專(zhuān)利名稱(chēng)：多輸出電源電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括對(duì)于輸入的直流電壓可以進(jìn)行升降壓控制的輸出的、具有多個(gè)輸出的多輸出電源電路。
背景技術(shù)：
近幾年來(lái)，在由輸入直流電源供給電力、對(duì)各種電子電路輸出多個(gè)電源電壓的多輸出電源電路中，開(kāi)發(fā)出即使輸入的直流電壓從比輸出電壓大的電壓到比輸出電壓小的電壓為止進(jìn)行變動(dòng)，也能輸出一定的輸出電壓的多輸出電源電路。作為現(xiàn)有技術(shù)的這種多輸出電源電路，例如在日本的特開(kāi)平8-205528號(hào)公報(bào)中記述著。
圖6是表示特開(kāi)平8-205528號(hào)公報(bào)中記述的現(xiàn)有技術(shù)的多輸出電源電路的結(jié)構(gòu)的電路圖。如圖6所示，輸入直流電源1向電壓限制電路100輸出輸入直流電壓Vi，電壓控制電路100由P溝道的第1FET101、第1二極管102、第1扼流線圈103、第1電容器104及第1控制電路105構(gòu)成。第1FET101的源極，與輸入直流電源1連接；第1FET101的漏極，與第1二極管102的陰極連接。第1二極管102的陽(yáng)極被接地。第1扼流線圈103的一端，與第1FET101的漏極和第1二極管102的陰極的連接點(diǎn)連接，第1扼流線圈103的另一端，與第1電容器104的一個(gè)電極連接。第1電容器104的另一個(gè)電極被接地。第1控制電路105給第1FET101的柵極施加脈沖電壓，開(kāi)關(guān)控制第1FET101，以便使第1電容器104的電壓V1保持限制電壓V1im。電壓限制電路100，當(dāng)輸入直流電壓Vi在限制電壓V1im以下(在本申請(qǐng)文件中“以下”、“以上”均包含本數(shù))時(shí)，積極地將第1FET101設(shè)定為保持導(dǎo)通的狀態(tài)。
如圖6所示，在電壓限制電路100中，與第1升壓電路200和第2升壓電路300連接。第1升壓電路200由第2扼流線圈201、第2FET202、第2二極管203、第2電容器204及第2控制電路205構(gòu)成。第2升壓電路300由第3扼流線圈301、第3FET302、第3二極管303、第3電容器304及第3控制電路305構(gòu)成。
在第1升壓電路200中，第2扼流線圈201的一端與第1電容器104連接，第2扼流線圈201的另一端與N溝道的第2FET202的漏極連接。第2FET202的源極接地。第2二極管203的陽(yáng)極與第2扼流線圈201和第2FET202的連接點(diǎn)連接，第2二極管203的陰極與第2電容器204的一個(gè)電極連接，第2電容器204的另一個(gè)電極被接地。第2電容器204輸出輸出直流電壓Vo2。第2控制電路205，向第2FET202的柵極施加脈沖電壓，對(duì)第2FET202進(jìn)行截止/導(dǎo)通控制，以便將輸出直流電壓Vo2保持成所需的電壓。
第2升壓電路300與第1升壓電路200并聯(lián)，與第1升壓電路200的結(jié)構(gòu)相同。第2升壓電路300，被輸入電壓限制電路100的輸出V1，由第3電容器304輸出輸出直流電壓Vo3。第3控制電路305，向第3FET302的柵極施加脈沖電壓，對(duì)第3FET302進(jìn)行截止/導(dǎo)通控制，以便將輸出直流電壓Vo3保持成所需的電壓。
下面，講述圖6所示的現(xiàn)有技術(shù)的多輸出電源電路的動(dòng)作。輸入直流電壓Vi大于控制電壓V1im時(shí)，第1FET101在由第1控制電路105供給其柵極的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的作用下截止/導(dǎo)通。在該第1FET101的截止/導(dǎo)通動(dòng)作的作用下，在第1FET101的漏極上產(chǎn)生具有與第1FET101的截止/導(dǎo)通時(shí)間對(duì)應(yīng)的脈沖寬度、振幅大約為Vi的矩形波電壓。該矩形波電壓，被由第1扼流線圈103和第1電容器104構(gòu)成的低通濾波器平滑，在第1電容器104中產(chǎn)生大小與所述矩形波電壓的平均值相等的直流電壓。在這里，如果將占空比D1作為第1FET101的導(dǎo)通狀態(tài)的時(shí)間在驅(qū)動(dòng)信號(hào)反復(fù)供給第1FET101的周期中所占的比例，那么在第1電容器104中產(chǎn)生的直流電壓V1，就有下述公式(1)所示的關(guān)系。
V1＝Vi×D1 …(1)就是說(shuō)，加大占空比D1后，電壓Vi就增大；反之，減小占空比D1后，電壓Vi就減小。第1控制電路105，針對(duì)輸入直流電壓Vi的變動(dòng)及負(fù)荷的變動(dòng)，調(diào)整占空比D1，從而使電壓V1與預(yù)先設(shè)定的限制電壓V1im相等地動(dòng)作。
接著，當(dāng)輸入直流電壓Vi在限制電壓V1im以下時(shí)，占空比D1成為100％，第1FET101成為始終導(dǎo)通狀態(tài)，第1電容器104中產(chǎn)生與輸入直流電壓Vi大致相等的電壓。
電壓限制電路100的輸出電壓V1，成為第1升壓電路200的輸入電壓。在第1升壓電路200中，第2FET202在來(lái)自第2控制電路205的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的作用下，進(jìn)行截止/導(dǎo)通動(dòng)作。在第2FET202為導(dǎo)通狀態(tài)的期間，第2扼流線圈201被施加輸入直流電壓Vi。在第2FET202為截止?fàn)顟B(tài)的期間，在第2扼流線圈201的反電動(dòng)勢(shì)的作用下，第2二極管203導(dǎo)通，第2電容器204充電。在這里，如果將占空比D2作為第2FET202的導(dǎo)通狀態(tài)的時(shí)間在驅(qū)動(dòng)信號(hào)反復(fù)供給第2FET202的周期中所占的比例，那么在第2電容器204中產(chǎn)生的輸出直流電壓Vo2，就有下述公式(2)所示的關(guān)系。
Vo2＝V1/(1-D2) …(2)就是說(shuō)，輸出直流電壓Vo2比第1電容器104的電壓V1大，加大占空比D2后，輸出直流電壓Vo2就變大，反之減小占空比D2后，輸出直流電壓Vo2就變小。第2控制電路205，針對(duì)輸出入條件的變動(dòng)，調(diào)整占空比D2，第1升壓電路200進(jìn)行使輸出直流電壓Vo2成為所需的電壓的動(dòng)作。
同樣，第2升壓電路300的第3控制電路305進(jìn)行截止/導(dǎo)通第3FET302的動(dòng)作，通過(guò)調(diào)整其占空比D3，進(jìn)行使輸出直流電壓Vo3成為所需的電壓的動(dòng)作。
多輸出電源電路，作為各種電子機(jī)器的內(nèi)置電源使用，小型化及高效率化是該領(lǐng)域的重要課題。在前文講述的現(xiàn)有技術(shù)的多輸出電源電路的結(jié)構(gòu)中，輸入輸入直流電壓Vi后，輸出該輸入直流電壓Vi以下的直流電壓V1的電壓限制電路100，是降壓電路，采用將該降壓電路和升壓電路串聯(lián)而成的結(jié)構(gòu)。因此，現(xiàn)有技術(shù)的多輸出電源電路，是部件數(shù)量多、難以小型化的結(jié)構(gòu)，而且存在著不能以很高的功率變換效率將輸入直流電壓Vi生成所需電壓的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問(wèn)題，提供可以用部件數(shù)量較少的簡(jiǎn)易的結(jié)構(gòu)對(duì)輸入直流電壓進(jìn)行所需的升降壓控制、具有很高的功率變換效率、能夠生成恒定的輸出的多輸出電源電路。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的第1觀點(diǎn)的多輸出電源電路，具備具有與輸入直流電源并聯(lián)的高位開(kāi)關(guān)和低位開(kāi)關(guān)的串聯(lián)電路，和使所述高位開(kāi)關(guān)和所述低位開(kāi)關(guān)交替截止/導(dǎo)通動(dòng)作的降壓控制電路的開(kāi)關(guān)電路；以及與所述高位開(kāi)關(guān)和所述低位開(kāi)關(guān)的中間連接點(diǎn)連接的多個(gè)升壓電路。
采用這種結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的第1觀點(diǎn)的多輸出電源電路，可以用部件數(shù)量較少的簡(jiǎn)易的結(jié)構(gòu)對(duì)輸入直流電壓進(jìn)行所需的升降壓控制、具有很高的功率變換效率、能夠生成一定的輸出。
本發(fā)明的第2觀點(diǎn)的多輸出電源電路，在所述第1觀點(diǎn)的結(jié)構(gòu)中，所述升壓電路，采用具有下述部件的結(jié)構(gòu)一端與所述高位開(kāi)關(guān)和所述低位開(kāi)關(guān)的中間連接點(diǎn)連接的電感器，與所述電感器的另一端連接的所述升壓用開(kāi)關(guān)和升壓用整流器，與所述升壓用整流器連接、輸出輸出直流電壓的平滑單元，控制所述升壓用開(kāi)關(guān)的截止/導(dǎo)通動(dòng)作、以便控制所述輸出直流電壓的升壓控制電路。采用這種結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的第2觀點(diǎn)的多輸出電源電路，可以用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)對(duì)輸入直流電壓進(jìn)行切實(shí)的升降壓控制。
在本發(fā)明的第3觀點(diǎn)的多輸出電源電路中，所述第1觀點(diǎn)的結(jié)構(gòu)的所述降壓控制電路和所述升壓控制電路，采用以相同的開(kāi)關(guān)頻率驅(qū)動(dòng)所述高位開(kāi)關(guān)、所述低位開(kāi)關(guān)及所述升壓用開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)。采用這種結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的第3觀點(diǎn)的多輸出電源電路，可以用簡(jiǎn)易的結(jié)構(gòu)進(jìn)行所需的升降壓控制，切實(shí)生成一定的輸出。
本發(fā)明的第4觀點(diǎn)的多輸出電源電路，在所述第1觀點(diǎn)的結(jié)構(gòu)中，記述的所述降壓控制電路，采用將ON時(shí)間與所述高位開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)周期的比例，設(shè)定在所述多個(gè)升壓電路輸出的輸出直流電壓中的最小值與所述輸入直流電源輸出的輸入電壓的比例以下的結(jié)構(gòu)。采用這種結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的第4觀點(diǎn)的多輸出電源電路，可以用簡(jiǎn)易的結(jié)構(gòu)進(jìn)行所需的升降壓控制。
本發(fā)明的第5觀點(diǎn)的多輸出電源電路，具備具有與輸入直流電源并聯(lián)的高位開(kāi)關(guān)和低位開(kāi)關(guān)的串聯(lián)電路，和使所述高位開(kāi)關(guān)和所述低位開(kāi)關(guān)交替截止/導(dǎo)通動(dòng)作的降壓控制電路的開(kāi)關(guān)電路；與所述高位開(kāi)關(guān)和所述低位開(kāi)關(guān)的中間連接點(diǎn)連接，輸出第1輸出直流電壓的平滑電路；以及與所述高位開(kāi)關(guān)和所述低位開(kāi)關(guān)的中間連接點(diǎn)連接的至少1個(gè)升壓電路。
采用這種結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的第5觀點(diǎn)的多輸出電源電路，可以用簡(jiǎn)易的結(jié)構(gòu)進(jìn)行所需的降壓控制和升壓控制，能夠生成所需的多個(gè)一定輸出。
在本發(fā)明的第6觀點(diǎn)的多輸出電源電路中，所述第5觀點(diǎn)的所述升壓電路，采用具有下述部件的結(jié)構(gòu)一端與所述高位開(kāi)關(guān)和所述低位開(kāi)關(guān)的中間連接點(diǎn)連接的電感器，與所述電感器的另一端連接的所述升壓用開(kāi)關(guān)和升壓用整流器，與所述升壓用整流器連接、輸出輸出直流電壓的平滑單元，控制所述升壓用開(kāi)關(guān)的截止/導(dǎo)通動(dòng)作、以便控制所述輸出直流電壓的升壓控制電路。采用這種結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的第6觀點(diǎn)的多輸出電源電路，可以用簡(jiǎn)易的結(jié)構(gòu)進(jìn)行所需的升降壓控制。
在本發(fā)明的第7觀點(diǎn)的多輸出電源電路中，所述第5觀點(diǎn)的所述平滑電路，由一端與所述高位開(kāi)關(guān)和所述低位開(kāi)關(guān)的中間連接點(diǎn)連接的電感器，和與所述電感器的另一端連接的電容器構(gòu)成。采用這種結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的第7觀點(diǎn)的多輸出電源電路，可以用簡(jiǎn)易的結(jié)構(gòu)進(jìn)行所需的升降壓控制。
在本發(fā)明的第8觀點(diǎn)的多輸出電源電路中，所述第5觀點(diǎn)的所述降壓控制電路，采用控制所述高位開(kāi)關(guān)和所述低位開(kāi)關(guān)的截止/導(dǎo)通動(dòng)作，以便控制所述第1輸出直流電壓的結(jié)構(gòu)。采用這種結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的第8觀點(diǎn)的多輸出電源電路，可以用簡(jiǎn)易的結(jié)構(gòu)進(jìn)行所需的升降壓控制。
在本發(fā)明的第9觀點(diǎn)的多輸出電源電路中，所述第6觀點(diǎn)的所述降壓控制電路和所述升壓控制電路，用相同的開(kāi)關(guān)頻率驅(qū)動(dòng)所述高位開(kāi)關(guān)和所述低位開(kāi)關(guān)及所述升壓用開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)。采用這種結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的第9觀點(diǎn)的多輸出電源電路，可以用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)進(jìn)行所需的升降壓控制。
采用本發(fā)明的多輸出電源電路后，能夠用數(shù)量較少的部件，獲得多個(gè)可以對(duì)輸入直流電壓進(jìn)行升降壓控制的所需的輸出。
另外，采用本發(fā)明的多輸出電源電路后，能夠獲得對(duì)輸入直流電壓可以進(jìn)行降壓控制的所需的輸出和至少一個(gè)可以進(jìn)行升降壓控制的所需的輸出。
發(fā)明的嶄新的特征，均在添附的權(quán)利要求書(shū)中記述著。但關(guān)于構(gòu)成及內(nèi)容，通過(guò)結(jié)合本發(fā)明的其它目的及其特征的詳細(xì)說(shuō)明及圖紙，可以更好地領(lǐng)會(huì)、評(píng)價(jià)。


圖1是表示本發(fā)明涉及的第1實(shí)施方式的多輸出電源電路的結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖2是第1實(shí)施方式的多輸出電源電路中的各部的動(dòng)作波形圖。
圖3是第1實(shí)施方式的多輸出電源電路的主要結(jié)構(gòu)部分的電路圖。
圖4是表示本發(fā)明涉及的第2實(shí)施方式的多輸出電源電路的結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖5是表示本發(fā)明涉及的第3實(shí)施方式的多輸出電源電路的結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖6是表示現(xiàn)有技術(shù)的多輸出電源電路的結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖紙的部分或全部，是為了圖解而簡(jiǎn)要地繪制的，未必真實(shí)地描繪出所示的要素實(shí)際的相對(duì)大小及位置。對(duì)此，請(qǐng)予以注意。
具體實(shí)施例方式
下面，參照附圖，講述本發(fā)明的多輸出電源電路涉及的適當(dāng)?shù)膶?shí)施方式。
《第1實(shí)施方式》圖1是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的多輸出電源電路的結(jié)構(gòu)的電路圖。
如圖1所示，第1實(shí)施方式的多輸出電源電路，由輸出輸入直流電壓Vi的輸入直流電源1所連接的開(kāi)關(guān)電路10和生成兩個(gè)輸出的升壓電路20、30構(gòu)成。
開(kāi)關(guān)電路10，由高位開(kāi)關(guān)11、低位開(kāi)關(guān)12和降壓控制電路13構(gòu)成。高位開(kāi)關(guān)11由P溝道的FET構(gòu)成，其源極與輸入直流電源1連接。低位開(kāi)關(guān)12由N溝道的FET構(gòu)成，其漏極與高位開(kāi)關(guān)11的漏極連接，源極被接地。降壓控制電路13，給高位開(kāi)關(guān)11和低位開(kāi)關(guān)12的各柵極施加脈沖電壓，以所定的開(kāi)關(guān)周期T和脈沖寬度交替截止/導(dǎo)通控制高位開(kāi)關(guān)11和低位開(kāi)關(guān)12。高位開(kāi)關(guān)11和低位開(kāi)關(guān)12的連接點(diǎn)，是開(kāi)關(guān)電路10的輸出端。
在第1升壓電路20中，電感器21的一端與開(kāi)關(guān)電路10的輸出端連接。升壓用開(kāi)關(guān)22用N溝道的FET構(gòu)成，其漏極與電感器21的另一端連接，源極被接地。升壓用整流器23的陽(yáng)極與電感器21和升壓用開(kāi)關(guān)22的連接點(diǎn)連接。平滑單元24用電容器構(gòu)成，它的一個(gè)電極與升壓用整流器23的陰極連接，另一個(gè)電極被接地。輸出直流電壓Vo2由平滑單元24輸出。升壓控制電路25，給升壓用開(kāi)關(guān)22的柵極施加脈沖電壓，對(duì)升壓用開(kāi)關(guān)22進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制，以便使輸出直流電壓Vo2保持所需的一定電壓。綜上所述，第1升壓電路20，由電感器21、升壓用開(kāi)關(guān)22、升壓用整流器23、平滑單元24及升壓控制電路25構(gòu)成。
第2升壓電路30，和第1升壓電路20一樣，由電感器31、升壓用開(kāi)關(guān)32、升壓用整流器33、平滑單元34及升壓控制電路35構(gòu)成。第2升壓電路30和第1升壓電路20并列連接，輸入開(kāi)關(guān)電路10的輸出后，由平滑單元34輸出輸出直流電壓Vo3。
圖2是第1實(shí)施方式的多輸出電源電路中的各部的動(dòng)作波形圖。在圖2中，(a)表示開(kāi)關(guān)電路10的輸出端子電壓V10、(b)表示升壓用開(kāi)關(guān)22的漏極電壓V22、(c)表示電感器21的電流I21、(d)表示升壓用開(kāi)關(guān)32的漏極電壓V32、(e)表示電感器31的電流I31。
首先，如圖2的(a)所示，高位開(kāi)關(guān)11和低位開(kāi)關(guān)12交替截止/導(dǎo)通動(dòng)作后，開(kāi)關(guān)電路10的輸出端子電壓V10成為將輸入直流電壓Vi作為振幅的矩形波電壓。在這里，將高位開(kāi)關(guān)11導(dǎo)通狀態(tài)的ON時(shí)間，在開(kāi)關(guān)周期T中所占的比例，作為占空比D1。
接著，如圖2(b)所示，如果對(duì)升壓用整流器23導(dǎo)通時(shí)的電壓降忽略不計(jì)，第1升壓電路20的升壓用開(kāi)關(guān)22的漏極電壓V22，就成為以輸出直流電壓Vo2為振幅的矩形波電壓。在第1實(shí)施方式的多輸出電源電路中，升壓控制電路25與開(kāi)關(guān)電路10的降壓控制電路13同步，升壓用開(kāi)關(guān)22與開(kāi)關(guān)電路10同步，以相同的開(kāi)關(guān)周期進(jìn)行截止/導(dǎo)通動(dòng)作。
在第1實(shí)施方式中，假設(shè)在開(kāi)關(guān)電路10的高位開(kāi)關(guān)11成為導(dǎo)通狀態(tài)并經(jīng)過(guò)所定時(shí)間(Ton)后，升壓用開(kāi)關(guān)22成為截止?fàn)顟B(tài)，設(shè)定升壓用開(kāi)關(guān)22在升壓控制電路25的作用下成為導(dǎo)通狀態(tài)的時(shí)刻，以便使輸出直流電壓Vo2保持所需的恒定電壓。將升壓用開(kāi)關(guān)22成為導(dǎo)通狀態(tài)的ON時(shí)間，在開(kāi)關(guān)周期T中所占的比例，作為占空比D2。
在開(kāi)關(guān)周期T內(nèi)，在高位開(kāi)關(guān)11和升壓用開(kāi)關(guān)22都成為導(dǎo)通狀態(tài)的時(shí)間Ton中，給電感器21施加輸入直流電壓Vi。這時(shí)，如圖2(c)所示，電感器21的電流增加。接著，在高位開(kāi)關(guān)11為導(dǎo)通狀態(tài)、升壓用開(kāi)關(guān)22為截止?fàn)顟B(tài)的時(shí)間T1中，給電感器21施加輸出入電壓差(Vi-Vo2)。電感器21的電流，如果Vi＞Vo2就增加，Vi＝Vo2就不變，Vi＜Vo2就減少。接著，在高位開(kāi)關(guān)11和升壓用開(kāi)關(guān)22都成為截止?fàn)顟B(tài)的時(shí)間Toff中，輸出直流電壓Vo2被反向施加給電感器21。這時(shí)，電感器21的電流減少。另外，在高位開(kāi)關(guān)11為截止?fàn)顟B(tài)、升壓用開(kāi)關(guān)22為導(dǎo)通狀態(tài)的時(shí)間T2中，電感器21被短接，施加電壓是0，電感器21的電流保持一定值。流過(guò)電感器21的電流的這種增減，與電感器21中的磁通的增減對(duì)應(yīng)，在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)的電流的增減、即磁通的增減的平衡條件成為下列公式(3)所示。
Vi×Ton+(Vi-Vo2)×T1＝Vo2×Toff …(3)在第1實(shí)施方式中，各時(shí)間T、T1、Ton及Toff，具有公式(4)及公式(5)的關(guān)系。
Ton+T1＝D1×T…(4)Toff+T1＝(1-D2)×T …(5)所以，可以獲得如下所示的輸出入關(guān)系式。
Vo2＝Vi×D1/(1-D2) …(6)由上述公式(6)的輸出入關(guān)系式可知加大占空比D1及D2后，輸出直流電壓Vo2就增大；反之，減小占空比D1及D2后，輸出直流電壓Vo2則減小。降壓控制電路13將占空比D1固定不變，升壓控制電路25按照輸出入條件的變動(dòng)，調(diào)整占空比D2后，可以使第1升壓電路20將輸出直流電壓Vo2與所需的恒定電壓相等地動(dòng)作。
同樣，第2升壓電路30的輸出直流電壓Vo3，如果將升壓控制電路35使升壓用開(kāi)關(guān)32截止/導(dǎo)通動(dòng)作的占空比作為D3，就可以獲得如下所示的輸出入關(guān)系式。
Vo3＝Vi×D1/(1-D3) …(7)所以，加大占空比D1及D3后，輸出直流電壓Vo3就增大；反之，減小占空比D1及D3后，輸出直流電壓Vo3則減小。升壓控制電路35按照輸出入條件的變動(dòng)，調(diào)整占空比D3后，可以使第2升壓電路30將輸出直流電壓Vo3與所需的一定電壓相等地調(diào)整。
在第1實(shí)施方式中，講述了2個(gè)輸出(Vo2、Vo3)的情況。但可以通過(guò)追加與第1升壓電路20及第2升壓電路30同樣結(jié)構(gòu)的部件，增加輸出數(shù)量，在動(dòng)作原理上，輸出無(wú)論有多少個(gè)都行。
綜上所述，在本發(fā)明涉及的第1實(shí)施方式的多輸出電源電路中，與圖6所示的現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)相比，可以采用使電感器和電容器各減少一個(gè)、而且能夠控制多個(gè)升降壓輸出的結(jié)構(gòu)。另外，在第1實(shí)施方式的多輸出電源電路中，由于是將升壓電路與開(kāi)關(guān)電路直接連接的結(jié)構(gòu)，所以可以獲得很高的功率變換效率。
此外，在第1實(shí)施方式的多輸出電源電路中，采用升壓控制電路25調(diào)整升壓用開(kāi)關(guān)22的占空比D2，升壓控制電路35調(diào)整升壓用開(kāi)關(guān)32的占空比D3，從而分別控制輸出直流電壓Vo2及Vo3的結(jié)構(gòu)?？墒牵敵鲋绷麟妷菏艿捷斎胫绷麟妷篤i和占空比D1的限制。例如，即使升壓控制電路25將占空比D2作為零，根據(jù)上述的輸出入關(guān)系式，輸出直流電壓成為Vo2＝Vi×D1，它成為輸出直流電壓Vo2的下限值。輸出直流電壓Vo3也同樣。就是說(shuō)，在降壓控制電路13中，在輸入直流電壓Vi為最大值Vimax時(shí)，需要使Vimax×D1成為所需的輸出直流電壓內(nèi)的最小值以下地設(shè)定占空比D1。
另外，在第1實(shí)施方式中，是假設(shè)在開(kāi)關(guān)電路10的高位開(kāi)關(guān)11成為導(dǎo)通狀態(tài)、經(jīng)過(guò)所定時(shí)間(Ton)后，升壓用開(kāi)關(guān)22及32成為截止?fàn)顟B(tài)，利用升壓控制電路25及35將輸出直流電壓Vo2及Vo3保持成所需的恒定電壓地設(shè)定導(dǎo)通狀態(tài)的時(shí)刻。圖3是表示這種升壓控制電路25及開(kāi)關(guān)電路10中的降壓控制電路13的具體的電路示例的圖形。
在圖3中，開(kāi)關(guān)電路10中的降壓控制電路13，由輸出所定的脈沖寬度的脈沖電壓的脈沖產(chǎn)生電路130和將該脈沖電壓功率放大，分別向高位開(kāi)關(guān)11和低位開(kāi)關(guān)12的柵極輸出的驅(qū)動(dòng)電路131構(gòu)成。來(lái)自脈沖產(chǎn)生電路130的脈沖電壓，被輸入升壓控制電路25的N溝道的FET250的柵極。就是說(shuō)，F(xiàn)ET250是在高位開(kāi)關(guān)11截止?fàn)顟B(tài)時(shí)成為導(dǎo)通狀態(tài)的開(kāi)關(guān)，與FET250并聯(lián)的電容器251，在高位開(kāi)關(guān)11成為截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，被放電成為零電壓。在高位開(kāi)關(guān)11成為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，被電流源252恒電流充電。電容器251的電壓，被比較器253與基準(zhǔn)電壓源254的基準(zhǔn)電壓比較。高位開(kāi)關(guān)11成為導(dǎo)通狀態(tài)后，電容器251被恒電流充電，電壓上升，超過(guò)電壓源254的基準(zhǔn)電壓后，比較器253的輸出倒相成為H電平的狀態(tài)。比較器253的輸出，與RS鎖存器255的置位端子連接，比較器253的輸出成為H電平的狀態(tài)后，與升壓用開(kāi)關(guān)22的柵極連接的RS鎖存器255的輸出也成為H電平的狀態(tài)，將升壓用開(kāi)關(guān)22置于導(dǎo)通狀態(tài)。
另一方面，輸出直流電壓Vo2與電壓源257的基準(zhǔn)電壓的誤差被誤差放大器256比較放大。比較器258，對(duì)由誤差放大器256輸出的誤差電壓和電容器259的電壓進(jìn)行比較。電容器259被電流源260恒電流充電，但在隨著RS鎖存器255的倒相輸出而截止/導(dǎo)通的N溝道的FET261的作用下，被放電成為零電壓。比較器258的輸出，與RS鎖存器255的復(fù)位端子連接。就是說(shuō)，在升壓用開(kāi)關(guān)22成為導(dǎo)通狀態(tài)的同時(shí)，F(xiàn)FT261成為截止?fàn)顟B(tài)，電容器259被從零電壓起恒電流充電，其電壓達(dá)到誤差電壓后，比較器258的輸出成為H電平狀態(tài)，RS鎖存器255被復(fù)位。RS鎖存器255被復(fù)位后，在升壓用開(kāi)關(guān)22成為截止?fàn)顟B(tài)的同時(shí)，F(xiàn)FT261成為導(dǎo)通狀態(tài)，電容器259被放電成為零電壓。
綜上所述，升壓用開(kāi)關(guān)22的導(dǎo)通狀態(tài)的期間，是從開(kāi)關(guān)電路10的高位開(kāi)關(guān)11成為導(dǎo)通狀態(tài)、且電容器251的電壓直到超過(guò)電壓源254的基準(zhǔn)電壓之前的所定時(shí)間后起，至電容器259的電壓達(dá)到誤差電壓為止。當(dāng)輸出直流電壓Vo2比所需值高后，誤差電壓就下降，升壓用開(kāi)關(guān)22成為導(dǎo)通狀態(tài)的ON時(shí)間變短，使輸出直流電壓Vo2降低，反之，當(dāng)輸出直流電壓Vo2比所需值低后，誤差電壓就上升，升壓用開(kāi)關(guān)22的ON時(shí)間變長(zhǎng)，使輸出直流電壓Vo2上升。這樣，輸出直流電壓Vo2被成為恒定地控制成所需值。
此外，本發(fā)明并不局限于在第1實(shí)施方式中使用圖3講述的控制方法。例如，還可以采用使開(kāi)關(guān)電路10的高位開(kāi)關(guān)11和升壓用開(kāi)關(guān)22同時(shí)成為導(dǎo)通狀態(tài)的控制。這樣控制時(shí)，可以在圖3中，采用在來(lái)自脈沖發(fā)生電路130的脈沖電壓的下降邊緣生成單觸發(fā)脈沖，將該單觸發(fā)脈沖輸入RS鎖存器255的置位端子的結(jié)構(gòu)。這樣，如果在脈沖電壓的下降邊緣將RS鎖存器255置位，就能夠成為使高位開(kāi)關(guān)11和升壓用開(kāi)關(guān)22同時(shí)成為導(dǎo)通狀態(tài)的結(jié)構(gòu)。反之，如果在脈沖電壓的上升邊緣將RS鎖存器255置位，就能夠成為使低位開(kāi)關(guān)12和升壓用開(kāi)關(guān)22同時(shí)成為導(dǎo)通狀態(tài)的結(jié)構(gòu)。另外，將脈沖電壓倒相后輸入FET250的柵極后，還能夠在低位開(kāi)關(guān)12成為導(dǎo)通狀態(tài)經(jīng)過(guò)所定時(shí)間后，使升壓用開(kāi)關(guān)22成為導(dǎo)通狀態(tài)。
《第2實(shí)施方式》圖4是表示本發(fā)明第2實(shí)施方式涉及的多輸出電源電路中的主要部件的結(jié)構(gòu)的電路圖。在圖4中，對(duì)具有和圖1所示的前文講述的第1實(shí)施方式的多輸出電源電路的要素相同的功能、結(jié)構(gòu)的部件，賦予相同的符號(hào)，其說(shuō)明采用第1實(shí)施方式的說(shuō)明。在第2實(shí)施方式中，和第1實(shí)施方式的不同之處，是開(kāi)關(guān)電路10中的降壓控制電路的結(jié)構(gòu)，為了與第1實(shí)施方式的降壓控制電路13加以區(qū)別，作為降壓控制電路13A進(jìn)行講述。
在圖4所示的降壓控制電路13A中的驅(qū)動(dòng)電路131，功率放大脈沖電壓、分別向高位開(kāi)關(guān)11的柵極和低位開(kāi)關(guān)12的柵極輸出的結(jié)構(gòu)，和圖3所示的驅(qū)動(dòng)電路131的結(jié)構(gòu)相同。時(shí)鐘脈沖信號(hào)發(fā)生器132，將具有所定周期的時(shí)鐘脈沖信號(hào)向RS鎖存器133輸出。RS鎖存器133的復(fù)位端子被輸入時(shí)鐘脈沖信號(hào)，向驅(qū)動(dòng)電路131輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)。輸入直流電壓Vi，被電阻134和電阻135分壓。將該電壓比作為α，分壓電壓αVi，被輸入P溝道的FET136的柵極。FET136的漏極接地，源極與電流源137和N溝道的FET138的柵極連接。采用來(lái)自電流源137的恒定電流流入FET136的源極的結(jié)構(gòu)。FET138的源極，通過(guò)電阻139接地，漏極被P溝道的FET140的漏極和柵極連接。FET138的源極的電位、即施加給電阻139的電壓，和αVi相等，所以如果將電阻139的電阻值作為r，那么流過(guò)FET138的電流，就成為αVi/r。P溝道的FET140和P溝道的FET141，構(gòu)成電流反射鏡，該反射鏡電流成為向與FET141的漏極連接的電容器142充電的充電電流。電容器142的電壓，被比較器143和電流源144的基準(zhǔn)電壓比較，比較器143的輸出，與RS鎖存器133的置位端子連接。RS鎖存器的倒相輸出，與N溝道的FET145的柵極端子連接，F(xiàn)ET145的漏極和源極，與電容器142的兩端連接。
FET138的源極的電位、即施加給電阻139的電壓，和αVi相等，如果設(shè)電阻139的電阻值為r，那么流過(guò)FET138的電流就成為αVi/r。這樣，該電流在由FET140和FET141構(gòu)成的電流反射鏡的作用下，成為向電容器142充電的充電電流。另一方面，電容器142在隨著驅(qū)動(dòng)信號(hào)的倒相信號(hào)而截止/導(dǎo)通的FET145的作用下，在高位開(kāi)關(guān)11為截止?fàn)顟B(tài)的OFF期間，被短接放電。在時(shí)鐘脈沖信號(hào)的作用下，RS鎖存器133被復(fù)位，當(dāng)高位開(kāi)關(guān)11成為導(dǎo)通狀態(tài)后，F(xiàn)ET145就成為截止?fàn)顟B(tài)，電容器142被電流αVi/r充電。電容器142的電壓上升，超過(guò)電壓源144的基準(zhǔn)電壓后，比較器143的輸出倒相成為H電平的狀態(tài)。其結(jié)果，RS鎖存器133被置位，將驅(qū)動(dòng)信號(hào)作為H電平的狀態(tài)，高位開(kāi)關(guān)11向截止?fàn)顟B(tài)過(guò)渡。這樣，如果設(shè)電容器142的電容為C、電壓源144的基準(zhǔn)電壓為E，那么高位開(kāi)關(guān)11成為導(dǎo)通狀態(tài)的ON期間，由于成為C·F·r/(αVi)，所以占空比D1也與輸入直流電壓Vi成反比。
在第2實(shí)施方式中，和前文講述的第1實(shí)施方式一樣，講述了降壓控制電路13A將占空比D1固定，對(duì)高位開(kāi)關(guān)11及低位開(kāi)關(guān)12進(jìn)行截止/導(dǎo)通控制的結(jié)構(gòu)。但是調(diào)整占空比D1，以便使Vi×D1一定化。就是說(shuō)，降壓控制電路13A通過(guò)將占空比D1與輸入直流電壓Vi成反比地調(diào)整，從而能夠?qū)τ谳斎胫绷麟妷篤i的變動(dòng)，將Vi×D1大致穩(wěn)定在所需的輸出直流電壓內(nèi)的最小值以下的所定值。
《第3實(shí)施方式》圖5是表示本發(fā)明第3實(shí)施方式涉及的多輸出電源電路中的主要部件的結(jié)構(gòu)的電路圖。在圖5中，對(duì)具有和圖1所示的前文講述的第1實(shí)施方式的多輸出電源電路的要素相同的功能、結(jié)構(gòu)的部件，賦予相同的符號(hào)，其說(shuō)明采用第1實(shí)施方式的說(shuō)明。在第3實(shí)施方式中，和第1實(shí)施方式的不同之處，是將輸出第1輸出直流電壓Vo1的平滑電路14與開(kāi)關(guān)電路10的輸出端子連接，和變更了降壓控制電路的功能，從而使第1輸出直流電壓Vo1穩(wěn)定化。伴隨這種變更，為了與第1實(shí)施方式的降壓控制電路13加以區(qū)別，將其作為降壓控制電路13B。平滑電路14由電感器15和電容器16構(gòu)成。電感器15的一端，與開(kāi)關(guān)電路10的輸出端連接；電感器15的另一端，與電容器16的一個(gè)電極連接。電容器16的另一個(gè)電極被接地，第1輸出直流電壓Vo1由電容器16輸出。
下面，講述第3實(shí)施方式的多輸出電源電路中的動(dòng)作。
首先，高位開(kāi)關(guān)11和低位開(kāi)關(guān)12交替截止/導(dǎo)通動(dòng)作后，開(kāi)關(guān)電路10的輸出端子電壓V10成為將輸入直流電壓Vi作為振幅的矩形波電壓。該矩形波電壓被平滑電路14平均化后，作為第1輸出直流電壓Vo1輸出。在這里，將高位開(kāi)關(guān)11導(dǎo)通狀態(tài)的ON時(shí)間在開(kāi)關(guān)周期T中所占的比例，作為占空比D1后，第1輸出直流電壓Vo1就可用下列公式(8)表示。
Vo1＝Vi×D1 …(8)即開(kāi)關(guān)電路10和平滑電路14，構(gòu)成降壓電路。
接著，使用升壓用開(kāi)關(guān)22的占空比D2，介有第1升壓電路20被輸出的第2輸出直流電壓Vo2，就可用下列公式(9)表示。
Vo2＝Vi×D1/(1-D2) …(9)另外，使用升壓用開(kāi)關(guān)32的占空比D3，介有第2升壓電路30被輸出的第3輸出直流電壓Vo3，就可用下列公式(10)表示。
Vo3＝Vi×D1/(1-D3) …(10)這樣，關(guān)于第2輸出直流電壓Vo2及第3輸出直流電壓Vo3，和前文講述的第1實(shí)施方式中的輸出直流電壓Vo2及Vo3一樣。在這里，利用Vo1＝Vi×D1，輸出直流電壓Vo2及Vo3分別可用下列公式(11)及(12)表示。
Vo2＝Vo1/(1-D2) …(11)Vo3＝Vo1/(1-D3) …(12)綜上所述，在本發(fā)明涉及的第3實(shí)施方式的多輸出電源電路中，能夠控制一個(gè)降壓輸出和至少一個(gè)升降壓輸出。
本發(fā)明的多輸出電源電路，在包含可對(duì)輸入直流電壓進(jìn)行升降壓控制的輸出的、具有多個(gè)輸出的電源中大有用處，是通用性很高的電路。
以上，以某種程度的詳細(xì)性，就優(yōu)選的實(shí)施方式講述了本發(fā)明。該優(yōu)選的實(shí)施方式的所述內(nèi)容，在構(gòu)成的細(xì)節(jié)中當(dāng)然會(huì)有變化，可以在不違背權(quán)利要求書(shū)敘述的發(fā)明范圍及思想的前提下，實(shí)現(xiàn)各要素的組合及順序的變化。
權(quán)利要求
1.一種多輸出電源電路，具備開(kāi)關(guān)電路，其具有與輸入直流電源并聯(lián)連接的高位開(kāi)關(guān)和低位開(kāi)關(guān)的串聯(lián)電路，和使所述高位開(kāi)關(guān)和所述低位開(kāi)關(guān)交替截止/導(dǎo)通動(dòng)作的降壓控制電路；和多個(gè)升壓電路，其中的每個(gè)都與所述高位開(kāi)關(guān)和所述低位開(kāi)關(guān)的中間連接點(diǎn)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的多輸出電源電路，其特征在于所述升壓電路，具有電感器，其一端與所述高位開(kāi)關(guān)和所述低位開(kāi)關(guān)的中間連接點(diǎn)連接；與所述電感器的另一端連接的升壓用開(kāi)關(guān)和升壓用整流器；平滑單元，其與所述升壓用整流器連接、輸出輸出直流電壓；以及升壓控制電路，其控制所述升壓用開(kāi)關(guān)的截止/導(dǎo)通動(dòng)作、以便控制所述輸出直流電壓。
3.如權(quán)利要求1所述的多輸出電源電路，其特征在于所述降壓控制電路和所述升壓控制電路，采用以相同的開(kāi)關(guān)頻率驅(qū)動(dòng)所述高位開(kāi)關(guān)、所述低位開(kāi)關(guān)及所述升壓用開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1所述的多輸出電源電路，其特征在于所述降壓控制電路，將所述高位開(kāi)關(guān)的ON時(shí)間與開(kāi)關(guān)周期的比例，設(shè)定在所述多個(gè)升壓電路所輸出的輸出直流電壓中的最小值與所述輸入直流電源所輸出的輸入電壓的比例以下。
5.一種多輸出電源電路，具備開(kāi)關(guān)電路，其具有與輸入直流電源并聯(lián)連接的高位開(kāi)關(guān)和低位開(kāi)關(guān)的串聯(lián)電路，和使所述高位開(kāi)關(guān)和所述低位開(kāi)關(guān)交替截止/導(dǎo)通動(dòng)作的降壓控制電路；平滑電路，其與所述高位開(kāi)關(guān)和所述低位開(kāi)關(guān)的中間連接點(diǎn)連接，輸出第1輸出直流電壓；以及至少1個(gè)升壓電路，其中的每個(gè)都與所述高位開(kāi)關(guān)和所述低位開(kāi)關(guān)的中間連接點(diǎn)連接。
6.如權(quán)利要求5所述的多輸出電源電路，其特征在于所述升壓電路，具有電感器，其一端與所述高位開(kāi)關(guān)和所述低位開(kāi)關(guān)的中間連接點(diǎn)連接；與所述電感器的另一端連接的所述升壓用開(kāi)關(guān)和升壓用整流器；平滑單元，其與所述升壓用整流器連接、輸出輸出直流電壓；以及升壓控制電路，其控制所述升壓用開(kāi)關(guān)的截止/導(dǎo)通動(dòng)作、以便控制所述輸出直流電壓。
7.如權(quán)利要求5所述的多輸出電源電路，其特征在于所述平滑電路，由一端與所述高位開(kāi)關(guān)和所述低位開(kāi)關(guān)的中間連接點(diǎn)連接的電感器，和與所述電感器的另一端連接的電容器構(gòu)成；由所述電容器的兩端，輸出所述第1輸出直流電壓。
8.如權(quán)利要求5所述的多輸出電源電路，其特征在于所述降壓控制電路，采用控制所述高位開(kāi)關(guān)和所述低位開(kāi)關(guān)的截止/導(dǎo)通動(dòng)作，以便控制所述第1輸出直流電壓的結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求6所述的多輸出電源電路，其特征在于所述降壓控制電路和所述升壓控制電路，用相同的開(kāi)關(guān)頻率驅(qū)動(dòng)所述高位開(kāi)關(guān)、所述低位開(kāi)關(guān)及所述升壓用開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明的多輸出電源電路，具備與和輸入直流電源1并聯(lián)的高位開(kāi)關(guān)(11)和低位開(kāi)關(guān)(12)的串聯(lián)電路，具有降壓控制電路(13)的開(kāi)關(guān)電路(10)，及與該開(kāi)關(guān)電路的輸出端連接的多個(gè)升壓電路(20、30)；各升壓電路，具有與開(kāi)關(guān)電路的輸出端連接的電感器、升壓用開(kāi)關(guān)、升壓用整流器、輸出直流電壓的平滑單元和驅(qū)動(dòng)升壓用開(kāi)關(guān)的升壓控制電路。
文檔編號(hào)H02M3/155GK1783678SQ20051012513
公開(kāi)日2006年6月7日 申請(qǐng)日期2005年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月19日
發(fā)明者石井卓也, 龍隆, 元森干夫, 明石裕樹(shù), 田邊裕久, 石丸誠(chéng), 重見(jiàn)智也, 吉田雅人 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社