專利名稱：多輸出直流－直流變換器及使用該變換器的電子裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多輸出直流-直流變換器及使用多輸出直流-直流變換器的電子裝置。
所述直流-直流變換電路2包括直流電源V1，它有輸出電壓Vin；與直流電源V1并聯(lián)的電容器C1；用為開關(guān)元件的扼流圈L1和FET Q1，它們串聯(lián)于直流電源V1與輸出端P1之間；二極管D1用作續(xù)流整流元件，它被接在地與所述FET Q1和扼流圈L1的接點(diǎn)之間；以及電容器C2，它用作濾波電容器，接在輸出端P1與地之間。所述FET Q1的柵極接到控制電路(未示出)，并且該FET Q1由來自控制電路的開關(guān)信號(hào)控制其通-斷?？刂齐娐窓z測(cè)輸出端P1的電壓Vout，并將反饋該電壓，以設(shè)定FET Q1的開關(guān)頻率和脈沖寬度，以使輸出端P1的電壓Vout穩(wěn)定。輸出端P1的輸出用作第一輸出。
直流-直流變換電路2中的FET Q1和扼流圈L1的接點(diǎn)連接到整流電路3和4。整流電路3是倍壓整流電路，由兩個(gè)二極管和兩個(gè)耦合電容器組成，它的輸出端與輸出端P2相連。整流電路4是由四個(gè)二極管和四個(gè)耦合電容器形成的四倍壓整流電路，它的輸出端與輸出端P3相連。輸出端P2和P3的兩個(gè)輸出是第一輸出端P1的2倍和4倍那樣高。
圖6表示在第一輸出的負(fù)載電流改變時(shí)，用為開關(guān)元件的FET Q1的源電壓Vs(FET Q1和扼流圈L1的接點(diǎn)處得到的電壓)的波形，以及流過扼流圈L1的電流Ic。圖6(a)和圖6(b)表示在負(fù)載電流足夠大時(shí)(重負(fù)載時(shí)或者正常負(fù)載時(shí))所得的源電壓Vs和電流Ic；圖6(c)和圖6(d)表示在負(fù)載電流較小時(shí)(正常負(fù)載時(shí))所得的源電壓Vs和電流Ic；圖6(e)和圖6(f)表示在負(fù)載電流非常小時(shí)(輕負(fù)載或者無負(fù)載時(shí))所得的源電壓Vs和電流Ic。
如圖6(a)和圖6(b)所示，當(dāng)?shù)谝惠敵龅呢?fù)載電流較大時(shí)，源電壓Vs變得等于當(dāng)FET Q1導(dǎo)通時(shí)直流電源V1的電壓Vin，而電流Ic增大。當(dāng)FET Q1斷開時(shí)，因扼流圈L1的激勵(lì)能量，而使電流Ic通過二極管D1自地流到扼流圈L1。隨著扼流圈L1激勵(lì)能量的減小，電流Ic減小。由于所述激勵(lì)能量的增大，直至FET Q1下一次導(dǎo)通之前，電流Ic不會(huì)達(dá)到0。在這段期間，由于二極管D1引起的電壓降，使FET Q1的源電壓Vs低于接地電壓。
如圖6(c)和圖6(d)所示，當(dāng)?shù)谝惠敵龅呢?fù)載電流變小時(shí)，由于扼流圈L1的勵(lì)磁能量變得更小，在FET Q1截止至FET Q1下一次導(dǎo)通之間的一段時(shí)間內(nèi)，電流Ic為0。換句話說，二極管D1導(dǎo)通的周期減小。當(dāng)流過扼流圈L1的電流Ic變?yōu)?時(shí)，F(xiàn)ET Q1的源電壓Vs等于第一輸出的輸出電壓Vout。
如圖6(e)和圖6(f)所示，當(dāng)?shù)谝惠敵龅呢?fù)載電流進(jìn)一步變小或者變成0時(shí)，二極管D1的導(dǎo)通時(shí)間進(jìn)一步減小，F(xiàn)ET Q1的源電壓Vs不會(huì)低到接地電壓或者小于接地電壓，而是在接地電壓以上。
圖5所示的直流-直流變換器1的整流電路3和4輸出的電壓與輸入電壓的幅值對(duì)應(yīng)，因?yàn)樗鼈兙哂旭詈想娙萜?輸入的結(jié)構(gòu)。
當(dāng)像圖6(e)所示那樣第一輸出的負(fù)載電流變得非常小的情況下，輸入到整流電路3和4之電壓幅值的最大值與最小值之間的差，也即FET Q1的源電壓Vs變得較小。于是，整流電路3和4就不像想要的那樣工作，同時(shí)，在輸出端P2和P3處所得到的第二輸出電壓減小。
第一輸出的負(fù)載電流變得越小，則二極管D1的導(dǎo)通時(shí)間越短，而源電壓Vs等于第一輸出端的輸出電壓Vout的時(shí)間越長(zhǎng)，因此，在一個(gè)變換周期內(nèi)，源電壓Vs表示最小值的時(shí)間變得更短。當(dāng)源電壓Vs表示最小值的時(shí)間減少時(shí)，即使源電壓Vs表示最大值的時(shí)間不變化，整流電路3和4也不能進(jìn)行有效的工作。根據(jù)這一點(diǎn)，難于從第二輸出端取得電能。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述情況作出本發(fā)明。本發(fā)明的目的在于提供一種多輸出直流-直流變換器，當(dāng)使用獲得第一輸出所用的直流-直流變換電路的脈沖電壓得到第二輸出時(shí)，即使在第一輸出的負(fù)載電流變得非常小的情況下，它也避免第二輸出端的輸出電壓下降，還提供一種使用這種多輸出直流-直流變換器的電子裝置。
本發(fā)明提供一種多輸出直流-直流變換器而實(shí)現(xiàn)上述目的及其它主題，它包含降壓直流-直流變換電路，所述變換器包括開關(guān)元件，用以轉(zhuǎn)換輸入的直流電壓，將其變化成脈沖電壓，扼流圈和濾波電容器，用以使脈沖電壓平滑，以得到小于輸入直流電壓的第一輸出，以及續(xù)流整流元件，用于在所述開關(guān)元件被斷開時(shí)使電流流過所述扼流圈；還包括整流電路，用于處理和整流所述直流-直流變換電路的脈沖電壓，以得到第二輸出，其中所述整流元件是雙向同步整流元件，在所述開關(guān)元件被斷開的時(shí)候，它被接通。
本多輸出直流-直流變換器中的扼流圈可以是一個(gè)變壓器，其次級(jí)繞組與所述整流電路相連。
本多輸出直流-直流變換器中的整流電路可由耦合電容器和二極管組成。
本發(fā)明的電子裝置具有一個(gè)上面描述的多輸出直流-直流變換器。
由于使用一種上面所述的結(jié)構(gòu)，即使第一輸出的負(fù)載電流變得非常小，本發(fā)明的多輸出直流-直流變換器也能防止第二輸出端的輸出電壓降低。
圖5是普通直流-直流變換器的電路圖；圖6是表示圖5所示普通多輸出直流-直流變換器隨時(shí)間變化的特性示意圖；
如

圖1所示，在直流-直流變換器10中，直流-直流變換電路11設(shè)有開關(guān)元件Q2，它代替圖5所示直流-直流變換器中所用開關(guān)元件Q1；另外，還設(shè)有FET Q3，用作與二極管D1并聯(lián)的雙向同步整流元件。FET Q2和FET Q3最好都是MOS FET。
FET Q2的柵極與控制電路(未示出)相連，并且由控制電路輸入的開關(guān)信號(hào)控制FET Q2的通-斷?？刂齐娐窓z測(cè)輸出端P1處的電壓，并反饋該信號(hào)，以設(shè)定FET Q2的開關(guān)頻率和脈沖寬度，以使輸出端P1處的電壓Vout穩(wěn)定。
FET Q3的柵極以與FET Q2同樣的方式與控制電路(未示出)相連，并且由控制電路輸入的信號(hào)控制FET Q3的通-斷，以便在FET Q2截?cái)嗟耐瑫r(shí)，F(xiàn)ET Q3被導(dǎo)通。在某些情況下控制FET Q2和FET Q3，以便他們夾在兩個(gè)FET-斷開周期之間時(shí)被交替地導(dǎo)通，以防止它們?cè)谕瑫r(shí)導(dǎo)通的瞬間使得直流電源V1短路。
圖2表示當(dāng)?shù)谝惠敵龅呢?fù)載電流變化時(shí)，用作開關(guān)元件之FET Q2的源電壓Vs2(FET Q2和扼流圈L1的接點(diǎn)處所得的電壓)的波形圖，以及流過扼流圈L1的電流Ic波形圖。圖2(a)和圖2(b)表示在負(fù)載電流足夠大時(shí)(重負(fù)載或者正常負(fù)載時(shí))所得到的源電壓Vs2和電流Ic；圖2(c)和圖2(d)表示在負(fù)載電流較小時(shí)(正常負(fù)載時(shí))所得到的源電壓Vs2和電流Ic；而圖2(e)和圖2(f)表示在負(fù)載電流非常小時(shí)(輕負(fù)載或者無負(fù)載時(shí))所得到的源電壓Vs2和電流Ic。
如圖2(a)和圖2(b)所示，當(dāng)?shù)谝惠敵龅呢?fù)載電流較大時(shí)，波形實(shí)質(zhì)上與普通多輸出直流-直流變換器1的波形一樣。流過多輸出直流-直流變換器1的二極管D1的電流主要流過其電阻比二極管D1小的FET Q3。因FET Q3處的電壓降，F(xiàn)ET Q2的源電壓Vs2略小于接地電壓，比二極管D1引起的壓降要小。在一段FET Q2截?cái)嗤瑫r(shí)FET Q3也截?cái)嗟亩虝r(shí)間內(nèi)，電流可以流過二極管D1。
如圖2(c)和圖2(d)所示，當(dāng)?shù)谝惠敵龅呢?fù)載電流變得較小時(shí)，在FETQ2截?cái)嗯c該FET Q2下一次導(dǎo)通之間的一段時(shí)間內(nèi)，由于扼流圈L1的勵(lì)磁能量變小，電流Ic為0。即使這段時(shí)間，由于FET Q3是導(dǎo)通的，而且是雙向?qū)ǎ娏鱅c沿相反的方向流過FET Q3和電感器件L1，直至FET Q3變成下一次截?cái)?。因此，?dāng)電流Ic沿相反的方向流動(dòng)時(shí)，F(xiàn)ET Q2的源電壓Vs2幾乎為0V(實(shí)際上，因FET Q3引起的電壓降，而比接地電壓略大些)。與普通多輸出直流-直流變換器1不同，所述源電壓不會(huì)等于第一輸出端的輸出電壓Vout。
如圖2(e)和圖2(f)所示，當(dāng)?shù)谝惠敵龅呢?fù)載電流進(jìn)一步減小，或者變?yōu)?時(shí)，由于在FET Q2截?cái)嗟臅r(shí)候，電流Ic可以沿雙向流過FET Q3，所以，F(xiàn)ET Q2的源電壓Vs2幾乎為0V。
如上所述，在直流-直流變換電路11中，由于在第一輸出的負(fù)載電流變得非常小或者為0時(shí)FET Q3被導(dǎo)通，所以當(dāng)FET Q2截?cái)鄷r(shí)，F(xiàn)ET Q2的源電壓Vs2升高，而且FET Q2的源電壓Vs2的最大值與最小值之間的差不會(huì)變小。因此，輸入至整流電路3和4的電壓的幅值不會(huì)變小。在輸出端P2和P3處所得到的第二輸出電壓被保持在正常值，避免了各輸出電壓的降低。
由于所述源電壓Vs2不會(huì)變得等于第一輸出端的輸出電壓Vout，所以該源電壓Vs2在一段固定的時(shí)間內(nèi)表現(xiàn)出最大值，也在一段固定的時(shí)間內(nèi)表現(xiàn)出最小值。因此，使得整流電路3和4在穩(wěn)定的條件下工作，很容易從第二輸出獲得電能。
圖3表示本發(fā)明另一種實(shí)施例的多輸出直流-直流變換器。圖3中與圖1中所用相同的符號(hào)被賦予與圖1所示同樣的或者類似的部分，并省去對(duì)它們的描述。
如圖3所示，在直流-直流變換器20中，直流-直流變換電路21設(shè)有變壓器T1，以代替圖1中所示直流-直流變換器10的電感元件L1。變壓器T1的初級(jí)繞組N1被串接于FET Q2的源極與輸出端P1之間，次級(jí)繞組N2的一端與輸出端P1相連，另一端與整流電路3和4相連。
由于可通過代替電感元件L1的變壓器T1將一脈沖電壓加于整流電路3和4，所以可得到采用電感元件L1時(shí)相同的優(yōu)點(diǎn)。
在本發(fā)明的直流-直流變換器10和20的直流-直流變換電路11和21中，二極管D1與FET Q3并聯(lián)，用作同步整流元件。這就使得在FET Q2和FET Q3都被截?cái)嗟耐瑫r(shí)，電流流過電感元件L1。因此，如果FET Q2和FET Q3被截?cái)嘁欢畏浅Ｓ邢薜臅r(shí)間，則無需使用二極管D1。當(dāng)把MOSFET用于FET Q3的時(shí)候，由于可以用MOS FET的二極管組元代替二極管D1，所以即使在FET Q2和FET Q3被截?cái)嘁欢螘r(shí)間時(shí)，也無需設(shè)置二極管D1。
在多輸出直流-直流變換器10和20中，從兩個(gè)整流電路3和4得到兩個(gè)第二輸出。多輸出直流-直流變換器的結(jié)構(gòu)需要有第二輸出，所述第二輸出是通過使用為得到第一輸出所用的直流-直流變換電路的脈沖電壓所得到的，不過第二輸出的數(shù)目可以是一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)或者更多，并可給出在得到兩個(gè)第二輸出情況下同樣的優(yōu)點(diǎn)。
圖4是本發(fā)明一種實(shí)施例電子裝置的透視圖。圖4中用為電子裝置的打印機(jī)30使用本發(fā)明的多輸出直流-直流變換器10作為電源電路。第一輸出用作比如只在打印期間工作的負(fù)載比較重的電路所用的電源，第二輸出用作始終在工作的負(fù)載比較輕的電路所用的電源。
由于打印機(jī)30采用本發(fā)明的多輸出直流-直流變換器10，所以在打印期間以及等待打印期間，有穩(wěn)定的電壓加給每個(gè)電路，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的工作。
圖4所示的打印機(jī)30使用圖1所示的多輸出直流-直流變換器10。打印機(jī)30可以使用圖3所示的多輸出直流-直流變換器20。在這種情況下，可以得到同樣的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的電子裝置并不限于打印機(jī)，而包括所有需要與變化較大的負(fù)載相連的第一輸出以及第二輸出的多輸出直流-直流變換器的電子裝置，如筆記本個(gè)人計(jì)算機(jī)和便攜式信息裝置。
雖然已經(jīng)關(guān)于其特定的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，很多其它的變化和改型以及其它使用都將是顯然的。所以，不應(yīng)以這里的特定敘述限制本發(fā)明，而只能由所附各權(quán)利要求限定之。
權(quán)利要求
1.一種多輸出直流-直流變換器，包含降壓直流-直流變換電路，所述變換器包括開關(guān)元件，用以轉(zhuǎn)換輸入的直流電壓，將其轉(zhuǎn)換成脈沖電壓；扼流圈和濾波電容器，用以使脈沖電壓平滑，以得到小于輸入直流電壓的第一輸出；續(xù)流整流元件，用于在所述開關(guān)元件被斷開時(shí)使電流流過所述扼流圈；以及整流電路，用于處理和整流所述直流-直流變換電路的脈沖電壓，以得到第二輸出；其特征在于，所述續(xù)流整流元件是雙向同步整流元件，在所述開關(guān)元件被斷開的時(shí)候，它被接通。
2.如權(quán)利要求1所述的輸出直流-直流變換器，其特征在于，所述扼流圈是一個(gè)變壓器，其次級(jí)繞組與所述整流電路相連。
3.如權(quán)利要求1所述的輸出直流-直流變換器，其特征在于，所述整流電路由耦合電容器和二極管組成。
4.如權(quán)利要求2所述的輸出直流-直流變換器，其特征在于，所述整流電路由耦合電容器和二極管組成。
5.如權(quán)利要求1所述的輸出直流-直流變換器，其特征在于，所述續(xù)流整流元件包括開關(guān)晶體管。
6.如權(quán)利要求5所述的輸出直流-直流變換器，其特征在于，還包括與所述續(xù)流整流元件并聯(lián)的二極管，以保證在所述開關(guān)元件和續(xù)流整流元件斷開時(shí)電流流過所述扼流圈。
7.如權(quán)利要求5所述的輸出直流-直流變換器，其特征在于，所述開關(guān)晶體管包括MOS FET。
8.一種具有多輸出直流-直流變換器的電子裝置，所述直流-直流變換器包含降壓直流-直流變換電路，所述裝置包括開關(guān)元件，用以轉(zhuǎn)換輸入的直流電壓，將其轉(zhuǎn)換成脈沖電壓；扼流圈和濾波電容器，用以使脈沖電壓平滑，以得到小于輸入直流電壓的第一輸出；續(xù)流整流元件，用于在所述開關(guān)元件被斷開時(shí)使電流流過所述扼流圈；以及整流電路，用于處理和整流所述直流-直流變換電路的脈沖電壓，以得到第二輸出；其特征在于，所述續(xù)流整流元件是雙向同步整流元件，在所述開關(guān)元件被斷開的時(shí)候，它被接通。
9.如權(quán)利要求8所述的電子裝置，其特征在于，所述扼流圈是一個(gè)變壓器，其次級(jí)繞組與所述整流電路相連。
10.如權(quán)利要求8所述的電子裝置，其特征在于，所述整流電路由耦合電容器和二極管組成。
11.如權(quán)利要求9所述的電子裝置，其特征在于，所述整流電路由耦合電容器和二極管組成。
12.如權(quán)利要求8所述的電子裝置，其特征在于，所述續(xù)流整流元件包括開關(guān)晶體管。
13.如權(quán)利要求12所述的電子裝置，其特征在于，還包括與所述續(xù)流整流元件并聯(lián)的二極管，以保證在所述開關(guān)元件和續(xù)流整流元件斷開時(shí)電流流過所述扼流圈。
14.如權(quán)利要求12所述的電子裝置，其特征在于，所述開關(guān)晶體管包括MOS FET。
全文摘要
一種多輸出直流－直流變換器,包含降壓直流－直流變換電路,所述變換器包括:開關(guān)元件,用以轉(zhuǎn)換輸入的直流電壓,將其變化成脈沖電壓;扼流圈和濾波電容器,用以使脈沖電壓平滑,以得到小于輸入直流電壓的第一輸出;以及續(xù)流整流元件,用于在所述開關(guān)元件被斷開時(shí)使電流流過所述扼流圈;還包括整流電路,用于加工和整流所述直流－直流變換電路的脈沖電壓,以得到第二輸出。由于續(xù)流整流元件是雙向同步整流元件,在所述開關(guān)元件被斷開的時(shí)候,它被接通。即使在第一輸出的負(fù)載電流減小時(shí),所述開關(guān)元件的源電壓幅值也不減小。因此,從整流電路所得的第二輸出總保持正常值。
文檔編號(hào)H02M7/21GK1352485SQ0113686
公開日2002年6月5日 申請(qǐng)日期2001年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月2日
發(fā)明者佐野直人, 國(guó)井信悟 申請(qǐng)人:株式會(huì)社村田制作所