CN104838575B - 开关电源装置 - Google Patents

Abstract

对电阻元件(R1)的一个端子施加脉冲电压。电阻元件(R2)的一端与电阻元件(R1)的另一个端子连接。电容器(C1)被设置在电阻元件(R2)的另一个端子与接地之间。二极管(D1)以及电容器(C2)与电阻元件(R1)并联连接，二极管(D2)以及电容器(C3)与电阻元件(R2)并联连接。二极管(D2)朝向与二极管(D1)相反方向而配置。晶体管(Q1)以及(Q2)具有与电阻元件(R2)的另一个端子连接的控制端子，使得输入电源(E1)通断。变压器(16)将通过晶体管(Q1)以及(Q2)的通断而生成的交流电压变压。

Description

开关电源装置

技术领域

本发明涉及开关电源装置，特别涉及基于脉冲电压使施加于开关元件的输入电源通断的开关电源装置。

背景技术

在专利文献1中公开这种装置的一例。根据该背景技术，分别对射极跟随器晶体管的基极以及集电极施加脉冲电压以及电源电压。电源电压根据脉冲电压而通断，由此在射极跟随器晶体管的发射极呈现同样的脉冲电压。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：特开昭60-134516号公报(第3图、第4图)

发明的概要

发明要解决的课题

但是，若在射极跟随器晶体管的后级设置变压器，则在与由变压器的电感器分量、电路的寄生电容所形成的LC电路之间脉冲电压的高次谐波引起谐振，有可能因脉冲电压的过冲以及下冲而输出电压的波形特性劣化。

发明内容

为此，本发明的主要目的在于，提供能改善输出电压的波形特性的开关电源装置。

用于解决课题的手段

基于本发明的开关电源装置(10：实施例中相应的参考标号，以下相同)具备：第1电阻元件(R1)，其具有被施加脉冲电压的一个端子；第2电阻元件(R2)，其具有与第1电阻元件的另一个端子连接的一个端子；第1电容元件(C1)，其设置在第2电阻元件的另一个端子与接地之间；第1整流元件(D1)，其与第1电阻元件并联连接；第2整流元件(D2)，其朝向与第1整流元件的方向相反的方向，与第2电阻元件并联连接；第2电容元件(C2～C3)，其具有分别与第1电阻元件的一个端子以及第2电阻元件的另一个端子连接的一个端子以及另一个端子；开关元件(Q1、Q2)，其具有与第2电阻元件的另一个端子连接的控制端子，使输入电源(E1)通断；以及变压器(16)，其对通过开关元件的通断而生成的交流电压进行变压。

优选，第2电容元件包括相互串联连接的第2电容器(C2)以及第3电容器(C3)。

进一步优选，第2电容器与第1电阻元件并联连接，第3电容器与第2电阻元件并联连接。

第2电阻元件的电阻值也可以与第1电阻元件的电阻值不同。

优选，开关元件包括：具有被施加输入电源的集电极的NPN型的第1晶体管(Q1)；以及具有分别与第1晶体管的发射极以及接地连接的发射极以及集电极的PNP型的第2晶体管(Q2)。

进一步优选，还具备：电解电容器(C4)，其具有与第1晶体管的发射极连接的一个端子以及与变压器的初级线圈连接的另一个端子。

发明的效果

在脉冲电压的上升时，电流经过第2电容元件而流入第1电容元件。由此，第1电容元件的端子电压即对开关元件的控制端子的施加电压急剧上升。若第2电容元件的电位上升，则电流经过第1电阻元件以及第2电阻元件之中的一个电阻元件、和与另一方电阻元件并联连接的第1整流元件以及第2整流元件之中的任意一个整流元件而流入第1电容元件。此时，由导通电流的电阻元件和第1电容元件形成RC电路。由如此形成的RC电路抑制因寄生电容、变压器的电感器分量所引起的过冲。

在脉冲电压的下降时，基于积蓄在第1电容元件中的电荷的电流经过第2电容元件而逆流。由此，第1电容元件的端子电压即对开关元件的控制端子的施加电压急剧下降。若第2电容元件的电位减少，则电流经过第1电阻元件以及第2电阻元件之中的所述另一个电阻元件、和与所述一个电阻元件并联连接的第1整流元件以及第2整流元件中的任意一个整流元件而逆流。此时，由第1电容元件和电流导通的电阻元件形成RC电路。也由如此形成的RC电路抑制因寄生电容、变压器的电感器分量所引起的下冲。

由这样的开关元件使得输入电源通断。其结果，表示接近于矩形波的波形的电压从开关元件进而从变压器输出，改善了输出电压的波形特性。

本发明的上述的目的、其它目的、特征以及优点，根据参考附图进行的以下的实施例的详细说明，会变得更加明了。

附图说明

图1是表示本发明的1个实施例的构成的电路图。

图2是表示脉冲电压开始上升的时间点的电流路径的图解图。

图3是表示脉冲电压上升后的电流路径的图解图。

图4是表示脉冲电压开始下降的时间点的电流路径的图解图。

图5是表示脉冲电压下降后的电流路径的图解图。

图6(A)是表示从电压发生电路输出的脉冲电压的变化的一例的波形图，(B)是表示对晶体管的基极施加的脉冲电压的变化的一例的波形图，(C)是表示在晶体管的发射极出现的脉冲电压的变化的一例的波形图，(D)是表示对变压器的初级线圈施加的交流电压的变化的一例的波形图。

图7(A)是表示对晶体管的基极施加的脉冲电压的变化的一例的波形图，(B)是表示从图1实施例中除去电容器C2～C3、二极管D1～D2以及电阻R1～R2的情况下的晶体管的基极电压的变化的一例的波形图，(C)是表示从图1实施例中除去电容器C2～C3以及二极管D1～D2的情况下的晶体管的基极电压的变化的一例的波形图。

具体实施方式

参考图1，本实施例的开关电源装置10包含24V的输入电源(直流电压源)E1。输入电源E1的负端子与接地连接，输入电源E1的正端子与NPN型的晶体管Q1的集电极连接。晶体管Q1的发射极与PNP型晶体管Q2的发射极连接，晶体管Q2的集电极与接地连接。

电压发生电路12包含具有与接地连接的发射极的NPN型的晶体管Q3。晶体管Q3的集电极与电阻元件R3的一个端子连接，电阻元件R3的另一个端子与直流电源E2的正端子连接，并且直流电源E2的负端子与接地连接。另外，直流电源E2的输出电压在10V～18V的范围内可变。

时钟发生器14对晶体管Q3的基极施加时钟脉冲。晶体管Q3响应于时钟脉冲而接通/断开，由此在电阻元件R3的一个端子呈现脉冲电压(矩形波电压)。脉冲电压在晶体管Q3为接通状态时示出L电平，在晶体管Q3为断开状态时示出H电平。

电阻元件R3的一个端子经由相互串联连接的电阻元件R1以及R2与晶体管Q1以及Q2的基极(＝控制端子)连接。在电阻元件R1并联连接电容器C2以及二极管D1，在电阻元件R2并联连接电容器C3以及二极管D2。晶体管Q1以及Q2的基极还经由电容器C1与接地连接。

在此，二极管D1的阴极与电阻元件R1的一个端子(＝电阻元件R3的一个端子)连接，另一方面二极管D2的阴极与电阻元件R2的另一个端子(＝晶体管Q1以及Q2的基极)连接。即，二极管D1以及D2相互朝向反向而配置。

晶体管Q1以及Q2的发射极与作为耦合电容器发挥功能的电场电容器C4的正端子连接。电场电容器C4的负端子和形成变压器16且另一个端子与接地连接的初级线圈L1的一个端子连接。关于形成变压器16的次级线圈L2，一个端子与输出端子Vout连接，另一个端子与接地连接。

运算放大器18基于变压器16的次级电压来控制直流电源E2的电压。通过这样的反馈控制将变压器16的次级电压即从输出端子Vout输出的交流电压调整到所期望的值。

在电阻元件R3的一方端所出现的脉冲电压的上升时，基于脉冲电压的电流经过更易流过的电容器C2以及C3而流入电容器C1(参考图2)。其结果，电容器C1的端子电压即晶体管Q1以及Q2的基极电压急剧增大。

若电容器C2以及C3的电位上升，则基于脉冲电压的电流经过电阻元件R1以及二极管D2流入电容器C1(参考图3)。此时，由电阻元件R1和电容器C1形成RC电路。流过电阻元件R1的电流的量依赖于电阻元件R1的电阻值，电流的流入所引起的电容器C1的端子电压的上升速度依赖于电容器C1的电容。

因此，电阻元件R1的电阻值越增大，或者电容器C1的电容越增大，电容器C1的端子电压的上升就越慢。其结果，上升的端子电压的波形变钝，过冲得到抑制。

在电阻元件R3的一方端出现的脉冲电压的下降时，基于电容器C1～C3中所积蓄的电荷的电流逆流到电压发生电路12(参考图4)。其结果，电容器C1的端子电压即晶体管Q1以及Q2的基极电压急剧减少。

若基于逆流的电流而电容器C2以及C3的电位减小，则基于电容器C1中积蓄的电荷的电流经过电阻元件R2以及二极管D1逆流到电压发生电路12(参考图5)。此时，由电阻元件R2和电容器C1形成RC电路。与上述同样，由于电容器C1的放电而流过电阻元件R2的电流的量依赖于电阻元件R2的电阻值，放电所引起的电容器C1的端子电压的下降速度依赖于电容器C1的电容。

因此，电阻元件R2的电阻值越增大，或者电容器C1的电容越增大，则电容器C1的端子电压的下落就越慢。其结果，下降的端子电压的波形变钝，下冲得到抑制。

其结果，在从电压发生电路12输出的脉冲电压如图6(A)所示那样变化时，晶体管Q1以及Q2的基极电压如图6(B)或图7(A)所示那样变化。根据图6(B)或图7(A)，基极电压的波形在急剧上升后在H电平的近旁变钝，在急剧下降后在L电平(＝0V)的近旁变钝。

作为参考，在图7(B)示出从图1所示的电路中除去了电容器C2～C3、二极管D1～D2以及电阻R1～R2的情况下的晶体管Q1～Q2的基极电压的变化的一例。另外，在图7(C)示出从图1所示的电路中除去了电容器C2～C3以及二极管D1～D2的情况下的晶体管Q1～Q2的基极电压的变化的一例。

根据图7(B)，由于不存在RC电路，因此在基极电压的波形中出现过冲以及下冲。另外，根据图7(C)，依赖于RC电路的时间常数而基极电压的波形变钝。

基极电压通过如图6(B)或图7(A)所示那样变化，从而输入电源E1通断，在晶体管Q1以及Q2的发射极也出现同样的电压波形(参考图6(C))。发射极电压在基极电压表示H电平的期间示出18V，在基极电压表示L电平的期间示出0V。

由电解电容器C4将如此生成的发射极电压的直流分量除去，由此对变压器16的初级线圈L1施加最大振幅9V的交流电压(参考图6(D))。在变压器16的次级线圈L2进而在输出端子Vout出现与变压器16的变压比相应的交流电压。

通过以上那样构成，本实施例的开关电源装置10能够达到如下的效果。

即，能够不使用高成本的高速运算放大器，以低成本形成与L电平和H电平间的高速切换对应的交流电压波形。另外，由于未使用不耐噪声的运算放大器，因此还能提高耐噪声性。进而，也不再需要印刷基板的图案的迂回，还能避免高速运算放大器时成为课题的图案迂回所引起的基板设计效率的降低。另外，由于处于有效(active)的无源元件在脉冲电压的上升时和下降时相异，因此能独立调整上升部分的电压波形和下降部分的电压波形。

另外，在本实施例中，二极管D1的阴极与电阻元件R1的一个端子(＝电阻元件R3的一个端子)连接，二极管D2的阴极与电阻元件R2的另一个端子(＝晶体管Q1以及Q2的基极)连接。但是，也可以取而代之，将二极管D1的阳极与电阻元件R1的一个端子连接，将二极管D2的阳极与电阻元件R2的另一个端子连接。

另外，在本实施例中，电阻元件R1的电阻值以及电阻元件R2的电阻值相互一致。但也可以使电阻元件R1以及R2间电阻值不同。由此，能在基极电压的上升部分的变钝状况和基极电压的下降部分的变钝状况之间设置差异。

标号的说明

10 开关电源装置

12 电压发生电路

16 变压器

18 运算放大器

Claims (8)

1.一种开关电源装置，具备：

第1电阻元件，其具有被施加脉冲电压的一个端子；

第2电阻元件，其具有与所述第1电阻元件的另一个端子连接的一个端子；

第1电容元件，其设置在所述第2电阻元件的另一个端子与接地之间；

第1整流元件，其与所述第1电阻元件并联连接；

第2整流元件，其朝向与所述第1整流元件的方向相反的方向，与所述第2电阻元件并联连接；

第2电容元件，其具有分别与所述第1电阻元件的一个端子以及所述第2电阻元件的另一个端子连接的一个端子以及另一个端子；

开关元件，其具有与所述第2电阻元件的另一个端子连接的控制端子，使输入电源通断；以及

变压器，其对通过所述开关元件的通断而生成的交流电压进行变压。

2.根据权利要求1所述的开关电源装置，其中，

所述第2电容元件包括相互串联连接的第2电容器以及第3电容器。

3.根据权利要求2所述的开关电源装置，其中，

所述第2电容器与所述第1电阻元件并联连接，

所述第3电容器与所述第2电阻元件并联连接。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的开关电源装置，其中，

所述第2电阻元件的电阻值与所述第1电阻元件的电阻值不同。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的开关电源装置，其中，

所述开关元件包括：NPN型的第1晶体管，其具有被施加所述输入电源的集电极；以及PNP型的第2晶体管，其具有与所述第1晶体管的发射极以及接地分别连接的发射极以及集电极。

6.根据权利要求4所述的开关电源装置，其中，

所述开关元件包括：NPN型的第1晶体管，其具有被施加所述输入电源的集电极；以及PNP型的第2晶体管，其具有与所述第1晶体管的发射极以及接地分别连接的发射极以及集电极。

7.根据权利要求5所述的开关电源装置，其中，

所述开关电源装置还具备：

电解电容器，其具有与所述第1晶体管的发射极连接的一个端子以及与所述变压器的初级线圈连接的另一个端子。

8.根据权利要求6所述的开关电源装置，其中，

所述开关电源装置还具备：

电解电容器，其具有与所述第1晶体管的发射极连接的一个端子以及与所述变压器的初级线圈连接的另一个端子。