TWI233252B - Switching power supply apparatus - Google Patents

Description

1233252 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於例如在以開關元件切斷直流電源，獲得交 k k 5虎，並藉整流•平滑該交變信號而獲得任意之直流電 力之際適合使用之開關電源裝置。 【先前技術】 近年來，由於可承受高頻之較大電流及電壓之開關元件 及破置之開鉍，可由商用電源較容易變換成直流電力之開 關電源裝置已逐漸普及。 圖1係以區塊圖表示此開關電源之一例。 在本圖中’ 11為連接於商用電源之連接器，12為除去開 關電源產生之雜音之輸入濾波器，13為利用整流二極體整 流交流電源而得直流電壓（Vin)之整流電路。 14為具有1次繞組N1、2次繞組N2及3次繞組N3之變壓器 (T1)，15為在此變壓器（T1)14之2次繞組感應產生之交變電 力被整流二極體D3及平滑電容器C2變換成直流之輸出電 壓（V〇)，並被供應之負荷電路（機器裝置）。 此負荷電路15具有設有2次電池，在負荷電路動作停止狀 悲，執行對2次電池充電之動作，另一方面，在負荷電路動 作狀態’可供應負荷電路動作用之電力而啟動之電子機器 (例如數位攝影機、攝錄影機、小型TV等）。 16及17為檢出輸出電壓（V〇)及輸出電流（1〇)用之運算放大 器（0P1)、（OP2)，18為經由二極體D1、D2輸入前述運算放 大器16、17之檢出信號之光二極體、與光電晶體構成之光 90696.doc 1233252 搞合:_)，前述運算放大器（0P1)、（0P2)之輸出成為檢 出負何電力之檢出手段之信號’被前述光搞合器（PH1)由光 一極體傳達至光電晶體，被供應作為執行連接於控制電路 19之FB(回掃）端子而成為開關元件之電晶體〇丨之開啟•斷 電控制之控制信號。 又，開關元件Q1可利用MOSFET構成。 又，3次繞組N3所感應產生之電力經由整流二極體 平滑電容器Cl構成之整流電路被供應至通常以…電路構成 之控制電路19。 以下，說明上述之開關電源之動作。 在由前述整流交流電源之直流電壓（Vin)經由啟動電阻 Rp將微小之啟動電流通至控制用比電路，使控制電路19之 電壓（Vcc)轉移至動作區域時，利用由控制電路19輸出之驅 動脈衝，以例如振盘頻率1 〇〇 kHz流至變壓器（τ 1) 14之卜欠 繞組N1之電流可藉開關元件Q1保持斷或續。 以下，以本電源作為回掃方式之電源予以說明時，例如 在開關元件Q1開啟時，會感應產生蓄積於i次繞組m之電 磁能，在開關元件Q1斷電時，會在變壓器（丁1)14之2次繞組 N2及3次繞組N3感應產生電力。 上述開關電源之輸出電壓控制係以整流二極體D3、平滑 電谷器C2整流由2次繞組N2感應產生之電壓，將此輸出電 壓（VQ)輸入至運算放大器（〇ρι)ΐ6之-端子，並將基準電壓 REF1輸入至運算放大器（0P1)16之+端子，與上述輸出電壓 (V〇)被比較，將與基準電壓REF1之誤差信號經由二極體di 90696.doc 1233252 連接於光耦合器（PH1)18。 而，上述電壓之誤差信號被光耦合器（？111)18由2次側傳 達至1次側，利用構成於控制電路丨9内部之脈衝寬調制電路 (PWM· Pulse Width Modulation)控制i次側之開關元件… 之開啟期間’以控制施加至2次側之電力。 、、、口果了控制於作為&述2次側基準電麼之運算放大器1 $ 之基準電壓REF 1所設定之輸出電壓。 另一方面，流入前述負荷電路15之輸出電流（1〇)流過低電 阻構成之電阻IU，流至電阻尺丨之電流量被變換成電壓，而 經由基準電壓REF2連接於運算放大器（〇1>2)17之+端子。 運异放大器（0Ρ2) 17之-端子連接於連接上述基準電壓 REF2之R1端子之另一方端子，此基準電壓REF2與流至前述 電阻R1之電流量被比較。 而，運异放大器（〇P2)17比較基準電壓REF2所設定之電 流量與流至電阻R1之電流量，將其誤差信號經由二極體D2 輸入至光耦合器（PH1)1 8。此輸出電流之誤差信號係與前述 電壓控制時同樣，由1次側之控制電路（IC電路）19控制開關 元件Q1之斷續比，使輸出電流（Ig)成為基準電壓所設 定之特定之電流量。 如以上所述，運算放大器（〇ρι)16將輸出電壓v〇控制於特 定電壓，運算放大器（〇Ρ2)17形成將輸出電流（1〇)控制成特 定電流之檢出手段。 茲依據以上動作，說明輸出電流（10)不流至負荷電路15之 無負何時之動作。 90696.doc 1233252 通常’有負荷電流（IG)流動時，控制電路（PWMIC控制電 路）19係被控制成可以某特定基本振盪頻率，例如以基本頻 率100kHz重複振盪，可對應於負荷電力，而以pwM方式控 制開關元件Q 1之開啟期間。 另一方面，無負荷時之情形，如後所述，控制成在脈衝 寬最小之脈衝期間’使上述基本頻率移位至低頻側而呈現 低頻振盈。此時間之開關元件Q1之基極波形與集電極波形 以圖2之波形表示。 有負荷電流流動時，由控制電路（pwM控制電路）丨9輸出 之開關7G件Q1之基極波形係以例如fl(1〇〇 kHz)振盪，但達 到接近於最小脈衝寬之無負荷時，振盪頻率會減少，以例 (20 kHz)振盈。此係由於即使在無負荷時，也需要有運 异放大器16、17、光耦合器18等之驅動電力及使控制電路 1 9成為動作狀態之驅動電力，即利用將輸出電壓控制於特 疋電壓方式控制開關元件Q1使其開啟期間保持一定，而使 其斷電期間可變化，其結果，可以可變控制斷電期間，減 少振盪頻率。 曰本特開平10_14217號公報雖以在無負荷時（檢出負荷 之大小）施行PFM(頻率降低）控制為 内容，但並未明確記載 有關當時之開啟脈衝寬、交流輸入電壓等。 以下，利用圖3及圖4說明有關在此種控制之問題點。 在圖3中，檢軸表示對負荷側之2次繞組之電流變化時間 T光耦合器18所輸出之負荷電力之檢出信號（FB端子電 D開關元件Q 1之集電極及基極電壓波形之變化。 90696.doc Ϊ233252 在圖3中，表示在機n動作狀態下，由黯負荷電流（例μ) 流至2次側之模態變成機器備用模態之情形，負荷電流較缓 也減，FB端子電塵之電屬值也會由高電虔值緩慢地 下降，並變化為Min負荷動作。 —此期間’電源之電力變換係以基本頻率（例如i〇〇kHz)執 亍動作i現僅縮短開關疋件之開啟期間之脈衝寬變換動 作（PWM控制）。 、 其次，當負荷電流再減少時，FB端子電遷也會降低，在 此FB電壓值降低至頻率可變（vc〇)開始電壓（在本例中設 疋於1 V)位準以下時，成為開關元件之開關頻率向低頻降 低之頻率可變動作。又，在此時點，3次繞組之直流電壓B 也開始降低。而，在本發明之實施例中，無負荷時（待機時）， 例如，振盪頻率以1.5 kHz穩定地以無負荷時動作執行動作。 其次，參照圖4之波形，說明發生急劇之負荷變動之情形。 上述機器動作時之Max動作時（例2A)狀態在負荷電流因 機器之斷電而急劇減少，成為負荷電流零之無負荷時動作 之情形，前述Max負荷電流流動所產生之電壓下降部分在 負荷電流變成零時，重疊於輸出電壓（負荷電流成為零之點） 之、、ό果2-人側之電麗會在一瞬間超過控制輸出電麼值（v〇) 以上，而使對2次側之電力變換暫停。控制此時電力變換之 信號之FB(回掃）電壓值如圖4所示，在負荷電流零時會急劇 地由Η位準降低至L位準，並因降低至低於輸出停止電壓位 準，而發生停止電力變換（停止開關頻率）。 即，在此時點，電力變換用1C之輸出（開關元件Q1之開啟 90696.doc 1233252 脈衝）因振盪停止而成為斷電狀態。 由於停止電力變換’ 3次繞組（V3)之㈣也徐徐開始降 低此電塵V3也會降低至構成控制電路^ 9之^動作停止 壓（例如9 V)以下。 一义n〜利丨F厅止龟座時，縱使〕 侧電壓高於輸出停止電隸，動作仍保持停止狀態不變 以上，控制IC在輸出停止電壓以下時，再度開始執行名 動電路之啟動開始動作。

此啟動係藉前述圖1之Rp電阻，使啟動電流流人控制電, 19,經過某時間後’達到控制電路19之1(：電路之動作範; (動作開始電壓）’即在本實施例中，達到16 V時，輪出電』 開始上升。此3次繞組之整流電壓V3如圖4所示，例如在i 到V3-16 V以上時，開始執行IC動作，在該時點，才開始毒 行對2次繞組、3次繞組之電力變換。

使用此種1C電路之控制電路19因具有以上之動作特性， 故在構成控制電路19之1(:電路之動作停止至啟動開始之時 財，如虛線所示，2次側之機器受控制而執行開啟時t 何電流雖急劇增加，但因控制電路19處於動作停止中、 不執行電力轉送，結果，如虛線所示，在此開：時點：： 出電壓V〇會下降，在啟動開始後，才徐徐上升。因此，^ 此期間，會發生連機器之動作也不能開始之問題。 如此，在構成負荷之機器開始動作之瞬間，電源之 電壓下降時，將成為對機器側之系統微電腦之復位鋩二出 使機器發生不穩定動作之要因。 、及 90696.doc -10- 1233252 借近年來，機器側之低耗電流化持續在進行之令在 時負荷電流也接近於零之 化，備用模態因輸出電a之下降而成為上=商品 持續記愔嬙哭夕灿能+ - · ^ 了止拉恶’且 it心之狀悲之71:件也會被復位。 例如，在攝錄影機等之週期 ^ ,,' 巧^丨生地錄影之情形，錄影一曰 姑作/ . 寻苓電机核態時，機器動作合 被设位而變得不能繼續錄影。 曰 本發明之目的在於提供對於 笠鱼& A 上述在妆态側之啟動即停止 荨^劇之負荷變動，可供應穩 置。 疋之輸出電壓之開關電源裝 【發明内容】 為消除此種問題點，本發明之開關電源裝置係包含： 整流電路，其係由交流電-變換成直流電麼者；開關元 件’其係經由變麼5|之卜会妞4 & i态之1-人％組使由该整流電路獲得之直流 電屢保持斷續者·電力變換丰 电刀炎換手段，其係具有藉上述開關元 件之斷續而感應產生對應於供應至上述M器之i次繞組 之電力之電力之2次繞組、及3次繞組，整流•平滑上述2 次繞組所輸出之電力，而予供應至2次側之負荷電路者；控 制七號4出手段，其係藉整流•平滑由上述3次繞組所得之 電力後之直流電1_動，將由上述2次繞組供應至上述負荷 電路之電力控制於特定之電壓及電流；及控制電路，其係 設有以依據上述檢出手段所檢出之控制信號使供應至上述 2 -人側之電力成為特定值之方式控制上述開關元件之開啟 期間之振盪部、及PWM調制部者；其特徵在於： 90696.doc 1233252 設置比較由上述3次繞組所得之直流電壓與基準電壓之 比較手段、與將上述檢出手段之控制信號供應至上述控制 電路之電路； 將上述3次繞組之直流電壓設定在上述控制電路之最低 動作電壓值以上，並在因上述負荷電路之急劇之斷電而成 為振盪停止狀態，導致低於上述最低動作電壓以下時，依 據上述比較手段所輸出之信號，解除上述控制電路之振盈 停止狀態，以控制開關元件之開啟期間者。 【實施方式】 本發明之開關電源裝置之一實施例如圖5之區塊電路圖 所示。 在此圖中，與前述圖1相同部分附以同一符號而省略詳細 之說明。 即，經由商用之交流電源之連接器11、輸入渡波器12、 整流電路13被變換成直流電源（Vin)，例如由開關元件Q i以 振盪頻率100 kHz控制流至變壓器（T 1)14之1次繞組（N1)之 電流’在變壓器（Tl)14之2次繞組（N2)及3次繞組（N3)感應產 生電力。 由上述2次繞組（N2)感應產生之電力在二極體D3、電容器 C2之整流電路被變換成直流電壓源v〇，將電力供應至次段 之負荷電路（電子機器裝置）15。 此輸出電壓（V〇)被輸入至運算放大器（〇1>1)16之_端子。 另一方面’基準電壓REF 1被輸入至運算放大器（〇p 1) 1 6 之+端子，與上述輸出電壓（VG)被比較，將與基準電壓之誤 90696.doc -12- 1233252 差信號經由二極體D1連接於光耦合器（pH i) 1 8。 上述電麼誤差號被光叙合器1 8由2次側傳達至1次側， 利用内建脈衝寬調制電路（PWM : Pulse Width Modulation；) 之控制電路19控制1次側之開關元件（Q1)之開啟期間，以控 制施加至2次側之電力。 另一方面，電阻R1係檢出輸出電流（1〇)流至負荷電路15 之電流量。流至電阻R1之電流量被變換成電壓而經由基準 電壓REF2被輸入至運算放大器（〇p2)i7之+端子。 又，運算放大器（OP2)17之-端子連接於上述電阻R1端子 之另一方端子，以比較流至前述電阻R1之電流量。 運异放大器（0P2) 17比較REF2之基準電壓所設定之電流 里與々il至電阻R1之電流篁，將其誤差信號經由二極體D 2輸 入至光耦合器18。此輸出電流之誤差信號係與前述電壓控 制時同樣，由1次側之控制電路（ICPWM電路）19控制開關元 件Q1，使輸出電流（1〇)成為基準電壓REF2所設定之特定之 電流量。 由以上，運算放大器（0P 1)16將輸出電壓（V〇)控制於特定 電壓，運算放大器（OP2)17構成將輸出電流（1〇)控制成特定 電流之檢出電路，與光耦合器18共同成為控制信號之檢出 手段。 又，由3次繞組（N3)感應產生之電壓經由二極體d4、平滑 電谷器C1之整流電路被供應作為設於1次側之控制電路 (PWM控制1C電路）19之動作電壓源，被使用作為開關元件 Q1之驅動用信號，尤其在電源之輸出電容之電力較低時， 90696.doc 13 1233252 可在此控制電路19,將開關元件Q1—體化形成於1(：：電路内。 又’在本實施例中，在控制電路1 9内部或外部如圖所示， 设有比較3次繞組之輸出電壓V3與基準電壓REF3之電壓比 較為、（〇1>3)20,利用此電壓比較器20之輸出控制電晶體Q2， 並經由電晶體Q2將FB電壓供應至形成控制電路19之1(1：電 路’此點是其特徵。 以下’說明輸出電流（1〇)不流入負荷電路15之無負荷時之 動作。 如别所述，通常，有輸出電流流動時，IC化之控制電路 (PWM控制電路）19係被控制成可以某特定基本振盪頻率 (例如100 kHz)振盪，供應被PWM控制之脈衝信號，另一方 面無負荷日守之情形，將脈衝寬控制於一定而使振盪頻率 減少至低頻。 由以上，運算放大器（0P1)16將輸出電壓（v〇)控制於特定 電塵’運算放大ϋ(〇Ρ2)17將輸出電流⑸控制於特定電流。 又，由前述3次繞組（N3)感應產生之電壓經由二極體D4、 平π電谷器c 1之整流電路，被使用作為丨次側之控制 電路（控制電路）19之動作電壓源、開關元件…之驅動用。 在本發明之實施形態中，前述3次繞組電壓V3被輸入至電 壓比較器（OP3)20之+端子，電壓比較器（〇?3)2〇之_端子連 接於基準電壓源REF3，以檢出V3電壓。 而，3次繞組之整流電麼V3為高於基準電壓尺奸）之電遷 值時，電塵比較器20之輸出為M你淮卩t 别馮Η位準狀態，使電晶體以成 為開啟狀態。 90696.doc 14 1233252 電晶體Q2之集電極連接於控制用之Ic電路19，電晶體q2 之射極連接於光耦合器1 8之1次側電晶體之集電極。 即’電壓比較器20在3次繞組電壓值V3高於特定之基準電 壓值以上時，使電晶體q2開啟，而呈現導通光耦合器“之 電力控制信號之開啟狀態，另一方面，3次繞組之整流電壓 V3在基準電壓值REF3以下時，使電晶體的由開啟變化成斷 電狀態，而將光耦合器18之信號控制於斷電狀態。 被供應至控制電路19之FBI信號如後所述，在負荷電流為

Max負荷時，FB端子電壓被設定於在本例中成為【v以上之 高電壓，被控制電路19驅動之對開關元件Q1之輸出脈衝（Ql 基極）變得最寬，隨著此FB端子電壓之降低，而呈現前述開 關元件Q1之開啟寬時間被控制於較短之脈衝寬控制動作之 狀態。 另外，在本例之情形，例如在此FB端子電壓在丨v(頻率 可變開始電壓）以下時，使開啟脈衝信號寬成為最小脈衝 寬，例如，以0.5uS之一定之開啟脈衝，徐徐將開關頻率控 制於低頻’隨著此頻率之降低，將上述最小脈衝寬控制成 徐徐變長，成為最大例如丨^沾之脈衝寬之信號，藉以控制 開關元件Q1之開啟期間。 如此，利用控制電路19之FB端子電壓，在有負荷時，以 基本振盈頻率轉接而施行脈衝寬控制，另外在叩端子電壓 降低至頻率可變開始電塵以下時，頻率 端子電厂堅之降低，控制上述低頻振盈頻率使其頻率= 步降低。 90696.doc 1233252 如上所述，在本案發明中，對控制用之FB端子之控制信 號可利用連接負荷電路之2次側之電壓、電流（光耦合器之 輸出）、與將供應至控制電路19之3次繞組電壓V3與特定基 準電壓值（REF3)比較時之電晶體Q2之控制信號加以形成。 圖6中係表示具有含圖5之1次側之控制電路19之短劃線 部之機能之1C區塊圖之一例。 圖7中係表示上述圖6之控制用之1C電路之動作時間。 在圖6之電路中，如圖5所示，整流交流電源之直流輸入 電壓Vin係在定電流電路cci將例如1〇〇 μΑ之定電流，在啟 動開始時，藉swi開啟狀態供應至…電路之Vcc(端子）線。 此Vcc線被附有滞後作用之比較器c〇p〇所監視，例如在 此電壓達到16 V時，將信號輸入電壓監視控制電路之 VCONT1。VCONT1藉此輸出信號，使振盪電路〇sc、正反 器電路FF2、輸出緩衝器肌等主要電路處於動作狀態。 另一方面 圖5之光耦合器（PH1)18之輸出信號經

在此，當振盪電路〇sc處於動作狀態時，開始如圖7之波 形圖所示之一角波振盪，將得自三角波波形上部之脈衝信 號輸入至正反器電路FF2，以作為觸發選通脈衝trc。藉觸 舍選通脈衝TRC被輸入至正反器電路FF2，將次段之正反器 電路FF1之置位脈衝s輸入至正反器電路mi之$端子。 電路之控制信號。

心铷itMf號經由電晶 ’並輸入2次側之負荷 光耦合器（PH1)接近於斷電狀 ，反之，2次側之輸出電力減 90696.doc 1233252 少時，光耦合器（PHI)接近於開啟狀態，FB端子之電壓減 少。此情形如圖7之FB信號所示。 在此F B立而子連接如述圖5所不之電晶體Q2，以作為電晶 體T1 ’此電晶體T1連接執行圖5所示之Vcc之電壓檢出之電 壓比較器20，以作為運算放大器0P3，藉以控制電晶體T1 之Vcc(導通電壓）。 此運算放大器OP3之+端子連接於Vcc端子，即連接於輸 入3次繞組之整流電壓V3之端子，-端子被輸入基準電壓 REF3(例如作為最低動作電壓，8.5 V)。結果，運算放大器 OP3之動作係比較基準電壓reF3與Vcc電壓，Vcc>REF3(：8.5 V) 時，運算放大器OP3之輸出成為Η位準，控制電晶體τΐ使其 接近於開啟狀態。在此條件下，連接於前述FB端子之光輕 合器PH 1之#號變成有效，而利用來自2次側之控制信號使 1C電路執行動作。 另一方面’運算放大器〇Ρ3之比較下，Vcc<REF3(8.5 V) 時’運算放大器OP3之輸出對應於前述Vcc與REF3之電壓差 被控制成由Η位準變成l位準，結果，電晶體下丨對應於前述 電壓差，由開啟狀態變化為斷電狀態（Vce變大）。 此動作引起信號波形變化之時間如圖7之FBI信號所示。 由此’在負荷狀態下，FB 1、FB信號均在Η位準中，因負荷 電流減少而使F Β端子電壓下降。 其次，在Vcc之電壓下降中，Vcc在REF3(8.5 ν)以下時， 對應於其電位差，FB端子雖保持L位準狀態，僅FB1端子因 上述電晶體T1之Vce電壓變大而使電壓上升。 90696.doc 1233252 因此，呈現宛如負荷電流增加之動作狀態。 此FB信號與FB1信號之電塵差為電晶體丁丨之集電極與射 極間電壓（Vce)，隨著啟動1(：電路之Vcc電壓之降低，να 電4 S Α大，5亥現象表示電晶體τι趨向斷電之方向。 執行以上動作之FB1 #號係被輸入至可使頻率改變用之 電路VC1，當此電壓在特定位準以下時，其輸出被輸入至 振盪電路OSC之VCO端子，而可開始使頻率改變。 即，如圖7之時間圖所示，FBHt號電壓下降時，該電壓 在VC1電路被與VC0開始電壓作比較，在該電壓以下時， 控制延長振盪電路OSC之上升時間，結果，可使頻率減少。 電晶體T1之輸出之FBI信號被輸入至比較器C0P12+端 子，與其-端子之基準電壓REF2(例如〇·5 V)作比較。 FBI電壓在REF2電壓以下時，〇:〇1>1輸出成為低位準，經 由SW2*控制正反器電路ffi與FF2使其成為清除狀態，將表 示圖5之開關元件QiiFET1控制於斷電狀態。 在圖7之FF1-S信號中，虛線之脈衝信號部分係被控制於 上述斷電狀態之部分。 又，FBI信號被電阻分割成11作1與11伪2，以作為分割點電 Μ信號=FB2，經由RS電阻被輸入至比較器c〇P2之·端子。 以電阻Rc電流檢出流至形成開關元件之FET1之開關電流 Ic ’並被Vic電壓源施行電壓移位之信號係被輸入至該比較 器C0P2之+端子，此開關電流1(：之信號與FB2電壓被比較 後，被輸入至PC1邏輯電路。 PC1邏輯電路係對前述比較器C0P2之信號與來自振盪電 90696.doc -18- 1233252 路OSC之信號（a點脈衝信號）施行邏輯處理，結果，作為如 圖7所示之正反器電路FF1之R信號，被輸入至FF1之R(復位） 端子。 以上’作為開關元件之FET1之開啟脈衝之上升係由圖 7，輸入正反器電路FF1之S信號，而利用使正反器電路FF1 之Q輸出由L— Η，在開啟脈衝期間控制開關元件FET j。 正反器電路FF2係施行設定正反器電路ff 1之最低開啟時 間用之波形整形，並將S信號輸入至正反器電路FF1之s端 子。正反器電路FF1藉S信號輸入，由Q輸出將η位準信號輸 出’經由AND1邏輯電路、緩衝器電路BF1，輸入至開關FET1 之閘極。 結果，開關FET1開啟，使開關電流流動。開關電流流動 時’開關電流被前述電阻Rc檢出，在此信號中重疊vic電 壓，在COP2比較FB2信號與IC2信號。（參照圖7) 此比較器C0P2之輸出信號經PC丨邏輯電路被輸入至正反 器電路FF1之R端子，前述正反器電路叩丨之卩輸出被r脈衝 復位’由H—L輸出。利用正反器電路叩丨之卩輸出[位準， 將上述開關FET1控制成斷電狀態。 關於FBI信號方面，雖以在運算放大器〇ρι檢出vcc電 壓’控制電晶體T1之輸出加以說明，但此運算放大器〇p i 之輸出除了控制電晶體T1外，另一方面，也控制連接於反 轉電路IB1電路之輸出端子開關電路SW2。 開關電路SW2係在Vcc電壓處於REF3(例如8.5 V)以下 時，為防止開放SW2電路而清除正反器電路，會停止在FB1 90696.doc 1233252 端子電壓在I準電星rEF2電卿·5ν)以下時仍使開關元件 之FET1輸出成為斷電狀態之機能。 另外，運异放大器0Ρ1之輸出破反轉電路IB1極性反轉， 且被連接至圖6所示之電路之電晶體T2之基極端子，在前述 Vcc電壓成為REF3(8.5 ν)以下時，使電晶體τ2開啟，而使 比較器C0P2之一端子成為“立準狀態，結果，將比較器 C0P2之輸出控制於η位準狀態。（參照圖7) 又，正反器電路FF1係構成即使已輸入復位信號，若再輸 入置位信號S，仍可將S信號之時間輸出至Q端子之邏輯電 路。 因此，電晶體T2開啟時，可使開關元件之]^丁1處於正反 器電路FF1之S#唬期間=開啟時間最少之開啟脈衝控制模 態。 又，在此，設置上述電晶體T2之機能（T2固定於斷電狀態） 時，上述開關FET1之開啟寬也可構成在依據FB2信號之開 啟期間受到控制之脈衝寬㈣。（此部分為中請專利範圍第 2項） 以上，可將本案發明之實施例之動作歸納成如圖8所示。 本圖係表示橫軸為開關頻率之變化，縱軸為1C電路之動 作電壓與FB端子電壓之一例，茲依據本圖，說明利用we 與FB電壓之頻率控制方法。 前號A部分表示有負荷電流流動之狀態，fb端子電壓例 為〇·8 V以上’基本頻率在本例中為ι〇〇 &ηζ之頻率，呈現 利用負荷狀態控制開關開啟時間寬之pWM控制模態。 90696.doc 1233252 又，此簡控制模態時之最小開啟脈衝寬例如為". 前號B之區域係表示負荷電流減少，即端子㈣在 電壓::下，在本例中為在。.”以下時，呈現最低開啟 狀恶之頻率控制模態，隨著FB端子電壓之減少，頻 率會向低頻移位之情形。此情形，隨端子電遷，使頻率 開始降低⑽V以下）時，隨著此電屢之降低，使前述最小 開啟脈衝寬0.5 uS徐徐延長’例如，在本例令，FB端子電 屢達到0.6 V之最低頻率時點（例如_ Hz)，開啟時間寬可 延長至1.3 uS。 另外，此時之最小開啟脈衝寬係以ACM(Vin)進一 步控制及設定。 例如，在上述無負荷狀態之最小脈衝寬在AC輸入電麼高 = (A^24GV) ’即’整流交流電源後之輸人直流電壓⑺⑻高 時，前述最小脈衝寬例如為0.3 uS，在AC輸入電壓低時 (AC100V)，同樣地輪入直流電壓低時，前述最小脈衝寬例 如為UuS，如此採用藉輸入直流電壓改變最小脈衝寬之方 式進行控制。 此係可利用輸入雷厭伯今>、— 电上使别述無負何動作時之振盪頻率最 適化，將待機時之雷六狄生丨旦 ^力拴制於最小。（此部分為申請專利範 圍第3項之說明） 八人在刖唬C之區域中，係表示將最低頻率在本例中設 ^子電壓進一步降低，振盪停止設定 電壓在本例中為〇 4 V ΠΓ a* • 乂下時’開關元件之動作為斷電狀態 (振盪停止區域）之情形。 90696.doc * 21 - 1233252 另方面’關於Vcc電壓，通常運轉時，係以8·5 v以上 之動作點控制Vcc電壓，但在因前述說明之過渡的負荷變動 而使輸出電流瞬間變成零電流之動作中，由於處於上述振 盈1V止狀態，故會發生vcc電塵之降低。 此VCC電壓之降低係以前述運算放大器^卩丨加以檢出。設 定Vcc控制電壓（在本例中，為8·5ν以下），在降低至低於此 電壓值時，如箭號〇之區域所示，解除上述振盪停止狀態， 而以頻率控制模態開始開關元件之動作。此時，藉Vcc電壓 之降低而使電晶體T1之Vce上升，控制振盪頻率使頻率由最 低頻率徐徐提高至基本頻率（1⑼。 此時，控制頻率使其由最低頻率徐徐提高至基本頻率時 之開關元件之開啟脈衝會執行隨著頻率之提高而由最低頻 率時之開啟脈衝寬，例如L3uS逐漸縮短，而在到達基本頻 率時’成為0.5 uS之動作。 又，在上述開啟脈衝寬方面，在本實施例中，也可將開 啟脈衝固定於0.5 uS。 在本例中，由於設有圖6之電晶體丁2，在Vcc電壓回到8力V 時，成為100 kHz之基本頻率，當FB端子電塵進一步降低 時’可在固定最低開啟時間之情況（在本例中，為〇5 us) 下’以基本頻率執行動作。 另外，並提議利用省略電晶體T2(或固定於斷電狀態）， 而成為基本頻率，在FB端子之電壓進—步降低時，藉控制 以擴大開關元件之開啟脈衝寬之PWM控制模態之情形之2 種方式。 90696.doc -22- 1233252 又，當Vcc電壓在7.5 時，此電壓為停止冗電路之 動作之動作停止電壓UVL〇,成為圖8之區域箭號 在圖9中表示啟動時與發生過渡的負荷變動時之vcc電壓 變動之情形。 另外’在圖1G中表示上述過渡的負荷變動時之詳細的動 作時間。 在圖9中，首先，在開關電源啟動之啟動模態中，藉圖6 所示之swi開啟，使IC電路之Vcc電壓徐徐上升，例如在此 電壓達到16 V時，使控制電路19處於驅動狀態。而後，開 始開關動作，在3次繞組感應產生電壓，使pWM模態開始時 之電壓上升，並使Vcc電壓保持穩定。 此時之基本振盪頻率例如為1〇〇 kHz，呈現藉負荷狀態 PWM調制驅動脈衝之pwm控制模態。 在此，如前所述，當發生急劇之斷電時，成為過渡的負 荷變動模悲，而使Vcc電壓降低，並處於振盪停止狀態，但 如前所述，例如在頻率600 Hz以上時會繼續振盪，且在最 低開啟寬之頻率控制下使頻率向高頻移位。頻率之上升也 會使3 人繞組電壓上升’其結果’當vcc電壓達到8·5 v以上 時’ 1C電路即可不再停止動作（電壓不會下降至…動作停止 電壓），而繼續維持穩定之動作狀態。 利用圖10之負荷電流（1〇)、3次繞組電壓V3、1C動作停 止電壓位準、FB電壓、振盪停止設定位準、開關元件之輸 出波形及2次側輸出電壓V〇之波形說明此種經過。 例如’由MAX負荷動作時發生過渡的負荷變動（斷電） 90696.doc -23- Ϊ233252 日寸，FB電壓由Η位準急劇變化為[位準，此時，FB電壓在振 盪如止電壓位準以下而停止振盪。但，此時由於3次繞組之 整流電壓V3以時間常數減少，故Vcc控制電壓（在本例中， 為圖8之8.5V)也徐徐減少。 其後，Vcc電壓成為上述Vcc控制電壓值（圖8之ref3以 下）’處於Vcc控制模態，故解除振盪停止狀態，開始執行 動作。 利用以上之動作，重新開始振盪，並進行頻率控制（vc〇 才工制）以防止Vcc電壓成為上述Vcc控制電壓以下，而使開關 元件成為開啟。 另外’ FB端子電壓在2次側輸出電壓穩定於無負荷時之控 制電壓時，FB端子電壓會被控制成由1位準上升至H位準， 達到振盪停止電壓以上，而使Vcc電壓再上升，最後穩定於 待機時之動作狀態，以解除前述過渡的負荷變動所生之να 電壓之下降。 本發明之情形，如圖1 〇之點線之時間所示，在前述vcc 控制模態下，當負荷電路之機器斷電時，也可藉負荷電流 之机通，使FB電壓也急劇上升，並可穩定地沿著頻率控制 之頻率上升— PWM控制轉移，而轉移至對應於負荷之pWM 控制動作狀態，顯示可消除以往之缺點。 如上所述’在PWM控制方式開關電源之機器動作中，對 ;例如由有負荷電流流動之狀態急劇地變換為機器動作停 止狀態之負荷電流零電流之過渡的負荷變動，往往會停止 開關動作，使其停止狀態會持續至2次側之電壓控制信 90696.doc -24- 1233252 號）值等穩定為止，在該情形下，1次側控制用之控制電路 (1C)之電源電壓源之3次繞組電壓會下降，而停止控制電路 之1C動作，控制電路（IC)會開始重新啟動，但本發明在此振 盪停止狀態時，由於可檢出供應至1(：電路之動作電壓，自 動地啟動開關動作，故可避免利用發生時間延遲之啟動電 阻執行動作狀態之恢復。 其結果，可防止前述控制電路之IC動作之停止及在啟動 開始期間中，作為負荷之機器開始動作時所生之2次側輸出 電壓之降低，並實現1次側控制電路之1C電路之電源電壓之 穩定化。 此2次側輸出電壓之降低在電子機器連接於負荷時，雖成 為對機㈣電社復㈣肢使機^發生不穩定 動作之要因，但可防止此種機器之錯誤動作。 又，近年來，機器側之低耗電流化持續在進行之中，1 備用日守負荷電流也接近於零之低耗電化機器已邁入商^

化：備用模態因輸出電壓之下降而成為動作停止模態… 持續3己憶機器之狀態之元件也會被復位。例如，在攝錄辱 機等之週靠地⑽彡之情形，錄影—旦終止，為降低耗屬 在備用時等零電流模態時，機器動作會被復位而變得不辦 繼續錄影。但在搭載本發明之開關電源裝置時，即可產至 避免此種問題之效果。 【圖式簡單說明】 圖1係表示通常之開關電源之原理圖之區塊圖。圖2係表 不開關元件之驅動脈衝與輸出波形圖。圖3係表示負荷電 90696.doc -25- Ϊ233252 電飢’交化時之控制信號FB與開啟脈衝寬之關係之 波形圖。圖4係負荷電路之電源急劇斷電時之各部之波形 圖。圖5係表示本發明之開關電源襞置之一例之區塊電路 圖。圖6係表示開關元件驅動控制電路（1C)之位置例之區 塊電路圖。圖7係表示圖6之各部之動作之波形圖。圖8 係表示Vcc電壓與振盪頻率及FB端子電壓之關係之曲線 圖。圖9係表示啟動及過度的負荷變動模態之Vcc電壓之 變化之曲線圖。圖10係表示對應於過度的負荷變動時之 各部電壓及信號之波形圖。 【主要元件符號說明】 11 插座 12 輸入濾波器 13 整流電路 14 變壓器 15 負荷電路 16、17 運算放大器 18 光耦合器 19 控制電路 20 比較器 90696.doc . 26

Claims (1)

1233252 十、申請專利範圍： L 一種開關電源裝置，其係包含·· 整、流電路’其係由交流電壓變換成直流電壓者； 開關元件’其係經由變壓器之1次繞組使由該整流電路 獲得之直流電壓保持斷續者； 電力變換手段，其係具有藉上述開關元件之斷續而感 應產生對應於供應至上述變慶器之1次繞組之電力的電 力之2次繞組、及3次繞組；且 整流•平滑上述2次繞組所輸出之電力，而予供應至2 次側之負荷電路者； 控制信號檢出手段，其係藉整流•平滑由上述3次繞組 所知之電力後之直流電壓驅動，將由上述2次繞組供應至 上述負荷電路之電力控制於特定之電壓及電流；及 控制電路，其係設有以依據上述檢出手段所檢出之控 制仏號使供應至上述2次側之電力成為特定值之方式控 制上述開關元件之開啟期間之振盪部、及PWM調制部 者；其特徵在於： 设置比較由上述3次繞組所得之直流電壓與基準電壓 之比較手段；與 將上述檢出手段之控制信號供應至上述控制電路之電 路； 將上述3次繞組之直流電壓設定在上述控制電路之最 低動作電壓值以上，並在因上述負荷電路之急劇之斷電 而成為振盪停止狀態，導致低於上述最低動作電壓以下 90696.doc 1233252 日：’依據士述比較手段所輸出之信號，解除上述控制電 上之振盪v止狀態’以控制開關元件之開啟期間者。 .T請求項I之開關電源襄置，其t在上述負荷電路之待機 日”在開關元件之開_率執行由基本頻率降低頻率之 低頻㈣之情形’當供應至上述控制電路之《下降至 ，低動作㈣以下時’解除上述控制電路之動作停止狀 悲，並使開關頻率對應於由上述最低動作電I值下 ㈣量，從低頻振盈提高頻率至基本頻率，在達到 振蘯頻率時，施行延長開關元件之開啟時間寬之脈ς 控制者。 見 3.如請求項2之開關電源裝置，其中在上述負荷電路 時延長開關脈衝之開啟時間之脈衝寬控制係在所輸入 直流電壓較高時，被控制於較窄，在較低時，被^ ^ 較寬者。 卫於 90696.doc