CN102684500B - 开关电源装置的控制电路以及开关电源装置 - Google Patents

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Abstract

能够在确保安全性的同时降低待机时的消耗电力的开关电源装置的控制电路以及开关电源装置。开关电源装置通过开关元件(Q1)的开关动作将从交流电源或直流电源供给的输入电压转换为期望的输出电压并供给到负载，该控制电路具有：由第1电阻(R1)、开关(M1)、第2电阻(R2)构成的输入电压检测电路，其连接在被供给输入电压的输入端之间，检测输入电压并输出检测信号；低输入电压动作禁止电路，其在检测信号成为第1阈值以下时，停止开关元件的开关动作；输出电压检测电路，其检测输出电压并输出与输出电压对应的反馈信号；以及开关控制电路(10a)，其在负载为待机状态、反馈信号成为第2阈值以下时，停止开关元件的开关动作，断开开关。

Description

开关电源装置的控制电路以及开关电源装置
技术领域
本发明涉及能够在确保安全性的同时降低待机时的消耗电力(无负载时或轻负载时等的待机状态下的开关电源装置的消耗电力)的开关电源装置的控制电路以及开关电源装置。
背景技术
作为社会背景，近年来，由于节能意识的提高，各种民生设备的待机时、例如遥控器待机时的消耗电力的削减成为当务之急。进而，关于开关电源装置，还要求针对开关元件的破损或烧损等的安全性。作为开关电源装置所要求的安全性之一，具有在输入电压低下的情况下停止开关元件的开关动作的低输入电压动作禁止功能(Brown In/Brown Out功能)。
图6示出搭载了低输入电压动作禁止功能的现有的开关电源装置的结构(例如参照专利文献1)。在图6所示的开关电源装置中，利用二极管桥电路DB和电容器C1对交流输入电压AC进行整流平滑，通过控制IC 10对开关元件Q1进行开关，对变压器T1的一次绕组P1施加所得到的直流电压，利用二极管D2和电容器C5对在变压器T1的二次绕组S中产生的电压进行整流平滑，对OUT端子输出期望的直流电压。
并且，在电容器C1的两端连接有电阻Ra和电阻Rb的串联电路。控制IC 10在低输入电压动作禁止电路(未图示)内具有比较器，该比较器的非反转端子与BR端子连接，BR端子与电阻Ra和电阻Rb之间的连接点连接。
根据以上结构，伴随电容器C1的电压的低下，当利用电阻Ra和电阻Rb对电容器C1的电压进行分压后得到的BR端子的电压成为规定值以下时，低输入电压动作禁止电路内的比较器输出L电平，停止开关元件Q1的开关动作。并且，当BR端子成为规定值以上时，比较器输出H电平，开始开关元件Q1的开关动作。
【专利文献1】日本特开2003-164145号公报
但是，在图6所示的现有的开关电源装置中，为了进行低输入电压动作禁止功能，需要电阻Ra、Rb，该电阻Ra、Rb与交流整流后的电容器C1连接，所以，存在消耗电力增大的问题。并且，最近，随着待机时的消耗电力的降低，电阻Ra、Rb上的消耗电力成为无法忽视的值。
发明内容
本发明的课题在于，提供能够在确保安全性的同时降低待机时的消耗电力的开关电源装置的控制电路以及开关电源装置。
在本发明的开关电源装置的控制电路中，为了解决上述课题，该开关电源装置通过开关元件的开关动作将从交流电源或直流电源供给的输入电压转换为期望的输出电压并供给到负载，该控制电路的特征在于，该控制电路具有：由第1电阻、开关、第2电阻构成的输入电压检测电路，其连接在被供给所述输入电压的输入端之间，检测所述输入电压并输出检测信号；低输入电压动作禁止电路，其在所述检测信号成为第1阈值以下时，停止所述开关元件的开关动作；输出电压检测电路，其检测所述输出电压并输出与所述输出电压对应的反馈信号；以及开关控制电路，其在所述负载为待机状态、所述反馈信号成为第2阈值以下时，停止所述开关元件的开关动作，断开所述开关，在所述负载为待机状态下，所述开关控制电路使所述开关元件成为间歇振荡动作，在所述间歇振荡动作中的振荡停止期间，所述开关控制电路断开所述开关，由此，在待机时，在所述第1电阻和所述第2电阻中不流过电流。
本发明的开关电源装置的特征在于，该开关电源装置具有第1～第4方面中的任意一项所述的控制电路。
根据本发明，在负载为待机状态、反馈信号成为第2阈值以下时，断开开关，所以，在第1电阻和第2电阻中不流过电流，能够抑制消耗电力。并且，在低输入电压时开关元件断开，所以，能够提供能够在确保安全性的同时降低待机时的消耗电力的开关电源装置的控制电路以及开关电源装置。
附图说明
图1是示出本发明的实施例1的开关电源装置的结构的电路图。
图2是示出在本发明的实施例1的开关电源装置中设置的控制IC的结构的电路图。
图3是示出在本发明的实施例1的开关电源装置中设置的控制IC的动作的时序图。
图4是示出本发明的实施例2的开关电源装置的结构的电路图。
图5是示出在本发明的实施例2的开关电源装置中设置的控制IC的结构的电路图。
图6是示出现有的开关电源装置的结构的电路图。
标号说明
DB：二极管桥电路；Q1：开关元件；T1：变压器；P1：一次绕组；P2：辅助绕组；S：二次绕组；D1～D3：二极管；M1：开关；R1～R10：电阻；C1～C5：电容器；PC：光耦合器；ZD1：分路调节器；10、10a、10b：控制IC；11、12、13：比较器；14：振荡器；15：触发电路；16：和电路；17、18：缓存电路；19：恒流接通/断开电路；20：内部电源。
具体实施方式
下面，根据附图详细说明本发明的开关电源装置的控制电路以及开关电源装置的实施方式。
【实施例1】
图1是示出本发明的实施例1的开关电源装置的结构的电路图。二极管桥电路DB和电容器C1对交流输入电压AC进行整流平滑。在电容器C1的两端连接有电阻R1、由MOSFET构成的开关M1、电阻R2的串联电路，并且控制IC 10a的STARTUP端子和GND端子连接。开关M1的源极和电阻R2的一端之间的连接点与控制IC 10a的BR端子连接。
通过电阻R1(第1电阻)、开关M1(开关)和电阻R2(第2电阻)构成了本发明的输入电压检测电路。并且，控制IC 10a是集成电路。
并且，在电容器C1的两端连接有变压器T1的一次绕组P1、由MOSFET构成的开关元件Q1、电阻R3的串联电路。在开关元件Q1的栅极连接有控制IC 10a的DRIVE端子，在开关元件Q1的源极连接有控制IC 10a的OCP端子和电阻R3的一端。在开关元件Q1的漏极连接有二极管D1的阳极和一次绕组P1的一端，在二极管D1的阴极连接有电阻R4和电容器C2的并联电路的一端，该并联电路的另一端与一次绕组P1的另一端连接。
在变压器T1的二次绕组S的两端连接有二极管D2和电容器C5的串联电路。二极管D2和电容器C5构成整流平滑电路。在电容器C5的两端连接有电阻R7、光耦合器PC的光电二极管和分路调节器ZD1的串联电路，并且连接有电阻R8和电阻R9的串联电路。在分路调节器ZD1的基准点连接有电阻R8和电阻R9之间的连接点。
在电阻R7和光耦合器PC的光电二极管的串联电路的两端连接有电阻R6，在光耦合器PC的光电二极管的阴极和分路调节器ZD1的阴极之间的连接点与电阻R8和电阻R9的连接点之间连接有电容器C6。光耦合器PC的光电晶体管的连接器与控制IC 10a的FB端子连接，光电晶体管的发射极与控制IC 10a的GND端子连接。
通过电阻R6～R9、电容器C6、光耦合器PC和分路调节器ZD1构成本发明的输出电压检测电路。
在变压器T1的辅助绕组P2的两端连接有二极管D3、电阻R5和电容器C3的串联电路，电阻R5和电容器C3之间的连接点与控制IC 10a的VCC端子连接。
在图1所示的开关电源装置中，利用二极管桥电路DB和电容器C1对交流输入电压AC进行整流平滑，通过控制IC 10a对开关元件Q1进行开关，对变压器T1的一次绕组P1施加所得到的直流电压，利用二极管D2和电容器C5对在变压器T1的二次绕组S中产生的电压进行整流平滑，对OUT端子输出期望的直流电压。以使输出到OUT端子的直流输出电压为恒定电压的方式，经由光耦合器PC将反馈信号反馈到控制IC 10a的FB端子。
并且，在开关电源装置起动后，利用二极管D3和电容器C3对在辅助绕组P2的两端产生的电压进行整流平滑而得到的直流电压被供给到VCC端子。开关M1通过来自BRON端子的信号而接通或断开。
图2是示出在本发明的实施例1的开关电源装置中设置的控制IC的结构的电路图。控制IC 10a具有比较器11、12、13、振荡器14、触发电路15、和电路16、缓存电路17、18、恒流接通/断开电路19、内部电源20。
通过比较器11以及和电路16构成本发明的低输入电压动作禁止电路，通过比较器12、和电路16以及缓存电路18构成本发明的开关控制电路。
比较器11具有电压VBRr1(第1阈值)例如为1.0V、电压VBRr2(第3阈值)例如为1.2V的滞后特性。在来自输入电压检测电路的检测信号、即BR端子的电压成为1.0V以下时，比较器11对和电路16输出L电平，停止开关元件Q1的开关动作(接通/断开动作)。在BR端子的电压成为1.2V以上时，比较器11对和电路16输出H电平，开始开关元件Q1的开关动作。1.0V和1.2V是开关电源装置的稳定动作用的滞后。
比较器12具有电压VBURr1(第2阈值)例如为1.2V、电压VBURr2(第4阈值)例如为1.3V的滞后特性。
在来自输出电压检测电路的反馈信号、即FB端子的电压成为1.2V以下时，比较器12对经由缓存电路18的BRON端子以及和电路16输出L电平，断开开关M1，停止开关元件Q1的开关动作。并且，在FB端子的电压成为1.3V以上时，比较器12对经由缓存电路18的BRON端子以及和电路16输出H电平，接通开关M1，开始开关元件Q1的开关动作。
另外，电压VFBr被设定为2V，FB端子的电压被设定为，在过负载时大约为2V，在通常的负载下为1.3V～1.8V左右。
比较器13具有OCP(过电流保护)功能和FB(反馈)功能，来自OCP端子的电压和偏置电压(例如+1V)被输入到非反转输入端子(+)，FB端子的电压被输入到反转输入端子(-)，对触发电路15的复位端子R输出比较输出。
在过负载时，OUT端子的电压降低，流过光耦合器PC的光电晶体管的电流大致为0，所以，当对比较器13的反转输入端子(-)施加大约2.0V而使过电流流过电阻R3时，在OCP端子中产生1V的电压，该1V和偏置电压的1V的合计2V被施加给比较器13的非反转输入端子(+)。因此，比较器13对触发电路15的复位端子R输出H电平，所以，开关元件Q1断开。因此，比较器13发挥过电流保护功能。
另一方面，在通常负载时，FB端子的电压为1.5V左右，偏置电压为1V，所以，在电阻R3中产生的电压为0.5V以下的情况下，比较器13输出L电平，当电阻R3中产生的电压超过0.5V时，比较器13输出H电平，开关元件Q1断开，所以，根据FB端子的电压在开关元件Q1中流过电流，所以，发挥FB功能。
另外，在FB端子与电源VFBr的正极之间连接有电阻R10。
振荡器14对触发电路15的设定端子S输出脉冲信号，和电路16取得触发电路15的输出、比较器11的输出以及比较器12的输出之和，经由缓存电路17对开关元件Q1的栅极输出和输出。
恒流接通/断开电路19根据来自UVLO(欠压锁定)的指令，在VCC端子的电压低于规定电压时接通，流过恒流，从而对VCC端子进行充电。UVLO(欠压锁定)例如在17V时开始控制IC 10a的振荡，在低电压10V时停止控制IC 10a的振荡。
接着，参照图3所示的时序图说明这样构成的实施例1的控制IC 10a的动作。
首先，说明开关M1接通时的动作。在通常负载时，FB端子为1.3V～1.8V，所以，比较器12经由缓存电路18对开关M1输出H电平。因此，开关M1接通，所以，从BR端子对比较器11的非反转输入端子(+)施加电阻R1和电阻R2之间的连接点的电压。
此时的动作如图3(a)所示，BRON端子为H电平。在时刻t2之前，BR端子的电压超过电压VBRr1，所以，比较器11对和电路16输出H电平。
并且，比较器12也对和电路16输出H电平，所以，来自振荡器14的脉冲信号经由DRIVE端子被施加给开关元件Q1的栅极。因此，开关元件Q1反复进行开关动作。
接着，在时刻t2中，BR端子的电压成为电压VBRr1，所以，比较器11对和电路16输出L电平，所以，开关元件Q1的开关动作停止。该停止状态持续到时刻t4之前。
在时刻t4中，BR端子成为电压VBRr2，所以，比较器11对和电路16输出H电平，所以，开关元件Q1开始进行开关动作。
接着，参照图3(b)说明开关M1断开时的动作。当成为无负载时或轻负载时等的待机状态时，来自输出电压检测电路的反馈信号的电流增加，所以，电阻R10中的电压降低增大，FB端子的电压低下。
然后，当FB端子的电压降低到电压VBURr1时(时刻t12)，比较器12对BRON端子以及和电路16输出L电平，所以，开关M1断开，停止开关元件Q1的开关动作。即，时刻t12～时刻t13的期间成为开关元件Q1的间歇振荡的断开期间，开关M1断开。
在该间歇振荡的断开期间中，不对变压器T1的二次侧送出能量，所以，变压器T1的二次侧电压降低。因此，来自输出电压检测电路的反馈信号的电流低下，所以，FB端子的电压逐渐上升。
然后，在时刻t13中，当FB端子的电压成为电压VBURr2时，比较器12对BRON端子以及和电路16输出H电平，所以，开关M1接通，开关M1持续接通到时刻t13～时刻t14(t11～t12也同样)。因此，在时刻t13～时刻t14的期间中，根据来自振荡器14的脉冲信号，开关元件Q1反复进行开关动作。
即，在负载为待机状态时，开关元件Q1成为间歇振荡动作(脉冲串动作)。在间歇振荡动作中的振荡停止期间(开关动作停止期间)t12～t13中，断开开关M1。由此，在待机时，在电阻R1和电阻R2中不流过电流，能够降低消耗电力。
另外，在断开开关M1时，无法监视电容器C1是否是低输入电压，但是，在间歇振荡的断开期间中，开关元件Q1不进行开关动作，所以，实质上是不需要监视的期间，所以，不会产生特别的问题。
这样，根据实施例1的开关电源装置，在负载为待机状态时，当反馈信号成为电压VBURr1以下时，断开开关M1，所以，在电阻R1和电阻R2中不流过电流，能够抑制消耗电力。并且，在对电容器C1的低输入电压进行检测时，开关元件Q1断开，所以，能够在确保安全性的同时降低待机时的消耗电力。即，在实现与以往相同的低输入电压动作禁止功能的同时，通过在间歇振荡动作时切离在低输入电压动作禁止功能中通常需要的电阻部分(R1、R2)的消耗电力，能够使消耗电力大致降低到零。
并且，在没有开关M1的情况下，在通常设计中，当设电阻R1为4.4MΩ、电阻R2为47kΩ左右时，设AC240V时的整流后的电容器C1的电压大约为335V。此时，在电阻R1、R2中损失大约25mW。
与此相对，在设置开关M1的情况下，在电阻R1、R2的损失中乘以间歇振荡期间相对于间歇振荡周期的比例而得到的值成为损失。例如，在间歇振荡周期(t11～t13)内的间歇振荡停止期间(t12～t13)为95％、间歇振荡期间(t11～t12)为5％的情况下，损失成为25mW×5％＝1.3mW。
由此，与现有方法相比，能够降低23.7mW。
另外，如果电阻R1大于4.4MΩ、电阻R2大于47kΩ，则虽然能够降低消耗电力，但是，减小了用于在电阻分割点检测电压的集成电路的偏置电流的影响(例如偏置电压增大而成为误差)，或者当考虑外来噪声的影响等时不能过大。
作为参考，面向一般消费者出售的中大型LCD-TV在画面断开待机(遥控器待机)时的AC插座中的消耗电力一般为100mW～500mW以下，当考虑偏差时，设计阶段的极限值还需要取5～33％左右的余量。在该消耗电力中包含遥控器待机用的微机等的消耗电力，所以，开关电源装置本身所消耗的电力更少。
与此相对，在实施例1中，能够在确保与以往相同的安全性的同时降低23.7mW的损失。特别地，可知在以100mW以下的遥控器待机时的消耗电力为对象的情况下，效果非常大。另外，由于生态学政策的推进和消费者生态意识的提高，可以预想到遥控器待机时的消耗电力今后还会降低。
【实施例2】
图4是示出本发明的实施例2的开关电源装置的结构的电路图。图5是示出在本发明的实施例2的开关电源装置中设置的控制IC的结构的电路图。
实施例2的开关电源装置的特征在于，将电阻R1与控制IC 10b的STARTUP端子连接，将电阻R2与控制IC 10b的BR端子连接，将开关M1设置在控制IC 10b内，将开关M1的漏极与STARTUP端子连接，将开关M1的源极与BR端子连接。这里，电阻R1是使控制IC 10b起动的起动电阻。其他结构与实施例1的开关电源装置的结构相同。
根据这种结构，将电阻R1的一端与STARTUP端子共用，所以，能够省略图2所示的控制IC 10a的BRON端子。即，能够减少开关电源用IC的外部插头数，所以，容易低价地制作IC。
另外，本发明不限于实施例1和实施例2的开关电源装置。在实施例1和实施例2中示出绝缘型回描电源的结构，但是，只要是使用低输入电压动作禁止功能的电路结构，则能够应用本发明，而与正向方式、半桥方式、全桥方式、电流谐振型、伪谐振型、PWM型、PFC电路等的电源方式无关。
并且，在实施例1和实施例2中示出绝缘型的开关电源装置的结构，但是，在非绝缘型的电源装置中也能够应用本发明。
并且，在实施例1和实施例2的开关电源装置中，利用分立部件和集成电路进行说明，但是，也可以与开关电源用IC同时进行集成化。该情况下，虽然IC的成本稍微上升，但是，能够构成实施例1和实施例2的开关电源装置，所以，能够低价、安全地降低消耗电力。

Claims (5)

1.一种开关电源装置的控制电路，该开关电源装置通过开关元件的开关动作将从交流电源或直流电源供给的输入电压转换为期望的输出电压并供给到负载，该控制电路的特征在于具有：
由第1电阻、开关和第2电阻构成的输入电压检测电路，其连接在被供给所述输入电压的输入端之间，检测所述输入电压并输出检测信号；
低输入电压动作禁止电路，其在所述检测信号成为第1阈值以下时，停止所述开关元件的开关动作；
输出电压检测电路，其检测所述输出电压并输出与所述输出电压对应的反馈信号；以及
开关控制电路，其在所述负载为待机状态、所述反馈信号成为第2阈值以下时，停止所述开关元件的开关动作，断开所述开关，
在所述负载为待机状态下，所述开关控制电路使所述开关元件成为间歇振荡动作，在所述间歇振荡动作中的振荡停止期间，所述开关控制电路断开所述开关，由此，在待机时，在所述第1电阻和所述第2电阻中不流过电流。
2.根据权利要求1所述的开关电源装置的控制电路，其特征在于，
在所述检测信号成为比所述第1阈值大的第3阈值以上时，所述低输入电压动作禁止电路开始所述开关元件的开关动作，
在所述反馈信号成为比所述第2阈值大的第4阈值以上时，所述开关控制电路开始所述开关元件的开关动作，接通所述开关。
3.根据权利要求1或2所述的开关电源装置的控制电路，其特征在于，
所述第1电阻与所述输入端连接，兼作为使所述控制电路起动的起动电阻。
4.根据权利要求3所述的开关电源装置的控制电路，其特征在于，
所述开关、所述低输入电压动作禁止电路和所述开关控制电路被设置在集成电路内。
5.一种开关电源装置，其特征在于具有权利要求1～4中的任意一项所述的控制电路。
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