專(zhuān)利名稱(chēng)：開(kāi)關(guān)電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)輸入電壓進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制并產(chǎn)生1個(gè)或多個(gè)不同電壓的輸出電壓的開(kāi)關(guān)電源裝置。
背景技術(shù)：
在手提電話、數(shù)碼相機(jī)、PDA、電腦等中，作為L(zhǎng)CD(液晶顯示屏)或CCD(電荷耦合器件)等的電源電壓，需要采用多個(gè)電壓值不同的直流電壓。
在提供多個(gè)直流電壓的電源裝置中通常采用變壓器。在這種直流電源裝置中，通過(guò)PWM控制信號(hào)對(duì)施加在該變壓器的初級(jí)線圈上的直流輸入電壓進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制，對(duì)次級(jí)線圈側(cè)感應(yīng)的電壓進(jìn)行整流、使其平滑，從而輸出多個(gè)直流輸出電壓。
采用變壓器的電源裝置為了增強(qiáng)初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的磁耦合，次級(jí)線圈側(cè)的線圈的匝數(shù)很多，且其線徑很細(xì)，因此作為電源裝置的轉(zhuǎn)換效率不好(例如，為50-70％左右)，而且形狀也很大。
還有方案提出采用2個(gè)感應(yīng)線圈或帶有中間抽頭感應(yīng)線圈以得到多個(gè)輸出電壓的電源電路(例如，參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。但是這種電源電路中，為了得到一個(gè)輸出電壓，需要設(shè)計(jì)多段充電泵浦電路，從而使電路結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜。這種充電泵浦電路的損耗會(huì)降低效率，同時(shí)由于這種損耗而需要多余的空間，增大了形狀。還有，各輸出電壓相對(duì)輸入電壓的特性(線路負(fù)載特性)中，輸出電壓完全依賴(lài)輸入電壓，沒(méi)有進(jìn)行反饋控制。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1特開(kāi)平10-150767號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
(發(fā)明要解決的課題)如上所述，以往的開(kāi)關(guān)電源裝置轉(zhuǎn)換效率低、形狀大，不能適應(yīng)需要小型化、輕量化和電池電源的長(zhǎng)壽命化的便攜式設(shè)備的電源裝置。還有，因?yàn)榫哂休斎腚妷阂蕾?lài)性，當(dāng)電池電源的電壓降低時(shí)不能將各輸出電壓保持在規(guī)定電壓上。
因此，本發(fā)明的目的是在對(duì)于直流輸入電壓進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制并產(chǎn)生1個(gè)或多個(gè)不同電壓的直流輸出電壓的開(kāi)關(guān)電源裝置中，采用具有中間抽頭的線圈，不需要設(shè)置充電泵浦電路等多余的附加電路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以高效率地將直流輸入電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橐?guī)定的直流輸出電壓，同時(shí)實(shí)現(xiàn)小型化。
另外，本發(fā)明的目的還在于對(duì)于其1個(gè)或多個(gè)直流輸出電壓，改善相對(duì)輸入電壓的輸出電壓特性(線路負(fù)載特性)，從而實(shí)質(zhì)上消除輸入電壓依賴(lài)性。
(解決課題的手段)本發(fā)明1所述的開(kāi)關(guān)電源裝置的特征在于具有施加直流輸入電壓Vin的第1接點(diǎn)A、取出第1輸出電壓的第2接點(diǎn)B、取出其它輸出電壓的具有中間抽頭T的帶有中間抽頭的線圈L、連接在上述中間抽頭T或上述第2接點(diǎn)B與共同電位點(diǎn)之間并隨導(dǎo)通·斷開(kāi)控制信號(hào)進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作的第1開(kāi)關(guān)Q1、與上述第2接點(diǎn)連接并輸出對(duì)上述直流輸入電壓進(jìn)行了變換的直流輸出電壓的第1整流·平滑電路D1·C1、與上述中間抽頭連接并輸出對(duì)上述直流輸入電壓進(jìn)行了變換的直流輸出電壓的第2整流·平滑電路D2·C2、輸出上述導(dǎo)通·斷開(kāi)控制信號(hào)以對(duì)上述任一直流輸出電壓進(jìn)行定電壓控制的控制單元。
本發(fā)明2所述的開(kāi)關(guān)電源裝置的特征在于對(duì)于本發(fā)明1所述的開(kāi)關(guān)電源裝置，還具有對(duì)上述第1接點(diǎn)施加上述直流輸入電壓的第2開(kāi)關(guān)Q2、在上述第1接點(diǎn)與上述共同電位點(diǎn)之間以阻止上述直流輸入電壓的極性連接的整流元件D3，上述第2開(kāi)關(guān)Q2與上述第1開(kāi)關(guān)Q1實(shí)質(zhì)上同時(shí)進(jìn)行導(dǎo)通·斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)操作。
本發(fā)明3所述的開(kāi)關(guān)電源裝置的特征在于對(duì)于本發(fā)明2所述的開(kāi)關(guān)電源裝置，上述第2開(kāi)關(guān)Q2通過(guò)導(dǎo)通·斷開(kāi)控制信號(hào)進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作，上述第1開(kāi)關(guān)通過(guò)上述第1接點(diǎn)A的電壓導(dǎo)通·斷開(kāi)。
本發(fā)明4所述的開(kāi)關(guān)電源裝置的特征在于具有利用導(dǎo)通·斷開(kāi)控制信號(hào)對(duì)直流輸入電壓Vin進(jìn)行控制從而輸出受到導(dǎo)通·斷開(kāi)控制的直流輸入電壓的第1開(kāi)關(guān)Q1、施加通過(guò)上述第1開(kāi)關(guān)控制導(dǎo)通·斷開(kāi)的直流輸入電壓的第1接點(diǎn)A、取出第1輸出電壓的第2接點(diǎn)B、取出其它輸出電壓的具有中間抽頭T的帶有中間抽頭線圈L、在上述第1接點(diǎn)A與上述共同電位點(diǎn)之間以阻止上述直流輸入電壓的極性連接的整流元件D1、與上述第2接點(diǎn)B連接并輸出對(duì)上述直流輸入電壓進(jìn)行了降壓的直流輸出電壓的平滑電路C1、與上述中間抽頭T連接并輸出對(duì)上述直流輸入電壓進(jìn)行了降壓的直流輸出電壓的整流·平滑電路D2·C2、輸出上述導(dǎo)通·斷開(kāi)控制信號(hào)以對(duì)上述任一直流輸出電壓進(jìn)行穩(wěn)壓控制的控制單元。
本發(fā)明5所述的開(kāi)關(guān)電源裝置的特征在于具有利用導(dǎo)通·斷開(kāi)控制信號(hào)對(duì)直流輸入電壓Vin進(jìn)行控制從而輸出受到導(dǎo)通·斷開(kāi)控制的直流輸入電壓的第1開(kāi)關(guān)Q1、施加通過(guò)上述第1開(kāi)關(guān)控制導(dǎo)通·斷開(kāi)的直流輸入電壓的第1接點(diǎn)A、取出第1輸出電壓的第2接點(diǎn)B、取出其它輸出電壓的具有中間抽頭T的帶有中間抽頭線圈L、在上述第1接點(diǎn)A與上述共同電位點(diǎn)之間以阻止上述直流輸入電壓的極性連接的整流元件D1、與上述第2接點(diǎn)B連接并輸出對(duì)上述直流輸入電壓進(jìn)行了降壓的直流輸出電壓的平滑電路C1、通過(guò)實(shí)際上進(jìn)行與上述第1開(kāi)關(guān)Q1的導(dǎo)通或斷開(kāi)相反的斷開(kāi)或?qū)ú僮鞯牡?開(kāi)關(guān)Q2與上述中間抽頭T連接、并輸出對(duì)上述直流輸入電壓進(jìn)行了降壓的直流輸出電壓的平滑電路C2、輸出上述導(dǎo)通·斷開(kāi)控制信號(hào)以對(duì)上述任一直流輸出電壓進(jìn)行穩(wěn)壓控制的控制單元。
本發(fā)明6所述的開(kāi)關(guān)電源裝置的特征在于對(duì)于本發(fā)明5所述的開(kāi)關(guān)電源裝置，上述第2開(kāi)關(guān)Q2通過(guò)上述第1接點(diǎn)A的電壓斷開(kāi)或?qū)ā?br> 本發(fā)明7所述的開(kāi)關(guān)電源裝置的特征在于具有利用導(dǎo)通·斷開(kāi)控制信號(hào)對(duì)直流輸入電壓Vin進(jìn)行控制從而輸出受到導(dǎo)通·斷開(kāi)控制的直流輸入電壓的第1開(kāi)關(guān)Q1、施加通過(guò)上述第1開(kāi)關(guān)Q1控制導(dǎo)通·斷開(kāi)的直流輸入電壓的第1接點(diǎn)A、取出第1輸出電壓的第2接點(diǎn)B、連接共同電位點(diǎn)的具有中間抽頭T的帶有中間抽頭線圈L、與上述第2接點(diǎn)B連接并輸出對(duì)上述直流輸入電壓進(jìn)行了變換的直流輸出電壓的第1整流·平滑電路D1·C1、輸出上述開(kāi)·關(guān)控制信號(hào)以對(duì)上述直流輸出電壓進(jìn)行穩(wěn)壓控制的控制單元。
本發(fā)明8所述的開(kāi)關(guān)電源裝置的特征在于對(duì)于本發(fā)明7所述的開(kāi)關(guān)電源裝置，還具有與上述第1接點(diǎn)A連接并輸出極性與上述第1整流·平滑電路D1·C1相反的電壓的第2整流·平滑電路D2·C2、上述第1整流·平滑電路D1·C1以及第2整流·平滑電路D2·C2分別輸出與上述直流輸入電壓的極性相同的極性的直流輸出電壓和不同的極性的直流輸出電壓。
本發(fā)明9所述的開(kāi)關(guān)電源裝置的特征在于具有利用導(dǎo)通·斷開(kāi)控制信號(hào)對(duì)直流輸入電壓Vin進(jìn)行控制從而輸出受到導(dǎo)通·斷開(kāi)控制的直流輸入電壓的第1開(kāi)關(guān)Q1、施加通過(guò)上述第1開(kāi)關(guān)Q1控制導(dǎo)通·斷開(kāi)的直流輸入電壓的第1接點(diǎn)A、連接共同電位點(diǎn)的第2接點(diǎn)B、取出所述第1輸出電壓的具有中間抽頭T的帶有中間抽頭線圈L、與上述中間抽頭T連接并輸出與上述直流輸入電壓的極性不同的極性的直流輸出電壓的第1整流·平滑電路D1·C1、與上述第1接點(diǎn)A連接并輸出與上述直流輸入電壓的極性不同的極性的直流輸出電壓的第2整流·平滑電路D2·C2、輸出上述導(dǎo)通·斷開(kāi)控制信號(hào)以對(duì)上述任一直流輸出電壓進(jìn)行穩(wěn)壓控制的控制單元。
本發(fā)明10所述的開(kāi)關(guān)電源裝置的特征在于具有利用導(dǎo)通·斷開(kāi)控制信號(hào)對(duì)直流輸入電壓Vin進(jìn)行導(dǎo)通·斷開(kāi)控制從而輸出受到開(kāi)關(guān)控制的直流輸入電壓的第1開(kāi)關(guān)Q1、施加通過(guò)上述第1開(kāi)關(guān)控制導(dǎo)通·斷開(kāi)的直流輸入電壓的第1接點(diǎn)A、取出第1輸出電壓的第2接點(diǎn)B、取出其它輸出電壓的具有中間抽頭T的帶有中間抽頭線圈L、在上述第1接點(diǎn)A與上述共同電位點(diǎn)之間以阻止上述直流輸入電壓的極性連接的整流元件D1、與上述中間抽頭T連接并輸出對(duì)上述直流輸入電壓進(jìn)行了降壓的直流輸出電壓的平滑電路C2、與上述第2接點(diǎn)B連接并輸出高于從上述平滑電路C2輸出的進(jìn)行了降壓的直流輸出電壓的直流輸出電壓的整流·平滑電路D1·C1、輸出上述導(dǎo)通·斷開(kāi)控制信號(hào)以對(duì)上述平滑電路C2輸出的進(jìn)行了降壓的直流輸出電壓進(jìn)行穩(wěn)壓控制的控制單元。
本發(fā)明11所述的開(kāi)關(guān)電源裝置的特征在于對(duì)于本發(fā)明1至10所述的開(kāi)關(guān)電源裝置，上述帶有中間抽頭線圈L還具有1個(gè)以上的其他的中間抽頭，從該中間抽頭輸出至少通過(guò)平滑電路的對(duì)上述直流輸入電壓進(jìn)行了變換的直流輸出電壓。


圖1為與第1實(shí)施方式有關(guān)的開(kāi)關(guān)電源裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖2為圖1的控制電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
圖3是表示圖1的輸出電壓-輸出電流特性的圖。
圖4是表示圖1的輸出電壓-輸入電壓特性的圖。
圖5為與第2實(shí)施方式有關(guān)的開(kāi)關(guān)電源裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖6為與第3實(shí)施方式有關(guān)的開(kāi)關(guān)電源裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖7為與第4實(shí)施方式有關(guān)的開(kāi)關(guān)電源裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖8為與第5實(shí)施方式有關(guān)的開(kāi)關(guān)電源裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖9為與第6實(shí)施方式有關(guān)的開(kāi)關(guān)電源裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖10為與第7實(shí)施方式有關(guān)的開(kāi)關(guān)電源裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖11為與第8實(shí)施方式有關(guān)的開(kāi)關(guān)電源裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖12為與第9實(shí)施方式有關(guān)的開(kāi)關(guān)電源裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖13為與第10實(shí)施方式有關(guān)的開(kāi)關(guān)電源裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖14為與第11實(shí)施方式有關(guān)的開(kāi)關(guān)電源裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖15為與第12實(shí)施方式有關(guān)的開(kāi)關(guān)電源裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖16為具有多個(gè)輸出的本發(fā)明的開(kāi)關(guān)電源裝置的結(jié)構(gòu)圖。
符號(hào)說(shuō)明BAT-電池；IN-輸入接點(diǎn)；Vin-輸入電壓；OUT1-第1輸出接點(diǎn)；Vo1-第1輸出電壓；OUT2-第2輸出接點(diǎn)；Vo2-第2輸出電壓；L-帶有中間抽頭線圈；A-第1接點(diǎn)；B-第2接點(diǎn)；T-中間抽頭；Q1-第1開(kāi)關(guān)；Q2-第2開(kāi)關(guān)；D1、D2、D3-二極管；C1、C2-電容器；CONT-控制電路；Vfb-反饋電壓；PWM-開(kāi)關(guān)信號(hào)；AMP-誤差放大器；CP-比較器；11-基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路；12-三角波振蕩電路；13、14-驅(qū)動(dòng)器。
具體實(shí)施例方式
以下參照

本發(fā)明的開(kāi)關(guān)電源裝置的實(shí)施方式。
圖1表示與本發(fā)明的第1實(shí)施方式有關(guān)的開(kāi)關(guān)電源裝置的結(jié)構(gòu)。圖2表示其控制電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。還有，圖3是表示輸出電壓-輸出電流特性的圖，圖4是表示輸出電壓-輸入電壓特性的圖。圖1的開(kāi)關(guān)電源裝置基本上是將直流輸入電壓Vin升壓為多個(gè)直流輸出電壓Vo1、Vo2。但是，根據(jù)條件設(shè)定，也可以將輸入電壓Vin降壓后得到直流輸出電壓，電壓值沒(méi)有限制。
圖1中，電池BAT的正極側(cè)與輸入端IN連接，其負(fù)極側(cè)與作為共同電位點(diǎn)的接地點(diǎn)連接。這樣直流輸入電壓Vin施加到輸入端IN上。帶有中間抽頭線圈L的線圈繞在磁芯上，具有第1接點(diǎn)A、第2接點(diǎn)B和中間抽頭T。第1接點(diǎn)A·中間抽頭T之間與中間抽頭T·第2接點(diǎn)B之間的線圈匝數(shù)比為1比n。第1接點(diǎn)A通過(guò)P型MOSFET(以下，PMOS)的第2開(kāi)關(guān)Q2與輸入端IN連接。另外，肖特基·二極管以阻止輸入電壓Vin的極性連接在第1接點(diǎn)A和接地點(diǎn)之間。
與PN結(jié)二極管相比，肖特基·二極管的正向電壓降非常小，因此可以有效利用感應(yīng)電壓，同時(shí)減小由于該電壓降和流過(guò)的電流造成的電力損失，從而提高效率。所以，其它的二極管最好也都采用肖特基·二極管。
第2接點(diǎn)B與由二極管D1和電容器C1組成的第1整流·平滑電路連接，平滑了的第1直流輸出電壓Vo1輸出到第1輸出端OUT1。
中間抽頭T通過(guò)N型MOSFET(以下，NMOS)的第1開(kāi)關(guān)Q1與接地點(diǎn)連接。中間抽頭T與由二極管D2和電容器C2組成的第2整流·平滑電路連接，平滑了的第2直流輸出電壓Vo2輸出到第2輸出端OUT2。
來(lái)自控制電路CONT的第1脈沖寬度調(diào)制信號(hào)作為第1開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM1，供給到第1開(kāi)關(guān)Q1的柵極，隨著開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM1的高(H)電位·低電位(L)使第1開(kāi)關(guān)導(dǎo)通·斷開(kāi)。
來(lái)自控制電路CONT的第2脈沖寬度調(diào)制信號(hào)作為第2開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM2，供給到第2開(kāi)關(guān)Q2的柵極，隨著開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM2的高電平(H)·低電平(L)使第2開(kāi)關(guān)導(dǎo)通·斷開(kāi)。該開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM2與開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM1極性相反，其結(jié)果是第1開(kāi)關(guān)Q1與第2開(kāi)關(guān)Q2同時(shí)處于導(dǎo)通的狀態(tài)，也同時(shí)處于斷開(kāi)的狀態(tài)。由于采用PMOS的第2開(kāi)關(guān)Q2，從而減少了電源供給線路上處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)的電壓降，可以有效利用輸入電壓Vin。
通過(guò)分壓電阻R1、R2對(duì)第2輸出電壓Vo2進(jìn)行了分壓的反饋電壓Vfb輸入到控制電路CONT，將該反饋電壓Vfb與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM1和開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM2。
圖2表示控制電路CONT的結(jié)構(gòu)例。反饋電壓Vfb與基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路11所產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓Vref之間的差值經(jīng)過(guò)誤差放大器AMP得到放大。從誤差放大器AMP輸出的誤差信號(hào)與三角波振蕩電路12所產(chǎn)生的三角波信號(hào)通過(guò)比較器CP進(jìn)行比較。比較器CP輸出與誤差信號(hào)相對(duì)應(yīng)的脈沖寬度的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)。該比較器CP的輸出分別經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)器13作為開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM1輸出、以及經(jīng)過(guò)非門(mén)電路NOT和驅(qū)動(dòng)器14作為開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM2輸出。
圖1的開(kāi)關(guān)電源裝置中，通過(guò)開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM1、開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM2使第1開(kāi)關(guān)Q1、第2開(kāi)關(guān)Q2導(dǎo)通后，電流從電池BAT到第2開(kāi)關(guān)Q2-第1接點(diǎn)A-中間抽頭T-第1開(kāi)關(guān)Q1-接地點(diǎn)的回路流過(guò)帶有中間抽頭線圈L，帶有中間抽頭線圈L中蓄積能量。此時(shí)，二極管D1、二極管D2處于斷開(kāi)狀態(tài)，通過(guò)各輸出端OUT1、OUT2向外部負(fù)荷供給來(lái)自電容器C1、電容器C2的放電電流。還有，二極管D3也處于反向偏壓的斷開(kāi)狀態(tài)。
開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM1、開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM2反向使得第1開(kāi)關(guān)Q1、第2開(kāi)關(guān)Q2斷開(kāi)后，中間抽頭線圈L中蓄積的能量以反電動(dòng)勢(shì)的形式釋放出來(lái)。
此時(shí)，由于第1接點(diǎn)A·中間抽頭T之間與中間抽頭T·第2接點(diǎn)B之間的線圈匝數(shù)比為1比n，因此將產(chǎn)生與該匝數(shù)比對(duì)應(yīng)的感應(yīng)電壓。二極管D3處于正向偏壓的導(dǎo)通狀態(tài)。這樣，經(jīng)過(guò)二極管D3-第1接點(diǎn)A-中間抽頭T-二極管D2-電容器C2-接地點(diǎn)的回路對(duì)電容器C2進(jìn)行充電，同時(shí)經(jīng)過(guò)二極管D3-第1接點(diǎn)A-第2接點(diǎn)B-二極管D1-電容器C1-接地點(diǎn)的回路對(duì)電容器C1進(jìn)行充電。
電容器C1的充電電壓經(jīng)過(guò)第1輸出端OUT1作為第1輸出電壓Vo1輸出，電容器C2的充電電壓經(jīng)過(guò)第2輸出端OUT2作為第2輸出電壓Vo2輸出。
圖1中，由于第2輸出電壓Vo2作為反饋電壓Vfb反饋到控制電路CONT，所以控制第1開(kāi)關(guān)Q1(第2開(kāi)關(guān)Q2也同樣)的導(dǎo)通·斷開(kāi)，以使第2輸出電壓Vo2保持在規(guī)定值。
圖3表示該第1實(shí)施方式的輸出電壓-輸出電流特性(即，負(fù)載特性)的測(cè)定例。
圖3的橫軸為第1輸出端OUT1的第1輸出電流Io1，縱軸為輸出電壓Vo1、Vo2，表示其負(fù)載特性。還有，第2輸出端OUT2的第2輸出電流Io2為所規(guī)定的恒定電流。
在圖3中，輸入電壓Vin為3.6[V]時(shí)，第2輸出電壓Vo2由于受到反饋控制，在整個(gè)電流范圍內(nèi)均為5.0[V]左右，另一方面，沒(méi)有受到反饋控制的第1輸出電壓Vo1則在9.5-9.0[V]之間變化。還有，當(dāng)?shù)?電流Io1為所規(guī)定的恒定電流，第2輸出電流Io2為橫軸數(shù)據(jù)，輸出電壓Vo1、Vo2為縱軸數(shù)據(jù)，所測(cè)得的負(fù)載特性也相同。這種負(fù)載特性完全能夠滿(mǎn)足實(shí)用要求。
這樣，從第2接點(diǎn)B與中間抽頭T輸出的輸出電壓Vo1、Vo2二者都能獲得滿(mǎn)意的負(fù)載特性結(jié)果。
還有，根據(jù)測(cè)定結(jié)果，在大輸出電流范圍內(nèi)均獲得75％以上的良好的效率，點(diǎn)值約為77％。
接著，討論圖1的各輸出端OUT1、OUT2能夠輸出的電壓。由于對(duì)第2輸出電壓Vo2加有反饋控制，所以控制第1開(kāi)關(guān)Q1的負(fù)荷比Duty如下面式1所示。
Duty＝Vo2/(Vin+Vo2)...(1)通常認(rèn)為該負(fù)荷比Duty為10％～90％的范圍內(nèi)時(shí)為能夠使用的界限。因此，第2輸出電壓Vo2能夠升壓的最大值Vo2(max)如下式所示。
Vo2(max)＝{Duty(max)/(100-Duty(max))}×Vin＝9·Vin ...(2)即能夠得到最大為約9倍的升壓。
另一方面，第1輸出電壓Vo1相對(duì)于第2輸出電壓Vo2可以從其匝數(shù)比求出，如果匝數(shù)比為1∶n，則有Vo1＝(1+n)·Vo2...(3)通過(guò)選擇匝數(shù)比，可以提高升壓比。
這樣，不需要設(shè)置充電泵浦電路等多余的附加電路，通過(guò)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，可以高效率地將輸入電壓Vin變換為多個(gè)輸出電壓Vo1、Vo2。
接著，圖4表示圖1的輸出電壓Vo1、Vo2相對(duì)輸入電壓Vin的特性、即線路特性的測(cè)定結(jié)果。從圖4的特性得知，即使輸入電壓Vin發(fā)生變化，受到反饋控制的第2輸出電壓Vo2(約5[V])和沒(méi)有受到反饋控制的第1輸出電壓Vo1的電壓(約9.8[V])都不發(fā)生變化，呈現(xiàn)一定值。
即，第1輸出電壓Vo1、第2輸出電壓Vo2完全沒(méi)有相對(duì)輸入電壓Vin的電壓依賴(lài)性。由于沒(méi)有這種電壓依賴(lài)性，意味著對(duì)于使用電池電源的便攜式設(shè)備，不論電池的消耗如何，都可以使用多個(gè)穩(wěn)定的電壓。
本發(fā)明說(shuō)明第1輸出電壓Vo1、第2輸出電壓Vo2沒(méi)有電壓依賴(lài)性的原因。首先，當(dāng)帶有中間抽頭線圈L中蓄積的能量釋放時(shí)，通過(guò)設(shè)置二極管D3，使得第1接點(diǎn)A的電位限制為二極管D3的正向電壓。二極管D3的正向電壓非常小，假設(shè)其為零。
第1接點(diǎn)A與中間抽頭T之間的感應(yīng)電壓Vat、中間抽頭T與第2接點(diǎn)B之間的感應(yīng)電壓Vtb之間，滿(mǎn)足匝數(shù)比關(guān)系1∶n。即，Vtb＝n·Vat。因此，Vo2＝Vat ...(4)Vo1＝Vat+Vtb＝(1+n)·Vo2 ...(5)第1輸出電壓Vo1、第2輸出電壓Vo2與輸入電壓Vin無(wú)關(guān)，保持一定。
反過(guò)來(lái)，假如沒(méi)有設(shè)置二極管D3以及第2開(kāi)關(guān)Q2，第1輸出電壓Vo1、第2輸出電壓Vo2分別為Vo2＝Vin+Vat ...(6)Vo1＝Vin+Vat+Vtb＝Vin+(1+n)Vat＝Vin+(1+n)·(Vo2-Vin)＝(1+n)·Vo2-N·Vin ...(7)第2輸出電壓Vo2由于反饋控制而保持在一穩(wěn)壓時(shí)，第1輸出電壓Vo1與輸入電壓Vin有關(guān)，具有電壓依賴(lài)性。
從上述分析可知，輸出電壓是否具有輸入電壓依賴(lài)性取決于蓄積在帶有中間抽頭線圈L中的能量釋放時(shí)的第1接點(diǎn)A的電位是否由于二極管D3而處于大致零電位。如將此進(jìn)一步推廣，可以說(shuō)當(dāng)蓄積在帶有中間抽頭線圈L中的能量釋放時(shí)的基準(zhǔn)電位與輸入電壓Vin無(wú)關(guān)時(shí)，則輸出電壓沒(méi)有輸入電壓依賴(lài)性。
根據(jù)第1實(shí)施方式，通過(guò)設(shè)置與第1開(kāi)關(guān)Q1同時(shí)處于導(dǎo)通·斷開(kāi)的第2開(kāi)關(guān)Q2以及二極管D3，可以消除第1輸出電壓Vo1、第2輸出電壓Vo2的輸入電壓Vin的電壓依賴(lài)性。
還有，在圖4中，當(dāng)輸入電壓Vin從通常的3.6[V]降低到大約2.5[V]左右時(shí)，第1輸出電壓Vo1、第2輸出電壓Vo2將沒(méi)有輸出電壓。這是因?yàn)榈?開(kāi)關(guān)Q1采用了MOSFET，從而需要一定程度的柵極驅(qū)動(dòng)電壓Vgs。因此，當(dāng)電池BAT采用1.5[V]的電池時(shí)，第1開(kāi)關(guān)Q1如果采用具有約0.6[V]的較低的基極驅(qū)動(dòng)電壓Vbe的雙極晶體管，從更低的輸入電壓Vin也可以獲得升壓電壓。
這樣，本發(fā)明的各實(shí)施方式中，第1開(kāi)關(guān)Q1、第2開(kāi)關(guān)Q2均可以采用NPN型或PNP型雙極晶體管。
圖5表示本發(fā)明的與第2實(shí)施方式有關(guān)的開(kāi)關(guān)電源裝置的結(jié)構(gòu)。在第2實(shí)施方式中，通過(guò)開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM1進(jìn)行導(dǎo)通·斷開(kāi)控制的第1開(kāi)關(guān)Q1與帶有中間抽頭線圈L的第2接點(diǎn)B和接地點(diǎn)連接。其他結(jié)構(gòu)則與圖1相同，獲得不依賴(lài)輸入電壓Vin的2個(gè)輸出電壓Vo1、Vo2。
圖5的開(kāi)關(guān)電源裝置也一樣，(i)負(fù)載特性為實(shí)用水平，(ii)具有約77％的良好的效率，(iii)第1輸出電壓Vo1、第2輸出電壓Vo2均沒(méi)有輸入電壓依賴(lài)性。
圖6表示本發(fā)明的與第3實(shí)施方式有關(guān)的開(kāi)關(guān)電源裝置的結(jié)構(gòu)。在第3實(shí)施方式中，與圖1不同的是第1開(kāi)關(guān)Q1的柵極與帶有中間抽頭線圈L的第1接點(diǎn)A連接。由于第1接點(diǎn)A的電位當(dāng)?shù)?開(kāi)關(guān)Q2導(dǎo)通時(shí)為輸入電壓Vin、第2開(kāi)關(guān)Q2斷開(kāi)時(shí)大致為接地電位，所以第1開(kāi)關(guān)Q1與第2開(kāi)關(guān)實(shí)質(zhì)上同時(shí)進(jìn)行導(dǎo)通·斷開(kāi)。因此，與圖1的第1開(kāi)關(guān)電源裝置同樣進(jìn)行動(dòng)作。
圖6的開(kāi)關(guān)電源裝置中，由于第1開(kāi)關(guān)Q1的柵極與第1接點(diǎn)A連接、通過(guò)二極管D3與接地點(diǎn)連接，所以從控制電路CONT輸出的開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM只有1個(gè)。這樣，在控制電路CONT中設(shè)置的驅(qū)動(dòng)器可以為1個(gè)，另外含有控制電路CONT的IC中可以只有1個(gè)用于輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM的輸出插頭(輸出接點(diǎn))。還有，對(duì)于具有1個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM的其它實(shí)施方式，可以同樣減少驅(qū)動(dòng)器或輸出插頭的數(shù)量。
圖6的開(kāi)關(guān)電源裝置也一樣，(i)負(fù)載特性為實(shí)用水平，(ii)具有約77％的良好的效率，(iii)第1輸出電壓Vo1、第2輸出電壓Vo2均沒(méi)有輸入電壓依賴(lài)性。
圖7表示本發(fā)明的與第4實(shí)施方式有關(guān)的開(kāi)關(guān)電源裝置的結(jié)構(gòu)。在第4實(shí)施方式中，與圖5不同的是第1開(kāi)關(guān)Q1的柵極與帶有中間抽頭線圈L的第1接點(diǎn)A連接。由于第1接點(diǎn)A的電位當(dāng)?shù)?開(kāi)關(guān)Q2導(dǎo)通時(shí)為輸入電壓Vin、第2開(kāi)關(guān)Q2斷開(kāi)時(shí)大致為接地電位，所以第1開(kāi)關(guān)Q1與第2開(kāi)關(guān)實(shí)質(zhì)上同時(shí)進(jìn)行導(dǎo)通·斷開(kāi)。因此，與圖5的第1開(kāi)關(guān)電源裝置同樣進(jìn)行動(dòng)作。
圖7的開(kāi)關(guān)電源裝置也一樣，(i)負(fù)載特性為實(shí)用水平，(ii)具有約77％的良好的效率，(iii)第1輸出電壓Vo1、第2輸出電壓Vo2均沒(méi)有輸入電壓依賴(lài)性。
上述第1-第4實(shí)施方式(圖1，圖5-圖7)中，對(duì)第2輸出電壓Vo2進(jìn)行反饋控制，但也可改為對(duì)第1輸出電壓Vo1進(jìn)行反饋控制。
還有，上述第1-第4實(shí)施方式(圖1，圖5-圖7)中，可以根據(jù)反饋電位Vfb或基準(zhǔn)電位Vref的設(shè)定來(lái)輸出所需值的第1輸出電壓Vo1、第2輸出電壓Vo2。因此，如果以輸入電壓Vin為基準(zhǔn)電壓，可以輸出2個(gè)升壓輸出電壓，或者輸出降壓輸出電壓和升壓輸出電壓。還可以輸出2個(gè)降壓輸出電壓。
還有，由于輸出電壓Vo1、Vo2沒(méi)有輸入電壓依賴(lài)性，即使輸入電壓Vin降低，也能夠輸出設(shè)定的所需值的輸出電壓Vo1、Vo2。換句話說(shuō)，如果采用鋰電池等電池電源作為電源，即使由于電池消耗導(dǎo)致輸入電壓Vin降低，從輸入電壓Vin到輸出電壓Vo1、Vo2的變換比、即升壓比、降壓比、或者說(shuō)升降壓比會(huì)自動(dòng)地正確地進(jìn)行調(diào)節(jié)。其它實(shí)施方式中也同樣能自動(dòng)地正確地進(jìn)行變換比的調(diào)節(jié)。
圖8表示本發(fā)明的與第5實(shí)施方式有關(guān)的開(kāi)關(guān)電源裝置的結(jié)構(gòu)。在第5實(shí)施方式中，與圖1的開(kāi)關(guān)電源裝置不同的是，刪去了第2開(kāi)關(guān)Q2，輸入端IN與第1接點(diǎn)A直接連接，并且刪去了二極管D3。
圖8中，通過(guò)刪去第2開(kāi)關(guān)Q2、二極管D3，當(dāng)蓄積在帶有中間抽頭線圈L中的能量釋放時(shí)，第1接點(diǎn)A的電位為輸入電壓Vin。這是上述式7所表示的狀態(tài)。
因此，沒(méi)有受到反饋控制的第1輸出電壓Vo1具有輸入電壓依賴(lài)性。圖8的開(kāi)關(guān)電源裝置中，(i)負(fù)載特性為實(shí)用水平，(ii)具有約88％的極好的效率，(iii)第2輸出電壓Vo2沒(méi)有輸入電壓依賴(lài)性、但沒(méi)有受到反饋控制的第1輸出電壓Vo1具有輸入電壓依賴(lài)性。
這樣，圖8的開(kāi)關(guān)電源裝置在輸入電壓Vin的變化較小時(shí)或容許部分輸出電壓變動(dòng)時(shí)，可以作為高功率的多輸出電源裝置使用。還有，圖8的開(kāi)關(guān)電源裝置由于可以減少開(kāi)關(guān)或二極管等元件數(shù)量，從而簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)。
圖9表示本發(fā)明的與第6實(shí)施方式有關(guān)的開(kāi)關(guān)電源裝置的結(jié)構(gòu)。在第6實(shí)施方式中，與圖5的開(kāi)關(guān)電源裝置不同的是，刪去了第2開(kāi)關(guān)Q2，輸入端IN與第1接點(diǎn)A直接連接，并且刪去了二極管D3。因此，與圖8一樣，沒(méi)有受到反饋控制的第1輸出電壓Vo1具有輸入電壓依賴(lài)性。
圖9的開(kāi)關(guān)電源裝置也一樣，(i)負(fù)載特性為實(shí)用水平，(ii)具有約88％的極好的效率，(iii)第2輸出電壓Vo2沒(méi)有輸入電壓依賴(lài)性、但沒(méi)有受到反饋控制的第1輸出電壓Vo1具有輸入電壓依賴(lài)性。
這樣，圖9的開(kāi)關(guān)電源裝置在輸入電壓Vin的變化較小時(shí)或容許部分輸出電壓變動(dòng)時(shí)，可以作為高效率的多輸出電源裝置使用。
上述第5、第6實(shí)施方式(圖8、圖9)中，對(duì)第2輸出電壓Vo2進(jìn)行反饋控制，但也可改為對(duì)第1輸出電壓Vo1進(jìn)行反饋控制。還有，第5、第6實(shí)施方式(圖8、圖9)中，如果以輸入電壓Vin為基準(zhǔn)電壓，可以輸出從輸入電壓Vin升壓至所需值的2個(gè)升壓輸出電壓Vo1、Vo2。
圖10表示本發(fā)明的與第7實(shí)施方式有關(guān)的開(kāi)關(guān)電源裝置的結(jié)構(gòu)，輸出將輸入電壓Vin降壓的多個(gè)輸出電壓Vo1、Vo2。
在圖10中，電池BAT的正極側(cè)與輸入端IN連接，其負(fù)極側(cè)與作為共同電位點(diǎn)的接地點(diǎn)連接。這樣，輸入電壓Vin施加在輸入端IN上。
帶有中間抽頭線圈L與圖1中的元件相同。第1接點(diǎn)A通過(guò)PMOS的第1開(kāi)關(guān)Q1與輸入端IN連接。還有，二極管D1以阻止輸入電壓Vin的極性連接在第1接點(diǎn)A與接地點(diǎn)之間。
第2接點(diǎn)B與由電容器C1組成的平滑電路連接，經(jīng)過(guò)平滑的第1輸出電壓Vo1輸出到第1輸出端OUT1。還有，第1輸出電壓Vo1受到降了壓的電壓反饋控制，所以第2接點(diǎn)B與電容器C1之間省去了通常設(shè)置的整流用二極管。
中間抽頭T通過(guò)PMOS的第2開(kāi)關(guān)Q2與由電容器C2組成的平滑電路連接，經(jīng)過(guò)平滑的第2輸出電壓Vo2輸出到第2輸出端OUT2。第2開(kāi)關(guān)Q2的柵極與第1接點(diǎn)A連接。
來(lái)自控制電路CONT的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM供給到第1開(kāi)關(guān)Q1的柵極，隨著開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM的L電平·H電平使第1開(kāi)關(guān)Q1導(dǎo)通·斷開(kāi)。
通過(guò)分壓電阻R1、R2對(duì)第1輸出電壓Vo1進(jìn)行了分壓的反饋電壓Vfb輸入到控制電路CONT，將該反饋電壓Vfb與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM。
圖10的開(kāi)關(guān)電源裝置中，通過(guò)開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM使第1開(kāi)關(guān)Q1導(dǎo)通時(shí)，第2開(kāi)關(guān)Q2便處于斷開(kāi)狀態(tài)。此時(shí)電流從電池BAT到第1開(kāi)關(guān)Q1-第1接點(diǎn)A-第2接點(diǎn)B-電容器C1-接地點(diǎn)的回路流過(guò)帶有中間抽頭線圈L，能量蓄積在帶有中間抽頭線圈L中。此時(shí)二極管D1處于斷開(kāi)狀態(tài)。
開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM反向后，第1開(kāi)關(guān)Q1斷開(kāi)，第2開(kāi)關(guān)Q2導(dǎo)通。此時(shí)，蓄積在帶有中間抽頭線圈L中的能量經(jīng)過(guò)二極管D1-第1接點(diǎn)A-中間抽頭T-第2開(kāi)關(guān)Q2-電容器C2-接地點(diǎn)的回路釋放到電容器C2，還經(jīng)過(guò)二極管D1-第1接點(diǎn)A-第2接點(diǎn)B-電容器C1-接地點(diǎn)的回路釋放到電容器C1。
圖10的降壓型開(kāi)關(guān)電源裝置中，通過(guò)第1開(kāi)關(guān)Q1的導(dǎo)通·斷開(kāi)將輸入電壓Vin變換成方形波，通過(guò)帶有中間抽頭線圈L的電感和電容器C1、電容器C2的電容組成的低通濾波器平滑后，作為第1輸出電壓Vo1、第2輸出電壓Vo2輸出。因此，圖10的降壓型開(kāi)關(guān)電源裝置得到的是降壓輸出電壓，與獲得任意輸出電壓的圖1的開(kāi)關(guān)電源裝置不同。
圖10中，第1輸出電壓Vo1作為反饋電壓Vfb反饋到控制電路CONT，控制第1開(kāi)關(guān)Q1(因此，第2開(kāi)關(guān)Q2處于反向狀態(tài))導(dǎo)通·斷開(kāi)，以使第1輸出電壓Vo1處于規(guī)定值。還有，也可以利用控制電路CONT的信號(hào)直接控制第2開(kāi)關(guān)Q2的導(dǎo)通·斷開(kāi)。
在圖10的開(kāi)關(guān)電源裝置的控制中，向帶有中間抽頭線圈L蓄積能量時(shí)，沒(méi)有受到反饋控制的第2輸出電壓Vo2的回路中的第2開(kāi)關(guān)Q2斷開(kāi)。當(dāng)輸入電壓Vin沒(méi)有施加到第1接點(diǎn)A上時(shí)，第2開(kāi)關(guān)Q2導(dǎo)通。因此，輸入電壓Vin即使發(fā)生變化，第2輸出電壓Vo2也不會(huì)變動(dòng)，沒(méi)有輸入電壓依賴(lài)性。
圖10的開(kāi)關(guān)電源裝置中，(i)負(fù)載特性為實(shí)用水平，(ii)具有約90％的非常高的效率，(iii)第1輸出電壓Vo1和第2輸出電壓Vo2均沒(méi)有輸入電壓依賴(lài)性。這樣，可以輸出2個(gè)穩(wěn)定的降壓輸出的第1輸出電壓Vo1和第2輸出電壓Vo2。
圖11表示本發(fā)明的與第8實(shí)施方式有關(guān)的開(kāi)關(guān)電源裝置的結(jié)構(gòu)，與圖10一樣，輸出將輸入電壓降壓的多個(gè)輸出電壓。
圖11與圖10不同的是，設(shè)置二極管D2以取代圖10的第2開(kāi)關(guān)Q2。這樣，當(dāng)?shù)?開(kāi)關(guān)Q1導(dǎo)通時(shí)，輸入電壓Vin供給到?jīng)]有受到反饋控制的第2輸出電壓Vo2的回路。因此，輸入電壓Vin發(fā)生變化時(shí)，第2輸出電壓Vo2也受其影響，具有輸入電壓依賴(lài)性。
圖11的開(kāi)關(guān)電源裝置中，(i)負(fù)載特性為實(shí)用水平，(ii)具有約80％的良好的效率，(iii)第1輸出電壓Vo1沒(méi)有輸入電壓依賴(lài)性，但沒(méi)有受到反饋控制的第2輸出電壓Vo2具有輸入電壓依賴(lài)性。
這樣，圖11的開(kāi)關(guān)電源裝置在輸入電壓Vin的變化較小時(shí)或容許部分電壓變動(dòng)時(shí)，可以作為降壓輸出的多輸出電源裝置。
圖12表示本發(fā)明的與第9實(shí)施方式有關(guān)的開(kāi)關(guān)電源裝置的結(jié)構(gòu)，可以輸出與輸入電壓Vin反向的逆極性的輸出電壓Vo2以及與輸入電壓Vin同極性的升壓或降壓的輸出電壓Vo1，即Vo1＞0，Vo2＜0。
圖12中，電池BAT的正極側(cè)與輸入端IN連接，其負(fù)極側(cè)與共同電位點(diǎn)的接地點(diǎn)連接。這樣，輸入電壓Vin施加在輸入端IN上。
帶有中間抽頭線圈L與圖1相同。第1接點(diǎn)A通過(guò)PMOS的第1開(kāi)關(guān)Q1與輸入端IN連接。還有，在從第2輸出端OUT2到第1接點(diǎn)A之間以向第1接點(diǎn)A的方向?qū)ǖ臉O性設(shè)置有二極管D2，在第2輸出端OUT2與接地點(diǎn)之間設(shè)置有電容器C2。中間抽頭T直接與接地點(diǎn)連接。
還有，在從第1輸出端OUT1到第2接點(diǎn)B之間以向第1輸出端OUT1的方向?qū)ǖ臉O性設(shè)置有二極管D1，在第1輸出端OUT1與接地點(diǎn)之間設(shè)置有電容器C1。
來(lái)自控制電路CONT的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM供給到第1開(kāi)關(guān)Q1的柵極，隨著開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM的L電壓·H電壓使第1開(kāi)關(guān)Q1導(dǎo)通·斷開(kāi)。
通過(guò)分壓電阻R1、R2對(duì)第1輸出電壓Vo1進(jìn)行了分壓的反饋電壓Vfb輸入到控制電路CONT，將該反饋電壓Vfb與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM。另外，也可以將第2輸出電壓Vo2作為反饋電壓Vfb使用。
在圖12的開(kāi)關(guān)電源裝置中，通過(guò)開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM使第1開(kāi)關(guān)Q1導(dǎo)通時(shí)，電流從電池BAT到第1開(kāi)關(guān)Q1-第1接點(diǎn)A-中間抽頭T-接地點(diǎn)的回路流過(guò)帶有中間抽頭線圈L，在帶有中間抽頭線圈L中蓄積能量。
開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM反向后，第1開(kāi)關(guān)Q1斷開(kāi)，蓄積在帶有中間抽頭線圈L中的能量產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，通過(guò)中間抽頭T-第2接點(diǎn)B-二極管D1-電容器C1-接地點(diǎn)的回路向電容器C1正極性方向充電。還有，同時(shí)通過(guò)中間抽頭T-接地點(diǎn)-電容器C2-二極管D2-第1接點(diǎn)A-中間抽頭T的回路向電容器C2負(fù)極性方向充電。
圖12的輸出正極性和負(fù)極性的輸出電壓的開(kāi)關(guān)電源裝置中，蓄積在帶有中間抽頭線圈L中的能量釋放時(shí)，作為基準(zhǔn)的點(diǎn)為與輸入電壓Vin無(wú)關(guān)的接地點(diǎn)，所以第1輸出電壓Vo1和第2輸出電壓Vo2均沒(méi)有輸入電壓依賴(lài)性。
圖12的開(kāi)關(guān)電源裝置中，(i)負(fù)載特性為實(shí)用水平，(ii)具有約80％的良好的高效率，(iii)第1輸出電壓Vo1和第2輸出電壓Vo2均沒(méi)有輸入電壓依賴(lài)性。這樣，可以分別獲得穩(wěn)定的正極性輸出電壓Vo1和負(fù)極性輸出電壓Vo2。
圖13表示本發(fā)明的與第10實(shí)施方式有關(guān)的開(kāi)關(guān)電源裝置的結(jié)構(gòu)。圖13為將圖12中的第2輸出端OUT2的系統(tǒng)(即，二極管D2、電容器C2)刪去，成為第1輸出電壓Vo1的單輸出結(jié)構(gòu)。在該單輸出的開(kāi)關(guān)電源裝置中，通過(guò)控制反饋電壓Vfb或控制電路CONT的基準(zhǔn)電壓Vref，可以使第1輸出電壓Vo1高于輸入電壓Vin、或低于輸入電壓Vin。這樣，可以獲得相對(duì)應(yīng)輸入電壓Vin的從低電壓到高電壓的任意值的輸出電壓、即升降壓型的單輸出的開(kāi)關(guān)電源裝置。
圖13的開(kāi)關(guān)電源裝置中，當(dāng)將電池電源(例如，鋰電池)的輸入電壓Vin例如降壓到規(guī)定的輸出電壓Vo1進(jìn)行輸出時(shí)(此時(shí)Vin＞Vo1)，如果電池消耗使得輸入電壓Vin降低，反過(guò)來(lái)則會(huì)將輸入電壓Vin升壓至規(guī)定的輸出電壓Vo1(此時(shí)Vin＜Vo1)進(jìn)行輸出。這樣，圖13的開(kāi)關(guān)電源裝置會(huì)自動(dòng)隨著輸入電壓Vin的變動(dòng)輸出規(guī)定的輸出電壓Vo1，可以作為升壓以及降壓均可的升降壓型的單輸出的開(kāi)關(guān)電源裝置。
圖13的開(kāi)關(guān)電源裝置中，(i)負(fù)載特性為實(shí)用水平，(ii)具有約74％的良好的高效率，(iii)輸出電壓Vo1沒(méi)有輸入電壓依賴(lài)性。另外，還可以輸出隨著輸入電壓Vin的變動(dòng)進(jìn)行升降壓的穩(wěn)定的輸出電壓Vo1。
圖14表示本發(fā)明的與第11實(shí)施方式有關(guān)的開(kāi)關(guān)電源裝置的結(jié)構(gòu)，輸出將輸入電壓Vin反向后的逆極性的多個(gè)輸出電壓Vo1、Vo2。即Vo2＜Vo1＜0。
圖14中，電池BAT的正極側(cè)與輸入端IN連接，其負(fù)極側(cè)與作為共同電位點(diǎn)的接地點(diǎn)連接。這樣輸入電壓Vin施加到輸入端IN上。
帶有中間抽頭線圈L與圖1中的元件相同。第1接點(diǎn)A通過(guò)PMOS的第1開(kāi)關(guān)Q1與輸入端IN連接。第2接點(diǎn)B直接與接地點(diǎn)連接。
還有，在從第2輸出端OUT2到第1接點(diǎn)A之間以向第1接點(diǎn)A的方向?qū)ǖ臉O性設(shè)置有二極管D2，在第2輸出端OUT2與接地點(diǎn)之間設(shè)置有電容器C2。還有，在從第1輸出端OUT1到中間抽頭T之間以向中間抽頭T的方向?qū)ǖ臉O性設(shè)置有二極管D1，在第1輸出端OUT1與接地點(diǎn)之間設(shè)置有電容器C1。
來(lái)自控制電路CONT的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM供給到第1開(kāi)關(guān)Q1的柵極，隨著開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM的L電平·H電平使第1開(kāi)關(guān)Q1導(dǎo)通·斷開(kāi)。
通過(guò)分壓電阻R1、R2對(duì)第2輸出電壓Vo2進(jìn)行了分壓的反饋電壓Vfb輸入到控制電路CONT，將該反饋電壓Vfb與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM。
在圖14的開(kāi)關(guān)電源裝置中，通過(guò)開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM使第1開(kāi)關(guān)Q1導(dǎo)通時(shí)，電流從電池BAT到第1開(kāi)關(guān)Q1-第1接點(diǎn)A-第2接點(diǎn)B-接地點(diǎn)的回路流過(guò)帶有中間抽頭線圈L，在帶有中間抽頭線圈L中蓄積能量。
開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM反向后，第1開(kāi)關(guān)Q1斷開(kāi)，蓄積在帶有中間抽頭線圈L中的能量產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，通過(guò)接地點(diǎn)-電容器C1-二極管D1-中間抽頭T-第2接點(diǎn)B-接地點(diǎn)的回路向電容器C1負(fù)極性方向充電。還有，同時(shí)也通過(guò)接地點(diǎn)-電容器C2-二極管D2-第1接點(diǎn)A-第2接點(diǎn)B-接地點(diǎn)的回路向電容器C2負(fù)極性方向充電。
圖14的輸出2個(gè)負(fù)極性的輸出電壓的開(kāi)關(guān)電源裝置中，蓄積在帶有中間抽頭線圈L中的能量釋放時(shí)，作為基準(zhǔn)的點(diǎn)為與輸入電壓Vin無(wú)關(guān)的接地點(diǎn)，所以第1輸出電壓Vo1和第2輸出電壓Vo2均沒(méi)有輸入電壓依賴(lài)性。
圖14的開(kāi)關(guān)電源裝置中，(i)負(fù)載特性為實(shí)用水平，(ii)具有約80％的良好的高效率，(iii)第1輸出電壓Vo1和第2輸出電壓Vo2均沒(méi)有輸入電壓依賴(lài)性。這樣，可以分別獲得2個(gè)穩(wěn)定的負(fù)極性輸出電壓Vo1、Vo2。還有，輸出電壓Vo1也可以不是升壓電壓。
圖15表示本發(fā)明的與第12實(shí)施方式有關(guān)的開(kāi)關(guān)電源裝置的結(jié)構(gòu)，輸出將輸入電壓Vin升壓后的輸出電壓Vo1和將輸入電壓Vin降壓后的輸出電壓Vo2。即Vo1＞Vo2以及Vo2＜Vin。
圖15中，電池BAT的正極側(cè)與輸入端IN連接，其負(fù)極側(cè)與作為共同電位點(diǎn)的接地點(diǎn)連接。這樣輸入電壓Vin施加到輸入端IN上。
帶有中間抽頭線圈L與圖1中的元件相同。第1接點(diǎn)A通過(guò)PMOS的第1開(kāi)關(guān)Q1與輸入端IN連接。在第1接點(diǎn)A與接地點(diǎn)之間以阻止輸入電壓Vin的極性連接有二極管D3。
第2接點(diǎn)B與由二極管D1和電容器C1組成的平滑電路連接，平滑了的第1輸出電壓Vo1輸出到第1輸出端OUT1。中間抽頭T與由二極管D2和電容器C2組成的平滑電路連接，平滑了的第2輸出電壓Vo2輸出到第2輸出端OUT2。
來(lái)自控制電路CONT的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM供給到第1開(kāi)關(guān)Q1的柵極，隨著開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM的L電平·H電平使第1開(kāi)關(guān)Q1導(dǎo)通·斷開(kāi)。
通過(guò)分壓電阻R1、R2對(duì)第1輸出電壓Vo2進(jìn)行了分壓的反饋電壓Vfb輸入到控制電路CONT，將該反饋電壓Vfb與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM。
圖15的開(kāi)關(guān)電源裝置中，通過(guò)開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM使第1開(kāi)關(guān)Q1導(dǎo)通后，電流從電池BAT到第1開(kāi)關(guān)Q1-第1接點(diǎn)A-中間抽頭T-電容器C2-接地點(diǎn)的回路流過(guò)帶有中間抽頭線圈L，帶有中間抽頭線圈L中蓄積能量。還有，在通常進(jìn)行反饋控制的狀態(tài)下，帶有中間抽頭線圈L中蓄積能量過(guò)程中，由于電容器C1已經(jīng)充電至高于第2輸出電壓Vo2的第1輸出電壓Vo1，所以不向電容器C1充電。
開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM反向后，第1開(kāi)關(guān)Q1斷開(kāi)，蓄積在帶有中間抽頭線圈L中的能量通過(guò)二極管D3-第1接點(diǎn)A-中間抽頭T-電容器C2-接地點(diǎn)的回路釋放到電容器C2。此時(shí)，通過(guò)二極管D3-第1接點(diǎn)A-第2接點(diǎn)B-二極管D1-電容器C1-接地點(diǎn)的回路向電容器C1充電。
圖15中，第2輸出電壓Vo2作為反饋電壓Vfb反饋到控制電路CONT，控制第1開(kāi)關(guān)Q1的導(dǎo)通·斷開(kāi)，以使第2輸出電壓Vo2維持在規(guī)定值。
圖15的開(kāi)關(guān)電源裝置中，由于第2輸出電壓Vo2受到反饋控制，與第2輸出端OUT2的輸出電流相符的電流流過(guò)帶有中間抽頭線圈L的第1接點(diǎn)A與中間抽頭T之間。通過(guò)第1接點(diǎn)A·中間抽頭T之間與中間抽頭T·第2接點(diǎn)B之間的磁耦合，在第2接點(diǎn)B上按匝數(shù)比1∶n感應(yīng)出電壓。在該第2接點(diǎn)B上感應(yīng)出的電壓通過(guò)二極管D1和電容器C1整流·平滑。這樣，得到升壓的第1輸出電壓Vo1。由于作為基準(zhǔn)的點(diǎn)為通過(guò)二極管D3的接地點(diǎn)，所以第1輸出電壓Vo1也沒(méi)有輸入電壓依賴(lài)性。
圖15的開(kāi)關(guān)電源裝置中，(i)負(fù)載特性為實(shí)用水平，(ii)具有約83％的良好的高效率，(iii)第1輸出電壓Vo1和第2輸出電壓Vo2均沒(méi)有輸入電壓依賴(lài)性。這樣，可以分別獲得穩(wěn)定的降壓輸出的第2輸出電壓Vo2以及穩(wěn)定的升壓輸出的第1輸出電壓Vo1。
圖16表示的本發(fā)明的開(kāi)關(guān)電源裝置的輸出不是2個(gè)，而是3個(gè)以上的輸出。因此，帶有中間抽頭線圈L不限于具有1個(gè)中間抽頭的3接點(diǎn)型，而是為具有多個(gè)中間抽頭的4接點(diǎn)以上的結(jié)構(gòu)。
為了舉例說(shuō)明，圖16將輸出使輸入電壓Vin反向后的逆極性的輸出電壓Vo2與升壓的輸出電壓Vo1的圖12的開(kāi)關(guān)電源裝置(第9實(shí)施方式)改成3個(gè)輸出的多輸出型結(jié)構(gòu)。
圖16中，帶有中間抽頭線圈L中設(shè)有2個(gè)中間抽頭T1、T2。第1中間抽頭T1與接地點(diǎn)連接。從第2中間抽頭T2經(jīng)過(guò)由二極管D3、電容器C3組成的整流平滑電路向輸出端OUT3輸出正極性的第3直流輸出電壓Vo3。如上所述，3個(gè)以上的輸出的多輸出型也可以在其它實(shí)施方式中同樣實(shí)現(xiàn)。
如上所述，與以往的技術(shù)相比，本發(fā)明的開(kāi)關(guān)電源裝置的特長(zhǎng)在于能夠?qū)⑤斎腚妷焊咝实剞D(zhuǎn)換成多個(gè)輸出電壓，能夠?qū)崿F(xiàn)小型化，所有的輸出電壓沒(méi)有輸入電壓依賴(lài)性等。因此，本發(fā)明的開(kāi)關(guān)電源裝置特別適合于需要小型化，輕量化以及電池電源的長(zhǎng)壽命化的便攜式裝置的電源裝置。還有，所述實(shí)施方式的開(kāi)關(guān)電源裝置雖然將直流輸入電壓進(jìn)行PWM控制得到直流輸出電壓，但并不限于PWM控制。
(發(fā)明效果)根據(jù)本發(fā)明，作為對(duì)輸出電源進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制、從而產(chǎn)生具有不同電壓的多個(gè)輸出電壓的開(kāi)關(guān)電源裝置，利用帶有中間抽頭線圈，不需要設(shè)置充電泵浦電路等多余的附加電路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，將輸入電壓高效率地轉(zhuǎn)換成多個(gè)輸出電壓，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)小型化。還有，對(duì)于多個(gè)輸出電壓，可以改善輸出電壓對(duì)輸入電壓特性(線路負(fù)載特性)，以實(shí)質(zhì)上消除輸入電壓依賴(lài)性。
權(quán)利要求
1.一種開(kāi)關(guān)電源裝置，其特征在于具有施加直流輸入電壓的第1接點(diǎn)、輸出第1輸出電壓的第2接點(diǎn)、以及輸出第2輸出電壓的具有中間抽頭的線圈、連接在所述中間抽頭或所述第2接點(diǎn)與共同電位點(diǎn)之間并按照導(dǎo)通·斷開(kāi)控制信號(hào)進(jìn)行導(dǎo)通·斷開(kāi)控制的第1開(kāi)關(guān)、與所述第2接點(diǎn)連接、將所述第1輸出電壓進(jìn)行整流及平滑、并輸出對(duì)所述直流輸入電壓進(jìn)行了變換的第1直流輸出電壓的第1整流·平滑電路、與所述中間抽頭連接、將所述第2輸出電壓進(jìn)行整流及平滑、并輸出對(duì)所述直流輸入電壓進(jìn)行了變換的第2直流輸出電壓的第2整流·平滑電路、輸出所述導(dǎo)通·斷開(kāi)控制信號(hào)以至少對(duì)任一所述第1及第2直流輸出電壓進(jìn)行穩(wěn)壓控制的控制單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)電源裝置，其特征在于還具有用導(dǎo)通·斷開(kāi)控制對(duì)所述第1接點(diǎn)施加所述直流輸入電壓的第2開(kāi)關(guān)、在所述第1接點(diǎn)與所述共同電位點(diǎn)之間以阻止所述直流輸入電壓的極性連接的、將所述直流輸入電壓整流的整流元件，所述控制單元輸出所述導(dǎo)通·斷開(kāi)控制信號(hào)，以與所述第1開(kāi)關(guān)同時(shí)開(kāi)關(guān)所述第2開(kāi)關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的開(kāi)關(guān)電源裝置，其特征在于所述第2開(kāi)關(guān)按照所述導(dǎo)通·斷開(kāi)控制信號(hào)進(jìn)行開(kāi)關(guān)，所述第1開(kāi)關(guān)按照所述第1接點(diǎn)的電壓進(jìn)行開(kāi)關(guān)。
4.一種開(kāi)關(guān)電源裝置，其特征在于具有按照導(dǎo)通·斷開(kāi)控制信號(hào)進(jìn)行開(kāi)關(guān)、按照導(dǎo)通·斷開(kāi)狀態(tài)輸出直流輸入電壓的第1開(kāi)關(guān)、施加所述直流輸入電壓的第1接點(diǎn)、輸出第1輸出電壓的第2接點(diǎn)、以及輸出第2輸出電壓的具有中間抽頭的線圈、在所述第1接點(diǎn)與所述共同電位點(diǎn)之間以阻止所述直流輸入電壓的極性連接的、將所述直流輸入電壓整流的整流元件、與所述第2接點(diǎn)連接、將所述第1輸出電壓平滑并輸出對(duì)所述直流輸入電壓進(jìn)行了降壓的第1直流輸出電壓的平滑電路、與所述中間抽頭連接、將所述第2輸出電壓整流及平滑并輸出對(duì)所述直流輸入電壓進(jìn)行了降壓的第2直流輸出電壓的整流·平滑電路、輸出所述導(dǎo)通·斷開(kāi)控制信號(hào)以至少對(duì)任一所述第1及第2直流輸出電壓進(jìn)行穩(wěn)壓控制的控制單元。
5.一種開(kāi)關(guān)電源裝置，其特征在于具有按照導(dǎo)通·斷開(kāi)控制信號(hào)進(jìn)行開(kāi)關(guān)、按照導(dǎo)通·斷開(kāi)狀態(tài)輸出直流輸入電壓的第1開(kāi)關(guān)、施加所述直流輸入電壓的第1接點(diǎn)、輸出第1輸出電壓的第2接點(diǎn)、以及輸出第2輸出電壓的具有中間抽頭的線圈、在所述第1接點(diǎn)與所述共同電位點(diǎn)之間以阻止所述直流輸入電壓的極性連接的、將所述直流輸入電壓整流的整流元件、與所述第2接點(diǎn)連接、將所述第1輸出電壓平滑并輸出對(duì)所述直流輸入電壓進(jìn)行了降壓的第1直流輸出電壓的平滑電路、通過(guò)實(shí)際上進(jìn)行與所述第1開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通或斷開(kāi)相反的斷開(kāi)或?qū)ú僮鞯牡?開(kāi)關(guān)與所述中間抽頭連接、將所述第2輸出電壓平滑并輸出對(duì)所述直流輸入電壓進(jìn)行了降壓的第2直流輸出電壓的平滑電路、輸出所述導(dǎo)通·斷開(kāi)控制信號(hào)以至少對(duì)任一所述第1及第2直流輸出電壓進(jìn)行穩(wěn)壓控制的控制單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的開(kāi)關(guān)電源裝置，其特征在于所述第2開(kāi)關(guān)按照所述第1接點(diǎn)的電壓斷開(kāi)或?qū)ā?br> 7.一種開(kāi)關(guān)電源裝置，其特征在于具有按照導(dǎo)通·斷開(kāi)控制信號(hào)進(jìn)行開(kāi)關(guān)、按照導(dǎo)通·斷開(kāi)狀態(tài)輸出直流輸入電壓的第1開(kāi)關(guān)、施加所述直流輸入電壓的第1接點(diǎn)、輸出第1輸出電壓的第2接點(diǎn)、以及連接共同電位點(diǎn)的具有中間抽頭的線圈、與所述第2接點(diǎn)連接、將所述第1輸出電壓整流及平滑并輸出對(duì)所述直流輸入電壓進(jìn)行了變換的直流輸出電壓的第1整流·平滑電路、輸出所述導(dǎo)通·斷開(kāi)控制信號(hào)以對(duì)所述直流輸出電壓進(jìn)行穩(wěn)壓控制的控制單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的開(kāi)關(guān)電源裝置，其特征在于還具有與所述第1接點(diǎn)連接并輸出與所述第1整流·平滑電路輸出的所述直流輸出電壓極性相反的電壓的第2整流·平滑電路、所述第1整流·平滑電路輸出與所述直流輸入電壓極性相同的極性的直流輸出電壓、所述第2整流·平滑電路輸出與所述直流輸入電壓極性不同的極性的直流輸出電壓。
9.一種開(kāi)關(guān)電源裝置，其特征在于具有按照導(dǎo)通·斷開(kāi)控制信號(hào)進(jìn)行開(kāi)關(guān)、按照導(dǎo)通·斷開(kāi)狀態(tài)輸出直流輸入電壓的第1開(kāi)關(guān)、施加所述直流輸入電壓的第1接點(diǎn)、連接共同電位點(diǎn)的第2接點(diǎn)、以及輸出第1輸出電壓的具有中間抽頭的線圈、與所述中間抽頭連接、將所述第1輸出電壓整流及平滑并輸出與所述直流輸入電壓極性不同的極性的第1直流輸出電壓的第1整流·平滑電路、與所述第1接點(diǎn)連接、將所述第1輸出電壓整流及平滑并輸出與所述直流輸入電壓極性不同的極性的第2直流輸出電壓的第2整流·平滑電路、輸出所述導(dǎo)通·斷開(kāi)控制信號(hào)以至少對(duì)任一所述第1及第2直流輸出電壓進(jìn)行穩(wěn)壓控制的控制單元。
10.一種開(kāi)關(guān)電源裝置，其特征在于具有按照導(dǎo)通·斷開(kāi)控制信號(hào)進(jìn)行開(kāi)關(guān)、按照導(dǎo)通·斷開(kāi)狀態(tài)輸出直流輸入電壓的第1開(kāi)關(guān)、施加所述直流輸入電壓的第1接點(diǎn)、輸出第1輸出電壓的第2接點(diǎn)、以及輸出第2輸出電壓的具有中間抽頭的線圈、在所述第1接點(diǎn)與所述共同電位點(diǎn)之間以阻止所述直流輸入電壓的極性連接的、將所述直流輸入電壓整流的整流元件、與所述中間抽頭連接、將所述第2輸出電壓平滑并輸出對(duì)所述直流輸入電壓進(jìn)行了降壓的第1直流輸出電壓的平滑電路、與所述第2接點(diǎn)連接、將所述第1輸出電壓整流及平滑并輸出高于從所述平滑電路輸出的所述第1直流輸出電壓的第2直流輸出電壓的整流·平滑電路、輸出所述導(dǎo)通·斷開(kāi)控制信號(hào)以對(duì)所述平滑電路輸出的所述第1直流輸出電壓進(jìn)行穩(wěn)壓控制的控制單元。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)電源裝置，其特征在于所述帶有中間抽頭線圈還具有1個(gè)以上的其他的中間抽頭，從該中間抽頭輸出至少通過(guò)平滑電路的對(duì)所述直流輸入電壓進(jìn)行了變換的直流輸出電壓。
12.根據(jù)權(quán)利要求4所述的開(kāi)關(guān)電源裝置，其特征在于所述帶有中間抽頭線圈還具有1個(gè)以上的其他的中間抽頭，從該中間抽頭輸出至少通過(guò)平滑電路的對(duì)所述直流輸入電壓進(jìn)行了變換的直流輸出電壓。
13.根據(jù)權(quán)利要求5所述的開(kāi)關(guān)電源裝置，其特征在于所述帶有中間抽頭線圈還具有1個(gè)以上的其他的中間抽頭，從該中間抽頭輸出至少通過(guò)平滑電路的對(duì)所述直流輸入電壓進(jìn)行了變換的直流輸出電壓。
14.根據(jù)權(quán)利要求7所述的開(kāi)關(guān)電源裝置，其特征在于所述帶有中間抽頭線圈還具有1個(gè)以上的其他的中間抽頭，從該中間抽頭輸出至少通過(guò)平滑電路的對(duì)所述直流輸入電壓進(jìn)行了變換的直流輸出電壓。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的開(kāi)關(guān)電源裝置，其特征在于所述帶有中間抽頭線圈還具有1個(gè)以上的其他的中間抽頭，從該中間抽頭輸出至少通過(guò)平滑電路的對(duì)所述直流輸入電壓進(jìn)行了變換的直流輸出電壓。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的開(kāi)關(guān)電源裝置，其特征在于所述帶有中間抽頭線圈還具有1個(gè)以上的其他的中間抽頭，從該中間抽頭輸出至少通過(guò)平滑電路的對(duì)所述直流輸入電壓進(jìn)行了變換的直流輸出電壓。
全文摘要
本發(fā)明提供一種開(kāi)關(guān)電源裝置。是利用帶有中間抽頭線圈、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、將直流輸入電壓高效率地轉(zhuǎn)換成多個(gè)直流輸出電壓、同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)小型化的開(kāi)關(guān)電源裝置。通過(guò)使來(lái)自直流電源的直流輸入電壓導(dǎo)通·斷開(kāi)來(lái)開(kāi)關(guān)控制在帶有中間抽頭線圈中的能量蓄積及其釋放。接著，對(duì)多個(gè)接點(diǎn)上產(chǎn)生的受到控制的電壓進(jìn)行整流·平滑，輸出多個(gè)穩(wěn)定的直流輸出電壓。還有，在控制導(dǎo)通·斷開(kāi)時(shí)，控制與基準(zhǔn)電位的連接，以使在多個(gè)接點(diǎn)上產(chǎn)生的電壓不依賴(lài)直流輸入電壓。
文檔編號(hào)H02M3/04GK1497828SQ200310101059
公開(kāi)日2004年5月19日 申請(qǐng)日期2003年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月13日
發(fā)明者星野太一, 大山英太郎, 太郎 申請(qǐng)人:羅姆股份有限公司