專利名稱：開關電源裝置的控制電路以及開關電源裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及能夠在確保安全性的同時降低待機時的消耗電カ(無負載時或輕負載時等的待機狀態下的開關電源裝置的消耗電カ)的開關電源裝置的控制電路以及開關電源裝置。
背景技術：
作為社會背景，近年來，由于節能意識的提高，各種民生設備的待機時、例如遙控器待機時的消耗電カ的削減成為當務之急。進而，關于開關電源裝置，還要求針對開關元件的破損或燒損等的安全性。作為開關電源裝置所要求的安全性之一，具有在輸入電壓低下的情況下停止開關元件的開關動作的低輸入電壓動作禁止功能(Brown In Brown Out功能)。圖6示出搭載了低輸入電壓動作禁止功能的現有的開關電源裝置的結構(例如參照專利文獻I)。在圖6所示的開關電源裝置中，利用ニ極管橋電路DB和電容器Cl對交流輸入電壓AC進行整流平滑，通過控制IC 10對開關元件Ql進行開關，對變壓器Tl的一次繞組Pl施加所得到的直流電壓，利用ニ極管D2和電容器C5對在變壓器Tl的二次繞組S中產生的電壓進行整流平滑，對OUT端子輸出期望的直流電壓。并且，在電容器Cl的兩端連接有電阻Ra和電阻Rb的串聯電路。控制IC 10在低輸入電壓動作禁止電路(未圖示)內具有比較器，該比較器的非反轉端子與BR端子連接，BR端子與電阻Ra和電阻Rb之間的連接點連接。根據以上結構，伴隨電容器Cl的電壓的低下，當利用電阻Ra和電阻Rb對電容器Cl的電壓進行分壓后得到的BR端子的電壓成為規定值以下時，低輸入電壓動作禁止電路內的比較器輸出L電平，停止開關元件Ql的開關動作。并且，當BR端子成為規定值以上吋，比較器輸出H電平，開始開關元件Ql的開關動作。專利文獻I日本特開2003-164145號公報但是，在圖6所示的現有的開關電源裝置中，為了進行低輸入電壓動作禁止功能，需要電阻Ra、Rb，該電阻Ra、Rb與交流整流后的電容器Cl連接，所以，存在消耗電カ増大的問題。并且，最近，隨著待機時的消耗電カ的降低，電阻Ra、Rb上的消耗電カ成為無法忽視的值。
發明內容
本發明的課題在于，提供能夠在確保安全性的同時降低待機時的消耗電カ的開關電源裝置的控制電路以及開關電源裝置。在本發明的開關電源裝置的控制電路中，為了解決上述課題，該開關電源裝置通過開關元件的開關動作將從交流電源或直流電源供給的輸入電壓轉換為期望的輸出電壓并供給到負載，該控制電路的特征在于，該控制電路具有由第I電阻、開關、第2電阻構成的輸入電壓檢測電路，其連接在被供給所述輸入電壓的輸入端之間，檢測所述輸入電壓并輸出檢測信號；低輸入電壓動作禁止電路，其在所述檢測信號成為第I閾值以下時，停止所述開關元件的開關動作；輸出電壓檢測電路，其檢測所述輸出電壓并輸出與所述輸出電壓對應的反饋信號；以及開關控制電路，其在所述負載為待機狀態、所述反饋信號成為第2閾值以下時，停止所述開關元件的開關動作，斷開所述開關。本發明的開關電源裝置的特征在于，該開關電源裝置具有第I 第4方面中的任意一項所述的控制電路。根據本發明，在負載為待機狀態、反饋信號成為第2閾值以下時，斷開開關，所以，在第I電阻和第2電阻中不流過電流，能夠抑制消耗電力。并且，在低輸入電壓時開關元件斷開，所以，能夠提供能夠在確保安全性的同時降低待機時的消耗電カ的開關電源裝置的控制電路以及開關電源裝置。
圖I是示出本發明的實施例I的開關電源裝置的結構的電路圖。圖2是示出在本發明的實施例I的開關電源裝置中設置的控制IC的結構的電路圖。圖3是示出在本發明的實施例I的開關電源裝置中設置的控制IC的動作的時序圖。圖4是示出本發明的實施例2的開關電源裝置的結構的電路圖。圖5是示出在本發明的實施例2的開關電源裝置中設置的控制IC的結構的電路圖。圖6是示出現有的開關電源裝置的結構的電路圖。標號說明DB :ニ極管橋電路；Q1 :開關元件；T1 :變壓器；P1 :—次繞組；P2 :輔助繞組；S :ニ次繞組；D1 D3 :ニ極管；M1 :開關；R1 RlO 電阻；C1 C5 電容器；PC :光耦合器；ZD1 分路調節器;10、10a、IOb :控制IC ; 11、12、13 :比較器；14 :振蕩器；15 :觸發電路；16 :和電路；17、18 :緩存電路；19 :恒流接通/斷開電路；20 :內部電源。
具體實施例方式下面，根據附圖詳細說明本發明的開關電源裝置的控制電路以及開關電源裝置的實施方式。實施例I圖I是示出本發明的實施例I的開關電源裝置的結構的電路圖。ニ極管橋電路DB和電容器Cl對交流輸入電壓AC進行整流平滑。在電容器Cl的兩端連接有電阻Rl、由MOSFET構成的開關Ml、電阻R2的串聯電路，并且控制IC IOa的STARTUP端子和GND端子連接。開關Ml的源極和電阻R2的一端之間的連接點與控制IC IOa的BR端子連接。通過電阻Rl(第I電阻)、開關Ml(開關)和電阻R2(第2電阻)構成了本發明的輸入電壓檢測電路。并且，控制IC IOa是集成電路。并且，在電容器Cl的兩端連接有變壓器Tl的一次繞組P1、由MOSFET構成的開關元件Q1、電阻R3的串聯電路。在開關元件Ql的柵極連接有控制IC IOa的DRIVE端子，在開關元件Ql的源極連接有控制IC IOa的OCP端子和電阻R3的一端。在開關元件Ql的漏極連接有ニ極管Dl的陽極和一次繞組Pl的一端，在ニ極管Dl的陰極連接有電阻R4和電容器C2的并聯電路的一端，該并聯電路的另一端與一次繞組Pl的另一端連接。在變壓器Tl的二次繞組S的兩端連接有ニ極管D2和電容器C5的串聯電路。ニ極管D2和電容器C5構成整流平滑電路。在電容器C5的兩端連接有電阻R7、光耦合器PC的光電ニ極管和分路調節器ZDl的串聯電路，并且連接有電阻R8和電阻R9的串聯電路。在分路調節器ZDl的基準點連接有電阻R8和電阻R9之間的連接點。在電阻R7和光耦合器PC的光電ニ極管的串聯電路的兩端連接有電阻R6，在光耦合器PC的光電ニ極管的陰極和分路調節器ZDl的陰極之間的連接點與電阻R8和電阻R9的連接點之間連接有電容器C6。光耦合器PC的光電晶體管的連接器與控制IC IOa的FB端子連接，光電晶體管的發射極與控制IC IOa的GND端子連接。通過電阻R6 R9、電容器C6、光耦合器PC和分路調節器ZDl構成本發明的輸出 電壓檢測電路。在變壓器Tl的輔助繞組P2的兩端連接有ニ極管D3、電阻R5和電容器C3的串聯電路，電阻R5和電容器C3之間的連接點與控制IC IOa的VCC端子連接。在圖I所示的開關電源裝置中，利用ニ極管橋電路DB和電容器Cl對交流輸入電壓AC進行整流平滑，通過控制IC IOa對開關元件Ql進行開關，對變壓器Tl的一次繞組Pl施加所得到的直流電壓，利用ニ極管D2和電容器C5對在變壓器Tl的二次繞組S中產生的電壓進行整流平滑，對OUT端子輸出期望的直流電壓。以使輸出到OUT端子的直流輸出電壓為恒定電壓的方式，經由光耦合器PC將反饋信號反饋到控制IC IOa的FB端子。并且，在開關電源裝置起動后，利用ニ極管D3和電容器C3對在輔助繞組P2的兩端產生的電壓進行整流平滑而得到的直流電壓被供給到VCC端子。開關Ml通過來自BRON端子的信號而接通或斷開。圖2是示出在本發明的實施例I的開關電源裝置中設置的控制IC的結構的電路 圖。控制IC IOa具有比較器11、12、13、振蕩器14、觸發電路15、和電路16、緩存電路17、18、恒流接通/斷開電路19、內部電源20。通過比較器11以及和電路16構成本發明的低輸入電壓動作禁止電路，通過比較器12、和電路16以及緩存電路18構成本發明的開關控制電路。比較器11具有電壓VBRrl (第I閾值)例如為I. 0V、電壓VBRr2 (第3閾值)例如為I. 2V的滯后特性。在來自輸入電壓檢測電路的檢測信號、即BR端子的電壓成為I. OV以下吋，比較器11對和電路16輸出L電平，停止開關元件Ql的開關動作(接通/斷開動作)。在BR端子的電壓成為I. 2V以上吋，比較器11對和電路16輸出H電平，開始開關元件Ql的開關動作。I. OV和I. 2V是開關電源裝置的穩定動作用的滯后。比較器12具有電壓VBURrl (第2閾值)例如為I. 2V、電壓VBURr2 (第4閾值)例如為I. 3V的滯后特性。在來自輸出電壓檢測電路的反饋信號、即FB端子的電壓成為I. 2V以下吋，比較器12對經由緩存電路18的BRON端子以及和電路16輸出L電平，斷開開關M1，停止開關元件Ql的開關動作。并且，在FB端子的電壓成為I. 3V以上吋，比較器12對經由緩存電路18的BRON端子以及和電路16輸出H電平，接通開關M1，開始開關元件Ql的開關動作。
另外，電壓VFBr被設定為2V，FB端子的電壓被設定為，在過負載時大約為2V，在通常的負載下為I. 3V I. 8V左右。比較器13具有OCP(過電流保護)功能和FB(反饋)功能，來自OCP端子的電壓和偏置電壓(例如+IV)被輸入到非反轉輸入端子(+)，FB端子的電壓被輸入到反轉輸入端子(_)，對觸發電路15的復位端子R輸出比較輸出。在過負載吋，OUT端子的電壓降低，流過光耦合器PC的光電晶體管的電流大致為0，所以，當對比較器13的反轉輸入端子(-)施加大約2. OV而使過電流流過電阻R3吋，在OCP端子中產生IV的電壓，該IV和偏置電壓的IV的合計2V被施加給比較器13的非反轉輸入端子(+)。因此，比較器13對觸發電路15的復位端子R輸出H電平，所以，開關元件Ql斷開。因此，比較器13發揮過電流保護功能。另ー方面，在通常負載時，FB端子的電壓為I. 5V左右，偏置電壓為IV，所以，在電阻R3中產生的電壓為O. 5V以下的情況下，比較器13輸出L電平，當電阻R3中產生的電壓超過O. 5V吋，比較器13輸出H電平，開關元件Ql斷開，所以，根據FB端子的電壓在開關元件Ql中流過電流，所以，發揮FB功能。另外，在FB端子與電源VFBr的正極之間連接有電阻R10。振蕩器14對觸發電路15的設定端子S輸出脈沖信號，和電路16取得觸發電路15的輸出、比較器11的輸出以及比較器12的輸出之和，經由緩存電路17對開關元件Ql的柵極輸出和輸出。恒流接通/斷開電路19根據來自UVLO (欠壓鎖定)的指令，在VCC端子的電壓低于規定電壓時接通，流過恒流，從而對VCC端子進行充電。UVLO(欠壓鎖定)例如在17V時開始控制IC IOa的振蕩，在低電壓IOV時停止控制IC IOa的振蕩。接著，參照圖3所示的時序圖說明這樣構成的實施例I的控制IC IOa的動作。首先，說明開關Ml接通時的動作。在通常負載吋，FB端子為I. 3V I. 8V，所以，比較器12經由緩存電路18對開關Ml輸出H電平。因此，開關Ml接通，所以，從BR端子對比較器11的非反轉輸入端子(+)施加電阻Rl和電阻R2之間的連接點的電壓。此時的動作如圖3(a)所示，BRON端子為H電平。在時刻t2之前，BR端子的電壓超過電壓VBRrl，所以，比較器11對和電路16輸出H電平。并且，比較器12也對和電路16輸出H電平，所以，來自振蕩器14的脈沖信號經由DRIVE端子被施加給開關元件Ql的柵極。因此，開關元件Ql反復進行開關動作。接著，在時刻t2中，BR端子的電壓成為電壓VBRrl，所以，比較器11對和電路16輸出L電平,所以，開關元件Ql的開關動作停止。該停止狀態持續到時刻t4之前。在時刻t4中，BR端子成為電壓VBRr2，所以，比較器11對和電路16輸出H電平，所以，開關元件Ql開始進行開關動作。接著，參照圖3(b)說明開關Ml斷開時的動作。當成為無負載時或輕負載時等的待機狀態時，來自輸出電壓檢測電路的反饋信號的電流增加，所以，電阻RlO中的電壓降低増大，FB端子的電壓低下。然后，當FB端子的電壓降低到電壓VBURrl時(時刻tl2)，比較器12對BRON端子以及和電路16輸出L電平，所以，開關Ml斷開，停止開關元件Ql的開關動作。即，時刻tl2 時刻tl3的期間成為開關元件Ql的間歇振蕩的斷開期間，開關Ml斷開。
在該間歇振蕩的斷開期間中，不對變壓器Tl的二次側送出能量，所以，變壓器Tl的二次側電壓降低。因此，來自輸出電壓檢測電路的反饋信號的電流低下，所以，FB端子的電壓逐漸上升。
然后，在時刻tl3中，當FB端子的電壓成為電壓VBURr2時，比較器12對BRON端子以及和電路16輸出H電平，所以，開關Ml接通，開關Ml持續接通到時刻tl3 時刻tl4(tll tl2也同樣)。因此，在時刻tl3 時刻tl4的期間中，根據來自振蕩器14的脈沖信號，開關元件Ql反復進行開關動作。S卩，在負載為待機狀態時，開關元件Ql成為間歇振蕩動作(脈沖串動作)。在間歇振蕩動作中的振蕩停止期間(開關動作停止期間)tl2 tl3中，斷開開關Ml。由此，在待機時，在電阻Rl和電阻R2中不流過電流，能夠降低消耗電力。另外，在斷開開關Ml時，無法監視電容器Cl是否是低輸入電壓，但是，在間歇振蕩的斷開期間中，開關元件Ql不進行開關動作，所以，實質上是不需要監視的期間，所以，不會產生特別的問題。這樣，根據實施例I的開關電源裝置，在負載為待機狀態時，當反饋信號成為電壓VBURrl以下時，斷開開關M1，所以，在電阻Rl和電阻R2中不流過電流，能夠抑制消耗電力。并且，在對電容器Cl的低輸入電壓進行檢測時，開關元件Ql斷開，所以，能夠在確保安全性的同時降低待機時的消耗電力。即，在實現與以往相同的低輸入電壓動作禁止功能的同吋，通過在間歇振蕩動作時切離在低輸入電壓動作禁止功能中通常需要的電阻部分(Rl、R2)的消耗電力，能夠使消耗電カ大致降低到零。并且，在沒有開關Ml的情況下，在通常設計中，當設電阻Rl為4. 4ΜΩ、電阻R2為47kΩ左右時，設AC240V時的整流后的電容器Cl的電壓大約為335V。此時，在電阻R1、R2中損失大約25mW。與此相對，在設置開關Ml的情況下，在電阻Rl、R2的損失中乘以間歇振蕩期間相對于間歇振蕩周期的比例而得到的值成為損失。例如，在間歇振蕩周期(til tl3)內的間歇振蕩停止期間(tl2 tl3)為95%、間歇振蕩期間(til tl2)為5%的情況下，損失成為 25mWX5%= I. 3mW。由此，與現有方法相比，能夠降低23. 7mW。另外，如果電阻Rl大于4· 4ΜΩ、電阻R2大于47k Ω ,則雖然能夠降低消耗電カ，但是，減小了用于在電阻分割點檢測電壓的集成電路的偏置電流的影響(例如偏置電壓増大而成為誤差)，或者當考慮外來噪聲的影響等時不能過大。作為參考，面向一般消費者出售的中大型IXD-TV在畫面斷開待機(遙控器待機)時的AC插座中的消耗電カ一般為IOOmW 500mW以下，當考慮偏差時，設計階段的極限值還需要取5 33%左右的余量。在該消耗電カ中包含遙控器待機用的微機等的消耗電力，所以，開關電源裝置本身所消耗的電カ更少。與此相對，在實施例I中，能夠在確保與以往相同的安全性的同時降低23. 7mff的損失。特別地，可知在以IOOmW以下的遙控器待機時的消耗電カ為對象的情況下，效果非常大。另外，由于生態學政策的推進和消費者生態意識的提高，可以預想到遙控器待機時的消耗電カ今后還會降低。實施例2
圖4是示出本發明的實施例2的開關電源裝置的結構的電路圖。圖5是示出在本發明的實施例2的開關電源裝置中設置的控制IC的結構的電路圖。實施例2的開關電源裝置的特征在于，將電阻Rl與控制IC IOb的STARTUP端子連接，將電阻R2與控制IC IOb的BR端子連接，將開關Ml設置在控制IC IOb內，將開關Ml的漏極與STARTUP端子連接，將開關Ml的源極與BR端子連接。這里，電阻Rl是使控制ICIOb起動的起動電阻。其他結構與實施例I的開關電源裝置的結構相同。根據這種結構，將電阻Rl的一端與STARTUP端子共用，所以，能夠省略圖2所示的控制IC IOa的BRON端子。即，能夠減少開關電源用IC的外部插頭數，所以，容易低價地制作1C。另外，本發明不限于實施例I和實施例2的開關電源裝置。在實施例I和實施例2中示出絕緣型回描電源的結構，但是，只要是使用低輸入電壓動作禁止功能的電路結構， 則能夠應用本發明，而與正向方式、半橋方式、全橋方式、電流諧振型、偽諧振型、PWM型、PFC電路等的電源方式無關。并且，在實施例I和實施例2中示出絕緣型的開關電源裝置的結構，但是，在非絕緣型的電源裝置中也能夠應用本發明。并且，在實施例I和實施例2的開關電源裝置中，利用分立部件和集成電路進行說明，但是，也可以與開關電源用IC同時進行集成化。該情況下，雖然IC的成本稍微上升，但是，能夠構成實施例I和實施例2的開關電源裝置，所以，能夠低價、安全地降低消耗電力。
權利要求
1.ー種開關電源裝置的控制電路，該開關電源裝置通過開關元件的開關動作將從交流電源或直流電源供給的輸入電壓轉換為期望的輸出電壓并供給到負載，該控制電路的特征在于具有 由第I電阻、開關和第2電阻構成的輸入電壓檢測電路，其連接在被供給所述輸入電壓的輸入端之間，檢測所述輸入電壓并輸出檢測信號； 低輸入電壓動作禁止電路，其在所述檢測信號成為第I閾值以下時，停止所述開關元件的開關動作； 輸出電壓檢測電路，其檢測所述輸出電壓并輸出與所述輸出電壓對應的反饋信號；以及 開關控制電路，其在所述負載為待機狀態、所述反饋信號成為第2閾值以下時，停止所述開關元件的開關動作，斷開所述開關。
2.根據權利要求I所述的開關電源裝置的控制電路，其特征在干， 在所述檢測信號成為比所述第I閾值大的第3閾值以上時，所述低輸入電壓動作禁止電路開始所述開關元件的開關動作， 在所述反饋信號成為比所述第2閾值大的第4閾值以上時，所述開關控制電路開始所述開關元件的開關動作，接通所述開關。
3.根據權利要求I或2所述的開關電源裝置的控制電路，其特征在干， 所述第I電阻與所述輸入端連接，兼作為使所述控制電路起動的起動電阻。
4.根據權利要求3所述的開關電源裝置的控制電路，其特征在干， 所述開關、所述低輸入電壓動作禁止電路和所述開關控制電路被設置在集成電路內。
5.ー種開關電源裝置，其特征在于具有權利要求I 4中的任意一項所述的控制電路。
全文摘要
能夠在確保安全性的同時降低待機時的消耗電力的開關電源裝置的控制電路以及開關電源裝置。開關電源裝置通過開關元件(Q1)的開關動作將從交流電源或直流電源供給的輸入電壓轉換為期望的輸出電壓并供給到負載，該控制電路具有由第1電阻(R1)、開關(M1)、第2電阻(R2)構成的輸入電壓檢測電路，其連接在被供給輸入電壓的輸入端之間，檢測輸入電壓并輸出檢測信號；低輸入電壓動作禁止電路，其在檢測信號成為第1閾值以下時，停止開關元件的開關動作；輸出電壓檢測電路，其檢測輸出電壓并輸出與輸出電壓對應的反饋信號；以及開關控制電路(10a)，其在負載為待機狀態、反饋信號成為第2閾值以下時，停止開關元件的開關動作，斷開開關。
文檔編號H02M3/335GK102684500SQ20121006122
公開日2012年9月19日 申請日期2012年3月9日 優先權日2011年3月18日
發明者小池憲吾 申請人:三墾電氣株式會社