專利名稱：開關(guān)電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于準(zhǔn)諧振控制方法的開關(guān)電源裝置，能夠減少封裝尺寸和成本。
背景技術(shù)：
準(zhǔn)諧振控制方法是控制具有開關(guān)元件的開關(guān)電源裝置的方法之一。在開關(guān)元件關(guān)閉期間，開關(guān)元件漏極的寄生振蕩導(dǎo)致的自由振蕩電壓下降。當(dāng)電壓下降到達底限時，準(zhǔn)諧振控制方法檢測到該情形并打開開關(guān)元件。該方法能夠降低開關(guān)損耗和噪聲。以上方法在例如日本專利申請?zhí)?022246中揭示。
上述專利公開中提出的開關(guān)電源裝置具有和變壓器的初級線圈相連的初級電路，和變壓器的次級線圈相連的次級電路，以及和變壓器的第三線圈相連的控制器?？刂破髟诨貟唠A段之后檢測到寄生振蕩的底限電壓并相應(yīng)地控制開關(guān)元件。

發(fā)明內(nèi)容
應(yīng)用準(zhǔn)諧振控制方法的開關(guān)電源裝置通常通過將部分裝置集成到半導(dǎo)體集成電路中并且將裝置制造為小尺寸的封裝形式來制造，從而提高批量生產(chǎn)率。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的開關(guān)電源裝置應(yīng)當(dāng)設(shè)計并準(zhǔn)備半導(dǎo)體集成電路的專用接線端，該電路集成了初級電路和控制器，用于將半導(dǎo)體集成電路直接連接到變壓器的第三線圈。這樣的構(gòu)造不易于將開關(guān)電源裝置制造為小尺寸的封裝。為了檢測變壓器的第三線圈上產(chǎn)生的電壓，第三線圈必須和例如二極管的整流元件相連。這增加了開關(guān)電源裝置的成本。因此需要一種適用于開關(guān)電源裝置的電路構(gòu)造，能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)諧振控制方法從而降低開關(guān)損耗和噪聲，而且不需要在將半導(dǎo)體集成電路和變壓器的第三線圈相連的半導(dǎo)體集成電路上形成專用的接線端。
根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種減少了封裝尺寸和成本，實現(xiàn)準(zhǔn)諧振控制方法從而降低開關(guān)損耗和噪聲，并且簡化了裝置結(jié)構(gòu)的開關(guān)電源裝置。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一方面提供了一種開關(guān)電源裝置，包括開關(guān)元件，通過變壓器的初級線圈與直流電源串聯(lián)；電壓檢測器，用于檢測開關(guān)元件柵極處的電壓變化并輸出檢測信號，該電壓變化發(fā)生在回掃階段后、因開關(guān)元件接線端間的寄生電容和/或可選地加入的電容導(dǎo)致的自由振蕩而產(chǎn)生；控制器，用于根據(jù)電壓檢測器的檢測信號輸出導(dǎo)通控制信號從而打開開關(guān)元件；和驅(qū)動器，用于根據(jù)控制器的導(dǎo)通控制信號將驅(qū)動信號施加于開關(guān)元件柵極從而驅(qū)動該開關(guān)元件。
根據(jù)基于本發(fā)明第一方面的第二方面，當(dāng)電壓檢測器檢測到回掃階段之后自由振蕩導(dǎo)致的電壓變化接近于底限時，就輸出檢測信號。
根據(jù)基于本發(fā)明第一方面的第三方面，開關(guān)電源裝置進一步包括定時器，用于按照預(yù)定的延時延遲電壓檢測器的檢測信號，并且當(dāng)回掃階段后自由振蕩導(dǎo)致的電壓變化接近于底限時輸出和計時同步的導(dǎo)通啟始信號。當(dāng)檢測到回掃階段后的自由振蕩開始時，電壓檢測器輸出檢測信號。響應(yīng)于定時器輸出的導(dǎo)通啟始信號，控制器輸出導(dǎo)通控制信號從而打開開關(guān)元件。
根據(jù)基于本發(fā)明第一方面的第四方面，開關(guān)電源裝置進一步包括連接在驅(qū)動器和開關(guān)元件之間的阻抗調(diào)節(jié)器，用于增加阻抗，從而增加在開關(guān)元件關(guān)閉期間回掃階段之后發(fā)生在開關(guān)元件柵極的自由振蕩振幅電壓。
根據(jù)基于本發(fā)明第一方面的第五方面，驅(qū)動器包括第一驅(qū)動元件，用于響應(yīng)于控制器的導(dǎo)通控制信號向開關(guān)元件的柵極輸出高電平電壓；第二驅(qū)動元件，用于輸出接地電壓；以及關(guān)閉指令電路，用于阻止開關(guān)元件的錯誤操作。當(dāng)開關(guān)元件從導(dǎo)通狀態(tài)被關(guān)閉后，關(guān)閉指令電路暫時關(guān)閉第二驅(qū)動元件，從而提高開關(guān)元件柵極和地之間的阻抗。同時，關(guān)閉指令電路直接或間接通過第二驅(qū)動元件將發(fā)生在開關(guān)元件柵極的自由振蕩振幅電壓箝位，從而使自由振蕩振幅電壓不會超過預(yù)定限度。


圖1是描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的開關(guān)電源裝置10的示意圖；圖2是描述開關(guān)電源裝置10工作的時序圖；圖3是描述圖1所示開關(guān)電源裝置的第一變型的特征部分的示意圖；
圖4是描述圖1所示開關(guān)電源裝置的第二變型的特征部分的示意圖；圖5是描述第二變型的工作的時序圖；圖6是描述圖1所示開關(guān)電源裝置的第三變型的特征部分的示意圖；圖7是描述第三變型的工作的時序圖；圖8是描述圖1所示開關(guān)電源裝置的第四變型的特征部分的示意圖；圖9是描述第四變型的工作的時序圖；圖10是描述圖1所示開關(guān)電源裝置的第五變型的特征部分的示意圖；圖11是描述第五變型的工作的時序圖。
具體實施例方式
下面將參考附圖描述本發(fā)明實施例的開關(guān)電源裝置。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的開關(guān)電源裝置10包括與變壓器T的初級線圈N1相連的初級電路以及與變壓器T的次級線圈N2相連的次級電路。初級電路的主要元件都位于半導(dǎo)體集成電路20上。變壓器T通過線圈N1和N2將初級電路的電能轉(zhuǎn)換至第二電路。
在初級電路中，在變壓器T的初級線圈N1的第一接線端處提供直流(DC)電壓Vin。初級線圈N1的第二接線端和開關(guān)元件Q1的漏極串聯(lián)，開關(guān)元件Q1是用于驅(qū)動初級線圈N1的n型MOSFET。變壓器T的初級線圈N1和開關(guān)元件漏極之間的連接點通過電容器C5接地。電容器C5的電容包括開關(guān)元件Q1漏極和地之間的寄生電容以及例如襯底圖案(substrate pattern)的雜散電容。
開關(guān)元件Q1具有其柵極和漏極之間的寄生電容C1以及其柵極和源極之間的寄生電容C2。開關(guān)元件Q1柵極、漏極和源極的接線端電容耦合在半導(dǎo)體襯底上。開關(guān)元件Q1的柵極通常連接至p型MOSFET Q3的漏極和n型MOSFET Q4的漏極。MOSFET Q3和Q4包括在驅(qū)動器30內(nèi)。并且，開關(guān)元件Q1的柵極連接在電壓檢測器40的比較器CP1的正輸入端上。當(dāng)開關(guān)元件Q1關(guān)閉時，其漏極產(chǎn)生寄生振蕩(自由振蕩)電壓，由寄生電容C1和C2分為交流(AC)信號V4。交流信號V4被提供給比較器CP1的正輸入端。如果交流信號V4低于提供給比較器CP1的負輸入端的參考電壓V5，比較器CP1的輸出端就向定時器50輸出低電平信號。
在定時器50中，電壓檢測器40的檢測信號V6被提供給n型MOSFET Q5的柵極。當(dāng)檢測信號V6從高變低時，恒定電流源54的恒定電流I1經(jīng)過電容器C3，對電容器C3充電。當(dāng)電容器C3的充電電壓V8超過參考電壓V7時，比較器CP2輸出高電平設(shè)定信號V9。
控制器60具有和次級側(cè)光電二極管PD光連接的光電耦合器PC。在光電耦合器PC的集電極和發(fā)射極之間，并聯(lián)了電容器C4。恒定電流源65向?qū)顟B(tài)的光電耦合器PC的集電極和發(fā)射極之間的導(dǎo)通-電阻以及電容器C4提供恒定電流I2。電容器C4的端電壓被提供給比較器CP3。光電耦合器PC的集電極和發(fā)射極之間的導(dǎo)通-電阻根據(jù)下文描述的誤差電壓而變化。經(jīng)過導(dǎo)通-電阻和電容器C4的恒定電流I2產(chǎn)生反饋電壓V2，反饋電壓V2被提供給比較器CP3的負輸入端。
檢測電阻R1將經(jīng)過開關(guān)元件Q1的鋸齒狀波形電流I3轉(zhuǎn)換成電壓，該電壓由低通濾波器70整形為電壓信號V11。電壓信號V11被提供給比較器CP3的正輸入端。如果鋸齒狀電壓信號V11大于反饋電壓V2，比較器CP3輸出高電平脈沖信號(重置信號)。
比較器CP3的輸出接入端和SR雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器FF1的重置端相連。SR雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器FF1的輸出端和反相器INV1的輸入端相連。反相器INV1的輸出端公共連接到p型MOSFET Q3和n型MOSFET Q4的柵極。反相器INV1和MOSFET Q3及Q4形成驅(qū)動器30，用于打開或關(guān)閉開關(guān)元件Q1。
在次級側(cè)，變壓器T的次級線圈N2和二極管D1的陽極相連。二極管D1的陰極和電容器C6的第一端相連。二極管D1和電容器C6形成整流-濾波器80，用于將變壓器T的次級線圈N2產(chǎn)生的脈沖電壓整流并濾波。整流-濾波器80的輸出連接到輸出電壓檢測器90及負載95。輸出電壓檢測器90包括串聯(lián)的電阻R2和齊納二極管ZD1。電阻R2和光電二極管PD并聯(lián)。如果齊納二極管ZD1的陰極上的電壓超過了齊納電壓，在光電二極管PD的陽極施加誤差電壓。然后，光電二極管PD將代表誤差電壓的光信號輸出至與光電二極管光連接的光電耦合器PC。
下面將參考圖2所示的時序圖描述圖1所示的開關(guān)電源裝置的工作。
首先描述將開關(guān)元件Q1從關(guān)閉狀態(tài)打開的操作。在t1到t8，開關(guān)元件Q1是關(guān)閉的。
在導(dǎo)通狀態(tài)(t8到t10)，變壓器T積聚磁能。磁能在回掃(flyback)階段(t1到t6)釋放。在回掃階段，開關(guān)元件Q1的漏極產(chǎn)生漏極電壓V1，V1是直流電壓Vin和回掃電壓VF之和?；貟唠妷篤F實質(zhì)上由VF＝Vo(N1/N2)表示，其中Vo是輸出電壓，N1是變壓器T的初級線圈N1的匝數(shù)，N2是變壓器T的次級線圈N2的匝數(shù)。
在回掃階段(t1到t6)之后，開關(guān)元件Q1的漏極顯示出自由振蕩波形，即由于變壓器T的初級側(cè)的感應(yīng)成份和包括離散電容的電容器C5的電容引起的、直流電壓Vin周圍的寄生振蕩電壓。
位于開關(guān)元件Q1的接線端和柵極之間的寄生電容C1和C2將自由振蕩的交流成份分為電壓信號V4，V4被提供給電壓檢測器40的比較器CP1的正輸入端。
電壓檢測器40的比較器CP1的負輸入端接收負參考電壓V5(例如，-1V)。當(dāng)提供給正輸入端的電壓信號V4低于參考電壓V5時(在t7)，比較器CP1的輸出電壓V6從高變低。
電壓檢測器40的比較器CP1的輸出電壓V6被提供給定時器50的開關(guān)元件Q5的柵極，開關(guān)元件Q5是n型MOSFET。當(dāng)輸出電壓V6從高變低時(在t7)，恒定電流源54提供的恒定電流I1為電容器C3充電。電容器C3的端電壓V8從0V(在t7)逐漸增加，當(dāng)超過參考電壓V7時(在t8)，比較器CP2在t8至t9之間將輸出電壓V9作為高電平脈沖信號輸出。該高電平脈沖信號是提供給控制器60的SR雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器FF1的設(shè)置(set)端的導(dǎo)通啟始信號。響應(yīng)于該導(dǎo)通啟始信號，SR雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器FF1的輸出信號從低電平變?yōu)楦唠娖剑⑶冶惶峁┙o驅(qū)動器30的反相器INV1。然后反相器INV1的輸出從高變低。此時(t8)，具有p型MOSFET的驅(qū)動元件Q3具有傳導(dǎo)性(可操作)，n型MOSFET構(gòu)成的驅(qū)動元件Q4不具傳導(dǎo)性(不可操作)。結(jié)果是，高電平信號被提供給開關(guān)元件Q1的柵極從而將開關(guān)元件Q1從關(guān)閉狀態(tài)打開。
如果開關(guān)元件Q1的漏極自由振蕩電壓時間短于定時器50決定的以C3(V7/I1)表達的時間常量，比較器CP2的輸出電壓V9不會變高。這就防止了在關(guān)閉開關(guān)元件Q1之后(t2到t5的時間段)對開關(guān)元件Q1的漏極處產(chǎn)生的短時間環(huán)狀波的錯誤檢測。
下面將描述將開關(guān)元件Q1從導(dǎo)通狀態(tài)關(guān)閉的操作。反饋電壓V2施加到比較器CP3的負輸入端。電阻R1將鋸齒狀漏極電流I3轉(zhuǎn)換為電壓波形V3，電壓波形V3通過低通濾波器70以提供電壓波形V11。電壓波形V11被提供給比較器CP3的正輸入端。如果電壓波形V11大于反饋電壓V2，由比較器CP3提供給SR雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器FF1的重置端的重置輸入電壓V12從低變高。響應(yīng)于重置輸入電壓V12，SR雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器FF1將其輸出從高電平變?yōu)榈碗娖?。SR雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器FF1的低電平輸出被提供給驅(qū)動器30的反相器INV1，反相器INV1將其輸出從低變高。此時(t10)，具有p型MOSFET的驅(qū)動元件Q3不具傳導(dǎo)性(不可操作)，n型MOSFET制造的的驅(qū)動元件Q4具有傳導(dǎo)性(可操作)。結(jié)果是，低電平信號施加到開關(guān)元件Q1的柵極從而將開關(guān)元件Q1從打開狀態(tài)關(guān)閉。
以此方式，根據(jù)該實施例，在回掃階段后，位于開關(guān)元件Q1接線端之間的寄生電容C1和C2形成回掃之后開關(guān)元件Q1柵極處的寄生振蕩。當(dāng)寄生振蕩帶來的電壓V4下降到預(yù)定限度時，半導(dǎo)體集成電路20中的電壓檢測器50檢測到電壓下降并輸出檢測信號V6。定時器50將檢測信號V6延遲，并輸出幾乎和定時T同步的導(dǎo)通啟始信號，其中在T時寄生振蕩到達底限電壓。響應(yīng)于定時器50的導(dǎo)通啟始信號，控制器60輸出導(dǎo)通控制信號，將開關(guān)元件Q1打開。響應(yīng)于控制器60的導(dǎo)通控制信號，驅(qū)動器30將驅(qū)動信號施加到開關(guān)元件Q1的柵極，以驅(qū)動開關(guān)元件Q1。在該配置下，開關(guān)電源裝置能夠有效地實現(xiàn)準(zhǔn)諧振控制方法，從而在不需額外的例如底限檢測端和二極管的外部設(shè)備的情況下，降低開關(guān)損耗和噪音。相應(yīng)地，該配置的開關(guān)電源裝置能夠減少封裝尺寸和成本。
該實施例的電路布置能夠簡單地實現(xiàn)降低開關(guān)損耗和噪音的準(zhǔn)諧振方法。和現(xiàn)有技術(shù)不同，該實施例不需要半導(dǎo)體集成電路20上的第三線圈的專用連接端，因此能夠減小封裝尺寸。
根據(jù)本發(fā)明，基于回掃階段后產(chǎn)生的寄生振蕩，開關(guān)元件接線端之間的寄生電容和/或可選地增加的電容在開關(guān)元件柵極處產(chǎn)生電壓。當(dāng)開關(guān)元件柵極處產(chǎn)生的電壓下降到底限時，檢測到電壓下降并輸出檢測信號。響應(yīng)于檢測信號，輸出導(dǎo)通控制信號，打開開關(guān)元件。響應(yīng)于導(dǎo)通控制信號，將驅(qū)動信號施加在開關(guān)元件的柵極，從而驅(qū)動開關(guān)元件。該配置能夠有效地實現(xiàn)降低開關(guān)損耗和噪音的準(zhǔn)諧振方法并且簡化開關(guān)電源裝置的結(jié)構(gòu)。和現(xiàn)有技術(shù)不同，本發(fā)明不需要半導(dǎo)體集成電路上的第三線圈的專用連接端，因此能夠減小封裝尺寸。
根據(jù)本發(fā)明，在回掃階段后，位于開關(guān)元件接線端之間的寄生電容和/或可選地增加的電容導(dǎo)致開關(guān)元件柵極處的寄生振蕩。檢測到寄生振蕩的開始并輸出檢測信號。按照預(yù)定的延時將檢測信號延遲，并輸出和寄生振蕩到達底限電壓時的定時同步的導(dǎo)通啟始信號。響應(yīng)于導(dǎo)通啟始信號，輸出導(dǎo)通控制信號從而打開開關(guān)元件。響應(yīng)于導(dǎo)通控制信號，將驅(qū)動信號施加在開關(guān)元件的柵極，從而驅(qū)動開關(guān)元件。該配置能夠有效地實現(xiàn)降低開關(guān)損耗和噪音的準(zhǔn)諧振方法并且簡化開關(guān)電源裝置的結(jié)構(gòu)。和現(xiàn)有技術(shù)不同，本發(fā)明不需要半導(dǎo)體集成電路上的第三線圈的專用連接端，因此能夠減小封裝尺寸。
第一變型圖3是描述圖1所示開關(guān)電源裝置的第一變型的特征部分的示意圖。
第一變型額外地在圖1所示的配置中的驅(qū)動器30和開關(guān)元件Q1之間布置了阻抗調(diào)節(jié)器100。阻抗調(diào)節(jié)器100在開關(guān)元件Q1關(guān)閉階段提供高阻抗，從而增加在回掃階段之后發(fā)生在開關(guān)元件Q1柵極的自由振蕩振幅電壓。
在具有阻抗調(diào)節(jié)器100的配置中，由p型MOSFET構(gòu)成的驅(qū)動元件Q3的漏極和開關(guān)元件Q1的柵極直接相連，由n型MOSFET構(gòu)成的驅(qū)動元件Q4的漏極通過電阻R3和開關(guān)元件Q1的柵極相連，開關(guān)元件Q1的柵極和比較器CP1的正輸入端相連。
下面參考時序2描述阻抗調(diào)節(jié)器100的工作。在圖2所示時間t8，SR雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器FF1的設(shè)置端接收到導(dǎo)通啟始信號，SR雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器FF1的輸出端變高。結(jié)果是，反相器INV1的輸出從高電平變?yōu)榈碗娖健?br> 此時，驅(qū)動元件Q3具有傳導(dǎo)性，n型MOSFET構(gòu)成的的驅(qū)動元件Q4不具傳導(dǎo)性，開關(guān)元件Q1的柵極接收高電平信號，開關(guān)元件Q1從關(guān)閉狀態(tài)打開。在上述圖2的t1到t8間，反相器INV1提供高電平輸出。此時，驅(qū)動元件Q3不具傳導(dǎo)性，n型MOSFET構(gòu)成的的驅(qū)動元件Q4具有傳導(dǎo)性。即，驅(qū)動元件Q4的漏極和源極都接地了，開關(guān)元件Q1的柵極電壓V4通過電阻R3接地。結(jié)果是，回掃階段后在t6到t8間開關(guān)元件Q1柵極處產(chǎn)生的寄生振蕩振幅電壓比沒有電阻R3情況下的寄生振蕩振幅電壓高。
根據(jù)第一變型，增加了高阻抗元件，即驅(qū)動器30和開關(guān)元件Q1之間的電阻R3，從而在開關(guān)元件Q1的關(guān)閉期間增加回掃階段后開關(guān)元件Q1柵極處產(chǎn)生的寄生振蕩的振幅。該配置的優(yōu)勢在于能夠方便地檢測回掃階段后的寄生振蕩的開始定時時刻。
第二變型圖4是描述圖1所示開關(guān)電源裝置的第二變型的特征部分的示意圖。
第二變型還在圖1所示的配置中的驅(qū)動器30和開關(guān)元件Q1之間布置了阻抗調(diào)節(jié)器110。阻抗調(diào)節(jié)器110在開關(guān)元件Q1關(guān)閉期間有選擇地提供高阻抗，從而增加在回掃階段之后在開關(guān)元件Q1柵極處產(chǎn)生的自由振蕩振幅電壓。
在具有阻抗調(diào)節(jié)器110的配置中，由p型MOSFET構(gòu)成的驅(qū)動元件Q3的漏極和開關(guān)元件Q1的柵極直接相連，由n型MOSFET構(gòu)成的驅(qū)動元件Q4的漏極和齊納二極管ZD2的陰極相連，齊納二極管ZD2的陽極和開關(guān)元件Q1的柵極相連，開關(guān)元件Q1的柵極和比較器CP1的正輸入端相連。
下面參考時序5描述阻抗調(diào)節(jié)器110的工作。
在圖5所示時間t8，SR雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器FF1的設(shè)置端接收到導(dǎo)通啟始信號，反相器INV1的輸出從高電平變?yōu)榈碗娖健?br> 此時，驅(qū)動元件Q3具有傳導(dǎo)性，n型MOSFET構(gòu)成的的驅(qū)動元件Q4不具傳導(dǎo)性，開關(guān)元件Q1的柵極接收高電平信號，開關(guān)元件Q1從關(guān)閉狀態(tài)打開。
在上述圖5的t1到t8時間段，反相器INV1提供高電平輸出。
此時，驅(qū)動元件Q3不具傳導(dǎo)性，n型MOSFET構(gòu)成的的驅(qū)動元件Q4具有傳導(dǎo)性。即，驅(qū)動元件Q4的漏極和源極都接地了，開關(guān)元件Q1的柵極電壓V4通過齊納二極管ZD2接地。
此時，齊納二極管ZD2的阻抗很大，直到柵極電壓V4到達齊納二極管ZD2的齊納電壓(-Vz)，并且在柵極電壓V4到達齊納電壓時變小。然后，齊納二極管ZD2在齊納電壓時將柵極電壓V4箝位，從而獲得矩形波。結(jié)果是，回掃階段后在t6到t8間開關(guān)元件Q1柵極處產(chǎn)生的寄生振蕩振幅電壓比沒有齊納二極管ZD2情況下的寄生振蕩振幅電壓高。
根據(jù)第二變型，在驅(qū)動器30和開關(guān)元件Q1之間增加了有選擇地實現(xiàn)高阻抗的齊納二極管ZD2，從而在開關(guān)元件Q1的關(guān)閉期間的回掃階段后增加開關(guān)元件Q1柵極處產(chǎn)生的寄生振蕩的負電壓振幅。該配置的優(yōu)勢在于能夠方便地檢測回掃階段后的寄生振蕩的開始定時時刻。
第三變型圖6是描述圖1所示開關(guān)電源裝置的第三變型的特征部分的示意圖。
第三變型還在圖1所示的配置中的驅(qū)動器30和開關(guān)元件Q1之間布置了阻抗調(diào)節(jié)器120。阻抗調(diào)節(jié)器120在開關(guān)元件Q1關(guān)閉階段有選擇地提供高阻抗，從而增加在回掃階段之后在開關(guān)元件Q1柵極處產(chǎn)生的自由振蕩振幅電壓。
在具有阻抗調(diào)節(jié)器120的配置中，由p型MOSFET構(gòu)成的驅(qū)動元件Q3的漏極和開關(guān)元件Q1的柵極直接相連，由n型MOSFET構(gòu)成的驅(qū)動元件Q4的漏極和二極管D4的陰極相連，二極管D4的陽極和開關(guān)元件Q1的柵極相連，開關(guān)元件Q1的柵極和二極管D5的陰極相連，二極管D5的陽極和負參考電壓V20相連，開關(guān)元件Q1的柵極和比較器CP1的正輸入端相連。
下面參考時序7描述阻抗調(diào)節(jié)器120的工作。在圖7所示時間t8，SR雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器FF1的設(shè)置端接收到導(dǎo)通啟始信號，反相器INV1的輸出從高電平變?yōu)榈碗娖健?br> 此時，驅(qū)動元件Q3具有傳導(dǎo)性，n型MOSFET構(gòu)成的的驅(qū)動元件Q4不具傳導(dǎo)性，開關(guān)元件Q1的柵極接收高電平信號，開關(guān)元件Q1從關(guān)閉狀態(tài)打開。在上述圖7的t1到t8間，反相器INV1提供高電平輸出。此時，驅(qū)動元件Q3不具傳導(dǎo)性，n型MOSFET構(gòu)成的的驅(qū)動元件Q4具有傳導(dǎo)性。即，驅(qū)動元件Q4的漏極和源極都接地了，開關(guān)元件Q1的柵極電壓V4通過二極管D4接地。此時，二極管D5在負參考電壓V20時將柵極電壓V4箝位，從而形成矩形波，如圖7所示。結(jié)果，回掃階段后在t6到t8時間段開關(guān)元件Q1柵極處產(chǎn)生的寄生振蕩振幅電壓比負極性情況下的寄生振蕩振幅電壓高。
根據(jù)第三變型，在驅(qū)動器30和開關(guān)元件Q1之間增加了有選擇地實現(xiàn)高阻抗的二極管D4，從而在開關(guān)元件Q1的關(guān)閉期間的回掃階段后進一步降低開關(guān)元件Q1柵極處產(chǎn)生的寄生振蕩的負電壓。此外，二極管D5根據(jù)高阻抗?fàn)顟B(tài)箝位開關(guān)元件Q1的柵極電壓。該配置的優(yōu)勢在于能夠方便地檢測回掃階段后的寄生振蕩的開始定時。
第四變型圖8是描述圖1所示開關(guān)電源裝置的第四變型的特征部分的示意圖。
第四變型還在圖1所示的配置中的驅(qū)動器30和開關(guān)元件Q1之間布置了阻抗調(diào)節(jié)器130。根據(jù)第四變型，由p型MOSFET構(gòu)成的驅(qū)動元件Q3的漏極和開關(guān)元件Q1的柵極直接相連，由n型MOSFET構(gòu)成的驅(qū)動元件Q4的漏極和二極管D7的陰極相連，二極管D7的陽極和開關(guān)元件Q1的柵極相連，二極管D7和極性與D7相反的二極管D8并聯(lián)，開關(guān)元件Q1的柵極和比較器CP1的正輸入端相連。
下面參考時序9描述阻抗調(diào)節(jié)器130的工作。在圖9所示時間t8，SR雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器FF1的設(shè)置端接收到導(dǎo)通啟始信號，反相器INV1的輸出從高電平變?yōu)榈碗娖健?br> 此時，驅(qū)動元件Q3具有傳導(dǎo)性，n型MOSFET構(gòu)成的的驅(qū)動元件Q4不具傳導(dǎo)性，開關(guān)元件Q1的柵極接收高電平信號，開關(guān)元件Q1從關(guān)閉狀態(tài)打開。在圖9的t1到t8間，反相器INV1提供高電平輸出。此時，驅(qū)動元件Q3不具傳導(dǎo)性，n型MOSFET構(gòu)成的的驅(qū)動元件Q4具有傳導(dǎo)性。即，驅(qū)動元件Q4的漏極和源極都接地了，開關(guān)元件Q1的柵極電壓V4通過二極管D7接地。此時，二極管D8在-0.7V電壓時將柵極電壓V4箝位，從而形成矩形波，如圖9所示。結(jié)果是，回掃階段后在t6到t8間開關(guān)元件Q1柵極處產(chǎn)生的寄生振蕩振幅電壓比沒有二極管D7和D8情況下的寄生振蕩振幅電壓高。
電壓檢測器42中的參考電源42的參考電壓是，例如，0V。
根據(jù)第四變型，在驅(qū)動器30和開關(guān)元件Q1之間增加了實現(xiàn)高阻抗的二極管D7和D8，從而在開關(guān)元件Q1的關(guān)閉期間的回掃階段后降低開關(guān)元件Q1柵極處產(chǎn)生的寄生振蕩的底限電壓。該配置的優(yōu)勢在于能夠方便地檢測回掃階段后的寄生振蕩的開始定時。
第五變型圖10是描述圖1所示開關(guān)電源裝置的第五變型的特征部分的示意圖。
第五實施例采用了驅(qū)動器140，替代圖1所示的驅(qū)動器30。驅(qū)動器140包括反相器INV1，驅(qū)動元件Q3和Q4以及關(guān)閉指令電路142。
響應(yīng)于控制器60提供的導(dǎo)通控制信號，驅(qū)動元件Q3向開關(guān)元件Q1的柵極輸出電源電壓VDD。
關(guān)閉指令電路142接收開關(guān)元件Q1的柵極處產(chǎn)生的電壓。如果控制器60提供的導(dǎo)通控制信號處于關(guān)閉階段并且如果開關(guān)元件Q1柵極處產(chǎn)生的電壓等于或大于關(guān)閉指令電路142的內(nèi)部參考電壓Vref1，關(guān)閉指令電路142在回掃階段輸出導(dǎo)通指令信號。如果在回掃階段后寄生振蕩電壓下降到參考電壓之下，關(guān)閉指令電路142就輸出關(guān)閉指令信號。
響應(yīng)于關(guān)閉指令電路142提供的導(dǎo)通指令信號，驅(qū)動元件Q4向開關(guān)元件Q1的柵極輸出接地電壓，響應(yīng)于關(guān)閉指令電路142提供的關(guān)閉指令信號，驅(qū)動元件Q4實現(xiàn)高阻抗。
下面參考時序11描述驅(qū)動電路140的工作。在圖11所示時間t11到t13，控制器60輸出關(guān)閉控制信號(低電平V13)，因此反相器INV1輸出高電平輸出(V14)。結(jié)果是，驅(qū)動元件Q3不具傳導(dǎo)性，將開關(guān)元件Q1關(guān)閉。時間段t11到t12是回掃階段，其中開關(guān)元件Q1柵極處產(chǎn)生的電壓等于或大于參考電壓Vref1，關(guān)閉指令電路142輸出導(dǎo)通指令信號，使驅(qū)動元件Q4具有傳導(dǎo)性。在從t12至t13期間，關(guān)閉指令電路142檢測到由于回掃階段后的寄生振蕩導(dǎo)致開關(guān)元件Q1柵極處產(chǎn)生的電壓低于參考電壓Vref1。然后關(guān)閉指令電路142輸出關(guān)閉指令信號，使驅(qū)動元件Q4不具傳導(dǎo)性。
以此方式，響應(yīng)于控制器60提供的導(dǎo)通控制信號，驅(qū)動元件Q3將電源電壓VDD提供給開關(guān)元件Q1柵極，控制器60提供的關(guān)閉控制信號表示關(guān)閉期間的關(guān)閉狀態(tài)。在開關(guān)元件Q1柵極處產(chǎn)生的電壓等于或高于參考電壓Vref1的回掃階段，關(guān)閉指令電路142輸出導(dǎo)通指令信號。在回掃階段后，當(dāng)寄生振蕩的負電壓降低到參考電壓Vref1之下時，關(guān)閉指令電路142輸出關(guān)閉指令信號。
響應(yīng)于關(guān)閉指令電路142提供的導(dǎo)通指令信號，驅(qū)動元件Q4向開關(guān)元件Q1的柵極輸出接地電壓。響應(yīng)于關(guān)閉指令電路142提供的關(guān)閉指令信號，驅(qū)動元件Q4實現(xiàn)高阻抗。第五變型的配置的優(yōu)勢在于能夠方便地檢測回掃階段后的寄生振蕩的電壓變化。為了避免將過多的電壓施加到開關(guān)元件Q1柵極上，關(guān)閉指令電路142包括第二參考電壓Vref2和比較器。如果開關(guān)元件Q1的柵極電壓達到第二參考電壓Vref2，關(guān)閉指令電路142打開驅(qū)動元件Q4，保護開關(guān)元件Q1。為了達到這個目的，也可以將齊納二極管并聯(lián)到開關(guān)元件Q1的柵極和漏極之間，或者采用變型3的采用二極管5和電源20的箝位技術(shù)。
其它實施例本發(fā)明并不限于上述實施例和變型。只要不偏離本發(fā)明的精神和范圍，也可有其它的實施例和變型。
(1)在圖1的實施例中，開關(guān)元件Q1是包括在半導(dǎo)體集成電路20中的。作為替代，開關(guān)元件Q1也可位于半導(dǎo)體集成電路20之外。在這種情況下，開關(guān)元件Q1帶有柵極驅(qū)動端。
該配置使得能夠根據(jù)開關(guān)電源裝置所需輸出功率選擇開關(guān)元件Q1，因此，能夠方便地實現(xiàn)高功率開關(guān)電源裝置。當(dāng)在半導(dǎo)體集成電路20之外布置開關(guān)元件Q1時，電容C1和C2可以是開關(guān)元件Q1的內(nèi)部寄生電容或者是外部電容。
(2)圖1的實施例提供了當(dāng)檢測到開關(guān)元件Q1的柵極端電壓開始寄生振蕩時的檢測信號，通過定時器90延時檢測信號，當(dāng)寄生振蕩幾乎到達底限電壓時輸出設(shè)置信號，打開開關(guān)元件Q1。作為替代，也可以適當(dāng)?shù)卦O(shè)置包括寄生電容的電容C1和C2，連接至開關(guān)元件Q1柵極的元件的阻抗，和電阻元件，從而當(dāng)寄生振蕩基本上提供底限電壓時，比較器CP1提供輸出信號V6。在這種情況下，能夠省略定時器50，從而簡化開關(guān)電源裝置的結(jié)構(gòu)。
(3)電容器C5可以是位于開關(guān)元件Q1接線端之間的寄生電容，也可以是位于開關(guān)元件Q1之外的外部電容。
(4)半導(dǎo)體集成電路20可以是單片型或者是混合型。在不偏離本發(fā)明精神的前提下，能夠適當(dāng)?shù)貨Q定半導(dǎo)體集成電路20實現(xiàn)的功能。
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)電源裝置，包括開關(guān)元件，通過變壓器的初級線圈和直流電源串聯(lián)；電壓檢測器，用于檢測開關(guān)元件柵極處的電壓變化并輸出檢測信號，該電壓變化發(fā)生在回掃階段后、因開關(guān)元件接線端間的寄生電容和/或可選增加的電容導(dǎo)致的自由振蕩而產(chǎn)生；控制器，用于根據(jù)電壓檢測器的檢測信號輸出導(dǎo)通控制信號從而導(dǎo)通開關(guān)元件；驅(qū)動器，用于根據(jù)控制器的導(dǎo)通控制信號將驅(qū)動信號施加于開關(guān)元件柵極從而驅(qū)動開關(guān)元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)電源裝置，其中當(dāng)電壓檢測器檢測到回掃階段之后由自由振蕩導(dǎo)致的電壓變化接近于底限時，輸出檢測信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)電源裝置，進一步包括定時器，用于按照預(yù)定的延時將電壓檢測器的檢測信號延遲，并且當(dāng)回掃階段后自由振蕩導(dǎo)致的電壓變化接近于底限時輸出和定時同步的導(dǎo)通啟始信號，電壓檢測器，當(dāng)檢測到回掃階段后的自由振蕩開始時，輸出檢測信號，和控制器，響應(yīng)于定時器輸出的導(dǎo)通啟始信號，輸出導(dǎo)通控制信號從而導(dǎo)通開關(guān)元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)電源裝置，進一步包括阻抗調(diào)節(jié)器，連接在驅(qū)動器和開關(guān)元件之間，用于增加阻抗并因此增加在開關(guān)元件關(guān)閉期間回掃階段之后發(fā)生在開關(guān)元件柵極的自由振蕩的振幅電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)電源裝置，其中驅(qū)動器包括第一驅(qū)動元件，用于響應(yīng)于控制器的導(dǎo)通控制信號向開關(guān)元件的柵極輸出高電平電壓；第二驅(qū)動元件，用于輸出接地電壓；和關(guān)閉指令電路，用于阻止開關(guān)元件的錯誤操作，當(dāng)開關(guān)元件從導(dǎo)通狀態(tài)關(guān)閉后，關(guān)閉指令電路暫時關(guān)閉第二驅(qū)動元件，從而提高開關(guān)元件柵極和地之間的阻抗，并且關(guān)閉指令電路直接或間接通過第二驅(qū)動元件將發(fā)生在開關(guān)元件柵極的自由振蕩振幅電壓箝位，使得自由振蕩振幅電壓不會超過預(yù)定限度。
全文摘要
一種開關(guān)電源裝置，具有開關(guān)元件Q1。在開關(guān)元件Q1的接線端之間有寄生電容(C1，C2)。在回掃階段后，在開關(guān)元件Q1柵極出現(xiàn)寄生振蕩電壓V4。電壓檢測器檢測電壓V4的下降并輸出檢測信號V6。定時器將檢測信號V6延時，并輸出和電壓V4到達底限時的定時T同步的導(dǎo)通啟始信號。響應(yīng)于定時器的導(dǎo)通啟始信號，控制器輸出導(dǎo)通控制信號打開開關(guān)元件Q1。響應(yīng)于控制器的導(dǎo)通控制信號，驅(qū)動器將驅(qū)動信號施加于開關(guān)元件Q1的柵極上，從而驅(qū)動開關(guān)元件Q1。
文檔編號H02M3/24GK1941583SQ200610159999
公開日2007年4月4日 申請日期2006年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月30日
發(fā)明者中村勝 申請人:三墾電氣株式會社