CN103997220B - 开关电源装置和控制ic - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种开关电源装置和控制IC，其不需要乘法器和光电耦合器就能够进行恒功率控制，并且即便存在顺向电压（VF）的偏差，光束量的变化也较小的廉价且小型。在将交流电源（AC）的交流电力转换成直流电力并输出的开关电源装置中，具备：对交流电源的交流电压进行整流平滑而输出整流平滑电压信号的整流平滑电路（DB、Cin）；具有一次绕组（W1）、二次绕组（W2）和辅助绕组（W3）的变压器（TR）；与变压器的一次绕组连接的开关元件（Q1）；以及控制电路（10），其根据整流平滑电路的整流平滑电压信号和基于流过开关元件的电流值的平均值的电压信号来使开关元件导通截止。
Description
技术领域
本发明涉及使LED亮灯的开关电源装置和控制IC。
背景技术
图10是示出以往的LED亮灯装置的结构框图。在图10中，在交流电源AC的两端连接有EMI滤波器1，EMI滤波器1的输出端子与对交流电源AC的交流电压进行整流的全波整流电路DB的输入端子连接。全波整流电路DB的输出端子与电容器Cin连接。全波整流电路DB和电容器Cin构成输入侧的整流平滑电路。电容器Cin的后级由具有变压器TR、开关元件Q1、控制IC(集成电路)10、LED组负载装置3的反激式转换器构成。
变压器TR具有一次绕组W1、二次绕组W2、辅助绕组W3，二次绕组W2和辅助绕组W3相对于一次绕组W1反相缠绕。开关元件Q1由MOSFET构成，与变压器TR的一次绕组W1连接，由产生导通/截止驱动信号的控制IC10驱动。
变压器TR的二次绕组W2的两端与由二极管D1和电容器C1的串联电路构成的输出侧的整流平滑电路连接，电容器C1的两端与串联连接LED1～LEDn而成的LED组负载装置3连接。变压器TR的辅助绕组W3的两端与由二极管D2和电容器C2的串联电路构成的整流平滑电路连接，电容器C2所产生的电压作为控制IC10的电源电压Vcc被提供。
此外，在对流过LED组负载装置3的负载电流进行恒流控制的情况下，将所检测到的负载电流作为反馈信号FB而向控制IC10内的未图示的电流控制用误差放大器输入，以构成恒流电路(CC电路)，使负载电流成为预先决定的平均电流值。
但是，在使用了顺向电压VF的偏差较大的LED的情况下，如果固定地控制LED电流，则由于LED投入功率变化，导致在各个亮灯装置中的光束量产生差。
因此，存在为了抑制光束量的变化而对LED负载进行恒功率控制的情况。在对LED负载进行恒功率控制的情况下，进行当LED的顺向电压VF较高时使恒流IF减小，相反当顺向电压VF较低时使恒流IF增大的动作。在该情况下，需要在电路中进行VF×IF＝固定的计算。例如，如果通过使用乘法器等来生成具有功率固定的信息的FB信号，则能够实现VF×IF＝固定。
专利文献1：日本特开2006-210836号公报
然而，在使用乘法器等实现VF×IF＝固定的情况下，虽然通过将乘法器等配置在变压器TR的二次侧而使FB信号路径为一个，但是为了构成绝缘型电源，需要光电耦合器等。即，导致电路结构复杂化。此外，在以往的电路技术中，使用乘法器等以外的简单的电路来进行恒功率控制是困难的。
发明内容
本发明的课题在于，提供一种不需要乘法器和光电耦合器就能够进行恒功率控制，并且即便存在顺向电压VF的偏差，光束量的变化也较小的廉价且小型的开关电源装置和控制IC。
为了解决上述课题，本发明提供一种将交流电源的交流电力转换成直流电力并输出的开关电源装置，其特征在于具有：整流平滑电路，其对所述交流电源的交流电压进行整流平滑而输出整流平滑电压信号；变压器，其具有一次绕组、二次绕组和辅助绕组；开关元件，其与所述变压器的所述一次绕组连接；以及控制电路，其根据所述整流平滑电路的所述整流平滑电压信号和基于流过所述开关元件的电流值的平均值的电压信号来使所述开关元件导通截止，所述控制电路具有：误差放大器，其对基于流过所述开关元件的电流值的平均值的电压信号与基准电压之间的误差电压进行放大；以及PWM比较器，其对如下的相加输出与三角波信号进行比较，由此生成用于使所述开关元件导通截止的脉冲信号，其中，该相加输出是将所述误差放大器的输出和所述整流平滑电路的所述整流平滑电压信号相加而得到的，所述控制电路不具有乘法器。
本发明还提供一种将交流电源的交流电力转换成直流电力并输出的开关电源装置，其特征在于具有：整流平滑电路，其对所述交流电源的交流电压进行整流平滑而输出整流平滑电压信号；变压器，其具有一次绕组、二次绕组和辅助绕组；开关元件，其与所述变压器的所述一次绕组连接；控制电路，其根据所述整流平滑电路的所述整流平滑电压信号和基于流过所述开关元件的电流值的平均值的电压信号来使所述开关元件导通截止，所述控制电路具有：误差放大器，其对基于流过所述开关元件的电流值的平均值的电压信号与基准电压之间的误差电压进行放大；以及PWM比较器，其对如下的相加输出与三角波信号进行比较，由此生成用于使所述开关元件导通截止的脉冲信号，其中，该相加输出是将所述误差放大器的输出与如下的电压相加而得到的，该电压在所述变压器的辅助绕组中产生，且与所述整流平滑电压信号成正比，所述控制电路不具有乘法器。
根据本发明，由于向控制电路输入整流平滑电路的整流平滑电压信号和基于流过开关元件的电流值的平均值的电压信号，因此与输入电压值无关，反馈电压值成为固定，从而能够进行恒功率控制。因此，能够提供不需要乘法器和光电耦合器就能够进行恒功率控制，并且即便存在顺向电压VF的偏差，光束量的变化也较小的廉价且小型的开关电源装置。
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是示出对于实施例1的开关电源装置中的LED负载数，成为固定功率的ILED电流值的图。
图3是示出电流、电压、功率相对于实施例1的开关电源装置中的LED负载数的变化和输入电压变化的误差的图。
图4是示出基于恒流控制的LED亮灯装置的结构的电路图。
图5是示出漏极电流平均值相对于以电流模式PWM方式得到恒功率输出特性的情况下的输入电压的变化的图。
图6是示出实施例1的开关电源装置内的OCP信号的提取和合成方法的电路图。
图7是实施例2的开关电源装置内的控制IC的内部电路图。
图8是实施例3的开关电源装置内的控制IC的内部电路图。
图9是实施例4的开关电源装置内的控制IC的内部电路图。
图10是示出以往的LED亮灯装置的结构框图。
标号说明
1：EMI滤波器；3：LED组负载装置；5：控制基板；10：控制IC；11：与电路；12：PWM比较器；13：三角波电路；14：电流控制用误差放大器；15：滤波器；16：电流镜电路；AC：交流电源；DB：全波整流电路；Q1：开关元件；D1～D5：二极管；R1～R4：电阻；C1～C8：电容器；TR：变压器；W1：一次绕组；W2：二次绕组；W3：辅助绕组。
具体实施方式
接着，参照附图对本发明的实施方式的开关电源装置进行说明。本发明的开关电源装置将变压器的一次侧的开关电流作为FB信号，由此，删除变压器的二次侧的恒功率反馈电路，实现恒功率控制。由此，提供不需要恒功率反馈电路和光电耦合器等，即便存在顺向电压VF的偏差，光束量的变化也较小的廉价且小型的开关电源装置。
【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。图1所示的实施例1的开关电源装置应用于LED亮灯装置。另外，实施例1的开关电源装置也可以应用于LED亮灯装置以外的装置。
图1所示的LED亮灯装置的特征在于，相对于图10所示的LED亮灯装置，删除图10所示的变压器TR的二次侧的恒功率反馈电路，增加电阻R1～R4、二极管D3～D4、电容器C3来进行恒功率控制。
全波整流电路DB的输出端子、电容器Cin的一端以及变压器TR的一次绕组W1的一端与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与电阻R2的一端和电阻R3的一端连接。电阻R3的另一端与控制IC10的反馈端子FB和二极管D3的阴极连接。
电阻R2的另一端与连接到开关元件Q1的源极的用于过电流保护(OCP)的电阻Rocp的一端和电容器C2的一端连接。电阻Rocp的另一端与电容器C3的一端和二极管D4的阴极连接，电容器C3的另一端和二极管D4的阳极与二极管D3的阳极和电阻R4的一端连接。
二极管D3的阴极与电阻R3的另一端和控制IC10的反馈端子FB连接，电阻R4的另一端与二极管D2的阴极、电容器C2的另一端以及控制IC10的电源端子Vcc连接。
控制电路5具有：开关元件Q1、控制IC10、D/ST端子、S/OCP端子、GND端子、Comp端子、FB端子、以及Vcc端子。
另外，图1所示的其他结构与图10所示的结构相同，因此对相同部分标注相同的标号，省略其说明。
接着，在说明图1所示的实施例1的开关电源装置的动作之前，先对图4所示的基于恒流控制的LED亮灯装置进行说明。在图4所示的基于恒流控制的LED亮灯装置中，对电流值进行调整，以使得即便增减LED数量也使LED的投入功率成为固定(恒功率控制)。此时，图5中示出以电流模式PWM作为恒功率输出特性的情况下的开关元件Q1的漏极电流平均值。此外，在图5中，示出使交流输入电压Vin(AC)变化时的漏极电流平均值。
此外，在使LED串联个数变化为9个、10个、11个时，如果增减电流值，使LED的投入功率固定(恒功率控制)而进行动作，则如图5所示，开关元件Q1的漏极电流平均值与LED的串联个数无关而基本成为固定值。
这里，与交流输入电压成反比的曲线(图5所示的漏极电流平均值的曲线)是进行恒功率控制的信号电压，但是如果直接作为反馈端子FB信号，则导致进行与交流输入电压成正比的功率控制，因此需要进行一些校正。因此，如果将图5所示的漏极电流平均值与作为输入校正电压的和交流输入电压的整流平滑电压成正比的信号重叠，则成为固定的FB电压值。因此，能够估计为可根据开关元件Q1的漏极电流平均值进行恒功率控制。
此外，开关元件Q1的漏极电流通过电流检测电阻Rocp被转换成电压，并进行平均值处理，但是该电压的比例相对于FB电压，存在最佳值，需要将与作为前述的输入校正电压的和交流输入电压的整流平滑电压成正比的信号重叠得到的值，调整成为最佳值。
由此，通过将开关元件Q1的漏极电流的平均值和交流输入校正合成而得到的值向控制IC10的反馈端子FB输入，能够进行恒功率控制。
图6示出在实施例1的开关电源装置内的OCP信号的提取和合成方法。
在图6中，来自控制电路5的S/OCP端子的开关元件Q1的漏极电流由电阻Rocp转换成电压信息。然后，由高速二极管D3、D4对FB端子进行阻抗转换。在该情况下，在电阻Rocp的两端产生的电压经由二极管D3、D4而传递给FB端子。此外，由于二极管D3、D4从Vcc电压经由电阻R4而被偏压，因此通过二极管D4，在二极管D4的阳极上升顺向电压VF。
二极管D4的阳极的端子电压通过二极管D3，在二极管D3的阴极减少顺向电压VF，从而在FB端子，被传递为返回至电阻Rocp的电压电平。另外，从电阻R3对二极管D3的阴极施加作为交流电压整流后的直流电压的交流输入校正。即，由于将合成交流输入校正电压和相当于开关元件Q1的漏极电流的平均值的电压而得到的电压输入到控制IC10的反馈端子FB，因此能够进行恒功率控制。
这样，根据实施例1的开关电源装置，向控制IC10的反馈输入端子FB输入整流平滑电路DB、Cin的整流平滑电压信号和基于流过开关元件Q1的电流值的平均值的电压信号，因此与输入电压值无关而使反馈电压值成为固定，因此能够进行恒功率控制。因此，能够提供不需要乘法器和光电耦合器就能够进行恒功率控制，并且即便存在顺向电压VF的偏差，光束量的变化也较小的廉价且小型的开关电源装置。
图2示出实施例1的开关电源装置中的对于LED负载个数的线性调整率。图2中示出向实施例1的开关电源装置的控制IC10的反馈输入端子FB输入了整流平滑电路DB、Cin的整流平滑电压信号和基于流过开关元件Q1的电流值的平均值的电压信号的情况下的对于LED负载个数的线性调整率。
从图2可知，如果减少LED负载个数，则LED的两端电压VLED减少，但是流过LED的电流ILED增加。此外，如果增加LED负载个数，则LED的两端电压VLED增加，则流过LED的电流ILED减少。
图3示出相对于实施例1的开关电源装置中的LED负载个数的电流、电压、功率的变化量。从图3可知，通过增加或减少LED负载个数，使电压VLED和电流ILED相反地变化。因此可知，功率成为固定，相对于LED负载率10％的变动使功率变化收敛于±2％。
【实施例2】
图7是实施例2的开关电源装置内的控制IC的内部电路图。图7所示的控制IC10a具有：开关元件Q1、与电路11、PWM比较器12、三角波电路13、电流控制用误差放大器14、电容器C6、以及过电流保护电路OCP。
将图6所示的S/OCP信号(开关元件Q1的漏极电流平均值)和AC整流后的直流电压合成得到的信号输入到图7所示的FB端子作为FB信号。电流控制用误差放大器14对来自FB端子的FB信号和基准电压Vref2的误差电压进行放大，并将放大误差电压输出到PWM比较器12的非反相输入端子。PWM比较器12通过比较来自三角波电路13的三角波信号和来自电流控制用误差放大器14的放大误差电压，来生成使开关元件Q1导通截止的脉冲信号。该脉冲信号根据放大误差电压而使导通宽度变化。
当流过开关元件Q1电流中产生的电压超过基准电压Vref1时，过电流保护电路OCP向与电路11输出L电平。与电路11根据来自与电路11的L电平来使开关元件Q1截止。此外，与电路11根据来自PWM比较器12的脉冲信号的导通截止来使开关元件Q1导通截止。
根据这样的控制IC10a，通过将开关元件Q1设置于IC内部，并且将对S/OCP信号(开关元件Q1的漏极电流平均值)和AC整流后的直流电压进行合成得到的信号作为FB信号而输入到FB端子，能够实现控制IC10a。
【实施例3】
图8是实施例3的开关电源装置内的控制IC的内部电路图。图8所示的控制IC的特征在于，删除图7所示的控制IC的FB端子，将开关元件Q1的漏极电流的平均值经由滤波器15而输入到电流控制用误差放大器14的反相输入端子，并将AC整流后的直流电压输入到Comp端子。
滤波器15去除包含在与开关元件Q1的漏极电流的平均值对应的电压中的噪音并输入到电流控制用误差放大器14的反相输入端子。电流控制用误差放大器14对来自滤波器15的输出和基准电压Vref2的误差电压进行放大。
PWM比较器12对将来自电流控制用误差放大器14的输出和经由电阻R3和Comp端子而送来的AC整流后的直流电压相加得到的相加输出、与来自三角波电路13的三角波信号进行比较，由此生成脉冲信号。
根据这样的控制IC，能够删除FB端子，并且能够删除图6所示的二极管D3、D4、电容器C3、电阻R4。另外，在图8中设置有滤波器15，但是也可以不设置滤波器15而直接将开关元件Q1的源极与误差放大器14的反相输入端子连接。
【实施例4】
图9是实施例4的开关电源装置内的控制IC的内部电路图。图9所示的控制IC的特征在于，删除图8所示的电阻R1、R2、R3，将开关元件Q1的漏极电流的平均值经由滤波器15输入到电流控制用误差放大器14的反相输入端子，对从辅助绕组W3经由二极管D5和电容器C8而得到的正向电压信号进行电流转换，从而与Comp端子的输出混合。
辅助绕组W3中产生与AC整流后的直流电压对应的电压。辅助绕组W3所产生的AC整流平滑后的电容器C8的直流电压经由det端子而输出到电流镜电路16。电流镜电路16将经由det端子的电容器C8的电压转换成电流，并输出到PWM比较器12的非反相输入端子。
PWM比较器12对将与来自电流镜电路16的AC整流后的直流电压对应的电压和来自电流控制用误差放大器14的开关元件Q1的漏极电流的平均值相加而得到的相加输出、与来自三角波电路13的三角波信号进行比较，由此来生成脉冲信号。由此能够进行恒功率控制。
Claims (7)
1.一种开关电源装置，其将交流电源的交流电力转换成直流电力而进行输出，该开关电源装置的特征在于具有：
整流平滑电路，其对所述交流电源的交流电压进行整流平滑而输出整流平滑电压信号；
变压器，其具有一次绕组、二次绕组和辅助绕组；
开关元件，其与所述变压器的所述一次绕组连接；以及
控制电路，其根据所述整流平滑电路的所述整流平滑电压信号和基于流过所述开关元件的电流值的平均值的电压信号来使所述开关元件导通截止，
所述控制电路具有：误差放大器，其对基于流过所述开关元件的电流值的平均值的电压信号与基准电压之间的误差电压进行放大；以及PWM比较器，其对如下的相加输出与三角波信号进行比较，由此生成用于使所述开关元件导通截止的脉冲信号，其中，该相加输出是将所述误差放大器的输出和所述整流平滑电路的所述整流平滑电压信号相加而得到的，
所述控制电路不具有乘法器。
2.一种开关电源装置，其将交流电源的交流电力转换成直流电力而进行输出，该开关电源装置的特征在于具有：
整流平滑电路，其对所述交流电源的交流电压进行整流平滑而输出整流平滑电压信号；
变压器，其具有一次绕组、二次绕组和辅助绕组；
开关元件，其与所述变压器的所述一次绕组连接；以及
控制电路，其根据所述整流平滑电路的所述整流平滑电压信号和基于流过所述开关元件的电流值的平均值的电压信号来使所述开关元件导通截止，
所述控制电路具有：误差放大器，其对基于流过所述开关元件的电流值的平均值的电压信号与基准电压之间的误差电压进行放大；以及PWM比较器，其对如下的相加输出与三角波信号进行比较，由此生成用于使所述开关元件导通截止的脉冲信号，其中，该相加输出是将所述误差放大器的输出与如下的电压相加而得到的，该电压在所述变压器的辅助绕组中产生，且与所述整流平滑电压信号成正比，
所述控制电路不具有乘法器。
3.根据权利要求1或2所述的开关电源装置，其特征在于，
所述控制电路具有决定导通截止占空比的反馈输入端子，
将所述整流平滑电路的所述整流平滑电压信号和基于流过所述开关元件的电流值的平均值的电压信号输入到所述反馈输入端子。
4.根据权利要求3所述的开关电源装置，其特征在于，该开关电源装置具有：
电流检测用电阻，其与所述开关元件的一个主端子进行了串联连接；
电阻，其被连接在所述整流平滑电路的输出端子与所述反馈输入端子之间；以及
第1二极管和第2二极管，它们在所述开关元件的一个主端子与所述反馈输入端子之间反向地串联连接。
5.一种控制IC，其特征在于具有：
开关元件，其与变压器的一次绕组连接；
反馈输入端子，其决定导通截止占空比，并且，输入来自整流平滑电路的整流平滑电压信号和基于流过所述开关元件的电流值的平均值的电压信号来作为反馈信号，其中，该整流平滑电路是对交流电源的交流电压进行整流平滑的电路；
误差放大器，其对来自所述反馈输入端子的所述反馈信号与基准电压之间的误差电压进行放大；以及
PWM比较器，其对所述误差放大器的输出和三角波信号进行比较，由此生成用于使所述开关元件导通截止的脉冲信号，
所述控制IC不具有乘法器。
6.一种控制IC，其特征在于具有：
开关元件，其与变压器的一次绕组连接；
误差放大器，其对基于流过所述开关元件的电流值的平均值的电压信号与基准电压之间的误差电压进行放大；以及
PWM比较器，其对如下的相加输出与三角波信号进行比较，由此生成用于使所述开关元件导通截止的脉冲信号，其中，该相加输出是将所述误差放大器的输出和来自整流平滑电路的整流平滑电压信号相加而得到的，该整流平滑电路是对交流电源的交流电压进行整流平滑的电路，
所述控制IC不具有乘法器。
7.一种控制IC，其特征在于具有：
开关元件，其与变压器的一次绕组连接；
误差放大器，其对基于流过所述开关元件的电流值的平均值的电压信号与基准电压之间的误差电压进行放大；以及
PWM比较器，其对如下的相加输出与三角波信号进行比较，由此生成用于使所述开关元件导通截止的脉冲信号，其中，该相加输出是将所述误差放大器的输出和如下的电压相加而得到的，该电压在所述变压器的辅助绕组中产生，且与对交流电压进行整流平滑而得到的整流平滑电压成正比，
所述控制IC不具有乘法器。
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