開關電源裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術提供開關電源裝置，其降低輕負載時的開關損耗。其對借助于電抗器(L)和開關元件(Q1)的串聯電路而對直流輸入電壓進行開關獲得的電壓進行整流平滑來得到規定的輸出電壓，其包括：斷開時間運算部(14)，其根據基于輸出電壓和基準値而算出的開關元件的接通時間、直流輸入電壓和輸出電壓而算出開關元件的斷開時間；運算部(15)，其根據算出的斷開時間和接通時間而算出周期及頻率中的至少任意一個；及控制部(16)，其根據周期及頻率中的一個與基準周期及基準頻率中的一個的比較結果而控制開關元件。

Switching power supply device

The present invention provides a switching power supply device that reduces switching losses when light loads are applied. With the help of the reactor (L) and a switching element (Q1) series circuit of DC input voltage to the output voltage by rectifying and smoothing, the provisions of the switch voltage obtained includes: disconnect time calculation section (14), according to the output voltage and the reference value on time, the switching element calculated the DC input voltage and output voltage are calculated based on the off time of the switching element (15), the Ministry of operation; according to the calculated opening time and turn-on time and calculate the cycle and frequency of at least one; and control section (16), according to the cycle and frequency in a reference cycle and the reference frequency in a comparison result and control switch element.

【技術實現步驟摘要】
開關電源裝置
本專利技術涉及開關頻率因負載的輕重而變動的開關電源裝置，特別地，涉及降低輕負載時的開關電源裝置的開關損耗的技術。
技術介紹
作為以往的開關電源裝置，公知有專利文獻1中記載的功率因數改善電路。該功率因數改善電路用于改善不連續模式動作時的功率因數，由控制部輸入輸入電壓和輸出電壓。功率因數改善電路根據輸入電壓、輸出電壓和開關元件的接通時間而算出從電抗器的電流峰値到電抗器電流成為零為止的斷開時間，并利用基于接通時間和斷開時間的接通斷開信號而對開關元件進行接通斷開控制。現有技術文獻專利文獻專利文獻1美國專利6448745號公報但是，在專利文獻1所記載的開關電源裝置中存在輕負載時開關元件的頻率變高，開關損耗變大的課題。這樣的課題不僅存在于功率因數改善電路中，而且在各種方式的開關電源裝置中共存。
技術實現思路
本專利技術提供能夠降低在輕負載時的開關損耗的開關電源裝置。為了解決上述課題，本專利技術的開關電源裝置，其對借助于電抗器和開關元件的串聯電路對直流輸入電壓進行開關得到的電壓進行整流平滑來得到規定的輸出電壓，該開關電源裝置的特征在于，其包括：斷開時間運算部，其根據上述開關元件的接通時間、上述直流輸入電壓和上述輸出電壓，算出上述開關元件的斷開時間，其中，上述開關元件的接通時間是基于上述輸出電壓和基準値而算出的；運算部，其根據由上述斷開時間運算部算出的上述斷開時間和上述接通時間，算出周期及頻率中的至少任意一個；及控制部，其根據上述周期及頻率中的一個與基準周期及基準頻率中的一個的比較結果，控制上述開關元件。專利技術效果根據本專利技術，根據開關元件的接通時間和斷開時間，根據周期及頻率中的至少任意一個而算出開關頻率，并根據與基準周期及基準頻率中的一個的比較結果而控制開關元件。因此，根據開關周期及頻率中的至少任意一個而能夠高精度地抑制開關元件，因此能夠降低在輕負載時振蕩頻率上升而導致的開關損耗。附圖說明圖1是本專利技術的實施例1的開關電源裝置的電路圖。圖2是表示本專利技術的實施例1的開關電源裝置的直流輸入電壓和輸入電流的波形的圖。圖3是用于說明本專利技術的實施例1的開關電源裝置的偽諧振和底部跳躍(bottomskip)控制的時序圖。圖4是本專利技術的實施例2的開關電源裝置的電路圖。(符號的說明)1交流電源10PFC控制部11，12ADC13反饋控制部14斷開時間運算部15頻率運算部16底部跳躍控制部17接通斷開時間校正部18PWM波形形成部DB全波整流電路L電抗器Q1開關元件D1二極管Ra1，Ra2，Ro1，Ro2電阻C1電容器BT1，BT2底部時機T1臨界模式T2偽諧振模式T3底部跳躍具體實施方式下面，參照附圖而對本專利技術的開關電源裝置的幾個實施方式進行詳細說明。實施例1圖1是本專利技術的實施例1的開關電源裝置的電路圖。在圖1所示的實施例1的開關電源裝置中，在全波整流電路DB中，將來自交流電源1的交流電壓全波整流而將全波整流電壓Vin輸出到電阻Ra1與電阻Ra2的串聯電路的兩端。也可將由交流電源1和全波整流電路DB構成的結構視為電池等這樣輸出直流輸入電壓的直流電源。在電阻Ra1和電阻Ra2的串聯電路的兩端連接有電抗器L和開關元件Q1的串聯電路。開關元件Q1由MOSFET構成，在開關元件Q1的漏極-源極之間連接有二極管D1和電容器C1的串聯電路。在電容器C1的兩端連接有電阻Ro1和電阻Ro2的串聯電路。該開關電源裝置對來自交流電源1的交流電壓進行整流而變換成直流輸入電壓，并通過二極管D1和電容器C1的整流平滑電路，對借助于電抗器L和開關元件Q1的串聯電路來對直流輸入電壓進行開關獲得的電壓進行整流平滑，從而獲得規定的輸出電壓Vout。PFC控制部10由微控制單元(MCU)構成，根據電阻Ra1與電阻Ra2之間的直流輸入電壓Vin、電阻Ro1與電阻Ro2之間的輸出電壓Vout、開關元件Q1的接通時間而對開關元件Q1進行接通斷開控制，從而使輸出電壓成為規定値，改善功率因數。PFC控制部10具備模擬數字變換器(ADC)11、12、反饋控制部13、斷開時間運算部14、頻率運算部15、底部跳躍控制部16、PWM波形形成部18。ADC11將利用電阻Ra1和電阻Ra2而對全波整流電壓Vin進行分壓而獲得的電壓變換成數字値V11，并輸出到斷開時間運算部14。ADC12將利用電阻Ro1和電阻Ro2對輸出電壓Vout進行分壓獲得的電壓變換成數字値V12，并輸出到反饋控制部13和斷開時間運算部14。反饋控制部13根據基于來自ADC12的輸出電壓Vout的數字値V12與基準値Vref的誤差，算出下一個開關周期中的開關元件Q1的接通時間。關于接通時間的控制，通過比例積分(PI)控制而進行，通過延遲響應時間，從而如圖3所示，使直流輸入電壓Vin的一周期中的接通時間(例如，時刻t1～t2、t3～t4)恒定。從而，輸入電流IIN的平均値與直流輸入電壓Vin成正比，因此能夠獲得功率因數改善効果。斷開時間運算部14根據開關元件Q1的接通時間Ton、直流輸入電壓Vin和輸出電壓Vout而算出下一個開關周期中的開關元件Q1的斷開時間Toff。對形成升壓類型且臨界模式(在電抗器L流動的電流成為零的模式)時的開關元件Q1的斷開時間運算部14的運算處理進行詳細說明。將接通時間設為Ton時，通過式(1)來求出在電抗器L流動的電流峰Ip。Ip＝Vin×Ton/L…(1)Vin是直流輸入電壓，L是電感値。在電流峰為Ip時，通過式(2)來求出為進行臨界模式動作的斷開時間Toff。Ip-(Vout-Vin)×Toff/L＝0Ip＝(Vout-Vin)×Toff/LToff＝Ip/(Vout-Vin)/L＝(Vin×Ton/L)/(Vout-Vin)/L＝(Vin×Ton)/(Vout-Vin)…(2)由式(2)可知，通過直流輸入電壓Vin與輸出電壓Vout之差、電流的峰値Ip和電感値L而決定電抗器電流成為零的時機。并且，通過直流輸入電壓Vin和接通時間Ton和電感値L而決定臨界模式中的電流的峰値Ip。因此，可由直流輸入電壓Vin和輸出電壓Vout和接通時間Ton而求出電抗器電流成為零的時機。因此，斷開時間運算部14由開關元件Q1的接通時間Ton、直流輸入電壓Vin和輸出電壓Vout而求出電抗器電流成為零的時機，從而能夠算出開關元件Q1的斷開時間。從而，在不使用繞組、電流檢測器的情況下，能夠進行電流臨界模式動作。頻率運算部15相當于本專利技術的運算部，根據將由斷開時間運算部14算出的斷開時間和接通時間相加的開關元件Q1的開關周期T而算出開關元件Q1的開關頻率f。底部跳躍控制部16相當于本專利技術的控制部，根據頻率f與基準頻率的比較結果而控制開關元件Q1。底部跳躍控制部16通過運算而預測在斷開開關元件Q1時兩端電壓(漏極-源極間電壓)Vds進行衰減振動時的底部時機，并在由頻率運算部15算出的頻率超過基準頻率的情況下，生成在從預測的最初的底部時機跳躍一個而成為下一個底部時機時用于接通開關元件Q1的信號。PWM波形形成部18根據來自底部跳躍控制部16的信號而生成PWM信號，并將所生成的PWM信號借助于驅動器(Drv)20而輸出到開關元件Q1的柵極。接著，參照圖2所示的時序圖而對這樣構成的實施例1的開關電源裝置的動作進本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種開關電源裝置，其對如下電壓進行整流平滑來得到規定的輸出電壓，該電壓是借助于電抗器和開關元件的串聯電路而對直流輸入電壓進行開關得到的，上述開關電源裝置的特征在于，其包括：斷開時間運算部，其根據上述開關元件的接通時間、上述直流輸入電壓和上述輸出電壓，算出上述開關元件的斷開時間，其中，上述開關元件的接通時間是基于上述輸出電壓和基準値算出的；運算部，其根據由上述斷開時間運算部算出的上述斷開時間和上述接通時間，算出周期及頻率中的至少任意一個；及控制部，其根據上述周期及頻率中的一個與基準周期及基準頻率中的一個之間的比較結果，控制上述開關元件。

【技術特征摘要】
2015.09.28 JP 2015-1893301.一種開關電源裝置，其對如下電壓進行整流平滑來得到規定的輸出電壓，該電壓是借助于電抗器和開關元件的串聯電路而對直流輸入電壓進行開關得到的，上述開關電源裝置的特征在于，其包括：斷開時間運算部，其根據上述開關元件的接通時間、上述直流輸入電壓和上述輸出電壓，算出上述開關元件的斷開時間，其中，上述開關元件的接通時間是基于上述輸出電壓和基準値算出的；運算部，其根據由上述斷開時間運算部算出的上述斷開時間和上述接通時間，算出周期及頻率中的至少任意一個；及控制部，其根據上述周期及頻率中的一個與基準周期及基準頻率中的一個之間的比較結果，控制上述開關元件。2.根據權利要求1所述的開關電源裝置，其特征在于，在上述頻率超過了上述基準頻率的情況下，上述控制部限制上述開關元件的最大頻率。3.根據權利要求2所述的開關電源裝置，其特征在于，在...

【專利技術屬性】
技術研發人員：中野利浩，
申請(專利權)人：三墾電氣株式會社，
類型：發明
國別省市：日本,JP