專利名稱：開關(guān)電源裝置及其驅(qū)動方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過脈沖寬度調(diào)制信號進行開關(guān)動作的控制而將直流電壓變換為所
需要的電壓、對電力設(shè)備等供給電力的開關(guān)電源裝置，特別涉及通過數(shù)字控制來控制輸出 電流的開關(guān)電源裝置及其驅(qū)動方法。
背景技術(shù)：
—般的開關(guān)電源裝置設(shè)有限制其供給能力以使其不會流過超過規(guī)定值的輸出電 流的過電流保護電路。其目的是防止當(dāng)作為連接在輸出上的載荷的電子設(shè)備等低阻抗故障 時因持續(xù)流過過大的電流而使其電子設(shè)備等發(fā)熱、燒毀等、并且防止開關(guān)電源裝置自身的 故障及發(fā)熱、燒毀。 另一方面，在作為開關(guān)電源裝置的載荷的各種電子設(shè)備中，是具備馬達、繼電器等 的電磁驅(qū)動類部件的設(shè)備、或具備CPU、DSP、FPGA等的數(shù)字元件的電子電路，在以相同的定 時流過電流的設(shè)備的情況下，有即使不是該設(shè)備的故障、也會流過很短時間的大電流(以 下稱作峰值電流)的結(jié)構(gòu)。在這樣的情況下，如果是短時間，則即使是由小型-小電容的功 率部件構(gòu)成的開關(guān)電源裝置也能夠安全地供給這樣的峰值電流。并且，設(shè)定例如超過載荷 的正常動作所需要的峰值電流值的值、作為輸出電流的上限值而能夠容許的規(guī)定的設(shè)定值 (以下稱作過電流設(shè)定值)，進行通過由電容器和電阻等構(gòu)成的定時器電路監(jiān)視峰值電流 的持續(xù)時間、如果該時間超過規(guī)定的設(shè)定時間則將過電流設(shè)定值變更為較小的值的動作的 峰值過電流保護電路等已實用化。 上述那樣的過電流保護電路一般是由分立部件構(gòu)成的模擬控制的結(jié)構(gòu)的情況較 多。因而，例如為了使過電流設(shè)定值等的控制特性具有配合電子設(shè)備等的動作狀態(tài)調(diào)節(jié)控 制特性的功能，需要進行各種信號處理的復(fù)雜的電路。進而，必須將它們用許多分立部件構(gòu) 成，不僅在其電路動作的評價及其他管理的方面繁雜，而且因為部件件數(shù)的增多，成為妨礙 開關(guān)電源裝置的小型化及低成本化的原因之一。 另一方面，數(shù)字控制的過電流保護電路通過將復(fù)雜的信號處理組合到運算程序中 而能夠?qū)⒖刂铺匦匀菀椎剡M行調(diào)節(jié)或切換，智能性良好。例如如專利文獻1中公開那樣，提 出了具備將對載荷供給的輸出電流變化為電壓信號的電流檢測電阻、將該電壓信號變換為 數(shù)字值的模擬/數(shù)字變換器(以下稱作A/D變換器)、基于上述數(shù)字值判斷輸出電流是否 是超過過電流設(shè)定值的過電流狀態(tài)的運算機構(gòu)、和當(dāng)判斷為過電流狀態(tài)時進行使開關(guān)元件 的脈沖寬度強制地變短的處理的脈沖寬度改變機構(gòu)的開關(guān)電源裝置的過電流保護電路。另 外，上述運算機構(gòu)及脈沖寬度改變機構(gòu)使用數(shù)字處理器構(gòu)成。該數(shù)字處理器是包括加減法 功能、乘除法功能、比較功能、定時器功能、存儲功能等的處理器，能夠通過存儲器或寄存器 等的存儲功能存儲從外部設(shè)定的各設(shè)定值或目標(biāo)值。 進而，上述開關(guān)電源裝置作為過電流設(shè)定值而被賦予第一設(shè)定值、和比第一設(shè)定 值低的第二設(shè)定值，輸出電流在成為過電流狀態(tài)的最初被基于第一設(shè)定值限制，在經(jīng)過規(guī) 定時間后被基于第二設(shè)定值限制。具體而言，通過數(shù)字處理器的比較功能將上述輸出電流的數(shù)字值與第一設(shè)定值及第二設(shè)定值比較運算，在運算的結(jié)果判斷為數(shù)字值超過了第一設(shè) 定值時強制地使脈沖寬度變窄。進而，即使該數(shù)字值沒有超過第一設(shè)定值時，在判斷為超過 了第二設(shè)定值的狀態(tài)持續(xù)了規(guī)定時間以上時也進行控制以強制地使脈沖寬度變窄。
專利文獻1 :日本專利特開2001-119933號公報

發(fā)明內(nèi)容
但是，在特許文獻1所公開的過電流保護電路中，在搭載在目前的實用性的開關(guān) 電源裝置中的情況下，為了得到能夠?qū)敵鲭娏鞯募眲〉脑黾舆M行高速響應(yīng)的控制特性， 有需要以高速時鐘進行動作的昂貴的數(shù)字處理器的問題。 —般，為了避免開關(guān)電源裝置的內(nèi)部的功率半導(dǎo)體等的故障，過電流保護電路的 控制必須是對開關(guān)動作的1周期以短時間響應(yīng)的控制。目前的通用性的開關(guān)電源裝置從 磁性部件等的小型化等的觀點出發(fā)而設(shè)定為開關(guān)頻率500kHz以上的情況較多。例如在將 開關(guān)頻率設(shè)定為500kHz的情況下，將代表性的模擬控制用IC的過電流保護電路的響應(yīng)延 遲時間設(shè)定為130nsec，為了得到與其同樣的響應(yīng)速度，要求對作為開關(guān)動作的l周期的 2ii sec能夠以130nsec以下進行響應(yīng)的控制特性。 但是，在特許文獻1所公開的開關(guān)電源裝置的過電流保護電路的數(shù)字控制的流程 中，考慮在將經(jīng)由電流檢測電阻及A/D變換器得到的輸出電流的數(shù)字值取入到數(shù)字處理器 內(nèi)部中的處理中需要50個時鐘脈沖左右、在通過基于上述數(shù)字值的運算處理判斷是否是 超過過電流設(shè)定值的過電流狀態(tài)，判斷為過電流狀態(tài)而控制開關(guān)元件使其強制地關(guān)閉的處 理中需要50個時鐘脈沖左右、合計需要100個時鐘脈沖左右的處理工時數(shù)。為了如上述那 樣在130nsec的期間中完成該100個時鐘脈沖的處理，數(shù)字處理器的時鐘頻率需要將處理 工時數(shù)100個時鐘脈沖用130nsec除的值的約769MHz。此外，由于數(shù)字處理器除了上述過 電流保護的控制以外還進行各種各樣的運算處理，所以實際上需要更高的時鐘頻率。即，為 了得到具備與模擬控制同樣的高速響應(yīng)性的過電流保護電路，需要具備能夠進行相對于開 關(guān)電源電路的開關(guān)頻率幾位以上的較大的時鐘頻率的高速信號處理的數(shù)字處理器。
這樣以高速動作的高性能的數(shù)字處理器是非常昂貴的。因而，在通用開關(guān)電源裝 置中采用數(shù)字控制有成本上的問題，妨礙了智能性良好的數(shù)字控制的開關(guān)電源裝置普及。
此外，過電流設(shè)定值及峰值過電流保護電路的設(shè)定時間等的控制特性因構(gòu)成電源 電路的各部件所具有的特性的個體差異、溫度帶來的部件特性的變動、輸入電壓及輸出電 壓的變動帶來的輸出電流的檢測精度的變化等而變動。 如果將過電流設(shè)定值(輸出電流的限制值)設(shè)定得較高、或?qū)⑾拗茣r間設(shè)定得較 長，則在因載荷的電子設(shè)備等的故障而成為過電流狀態(tài)時，不能充分發(fā)揮防止電子設(shè)備等 發(fā)熱、燒毀的保護功能，同時在開關(guān)電源中發(fā)生故障等的危險性也增加。例如，為了確保開 關(guān)電源裝置自身的安全性，對于輸出電流的實際的限制值，為了避免故障及發(fā)熱、燒毀，必 須使用在額定電流及額定溫度中有富余的大型的功率部件構(gòu)成電源電路。因而，成為妨礙 開關(guān)電源裝置的小型化、低成本化的一個原因。 本發(fā)明是鑒于上述背景技術(shù)而做出的，目的是提供一種智能性良好、雖然使用較 低成本的通用數(shù)字處理器等但具有與模擬控制同樣水平以上的高速響應(yīng)性、并且具備能夠 得到高精度的過電流保護特性的數(shù)字控制的過電流保護功能的開關(guān)電源裝置及其驅(qū)動方法。 技術(shù)方案1所述的發(fā)明是一種開關(guān)電源裝置，是具備輸出以預(yù)定的開關(guān)頻率進行
脈沖寬度調(diào)制后的驅(qū)動脈沖的驅(qū)動脈沖生成電路、具有通過來自該驅(qū)動脈沖生成電路的驅(qū)
動脈沖使直流的輸入電壓斷續(xù)而產(chǎn)生交流電壓的開關(guān)元件的逆變器電路、和將該交流電壓
整流平滑而生成輸出電壓、對載荷供給輸出電流的整流平滑電路的開關(guān)電源裝置，具備電
流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)，由輸出有關(guān)上述輸出電流的控制的規(guī)定的目標(biāo)值、即能夠變更的值
的目標(biāo)值設(shè)定部、基于上述目標(biāo)值進行有關(guān)輸出電流的控制的運算處理而輸出運算結(jié)果的
運算部、以及基于運算部運算結(jié)果產(chǎn)生用來控制輸出電流的電流控制脈沖電壓的脈沖生成
部構(gòu)成。還具備電流檢測電路，檢測來自上述整流平滑電路的輸出電流或在上述開關(guān)元件
中流動的電流；電流限制信號生成電路，當(dāng)由上述電流檢測電路檢測到的電流超過了基于
上述電流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)的輸出而設(shè)定的基準(zhǔn)值時，輸出用來限制該電流的電流限制信
號；上述驅(qū)動脈沖生成電路如果被輸出上述電流限制信號則進行動作，以將驅(qū)動上述開關(guān)
元件的驅(qū)動脈沖的占空比(才> 亍"工一于 < )變大的情況停止或縮窄。 技術(shù)方案2所述的發(fā)明是一種開關(guān)電源裝置，上述電流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)由能夠
將上述電流控制脈沖電壓作為脈沖寬度調(diào)制后的信號輸出而構(gòu)成的數(shù)字處理器構(gòu)成；連接
著將上述電流控制脈沖電壓平滑化而生成平滑化電壓的脈沖平滑化電路；上述電流檢測電
路檢測上述輸出電流或在上述開關(guān)元件中流動的電流，基于此輸出電流檢測電壓；上述電
流限制信號生成電路具有將基于上述平滑化電壓決定的基準(zhǔn)電壓和上述電流檢測電壓進
行比較的比較電路，當(dāng)上述電流檢測電壓超過上述基準(zhǔn)電壓時輸出上述電流限制信號；上
述驅(qū)動脈沖生成電路如果被輸出上述電流限制信號則進行動作，以將驅(qū)動上述開關(guān)元件的
驅(qū)動脈沖的占空比變大的情況停止或縮窄。 在技術(shù)方案3所述的發(fā)明中，上述電流限制信號生成電路具備一端連接于上述 脈沖平滑化電路的輸出上的第一電阻；一端連接于該第一電阻的另一端上的第二電阻；集 電極端子連接在上述第二電阻的另一端、基極端子連接在上述第一電阻和第二電阻的中 點、發(fā)射極端子連接在上述電流檢測電路輸出的一端上的第一NPN晶體管；以及基極端子 連接在上述第一 NPN晶體管的集電極上、發(fā)射極端子連接在上述電流檢測電路輸出的另一 端上、集電極端子是上述電流限制信號生成電路的輸出的第二NPN晶體管，上述第一、第二 NPN晶體管的任一個發(fā)射極端子連接到接地電位，上述電流檢測電路當(dāng)流過上述整流平滑 電路的輸出電流時、或在上述開關(guān)元件中流過了電流時，向上述第二 NPN晶體管的發(fā)射極 端子為比上述第一NPN晶體管的發(fā)射極端子低的電位的方向輸出上述電流檢測電壓。
在技術(shù)方案4所述的發(fā)明中，具備在由上述電流限制信號生成電路持續(xù)地產(chǎn)生上 述電流限制信號或按照上述開關(guān)頻率反復(fù)產(chǎn)生的狀態(tài)持續(xù)規(guī)定的時間以上的情況下、輸出 時間超過信號的電流限制動作時間監(jiān)視機構(gòu)；上述電流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)的目標(biāo)值設(shè)定部 基于上述電流限制動作時間監(jiān)視機構(gòu)的上述時間超過信號，決定上述目標(biāo)值以通過上述電 流限制信號生成電路的上述電流限制信號進一步限制由上述電流檢測電路檢測到的電流， 并向上述運算部輸出，將基于該目標(biāo)值由上述運算部運算出的上述電流控制脈沖電壓從上 述脈沖生成部輸出。 在技術(shù)方案5所述的發(fā)明中，構(gòu)成為，上述電流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)的上述運算部 基于上述目標(biāo)值設(shè)定部輸出的目標(biāo)值計算上述電流控制脈沖電壓的占空比(時比率)，上述脈沖生成部生成具有上述運算部計算出的占空比的高電平及低電平電壓的一定頻率的 矩形波；上述脈沖平滑化電路具備一端連接在電流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)的輸出上的電阻、和 連接在該電阻的另一端與接地之間的電容器，上述電容器的兩端電壓為上述脈沖平滑化電 路的輸出。 在技術(shù)方案6所述的發(fā)明中，構(gòu)成為，上述電流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)的上述運算部 基于上述目標(biāo)值設(shè)定部輸出的目標(biāo)值來計算上述電流控制脈沖電壓的占空比，上述脈沖生 成部在一定周期之中重復(fù)上述運算部計算出的占空比的高電平及浮動電平(7 口一于< >夕'^《A )的輸出狀態(tài)；上述脈沖平滑化電路具備一端連接在電流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)的 輸出上的電阻、連接在該電阻的另一端與接地之間的電容器、和并聯(lián)連接在上述電容器上 的放電通路，上述電容器的兩端電壓為上述脈沖平滑化電路的輸出。此外，并聯(lián)連接在上述 電容器上的上述放電通路是上述電流信號生成電路的輸入阻抗。 在技術(shù)方案7所述的發(fā)明中，上述脈沖平滑化電路具備一端連接在上述電流控制
脈沖發(fā)生機構(gòu)的輸出上的第一電阻；連接在該電阻的另一端與接地之間、在兩端產(chǎn)生脈沖
平滑化電路的輸出電壓的電容器；并聯(lián)連接在上述電容器上的放電通路；以及能夠從上述
電容器與第一電阻的連接點向上述電流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)的輸出流過電流而連接的二極 管與第二電阻的串聯(lián)電路；上述電流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)的上述運算部如果被賦予基于上述
動作時間超過信號決定的目標(biāo)值，則將上述脈沖生成部的輸出狀態(tài)僅在規(guī)定時間控制為低 電平，將上述脈沖平滑化電路的上述電容器的電壓經(jīng)由上述二極管與第二電阻的串聯(lián)電路 放電。 在技術(shù)方案8所述的發(fā)明中，具有將開關(guān)電源裝置的輸出電壓與規(guī)定的目標(biāo)值比 較、輸出反轉(zhuǎn)放大后的輸出電壓控制信號的誤差放大電路；上述電流限制信號生成電路具 備將基于上述平滑化電壓決定的基準(zhǔn)電壓與上述電流檢測電壓進行比較、在上述電流檢測 電壓超過了上述基準(zhǔn)電壓時和除此以外的情況下輸出不同的電流限制信號的比較電路；上 述驅(qū)動脈沖生成電路具備產(chǎn)生由上述開關(guān)頻率驅(qū)動的鋸齒波電壓的鋸齒波發(fā)生電路；在 第一輸入端中被輸入上述鋸齒波電壓、將在第二輸入端中輸入的上述輸出電壓控制信號與 上述鋸齒波電壓進行比較、輸出在上述鋸齒波電壓低的期間和除此以外的期間中不同的信 號的比較器、和被輸入上述電流限制信號的信號選擇電路；上述信號選擇電路進行選擇輸 出信號的動作，以使在由上述電流限制信號生成電路持續(xù)地產(chǎn)生上述電流限制信號或按照 上述開關(guān)頻率重復(fù)產(chǎn)生的狀態(tài)時從上述驅(qū)動脈沖生成電路輸出基于上述電流限制信號決 定的占空比的驅(qū)動脈沖、在沒有輸出上述電流限制信號時從上述驅(qū)動脈沖生成電路輸出基 于上述輸出電壓控制信號決定的占空比的驅(qū)動脈沖。 在技術(shù)方案9所述的發(fā)明中，具備通過感溫元件感知開關(guān)電源裝置的環(huán)境溫度、
輸出基于此的溫度信號的溫度檢測機構(gòu)；上述電流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)的上述目標(biāo)值設(shè)定部
基于上述溫度信號決定上述目標(biāo)值，并將該決定的目標(biāo)值給予上述運算部。 在技術(shù)方案10所述的發(fā)明中，具備檢測開關(guān)電源裝置的輸入電壓、輸出基于此的
輸入電壓信號的輸入電壓檢測機構(gòu)；上述電流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)的上述目標(biāo)值設(shè)定部基于
上述輸入電壓信號決定上述目標(biāo)值，將上述決定的目標(biāo)值輸出給上述運算部。 在技術(shù)方案11所述的發(fā)明中，具備檢測開關(guān)電源裝置的輸出電壓、輸出基于此的
輸出電壓信號的輸出電壓檢測機構(gòu)；上述電流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)的上述目標(biāo)值設(shè)定部基于上述輸出電壓信號決定上述目標(biāo)值，并將上述決定的目標(biāo)值給予上述運算部。
此外，技術(shù)方案12所述的發(fā)明是一種開關(guān)電源裝置的初期設(shè)定方法，開關(guān)電源裝 置是具備輸出以預(yù)定的開關(guān)頻率脈沖寬度調(diào)制后的驅(qū)動脈沖的驅(qū)動脈沖生成電路；具有 通過來自該驅(qū)動脈沖生成電路的驅(qū)動脈沖使直流的輸入電壓斷續(xù)而產(chǎn)生交流電壓的開關(guān) 元件的逆變器電路、將該交流電壓整流平滑而生成輸出電壓、對載荷供給輸出電流的整流 平滑電路；輸出有關(guān)上述輸出電流的控制的規(guī)定的目標(biāo)值、能夠變更的值的目標(biāo)值設(shè)定部； 基于上述目標(biāo)值進行有關(guān)輸出電流的控制的運算處理并輸出運算結(jié)果的運算部；基于其運 算結(jié)果產(chǎn)生用來控制輸出電流的電流控制脈沖電壓的脈沖生成部；檢測來自上述整流平滑 電路的輸出電流或流到上述開關(guān)元件中的電流的電流檢測電路；以及當(dāng)由上述電流檢測電 路檢測到的電流超過了基準(zhǔn)值時輸出用于限制該電流的電流限制信號的電流限制信號生 成電路，如果輸出了上述電流限制信號、則上述驅(qū)動脈沖生成電路進行動作以將驅(qū)動脈沖 的占空比變大的情況停止或縮窄的開關(guān)電源裝置的初期設(shè)定方法，具備電源啟動步驟，對 上述開關(guān)電源裝置的輸入供給規(guī)定的直流電壓而起動；載荷設(shè)定步驟，將載荷連接到輸出 上，輸出與希望的過電流設(shè)定值相等的輸出電流；目標(biāo)值改變步驟，調(diào)整設(shè)定在上述電流控 制脈沖發(fā)生機構(gòu)具備的上述目標(biāo)值設(shè)定部的運算程序中的規(guī)定的固定系數(shù)，使向上述運算 部輸出的上述目標(biāo)值連續(xù)地變化；邊界值提取步驟，在上述輸出電流為上述過電流設(shè)定值 的狀態(tài)下，提取對于上述目標(biāo)值的變化、上述輸出電壓連續(xù)地變化的狀態(tài)與上述輸出電壓 被保持為一定值的狀態(tài)的邊界點的上述固定系數(shù)的邊界值；邊界值存儲步驟，將上述固定 系數(shù)的邊界值作為該固定系數(shù)的設(shè)定值，存儲到上述運算程序中。 根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)電源裝置，能夠通過較低速時鐘且低成本的數(shù)字處理器實現(xiàn)智 能性良好的能夠高速響應(yīng)的數(shù)字控制的過電流保護電路。特別是，對于外界的溫度及輸入 電壓、輸出電壓等的變動，也能夠進行適當(dāng)?shù)倪^電流保護控制。進而，能夠配合構(gòu)成開關(guān)電 源裝置的分立部件等的特性的個體差異、及開關(guān)電源裝置的使用狀態(tài)，自動地調(diào)整過電流 保護特性，能夠確保載荷的電子設(shè)備及開關(guān)電源裝置自身的安全性。并且，能夠提供小型且 低成本的開關(guān)電源裝置。 此外，根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)電源裝置的驅(qū)動方法，能夠配合構(gòu)成開關(guān)電源裝置的分 立部件等的特性的個體差異而程序地調(diào)整過電流保護特性，設(shè)定為適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)。進而，能夠 削減電阻值的調(diào)節(jié)及部件的切換等的工序，能夠以簡單的電路結(jié)構(gòu)確保載荷的電子設(shè)備及 開關(guān)電源裝置自身的過電流保護及安全性，進行穩(wěn)定的電源驅(qū)動。


圖1是表示本發(fā)明的開關(guān)電源裝置的第一實施方式的塊圖。 圖2是表示本發(fā)明的開關(guān)電源裝置的第一實施方式具備的溫度檢測機構(gòu)(a)、輸
入電壓檢測機構(gòu)(b)及輸出電壓檢測機構(gòu)(c)的實施方式的功能塊圖。 圖3是本發(fā)明的開關(guān)電源裝置的第一實施方式具備的脈沖生成部的功能塊圖。 圖4是表示本發(fā)明的開關(guān)電源裝置的第一實施方式具備的脈沖生成部的動作的
時序圖。 圖5是表示本發(fā)明的開關(guān)電源裝置的第一實施方式具備的驅(qū)動脈沖生成電路的 功能塊圖。
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圖6是表示本發(fā)明的開關(guān)電源裝置的第一實施方式具備的驅(qū)動脈沖生成電路的 動作的時序圖。 圖7是表示本發(fā)明的開關(guān)電源裝置的第二實施方式的塊圖。 圖8是表示本發(fā)明的開關(guān)電源裝置的第二實施方式具備的電流限制信號生成電 路的電路圖。 圖9是表示本發(fā)明的開關(guān)電源裝置的第二實施方式具備的電流限制信號生成電 路的動作的時序圖。 圖10是表示本發(fā)明的開關(guān)電源裝置的第三實施方式的電流檢測電路的電路圖。
圖11是表示本發(fā)明的開關(guān)電源裝置的第四實施方式的電流檢測電路的電路圖。
圖12是表示本發(fā)明的開關(guān)電源裝置的第五實施方式的驅(qū)動脈沖生成電路的功能 塊圖。 圖13是表示本發(fā)明的開關(guān)電源裝置的第六實施方式的誤差放大電路的功能塊 圖。 圖14是表示作為本發(fā)明的開關(guān)電源裝置的驅(qū)動方法的第七實施方式的初始設(shè)定 方法的流程圖。 圖15是說明作為本發(fā)明的開關(guān)電源裝置的驅(qū)動方法的第七實施方式的初始設(shè)定 方法的目標(biāo)值改變處理及邊界值提取處理中的開關(guān)電源裝置的輸出電壓的狀況的曲線圖。標(biāo)號說明10、50開關(guān)電源裝置12逆變器電路( < >"'一夕回路)16 、64誤差放大電路18、62驅(qū)動脈沖生成電路24溫度檢測機構(gòu)26輸入電壓檢測機構(gòu)28輸出電壓檢測機構(gòu)32、54電流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)32a目標(biāo)值設(shè)定部32b運算部32c、54c脈沖生成部34、56脈沖平滑化電路36、58電流限制信號生成電路38 、60電流檢測電路
具體實施例方式
以下，基于圖1至圖6說明本發(fā)明的開關(guān)電源裝置的第一實施方式。首先，基于圖 l所示的整體電路圖說明概要。開關(guān)電源裝置10具有連接著直流的輸入電源Ein、通過開關(guān) 元件TR1的開啟-關(guān)閉動作而產(chǎn)生交流電壓V2的逆變器電路12、和將該交流電壓V2整流 平滑化而生成輸出電壓Vout的整流平滑電路14，輸出電壓Vout的端子連接在載荷22上。 輸出電壓Vout連接在由反轉(zhuǎn)放大器構(gòu)成的誤差放大電路16上，該反轉(zhuǎn)放大器輸出將輸出電壓Vout與規(guī)定的基準(zhǔn)電壓Vref的差分放大的輸出電壓控制信號V (vol)。還具備根據(jù)從 誤差放大電路16輸出的控制電壓V(vo1)進行脈沖寬度調(diào)制、向開關(guān)元件TR1的驅(qū)動端子 輸出驅(qū)動脈沖Vg的驅(qū)動脈沖生成電路18。 此外，檢測開關(guān)電源裝置10的環(huán)境溫度而輸出溫度信號的溫度檢測機構(gòu)24、檢測 輸入電壓而輸出輸入電壓信號的輸入電壓檢測機構(gòu)26、和檢測輸出電壓而輸出輸出電壓信 號的輸出電壓檢測機構(gòu)28分別連接在電流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)32上。 電流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)32由數(shù)字處理器等構(gòu)成，具備基于上述溫度信號、輸入電 壓信號及輸出電壓信號決定目標(biāo)值的目標(biāo)值設(shè)定部32a、基于該目標(biāo)值進行運算處理的運 算部32b、和基于其運算結(jié)果輸出用來控制輸出電流的電流控制脈沖電壓Vc的脈沖生成部 32c。脈沖生成部32c的輸出連接在由電阻Rl和電容器C l構(gòu)成的作為積分電路的脈沖平 滑化電路34的輸入上。并且，在電容器C1的兩端上產(chǎn)生平滑化電壓Vb，脈沖平滑化電路 34的輸出連接在后述的電流限制信號生成電路36上。 此外，將作為電流檢測電阻R0的電流檢測電路38插入到開關(guān)元件TR1的源極端 子與輸入電源Ein的負極端子間，在其兩端產(chǎn)生對應(yīng)于流到電流檢測電阻R0中的開關(guān)電流 Isw的電壓。并且，電流檢測電阻R0的兩端作為電流檢測電路38的輸出而連接在電流限制 信號生成電路36上。 電流限制信號生成電路36是開關(guān)電源裝置IO的過電流保護電路，具備基于平滑 化電壓Vb決定的基準(zhǔn)電壓Vr、和將該基準(zhǔn)電壓Vr與在電流檢測電阻R0兩端產(chǎn)生的電壓 V(R0)比較而輸出電流限制信號V(cur)的作為比較電路的比較器CP1。當(dāng)對應(yīng)于電流檢測 電路38的電流檢測電阻R0的電流而檢測到的電壓超過了基于電流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)32 的脈沖生成部32c的輸出而設(shè)定的作為基準(zhǔn)值的基準(zhǔn)電壓Vr時，比較器CP1的輸出被作為 用來限制該電流的電流限制信號輸出。該輸出作為電流限制信號生成電路36的輸出連接 在驅(qū)動脈沖生成電路18上。驅(qū)動脈沖生成電路18是基于被輸入的電流限制信號V(cur) 進行脈沖寬度調(diào)制、輸出開關(guān)元件TR1的驅(qū)動脈沖Vg的電路，其輸出連接在開關(guān)TRl的驅(qū) 動端子上。 接著，基于圖1至圖6，詳細地說明開關(guān)電源裝置10的各電路塊的結(jié)構(gòu)和動作。逆 變器電路12如圖1所示，與輸入電源Ein串聯(lián)地連接著變壓器T1的1次側(cè)線圈Tla和開 關(guān)元件TR1 ，通過開關(guān)元件TR1的開啟-關(guān)閉動作，在變壓器Tl的2次側(cè)線圈Tlb上產(chǎn)生交 流電壓V2。另外，變壓器T1的各線圈的極性等由周知的單端正激(single forward)式構(gòu) 成。 在變壓器T1的2次側(cè)線圈Tib上連接著整流平滑電路14，由當(dāng)開關(guān)元件TR1為開 啟時導(dǎo)通而流過脈沖電流的向前側(cè)整流元件TR2、與該向前側(cè)整流元件TR2互補地開啟-關(guān) 閉的飛輪(7 ， < * < 一^ )側(cè)整流元件TR3、與開關(guān)元件TR1的開啟-關(guān)閉動作取得同 步而驅(qū)動各整流元件TR2、 TR3的同步整流驅(qū)動電路14a、以及扼流線圈Lo和電容器Co的 平滑電路構(gòu)成。并且，整流平滑電路14將在2次側(cè)線圈Tlb中感應(yīng)的電壓整流平滑化，輸 出輸出電壓Vout。在電容器Co的兩端上連接著載荷22，被供給輸出電壓Vout及輸出電流 Iout。 誤差放大電路16如圖1所示，具備對反轉(zhuǎn)輸入端子輸入輸出電壓模擬信號的運算 放大器0P1、連接在其非反轉(zhuǎn)輸入上的規(guī)定的基準(zhǔn)電壓Vref 、和用于增益調(diào)節(jié)及相位補償?shù)姆答佋f，是輸出輸出電壓控制信號V(vol)的反轉(zhuǎn)放大電路。因而，輸出電壓控制信 號V(vol)是將輸出電壓與基準(zhǔn)電壓Vref的差放大的信號，如果輸出電壓變得比基準(zhǔn)電壓 Vref大則連續(xù)地下降，在反之的情況下則連續(xù)地上升。 溫度檢測機構(gòu)24如圖2(a)所示，具備作為電阻值變化型的感溫元件的熱敏電阻 24a、將熱敏電阻24a的電阻值變換為模擬電壓信號的放大器24b、和將該模擬電壓變換為 作為數(shù)字信號的溫度信號并輸出的A/D變換電路24c。另外，熱敏電阻24a被安裝于開關(guān)電 源裝置內(nèi)部的印刷基板上來測定印刷基板上的溫度。 輸入電壓檢測機構(gòu)26如圖2(b)所示，具備觀測輸入電壓Vin、并將輸入電壓Vin 變換為規(guī)定的模擬電壓的電壓變換電路26a、和將該模擬電壓變換為作為數(shù)字信號的輸入 電壓信號并輸出的A/D變換電路26b。另外，電壓變換電路26a是將輸入電壓Vin電阻分壓 的分壓電路、或?qū)⒃谠O(shè)在變壓器T1中的第3線圈中產(chǎn)生的電壓變換為與輸入電壓成比例的 電壓的電路等、適當(dāng)設(shè)定的電路。這里，也可以如后者的例子那樣，是間接地觀測輸入電壓 Vin的電路。 輸出電壓檢測機構(gòu)28如圖2 (c)所示，具備觀測輸出電壓Vout、將輸出電壓Vout 變換為規(guī)定的模擬電壓的電壓變換電路28a、和將該模擬電壓變換為作為數(shù)字信號的輸出 電壓信號并輸出的A/D變換電路28b。另外，電壓變換電路28a是將輸出電壓Vout電阻分 壓的分壓電路、或?qū)⒃谠O(shè)在變壓器T1中的第3線圈中產(chǎn)生的電壓變換為與輸出電壓成比例 的電壓的電路等、適當(dāng)設(shè)定的電路。這里，也可以如后者的例子那樣，是間接地觀測輸出電 壓Vout的電路。 電流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)32例如使用通用的數(shù)字處理器(個人計算機)構(gòu)成。電流 控制脈沖發(fā)生機構(gòu)32如圖1所示，具備目標(biāo)值設(shè)定部32a、運算部32b及脈沖生成部32c。 目標(biāo)值設(shè)定部32a基于上述溫度信號、輸入電壓信號及輸出電壓信號，向運算部32b輸出目 標(biāo)值C。另外，當(dāng)溫度信號、輸入電壓信號及輸出電壓信號等沒有被從外部輸入的時候，基于 預(yù)先固定地存儲的溫度信號既定值、輸入電壓信號既定值、以及輸出電壓信號決定目標(biāo)值 C。 運算部32b基于目標(biāo)值C進行運算處理，決定設(shè)置值B，將該設(shè)置值B和預(yù)先固定 地設(shè)定的設(shè)置值A(chǔ)向脈沖生成部32c輸出。 脈沖生成部32c如圖3所示，由產(chǎn)生時鐘信號的時鐘電路cl、計數(shù)器c2、 c3、和輸 出波形生成部c4構(gòu)成。如圖4的時序圖所示，計數(shù)器c2、 c3的初始值都是零，同步于時鐘 電路cl的時鐘信號進行計數(shù)增動作。計數(shù)器c2被賦予設(shè)置值A(chǔ)，如果計數(shù)數(shù)達到設(shè)置值A(chǔ) 則將計數(shù)數(shù)復(fù)位為零，再次從零開始計數(shù)增動作，重復(fù)該一系列的動作。計數(shù)器c3被賦予 比設(shè)置值A(chǔ)小的設(shè)置值B，如果計數(shù)數(shù)達到設(shè)置值B，則將計數(shù)數(shù)復(fù)位為零，計數(shù)增停止。并 且，如果計數(shù)器c2被復(fù)位，則與其同步而再次從零開始計數(shù)增動作，重復(fù)該一系列的動作。 輸出波形生成部c4監(jiān)視計數(shù)器c2、c3的動作，當(dāng)計數(shù)器c3計數(shù)增時輸出高電平電壓，當(dāng)計 數(shù)器c3的計數(shù)增停止時輸出低電平電壓，輸出脈沖寬度調(diào)制后的波形。例如，如果設(shè)時鐘 電路cl的時鐘頻率為Fck、設(shè)置值A(chǔ) = 1000、設(shè)置值B = 500，則輸出波形生成部輸出周期 T = 1000/Fck、高電平的占空比為0. 5的矩形波，根據(jù)設(shè)置值A(chǔ)和設(shè)置值B數(shù)字地設(shè)定脈沖 寬度，通過控制它而進行脈沖寬度調(diào)制。 在開關(guān)電源裝置10中，開關(guān)頻率為500kHz，電流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)32從防止與開關(guān)頻率的頻率干涉等的觀點出發(fā)而設(shè)定為，例如以約10kHz的一定的頻率進行脈沖寬度 調(diào)制。因而，從運算部32b設(shè)定對應(yīng)于約10kHz的一定的設(shè)置值A(chǔ)。進而，運算部32b基于 根據(jù)來自溫度檢測機構(gòu)24、輸入電壓檢測機構(gòu)26、輸出電壓檢測機構(gòu)28等的信息而變化的 目標(biāo)值C決定設(shè)置值B，輸出給脈沖生成部32c，脈沖生成部32c基于設(shè)置值B使進行計數(shù) 器c3的復(fù)位的計數(shù)值變化。這樣，電流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)32生成脈沖寬度調(diào)制后的規(guī)定 的電流控制脈沖電壓Vc，向后段的脈沖平滑化電路34輸出。 脈沖平滑化電路34如圖1所示，當(dāng)電流控制脈沖電壓Vc為高電平時經(jīng)由電阻Rl 對電容器CI進行充電，當(dāng)?shù)碗娖綍r經(jīng)由電阻Rl將電容器CI的電荷放電。由此，在電容器 CI的兩端產(chǎn)生的平滑化電壓Vb大致為直流電壓，如果電流控制脈沖電壓Vc的高電平的占 空比(on Duty)變大則上升，如果高電平的占空比變小則下降。 電流檢測電路38如圖1所示，是插入在流過開關(guān)電流Isw的路徑中的電流檢測 電阻RO。在開關(guān)電源裝置10中，開關(guān)電流Isw是重復(fù)大致梯形狀的脈沖電流，如果利用變 壓器Tl的1次側(cè)線圈Nl及2次側(cè)線圈N2表示其峰值Iswp與輸出電流lout的關(guān)系，則 為Iswp" (N2/N1) XIout。即，在電流檢測電阻RO上產(chǎn)生的電流檢測電壓V(RO)的峰值 為與輸出電流lout大致成比例的值。這樣，在開關(guān)電源裝置10中，通過經(jīng)由電流檢測電路 38觀測開關(guān)電流Isw來檢測輸出電流Iout。另夕卜，當(dāng)流過輸出電流lout時，電流檢測電壓 V(R0)在連接到開關(guān)元件TR1的源極端子上的一側(cè)為高電位的方向上產(chǎn)生。電流檢測電路 38的輸出，其為高電位的端子連接在脈沖平均化電路34的接地上。 電流限制信號生成電路36如圖1所示，將根據(jù)平滑化電壓Vb而變化的基準(zhǔn)電壓 Vr與電流檢測電壓V(R0)用比較器CP1比較，當(dāng)電流檢測電壓V(R0)比基準(zhǔn)電壓Vr低時， 即當(dāng)開關(guān)電流Isw比規(guī)定的值小時，輸出高電平。反之，當(dāng)電流檢測電壓V(R0)比基準(zhǔn)電壓 Vr高時，即當(dāng)開關(guān)電流Isw比規(guī)定的值大時，輸出低電平。此外，平滑化電壓Vb與基準(zhǔn)電壓 Vr的關(guān)系構(gòu)成為，如果平滑化電壓Vb上升則基準(zhǔn)電壓Vr也上升，反之如果平滑化電壓Vb 下降則基準(zhǔn)電壓Vr也下降。 驅(qū)動脈沖生成電路18如圖5所示，具備生成鋸齒波電壓V(osc)的鋸齒波產(chǎn)生電 路18b、和在反轉(zhuǎn)端子中被輸入鋸齒波電壓V(osc)、在非反轉(zhuǎn)端子中被輸入從作為誤差放 大電路16的輸出的端子al輸入的輸出電壓控制信號V(vo1)的比較器CPll。還具備由被 輸入比較器CPll的輸出信號和從端子a2輸入的電流控制信號V(cur)的與非電路NANDll、 和在復(fù)位端子R中被輸入與非電路NAND11的輸出信號、在置位端子S中被輸入信號發(fā)生 器0S11產(chǎn)生的觸發(fā)信號、輸出端子Q連接在驅(qū)動脈沖生成電路18的端子a0上的周知的置 位_復(fù)位_觸發(fā)器FF11 (以下稱作RS-FF11)構(gòu)成的信號選擇電路18a。并且，RS-FF11的 輸出端子Q輸出的信號成為驅(qū)動開關(guān)元件TR1的驅(qū)動脈沖Vg，經(jīng)由端子a0被輸入到作為開 關(guān)元件TR1的驅(qū)動端子的柵極中。 鋸齒波產(chǎn)生電路18b具備電壓一定的直流電源Vcc 11 、一端連接在直流電源Vcc 11 上的充電電阻Rl 1 、連接在該充電電阻Rl 1的另一端與接地之間的定時器電容器Cl 1 、連接 在定時器電容器Cll的兩端上的復(fù)位端子Sll、和控制復(fù)位端子Sll的振蕩器0S11，輸出在 定時器電容器Cll的兩端產(chǎn)生的電壓V(osc)。 振蕩器0S11產(chǎn)生脈沖狀的觸發(fā)脈沖。該觸發(fā)脈沖是周期一定的重復(fù)脈沖，是決定 開關(guān)元件TR1的開關(guān)頻率和開關(guān)元件TR1的開啟的定時的脈沖。此外，復(fù)位元件Sll起到
14如下作用如果被輸入觸發(fā)脈沖則將定時器電容器Cll的兩端短路、瞬間成為開放狀態(tài)、持 續(xù)該開放狀態(tài)直到被輸入下個觸發(fā)脈沖。 這樣構(gòu)成的驅(qū)動脈沖生成電路18如以下這樣動作。首先，鋸齒波發(fā)生電路18b被 從振蕩器0S11輸入脈沖，復(fù)位元件Sll將定時器電容器Cll的兩端短路，電荷被放電，成為 V(osc) "0。進而，復(fù)位元件S11在瞬間成為開放狀態(tài)，通過經(jīng)由充電電阻R11充電的充電 電流將定時器電容器Cll充電，V(osc)上升。此時，充電電阻Rll與定時器電容器Cll的 串聯(lián)電路具有的時間常數(shù)與觸發(fā)脈沖的周期相比被設(shè)定為充分大的值，所以V(osc)以大 致一定的斜率直線地上升。然后，如果被輸入下個脈沖，則復(fù)位元件Sll短路，重復(fù)上述動 作。通過這樣的動作，使定時器電容器Cll的兩端產(chǎn)生鋸齒波電壓V(osc)。
比較器CPll在輸出電壓控制信號V(vol)比鋸齒波電壓V(osc)高的情況下輸出 高電平，在反之的情況下輸出低電平。對于與非電路NANDll的一個輸入端子輸入從端子a2 輸入的電流限制信號V(cur)，對另一個輸入端子輸入比較器CPll的輸出信號。由此，如果 來自比較器CPll的信號為低電平、或者電流限制信號V(cur)的任一個為低電平，則與非電 路NANDll的輸出為高電平。在RS-FFll中，通過輸入到置位端子S中的振蕩器0S11的脈 沖狀的觸發(fā)脈沖，輸出端子Q的輸出成為高電平，從與非電路NAND11對復(fù)位端子R輸入高 電平，由此輸出端子Q的輸出反轉(zhuǎn)為低電平。從RS-FFll的輸出端子Q輸出的信號是被輸 入到開關(guān)元件TR1的驅(qū)動端子中的驅(qū)動脈沖Vg。 S卩，進行在輸出端子Q輸出高電平的期間 中將開關(guān)元件TR1開啟、在輸出低電平的期間中將開關(guān)元件TR1關(guān)閉的動作。
接著，基于圖6的時序圖說明如上述那樣構(gòu)成的開關(guān)電源10的一系列的動作。首 先，期間1是過電流保護電路不動作的期間。過電流設(shè)定值由電流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)32的 目標(biāo)值設(shè)定部32a決定的目標(biāo)值控制。目標(biāo)設(shè)定部32a設(shè)定了以溫度檢測機構(gòu)24輸出的 溫度信號、輸入電壓檢測機構(gòu)26輸出的輸入電壓信號、和輸出電壓檢測機構(gòu)28輸出的輸出 電壓信號為參數(shù)的運算式，基于該運算式?jīng)Q定目標(biāo)值。例如，在作為電路部件之一的雙極晶 體管的基極_發(fā)射極間產(chǎn)生的電壓VBE的溫度依存性對過電流設(shè)定值帶來影響的情況下， 其溫度系數(shù)(約-2mV廣C)被加進運算式。此外，在輸入電壓Vin的變動對開關(guān)電流的峰值 Iswp與輸出電流lout的大致比例關(guān)系帶來不能忽視的影響的情況下，有關(guān)輸入電壓Vin的 系數(shù)被加進運算式。此外，如果過電流保護電路動作，則如后述那樣輸出電壓下降。在這樣 的輸出電壓的變動給開關(guān)電流的峰值Iswp與輸出電流lout的大致比例關(guān)系帶來不能忽視 的影響的情況下，有關(guān)輸出電壓Vout的系數(shù)被加進運算式。這樣，基于開關(guān)電源裝置10的 使用狀態(tài)及動作狀態(tài)，目標(biāo)值適當(dāng)變化，基于此，電流控制脈沖電壓Vc、平滑化電壓Vb及基 準(zhǔn)電壓Vr變化。結(jié)果，過電流設(shè)定值被自動調(diào)節(jié)。 在期間1中，由于輸出電流lout是過電流設(shè)定值以下的較小的值，所以電流限制 信號生成電路36輸出的電流限制信號V(cur)維持高電平，在驅(qū)動脈沖生成電路18的與非 電路NANDll的一個輸出端子中，持續(xù)地輸入高電平的信號。因而，在RS-FFll的輸出端子 Q產(chǎn)生的驅(qū)動脈沖Vg成為與比較器CP11的輸出信號相同的邏輯，如圖6的時序圖所示，將 驅(qū)動脈沖Vg專門基于誤差放大電路16輸出的輸出電壓控制信號V(vol)來進行脈沖寬度 控制。 這樣，開關(guān)電源裝置10控制開關(guān)元件TR1的驅(qū)動脈沖Vg的占空比，以使輸出電壓 Vout與誤差放大電路16內(nèi)的基準(zhǔn)電壓Vref相等，輸出電壓Vout被保持為一定。此時，輸出電壓Vout如式(1)那樣決定。
[式1] Km" =-Kw. dw/y f i 、 這里，Nl :變壓器Tl的一次側(cè)線圈，N2 :變壓器Tl的2次側(cè)線圈，T :開關(guān)周期， duty :開關(guān)元件TR1的占空比。 接著的期間2例如是載荷的電子設(shè)備低阻抗故障、輸出電流lout增加而過電流保 護電路動作、基于開關(guān)電流Isw限制輸出電流lout以使其不超過過電流設(shè)定值的狀態(tài)。
在該狀態(tài)下，輸出電壓Vout下降，輸出電壓控制信號V(vol)上升。由此，輸出電壓 控制信號V(vol)比鋸齒波電壓V(osc)高的期間變長，輸出電壓控制信號V(vol)總是比鋸 齒波電壓V(osc)高。于是，比較器CPll的輸出總是處于低電平，開關(guān)元件TRl總是開啟， 能夠總是流過開關(guān)電流Isw。 另一方面，通過開關(guān)電流Isw的增大，在電流檢測電路38的電流檢測電阻RO上 產(chǎn)生的電流檢測電壓V(RO)增大，作為電流限制信號生成電路36的比較器CP11的輸出的 電流限制信號V(cur)成為低電平。于是，與非電路NANDll的輸入成為低電平，與非電路 NAND11的輸出從低電平變?yōu)楦唠娖健Ｓ纱?，在電流限制信號V(cur)從高電平反轉(zhuǎn)為低電平 的定時，從與非電路NAND11對復(fù)位端子R輸出復(fù)位信號。并且，RS-FFll的輸出端子Q產(chǎn)生 的驅(qū)動脈沖Vg在被輸入其復(fù)位信號的定時從高電平反轉(zhuǎn)為低電平，使開關(guān)元件TRl關(guān)閉。 由此，輸出電流Iout被限制以使其不超過過電流設(shè)定值，并且開關(guān)元件TRl的占空比變小， 所以基于(1)式，輸出電壓Vout也下降。 另外，在此狀態(tài)下，RS-FFll具有保持輸出端子Q的狀態(tài)直到置位端子S中被輸入 下個置位信號的性質(zhì)。因而，如果輸出端子Q成為低電平而開關(guān)元件TRl關(guān)閉，則不再流過 開關(guān)電流Isw，電流限制信號V(cur)反轉(zhuǎn)為高電平，但在到轉(zhuǎn)移到下個周期為止的期間中， 輸出端子Q的狀態(tài)(低電平)被保持，開關(guān)元件TR1維持關(guān)閉狀態(tài)。另一方面，如果如上述 那樣輸出電壓Vout下降，則作為反轉(zhuǎn)放大器的誤差放大電路16飽和為高電平，輸出電壓控 制信號V(vol)維持該高電平的飽和電壓值。 因而，在RS-FF11的輸出端子Q產(chǎn)生的驅(qū)動脈沖Vg同步于電流限制信號V(cur)
反轉(zhuǎn)為低電平的定時而反轉(zhuǎn)為低電平，如圖6的時序圖所示，驅(qū)動脈沖Vg被專門基于電流
限制信號生成電路36輸出的電流限制信號V(cur)進行脈沖寬度控制。 這樣，在開關(guān)電源裝置10中，構(gòu)成電流發(fā)生機構(gòu)32的數(shù)字處理器只要是以10kHz
左右的較低的頻率動作的處理器就可以，能夠使用低速時鐘低成本的通用處理器實現(xiàn)智能
性良好的開關(guān)電源裝置。 此外，同時實時地監(jiān)視開關(guān)電源裝置10工作的使用狀態(tài)及動作狀態(tài)(環(huán)境溫度、 輸入電壓、輸出電壓的狀態(tài))、基于此將過電流設(shè)定值總是自動調(diào)節(jié)為規(guī)定的值，即使在 萬一載荷的電子設(shè)備成為異常狀態(tài)時也能夠防止燒毀事故等，能夠提供較高的安全性。進 而，作為構(gòu)成電源電路的功率部件，即使不選擇在額定電流及額定溫度中過度地有富余的 大型部件也能夠確保開關(guān)電源裝置自身的安全性，所以能夠有利于開關(guān)電源裝置的小型 化、低成本化。 接著，基于圖7至圖9對本發(fā)明的開關(guān)電源裝置的第二實施方式進行說明。另外，與上述開關(guān)電源裝置10同樣的結(jié)構(gòu)賦予相同的標(biāo)號而省略說明。首先，基于圖7的整體電 路圖說明概要。開關(guān)電源裝置50具有連接著直流的輸入電源Ein、通過開關(guān)元件TR1的開 啟-關(guān)閉動作而產(chǎn)生交流電壓V2的逆變器電路12、和將該交流電壓整流平滑化而得到輸出 電壓Vout的整流平滑電路14，輸出電壓Vout端子連接在載荷22上。輸出電壓Vout連接 在反轉(zhuǎn)放大器的誤差放大電路16上，該反轉(zhuǎn)放大器輸出將輸出電壓Vout與規(guī)定的基準(zhǔn)電 壓Vref的差分放大的輸出電壓控制信號V(vol)。還具備根據(jù)從誤差放大電路16輸出的控 制電壓V(vol)進行脈沖寬度調(diào)制、向開關(guān)元件TR1的驅(qū)動端子輸出驅(qū)動脈沖Vg的驅(qū)動脈 沖生成電路18。 此外，設(shè)有基于從后述的電流限制動作時間監(jiān)視機構(gòu)52輸出的動作時間超過信 號決定目標(biāo)值的目標(biāo)值設(shè)定部32a、進行基于該目標(biāo)值的運算處理的運算部32b、和基于該 運算結(jié)果產(chǎn)生用來控制輸出電流的電流控制脈沖電壓Vc的脈沖生成部54c的電流控制脈 沖發(fā)生機構(gòu)54。并且，電流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)54的輸出連接在脈沖平滑化電路56的輸入 上。脈沖生成部54c在電源電壓Vcc41與接地之間串聯(lián)連接著開關(guān)元件S41和開關(guān)元件 S42，兩個開關(guān)元件的中點連接在脈沖平滑化電路56上。并且，該兩個開關(guān)元件分別受運算 部32b輸出的信號控制。另外，脈沖生成部54c進行與上述開關(guān)電源裝置10的脈沖生成部 32c不同的動作。詳細情況在后面敘述。 脈沖平滑化電路56用第一電阻R21和電容器C21構(gòu)成積分電路，進而，二極管D21 和第二電阻R22的串聯(lián)電路與第一電阻R21并聯(lián)連接。此時，二極管D21的陰極連接在電 流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)54的輸出端e0上。脈沖平滑化電路56的輸出是產(chǎn)生平滑化電壓Vb 的電容器C21的兩端，連接在后述的電流限制信號生成電路58上。 此外，在開關(guān)元件TR1的源極端子與輸入電源Ein的負極端子間插入作為電流檢 測電阻R0的電流檢測電路38，在其兩端產(chǎn)生對應(yīng)于流到電流檢測電阻R0中的開關(guān)電流 Isw的電壓。該電流檢測電阻R0的兩端作為電流檢測電路38的輸出而連接在電流限制信 號生成電路58上。 電流限制信號生成電路58具備一端連接在脈沖平滑化電路56的輸出上的電阻 R31、一端連接在電阻R31的另一端上的電阻R32、和集電極端子連接在電阻R32的另一端 上、發(fā)射極端子連接在脈沖平滑化電路56的接地上的晶體管TR31，晶體管TR31的基極端 子連接在電阻R31和電阻R32的中點上。進而，設(shè)有基極端子連接在晶體管TR31的集電極 端子上、發(fā)射極端子連接在電流檢測電阻R0的輸入電源Ein的負極端子側(cè)的晶體管TR32， 集電極端子作為開路集電極而形成電流限制信號生成電路58的輸出。另外，晶體管TR31、 TR32是NPN晶體管。驅(qū)動脈沖生成電路18是根據(jù)輸入的電流限制信號V(cur)進行脈沖寬度調(diào)制、輸
出開關(guān)元件TR1的驅(qū)動脈沖Vg的電路，其輸出連接在開關(guān)元件TR1的驅(qū)動端子上。 電流限制動作時間監(jiān)視機構(gòu)52具備由被輸入誤差放大電路16的輸出和電流限制
信號生成電路58的輸出的比較器構(gòu)成的第一比較機構(gòu)52a。還具備通過該比較機構(gòu)52a的
輸出信號控制動作的定時器電路52b、和由比較器構(gòu)成的第二比較機構(gòu)52c。比較機構(gòu)52c
構(gòu)成為，如果比較機構(gòu)52a的輸出持續(xù)規(guī)定時間低電平，則代替在此之前輸出的信號而產(chǎn)
生動作時間超過信號，向電流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)54的目標(biāo)值設(shè)定部32a輸出。 接著，基于圖7至圖9，分別說明開關(guān)電源裝置50的各電路塊的結(jié)構(gòu)和動作的詳細情況。逆變器電路12、整流平滑電路14、誤差放大電路16、驅(qū)動脈沖生成電路18、電流檢測 電路38與上述開關(guān)電源裝置10同樣，所以省略說明。 電流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)54例如使用通用的數(shù)字處理器(個人計算機)構(gòu)成，如圖 7所示，具備目標(biāo)值設(shè)定部32a、運算部32b及脈沖生成部54c。目標(biāo)值設(shè)定部32a如果被從 電流限制動作時間監(jiān)視機構(gòu)52輸入動作時間超過信號，則基于該動作時間超過信號進行 運算處理，決定目標(biāo)值以使過電流設(shè)定值降低到規(guī)定的較低的值，輸出給運算部32b。另外， 當(dāng)沒有被從外部輸入動作時間超過信號時，基于預(yù)先固定地存儲的規(guī)定的既定值決定目標(biāo) 值。 運算部32b基于從目標(biāo)值設(shè)定部32a輸入的目標(biāo)值進行運算處理，分別對脈沖生 成部54c的開關(guān)元件S41、S42輸出控制信號。脈沖生成部54c的接地側(cè)的開關(guān)元件S42僅 在從電流限制動作時間監(jiān)視機構(gòu)52輸出了動作時間超過信號時起規(guī)定的期間開啟，除此 以外的期間總是表示關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)元件S42開啟時，開關(guān)元件S41關(guān)閉。另一方面，當(dāng) 開關(guān)元件S42關(guān)閉時，進行反復(fù)開啟-關(guān)閉的動作。 因而，在開關(guān)元件S42為關(guān)閉的期間，當(dāng)開關(guān)元件S41為開啟時，在輸出端子e0產(chǎn) 生高電平的電壓(Vcc41)，當(dāng)開關(guān)元件S41為關(guān)閉時，輸出端子eO為浮(floating)狀態(tài)，被 從脈沖生成部54c電氣地切離。此外，在開關(guān)元件S42為開啟的期間，開關(guān)元件S41是關(guān)閉 狀態(tài)，輸出端子e0為接地電位(低電平)。 脈沖平滑化電路56當(dāng)脈沖生成部54c的輸出端子eO為高電平時經(jīng)由電阻R21對 電容器C21緩緩地充電，平滑化電壓Vb緩緩地上升。當(dāng)輸出端子e0為浮起時，電容器C21 的電荷經(jīng)由并聯(lián)連接在電容器C21上的電路部分的放電通路緩緩地放電，平滑化電壓Vb緩 緩地下降。因而，如果電流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)54的輸出端子e0為高電平的占空比變大，則 平滑化電壓Vb上升，反之，如果輸出端子e0為高電平的占空比變小，則平滑化電壓Vb下 降。另外，在該實施方式的開關(guān)電源裝置50中，由于電流限制信號生成電路58的輸入側(cè)阻 抗兼起到上述放電通路(放電経路)的作用，所以不特別連接形成放電通路的專用電阻等。
另一方面，當(dāng)輸出端子e0為接地電位時，除了電阻R21以外還經(jīng)由R22和二極管 D21的串聯(lián)電路將電容器C21的電荷急劇地放電，平滑化電壓Vb急劇地下降。S卩，如果從電 流限制動作時間監(jiān)視機構(gòu)52輸出了動作時間超過信號，則能夠使平滑化電壓Vb急劇地下 降，由此，能夠高速地進行后述的過電流設(shè)定值的切換。 基于圖8對電流限制信號生成電路58的動作進行說明。晶體管TR31在主動狀態(tài) 下動作，在基極_發(fā)射極間，產(chǎn)生通過基極_發(fā)射極間電流產(chǎn)生的電壓VBE1。因而，流到電 阻R31中的電流131如式(2)那樣表示。
[式2] <formula>formula see original document page 18</formula>
這里，如果晶體管TR31的電流放大率hFE足夠大，則流到電阻R32中的電流132 與I31相等，在電阻R32中產(chǎn)生的電壓Vr如式(3)那樣表示。
[式3]<formula>formula see original document page 18</formula>
由式(3)可知，在電流限制信號生成電路58中，能夠通過平滑化電壓Vb控制在電 阻R32上產(chǎn)生的電壓Vr，起到上述電流限制信號生成電路36中的基準(zhǔn)電壓Vr的作用。
此外，在晶體管TR31的集電極-發(fā)射極間產(chǎn)生的電壓Vcel如式(4)那樣表示。
[式4] Vcel = VBE1-Vr (4) 此外，如果設(shè)對晶體管TR32的基極-發(fā)電極間施加的電壓為Vbe2，在電流檢測電 阻R0中流過開關(guān)電流Isw，產(chǎn)生V(RO)的電壓，則對Vbe2施加的電壓如式(5)那樣表示。
[式5] Vbe2 = Vcel+V(R0) = Vcel+Isw R0 (5) 這里，由晶體管TR31、 TR32的基極-發(fā)射極間電流產(chǎn)生的電壓VBE1和VBE2表示 相同的特性，在設(shè)晶體管TR31和晶體管TR32能夠開啟的電壓相等、是VBE的情況下，在電 流檢測電壓V(RO)為等于基準(zhǔn)電壓Vr的值時為Vbe2 = VBE，晶體管TR32能夠開啟。例如， 當(dāng)開關(guān)電流Isw = 0時，如式(5)所示，施加在晶體管TR32的基極-發(fā)射極間的電壓Vbe2 比基極_發(fā)射極間的電壓VBE低，所以不能開啟。但是，如果開關(guān)電流Isw增加、電流檢測電 壓V(RO)達到基準(zhǔn)電壓Vr，則施加在晶體管TR32的基極-發(fā)射極間的電壓Vbe2達到TR32 能夠開啟的基極_發(fā)射極間的電壓VBE，能夠開啟。 這樣，電流限制信號生成電路58具備根據(jù)平滑化電壓Vb而變化的基準(zhǔn)電壓Vr。 進而，將電流檢測電壓V(RO)和基準(zhǔn)電壓Vr經(jīng)由晶體管TR31、TR32開啟時的基極_發(fā)射極 間電壓進行比較，當(dāng)電流檢測電壓V(RO)比基準(zhǔn)電壓Vr低時，即當(dāng)輸出電流lout較小時， 晶體管TR32的集電極端子輸出高電平。反之，在電流檢測電壓V(RO)達到了基準(zhǔn)電壓Vr 的情況下，即如果輸出電流lout達到規(guī)定的值，則輸出低電平。 此外，平滑化電壓Vb與基準(zhǔn)電壓Vr的關(guān)系構(gòu)成為，如果平滑化電壓Vb上升則基 準(zhǔn)電壓Vr也上升，反之如果平滑化電壓Vb下降則基準(zhǔn)電壓Vr也下降。另外，驅(qū)動脈沖生成 電路18如圖5所示，在連接電流限制信號生成電路58的輸出的端子a2與電源電壓Vccll 之間連接著上拉電阻R12，為對應(yīng)于晶體管TR32的開放集電極式的輸出的結(jié)構(gòu)。
設(shè)在電流限制動作時間監(jiān)視機構(gòu)52中的比較機構(gòu)52a被輸入誤差放大電路16輸 出的輸出電壓信號V (vol)、和電流限制信號生成電路58輸出的電流限制信號V (cur)，在通 常動作中，電流限制信號V(cur)較高而輸出高電平，如果變得電流限制信號V(cur)較低則 輸出低電平。 定時器電路52b當(dāng)比較機構(gòu)52a輸出低電平時復(fù)位元件TR51關(guān)閉，開始向定時器 電容器C51的充電。并且，如果定時器電容器C51兩端的電壓變得比規(guī)定的基準(zhǔn)電壓Vrr 高，則比較機構(gòu)52c從這以前一直輸出的高電平信號變?yōu)榈碗娖?，其作為動作時間超過信 號向電流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)54的目標(biāo)值設(shè)定部32a輸出。 此外，由于當(dāng)比較機構(gòu)52a輸出高電平時復(fù)位元件TR51開啟，所以不進行向定時 器電容器C51的充電，定時器電路52b不動作。 接著，基于圖9的時序圖說明如上述那樣構(gòu)成的開關(guān)電源50的一系列的動作。期 間1是過電流保護電路不動作的期間。此外，期間2是通過第一過電流設(shè)定值而過電流保 護電路動作中的期間。期間3是通過第二過電流保護設(shè)定值而過電流保護電路動作中的期 間。這里，期間1及期間2的動作與上述開關(guān)電源裝置10同樣，所以省略說明。
如上所述，如果期間2開始，則在電流信號生成電路58的輸出中產(chǎn)生的電流限制 信號V(cur)比在誤差放大電路16的輸出中產(chǎn)生的輸出電壓信號V(vo1)低的狀態(tài)持續(xù)。 這兩個信號被輸入到電流限制動作時間監(jiān)視機構(gòu)52的比較機構(gòu)52a中，比較機構(gòu)52a持續(xù) 輸出低電平。于是，該復(fù)位元件TR51通過比較機構(gòu)52a輸出的低電平的信號而從開啟切換 為關(guān)閉的狀態(tài)。于是，從直流電源Vcc51經(jīng)由充電電阻R51對定時器電容器C51充電電荷， 定時器電容器C51兩端的電壓上升。通過比較機構(gòu)52c將定時器電容器C51兩端的電壓與 規(guī)定的基準(zhǔn)電壓Vrr進行比較，如果定時器電容器C51兩端的電壓變得比基準(zhǔn)電壓Vrr高， 則在比較機構(gòu)52c的輸出中，代替這以前輸出的數(shù)字信號而產(chǎn)生動作時間超過信號。期間 2的長度設(shè)定為開關(guān)電源裝置50能夠?qū)d荷供給峰值電流的時間的容許上限值Tmax，可以 通過電源電壓Vcc51、充電電阻R51、定時器電容器C51及基準(zhǔn)電壓Vrr適當(dāng)設(shè)定。這樣，電 流限制動作時間監(jiān)視機構(gòu)52向電流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)54的目標(biāo)值設(shè)定部32a輸出通知第 一過電流設(shè)定值的過電流保護的動作時間達到了容許上限值Tmax的信號。
電流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)54受目標(biāo)值設(shè)定部32a決定的目標(biāo)值控制。目標(biāo)值設(shè)定部 32a如果被輸入動作時間超過信號，則將過電流設(shè)定值從第一設(shè)定值變更為第二設(shè)定值，所 以基于動作時間超過信號運算并決定第二目標(biāo)值。第二過電流設(shè)定值是考慮故障的電子設(shè) 備等的安全性而設(shè)定的，所以第二設(shè)定值設(shè)定得比第一設(shè)定值小。并且，如果將第二目標(biāo)值 輸入到運算部32b，則基于此，電流控制脈沖電壓Vc的高電平的占空比變小，平滑化電壓Vb 下降，基準(zhǔn)電壓Vr下降，結(jié)果過電流設(shè)定值被變更為比第一設(shè)定值小的第二設(shè)定值，輸出 電流lout被限制以使其不超過第二設(shè)定值。 進而，在開關(guān)電源裝置50的情況下，為了將第一過電流設(shè)定值高速地切換為第二 設(shè)定值，需要使平滑化電壓Vb急劇地下降。所以，在脈沖生成部54c的開關(guān)元件S42、脈沖 平滑化電路56中使用電阻R22與二極管D21的串聯(lián)電路。在脈沖生成部54c不使用開關(guān) 元件S42的情況下，電容器C21的放電通路的電阻值較大，所以平滑化電壓Vb僅以平緩的 速度下降。所以，僅在將第一過電流設(shè)定值切換為第二設(shè)定值的很短的時間中將開關(guān)元件 S42開啟，設(shè)置電阻值較小的電阻R22和二極管D21的放電通路。由此，如圖9所示，能夠使 平滑化電壓Vb急劇地下降，高速地進行過電流設(shè)定值的切換。 如以上說明，即使開關(guān)電源裝置50的電流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)54由低速時鐘的通 用數(shù)字處理器構(gòu)成，也能夠?qū)崿F(xiàn)充分的性能。此外，電流限制動作時間監(jiān)視機構(gòu)52也通過 使用通用數(shù)字處理器構(gòu)成，能夠提高時間監(jiān)視的精度。這樣，在該實施方式的開關(guān)電源裝置 50中，能夠不使用高性能且昂貴的數(shù)字處理器而便宜地提供具備智能性良好、精度較高的 過電流保護電路的開關(guān)電源裝置。 此外，通過對應(yīng)于峰值電流流過的設(shè)備而高精度地控制第一、第二過電流設(shè)定值 及過電流保護的動作時間，能夠提供即使在萬一載荷的電子設(shè)備成為異常狀態(tài)時也防止燒 傷事故等的、高安全性。進而，作為構(gòu)成電源電路的功率部件，即使不選擇在額定電流及額 定溫度中過度地有富余的大型部件也能夠確保開關(guān)電源裝置自身的安全性，所以能夠有利 于開關(guān)電源裝置的小型化、低成本化。 接著，基于圖IO對作為本發(fā)明的第一實施方式的開關(guān)電源裝置10的變形例的第 三實施方式進行說明。這里，將作為電流檢測電阻R0的電流檢測電路38插入到整流平滑 電路14的電容器Co的負極側(cè)和載荷22的負極側(cè)。在該實施方式的情況下，在電流檢測電阻R0中流過輸出電流Iout，所以與將流到開關(guān)元件TR1中的開關(guān)電流Isw作為代用特性而 檢測輸出電流lout的情況相比，能夠更正確地檢測輸出電流Iout。另外，開關(guān)電流Isw是 以開關(guān)頻率重復(fù)的大致梯形狀的脈沖電流，相對于此，輸出電流lout是直流電流或以較低 速變動的電流，但關(guān)于作為開關(guān)電源裝置整體的動作，與開關(guān)電源裝置io是同樣的，所以 省略說明。 另外，本實施方式是適合于非絕緣型的開關(guān)電源裝置等的形態(tài)。但是，即使是絕緣 型的開關(guān)電源裝置，只要在過電流保護電路中也能夠確保電源裝置的1次電路-2次電路間 的絕緣，采用本實施例就沒有任何問題。 接著，基于圖11對作為本發(fā)明的第二實施方式的開關(guān)電源裝置50的變形例的第 四實施方式進行說明。這里，將作為電流檢測電阻R0的電流檢測電路38替換為使用變流 器T2觀測開關(guān)電流Isw的電流檢測電路60。電流檢測電路60的變流器T2的1次側(cè)線圈 T2a與開關(guān)元件TR1串聯(lián)連接，在2次側(cè)線圈上并聯(lián)連接著整流二極管D61與電流檢測電阻 R0的串聯(lián)電路，電流檢測電阻R0的兩端作為電流檢測電路60的輸出連接在電流限制信號 生成電路58上。在此情況下，在電流檢測電阻RO中，流過對開關(guān)電流Isw乘以變流器T2的 匝數(shù)比的電流，輸出對該電流再乘以RO的值的電流檢測電壓V(RO)。另外，在本變形例中， 輸出平滑化電壓Vb的脈沖平滑化電路的接地也可以連接在TR32的發(fā)射極端子側(cè)。在此情 況下，通過將電流檢測電壓V(RO)設(shè)定為與平滑化電壓Vb相比充分小的值，與上述開關(guān)電 源裝置50同樣地動作。此外，在使用變流器T2的電路中，也與前面的第二實施方式的開關(guān) 電源裝置同樣，也能夠構(gòu)成將脈沖平滑化電路的接地連接在TR31的發(fā)射極端子側(cè)的電路。
接著，基于圖12對作為本發(fā)明的開關(guān)電源裝置的驅(qū)動脈沖生成電路18的變形例 的第五實施方式進行說明。該實施方式的驅(qū)動脈沖生成電路62由于鋸齒波發(fā)生電路62b 的充電電阻Rl 1連接在輸入電壓Vin上，所以鋸齒波電壓V (osc)上升的斜率與輸入電壓成 比例地變化。由此，對輸出電壓的反饋控制加上對應(yīng)于輸入電壓的變動的反饋控制，輸出電 壓穩(wěn)定化控制的高速響應(yīng)性提高。 進而，在定時器電容器C11和充電電阻的中點插入產(chǎn)生與輸入電壓成比例的電壓 的電壓發(fā)生元件Rb，將在定時器電容器Cll上產(chǎn)生的電壓和在電壓發(fā)生元件Rb上產(chǎn)生的電 壓的合計值作為鋸齒波電壓V(osc)輸入到比較器CPll中。由此，對應(yīng)于輸入電壓Vin的 直流電壓被疊加在鋸齒波電壓V(osc)上，比較器CPll的延遲時間量被對應(yīng)于輸入電壓Vin 修正，改善了上述反饋控制特性，輸出電壓穩(wěn)定化控制的高速響應(yīng)性進一步提高。
此外，信號選擇電路62a將被輸入輸出電壓控制信號V(vol)的端子al和被輸入 電流限制信號V(cur)的a2端子直接連結(jié)，使電路結(jié)構(gòu)簡單化。信號選擇電路62a只要選 擇信號以在過電流檢測時基于電流限制信號V(cur)的變動進行驅(qū)動脈沖Vg的脈沖寬度調(diào) 制就可以。在使用信號選擇電路62a的情況下，也進行與上述驅(qū)動脈沖生成電路18同樣的 動作。 但是，由于信號選擇電路62a是將誤差放大電路16的輸出和第一實施方式的電流 限制信號生成電路36或第二實施方式的電流限制信號生成電路58的輸出直接連結(jié)的結(jié) 構(gòu)，所以在具備開關(guān)電源裝置50的電流限制動作時間監(jiān)視機構(gòu)52的結(jié)構(gòu)中不能使用。這是 因為，電流限制動作時間監(jiān)視電路52的比較機構(gòu)52a不能檢測到過電流保護的動作狀態(tài)。 因而，在使用信號選擇電路62a的情況下，例如只要采用電流限制動作時間監(jiān)視電路52的比較機構(gòu)52a監(jiān)視輸出電壓Vout、構(gòu)成為當(dāng)輸出電壓Vout下降到規(guī)定電壓以下時輸出低電 平的方法就可以。由于輸出電壓Vout下降到規(guī)定的電壓以下的狀態(tài)可以看作是上述電流 限制信號V(cur)按照開關(guān)頻率反復(fù)產(chǎn)生低電平的狀態(tài)、或低電平持續(xù)的狀態(tài)，所以這是作 為代用特性監(jiān)視的方法。 進而，基于圖13對作為本發(fā)明的開關(guān)電源裝置的誤差放大電路16的變形例的第 六實施方式進行說明。誤差放大器64具備將輸出電壓Vout變換為數(shù)字信號的A/D變換器 64a、基于該數(shù)字信號產(chǎn)生控制脈沖的控制脈沖發(fā)生機構(gòu)64b、和將該控制脈沖平滑化而輸 出輸出控制信號V(vol)的脈沖平滑化電路64c。根據(jù)該誤差放大器64，能夠使用低速-低 時鐘頻率的低成本的通用數(shù)字處理器構(gòu)成誤差放大電路16，能夠?qū)崿F(xiàn)低成本、智能性良好 的開關(guān)電源裝置。 接著，基于圖14、圖15，對作為本發(fā)明的開關(guān)電源裝置的第七實施方式的、開關(guān)電 源裝置的驅(qū)動初期的初期設(shè)定方法的實施方式進行說明。首先，對圖14的流程所示的各步 驟進行說明。 步驟S81是對開關(guān)電源裝置10供給輸入電壓而啟動的處理。由此，在開關(guān)電源 裝置10中，開關(guān)元件進行開關(guān)動作而輸出規(guī)定的輸出電壓Vout，被置于能夠供給輸出電流 lout的就緒狀態(tài)。 步驟S82是將載荷裝置連接在開關(guān)電源裝置10的輸出上、進行該載荷裝置的設(shè)定 以輸出與希望的過電流設(shè)定值相等的輸出電流Iout的處理。這里使用的載荷裝置優(yōu)選的 是例如電流控制型的電子載荷裝置。根據(jù)該電子載荷裝置，不論輸出電壓Vout的狀態(tài)如 何，都能夠控制載荷狀態(tài)，以輸出與過電流設(shè)定值相等的一定的輸出電流lout的電流。
步驟S83是改變設(shè)定在電流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)32具備的目標(biāo)值設(shè)定部32a的運 算程序中的規(guī)定的固定系數(shù)K、使對運算部32b輸出的目標(biāo)值連續(xù)地變化的處理。另外，如 果連續(xù)地改變固定系數(shù)K，則產(chǎn)生輸出電壓Vout維持一定的區(qū)域、和連續(xù)變化的區(qū)域。
步驟S84是提取作為上述兩個區(qū)域的邊界點的固定系數(shù)邊界值K(lim)的處理。
步驟S85是將提取出的固定系數(shù)邊界值K(lim)作為該固定系數(shù)的設(shè)定值存儲到 運算程序中的處理。 基于圖15(a)、圖15(b)對以上說明的本實施方式的初期設(shè)定方法的動作進行說 明。圖15(a)是開關(guān)電源裝置10的過電流保護特性的例子。當(dāng)輸出電流Iout較小時，將 輸出電壓Vout通過誤差放大電路16控制為規(guī)定的一定的值。如果輸出電流lout變大而 達到過電流設(shè)定值，則通過電流限制信號生成電路36限制輸出電流Iout，輸出電壓Vout也 同時下降。這里，固定系數(shù)K的變化為過電流設(shè)定值的變化。如果固定系數(shù)K變化，則目標(biāo) 值運算電路決定的目標(biāo)值變化，電流限制信號生成電路36的基準(zhǔn)電壓Vr變化，結(jié)果過電流 設(shè)定值變化。本實施方式的初期設(shè)定方法是用來使用固定系數(shù)K將過電流設(shè)定值設(shè)定為希 望的Iocp的方法。 在步驟S81中，設(shè)為開關(guān)電源裝置能夠進行輸出電流供給的就緒狀態(tài)。接著，在步 驟S82中，將電子載荷裝置的電流設(shè)定設(shè)定為希望的過電流設(shè)定值Iocp。此時，由于固定系 數(shù)K是任意的值，所以如圖15(b)所示，輸出電壓Vout表示怎樣的值是不確定的。
設(shè)定在目標(biāo)值設(shè)定部中的運算式可以例如如式(6)那樣表示。
[式6]
C = f(T24，V26，V28，K) (6) C是目標(biāo)值，T24是溫度檢測機構(gòu)24的輸出信號，V26是輸入電壓檢測機構(gòu)26的 輸出信號，V28是輸出電壓檢測機構(gòu)28的輸出信號，K是固定系數(shù)，f是以它們?yōu)閰?shù)的規(guī) 定的函數(shù)。固定系數(shù)K在使用通常開關(guān)電源裝置10時固定為規(guī)定的值，在步驟S83中，使 該固定系數(shù)K可變，由此作為使目標(biāo)值連續(xù)變化的機構(gòu)使用。 在步驟S83中，如果連續(xù)地改變固定系數(shù)K，則如圖15(b)所示，產(chǎn)生輸出電壓 Vout維持一定值的區(qū)域、和連續(xù)變化的區(qū)域。并且，進行提取作為這兩個區(qū)域的邊界點的固 定系數(shù)邊界值K(lim)的處理。 接著，在步驟S84中，將目標(biāo)設(shè)定部的運算式的固定系數(shù)K固定地設(shè)定、存儲到 K(lim)中。由此，開關(guān)電源裝置10的過電流特性被固定為圖15(a)所示的K二K(lim)時 的特性，初始設(shè)定結(jié)束。 如以上說明，根據(jù)該實施方式的開關(guān)電源裝置的控制特性的初期設(shè)定方法，例如
即使因變壓器T1的阻抗值、電流檢測電路38的電流檢測電阻RO的電阻值、電流限制信號
生成電路的比較的精度等、構(gòu)成電路的電子部件的特性的個體差異而發(fā)生過電流設(shè)定值的
離差，也都能夠調(diào)節(jié)為希望的過電流設(shè)定值。此時，不需要部件更換及半固定電阻器的調(diào)節(jié)
等、復(fù)雜的硬件的調(diào)節(jié)作業(yè)，僅通過軟件的處理就能夠調(diào)節(jié)，自動化也較容易。 另外，本發(fā)明并不限于上述實施方式，在推挽方式、橋方式、回掃(flyback)方式、
各種斬波方式等中也能夠使用。 此外，電流限制動作時間監(jiān)視電路也可以為使用構(gòu)成電流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)的數(shù) 字處理器監(jiān)視輸出電壓Vout的方法。在溫度檢測機構(gòu)、輸入電壓檢測機構(gòu)、輸出電壓檢測 機構(gòu)中使用的A/D變換電路中也可以使用內(nèi)置在數(shù)字處理器中的功能。除此以外，為了各 運算處理而設(shè)定的運算式等只要是將該開關(guān)電源裝置具有的動作特性及性質(zhì)等可靠地數(shù) 式化的運算式就可以，是通過工程電路網(wǎng)解析等導(dǎo)出的理論式、通過試驗-實驗等導(dǎo)出的 實驗式、或者將它們與經(jīng)驗法則復(fù)合的經(jīng)驗式等的哪種都可以。 進而，在上述初期設(shè)定方法中，也可以設(shè)定多個固定系數(shù)K，將一系列的步驟在不 同的條件下進行多次。例如，也可以是第一固定系數(shù)K在周圍溫度25t:的環(huán)境下調(diào)節(jié)、第二 固定系數(shù)K在周圍溫度50°C的環(huán)境下調(diào)節(jié)等。此外，也可以是第一固定系數(shù)K將輸入電壓 設(shè)定為容許范圍的最低值而進行調(diào)節(jié)、第二固定系數(shù)K將輸入電壓設(shè)定為容許范圍的最高 值而進行調(diào)節(jié)等。由此，將構(gòu)成電路的電子部件的特性的個體差異的影響在不同的條件下 多角性地排除，能夠使開關(guān)電源裝置的過電流特性更正確地與希望的特性一致。
權(quán)利要求
一種開關(guān)電源裝置，具備輸出以預(yù)定的開關(guān)頻率進行脈沖寬度調(diào)制了的驅(qū)動脈沖的驅(qū)動脈沖生成電路；具有通過來自該驅(qū)動脈沖生成電路的驅(qū)動脈沖使直流的輸入電壓斷續(xù)而產(chǎn)生交流電壓的開關(guān)元件的逆變器電路；和將該交流電壓整流平滑而生成輸出電壓、對載荷供給輸出電流的整流平滑電路，其特征在于，具備電流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)，該電流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)具有輸出與上述輸出電流的控制有關(guān)的規(guī)定的目標(biāo)值、即能夠變更的值的目標(biāo)值設(shè)定部，基于上述目標(biāo)值進行有關(guān)輸出電流的控制的運算處理并輸出運算結(jié)果的運算部，以及基于運算部的運算結(jié)果產(chǎn)生用來控制輸出電流的電流控制脈沖電壓的脈沖生成部；電流檢測電路，檢測來自上述整流平滑電路的輸出電流或在上述開關(guān)元件中流過的電流；以及電流限制信號生成電路，當(dāng)由上述電流檢測電路檢測到的電流超過了基于上述電流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)的輸出而設(shè)定的基準(zhǔn)值時，輸出用來限制該電流的電流限制信號；上述驅(qū)動脈沖生成電路，當(dāng)上述電流限制信號被輸出時則進行動作，以便使驅(qū)動上述開關(guān)元件的驅(qū)動脈沖的占空比變大停止或縮窄。
2. 如權(quán)利要求l所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于，上述電流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)由數(shù)字處理器構(gòu)成，該數(shù)字處理器構(gòu)成為使上述電流控制脈沖電壓作為脈沖寬度調(diào)制了的信號能夠輸出；并連接著將上述電流控制脈沖電壓平滑化而生成平滑化電壓的脈沖平滑化電路；上述電流檢測電路檢測上述輸出電流或在上述開關(guān)元件中流動的電流，基于此輸出電流檢測電壓；上述電流限制信號生成電路，具有將基于上述平滑化電壓而確定的基準(zhǔn)電壓和上述電流檢測電壓進行比較的比較電路，當(dāng)上述電流檢測電壓超過上述基準(zhǔn)電壓時，輸出上述電流限制信號；上述驅(qū)動脈沖生成電路，當(dāng)上述電流限制信號被輸出時則進行動作，以便使驅(qū)動上述開關(guān)元件的驅(qū)動脈沖的占空比變大停止或縮窄。
3. 如權(quán)利要求2所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于，上述電流限制信號生成電路具備一端連接于上述脈沖平滑化電路的輸出上的第一電阻；一端連接于該第一電阻的另一端上的第二電阻；集電極端子連接在上述第二電阻的另一端、基極端子連接于上述第一電阻和第二電阻的中點、發(fā)射極端子連接在上述電流檢測電路輸出的一端上的第一 NPN晶體管；以及基極端子連接在上述第一 NPN晶體管的集電極上、發(fā)射極端子連接在上述電流檢測電路輸出的另一端上、集電極端子是上述電流限制信號生成電路的輸出的第二 NPN晶體管，上述第一、第二 NPN晶體管的任一個發(fā)射極端子連接到接地電位，上述電流檢測電路，當(dāng)流過上述整流平滑電路的輸出電流時、或上述開關(guān)元件流過了電流在時，向上述第二 NPN晶體管的發(fā)射極端子為比上述第一 NPN晶體管的發(fā)射極端子低的電位的方向輸出上述電流檢測電壓。
4. 如權(quán)利要求2所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于，具備電流限制動作時間監(jiān)視機構(gòu)，該電流限制動作時間監(jiān)視機構(gòu)在由上述電流限制信號生成電路持續(xù)地產(chǎn)生上述電流限制信號或按照上述開關(guān)頻率反復(fù)產(chǎn)生的狀態(tài)持續(xù)規(guī)定的時間以上的情況下、輸出時間超過信號；上述電流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)的目標(biāo)值設(shè)定部，基于上述電流限制動作時間監(jiān)視機構(gòu)的上述時間超過信號，確定上述目標(biāo)值以使通過上述電流限制信號生成電路的上述電流限制信號進一步限制由上述電流檢測電路檢測到的電流，并向上述運算部輸出，將基于該目標(biāo)值由上述運算部運算出的上述電流控制脈沖電壓從上述脈沖生成部輸出。
5. 如權(quán)利要求2所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于，構(gòu)成為，上述電流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)的上述運算部基于上述目標(biāo)值設(shè)定部輸出的目標(biāo)值計算上述電流控制脈沖電壓的占空比，上述脈沖生成部生成具有上述運算部計算出的占空比的高電平及低電平電壓的固定頻率的矩形波；上述脈沖平滑化電路具備一端連接于電流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)的輸出的電阻、和連接在該電阻的另一端與接地之間的電容器，上述電容器的兩端電壓為上述脈沖平滑化電路的輸出。
6 如權(quán)利要求2所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于，構(gòu)成為，上述電流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)的上述運算部，基于上述目標(biāo)值設(shè)定部輸出的目標(biāo)值來計算上述電流控制脈沖電壓的占空比，上述脈沖生成部在一定周期之中重復(fù)上述運算部計算出的占空比的高電平及浮動電平的輸出狀態(tài)；上述脈沖平滑化電路具備一端連接在電流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)的輸出的電阻、連接在該電阻的另一端與接地之間的電容器、和并聯(lián)連接于上述電容器上的放電通路，上述電容器的兩端電壓為上述脈沖平滑化電路的輸出。
7. 如權(quán)利要求6所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于，上述脈沖平滑化電路具備一端連接在上述電流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)的輸出上的第一電阻；連接在該電阻的另一端與接地之間、并在兩端產(chǎn)生脈沖平滑化電路的輸出電壓的電容器；與上述電容器并聯(lián)連接的放電通路；以及能夠從上述電容器與第一電阻的連接點向上述電流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)的輸出流過電流而被連接的二極管與第二電阻的串聯(lián)電路，上述電流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)的上述運算部，若被賦予基于上述動作時間超過信號而決定的目標(biāo)值，則將上述脈沖生成部的輸出狀態(tài)僅在規(guī)定時間控制為低電平，并將上述脈沖平滑化電路的上述電容器的電壓經(jīng)由上述二極管與第二電阻的串聯(lián)電路進行放電。
8. 如權(quán)利要求2所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于，具有將開關(guān)電源裝置的輸出電壓與規(guī)定的目標(biāo)值比較、并輸出被反轉(zhuǎn)放大了的輸出電壓控制信號的誤差放大電路；上述電流限制信號生成電路具備比較電路，該比較電路將基于上述平滑化電壓而確定的基準(zhǔn)電壓與上述電流檢測電壓進行比較、在上述電流檢測電壓超過了上述基準(zhǔn)電壓時，和除此以外的情況下輸出不同的電流限制信號；上述驅(qū)動脈沖生成電路具備產(chǎn)生由上述開關(guān)頻率驅(qū)動的鋸齒波電壓的鋸齒波發(fā)生電路；在第一輸入端中被輸入上述鋸齒波電壓、將在第二輸入端中輸入的上述輸出電壓控制信號與上述鋸齒波電壓進行比較、并輸出在上述鋸齒波電壓低的期間和除此以外的期間中不同的信號的比較器；和被輸入上述電流限制信號的信號選擇電路；上述信號選擇電路進行選擇輸出信號的動作，以使在由上述電流限制信號生成電路持續(xù)地產(chǎn)生上述電流限制信號或按照上述各開關(guān)頻率重復(fù)產(chǎn)生的狀態(tài)時從上述驅(qū)動脈沖生成電路輸出基于上述電流限制信號決定的占空比的驅(qū)動脈沖、并在沒有輸出上述電流限制信號時從上述驅(qū)動脈沖生成電路輸出基于上述輸出電壓控制信號而確定的占空比的驅(qū)動脈沖。
9. 如權(quán)利要求2所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于，具備溫度檢測機構(gòu)，該溫度檢測機構(gòu)通過感溫元件感知開關(guān)電源裝置的環(huán)境溫度、輸出基于此的溫度信號；上述電流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)的上述目標(biāo)值設(shè)定部，基于上述溫度信號決定上述目標(biāo)值，并將該決定的目標(biāo)值給予上述運算部。
10. 如權(quán)利要求2所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于，具備輸入電壓檢測機構(gòu)，該輸入電壓檢測機構(gòu)檢測開關(guān)電源裝置的輸入電壓、輸出基于此的輸入電壓信號；上述電流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)的上述目標(biāo)值設(shè)定部，基于上述輸入電壓信號決定上述目標(biāo)值，將上述決定的目標(biāo)值給予上述運算部。
11. 如權(quán)利要求2所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于，具備輸出電壓檢測機構(gòu)，該輸出電壓檢測機構(gòu)檢測開關(guān)電源裝置的輸出電壓、輸出基于此的輸出電壓信號；上述電流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)的上述目標(biāo)值設(shè)定部，基于上述輸出電壓信號決定上述目標(biāo)值，并將上述決定的目標(biāo)值給予上述運算部。
12. —種開關(guān)電源裝置的驅(qū)動方法，該開關(guān)電源裝置具備輸出以預(yù)定的開關(guān)頻率進行脈沖寬度調(diào)制了的驅(qū)動脈沖的驅(qū)動脈沖生成電路；具有通過來自該驅(qū)動脈沖生成電路的驅(qū)動脈沖使直流的輸入電壓斷續(xù)而產(chǎn)生交流電壓的開關(guān)元件的逆變器電路；將該交流電壓整流平滑而生成輸出電壓、對載荷供給輸出電流的整流平滑電路；輸出有關(guān)上述輸出電流的控制的規(guī)定的目標(biāo)值、即能夠變更的值的目標(biāo)值設(shè)定部；基于上述目標(biāo)值進行有關(guān)輸出電流的控制的運算處理并輸出運算結(jié)果的運算部；基于其運算結(jié)果產(chǎn)生用來控制輸出電流的電流控制脈沖電壓的脈沖生成部；檢測來自上述整流平滑電路的輸出電流或在上述開關(guān)元件中流過的電流的電流檢測電路；以及當(dāng)由上述電流檢測電路檢測到的電流超過了上述電流控制脈沖電壓所設(shè)定的規(guī)定的基準(zhǔn)值時，輸出用來限制該電流的電流限制信號的電流限制信號生成電路，該開關(guān)電源裝置的驅(qū)動方法的特征在于，在電源工作的最初，進行對上述開關(guān)電源裝置的輸入供給規(guī)定的直流電壓而起動的電源起動處理；進行將載荷連接到輸出上、輸出與希望的過電流設(shè)定值相等的輸出電流的載荷設(shè)定處理；進行調(diào)整設(shè)定在上述電流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)具備的上述目標(biāo)值設(shè)定部的運算程序中的規(guī)定的固定系數(shù)、使向上述運算部輸出的上述目標(biāo)值連續(xù)地變化的目標(biāo)值改變處理；在上述輸出電流為上述過電流設(shè)定值的狀態(tài)下，為上述輸出電壓對應(yīng)于上述目標(biāo)值的變化而連續(xù)地變化的狀態(tài)；進行邊界值提取處理，提取對于上述目標(biāo)值的變化、成為上述輸出電壓被保持為一定值的狀態(tài)的邊界點的上述固定系數(shù)的邊界值；進行邊界值存儲處理，將上述固定系數(shù)的邊界值作為該固定系數(shù)的設(shè)定值、并由上述運算程序存儲；在上述目標(biāo)值設(shè)定部中，將由上述邊界值存儲處理而存儲的上述固定系數(shù)的設(shè)定值作為設(shè)定在上述目標(biāo)值設(shè)定部的運算程序中的固定系數(shù)，求出向上述運算部輸出的新的目標(biāo)值，將上述新的目標(biāo)值向上述運算部輸出；在上述運算部中，基于上述新的目標(biāo)值進行有關(guān)上述輸出電流的控制的運算處理，并將其運算結(jié)果向上述脈沖生成部輸出；上述脈沖生成部基于上述運算結(jié)果產(chǎn)生用于控制上述輸出電流的電流控制脈沖電壓；上述電流限制信號生成電路，當(dāng)由上述電流檢測電路檢測到的電流超過了基于上述電流控制脈沖電壓設(shè)定的上述基準(zhǔn)值時，輸出用來限制該電流的電流限制信號；上述驅(qū)動脈沖生成電路根據(jù)上述電流限制信號進行動作，以便使驅(qū)動脈沖的占空比變大停止或縮窄。
全文摘要
具備由輸出有關(guān)輸出電流的控制的規(guī)定的目標(biāo)值、即可變更的值的目標(biāo)值設(shè)定部(32a)，基于目標(biāo)值進行有關(guān)輸出電流的控制的運算處理、輸出運算結(jié)果的運算部(32b)，以及基于該運算結(jié)果產(chǎn)生用來控制輸出電流的電流控制脈沖電壓的脈沖生成部(32c)構(gòu)成的電流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)(32)。具備檢測輸出電流或流到開關(guān)元件(TR1)中的電流的電流檢測電路(38)、和當(dāng)檢測到的電流超過了基于電流控制脈沖發(fā)生機構(gòu)(32)的輸出設(shè)定的基準(zhǔn)值時輸出用來限制該電流的電流限制信號的電流限制信號生成電路(36)。驅(qū)動脈沖生成電路(18)如果被輸出電流限制信號則進行動作以將驅(qū)動脈沖的占空比變大的情況停止或縮窄。
文檔編號H02M3/28GK101755382SQ20088002496
公開日2010年6月23日 申請日期2008年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日
發(fā)明者堀井一宏 申請人:科索株式會社