專利名稱：開關(guān)電源器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種開關(guān)電源器件，尤其涉及一種根據(jù)負載狀態(tài)執(zhí)行開關(guān)操作的開關(guān)電源器件。
背景技術(shù)：
開關(guān)電源器件執(zhí)行開關(guān)操作以將能量存儲在電感中，并且將存儲的能量提供給負載。根據(jù)負載狀態(tài)執(zhí)行開關(guān)操作的開關(guān)電源器件的例子公開在未審查的日本專利申請KOKAI公報No.2002-171760和未審查的日本專利申請KOKAI公報No.2002-171761中。
公開在未審查的日本專利申請KOKAI公報No.2002-171760中的開關(guān)電源器件在負載變小時間歇地執(zhí)行開關(guān)操作。公開在未審查的日本專利申請KOKAI公報No.2002-171761中的開關(guān)電源器件具有低頻操作模式以便在負載變小時降低開關(guān)頻率。
圖7是示出具有低頻操作模式的常規(guī)開關(guān)電源器件的一個例子的結(jié)構(gòu)圖。
該開關(guān)電源器件設(shè)置復位-置位觸發(fā)器(下文中簡稱為“觸發(fā)器”)2，其與振蕩器(OSC)1的振蕩頻率同步。
當觸發(fā)器2被置位時，開關(guān)元件3導通。
開關(guān)元件3的導通行為使開關(guān)電流從電源18流到變壓器4的初級線圈，如此將能量存儲在變壓器4中。
電阻器5產(chǎn)生對應(yīng)于開關(guān)電流的電壓。
當由電阻器5產(chǎn)生的電壓超過目標電壓Vm時，比較器6使觸發(fā)器2復位。
目標電壓Vm是由電阻器8的電阻和光電耦合器的光接收元件9的電阻對由參考電壓源7產(chǎn)生的參考電壓ES1進行分壓而得到的電壓。
當觸發(fā)器2被復位時，開關(guān)元件3截止。
當開關(guān)元件3截止時，存儲在變壓器4中的能量通過二極管10和電容器11供應(yīng)給負載。
輸出電壓檢測電路12檢測輸出電壓與預定值之間的差值。光電耦合器的發(fā)光元件13根據(jù)該差值發(fā)光。
發(fā)光元件13的發(fā)射改變光接收元件9的電阻，由此改變目標電壓Vm。
當負載通過這種控制增加時，目標電壓Vm變得更高并且開關(guān)元件3的導通持續(xù)時間變得更長。
目標電壓Vm經(jīng)由開關(guān)15提供給振蕩器1。當目標電壓Vm變得較低時，振蕩器1的振蕩頻率也變得較低。
比較器14將目標電壓Vm與參考值Vb進行比較。
當負載變得更小并且目標電壓Vm變得更低時，比較器14的輸出從高電平(下文中稱為“H”)變?yōu)榈碗娖?下文中稱為“L”)，使開關(guān)15導通，所述開關(guān)15響應(yīng)于“L”信號而導通。
當開關(guān)15導通時，目標電壓Vm輸入到振蕩器1。相應(yīng)地，振蕩器1的振蕩頻率降低，從而正常模式變?yōu)榈皖l操作模式。
為了防止在模式變?yōu)榈皖l操作模式之后由于噪聲等原因模式又立刻返回到正常模式，通過使參考值Vb在兩個電平之間變化而使比較器14的輸出具有滯后特性。
圖8是示出執(zhí)行間歇開關(guān)操作的開關(guān)電源器件的一個例子的結(jié)構(gòu)圖，并且使用與圖7相同的參考標記表示相似或相同的元件。
在開關(guān)電源器件中，觸發(fā)器2的輸出端連接到AND門20的一個輸入端。
AND門20的輸出端連接到開關(guān)元件3。
AND門20的另一個輸入端連接到比較器14的輸出端，并且當開關(guān)電源器件激活時向其輸送“H”信號。
在激活后，觸發(fā)器2被設(shè)置成與振蕩器1的振蕩頻率同步。
當觸發(fā)器2被置位時，AND門20的輸出信號變?yōu)椤癏”。開關(guān)元件3響應(yīng)于“H”信號而導通，使開關(guān)電流流到變壓器4的初級線圈。
電阻器5產(chǎn)生對應(yīng)于開關(guān)電流的電壓。
當由電阻器5產(chǎn)生的電壓超過目標電壓Vm時比較器6使觸發(fā)器2復位。
目標電壓Vm是由電阻器8的電阻和光電耦合器的光接收元件9的電阻對由參考電壓源7產(chǎn)生的參考電壓ES1進行分壓而得到的電壓。
當觸發(fā)器2被復位時，AND門20的輸出信號變?yōu)椤癓”，使開關(guān)元件3截止。
相應(yīng)地，存儲在變壓器4中的能量通過二極管10和電容器11供應(yīng)給負載。
輸出電壓檢測電路12檢測輸出電壓與預定值之間的差值。光電耦合器的發(fā)光元件13根據(jù)該差值發(fā)光。
發(fā)光元件13的發(fā)射改變光接收元件9的電阻，由此改變目標電壓Vm。
當負載通過這種控制增加時，目標電壓Vm變得更高并且開關(guān)元件3的導通持續(xù)時間變得更長。
比較器14將目標電壓Vm與參考值Vb進行比較。
當負載變得更小并且目標電壓Vm變得更低時，比較器14的輸出從“H”變?yōu)椤癓”。
相應(yīng)地，AND門20輸出“L”信號而與觸發(fā)器2的輸出信號無關(guān)，停止開關(guān)元件3的開關(guān)。
也就是說，正常模式切換到待機模式。
根據(jù)圖7和8的開關(guān)電源器件，即使具有恒定負載，當來自電源18的輸入電壓Vin變高時，目標電壓Vm將變低，而當輸入電壓Vin變低時，目標電壓Vm將變高。
根據(jù)圖7和8的開關(guān)電源器件，由于以下原因，開關(guān)電流i的峰值在理論上變得恒定而不管輸入電壓Vin是高還是低。因為每一次開關(guān)的能量ε由下式給出ε＝1/2×L×i2，在臨界模式下固定頻率f的PWM控制下的輸出功率Po變?yōu)镻o＝ε×f。
然而，在實際的開關(guān)電路中，噪聲抑制濾波器(未示出)和比較器6遭受檢測延遲。當輸入電壓Vin是高時，開關(guān)電流的斜率變陡，而當輸入電壓Vin是低時，開關(guān)電流的斜率變緩。也就是說，檢測時間變化。
因此，目標電壓Vm變?yōu)闄z測延遲被反饋電路吸收的值，并且當輸入電壓Vin高時變低，而當輸入電壓Vin為低時變高。
由于用于確定模式是應(yīng)該變?yōu)榈皖l操作模式還是應(yīng)該變?yōu)榇龣C模式的參考值Vb是恒定的，因此在模式轉(zhuǎn)變?yōu)榈皖l操作模式或待機模式時的負載電流Io當輸入電壓Vin為高時變大，而當輸入電壓Vin為低時變小。
因此，當在輸入電壓Vin為高的情況下模式切換為低頻操作模式或待機模式時，開關(guān)能量為高，這可能產(chǎn)生噪聲。如果如此設(shè)置開關(guān)電源器件以便防止噪聲的產(chǎn)生，那么當輸入電壓Vin為低時模式不切換為低頻操作模式或待機模式。在這種情況下，不能減少輕負載下的功耗。

發(fā)明內(nèi)容
因而，本發(fā)明的目的是提供一種能夠不管輸入電壓的變化都能降低功耗的開關(guān)電源器件。
本發(fā)明的另一目的是提供一種能夠穩(wěn)定抑制輕負載下的功耗的開關(guān)電源器件。
為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明第一方案的開關(guān)電源器件包括電源；電感；開關(guān)元件，其執(zhí)行開關(guān)操作，并且當導通時將電感連接到電源以便使開關(guān)電流流到電感；變壓器，當開關(guān)電流流過該變壓器時轉(zhuǎn)換存儲在電感中的能量，并且將所轉(zhuǎn)換的能量供應(yīng)給負載；檢測器，其檢測負載的狀態(tài)；模式切換單元，當檢測器檢測到負載比預定值小時，其通過將開關(guān)元件導通時的頻率設(shè)置成低于正常模式下的頻率或阻止開關(guān)元件導通來設(shè)置低功耗操作模式；以及導通持續(xù)時間調(diào)整單元，其根據(jù)來自電源的輸入電壓改變從正常模式轉(zhuǎn)換為低功耗操作模式時的開關(guān)元件的導通持續(xù)時間。
在這種情況下，導通持續(xù)時間調(diào)整單元可以以如下方式改變開關(guān)元件的導通持續(xù)時間輸入電壓為高時的開關(guān)元件的導通持續(xù)時間短于輸入電壓為低時的開關(guān)元件的導通持續(xù)時間。
為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明第二方案的開關(guān)電源器件包括電源；電感；開關(guān)元件，其執(zhí)行開關(guān)操作，并且當導通時將電感連接到電源以便使開關(guān)電流流到電感；變壓器，當開關(guān)電流流過該變壓器時轉(zhuǎn)換存儲在電感中的能量，并且將所轉(zhuǎn)換的能量供應(yīng)給負載；
檢測器，其檢測負載的狀態(tài)；模式切換單元，當檢測器檢測到負載比預定值小時，其通過將開關(guān)元件導通時的頻率設(shè)置成低于正常模式下的頻率或阻止開關(guān)元件導通來設(shè)置低功耗操作模式；以及開關(guān)電流調(diào)整單元，其根據(jù)來自電源的輸入電壓改變從正常模式轉(zhuǎn)換為低功耗操作模式時的開關(guān)電流。
在這種情況下，開關(guān)電流調(diào)整單元可以以如下方式改變開關(guān)電流輸入電壓為高時的開關(guān)電流小于輸入電壓為低時的開關(guān)電流。
為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明第三方案的開關(guān)電源器件包括電源；電感；開關(guān)元件，其執(zhí)行開關(guān)操作，并且當導通時將電感連接到電源以便使開關(guān)電流流到電感；變壓器，當開關(guān)電流流過該變壓器時轉(zhuǎn)換存儲在電感中的能量，并且將所轉(zhuǎn)換的能量供應(yīng)給負載；檢測器，其檢測負載的狀態(tài)；模式切換單元，當檢測器檢測到負載比預定值小時，其通過將開關(guān)元件導通時的頻率設(shè)置成低于正常模式下的頻率或阻止開關(guān)元件導通來設(shè)置低功耗操作模式；以及一個單元，其不管電源所提供的輸入電壓值如何，通過在從正常模式轉(zhuǎn)換為低功耗操作模式時開關(guān)元件的單次切換而將恒定能量存儲在電感中。
本發(fā)明在低功耗操作模式下可以有效地降低功耗。
附圖簡述通過閱讀以下詳細說明和附圖，本發(fā)明的這些目的和其他目的以及優(yōu)點將變得更加顯而易見，在附圖中
圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的開關(guān)電源器件的電路圖；圖2是說明圖7中的常規(guī)開關(guān)電源器件問題的說明圖；圖3是說明圖8中的常規(guī)開關(guān)電源器件問題的說明圖；圖4是說明圖1中的開關(guān)電源器件優(yōu)點的說明圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的開關(guān)電源器件的電路圖；圖6是說明圖5中的開關(guān)電源器件優(yōu)點的說明圖；圖7是具有低頻操作模式的常規(guī)開關(guān)電源器件的電路圖；以及圖8是執(zhí)行間歇開關(guān)操作的常規(guī)開關(guān)電源器件的電路圖。
優(yōu)選實施例下面將參照


本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
第一實施例圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的開關(guān)電源器件的電路圖。
該開關(guān)電源(切換模式電源)器件是DC-DC轉(zhuǎn)換器。該開關(guān)電源器件包括電源30、變壓器31、振蕩器32、以及作為開關(guān)元件的N溝道MOS晶體管(下文中稱為“NMOS”)33。
變壓器31的初級線圈31a是開關(guān)電流從其流過的電感。
變壓器31的初級線圈31a的一端連接到電源30的正電極。初級線圈31a的另一端連接到NMOS 33的漏極。NMOS 33的源極連接到電阻器34的一端，而電阻器34的另一端連接到電源30的負電極。
振蕩器32的輸出端連接到復位-置位觸發(fā)器(下文中稱為“RS-FF”)35的置位端(S)。RS-FF 35的輸出端連接到NMOS 33的柵極。
電阻器34的一端連接到比較器36的一個輸入端(+)。電阻器34的另一端連接到參考電壓源37的負電極、可變電阻器38的一端、參考電壓源39的負電極、以及參考電壓源40的負電極。
電阻器41的一端連接到參考電壓源37的正電極。電阻器41的另一端連接到比較器36的另一個輸入端(-)、開關(guān)43的一端、以及比較器44的一個輸入端(+)，并且還經(jīng)由光電耦合器的光接收元件42連接到電阻器34的另一端。比較器36的輸出端連接到RS-FF 35的復位端(R)。
開關(guān)43的另一端連接到振蕩器32。振蕩器32以根據(jù)經(jīng)由開關(guān)43提供的電壓的頻率振蕩。
可變電阻器38根據(jù)由電源30提供的輸入電壓Vin改變其電阻。當輸入電壓Vin為高時該電阻變低，而當輸入電壓Vin為低時該電阻變高。
可變電阻器38的另一端連接到電阻器45的一端、以及比較器44的另一個輸入端(-)。比較器44的輸出端連接到開關(guān)43和開關(guān)46。
開關(guān)46的一端連接到電阻器45的另一端。開關(guān)46是換路開關(guān)，當比較器44的輸出是“L”時該開關(guān)將電阻器45連接到參考電壓源40的正電極，并且當比較器44的輸出是“H”時該開關(guān)將電阻器45連接到參考電壓源39的正電極。當比較器44的輸出是“L”時開關(guān)43將電阻器41與光接收元件42之間的節(jié)點連接到振蕩器32，并且當比較器44的輸出是“H”時開關(guān)43將電阻器41與光接收元件42之間的節(jié)點與振蕩器32斷開。
二極管50的陽極連接到變壓器31的次級線圈31b的一端。二極管50的陰極連接到電容器51的一個電極以及輸出端+OUT。次級線圈31b的另一端連接到電容器51的另一個電極以及輸出端-OUT。輸出電壓檢測電路52連接在輸出端+OUT和輸出端-OUT之間。光電耦合器的發(fā)光元件53連接到輸出電壓檢測電路52。
下面將說明圖1中的開關(guān)電源器件的操作。
當振蕩器32振蕩并輸出“H”信號時，將RS-FF 35設(shè)置成與該信號輸出同步。被設(shè)置的RS-FF 35輸出“H”信號，該信號使NMOS33導通。NMOS 33的導通行為使開關(guān)電流流到其中存儲能量的變壓器31的初級線圈31a。
在電阻器34的兩端產(chǎn)生對應(yīng)于開關(guān)電流的電壓。當電阻器34兩端的電壓超過目標電壓Vm時，比較器36使RS-FF 35復位。目標電壓Vm是由電阻器41的電阻和光電耦合器的光接收元件42的電阻對由參考電壓源37產(chǎn)生的參考電壓ES1進行分壓而得到的電壓。
由于RS-FF 35被復位，NMOS 33截止，促使存儲在變壓器31中的能量通過二極管50和電容器51轉(zhuǎn)換為DC電壓。將該DC電壓提供給負載。輸出電壓檢測電路52檢測輸出電壓與預定值的差值，并且光電耦合器的發(fā)光元件53根據(jù)該差值發(fā)光。發(fā)光元件53的發(fā)射改變光電耦合器的光接收元件42的電阻，由此改變目標電壓Vm。
當負載通過這種控制變大時，目標電壓Vm變高，并且NMOS 33的導通持續(xù)時間或?qū)▽挾茸冮L。經(jīng)由開關(guān)43將目標電壓Vm提供給振蕩器32。當目標電壓Vm變低時，振蕩器32的振蕩頻率變低。上述操作使輸出電壓Vo恒定。
比較器44將目標電壓Vm與參考值Vb進行比較。當開關(guān)46將電阻器45連接到參考電壓源40時，參考值Vb是由電阻器45的電阻和可變電阻器38的電阻對由參考電源40產(chǎn)生的電壓進行分壓而得到的電壓。在正常模式下，目標電壓Vm高于參考值Vb。
當負載變小時，光接收元件42的電阻減小，并且目標電壓Vm變低。當目標電壓Vm下降到參考值Vb或更低時，比較器44的輸出電平從“H”變?yōu)椤癓”，由此使開關(guān)43導通。當開關(guān)43導通時，目標電壓Vm輸入到振蕩器32，由此降低振蕩器32的振蕩頻率。結(jié)果，將正常模式切換到低頻操作模式(低功耗操作模式)。當比較器44的輸出電平變?yōu)椤癓”時，開關(guān)46將電阻器45連接到參考電壓源39的正電極。相應(yīng)地，設(shè)置滯后現(xiàn)象以便抑制從低頻操作模式到正常模式的轉(zhuǎn)變，從而改善模式切換時的穩(wěn)定性。在低頻操作模式下，開關(guān)頻率變低，由此降低功耗。
現(xiàn)在將對比常規(guī)開關(guān)電源器件來說明該開關(guān)電源器件的優(yōu)點。
圖2是說明圖7中的常規(guī)開關(guān)電源器件問題的說明圖。
在圖7的開關(guān)電源器件中，即使具有恒定的負載，當來自電源的輸入電壓Vin變高時，目標電壓Vm將變低，而當輸入電壓Vin變低時，目標電壓Vm將變高。由于參考值Vb是恒定的，根據(jù)該參考值Vb來確定是否變?yōu)榈皖l操作模式，因此在轉(zhuǎn)換為低頻操作模式時的負載電流Io當輸入電壓Vin為高時變大，而當輸入電壓Vin為低時變小。當在高輸入電壓Vin的情況下模式變?yōu)榈皖l操作模式時，開關(guān)能量高，這可能產(chǎn)生無法忍受的噪聲。
希望低頻操作模式下的振蕩頻率盡可能地低，以便減小開關(guān)損耗。最近，將振蕩頻率減小到幾百Hz到幾千Hz。該頻率是可聽到的頻率。如果在可聽到的頻率下每一次開關(guān)的能量大，那么從變壓器4等部分產(chǎn)生噪聲。
甚至在低頻操作模式下，也需要消耗少量功率以保持待機模式。為了減小功耗，最好以盡可能低的頻率進行開關(guān)。當開關(guān)電源器件在低頻下以大開關(guān)電流工作時，每一次開關(guān)的能量變大，使噪聲更大。因此，必須將低頻操作模式下開關(guān)元件3的開關(guān)電流的峰值設(shè)為最小值，以將噪聲抑制到可忍受的水平。
然而，要恰當?shù)卦O(shè)置開關(guān)電流的峰值不是這么容易的。在圖7的開關(guān)電源器件中，當輸入電壓Vin變化時，目標電壓Vm變化，并且在模式變?yōu)榈皖l操作模式時流過負載的負載電流Io也變化，如圖2所示。很明顯當輸入電壓Vin變高時，負載電流Io增加，而當輸入電壓Vin變低時，負載電流Io減小。
如果通過以在特定負載情況下以低頻進行開關(guān)這樣一種方式設(shè)置開關(guān)電流的峰值來改善效率的話，那么應(yīng)該在低輸入電壓Vin的假設(shè)下進行設(shè)置，從而模式可以確實變?yōu)榈皖l操作模式。完成這種設(shè)置后，當輸入電壓Vin變高時，在正常模式與低頻操作模式之間轉(zhuǎn)換時的負載電流Io變大，不理想地使噪聲變大。如果以如下方式設(shè)置在正常模式與低頻操作模式之間轉(zhuǎn)換時的開關(guān)電流的峰值當輸入電壓Vin為高甚至是在最高水平時噪聲也不要緊，那么當輸入電壓Vin為低甚至具有相同的負載電流Io時，模式也可能不變?yōu)榈皖l操作模式，由此不能減小功耗。
圖3是說明圖8中的常規(guī)開關(guān)電源器件問題的說明圖。
在圖8的開關(guān)電源器件中，即使具有恒定的負載，當來自電源的輸入電壓Vin變高時，目標電壓Vm變低，并且當輸入電壓Vin變低時，目標電壓Vm變高。由于參考值Vb是恒定的，根據(jù)該參考值Vb來確定是否變?yōu)榇龣C模式，因此在轉(zhuǎn)換為待機模式時的負載電流Io當輸入電壓Vin為高時變大，并且當輸入電壓Vin為低時變小。當在高輸入電壓Vin的情況下模式變?yōu)榇龣C模式時，開關(guān)能量高，這可能產(chǎn)生無法忍受的噪聲。
甚至當在開關(guān)動作之間采取待機模式的情況下進行開關(guān)時，也希望開關(guān)頻率盡可能地低，以便減小開關(guān)損耗。近來，將在開關(guān)動作之間采取待機模式的情況下進行開關(guān)的開關(guān)頻率減小到幾百Hz到幾千Hz。該頻率是可聽到的頻率。如果在可聽到的頻率下每一次開關(guān)的能量大，那么從變壓器4等部分產(chǎn)生噪聲。
為了減小功耗，最好以盡可能低的頻率進行開關(guān)。當在低頻下以大開關(guān)電流進行開關(guān)時，每一次開關(guān)的能量變大，使噪聲更大。因此，必須將在開關(guān)動作之間采取待機模式的情況下進行開關(guān)時的開關(guān)元件3的開關(guān)電流的峰值設(shè)為最小值，以將噪聲抑制到可忍受的水平。
然而，要恰當?shù)卦O(shè)置開關(guān)電流的峰值不是這么容易的。在圖8的開關(guān)電源器件中，與圖7中的開關(guān)電源器件類似，當輸入電壓Vin變化時，目標電壓Vm變化，并且在模式變?yōu)榇龣C模式時流過負載的負載電流Io也變化，如圖3所示。很明顯當輸入電壓Vin變高時，負載電流Io增加，而當輸入電壓Vin變低時，負載電流Io減小。
如果通過以在特定負載情況下以低頻進行開關(guān)這樣一種方式設(shè)置開關(guān)電流的峰值來改善效率的話，那么應(yīng)該在低輸入電壓Vin的假設(shè)下進行設(shè)置，從而模式可以確實變?yōu)榇龣C模式。完成這種設(shè)置后，當輸入電壓Vin變高時，在正常模式與待機模式之間轉(zhuǎn)換時的負載電流Io變大，不理想地使噪聲變大。如果以如下方式設(shè)置在正常模式與待機模式之間轉(zhuǎn)換時的開關(guān)電流的峰值當輸入電壓Vin為高甚至是在最高水平時噪聲也不要緊，那么當輸入電壓Vin為低甚至具有相同的負載電流Io時，模式也可能不變?yōu)榇龣C模式，由此不能減小功耗。
圖4是說明圖1中的開關(guān)電源器件優(yōu)點的說明圖。
在根據(jù)本實施例的圖1的開關(guān)電源器件中，即使目標電壓Vm由于來自電源30的輸入電壓Vin的增加而增加，可變電阻器38的電阻也減小。也就是說，要與目標電壓Vm進行比較的參考值Vb降低，如圖4所示，并且模式在正常模式與低頻操作模式之間變化時的目標電壓Vm變低。這減小了模式在正常模式與低頻操作模式之間變化時的開關(guān)電流的峰值。相應(yīng)地，模式在正常模式與低頻操作模式之間變化時的負載電流Io變得幾乎恒定。開關(guān)能量也是如此。因此，可以抑制噪聲而與輸入電壓Vin無關(guān)。采用相同的負載電流，不管輸入電壓Vin如何，低功耗的效率都沒有顯著變化。
第二實施例圖5是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的開關(guān)電源器件的電路圖。
該開關(guān)電源器件是DC-DC轉(zhuǎn)換器，并且包括電源60、其初級線圈61a有一端連接到電源60的正電極的變壓器61、振蕩器62、以及作為開關(guān)元件的NMOS 63。
變壓器61的初級線圈61a是開關(guān)電流從其流過的電感。NMOS 63的漏極連接到初級線圈61a的另一端。NMOS 63的源極連接到電阻器64的一端，而電阻器64的另一端連接到電源60的負電極。
振蕩器62的輸出端連接到RS-FF 65的置位端(S)。RS-FF 65的輸出端連接到AND門66的一個輸入端，AND門66的輸出端連接到NMOS 63的柵極。
電阻器64的一端連接到比較器67的一個輸入端(+)。電阻器64的另一端連接到參考電壓源68的負電極、可變電阻器69的一端、參考電壓源70的負電極、以及參考電壓源71的負電極。
電阻器72的一端連接到參考電壓源68的正電極。電阻器72的另一端連接到比較器67的另一個輸入端(-)、以及比較器73的一個輸入端(+)，并且還經(jīng)由光電耦合器的光接收元件74連接到電阻器64的另一端。比較器67的輸出端連接到RS-FF 65的復位端(R)。
可變電阻器69根據(jù)由電源60提供的輸入電壓Vin改變其電阻。當輸入電壓Vin為高時該電阻變低，而當輸入電壓Vin為低時該電阻變高。可變電阻器69的另一端連接到電阻器75的一端、以及比較器73的另一個輸入端(-)。比較器73的輸出端連接到AND門66的另一個輸入端和開關(guān)76。
開關(guān)76是換路開關(guān)，當比較器73的輸出是“L”時該開關(guān)將電阻器75連接到參考電壓源70的正電極，并且當比較器73的輸出是“H”時該開關(guān)將電阻器75連接到參考電壓源71的正電極。
二極管80的陽極連接到變壓器61的次級線圈61b的一端。二極管80的陰極連接到電容器81的一個電極以及輸出端+OUT。次級線圈61b的另一端連接到電容器81的另一個電極以及輸出端-OUT。輸出電壓檢測電路82連接在輸出端+OUT和輸出端-OUT之間。光電耦合器的發(fā)光元件83連接到輸出電壓檢測電路82。
下面將說明圖5中的開關(guān)電源器件的操作。
在該開關(guān)電源器件中，AND門66的另一個輸入端連接到比較器73的輸出端，并且當該開關(guān)電源器件被激活時向其提供“H”。
當振蕩器62在激活后振蕩并輸出“H”信號時，將RS-FF 65設(shè)置成與該信號輸出同步。當RS-FF 65被置位時，AND門66的輸出信號變?yōu)椤癏”，使NMOS 63導通。NMOS 63的導通行為使開關(guān)電流流到變壓器61的初級線圈61a。在電阻器64的兩端產(chǎn)生對應(yīng)于開關(guān)電流的電壓。
當電阻器64兩端產(chǎn)生的電壓超過目標電壓Vm時，比較器67使RS-FF 65復位。目標電壓Vm是由電阻器72的電阻和光電耦合器的光接收元件74的電阻對由參考電壓源68產(chǎn)生的參考電壓進行分壓而得到的電壓。
由于RS-FF 65被復位，AND門66的輸出信號變?yōu)椤癓”，使NMOS63截止。結(jié)果，通過二極管80和電容器81將存儲在變壓器61中的能量供應(yīng)給負載。輸出電壓檢測電路82檢測輸出電壓與預定值之間的差值，并且光電耦合器的發(fā)光元件83根據(jù)該差值發(fā)光。發(fā)光元件83的發(fā)射改變光接收元件74的電阻，由此改變目標電壓Vm。當負載通過這種控制變大時，目標電壓Vm變高，并且NMOS 63的導通寬度變長。
比較器73將目標電壓Vm與參考值Vb進行比較。當開關(guān)76將電阻器75連接到參考電壓源70時，參考值Vb是由電阻器75的電阻和可變電阻器69的電阻對由參考電源70產(chǎn)生的電壓進行分壓而得到的電壓。在正常模式下，目標電壓Vm高于參考值Vb。
當負載變小時，光接收元件74的電阻減小，并且目標電壓Vm變低。當目標電壓Vm下降到參考值Vb或更低時，比較器73的輸出電平從“H”變?yōu)椤癓”。
相應(yīng)地，AND門66輸出“L”信號而與RS-FF 65的輸出信號無關(guān)，停止NMOS 63的開關(guān)。也就是說，正常模式切換到待機模式(低功耗操作模式)。
接下來將說明根據(jù)本實施例的開關(guān)電源器件的優(yōu)點。
圖6是說明圖5中的開關(guān)電源器件優(yōu)點的說明圖。
在根據(jù)本實施例的圖5的開關(guān)電源器件中，即使目標電壓Vm由于來自電源60的輸入電壓Vin的增加而下降，可變電阻器69的電阻也減小。也就是說，要與目標電壓Vm進行比較的參考值Vb降低，如圖6所示，并且在正常模式與待機模式之間變化時的目標電壓Vm變低。由此縮短正常模式與待機模式之間變化時的導通寬度。相應(yīng)地，模式在正常模式與低頻操作模式之間變化時的負載電流Io變得幾乎恒定。開關(guān)能量也是如此。因此，可以抑制噪聲而與輸入電壓Vin無關(guān)。采用相同的負載電流，不管輸入電壓Vin如何，低功耗的效率都沒有顯著變化。
本發(fā)明不限于上述實施例，而是可以以各種形式進行修改。
例如，盡管第一實施例或第二實施例具有可變電阻器38或69，并且根據(jù)輸入電壓Vin改變從正常模式轉(zhuǎn)換為低頻操作模式或待機模式時的開關(guān)元件的導通寬度，但是可以使開關(guān)電流隨著輸入電壓Vin的增加而變得更小。具體地講，可以用電阻不可變的電阻器來代替可變電阻器38或69，并且可以用電阻隨著輸入電壓Vin的增加而增加的電阻器來代替電阻器34或64。這一修改表現(xiàn)出與第一和第二也可以以如下方式構(gòu)造開關(guān)電源器件隨著輸入電壓Vin增加，開關(guān)電流變小并且導通寬度變短，從而使開關(guān)能量恒定而與輸入電壓Vin無關(guān)。
盡管在圖5中AND門66插在RS-FF 65和NMOS 63之間，但是AND門66也可以插在振蕩器62和RS-FF 65之間。
在不背離本發(fā)明的廣義精神和范圍的情況下，可以對其進行各種實施和改變。上述實施例旨在舉例說明本發(fā)明，而不是限制本發(fā)明的范圍。通過附加的權(quán)利要求而非實施例來示出本發(fā)明的范圍。在本發(fā)明的權(quán)利要求的等價含義內(nèi)和在權(quán)利要求內(nèi)進行的各種修改將被認為是落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。
本申請是以2004年11月19日提交的日本專利申請No.2004-336307為基礎(chǔ)，并且包括說明書、權(quán)利要求書、附圖以及摘要。在此完整并入上述日本專利申請的公開內(nèi)容作為參考。
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)電源器件包括電源(30)；電感；開關(guān)元件，其執(zhí)行開關(guān)操作，并且當導通時將所述電感連接到所述電源以便使開關(guān)電流流到所述電感；變壓器，當所述開關(guān)電流流過所述變壓器時轉(zhuǎn)換存儲在所述電感中的能量，并且將所述轉(zhuǎn)換的能量供應(yīng)給負載；檢測器，檢測所述負載的狀態(tài)；模式切換單元，當所述檢測器檢測到所述負載比預定值小時，通過將所述開關(guān)元件導通時的頻率設(shè)置成低于正常模式下的頻率或阻止所述開關(guān)元件導通來設(shè)置低功耗操作模式；以及導通持續(xù)時間調(diào)整單元，根據(jù)來自所述電源的輸入電壓改變從所述正常模式轉(zhuǎn)換為所述低功耗操作模式時的所述開關(guān)元件的導通持續(xù)時間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)電源器件，其中所述導通持續(xù)時間調(diào)整單元以如下方式改變所述開關(guān)元件的所述導通持續(xù)時間所述輸入電壓為高時的所述開關(guān)元件的所述導通持續(xù)時間短于所述輸入電壓為低時的所述開關(guān)元件的所述導通持續(xù)時間。
3.一種開關(guān)電源器件包括電源；電感；開關(guān)元件，其執(zhí)行開關(guān)操作，并且當導通時將所述電感連接到所述電源以便使開關(guān)電流流到所述電感；變壓器，當所述開關(guān)電流流過所述變壓器時轉(zhuǎn)換存儲在所述電感中的能量，并且將所述轉(zhuǎn)換的能量供應(yīng)給負載；檢測器，檢測所述負載的狀態(tài)；模式切換單元，當所述檢測器檢測到所述負載比預定值小時，通過將所述開關(guān)元件導通時的頻率設(shè)置成低于正常模式下的頻率或阻止所述開關(guān)元件導通來設(shè)置低功耗操作模式；以及開關(guān)電流調(diào)整單元，根據(jù)來自所述電源的輸入電壓改變從所述正常模式轉(zhuǎn)換為所述低功耗操作模式時的所述開關(guān)電流。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的開關(guān)電源器件，其中所述開關(guān)電流調(diào)整單元以如下方式改變所述開關(guān)電流所述輸入電壓為高時的所述開關(guān)電流小于所述輸入電壓為低時的所述開關(guān)電流。
5.一種開關(guān)電源器件包括電源；電感；開關(guān)元件，其執(zhí)行開關(guān)操作，并且當導通時將所述電感連接到所述電源以便使開關(guān)電流流到所述電感；變壓器，當所述開關(guān)電流流過所述變壓器時轉(zhuǎn)換存儲在所述電感中的能量，并且將所述轉(zhuǎn)換的能量供應(yīng)給負載；檢測器，檢測所述負載的狀態(tài)；模式切換單元，當所述檢測器檢測到所述負載比預定值小時，通過將所述開關(guān)元件導通時的頻率設(shè)置成低于正常模式下的頻率或阻止所述開關(guān)元件導通來設(shè)置低功耗操作模式；以及一個單元，其不管從所述電源提供的輸入電壓值如何，通過在從所述正常模式轉(zhuǎn)換為所述低功耗操作模式時所述開關(guān)元件的單次切換而將恒定能量存儲在所述電感中。
全文摘要
根據(jù)電阻器(41)和光電耦合器的光接收元件(42)之間的節(jié)點處的目標電壓(Vm)設(shè)置N溝道MOS晶體管(33)的導通持續(xù)時間。比較器(44)比較目標電壓(Vm)與可變電阻器(38)和電阻器(45)之間的節(jié)點處的參考電壓(Vb)。根據(jù)比較器(44)的輸出信號將正常模式和低頻操作模式從一種切換到另一種。當來自電源(30)的輸入電壓為高時可變電阻器(38)的電阻變低。因此，甚至當輸入電壓為高時，在正常模式和低頻操作模式之間轉(zhuǎn)換時N溝道MOS晶體管(33)的導通持續(xù)時間變短。這減小了低頻操作模式下的開關(guān)能量，由此抑制噪聲。
文檔編號H02M3/28GK1780127SQ200510125489
公開日2006年5月31日 申請日期2005年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月19日
發(fā)明者臼井浩, 山田智康, 島田雅章 申請人:三墾電氣株式會社