开关电源设备制造技术

一种开关电源设备，具有产生控制开关元件（３）的接通／断开周期的驱动信号的控制器。控制器包括：负载测试器，用于当开关元件被从接通切换到断开之后检测到驱动信号的沿时，测试开关电源设备；在开关元件的断开周期中开关元件的底部检测器；底部跳跃状态测试器；以及底部跳跃操作测试器，如果设备处于重负载状态，则执行伪谐振操作，该伪谐振操作在第一最小电压点处接通开关元件，并且如果设备处于轻负载状态且如果底部跳跃状态持续了第一预定时间，将伪谐振操作转换为底部跳跃操作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于消费者电器和音频设备的开关电源设备，并且更特别地涉 及即使在输入输出变化时也能稳定操作并防止磁致伸缩噪声的开关电源设备。
技术介绍
图1是表示根据相关技术的开关电源设备的电路图。该设备执行伪谐振操 作。在图1中，整流器lc和平滑电容ld形成了整流-平滑电路1,该整流-平滑电路1将来自AC电源的AC电压整流并平滑为DC电压。平滑电容Id 的两端连接至包括变压器2的初级线圈P和由MOSFET构成的开关元件3的 串联电路。电流检测电阻9 (电流检测器)检测流经变压器2的初级线圈或开 关元件3的电流，并且将电流检测后的信号输出给断开控制器25a。变压器2的次级线圈S的两端连接至包括二极管4和平滑电容5的串联电 路。平滑电容5A提供DC输出电压Vout。 二极管4和平滑电容5形成了输出 整流-平滑电路。电压检测器7检测平滑电容5两端的电压，即，DC输出电 压Vout,发现检测到的DC输出电压Vout和参考电压之间的误差，并将该误 差作为误差信号发送给位于初级侧的断开控制器25a。控制器8产生控制开关元件3的接通/断开周期的驱动信号以实质上保持 DC输出电压Vout为常数。控制器8包括电源启动/停止电路(Reg+启动/停止) 24、断开控制器25a、底部检测器41、以及RS触发器23。电源启动/停止电路24使用流经电阻10来自平滑电容1 d的电源来激活每 个部分，并且在激活之后，使用通过二极管11和电容2被整流和平滑的来自 辅助线圏D的电源来操作每个部分。电源启动/停止电路24还具有停止每个部 分的功能。断开控制器25a产生断开信号以根据来自电压检测器7的误差信号和来自 电路检测电阻9的电流检测后信号来断开开关元件3，并且将断开信号发送至 RS触发器23的复位端R。底部检测器41用于当开关元件3接通时减少开关损耗。根据由变压器'2的辅助线圈D产生的电压，底部检测器41检测开关元 件3的漏源电压Vds的振落中的底部，产生接通信号来接通开关元件3，并且 发生接通信号至RS触发器23的设置端S。图1中的4丸行伪谐振(pseudo resonant)操作的开关电源设备原则上增加 了轻负载条件下的开关频率以致效率降低。， ' 1.近些年发生的全球变暖需要采取例如增加有效性的节约能源的手段。图2 是表示在国际专利申请公开No. WO2004/023634中公开的开关电源设备的电 路图。该设备执行底部跳跃(bottom skip)操作。即，如图3所示，在开关元 件3的断开周期过程中使用开关元件3的漏源电压Vds的激振(ringing )来在 轻负载下延迟开关元件3的接通定时，由此延长断开周期，压缩开关频率的增 长、减少开关损耗、以及改善轻负载下的效率。图2的开关电源设备由具有控制器8的外部激励的回扫DC-DC变换器构 成。下面将解释该设备的操作。在重负载到正常负载的情况下，如图3 (E)所示D触发器28的输出信号 VLD是高的。与底部检测器41的输出信号VBD (图3 ( D ))的第 一下降沿同步， 底部跳跃控制器42的第一 D触发器50的输出端Q输出信号VDn的单脉沖。 结果，与底部控制器41的输出信号V肌的第一下降沿同步，与门52输出增加 为高值的单脉冲的与信号VAD。此时，底部跳跃控制器42的第二 D触发器51的输出端Q输出低值信号 VDF2。由此，与底部检测器41的输出信号Vbd的第一下降沿同歩，或门53输 出增加为高值的单脉冲的或信号VOR以设置RS触发器23。如图3 (D)和3 (C)所示，与底部检测器41的输出信号Vbd的第一下 降沿同步，由RS触发器23提供至开关元件3的栅极端的驱动信号VG由低变 为高以接通开关元件3。此时，至开关元件3的漏极电流ID (图'3 ( B ))线性地增加，并且如图3 (F )所示，在电平移动电阻17和18之间的连接点的电压VOCP线性地降低 到参考电压Vo.n,之下。当电压VOCP达到来自输出电压检测器7的检测信号 VFB的电压电平时，电流冲莫式控制比较器20输出高电平信号V2以复位RS触 发器23。6结果，如图3 ( C )所示，从RS触发器23到开关元件3的栅极端的驱动 信号Vc从高变为低以将开关元件3从接通变为断开。以这种方式，在重负载 到正常负载的情况下，执行伪谐振操作以当变压器2完全放电回扫能量且开关 元件3的漏源电压Vds达到最小点(底部点)的时候接通开关元件3。如果负载变得更轻，如图3(E)所示，D触发器28的输出信号Vld从高 变为低。然后，如图3(B)所示，至开关元件3的漏极电流ID的最大值略微 变高，并且如图3(F)所示，电平移动电阻17和18的连4妄点处的电压VOCP 的峰值稍微向下移动。此时，如图3(F)所示，电压电平变换器31将施加到电流检测比较器27 的正相输入端的参考电压从高的参考电压V,川,改变为低的参考电压Vmi,。此 时，与如图3 (D)所示的底部检测器41的输出信号Vbd的第二下降沿同歩， 底部跳跃控制器42的第二 D触发器51的输出端Q输出单脉冲的信号VDr:2。因为与门52输出了低电平信号VAD，或门53与底部检测器41的输出信 号VBD的第二下降沿同步地输出增加为高值的单脉冲或信号VOR以设置RS 触发器23。结果，如图3 (D)和3 (C)所示，与底部检测器41的输出信号V肌的 第二下降沿同步地从RS触发器23施加到开关元件3的栅极端的驱动信号Vc; 从低变为高，以接通开关元件3。如图3 (B)所示，至开关元件3的漏极电 流ID线性地增加，并且在电平移动电阻17和18的连4妻点处的电压VOCP线 性地减少。此时，如图3 (F)所示，来自输出检测器7的检测信号V^高于低参考 电压Vd孔，并且由此，在电平移动电阻17和18的连接点处的电压VOCP没 有到达低参考电压Vd.ti。当电压VOCP达到检测信号V「b的电平时，电流模 式控制比较器20输出高电平信号V2以复位RS触发器23。'结果，如图3(C)所示，从RS触发器23到开关元件3的栅极端的驱动 信号Vc从高变为低以将开关元件3从接通变为断开。以这种方式，在轻负载 下执行底部跳跃操作，以在开关元件3的断开周期过程中在开关元件3的漏源 电压Vds的第二最小点处接通开关元件3。图4表示关于具有图2的控制器的外部激励的回扫DC-DC变换器的负7载比率的振荡状态。负载比率是由负载消耗的功率与由变换器向负载提供 的功率的比率。50%到100%的负载比率对应于在其下执行伪谐振操作的正常负载。当负载比率从100%降到50%时，伪谐振操作被转换为底部跳跃操作，继 续底部跳跃操作直到例如其中负载比率为0%的备用状态的无负载状态。如果 负载比率从0%变到70%,底部跳跃操作被转换为伪谐振t喿作，继续伪谐振操 作直到负载比率为100%。在轻负载的条件下，图2所示的相关技术的开关电源设备使用底部跳跃控 制器42来每次在开关元件3的漏源电压Vds的第二最小点接通开关元件3。 这延长了开关元件3的断开周期，并且减小了开关元件3的开关频率。即，减 少对开关元件3进行开关的次数，以降低轻负载下的开关损耗并且改善开关电 源设备对于各种负载的变换效率。在轻负载条件下，在断开开关元件3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关电源设备，包括：　串联电路，连接至ＤＣ电源的两端并且包括变压器的初级线圈和开关元件；　电流检测器，用于检测流经变压器的初级线圈和开关元件的一个的电流；　输出整流－平滑电路，用于整流和平滑由变压器的次级线圈产生的电压 并且提供ＤＣ输出电压；以及　控制器，用于产生驱动信号，所述驱动信号以将ＤＣ输出电压保持为预定值的方式控制开关元件的接通／断开周期，所述控制器包括：　沿检测器，用于当开关元件从接通切换为断开时检测驱动信号的沿；　负载测试器， 用于当沿检测器检测到驱动信号的沿时，根据参考电压和从电流检测器提供的检测信号得到的电压来测试开关电源设备是否处于轻负载状态；　底部检测器，用于检测在开关元件的断开周期过程中开关元件两端的电压中的最小点；　底部跳跃状态测试器，用于 根据来自负载测试器的输出来测试底部跳跃状态是否已经持续了第一预定时间，其中如果负载测试器的输出指示轻负载状态则断定底部跳跃状态；和　底部跳跃操作测试器，用于：　如果负载测试器指示设备处于重负载状态，则执行伪谐振操作，所述伪谐振操 作在底部检测器检测的第一最小点处接通开关元件；和　如果负载检测器指示轻负载状态并且底部跳跃状态测试器指示底部跳跃状态已经持续了第一预定时间，则确定执行底部跳跃状态，并且将伪谐振操作转换为在底部检测器检测的第二或更后的最小点处接通开关元 件的底部跳跃操作。...

【技术特征摘要】
JP 2008-8-18 2008-2096661.一种开关电源设备，包括串联电路，连接至DC电源的两端并且包括变压器的初级线圈和开关元件；电流检测器，用于检测流经变压器的初级线圈和开关元件的一个的电流；输出整流-平滑电路，用于整流和平滑由变压器的次级线圈产生的电压并且提供DC输出电压；以及控制器，用于产生驱动信号，所述驱动信号以将DC输出电压保持为预定值的方式控制开关元件的接通/断开周期，所述控制器包括沿检测器，用于当开关元件从接通切换为断开时检测驱动信号的沿；负载测试器，用于当沿检测器检测到驱动信号的沿时，根据参考电压和从电流检测器提供的检测信号得到的电压来测试开关电源设备是否处于轻负载状态；底部检测器，用于检测在开关元件的断开周期过程中开关元件两端的电压中的最小点；底部跳跃状态测试器，用于根据来自负载测试器的输出来测试底部跳跃状态是否已经持续了第一预定时间，其中如果负载测试器的输出指示轻负载状态则断定底部跳跃状态；和底部跳跃操作测试器，用于如果负载测试器指示设备处于重负载状态，则执行伪谐振操作，所述伪谐振操作在底部检测器检测的第一最小点处接通开关元件；和如果负载检测器指示轻负载状态并且底部跳跃状态测试器指示底部跳跃状态已经持续了第一预定时间，则确定执行底部跳跃状态，并且将伪谐振操作转换为在底部检测器检测的第二或更后的最小点处接通开关元件的底部跳跃操作。2. 根据权利要求1所述的开关电源设备，其中，底部跳跃状态测试器包括可变电压部，用于如果负载测试器指示轻负载状态则将第一电压改变为高于第一电压的第二电压；'电容器；电流源，用于使得与可变电压部设置的第二电压对应的电流流过电容器；以及 ，时间测试器，用于当由电流源充电的电容器两端的电...

【专利技术属性】
技术研发人员：岛田雅章，
申请(专利权)人：三垦电气株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[]