專利名稱：Dc/dc轉換器的制作方法
技術領域：
本發明，涉及DC/DC轉換器，尤其涉及降壓型DC/DC轉換器。
背景技術：
在本技術領域中，眾所周知，DC/DC轉換器是一種將某個電平的直流電壓(直流輸入電壓)轉換為其他電平的直流電壓(直流輸出電壓)的電力轉換器。DC/DC轉換器也被稱為開關調節器、開關電源或者瞬變抑制換器。這里，直流輸出電壓的電平高于直流輸入電壓的電平的DC/DC轉換器被稱為升壓型DC/DC轉換器，直流輸出電壓的電平低于直流輸入電壓的電平的DC/DC轉換器被稱為降壓型DC/DC轉換器。本發明是關于降壓型DC/DC轉換器的。
在降壓型DC/DC轉換器中，使用晶體管作為開關，使其開關并且一旦將直流輸入電壓變為交流電壓之后，就通過變壓器降低電壓，之后，經過整流就轉換為直流輸出電壓。
一般，在這種DC/DC轉換器中，具有帶有一次線圈、二次線圈和輔助線圈的變壓器。輔助線圈也被稱為反饋線圈、正反饋線圈、反饋線圈或者基本線圈。在該變壓器的一次線圈上串連了開關晶體管。通過使開關二極管自激振蕩，將能量傳送到二次線圈。進而，DC/DC轉換器具備用于使開關晶體管接通·關閉的控制晶體管，在該控制晶體管和輔助線圈之間連接了包含齊納二極管(恒壓二極管)的反饋控制電路。
從前已經提出過各種DC/DC轉換器的解決方案。其中一個是具有在一次側控制電流特性的開關電源(例如，參考專利文獻1)。在該專利文獻1中公布的開關電源中，實現了不依賴于輸入電壓和周圍溫度等外部因素的穩定的性能。在該專利文獻1中，作為上述齊納二極管，使用帶有正溫度系數的二極管(即，具有溫度越高，其齊納電壓越高的“正溫度特性”的二極管)。另外，在該專利文獻1中，為了對由于周圍溫度的變化而導致電流特性的變化進行補正，所以，開關電源具備有熱敏電阻。
另一方面，已知的還有一種具備帶有負溫度系數的二極管(即，具有溫度越高，其齊納電壓越低的“負溫度特性”)作為齊納二極管的瞬變抑制換器。另外，已知的還有一種雖然不具備上述控制晶體管，但是具備有輸出電壓控制用的齊納二極管的DC/DC轉換器(例如，參考專利文獻3)。
專利文獻1特開平11-98838號公報專利文獻2特開平8-275523號公報(圖5)專利文獻3實公昭56-5507號公報在上述專利文獻1中，作為齊納二極管，因為使用帶有正溫度系數的二極管，所以需要熱敏電阻。
另一方面，在上述專利文獻2中，作為齊納二極管，因為使用帶有負溫度系數的二極管，所以需要一些溫度補償。
另外，上述專利文獻3，僅公布了在變壓器的一次線圈側進行輸出電壓控制的DC/DC轉換器，而在變壓器的一次線圈側不進行輸出電流控制。
發明內容
因此，本發明的課題，在于提供一種無需用于溫度補償的特別部件的DC/DC轉換器。
如上所述，在現有的DC/DC轉換器中，作為齊納二極管，使用了帶有正或負溫度系數的二極管。因此，在現有的DC/DC轉換器中，認為必須要采取各種溫度補償對策。
因此，本發明者們，想到作為齊納二極管使用實質上帶有0溫度系數的二極管。
接下來，對齊納二極管進行說明。如果對齊納二極管逆向施加電壓，急劇流過電流的原因有兩個。一個是由于隧道效應造成的齊納·擊穿，另一個是雪崩·擊穿。齊納二極管將這雙方的效應一點點地混合。在電壓較低的齊納二極管中，齊納·擊穿處于支配地位，相反，在較高電壓的齊納二極管中，則雪崩·擊穿處于支配地位。在齊納電壓在5V左右的齊納二極管中，各自按照適當比例相互混合。
以下，對齊納二極管的溫度特性進行詳細敘述。隧道效應帶有負溫度系數。雪崩效應具有正溫度系數。因此，齊納二極管的溫度特性隨齊納電壓大幅改變。如果齊納電壓在5V附近，則因為隧道效應和雪崩效應以相同的比率起作用，所以溫度系數相互抵消，即使溫度發生變化，齊納電壓也很難發生變化。
另一方面，上述控制晶體管也帶有溫度特性。一般，晶體管帶有負溫度特性，代表性的，是使用-2mV/℃。因此，也必須考慮該控制晶體管的溫度特性。
即，適用本發明的DC/DC轉換器，具有帶有一次線圈(Np)、二次線圈(Ns)和輔助線圈(NB)的變壓器(T1)；與該變壓器的一次線圈串連的開關晶體管(Q1)；用于使該開關晶體管接通·關閉的控制晶體管(Q2)；和被連接在該控制晶體管和上述變壓器的輔助線圈之間并且包含齊納二極管(D5)的反饋控制電路。
本發明的DC/DC轉換器的特征在于，上述齊納二極管(D5)實際上是帶有0溫度系數的二極管。另外，理想的是上述齊納二極管(D5)的齊納電壓在5V～6V的范圍內。再者，希望選擇齊納二極管(D5)的溫度系數，以使抵消控制晶體管(Q2)的溫度特性。
另外，開關晶體管(Q1)和控制晶體管(Q2)各自，例如由雙極型NPN晶體管構成。在這種情況下，開關晶體管(Q1)的集電極與一次線圈(Np)的一端連接，開關晶體管(Q1)的發射極接地。控制晶體管(Q2)的集電極與開關晶體管的基極連接，控制晶體管(Q2)的發射極接地。并且，輔助線圈(NB)的一端接地，在輔助線圈(NB)的另一端與控制晶體管(Q2)的基極之間插入反饋控制電路。該反饋控制電路，例如，由陽極與控制晶體管(Q2)的基極連接，陰極與輔助線圈(NB)的另一端連接的齊納二極管(D5)、和與該齊納二極管并聯的電阻(R5)構成。
取而代之，反饋控制電路，也可以由陽極與控制晶體管(Q2)的基極連接的齊納二極管(D5)、一端與該齊納二極管的陰極連接的第一電阻(R7)、一端與控制晶體管(Q2)的基極連接而另一端與第一電阻的另一端連接的第二電阻(R5)、和被連接在該第二電阻的另一端和輔助線圈(NB)的另一端之間的第三電阻(R6)構成。另外，上述DC/DC轉換器，還可以包含一端接地的電容(C3)、該電容的另一段與陽極連接而陰極與開關二極管(Q1)的基極連接的第二齊納二極管(D2)。
在本發明中，作為構成反饋控制電路的齊納二極管，因為使用了實質上帶有0溫度系數的二極管，所以，可以收到無需用于溫度補償的特別部件的效果。
圖1是本發明第一實施方式的DC/DC轉換器的電路圖。
圖2是表示圖1所示的DC/DC轉換器的溫度特性的圖。
圖3是本發明第二實施方式的DC/DC轉換器的電路圖。
符號說明Q1 開關晶體管 Q2 控制晶體管T1 變壓器 Np 一次線圈Ns 二次線圈 NB 輔助線圈 D5 齊納二極管具體實施方式
以下，參考附圖，對本發明的實施方式進行詳細說明。
參考圖1，對本發明第一實施方式的DC/DC轉換器進行說明，圖示的DC/DC轉換器，具有帶有一次線圈Np、二次線圈Ns和輔助線圈NB的變壓器T1。
DC/DC轉換器，在變壓器T1的一次線圈側包含整流電路D1、第一輸入電容C1、輸入電感線圈L1、第二輸入電容C2、開關晶體管Q1、控制晶體管Q2和后述的控制反饋電路等。平滑電路由第一輸入電容C1、輸入電感線圈L2和第二輸入電容C2構成。
在整流電路D1中，通過電阻R1與AC電源連接。圖示的AC電源，作為輸入AC電壓產生100V～240V的電壓。該輸入AC電壓，通過整流電路D1進行整流之后，在上述平滑電路中被進行平滑處理，并且作為輸入直流電壓被蓄積在第二輸入電容C2中。
變壓器T1的一次線圈Np與開關晶體管Q1串連。詳細的說，第二輸入電容C2的一端與變壓器T1的一次線圈Np的一端連接。圖示的開關晶體管Q1由雙極型NPN晶體管組成。變壓器T1的一次線圈Np的另一端與開關晶體管Q1的集電極連接。開關晶體管Q1的發射極接地。在開關晶體管Q1的基極和第二輸入電容C2的一端之間，串連有電阻R2、R3。
上述輸入直流電壓被施加在變壓器T1的一次線圈Np上，通過開關晶體管Q1進行接通關閉。控制晶體管Q2，用于對開關晶體管Q1進行接通關閉。該控制晶體管Q2和變壓器T1的輔助線圈NB之間，連接了接下來將要敘述的反饋控制電路。
控制晶體管Q2，由雙極型NPN晶體管構成。反饋控制電路，具有電阻R5、R6、R7、和齊納二極管D5。電阻R5、R6，被直接連到控制晶體管Q2的基極和變壓器T1的輔助線圈NB一端。電阻R7和齊納二極管D5被串連在電阻T5的兩端。
控制晶體管Q2的發射極接地。在控制晶體管Q2的基極-發射極之間連接了電容C5。在變壓器T1的輔助線圈NB的一端和控制晶體管Q2的集電極之間串連了電阻R8和電容C6。控制晶體管Q2的集電極與開關晶體管Q1的基極連接。
電容C3的一端接地。電容C3的另一端通過齊納二極管D2與開關晶體管Q1的基極連接的同時，通過二極管D3與變壓器T1的輔助線圈NB的一端連接。換句話說，在二極管D3的兩端串連了齊納二極管D2、電容C6和電阻R8。
構成反饋控制電路的齊納二極管D5，是實際上帶有0溫度系數的二極管。具體地說，該齊納二極管D5的齊納電壓在5V～6V的范圍內。結果是，無需用于溫度補償的特別部件。
另外，反饋控制電路作為輸出電流控制電路動作，齊納二極管D2作為輸出電壓控制電路動作。
DC/DC轉換器，在變壓器T1的二次線圈側，具有二極管D6、電阻R10、輸出電容C7和齊納二極管D7。變壓器T1的二次線圈Ns的一端與DC/DC轉換器的接地端子GND連接，另一端通過二極管D6與DC/DC轉換器的電源端子+B連接。電阻R10、電容C7、齊納二極管D7被并聯在電源端子+B和接地端子GND之間。
在變壓器T1的二次線圈Ns上所感應的AC電壓被二極管D6整流之后，通過輸出電容C7進行平滑處理，并且從電源端子+B和接地端子GND輸出二次線圈側的輸出電壓。
在本例中，二次側的輸出電壓是6V，可以從電源端子+B流出650mA的輸出電流。
依據這種結構的DC/DC轉換器，如下所述，可以通過變壓器T1的一次側控制輸出恒定電壓和恒定電流，即使對于AC輸入電壓(100V～240V)的輸入變動也可以使輸出穩定。
首先，對恒定電壓控制進行說明。通過齊納二極管D2控制變壓器T1的輔助線圈NB的負電壓，并將二次線圈側輸出電壓控制為恒定。這里，使變壓器T1的二次線圈Ns和輔助線圈NB很好地耦合，來改善AC輸入電壓的輸入變動。
接下來，對恒定電流控制進行說明。通過反饋控制電路(輸出電流控制電路)調整控制晶體管Q2的基極電流，對控制晶體管Q2的集電極電流Ic進行控制，來控制輸出電流。這里，通過追加實際上帶有0溫度系數的齊納二極管D5，改善了AC輸入電壓的輸入變動。
另外，如上所述，控制晶體管Q2帶有溫度特性，因此，為了抵消該控制晶體管Q2的溫度特性，要選擇齊納二極管D5的溫度系數。這樣，作為DC/DC轉換器整體，實現了穩定的電流特性。
圖2表示圖1所示的DC/DC轉換器的輸出電壓的溫度特性。表示了作為溫度，在-20℃、25℃和60℃三點的溫度下測量的結果。其中間溫度可以認為是直線性變化。
圖2所示的溫度特性，是按如下條件獲取的。測量中使用的DC/DC轉換器(產品)的額定輸出電壓/輸出電流是5.3V/600mA。如果流出600mA以上的輸出電流，則輸出電壓緩緩下降。并且，圖2表示的數據是對該輸出電壓變為3.6V時的電流值進行測量的結果。即，使產品的周圍溫度發生變化，然后測量出輸出電壓變為3.6V時的電流值，而獲取了圖2所示的溫度特性。
如圖2所表明，在-20℃～60℃的溫度范圍內包，落入10％左右以內的散差范圍。由此可見，作為實際的產品，將溫度特性調整到了足夠可以使用的范圍內。
在圖1所示的本發明涉及第一實施方式的DC/DC轉換器中，在變壓器的一次側，進行了輸出電流控制和輸出電壓控制的兩者的控制，而如下面說明的涉及第二實施方式中的DC/DC轉換器那樣，也可以在變壓器的一次側僅僅進行輸出電流控制。
參考圖3，對本發明涉及第二實施方式中的DC/DC轉換器進行說明。對與圖1所示的部分具有相同功能的部分付與相同參考符號。
AC電源通過保險絲F2與整流電路D1連接。圖示的AC電源產生AC100V的輸入AC電壓。整流電路D1的輸出端子側，連接有由第一輸入電容C1、第一電感線圈L1、第二輸入電容C2和第二電感線圈L3組成的平滑電路。
平滑電路的一端與變壓器T1的一次線圈Np的一端連接。變壓器T1的一次線圈Np的另一端與開關晶體管Q1的集電極連接。開關晶體管Q1的基極通過串連的電阻R3、R2與變壓器T1的一次線圈Np的一端連接。在開關晶體管Q1的基極-發射極之間連接了二極管D10。開關晶體管Q1的發射極通過保險絲F1接地。
開關晶體管Q1的發射極與變壓器T1的輔助線圈NB的一端連接。輔助線圈NB的另一端，通過與由電阻R5與由齊納二極管D5和電阻R7組成的串連電路的并聯電路的串連電路組成的反饋控制電路(輸出電流控制電路)與控制晶體管Q2的基極連接。在輔助線圈NB的兩端，串連電容C9和二極管D11。在該電容C9和二極管D11之間的連接點與控制晶體管Q2的基極之間，串連了齊納二極管D9和電阻R15。輔助線圈NB的另一端和控制晶體管Q2的集電極之間，串連了電阻R8和電容C6。控制晶體管Q2的集電極與開關晶體管Q1的基極連接。控制晶體管Q2的發射極，通過二極管D10與開關晶體管Q1的基極連接。
另一方面，變壓器T1的二次線圈Ns的一端，通過二極管D6和電容C9組成的并聯電路以及電感線圈L2與電源端子+B連接。變壓器T1的二次線圈Ns的另一端，與接地端子GND連接。電源端子+B和接地端子GND之間，并聯了電容C7和齊納二極管D7。另外，在電源端子+B和接地端子GND之間，連接了電容C18。
從電源端子+B和接地端子GND輸出二次側輸出電壓。在本例中，二次側輸出電壓是5.6V，并且可以從電源端子+B輸出700mA的輸出電流。
在該第二實施方式中，為了將二次側的輸出電壓反饋到一次側，具備了光電耦合器IC1。以下，對反饋該輸出電壓的電路進行說明。
在電源端子+B和接地端子GND之間，串連了電阻R17和齊納二極管D8。電阻R17和齊納二極管D8的連接點，與光電耦合器IC1的光電二極管的陰極連接。光電耦合器IC1的光電二極管的陽極，通過電容C8與接地端子GND連接的同時，通過電阻R12和電感線圈L2與電源端子+B連接。
另一方面，光電耦合器IC1的光電晶體管的集電極通過二極管D11與變壓器T1的輔助線圈NB的另一端連接的同時，通過二極管D9和電阻R15組成的串連電路與控制晶體管Q2的基極連接。光電耦合器IC1的光電晶體管的發射極，通過電阻R12與控制晶體管Q2的基極連接。
總之，在該第二實施方式中，使用光電耦合器IC1將變壓器T1的二次側的輸出電壓反饋到變壓器T1的一次側，由此進行輸出電壓的控制。
在本第二實施方式中，構成反饋控制電路的齊納二極管D5，實質上也是帶有0溫度系數的二極管。具體地說，該齊納二極管D5的齊納電壓在5V～6V的范圍內。結果是，無需用于溫度補償的特別部件。
另外，如上所述，控制晶體管Q2帶有溫度特性。因此，為了抵消該控制晶體管Q2的溫度特性，要選擇齊納二極管D5的溫度系數。由此，作為DC/DC轉換器整體，實現了穩定的電流特性。
對具有這種結構的DC/DC轉換器中的輸出電流控制進行說明。假定DC/DC轉換器的輸出電流增加。在變壓器T1的輔助線圈NB中也會感應出與該輸出電流成比例的電壓。根據該所感應出的電壓，通過構成反饋控制電路的電阻R5流過的電流，對控制晶體管Q2進行接通/關閉。根據該控制晶體管Q2的接通/關閉控制開關晶體管Q1，由此，對輸出電流進行控制。
以上，雖然通過理想的實施方式對本發明進行了說明，但是，當然本發明并不限于上述的實施方式。例如，反饋控制電路，并不限定于上述實施方式的反饋控制電路。
權利要求
1.一種DC/DC轉換器，它具有帶有一次線圈和二次線圈和輔助線圈的變壓器、與該變壓器的一次線圈串連的開關晶體管、用于使該開關晶體管接通·關閉的控制晶體管、被連接在該控制晶體管和上述變壓器的輔助線圈之間并且包含齊納二極管的反饋控制電路，該DC/DC轉換器的特征在于上述齊納二極管實際上是帶有0溫度系數的二極管。
2.根據權利要求1所述的DC/DC轉換器，其特征在于上述齊納二極管的齊納電壓在5V～6V的范圍內。
3.根據權利要求1或2所述的DC/DC轉換器，其特征在于為了抵消上述控制晶體管的溫度特性，要選擇上述齊納二極管的溫度系數。
4.根據權利要求1～3中任何一項所述的DC/DC轉換器，其特征在于上述開關晶體管和上述控制晶體管各自由雙極型NPN晶體管構成，并且將上述開關晶體管的集電極與上述一次線圈的一端連接，將上述開關晶體管的發射極接地，并將上述控制晶體管的集電極與上述開關晶體管的基極連接，將上述控制晶體管的發射極接地，并且將上述輔助線圈的一端接地，在上述輔助線圈的另一端與上述控制晶體管的基極之間，插入上述反饋控制電路。
5.根據權利要求4所述的DC/DC轉換器，其特征在于上述反饋控制電路，由陽極與上述控制晶體管的基極連接而陰極與上述輔助線圈的另一端連接的齊納二極管、和與該齊納二極管并聯的電阻構成。
6.根據權利要求4所述的DC/DC轉換器，其特征在于上述反饋控制電路，具有陽極與上述控制晶體管的基極連接的上述齊納二極管；將一端與該齊納二極管的陰極連接的第一電阻；將一端與上述控制晶體管的基極連接而將另一端與上述第一電阻的另一端連接的第二電阻；和被連接在該第二電阻的另一端和上述輔助線圈的另一端之間的第三電陽。
7.根據權利要求6所述的DC/DC轉換器，其特征在于還包含一端接地的電容；和將陽極與該電容的另一段連接而將陰極與上述開關晶體管的基極連接的第二齊納二極管。
全文摘要
本發明提供一種無需用于溫度補償的特別部件的DC/DC轉換器。該DC/DC轉換器，具備帶有一次線圈(Np)、二次線圈(Ns)和輔助線圈(NB)的變壓器(T1)；與該變壓器的一次線圈串連的開關晶體管(Q1)；用于使該開關晶體管接通·關閉的控制晶體管(Q2)；和被連接在該控制晶體管和上述變壓器的輔助線圈之間并且包含齊納二極管(D5)的反饋控制電路。在本發明的DC/DC轉換器中，齊納二極管(D5)實際上是帶有0溫度系數的二極管。另外，齊納二極管(D5)的齊納電壓在5V～6V的范圍內。為了抵消控制晶體管(Q2)的溫度特性，可以選擇齊納二極管(D5)的溫度系數。
文檔編號H02M1/10GK1649246SQ20041009642
公開日2005年8月3日 申請日期2004年11月29日 優先權日2004年1月26日
發明者平林昌之, 山本博隆, 吉田榮二, 吉野亨 申請人:三美電機株式會社