CN101304216A - 开关控制装置 - Google Patents

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CN101304216A CNA2008100992143A CN200810099214A CN101304216A CN 101304216 A CN101304216 A CN 101304216A CN A2008100992143 A CNA2008100992143 A CN A2008100992143A CN 200810099214 A CN200810099214 A CN 200810099214A CN 101304216 A CN101304216 A CN 101304216A
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Abstract

本发明在开关电源那样的具有开关元件的开关控制装置中，将产生的开关噪声与输出的负载状态线性联动减少，而且不增大成为成本上升的主要原因的控制电路规模。本发明在具有对开关元件进行控制的通/断电路的控制电路中，采用的构成是，使得规定开关元件的驱动振荡频率的三角波发生电路的三角波的2个规定值(上限及下限)的一方或双方与输出负载状态线性联动变化。

Description

开关控制装置
技术领域
本发明涉及为了降低或减轻因开关控制装置的开关动作而产生的噪声用的技术。特别是涉及开关电源控制装置。
背景技术
图18所示为第1以往例子(JP2002-252970A)。利用开关元件7将输入1进行开关，将由利用开关而得到的矩形波形成电压，用电抗器L(26)及电容器Cf(10)进行滤波后输出。在输出的过程中，将对输出11进行分压的电压与从锯齿波发生器输出的锯齿波用比较器进行比较，将与该比较结果相对应的开关信号施加给开关元件7。施加时，与锯齿波的顶点同步使计数器动作，将开关SW1进行开关，利用有无电阻器R1来调整由R0及C构成的时间常数电路的时间常数，依次切换从锯齿波发生器产生的频率f1与f2的信号。给予比较器。通过依次切换开关频率，使开关噪声的峰值在频域中扩散，使噪声的能量分散，从而降低噪声电平。
另外，图19所示为第2以往例子(JP2006-288104A)。使驱动功率开关元件的驱动脉冲的上升沿，相对于作为基准的周期T1，根据由互相不同的3个位移量φ0～φ2构成的基本模式进行重复位移。通过这样，使这些驱动脉冲的上升沿形成的开关频率扩散。再进一步将该基本模式的重复的周期T的倒数即扩散频率设定为可听频率以上。
在以上的以往例子中，具有以下那样的问题。
(1)若以实用电平考虑，由于预先设定的多个频率有限度，因此仅预先设定噪声电平峰值的频率数是离散的，噪声的降低或减轻有限度。
(2)由于成为与输出负载的状态无关的开关元件驱动频率，因此必须兼顾开关控制与对输出的功率供给控制的两方面，所以需要高级的控制技术。
(3)由于必须预先设定多个频率，因此电路规模增大(成本上升的主要原因)。
发明内容
本发明的第1开关控制装置，将输入的功率向与输出连接的负载供给功率，具有：开关元件；用以检测与前述输出连接的负载的状态的负载状态检测单元；以及根据前述负载状态检测单元的输出进行前述开关元件的通/断控制的控制电路，其中具有：三角波发生电路；以及三角波规定值生成电路，该三角波规定值生成电路根据前述负载状态检测单元的输出来生成用以形成三角波的不同的2个规定值。
通过采用以上那样的构成，由于不需要对控制电路预先设定多个频率用的电路，因此根据与输出连接的负载的状态，开关元件的频率相应变化，因此能够解决上述三个问题。
本发明的第2开关控制装置，将输入的功率向与输出连接的负载供给功率，具有：开关元件；用以检测与前述输出连接的负载的状态的负载状态检测单元；以及根据前述负载状态检测单元的输出进行前述开关元件的通/断控制的控制电路，其中具有：前述输出的负载状态是空载或轻载时中断或停止前述开关元件的通/断控制的轻载检测电路；三角波发生电路；以及三角波规定值生成电路，该三角波规定值生成电路根据前述负载状态检测单元的输出来生成用以形成三角波的不同的2个规定值。
通过采用以上那样的构成，与本发明的第1开关控制装置相同，能够解决上述的三个问题，而且能够在开关控制装置待机时那样的空载或轻载状态下实现节能。
本发明的第3开关控制装置，是在本发明的第1或第2开关控制装置中，用输入电压检测电路构成前述负载状态检测单元。
通过采用以上那样的构成，由于能够简化开关控制装置的构成，因此能够解决上述的三个问题，同时能够力图实现开关控制装置的小型化。
本发明的第4开关控制装置，是在本发明的第3开关控制装置中，前述控制电路具有：根据前述输入电压检测电路的输出，来调整流过前述开关元件的电流的过电流检测电路。
通过采用以上那样的构成，能够进一步简化开关控制装置的构成，能够解决上述的三个问题，同时能够力图进一步实现开关控制装置的小型化。
再有，最好在本发明的第1至第4中任一项所述的开关控制装置中，在前述三角波规定值生成电路的用以形成三角波的不同的2个规定值中，根据前述负载状态检测单元的输出，来生成规定上限的值。
通过采用以上那样的构成，能够解决上述的三个问题。
再有，最好在本发明的第1至第4中任一项所述的开关控制装置中，在前述三角波规定值生成电路的用以形成三角波的不同的2个规定值中，根据前述负载状态检测单元的输出，来生成规定下限的值。
通过采用以上那样的构成，能够解决上述的三个问题。
根据本发明，由于能够根据输出的负载状态，减少具有开关元件的开关控制装置中产生的噪声，而且不增大成为成本上升的主要原因的控制电路规模，因此能够容易进行开关控制装置的安全设计。
附图说明
图1所示为表示本发明第1实施形态的开关控制装置的电路图。
图2为本发明第1实施形态的开关控制装置中的利用控制电路进行的开关元件的动作说明图。
图3为本发明第1实施形态的开关控制装置中的相对于输出的负载状态的利用控制电路进行的开关元件的动作说明图。
图4所示为表示本发明第2实施形态的开关控制装置的电路图。
图5所示为表示本发明第3实施形态的开关控制装置的电路图。
图6为本发明第3实施形态的开关控制装置中的相对于输出的负载状态的利用控制电路进行的开关元件的动作说明图。
图7所示为表示本发明第4实施形态的开关控制装置的电路图。
图8所示为表示本发明第5实施形态的开关控制装置的电路图。
图9为本发明第5实施形态的开关控制装置中的利用控制电路进行的开关元件的动作说明图。
图10所示为表示本发明第6实施形态的开关控制装置的电路图。
图11为本发明第6实施形态的开关控制装置中的利用控制电路进行的开关元件的动作说明图。
图12所示为表示本发明第7实施形态的开关控制装置的电路图。
图13所示为表示本发明第8实施形态的开关控制装置的电路图。
图14所示为表示本发明第9实施形态的开关控制装置的电路图。
图15所示为表示本发明第10实施形态的开关控制装置的电路图。
图16所示为表示本发明第11实施形态的开关控制装置的电路图。
图17所示为表示本发明第12实施形态的开关控制装置的电路图。
图18所示为表示第1以往例子的开关控制装置的电路图。
图19所示为表示第2以往例子的开关控制装置的电路图。
具体实施方式
以下，说明本发明的实施形态。
(实施形态1)
图1所示为本发明第1实施形态的开关控制装置的电路图，图2所示为图1的开关控制装置中的利用控制电路进行的开关元件的动作说明图。图3所示为图1的开关控制装置中的相对于输出的负载状态的利用控制电路进行的开关元件的动作说明图。
如图1所示，开关控制装置2具有：将与输入连接的电源1进行整流用的整流电路3；将整流电路3的输出进行滤波用的滤波电容器4；从输入侧(5a)向输出侧(5b)将功率进行变换、供给用的变压器5；保护开关元件7以防止因开关元件7的利用控制电路8进行的通/断控制而产生的减幅振荡(ringing)用的缓冲电路(snubber circuit)6；将变压器5的输出侧5b进行整流用的整流二极管9；将整流二极管9的输出进行滤波、向与输出连接的负载11供给功率的滤波电容器10；将负载11的负载状态检测结果向控制电路8的电源电压端(以下，为VDD端)进行反馈的负载状态检测单元12；以及与控制电路8的VDD端和GND端连接的电容器13。从VIN端在起动时向控制电路8的VDD端供给功率。负载状态检测单元12的输出，也承担向控制电路8的VDD端供给功率的任务。这里，由于将与输入连接的电源1设定为交流电源，因此设置整流电路3，但在将电源1设定为直流电源时，不需要该整流电路3。进行开关元件7的通/断控制用的控制电路8具有：与VDD端连接的三角波规定值生成电路14；根据三角波规定值生成电路14的输出信号而三角波的上限值相应变化的三角波发生电路15；检测流过开关元件7的电流的漏极电流检测单元16；利用根据输出负载状态而相应变化的VDD端的电压，来调整漏极电流检测单元16的检测基准电平的过电流检测电路17；以及根据三角波发生电路15的输出信号SAWTOOTH(三角波)，来规定振荡频率，和根据过电流检测电路17的输出信号DCon，来规定导通占空比，以实施开关元件7的通/断控制的通/断电路18。
图2(a)所示为在图1的开关控制装置的负载状态检测单元12的输出设定为若输出的负载状态成为正常负载状态时负载状态检测单元12的输出降低(即，向VDD端的供给功率降低)时的、相对于VDD端的电压变化的、三角波发生电路15的输出信号SAWTOOTH、过电流检测电路17的输出信号DCon、以及开关元件7的GATE端电压信号Vgate，图2(b)所示为反之在图1的开关控制装置的负载状态检测单元12的输出设定为若输出的负载状态成为空载或轻载状态时负载状态检测单元12的输出增加(即，由于向VDD端的供给功率增加而VDD端电压上升)时的、相对于VDD端的电压变化的、三角波发生电路15的输出信号SAWTOOTH、过电流检测电路17的输出信号DCon、以及开关元件7的GATE端电压信号Vgate。图2中的MAXDC表示开关元件7的最大导通占空比。
在这种情况下，因VDD端电压降低，而开关元件7的振荡频率升高，而且开关元件7的导通占空比DCon增大，反之，因VDD端电压上升，而开关元件7的振荡频率降低，而且开关元件7的导通占空比DCon减小。因此，如图3所示，根据输出的负载状态变化，开关元件7的振荡频率及导通占空比相应变化。通过这样，开关元件7的振荡频率分散，能够降低或减轻因开关动作而产生的噪声。
这里，若提高负载状态检测单元12的输出相对于输出的负载状态变化的响应性，则由于VDD端电压变化相对于输出的负载状态变化的灵敏度提高，因此能够提高开关元件7的振荡频率及导通占空比的变化相对于输出的负载状态的灵敏度。反之，若降低负载状态检测单元12的输出相对于输出的负载状态变化的响应性，则由于VDD端电压变化相对于输出的负载状态变化的灵敏度降低，因此也能够降低开关元件7的振荡频率及导通占空比的变化相对于输出的负载状态的灵敏度。因而，通过调整负载状态检测单元12的输出相对于输出的负载状态变化的响应性，能够对降低或减轻开关元件7的因开关动作而产生的噪声的情况进行优化。
另外，若将开关元件7及控制电路8形成为装入一个组件的半导体器件，则能够力图实现开关控制装置的小型化及高可靠性。这种情况在后述的全部实施形态中也可以说是相同的。
(实施形态2)
图4是表示本发明第2实施形态的开关控制装置，是具体表示图1所示的本发明第1实施形态的开关控制装置的负载状态检测单元12，由于得到的效果相同，因此省略详细说明。
负载状态检测单元12具有：输出电压检测电路19；光电耦合器20；变压器5的辅助绕组5c；以及与辅助绕组5c连接的整流二极管21和滤波电容器22。利用输出电压检测电路19检测输出电压VOUT，对于所希望的电压以上的情况，利用光电耦合器(photocoupler)20从滤波电容器22向控制电路8的VDD端供给功率，VDD端电压上升。反之，对于所希望的电压以下的情况，VDD端电压下降。通过这样，能够实现本发明第1实施形态的开关控制装置的动作。
(实施形态3)
图5是表示本发明第3实施形态的开关控制装置，图6所示为图5的开关控制装置中的相对于输出的负载状态的利用控制电路进行的开关元件的动作说明图。控制电路8具有轻载检测电路23，该轻载检测电路23与VDD端连接，在空载或轻载时，中断或停止利用通/断电路18进行的开关元件7的通/断控制，除此之外，由于与本发明第1实施形态的开关控制装置相同，因此以下仅说明由轻载检测电路23产生的效果。
若反映输出的负载状态的VDD端电压达到内部规定的电压以上，则轻载检测电路23检测出输出负载是空载状态或轻载状态，使利用通/断电路18进行的开关元件7的通/断控制中断或停止。
通过这样，能够减少空载时或轻载时的功耗。
这里，通过使该轻载检测电路23的内部规定的电压具有迟滞特性，从而能够稳定控制开关元件的通/断控制的中断或停止。
(实施形态4)
图7是表示本发明第4实施形态的开关控制装置，是使图5所示的本发明第3实施形态的开关控制装置的漏极电流检测单元16通过开关元件7的导通电压来进行检测，由于得到的效果相同，因此省略说明。
(实施形态5)
图8是表示本发明第5实施形态的开关控制装置，图9是表示图8的开关控制装置中的利用控制电路进行的开关元件的动作说明图。在该开关控制装置中，对控制电路8除了设置VDD端，另外设置将负载状态检测单元12的输出进行输入的FB端。这里，图5所示的本发明第3实施形态的开关控制装置中的控制电路8的与VDD端连接的电路，在图8的本发明第5实施形态的开关控制装置中与FB端连接。从VIN端供给功率，VDD端作为控制电路8的电源电压端，始终被控制为一定。因而，相对于负载状态检测单元12的输出信号的开关控制、及得到的效果(噪声的降低或减轻效果、以及空载及轻载时的功耗减少效果)与图5所示的本发明第3实施形态的开关控制装置相同。
在这种情况下，因FB端电压的下降，而使开关元件7的振荡频率升高，而且开关元件7的导通占空比DCon增大。反之，因FB端电压的上升，而使开关元件7的振荡频率降低，而且开关元件7的导通占空比DCon减小。因此，如图3所示，根据输出的负载状态变化，开关元件7的振荡频率及导通占空比相应变化。通过这样，使开关元件7的振荡频率分散，能够降低或减轻因开关动作而产生的噪声。
(实施形态6)
图10所示为本发明第6实施形态的开关控制装置，图11所示为图10的开关控制装置中的利用控制电路进行的开关元件的动作说明图。
如图10所示，开关控制装置2具有：将与输入连接的电源1进行整流用的整流电路3；将整流电路3的输出进行滤波用的滤波电容器4；从输入侧(5a)向输出侧(5b)将功率进行变换、供给用的变压器5；保护开关元件7以防止因开关元件7的利用控制电路8进行的通/断控制而产生的减幅振荡用的缓冲电路6；将变压器5的输出侧5b进行整流用的整流二极管9；将整流二极管9的输出进行滤波、向与输出连接的负载11供给功率的滤波电容器10；作为负载状态检测单元12检测根据输出的负载状态而相应变化的滤波电容器4的电压波形(参照图11(a))、并向控制电路8的VJ端传递信号的输入电压检测电路12；检测负载11的输出电压、并向控制电路8的电源电压端(以下，为VDD端)进行反馈的输出电压检测单元25；以及与控制电路8的VDD端和GND端连接的电容器13。从VIN端在起动时向控制电路8的VDD端供给功率。输出电压检测单元25的输出也承担向控制电路8的VDD端供给功率的任务。这里，由于将与输入连接的电源1设定为交流电源，因此设置整流电路3，但在将电源1设定为直流电源时，不需要该整流电路3。进行开关元件7的通/断控制用的控制电路8具有：与VJ端连接的三角波规定值生成电路14；根据三角波规定值生成电路14的输出信号而三角波的上限值相应变化的三角波发生电路15；根据与负载状态相应变化的VDD端的电压而输出开关元件7的导通占空比调整信号DCon的导通占空比决定电路24；以及根据三角波发生电路15的输出信号SAWTOOTH来规定振荡频率、和根据导通占空比决定电路24的输出信号DCon来规定导通占空比以实施开关元件7的通/断控制的通/断电路18。
图11(a)所示为输出的负载状态从空载到重载变化时的与输入电压VIN成正比的VJ端的电压波形。图11(b)所示为将与该输出的负载状态变化相应变化的VJ端电压利用三角波规定值生成电路14设定为三角波的上限值、从而在导通占空比决定电路24的输出信号DCon如图11(b)所示那样变化时的三角波发生电路15的输出信号即SAWTOOTH相对于输出的负载状态变化的变化。图11(c)所示为根据图11(b)所示的SAWTOOTH信号及DCon信号生成的、开关元件7的最大导通占空比信号MAXDC及开关元件7的GATE端电压信号Vgate。
在这种情况下，因VJ端电压的下降，而使开关元件7的振荡频率升高，而且开关元件7的导通占空比DCon增大。反之，因VJ端电压的上升，而使开关元件7的振荡频率降低，而且开关元件7的导通占空比DCon减小。因此，与图3的本发明笫1实施形态的开关控制装置的动作相同，根据输出的负载状态变化，开关元件7的振荡频率及导通占空比相应变化。通过这样，能够降低或减轻因开关元件7的开关动作而产生的噪声。
(实施形态7)
图12是表示本发明第7实施形态的开关控制装置，是具体表示图10所示的本发明第6实施形态的开关控制装置的输出电压检测单元25，由于得到的效果相同，因此省略详细说明。
输出电压检测单元25具有：输出电压检测电路19；光电耦合器20；变压器5的辅助绕组5c；以及与辅助绕组5c连接的整流二极管21和滤波电容器22。利用输出电压检测电路19检测输出电压VOUT，对于所希望的电压以上的情况，利用光电耦合器20从滤波电容器22向控制电路8的VDD端供给功率，VDD端电压上升。反之，对于所希望的电压以下的情况，VDD端电压下降。通过这样，能够实现本发明第6实施形态的开关控制装置的动作。
(实施形态8)
图13是表示本发明第8实施形态的开关控制装置，是具体表示图10所示的本发明第6实施形态的开关控制装置的负载状态检测单元12即输入电压检测电路，由于得到的效果相同，因此省略详细说明。
负载状态检测单元12即输入电压检测电路通过用2个电阻将输入电压VIN进行分压，从而将分压的电压向控制电路8的VJ端输出。通过这样，能够实现本发明第6实施形态的开关控制装置的动作。
(实施形态9)
图14是表示本发明第9实施形态的开关控制装置。控制电路8具有轻载检测电路23，该轻载检测电路23与VDD端连接，在空载或轻载时，中断或停止利用通/断电路18进行的开关元件7的通/断控制，除此之外，由于与本发明第6实施形态的开关控制装置相同，因此以下仅说明由轻载检测电路23产生的效果。
若反映输出的负载状态的VDD端电压达到内部规定的电压以上，则轻载检测电路23检测出输出负载是空载状态或轻载状态，使利用通/断电路18进行的开关元件7的通/断控制中断或停止。
通过这样，能够减少空载时或轻载时的功耗。
这里，通过使该轻载检测电路23的内部规定的电压具有迟滞特性，从而能够稳定控制开关元件的通/断控制的中断或停止。
(实施形态10)
图15是表示本发明第10实施形态的开关控制装置，对控制电路8除了设置VDD端，另外设置将输出电压检测电路19的输出进行输入的FB端。这里，图14所示的本发明第9实施形态的开关控制装置中的控制电路8的与VDD端连接的电路，在图15的本发明第10实施形态的开关控制装置中与FB端连接，从VIN端供给功率，VDD端作为控制电路8的电源电压端，始终被控制为一定。因而，由于相对于输出电压检测电路19的输出信号的开关元件7的开关控制和导通占空比控制、及得到的效果，与图14所示的本发明第9实施形态的开关控制装置相同，所以省略说明。
(实施形态11)
图16是表示本发明第11实施形态的开关控制装置。图16所示的开关控制装置2是输出的电压极性为正(+)的降压斩波型，具有：将与输入连接的电源1进行整流用的整流电路3；将整流电路3的输出进行滤波用的滤波电容器4；开关元件7；进行开关元件7的通/断控制的控制电路8；再生二极管26；线圈27；滤波电容器10；为了将负载11的输出电压控制为所希望的电压而检测输出电压、并将检测结果向控制电路8的FB端进行反馈的负载状态检测单元12；以及与控制电路8的VDD端和GND端连接的电容器13。从VIN端在起动时、及动作时向控制电路8的VDD端供给功率，VDD端作为控制电路8的电源电压端，始终被控制为一定。这里，由于将与输入连接的电源1设定为交流电源，因此设置整流电路3，但在将电源1设定为直流电源时，不需要该整流电路3。由于进行开关元件7的通/断控制用的控制电路8与图8的本发明第5实施形态的开关控制装置中所表示的控制电路8是同样构成，利用输入FB端的信号进行的开关元件7的通/断控制动作也相同，因此省略说明得到的效果，以下所示仅为作为开关控制装置的动作说明。
对与图16的开关控制装置2的输出连接的负载11的功率供给，在开关元件7导通时，是从开关元件7通过线圈27向滤波电容器10供给功率来实现的，而在开关元件断开时，是通过将线圈27的反电动势在再生二极管26和线圈27和滤波电容器10的环路中向滤波电容器10供给功率来实现的。若滤波电容器10的两端电压达到所希望的电压，则将负载状态检测单元12的输出信号向控制电路8的FB端传递，调整向输出供给的功率，使得输出电压达到所希望的电压。
(实施形态12)
图17是表示本发明第12实施形态的开关控制装置。图16的本发明第11实施形态的开关控制装置中的滤波电容器4的负(-)端与滤波电容器10的负(-)端连接，与此不同的是，本第12实施形态的滤波电容器4的负(-)端与滤波电容器10的正(+)端连接，从而是能够使输出的电压极性成为负(-)的降压斩波型。由于作为开关控制装置的动作及得到的效果与本发明第11实施形态的开关控制装置相同，因此省略。
工业上的实用性
能够用于所有具有开关元件及对开关元件进行控制的控制电路的开关控制装置，特别是在开关电源那样具有功率晶体管并且对功率晶体管进行控制的控制装置中是有用的。

Claims (6)

1.一种开关控制装置，将输入的功率向与输出连接的负载供给功率，具有：开关元件；检测与所述输出连接的负载的状态用的负载状态检测单元；以及根据所述负载状态检测单元的输出进行所述开关元件的通/断控制的控制电路，其特征在于，
所述控制电路具有：
三角波发生电路；以及
三角波规定值生成电路，该三角波规定值生成电路根据所述负载状态检测单元的输出，来生成用以形成三角波的不同的2个规定值。
2.一种开关控制装置，将输入的功率向与输出连接的负载供给功率，具有：开关元件；用以检测与所述输出连接的负载的状态的负载状态检测单元；以及根据所述负载状态检测单元的输出进行所述开关元件的通/断控制的控制电路，其特征在于，
所述控制电路具有：
所述输出的负载状态是空载或轻载时，中断或停止所述开关元件的通/断控制的轻载检测电路；
三角波发生电路；以及
三角波规定值生成电路，该三角波规定值生成电路根据所述负载状态检测单元的输出，来生成用以形成三角波的不同的2个规定值。
3.如权利要求1或2所述的开关控制装置，其特征在于，
所述负载状态检测单元由输入电压检测电路构成。
4.如权利要求3所述的开关控制装置，其特征在于，
所述控制电路具有根据所述输入电压检测电路的输出，来调整流过所述开关元件的电流的过电流检测电路。
5.如权利要求1至4中任一项所述的开关控制装置，其特征在于，
在所述三角波规定值生成电路的用以形成三角波的不同的2个规定值中，根据所述负载状态检测单元的输出，来生成规定上限的值。
6.如权利要求1至4中任一项所述的开关控制装置，其特征在于，
在所述三角波规定值生成电路的用以形成三角波的不同的2个规定值中，根据所述负载状态检测单元的输出，来生成规定下限的值。
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