CN1198377C - 电源装置与使用电源装置的电子设备 - Google Patents

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Abstract

电源装置具备：初级绕组(2p)连接于直流电源(1)的变压器(2)；在变压器(2)的初级绕组(2p)上连接的开关元件(3)；控制开关元件(3)的前向控制部(4)；都串联连接于变压器2的次级绕组与输出端9之间的整流元件(5)、扼流圈(7)、开关元件(19)、滤波电路(8)；与整流元件(5)及次级绕组并联连接的整流元件(6)；串联连接于整流元件(5)的输出端与输出端子(24)之间的开关元件(21)和滤波电路(22)。前向控制电路(4)根据来自滤波电路(8)的输出电压控制开关元件(3)。分割控制电路(23)根据来自滤波电路(22)的输出电压控制开关元件(21)。

Description

电源装置与使用电源装置的电子设备
技术领域
本发明涉及各种OA设备等电子设备用的电源装置及使用电源装置的电子设备。
背景技术
已有的电源装置的结构如图12所示。
如图12所示，直流电源1上连接着变压器的初级绕组2p。该初级绕组2p上连接着开关元件3及其控制用的前向(forward)控制部4。该前向控制部4具备前向控制电路4a和电压比较部4b。变压器2的次级绕组2s通过整流元件5、扼流圈7、滤波电路8与输出端9连接。整流元件5与扼流圈7的连接点上连接一端接地的整流元件6。上述结构是所谓前向型电源装置的结构的例子。而从输出端9能够得到例如24V的电压。
为了从上述前向型电源装置得到其他输出，在扼流圈7与滤波电路8的连接点上，通过扼流圈10和电容器11的平滑手段，连接斩波型电源装置12。而从输出端17输出例如5V的电压。该斩波型电源装置由开关元件13、整流元件14、扼流圈15、滤波电路16、斩波控制电路18构成。
也就是说，从前向型电源装置的扼流圈7与滤波电路8的连接点，通过扼流圈10和电容器11的滤波电路向斩波型电源装置12提供电力。斩波型电源装置12利用开关元件13对电流进行斩波，控制流入扼流圈15的电流，以此进行电压变换。其结果是，可以从输出端17以5V的电压提供数安培以上的电流。
如上所述，已有的电源装置需要电压变换用的扼流圈15、使电压平滑的扼流圈10以及电容器11。亦即斩波型电源装置12为了高效率地对直流电压进行电压电流变换，需要对开关元件的通电时间进行控制，控制流入扼流圈15的电流，将变换过的电压输出到输出端17。因此扼流圈15是必要的。
又，由于开关元件13的开关周期与前向型电源装置不同步，输出端9上发生脉动电压。为了防止发生这种情况，也需要扼流圈10和电容器11。扼流圈10、15为了得到所需要的特性，必须是相当大的扼流圈。这是电源装置和使用电源装置的电子设备难于实现小型化和轻量化的原因。
发明内容
本发明是鉴于这样的问题而作出的，其目的在于力图实现电源装置和电子设备的小型化和轻量化。
为了实现这一目的，本发明的电源装置具备
初级绕组串联连接于直流电源的变压器、
具有控制端子，并串联连接于初级绕组的第1开关元件、
串联连接于变压器的次级绕组的第1整流元件、
与第1整流元件串联连接的扼流圈、
与扼流圈串联连接的第2开关元件、
与第2开关元件串联连接的第1滤波电路、对将第1滤波电路的输出电压作为输入的第1开关元件进行控制的控制电路、
与第1整流元件和次级绕组并联连接的第2整流元件、与扼流圈串联连接的第3开关元件、与第3开关元件串联连接的第2滤波电路、
将第2滤波电路的输入电压或输出电压输入第1输入端并按照输入电压控制第3开关元件的通电时间的分割控制电路。
又，本发明的电子设备由上述电源装置、负载装置(例如驱动器)、负载装置的控制装置构成，由第1滤波电路对负载装置提供电力，由第2滤波电路对控制负载装置的控制装置提供电力。
附图说明
图1是本发明实施形态1的电源装置的电路图。
图2是同上装置的动作说明图。
图3是同上装置的动作说明图。
图4是本发明实施形态2的电源装置的电路图。
图5是同上装置的动作说明图。
图6是本发明实施形态3的电源装置的电路图。
图7是同上装置的动作说明图。
图8是本发明实施形态4的电源装置的电路图。
图9是本发明实施形态5的电源装置的电路图。
图10是本发明实施形态6的电源装置的电路图。
图11是本发明实施形态7的电源装置的电路图。
图12是已有的电源装置的电路图。
具体实施例
下面利用附图对本发明的实施形态加以说明。还有，在说明时与已有技术相同的部分标以相同的符号。
实施形态1
图1是本发明实施形态1的电源装置的电路图。图2表示其工作波形。
在图1中，直流电源1上连接变压器2的初级绕组2p。该初级绕组2p上连接开关元件3及前向控制部4。上述变压器2的次级绕组2s通过整流元件5、扼流圈7、滤波电路8与输出端9连接。而整流元件5与扼流圈7的连接点与接地线之间连接整流元件6。这样，虽然前向型电源装置的基本结构与已有例相同，但是在扼流圈7与滤波电路8之间形成开关元件19。
扼流圈7与开关元件19的连接点上依序连接开关元件21、滤波电路22及输出端24。又，具有根据滤波电路22的输入电压对开关元件21(下称“MOSFET21”)的导通时间进行控制的分割控制电路23。
下面用图1和图2对具体动作进行说明。开关元件3导通时，电流从直流电源1流入变压器2的初级绕组2p。同时从变压器2的次级绕组2s通过整流元件5向扼流圈7流入与变压器2的匝数成反比的电流。整流元件5的阴极一侧如图2A所示，在t1期间产生数十伏特的电压。图2(C)表示流入扼流圈7的电流的波形。T3期间的电流是流入整流元件6的持续电流。
在这里，分割控制电路23如图2(B)所示，产生t2期间的高电平电压即栅极电压。栅极电压施加于MOSFET21的栅极上，MOSFET21在t2期间导通。其结果是，流过图2(F)所示波形的电流。然后，滤波电路22向输出端24输出图2(G)所示的直流电压。输出端24上连接对电子设备的负载装置(例如电动机等的驱动器)进行控制的控制装置(未图示)。
开关元件19防止在t2期间电流从滤波电路8向MOSFET21反向流动。开关元件19如图2(D)所示，有t2期间以外的扼流圈7的电流流过。其结果是，滤波电路8如图(E)所示，向输出端9输出直流电压。输出端9上连接电子设备的负载装置(未图示)。
还有，输出端9输出在例如12V～20V之间的大致一定的电压，输出端24输出在例如5V～7V之间的大致一定的电压。
在这里，一旦负载电流从输出端24流出，滤波电路22的输出电压就下降。分割控制电路23检测出该输出电压的下降，就使栅极的高电平期间(t2)沿着箭头的方向向左延长。结果，MOSFET21的导通时间延长。于是，流向滤波电路22的电流增加，使电压控制在规定的电压。
时间t2一延长，流向开关元件19的电流量就减少，滤波电路8的输出电压就下降。而前向控制部4的电压比较器4b检测出该电压下降，就延长开关元件3的导通时间。结果，次级绕组2s的电流增加，滤波电路的输出电压被控制为一定值。
下面对分割控制部23的结构进行说明。整流元件5的阴极侧的电压输入至脉冲发生电路27，其输出被输入至充放电电路28。差动电路32的一边的输入端输入滤波电路的输入电压(或输出电压)，另一边的输入端输入基准电压33。差动电路将其输入电压差加以放大后输出。充放电电路28上连接一端接地的电容器29。充放电电路28的输出电压被输入作为比较器的波形整形电路30，被整形为矩形波。波形整形电路30的输出被输入至驱动电路31，驱动电路31的输出被输入至MOSFET21的栅极端子。
下面利用图1和图3说明具体的动作。图3(A)、(C)、(D)分别与图2(A)、(C)、(D)相同。
脉冲发生电路27对整流元件5的阴极一侧的电压波形进行整形，通过这样输出t1期间为高电平的复位脉冲(参照图3(H))。
充放电电路28在复位脉冲的高电平期间使电容器29放电(参照图(I))。
另一方面，差动电路32输出滤波电路22的电压(VS)与基准电压(VR)33的差动电压(VR-VS)。充放电电路28根据差动电压对电容器29进行充电。亦即在VS比VR低时，如图3(I)所示，在t4期间对电容器29进行充电。一旦电容器29的电压达到一定的电压值以上，波形整形电路31的输出就反转。结果，驱动电路31输出如图3(B)所示的栅极电压。
在这里，VS越低，差动电路32的输出电压就越高，对电容器29进行充电的电流就越大，t4时间就越短。结果，栅极电压保持高电平的时间t5就变长，因此流入滤波电路22的电流增加，输出电压上升。这样，输出电压就被保持在规定电压(例如5V)。
如上所述，可以把流入连接于变压器的次级绕组的第1整流元件及扼流圈的电流的一部分用开关元件21提供给滤波电路22，从输出端24输出一定的电压。
还可以将流过连接于变压器的次级绕组的第1整流元件及扼流圈的电流同步交替分流到第1滤波电路和第2滤波电路，这样从第1输出端与第2输出端取出稳定的输出电压。
实施形态2
图4是本发明实施形态2的电源装置的电路图。在图4中，构成分割控制电路23a的脉冲发生电路27a的功能与图1所示的脉冲发生电路27不同，其他构成环节与图1相同。
下面参照图4、图5对本实施形态加以说明。
脉冲发生电路27a将图5(A)所示的整流元件5的阴极一侧的脉冲电压(脉冲宽度＝t6)的上升沿加以微分，输出图5(H)所示的脉冲宽度(t7、t7＜t6)很窄的复位脉冲。还有，这种复位脉冲也可以利用将图5(A)所示的信号积分，再与积分的信号组合发生。用这种复位脉冲使电容器29放电，可以在短时间从放电转到充电(参照图5(1))。亦即在开关元件3导通期间(t6)，能够对电容器29开始充电。
由于这样构成，驱动电路31的输出(参照图5(B))在开关元件3导通期间(t6)能够使MOSFET21开始导通。还有，图5(C)表示扼流圈7的电流，(D)表示开关元件19的电流。
如上所述，采用本实施例，则利用缩短电容器放电时间的方法，可以使MOSFET21的通电时间比实施例1更长。因此，即使是在输出端9的负载较小的情况下，也能够从输出端21输出较大的功率。
实施形态3
图6是本发明实施形态3的电源装置的电路图。在图6中，构成分割控制电路的23b的脉冲延迟电路27b替代图1所示的脉冲发生电路27。其他结构环节与图1相同。
下面参照图6和图7对本实施形态进行说明。
脉冲延迟电路27b检测图6(A)所示的整流元件5的阴极一侧的脉冲电压(脉冲宽度＝t6)的上升沿。然后，使脉冲宽度窄小的复位脉冲延迟Δt10后输出(参照图7(G))。
用该复位脉冲使电容器29放电。亦即从开关元件3导通期间(t6)的中途开始使电容器29放电。其后，可以立即转移到充电(参照图7(I))。
结果，可以使MOSFET21导通，一直到下一个复位脉冲产生为止(参照图7(F))。亦即在扼流圈7的电流(参照图7(C))通过整流元件6流动期间和开关元件3向变压器2提供电力期间内的Δt10期间，MOSFET21导通。这样一来，由于向输出端24提供电流，输出端9的负载减轻，亦即，即使是流入开关元件19的电流(参照图7(D))减少的情况下，前向控制部也能够动作，与输出端9有负载的情况等效，从输出端24取出较大的输出电流。
如上所述，利用延迟的、时间宽度窄的复位脉冲使电容器放电，高精度地对第3开关元件进行控制，借助于此，即使是输出端9没有负载的情况下，也能够从输出端24输出大电流。
实施形态4
图8是本发明实施形态4的电源装置的电路图。在这里，包括分割控制电路23c的内部电源用的滤波电路36。
变压器2的次级绕组2s的输出电压通常发生数10V的正峰值电压和负电压。然后用整流元件5整流的次级绕组2s的输出电压(参照图7(A))输入整流滤波电路36。整流滤波电路36输出数10V的直流电压。该输出电压被提供给分割控制电路23c内的各电路。利用这样构成，可以很容易而且廉价地实现对开关元件21的控制。
在图8中，开关元件37即MOSFET与构成开关元件19的二极管并联连接。开关元件37由分割控制电路23c的驱动电路31a控制。
利用这样构成，在输出端9上连接的负载较大时，能够防止作为开关元件19的二极管发热，不需要散热片。而且，开关元件37的驱动信号与驱动电路31a驱动开关元件21的信号极性相反，很容易产生。
其他构成环节的功能、动作与实施形态1相同，其说明省略。
实施形态5
图9是本发明实施形态5的电源装置的电路图，是在图1所示的结构中并联分割控制电路23d和开关元件40、开关元件41、滤波电路42及输出端44而成的。其结果是，能够得到三种电源输出。
在这里，扼流圈7与开关元件19之间连接的开关元件40是防止逆流用的，输出电压是输出端9最高，其次是输出端44，输出端24最低，这样的条件是必须满足的条件。但是各输出的电位差也可以是例如0.1V。在图9中，流入扼流圈7的电流从输出电压高的一方开始，在时间上依序进行电流分割。亦即分割控制电路23c及分割控制电路23d进行控制，使得在电流流入开关元件19后，使开关元件40与开关元件41导通，最后使开关元件21导通。
从上述说明可知，如果把多个分割控制电路23d与开关元件40、开关元件41、滤波电路42、及输出端44并联连接，则能够实现有多个输出的多输出电源装置。
实施形态6
图10是本发明实施形态6的电源装置的电路图。
图10的结构是图1中所示的电源装置中去除分割控制电路23内的脉冲发生电路27而构成的。
下面参照图10对本实施形态的分割控制电部23e进行说明。
一旦差动电路32的输入电压即滤波电路22的电压高于基准电压33，则差动电路32的输出就下降。其结果是，充放电电路28使电容器29放电。
反之，如果滤波电路22的电压低于基准电压33，则差动电路32的输出就上升。其结果与实施形态1相同，充放电电路28使电容器29充电。该电容器29的电压从波形整形电路30向驱动电路31输出，驱动电路31的输出驱动MOSFET21，将滤波电路22充电，可知输出电压的控制动作与上述实施形态1相同。
如上所述，在输出端24的负载不大的情况下，也可以没有分割控制电路的脉冲发生电路，可以使电源装置更加小型化，更加便宜。
实施形态7
图11是本发明实施形态7的电源装置的电路图。
在图11中，将直流电源1连接于变压器52的初级绕组52p的中心抽头上，初级绕组52p的两端上分别连接开关元件3与开关元件51。前向控制电路50控制使开关元件3与开关元件51交替导通。变压器52的次级绕组52s的中心抽头接地，次级绕组52s两端分别连接整流元件5与整流元件6的阳极端子。整流元件5与整流元件6的阴极端子连接在一起，并且连接于扼流圈7及脉冲发生电路27a。其他构成环节与实施形态1相同。
基本动作与实施形态1～实施形态6大致相同。由于提供电力的变压器52的初级侧的开关元件3、51交替进行开关动作，因此能够取出大功率输出。
如上所述，采用本发明可以减少电压变换用的扼流圈、滤波电路的扼流圈以及电容器。
工业应用性
如上所述，本发明能够使电源装置以及使用电源装置的电子设备小型化、轻量化。
附图参考符号一览表
1                直流电源
2、52            变压器
3、13、51、      开关元件
4、50            前向控制器
5、6、14         整流元件
7、10、15        扼流圈
8                滤波电路
9、17、24、44    输出端
11               电容器
12               斩波型电源装置
18               斩波控制电路
19、40           开关元件
20、26、34       接线
21、41           开关元件
23               分割控制电路
27               脉冲发生电路
28               充放电电路
29               电容器
30               波形整形电路
31               驱动电路
32               差动电路
33               基准电路

Claims (10)

1.一种电源装置，其特征在于，具备
初级绕组串联连接于直流电源的变压器、
串联连接于所述初级绕组的第1开关元件、
串联连接于所述变压器的次级绕组的第1整流元件、
与所述第1整流元件串联连接的扼流圈、
与所述扼流圈串联连接的第2开关元件、
与所述第2开关元件串联连接的第1滤波电路、
与所述第1整流元件和所述次级绕组并联连接的第2整流元件、
根据所述第1滤波电路的输出电压对所述第1开关元件的通电时间进行控制的控制电路、
串联连接于所述扼流圈的第3开关元件、
串联连接于所述第3开关元件的第2滤波电路、
将所述第2滤波电路的输入电压或输出电压输入第1输入端并按照所述第1输入端的输入电压控制所述第3开关元件的通电时间的分割控制电路。
2.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，
所述分割控制电路还具备第2输入端，
所述第2输入端连接于所述第1整流元件的一端子上。
3.根据权利要求2所述的电源装置，其特征在于，所述分割控制电路具备
使一端接地的电容器充放电的充放电电路、
根据所述第2输入端的输入信号产生复位脉冲的脉冲发生电路、以及
将所述电容器的输出电压与规定的电压进行比较并输出控制所述第3开关元件的通电时间的栅极信号的波形整形电路，
所述充放电电路利用所述复位脉冲将所述电容器的电荷复位，根据所述第1输入端的输入电压，进行所述电容器的充电或放电。
4.根据权利要求3所述的电源装置，其特征在于，所述脉冲发生电路产生时间宽度比所述第1开关元件的通电时间短的复位脉冲。
5.根据权利要求4所述的电源装置，其特征在于，所述脉冲发生电路包含脉冲延迟电路。
6.根据权利要求2所述的电源装置，其特征在于，所述分割控制电路包含所述分割控制电路的电源用的滤波电路。
7.根据权利要求2所述的电源装置，其特征在于，还具备与所述第2开关元件并联连接的第4开关元件，
所述第2开关元件用整流元件构成，
所述分割控制电路控制所述第4开关元件的导通时间。
8.根据权利要求2所述的电源装置，其特征在于，还具备
与所述扼流圈串联连接的第5开关元件、
串联连接于所述第5开关元件的第3滤波电路、以及
第2分割控制电路，
所述第2分割控制电路根据来自第3滤波电路的电压对所述第5开关元件的导通时间进行控制。
9.一种电子设备，具备负载装置、所述负载装置的控制装置、所述负载装置与所述控制装置的电源装置，其特征在于，所述电源装置
具备：
初级绕组串联连接于直流电源的变压器、
串联连接于所述初级绕组的第1开关元件、
串联连接于所述变压器的次级线圈的第1整流元件、
与所述第1整流元件串联连接的扼流圈、
与所述扼流圈串联连接的第2开关元件、
与所述第2开关元件串联连接的第1滤波电路、
与所述第1整流元件和所述次级绕组并联连接的第2整流元件、
输入所述第1滤波电路的输出电压，对所述第1开关元件的通电时间进行控制的控制电路、
与所述扼流圈串联连接的第3开关元件、
串联连接于所述第3开关元件的第2滤波电路、以及
将所述第2滤波电路的输入电压或输出电压输入第1输入端并按照所述第1输入端的输入电压控制所述第3开关元件的通电时间的分割控制电路，
使所述第1滤波电路的输出电压比所述第2滤波电路的输出电压高，将所述第1滤波电路的输出电压提供给所述负载装置，将所述第2滤波电路的输出电压提供给所述控制装置。
10.根据权利要求9所述的电子设备，其特征在于，
所述分割控制电路还具备第2输入端，
将所述第2输入端连接于所述第1整流元件的一端子上。
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