CN1409474A - 开关电源装置 - Google Patents

Abstract

一种具有即使控制回路处于异常状态下也可以进行适当操作的过温度保护回路的开关电源装置。开关转换回路2利用从驱动回路5提供的驱动信号S5，开、关驱动开关元件21，将通过输入回路1提供的电压转换成开关输出以进行输出。向输出回路3提供开关输出，将开关输出调整到规定的输出并进行输出。控制回路4向驱动回路5提供控制信号S4。过温度保护回路6包含温度检测部61和开关部62，连接到开关元件21的控制电极上，当温度检测部61检测出开关电源装置的异常温度时，通过开关部22切断驱动信号S5。

Description

开关电源装置

技术领域

本发明涉及一种包含过温度保护回路的开关电源装置。

背景技术

开关电源装置在内部包含开关元件和其它发热的电子零件，从电子零件发出的热量通过散热材料向外部进行散热，防止电源装置的异常温度上升。并且，在由于过载或其它原因造成电源装置的温度上升至异常温度的情况下，利用过温度保护功能使电源装置停止工作。

近年来，开关电源装置随着控制类的电子化的发展，可以采用专用或通用的控制用IC或微型计算机等装置进行控制。进而，随着小型化的发展，作为热源、噪音源的电力转换回路的半导体的集成化也得到了发展，出现了热源的集中不可避免的状况。对于这种情况，在开关电源装置中，电源装置异常温度上升时的过温度保护功能在电源性能方面成为了极其重要的因素。

通常，过温度保护功能是这样实现的，即，根据由温度检测元件检测出的温度，由前述各种控制类装置构成的控制回路输出工作停止信号等，进行保护操作。这样，在依赖于控制回路的现有过温度保护方式中，当在电源装置工作时检测出异常温度上升时，通常，由于控制回路正常工作，过温度保护功能工作。

但是，在由于任何原因使得控制回路产生异常的情况下，将丧失过温度保护功能的可靠性，进而，在过温度保护功能不起作用的情况下，电源装置的温度上升至远远超过规定值，最终可能导致装置损坏。即，存在前述电源装置异常温度上升时的过温度保护功能仅有赖于通常的控制回路的问题。

开关电源装置作为各种电子、电气设备的电源使用。例如，用于点亮放电灯的开关电源装置产生高压的脉冲电压。脉冲电压产生电磁噪声，存在引起控制回路的误操作的情况。因此，在考虑到最终产品的安全性的情况下，当控制回路异常时，必须对电源装置的异常温度上升对装置进行保护。

发明内容

本发明的课题是提供一种配有即使在异常状态下控制回路也可以正确工作的过温度保护回路的开关电源装置。

本发明中的另一个课题是提供一种具有不易受噪音影响的过温度保护回路的开关电源装置。

本发明进一步的课题是提供一种配有以简单的回路进行可靠的操作的可靠性高的过温度保护回路的开关电源装置。

为了解决上述课题，根据本发明的开关电源装置，包括：输入回路、开关转换回路、驱动回路、控制回路、输出回路、过温度保护回路。

前述开关转换回路包含具有控制电极的开关元件，通过前述输入回路提供的电压转换成开关输出并进行输出。

前述驱动回路向前述开关元件提供驱动信号以进行开、关驱动。前述控制回路向前述驱动回路提供控制信号。

向前述输出回路提供前述开关输出，前述输出回路将前述开关输出调整到规定的输出以便进行输出。

前述过温度保护回路包含温度检测部、开关部，连接到前述开关元件的控制电极上，当前述温度检测部检测出前述开关电源装置的异常温度时，通过前述开关部切断前述驱动信号。

在上述开关电源装置中，前述开关转换回路包含具有控制电极的开关元件，利用从前述驱动回路提供的驱动信号对前述开关元件进行开关驱动，将通过前述输入回路提供的电压转换成开关输出以进行输出。

向前述输出回路提供前述开关输出，将前述开关输出调整到规定的输出以进行输出，因而，可以根据连接到开关电源装置上的负载将提供的电压调整到规定的输出，向负载提供适当的输出。

前述控制回路向前述驱动回路提供控制信号。前述过温度保护回路包含温度检测部、开关部，当连接到前述开关元件的控制电极上的前述温度检测部检测出前述开关电源装置的异常温度时，通过前述开关部切断前述驱动信号。因此，由于开关元件停止开、关操作，因而可以抑制开关电源装置进一步温度上升。

这样，当前述温度检测部检测出前述开关电源装置的异常温度时，本发明的开关电源装置不通过控制回路而是直接通过前述开关部切断前述驱动信号，因而，控制回路即使在异常状态下也可以使前述过温度保护回路适当地工作。

并且，在本发明的开关电源装置中，由于不需要在现有的过温度保护回路必须有的从温度检测部至控制回路的配线，所以开关电源装置可以小型化，而且，由于不需要从温度检测部至控制回路的配线，所以可以降低通过前述配线施加给控制回路的噪音的影响。

进而，本发明的开关电源装置的过温度保护回路包含温度检测部和开关部，当前述温度检测部检测出前述开关电源装置的异常温度时，由于不通过前述控制回路，而是通过前述开关部直接切断前述驱动信号，因而，可以形成回路结构简单、操作可靠的可靠性高的过温度保护回路。

下面，将参照附图更详细地说明本发明的其他目的、结构和优点。但是，附图仅作为示例。

附图说明

图1是表示根据本发明的开关电源装置的一个实施例的回路框图。

图2是表示根据本发明的开关电源装置的另一个实施例的电路图。

图3是根据本发明的开关电源装置的另一个实施例的电路图。

图4是根据本发明的开关电源装置的另一个实施例的电路图。

具体实施形式

图1是表示根据本发明的开关电源装置的一个实施例的回路框图。图中所示的开关电源装置包括：输入回路1、开关转换回路2、输出回路3、控制回路4、驱动回路5和过温度保护回路6。TI为输入端子、TO为输出端子。向输入端子TI中提供交流电压或直流电压。交流电压既可以是商用交流电压也可以是其它交流电压。并且，若用直流电压，可以采用电池、其它直流电压或者通过整流平滑回路将交流电压转换成直流的电压等的任何一种。

输入回路1是将提供的交流电压或直流电压调整成适于开关转换回路2的电压的回路。输入回路1例如由扼流线圈或电容器等回路元件构成，但是不是必须包含这些元件，也可以包含前述输入端子TI或前述整流平滑回路和滤波回路等。

开关转换回路2包含具有控制电极的开关元件21，利用开关元件21的开、关，将通过输入回路1提供的电压转变成开关输出以便进行输出。开关元件21可以是用高频将提供的电压切换的元件，典型地，采用双极型晶体管或场效应晶体管等半导体元件，其个数不限于一个，可以是多个。开关转换回路2也可以进一步包含有变压器或扼流线圈等电磁转换元件。更具体地说，公知的正向转换器和回扫描转换器或者斩波变换器由单片式转换器或推挽、半桥、全桥等多片式转换器构成。

从开关转换回路2向输出回路3提供前述开关输出，将前述开关输出调整为与负载L相适应的规定输出。该输出成为开关电源装置的输出并提供给负载L。若提供给负载L的输出为直流，则输出回路3配有对提供的开关输出进行整流的回路，若提供给负载L的输出为交流或脉冲波，则输出回路3可以配有用于调整波形的回路等，并且，也可以包含前述输出端子TO。

控制回路4向驱动回路5提供控制信号S4，以便开关电源装置的输出变为与负载L相适的输出。驱动回路5根据检测信号S4向开关元件21的控制电极提供驱动信号，驱动控制开关元件21的开、关。控制回路4可以由专用或通用的控制用IC或者微型计算机等装置构成，根据需要检测输入或输出的电流和电压，控制开关元件21的开、关。

过温度保护回路6包含温度检测部61和开关部62。温度检测部61可以采用由于温度而产生电状态变化的元件，例如，PTC或NTC等热敏电阻或恒温器等构成。温度检测部61配置在可以检测开关电源装置的温度或发热的电子零件的温度位置上，例如，热耦合并安装在开关元件21附近或其散热部件上。温度检测部61的个数不限于一个，也可以为多个。开关部62可采用能响应由温度检测部61发出的电信号以改变导通、断开状态的元件，例如，采用双极型晶体管、场效应晶体管、闸流晶体管等半导体元件，不过，根据开关的结构，也可以采用继电器等机械开关。

进而，若由恒温器构成过温度保护回路6，则温度检测部61和开关部62可以由一个元件构成。过温度保护回路6的开关部62与开关元件21的控制电极连接，当温度检测部61检测出开关电源装置的异常温度时进行操作，切断驱动信号S5。驱动信号S5切断后的复位可以采用在开关电源装置的温度下降之后自动复位的方式、或通过复位操作来手动复位的方式任何一种。开关部62的个数通常与开关元件21对应，但这并不是必须的，也可以仅在作为代表的开关元件21上设置。并且，与温度检测部61相同，也可以采用这样的结构，即，当设置多个开关部62时，在一个温度检测部检测出异常温度时，所有开关部62均进行操作。开关部62的导通、断开方式可以采用所谓的常闭方式或常开方式中的任何一种。在常闭方式中，开关部62***到驱动信号S5的信号线上，在正常状态下开关部62保护导通状态，当检测出异常温度时，开关部62成断开状态以切断驱动信号S5。在常开状态下，开关部62连接在开关元件21的驱动信号输出端之间，在正常状态下开关部62保护断开状态，当检测出异常温度时，开关部62形成导通状态并使开关元件21的驱动信号输入端之间短路，切断驱动信号S5。另外，在常闭方式中，由于通过断开开放部62而切断了在正常情况下提供的驱动信号S5，因而会产生电弧，而在常开方式中，不会产生电弧，更为适宜。

在上述开关电源装置中，提供给输入端子TI的输入电压，通过输入回路1提供给开关转换回路。开关转换回路2包含具有控制电极的开关元件21，通过开关元件21的开关对提供的电压进行切换。开关元件21的开关由控制回路4控制。控制回路4向驱动回路5提供控制信号S4，以便使开关电源装置的输出成为与负荷L相适的输出。驱动回路5根据控制信号S4向开关元件21的控制电极提供驱动信号S5，驱动控制开关元件21的开、关，从而将受到控制的开关输出给输出回路3。输出回路3将从开关转换回路2提供的开关输出调节成与负载L相适的规定的输出，以便进行输出，因而，该输出成为开关电源装置的输出，向负载L提供规定的输出。

在此，假定由于负载变化、控制回路异常或其它原因，开关电源装置的温度上升至异常温度。这时，过温度保护回路6的温度检测部61检测出异常温度。过温度保护回路6的开关部62在温度检测部61检测出异常温度时工作，从而切断驱动信号S5。驱动信号S5的切断，若开关部62的导通、断开方式采用常闭方式，则开关部62形成断开状态并切断驱动信号S5。若开关部62的导通、断开方式为常开方式，则开关部62形成导通状态以使开关元件21的驱动信号输入端之间短路，切断驱动信号S5。结果，由于开关元件21停止开、关操作，因而可以抑制开关电源装置进一步的温度上升。这样，本发明的开关电源装置，当温度检测部61检测出开关电源装置的异常温度时，不通过控制回路4而是直接通过开关部62切断驱动信号S5，因而，即使控制回路4处于异常状态，也可以使过温度保护回路6工作。

并且，在本发明的开关电源装置中，由于不需要现有的过温度保护回路所必需的从温度检测部至控制回路的配线，因而可以使开关电源装置小型化，而且，由于没有从温度检测部61至检测回路4的配线，所以可以降低通过前述配线施加到检测回路中的噪音的影响。

进而，本发明的开关电源装置的过温度保护回路6，包含温度检测部61和开关部62，当温度检测部61检测出开关电源装置的异常温度时，不通过控制回路4而直接通过开关部62切断驱动信号S5，因而，可以以简单的回路结构形成操作可靠的高可靠性过温度保护回路。

图2是表示根据本发明的开关电源装置的另一实施例的电路图。图示的开关电源装置，表示采用扼流线圈的降压斩波变换器型的转换器的例子。在图中，对于与图1所示构成部分相同的构成部分，采用相同的参考符号。

图中所示的开关电源装置，包含输入回路1、开关转换回路2、输出回路3、控制回路4、驱动回路5、过温度保护回路6及辅助电源回路7。在输出端子TI上连接直流电压源E。

输入回路1包含输入电容器11。输出电容器11的一端连接到输入端子TI上，同时，连接到开关转换回路2上。输入电容器11的另一端连接到输入输出公共地线G上。

开关转换回路2包含有开关元件21。开关元件21由场效应晶体管构成，安装在散热构件8上。开关元件21，其漏极连接到输入电容器11的一端上，源极连接到输出回路3上，栅极通过栅阻抗22连接到驱动回路5上。开关转换回路2，由开关元件21切换通过输入回路1提供的直流电压VIN，向输出回路3提供开关输出。

输出回路3包含扼流线圈31、平滑电容器32、整流二极管33、阻抗34、35。扼流线圈31，其一端连接到开关元件21的源极上，另一端连接到输出端子TO的一端。平滑电容器32连接在扼流线圈31的另一端和地线G之间，在开关元件21接通期间，利用通过扼流线圈31提供的电压充电。整流二极管33连接在扼流线圈31的一端和地线G之间，并以存储在扼流线圈31中的能量在开关元件21断开期间放出的方式定向。代替整流二极管33，如果采用具有晶体管等控制电极的元件，可以构成同步整流元件。阻抗34、35串联连接，其串联回路连接在平滑电容器32的两端之间，对输出电压分压，分压电压作为输出电压信号S3提供给控制回路4。控制回路4根据输出电压信号S3或图中未示出的其它检测信号，将控制信号S4提供给驱动回路。驱动回路5根据控制信号S4向开关元件21的控制电极提供驱动信号S5，驱动控制开关元件21的开、关。辅助电源回路7向控制回路4、驱动回路5、过温度保护回路6提供操作用电。

过温度保护回路6包括：由TVTC热敏电阻构成的温度检测部61、由晶体管构成的开关部62、发射极阻抗63。温度检测部61热结合并安装在安装有开关元件21的散热部件8，检测开关元件21的温度。由晶体管构成的开关部62，其集电极连接到开关元件21的栅极上，发射极连接到开关元件21的源极上，以常开方式构成。开关部62的基部通过由NTC热敏电阻构成的温度检测部61连接到辅助电源回路7上，通过发射极阻抗63连接到发射极上。

在上述开关电源装置中，若当前开关元件21的温度为恒定状态，则由NTC热敏电阻构成的温度检测部61的温度也较低，则其阻抗值处于高阻抗状态。因此，从辅助电源回路7通过温度检测部61提供给构成开关部62的晶体管基极的基极电流受到限制，晶体管形成断开状态并使开关部62打开。因此，由于栅极、源极之间被断开，通过被提供驱动信号S5，开关元件21开始开、关动作。

开关转换回路2，利用开关元件21的开、关，对通过输入回路1提供的直流电压VIN进行开关，将开关输出输出给输出回路3。在开关元件21接通期间，输出的开关输出流过扼流线圈31，对扼流线圈31励磁，同时，对平滑电容器32充电，提供给负载L。在开关元件21断开期间，通过整流二极管33将储存在扼流线圈31中的励磁能量放出。控制回路4根据输出电压信号S3或图中未示出的其它检测信号，将控制信号S4提供给驱动回路。驱动回路5根据控制信号S4，将驱动信号S5提供给开关元件21的控制电极，驱动控制开关元件21的开、关。从而，将规定的直流电压提供给负载L。

在此，由于负载变化、控制回路异常和其它因素，开关元件21的温度上升至异常温度。这时，热结合并安装到安装了开关元件21的散热构件8上的过温度保护回路6的温度检测部61的温度也上升。

温度检测部61由NTC热敏电阻构成，随温度上升其阻值下降，从而检测出异常温度。NTC热敏电阻的阻值下降时，从辅助电源回路7提供给构成开关部62的晶体管的基极的基极电流增加，晶体管接通，并使开关部62导通。因而，开关元件21的栅极、源极之间短路，提供给开关元件21的驱动信号S5被切断，开关元件21的操作停止。其后，当开关元件21的温度下降时，由NTC热敏电阻构成的温度检测部61的温度也下降，当NTC热敏电阻的阻值升高时，从辅助电源回路7提供给构成开关部62的晶体管的基极的基极电流减小，晶体管断开，并使开关部62断开。从而，开关元件21的栅极、源极之间被断开，驱动信号S5被再次提供给开关元件21，开关元件21的操作自动恢复。

在本实施例中，温度检测部61热结合并安装到安装了开关元件21的散热构件8上，但是，并不限于开关元件21，也可以安装在其它伴随有放热的电子零件的附近，并且，也可以采用可检测开关电源装置的任意部分的温度的结构。并且，开关元件21的操作停止温度和操作再次启动温度之间可能存在迟滞，并且，也可以采用常闭方式的结构，及附加复位回路的手动复位结构。

进而，也可以采用由多个开关元件21构成的开关电源装置，例如，在多个开关元件21的控制电极上分别连接开关部62，当一个温度检测部61检测出异常温度时，通过这些开关部62提供给多个开关元件21的驱动信号被切断。

图3是表示根据本发明的开关电源装置的另一个实施例的电路图。在图中，对于与图2所示的结构部分相同的结构部分，采用相同的参考示号。图示的开关电源装置，包括：输入回路1、开关转换回路2、输出回路3、控制回路4、驱动回路5、过温度保护回路6。

在图示的开关电源装置中，过温度保护回路6的结构与图2所示的开关电源装置不同，输入回路1、开关转换回路2、输出回路3、控制回路4、驱动回路5的结构采用与图2所示的开关电源装置相同的结构。下面，省略对相同结构部分的说明，主要对结构不同的过温度保护回路6进行说明。

本实施例的过温度保护回路6由恒温器构成。恒温器是以规定温度为界在导通、断开二值之间切换的元件。因而，温度检测部61和开关部62可以由一个元件构成。在本实施例的开关电源装置中，由恒温器构成的过温度保护回路6热结合并安装在安装有与图2所示的开关电源装置相同的开关元件21的散热构件8上，连接在开关元件21的栅极和源极之间。不需要与辅助电源回路7的连接。在本实施例中采用的恒温器，由于在恒定温度时开关处于断开状态，在异常温度上升时导通，因而以常开状态构成。

在上述开关电源装置中，若当前开关元件21的温度处于恒定状态，由恒温器构成的温度检测部61的温度也较低，开关部62处于断开状态。从而，由于开关元件21的栅极、源极之间断开，所以通过提供驱动信号S5开始开、关操作，将规定的直流电压提供给负载L。

在此，由于负载变化、控制回路异常和其它原因，开关元件21的温度上升至异常温度。这时，热结合并安装到安装有开关元件21的散热构件8上的过温度保护回路6的温度检测部61的温度也上升。过温度保护回路6由恒温器构成，温度检测部61和开关部62由一个元件构成。因而，在温度检测部61和检测出温度异常的同时，开关部62切换成导通状态。结果，开关元件21的栅极、源极之间被短路，提供给开关元件21的驱动信号S5被切断，开关元件21的操作停止。其后，开关元件21的温度下降时，由恒温器构成的温度检测部61的温度也下降，恒温器形成断开状态，使开关部62断开。因此，开关元件21的栅极、源极之间被断开，驱动信号S5被再次提供给开关元件21，开关元件21的操作自动恢复。

在本实施例中，温度检测部61热结合并安装到安装有开关元件21的散热构件8上，但是并不限于开关元件21，也可以安装在其它伴有放热的电子零件附近，并且，也可以采用可检测开关电源装置任意部分的温度的结构。并且，在开关元件21的操作停止温度和操作再次启动温度之间可能具有迟滞，并且，与图2所示的实施例一样，也可以采用常闭方式的结构，及附加复位回路的手动复位结构等。进而，恒温器，其温度检测部61、开关部62可以由一个元件构成，因而，温度检测部61的结构极为简单。

图4是表示根据本发明的开关电源装置的另一个实施例的电路图。在图中，对于与图3所示的结构部分相同的结构部分，可以采用相同的参考符号。图示的开关电源装置包括：输出回路1、开关转换回路2、输出回路3、控制回路4、驱动回路5、过温度保护回路6。图示的开关电源装置，除了开关元件21的栅极阻抗和过温度保护回路6的连接结构不同之外，与图3所示的开关电源装置一样。下面，省略对相同结构部分的说明，主要对栅极阻抗和过温度保护回路6的连接结构进行说明。

本实施例的开关元件21的栅极阻抗被分为二个，由栅极阻抗23、24构成。过温度保护回路6由与图3所示的开关电源装置相同的常开方式的恒温器构成，但是在其连接点被连接到栅极阻抗23、24的连接点和开关元件21的源极之间这一点上是不同的。在本实施例的开关电源装置中，与图3所示的开关电源装置一样的开关元件21的温度上升至异常温度，在温度检测部61检测出异常温度的同时，开关部62切换成导通状态。这时，开关元件21的栅极、源极之间被短路，因开关元件21的栅极容量而进入的电流流过开关部62、即恒温器。在本实施例的开关电源装置中，由于该栅极容量而进入的电流通过栅极阻抗24流过。这时，栅极阻抗24具有电流限制阻抗的功能。因而，在本实施例的开关电源装置中，由于可以降低由于栅极容量而进入的电流，所以可以提高恒温器的可靠性。

上面，参照优选实施例对本发明进行了说明，但本发明不限于此，本领域人员根据基本的技术思想和教导，可以想到各种变形例。

发明的效果

如上所述，本发明可以获得以下效果。

(A)可提供配有控制回路在异常状态下也可以适当操作的过温度保护回路的开关电源装置。

(B)可提供配有不易受噪音影响的过温度保护回路的开关电源装置。

(C)可提供配有以简单的回路进行可靠操作的可靠性高的过温度保护回路的开关电源装置。

Claims (11)

1、一种开关电源装置，包括：输入回路、开关转换回路、驱动回路、控制回路、输出回路、过温度保护回路，其特征在于，

前述开关转换回路包含具有控制电极的开关元件，将通过前述输入回路提供的电压转换成开关输出并进行输出；

前述驱动回路向前述开关元件提供驱动信号以进行开、关驱动；

前述控制回路向前述驱动回路提供控制信号；

向前述输出回路提供前述开关输出，将前述开关输出调整到规定的输出并进行输出；

前述过温度保护回路包含温度检测部、开关部，连接到前述开关元件的控制电极上，当前述温度检测部检测出前述开关电源装置的异常温度时，通过前述开关部切断前述驱动信号。

2、如权利要求1所述的开关电源装置，前述温度检测部检测前述开关元件的温度。

3、如权利要求2所述的开关电源装置，前述开关元件安装在散热构件上，前述温度检测部安装在前述散热构件上。

4、如权利要求1至3中任何一项所述的开关电源装置，

前述温度检测部包含热敏电阻，前述开关部包含晶体管，

前述晶体管通过前述热敏电阻进行开关控制。

5、如权利要求1至3中任何一项所述的开关电源装置，

前述温度检测部和前述开关部由恒温器成一体地构成。

6、如权利要求1至3中任何一项所述的开关电源装置，

前述开关部连接到前述开关元件的驱动信号输入端之间，当前述温度检测部检测出前述开关电源装置的异常温度时前述开关部导通，将前述开关元件的驱动信号输入侧短路。

7、如权利要求6所述的开关电源装置，

前述开关元件包含场效应晶体管，在其控制电极上连接具有多个栅极阻抗的串联回路，

前述开关部通过前述多个栅极阻抗的一部分连接到前述开关元件的驱动信号输入端之间。

8、如权利要求4所述的开关电源装置，

前述开关部连接到前述开关元件的驱动信号输入端之间，当前述温度检测部检测到前述开关电源装置的异常温度时，前述开关部导通，将前述开关元件的驱动信号输入侧短路。

9、如权利要求8所述的开关电源装置，

前述开关元件包含场效应晶体管，在其控制电极上连接具有多个栅极阻抗的串联回路，

前述开关部通过前述多个栅极阻抗的一部分，连接到前述开关元件的驱动信号输入端之间。

10、如权利要求5所述的开关电源装置，

前述开关部连接到前述开关元件的驱动信号输入端之间，当前述温度检测部检测出前述开关电源装置的异常温度时，前述开关部导通，将前述开关电源装置的驱动信号输入侧短路。

11、如权利要求10所述的开关电源装置，

前述开关元件包含场效应晶体管，在前述控制电极上连接具有多个栅极阻抗的串联回路，

前述开关部，通过前述多个栅极阻抗的一部分连接到前述开关元件的驱动信号输入端之间。

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