CN105703624B - 绝缘型直流电源装置以及控制方法 - Google Patents

Abstract

提供绝缘型直流电源装置以及控制方法。在电流检测用电阻短路的情况下，迅速使电流不流过一次线圈而防止装置受损。在具有变压器的绝缘型直流电源装置的一次侧控制电路设置：电压检测电路，其根据被辅助线圈感应的电压，赋予使开关元件接通的定时；电流检测电路，其根据流过一次线圈的电流，赋予使开关元件断开的定时；信号生成电路，其根据电流检测电路和电压检测电路的输出信号，生成接通、断开控制信号；第1计时器电路，其由开关元件的接通定时而启动，开始开关元件的接通时间的计时动作，第2计时器电路，其由第1计时器电路的计时结束而启动，开始计时动作，在第2计时器电路计时容许消磁时间而计时结束时，不生成使开关元件接通的信号。

Description

绝缘型直流电源装置以及控制方法

技术领域

本发明涉及一种具备电压变换用变压器的绝缘型直流电源装置以及控制方法，尤其涉及一种用于使电流间歇性地流过一次线圈来驱动的开关控制方式的绝缘型DC-DC转换器中的一次侧控制电路的有效的技术。

背景技术

在直流电源装置中，已知的有：对与电压变换用变压器的一次线圈串联连接的开关元件进行接通、断开驱动来控制流过一次线圈的电流，控制被二次线圈感应的电压的开关控制方式的绝缘型DC-DC转换器。

在该开关控制方式的DC-DC转换器中，为了一次侧的控制动作，检测二次侧的输出电压或输出电流后向一次侧反馈，并且与一次侧的开关元件串联地设置电流检测用电阻，在一次侧控制电路(IC)中设置输入通过该电阻进行电流-电压变化后的电压的端子(电流检测端子)(参照专利文献1)。

此外，作为开关控制方式的绝缘型DC-DC转换器之一有电流模式控制的回扫转换器。

在该电流模式转换器中，检测出二次侧的输出电压或输出电流后向一次侧反馈，控制开关元件的电流峰值，由此控制输出电压或输出电流。并且，在一次侧控制电路中，与上述开关元件串联地连接电阻(感应电阻：sense resistor)并将电流变换为电压，在该电压高于与反馈信号对应的电压时，使开关元件断开，由此控制电流峰值。

但是，在绝缘型DC-DC转换器中，规定了额定负载电流(或最大负载电流)，在发生流过二次侧的电流增加至额定负载电流以上的过电流状态时，电源装置受损，因此有时在一次侧的控制电路中设置过电流检测功能以及在检测出过电流的情况下使控制动作停止的过电流保护功能(参照专利文献2)。

然而，在监视感应电阻的电压并进行输出电压控制的绝缘型DC-DC转换器中，在电流检测用电阻的两端子间或电流检测端子-接地点间短路的情况下，即使流过一次侧的电流增加，电流检测端子的电位不变化，因此存在输出电压控制不工作而过剩电流流过开关元件，导致由部件的异常发热引起的损坏。

专利文献1：日本特开2011-176926号公报

专利文献2：日本特开2005-341730号公报

发明内容

本发明是在上述那样的背景下进行的，其目的是提供一种在具有电压变换用变压器，对流过一次线圈的电流进行接通、断开来控制输出的绝缘型直流电源装置中，在电流检测用电阻短路的情况下，迅速地使电流不流过一次线圈而能够防止开关元件或变压器、二极管等构成部件受损的技术。

为了达成上述目的，本发明提供一种绝缘型直流电源装置，其具备：电压变换用变压器，其具有一次线圈、二次线圈以及辅助线圈；开关元件，其用于使电流间歇性地流过该变压器的一次线圈；以及一次侧控制电路，其通过输入与流过所述变压器的一次线圈的电流成正比的电压和与被所述变压器的辅助线圈感应的电压成正比的电压，生成对所述开关元件进行接通、断开控制的驱动脉冲并输出，

所述一次侧控制电路具备：

电压检测电路，其根据所述变压器的一次线圈的电压或被辅助线圈感应的电压或与之成正比的电压，赋予使所述开关元件接通的定时；

电流检测电路，其根据与流过所述变压器的一次线圈的电流成正比的电压，赋予使所述开关元件断开的定时；

通断信号生成电路，其根据从所述电流检测电路输出的信号和从所述电压检测电路输出的信号，生成对所述开关元件进行接通、断开控制的信号；

第1计时器电路，其由所述开关元件的接通定时启动，开始所述开关元件的接通时间的计时动作，在计时了预先设定的一次侧最大接通时间的时间点计时结束；以及

第2计时器电路，其由所述第1计时器电路的计时结束启动，开始计时动作，在计时了预先设定的容许消磁时间的时间点计时结束，

由所述第1计时器电路的计时结束使所述开关元件断开，另一方面，在所述第2计时器电路定时结束的情况下，不会通过所述接通、断开信号生成电路生成使所述开关元件接通的信号。

本发明的其他发明是一种绝缘型直流电源装置的控制方法，该绝缘型直流电源装置具备：电压变换用变压器，其具有一次线圈、二次线圈以及辅助线圈；开关元件，其用于使电流间歇性地流过该变压器的一次线圈；以及一次侧控制电路，其通过输入与流过所述变压器的一次线圈的电流成正比的电压和与被所述变压器的辅助线圈感应的电压成正比的电压，生成对所述开关元件进行接通、断开控制的驱动脉冲并输出，该控制方法中，

监视被所述变压器的辅助线圈感应的电压或与之成正比的电压以及与流过所述变压器的一次线圈的电流成正比的电压，

在每次接通所述开关元件时，由该接通定时开始第1计时动作，在计时预先设定的一次侧最大接通时间之前通过所述电流检测电路检测出流过所述变压器的一次线圈的电流成为预定电流值的情况下，使所述开关元件的下个接通动作开始，

在通过所述电流检测电路检测出流过所述变压器的一次线圈的电流成为预定电流值之前计时了所述一次侧最大接通时间的情况下，以在完成所述一次侧最大接通时间的计时的时间点为消磁期间为条件，开始第2计时动作，计时了预先设定的容许消磁时间的情况下，之后不生成所述开关元件的接通信号。

在电流检测用电阻短路的情况下，不输入与流过一次线圈的电流成正比的电压，因此使所述开关元件接通时接通时间变长，由此一次线圈的峰值电流变高，变压器的消磁时间也变长，但根据上述的手段或方法，在由第1计时器电路的计时结束而启动的第2计时器电路计时结束的时间点，迅速地不使电流流过一次线圈，因此在电流检测用电阻的端子间短路或一次侧控制电路(IC)的电流检测端子和接地点之间短路的情况下，能够防止开关元件或变压器、二极管等构成部件受损。

在此，所述电流检测电路能够将通过与所述开关元件串联连接的电阻元件进行电流-电压变换而得的电压设为输入。

此外，所述电压检测电路能够将通过分压单元对被所述变压器的辅助线圈感应的电压进行分压而得的电压设为输入。

并且，设置用于检测变压器处于消磁期间的消磁期间检测单元，第2计时器电路以消磁期间检测单元检测出变压器处于消磁期间为条件执行计时动作。

此外，优选的是，该绝缘型直流电源装置具备检测向所述变压器的一次线圈施加的输入电压的电位的输入电压电平检测电路，所述第1计时器电路计时与输入电压成反比的时间。

由此，能够将一次侧最大接通时间设为与输入电压成反比的可变值，能够消除感应电阻短路时的变压器的一次侧电流峰值和二次侧电流峰值的输入电压依存性，因此能够抑制功率损失的增加，并且不容易使装置受损。

此外，优选的是，该绝缘型直流电源装置具备检测出通过分压单元对被所述变压器的辅助线圈感应的电压进行分压而得的电压的电位的感应电压电平检测电路，所述第2计时器电路计时与感应电压成反比的时间。

由此，能够将变压器的容许消磁时间设为与辅助线圈的感应电压成反比的可变值，能够消除开关停止时的变压器的电流峰值的输出电压依存性，因此能够防止因电流峰值的输出电压依存性使负载受损。

并且，优选的是，所述电流检测电路是电压比较电路，该电压比较电路比较通过与所述开关元件串联的所述电阻元件进行电流-电压变换而得的电压和与通过所述分压单元进行分压而得的电压成正比的电压，输出表示使所述开关元件断开的定时的信号。

由此，在不使用来自二次侧的反馈电压而仅通过一次侧的信息进行二次侧的输出电压的控制的PSR方式的绝缘型直流电源装置(DC-DC转换器)中，能够防止因电流检测用电阻的短路而使开关元件或变压器、二极管等构成部件受损。

根据本发明，在具备电压变换用变压器，对流过一次线圈的电流进行接通、断开来控制输出的绝缘型直流电源装置中，具有如下的效果：在电流检测用电阻短路或一次侧控制电路(IC)的电流检测端子和接地点之间短路的情况下，迅速地使电流不流过一次线圈而能够防止开关元件或变压器、二极管等构成部件受损。

附图说明

图1是表示作为本发明的绝缘型直流电源装置的绝缘型DC-DC转换器的一实施方式的电路结构图。

图2是表示图1的绝缘型DC-DC转换器中的变压器的一次侧控制电路(一次侧控制用IC)的结构例的电路结构图。

图3是表示实施例的一次侧控制用IC中的通常动作时以及电流检测用电阻或电流检测端子和接地点之间发生短路时的一次侧控制用IC的各部的电位变化情况的波形图。

图4是表示实施例的一次侧控制用IC的其他实施例的电路结构图。

图5是表示绝缘型DC-DC转换器的其他实施例的电路结构图。

图6是表示构成图5的DC-DC转换器的一次侧控制用IC的内部电路的结构例的电路结构图。

符号说明

10 一次侧控制电路(一次侧控制用IC)

11 误差放大电路(误差放大器)

12 比较器(电流检测电路)

13 驱动电路(驱动器)

14 比较器(电压检测电路)

15 放电结束检测电路

17 第1计时器电路

18 第2计时器电路

19 单脉冲生成电路

具体实施方式

以下，使用附图对本发明的最佳的实施方式进行说明。

图1是表示将本发明应用于作为一例的不从二次侧向一次侧进行反馈，而是仅根据在一次侧取得的信息进行二次侧的输出电压的控制的所谓的初级侧调整(Primary SideRegulation，以下成为PSR)方式的绝缘型DC-DC转换器时的一实施方式的电路结构图。

该实施方式的DC-DC转换器具有：电压变换用变压器TR1，其具有一次线圈Np、二次线圈Ns以及辅助线圈Na；由与该变压器TR1的一次线圈Np串联连接的N沟道MOSFET构成的作为开关元件的开关晶体管SW和驱动该开关晶体管SW的电压控制电路10。没有特别地进行限定，但在该实施方式中，电源控制电路10在单晶硅那样的1个半导体芯片上形成为半导体集成电路(以下，称为一次侧控制用IC)。

此外，关于图1的DC-DC转换器，一次侧控制用IC10不具备用于对开关晶体管SW进行接通、断开的振动电路，而是自激地进行开关控制，并且作为变压器TR1而使用二次线圈Ns的极性与一次线圈Np极性相反的线圈来作为疑似共振回扫转换器动作，控制开关元件的电流峰值由此来控制输出电压。

另外，关于图1的DC-DC转换器，有时在前级设置噪声切断用滤波器或对交流电压(AC)进行整流而变换为直流电压的二极管/电桥电路、对整流后的电压进行平滑的平滑用电容器而构成为AC-DC转换器(所谓的AC适配器)。

在上述变压器TR1的二次侧设有与二次线圈Ns串联连接的整流用二极管D2和连接于该二极管D2的负极端子与二次线圈Ns的另一方的端子之间的平滑用电容器C2。

此外，在该实施方式的DC-DC转换器的一次侧设有由与上述辅助线圈Na串联连接的整流用二极管D1和连接于该二极管D1的负极端子与接地点GND之间的平滑用电容器C1构成的整流平滑电路，通过该整流平滑电路整流、平滑的电压被施加到上述一次侧控制用IC10的电源电压端子VDD。与此同时，输入电压Vin直接或经由二极管或电阻被施加到一次侧控制用IC10的高压启动端子HV，在电源启动时辅助线圈Na感应电压前能够使一次侧控制用IC10动作。

并且，在本实施方式中，在开关晶体管SW的源极端子与接地点GND之间连接将流过开关晶体管SW的电流变换为电压的电流检测用电阻Rs，通过该电流检测用电阻Rs变换后的节点N0的电压Vcs被输入到一次侧控制用IC10的电流检测端子CS。与此同时，在与辅助线圈Na串联连接的整流用二极管D1的正极端子和接地点GND之间以串联方式连接对辅助线圈Na的感应电压进行分压的分压用电阻R1、R2，该电阻R1、R2的连接节点N1的电位Vs被输入到一次侧控制用IC10的电压检测端子VS。在此，端子VS的电位Vs与二次侧的输出电压Vout成正比，因此一次侧控制用IC10根据端子VS的电位Vs控制一次线圈Np的电流以及开关周期，由此将输出电压Vout维持为预定电压。

接着，使用图2对上述一次侧控制用IC10的具体的结构例进行说明。

本实施例的一次侧控制用IC10根据电流检测电压Vcs决定开关晶体管SW的断开定时来控制一次线圈的峰值电流，并且根据辅助线圈Na的感应电压检测出二次侧电流成为零的点即向二次侧的能量发射期间(消磁期间)的结束点来决定开关晶体管SW的接通定时。此外，一次侧控制用IC10具有这样的功能，即：控制成开关晶体管SW不会持续预定时间以上的接通状态，并且检测出二次线圈的消磁期间持续预定时间以上。并且，本实施例的一次侧控制用IC10具有在检测出感应电阻Rs的短路时，防止开关晶体管SW被接通的功能。

为了实现上述断开定时决定功能，本实施例的一次侧控制用IC10如图2所示具备：采样保持电路S/H，其在预定定时取入向端子VS输入的与辅助线圈感应电压成正比的电压Vs并保持；误差放大器11，其生成与取入的电压Vs和预定基准电压Vref1的电位差对应的电压；以及比较器12，其比较向端子CS输入的电流检测电压Vcs和上述误差放大器11的输出电压Vcont，该比较器12的输出经由或门G1后被输入到RS触发器FF1的复位端子R中。

然后，将触发器FF1的输出电压Q供给到驱动电路(驱动器)13，来自驱动电路13的输出成为对开关晶体管SW进行接通、断开驱动的驱动脉冲DRV。在该实施例中，在电流检测电压Vcs超过误差放大器11的输出电压Vcont时，比较器12的输出变为高电平，RS触发器FF1复位，其输出Q变为低电平，从驱动电路13输出的驱动脉冲DRV变为低电平，开关晶体管SW被断开。另外，也可以通过来自后述的第1定时电路17或第2计时器电路18的计时结束信号使RS触发器FF1复位。

此外，为了实现上述接通定时决定功能，一次侧控制用IC10具备：比较器14，其比较向端子VS输入的辅助线圈感应电压的检测电压Vs和预定参照电压Vref2；以及放电结束检测电路15，其根据该比较器14的输出电压，检测出二次线圈的消磁期间的结束点。并且，该放电结束检测电路15的输出EN1经由与门G5、或门G2以及与门G3后被输入到RS触发器FF1的置位端子S中。将参照电压Vref2设定为接近于0V的值。在电流检测电压Vs低于电压Vref2时，比较器14输出变为高电平，RS触发器FF1复位，其输出Q变为高电平，从驱动电路13输出的驱动脉冲DRV变为高电平，开关晶体管SW被接通。

并且，一次侧控制用IC10具备：计时器电路16，其在开关晶体管SW被断开的定时即从驱动电路13输出的驱动脉冲DRV从低电平变为高电平的定时开始计时动作，并计时开关周期。并且，该计时器电路16计时与误差放大器11的输出电压Vcont对应的时间。具体而言，若不考虑上述的一次线圈的峰值电流控制，则在放大器12的输出电压Vcont变高时，计时器电路16计时的时间变短而开关周期变短，在误差放大器12的输出电压Vcont变低时，计时器电路16计时的时间变长而开关周期变长。由此，能够使一次侧的开关周期根据被辅助线圈感应的电压而变化。另外，通过使上述的开关周期控制与上述的一次线圈的峰值电流控制匹配，来进行使二次侧的输出电压维持恒定的控制，因此即使电压Vcont上升，开关周期不变化或减少。

然后，将上述计时器电路16的输出EN2和上述放电结束检测电路15的输出EN1供给到与门G5，取其逻辑和的信号EN经由或门G2、与门G3后被输入到触发器FF1的置位端子中。也就是说，在计时器电路16计时结束的同时，放电结束检测电路15检测出放电结束，其输出EN1变为高电平的情况下，触发器FF1被复位。

此外，在一次侧控制用IC10上设置启动电路20，其通过向高压启动端子HV施加的电压，在辅助线圈Na感应电压而来自辅助电源(D1、C1)的电压VDD上升前的电源接通之后使内部电路启动，从该启动电路20供给的启动信号START经由或门G2和与门G3被供给到RS触发器FF1，从而使驱动脉冲DRV上升。

因此，放电结束检测电路15和计时器电路16作为赋予开关晶体管SW的接通定时的接通定时生成电路发挥功能。

另外，为了检测出感应电阻Rs的短路，而向与门G3的另一方面的输入端子输入来自后述的第2计时器电路的定时结束信号，在检测出感应电阻Rs的短路时，切断与门G3来阻止向RS触发器FF1供给附有接通定时的信号，防止开关晶体管SW被接通。

此外，在一次侧控制用IC10上设置启动电路20，其通过向高压启动端子HV施加的电压，在使辅助电源(D1、C1)的电压上升前的电源接通时使内部电路启动，从该启动电路20供给的启动信号START经由或门G2被供给到第1计时器电路17而使其启动。

并且，为了实现在检测出感应电阻Rs的短路时防止开关晶体管SW被接通的上述功能，本实施例的一次侧控制用IC10具备：第1计时器电路17，其用于计时开关晶体管SW的最大接通时间(以下称为一次侧最大接通时间)；以及第2计时器电路18，其计时预先设定的变压器的容许消磁期间(二次侧最大接通时间)。

第1计时器电路17具备：恒流源CS1；电容器C3，其通过来自该恒流源CS1的电流进行充电；MOS晶体管M1，其作为电容器C3的放电开关发挥功能；以及比较器CMP1，其比较电容器C3的充电电压和预定的参照电压Vref3。向MOS晶体管M1的栅极端子施加上述触发器FF1的反相输出/Q，在/Q成为高电平的开关晶体管SW的断开期间对电容器C3的电荷进行放电，在SW被接通时MOS晶体管M1成为断开状态而开始电容器C3的充电，在充电电压达到参照电压Vref3时，比较器CMP1的输出变为高电平。

也就是说，第1计时器电路17计时开关晶体管SW的接通时间，经过了预先设定的预定时间(一次侧最大接通时间)T1max时，置位后级的触发器FF2。此外，比较器CMP1的输出经由上述或门G1后反馈到前段的触发器FF1的复位端子R，在经过一次侧最大接通时间T1max时使触发器FF1复位，使开关晶体管SW强制断开。另外，通过来自与触发器FF1的输出Q(SW的接通信号)的上升同步地生成脉冲的单脉冲生成电路19的脉冲PL，接通开关晶体管SW的同时触发器FF2被复位。

另一方面，第2计时器电路18具备：恒流源CS2；电容器C4，其通过来自该恒流源CS2的电流被充电；MOS晶体管M2，其作为电容器C4的放电开关发挥功能；比较器CMP2，其比较电容器C4的充电电压与预定的参照电压Vref4；以及RS触发器FF3，其向置位端子S输入该比较器CMP2的输出。并且，该触发器FF3的输出Q被输入到上述与门G3。

此外，向MOS晶体管M2的栅极端子施加根据上述第1计时器电路17的输出设定的上述触发器FF2的反相输出/Q，开关晶体管SW接通的同时，触发器FF2被复位，该反相输出/Q成为高电平，由此M2成为接通状态，对电容器C4的电荷进行放电，在第1计时器电路17计时结束即计时一次侧最大接通时间时，MOS晶体管M2成为断开状态，开始电容器C4的充电，在充电电压达到参照电压Vref4时，比较器CMP2的输出变为高电平，置位后级的触发器FF3。

也就是说，第2计时器电路18计时变压器的消磁时间，经过了与预先设定的Vref4对应的容许消磁期间T2max时，置位后级的触发器FF3。然后，在触发器FF3被置位时，该反相输出/Q变为低电平而切断与门G2，不向RS触发器FF1提供从放电结束检测电路15或计时器电路16输出的用于赋予开关晶体管SW的接通定时的信号，由此能够防止开关晶体管SW被接通。

另外，向触发器FF3的复位端子输入初始化信号(复位信号)，一旦/Q变为低电平，则直到IC被初始化之前维持状态，由此防止开关晶体管SW被接通。

接着，说明设有第1计时器电路17和对预先设定的变压器的容许消磁期间(二次侧最大接通时间)计时的第2计时器电路18的原因。

在感应电阻Rs短路的情况下，端子CS的电压Vcs成为低电平，由此比较器12不能响应，通过比较器12的输出触发器FF1不能复位，即不能断开开关晶体管SW。

此时，将变压器的一次线圈的峰值电流设为I1p，将一次线圈的输入电压设为Vin，将一次线圈的电感设为L1，将一次线圈的最大接通时间设为T1max时，由下式表示I1p。

I1p＝(Vin/L1)·T1max……(1)

在上述式(1)中，一次线圈的峰值电流I1p具有输入电压依存性，但表示能够通过一次侧最大接通时间T1max抑制一次侧峰值电流I1p。因此，该实施例的一次侧控制用IC10在第1计时器电路17计时一次侧最大接通时间T1max而计时结束时，使触发器FF1复位而断开开关晶体管SW。

另一方面，将二次线圈的电感设为L2，将二次侧的输出电压设为Vout，将二次侧的整流用二极管D2的正向电压设为VF，将变压器的消磁时间设为Tdem时，由下式表示Tdem。

Tdem＝(L2·I2p)/(Vout+VF)……(2)

在此，二次侧峰值电流I2p与一次侧峰值电流I1p成正比，因此将一次线圈的匝数设为N1，将二次线圈的匝数设为N2时，上式(2)可以变形为下式(3)。

Tdem＝T1max·(N2/N1)·{Vin/(Vout+VF)}……(3)

上式(3)表示将Vout、VF设为固定时，变压器的消磁期间Tdem与Vin、T1max成正比。

因此，关于该实施例的一次侧控制用IC10，设定容许消磁期间T2max，在计时一次侧最大接通时间T1max的第1计时器电路17计时结束而断开开关晶体管SW时，开始第2计时器电路18的计时，在Tdem超过T2max的时间点使触发器FF3重置，通过其输出/Q切断与门G2，不向触发器FF1供给接通开始信号EN，由此在感应电阻短路时，阻止开关晶体管SW成为接通状态，防止电流继续流过一次线圈。

另外，在图2的实施例中，直接向MOS晶体管M2的栅极端子输入触发器FF2的反相输出/Q，但在触发器FF2的反相输出端子和MOS晶体管M2的栅极端子之间如虚线所示地设置将比较器14的输出信号设为另一方的输入的或门G4，以比较器14的输出为低电平(VS端子的电压Vs为0V)条件，在触发器FF2的反相输出/Q变为低电平的情况下，断开MOS晶体管M2，开始电容器C4的充电即开始第2计时器电路18的计时。因此，在该情况下，比较器14作为检测处于消磁期间的单元发挥功能，第2计时器电路18以处于消磁期间为条件执行计时动作。

接着，参照图3的时序图说明感应电阻Rs短路的情况下的本实施例的一次侧控制用IC10的动作。

本实施例的一次侧控制用IC10在感应电阻Rs没有短路的正常的期间(图3的T1期间)，在端子VS的电压Vs成为基准电压Vref2以下的时间点，放电结束检测电路15的输出信号EN1变为高电平。此外，计时器16通过脉冲信号PL被重置后开始计时，经过由误差放大器11的输出电压Vcont决定的时间后输出信号EN2变为高电平。

并且，当上述信号EN1和信号EN2双方成为高电平时，与门G5的输出信号EN成为高电平，重置触发器FF1，驱动信号DRV变为高电平，接通开关晶体管SW(定时t1)。于是，通过单脉冲生成电路19检测出驱动信号DRV的上升并生成脉冲PL(定时t2)。然后，向第2定时电路18的触发器FF2供给该脉冲，其反相输出/Q变为高电平，接通MOS晶体管M2，对电容器C4的电荷进行放电。

另一方面，当接通开关晶体管SW时，第1计时器电路17开始计时，经过一次侧最大接通时间T1max时，比较器12的输出变为高电平来重置触发器FF1，驱动信号DRV变为低电平，断开开关晶体管SW(定时t3)。于是，开始积蓄在变压器中的能量向二次侧的放电。之后，当二次线圈的电流I2减少至接近零时，产生共振而端子VS的电压Vs引起变动(ringing)。

此时，当感应电阻Rs短路时，电流检测电压Vcs不会上升，因此比较器12的输出不会变为高电平，不产生通常的断开，在第1计时器电路17计时一次侧最大接通时间的时间点(定时t6)重置触发器FF1，驱动信号DRV变为低电平，断开开关晶体管SW。由此，SW的接通时间变长，一次线圈的电流I1的峰值变大，在二次线圈的消磁期间流过的电流I2以及消磁时间增加。

此外，在第1计时器电路17计时结束(一次侧最大接通时间的计时)置位触发器FF2，开始基于第2计时器电路18的容许消磁期间的计时。然后，由于一次线圈的电流I1的峰值变大，端子VS的电压Vs下降变慢，因此在容许消磁期间经过时间点(定时t7)，第2计时器电路18计时结束而置位触发器FF3，通过其输出Q的变化重置触发器FF1，断开开关晶体管SW。然后，当置位触发器FF3时，通过其输出/Q断开通过与门G2的接通开始信号EN，由此开关晶体管SW维持断开状态，能够防止电流继续流过一次侧。

其结果，通过感应电阻Rs的短路能够防止开关元件或变压器、二极管等结构部件受到损坏。

(变形例)

接着，使用图4说明上述实施方式的一次侧控制用IC10的变形例。另外，应用该变形例的一次侧控制用IC10的DC-DC转换器的结构与图1相同。

从上述式(1)可知，一次线圈的峰值电流I1p与一次线圈的输入电压Vin成正比。因此，在图4所示的变形例的一次侧控制用IC中，通过可变电流源构成第1计时器电路17的电流源CS1，并且设置有检测出被施加输入电压Vin的端子HV的电位并输出与Vin成正比的电压的Vin电平检测电路21，通过Vin电平检测电路21的输出电压使可变电流源CS1的电流值变化。具体而言，当输入电压Vin变高时，可变电流源CS1的电流增加，到第1计时器电路17计时结束为止的时间变短，相反，当输入电压Vin变低时，可变电流源CS1的电流减少，到第1计时器电路17计时结束为止的时间变长。

由此，能够将一次侧最大接通时间T1max设为与输入电压Vin成反比的可变值，能够消除感应电阻短路时的变压器的一次侧电流峰值以及二次侧电流峰值的输入电压依存性。

例如，当输入电压Vin变高时，感应电阻短路时的变压器的一次侧电流峰值以及二次侧电流峰值变高，因此若到第1计时器电路17计时结束为止的时间不变化，则变压器的功率损失增加，并且与电流峰值低的情况相比向变压器或开关晶体管SW、二极管D2等装置的压力增加而容易受损。

与此相对，通过应用本变形例，当Vin变高时第1计时器电路17的计时结束时间变短而抑制一次侧电流峰值以及二次侧电流峰值的增加，因此能够抑制功率损失的增加的同时能够使装置不容易受损。另外，原本将端子HV设成IC能够在刚接通电源后的辅助线圈不产生感应电压的期间动作，因此通过利用原本设在一次侧控制用IC10上的端子而能够不增加端子数量地实现。

此外，在图4所示的变形例的一次侧控制用IC中，通过可变电流源构成第2计时器电路18的电流源CS2，并且设置用于输出与由采样保持电路(S/H)取入的电压成正比的电压的Vs电平检测电路22，通过Vs电平检测电路22的输出电压使可变电流源CS2的电流变化，其中，采样保持电路(S/H)与被施加了对辅助线圈的感应电压进行分压而得的电压Vs的端子VS连接。具体而言，当电压Vs变高时，可变电流源CS2的电流增加，到第2计时器电路18计时结束为止的时间变短，当电压Vs变低时，可变电流源CS2的电流减少，到第2计时器电路18计时结束为止的时间变长。

已知一种图1所示的回扫转换器，在变压器的消磁期间与一次侧电流峰值成正比，与Vout+VF(输出电压+二极管D2的正向电压)成反比。当容许消磁期间T2max为固定值的情况下，开关停止时的一次侧电流峰值以及二次侧电流峰值与Vout+VF成正比，因此输出电压越高开关元件或变压器、二极管等构成部件越容易受损。这样的电流峰值的输出电压依存性对于面向电池充电或LED照明等用途的恒流输出的转换器是优选的特性。因此，如上所述，将变压器的容许消磁时间T2max设为与电压Vs成反比的可变值，由此能够消除开关停止时的变压器的电流峰值的输出电压依存性。

此外，若想要在使用了变压器的绝缘型转换器中实现向一次侧传递(Vout+VF)电压的结构，则电路变得复杂，但在辅助线圈中出现与二次侧的(Vout+VF)电压成正比的电压。更详细而言，将辅助线圈与二次线圈的线圈比设为Na/N2，将二次侧的二极管D2的正向电压设为VF时，由下式表示端子VS的电位。

【数学式1】

通过上述式(4)可知，端子VS的电位与二次线圈的端子间电压(＝Vout+VF)成正比。因此，如上所述那样取入端子VS的电位Vs并根据它进行第2计时器电路18的计时结束时间的可变，由此能够消除电流峰值的输出电压依存性，并能够防止负载受损。

以上，根据实施方式具体地说明了由本发明人进行的发明，但本发明并不限定于上述实施方式。例如，在图4所示的变形例中示出了设有通过Vin电平检测电路21的输出电压使到第1计时器电路17计时结束为止的时间可变的结构和通过Vs电平检测电路22的输出电压使到第1计时器电路17计时结束为止的时间可变的结构双方的一次侧控制用IC10，但也可以是仅设有某一方结构的变形例。

此外，在上述实施方式中，由赋予使开关元件接通的定时的电压检测电路(比较器14)根据被变压器的辅助线圈感应的电压或与之成正比的电压进行检测，但也可以根据一次线圈的电压检测出使开关元件接通的定时。另外，在基于一次线圈的电压的情况下，与辅助线圈的不同点在于，极性成为相反以及消磁完成后的LC共振电压的中心不是接地电位而是成为输入电压Vin。

此外，在图1所示的DC-DC转换器中，作为一例示出了作为二次侧电路而设有整流用二极管D2和平滑用电容器C2的最简单的结构，但也可以将本发明应用于如下的同步整流方式的DC-DC转换器中，即：代替整流用二极管D2而连接MOS晶体管，并且设置监视该晶体管的源极电压以及漏极电压来生成接通、断开控制信号的控制电路，在电流流过整流用二极管的定时使整流用MOS晶体管导通。

并且，在上述实施例中，说明了应用于不使用来自二次侧的反馈电压，而仅通过一次侧的信息进行二次侧的输出电压的控制的PSR方式的DC-DC转换器中的例子，但本发明也可以应用于如图5所示那样在二次侧具备检测输出电压或输出电流的检测电路31以及将检测出的信息传递给一次侧控制用IC10的光电耦合器(发光二极管32以及光电晶体管32b)的DC-DC转换器中。

另外，在实现图5所示的DC-DC转换器的情况下，需要在一次侧控制用IC10设置与接受来自二次侧的反馈信息的光电晶体管32b连接的端子FB。并且，在这样的一次侧控制用IC10中实现通过上述实施例说明的功能的情况下，除了图2或图4所示的电路外，例如如图6所示那样，除了端子FB外，还需要设置使偏置电流流过与端子FB连接的光电晶体管32b的恒流源CS3以及由根据端子FB的电位生成比较器12和计时器16的参照电压Vcont误差放大器等构成的Vcont生成电路24。

Claims (10)

1.一种绝缘型直流电源装置，其具备：电压变换用变压器，其具有一次线圈、二次线圈以及辅助线圈；开关元件，其用于使电流间歇性地流过该变压器的一次线圈；以及一次侧控制电路，其通过输入与流过所述变压器的一次线圈的电流成正比的电压和与被所述变压器的辅助线圈感应的电压成正比的电压，生成对所述开关元件进行接通、断开控制的驱动脉冲并输出，该绝缘型直流电源装置的特征在于，

所述一次侧控制电路具备：

电压检测电路，其根据所述变压器的一次线圈的电压或被辅助线圈感应的电压或与之成正比的电压，赋予使所述开关元件接通的定时；

电流检测电路，其根据与流过所述变压器的一次线圈的电流成正比的电压，赋予使所述开关元件断开的定时；

通断信号生成电路，其根据从所述电流检测电路输出的信号和从所述电压检测电路输出的信号，生成对所述开关元件进行接通、断开控制的信号；

第1计时器电路，其由所述开关元件的接通定时而启动，开始所述开关元件的接通时间的计时动作，在计时了预先设定的一次侧最大接通时间的时间点计时结束；以及

第2计时器电路，其由所述第1计时器电路的计时结束而启动，开始计时动作，在计时了预先设定的容许消磁时间的时间点计时结束，

由所述第1计时器电路的计时结束使所述开关元件断开，另一方面，在所述第2计时器电路计时结束的情况下，不会通过所述通断信号生成电路生成使所述开关元件接通的信号。

2.根据权利要求1所述的绝缘型直流电源装置，其特征在于，

该绝缘型直流电源装置具备：消磁期间检测单元，其检测出所述变压器处于消磁期间，

所述第2计时器电路以所述消磁期间检测单元检测出处于消磁期间为条件执行计时动作。

3.根据权利要求1或2所述的绝缘型直流电源装置，其特征在于，

所述电流检测电路将通过与所述开关元件串联连接的电阻元件进行电流-电压变换而得的电压设为输入。

4.根据权利要求1或2所述的绝缘型直流电源装置，其特征在于，

所述电压检测电路将通过分压单元对被所述变压器的辅助线圈感应的电压进行分压而得的电压设为输入。

5.根据权利要求4所述的绝缘型直流电源装置，其特征在于，

该绝缘型直流电源装置具备检测向所述变压器的一次线圈施加的输入电压的电位的输入电压电平检测电路，所述第1计时器电路计时与输入电压成反比的时间。

6.根据权利要求4所述的绝缘型直流电源装置，其特征在于，

该绝缘型直流电源装置具备检测出通过所述分压单元进行分压而得的电压的电位的感应电压电平检测电路，所述第2计时器电路计时与感应电压成反比的时间。

7.根据权利要求5所述的绝缘型直流电源装置，其特征在于，

该绝缘型直流电源装置具备检测出通过所述分压单元进行分压而得的电压的电位的感应电压电平检测电路，所述第2计时器电路计时与感应电压成反比的时间。

8.根据权利要求4所述的绝缘型直流电源装置，其特征在于，

所述电流检测电路是电压比较电路，该电压比较电路比较通过与所述开关元件串联连接的电阻元件进行电流-电压变换而得的电压和与通过所述分压单元进行分压而得的电压成正比的电压，输出表示使所述开关元件断开的定时的信号。

9.根据权利要求5所述的绝缘型直流电源装置，其特征在于，

所述电流检测电路是电压比较电路，该电压比较电路比较通过与所述开关元件串联连接的电阻元件进行电流-电压变换而得的电压和与通过所述分压单元进行分压而得的电压成正比的电压，输出表示使所述开关元件断开的定时的信号。

10.一种绝缘型直流电源装置的控制方法，该绝缘型直流电源装置具备：电压变换用变压器，其具有一次线圈、二次线圈以及辅助线圈；开关元件，其用于使电流间歇性地流过该变压器的一次线圈；以及一次侧控制电路，其通过输入与流过所述变压器的一次线圈的电流成正比的电压和与被所述变压器的辅助线圈感应的电压成正比的电压，生成对所述开关元件进行接通、断开控制的驱动脉冲并输出，该绝缘型直流电源装置的控制方法的特征在于，

监视被所述变压器的辅助线圈感应的电压或与之成正比的电压以及与流过所述变压器的一次线圈的电流成正比的电压，

在每次接通所述开关元件时，由该接通定时而开始第1计时动作，在计时预先设定的一次侧最大接通时间之前通过所述电流检测电路检测出流过所述变压器的一次线圈的电流成为预定电流值的情况下，使所述开关元件的下个接通动作开始，

在通过所述电流检测电路检测出流过所述变压器的一次线圈的电流成为预定电流值之前计时了所述一次侧最大接通时间的情况下，在完成所述一次侧最大接通时间的计时的时间点使所述开关元件断开，另一方面，在开始第2计时动作，计时了预先设定的容许消磁时间的情况下，之后不生成所述开关元件的接通信号。