專利名稱：開關(guān)電源單元及使用該開關(guān)電源單元的電子裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及開關(guān)電源單元，以及包括該開關(guān)電源單元的電子裝置。
背景技術(shù)：
對在例如打印機(jī)或傳真機(jī)在待機(jī)模式時(shí)，或該設(shè)備未執(zhí)行打印操作時(shí)降低能耗的需求在不斷增加。在各種類型的需求中，當(dāng)用于打印機(jī)或傳真機(jī)的電源單元處在待機(jī)模式，或處在輕負(fù)載模式時(shí)需要降低功耗。
然而，一般的瞬變(ringing)用扼流圈式變換器(RCC)型開關(guān)電源單元具有隨著負(fù)載的減小，開關(guān)頻率增加，并由此增加開關(guān)損耗這樣的特性。因此，很難在輕負(fù)載模式下降低能耗。
在例如日本待審查專利申請公開No.7-67335中公開了一種用于在輕負(fù)載模式下降低能耗的RCC型開關(guān)電源單元。日本待審查專利申請公開No.7-67335中公開的開關(guān)電源單元包括第一開關(guān)元件的控制端在輕負(fù)載模式下被強(qiáng)迫接地預(yù)定時(shí)間的電路。因此，延遲了第一開關(guān)元件的接通，以致將開關(guān)頻率維持在低于預(yù)定水平。據(jù)此降低輕負(fù)載模式下的能耗。
然而，日本待審查專利申請公開No.7-67335中公開的開關(guān)電源單元存在一個(gè)問題。由于開關(guān)頻率僅維持在低于預(yù)定水平，不能明顯地降低輕負(fù)載模式下的開關(guān)頻率。因此，不能明顯地降低能耗。
另外，存在的另一個(gè)問題在于開關(guān)頻率不能跟隨突然的負(fù)載變化。例如，如果將輕負(fù)載模式下的開關(guān)頻率設(shè)定成明顯不同于重負(fù)載模式下的開關(guān)頻率，開關(guān)頻率則不能跟隨從較輕的負(fù)載向較重的負(fù)載的突然變化。于是，可能造成電源的輸出降低或暫停。因此，存在著在輕負(fù)載模式下不能明顯地降低開關(guān)頻率的問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例提供了一種通過能夠在輕負(fù)載模式下明顯降低開關(guān)頻率來降低能耗的開關(guān)電源單元，以及包括該新開關(guān)電源單元的電子裝置。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，開關(guān)電源單元包括變壓器，該變壓器包括原邊繞組，次邊繞組，和反饋繞組；輸入電源；第一開關(guān)元件；設(shè)置在反饋繞組的一端和第一開關(guān)元件的控制端之間的控制電路；連接到次邊繞組的整流電路；和輸出電壓檢測電路，用于檢測從整流電路輸出的輸出電壓和向控制電路發(fā)送反饋信號。輸入電源和第一開關(guān)元件與原邊繞組串聯(lián)。控制電路包括接通周期控制電路，用于根據(jù)反饋信號，通過斷開處在接通狀態(tài)的第一開關(guān)元件來穩(wěn)定輸出電壓。控制電路還包括斷開周期控制電路，用于根據(jù)反饋信號，通過延遲第一開關(guān)元件的接通來穩(wěn)定輸出電壓。
優(yōu)選的是，在輕負(fù)載模式下，通過操作斷開周期控制電路以控制斷開周期來穩(wěn)定輸出電壓。優(yōu)選的是，在除輕負(fù)載模式之外的模式中，通過操作接通周期控制電路以控制接通周期來穩(wěn)定輸出電壓。
反饋信號可以包括用于控制接通周期控制電路的第一反饋信號，和用于控制斷開周期控制電路的第二反饋信號。輸出電壓檢測電路可以根據(jù)負(fù)載功率專門輸出第一反饋信號或第二反饋信號。
輸出電壓檢測電路可以包括用于輸出第一反饋信號的第一發(fā)光二極管，與第一發(fā)光二極管串聯(lián)的并聯(lián)調(diào)節(jié)器，和與第一發(fā)光二極管并聯(lián)的第一串聯(lián)電路。第一串聯(lián)電路可以包括第二發(fā)光二極管和恒定電壓源，可以以直到輸出電壓超過預(yù)定值為止，電流不流入第二發(fā)光二極管的方式設(shè)置該恒定電壓源。接通周期控制電路可以包括設(shè)置在第一開關(guān)元件的控制端與輸入側(cè)的地電位之間的第二開關(guān)元件，連接到第二開關(guān)元件的控制端并起到接通第二開關(guān)元件的作用的時(shí)間常數(shù)電路。時(shí)間常數(shù)電路可以包括具有電阻器的第二串聯(lián)電路和耦合到第一發(fā)光二極管的第一光電晶體管。優(yōu)選的是，以即使是大于或等于預(yù)定值的電流流入第一發(fā)光二極管時(shí)，流入第一光電晶體管的電流也很難改變的方式確定第二串聯(lián)電路中的電阻器的電阻值，從而使時(shí)間常數(shù)電路的時(shí)間常數(shù)不改變，接通周期控制電路不實(shí)際工作，以便穩(wěn)定輸出電壓。
輸出電壓檢測電路可以包括用于輸出第一反饋信號的第一發(fā)光二極管，與第一發(fā)光二極管串聯(lián)的開關(guān)，與包括第一發(fā)光二極管和該開關(guān)的串聯(lián)電路串聯(lián)的并聯(lián)調(diào)節(jié)器，和與包括第一發(fā)光二極管和該開關(guān)的串聯(lián)電路并聯(lián)的第一串聯(lián)電路。第一串聯(lián)電路可以包括第二發(fā)光二極管和恒定電壓源，以直到輸出電壓超過預(yù)定值為止，電流不流入第二發(fā)光二極管的方式設(shè)置該恒定電壓源。接通周期控制電路可以包括設(shè)置在第一開關(guān)元件的控制端與輸入側(cè)的地電位之間的第二開關(guān)元件，連接到第二開關(guān)元件的控制端并起到接通第二開關(guān)元件作用的時(shí)間常數(shù)電路。時(shí)間常數(shù)電路可以包括具有電阻器的第二串聯(lián)電路和耦合到第一發(fā)光二極管的第一光電晶體管。
斷開周期控制電路可以包括串聯(lián)在反饋繞組的一端和第一開關(guān)元件的控制端之間的第三開關(guān)元件。優(yōu)選的是，根據(jù)從輸出電壓檢測電路發(fā)送的第二反饋信號切換第三開關(guān)元件。
斷開周期控制電路可以包括耦合到第二發(fā)光二極管的第二光電晶體管。優(yōu)選的是，在第二光電晶體管的電阻是預(yù)定值或更小時(shí)，切換第三開關(guān)元件。
通過將第二光電晶體管的發(fā)射極連接到第二開關(guān)元件的控制端，可使第二光電晶體管的作為接通周期控制電路中的時(shí)間常數(shù)電路的一部分。
斷開周期控制電路可以包括具有電容器和耦合到第二發(fā)光二極管的第二光電晶體管的第三串聯(lián)電路。第三串聯(lián)電路可以在第一開關(guān)元件的斷開周期期間電流流動(dòng)的方向與反饋繞組并列。優(yōu)選的是，當(dāng)因反饋繞組中產(chǎn)生的電壓造成電容器的充電電壓為預(yù)定值或更大時(shí)，將第三開關(guān)元件斷開。
斷開周期控制電路可以包括用于限制施加到第一開關(guān)元件的控制端的電壓的限制電路。該限制電路可以包括第三開關(guān)元件。
開關(guān)電源單元可以進(jìn)一步包括利用反饋繞組中產(chǎn)生的電壓向斷開周期控制電路提供驅(qū)動(dòng)電壓的DC電壓源，和設(shè)置在輸入電源和DC電壓源的輸出端之間的并具有防止反向電流的功能的恒定電壓調(diào)節(jié)器。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的電子裝置包括根據(jù)上述優(yōu)選實(shí)施例的這種新開關(guān)電源。
在根據(jù)本發(fā)明各種優(yōu)選實(shí)施例的開關(guān)電源單元中，為了保持輸出電壓恒定，根據(jù)從輸出電壓檢測電路發(fā)送的反饋信號，以額定負(fù)載模式或重負(fù)載模式執(zhí)行第一開關(guān)元件的接通周期控制，以輕負(fù)載模式執(zhí)行第一開關(guān)元件的斷開周期控制。因此，降低了輕負(fù)載模式下的開關(guān)頻率，從而實(shí)現(xiàn)了開關(guān)損耗的減小。另外，在額定負(fù)載或重負(fù)載模式下，相對提高開關(guān)頻率或防止開關(guān)頻率降低，由此防止傳導(dǎo)損耗的增加。
另外，在根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的電子裝置中，利用根據(jù)本發(fā)明其它優(yōu)選實(shí)施例的開關(guān)單元單元實(shí)現(xiàn)效率的改善。
從下面參考附圖對優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述將使本發(fā)明的其它特性，元件，特征和優(yōu)點(diǎn)變得更清楚。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的開關(guān)電源單元的電路圖；圖2是包括表示圖1所示的開關(guān)電源單元的預(yù)定點(diǎn)中的負(fù)載狀況與其電壓波形之間的關(guān)系的特征示意圖；圖3是表示圖1所示的開關(guān)電源單元的負(fù)載電流和開關(guān)頻率之間的關(guān)系的特征示意圖；圖4是表示圖1所示的開關(guān)電源單元的負(fù)載電流和開關(guān)電源單元的效率之間的關(guān)系的特征示意圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施例的開關(guān)電源單元的電路圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明第三優(yōu)選實(shí)施例的開關(guān)電源單元的電路圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明第四優(yōu)選實(shí)施例的開關(guān)電源單元的電路圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明第五優(yōu)選實(shí)施例的開關(guān)電源單元的電路圖的主要部分；圖9是表示圖8所示主要部分的開關(guān)電源單元的剩余部分的電路圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明第六優(yōu)選實(shí)施例的開關(guān)電源單元的電路圖；和圖11是根據(jù)本發(fā)明第七優(yōu)選實(shí)施例的電子裝置的透視圖。
具體實(shí)施例方式
第一優(yōu)選實(shí)施例圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的開關(guān)電源單元1的電路圖。參考圖1，開關(guān)電源單元最好包括具有原邊繞組N1，次邊繞組N2，和反饋繞組N3的變壓器T；作為輸入電源的DC電源，DC電源Vcc的一端連接到原邊繞組N1的一端；第一開關(guān)元件Q1，包括金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)，并連接在原邊繞組N1的另一端與DC電源Vcc的另一端之間；連接在次邊繞組N2與輸出端Po之間的整流電路2；連接到輸出端Po的電壓檢測電路3；和設(shè)置在反饋繞組N3的一端與第一開關(guān)元件Q1的作為控制端的柵極之間的控制電路4。在此，DC電源Vcc的另一端在輸入側(cè)接地。
整流電路2最好包括連接到次邊繞組N2的一端的二極管D1和連接在二極管D1的陰極與次邊繞組N2的另一端之間的平滑電容器C1。在此，次邊繞組N2的另一端在輸出側(cè)接地。
輸出電壓檢測電路3最好包括在輸出端Po與輸出側(cè)的地電位之間相互串聯(lián)的電阻器R1，第一發(fā)光二極管PD1，和并聯(lián)調(diào)節(jié)器SR；在輸出端Po與輸出側(cè)的地電位之間相互串聯(lián)的電阻器R3和電阻器R4；電阻器R2；包括第二發(fā)光二極管PD2和齊納二極管D2的第一串聯(lián)電路7；電阻器R5；和電容器C2。第一串聯(lián)電路7與電阻器R2串聯(lián)，并與電阻器R1和第一發(fā)光二極管PD1并聯(lián)。另外，電阻器R5與電容器C2串聯(lián)。電阻器R5的一端連接到第一發(fā)光二極管PD1與并聯(lián)調(diào)節(jié)器SR之間的節(jié)點(diǎn)，電阻器R5的另一端連接到電阻器R2與電阻器R3之間的節(jié)點(diǎn)。電阻器R2與電阻器R3之間的節(jié)點(diǎn)連接到并聯(lián)調(diào)節(jié)器SR的控制端。電阻器R5和電容器C2作為并聯(lián)調(diào)節(jié)器SR的負(fù)反饋電路。
控制電路4最好包括連接到第一開關(guān)元件Q1的柵極的接通周期控制電路5；在反饋繞組N3的一端與第一開關(guān)元件Q1的柵極之間相互串聯(lián)電容器C3和斷開周期控制電路6；和連接在DC電源Vcc的一端與電容器C3和斷開周期控制電路6之間的節(jié)點(diǎn)之間的起動(dòng)電阻器R6。
接通周期控制電路5優(yōu)選包括作為NPN晶體管的第二開關(guān)元件Q2；電阻器R7；二極管D3；包括電阻器R8和第一光電晶體管PT1的第二串聯(lián)電路8；電阻器R9；和電容器C4。第二開關(guān)元件Q2的集電極和發(fā)射極分別連接到第一開關(guān)元件Q1的柵極和源極。電阻器R7連接在反饋繞組N3的一端與第二開關(guān)元件Q2的作為控制端的基極之間。另外，二極管D3和第二串聯(lián)電路8相互串聯(lián)在反饋繞組N3的一端和第二開關(guān)元件Q2的基極之間。電阻器R9和電容器C4各連接在第二開關(guān)元件Q2的基極和發(fā)射極之間。第一光電晶體管PT1和第一發(fā)光二極管PD1作為光電耦合器。用第一反饋信號代表經(jīng)包括第一光電晶體管PT1和第一發(fā)光二極管PD1的光電耦合器，從輸出電壓檢測電路3發(fā)送到接通周期控制電路5的反饋信號。
斷開周期控制電路6包括作為PNP晶體管的第三開關(guān)元件Q3；電容器C5；NPN晶體管Q4；電阻器R10；電阻器R11；電容器C6；第二光電晶體管PT2；二極管D10；電容器C9；和電阻器R21。第三開關(guān)元件Q3的發(fā)射極和集電極分別連接到電容器C3和第一開關(guān)元件Q1的柵極。第三開關(guān)元件Q3的基極通過電阻器R10連接到晶體管Q4的集電極。晶體管Q4的發(fā)射極連接到在輸入側(cè)的地。晶體管Q4的基極通過電阻器R11連接到晶體管Q3的發(fā)射極。晶體管Q4的基極還通過電容器C6和第二光電晶體管PT2連接到在輸入側(cè)的地。第二光電晶體管PT2和第二發(fā)光二極管PD2作為一個(gè)光電耦合器。用第二反饋信號代表經(jīng)包括第二光電晶體管PT2和第二發(fā)光二極管PD2的光電耦合器，從輸出電壓檢測電路3發(fā)送到斷開周期控制電路6的反饋信號。另外，反饋繞組N3的一端通過二極管D10和電容器C9并按照該順序連接到反饋繞組N3的另一端。二極管D10與電容器C9之間的節(jié)點(diǎn)通過電阻器R21連接到晶體管Q4的基極。
電阻器R12連接在第一開關(guān)元件Q1的柵極和漏極之間。電阻器R12降低第一開關(guān)元件Q1的柵極和漏極之間的阻抗，從而防止因浪涌或其它情況而接通第一開關(guān)元件Q1。
首先，描述具有上述配置的開關(guān)電源單元1在除輕負(fù)載模式外的額定負(fù)載模式，重負(fù)載模式等下的操作。除非另有說明，術(shù)語“重負(fù)載模式”包括下面解釋的額定負(fù)載模式。
在開關(guān)電源單元1中，當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)元件Q1接通時(shí)，由流入原邊繞組N1的電流在變壓器T中存儲(chǔ)磁能，當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)元件Q1斷開時(shí)，磁能使電流經(jīng)整流電路2從次邊繞組N2流到連接到輸出端Po的負(fù)載。在輸出電壓檢測電路3中，根據(jù)負(fù)載功率，隨著負(fù)載的減小，較大的電流流入第一發(fā)光二極管PD1。在重負(fù)載模式，設(shè)定輸出電壓檢測電路3，以使由該電流在電阻器R1和第一發(fā)光二極管PD1上產(chǎn)生的電壓降不超過齊納二極管D2的齊納電壓。因此，在重負(fù)載模式中，雖然電流流入第一發(fā)光二極管PD1，電流不流入第二發(fā)光二極管PD2。
如果電流不流入第二發(fā)光二極管PD2，則不輸出第二反饋信號。因此，斷開周期控制電路6中的第二光電晶體管PT2保持?jǐn)嚅_。從由二極管D10和電容器C9定義的整流電路經(jīng)電阻器R21流動(dòng)的電流對電容器C6充電。當(dāng)反饋繞組N3的電壓為負(fù)時(shí)，電容器C6通過電阻器R11和第二光電晶體管PT2放電。然而，由于第二光電晶體管PT2斷開，僅從電容器C6釋放很少量的電荷，只產(chǎn)生較小的電壓降。于是，電容器C6總是處在充電狀態(tài)。電容器C6的充電電壓使晶體管Q4導(dǎo)通，第三開關(guān)元件Q3也因此導(dǎo)通。由于沒有出現(xiàn)從次邊繞組N2流動(dòng)的電流而在反饋繞組N3中產(chǎn)生回掃電壓。由于第三開關(guān)元件Q3接通，不能防止該回掃電壓從反饋繞組N3施加到第一開關(guān)元件Q1的柵極。因此，當(dāng)負(fù)載等于或比額定負(fù)載重時(shí)，斷開周期控制電路6不操作。
相反，根據(jù)負(fù)載的大小，由于隨著負(fù)載被減小，較大的電流流入第一發(fā)光二極管PD1，接通周期控制電路5中的第一光電晶體管PT1根據(jù)該第一反饋信號作為具有電阻值的電阻器，該電阻值隨著負(fù)載被減小而降低，隨著流入第一發(fā)光二極管PD1的電流而增加。
另外，在接通周期控制電路5中，第一開關(guān)元件Q1接通之后，由反饋繞組N3中產(chǎn)生的電壓對電容器C4充電。當(dāng)充電電壓達(dá)到第二開關(guān)元件Q2的閾值電平時(shí)，第二開關(guān)元件Q2接通，并由此使第一開關(guān)元件Q1斷開。換句話說，接通周期控制電路5起到控制第一開關(guān)元件Q1接通時(shí)的周期的作用。
由流經(jīng)二極管D3和第二串聯(lián)電路8(電阻器R8和第一光電晶體管PT1)的電流以及從反饋繞組N3流經(jīng)電阻器R7的電流對電容器C4充電。如上所述，第一光電晶體管PT1根據(jù)第一反饋信號起到具有電阻值的電阻器的作用，該電阻值隨著負(fù)載的減小而降低。因此，隨著負(fù)載被減小，流入第一光電晶體管PT1的電流增加，電容器C4的充電速度也因此增加。所增加的電容器C4的充電速度使第二開關(guān)元件Q2在較短的時(shí)間內(nèi)接通。于是，第一開關(guān)元件Q1迅速斷開。其結(jié)果是，減小了第一開關(guān)元件Q1的接通周期。因此，在重負(fù)載模式下，隨著負(fù)載被減小，接通周期控制電路5減小第一開關(guān)元件Q1的接通周期，以使輸出電壓保持恒定。
在第一開關(guān)元件Q1斷開的同時(shí)，在反饋繞組N3中產(chǎn)生反向電壓。于是，電容器C4中的電荷放電。因此，可重復(fù)上述操作。
在開關(guān)電源單元1中，如上所述，在重負(fù)載模式下，通過控制接通周期來穩(wěn)定輸出電壓。這種情況下，由于斷開周期控制電路6不操作，來自反饋繞組N3的回掃電壓使第一開關(guān)元件Q1接通。于是，在開關(guān)電源單元1中，當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)元件Q1接通時(shí)，電流流入原邊繞組N1。在第一開關(guān)元件Q1斷開并且沒有電流流入原邊繞組N1的同時(shí)，電流從次邊繞組N2流動(dòng)。然后，在沒有電流從次邊繞組N2流動(dòng)的同時(shí)，第一開關(guān)元件Q1接通，于是電流流入原邊繞組N1。因此，上述操作以臨界電流模式重復(fù)。
接下來，描述輕負(fù)載模式下開關(guān)電源單元1的操作。
在接通周期控制電路5中，第一光電晶體管PT1根據(jù)第一反饋信號起到電阻器的作用。然而，當(dāng)?shù)谝还怆娋w管PT1的電阻值明顯低于與第一光電晶體管PT1串聯(lián)的電阻器R8的電阻值時(shí)，第一光電晶體管PT1的電阻值的改變不影響接通周期控制電路5的操作。具體地說，雖然因較輕的負(fù)載使第一光電晶體管PT1的電阻值明顯降低造成增加的電流流入第一發(fā)光二極管PD1，第二串聯(lián)電路8的阻抗因電阻器R8的出現(xiàn)而不落到電阻器R8的電阻值以下。因此，由于不能進(jìn)一步減小接通周期，接通周期控制電路5不再起到控制接通周期的電路的作用。這意味著盡管第一發(fā)光二極管PD1發(fā)光，不實(shí)際輸出第一反饋信號。因此，電阻器R8的電阻值必須被設(shè)定成比未提供用于控制斷開模式的電路的情況的電阻值高。
當(dāng)盡管是輕負(fù)載，但接通周期控制電路5不工作時(shí)，由于不能進(jìn)一步減小接通周期，開關(guān)電源單元1變得失去控制，輸出電壓突然增加。此時(shí)，向由輸出電壓檢測電路3中的電阻器R1和第一發(fā)光二極管PD1定義的串聯(lián)電路施加比齊納二極管D2的齊納電壓高的電壓。于是，更大的電流流入第一發(fā)光二極管PD1。另外，與該負(fù)載的大小對應(yīng)的電流流入第二發(fā)光二極管PD2，并輸出第二反饋信號。
在斷開周期控制電路6，第二光電晶體管PT2由第二反饋信號接通并作為具有基于第二反饋信號的電阻值的電阻器。這種情況下，在第一開關(guān)元件Q1的斷開周期期間，電容器C6中的電荷通過電阻器R11和第二光電晶體管PT2放電。充電電壓落入晶體管Q4的閾值等級或更低，并且晶體管Q4被截止。于是，第三開關(guān)元件Q3也截止。作為該結(jié)果，雖然沒有從次級繞組N2流動(dòng)的電流在反饋繞組N3中產(chǎn)生反饋電壓，阻止了反饋電壓被施加到第一開關(guān)元件Q1的柵極。不向第一開關(guān)元件Q1的柵極施加反饋電壓是指阻止第一開關(guān)元件Q1的導(dǎo)通，以便延長斷開周期。
通過二極管D1釋放變壓器T的能量后，反饋繞組N3的電壓從負(fù)變到瞬變(ringing)。由于反饋繞組N3的電壓不為負(fù)，電容器C6不通過電阻器R11放電。于是，起動(dòng)電容器C6以便根據(jù)從電阻器R21，第二光電晶體管PT2，和電容器C6確定的時(shí)間常數(shù)再次充電。因此，電容器C6的充電電壓的增加導(dǎo)致晶體管Q4導(dǎo)通，并由此使第三開關(guān)元件Q3接通。當(dāng)?shù)谌_關(guān)元件Q3接通時(shí)，由電容器C3中存儲(chǔ)的電荷增加第三開關(guān)元件Q3集電極電壓，或第一開關(guān)元件Q1的柵極電壓，并接通第一開關(guān)元件Q1。因此，斷開周期控制電路6根據(jù)第二反饋信號來控制第一開關(guān)元件Q1的斷開周期。
隨著負(fù)載的減小，增加了流入第二發(fā)光二極管PD2的電流并減小了第二光電晶體管PT2的電阻值。于是需要更長的時(shí)間將電容器C6充電到使晶體管Q4導(dǎo)通的程度。其結(jié)果是，隨著負(fù)載的減小，第一開關(guān)元件Q1的斷開周期增加。通過斷開周期控制電路6的這種功能，可使輸出電壓保持恒定。這種情況下，開關(guān)電源單元1以間斷電流的模式工作。
由于如上所述進(jìn)行斷開周期控制，開關(guān)電源單元1在輕負(fù)載模式以間斷電流的模式工作。通過進(jìn)行斷開周期控制，開關(guān)電源單元不可避免地以間斷電流的模式工作。于是，如果斷開周期控制電路6在沒有接通周期控制電路5的重負(fù)載模式中工作，即使在重負(fù)載模式執(zhí)行斷開周期控制。如果執(zhí)行斷開周期控制，開關(guān)頻率根據(jù)負(fù)載的增加而增加，與正常的RCC類型相反。在開關(guān)電源單元中，由于開關(guān)損耗在較輕的負(fù)載模式中相對增加，在較輕的負(fù)載模式中希望更低的開關(guān)頻率。相反，由于導(dǎo)電損耗在較重的負(fù)載模式中相對增加，在較重的負(fù)載模式中希望更高的開關(guān)頻率。斷開周期控制滿足這些要求。
然而，當(dāng)控制斷開周期時(shí)，開關(guān)電源單元總是以間斷電流的模式工作。因此，存在著對增加開關(guān)頻率的限制。此外，為了明顯地降低輕負(fù)載模式中的開關(guān)頻率，重負(fù)載模式中的開關(guān)頻率變得比正常RCC類型更低。于是，可能增加導(dǎo)電損耗。在開關(guān)電源單元1中，僅在輕負(fù)載模式進(jìn)行斷開周期控制防止了該問題。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的開關(guān)電源單元1中的第一開關(guān)元件Q1的漏極和源極之間的電壓Vds，電容器C6兩端的電壓Vc6，和電容器C4兩端的電壓Vc4的時(shí)間變化波形的測量結(jié)果。部分(a)表示執(zhí)行接通周期控制的額定負(fù)載模式。部分(b)表示由比額定負(fù)載輕的負(fù)載引起的剛好在從接通周期控制變到斷開周期控制前的狀態(tài)。部分(c)表示執(zhí)行斷開周期控制的輕負(fù)載模式。部分(d)表示更輕負(fù)載的幾乎無負(fù)載的模式。
如圖2的部分(a)和(b)所示，在接通周期的控制狀態(tài)下，斷開周期控制電路6中的電容器C6兩端的電壓Vc6近似恒定在使晶體管Q4導(dǎo)通的電平。這表明斷開周期控制電路6不工作。另外，圖2的部分(b)中的開關(guān)周期比圖2的部分(a)中的開關(guān)周期短。這表明接通周期控制電路5正在工作。另外，圖2的部分(a)和(b)表示當(dāng)電容器C4的充電電壓Vc4達(dá)到峰值時(shí)接通第二開關(guān)元件Q2(斷開第一開關(guān)元件Q1)。通過部分(a)和(b)與部分(c)和(d)的比較可以清楚，由于電壓Vds在部分(a)和(b)中不呈現(xiàn)瞬變，因此開關(guān)電源單元1正在以連續(xù)電流的模式工作。
如圖2的部分(c)和(d)所示，斷開周期控制電路6中的電容器C6兩端的電壓Vc6在輕負(fù)載模式下定期改變。這表示斷開周期控制電路6正在工作。電容器C6兩端的電壓Vc6在沒有電流從次邊繞組N2流動(dòng)，并且第一開關(guān)元件Q1之間的漏極和源極之間的電壓Vds開始瞬變時(shí)的時(shí)刻(在反饋繞組N3中產(chǎn)生反饋電壓時(shí))呈現(xiàn)最小值。這表明晶體管Q4處在斷開狀態(tài)，并且第三開關(guān)元件Q3處在斷開狀態(tài)，從而防止了反饋電壓施加到第一開關(guān)元件Q1的柵極。另外，通過該操作，開關(guān)電源單元1不可避免地以間斷電流的模式工作。
圖3和4分別示出通過與僅執(zhí)行斷開周期控制的情況相比，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的開關(guān)電源單元1中負(fù)載電流與開關(guān)頻率之間的關(guān)系以及負(fù)載電流與效率之間的關(guān)系。
如從圖3和4清楚看到的，在具有小負(fù)載電流的輕負(fù)載模式中，相對于開關(guān)頻率和效率而言，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例與只進(jìn)行斷開周期控制的情況之間沒有太大的差別。相反，對于比預(yù)定水平重或等于預(yù)定水平的負(fù)載，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中開關(guān)頻率比只進(jìn)行斷開周期控制的情況高，因此，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中獲得了更好的效率。
如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的開關(guān)電源單元1中，為了穩(wěn)定輸出電壓，以額定負(fù)載或更重負(fù)載的模式進(jìn)行接通周期控制，以較輕負(fù)載的模式進(jìn)行斷開周期控制。于是，在輕負(fù)載模式，明顯減小了開關(guān)頻率，以致降低了開關(guān)損耗。在額定負(fù)載模式或較重負(fù)載模式，防止了在斷開周期控制的影響下開關(guān)頻率的不必要的減小，從而防止了導(dǎo)電損耗的增加。
第二優(yōu)選實(shí)施例圖5是根據(jù)本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施例的開關(guān)電源單元10的電路圖。在圖5中，與圖1中相同或相似的元件被標(biāo)以相同的參考數(shù)字，并且不再重復(fù)對那些元件的描述。
圖5所示的開關(guān)電源單元10與圖1所示的開關(guān)電源單元1的區(qū)別僅在于斷開周期控制電路6中的第二光電晶體管PT2的發(fā)射極連接到接通周期控制電路5中的第二開關(guān)元件Q2的基極，而不是連接到在輸入側(cè)的地電位。
在具有如上所述配置的開關(guān)電源單元10中，在重負(fù)載模式，由于沒有電流流入第二發(fā)光二極管PD2，如同開關(guān)電源單元1中那樣，斷開周期控制電路6不工作，并執(zhí)行接通周期控制。
在輕負(fù)載模式，在圖1所示的開關(guān)電源單元1中，由于第一光電晶體管PT1的電阻值明顯低于電阻器R8的電阻值，實(shí)際上不從第一發(fā)光二極管PD1輸出第一反饋信號。電流流入第二發(fā)光二極管PD2，于是，操作斷開周期控制電路6。
相反，在開關(guān)電源單元10中，由于第二光電晶體管PT2的發(fā)射極連接到接通周期控制電路5中的第二開關(guān)元件Q2的基極，而不是連接到輸入側(cè)的地電位，流入第二光電晶體管PT2的電流也被用作接通控制電路5中的電容器C4的充電電流。更具體地說，第二光電晶體管PT2起到接通周期控制電路5中的時(shí)間常數(shù)電路的部分的作用。當(dāng)負(fù)載減小并且流入第二發(fā)光二極管PD2的電流增加時(shí)，流入第二光電晶體管PT2的電流也根據(jù)流入第二發(fā)光二極管PD2的電流而增加。因此，減小了電容器C4的充電時(shí)間。其結(jié)果是，在更短的時(shí)間內(nèi)接通第二開關(guān)元件Q2，并在更短的時(shí)間內(nèi)斷開第一開關(guān)元件Q1。換句話說，在輕負(fù)載模式，以輔助方式控制接通周期更短。這種情況下，在輕負(fù)載模式，開關(guān)電源單元10的開關(guān)頻率比開關(guān)電源單元1的開關(guān)頻率高。
在開關(guān)電源單元1中，由于在輕負(fù)載模式下僅進(jìn)行斷開周期控制，極輕的負(fù)載或無負(fù)載可能引起由于開關(guān)頻率的極度降低造成的噪聲。相反，在開關(guān)電源單元10中，在輕負(fù)載模式，以輔助方式進(jìn)行接通周期的控制以及斷開周期的控制。于是，可得到預(yù)定的開關(guān)頻率或更大，并可因此而防止噪聲。
第三優(yōu)選實(shí)施例圖6是根據(jù)本發(fā)明第三優(yōu)選實(shí)施例的開關(guān)電源單元20的電路圖。在圖6中，與圖1中相同或相似的元件被標(biāo)以相同的參考數(shù)字，并且不再重復(fù)對那些元件的描述。
圖6所示的開關(guān)電源單元20與圖1所示的開關(guān)電源單元1的區(qū)別僅在于提供控制電路21來代替控制電路4。在控制電路21中，選擇控制電路4中的起動(dòng)電阻器R6，并提供斷開周期控制電路22代替斷開周期控制電路6。接通周期控制電路5沒有變化。
斷開周期控制電路22最好包括作為一個(gè)NPN晶體管的第三開關(guān)元件Q5；實(shí)際上起到起動(dòng)電阻器作用的電阻器R12；齊納二極管D4；NPN晶體管Q6；電阻器R13，R14，和R15；電容器C7；第二光電晶體管PT2；和二極管D5。第三開關(guān)元件Q5的集電極和發(fā)射極分別連接到電容器C3和第一開關(guān)元件Q1的柵極。第三開關(guān)元件Q5的基極通過電阻器R12連接到DC電源Vcc的一端，并且還通過齊納二極管D4在輸入側(cè)接地。電阻器R13，二極管D5，第二光電晶體管PT2，和電容器C7相互串聯(lián)，并與反饋繞組N3并聯(lián)。第二光電晶體管PT2和電容器C7構(gòu)成第三串聯(lián)電路23。晶體管Q6的集電極連接到第三開關(guān)元件Q5的基極晶體管Q6的發(fā)射極連接到第二光電晶體管PT2和電容器C7之間的節(jié)點(diǎn)。電阻器R14連接在晶體管Q6的基極和發(fā)射極之間，電阻器R15連接在晶體管Q6的基極和輸入側(cè)的地電位之間。
如同開關(guān)電源單元1一樣，第二光電晶體管PT2和第二發(fā)光二極管PD2起到光電耦合器的作用。在開關(guān)電源單元20中，由第二反饋信號代表從輸出電壓檢測電路3經(jīng)包括第二光電晶體管PT2和第二發(fā)光二極管PD2的光電耦合器反饋到斷開周期控制電路22的信號。
首先，描述具有上述配置的開關(guān)電源單元20在重負(fù)載模式下的操作。
在開關(guān)電源單元20中，由于在重負(fù)載模式下沒有電流流入第二發(fā)光二極管PD2，與圖1所示的開關(guān)電源單元1中相同，斷開周期控制電路22中的第二光電晶體管PT2保持?jǐn)嚅_。由于在第二光電晶體管PT2斷開時(shí)沒有電流流入晶體管Q6，晶體管Q6也截止。于是，第三開關(guān)元件Q5的基極電壓等于齊納二極管D4的齊納電壓，并且第三開關(guān)元件Q5接通。這種情況下，防止了回掃電壓從反饋繞組N3施加到第一開關(guān)元件Q1的柵極。因此，斷開周期控制電路22在重負(fù)載模式下不操作。
開關(guān)電源單元20中的接通周期控制電路5與圖1所示的開關(guān)電源單元1中的相同。因此，在重負(fù)載模式下執(zhí)行接通周期控制。
相反，在輕負(fù)載模式下，由于電流流入第二發(fā)光二極管PD2而產(chǎn)生第二反饋信號。因此，斷開周期控制電路22工作。
當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)元件Q1斷開并且電流從次邊繞組N2經(jīng)二極管D1流動(dòng)時(shí)，反饋繞組N3的另一端的電壓比其一端的電壓高。在此，當(dāng)流入第二發(fā)光二極管PD2的電流產(chǎn)生第二反饋信號時(shí)，第二光電晶體管PT2起到具有基于第二反饋信號的電阻值的電阻器的作用。于是，電流流入包括第三串聯(lián)電路23，二極管D5，和電阻器R13的串聯(lián)電路。因此，以在輸入側(cè)連接到地電位的一側(cè)為正的方式對電容器C7充電。由于第二光電晶體管PT2的電阻根據(jù)負(fù)載的減小而減小，流入電容器C7的電流增加，并且電容器C7的充電電壓因此而增加。與此同時(shí)，電容器C7的充電電壓施加到電阻器R15和R14。于是，在電容器C7的充電電壓達(dá)到預(yù)定等級或更大的時(shí)刻，晶體管Q6導(dǎo)通。其結(jié)果是，第三開關(guān)元件Q5的基極電壓降低，第三開關(guān)元件Q5因此而斷開。
當(dāng)從次邊繞組N2經(jīng)二極管D1流動(dòng)的電流達(dá)到零時(shí)，在反饋繞組N3中產(chǎn)生其符號與前一個(gè)狀態(tài)相反的回掃電壓。此時(shí)，由于電容器C7中的電荷通過電阻器R14和R15放電，晶體管Q6保持導(dǎo)通。于是，第三開關(guān)元件Q5保持?jǐn)嚅_。在第三開關(guān)元件Q5的斷開狀態(tài)期間，防止將回掃電壓施加到第一開關(guān)元件Q1的柵極。不向第一開關(guān)元件Q1的柵極施加回掃電壓是指防止第一開關(guān)元件Q1的接通，以便延長斷開周期。
根據(jù)電容器C7放電時(shí)的周期確定晶體管Q6的接通周期，晶體管Q6的放電周期取決于電容器C7的充電電壓。如上所述，由于電容器C7的充電電壓根據(jù)負(fù)載的減小而增加，晶體管Q6的接通周期增加，并且第三開關(guān)元件Q5的斷開周期，即第一開關(guān)元件Q1的斷開周期根據(jù)負(fù)載的減小而增加。在此期間，回掃電壓在振蕩的同時(shí)衰減。
當(dāng)晶體管Q6因電容器C7的電荷減少而截止時(shí)，第三開關(guān)元件Q5的基極電壓增加，第三開關(guān)元件Q5因此而接通。第三開關(guān)元件Q5的接通允許由流經(jīng)第三開關(guān)元件Q5的基極和發(fā)射極的電流增加第一開關(guān)元件Q1的柵極電壓，因此而接通第一開關(guān)元件Q1。據(jù)此，斷開周期控制電路22根據(jù)第二反饋信號控制第一開關(guān)元件Q1的斷開周期。換句話說，在開關(guān)電源單元20中，輸出電壓在輕負(fù)載模式下由斷開周期控制保持恒定。
在開關(guān)電源單元20中，與圖1所示的開關(guān)電源單元1或圖5所示的開關(guān)電源單元10中不同，如上所述，利用第一開關(guān)元件Q1斷開時(shí)在反饋繞組N3中產(chǎn)生的電壓維持第三開關(guān)元件Q5的斷開狀態(tài)。另外，第三開關(guān)元件Q5的基極電壓在第一開關(guān)元件Q1的斷開周期期間保持低于地電位。在開關(guān)電源單元1和開關(guān)電源單元10中，由于不存在維持第三開關(guān)元件Q3的斷開狀態(tài)的路徑，第三開關(guān)元件Q3可因電路中的浪涌或其它事件而接通。然而，在開關(guān)電源單元20中，由于該電路配置，當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)元件Q1斷開時(shí)，由反饋繞組N3中產(chǎn)生的電壓確保第三開關(guān)元件Q5的斷開。于是，可減少因電壓浪涌或類似情況造成錯(cuò)誤的或不希望的操作的可能性。
第四優(yōu)選實(shí)施例圖7是根據(jù)本發(fā)明第四優(yōu)選實(shí)施例的開關(guān)電源單元30的電路圖。在圖7中，與圖1中相同或相似的元件被標(biāo)以相同的參考數(shù)字，并且不再重復(fù)對那些元件的描述。
圖7所示的開關(guān)電源單元30與圖1所示的開關(guān)電源單元1的區(qū)別僅在于提供控制電路31來代替控制電路4。在控制電路31中，去掉控制電路4中的起動(dòng)電阻器R6，并提供斷開周期控制電路32代替斷開周期控制電路6。接通周期控制電路5沒有變化。
斷開周期控制電路32包括第三開關(guān)元件Q7，晶體管Q8，齊納二極管D6，以及電阻器R16，R17和R18來代替圖1所示的控制電路4中的第三開關(guān)元件Q3，電容器C5，和電阻器R10。在此，第三開關(guān)元件Q7是NPN晶體管，第三開關(guān)元件Q7的集電極和發(fā)射極分別連接到電容器C3和第一開關(guān)元件Q1的柵極。電阻器R16實(shí)際上起到起動(dòng)電阻的作用，并且連接在第三開關(guān)元件Q7的基極與DC電源Vcc的一端之間。齊納二極管D6連接在第三開關(guān)元件Q7的基極與在輸入側(cè)的地電位之間。晶體管Q8的集電極和發(fā)射極分別連接到第三開關(guān)元件Q7的基極和在輸入側(cè)的地電位。晶體管Q8的基極通過電阻器R18連接到在輸入側(cè)的地電位，并且還連接到晶體管Q4的集電極。此外，晶體管Q8的基極通過電阻器R17連接到二極管D10和電容器C9之間的節(jié)點(diǎn)。
首先，描述具有上述配置的開關(guān)電源單元30在除輕負(fù)載模式外的額定負(fù)載模式，重負(fù)載模式等下的操作。
在開關(guān)電源單元30中，由于在重負(fù)載模式下，沒有電流流入第二發(fā)光二極管PD2，與圖1所示的開關(guān)電源單元1中相同，斷開周期控制電路32中的第二光電晶體管PT2保持?jǐn)嚅_。當(dāng)?shù)诙怆娋w管PT2斷開時(shí)，由于電容器C6的充電電壓使晶體管Q4被導(dǎo)通，晶體管Q8因此而截止。于是，第三開關(guān)元件Q7的基極電壓等于齊納二極管D6的齊納電壓，并且第三開關(guān)元件Q7接通。這種情況下，防止了回掃電壓從反饋繞組N3施加到第一開關(guān)元件Q1的柵極。因此，斷開周期控制電路32在重負(fù)載模式下不操作。
由于接通周期控制電路5與圖1所示的開關(guān)電源單元1中的相同。在重負(fù)載模式下執(zhí)行接通周期控制。
相反，在輕負(fù)載模式下，由于電流流入第二發(fā)光二極管PD2而產(chǎn)生第二反饋信號。因此，斷開周期控制電路32工作。下面描述斷開周期控制電路32的操作。
與圖1所示的開關(guān)電源單元中的斷開周期控制電路6中相同，在第一開關(guān)元件Q1的斷開周期期間，電容器C6中的電荷通過電阻器R11和第二光電晶體管PT2放電。當(dāng)充電電壓下降到晶體管Q4的閾值電平或更低時(shí)，晶體管Q4截止。于是，晶體管Q8導(dǎo)通，第三開關(guān)元件Q7因此而截止。其結(jié)果是，當(dāng)缺乏從次邊繞組N2流出的電流在反饋繞組N3中產(chǎn)生回掃電壓時(shí)，防止回掃電壓施加到第一開關(guān)元件Q1的柵極。
具體地說，在開關(guān)電源單元30中，斷開控制電路32中的第三開關(guān)元件Q7是NPN晶體管，與圖1中所示的斷開周期控制電路6中第三開關(guān)元件Q3是PNP晶體管不同。開關(guān)電源單元30與圖1所示的開關(guān)電源單元1的區(qū)別僅在于在晶體管Q4與第三開關(guān)元件Q7之間插入一個(gè)邏輯反轉(zhuǎn)電路。因此，開關(guān)電源單元30的操作幾乎與開關(guān)電源單元1的操作相同。
下面通過與圖1所示的使用PNP晶體管作為第三開關(guān)元件Q3的開關(guān)電源單元1進(jìn)行比較來說明開關(guān)電源單元30的操作效果。
在開關(guān)電源單元1中，起動(dòng)條件表示如下vcc×ra/(r6+ra)＞Vth(Q1)
其中vcc表示DC電源Vcc的電壓，ra表示電阻器R10和R12(設(shè)置在第一開關(guān)元件Q1的柵極和源極之間的電阻器)的并聯(lián)電阻，r6表示電阻器R6的電阻值，Vth(Q1)表示第一開關(guān)元件Q1的閾值。在此，忽略第三開關(guān)元件Q3和晶體管Q4的電壓降。
電阻器R10的電阻值影響第三開關(guān)元件Q3的開關(guān)速度。隨著電阻器R10的電阻值的增加，減小第三開關(guān)元件Q3的基極電流。根據(jù)第三開關(guān)元件Q3的基極電流的減小，可減小提供給第一開關(guān)元件Q1的電流，并由此減小第一開關(guān)元件Q1的開關(guān)速度。由于第一開關(guān)元件Q1的開關(guān)速度的減小使開關(guān)損耗增加，電阻器R10的電阻值不能明顯增加。如果不能明顯增加電阻器R10的電阻值，在起動(dòng)狀態(tài)下則不能明顯增加電阻器R6的電阻值。由于電阻器R6是起動(dòng)電阻器，如果不能明顯增加電阻器R6的電阻值，則不能降低電阻器R6的損耗。
相反，在使用NPN晶體管作為第三開關(guān)元件Q7的開關(guān)電源單元30中，起動(dòng)條件表示如下Vcc×r12/(r6+r12)＞Vth(Q1)其中r16表示電阻器R16的電阻值。
只要開關(guān)電源單元1中的電阻器R12的電阻值等于開關(guān)電源單元30中的電阻器R1 2的電阻值，由于起動(dòng)條件而使開關(guān)電源單元1中的電阻器R6的電阻值必須低于開關(guān)電源單元30中的電阻器R16的電阻值。因此，在開關(guān)電源單元30中，可減小與起動(dòng)電阻器對應(yīng)的電阻器R16的損耗。
因此，在開關(guān)電源單元30中，使用NPN晶體管作為第三開關(guān)元件Q7實(shí)現(xiàn)了減小起動(dòng)電阻器中的損耗。
在圖7所示的開關(guān)電源單元30中，如上所述，齊納二極管D6連接在第三開關(guān)元件Q7的基極和DC電源Vcc的另一端之間。齊納二極管D6和第三開關(guān)元件Q7構(gòu)成限制電路，從而限制第一開關(guān)元件Q1的柵極電壓(控制電壓)不超過預(yù)定范圍。具體地說，第一開關(guān)元件Q1的最大柵極電壓限制如下Vgs(Q1)＝Vz(D6)-Vbe(Q7)，其中Vgs(Q1)表示第一開關(guān)元件Q1的柵極和源極之間的電壓，Vz(D6)表示齊納二極管D6的齊納電壓，Vbe(Q7)表示第三開關(guān)元件Q7的基極和發(fā)射極之間的電壓。因此，即使是可應(yīng)用于可用于廣泛的輸入電壓范圍的全球輸入范圍的開關(guān)電源單元，可防止第一開關(guān)元件Q1的控制電壓超過預(yù)定范圍。
圖6中所示的開關(guān)電源單元20中的起動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)與開關(guān)電源單元30中的幾乎相同，并且開關(guān)電源單元20也包括限制電路，雖然在上面的描述中已省略了該說明。因此，開關(guān)電源單元20中可減小該起動(dòng)電阻器的損耗，并且與開關(guān)電源單元30相同，開關(guān)電源單元20可應(yīng)用于廣泛的輸入電壓范圍。
第五優(yōu)選實(shí)施例圖8和9是根據(jù)本發(fā)明第五優(yōu)選實(shí)施例的開關(guān)電源單元40的電路圖。圖9示出圖8中未能示出的開關(guān)電源單元40的部分。在圖8中，與圖7相同或相似的元件被標(biāo)以相同的參考數(shù)字，并且不再重復(fù)對那些元件的描述。
參考圖8和9，除了圖7所示的開關(guān)電源單元30的配置外，開關(guān)電源單元40包括恒定電壓調(diào)節(jié)器41和DC電壓源42。參考圖8，點(diǎn)A表示DC電源Vcc的一端(原邊繞組N1的一端)，點(diǎn)B表示反饋繞組N3的一端，點(diǎn)C表示DC電源Vcc的另一端(反饋繞組N3的另一端和在輸入側(cè)的地電位)，點(diǎn)D表示電阻器R11，R16，和R17之間的節(jié)點(diǎn)。在圖7所示的開關(guān)電源單元30中，雖然與點(diǎn)D對應(yīng)的點(diǎn)連接到與點(diǎn)A對應(yīng)的點(diǎn)，但點(diǎn)D不連接到開關(guān)電源單元40中的點(diǎn)A。
恒定電壓調(diào)節(jié)器41包括電阻器R19，電阻器R20，晶體管Q9，齊納二極管D7，和二極管D8。晶體管Q9的集電極通過電阻器R19連接到點(diǎn)A，晶體管Q9的基極通過齊納二極管D7連接到點(diǎn)C，晶體管Q9的發(fā)射極通過通過二極管D8連接到點(diǎn)D。晶體管Q9的基極還通過電阻器R20連接到點(diǎn)A。通過該結(jié)構(gòu)，晶體管Q9的基極電壓保持到齊納二極管D7的齊納電壓的恒定值。其結(jié)果是，晶體管Q9的發(fā)射極保持恒定在比其基極電壓低的近似0.6V的值。
DC電壓源42是由二極管D9和電容器C8定義的整流電路。二極管D9的陰極電壓是通過對反饋繞組N3中產(chǎn)生的電壓進(jìn)行整流而定義的電壓。
恒定電壓調(diào)節(jié)器41中的晶體管Q9的發(fā)射極通過二極管D8連接到點(diǎn)D和DC電壓源42中的二極管D9的陰極。
在開關(guān)電源單元40中，當(dāng)接通電源時(shí)，由于反饋繞組N3中不產(chǎn)生電壓，因此DC電壓源42不工作。于是，把由恒定電壓調(diào)節(jié)器41保持在恒定的電壓經(jīng)二極管D8提供給點(diǎn)D。當(dāng)反饋繞組N3中產(chǎn)生的電壓使DC電壓源42開始操作時(shí)，二極管D9的陰極電壓變得比晶體管Q9的發(fā)射極電壓高。于是，DC電壓源42的輸出電壓提供給點(diǎn)D。阻斷從恒定電壓調(diào)節(jié)器41提供給點(diǎn)D的電流。換句話說，二極管D8起到防止DC電壓源42向恒定電壓調(diào)節(jié)器41回流的作用。
在具有上述結(jié)構(gòu)的開關(guān)電源單元40中，在接通電源時(shí)，把由恒定電壓調(diào)節(jié)器41保持在恒定的電壓施加到起到起動(dòng)電阻器作用的電阻器R16。在未接通電源時(shí)，從DC電壓源42向電阻器R16施加比DC電源Vcc低的電壓。因此，與從DC電源Vcc直接施加電壓的情況相比，可減少電能消耗。
由于除了起動(dòng)電路部分外，開關(guān)電源單元40與開關(guān)電源單元30相同，同開關(guān)電源單元30中一樣，開關(guān)電源單元40在重負(fù)載模式和輕負(fù)載模式下作為開關(guān)電源。
由于使用恒定電壓調(diào)節(jié)器和DC電壓源的這種結(jié)構(gòu)可應(yīng)用于上述任何一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。這種情況下，可實(shí)現(xiàn)與開關(guān)電源單元40相同的操作效果。
第六優(yōu)選實(shí)施例圖10是根據(jù)本發(fā)明第六優(yōu)選實(shí)施例的開關(guān)電源單元50的電路圖。在圖10中，與圖1相同或相似的元件被標(biāo)以相同的參考數(shù)字，并且不再重復(fù)對那些元件的描述。
圖10所示的開關(guān)電源單元50與圖1所示的開關(guān)電源單元1的區(qū)別僅在于提供輸出電壓檢測電路51來代替輸出電壓檢測電路3。在輸出電壓檢測電路51中，開關(guān)SW與第一發(fā)光二極管PD1串聯(lián)設(shè)置，在開關(guān)電源單元1中，雖然構(gòu)成接通周期控制電路5中的第二串聯(lián)電路8的電阻器R8的電阻值被預(yù)設(shè)成比未提供斷開周期電路的情況高，開關(guān)電源單元50中的電阻器R8的電阻值被設(shè)置為與未提供斷開周期電路的情況相似的正常等級。
在具有該結(jié)構(gòu)的開關(guān)電源單元50中，在重負(fù)載模式下接通開關(guān)SW。這種情況下，與圖1所示的開關(guān)電源單元1在重負(fù)載模式下相同，電流不流入第二發(fā)光二極管PD2。因此，斷開周期控制電路6不操作，并進(jìn)行接通周期控制。
在輕負(fù)載模式下，由從裝有開關(guān)電源單元50的諸如傳真機(jī)之類的裝置發(fā)送的待機(jī)信號(指示裝置處在待機(jī)模式的信號)斷開開關(guān)SW。這種情況下，由于電流不流入第一發(fā)光二極管PD1，因此不輸出第一反饋信號。于是，電流必然要流入第二發(fā)光二極管PD2，并輸出第二反饋信號。因此，斷開周期控制電路6工作，并進(jìn)行斷開周期控制。
如上所述，在開關(guān)電源單元50中，由開關(guān)SW的接通和斷開強(qiáng)制進(jìn)行接通周期控制和斷開周期控制之間的切換。接通周期控制和斷開周期控制之間的切換不自動(dòng)執(zhí)行，在每個(gè)控制狀態(tài)下，開關(guān)電源單元50的操作與圖1所示的開關(guān)電源單元1的操作基本相同。因此可實(shí)現(xiàn)相似的操作效果。
在開關(guān)電源單元50中，雖然在與圖1所示的開關(guān)電源單元1中的輸出電壓檢測電路3對應(yīng)的輸出電壓檢測電路5 1中設(shè)置開關(guān)SW，很顯然，可以以相似的方式構(gòu)成根據(jù)上述任何一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的開關(guān)電源單元。
第七優(yōu)選實(shí)施例圖11是根據(jù)本發(fā)明第七優(yōu)選實(shí)施例的電子裝置的透視圖。參照圖11，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的開關(guān)電源單元1被用作作為電子裝置的打印機(jī)100的電源電路的一部分。
在打印機(jī)100的與打印操作有關(guān)的部分中，雖然在打印操作中消耗電能，在不進(jìn)行打印操作的待機(jī)模式中幾乎不消耗任何電能。使用根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的開關(guān)電源單元1減小了待機(jī)狀態(tài)下的電能損耗，從而實(shí)現(xiàn)了效率的提高。
雖然在圖11所示的打印機(jī)100中使用圖1所示的開關(guān)電源單元1，也可使用圖5，6，7，8，9或10中所示的開關(guān)電源單元10，20，30，40，或50。這種情況下，可獲得類似的操作效果。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的電子裝置不限于打印機(jī)。也包括需要具有穩(wěn)定電壓的DC電源的各種電子裝置，例如筆記本計(jì)算機(jī)和便攜式信息設(shè)備。
本發(fā)明不限于上述每個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，在權(quán)利要求描述的范圍內(nèi)可進(jìn)行各種改變。通過適當(dāng)?shù)亟M合每個(gè)不同的優(yōu)選實(shí)施例中公開的技術(shù)手段獲得的實(shí)施例也包括在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)電源單元，包括變壓器，包括原邊繞組，次邊繞組，和反饋繞組；輸入電源；第一開關(guān)元件；設(shè)置在反饋繞組的一端和第一開關(guān)元件的控制端之間的控制電路；連接到次邊繞組的整流電路；和輸出電壓檢測電路，用于檢測從整流電路輸出的輸出電壓和向控制電路發(fā)送反饋信號；其中輸入電源和第一開關(guān)元件與原邊繞組串聯(lián)，控制電路包括接通周期控制電路，用于根據(jù)反饋信號，通過斷開處在接通狀態(tài)的第一開關(guān)元件來穩(wěn)定輸出電壓，和斷開周期控制電路，用于根據(jù)反饋信號，通過延遲第一開關(guān)元件的接通來穩(wěn)定輸出電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)電源單元，其中在輕負(fù)載模式，通過操作斷開周期控制電路以便控制斷開周期來穩(wěn)定輸出電壓，在除輕負(fù)載模式外的其它模式，通過操作接通周期控制電路以便控制接通周期來穩(wěn)定輸出電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的開關(guān)電源單元，其中反饋信號包括用于控制接通周期控制電路的第一反饋信號，和用于控制斷開周期控制電路的第二反饋信號，輸出電壓檢測電路根據(jù)負(fù)載功率排它地輸出第一反饋信號或第二反饋信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的開關(guān)電源單元，其中輸出電壓檢測電路包括用于輸出第一反饋信號的第一發(fā)光二極管，與第一發(fā)光二極管串聯(lián)的并聯(lián)調(diào)節(jié)器，和與第一發(fā)光二極管并聯(lián)的第一串聯(lián)電路；第一串聯(lián)電路包括第二發(fā)光二極管和恒定電壓源，以直到輸出電壓超過預(yù)定值為止電流不流入第二發(fā)光二極管的方式安排該第一串聯(lián)電路；接通周期控制電路包括設(shè)置在第一開關(guān)元件的控制端和輸入側(cè)的地電位之間的第二開關(guān)元件，和連接到第二開關(guān)元件的控制端并起到接通第二開關(guān)元件的作用的時(shí)間常數(shù)電路；時(shí)間常數(shù)電路包括第二串聯(lián)電路，該第二串聯(lián)電路具有電阻器和耦合到第一發(fā)光二極管的第一光電晶體管；和第二串聯(lián)電路中的電阻器的電阻值即使在大于或等于預(yù)定值的電流流入第一發(fā)光二極管時(shí)，也使流入第一光電晶體管的電流幾乎不改變，從而不改變時(shí)間常數(shù)電路的時(shí)間常數(shù)，并且接通周期控制電路實(shí)際上不操作，以便穩(wěn)定輸出電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的開關(guān)電源單元，其中輸出電壓檢測電路包括用于輸出第一反饋信號的第一發(fā)光二極管，與第一發(fā)光二極管串聯(lián)的開關(guān)，與包括第一發(fā)光二極管和開關(guān)的串聯(lián)電路串聯(lián)的并聯(lián)調(diào)節(jié)器，和與包括第一發(fā)光二極管和開關(guān)的該串聯(lián)電路并聯(lián)的第一串聯(lián)電路；第一串聯(lián)電路包括第二發(fā)光二極管和恒定電壓源，安排該第一串聯(lián)電路直到輸出電壓超過預(yù)定值為止電流不流入第二發(fā)光二極管；接通周期控制電路包括設(shè)置在第一開關(guān)元件的控制端和輸入側(cè)的地電位之間的第二開關(guān)元件，和連接到第二開關(guān)元件的控制端并起到接通第二開關(guān)元件的作用的時(shí)間常數(shù)電路；時(shí)間常數(shù)電路包括第二串聯(lián)電路，該第二串聯(lián)電路具有電阻器和耦合到第一發(fā)光二極管的第一光電晶體管。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的開關(guān)電源單元，其中斷開周期控制電路包括串聯(lián)在反饋繞組的一端和第一開關(guān)元件的控制端之間的第三開關(guān)元件，根據(jù)從輸出電壓檢測電路發(fā)送的第二反饋信號來開關(guān)該第三開關(guān)元件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的開關(guān)電源單元，其中斷開周期控制電路包括耦合到第二發(fā)光二極管的第二光電晶體管，當(dāng)?shù)诙怆娋w管的電阻值是預(yù)定值或更低時(shí)開關(guān)該第三開關(guān)元件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的開關(guān)電源單元，其中通過把第二光電晶體管的發(fā)射極連接到第二開關(guān)元件的控制端使第二光電晶體管作為接通周期控制電路中的時(shí)間常數(shù)電路的一部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的開關(guān)電源單元，其中斷開周期控制電路包括具有電容器和耦合到第二發(fā)光二極管的第二光電晶體管的第三串聯(lián)電路，第三串聯(lián)電路在第一開關(guān)元件的斷開周期期間電流流動(dòng)的方向與反饋繞組并聯(lián)，當(dāng)電容器的充電電壓因反饋繞組中產(chǎn)生的電壓而成為預(yù)定值或更大時(shí)，第三開關(guān)元件斷開。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的開關(guān)電源單元，其中斷開周期控制電路包括用于限制施加到第一開關(guān)元件的控制端的電壓的限制電路，該限制電路包括第三開關(guān)元件。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)電源單元，進(jìn)一步包括直流電壓源，用于利用反饋繞組中產(chǎn)生的電壓向斷開周期控制電路提供驅(qū)動(dòng)電壓；和恒定電壓調(diào)節(jié)器，設(shè)置在輸入電源和DC電壓源的輸出端之間，并具有防止反向電流的功能。
12.一種電子裝置，包括如權(quán)利要求1所述的開關(guān)電源單元。
全文摘要
一種開關(guān)電源單元，包括具有原邊繞組，次邊繞組，和反饋繞組的變壓器；與原邊繞組串聯(lián)的輸入電源和第一開關(guān)元件；設(shè)置在反饋繞組的一端和第一開關(guān)元件的控制端之間的控制電路；連接到次邊繞組的整流電路；和輸出電壓檢測電路，用于檢測從整流電路輸出的輸出電壓和向控制電路發(fā)送反饋信號。控制電路包括接通周期控制電路，用于根據(jù)反饋信號，通過斷開處在接通狀態(tài)的第一開關(guān)元件來穩(wěn)定輸出電壓?？刂齐娐愤€包括斷開周期控制電路，用于根據(jù)反饋信號，通過延遲第一開關(guān)元件的接通來穩(wěn)定輸出電壓。
文檔編號H02M3/28GK1485972SQ0315484
公開日2004年3月31日 申請日期2003年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月20日
發(fā)明者西田映雄, 竹村博 申請人:株式會(huì)社村田制作所