CN103038992B - 带保护功能的开关电源电路 - Google Patents

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Abstract

具备具有第1绕组、第2绕组、第3绕组的变压器、将交流电变换为直流电并使其平滑化的初级侧整流平滑化电路、使次级侧的电力平滑化的次级侧整流平滑化电路、使第3绕组的电力平滑化的3次侧整流平滑化电路、开闭第1绕组的开关电路、对控制上述开关电路的开闭的驱动信号的脉冲宽度进行控制的脉冲宽度控制电路、以及检测上述次级侧电解电容器的劣化的次级侧电解电容器劣化检测电路；上述次级侧电解电容器劣化检测电路通过输入上述3次侧整流平滑化电路的输出电压，检测上述次级侧电解电容器的劣化，使开关电源电路停止工作。

Description

带保护功能的开关电源电路
技术领域
本发明涉及对开关电源装置具备的平滑电路用的电解电容器的劣化进行检测，避免破损事故于未然的技术。
背景技术
在开关电源装置中，使用于平滑电路的电解电容器由于反复进行大电流充放电和长时间使用而逐渐劣化。因此如果超过寿命继续使用，则随着电解电容器的劣化，开关电源装置会损坏，有时还会有发生冒烟、起火的事故的危险。
又，通过在开关电源电路中的电路上下工夫，检测电解电容器的劣化，探讨应对的各种技术。
在专利文献1中，公开了根据变压器的次级侧的绕组的两端的电压之差，检测随着电解电容器的劣化而发生的等效串联电阻(ESR：Equivalent Series Resistance)的增大，使用光电耦合器(Photo Coupler)向初级侧电路反馈以进行检测的技术。
专利文献1:特开2000－32747号公报
发明内容
但是，也存在事前对伴随电解电容器的劣化而发生的开关电源装置的损坏进行检测的对策未必能说充分的问题。
又，专利文献1所公示的方法，需要使用晶体管的纹波电压检测电路，又需要进一步追加光电耦合器等电路变更，存在成本上升和为了采取该对策需要比较大的空间的问题。
因此本发明的目的在于，提供只要附加简单的电路，就能够检测平滑电路的电解电容器的劣化，防止电解电容器的劣化造成的损坏事故于未然的低成本的开关电源装置。
为了解决上述存在问题，实现本发明的目的，各发明形成如下所述的结构。
也就是说，第1发明其特征在于，具备具有第1绕组、第2绕组、第3绕组的变压器、将交流电变换为直流电的初级侧整流电路、使所述初级侧整流电路的直流电平滑化的初级侧电解电容器、将所述变压器的第2绕组输出的交流电变换为直流电的次级侧整流电路、使所述次级侧整流电路输出的直流电平滑化的次级侧电解电容器、将所述变压器的第3绕组输出的交流电变换为直流电并使其平滑化的3次侧整流平滑化电路、反复开闭输入所述初级侧电解电容器的电压的所述变压器的第1绕组的开关电路、对控制所述开关电路的开闭的驱动信号的脉冲宽度进行控制的脉冲宽度控制电路、检测所述次级侧电解电容器的劣化的次级侧电解电容器劣化检测电路、以及输入所述次级侧电解电容器劣化检测电路的劣化检测信号的停止信号发生电路；所述次级侧电解电容器劣化检测电路输入所述3次侧整流平滑化电路的输出电压，所述停止信号发生电路利用所述次级侧电解电容器劣化检测电路的劣化检测信号发生停止信号，以此停止从所述脉冲宽度控制电路向所述开关电路提供驱动信号，以使开关电源电路停止工作。
又，第2发明其特征在于，具备具有第1绕组、第2绕组、第3绕组的变压器、将交流电变换为直流电的初级侧整流电路、使所述初级侧整流电路的直流电平滑化的初级侧电解电容器、将所述变压器的第2绕组输出的交流电变换为直流电的次级侧整流电路、使所述次级侧整流电路输出的直流电平滑化的次级侧电解电容器、反复开闭输入所述初级侧电解电容器的电压的所述变压器的第1绕组的开关电路、对控制所述开关电路的开闭的驱动信号的脉冲宽度进行控制的脉冲宽度控制电路、检测所述初级侧电解电容器的劣化的初级侧电解电容器劣化检测电路、以及输入所述初级侧电解电容器劣化检测电路的劣化检测信号的停止信号发生电路；所述初级侧电解电容器劣化检测电路输入所述初级侧电解电容器的电压，所述停止信号发生电路利用所述初级侧电解电容器劣化检测电路的劣化检测信号发生停止信号，以此停止从所述脉冲宽度控制电路向所述开关电路提供驱动信号，以使开关电源电路停止工作。
又，第3发明其特征在于，具备具有第1绕组、第2绕组、第3绕组的变压器、将交流电变换为直流电的初级侧整流电路、使所述初级侧整流电路的直流电平滑化的初级侧电解电容器、将所述变压器的第2绕组输出的交流电变换为直流电的次级侧整流电路、使所述次级侧整流电路输出的直流电平滑化的次级侧电解电容器、将所述变压器的第3绕组输出的交流电变换为直流电并使其平滑化的3次侧整流平滑化电路、反复开闭输入所述初级侧电解电容器的电压的所述变压器的第1绕组的开关电路、对控制所述开关电路的开闭的驱动信号的脉冲宽度进行控制的脉冲宽度控制电路、检测所述初级侧电解电容器的劣化的初级侧电解电容器劣化检测电路、检测所述次级侧电解电容器的劣化的次级侧电解电容器劣化检测电路、以及输入所述初级侧电解电容器劣化检测电路与所述次级侧电解电容器劣化检测电路的劣化检测信号的停止信号发生电路；所述初级侧电解电容器劣化检测电路输入所述初级侧电解电容器的电压，所述次级侧电解电容器劣化检测电路输入所述3次侧整流平滑化电路的输出电压，所述停止信号发生电路利用所述初级侧电解电容器劣化检测电路或所述次级侧电解电容器劣化检测电路的劣化检测信号发生停止信号，以此阻止从所述脉冲宽度控制电路向所述开关电路提供驱动信号，以使开关电源电路停止工作。
利用这样的结构，在上述次级侧电解电容器劣化超过限度的情况下，上述次级侧电解电容器劣化检测电路通过从第2绕组经第3绕组的电压上升，检测出上述次级侧电解电容器的劣化，停止信号发生电路发生停止信号并发送到上述脉冲宽度控制电路，上述脉冲宽度控制电路停止对上述开关电路提供驱动信号，以此使开关电源电路停止工作以实施保护。
又，利用这样的结构，在上述初级侧电解电容器劣化超过限度的情况下，上述初级侧电解电容器劣化检测电路检测出上述初级侧电解电容器的劣化，停止信号发生电路发生停止信号并向上述脉冲宽度控制电路输送，上述脉冲宽度控制电路停止向上述开关电路提供驱动信号，以此使开关电源电路停止工作以进行保护。
又，利用这样的结构，在上述初级侧电解电容器的劣化超过限度的情况下，上述初级侧电解电容器劣化检测电路检测出上述初级侧电解电容器的劣化，而且在上述次级侧电解电容器的劣化超过限度的情况下，上述次级侧电解电容器劣化检测电路通过从第2绕组经第3绕组的电压上升，检测出上述次级侧电解电容器的劣化，停止信号发生电路发生停止信号并向上述脉冲宽度控制电路输送，上述脉冲宽度控制电路停止对上述开关电路提供驱动信号，以此使开关电源电路的工作停止以进行保护。
如果采用本发明，就能够提供只要附加简单的电路，就能检测出平滑电路的电解电容器的劣化，能够防止电解电容器劣化引起的损坏事故于未然的低成本、省空间的开关电源装置。又，本发明的电路也能够与脉冲宽度控制电路形成一体，实现集成电路化。
附图说明
图1是表示本发明第1实施形态的结构的电路图。
图2是表示本发明第1实施形态的脉冲宽度控制电路驱动开关电路的脉冲波形与次级侧的直流输出电压之间的大致关系的特性的示意图。
图3是表示本发明第1实施形态的初级侧电解电容器劣化检测电路的结构的电路图。
图4是表示本发明第1实施形态的次级侧电解电容器劣化检测电路的结构的电路图。
图5是表示本发明第1实施形态的停止信号发生电路的结构的电路图。
图6是表示本发明第2实施形态的结构的电路图。
图7是表示本发明第3实施形态的结构的电路图。
图8是表示在本发明第1实施形态的初级侧整流电路与初级侧电解电容器之间插入误检防止电路的结构的电路图。
图9是表示误检防止电路的详细结构例的电路图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的实施形态进行说明。
第1实施形态
首先，对本发明第1实施形态的电路结构进行说明。
＜电路结构·第1实施形态＞
图1是表示本发明的带保护电路的开关电源电路的第1实施形态的大概结构的电路图。在图1中，初级侧整流电路101利用二极管121～124的桥式电路结构，对从输入端子141、142输入的交流电(交流电压A1)进行全波整流，将包含波纹(ripple)的直流电向初级侧直流端子147与初级侧地线145之间输出。初级侧电解电容器102连接于初级侧直流端子147与初级侧地线145之间，使初级侧整流电路101输出的含有波纹的直流电平滑化。
还利用初级侧整流电路101与初级侧电解电容器102构成初级侧整流平滑化电路103。
变压器104具备第1绕组N1、第2绕组N2、第3绕组N3。在这里，将第1绕组N1、第2绕组N2、第3绕组N3之间的匝数比记为N1：N2：N3。这时，在第1绕组N1的两端施加的交流电压作为大约N2/N1倍的交流电压输出到第2绕组N2的两端。又向第3绕组N3的两端输出第2绕组N2的两端的电压的大概N3/N2倍的交流电压。
还有，将涉及第1绕组N1的电路适宜地记为初级侧电路；将涉及第2绕组N2的电路适宜地记为次级侧电路；将涉及第3绕组N3的电路适宜地记为3次侧电路。
第1绕组N1的第1端子连接于初级侧直流端子147，另一端第2端子连接于构成开关电路108的N型MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管；Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor)的漏极，N型MOSFET的源极通过电阻162连接于初级侧地线145。
第2绕组N2的第1端子连接于二极管125的阳极，二极管125的阴极连接于次级侧直流输出端子143。第2绕组N2的第2端子连接于地线侧的次级侧直流输出端子144。而次级侧电解电容器105连接于次级侧直流输出端子143与地线侧的次级侧直流输出端子144之间。
二极管125构成次级侧整流电路(125)，对在第2绕组N2上感应产生的交流电进行整流。次级侧电解电容器105使二极管125输出的整流过的含有波纹的直流电平滑化。利用由二极管125构成的次级侧整流电路(125)和次级侧电解电容器105，构成次级侧整流平滑化电路106。利用该次级侧整流平滑化电路106，向次级侧直流输出端子143与次级侧地线146上连接的次级侧直流输出端子144之间输出直流电(次级侧直流输出电压E2)。
而且如上所述，次级侧直流输出端子144连接于次级侧地线146。虽然初级侧地线145与次级侧地线146都是地线，但是形成直流绝缘。
第3绕组N3的第1端子连接于二极管126的阳极，第3绕组N3的第2端子连接于初级侧地线145。在二极管126的阴极与初级侧地线145间连接平滑电容器127。二极管126构成3次侧整流电路126，对在第3绕组N3感应出的交流电进行整流。平滑电容器127使二极管126输出的经过整流的含有波纹的直流电平滑化。利用由二极管126构成的3次侧整流电路(126)与平滑电容器127，构成3次侧整流平滑化电路107。利用3次侧整流平滑化电路107，由第3绕组N3上感应发生的交流电得到经整流、平滑化的直流电。
输出誤差检测电路110是利用电阻131、132将输出到次级侧直流输出端子143、144间的直流电压(次级侧直流输出电压E2)分压，检测该分压得到的电压与分路调节器中内藏的基准电压之间的误差(差分)的电路。输出誤差检测电路110形成具备电阻131、132、133、分路调节器134、以及由发光二极管138(LED)与光电晶体管139(PhotoTransistor)构成的光电耦合器(Photo Coupler)137的结构。
利用电阻131与电阻132将次级侧直流输出电压E2分压得到的电压被输入分路调节器134的REF端子135。分路调节器134的阳极连接于次级侧地线146，分路调节器134的阴极连接于发光二极管138的阴极。发光二极管138的阳极连接于电阻133的第1端子，电阻133的第2端子连接于次级侧直流输出端子143。
又，发光二极管138将发出的光输出输往光电晶体管139的基极。光电晶体管139的发射极连接于初级侧地线145，集电极构成输出誤差检测电路110的输出端子。
还有，使用发光二极管138与光电晶体管139构成的光电耦合器137，是因为有必要对初级侧地线145与次级侧地线146实施直流绝缘，各地线使用的电路间不能够直接用电信号交接，因此变换为光信号进行交接。
在上述结构中，对次级侧直流输出电压E2比基准电压的(R1+R2)/R2倍的电压高还是低进行判定。
在次级侧直流输出电压E2较高的情况下，分路调节器134导通(ON)，电流向发光二极管138流动，发光二极管138发光，输出光信号，光电晶体管139接收该光信号(ON状态；导通状态)。
又，次级侧直流输出电压E2较低的情况下，分路调节器134截止(OFF)，电流不向发光二极管138流动。从而，发光二极管138不发光，因此光电晶体管139截止(OFF状态)。
上述光电晶体管139的导通截止(ON·OFF)的检测信号，被从光电晶体管139的集电极、也就是输出誤差检测电路110的输出端子送到脉冲宽度控制电路(PWM)109的控制用输入端子154。
还有，使用输出誤差检测电路，是为了次级侧直流输出电压E2的稳定化，不是为检测下述次级侧电解电容器105的劣化的而使用的。
脉冲宽度控制电路109的电源在开关电源电路启动时经电阻160从152提供，而在电源启动后经3次侧整流平滑化电路107的输出从152提供。又，脉冲宽度控制电路109的输出端子151连接于作为开关电路108的N型MOSFET的栅极(栅极输入端子)，控制N型MOSFET的导通截止。
还有，可以控制从脉冲宽度控制电路109的输出端子151输出的驱动信号波形的脉冲宽度的变化。
已有的开关电源电路基本上由上述结构构成。
在图1中，初级侧电解电容器劣化检测电路111、次级侧电解电容器劣化检测电路112、停止信号发生电路113是作为本实施形态的特征的涉及保护功能的电路，但是与作为开关电源电路的基本功能没有直接关系，因此放在后面叙述。下面首先对已有的开关电源电路的基本动作进行叙述。
＜开关电源电路的大概动作·第1实施形态＞
如上所述，利用初级侧整流平滑化电路103将交流电整流、平滑化后得到的直流电被施加于变压器104的第1绕组N1与作为开关电路108的N型MOSFET的串联电路的两端。N型MOSFET的栅极经电阻161连接于脉冲宽度控制电路109的输出端子151，受到导通截止控制。
从而，借助于脉冲宽度控制电路109输出的驱动信号，能够使变压器104的第1绕组N1或有电流流通，或没有电流流通。这是由于在初级侧电解电容器中存储的直流电断断续续地流出或不流出，相当于从直流电生成交流电。生成的交流成分从变压器104的第1绕组N1向第2绕组N2感应传播。在该变压器104的次级侧感应出的交流电由次级侧整流平滑化电路106再度变换为直流电，在次级侧直流输出端子143、144间生成次级侧直流输出电压E2的直流电。
该次级侧直流输出电压E2如下所述进行调整，即进行关于输出誤差检测电路110的分路调节器134中内藏的基准电压比利用分压电阻R1、R2将E2分压得到的电压高还是低的比较，将其结果作为输出誤差检测电路110的输出信号向脉冲宽度控制电路109输送，如上所述，脉冲宽度控制电路109以输出誤差检测电路110的输出信号为依据改变脉冲宽度，控制开关电路108的导通截止时间，以此对次级侧直流输出电压E2进行调整，将其保持于设定的电压。
图2是表示开关电路108的导通截止造成的，变压器104的第1绕组N1或有电流流动或没有电流流动，结果次级侧直流输出电压E2发生变化的情况的大概特性示意图。还有，只是表示变化情况的图，次级侧直流输出电压E2的值和控制信号的波形未必与实际状态对应。
在图2中，(b)是导通截止的控制波形212为High(高电平)的区间212H与其为Low(低电平)的区间212L相等的情况，这时次级侧直流输出电压E2的平均值为平均值210。
图2中，(a)是导通截止的控制波形211为High的区间211H比其为Low的区间211L长的情况，这时次级侧直流输出电压E2的平均值为平均值221，比上述High区间212H与Low区间212L相等的情况下的平均值210高。
在图2中，(c)是导通截止的控制波形213为High的区间213H比其为Low的区间213L短的情况，这时次级侧直流输出电压E2的平均值为平均值223，比上述High区间212H与Low区间212L相等的情况下的平均值210低。
这样利用开关电路108的导通截止对变压器104的第1绕组N1中电流流动的时间(脉冲宽度)进行控制，以改变次级侧直流输出电压E2。
通过如上所述控制，已有的开关电源装置将次级侧直流输出电压E2保持于设定的电压。
＜开关电源电路的保护电路·第1实施形态＞
下面叙述开关电源电路的保护电路。首先叙述需要保护电路的原因、即使用于开关电源电路的电解电容器。
《关于电解电容器、第1实施形态》
开关电源电路(装置)如上所述在初级侧整流平滑化电路103与次级侧整流平滑化电路106中分别搭载有初级侧电解电容器102和次级侧电解电容器105作为平滑用电容器。这些电解电容器一旦逐渐劣化，则等效串联电阻(ESR：Equivalent Series Resistance)增大，电容量下降。
电解电容器中等效串联电阻(R)增大而且有电流(i)流过时发生焦耳热(i2R)，因此有电解电容器本身温度达到很高的程度，由于内部压力上升导致爆炸的情况。
又，电解电容器的电容量的下降也会导致开关电源电路(装置)的输出特性的下降和其他零部件的异常发热。
从而，如上所述，在电解电容器的劣化达到某一限度的情况下，有必要对其劣化进行检测并采取对策。
《保护电路概要·第1实施形态》
根据以上所述，在图1中，具备检测初级侧电解电容器102的劣化的初级侧电解电容器劣化检测电路(Det1)111和检测次级侧电解电容器105的劣化的次级侧电解电容器劣化检测电路(Det2)112。
又，停止信号发生电路113利用初级侧电解电容器劣化检测电路111或次级侧电解电容器劣化检测电路112的劣化检测信号，通过将上述停止信号发生电路113的输出向开关电路108的N型MOSFET的栅极输入，阻止从脉冲宽度控制电路109输出的驱动信号，使开关电源电路的工作停止。
借助于此，减少流入初级侧电解电容器102与次级侧电解电容器105的纹波电流。利用以上所述手段，防止初级侧电解电容器102或次级侧电解电容器105本身的发热或爆炸、以及对其周边的零部件发生影响于未然。
《初级侧电解电容器劣化检测电路·第1实施形态》
下面叙述初级侧电解电容器劣化检测电路111的具体电路结构。
图3是表示初级侧电解电容器劣化检测电路111的结构的电路图。
在图3中，电容器310的第1端子连接于作为初级侧电解电容器劣化检测电路111的输入端子321。电容器310的第2端子与电阻(R11)311的第1端子连接。电阻311的第2端子与初级侧地线145之间连接着电阻(R12)312。二极管313的阳极连接于初级侧地线145，阴极连接于电阻311的第2端子。齐纳二极管(Zener diode)314的阴极连接于电阻311的第2端子。齐纳二极管314的阳极连接于作为初级侧电解电容器劣化检测电路111的输出端子322。
利用电容器310截断直流分量，利用电阻311、电阻312将电压分压为合适的值，在分隔点323检测从输入端子321输入的信号的波纹(交流成分)。
又利用二极管313去除信号的负成分，只取出正成分。
又，齐纳二极管314在如上所述检测出的信号的波纹超过一定的电压(齐纳电压、击穿电压)的情况下导通(ON、雪崩击穿)，从作为初级侧电解电容器劣化检测电路111的输出端子322向停止信号发生电路113(图1)输出触发信号。
还有，在作为初级侧电解电容器劣化检测电路111的输入端子321上连接初级侧直流端子147，从初级侧电解电容器102的纹波电压检测初级侧电解电容器102的劣化状态。这是因为初级侧电解电容器102劣化后等效串联电阻增大、电容量减少的情况发生时，在初级侧直流端子147纹波电压变大。
又，通过改变电阻(R11)311与电阻(R12)312的电阻比(R11/R12)，使分割点323的电压(电位)改变，能够调整施加于齐纳二极管314的电压。齐纳二极管314的齐纳电压特性的选择是受到制约的，因此在选择齐纳二极管314后，只要调整上述电阻比(R11/R12)，以施加适合该齐纳二极管314的特性的电压即可。
《次级侧电解电容器劣化检测电路·第1实施形态》
下面叙述次级侧电解电容器劣化检测电路112的具体电路结构。
图4是次级侧电解电容器劣化检测电路112的电路图，由齐纳二极管414构成。齐纳二极管414的阴极连接于次级侧电解电容器劣化检测电路112的输入端子421，又，该输入端子421连接于3次侧整流平滑化电路107的输出端子152。又，齐纳二极管414的阳极连接于次级侧电解电容器劣化检测电路112的输出端子422。
3次侧整流平滑化电路107输入变压器104的第3绕组N3感应产生的交流电，第3绕组N3受到第2绕组N2的交流电的感应。从而，次级侧电解电容器105劣化，等效串联电阻增大时，在次级侧电解电容器105的两端发生的电压也增大，从第2绕组N2向第3绕组N3传播，3次侧整流平滑化电路107的输出也电压变高。该电压随着次级侧电解电容器105的劣化而增大，超过规定的电压的情况下，齐纳二极管414导通，从作为次级侧电解电容器劣化检测电路112的输出端子422向停止信号发生电路113(图1)输出触发信号。
还有，次级侧电解电容器劣化检测电路112与初级侧电解电容器劣化检测电路111相比，是元件数目较少的简单的电路，其主要理由是利用变压器的特性。
这也是利用3次侧整流平滑化电路107的输出检测次级侧电解电容器105的劣化的情况的主要优势，也是导致成本降低，设置空间减小的原因。
还有，检测次级侧电解电容器105的劣化时，不采用使用对比文献1可以看到的那种晶体管的纹波电压检测电路和光电耦合器，因此能够谋求进一步较低成本和节省空间。
《停止信号发生电路·第1实施形态》
下面叙述停止信号发生电路113的具体电路结构。图5是表示停止信号发生电路113的结构的电路图。
在图5中，晶闸管(Thyristor)501的阴极连接于初级侧地线145，阳极与栅极分别连接于停止信号发生电路113的输出端子532与输入端子531。
电阻511连接于停止信号发生电路113的输入端子531与初级侧地线145之间。
还有，为了电路能够稳定工作(防止因噪声而发生错误动作)，有时候也将电容器512连接于停止信号发生电路113的输入端子531与初级侧地线145之间。
电阻511设定输入端子531的偏压。
停止信号发生电路113的输入端子531连接于初级侧电解电容器劣化检测电路111的输出端子322与次级侧电解电容器劣化检测电路112的输出端子422上。因此有来自初级侧电解电容器劣化检测电路111、或次级侧电解电容器劣化检测电路112的劣化检测信号、即触发信号时，晶闸管501导通。其结果是，停止信号发生电路113的输出端子532大致与初级侧地线145等电位。
停止信号发生电路113的输出端子532连接于图1的作为开关电路108的N型MOSFET的栅极。借助于触发信号，输出端子532大致与初级侧地线145等电位时，将N型MOSFET的栅极固定于初级侧地线145的电位上，使N型MOSFET处于截止状态。由于N型MOSFET处于截止状态，第1绕组N1中没有电流流动，第2绕组N2也没有电流流动。也就是说，开关电源电路停止工作。
《保护电路的动作·第1实施形态》
在以上所述中，对各电路结构和部分动作进行了叙述，而下面叙述作为整体的动作的大致情况，与上述内容会有部分重复。
开关电源装置在初级侧电路、次级侧电路分别搭载作为平滑用电容器的初级侧电解电容器102和次级侧电解电容器105。
作为检测初级侧电解电容器102的劣化的手段，有初级侧电解电容器劣化检测电路111，而作为检测次级侧电解电容器105的劣化的手段，有次级侧电解电容器劣化检测电路112。
初级侧电解电容器102劣化时，发生电容量减少和等效串联电阻(ESR)增大的情况，结果施加于初级侧电解电容器102的纹波电压增大。又，次级侧电解电容器105劣化时，发生电容量减少和等效串联电阻(ESR)增大的情况，结果在次级侧电解电容器105的两端上施加的电压增大。因此，利用初级侧电解电容器劣化检测电路111或次级侧电解电容器劣化检测电路112对其纹波电压或端子电压超过某一设定电压的情况进行检测，将触发信号发送到停止信号发生电路113。停止信号发生电路113接收上述触发信号，阻止来自脉冲宽度控制电路109的输出端子151的驱动信号，也就是使作为开关电路108的N型MOSFET的栅极大致与初级侧地线145等电位。
借助于此，使开关电路108停止开关动作，在开关电源电路(装置)的动作停止的同时，输出也停止。由于开关电源电路的动作停止，初级侧电解电容器102与次级侧电解电容器105中没有电流流动，焦耳热停止发生，从而，能够避免电解电容器发热和内部压力的上升，也能够避免其他零部件的异常发热，以保护开关电源电路。
《第1实施形态的补充》
还有，在图1中，如上所述在开关电源电路中具备输出誤差检测电路110，能够控制次级侧直流输出电压E2，将其保持于设定的电压。从而，即使是初级侧电解电容器102或次级侧电解电容器105的一些劣化、交流电源的输入电压A1的变动、直流负荷的变动、或其他要素的变化、变动发生，次级侧直流输出电压E2也保持规定的电压。
但是，初级侧电解电容器102或次级侧电解电容器105的劣化超过限度时，初级侧电解电容器劣化检测电路111或次级侧电解电容器劣化检测电路112检测出异常。
第2实施形态
下面叙述本发明第2实施形态。
＜电路结构·第2实施形态＞
图6表示本发明第2实施形态的大概电路结构。
图6的电路结构是基于表示第1实施形态的电路结构的图1形成的，是大致相同的电路。不同点在于，停止信号发生电路113的输出信号，在图1中连接于开关电路108的N型MOSFET的栅极，而在图6则连接于脉冲宽度控制电路109的电源端子即3次侧整流平滑化电路107的输出端子152。
其他电路结构由于图6与图1相同，因此其说明省略。
＜电路动作·第2实施形态＞
在图6中，初级侧电解电容器劣化检测电路111或次级侧电解电容器劣化检测电路112对初级侧电解电容器102或次级侧电解电容器105的劣化进行检测，停止信号发生电路113的输出信号大致与初级侧地线145等电位时，作为脉冲宽度控制电路109的电源端子的3次侧整流平滑化电路107的输出端子152也大致与初级侧地线145等电位。于是脉冲宽度控制电路109事实上没有得到电源提供，因此停止动作，停止从输出端子151向作为开关电路108的N型MOSFET的栅极提供驱动信号。其结果是，开关电源电路停止动作，因此初级侧电解电容器102与次级侧电解电容器105中没有电流流动，停止发生焦耳热，从而，也避免电解电容器发热和内部压力的上升，并且也避免其他零部件异常发热，保护了开关电源电路。
第3实施形态
下面叙述本发明第3实施形态。
＜电路结构·第3实施形态＞
图7表示本发明第3实施形态的大概电路结构。
图7的电路结构基于表示第1实施形态的电路结构的图1，因此是大致相同的电路。不同点在于，停止信号发生电路113的输出信号，在图1中连接于开关电路108的N型MOSFET的栅极，而在图7中，连接于对脉冲宽度控制电路109的输出信号的供给进行控制的控制端子153。
其他电路结构由于图7与图1相同，其说明省略。
＜电路动作·第3实施形态＞
在图7中，初级侧电解电容器劣化检测电路111或次级侧电解电容器劣化检测电路112对初级侧电解电容器102或次级侧电解电容器105的劣化进行检测，停止信号发生电路113的输出信号大致与初级侧地线145等电位时，脉冲宽度控制电路109的控制端子153大致与初级侧地线145等电位。于是，脉冲宽度控制电路109停止从输出端子151提供驱动信号。
其结果是，对作为开关电路108的N型MOSFET的栅极停止提供驱动信号，大致固定于初级侧地线145的电位。于是，开关电源电路停止动作，因此初级侧电解电容器102与次级侧电解电容器105中没有电流流动，焦耳热的发生停止，从而，避免了电解电容器的发热和内部压力的上升，也避免了其他零部件的异常发热，开关电源电路得以保护。
其他实施形态
在图3中，表示初级侧电解电容器劣化检测电路111具备电阻311和电阻312，但是也有通过设定初级侧电路的直流电压，去除任一电阻或两电阻的情况。
又，在图3、图4、图5中，分别表示初级侧电解电容器劣化检测电路111、次级侧电解电容器劣化检测电路112、停止信号发生电路113的电路例子，但是这些电路不过是一个例子。也可以采用有相同功能的别的电路结构。
又可以将这些电路(111、112、113)与脉冲宽度控制电路109形成一体，实施集成电路化，作为整体，使占有面积(体积)紧凑化，使电路元件数最小化。
又，图1中开关电路108表示为采用N型MOSFET的例子，但是如果改变从脉冲宽度控制电路109的输出端子151输出的驱动信号波形的极性，也可以采用P型MOSFET。
而且不限定于MOSFET，例如也可以采用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor；绝缘栅双极晶体管)。
又可以使热熔断器紧贴初级侧电解电容器102、次级侧电解电容器105，利用热熔断器检测伴随电解电容器的劣化发生的温度上升，利用热熔断器的断开，使脉冲宽度控制电路109的驱动信号停止，以保护开关电源电路(装置)。
又可以在初级侧整流电路101与初级侧电解电容器102之间挿入防止在电源接通时初级侧电解电容器劣化检测电路111误认初级侧电解电容器102劣化的误检防止电路801(图8)。
如上所述，初级侧电解电容器劣化检测电路111在初级侧电解电容器102的两端发生的纹波电压在规定的基准电压以上时，判定初级侧电解电容器102已劣化，脉冲宽度控制电路109所控制的开关电路108的动作停止。但是，想要检测的纹波电压的频率与电源接通时初级侧电解电容器102的端子电压的上升时间(的倒数)换算为频率的值近似，由于电源接通时的定时(タイミング)的关系，初级侧电解电容器劣化检测电路111有可能误检，使开关电路108停止工作。从而，存在开关电源电路不正常工作的可能性。
误检防止电路801是防止该电源接通时发生误检的电路。
下面参照图8和图9对该误检防止电路801进行说明。
《误检防止电路》
图8是表示本发明第1实施形态的初级侧整流电路101与初级侧电解电容器102之间插入误检防止电路801的结构的电路图。
图9是表示误检防止电路801的详细结构例的电路图。
在图9中，电阻(第1电阻)821连接于初级侧整流电路101的二极管123(图8)与二极管124(图8)各自的阴极的连接点、即第1直流输出端子(以下称为第1直流输出端子)与初级侧直流端子147之间。电阻(第2电阻)822的一端连接于初级侧整流电路101的第1直流输出端子，另一端连接于电容器831的一端。电容器831的另一端连接于初级侧地线145。电阻(第3电阻)823并联连接于电容器831。
还有，初级侧整流电路101的二极管121(图8)与二极管122(图8)各自的阳极的连接点、即第2直流输出端子(以下称为第2直流输出端子)连接于初级侧地线145。
晶闸管811的阳极连接于初级侧整流电路101的第1直流输出端子，阴极连接于初级侧直流端子147。又，晶闸管811的栅极连接于串联连接的电阻822与电容器831的连接点。
又，初级侧电解电容器102也如图8、图9所示，连接于初级侧直流端子147与初级侧地线145之间。还有，初级侧地线145连接于初级侧整流电路101的第2直流输出端子。
又，在图9中初级侧整流电路101将图8的初级侧整流电路101的二极管电桥简化表示。
如上所述，在初级侧整流电路101的第1直流输出端子与初级侧电解电容器102之间，为了使电源刚接通时的上升时间放慢，串联插入电阻821。
在电源刚接通时，初级侧电解电容器102两端的电压借助于电阻821与初级侧电解电容器102的电流路径上升，按照电阻821与初级侧电解电容器102决定的时间常数上升。还有，该时间常数设定为比初级侧电解电容器102劣化时两端上发生的纹波电压的频率的倒数大得多的数值。
又，电源刚接通时，晶闸管811的栅极电压也按照由电阻822、电阻823、电容器831决定的时间常数缓慢上升。电源刚接通时，在电容器831中几乎没有电荷蓄积，因此等效阻抗比电阻823小得多，作为电流路径，与电阻823相比，电容器831更处于支配地位，因此晶闸管811的栅极电压从0(初级侧地线145的电位)按照电阻822与电容器831决定的时间常数缓慢上升。从而，电源刚接通时晶闸管811截止。
电源接通后经过比由电阻821与电容器102决定的时间常数长得多的时间，初级侧电解电容器102两端的电压达到足以使开关电源电路动作的电压。但是，由于电阻821存在于初级侧整流电路101与初级侧电解电容器102之间，对使开关电源电路动作的电流的充分流动形成障碍，或构成大能量损失的原因。
电源接通后，随着电荷在电容器831上的蓄积，电容器831的等效阻抗增加，晶闸管811的栅极电压按照由电阻822、电阻823、电容器831决定的时间常数上升，不久达到触发电压，晶闸管811即导通。
导通的晶闸管811的内部电阻的电阻值与电阻821的电阻值相比是非常小的，而且并联连接于电阻821，因此从初级侧整流电路101流向初级侧电解电容器102或初级侧直流端子147的电流经由晶闸管811。
又，导通的晶闸管811的内部电阻足够小，因此具备误检防止电路801造成的能量损失非常小。
又，电容器831内有电荷充分蓄积时，等效阻抗过高，晶闸管811的栅极电压可能会变得不稳定，为了在电源切断时去除在电容器831中蓄积的电荷，将电阻823并联连接于电容器831。还有，在电容器831中充分蓄积电荷的情况下，晶闸管811的栅极电压为初级侧整流电路101的第1直流输出端子与直流输出端子间的电压利用电阻822与电阻823分压得到的电压。
由于具备如上所述结构的误检防止电路801，能够防止电源接通时初级侧电解电容器劣化检测电路111的误检引发开关电源电路的错误动作。
还有，图9所示的误检防止电路801不过是电路结构之一例。
例如，即使是去除电阻823也能够实现大致相同的电路动作。
又可以取代晶闸管811，采用MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor)或IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)构成。
又，图8所示的电路结构是在图1的第1实施形态中插入误检防止电路801的电路结构，但是在图6的第2实施形态或图7的第3实施形态中同样插入误检防止电路801也能够得到相同的效果。
(本申请的发明、实施形态的补充)
如上所述，本实施形态的带保护功能的开关电源电路，具备检测初级侧电路与次级侧电路中的平滑电路的电解电容器的劣化，自动使开关电源电路停止动作，以防止电解电容器的劣化引起的损坏事故于未然的功能。
特别是利用齐纳二极管414从3次侧整流平滑化电路107的输出电压检测次级侧电解电容器105的劣化的检测方法和电路，使得次级侧电解电容器劣化检测电路以及电路构成与在先技术文献举出的公开技术相比可大幅度削减，能够实现电路元件数目和元件、配线的占有面积(体积)紧凑化，也能够降低成本，效果很大。
又，本实施形态的上述方法和电路，其特征在于，不改变已有的开关电源电路，只是添加简单的电路元件就能够实现。
101  初级侧整流电路
102  初级侧电解电容器
103  初级侧整流平滑化电路
104  变压器
105  次级侧电解电容器
106  次级侧整流平滑化电路
107  3次侧整流平滑化电路
108  开关电路
109  脉冲宽度控制电路(PWM)
110  输出誤差检测电路
111  初级侧电解电容器劣化检测电路(Det1)
112  次级侧电解电容器劣化检测电路(Det2)
113  停止信号发生电路
121、122、123、124  二极管
125  二极管、次级侧整流电路
126  二极管、3次侧整流电路
127  平滑电容器
131  电阻(R1)
132  电阻(R2)
133、160、161、162、511  电阻
134  分路调节器
135  分路调节器REF端子
137  光电耦合器
138  发光二极管
139 光电晶体管
141、142 交流电源端子
143、144 次级侧直流输出端子
145 初级侧地线
146 次级侧地线
147 初级侧直流端子
151 输出端子
152 3次侧整流平滑化电路的输出端子
153 控制端子
154 控制用的输入端子
310、512、831 电容器
311 电阻(R11)
312 电阻(R12)
313 二极管
314、414 齐纳二极管
321、421、531 输入端子
322、422、532 输出端子
323 分割点
501、811 晶闸管
801 误检防止电路
821 电阻(第1电阻)
822 电阻(第2电阻)
823 电阻(第3电阻)
A1 交流电压、输入电压
E2 次级侧直流输出电压
N1 第1绕组、第1绕组数
N2 第2绕组、第2绕组数
N3 第3绕组、第3绕组数。

Claims (10)

1.一种带保护功能的开关电源电路，其特征在于，
具备
具有第1绕组、第2绕组、第3绕组的变压器、
将交流电变换为直流电的初级侧整流电路、
使所述初级侧整流电路的直流电平滑化的初级侧电解电容器、
将所述变压器的第2绕组输出的交流电变换为直流电的次级侧整流电路、
使所述次级侧整流电路输出的直流电平滑化的次级侧电解电容器、
将所述变压器的第3绕组输出的交流电变换为直流电并使其平滑化的3次侧整流平滑化电路、
反复开闭输入所述初级侧电解电容器的电压的所述变压器的第1绕组的开关电路、
对控制所述开关电路的开闭的驱动信号的脉冲宽度进行控制的脉冲宽度控制电路、
检测所述次级侧电解电容器的劣化的次级侧电解电容器劣化检测电路、以及
输入所述次级侧电解电容器劣化检测电路的劣化检测信号的停止信号发生电路；
所述次级侧电解电容器劣化检测电路输入所述3次侧整流平滑化电路的输出电压，所述停止信号发生电路利用所述次级侧电解电容器劣化检测电路的劣化检测信号发生停止信号，以此停止从所述脉冲宽度控制电路向所述开关电路提供驱动信号，以使开关电源电路停止工作。
2.一种带保护功能的开关电源电路，其特征在于，
具备
具有第1绕组、第2绕组、第3绕组的变压器、
将交流电变换为直流电的初级侧整流电路、
使所述初级侧整流电路的直流电平滑化的初级侧电解电容器、
将所述变压器的第2绕组输出的交流电变换为直流电的次级侧整流电路、
使所述次级侧整流电路输出的直流电平滑化的次级侧电解电容器、
将所述变压器的第3绕组输出的交流电变换为直流电并使其平滑化的3次侧整流平滑化电路、
反复开闭输入所述初级侧电解电容器的电压的所述变压器的第1绕组的开关电路、
对控制所述开关电路的开闭的驱动信号的脉冲宽度进行控制的脉冲宽度控制电路、
检测所述初级侧电解电容器的劣化的初级侧电解电容器劣化检测电路、
检测所述次级侧电解电容器的劣化的次级侧电解电容器劣化检测电路、以及
输入所述初级侧电解电容器劣化检测电路与所述次级侧电解电容器劣化检测电路的劣化检测信号的停止信号发生电路；
所述初级侧电解电容器劣化检测电路输入所述初级侧电解电容器的电压，
所述次级侧电解电容器劣化检测电路输入所述3次侧整流平滑化电路的输出电压，
所述停止信号发生电路利用所述初级侧电解电容器劣化检测电路或所述次级侧电解电容器劣化检测电路的劣化检测信号发生停止信号，以此阻止从所述脉冲宽度控制电路向所述开关电路提供驱动信号，以使开关电源电路停止工作。
3.根据权利要求1～2中的任一项所述的带保护功能的开关电源电路，其特征在于，
所述停止信号发生电路的输出端子连接于所述开关电路的控制输入端子，从所述停止信号发生电路输出停止信号，以此阻止从所述脉冲宽度控制电路向所述开关电路输出的驱动信号，使开关电源电路停止工作。
4.根据权利要求1～2中的任一项所述的带保护功能的开关电源电路，其特征在于，
所述停止信号发生电路的输出端子连接于所述脉冲宽度控制电路的电源端子，从所述停止信号发生电路输出停止信号，以停止对所述脉冲宽度控制电路的电源供给，使开关电源电路的工作停止。
5.根据权利要求1～2中的任一项所述的带保护功能的开关电源电路，其特征在于，
所述停止信号发生电路的输出端子连接于所述脉冲宽度控制电路的振荡停止端子，所述停止信号发生电路的输出信号与初级侧地线相同电位，因而所述脉冲宽度控制电路的振荡停止，停止对所述开关电路提供驱动信号，使开关电源电路的工作停止。
6.根据权利要求2所述的带保护功能的开关电源电路，其特征在于，
所述初级侧电解电容器劣化检测电路、或所述次级侧电解电容器劣化检测电路具备齐纳二极管。
7.根据权利要求6所述的带保护功能的开关电源电路，其特征在于，
所述初级侧电解电容器劣化检测电路还具备电容器、电阻、以及二极管。
8.根据权利要求2、6或7所述的带保护功能的开关电源电路，其特征在于，所述停止信号发生电路具备晶闸管。
9.根据权利要求2所述的带保护功能的开关电源电路，其特征在于，还在所述初级侧整流电路与所述初级侧电解电容器之间具备防止电源接通时所述初级侧电解电容器劣化检测电路对所述初级侧电解电容器的劣化检查发生误检的误检防止电路。
10.根据权利要求9所述的带保护功能的开关电源电路，其特征在于，所述误检防止电路具备
连接于所述初级侧整流电路的第1直流输出端子与所述初级侧电解电容器的初级侧直流端子之间的第1电阻、
一端连接于所述第1直流输出端子的第2电阻、
连接于该第2电阻的另一端与所述初级侧电解电容器的初级侧地线之间的第3电阻、
连接于所述第2电阻的另一端与所述初级侧电解电容器的初级侧地线之间的电容器、以及阳极连接于所述第1直流输出端子，阴极连接于所述初级侧直流端子，栅极连接于所述第2电阻与所述电容器的连接点的晶闸管。
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