开关电源设备制造技术

本发明专利技术公开了一种开关电源设备，该开关电源设备能增加采样频率、减少输出电压对于输入电压的依赖性、并且改进并稳定输出电压的检测精度。根据本发明专利技术的实施例的开关电源设备包括输入电压生成单元、变压器、输出电压生成单元、MOS晶体管、输出电压检测单元、开关控制电路、和电源单元。该输出电压检测单元检测在变压器的三次绕组中产生的电压、将检出电压与第一基准值比较、将通过对检出电压求微分而获得的电压与第二基准值比较、并基于两次比较结果确定检测周期的开始与结束。此外，该输出电压检测单元在该检测周期内通过两个采样脉冲采样并保持检出电压、在该检测周期结束时选择两个所采样并保持的检出电压之一、并输出所选择的检出电压。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及回扫开关电源设备，且更具体地，涉及一种检测在变压器的三次绕组中产生的电压并基于该检出电压执行控制，以使来自该变压器的二次绕组的输出电压是预定值的开关电源设备。
技术介绍
近年来，作为充电器的电源设备或笔记本个人计算机的交流(AC)适配器的电源设备，已经使用了开关电源设备，其执行控制从而将恒定电压提供至负载。例如，美国专利N0.7，672，146公开了此类型的开关电源设备。如图5所示，该开关电源设备包括变压器2、用于开关的金属氧化物半导体(MOS)晶体管TR、输出电压生成单元4、反馈信号生成单元6、和开关控制单元8。变压器2包括一次绕组2-1、二次绕组2-2、和三次绕组2_3。直流(DC)电压施加至变压器2的一次绕组2-1的一端，并且一次绕组2-1的另一端连接至MOS晶体管TR的漏极。MOS晶体管TR的源极通过电阻器RS接地。输出电压生成单元4包括二极管Dl和电容器C 1，整流在变压器2的二次绕组2-2中生成的电压、平滑该经整流的电压、并将经平滑的电压输出为输出电压Vo。反馈信号生成单元6基于输入至MOS晶体管TR的栅极的栅极信号Vg以及在变压器2的三次绕组2-3中生成的三次绕组电压Vt来生成反馈信号Vfb。开关控制单元8基于在电阻器RS两端之间的电压Vrs和来自反馈信号生成单元6的反馈信号Vfb，生成要输入至MOS晶体管TR的栅极的栅极信号Vg。接着，将参看图5到7C描述具有上述结构的开关电源设备的操作。开关控制单元8将图6A中所示的栅极信号Vg输出至MOS晶体管TR的栅极。响应于该栅极信号Vg，该MOS晶体管TR将DC电压输入切换至变压器2的一次绕组2-1。BP,MOS晶体管TR打开或关闭从DC电压到地电位的路径。因此，在从时间tl到时间t2的周期内，MOS晶体管TR被导通且图6B中所示的一次电流Ip流入变压器2的一次绕组2_1。在时间t2，M0S晶体管TR被截止且图6C中所示的二次电流Is开始流入变压器2的二次绕组2-2。然后，如图6D中所示，变压器2的三次绕组2-3的三次绕组电压Vt快速增加且然后在时间t3单调下降。在从时间t2到时间t3的周期内，由于二次电流Is流向二极管D1，二次绕组2-2的电压Vs、输出电压Vo、和二极管Dl的正向电压Vf满足如下关系:Vs=Vo+Vf。此周期的三次绕组电压Vt与二次绕组2-2的电压Vs成比例，且二极管Dl的正向电压被流向二极管Dl的电流所改变。因此，当根据三次绕组电压Vt估算输出电压Vo时，由于流向二极管D I的电流，在输出电压Vo的估算中出现误差。因此，当流向二极管Dl的电流非常接近于零时，有必要检测该三次绕组电压Vt。当流向二极管Dl的电流为零时，二极管Dl的正向电压Vf不变。在时间t3，如图6C中所示，二次电流Is为零，但由于例如MOS晶体管TR的寄生电容或变压器2的寄生电感，如图6D中所示，三次绕组电压Vt振荡。与这些操作并行的是，基于MOS晶体管TR的栅极信号Vg和变压器2的三次绕组电压Vt，反馈信号生成单元6如下生成反馈信号Vfb。S卩，在时间t2，当栅极信号Vg如图6A中所示地下降时，反馈信号生成单元6开始三次绕组电压Vt的检测周期Tl。当检测周期Tl开始时，使用在不同时间交替产生的两个采样脉冲PA和PB (如图7B和7C中所示)，反馈信号生成单元6交替地采样并保持三次绕组电压Vt。然后，在时间t4，当检测到三次绕组电压Vt过零时，反馈信号生成单元6结束采样三次绕组电压Vt的检测周期Tl。在时间t4，当检测周期Tl结束时，存在通过图7B中所示的采样脉冲PA所采样并保持的电压、和通过图7C中所示的采样脉冲PB所采样并保持的电压。然后，反馈信号生成单元6选择两个电压之一，该电压是通过当检测周期结束时最接近于时间t4的采样脉冲PB之前的采样脉冲PA所采样并保持的电压，并输出所选择的电压作为反馈信号Vfb。然而，在美国专利N0.7，672，146所公开的开关电源设备中，当经过时间t3之后，在变压器2的一次侧上开始谐振操作。因此，如图6D中所示，三次绕组电压Vt也开始振荡，且振荡频率(谐振频率)取决于MOS晶体管TR的寄生电容或变压器2的激励电感而变化。由于MOS晶体管TR的寄生电容取决于输入电压电平，检测周期Tl结束的时间取决于输入电压电平。因此，三次绕组电压Vt的谐振频率取决于输入电压而变化，且过零时间取决于输入电压而变化。作为结果，从反馈信号生成单元6输出的反馈信号Vfb的检测精度取决于输入电压而变化，且输出电压生成单兀4的输出电压Vo被改变。S卩，当三次绕组电压Vt开始振荡时，三次绕组电压Vt不管输出电压No如何都改变。因此，为了准确地估算输出电压Vo的值，有必要在尽可能接近时间t3的时间检测三次绕组电压Vt，不过测量时间点和时间t3之间的差根据输入电压改变。因此，在输出电压Vo(即，反馈信号Vfb)的估算值的检测精度中出现误差。如图7A到7C中所示，当采样脉冲PA和PB的频率较高时，对于从时间t3到时间t4的时间段执行多个(两个)采样和保持操作，且难以在期望从头开始执行检测的时间t3的附近执行检测。因此，根据检测周期Tl和采样周期TS的长度之间的关系，难以增加采样脉冲PA和PB的频率，且从反馈信号生成单元6输出的反馈信号Vfb的值可不与输出电压Vo成比例。严格地说，反馈信号Vfb的值与输出电压Vo成比例意味着反馈信号Vfb是输出电压Vo的线性函数。因此，术语“成比例”包括“线性函数”。这对以下描述都如此。鉴于上述问题做出本专利技术，且本专利技术的目的是提供一种开关电源设备，该开关电源设备能增加采样频率、减少输出电压对于输入电压的依赖性、并且改进并稳定输出电压的检测精度。
技术实现思路
为了实现该目的，本专利技术具有如下结构。根据本专利技术的一方面，开关电源设备包括:变压器，包括一次绕组、二次绕组、和三次绕组；连接至所述一次绕组的输入电压生成单元和开关元件；输出电压生成单元，通过开关元件的开关操作整流在该二次线圈中产生的电压、平滑经整流的电压、并输出经平滑的电压；输出电压检测单兀，基于在该三次绕组中产生的电压，生成表不来自该输出电压生成单元的输出电压的输出电压检测信号；以及控制单元，至少基于从该输出电压检测单元输出的输出电压检测信号控制该开关元件的导通和截止，以使来自该输出电压生成单元的输出电压为预定电压。该输出电压检测单元检测在该三次绕组中产生的电压、将检出电压与第一基准值比较、将通过对检出电压求微分而获得的电压与第二基准值比较、并基于两次比较结果确定检测周期的开始与结束。该输出电压检测单元在所述检测周期内通过第一采样脉冲和第二采样脉冲采样并保持检出电压。当该检测周期结束时，该输出电压检测单元选择两个经采样并保持的检出电压中的一个并输出所选择的电压。在根据本专利技术的上述方面的开关电源设备中，该输出电压检测单元可在检出电压大于或等于该第一基准值时的时间确定该检测周期的开始。该输出电压检测单元对检出电压求微分，并在微分值为负且该微分值的绝对值大于或等于该第二基准值时的时间确定该检测周期的结束。在根据本专利技术的上述方面的开关电源设备中，该输出电压检测单元可在不同时间交替地产生第一采样脉冲和第二采样脉冲。在根据本专利技术的上述方面的开关电源设备中，该输本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关电源设备，包括：变压器，包括一次绕组、二次绕组、和三次绕组；连接至所述一次绕组的输入电压生成单元和开关元件；输出电压生成单元，通过开关元件的开关操作整流在所述二次线圈中产生的电压、平滑经整流的电压、并输出经平滑的电压；输出电压检测单元，基于在所述三次绕组中产生的电压，生成表示来自所述输出电压生成单元的输出电压的输出电压检测信号；以及控制单元，至少基于从所述输出电压检测单元输出的输出电压检测信号控制所述开关元件的导通和截止，以使来自所述输出电压生成单元的输出电压为预定电压，其中所述输出电压检测单元检测在所述三次绕组中产生的电压、将检出电压与第一基准值比较、将通过对检出电压求微分而获得的电压与第二基准值比较、并基于两次比较结果确定检测周期的开始与结束，所述输出电压检测单元在所述检测周期内通过第一采样脉冲和第二采样脉冲采样并保持检出电压，以及当所述检测周期结束时，所述输出电压检测单元选择两个经采样并保持的检出电压中的一个并输出所选择的电压。

【技术特征摘要】
2011.12.06 JP 2011-2672271.一种开关电源设备，包括: 变压器，包括一次绕组、二次绕组、和三次绕组； 连接至所述一次绕组的输入电压生成单元和开关元件； 输出电压生成单元，通过开关元件的开关操作整流在所述二次线圈中产生的电压、平滑经整流的电压、并输出经平滑的电压； 输出电压检测单元，基于在所述三次绕组中产生的电压，生成表示来自所述输出电压生成单元的输出电压的输出电压检测信号；以及 控制单元，至少基于从所述输出电压检测单元输出的输出电压检测信号控制所述开关元件的导通和截止，以使来自所述输出电压生成单元的输出电压为预定电压， 其中所述输出电压检测单元检测在所述三次绕组中产生的电压、将检出电压与第一基准值比较、将通过对检出电压求微分而获得的电压与第二基准值比较、并基于两次比较结果确定检测周期的开始与结束， 所述输出电压检测单元在所述检测周期内通过第一采样脉冲和第二采样脉冲采样并保持检出电压，以及 当所述检测周期结束时，所述输出电压检测单元选择两个经采样并保持的检出电压中的一个并输出所选择的电压。2.根据权利要求1所述的开关电源设备，其特征在于， 所述输出电压检测单元在检出电压大于或等于所述第一基准值时的时间确定所述检测周期的开始，以及 所述输出电压检测单 元对检出电压求微分，并在微分值为负且所述微分值的绝对值大于或等于所述第二基准值时的时间确定所述检测周期的结束。3.根据权利要求1或2所述的开关电源设备，其特征在于， 所述输出电压检测单元在不同时间交替地产生所述第一采样脉冲和所述第二采样脉冲。...

【专利技术属性】
技术研发人员：樱井贤彦，西川幸广，
申请(专利权)人：富士电机株式会社，
类型：发明
国别省市：