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)明涉及進行帶有電流限制功能的定電壓控制的直流-直流變換的開關(guān)電源裝置。
背景技術(shù)：
以往，進行帶有電流限制功能的定電壓控制的開關(guān)電源裝置中，多采用逐個脈沖方式進行電流限制。
圖5是用表示以往的采用逐個脈沖方式對電流進行限制的定電壓控制的開關(guān)電源裝置的構(gòu)成的圖。
在圖5中，在電源電壓VCC與地之間，并聯(lián)連接電流檢測電阻51、作為高端開關(guān)52的N型MOS晶體管(以下稱NMOS)和作為低端開關(guān)53的NMOS。輸出電壓通過從高端開關(guān)52和低端開關(guān)53的連接點接出的平滑線圈54、平滑電容器55而被輸出。60是調(diào)整器用IC。
輸出電壓Vout由誤差放大器61反饋，與基準(zhǔn)電壓Vref1進行比較，輸出作為其誤差輸出的反饋電壓FB。該反饋電壓FB和從三角波振蕩器來的三角波信號在PMW比較器63上進行比較并形成PWM信號。該PWM信號，通過與門64后，通過驅(qū)動器65成為柵極驅(qū)動信號P1提供給高端開關(guān)52的柵極。并且，通過延遲電路66和反向驅(qū)動器67成為柵極驅(qū)動信號P2提供給低端開關(guān)53的柵極。
由柵極驅(qū)動信號P1與柵極驅(qū)動信號P2開關(guān)52與低端開關(guān)53被交互地導(dǎo)通和截止，其導(dǎo)通和截止的時間寬度由PWM控制自動調(diào)整，輸出規(guī)定的輸出電壓Vout。
一方面，為了限制電流的動作，平時監(jiān)測流過電流檢測電阻51的電流I的檢測電阻電壓ΔV。檢測電阻電壓ΔV在比較器68中，與基準(zhǔn)電壓Vref2進行比較。電流I沒有達到規(guī)定的限制電流時，檢測電阻電壓ΔV比基準(zhǔn)電壓Vref2低(ΔV±＜Vref2)，比較器68的輸出成為低電平(L)。由此，與門64被關(guān)閉，PWM信號受阻。其結(jié)果高端開關(guān)52導(dǎo)通，低端開關(guān)53截止，電流I受到限制。
而且，在電壓型PWM逆變器中，有一種是，監(jiān)測輸出電流，當(dāng)超過規(guī)定值時，降低電壓設(shè)定值(參照專利文獻1)。
〖專利文獻1〗特開平7-55055號公報在以往的采用逐個脈沖方式進行電流限制的定電壓控制開關(guān)電源裝置中，采用由電流I生成在電流檢測電阻51上的檢測電阻電壓ΔV進行電流檢測，所以在高端開關(guān)52導(dǎo)通期間，必須使柵極驅(qū)動信號P1停止。
從檢測電阻電壓ΔV超過基準(zhǔn)電壓Vref2到柵極驅(qū)動信號P1被實際停止的延遲時間，影響電流限制的精度，其時間越長其精度越差。而且，由于是逐個脈沖方式，該延遲的影響在每個脈沖周期反復(fù)生成。所以，為了進行精度高的電流限制，必須要有高速的比較器68(比如數(shù)ns程度的響應(yīng)時間)，而且驅(qū)動器65的延遲時間也必須要小。但是要實現(xiàn)這些比較器68、驅(qū)動器65的高速化是困難的。
而且，由于由比較器68的比較輸出控制PWM信號的通過或阻止，所以也存在由于電流限制時開關(guān)動作而容易使輸出電壓不穩(wěn)的問題。
發(fā)明內(nèi)容
所以，本發(fā)明的目的是，提供一種在提高電流限制的動作的精度的同時，卻不需要電流檢測電路、驅(qū)動器特別高速度的動作，并且可以使電流限制動作時的輸出電壓穩(wěn)定的，進行帶有電流限制功能的定電壓控制的開關(guān)電源裝置，并且提供一種可以高速度地進行電流限制的響應(yīng)，進行帶有電流限制功能的定電壓控制的開關(guān)電源裝置。
本發(fā)明之1的開關(guān)電源裝置的特征是具備輸出由控制導(dǎo)通·截止的半導(dǎo)體開關(guān)變換直流電源電壓的直流輸出電壓的開關(guān)輸出電路；將所述直流輸出電壓與基準(zhǔn)電壓進行比較，生成所述直流輸出電壓越大其值越小的反饋信號的誤差放大裝置；檢測流入所述開關(guān)輸出電路的輸出電流，生成該輸出電流越大其值越小的電流檢測信號的電流檢測電路；將所述反饋信號和所述電流檢測信號作為比較信號輸入，將三角波信號作為基準(zhǔn)信號輸入，將所述比較信號之中的值低的比較信號與所述三角波信號進行比較，輸出PWM信號的PWM比較器，由所述PWM信號控制所述半導(dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通或截止。
本發(fā)明之2的開關(guān)電源裝置，其特征在于在本發(fā)明1所述的開關(guān)電源裝置中，所述電流檢測信號通過低通濾波器輸出。
本發(fā)明之3的開關(guān)電源裝置，其特征在于在本發(fā)明2的半導(dǎo)體裝置中，所述低通濾波器具有在輸入側(cè)和輸出側(cè)設(shè)置的電阻；在所述輸出側(cè)與基準(zhǔn)點之間設(shè)置的電容；與該電容并聯(lián)連接，當(dāng)所述輸入側(cè)的電壓低于所述輸出側(cè)的電壓時被導(dǎo)通的電荷放電用的半導(dǎo)體開關(guān)。
圖1是本發(fā)明實施方式的開關(guān)電源裝置的構(gòu)成圖。
圖2表示在圖1中所使用的低通濾波器的構(gòu)成。
圖3是電流限制作用的說明圖。
圖4是表示圖1的開關(guān)電源裝置的輸出電壓—輸出電流的特性的圖。
圖5是表示以往的進行電流限制的定電壓控制開關(guān)電源裝置的構(gòu)成圖。
圖中11-第一開關(guān)，12-第二開關(guān)，13-平滑線圈，14-電流檢測電阻，15-平滑電容器，16、17-分壓電阻，18-反饋電路，VCC-電源電壓，P1、P2-柵極驅(qū)動信號，Io-輸出電流，Vout-輸出電壓，20-調(diào)整用IC，21-誤差放大器，22、23-分壓電阻，14-三角波振蕩器，25-PWM比較器，26-驅(qū)動器，27-延遲電路，28-反轉(zhuǎn)驅(qū)動器，30-過電流檢測塊，31-運算放大器，32、38、41-電阻，33、36、37-NPN晶體管，34、35、42-PNP晶體管，39-緩沖器，40-低通濾波器，43-電容器，VS-檢測電壓，F(xiàn)B-反饋電壓，Voc-過電流檢測電壓，Vdm-最大負載設(shè)定電壓，Vtr-三角波信號具體實施方式
以下，參照附圖對本發(fā)明的開關(guān)電源裝置的實施方式進行說明。
圖1是表示本發(fā)明實施方式的開關(guān)電源裝置的構(gòu)成圖，圖2表示在圖1中所使用的低通濾波器的構(gòu)成。另外，圖3是為了說明采用圖1的開關(guān)電源裝置的電流限制作用的圖，圖4是表示輸出電壓—輸出電流的特性的圖。
在圖1中，在電源電壓VCC與地之間，并聯(lián)連接由N型MOS晶體管(以下稱NMOS)構(gòu)成的高端開關(guān)11(以下稱第一開關(guān))與由NMOS構(gòu)成的低端開關(guān)12(以下稱第二開關(guān))。輸出電壓通過從第一開關(guān)11和第二開關(guān)12的連接點接出的平滑線圈13、平滑電容器14而被輸出。輸出電壓Vout被平滑電容15進一步平滑。
將由分壓電阻16、17分壓輸出電壓而形成的檢測電壓VS提供給調(diào)整器用IC20內(nèi)的誤差放大器21的反轉(zhuǎn)輸入端子(-)，與供給非反轉(zhuǎn)輸入端子(+)的基準(zhǔn)電壓Vref進行比較。誤差放大器21的輸出通過由電阻與電容組合而成的反饋電路18，與分壓電阻16、17的分壓點連接。該誤差放大器的輸出成為反饋電壓FB。
另外，從三角波振蕩器24輸出作為PWM控制的基準(zhǔn)信號的三角波信號Vtr。三角波信號Vtr與比較信號在該三角波信號Vtr的上限值(比如1.95)與下限值(比如1.45)之間進行比較。此外，在本發(fā)明中，作為三角波信號，也可以是鋸齒波狀的三角波。
在基準(zhǔn)電壓VREG1與地之間設(shè)置分壓電阻22、23，從該分壓點輸出PWM控制的最大負載設(shè)定電壓Vdm。該設(shè)定電壓Vdm是比較信號的一個，作為最大負載比如設(shè)定為85％(以電壓表示1.875v)為好。
進而，在本發(fā)明中，作為PWM控制的比較信號，輸入過電流檢測電壓Voc。作為以上的比較信號的過電流檢測電壓Voc、反饋電壓FB、設(shè)定電壓Vdm輸入至PWM比較器25的正(+)輸入端子，作為基準(zhǔn)信號的三角波信號Vtr輸入至負(-)輸入端子。然后，三角波信號Vtr與三個比較信號之中的最低值的比較信號在PWM比較器中進行比較，輸出作為其比較結(jié)果的PWM信號。
另外，由于基準(zhǔn)電壓VREG1(比如2.5v)以及基準(zhǔn)電壓Vref(比如1.0v)必須是穩(wěn)定的電壓，最好由帶隙定電壓電路形成。
從PMW比較器25輸出的PWM信號，通過驅(qū)動器26成為柵極驅(qū)動信號P1，提供給第一開關(guān)11的柵極。而，PWM信號通過用于防止貫通電流的延遲電路27和反轉(zhuǎn)驅(qū)動器28，成為柵極驅(qū)動信號P2，提供給第二開關(guān)12的柵極。
另外，作為PWM控制的比較信號的過電流檢測電壓Voc，在過電流檢測塊30中形成。
運算放大器31的非反轉(zhuǎn)輸入端子(+)，連接于電流檢測電阻14的電源側(cè)的一端，其反轉(zhuǎn)輸入端子(-)通過電阻32(電阻值R)連接電流檢測電阻14的另一端。
運算放大器31的輸出端子連接NPN晶體管(以下稱NPN)33的基極。在電源電壓VCC與電源檢測電阻14的另一端之間，串聯(lián)連接PNP晶體管(以下稱PNP)34、NPN33和電阻32。NPN34的基極與集電極連接，PNP34與PNP35的基極連接，構(gòu)成電流鏡。
在電源電壓VCC與地之間串聯(lián)連接PNP35和PNP36，PNP36的集電極與基極連接，PNP36的基極與PNP37的基極連接，構(gòu)成電流鏡。
基準(zhǔn)電壓VREG1與地之間，串聯(lián)連接電阻38(電阻值15R)和NPN37。電阻38的電阻值在該例子中，設(shè)定為是電阻32的15倍。
從電阻38的和NPN37的連接點，通過低通濾波器40和緩沖器39，輸出過電流檢測電壓。低通濾波器40是對應(yīng)輸出電流Io的波動，將波動的輸入側(cè)電壓平滑以后進行輸出的濾波器，由此，通常時過電流檢測電壓Voc是固定大小的，即使輸出電流多少有些變化，過電流檢測電壓Voc的變化也是平滑的。
在過電流檢測塊30中，當(dāng)輸出電流Io流過電流檢測電阻14，生成檢測電阻電壓ΔV(＝Rs×Io)時，由于運算放大器31使兩個輸入的電壓差成為零那樣地動作，在電阻32上生成同樣的電阻電壓ΔV。為了使該檢測電阻電壓ΔV生成，在NPN33、PNP34中流過將檢測電阻電壓ΔV除以電阻值R而計算出的電流。
由于PUN34與PNP35以及NPN36和NPN37分別構(gòu)成電流鏡，在電阻38上生成15×ΔV的電壓降。另外，這里，各電流鏡構(gòu)成的電流比，可以認為是一對一的。所以，在低通濾波器40上，輸入從基準(zhǔn)電壓VREG1減去電壓降15×ΔV的電壓(＝VREG1-15×ΔV)。
低通濾波器40，其內(nèi)部構(gòu)成如圖2所示，由在輸入側(cè)和輸出側(cè)之間設(shè)置的電阻41、在其輸入側(cè)與地(基準(zhǔn)點)之間設(shè)置的電容43、與該電容43并聯(lián)連接，當(dāng)輸入側(cè)的電壓比輸出側(cè)的電壓(電容43的充電電壓)低時被導(dǎo)通的電荷放電用的PNP42構(gòu)成。由此，由電阻41與電容43作為低通濾波器而發(fā)揮作用的同時，當(dāng)輸入側(cè)電壓降低時，即輸出電流Io增加時，PNP42導(dǎo)通，電容43的電荷急劇放電。所以，輸出電流Io增加時的過電流檢測電壓Voc沒有遲滯地減少。
可以參照說明電流限制作用的圖3、表示輸出電壓—輸出電流的特性的圖4，對以上那樣地構(gòu)成的本發(fā)明的開關(guān)電源裝置的動作進行說明。
在通常動作時，輸出電流比應(yīng)該限制的電流值小，過電流檢測電壓Voc處于高值。而，設(shè)定電壓Vdm也被設(shè)定為高電壓。所以，在PWM比較器25上，基于反饋電壓FB與三角波信號Vtr的比較，生成PWM信號。由基于該PWM信號而形成的柵極驅(qū)動信號P1、柵極驅(qū)動信號P2對第一開關(guān)11、第二開關(guān)12進行PWN控制。由此，輸出電壓Vout以對應(yīng)規(guī)定的設(shè)定電壓的固定電壓被輸出。
從圖3、圖4看該狀態(tài)，過電流檢測電壓Voc處于高值(圖3的左側(cè)方向)，輸出電流Io還沒有到達開始限制電流的電流限制開始電流值Io1。
輸出電流Io增加以后，如圖3那樣，與此成比例地檢測電阻電壓ΔV增加，過電流檢測電壓Voc開始變低。輸出電流Io超過電流限制開始電流值Io1后，過電流檢測電壓Voc變得比那個時間的反饋電壓FB還低，開始進行限制電流的動作。
該電流限制動作中，進入由過電流檢測電壓Voc與三角波信號Vtr的PWM控制，進行PWM信號的空載時間控制(即負載控制)。在由該PWM控制的電流限制動作中，不會像以往的逐個脈沖方式那樣，由于驅(qū)動器等的電路延遲而影響精度，可以實現(xiàn)高精度的電流限制。而且，作為驅(qū)動器等的電路要素，沒有必要使用特別高速動作的電路，其設(shè)計也變得容易。
該電流限制動作的狀態(tài)中，已經(jīng)不進行定電壓控制動作，進入電流限制動作區(qū)域，圖4的輸出電流處于電流限制開始電流值Io1與輸出電流最大值Io2之間的區(qū)域。過電流檢測電壓Voc到達三角波信號Vtr的下限值(圖3的S點)對應(yīng)圖4的輸出電流最大值Io2。
電流限制動作進行的區(qū)域，即圖4中的輸出電流Io，在電流限制開始電流值Io1與輸出電流最大值Io2之間，由于電流限制動作成為直線的動作，電流限制動作可以穩(wěn)定地進行。該進行電流限制動作的區(qū)域的斜率α，可以通過改變電阻38對電阻32的倍率(該例子是15)而調(diào)整。
而且，當(dāng)輸出電流急劇增加時，對應(yīng)輸出電流的激增，低通濾波器40的輸入側(cè)電壓下降。由于在電容43上積蓄了迄今為止對應(yīng)輸出電流Io的電荷，處于高電壓。此時，在PNP42的發(fā)射極—基極之間施加了正向電壓，PNP42導(dǎo)通。由此，電容43的積蓄電荷通過PNP42急速放電。
所以，過電流檢測電壓Voc對應(yīng)輸出電流Io的急劇增加，沒有實質(zhì)上的遲滯，高速地響應(yīng)。由此，通過設(shè)置低通濾波器40，可以從實質(zhì)上避免過電流限制作用中的延遲。
根據(jù)本發(fā)明，由輸出電流越大其值越小的電流檢測信號，進行PWN比較器的延遲時間控制(換言之，負載控制)，因此電流限制動作穩(wěn)定。
而且，可以使驅(qū)動器等的電路延遲影響變小，可以進行高精度的電流限制。而且，沒有必要特別考慮具有驅(qū)動器等電路延遲的構(gòu)成要素的延遲時間。
進而，由于通過低通濾波器輸出電流檢測信號，電流限制動作更穩(wěn)定的同時，通過改進低通濾波器的構(gòu)成，可以縮短對過電流的響應(yīng)遲滯。
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)電源裝置，其特征在于具有輸出由被控制其導(dǎo)通·截止的半導(dǎo)體開關(guān)變換了直流電源電壓的直流輸出電壓的開關(guān)輸出電路；將所述直流輸出電壓與基準(zhǔn)電壓進行比較，生成所述直流輸出電壓越大其值越小的反饋信號的誤差放大電路；檢測流入所述開關(guān)輸出電路的輸出電流，生成該輸出電流越大其值越小的電流檢測信號的電流檢測電路；將所述反饋信號和所述電流檢測信號作為比較信號輸入，將三角波信號作為基準(zhǔn)信號輸入，將所述比較信號之中的值低的比較信號與所述三角波信號進行比較，輸出PWM信號的PWM比較器，由所述PWM信號控制所述半導(dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通或截止。
2.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于所述電流檢測信號，通過低通濾波器輸出。
3.如權(quán)利要求2所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于所述低通濾波器具有在輸入側(cè)和輸出側(cè)設(shè)置的電阻；在所述輸出側(cè)與基準(zhǔn)點之間設(shè)置的電容；與該電容并聯(lián)連接，當(dāng)所述輸入側(cè)的電壓低于所述輸出側(cè)的電壓時被導(dǎo)通的電荷放電用的半導(dǎo)體開關(guān)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種開關(guān)電源裝置，在輸出變換直流電源電壓的直流輸出電壓的開關(guān)電源裝置中，將直流輸出電壓與基準(zhǔn)電壓進行比較，將直流輸出電壓越大其值越小的反饋信號以及輸出電流越大其值越小的電流檢測信號的小的一方作為比較信號與三角波信號在PWM比較器上進行比較，由PWM信號控制半導(dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通或截止。由此，提供了在提高電流限制動作的精度的同時，不需要電流檢測電路、驅(qū)動器的高速動作，并且可以穩(wěn)定電流限制動作時的輸出電壓的，帶有電流限制功能的進行定電壓控制的開關(guān)電源裝置。
文檔編號H02M3/155GK1497827SQ0315887
公開日2004年5月19日 申請日期2003年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月30日
發(fā)明者安藤弘明, 一, 星野太一 申請人:羅姆股份有限公司