开关电源装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种开关电源装置，能对多个负载稳定供应电流以及电压、且抑制浪涌的产生从而防止负载的破损。主SW控制电路(20)基于与来自变压器的次级绕组的主输出电压(Vo1)相应的反馈信号(fb)来对低侧开关元件(Q1)以及高侧开关元件(Q2)进行开关控制，向变压器(T)的初级绕组(np)供应电压，并切断供应。DSP(30)按照主负载(10)的负载的轻重来变更所设定的目标值，基于其目标值对副整流平滑电路的开关元件(Q21、Q22、Q23)的每一个进行开关控制，驱动第1副负载(11、12、13)。
【专利说明】开关电源装置【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及对多个负载供应电力的开关电源装置。
【背景技术】
[0002]对多个二极管负载进行电源供应的开关电源装置需要设为从多个输出部输出直流电压的构成。专利文献I所记载的开关电源装置通过在变压器中设置多个次级绕组进行整流平滑从而得到多个直流电压。
[0003]在专利文献I所记载的开关电源装置中，在两个次级绕组当中的一者连接有开关元件和电容器，将第I直流电压向第I负载进行输出。另外，在次级绕组当中的另一者连接有二极管和电容器，将第2直流电压向第2负载进行输出。而且，对根据第I负载的负载电力而变动的第I直流电压进行检测，并按照检测出的结果，来对变压器的初级侧的开关元件进行开关控制。由此，即使在负载电力变化大的情况下，也实现了第I直流电压的稳定化。
[0004]专利文献1:日本特开平10-28376号公报
[0005]专利文献I所记载的开关电源装置使变压器的初级侧的开关元件的开关控制与第I直流电压一致。故而，即使在第2负载恒定的情况下，伴随第I负载的变动，通过变压器的初级侧的开关元件的开关控制，第2直流电压也会变动。另外，存在因第I负载的突变而第2负载中流动的电流会产生浪涌等的情况，由于该浪涌等，会在负载侧产生噪声，对负载侧的特性造成影响，或者存在流动超过第2负载的额定值的电流的风险。
【发明内容】
[0006]因而，本发明的目的在于提供对多个负载稳定供应电流以及电压、并抑制浪涌的产生从而进行稳定动作的开关电源装置。
[0007]本发明所涉及的开关电源装置的特征在于具备:变压器，具有输入部、主输出部以及一个或多个副输出部；开关电路，切换向所述输入部的电压的供应、以及供应的切断；主整流平滑电路，对来自所述主输出部的感应电压进行整流平滑，并输出主输出电压；转换器部，对所述主输出电压进行升压或降压，并输出至后级的主负载；一个或多个副整流平滑电路，设于所述副输出部，通过开关元件的开关来对来自所述副输出部的感应电压进行整流平滑，并输出至所连接的副负载；第I控制部，基于与所述主输出电压相应的反馈信号来对所述开关电路进行开关控制?’第2控制部，基于所设定的目标值来对所述副整流平滑电路的所述开关元件的每一个进行开关控制，并驱动一个或多个所述副负载；检测单元，检测与所述主负载的轻重相关的信息；以及变更单元，基于所述检测单元检测出的所述信息来变更所述目标值。
[0008]在该构成中，由于以与主输出电压相应的反馈信号来对开关电路进行开关控制，因此主输出电压根据主负载的轻重而过渡性变动。故而，输入至副整流平滑电路的电压也过渡性变动，由此供应至副负载的电压以及电流产生变动。于是，通过根据主负载的轻重来变更副整流平滑电路中所设定的目标值，从而供应至副负载的电压以及电流得以稳定化。特别是，即使主负载突变，也能减少对副负载的浪涌电压或浪涌电流，因此能进行稳定动作。
[0009]优选，所述转换器部对所述主负载进行间歇驱动，所述变更单元变更所述间歇驱动中的上升沿时的目标值。
[0010]在该构成中，能抑制供应至副负载的电压以及电流的浪涌。
[0011]可以构成为所述变更单元变更所述间歇驱动中的下降沿时的目标值。
[0012]在该构成中，能抑制下降沿时产生的、供应至副负载的电压以及电流的减少方向的浪涌(急剧减少)。
[0013]优选，所述变更单元随着所述主负载的电流变化幅度变大而增大所述副负载的所述目标值的变化幅度。
[0014]在该构成中，通过主负载越是重负载越增大目标值，从而能抑制对副负载的供应电压以及电流的变动。
[0015]发明效果
[0016]根据本发明，通过根据主负载的轻重来变更副整流平滑电路中所设定的目标值，从而供应至副负载的电压以及电流得以稳定化。特别是，即使主负载突变，也能减少对副负载的浪涌电压或浪涌电流，从而能进行稳定动作。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是实施方式I所涉及的开关电源装置的电路图。
[0018]图2是表示开关电源装置的各开关元件的时序图的图。
[0019]图3是表示主负载电流和副负载电流的电流波形的图。
[0020]图4是实施方式2所涉及的开关电源装置的电路图。
[0021]符号说明
[0022]10-主负载
[0023]11-第I副负载
[0024]12-第2副负载
[0025]13-第3副负载
[0026]20-主SW控制电路(第I控制部)
[0027]30-DSP (第 2 控制部)
[0028]31-第I副SW控制部
[0029]32-第2副SW控制部
[0030]33-第3副SW控制部
[0031 ]34-调整目标值接受部(变更单元)
[0032]40-DC-DC转换器(转换器部)
[0033]41-DSP (检测单元)
[0034]42-转换器
[0035]101、102-二极管负载驱动电源装置
[0036]Ql-低侧开关元件(开关电路)[0037]Q2-高侧开关元件(开关电路)
[0038]Q21、Q22、Q23-开关元件
[0039]CRl-第I整流电路
[0040]CR2-第2整流电路
[0041]CR3-第3整流电路
[0042]np-初级绕组
[0043]ns-次级绕组
【具体实施方式】
[0044]针对将本发明所涉及的开关电源装置用作投影仪的电源装置的情况，来说明以下所说明的实施方式。以下的实施方式所涉及的开关电源装置将一个主负载和三个副负载作为二极管负载进行点亮控制。
[0045]图1是实施方式I所涉及的开关电源装置的电路图。本实施方式所涉及的开关电源装置101具备变压器T，该变压器T具备初级绕组np以及次级绕组ns。开关电源装置101在变压器T的初级侧具备输入电源E，在次级侧具备主负载10、第I副负载11、第2副负载12以及第3副负载13。
[0046]在初级绕组np，串联连接有低侧开关元件Q1。另外，在初级绕组np，连接有高侧开关元件Q2、谐振用的电容器Cr以及电感器Lr，构成了闭环。由低侧开关元件Ql以及高侧开关元件Q2等构成的开关电路中，低侧开关元件Ql以及高侧开关元件Q2夹持死区时间以互补的方式接通断开，从而在初级绕组np中正反向地流过电流。由此，在变压器T的次级绕组ns产生感应电压。
[0047]在次级绕组的一端部(本发明的主输出部)连接有主整流平滑电路。主整流平滑电路具有:所连接的电感器L1、第I整流元件Dl以及平滑电容器Ccv而且，主整流平滑电路对来自次级绕组ns的感应电压进行整流平滑，产生主输出电压Vcv此外，使主整流平滑电路产生的主输出电压Vo1是通过低侧开关元件Ql以及高侧开关元件Q2的开关控制来确定的。
[0048]在主整流平滑电路连接有DC-DC转换器40。DC-DC转换器40例如对从主整流平滑电路输出的12V的主输出电压Vo1进行降压，并对后级的主负载10例如以IOOHz?200Hz进行间歇驱动(猝发驱动)。
[0049]DC-DC 转换器 40 具备 DSP (Digital Signal Processor ;数字信号处理器)41 以及转换器42。将主负载10的调光信号从外部输入至DSP41。另外，在主负载10连接有电流检测用的电阻R4，DSP41随时检测主负载10中流动的电流(以下，称为主负载电流。)。DSP41对转换器42的间歇输出的猝发时间进行控制，使得主负载确保根据调光信号而确定的目标电流值。
[0050]另外，DSP41检测对后级的主负载10的供应电力，并判定主负载10的负载的轻重。例如，DSP41，在对主负载10的供应电力大的情况下，判定为主负载10是重负载，而在供应电力小的情况下，判定为主负载10是轻负载。DSP41将判定出的负载的轻重结果作为负载信息，输出至开关电源装置101在变压器T的次级侧具备的DSP (第2控制部)30。
[0051]进而，将分别针对第I副负载11、第2副负载12以及第3副负载13的调光信号输入至DSP41。DSP41将所输入的各调光信号输出至DSP30。此外，由DSP构成的部分也可以由MCU(Micro Control Unit ;微控制器)来构成。
[0052]次级绕组ns具有多个抽头。在各抽头，连接有第1、第2以及第3副整流平滑电路。该多个抽头相当于本发明所涉及的副输出部。
[0053]第I副整流平滑电路具有与次级绕组ns的抽头连接的电感器L21、第I整流电路CRl以及平滑电容器Co21。第I整流电路CRl具有二极管D21以及开关元件Q21。第I副整流平滑电路对来自次级绕组ns的抽头的感应电压进行整流平滑，来产生副输出电压Vo21。在第I副整流平滑电路的后级连接有第I副负载11，并对第I副负载11供应副输出电压Vo21。
[0054]第2副整流平滑电路具有与次级绕组ns的抽头连接的电感器L22、第2整流电路CR2以及平滑电容器Co22。第2整流电路CR2具有二极管D22以及开关元件Q22。第2副整流平滑电路对来自次级绕组ns的抽头的感应电压进行整流平滑，来产生副输出电压Vo22。在第2副整流平滑电路的后级连接有第2副负载12，并对第2副负载12供应副输出电压Vo22。
[0055]第3副整流平滑电路具有与次级绕组ns的抽头连接的电感器L23、第3整流电路CR3以及平滑电容器Co23。第3整流电路CR3具有二极管D23以及开关元件Q23。第3副整流平滑电路对来自次级绕组ns的抽头的感应电压进行整流平滑，来产生副输出电压Vo23。在第3副整流平滑电路的后级连接有第3副负载13，并对第3副负载13供应副输出电压Vo23。
[0056]各电感器L1、L21、L22、L23使从产生了感应电压的次级绕组ns流入后级的电流的上升沿推迟。这些电感器L1、L21、L22、L23既可以是变压器T的漏电感，也可以是外部实际部件。在无需使上升沿推迟的情况下，可以设为不要电感器。
[0057]开关电源装置101在变压器T的初级侧具备对低侧开关元件Ql以及高侧开关元件Q2进行开关控制的主开关控制电路(以下，称为主SW控制电路。)20。主SW控制电路20(本发明的第I控制部)被输入与主输出电压Vo1相应的反馈信号fb。尽管未图示，但反馈信号fb例如经由光电耦合器等绝缘单元从次级侧反馈至初级侧。
[0058]由于主输出电压Vo1根据主负载10的负载的轻重(电流变化幅度)而变动，因此为了使主输出电压Vo1稳定，主SW控制电路20基于反馈信号fb执行使低侧开关元件Ql以及高侧开关元件Q2夹持短的死区时间交替地接通断开的控制。主SW控制电路20将低侧开关元件Ql以及高侧开关元件Q2的开关同步信号输出至DSP30。
[0059]DSP30具有第I副SW控制部31、第2副SW控制部32、第3副SW控制部33以及调整目标值接受部34等多个功能。第I副SW控制部31、第2副SW控制部32以及第3副SW控制部33各自同样地动作。因此，以下，针对第I副SW控制部31进行说明，但关于第2副SW控制部32以及第3副SW控制部33，也将对应的符号加括号来表示。
[0060]调整目标值接受部34接受DSP41所输出的第I副负载11 (12、13)的目标值信号。调整目标值接受部34将根据所输入的目标值信号而确定的目标电流值输出至第I副SW控制部 31(32、33)。
[0061]第I副SW控制部31 (32,33)检测第I副负载11(12,13)中流动的电流(以下，称为副负载电流。)。对于该副负载电流的检测，使用与第I副负载11(12、13)连接的电流检测用的电阻R1(R2、R3)。第I副SW控制部31 (32,33)对开关元件Q21 (Q22、Q23)进行开关控制，使得副负载电流确保为调整目标值接受部34中所设定的目标电流值以下。
[0062]调整目标值接受部34取得从DC-DC转换器40的DSP输出的负载信息。调整目标值接受部34基于负载信息来变更第I副SW控制部31 (32、33)中所设定的目标电流值。在变更了目标电流值的情况下，第I副SW控制部31(32、33)对开关元件Q21 (Q22、Q23)进行开关控制，使得确保为变更后的目标电流值以下。由此，能避免在从第1、第2以及第3副整流平滑电路输出的电流中产生浪涌。特别是，通过防止对电流增大方向的浪涌，从而能防止对第I副负载11 (12、13)的过电压/过电流的施加。
[0063]以下，一边说明开关电源装置101整体的动作，一边详述能避免浪涌的产生的情况。
[0064]图2是表示开关电源装置101的各开关元件的时序图的图。
[0065](t0 ?tl)
[0066]在低侧开关元件Ql为接通、高侧开关元件Q2为断开时，电流以输入电源E、变压器T的初级绕组np以及低侧开关元件Ql的路径流过。由此，在变压器T的次级绕组ns产生感应电压。此时产生的感应电压在主整流平滑电路中被进行整流平滑，经由DC-DC转换器40向主负载10供应直流电流。由此，主负载10点亮。
[0067]另外，与低侧开关元件Ql的接通同步地，开关元件Q21、Q22、Q23分别被接通规定时间。开关元件Q21、Q22、Q23的接通时间按照第I副负载11、第2副负载12以及第3副负载13的调光控制来进行设定。通过将开关元件Q21、Q22、Q23接通，进行整流平滑，从而第I副负载11、第2副负载12以及第3副负载13点亮。
[0068](tl ?t2)
[0069]在低侧开关元件Ql以及高侧开关元件Q2为断开时，电流以变压器T的初级绕组np、高侧开关元件Q2的体二极管以及电容器Cr的路径进行流动。此时，电容器Cr被充电。另一方面，在变压器T的次级侧不流过电流。
[0070](t2 ?t3)
[0071]在低侧开关元件Ql为断开、高侧开关元件Q2为接通时，通过已充电的电容器Cr，电流以电容器Cr、高侧开关元件Q2以及初级绕组np的路径进行流动。在变压器T的次级侧不流过电流。
[0072](t3 ?t0)
[0073]在低侧开关元件Ql以及高侧开关元件Q2为断开时，电流以电容器Cr、初级绕组np以及低侧开关元件Ql的体二极管的路径进行流动，电容器Cr被放电。在变压器T的次级侧不流过电流。
[0074]如图1所示，第I副负载11(12、13)通过整流平滑输出而被间歇驱动。与此相对，主负载10以IOOHz?200Hz被间歇驱动。以下，针对在第I副负载11 (12、13)的驱动期间中主负载10已驱动时的电流波形进行说明。
[0075]图3是表示主负载电流和副负载电流的电流波形的图。在图3中，将产生了浪涌时的电流波形在上部示出，将抑制了浪涌的产生时的电流波形在下部示出。另外，在图3中，示出了第I副SW控制部31(32、33)中所设定的目标值的变化。
[0076]若主负载10被接通，则在转换器40中流过负载供应电流，因此主输出电压Vo1下降。主SW控制电路20在使主输出电压Vo1稳定化的方向上被进行反馈控制，因此低侧开关元件Ql以及高侧开关元件Q2的接通时间变长。故而，次级绕组ns的各抽头输出电压会上升。在此，如果开关元件Q21、Q22、Q23的接通时间保持恒定，则输入的接通时间会急剧增加，副输出电压￥021、￥022、￥023会上升。如图3的区域A所示，在主负载电流的上升沿时，在副负载电流中产生朝电流增大方向的浪涌。
[0077]在本实施方式中，在主负载10接通时、即主负载电流的上升沿时，调整目标值接受部34将第I副SW控制部31(32、33)中所设定的目标电流值变更为与主负载10的负载的轻重相应的目标电流值一定时间Tul。由此，即使输入至开关元件Q21(Q22、Q23)的电压瞬间变高，第I副SW控制部31(32、33)也能进行与之相应的开关控制，因此能抑制浪涌的
产生。
[0078]若主负载10被断开，则转换器40中不流过负载供应电流，因此主输出电压Vo1会上升。主SW控制电路20在使主输出电压Vo1稳定化的方向上进行反馈控制，因此低侧开关元件Ql以及高侧开关元件Q2的接通时间变短。故而，次级绕组ns的各抽头输出电压会下降。在此，如果开关元件Q21、Q22、Q23的接通时间保持恒定，则输入的接通时间会急剧减少，副输出电压Vo21、Vo22、Vo23会下降。如图3的区域B所示，在主负载电流的下降沿时，在副负载电流中产生朝电流减少方向的浪涌(急剧减少)。
[0079]在本实施方式中，在主负载10断开时、即主负载电流的下降沿时，调整目标值接受部34将第I副SW控制部31(32、33)中所设定的目标电流值变更为与主负载10的负载的轻重相应的目标电流值一定时间Tu2。由此，即使输入至开关元件Q21 (Q22、Q23)的电压瞬间变低，第I副SW控制部31(32、33)也能进行与之相应的开关控制，因此能抑制浪涌的产生。
[0080]此外，变更目标电流值的时间Tul、Tu2为从区域A、B中生成的浪涌产生之后至消失为止的时间以下，是通过实验等而预先确定的时间。
[0081](实施方式2)
[0082]图4是实施方式2所涉及的开关电源装置的电路图。实施方式2所涉及的开关电源装置102中，变压器T的次级侧与实施方式I所涉及的开关电源装置101不同。以下，说明变压器T的次级侧的电路构成。此外，对与实施方式I同样的构件赋予相同的符号，并省略说明。
[0083]变压器T具有两个次级绕组nsl、ns2。在次级绕组(本发明的主输出部)nsl连接有主整流平滑电路。主整流平滑电路具有电感器L1、第I整流元件Dl以及平滑电容器Co1，经由DC-DC转换器40向后级的主负载10供应主输出电压Vcv
[0084]在次级绕组(本发明的副输出部)ns2连接有电感器L2以及二极管D2。在二极管D2的阴极连接有第1、第2以及第3副整流平滑电路。第1、第2以及第3副整流平滑电路是与实施方式I同样的构成。
[0085]在本实施方式中，是对主负载10、和第I副负载11、第2副负载12以及第3副负载13供应独立的次级绕组nsl、ns2的感应电压的构成。
[0086]开关电源装置102具备对低侧开关元件Ql以及高侧开关元件Q2进行开关控制的主SW控制电路20。另外，开关电源装置102具备DSP30，该DSP30具有第I副SW控制部31、第2副SW控制部32、第3副SW控制部33以及调整目标值接受部34等多个功能。[0087]主SW控制电路20、DSP30以及DC-DC转换器40等的各部与实施方式I同样地动作，并与实施方式I同样地，在主负载电流的上升沿以及下降沿，对在副负载电流产生的过冲以及下冲进行抑制。
[0088]此外，尽管在上述的实施方式中，由DSP30的调整目标值接受部34接受了 DSP41所输出的、确定与负载的轻重相应的目标电流值的目标值信号，但也可以直接输入调光信号，在DSP30中进行设定，并从DSP41侧仅接受与负载的轻重相应的校正量。另外，也可以将DSP41与DSP30设为一体，从而将DSP构成为I个。进而，尽管构成为在主负载前级插入DC-DC转换器，在也能应用于不具备DC-DC转换器的构成。
【权利要求】
1.一种开关电源装置，具备: 变压器，具有输入部、主输出部以及一个或多个副输出部； 开关电路，切换向所述输入部的电压的供应、以及供应的切断； 主整流平滑电路,对来自所述主输出部的感应电压进行整流平滑，并输出主输出电压； 转换器部，对所述主输出电压进行升压或降压，并输出至后级的主负载； 一个或多个副整流平滑电路，设于所述副输出部，通过开关元件的开关来对来自所述副输出部的感应电压进行整流平滑，并输出至所连接的副负载； 第I控制部，基于与所述主输出电压相应的反馈信号来对所述开关电路进行开关控制； 第2控制部，基于所设定的目标值来对所述副整流平滑电路的所述开关元件的每一个进行开关控制，并驱动一个或多个所述副负载； 检测单元，检测与所述主负载的轻重相关的信息；以及 变更单元，基于所述检测单元检测出的所述信息来变更所述目标值。
2.根据权利要求1所述的开关电源装置，其中， 所述转换器部对所述主负载进行间歇驱动， 所述变更单元变更所述间歇驱动中的上升沿时的目标值。
3.根据权利要求2所述的开关电源装置，其中， 所述变更单元变更所述间歇驱动中的下降沿时的目标值。
4.根据权利要求1?3中任一项所述的开关电源装置，其中， 所述变更单元随着所述主负载的电流变化幅度变大而增大所述副负载的所述目标值的变动幅度。
【文档编号】H02M3/335GK103546039SQ201310276392
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年7月3日 优先权日:2012年7月9日
【发明者】浅井宏次, 松本博德 申请人:株式会社村田制作所