CN1734913A - 同步整流开关电源电路 - Google Patents

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Abstract

提供一种即使所连接的电子设备其要求的电压值或电流值不同、亦可使用通电用的源装置而且电路结构也很简单的同步整流开关电源电路。与直流输入电源1串联连接有变压器2的一次绕组2a与主开关组件3。二次绕组2c与二次侧的同步整流组件7，则串联连接于输出端子51a、55a之间。具备一种电源装置40，其具有利用主切换组件3的开关、以变压器2的二次侧绕组所产生的电压来充电的输出电容器13。连接于电源装置40而由其供电的电子设备60中，设置有对同步整流组件7的栅极端子送出控制信号的控制用IC41。于同步整流组件7的导通期间，利用输出电容器13的充电和输出电容器13经由变压器2对直流输入电源1的功率再生，而将利用控制用IC41所设定的输出功率供给电子设备60。

Description

同步整流开关电源电路
技术领域
本发明是针对将直流输入电压转换成期望电压、而供给电子设备的开关电源，尤其是关于进行同步整流的同步整流开关电源电路。
技术背景
作为先前的开关电源装置10，例如有图6所示的电源电路装置。此开关电源装置10是于直流输入电源1的端子1a、1b之间，串联连接有变压器2的一次绕组2a与主开关组件3，而变压器2的正极侧端子连接于直流输入电源1的正极侧端子1a，变压器2的负极侧端子连接于主开关组件3。主开关组件3是以MOS-FET等半导体元件所构成。另外，在直流输入电源1的端子1a、1b之间，串联连接有电阻21、22，而电阻21、22的中间点则经由电阻24与主开关组件3的栅极连接。
再有，变压器2设置有辅助绕组2b，辅助绕组2b的正极侧端子连接于电阻25和电容器11构成的串联电路，而电容器11的另一端连接于直流输入电源1的负极侧端子1b，同时连接于辅助绕组2b的负极侧端子。辅助绕组2b的正极侧端子连接于电容器12和电阻23构成的串联电路，而电阻23的另一端则经由电阻24，连接于主开关组件3的栅极。
主开关组件3的栅极经由电阻24而连接于开关控制用晶体管5的集电极，晶体管5的发射极连接于直流输入电源1的负极侧端子1b，基极则连接于电阻25和电容器11的中间点。然后，在晶体管5的集电极和发射极之间，连接有后述的光耦合器的受光组件35b。又，在主开关组件3的栅极-源极之间，设置有二极管6，该二极管6的阴极与晶体管5的集电极侧连接，而阳极连接于直流输入电源1的负极侧。
另一方面，变压器2的二次绕组2c，其负极侧端子连接有整流用二极管4的阳极，阴极连接于输出电容器13的一端，同时连接于输出端子20a。输出电容器13的另一端连接于二次绕组2c的正极侧端子，同时经由电阻38而连接于输出端子20b。
在输出端子20a、20b之间，串联连接有输出电压检测用电阻30、31，其中间点则连接有输出电压检测电路32的误差放大器33a的反相输入端子。又，误差放大器33a的同相输入端子连接有输出电压的基准电压34a。然后，误差放大器33a的输出连接于光耦合器的发光二极管35a的阴极。发光二极管35a的阳极经由电阻36而连接于输出端子20a。
又，电阻38的一端经由输出电流检测电路37的输出电流设定用的基准电压34b，而连接于误差放大器33b的同相输入端子，电阻38的另一端，则连接于误差放大器33b的反相输入端子。然后误差放大器33b的输出连接发光二极管35a的阴极。
此开关电源装置10的动作如下，是对MOS-FET的主开关组件3的栅极施加电阻21、22之间的电压，主开关组件3利用此电压导通，通过辅助绕组2b等，用电阻25和电容器11构成的积分电路被充电后的电位来使晶体管5导通，然后关断主开关组件3，重复这个动作。然后在二次侧，于主开关组件3的导通期间，输出电容器13没有被充电，若关断主开关组件3，则利用发生于二次绕组2c的反激(flyback)电压，而储存在二次绕组2c的能量对输出电容器13充电。
此开关电源装置10的输出电压及输出电流的控制，是利用二次侧的输出电压检测电路32、输出电流检测电路37，来开关控制光耦合器的发光二极管35a，当发光二极管35a导通，则受光元件35b导通，而调整电容器11的充电时间。依此，在对输出侧绝缘的状态下反馈控制主开关组件3的导通时间，这样控制主开产元件3，而使得输出电压及输出电流达到规定值。
【专利文件1】日本特开2000-350454号公报
发明内容
所述先前技术中，为了稳定输出连接于输出端子20a、20b的电子设备所要求的电压值和电流值，在开关电源装置10内设定各电路常数。从而，会变成分别适应所连接的电子设备的固定电源装置，降低通用性，对于每次电子设备的规格变更或每出现新产品，它使用的电源装置也必须是新的电源装置，而有许多浪费。
本发明是有鉴于所述先前技术的问题而提出的，其目的是提供一种即使所连接的电子设备所要求的电压值或电流值不同、亦可使用通用的电源装置且电路结构也简单的同步整流开关电源装置。
本发明是一种同步整流开关电源电路，其中具备一种电源装置，该电泊装置在直流输入电源的两端子间串联连接有变压器的一次绕组与MOS-FET等主切换组件，所述变压器的二次绕组与二次侧的MOS-FET等同步整流组件则串联连接于输出端子之间，具有以利用所述主切换组件的开关、而在所述变压器的二次侧绕组所产生的电压来充电的输出电容器，在连接于所述电源装置而由其供电的手机等便携式或其它电子设备中，设置有对所述同步整流组件的控制输入端子亦即栅极端子送出控制信号的控制部、亦即控制用IC，于所述同步整流组件的导通期间，利用所述输出电容器的充电和所述输出电容器经由所述变压器对所述直流输入电源的功率再生，而将所述控制部所设定的输出功率供给所述电子设备。
所述输出电容器的两端连接有所述电源装置的输出端子，在所述电源装置连接于所述电子设备的状态下，所述同步整流组件的控制输入端子连接于输出来自所述控制部的控制信号的控制端子。
又，本发明是一种同步整流开关电源电路，它在直流输入电源的两端子间串联连接有变压器的一次绕组与主切换组件，构成电源装置，将所述变压器的二次绕组、对此二次绕组串联连接于输出端子间串联连接的二次侧同步整流组件和以利用所述主切换组件的开关而在所述变压器的二次侧绕组所产生的电压来充电的输出电容器设置在由所述电源装置所供电的电子设备侧，所述电子设备设置有对所述同步整流组件的控制输入端子送出控制信号的控制部，利用于所述同步整流组件的导通期间所述输出电容器的充电和所述输出电容器经由所述变压器对所述直流输入电源的功率再生，而将所述控制部所设定的输出功率供给所述电子设备。上述电源装置与上述电子设备利用上述变压吕的一次侧与二次侧的磁耦合来传送能量。
本发明的同步整流开关电源电路，是即使被连接的电子设备所要求的电压值或电流值不同亦可使用通用的电源装置的开关电源电路。因此，能够提供电路结构简单而通用性也好的开关电泊装置，又可不浪费而有效使用电源装置。
附图说明
图1是本发明一个实施方式的同步整流开关电源电路的简要电路图。
图2是用以表示此实施方式的同步整流开关电源电路的动作波形的简要时序图。
图3是用以表示此实施方式的同步整流开关电源电路的其它动作波形的简要时序图。
图4是用以表示此实施方式的同步整流开关电源电路的其它动作波形的简要时序图。
图5是本发明其它实施方式的同步整流开关电源电路的简要电路图。
图6是先前的同步整流开关电源装置的简要电路图。
具体实施方式
以下根据附图，说明本发明的实施方式。图1，是表示本发明一个实施方式的反激式同步整流开关电源电路，对于与图6所示电路相同的构成，附加相同标号来说明。此同步整流开关电源电路的电源装置40，其一次侧电路与图6电路相同，于直流输入电源1的端子1a、1b之间，串联连接有变压器2的一次绕组2a与主开关组件3，而变压器2的正极侧端子连接于直流输入电源1的正极侧端子1a，变压器2的负极侧端子连接于主开关组件3。主开关组件3是以MOS-FET等功率控制用半导体组件所构成，而漏极连接于一次绕组2a的负极侧端子，源极连接于直流输入电源的负极侧端子1b。另外，在直流输入电源1的端子1a、1b之间，串联连接有电阻21、22，而电阻21、22的中间点则经由电阻24与主开关组件3的栅极连接。
再有，变压器2设置有辅助绕组2b，辅助绕组2b的正极侧端子连接于电阻25和电容器11构成的串联电路的电阻25的端子。而电容器11的另一端连接于直流输入电源1的负极侧端子1b，同时连接于辅助绕组2b的负极侧端子。辅助绕组2b的正极侧端子连接于电容器12和电阻23构成的串联电路，而电阻23的另一端则经由电阻24，连接于主开关组件3的栅极。
主开关组件3的栅极经由电阻24而连接于该电源装置的开关控制用晶体管5的集电极，晶体管5的发射极连接于直流输入电源1的负极侧端子1b，基极则连接于电阻25和电容器11的中间点。又，主开关组件3的栅极-源极之间连接有二极管6，晶体管5的集电极侧连接于二极管6的阴极，而阳极被连接于直流输入电源1的负极侧。
又，变压器2的二次绕组2c，其负极侧端子连接有输出电容器13的一端，二次绕组2c的正极侧端子连接于MOS-FET所构成的同步整流组件7的漏极，同步整流组件7的源极则连接于输出电容器13的另一端。输出电容器13的两端分别连接于此电源装置40的输出端子51a、55a。
再有，变压器2设置有辅助绕组2d，辅助绕组2d的负极侧端子连接于整流用二极管8的阳极，而阴极连接于输出控制用功率的输出电容器14的一端。辅助绕组2d两端更连接有电阻26、27构成的串联电路，而电阻26、27的中间点连接有同步整流组件7的控制输入端子亦即栅极。
电源装置40，除了输出端子51a、55a以外，还具有连接于辅助绕组2C的正极侧端子的相位检测端子52a、控制用功率的输出端子53a和连接于同步整流组件7的栅极来驱动控制同步整流组件7的控制端子54a。
连接于此电源装置40的电子设备60，例如为手机等便携用终端装置，而于电子设备60侧，具备控制电源装置40的输出功率的控制用IC41。电子设备60具备分别对应电源装置40的输出端子51a、55a并自由拆装而连接的端子51b、55b，另外，具备分别对应相位检测端子52a、控制用功率的输出端子53a、控制端子54a并自由拆装而连接的端子52b、53b、54b。端子51b、55b与对电子设备60内的电路供给功率的输出端子60a、60b相连，同时端子51b经由电阻42而连接于控制用IC41的未图示的输出电压设定电路。又，在端子55b和输出端子60b之间，设有电阻38，电阻38的两端连接于控制用IC41的未图示的输出电流设定电路。又，在端子52b连接于控制用IC41的相位检测用电路，端子53b连接于控制用IC41的电源端子，端子54b则连接于利用控制用IC41来控制同步整流组件7的导通期间的未图示的控制输出电路。
此实施方式的同步整流开关电源电路的动作如下，是对MOS-FET的主开关组件3的栅极施加电阻21、22之间的电压，主开关组件3利用此电压导通，通过辅助绕组2b，用电阻25和电容器11构成的积分电路被充电后的电位来使晶体管5导通，然后关断主开关组件3，以一定周期重复这个动作。然后在二次侧，于主开关组件3的导通期间，输出电容器13、14没有被充电，若关断主开关组件3，则利用发生于二次绕组2c及辅助绕组2d的反激(flyback)电压，而储存在二次绕组2c、辅助绕组2d的能量，对各个输出电容器13、14充电。
此时，对于输出电容器13，如果在来自二次绕组2c的能量所造成的充电结束后，同步整流组件7仍导通，则输出电容器13的功率会经由同步整流组件7及二次绕组2c，部分再生至一次侧的直流输入电源1。此实施方式中，是利用此再生动作，来进行电源装置40的输出电压及输出电流的控制。亦即，电子设备60的控制用IC41经由控制端子54b、54a，控制对同步整流组件7的栅极施加电压的导通期间，使输出电容器13的输出功率经由同步整流组件7部分再生至一次侧的直流输入电源1，而将输出端子51a的输出电压控制为以电阻42所设定的电压值。同样，输出电流也被控制为以电阻38所设定的电流值。
其次针对此控制动作的例子，根据图2~图4加以说明。首先在电子设备60侧有较轻负载，例如输出电压6V、输出电流0.01A的情况下，将来自图2(c)所示的控制用IC41的控制信号施加于控制端子54a，而设定同步整流组件7的栅极的导通期间。此导通期间，是在输出电容器13利用来自二次绕组2c的反激电压充电后也导通的期间，是输出电容器13的输出电压成为电阻42所设定的规定值的期间。从而，二次绕组2c中流过的电流如图2(b)所示，向正方向流动后，于负极方向流有再生电流。由于此时电子设备60的消耗电流相当小，故会再生有接近对输出电容器13充电的电流。然后一次绕组2a中流运的电流也如图2(a)所示，随着主开关组件3的导通而向直流输入电源1侧流过再生电流，然后再向正方向流过电流。然后输出电压则如图2(d)所示，维持在规定的6V。
又，电子设备60侧是最大负载状态，例如输出电压6V、输出电流0.6A的情况下，将图3(c)所示的来自控制用IC41的控制信号施加于控制端子54a，而设定同步整流组件7的栅极的导通期间。此导通期间，虽然在输出电容器13利用来自二次绕组2c的反激电压充电后也导通，但相对来说输出电容器13在充电后的导通期间较短。从而，二次绕组2c中流过的电流如图3(b)所示，往正方向流动较多，此时由于电子设备60的消耗电流较大，故将输出电容器13充电后的再生电流较少，而只在规定的短暂时间向负方向流过再生电流。然后一次绕组2a中流过的电流也如图3(a)所示，随着主开关组件3的导通而向直流输入电源1侧流过少量的再生电流，然后再向正方向流过较多电流。此时输出电压亦如图3(d)所示，维持在规定的6V。又，使输出电压、输出电流为不同设定值的情况下，亦可由此再生动作来维持规定的电流值、电压值。
又，电子设备60没有连接至电源装置40的情况下，同步整流组件7的栅极电容被辅助绕组2d的电压充电，而如图4(c)所示，使同步整流组件7导通电压稳定，并且同步整流组件7在主开关组件3导通之前都导通。然后二次绕组2c中流过的电流则如图4(b)所示，正负几乎相等，一次绕组2a中流过的电流也会如图4(a)所示，流过再生电流，而几乎没有消耗能量。又，施加于输出端子51a的电压，成为以变压器2的绕组匝数比所决定的电压。
根据此实施方式的同步整流开关电源电路，由于以来自电子设备60侧的控制端子54b的输出，来控制同步整流组件7的闸极的导通期间，使此导通期间中对输出电容器13充电的能量再生至一次侧，从而使输出电压、输出电流为规定值，故可公用电源装置40侧的电路，而对电子设备供给不同的电压及电流。从而，可使电源装置40具有通用性，而可用一个电源装置40对应各种电子设备。
另外，本发明的同步整流开关电源电路，除了所述实施方式以外，亦可如图5所示，将电源装置62侧和电子设备64侧，分成变压器2的一次绕组2a和二次绕组2c。此时，来自一次侧的直流电压源1的能量，能够利用以绕组构成的磁耦合磁路来传递。其它电路构成与所述实施方式相同。另外，一次绕组2a的两端连接有保护等用的电容器15。
如果依此实施方式，则可不设置接点而对电子设备64供给能量，同时与所述实施方式相同，可从电子设备64侧进行电流及电压控制，而可提供通用性强的电源装置62。
又本发明，并不限于所述实施方式的电源电路，电路结构可适当加以改变。

Claims (4)

1、一种同步整流开关电源电路，其特征在于，
具备一种电源装置，所述电源装置在直流输入电源的两端子间串联连接有变压器的一次绕组与主切换组件，所述变压器的二次绕组与二次侧的同步整流组件则串联连接于输出端子之间，具有从利用所述主切换组件的开关、而在所述变压器的二次侧绕组所产生的电压来充电的输出电容器，
在连接于所述电源装置而由其供电的电子设备中，设置有对所述同步整流组件的控制输入端子送出控制信号的控制部，于所述同步整流组件的导通期间，利用所述输出电容器的充电和所述输出电容器经由所述变压器对所述直流输入电源的功率再生，而将所述控制部所设定的输出功率供给所述电子设备。
2、如权利要求1所述的同步整流开关电源电路，其特征在于，
所述输出电容器的两端连接有所述电源装置的输出端子，在所述电源装置连接于所述电子设备的状态下，所述同步整流组件的控制输入端子连接于输出来自所述控制部的控制信号的控制端子。
3、一种同步整流开关电源电路，其特征在于，
在直流输入电源的两端子间串联连接有变压器的一次绕组与主切换组件，构成电源装置，
将所述变压器的二次绕组、对此二次绕组于输出端子间串联连接的二次侧同步整流组件和以利用所述主切换组件的开关而在所述变压器的二次侧绕组所产生的电压来充电的输出电容器，设置在由所述电源装置所供电的电子设备侧，
所述电子设备设置有对所述同步整流组件的控制输入端子送出控制信号的控制部，利用于所述同步整流组件的导通期间所述输出电容器的充电和所述输出电容器经由所述变压器对所述直流输入电源的功率再生，而将所述控制部所设定的输出功率供给所述电子设备。
4、如权利要求3所述的同步整流开关电源电路，其特征在于，
所述电源装置和电子设备利用所述变压器的一次侧与二次侧的磁耦合来传送能量。
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