開關轉換電源裝置製造方法
2023-11-08 04:44:57 3
開關轉換電源裝置製造方法
【專利摘要】本發明具備：降壓轉換器，被設置於主電流線(41)上且具有電感器(L1)、FET(11)和二極體(D1)；驅動器電路(30)，對FET(11)進行驅動；驅動電壓線(42)，對向驅動器電路(30)施加的驅動電壓進行施加傳輸；電容器(C1)，被連接於主電流線(41)和驅動電壓線(42)之間；恆壓電路(20)，以主電流線(41)的電位為基準，對輸入電壓進行恆壓化並向驅動電壓線(42)進行供給；和陰極負載二極體(D2)，將與由恆壓電路(20)進行恆壓化後的電壓相比高的外部控制電壓向驅動電壓線(42)施加傳輸。由此，提供一種即使輸入電源的斷開期間為短期間也能可靠地實施動作開始時的開關元件的開關轉換控制從而能夠獲得所期望的輸出電壓的開關轉換電源裝置。
【專利說明】開關轉換電源裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及開關轉換電源裝置,特別是涉及具備自舉電路(bootstrap circuit)的開關轉換電源裝置。
【背景技術】
[0002]一直以來，在降壓轉換器等的開關轉換電源裝置中，存在具備自舉電路的裝置。在專利文獻I中，公開了一種具備降壓轉換器的開關轉換電源裝置。由於降壓轉換器的開關元件在電路中為高壓側的開關元件，因此為了對其進行控制而需要生成以高於接地電平的電位側為基準的控制電壓，並為此而設置具備了二極體以及電容的自舉電路。
[0003]在專利文獻2中，在通過控制信號而交替地使直流電源的兩端上串聯的兩個半導體開關元件接通/斷開，從而向被連接於兩個開關轉換元件的中點上的負載供給電力的電路中，為了供給用於對被連接於直流電源的高壓側的開關轉換元件進行驅動的電源，而示出使用了自舉電路的驅動電路。若低壓側開關轉換元件接通，則將從輔助電源經由二極體而對自舉電路的電容器實施充電。
[0004]在先技術文獻
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻1:日本特開平10-56776號公報
[0007]專利文獻2:日本特開2007-6207號公報
【發明內容】
[0008]發明要解決的課題
[0009]然而，在專利文獻I的電路結構中，存在如下這類問題，即，由於輸入電壓向自舉電路的電容器直接充電，因此在被輸入了超過FET驅動器電路的耐壓的較大的輸入電壓的情況下，將無法應用專利文獻I所涉及的降壓轉換器。此外，在專利文獻2的電路中，也存在如下這類問題，即，由於是通過使低壓側的開關轉換元件接通從而對自舉電路的電容器實施充電的，因此在將該自舉電路應用於二極體整流的降壓轉換器中時，在使轉換器暫時停止並使其再啟動的情況下、即以處於輸出側的電容器或負載等的電荷未放盡而有電荷殘留的狀態被啟動的情況下，輸入電壓將不向自舉電路的電容器實施充電，從而未作為自舉電路發揮功能，由此無法可靠地驅動開關元件。
[0010]因此，本發明的目的在於，提供一種即使輸入電源的斷開期間為短期間，也能夠進行自舉電路的電容器的充電並能夠進行斷開期間後的動作開始時的開關元件的開關轉換控制，從而獲得所期望的輸出電壓的開關轉換電源裝置。
[0011]用於解決課題的手段
[0012]本發明所涉及的開關轉換電源裝置，其特徵在於，具備:主電流線，其對輸入端子和輸出端子進行連接；降壓轉換器，其被設置於所述主電流線上，且具有電感器、開關元件和第I 二極體；驅動電路，其對所述開關元件進行驅動；驅動電壓線，其向所述驅動電路施加驅動電壓；電容器，其被連接於所述主電流線和所述驅動電壓線之間；陰極負載二極體(bootstrap d1de)，其將從外部被輸入的外部控制電壓向所述驅動電壓線進行施加；和恆壓電路，其以所述主電流線的電位為基準，使從所述輸入端子被輸入的輸入電壓進行恆壓化，並將比所述外部控制電壓低的電壓向所述驅動電壓線進行供給。
[0013]在該結構中，由於通過被充到自舉電路的電容器中的電壓而使以主電流線為基準的驅動電壓被供給至驅動電路，因此能夠獲得開關元件的控制所需的電壓。在初期的啟動時等、驅動電壓線的電位為例如接地電位時，通過外部控制電壓而使自舉電路的電容器被充電。此時，由於恆壓電路所供給的電壓低於外部控制電壓，因此自舉電路的電容器未被恆壓電路充電。
[0014]此外，即使在穩定動作時，在通過開關轉換動作而使自舉電路的電容器的基準電位成為接地電位之際，自舉電路的電容器也將在外部控制電壓下被充電。即使在此時，也由於恆壓電路所供給的電壓低於外部控制電壓，因此電容器不會被恆壓電路充電。但是，然後在主電流線成為穩定電位時，由於電容器已經在外部控制電壓下被充電，因此即使在此時也不會被恆壓電路充電。然後，在開關轉換電源裝置暫時停止且輸出端子間電壓較高(平滑電容器中殘留有電壓)的狀態的情況下，雖然無法在外部控制電壓下對自舉電路的電容器進行充電，但由於輸入端子間電壓變得高於輸出端子間電壓(由於是降壓轉換器)，因此可通過以主電流線為基準電位的恆壓電路而使自舉電路的電容器被充電。
[0015]這樣，限於如開關轉換電源裝置暫時停止後的短時間內再啟動的情況那樣輸出端子間電壓較高(平滑電容器中殘留有電壓)的狀態的情況，通過被以主電流線為基準電位的恆壓電路恆壓化後的電壓而使自舉電路的電容器被充電，並向驅動電路施加驅動電壓，從而能夠再啟動。由於在穩定動作時恆壓電路未發生動作，因此沒有產生穩定動作時的恆壓電路下的電阻損耗，從而實現了高效率化。
[0016]優選為，所述恆壓電路具有:電晶體，該電晶體的集電極和基極與所述輸入端子連接、且發射極與所述驅動電壓線連接；和齊納二極體，該齊納二極體的陽極與所述主電流線連接、且陰極與所述電晶體的基極連接。
[0017]在該結構中，電路部件數量較少，且能夠將已穩定化的恆壓向驅動電壓線進行供
5口 O
[0018]優選為，所述開關轉換電源裝置具備:第2 二極體，其被設置於所述輸入端子和所述恆壓電路之間，且防止來自所述恆壓電路的反向電流。
[0019]在該結構中，能夠防止反向偏壓的施加，能夠防止其他元件的破損等。
[0020]優選為，所述開關轉換電源裝置具備:第4 二極體，其被設置於所述驅動電壓線和所述恆壓電路之間，且防止來自所述恆壓電路的反向偏壓的施加。
[0021]在該結構中，能夠防止反向偏壓的施加，能夠防止其他元件的破損等。
[0022]優選為，所述降壓轉換器在輸出側連接有LED。
[0023]在該結構中，即便使LED短時間地接通斷開，也能夠切實地點亮LED。
[0024]發明效果
[0025]根據本發明，即使在開關轉換電源裝置暫時停止後的短期間的再啟動時，也能夠將自舉電路的電容器充電為給定的驅動電壓。因而，能夠在開關轉換電源裝置的動作開始時可靠地對降壓轉換器的開關元件進行開關轉換控制，能夠獲得所期望的輸出。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1為實施方式I所涉及的開關轉換電源裝置的電路圖。
[0027]圖2為實施方式2所涉及的開關轉換電源裝置的電路圖。
【具體實施方式】
[0028](實施方式I)
[0029]圖1示出實施方式I所涉及的開關轉換電源裝置的電路圖。本實施方式所涉及的開關轉換電源裝置101通過降壓轉換器對從輸入端子Pi(+)、Pi(-)被輸入的輸入電壓Vi進行降壓，並從輸出端子Po (+)、Po (-)輸出輸出電壓Vo。在輸入端子Pi (+)、Pi (-)上連接有直流電壓源E。在輸出端子Ρο(+)、Ρο(_)上連接有LED等進行恆流驅動的負載。在以下的說明中，連接輸入端子PU+)和輸出端子Po(+)的線路稱為主電流線41。
[0030]開關轉換電源裝置101的降壓轉換器具備η型MOS-FET (以下，稱為FET) 11、電感器LI以及二極體Dl。FETll相當於本發明的開關元件，二極體Dl相當於本發明的第I 二極體。
[0031]FETll和電感器LI被串聯連接，且被設置於主電流線41上。更詳細而言，FETll的漏極與輸入端子PU+)連接，源極經由電感器LI而與輸出端子Po (+)連接。二極體Dl的陰極與FETll和電感器LI的連接點連接，陽極與連結輸入端子Pi (-)和輸出端子Ρο(-)的地線連接。
[0032]開關轉換電源裝置101具備驅動器電路30、電平移位電路31以及控制電路32。驅動器電路30相當於本發明的驅動電路。
[0033]控制電路32例如經由被設置於地線上的電阻(未圖示)等而對輸出電流進行檢測，向電平移位電路31輸出用於對FETll進行開關轉換控制的驅動信號以獲得給定的輸出電流Ιο。控制電路32利用通過外部電源線43而被輸入的外部控制電壓Vcc來進行工作。另外，在外部電源線43上連接有作為去耦電容或平滑電容的電容器C2。
[0034]電平移位電路31實施從控制電路32被輸出的驅動信號的電平移位，並向驅動器電路30輸出。
[0035]驅動器電路30根據通過電平移位電路31而被電平移位的驅動信號來對FETll進行開關轉換控制。此時，驅動器電路30通過自舉電路10來提高驅動信號的電壓電平，並向FETll的柵極施加。驅動電壓通過驅動電壓線42而從自舉電路10向驅動器電路30被供
5口 O
[0036]自舉電路10具有電容器Cl和陰極負載二極體D2。電容器Cl被連接在驅動電壓線42和主電流線41之間。陰極負載二極體D2的陰極與驅動電壓線42連接，陽極與外部電源線43連接。
[0037]此外，開關轉換電源裝置101具備恆壓電路20，該恆壓電路20以主電流線41的電位為基準，將輸入電壓Vi恆壓化為恆壓Vb並向驅動電壓線42進行供給。恆壓電路20具有電阻R1、電晶體12以及齊納二極體Dz。電晶體12的基極經由電阻Rl而與輸入端子PU+)連接，集電極與輸入端子PU+)連接，發射極與驅動電壓線42連接。齊納二極體Dz的齊納電壓與恆壓Vb大致相等，且陽極與主電流線41連接，陰極與電晶體12的基極連接。
[0038]在本實施方式中，外部控制電壓Vcc被設定為高於恆壓電路20的齊納二極體Dz的齊納電壓(恆壓Vb)。以下，列舉出具體的數值來對開關轉換電源裝置101的動作進行說明。輸入電壓Vi設為80V、輸出電壓Vo設為50V、外部控制電壓Vcc設為15V、恆壓Vb設為12V。
[0039]在開關轉換電源裝置101的穩定動作時，由於實施了 FETll的開關轉換控制，因此成為電容器Cl被實施充電的基準電位的、主電流線41上的二極體Dl的陰極的電位，因FETll的接通斷開而發生變動。例如，當FETll接通時，二極體Dl的陰極的電位成為Vin(80V)，當FETll斷開時，二極體Dl的陰極的電位大致成為接地電位。
[0040]因此，在FETll斷開時，從外部電源線43以通過陰極負載二極體D2的路徑A向電容器Cl實施15V的外部控制電壓Vcc的充電。電容器Cl未被由恆壓電路20產生的12V的恆壓Vb充電。如此，在開關轉換電源裝置101的穩定動作時，從外部電源線43向電容器Cl實施電壓的充電，並且該充電電壓作為驅動電壓而被供給至驅動器電路30。由此，針對驅動器電路30被供給驅動電壓，從而驅動器電路30能夠向FETll的柵極與源極間施加驅動電壓，進而能夠可靠地對FETll進行開關轉換控制。
[0041]此外，當開關轉換電源裝置101的動作停止且斷開期間足夠長的情況下，由於電容器Co的電荷被放電從而電容器Co的電荷沒有殘留，因此二極體Dl的陰極電位大致成為接地電位，從外部電源線43以通過陰極負載二極體D2的路徑A向電容器Cl被實施15V的外部控制電壓Vcc的充電。
[0042]另一方面，當開關轉換電源裝置101動作停止且在短期間的斷開期間內再啟動的情況下，有時電容器Co的電荷未被放盡而在電容器Co中殘留有電荷。特別是，在負載具有LED等的二極體特性的情況下，由於如果不施加固定以上的值的電壓則不會有電流流動，因此電容器Co不易放電。因而，例如若將主電流線41的電位設為13V，則外部電源線43將成為與主電流線41和驅動電壓線42大致相同的電位。在該情況下，陰極負載二極體D2在直至電容器Co的殘留電荷消除為止的期間內成為非導通，從而電容器Cl未被外部控制電壓Vcc充電。
[0043]但是，這樣即便是主電流線41的電位較高的情況，在FETll的斷開期間，電晶體12也將主電流線41作為基準電位而在與齊納電壓(恆壓Vb的12V)相對應的高電位下進行動作。因而，恆壓電路20的電晶體12動作，從而80V的輸入電壓Vi的恆壓化後的12V的恆壓Vb從電晶體12以通過電容器Cl的路徑B來對電容器Cl實施12V的恆壓Vb的充電。
[0044]如上所述，即使是開關轉換電源裝置101動作停止且在短期間的斷開期間後再啟動的情況，也能夠通過恆壓電路20而對自舉電路10的電容器Cl進行電壓充電。因而，驅動器電路30能夠穩定地對FETll進行開關轉換控制。
[0045]此外，在假設採用了以由恆壓電路20進行恆壓化後的恆壓Vb來對電容器Cl進行常時充電的結構的情況下，在恆壓電路20中將產生電阻損耗。但是，在本實施方式中，由於在穩定動作時，根據與由恆壓電路20進行恆壓化後的電壓相比高的外部控制電壓Vcc來對電容器Cl進行充電，因此恆壓電路20不動作，從而能夠降低上述電阻損耗。
[0046](實施方式2)
[0047]圖2示出實施方式2所涉及的開關轉換電源裝置的電路圖。本實施方式所涉及的開關轉換電源裝置102的基本電路結構與實施方式I相同。以下，對與實施方式I不同之處進行說明。
[0048]在輸入端子Pi(+)和恆壓電路20之問設置有二極體(本發明的第2 二極體)D3和電阻R2。二極體D3的陽極與輸入端子PU+)連接，陰極經由電阻R2和電阻Rl而與電晶體12的基極連接。此外，電晶體12的集電極經由電阻R3而與電阻R2連接。在自舉電路10的陰極負載二極體D2上串聯連接有電阻R4。此外，在電晶體12的發射極和驅動電壓線42之問設置有二極體(本發明的第3 二極體)D4。
[0049]上述的二極體D3的目的在於，防止反向偏壓被施加於恆壓電路20上。例如在輸入電壓Vi急劇下降的情況下，雖然通過FETll的體二極體的作用而使輸入端子PU+)和二極體Dl的陰極成為相同電位，但當電容器Cl中殘留有電荷時，反向偏壓被施加於恆壓電路上。但是，通過設置二極體D3，從而能夠防止電晶體12的基極與發射極之間因反向偏壓電壓而被破壞的情況。此外，電阻R2、R3、R4為用於防止過電流的元件，能夠防止各個元件的破壞。
[0050]二極體D4防止反向偏壓被施加於恆壓電路20上。如實施方式I所記載的那樣，由於外部控制電壓Vcc被設定為高於恆壓電路20的齊納二極體Dz的齊納電壓(恆壓Vb)，因此反向偏壓被施加於電晶體12的基極與發射極之間。但是，通過設置二極體D4，從而能夠防止電晶體12的基極與發射極之間因反向偏壓電壓而被破壞的情況。
[0051]以上，開關轉換電源裝置的具體結構等能夠進行適當設計變更，上述的實施方式中所記載的作用以及效果只不過是列舉了根據本發明而產生的最適當的作用以及效果，由本發明產生的作用以及效果並不限定於上述的實施方式所記載的內容。
[0052]符號說明
[0053]10-自舉電路
[0054]I1-FET (開關元件)
[0055]12-電晶體
[0056]20-恆壓電路
[0057]30-驅動器電路
[0058]31-電平移位電路
[0059]32-控制電路
[0060]41-主電流線
[0061]42-驅動電壓線
[0062]43-外部電源線
[0063]101、102-開關轉換電源裝置
[0064]Cl-電容器
[0065]Dl- 二極體(第I 二極體)
[0066]D2-陰極負載二極體
[0067]D3- 二極體(第2 二極體)
[0068]D4- 二極體(第3 二極體)
[0069]Dz-齊納二極體
[0070]L1-電感器
【權利要求】
1.一種開關轉換電源裝置，具備: 主電流線，其對輸入端子和輸出端子進行連接； 降壓轉換器，其被設置於所述主電流線上，且具有電感器、開關元件和第I 二極體； 驅動電路，其對所述開關元件進行驅動； 驅動電壓線，其向所述驅動電路施加驅動電壓； 電容器，其被連接於所述主電流線和所述驅動電壓線之間； 陰極負載二極體，其將從外部被輸入的外部控制電壓向所述驅動電壓線進行施加；和恆壓電路，其以所述主電流線的電位為基準，使從所述輸入端子被輸入的輸入電壓進行恆壓化，並將比所述外部控制電壓低的電壓向所述驅動電壓線進行供給。
2.根據權利要求1所述的開關轉換電源裝置，其中， 所述恆壓電路具有: 電晶體，該電晶體的集電極和基極與所述輸入端子連接、且發射極與所述驅動電壓線連接；和 齊納二極體，該齊納二極體的陽極與所述主電流線連接、且陰極與所述電晶體的基極連接。
3.根據權利要求1或2所述的開關轉換電源裝置，其中， 所述開關轉換電源裝置具備--第2 二極體，其被設置於所述輸入端子和所述恆壓電路之間，且防止來自所述恆壓電路的反向電流。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的開關轉換電源裝置，其中， 所述開關轉換電源裝置具備--第3 二極體，其被設置於所述驅動電壓線和所述恆壓電路之間，且防止來自所述恆壓電路的反向電流。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的開關轉換電源裝置，其中， 所述降壓轉換器在輸出側連接有LED。
【文檔編號】H02M3/155GK104350671SQ201380030522
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年6月3日 優先權日:2012年6月11日
【發明者】鵜野良之 申請人:株式會社村田製作所