[发明专利]开关电源装置以及开关电源装置的电路设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种将商用电源等作为输入电压源并输出恒定电压的开关电源装置以及开关电源装置的电路设计方法。特别涉及一种不使用大容量的平滑电容器，而与宽范围的输入电压相对应的开关电源装置以及开关电源装置的电路设计方法。

本申请基于2012年9月28日申请的日本专利申请第2012－216548以及2013年9月25日申请的日本专利申请第2013－199008并主张优先权，其内容在这里进行引用。

背景技术

近年来，作为从商用电源等的输入电压源获得规定的恒定电压的电源装置而使用开关电源装置。图9是表示现有的开关电源装置的结构的电路图。如图9所示，开关电源装置300具有整流电路310、平滑电容器320以及DC－DC变换器330，从交流电压源200输入交流的输入电压Vin，变换为直流的输出电压Vout并向负载电路400输出。

交流电压源200通常使用商用电源。整流电路310例如可以由二极管电桥构成，平滑电容器320使用电解电容器等。来自交流电压源200的输入电压Vin由整流电路310进行全波整流，由平滑电容器320降低脉动电压，成为直流电压并向DC－DC变换器330供给。

DC－DC变换器330根据输入电压Vin和输出电压Vout之间的关系，从升压型、降压型、升降压型中选择适当方式的电路。另外在要求绝缘功能的情况下，利用使用了变压器的回扫方式、正向方式等的电路。

专利文献1：日本特开2002－10643号公报

专利文献2：美国专利第6591693号说明书

发明内容

在安装于测定器、控制设备、现场设备等中的开关电源装置中，为了适于预想的所有电压输入范围，有时要求例如与交流有效值为24～240V这样的宽范围的入电压相对应。为了适于上述宽范围的输入电压，而要求平滑电容器320具有高电压输入时的高耐电压性能。并且，要求较大的容量，以使得能够在输入电压为低电压的情况下充分降低脉动，确保期望的输出电压值。

如上所述，与宽范围的输入电压相对应而要求平滑电容器320具有高耐电压性能和大容量，但为了实现该要求而需要大型且高价的电解电容器，导致开关电源装置300的大型化以及高成本化。

由此，本发明的一个方式的开关电源装置以及开关电源装置的电路设计方法的目的在于，能够与宽范围的输入电压相对应而不使用大容量的平滑电容量。

本发明的一个方式的开关电源装置具有：整流电路，其构成为，对具有第1有效值的第1交流电压进行整流，输出第1整流电压，对具有比所述第1有效值大的第2有效值的第2交流电压进行整流，输出第2整流电压，对具有比所述第2有效值大的第3有效值的第3交流电压进行整流，输出第3整流电压；平滑电容器，其构成为，将所述第1整流电压平滑化，输出第1平滑电压，将所述第2整流电压平滑化，输出第2平滑电压，将所述第3整流电压平滑化，输出第3平滑电压；第1DC－DC变换器，其构成为，对所述第1平滑电压进行变换，输出第1中间电压，对所述第2平滑电压进行变换，输出第2中间电压，对所述第3平滑电压进行变换，输出第3中间电压，在被输入所述第1平滑电压的情况下进行升压动作，输出包含脉动在内的所述第1中间电压，在被输入所述第2平滑电压的情况下与所述平滑电压的变动相对应，进行升降压动作，输出包含比所述第1中间电压的脉动小的脉动在内的所述第2中间电压，在被输入所述第3整流电压的情况下进行降压动作，输入实质上不包含脉动的所述第3中间电压；以及第2DC－DC变换器，其构成为，对所述第1中间电压、所述第2中间电压以及所述第3中间电压进行变换，输出实质上不包含脉动的输出电压。

在本发明的一个方式的开关电源装置中，在所述交流电压频率的2倍频率处的所述第1DC－DC变换器的开环增益具有下述值，即，该值使在所述第2DC－DC变换器的输出电压中包含的脉动含有量，小于或等于所述开关电源装置的规格所容许的脉动含有量。

本发明的一个方式的开关电源装置的所述第1DC－DC变换器具有满足下述式1及2的开环增益G﹡H。

【数1】Vdis/{(1+G*H)*(1+G2*H2)}＜Vout_ripple_spec    (式1)

【数2】Vin2_min＜Vdis/(1+G*H)+Vref*G*H/(1+G*H)＜Vin2_max(式2)

在上述式子中，

Vout_ripple_spec是所述开关电源装置的规格所容许的脉动含有量，

Vdis是依赖于所述平滑电压及负载电流的干扰成分，