專利名稱：電源系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及從一個交流電源向多個電源單元提供交流電的電源系 統(tǒng)，尤其涉及對電源單元中的功率損失和功率因數(shù)的改善。
背景技術：
隨著半導體裝置和電子設備的小型化、集成化，用于這些裝置和設
備的內(nèi)部電源的驅(qū)動電源變得多樣化。例如，在CPU和存儲器等半導體
裝置中，為了實現(xiàn)高密度集成化，使電路布線寬度細微化，并且伴隨于
此，驅(qū)動電壓從5V已經(jīng)下降到3.3V、 1.8V。并且，在手機、計算機、 OA設備、車載用電子裝置、游戲機等電子設備中，存在驅(qū)動液晶顯示器、 音頻裝置、記錄介質(zhì)、半導體裝置等的驅(qū)動電壓各不相同的情況，作為 內(nèi)部電源，例如需要采用24V、 12V、 5V、 3.3V、以及1.8V的驅(qū)動電壓。
從這樣的背景來看，對于電源裝置，要求其能夠提供多種驅(qū)動電壓。 對于利用商用交流電壓或直流電壓來生成所期望的直流電壓的情況，廣 泛利用開關電源。開關電源通過調(diào)整晶體管的導通/截止的開關占空比， 來生成對所輸入的直流電壓進行了功率轉(zhuǎn)換的直流電壓。
圖1是示出以往的降壓型開關電源裝置的一例的電路圖。變壓器T 的一次側連接著晶體管Tr，晶體管Tr的柵極與來自PWM驅(qū)動電路的驅(qū) 動信號S連接。在變壓器T的二次側連接著整流用和回流用二極管Dl、 D2、電感器L、以及電容C。通過調(diào)整晶體管Tr的導M/截止的占空比， 來將所輸入的直流電壓Vin轉(zhuǎn)換為所期望的直流電壓Vout。
在圖1所示那樣的開關電源裝置中，為了抑制由二極管D1、 D2的 正向的電壓降所引起的功率損失，而在專利文獻1中提出了將二極管Dl、 D2置換為開關元件的同步整流型電源的方案。由此，如圖2所示，公開 了正激型DC/DC轉(zhuǎn)換器,其包括FET柵極電壓保持電路3和設置在轉(zhuǎn)換
4變壓翠T1的二次側的輔助繞組4，該保持電路3接受該輔助繞組4的輸 出，并且產(chǎn)生使配置在所述轉(zhuǎn)換變壓器二次繞組間的整流用FET 2以及 換流用FET3的柵極導通/截止的信號。而且，在專利文獻2中，公開了 在同步整流方式DC—DC轉(zhuǎn)換電源裝置中，從一個輸入獲得不同的電壓 (例如3.3V、 1.8V)的輸出的技術。
專利文獻1日本特開2004—180386號
專利文獻2日本特開2004—208490號
如上所述，以往的開關電源裝置如專利文獻1和專利文獻2所示， 利用同步整流電路來降低功率損失，但是并沒有充分改善功率因數(shù)(PFC: Power Factor Correction)。沒有將同步整流用于功率因數(shù)改善的原因是， 通常，在輸入AC100V (國內(nèi))或AC220V (歐洲)的情況下，輸入電壓 被升壓至波峰值(輸入電壓的大致1.4倍)，因此電流并不引起太大的問 題。
但是，與交流電源的電壓下降了的電源連接的電源單元為輸入電流 (變壓器T的二次側)較大的電源裝置或電源系統(tǒng)，從而不能夠忽視由 功率因數(shù)的下降引起的視在功率。例如，如圖3所示，在具有將AC100V 的交流電源轉(zhuǎn)換為AC24V的交流電源的變壓器10和輸入由變壓器10生 成的AC24V的交流電源的多個電源單元20 26的電源系統(tǒng)中，提供給 各電源單元20 26的電流Ib與AC100V電源時流過的電流Ia相比，約 為其4倍(Ib=4XIa)，如果功率因數(shù)較低，則無法有效利用的視在功率 的比例變高。
整流電路中的功率因數(shù)由有效功率W和視在功率VA的比即W/VA 來表示。如果功率因數(shù)較低，則視在功率VA會包含較多的無法有效利用 的無效功率。在通常的電容器輸入型整流中，功率因數(shù)約為0.6。因此， 例如在圖3所示的電源系統(tǒng)中，如果將效率設為0.85，將功率因數(shù)設為 0.6，將輸出側的負載的功耗設為12VX5A,則如式(1)所示，變壓器 10的視在功率VA約為117VA。
5其結果，如圖2所示，變壓器10的輸入電流為4.875A。從式(2) 可清楚地看出，功率因數(shù)越高，就能使來自變壓器10的輸入電流(變壓 器10的二次側的電流)越小。
鼎A 、
=4. 875A…(2)
在如圖3所示的電源系統(tǒng)中，由于變壓器10與多個電源單元連接， 因此，變壓器10的輸入電流隨著電源單元數(shù)量的增加而相應地變大，其 結果，很難實現(xiàn)變壓器10的小型化，成本會提高。
另一方面，用于各電源單元20 26的整流的二極管D產(chǎn)生正向的電 壓降。假設該電壓降約為0.9V，則會損失0.9VX4Ia的功率。如上所示， 如果不對功率因數(shù)進行改善，則在一個電源單元中，要損失4.875X0.9V —4.4W的功率，從而電源單元整體的功率損失也顯著地增大。尤其是如 果所輸入的交流電源的電壓或電流增大，則與之相應地會損失較大的功 率，因此絕對不能對其進行忽視。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述以往的問題而完成的，本發(fā)明的目的在于提 供一種相對于以往能夠?qū)β室驍?shù)進行改善，從而實現(xiàn)電源變壓器的小 型化、低成本的電源系統(tǒng)。
本發(fā)明的進一步的目的在于提供一種相對于以往能夠降低功率損失 的電源系統(tǒng)。
本發(fā)明的電源系統(tǒng)包括變壓器，其將具有第1電壓的第1交流電 源轉(zhuǎn)換為具有比第i電壓低的第2電壓的第2交流電源；以及多個電源 單元，其與變壓器連接，輸入變壓器的第2交流電源。各電源單元具有-整流電路，其對從變壓器提供的第2交流電源的第2交流電壓進行整流， 并輸出整流后的電壓；功率因數(shù)改善電路，其與整流電路連接，用于對 整流后的功率的功率因數(shù)進行改善；以及輸出電路，其與功率因數(shù)改善 電路連接，用于輸出直流電壓，所述功率因數(shù)改善電路具有電感器，
6其與整流電路的第1電壓線串聯(lián)連接；第1晶體管，其與電感器串聯(lián)連 接；第2晶體管，其連接在將電感器和第1晶體管連接起來的節(jié)點與整 流電路的第2電壓線之間；以及控制電路，其控制第1和第2晶體管的 開關，該控制電路在使第2晶體管導通時，使第1晶體管截止，而在使 第2晶體管截止時，使第1晶體管導通，所述整流電路由響應于電流來 動作的多個MOS晶體管電橋構成。
優(yōu)選的是，第1和第2晶體管是MOSFET，第1晶體管的漏極與電 感器連接，第1晶體管的源極與輸出電路連接，第2晶體管的漏極與第1 晶體管的漏極連接，第2晶體管的源極與第2電壓線連接，第1和第2 晶體管的各個柵極與控制電路連接，從所述輸出電路輸出由第2電壓升 壓后的直流電壓。
優(yōu)選的是，所述整流電路具有第1、第2MOS晶體管，其串聯(lián)連 接在第1電位的直流輸出與第2電位的直流輸出之間；第3、第4MOS 晶體管，其串聯(lián)連接在所述第1電位的直流輸出與所述第2電位的直流 輸出之間；以及驅(qū)動單元，其響應于流過所述直流輸出的電流，來向第1、 第2、第3以及第4MOS晶體管的各個柵極輸出柵極信號。
交流電壓的一個輸入與將第1、第2MOS晶體管連接起來的第1連 接節(jié)點連接，交流電壓的另一個輸入與將第3、第4MOS晶體管連接起 來的第2連接節(jié)點連接，響應于所輸入的交流電壓，在第1半波期間時 電流流過第l、第4MOS晶體管，而在第2半波期間時電流流過第2、第 3MOS晶體管。
優(yōu)選的是，第1晶體管、第2晶體管、控制電路、以及整流電路被 容納在一個封裝內(nèi)。在該情況下，所述封裝包括6個外部引線端子，第1、 第2外部端子用于輸入交流電源，第3、第4外部端子與電感器連接，第 5外部端子與接地電位連接，第6外部端子與輸出連接。
進一步優(yōu)選的是，第1交流電源的第1電壓為100V，第2交流電源 的第2交流電壓為24V，輸出電路包括DC—DC轉(zhuǎn)換器，該DC—DC轉(zhuǎn) 換器生成利用開關電路降壓后的直流電壓。
根據(jù)本發(fā)明，在功率因數(shù)改善電路中，使用可以進行開關控制的第1、第2晶體管來將第2交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源，所以能夠改善功率因數(shù)。 因此，與以往相比，能夠使變壓器的輸入電流較小，其結果，能夠?qū)崿F(xiàn) 變壓器的小型化、低成本。而且，與二極管的功耗相比，能夠使電源單 元中的晶體管的功耗降低，由此能夠降低電力系統(tǒng)整體的功率損失。而 且，使功率因數(shù)改善電路的第1和第2晶體管、以及控制電路成為封裝 化的器件，從而能夠容易地使這些器件適用于各種電源單元。
另外，根據(jù)本發(fā)明，使用第1 第4晶體管(MOSFET)將交流電壓 轉(zhuǎn)換為直流電壓，因此與以往的基于二極管電橋的整流相比，能夠大幅 度地降低功率損失。尤其在負載電流變大的情況下，功率損失降低的效 果明顯。
圖1是示出以往的開關電源裝置的結構的圖。
圖2是示出以往的同步整流型開關電源裝置的結構的圖。
圖3是說明以往的開關電源裝置的問題的圖。
圖4是示出本發(fā)明實施例的同步整流型電源系統(tǒng)的簡要結構的圖。
圖5是示出圖4所示的同步整流型電橋的優(yōu)選結構例的圖。
圖6A是示出功率因數(shù)改善電路斷開時的實際測量波形的圖，示出了 輸入電流為15.43Arms時的實際測量值。
圖6B是示出使功率因數(shù)改善電路開啟時的實際測量波形的圖，示出 了輸入電流為11.5Arms時的實際測量值。
圖7是說明二極管電橋與同步整流型電橋的損失比較的圖，其中a 是二極管電橋，b是同步整流型電橋。
圖8是示出將本發(fā)明第2實施例的電源單元封裝化的半導體裝置的 結構例的圖，圖8 (a)是將電感器外置的半導體裝置的立體圖，圖8 (b) 是將電感器內(nèi)置的半導體裝置的立體圖，圖8 (c)是其平面圖。
圖9是示出本發(fā)明第3實施例的同步整流型電橋的結構的圖。
圖10是示出將圖9所示的同步整流型電橋一體化的模塊的圖。
符號說明
100:電源系統(tǒng)
110:電源變壓器
200—1 200—n:電源單元210:整流電路
212:同步整流型電橋
220:功率因數(shù)改善電路
222:控制電路
230:輸出電路
300、 300A:半導體裝置
310:封裝主體
320、 322、 324、 326、 328、 330:外部引線端子 340:散熱器
350、 352、 354、 356:外部引線端子
400、 400A: PFC—體型模塊
420、 422、 424、 426、 428、 430:外部引線端子
440:散熱器
450、 452、 454、 456:內(nèi)部電極
具體實施例方式
參照附圖詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。 [實施例]
圖4是示出本發(fā)明實施例的電源系統(tǒng)的結構的圖。電源系統(tǒng)100具 有絕緣型電源變壓器110以及與電源變壓器110連接的多個電源單元200 一1 200—n (n為自然數(shù))。絕緣型電源變壓器110優(yōu)選為在一次側輸入 商用AC100V的交流電源，而在二次側輸出AC24V的交流電源。在電源 變壓器110的二次側，連接著n個電源單元200 — l 200—n，向各電源 單元200 — l 200—n分別提供AC24V的交流電源。這樣的電源系統(tǒng)例 如在彈珠游戲廳中被使用，每臺游戲機具有一個電源單元。
多個電源單元200—l 200—n各自的內(nèi)部結構實質(zhì)上相同，因此， 在此只對電源單元200—1進行說明。電源單元200—1構成為包括對 AC24V的電源進行整流的整流電路210;與整流電路210連接的功率因 數(shù)改善電路220;以及與功率因數(shù)改善電路220連接的輸出電路230。
9整流電路210包括同步整流型電橋212，并對AC24V的交流電壓進 行整流。功率因數(shù)改善電路220具有電感器L、 FET1、 FET2、以及控制 電路222。電感器L與同步整流型電橋212的正側的電源線串聯(lián)連接。 FET 1的漏極通過節(jié)點N1與電感器L連接，F(xiàn)ET 1的源極通過節(jié)點N3 與輸出電路230連接。FET 2的漏極與節(jié)點Nl連接，F(xiàn)ET2的源極與接 地線的節(jié)點N2連接。將從控制電路222輸出的控制信號S1、 S2連接到 FET 1和FET2的柵極上。控制電路222優(yōu)選為通過適當?shù)念l率和占空比 來對FET 1和FET 2的開關進行控制，以使功率因數(shù)接近于1.0。
輸出電路230包括連接在節(jié)點N3和接地線之間的電場電容器C和 輸出直流電壓的輸出端子Vout。通過控制電路222的開關控制，從輸出 端子Voiit輸出升壓至大約34V的直流電壓。根據(jù)需要，輸出電路230可 以包括使Vout的直流電壓降低的DC/DC轉(zhuǎn)換器232、 234，通過轉(zhuǎn)換器 232、 234而使輸出電壓轉(zhuǎn)換為例如12V、 5V的直流電壓。
圖5是示出圖4所示的同步整流型電橋的優(yōu)選結構的圖。同步整流 型電橋212構成為包括輸入交流電壓的交流輸入ACIN;輸出正側的直 流電壓的直流輸出+DC;輸出負側的直流電壓的直流輸出一DC;作為整 流元件的N溝道型FETQ1、 FETQ2、 FETQ3、 FETQ4;驅(qū)動FETQ1、 FETQ2的第1驅(qū)動電路250;驅(qū)動FET Q3、FET Q4的第2驅(qū)動電路260; 以及與交流電壓的半波同步地檢測電流的比較電路(比較器)270。圖中， R1 R4、 R14和R15為電阻，C1 C3為電容器，D1 D4為二極管， Dlp D4p為FET Ql、 FET Q2、 FET Q3、 FET Q4的寄生二極管。第1 和第2驅(qū)動電路250、 260優(yōu)選為由半導體集成電路構成。
同步整流轉(zhuǎn)換器212的直流輸出+DC與電感器L的一端連接，一DC 與節(jié)點N2連接。FET Ql與FET Q2、 FET Q3與FET Q4分別串聯(lián)連接 在直流輸出+DC與直流輸出一DC之間。交流電壓的一個交流輸入ACIN 與將FET Ql和FET Q2連接起來的節(jié)點N10連接。從第1驅(qū)動電路250 輸出的驅(qū)動信號Gl被連接到FET Ql的柵極，在FET Ql的柵極一源極 之間連接著電阻R1。在直流輸出DC+與連接節(jié)點N10之間，與FETQ1 并聯(lián)地連接有寄生二極管Dlp。
10從第1驅(qū)動電路250輸出的驅(qū)動信號G2被連接到FETQ2的柵極， 在FETQ2的柵極一源極之間連接著電阻R2。在直流輸出DC—與連接節(jié) 點N10之間，與FETQ2并聯(lián)地連接有寄生二極管D2p。
并且，交流電壓的另一個交流輸入ACIN與將FETQ3和FET Q4連 接起來的連接節(jié)點N20連接。從第2驅(qū)動電路260輸出的驅(qū)動信號G3 被連接到FETQ3的柵極，在FETQ3的柵極一源極之間連接著電阻R3。 在直流輸出DC+與連接節(jié)點N20之間，與FET Q3并聯(lián)地連接寄生二極 管D3p。
從第2驅(qū)動電路260輸出的驅(qū)動信號G4被連接到FETQ4的柵極， 在FET Q4的柵極一源極之間連接著電阻R4。在直流輸出DC—與連接節(jié) 點N20之間，與FET Q4并聯(lián)地連接有寄生二極管D4p。
電阻R14、 R15與直流輸出DC —連接，電阻R15與比較電路270的 一個輸入連接。電阻R14與節(jié)點N30連接，在節(jié)點N30和電阻R15之間 連接著電容器C3。節(jié)點N30與比較電路270的另一個輸入連接。
比較電路270與所輸入的交流電壓同步地，即響應于對平滑電容器 充電時或使平滑電容放電時流過的電流，來輸出高電平(正電壓)或低 電平(負電壓)的電壓信號。該輸出被連接到二極管D3的負極，二極管 D3的正極與節(jié)點N40連接。節(jié)點N40分別與第1驅(qū)動電路250的第1 輸入和第2驅(qū)動電路260的第2輸入連接。
比較電路270的輸出還與二極管D4的負極連接，二極管D4的正極 與節(jié)點N50連接。節(jié)點N50分別與第1驅(qū)動電路250的第2輸入和第2 驅(qū)動電路260的第1輸入連接。
接下來，說明電源系統(tǒng)的動作。由電源變壓器U0轉(zhuǎn)換后的24V的 交流電源被提供給各電源單元200—l 200—n。整流電路210對24V的 交流電壓進行整流，整流后的功率被輸入到功率因數(shù)改善電路220。
在同步整流型電橋212中，比較電路270對平滑電容器C在充電或 放電時流過的電流進行檢測，并在檢測到電流后，輸出高電平的電壓。 在比較電路270的輸出為高電平時，二極管D3、 D4截止，節(jié)點N40、 N50保持恒定的高電壓。另一方面，在比較電路270沒有檢測到電流時，比較電路270的輸出變?yōu)榈碗娖降碾妷?，二極管D3、 D4導通，因此節(jié) 點N40、 N50成為f氐電壓。
在節(jié)點N40、 N50為高電壓時，高電壓的信號被輸入到第i和第2 驅(qū)動電路250、 260的第1和第2輸入端，對應的驅(qū)動信號G1、 G2、 G3、 G4成為高電平，從而FETQ1、 FETQ2、 FETQ3和FETQ4處于導通狀 態(tài)。換言之，在比較電路270沒有檢測到恒定的電流的期間，向FETQ1、 FETQ2、 FETQ3和FETQ4提供高電平的柵極信號，從而FETQ1、 FET Q2、 FETQ3和FETQ4被置為可以動作的導通狀態(tài)。
另一方面，在節(jié)點N40、 N50為低電壓時，第1和第2驅(qū)動電路250、 260的第1和第2輸入成為低電平，對應的驅(qū)動信號Gl、 G2、 G3、 G4 成為低電平，從而FETQ1、 FETQ2、 FETQ3和FETQ4處于截止狀態(tài)。 即，F(xiàn)ETQ1、 FETQ2、 FETQ3和FETQ4在比較電路270沒有檢測到電 流的期間被置為截止狀態(tài)。
在比較電路270的輸出端輸出高電平的期間，當對交流輸入ACIN 施加正側的交流電壓時，交流電流從節(jié)點N10開始，流過二極管連接的 FETQ1、直流輸出+DC、平滑電容器、直流輸出一DC、 二極管連接的FET Q4、節(jié)點N20的路徑。并且當對交流輸入ACIN施加負側的交流電壓時， 交流電流流過節(jié)點N20、 二極管連接的FETQ3、直流輸出+DC、平滑電 容器、直流輸出一DC、 二極管連接的FET Q2、節(jié)點N10的路徑。從而 按照每個半波來對交流電壓進行整流。
在該同步整流型電橋中，在電流流過的期間，使FETQ1 FET Q4 處于工作狀態(tài)，因此能夠安全且有效地對交流電壓進行整流。
控制電路222通過控制信號S1、 S2來對FET1、 FET2的占空比進 行調(diào)整，使電能存儲到電感器L中，并將所存儲的能量提供給電容器C。 即，控制電路222在使FET 2導通時，使FET1截止，將能量存儲到電 感器L中。接著，在使FET2截止時，使FET1導通，向電容器C輸出 存儲在電感器L中的能量。由此，從輸出端子Vout輸出約為32V直流電 壓。
在本實施例中，在電源單元內(nèi)設有功率因數(shù)改善電路220，并使功率
12因數(shù)接近于l.O，從而如式(3)所示，與以往的式(1)所示的視在功率 VA相比，本實施例的視在功率VA為70.5VA。而且，如式(4)所示， 來自變壓器110的輸入電流(二次側的電流)為2.937A。<formula>formula see original document page 13</formula>這樣，通過功率因數(shù)改善電路220的插入，雖然效率略微有所下降， 但是另一方面，能夠使變壓器110的輸入電流大致減少至一半，能夠?qū)?現(xiàn)變壓器110的小型化、低成本。
并且，通過使用整流用晶體管來代替以往的整流用二極管，相對于 二極管引起的功率損失(電壓降為0.9V，電流為5A時，功率損失 ^.9Vx5A-4.5W)，能夠降低晶體管引起的功率損失(導通電阻為0.005Q， 電流為5A時，功率損失-0.005Qx5A-1.25W)。另外，由于存在FET的 源極一漏極間耐壓越小，導通電阻越小的趨勢，因此，像本實施例那樣， 如果其耐壓約為34V左右，則能夠使用導通電阻更小的FET。
另外，功率因數(shù)改善電路220所包括的控制電路222可以使用公知 的PWM控制電路，例如通過對FET的開關電流、輸出電壓、以及輸出 電流等進行監(jiān)視，能夠調(diào)整FET1、 FET2的頻率和占空比。
接下來，本實施例的電源系統(tǒng)的功率因數(shù)改善電路的實際測量波形 如圖6所示。圖6A示出了使功率因數(shù)改善電路斷開時的波形，圖6B示 出了使功率因數(shù)改善電路動作時的波形。縱軸為10A/Div，橫軸為5mS/Div (一個分區(qū))。在圖6A中，功率因數(shù)改善電路斷開時的輸入電流為 15.43A，與之相對，在圖6B中，功率因數(shù)改善電路開啟時的輸入電流為
11.5A，能夠?qū)⑤斎腚娏鳒p小大約4A左右。
并且，圖7 (a)示出了以往的由二極管電橋形成的整流電路，圖7 (b)示出了本實施例的同步整流型電橋。在此，假設輸入到圖7 (a)的 二極管電橋的交流電壓為24V，輸出為300W。輸入電流300/24-12.5A，肖特基二極管的正向電壓降約為0.6V，因此二極管電橋引起的損失為 0.6x2xl2.5=15W。
另一方面，假設輸入到圖7(b)的同步整流型電橋的交流電壓為24V， 輸出為300W。輸入電流為300/24=12.5A,MOSFET的導通電阻為3mQx2
(串聯(lián)連接)。因此該同步整流型電橋引起的損失為12.52x0.006 = 0.9375W。這樣，與以往的基于二極管電橋的整流電路相比，本實施例的 同步整流型電橋能夠大幅減小功率損失。這些對比只是一個例子，顯然， 即使所輸入的交流電流為IOOV，也能夠同樣地減小功率損失。并且，由 于同步整流型電橋所使用的MOSFET本身與以往的MOSFET相比，可 以顯著地減小其導通電阻(約1/10)，因此能夠顯著地改善本實施例這樣 的同步整流型電橋的功效。
接下來，說明本發(fā)明的第2實施例。第2實施例使圖4所示的同步 整流型電橋212和功率因數(shù)改善電路220封裝化或模塊化。圖8 (a)示 出了將電感器外置的半導體裝置的立體圖，圖8 (b)示出了將電感器內(nèi) 置的半導體裝置的立體圖，圖8 (c)示出其平面圖。
圖8 (a)所示的半導體裝置300具有利用樹脂等來對同步整流型電 橋212和功率因數(shù)改善電路220進行封裝的長方體形狀的封裝主體310， 以及從封裝主體310的底面突出的6個外部引線端子320、 322、 324、 326、 328、 330。外部引線端子320 330與封裝主體310內(nèi)的電路電連接。例 如，交流電源的ACIN與外部端子320、 322連接，電感器L的一個端子 與外部引線端子324連接，GND (節(jié)點N2)與外部引線端子326連接， 電感器L的另一個端子與外部引線端子328連接，輸出Vout (節(jié)點N3) 與外部引線端子330連接。
在將電感器L內(nèi)置的情況下，如圖8 (b)所示，半導體裝置300A
具有長方體形狀的封裝主體310;安裝在封裝主體310上的散熱器340;
以及安裝在封裝主體310的一個面上的4個外部引線端子350、352、354、 356。在散熱器的中央部分安裝有電感器(線圈)L。散熱器340可以是 與封裝主體310內(nèi)的引線框連接的結構。并且，例如，交流電源的ACIN 與外部引線端子350、 352連接，GND (節(jié)點N2)與外部引線端子354 連接，輸出Vout (節(jié)點N3)與外部引線端子356連接。接下來，說明本發(fā)明的第3實施例。圖4所示的電源單元示出了 AC24V的優(yōu)選示例，而第3實施例在圖9 (a)中示出了在AC100V電源 單元中所使用的優(yōu)選的同步整流型電橋的示例。對與圖4相同的結構賦 予相同的參照標號，省略重復的說明。第3實施例的同步整流型電橋102 采用二極管電橋構成的整流電路212a。并且，設置了與電感器L磁耦合 的電感器L1，電感器L1的一端與GND連接，另一端經(jīng)由二極管D1而 與控制電路222的電源供給連接。通過適當?shù)剡x擇相對于電感器L的圈 數(shù)的電感器L1的圈數(shù)，能夠?qū)⑻峁┙o控制電路222的電源電壓設定為所 期望的值。由此，即使在AC電壓為100V或者更高的情況下，也能夠簡 單地獲得提供給控制電路222的電源電壓。并且，如圖9 (b)所示，同 步整流型電橋102也可以構成為將開關晶體管FET 1替換為二極管D2。
圖10示出將第3實施例的同步整流型電橋一體化的PFC —體型模塊 (半導體裝置)的示例，圖10 (a)示出將電感器外置的模塊的立體圖， 圖10 (b)示出將電感器內(nèi)置的模塊的立體圖，圖10 (c)示出其透視圖。
圖10 (a)所示的PFC —體型模塊400包括封裝主體410，在封裝主 體410上設有6個外部引線端子420、 422、 424、 426、 428、 430。電源 輸入端與外部引線端子420、 422連接，電感器L的一個端子與外部引線 端子424連接，GND與外部引線端子426連接，電感器(線圈)L的另 一個輸出端子與外部引線端子428連接，電感器(線圈)Ll的一個端子 與外部引線端子430連接。電感器L2的另一個端子共同連接到外部引線 端426的GND上。
在將電感器L、 Ll內(nèi)置的情況下，如圖10 (b)所示，PFC—體型 模塊400A具有長方體形狀的封裝主體410;安裝在封裝主體410上的 散熱器440;以及安裝在封裝主體410的一個面上的4個外部引線端子。 在散熱器的中央部分安裝有電感器(線圈)L、 Ll。散熱器440可以是與 封裝主體310內(nèi)的引線框連接的結構。
交流電源的ACIN與2個外部引線端子連接，GND (接地)與一個 外部引線端子連接，輸出端與一個外部引線端子連接。而且，如圖10 (c) 所示，封裝主體310內(nèi)的內(nèi)部電極450將整流電路212a的輸出端連接到 電感器(線圈)L的一端。內(nèi)部電極452、 454連接到與GND連接的外 部引線端子上，內(nèi)部電極452與電感器L2連接，內(nèi)部電極454將整流電路212a的輸出端連接到GND上。而且，內(nèi)部電極456將輸出Vout連接
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本發(fā)明的電源系統(tǒng)可以利用在改善了功率因數(shù)的同步整流型電源裝 置中。另外，在上述實施例中所示的輸入電壓、輸出電壓等只是一個示
例，很明顯本發(fā)明不限于這樣的實施例的電壓。例如，在圖4所示的同 步整流型電源系統(tǒng)中，可以是AC24V、 AC60V、 AC100V、 AC200V、 AC220V、 AC240V等的電壓，輸出電壓可以根據(jù)使用目的而進行適當?shù)?選擇。并且，在圖4中使用了 AC變壓器，但是并不一定必須使用AC變 壓器。
權利要求
1.一種電源系統(tǒng)，其包含變壓器，其將具有第1電壓的第1交流電源轉(zhuǎn)換為具有比第1電壓低的第2電壓的第2交流電源；以及多個電源單元，其與變壓器連接，輸入變壓器的第2交流電源，各電源單元具有整流電路，其對從變壓器提供的第2交流電源的第2交流電壓進行整流，并輸出整流后的電壓；功率因數(shù)改善電路，其與整流電路連接，用于對整流后的功率的功率因數(shù)進行改善；以及輸出電路，其與功率因數(shù)改善電路連接，用于輸出直流電壓，所述功率因數(shù)改善電路具有電感器，其與整流電路的第1電壓線串聯(lián)連接；第1晶體管，其與電感器串聯(lián)連接；第2晶體管，其連接在將電感器和第1晶體管連接的節(jié)點與整流電路的第2電壓線之間；以及控制電路，其控制第1和第2晶體管的開關，該控制電路在使第2晶體管導通時，使第1晶體管截止，而在使第2晶體管截止時，使第1晶體管導通，所述整流電路由響應于電流來動作的多個MOS晶體管電橋構成。
2. 根據(jù)權利要求1所述的電源系統(tǒng)，第1和第2晶體管是MOSFET，第1晶體管的漏極與電感器連接， 第1晶體管的源極與輸出電路連接，第2晶體管的漏極與第1晶體管的 漏極連接，第2晶體管的源極與第2電壓線連接，第1和第2晶體管的 各個柵極與控制電路連接，從所述輸出電路輸出由第2電壓升壓后的直 流電壓。
3. 根據(jù)權利要求1所述的電源系統(tǒng)， 所述整流電路具有第1、第2MOS晶體管，其串聯(lián)連接在第1電位的直流輸出與第2 電位的直流輸出之間；第3、第4MOS晶體管，其串聯(lián)連接在所述第1電位的直流輸出與所述第2電位的直流輸出之間；以及驅(qū)動單元，其響應于流過所述直流輸出的電流，來向第l、第2、第3以及第4MOS晶體管的各個柵極輸出柵極信號，交流電壓的一個輸入與將第1、第2MOS晶體管連接起來的第1連 接節(jié)點連接，交流電壓的另一個輸入與將第3、第4MOS晶體管連接起 來的第2連接節(jié)點連接，響應于所輸入的交流電壓，在第1半波期間時電流流過第1、第4MOS 晶體管，而在第2半波期間時電流流過第2、第3MOS晶體管。
4. 根據(jù)權利要求1 3中任一項所述的電源系統(tǒng)，第1晶體管、第2晶體管、控制電路、以及整流電路被容納在一個 封裝內(nèi)。
5. 根據(jù)權利要求1 4中任一項所述的電源系統(tǒng)， 所述封裝包含6個外部引線端子，第l、第2外部端子用于輸入交流電源，第3、第4外部端子與電感器連接，第5外部端子與接地電位連接， 第6外部端子與輸出連接。
6. 根據(jù)權利要求1 5中任一項所述的電源系統(tǒng)，所述輸出電路具有DC—DC轉(zhuǎn)換器，該DC—DC轉(zhuǎn)換器生成利用開 關電路降壓后的直流電壓。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種相對于以往可以改善功率因數(shù)和功率損失，并實現(xiàn)變壓器的小型化的電源系統(tǒng)。電源系統(tǒng)(100)具有將AC100V轉(zhuǎn)換為AC24V的電源變壓器(110)；以及與電源變壓器(110)連接的多個電源單元(200-1～200-n)。電源單元(200-1)具有通過同步整流型電橋來對AC24V進行整流的整流電路(210)；對整流后的電壓的功率因數(shù)進行改善的功率因數(shù)改善電路(220)；以及輸出直流電壓的輸出電路(230)。功率因數(shù)改善電路(220)包括電感器L、FET(1)、FET(2)、以及控制FET(1)和FET(2)的開關的控制電路(222)，控制電路(222)調(diào)整FET(1)和FET(2)的占空比，使所期望的直流電壓從輸出電路(230)輸出。
文檔編號H02M3/24GK101594055SQ20081017943
公開日2009年12月2日 申請日期2008年11月28日 優(yōu)先權日2008年5月28日
發(fā)明者內(nèi)尾誠一郎 申請人:加賀電子株式會社