CN1253407A - 电源装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及根据指令信号使所定输出线断路的节能电源装置,包括:根据控制信号导通度变化的半导体开关,受节能信号控制、决定往半导体开关施加控制信号或阻止该施加的决定开关,从控制电源向半导体开关的控制端子施加随着时间缓慢变化的控制信号的CR延时电路。不增大平滑电容器容量状态下,抑制半导体开关导通时的峰值电流,不会发生输出电压降低,解消半导体开关导通或断开时的异常动作,不管负荷形态如何都能使用。

Description

电源装置

本发明涉及根据指令信号使所定输出线断路的节能电源装置，尤其涉及能避免启动时等发生异常现象的节能电源装置。

以往，广泛使用着设有若干输出线的开关转换型电源装置作为电子器械等电源装置。在这种电源装置中，当电子器械等负荷装置处于待机状态时，为了降低电力消费，若干输出线之中，将半导体开关设在特定输出线上，根据节能指令信号使上述半导体开关断路，能使特定输出线断路。

图4是表示这种在若干输出线之中将半导体开关设在特定输出线上的节能电源装置一般结构的电路图，在图4中，初级侧受开关控制的电源变压器T1的脉流电压经二极管D1、二极管D2、扼流圈L1、电容器C1所构成的整流·平滑电路成为一定的直流电压经输出线2输出。将半导体开关Q1设在作为特定输出线的输出线1上，该半导体开关Q1用N沟道·增强型MOS-FET构成(以下，简记为MOS-FETQ1)。

电源变压器T1的脉流电压经二极管D3、电阻R1、电容器C2、稳压二极管ZD1进行峰值整流得到一定电压。以电阻R2、R3对该一定电压进行分压，作为门电压通过电阻R5供给MOS-FETQ1的门G。并且，在电阻R2、R3的分压点与接地GND之间设置晶体管开关Q2，其根据信号1接通或断开。

另外，在输出线2上设有输出监视电路3，监视电源电压是否降低等，当异常状态发生时，进行系统复位等处理。在输出线2上设有输出平滑电路4，使输出电压平滑。

在这种结构电源装置中，电源变压器T1的电压被整流平滑，从输出线2输出供给一定的直流电压(输出2)，同时，通过MOS-FETQ1从输出线1输出供给一定的直流电压(输出1)。

若作为节能指令信号的信号1处于低电平，晶体管开关Q2断路，门电压Vg施加于MOS-FETQ1的门G上，MOS-FETQ1导通，输出线1上有一定的直流电压输出。这种场合，MOS-FETQ1的饱和电压非常小(约0.1V)，输出1的电压与输出2的电压大致相同。另外，为了使开关动作可靠，施加于MOS-FETQ1的门G上的门电压Vg设定为比输出1或输出2的电压高。

另一方面，若作为节能指令信号的信号1处于高电平，晶体管开关Q2接通，施加于MOS-FETQ1的门G上的门电压Vg变为零，因此，MOS-FETQ1断开，输出1与电源电压切离。

这样，在具有若干输出线的电路中，根据指令信号断开其中特定线的输出，进行节能。

可是，在图4这种以往电源装置中，当输出1的负荷为电容负荷时，有时在电源装置动作上会发生不正常现象。

即、在输出1断开节能状态下，该电源装置运行中，若作为节能指令信号的信号1成为低电平以解除节能状态，晶体管开关Q2断开，门电压Vg施加于MOS-FETQ1的门G上，MOS-FETQ1导通。

通过导通MOS-FETQ1，电流急剧流入与输出1连接的电容负荷，整流·平滑电路的电容C1的电压降低，因此，定常动作中的输出2的电压降低，这种状态表示在图5中。

图5是概念性表示在图4以往电源装置中MOS-FETQ1刚导通后输出1的电流电压变化及输出2的电压变化，在图5中，从MOS-FETQ1导通时刻t1开始，输出1的电流急剧上升，输出2的电压降低，时刻t2时达到峰值，在时刻t3成为平常状态。

这样，MOS-FETQ1刚导通后输出2的电压降低，输出监视电路3检测到该电压降低，判定为异常状态，引起系统复位等问题。为了防止上述输出电压降低，可以考虑增大整流·平滑电路的电容器C1的静电容量到某种程度，使得MOS-FETQ1导通时，即使峰值电流流过输出电压也不怎么降低。但是，若是那样，另件变大，产生组装问题及成本上升问题。

图6表示设有图4所示以往电源装置的能防止MOS-FETQ1导通时输出电压降低的节能电源装置一般构成电路图，在图6中，在MOS-FETQ1的门G与源极S之间设有用于软启动的电容器C4，这点与图4不同，其它与图4相同，对应结构用同样记号表示。

在该图中，在输出1断开节能状态下，该电源装置运行中，若作为节能指令信号的信号1成为低电平以解除节能状态，晶体管开关Q2断开。此后，根据电容器C4的静电容量以及由电阻R5、R2、R3构成的合成电阻值而定的时间常数，对电容器C4进行充电。MOS-FETQ1具有根据施加于G-S间的电压Vgs逐渐增大其导通度变大的特性，随着作为电压Vgs的电容器C4的充电电压逐渐变大，MOS-FETQ1的导通度也逐渐变大。

因此，晶体管开关Q2断开后，通过MOS-FETQ1流向输出1的电流逐渐增加，图5那样大的峰值电流不会发生，输出2的电压降低现象也不会发生。

但是，在图6电源装置中，在MOS-FETQ1导通后，有时会发生再次断开的异常状态，这种状态如图7所示。

图7是概念性表示在图6电源装置中MOS-FETQ1刚导通后输出1的电流电压变化及输出2的电压变化，在图7中，从MOS-FETQ1导通时刻t1开始，输出1的电流逐渐上升，与此同时，输出1的电压逐渐上升，一直到时刻t2，这期间，输出2的电压没有降低，保持在一定状态。此后，稍稍经过一段时间(例如几—几十毫秒)，在时刻t3 MOS-FETQ1断开，随后在时刻t4再次导通回复到平常状态。图7是概念性表示输出1的电流电压变化，波形倾斜度等方面并不十分精确。

这种MOS-FETQ1导通后一时成为断开状态、随后再次导通的原因尚不能明确分析，但可以考虑如下。

晶体管开关Q2断开后，先通过电阻R5对电容器C4进行充电，此后，随着MOS-FETQ1导通，被输出1的电容器负荷充电。在这种状态下，电容器负荷的电压与电容器C4的电压叠加成为高电压，放电电流从MOS-FETQ1的门G流向电阻5。这里，若根据通常条件设定电容器负荷的静电容量＞＞电容器C4的静电容量，那么，由于上述放电，电容器C4的电压、即MOS-FETQ1的门G与源极S之间电压Vgs变小或成为逆电位，MOS-FETQ1一时成为断开状态。随后通过电容器C4的再充电，MOS-FETQ1再次导通。

在图6电源装置中，当定电流负荷与输出1连接时，在MOS-FETQ1断开之后，有时会发生再次导通状态与断开状态反复进行的异常状态，这种状态如图8所示。

图8是概念性表示在图6电源装置中MQS-FETQ1刚断开后输出1的电压变化，在图8中，从MOS-FETQ1断开时刻t1开始，输出1的电压大致每隔一定间隔衰减。这种MOS-FETQ1刚断开后输出1的电压发生异常原因尚不能明确分析，但可以考虑如下。

晶体管开关Q2接通后，形成由输出1的负荷电感、电容器C4的静电容量、电阻R5等构成的LCR共振电路。在其共振过程中发生上述异常现象，电容器C4的电压、即MOS-FETQ1的门G与源极S之间电压Vgs在正负电压状态间反复，与此相对应，MOS-FETQ1反复导通、断开状态。

在这种以往的在特定输出线设置半导体开关的节能电源装置中，存在以下问题：根据与该输出线连接的负荷种类，如图4以往装置所示，当半导体开关导通时，其它输出线的输出电压会降低，如图6以往装置所示，当半导体开关导通或断开时，会引起异常动作等。

由于设有若干输出线的开关转换型电源装置作为电子器械等电源装置得到了广泛使用，因此，对于这种电源装置应该适合于各种负荷形态，例如容量性负荷、感应性负荷等。为此，通过简单结构解决上述以往装置所存在的当半导体开关导通时其它输出线的输出电压会降低、当半导体开关导通或断开时会引起异常动作等问题是十分必要的。

本发明就是鉴于上述先有技术所存在的问题而提出来的，本发明的目的在于，提供一种电源装置，在特定输出线上设有半导体开关的节能电源装置中，通过不加大平滑电容器容量的简单机构，抑制半导体开关导通时的峰值电流，不发生输出电压降低，同时，解消半导体开关导通、断开时的异常动作，不管负荷形态如何都能使用。

为了实现上述目的，本发明提出一种电源装置，在特定输出线上设有半导体开关，其特征在于：

根据控制信号上述半导体开关导通度变化；

该电源装置还包括：

开关，受从外部给与的节能信号控制，决定向上述半导体开关施加或不施加上述控制信号；

时间常数电路，由电容器和电阻构成，从上述开关的控制信号施加动作时起，从控制电源向上述半导体开关的控制端子施加随着时间缓慢变化的上述控制信号。

根据本发明的电源装置，其特征还在于，使用MOS型场效晶体管作为半导体开关。

根据本发明的电源装置，其特征还在于，使用双极晶体管作为半导体开关。

下面说明本发明的效果。

按照本发明的电源装置，在将半导体开关设在特定输出线上的节能电源装置中，从节能指令开关动作时，通过由C-R延时电路延时控制，向半导体开关施加控制信号，半导体开关根据该控制信号导通度发生变化，设有半导体开关的特定输出线的输出缓慢上升，不增大平滑电容器容量状态下，能抑制半导体开关导通时的峰值电流，不会发生输出电压降低。另外，解消半导体开关导通或断开时的异常动作，不管负荷形态如何都能使用。

附图简要说明如下：

图1是本发明实施例的电源装置图；

图2是概念性表示本发明实施例的电源装置输出变化图；

图3是概念性表示本发明实施例的电源装置输出变化图；

图4是以往电源装置图；

图5是概念性表示图4所示以往电源装置输出变化图；

图6是另一种以往的电源装置图；

图7是概念性表示图6所示以往电源装置输出变化图；

图8是概念性表示图6所示以往电源装置输出变化图。

下面参照图1-图3，详细说明本发明实施例。

图1是本发明实施例的电源装置图，表示在特定输出线上设有半导体开关的节能电源装置。由电阻R4和电容器C3所构成的延时电路与晶体管开关Q2并联，该晶体管开关Q2根据信号1接通或断开。与以往例的图6不同之处在于，在MOS-FETQ1的门G与源极S之间没有设置电容器C4，而由电阻R4和电容器C3构成延时电路，该延时电路与晶体管开关Q2并联，其它构成与图6相同，对应结构用同一符号表示。

这样构成的本发明电源装置能实现以往电源装置的基本机能：即、电源变压器T1的电压被整流平滑，从输出线2输出供给一定的直流电压；若作为节能指令信号的信号1处于低电平，门电压Vg施加于MOS-FETQ1的门G上，MOS-FETQ1导通，输出线1上有一定的直流电压输出；若作为节能指令信号的信号1处于高电平，施加于MOS-FETQ1的门G上的门电压Vg变为零，MOS-FETQ1断开，输出线1的输出与电源电压切离。因此，能根据指令信号断开若干输出线中特定线的输出实现节能。

在图1中，若作为节能指令信号的信号1处于高电平，晶体管Q2接通，施加于MOS-FETQ1的门G上的门电压Vg变为零。因此，MOS-FETQ1断开，输出线1的输出与电源电压切离。在这种状态下，电阻4与电容器C3构成的C-R延时电路的电容器C3的电荷放电成为零。

在该状态下，若作为节能指令信号的信号1处于低电平，晶体管开关Q2断开，电压施加于C-R延时电路上，MOS-FETQ1的门电压Vg从由电阻R2、电阻R3及C-R延时电路的电阻R4所决定的电位逐渐上升。

随着该门电压Vg从所定电位上升，MOS-FETQ1的导通度逐渐变大。MOS-FETQ1导通度的增大程度与C-R延时电路的电阻R4及电容器C3所涉及的时间常数有关，所以，通过调整时间常数能够决定MOS-FETQ1导通度的增大程度。

随着MOS-FETQ1的导通度逐渐变大，输出1的电压逐渐增大，实现软启动。在延时电路的电容器C3充电结束时，门电压Vg成为以电阻R2、R3而决定的本来电压，以该电压进行定常动作。即、从输出线1和输出线2双方输出。

在这种状态下，若作为节能指令信号的信号1处于高电平，晶体管Q2接通，施加于MOS-FETQ1的门G上的门电压Vg变为零。因此，MOS-FETQ1断开，输出线1的输出与电源电压切离。与此同时，由于晶体管开关Q2接通，C-R延时电路被短路，电容器C3电荷放电。

这样，在本发明中，通过设置C-R延时电路，使MOS-FETQ1的门电压Vg逐渐增加，MOS-FETQ1具有软启动功能，对与输出1连接的负荷所施加的电压逐渐增大。

因此，即使与输出1连接的负荷是电容器负荷，也不会产生峰值电流，不会发生电流急剧流入电容器负荷，从而引起整流平滑电路的电容器C1的电压降低，导致定常动作中输出2的电压降低。上述状态如图2所示。

图2是概念性表示本发明实施例的电源装置输出变化图，表示MOS-FETQ1刚导通后输出1的电流电压变化及输出2的电压变化，在图2中，从MOS-FETQ1导通时刻t1开始，输出1的电流和电压缓慢上升，同时，输出2的电压没有降低，保持在一定状态。并且，输出1的电流和电压缓慢上升后，从时刻t2起也保持在一定状态。

在图6所示以往电路中，为了使输出1的电压及电流缓慢上升，在MOS-FETQ1的门与源极间设置电容器，但是当输出1的电压及电流缓慢上升后，会发生MOS-FETQ1一时断开的异常现象。但在本发明装置中不会发生上述现象。

在本发明电源装置中，若作为节能指令信号的信号1成为高电平，晶体管Q2接通，MOS-FETQ1断开，输出线1的输出与电源电压切离。此后也不会产生异常输出，该状态如图3所示。

图3是概念性表示本发明实施例的电源装置输出变化图，表示图1的电源装置中MOS-FETQ1刚断开后的输出1的电压变化。在图3中，从MOS-FETQ1断开时刻t1开始，输出1的电压一点也没有。而在图6所示以往装置中，当输出1的负荷为定电流负荷时，如图7所示，MOS-FETQ1断开后，输出1电压发生异常现象，但在本发明电源装置中不会发生上述异常现象。

另外，当从外部给与的节能指令信号1的线上施加有噪音时，晶体管开关Q2会发生瞬时误动作。该误动作可分为晶体管开关Q2接通时发生断开以及晶体管开关Q2断开时发生接通，不管哪种场合都可由C-R延时电路的过滤效果吸收，因此，具有防止MOS-FETQ1误动作效果。

根据这种结构，当从外部给与节能指令信号，向半导体开关给与逐渐增加的控制信号，结果，设有半导体开关的特定输出线的输出逐渐上升。因此，不管与输出线连接的负荷种类如何，在不增大平滑电容器容量状态下，能抑制半导体开关导通时的峰值电流，不会产生输出电压降低问题。另外，能解消半导体开关导通时、断开时的异常动作，不管负荷形态如何都能使用。

上面详细地说明了本发明的实施例，但是，不言而喻，本发明并不局限于上述实施例范围，本发明可以在上述技术思想范围内进行种种变型。例如，在上述实施例中，使用MOS-FET、尤其是N沟道·增强型MOS-FET作为设于特定输出线上的半导体开关，但是本发明也可以使用双极晶体管代替上述实施例中的N沟道·增强型MOS-FET。

Claims (3)

1.一种电源装置，在特定输出线上设有半导体开关，其特征在于：

根据控制信号上述半导体开关导通度变化；

该电源装置还包括：

开关，受从外部给与的节能信号控制，决定向上述半导体开关施加或不施加上述控制信号；

时间常数电路，由电容器和电阻构成，从上述开关的控制信号施加动作时起，从控制电源向上述半导体开关的控制端子施加随着时间缓慢变化的上述控制信号。

2.根据权利要求1中所述的电源装置，其特征在于，使用MOS型场效晶体管作为半导体开关。

3.根据权利要求1中所述的电源装置，其特征在于，使用双极晶体管作为半导体开关。

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