CN1925295A - 输出电压检测电路、绝缘型开关电源及半导体器件 - Google Patents

输出电压检测电路、绝缘型开关电源及半导体器件 Download PDF

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Abstract

本发明揭示一种能在变压器具有辅助线圈的绝缘型开关电源中，根据次级线圈上感应的电压高精度检测出次级输出电压的输出电压检测电路。电压波形加工电路(10－1)对辅助线圈(7－3)上感应的电压波形进行加工，保持电路(10－2)保持该加工后的电压峰值，同时次级电流检测电路(24)还检测出次级线圈(7－2)流通电流的时间，校正电路(22)进行使该时间中保持电路(10－2)保持的峰值电压降低的校正，将该校正后的电压反馈到控制电路(9)。另一方面，复原电路(23)在次级线圈(7－2)开始流通电流后一定时间中，将保持电路(10－2)保持的峰值电压复原。

Description

输出电压检测电路、绝缘型开关电源及半导体器件
技术领域
本发明涉及在绝缘型开关电源中，根据变压器的辅助线圈(偏置线圈)上感应的电压，检测出次级输出电压的输出电压检测电路；具有输出电压检测电路的绝缘型开关电源；以及在同一衬底上形成绝缘型开关电源的控制电路和输出电压检测电路的半导体器件。
背景技术
以往，已公知构成利用变压器的辅助线圈将输出侧(次级)的状态作为反馈信号传递到控制电路的绝缘型开关电源(例如参考日本国专利公开2002-136114号公报)。
图8示出具有已有的输出电压检测电路的绝缘型开关电源。这种开关电源包含根据辅助线圈上感应的电压检测出次级输出电压的输出电压检测电路。
下面，说明该图8所示的开关电源。
整流电路2对来自交流电源1的交流电压进行整流。平滑电容器3使来自整流电路2的直流电压平滑。将该平滑后的电压施加到变压器7的初级线圈7-1。
调压器4进行工作，根据来自平滑电容器3的电压，对电容器5慢慢充电，使电容器5的端电压总为恒定值。
将电容器5的端电压作为电源电压进行工作的控制电路9，在电容器5的端电压处于控制电路9内规定的启动电压与停止电压的范围的时间中，进行连接初级线圈7-1的开关元件8的通断控制。
电容器5的端电压达到启动电压，使控制电路9的开关元件8的通断控制启动时，启动初级线圈7-1对次级线圈7-2和辅助线圈7-3的供电。此开关电源为回扫型，变压器7的初级线圈7-1与次级线圈7-2的极性相反。
电容器16是去除噪声用的Y电容器。
缓冲电路6对初级线圈7-1的峰值电压进行箝位。利用该缓冲电路6防止开关元件8切换通断时的过渡状态中产生的高偏压。
由二极管11、电容器12和14以及扼流圈13对次级线圈7-2上感应的电压进行整流，并使其平滑。结果，对负载15供给直流功率。此负载15的端电压是次级输出电压。
变压器7的辅助线圈7-3与次级线圈7-2极性相同，因而辅助线圈7-3上感应与次级线圈7-2上感应的电压成正比的电压。
将电容器5通过二极管35与辅助线圈7-3连接，使电容器5的端电压与辅助线圈7-3上感应的电压成正比地变化。例如负载15大时，次级线圈7-2的端电压的峰值降低，因而辅助线圈7-3的端电压的峰值降低，电容器5的端电压也降低。反之，负载15小，则次级线圈7-2的端电压峰值升高，因而辅助线圈7-3的端电压的峰值升高，电容器5的端电压也升高。
因此，已有的输出电压检测电路34检测出电容器5的端电压，作为次级输出电压，反馈到控制电路9。
接着，以负载小时和负载大时为例，用图9说明图8所示的已有绝缘型开关电源的运作。图9示出图8所示已有绝缘型开关电源在负载小时和负载大时各点的电压波形。
图9中，DRAIN是开关元件8的高电位端的电压，VA’是辅助线圈7-3上感应的电压，VB’是二极管35和电容器5对辅助线圈7-3上感应的电压整流并加以平滑后的电压。
已有的输出电压检测电路34检测出电容器5的端电压VB’，作为次级输出电压。然而，电压VB’为对辅助线圈7-3上感应的电压VA’的峰值作出响应的值，因而如图9所示，已有的输出电压检测电路34检测出高于原来的检测电压的电压(由合成电路6箝位后的电压)。
而且，已有的输出电压检测电路34不是检测出辅助线圈7-3产生的电压，而是检测出由二极管35和电容器5使辅助线圈7-3产生的电压平缓的电压波形。因此，输出电压检测电路34检测出的电压产生二极管35和电容器5造成的偏差。
此外，已有的输出电压检测电路34检测出的检测电压还受次级侧二极管11的正向电压偏差分量影响。
将该已有绝缘型开关电源构成用二极管35的正向电压偏差抵消次级侧二极管11的正向电压偏差时，该绝缘型开关电源只能用于低输出的电源。
综上所述，已有的输出电压检测电路中，检测出的电压高于原来的检测电压电平，检测误差大。已有的输出电压检测电路由于对辅助线圈7-3上感应的电压进行整流并加以平滑的二极管35和电容器5的偏差和次级侧二极管11的正向电压偏差分量，其检测精度偏差大。
因此，使用已有的输出电压检测电路的绝缘型开关电源，其作为电源特性的负载调节特性差。而且，使用已有的输出电压检测电路的绝缘型开关电源难以应用到高输出电源。
发明内容
本发明鉴于上述问题，其目的在于提供一种能高精度检测出绝缘型开关电源的次级输出电压的输出电压检测电路；具有该输出电压检测电路的绝缘型开关电源；以及在同一衬底形成该绝缘型开关电源的控制电路和输出电压检测电路的半导体器件。
为了达到上述目的，本发明对辅助线圈上感应的电压波形进行加工，保持该加工后的电压峰值，同时还在次级线圈流通电流的时间中进行使该保持的峰值电压降低的校正，并将该校正后的电压作为次级输出电压反馈到绝缘型开关电源的控制电路，而且在次级线圈开始流通电流后一定时间中使保持的峰值电压复原。
即，本发明的输出电压检测电路，编入绝缘型开关电源，该绝缘型开关电源包含具有初级线圈、次级线圈和辅助线圈的变压器、连接所述初级线圈的开关元件、以及进行所述开关元件的通断控制的控制电路，根据所述辅助线圈产生的电压，产生作为次级输出电压检测值的检测电压，反馈到所述控制电路，具有：连接所述辅助线圈，并检测出所述次级线圈流通电流的时间的次级电流检测电路；连接所述辅助线圈，并对所述辅助线圈产生的电压波形进行加工的电压波形加工电路；连接所述电压波形加工电路的输出级，以保持所述电压波形加工电路加工的电压的峰值电压的保持电路；连接所述保持电路的输出级，并在所述次级电流检测电路检测出的时间中校正所述保持电路保持的峰值电压，以产生所述检测电压的校正电路；以及在所述次级线圈流通电流开始后一定时间中，使所述校正电路产生的所述检测电压复原的复原电路。
根据本发明，则通过校正电路校正保持电路保持的峰值电压，能将检测电压校正成原来的检测电压电平。因此，根据本发明，能使输出电压的检测精度提高，从而能使作为绝缘型开关电源的重要电源特性的负载调节特性提高。
此外，根据本发明，则由于能根据辅助线圈上感应的电压高精度地检测出输出电压，不必在绝缘型开关电源的输出侧(次级侧)设置光耦合器和并联调压器等构成的反馈电路，能实现绝缘型开关电源的小型化。
又，本发明的输出电压检测电路，其中，所述电压波形加工电路具有二极管。
根据本发明，则能利用电压波形加工电路具有的二极管加工成往负侧摆动不大的波形，因而能确保开关电源稳定工作。
又，本发明的输出电压检测电路，其中，所述电压波形加工电路具有使所述辅助线圈产生的电压上升波形平缓用的电容器。
根据本发明，则能利用电源波形加工电路具有的电容器防止泄漏电感造成的振荡。
又，本发明的输出电压检测电路，其中，所述保持电路具有二极管和电容器，并输出该电容器两端的电压。
而且，本发明的输出电压检测电路，其中，所述校正电路以预定电流值对所述保持电路具有的电容器进行放电。
根据本发明，则能以预定电流值使保持电压波形加工电路加工后的电压峰值用的电容器在变压器次级线圈流通电流的时间中放电，因而能使校正电路的校正可靠。
又，输出电压检测电路，其中，所述校正电路以所述辅助线圈流通的电流值对所述保持电路具有的电容器进行放电。
根据本发明，则能以辅助线圈流通的电流值使保持电压波形加工电路加工后的电压峰值用的电容器在变压器次级线圈流通电流的时间中放电，因而能使校正电路的校正可靠。
又，本发明绝缘型开关电源，包含：具有初级线圈、次级线圈和辅助线圈的变压器、连接所述初级线圈的开关元件、进行所述开关元件的通断控制的控制电路的绝缘型开关电源、以及上述输出电压检测电路，而且包含根据施加在所述初级线圈的输入电压，产生所述控制电路和所述输出电压检测电路的工作电压的调压器。
根据本发明，则能利用调压器将绝缘型开关电源的控制电路的工作电压保持恒定，从而能使控制电路的开关元件通断控制稳定。
又，本发明述的绝缘型开关电源，所述调压器产生的工作电压大于等于一定值时，所述控制电路使所述调压器停止产生工作电压，并根据所述辅助线圈产生的电压，产生工作电压。
根据本发明，则能根据变压器的辅助线圈上感应的电压产生工作电压，从而能抑制初级侧的耗电。
又，本发明的半导体器件，在同一衬底上形成上述的输出电压检测电路、控制电路和调压器。
根据本发明，则能实现绝缘型开关电源的小型化。
综上所述，根据本发明，由于能在利用电磁感应现象的装置中高精度地检测出输出电压，因此本发明对开关电源有利。
本发明能全面用于具有开关电源的装置和设备，尤其对需要小型化的装置和设备有用。
附图说明
图1是示出具有本发明实施方式1的输出电压检测电路的绝缘型开关电源的图。
图2是示出具有本发明实施方式1的输出电压检测电路的绝缘型开关电源的各点电压波形的图。
图3是示出具有本发明实施方式2的输出电压检测电路的绝缘型开关电源的图。
图4是示出具有本发明实施方式3的输出电压检测电路的绝缘型开关电源的图。
图5是示出具有本发明实施方式4的输出电压检测电路的绝缘型开关电源的图。
图6是示出具有本发明实施方式4的输出电压检测电路的绝缘型开关电源的各点电压波形的图。
图7是示出具有本发明实施方式5的输出电压检测电路的绝缘型开关电源的图。
图8是示出具有已有的输出电压检测电路的绝缘型开关电源的图。
图9是示出具有已有的输出电压检测电路的绝缘型开关电源的各点电压波形的图。
具体实施方式
实施方式1
图1示出具有本发明实施方式1的输出电压检测电路的绝缘型开关电源。其中，对与根据图8说明的构件相同的构件标注相同的标号，省略说明。
图2示出图1所示绝缘型开关电源在负载小时和负载大时的电压波形。图2中，DRAIN是开关元件8的高电位侧电压，VA是电压波形加工电路10-1产生的电压，VB是保持电路10-2产生的电压。
图1中，输出电压检测电路10包含电压波形加工电路10-1、保持电路10-2、校正电路22、复原电路23和次级电流检测电路24。
电压波形加工电路10-1包含与辅助线圈7-3串联的电阻17、与辅助线圈7-3并联的电阻18以及肖特基二极管19。
电压波形加工电路10-1对辅助线圈7-3产生的电压波形进行加工，并产生形成图2所示的波形的电压VA。
即，电压波形加工电路10-1利用肖特基二极管19将辅助线圈7-3上感应的电压的波形加工成往负侧摆动不大的波形，并产生电压VA。
保持电路10-2包含与电压波形加工电路10-1的输出级串联的二极管20以及对电压波形加工电路10-1并联的电容器21。
保持电路10-2利用电容器21保持电压波形加工电路10-1产生的电压VA的峰值。
次级电流检测电路24根据控制电路9输出到开关元件8的信号和辅助线圈7-3上感应的电压，检测出从开关元件8阻断开始、到辅助线圈7-3上感应的电压下降为止的时间(在次级线圈7-2中流通电流的次级电流导通时间)。
校正电路22连接保持电路10-2的输出级，进行校正，使保持电路10-2保持的电压在次级电流检测电路24检测出的次级电流导通时间中降低，如图2所示。即，校正电路22使电容器21在变压器7的次级线圈7-2流通电流的时间中放电。
输出电压检测电路10将校正电路22校正后的电压VB作为次级侧的输出电压反馈到控制电路9。
另一方面，控制电路9控制复原电路23的复原运作，在开关元件8阻断后一定时间中，将保持电路10-2保持的电压VB复原。利用此复原运作，使保持电路10-2上次产生的电压VB部分复原。
具体而言，如图1所示复原电路23由N沟道MOS FET组成。控制电路9在开关元件8阻断后开始的一定时间中(复原时间)使N沟道MOS FET为导通状态，在该导通时间中使电容器21放电，从而电压VB成为接地电位。此复原时间后，启动保持电路10-2的电压VA的峰值检测。
控制电路9为了控制成负载15的端电压恒定，根据校正后的电压VB进行开关元件8的通断控制(PWM控制、间歇控制等)。
本实施方式1的绝缘型开关电源中，电容器5的端电压成为控制电路9、校正电路22和次级电流导通检测电路24的电源电压。
根据实施方式1，不拘控制电路的开关元件通断控制方式，总能高精度检测出次级侧的输出电压。
根据本实施方式1，不拘次级侧的输出功率大小，总能高精度检测出次级侧的输出电压。
因此，根据本实施方式1，能取得良好的负载调节特性。
根据本实施方式1，不需要通常的由光耦合器和并联调压器构成的反馈电路，能同时实现整个装置的小型化和低成本化。
用同一衬底上形成的1个半导体组件(半导体器件)构成图1中所示的25包围的部分，则不拘该半导体组件内的芯片数量，总能实现开关电源的小型化。
实施方式2
图3示出具有本发明实施方式2的输出电压检测电路的绝缘型开关电源。其中，对与根据图1、图8说明的构件相同的构件标注相同的标号，省略说明。
图3中，校正电路22包含连接电容器5的恒流源26、连接保持电路10-2具有的电容器21的N沟道MOS FET 27、与N沟道MOS FET 27一起形成电流镜电路的N沟道MOS FET 28以及连接在恒流源26与N沟道MOS FET 28之间并根据来自次级电流检测电路24的信号进行通断的P沟道MOS FET 29。
此校正电路22在次级电流导通时间中，使P沟道MOS TEF 29导通，从而恒流源26与电流镜电路导通，使电容器21以预定的恒定电流值放电。利用此校正电路22的运作，在次级电流导通时间中，使保持电路10-2保持的电压VB降低。
实施方式3
图4示出具有本发明实施方式3的输出电压检测电路的绝缘型开关电源。其中，对与根据图1、图8说明的构件相同的构件标注相同的标号，省略说明。图4所示的输出电压检测电路10，其校正电路22的电路组成与上述实施方式2不同。
图4中，校正电路22包含连接电压波形加工电路10-1具有的电阻18的N沟道MOS FET 30、与N沟道MOS FET 30一起形成电流镜电路的N沟道MOSFET 31以及连接在N沟道MOS FET 31与保持电路10-2具有的电容器21之间并根据来自次级电流检测电路24的信号进行通断的P沟道MOS FET 29。
此校正电路22在次级电流导通时间中，使P沟道MOS FET 29为导通状态，从而电流镜电路导通，使电容器21以与流通电阻18的电流成正比的电流进行放电。利用此校正电路22的运作，在次级电流导通时间中，使保持电路10-2保持的电压VB降低。由于电阻18上流通的电流与变压器7的次级线圈7-2流通的电流成正比，能作精度较高的校正。
实施方式4
图5示出具有本发明实施方式4的输出电压检测电路的绝缘型开关电源。其中，对与根据图1、图8说明的构件相同的构件标注相同的标号，省略说明。图5所示的输出电压检测电路10与上述实施方式1的不同点是电压波形加工电路10-1中添加电容器32。
图6示出图5所示绝缘型开关电源在负载小时和负载大时的各点的电压波形。图6中，DRAIN是开关元件8的高电位侧电压，VA是电压波形加工电路10-1产生的电压，VB是保持电路10-2产生的电压。
上述实施方式1的输出电压检测电路中，如图2的VA所示，在复原时间中，产生变压器7的泄漏电感引起的振荡。因此，变压器7的泄漏电感偏差大时，变压器7的泄漏电感造成的振荡产生得超过复原时间，使保持电路10-2的输出电压VB受到振荡的影响，有可能进行不了正确的输出电压检测。
因此，如图5所示，在电压波形加工电路10-1的内部添加使辅助线圈7-3上感应的电压的上升波形平缓用的电容器32。利用此电容器32，如图6的VA所示，将辅助线圈7-3上感应的电压加工成消除变压器7的泄漏电感造成的振荡分量的波形。因而，保持电路10-2产生的输出电压VB不受振荡的影响，所以能实现稳定的输出电压检测。
实施方式5
图7示出具有本发明实施方式5的输出电压检测电路的绝缘型开关电源。其中，对与根据图1、图8说明的构件相同的构件标注相同的标号，省略说明。该开关电源与上述其它实施方式的不同点是：次级电流检测电路24与变压器7的辅助线圈7-3的连接点通过二极管33与电容器5连接。
上述其它实施方式中，调压器4进行工作，以便根据对初级线圈施加的电压(输入电压)进行电容器5的充电，使电容器5的端电压总为恒定值VCC，从而产生控制电路9和输出电压检测电路10进行工作的电源电压(工作电压)。
与此相反，该开关电源中，工作电压大于等于恒定值时，根据变压器7的辅助线圈7-3上感应的电压进行对电容器5的供电(充电)。
具体而言，辅助线圈7-3的峰值电压(图7所示电路中为电容器5的端电压)上叠加二极管33的正向电压后得到的电压大于等于恒定值VCC时，控制电路9使调压器2的工作电压停止产生，并进行从辅助线圈7-3通过二极管33对电容器5的供电，从而产生工作电压。
这样，使工作中在初级侧消耗的功率减小，因而同时能实现节省能量。
综上所述，根据实施方式1至实施方式5，能在利用电磁感应现象的具有输出电压检测电路的装置中，提高检测精度，同时实现控制稳定和装置小型化。
根据实施方式1至实施方式5，还能使具有输出电压检测电路的装置在低输出的装置和高输出的装置中都适用。

Claims (19)

1、一种输出电压检测电路，编入绝缘型开关电源，该绝缘型开关电源包含具有初级线圈、次级线圈和辅助线圈的变压器、
连接所述初级线圈的开关元件、以及
进行所述开关元件的通断控制的控制电路，
根据所述辅助线圈产生的电压，产生作为次级输出电压检测值的检测电压，并反馈到所述控制电路，
其特征在于，具有
连接所述辅助线圈，并检测出所述次级线圈流通电流的时间的次级电流检测电路；
连接所述辅助线圈，并对所述辅助线圈产生的电压波形进行加工的电压波形加工电路；
连接所述电压波形加工电路的输出级，以保持所述电压波形加工电路加工的电压的峰值电压的保持电路；
连接所述保持电路的输出级，并在所述次级电流检测电路检测出的时间中校正所述保持电路保持的峰值电压，以产生所述检测电压的校正电路；以及
在所述次级线圈流通电流开始后一定时间中，使所述校正电路产生的所述检测电压复原的复原电路。
2、如权利要求1中所述的输出电压检测电路，其特征在于，
所述电压波形加工电路具有二极管。
3、如权利要求2中所述的输出电压检测电路，其特征在于，
所述电压波形加工电路具有使所述辅助线圈产生的电压上升波形平缓用的电容器。
4、如权利要求1中所述的输出电压检测电路，其特征在于，
所述保持电路具有二极管和电容器，并输出该电容器的两端电压。
5、如权利要求4中所述的输出电压检测电路，其特征在于，
所述校正电路以预定电流值对所述保持电路具有的电容器进行放电。
6、如权利要求4中所述的输出电压检测电路，其特征在于，
所述校正电路以所述辅助线圈流通的电流值对所述保持电路具有的电容器进行放电。
7、一种绝缘型开关电源，其特征在于，包含
具有初级线圈、次级线圈和辅助线圈的变压器、
连接所述初级线圈的开关元件、
进行所述开关元件的通断控制的控制电路、以及
权利要求1中所述的输出电压检测电路，而且包含
根据施加在所述初级线圈的输入电压，产生所述控制电路和所述输出电压检测电路的工作电压的调压器。
8、一种绝缘型开关电源，其特征在于，包含
具有初级线圈、次级线圈和辅助线圈的变压器、
连接所述初级线圈的开关元件、
进行所述开关元件的通断控制的控制电路、以及
权利要求2中所述的输出电压检测电路，而且包含
根据施加在所述初级线圈的输入电压，产生所述控制电路和所述输出电压检测电路的工作电压的调压器。
9、一种绝缘型开关电源，其特征在于，包含
具有初级线圈、次级线圈和辅助线圈的变压器、
连接所述初级线圈的开关元件、
进行所述开关元件的通断控制的控制电路、以及
权利要求3中所述的输出电压检测电路，而且包含
根据施加在所述初级线圈的输入电压，产生所述控制电路和所述输出电压检测电路的工作电压的调压器。
10、一种绝缘型开关电源，其特征在于，包含
具有初级线圈、次级线圈和辅助线圈的变压器、
连接所述初级线圈的开关元件、
进行所述开关元件的通断控制的控制电路、以及
权利要求4中所述的输出电压检测电路，而且包含
根据施加在所述初级线圈的输入电压，产生所述控制电路和所述输出电压检测电路的工作电压的调压器。
11、一种绝缘型开关电源，其特征在于，包含
具有初级线圈、次级线圈和辅助线圈的变压器、
连接所述初级线圈的开关元件、
进行所述开关元件的通断控制的控制电路、以及
权利要求5中所述的输出电压检测电路，而且包含
根据施加在所述初级线圈的输入电压，产生所述控制电路和所述输出电压检测电路的工作电压的调压器。
12、一种绝缘型开关电源，其特征在于，包含
具有初级线圈、次级线圈和辅助线圈的变压器、
连接所述初级线圈的开关元件、
进行所述开关元件的通断控制的控制电路、以及
权利要求6中所述的输出电压检测电路，而且包含
根据施加在所述初级线圈的输入电压，产生所述控制电路和所述输出电压检测电路的工作电压的调压器。
13、如权利要求7中所述的绝缘型开关电源，其特征在于，
所述调压器产生的工作电压大于等于一定值时，所述控制电路使所述调压器停止产生工作电压，并根据所述辅助线圈产生的电压，产生工作电压。
14、一种半导体器件，其特征在于，
在同一衬底上形成权利要求7中所述的输出电压检测电路、控制电路和调压器。
15、一种半导体器件，其特征在于，
在同一衬底上形成权利要求8中所述的输出电压检测电路、控制电路和调压器。
16、一种半导体器件，其特征在于，
在同一衬底上形成权利要求9中所述的输出电压检测电路、控制电路和调压器。
17、一种半导体器件，其特征在于，
在同一衬底上形成权利要求10中所述的输出电压检测电路、控制电路和调压器。
18、一种半导体器件，其特征在于，
在同一衬底上形成权利要求11中所述的输出电压检测电路、控制电路和调压器。
19、一种半导体器件，其特征在于，
在同一衬底上形成权利要求12中所述的输出电压检测电路、控制电路和调压器。
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