TW200803133A - Switching power supply - Google Patents

Description

200803133 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明一般係有關於交換式電源裝置，更詳而言之， 係有關於一種可抑制振盪頻率範圍之擴大並調整用以決定 RCC振盪頻率之交換元件的開啟及關閉時間之 RCC(Ringing Choke Converter，振鈴抗流轉換器）型交換 式電源裝置。 【先前技術】 1996年11月1日發行之日本專利申請公開號H08 — 289542中揭示一種可縮小因負載變化所造成之廣大振盪頻 率範圍之RCC型交換式電源裝置。該電源裝置除了構成 RCC之交換元件及變壓器外更具有偵測電路及控制電路， 且偵測電路係偵測RCC之輸出電壓，控制電路則依據來自 偵測電路之信號決定該交換元件之開啟時間以安定RCC 之輸出電壓。又，若RCC之輸出電壓越高，則控制電路會 延長該交換元件之最少關閉時間，即，控制電路包含有開 啟時間設定電路及關閉時間設定電路。 於該電源裝置中，若負載阻抗一定，則亦可藉由改變 自RCC之輸出所得到之信號而調整該交換元件之開啟及 關閉時間，然而必須具有開啟時間設定電路及關閉時間設 定電路。 【發明内容】 故，本發明之目的在於抑制振盪頻率範圍之擴大，並 經由比以往用以個別地控制該等時間之構造更簡單的構造 7 200803133 調整用以決定RCC振盪頻率之交換元件的開啟及關閉時 間。 本發明之交換式電源裝置係具有RCC之交換式電源 裝置，且更包含有擷取電路及控制信號生成電路。RCC係 由變壓器、振盪電路及輸出電路所構成，且變壓器具有一 次線圈、二次線圈及反饋線圈，振盪電路則包含有交換元 件及計時電路，又，交換元件係透過與該交換元件串聯連 接之一次線圈與主DC電源連接’計時電路則依據流經交 換元件之電流及反饋線圈之感應電壓，將用以開啟及關閉 交換元件之控制信號供給至交換元件之控制端子，又，輸 出電路係將於二次線圈所感應之電壓整流及平化而產生輸 出電壓。擷取電路包含有電流偵測器及能動元件，電流偵 測器係與交換元件串聯連接並偵測流過交換元件之電流， 且能動元件係該能動元件之控制端子連接在交換元件與電 流偵測器間，同時可自交換元件之控制端子擷取控制信號 之一部分。控制信號生成電路係改變基準電壓而生成開啟/ 關閉時間控制電壓，並將開啟/關閉時間控制電壓施加於能 動元件之控制端子。開啟/關閉時間控制電壓於能動元件之 能動領域中減少或增加時，能動元件係分別擷取控制信 號，以固定交換元件之開啟時間並減少或增加交換元件之 關閉時間，又，開啟/關閉時間控制電壓於能動元件之阻斷 領域中減少或增加時，計時電路之要素係分別擷取控制信 號，以固定交換元件之關閉時間並增加或減少交換元件之 開啟時間。 200803133 於該發明中，開啟/關閉時間控制電壓於能動元件之能 動領域中減少或增加時，能動元件會分別固定交換元件之 開啟時間並減少或增加交換元件之關閉時間，又，開啟/關 閉時間控制電壓於能動元件之阻斷領域中減少或增加時， 能動元件或計時電路之要素會分別固定交換元件之關閉時 間並增加或減少交換元件之開啟時間，結果，可抑制振盪 頻率範圍之擴大並可經由比以往用以個別地控制該等時間 之構造更簡單的構造來調整交換元件之開啟及關閉時間。 較為理想的是輸出電路包含有平流電容器及整流二極 體，且控制信號生成電路包含有基準電壓電路及差動放大 器。平流電容器之正端子係與二次線圈之一端連接，整流 二極體之陽極及陰極則分別與電容器之負端子及二次線圈 之另一端連接。基準電壓電路係至少使來自該電容器之正 端子之電壓安定而生成前述基準電壓，又，於差動放大器 之一輸入端子係供給來自該電容器之負端子之電壓，於該 放大器之其它輸入端子則供給於包含有阻抗為可變之阻抗 元件的串聯電路將基準電壓分壓所得到之電壓，又，該放 大器之輸出電壓係作為前述開啟/關閉時間控制電壓而施 加於能動元件之控制端子。 於一實施形態中，串聯電路係由相互呈串聯連接之固 定電阻及阻抗元件所構成，且阻抗元件為可變電阻，又， 於一替代實施形態中，阻抗元件為熱阻器。 於一加強實施形態中，交換式電源裝置更具有包含比 較器之停止電路，且於比較器之一輸入端子係供給於串聯 200803133 電路將基準電壓分壓所得到之電壓，於比較器、之其它輸入 端子則供給定限電壓n較ϋ係於供給至比較器之一 ，入端子之電壓大於或小於^限電壓時開啟能動元件而自 交換之控制端子擷取控制信號之全部。於該構造中， 可依據(例如周m溫度)之變化停止Rcc之自激振盈。 【實施方式】 進一步詳細說明本發明之較佳實施形態，本發明之其 他特徵及優點可自以下相關詳細說明及_中更充分地理 解。 、 第-圖係顯示依據本發明之第—實施形態，即，rcc 型父換式電源裝置1 ’舉例言之，電源裝置i包含有變壓 器10、振盈電路11、輸出電路12、摘取電路14及控制信 號生成電路15，且使用在靜電霧化器等各種裝置中。變壓 器10、振盪電路11及輸出電路12係構成RCC(振铃抗流 轉換器）。 该RCC係與主DC電源18連接，此係藉由如將電池 或AC電源整k及平化之電路所構成。變壓器1 〇具有一次 線圈101、一次線圈102及反饋線圈1〇3。 振挺電路11包含有交換元件11 〇(例如N型 MOSFET)，此係透過與交換元件no串聯連接之一次線圈 101與電源18連接。該電路η係構成為依據流經元件11〇 之電流及反饋線圈103之感應電壓，將用以開啟及關閉元 件110之控制彳§ 5虎供給至元件Π〇之控制端子。 於第一圖之例子中，電路Η包含有：前述交換元件 200803133 110 ;構成起動電路之電阻111〜113 ;構成RC電路之電阻 114與電容器115;以及構成關斷電路之NPN型電晶體116 與電阻117。又，電阻112〜114與117、電容器115及電晶 體116係構成計時電路，另，並不限於該計時電路，以往 各種振盪電路（計時電路)可適用於本發明之振盪電路。元 件110之汲極端子係透過一次線圈101與電源18之正端子 連接，其源極端子則透過電阻111與電源18之負端子連 接，電阻112係連接在電源18之正端子與元件110之閘極 端子(控制端子）間，電阻113則連接在該閘極端子與元件 110之源極端子及電阻111之結合點間。又，電阻111具有 作為偵測流經元件110之電流的電流偵測器（例如低電阻) 之機能，且電阻114之一端係透過電容器115與元件110 之閘極端子連接，其另一端則透過反饋線圈103與電源18 之負端子連接。又，該等電阻114及電容器115係具有藉 由RC時間常數延遲於反饋線圈103所感應之電壓的上升 時間之機能。 輸出電路12係構成為將於二次線圈102所感應之電壓 整流及平化而生成輸出電壓（例如高電壓），並將該輸出電 壓供給至負載19，舉例言之，電路12係由整流二極體120 及平流電容器121所構成。電容器121之正端子係與線圈 102之一端連接，二極體120之陽極及陰極則分別與電容 器121之負端子及線圈102之另一端連接。 擷取電路14包含有用以自交換元件110之閘極端子 (控制端子）擷取該控制信號之至少一部分之能動元件 11 200803133 140,舉例言之，電路14係由能動元件ι4〇(例如NpN型電 晶體)及電阻141所構成。元件14〇之集極及射極係分別與 元件no之閘極端子及電源18之負端子連接，電阻141則 連接在兀件140之基極端子(控制端子)與元件11〇及電阻 111之結合點間。 控制信號生成電路15係構成為改變基準電壓而生成 開啟/關閉時間控制電壓Vl5，並將電壓％施加於元件14〇 之餘端子，舉例言之，電路15係由齊納·二極體15〇、 運异放大器151、電阻152〜155及阻抗元件156所構成。 一極體150之陰極及陽極係分別連接在電容器121之正端 子與電源18之負端子間，且二極體15〇係作為基準電壓電 路使來自電容裔121之正端子之電壓安定而生成該基準電 壓（齊納電壓）。 運算放大器151係藉由供給自DC電源電路（未圖示） 之電壓Vcc來動作，又，電阻152係連接在放大器151之 反轉輸入端子與電容器121之負端子間，而電阻153連接 在放大益151之反轉輸入端子與輸出端子間，電阻154則 連接在放大器151之輸出端子與元件14〇之基極間。又， 該等放大器151及電阻152〜154係構成差動放大器，且於 該差動放大器之反轉輸入端子係供給來自電容器121之負 *而子之電壓’於差動放大器之非反轉輸入端子則供給於電 阻155及阻抗元件ι56之串聯電路將該基準電壓分壓所得 到之電壓。於第一實施形態中，元件156係阻抗，即，電 阻值為可變之可變電阻。差動放大器之輸出電壓係作為開 12 200803133 敬/M:時:厂控制電…施加於元件⑽之基極。 故’電® Vl5於能動元件 = 元件叫分別動作而擷取 =之=::r少或增加元件π°之關二 I;時;::::二斷 信號，以固定元件11〇ll =^別動作而棟取該控制 之門 閉時間並增加或減少元件U0 m並不限於此，舉例言之，本發明之計時 rcc且用以關閉該交換元 件之齊納•二極體等。 其次’說明電源裝置1之基本動作，即，Rcc之自激 振盪動作。舉例言之，若Rcc透過電源開關（未圖示）與主 DC電源18連接’則電源18會將DC電壓施加於電阻⑴ 〜113,且電阻113及ln(主要是電阻U3)之電壓會上升。 若該電壓到達交換元件UG之起始電壓，麻件^會開 啟，結果，電流會增加並流過一次線圈1〇1。由於該二加 電流可流入電阻111且亦可流入電阻117，因此，元件 可經由電晶體116而關閉，若電晶體116起動（例如被開 啟）’則電晶體116會擷取電容器115之電荷而將Rc電路 初始化’且電晶體116會關閉元件11〇，若元件11〇被關閉， 則二次線圈102會產生電壓。輸出電路12會將線圈1〇2之 電壓整流及平化而生成輸出電壓，並將該輸出電壓供給至 負載19，接著，線圈1〇2會將極小之殘餘能反轉至反饋線 圈103，結果，線圈1〇3會產生電壓。線圈1〇3之電壓係 13 200803133 透過RC電路施加於元件11〇之閘極端子，若施加於該閘 極端子之電墨到達元件110之起始電壓，則元件11〇會^ 啟，然後’反覆相同之動作並藉由該自激振盈動作決^ 件110基本之開啟及關閉時間。 、參照第二A圖及第二丑圖，說明該自激振盈動作 ，裝，1之特徵動作。於第二A圖及第二B圖之期間η 生成二阻件156之電阻值時，則控制信號 ，關閉時間控制電壓〜於能動元件_ 之此動頃域中會減少，此時，元件14 :準二取供給至元件11。之卩㈣子之控:賊的 t!2 S Vl5 ' U1 給至亓株"n 早，此係由於元件140自供 (參昭第一 :極：子的控制信號擷取更少之信號成分 L;二1電晶體之集極電流」)之故，因此，電 時刻:政之能動領域中減少時，元件110之開啟 間，因此_貝率會增加。激振盛之開啟時 時間，於振湯艏盘— 藉由減少凡件110之關閉 果，合周*中之開啟時間的比例會增加“士 果會增加輸出電路12之輸出電壓。 ^ 於弟—A圖及第-只固 阻抗元件⑼之電期間Τ4 +，若使用者增加 領域中會增加，舉例古之貝1電壓、於元件140之能動 。 電壓V15自時間點t4i之位準増 14 200803133 二L間點t42之位準時，元件110於時間點t42時經由自 件二=啟的時刻會比時間點時延遲，此係由於元 之”忐：口至兀件U0之閘極端子的控制信號擷取更多 域二“I之故：因此，若電壓Vl5於元件140之能動領 士則凡件11G之開啟時刻會延遲，結果，元件 會增加。此時，由於科⑽之開啟時間保 =二用自：振盪之開啟時間，故振盪頻率會減少。又， 二 =:10之關閉時間，於錄頻率-周期中之開 壓。、歹，θ減少’結果’會減少輸出電路12之輸出電 於苐一Α圖及第二β圖 日 抗元件156之電阻值日士 中’使用者減少阻 領域中會減少:日,，Vl5於能動元件140之阻斷 亦會對電阻m施二^ =使2 UG為關閉時電路15 比夫且古啻 i因此電晶體110之開啟時刻會 之位準減少至二5時提早，舉例言之，電壓V15自時間點t21 t22時^ 守間點02之位準時，電晶體116於時間點 116之開啟時列| 70 s 〇之阻斷領域中減少時，電晶體 果，元件/且元件110之關閉時刻延遲，結 關閉=時間會增加。此時’由於元件no之 會減少。又，藉由增加元件11Q 曰’因此振盛頻率 一周期中之開啟時間的比例合辦加開^間’於振盈頻率 路12之輸出電壓。 曰曰’、'、。果，會增加輸出電 15 200803133 抗元件之期間T3中’使用者增加阻 中會增加，舉=ZV厂電壓Vl5於元件140之阻斷領域 時間點t32之位準時，電15 t31之位準增加至 ^ ^ ^ , 电日體116於時間點t32時經由自斂 振盧而開啟的時刻會于丄由自激 於元件140之阻、〕〇1叫早，因此，電屡、 頁域中增加時，電晶體6 會提早，且元件110㈣…士⑴θ电曰曰體116之開啟時刻 開啟時間會減少。此時，二:1::’結果’元件110之 利用自激振盈之關^ =件110之關閉時間保持在 、、— 之關閉日守間，因此振盪頻率會增加。又，雜 ^減/ το件no之開啟時間，於振盤頻率—周期中之開^ 時間的比例會減少，結果，會減少輸出電路12之輸出電壓。 問故;圖之「振盪頻率」、「交換元件之開啟時 曰」及父換凡件之關閉時間」所示，可抑制振盪頻率範 圍，擴大並可經由比以往用以個別地控制該.等時間之構造 更簡單的構造來調整元件11〇之開啟及關閉時間。 第二圖係顯示依據本發明之第二實施形態，即，RCC 型父換式電源裝置2，又，該電源裝置2包含有變壓器2〇、 振盪電路21、輸出電路22、DC電源電路23、擷取電路24 及控制信號生成電路25。變壓器20、振盪電路21及輸出 電路22係構成RCC。 5亥RCC係與主DC電源28連接，此係藉由如將電池 或AC電源整流及平化之電路所構成。變壓器2〇具有一次 線圈201、二次線圈202與204以及反饋線圈203。 與第一實施形態之電路11相同，振盪電路21包括交 16 200803133 換元件210 ;構成起動電路之電阻2u〜213 ;構成rC電路 之電阻214與電容器215 ;及構成關斷電路之電晶體216 與電阻217。電路21更包含有緩震電路218,舉例言之， 該電路218係由電容器、二極體及電阻所構成，且與一次 線圈201並聯連接。又，電路218係抑制於線圈2〇1所產 生之波動電壓。 與第一實施形態之電路12相同，輸出電路22包含有 版一極體220及平流電容器221，且更包含有與電容器 221並聯連接之電阻222。又，電路22之輸出電壓係供給 至負載29。 DC電源電路23係構成為將於二次線圈204所感應之 電壓整流及平化而生成DC電壓，並將該DC電壓供給至控 制信號生成電路25，舉例言之，電路23係由整流二極體 230、平流電容器231及電阻232所構成。電容器231之正 端子係與線圈204之一端連接，二極體230之陽極及陰極 則分別與電容器231之負端子及線圈204之另一端連接， 而電阻232連接在電容器231之正端子與電路25間。 與第一實施形態之電路14相同，擷取電路24係由能 動元件240(例如NPN型電晶體)及電阻241所構成。 與第一實施形態之電路15相同，控制信號生成電路 25包含有：齊納·二極體25〇 ;運算放大器251 ;電阻 252〜255;及阻抗元件256，且更包含有電容器257及258。 電容器257係與元件256並聯連接，電容器258則與電阻 253並聯連接，又，作為基準電壓電路之二極體25〇係使 17 200803133 來自電容器221之正端子及DC電源電路23之電壓安定而 生成基準電壓。第二實施形態之元件256係阻抗，即，電 阻值可依照周圍溫度而改變之熱阻器，若周圍溫度上升， 則元件256之電阻值會減少，若周圍溫度下降，則元件256 之電阻值會增加。 故，除了兀件256之電阻值係藉由周圍溫度而並非使 用者來改變外，第二實施形態之動作係與第一實施形態之 動作相同。 於一加強實施形態中，交換式電源裝置2更具有包含 比較器260之停止電路26，舉例言之，如第五圖所示，除 了比較為260以外，電路26更包含有電阻與262、電 谷斋263及二極體264、阻261係與電阻262串聯連接， 且電阻261與262之串聯組與齊納·二極體25〇並聯連接， 而電谷器263則與電阻262並聯連接。比較器260之反轉 輸入端子係與電阻261與262及電容器263之結合點連 接，並供給於電阻261與262將前述基準電壓分壓所得到 之定限電壓Vth，比較器260之非反轉輸入端子則與電阻 255及阻抗兀件256之結合點連接，並供給依照周圍溫度 而改變之電壓Vat。又，於控制信號生成電路25中，二極 體259係連接在電阻254與放大器251之輸出端子間，電 路26之二極體264則連接在比較器26〇之輸出端子與電阻 254及二極體259之結合點間。 參照第六圖說明第五圖之電源裝置2之動作。若周圍 溫度降低而使阻抗元件256之電阻值增加，則電壓Vat會 18 200803133 增加’此時，若周圍溫度低於規定最低溫度而電壓vat大 於定限電壓Vth，則比較器260會對能動元件240之基極 端子施加Η信號，結果，由於元件240開啟而交換元件210 關閉’因此RCC會停止自激振盪，然後，若周圍溫度上升 而使阻抗元件256之電阻值減少，則電壓VAT會減少，此 時’若周圍溫度高於規定最低溫度而電壓VAT小於定限電 壓Vth ’則比較器260會自Η信號變成L信號。由於該L 信號會藉由二極體264傳送至元件240之基極端子，因此 RCC可重新開始自激振盪，於該構造中，可依據周圍溫度 之變動停止RCC之自激振盪。 於修正實施形態中，比較器260之反轉輸入端子係 與電阻255及阻抗元件256之結合點連接，並供給依照周 ^溫度而改變之電壓Vat，又，比較器260之非反轉輸入 與電阻261與262及電容器263之結合點連接，並 &電壓V t h。此時，於厨圍溫度尚於規定最高溫度 % 之自激振盪。 竦杂，上針搿數個較佳實施形態說明本發明，然而，任何 熟悉該項技藝者可於未脫離該發明原本之精神及範 行各種修正及變t。 【圖式間卓說明】 第〃圖係依據本發明第一貫施形態之交換式電源裝置 之電路圖； 弟 A圖係該交換式電源裝置之動作說明圖； 弟觸係該交換式電源裝置之動作說明圖； 19 200803133 第三圖係依據本發明第二實施形態之交換式電源裝置 之電路圖，· 第四圖係該交換式電源裝置之動作說明圖； 第五圖係一加強實施形態之電路圖；及 第六圖係該實施形態之動作說明圖。 【主要元件符號說明】 RCC型交換式電源裝置j 變壓器 10 一次線圈 101 二次線圈 102 反饋線圈 103 振盪電路 11 交換元件 110 電阻 111 電阻 112 電阻 113 電阻 114 電阻 115 NPN型電晶體 116 電阻 117 輸出電路 12 整流二極體 120 平流電容器 121 擷取電路 14 能動元件 140 電阻 141 控制信號生成電路 15 齊納·二極體 150 運算放大器 151 電阻 152 電阻 153 200803133 電阻 154 電阻 155 阻抗元件 156 主DC電源 18 負載 19 RCC型交換式電源裝置2 變壓器 2〇 —次線圈 201 二次線圈 202 反饋線圈 203 二次線圈 204 振盪電路 21交換元件 210 電阻 211 電阻 212 電阻 213 電阻 214 電阻 215 電阻 216 電阻 217 緩震電路 218 輸出電路 22整流二極體 220 平流電容器 221 電阻 222 DC電源電路 23整流二極體 230 平流電容器 231 電阻 232 擷取電路 24能動元件 240 21 200803133 電阻 241 控制信號生成電路 25 齊納·二極體 250 運算放大器 251 電阻 252 電阻 253 電阻 254 電阻 255 阻抗元件 256 電容器 257 電容器 258 二極體 259 停止電路 26 比較器 260 電阻 261 電阻 262 電容器 263 二極體 264 主DC電源 28 負載 29 22

Claims (1)

1. 200803133 十、申請專利範圍：

   變fi換圈圈包者含有 振盪電路，係包含有交換元件及計時電路者，又，前述 乂換元件係透過與其本身串聯連接之該一次線圈與主 DC電源連接，且前述計時電路係依據流經該交換元件 之電μ及该反饋線圈之感應電壓，將用以開啟及關閉該 又換元件之控制信號供給至該交換元件之控制端子丨及 輸出電路’係將於該二次線圈所感應之電壓整流及平化 而產生輸出電壓者； 又’前述交換式電源裝置更包含有： 拍貝取電路，係包含有電流债測器及能動元件者，又，前 述電流偵測器係與該交換元件串聯連接並偵測流過該交 換70件之電流，且前述能動元件係其本身之控制端子連 揍在該交換元件與該電流偵測器間，同時可自該交換元 件之控制端子擷取該控制信號之一部分；及 拴制k旒生成電路，係改變基準電壓而生成開啟/關閉時 間L制電壓’並將該開啟/關閉時間控制電壓施加於該能 動元件之控制端子者， 又，該能動元件係於該開啟/關閉時間控制電壓於該能動 元件之能動領域中減少或增加時分別動作而擷取該控制 信號，以固定該交換元件之開啟時間並減少或增加該交 換元件之關閉時間，又，該計時電路之要素係於該開啟/ 23 200803133 關閉時間控制電壓於該能動元件之阻斷領域中、、、 加時分別動作而擷取該控制信號，以固定該交減3或增 2 關閉時間並增力π或減少該交換元件之開啟時間、元件之 如申請專利範圍第1項所述之交換式電源裝置 輸出電路包含有·· 、 ’其中該 平流電谷器，係正端子與該二次線圈 整流二極體，係陽極及陰極分別與該 该二次線圈之另一端連接者， 之一端連接者；及 電谷器之負 端子及 又 4彳工制彳§號生成電路包含有至少使來自今。、 正端子之電壓衫而生成前述基準電壓 ^益之 路；及差動放大器， 基準電壓電 又，於該放大器之一輸入端子係供給來自該電容时 端仅電壓:於該放大器之其它輸入端子則供 有阻抗為可變之阻抗S件的串聯電路將該基準電承= 所得到之電壓，又，該放大器之輸出電壓係作為前ςς 啟/關閉時間控制電壓而施加於該能動元件之控制端子。 3、 如申請專利範圍第2項所述之交換式電源裝置，其中該 串聯電路係由相互呈串聯連接之固定電阻及該阻抗元 件所構成’且該阻抗元件為可變電阻。 4、 如申請專利範圍第2項所述之交換式電源裝置，其中該 串聯電路係由相互呈串聯連接之固定電阻及該阻抗元 件所構成，且該阻抗元件為熱阻器。 5、 如申请專利範圍第2項所述之交換式電源裝置，更具有 24 200803133 包含比較器之停止電路，且於該比較器之一輸入端子係 供給於該串聯電路將該基準電壓分壓所得到之該電 壓，於該比較器之其它輸入端子則供給定限電壓，又， 該比較器係於供給至該比較器之一輸入端子之電壓大 於或小於該定限電壓時開啟該能動元件而自該交換元 件之控制端子擷取該控制信號之全部。 25