開關(guān)電源裝置制造方法
開關(guān)電源裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種開關(guān)電源裝置。能夠避免發(fā)生逆流電流流至同步整流開關(guān)的狀態(tài)所導致的不良，并且減少同步整流開關(guān)中的損耗，實現(xiàn)高效率化。在二次側(cè)控制電路中設置有：生成預定電位的基準電壓的基準電壓電路；監(jiān)視同步整流用開關(guān)元件的端子電壓來檢測該元件的導通定時的導通定時檢測電路；根據(jù)導通定時被啟動，對預定時間進行計時的計時器電路。在計數(shù)器電路進行計時動作的期間，將在基準電壓上相加預定的偏置電壓而得的電壓作為閾值電壓供給截止定時檢測電路，在計時器電路停止計時動作的期間，將通過基準電壓電路生成的基準電壓作為閾值電壓供給截止定時檢測電路。
【專利說明】開關(guān)電源裝置
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及具備電力轉(zhuǎn)換用的變壓器的開關(guān)控制方式的電源裝置，涉及例如在變壓器的一次側(cè)具有串聯(lián)共振電路，在二次側(cè)設置了同步整流開關(guān)的電流共振式開關(guān)單元裝置中使用的有效的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]以往，作為開關(guān)電源裝置之一，有在變壓器的一次側(cè)使用了串聯(lián)共振電路的電流共振式變換器。電流共振式變換器具備：具有與變壓器一次側(cè)線圈串聯(lián)連接的共振電感器和共振電容器的串聯(lián)共振電路；控制從直流電壓輸入端子向串聯(lián)共振電路流過的電流的一對開關(guān)元件。通過以共振頻率附近的頻率交替地控制該開關(guān)元件導通、截止，使變壓器一次側(cè)線圈中流過正弦波狀的電流。并且，通過二極管對變壓器二次側(cè)線圈中感應的電流進行整流，并通過電容器濾波后輸出，因此公知為高效率、低噪聲的開關(guān)電源裝置。
[0003]但是，在二次側(cè)電路中使用了整流用二極管的電流共振式變換器中，整流用二極管中的損耗大，成為效率變低的原因。因此，例如有如在專利文獻I中所記載那樣的技術(shù)：代替二次側(cè)電路的整流用二極管而設置了同步整流用開關(guān)元件（MOSFET)，并且通過二次側(cè)控制電路檢測二次側(cè)開關(guān)元件的端子電壓，與一次側(cè)電路開關(guān)元件的導通定時同步地對二次側(cè)開關(guān)元件進行導通控制，由此減少整流元件中的損耗，實現(xiàn)高效率化。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻I :日本特開2010-161917號公報
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]發(fā)明要解決的課題
[0008]但是，在專利文獻I中所記載的電流共振式開關(guān)電源裝置中，為了進行防止二次側(cè)的逆流電流的控制，而從相互電絕緣的一次側(cè)電路向二次側(cè)電路傳送一次側(cè)的開關(guān)控制信號。因此，存在如下課題：為了傳送該信號而需要另設變壓器（脈沖變壓器）或光耦合器，因此部件個數(shù)增加，導致裝置大型化或成本上升。
[0009]本發(fā)明人進行了如下研究：如圖5所示，監(jiān)視同步整流用MOSFET (絕緣柵型場效應晶體管，以下稱為MOS晶體管）Qsl、Qs2的源-漏間電壓來檢測使Qsl、Qs2導通、截止的定時并控制，不需要從一次側(cè)電路向二次側(cè)電路傳送控制信號，由此不需要變壓器（脈沖變壓器）或光耦合器。
[0010]使同步整流用MOSFET晶體管Qsl、Qs2導通、截止的定時是Qsl、Qs2的源-漏間電壓逆轉(zhuǎn)的點，為了對其進行檢測而考慮設置對Qsl、Qs2的源-漏間電壓和預定的基準電壓(閾值電壓）進行比較的比較器。
[0011]但是，在同步整流開關(guān)（Qsl、Qs2)中使用MOS晶體管的情況下，導通時被等價地視為LR串聯(lián)電路，開關(guān)（Qsl、Qs2)的兩端電壓為依存于電流的電壓波形。根據(jù)電源的方式，電流波形多種多樣，檢測出的電壓波形也不同。
[0012]在圖5所示的電路的情況下，在輕負載時在二次側(cè)的同步整流用MOS晶體管Qsl、Qs2中流過圖6(a)所示的波形的電流ID。并且，假設在流過該電流ID的期間，同步整流用MOS晶體管Qsl、Qs2始終導通時，該晶體管的源-漏間電壓VDS為圖6 (b)所示的波形。在此，在設定了通常負載時為了能夠檢測出最佳的截止定時而設定預定的截止閾值Vth_off,并通過比較器比較VDS和Vth_off來使晶體管Qsl、Qs2截止的情況下，在輕負載時，如圖6所示，在toffl和tofT2兩個地方存在截止定時。
[0013]因此，在該情況下，有時晶體管Qsl、Qs2往來于兩個地方的截止定時，根據(jù)截止定時，晶體管Qsl、Qs2的電壓降中出現(xiàn)差異，由此存在導致輸出電壓VOUT振蕩的不良情形。另外，當在toffl截止時，殘余電流（陰影部分）由MOS晶體管Qsl、Qs2中寄生的體二極管整流，也存在損耗增大而功率效率惡化的不良情形。另外，圖6 (b)僅表示在同步整流用MOS晶體管Qsl、Qs2中流過正向電流（圖中朝向線圈的電流）的期間的波形。實際上，在流過上述正向電流的期間以外，主開關(guān)元件S1、S2的導通、截止的狀態(tài)切換，變壓器10的極性反轉(zhuǎn)，由此，在同步整流用MOS晶體管Qsl、Qs2的源極-漏極間產(chǎn)生逆向電壓，但是，為了簡化說明而省略了圖示。
[0014]在圖5的電源裝置的二次側(cè)電路中，為避免在圖6的定時toffl將同步整流用MOS晶體管（同步整流開關(guān)）Qsl、Qs2截止，考慮了使同步整流開關(guān)的導通控制電路具有計時器，如圖6(d)所示，在定時t0使計時器啟動，在計時器工作的過程中屏蔽截止信號，由此無視toffl的截止信號的方法（保證最小導通時間Ton_min)。
[0015]但是，在這樣的方法中，當一次側(cè)的開關(guān)元件突然停止或者負載突然變輕，如圖7(a)所示那樣發(fā)生在同步整流開關(guān)（Qsl、Qs2)中流過逆流電流的狀態(tài)的情況下，產(chǎn)生不良。
[0016]具體來說，當發(fā)生圖7(a)那樣的流過逆流電流的狀態(tài)時，如圖7(b)所示，Qsl、Qs2的源極-漏極電壓VDS變化，如圖7(c)所示，在tl，Qsl、Qs2的柵極截止信號VG_0FF向截止方向變化。然而，通過計時器的輸出（d)屏蔽柵極截止信號時，盡管想在tl使Qsl、Qs2截止，如圖7(e)所示,在經(jīng)過最小導通時間Ton_min的t2之前，同步整流開關(guān)（Qsl、Qs2)都維持導通狀態(tài)。因此，在逆流電流變大之前無法使同步整流開關(guān)截止，有可能導致同步整流開關(guān)或控制電路損壞。
[0017]本發(fā)明是在上述背景下提出的，其目的在于提供一種具備電力轉(zhuǎn)換用的變壓器的開關(guān)控制方式的電源裝置，該電源裝置不會導致裝置的大型化和提高成本，并且也能夠避免由于發(fā)生在二次側(cè)的同步整流開關(guān)中流過逆流電流的狀態(tài)而導致的不良，并且減少同步整流開關(guān)中的損耗，實現(xiàn)聞效率。
[0018]用于解決課題的手段
[0019]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的開關(guān)電源裝置具有：電力轉(zhuǎn)換用變壓器；以串聯(lián)方式與該變壓器的一次側(cè)線圈連接的主開關(guān)元件；對該主開關(guān)元件進行導通、截止控制的一次側(cè)控制電路；以串聯(lián)方式與所述變壓器的二次側(cè)線圈連接的同步整流用開關(guān)元件；對該同步整流用開關(guān)元件進行導通、截止控制的二次側(cè)控制電路，其中，
[0020]所述二次側(cè)控制電路，具備：監(jiān)視所述同步整流用開關(guān)元件的端子電壓來檢測該元件的導通定時的導通定時檢測電路；比較所述同步整流用開關(guān)元件的端子電壓和閾值電壓來檢測該元件的截止定時的截止定時檢測電路，直到從所述同步整流用開關(guān)元件的導通時刻起經(jīng)過預定期間為止，將在預定的基準電壓上相加預定的偏置電壓而得的電壓作為所述閾值電壓向所述截止定時檢測電路供給，在經(jīng)過所述預定期間后，直到所述同步整流用開關(guān)元件下次被導通為止，將所述基準電壓作為所述閾值電壓向所述截止定時檢測電路供
5口 O
[0021]根據(jù)上述手段，即使在同步整流用開關(guān)元件導通后，同步整流用開關(guān)元件的端子電壓立即超過用于檢測截止定時的閾值電壓，因為將在基準電壓上相加預定的偏置電壓而得的電壓作為閾值電壓而向截止定時檢測電路供給，所以能夠避免在導通后同步整流用開關(guān)元件立即截止，由此能夠防止發(fā)生輸出電壓振動這樣的不良。
[0022]此外，通過在同步整流用開關(guān)元件導通后立即截止，能夠避免通過寄生二極管流過電流而發(fā)生損耗的情況，提聞功率效率。
[0023]進而，在使同步整流用MOS晶體管導通后，在預定期間的期間，即使將閾值電平切換為在基準電壓上相加偏置電壓而得的電壓，在同步整流用MOS晶體管中流過比較大的逆流電流的情況下，因為同步整流用MOS晶體管的端子電壓超過閾值電平，所以能夠檢測逆流狀態(tài)，使同步整流用MOS晶體管截止。
[0024]另外，優(yōu)先地，所述二次側(cè)控制電路具備對應于所述同步整流用開關(guān)元件導通而被啟動，對所述預定期間進行計時的計時器電路，所述計時器電路進行計時動作的期間，將在所述基準電壓上相加預定的偏置電壓而得的電壓作為所述閾值電壓向所述截止定時檢測電路供給，在所述計時器電路停止計時動作的期間，將所述基準電壓作為所述閾值電壓向所述截止定時檢測電路供給。
[0025]這樣通過設置計時器電路，決定將在基準電壓上相加預定的偏置電壓而得到的電壓作為閾值電壓向截止定時檢測電路供給的期間，能夠比較容易地設定將在基準電壓上相加偏置電壓而得的電壓作為閾值電壓供給的期間。
[0026]進而，優(yōu)選地，所述二次側(cè)控制電路具備監(jiān)視所述同步整流用開關(guān)元件的端子電壓，檢測開關(guān)頻率的開關(guān)頻率檢測電路，所述計時器電路根據(jù)通過所述開關(guān)頻率檢測電路檢測出的頻率，該頻率越高對越短的計時時間進行計時，頻率越低對越長的計時時間進行計時。
[0027]這樣，根據(jù)通過開關(guān)頻率檢測電路檢測出的頻率改變計時器電路進行計時動作的時間，即將在基準電壓上相加偏置電壓而得的電壓作為閾值電壓而供給的轉(zhuǎn)換期間，由此，能夠使閾值電壓的轉(zhuǎn)換期間最佳化，能夠避免因開關(guān)頻率的變動而產(chǎn)生誤動作。
[0028]此外，優(yōu)選地，所述二次側(cè)控制電路具備用于判定負載狀態(tài)的負載判定電路，在該負載判定電路判定為無負載狀態(tài)的期間，不管所述計時器電路的動作狀態(tài)而將所述基準電壓作為所述閾值電壓向所述截止定時檢測電路供給。
[0029]由此，在無負載狀態(tài)下，閾值電壓未被轉(zhuǎn)換，因此，在無負載時能夠以較早的定時使同步整流用開關(guān)元件截止，能夠防止在該開關(guān)元件中流過逆向電流而導致功率效率降低。
[0030]進而，優(yōu)選地，在所述變壓器的一次側(cè)設置：具有與所述變壓器的一次側(cè)線圈以串聯(lián)方式連接的共振電感器和共振電容器的串聯(lián)共振電路；控制從直流電壓輸入端子流入所述串聯(lián)共振電路的電流的一對主開關(guān)元件；以及交替地對該一對主開關(guān)元件進行導通、截止控制的一次側(cè)控制電路。
[0031]所述變壓器的二次側(cè)電路具備所述同步整流用開關(guān)元件以及所述二次側(cè)控制電路、檢測輸出電壓來生成與輸出電壓對應的反饋信號的輸出電壓檢測單元。
[0032]所述反饋信號被傳送到所述一次側(cè)控制電路，所述一次側(cè)控制電路根據(jù)所述反饋信號改變開關(guān)頻率。
[0033]在具有如上結(jié)構(gòu)的電流共振式的開關(guān)電源裝置中，在輕負載時，能夠避免同步整流用開關(guān)元件在導通后，該開關(guān)元件的端子電壓立即達到閾值電壓而將開關(guān)元件截止，由此能夠防止發(fā)生輸出電壓振動這樣的不良。
[0034]發(fā)明效果
[0035]根據(jù)本發(fā)明，獲得了如下效果，即在具備電力轉(zhuǎn)換用的變壓器的開關(guān)控制方式的電源裝置中，不會導致裝置大型化或成本上升，并且能夠避免因發(fā)生二次側(cè)的同步整流開關(guān)中流過逆流電流的狀態(tài)而廣生的不良，同時能夠減少同步整流開關(guān)中的損耗，實現(xiàn)聞效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0036]圖I是表示應用了本發(fā)明的電流共振式開關(guān)電源裝置的一個實施方式的電路結(jié)構(gòu)圖。
[0037]圖2是表示實施方式的電流共振式開關(guān)電源裝置中的通常動作時的二次側(cè)的同步整流用開關(guān)元件（M0S晶體管）的漏極電流和源-漏間電壓以及柵極截止信號的變化的情況的波形圖。
[0038]圖3是表示實施方式的電流共振式開關(guān)電源裝置中的無負載時的二次側(cè)的同步整流用開關(guān)元件（M0S晶體管）的漏極電流和源-漏間電壓以及柵極截止信號的變化的情況的波形圖。
[0039]圖4是表示應用了本發(fā)明的有效的回掃型開關(guān)電源裝置中的二次側(cè)的同步整流用開關(guān)元件（M0S晶體管）的漏極電流和源-漏間電壓以及柵極截止信號的變化的情況的波形圖。
[0040]圖5是表示現(xiàn)有的電流共振式開關(guān)電源裝置的一個結(jié)構(gòu)例的電路結(jié)構(gòu)圖。
[0041]圖6是表示現(xiàn)有的電流共振式開關(guān)電源裝置中的通常動作時的二次側(cè)的同步整流用開關(guān)元件（M0S晶體管）的漏極電流和源-漏間電壓以及柵極截止信號的變化的情況的波形圖。
[0042]圖7是表示現(xiàn)有的電流共振式開關(guān)電源裝置中逆流電流發(fā)生時的二次側(cè)的開關(guān)元件（M0S晶體管）的漏極電流和源-漏間電壓以及柵極截止信號、計時器的輸出信號、同步整流用開關(guān)元件的柵極導通信號的變化的情況的波形圖。
[0043]圖8是表示應用了本發(fā)明的回掃型開關(guān)電源裝置的一個實施方式的電路結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0044]以下，根據(jù)【專利附圖】
【附圖說明】本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。
[0045]圖I是表示應用了本發(fā)明的電流共振式開關(guān)電源裝置的一個實施方式。
[0046]該實施方式的開關(guān)電源裝置作為電流共振式開關(guān)電源裝置，具備電力轉(zhuǎn)換用的變壓器10，在該變壓器10的一次側(cè)設置半橋型的串聯(lián)共振電路20，在二次側(cè)設置了具有同步整流開關(guān)的全波整流電路30。
[0047]一次側(cè)的串聯(lián)共振電路20具備與變壓器10的一次側(cè)線圈Lp串聯(lián)連接的共振電感器Lr以及共振電容器Cr。此外，串聯(lián)共振電路20，在被施加來自未圖示的直流電壓源(包含將交流電壓變換為直流電壓的二極管橋電路）的直流電壓的電壓輸入端子VIN和被施加接地電位這樣的基準電位的端子GND之間，具備由以串聯(lián)方式連接的N溝道MOS晶體管構(gòu)成的主開關(guān)元件S1、S2。此外，串聯(lián)共振電路20具備對該主開關(guān)元件S1、S2進行導通、截止控制的一次側(cè)控制電路21，使S1、S2以共振頻率附近的頻率交替地導通、截止，由此使變壓器10的一次側(cè)線圈Lp中流過正弦波狀的電流。
[0048]該實施例的串聯(lián)共振電路20還具備接受來自二次側(cè)電路（誤差放大器33)的反饋信號的受光用的光電晶體管PT，一次側(cè)控制電路21根據(jù)反饋信號改變主開關(guān)元件S1、S2的開關(guān)頻率來應對負載的變動。
[0049]另一方面，二次側(cè)的全波整流電路30具備：在變壓器10的二次側(cè)的第一線圈Lsl和輸出端子0UT2之間連接的同步整流用MOS晶體管Qsl ;在二次側(cè)的第二線圈Ls2和輸出端子0UT2之間連接的同步整流用MOS晶體管Qs2 ;檢測Qsl的源極-漏極電壓來生成Qsl的導通、截止控制信號的二次側(cè)第一控制電路31 ;以及檢測Qs2的漏極電壓（源極-漏極電壓）來生成Qs2的導通、截止控制信號的二次側(cè)第二控制電路32。
[0050]二次側(cè)第一控制電路31和二次側(cè)第二控制電路32分別互補地對同步整流用MOS晶體管Qsl、Qs2進行導通、截止控制。即進行如下控制：在一次側(cè)控制電路21的開關(guān)控制的一周期的前半或者后半，二次側(cè)第一控制電路31使同步整流用MOS晶體管Qsl導通，在一周期的后半或者前半，二次側(cè)第二控制電路32使同步整流用MOS晶體管Qs2導通。
[0051]此外，二次側(cè)的全波整流電路30具備：連接在輸出端子0UT1-0UT2之間，使輸出電壓VOUT穩(wěn)定的濾波電容器CO ;檢測輸出電壓νουτ，使反饋用光電二極管ro中流過與輸出電壓VOUT的電位對應的電流的誤差放大器33。輸出端子OUTl連接在變壓器10的二次側(cè)線圈的中點（第一線圈Lsl和第二線圈Ls2的連接節(jié)點Ne)。
[0052]接著，說明二次側(cè)第二控制電路32的細節(jié)。另外，二次側(cè)第一控制電路31與二次側(cè)第二控制電路32具有相同結(jié)構(gòu)，進行相同的動作（定時相差半個周期），因此，關(guān)于二次側(cè)第一控制電路31省略圖示以及說明。
[0053]如圖I所示，本實施例的二次側(cè)第二控制電路32具備：監(jiān)視同步整流用MOS晶體管Qs2的漏極電壓，檢測Qs2的導通定時的由比較器等構(gòu)成的導通定時檢測電路321 ;監(jiān)視Qs2的漏極電壓，檢測開關(guān)頻率的開關(guān)頻率檢測電路322 ;以及在Qs2的導通定時被啟動，對預定時間進行計時的計時器電路323。
[0054]上述計數(shù)器電路323通過來自開關(guān)頻率檢測電路322的信號，根據(jù)檢測出的頻率來改變計時時間。具體來說，頻率越低即周期越長計時時間越長，頻率越高計時時間越短。計時器電路323可以是模擬電路也可以是數(shù)字電路。開關(guān)頻率檢測電路322監(jiān)視同步整流用MOS晶體管Qs2的漏極電壓，因此，除了開關(guān)頻率外還能夠檢測Qs2被導通的定時。
[0055]此外，二次側(cè)第二控制電路32具備：生成成為基準的電壓Vth_off的基準電壓源324 ;比較同步整流用MOS晶體管Qs2的漏極電壓和基準電壓Vth_off，檢測Qs2的截止定時(柵極截止信號VG_0FF)的比較器325 ;以及生成相加到成為所述基準的電壓Vth_off的偏置電壓Voffset的電壓源326。
[0056]并且，二次側(cè)第二控制電路32具備:與該電壓源326并聯(lián)設置的開關(guān)SW ;將所述比較器325的輸出輸入到復位端子，將導通定時檢測電路321的輸出輸入到置位端子的RS觸發(fā)器327 ;例如監(jiān)視Qs2的柵極控制信號VGC判定負載LD的狀態(tài)的負載判定電路328 ;將所述計時器電路323的輸出和負載判定電路328的輸出作為輸入的NAND門329。并且，根據(jù)該NAND門329的輸出對所述開關(guān)SW進行導通、截止控制，當開關(guān)SW為截止狀態(tài)時，基準電壓Vth_off上相加偏置電壓Voffset而得的電壓作為閾值電壓被供給到比較器325。
[0057]此外，開關(guān)SW在NAND門329的輸出為高電平時導通，在為低電平時截止。
[0058]在此，上述偏置電壓Voffset的值被設定為比在圖2所示的期間Tadd中的電壓VDS的峰值高。該值Voffset由同步整流用MOS晶體管Qs2的導通電阻值和在Qs2中流過的電流的大小(最大電流)的積、以及在同步整流用MOS晶體管Qs2的寄生電感和在Qs2中流過的電流的梯度的積來決定。但是，在Qs2中流過的電流根據(jù)電源的方式或者結(jié)構(gòu)而不同，因此，無法以預定的數(shù)值進行一般化。但是，在Qs2中流過的電流依存于輸出電壓VOUT的電壓值或者變壓器10的二次側(cè)線圈的電感、一次側(cè)的開關(guān)頻率。因此，如果電源裝置的結(jié)構(gòu)決定了，則能夠?qū)⑼秸饔肕OS晶體管Qs2的導通電阻值、輸出電壓VOUT的電壓值、變壓器10的二次側(cè)線圈的電感、一次側(cè)的開關(guān)頻率作為參數(shù)來決定偏置電壓Voffset的值。
[0059]負載判定電路328檢測無負載狀態(tài)，當成為無負載狀態(tài)時，其輸出例如變化為低電平，即使計時器電路323的輸出為高電平，也能夠使開關(guān)SW維持為導通狀態(tài)，不在基準電壓Vth_off上相加偏置電壓Voffset。
[0060]此外，當負載變輕時，同步整流用MOS晶體管Qs2的截止定時提前，因此在該實施例中，通過負載判定電路328監(jiān)視Qs2的柵極控制信號VGC的截止定時，判定負載的狀態(tài)，但是也可以監(jiān)視比較器325的輸出。此外，也可以代替監(jiān)視這些信號，而設置檢測流向負載的電流的讀出電阻，監(jiān)視該讀出電阻中的電壓下降量來檢測無負載狀態(tài)。
[0061]以下，使用圖2以及圖3的波形圖來說明二次側(cè)第二控制電路32的動作。此外，圖2表示“通常動作時(輕負載)”的二次側(cè)的同步整流用MOS晶體管Qs2的漏極電流ID和源-漏間電壓VDS以及柵極截止信號VG_0FF(比較器325的輸出)的變化的情況。圖3表示“無負載時”的二次側(cè)的同步整流用MOS晶體管Qs2的漏極電流ID和源-漏間電壓VDS以及柵極截止信號VG_0FF的變化的情況。此外，圖2(a)以及圖3(a)表示假設使同步整流用MOS晶體管Qs2連續(xù)地為導通狀態(tài)的情況下的Qs2的漏極電流ID的變化。此外，假定負載判定電路328的輸出在“通常動作時”為高電平，在“無負載時”為低電平。
[0062]本實施例的二次側(cè)第二控制電路32，在通常動作時如圖2所示，變壓器10的一次側(cè)線圈的施加電壓反相，由此，計時器電路323在晶體管Qs2的源-漏間電壓VDS下降的定時tO被啟動(此時，負載判定電路328的輸出為高電平)。于是，計時器電路323的輸出從低電平變化為高電平，開關(guān)SW被截止，如圖2 (b)的虛線所示，向比較器325供給的閾值電平變化為在基準電壓Vth_off上相加偏置電壓Voffset后的電壓(Vth_off+Voff set)。
[0063]然后，如果經(jīng)過計時器電路323的計時時間Tadd，則計時器電路323的輸出從高電平變化為低電平，由此，開關(guān)SW成為導通狀態(tài)，向比較器325供給的閾值電平被切換為基準電壓 Vth_off。
[0064]其結(jié)果，如圖2(b)中實線所示，在Tadd期間，即使Qs2的源-漏間電壓VDS上升而高于Vth_off,也不超過在基準電壓Vth_off上相加偏置電壓Voffset而得的電壓(Vth_off+Voffset)。因此，比較器325的輸出即Qs2的柵極截止信號VG_0FF，如圖2 (c)所示，在定時tO-toff期間，維持低電平不變化，觸發(fā)器327的輸出即Qs2的柵極控制信號VGC也不變化。由此，能夠防止由于期間Tadd中的電壓VDS的變化，同步整流用MOS晶體管Qs2短時間截止而導致的損耗產(chǎn)生或VOUT的振動。
[0065]此外，當經(jīng)過計時器電路323的計時時間Tadd時，向比較器325供給的閾值電平被切換為基準電壓Vth_off，因此，能夠在原本想要使同步整流用MOS晶體管Qs2截止的定時toff，使Qs2的柵極截止信號VG_0FF變化為高電平，使Qs2截止。
[0066]并且，在本實施例中，計時器電路323的計時時間Tadd根據(jù)開關(guān)頻率而變化，因此能夠避免開關(guān)頻率變高，圖2 (b)的源-漏間電壓VDS的周期變短，截止定時toff落入到計時時間Tadd中，發(fā)生使Qs2在所希望的定時不被截止的情況。
[0067]并且，在本實施例中，在無負載時，負載判定電路328檢測出為無負載狀態(tài)，其輸出變化為低電平，NAND門329的輸出固定為高電平，因此，開關(guān)SW維持導通。其結(jié)果，如圖3(b)中虛線所示，向比較器325供給的閾值電平被維持為基準電壓Vth_off。
[0068]由此，如本實施例，即使設置計時器電路323來暫時切換閾值電平，也可以如圖3(c)所示，在無負載時，在早的定時toff使同步整流用MOS晶體管Qs2截止，能夠防止在Qs2中流過逆向電路而導致效率降低。此外，圖3(a)中也表示了 Qs2的逆流電流，但是，實際上，因為在定時toff，Qs2被截止，因此沒有逆流電流流動，圖3 (a)的ID在toff以后成為點劃線B那樣的電流波形。
[0069]此外，如本實施例，在使同步整流用MOS晶體管Qs2導通后，在預定時間Tadd的期間，即使使閾值電平轉(zhuǎn)換為在Vth_off上相加了 Voffset后的(Vth_off+Voffset)，在Qs2的漏極電流ID中發(fā)生了圖7所示的逆流電流的情況下，通過Qs2的漏極電壓VDS超過(Vth_off+Voffset)，也能夠檢測出逆流電流狀態(tài)，使Qs2截止。
[0070]以上，基于實施方式具體說明了本
【發(fā)明者】做出的發(fā)明，但是本發(fā)明并不限于所述實施方式。例如，在所述實施方式中，在二次側(cè)電路中使用了全波整流電路，但是也可以使用半波整流電路(沒有Qsl和控制電路31的電路)。
[0071]此外，在所述實施方式中，為了在無負載時不進行閾值電壓的切換，而設置了負載判定電路328，但是，該負載判定電路328也未必設置，也可以省略負載判定電路328和NAND門329。此外，在所述實施方式中，設置了取負載判定電路328的輸出和計時器電路323的輸出的邏輯積的NAND門329，控制切換閾值電壓的開關(guān)SW，但是也可以構(gòu)成為在負載判定電路328檢測出無負載狀態(tài)的期間，根據(jù)負載判定電路328的輸出，計時器電路323不動作。
[0072]并且，在所述實施方式中，作為向比較器325供給的閾值電壓，供給Vth_off或者在Vth_off上相加偏置電壓Voffset而得的電壓，但是，也可以將通過多個電阻串聯(lián)連接而成的分壓電路對基準電壓進行分壓而得的電壓作為閾值電壓來供給，通過計時器電路323的輸出來切換分壓比，供給相當于Vth_off或者(Vth_off+Voffset)的電壓。
[0073]或者，也可以設置生成Vth_off的第一基準電壓源、生成相當于(Vth_off+Voffset)的電壓的第二基準電壓源和選擇器，通過計時器電路323的輸出來切換選擇器，選擇某一方，向比較器325供給。
[0074]此外，在以上的說明中，說明了將本發(fā)明應用于在一次側(cè)電路中設置了串聯(lián)共振電路的電流共振式開關(guān)電源裝置的例子，但是本發(fā)明并不限于此，如圖8所示，也可以應用于如下的回掃方式的開關(guān)電源裝置，即在一次側(cè)設置與線圈串聯(lián)的開關(guān)元件S0、對該開關(guān)元件SO進行導通、截止控制的控制電路21，設置對通過在一次側(cè)線圈中間斷地流過電流而在二次側(cè)線圈中感應的交流電流進行整流的電路。此外，二次側(cè)控制電路32與圖1的實施例的二次側(cè)控制電路相同，因此賦予相同符號并省略說明。
[0075]在此，使用圖4和圖8來說明將本發(fā)明應用于回掃方式的開關(guān)電源裝置的情況的優(yōu)點。圖4表示了二次側(cè)的開關(guān)元件的電流ID和源-漏間電壓VDS以及柵極截止信號VG_OFF的變化的情況。
[0076]在回掃方式的開關(guān)電源裝置中，如圖4(a)、(b)所示，在同步整流用MOS晶體管Qs3導通的定時tl后立即在漏極電流ID和源-漏間電壓VDS中發(fā)生耦合(linking)。因此，當閾值電壓維持恒定時，由于VDS的耦合，檢測截止定時的比較器325有可能進行誤檢測。由于檢測截止定時的比較器的誤檢測，同步整流用MOS晶體管Qs3的導通期間變短，電流通過Qs3的寄生二極管流動的期間增加并發(fā)生損耗。然而，應用本發(fā)明，設置在基準電壓Vth_off上相加偏置電壓Voffset的電路，如圖4 (b)的虛線所示，在tl后的預定期間Tadd將閾值電壓從Vth_off切換為(Vth_0ff+V0ffSet)，由此能夠避免由于VDS的耦合檢測截止定時的比較器325的誤檢測。并且，由此能夠抑制電流通過晶體管Qs3的寄生二極管流動的期間，防止發(fā)生損耗。
[0077]工業(yè)上的可利用性
[0078]在上述實施方式中，說明了將本發(fā)明應用于在變壓器的一次側(cè)具備串聯(lián)共振電路，在二次側(cè)設置了同步整流開關(guān)的電流共振式開關(guān)電源裝置的情況，但是本發(fā)明并不限于此，可以廣泛地用于具備電力轉(zhuǎn)換用的變壓器的開關(guān)控制方式的電源裝置中。
[0079]符號說明
[0080]10變壓器；
[0081 ] 20串聯(lián)共振電路(一次側(cè)電路)
[0082]30全波整流電路(二次側(cè)電路)
[0083]31 二次側(cè)第一控制電路
[0084]32 二次側(cè)第二控制電路
[0085]321導通定時檢測電路
[0086]322開關(guān)頻率檢測電路
[0087]323計數(shù)器電路
[0088]324基準電壓源
[0089]325比較器(截止定時檢測電路)
[0090]326偏置用電壓源
[0091]328負載判定電路
[0092]QsU Qs2同步整流用開關(guān)元件(M0S晶體管)
【權(quán)利要求】
1.一種開關(guān)電源裝置，其具有：電力轉(zhuǎn)換用變壓器；以串聯(lián)方式與該變壓器的一次側(cè)線圈連接的主開關(guān)元件；對該主開關(guān)元件進行導通、截止控制的一次側(cè)控制電路；以串聯(lián)方式與所述變壓器的二次側(cè)線圈連接的同步整流用開關(guān)元件；對該同步整流用開關(guān)元件進行導通、截止控制的二次側(cè)控制電路，該開關(guān)電源裝置的特征在于， 所述二次側(cè)控制電路具備： 監(jiān)視所述同步整流用開關(guān)元件的端子電壓來檢測該元件的導通定時的導通定時檢測電路；以及 比較所述同步整流用開關(guān)元件的端子電壓和閾值電壓來檢測該元件的截止定時的截止定時檢測電路， 所述二次側(cè)控制電路，直到從所述同步整流用開關(guān)元件的導通時刻起經(jīng)過預定期間為止，將在預定的基準電壓上相加預定的偏置電壓而得的電壓作為所述閾值電壓向所述截止定時檢測電路供給，在經(jīng)過所述預定期間后，直到所述同步整流用開關(guān)元件下次被導通為止，將所述基準電壓作為所述閾值電壓向所述截止定時檢測電路供給。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于， 所述二次側(cè)控制電路具備對應于所述同步整流用開關(guān)元件導通而被啟動，對所述預定期間進行計時的計時器電路， 所述二次側(cè)控制電路，在所述計時器電路進行計時動作的期間，將在所述基準電壓上相加預定的偏置 電壓而得的電壓作為所述閾值電壓向所述截止定時檢測電路供給，在所述計時器電路停止計時動作的期間，將所述基準電壓作為所述閾值電壓向所述截止定時檢測電路供給。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于， 所述二次側(cè)控制電路具備監(jiān)視所述同步整流用開關(guān)元件的端子電壓來檢測開關(guān)頻率的開關(guān)頻率檢測電路， 所述計時器電路根據(jù)通過所述開關(guān)頻率檢測電路檢測出的頻率,該頻率越高對越短的計時時間進行計時，頻率越低對越長的計時時間進行計時。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于， 所述二次側(cè)控制電路具備判定負載狀態(tài)的負載判定電路，在該負載判定電路判定為無負載狀態(tài)的期間，不管所述計時器電路的動作狀態(tài)，而將所述基準電壓作為所述閾值電壓向所述截止定時檢測電路供給。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于， 所述二次側(cè)控制電路具備判定負載狀態(tài)的負載判定電路，在該負載判定電路判定為無負載狀態(tài)的期間，不管所述計時器電路的動作狀態(tài)，而將所述基準電壓作為所述閾值電壓向所述截止定時檢測電路供給。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于， 在所述變壓器的一次側(cè)設置：具有以串聯(lián)方式與所述變壓器的一次側(cè)線圈連接的共振電感器和共振電容器的串聯(lián)共振電路；控制從直流電壓輸入端子流入所述串聯(lián)共振電路的電流的一對主開關(guān)元件；以及交替地對該一對主開關(guān)元件進行導通、截止控制的一次側(cè)控制電路， 所述變壓器的二次側(cè)電路具備：所述同步整流用開關(guān)元件以及所述二次側(cè)控制電路；檢測輸出電壓來生成與輸出電壓對應的反饋信號的輸出電壓檢測單元， 所述反饋信號被傳送到所述一次側(cè)控制電路，所述一次側(cè)控制電路根據(jù)所述反饋信號改變開關(guān)頻 率。
【文檔編號】H02M3/28GK104081642SQ201380007419
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2013年2月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月17日
【發(fā)明者】日向寺拓未, 遠藤直人 申請人:三美電機株式會社
【專利摘要】本發(fā)明提供一種開關(guān)電源裝置。能夠避免發(fā)生逆流電流流至同步整流開關(guān)的狀態(tài)所導致的不良，并且減少同步整流開關(guān)中的損耗，實現(xiàn)高效率化。在二次側(cè)控制電路中設置有：生成預定電位的基準電壓的基準電壓電路；監(jiān)視同步整流用開關(guān)元件的端子電壓來檢測該元件的導通定時的導通定時檢測電路；根據(jù)導通定時被啟動，對預定時間進行計時的計時器電路。在計數(shù)器電路進行計時動作的期間，將在基準電壓上相加預定的偏置電壓而得的電壓作為閾值電壓供給截止定時檢測電路，在計時器電路停止計時動作的期間，將通過基準電壓電路生成的基準電壓作為閾值電壓供給截止定時檢測電路。
【專利說明】開關(guān)電源裝置
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及具備電力轉(zhuǎn)換用的變壓器的開關(guān)控制方式的電源裝置，涉及例如在變壓器的一次側(cè)具有串聯(lián)共振電路，在二次側(cè)設置了同步整流開關(guān)的電流共振式開關(guān)單元裝置中使用的有效的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]以往，作為開關(guān)電源裝置之一，有在變壓器的一次側(cè)使用了串聯(lián)共振電路的電流共振式變換器。電流共振式變換器具備：具有與變壓器一次側(cè)線圈串聯(lián)連接的共振電感器和共振電容器的串聯(lián)共振電路；控制從直流電壓輸入端子向串聯(lián)共振電路流過的電流的一對開關(guān)元件。通過以共振頻率附近的頻率交替地控制該開關(guān)元件導通、截止，使變壓器一次側(cè)線圈中流過正弦波狀的電流。并且，通過二極管對變壓器二次側(cè)線圈中感應的電流進行整流，并通過電容器濾波后輸出，因此公知為高效率、低噪聲的開關(guān)電源裝置。
[0003]但是，在二次側(cè)電路中使用了整流用二極管的電流共振式變換器中，整流用二極管中的損耗大，成為效率變低的原因。因此，例如有如在專利文獻I中所記載那樣的技術(shù)：代替二次側(cè)電路的整流用二極管而設置了同步整流用開關(guān)元件（MOSFET)，并且通過二次側(cè)控制電路檢測二次側(cè)開關(guān)元件的端子電壓，與一次側(cè)電路開關(guān)元件的導通定時同步地對二次側(cè)開關(guān)元件進行導通控制，由此減少整流元件中的損耗，實現(xiàn)高效率化。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻I :日本特開2010-161917號公報
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]發(fā)明要解決的課題
[0008]但是，在專利文獻I中所記載的電流共振式開關(guān)電源裝置中，為了進行防止二次側(cè)的逆流電流的控制，而從相互電絕緣的一次側(cè)電路向二次側(cè)電路傳送一次側(cè)的開關(guān)控制信號。因此，存在如下課題：為了傳送該信號而需要另設變壓器（脈沖變壓器）或光耦合器，因此部件個數(shù)增加，導致裝置大型化或成本上升。
[0009]本發(fā)明人進行了如下研究：如圖5所示，監(jiān)視同步整流用MOSFET (絕緣柵型場效應晶體管，以下稱為MOS晶體管）Qsl、Qs2的源-漏間電壓來檢測使Qsl、Qs2導通、截止的定時并控制，不需要從一次側(cè)電路向二次側(cè)電路傳送控制信號，由此不需要變壓器（脈沖變壓器）或光耦合器。
[0010]使同步整流用MOSFET晶體管Qsl、Qs2導通、截止的定時是Qsl、Qs2的源-漏間電壓逆轉(zhuǎn)的點，為了對其進行檢測而考慮設置對Qsl、Qs2的源-漏間電壓和預定的基準電壓(閾值電壓）進行比較的比較器。
[0011]但是，在同步整流開關(guān)（Qsl、Qs2)中使用MOS晶體管的情況下，導通時被等價地視為LR串聯(lián)電路，開關(guān)（Qsl、Qs2)的兩端電壓為依存于電流的電壓波形。根據(jù)電源的方式，電流波形多種多樣，檢測出的電壓波形也不同。
[0012]在圖5所示的電路的情況下，在輕負載時在二次側(cè)的同步整流用MOS晶體管Qsl、Qs2中流過圖6(a)所示的波形的電流ID。并且，假設在流過該電流ID的期間，同步整流用MOS晶體管Qsl、Qs2始終導通時，該晶體管的源-漏間電壓VDS為圖6 (b)所示的波形。在此，在設定了通常負載時為了能夠檢測出最佳的截止定時而設定預定的截止閾值Vth_off,并通過比較器比較VDS和Vth_off來使晶體管Qsl、Qs2截止的情況下，在輕負載時，如圖6所示，在toffl和tofT2兩個地方存在截止定時。
[0013]因此，在該情況下，有時晶體管Qsl、Qs2往來于兩個地方的截止定時，根據(jù)截止定時，晶體管Qsl、Qs2的電壓降中出現(xiàn)差異，由此存在導致輸出電壓VOUT振蕩的不良情形。另外，當在toffl截止時，殘余電流（陰影部分）由MOS晶體管Qsl、Qs2中寄生的體二極管整流，也存在損耗增大而功率效率惡化的不良情形。另外，圖6 (b)僅表示在同步整流用MOS晶體管Qsl、Qs2中流過正向電流（圖中朝向線圈的電流）的期間的波形。實際上，在流過上述正向電流的期間以外，主開關(guān)元件S1、S2的導通、截止的狀態(tài)切換，變壓器10的極性反轉(zhuǎn)，由此，在同步整流用MOS晶體管Qsl、Qs2的源極-漏極間產(chǎn)生逆向電壓，但是，為了簡化說明而省略了圖示。
[0014]在圖5的電源裝置的二次側(cè)電路中，為避免在圖6的定時toffl將同步整流用MOS晶體管（同步整流開關(guān)）Qsl、Qs2截止，考慮了使同步整流開關(guān)的導通控制電路具有計時器，如圖6(d)所示，在定時t0使計時器啟動，在計時器工作的過程中屏蔽截止信號，由此無視toffl的截止信號的方法（保證最小導通時間Ton_min)。
[0015]但是，在這樣的方法中，當一次側(cè)的開關(guān)元件突然停止或者負載突然變輕，如圖7(a)所示那樣發(fā)生在同步整流開關(guān)（Qsl、Qs2)中流過逆流電流的狀態(tài)的情況下，產(chǎn)生不良。
[0016]具體來說，當發(fā)生圖7(a)那樣的流過逆流電流的狀態(tài)時，如圖7(b)所示，Qsl、Qs2的源極-漏極電壓VDS變化，如圖7(c)所示，在tl，Qsl、Qs2的柵極截止信號VG_0FF向截止方向變化。然而，通過計時器的輸出（d)屏蔽柵極截止信號時，盡管想在tl使Qsl、Qs2截止，如圖7(e)所示,在經(jīng)過最小導通時間Ton_min的t2之前，同步整流開關(guān)（Qsl、Qs2)都維持導通狀態(tài)。因此，在逆流電流變大之前無法使同步整流開關(guān)截止，有可能導致同步整流開關(guān)或控制電路損壞。
[0017]本發(fā)明是在上述背景下提出的，其目的在于提供一種具備電力轉(zhuǎn)換用的變壓器的開關(guān)控制方式的電源裝置，該電源裝置不會導致裝置的大型化和提高成本，并且也能夠避免由于發(fā)生在二次側(cè)的同步整流開關(guān)中流過逆流電流的狀態(tài)而導致的不良，并且減少同步整流開關(guān)中的損耗，實現(xiàn)聞效率。
[0018]用于解決課題的手段
[0019]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的開關(guān)電源裝置具有：電力轉(zhuǎn)換用變壓器；以串聯(lián)方式與該變壓器的一次側(cè)線圈連接的主開關(guān)元件；對該主開關(guān)元件進行導通、截止控制的一次側(cè)控制電路；以串聯(lián)方式與所述變壓器的二次側(cè)線圈連接的同步整流用開關(guān)元件；對該同步整流用開關(guān)元件進行導通、截止控制的二次側(cè)控制電路，其中，
[0020]所述二次側(cè)控制電路，具備：監(jiān)視所述同步整流用開關(guān)元件的端子電壓來檢測該元件的導通定時的導通定時檢測電路；比較所述同步整流用開關(guān)元件的端子電壓和閾值電壓來檢測該元件的截止定時的截止定時檢測電路，直到從所述同步整流用開關(guān)元件的導通時刻起經(jīng)過預定期間為止，將在預定的基準電壓上相加預定的偏置電壓而得的電壓作為所述閾值電壓向所述截止定時檢測電路供給，在經(jīng)過所述預定期間后，直到所述同步整流用開關(guān)元件下次被導通為止，將所述基準電壓作為所述閾值電壓向所述截止定時檢測電路供
5口 O
[0021]根據(jù)上述手段，即使在同步整流用開關(guān)元件導通后，同步整流用開關(guān)元件的端子電壓立即超過用于檢測截止定時的閾值電壓，因為將在基準電壓上相加預定的偏置電壓而得的電壓作為閾值電壓而向截止定時檢測電路供給，所以能夠避免在導通后同步整流用開關(guān)元件立即截止，由此能夠防止發(fā)生輸出電壓振動這樣的不良。
[0022]此外，通過在同步整流用開關(guān)元件導通后立即截止，能夠避免通過寄生二極管流過電流而發(fā)生損耗的情況，提聞功率效率。
[0023]進而，在使同步整流用MOS晶體管導通后，在預定期間的期間，即使將閾值電平切換為在基準電壓上相加偏置電壓而得的電壓，在同步整流用MOS晶體管中流過比較大的逆流電流的情況下，因為同步整流用MOS晶體管的端子電壓超過閾值電平，所以能夠檢測逆流狀態(tài)，使同步整流用MOS晶體管截止。
[0024]另外，優(yōu)先地，所述二次側(cè)控制電路具備對應于所述同步整流用開關(guān)元件導通而被啟動，對所述預定期間進行計時的計時器電路，所述計時器電路進行計時動作的期間，將在所述基準電壓上相加預定的偏置電壓而得的電壓作為所述閾值電壓向所述截止定時檢測電路供給，在所述計時器電路停止計時動作的期間，將所述基準電壓作為所述閾值電壓向所述截止定時檢測電路供給。
[0025]這樣通過設置計時器電路，決定將在基準電壓上相加預定的偏置電壓而得到的電壓作為閾值電壓向截止定時檢測電路供給的期間，能夠比較容易地設定將在基準電壓上相加偏置電壓而得的電壓作為閾值電壓供給的期間。
[0026]進而，優(yōu)選地，所述二次側(cè)控制電路具備監(jiān)視所述同步整流用開關(guān)元件的端子電壓，檢測開關(guān)頻率的開關(guān)頻率檢測電路，所述計時器電路根據(jù)通過所述開關(guān)頻率檢測電路檢測出的頻率，該頻率越高對越短的計時時間進行計時，頻率越低對越長的計時時間進行計時。
[0027]這樣，根據(jù)通過開關(guān)頻率檢測電路檢測出的頻率改變計時器電路進行計時動作的時間，即將在基準電壓上相加偏置電壓而得的電壓作為閾值電壓而供給的轉(zhuǎn)換期間，由此，能夠使閾值電壓的轉(zhuǎn)換期間最佳化，能夠避免因開關(guān)頻率的變動而產(chǎn)生誤動作。
[0028]此外，優(yōu)選地，所述二次側(cè)控制電路具備用于判定負載狀態(tài)的負載判定電路，在該負載判定電路判定為無負載狀態(tài)的期間，不管所述計時器電路的動作狀態(tài)而將所述基準電壓作為所述閾值電壓向所述截止定時檢測電路供給。
[0029]由此，在無負載狀態(tài)下，閾值電壓未被轉(zhuǎn)換，因此，在無負載時能夠以較早的定時使同步整流用開關(guān)元件截止，能夠防止在該開關(guān)元件中流過逆向電流而導致功率效率降低。
[0030]進而，優(yōu)選地，在所述變壓器的一次側(cè)設置：具有與所述變壓器的一次側(cè)線圈以串聯(lián)方式連接的共振電感器和共振電容器的串聯(lián)共振電路；控制從直流電壓輸入端子流入所述串聯(lián)共振電路的電流的一對主開關(guān)元件；以及交替地對該一對主開關(guān)元件進行導通、截止控制的一次側(cè)控制電路。
[0031]所述變壓器的二次側(cè)電路具備所述同步整流用開關(guān)元件以及所述二次側(cè)控制電路、檢測輸出電壓來生成與輸出電壓對應的反饋信號的輸出電壓檢測單元。
[0032]所述反饋信號被傳送到所述一次側(cè)控制電路，所述一次側(cè)控制電路根據(jù)所述反饋信號改變開關(guān)頻率。
[0033]在具有如上結(jié)構(gòu)的電流共振式的開關(guān)電源裝置中，在輕負載時，能夠避免同步整流用開關(guān)元件在導通后，該開關(guān)元件的端子電壓立即達到閾值電壓而將開關(guān)元件截止，由此能夠防止發(fā)生輸出電壓振動這樣的不良。
[0034]發(fā)明效果
[0035]根據(jù)本發(fā)明，獲得了如下效果，即在具備電力轉(zhuǎn)換用的變壓器的開關(guān)控制方式的電源裝置中，不會導致裝置大型化或成本上升，并且能夠避免因發(fā)生二次側(cè)的同步整流開關(guān)中流過逆流電流的狀態(tài)而廣生的不良，同時能夠減少同步整流開關(guān)中的損耗，實現(xiàn)聞效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0036]圖I是表示應用了本發(fā)明的電流共振式開關(guān)電源裝置的一個實施方式的電路結(jié)構(gòu)圖。
[0037]圖2是表示實施方式的電流共振式開關(guān)電源裝置中的通常動作時的二次側(cè)的同步整流用開關(guān)元件（M0S晶體管）的漏極電流和源-漏間電壓以及柵極截止信號的變化的情況的波形圖。
[0038]圖3是表示實施方式的電流共振式開關(guān)電源裝置中的無負載時的二次側(cè)的同步整流用開關(guān)元件（M0S晶體管）的漏極電流和源-漏間電壓以及柵極截止信號的變化的情況的波形圖。
[0039]圖4是表示應用了本發(fā)明的有效的回掃型開關(guān)電源裝置中的二次側(cè)的同步整流用開關(guān)元件（M0S晶體管）的漏極電流和源-漏間電壓以及柵極截止信號的變化的情況的波形圖。
[0040]圖5是表示現(xiàn)有的電流共振式開關(guān)電源裝置的一個結(jié)構(gòu)例的電路結(jié)構(gòu)圖。
[0041]圖6是表示現(xiàn)有的電流共振式開關(guān)電源裝置中的通常動作時的二次側(cè)的同步整流用開關(guān)元件（M0S晶體管）的漏極電流和源-漏間電壓以及柵極截止信號的變化的情況的波形圖。
[0042]圖7是表示現(xiàn)有的電流共振式開關(guān)電源裝置中逆流電流發(fā)生時的二次側(cè)的開關(guān)元件（M0S晶體管）的漏極電流和源-漏間電壓以及柵極截止信號、計時器的輸出信號、同步整流用開關(guān)元件的柵極導通信號的變化的情況的波形圖。
[0043]圖8是表示應用了本發(fā)明的回掃型開關(guān)電源裝置的一個實施方式的電路結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0044]以下，根據(jù)【專利附圖】
【附圖說明】本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。
[0045]圖I是表示應用了本發(fā)明的電流共振式開關(guān)電源裝置的一個實施方式。
[0046]該實施方式的開關(guān)電源裝置作為電流共振式開關(guān)電源裝置，具備電力轉(zhuǎn)換用的變壓器10，在該變壓器10的一次側(cè)設置半橋型的串聯(lián)共振電路20，在二次側(cè)設置了具有同步整流開關(guān)的全波整流電路30。
[0047]一次側(cè)的串聯(lián)共振電路20具備與變壓器10的一次側(cè)線圈Lp串聯(lián)連接的共振電感器Lr以及共振電容器Cr。此外，串聯(lián)共振電路20，在被施加來自未圖示的直流電壓源(包含將交流電壓變換為直流電壓的二極管橋電路）的直流電壓的電壓輸入端子VIN和被施加接地電位這樣的基準電位的端子GND之間，具備由以串聯(lián)方式連接的N溝道MOS晶體管構(gòu)成的主開關(guān)元件S1、S2。此外，串聯(lián)共振電路20具備對該主開關(guān)元件S1、S2進行導通、截止控制的一次側(cè)控制電路21，使S1、S2以共振頻率附近的頻率交替地導通、截止，由此使變壓器10的一次側(cè)線圈Lp中流過正弦波狀的電流。
[0048]該實施例的串聯(lián)共振電路20還具備接受來自二次側(cè)電路（誤差放大器33)的反饋信號的受光用的光電晶體管PT，一次側(cè)控制電路21根據(jù)反饋信號改變主開關(guān)元件S1、S2的開關(guān)頻率來應對負載的變動。
[0049]另一方面，二次側(cè)的全波整流電路30具備：在變壓器10的二次側(cè)的第一線圈Lsl和輸出端子0UT2之間連接的同步整流用MOS晶體管Qsl ;在二次側(cè)的第二線圈Ls2和輸出端子0UT2之間連接的同步整流用MOS晶體管Qs2 ;檢測Qsl的源極-漏極電壓來生成Qsl的導通、截止控制信號的二次側(cè)第一控制電路31 ;以及檢測Qs2的漏極電壓（源極-漏極電壓）來生成Qs2的導通、截止控制信號的二次側(cè)第二控制電路32。
[0050]二次側(cè)第一控制電路31和二次側(cè)第二控制電路32分別互補地對同步整流用MOS晶體管Qsl、Qs2進行導通、截止控制。即進行如下控制：在一次側(cè)控制電路21的開關(guān)控制的一周期的前半或者后半，二次側(cè)第一控制電路31使同步整流用MOS晶體管Qsl導通，在一周期的后半或者前半，二次側(cè)第二控制電路32使同步整流用MOS晶體管Qs2導通。
[0051]此外，二次側(cè)的全波整流電路30具備：連接在輸出端子0UT1-0UT2之間，使輸出電壓VOUT穩(wěn)定的濾波電容器CO ;檢測輸出電壓νουτ，使反饋用光電二極管ro中流過與輸出電壓VOUT的電位對應的電流的誤差放大器33。輸出端子OUTl連接在變壓器10的二次側(cè)線圈的中點（第一線圈Lsl和第二線圈Ls2的連接節(jié)點Ne)。
[0052]接著，說明二次側(cè)第二控制電路32的細節(jié)。另外，二次側(cè)第一控制電路31與二次側(cè)第二控制電路32具有相同結(jié)構(gòu)，進行相同的動作（定時相差半個周期），因此，關(guān)于二次側(cè)第一控制電路31省略圖示以及說明。
[0053]如圖I所示，本實施例的二次側(cè)第二控制電路32具備：監(jiān)視同步整流用MOS晶體管Qs2的漏極電壓，檢測Qs2的導通定時的由比較器等構(gòu)成的導通定時檢測電路321 ;監(jiān)視Qs2的漏極電壓，檢測開關(guān)頻率的開關(guān)頻率檢測電路322 ;以及在Qs2的導通定時被啟動，對預定時間進行計時的計時器電路323。
[0054]上述計數(shù)器電路323通過來自開關(guān)頻率檢測電路322的信號，根據(jù)檢測出的頻率來改變計時時間。具體來說，頻率越低即周期越長計時時間越長，頻率越高計時時間越短。計時器電路323可以是模擬電路也可以是數(shù)字電路。開關(guān)頻率檢測電路322監(jiān)視同步整流用MOS晶體管Qs2的漏極電壓，因此，除了開關(guān)頻率外還能夠檢測Qs2被導通的定時。
[0055]此外，二次側(cè)第二控制電路32具備：生成成為基準的電壓Vth_off的基準電壓源324 ;比較同步整流用MOS晶體管Qs2的漏極電壓和基準電壓Vth_off，檢測Qs2的截止定時(柵極截止信號VG_0FF)的比較器325 ;以及生成相加到成為所述基準的電壓Vth_off的偏置電壓Voffset的電壓源326。
[0056]并且，二次側(cè)第二控制電路32具備:與該電壓源326并聯(lián)設置的開關(guān)SW ;將所述比較器325的輸出輸入到復位端子，將導通定時檢測電路321的輸出輸入到置位端子的RS觸發(fā)器327 ;例如監(jiān)視Qs2的柵極控制信號VGC判定負載LD的狀態(tài)的負載判定電路328 ;將所述計時器電路323的輸出和負載判定電路328的輸出作為輸入的NAND門329。并且，根據(jù)該NAND門329的輸出對所述開關(guān)SW進行導通、截止控制，當開關(guān)SW為截止狀態(tài)時，基準電壓Vth_off上相加偏置電壓Voffset而得的電壓作為閾值電壓被供給到比較器325。
[0057]此外，開關(guān)SW在NAND門329的輸出為高電平時導通，在為低電平時截止。
[0058]在此，上述偏置電壓Voffset的值被設定為比在圖2所示的期間Tadd中的電壓VDS的峰值高。該值Voffset由同步整流用MOS晶體管Qs2的導通電阻值和在Qs2中流過的電流的大小(最大電流)的積、以及在同步整流用MOS晶體管Qs2的寄生電感和在Qs2中流過的電流的梯度的積來決定。但是，在Qs2中流過的電流根據(jù)電源的方式或者結(jié)構(gòu)而不同，因此，無法以預定的數(shù)值進行一般化。但是，在Qs2中流過的電流依存于輸出電壓VOUT的電壓值或者變壓器10的二次側(cè)線圈的電感、一次側(cè)的開關(guān)頻率。因此，如果電源裝置的結(jié)構(gòu)決定了，則能夠?qū)⑼秸饔肕OS晶體管Qs2的導通電阻值、輸出電壓VOUT的電壓值、變壓器10的二次側(cè)線圈的電感、一次側(cè)的開關(guān)頻率作為參數(shù)來決定偏置電壓Voffset的值。
[0059]負載判定電路328檢測無負載狀態(tài)，當成為無負載狀態(tài)時，其輸出例如變化為低電平，即使計時器電路323的輸出為高電平，也能夠使開關(guān)SW維持為導通狀態(tài)，不在基準電壓Vth_off上相加偏置電壓Voffset。
[0060]此外，當負載變輕時，同步整流用MOS晶體管Qs2的截止定時提前，因此在該實施例中，通過負載判定電路328監(jiān)視Qs2的柵極控制信號VGC的截止定時，判定負載的狀態(tài)，但是也可以監(jiān)視比較器325的輸出。此外，也可以代替監(jiān)視這些信號，而設置檢測流向負載的電流的讀出電阻，監(jiān)視該讀出電阻中的電壓下降量來檢測無負載狀態(tài)。
[0061]以下，使用圖2以及圖3的波形圖來說明二次側(cè)第二控制電路32的動作。此外，圖2表示“通常動作時(輕負載)”的二次側(cè)的同步整流用MOS晶體管Qs2的漏極電流ID和源-漏間電壓VDS以及柵極截止信號VG_0FF(比較器325的輸出)的變化的情況。圖3表示“無負載時”的二次側(cè)的同步整流用MOS晶體管Qs2的漏極電流ID和源-漏間電壓VDS以及柵極截止信號VG_0FF的變化的情況。此外，圖2(a)以及圖3(a)表示假設使同步整流用MOS晶體管Qs2連續(xù)地為導通狀態(tài)的情況下的Qs2的漏極電流ID的變化。此外，假定負載判定電路328的輸出在“通常動作時”為高電平，在“無負載時”為低電平。
[0062]本實施例的二次側(cè)第二控制電路32，在通常動作時如圖2所示，變壓器10的一次側(cè)線圈的施加電壓反相，由此，計時器電路323在晶體管Qs2的源-漏間電壓VDS下降的定時tO被啟動(此時，負載判定電路328的輸出為高電平)。于是，計時器電路323的輸出從低電平變化為高電平，開關(guān)SW被截止，如圖2 (b)的虛線所示，向比較器325供給的閾值電平變化為在基準電壓Vth_off上相加偏置電壓Voffset后的電壓(Vth_off+Voff set)。
[0063]然后，如果經(jīng)過計時器電路323的計時時間Tadd，則計時器電路323的輸出從高電平變化為低電平，由此，開關(guān)SW成為導通狀態(tài)，向比較器325供給的閾值電平被切換為基準電壓 Vth_off。
[0064]其結(jié)果，如圖2(b)中實線所示，在Tadd期間，即使Qs2的源-漏間電壓VDS上升而高于Vth_off,也不超過在基準電壓Vth_off上相加偏置電壓Voffset而得的電壓(Vth_off+Voffset)。因此，比較器325的輸出即Qs2的柵極截止信號VG_0FF，如圖2 (c)所示，在定時tO-toff期間，維持低電平不變化，觸發(fā)器327的輸出即Qs2的柵極控制信號VGC也不變化。由此，能夠防止由于期間Tadd中的電壓VDS的變化，同步整流用MOS晶體管Qs2短時間截止而導致的損耗產(chǎn)生或VOUT的振動。
[0065]此外，當經(jīng)過計時器電路323的計時時間Tadd時，向比較器325供給的閾值電平被切換為基準電壓Vth_off，因此，能夠在原本想要使同步整流用MOS晶體管Qs2截止的定時toff，使Qs2的柵極截止信號VG_0FF變化為高電平，使Qs2截止。
[0066]并且，在本實施例中，計時器電路323的計時時間Tadd根據(jù)開關(guān)頻率而變化，因此能夠避免開關(guān)頻率變高，圖2 (b)的源-漏間電壓VDS的周期變短，截止定時toff落入到計時時間Tadd中，發(fā)生使Qs2在所希望的定時不被截止的情況。
[0067]并且，在本實施例中，在無負載時，負載判定電路328檢測出為無負載狀態(tài)，其輸出變化為低電平，NAND門329的輸出固定為高電平，因此，開關(guān)SW維持導通。其結(jié)果，如圖3(b)中虛線所示，向比較器325供給的閾值電平被維持為基準電壓Vth_off。
[0068]由此，如本實施例，即使設置計時器電路323來暫時切換閾值電平，也可以如圖3(c)所示，在無負載時，在早的定時toff使同步整流用MOS晶體管Qs2截止，能夠防止在Qs2中流過逆向電路而導致效率降低。此外，圖3(a)中也表示了 Qs2的逆流電流，但是，實際上，因為在定時toff，Qs2被截止，因此沒有逆流電流流動，圖3 (a)的ID在toff以后成為點劃線B那樣的電流波形。
[0069]此外，如本實施例，在使同步整流用MOS晶體管Qs2導通后，在預定時間Tadd的期間，即使使閾值電平轉(zhuǎn)換為在Vth_off上相加了 Voffset后的(Vth_off+Voffset)，在Qs2的漏極電流ID中發(fā)生了圖7所示的逆流電流的情況下，通過Qs2的漏極電壓VDS超過(Vth_off+Voffset)，也能夠檢測出逆流電流狀態(tài)，使Qs2截止。
[0070]以上，基于實施方式具體說明了本
【發(fā)明者】做出的發(fā)明，但是本發(fā)明并不限于所述實施方式。例如，在所述實施方式中，在二次側(cè)電路中使用了全波整流電路，但是也可以使用半波整流電路(沒有Qsl和控制電路31的電路)。
[0071]此外，在所述實施方式中，為了在無負載時不進行閾值電壓的切換，而設置了負載判定電路328，但是，該負載判定電路328也未必設置，也可以省略負載判定電路328和NAND門329。此外，在所述實施方式中，設置了取負載判定電路328的輸出和計時器電路323的輸出的邏輯積的NAND門329，控制切換閾值電壓的開關(guān)SW，但是也可以構(gòu)成為在負載判定電路328檢測出無負載狀態(tài)的期間，根據(jù)負載判定電路328的輸出，計時器電路323不動作。
[0072]并且，在所述實施方式中，作為向比較器325供給的閾值電壓，供給Vth_off或者在Vth_off上相加偏置電壓Voffset而得的電壓，但是，也可以將通過多個電阻串聯(lián)連接而成的分壓電路對基準電壓進行分壓而得的電壓作為閾值電壓來供給，通過計時器電路323的輸出來切換分壓比，供給相當于Vth_off或者(Vth_off+Voffset)的電壓。
[0073]或者，也可以設置生成Vth_off的第一基準電壓源、生成相當于(Vth_off+Voffset)的電壓的第二基準電壓源和選擇器，通過計時器電路323的輸出來切換選擇器，選擇某一方，向比較器325供給。
[0074]此外，在以上的說明中，說明了將本發(fā)明應用于在一次側(cè)電路中設置了串聯(lián)共振電路的電流共振式開關(guān)電源裝置的例子，但是本發(fā)明并不限于此，如圖8所示，也可以應用于如下的回掃方式的開關(guān)電源裝置，即在一次側(cè)設置與線圈串聯(lián)的開關(guān)元件S0、對該開關(guān)元件SO進行導通、截止控制的控制電路21，設置對通過在一次側(cè)線圈中間斷地流過電流而在二次側(cè)線圈中感應的交流電流進行整流的電路。此外，二次側(cè)控制電路32與圖1的實施例的二次側(cè)控制電路相同，因此賦予相同符號并省略說明。
[0075]在此，使用圖4和圖8來說明將本發(fā)明應用于回掃方式的開關(guān)電源裝置的情況的優(yōu)點。圖4表示了二次側(cè)的開關(guān)元件的電流ID和源-漏間電壓VDS以及柵極截止信號VG_OFF的變化的情況。
[0076]在回掃方式的開關(guān)電源裝置中，如圖4(a)、(b)所示，在同步整流用MOS晶體管Qs3導通的定時tl后立即在漏極電流ID和源-漏間電壓VDS中發(fā)生耦合(linking)。因此，當閾值電壓維持恒定時，由于VDS的耦合，檢測截止定時的比較器325有可能進行誤檢測。由于檢測截止定時的比較器的誤檢測，同步整流用MOS晶體管Qs3的導通期間變短，電流通過Qs3的寄生二極管流動的期間增加并發(fā)生損耗。然而，應用本發(fā)明，設置在基準電壓Vth_off上相加偏置電壓Voffset的電路，如圖4 (b)的虛線所示，在tl后的預定期間Tadd將閾值電壓從Vth_off切換為(Vth_0ff+V0ffSet)，由此能夠避免由于VDS的耦合檢測截止定時的比較器325的誤檢測。并且，由此能夠抑制電流通過晶體管Qs3的寄生二極管流動的期間，防止發(fā)生損耗。
[0077]工業(yè)上的可利用性
[0078]在上述實施方式中，說明了將本發(fā)明應用于在變壓器的一次側(cè)具備串聯(lián)共振電路，在二次側(cè)設置了同步整流開關(guān)的電流共振式開關(guān)電源裝置的情況，但是本發(fā)明并不限于此，可以廣泛地用于具備電力轉(zhuǎn)換用的變壓器的開關(guān)控制方式的電源裝置中。
[0079]符號說明
[0080]10變壓器；
[0081 ] 20串聯(lián)共振電路(一次側(cè)電路)
[0082]30全波整流電路(二次側(cè)電路)
[0083]31 二次側(cè)第一控制電路
[0084]32 二次側(cè)第二控制電路
[0085]321導通定時檢測電路
[0086]322開關(guān)頻率檢測電路
[0087]323計數(shù)器電路
[0088]324基準電壓源
[0089]325比較器(截止定時檢測電路)
[0090]326偏置用電壓源
[0091]328負載判定電路
[0092]QsU Qs2同步整流用開關(guān)元件(M0S晶體管)
【權(quán)利要求】
1.一種開關(guān)電源裝置，其具有：電力轉(zhuǎn)換用變壓器；以串聯(lián)方式與該變壓器的一次側(cè)線圈連接的主開關(guān)元件；對該主開關(guān)元件進行導通、截止控制的一次側(cè)控制電路；以串聯(lián)方式與所述變壓器的二次側(cè)線圈連接的同步整流用開關(guān)元件；對該同步整流用開關(guān)元件進行導通、截止控制的二次側(cè)控制電路，該開關(guān)電源裝置的特征在于， 所述二次側(cè)控制電路具備： 監(jiān)視所述同步整流用開關(guān)元件的端子電壓來檢測該元件的導通定時的導通定時檢測電路；以及 比較所述同步整流用開關(guān)元件的端子電壓和閾值電壓來檢測該元件的截止定時的截止定時檢測電路， 所述二次側(cè)控制電路，直到從所述同步整流用開關(guān)元件的導通時刻起經(jīng)過預定期間為止，將在預定的基準電壓上相加預定的偏置電壓而得的電壓作為所述閾值電壓向所述截止定時檢測電路供給，在經(jīng)過所述預定期間后，直到所述同步整流用開關(guān)元件下次被導通為止，將所述基準電壓作為所述閾值電壓向所述截止定時檢測電路供給。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于， 所述二次側(cè)控制電路具備對應于所述同步整流用開關(guān)元件導通而被啟動，對所述預定期間進行計時的計時器電路， 所述二次側(cè)控制電路，在所述計時器電路進行計時動作的期間，將在所述基準電壓上相加預定的偏置 電壓而得的電壓作為所述閾值電壓向所述截止定時檢測電路供給，在所述計時器電路停止計時動作的期間，將所述基準電壓作為所述閾值電壓向所述截止定時檢測電路供給。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于， 所述二次側(cè)控制電路具備監(jiān)視所述同步整流用開關(guān)元件的端子電壓來檢測開關(guān)頻率的開關(guān)頻率檢測電路， 所述計時器電路根據(jù)通過所述開關(guān)頻率檢測電路檢測出的頻率,該頻率越高對越短的計時時間進行計時，頻率越低對越長的計時時間進行計時。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于， 所述二次側(cè)控制電路具備判定負載狀態(tài)的負載判定電路，在該負載判定電路判定為無負載狀態(tài)的期間，不管所述計時器電路的動作狀態(tài)，而將所述基準電壓作為所述閾值電壓向所述截止定時檢測電路供給。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于， 所述二次側(cè)控制電路具備判定負載狀態(tài)的負載判定電路，在該負載判定電路判定為無負載狀態(tài)的期間，不管所述計時器電路的動作狀態(tài)，而將所述基準電壓作為所述閾值電壓向所述截止定時檢測電路供給。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于， 在所述變壓器的一次側(cè)設置：具有以串聯(lián)方式與所述變壓器的一次側(cè)線圈連接的共振電感器和共振電容器的串聯(lián)共振電路；控制從直流電壓輸入端子流入所述串聯(lián)共振電路的電流的一對主開關(guān)元件；以及交替地對該一對主開關(guān)元件進行導通、截止控制的一次側(cè)控制電路， 所述變壓器的二次側(cè)電路具備：所述同步整流用開關(guān)元件以及所述二次側(cè)控制電路；檢測輸出電壓來生成與輸出電壓對應的反饋信號的輸出電壓檢測單元， 所述反饋信號被傳送到所述一次側(cè)控制電路，所述一次側(cè)控制電路根據(jù)所述反饋信號改變開關(guān)頻 率。
【文檔編號】H02M3/28GK104081642SQ201380007419
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2013年2月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月17日
【發(fā)明者】日向寺拓未, 遠藤直人 申請人:三美電機株式會社
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