开关电源装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供开关电源装置，其降低轻负载时的开关损耗。其对借助于电抗器(L)和开关元件(Q1)的串联电路而对直流输入电压进行开关获得的电压进行整流平滑来得到规定的输出电压，其包括：断开时间运算部(14)，其根据基于输出电压和基准値而算出的开关元件的接通时间、直流输入电压和输出电压而算出开关元件的断开时间；运算部(15)，其根据算出的断开时间和接通时间而算出周期及频率中的至少任意一个；及控制部(16)，其根据周期及频率中的一个与基准周期及基准频率中的一个的比较结果而控制开关元件。

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.

【技术实现步骤摘要】
开关电源装置
本专利技术涉及开关频率因负载的轻重而变动的开关电源装置，特别地，涉及降低轻负载时的开关电源装置的开关损耗的技术。
技术介绍
作为以往的开关电源装置，公知有专利文献1中记载的功率因数改善电路。该功率因数改善电路用于改善不连续模式动作时的功率因数，由控制部输入输入电压和输出电压。功率因数改善电路根据输入电压、输出电压和开关元件的接通时间而算出从电抗器的电流峰値到电抗器电流成为零为止的断开时间，并利用基于接通时间和断开时间的接通断开信号而对开关元件进行接通断开控制。现有技术文献专利文献专利文献1美国专利6448745号公报但是，在专利文献1所记载的开关电源装置中存在轻负载时开关元件的频率变高，开关损耗变大的课题。这样的课题不仅存在于功率因数改善电路中，而且在各种方式的开关电源装置中共存。
技术实现思路
本专利技术提供能够降低在轻负载时的开关损耗的开关电源装置。为了解决上述课题，本专利技术的开关电源装置，其对借助于电抗器和开关元件的串联电路对直流输入电压进行开关得到的电压进行整流平滑来得到规定的输出电压，该开关电源装置的特征在于，其包括：断开时间运算部，其根据上述开关元件的接通时间、上述直流输入电压和上述输出电压，算出上述开关元件的断开时间，其中，上述开关元件的接通时间是基于上述输出电压和基准値而算出的；运算部，其根据由上述断开时间运算部算出的上述断开时间和上述接通时间，算出周期及频率中的至少任意一个；及控制部，其根据上述周期及频率中的一个与基准周期及基准频率中的一个的比较结果，控制上述开关元件。专利技术效果根据本专利技术，根据开关元件的接通时间和断开时间，根据周期及频率中的至少任意一个而算出开关频率，并根据与基准周期及基准频率中的一个的比较结果而控制开关元件。因此，根据开关周期及频率中的至少任意一个而能够高精度地抑制开关元件，因此能够降低在轻负载时振荡频率上升而导致的开关损耗。附图说明图1是本专利技术的实施例1的开关电源装置的电路图。图2是表示本专利技术的实施例1的开关电源装置的直流输入电压和输入电流的波形的图。图3是用于说明本专利技术的实施例1的开关电源装置的伪谐振和底部跳跃(bottomskip)控制的时序图。图4是本专利技术的实施例2的开关电源装置的电路图。(符号的说明)1交流电源10PFC控制部11，12ADC13反馈控制部14断开时间运算部15频率运算部16底部跳跃控制部17接通断开时间校正部18PWM波形形成部DB全波整流电路L电抗器Q1开关元件D1二极管Ra1，Ra2，Ro1，Ro2电阻C1电容器BT1，BT2底部时机T1临界模式T2伪谐振模式T3底部跳跃具体实施方式下面，参照附图而对本专利技术的开关电源装置的几个实施方式进行详细说明。实施例1图1是本专利技术的实施例1的开关电源装置的电路图。在图1所示的实施例1的开关电源装置中，在全波整流电路DB中，将来自交流电源1的交流电压全波整流而将全波整流电压Vin输出到电阻Ra1与电阻Ra2的串联电路的两端。也可将由交流电源1和全波整流电路DB构成的结构视为电池等这样输出直流输入电压的直流电源。在电阻Ra1和电阻Ra2的串联电路的两端连接有电抗器L和开关元件Q1的串联电路。开关元件Q1由MOSFET构成，在开关元件Q1的漏极-源极之间连接有二极管D1和电容器C1的串联电路。在电容器C1的两端连接有电阻Ro1和电阻Ro2的串联电路。该开关电源装置对来自交流电源1的交流电压进行整流而变换成直流输入电压，并通过二极管D1和电容器C1的整流平滑电路，对借助于电抗器L和开关元件Q1的串联电路来对直流输入电压进行开关获得的电压进行整流平滑，从而获得规定的输出电压Vout。PFC控制部10由微控制单元(MCU)构成，根据电阻Ra1与电阻Ra2之间的直流输入电压Vin、电阻Ro1与电阻Ro2之间的输出电压Vout、开关元件Q1的接通时间而对开关元件Q1进行接通断开控制，从而使输出电压成为规定値，改善功率因数。PFC控制部10具备模拟数字变换器(ADC)11、12、反馈控制部13、断开时间运算部14、频率运算部15、底部跳跃控制部16、PWM波形形成部18。ADC11将利用电阻Ra1和电阻Ra2而对全波整流电压Vin进行分压而获得的电压变换成数字値V11，并输出到断开时间运算部14。ADC12将利用电阻Ro1和电阻Ro2对输出电压Vout进行分压获得的电压变换成数字値V12，并输出到反馈控制部13和断开时间运算部14。反馈控制部13根据基于来自ADC12的输出电压Vout的数字値V12与基准値Vref的误差，算出下一个开关周期中的开关元件Q1的接通时间。关于接通时间的控制，通过比例积分(PI)控制而进行，通过延迟响应时间，从而如图3所示，使直流输入电压Vin的一周期中的接通时间(例如，时刻t1～t2、t3～t4)恒定。从而，输入电流IIN的平均値与直流输入电压Vin成正比，因此能够获得功率因数改善効果。断开时间运算部14根据开关元件Q1的接通时间Ton、直流输入电压Vin和输出电压Vout而算出下一个开关周期中的开关元件Q1的断开时间Toff。对形成升压类型且临界模式(在电抗器L流动的电流成为零的模式)时的开关元件Q1的断开时间运算部14的运算处理进行详细说明。将接通时间设为Ton时，通过式(1)来求出在电抗器L流动的电流峰Ip。Ip＝Vin×Ton/L…(1)Vin是直流输入电压，L是电感値。在电流峰为Ip时，通过式(2)来求出为进行临界模式动作的断开时间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，通过直流输入电压Vin与输出电压Vout之差、电流的峰値Ip和电感値L而决定电抗器电流成为零的时机。并且，通过直流输入电压Vin和接通时间Ton和电感値L而决定临界模式中的电流的峰値Ip。因此，可由直流输入电压Vin和输出电压Vout和接通时间Ton而求出电抗器电流成为零的时机。因此，断开时间运算部14由开关元件Q1的接通时间Ton、直流输入电压Vin和输出电压Vout而求出电抗器电流成为零的时机，从而能够算出开关元件Q1的断开时间。从而，在不使用绕组、电流检测器的情况下，能够进行电流临界模式动作。频率运算部15相当于本专利技术的运算部，根据将由断开时间运算部14算出的断开时间和接通时间相加的开关元件Q1的开关周期T而算出开关元件Q1的开关频率f。底部跳跃控制部16相当于本专利技术的控制部，根据频率f与基准频率的比较结果而控制开关元件Q1。底部跳跃控制部16通过运算而预测在断开开关元件Q1时两端电压(漏极-源极间电压)Vds进行衰减振动时的底部时机，并在由频率运算部15算出的频率超过基准频率的情况下，生成在从预测的最初的底部时机跳跃一个而成为下一个底部时机时用于接通开关元件Q1的信号。PWM波形形成部18根据来自底部跳跃控制部16的信号而生成PWM信号，并将所生成的PWM信号借助于驱动器(Drv)20而输出到开关元件Q1的栅极。接着，参照图2所示的时序图而对这样构成的实施例1的开关电源装置的动作进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关电源装置，其对如下电压进行整流平滑来得到规定的输出电压，该电压是借助于电抗器和开关元件的串联电路而对直流输入电压进行开关得到的，上述开关电源装置的特征在于，其包括：断开时间运算部，其根据上述开关元件的接通时间、上述直流输入电压和上述输出电压，算出上述开关元件的断开时间，其中，上述开关元件的接通时间是基于上述输出电压和基准値算出的；运算部，其根据由上述断开时间运算部算出的上述断开时间和上述接通时间，算出周期及频率中的至少任意一个；及控制部，其根据上述周期及频率中的一个与基准周期及基准频率中的一个之间的比较结果，控制上述开关元件。

【技术特征摘要】
2015.09.28 JP 2015-1893301.一种开关电源装置，其对如下电压进行整流平滑来得到规定的输出电压，该电压是借助于电抗器和开关元件的串联电路而对直流输入电压进行开关得到的，上述开关电源装置的特征在于，其包括：断开时间运算部，其根据上述开关元件的接通时间、上述直流输入电压和上述输出电压，算出上述开关元件的断开时间，其中，上述开关元件的接通时间是基于上述输出电压和基准値算出的；运算部，其根据由上述断开时间运算部算出的上述断开时间和上述接通时间，算出周期及频率中的至少任意一个；及控制部，其根据上述周期及频率中的一个与基准周期及基准频率中的一个之间的比较结果，控制上述开关元件。2.根据权利要求1所述的开关电源装置，其特征在于，在上述频率超过了上述基准频率的情况下，上述控制部限制上述开关元件的最大频率。3.根据权利要求2所述的开关电源装置，其特征在于，在...

【专利技术属性】
技术研发人员：中野利浩，
申请(专利权)人：三垦电气株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP