[发明专利]开关电源装置及其数字控制装置

说明书

本发明涉及开关电源装置。特别是，本发明涉及具有切换输入的功率形成脉冲状的波形的开关电路、控制开关动作并将由该开关电路形成的脉冲状的输出变换为直流而输出、同时由控制电路监视直流输出电压以使直流输出电压一定的开关电源装置。更详细地，本发明涉及使用数字电路作为控制电路的开关电源装置。

在先有的开关电源装置中，控制电路通常由模拟电路构成。这时，表示输出电压或输出电流的信号是模拟信号的形式，该模拟信号作为模拟量进行处理，根据该处理结果得到控制开关动作所需要的控制信号。

通常，在开关电源装置中，为了实现控制的最佳化，有时根据输入电压或负载电流的变化改变功率变换电路的动作模式。这时，必须预先准备与各动作模式相应的多个控制算法，通过适当地切换使用该算法而进行最佳控制。但是，在先有的使用模拟控制电路的开关电源装置中，由于控制电路的信号处理都是利用作为硬件的电路结构进行的，所以，为了根据功率变换电路的动作模式的变化切换控制算法实现最佳控制，必须预先准备与各控制算法对应的控制电路即硬件，并根据动作模式切换使用该控制电路。这就意味着必须准备多个作为硬件的控制电路。因此，电路结构非常复杂，从而该结构难于实现。

在使用扼流圈输入方式平滑电路构成输出电路的一般的开关电源装置中，根据负载电流的大小，对于流过电感线圈的电流，存在连续状态和不连续状态的2个动作模式。在先有的使用模拟控制电路的开关电源装置中，通常即使在电感线圈电流的不连续状态下也采用使用连续状态的控制模型的信号处理的方法和步骤。其理由在于，根据负载状态改变信号处理的方法和步骤是困难的，或者是复杂而不经济的。因此，电感线圈电流成为不连续状态时，控制模型就不适当了，从而就不能满足输出电压的稳定度及控制系统的稳定度。

在开关电源装置中，以降低开关损失为主要目的而开发的共振型电源也还是发展过程中的技术，至今电路方式还没有统一。因此，与电路方式对应的控制算法也未统一，从而对于各电路方式，控制电路也不同。这就成了使控制电路部标准化从而置换为控制IC时的大问题。

共振型电源的电路方式，通常具有多个动作模式。因此，为了使用模拟控制电路进行所希望的稳定化控制，必须预先准备用于实现与各动作模式对应的控制算法的多个控制电路，并根据动作模式切换使用这些控制电路。然而，在实际中，该方法的问题是控制电路复杂。

在电池充电器那样的特殊用途的开关电源装置中，除了使输出电压一定的恒压特性外，还要求使输出电流一定的恒流特性及使输出功率一定的恒定功率特性。这时，对于各种特性，动作模式不同，所以，需要与各动作模式对应的多个控制算法。因此，在使用模拟控制电路的开关电源装置中，如上所述，必须准备与控制算法对应的多个控制电路，并根据动作模式切换使用这些控制电路。但是，在实际中，该结构的问题和共振型电源的情况一样，控制电路复杂。

在使用模拟控制电路的先有的开关电源装置中，进行与输入电压、输出电压和输出电流对应的控制时，控制所需要的输入电压、输出电压和输出电流的各信息都必须通过实际设置检测电路而得到。特别是，在将输入输出间绝缘的电源装置中，将各信息读入控制电路时，必须与某个信号馈电系统进行绝缘。因此，电路结构将复杂化，同时电路零部件数也增加。

如上所述，在使用模拟控制电路的开关电源装置中，为了进行控制算法的切换或变更，必须变更电路结构及电路零部件等硬件。这就意味着显著地妨碍硬件的标准化，结果，不得不进行少量多品种生产，从而存在设计效率和生产效率低下的问题。

此外，作为一般的问题，还必须考虑开关电源装置也负载装置的关系。通常，开关电源装置的输出通过负载线与负载装置连接。这时，开关电源装置供给的电压，本来理想的情况是控制为加到负载装置的两端的负载端子电压一定。但是，在多数开关电源装置中，电压检测电路设置在开关电源装置的内部，由开关电源装置的输出部控制使输出电压一定。在这种控制方式中，由于负载线的电阻引起的电压降低，将使加到负载装置的两端的负载端子电压降低。

虽然人们考虑了几个解决该问题的方法，但是，在控制使开关电源装置的输出部的电压一定的方式中，对于负载的变化不能获得可以充分满足的控制。在利用模拟电路进行开关电源装置的开关动作控制的先有的方式中，这些问题的对策有一定限制。