开关电源设备、开关电源控制方法和电子装置制造方法及图纸

一种开关电源设备，包括：被提供有直流输入的开关元件，控制所述开关元件的开关频率的频率控制电路，检测所述开关元件的开关频率的频率检测电路，和基于所述频率检测电路所检测的开关频率控制开关占空比的占空比控制电路。所述占空比控制电路控制所述开关占空比，以使所述开关频率变为约最大频率。

【技术实现步骤摘要】
开关电源设备、开关电源控制方法和电子装置相关申请的交叉引用本申请要求享有2013年5月29日提出的日本优先权专利申请JP2013-112574的权益，该专利申请的全部内容在此并入本文以供参考。
本专利技术涉及开关电源设备、开关电源控制方法和电子装置，尤其涉及输出稳定直流(DC)电压的电流谐振型开关电源设备、开关电源控制方法和电子装置。
技术介绍
作为一种开关电源设备，电流谐振型开关电源设备是已知的。电流谐振型开关电源设备具有以下优点：1.在无负载到最大负载之间的全负载范围内能实现零电压开关(ZVS)；2.能降低初级侧开关元件的关闭时的电流；3.能实现次级侧整流元件的零电流开关(ZCS)；4.由于可以实现升压操作而不降低正常工作时的效率，因此电流谐振型开关电源设备适用于需要确保保持时间(retentiontime)的电源。电流谐振型开关电源设备包括具有两个串联连接的开关元件的开关电路。所述两个开关元件交替地开和关。变压器与开关元件相连接，在变压器的次级侧感生的交流(AC)电压经整流后变成输出电压。如果要改善电流谐振型开关电源设备的功率转换效率，需要考虑变压器的功率损耗。变压器中发生的功率损耗，等于由初级侧的谐振电流和励磁电流、及次级侧的转移电流所引起的线路铜耗、以及由变压器的励磁所引起的变压器铁芯的铁耗之和。通常要对变压器进行最优化设计，以使最大负载时的铜耗和铁耗之和为最小值。例如，参看文献(R.W.Erickson,D.Maksimovic:Fundamentalsofpowerelectronics,ed.KluwerAcademicPublishers,(第二版)ISBN0792372700)。此外，在以下描述中，功率损耗被简写为“损耗”，且功率转换效率被简写为“效率”。由谐振电流和转移电流所引起的铜耗根据负载而在幅度上变化。相反，铁耗与由励磁电流所引起的铜耗之和是与负载无关的恒定值。因此，当负载为轻负载时，铁耗与由励磁电流所引起的铜耗之和的比率增加，而当工作点设置为与最大负载时相同时，与半谐振电路等的效率相比，处于轻负载状态的电流谐振型开关电源设备的效率恶化。正如日本未审专利申请公开号6-46561、日本未审专利申请公开号2006-204044和日本未审专利申请公开号2001-333576所公开的那样，已有的提议是，检测负载是轻负载或是重负载，根据负载是轻负载或是重负载来控制用于开关的开关元件的ON时段，移动工作点，由此防止效率降低。
技术实现思路
如上所述，在通过控制开关元件的ON时段来改善效率的情形中，使用脉宽调制(PWM)控制、脉冲比率控制(PRC)等，所述脉宽调制控制通过固定开关频率来调整第一开关元件和第二开关元件的占空比，所述脉冲比率控制通过固定第二开关元件的ON时段来调整第一开关元件的ON时段。但是，在上述控制的情形中，铁耗以及由励磁电流引起的铜耗的降低程度是依据频率的固定值或第二开关元件的ON时段的固定值而变化。因此，为了使变压器的损耗最小，需要精确地调整频率的固定值或第二开关元件的ON时段的固定值，而这是难以设计的。此外，由于当负载改变时使变压器的损耗最小的条件也随之变化，所以无法在全负载范围内使变压器的损耗最小。因此，需要提供一种开关电源设备、开关电源控制方法和电子装置，能够控制开关元件的ON时段，以使变压器的损耗最小，并且能控制开关元件的ON时段以在全负载范围内使变压器的损耗最小。根据本专利技术的实施方式，一种开关电源设备包括：开关元件，对所述开关元件提供直流输入；频率控制电路，所述频率控制电路控制所述开关元件的开关频率；频率检测电路，所述频率检测电路检测所述开关元件的开关频率；和占空比控制电路，所述占空比控制电路基于所述频率检测电路所检测的开关频率控制开关占空比。所述占空比控制电路控制所述开关占空比，以使所述开关频率变为约最大频率。此外，本专利技术提供了其中使用如下的开关占空比进行操作的开关电源设备，所述开关占空比是在所述开关频率的变化相对于所述开关占空比的变化的斜率变为正的区域中的开关占空比。根据本专利技术，可以在全负载范围内使变压器的损耗最小。由于即使当负载波动时，仍能够自动调整到使损耗最小的频率和占空比，因此可以预见全负载范围内的效率改善效果。附图说明图1为可以应用本专利技术的电流谐振型开关电源设备的连接图；图2为现有技术的开关电源设备中的控制电路的框图；图3为示出了现有技术的开关电源设备的开关控制信号波形的波形图；图4A至4C为用于解释现有技术的开关电源设备的波形图；图5A和5B为用于解释开关电源设备的损耗的示意性曲线图；图6为用于解释现有技术的效率改善方法的示意性曲线图；图7为用于解释根据本专利技术的实施方式的效率改善方法的示意性曲线图；图8A和8B为用于解释根据本专利技术的实施方式的效率改善方法的示意性曲线图；图9为根据本专利技术的实施方式的开关电源设备中的控制电路的框图；图10为示出了根据本专利技术的实施方式的开关电源设备的开关控制信号波形的波形图；图11为用于解释根据本专利技术的第一实施方式的开关电源设备的控制处理的流程图；图12为用于解释根据本专利技术的第二实施方式的开关电源设备的控制处理的流程图。具体实施方式下面将描述具体实施方式。此外，将按以下顺序进行说明。1.电流谐振型开关电源设备2.现有技术中的开关电源设备的问题3.本专利技术的第一实施方式4.本专利技术的第二实施方式5.应用举例6.变型举例此外，下文所述的实施方式适用于特定的实施方式，且给出了多种技术上优选的限定。但是，在下面的说明中，本专利技术的范围不限于这些实施方式，除非存在对本专利技术特别限定的描述。1.电流谐振型开关电源设备举例来说，通过对交流电源电压(商用电源电压)整流后获得的电压+B，被提供给图1所示的电流谐振型开关电源设备的输入端1a和1b。例如，对商用电源电压进行整流的PFC控制型开关电源设备，被连接至输入端1a和1b。在电流谐振型开关电源设备的开关操作中，两个开关元件交替地开和关，两者形成作为关闭时段的死区。所述死区用于避免同时打开两个开关元件。图1示出了电流谐振型转换器的配置，所述电流谐振型转换器包括两个场效应晶体管(FET)3和4作为开关元件。为了执行FET3和FET4的开关操作，提供控制电路2，利用来自控制电路2的开关控制信号Sg3和Sg4分别开关FET3和FET4。此外，图1所示的电源设备采取利用他励式励磁来操作各开关元件的配置。由电容5、与变压器6的初级线圈L1构成的串联谐振电路14被连接至FET3和4的连接点。由控制电路2、FET3和4、电容5以及变压器6构成电流谐振电路13。变压器6的次级线圈L2和L3的连接点成为次级侧的地电位。由二极管8和9以及用于平滑的电容10构成整流电路7，整流电路7的输出电压被输出至输出端12a和12b。例如，输出12V的直流电压。整流电路7是全波整流电路，对次级线圈中励磁产生的交流电压进行整流，并产生输出直流电压，该输出直流电压是电容10两端的电压。输出电压被误差信号产生电路11中所包括的电阻R1和R2分压，分压电压被施加到电压放大器15，并与预定电压源16的电压进行比较。根据比较输出，电流ID流经光电耦合器PH的发光二极管侧。与电流ID成正比的反馈电流FB流经光电耦合器PH的光电晶体管本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关电源设备，包括：开关元件，对所述开关元件提供直流输入；频率控制电路，所述频率控制电路控制所述开关元件的开关频率；频率检测电路，所述频率检测电路检测所述开关元件的开关频率；和占空比控制电路，所述占空比控制电路基于所述频率检测电路所检测的开关频率控制开关占空比，其中，所述占空比控制电路控制所述开关占空比，以使所述开关频率变为约最大频率。

【技术特征摘要】
2013.05.29 JP 2013-1125741.一种开关电源设备，包括：开关元件，对所述开关元件提供直流输入；频率控制电路，所述频率控制电路控制所述开关元件的开关频率；频率检测电路，所述频率检测电路检测所述开关元件的开关频率；和占空比控制电路，所述占空比控制电路基于所述频率检测电路所检测的开关频率控制开关占空比，其中，所述占空比控制电路控制所述开关占空比，以使所述开关频率变为约最大频率。2.根据权利要求1所述的开关电源设备，其中，所述占空比控制电路使用如下的开关占空比进行操作，所述开关占空比是在所述开关频率的变化相对于所述开关占空比的变化的斜率变为正的区域中的开关占空比。3.根据权利要求1所述的开关电源设备，还包括：变压器；谐振电路；和整流电路，其中所述开关元件由第一开关元件和第二开关元件构成，所述第一开关元件和第二开关元件串联连接，且依照所述开关频率而交替打开，其中所述第一和第二开关元件的输出电流被提供到所述变压器，其中所述谐振电路连接至所述变压器的初级侧，所述整流电路连接至所述变压器的次级侧，以及其中根据反馈信号控制所述开关信号的频率，由此使输出电压稳定。4.根据权利要求3所述的开关电源设备，其中使所述开关占空比改变的时间被设置为长于根据所述反馈信号的频带确定的响应时间。5.根据权利要求1所述的开关电源设备，其中所述占空比控制电路将所述开关占空比设置为等于或小于50％的可变值，并调制所述开关频率。6.根据权利要求1所述的开关电源设备，其中所述占空比控制电路在全负载范围内搜索所述开关频率通常变为约最大频率的开关占空比。7.根据权利要求1所述的开关电源设备，其中所述占空比控制电路通过以下步骤控...

【专利技术属性】
技术研发人员：渡辺裕之，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP