TWI323549B - - Google Patents

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1323549 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係針對將直流輸入電壓轉換爲期望電壓，而供 給至電子機器的切換電源；尤其有關於進行同步整流的同 步整流切換電源電路。 【先前技術】 做爲先前之切換電源裝置10，例如有第6圖所示的電 源電路裝置。此切換電源裝置10,係於直流輸入電源1之 端子la、lb之間，係直列連接有變壓器2之1次線圈2a 與主切換元件3，而變壓器2之正極側端子連接於直流輸 入電源1之正極側端子la，變壓器2之負極側端子連接於 主切換元件3。主切換元件3 ’係以MOS-FET等半導體元 件所構成。更且直流輸入電源1之端子la、lb之間，直 列連接有阻抗2 1、22，而阻抗21、22之中間點則經由阻 抗24連接有主切換元件3的閘極。 更且變壓器2設置有輔助線圈2b，輔助線圈2b之正 極側端子連接於阻抗25和電容器11構成的直列電路；而 電容器11另一方之端子連接於直流輸入電源1之負極側 端子lb，同時連接於輔助線圈2b之負極側端子。輔助線 圈2b之正極側端子，係連接於電容器12和阻抗23構成 之直列電路，而阻抗23之另一方端子則經由阻抗24，連 接於主切換元件3的閘極。 主切換元件3的閘極，係經由阻抗24而連接於切換 -4- 1323549 控制用電晶體5的集極，電晶體5之射極係連接於直流輸 入電源1之負極側端子lb，基極則連接於阻抗25和電容 器1 1的中間點。然後電晶體5之集極和射極之間，連接 有後述的光耦合器的受光元件3 5b。又，主切換元件3之 閘極-源極之間，設置有電晶體5之集極側連接了陰極， 而陽極被連接於直流輸入電源1之負極側的二極體6。 另一方面，電晶體2之2次線圈2c，其負極側端子連 φ 接有整流用二極體4的陽極；陰極係連接於輸出電容器13 之一方之端子，同時連接於輸出端子20a。輸出電容器13 : 之另一方端子，係連接於2次線圈2c之正極側端子，同 ' 時經由阻抗38而連接於輸出端子20b。 輸出端子20a、20b之間，直列連接有輸出電壓檢測 用阻抗3 0、3 1，其中間點則連接有輸出電壓檢測電路3 2 之誤差放大器33a的反轉輸入端子。又，誤差放大器33a 的非反轉輸入端子，連接有輸出電壓的基準電壓34a。然 • 後誤差放大器33a的輸出，連接於光耦合器之發光二極體 35a的陰極。發光二極體35a之陽極，係經由阻抗36而連 接於輸出端子20a。 又阻抗3 8之一端，係經由輸出電流檢測電路3 7之輸 出電流設定用的基準電壓34b，而連接於誤差放大器33b 的非反轉輸入端子；阻抗38之其他端，則連接於誤差放 大器33b的反轉輸入端子。然後誤差放大器33b之輸出， 連接於發光二極體25a的陰極。 此切換電源裝置1〇之動作，係對MOS-FET之主切換 -5- 1323549 元件3的閘極，施加阻抗21、22之間的電壓，主切換元 件3藉由此電壓導通’以輔助線圏2b等，用阻抗25和電 容器11構成之積分電路被充電後的電位來導通電晶體5， 然後關閉主切換元件3，重複這個動作。然後在2次側， 於主切換元件3之導通期間，若輸出電容器13沒有被充 電，就關閉主切換元件3，則發生於2次線圈2c的馳回（ flyback)電壓，會造成儲存在2次線圈2c的能量對輸出 電容器13充電。 φ 此切換電源裝置10之輸出電壓及輸出電流的控制， 是藉由2次側輸出電壓檢測電路3 2、輸出電流檢測電路 ： 37，來開•關控制光耦合器之發光二極體35a;當發光二 極體35a導通則受光元件35b導通，而調整電容器11的 充電時間。依此’主切換元件3之導通時間，會在對輸出 側絕緣之狀態下被回授控制，而將主切換元件3之輸出電 壓及輸出電流控制成特定値。 【專利文件1】日本特開2000-350454號公報 Φ 【發明內容】 [發明所欲解決之課題] 上述先前技術中，被連接於輸出端子20a、20b的電 子機器，使其要求之電壓値或電流値被安定輸出地，在切 換電源裝置1〇內設定各電路常數。從而，會變成個別對 應所連接之電子機器的固定電源裝置，降低通用性；對於 每次電子機器的規格變更或新產品，必須有它使用的新電 -6- 1323549 源裝置，而有許多浪費。 此發明係有鑑於上述先前技術之問題點，其目的爲提 供一種即使被連接之電子機器所要求的電壓値或電流値不 同，亦可使用共通電源裝置，電路構造也簡單的同步整流 切換電源裝置。 [用以解決課題之手段] • 此發明，係一種同步整流切換電源電路，其中具備一 種電源裝置，其具有於直流輸入電源之兩端子間，直列連 接有變壓器之1次線圈與MOS-FET等主切換元件，上述 變壓器之2次線圈與2次側之MOS-FET等同步整流元件 則直列連接於輸出端子之間，藉由上述主切換元件之開· 關，以上述變壓器之2次側線圈所產生之電壓來充電的輸 出電容器；在連接有上述電源裝置而被供電之行動電話等 行動機器或其他電子機器，設置有對上述同步整流元件之 ® 控制輸入端子亦即閘極端子送出控制訊號的控制部，亦即 控制用1C ;於上述同步整流元件之導通期間，藉由上述輸 ' 出電容器之充電，和由上述輸出電容器經由上述變壓器對 上述直流輸入電源的電力重生，而將上述控制部所設定之 輸出電力供給至上述電子機器。 上述輸出電容器之兩端連接於上述電源裝置的輸出端 子，在上述電源裝置連接有上述電子機器的狀態下，上述 同步整流元件之控制輸入端子，會連接於輸出來自上述控 制部之控制訊號的控制端子。 1323549 又，此發明係於直流輸入電源之兩端子間，直列連接 有變壓器之1次線圈與主切換元件而構成電源裝置；將上 述變壓器之2次線圈，與對此2次線圈直列連接於輸出端 子之間的2次側同步整流元件，與藉由上述主切換元件之 開•關，而以上述變壓器之2次側線圈所產生之電壓來充 電的輸出電容器，設置在由上述電源裝置所供電的電子機 器側；在上述電子機器，設置有對上述同步整流元件之控 制輸入端子送出控制訊號的控制部：於上述同步整流元件 之導通期間，藉由上述輸出電容器之充電，和由上述輸出 電容器經由上述變壓器對上述直流輸入電源的電力重生， 而將上述控制部所設定之輸出電力供給至上述電子機器。 上述電源裝置與電子機器係上述變壓器的1次側與2次側 藉由磁性耦合來傳達能量者。 [發明效果] 此發明之同步整流切換電源電路，是即使被連接之電 子機器所要求的電壓値或電流値不同，亦可使用共通電源 裝置者。因此，可提供電路構造簡單而通用性也高的切換 電源裝置，又可不浪費而有效使用電源裝置。 【實施方式】 以下根據圖示，說明此發明的實施方式。第1圖，係 此發明一個實施方式中，表示馳回式同步整流切換電源電 路者；與第6圖所示電路相同之構造，係附加相同符號來 -8- 1323549 說明。此同步整流切換電源電路的電源裝置40，其1次側 電路與第6圖電路相同，於直流輸入電源1之端子la、lb 之間，直列連接有變壓器2之1次線圈2a與主切換元件3 ，而變壓器2之正極側端子連接於直流輸入電源1之正極 側端子la，變壓器2之負極側端子連接於主切換元件3。 主切換元件3，係以MOS-FET等電力控制用的半導體元件 所構成，而汲極連接於1次線圏2a之負極側端子，源極 • 連接於直流輸入電源1之負極側端子lb。更且直流輸入電 源1之端子1 a、1 b之間，直列連接有阻抗21、22，而阻 抗21、22之中間點則經由阻抗24連接有主切換元件3之 作爲控制輸入端子的閘極。 更且變壓器2設置有輔助線圈2b，輔助線圈2b之正 極側端子連接於阻抗25和電容器11構成的直列電路中， 阻抗25的端子。而電容器11另一方之端子連接於直流輸 入電源1之負極側端子lb，同時連接於輔助線圈2b之負 • 極側端子。輔助線圏2b之正極側端子，係連接於電容器 12和阻抗23構成之直列電路，而阻抗23之另一方端子則 ' 經由阻抗24，連接於主切換元件3的閘極。 主切換元件3的閘極，係經由阻抗24而連接於該電 源裝置之切換控制用電晶體5的集極，電晶體5之射極係 連接於直流輸入電源1之負極側端子lb，基極則連接於阻 抗25和電容器1 1的中間點。又，主切換元件3之閘極-源極之間連接有二極體6，電晶體5之集極側連接於二極 體6之陰極，而陽極被連接於直流輸入電源1之負極側。 -9- 1323549 又，電晶體2之2次線圈2c，其負極側端子連接有輸 出電容器13之一方之端子，2次線圏2c之正極側端子連 接於由MOS-FET所構成之同步整流元件7的汲極，同步 整流元件7之源極則連接於輸出電容器13之另一方端子 。輸出電容器13之兩端，係分別連接於此電源裝置40之 輸出端子51a、55a。 更且，電晶體2設置有輔助線圈2d，輔助線圈2d之 負極側端子連接有整流用二極體8的陽極，而陰極連接於 輸出控制用電力之輸出電容器14的一方端子。輔助線圈 2d兩端，更連接有阻抗26、27構成的直列電路，而阻抗 26、27的中間點連接於同步整流元件7之控制輸入端子， 亦即閘極。 此電源裝置40，除了輸出端子5 1a、55a之外，還具 有連接於輔助線圈2C之正極側端子的相位檢測端子52a ，和控制用電力之輸出端子53a，和連接於同步整流元件 7之閘極，來驅動控制同步整流元件7的控制端子54a » 連接於此電源裝置40之電子機器60，例如爲行動電 話等攜帶用終端裝置；而於電子機器60側，具備控制電 源裝置40之輸出電力的控制用IC41。電子機器60，係具 備分別對應電源裝置40之輸出端子51a、55a，並自由裝 卸而連接的端子5 1 b、5 5b ;更且，具備分別對應相位檢測 端子52a、控制用電力之輸出端子53a、控制端子54a，並 自由裝卸而連接的端子52b、53b、54b。端子51b、55b， 係聯繫於對電子機器60內之電路供給電力的輸出端子60a -10- 1323549 、6 0b，同時端子51b經由阻抗42而連接於控制用IC41 之未圖示的輸出電壓設定電路。又，端子55b和輸出端子 6 0b之間，設有阻抗38 :阻抗38之兩端，連接於控制用 IC4 1之未圖示的輸出電流設定電路。又，端子52b係連接 於控制用IC41之相位檢測用電路’端子5 3b連接於控制 用IC41之電源端子，端子54b，則連接於以控制用IC41 來控制同步整流元件7之導通期間，未圖示的控制輸出電 φ 路。 此實施方式之同步整流切換電源電路的動作，係對 MOS-FET之主切換元件3的閘極，施加阻抗21、22之間 的電壓，主切換元件3藉由此電壓導通，以輔助線圈2b， 用阻抗25和電容器11構成之積分電路被充電後的電位來 導通電晶體5，然後關閉主切換元件3，以一定週期重複 這個動作。然後在2次側，於主切換元件3之導通期間， 若輸出電容器13、14沒有被充電，就關閉主切換元件3， • 則發生於2次線圈2c及輔助線圈2d的馳回（flyback)電 壓，會造成儲存在2次線圈2c、輔助線圈2d的能量，對 ' 各個輸出電容器13、14充電。 此時，輸出電容器13中，若在來自2次線圏2c之能 量所造成的充電結束後，也導通同步整流元件7,則輸出 電容器13之電力，會經由同步整流元件7及2次線圈2c ，部分重生至1次側之直流輸入電源1。此實施方式中， 係利用此重生動作，來進行電源裝置40之輸出電壓及輸 出電流的控制。亦即電子機器60之控制用IC4 1，係經由 -11 - 1323549 控制端子54b、54a，控制對同步整流元件7之閘極施加電 壓的導通期間，然後使輸出電容器13之輸出電力，經由 同步整流元件7部分重生至1次側之直流輸入電源1，而 將輸出端子51a之輸出電壓控制爲以阻抗42所設定之電 壓値。同樣的，輸出電流也被控制爲以阻抗38所設定的 電流値。 其次針對此控制動作之例子，根據第2圖〜第4圖加 以說明。首先在電子機器60側有較輕負載，例如輸出電 壓6V、輸出電流0.01A的情況下，將來自第2圖（c)所 示之控制用IC41的控制訊號施加於控制端子54a，而設定 同步整流元件7之閘極的導通期間。此導通期間，因爲在 輸出電容器13以來自2次線圈2c之馳回電壓充電後也導 通，所以是輸出電容器13之輸出電壓成爲阻抗42所設定 之特定値的期間。依此，流動於2次線圏2c的電流會如 第2圖（b)所示，流動至正極方向後，於負極方向流有 重生電流。此時電子機器6 0之消耗電流相當微小，故會 重生有接近充電了輸出電容器13的電流的電流。然後流 動於1次線圈2a之電流，也會如第2圖（a)所示，隨著 主切換元件3之導通而於直流輸入電源1側流動重生電流 ’之後再於正極方向流動電流。然後輸出電壓，則如第2 圖（d)所不維持在特定的6V。 又’電子機器60側係最大負載狀態，例如輸出電壓 6V、輸出電流0.6A的情況下，將來自第3圖（c)所示之 控制用IC41的控制訊號施加於控制端子54a，而設定同步 -12- 1323549 整流元件7之閘極的導通期間。此導通期間， 輸出電容器13以來自2次線圏2c之馳回電壓 通，但相對上輸出電容器13之充電後的導通 從而，流動於2次線圈2c的電流會如第3圖 往正極方向流動較多，此時電子機器60之消 大，故將輸出電容器13充電後的重生電流較 特定的些許時間會於負極方向流動重生電流。 1次線圈2a之電流，也會如第3圖（a)所示 換元件3之導通而於直流輸入電源1側流動些 ，之後再於正極方向流動較多電流。此時輸出 第3圖（d)所示維持在特定的6V。又，使輸 出電流爲不同設定値的情況下，亦可由此重生 特定電流値、電壓値。 又，電子機器60沒有連接至電源裝置40 同步整流元件7之閘極電容會被輔助線圈2d ，而如第4圖（c)所示般使同步整流元件7 電壓，並同步整流元件7在主切換元件3導通 通。然後流動於2次線圈2c之電流，則如第< 示般正•負幾乎相等；流動於1次線圈2a之 如第4圖（a)所示般流動有重生電流，而幾 能量。又，施加於輸出端子51a之電壓，會成 2之線圈圈數比所決定的電壓。 若依此實施方式之同步整流切換電源電路 電子機器60側之控制端子54b的輸出，來控 雖然因爲在 充電後也導 期間較短。 (b )所示， 耗電流也較 少，而只有 然後流動於 ，隨著主切 許重生電流 電壓，亦如 出電壓、輸 動作來維持 之情況下， 之電壓充電 安定在導通 之前都會導 ♦圖（b)所 電流，也會 乎沒有消耗 爲以變壓器 ，則以來自 制同步整流 -13- 1323549 元件7之閘極的導通期間，使此導通期間中輸出電容器i 3 被充電的能量重生至1次側地，將輸出電壓、輸出電流做 爲特定値；故可共通電源裝置40側之電路，而對不同的 電子機器供給不同的電壓•電流。從而，可使電源裝置40 具有通用性，而可用一個電源裝置40對應各種電子機器 〇 另外，此發明之同步整流切換電源電路，除了上述實 施方式之外，亦可如第5圖所示，將電源裝置62側和電 子機器64側，分成變壓器2之1次線圈2a和2次線圈2c »此時，來自1次側之直流電壓源1的能量，會以線圏造 成的磁性耦合磁路來被傳導。其他電路構成，係與上述實 施方式相同。又1次線圈2a之兩端，係連接有保護用等 電容器15。 若依此實施方式，則可不設置接點而對電子機器64 供給能量；同時與上述實施方式相同的，可從電子機器64 側進行電流•電壓控制，而可提供高通用性的電源裝置6 2 〇 又此發明，並不限於上述實施方式的電源電路，而爲 可適當變更電路構造者。 【圖式簡單說明】 [第1圖]此發明一個實施方式中’同步整流切換電源 電路的槪略電路圖。 [第2圖]表示此實施方式之同步整流切換電源電路之 -14- 1323549 動作波形的槪略時序圖。 [第3圖]表示此實施方式之同步整流切換電源電路之 其他動作波形的槪略時序圖。 [第4圖]表示此實施方式之同步整流切換電源電路之 其他動作波形的槪略時序圖。 [第5圖]此發明其他實施方式中’同步整流切換電源 電路的槪略電路圖。 φ [第6圖]先前之同步整流切換電源裝置的槪略電路圖 〇 【主要元件符號說明】 1 -直流輸入電源 2 變壓器 2a 1次線圈 2b、2d 輔助線圈 _ 2c 2次線圈 3 主切換元件 5 電晶體 7 同步整流元件 13 輸出電容器 4〇 電源裝置

41 控制用1C 51a、55a 輸出端子 5 2a相位檢測端子 -15- 1323549 54a控制端子 60 電子機器

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Claims (1)

1323549 十、申請專利範圍 1. 一種同步整流切換電源電路，其特徵係具備一種 電源裝置，其具有於直流輸入電源之兩端子間，直列連接 有變壓器之1次線圈與主切換元件，上述變壓器之2次線 圈與2次側之同步整流元件則直列連接於輸出端子之間， 藉由上述主切換元件之開•關，以上述變壓器之2次側線 圈所產生之電壓來充電的輸出電容器；在連接有上述電源 φ 裝置而被供電之電子機器，設置有對上述同步整流元件之 控制輸入端子送出控制訊號的控制部；於上述同步整流元 件之導通期間，藉由上述輸出電容器之充電，和由上述輸 出電容器經由上述變壓器對上述直流輸入電源的電力重生 ，而將上述控制部所設定之輸出電力供給至上述電子機器 〇 2·.如申請專利範圍第1項所記載之同步整流切換電 源電路，其中，上述輸出電容器之兩端連接於上述電源裝 # 置的輸出端子，在上述電源裝置連接有上述電子機器的狀 態下，上述同步整流元件之控制輸入端子，會連接於輸出 * 來自上述控制部之控制訊號的控制端子者。 3. —種同步整流切換電源電路，其特徵係於直流輸 入電源之兩端子間，直列連接有變壓器之1次線圈與主切 換元件而構成電源裝置；將上述變壓器之2次線圈，與對 此2次線圈直列連接於輸出端子之間的2次側同步整流元 件，與藉由上述主切換元件之開•關，而以上述變壓器之 2次側線圈所產生之電壓來充電的輸出電容器，設置在由 -17- 1323549 上述電源裝置所供電的電子機器側；在上述電子機器，設 置有對上述同步整流元件之控制輸入端子送出控制訊號的 控制部；於上述同步整流元件之導通期間，藉由上述輸出 電容器之充電’和由上述輸出電容器經由上述變壓器對上 述直流輸入電源的電力重生’而將上述控制部所設定之輸 出電力供給至上述電子機器。 4.如申請專利範圍第3項所記載之同步整流切換電 源電路，其中，上述電源裝置和電子機器，係上述變壓器 之1次側與2次側藉由磁性耦合來傳達能量者。

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