CN106329933A - 开关电源装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种价格便宜且能够确保切实的安全性的开关电源装置。本发明的反激式开关电源装置，具备：具有初级线圈和次级线圈的变压器；连接于初级线圈的开关元件；以开关电源装置的输出电压为一定的值的方式，对输出电压进行反馈从而控制开关元件的闭合·关断的控制电路；向控制电路供给电力的与次级线圈同极性卷绕的第1辅助线圈；以及与第1辅助线圈在开关元件关断时的供给电力的方向上串联连接的第1整流元件和对从第1整流元件供给的交流电力进行平滑化的第1电容，对与输出电流或输出功率成比例增加的第1电容所生成的电压值进行检测，从而换算出输出电流值或输出功率值。

Description

开关电源装置

技术领域

本发明涉及一种为了提高安全性而限制电源装置的最大输出功率和最大输出电流的两者的任意一者的绝缘型电源装置。

背景技术

一般来说，电器设备连接于商用交流电源或电池等的直流电源。这些设备的内部中内置有电源装置，该电源装置将连接的电源转换成必要的电压，从而能够得到所期望的电流。这些电源装置中，从电源装置得到的输出功率或最大电流在正常工作中是在额定功率和额定电流之下的，但是在负载过载或短路等的情况下，有可能会得到大于电源的额定功率和额定电流。这一情况下，电源装置内部的损失变大，可能发生着火或冒烟，成为火灾等的原因。

为此，对于电源装置，国家等为了确保安全性，而制定了规定的安全规格，谋求能够严格遵守这些安全规格。

在这些安全规格中，美国安全规格UL1310中，对于Class2限制电源(LPS)规定了输出电压、输出电流、输出功率不仅在通常动作时，并且在由电路元件的短路或开路等的单一故障时，包括在过流保护电路单一故障的情况下，也被要求为如表1所记载的限度值以下。各国的安全规格，都有类似的限制电源的要求。

[表1]

注：V_max是指在任何负载的情况下，如果是直流则为最大值，如果是交流则为峰值。

换而言之，在满足该规格的情况下，电源的输出电压为20V～30V的情况下，(例如额定电压为24V)，在通常动作时下，具有图1的实线所示的输出特性(输出电流Vs输出电压)。在UL1310规格中，即使是在电源内的基板、变压器等的线圈类或者电子部件短路或开路等的单一故障发生，其结果导致电源自身的电压控制功能或各种保护功能等的功能障碍发生，如过流保护、过压保护、过功率保护失效时的状态下电源动作产生异常或在负载侧有异常要求(具体为过负载或者短路等)时，如图1的虚线所示，仍然要求电源的最大电压为DC30V以下，最大输出功率为100V·A以下，最大输出电流为8A以下。

电压控制功能产生故障的情况下，对于输出电压的降低，由于输出功率也降低所以是安全的，相反地，对于输出电压的上升，假如具有过压保护功能且过压保护功能正常的情况下，也能够将电源输出限定于图1所示的合适范围内。关于保护功能的故障，在过压保护功能故障的情况下，只要在电源内部不产生第2处故障，则不产生过压，所以能够将电源输出限定于图1所示的合适的范围内。在过流保护功能故障的情况下，在负载侧有过负载情况或短路等异常情况下，电源输出可能会超出合适的范围。在使用廉价的电源时，如果没有过压保护电流，在电压控制功能故障(包括电流反馈模式控制电源中的电流反馈环中的故障)的情况下，电源输出可能会超出图1所示的合适的范围。

一般而言，为了满足表1所示的规格，作为通常的安全对策，在电源内部设置有过流保护单元OCP。过流保护单元，在电源的输出电流超过规定值的情况下，一边使输出电压下降，一边限制电流，由此可以兼顾过功率保护单元。这是因为，在将输出电压控制为定电压的电源中，在稳定工作的状态下，输出电流的变动的检测能够取代输出功率的检测。

但是，关于采用这样对策的现有装置，在构成过流保护单元的电路元件产生开路或短路等的单一故障状态下，导致过流保护功能不良，且负载为过负载的情况下，如图2所示，输出电压维持在额定电压而不下降，由于过流保护的功能不起作用，使输出电流增加而得到了超过100V·A范围的输出功率，其结果，在这样的装置中，表1的UL1310Class2的规格不能得到满足。

具体地，可以列举以下的故障事例：仅在次级侧具有过流保护功能的电源的情况下，在输出端直接检测输出电流的电阻元件的短路、或者检测与输出电流成比例的次级侧的开关交流电流的电阻元件的短路、或者电流变压器的断线或线圈短路；仅在初级侧具有过流保护功能的电源的情况下，检测与输出电流成比例的初级侧的开关交流电流的电阻元件的短路、或者电流变压器的断线或线圈短路等。

因此，为了解决这样的问题，可以在电源内部或外部的输出线路上插入保险丝或断路器等的过流切断元件来对应。

作为其他的通过电路对应的方法，如专利文献1所记载的那样，设置了主开关保护用的第1过流保护单元以及在输出端的第2过流保护单元。如该例那样，在现有技术中，采取了具有如图3所示的2个过流保护单元的电路形式。

以下，对通过电路对应的方法进行说明。

如图3所示，反激式开关电源装置具备：具有初级线圈Np1和与初级线圈Np1极性相反的次级线圈Ns1的变压器T1；与所述初级线圈Np1串联连接的开关元件Q1；以开关电源装置的输出为定压的方式，控制开关元件Q1的开关动作以及在初级侧的过电流等的异常检测及其保护动作的初级侧控制电路Cont1；和控制在次级侧的过电流等的异常检测及其保护动作的次级侧控制电路Cont2。而且，在开关电源装置的输入端V_in连接有输入电容C_in。平滑电容C_out在输出端V_out，与次级侧线圈Ns1和串联连接的第2整流元件D2相连接。来自输出端的反馈电压被输入至初级侧控制电路Cont1，该反馈电压通过测量输出端的电阻Rs3和Rs4的分压而得到。

反激式电源装置在开关元件Q1闭合时，由初级线圈Np1流动的电流向变压器T1的磁芯中存储能量，在开关元件Q1闭合时，经由次级侧线圈Ns1向次级侧放出能量，从而变换成电压并传输。此处，如果次级线圈Ns1中产生与初级线圈Np1极性相同的方向上的电压，则会成为正激电压。其峰值为以初级线圈和次级线圈的匝数比为比例常数，而与输入电压成比例的电压。另外，如果在极性相反方向上产生的电压则称为反激电压，其峰值为在输出电压上加上整流元件的正向的压降的与输出电压大致相等的电压。另外，这样的整流方式被称作电容输入整流方式或峰值整流方式。

此处，如前述那样，初级侧的初级侧控制电路Cont1具有第1过流保护单元OCP1，次级侧的次级侧控制电路Cont2具有第2过流保护单元OCP2。电源的基本控制由设置于初级侧的初级侧控制电路Cont1来进行，第1过流保护单元OCP1也是初级侧控制电路Cont1的一部分。该初级侧控制电路Cont1，从设置于初级侧的辅助线圈Np2，并从由第1整流元件D1和电容C1构成的辅助电源Vcc1来进行供电。从次级侧设置的辅助线圈Ns2，并从第3整流元件D3以及稳压器Reg和电容C3构成辅助电源Vs，向第2过流保护单元OCP2进行供电。此处，一般地，初级侧控制的电源中，控制电路的驱动电源兼顾功率开关的驱动电源，为了消除输入电压的变动的影响，辅助线圈Np2的线圈的极性为反激方向，并且谋求辅助电源电压Vcc1的稳定化。另一方面，辅助线圈Ns2线圈的极性为正激方向，从而在包含无负载的轻负载的状态或第1过流保护单元动作时的脉冲幅度被减小的状态下，也能够确保稳定的电压。因此从变压器产生的电压与输入电压成比例，直接受到输入电压变动的影响。作为排除这一影响的手段，插入稳压器Reg。另外，第1过流保护单元监视由初级侧电流检测电阻Rs1检测的初级侧的电流，第2过流保护单元监视由次级侧电流检测单元Rs2检测的次级侧的电流。

该2个过流保护单元的检测值在换算成输出电流时，以较小的一方为主(稳定情况下的过流保护)。以哪一方为主可以是任意的。

此处，说明2个过流保护单元的动作。

第1过流保护单元，将流过开关元件Q1的开关电流通过图3所示的初级侧检测电阻Rs1或者电流变压器等变换为电压，其电流峰值与以其他检测点为基准而设定的门限电压用比较器等进行比较，从而决定检测点(换算成输出电流的动作点)。检测后，开关电源的主控制为控制开关元件Q1的闭合/断开的占空比的脉冲宽度调制(PWM)方式的情况下，缩小闭合期间的比例，在为控制开关元件Q1的开关频率的频率调制(PFM)方式的情况下，通过使开关的频率降低，从而使输出电压下降，同时使输出功率减小。该电路结构中，可以由分立元件构成，但一般地，使用电源控制IC所具有的过电流保护功能。

第2过流保护单元，将次级线圈Ns1(第2整流元件D2)所流过的开关电流通过图3所示的次级侧的检测电阻Rs2或电流变压器等变化成电压，其电流峰值与以其他检测点为基准而设定的门限电压用比较器等进行比较，从而决定检测点(换算成输出电流的动作点)。检测后，通过光耦等向初级侧控制电路传送检测信号，并进行使开关动作停止等的保护。电流检测可以运用图3所示那样的开关电流，也可以直接检测输出端的输出电流。

如图3所示的开关电源装置中，当由于单一故障而导致一个过流保护功能无效时，另一个过流保护功能仍将输出功率控制在100W、输出电流控制在8A以内。根据这样的结构，即使在构成过流保护单元的电路元件成为单一故障状态下，也能够限制电源装置的输出功率·输出电流，能够满足图1所示的美国安全规格UL1310的Class 2。现有的限制电源(Limit Power Source，LPS)中，上述事例中提到的过流保护方法是必要要素。

现有技术文件

专利文献

专利文献1：日本公开实用新型案昭62-7779

发明内容

但是上述的电路方式中，虽然能够满足要求，但会产生以下的问题：

(1)必需额外的电源，使2个保护单元的控制电路工作；

(2)需要基板空间；

(3)由于使用2个保护单元，成本变高；

(4)次级侧电流检测基本上使用电阻，产生功率损耗；

(5)在故障模式时也要使次级侧保护单元(IC)动作，电路设计困难。

(6)次级侧控制电路功耗导致电源的无载功耗上升，使得电源很难满足ErP和Energy Star的待机功耗要求。

(7)保险丝是利用焦耳热而进行熔断的元件，因此具备基本的电阻值，另外，关于熔断特性即使是即断型，对于电子电路的保护动作来说也会有时间延迟(time lag)。另外，在熔断DC电压为特别高电压的情况下，会产生因接地放电而引起的续流现象，因此保险丝的选择较为困难。另外，一旦熔断之后，为了恢复需要进行新的保险丝的交换作业。以上在元件特性、作业性、成本方面、形状方面、重量方面都留有问题。

(8)关于熔断器，也与保险丝一样，在元件特性、成本方面、形状方面、重量方面都留有问题。

本发明着眼于上述技术问题而完成，其目的在于提供一种价格低廉、小型并且能够在工作中切实地确保安全性的电源装置。

为了达成上述目的，本发明通过具有以下结构来解决上述问题。

本发明的反激式开关电源装置具备：具有初级线圈和次级线圈的变压器；连接于所述初级线圈的开关元件；以所述开关电源装置的输出电压保持为一定的值的方式，对输出电压进行反馈从而控制所述开关元件的闭合·关断的控制电路；向所述控制电路供给电力的与所述次级线圈同极性卷绕的第1辅助线圈；以及与所述第1辅助线圈在所述开关元件关断时的供给电力的方向上串联连接的第1整流元件和对从所述第1整流元件供给的交流电力进行平滑化的第1电容，对与输出电流和输出功率成比例增加的所述第1电容所生成的电压值进行检测，从而换算输出电流值或输出功率值。

另外，本发明的反激式开关电源装置中，具有输出过流限制单元或输出过功率限制单元，其对与输出电流和输出功率成比例增加的所述第1电容所生成的电压值进行换算而检测出输出过流或输出过功率，当该电压值超过预先设定的设定值的情况下，向所述控制电路传达，所述控制电路以限制输出过流或输出过功率的方式对所述开关电源装置进行控制。

另外，本发明的反激式开关电源装置中，除了所述输出过流限制单元或所述输出过功率限制单元以外，还具备输出过流保护单元或输出过功率保护单元，其直接或间接地检测输出电流，并向所述控制电路传达，所述控制电路为了能够保护电源装置自身或负载，以限制输出过流或输出过功率的方式对所述开关电源装置进行控制。

另外，本发明的反激式开关电源装置中，所述输出过流限制单元和所述输出过流保护单元被设置为，在反激式开关电源装置无故障且发生输出过流的状态下，使所述输出过流保护单元先动作而进行过流保护，或者，所述输出过功率限制单元和所述输出过功率保护单元被设置为，在反激式开关电源装置无故障且发生输出过功率的状态下，使所述输出过功率保护单元先动作而进行过功率保护。

另外，本发明的反激式开关电源装置中，所述控制电路为位于初级侧的初级侧控制电路，对所述控制电路进行电力供给的辅助线圈也为位于初级侧的初级侧辅助线圈，所述第1整流元件和所述第1电容也为初级侧构成部件。

另外，本发明的另一目的在于提供一种反激式开关电源装置，具备：具有初级线圈和次级线圈的变压器；连接于所述初级线圈的开关元件；以所述开关电源装置的输出电压保持为一定的值的方式，对输出电压进行反馈从而控制所述开关元件的闭合·关断的控制电路；对所述控制电路进行电力供给的第2辅助线圈；与所述第2辅助线圈连接的第2整流元件和对从所述第2整流元件供给的交流电力进行平滑化的第2电容；与所述次级线圈以同极性卷绕的第3辅助线圈；以及与所述第3辅助线圈在所述开关元件关断时的供给电力的方向上串联连接的第3整流元件和对从所述第3整流元件供给的交流电力进行平滑化的第3电容，具有输出过流限制单元或输出过功率限制单元，其对与输出电流和输出功率成比例增加的所述第3电容所生成的电压值进行换算并检测出输出过流或输出过功率，当该电压值超过预先设定的设定值的情况下，向所述控制电路传达，所述控制电路以限制输出过流或输出过功率的方式对所述开关电源装置进行控制。

另外，本发明的反激式开关电源装置中，所述第3辅助线圈为位于次级侧的次级侧辅助线圈，所述第3整流元件和所述第3电容也为次级侧构成部件。

另外，本发明的反激式开关电源装置中，所述输出过流保护单元和所述输出过功率保护单元具备与所述开关元件串联连接的电流检测单元，监视由所述电流检测单元检测的电流，在所述开关电源装置的输出电流成为输出过流的情况下或输出功率成为输出过功率的情况下，将所述开关电源装置的输出电流或输出功率限制为一定的值以下。

另外，本发明的反激式开关电源装置中，所述控制电路，在所述第1电容或所述第3电容所生成的电压值超过预先设定的设定值的情况下，将所述开关元件的占空比限制为一定的值以下。

另外，本发明的反激式开关电源装置中，所述控制电路，在所述第1电容或所述第3电容所生成的电压值超过预先设定的设定值的情况下，将所述反激式开关电源装置的动作关闭。

发明的效果

根据本发明，能够提供一种，即使在电源内部的单一故障状态下，不会发生因电源装置内部的损耗及用户设备能量(负载)的增大而产生的着火或者冒烟，另外，即使从负载侧产生异常的情况(过负载或短路等)，也能够满足UL1310的Class2的安全的电源装置。而且，不用追加新的控制电路和包含IC、检测元件的电流检测单元，能够将用于供给初级侧控制部的驱动电源所必须的辅助线圈所产生的电压作为单一故障而产生的异常动作或者单一故障中的过负载等的检测手段来使用。另外，能够将成本抑制得较低，并且以较少的基板空间便能够进行安装。此外，由于在次级侧没有辅助电源和控制电路，因此在不存在无负载时的附加损耗。过流保护单一故障的情况下，通过监视辅助线圈所产生的电压而能够抑制输出功率的机理将在后文中描述，由于所述辅助线圈所产生的电压如图5所示与输出电流成比例，并且由于故障为电流检测单元的单一故障，且输出电压的定压功能不会发生故障从而输出电压稳定化，因此在该状态下通过间接地监视输出电流，便能够间接地监视输出功率。

附图说明

图1是表示美国安全规格UL1310的输出特性曲线的图。

图2是表示现有技术的开关电源装置中、正常模式与OCP故障模式的输出特性曲线的图。

图3是具有2个OCP单元的现有技术的开关电源装置的图。

图4是表示本发明的第1实施方式的开关电源装置1A的图。

图5是表示第1实施方式的开关电源装置的电流反馈控制时的Vcc1和负载的输出特性曲线的图。

图6是表示第1实施方式的开关电源装置的电压反馈控制时的Vcc1和负载的输出特性曲线的图。

图7是表示本发明的第2实施方式的开关电源装置1B的图。

图8是表示本发明的第3实施方式的开关电源装置1C的图。

具体实施方式

以下，参照附图，详细地说明用于实施本发明的方式。

<第1实施方式>

图4是本发明的第1实施方式的开关电源装置1A的图。

图4所示的开关电源装置1A是转换器电源方式与背景技术中提及的图3的反激式的电源装置相同的电源装置，具备：具有初级线圈Np1和与初级线圈Np1极性相反的次级线圈Ns1的变压器T1；串联连接于初级线圈Np1的开关元件Q1；以开关电源装置1A的输出为定压的方式，控制开关元件Q1的开关动作的控制电路Cont3；相对于次级线圈Ns2以相同极性卷绕的辅助线圈Np2。与辅助线圈Np2在开关元件关断时的供给电力的方向上串联连接的第1整流元件D1和电容C1所生成的电压称为控制电路的驱动电压源Vcc1。另外，设置有与次级线圈Ns1在开关元件关断时的供给电力的方向上串联连接、并向输出提供电力的第2整流元件D2。而且，在开关电源装置1A的输入端V_in，连接有输入电容C_in，在输出端V_out，连接有平滑电容C_out。

实际适用于本发明的开关电源装置为PWM、PFM、自激式或他激式反激转换器。本例中的开关电源装置1A为反激式。关于电力的传送，与前述相同。本例中，以脉冲宽度调制(PWM)方式的情况进行说明。一般被称为他激式反激转换器或直流重叠性反激式转换器。频率调制(PFM)方式的情况下一般被称为自激式反激转换器或振荡－阻塞变换器(Ringing choke convertor)。在开关闭合时变压器的磁芯中所存储的能量在开关断开时完全向次级侧放出(因此，根据输出功率而使开关频率变化)。而在脉冲宽度调制(PWM)的情况下，由于为固定频率，由输出功率而在变压器的磁芯内残有励磁，这作为直流励磁而重叠。能够使磁芯的铁损减少，使功率元件的电流峰值下降，其结果，能够增大传输功率。

控制电路Cont3通过分压电阻Rs3和Rs4检测输出电压，并与基准电压进行比较而算出误差，基于该结果进行用于使输出电压稳定的PWM方式反馈控制，其对开关元件Q1的闭合/断开的占空比进行控制。辅助线圈Np2在反激方向接受电压，与输出电路相同地以电容输入整流方式进行整流，相对于稳定化输出的输出电压，成为以次级线圈Ns1和辅助线圈Np2的匝数比作为比例常数，而与输出电压成比例的电压。另外，控制电路Cont3包含电压控制单元等的基本控制部，并具备一般结构的过电流保护单元OCP和本发明特有的功率限制单元PLT(Power Limitation Triggering)。

具体地，开关电源装置1A的控制部，具有监视并限制在线圈Np1中流过的电流的过流保护单元OCP和监视与线圈Np2连接的整流部的输出Vcc1的功率限制单元PLT两者。过流保护单元OCP，与前述所说明的相同。另外，功率限制单元PLT，监视辅助电源Vcc1，在超过规定值的情况下，以限制开关电源装置1A的输出功率或输出电流的方式控制开关元件Q1。此外，本实施方式所述的过流保护单元OCP能够作为输出过流保护单元或输出过功率保护单元而起作用。本实施方式所述的功率限制单元PLT能够作为输出过功率限制单元或输出过流限制单元而起作用。

辅助电源Vcc1与先前所描述的那样为基本的电压电平，是以次级线圈Ns2和辅助线圈Np2的匝数比作为比例常数，而与输出电压成比例的电压。但是，实际上，在定电压下控制的是输出电压而并非辅助电源Vcc1。通常使用的变压器中，磁通量不可能100％通过线圈，因此漏磁不可避免。这部分不能通过线圈的漏磁成为漏感，并且该漏感所存储的能量在施加到变压器的能量反转时作为浪涌电压而与变压器的输出电压重叠。与先前所述的那样，无论是输出电压还是辅助电源部，均是以峰值保持整流的方式(电容输入整流方式)接受线圈所产生的电压，因此会受到浪涌电压的强烈的影响从而成为高电压。另外，输出电流较大的情况下，整流元件的正方向的压降或包含线路图案的线路压降变大，为了补偿这些压降的量，控制电路向输出电压升高的方向使动作点偏移。但是，关于未被控制的辅助电源的输出电压，由于辅助电源部的负载较轻且没有变化，所以其伴随着输出电流的增加而上升。这就是所谓“交叉调整”(由于其他输出的变化的影响而产生的变动)现象，根据变压器的耦合程度，也存在该变化非常大的情况。本发明正是积极地利用了该现象，将辅助电源的输出电压的变化作为开关电源装置的输出电流的变化而积极地利用。另外，交叉调整在下述的电流模式中且电流环路中单一故障发生的情况下，会变得特别显著(如图5)。

一般的电源的反馈控制方式大体分为电压模式和电流模式这两种。

首先，关于电压模式反馈控制进行说明。这是在电源控制中最基本的方式，是经由反馈环而仅将输出电压反馈至控制电路的方式。将经由误差放大器放大的反馈电压与基准电压的差值与电源电路内生成的三角波进行比较并调整PWM信号的脉冲幅度，从而达成输出电压的定压控制。三角波具有规定振荡频率的功能。这一方式的特长在于，由于只存在电压反馈环，控制本身结构比较简单，能够使导通时间较短，并且相对于外来噪声的抗噪性能较高。但是，由于控制环路中需要二阶电路，容易产生振荡，并且难以进行相位补偿的调整。

另一方面，电流模式反馈控制定位于电压模式反馈控制方式的改良型方式。即将输出电压和输出电流两者反馈至控制电路的方式。具体地，将反馈电压与基准电压作比较，并将该差值经由误差放大器放大，这与电压模式反馈控制方式相同。之后，取代电压模式反馈控制的控制环路内在控制电路内生成的三角波，使用包含转换器自身的三角波成分的电感器电流(以下的本例中，使用开关元件Q1的开关电流，这一手法为普遍的方式)。因此，除了电压环路之外，还具备电流环路，控制自身比较复杂。由于将电感电流进行反馈，控制环路中可以减少一阶(由电感器产生的延迟)，其阶数变为一阶，从而相位补偿电路的设计变得简单。另外，作为其他的优点，由于反馈环路的稳定性高，且具有电流反馈，所以对输入电压变动特性响应优异，并且对于负载过渡应答也较为良好。但是，由于电流检测部信号电平较低并且较敏感，并且相对于外来噪声其抗噪性能较低。市售的初级电路用的电流模式控制IC，主要是使用开关元件的开关电流的控制IC，这一情况下，能够兼顾电流反馈和过流保护功能的电流检测的两个功能。

在本例中，假定为以下情况：作为电流反馈和过流保护功能的电流检测是使用开关元件的开关电流，并且使用一般的初级侧电路用的电流模式控制IC。

以下，说明无论是在电流反馈模式或是电压反馈模式的任意一种模式下动作，本发明的第1实施方式的开关电源装置1A，均满足美国安全规格UL1310LPS或者类似的标准。

图5是电流模式反馈控制时的第1整流元件D1的输出电压Vcc1和负载的特性曲线。在本例中的电流模式反馈中，通过在控制电路中进行开关电源装置1A的输出电压的电压反馈和由初级侧电流检测电阻Rs1检测的电流值信号的反馈，从而达成开关电源装置1A的输出电压的稳定化控制。另外，过流保护单元OCP也使用由初级侧电流检测电阻Rs1检测的电流值信号。

在图5所示的Vcc1和负载的特性曲线中，例如，由于初级侧电流检测电阻Rs1短路或者由初级侧电流检测电阻Rs1检测的电流值信号向控制电路的传送电路构成部件的破损等，即过流保护单元OCP为单一故障的情况下，由于在电流反馈控制中，决定PWM控制的脉冲宽度的三角波电流检测反馈变为无效，因此Vcc1大幅地上升。为了使本发明第1实施方式的开关电源装置1A的输出功率不超过规定的限制(LPS限制(Limited Power Source)限制)，将功率限制单元PLT相对于Vcc1的触发电平V_trig设置为适当的电压。从而，当Vcc1超过该触发电平V_trig时，控制电路IC被触发而控制输出功率。

图6是电压反馈控制时的Vcc1和负载的特性曲线。电压反馈模式作为反馈环的一部分不包括电流检测电路，即不利用由初级侧电流检测电阻Rs1检测的电流，而进行仅使用输出电压的反馈值的反馈控制。因此，过电流保护单元的单一故障不会造成Vcc1变化(增大)。进行电压模式的控制的情况下，如先前描述的那样使用相对于辅助电源电压Vcc1的输出电力的交叉调整。如图6所示那样，通过适当地选择漏感而调整线圈的耦合，从而将Vcc和负载的特性设计成，随着负载增大而Vcc上升。而且，为了使开关电源装置1A的输出功率不超过规定的LPS限制，将功率限制单元PLT的相对于Vcc1的触发电平V_trig设置为适当的电压。从而，当Vcc1超过V_trig时，功率限制单元PLT开始限制开关电源装置1A的输出功率。

这样，本发明的开关电源装置中，监视辅助线圈电压值的Vcc1，在该电压超过规定的触发电平V_trig时，使功率限制单元PLT触发控制电路，从而控制开关元件，由此限制开关电源的输出。此处，作为控制电路Cont3的控制方法，可以采用对开关电源装置1A的输出进行限制、关断或者使其产生安全的故障等的方法。

作为限制电源装置1A的输出的方法，可以采用如下方法：在第1整流元件D1的输出超过规定值的情况下，控制电路IC将开关元件Q1的占空比设定为一定的值以下。开关元件Q1的占空比降低的话，开关元件Q1的导通时间变短，通过使输出电压减小从而能够降低输出功率。由此，开关电源装置1A即使在过电流保护单元为单一故障的情况下，也能够限制输出功率，避免输出功率或输出电流超过规格外。

作为关断电源装置1A的方法，可以采用如下方法：在第1整流元件D1的输出超过规定值的情况下，使控制电路内设置的关断电路起作用，从而停止开关电源的动作。关断电路在使用控制IC作为控制电路且控制IC自身具有关断功能的情况下，使用该关断功能，在没有关断功能的情况下，可以采用在外部使用半导体开关元件等的锁止元件等的分立结构。另外，使电路安全损坏也是一种有效的保护方法。由此，开关电源装置1A即使在过电流保护单元为单一故障的情况下，也能够使输出功率变为零，避免输出功率或输出电流超过规格外。

此外，本实施方式的开关电源装置1A中，优选地设定为，在电源的正常工作下(即无元件发生故障)，而产生输出过流或输出过功率的状态下，使过流保护单元OCP先动作而进行过流或过功率保护。

<第2实施方式>

图7是本发明的第2实施方式的开关电源装置1B的图。第2实施方式的开关电源装置1B与第1实施方式的开关电源装置1A的区别在于：功率限制单元PLT被设置于次级侧。

图7所示的第2实施方式的开关电源装置1B，具备：具有初级线圈Np1和与初级线圈Np1极性相反的次级线圈Ns1的变压器T1；串联连接于初级线圈Np1的开关元件Q1；以开关电源装置1B的输出为定压的方式控制开关元件Q1的开关动作并且进行在初级侧对过流等的异常的检测及其保护动作的初级侧控制电路Cont4以及在次级侧对辅助线圈的电压值进行监视并限制输出功率的次级侧控制电路Cont5。而且，在开关电源装置1B的输入端V_in，连接有输入电容C_in，平滑电容C_out在输出端V_out，与串联连接的次级侧线圈Ns1和第2整流元件D2连接。该初级侧控制电路Cont4，从设置于初级侧的辅助线圈Np2，并从由第1整流元件D1和电容C1构成的辅助电源Vcc1来进行供电。该线圈的极性可以为反激或正极，通过与其串联连接的整流元件，从而取出电力。另一方的次级侧的辅助线圈Ns3，从设置于次级侧的辅助线圈Ns3，并从由第4整流元件D4和电容C4构成的辅助电源Vcc2来进行供电，该第4整流元件D4在开关元件关断时在供给电力的方向上与开关元件串联，该电容C4对从所述第4整流元件供给的交流电力进行平滑化。此处辅助线圈Ns3的极性为反激方向，由此，辅助电源电压Vcc2以次级线圈Ns1和辅助线圈Ns3的匝数比为比例常数，生成与输出电压成比例的电压。

开关电源装置1B的初级侧控制电路Cont4和次级侧控制电路Cont5，分别具有限制在线圈Np1流过的电流的过流保护单元OCP和监视与线圈Ns3连接的第4整流元件D4的输出的功率限制单元PLT两者。过流保护单元OCP，监视与线圈Np1串联连接的电阻Rs1所检测的电流，将所述开关电源装置1B的输出电流限定为一定的值以下。电阻Rs1作为电流检测单元而起作用。另外，功率限制单元PLT，监视所述电容C4的电压Vcc2，在Vcc2超过规定值的情况下，以限制开关电源的输出功率的方式控制开关元件Q1。

第2实施方式的开关电源装置1B的控制方法与第1实施方式的开关电源装置1A相同。此处，省略其说明。第2实施方式的开关电源装置1B，适用于含次级侧控制电路的电源装置。根据开关电源装置1B，能够得到与第1实施方式的开关电源装置1A相同的效果。

<第3实施方式>

图8是表示本发明的第3实施方式的开关电源装置1C的图。第3实施方式的开关电源装置1C是将第2实施方式的上述开关电源装置1B中的辅助线圈Ns3、与所述辅助线圈Ns3串联连接的所述第4整流元件D4、和与所述第4整流元件D4连接的所述电容C4移动至初级侧。即，在初级侧具有辅助线圈Np3、与所述辅助线圈Np3串联连接的第5整流元件D5、和与所述第5整流元件D5连接的电容C2。第3实施方式的开关电源装置1C的初级侧控制电路Cont3具备电压控制功能、过流保护单元OCP和功率限制单元PLT。功率限制单元PLT，监视所述电容C2的电压Vcc3，在Vcc3超过规定值的情况下，以限制输出功率的方式对开关元件Q1进行控制。

以上，使用附图和实施方式对本发明进行了说明。但是，本发明并不限定于上述说明的实施方式。本领域技术人员在本发明的实质的宗旨和范围内，对应于需要，可以作各种各样的变形。这些变形或应用也属于本发明的技术范围。例如，上述实施方式中，说明了由三个线圈构成的开关电源装置，但是也可以适用于具有三个以上的线圈的开关电源装置。

本申请的电源控制方法虽然记载了电流模式、电压模式，但也可采用其他的控制方法。另外，虽然记载了控制电流主要在初级侧，但并非一定要限制于初级侧。本发明的范畴包括：在反激电源中，从线圈得到与定压控制的输出电压成比例的电压，并从该线圈和整理平滑电路得到监视电压，在单一故障后输出电流、输出功率超出额定值的情况下，利用与输出电压的交叉调整，通过上述监视电压检测过流和过功率，从而使电流限制或功率限制进行动作的情况。

符号说明

1A、1B 开关电源装置

Np1 初级线圈

Ns1 次级线圈

Np2、Np3 初级侧辅助线圈

Ns2 第1次级侧辅助线圈

Ns3 第2次级侧辅助线圈

Cont1，Cont3，Cont4 初级侧控制电路

Cont2，Cont5 次级侧控制电路

Q1 开关元件

D1 第1整流元件

D2 第2整流元件

D3 第3整流元件

D4 第4整流元件

D5 第5整流元件C_in输入电容

C_out 平滑电容

C1 第1电容

C2 第2电容

C3 第3电容

C4 第4电容

T1 主变压器

V_in 输入端

V_out 输出端

OCP、OCP1、OCP2 过流保护单元

PLT 功率限制单元

Rs1 初级侧电流检测电阻

Rs2 次级侧电流检测电阻

Rs3，Rs4 分压电阻

Claims (10)

1.一种反激式开关电源装置，其特征在于，

具备：

具有初级线圈和次级线圈的变压器；

连接于所述初级线圈的开关元件；

以所述开关电源装置的输出电压保持为一定的值的方式，对输出电压进行反馈从而控制所述开关元件的闭合·关断的控制电路；

向所述控制电路供给电力的与所述次级线圈同极性卷绕的第1辅助线圈；以及

与所述第1辅助线圈在所述开关元件关断时的供给电力的方向上串联连接的第1整流元件和对从所述第1整流元件供给的交流电力进行平滑化的第1电容，

对与输出电流和输出功率成比例增加的所述第1电容所生成的电压值进行检测，从而换算输出电流值或输出功率值。

2.根据权利要求1所述的反激式开关电源装置，其特征在于，

具有输出过流限制单元或输出过功率限制单元，其对与输出电流和输出功率成比例增加的所述第1电容所生成的电压值进行换算而检测出输出过流或输出过功率，当该电压值超过预先设定的设定值的情况下，向所述控制电路传达，

所述控制电路以限制输出过流或输出过功率的方式对所述开关电源装置进行控制。

3.根据权利要求2所述的反激式开关电源装置，其特征在于，

除了所述输出过流限制单元或所述输出过功率限制单元以外，还具备输出过流保护单元或输出过功率保护单元，其直接或间接地检测输出电流，并向所述控制电路传达，

所述控制电路为了能够保护电源装置自身或负载，以限制输出过流或输出过功率的方式对所述开关电源装置进行控制。

4.根据权利要求3所述的反激式开关电源装置，其特征在于，

所述输出过流限制单元和所述输出过流保护单元被设置为，在反激式开关电源装置无故障且发生输出过流的状态下，使所述输出过流保护单元先动作而进行过流保护，或者，

所述输出过功率限制单元和所述输出过功率保护单元被设置为，在反激式开关电源装置无故障且发生输出过功率的状态下，使所述输出过功率保护单元先动作而进行过功率保护。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的反激式开关电源装置，其特征在于，

所述控制电路为位于初级侧的初级侧控制电路，

对所述控制电路进行电力供给的辅助线圈也为位于初级侧的初级侧辅助线圈，

所述第1整流元件和所述第1电容也为初级侧构成部件。

6.一种反激式开关电源装置，其特征在于，

具备：

具有初级线圈和次级线圈的变压器；

连接于所述初级线圈的开关元件；

以所述开关电源装置的输出电压保持为一定的值的方式，对输出电压进行反馈从而控制所述开关元件的闭合·关断的控制电路；

对所述控制电路进行电力供给的第2辅助线圈；

与所述第2辅助线圈连接的第2整流元件和对从所述第2整流元件供给的交流电力进行平滑化的第2电容；

与所述次级线圈以同极性卷绕的第3辅助线圈；以及

与所述第3辅助线圈在所述开关元件关断时的供给电力的方向上串联连接的第3整流元件和对从所述第3整流元件供给的交流电力进行平滑化的第3电容，

还具有输出过流限制单元或输出过功率限制单元，其对与输出电流和输出功率成比例增加的所述第3电容所生成的电压值进行换算并检测出输出过流或输出过功率，当该电压值超过预先设定的设定值的情况下，向所述控制电路传达，

所述控制电路以限制输出过流或输出过功率的方式对所述开关电源装置进行控制。

7.根据权利要求6所述的反激式开关电源装置，其特征在于，

所述第3辅助线圈为位于次级侧的次级侧辅助线圈，

所述第3整流元件和所述第3电容也为次级侧构成部件。

8.根据权利要求3～5中任意一项所述的反激式开关电源装置，其特征在于，

所述输出过流保护单元和所述输出过功率保护单元具备与所述开关元件串联连接的电流检测单元，

监视由所述电流检测单元检测的电流，在所述开关电源装置的输出电流成为输出过流的情况下或输出功率成为输出过功率的情况下，将所述开关电源装置的输出电流或输出功率限制为一定的值以下。

9.根据权利要求2～7中任意一项所述的反激式开关电源装置，其特征在于，

所述控制电路，在所述第1电容或所述第3电容所生成的电压值超过预先设定的设定值的情况下，将所述开关元件的占空比限制为一定的值以下。

10.根据权利要求2～7中任意一项所述的反激式开关电源装置，其特征在于，

所述控制电路，在所述第1电容或所述第3电容所生成的电压值超过预先设定的设定值的情况下，将所述反激式开关电源装置的动作关闭。