CN104953838B - 开关电源装置 - Google Patents

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Abstract

公开了一种开关电源装置，该开关电源装置在变压器的次级绕组中感生出脉冲电压，并且向负载输出被包括整流二极管和平滑电容器的次级侧整流平滑电路整流和平滑的输出电压。输入电压检测电路检测交流电源的输入电压。误差放大器比较所述输出电压与基准电压，将所得的误差电压作为反馈信号发送到初级侧。内部振荡电路根据输入电压检测电路检测的输入电压，选择频率降低设置中的任一个，并且通过使用选择的频率降低设置，响应于次级侧发送的用于通知负载状态的反馈信号，执行轻负载下降低所述开关元件的开关频率的频率降低功能。

Description

开关电源装置
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年3月28日提交的、名称为“开关电源装置”的之前的日本专利申请No.2014-068318的优先权，该申请的全部内容特此以引用方式并入。
技术领域
本发明涉及通过开关操作执行输出电压控制的开关电源装置。
背景技术
日本专利申请公开No.2010-158167(专利文献1)公开了一种用于降低轻负载/中等负载下的开关频率的开关电源装置的技术。这样减少了开关元件的损耗从而提高了效率。
发明内容
商用交流电源的电压对于不同国家是不同的并且大致被分类为100V至120V的100-V系统和200V至260V的200V系统。期望开关电源装置支持所有这些输入电压。然而，在上述技术中，用于开始降低开关频率的频率可变操作点和开关频率的降低速率是基于预先准备的单个设置来控制的。因此，即使输入电压不同，也将同样的设置用于频率可变操作点和开关频率的降低速率。因此，问题在于，根据输入电压，开关电源装置不能在最佳开关频率下操作，因此不能根据需要提高效率。
实施方式的一个方面提供了一种开关电源装置，所述开关电源装置将交流电源的输入电压整流成直流电压，将所述直流电压施加到变压器的初级绕组，以致使与所述变压器的所述初级绕组连接的开关元件进行开关操作，从而在所述变压器的次级绕组中感生出脉冲电压，并且向负载输出被包括整流二极管和平滑电容器的次级侧整流平滑电路整流和平滑的输出电压。所述开关电源装置包括：输入电压检测电路，其检测所述交流电源的输入电压；误差放大器，其比较所述输出电压与基准电压，将所得的误差电压作为反馈信号发送到初级侧；内部振荡电路，其根据所述输入电压检测电路检测的输入电压，选择多个频率降低设置中的任一个，并且响应于从次级侧发送的用于通知负载状态的所述反馈信号，通过使用所选择的频率降低设置，执行轻负载下降低所述开关元件的开关频率的频率降低功能。
实施方式的另一个方面提供了一种开关电源装置，所述开关电源装置将交流电源的输入电压整流成直流电压，将所述直流电压施加到变压器的初级绕组，以致使与所述变压器的所述初级绕组连接的开关元件进行开关操作，从而在所述变压器的次级绕组中感生出脉冲电压，并且向负载输出被包括整流二极管和平滑电容器的次级侧整流平滑电路整流和平滑的输出电压。所述开关电源装置包括：输入电压检测电路，其检测所述交流电源的输入电压；误差放大器，其取样和保持在所述开关元件截止之后所述变压器的三次绕组中产生的电压，通过比较经取样和保持的电压与基准电压来得到误差电压，将所述误差电压作为反馈信号输出到控制所述开关元件的开关操作的控制电路；内部振荡电路，其根据所述输入电压检测电路检测的输入电压，选择多个频率降低设置中的任一个，并且响应于从次级侧发送的用于通知负载状态的反馈信号，通过使用所选择的频率降低设置，执行轻负载下降低所述开关元件的开关频率的频率降低功能。
实施方式的另一个方面提供了一种开关电源装置，该开关电源装置包括：变压器，所述变压器包括：整流电流，其整流交流电源的输入电压；初级绕组，其将被施加所述整流电路整流成的直流电压；开关元件，其连接到所述初级绕组；次级绕组，其基于所述开关元件的开关感生出脉冲电压；整流二极管；平滑电容器，其中，所述变压器输出经整流和平滑的输出电压；输入电压检测电路，其检测所述输入电压；误差放大器，其比较所述输出电压与基准电压，并且将所得的误差电压作为反馈信号输出；内部振荡电路，其基于所述输入电压检测电路检测的输入电压和所述反馈信号，降低轻负载下所述开关元件的开关频率。
附图说明
图1是示出根据开关电源装置的实施方式的电路构造的图示。
图2是示出根据图1中示出的控制器IC的第一实施方式的电路构造的图示。
图3是示出图2中示出的OSC中的频率降低设置的曲线图。
图4A和图4B是用于描述图2中示出的开关元件的损耗的波形图。
图5A至图5C是用于描述根据开关电源装置的实施方式的与频率特性关联的效率提高的效果的曲线图。
图6示出根据第二实施方式的开关电源装置。
图7是示出根据第二实施方式的图6中示出的控制器IC 1a的电路构造的电路框图。
具体实施方式
参照附图说明本发明的实施方式。在本文中引用的各个附图中，用相同的参考标号表示相同的构成并且基本上省略与所述构成相关的重复说明。提供所有这些附图只是为了示出各个示例。附图中的尺寸比例不应该对实施方式施加限制。出于这个原因，应该在考虑以下描述的情况下理解具体尺寸等。另外，附图包括对于不同附图而言其尺寸关系和比率不同的部分。
图1示出根据第一实施方式的开关电源装置。这个开关电源装置包括整流电路DB、平滑电容器C1、C2和C3、变压器T、控制器IC 1、整流二极管D1和D2、误差放大器(E/A)2、光电耦合器中包括的发光二极管PC1和光接收晶体管PC2、电流检测电阻器Rocp、电阻器R1、R2、R3和R4、电容器C4和C5。
整流电路DB具有二极管桥构造，商用交流电源AC连接到整流电路DB的AC输入端子ACin1和ACin2。从商用交流电源AC输入的交流电压被全波整流，然后从整流电路DB输出。平滑电容器C1连接在整流电路DB的整流输出正端子和整流输出负端子之间。另外，整流电路DB的整流输出负端子连接到地端子。因此，通过由整流电路DB和平滑电容器C1对商用交流电源AC执行整流和平滑，得到直流电力。
控制器IC 1包括诸如功率MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)晶体管的开关元件和用于对开关元件执行开关控制的控制电路。控制器IC 1包括D/ST(MOSFET漏和起动电流输入)端子、S/OCP(MOSFET源和过电流保护)端子、Vcc(控制电路供应电压输入)端子、FB/OLP(反馈信号输入和过载保护信号输入)端子、BR(过压/欠压保护(brown-in/out))端子和GND端子。
变压器T将来自初级侧(输入侧)的电力供应到次级侧(负载侧)，并且包括初级绕组P、辅助绕组D和次级绕组S。整流电路DB的整流输出正端子连接到变压器T的初级绕组P的一端，变压器T的初级绕组P的另一端连接到控制器IC 1的D/ST端子。另外，控制器IC 1的S/OCP端子经由电阻器Rocp连接到地端子。因此，通过控制控制器IC 1中包括的开关元件的导通/截止(ON/OFF)，施加到变压器T的初级绕组P的电力被传送到变压器T的次级绕组S，使得在变压器T的次级绕组S中产生脉动电流。另外，电流检测电阻器Rocp作为检测流过控制器IC 1中包括的开关元件的电流作为电压信号VOCP的电阻器进行连接。控制器IC 1具有过电流保护(OCP)功能。提供OCP功能是为了当与流过开关元件的电流对应的电压信号VOCP变成等于或大于预先设置的过电流阈值时，限制将供应到次级侧的电力。
另外，电阻器R3和电阻器R4串联连接在整流电路DB的整流输出正端子和地端子之间，以用作分压电阻器。电阻器R3和电阻器R4之间的连接点连接到控制器IC 1的BR端子，用于去除高频噪声的电容器C5连接在BR端子和地端子之间。因此，与从整流电路DB输出的直流电压成比例的电压被输入到BR端子。控制器IC 1具有过压/欠压保护功能。提供过压/欠压保护功能是为了基于BR端子的电压来监测商用交流电源AC的电压(下文中，被称为“输入电压”)，并且通过当输入电压低时停止开关操作来防止过度输入电流和过热。
平滑电容器C2经由整流二极管D1连接在变压器的次级绕组S的两个端子之间。变压器T的次级绕组S中感生出的电压被整流二极管D1和平滑电容器C2整流和平滑。平滑电容器C2的端子间电压被作为输出电压VO从输出端子输出。与平滑电容器C2的正端子连接的线是电源线，与平滑电容器C2的负端子连接的线是连接到地端子的GND线。
误差放大器2串联连接在电源线和GND线之间。误差放大器2根据输出电压Vo和恒定电压之差，控制流向光电耦合器的发光二极管PC1的电流。另外，控制器IC 1的FB/OLP端子经由并联连接的发光二极管PC1和电容器C4连接到地端子。因此，与输出电压Vo对应的反馈(FB)信号被作为通知负载状态的信号从次级侧的发光二极管PC1发送到初级侧的光接收晶体管PC2。接着，发送的信号被作为电压信号VFB输入到控制器IC 1的FB/OLP端子。控制器IC 1基于输入到FB/OLP端子的电压信号VFB控制开关元件的占空比，从而控制将供应到次级侧的电力量。
另外，平滑电容器C3经由整流二极管D2连接在变压器T的辅助绕组D的负载端子之间。整流二极管D2和平滑电容器C3之间的连接点连接到控制器IC 1的VCC端子。因此，在辅助绕组D中产生的电压被整流二极管D2和平滑电容器C3整流和平滑，然后作为IC的电源电压VCC被供应到控制器IC 1的VCC端子。
接下来，参照图2描述图1中示出的控制器IC 1的电路构造。参照图2，控制器IC 1包括开关元件Q1(包括诸如N沟道功率MOSFET的组件)、驱动电路11、OSC(内部振荡器)12、调节器13、过压/欠压保护电路14、基准电压Vref、可变电压VR1、或电路OR1和OR2、触发器FF1、比较器COMP1、COMP2和COMP3和电阻器R5。
开关元件Q1的漏端子连接到D/ST端子，开关元件Q1的源端子连接到S/OCP端子。另外，开关元件Q1的栅端子连接到驱动电路11，驱动电路11通过输出用于驱动开关元件Q1的驱动信号DRV来控制导通/截止。为了驱动电路11，输入或电路OR1的输出。
OSC 12的输出、触发器FF1的反相输出端子Q-的输出和过压/欠压保护电路14的输出被输入到或电路OR1的输入端子。OSC 12的输出和或电路OR2的输出分别连接到触发器FF1的S端子和R端子。从OSC 12输出的时钟信号的脉宽被设置成比开关元件Q1的最小导通持续时间短。触发器FF1用作PWM锁存电路。假设OSC 12的输出信号处于L(低)电平(不输出时钟信号的状态)，触发器FF1被设置成使得反相输出端子Q-的输出信号处于L电平(过压/欠压保护电路14的输出也处于L电平)。在这种情况下，从或电路OR1向驱动电路11输入处于H(高)电平的输出信号，使得开关元件Q1导通。
S/OCP端子连接到比较器COMP1的非反相端子和比较器COMP2的非反相端子。比较器COMP1是检测过电流的OCP比较器。用作过电流阈值的基准电压Vref连接到比较器COMP1的反相端子。当与流过开关元件Q1的漏电流ID对应的S/OCP端子的电压信号VOCP等于或大于用作过电流阈值的基准电压Vref时，比较器COMP1输出处于H电平的输出信号。比较器COMP1处于H电平的输出信号借助或电路OR2重置触发器FF1，从而允许或电路OR1输出处于L电平的输出信号，使得开关元件Q1截止。
比较器COMP2是电流感测转换器，用于基于作为电压信号VFB输入到FB/OLP端子的FB信号，对开关元件Q1的占空比执行反馈控制。比较器COMP2的反相端子经由电阻器R5连接到基准电压Reg。比较器COMP2的反相端子还连接到FB/OLP端子。比较器COMP2比较电压信号VOCP与电压信号VFB，并且当电压信号VOCP等于或大于压信号VFB时输出处于H电平的输出信号。比较器COMP2处于H电平的输出信号借助或电路OR2重置触发器FF1，从而允许或电路OR1输出处于L电平的输出信号，使得开关元件Q1截止。因此，执行基于FB信号对开关元件Q1的占空比的反馈控制。
比较器COMP3比较VCC端子的IC的电源电压VCC与可变电压VR1。比较器COMP3的非反相端子和反相端子分别连接到VCC端子和可变电压VR1。比较器COMP3的输出信号被输入到可变电压VR1。当比较器COMP3的输出信号处于低电平时，可变电压VR1被设置成第一基准电压Von(例如，15V)。当比较器COMP3的输出信号处于H电平时，可变电压VR1被设置成比第一基准电压Von低的第二基准电压Voff(例如，10V)。因此，比较器COMP3的输出信号具有滞后特性。因此，当图1中示出的平滑电容器C3被未示出的起动电路充电使得IC的电源电压VCC超过第一基准电压Von时，比较器COMP3的输出信号处于H电平。当IC的电源电压VCC变成等于或低于第二基准电压Voff时，比较器COMP3的输出信号处于L电平。
另外，比较器COMP3的输出端子连接到调节器13。调节器13接收从VCC端子供应的电力。当比较器COMP3的输出信号处于H电平时，调节器13操作并且供应供控制器IC 1的各组件进行操作的电源电压。换句话讲，比较器COMP3的输出信号控制控制器IC 1的ON/OFF(开/关)，在控制器IC 1正常操作期间(开关操作ON(开启)期间)，比较器COMP3的输出信号处于H电平。因此，可变电压VR1的第一基准电压Von是控制器IC 1的操作开始电压，可变电压VR1的第二基准电压Voff是控制器IC 1的操作停止电压。
过压/欠压保护电路14基于BR端子的电压监测商用交流电源AC的输入电压。当这个输入电压低于预先设置的下限阈值电压值时，过压/欠压保护电路14将处于H电平的输出信号输出到或电路OR1。这样允许或电路OR1输出处于L电平的输出信号，使得开关元件Q1截止。当过压/欠压保护电路14的输出信号停留在H电平时，开关操作停止，以防止过度输入电流和过热。
过压/欠压保护电路14基于BR端子的电压确定商用交流电源AC的输入电压是AC100V系统还是AC 200V系统，并且将确定结果通知给OSC(内部振荡器)12。在第一实施方式中，例如，当商用交流电源AC的输入电压是大约AC 85V至AC 130V时，过压/欠压保护电路14确定该输入电压是AC 100V系统。另一方面，当商用交流电源AC的输入电压是大约AC 180V至AC 265V时，过压/欠压保护电路14确定该输入电压是AC 200V系统。
OSC 12接收FB/OLP端子的电压信号VFB以及过压/欠压保护电路14的确定结果(AC100V系统或AC 200V系统)。OSC 12具有频率降低功能。提供频率降低功能，以在低/中等负载下根据FB/OLP端子的电压信号VFB降低将输出的时钟信号的振荡频率(开关频率)，从而减少开关元件Q1的损耗，以提高效率。OSC 12具有针对AC 100V系统的第一频率降低设置和针对AC 200V系统的第二频率降低设置，作为用于执行频率降低功能的设置。
图3示出用曲线图形式示出用实线指示的针对AC 100V系统的第一频率降低设置和用虚线指示的针对AC 200V系统的第二频率降低设置。在图3中示出的曲线图中，水平轴代表FB/OLP端子的电压信号VFB，垂直轴代表OSC 12输出的时钟信号的振荡频率。另外，用虚线指示的曲线图代表没有根据输入电压而变化的传统频率降低设置。
当过压/欠压保护电路14的确定结果是AC 100V系统时，OSC 12基于第一频率降低设置执行频率降低功能。当过压/欠压保护电路14的确定结果是AC 200V系统时，OSC 12基于第二频率降低设置执行频率降低功能。可基于图3中示出的曲线图连续地控制或者逐步地控制OSC 12中的振荡频率。
这里，就开关元件Q1的损耗，比较输入电压是AC 100V系统的情况和输入电压是AC200V系统的情况。图4A用波形示出当输入电压是AC 100V系统时漏-源电压VDS和漏电流ID。图4B用波形示出当输入电压是AC 200V系统时漏-源电压VDS和漏电流ID。当比较这两种情况时，AC 200V系统的VDS是AC 100V系统的VDS的大约两倍高，AC 200V系统的ON时段是AC 100V系统的ON时段的大约一半。因此，在AC 100V系统中，图4A和图4B中的每个中用箭头A指示的开关损耗(由于漏电流ID的流动导致电压降的时段期间出现的损耗)小，而在AC 200V系统中，开关损耗大。另一方面，在AC 100V系统中，用箭头B指示的ON时段损耗(由于ON时段期间的电压降而出现的电导损耗)大，而在AC 200V系统中，ON时段损耗小。
用Po＝1/2×L×ID2×f表示被发送到次级侧的电力Po，其中，变压器T的初级绕组P的电感是“L”并且开关频率是“f”。当相同的电力Po被发送到次级侧时，开关频率f的降低自然地与开关频率f成比例地减少开关损耗，但漏电流ID增加，从而延长了ON时段。在VDS低的AC 100V系统中，这种趋势强烈。因此，在如上所述ON时段损耗大并且占主导地位的AC100V系统中，当开关频率f降低时，效率相当大地降低。以此方式，在中等负载下，损耗出现点在AC 100V系统和AC 200V系统之间变化。
因此，在第一实施方式中，提供第一频率降低设置和第二频率降低设置是为了在输入电压是AC 100V系统的情况和输入电压是AC 200V系统的情况中的每种情况下最佳地控制振荡频率。如图3中所示，在第一频率降低设置中用于从固定频率F0开始降低的用作频率可变操作点的降低开始电压VFB1被设置低于在第二频率降低设置中用于从固定频率F0开始降低的用作频率可变操作点的降低开始电压VFB2。因此，在输入电压是AC 200V系统的情况下，当负载变低时，OSC 12开始降低振荡频率的时间早于输入电压是AC 100V系统的情况。在开关损耗占主导地位的AC 200V系统中，可通过在提早的时间开始降低振荡频率来有效提高效率。另一方面，在ON时段损耗占主导地位的AC 100V系统中，可通过延迟开始降低振荡频率以防止ON时段损耗的增加来有效提高效率。
另外，如图3中所示，第一频率降低设置中的最低频率f1被设置成高于第二频率降低设置中的最低频率f2。因此，在轻负载下，OSC 12执行控制，使得输入电压属于AC 100V系统的情况下的振荡频率高于输入电压属于AC 200V系统的情况下的振荡频率。在振荡频率降低的整个范围内，OSC 12对处于相同电平的电压信号VFB执行控制，使得AC 100V系统的输入电压的振荡频率高于AC 200V系统的输入电压的振荡频率。因此，在轻负载下，在开关损耗占主导地位的AC 200V系统中，通过减少开关次数，振荡频率降低至25kHz，使得开关损耗降低，因此可有效提高效率。另一方面，在ON时段损耗占主导地位的AC 100V系统中，在轻负载下，振荡频率增大至30kHz，以缩短ON时段，使得ON时段损耗减少，因此，可有效提高效率。
图5A示出在第一实施方式中执行频率降低功能的情况下负载因子Po(％)和振荡频率(kHz)之间的关系。实线指示针对AC 100V系统的第一频率降低设置中执行频率降低功能的情况。虚线指示针对AC 200V系统的第二频率降低设置中执行频率降低功能的情况。短划线指示传统频率降低设置中执行频率降低功能的情况。在图5A中，发现以下事实。当负载因子降低时，相比于输入电压属于AC 100V系统的情况，在输入电压属于AC 200V系统的情况下，振荡频率更早地开始降低。在传统频率降低设置中，在负载因子是75％时开始降低振荡频率。相比之下，在AC 200V系统中负载因子是100％时和在AC 100V系统中负载因子是50％时，振荡频率开始降低。另外发现，在中等负载至轻负载，AC 100V系统的输入电压的振荡频率被控制成高于AC 200V系统的输入电压的振荡频率。此外发现，AC 100V系统的输入电压的最低频率f1被控制成高于AC 200V系统的输入电压的最低频率f2。AC 100V系统的输入电压的振荡频率被控制成在负载因子在10％至25％的范围内时是最低频率f1≈30kHz。AC 200V系统的输入电压的振荡频率被控制成在负载因子在10％至25％的范围内时是最低频率f2≈25kHz。
图5B示出在图5A中的短划线指示的传统频率降低设置中执行频率降低功能的情况下负载因子Po(％)和效率(％)之间的关系。在图5B中，实线是代表输入电压属于AC 100V系统的情况的曲线图，虚线是代表输入电压属于AC 200V系统的情况的曲线图。另外，图5C示出在以下情况下负载因子Po(％)和效率(％)之间的关系：当输入电压属于AC 100V系统时执行图5A中的实线指示的针对AC 100V系统的第一频率降低设置；当输入电压属于AC200V系统时执行图5A中的虚线指示的针对AC 200V系统的第二频率降低设置。在图5C中，实线是代表输入电压属于AC100V系统的情况的曲线图，虚线是代表输入电压属于AC 200V系统的情况的曲线图。
参照图5B和图5C，发现以下事实。相比于在传统频率降低设置中执行频率降低功能的情况，在执行第一实施方式的频率降低设置的情况下，效率提高。换句话讲，不管输入电压是属于AC 100V系统还是AC 200V系统，在第一实施方式的第一频率降低设置和第二频率降低设置中执行频率降低功能的情况下，效率更为提高。特别地，在负载因子在20％至80％的范围内时，效率提高。
在第一实施方式中，频率可变操作点根据输入电压而变化。然而，频率可变操作点可根据电源规格而变化。例如，在30W规格的情况下，在AC 100V系统中，频率可变操作点可被设置成负载因子Po＝40％至60％，而在AC 200V系统中，频率可变操作点可被设置成负载因子Po＝80％至100％。在100W规格的情况下，在AC 100V系统中，频率可变操作点可被设置成负载因子Po＝30％至50％，而在AC 200V系统中，频率可变操作点可被设置成负载因子Po＝70％至90％。
另外，在第一实施方式中，输入电压被划分成AC 100V系统和AC 200V系统，基于与各个系统对应的第一频率降低设置和第二频率降低设置，执行频率降低功能。然而，输入电压可被划分成三个或更多个系统，可提供和执行与各个系统对应的频率降低设置。
此外，在第一实施方式中，通过检测经整流电路DB整流的直流电压，确定商用交流电源AC的输入电压是AC 100V系统还是AC 200V系统。然而，可通过直接检测商用交流电源AC的输入电压，或者通过检测起动端子的电压或正向电压检测端子的电压，确定输入电压是AC 100V系统还是AC 200V系统。
如上所述，根据第一实施方式提供下面的开关电源装置。该开关电源装置将整流交流电源AC的输入电压得到的直流电压施加到变压器T的初级绕组P，以致使与变压器T的初级绕组P连接的开关元件Q1进行开关操作，从而在变压器T的次级绕组S中感生出脉冲电压，并且向负载输出被包括整流二极管D1和平滑电容器C2的次级侧整流平滑电路整流和平滑的输出电压。开关电源装置包括：过压/欠压保护电路14，其用作被构造成检测交流电源AC的输入电压的输入电压检测电路；误差放大器2，其被构造成比较输出电压与基准电压，以将所得的误差电压作为反馈信号(VFB)发送到初级侧；内部振荡电路(OSC 12)，其被构造成根据过压/欠压保护电路14检测的输入电压来选择频率降低设置中的任一个并且通过使用所选择的频率降低设置，根据次级侧发送的用于通知负载状态的反馈信号(VFB)，执行轻负载下降低开关元件Q1的开关频率的频率降低功能。
在这个构造中，准备频率降低设置，可通过根据输入电压选择频率降低设置中的任一个来执行频率降低功能。因此，可实现根据输入电压在最佳开关频率下进行操作。因此，即使输入电压变化，也可根据需要提高效率。
另外，根据第一实施方式，过压/欠压保护电路14确定输入电压是属于第一系统(AC 100V系统)还是第二系统(AC 200V系统)，第二系统(AC 200V系统)的电压高于第一系统(AC 100V系统)的电压。当输入/输出电路14确定输入电压是属于AC 100V系统时OSC 12通过使用第一频率降低设置来执行频率降低功能，当输入/输出电路14确定输入电压是属于AC 200V系统时OSC 12通过使用第二频率降低设置来执行频率降低功能。
在这个构造中，可通过根据输入电压选择性使用互不相同的第一频率降低设置和第二频率降低设置来实现根据输入电压在最佳开关频率下进行操作。具体地，第一频率降低设置被用于输入电压低的AC 100V系统，第二频率降低设置被用于输入电压比AC 100V系统中的输入电压高的AC 200V系统。因此，即使输入电压变化，也可根据需要提高效率。
此外，根据第一实施方式，在第二频率降低设置中，OSC 12在负载处于比第一频率降低设置中更重的水平时开始降低开关频率。
在这个构造中，在开关损耗占主导地位的AC 200V系统中，可通过在提早的时间开始降低振荡频率来有效提高效率。另外，在ON时段损耗占主导地位的AC 100V系统中，可通过延迟开始降低振荡频率以致防止ON时段损耗的增加来有效提高效率。
另外，根据第一实施方式，第一频率降低设置中的开关频率的最低频率被设置成高于第二频率降低设置中的开关频率的最低频率。
在这个构造中，在轻负载下，在开关损耗占主导地位的AC 200V系统中，通过减少开关次数的数量来降低振荡频率，使得开关损耗减少，因此，可有效提高效率。另一方面，在ON时段损耗占主导地位的AC 100V系统中，在轻负载下，增加振荡频率以缩短ON时段，使得防止了ON时段损耗的增加，因此，可有效提高效率。
此外，根据第一实施方式，对于在其中OSC 12降低开关频率的范围内处于相同电平的反馈信号(VFB)，第一频率降低设置中的开关频率被设置成高于第二频率降低设置中的开关频率。
在这个构造中，在开关损耗占主导地位的AC 200V系统中，通过减少开关次数的数量来降低振荡频率，使得开关损耗减少，因此，可有效提高效率。另一方面，在ON时段损耗占主导地位的AC 100V系统中，增加振荡频率以缩短ON时段，使得防止了ON时段损耗的增加，因此，可有效提高效率。
图6示出根据第二实施方式的开关电源装置。与第一实施方式的不同点在于，去除了光电耦合器PC1和误差放大器E/A 2，用控制器IC 1a取代了控制器IC 1。另外第一实施方式中设置在次级侧的电阻器R1和R2在第二实施方式中被设置在初级侧。换句话讲，在第一实施方式中，误差放大器(E/A)2检测输出电压VO和正常电压之差，并且将反馈信号经由光电耦合器PC1发送到初级侧的控制器IC 1。在第二实施方式中，通过检测变压器T的三次绕组电压来执行电压控制，从而类似地检测输出电压VO。
图7是示出根据第二实施方式的图6中示出的控制器IC 1a的电路构造的电路框图。相比于控制器IC 1，控制器IC 1a另外包括取样保持电路(S/H电路)15、误差放大器AMP1和基准电压Vr2。另外，用COMP端子取代FB/OLP端子，S/H电路15被分派给FB端子。
参照图6和图7，在第二实施方式的开关电源装置中，包括电阻器R1和电阻器R2的串联电路划分变压器T的三次绕组电压，并且将结果输入到控制器IC 1a的FB端子。S/H电路15连接到控制器IC 1a的FB端子。S/H电路15取样并且保持在截止之后开关元件Q1截止的时段中的电压。误差放大器AMP1比较经取样和保持的电压与基准电压Vr2，并且将由此得到的误差信号作为反馈信号输出到COMP端子。电容器C4连接到外部COMP端子，执行误差放大器AMP1的相位补偿。误差放大器AMP1包括诸如电流电导放大器的组件。
输出电压Vo的电压控制操作类似于第一实施方式中的电压控制操作，因此，将不再进行描述。尽管第二实施方式与第一实施方式在检测输出电压Vo的方法方面有不同，但可得到与第一实施方式的效果类似的效果。
根据上述实施方式，得到以下这种效果：可实现根据输入电压在最佳开关频率下进行操作，即使输入电压变化，也可根据需要提高效率。
虽然使用具体实施方式描述了本发明，但上述实施方式只是示例，并且可在不脱离本发明主旨的情况下进行修改和实现。

Claims (7)

1.一种开关电源装置，所述开关电源装置将交流电源的输入电压整流成直流电压，将所述直流电压施加到变压器的初级绕组，使与所述变压器的所述初级绕组连接的开关元件进行开关操作，从而在所述变压器的次级绕组中感生出脉冲电压，并且向负载输出被包括整流二极管和平滑电容器的次级侧整流平滑电路整流和平滑后的输出电压，
所述开关电源装置包括：
输入电压检测电路，其检测所述交流电源的输入电压；
误差放大器，其比较所述输出电压与基准电压，将所得的误差电压作为反馈信号发送到初级侧；
内部振荡电路，其根据所述输入电压检测电路检测到的输入电压，选择多个频率降低设置中的任一个，并且响应于从次级侧发送的用于通知负载状态的所述反馈信号，使用所选择的频率降低设置，执行轻负载下降低所述开关元件的开关频率的频率降低功能，
所述输入电压检测电路确定所述输入电压属于第一系统还是第二系统，所述第二系统的电压比所述第一系统的电压高，
所述内部振荡电路在所述输入电压检测电路确定所述输入电压属于所述第一系统时，使用第一频率降低设置来执行频率降低功能，并且在所述输入电压检测电路确定所述输入电压属于所述第二系统时，使用第二频率降低设置来执行频率降低功能，
在所述第二频率降低设置中，所述内部振荡电路在负载处于比所述第一频率降低设置中更重的水平时开始降低开关频率。
2.根据权利要求1所述的开关电源装置，其中，所述第一频率降低设置中开关频率的最低频率被设置成高于所述第二频率降低设置中开关频率的最低频率。
3.根据权利要求1所述的开关电源装置，其中，对于在所述内部振荡电路降低开关频率的范围内处于相同电平的反馈信号，所述第一频率降低设置中的开关频率被设置成高于所述第二频率降低设置中的开关频率。
4.一种开关电源装置，所述开关电源装置将交流电源的输入电压整流成直流电压，将所述直流电压施加到变压器的初级绕组，使与所述变压器的所述初级绕组连接的开关元件进行开关操作，从而在所述变压器的次级绕组中感生出脉冲电压，并且向负载输出被包括整流二极管和平滑电容器的次级侧整流平滑电路整流和平滑后的输出电压，
所述开关电源装置包括：
输入电压检测电路，其检测所述交流电源的输入电压；
取样保持电路，其取样和保持在所述开关元件截止之后所述变压器的三次绕组中产生的电压；
误差放大器，其通过比较经取样和保持的电压与基准电压来得到误差电压，将所述误差电压作为反馈信号输出到控制所述开关元件的开关操作的控制电路；以及
内部振荡电路，其根据所述输入电压检测电路检测到的输入电压，选择多个频率降低设置中的任一个，并且响应于用于通知负载状态的所述反馈信号，使用所选择的频率降低设置，执行轻负载下降低所述开关元件的开关频率的频率降低功能，
所述输入电压检测电路确定所述输入电压属于第一系统还是第二系统，所述第二系统的电压比所述第一系统的电压高，
所述内部振荡电路在所述输入电压检测电路确定所述输入电压属于所述第一系统时，使用第一频率降低设置来执行频率降低功能，并且在所述输入电压检测电路确定所述输入电压属于所述第二系统时，使用第二频率降低设置来执行频率降低功能，
在所述第二频率降低设置中，所述内部振荡电路在负载处于比所述第一频率降低设置中更重的水平时开始降低开关频率。
5.根据权利要求4所述的开关电源装置，其中，所述第一频率降低设置中开关频率的最低频率被设置成高于所述第二频率降低设置中开关频率的最低频率。
6.根据权利要求4所述的开关电源装置，其中，对于在所述内部振荡电路降低开关频率的范围内处于相同电平的反馈信号，所述第一频率降低设置中的开关频率被设置成高于所述第二频率降低设置中的开关频率。
7.一种开关电源装置，该开关电源装置包括：
整流电路，其对交流电源的输入电压进行整流；
变压器，所述变压器包括：
初级绕组，其被施加所述整流电路整流成的直流电压；以及
次级绕组，其基于开关元件的开关操作感生出脉冲电压，其中
所述变压器的所述次级绕组的输出经整流和平滑后输出输出电压；
所述开关元件，其连接到所述初级绕组；
整流二极管，以及
平滑电容器，
输入电压检测电路，其检测所述输入电压；
误差放大器，其比较所述输出电压与基准电压，并且将所得的误差电压作为反馈信号输出；
内部振荡电路，其基于所述输入电压检测电路检测到的输入电压和所述反馈信号，降低轻负载下所述开关元件的开关频率，
所述输入电压检测电路确定所述输入电压属于第一系统还是第二系统，所述第二系统的电压比所述第一系统的电压高，
所述内部振荡电路在所述输入电压检测电路确定所述输入电压属于所述第一系统时，使用第一频率降低设置来执行频率降低功能，并且在所述输入电压检测电路确定所述输入电压属于所述第二系统时，使用第二频率降低设置来执行频率降低功能，
在所述第二频率降低设置中，所述内部振荡电路在负载处于比所述第一频率降低设置中更重的水平时开始降低开关频率。
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016027775A (ja) * 2014-06-27 2016-02-18 サンケン電気株式会社 スイッチング電源装置
US9525353B2 (en) * 2014-09-19 2016-12-20 Sanken Electric Co., Ltd. Switching power-supply device for performing control of output voltage switching operation
TWM519348U (zh) 2015-07-16 2016-03-21 鋐寶科技股份有限公司 電源供應系統
TWM523235U (zh) * 2015-07-16 2016-06-01 鋐寶科技股份有限公司 電壓轉換器
JP6668762B2 (ja) * 2016-01-13 2020-03-18 富士電機株式会社 スイッチング電源装置
CN111066235B (zh) * 2018-03-13 2023-07-21 富士电机株式会社 电源装置、电源控制装置、以及电源控制方法
JP7193709B2 (ja) * 2018-10-23 2022-12-21 ミツミ電機株式会社 スイッチング電源制御用半導体装置およびａｃ－ｄｃコンバータ
US20230344355A1 (en) * 2019-09-24 2023-10-26 Empower Electronic Limited Power switching apparatus and power supplies
CN110987197B (zh) * 2019-11-14 2021-08-10 北京贯月芯通科技有限责任公司 信号处理装置及方法
CN113489345B (zh) * 2021-05-17 2022-11-25 上海新时达电气股份有限公司 可控整流器的控制方法、整流控制器、变频器及存储介质

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1447507A (zh) * 2003-04-08 2003-10-08 毛灿豪 一种开关电源
CN102130577A (zh) * 2010-12-31 2011-07-20 浙江大学 一种用于功率因数校正电路的窗口控制电路
CN102265232A (zh) * 2008-12-29 2011-11-30 艾沃特有限公司 提高开关型功率转换器中的轻负载效率的自适应多模式数字控制

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6212079B1 (en) 2000-06-30 2001-04-03 Power Integrations, Inc. Method and apparatus for improving efficiency in a switching regulator at light loads
US7307390B2 (en) * 2005-06-16 2007-12-11 Active-Semi International, Inc. Primary side constant output voltage controller
JP5168010B2 (ja) * 2008-07-28 2013-03-21 サンケン電気株式会社 スイッチング電源装置
US8228692B2 (en) * 2008-07-29 2012-07-24 On-Bright Electronic (Shanghai) Co., Ltd. Systems and methods for adaptive switching frequency control in switching-mode power conversion systems
JP5978575B2 (ja) * 2011-09-13 2016-08-24 富士電機株式会社 スイッチング電源装置の制御回路およびスイッチング電源装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1447507A (zh) * 2003-04-08 2003-10-08 毛灿豪 一种开关电源
CN102265232A (zh) * 2008-12-29 2011-11-30 艾沃特有限公司 提高开关型功率转换器中的轻负载效率的自适应多模式数字控制
CN102130577A (zh) * 2010-12-31 2011-07-20 浙江大学 一种用于功率因数校正电路的窗口控制电路

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