直流電源裝置的製作方法
2023-12-03 15:57:26 1
專利名稱：直流電源裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及具備電壓變換用變壓器的絕緣型直流電源裝置的啟動穩定化
技術，涉及例如有效用於在AC適配器那樣的電源裝置中所使用的一次側控制
電路中的技術。
背景技術：
AC適配器，由對交流電源進行整流的二極體橋電路、和對通過該電^各整 流而得的直流電壓進行降壓變換為希望電位的直流電壓的DC-DC變換器等構 成。作為該DC-DC變換器，使用了例如通過對電壓變換用變壓器的一次側線 圈中流過的電流進行開關控制，來控制二次側線圏中感生的電壓的開關電源裝 置。
AC適配器，正在推進小型化以及低成本化，因此元件個數的削減很重要。 因此，開發出了控制使電流流過一次側線圏的開關電晶體的控制用IC。現有 的開關控制用IC，用於將二次線圈側的輸出電壓反饋到控制用IC的光耦合器 或電容器、電阻等外接元件比較多。
因此，提出了有關下述這樣的電源裝置的發明該電源裝置在電壓變換用 變壓器中設置輔助線圈，根據在該輔助線圏中感生的電壓，控制使電流流過一 次側線圈的開關電晶體。作為這種發明，有專利文獻1或專利文獻2中公開的 發明。
在AC適配器中，需要在日本將AC100V、在海外將200V左右的AC電 壓變換為幾十V或者10V以下的直流電壓的功能。如上所述，在具有一次側 控制用IC的AC適配器中，IC的耐壓比輸入電壓低得多。因此，在專利文獻 l中公開的發明中，通過電阻對一次側輸入電壓進行降壓，然後作為電源電壓 提供給控制用IC。
但是，在通過電阻對一次'側輸入電壓進行降壓，然後作為電源電壓提供給 一次側控制用IC時，有電壓不穩定的困擾。因此，如圖4所示那樣構成電源裝置，在電壓變換用變壓器T1中設置輔助線圈Nb，通過二極體D3將該輔助 線圈中感生的交流變換為直流，通過電容器C3進行濾波，將濾波後的電壓 Vb作為電源電壓而提供給一次側控制用IC12,來控制使電流流過一次側線圈 的開關電晶體Ql。並且對以下的技術進行了研究在啟動時將通過電阻Rl 降壓後的電壓提供給一次側控制用IC，使開關電晶體Ql動作，使電流流過一 次側線圈Np，在輔助線圈Nb中感生出電壓後，不使用輸入電壓而通過將輔 助線圈中感生的交流電壓整流而得的直流電壓Vb，使一次側控制用IC工作。 其結果，顯然，在將AC適配器的插頭從插座中拔出後立即再接通時，有 時一次側控制用IC誤動作，系統不正常啟動。這是由於AC適配器的一次側 控制用IC被設計為在初始狀態下輸入電壓從0V上升時正常工作，而如上所 述，將插頭從插座中拔出後立即再接通時，在控制用IC內部的某處(或許是 電源切換部)的節點的電位充分下降之前電壓就進來了 ，因此電源電壓輸入節 點不從輔助線圈的感生電壓切換到一次側輸入電壓。
專利文獻1特開平5-130773號公報
專利文獻2特開平8-126307號公報
發明內容
本發明是著眼於上述問題而提出的，其目的在於，提供一種直流電源裝置， 其在暫時切斷輸入電壓後再接通的情況下，控制用IC也不發生誤動作，系統 可以正常地啟動。
為了達成上述目的，本發明提供一種直流電源裝置，其具備具有輔助線 圈的電壓變換用的變壓器；控制該變壓器的一次側線圈的電流的控制電路；具 有把所述輔油線圈中感生的交流變換為直流的整流單元和濾波電容器的整流 電路，所述控制電路可以把通過所述整流電路生成的電壓作為電源電壓而工 作，在該直流電源裝置中具備電壓降低單元，其當所述變壓器的一次側線圈的 輸入電壓變得比預定的電位低時，釋放所述整流電路的濾波電容器的電荷，使 提供給所述控制電路的電壓降低。
根據上述手段，當輸入電壓下降時，電壓降低單元釋放整流電路的濾波電 容器的電荷，使提供給所述控制電路的電壓迅速下降，因此，內部電路的節點 的電位也下降，可以防止在輸入電壓再次上升時控制電路誤動作。在此，理想的是，所述電壓降低單元，具有在施加所述輸入電壓的端子和 基準電位點之間串聯連接的分壓用的電阻、和在所述整流單元與所述濾波電容
器的連接節點和基準電位點之間連接的3端子開關元件，在該3端子開關元件
此，當輸入電壓下降一定電壓以上時，3端子開關元件導通，可以釋放整流電 路的濾波電容器的電荷，來使提供給所述控制電路的電壓迅速下降。
而且，理想的是，所述3端子開關元件是雙極性電晶體，在該雙極性晶體 管的基極端子上，經由耐壓保護用元件施加了通過所述分壓用的電阻分壓生成 的電壓。由此，在減小在分壓用的電阻中流過的電流的同時，輸入電壓下降了 一定電壓以上的情況下，可以釋放整流電路的濾波電容器的電荷，來使提供給 所述控制電路的電壓迅速下降。
另外，理想的是，所述電壓降低單元，由在被施加所述輸入電壓的端子和 基準電位點之間串聯連接的分壓用的電阻、和在所述整流單元與所述濾波電容 器的連接節點和所述分壓用的電阻的連接節點之間連接的2端子開關元件構 成。由此，通過追加較少數量的元件構成電壓下降單元，在輸入電壓下降了一 定電壓以上的情況下，可以釋放整流電路的濾波電容器的電荷，使提供給所述 控制電路的電壓迅速下降。
而且，理想的是，所述控制電路，由使電流間歇地流過所述變壓器的一次 側線圏的開關元件，和對該開關元件進行接通、斷開驅動的開關控制電路構成。 由此，通過PWM控制等驅動開關元件，由此可以提高電壓變換效率。
另外，理想的是，在l個半導體晶片上，作為半導體集成電路而形成了所 述開關元件和所述開關控制電路。由此，可以減少一次側電路的元件數，將裝 置小型化。
根據本發明，具有可以實現在暫時失去輸入電壓後再接通的情況下，控制 用IC也不會發生誤動作、系統能夠正常啟動的直流電源裝置的效果。
圖l是表示本發明的第1實施方式的AC適配器的電路結構圖。 圖2是表示本發明的第2實施方式的AC適配器的電路結構圖。 圖3是表示第1實施方式的AC適配器的變形例的電膝結構圖。圖4是表示配備了具有輔助線圈的電壓變換用的變壓器的現有的AC適配 器的一例的電路結構圖。 符號說明 IOAC適配器 11 二極體橋電路
12開關控制電路(一次側控制用IC)
13過電壓糹全測電路
14光耦合器
15過電流;險測電路
Tl變壓器
Ql開關電晶體
Q2電荷釋放用的電晶體(3端子開關元件) R3、 R4分壓用的電阻 D2、 D3整流用二極體 D4耐壓保護用二極體 D4，電荷釋放用的二極體(2端子開關元件)
具體實施例方式
以下，根據
本發明的優選實施方式。此外，以下，作為有效地應 用本發明的直流電源裝置的一例，說明了應用於AC適配器的例子，但可以應 用本發明的直流電源裝置不限於此。
圖l是表示本發明的第1實施方式的AC適配器的電路結構圖。 該實施方式的AC適配器IO具有對交流電壓(AC)進行整流，變換為 直流電壓的二極體橋電路11以及濾波用電容器CI;具有一次側線圈Np以及 輔助線圈Nb和二次側線圈Ns的電壓變換用的變壓器Tl;與該變壓器Tl的 一次側線圈Np串聯連接的開關電晶體Ql;對該開關電晶體Ql進行驅動的開 關控制電路12。在該實施方式中，在單晶矽那樣的1個半導體晶片上，作為 半導體集成電路(以下稱為控制用IC)而形成了開關控制電路12。
在上述變壓器Tl的二次側，設置與二次側線圈Ns串聯連接的整流用二極體D2、在該二極體D2的陰極端子和二次側線圈Ns的另一端子間連接的 濾波用電容器C2,對通過在一次側線圈Np中間歇地流過電流而在二次側線 圈Ns中感生的交流電流進行整流濾波，由此輸出與 一次側線圈Np和二次側 線圈Ns的匝數比對應的直流電壓Vout。
另外，該實施方式的AC適配器10在一次側具有與上述輔助線圈Nb 串聯連接的整流用二極體D3、和在該二極體D3的陰極端子和輔助線圈Nb的 另一端子之間連接的濾波用電容器C3，濾波後的電壓Vb被施加在上述控制 用IC12的預定端子上。與此同時，經由電阻R1將輸入電壓Vin施加在控制用 IC12的另一端子上。將濾波用電容器C3的電容值設為150pF左右。
在控制用IC12內，雖未圖示但設置了電壓切換電路，它將上述輔助線圈 側的濾波電壓Vb或輸入電壓Vin作為電源電壓來提供給內部電路。電壓切換 電路，在電源剛接通後的、輔助線圈Nb還無法供給足夠電力的初始階段，為 使內部電路能夠工作而將輸入電壓Vin作為電源電壓來供給；在控制用IC12 使開關電晶體Q1動作，在一次側線圈中流過電流，在輔助線圏Nb中感生電 壓後，不使用輸入電壓而通過對輔助線圈Nb中感生的交流電壓進行整流而得 的電壓使控制用IC12的內部電路工作。
並且，控制用IC12具備對上述輔助線圈側的濾波電壓Vb進行採樣， 將其與預定的參照電壓的電位差進行放大的誤差放大電路；將產生預定頻率的
波形信號(三角波)的振蕩器的輸出和上述誤差放大電路的輸出進行比較的比 較器等，例如生成並輸出以PWM方式對上述開關電晶體Ql進行導通 截止 控制的控制脈衝。
而且，在該實施方式的AC適配器10中設置有在上述二^fe管D3和濾波 電容器C3的連接節點N3上連接了發射極、經由電阻R2將集電極與大地GND 連接的p叩雙極性電晶體Q2;在二極體橋11的輸出節點Nl和大地GND之 間串聯連接的分壓用的電阻R3、 R4。另外，該實施方式的AC適配器10，在 電阻R3、 R4的連接節點N2上，經由反向連接的二極體D4連接了上述晶體 管Q2的基極端子。該二極體D4作為為了不在電晶體Q2的基極端子上施加 耐壓以上的電壓而進行保護的耐壓保護元件而工作。
此外，在圖1的實施方式中，作為與控制用IC12獨立的元件，圖示了使電流流過一次側線圈的開關電晶體Ql,但該電晶體Ql也可以組裝在控制用 IC12內。
接著，說明上述電晶體Q2的作用。
該實施方式的AC適配器，將一次線圈Np和輔助線圈Nb的匝數比"i殳定 成了使上述輔助線圈的濾波電壓Vb達到例如24V那樣的電壓，並且將電阻 R3和R4的電阻比設定成了在穩定狀態下節點N2的電位V2達到比Vb (= 24V)稍高的30V左右。另夕卜，為了減小穩定狀態下的一次側電路的消耗電流， 將電阻R3和R4的電阻值決定為總體達到幾MQ。
當拔下AC適配器的插頭，輸入電壓Vin下降，節點N2的電位V2達到 Vb-2Vf以下時(Vf是PN結的正向電壓)，電晶體Q2被導通，濾波電容器C3 的電荷通過Q2以及電阻R2向大地GND釋放，由此^f吏得Vb迅速下降。具體 而言，為使Q2中流過300mA左右的集電極電流來降低Vb，將電阻R2的電 阻值取成約800Q。
通過將電阻R2 R4設為上述那樣的值，該實施方式的AC適配器，在輸 入電壓Vin達到180V以上的高電壓的情況下，也能抑制穩定時的無謂的消耗 電流，並且在輸入電壓關斷時可以迅速地降低控制用IC12的電源電壓(Vb)。 並且，若控制用IC12的電源電壓下降，則內部電路的節點的電位也下降，因 此，可以防止在電源再接通時控制用IC12誤動作。
該實施方式省略了第1實施方式中的電荷釋放用的電晶體Q2及其發射極 電阻R2，僅設二極體D4'，當輸入電壓Vin下降時，通過二極體D4，將濾波電 容器C3的電荷向大地GND釋放，降低Vb。在該實施方式中，二極體D4，不 作為耐壓保護用元件、而作為2端子開關元件來工作。
在上述那樣構成的情況下，當電阻R3、 R4的電阻值與第1實施方式相同 時，濾波電容器C3的電壓Vb的下降變慢，但在電阻R3、 R4中流過的電流 的允許值較大時、或者電壓Vb的下降時間不太嚴格時，可以減小R4的電阻 值，如本實施方式那樣通過二極體D4，釋放濾波電容器C3的電荷，降低節點 N3的電位Vb。
另外，在該第2實施方式中，在輸出端子間連接分壓用的串聯電阻R5、R6,並且設置檢測二次側電壓的過電壓檢測電路13,當通過該過電壓檢測電 路13檢測出輸出的過電壓時，停止基於控制用IC12的開關電晶體Ql的驅動。 該實施方式的電源裝置是使用了變壓器的絕緣型，即把一次側和二次側的基準 電位分離，因此來自上述過電壓檢測電路13的信號經由光耦合器PC輸入一 次側控制用IC12。
在圖3中表示第1實施方式的AC適配器的變形例。該變形例與第2實施 方式同樣地設置過電壓檢測電路13，並且在一條輸出線的途中設置電流檢測 用的電阻Rsns，設置根據該電阻Rsns的端子間電壓來檢測輸出電流的過電流 檢測電路15，在檢測出輸出的過電流的情況下，也停止基於一次側控制用IC12 的開關電晶體Ql的驅動。
另外，在該變形例中，通過取得過電壓檢測電路13的輸出與過電流檢測 電路15的輸出的邏輯和，然後提供給光耦合器PC，共用1個光耦合器PC。 此外，基於過電壓檢測電路13的電壓檢測或基於過電流檢測電路15的電流檢 測不限於圖3所示的方式，可以進行各種變更。
以上，根據實施例具體說明了本發明人做出的發明，但本發明不限定於上 述實施方式，可以進行各種變更。例如，在所述實施方式中，作為l吏電流流過 一次側線圈的開關電晶體Ql和濾波電容器C3的電荷釋放用的電晶體Q2,使 用了雙極性電晶體，但也可以使用MOSFET(場效應電晶體)。在這種情況下， 若使用的MOSFET的耐壓足夠高，則可以省略圖1中的二極體D4。
另外，在所述實施方式中，與電荷釋放用的電晶體Q2串聯的電阻R2連 接在了 Q2的集電極側，但也可以連接在Q2的發射極側。
產業上的可利用性
在以上的說明中，主要說明了將本發明人所做出的發明應用於作為其背景 的利用領域、即AC適配器的情況，但本發明不限定於此，可以廣泛應用於使 用變壓器，並對輔助線圈中感生的交流電壓進行整流來生成控制電路的電源電 壓的直流電源裝置。
權利要求
1.一種直流電源裝置，具備具有輔助線圈的電壓變換用的變壓器；控制該變壓器的一次側線圈的電流的控制電路；具有把所述輔助線圈中感生的交流變換為直流的整流單元和濾波電容器的整流電路，所述控制電路可以把通過所述整流電路生成的電壓作為電源電壓而工作，該直流電源裝置的特徵在於，具備電壓降低單元，該電壓降低單元，當所述變壓器的一次側線圈的輸入電壓變得比預定的電位低時，釋放所述整流電路的濾波電容器的電荷，使提供給所述控制電路的電壓降低。
2. 根據權利要求1所述的直流電源裝置，其特徵在於， 所述電壓降低單元具有在施加所述輸入電壓的端子和基準電位點之間串聯連接的分壓用的電阻、和在所述整流單元與所述濾波電容器的連接節點和基 準電位點之間連接的3端子開關元件，在該3端子開關元件的控制端子上施加
3. 根據權利要求2所述的直流電源裝置，其特徵在於，所述3端子開關元件是雙極性電晶體，在該雙極性電晶體的基極端子上， 經由耐壓保護用元件施加了通過所述分壓用的電阻分壓生成的電壓。
4. 根據權利要求1所述的直流電源裝置，其特徵在於， 所述電壓降低單元，由在被施加所述輸入電壓的端子和基準電位點之間串聯連接的分壓用的電阻、和在所述整流單元與所述濾波電容器的連接節點和所 述分壓用的電阻的連接節點之間連接的2端子開關元件構成。
5. 根據權利要求2 4中的任何一項所述的直流電源裝置，其特徵在於， 所述控制電路，由使電流間歇地流過所述變壓器的一次側線圈的開關元件、和對該開關元件進行接通、斷開驅動的開關控制電路構成。
6. 根據權利要求5所述的直流電源裝置，其特徵在於，在i個半導體晶片上，作為半導體集成電路而形成了所述開關元件和所述開關控制電路。
全文摘要
本發明提供一種在暫時失去輸入電壓後再接通的情況下，控制用IC也不會發生誤動作、系統能夠正常啟動的直流電源裝置。該直流電源裝置具備具有輔助線圈的電壓變換用變壓器(T1)；控制該變壓器的一次側線圈的電流的控制電路(12)；具有將輔助線圈中感生的交流變換為直流的整流單元和濾波電容器的整流電路(D3)，所述控制電路，可以將通過所述整流電路生成的電壓作為電源電壓來工作，在所述直流電源裝置中，設置了電壓降低單元(R3、R4、Q2)，當變壓器的一次側線圈的輸入電壓(Vin)變得比預定電位低時，釋放所述整流電路的濾波電容器的電荷，使提供給所述控制電路的電壓降低。
文檔編號H02M7/12GK101615852SQ20091015084
公開日2009年12月30日 申請日期2009年6月23日 優先權日2008年6月25日
發明者松尾真也 申請人:三美電機株式會社