CN202798467U - 直流/直流转换器、使用其的电源装置以及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种可降低消耗电力且可以在短时间内启动的直流/直流转换器。电源端子(VCC)被输入第二输出电容器(Co2)中所产生的电压(VCC)。高电压端子(VH)被输入输入电压(VIN)。充电用晶体管(M2)是设置在高电压端子(VH)与电源端子(VCC)之间且以成为常导通的方式被施加偏压的N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)。电流限制电路(40)在电源端子(VCC)的电压(VCC)低于规定的第一临界电压(VTH1)的第一状态下，限制从高电压端子(VH)向电源端子(VCC)流动的充电电流(ICHG)，在电压(VCC)高于第二临界电压(VTH2)的第二状态下，将充电电流(ICHG)实质上降低为零。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种直流/直流转换器。
背景技术
以电视及冰箱为首的各种家电产品、或者以膝上型计算机、手机终端及PDA(Personal Digital Assistants，个人数字助理)为首的电子设备接收来自外部的电力来运行，且可以通过来自外部电源的电力对内置的电池进行充电。而且，在家电产品及电子设备(以下，统称为电子设备)中，内置了对商用交流电压进行AC/DC(交流/直流)转换的电源装置，或者电源装置内置在电子设备的外部的电源适配器(AC适配器)中。
电源装置包含对交流电压进行整流的整流电路(二极管桥式电路)、及将经整流的电压降压后供给至负载的绝缘型直流/直流转换器。
图1是表示本实用新型的发明人所研究的直流/直流转换器100r的构成的图。不可将直流/直流转换器100r的具体构成认作本领域的技术人员众所周知的一般技术。
直流/直流转换器100r的输入端子P1被输入来自设置在该直流/直流转换器100r的前段的整流电路(未图示)的直流的输入电压VIN。直流/直流转换器100r将输入电压VIN降压后供给至与输出端子POUT连接的负载(负载)。
直流/直流转换器100r主要包含开关晶体管M1、变压器T1、第一二极管D1、第一输出电容器Co1、控制电路10r、反馈电路20r。直流/直流转换器100r中，变压器T1的一次侧区域与二次侧区域必须电气绝缘。反馈电路20r包含将输出电压VOUT分压的电阻R1、R2、分路调整器22、及光耦合器24。
分路调整器22是将分压后的输出电压VOUT′与对应于输出电压VOUT的目标值的基准电压VREF的误差放大的误差放大器。光耦合器24将与输出电压VOUT和目标电压的误差对应的反馈信号反馈给控制电路10r。控制电路10r以使输出电压VOUT与目标值一致的方式采用脉冲调制来控制开关晶体管M1的导通、断开的占空比。
控制电路10r可以在10V左右的电源电压VCC下运行，如果使用输入电压VIN(140V左右)驱动该控制电路10r，那么效率会恶化。另一方面，通过直流/直流转换器100r 进行降压的电压VOUT在变压器T1的二次侧产生，因此无法将该电压VOUT供给至设置在一次侧的控制电路10r。
于是，在变压器T1的一次侧设置了辅助线圈L3。辅助线圈L3、第二二极管D2及第二输出电容器Co2作为用以对控制电路10r生成电源电压VCC的辅助性的直流/直流转换器而发挥作用。在该直流/直流转换器100r中，电源电压VCC与输出电压VOUT成正比，该比例系数是通过变压器T1的二次线圈L2与辅助线圈L3的匝数比来决定。
VCC＝VOUT×ND/NS
这里，NS是二次线圈L2的匝数，ND是辅助线圈L3的匝数。
专利文献1：日本专利特开平9-098571号公报
专利文献2：日本专利特开平2-211055号公报
实用新型内容
本实用新型的发明人等对这种直流/直流转换器100r的启动动作进行了研究，而认识到以下的课题。对启动动作进行说明。输入端子P1被供给输入电压VIN。通过该输入电压VIN，经由电阻R11对电容器Co2进行充电，从而电源电压VCC上升。然后，如果电源电压VCC达到设置在控制电路10r的内部的临界电压VUVLO，那么控制电路10r可以启动来运行，而开始开关晶体管M1的开关。通过开关晶体管M1进行开关，利用包含辅助线圈L3、第二二极管D2、第二输出电容器Co2的辅助性的直流/直流转换器使电源电压VCC稳定化。
这里，从供给输入电压VIN后到控制电路10r启动为止的时间是由从供给输入电压VIN后到电源电压VCC达到临界电压VUVLO为止的时间来决定，即，由以电阻R11及电容器Co2所规定的时间常数来决定。因此，电阻R11的电阻值越小，启动时间越短，电阻R11的电阻值越大，启动时间越长。另一方面，在控制电路10r启动后，电阻R11会消耗多余的电力。电阻值R11越大，电阻R11所致的多余的消耗电力越小，电阻值R11越小，电阻R11所致的多余的消耗电力越大。也就是，在图1的直流/直流转换器100r中，启动时间与消耗电力存在折衷的关系。
本实用新型的某一型态是鉴于所述课题而完成的，其例示性的目的之一在于提供一种降低消耗电力且可以在短时间内启动的直流/直流转换器。
本实用新型的某一型态涉及一种直流/直流转换器。直流/直流转换器包含：变压器，其包含一端被施加输入电压的一次线圈、二次线圈及设置在一次线圈侧的辅助线圈；第 一输出电容器，其一端的电位被固定，另一端连接于输出端子；第一二极管，其以阴极成为第一输出电容器侧的朝向设置在第一输出电容器的另一端与二次线圈的一端之间；开关晶体管，其设置在一次线圈的路径上；第二输出电容器，其一端的电位被固定；第二整流元件，其以阴极成为第二输出电容器侧的朝向设置在第二输出电容器的另一端与辅助线圈的一端之间；及控制电路，其控制开关晶体管的导通、断开。控制电路包含：电源端子，其与第二输出电容器的另一端连接；高电压端子，其被输入输入电压；充电用晶体管，其是设置在高电压端子与电源端子之间且以成为常导通的方式被施加偏压的N沟道MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)；及电流限制电路，其在电源端子的电压低于规定的第一临界电压的第一状态下，限制从高电压端子经由充电用晶体管向电源端子流动的充电电流，在电源端子的电压高于比第一临界电压规定得高的第二临界电压的第二状态下，将充电电流实质上降低为零。
根据该型态，在直流/直流转换器刚启动后，第二输出电容器立即通过从高电压端子经由充电用晶体管向电源端子流动的电流被充电。而且，在忽视电流限制电路的情形时，电源端子的电压越低，该充电电流越大。因此，在直流/直流转换器刚启动后，电源端子的电压较低时能够立即以较大的充电电流对第二输出电容器进行充电，因此可缩短启动时间。而且，通过电流限制电路，在电源端子的电压高于第二临界电压时，使充电电流实质上成为零，由此可降低消耗电流。另外，在不存在电流限制电路的情形时，如果电源端子接地，那么从高电压端子向电源端子流动的电流会非常大，但在所述型态中在电源端子的电压低于第一临界电压时，通过电流限制电路限制充电电流，由此可较好地保护电路。
电流限制电路也可以包含：旁路开关，其设置在高电压端子与电源端子之间的充电电流的路径上；及第一电流源，其将规定的电流供给至电源端子。也可以是在第一状态下，旁路开关断开，第一电流源导通，在第二状态下，旁路开关及第一电流源均断开，在电源端子的电压高于第一临界电压且低于第二临界电压的第三状态下，至少旁路开关导通。
根据该型态，在第一状态下，可以将从高电压端子到电源端子之间流动的充电电流限制为第一电流源所生成的电流电平。另外，在第二状态下，充电电流可以实质上成为零，在第三状态下，可以是电源端子的电压越高，越降低充电电流。
控制电路也可以还包含第一二极管，该第一二极管以阴极成为电源端子侧的朝向设置在电流限制电路与电源端子之间。
第一电流源也可以包含：第一晶体管，其设置在基准电流的路径上；第二晶体管，其与第一晶体管以形成电流镜电路的方式连接，且设置在高电压端子与电源端子之间；及控制开关，其与第二晶体管串联设置在高电压端子与电源端子之间。
旁路开关也可以包含：第三晶体管，其是设置在高电压端子与电源端子的路径上的NPN型双极晶体管；及偏压电路，其控制第三晶体管的基极电流。
偏压电路也可以包含：第四晶体管，其是设置在第三晶体管的基极集极间的NPN型双极晶体管；第二电流源，其设置在第三晶体管的基极与接地端子之间；第三电流源，其对第四晶体管的基极供给电流；第一开关，其设置在第四晶体管的基极与接地端子之间；第二开关及第二二极管，其串联设置在第四晶体管的基极与接地端子之间。
电流限制电路也可以还包含：第一比较器，其将电源端子的电压与第一临界电压进行比较，生成表示比较结果的第一检测信号；及第二比较器，其将电源端子的电压与第二临界电压进行比较，生成表示比较结果的第二检测信号。电流限制电路的状态也可以根据第一、第二检测信号被控制。
本实用新型的另一型态是一种电源装置。该电源装置包含：AC/DC转换器，其将商用交流电压转换为直流电压；及所述任一型态的直流/直流转换器，其接收直流电压，将对该直流电压进行降压后的电压供给至负载。
本实用新型的进而另一型态是一种电子设备。该电子设备包含：微型计算机；所述任一型态的直流/直流转换器，其将输出电压供给至微型计算机。
另外，以上的构成要素的任意组合以及本实用新型的构成要素及表现在方法、装置、系统等之间互换而成的型态也作为本实用新型的型态而有效。
[实用新型的效果]
根据本实用新型的某一型态，可以提供一种降低消耗电力且可以在短时间内启动的直流/直流转换器。
附图说明
图1是表示本实用新型的发明人所研究的直流/直流转换器的构成的图。
图2是表示实施方式的电子设备的构成的电路图。
图3是表示图2的控制电路的构成例的电路图。
图4是表示图3的控制电路的更具体的构成的电路图。
图5是表示电源端子的电压与充电电流的关系的图。
图6是表示实施方式的电子设备的动作的波形图。
图7是表示控制电路的另一构成例的电路图。
[符号的说明]
1 电子设备
2 微型计算机
4 信号处理电路
10 控制电路
20 反馈电路
22 分路调整器
40 电流限制电路
44 偏压电路
48 基准偏压电路
100 直流/直流转换器
102 整流电路
P1 输入端子
P2 输出端子
Co1 第一输出电容器
Co2 第二输出电容器
D1 第一二极管
D2 第二二极管
D3 第三二极管
T1 变压器
L1 一次线圈
L2 二次线圈
L3 辅助线圈
M1 开关晶体管
M2 充电用晶体管
SW1 旁路开关
SW2 控制开关
CS1 第一电流源
CS2 第二电流源
CS3 第三电流源
SW11 第一开关
SW12 第二开关
CMP1 第一比较器
CMP2 第二比较器
Q3 第三晶体管
Q4 第四晶体管
R1 第一电阻
R2 第二电阻
具体实施方式
以下，基于优选实施方式一边参照附图一边说明本实用新型。对于各附图所示的同一或同等的构成要素、构件、处理，附上同一符号，并适当省略重复的说明。另外，实施方式并不限定实用新型而是例示，实施方式中记载的所有特征及其组合并不是实用新型本质上的东西。
本说明书中，所谓“构件A与构件B连接的状态”，不仅包括构件A与构件B物理上直接连接的情形，也包括构件A与构件B经由不会对它们的电性连接状态造成实质上的影响、或者不会损害通过它们的结合所发挥的功能及效果的其他构件而间接连接的情形。
同样地，所谓“构件C设置在构件A与构件B之间的状态”，除了构件A与构件C、或者构件B与构件C直接连接的情形以外，也包括经由不会对它们的电性连接状态产生实质上的影响、或者不会损害通过它们的结合所发挥的功能及效果的其他构件而间接连接的情形。
图2是表示实施方式的电子设备1的构成的电路图。
电子设备1是例如电视或冰箱、空调等家电产品或计算机。电子设备1包含微型计算机2、信号处理电路4、直流/直流转换器100、整流电路102。电子设备1分为相互绝缘的一次侧与二次侧。整流电路102及直流/直流转换器100的一部分配置在一次侧，直流/直流转换器100的另一部分、微型计算机2及信号处理电路4配置在二次侧。
整流电路102例如是二极管整流电路，接收商用交流电压等交流电压VAC，将该交流电压VAC全波整流，并通过电容器C1平滑化而生成直流电压VDC(＝VIN)。当VAC ＝100V时，VDC＝144V。
直流/直流转换器100是在输入端子P1接收直流的输入电压VIN，将该输入电压VIN降压后从输出端子P2输出。在直流/直流转换器100与整流电路102之间，也可以设置未图示的PFC(Power Factor Correction，功率因素校正)电路。来自输出端子P2的输出电压VOUT被输出至微型计算机2及信号处理电路4。微型计算机2综合地控制电子设备1整体。信号处理电路4是进行特定的信号处理的区块，例如可例示与外部设备进行通信的接口电路、或者图像处理电路、声音处理电路等。当然在现实的电子设备1中，根据其功能而设置了多个信号处理电路4。
以上是电子设备1的整体构成。其次，对这种电子设备1中可较好地利用的直流/直流转换器100进行说明。
直流/直流转换器100主要包含变压器T1、第一二极管D1、第二二极管D2、第一输出电容器Co1、第二输出电容器Co2、开关晶体管M1、控制电路10、反馈电路20。
变压器T1包含一次线圈L1、二次线圈L2及设置在一次线圈侧的辅助线圈L3。将一次线圈L1的匝数设为NP，将二次线圈L2的匝数设为NS。而且，将辅助线圈L3的匝数设为ND。
开关晶体管M1、一次线圈L1、二次线圈L2、第一二极管D1、第一输出电容器Co1形成第一转换器(主转换器)。第一输出电容器Co1的一端接地，且其电位被固定。第一二极管D1以阴极成为第一输出电容器Co1侧的朝向设置在第一输出电容器Co1的另一端与二次线圈L2的一端N2之间。二次线圈L2的另一端接地且电位被固定。
一次线圈L1的一端被施加输入电压VIN。开关晶体管M1设置在一次线圈L1的路径上。开关晶体管M1的栅极经由电阻R10被输入来自控制电路10的开关信号OUT。
开关晶体管M1、一次线圈L1、辅助线圈L3、第二二极管D2、第二输出电容器Co2形成第二转换器(辅助转换器)。
第二输出电容器Co2的一端的电位被固定。第二二极管(第二整流元件)D2设置在第二输出电容器Co2的另一端与辅助线圈L3的一端N3之间。辅助线圈L3的另一端接地，且其电位被固定。第二二极管D2以阴极成为第二输出电容器Co2侧的朝向进行配置。
第二输出电容器Co2中产生对应于匝数比(ND/NS)的电源电压VCC。
VCC＝ND/NS×VOUT (1)
控制电路10的电源端子VCC(7号引脚)与第二输出电容器Co2连接，在刚启动后立即对第二输出电容器Co2进行充电，并且在启动后接收第二输出电容器Co2中产生 的电压(也称为电源电压)VCC。控制电路10以使输出电压VOUT的电平接近目标值的方式利用脉宽调制(PWM，Pulse Width Modulation)、脉冲频率调制(PFM，Pulse Frequency Modulation)等来调节开关信号OUT的占空比，而控制开关晶体管M1。开关信号OUT的生成方法并无特别限定。
控制电路10的反馈端子FB(2号引脚)经由包含光耦合器的反馈电路20被输入对应于输出电压VOUT的反馈信号VFB。电容器C3是为了进行相位补偿而设置的。
例如反馈电路20包含分路调整器22、光耦合器24、分压电阻R1、R2。分压电阻R1、R2以分压比K将直流/直流转换器100的输出电压VOUT分压。分路调整器22将分压后的输出电压VOUT′(＝VOUT×K)与规定的基准电压(VREF)的误差放大，并输出对应于误差的电流IFB。在分路调整器22的输出电流IFB的路径上，设置了光耦合器24的输入侧的发光二极管。光耦合器24将与输出电压VOUT′和基准电压VREF的误差对应的反馈信号VFB输出至控制电路10的FB端子。电阻R21、R22是为了对光耦合器24的发光二极管适当地施加偏压而设置的。
控制电路10接收反馈信号VFB，生成以使分压后的输出电压VOUT′与基准电压VREF一致的方式调节占空比的开关信号OUT，而驱动开关晶体管M1。
当将分压电路26的分压比设为K时，通过反馈而使输出电压VOUT以满足下式的方式稳定化：
VOUT＝VREF/K (2)。
控制电路10的高电压端子VH被施加输入电压VIN。如下所述，高电压端子VH与电源端子VCC之间经由控制电路10的内部的充电路径而连接。在第二转换器正常运行之前的期间，控制电路10的电源端子VCC经由控制电路10的内部的充电路径被充电。
接着，对控制电路10的具体构成例进行说明。
例如控制电路10根据第一输出电容器Co1中所产生的输出电压VOUT、流经开关晶体管M1(一次线圈L1)的电流IM1及辅助线圈L3的一端N3中所产生的电压VD，产生开关信号OUT。
检测电阻Rs是为了检测流经开光晶体管M1的电流IM1而设置的。检测电阻Rs中所产生的电压降(检测信号)Vs被输入至控制电路10的电流检测端子(CS端子：3号引脚)。另外，控制电路10的辅助线圈L3的抽头TP的电压VD1经由包含电阻R4及电容器C4的低通滤波器被输入至ZT端子(1号引脚)。
图3是表示图2的控制电路10的构成例的电路图。控制电路10包含断开信号生成部52、导通信号生成部54、驱动部56、充电用晶体管M2、电流限制电路40、二极管 D3。
断开信号生成部52包含将检测信号Vs与反馈信号VFB进行比较的比较器，生成规定开关晶体管M1断开的时间的断开信号Soff。如果流经开关晶体管M1的电流IM1达到对应于反馈信号VFB的电平，那么由断开信号生成部52所生成的断开信号Soff被断言。
例如如果输出电压VOUT′低于基准电压VREF，那么反馈信号VFB变高，断开信号Soff被断言的时间变迟，开关晶体管M1的导通期间Ton变长，结果向输出电压VOUT上升的方向施加反馈。相反，如果输出电压VOUT′高于基准电压VREF，那么反馈信号VFB变低，断开信号Soff被断言的时间变早，开关晶体管M1的导通期间Ton变短，结果向输出电压VOUT下降的方向施加反馈。
导通信号生成部54在断开信号Soff被断言后产生被断言的导通信号Son。图3的导通信号生成部54包含将辅助线圈L3的一端N3的电位VD与规定电平Vth进行比较的比较器。如果电位VD下降至规定电平Vth，那么导通信号生成部54断言导通信号Son。
如果开关晶体管M1导通，那么电流IM1流经一次线圈L1，在变压器T1中储备能量。之后，如果开关晶体管M1断开，那么变压器T1中储备的能量被放出。导通信号生成部54通过监视辅助线圈L3中产生的电压VD，可以检测变压器T1的能量被完全放出的情形。导通信号生成部54在检测到能量的放出后，为了再次使开关晶体管M1导通而断言导通信号Son。
驱动部56在导通信号Son被断言后使开关晶体管M1导通，在断开信号Soff被断言后使开关晶体管M1断开。驱动部56包含触发器58、预驱动器60、驱动器62。触发器58的设置端子及重置端子分别接收导通信号Son及断开信号Soff。触发器58根据导通信号Son及断开信号Soff而使状态转变。结果，触发器58的输出信号Smod的占空比以输出电压VOUT与目标值VREF一致的方式被调制。图3中，驱动信号Smod及开关信号OUT的高电平与开关晶体管M1的导通建立了对应关系，驱动信号Smod及开关信号OUT的低电平与开关晶体管M1的断开建立了对应关系。
预驱动器60根据触发器58的输出信号Smod而将驱动器62驱动。以驱动器62的高侧晶体管与低侧晶体管不同时导通的方式对预驱动器60的输出信号SH、SL设定了死区(dead time)。从驱动器62输出开关信号OUT。
充电用晶体管M2是N沟道MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)，设置在高电压端子VH与电源端子VCC之间且以成为常导通的方式被施加偏压。具体而言，充电用晶体管M2的栅极及背栅极与接地端子GND连接，充电用晶 体管M2的漏极与高电压端子VH连接。充电用晶体管M2的栅极源极间连接了二极管D4。如果忽视电流限制电路40，那么电源端子VCC的电压VCC越高，流经充电用晶体管M2的电流IM2越小，电源端子VCC的电压VCC越低，电流IM2越大。
电流限制电路40控制从高电压端子VH经由充电用晶体管M2向电源端子VCC流动的充电电流ICHG。在电源端子VCC的电压VCC低于规定的第一临界电压VTH1的第一状态 
下，电流限制电路40将充电电流ICHG限制为某限制电流ILMT。例如限制电流ILMT为200μA～300μA左右的微量电流。另外，在电源端子VCC的电压VCC高于比第一临界电压VTH1规定得高的第二临界电压VTH2的第二状态 
下，将充电电流ICHG实质上降低为零。第二临界电压VTH2也可以与控制电路10能够运行的最低电压VUVLO(UVLO：Under Voltage Lock Out，欠压锁定)一致。
更具体而言，电流限制电路40包含旁路开关SW1、第一电流源CS1、第一比较器CMP1、第二比较器CMP2。第一比较器CMP1将电源端子VCC的电压VCC与第一临界电压VTH1进行比较，生成表示比较结果的第一检测信号DET1。第二比较器CMP2将电压VCC与第二临界电压VTH2进行比较，生成表示比较结果的第二检测信号DET2。电流限制电路40根据检测信号DET1、DET2，检测第一状态～第三状态。也就是，在DET1、DET2均为低电平时为第一状态 
在DET1、DET2均为高电平时为第二状态 
在DET1为高电平、DET2为低电平时为第三状态 
旁路开关SW1与充电用晶体管M2串联设置在高电压端子VH与电源端子VCC之间的充电电流的路径上。第一电流源(限制用电流源)CS1构成为可以在导通与断开之间进行切换，在导通状态下对电源端子VCC供给限制电流ILMT。
在第一状态 
下，旁路开关SW1断开，第一电流源CS1导通。由此，供给至第二输出电容器Co2的充电电流ICHG被限制为限制电流ILMT。
在第二状态 
下，旁路开关SW1及第一电流源CS1均断开。由此，充电电流ICHG实质上成为零。
在第三状态 
下，至少旁路开关SW1导通。由此，电流限制电路40成为导通状态，流经充电用晶体管M2的电流IM2作为充电电流ICHG被供给至第二输出电容器Co2。本实施方式中，设为在第三状态 下第一电流源CS1断开。
充电用晶体管M2、旁路开关SW1及二极管D3在直流/直流转换器100刚启动后且在辅助转换器运行之前，代替辅助转换器作为对第二输出电容器Co2进行充电的充电电路而发挥作用。
图4是表示图3的控制电路10的更具体的构成的电路图。图4中，省略了与开关 信号OUT的生成相关的区块。基准偏压电路48生成基准电流IREF。第一晶体管M11设置在基准电流IREF的路径上。第二晶体管M12与第一晶体管M11以形成电流镜电路的方式连接。控制开关SW2设置在第二晶体管M12的路径上。控制开关SW2在第二检测信号DET2为高电平时导通。在控制开关SW2的导通状态下，与基准电流IREF成正比的限制电流ILMT流经第二晶体管M12。也就是，基准偏压电路48、第一晶体管M11、第二晶体管M12及控制开关SW2形成第一电流源CS1。
旁路开关SW1包含第三晶体管Q3及偏压电路44。第三晶体管Q3是NPN型双极晶体管，与充电用晶体管M2串联设置在高电压端子VH与电源端子VCC之间的充电路径上。偏压电路44控制第三晶体管Q3的基极电流，且控制第三晶体管Q3的导通状态。
偏压电路44包含第四晶体管Q4、第二电流源CS2、二极管D4、第一开关SW11、第二开关SW12。第四晶体管Q4是设置在第三晶体管Q3的基极集极间的NPN型双极晶体管。第二电流源CS2设置在第三晶体管Q3的基极与接地端子之间。第三电流源CS3对第四晶体管Q4的基极供给电流。第一开关SW11设置在第四晶体管Q4的基极与接地端子之间，在第一检测信号DET1为高电平时导通。另外，第二开关SW12及二极管D4串联设置在第四晶体管Q4的基极与接地端子之间。
图5是表示电源端子VCC的电压VCC与充电电流ICHG的关系的图。通过参照图2至图4所说明的充电用晶体管M2及电流限制电路40，使充电电流ICHG如实线所示那样发生变化。
以上是直流/直流转换器100的构成。接着，对该直流/直流转换器100的动作进行说明。图6是表示实施方式的电子设备1的动作的波形图。在时刻t0之前，电子设备1断开。如果在时刻t0，使用者将电源接通(启动)，那么输入电压VIN被供给至输入端子P1。在刚启动后，因为VCC＜VTH1(第一状态 
所以充电电流ICHG被限制为限制电流ILMT，电源电压VCC缓慢上升。如果在时刻t1，VCC＞VTH1(第三状态 
那么充电电流ICHG如图5所示的那样增加，电源电压VCC的上升速度变快。如果在时刻t2，VCC＞VTH2(第二状态 
那么充电电流ICHG实质上降低为零。如果VCC＞VTH2，那么控制电路能够运行，从而开始开关晶体管M1的开关。结果，不通过控制电路10的内部的充电路径而通过第二转换器调节电源电压VCC的电平并使其稳定化。
如上所述，根据实施方式的直流/直流转换器100，在启动开始后，可以在短时间内使电源电压VCC上升到控制电路10能够运行的电平VUVLO。另外，在控制电路10开始运行之后，因为充电电流ICHG实质上成为零，所以可以抑制消耗电流的增加。也就是，可以同时实现启动时间的缩短与消耗电力的降低。这是第一优点。
此外，实施方式的直流/直流转换器100还具有以下说明的第二优点。图6的波形图中，设为在时刻t3，电源端子VCC接地。如果这样的话，因为VCC＜VTH1，所以充电电流ICHG下降至限制电流ILMT。因此，即便接地状态持续长时间，也可以抑制发热量，从而可以提高直流/直流转换器100的可靠性。换言之，理想的是将限制电流ILMT设定为在接地故障时不会损害电路的可靠性的电平。
第二优点通过与图7的控制电路10c进行对比而变得明确。图7的控制电路10c是从图4的控制电路10中省略了第一电流源CS1、第一开关SW11、第一比较器CMP1。图5的单点划线表示图7的控制电路10c的电源电压VCC与充电电流ICHG的关系。也就是，在第一状态 
下充电电流ICHG不会被限制为限制电流ILMT，在接地状态(VCC＝0V)下充电电流ICHG成为最大。图6中，将图7的控制电路10c中发生接地时的充电电流ICHG的波形以单点划线表示，在接地状态下流动较大的充电电流ICHG。
与此相对，根据实施方式的控制电路10，可以提高接地状态下的电路的可靠性。
以上，基于实施方式对本实用新型进行了说明。本领域的技术人员应理解为本实施方式是例示，本实施方式的各构成要素及各处理过程的组合可以实现各种变形例，而且这种变形例也包含在本实用新型的范围内。以下，对这种变形例进行说明。
在实施方式中，对分路调整器(误差放大器)22设置在变压器T1的二次侧的情形进行了说明，但是该误差放大器也可以设置在一次侧，此外也可以内置在控制电路10中。
本领域的技术人员应理解为控制电路10存在各种类型，而且该控制电路10的构成在本实用新型中并非限定性的构成。
例如作为图3的导通信号生成部54，也可以使用测定规定的断开时间Toff的计时电路来代替比较器。也可以通过预先估计能量的放出所需的时间，而固定断开时间Toff。这时，可以简化电路来替换能量效率的恶化。
在实施方式中，对直流/直流转换器100搭载在电子设备1中的情形进行了说明，但本实用新型并不限定于此，可以应用于各种电源装置。例如直流/直流转换器100也可以应用于对电子设备供给电力的AC适配器。作为这时的电子设备，可以例示膝上型计算机、桌上型计算机、手机终端、CD播放器等，但并无特别限定。
基于实施方式且使用具体的用语对本实用新型进行了说明，但实施方式仅表示本实用新型的原理、应用，在不脱离权利要求所规定的本实用新型的思想的范围内，对实施方式认可多种变形例及配置的变更。
Claims (10)
1.一种直流/直流转换器，其特征在于包含：
变压器，其包含一端被施加输入电压的一次线圈、二次线圈及设置在所述一次线圈侧的辅助线圈；
第一输出电容器，其一端的电位被固定，另一端连接于输出端子；
第一二极管，其以阴极成为所述第一输出电容器侧的朝向设置在所述第一输出电容器的另一端与所述二次线圈的一端之间；
开关晶体管，其设置在所述一次线圈的路径上；
第二输出电容器，其一端的电位被固定；
第二整流元件，其以阴极成为所述第二输出电容器侧的朝向设置在所述第二输出电容器的另一端与所述辅助线圈的一端之间；及
控制电路，其控制所述开关晶体管的导通、断开；
所述控制电路包含：
电源端子，其与所述第二输出电容器的另一端连接；
高电压端子，其被输入所述输入电压；
充电用晶体管，其是设置在所述高电压端子与所述电源端子之间且以成为常导通的方式被施加偏压的N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管；
电流限制电路，其在所述电源端子的电压低于规定的第一临界电压的第一状态下，限制从所述高电压端子经由所述充电用晶体管向所述电源端子流动的充电电流，在所述电源端子的电压高于比所述第一临界电压规定得高的第二临界电压的第二状态下，将所述充电电流实质上降低为零。
2.根据权利要求1所述的直流/直流转换器，其特征在于，所述电流限制电路包含：
旁路开关，其设置在所述高电压端子与所述电源端子之间的所述充电电流的路径上；及
第一电流源，其将规定的电流供给至所述电源端子；
在所述第一状态下，所述旁路开关断开，所述第一电流源导通；
在所述第二状态下，所述旁路开关及所述第一电流源均断开；
在所述电源端子的电压高于所述第一临界电压且低于所述第二临界电压的第 三状态下，至少所述旁路开关导通。
3.根据权利要求1或2所述的直流/直流转换器，其特征在于：
所述控制电路还包含第一二极管，该第一二极管以阴极成为所述电源端子侧的朝向设置在所述电流限制电路的输出与所述电源端子之间。
4.根据权利要求2所述的直流/直流转换器，其特征在于，所述第一电流源包含：
第一晶体管，其设置在基准电流的路径上；
第二晶体管，其与所述第一晶体管以形成电流镜电路的方式连接，且设置在所述高电压端子与所述电源端子之间；及
控制开关，其与所述第二晶体管串联设置在所述高电压端子与所述电源端子之间。
5.根据权利要求2所述的直流/直流转换器，其特征在于，所述旁路开关包含：
第三晶体管，其是设置在所述高电压端子与所述电源端子的路径上的NPN型双极晶体管；及
偏压电路，其控制所述第三晶体管的基极电流。
6.根据权利要求5所述的直流/直流转换器，其特征在于，所述偏压电路包含：
第四晶体管，其是设置在所述第三晶体管的基极集极间的NPN型双极晶体管；
第二电流源，其设置在所述第三晶体管的基极与接地端子之间；
第三电流源，其对所述第四晶体管的基极供给电流；
第一开关，其设置在所述第四晶体管的基极与接地端子之间；及
第二开关及第二二极管，其串联设置在所述第四晶体管的基极与接地端子之间。
7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的直流/直流转换器，其特征在于，所述电流限制电路还包含：
第一比较器，其将所述电源端子的电压与所述第一临界电压进行比较，生成表示比较结果的第一检测信号；及
第二比较器，其将所述电源端子的电压与所述第二临界电压进行比较，生成表 示比较结果的第二检测信号；
所述电流限制电路的状态是根据所述第一、第二检测信号被控制。
8.一种直流/直流转换器，其特征在于包含：
变压器，其包含一端被施加输入电压的一次线圈、二次线圈及设置在所述一次线圈侧的辅助线圈；
第一输出电容器，其一端的电位被固定，另一端连接于输出端子；
第一二极管，其以阴极成为所述第一输出电容器侧的朝向设置在所述第一输出电容器的另一端与所述二次线圈的一端之间；
开关晶体管，其设置在所述一次线圈的路径上；
第二输出电容器，其一端的电位被固定；
第二整流元件，其以阴极成为所述第二输出电容器侧的朝向设置在所述第二输出电容器的另一端与所述辅助线圈的一端之间；及
控制电路，其控制所述开关晶体管的导通、断开；
所述控制电路包含：
电源端子，其与所述第二输出电容器的另一端连接；
高电压端子，其被输入所述输入电压；
充电电路，其设置在所述高电压端子与所述电源端子之间，在启动时，对连接于所述电源端子的所述第二输出电容器供给充电电流，且在所述电源端子的电压高于规定的第一临界电压且低于规定的第二临界电压时，所述电源端子的电压越低则产生越大的充电电流，在所述电源端子的电压高于所述第二临界电压时，将所述充电电流实质上降低为零，在所述电源端子的电压低于所述第一临界电压时，将所述充电电流限制为规定的限制电流。
9.一种电源装置，其特征在于包含：
交流/直流转换器，其将商用交流电压转换为直流电压；
权利要求1至8中任一权利要求所述的直流/直流转换器，其接收所述直流电压，将对该直流电压进行降压后的电压供给至负载。
10.一种电子设备，其特征在于包含：
微型计算机；
权利要求1至8中任一权利要求所述的直流/直流转换器，其将输出电压供给至所述微型计算机。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130313 Termination date: 20210120 |