切换输出电压的设定的开关电源装置和开关电源装置用集成电路制造方法及图纸

提供一种开关电源装置，能够切换为规定的输出电压，并且维持高效率。该开关电源装置根据外部信号来切换输出电压的设定，其特征在于，具有：变压器(T1)，其具有一次绕组(P1)和二次绕组(S1、S2)；多个同步整流元件(SR1、SR2)，它们设置在对二次绕组的脉冲电压进行整流的2次侧整流部中，与二次绕组的数量对应；开关元件(SW2)，其用于切换二次绕组(S1、S2)；以及控制电路(20)，其对同步整流元件(SR1、SR2)进行接通断开控制，使开关元件(SW2)接通或断开，与输出电压(Vo)的设定电压的高低的电压值对应地，使开关元件(SW2)接通或断开，并且选择任意同步整流元件中对二次绕组的脉冲电压进行同步整流，在输出电压(Vo)较高的设定值下的动作停止时，使同步整流元件中的、输出输出电压(Vo)较高的设定值一侧的同步整流元件(SR2)进行开关动作，直至下降到输出电压(Vo)的设定电压较低的电压值为止。

Switching power supply device and switching power supply integrated circuit for switching output voltage

A switch power supply is provided to switch to a specified output voltage and to maintain high efficiency. The switching power supply device to switch the output voltage according to an external signal set, which is characterized in that: the transformer (T1), which has a primary winding and secondary winding (P1) two (S1, S2); a plurality of synchronous rectifier components (SR1, SR2), they were set in the two pulse voltage rectifier of the 2 winding rectifier part, corresponding to the number of two secondary windings; switching elements (SW2), which is used for switching two windings (S1, S2); and a control circuit (20), the elements of synchronous rectifier (SR1, SR2) for on-off control, the switching element (SW2) on or off, and the output voltage (Vo) setting the level of voltage corresponding to the voltage value, the switching element (SW2) on or off, and the selection of pulse voltage on two windings of the synchronous rectifier element of arbitrary synchronous rectifier, the output voltage (Vo) under the high setting value action When stopping, the synchronous rectifier element (SR2) on the side of the set value of the synchronous rectifier component and the output output voltage (Vo) will be operated until the voltage of the set voltage of output voltage (Vo) is low.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】切换输出电压的设定的开关电源装置和开关电源装置用集成电路
本专利技术涉及用于各种电子设备的AC适配器和开关电源装置，特别涉及与USB-PD(UniversalSerialBus-PowerDelivery：通用串行总线电力输送)对应的电源装置。
技术介绍
利用直流电源进行工作的电子设备多数以3.3V～24V的电压进行工作，所以例如AC适配器的输出电压成为5V、12V、19V、24V等。商用变压器和开关电源用变压器都优选根据以匝数比进行输出电压转换的变压器的原理，设为符合输出电压的最佳匝数比。因此，在构成如输出电压发生2～3倍的变化的电源(例如恒流电源等)的情况下，需要结合最大输出电压来考虑变压器设计、一次侧开关元件耐压及二次侧整流元件耐压。此外，这意味着针对各种各样的工作电压的设备，非常难以设计成能够用1台电源或AC适配器进行应对。因此，在日本特开2015-43643中，为了构成使输出电压可大幅度改变的电源，采用了如下手段：对AC/DC电源的DC输出进一步设置降压斩波调节器等DC/DC转换器。现有技术文件专利文献专利文献1：日本特开2015-43643号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题在专利文献1所提出的电路结构中，如图8那样具有AC/DC转换器部和DC/DC转换器部，通过切换作为切换开关的N1、N2、N3，抑制了DC/DC转换器部的效率下降。此外，如图9那样，为了改善AC/DC转换器部的整流效率，采用了同步整流方式(M1、M2)。但是，在如图8那样具有AC/DC转换器部和DC/DC转换器部的结构中，作为电源装置的效率成为乘以各转换器效率得到的值，效率成为比AC/DC转换器部和DC/DC转换器部中的任意一个的值都低的值，所以无法实现效率的提高。此外，部件数量增加，无法实现小型化等，从而不优选。其次，如图9那样，通过在AC/DC转换器部中使用同步整流方式，与整流二极管损耗对应地，可实现效率的提高。但是，在切换输出电压时，未进行伴随变压器的匝数比的效率的最佳化，所以在选择另一方的输出电压时，开关占空比差异较大，无法实现效率的提高。鉴于上述问题，本专利技术的课题在于提供一种即使切换输出电压也能够维持高效率的开关电源装置。用于解决课题的手段为了解决上述课题，根据本专利技术的一个方式，是一种开关电源装置，其根据外部信号来切换输出电压的设定，该开关电源装置的特征在于，具有：变压器，其具有一次绕组和作为多个的n个二次绕组；n个同步整流元件，其设置在对所述二次绕组的脉冲电压进行整流的2次侧整流部中，与所述作为多个的n个二次绕组对应；n-1个开关元件，其用于切换所述二次绕组；以及控制电路，其对所述同步整流元件进行接通断开控制，对所述开关元件进行接通固定或断开固定，与所述输出电压的设定电压的高低的电压值对应地，对所述n-1个开关元件进行接通固定或断开固定，并且选择所述作为多个的n个同步整流元件中的全部或任意同步整流元件，对所述二次绕组的脉冲电压进行同步整流，在所述输出电压较高的设定值下的动作停止时，使所述多个同步整流元件中的、输出所述输出电压较高的设定值一侧的同步整流元件进行开关动作，直至下降到所述输出电压的设定电压较低的电压值为止。专利技术效果根据本专利技术，能够按照每个二次绕组具有同步整流用元件，并且与经由开关用元件而设定的输出电压对应地来选择变压器的抽头。因此，即使变更输出电压，无论用哪一个输出电压都能够变更变压器的二次绕组的连接，所以能够获得高效率。此外，能够经由同步整流电路的同步整流用元件对输出平滑电容器的残余电压进行放电，所以无需重新设置放电电路专用部件。此外，通过具有放电功能，还具备如下的保护功能：即使将输出电压设定从高的电压设定紧接着切换到低的电压设定，也不使输出端子输出超过设定电压的电压。附图说明图1是示出本专利技术的第1实施方式的框图的图。图2是示出图1所示的框图的各部件序列的图。图3示出专利技术的第1实施方式所示的电路图和各部件的动作表。图4示出专利技术的第1实施方式所示的电路图的连接变更例和各部件的动作表。图5是示出本专利技术的第2实施方式的框图的图。图6是示出图5所示的框图的各部件序列的图。图7示出专利技术的第2实施方式所示的电路图和各部件的动作表。图8示出现有技术的具有AC/DC转换器部和DC/DC转换器部的结构的电路图。图9示出在图8的现有技术的AC/DC转换器部中采用了同步整流方式的电路例。具体实施方式(第1实施方式)图1是示出本专利技术的第1实施方式的框图的图。在图1所示的基本结构中，经由与交流输入电源AC连接的线路滤波器LF，通过整流器DB将交流电压整流为直流电压，对直流电压进行平滑的电容器C1与变压器T1的一次绕组P1和MOSFETQ1的串联电路连接。在MOSFETQ1的栅极连接有控制电路cont.，根据来自后述的光电耦合器PC1的反馈信号对MOSFETQ1进行接通断开控制，从而进行输出电压Vo的控制。二极管D1、电容器C2、电阻R1构成缓冲电路，吸收施加到MOSFETQ1的浪涌电压。此外，变压器T1的二次绕组S1和S2串联连接，二次绕组S1的一个端子与平滑电容器C3的正电极连接，并经由Vbus开关部VbusSW与输出的正电极(Vout)连接。平滑电容器C3的负电极与输出的GND和同步整流元件的SR1和SR2的一个端子连接。同步整流元件的SR1的另一个端子与抽头连接，该抽头与二次绕组S1和S2串联连接。同步整流元件的SR2的另一个端子经由开关元件SW2与二次绕组S2的另一个端子连接。此外，在平滑电容器C3的两端子之间连接有光电耦合器PC1和误差放大器ErrAmp，根据来自Vbus控制部Vbuscont.的电压指示值Vref信号，以使得输出电压Vo成为恒定值的方式，经由光电耦合器PC1对1次侧的控制电路cont.进行了反馈控制。此外，同步整流元件的SR1和SR2通过与MOSFETQ1的接通断开动作互补地进行断开接通动作，对在二次绕组S1、S2产生的电压进行整流。此外，根据输出电压Vo的设定电压的“高”、“低”而对开关SW2进行接通固定或断开固定，在开关SW2的接通动作时，同步整流元件的SR2进行同步整流动作。Vout、GND、cc的各输出端子内置于USB-PD的连接器端子中，经由连接器相对于负载进行拆装。这里，Vbus控制部Vbuscont.根据有无cc端子信号，判断是否安装有连接器。图2示出图1所示的框图的各部件序列。在图2中，假设了将输出电压设定设定为5V和20V中的任意一个的条件例。这里，来自Vbus控制部Vbuscont.的电压指示值Vref信号首先成为如下的规格：在使输出电压以5V起动并稳定以后，将输出电压Vo再次设定为20V电压。首先，对将输出电压Vout设定为5V的情况进行说明。在时刻t0，MOSFETQ1的开关动作开始。与MOSFETQ1的开关动作对应地，2次侧的同步整流元件SR1与二次绕组S1的电流同步地开始接通断开动作。这里，开关SW2和同步整流元件SR2从时刻t0起维持断开状态。由此，按照二次绕组S1→平滑电容器C3→同步整流元件SR1→二次绕组S1的路径，通过平滑电容器C3进行整流平滑，从而输出电压Vo输出5V。此外，Vbus开关部在时刻t2接通，向Vout输出5V。接着，在时刻t2卸下了U本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关电源装置，其根据外部信号来切换输出电压的设定，该开关电源装置的特征在于，具有：变压器，其具有一次绕组和作为多个的n个二次绕组；n个同步整流元件，其设置在对所述二次绕组的脉冲电压进行整流的2次侧整流部中，与所述作为多个的n个二次绕组对应；n‑1个开关元件，其用于切换所述二次绕组；以及控制电路，其对所述同步整流元件进行接通断开控制，对所述开关元件进行接通固定或断开固定，与所述输出电压的设定电压的高低的电压值对应地，对所述n‑1个开关元件进行接通固定或断开固定，并且选择所述作为多个的n个同步整流元件中的全部或任意同步整流元件，对所述二次绕组的脉冲电压进行同步整流，在所述输出电压较高的设定值下的动作停止时，使所述多个同步整流元件中的、输出所述输出电压较高的设定值一侧的同步整流元件进行开关动作，直至下降到所述输出电压的设定电压较低的电压值为止。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种开关电源装置，其根据外部信号来切换输出电压的设定，该开关电源装置的特征在于，具有：变压器，其具有一次绕组和作为多个的n个二次绕组；n个同步整流元件，其设置在对所述二次绕组的脉冲电压进行整流的2次侧整流部中，与所述作为多个的n个二次绕组对应；n-1个开关元件，其用于切换所述二次绕组；以及控制电路，其对所述同步整流元件进行接通断开控制，对所述开关元件进行接通固定或断开固定，与所述输出电压的设定电压的高低的电压值对应地，对所述n-1个开关元件进行接通固定或断开固定，并且选择所述作为多个的n个同步整流元件中的全部或任意同步整流元件，对所述二次绕组的脉冲电压进行同步整流，在所述输出电压较高的设定值下的动作停止时，使所述多个同步整流元件中的、输出所述输出电压较高的设定值一侧的同步整流元件进行开关动作，直至下降到所述输出电压的设定电压较低的电压值为止。2.一种开关电源装置用集成电路，其进行开关电源装置的控制，该开关电源装置根据外部信号来切换输出电压的设定，该开关电源装置用集成电路的特征在于，所述开关电源装置具有：变压器，其具有一次绕组和作为多个的n个二次绕组；n个同步整流元件，其设置在对所述二次绕组的脉冲电压进行整流的2次侧整流部中，与所述作为多个的n个二次绕组对应；以及n-1个开关元件，其用于切换所述二次绕组，与所述输出电压的设定电压的高低的电压值对应地，对所述n-1个开关元件进行接通固定或断开固定，并且选择所述作为多个的n个同步整流元件中的全部或任意同步整流元件，对所述二次绕组的脉冲电压进行同步整流，在所述输出电压较高的设定值下的动作停止时，进行如下的控制：使所述n个同步整流元件中的、输出所述输出电压较高的设定值一侧的同步整流元件进行开关动作，直至下降到所述输出电压的设定电压较低的电压值为止。3.一种集成电路，其具有：直流电源；变压器，其包含一次绕组和与所述一次绕组磁耦合的多个二次绕组；第一开关元件；第一控制电路，其控制所述第一开关元件的接通断开；2次侧的地端子；正极输出端子；平滑电容器，其连接在所述地端子与所述正极输出端子之间；以及连接在所述地端子与所述二次绕组的抽头之间的第1整流用元件、连接在所述地端子与所述二次绕组的一端之间的第2整流用元件、和开关用元件的串联电路，所述变压器和所述第一开关元件与所述直流电源串联连接，所述二次绕组的另一端、平滑电容器以及所述正极输出端子被连接，所述集成电路控制所述开关用元件、及所述第1整流用元件或所述第2整流用元件的接通断开，进行开关电源的同步整流控制，其特征在于，所述集成电路根据外部信号来选择所述开关用元件的接通固定或断开固定，确定在所述平滑电容器中进行整流的路径，并且，在输出停止时，使所述第2开关用元件接通，控制所述第2整流用元件的接通断开，使所述平滑电容器的残余电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：上野正雄，吉永充达，古屋贡，松元贵志，
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