開關電源裝置以及電源控制用半導體集成電路的製作方法

2023-06-01 16:26:36 1

專利名稱：開關電源裝置以及電源控制用半導體集成電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種具備電壓變換用變壓器的開關電源裝置的輸出電壓穩定
化技術，例如涉及一種在用於AC適配器這樣的電源變換裝置的DC-DC變換
器中使用的有效的技術。
背景技術：
AC適配器由對交流電源進行整流的二極體電橋電路；以及對通過該電路 整流後的直流電壓進行降壓而變換為希望的電位的直流電壓的DC-DC變換器 等構成。作為該DC-DC變換器，例如使用通過對電壓變換用變壓器的一次線 圈中流過的電流進行開關控制，來控制在二次線圏中感應出的電壓的開關電源 裝置。
AC適配器不斷小型化以及低成本化，為此重要的是削減部件的數量。因 此，開發出了對在一次線圈中流過電流的開關電晶體進行控制的控制用IC。 現有的開關控制用IC,由於用於對控制用IC反饋二次線圈的輸出電壓的光耦 合器或電容器、電阻等外部附加元件比較多，所以進行將這些外部附加元件放 入IC內部，或者減少外部附加元件的數量的電路設計。
作為與不需要光耦合器或二次側控制IC的調整器有關的發明，例如在國 際公開WO2004-082119號公報(專利文獻1)中進行了公開。在圖5中表示 了在專利文獻1中公開的開關調整器的整體結構，在圖6中表示了檢測一次側 輔助線圏的端子電壓來給予採樣定時的觸發控制電路的結構例子，而且在圖7 中表示了調整器內部的信號和電壓的波形。此外，圖6的觸發控制電路被設置 在圖5的控制IC100內。
在專利文獻1公開的開關調整器中，如圖6所示，通過比較儀(comparator) CP1、 CP2檢測輔助線圈Nb的端子之間電壓(以下稱為輔助線圈電壓)Vb的 變化來生成Vb、 Vd，才艮據該信號，生成用於控制開關S1 S4的信號，該開關 S1 S4通過由觸發器(flip-flop) FF1、 FF2和邏輯門LG1、 LG2構成的邏輯電
路進行電容器Cl和C2的充電和放電，；險測電容器Cl和C2的電位相等的定 時，並在該定時產生採樣保持(hold)信號S&H。產生該採樣保持信號S&H 的定時如圖7所示，是輔助線圈電壓Vb的電壓持續期間Th的大約2/3的點 Ps，是二次側二才及管Dr即二次側線圈中流過的電流Id成為0的點附近的定時， 所以可以進行精度比較好的控制。

發明內容
但是，如圖8所示，從二次線圈Ns流到整流用二極體Dr的電流Id在輔 助線圈電壓Vb的電壓持續期間Th中，逐漸地減小。因此，輔助線圈電壓Vb 的電壓持續期間Th的大約2/3的點Ps雖然接近二極體中流過的電流成為0的 點，但不是完全成為0的點。而且，二極體的元件間的特性波動比較大。
因此，當在二極體中流過的電流不是O的點對電壓進行採樣時，難以得到 正確的電壓，並且所採樣的電壓容易受到二極體的特性波動的影響，檢測精度 變差。具體地說，當把二次線圈和一次側輔助線圏的線圈比設為Ns/Nb,將二 次側的整流用二極體Dr的正向電壓設為VF時，圖5的開關調整器中的輸出 電壓Vout由以下的式(1 )表示。
Vout=Vb (Ns/Nb ) - VF …(1 )
根據式(1)可知當二極體的正向電壓VF波動時，輸出電壓Vout偏移。 此外，根據式(1)可知，如果在VF成為0,即二極體中流過的電流成為0 的定時對輔助線圈電壓Vb進行採樣，則所採樣的電壓不會受到二極體的特性 波動的影響。
而且，在專利文獻l公開的開關調整器中，因為以如下的方式進行釆樣， 即，輔助線圈電壓Vb的電壓持續期間Th的大約2/3的點由於負載等條件而 偏移，並且在根據上一個循環(cycle)的檢測結果決定的採樣點進行下一個循 環的採樣，因此在由於負載的變動，輸出電壓發生變動時，存在相對的點偏移， 從而產生誤差、難以進行正確的電壓檢測的問題。
本發明的目的在於提供一種開關電源裝置，其是具備電壓變換用變壓器的 開關電源裝置，其可以在與二次側的整流用二極體中流過的電流成為0的點極 其接近的定時對輔助線圈的端子電壓進行採樣，由此可以進行高精度的輸出電 壓控制。
本發明的另一目的在於提供一種即使在輸出電壓變動時也可以誤差較少 地進行正確的採樣，由此可以進行高精度的輸出電壓控制的開關電源裝置。
本發明為了達成上述目的，在具備在一次側具有輔助線圏的電壓變換用 變壓器；與所述變壓器的一次側線圈連接的開關電晶體；4妄受所述輔助線圈的 端子電壓，輸出對所述開關電晶體進行開/關控制的信號的開關控制電路；與 所述變壓器的二次側線圈連接的整流用二極體；以及在所述變壓器的二次側設 置的輸出平滑用電容器的開關電源控制中，所述開關控制電路具備檢測所述輔 助線圏的端子電壓的下降的檢測電路，根據所述檢測電路的檢測定時，並根據 在所述整流用二極體中流過的電流變為0前不久的所述輔助線圈的端子電壓， 控制所述開關電晶體。
在此，所述檢測電路具備微分電路，由該微分電路檢測輔助線圏的端子電 壓的下降。此外，設置保持所述輔助線圈的下降前不久的端子電壓的保持單元； 以及根據所述檢測電路的檢測輸出，進行由所述保持單元保持的電壓的採樣的 採樣保持電路，該採樣保持電路具有根據預定頻率的振蕩信號，進行與所述 輔助線圈的端子電壓相對應的電壓的採樣的第一釆樣保持電路；以及根據所述 檢測電路的檢測輸出，進行所述第一採樣保持電路中保持的電壓的採樣的第二 採樣保持電路。
而且，所述第二採樣保持電路具備進行所述第一採樣保持電路的保持電 壓的採樣的第一採樣保持單元；以及進行所述第一採樣保持電路的保持電壓的 採樣的第二採樣保持單元，所述第一採樣保持單元和第二採樣保持單元根據所 述檢測電路的檢測輸出，在每個周期交互地進行所述第一採樣保持電路中保持 的電壓的採樣。
根據這樣的結構，可以在二次側的整流用二極體中流過的電流成為0前不 久的定時，對輔助線圏的端子電壓進行採樣。此外，即使在輸出電壓發生變動 時，也可以進行誤差較少、正確的採樣。由此，不會受到二次側二極體的正向 電壓或元件的特性波動的影響，可以檢測正確的電壓。
根據本發明，在具備電壓變換用變壓器的開關電源裝置中，可以在與二次 側的整流用二極體中流過的電流成為0的點極其接近的定時，對輔助線圈的端 子電壓進行採樣，由此可以進行高精度的輸出電壓控制，並且用於反饋輸出電
壓的光耦合器等外部附加部件只需較少的數量即可，所以可以實現電源裝置的
低成本化。


圖1是表示本發明第一實施方式的開關電源裝置的結構的電路圖。
圖2是表示圖1的電路內部的信號、電壓的變化的時序圖，是放大表示圖
3的時序圖中的一部分期間的時序圖。
圖3是表示圖1的電路內部的信號、電壓的變化的時序圖。
圖4是表示本發明第二實施方式的開關電源裝置的電路圖。
圖5是表示專利文獻1中公開的開關調整器的整體結構的電路圖。
圖6是表示在圖5的電路中檢測一次側輔助線圏的端子電壓來給予釆樣定
時的觸發控制電路的結構例的電路圖。
圖7是表示圖5的調整器內部的信號、電壓的變化的時序圖。
圖8是表示圖5的調整器中的輔助線圈電壓的變化以及二次側二極體的電
流的變化的時序圖。
圖9是表示第三實施方式的開關電源裝置的結構的電路圖。
圖10是表示振蕩信號的上升檢測電路和下降檢測電路的具體電路例子的
電路結構圖。
圖ll是表示輔助線圏電壓Vb、下降檢測部的檢測信號、振蕩器的輸出信 號以及採樣信號S&H1、 S&H2的變化的時序圖。
圖12(A)是表示第二實施方式的開關電源裝置中的各單元的信號、電壓 的變化的一例的時序圖，圖12(B)是表示第三實施方式的開關電源裝置中的 各單元的信號、電壓的變化的一例的時序圖。 符號說明
IO開關電源裝置、ll二極體電橋電路、12開關控制電路、12A下降檢測 部、12B第一級採樣保持部、112C第二級採樣保持部、12D信號切換部、12E 誤差放大電路、12F驅動脈衝生成部
具體實施例方式
以下根據附圖對本發明的實施方式進行說明。 (第一實施方式) 圖l是表示本發明第一實施方式的開關電源裝置的結構的電路圖。
該實施方式的開關電源裝置IO具有對交流電壓(AC)進行整流，從而 轉換為直流電壓的二極體電橋電路11以及平滑用電容器Cl;具有一次線圈 Np以及輔助線圏Nb和二次線圈Ns的變壓器Tl;與該變壓器T1的一次線圈 Np串聯連接的開關電晶體Tr0;對輔助線圈Nb的端子間電壓進行分壓的電阻 Rl、 R2;以及根據由電阻R1、 R2分壓的反饋電壓VFB驅動所述開關電晶體 Tr0的開關控制電路12。雖然沒有特別的限定，但開關控制電路12在單晶矽 基板這樣的一個半導體晶片上作為半導體集成電i 各形成。
在上述變壓器Tl的二次側設置與二次線圈Ns串聯連接的整流用二極體 Dl、以及在該二4及管D1的負極(cathode)端子和二次線圈Ns的另一個端子 之間連接的平滑用電容器C2,對通過在一次線圈Np中間歇地流過電流由此 在二次線圈Ns中感應的交流電流進行整流並使其平滑，由此輸出與一次線圏 Np和二次線圈Ns的線圏比對應的直流電壓Vout。
開關控制電路12具備監視反饋電壓VFB來檢測輔助線圈電壓Vb的下 降的下降檢測部12A;按照規定的周期對反饋電壓VFB進行採樣的第一級採 樣保持部12B;具有在每個周期交互地對所採樣的電壓進行採樣的兩個採樣電 路的第二級採樣保持部12C;選擇上述兩個釆樣電路中處於保持狀態的採樣電 路的電壓，作為誤差信號進行輸出的信號切換部12D;對誤差信號和規定的參 照電壓Verf2的電位差進4亍;故大的誤差放大電路12E;以及根據該誤差;j文大電 路12E的輸出，生成使上述開關電晶體TrO開、關的開關脈衝的驅動脈衝生成 部12F。
驅動脈沖生成部12F具有生成規定頻率的三角波的振蕩器OSC2;比較 該振蕩器OSC2的輸出和上述誤差放大電路12E的輸出的比較儀CMP2;具有 逆變器(inverter) Gl、由電阻R3以及電容器C3構成的CR時間常數電路、 和與門G2,檢測比較儀CMP1的輸出的變化，來生成脈沖的單觸發( one-shot) 脈沖生成電路；由生成的脈沖進行設置的觸發器FF3;以及比較上述開關晶體 管Tr0的發射極電壓和規定的參照電壓Vref3的比較儀CMP3。比較儀CMP3 的輸出被輸入給上述觸發器FF3的復位端子。
由此，當通過與門G2的輸出設置觸發器FF3時，開關電晶體Tr0成為導
通(on)狀態，在一次線圏Np中流過電流，當通過比較儀CMP3的輸出對觸 發器FF3進行復位時，開關電晶體Tr0成為截止(off)狀態，切斷一次線圈 Np的電流。通過反覆進行這樣的操作，在一次線圈Np中流過間歇的電流。 此時，為了當上述反饋電壓VFB較低時，將開關電晶體TrO從截止轉移為導 通的定時提前以延長導通的時間；當反饋電壓VFB變高時，延遲開關電晶體 TrO從截止轉移為導通的定時以縮短導通的時間，通過控制電晶體Tr0的驅動 脈沖，在變壓器T1的二次側生成規定電平的輸出電壓Vout。驅動脈沖生成部 12F的結構和動作與現有的驅動脈衝生成部相同，所以省略詳細的說明。
下降檢測部12A具備由檢測反饋電壓VFB的下降即輔助線圏電壓Vb 的下降的微分電路構成的下降檢測電路DIF;比較該檢測信號和規定的參照電 壓Vrefl的比較儀CMP1;根據比較儀CMP1的輸出使輸出反轉的T型觸發器 (toggle flip-flop) FF1;以及在比較儀CMP1的輸出端子和接地點之間逆向連 接的齊納二極體Dz。二極體Dz用於消除由於微分電路4全測波形的上升部分而 產生的負的脈衝。齊納二極體Dz還可以設置在下降檢測電路DIF和比較儀 CMP1之間。
第一級採樣保持部12B由振蕩器0SC1;根據該振蕩信號進行開、關的開 關元件SW1、以及取得該開關元件SW1閉合期間的反々齎電壓VFB的釆樣電 容器Csl構成。雖然沒有特別的限定，但在該實施方式中，振蕩器OSCl的振 蕩頻率為上述驅動脈沖生成部12F的振蕩器OSC2的振蕩頻率(例如100kHz) 的10倍左右的頻率(例如lMHz)。希望使振蕩器OSCl的振蕩頻率為振蕩器 OSC2的振蕩頻率的5倍以上，更好的為10倍以上，進一步好的為20倍以上， 由此，容易在與圖8所示的輔助線圏電壓Vb的電壓持續期間Th的2/3的點 相比，與二極體中流過的電流變為0的點更加接近的點，對電壓進行採樣。
第二級採樣保持部12C由與上述第一級採樣保持部12B的輸出節點Nl 連接的開關元件SW2、 SW3;取得開關元件SW2閉合期間的第一級採樣保持 部12B的輸出電位的釆樣電容器Cs2;以及取得開關元件SW3閉合期間的第 一級採樣保持部12B的輸出電位的採樣電容器Cs3構成。對開關元件SW2、 SW3進行控制，以便根據下降檢測部12A的觸發器FF1的輸出Q和/Q，在每 次檢測波形的下降時交互地閉合開關元件SW2和SW3,交互地向採樣電容器
Cs2和Cs3中引入開關元件SW2、 SW3閉合期間的第一級釆樣保持部12B的 保持電位。/Q為Q的逆相信號。
信號切換部12D由在上述採樣電容器Cs2、 Cs3和輸出節點N4之間連接 的開關元件SW4、 SW5構成。其中，開關元件SW5根據下降檢測部12A的 觸發器FF1的輸出Q,此外，SW4根據其反轉信號分別進行開/關動作。即， SW4與SW2互補地，此外SW5與SW3互補地進行開/關。由此，信號切換部 12D在採樣電容器Cs2結束了第一級採樣保持部12B的輸出電位的引入之後， 以及在採樣電容器Cs3結束了第一級採樣保持部12B的輸出電位的引入之後， 交互地輸出成為了保持狀態時的電壓。
然後，使用圖2以及圖3對上述下降檢測部12A 信號切換部12D的動作 進行說明。圖2以及圖3是表示圖1的電路內部的信號、電壓的變化的時序圖， 圖2是放大表示圖3的時序圖中的一部分期間的時序圖。
在圖2中，(A)為反饋電壓VFB即輔助線圈電壓Vb， (B)為第一級採 樣保持部12B內的振蕩器0SC1的輸出，(C)為二次側二極體D1中流過的電 流Id， (D)為從第一級採樣保持部12B向第二級採樣保持部12C提供的採樣 保持信號VS&H0。
此外，在圖3中，(A)為反饋電壓VFB即輔助線圈電壓Vb, (B)為二 次側二極體Dl中流過的電流Id, (C)為從下降;險測部12A向第二級採樣保 持部12C作為採樣/保持控制信號SHC提供的觸發器FF1的輸出Q, (D)以 及(E)為從第二級採樣保持部12C向信號切換部12D提供的採樣保持信號 VS&H1、 VS&H2。此外，在圖2以及圖3中，筒化地表示了輔助線圏電壓Vb。
在圖1的實施方式的開關控制電路12中，如圖2所示，在振蕩器0SC1 的輸出的下降定時tl，第一級採樣保持部12B內的開關元件SW1斷開，保持 前面的採樣電容器Csl的電壓。並且，該定時tl，是輔助線圏電壓Vb下降， 並且二次側二極體Dl中流過的電流Id成為0的定時t2前不久的定時。為了 避免傳遞的電壓的降低，在作為構成開關控制電路12的電晶體使用MOSFET 的情況下，即作為CMOS集成電路形成的情況下，希望由串聯連接P通道 MOSFET和N通道MOSFET的傳動門(transmission gate )構成開關元件SW1 。
在下降檢測部12A的觸發器FF1的輸出Q即採樣/保持控制信號SHC變
化的定時t21、 t22......(參照圖3)，交互地閉合或斷開第二級採樣保持部
12C的開關元件SW2、 SW3,由此在採樣電容器Cs2、 Cs3中交互地採樣&保 持該Csl的保持電壓，在保持狀態的期間，由信號切換電路12D向誤差放大 電路12E提供該電壓。
理想的應該為對輔助線圈電壓Vb的下降時刻的電壓Vb進行採樣，然後 提供給誤差放大電i 各12E，但在通過微分電路檢測輔助線圈電壓Vb的下降作 為採樣定時時，由於電路的延遲，採樣動作延遲，無法在二次側二極體D1中 流過的電流Id成為0的定時進行採樣。然而，在該實施方式的開關調整器中， 通過振蕩器OSCl的輸出由第一級採樣保持部12B對輔助線圈電壓Vb進行採 樣由此產生了延遲，在衝企測到輔助線圈電壓Vb下降的時刻由第二級採樣保持 部12C對其進行採樣，所以即使採樣信號SHC延遲，也可以進行實際上沒有 時間延遲的採樣。
(第二實施方式)
圖4是表示本發明第二實施方式的開關電源裝置的結構的電路圖。
該實施方式的開關電源裝置lO省略了二極體電橋電路ll，而直接將直流 電壓作為輸入，並且將第一級釆樣保持部12B、第二級採樣保持部12C以及信 號切換部12D設置了兩個系統。
在圖l的實施方式中，在反饋電壓VFB的電壓變動的情況下，開關元件 SW1的導通率變化。由此，能夠想到由於OSCl使反饋電壓VFB延遲，即無 法保持VFB下降前不久的輔助線圈電壓值。即，存在保持輔助線圈電壓下降 的過程中或下降後的電壓值的可能。因此，設置兩個系統的第一級採樣保持部 12B、第二級採樣保持部12C以及信號切換部12D,通過0SC1的正相的信號 使其中一方動作，通過0SC1的逆相的信號使另一方動作。由此，即使第二級 採樣保持部12C的一方的採樣保持電路(SW2a、 Cs2a、 SW3a、 Cs3a)無法保 持希望的電壓值，第二級採樣保持部12C的另一方的採樣保持電路(SW2b、 Cs2b、 SW3b、 Cs3b)可以保持希望的電壓值。
而且，在信號切換部12D中設置有對由這些兩個系統保持的電壓進行 選擇的開關元件SW4a、 SW5a以及SW4b、 SW5b;比較兩個系統的保持電壓 的比較儀CMP5;根據其輸出信號選擇將哪個系統採樣的電壓作為後級的誤差
放大電路12E的輸入信號的開關元件SW6、 SW7。因為可以保持輔助線圏電 壓下降前不久的電壓值的一方電壓值高，所以成為通過比較儀CMP5判定該 狀況，由此來切」換開關元件SW6、 SW7的結構。由此，可以保持輔助線圏電 壓下降(二次側二極體電流)成為0之前不久的值，並根據該值進行反饋控制， 由此可以進行正確的恆壓控制。
此外，在上述的實施方式中，在採樣保持部12C的前級設置了通過規定 的振蕩信號對反^"電壓(輔助線圏電壓)進行採樣的採樣保持部12B,但並不 限於此，如果是可以保持輔助線圈的下降前不久的電壓波形的單元，例如可以 由連接了多級緩沖放大器的保持電路等形式的電路構成。此外，在上述的實施 方式中，把對輔助線圏電壓Vb進行了電阻分壓後的電壓作為反饋電壓，但也 可以將輔助線圏電壓Vb直接作為反饋電壓。
此外，在第一實施方式中，在第一級採樣保持部12B和驅動脈衝生成部 12F中分別設置了振蕩器OSCl、 OSC2，但也可以取代振蕩器OSC2設置分頻 器，使用對振蕩器OSCl生成的信號進行分頻後的信號。而且，在第一以及第 二實施方式中，將開關電晶體TrO作為外部附加元件而構成，但也可以使用在 形成開關控制電路12的半導體晶片上形成的單片機元件。
(第三實施方式)
然後，對本發明開關電源裝置的第三實施方式進行說明。在所述第二實施 方式的開關電源裝置中，將振蕩器OSCl的輸出和其反轉信號(並且佔空比為 50%)用作為對第一級釆樣保持部12B的採樣用開關元件SWla、 SWlb進行 開/關控制的信號，來交互地進行採樣保持動作。
此時，採樣保持控制信號的脈沖寬度比較寬，所以在輔助線圏端子電壓 Vb開始下降後到生成下降檢測部12A的檢測信號的期間，在由於控制信號的 降低引起的保持定時到來時，就會保持下降過程中的變化大的電壓，難以進行 穩定的輸出電壓控制。第三實施方式避免這樣的不良情況，可以進行更加穩定 的輸出電壓控制。以下，使用圖9對第三實施方式進行說明。
圖9是表示第三實施方式的開關電源裝置的結構的電路圖。本實施方式的 開關電源裝置具有和圖4的第二實施方式的開關電源裝置大體相同的結構。與 圖4的第二實施方式的開關電源裝置的不同點在於，在生成對第一級採樣保持
部12B的採樣用開關元件SWla、 SWlb進行開/關控制的採樣信號S&H1、 S&H2的電路中，不使用振蕩器0SC1的輸出，而是使用對0SC1的輸出的上 升進行檢測的上升檢測電路13a和對OSCl的輸出的下降進行檢測的下降檢測 電路13b。採樣信號生成電路如果生成滿足以下說明的條件的信號，則並不限 於上升檢測電路13a和下降檢測電路13b。
在圖10中表示上升檢測電路13a和下降檢測電路13b的具體的電路例子。 在該實施例中，由延遲電路DLY1和與門電路Gl構成了上升檢測電路 13a，延遲電路DLY1以串聯的方式連接奇數個的逆變器和RC時間常數電路， 對振蕩器0SC1的輸出進行延遲；與門電路G1將振動器OSCl的輸出信號和 通過延遲電路DLY1而延遲的信號作為輸入。此外，由對振蕩器0SC1的輸出 信號進行反轉的初級的逆變器；以串聯的方式連接了奇數個的逆變器和RC時 間常數電路的延遲電路DLY2;以及將初級的逆變器的輸出信號和通過延遲電 路DLY2而延遲的信號作為輸入的與門電路G2構成了下降檢測電路13b。
中，上升檢測電路13a與振蕩器OSCl的輸出信號的上升同步地生成具有與延 遲電路DLY1的延遲時間tdl相當的脈衝寬度的上升檢測信號，來作為採樣信 號S&H1。下降檢測電路13b與振蕩器OSCl的輸出信號的下降同步地生成具 有與延遲電路DLY2的延遲時間td2相當的脈沖寬度的下降檢測信號，來作為 採樣信號S&H2。上述上升檢測電路13a和下降檢測電路13b在構成它們的延 遲電路DLY1和延遲電路DLY2的電阻、電容器中使用外部附加元件，或者可 變地構成電阻值、電容量值，由此可以成為能夠調整延遲時間的電路。
在圖11中，表示了輔助線圏電壓Vb、下降檢測部12A的檢測信號(圖9 的FF1的輸入信號)FD、振蕩器OSC1的輸出信號、上述採樣信號S&H1、 S&H2的變化的定時。在圖11中，符號tO是在二極體Dl中流過的電流成為 "0"的定時。因為振蕩器OSCl與振蕩器OSC2非同步地進行動作，所以振 蕩器OSCl的輸出波形的相位相對於輔助線圈電壓Vb的波形逐漸偏移。圖11 表示了其中採樣信號S&H2的下降定時與二極體Dl中流過的電流成為"0"
的定時to—致的狀態。
本發明的發明者進行仿真等來進行了詳細的研究，通過研究可知，當把從
二極體Dl中流過的電流成為"0"的定時t0到下降檢測部12A的檢測信號FD 上升的定時tl為止的時間設為Tl，把從採樣信號S&H1的下降到S&H2的上 升為止的時間設為T2時，希望設定T2以使T2〉T1。這是因為，當與其相反 T2〈T1地設定了 T2時，就會對定時t0 tl之間的，二極體Dl的電流成為"0" 之後的輔助線圈電壓Vb的值進行了釆樣，無法對二極體D1的電流成為"0" 之前不久的輔助線圈電壓Vb進行採樣。此外，二極體D1的電流成為"0"之 後的輔助線圈電壓值急劇地下降，所以當對該值進行釆樣時，就會釆樣相對於 所希望的值大大降低的值。因此，在該實施例中，設定為T2〉T1。
此外，設定上述Tl,以使下降檢測部12A不檢測輔助線圈端子電壓Vb 中包含的噪音。可以通過適當地選擇振蕩器0SC1的頻率和所述延遲電路 DLY1的延遲時間tdl來設定上述T2。具體地說，通過改變構成延遲電路DLY1 的RC時間常數電路的電阻和電容器的值，可以將延遲時間dtl設定為希望的 值。
然後，說明與在第一級採樣保持部12B的採樣信號中使用振蕩器0SC1 的輸出的第二實施方式相比，具有上述結構的第三實施方式更理想的理由。
圖12(A)表示第二實施方式的開關電源裝置中的各單元的信號、電壓的 變化的一例，此外，圖12 (B)表示第三實施方式的開關電源裝置中的各單元 的信號、電壓的變化的一例。在圖12中，(h)為根據(g)的採樣信號S&H1 在電容器Csla中採樣保持的電壓VS&H1, (1)為根據(k)的採樣信號S&H2 在電容器Cslb中採樣保持的電壓VS&H2，在S&H1、 S&H2的高電平的期間， 將輸入電壓Vb引入電容器Csla、 Cslb中，在S&H1、 S&H2的低電平的期間 保持前不久的電壓。
而且，根據(d)、 (e)的信號S&H3、 S&H4對電壓VS&H1採樣，成為 (i)、 (j)的電壓VS&H3、 VS&H4，根據(d)、 (e)的信號S&H5、 S&H6對 電壓VS&H2採樣，成為(m)、 (n)的電壓VS&H5、 VS&H6。並且，對於電 壓VS&H3、 VS&H4,通過信號切換部12D的開關SW4a、 SW5a選擇(提取) 保持部分，此外，對於電壓VS&H5、 VS&H6，通過開關SW4b、 SW5b選擇 (提取)保持部分，然後提供給比較儀CMP5。
在圖12的例子中，向CMP5提供(j)的電壓VS&H4的T3的部分、(i)
的電壓VS&H3的T4的部分、(n)的電壓VS&H6的T3的部分、以及(m) 的電壓VS&H5的T4的部分。由此，可知對比較儀CMP5提供不急劇地變化 而大體恆定的電壓，可以進行穩定的判斷。然後，由比較儀CMP5相互比較 VS&H3和VS&H5、 VS&H4和VS&H6，由開關SW6、 SW7選擇大的一方， 然後提供給後級的誤差放大電路12E。
在此，採樣信號S&H1、 S&H2在圖12 (A)中如(g)、 (k)所示，是與 振蕩器OSCl的輸出相同的佔空比50%的同相信號和逆相信號，在圖12 (B) 中，是與振蕩器OSCl的輸出以及其逆相信號同步的、脈衝寬度小的信號。
在圖12 (A)中成為問題的是在根據(d)、 (e)的信號S&H5、 S&H6 對根據(k)的信號S&H2採樣保持的電壓VS&H2進行採樣保持時，當這些 定時重疊時，如(m)、 (n)那樣，有可能保持(1)的電壓VS&H2正在減小 的過程中的電壓值。
另一方面，在圖12 (B)中，因為使(g)、 (k)的信號S&H1、 S&H2為 脈衝寬度窄的脈衝，並且如上所述地設計電路以使T2〉T1，所以可以極力地使 信號S&H2和S&H5、 S&H6的定時不重疊，由此，可以避免保持電壓VS&H2 正在減少的過程中的電壓值。
在圖12的情況下，通過比較儀CMP5比較(h)、 (1)的圓圈標記內的電 壓值，選擇(h)的電壓。在圖12(A)中，在從輔助線圈電壓Vb觀察時， 成為了保持下降過程中的電壓值。在圖12(B)中可以保持下降之前不久的電 壓值。因此，如圖12的(o)所示，在成為誤差放大器的輸入的信號切換部的 輸出中，在第二實施方式和第三實施方式中產生AV的電位差。
在第三實施方式中，能夠區分可以對輔助線圈電壓Vb下降前不久的電壓 值進行採樣而得的信號和對下降過程中或下降後的電壓值進行釆樣而得的信 號，把對下降前的電壓值進行採樣得到的信號作為反饋信號來採用。結果，第 三實施方式可以通過高於第二實施方式的精度，檢測二極體的電流成為"0"、 輔助線圏電壓開始下降之前的電壓。
此外，在該第三實施方式中，在第一級採樣保持部12B和驅動脈衝生成 部12F中分別設置了振蕩器0SC1、 OSC2,但也可以取代振蕩器OSC2設置 分頻器，例如，
供的振蕩信號進行分頻後的信號，來生成採樣信號S&H1、 S&H2。
以上對本發明的實施方式進行了說明，而在第一 第三實施方式中具體表
示的結構在不超出本發明的主旨的範圍內可以進行適當的變更。
而且，本發明並不限於他勵式開關電源裝置，也可以用於自勵式開關電源裝置。
權利要求
1.一種開關電源裝置，其具備:在一次側具有輔助線圈的電壓變換用變壓器、以及開關控制電路，其特徵在於，所述開關控制電路具備檢測所述輔助線圈的端子電壓的下降的檢測電路，根據所述檢測電路的檢測定時，並根據在所述開關電源裝置的二次側整流用二極體中流過的電流變為0前不久的所述輔助線圈的端子電壓，控制與所述變壓器的一次側線圈連接的開關電晶體。
2. 根據權利要求1所述的開關電源裝置，其特徵在於，所述檢測電路具備微分電路，由該微分電路^r測所述輔助線圏的端子電壓 的下降。
3. 根據權利要求1或2所述的開關電源裝置，其特徵在於，具備保持單元，保持所述輔助線圏的端子電壓的下降前不久的電壓；以 及採樣保持電路，根據所述檢測電路的檢測輸出，進行所述保持單元中保持的 電壓的採樣。
4. 根據權利要求3所述的開關電源裝置，其特徵在於， 所述開關控制電路具備內部振蕩器，根據所述內部振蕩器的頻率對所述開關電源裝置的所述輔助線圈的端子電壓進行採樣保持，根據在所述端子電壓的 下降時的定時的一時鐘之前採樣保持的電壓值，控制所述開關電源裝置。
5. 根據權利要求4所述的開關電源裝置，其特徵在於， 所述內部振蕩器的振蕩頻率是開關電源裝置的開關頻率的5倍以上。
6. 根據權利要求5所述的開關電源裝置，其特徵在於， 所述採樣保持電路具備第一釆樣保持單元，進行所述保持單元中保持的電壓的採樣；以及第二採樣保持單元，進行所述保持單元中保持的電壓的採樣； 所述第一採樣保持單元和第二採樣保持單元根據所述檢測電路的檢測輸出，在 每個周期交互地進行所述保持單元中保持的電壓的採樣。
7. 根據權利要求5或6所述的開關電源裝置，其特徵在於， 所述保持單元，是根據預定頻率的振蕩信號，進行與所述輔助線圏的端子電壓相對應的電壓的採樣的前級採樣保持電路。
8. 根據權利要求5所述的開關電源裝置，其特徵在於， 所述開關控制電路還具備誤差放大電路，比較由所述採樣保持電路採樣的電壓和預定的電壓，並輸出與電位差相對應的電壓；以及信號切換電路，交 互地向所述誤差放大電路傳輸由所述第 一採樣保持單元和第二採樣保持單元 採樣並保持的電壓。
9. 根據權利要求8所述的開關電源裝置，其特徵在於， 所述開關控制電路還具備生成與從所述誤差放大電路輸出的電壓相對應的開關控制信號的信號生成電路，根據由所述信號生成電路生成的開關控制信 號，使所述開關電晶體進行開/關動作，從而使電流流過所述變壓器的一次側 線圈。
10. 根據權利要求2所述的開關電源裝置，其特徵在於， 所述檢測電路具備電壓比較電路，比較所述微分電路的輸出和預定的電壓；以及觸發電路，該觸發電路的輸出根據該電壓比較電路的輸出而反轉。
11. 根據權利要求IO所述的開關電源裝置，其特徵在於，具備第一採樣保持電路，根據預定頻率的振蕩信號，進行與所述輔助線 圈的端子電壓相對應的電壓的採樣；以及第二採樣保持電路，根據所述檢測電 路的檢測輸出，進行所述第一釆樣保持電路中保持的電壓的採樣，所述第二採樣保持電路具備第一採樣保持單元，進行所述第一採樣保持 電路的保持電壓的採樣；以及第二採樣保持單元，進行所述第一採樣保持電路 的保持電壓的採樣，所述第一釆樣保持單元和第二採樣保持單元根據所述觸發電路的正相和 逆相輸出，在每個周期交互地進行所述第 一採樣保持電路中保持的電壓的採 樣。
12. 根據權利要求11所述的開關電源裝置，其特徵在於， 所述開關控制電路還具備誤差放大電路，比較由所述第二採樣保持電路採樣的電壓和預定的電壓，並輸出與電位差相對應的電壓；以及信號切換電路， 交互地向所述誤差放大電路傳輸由所述第一採樣保持單元和第二採樣保持單 元釆樣並保持的電壓。
13. 根據權利要求12所述的開關電源裝置，其特徵在於， 所述開關控制電路還具備生成與從所述誤差放大電路輸出的電壓相對應 的開關控制信號的信號生成電路，根據由所述信號生成電路生成的開關控制信 號，使所述開關電晶體進行開/關動作，從而使電流流過所述變壓器的一次側 線圏。
14. 根據權利要求3所述的開關電源裝置，其特徵在於， 所述保持單元，是根據預定頻率的振蕩信號，進行與所述輔助線圈的端子電壓相對應的電壓的採樣的前級採樣保持電路，所述前級採樣保持電路具備第一採樣保持單元，根據預定頻率的振蕩信 號，進行與所述輔助線圈的端子電壓相對應的電壓的採樣；以及第二採樣保持 單元，根據所述振蕩信號的逆相信號，進行與所述輔助線圏的端子電壓相對應 的電壓的釆樣，所述採樣保持電路具備第三以及第四釆樣保持單元，根據所述檢測電路 的檢測輸出，進行所述第一採樣保持單元中保持的電壓的採樣；以及第五以及 第六採樣保持單元，根據所述檢測電路的檢測輸出，進行所述第二採樣保持單 元中保持的電壓的採樣，所述第三和第四採樣保持單元在每個周期交互地進行採樣動作，所述第五 和第六採樣保持單元在每個周期交互地進行採樣動作，選擇所述第三或第四採 樣保持單元中保持的電壓和所述第5或第6採樣保持單元中保持的電壓中的高 的電壓，來作為採樣保持電路的輸出。
15. —種電源控制用半導體集成電路，其構成了開關電源裝置，該開關電 源裝置對在一次側具有輔助線圈的電壓變換用變壓器的一次側線圏中流過的 電流進行開關控制，以通過整流用二極體對所述變壓器的二次側線圏中流過的 電流進行整流，並且通過平滑用電容器進行平滑，然後作為二次側電壓進行輸 出，該電源控制用半導體集成電路的特徵在於，具備檢測所述輔助線圈的端子電壓的下降的檢測電路，根據所述檢測電路的才企測定時，並根據在所述整流用二極體中流過的電流變為0前不久的所述輔助線圏的端子電壓，控制與所述變壓器的一次側線圈連接的開關電晶體。
16. 根據權利要求15所述的電源控制用半導體集成電路，其特徵在於， 所述檢測電路具備微分電路，由該微分電路檢測所述輔助線圈的端子電壓 的下降。
17. 根據權利要求15或16所述的電源控制用半導體集成電路，其特徵在於，具備保持單元，保持所述輔助線圈的端子電壓的下降前不久的電壓；以 及採樣保持電路，根據所述檢測電路的檢測輸出，進行所述保持單元中保持的 電壓的採樣。
18. 根據權利要求17所述的電源控制用半導體集成電路，其特徵在於， 所述保持單元，是根據預定頻率的脈沖信號，進行與所述輔助線圈的端子電壓相對應的電壓的採樣的前級採樣保持電路，所述前級採樣保持電路具備第一採樣保持單元，根據預定頻率的第一脈 衝信號，進^f亍與所述輔助線圏的端子電壓相對應的電壓的釆樣；以及第二採樣 保持單元，根據與所述第一脈沖信號相同頻率、相位不同的第二脈衝信號，進 行與所述輔助線圈的端子電壓相對應的電壓的採樣，所述採樣保持電路具備第三釆樣保持單元，根據所述檢測電路的檢測輸 出，進行所述第一採樣保持單元中保持的電壓的採樣；以及第四採樣保持單元， 根據所述檢測電路的檢測輸出，進行所述第二採樣保持單元中保持的電壓的釆 樣，選擇所述第三採樣保持單元中保持的電壓和所述第四採樣保持單元中保 持的電壓中的高的電壓，來作為所述採樣保持電路的輸出，在把從所述第 一脈沖信號的下降到所述檢測電路的輸出脈沖的上升為止 的時間設為Tl,把從所述第二脈沖信號的下降到所述第一脈衝的上升為止的 時間設為T2時，設定為TKT2。
19. 根據權利要求18所述的電源控制用半導體集成電路，其特徵在於， 所述採樣保持電路具備第三以及第五採樣保持單元，根據所述檢測電路的檢測輸出，進行所述第一採樣保持單元中保持的第一電壓的採樣；以及第四 以及第六採樣保持單元，根據所述檢測電路的檢測輸出，進行所述第二釆樣保 持單元中保持的第二電壓的採樣，所述第三採樣保持單元在每個周期交互地反覆進行所述第一電壓的採樣 動作和保持動作，所述第五釆樣保持單元在所述第三採樣保持單元的保持過程中進行所述 第 一 電壓的採樣動作，此外在第三採樣保持單元的釆樣過程中進行保持動作，所述第四採樣保持單元與所述第三採樣保持單元並行地、交互進行所述第 二電壓的釆樣動作和保持動作，所述第六採樣保持單元與所述第五採樣保持單元並行地、交互進行所述第 二電壓的採樣動作和保持動作，作為所述採樣保持電路的輸出，在每個周期交互地選擇所述第三和第四採 樣保持單元中採樣並保持的過程的電壓中的高的電壓，以及所述第五和第六釆 樣保持單元中採樣並保持的過程的電壓中的高的電壓。
20. 根據權利要求18或19所述的電源控制用半導體集成電路，其特徵在於，具備生成預定頻率的振蕩信號的振蕩電路或對預定頻率的信號進行分頻 的分頻電路；上升檢測電路，檢測所述振蕩電路或分頻電路的輸出信號的上升； 以及下降檢測電路，檢測所述振蕩電路或分頻電路的輸出信號的下降；所述第 一脈衝信號是所述上升檢測電路的輸出信號，所述第二脈沖信號是所述下降檢 測電路的輸出信號。
21. —種開關電源裝置，其具備在一次側具有輔助線圈的電壓變換用變 壓器、以及開關控制電路，其特徵在於，所述開關控制電路具備檢測電路，檢測所述輔助線圏的端子電壓的下降， 並輸出脈沖；保持單元，保持所述輔助線圈的端子電壓的下降前不久的電壓； 以及採樣保持電路，根據所述檢測電路的檢測輸出，進行所述保持單元中保持 的電壓的採樣，所述保持單元，是根據預定頻率的脈衝信號，進行與所述輔助線圈的端子 電壓相對應的電壓的採樣的前級採樣保持電路，所述前級採樣保持電路具備第一採樣保持單元，根據預定頻率的第一脈 衝信號，進行與所述輔助線圏的端子電壓相對應的電壓的採樣；以及第二採樣 保持單元，根據與所述第一脈衝信號相同頻率、相位不同的第二脈沖信號，進 行與所述輔助線圏的端子電壓相對應的電壓的採樣， 所述採樣保持電路具備第三採樣保持單元，根據所述檢測電路的檢測輸 出，進行所述第一採樣保持單元中保持的電壓的採樣；以及第四採樣保持單元， 根據所述檢測電路的檢測輸出，進行所述第二採樣保持單元中保持的電壓的採 樣，選擇所述第三採樣保持單元中保持的電壓和所述第四採樣保持單元中保 持的電壓中的高的電壓，來作為所述採樣保持電路的輸出，根據所述檢測電路的輸出脈沖的定時，並根據在所述開關電源裝置的二次 側整流用二極體中流過的電流變為O前不久的所述輔助線圈的端子電壓，控制 與所述變壓器的 一次側線圈連接的開關電晶體，在把從所述第 一脈沖信號的下降到所述檢測電路的輸出脈衝的上升為止 的時間設為Tl,把從所述第二脈衝信號的下降到所述第一脈衝的上升為止的 時間設為T2時，設定為T1<T2。
22. 根據權利要求21所述的開關電源裝置，其特徵在於， 所述採樣保持電路具備第三以及第五釆樣保持單元，根據所述檢測電路的檢測輸出，進行所述第一採樣保持單元中保持的第一電壓的釆樣；以及第四 以及第六採樣保持單元，根據所述檢測電路的檢測輸出，進行所述第二採樣保 持單元中保持的第二電壓的採樣，所述第三採樣保持單元在每個周期交互地反覆進行所述第 一 電壓的釆樣動作和保持動作，所述第五採樣保持單元在所述第三採樣保持單元的保持過程中進行所述 第 一電壓的採樣動作，此外在第三採樣保持單元的採樣過程中進行保持動作，所述第四採樣保持單元與所述第三釆樣保持單元並行地、交互進行所述第 二電壓的採樣動作和保持動作，所述第六採樣保持單元與所述第五採樣保持單元並行地、交互進行所述第 二電壓的採樣動作和保持動作，作為所述採樣保持電路的輸出，在每個周期交互地選擇所述第三和第四採 樣保持單元中採樣並保持的過程的電壓中的高的電壓，以及所述第五和第六採 樣保持單元中採樣並保持的過程的電壓中的高的電壓。
23. 根據權利要求22所述的開關電源裝置，其特徵在於， 所述開關控制電路還具備誤差放大電路，比較由所述採樣保持電路採樣 的電壓和預定的電壓，並輸出與電位差相對應的電壓；以及信號切換電路，交 互地向所述誤差放大電路傳輸所述第三或第五採樣保持單元中保持的電壓和 所述第四或第六採樣保持單元中保持的電壓中的高的電壓。
24. 根據權利要求23所述的開關電源裝置，其特徵在於， 所述開關控制電路還具備生成與從所述誤差放大電路輸出的電壓相對應的開關控制信號的信號生成電路，根據由所述信號生成電路生成的開關控制信 號，使所述開關電晶體進行開/關動作，從而使電流流過所述變壓器的一次側
25. 根據權利要求21至24的任意一項所述的開關電源裝置，其特徵在於， 具備生成預定頻率的振蕩信號的振蕩電路或對預定頻率的信號進行分頻的分頻電路；上升檢測電路，檢測所述振蕩電路或分頻電路的輸出信號的上升； 以及下降檢測電路，檢測所述振蕩電路或分頻電路的輸出信號的下降；所述第 一脈衝信號是所述上升^r測電路的輸出信號，所述第二脈衝信號是所述下降4全 測電路的輸出信號。
26. 根據權利要求25所述的開關電源裝置，其特徵在於， 所述上升檢測電路和所述下降檢測電路分別具備信號延遲單元；以及將通過了該信號延遲單元的信號和通過之前的信號作為輸入信號的"與"門電路。
全文摘要
在具備電壓變壓用變壓器的開關電源裝置中，可以在二次側的整流用二極體中流過的電流成為0前不久的定時對輔助線圈的端子電壓進行採樣，由此可以進行高精度的輸出電壓控制。一種開關電源裝置，其具備在一次側具有輔助線圈的電壓變換用變壓器(T1)；與上述變壓器的一次側線圈連接的開關電晶體(Tr0)；接收上述輔助線圈的端子電壓，輸出對上述開關電晶體進行開/關控制的信號的開關控制電路(12)；與上述變壓器的二次側線圈連接的整流用二極體(D1)；以及設置在上述變壓器的二次側的輸出平滑用電容器(C2)，上述開關控制電路具有檢測上述輔助線圈的端子電壓的下降的檢測電路(12A)；根據上述檢測電路的檢測定時，並根據上述整流用二極體中流過的電流成為0前不久的上述輔助線圈的端子電壓，控制上述開關電晶體。
文檔編號H02M3/28GK101375489SQ20078000389
公開日2009年2月25日 申請日期2007年1月29日 優先權日2006年1月31日
發明者小松雅樹, 山中佑司 申請人:三美電機株式會社