开关电源装置制造方法及图纸

一种通过缩短开关脉冲宽度进行过电流保护动作的开关电源装置，振荡频率变更电路在过电流检测电路检测过电流时降低振荡器的振荡频率，同时ＲＳ触发电路进行上述过电流保护动作。当因输出短路输出电压降低时，振荡频率变更电路将再次降低振荡器的振荡频率。考虑到过电流保护动作的响应延迟，在使正常负荷时频率高频化的构成中，通过ＲＳ触发电路将过电流检测输出供给振荡频率降低电路，不再需要用于防止寄生振荡的时间常数电路，可使集成电路本身的芯片尺寸小型化。其结果是在进行上述过电流保护动作的开关电源装置中，可使开关频率高频化、外附零件小型化以及集成电路本身小型化。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在发生过负荷和输出短路时具有限制输出电流的过电流保护功能的开关电源装置。
技术介绍
具有上述过电流保护功能的开关电源装置如图11所示。在该开关电源装置中，用晶体管tr1对由输入级的电容器C1平滑化后的输入电压Vin进行开关。在晶体管tr1导通期间，通过显现在该晶体管tr1的发射极上的电压Vout，对线圈11、电容器C2和负荷r1供给能量。在晶体管tr1关断期间，线圈11存贮的能量，通过二级管d1回流，供给负荷r1。输出电压VO的控制，根据由电阻r1·r2的电阻值按所定比率分割该输出电压VO的反馈电压Vadj以及基准电压源2的基准电压Vref1进行。首先，由差动放大器1输出按照两电压差的电压，该电压与由振荡器3输出的100的三角形波，在比较器4中进行比较。然后，从比较器4输出与差动放大器1的输出电平对应的脉冲宽度的PWM信号。该PWM信号提供给驱动电路5时，根据PWM信号的负荷周期，该驱动电路5控制晶体管tr1的导通/关断。这样，由上述基准电压Vref1和基于电阻r1·r2的分压比所规定的恒定电压(例如5)控制输出电压VO。在上述动作时，如图12的Vcmp和Vout所示，比较器4的输出电压，即PWM信号和电压Vout为虚线所示的脉冲宽度。晶体管tr1的负荷D，当晶体管tr1的导通时间和关断时间分别为tON、tOFF时为D＝tON/(tON+tOFF)×100＝(Vo/vIN)×100 ...(1)然而，当负荷r1加重时，流入线圈11的线圈电流i1，从虚线所示增大到实线所示。当线圈电流i1超过过电流检测电平ic1时，由设置在输入级的过电流检测电路6检测过电流状态，向RS触发电路7输出置位信号。当置位端子电压Vset变化为高电平时，RS触发电路7被置位。在RS触发电路7，当置位端子电压Vset为高电平时，开始锁存，RS触发电路7将输出保持在低电平。这时，复位端子电压Vrst仍为低电平。这样，比较器4的输出电压Vcmp和电压Vout，虽然是图12中虚线所示的脉冲宽度，但由于RS触发电路7的输出从置位时开始即为低电平，则将缩小到实线所示的脉冲宽度。这样一来，晶体管tr1的负荷降低，因此，输出电压VO下降，抑制了输出电流的增大。其结果是输出电流Io下降到图13所示的A点。在晶体管tr1关断时，从振荡器3向RS触发电路7输出复位信号，如图12的Vrst所示，RS触发电路7的复位端子电压变化。这时，在RS触发电路7，当复位端子电压为高电平时开始锁存，RS触发电路7，与置位端子电压为高电平时相反，将输出保持在高电平。这样，晶体管tr1在下次导通时将以通常的定时导通。然而，上述开关电源装置，为了开关电源的小型化和轻量化等，要提高开关频率(约50以上)，如下所述，这不利于过电流保护功能的动作也就是，如图12所示，产生了置位端子电压达到高电平的时间td1和置位端子电压为高电平以后到晶体管tr1关断的时间td2的延迟。两时间td1·td2之和的延迟时间td即为从过电流检测之后到晶体管tr1关断的时间，也就是过电流保护功能开始动作所需要的时间。上述延迟时间td达到约1，当过电流保护动作时开关脉冲宽度以上述100的开关频率，也就是10的开关周期缩小时，将对保护动作影响较大，不能忽视。例如，当输入电压Vin＝40、输出电压VO＝5、线圈11的电感L＝200时，在上述延迟时间td期间，线圈电流i1的变化部分的电流Δi为Δi＝×td＝0.175...(2)因此，，由于电流Δi，线圈电流i1将超过过电流检测电平ic1。该电流变化Δi增大了平均电流即输出电流Io。这时的输出特性，如上述图13所示，发射极电流增大到接近短路状态(VO＝0)，该发射极电流超过了绝对最大额定值(2.5)，失去陡降特性。因此，上述开关电源装置，在开关频率较高时，存在过电流保护功能不能可靠动作的问题。解决这个问题的其他已有技术，已在(日本)特开平7-46828号公报(公开日1995年2月14日)中公开。图14和图15表示该已有技术。图14和图15分别对应于上述图11和图13，在对应部分附与相同参照符号。应该注意，在该开关电源装置中，为了在因输出短路产生过电流时降低振荡频率，还设置了比较器8、恒压电源9、振荡频率变更电路10。将由上述电阻r1·r2得到的电压Vadj供给上述比较器8的正相输入。在恒压电源9与反相输入连接。由上述基准电压源2生成的基准电压Vref1，例如是1.25，由上述恒压电源9产生的基准电压Vref2，例如是0.6。当向比较器8的反馈电压Vadj为上述0.6时的输出电压VO可由下式算出VO＝0.6×(r1+r2)/r2＝2.4...(3)也就是，比较器8检测输出电压VO低于上述2.4，作为应答振荡频率变更电路10将上述振荡器3产生的三角形波的振荡频率从上述100降低至20。当由于负荷短路等使负荷r1的电阻值变小输出电流Io增大，晶体管tr1的集电极电流增大，集电极电流超过过电流检测电平时，由过电流检测电路6检测过电流状态，过电流保护功能开始动作，按照从过电流检测电路6输出的置位信号，使RS触发电路7置位，晶体管tr1的开关脉冲宽度变小，该晶体管tr1的导通时间变短，在图1 5中，如上所述输出电压Vo降低至A点。当负荷r1的电阻值变小时，输出电压VO下降到该图所示B点为2.4，这时的反馈电压Vadj为0.6。另外，当输出电压VO进一步下降，反馈电压Vadj低于基准电压Vref2的0.6时，一直是高电平的比较器8的输出变为低电平，振荡频率变更电路10向振荡器3输出指令，变更振荡频率的电压，振荡器3将振荡频率从100降低至20。根据这样的动作，发生以下状态，即即使由于通常的过电流保护功动作，开关脉冲宽度缩小，由过电流检测到晶体管tr1关断的延迟时间td决定的开关脉冲宽度变为接近最小值的状态，由于比较器8在B点的输出变化，及开关频率下降，使开关脉冲宽度变宽。例如，晶体管tr1在通常动作时，根据上述式1按5/12＝41.7的负荷D进行开关，在上述B点当输出电压VO为2.4时，根据上述式1变为20，则开关脉冲宽度从2扩大到10。因此，与已有技术相比可以将过电流保护动作中上述延迟时间ts的影响减轻到1/5。因此如图15所示，输出电流Io，从开关频率fs下降开始的B点到下降结束的C点，一直下降到返回正常的过电流点。C点以后，由于振荡频率固定在20，则当负荷r1变小时开关脉冲宽度缩小，上述延迟时间td的影响变大，输出电流Io增大。如上所述，由于从B点到C点使输出电流Io下降，则可极大地抑制该输出电流Io的增加。因此，输出电流Io不会超过上述绝对最大额定值2.5。图中虚线表示上述图13所示过电流保护特性。另外，仍然强烈希望开关电源的小型化、低成本化。为了小型化、低成本化，有效的办法是使包含上述晶体管tr1的上述开关电源装置集成电路化，并使该集成电路外附的线圈11和电容器C2小型化，为此应使开关频率fs进一步高频率化。可用比较廉价的双极性元件实现上述集成电路，上述开关频率fs可达300。在上述图14所示已有技术中，当Vin＝24VO＝5时，通常控制状态的负荷D根据上式1约为20.8，fs＝300(开关周期T＝3.33)，导通时间tON为tON本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关电源装置，通过响应来自振荡部件（１６）的振荡信号，开关元件（Ｔｒ１）接通输入直流电压，可得到所希望电平的电压输出，当过电流检测部件（１１）检测到输出电流大于预定值时，过电流保护部件（１２）将使开关脉冲宽度变窄来限制所述输出电流，该装置包括： 锁存部件（１２），将来自所述过电流检测部件的过电流检测输出锁存比直到所述过电流保护部件实现保护动作的延迟时间长的期间； 第１振荡频率降低部件（１８），响应所述锁存部件（１２）的输出，将所述振荡部件的振荡频率从正常时的第１振荡频率降低至低于该第１振荡频率、并且周期比所述延迟时间长的第２振荡频率；以及 第２振荡频率降低部件（１８），检测预定电平的输出电压的降低，将所述振荡部件的振荡频率降低至比所述第２振荡频率低的第３振荡频率。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：金森淳，
申请(专利权)人：夏普公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]