 的开关电源装置，即根据辅助绕组平滑电压成为一定值以上的情况，检出
输出功率(outputpower)成为一定值以上的情况，从而检出过负荷状态。 该方法具有使保护动作的输出功率值对输入电压的依赖性变小的优点，该优点不局限于本发明的讲述中的那种恒定的振荡频率的动作一一 PMW控制，在振荡频率随着输入电压变化的RCC型的电源中也存在着， 在这一点上，该方法也十分有利。
另一方面，在现有技术中还提出了下述方案的电源在需要瞬间向输 出部供给较大的功率的电源中，为了在需要使过负荷保护动作时能够使其 动作、防止过负荷保护的误动作，而在检出过负荷后设定一定的延迟时间， 在较大的输出功率持续一定时间以上时，经过该延迟时间后才使保护动 作。
在下述专利文献2中，提出了下述方案的电路具备将过电流检出信 号保持一定时间的保持电路，从而能够在检出过负荷后，再经过一定的延 迟时间才使保护动作。
专利文献l: JP特开平6—197530号公报 专利文献2: JP特开2004—48884号公报
可是，在专利文献1公开的根据辅助绕组平滑电压的上升检出过负荷 的单元中，如上所述，为了在检出过负荷后设定一定的延迟时间，必须采
取下述两个方法。
1) 加大辅助绕组的平滑电容4，使输出功率增大后的辅助绕组平滑电 压的上升延迟。
2) 另外追加产生延迟时间的电路。
首先，在l)的方法中，为了使该辅助绕组平滑电压的上升延迟足够 的时间，需要较大的平滑电容，实际上需要较大的铝电解电容器，所以使 空间和成本不可避免地增大。
接着，在2)的方法中，和专利文献1公布的发明一样，需要追加复 杂的电路，用分立部件构成它时，使空间和成本不可避免地增大。另外，在开关元件1的控制电路2中使用市场上销售的控制IC时，必须使用具 备该功能的半导体IC，致使设计的自由度受到限制。

发明内容
为了达到所述目的，本发明的本发明之l所述的开关电源装置，其特
征在于具备
变压器(该变压器具有第1绕组、第2绕组和第3绕组)、 开关元件(该开关元件与所述第1绕组串联连接)、 控制电路(该控制电路控制所述开关元件的开关动作)、
电位钳位电路(potential clamp circuit)(该电位钳位电路与极性和第 2绕组相同的所述第3绕组延迟生成电容连接，第3绕组中的一个的电位 成为一定值以上后，将功率向延迟生成电容输出)、
延迟生成电容(该延迟生成电容与电位钳位电路连接)；
所述控制电路，具备第l过负荷保护单元，具有所述延迟生成电容的 电位成为一定值以上后，使过负荷保护动作的功能。
另夕卜，为了达到所述目的，本发明的本发明之2所述的开关电源装置， 其特征在于在本发明之l所述的开关电源装置中，所述控制电路具备的 所述第l过负荷保护单元，是闩锁停止型。
另外，为了达到所述目的，本发明的本发明之3所述的开关电源装置， 其特征在于在本发明之l所述的开关电源装置中，所述控制电路具备的 所述第1过负荷保护单元，是自我恢复型。
另外，为了达到所述目的，本发明的本发明之4所述的开关电源装置，
其特征在于在本发明之l所述的开关电源装置中，
所述控制电路具备的所述第1过负荷保护单元，对所述开关元件进行 开关动作的期间和不进行开关动作的期间加以比较，使其为一定的比率以
另外，为了达到所述目的，本发明的本发明之5所述的开关电源装置，
其特征在于在本发明之l所述的开关电源装置中，所述延迟生成电容器 具有放电单元。
另外，为了达到所述目的，本发明的本发明之6所述的开关电源装置，
其特征在于在本发明之5所述的开关电源装置中，
所述延迟生成电容器的放电单元是电阻。
另外，为了达到所述目的，本发明的本发明之7所述的开关电源装置，
其特征在于在本发明之l所述的开关电源装置中， 所述电位钳位电路与电阻串联连接。
另外，为了达到所述目的，本发明的本发明之8所述的开关电源装置，
其特征在于在本发明之l所述的开关电源装置中， 所述电位钳位电路与第1二极管串联连接。
另外，为了达到所述目的，本发明的本发明之9所述的开关电源装置，
其特征在于在本发明之l所述的开关电源装置中， 所述电位钳位电路，
采用使第2 二极管和齐纳二极管极性相反地串联连接的结构。
另外，为了达到所述目的，本发明的本发明之IO所述的开关电源装
置，其特征在于在本发明之9所述的开关电源装置中，
和所述齐纳二极管及所述第2 二极管串联连接地插入电阻。
另外，为了达到所述目的，本发明的本发明之11所述的开关电源装
置，其特征在于在本发明之9所述的开关电源装置中，
朝着与第1二极管相同的方向，和所述齐纳二极管及所述第2 二极管 串联连接地插入第3 二极管。
另外，为了达到所述目的，本发明的本发明之12所述的开关电源装 置，其特征在于在本发明之9所述的开关电源装置中，
和所述齐纳二极管及所述第2 二极管串联连接地插入1个或多个齐纳 二极管。
另外，为了达到所述目的，本发明的本发明之13所述的开关电源装
置，其特征在于在本发明之9所述的开关电源装置中，
和所述齐纳二极管及所述第2 二极管串联连接地插入1个或多个齐纳 二极管。
另外，为了达到所述目的，本发明的本发明之14所述的开关电源装
置，其特征在于在本发明之1所述的开关电源装置中，
所述控制电路，和所述控制电路的电源部共用所述延迟生成电容器的 电位的检出部。
另外，为了达到所述目的，本发明的本发明之15所述的开关电源装
置，其特征在于在本发明之l所述的开关电源装置中，
具有输出检出单元，该输出检出单元检出所述第2绕组的输出的状态; 所述控制电路具有反馈部，该反馈部输入所述输出检出单元的输出信
号；
所述反馈部，具有检出所述延迟生成电容器的电位成为一定值以上的 功能。
另外，为了达到所述目的，本发明的本发明之16所述的开关电源装
置，其特征在于具备
变压器(该变压器具有第1绕组、第2绕组和第3绕组)、 开关元件(该开关元件与所述第1绕组串联连接)、 控制电路(该控制电路控制所述开关元件的开关动作)、
电位钳位电路(该电位钳位电路与极性和第2绕组相同的所述第3绕组和延迟生成电容器连接，第3绕组中的一个的电位成为一定值以上后， 将功率向延迟生成电容器输出)、
延迟生成电容器(该延迟生成电容器与电位钳位电路连接)；
所述控制电路，
具有第2过负荷检出单元，该第2过负荷检出单元的检出方法，和用
所述延迟生成电容器的电位成为一定值以上后，使过负荷保护动作的功能 构成的第1过负荷检出单元不同。
另外，为了达到所述目的，本发明的本发明之17所述的开关电源装
置，其特征在于在本发明之16所述的开关电源装置中，
所述控第2过负荷检出单元的检出方法，是检出第2绕组的电压下降
的情况。
另外，为了达到所述目的，本发明的本发明之18所述的开关电源装
置，其特征在于在本发明之16所述的开关电源装置中，
所述第2过负荷检出单元的检出方法，是检出流过所述开关元件的电 流成为一定值以上的情况。
另外，为了达到所述目的，本发明的本发明之19所述的开关电源装 置，其特征在于在本发明之16所述的开关电源装置中，
具有输出检出单元，该输出检出单元检出所述第2绕组的输出的状态; 所述控制电路具有反馈部，该反馈部输入所述输出检出单元的输出信
号；
输入所述反馈部的信号，是电流信号；
所述第2过负荷检出单元的检出方法，是检出所述电流信号成为零或 一定值以下的值的情况。
另外，为了达到所述目的，本发明的本发明之20所述的开关电源装
置，其特征在于在本发明之19所述的开关电源装置中，
所述控制电路的所述反馈部，与恒电流源连接；所述第2过负荷检出单元的检出方法，是根据该反馈部的电位成为一定值以上的情况，检出过 负荷保护。
另外，为了达到所述目的，本发明的本发明之21所述的开关电源装 置，其特征在于在本发明之16 20任一项所述的开关电源装置中，
所述控制电路部，具备和所述第1过负荷保护单元不同的第2过负荷 保护单元；
所述第1过负荷检出单元检出过负荷时，所述第1过负荷保护单元使 过负荷保护动作；
所述第2过负荷检出单元检出过负荷时，所述第2过负荷保护单元使 过负荷保护动作。
另外，为了达到所述目的，本发明的本发明之22所述的开关电源装 置，其特征在于在本发明之16 20任一项所述的开关电源装置中， 所述控制电路部，
无论在所述第1过负荷检出单元检出过负荷时， 还是在所述第2过负荷检出单元检出过负荷时，所述第1过负荷保护 单元都使过负荷保护动作。
另外，为了达到所述目的，本发明的本发明之23所述的开关电源装 置，其特征在于在本发明之22所述的开关电源装置中， 所述控制电路部的所述反馈部，
具备用所述第1过负荷检出单元检出所述延迟生成电容器的电位成为 一定值以上的情况的功能
另外，为了达到所述目的，本发明的本发明之24所述的开关电源装 置，其特征在于在本发明之1 23任一项所述的开关电源装置中， 在半导体基板上形成所述控制电路部的全部或其一部分。
另外，为了达到所述目的，本发明的本发明之25所述的开关电源装置，其特征在于在本发明之1 23任一项所述的开关电源装置中，
在同一个半导体基板上形成所述控制电路部的全部或其一部分和所 述开关元件。
另外，为了达到所述目的，本发明的本发明之26的过负荷的检出方
法，其特征在于所述开关电源装置具备
变压器(该变压器具有第l绕组、第2绕组和第3绕组)、
开关元件(该开关元件与所述第1绕组串联连接)、 控制电路(该控制电路控制所述开关元件的开关动作，具备第1过负 荷保护单元)、
电位钳位电路(该电位钳位电路与极性和第2绕组相同的所述第3绕 组和后文讲述的延迟生成电容器连接)、
延迟生成电容器(该延迟生成电容器与电位钳位电路连接)，
在过负荷状态时，只有所述第3绕组的一个电位变化出现的脉冲的一 部分，大于所述电位钳位电路设定的一定值；
检出该延迟生成电容器被用该部分的功率充电后电位上升的情况。
另外，为了达到所述目的，实施本发明的本发明之27所述的过负荷 保护的方法，其特征在于-
使用与本发明之26所述的过负荷的检出方法不同的第2过负荷的检 出方法和
本发明之26所述的过负荷的检出方法后，实施过负荷保护。
另外，为了达到所述目的，实施本发明的本发明之28所述的过负荷 保护的方法，其特征在于是实施本发明之27所述的过负荷保护的方法， 所述第2过负荷的检出方法，
是检出所述第2绕组的输出部的电压下降的情况的方法。
另外，为了达到所述目的，实施本发明的本发明之29所述的过负荷 保护的方法，其特征在于是实施本发明之27所述的过负荷保护的方法，所述第2过负荷的检出方法，
是检出流入所述开关元件的电流成为一定值以上的情况的方法。
另外，为了达到所述目的，实施本发明的本发明之30所述的过负荷 保护的方法，其特征在于是实施本发明之27所述的过负荷保护的方法， 采用本发明之26所述的过负荷的检出方法检出过负荷时， 和采用所述第2过负荷的检出方法检出过负荷时， 利用同一个过负荷保护单元，实施过负荷保护。
另外，为了达到所述目的，实施本发明的本发明之31所述的过负荷 保护的方法，其特征在于是实施本发明之27所述的过负荷保护的方法， 具有单元不同的2个采用过负荷保护单元， 采用本发明之26所述的过负荷的检出方法检出过负荷时， 和采用所述第2过负荷的检出方法检出过负荷时， 利用不同的过负荷保护单元，实施过负荷保护。
采用本发明后，能够用较少的追加部件和较小的电容，实现具有足够 的延迟时间而且检出过负荷的输出功率对于输入电压的依存性小的过负 荷保护。就是说，能够在具备具有足够的延迟时间的过负荷保护功能的开 关电源装置中，实现低成本和省空间。另外，使用市场上销售的半导体控 制IC，控制、驱动开关元件，设计电源时，只要是具有一个当端子的电压
上升后保护就动作的端子的控制ic，那么使用任何一个控制IC都可以实现。


图1是表示本发明的实施方式中的开关电源装置的一个构成例的方框图。
图2是表示该实施方式的开关电源装置中的幵关电源装置控制用的半 导体装置的一个构成例的方框图。
图3 (a)是表示该实施方式的开关电源装置中的输出功率较小时的漏电流和辅助绕组电压的变化的图形，(b)是表示输出功率比(a)大时的 漏电流和辅助绕组电压的变化的图形。
图4 (a)是表示该实施方式的开关电源装置中的过负荷时的辅助绕组
电压的变化的图形，(b)是表示正常负荷时的辅助绕组电压的变化的图 形。
图5是表示该实施方式的过负荷时的动作的时序图。
图6是表示该实施方式的开关电源装置的一个构成例的方框图。
图7是表示该实施方式的开关电源装置的一个构成例的方框图。
图8是表示该实施方式的开关电源装置的一个构成例的方框图。
图9是表示该实施方式的开关电源装置的一个构成例的方框图。
图10是表示该实施方式的开关电源装置中的开关电源装置控制用的
半导体装置的一个构成例的方框图。
图11是表示该实施方式的过负荷时的动作的时序图。
图12是表示该实施方式的开关电源装置中的开关电源装置控制用的
半导体装置的一个构成例的方框图。
图13是表示该实施方式中的开关电源装置的一个构成例的方框图。 图14是表示该实施方式的开关电源装置中的开关电源装置控制用的
半导体装置的一个构成例的方框图。
图15是表示该实施方式的过负荷时的动作的时序图。
图16是表示该实施方式的开关电源装置的一个构成例的方框图。
图17是表示该实施方式的开关电源装置中的开关电源装置控制用的
半导体装置的一个构成例的方框图。
图18是表示该实施方式的过负荷时的动作的时序图。
图19是表示该实施方式的开关电源装置的一个构成例的方框图。
图20是表示该实施方式的开关电源装置中的开关电源装置控制用的
半导体装置的一个构成例的方框图。
图21是表示专利文献1的实施方式的开关电源装置中的一个构成例
的方框图。
具体实施方式
下面，参照附图，具体讲述本发明的实施方式中的开关电源装置。图 1是表示本实施方式中的开关电源装置的一个构成例的开关电源装置的电 路图。
此外，在图1、 2、 6 10、 12 14、 16、 17、 19、 20、 21中，对发明
的实施方式及现有技术的构成例进行讲述。在这些图中，对于起相同作用 的部位，赋予相同的符号进行讲述。
在图1中，开关电源装置控制用的半导体装置3，由开关元件1和控 制开关元件l的动作的控制电路2构成。另外，作为外部输入端子，半导 体装置3具备开关元件1的输入端子(DRAIN端子)、辅助电源电压输入 端子(VCC端子)、动作停止信号输入端子(CL端子)、也是开关元件1 的输出端子的控制电路2的GND端子(SOURCE端子)等5个端子。.
变压器31，具有初级绕组31a、次级绕组31b和辅助绕组31c。初级 绕组31a和次级绕组31b的极性相反，该开关电源装置为回扫型。另外， 辅助绕组31c与次级绕组31b为同极性。
辅助绕组31c，与由二极管9和电容器4构成的整流平滑化电路连接， 该整流平滑化电路被作为半导体装置3的辅助电源部加以利用。就是说， 辅助电源部将辅助绕组31c在开关元件1的开关动作的作用下产生的交流 电压(辅助侧交流电压)整流而且平滑化后，生成与输出电压VO成正正 比的辅助电源电压VCC，外加给VCC端子。
另外，辅助绕组31c还与电位钳位电路(potential clamp circuit) 6连 接，只在一定的电压被外加给电位钳位电路6的输入部6IN时，将输入该 输入部6IN的功率，向60UT输出。
光耦合器32，是旨在从次级侧向初级侧传递控制信号的控制信号传递电路，由光敏晶体管32a、光电二极管32b构成。
电阻7和光耦合器32的光敏晶体管32a在FB端子和SOURCE端子 之间串联连接，半导体装置3根据流过该光敏晶体管32a的电流即从FB 端子流出的电流的变化，调节输出功率PO的供给，将输出电压VO控制 成一定值。
次级绕组31b，与由二极管21和电容器22构成的整流平滑化电路连 接，该整流平滑化电路被作为该开关电源装置的输出电压生成部加以利 用。就是说，输出电压生成部将次级绕组31b在开关元件l的开关动作的 作用下产生的交流电压(次级侧交流电压)整流而且平滑化后，生成输出 电压VO (第2直流电压)，外加给负荷40。
分路调节器(shuntregulator) 25和电阻26、 27，检出输出电压VO， 分路调节器25按照该输出电压VO，使流入光耦合器32的光电二极管32b 的电流变化。
图2是表示构成本实施方式中的开关电源装置的开关电源装置控制用 的半导体装置3的一个构成例的方框图。在图2中，调节器(regulator) 105从DRAIN端子或VCC端子中的某一个端子，向半导体装置3的内部 电路用电源VDD供给电流，使内部电路用电源VDD的电压稳定地成为 一定值。
例如采用下述方法，使该VDD的电压保持一定值。 调节器105在开关元件1开始开关动作之前，通过恒电流源104,从 DRAIN端子向内部电路用电源VDD和VDD保持电容器107供给电流的 同时，还通过VCC端子作媒介向辅助电源部的电容器4供给电流，从而 使辅助电源电压VCC及内部电路用电源VDD的电压上升。然后，VCC 电压达到一定值VCC (ON)后，从启动停止电路X去往NAND电路108 的输出信号的信号电平，就从低电平的信号(以下称作"低电平信号")切换成高电平的信号(以下称作"高电平信号")，使开关元件l开始开关
动作。另外，与此同时，调节器105停止从DRAIN端子向VCC端子供给 电流，开始从VCC端子向内部电路用电源VDD供给电流。就是说，辅助 电源电压VCC成为一定值以上后，调节器105就从VCC端子向内部电路 用电源VDD供给电流，削减半导体装置3的消耗功率。进而，当因过负 荷时等输出电压VO下降时，辅助电源电压VCC低于一定值VCC (OFF) 后，调节器105就再次从DRAIN端子向内部电路用电源VDD供给电流。
电压检出电路109，在CL端子的电压成为一定值VCL(OL)以上后， 就向闩锁停止电路110x输出动作信号，闩锁停止电路110x被输入该信号 后，就向NAND电路108连续输出低电平信号，作为闩锁停止状态，使 过负荷保护动作。
此外，伴随着输入电压VIN的下降，VCC、 VDD下降，该闩锁停止 电路110x只在VDD成为一定值以下时，不输出该低电平信号。就是说， 该停止状态被保持到输入电压VIN下降为止。
反馈信号控制电路111，随着从FB端子流出的电流变大，通过钳位 电路(damp circuit ) 112，将较低的电压信号向比较器113输出；随着从 FB端子流出的电流变小，通过钳位电路112，将较高的电压信号向比较器 113输出。
钳位电路112，是决定反馈信号控制电路111输出的电压信号的最大 值的电路，利用它将反馈信号控制电路111的输出信号限制成一定值以下。 但是如果是低于该一定值的电压信号，就不变化地向比较器113输入。该 电路根据该钳位电压的值，决定流入开关元件1的电流(以下称作"漏电 流(drain current)") ID的峰值的最大值ILIMIT。
漏电流检出电路114，检出漏电流ID，向比较器113输出与该电流成 正比的电压信号。比较器113在漏电流检出电路114的输出信号与钳位电路112的输出信号相等时，向RS触发电路117的复位端子输出高电平信 号。
振荡电路115，向RS触发电路117的置位端子输出一定周期的脉冲 电压信号CLOCK。比较器113的输出信号输入RS触发电路117的复位端 子，CLOCK信号输入置位端子，从CLOCK信号的上升开始，到比较器 113的输出信号成为高电平信号为止的期间，向NAND电路108输出高电 平信号。
采用这些结构后，能够实现根据FB端子的流出电流控制漏电流ID的 峰值IDP的所谓电流模式的PWM控制。另外，钳位电路112起着定义该 IDP的最大值ILIMIT的作用。进而，向CL端子输入VCL (OL)以上的 电压后，过负荷保护就动作。
图1所示的开关电源，是使用了图2所示的开关电源控制IC——半导 体装置3的电源电路的例子。
该电源在分路调节器25检出输出电压VO的微小变化时，使流入光 电二极管32b及光敏晶体管32a的电流和从FB端子流出的电流IFB变化， 还使流过开关元件的电流'漏电流的峰值IDP变化，从而即使输出功率变 化，也将输出电压VO大致控制成为一定。就是说，输出功率变大VO稍 微下降后，就使FB端子电流IFB变小，漏电流的峰值IDP变大。反之， 输出功率变小VO稍微上升后，就使FB端子电流IFB变大，漏电流的峰 值IDP变小。
图3 (a)及(b)表示出该电源的辅助绕组电压的变化。在这里，所 谓"该辅助绕组电压"，是电位钳位电路6的输入端子6IN与GND电位的电位差。图3 (a)所示的电压变化，是输出功率比图3 (b)所示的情况 小时的情况。如该图3 (a)及(b)所示的那样，开关元件1断开时，在 辅助绕组电压中产生振铃(ringing)。另外，伴随着输出功率的增加，漏 电流的峰值上升，该振铃的峰值脉冲也变大。
图4 (a)及(b)所示的，是将辅助绕组电压放大后表示的图形，图 中的Vclamp，是电位钳位电路6的钳位电压，当大于它的电压外加给电 位钳位电路6后，就将其能量向电容器5充电。
图4(b)所示的，是通常负荷时的辅助绕组电压，这时由于开关元件 1断开时出现的振铃的峰值没有达到Vdamp，所以电容器5没有被充电， CL端子电压VCL也不上升。
另一方面，图4 (a)所示的，是过负荷时的辅助绕组电压。这时，由 于伴随着输出功率的增加，所述辅助绕组电压的振铃的峰值变大，大于 Vclamp。因此，在该大于Vclamp的辅助绕组电压的脉冲的作用下，电容 器5被充电。然后，该过负荷状态继续存在后，该电容器5的电位逐渐上 升，直到CL端子电位VCL上升到VCL (OL)为止后，动作信号就被输 入控制电路2内部的过负荷保护动作电路，使过负荷保护动作。另外，图 4 (a)及(b)所示的VCC，是VCC端子的电压，用只比辅助绕组电压的 振铃的峰值低二极管9的VF的值表示。
此外，在该图4 (a)及(b)中，为了易于理解地讲述，而示出电压 未被电位钳位电路6限制的状态的辅助绕组电压的波形。可是实际上，辅 助绕组电压大于Vclamp的期间，辅助绕组电压成为由Vclamp钳位的波形。
图5所示的，是表示该过负荷保护的动作的时序图。从正常负荷状态 变成过负荷状态时，伴随着输出功率的增加，辅助绕组电压的振铃的峰值 VBp也上升，电容器5被充电，VCL开始上升。然后，在VCL上升到 VCL (OL)为止的时候，过负荷保护动作，直到该VCL上升到VCL (OL)为止的时间，成为过负荷保护的延迟时间。如前所述，在该电路中，由于
在过负荷状态时，只在振铃的脉冲超过Vdamp的时间，使电容器5充电， 所以能够推迟VCL的上升，能够延长延迟时间。
例如和将电位钳位电路6与平滑的电压——VCC等连接、使电容器5 充电时的情况进行比较，从而考察延迟时间的长短。把将电位钳位电路6 与VCC连接时，作为(情况l);把将这时的Vdamp设定成只比过负荷 状态的VCC低一定值u的值，如实施例那样，将电位钳位电路6与辅助 绕组连接时，作为(情况2);将这时的Vclamp分别设定成只比过负荷状 态的VBp低u的值。另外，无论哪种情况，都使电容器5的电容值相等。
(情况l)时，VCC电压始终处于高于Vclamp的状态，充电电流持 续流入电容器5。与之相比，(情况2)时，辅助绕组电压只有开关元件1 刚断开后的振铃的脉冲是高于Vdamp的电位，充电电流只在该期间流入 电容器5。
现在，因为VCC与Vclamp、 VBp与Vclamp电位差相等，都是u， 所以向电容器5充电的时间较短的(情况2)， VCL上升到VCL (OL)为 止的时间显然较长。
另夕卜，由于在(情况1)中成为VCOVclamp时的输出功率，和在(情 况2)中成为VBp-Vclamp时的输出功率，是成为过负荷保护是否动作的 阈值——过负荷输出功率阈值的时候，所以上述电位差u，不论是(情况 1)还是(情况2)，都能够考虑旨在使输出保护动作而进行设计的富余度。 即可以说，具有同等的设计富余度时，(情况2)能够确保延迟时间。
相反，在(情况1)中虽然也能够减小VCC和Vclamp的电位差u， 从而加大延迟时间。但是如前所述，设计的富余度变小，难以切实使过负 荷保护动作。就是说，在相同大小的电容器5的情况下，采用在(情况2)中讲述 的本发明的结构，可以延长延迟时间，而为了实现相同的延迟时间，则能 够减小电容器5。
另外，在过负荷保护动作之前返回正常负荷状态时，电源能够继续进 行正常动作。进而，如图6所示，具备电容器5的放电单元18后，在过 负荷保护动作之前返回正常负荷状态时，也能够使VCL迅速降低。这样， 即使用较短的间隔成为过负荷状态时，也能够确保延迟时间。
此外，该放电功能也可以在控制鬼路2的内部具备。 该电位钳位电路6，例如能够用使用了图7所示的那种二极管10、电 阻18、 PNP晶体管19、齐纳二极管20的调节器电路实现。在该电路中， 给二极管10的阳极外加被齐纳二极管20的齐纳电压设定的Vclamp以上 的电压后，电容器5就被该能量充电。这时，能够利用齐纳二极管20的 齐纳电压，使Vclamp变化，从而调整将大于该值的输出功率作为过负荷 状态检出的过负荷输出功率阈值。
该电位钳位电路6，例如采用组合图8所示的那种二极管10和齐纳二 极管11的结构，也能够简单地实现。这时，能够利用齐纳二极管11的齐 纳电压，使Vclamp变化，从而调整将大于该值的输出功率作为过负荷状 态检出的过负荷输出功率阈值。
另外，为了便于调整该过负荷输出功率阈值和延迟时间，进而提出了 采用图9所示的那种过负荷保护延迟电路的结构的方案。电阻12发挥着 调整Vclamp的作用，电阻13则具有延长延迟时间的作用和在解除过负荷 状态时使电容器5放电、使VCL下降的作用。
另外，在图9中，与齐纳二极管11或二极管10串联连接地插入与二 极管IO相同的方向的一个或多个二极管，也能够调整Vdamp。
进而，上述齐纳二极管ll，还可以采用将多个齐纳二极管串联连接的
结构，这样可以调整Vclamp及温度特性。
此外，在这里使用图7、图8、图9，表示出两种电位钳位电路6的结 构例。但是，如果具备Vclamp以上的电压输入电位钳位电路6时，将与 输出部60UT连接的延迟电容器5充电的功能，也可以采用其它的结构。
以上在用图1、 2讲述的实施方法中，以将过负荷保护作为闩锁停止 型的情况为例，进行了讲述。但是将该过负荷保护作为自我恢复型也没有 问题。例如能够在图1所示的使用图10所示的半导体元件3的电源电路 中实现它。
图10所示的半导体元件3，其CL端子与电位差检出电路109和定时 间歇振荡控制电路110y连接，该定时间歇振荡控制电路110y向调节器105 和NAND电路108输出信号。另外，该定时间歇振荡控制电路110y在 VCL上升到VCL (OL)为止后，向NAND电路108输出低电平信号，具 有停止开关元件1的开关动作的功能和计数成为VCC=VCC (OFF)的次 数的功能，还具有在该计数为1 15时，即使成为VCX^VCC (ON)，开 关元件1也不开始开关动作，该计数为16时才开始开关动作的功能和计 数为16后使计数为0的功能。另外，该计数在启动时，在开关元件1开 始了开关动作时成为O。
另外，图IO所示的调节器105，在VCC端子电压VCC下降到VCC(OFF)为止后，不仅由DRAIN端子向VDD端子供给电流，而且还向 VCC端子供给电流。
图11所示的，是表示本发明的过负荷时的动作的时序图。在图ll所 示的过负荷状态中，和上述的发明相同，CL端子电压VCL上升，成为 VCC=VCL (OL)。这时，定时间歇振荡控制电路X向NAND电路108输 出低电平信号，使开关元件1的开关动作停止。这样，伴随着输出电压 VO的下降，VCC端子电压VCC下降。
VCC端子电压VCC下降到VCC (OFF)为止后，由于调节器105由 DRAIN端子向VCC端子供给电流，所以VCC端子电压开始上升。
然后，即使成为VCX^VCC (ON)，也如前所述，由于定时间歇振荡 控制电路110y具有在VCC=VCC (OFF)时的计数为1 15时不使开关元 件1开始开关动作，所以这时不会重新开始开关动作。然后，因为不由 DRAIN端子向VCC端子供给电流，所以VCC端子电压VCC再次下降。 再然后，再次成为VCC二VCC (OFF)后，VCC开始上升。反复进行这种 动作后，VCC端子电压VCC就进行图ll所示的那种锯齿状变化。
然后，成为如前所述的VCC=VCC (OFF)的计数成为16时，成为 VCC=VCC (ON)后，开关元件1再次开始开关动作。这时，如果没有解 除过负荷状态，VCL就再次上升，开关动作停止，反复进行上述动作。另 外，如图ll所示的那样，如果解除过负荷状态，就能够恢复正常的动作。
将这样地限制开关元件1进行开关的期间，从而限制向输出部供给的 能量，进行过负荷时的保护的动作，叫做"计时器间歇动作"，在该动作 中，由于如果解除过负荷状态，就能够恢复正常的动作，所以该过负荷保 护，被称作"自我恢复型(self-認ttype)"。
此外，在以上的讲述中，讲述了采用闩锁停止或计时器间歇振荡的方法，进行过负荷保护的情况。但是该过负荷保护采用哪种方法都行，只要 是能够进行过负荷时的保护的方法即可，包含使开关元件1的开关频率降 低的方法，以及使漏电流峰值降低的方法等。
此外，在上述实施例中，以PWM控制的开关电源为中心进行考虑。 但是即使是进行PFM控制及RCC动作之类别的动作的开关电源，也能够 期待同样的效果。特别是CL端子电压VCL的上升，在与漏电流峰值IDp 及振荡频率F相比，对输出功率PO的依存性大，相同的输出功率中的漏 电流峰值IDp及振荡频率F的输入电压依存性大的RCC动作之类的电源， 也能够设定输入依存性小的过负荷输出功率阈值。在图1 11所示的发明 中，是在控制电路2中设置了过负荷检出用的端子(CL)时的情况。但是
利用具有其它作用的端子，也能够发挥同样的效果。
图14所示的电路，是为了使控制电路2中的电源电压VDD稳定，作 为半导体装置3的端子，设置VDD端子，由该端子输出该电压的半导体 装置3的电路图。在该电路图中，电压检出电路X与VDD端子连接，进 而它还与闩锁停止电路110x连接，用VDD端子扮演上述图1 11所述的 发明中的CL端子的作用。就是说，VDD端子电压上升，直到上升到一定 值VDD (OL)为止后，闩锁停止电路110x就使开关元件1的开关动作闩 锁停止，使过负荷保护动作。
图13所示的电路，是使用了图14所示的半导体装置3的本发明的开 关电源电路的例子。在该电源中，为了使半导体装置3的电源电压VDD 稳定，在VDD端子和SOURCE端子之间，连接电容器14后，使VDD稳 定。另外，电位钳位电路6及电容器X，还通过二极管15作媒介，与VDD 端子连接。
图15是表示本发明的该过负荷保护的动作的时序图。和图1 11所 述的发明相同，从正常负荷状态成为过负荷状态时，伴随着输出功率的增 加，辅助绕组电压的峰值VBp也上升，电容器5被充电。使该电容器5的电位差为VC5后，就如图15所示，VC5上升，它通过二极管15作媒 介，使VDD电压上升，VC5成为只比VDD (OL)高二极管15的正向电 压VF的值时，VDD电压上升到VDD (OL)为止,过负荷保护动作。
经过这种动作后，利用该图13、 14所示的发明，也能够和图1 11 所述的发明一样，实现确保延迟时间的过负荷保护。
图16所示的电路，是控制半导体装置3的反馈的端子(FB端子)具 备检出过负荷保护的功能的开关电源电路的例子。
图17所示的电路，是在图16中使用的半导体装置3。在该电路中， 电压检出电路109与FB端子连接，FB端子电压成为一定值VFB (OL) 以上后，闩锁停止电路110x就输出动作信号，过负荷保护动作。另外， 恒电流源119是恒电流源， 一定的电流持续流入FB端子。
在图16所示的电路中，在使用参照图1 11、图13 15讲述的过负 荷保护延迟单元8的、在检出过负荷后具有延迟时间的过负荷保护的基础 上，进而能够在输出功率变大时，刚检出过负荷后，或者用比上述方法短 的延迟时间，使过负荷保护动作。
图18所示的时序图，是表示该实施例的过负荷保护动作时的动作的 图形。在这里，将输出功率大于过负荷输出功率阈值1、小于过负荷输出 功率阈值2的状态作为过负荷状态1，将输出功率大于过负荷输出功率阈 值2的状态作为过负荷状态2，在该时序图中，表示出在过负荷状态1下， 在过负荷保护动作之前，移行到过负荷状态2时的情况。
如前所述，过负荷状态2是负荷40要求的输出功率大于过负荷输出 功率阈值2的状态。另外，过负荷输出功率阈值2，是漏电流的峰值IDP 大于取决于控制电路2的漏电流的峰值的最大值ILIMIT为止时的输出功率。
由于输出功率随着漏电流的峰值IDP单调增加，所以即使负荷40要 求该过负荷输出功率阈值2以上的功率，电源也不能向输出供给比这更大 的功率。因此，输出电压VO下降。
输出电压VO下降后，电流就不流过分路调节器25。其结果，电流不 流入光耦合器32的光敏晶体管32a和光电二极管32b。在图17的控制电 路2中，恒电流源119与FB端子连接，流入光敏晶体管32a的电流成为 零时， 一定的电流也继续流过FB端子，所以电容器17被该电流充电。就 是说，利用该电路，在过负荷状态2时，伴随着输出电压VO的下降，来 自FB端子的电流流入电容器17，这样一来，FB端子的电压VFB上升， 成为VFB-VFB (OL)后，过负荷保护动作。
采用这种方法后，在图16所示的电路中，在过负荷状态1中检出过 负荷后，进行具有延迟时间的过负荷保护的基础上，进而在输出功率大到 过负荷状态2为止时，能够在刚检出过负荷后，或者用比上述方法短的延 迟时间使过负荷保护动作。另外，在该方法中，即使由于某个理由不能够 向输出供给负荷要求的功率时，输出电压VO下降，导致辅助绕组电压下 降，VBp不会上升到Vdamp为止，在过负荷状态1中动作的过负荷保护 不能够动作的情况下，也能够使保护切实地动作。
另外，应用该方法后，能够在该过负荷状态1和过负荷状态2中，用 不同的单元进行过负荷的保护。
例如在该图20所示的控制电路2中，和图17同样，恒电流源119、
电压检出电路109、闩锁停止电路110x与FB端子连接，还和图2同样， 电压检出电路109、定时间歇振荡控制电路110y与CL端子连接。
在使用了该图20所示的控制电路X和图19所示的开关电源电路的电 源中，可以在过负荷状态l时，使计时器间歇振荡动作，在过负荷状态2 时，使闩锁停止动作。这样地为2个过负荷检出方法设置不同的过负荷保 护电路后，能够使适合各自的状态的保护动作，例如在对于过负荷状态l 而言的过负荷保护中使用自我恢复型的计时器间歇振荡，在对于过负荷状 态2而言的过负荷保护中使用闩锁停止。
此外，在以上的讲述中，在对于过负荷状态l而言的过负荷保护中使 用自我恢复型的计时器间歇振荡，在对于过负荷状态2而言的过负荷保护 中使用闩锁停止。但这只不过是一个例子而已。既可以采用相反的结构， 也可以采用完全不同的方法，只要是能够进行过负荷时的保护就行。
另外，在图16、图17、图19、图20所示的实施例中，漏电流的峰值 IDp大到ILIMIT为止，输出电压VO因此而下降后，检出过负荷状态2。 但是，由于分路调节器的栅极远比VO的变化大，所以可以认为漏电流的 峰值IDp大到ILIMIT为止后,和检出过负荷状态2的情况同样。这样，可 以用检出漏电流的峰值IDp大到某一定值为止，取代该过负荷状态2的检 出。
进而，在图16、图17所示的实施例中，恒电流源119与FB端子连 接，在输出电压VO下降时，具有使FB端子电压上升的与过负荷状态2 对应的过负荷保护动作的功能。但是，即使没有该功能，也可以利用FB 端子电压的上升，进行对于过负荷状态1而言的保护，获得和图1 11、 13 15所示的发明同样的效果。
综上所述，采用本发明的实施方式后，能够用较少的追加部件和较小的电容，实现具有足够的延迟时间、检出过负荷的输出功率对于输入电压 的依存性小的过负荷保护，能够实现低成本和省空间。另外，使用市场上 销售的半导体控制IC，控制、驱动开关元件，设计电源时，可以使用任何 一个控制IC，只要是具有一个端子的电压上升后保护就动作的端子的控制 IC就行。
此外，在图13 15所示的实施例和图16、图17所示的实施例中，向 检出过负荷状态的VDD端子或FB端子中插入二极管15。但是该二极管 X是为了使过负荷保护延迟单元X不影响各自的端子、不影响半导体元件 X的动作而插入的，所以即使将它拆下来，过负荷保护动作本身也没有问 题。
另外，在图16、图17所示的实施例和图19、图20所示的实施例中， 电阻16、电容器17与FB端子连接。但是该电容器17具有防止在启动时 及不稳定动作时，以及FB端子被外加噪声等时，FB端子电压简单地上升， 成为VFB=VFB (OL)后过负荷保护动作的作用；该电阻16则具有防止 反馈的反应由于电容器17而变迟的作用。即使没有这些部件、电阻16和 电容器17，也能够实现同样的过负荷保护。
进而，在上述本发明的讲述中，采用了使用分路调节器25、光耦合器 32的反馈系统。但是，也可以采用不使用这些部件的反馈系统。
另外，在图1 11、图13 20所示的实施例中，都是检出检出端子(CL 端子或VDD端子或FB端子)的电压后，检出过负荷。但是，也可以如 图12所示，采用在电容器5的电位上升后，检出流入各检出端子的电流 的增加后，检出过负荷的结构。
此外，在本发明中，如果包含这种由电位钳位电路6、电容器5和检 出电容器5的电位的上升的电路、以闩锁停止电路100x及定时间歇振荡 控制电路110x为代表的过负荷保护单元构成的基本结构，即使追加其它的部件及电路，也能够获得同样的效果。
另外，在同一个半导体内设置开关元件和控制电路后，容易使实现单 一化。这样，在单一半导体内设置主要电路部件后，能够减少构成电路的 部件数量，作为电源装置，易于小型化及轻量化，进而能够减降低成本。
采用本发明涉及的开关电源装置后，由于能够追加低成本而且小尺寸 的部件，实现具有足够的延迟时间的过负荷保护，所以在搭载瞬时需要大 电流的电动机的电子机器等中，大有用处。
权利要求
1. 一种开关电源装置，具备变压器，该变压器具有第1绕组、第2绕组和第3绕组；开关元件，该开关元件与所述第1绕组串联连接；控制电路，该控制电路控制所述开关元件的开关动作；电位钳位电路，该电位钳位电路与所述第3绕组和延迟生成电容器连接，当第3绕组中的一个的电位成为一定值以上时，将功率输出到延迟生成电容器，所述第3绕组的极性与第2绕组相同；和延迟生成电容器，该延迟生成电容器与电位钳位电路连接，所述控制电路，具备第1过负荷保护单元，并具有当所述延迟生成电容器的电位成为一定值以上时使过负荷保护进行动作的功能。
2、 如权利要求1所述的开关电源装置，其特征在于所述控制电路 具备的所述第1过负荷保护单元，是闩锁停止型。
3、 如权利要求1所述的开关电源装置，其特征在于所述控制电路具备的所述第l过负荷保护单元，是自我恢复型。
4、 如权利要求1所述的开关电源装置，其特征在于所述控制电路具备的所述第1过负荷保护单元，对所述开关元件进行开关动作的期间与 不进行开关动作的期间加以比较，使其为一定的比率以下。
5、 如权利要求1所述的开关电源装置，其特征在于具有所述延迟 生成电容器的放电单元。
6、 如权利要求5所述的开关电源装置，其特征在于所述延迟生成 电容器的放电单元是电阻。
7、 如权利要求1所述的开关电源装置，其特征在于所述电位钳位 电路与电阻串联连接。
8、 如权利要求1所述的开关电源装置，其特征在于所述电位钳位 电路与第1二极管串联连接。
9、 如权利要求1所述的开关电源装置，其特征在于所述电位钳位 电路，采用使第2 二极管与齐纳二极管极性相反地串联连接的结构。
10、 如权利要求9所述的开关电源装置，其特征在于与所述齐纳二极管及所述第2 二极管串联连接地插入电阻。
11、 如权利要求9所述的开关电源装置，其特征在于与所述齐纳二 极管及所述第2 二极管串联连接地插入与第1 二极管相同方向的第3 二极 管。
12、 如权利要求9所述的开关电源装置，其特征在于与所述齐纳二极管及所述第2 二极管串联连接地插入1个或多个齐纳二极管。
13、 如权利要求10所述的开关电源装置，其特征在于和所述齐纳二极管及所述第2 二极管串联连接地插入1个或多个齐纳二极管。
14、 如权利要求1所述的开关电源装置，其特征在于所述控制电路， 与所述控制电路的电源部共享所述延迟生成电容器的龟位的检出部。
15、 如权利要求l所述的开关电源装置，其特征在于具有输出检出 单元，该输出检出单元检出所述第2绕组的输出的状态；所述控制电路具有反馈部，该反馈部输入所述输出检出单元的输出信号；所述反馈部，具有检出所述延迟生成电容器的电位成为一定值以上的 功能。
16、 一种开关电源装置，具备-变压器，该变压器具有第l绕组、第2绕组和第3绕组；开关元件，该开关元件与所述第1绕组串联连接； 控制电路，该控制电路控制所述开关元件的开关动作； 电位钳位电路，该电位钳位电路与所述第3绕组和延迟生成电容器连 接，当第3绕组中的一个的电位成为一定值以上后，将功率向延迟生成电 容器输出，所述第3绕组的极性与所述第2绕组相同；和延迟生成电容器，该延迟生成电容器与电位钳位电路连接， 所述控制电路，具有第2过负荷检出单元，该第2过负荷检出单元的 检出方法与第1过负荷检出单元不同，该第1过负荷检出单元具有当所述 延迟生成电容器的电位成为一定值以上时使过负荷保护进行动作的功能。
17、 如权利要求16所述的开关电源装置，其特征在于所述控第2 过负荷检出单元的检出方法，是检出第2绕组的电压下降的情况。
18、 如权利要求16所述的开关电源装置，其特征在于所述第2过负荷检出单元的检出方法，是检出流过所述开关元件的电流成为一定值以 上的情况。
19、如权利要求16所述的开关电源装置，其特征在于具有输出检 出单元，该输出检出单元检出所述第2绕组的输出状态；所述控制电路具有反馈部，该反馈部输入所述输出检出单元的输出信号；输入所述反馈部的信号，是电流信号；所述第2过负荷检出单元的检出方法，是检出所述电流信号成为零或一定值以下的值的情况。
20、如权利要求19所述的开关电源装置，其特征在于所述控制电 路的所述反馈部，与恒电流源连接；所述第2过负荷检出单元的检出方法， 是根据该反馈部的电位成为一定值以上的情况，检出过负荷保护。
21、 如权利要求16 20任一项所述的开关电源装置，其特征在于 所述控制电路部，具备与所述第1过负荷保护单元不同的第2过负荷保护 单元；当所述第1过负荷检出单元检出过负荷时，由所述第1过负荷保护单 元使过负荷保护动作；当所述第2过负荷检出单元检出过负荷时，由所述第2过负荷保护单 元使过负荷保护动作。
22、 如权利要求16 20任一项所述的开关电源装置，其特征在于 所述控制电路部，无论当所述第1过负荷检出单元检出过负荷时，还是当 所述第2过负荷检出单元检出过负荷时，都由所述第1过负荷保护单元使 过负荷保护动作。
23、 如权利要求22所述的开关电源装置，其特征在于所述控制电 路部的所述反馈部，具备由所述第1过负荷检出单元检出所述延迟电容器 的电位成为一定值以上的情况的功能。
24、 如权利要求1 23任一项所述的开关电源装置，其特征在于在 半导体基板上形成所述控制电路部的全部或其一部分。
25、 如权利要求1 23任一项所述的开关电源装置，其特征在于在 同一个半导体基板上形成所述控制电路部的全部或其一部分和所述开关元件。
26、 一种过负荷的检出方法，开关电源具备变压器，该变压器具有第1绕组、第2绕组和第3绕组； 开关元件，该开关元件与所述第1绕组串联连接；控制电路，该控制电路控制所述开关元件的开关动作，具备第l过负荷保护单元；电位钳位电路，该电位钳位电路与所述第3绕组和后文讲述的延迟生 成电容器连接，所述第3绕组的极性与第2绕组相同；和延迟生成电容器，该延迟生成电容器与电位钳位电路连接，在过负荷状态时，只有所述第3绕组的一个电位变化出现的脉冲的一 部分，大于由所述电位钳位电路设定的一定值；检出该延迟生成电容器被所述部分的功率充电后电位上升的情况。
27、 一种方法，其特征在于使用与权利要求26所述的过负荷的检 出方法不同的第2过负荷的检出方法和权利要求26所述的过负荷的检出 方法，实施过负荷保护。
28、 如权利要求27所述的方法，其特征在于所述第2过负荷的检 出方法，是检出所述第2绕组的输出部的电压下降的情况的方法。
29、 如权利要求27所述的方法，其特征在于所述第2过负荷的检 出方法，是检出流入所述开关元件的电流成为一定值以上的情况的方法。
30、 如权利要求27所述的方法，其特征在于采用权利要求26所述 的过负荷的检出方法检出过负荷时，和采用所述第2过负荷的检出方法检 出过负荷时，都利用同一个过负荷保护单元，实施过负荷保护。
31、 如权利要求27所述的方法，其特征在于具有方法不同的2个 过负荷保护单元，采用权利要求26所述的过负荷的检出方法检出过负荷时，和采用所 述第2过负荷的检出方法检出过负荷时，利用不同的过负荷保护单元，实 施过负荷保护。
全文摘要
开关电源装置，具备开关元件(1)、控制开关元件(1)的控制电路(2)、具有辅助绕组(31c)的变压器(31)、电位钳位电路(6)、与电位钳位电路的输出连接的延迟电容器(5)、检出该延迟电容器的电位的电位检出电路(109)、过负荷保护电路(110)。在过负荷时，只有在开关元件刚断开之后在辅助绕组(31c)产生的振铃通过电位钳位电路对延迟电容器充电。然后，电位检出电路检出延迟电容器的电位上升后向闩锁停止电路(110x)输出动作信号。闩锁停止电路被输入动作信号后，闩锁停止开关元件的开关动作，实现过负荷保护。利用这种单元，能够用比较小的延迟电容器，实施具有足够的延迟时间的过负荷保护。
文档编号H02M1/32GK101304211SQ200810096740
公开日2008年11月12日 申请日期2008年5月9日 优先权日2007年5月10日
发明者村田一大 申请人:松下电器产业株式会社