CN102193509B - 开关控制电路及开关电源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种开关控制电路及开关电源装置，可抑制端子数的增加，实现了小型·低成本化，具有过电流保护功能。开关控制用IC(202)从其(OUT)端子向驱动电路(11)输出矩形波信号。反馈电路(12)通过比较输出端子PO(+)-PO(G)之间的电压的分压值和基准电压来发生反馈信号，并向开关控制用IC(202)的反馈端子(FB)输入。在反馈端子(FB)和接地端子之间连接有电容器(C4)及齐纳二极管(D4)。选择性连接齐纳二极管(D4)，由齐纳二极管的有无导致反馈端子(FB)的电压的变化。通过该电压的检测来选择将过电流保护动作设为锁存方式还是打嗝方式。

Description

开关控制电路及开关电源装置
技术领域
本发明涉及在开关电源装置中用到的被IC化的开关控制电路及具备该开关控制电路的开关电源装置。
背景技术
在开关电源装置中，开关控制用IC具备用于实现输出控制、启动动作、过电流保护动作、过电压保护动作、待机动作、功率因素改善动作等各种功能的电路。通过增加这些功能，可实现开关控制用IC的高性能化。例如，具有过电流保护(电流限制)功能的开关控制用IC对过电流状态进行检测，然后将开关元件的开关动作保持在停止状态(锁存方式)、或者一旦停止之后自动恢复(打嗝方式hiccup mode)。因此，可根据开关电源装置的设计，选择利用锁存方式的开关控制用IC或打嗝方式的开关控制用IC的其中一种。
另外，在专利文献1中的第[0014]段，作为过电流保护电路的方式，叙述了具备锁存方式和打嗝方式的IC。在与这两种方式对应的开关控制用IC中，为了选择要利用哪种方式而设置一个专用端子，由输入至该端子的输入信号或外置部件/电路等选择两种方式中的任意一种方式。
【专利文献1】日本特开2008-206271号公报
为了应用于具有过电流保护功能的开关电源装置，如果将锁存方式的开关控制用IC和打嗝方式的开关控制用IC的双方作为不同部件预先设计制造，则存在如下的课题：开关控制用IC的种类增加，伴随于此不仅带来制造成本的增加还带来IC管理的复杂化，其结果IC成本单价将会增加。
如在专利文献1中提到的那样，在具备锁存方式和打嗝方式双方的开关控制用IC中，为了选择要利用哪种方式而需要专用端子，从而IC端子数的增加成为妨碍IC小型化或成本增加的主要因素。也就是说，存在开关控制用IC的封装变大、IC成本单价增加的问题。
另外，根据开关控制用IC小型化及其安装面积缩小化的要求，端子数少的开关控制用IC也是必要的。因此，也产生不设置所述专用端子的态势。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种抑制端子数增加、实现了小型·低成本化的、具有过电流保护功能的开关控制电路及开关电源装置。
本发明的一种开关控制电路，具有多个外部端子，设置在开关电源装置的电力转换电路，包括控制开关元件的半导体集成电路。所述开关控制电路特征在于，在所述多个外部端子中具备反馈信号输入端子，所述反馈信号输入端子通过所述开关控制电路的动作输入由所述电力转换电路发生的反馈信号，所述开关控制电路具备：输出电压稳定控制单元，基于所述反馈信号输入端子的信号进行输出电压的稳定控制；和保护动作模式设定单元，作为判定对象信号检测在与所述反馈信号输入端子连接的、至少包括电阻元件或半导体元件的外部电路所感应的电压，并根据所述判定对象信号将过负载状态或过电压输出状态下的动作模式设定为打嗝模式或锁存模式中的任意一种模式，在所述打嗝模式中反复振荡期间和停止期间，在所述锁存模式中振荡停止。
所述判定对象信号例如是与反馈信号不同的电压范围的电压信号，所述保护动作模式设定单元根据所述判定对象信号的电压设定为所述打嗝模式或所述锁存模式中的任意一种模式。
所述开关控制电路例如具备横流电路，通过来自所述恒流电路的电流，在所述外部电路感应出电压。
所述判定对象信号的检测例如是在所述开关电源装置的电力转换电路的动作为过负载状态的期间进行的。
所述判定对象信号的检测例如是在所述开关电源装置的电力转换电路的动作停止的期间进行的。
所述判定对象信号的检测例如是在所述开关电源装置的电力转换电路启动后立即进行的。
在所述反馈信号输入端子例如连接有光电耦合器的光电晶体管，通过该光电耦合器输入所述反馈信号。
所述保护动作模式设定单元例如在过负载状态下所述光电晶体管的阻抗增大并且所述判定对象信号的电压变高，根据通过与所述反馈信号输入端子连接的电阻元件或半导体元件所述判定对象信号的电压是限制在规定电压还是没有限制在规定电压，来设定所述打嗝模式或所述锁存模式中的任意一种模式。
所述保护动作模式设定单元在过负载状态下所述判定对象信号的电压超过规定电压之后，在规定的判定期间，维持在所述规定电压以上的状态，在所述判定期间结束后，所述反馈信号输入端子的电压为0V且开关动作停止，进而在规定的定时器期间结束后，检测所述判定对象信号；在所述判定对象信号的电压比所述开关控制电路内部的基准电压高的情况下设定为所述锁存模式，在比基准电压低的情况下设定为所述打嗝模式；或者在所述判定对象信号的电压比所述开关控制电路内部的基准电压高的情况下设定为所述打嗝模式，在比基准电压低的情况下设定为所述锁存模式。
所述半导体元件例如是齐纳二极管。
所述半导体元件例如是晶体管。
所述半导体元件例如是运算放大器。
另外，本发明的开关电源装置，例如在所述电力转换电路具备以上所述的任意一个开关控制电路。
【发明效果】
根据本发明，由于在不设置专用端子的情况下能够选择利用锁存方式和打嗝方式的哪种方式，因此不会增大开关控制用IC的端子数，可构成具有过电流保护功能的开关控制电路。
附图说明
图1是本发明的实施方式所涉及的开关电源装置301的电路图。
图2是图1中的反馈电路12的电路图。
图3是开关控制用IC的输出端子OUT及反馈端子FB的波形图。
图4是与反馈端子FB的外部连接的其他外部电路的例子的图。
【符号说明】
D4...齐纳二极管
FB...反馈端子
GND...接地端子
IS...电流检测端子
Lr...电感器
nb...驱动线圈
np...初级线圈
ns1、ns2...次级线圈
OUT...输出端子
PC...光电耦合器
PI...输入端子
PO...输出端子
Q1、Q2...开关元件
R7...电流检测用电阻
SR...并联稳压器
SW...开关
T...变压器
VCC...电源电压端子
Vi...直流输入电源
11...驱动电路
12...反馈电路
22...驱动信号生成电路
23...过电流检测电路
24...延迟电路
25...恒流电路
26...恢复/锁存判别电路
202...开关控制用IC
301...开关电源装置
具体实施方式
图1是本发明的一实施方式所涉及的开关电源装置301的电路图。
开关电源装置301具备相当于本发明的开关控制电路的开关控制用IC202。
在该开关电源装置301的输入端子PI(+)-PI(G)之间输入直流输入电源Vi的电压。并且，向连接在开关电源装置301的输出端子PO(+)-PO(G)之间的负载输出规定的直流电压。
在输入端子PI(+)-PI(G)之间构成了第1串联电路，该第1串联电路串联连接了电容器Cr、电感器Lr、变压器T的初级线圈np、第1开关元件Q1及电流检测用电阻R7。第1开关元件Q1由FET构成，其漏极端子与变压器T的初级线圈np连接，其源极端子与电流检测用电阻R7连接。
第2开关元件Q2由FET构成，其漏极端子与输入端子PI(+)连接，其源极端子与第1开关元件Q1的漏极端子连接。
在变压器T的次级线圈ns1、ns2侧构成了第1整流平滑电路，该第1整流平滑电路由二极管Ds，Df及电容器Co组成。该第1整流平滑电路对从次级线圈ns1、ns2输出的交流电压进行全波整流、平滑，并向输出端子PO(+)-PO(G)输出。
在变压器T的第1驱动线圈nb连接着整流平滑电路，该整流平滑电路由二极管D3及电容器C3组成，由该整流平滑电路获得的直流电压，作为电源电压提供给开关控制用IC202的GND端子和VCC端子之间。
该开关电源装置301中的除开关控制用IC202以外的电路是电力转换电路。
开关控制用IC202从其OUT端子向驱动电路11输出矩形波信号。驱动电路11对第1开关元件Q1及第2开关元件Q2进行交替地接通·断开控制。其中，为了不同时接通Q1，Q2，而设有空载时间期间。
在开关控制用IC202的电流检测端子IS连接着电阻R8，以便输入电流检测用电阻R7的电压降。
在输出端子PO(+)、PO(G)和开关控制用IC202之间设置有反馈电路12。该反馈电路12是通过比较输出端子PO(+)-PO(G)之间的电压的分压值和基准电压来发生反馈信号，并在绝缘状态下向开关控制用IC202的反馈端子FB输入反馈电压的电路。
在反馈端子FB和接地端子之间连接着电容器C4及齐纳二极管D4。齐纳二极管D4是选择性连接的外部电路。
图2是所述反馈电路12的电路图。在输出端子PO(+)-PO(G)之间连接有串联电路和分压电路，该串联电路由并联稳压器SR、电阻Rs及光电耦合器PC的发光元件组成，所述分压电路由电阻Ro1，Ro2组成。另外，在开关控制用IC202的反馈端子FB和接地端子GND之间连接有作为光电耦合器PC的受光元件的光电晶体管。在开关控制用IC202的内部，在反馈端子FB连接着恒流电路。
反馈电路12在如下关系下作用，即：向输出端子PO(+)、PO(G)输出的输出电压变得比设定电压越高，则反馈端子FB的电压变得越低。
图3是开关控制用IC的输出端子OUT及反馈端子FB的波形图。参照图1及图3，对图1中的开关控制用IC202内部的结构和作用进行说明。
驱动信号生成电路22经由驱动电路11将第1开关元件Q1及第2开关元件Q2以规定的开关频率接通/断开。由此，开关电源装置301作为电流谐振转换器动作。
在不是过电流动作时的通常动作时，由所述反馈电路12反馈的电压没有超过齐纳二极管D4的齐纳电压。因此，在通常操作时，驱动信号生成电路22根据反馈端子FB的输入信号来检测输出电压，控制向输出端子OUT输出的矩形波信号的频率，以使该电压固定。
如果反馈端子FB的电压超过规定电压已超过规定时间，则过电流检测电路23将其视为过电流动作状态(过负载状态)。在本实施方式中，将该时间设定为800ms，将该电压设定为3.3V。此外，以下说明中的3200ms、50μs、5V也是在本实施方式中设定的值。当处于过电流动作状态时，图2示出的光电晶体管的阻抗增大。在经过了所述800ms之后，延迟电路24接通开关控制IC202内部的开关SW，从而将反馈端子FB的电压设为0。由此，驱动信号生成电路22停止开关元件Q1、Q2的开关。
这样，反馈端子FB的电压检测是在开关电源装置的电力转换电路的动作为过负载状态的期间、和开关电源装置的电力转换电路的动作停止的期间进行的。
然后，如果经过3200ms，则延迟电路24断开开关SW，从0V钳位起释放反馈端子FB的电压。因为恒流电路25经由电阻Rc与反馈端子FB连接，因此在反馈端子FB未连接齐纳二极管D4的情况下，外部的电容器C4上升至电源电压端子VCC的电压5.3V，反馈端子FB的电压超过了5V。另一方面，如果在反馈端子FB连接着例如齐纳电压为3.9V的齐纳二极管D4，则反馈端子FB的电压没有超过齐纳电压3.9V。
恢复/锁存判别电路26在从开关SW断开起经过50μs之后检测反馈端子FB的电压，在其电压比作为判别基准电压的5V高的情况下，停止驱动信号生成电路22。也就是说，停止开关动作原样进行锁存。另一方面，在低于作为判别基准电压的5V的情况下，驱动信号生成电路22进行工作，从而自恢复至开关动作状态。
通过上述动作，在反馈端子FB未连接齐纳二极管D4的情况下为锁存动作，在反馈端子FB连接有齐纳二极管D4的情况下为自恢复动作模式。
例如，如果检测反馈端子FB的电压之后设定为以如下方式进行动作，则能够切换自恢复方式和锁存方式。
0.4V以上、不足3.3V：基于反馈电压的控制动作的范围
3.3V以上、不足5.0V：过电流保护动作的范围(打嗝(自恢复)方式)
5.0V以上：          过电流保护动作的范围(锁存方式)
这样，作为开关电源装置301的过电流保护功能，无需具备锁存方式和自恢复方式的两种方式的开关控制用IC。因此，能够降低存货数、推进部件的标准化、能够实现成本下降。
另外，由于不需要具有切换锁存方式和自恢复方式的专用的IC端子，因此能够实现IC的小型化。另外，通过有效利用IC端子，从而能够实现IC的高性能化。
另外，仅仅在IC端子连接作为外围电路的齐纳二极管，就能切换锁存方式和自恢复方式。也不会产生影响IC正常动作的不良影响。
此外，通过复合与IC端子相关的功能，从而能够隐藏功能，防止IC的仿效。
在以上示出的例子中，与反馈信号输入端子连接的外部电路是由齐纳二极管构成的电压钳位电路。作为与反馈信号输入端子连接的外部电路，除了齐纳二极管以外，也可以是电阻、晶体管、运算放大器的任意一个。
图4是表示与反馈端子FB的外部连接的其他外部电路的例子的图。在图4的例子中，在反馈端子FB连接着由运算放大器OP1、基准电压发生电路Vr、电阻R13、电容器C13、晶体管Q3组成的外部电路。通过该运算放大器OP1、基准电压发生电路Vr及晶体管Q3来作为恒压电路动作。电阻R13及电容器C13作为滤波电路发挥作用，用于防止因叠加在反馈端子FB的电压上的噪声分量引起的误动作。
这样，也可以在外部电路上具备运算放大器和晶体管这样的有源元件。
另外，不仅在停止开关元件Q1、Q2的开关以后，也可以在开关控制电路启动之后就检测反馈端子FB的电压，并选择自动恢复方式和锁存方式的切换。
另外，也可在反馈端子FB的电压比基准电压高的情况下，设定为打嗝模式，在比基准电压低的情况下，设定为锁存模式。
此外，不仅在过电流动作时，也可在过电压状态下选择自动恢复方式和锁存方式的切换，这种情况下同样适用。
另外，本发明的开关电源装置的转换器方式并不限定于谐振型转换器，也可是矩形波转换器。另外，并不限于绝缘型转换器，也可是非绝缘型转换器。另外，并不限于半桥型，也可适用于正激(forward)型、反激(flyback)型、全桥型等。

Claims (13)

1.一种开关控制电路，具有多个外部端子，设置在开关电源装置的电力转换电路，包括控制开关元件的半导体集成电路，
所述开关控制电路的特征在于，
在所述多个外部端子中具备反馈信号输入端子，所述反馈信号输入端子通过所述开关控制电路的动作输入由所述电力转换电路发生的反馈信号，
所述开关控制电路具备：
输出电压稳定控制单元，基于所述反馈信号输入端子的信号进行输出电压的稳定控制；和
保护动作模式设定单元，作为判定对象信号检测在与所述反馈信号输入端子连接的、至少包括电阻元件或半导体元件的外部电路所感应的电压，并根据所述判定对象信号将过负载状态或过电压输出状态下的动作模式设定为打嗝模式或锁存模式中的任意一种模式，在所述打嗝模式中反复振荡期间和停止期间，在所述锁存模式中振荡停止。
2.根据权利要求1所述的开关控制电路，其特征在于，
所述判定对象信号是电压范围与所述反馈信号不同的电压信号，所述保护动作模式设定单元根据所述判定对象信号的电压设定为所述打嗝模式或所述锁存模式中的任意一种模式。
3.根据权利要求1或2所述的开关控制电路，其特征在于，
所述开关控制电路具备恒流电路，通过来自所述恒流电路的电流，在所述外部电路感应出电压。
4.根据权利要求1或2所述的开关控制电路，其特征在于，
所述判定对象信号的检测是在所述开关电源装置的电力转换电路的动作为过负载状态的期间进行的。
5.根据权利要求1或2所述的开关控制电路，其特征在于，
所述判定对象信号的检测是在所述开关电源装置的电力转换电路的动作停止的期间进行的。
6.根据权利要求1或2所述的开关控制电路，其特征在于，
所述判定对象信号的检测是在所述开关电源装置的电力转换电路启动后立即进行的。
7.根据权利要求1或2所述的开关控制电路，其特征在于，
在所述反馈信号输入端子连接有光电耦合器的光电晶体管，由该光电耦合器输入所述反馈信号。
8.根据权利要求7所述的开关控制电路，其特征在于，
所述保护动作模式设定单元，在过负载状态下所述光电晶体管的阻抗增大并且所述判定对象信号的电压变高，根据通过与所述反馈信号输入端子连接的电阻元件或半导体元件而所述判定对象信号的电压被限制在规定电压的情况还是没有被限制在规定电压的情况，来设定所述打嗝模式或所述锁存模式中的任意一种模式。
9.根据权利要求1、2、8任意一项所述的开关控制电路，其特征在于，
所述保护动作模式设定单元：
在过负载状态下在所述判定对象信号的电压超过规定电压之后规定的判定期间，维持在所述规定电压以上的状态，在所述判定期间结束后，所述反馈信号输入端子的电压变为0V，开关动作停止，进而在规定的定时器期间结束后，检测所述判定对象信号，
在所述判定对象信号的电压高于所述开关控制电路内部的基准电压的情况下设定为所述锁存模式，在低于基准电压的情况下设定为所述打嗝模式，
或者在所述判定对象信号的电压高于所述开关控制电路内部的基准电压的情况下设定为所述打嗝模式，在低于基准电压的情况下设定为所述锁存模式。
10.根据权利要求1、2、8任意一项所述的开关控制电路，其特征在于，
所述半导体元件是齐纳二极管。
11.根据权利要求1、2、8任意一项所述的开关控制电路，其特征在于，
所述半导体元件是晶体管。
12.根据权利要求1、2、8任意一项所述的开关控制电路，其特征在于，
所述半导体元件是运算放大器。
13.一种开关电源装置，在电力转换电路具备权利要求1至12任意一项所述的开关控制电路。
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