CN103683950B

CN103683950B - 开关电源装置

Info

Publication number: CN103683950B
Application number: CN201310424910.8A
Authority: CN
Inventors: 小池宪吾
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Current assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 2012-09-21
Filing date: 2013-09-17
Publication date: 2016-01-27
Anticipated expiration: 2033-09-17
Also published as: JP2014064392A; CN103683950A

Abstract

本发明提供开关电源装置，其能够减轻感温元件的消耗电力。开关电源装置具有：控制电路（Z1），其使开关元件进行导通截止动作；热敏电阻，其检测温度；过热保护电路（Z14），当根据热敏电阻的检测结果检测到异常发热时，该过热保护电路（Z14）使开关元件（Q1）的导通截止动作停止；以及省电电路（突发比较器（COMP2），与电路（AND1）），其根据2次侧的输出电压，使开关元件（Q1）的导通截止动作间歇地进行，当开关元件（Q1）的导通截止动作停止时，过热保护电路（Z14）与省电电路所致的开关元件（Q1）的导通截止动作的间歇动作同步地停止热敏电阻（TH）的温度的检测动作。

Description

开关电源装置

技术领域

本发明涉及通过开关动作进行输出电压控制的开关电源装置，特别涉及具有使用检测温度的感温元件的过热保护电路的开关电源装置。

背景技术

开关电源装置在被密闭的适配器用途中，设有使用热敏电阻（thermistor）作为感温元件的过热保护电路。热敏电阻是电阻值随温度变化而变化的元件，过热保护电路根据热敏电阻的电阻值来检测异常发热，使开关动作停止（例如，参照专利文献1）。

专利文献1：日本特开2002-76868号公报

然而，为了通过感温元件检测温度，需要向感温元件提供电力。例如，为了检测热敏电阻中的电阻值的变化，需要向热敏电阻提供电力。因此，在现有技术中，为了通过感温元件检测温度需要消耗电力，特别是在负载开路时减轻无负载消耗电力十分重要的适配器中，存在向该感温元件的电力供给妨碍了消耗电力减轻这样的问题。

发明内容

本发明鉴于上述问题点来解决现有技术的上述问题，其目的在于提供一种能够减轻感温元件的消耗电力的开关电源装置。

本发明的开关电源装置，其具有：变压器，其向1次绕组施加输入电压；开关元件，其与该变压器的1次绕组连接；控制电路，其使该开关元件进行导通截止动作；以及2次侧整流平滑电路，其对由于所述开关元件的导通截止动作而在所述变压器的2次绕组中感应出的脉冲电压进行整流平滑，作为输出电压输出到负载，该开关电源装置的特征在于具有：感温元件，其检测温度；过热保护电路，当根据该感温元件的检测结果检测到异常发热时，该过热保护电路使所述开关元件的导通截止动作停止；以及省电电路，其根据2次侧的所述负载使所述开关元件的导通截止动作间歇地进行，当所述开关元件的导通截止动作停止时，所述过热保护电路与所述省电电路所致的所述开关元件的导通截止动作的间歇进行同步地使所述感温元件的温度的检测动作停止。

此外，也可以是，在本发明的开关电源装置中，所述过热保护电路具有开关元件，当所述开关元件的导通截止动作停止时，该开关元件与所述省电电路所致的所述开关元件的导通截止动作的间歇进行同步地切断向所述感温元件的电力供给。

此外，也可以是，在本发明的开关电源装置中，所述感温元件是电阻值根据温度变化而变化的热敏电阻，所述过热保护电路根据所述热敏电阻的电阻值检测异常发热。

根据本发明，在无负载状态或者轻负载状态下，能够在大部分期间内使感温元件的检测动作停止，因此具有能够减轻感温元件的消耗电力的效果。

附图说明

图1是示出本发明的开关电源装置的实施方式的电路结构的电路结构图。

图2是示出图1所示的控制电路的电路结构的电路结构图。

图3是示出额定负载状态和过负载状态下的图2的各部的信号波形和动作波形的波形图。

图4是示出无负载状态或者轻负载状态下的图2的各部的信号波形和动作波形的波形图。

图5是示出本发明的开关电源装置的实施方式的应用例的电路结构图。

标号说明

AC交流电源

AND1与电路

C1，C2，C3电解电容器

C4，C5，C6电容器

COMP1低电压误动作防止（UVLO）电路

COMP2突发比较器

COMP3振荡控制用比较器

COMP4锁存比较器

D1，D2整流二极管

D3二极管

DB整流电路

EA误差放大器

FF1，FF2触发器

PC光耦合器

Q1开关元件

Q2开关元件

R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7，R8，R9，R10，R11电阻

T变压器

VR可变电压

Vref1，Vref2，Vref3，Vref4基准电压

Z1控制电路

Z2缓冲电路

Z3反馈电路

Z10起动电路

Z11恒压电路

Z12振荡电路

Z13驱动电路

Z14过热保护电路

Z15反转电路

Z16初始化电路

具体实施方式

参照图1，本实施方式的开关电源装置具有整流电路DB、电解电容器C1、C2、C3、开关元件Q1、变压器T、整流二极管D1，D2、电阻R1、R2、电容器C4、C5、控制电路Z1、缓冲电路Z2、反馈电路Z3。

在控制电路Z1的锁存（Latch）端子与接地（GND）端子之间，连接有热敏电阻TH，在控制电路Z1中内置有使用热敏电阻TH的过热保护电路。另外，在本实施方式中，使用电阻值根据温度上升而上升的PTC（PositiveTemperatureCoefficient：正温度系数）热敏电阻作为热敏电阻TH。也可以使用电阻值根据温度上升而减少的NTC（negativetemperaturecoefficient：负温度系数）热敏电阻，或者当超过预定温度时电阻值急剧减少的CTR（criticaltemperatureresistor）热敏电阻。

桥接二极管构成的整流电路DB的交流输入端子ACin1、ACin2与交流电源AC连接，从交流电源AC输入的交流电压被全波整流，并从整流电路DB输出。在整流电路DB的整流输出正极端子与整流输出负极端子之间连接有电解电容器C1。由此，能够得到通过整流电路DB和电解电容器C1对交流电源AC进行整流平滑后的直流电源。

在电解电容器C1的正极端子与负极端子之间，串联连接有变压器T的一次绕组P1、开关元件Q1、电阻R1。由此，被整流平滑后的直流电源作为输入电压被施加到变压器T的一次绕组P1。开关元件Q1由N型的功率MOSFET（MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor：金属氧化物半导体场效应晶体管）构成，开关元件Q1的漏极端子与变压器T的一次绕组P1连接，并且开关元件Q1的源极端子与电阻R1连接，开关元件Q1的栅极端子与控制电路Z1的驱动输出（DRIVE）端子连接。此外，电解电容器C1的正极端子与控制电路Z1的起动电压输入（START）端子连接，电解电容器C1的负极端子与控制电路Z1的GND端子连接。

控制电路Z1是用于进行使开关元件Q1振荡（导通截止）动作的开关控制的电路，通过整流电路DB和电解电容器C1对交流电源AC进行整流平滑后的直流电源（输入电压），通过经由变压器T的1次绕组P1而连接的开关元件Q1的导通截止动作，在截止期间内被输出到变压器T的二次绕组S1。在变压器T的二次侧绕组S1的两端子间，经由整流二极管D1连接电解电容器C2，在变压器T的二次侧绕组S1中感应出的脉冲电压通过由整流二极管D1和电解电容器C2构成的二次侧整流平滑电路被整流平滑，向连接于正极输出端子OUT+与接地输出端子OUT-之间的未图示的负载提供直流的输出电压。另外，与正极输出端子OUT+连接的线是电源线，连接接地输出端子OUT-的线是GND线。另外，在1次侧的电解电容器C1的负极端子与二次侧的GND线之间连接有用于使共模噪声降低的电容器C4。

在变压器T的辅助绕组P2的两端子间经由整流二极管D2和电阻R2连接电解电容器C3，整流二极管D2与电解电容器C3之间的连接点和控制电路Z1的控制电路电源电压输入（Vcc）端子连接。由此，在辅助绕组P2中产生的电压在被整流二极管D2和电解电容器C3整流平滑后，提供给控制电路Z1的Vcc端子，用作控制电路Z1用的控制电路电源。

缓冲电路Z2是保护电路，其连接于变压器T的一次绕组P1之间，吸收在开关元件Q1切断时产生的过渡的高电压。缓冲电路Z2由二极管D3、电容器C5、电阻R3构成。二极管D3的阳极连接于开关元件Q1的漏极端子与变压器T的一次绕组P1之间的连接点。此外，电容器C5和电阻R3并联连接在二极管D3的阴极和电解电容器C1的正极端子与变压器T的一次绕组P1的连接点之间。

反馈电路Z3由光耦合器PC、误差放大器EA、电阻R4，R5，R6，R7、电容器C7构成。在电源线与GND线之间，电阻R4、光耦合器PC的发光侧元件（发光二极管）、误差放大器EA串联连接，电阻R5与串联连接的电阻R4和光耦合器PC的发光侧元件（发光二极管）并联连接。此外，在电源线与GND线之间串联连接有分压用的电阻R6和电阻R7，电阻R6与电阻R7之间的连接点和误差放大器EA的控制端子a连接。此外，在电阻R6与电阻R7的连接点和光耦合器PC的发光侧元件（发光二极管）与误差放大器EA的连接点之间，连接有电容器C6。由此，被输出到正极输出端子OUT+与接地输出端子OUT-之间的输出电压通过电阻R6、R7被分压，被分压后的输出电压被输出到误差放大器EA的控制端子a。将被分压的输出电压与内置于误差放大器EA中的未图示的基准电压进行比较，将该差分作为反馈信号从二次侧的光耦合器PC的发光侧元件（发光二极管）反馈到1次侧的光耦合器PC的受光侧元件（受光晶体管）。

在控制电路Z1的反馈信号输入（FB）端子与电解电容器C1的负极端子之间，光耦合器PC的受光侧元件（受光晶体管）与电容器C5并联连接，反馈信号被输入到控制电路Z1的FB端子。此外，开关元件Q1的源极端子和电阻R1的连接点与控制电路Z1的过电流检测（OCP）端子连接，流过开关元件Q1的漏极电流通过电阻R1被检测为电压信号，所检测到的电压信号被输入到控制电路Z1的OCP端子。

参照图2，控制电路Z1具有起动电路Z10、低电压误动作防止（UVLO）电路COMP1、恒压电路Z11、突发比较器COMP2、振荡控制用比较器COMP3、振荡电路Z12、触发器FF1、与电路AND1、驱动电路Z13、可变电压VR、基准电压Vref1、Vref2、电阻R8、过热保护电路Z14。

起动电路Z10是连接在与电解电容器C1的正极端子连接的START端子和与电解电容器C3的正极端子连接的Vcc端子之间，在起动时进行动作，向与Vcc端子连接的电解电容器C3提供恒流的恒流电路。

UVLO电路COMP1是对电解电容器C3（Vcc端子）的电压Vcc与可变电压VR进行比较的比较电路。UVLO电路COMP1的非反转输入端子与Vcc端子连接，反转输入端子与可变电压VR连接，从UVLO电路COMP1的输出端子输出的输出信号在电压Vcc超过可变电压VR时成为Hi电平，在电压Vcc为可变电压VR以下时成为Low电平。来自UVLO电路COMP1的输出信号被输入到可变电压VR，在来自UVLO电路COMP1的输出信号为Low电平的情况下，可变电压VR被设定为第1基准电压Va（例如，15V），在来自UVLO电路COMP1的输出信号为Hi电平的情况下，可变电压VR被设定为比第1基准电压Va低的第2基准电压Vb（例如，10V）。由此，UVLO电路COMP1的输出信号具有滞后特性，当电压Vcc超过第1基准电压Va时，成为Hi电平，当电压Vcc为第2基准电压Vb以下时，成为Low电平。

此外，UVLO电路COMP1的输出端子与恒压电路Z11连接。恒压电路Z11在UVLO电路COMP1的输出信号为Hi电平时进行动作，分别提供用于控制电路Z1的各部进行动作的电源电压。即，UVLO电路COMP1的输出信号是控制控制电路Z1的导通截止的信号，在控制电路Z1稳定动作时（开关动作时），UVLO电路COMP1的输出信号为Hi电平。因此，可变电压VR的第1基准电压Va是控制电路Z1的动作开始电压，可变电压VR的第2基准电压Vb是控制电路Z1的动作停止电压。

此外，UVLO电路COMP1的输出端子与起动电路Z10连接。起动电路Z10在来自UVLO电路COMP1的输出信号为Low电平时进行动作，在来自UVLO电路COMP1的输出信号为Hi电平时停止动作。即，起动电路Z10在起动时，在Vcc端子的电压Vcc超过第1基准电压Va之前进行动作，在电压Vcc达到第1基准电压Va后停止动作。

突发比较器COMP2是对FB端子的电压VFB和基准电压Vref1进行比较的比较电路。突发比较器COMP2的非反转输入端子与FB端子连接，反转输入端子与基准电压Vref1连接，从突发比较器COMP2的输出端子输出的输出信号在电压VFB超过基准电压Vref1时成为Hi电平，在电压VFB为基准电压Vref1以下时成为Low电平。另外，FB端子的电压VFB成为通过电阻R8和与FB端子连接的光耦合器PC的受光侧素子（受光晶体管）对基准电压Vref2进行分压后得到的值。

振荡控制用比较器COMP3是对OCP端子的电压VOCP和FB端子的电压VFB进行比较的比较电路。振荡控制用比较器COMP3的非反转输入端子经由偏移电压与OCP端子连接，反转输入端子与FB端子连接，从振荡控制用比较器COMP3的输出端子输出的输出信号在电压VOCP超过电压VFB时成为Hi电平，在电压VOCP为电压VFB以下时成为Low电平。

突发比较器COMP2的输出端子与振荡电路Z12和与电路AND1的输入端子连接，振荡电路Z12在来自突发比较器COMP2的输出信号为Hi电平时进行动作。此外，振荡控制用比较器COMP3的输出端子与触发器FF1的重置（R）端子连接，在触发器FF1的设置（S）端子上连接有振荡电路Z12。此外，触发器FF1的输出（Q）端子和与电路AND1的输入端子连接。由此，在突发比较器COMP2的输出信号为Hi电平，并且触发器FF1通过振荡电路Z12被置位，Q端子的输出信号为Hi电平的情况下，与电路AND1的输出信号成为Hi电平，通过驱动电路Z13，开关元件Q1被导通。而且，当触发器FF1通过来自振荡控制用比较器COMP3的输出信号被复位，Q端子的输出信号成为Low电平时，与电路AND1的输出信号成为Low电平，开关元件Q1被截止。由此，进行开关元件Q1的导通截止动作。此外，即便在突发比较器COMP2的输出信号成为Low电平的情况下，与电路AND1的输出信号也成为Low电平，开关元件Q1被截止，开关元件Q1的导通截止动作被停止。即，突发比较器COMP2和与电路AND1作为根据2次侧的输出电压（FB端子的电压）而使开关元件Q1的导通截止动作间歇进行的省电电路进行工作。

过热保护电路Z14具有开关元件Q2、电阻R9、反转电路Z15、锁存比较器COMP4、基准电压Vref3、触发器FF2、初始化电路Z16。

开关元件Q2是P型功率MOSFET（MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor：金属氧化物半导体场效应晶体管），在控制电路Z1的基准电压Vref4与Latch端子之间，串联连接有开关元件Q2和电阻R9。此外，开关元件Q2的栅极端子经由反转电路Z15与突发比较器COMP2的输出端子连接，开关元件Q2在突发比较器COMP2的输出信号为Hi电平时被导通，在突发比较器COMP2的输出信号为Low电平时被截止。由于开关元件Q2的截止，对与Latch端子连接的热敏电阻TH进行偏置的电阻R9成为开路。

锁存比较器COMP4是对Latch端子的电压VLatch与基准电压Vref3进行比较的比较电路。锁存比较器COMP4的非反转输入端子与Latch端子连接，反转输入端子与基准电压Vref3连接，从突发比较器COMP2的输出端子输出的输出信号在电压VLatch超过基准电压Vref3时成为Hi电平，在电压VLatch为基准电压Vref3以下时成为Low电平。突发比较器COMP2的输出端子与触发器FF2的置位（S）端子连接，触发器FF2的反转输出（Q^-）端子和与电路AND1的输入端子连接。此外，触发器FF2的复位（R）端子与初始化电路Z16连接。

图3是示出额定负载状态和过负载状态下的图2所示的控制电路Z1的各部的信号的时序图，（a）表示突发比较器COMP2的输出信号，（b）表示来自DRIVE端子的输出信号，（c）表示Latch端子的电压VLatch，（d）表示触发器FF2的输出信号Q^-。

在额定负载状态下，如图3的（a）所示，突发比较器COMP2的输出信号为Hi电平，如图3的（b）所示，进行通常的开关（振荡）动作。此外，由于突发比较器COMP2的输出信号是Hi电平，因此过热保护电路Z14的开关元件Q2成为截止状态，Latch端子的电压VLatch成为通过电阻R9和与Latch端子连接的热敏电阻TH对控制电路Z1的基准电压Vref4进行分压后得到的值。

在时刻t1成为过负载状态，例如在开关元件Q1等温度发热源异常发热的情况下，热敏电阻TH的电阻值上升，如图3的（c）所示，Latch端子的电压VLatch上升。然后，在时刻t2，当Latch端子的电压VLatch超过基准电压Vref3时，锁存比较器COMP4的输出信号被反转为Hi电平，触发器FF2被置位。在触发器FF2被置位后，如图3的（d）所示，触发器FF2的输出信号Q^-被反转为Low电平，与电路AND1被切断，如图3的（b）所示，开关（振荡）动作被停止。这样，过热保护电路Z14进行工作而使开关（振荡）动作停止，由能够防止进一步的异常发热或冒烟起火等。

图4是示出无负载状态或者轻负载状态下的图2所示的控制电路Z1的各部的信号的时序图，（a）表示突发比较器COMP2的输出信号，（b）表示来自DRIVE端子的输出信号，（c）表示Latch端子的电压VLatch，（d）表示触发器FF2的输出信号Q^-。

在无负载状态或者轻负载状态下，在2次侧基本没有消耗电力，因此如图4的（a）所示，突发比较器COMP2的输出信号间歇地成为Hi电平，如图4的（b）所示，间歇地进行通常的开关（振荡）动作。例如，在无负载状态的情况下，突发比较器COMP2的输出信号为Hi电平且进行开关（振荡）动作的期间只不过0.01～10％，与其他突发比较器COMP2的输出信号为Low电平且开关（振荡）动作被停止的期间相比极短。

在突发比较器COMP2的输出信号为Low电平的情况下，过热保护电路Z14的开关元件Q2成为截止状态。由此，对热敏电阻TH进行偏置的电阻R9成为开路，不会由于热敏电阻TH而消耗电力。即，在本实施方式中，仅在进行开关（振荡）动作的期间内使热敏电阻TH进行工作，在不进行开关（振荡）动作的期间内，切断向热敏电阻TH的电力供给。另外，在无负载状态或者轻负载状态下，不需要过热检查，因此切断向热敏电阻TH的电力供给也不会产生问题。由此，例如，在无负载状态的情况下，能够在突发比较器COMP2的输出信号为Low电平且不进行开关（振荡）动作的90～99.99％的期间内切断向热敏电阻TH的电力供给，能够大幅降低热敏电阻TH的消耗电力。

如以上说明的那样，根据本实施方式，具有：变压器T，其向1次绕组P1施加输入电压；开关元件Q1，其与变压器T的1次绕组P1连接；控制电路Z1，其使开关元件Q1进行导通截止动作；以及2次侧整流平滑电路（整流二极管D1，电解电容器C2），其对由于开关元件Q1的导通截止动作而在变压器T的2次绕组S1中感应出的脉冲电压进行整流平滑，作为输出电压输出到负载，还具有：感温元件（热敏电阻TH），其检测温度；过热保护电路Z14，当根据感温元件（热敏电阻TH）的检测结果检测到异常发热时，该过热保护电路Z14使开关元件Q1的导通截止动作停止；以及省电电路（突发比较器COMP2，与电路AND1），其根据2次侧的负载使开关元件Q1的导通截止动作间歇地进行，过热保护电路Z14构成为，当开关元件Q1的导通截止动作停止时，与省电电路所致的开关元件Q1的导通截止动作的间歇动作同步地停止感温元件（热敏电阻TH）的温度的检测动作。通过该结构，在无负载状态或者轻负载状态下，能够在大部分的期间内停止感温元件（热敏电阻TH）的检测动作，能够大幅消减待机时的消耗电力。特别是在适配器用途的情况下，存在输出端子成为开路的情况，当输出端子成为开路时，间歇动作的截止期间延长，使感温元件（热敏电阻TH）的检测动作停止的期间变长，因此能够大幅降低开关电源装置整体的无负载时的消耗电力。

此外，根据本实施方式，过热保护电路Z14具有开关元件Q2，当开关元件Q1的导通截止动作停止时，该开关元件Q2与省电电路进行的开关元件Q1的导通截止动作的间歇动作同步地切断向感温元件（热敏电阻TH）的电力供给。根据该结构，仅通过设置根据省电电路的输出信号而被导通截止的开关元件Q2，就能够切断向感温元件（热敏电阻TH）的电力供给。

以上，通过具体的实施方式对本发明进行了说明，但上述实施方式是一例，当然能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行变更而实施。例如，在本实施方式中，如图所示，对使用回扫式变压器的例子进行了说明，但也可以使用顺向式变压器或半桥式变压器。此外，在本实施方式中，在2次侧输出设置有基于误差放大器、电阻、光耦合器的电压检测电路，示出了所谓的2次侧检测（SSR;Secondary-SideRegulated）的例子，但也可以如图5所示，使用通过1次侧的補助绕组电压间接地控制输出电压的方式，即所谓的1次侧检测（PSR;Primary-SideRegulated）。PSR是通过监视在变压器T的補助绕组P2中产生的回扫电压来间接地控制2次侧输出电压的方式，也可以将在補助绕组P2中产生的回扫电压（电阻R10与R11的分压）输入到FB端子，使省电电路动作。

Claims

1.一种开关电源装置，其具有：变压器，其向1次绕组施加输入电压；第一开关元件，其与该变压器的1次绕组连接；控制电路，其使该第一开关元件进行导通截止动作；以及2次侧整流平滑电路，其对由于所述第一开关元件的导通截止动作而在所述变压器的2次绕组中感应出的脉冲电压进行整流平滑，作为输出电压输出给负载，

该开关电源装置的特征在于具有：

感温元件，其检测温度；

过热保护电路，当根据该感温元件的检测结果检测到异常发热时，该过热保护电路使所述第一开关元件的导通截止动作停止；以及

省电电路，其根据2次侧的所述负载使所述第一开关元件的导通截止动作间歇地进行，

当所述第一开关元件的导通截止动作停止时，所述过热保护电路与所述省电电路所致的所述第一开关元件的导通截止动作的间歇动作同步地使所述感温元件的温度的检测动作停止。

2.根据权利要求1所述的开关电源装置，其特征在于，

所述过热保护电路具有第二开关元件，当所述第一开关元件的导通截止动作停止时，该第二开关元件与所述省电电路所致的所述第一开关元件的导通截止动作的间歇动作同步地切断向所述感温元件供给的电力。

3.根据权利要求1或2所述的开关电源装置，其特征在于，

所述感温元件是电阻值根据温度变化而变化的热敏电阻，

所述过热保护电路根据所述热敏电阻的电阻值检测异常发热。