[发明专利]开关电源装置

说明书

技术领域

本发明涉及通过半导体开关的开关动作从直流电源转换为电压不同的其他直流的开关电源装置，特别涉及根据负载的大小来控制开关频率、实现装置的高效率化和应用的部件的小型化的控制电路技术。

背景技术

图6表示了专利文献1中周知的根据负载的变动而使开关频率变化、通过减少损失实现高效率化和通过抑制开关元件的峰值电流实现使用部件的小型化的电路例子。主电路方式是回扫式（flyback），控制方式是电流模式控制方式。

主电路结构是：与作为直流电源的电容Ci并联连接包括变压器T的初级线圈P1、作为半导体开关的MOSFETQ1和电流检测电阻Rs的串联电路，与变压器T的次级线圈S1并联连接包括整流二极管D1和平滑电容器Co的整流平滑电路，平滑电容器Co的两端与直流输出端子Po（正极输出端子）、No（负极输出端子）连接。

控制电路在电流模式控制方式下，主要部单片集成为集成电路（IC）。该控制方式将直流输出电压与基准值进行比较，控制初级侧MOSFETQ1中流动的电流的峰值，使得直流输出电压与基准值的偏差为零。

直流输出电压是将使用电阻Ro1和Ro2分压后的电压值对分路分压器（Shunt Regulator）D2的控制端子输入，用与偏差相应的电流驱动光电耦合器PC1的二极管，将与初级侧控制电路连接的光电晶体管的电流通过负载电阻转换为电压，将其作为反馈电压。

另一方面，振荡电路用控制电路的基准电源电压Vreg经由电阻R1对振荡用电容器C2充电，用比较器CP2判定电容器C2的电压达到了用电阻R2和R3分压后的电压，使晶体器Q2导通。晶体管Q2导通时，电容器C2的电荷被放电，同时晶体管Q2自身也断开，触发器（flip flop）FF被设置，MOSFETQ1通过“或非”门NOR、驱动电路、电阻R7而导通。MOSFETQ1导通时，电流IQ1以由直流输入电压值与变压器的电感值决定的斜度上升。将该电流检测为分路电阻Rs的电压，用比较器CP1检测该电压值达到了上述反馈电压值（FB端子的电压值），使触发器FF复位。其结果是，MOSFETQ1断开。通过反复进行这样的动作，直流输出电压被控制为固定值的恒定电压。

在电阻R1和振荡用电容器C2的连接点与输出MOSFETQ1用的开关信号的OUT端子之间，连接由电阻R8、R9和电容器C3构成的平均化电路。驱动MOSFETQ1用的开关信号的导通占空比（on-duty）根据连接在直流输出端子（Po、No）的负载的大小而变化。即，负载轻（轻负载）时导通占空比小，负载大（重负载）时导通占空比大。其结果是，振荡用电容器C2的充电时间在重负载时缩短，开关频率升高。此外，在轻负载时电容器C2的充电时间延长，开关频率降低。因为轻负载时使开关频率降低，所以损失降低，装置的转换效率提高。此外，因为重负载时频率上升，所以MOSFETQ1的电流IQ1的峰值电流被抑制，MOSFETQ1、变压器T、二极管D1等使用部件能够小型化。

作为了控制方式，说明了电流模式控制方式的现有例子，但开关电源的控制方式有电压模式控制方式和电流模式控制方式两种。图7中表示PWM（脉宽调制）控制的区别。如图7（a）所示，电流模式控制方式的PWM波形，因振荡器的导通触发信号而成为导通信号，用比较器CP3对将反馈电压值（FB端子的电压）用负载电阻等电平移位电路转换后的电压和将开关元件（MOSFET）中流动的峰值电流检测值转换为电压后的电压（IS端子的电压）进行比较，峰值电流检测值能够由达到反馈电压值时断开的结构得到。此处，与IS端子连接的LEB（Leading Edge Braking），是用于在开关导通时为了不检测IS端子的电压中尖峰电压而屏蔽微少时间的功能。

电压模式控制方式是用比较器CP4对反馈电压值（FB端子的电压）与斜坡电压振荡器Osc的输出电压值进行比较而得到的。作为振荡器也可以使用三角波振荡器等。详情在专利文献3中有说明，所以省略。

接着，图8、图9表示专利文献2中周知的电压模式控制方式的开关电源的现有例子。图8是回扫式的主电路结构，与作为直流电源的电容器Ci并联连接包括变压器T1的初级线圈P和作为半导体开关的MOSFETQ1的串联电路，与变压器T的次级线圈S并联连接包括整流二极管D1和平滑电容器Co的整流平滑电路，平滑电容器Co的两端与直流输出端子Po（正极输出端子）、No（负极输出端子）连接。