專利名稱：開關(guān)電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用數(shù)字控制電路進(jìn)行開關(guān)控制的開關(guān)電源裝置。
背景技術(shù)：
以往，作為開關(guān)電源裝置的保護(hù)電路之一，設(shè)計(jì)了如下的過電流保護(hù)電路，其檢測 流經(jīng)主開關(guān)元件的電流，并在該電流值達(dá)到規(guī)定值時關(guān)斷主開關(guān)元件(參照專利文獻(xiàn)1)。
圖1示出專利文獻(xiàn)1的開關(guān)電源裝置的例子。圖1所示的開關(guān)電源裝置構(gòu)成為在直流電源1的兩端連接有變壓器2的初級繞 線2a和半導(dǎo)體開關(guān)元件3的串聯(lián)電路，在變壓器2的次級繞線2b上連接有二極管4，將開 關(guān)元件3接通期間蓄積在變壓器2中的能量在開關(guān)元件3的關(guān)斷期間經(jīng)由二極管4提供給 負(fù)載。并且，流經(jīng)開關(guān)元件3的電流通過電阻6變換為電壓信號，該電壓信號在二極管10中 被整流，在由電容器11及電阻12構(gòu)成的充放電電路中保持該電壓一定期間，并在比較器7 及基準(zhǔn)電壓發(fā)生器8中檢測出所保持的電壓在規(guī)定值以上時，控制電路9使所述開關(guān)元件 3關(guān)斷。由此，通過具備過電流保護(hù)電路，能夠避免變壓器的磁飽和，而且無需采取使變壓 器2的磁芯大型化來防止飽和或者使開關(guān)元件3大容量化等對策就能夠防止啟動時或輸出 短路時的過電流。專利文獻(xiàn)1 日本特開2005-312139號公報但是，一般，在利用模擬控制電路進(jìn)行開關(guān)控制的情況下，規(guī)定的電壓信號在比較 器中與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，并根據(jù)與基準(zhǔn)電壓的大小關(guān)系來進(jìn)行開關(guān)控制，但是在這種模 擬控制的情況下，存在因疊加在電壓、電流信號上的開關(guān)噪聲的影響而比較器的輸出瞬間 較大地變動導(dǎo)致控制混亂的問題。另外，若為了抑制這種噪聲的影響而添加低通濾波器等 則會產(chǎn)生響應(yīng)延遲的問題。在如圖1所示的專利文獻(xiàn)1的開關(guān)電源裝置那樣利用模擬控制電路構(gòu)成過電流保 護(hù)電路的情況下，也會產(chǎn)生受到上述噪聲影響的問題及由設(shè)置低通濾波器而引起的響應(yīng)延 遲的問題。若利用數(shù)字控制電路進(jìn)行開關(guān)控制，則能夠消除上述問題。但是，若為了利用數(shù)字 控制電路檢測過電流，而采用將流經(jīng)過電流保護(hù)對象的路徑的電流變換為電壓信號對其進(jìn) 行采樣并計(jì)算其絕對值的方法，則由于直到求出與閾值比較的絕對值為止需要花費(fèi)時間故 存在對變壓器或電感器有無磁飽和進(jìn)行的判斷延遲的另一問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于消除上述問題，提供一種在通過數(shù)字控制電路進(jìn)行開關(guān)控制的 開關(guān)電源裝置中能快速且可靠地進(jìn)行有無磁飽和的判斷的開關(guān)電源裝置。為了解決上述課題，本發(fā)明的開關(guān)電源裝置按如下方式構(gòu)成。(1) 一種開關(guān)電源裝置，具備變壓器或電感器；開關(guān)元件，其與所述變壓器或所述電感器連接，對輸入電源進(jìn)行開關(guān)轉(zhuǎn)換；和基于數(shù)字控制電路的開關(guān)控制電路，其對作為控制對象的電壓值和/或電流值進(jìn)行采樣，并且根據(jù)該電壓值和/或電流值來控制所述開 關(guān)元件的接通或關(guān)斷；該開關(guān)電源裝置的特征在于，所述開關(guān)控制電路具備將所述采樣 的時刻設(shè)為所述開關(guān)元件的接通期間中的η點(diǎn)以上，并根據(jù)所述電流值隨時間變化的傾斜 度是否超過規(guī)定值來檢測所述變壓器或所述電感器有無磁飽和的單元，其中η為3以上的 整數(shù)；和針對該磁飽和進(jìn)行電路動作上的保護(hù)的保護(hù)控制單元。由此，對根據(jù)變壓器或電感器的磁飽和而電流值隨時間變化的傾斜度發(fā)生變化的 信號進(jìn)行采樣，并根據(jù)該隨時間變化的傾斜度來檢測變壓器或電感器有無磁飽和，因而雖 然為數(shù)字控制但是變壓器或電感器的磁飽和的判斷不會延遲，能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行針對磁飽和 的電路動作上的保護(hù)。(2)所述采樣的時刻被確定在除所述開關(guān)元件的接通時刻或關(guān)斷時刻的附近以外 的期間內(nèi)。由此，能夠避免在開關(guān)元件的接通關(guān)斷時刻進(jìn)行采樣時產(chǎn)生的、因采樣時刻的偏 差帶來的采樣值的大的變動。即，即使采樣時刻偏差也不會在開關(guān)元件的接通時刻或關(guān)斷 時刻進(jìn)行采樣，因而不會受到開關(guān)噪聲的不良影響，能夠準(zhǔn)確地求出電流值隨時間變化的 傾斜度。(發(fā)明效果)根據(jù)本發(fā)明，在通過數(shù)字控制電路進(jìn)行開關(guān)控制的開關(guān)電源裝置中，能夠得到不 會受到開關(guān)噪聲影響、變壓器或電感器的磁飽和的判斷不會延遲且能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行針對磁 飽和的電路動作上的保護(hù)的開關(guān)電源裝置。


圖1是專利文獻(xiàn)1所示的開關(guān)電源裝置的電路圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施方式相關(guān)的開關(guān)電源裝置的電路圖。圖3是圖2所示的電路圖中的各部的波形圖。圖4是表示圖2所示的開關(guān)電源裝置中的電流、電壓波形與采樣時刻之間關(guān)系的 圖。圖5是表示圖2所示的開關(guān)控制裝置中的主要部件的處理內(nèi)容的流程圖。符號說明30_數(shù)字控制電路，100-開關(guān)電源裝置，⑶-電流檢測電路，CT-電流互 感器，SR-整流平滑電路，Sff-開關(guān)電路，Tl-變壓器，Τ2-脈沖變壓器。
具體實(shí)施例方式圖2是本發(fā)明實(shí)施方式的開關(guān)電源裝置100的電路圖。在圖2中，變壓器Tl具備 初級繞線W及次級繞線Ν21、Ν22，在初級繞線m上連接了開關(guān)電路SW，該開關(guān)電路SW由橋 式連接的四個開關(guān)元件QA、QB、QC、QD構(gòu)成。在輸入電源21與開關(guān)電路SW之間，設(shè)有共模 扼流圈CH、旁路電容器Cl C6所構(gòu)成的濾波器電路及電流互感器(currenttransformer) CT0在電流互感器CT的次級側(cè)連接電阻R3來構(gòu)成電流檢測電路CD，將流經(jīng)初級側(cè)的電流 作為電壓信號取出。開關(guān)電路SW的四個開關(guān)元件QA QD上連接有驅(qū)動電路31。
在變壓器Tl的次級繞線N21、N22上設(shè)有整流平滑電路SR，所述整流平滑電路SR 由整流二極管D1、D2、電感器L2及電容器C7構(gòu)成。從該整流平滑電路SR向輸出端子T21、 T22輸出輸出電壓。在該輸出端子T21-T22之間連接有負(fù)載電路22。另外，在輸出端子 T21-T22之間設(shè)有由電阻Rl、R2構(gòu)成的輸出電壓檢測電路。數(shù)字控制電路30由DSP(Digital Signal Processor)構(gòu)成。該數(shù)字控制電路30 的動作如下所述。(輸出控制脈沖信號)向脈沖變壓器T2輸出針對開關(guān)電路SW的控制脈沖信號。由此，驅(qū)動電路31經(jīng)由 脈沖變壓器T2輸入上述控制脈沖信號，來驅(qū)動開關(guān)電路SW的各開關(guān)元件QA QD。驅(qū)動電路31基于脈沖變壓器T2的上升時刻和下降時刻，對脈沖變壓器T2進(jìn)行相 位控制，使得開關(guān)元件QA、QD的組和QB、QC的組交替地接通/關(guān)斷。(檢測電壓 電流)對于來自由電阻R1、R2構(gòu)成的輸出電壓檢測電路的電壓信號，在該電壓處于峰值 的時刻或即將處于峰值的時刻進(jìn)行采樣，求出其數(shù)字值。由此，檢測輸出電壓Vo的峰值。另外，對于來自電流檢測電路CD的電壓信號，在該電壓處于峰值的時刻或即將處 于峰值的時刻進(jìn)行采樣，求出其數(shù)字值。由此，檢測經(jīng)由開關(guān)電路SW流入變壓器Tl的初級 繞線m的電流的峰值。進(jìn)而，以規(guī)定周期的定時對來自電流檢測電路CD的電壓信號進(jìn)行采樣，依次求出 其數(shù)字值。由此，檢測瞬時電流在時間序列上的變化。(恒定電壓控制)按照使所述輸出電壓Vo的峰值保持規(guī)定值的方式，控制開關(guān)電路SW的各開關(guān)元 件QA QD的占空比。(過電流保護(hù)控制)在流經(jīng)所述初級繞線m的電流的峰值將要超過上限時，控制開關(guān)電路SW的各開 關(guān)元件QA QD的占空比以降低輸出電壓來進(jìn)行過電流保護(hù)。(防止磁飽和控制)根據(jù)流經(jīng)變壓器Tl的初級繞線m的瞬時電流隨時間變化的傾斜度是否超過規(guī)定 值來檢測變壓器Tl有無磁飽和，在逐漸趨向磁飽和時停止開關(guān)動作以進(jìn)行電路動作上的 保護(hù)。接著，對圖2所示的開關(guān)電源裝置100的控制和動作進(jìn)行說明。圖3是圖2所示的開關(guān)電源裝置100的波形圖。在圖3中，Vgs為開關(guān)元件QA、 QB、QC、QD的柵極·源極間電壓，Vni為變壓器Tl的初級繞線附的施加電壓，Ini為流經(jīng)變 壓器Tl的初級繞線m的電流。在圖3中，期間Ta為開關(guān)元件QA、QD導(dǎo)通且相對于變壓器Tl的初級繞線電流向 第一方向流動的期間，期間Tb為開關(guān)元件QB、QC導(dǎo)通且相對于變壓器Tl的初級繞線電流 向第二方向流動的期間。通過使針對該變壓器Tl的初級繞線m的通電期間Ta、Tb的時間均發(fā)生變化來改 變占空比，由此控制次級側(cè)的輸出電壓。圖4是表示圖2所示的開關(guān)電源裝置100的電壓/電流檢測的時刻的例子的圖。在圖4中，輸出電壓Vo是對由電阻Rl、R2構(gòu)成的輸出電壓檢測電路的輸出電壓的電壓軸進(jìn) 行放大表示的波形圖。Vgs是各開關(guān)元件QA QD的柵極-源極間電壓的波形圖。并且，從開關(guān)元件(QA、QD)、(QB、QC)的接通時刻to開始每隔規(guī)定的采樣周期Ts 進(jìn)行多次采樣。在該例子中，在tl、t2、t3、t4、t5處進(jìn)行采樣。在開關(guān)元件(QA、QD)、(QB、 QC)的接通時刻to附近及關(guān)斷時刻ts附近不進(jìn)行采樣。由此，即使采樣時刻稍有偏差，也 不會在開關(guān)元件的接通時刻或關(guān)斷時刻進(jìn)行采樣，因而不會受到開關(guān)噪聲的不良影響。由此，在開關(guān)元件的整個接通期間內(nèi)在多個時刻對流經(jīng)圖2所示的變壓器Tl的初級繞線m的電流ιΝ1進(jìn)行采樣，并且求出隨時間變化的傾斜度。圖5是表示該處理過程的流程圖。首先，若處于開關(guān)元件QA、QD的導(dǎo)通時 刻(圖4所示的期間Ta的開始時刻)，則對初級繞線電流Ini進(jìn)行采樣，并讀取其數(shù)字 值(S21 —S22)。接著，根據(jù)與該數(shù)字值與上一次采樣值的差分計(jì)算隨時間變化的傾斜 度S(S23)。在該傾斜度S超過閾值Sth時，視為變壓器Tl達(dá)到磁飽和，停止開關(guān)動作 (S24 — S31)。在隨時間變化的傾斜度S未超過閾值Sth的狀態(tài)下，反復(fù)進(jìn)行上述循環(huán) 直到成為開關(guān)元件QA、QD的截止時刻(圖4所示的期間Ta的結(jié)束時刻)為止 (S25 — S22 — S23 —……)。此外，在該循環(huán)的初次處理中，由于采樣數(shù)據(jù)只有一點(diǎn)，故步 驟S23中的隨時間變化的傾斜度S從第2次循環(huán)開始求取。接著，若成為開關(guān)元件QB、QC的導(dǎo)通時刻(圖4所示的期間Tb的開始時刻)，則 對初級繞線電流Ini進(jìn)行采樣，并讀取其數(shù)字值(S26 —S27)。接著，根據(jù)該數(shù)字值與上一 次采樣值的差分計(jì)算隨時間變化的傾斜度S (S28)。在該傾斜度S超過閾值Sth時，視為變 壓器Tl達(dá)到磁飽和，停止開關(guān)動作(S29 — S31)。在隨時間變化的傾斜度S未超過閾值Sth的狀態(tài)下，反復(fù)進(jìn)行上述循環(huán) 直到成為開關(guān)元件QA、QD的截止時刻(圖4所示的期間Tb的結(jié)束時刻)為止 (S30 — S27 — S28 —……)。此外，在該循環(huán)的初次處理中，由于采樣數(shù)據(jù)只有一點(diǎn)，故步 驟S28中的隨時間變化的傾斜度S從第2次循環(huán)開始求取。由此，在變壓器Tl趨向磁飽和時停止開關(guān)動作以進(jìn)行電路動作上的保護(hù)。此外，在以上所述的實(shí)施方式中雖然舉出了全橋方式的DC-DC變換器，但是也同 樣適用于推挽方式、半橋方式、回描方式等各種DC-DC變換器或脈動變換器等斬波電路中， 能起到同樣的作用效果。
權(quán)利要求
一種開關(guān)電源裝置，具備變壓器或電感器；開關(guān)元件，其與所述變壓器或所述電感器連接，對輸入電源進(jìn)行開關(guān)轉(zhuǎn)換；和基于數(shù)字控制電路的開關(guān)控制電路，其對作為控制對象的電壓值和/或電流值進(jìn)行采樣，并且根據(jù)該電壓值和/或電流值來控制所述開關(guān)元件的接通或關(guān)斷；該開關(guān)電源裝置的特征在于，所述開關(guān)控制電路具備將所述采樣的時刻設(shè)為所述開關(guān)元件的接通期間中的n點(diǎn)以上，并根據(jù)所述電流值隨時間變化的傾斜度是否超過規(guī)定值來檢測所述變壓器或所述電感器有無磁飽和的單元，其中n為3以上的整數(shù)；和針對該磁飽和進(jìn)行電路動作上的保護(hù)的保護(hù)控制單元。
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，所述采樣的時刻被確定在除所述開關(guān)元件的接通時刻或關(guān)斷時刻的附近以外的期間內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種開關(guān)電源裝置，具有變壓器或電感器；開關(guān)元件，其與該變壓器或電感器連接，對輸入電源進(jìn)行開關(guān)轉(zhuǎn)換；和由數(shù)字電路構(gòu)成的開關(guān)控制電路，其檢測作為控制對象的電流·電壓并且根據(jù)其值進(jìn)行開關(guān)元件的接通關(guān)斷控制；將采樣的時刻設(shè)為除開關(guān)元件的接通時刻或關(guān)斷時刻以外的接通期間中的n點(diǎn)(n為3以上的整數(shù))以上，并根據(jù)電流值隨時間變化的傾斜度是否超過規(guī)定值來檢測變壓器或電感器有無磁飽和，針對該磁飽和進(jìn)行電路動作上的保護(hù)。由此，不會受到開關(guān)噪聲的影響，能夠高速且可靠地進(jìn)行有無磁飽和的判斷。
文檔編號H02M3/28GK101828329SQ20088011202
公開日2010年9月8日 申請日期2008年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月19日
發(fā)明者原隆志, 植木浩一, 西山隆芳 申請人:株式會社村田制作所