开关电源装置和半导体装置

摘要

本发明提供开关电源装置和半导体装置。开关电源装置具有：变压器，其具有一次绕组、二次绕组以及辅助绕组；开关元件，其与所述一次绕组串联连接；输出电路，其根据随着所述开关元件的开关动作而从所述一次绕组传送到所述二次绕组的电力，生成电源输出；反馈信号生成电路，其根据在电流流过所述二次绕组的二次侧导通期间内所述辅助绕组感应产生的辅助绕组电压，在该二次侧导通期间内生成反馈信号；以及控制电路，其根据所述反馈信号驱动所述开关元件，其中，所述控制电路具有：电压检测电路，其判定在电流流过所述二次绕组的二次侧导通期间内所述辅助绕组电压是否超过阈值；以及停止电路，其根据所述电压检测电路的信号，使开关动作停止。

权利要求

1.一种开关电源装置，其特征在于，具有：变压器，其具有一次绕组、二次绕组以及辅助绕组；

开关元件，其与所述一次绕组串联连接；

输出电路，其根据随着所述开关元件的开关动作而从所述一次绕组传送到所述二次绕组的电力，生成电源输出；

反馈信号生成电路，其根据在电流流过所述二次绕组的二次侧导通期间内所述辅助绕组感应产生的辅助绕组电压，在该二次侧导通期间内生成反馈信号；以及控制电路，其根据所述反馈信号驱动所述开关元件，其中，所述控制电路具有：

电压检测电路，其通过比较所述反馈信号和基准电压来判定在电流流过所述二次绕组的二次侧导通期间内所述辅助绕组电压是否超过阈值，在所述反馈信号低于所述基准电压时向停止电路输出信号；以及所述停止电路，其根据所述电压检测电路的所述信号，使开关动作停止。

2.一种半导体装置，其特征在于，

该半导体装置构成为：包含权利要求1所述的开关电源装置的控制电路。

说明书

开关电源装置和半导体装置

技术领域

[0001] 本发明涉及开关电源装置。

背景技术

[0002] 在使用变压器将输入侧和输出侧电绝缘的开关电源装置中，已知有一次检测(PSR：Primary-Side Regulated)方式的开关电源装置，其在变压器的一次侧设置有感应产生与在变压器的二次绕组中产生的电压成比例的电压的辅助绕组，并且根据辅助绕组上感应产生的电压来控制输出电压(例如US8125799B2、US2010/0134182A1)。

[0003] 上述专利文献记载的开关电源装置具有以下这样的电路：该电路检测与从轻负载或无负载起的负载突变相伴的输出电压下降，将电压下降信号输出到二次绕组。该开关电源装置根据从二次绕组传递到辅助绕组的电压下降信号开始开关动作，抑制与负载突变相伴的输出电压下降。

[0004] 对于上述专利文献记载的根据辅助绕组上感应产生的电压对输出电压进行控制的一次检测方式的开关电源装置而言，当发生了辅助绕组断线或由变压器引脚的焊接不良等导致的辅助绕组的连接断开的故障时，由于没有用于检测输出电压的单元，从而导致输出过电压，造成二次侧平滑电容器损坏或负载损坏。

[0005] 在上述专利文献记载的开关电源装置中，虽然能够抑制与负载突变相伴的电源装置的输出端产生的电压变动，但无法抑制/停止因辅助绕组的开路而引起的输出电压上升。

[0006] 另外，还存在以下这样的考虑因素：一次检测方式的开关电源装置是设想为不使用光电耦合器的廉价且小型的产品，很难追加使用了光电耦合器的过电压保护电路。

发明内容

[0007] 本发明的一个方式是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种即使辅助绕组开路也能够在不使用光电耦合器的情况下进行过电压保护的、具有过电压保护电路的开关电源装置。

[0008] 本发明的开关电源装置具有：变压器，其具有一次绕组、二次绕组以及辅助绕组；开关元件，其与所述一次绕组串联连接；输出电路，其根据随着所述开关元件的开关动作而从所述一次绕组传送到所述二次绕组的电力，生成电源输出；反馈信号生成电路，其根据在电流流过所述二次绕组的二次侧导通期间内所述辅助绕组感应产生的辅助绕组电压，在该二次侧导通期间内生成反馈信号；以及控制电路，其根据所述反馈信号驱动所述开关元件，其中，所述控制电路具有：电压检测电路，其判定在电流流过所述二次绕组的二次侧导通期间内所述辅助绕组电压是否超过阈值；以及停止电路，其根据所述电压检测电路的信号，使开关动作停止。。

[0009] 根据本发明的一个方式，即使发生辅助绕组断线或辅助绕组引脚或电压检测电阻的焊接不良也能够进行输出电压的过电压保护。

附图说明

[0010] 图1是示出用于说明示例性的实施方式的开关电源装置的一例的结构的框图。

[0011] 图2是图1的开关电源装置的控制电路的框图。

[0012] 图3是示出从启动时起成为开路的情况下的图2的控制电路的各部分的动作的波形图。

[0013] 图4是示出从通常时起成为开路的情况下的图2的控制电路的各部分的动作的波形图。

具体实施方式

[0014] 图1示出了用于说明示例性的实施方式的开关电源装置的一例的结构。

[0015] 图1所示的开关电源装置1具有：整流器DB 1、变压器T1、开关元件Q1、控制电路2、生成电源输出的输出电路4、以及用于使输出电路4的输出电压稳定的反馈信号生成电路5。

[0016] 电源电路3具有由二极管桥构成的整流电路DB 1、电容器C1、C2以及电抗器L1、L2，电源电路3对从交流电源AC输入的交流电进行整流平滑。

[0017] 变压器1在一次侧具有一次绕组P1和辅助绕组P2且在二次侧具有二次绕组S1。一次绕组P1的极性、与二次绕组S1和辅助绕组P2的极性被设定为互为相反。

[0018] 一次绕组P1经由开关元件Q1与电源电路3连接。另外，二次绕组S1与具有二极管D5和电容器C6的输出电路6连接。

[0019] 随着开关元件Q1的开关动作，电力从变压器T1的一次侧传送到二次侧，被传送到二次侧的电力由输出电路4的二极管D5和电容器C6进行整流平滑。由此，将直流电供给到与输出电路4连接的未图示的负载。

[0020] 辅助绕组P2与反馈信号生成电路5连接。反馈信号生成电路5根据随着开关元件Q1的开关动作而由辅助绕组P2感应产生的电压，生成反馈信号。

[0021] 并且，在图示的例子中，电容器C3经由二极管D2与辅助绕组P2连接，电容器C3的正极端子与控制电路2的电源电压输入端子VCC连接。辅助绕组P2感应产生的电压被二极管D2和电容器C3进行整流平滑而被供应到控制电路2的VCC端子，被用作驱动控制电路2的控制电路用电源电压。

[0022] 图2示出了控制电路2的结构。

[0023] 控制电路2将输入到VCC端子的电压作为电源电压进行工作，控制开关元件Q1的开关动作来使输出电路4的输出电压稳定。

[0024] 控制电路2具有：启动电路STARTUP、VCC端子电压的过电压保护电路OVP、振荡电路PWMOSC、驱动电路DRV、前沿消隐电路LEB、过电流保护电路OCP、采样保持(S/H)电路Sampling 1、误差放大器OTA、以及反馈控制比较器CP。

[0025] 开关元件Q1在图示的例子中是N型的功率MOSFET。开关元件Q1的漏极与变压器T的一次绕组P1连接，开关元件Q1的源极经由电阻R3与电容器C2的负极端子连接。

[0026] 启动电路STARTUP设置在与电容器C2的正极端子相连的控制电路2的ST端子和与电容器C3的正极端子相连的控制电路2的VCC端子之间。启动电路STARTUP是恒流电路，其在开关控制开始之前的启动时进行工作，对连接于VCC端子的电容器C3供应恒定电流。

[0027] 保护电路PROTECTION根据来自控制电路2的VCC端子的过电压检测电路OVP以及后述的辅助绕组电压检测电路20的信号，使驱动电路DRV的动作停止并保持停止状态。

[0028] 振荡电路PWMOSC以固定周期输出用于使开关元件Q1导通的时钟信号。从振荡电路PWMOSC输出的时钟信号被输入到触发器电路的置位端子S，接着经由2个OR电路OR1、OR3被输入到驱动电路DRV。

[0029] 驱动电路DRV与开关元件Q1的栅极连接。驱动电路DRV将OR电路OR3的输出信号转换为足以控制开关元件Q1的栅极的电压信号，生成用于驱动开关元件Q1的驱动信号。

[0030] 电阻R3是用于检测流过开关元件Q1的漏极电流的电流检测电阻，开关元件Q1的源极与电阻R3之间的连接点被连接于控制电路2的OCP端子。

[0031] 前沿消隐电路LEB使来自电阻3的漏极电流检测信号中的、在开关元件Q1导通时产生浪涌电压的期间内的信号无效(消隐)。漏极电流检测信号经由前沿消隐电路LEB并经由过电流检测电路OCP和OR电路OR2被输入到触发器电路的复位端子R。

[0032] 过电流检测电路OCP对漏极电流检测信号和过电流检测阈值电压进行比较，在漏极电流检测信号、即电阻R3相对于GND端子电压的电压降达到过电流检测阈值电压时，输出关断信号。该关断信号经由OR电路OR2被输入到触发器电路的复位端子R，将开关元件Q1关断。

[0033] S/H电路Sampling 1对从反馈信号生成电路5输入到控制电路2的反馈端子FB的反馈信号进行检测，并保持OR电路OR1的输出信号成为H电平(高电平)的时刻的电压。由S/H电路Sampling 1保持的电压被输入到误差放大器OTA的反相输入端子。并且，在S/H电路Sampling 1成为OR电路OR1的下一个H电平的时刻，由S/H电路Sampling 1保持的反馈信号被更新。

[0034] 误差放大器OTA的同相输入端子被施加基准电压Vr1，该误差放大器OTA对被S/H电路Sampling 1保持在电容器Cfb上的电压与基准电压Vr1之间的差进行放大，生成误差放大信号。该误差放大信号经由电平转换电路LEVELSHIFT被输入到反馈控制比较器CP的反相端子。

[0035] 反馈控制比较器CP与连接有相位校正用电容器C5的控制电路2的反馈相位校正端子COMP相连接。并且，反馈控制比较器CP对相位校正后的误差放大信号与经由前沿消隐电路LEB输入的漏极电流检测信号进行比较，当漏极电流检测信号大于误差放大信号时，输出关断信号。该关断信号经由OR电路被输入到触发器的复位端子R。由此，开关元件Q1被关断。

[0036] 反馈控制比较器CP根据漏极电流检测信号和相位校正后的误差放大信号对开关元件Q1的导通幅度进行控制，将其控制为输出电路4的输出电压越低、误差放大信号越大，则导通幅度越长。由此，输出电路4的输出电压被稳定。

[0037] 辅助绕组电压检测电路20具有：One shot(单触发)电路205、比较器206、基准电压Vr2、AND电路201、204、计数器202、以及定时器电路203。

[0038] 定时器203是数mS级的振荡器，其将时钟信号输出到AND电路201的一个端子和计数器202的时钟输入端子CK。计数器202的输出端子Q与AND电路201的另一个端子相连接，AND电路201的输出被输出到保护电路PROTECTION。

[0039] 另外，计数器202是2比特的计数器。计数器202的复位端子R与AND电路204的输出端子相连接。

[0040] 比较器206的同相端子与控制电路2的FB端子相连接，反相端子上连接有基准电压Vr2。基准电压Vr2被设定为比基准电压Vr1低的电压。(Vr2＜＜Vr1)

[0041] 在从反馈信号生成电路5输入到控制电路2的反馈端子FB的反馈信号高于基准电压Vr2的情况下，比较器206将H电平输出到AND电路204的一个端子。

[0042] One shot电路205与OR电路OR1的输出连接，在OR电路OR1的输出信号成为H电平的时刻，将单触发信号输出到AND电路204的另一个端子。

[0043] 在来自反馈信号生成电路5的反馈信号高于基准电压Vr2的情况下，AND电路204与来自One shot电路205的单触发信号进行“与运算(AND)”，并将H电平信号输出到计数器202的复位端子R，因此，计数器202被复位，将L电平(低电平)信号输出到AND电路201的另一个端子。由此，不会从辅助绕组电压检测电路20向保护电路PROTECTION输出信号。

[0044] 另一方面，在来自反馈信号生成电路5的反馈信号低于基准电压Vr2的情况下，将L电平信号输出到计数器202的复位端子R，因此，即使与来自One shot电路205的单触发信号进行“与运算”，计数器202也不被复位，将H电平信号输出到AND电路201的另一个端子。由此，从辅助绕组电压检测电路20向保护电路PROTECTION输出信号，使驱动电路DRV的动作停止并保持停止状态。

[0045] 以下，基于图3和图4对辅助绕组P2的端子A或B开路时的动作进行说明。

[0046] 图3是示出从启动时起辅助绕组P2的端子A或B成为开路的情况下的图2的控制电路2的各部分的动作的波形图。

[0047] 在时刻t0，接通交流电源AC，经由启动电路STARTUP使得控制电路2的VCC端子电压上升，在时刻t1，控制电路2启动，开始进行开关动作。此时，由于辅助绕组P2的端子A或B处于开路，因此反馈信号不被输入到FB端子，FB端子电压为小于基准电压Vr2的低电压，COMP端子电压上升。

[0048] 并且，在时刻t1，定时器电路Timer将H电平信号作为时钟进行输出，在时刻t2，信号反转。

[0049] 另外，在并非辅助绕组P2的端子A或B开路而是电阻R4与R5之间开路的情况下，反馈信号也同样不被输入到FB端子，FB端子电压为小于基准电压Vr2的低电压，COMP端子电压上升。

[0050] 从时刻t2到时刻t3，定时器电路203将L电平信号作为时钟进行输出，输出电压达到过电压并持续过电压状态。

[0051] 接着，在时刻t3，定时器电路203将H电平信号作为时钟进行输出。

[0052] 在该时刻t3，由于来自反馈信号生成电路5的反馈信号低于基准电压Vr2，因此比较器206将L电平信号输出到AND电路204的一个端子。由此，AND电路204的输出成为L电平，并将L电平信号输出到计数器202的复位端子R，因此，计数器202不被复位，而将H电平信号输出到AND电路201的另一个端子。由此，AND电路201将H电平信号输出到保护电路PROTECTION，使驱动电路DRV的动作停止并保持停止状态。

[0053] 图4是示出从通常时起辅助绕组P2的端子A或B成为开路的情况下的图2的控制电路2的各部分的动作的波形图。

[0054] 在达到时刻t5之前正常进行工作，在时刻t5，发生上述的开路故障。此时，由于辅助绕组P2的端子A或B处于开路，因此正常的反馈信号不被输入到FB端子，FB端子电压降低为小于基准电压Vr2的低电压，由此，COMP端子电压上升。

[0055] 另外，在并非辅助绕组P2的端子A或B开路而是电阻R4与R5之间开路的情况下，正常的反馈信号也同样不被输入到FB端子，FB端子电压为小于基准电压Vr2的低电压，COMP端子电压上升。

[0056] 并且，在时刻t5，定时器电路203将H电平信号作为时钟进行输出，在时刻t7，信号反转。计数器202的输入端子CK在定时器电路203的时钟信号从L电平变为H电平的时刻进行计数。因此，在时刻t5，不进行计数，到下一个时刻t8为止，计数器202的输出保持L电平。

[0057] 在时刻t8，FB端子电压是低于基准电压Vr2的值，因此，比较器206将L电平输出到AND电路204的一个端子，从S/H电路(Sampling 2)205向另一个端子输入L电平信号。在时刻t8，从定时器电路203输入时钟时，计数器202的复位端子处于L电平，因此，计数器202将H电平信号输入到AND电路201的另一个端子。

[0058] 由此，AND电路201将H电平信号输出到保护电路PROTECTION，使驱动电路DRV的动作停止并保持停止状态。

[0059] 并且，在计数器202的输出从H电平转移到L电平并维持L电平的期间即时刻t5～t8的期间内，处于过电压状态。这是因为考虑了在启动时输出电压上升到稳定电压为止的时间。即，在定时器电路203的时钟周期内，停止启动时的FB端子电压下降的期间的检测。换言之，定时器电路203的时钟周期优选被设定为在启动时的输出电压达到稳定电压的过程中FB电压成为基准电压Vr2以上的时间以上。

[0060] 如上所述，根据本开关电源装置1，在一次检测方式的开关电源装置的控制电路中具有辅助绕组电压检测电路，由此，即使发生了正常的反馈信号未输入到控制电路的故障，也能够可靠地进行过电压保护。

[0061] 另外，由于控制电路具有辅助绕组电压检测电路，因而不需要追加基于光电耦合器的过电压保护电路。