專利名稱：開關(guān)電源裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)產(chǎn)業(yè)用及民用電子設(shè)備供給直流穩(wěn)定電壓的開關(guān)電源裝置及其控制方法。特別是本發(fā)明涉及改善由多個(gè)開關(guān)電源電路構(gòu)成的開關(guān)電源裝置的穩(wěn)定性。
背景技術(shù)：
近年來，隨著電子設(shè)備的低價(jià)格、小型化、高性能及節(jié)能化，作為這樣的電子設(shè)備所使用的電源裝置，也迫切要求低價(jià)格、小型、輸出穩(wěn)定及高效率的開關(guān)電源裝置。特別是對(duì)半導(dǎo)體裝置供電的電源，隨著半導(dǎo)體的高集成化，越來越要求能夠以更低電壓、更高穩(wěn)定度供給大電流的電源裝置。在開關(guān)電源裝置的開關(guān)電源電路中，是利用反復(fù)開關(guān)動(dòng)作的開關(guān)元件形成矩形波形狀的交流電壓，在利用高頻變壓器變?yōu)樗Ｍ慕涣麟妷汉?，利用整流電路及濾波電路變換為直流電壓。在該開關(guān)電源裝置中所用的變壓器是在磁性體上卷繞多匝的變壓器一次繞組及二次繞組而構(gòu)成，是通過調(diào)整其匝數(shù)來改變加在繞組上的電壓或感應(yīng)的電壓而構(gòu)成。一般，在開關(guān)電源電路中，利用變壓器進(jìn)行大致的電壓變化，而電壓的微調(diào)是利用開關(guān)元件的開關(guān)比的PWM控制來進(jìn)行。變壓器的一次繞組及二次繞組的匝數(shù)主要由所加的電壓來決定，電壓越高，所必需的匝數(shù)就越多。若變壓器的匝數(shù)增多，則存在的問題是，為了進(jìn)行繞組間的絕緣所必需的這部分體積增加，其結(jié)果變壓器的外形增大。
在開關(guān)電源電路中的開關(guān)元件上施加與輸入電壓近似成正比的電壓，輸入電壓較高時(shí)，將加上高的電壓。作為開關(guān)元件主要采用半導(dǎo)體元件，在關(guān)斷時(shí)所加的電壓較高的半導(dǎo)體元件，一般導(dǎo)通時(shí)的電阻及壓降較大。其結(jié)果，半導(dǎo)體元件的損耗增大，為了使伴隨該損耗而產(chǎn)生的熱量散發(fā)而用的散熱裝置也增大，難以達(dá)到裝置的小型化。為了解決該問題，可以考慮一種結(jié)構(gòu)，它是將多個(gè)開關(guān)電源電路的各輸入側(cè)串聯(lián)連接，以降低各開關(guān)元件所加的電壓。
以往的開關(guān)電源裝置中多個(gè)開關(guān)電源電路的輸入側(cè)串聯(lián)連接方式已經(jīng)知道有日本的特開昭62-138061號(hào)公報(bào)所述的裝置。
圖4所示為多個(gè)開關(guān)電源電路將輸入側(cè)串聯(lián)連接的以往開關(guān)電源裝置的構(gòu)成例子電路圖。在圖4中，來自輸入直流電源201的輸入直流電壓供給輸入端202a及202b，多個(gè)電容203、204、205及206的串聯(lián)電路與輸入端202a及202b連接，利用各電容203、204、205及206將加在輸入端202a及202b上的輸入直流電壓進(jìn)行分壓。在以下的說明中，將與輸入端202a及202b連接的多個(gè)電容203、204、205及206的各電容稱為第一電容203、第二電容204、第三電容204的串聯(lián)電路兩端連接第一開關(guān)元件207及第二開關(guān)元件208的串聯(lián)電路，在第三電容205及第四電容206的串聯(lián)電路兩端連接第三開關(guān)209及第四開關(guān)210的串聯(lián)電路。
第一變壓器211具有一次繞組211a及第一二次繞組211b及第二二次繞組211c。一次繞組211a的一端與第一電容203和第二電容204的連接點(diǎn)連接，一次繞組211a的另一端與第一開關(guān)元件207和第二開關(guān)元件208的連接點(diǎn)連接。第一二次繞組211b與第二二次繞組211c串聯(lián)連接。
第二變壓器212具有一次繞組212a及第一二次繞組212b及第二二次繞組212c。一次繞組212a的一端與第三電容205和第四電容206的連接點(diǎn)連接，一次繞組212a的另一端與第三開關(guān)元件209和第四開關(guān)元件210的連接點(diǎn)連接。第一二次繞組212b與第二二次繞組212c串聯(lián)連接。
第一整流二極管213的陽極與第一變壓器211的第一二次繞組211b連接，第二整流二極管214的陽極與第二二次繞組211c連接。第一整流二極管213與第二整流二極管214的各陰極互相連接。這樣，第一整流二極管213及第二整流二極管214與第一變壓器211連接，將第一二次繞組211b及第二二次繞組211c產(chǎn)生的電壓進(jìn)行整流。
如圖4所示，第一扼流圈215及濾波電容216的串聯(lián)電路的一端與第一二次繞組211b和第二二次繞組211c的連接點(diǎn)連接，該串聯(lián)電路的另一端與第一整流二極管213和第二整流二極管214的連接點(diǎn)(陰極)連接。
第三整流二極管217的陽極與第二變壓器212的第一二次繞組212b連接，第四整流二極管212的陽極與第二二次繞組212c連接。第三整流二極管217與第四整流二極管218的各陰極互相連接。這樣，第三整流二極管217及第四整流二極管218與第二變壓器212連接，將第一二次繞組212b及第二二次繞組212c產(chǎn)生的電壓進(jìn)行整流。
第二扼流圈219的一端與第三整流二極管217和第四整流二極管218的連接點(diǎn)(陰極)連接，另一端與濾波電容216的一端連接。濾波電容216的兩端與輸出端220a及220b連接，與輸出端220a及220b連接的負(fù)載221消耗功率。
如圖4所示，正極側(cè)的輸出端220產(chǎn)生的電壓輸入至誤差放大器223的一端，來自基礎(chǔ)電源222的基準(zhǔn)電壓輸入至誤差放大器223的另一端。誤差放大器223將輸出端220a及220b的輸出電壓與基準(zhǔn)電源222的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，將該誤差進(jìn)行放大。
三角波發(fā)生電路224形成基準(zhǔn)三角波，該基準(zhǔn)三角波成為形成供給從第一開關(guān)元件207至第四開關(guān)元件210的各開關(guān)元件的PWM信號(hào)用的基準(zhǔn)。形成的基準(zhǔn)三角波輸入至比較器225的一端。在比較器225中，將基準(zhǔn)三角波與誤差放大器223的輸出進(jìn)行比較，形成PWM信號(hào)。在比較器225中形成的PWM信號(hào)，在分配器226中交替分配給二個(gè)輸出端，驅(qū)動(dòng)從第一開關(guān)元件207至第四開關(guān)元件210的各開關(guān)元件。
下面參照?qǐng)D5的動(dòng)作波形圖，對(duì)于如上所述構(gòu)成的以往的開關(guān)電源裝置說明其動(dòng)作。
在圖5中，(a)中的波形A是來自誤差放大器223的輸出信號(hào)波形，(a)中的波形B是來自三角波發(fā)生電路224的輸出信號(hào)波形。圖5的(B)是比較器225的輸出信號(hào)。圖5(c)表示第一開關(guān)元件207及第三開關(guān)元件209的驅(qū)動(dòng)波形，(d)表示第三開關(guān)元件208及第四開關(guān)元件210的驅(qū)動(dòng)波形。圖5的(e)表示第一開關(guān)元件207的施加電壓波形，(f)表示第二開關(guān)元件208的施加電壓波形。圖5(g)表示第一變壓器211的一次繞組211a及第二變壓器212的一次繞組212a的施加電壓波形，(h)表示第一扼流圈215及第二扼流圈219的電流波形。
如圖5的(c)及(d)所示，第一開關(guān)元件207及第二開關(guān)元件208是利用來自分配器226的驅(qū)動(dòng)信號(hào)以相互有180度的相位差而動(dòng)作，以近似相同的占空比但不同時(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài)那樣進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作。
在第一開關(guān)元件207為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，第一電容203的電壓加在第一變壓器211的一次繞組211a上，在第二開關(guān)元件208為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，第二電容204的電壓加在第一變壓器211的一次繞組211a上。另外，在第一開關(guān)元件207為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，將第一電容203的電壓與第二電容204的電壓相加的電壓加在第二開關(guān)元件208上(參照?qǐng)D5的(f))，在第二開關(guān)元件208為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，將第一電容203的電壓與第二電容204的電壓相加的電壓加在第一開關(guān)元件207上(參照?qǐng)D5的(e))，
在第一開關(guān)元件207與第二開關(guān)元件208都為斷開時(shí)，分別加上第一電容203的電壓及第二電容204的電壓。
關(guān)于第三開關(guān)元件209及第四開關(guān)元件210的開關(guān)動(dòng)作中施加電壓的變化過程與上述第一開關(guān)元件207及第二開關(guān)元件208的開關(guān)動(dòng)作中施加電壓的變化過程相同。
若設(shè)從第一開關(guān)元件207至第四開關(guān)元件210的占空比近似相同，則從第一電容203至第四電容206的各電容的施加電壓近似相同，各為輸入直流電壓的1/4。因而，對(duì)于各開關(guān)元件207、208、209及210，只加上輸入直流電壓的一半電壓。另外，各變壓器211及212的一次繞組211a及212a也只加上輸入直流電壓的1/4電壓。
在第一變壓器211的二次繞組211b、211c及第二變壓器212的二次繞組212b、212c產(chǎn)生的電壓，利用從第一至第四的整流二極管213、214、217及218進(jìn)行整流，再利用第一扼流圈215、第二扼流圈219及濾波電容216進(jìn)行濾波。
僅在從第一至第四的開關(guān)元件207、208、209及210的導(dǎo)通期間，在第一變壓器211的二次繞組211b、211c及第二變壓器212的二次繞組212b、212c中產(chǎn)生用(1/4)·(NS/Np)·Vin表示的電壓。這里，Np是第一變壓器211的一次繞組211a及第二變壓器212的一次繞組212a的匝數(shù)，Ns是第一變壓器211的二次繞組211b、211c及第二變壓器212的二次繞組212b、212c的繞組。另外，Vin表示輸入直流電壓值。因而，通過調(diào)整從第一至第四開關(guān)元件207、208、209及210的導(dǎo)通期間，改變第一扼流圈215及第二扼流圈219所加的電壓與時(shí)間之積，能夠調(diào)整濾波后的輸出電壓值。
輸出電壓在誤差放大器223中與基準(zhǔn)電源222的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，其誤差被放大，在比較器225中與基準(zhǔn)三角波進(jìn)行比較，對(duì)PWM信號(hào)進(jìn)行反饋。這樣，在圖4所示的以往的開關(guān)電源裝置中，輸入電壓被反饋，以求得輸出穩(wěn)定。
如上所述，在采用輸入側(cè)直流連接方式的以往的開關(guān)電源裝置中，由于加在開關(guān)元件上的電壓是輸入電壓的一半，而且加在變壓器一次繞組上的電壓是輸入電壓的1/4，因此能夠?qū)霕蜃儞Q器的開關(guān)元件的施加電壓及變壓器一次繞組的施加電壓減少之大約一半。其結(jié)果，在以往的開關(guān)電源裝置中，能夠使用低耐壓的開關(guān)元件及減少變壓器的繞組匝數(shù)。
下面說明作為以往的開關(guān)電源裝置的控制方法所用的電流模式控制。
圖6所示為降壓變換器的開關(guān)電源裝置采用電流模式控制時(shí)的電路圖。在圖6中，是這樣構(gòu)成的，來自輸入直流電源201的輸入直流電壓供給輸入端202a及202b，電容227接在輸入端202a與202b之間。第一開關(guān)元件228與第二開關(guān)元件229的串聯(lián)體與電容227連接，第一開關(guān)元件228與第二開關(guān)元件229交替反復(fù)進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作。
如圖6所示，扼流圈230的一端與第一開關(guān)元件228和第二開關(guān)元件229的連接點(diǎn)連接，扼流圈230的另一端與濾波電容231連接。扼流圈230與濾波電容231串聯(lián)連接，濾波電容231的兩端與輸出端232a及232b連接。對(duì)與輸出端232a及232b連接的負(fù)載233供給功率。
在如上所述構(gòu)成的以往的開關(guān)電源裝置中，在第一開關(guān)元件228為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，輸入電壓加在扼流圈230及濾波電容231的串聯(lián)電路上。在第二開關(guān)元件229為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，扼流圈230及濾波電容231的串聯(lián)電路被短路。
如圖6所示，在正極側(cè)的輸出端232a產(chǎn)生的電壓輸入至第一誤差放大器235的一端，來自基準(zhǔn)電源234的基準(zhǔn)電壓輸入至第一誤差放大器235的另一端。第一誤差放大器235將輸出端232a的232b的輸出電壓與基準(zhǔn)電源234的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，將其誤差進(jìn)行放大，輸出給第二誤差放大器237。電流檢測(cè)器236檢測(cè)流過扼流圈230的電流，輸出給第二誤差放大器237。在第二誤差放大器27中，將第一誤差放大器235的輸出與電流檢測(cè)器236的輸出進(jìn)行比較，將其誤差進(jìn)行放大，輸出給比較器239。在比較器239中，將來自三角波發(fā)生器238的基準(zhǔn)三角波與第二誤差放大器237的輸出進(jìn)行比較，形成PWM信號(hào)。根據(jù)該P(yáng)WM信號(hào)來決定第一開關(guān)元件228的導(dǎo)通期間，驅(qū)動(dòng)第一開關(guān)元件228。反相器240將來自比較器239的PWM信號(hào)反相，驅(qū)動(dòng)第二開關(guān)元件229。
下面說明圖6所示構(gòu)成的以往開關(guān)電源裝置的動(dòng)作。
若用狀態(tài)平均法，則由于利用第一開關(guān)元件228及第二開關(guān)元件229的串聯(lián)電路，可以認(rèn)為輸入電壓Vin的僅僅占空比D的部分加在扼流圈230及濾波電容231的串聯(lián)電路上，因此用下式(1)至(3)所示的狀態(tài)方程式成立。式中，Vout表示輸出電壓，IL表示輸出電流(扼流圈電流)。另外，設(shè)輸出電流IL及輸出電壓Vout的拉普拉斯變換為I及V。
diLdt=-1Lvout+VinLδ--------(1)]]>
diVoutdt=-1CRvout+1CiL--------(2)]]>sIV=0-1L1C1CR[VI]+[VinL0]δ--------(3)]]>另外，I用式(4)表示，V用式(5)表示。
I=(s+1CR)s(s+1CR)+1LC·VinL·δ------(4)]]>V=(1C)s(s+1CR)+1LC·VinL·δ--------(5)]]>如式(5)所示，對(duì)于輸出電壓，成為2階滯后，相位最大滯后180度。但是，如式(4)所示，關(guān)于輸出電流即扼流圈電流，在諧振點(diǎn)雖產(chǎn)生一點(diǎn)相位滯后，但由于分子是一階的，因此近似形成90度的相位滯后。因而可知，扼流圈電流的PWM控制與輸出電壓的PWM控制相比，要大大穩(wěn)定。在圖6所示的以往開關(guān)電源裝置中的電源方式控制是利用PWM進(jìn)行扼流圈230的電流控制，作為這時(shí)用的基準(zhǔn)信號(hào)，是采用將輸出電壓之誤差信號(hào)放大后的信號(hào)。扼流圈電流與輸出電壓的關(guān)系如下式(6)所示。
V=1Cs+1CR·I------(6)]]>這樣構(gòu)成的電流方式控制中的電流控制環(huán)具有的特征是，相位滯后小而穩(wěn)定，能夠?qū)⒃鲆嬖O(shè)定得較大。該電流控制環(huán)由于基本上構(gòu)成1階之后系統(tǒng)，因此具有的特征是，即使寬頻帶，也不產(chǎn)生因相位之后而引起的真的那個(gè)現(xiàn)象。通過這樣利用電流方式控制來構(gòu)成，則從基準(zhǔn)信號(hào)到輸出電流即扼流圈電流為止的傳遞特性變得基本上沒有滯后。因此，能夠構(gòu)筑電壓控制系統(tǒng)的閉環(huán)增益為利用一般的PI控制的穩(wěn)定的控制系統(tǒng)。
如上所述，在以往的開關(guān)電源裝置中，采用多個(gè)開關(guān)電源電路的輸入側(cè)串聯(lián)連接聲式，能夠使用低耐壓的開關(guān)元件及減少變壓器的繞組匝數(shù)。但是，在以往的開關(guān)電源裝置中，在輸出電壓穩(wěn)定性方面有問題。另外，在電流模式控制方式中的輸出雖然穩(wěn)定，但存在的問題是，必須使用具有與輸入定壓相應(yīng)的耐壓的開關(guān)元件。
但是，在開關(guān)電源裝置的領(lǐng)域中，輸出電壓的高穩(wěn)定性要求、以及同時(shí)實(shí)施多個(gè)開關(guān)電源的輸入側(cè)串聯(lián)連接方式及電流模式控制方式的要求越來越高。若想要同時(shí)實(shí)施多個(gè)開關(guān)電源電路的串聯(lián)連接及電流模式控制，則必須用輸出電壓與基準(zhǔn)電壓之誤差信號(hào)來控制變換器即各開關(guān)電源電路的電流值，使其與電流基準(zhǔn)值相對(duì)應(yīng)。這里來研究一下在各變換器的占空比產(chǎn)生差異時(shí)的各變換器之間的電流平衡的變化情況。即，設(shè)輸入側(cè)串聯(lián)連接的2個(gè)變換器分別為A及B，各占空比為Da及Db。另外，各變換器A及B的開關(guān)元件為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)流過的電流由流過各變換器A及B的扼流圈的電流來決定，設(shè)流過各開關(guān)元件的電流(一次電流)為Isa及Isb。由于二個(gè)變換器A及B串聯(lián)連接，因此在穩(wěn)定狀態(tài)下，下式(7)成立。
Da×Isa＝Db×Isb……(7)因而，若一個(gè)變換器的占空比相對(duì)大于另一個(gè)變換器的占空比，則通過一個(gè)變換器的一次電流減小，能夠保持平衡。即，占空比越大，該變換器的一次電流減小，產(chǎn)生這樣的動(dòng)作。該動(dòng)作若從整個(gè)變換器來看，與為了使輸出電流增機(jī)而必須增大占空比產(chǎn)生矛盾。結(jié)果，由于每個(gè)電流控制成為正反饋，因此不能取得平衡。而且，在將多個(gè)變換器串聯(lián)連接時(shí)的電壓平衡破壞，會(huì)產(chǎn)生在一個(gè)變換器中加上過大電壓這樣的嚴(yán)重問題。
因而，在以往的開關(guān)電源裝置中，在想要對(duì)多個(gè)開關(guān)電源電路的輸入側(cè)串聯(lián)連接方式采用電流模式控制方式時(shí)，存在變換器之間不能取得電流電壓平衡這樣的問題，不能解決在一個(gè)裝置內(nèi)同時(shí)實(shí)施開關(guān)電源電路的輸入側(cè)串聯(lián)連接方式及電流模式控制方式這樣的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供高穩(wěn)定的小型高效率的開關(guān)電源裝置，該開關(guān)電源裝置能夠解決在一個(gè)裝置內(nèi)同時(shí)實(shí)施開關(guān)電源電路的輸入側(cè)串聯(lián)連接方式及電流模式控制方式這樣的問題，即使將多個(gè)開關(guān)電源電路串聯(lián)連接，也不損害以往的電流模式控制的特性，還保持良好的電流平衡。
為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明有關(guān)的開關(guān)電源裝置，具有輸入側(cè)串聯(lián)連接而輸出側(cè)并聯(lián)連接、分別由多個(gè)開關(guān)裝置及變壓裝置及整流裝置構(gòu)成并輸出單一輸出直流電壓的多個(gè)變換器，將所述變換器輸出的單一輸出直流電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較、形成第一誤差信號(hào)并進(jìn)行放大的第一誤差放大器，將所述多個(gè)變換器的所述整流裝置輸出的電流相加而形成單一輸出電流信號(hào)的運(yùn)算器，將所述運(yùn)算器的單一輸出電流信號(hào)與所述第一誤差放大器的輸出進(jìn)行比較、形成第二誤差信號(hào)并進(jìn)行放大的第二誤差放大器，以及根據(jù)所述第二誤差放大器的輸出信號(hào)形成PWM信號(hào)、并對(duì)所述多個(gè)開關(guān)裝置的各開關(guān)裝置進(jìn)行PWM控制的多個(gè)PWM信號(hào)發(fā)生器。
這樣構(gòu)成的本發(fā)明的開關(guān)電源裝置能夠提供高穩(wěn)定的小型高效率的電源裝置，該電源裝置能夠即使在輸入側(cè)串聯(lián)連接多個(gè)變換器，也不損害電流模式控制的特性，保持良好的電流平衡。
本發(fā)明有關(guān)的開關(guān)電源裝置的控制方法，是在具有輸入側(cè)串聯(lián)連接而輸出測(cè)并聯(lián)連接、分別由多個(gè)開關(guān)裝置及變壓裝置及整流裝置構(gòu)成并輸出單一輸出直流電壓的多個(gè)變換器的開關(guān)電源裝置中，具有將所述單一輸出直流電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較、形成第一誤差信號(hào)并進(jìn)行放大的步驟，將所述多個(gè)變換器的所述整流裝置輸出的電流相加而形成單一輸出電流信號(hào)的步驟，將所述單一輸出電流信號(hào)與放大的所述第一誤差信號(hào)進(jìn)行比較、形成第二誤差信號(hào)并進(jìn)行放大的步驟，以及根據(jù)放大的所述第二誤差信號(hào)形成PWM信號(hào)、并對(duì)所述多個(gè)開關(guān)裝置的各開關(guān)裝置進(jìn)行PWM控制的步驟。
具有這樣的步驟的本發(fā)明開關(guān)電源裝置的控制方法，能夠即使在輸入側(cè)串聯(lián)連接多個(gè)變換器，也不損害電流模式控制的特性，以高穩(wěn)定性保持良好的電流平衡。
發(fā)明的新穎特征不外乎是在所述的權(quán)利要求書中特別敘述的內(nèi)容，關(guān)于構(gòu)成及內(nèi)容這兩方面，本發(fā)明將它與其它目的及特征一起，通過參照附圖并閱讀以下的詳細(xì)說明，將更好地加以理解并進(jìn)行評(píng)價(jià)。


圖1所示為本發(fā)明有關(guān)的實(shí)施形態(tài)1的開關(guān)電源裝置構(gòu)成電路圖。
圖2所示為本發(fā)明有關(guān)的實(shí)施形態(tài)1的開關(guān)電源裝置動(dòng)作波形圖。
圖3所示為本發(fā)明有關(guān)的實(shí)施形態(tài)2的開關(guān)電源裝置構(gòu)成電路圖。
圖4所示為以往的開關(guān)電源裝置的構(gòu)成電路圖。
圖5所示為圖4所示的以往的開關(guān)電源裝置動(dòng)作波形圖。
圖6所示為以往的開關(guān)電源裝置的構(gòu)成電路圖。
附圖的一部分或全部是利用以圖示為目的的簡(jiǎn)要表現(xiàn)方式描繪的，不一定忠實(shí)描繪了其中所示要素的實(shí)際的相對(duì)大小及位置，這一點(diǎn)要請(qǐng)考慮到。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖，說明表示本發(fā)明有關(guān)的開關(guān)電源裝置及其控制方法的理想實(shí)施形態(tài)。
<實(shí)施形態(tài)1>
圖1所示為本發(fā)明有關(guān)的實(shí)施形態(tài)1的開關(guān)電源裝置構(gòu)成電路圖。在圖1中，來自輸入直流電源1的輸入直流電壓供給輸入端2a及2b，多個(gè)電容3、4、5及6的串聯(lián)電路與輸入端2a及2b連接，利用各電容3、4、5及6將加在輸入端2a及2b上的輸入電流電壓進(jìn)行分壓。在以下的說明中，將與輸入端2a及2b連接的多個(gè)電容3、4、5及6的各電容稱為第一電容3、第二電容4、第三電容5及第四電容6。在第一電容3及第二電容4的串聯(lián)電路的兩端連接第一開關(guān)元件7及第二開關(guān)元件8的串聯(lián)電路，在第三電容與第四電容6的串聯(lián)電路兩端連接第三開關(guān)元件9及第四開關(guān)元件10的串聯(lián)電路。
第一變壓器11具有一次繞組11a及第一二次繞組11b及第二二次繞組11c。一次繞組11a的一端與第一電容3和第二電容4的連接點(diǎn)連接，一次繞組11a的另一端與第一開關(guān)元件7和第二開關(guān)元件8的連接點(diǎn)連接。第一二次繞組11b與第二二次繞組11c串聯(lián)連接。
第二變壓器12具有一次繞組12a及第一二次繞組12b及第二二次繞組12c。一次繞組12a的一端與第三電容5和第四電容6的連接點(diǎn)連接，一次繞組12a的另一端與第三開關(guān)元件9和第四開關(guān)元件10的連接點(diǎn)連接。第一二次繞組12b與第二二次繞組12c串聯(lián)連接。
第一整流二極管13的陽極與第一變壓器11的第一二次繞組11b連接，第二整流二極管14的陽極與第二二次繞組11c連接。第一整流二極管13與第二整流二極管14的各陰極互相連接。這樣，第一整流二極管13及第二整流二極管14與第一變壓器11連接，將第一二次繞組11b及第二二次繞組11c產(chǎn)生的交流電壓進(jìn)行整流。
如圖1所示，第一扼流圈15及濾波電容16的串聯(lián)電路的一端與第一二次繞組11b和第二二次繞組11c的連接點(diǎn)連接，該串聯(lián)電路的另一端與第一整流二極管13和第二整流二極管14的連接點(diǎn)(陰極)連接。
第三整流二極管17的陽極與第二變壓器12的第一二次繞組12b連接，第四整流二極管18的陽極與第二二次繞組12c連接。第三整流二極管17與第四整流二極管18的各陰極互相連接。這樣，第三整流二極管17及第四整流二極管18與第二變壓器12連接，將第一二次繞組12b及第二二次繞組12c產(chǎn)生的交流電壓進(jìn)行整流。
第二扼流圈19的一端與第三整流二極管17和第四整流二極管18的連接點(diǎn)(陰極)連接，另一端與濾波電容16的一端連接。濾波電容16的兩端與輸出端20a及20b連接，與輸出端20a及20b連接的負(fù)載21消耗功率。
如圖1所示，正極側(cè)的輸出端20a產(chǎn)生的電壓輸入至第一誤差放大器23的一端，來自基準(zhǔn)電源22的基準(zhǔn)電壓輸入至第一誤差放大器23的另一端。第一誤差放大器23將輸出端20a及20b的輸出電壓與基準(zhǔn)電源22的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，將該誤差進(jìn)行放大。
第一電流檢測(cè)器24檢測(cè)流過第一扼流圈15的電流，第二電流檢測(cè)器25檢測(cè)流過第二扼流圈19的電流。運(yùn)算器即加法器26將第一電流檢測(cè)器24的輸出與第二電流檢測(cè)器25的輸出相加，形成單一電流信號(hào)，輸出給第二誤差放大器。在第二誤差放大器27中，將第一誤差放大器23的輸出與加法器26的輸出進(jìn)行比較，將該誤差進(jìn)行放大。
第一三角波發(fā)生器28形成第一基準(zhǔn)三角波信號(hào)，該第一基準(zhǔn)三角波信號(hào)成為形成供給第一開關(guān)元件7及第二開關(guān)元件8的各開關(guān)元件的第一PWM信號(hào)用的基準(zhǔn)。來自第一三角波發(fā)生器28的第一基準(zhǔn)三角波信號(hào)供給第一比較器30的一輸入端。在第一比較器30中，將第一基準(zhǔn)三角波信號(hào)與來自第二誤差放大器27的輸出信號(hào)進(jìn)行比較。形成第一PWM信號(hào)。在第一比較器30中形成的第一PWM信號(hào)，在第一比較器30中形成的第一PWM信號(hào)，在第一分配器31中交替分配給2個(gè)輸出端，驅(qū)動(dòng)第一開關(guān)元件7及第二開關(guān)元件8的各開關(guān)元件。
第二三角波發(fā)生器29形成第二基準(zhǔn)三角波信號(hào)，該第二基準(zhǔn)三角波信號(hào)成為供給第三開關(guān)元件9及第四開關(guān)元件10的各開關(guān)元件的第二PWM信號(hào)用的基準(zhǔn)。來自第二三角波發(fā)生器29的第二基準(zhǔn)三角波信號(hào)供給第二比較器32的一輸入端。在第二比較器32中，將第二基準(zhǔn)三角波信號(hào)與來自第二誤差放大器27的輸出信號(hào)進(jìn)行比較。形成第二PWM信號(hào)。在第二比較器32中形成的第二PWM信號(hào)，在第二分配器33中交替分配給2個(gè)輸出端，驅(qū)動(dòng)第三開關(guān)元件9及第四開關(guān)元件10的各開關(guān)元件。
在實(shí)施形態(tài)1的開關(guān)電源裝置中，利用第一電容3、第二電容4、第一開關(guān)元件7、第二開關(guān)元件8、第一變壓器11、第一整流二極管13、第二整流二級(jí)管14、第一扼流圈15及濾波電容16構(gòu)成第一半橋變換器100。
另外，在實(shí)施形態(tài)1的開關(guān)電源裝置中，利用第三電容5、第四電容6、第三開關(guān)元件9、第四開關(guān)元件10、第二變壓器12、第三整流二極管17、第四整流二級(jí)管18、第二扼流圈19及濾波電容16構(gòu)成第二半橋變換器101。在圖1所示的實(shí)施形態(tài)1的開關(guān)電源裝置中，濾波器電容16是由第一半橋變換器100及第二半橋變換器101公用。
在實(shí)施形態(tài)1的開關(guān)電源裝置中，第一半橋變換器100及第二半橋變換器101利用控制單元進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，控制單元利用第一誤差放大器23、第一電流檢測(cè)器24、第二電流檢測(cè)器25、加法器26、第二誤差放大器27、第一PWM信號(hào)發(fā)生器103及第二PWM信號(hào)發(fā)生器104構(gòu)成。這里，第一PWM信號(hào)發(fā)生器103利用第一三角波發(fā)生器28、第一比較器30及第一分配器31構(gòu)成，第二PWM信號(hào)發(fā)生器104利用第二三角波發(fā)生器29、第二比較器32及第二分配器33構(gòu)成。
下面參照?qǐng)D2說明如上所述構(gòu)成的實(shí)施形態(tài)1的開關(guān)電源裝置動(dòng)作。圖2為實(shí)施形態(tài)1的開關(guān)電源裝置中的各部分信號(hào)波形圖。
在圖2中，(a)中的波形A是來自第二誤差放大器27的輸出信號(hào)波形，的輸出信號(hào)波形，(a)中的波形B是來自第二三角波振蕩器29的輸出信號(hào)波形。圖2的(b)中的波形C是來自第二誤差放大器27的輸出信號(hào)波形，(b)中的波形D是第一三角波振蕩器28的輸出信號(hào)波形。圖2(c)表示第一開關(guān)元件7的驅(qū)動(dòng)波形，(d)表示第二開關(guān)元件8的驅(qū)動(dòng)波形。圖2的(e)表示第三開關(guān)元件9的驅(qū)動(dòng)波形，(F)表示第四開關(guān)元件10的驅(qū)動(dòng)波形。圖2的(g)表示第一變壓器11的一次繞組11a的施加電壓波形，(h)表示圖2的(I)表示第一扼流圈15的電流波形，(j)表示第二扼流圈19的電流波形。圖2的(k)表示由加法器26輸出的電壓波形。
在圖2中，在時(shí)刻T0第一開關(guān)元件7一成為導(dǎo)通狀態(tài)，則第一電容3保持的電壓加在第一變壓器11的一次繞組11a上。這時(shí)，在第一變壓器11的第一二次繞組11b中產(chǎn)生與匝數(shù)比相應(yīng)的電壓，第一整流二極管13成為導(dǎo)通狀態(tài)。因此，電壓加在第一扼流圈15上，第一扼流圈15的電流逐漸增加。
在時(shí)刻T3第一開關(guān)元件7一成為斷開狀態(tài)，則第一變壓器11的一次繞組11a成為開路狀態(tài)，電流成為零。因此，第一扼流圈15的電流分流，分別流過第一變壓器11的第一二次繞組11b及第二二次繞組11c，所以第一整流二極管13及第二整流二極管14成為導(dǎo)通狀態(tài)，第一變壓器11的一次繞組11a及第一二次繞組11b及第二二次繞組11c中產(chǎn)生的電壓成為零。因而，第一扼流圈15及濾波電容16的串聯(lián)電路的施加電壓成為0V，所以第一扼流圈15的電壓減少。
在時(shí)刻T4第二開關(guān)元件8一成為導(dǎo)通狀態(tài)，則第二電容4的電壓加在第一變壓器11的一次繞組11a上。這時(shí)的電壓成為與時(shí)刻T0～T3時(shí)反向的電壓。因而，在變壓器11的第一二次繞組11b及第二二次繞組11c中也產(chǎn)生反向電壓，第一整流二極管13成為斷開狀態(tài)。這時(shí)，對(duì)第一扼流圈15通過導(dǎo)通狀態(tài)的第二整流二極管14加上感應(yīng)的與第一變壓器11的匝數(shù)比相應(yīng)的電壓，流過第一扼流圈15的電流增加。
在時(shí)刻T7第二開關(guān)元件8一成為斷開狀態(tài)，則第一變壓器11的一次繞組11a成為開路狀態(tài)，電流成為零。因此，第一扼流圈15的電流分流，分別流過第一變壓器11的第一二次繞組11b及第二二次繞組11c，所以第一整流二極管13及第二整流二極管14成為導(dǎo)通狀態(tài)，這時(shí)第一變壓器11的全部繞組所加的電壓成為零。這時(shí)，第一扼流圈15及濾波電容16的串聯(lián)電路的施加電壓成為0V，所以第一扼流圈15的電壓減少。
實(shí)施形態(tài)1的開關(guān)電源裝置的第一半橋變換器100如上所述進(jìn)行動(dòng)作，在由第三電容5、第四電容6、第三開關(guān)元件9、第四開關(guān)元件10、第二變壓器12、第三整流二極管17、第四整流二極管18、第二扼流圈19及濾波電容16構(gòu)成的第二半橋變換器101中，進(jìn)行同樣的動(dòng)作。因而，省略第二半橋變換器101的詳細(xì)動(dòng)作說明。但是，第一半橋變換器100與第二半橋變換器101同步動(dòng)作，還有各自的基準(zhǔn)信號(hào)即來自第一三角波振蕩器28及第二三角波振蕩器29的基準(zhǔn)三角波信號(hào)相互具有180度的相位差。因而，實(shí)施形態(tài)1的開關(guān)電源裝置中是這樣構(gòu)成的，其第一半橋變換器100及第二半橋變換器101的二次側(cè)也具有180度的相位差而動(dòng)作，流過第一扼流圈15的電流與流過第二扼流圈19的電流相加而輸出，因此它們之中分別產(chǎn)生的脈動(dòng)互相抵消，變得很小。
下面說明實(shí)施形態(tài)1的開關(guān)電源裝置的控制單元?？刂茊卧菍?duì)第一半橋變換器100及第二半橋變換器101進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制的部分，由第一誤差放大器23、第一電流檢測(cè)器24、第二電流檢測(cè)器25、加法器26、第二誤差放大器27、第一PWM信號(hào)發(fā)生器103及第二PWM信號(hào)發(fā)生器104構(gòu)成。
在實(shí)施形態(tài)1的開關(guān)電源裝置中是這樣構(gòu)成的，它將流過第一扼流圈15的電流與流過第二扼流圈19的電流相加，利用濾波電容16進(jìn)行濾波，形成單一的輸出電流。另外，在實(shí)施形態(tài)1中，利用加法器26將利用第一電流檢測(cè)器24檢測(cè)的電流與利用第二電流檢測(cè)器25檢測(cè)的電流相加。因而，加法器26的輸出表示濾波電容16的充電電流。在第一誤差放大器23中，將輸出端20a及20b的輸出電壓與基準(zhǔn)電源22的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，將其誤差進(jìn)行放大，作為電流基準(zhǔn)信號(hào)。在第二誤差放大器27中，將該電流基準(zhǔn)信號(hào)與來自加法器26的輸出信號(hào)進(jìn)行比較，將其誤差進(jìn)行放大，進(jìn)行PWM控制使其差值減小。作為PWM控制的基準(zhǔn)的基準(zhǔn)三角波信號(hào)這樣設(shè)定，使得來自第一三角波發(fā)生器30及第二三角波發(fā)生器32的輸出相互具有180度的相位差，使各開關(guān)元件的開關(guān)時(shí)刻變化，抵消輸出端的脈動(dòng)電流。
將第一三角波振蕩器28的輸出與第二誤差放大器27的輸出進(jìn)行比較而得到的第一PWM信號(hào)，利用第一分配器31一分為二。第一分配器31利用分配的第一PWM信號(hào)，來驅(qū)動(dòng)第一開關(guān)元件7及第二開關(guān)元件8。這樣，第一開關(guān)元件7及第二開關(guān)元件8，由于是利用第一分配器31將第一PWM信號(hào)分配后進(jìn)行驅(qū)動(dòng)而構(gòu)成的，因此第一開關(guān)元件7與第二開關(guān)元件8不會(huì)同時(shí)成為導(dǎo)通狀態(tài)。
同樣，將第二三角波振蕩器29的輸出與第二誤差放大器27的輸出進(jìn)行比較而得到的第二PWM信號(hào)，利用第二分配器32一分為二。第二分配器33利用分配的第二PWM信號(hào)，來驅(qū)動(dòng)第三開關(guān)元件9及第四開關(guān)元件10。這樣，第三開關(guān)元件9及第四開關(guān)元件10，由于是利用第二分配器33將第二PWM信號(hào)分配后進(jìn)行驅(qū)動(dòng)而構(gòu)成的，因此第三開關(guān)元件9與第四開關(guān)元件10不會(huì)同時(shí)成為導(dǎo)通狀態(tài)。
如上所述，在實(shí)施形態(tài)1的開關(guān)電源裝置是這樣進(jìn)行控制的構(gòu)成的，使得第一半橋變換器100與第二半橋變換器101的各自輸出電流之和與電流基準(zhǔn)信號(hào)相對(duì)應(yīng)。為此，實(shí)施形態(tài)1的開關(guān)電源裝置的構(gòu)成就不是進(jìn)行控制、使得第一半橋變換器100及第二半橋變換器101各自分別與電流基準(zhǔn)信號(hào)一致。因而，在前述背景技術(shù)欄中說明的以往的開關(guān)電源裝置中，在各自分別控制各變換器的情況下，占空比變化時(shí)電流隨之而變化、例如占空比增加(減少)時(shí)電流減少(增加)的現(xiàn)象，在實(shí)施形態(tài)1的開關(guān)電源裝置中就不發(fā)生。因此，實(shí)施形態(tài)1的開關(guān)電源裝置能夠始終形成穩(wěn)定的輸出電流，能夠控制輸出電流。
另外，在實(shí)施形態(tài)1的開關(guān)電源裝置中是這樣構(gòu)成的，它利用加法器26將第一電流檢測(cè)器24及第二電流檢測(cè)器25的各輸出相加，其加法結(jié)果輸入至第二誤差放大器27。但是，作為本發(fā)明中所用的加法器，不一定必須是嚴(yán)格意義上的加法電路，也可以是具有確保加法器26及第二誤差放大器27的工作點(diǎn)所必需的偏置的裝置。即使用這樣的裝置，對(duì)于開關(guān)電源裝置中的開關(guān)控制動(dòng)作也不產(chǎn)生影響。另外，即使采用單調(diào)升或單調(diào)降的函數(shù)即非線性的運(yùn)算器來代替加法器，由于其構(gòu)成不是對(duì)各變換器分別進(jìn)行電流控制，因此仍保持輸出不會(huì)不穩(wěn)定的本發(fā)明的效果。單調(diào)升的函數(shù)及單調(diào)降的函數(shù)y＝f(X1，X2)可用以下的不等式(8)表示。
dydxn≤0]]>或dydxn≥0(n=1,2)-------(8)]]>特別是對(duì)加法器或累加器等的各自輸入采用對(duì)稱函數(shù)時(shí)，能夠消除因各變換器而產(chǎn)生的不同的電流信號(hào)脈動(dòng)的相位差，形成更穩(wěn)定的動(dòng)作。例如，在利用二個(gè)變換器構(gòu)成的開關(guān)電源裝置中，在來自二個(gè)變換器的輸出(X1，X2)輸入至運(yùn)算器時(shí)，若運(yùn)算器的輸出用式(9)表示，則本發(fā)明的運(yùn)算器具有用式(10)表示的條件。
y＝f(X1，X2)……(9)y＝f(X1，X2)＝f(X2，X1) ……(10)即，本發(fā)明的運(yùn)算器滿足下述條件，也就是說，即使來自二個(gè)變換器的輸出(X1，X2)交換輸入至運(yùn)算器，運(yùn)算器的輸出也相同。
特別是在使用二個(gè)變換器的某一個(gè)輸入時(shí)，也能夠穩(wěn)定動(dòng)作。
同樣如實(shí)施形態(tài)2所示，在對(duì)運(yùn)算器有三個(gè)以上的輸入時(shí)，各自的條件為輸入值的組合相同時(shí)輸出相同的條件、以及對(duì)全部輸入成為單調(diào)升或單調(diào)降的條件。另外還有一個(gè)特征是，特別由于使用加法器，利用電流值，就沒有運(yùn)算器增益變化，能夠容易進(jìn)行控制電路的調(diào)整。
另外，在實(shí)施形態(tài)1中，說明的是使用加法器或運(yùn)算器的例子，但也可以不用它們，而采用將二個(gè)變換器的某一個(gè)輸出直接輸入至第二誤差放大器27的構(gòu)成，即采用將第一電流檢測(cè)器24或第二電流檢測(cè)器25的某一個(gè)檢測(cè)信號(hào)輸入至第二誤差放大器27的構(gòu)成。
以上在實(shí)施形態(tài)1中，作為變換器是將半橋變換器作為例子進(jìn)行說明的，但本發(fā)明不限定于這樣的構(gòu)成，也可以采用其它的前向型橋型、推挽型為代表的開關(guān)變換器，將輸入側(cè)(一次側(cè))串聯(lián)連接，將輸出側(cè)(二次側(cè))并聯(lián)連接，這時(shí)也能夠構(gòu)成同樣的控制系統(tǒng)，能夠進(jìn)行穩(wěn)定的動(dòng)作。特別是作為變換器在采用半橋變換器時(shí)，由于除了由于輸入側(cè)串聯(lián)連接方式而減少變壓器的一次繞組匝數(shù)，再加上半橋變換器加在變壓器一次繞組上的電壓減小，因此對(duì)于變壓器的小型化特別有效果。
如上所述，在本發(fā)明的開關(guān)電源中，除了由于輸入側(cè)的串聯(lián)連接而產(chǎn)生的對(duì)開關(guān)元件的施加電壓減小的效果，還加上能夠?qū)崿F(xiàn)電流模式控制的高穩(wěn)定性。特別是例如對(duì)微處理器等半導(dǎo)體裝置供電的電源中，必須從對(duì)設(shè)備的各部分分配功率的比較高的母線電壓(例如48V)變換為穩(wěn)定度高的低電壓(例如1V)及大電流(例如100A)。在本發(fā)明的開關(guān)電源裝置中，其構(gòu)成是能夠進(jìn)行這樣變換的。本發(fā)明的開關(guān)電源裝置，由于通過將輸入電路串聯(lián)連接，能夠適應(yīng)高母線電壓，同時(shí)通過電流模式控制，能夠達(dá)到高穩(wěn)定性，因此特別作為半導(dǎo)體裝置的電源裝置是有效的。
<實(shí)施形態(tài)2>
圖3所示為本發(fā)明有關(guān)的實(shí)施形態(tài)2的開關(guān)電源裝置構(gòu)成電路圖。在實(shí)施形態(tài)2的開關(guān)電源裝置中，與實(shí)施形態(tài)1的開關(guān)電源裝置的不同點(diǎn)在于，作為變換器所采用的半橋變換器的構(gòu)成數(shù)量。在實(shí)施形態(tài)1中，是利用二個(gè)半橋變換器構(gòu)成，而在實(shí)施形態(tài)2中，是利用三個(gè)半橋變換器構(gòu)成。各變換器的動(dòng)作與前述實(shí)施形態(tài)1中說明的動(dòng)作相同，由于重復(fù)，故省略。
在圖3中，來自輸入直流電源1的輸入直流電壓供給輸入端2a及2b，第一半橋變換器300、第二半橋變換器303及第三半橋變換器306的各輸入側(cè)串聯(lián)并與輸入端2a及2b連接。對(duì)于從第一至第三的半橋變換器300、303及306的各半橋變換器，與前述的實(shí)施形態(tài)1中的半橋變換器100及101相同，設(shè)置電容、開關(guān)元件、變壓器、整流二極管、扼流圈、電流檢測(cè)器及濾波電容。
濾波電容16將第一半橋變換器300、第二半橋變換器303及第三半橋變換器306的各輸出電流相加后，進(jìn)行濾波，吸收脈動(dòng)電流。濾波電容16的兩端與輸出端20a及20b連接，對(duì)與輸出端20a及20b連接的負(fù)載21供給功率。
如圖3所示，在正極側(cè)的輸出端20a產(chǎn)生的電壓輸入至第一誤差放大器23的一端，來自基準(zhǔn)電源22的基準(zhǔn)電壓輸入至第一誤差放大器23的另一端。第一誤差放大器23將輸出端20a及20b的輸出電壓與基準(zhǔn)電源22的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，將其誤差進(jìn)行放大。
第一電流檢測(cè)器302檢測(cè)流過第一扼流圈301的電流，第二電流檢測(cè)器305檢測(cè)流過第二扼流圈304的電流，第三電流檢測(cè)器308檢測(cè)流過第三扼流圈307的電流。運(yùn)算器即加法器309將第一電流檢測(cè)器302及第二電流檢測(cè)器305及第三電流檢測(cè)器308的各輸出相加，形成單一電流信號(hào)，輸出給第二誤差放大器27。在第二誤差放大器27，將第一誤差放大器23的輸出與加法器309的輸出進(jìn)行比較，將其誤差進(jìn)行放大。
來自第一三角波發(fā)生器310的第一基準(zhǔn)三角波信號(hào)供給第一比較器313的一輸入端。在第一比較器313，將第一基準(zhǔn)三角波信號(hào)與來自第二誤差放大器27的輸出信號(hào)進(jìn)行比較，形成第一PWM信號(hào)。在第一比較器313中形成的第一PWM信號(hào)，在第一分配器314中交替分配給2個(gè)輸出端，驅(qū)動(dòng)第一半橋變換器300的2個(gè)開關(guān)元件VG1及VG2的各開關(guān)元件。
來自第二三角波發(fā)生器311的第二基準(zhǔn)三角波信號(hào)供給第二比較器315的一輸入端。在第二比較器315，僅第二基準(zhǔn)三角波信號(hào)與來自第二誤差放大器27的輸出信號(hào)進(jìn)自行比較，形成第二PWM信號(hào)。在第二比較器315中形成的第二PWM信號(hào)，在第二分配器316中交替分配給2個(gè)輸出端，驅(qū)動(dòng)第二半橋變換器303的2個(gè)開關(guān)元件VG3及VG4的各開關(guān)元件。
來自第三三角波發(fā)生器312的第三基準(zhǔn)三角波信號(hào)供給第三比較器317的一輸入端。在第三比較器317，將第三基準(zhǔn)三角波信號(hào)與來自第二誤差放大器27的輸出信號(hào)進(jìn)行比較，形成第三PWM信號(hào)。在第三比較器317中形成的第三PWM信號(hào)，在第三分配器318中交替分配給2個(gè)輸出端，驅(qū)動(dòng)第三半橋變換器306的2個(gè)開關(guān)元件VG5及VG6的各開關(guān)元件。
從第一至第三三角波振蕩器310、311及312輸出的第一至第三基準(zhǔn)三角波信號(hào)相互具有120度的相位差，在第一～第三半橋變換器300、303及306的輸出端，脈動(dòng)電流互相抵消而減小。
下面說明如前所述結(jié)構(gòu)的實(shí)施形態(tài)2的開關(guān)電源裝置的動(dòng)作。
在實(shí)施形態(tài)2的開關(guān)電源裝置的動(dòng)作中，與前述實(shí)施形態(tài)1發(fā)不同點(diǎn)在于，半橋變換器的構(gòu)成數(shù)量為3個(gè)。第一至第三半橋變換器300、303及306的輸出電流以相位相差120度的三相動(dòng)作，將它們的輸出電流相加，脈動(dòng)電流互相抵消。
在實(shí)施形態(tài)2的開關(guān)電源裝置中，對(duì)各半橋變換器的輸入電壓更小，各開關(guān)元件所加的電壓成為輸入電壓的1/3，即成為(1/3)Vin，變壓器一次繞組所加的電壓成為輸入電壓的1/6，即成為(1/6)Vin。因而，實(shí)施形態(tài)2的構(gòu)成對(duì)于提高開關(guān)電源裝置的效率及變壓器的小型化是有利的。再有，實(shí)施形態(tài)2的開關(guān)電源裝置由于輸出脈動(dòng)以單獨(dú)工作的3倍頻率脈動(dòng)，因此具有能夠以較小的濾波電容實(shí)現(xiàn)電壓穩(wěn)定的優(yōu)異效果。
實(shí)施形態(tài)2的開關(guān)電源裝置的控制單元是對(duì)第一至第三半橋變換器300、303及306進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制的部分，利用第一誤差放大器23、第二誤差放大器27、第一至第三電流檢測(cè)器302、305、308、加法器309、第一至第三三角波振蕩器310、311、312、第一至第三比較器313、315、317、第一至第三分配器314、316及318構(gòu)成。
在控制單元中，第一至第三半橋變換器300、303及306中的第一至第三電流檢測(cè)器302、305及308的輸出，全部利用加法器309相加，輸入至第二誤差放大器27。另外，利用第一誤差放大器23得到的電流基準(zhǔn)信號(hào)輸入至第二誤差放大器27，進(jìn)行控制，使得各輸出電流之和與電流基準(zhǔn)信號(hào)相對(duì)應(yīng)。因而，在實(shí)施形態(tài)2的開關(guān)電源裝置中，由于其構(gòu)成不是分別控制各半橋變換器的輸出電流，因此沒有不穩(wěn)定性的主要因素，能夠穩(wěn)定動(dòng)作。
另外，在實(shí)施形態(tài)2的開關(guān)電源裝置中是這樣構(gòu)成的，它利用加法器309將第一電流檢測(cè)器302及第二電流檢測(cè)器305及第三電流檢測(cè)器308的各輸出相加，其加法結(jié)果輸入至第二誤差放大器27。但是，作為本發(fā)明所用的加法器，不一定必須是嚴(yán)格意義上的加法電路，也可以是具有確保加法器309及第二誤差放大器27的工作點(diǎn)所必需的偏置的裝置。即使用這樣的裝置，對(duì)于實(shí)施形態(tài)2的開關(guān)電源裝置中的開關(guān)控制動(dòng)作也不產(chǎn)生影響。
另外，即使采用對(duì)于累加器等的各輸入是對(duì)稱的單調(diào)升或單調(diào)降的函數(shù)即非線性的運(yùn)算器來替代加法器，由于其構(gòu)成不是對(duì)各變換器分別進(jìn)行電流控制，因此仍保持輸出不會(huì)不穩(wěn)定的本發(fā)明的效果。特別是用加法器時(shí)，由于濾波電容的充電電流與加法器的輸出即加法結(jié)果成正比，因此除了穩(wěn)定動(dòng)作，還加上輸出電壓對(duì)加法電流形成1階滯后，能夠保持相位滯后少的電流模式控制的優(yōu)越性。
在實(shí)施形態(tài)2的開關(guān)電源裝置中，是將3個(gè)變換器作為例子進(jìn)行說明的，但是在用4個(gè)及4個(gè)以上的變換器時(shí)也同樣，檢測(cè)各變換器的電流，將它們相機(jī)求其和，再對(duì)該和進(jìn)行控制，通過采用這樣的構(gòu)成，當(dāng)然也能夠得到與實(shí)施形態(tài)2同樣的效果。
另外，在實(shí)施形態(tài)2中，說明的是使用加法器的例子，但也可以不用加法器，而采用將3個(gè)變換器的某一個(gè)輸出直接輸入至第二誤差放大器27的構(gòu)成，即采用將第一電流檢測(cè)器302或第二電流檢測(cè)器305或第三電流檢測(cè)器308的某一個(gè)檢測(cè)信號(hào)輸入至第二誤差放大器27的構(gòu)成。
另外，在實(shí)施形態(tài)2中，是將半橋變換器作為例子進(jìn)行說明的，但即使用其它的前向型變換器、橋型變換器或推挽型變換器，也能夠得到同樣的效果。
在實(shí)施形態(tài)2的開關(guān)電源裝置中也如實(shí)施形態(tài)1中說明的那樣，作為對(duì)半導(dǎo)體裝置供電的電源特別有效。
根據(jù)以上關(guān)于實(shí)施形態(tài)進(jìn)行的詳細(xì)說明可知，本發(fā)明具有下述的效果。
在本發(fā)明中，能夠提供高穩(wěn)定的小型高效率的開關(guān)電源裝置及其控制方法，它能夠解決在一個(gè)裝置內(nèi)同時(shí)實(shí)施開關(guān)電源電路的輸入側(cè)串聯(lián)連接方式及電流模式控制方式這樣的問題，即使將多個(gè)開關(guān)電源電路串聯(lián)連接，也不損害以往的電流模式控制的特性，還能保持良好的電流平衡。
本發(fā)明的開關(guān)電源裝置將多個(gè)開關(guān)電源電路的輸入側(cè)串聯(lián)連接，將輸出側(cè)并聯(lián)連接，即使利用控制單元進(jìn)行電流模式控制，也具有不會(huì)不穩(wěn)定動(dòng)作而能夠進(jìn)行穩(wěn)定控制的優(yōu)異效果。
本發(fā)明的開關(guān)電源裝置的控制方法，即使僅多個(gè)變換器串聯(lián)連接，也具有不損害電流模式控制的特性、能夠高穩(wěn)定地很好保持電流平衡的優(yōu)異效果。
上面對(duì)發(fā)明的某種詳細(xì)的程度就理想形態(tài)進(jìn)行了說明，但該例行形態(tài)的現(xiàn)在揭示的內(nèi)容在構(gòu)成的細(xì)節(jié)部分應(yīng)該可以有適當(dāng)變化，在不超出權(quán)利要求的發(fā)明范圍及思想的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)各要素的組合和順序的變化。
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)電源裝置，其特征在于，具有輸入側(cè)串聯(lián)連接而輸出側(cè)并聯(lián)連接、分別由多個(gè)開關(guān)裝置及變壓裝置及整流裝置構(gòu)成并輸出單一輸出直流電壓的多個(gè)變換器，將所述變換器輸出的單一輸出直流電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較、形成第一誤差信號(hào)并進(jìn)行放大的第一誤差放大器，檢測(cè)所述多個(gè)變換器的所述整流裝置輸出的電流而形成單一輸出電流信號(hào)的運(yùn)算器，將所述運(yùn)算器的單一輸出電流信號(hào)與所述第一誤差放大器的輸出進(jìn)行比較、形成第二誤差信號(hào)并進(jìn)行放大的第二誤差放大器，以及根據(jù)所述第二誤差放大器的輸出信號(hào)形成PWM信號(hào)、并對(duì)所述多個(gè)開關(guān)裝置的各開關(guān)裝置進(jìn)行PWM控制的多個(gè)PWM信號(hào)發(fā)生器。
2.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于，各PWM信號(hào)發(fā)生器具有形成基準(zhǔn)三角波發(fā)生器、將所述三角波發(fā)生器的基準(zhǔn)三角波與第二誤差放大器的輸出信號(hào)進(jìn)行比較的比較器、以及根據(jù)所述比較器的比較結(jié)果形成PWM信號(hào)并對(duì)相應(yīng)的開關(guān)裝置進(jìn)行PWM控制的分配器。
3.如權(quán)利要求2所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于，具有Q個(gè)變換器的各變換器在輸入端之間串聯(lián)連接的多個(gè)電容，各所述電容與不同的開關(guān)裝置連接，Q個(gè)PWM信號(hào)發(fā)生器的三角波發(fā)生器輸出互相具有π/Q的相位差的基準(zhǔn)三角波，用所述基準(zhǔn)三角波及第二誤差放大器的輸出信號(hào)，所述PWM信號(hào)發(fā)生器對(duì)各變換器使開關(guān)的時(shí)刻變化。
4.如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于，運(yùn)算器用加法器構(gòu)成，所述加法器將所述多個(gè)變換器的各整流裝置輸出的電流相加，形成單一輸出電流信號(hào)。
5.如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于，變換器用半橋變換器構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于，使得PWM信號(hào)發(fā)生器中形成的PWM信號(hào)實(shí)質(zhì)上進(jìn)行等間隔的相位移。
7.如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于，對(duì)半導(dǎo)體裝置進(jìn)行供電。
8.一種開關(guān)電源裝置的控制方法，是在具有輸入側(cè)串聯(lián)連接而輸出側(cè)并聯(lián)連接、分別由多個(gè)開關(guān)裝置及變壓裝置及整流裝置構(gòu)成并輸出單一輸出直流電壓的多個(gè)變換器的開關(guān)電源裝置中，其特征在于，具有將所述的單一輸出直流電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較、形成第一誤差信號(hào)并進(jìn)行放大的步驟，對(duì)所述多個(gè)變換器的所述整流裝置輸出的電流進(jìn)行運(yùn)算、形成單一輸出電流信號(hào)的步驟，將所述單一輸出電流信號(hào)與放大的所述第一誤差信號(hào)進(jìn)行比較、形成第二誤差信號(hào)并進(jìn)行放大的步驟，以及根據(jù)放大的所述第二誤差信號(hào)形成PWM信號(hào)、并對(duì)所述多個(gè)開關(guān)裝置的各開關(guān)裝置進(jìn)行PWM控制步驟。
9.如權(quán)利要求8所述的開關(guān)電源裝置的控制方法，其特征在于，在對(duì)各開關(guān)裝置進(jìn)行PWM控制的步驟中，三角波發(fā)生器輸出基準(zhǔn)三角波，比較器將所述基準(zhǔn)三角波與放大的第二誤差信號(hào)進(jìn)行比較，分配器根據(jù)所述比較器的比較結(jié)果，形成PWM信號(hào)，對(duì)對(duì)應(yīng)的開關(guān)裝置進(jìn)行PWM控制。
10.如權(quán)利要求8所述的開關(guān)電源裝置的控制方法，其特征在于，在Q個(gè)變換器的各變換器具有在輸入端之間串聯(lián)連接的多個(gè)電容、在各所述電容與不同的開關(guān)裝置連接的開關(guān)電源裝置中，Q個(gè)PWM信號(hào)發(fā)生器的三角波發(fā)生器輸出互相具有π/Q的相位差的基準(zhǔn)三角波，用所述基準(zhǔn)三角波形成PWM信號(hào)，對(duì)各變換器使開關(guān)的時(shí)刻變化。
11.一種開關(guān)電源裝置，其特征在于，具有輸入側(cè)串聯(lián)連接而輸出側(cè)并聯(lián)連接、分別由多個(gè)開關(guān)裝置及變壓裝置及整流裝置構(gòu)成并輸出單一輸出電壓的多個(gè)變換器，僅所述變換器輸出的單一輸出直流電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較、形成第一誤差信號(hào)并進(jìn)行放大的第一誤差放大器，將所述多個(gè)變換器的任一個(gè)變換器的所述整流裝置輸出的電流信號(hào)與所述第一誤差放大器的輸出進(jìn)行比較，形成第二誤差信號(hào)并進(jìn)行放大的第二誤差放大器，以及根據(jù)所述第二誤差放大器的輸出信號(hào)形成PWM信號(hào)、并對(duì)所述多個(gè)開關(guān)裝置的各開關(guān)裝置進(jìn)行PWM控制的多個(gè)PWM信號(hào)發(fā)生器。
全文摘要
在本發(fā)明的開關(guān)電源裝置及其控制方法中，第一誤差放大器將多個(gè)變換器的輸出電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，形成第一誤差信號(hào)，運(yùn)算器將多個(gè)變換器的整流裝置輸出的電流相加，形成單一輸出信號(hào)，第二誤差放大器將單一輸出信號(hào)與第一誤差放大器的輸出進(jìn)行比較，形成第二誤差信號(hào)，然后PWM信號(hào)發(fā)生器根據(jù)第二誤差放大器的輸出信號(hào)，形成PWM信號(hào)，對(duì)多個(gè)開關(guān)元件的各開關(guān)元件進(jìn)行控制。
文檔編號(hào)H02M3/28GK1521931SQ20041000407
公開日2004年8月18日 申請(qǐng)日期2004年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月5日
發(fā)明者吉田幸司 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社