CN104868730B

CN104868730B - 开关电源装置

Info

Publication number: CN104868730B
Application number: CN201510083817.4A
Authority: CN
Inventors: 中西良太
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Current assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 2014-02-25
Filing date: 2015-02-16
Publication date: 2018-06-01
Anticipated expiration: 2035-02-16
Also published as: JP2015159682A; CN104868730A; JP6273895B2

Abstract

提供开关电源装置，即使输出电压变动也能在二次侧准确检测输入电压。该开关电源装置具有：与直流电源(E)并联连接、由开关元件(Q1)、变压器(T)的一次绕组(Np)和电容(C1)构成的串联电路；与变压器(T)的二次绕组(Ns)连接、由整流二极管(D2)和平滑电容(C2)构成的整流平滑电路；以及根据电容(C1)的端子间电压(VC1)控制开关元件(Q1)的导通/截止的控制电路(10)，该开关电源装置从平滑电容(C2)向负载提供输出电压(Vo)，具有输入电压检测电路(20)，输入电压检测电路(20)利用开关元件(Q1)导通时在二次绕组(Ns)中产生的电压和开关元件(Q1)截止时在二次绕组(Ns)中产生的电压相加而得的电压来检测直流电源(E)的输入电压(VE)。

Description

开关电源装置

技术领域

本发明涉及将输入电压转换成稳定的输出电压的开关电源装置。

背景技术

从将输入电压转换成稳定的输出电压的开关电源装置提供直流电力的电子设备等有时需要输入电压的信息。例如，在从电池提供输入电压的情况下，能够根据输入电压的信息来监视电池的充电状态。并且，在将交流电源整流平滑而形成输入电压的情况下，也能够根据输入电压的信息来检测交流电源是否断开。

提出了如下的技术：作为具有在二次侧检测输入到一次侧的输入电压的功能的开关电源装置，使用二极管和电容以反激电压(フライバック電圧)进行峰值充电，并与输出电压进行电阻合成，由此生成与输入电压对应的电压(例如，参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开2007-49833号公报

发明内容

然而，在以往技术中，通过以反激电压进行了峰值充电的电容的端子间电压与输出电压的电阻合成后的电压来检测输入电压，因此，在直流电源具有输出电压调整功能的情况下，或在因产生了急剧的负载变动的情况等而导致输出电压变动的情况下，存在无法准确地检测输入电压的问题。为了准确地检测输入电压，需要对输出电压的变动进行修正的方法，会使电路变得复杂。

本发明鉴于上述问题点来解决以往技术的上述问题，其目的在于提供一种开关电源装置，所述开关电源装置即使输出电压变动也能够在二次侧准确地检测输入电压。

本发明的开关电源装置具有：与直流电源并联连接的、由开关元件、变压器的一次绕组和电容构成的串联电路；与所述变压器的二次绕组连接的、由整流二极管和平滑电容构成的整流平滑电路；以及根据所述电容的端子间电压来控制所述开关元件的导通/截止的控制电路，所述开关电源装置从所述平滑电容向负载提供输出电压，其特征在于，

所述开关电源装置具有输入电压检测电路，所述输入电压检测电路利用所述开关元件导通时在所述二次绕组中产生的电压与所述开关元件截止时在所述二次绕组中产生的电压相加而得到的电压来检测所述直流电源的输入电压。

此外，在本发明的开关电源装置中，也可以是，所述输入电压检测电路具有：第1检测电路，其与所述二次绕组的两端并联连接，由第1检测电容与第1检测二极管构成，检测所述开关元件导通时在所述二次绕组中产生的电压；以及第2检测电路，其与所述第1检测二极管并联连接，由第2检测二极管和第2检测电容构成，检测由所述第1检测电路检测出的电压与所述开关元件截止时在所述二次绕组中产生的电压相加而得到的电压，所述开关电源装置利用所述第2检测电容的端子间电压来检测所述直流电源的输入电压。

此外，在本发明的开关电源装置中，所述开关电源装置具有检测所述电容的端子间电压的分压电路，所述开关电源装置改变所述分压电路的比率来变更所述输出电压，由此向二次侧传递信息。

根据本发明，能够实现如下效果：由于能够根据与输入电压对应、并且与输出电压没有关系的电压来检测输入电压，因此即使输出电压变动，也能够准确地检测输入电压。

附图说明

图1是示出本发明的开关电源装置的第1实施方式的电路结构的电路结构图。

图2是示出图1的各部分的信号波形和动作波形的波形图。

图3是示出图1的各部分的信号波形和动作波形的波形图。

图4是示出本发明的开关电源装置的第2实施方式的电路结构的电路结构图。

图5是示出图4所示的电压检测电路的结构例的电路结构图。

标号说明

10：控制电路；11：驱动器；20：输入电压检测电路；21：模拟/数字转换器(ADC)；30：微型计算机；31：调节器(REG)；40：电压检测电路；41：模拟/数字转换器(ADC)；C1、C3、C4：电容；C2：平滑电容；COMP：比较器；D1、D2、D3、D4：二极管；E：直流电源；Q1：开关元件；R1、R2、R3、R4、R5：电阻；SW1：开关；T：变压器；Np：一次绕组；Ns：二次绕组；ZD1：齐纳二极管。

具体实施方式

(第1实施方式)

参照图1，在第1实施方式的开关电源装置中，直流电源E(输入电压VE)与由开关元件Q1、变压器T的一次绕组Np和电容C1构成的串联电路连接。开关元件Q1和变压器T的一次绕组Np的连接点与二极管D1的阴极连接，电容C1和直流电源E的连接点与二极管D1的阳极连接，由变压器T的一次绕组Np与电容C1构成的串联电路的两端并联地连接有二极管D1。

在电容C1的两端间连接有由电阻R1和电阻R2构成的分压电路。电阻R1与电阻R2的连接点的分压电压被输入到控制电路10。控制电路10根据电阻R1与电阻R2的连接点的分压电压来检测电容C1的端子间电压VC1，根据电容C1的端子间电压VC1经由驱动电路11，使开关元件Q1导通/截止。

变压器T的二次绕组Ns上串联地连接有作为整流器的二极管D2以及平滑电容C2，平滑电容C2的端子间电压成为输出电压Vo而被提供给负载。二极管D2和平滑电容C2构成对变压器T的二次绕组Ns上产生的电压进行整流平滑的整流平滑电路。

在开关元件Q1导通时，向变压器T的一次绕组Np施加从输入电压VE中减去电容C1的端子间电压VC1而得到的VE-VC1的电压，在变压器T中存储能量的同时，对电容C1进行充电。此时，变压器T的二次绕组Ns中产生使二极管D2截止的电压。在开关元件Q1截止时，二极管D1导通并处于续流期间，变压器T的一次绕组Np被箝位在电容C1的端子间电压VC1。因此，(VE-VC1)×Ton＝VC1×Toff，因此，电容C1的端子间电压VC1成为VC1＝VE*Ton/(Ton+Toff)，由开关元件Q1的导通/截止占空比决定。在该续流期间，二次绕组Ns中产生使二极管D2导通(ON)的电压，向二次侧传递变压器T所存储的能量并对平滑电容C2进行充电。因此，二次绕组Ns中产生VC1*Ns/Np的电压。即通过控制电容C1的端子间电压VC1，能够使输出电压Vo稳定。

此外，变压器T的二次绕组Ns的两端间连接有检测输入电压VE的输入电压检测电路20。输入电压检测电路20具有电容C3、二极管D3、二极管D4、电容C4、电阻R3和电阻R4。由电容C3和二极管D3构成的串联电路作为第1检测电路连接在二次绕组Ns的一端和二极管D2的连接点与二次绕组Ns的另一端之间。二极管D3按照在二次绕组Ns中产生负电压(使二极管D2截止的电压)时导通的方向连接。并且，与二极管D3并联地连接有由二极管D4和电容C4构成的串联电路作为第2检测电路。二极管D4按照在二次绕组Ns中产生正电压(将二极管D2导通的电压)时导通的方向连接。此外，电容C4的两端间连接有由电阻R3和电阻R4构成的分压电路。

下面，对输入电压检测电路20的动作进行详细的说明。

在开关元件Q1导通的情况下，由于二次绕组Ns中产生负电压(使二极管D2截止的电压)，因此，二极管D3导通，如果忽略二极管D3的压降，则电容C3的端子间电压VC3被(VE-VC1)*Ns/Np充电。在开关元件Q1截止的情况下，由于二次绕组Ns中产生正电压(将二极管D2导通的电压)，因此，二极管D4导通，如果忽略二极管D4的电压降低，则电容C4的端子间电压VC4成为VC3+VC1*Ns/Np。这里电容C3的端子间电压VC3被(VE-VC1)*Ns/Np充电，因此，电容C4的端子间电压VC4成为VE*Ns/Np，成为与输入电压VE成比例的电压。因此，通过检测电容C4的端子间电压VC4，能够在直流电源二次侧检测输入电压VE。此外，由于电容C4的端子间电压VC4与输出电压Vo以及一次侧的电容C1的端子间电压VC1没有关系，因此，即使在输出电压Vo变动的情况下，该检测电压也不变。

电阻R3和电阻R4的连接点的分压电压经由模拟/数字转换器(ADC)21被输入到微型计算机30。微型计算机30根据电阻R3和电阻R4的连接点的分压电压来识别电容C4的端子间电压VC4，检测输入电压VE。即使输出电压Vo变动，电容C4的端子间电压VC4(电阻R3和电阻R4的连接点的分压电压)也不变，因此，微型计算机30能够与输出电压Vo无关地高精度地检测输入电压VE。另外，在第1实施方式中，经由调节器(REG)31提供输出电压Vo作为微型计算机30的电源。由此，即使因二次侧的负载的变动或一次侧的输入电压VE的变动而导致输出电压Vo变动，也能够使提供给微型计算机30的电压稳定。

图2和图3分别示出输出电压Vo的设定为较低的情况和较高的情况下的各部分的波形。另外，在图2和图3中，(a)示出向开关元件Q1的栅极施加的驱动电压Q1G，(b)示出二极管D1的端子间电压VD1，(c)示出二次绕组Ns中产生的电压VNs，(d)示出输出电压Vo，(e)示出电容C4的端子间电压VC4。根据图2和图3，可以知晓，电容C4的端子间电压VC4与输出电压Vo的设定无关而是恒定的。

像以上所说明的那样，根据第1实施方式，开关电源装置具有：与直流电源E并联连接的、由开关元件Q1、变压器T的一次绕组Np和电容C1构成的串联电路；与变压器T的二次绕组Ns连接的、由整流二极管D2和平滑电容C2构成的整流平滑电路；以及根据电容C1的端子间电压VC1控制开关元件Q1的导通/截止的控制电路10，该开关电源装置从平滑电容C2向负载提供输出电压Vo，该开关电源装置具有输入电压检测电路20，输入电压检测电路20利用开关元件Q1导通时在二次绕组Ns中产生的电压((VE-VC1)*Ns/N)与开关元件Q1截止时在二次绕组Ns中产生的电压(VC1*Ns/Np)相加而得到的电压(VE*Ns/Np)来检测直流电源E的输入电压VE。

通过该结构，通过二次侧的输入电压检测电路20，能够根据与输入电压VE对应而与输出电压Vo和一次侧的电容C1的端子间电压VC1无关的电压来检测输入电压VE，因此，即使输出电压Vo变动，也能够准确地检测输入电压VE。

此外，根据第1实施方式，输入电压检测电路20构成为具有：第1检测电路，其与二次绕组Ns的两端并联连接，由第1检测电容(电容C3)和第1检测二极管(二极管D3)构成，并检测在开关元件Q1导通时在二次绕组Ns中产生的电压；以及第2检测电路，其与第1检测二极管并联连接，由第2检测二极管(二极管D4)和第2检测电容(电容C4)构成，该第2检测电路检测由第1检测电路检测出的电压与开关元件Q1截止时在二次绕组Ns中产生的电压相加而得到的电压，利用第2检测电容的端子间电压来检测直流电源E的输入电压VE。

通过该结构，在不设置消除输出电压Vo的变动的特別的电路的情况下，能够利用简单的电路结构来检测与输入电压VE对应且与输出电压Vo和一次侧的电容C1的端子间电压VC1没有关系的电压。

(第2实施方式)

参照图4，第2实施方式的开关电源装置在第1实施方式的结构的基础上，还具有电阻R5、开关SW1和电压检测电路40。电阻R5与用于电容C1的电压反馈的电阻R2串联连接，开关SW1与电阻R5并联连接。由此，根据开关SW1的导通/截止，输入到控制电路10的、电阻R1和电阻R2的连接点的分压电压发生变化。即，当将开关SW1导通时，电阻R5短路，电容C1的端子间电压VC1和输出电压Vo上升，当将开关SW1截止时，电容C1的端子间电压VC1和输出电压Vo下降到由电阻R1、电阻R2和电阻R5设定的电压。由于电容C4的端子间电压VC4与输出电压Vo和一次侧的电容C1的端子间电压VC1没有关系，因此，即使使开关SW1导通/截止而使输出电压Vo变动，电容C4的端子间电压VC4也不变。

在二次侧设置有检测输出电压Vo的电压检测电路40。作为电压检测电路40，可以使用图5(a)所示的比较器COMP、图5(b)所示的齐纳二极管ZD1以及图5(c)所示的模拟/数字转换器(ADC)41。电压检测电路40的输出被输入到微型计算机30，微型计算机30能够检测与开关SW1的导通/截止相伴随的输出电压Vo的变动。因此，根据输入到一次侧的数字信号而使开关SW1导通/截止，由此，能够将输入到一次侧的数字信号作为输出电压Vo的变动传递到二次侧。

像以上所说明的那样，根据第2实施方式，构成为具有检测电容C1的端子间电压VC1的分压电路(电阻R1、R2、R5)，通过开关SW1改变分压电路的比率从而改变输出电压Vo，由此，将信息传递给二次侧。

通过该结构，利用输出电压Vo的变动不会影响输入电压检测电路20的特征，不使用光电耦合器等特別的元件就能够将数字信号从一次侧传递到二次侧。

以上，利用具体的实施方式对本发明进行了说明，但是，上述实施方式只是一例，显然能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行变更来实施。

Claims

1.一种开关电源装置，其具有：

与直流电源并联连接的、由开关元件、变压器的一次绕组和电容构成的串联电路；与所述变压器的二次绕组连接的、由整流二极管和平滑电容构成的整流平滑电路；根据所述电容的端子间电压来控制所述开关元件的导通/截止的控制电路；以及二极管，该二极管以阴极与所述开关元件和所述变压器的一次绕组的连接点连接且阳极与所述电容器和所述直流电源的连接点连接的方式与由所述变压器的一次绕组和所述电容器构成的串联电路的两端并联连接，所述开关电源装置从所述平滑电容向负载提供输出电压，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的开关电源装置，其特征在于，

所述输入电压检测电路具有：

第1检测电路，其与所述二次绕组的两端并联连接，由第1检测电容与第1检测二极管构成，检测所述开关元件导通时在所述二次绕组中产生的电压；以及

第2检测电路，其与所述第1检测二极管并联连接，由第2检测二极管和第2检测电容构成，检测由所述第1检测电路检测出的电压与所述开关元件截止时在所述二次绕组中产生的电压相加而得到的电压，

所述开关电源装置利用所述第2检测电容的端子间电压来检测所述直流电源的输入电压。

3.根据权利要求1或2所述的开关电源装置，其特征在于，

所述开关电源装置具有检测所述电容的端子间电压的分压电路，

所述开关电源装置改变所述分压电路的比率来变更所述输出电压，由此向二次侧传递信息。