專利名稱：開關電源裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及向工業(yè)用和民用的電子儀器供給直流穩(wěn)定電壓的開關電源裝置。本發(fā)明特別涉及在過負荷狀態(tài)下防止高大的電流流過開關電源裝置本身以及與開關電源裝置的輸入側或輸出側連接的機器的開關電源裝置的過電流保護電路。
下面，使用附圖12說明先有的開關電源裝置的過電流保護電路。圖12表示先有的降壓型的開關電源裝置的過電流保護電路。
在圖12中，輸入直流電源201由將商用電源進行整流平滑的電路或電池構成。該輸入直流電源201與輸入端子202a、202b連接。變流器203具有初級繞組203a和次級繞組203b，初級繞組203a的一端與輸入端子202a、202b中的一方(202a)連接。開關元件204的一端與變流器的初級繞組203a的另一端連接。另外，開關元件204的另一端與電感元件206的一端連接。這樣連接的開關元件204反復進行通/斷動作。整流二極管205的陽極與另一方的輸入端子202b連接。
如圖12所示，電感元件206和平滑電容器207串聯連接，構成串聯體，該串聯體與整流二極管205的兩端連接，構成平滑電路。該平滑電路使在整流二極管205的兩端發(fā)生的矩形波電壓平均化，形成直流電壓。
從圖12所示的先有的開關電源裝置的過電流保護電路的輸出端子208a、208b輸出由平滑電容器207平均化的電壓。負荷209與輸出端子208a、208b連接，消耗開關電源裝置的過電流保護電路的電力。
控制電路210檢測輸出端子208a、208b的電壓，輸出控制開關元件204的通斷比的控制信號，以使其輸出穩(wěn)定的電壓。第1電阻211與變流器203的次級繞組203b并聯連接。在開關元件204截止的期間勵磁電流流過變流器203的次級繞組203b，消耗變流器203的勵磁能量。
在開關元件204處于導通狀態(tài)時流過變流器203的初級繞組203a的電流變換為與變流器203的圈數比相應的電流，通過二極管212流入第2電阻213。這樣，在第2電阻213的兩端就發(fā)生與流過變流器203的初級繞組203a的電流成正比的電壓Vs。
在第2電阻213的兩端發(fā)生的電壓Vs在比較電路215中與預先決定的基準電源214的基準電壓進行比較，在電壓Vs達到基準電壓時，就通過控制電路210使開關元件204斷開。即，在圖12所示的開關電源裝置的過電流保護電路中，實時的檢測流過開關元件204的電流，控制開關元件204使其瞬時電流不超過一定值。在該過電流保護電路中，作為檢測對象的流過開關元件204的電流，通過電感元件206成為輸出電流，所以，開關元件204的控制動作，結果就成了限制輸出電流的動作。
在上述結構的開關電源裝置的過電流保護電路中，輸出電流Iout是流過電感元件206的電流的平均值Iav。另外，流過開關元件204的電流的峰值即流過電感元件206的電流的峰值被實時地進行限制。流過電感元件206的電流的變化幅度ΔI是輸入電壓Vin和輸出電壓Vout的函數，由下式(1)給出。在式(1)中，D是作為開關元件204的通斷比的占空比，Ts是開關周期，Lf是電感元件206的電感值。ΔI=Vout(1-D)TsLf---(1)]]>因此，流過電感元件206的電流的峰值Ip與流過電感元件206的電流的平均值Iav的關系由下式(2)表示。Ip=Iav+ΔI2=Iav+Vout(1-D)Ts2Lf---(2)]]>圖13是表示先有的過電流保護電路動作時的電流波形的圖。即使使輸出電流保持一定，由于輸入電壓的影響，峰值電壓也不同。因此，在先有的過電流保護電路的結構中，將流過電感元件206的電流的峰值Ip控制為一定，于是，成為輸出電流Iout與輸出電壓Vout或輸入電壓Vin的變化一起發(fā)生變化的特性。圖14是表示先有的過電流保護電路中的過電流下降特性的波形圖。如圖14所示，在輸出電壓Vout降低時，輸出電流Iout急劇地增加。特別是在電感元件206的電感值Lf小時，流過電感元件206的電流的變化幅度ΔI增大，從而其峰值Ip與平均值Iav的差值增大。結果，這時的下降特性進一步惡化，從而輸出電流Iout增加。這樣，由于輸出電流Iout的增加，流過開關元件204和整流二極管205的電流便增加。因此，對于先有的過電流保護電路中的開關元件204和整流二極管205，必須使用具有大的耐破壞強度，從而電路就存在高價而大型化的問題。
為了達到上述目的，本發(fā)明的開關電源裝置具有通過通斷動作將輸入電壓(Vin)形成矩形波電壓的開關單元、利用電感元件和電容器將上述矩形波電壓進行平滑處理形成輸出電壓(Vout)的平滑電路和檢測流過上述開關單元的電流的峰值電流從而進行輸出電流的限制的過電流保護單元，在上述過電流保護單元中，利用與(Vout-D×Vout)的值成正比的誤差信號修正使用輸入電壓(Vin)和輸出電壓(Vout)以及與開關單元的通斷比(D)成正比的電壓檢測的峰值電流值。
這樣構成的本發(fā)明的開關電源裝置，在電路元件的電感小的電路中，輸入電壓或輸出電壓變化時也可以將輸出電流限制為一定從而可以穩(wěn)定而可靠地進行過電流保護。
另外，在本發(fā)明的開關電源裝置中，為了形成誤差信號，也可以使用乘法器。
此外，在本發(fā)明的開關電源裝置中，上述過電流保護單元進而可以具有峰值電壓保持單元。
另一觀點的發(fā)明的開關電源裝置包括通過通斷動作將輸入電壓(Vin)形成矩形波電壓的開關單元、具有上述開關單元連接的初級繞組和與輸出端子連接的次級繞組而圈數比為N∶1的絕緣型的變壓器、與上述次級繞組連接的利用整流單元和電感元件及電容器進行整流平滑處理從而形成輸出電壓的輸出電壓形成單元和檢測流過上述開關單元的電流的峰值電流而進行輸出電流的限制的過電流保護單元，在上述過電流保護單元中，利用與(Vout-D×Vout)的值成正比的誤差信號修正使用輸入電壓(Vin)和輸出電壓(Vout)以及開關單元的通斷比(D)檢測的峰值電流值。
這樣構成的本發(fā)明的開關電源裝置，可以與輸入電壓和輸出電壓的變化無關地使過電流保護單元動作時的輸出電流保持一定。
另外，本發(fā)明的開關電源裝置，為了形成誤差信號，也可以使用乘法器。
此外，本發(fā)明的開關電源裝置可以具有絕緣型的變壓器，也可以用全橋式轉換器構成。
另外，本發(fā)明的開關電源裝置也可以由具有交替地反復通斷的第1開關單元和第2開關單元而通過第1接續(xù)點串聯連接的第1串聯電路、具有交替地反復通斷的第3開關單元和第4開關單元而通過第2接續(xù)點串聯連接的第2串聯電路、具有連接在上述第1接續(xù)點與上述第2接續(xù)點之間的初級繞組的變壓器、將矩形波電壓加到上述變壓器的初級繞組上的矩形波電壓施加單元、將在上述變壓器的次級繞組上感應的電壓進行整流的整流單元、利用電感元件和電容器將上述整流單元的矩形波電壓進行平滑處理而輸出的平滑電路和將上述第1接續(xù)點的電壓平均化而形成與輸出電壓成正比的電壓的電路構成。
另外，本發(fā)明的開關電源裝置也可以由具有交替地反復通斷的第1開關單元和第2開關單元而通過第1接續(xù)點串聯連接的第1串聯電路、具有交替地反復通斷的第3開關單元和第4開關單元而通過第2接續(xù)點串聯連接的第2串聯電路、具有連接在上述第1接續(xù)點與上述第2接續(xù)點之間的初級繞組的變壓器、將矩形波電壓加到上述變壓器的初級繞組上的矩形波電壓施加單元、利用電感元件和電容器將在上述變壓器的次級繞組上感應的矩形波電壓進行平滑處理而輸出的平滑電路、分別將上述第1接續(xù)點的電壓和上述第2接續(xù)點的電壓平均化從而形成與輸出電壓成正比的電壓的平均化電路和在上述第1開關單元或第3開關單元處于導通狀態(tài)時形成通過將上述輸入電壓與輸出電壓的差值電壓平均化而得到的誤差信號的誤差信號形成電路構成。
另外，本發(fā)明的開關電源裝置也可以利用(D×(Vin-Vout))的值取代(Vout-D×Vout)的值來修正檢測的峰值電流。
另外，本發(fā)明的開關電源裝置也可以利用(D×(Vin-N×Vout))的值取代(Vout-D×Vout)的值來修正檢測的峰值電壓。
另外，本發(fā)明的開關電源裝置也可以利用與(Vout-D×Vout)成正比的值和與(Vin-Vout)成正比的值來修正檢測的峰值電壓。
另外，本發(fā)明的開關電源裝置也可以利用與(Vout-D×Vout)成正比的值和與(Vin-N×Vout)成正比的值來修正檢測的峰值電壓。
另外，本發(fā)明的開關電源裝置也可以利用與(D×(Vin-Vout))成正比的值和與(Vin-Vout)成正比的值取代(Vout-D×Vout)的值來修正檢測的峰值電壓。
另外，本發(fā)明的開關電源裝置也可以利用與(D×(Vin-N×Vout))成正比的值和與(Vin-N×Vout)成正比的值取代(Vout-D×Vout)的值來修正檢測的峰值電壓。
另一觀點的發(fā)明的開關電源裝置具有通過通斷動作將輸入電壓(Vin)形成矩形波電壓的開關單元、在上述開關單元處于導通狀態(tài)時加上輸入電壓積蓄勵磁能量而在上述開關單元處于截止狀態(tài)時輸出積蓄的勵磁能量的電感元件和檢測流過上述開關單元的電流的峰值電流(Ip)從而進行輸出電流的限制的過電流保護單元，在上述過電流保護單元中，對檢測的峰值電流Ip，取K為常數，進行((1-D)×(Ip+K×Vout))的運算，決定上述開關單元的導通期間，以使該計算值為一定值。
發(fā)明的新的特征就是后面所附的權利要求中所述的特征，但是，關于結構和內容，通過結合其他目的或特征閱讀附圖和以下的詳細說明，可以更好的理解和評價本發(fā)明。
圖2是表示實施例1的過電流保護電路的過電流下降特性的說明圖。
圖3是表示實施例1的其他結構的過電流保護電路的電路圖。
圖4是表示本發(fā)明實施例2的開關電源裝置的過電流保護電路的結構的電路圖。
圖5是表示實施例2的過電流保護電路的動作波形的說明圖。
圖6是表示本發(fā)明實施例3的開關電源裝置的過電流保護電路的結構的電路圖。
圖7是表示本發(fā)明實施例4的開關電源裝置的過電流保護電路的結構的電路圖。
圖8是表示實施例4的過電流保護電路的動作波形的說明圖。
圖9是表示本發(fā)明實施例5的開關電源裝置的過電流保護電路的結構的電路圖。
圖10是表示本發(fā)明實施例6的開關電源裝置的過電流保護電路的結構的電路圖。
圖11是表示本發(fā)明實施例6的開關電源裝置的其他過電流保護電路的結構的電路圖。
圖12是表示先有的開關電源裝置的過電流保護電路的結構的電路圖。
圖13是表示先有的開關電源裝置的過電流保護電路的動作波形的說明圖。
圖14是表示先有的開關電源裝置的過電流保護電路的下降特性的說明圖。
附圖的一部分或全部是通過以圖示為目的的概要的表現來描繪的，不一定是忠實地描繪這里所示的要素的實際的相對大小和位置。
發(fā)明的
具體實施例方式
下面，參照


本發(fā)明的開關電源裝置的理想的實施例。
圖1是表示本發(fā)明實施例1的開關電源裝置的過電流保護電路的結構的電路圖。
在圖1中，輸入直流電源1由將商用電源進行整流平滑處理的電路或電池構成。該輸入直流電源1與輸入端子2a、2b連接。變流器3具有初級繞組3a和次級繞組3b，初級繞組3a的一端與輸入端子2a、2b的一方(2a)連接。開關元件4的一端與變流器的初級繞組3a的另一端連接。開關元件4的另一端與整流二極管5的陰極和電感元件6的一端連接。這樣連接的開關元件4根據后面所述的控制電路10的控制信號反復進行通斷動作。整流二極管5的陽極與另一方的輸入端子2b連接。
如圖1所示，電感元件6和平滑電容器7串聯連接，構成串聯電路，該串聯電路與整流二極管5的兩端連接，構成平滑電路。該平滑電路將在整流二極管5的兩端發(fā)生的矩形波電壓進行平均化處理，形成直流電壓。
從圖1所示的實施例1的開關電源裝置的過電流保護電路的輸出端子8a、8b輸出由平滑電容器7進行了平均化處理的電壓。負荷9與輸出端子8a、8b連接，消耗開關電源裝置的過電流保護電路的電力。
控制電路10檢測輸出端子8a、8b的電壓，發(fā)生控制開關元件4的通斷比的控制信號，以使其輸出穩(wěn)定的電壓。第1電阻11與變流器的次級繞組3b并聯連接，在開關元件4截止的期間，勵磁電流流過變流器3的次級繞組3b，消耗變流器3的勵磁能量。
二極管12對在變流器2的次級日子3b中感應的電流進行整流。第2電阻13實時的發(fā)生與流過變流器3的初級繞組3a的電流成正比的電壓。
在開關元件4處于導通狀態(tài)時，流過變流器3的初級繞組3a的電流變換為與變流器3的圈數比相應的電流，通過二極管12流入第2電阻13。這樣，在第2電阻13的兩端就發(fā)生與流過變流器3的初級繞組3a的電流成正比的電壓Vs。
在第2電阻13的兩端發(fā)生的電壓Vs與后面所述的修正電壓發(fā)生電路29的電壓相加后輸入比較電路15的一邊的端子?；鶞孰娫?4的基準電壓輸入比較電路15的另一邊的端子。由修正電壓發(fā)生電路29修正過的電壓在比較電路15中與基準電壓進行比較，修正過的電壓達到基準電壓時，就通過控制電路10使開關元件4斷開。
下面，說明實施例1的修正電壓發(fā)生電路29的結構。
在修正電壓發(fā)生電路29中，輸出電壓Vout由第3電阻16和第4電阻17所分割。另外，由第5電阻18和第6電阻19陽極電容器20將作為控制電路10的通斷信號的控制信號進行平均化處理，形成與通斷比(占空比)D成正比的電壓Vd。
電壓Vd和與輸出電壓Vout成正比的電壓Vo輸入乘法器21，計算它們的乘積，并輸出電壓Vm。
如圖1所示，在修正電壓發(fā)生電路29中，設置了第7電阻22、第8電阻23、第9電阻24、第10電阻25和運算放大器26。第7電阻22連接在乘法器21與運算放大器26的輸入端子之間。第9電阻24連接在輸入電壓Vo的乘法器21的輸入端子與運算放大器26的反相輸入端子之間。另外，第8電阻23連接在運算放大器26的反相輸入端子與運算放大器26的輸出端子之間。第10電阻25連接在運算放大器26的輸入端子與地線之間。
利用這些電阻22、23、24、25和運算放大器26計算與輸出電壓Vout成正比的電壓Vo與乘法器21的輸出電壓Vm的差值。加法器27計算在第2電阻13上發(fā)生的電壓Vs與從運算放大器26輸出的電壓之和，并向比較電路15輸出。加法器27的輸出和基準電源14的基準電壓Vr輸入比較電路15。比較電路15將電壓Va與基準電壓Vr進行比較，決定開關元件4的斷開時刻。
下面，說明上述結構的實施例1的開關電源裝置的過電流保護電路的動作。
在開關元件4根據作為控制電路10的通斷信號的控制信號而成為導通狀態(tài)時，輸入電壓Vin通過變流器3的初級繞組3a和開關元件4加到電感元件6上。這時，電流值與流過電感元件6的電流相同的電流流過開關元件4和變流器3的初級繞組3a。這時，在變流器3的次級繞組3b中發(fā)生電壓，二極管12導通。結果，變流器3的次級繞組3b的電流通過二極管12流入第2電阻13。第1電阻11相對于第2電阻13設定為非常大的電阻值，與第2電阻13相比，只有非常小的電流流過第1電阻11。
這時，設流過變流器3的初級繞組3a的電流為Ip、變流器3的圈數比為初級繞組(3a)∶次級繞組(3b)＝1∶Nc時，則在第2電阻13(電阻值Rs)上發(fā)生的電壓Vs由下式(3)表示Vs=1NcRsIp---(3)]]>在(3)式中，若將圈數比Nc做得充分大，且將Rs設定得很小，則變流器3的初級繞組3a發(fā)生的電壓相對于輸入電壓Vin充分小。因此，在電感元件6施加電壓差(Vin-Vout)，這時，流過電感元件6(電感值為Lf)的電流以(Vin-Vout)/Lf的斜率增加。
接著，通過控制電路10的控制信號使開關元件4截止，則通過流過電感元件6的電流整流二極管5導通，電感元件6施加電壓Vout，該狀態(tài)下，流過電感元件6的電流按Vout/Lf的斜率而減小。這時，電流不流過變流器3的初級繞組3a，變流器3的勵磁電流流過第1電阻11，消耗勵磁能量，從而復位到能量零的狀態(tài)。設開關元件4的導通期間為Ton、截止期間為Toff時，通過使在電感元件6的導通期間增加的電流量與在截止期間減少的電流量相等，則下式(4)成立。(Vin-Vout)LfTon=VoutLfToff---(4)]]>因此，輸出電壓Vout如下式(5)所示的那樣可以用開關元件4的通斷比算出。Vout=TonTon+ToffVin=DVin---(5)]]>
流過電感元件6的電流的峰值Ip如在上述先有技術的項目中說明的那樣，可以用下式(6)表示。Ip=Iav+ΔI2=Iav+Vout(1-D)Ts2Lf---(6)]]>在式(6)中，流過電感元件6的電流的平均值Iav與輸出電流Iout等價，所以，式(6)可以利用下式(7)表示。Iout=Ip-Vout(1-D)Ts2Lf=Ip-(Ts2Lf)(Vout-VoutD)---(7)]]>參照式(6)時，可知在過電流區(qū)域中為了將輸出電流保持為一定，可以使銀限制的電流的峰值Ip如式(6)所示的那樣隨輸入電壓Vin和輸出電壓Vout的變化而變化。
即，可以將式(6)的第2項的修正函數加到過電流的基準電壓上，或者對實際檢測的電流波形取與式(7)的第2項的值的差值。
在圖1所示的過電流保護電路的修正電壓發(fā)生電路29中，對檢測的輸出電壓Vout取修正函數輸出的差值。從式(6)的第2項可知，為了得到修正量，需要檢測輸出電壓Vout和占空比D。
在圖1所示的修正電壓發(fā)生電路29中，輸出電壓Vout利用與輸出端子8a、8b連接的第3電阻16和第4電阻17進行分壓而檢測。占空比D通過將控制電路10的控制信號進行平均化處理而求出。在修正電壓發(fā)生電路29中，利用第5電阻18和第6電阻19陽極電容器20對控制電路10的控制信號進行分壓和平均化處理。式(6)的第2項所示的修正量，通過將占空比D與輸出電壓Vout相乘并利用該乘積值與輸出電壓Vout的差值而求出。因此，在實施例1的修正電壓發(fā)生調29中，利用乘法器21進行乘法運算，利用由多個電阻22、23、24、25和運算放大器26構成的差動放大電路計算修正量。
圖2是表示本發(fā)明實施例1的開關電源裝置的修正電壓發(fā)生電路29的過電流下降特性的波形圖。圖2表示在輸入電壓Vin和輸出電壓Vout發(fā)生變化而過電流保護電路動作時輸出電流不增加而控制為一定的情況。
圖3是表示本發(fā)明實施例1的其他開關電源裝置的過電流保護電路的結構的電路圖。在圖3所示的過電流保護電路的結構中，與上述圖1的過電流保護電路不同的地方是，設置了峰值保持電路28和由控制電路210將峰值保持電路28的輸出與修正電壓發(fā)生電路29的輸出之和控制為一定。在圖3所示的過電流保護電路中，符號215是誤差放大器，210是控制電路。在該過電流保護電路中，峰值保持電路28的輸出與修正電壓發(fā)生電路29的輸出之和陽極基準電源14的基準電壓在誤差放大器215中進行誤差放大后輸入控制電路210?？刂齐娐?10根據該誤差放大信號將峰值保持電路28的輸出與修正電壓發(fā)生電路29的輸出之和控制為一定。圖3的過電流保護電路的其他結構與圖1所示的過電流保持電路的結構相同，所以省略其說明。
在圖3中，第1電阻11與變流器的次級繞組3b并聯連接，在開關元件4的截止期間，勵磁電流流過變流器3的次級繞組3b，消耗變流器3的勵磁能量。二極管12對在變流器3的次級繞組3b中感應的電流進行整流，第2電阻13上發(fā)生與33a的電流成正比的電壓。
如圖3所示，峰值保持電路28由二極管281、電容器282和電阻283構成。這樣構成的峰值保持電路28連接在第2電阻13的后級，保持與流過變流器3的初級繞組3a的電流成正比的電壓的峰值電壓。峰值保持電路28的輸出電壓輸入加法器27的一邊的端子。修正電壓發(fā)生電路29的電壓輸入加法器27的另一邊的端子。在圖3所示的過電流保護電路中，對以第2電阻13的兩端電壓表示的通過與流過變流器3的初級繞組3a的電流成正比的電壓的峰值充電而得到的峰值電壓加上修正量進行過電流保護的控制。因此，圖3的過電流保護電路可以可靠地將輸出電流保持為一定。
圖1所示的過電流保護電路在以比較電路15和開關元件4的截止延遲時間等接收到截止信號后，開關電流增加到實際截止時為止。因此，圖1的過電流保護電路的輸出電流增多。但是，在圖3所示的過電流保護電路中，通過使用誤差放大器215，利用負反饋可以可靠地使輸出電流一定。
下面，參照圖4說明本發(fā)明實施例2的開關電源裝置的過電流保護電路。圖4是表示實施例2的開關電源裝置的過電流保護電路的結構的電路圖。在圖4中，功能和結構與上述實施例1的過電流保護電路的部件相同的部件標以相同的符號，并省略其說明。在以下的各實施例的說明中，過電流保護電路的各電阻元件，在功能上相同的均標以相同的符號，其名稱的號碼僅在各實施例中統(tǒng)一。
在圖4中，輸入直流電源1由將商用電源進行整流平滑處理的電路或電池構成，與輸入端子2a、2b連接。變流器3具有初級繞組3a和次級繞組3b，初級繞組3a的一端與輸入端子2a、2b的一方(2a)連接。變流器3的初級繞組3a的另一端與由多個開關元件群36、37、38、39和變壓器40構成的開關電路31連接。
第1電阻11與變流器3的次級繞組3b并聯連接，二極管12將在變流器3的次級繞組3b中感應的電流進行整流，在第2電阻13的兩端發(fā)生與流過變流器3的初級繞組3a的電流成正比的電壓。
在開關電路31中，包括第1開關元件36與第2開關元件37的串聯電路和第3開關元件38與第4開關元件39的串聯電路。各個串聯電路通過變流器3的初級繞組3a與輸入端子2a、2b連接。第1開關元件36和第2開關元件37交替地反復進行通斷動作。另外，第3開關元件38和第4開關元件39交替地反復進行通斷動作。
變流器3的初級繞組3a的一端與輸入端子2a連接，另一端與第1開關元件36和第3開關元件38的連接點連接。
變壓器40具有初級繞組40a和第1次級繞組40b和第2次級繞組40c。初級繞組40a的一端與第1開關元件36和第2開關元件37的連接點連接，初級繞組40a的另一端與第3開關元件38和第4開關元件39的連接點連接。變壓器40的第1次級繞組40b和第2次級繞組40c串聯連接。
第1整流二極管41的陽極與變壓器的第1次級繞組40b的一端連接。第2整流二極管42的陽極與變壓器40的第2次級繞組40c的一端連接。第1整流二極管41和第2整流二極管42的陰極相互連接，構成整流電路。
另外，在變壓器40的次級側，設置了電感元件43與平滑電容器44的串聯電路。由電感元件43和平滑電容器44的串聯電路構成平滑電路。該平滑電路的一端與變壓器40的第1次級繞組40b和第2次級繞組40c的連接點連接，平滑電路的另一端與第1整流二極管41和第2整流二極管42的連接點連接。平滑電容器44的兩端與輸出端子8a、8b連接。從輸出端子8a、8b輸出由平滑電容器44進行了平均化處理的電壓。負荷9與輸出端子8a、8b連接，消耗開關電源裝置的過電流保護電路的電力。
在圖4中，控制電路45輸出決定開關電路31中各開關元件36、37、38、39的通斷動作的控制信號。從控制電路45輸出的控制信號使輸出端子8a、8b的電壓保持一定或者根據過電流的截止信號決定通斷比。
在實施例2中，在修正電壓發(fā)生電路30中，設置了第3電阻46、第4電阻47、第5電阻48和第1電容器49。第3電阻46和第5電阻48的串聯電路的一端與第1開關元件36和第2開關元件37的連接點連接。另外，該串聯電路的另一端與第2開關元件37和第4開關元件39的連接點連接。第1電容器49的一端與第2開關元件37和第4開關元件39的連接點連接，第1電容器49的另一端與第4電阻47連接。第4電阻47的一端與第3開關元件38和第4開關元件39的連接點連接。第4電阻47的另一端與第3電阻46和第5電阻48的連接點連接。在第1電容器49的兩端，發(fā)生將第2開關元件37和第4開關元件39的兩端電壓分壓后進行了平均化處理的電壓。
另外，在實施例2的修正電壓發(fā)生電路30中，設置了第6電阻50、第7電阻51和第8電阻52。第6電阻50和第8電阻52的串聯電路的一端與控制電路45的第1輸出端子45a連接，該串聯電路的另一端與第2開關元件37和第4開關元件39的連接點連接。第7電阻51的一端與控制電路45的第2輸出端子45b連接，第7電阻51的另一端與第6電阻50和第8電阻52的連接點連接。第2電容器53與第8電阻52并聯連接。在第2電容器53的兩端，發(fā)生將控制電路45的第1輸出端子45a和第2輸出端子45b的輸出電壓進行分壓而平均化處理的與控制電路45的輸出的通斷比D成正比的電壓。
乘法器21計算作為在第1電容器49上發(fā)生的電壓Vo與在第2電容器53上發(fā)生的電壓Vd的乘積的電壓Vm。
另外，在實施例2的修正電壓發(fā)生電路30中，和上述實施例1一樣，設置了多個電阻22、23、24、25和運算放大器26，計算電壓Vm與電壓Vo的差值。在實施例2中，將與運算放大器26連接的這些電阻稱為第9電阻22、第10電阻23、第11電阻24和第12電阻25。
加法器27輸出在第2電阻13的兩端發(fā)生的電壓Vs與修正電壓發(fā)生電路30的電壓之和?；鶞孰娫?4的基準電壓和從加法器27輸出的電壓之和輸入比較電路15，進行比較。通過該比較判定是過電流狀態(tài)時，運算放大器15就向控制電路45輸出截止信號。
下面，使用圖4和圖5說明上述結構的實施例2的開關電源裝置的動作。圖5是表示實施例2的開關電源裝置的動作的波形圖。
控制電路45(圖4)檢測輸出端子8a、8b的電壓，輸出PWM信號，使輸出電壓保持一定。作為這時的控制信號的通斷信號分別以180度的相位差動作，最大占空比設定為50％?？刂齐娐?5的PWM信號向第1驅動電路54和第2驅動電路55輸出。第1驅動電路54與輸入的第1PWM信號的通斷的時刻同步地輸出使第1開關元件36進行通斷動作的驅動信號。同時，第1驅動電路54與第1PWM信號相輔的輸出使第2開關元件37反復進行通斷動作的驅動信號。同樣，第2驅動電路55與第2PWM信號特同步地輸出使第3開關元件38進行通斷動作的驅動信號，與第2PWM信號相輔的輸出使第4開關元件39反復進行通斷動作的驅動信號。
如上述那樣，控制電路45通過驅動控制第1驅動電路54和第2驅動電路55，加到第2開關元件37上的電壓V2和加到第4開關元件39上的電壓V4就成為圖5的(5)和(6)所示的波形。因此，在第1開關元件36導通時(圖5的(1)所示的[T0-T1]期間)，第4開關元件39同時成為導通狀態(tài)(參見圖5的(4))，輸入電壓Vin加到變壓器40的初級繞組40a上。這時，在變壓器40的第1次級繞組40b和第2次級繞組40c上與變壓器40的圈數比N相應地發(fā)生Vin/N的電壓。第1整流二極管41由于在變壓器40的第1次級繞組40b和第2次級繞組40c上發(fā)生的電壓而成為導通狀態(tài)，第2整流二極管成為截止狀態(tài)。結果，與輸出電壓的差值電壓Vin/N-Vout便加到電感元件43上。
如圖5所示，在第1開關元件36(圖5的(1))和第3開關元件38(圖5的(3))都成為截止狀態(tài)時，第2開關元件37(圖5的(2))和第4開關元件39(圖5的(4))就都是導通狀態(tài)。這樣，加到第2開關元件37上的電壓V2和加到第4開關元件39上的電壓V4便都成為0V，從而變壓器40的初級繞組40a短路，電壓成為0。結果，在變壓器40的次級繞組40b、40c上就不發(fā)生電壓。流過電感元件43的電流就在第1整流元件41和第2整流元件42上進行分流，所以，加到電感元件43上的電壓就成為輸出電壓Vout。
在第3開關元件38為導通狀態(tài)時(圖5的(3)所示的[T2-T3]期間)，第2開關元件37成為導通狀態(tài)，所以，輸入電壓Vin與期間[T0-T1]方向相反地加到變壓器40的初級繞組40a上。這樣，在變壓器40的次級繞組40b、40c上就發(fā)生方向相反的Vin/N，第1整流二極管41成為截止狀態(tài)，第2整流二極管42成為導通狀態(tài)，而Vin/N-Vout加到電感元件43上。
因此，在將第1開關元件36的導通期間和第3開關元件38的導通期間控制為相等而成為Ton時，第1開關元件36和第3開關元件38都成為截止狀態(tài)的2個期間[T1-T2]、[T3-T4]將相等，成為Toff。在穩(wěn)定狀態(tài)下，電感元件43的勵磁電流的增加和減小的量相等，所以，以下的公式成立。Ton·(VinN-Vout)=Toff·Vout---(8)]]>因此，輸出電壓Vout可以表為Vout=Ton(Ton+Toff)N·Vin---(9)]]>另一方面，加到第2開關元件37上的電壓V2僅在第1開關元件36導通的期間是輸入電壓，所以，電壓V2的平均電壓V2av可以表為V2av=Ton2(Ton+Toff)·Vin---(10)]]>因此，即使輸入電壓Vin或輸出電壓Vout變化，輸出電壓Vout與平均電壓V2av也總是成正比。同樣，電壓V4的平均電壓V4av也與輸出電壓Vout成正比。因此，由第3電阻46、第4電阻47、第5電阻48和第1電容器49將電壓V2和電壓V4進行分壓和平均化處理而得到的電壓Vo就與輸出電壓Vout成正比。
另外，控制電路45的PWM輸出的平均值與通斷比成正比，所以，由第6電阻50、第7電阻51、第8電阻52和第2電容器53進行分壓和平均化處理而得到的電壓就與PWM信號的通斷比成正比。
在實施例2的開關電源裝置的過電流保護電路中，在電感元件43的電感值小時，輸出電流Iout與流過電感元件43的電流的峰值Ip不同，輸出電流Iout與峰值Ip的關系隨輸入電壓Vin和輸出電壓Vout而變化。流過電感元件43的電流通過變壓器40向次級繞組40a傳輸，流入變流器3的初級繞組3a。因此，除了存在變壓器40，與上述實施例1所述的內容基本上等價，為了修正該影響，通過利用與輸出電壓Vout成正比的電壓和與通斷比D成正比的電壓如上述實施例1所述的那樣進行修正，可以使下降特性成為恒定電流。
如上所述，在實施例2的過電流保護電路中，在第1電容器49上形成與輸出電壓Vout成正比的電壓，在第2電容器53上形成與通斷比D成正比的電壓。這樣，在圖4所示實施例2的過電流保護電路中，通過計算考慮了輸出電壓Vout和通斷比D的修正量，在過電流狀態(tài)下也可以使輸出電流Iout成為恒定電流。
在實施例2中，以全橋式轉換器為例進行了說明，但是，只要其結構是具有與實施例2的電感元件43和平滑電容器44相當的結構要素的平滑電路并將矩形波電壓進行平均化處理從而形成輸出電壓的裝置，就可以得到和上述實施例相同的效果。另外，在實施例2中，是用將圖4所示的電壓V2和V4進行平均化處理而得到與輸出電壓成正比的電壓的結構進行說明的。但是，本發(fā)明不限于這樣的結構，也可以在變壓器上增加輔助繞組，將在輔助繞組上發(fā)生的電壓整流，通過用電感元件和平滑電容器進行平滑處理，得到與輸出電壓成正比的電壓，并將該電壓用于進行修正處理。
下面，參照圖6說明本發(fā)明實施例3的開關電源裝置的過電流保護電路。圖6是表示實施例3的開關電源裝置的過電流保護電路的結構的電路圖。在圖6中，功能和結構與上述實施例1的過電流保護電路的部件相同的部件標以相同的符號，并省略其說明。
在圖6中，輸入直流電源1由將商用電源進行整流平滑處理的電路或電池構成，與輸入端子2a、2b連接。變流器3具有初級繞組3a和次級繞組3b，初級繞組3a的一端與輸入端子2a、2b的一方(2a)連接。變流器3的初級繞組3a的另一端與由多個開關元件群36、37、38、39和變壓器40構成的開關電路31連接。
第1開關元件36和第2開關元件37的串聯電路通過變流器3的初級繞組3a與輸入端子2a連接，交替地反復進行通斷動作。第3開關元件38和第4開關元件39的串聯電路通過變流器3的初級繞組3a與輸入端子2a連接，交替地反復進行通斷動作。
絕緣型的變壓器40具有初級繞組40a和第1次級繞組40b及第2次級繞組40c。初級繞組40a的一端與第1開關元件36和第2開關元件37的連接點(第1連接點)連接，初級繞組40a的另一端與第3開關元件38和第4開關元件39的連接點(第2連接點)連接。變壓器40的第1次級繞組40b和第2次級繞組40c串聯連接。第1二極管41的陽極與變壓器40的第1次級繞組40b連接，第2整流二極管42的陽極與變壓器40的第2次級繞組40c連接。第1整流二極管41的陰極和第2整流二極管42的陰極相互直接連接。
電感元件43和平滑電容器44串聯連接，由電感元件43和平滑電容器44的串聯電路構成平滑電路。該平滑電路的一端與變壓器40的第1次級繞組40b和第2次級繞組40c的連接點連接。平滑電路的另一端與第1整流二極管41和第2整流二極管42的連接點連接。平滑電容器44的兩端與輸出端子8a、8b連接，輸出平滑電容器44的兩端的電壓。負荷9與輸出端子8a、8b連接，消耗開關電源裝置的過電流保護電路的電力。
如上所述，實施例3的開關電源裝置使用絕緣型的變壓器40，由具有多個開關元件的全橋式轉換器構成。
第1電阻11與變流器3的次級繞組3b并聯連接，二極管12將在變流器3的次級繞組3b中感應的電流整流，在第2電阻13的兩端，發(fā)生與流過變流器3的初級繞組3a的電流成正比的電壓。
以上說明的實施例3的結構，與上述實施例2的開關電源裝置的過電流保護電路的結構實際上相同。
第3電阻60和第4電阻61的串聯電路與第2電阻13的兩端連接，將在第2電阻13上發(fā)生的電壓分壓。第1電容器62與第4電阻61并聯連接，吸收在第2電阻13上發(fā)生的峰值電壓。
第5電阻63的一端與第1連接點連接，第6電阻64的一端與第2連接點連接。各個電阻63、64的另一端相互直接連接。由第5電阻63、第6電阻64和第2電容器65將第1連接點和第2連接點的電壓進行平均化處理，在第2電容器65的兩端發(fā)生與輸出電壓Vout成正比的電壓NVout/2。
第7電阻66的一端與第1連接點連接，第2二極管67與第7電阻66的另一端連接。另外，第2二極管67、第3二極管68、第4二極管69和第8電阻70串聯連接。在第1開關元件36為導通狀態(tài)時，在第1連接點發(fā)生的輸入電壓Vin由第7電阻66和第8電阻70分壓。第2～4二極管67～69是為了修正后面所述的晶體管和二極管的正向電壓而設置的。
第1晶體管71使由第7電阻66和第8電阻70分壓的電壓實現低阻抗化后而輸出。與第1晶體管71的發(fā)射極連接的第5二極管72在第1開關元件36為截止狀態(tài)時反向旁路，阻止反向電流。與第5二極管72的陰極連接的第9電阻73與第2晶體管74的發(fā)射極連接。并且，在第1開關元件36為導通狀態(tài)時，由第9電阻73將分壓的電壓與和輸出電壓成正比的電壓NVout/2的差值電壓變換為電流，從第2晶體管74的集電極輸出。
這里，第2～第5二極管67、68、69、72中的電壓降、第1晶體管71的正向旁路的基極—發(fā)射極間電壓和第2晶體管74的正向旁路的基極—發(fā)射極間電壓分別相等，設該電壓為Vpn，并假定第1晶體管71和第2晶體管74的電流放大倍數非常大。這樣假定時，則第1晶體管71的基極電壓成為Vin/2+3Vpn，加到第9電阻73上的電壓取消了Vpn，成為Vin/2-NVout/2。因此，僅在第1開關元件36處于導通狀態(tài)的期間，(Vin-NVout)/2Rx的電流流過第2晶體管74的集電極。這里，設第9電阻73的電阻值為Rx。
和上述一樣的電路結構也與第2連接點連接。第10電阻75與第2連接點連接，第6二極管76、第7二極管77、第8二極管78和第11電阻79與該第10電阻75串聯連接。第9二極管81與第3晶體管80的發(fā)射極連接，第9二極管81的陰極通過第12電阻82與第4晶體管83的發(fā)射極連接。在第3開關元件38為導通狀態(tài)的期間，如上述說明的那樣，(Vin-NVout)/2Rx的電流流入第4晶體管83的集電極。但是，這里假定第12電阻82的電阻值是與第9電阻73的電阻值Rx相同。
與第2晶體管74和第4晶體管83的集電極連接的第13電阻84和第3電容器85將第2晶體管74和第4晶體管83的集電極電流相加，進行平均化處理。這樣，通過將集電極電流進行平均化處理，可以得到與第1開關元件36和第3開關元件38導通期間的占空比D相應的電壓D·Ry(Vin-NVout)/2Rx。但是，這里Ry表示第13電阻84的電阻值。
上述得到的電壓D·Ry(Vin-N·Vout)/2Rx通過第5晶體管86和第14電阻87形成與該電壓成正比的電流，對在第2電阻13中發(fā)生的電流信號進行修正。
如圖6所示，在實施例3的開關電源裝置的過電流保護電路中設置了控制電路88?？刂齐娐?8在通常動作時向第1驅動電路54和第2驅動電路55輸出PWM信號，使在輸出端子8a、8b上發(fā)生的輸出電壓保持一定。并且，控制電路88在輸出端子8a、8b的電壓大于一定電壓時就瞬時地驅動控制第1驅動電路54和第2驅動電路55，使第1～第4開關元件36、37、38、39截止。
第1驅動電路54根據控制電路88的PWM信號控制第1開關元件36的通斷動作，另外，控制第2開關元件37的通斷動作，使之與第1開關元件36相輔的進行通斷動作。第2驅動電路55根據控制電路88的通斷比控制第3開關元件38的通斷動作，另外，庫第4開關元件39的通斷動作，使之與第3開關元件38相輔的進行通斷動作。
上述結構的實施例3的開關電源裝置的過電流保護電路對檢測的電流峰值可以利用與占空比D相應的電壓D·Ry(Vin-NVout)/2Rx的值成正比的電流值進行修正，所以，可以得到與上述實施例1和實施例2相同的效果。
下面，參照圖7說明本發(fā)明實施例4的開關電源裝置的過電流保護電路。圖7是表示實施例4的開關電源裝置的過電流保護電路的結構的電路圖。在圖7中，功能和結構與上述實施例1的過電流保護電路的部件相同的部件標以相同的符號，并省略其說明。
在實施例4的開關電源裝置的過電流保護電路中，與上述圖1所示的實施例1的過電流保護電路不同的地方是，實施例4的基本電路結構是絕緣型的全橋式轉換器、輸出電壓的檢測方法不同和修正方法不同。
在圖7中，輸入直流電源1由將商用電源進行整流平滑處理的電路或電池構成，與輸入端子2a、2b連接。變流器3具有初級繞組3a和次級繞組3b，初級繞組3a的一端與輸入端子2a、2b的一方(2a)連接。變流器3的初級繞組3a的另一端與變壓器100的一方的初級繞組100a連接。變壓器100具有初級繞組100a和次級繞組100b以及輔助繞組100c。變壓器100的初級繞組100a通過開關元件4與另一方的輸入端子2b連接。第1整流二極管101和平滑電容器7的串聯電路與變壓器100的次級繞組100b連接。平滑電容器7的兩端分別與輸出端子8a、8b連接。
圖8表示流經變壓器100的初級繞組100a的電流I1及流經次級繞組100b的電流I2的波形圖。
在開關元件4為導通狀態(tài)時，輸入電壓Vin通過變流器3的初級繞組3a加到變壓器100的初級繞組100a上，積蓄勵磁能量。在開關元件4為截止狀態(tài)時，積蓄的勵磁能量通過變壓器100的次級繞組100b和整流二極管101，由平滑電容器7進行放電。這時，在變流器3的初級繞組3a上發(fā)生的電壓，如上述實施例1所示的那樣，設定為非常低的值。
平滑電容器7的兩端與輸出端子8a、8b連接，輸出平滑電容器7的兩端的電壓。負荷9與輸出端子8a、8b連接，消耗開關電源裝置的過電流保護電路的電力。
第1電阻11與變流器3的次級繞組3b并聯連接，二極管12將在變流器3的次級繞組3b中感應的電流整流，在第2電阻13的兩端，發(fā)生與流過變流器3的初級繞組3a的電流成正比的電壓。
由第3電阻16、第4電阻17、第5電阻18、第6電阻19、電容器20和運算電路106構成的修正電壓發(fā)生電路與第2電阻13連接。比較電路15和基準電源14與該修正電壓發(fā)生電路連接。
第2整流二極管102、第2平滑電容器103和第2負荷104與變壓器100的輔助繞組100c連接。第2整流二極管102在開關元件4為截止狀態(tài)時使在變壓器100的輔助繞組100c上發(fā)生的電壓在第2平滑電容器103上累積。第2負荷104模擬例如控制電路105的電力消耗。控制電路105與輸出端子8a、8b連接，檢測輸出狀態(tài)，進行開關元件4的通斷控制。
在上述結構的過電流保護電路中，在整流二極管101為導通狀態(tài)時，輸出電壓Vout加到變壓器100的次級繞組100b上，在變壓器100的輔助繞組100c上發(fā)生與輸出電壓Vout成正比的電壓。向第2平滑電容器103充電，所以，在第2平滑電容器103上發(fā)生的電壓成為與輸出電壓Vout成正比的電壓。這樣，在第2平滑電容器103上發(fā)生的電壓就由第3電阻16和第4電阻17分壓，形成與輸出電壓Vout成正比的電壓Vo。
在圖7所示的修正電壓發(fā)生電路中，運算電路106根據后面所述的理論公式，使用與輸出電壓Vout成正比的電壓Vo和與占空比D成正比的電壓Vd將由第2電阻13發(fā)生的電壓Vs進行變換。運算電路106的輸出信號輸入比較電路15，使變換后的電壓的峰值保持一定。
在通常狀態(tài)下，控制電路105決定開關元件4的通斷比，向開關元件4輸出通斷信號，使輸出端子8a、8b的電壓穩(wěn)定。在過電流時，控制電路105根據比較電路15的輸出，發(fā)生通斷信號，并向開關元件4輸出。
下面，說明上述結構的實施例4的過電流保護電路的動作。首先，導出流過開關元件4的電流的峰值Ip與輸出電流Iout的關系。輸出電流Iout利用整流二極管101為導通狀態(tài)時的變壓器100的勵磁電流的平均值Im給出，由以下的式(11)表示。Iout＝(1-D)Im(11)即，平均值Im可以表為式(12)。Im=Iout(1-D)---(12)]]>變壓器100的勵磁電流的變化幅度ΔIm由以下的式(13)表示。在式(13)中，Vin是輸入電壓，Ton是開關元件4的導通期間，Lm是變壓器100的電感值。ΔIm=VinTonLm---(13)]]>因此，勵磁電流的峰值即流過開關元件4的電流的峰值Ip可以表為下式(14)。Ip=Im+ΔIm2=Iout(1-D)+VinTon2Lm---(14)]]>于是，輸出電流Iout可以表為以下的式(15)。Iout=(1-D)Ip+(1-D)VinTon2Lm]]>=(1-D)(Ip+VinD2LmTs)=(1-D)(Ip+Vout(1-D)2LmTs)---(15)]]>但是，全橋式轉換器的輸入輸出變換比由以下的式(16)表示。NVout=D(1-D)Vin---(16)]]>因此，通過按照式(14)變更基準電壓或對開關電流的檢測波形進行式(15)所示的運算，將其峰值限制為一定，便可構成恒定電流特性的過電流保護電路。
在實施例4中使用的過電流保護電路的修正方法，在開關元件4的導通期間Ton將輸入電壓加到磁性部件(變壓器100)上，積蓄能量，在截止期間Toff從磁性部件中取出能量，利用式(15)所示的修正式便可進行修正。
上述結構的實施例4的開關電源裝置的過電流保護電路可以對檢測的電流的峰值Ip適當地進行修正，所以，具有和上述實施例1、2及3相同的效果。
下面，參照圖9說明本發(fā)明實施例5的開關電源裝置的過電流保護電路。圖9是表示實施例5的開關電源裝置的過電流保護電路的結構的電路圖。在圖9中，功能和結構與上述實施例1的過電流保護電路的部件相同的部件標以相同的符號，并省略其說明。
在實施例5的開關電源裝置的過電流保護電路中，與上述圖1所示的實施例1的過電流保護電路不同的地方是，由于在實施例5中使用的修正式不同，所以，進行修正的電路結構也不同。
在圖9中，輸入直流電源1由將商用電源進行整流平滑處理的電路或電池構成。該輸入直流電源1與輸入端子2a、2b連接。變流器3具有初級繞組3a和次級繞組3b，初級繞組3a的一端與輸入端子2a、2b的一方(2a)連接。開關元件4的一端與變流器3的初級繞組3a的另一端連接。開關元件4的另一端與整流二極管5的陰極和電感元件6的一端連接。這樣連接的開關元件4根據后面所述的控制電路10的控制信號反復進行通斷動作。整流二極管5的陽極與另一方的輸入端子2b連接。
如圖9所示，電感元件6和平滑電容器7串聯連接，構成串聯電路，該串聯電路與整流二極管5的兩端連接，構成平滑電路。該平滑電路將在整流二極管5的兩端發(fā)生的矩形波電壓進行平均化處理，形成直流電壓。
從圖9所示的實施例5的開關電源裝置的過電流保護電路的輸出端子8a、8b輸出由平滑電容器7進行了平均化處理的電壓。負荷9與輸出端子8a、8b連接，消耗開關電源裝置的過電流保護電路的電力。
控制電路10檢測輸出端子8a、8b的電壓，發(fā)生控制開關元件4的通斷比的控制信號，使之輸出穩(wěn)定的電壓。第1電阻11與變流器3的次級繞組3b并聯連接，在開關元件4截止的期間，勵磁電流流過變流器3的次級繞組3b，消耗變流器3的勵磁能量。
二極管12將在變流器3的次級繞組3b中感應的電流進行整流。第2電阻13實時的發(fā)生與流過變流器3的初級繞組3a的電流成正比的電壓。
在開關元件4為導通狀態(tài)時，流過變流器3的初級繞組3a的電流變換為與變流器3的圈數比相應的電流，并通過二極管12流入第2電阻13。這樣，在第2電阻13的兩端就發(fā)生與流過變流器3的初級繞組3a的電流成正比的電壓Vs。
在第2電阻13的兩端發(fā)生的電壓Vs與后面所述的修正電壓發(fā)生電路94的電壓相加后，輸入比較電路15的一邊的端子?；鶞孰娫?4的基準電壓輸入比較電路15的另一邊的端子。由修正電壓發(fā)生電路94修正過的電壓與基準電壓在比較電路15中進行比較。在修正過的電壓達到基準電壓時，就通過控制電路10使開關元件4截止。
下面，說明實施例5的修正電壓發(fā)生電路94的結構。
在修正電壓發(fā)生電路94中，輸出電壓Vout由第3電阻16和第4電阻17進行分壓，形成電壓Vo。另外，由第5電阻18、第6電阻19和電容器20將作為控制電路10的通斷信號的控制信號進行平均化處理，形成與通斷比(占空比)D成正比的電壓Vd。
另外，輸入電壓Vin由第9電阻89和第10電阻90進行分壓，形成電壓Vi。
另外，由第7電阻22、第8電阻25、第11電阻91、第12電阻92和運算放大器26構成差動放大電路，形成電壓(Vi-Vo)。
電壓Vd和差動放大電路的輸出(Vi-Vo)輸入乘法器21，計算其乘積Vd×(Vi-Vo)。
加法器93計算在第2電阻13上發(fā)生的電壓Vs與從乘法器21輸出的電壓的反相信號的和，并向比較電路15輸出。加法器93的輸出和基準電源14的基準電壓Vr輸入比較電路15。比較電路15將電壓Va與基準電壓Vr進行比較，決定開關元件4的截止時刻。
下面，說明上述結構的實施例5的開關電源裝置的過電流保護電路的動作。
根據開關元件4的通斷動作，輸入電壓Vin變換為輸出電壓Vout的動作與實施例1的開關電源裝置相同，所以，省略其動作的說明。同樣，根據第2電阻13的兩端的電壓，可以實時的檢測流過開關元件的電流。
這時，輸出電流Iout與開關電流的峰值電流的關系，在上述實施例1中已說明了由式(7)表示。這里，如果使用式(5)，可知式(7)與以下的式(17)等價。Iout=Ip-Vout(1-D)Ts2LfIp-(Ts2Lf)(Vin-Vout)D---(17)]]>即，可知輸出電壓可以取將與由式(17)的第2項的修正函數得到的修正電流相當的修正電壓與基準電壓Vr相加的值，或者可以取和實際檢測的電流波形成正比的電壓Vs與和式(17)的第2項的修正電流的值相當的修正電壓的差值。
由圖9所示的過電流保護電路的修正電壓發(fā)生電路94得到的修正信號表示式(17)的第2項所示的修正值，由此可知，可以得到所需要的修正量。用這樣的電路結構計算修正量，由式(17)得到的修正量在本質上與由式(6)得到的修正量相同，所以，可以得到與實施例1相同的效果。
在實施例5中，以降壓型的轉換器為例進行了說明，但是，本發(fā)明也可以用在上述實施例2中所示的全橋式轉換器為代表的正向轉換器等絕緣型轉換器構成。即，只要是具有與電感元件和平滑電容器相當的結構要素的平滑電路并將矩形波電壓進行平均化處理從而形成輸出電壓的結構，設變壓器的圈數比為N時，通過用修正式使與Vout相當的項成為N×Vout，就可以進行修正。這樣的結構具有和上述實施例5相同的效果。
下面，參照圖10說明本發(fā)明實施例6的開關電源裝置的過電流保護電路。圖10是表示實施例6的開關電源裝置的過電流保護電路的結構的電路圖。在圖10中，功能和結構與上述實施例1的過電流保護電路的部件相同的部件標以相同的符號，并省略其說明。
在實施例6的開關電源裝置的過電流保護電路中，與上述圖1所示的實施例1的過電流保護電路不同的是，由于在實施例6中使用的修正式不同，所以，進行修正的電路結構也不同。
在圖10中，輸入直流電源1由將商用電源進行整流平滑處理的電路或電池構成。該輸入直流電源1與輸入端子2a、2b連接。變流器3具有初級繞組3a和次級繞組3b，初級繞組3a的一端與輸入端子2a、2b的一方(2a)連接。開關元件4的一端與變流器3的初級繞組3a的另一端連接。開關元件4的另一端與整流二極管5的陰極和電感元件6的一端連接。這樣的連接的開關元件4根據后面所述的控制電路10的控制信號反復進行通斷動作。整流二極管5的陽極另一方的輸入端子2b連接。
如圖10所示，電感元件6和平滑電容器7串聯連接，構成串聯電路，該串聯電路與整流二極管5的兩端連接，構成平滑電路。該平滑電路將在整流二極管5的兩端發(fā)生的矩形波電壓進行平均化處理，形成直流電壓。
從圖10所示的實施例6的開關電源裝置的過電流保護電路的輸出端子8a、8b輸出由平滑電容器7進行了平均化處理的電壓。負荷9與輸出端子8a、8b連接，消耗開關電源裝置的過電流保護電路的電力。
控制電路10檢測輸出端子8a、8b的電壓，發(fā)生控制開關元件4的通斷比的控制信號，使其輸出穩(wěn)定的電壓。第1電阻11與變流器3的次級繞組3b并聯連接，在開關元件4截止的期間，勵磁電流流過變流器3的次級繞組3b，消耗變流器3的勵磁能量。
二極管12將在變流器3的次級繞組3b中感應的電流進行整流。第2電阻13實時地發(fā)生與流過變流器3的初級繞組3a的電流成正比的電壓。
在開關元件4為導通狀態(tài)時，流過變流器3的初級繞組3a的電流變換為與變流器3的圈數比相應的電流后，通過二極管12流入第2電阻13。這樣，在第2電阻13的兩端就發(fā)生與流過變流器3的初級繞組3a的電流成正比的電壓Vs。
計算在第2電阻13的兩端發(fā)生的電壓Vs與后面所述的修正電壓發(fā)生電路95的電壓之差，并輸入比較電路15的一邊的端子。基準電源14的基準電壓輸入比較電路15的另一邊的端子。由修正電壓發(fā)生電路95修正過的電壓和基準電壓在比較電路15中進行比較。在修正過的電壓達到基準電壓時，就通過控制電路10使開關元件4截止。
下面，說明實施例6的修正電壓發(fā)生電路95的結構。
實施例6的修正電壓發(fā)生電路95，與上述實施例1的修正電壓發(fā)生電路基本上相同。在修正電壓發(fā)生電路95中，輸出電壓Vout由第3電阻16和第4電阻17進行分壓，形成電壓Vo。另外，由第5電阻18、第6電阻19和電容器20將作為控制電路10的通斷信號的控制信號進行平均化處理，形成與通斷比(占空比)D成正比的電壓Vd。在圖10中，除了第11電阻89和第12電阻90外，和圖1的修正電壓發(fā)生電路相同，所以，在修正電壓發(fā)生電路95中形成式(7)所示的修正信號。
在實施例6中，輸入電壓Vin由第11電阻89和第12電阻90進行分壓，形成電壓Vi。
另外，通過調整第9電阻24的電阻值，將Vi和Vo加到運算放大器26上，可以將與電壓Vi-Vo成正比的信號作為誤差信號。
下面，說明上述結構的實施例6的開關電源裝置的過電流保護電路的動作。
根據開關元件4的通斷動作而輸入電壓Vin變換為輸出電壓Vout的動作與上述實施例1的開關電源裝置相同，所以，這里省略其說明。和實施例1一樣，根據第2電阻13的兩端的電壓可以實時的檢測流過開關元件的電流。
如在實施例1中說明的那樣，這時，開關電流的峰值電流由式(6)的第2項表示。
在以上的各實施例中，比較電路15、控制電路10和開關元件4的延遲時間與開關周期相比非常小，作為可以不考慮的情況來說明的。但是，在該延遲時間不能忽略時，即使修正過的電流信號達到了基準電壓，流過開關元件4的電流也不能瞬時地截止，所以，開關電流的峰值與延遲時間Td對應地增加Td×(Vin-Vout)/Lf。為了與該峰值電壓的增加對應，在實施例6中，通過增加預先增加的電流部分的修正量而降低過電流水平來進行對應。即，通過電阻將輸入電壓Vin加到運算放大器26的正輸入端子上，同時通過電阻將輸出電壓Vout加到負輸入端子上，可以得到與(Vin-Vout)的值成正比的修正量。通過這樣處理，即使考慮了一定的延遲時間，也可以使過電流蓄特性保持一定。
圖11是表示本發(fā)明實施例6的其他結構的開關電源裝置的過電流保護電路的電路圖。在該開關電源裝置的過電流保護電路的的修正電壓發(fā)生電路940中，倍增器300和加法器301設置在運算放大器26的輸出側。
下面，說明圖11所示的修正電壓發(fā)生電路940的結構。
在修正電壓發(fā)生電路940中，和圖10的修正電壓發(fā)生電路95一樣，輸出電壓Vout由第3電阻16和第4電阻17進行分壓，形成電壓Vo。另外，由第5電阻18、第6電阻19和電容器20將作為控制電路10的通斷信號的控制信號進行平均化處理，形成與通斷比(占空比)D成正比的電壓Vd。
另外，輸入電壓Vin由第9電阻89和第10電阻90進行分壓，形成電壓Vi。由第7電阻22、第8電阻25、第11電阻91、第12電阻92和運算放大器26構成差動放大電路，形成電壓(Vi-Vo)。
電壓Vd和差動放大電路的輸出(Vi-Vo)輸入乘法器21，計算其乘積Vd×(Vi-Vo)。另外，差動放大電路的輸出(Vi-Vo)輸入倍增器300，倍增恒定的倍數后，向加法器301輸出。乘法器21的輸出電壓Vd×(Vi-Vo)輸入加法器301，與(Vi-Vo)相加。
加法器93計算在第2電阻13上發(fā)生的電壓Vs與從加法器301輸出的電壓的反相信號的和，并向比較電路15輸出。
加法器93的輸出和基準電源14的基準電壓Vr輸入比較電路15。比較電路15將電壓Va與基準電壓Vr進行比較，決定開關元件4的截止時刻。
在上述結構的圖11的開關電源裝置的過電流保護電路中，根據開關元件4的通斷動作，輸入電壓Vin變換為輸出電壓Vout的動作和實施例1的開關電源裝置相同。因此，在該實施例中，輸入電壓Vin和輸出電壓Vout發(fā)生變化而過電流保護電路動作時，具有輸出電流不增加、控制為一定的效果。
在上述實施例5中已表示出了，但是，在實施例6中也可以用以全橋式轉換器為代表的正向轉換器等絕緣型轉換器構成。即，只要是具有與電感元件和平滑電容器相當的結構要素的平滑電路并將矩形波電壓進行平均化處理從而形成輸出電壓的結構，設變壓器的圈數比為N時，通過利用修正式使與Vout相當的項成為N×Vout，便可進行修正。這樣的結構具有上述實施例6相同的效果。
根據以上對實施例詳細的說明可知，本發(fā)明具有以下的效果。
按照本發(fā)明，可以使過電流保護電路動作時的輸出電流與輸入電壓Vin和輸出電壓Vout的變化無關地保持一定，所以，可以提供安全而穩(wěn)定的開關電源裝置。
本發(fā)明解決了先有的過電流保護電路中的各種問題，特別是在電路元件的電感小的電路中，即使輸入電壓或輸出電壓變化時也可以將輸出電流限制為一定，從而可以提供可以穩(wěn)定而可靠地進行過電流保護的安全性高的開關電源裝置的過電流保護電路。
以上，以某種程度的詳細性就極好的實施例說明了本發(fā)明，但是，這些極好的實施例展示的內容，在結構的細部方面是變化的，各要素的組合及順序的變化只要不脫離本發(fā)明的范圍和思想就可以實現。
權利要求
1.一種開關電源裝置，其特征在于具有通過通斷動作將輸入電壓(Vin)形成為矩形波電壓的開關單元、利用電感元件和電容器對上述矩形波電壓進行平滑處理而形成輸出電壓(Vout)的平滑電路和檢測流過上述開關單元的電流的峰值電流而進行輸出電流的限制的過電流保護單元，在上述過電流保護單元中，使用輸入電壓(Vin)和輸出電壓(Vout)以及與開關單元的通斷比(D)成正比的電壓，根據與(Vout-D×Vout)的值成正比的誤差信號修正檢測的峰值電流值。
2.按權利要求1所述的開關電源裝置，其特征在于使用乘法器形成誤差信號。
3.按權利要求1所述的開關電源裝置，其特征在于上述過電流保護單元進而具有峰值電壓保持單元。
4.一種開關電源裝置，其特征在于包括通過通斷動作將輸入電壓(Vin)形成為矩形波電壓的開關單元、具有使開關單元連接的初級繞組和與輸出端子連接的次級繞組而圈數比為N∶1的絕緣型的變壓器、與上述次級繞組連接的利用整流單元和電感元件以及電容器進行整流平滑處理從而形成輸出電壓的輸出電壓形成單元和檢測流過上述開關單元的電流的峰值電流而進行輸出電流的限制的過電流保護單元，在上述過電流保護單元中，使用輸入電壓(Vin)和輸出電壓(Vout)以及開關單元的通斷比(D)，根據與(Vout-D×Vout)的值成正比的誤差信號修正檢測的峰值電流值。
5.按權利要求4所述的開關電源裝置，其特征在于使用乘法器形成誤差信號。
6.按權利要求4所述的開關電源裝置，其特征在于開關電源裝置具有絕緣型的變壓器，利用全橋式轉換器構成。
7.按權利要求6所述的開關電源裝置，其特征在于具有包括交替地反復進行通斷動作的第1開關單元和第2開關單元并通過第1連接點串聯連接的第1串聯電路、包括交替地反復進行通斷動作的第3開關單元和第4開關單元并通過第2連接點串聯連接的第2串聯電路、具有連接在上述第1連接點與上述第2連接點之間的初級繞組的變壓器、將矩形波電壓加到上述變壓器的初級繞組上的矩形波電壓施加單元、將在上述變壓器的次級繞組上感應的電壓進行整流的整流單元、利用電感元件和電容器將上述整流單元的矩形波電壓進行平滑處理而輸出的平滑電路和將上述第1連接點的電壓進行平均化處理而形成與輸出電壓成正比的電壓的電路。
8.按權利要求7所述的開關電源裝置，其特征在于包括交替地反復進行通斷動作的第1開關單元和第2開關單元并通過第1連接點串聯連接的第1串聯電路、包括交替地反復進行通斷動作的第3開關單元和第4開關單元并通過第2連接點串聯連接的第2串聯電路、具有連接在上述第1連接點與上述第2連接點之間的初級繞組的變壓器、將矩形波電壓加到上述變壓器的初級繞組上的矩形波電壓施加單元、利用電感元件和電容器將在上述變壓器的次級繞組上感應的矩形波電壓進行平滑處理而輸出的平滑電路、分別將上述第1連接點的電壓和上述第2連接點的電壓進行平均化處理而形成與輸出電壓成正比的電壓的平均化電路和形成通過在上述第1開關單元或上述第3開關單元為導通狀態(tài)時將上述輸入電壓與輸出電壓的差值電壓進行平均化處理而得到的誤差信號的誤差信號形成電路。
9.按權利要求1所述的開關電源裝置，其特征在于利用(D×(Vin-Vout))的值取代(Vout-D×Vout)的值修正檢測的峰值電流。
10.按權利要求4所述的開關電源裝置，其特征在于利用(D×(Vin-N×Vout))的值取代(Vout-D×Vout)的值修正檢測的峰值電流。
11.按權利要求1所述的開關電源裝置，其特征在于利用與(Vout-D×Vout)成正比的值和與(Vin-Vout)成正比的值修正檢測的峰值電流。
12.按權利要求4所述的開關電源裝置，其特征在于利用與(Vout-D×Vout)成正比的值和與(Vin-N×Vout)成正比的值修正檢測的峰值電壓。
13.按權利要求1所述的開關電源裝置，其特征在于利用與(D×(Vin-Vout))成正比的值和與(Vin-Vout)成正比的值取代(Vout-D×Vout)的值修正檢測的峰值電壓。
14.按權利要求4所述的開關電源裝置，其特征在于利用與(D×(Vin-N×Vout))成正比的值和與(Vin-N×Vout)成正比的值取代(Vout-D×Vout)的值修正檢測的峰值電壓。
15.一種開關電源裝置，其特征在于具有通過通斷動作將輸入電壓(Vin)形成為矩形波電壓的開關單元、在上述開關單元為導通狀態(tài)時施加輸入電壓積蓄勵磁能量而在上述開關單元為截止狀態(tài)時輸出積蓄的勵磁能量的電感元件和檢測流過上述開關單元的電流的峰值電流而進行輸出電流的限制的過電流保護單元，在上述過電流保護單元中，對于檢測的峰值電流Ip，設K為常數，進行((1-D)×(Ip+K×Vout))的運算，決定上述開關單元的導通期間，以使其計算值保持一定。
全文摘要
在開關電源裝置的過電流保護電路中,通過開關單元的通斷動作將輸入電壓形成為矩形波電壓,利用電感元件和電容器將該矩形波電壓進行平滑處理而形成輸出電壓,間流過開關單元的電流的峰值電流,使用輸入電壓Vin和輸出電壓Vout以及與開關單元的通斷比D成正比的電壓限制過電流。
文檔編號H02M3/335GK1369953SQ02103339
公開日2002年9月18日 申請日期2002年1月31日 優(yōu)先權日2001年1月31日
發(fā)明者吉田幸司, 倉貫正明 申請人:松下電器產業(yè)株式會社