專利名稱：開關電源裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種振鈴用扼流圈式(ringing choke)轉換器型開關電源裝置。
圖8為一種常規的RCC型開關電源的電路圖。如該圖中所示，開關電源裝置10包括一個輸入電路2、直流-直流(DC-DC)轉換器電路3、電壓檢測器電路4以及控制電路5。
輸入電路2包括一個保險絲F、一個濾波器電路LF以及一個整流二極管橋路DB，并且一個交流電源AC連接到該輸入端。另外，該輸入電路2的一個輸入端不能過保險絲F連接到濾波器電路LF的一端，并且輸入電路2的另一個輸入端直接連接到濾波器電路LF的輸入側的另一端。另外，在濾波器電路LF的輸出側上的端子連接到二極管電橋DB的各個輸入端。二極管電橋DB的輸出端a和b連接到DC-DC轉換器電路3的輸入端a和b。
DC-DC轉換器電路3包括電容器C1和C4、變壓器T、一個主開關元件以及一個二極管D1，該主開關元件例如MOS場效應晶體管(FET)Q1以及電阻器R1和R10。另外，變壓器T包括一個初級線圈N1、一個極性與初級線圈N1相反的次級線圈N2、以及一個極性與初級線圈N1相同的反饋線圈Nb。平滑電容器C1提供在DC-DC轉換器電路3的輸入端a和b之間，并且初級線圈N1與FET Q1的串聯電路與電容器C1并聯。因此，變壓器T的初級線圈N1的起點連接到DC-DC轉換器電路3的輸入端a，FET Q1的漏極連接到初級線圈N1的末端，FET Q1的源極連接到DC-DC轉換器電路3的輸入端。另外，啟動電阻R1的一端連接到初級線圈N1的起點，電阻器R1的另一端連接到FET Q1的柵極。電阻器R10連接到FET Q1的柵極和源極之間。另外，整流二極管D1的陽極連接到變壓器T的次級線圈N2的末端，并且平滑電容器C4連接在二極管D1的陰極與次級線圈N2的起點之間。二極管D1和電容器C4構成一個整流和平滑電路。
電壓檢測器電路4提供在DC-DC轉換器電路3的外部，并且包括電阻器R5、R6和R7、作為光耦合器PC的一個發光器件的發光二極管PD、以及一個分路調節器Sr。電壓檢測器電路4的輸出端與DC-DC轉換器電路3的電容器C4相并聯。另外，電阻器R5、發光二極管PD和分路調節器Sr的串聯電路以及電阻器R6和R7的串聯電路與電容器C4相并聯。另外，發光二極管PD的陰極和分路調節器Sr的陰極相連接。另外，分路調節器Sr的參考端連接到電阻器R6和R7之間的連接點。
控制電路5包括電阻器R2、R3、R4和R13、電容器C2和C3、二極管D2、作為光耦合器PC的一個光接收元件的光電晶體管PT、以及一個NPN晶體管Q2。電容器C3和電阻器R13串聯在DC-DC轉換器電路3的FET Q1的柵極與反饋線圈Nb的起點之間。另外，晶體管Q2的集電極和發射極分別連接到FET Q1的柵極和源極。另外，電阻器R2和電阻器R3的串聯電路連接在反饋線圈Nb的起點和末端之間。另外，電阻器R4、二極管D2和在光耦合器PC中的光電晶體管PT的串聯電路與電阻器R2相并聯。另外，二極管D2的陰極連接到光耦合器PC中的光電晶體管PT的集電極。另外，電容器C2連接在晶體管Q2的基極與發射極之間，并且上述電阻器R3與電容器C2相并聯。
接著，描述如上文所述構成的開關電源裝置10的操作。首先，在電源啟動時，電壓通過啟動電阻R1施加到FET Q1的柵極上，并且FETQ1導通。按照這種方式，電源的電壓施加到變壓器T的初級線圈N1，并且在反饋線圈Nb中產生具有與初級線圈N1相同極性的電壓。作為一個正反饋信號的該電壓信號被通過電阻器R13和電容器C3提供到FETQ1的柵極，并且FET Q1快速導通。在此時，激勵能量存儲在初級線圈N1中。
由于在反饋線圈Nb中的電動勢使得充電電流通過電阻器R1流到電容器C2。當電容器C2的電壓超過控制晶體管Q2的基極和發射極之間的正向電壓降，晶體管Q2導通。按照這種方式，FET Q1的柵極和源極之間的電壓基本上變為零，從而使FET Q1截止。
因此，在FET Q1的導通周期過程中存儲在變壓器T的初級線圈N1中的激勵能量被釋放，作為電能通過次級線圈N2，被二極管D1所整流，被電容器C4所平滑，并且提供到連接電壓檢測器電路4的輸出端的負載(未在圖中示出)。
當在充電的電容器C2中的電荷被通過電阻器R3等放電電路放電時，充電電壓變為等于或小于晶體管Q2的基極與發射極之間的正向電壓降，晶體管Q2截止。另外，當存儲在變壓器T的初級線圈N1中的激勵能量被通過次級線圈N2釋放并且通過二極管D1的電流變為零時，在反饋線圈Nb中產生一個反彈電壓，其中線圈的起點是正極性的，并且FET Q1被該反彈電壓再次導通。當FET Q1導通時，電壓被再次提供到變壓器T的初級線圈N1，并且激勵能量存儲在初級線圈N1中。
因此，上述振蕩在開關電源裝置10中重復。
接著，描述由電壓檢測器電路4所控制的反饋。在正常狀態下，在負載側的輸出電壓由電阻器R6和R7的分壓器所檢測，并且把該檢測電壓與分路調節器Sr的參考電壓相比較。輸出電壓的變化被分路調節器Sr所放大，通過光耦合器PC的發光二極管PD的電流改變，并且發光二極管PD的光發射量也改變。另外，根據由光耦合器PC的光電晶體管PT所接收的光量，光電晶體管PT的阻抗改變，電容器C2的充電時間常數相應地改變。輸出電壓下降越多，上述充電時間常數則變得越大，并且輸出電壓更加相應地下降，由晶體管Q2所造成的FET Q1導通到強制截止的時間段越長，也就是說，FET Q1的導通狀態時間段增加，強制輸出電壓增加。另外，當輸出電壓增加時，情況相反，并且輸出電壓被強制減小。按照這種方式，實現穩壓控制，使得輸出電壓恒定。
另外，小負載狀態對應于上述輸出電壓增加的情況，并且大負載狀態對應于上述輸出電壓下降的情況。
在圖8中所示的常規的RCC型開關電源裝置中，已知FET Q1的振蕩頻率基本上與輸入功率或輸出功率成反比地變化。這在圖5(b)中示出，也就是說示出振蕩頻率(開關頻率)與輸出(負載功率)的關系。
通常，當負載變小時，對于每次開關操作的開關損耗減小，但是如圖5(b)中所示，輸出功率越小，即負載越小，則振蕩頻率變得越高，并且開關操作的次數越大，相應地開關損耗增加。結果，即使負載變小，開關損耗的減小程度是非常小的。因此，負載越小，則電源裝置的效率越下降。
為了減小在這種小負載狀態下的開關損耗，可以設計電路常數，使得振蕩頻率在額定負載處變得較低，但是當電源裝置需要用于從非常小負載到大負載的寬范圍時。即，在額定負載的振蕩頻率一般主要由變壓器的磁通量密度、交流脈動、噪聲等等的影響所確定，如果振蕩頻率太低，則造成變壓器飽和等問題。
另外，當使得常規RCC型開關電源裝置的設備處于待機狀態時，即處于上述小負載狀態，當振蕩頻率變高，由于開關損耗而在主開關元件中產生熱量。
例如，在打印機中使用的開關電源裝置中，當電源開關處于關閉狀態時，可以在待機過程中使用一個開關信號來使該電源工作在最佳工作模式。另一方面，一旦打印機的電源開關被開啟以進行打印等等操作，開關電源裝置返回到用于正常工作的最佳工作模式。另外，當打印機的電源開關處于開啟狀態，如果不執行打印，則有一段等待時間。因為打印機在等待時間過程中是小負載的，所以如上文所述在用于該打印機中的開關電源裝置的主開關元件中產生熱量。
對于該問題，在日本未審查專利申請公告第11-235036號中，本申請的發明人公開了一種關于開關電源裝置的技術，其中通過在待機狀態輸入開關信號并且降低振蕩頻率而改進待機時的損耗。
另外，在日本專利申請第11-253550號中，本申請的發明人提出了一種關于開關電源裝置的技術，其中通過連續降低在待機時使用的額定范圍內的振蕩頻率而改變待機時的損耗。
但是，在公開于日本未審查專利申請公告第11-235036號中的開關電源裝置中，當開關信號用于正常操作時該電源裝置作為一種RCC。因此，當電源裝置如上述打印機中那樣處于待機狀態，沒有提供用于減小損耗的措施，并且在此存在造成輸入功率增加以及在主開關元件中發熱的問題。此外，也存在間歇振蕩操作，在這種情況下輸出波紋電壓增加。另外，在日本專利申請第11-253550號中提出的開關電源裝置中，當該電源裝置處于小負載狀態時，振蕩頻率自動降低。在這種情況下，當振蕩頻率降低太多時，則負載的響應特性變差，并且相應地當與在日本未審查專利審請公告第11-235036號中所述的技術相比較時，該頻率限于高頻。因此，存在著降低損耗的效果差于開關信號輸入型的問題。
本發明環形扼流圈轉換器型開關電源裝置包括一個變壓器，其具有初級線圈、次級線圈和反饋線圈；主開關元件，其接收來自反饋線圈的反饋信號，并且導通和斷開初級線圈的電流；整流和平滑電路，其包括連接到次級線圈的整流元件和平滑元件；以及控制電路，其連接在反饋線圈與主開關元件的控制端之間，提供一個延遲電路，用于在通過整流元件的電流變為零之后的一段時間內禁止主開關元件導通，以及提供一個開關電路，用于按照兩級或者兩個以上的分級切換延遲電路的延遲時間。
根據該結構，由延遲電路在特定的時間段內禁止主開關元件導通，并且延長截止狀態的周期。另外，可以由開關電路按照兩級或兩個以上的分級切換延遲時間。因此，當與不使用這種延遲電路的情況相比時，降低主開關元件的開關頻率。另外，可以由開關電路把主開關元件的開關頻率設置在所需數值。
另外，在本發明的開關電源裝置中，延遲電路包括在變壓器的反饋線圈與主開關元件的控制端之間的開關器件和時間常數電路，以及提供用于切換時間常數電路的時間常數的開關電路。按照這種方式，根據時間常數電路的時間常數改變開關器件的導通狀態時間段，可以由開關電路切換時間常數電路的時間常數。
另外，在本發明的開關電源裝置中，提供一個輸出功率檢測電路，用于由整流元件和平滑元件整流和平滑變壓器的反饋線圈的電壓，以及提供一個延遲時間延長電路，其通過電阻元件連接在輸出功率檢測電路與延遲電路的控制端之間。
另外，在本發明的開關電源裝置中，可以由一個外部信號切換該開關電路。按照這種方式，可以容易地從外部切換主開關元件的開關頻率。
另外，在本發明的開關電源裝置中，提供一個電流檢測器電路，用于檢測通過次級線圈的電流，以及提供該開關電路，用于在電流檢測器電路檢測到負載電流或者負載功率處于待機狀態時的一段時間之后切換延遲電路的延遲時間。因此，可以自動地切換主開關元件的開關頻率。
圖8為常規RCC型開關電源裝置的電路圖。
發明詳述第一實施例參照

圖1描述根據本發明第一實施例的RCC型開關電源裝置的結構。圖1為示出根據本發明第一實施例的開關電源裝置的電路圖。另外，在該圖中所述的開關電源裝置1中，對圖8中所示的開關電源裝置10添加延遲電路6和延時開關電路7，并且其它電路與圖8中所示相同。因此，對相同的部分給予相同的參考標號，并且省略具體的描述。
在圖1的所示實施例中，在開關電源裝置1中的延遲電路被提供在DC-DC轉換器電路3和控制電路5之間，并且包括電阻器R8、R13和R14、電容器C5、二極管D3、以及作為一個開關器件的PNP型晶體管Q3。另外，電阻器R13被從圖8中的控制電路5轉移到延遲電路6。在延遲電路6中，電阻器R13和晶體管Q3的串聯電路與電阻器R14和二極管D3的串聯電路并聯在作為DC-DC轉換器電路3中FET Q1的控制端的柵極與控制電路5中的電容器C3之間。另外，在上述延遲電路6中，電阻器R13的一端與晶體管Q3的集電極相連接，并且電阻器R14的一端與二極管D3的陽極相連接。另外，電容器C5和電阻器R8相串聯，并且連接在控制電路5中的晶體管Q2的集電極與發射極之間。電容器C5和電阻器R8構成一個時間常數電路。晶體管Q3的基極連接到電容器C5和電阻器R8之間的連接點，電容器C5處于晶體管Q3的基極和發射極之間。
延時開關電路7被提供在延遲電路6中，并且包括開關SW1和電阻器R15。開關SW1和電阻器R15的串聯電路與延遲電路6中的電阻器R8相并聯。通常，開關SW1導通。
接著，將描述如此構成的開關電源裝置的操作。另外，在此描述全部操作的主要部分。
首先，當電壓被提供到FET Q1的柵極并且FET Q1導通時，電源電壓被提供到變壓器T的初級線圈N1，并且在反饋線圈Nb中產生與初級線圈N1極性相同的電壓。該電壓信號被作為一個正反饋信號通過電容器C3、導通的晶體管Q3以及電阻器R13提供到FET Q1的柵極，并且FET Q1快速導通。在此時，激勵能量被存儲在初級線圈N1中。
由于反饋線圈Nb的電動勢使得充電電流還通過電阻器R2流到電容器C2。當電容器C2的充電電壓超過晶體管Q2的基極與發射極之間的正向電壓降時，晶體管Q2導通。因此，FET Q1的基極和源極之間的電壓基本上變為零，結果FET Q1截止。
因此，當FET Q1導通時，存儲在變壓器T的初級線圈N1中的激勵能量被作為電能釋放，該電能通過次級線圈N2，被二極管D1所整流，被電容器C4所平滑，并且提供到一個連接到電壓檢測器電路4的輸出端的負載，其未在圖中示出。
當在充電的電容器C2中的電荷被通過包含電阻器R3的放電電路放電，并且電容器C2的充電電壓變為低于晶體管Q2的基極與發射極之間的正向電壓降時，晶體管Q2截止。另外，當存儲在變壓器T的初級線圈N1中的總激勵能量被通過次級線圈N2釋放并且通過二極管D1的電流變為零時，電容器C5被在反饋線圈Nb中產生的回彈電壓Vnb所充電。
當電容器C5的充電電壓Vc2到達晶體管Q3導通的電壓Von時，晶體管Q3導通，一個電壓被施加到FET Q1的柵極，并且FET Q1導通。
如上文所述，可以延遲FET Q1的導通，直到延遲電路6中的晶體管Q2的充電電壓Vc2到達電壓Von。另外，到晶體管Q3導通為止的時間段由包含電容器C5和并聯的電阻器R8和電阻器R15的時間常數電路的時間常數所確定。
當通過斷開延時開關電路7中的開關SW1而使電阻器R15與電阻器R8斷開時，該時間常數由電容器C5和電阻器R8所決定。另外，用于FET Q1導通的延遲時間被延長。按照這種方式，FET Q1的導通被延遲，并且FET Q1的截止狀態時間段被延長。
按照這種方式，由于延遲電路6使得在小負載時可以保持基本恒定的振蕩頻率，并且通過避免開關頻率增加使得在待機過程中RCC的效率提高，或者改善輸出的脈動電壓。另外，通過在延時開關電路7中的開關SW1的導通和斷開、可以調節到FET Q1導通時為止的延遲時間，并且可以大大提高在小負載時的效率。
第二實施例接著，根據圖2描述本發明第二實施例的RCC型開關電源裝置的結構。圖2為示出根據本發明第二實施例開關電源裝置的電路圖。在圖2中，開關電源裝置1a的延遲電路6的結構基本上與圖1中所示的開關電源裝置1的延遲電路6相同。另外，在開關電源裝置1a的延時開關電路7a包括開關SW1和電阻器R15。在開關SW1和電阻器R15的串聯電路中，電阻器R15的一端連接到DC-DC轉換器電路3中的FET Q1的柵極，并且開關SW1的一端連接到延遲電路6中的晶體管Q3的基極。
按照這種方式構成的開關電源裝置1a按照與開關電源裝置1相同的方式工作。相應地，可以在小負載保持基本恒定的振蕩頻率，并且通過避免開關頻率的增加，可以提高在待機時RCC的效率，或者可以改善輸出的脈動電壓，同時，通過使開關SW1導通和斷開大大地提高在小負載時的效率。
另外，在開關電源裝置1a中，由于延時開關電路7a被提供在圖2中所示的位置，當電阻器R15具有小阻值時，開關電源裝置1a與開關電源裝置1相比具有如下效果。也就是說，當在延時開關電路7的開關SW1導通的狀態下啟動開關電源裝置1時，存在FET Q1不能被導通并且相應地開關電源裝置1不能被啟動的情況。這是因為，由于FET Q1的柵極和源極之間的電壓由電源連接的電阻器R8、R15和R10的合成電阻與電阻器R1的電阻之間的比率所確定，因此在FET Q1的柵極和源極之間的電壓不能到達閾值電平。
另一方面，在開關電源裝置1a中，由于延時開關電路7a處于圖2中所示的位置，因此即使在開關SW1導通時啟動開關電源裝置1a時，開關電源裝置1a也能夠被啟動。這是因為，由于電阻器R15和電阻器R10的串聯電路與電阻器R8相并聯，并且開關SW1導通，則即使電阻器R15具有小電阻值，在FET Q1的柵極與源極之間的電壓不受到電阻器R15的負面影響。相應地，即使開關SW1導通，FET Q1的柵極和源極之間的電壓到達閾值電平，以導通FET Q1。
第三實施例下面，根據圖3描述本發明第三實施例的RCC型開關電源裝置的結構。圖3為示出根據本發明第三實施例的開關電源裝置的電路圖。在圖3中所示的開關電源裝置1b中，一個輸出功率檢測器電路8與一個連接延時開關電路7和輸出功率檢測器電路8的電阻元件(阻抗)被添加到圖1中所示的開關電源裝置1中，并且其它電路與圖1中所示相同。相應地，對相同的部分給予相同的參考標號，并且省略對它們的詳細描述。
在圖3中，開關電源裝置1b的輸出功率檢測器電路8被提供在DC-DC轉換器電路3的反饋線圈Nb和控制電路5之間，并且該串聯電路包括作為整流元件的二極管D4和作為平滑元件的電容器C6。二極管D4和電容器C6相串聯，并且被提供在反饋線圈Nb的兩端之間。也就是說，二極管D4的陰極連接到反饋線圈Nb的起點，并且電容器C6的一端連接到反饋線圈Nb的末端。
另外，在延遲電路6中，作為電阻元件的R16的一端連接到電容器C5和電阻器R8的連接點，并且電阻器R16的另一端連接到輸出功率檢測器電路8中的二極管D4與電容器C6的連接點。
接著，將描述如此構成的開關電源裝置1b的操作。另外，在此描述開關電源裝置1b的主要部分。
首先，把一個電壓施加到FET Q1的柵極，并且FET Q1被導通。因此，電源的電壓被施加到變壓器T的初級線圈N1上，并且在反饋線圈Nb中產生與初級線圈N1極性相同的電壓。作為正反饋信號的電壓信號被通過電容器C3、晶體管Q3和電阻器R13提供到FET Q1的柵極，并且FET Q1快速導通。此時，激勵能量存儲在初級線圈N1中。
由于在反饋線圈Nb中的電動勢，使得充電電流通過電阻器R2流到電容器C2。當電容器C2的充電電壓超過控制晶體管Q2的基極與發射極之間的正向電壓降時，晶體管Q2導通。因此，FET Q1柵極與源極之間的電壓基本上變為零，并且FET Q1截止。
當FET Q1的截止狀態時間開始時，在輸出功率檢測器電路8中的電容器C6被在變壓器T的反饋線圈Nb中產生的電壓所充電。另外，在FET Q1的導通狀態時間段過程中，存儲在變壓器T的初級線圈N1中的激勵能量被作為電能通過次級線圈N2放電，被二極管D1所整流，被電容器C4所平滑，并且提供到一個連接電壓檢測器電路4的輸出端的負載，未示出。
然后，當充電的電容器C2中的電荷被通過包括電阻器R3等的放電電路放電，并且充電電壓變得低于晶體管Q2的基極與發射極之間的正向電壓降時，晶體管Q2截止。另外，存儲在變壓器T的初級線圈N1中的總激勵能量被通過次級線圈N2釋放，并且流動通過二極管D1的電流變為零，電容器C6的充電電壓Vc1被釋放，由充電電壓Vc1和在反饋線圈Nb中產生的電壓Vnb把一個電壓施加到晶體管Q3的發射極，并且在延遲電路6中的電容器C5被充電。當開關SW1導通時，電容器C5的電壓根據電容器C5、并聯的電阻器R8和電阻器R15以及與電容器C6串聯的電阻器R16的時間常數而增加。
圖4為示出在圖3中所示的開關電源裝置1b的初級線圈側構成輸出功率檢測器電路8的電容器C6的充電電壓Vc1的絕對值變化的曲線圖。在此，由于變壓器T的泄漏電感等等的影響，所示充電電壓Vc1的絕對值與開關電源裝置1b的負載能力成比例地增加，如圖4中所示。
因此，在小負載時，電容器C6的充電電壓Vc1的絕對值相對較小，并且直到構成時間常數電路的電容器C5的充電電壓Vc2到達使晶體管Q3導通的電壓Von所需的時間變長。因此，FET Q1的導通被延遲，并且FET Q1的截止狀態時間段被延長，結果，FET Q1的開關頻率降低。另一方面，在大負載時，電容器C6的充電電壓Vc1的絕對值變得相對較大，并且直到電容器C5的充電電壓Vc2到達使晶體管Q3導通的電壓Von所需的時間變短。因此，FET Q1的導通被加快，并且FET Q1的截止狀態時間段被縮短。
由于作為電壓源的電容器C6被置于電容器C5和電阻器R16的路徑中，因此電容器C6的電壓的絕對值越大，則電容器C15的電壓增加越快。
當電容器C5的充電電壓Vc2到達電壓Von時，晶體管Q3導通，電壓被施加到FET Q1的柵極上，并且FET Q1導通。
按照這種方式，可以延遲FET Q1的導通，直到在延遲電路6中的晶體管Q2的充電電壓Vc2到達電壓Von時為止。
當通過斷開延時開關電路7中的開關SW1使得電阻器R15與電阻器R8斷開時，時間常數由電容器C5和電阻器R8所確定。相應地，直到FET Q1導通時為止的延遲時間被延長。因此，FET Q1的導通被延遲，FET Q1的截止狀態時間段被延長。
在此，作為開關電源裝置1b的負載能力增加的結果導致開關頻率的改變在圖5中示出。圖5為示出在本發明的開關電源裝置與常規開關電源裝置中開關頻率的改變的曲線圖。在圖5中，(a)和(a)’示出開關電源裝置1b的開關頻率的改變，并且(b)示出常規的開關電源裝置10的開關頻率的改變。在小負載時，本發明的開關電源裝置的頻率(a)與常規的開關電源裝置10的頻率(b)相比特別低，并且當負載增加超過特定的負載點時，頻率(a)以與常規的頻率(b)相同方式變化。另外，當開關SW1斷開時，該頻率由曲線(a)’示出。
第四實施例下面根據圖6描述本發明第四實施例的RCC型開關電源裝置。圖6為示出根據本發明第四實施例的開關電源裝置的電路圖。在圖6中，開關電源裝置1c的延遲電路6的結構基本上與圖1中所示的開關電源裝置1的延遲電路6相同。另外，開關電源裝置1c的延時開關電路7b包括電阻器R15和作為光耦合器PC2的一部分的光電晶體管PT2。電阻器R15和光電晶體管PT2的串聯電路與電阻器R8相并聯。也就是說，電阻器R15的一端連接到延遲電路6中的電容器C5和電阻器R8的連接點，并且光電晶體管PT2的發射極連接到DC-DC轉換器電路3中的FETQ1的源極。
另外，把一個外部遙控信號REM提供到光耦合器PC2中的發光二極管的陽極，發光二極管PD2的陰極通過電阻器R17接地。
如此構成的開關電源裝置1c按照與開關電源裝置1相同的方式工作。也就是說，當外部遙控信號REM為高電平信號時，發光二極管PD2發光，并且作為光接收源件的光電晶體管PT2導通。因此，電阻器R15與電阻器R8相并聯，并且由電容器C5和電阻器R8所構成的時間常數電路的時間常數改變。相應地，當開關電源裝置1c用于上述打印機中時，可以通過把遙控信號切換為高電平信號而把待機模式改變為正常工作模式。
第五實施例接著，根據圖7描述本發明第五實施例的RCC型開關電源裝置。圖7為示出根據本發明第五實施例的開關電源裝置的電路圖。在圖7中所示的開關電源裝置1d中，電阻器R16被提供在輸出端與圖1中所示的開關電源裝置1的電壓檢測器電路4的電阻器R6的一端之間，并且提供用于檢測電阻器R16的電流的電流檢測器電路9。另外，提供作為電流檢測器電路9中的光耦合器PC2的一個光接收元件的光電晶體管PT2，以取代延時開關電路7中的開關SW1。電流檢測器電路9包括電阻器R16至R23、電容器C11、比較器COMP1和COMP2，以及參考電壓Vref。電阻器R16連接在電壓檢測器電路4的輸出端與電阻器R6的一端之間。在電壓檢測器電路4的輸出端之間串聯電阻器R17和電阻器R18。比較器COMPI的正輸入端連接到電阻器R17和電阻器R18的連接點。由電阻器R19和電阻器R20的串聯電路、電阻器R21和電容器C11的串聯電路以及電阻器R22和光耦合器PC2的發光二極管PD2的串聯電路所構成的并聯電路連接在電阻器R16和電阻器R6的連接點與變壓器T的次級線圈N2的起點之間。另外，電阻器R22的一端與發光二極管PD2的陽極相連接。另外，比較器COMP1的負輸入端連接到電阻器R19和電阻器R20的連接點。另外，比較器COMP1的輸出端、比較器COMP2的負輸入端以及電阻器R23的一端連接到電阻器R21和電容器C11的連接點。另外，比較器COMP2的輸出端與電阻器R23的另一端連接到電阻器R22和發光二極管PD2的連接點。參考電壓Vref連接到比較器COMP2的正輸入端。
另外，在開關電源裝置1d中的延時開關電路7c與圖5中所示的開關電源裝置1c中的延時開關電路7b結構相同，并且包括電阻器R15和光耦合器PC2的光電晶體管PT2。電阻器R15和光電晶體管PT2的串聯電路與電阻器R8相并聯。也就是說，電阻器R15的一端連接到延遲電路6中的電容器C5與電阻器R8的連接點，并且光電晶體管PT2的反射極連接到DC-DC轉換器電路3中的FET Q1的源極。
接著，描述如上文所述構成的開關電源裝置1d的操作。另外，在此描述開關電源裝置1d的主要部分。
當開關電源裝置1d的負載從額定負載(大負載)變為待機負載(小負載)，并且輸出電流減小時，在電流檢測器電路9中的比較器COMP1的輸出變為開路狀態。
在此時，在電流檢測器電路9中，當在RC時間常數電路中的電容器C1的電壓以由時間常數所需要的速度上升并且超過參考電壓Vref時，比較器COMP2的輸出變為低電平信號。然后，在發光二極管PD2中的電流停止流動，發光二極管PD2熄滅，并且作為光接收元件的光電晶體管PT2截止。因此，時間常數變得不受電阻器R15的影響，并且包括電容器C5和電阻器R8的時間常數電路的時間常數改變。因此，當開關電源裝置1d用于上述打印機中時，由于比較器COMP2的輸出信號變為一個低電平信號，因此正常操作模式變為待機模式。
當一個電流檢測器電路被提供在上述開關電源裝置中時，可以獲得一個效果，其中即使額定負載變為待機負載時，在由時間常數所確定的時間段中操作模式不變。
接著，當等待負載變為額定負載時，在電流檢測器電路9中的比較器COMP1的輸出變低。當在RC時間常數電路中的電容器C11的電壓降低并且變為小于或等于參考電壓Vref，比較器COMP2的輸出變為一個高電平信號，并且待機模式變為正常額定操作模式。
當一個電流檢測器電路被提供在開關電源裝置中時，出現從等待負載變為額定負載的瞬間模式，并且在任何負載狀態下可以實現最適合的操作模式。
如上文所述，在本發明的第五實施例中，可以通過使用電流檢測器電路檢測輸出負載的電流而自動改變模式。另外，當提供一個定時器電路時，可以處理任何突然的負載變化。
例如，在打印機中，由于打印、進紙、打印機控制等等使得負載快速改變。當在這種狀態下使用自動改變模式的處于待機狀態的常規高效電源裝置，根據打印機上的負載頻繁地進行待機模式與正常工作模式之間的切換，并且相應地，需要打印機的開關電源裝置具有良好的響應。因此，由于該響應具有優先級，不能動態地降低切換頻率。
相反，當本發明的開關電源裝置用于感應器中時，由于即使打印機處于等待負載狀態，在特定的時間段內，正常工作模式也不變為待機模式，相應地，當負載頻繁和快速地改變時，打印機工作在正常工作模式，結果本發明的開關電源裝置是可靠的。另外，待機模式立即切換為正常工作模式，并且由于打印前的處理等等，使得在切換時的負載通常相對較小，并且在響應方面沒有問題。
另外，在本發明的每個實施例中，該開關和在延遲時間切換電路中的光耦合器的光電晶體管被作為工作在兩個狀態中的一個狀態下的雙態器件而示出，但是本發明不限于此。通過結合開關、在光耦合器中的光電晶體管等等可以構成一個延時開關電路，其中使用工作在兩個以上的狀態中的器件。在這種情況下，可以根據開關頻率進行精細調節。
根據本發明，由延遲電路禁止主開關元件在特定時間內導通，并且振蕩的截止狀態周期被延長，使得通過使用開關電路還可以按照兩個或多個分級改變延遲時間，并且相應地，當與不使用延遲電路的情況相比較時，可以降低主開關元件的開關頻率，并且通過使用開關電路可以把主開關元件的開關頻率設置在所需的頻率。因此，在小負載和待機狀態下的振蕩頻率增加被抑制，待機功率被抑制，在主開關中的發熱被抑制，或者可以抑制由間斷振蕩所造成的輸出脈動電壓。
另外，由于提供在變壓器的反饋線圈與主開關元件的控制端之間的包括開關器件和時間常數電路的延遲電路，以及提供用于切換時間常數電路的時間常數的開關電路，因此開關器件的導通時間根據時間常數電路的時間常數而變化，也可以由開關電路改變時間常數電路的時間常數，并且可以在小負載時大大提高效率。
另外，由于提供輸出功率檢測器電路和延遲時間延長電路，其中在輸出功率檢測器電路中，變壓器的反饋線圈的電壓被整流元件所整流并且被平滑元件所平滑，并且該延遲時間延長電路作為由輸出功率檢測器電路連接到延遲電路的控制端之間的電阻元件，因此進一步延遲主開關元件的導通，并且可以降低主開關元件的開關頻率，結果可以在小負載降低振蕩頻率，并且可以提高待機時的RCC的效率以及改進輸出脈動電壓。
另外，由于開關電路可以由外部信號所切換，因此可以容易地從外部改變主開關元件的開關頻率。
另外，由于提供用于檢測通過次級線圈的電流的電流檢測器電路，以及提供另外的開關電路，用于在電流檢測器電路在待機狀態下檢測到負載電流或者負載功率時在特定的時間段之后，切換延遲電路的延遲時間，因此可以自動地改變主開關元件的開關頻率。
盡管已經根據特定的實施例描述本發明，但是本領域內的專業人員可以采用許多其它顯而易見的改變和變化。因此，本發明不由在此的具體公開所限制，而僅由所附權利要求書限制。
權利要求
1.一種環形扼流圈轉換器型開關電源裝置包括變壓器，其具有初級線圈、次級線圈和反饋線圈；主開關元件，其接收來自反饋線圈的反饋信號，并且導通和斷開初級線圈的電流；整流和平滑電路，其包括連接到次級線圈的整流元件和平滑元件；以及控制電路，其連接在反饋線圈與主開關元件的控制端之間，一個延遲電路，用于在通過整流元件的電流基本上變為零之后的一段時間內禁止主開關元件導通，以及一個開關電路，用于改變延遲電路的延遲時間。
2.根據權利要求1所述的開關電源裝置，其中延遲電路具有在變壓器的反饋線圈與主開關元件的控制端之間的開關器件和時間常數電路，以及其中開關電路切換時間常數電路的時間常數。
3.根據權利要求1所述的開關電源裝置，其中進一步包括輸出功率檢測電路，用于由整流元件和平滑元件整流和平滑變壓器的反饋線圈的電壓；以及延遲時間延長電路，其通過電阻元件連接在輸出功率檢測電路與延遲電路的控制端之間。
4.根據權利要求2所述的開關電源裝置，其中進一步包括輸出功率檢測電路，用于由整流元件和平滑元件整流和平滑變壓器的反饋線圈的電壓；以及延遲時間延長電路，其通過電阻元件連接在輸出功率檢測電路與延遲電路的控制端之間。
5.根據權利要求1所述的開關電源裝置，其中由一個外部信號切換該開關電路。
6.根據權利要求2所述的開關電源裝置，其中由一個外部信號切換該開關電路。
7.根據權利要求3所述的開關電源裝置，其中由一個外部信號切換該開關電路。
8.根據權利要求1所述的開關電源裝置，其中進一步包括電流檢測器電路，用于檢測通過次級線圈的電流；以及其中在該電流檢測器電路檢測到負載電流或者負載功率從正常負載模式變為低功率待機模式時的一段時間之后切換延遲電路的延遲時間。
9.根據權利要求2所述的開關電源裝置，其中進一步包括電流檢測器電路，用于檢測通過次級線圈的電流；以及其中在該電流檢測器電路檢測到負載電流或者負載功率從正常負載模式變為低功率待機模式時的一段時間之后切換延遲電路的延遲時間。
10.根據權利要求3所述的開關電源裝置，其中進一步包括電流檢測器電路，用于檢測通過次級線圈的電流；以及其中在該電流檢測器電路檢測到負載電流或者負載功率從正常負載模式變為低功率待機模式時的一段時間之后切換延遲電路的延遲時間。
11.根據權利要求5所述的開關電源裝置，其中進一步包括電流檢測器電路，用于檢測通過次級線圈的電流；以及其中在該電流檢測器電路檢測到負載電流或者負載功率從正常負載模式變為低功率待機模式時的一段時間之后切換延遲電路的延遲時間。
12.根據權利要求4所述的開關電源裝置，其中輸出功率檢測器電路耦合在該反饋線圈上，并且提供一個信號以改變由時間常數電路所提供的延遲時間，使得如果在連接到次級線圈的負載中的功率消耗較低，則由所述時間常數電路所提供的延遲增加，從而所述主開關元件的導通時間被延遲，從而降低所述主開關元件的開關頻率。
13.根據權利要求1所述的開關電源裝置，其中該開關電路從至少兩個不同的延遲時間中選擇一個。
14.根據權利要求13所述的開關電源裝置，其中該開關電路切換與第一電阻相并聯的第二電阻，以改變延遲時間。
15.根據權利要求1所述的開關電源裝置，其中該開關電路包括由外部信號所控制的一個電子開關，該外部信號確定該開關電源是處于低功率待機模式還是高功率正常模式。
16.根據權利要求1所述的開關電源裝置，其中該開關電路包括由連接到次級線圈的電流檢測器電路的輸出所控制的電子開關，所述電流檢測器電路檢測負載的輸出電流并且根據所檢測的輸出電流把所述開關電路適當地在低功率待機模式和高功率正常模式之間切換。
17.根據權利要求16所述的開關電源裝置，其中所述電流檢測器電路基本上沒有延遲地把所述開關電路從待機模式切換到正常模式，并且在一段延遲時間之后把所述開關電路從正常模式切換到待機模式。
18.根據權利要求17所述的開關電源裝置，其中所述電流檢測電路包括一個延遲電路，用于在所述時間延遲之后允許從正常模式切換到待機模式。
19.根據權利要求18所述的開關電源裝置，其中提供第一比較器，用于造成基本上沒有延遲地從待機模式切換到正常模式，以及提供第二比較器，用于造成在所述一段延遲時間之后從所述正常模式切換到所述待機模式。
20.根據權利要求12所述的開關電源裝置，其中該輸出功率檢測器電路包括耦合到所述反饋線圈的整流元件和平滑元件，從所述平滑元件連接到所述時間常數電路。
21.根據權利要求20所述的開關電源裝置，其中所述輸出功率檢測器電路把一個電壓提供到所述時間常數電路，以改變所述時間常數電路的電容器變為預定電壓所需的時間。
22.根據權利要求8所述的開關電源裝置，其中當從正常模式切換為待機模式時，該開關電路改變延遲時間，從而增加延遲時間。
全文摘要
一種環形扼流圈轉換器型(RCC)開關電源裝置包括一個變壓器,其具有初級線圈、次級線圈和反饋線圈;主開關元件,其接收來自反饋線圈的反饋信號,并且導通和斷開初級線圈的電流;整流和平滑電路,其包括連接到次級線圈的整流元件和平滑元件;以及控制電路,其連接在反饋線圈與主開關元件的控制端之間,提供一個延遲電路,用于在通過整流元件的電流變為零之后的一段時間內禁止主開關元件導通,以及提供一個開關電路,用于按照兩個或者兩個以上的分級切換延遲電路的延遲時間。
文檔編號H02M3/24GK1343035SQ01131030
公開日2002年4月3日 申請日期2001年9月4日 優先權日2000年9月6日
發明者西田映雄, 谷竜太, 中平浩二 申請人:株式會社村田制作所