[发明专利]开关电源装置

说明书

技术领域

本发明涉及在发生过负荷和输出短路时具有限制输出电流的过电流保护功能的开关电源装置。

背景技术

具有上述过电流保护功能的开关电源装置如图11所示。在该开关电源装置中，用晶体管tr1对由输入级的电容器C1平滑化后的输入电压Vin进行开关。在晶体管tr1导通期间，通过显现在该晶体管tr1的发射极上的电压Vout，对线圈11、电容器C2和负荷r1供给能量。在晶体管tr1关断期间，线圈11存贮的能量，通过二级管d1回流，供给负荷r1。

输出电压VO的控制，根据由电阻r1·r2的电阻值按所定比率分割该输出电压VO的反馈电压Vadj以及基准电压源2的基准电压Vref1进行。首先，由差动放大器1输出按照两电压差的电压，该电压与由振荡器3输出的100[KHz]的三角形波，在比较器4中进行比较。然后，从比较器4输出与差动放大器1的输出电平对应的脉冲宽度的PWM信号。

该PWM信号提供给驱动电路5时，根据PWM信号的负荷周期，该驱动电路5控制晶体管tr1的导通/关断。这样，由上述基准电压Vref1和基于电阻r1·r2的分压比所规定的恒定电压(例如5[V])控制输出电压VO。

在上述动作时，如图12的Vcmp和Vout所示，比较器4的输出电压，即PWM信号和电压Vout为虚线所示的脉冲宽度。晶体管tr1的负荷D，当晶体管tr1的导通时间和关断时间分别为t_ON、t_OFF时为：

D＝t_ON/(t_ON+t_OFF)×100[％]

 ＝(Vo/v_IN)×100[％] ...(1)

然而，当负荷r1加重时，流入线圈11的线圈电流i1，从虚线所示增大到实线所示。当线圈电流i1超过过电流检测电平ic1时，由设置在输入级的过电流检测电路6检测过电流状态，向RS触发电路7输出置位信号。

当置位端子电压Vset变化为高电平时，RS触发电路7被置位。在RS触发电路7，当置位端子电压Vset为高电平时，开始锁存，RS触发电路7将输出保持在低电平。这时，复位端子电压Vrst仍为低电平。

这样，比较器4的输出电压Vcmp和电压Vout，虽然是图12中虚线所示的脉冲宽度，但由于RS触发电路7的输出从置位时开始即为低电平，则将缩小到实线所示的脉冲宽度。这样一来，晶体管tr1的负荷降低，因此，输出电压VO下降，抑制了输出电流的增大。其结果是输出电流Io下降到图13所示的A点。

在晶体管tr1关断时，从振荡器3向RS触发电路7输出复位信号，如图12的Vrst所示，RS触发电路7的复位端子电压变化。这时，在RS触发电路7，当复位端子电压为高电平时开始锁存，RS触发电路7，与置位端子电压为高电平时相反，将输出保持在高电平。这样，晶体管tr1在下次导通时将以通常的定时导通。

然而，上述开关电源装置，为了开关电源的小型化和轻量化等，要提高开关频率(约50[KHz]以上)，如下所述，这不利于过电流保护功能的动作

也就是，如图12所示，产生了置位端子电压达到高电平的时间td1和置位端子电压为高电平以后到晶体管tr1关断的时间td2的延迟。两时间td1·td2之和的延迟时间td即为从过电流检测之后到晶体管tr1关断的时间，也就是过电流保护功能开始动作所需要的时间。上述延迟时间td达到约1[μsec]，当过电流保护动作时开关脉冲宽度以上述100[KHz]的开关频率，也就是10[μsec]的开关周期缩小时，将对保护动作影响较大，不能忽视。

例如，当输入电压Vin＝40[V]、输出电压VO＝5[V]、线圈11的电感L＝200[μH]时，在上述延迟时间td期间，线圈电流i1的变化部分的电流Δi为：

Δi＝[(Vin-VO)/L]×td＝0.175[A]    ...(2)因此，，由于电流Δi，线圈电流i1将超过过电流检测电平ic1。该电流变化Δi增大了平均电流即输出电流Io。

这时的输出特性，如上述图13所示，发射极电流增大到接近短路状态(VO＝0[V])，该发射极电流超过了绝对最大额定值(2.5[A])，失去陡降特性。因此，上述开关电源装置，在开关频率较高时，存在过电流保护功能不能可靠动作的问题。