CN109428475B - 电流谐振电源装置的控制电路 - Google Patents

Abstract

电流谐振型电源装置的控制电路。抑制轻负载/无负载时的待机功率，并且具有光电耦合器开路保护的功能。电流谐振型电源装置的控制电路(U1a)具有：反馈端子，其输入反馈的所述误差信号；以及软启动端子，其在启动时进行使振荡频率改变而逐渐将所述直流电压转移到设定电压的软启动动作，锁存单元，其对所述反馈端子的电压与所述软启动端子的电压进行比较，将所述反馈端子的电压相对降低的时刻作为软启动动作结束，之后在所述反馈端子的电压比所述软启动端子的电压相对升高的情况下，使所述开关元件的导通/截止动作停止。

Description

电流谐振电源装置的控制电路

技术领域

本发明涉及电流谐振电源装置的控制电路，该电流谐振电源装置在无法获得用于控制开关元件的开关动作的反馈信号从而不能进行开关控制的情况下，使开关元件的开关动作停止并且保持该停止状态。

背景技术

图5示出现有的电流谐振电源装置。电流谐振电源装置1将直流电压输入到开关元件Q(H)、Q(L)的串联连接电路，该直流电压是利用桥式二极管BR1和电容器C1对交流电源电压进行整流平滑而得到的。在开关元件Q(L)的漏极/源极之间连接着电压谐振电容器C8、包括漏电感Lr的变压器T1的一次绕阻P1、以及电流谐振电容器C9的串联电路。变压器T1的二次绕阻S1、S2串联连接，在每个绕阻末端连接着二极管D51、D52的阳极，二极管D51、D52的阴极以共用的方式连接，与电容器C51的正极连接。二次绕阻S1、S2的连接点与电容器C51的负极以及GND端子连接。电容器C51的两个端子之间连接着由输出端子、光电耦合器PC1、电阻R51～R53、以及分路调节器(shunt regulator)U51构成的误差放大器。

电流谐振电源装置通过使开关元件Q(H)、Q(L)互补地导通/截止而将直流电压以脉冲电压的形式施加给变压器T1和谐振电容器C9的串联电路以及电压电容器C8，该直流电压是利用整流器BR1和电容器C1对交流电源电压进行整流平滑而得到的。由此，产生基于变压器T1的励磁电感、漏电感Lr以及电流谐振电容器C9的电流谐振，经由二极管D51、D52将电流从二次绕阻S1、S2提供给电容器C51，在电容器C51充电的同时获得输出电压。

电流谐振电源装置的输出电压控制是通过使开关元件Q(H)、Q(L)的开关频率变化来进行的。即，具有如下特性：在使开关频率升高并远离电流谐振点时，输出电压下降；在使开关频率降低以靠近电流谐振点时，输出电压上升。

图6示出现有的电流谐振电源装置的控制电路U1的框图。另外，图7示出启动时的软启动的各部波形。

控制电路U1是由过电流保护电路和电流镜电路构成的，该过电流保护电路是由振荡器OSC、单触发电路ONE-SHOT、死区时间电路DTH、DTL、反相器INV、电平移位电路LEVELSHIFT、缓冲器电路BUFFH、BUFFL、OP放大器电路OPAmp等构成的，该电流镜电路是由锁存电路LATCH和晶体管Qp1～Qp6等构成的。

以下，对控制电路的动作的概况进行说明。

振荡器OSC的频率是根据来自电流镜电路的电流值确定的。振荡器OSC的输出经由单触发电路ONE-SHOT和反相器电路INV分支成通向高边的开关元件Q(H)的信号和通向低边的开关元件Q(L)的信号。分支的信号分别经由死区时间电路和缓冲器电路输入到开关元件的栅极。这里，只有高边的开关元件Q(H)的源极电位是浮置的，因此，在死区时间电路DTH之后经由电平移位电路LEBEL SHIFT与缓冲器电路BAFFH连接。这里，按照单触发电路ONE-SHOT的每个信号在死区时间电路DTH、DTL中经过规定的延迟时间后输出脉冲，互补地切换开关元件Q(H)、Q(L)的导通/截止状态。

决定振荡器OSC的频率的电流镜电路是由电源启动时的软启动功能的Css端子、进行输出电压反馈控制的功能的FB端子、以及过电流保护功能的OC端子构成的。上述的电流镜电路的输出进行或(OR)连接并输入到振荡器OSC。由此，振荡器OSC的频率按照任意一个输出电流较大的输出被控制成较高的频率，抑制输出功率。

电源启动时的软启动功能的Css端子的电流镜电路由晶体管Qp1、Qp2、Qn1、电阻Rss、Rbb、以及基准电压Vref3构成，经由Css端子连接外部电容器C6。在电源启动时，电容器C6的电荷为零，因此，经由晶体管Qn1开始充电。因此，电流流过电流镜电路Qp1、Qp2，根据电容器C6的充电电流进行变化，振荡器的振荡频率逐渐转移到较低的频率，同时输出功率增加。

在输出功率增加的同时，流过谐振电容器C9的电流增加，基于电容器C10的分流的电流流过电阻R8，电阻R8的电压降是经由采样保持电路S/H由OP放大器OPAmp检测的，以电阻R8的电压降不超过基准电压Vref5的方式，电流经由电流镜电路Qp5、Qp6流过振荡器OSC。由此，限制流过开关元件Q(H)、Q(L)的电流。

在持续进行基于过电流保护电路的限制后，输出电压上升从而转移到二次侧的误差放大器的反馈控制，此时进行FB端子的经由电流镜电路的动作。在FB端子与GND之间连接电阻R5和电容器C4的串联电路、电阻R6和光电耦合器PC1的串联电路与电容器C5的并联电路。

在电源启动时的软启动期间内，电阻R5和电容器C4的串联电路进行充电，并且由于电阻R5的电压降而使FB端子电压上升。这里，由于在软启动期间的中途提供最大功率，因此持续进行过电流检测电路的限制。在软启动期间内，在该过电流检测电路工作时，通过OP放大器引入电容器C6的充电电流的一部分，Css端子电压的充电变缓(t11～t12)。

在过电流检测电路的限制结束后，由于输出电压达到设定电压，因此，根据来自二次侧的误差放大器的反馈信号，经由光电耦合器PC1和电阻R6流过电流。即，二次侧的误差放大器U51在输出电压上升时使反馈信号的电流增大，在输出电压低于设定电压时，使反馈信号的电流减小，使振荡器OSC的频率上升或下降。另外，在FB端子～GND之间连接的电容器C5是反馈控制的相位补偿用电容器。

作为FB端子电压具有的功能，在持续进行基于过电流保护电路的过电流保护动作的情况下，存在OLP(Over Load Protection：过负载保护)功能。通过过负载使输出电压下降，由此二次侧的误差放大器U51不再使电流流过光电耦合器PC1，因此，反馈电流不再流过FB端子，从而电容器C4的电压上升。进行如下的锁存动作：利用比较器CP将电容器C4的电压换言之FB端子电压与基准电压Vref4进行比较，在FB端子电压超过基准电压Vref4时，使振荡器OSC停止。即，该功能是将过电流动作的期间设定成电容器C4的充电时间常数，通过对过电流动作的时间进行限制，抑制开关元件Q(H)、Q(L)和二极管D51、D52的发热。

此外，OLP功能的动作是一种由于电流不再流过光电耦合器PC1而引起的现象，即使在由于光电耦合器PC1的损坏或端子开路而使电流不再流过的情况下也有效。因此，具有光电耦合器PC1的开路检测。

如上述那样，在现有技术中，通过对流过FB端子的电流进行控制而实现了反馈控制。

然而，为了抑制无负载/轻负载状态下的功耗，在对FB端子电压进行了控制的情况下的功耗变小。

这里，作为对FB端子电压进行控制的情况，在专利文献1的反激式转换器(flybackconverter)电路中通过比较FB端子电压和基准电压来进行光电耦合器PC1的开路检测保护。

专利文献1：日本特开2003-264979号公报

然而，在电流谐振电源装置中具有相同的光电耦合器PC1的开路检测保护电路的情况下，在启动时会产生问题。

即，在启动时的软启动电路的动作期间内，由于输出电压没有达到设定电压，因此，FB端子电压上升。由此，超过光电耦合器PC1的开路检测保护的基准电压，在启动时进入开路检测保护动作。图8示出该启动时的FB端子电压与Css端子电压之间的相关图。

发明内容

为了解决该课题，本发明的控制电路是一种电流谐振型电源装置的控制电路，该电流谐振型电源装置具有：第1开关元件和第2开关元件，它们串联连接在直流电源的两端；由电抗器、变压器的一次绕阻以及电容器串联连接而成的串联电路，该串联电路与所述第1开关元件和所述第2开关元件的连接点以及所述直流电源的一端连接；以及误差放大器，其使所述第1开关元件和所述第2开关元件互补地导通/截止，对在所述变压器的二次绕阻上产生的电压进行全波整流和平滑而取出直流电压，并且，将所述直流电压与规定的基准电压进行比较，将其误差信号反馈给所述控制电路，所述控制电路具有：锁存单元，其对反馈端子的电压与软启动端子的电压进行比较，将所述反馈端子的电压相对降低的时刻作为软启动动作结束，之后在所述反馈端子的电压比所述软启动端子的电压相对升高的情况下，使所述开关元件的导通/截止动作停止。

另外，所述控制电路的特征在于，该控制电路在软启动动作结束后对所述反馈端子电压与规定的阈值电压进行比较，在所述反馈端子电压较高的情况下，经过规定的时间后，使开关动作停止。

本发明的电流谐振电源装置的控制电路在基于反馈端子电压的反馈控制中，也能够在经过规定的时间后对光电耦合器开路保护进行检测，停止开关动作。

附图说明

图1是示出本发明的实施例的电路结构图。

图2是图1所示的控制电路的框图。

图3是示出图2所示的控制电路的各部分软启动动作波形和光电耦合器开路时的保护动作波形的图。

图4是图2所示的控制电路的变形例。

图5是现有例的电路结构图。

图6是图5所示的控制电路的框图。

图7是图5所示的控制电路的各部分软启动动作波形。

图8是将现有的控制电路的反馈控制变更为电压控制的情况下的各部分软启动动作波形。

标号说明

1、1a：电流谐振型电源装置；BR1：整流器；BUFF1、BUFF2：缓冲器电路；C1～C10、C31：电容器；CC1～CC4：恒流源；CP1～CP5：比较器；T1：变压器；D1～D5、D51、D52、Dss：二极管；DTH、DTL：死区时间电路；FF1：触发器电路；INV：反相器电路；LATCH：锁存电路；OP1～OP3：OP放大器；ONE-SHOT：单触发电路；OR1：或电路；PC1；光电耦合器；Q(H)、Q(L)：开关元件；Qp1～Qp6、Qn1：晶体管；Qm1～Qm3：MOSFET；R1～R8、R51～R53、Ra、Rb、Rsc、Rsv、Rfc、Rfv、Rss：电阻；S/H：采样保持电路；U1、U1a、U1b：控制电路；U51：误差放大器；Ufb：放大部；Upcp：光电耦合器开路检测部；Uolp：OLP部；VAC：交流电源；VCO、OSC：振荡器；Vref1～Vref6：基准电压。

具体实施方式

【实施例】

图1示出本发明的实施例的谐振型电源装置的电路结构。另外，图2示出图1所示的控制电路的框图。另外，对与基于图5、图6而说明的现有电路相同或类似的部分附加相同或类似的标号。

本发明的实施例与现有电路的不同部分是将振荡器OSC替换为VCO(Voltage-controlled oscillator：压控振荡器)。这里，经由OP放大器OP2，基于CSS端子电压、作为反馈控制信号的FB端子电压、过电流保护电路的OP放大器3的输出电压中的任意一个将振荡频率控制得较高的信号，对VCO的输入进行控制。

另外，与OP放大器OP2的同相端子连接的基准电压Vref2是在各信号成为无信号时的情况下的限制值。

OP放大器OP2的输入端子连接软启动端子Css和恒流源CC1，恒流源CC1相当于图6的晶体管Qp1、Qp2、Qn1。

FB端子连接对反馈信号进行放大的放大部Ufb，放大部Ufb的输出与OP放大器OP2的其他输入端子连接。放大部Ufb通过OP放大器OP1的放大器对反馈信号电压进行放大。

OP放大器OP2的其他输入端子连接过电流保护电路的OP放大器OP3的输出。另外，OP放大器OP3的输出经由二极管Dss和电阻Rss，与Css端子连接。由此，在启动时的软启动期间内的过电流限制是经由Css端子进行的，进行软启动功能与过电流保护功能的协调。

另外，光电耦合器开路检测部Upcp由比较器CP1和比较器CP2构成，比较器CP1对Css端子与FB端子之间的电压进行比较，比较器CP2将触发器电路FF1、MOSFET的Qm1、Qm2、恒流源CC4以及FB端子电压与基准电压Vref3进行比较。比较器CP1的输出与触发器电路FF1的置位端子连接，触发器电路FF1的Q输出与MOSFET的Qm1的栅极连接，MOSFET的Qm1、Qm2与恒流源CC4串联连接，并且与OLP端子连接。这里，MOSFET的Qm1和Qm2用作开关功能。比较器CP1对Css端子与FB端子之间的电压进行比较，将Css电压＞FB电压时作为软启动期间结束，对触发器电路FF1进行置位，使MOSFET的Qm1成为导通状态。比较器CP2对FB端子电压是否超过基准电压Vref3进行监控，当光电耦合器PC1开路而超过基准电压时，使MOSFET的Qm2成为导通状态，向OLP端子流过恒流源CC4的电流。OLP端子连接锁存电路和构成过电流保护电路的OLP部Uolp。锁存电路由比较器CP3、基准电压Vref4、锁存器LATCH构成，在OLP端子电压超过基准电压Vref4时，锁存电路使振荡器VCO停止而使开关动作停止。

另外，OLP部Uolp由比较器CP4、MOSFET的Qm3、恒流源CC3构成，在过电流状态连续的情况下，OLP部Uolp向OLP端子流入恒流源CC3的电流，在规定的时间后使锁存电路动作而使开关动作停止。

图3是示出图2所示的控制电路的各部分软启动动作波形和光电耦合器开路时的保护动作波形的图。软启动期间是时刻t0～t4的期间，在时刻t4处，FB端子电压＜Css端子电压，MOSFET Qm1处于导通状态。由此，在时刻t4之后，光电耦合器开路检测功能有效。

在时刻t5处，光电耦合器PC1开路，在时刻t6处，光电耦合器开路检测部的比较器CP2的输出是高电平，使MOSFET Qm2成为导通状态，并且向OLP端子流过恒流源CC4的电流。另外，在同一时刻，过电流保护电路也进行动作，由于向OLP端子流入恒流源CC3的电流，因此，在OLP端子处流入恒定电流CC3+CC4的电流的总和。由此，在时刻t7处，OLP端子电压超过基准电压Vref4，因此，锁存电路处于锁存状态，使振荡器VCO停止而使开关动作停止。

在图3中，示出在光电耦合器开路的同时过电流保护电路动作的情况，在负载电流较少的情况下的光电耦合器开路时，到停止为止的时间是根据恒定电流CC4以及与OLP端子连接的电容器C4的时间常数确定的。

如上所述，即使是将电流谐振电源装置的控制电路变更为基于反馈端子电压的反馈控制的情况下，也能够在经过规定的时间后对光电耦合器开路保护进行检测，停止开关动作。

由此，抑制电流谐振电源装置的轻负载、无负载时的控制电路的功耗，并且具有以往的光电耦合器开路保护的功能。

【实施例的变形例】

图4示出图2中所示的控制电路U1a的变形例。在控制电路U1a中，能够进行启动后的光电耦合器开路保护，在光电耦合器从启动开始就处于开路状态的情况下，不存在如下这样的单元：锁定为由于没有进行反馈控制而导致的过电流保护电路的OLP动作以外的动作。

因此，图4示出光电耦合器开路保护部Upcp2，其对经过了软启动期间的时刻处的FB端子电压进行监控，在FB端子电压比基准电压Vref3高的情况下使开关动作停止。

与光电耦合器开路保护部Upcp相比，光电耦合器开路保护部Upcp2增加了比较器CP5、基准电压Vref6、以及或电路OR1。增加的比较器CP5对基准电压Vref6和Css端子电压进行比较，在Css端子电压达到基准电压Vref6时，向或电路OR1的一个输入输出高电平。或电路OR1的另一个端子与比较器CP1的输出连接，或电路OR1的输出与触发器电路FF1的置位端子连接。即，在基于基准电压Vref6的软启动期间结束的时刻，在FB端子电压高于基准电压Vref3的情况下，向OLP端子流过恒流源CC4的电流，使锁存电路动作从而进行光电耦合器开路保护。

这里，通过将比较器CP5和比较器CP1的输出设成或(OR)，能够持续原来的实施例的功能。

以上对实施方式进行了说明，但上述实施方式只是用于对本发明的技术思路进行具体化的示例，每个结构、组合等并非特定为上述内容。本发明能够在不脱离主旨的范围内实施各种变更

例如，在实施例中，将OLP功能和光电耦合器开路检测作为OLP端子电压进行共享并锁存，但也可以是，设置光电耦合器开路检测保护的专用端子，在所述端子处连接专用的电容器，设置光电耦合器开路检测时的时间常数电路。

另外，在图4中示出了想要将Css端子电压设定为预先确定的上限电压来设定振荡频率的下限值的情况，这也可以通过连接电阻R9来应对。

另外，在启动时对Css端子电压与FB端子电压进行了比较，但也可以是，通过在控制电路中搭载微型计算机并取入软启动功能，从而删除Css端子，并且在控制电路内部对相当于Css端子电压的软启动功能电压与FB端子电压进行比较。

工业上的可利用性

本发明能够抑制OA等电子设备、或者TV用开关电源装置的待机时的功耗，并且，还能够用作具有光电耦合器损坏时的保护功能的电源用途。

Claims (2)

1.一种电流谐振型电源装置的控制电路，该电流谐振型电源装置具有：

第1开关元件和第2开关元件，它们串联连接在直流电源的两端；

由电抗器、变压器的一次绕阻以及电容器串联连接而成的串联电路，该串联电路与所述第1开关元件和所述第2开关元件的连接点以及所述直流电源的一端连接；以及

误差放大器，其使所述第1开关元件和所述第2开关元件互补地导通/截止，对在所述变压器的二次绕阻上产生的电压进行全波整流和平滑而取出直流电压，并且，将所述直流电压与规定的基准电压进行比较，将其误差信号反馈给所述控制电路，

其特征在于，

所述控制电路具有：

反馈端子，其输入反馈的所述误差信号；

软启动端子，其在启动时进行使振荡频率改变而逐渐将所述直流电压转移到设定电压的软启动动作；以及

OLP端子，其与构成过电流保护电路的OLP部连接，

锁存单元，其对所述反馈端子的电压与所述软启动端子的电压进行比较，将所述反馈端子的电压相对降低的时刻作为软启动动作结束，之后对所述反馈端子的电压与规定的阈值电压进行比较，在所述反馈端子的电压比规定的阈值电压相对升高的情况下，向所述OLP端子流过恒流源的电流，在所述OLP端子的电压超过规定的阈值电压时，使所述开关元件的导通/截止动作停止，在过电流状态连续的情况下，从所述OLP部向所述OLP端子流入恒流源的电流，在经过规定的时间后使所述开关元件的导通/截止动作停止。

2.一种电流谐振型电源装置的控制电路，该电流谐振型电源装置具有：

第1开关元件和第2开关元件，它们串联连接在直流电源的两端；

由电抗器、变压器的一次绕阻以及电容器串联连接而成的串联电路，该串联电路与所述第1开关元件和所述第2开关元件的连接点以及所述直流电源的一端连接；以及

误差放大器，其使所述第1开关元件和所述第2开关元件互补地导通/截止，对在所述变压器的二次绕阻上产生的电压进行全波整流和平滑而取出直流电压，并且，将所述直流电压与规定的基准电压进行比较，将其误差信号反馈给所述控制电路，

其特征在于，

所述控制电路具有：

反馈端子，其输入反馈的所述误差信号；

软启动功能，其在启动时进行使振荡频率改变而逐渐将所述直流电压转移到设定电压的软启动动作；以及

OLP端子，其与构成过电流保护电路的OLP部连接，

锁存单元，其对所述反馈端子的电压与所述软启动功能的电压进行比较，将所述反馈端子的电压相对降低的时刻作为软启动动作结束，之后对所述反馈端子的电压与规定的阈值电压进行比较，在所述反馈端子的电压比规定的阈值电压相对升高的情况下，向所述OLP端子流过恒流源的电流，在所述OLP端子的电压超过规定的阈值电压时，使所述开关元件的导通/截止动作停止，在过电流状态连续的情况下，从所述OLP部向所述OLP端子流入恒流源的电流，在经过规定的时间后使所述开关元件的导通/截止动作停止。

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