專利名稱：開關電源裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及通過對從電池電源等外部電源供給的輸入電壓進行開關，從而產(chǎn)生使輸入電壓根據(jù)基準電壓升壓的輸出電壓的開關電源裝置以及用于該裝置的半導體集成電路(以下，稱為IC)。
背景技術：
眾所周知，開關電源裝置通過線圈由開關來導通截止輸入電壓，由二極管和電容器來整流平滑所產(chǎn)生的電壓，從而產(chǎn)生被升壓的輸出電壓。在該開關電源裝置中，進行反饋控制，以使與輸出電壓成正比的反饋電壓等于基準電壓。由此，對輸出電壓進行恒壓控制，以維持規(guī)定的電平。
該開關電源裝置的恒壓控制由開關電源用IC來進行。在該開關電源用IC中，在反饋電壓形成用的分壓電路或整流用的外加二極管等因安裝不良等原因而造成開路狀態(tài)的情況或者輸出電路短路的情況下，由于判斷為升壓不足，所以就會向提高輸出電壓的方向動作。結(jié)果，存在從開關電源裝置，作為輸出電壓輸出異常的高壓，或者會出現(xiàn)過大電流流動的問題。
此外，在采用升壓變壓器的開關電源裝置中，為了檢測并保護作為電弧放電的負載異常狀態(tài)，對輸出電壓進行監(jiān)視。在這種開關電源裝置中，將監(jiān)測值為顯示異常負載狀態(tài)的規(guī)定閾值以下且本次的監(jiān)測值比上一次的監(jiān)測值還小的情況作為異常負載狀態(tài)來進行檢測。并且，將兩次連續(xù)檢測出這種異常負載狀態(tài)時的PWM信號的占空比設定為最小值(專利文獻1特開2001-008446號公報)。
在專利文獻1的開關電源裝置中，當輸出電壓為規(guī)定閾值以下且本次的監(jiān)測值比前次的監(jiān)測值小時，就需要連續(xù)觀測負載異常狀態(tài)。因此，由于需要至少三次以上的監(jiān)測值，故在異常狀態(tài)的檢測上產(chǎn)生時間延遲。
此外，為了判定負載異常狀態(tài)，有必要確定輸出電壓的規(guī)定閾值，但根據(jù)負載異常狀態(tài)，分別設定其規(guī)定閾值。因此，存在在該規(guī)定閾值的調(diào)整上耗費工夫等的問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于，在通過反饋輸出電壓而控制產(chǎn)生規(guī)定輸出電壓的升壓型開關電源裝置中，直接響應于電源裝置各處產(chǎn)生的開路故障，預先抑制過壓等異常狀態(tài)。此外，其目的還在于與負載狀態(tài)等無關，以固定的閾值判斷電源裝置中的故障發(fā)生。
技術方案1中的開關型電源裝置，其特征在于，包括升壓電路，其將輸入電壓轉(zhuǎn)換為對應于開關信號的輸出電壓并輸出，同時將未供給所述開關信號時的與所述輸入電壓基本接近的電壓作為輸出電壓而輸出；控制電路，其根據(jù)對應于所述輸出電壓的第一檢測電壓和第一基準電壓的電壓差，輸出被控制的所述開關信號，以使所述第一檢測電壓等于所述第一基準電壓；和故障檢測電路，其將對應于所述輸出電壓的第二檢測電壓與第二基準電壓進行比較，產(chǎn)生在所述第二基準電壓超過所述第二檢測電壓時用于停止供給所述開關信號的故障檢測信號，并輸入到所述控制電路。
技術方案2的開關型電源裝置，其特征在于，在技術方案1所述的開關型電源裝置中，所述電壓轉(zhuǎn)換電路包括線圈；與該線圈串聯(lián)連接，并由所述開關信號來進行接通斷開控制的開關機構(gòu)；和整流平滑所述線圈和所述開關機構(gòu)的串聯(lián)連接點的電壓后，輸出所述輸出電壓的整流平滑電路。
技術方案3的開關型電源裝置，其特征在于，在技術方案1或2所述的開關型電源裝置中，將所述第二基準電壓設定為對應于所述輸入電壓的電壓電平。
技術方案4的開關型電源裝置，其特征在于，在技術方案3所述的開關型電源裝置中，所述故障檢測電路包括比較器，其輸入所述第二檢測電壓和所述第二基準電壓，以產(chǎn)生所述故障檢測信號。
技術方案5的開關型電源裝置，其特征在于，在技術方案1或2所述的開關型電源裝置中，所述控制電路根據(jù)所述電壓差，輸出控制著占空比的所述開關信號。
技術方案6的開關型電源裝置，其特征在于，在技術方案1或2所述的開關型電源裝置中，所述第一基準電壓根據(jù)動作開始信號，從起始電壓向規(guī)定電壓緩慢增加。
技術方案7的開關型電源裝置，其特征在于，在技術方案1或2所述的開關型電源裝置中，所述第一檢測電壓和所述第二檢測電壓是同一電壓。
技術方案8的開關型電源裝置，其特征在于，在技術方案1或2所述的開關型電源裝置中，具有用于對產(chǎn)生所述故障檢測信號發(fā)出警報的警報機構(gòu)。
技術方案9的半導體集成電路，其中用做開關電源裝置，該開關電源裝置將輸入電壓轉(zhuǎn)換為對應于開關信號的輸出電壓并輸出，同時將未供給所述開關信號時的與所述輸入電壓基本接近的電壓作為輸出電壓而輸出，其特征在于，包括開關機構(gòu)，其由所述開關信號來進行接通斷開控制；控制電路，其根據(jù)對應于所述輸出電壓的第一檢測電壓和第一基準電壓的電壓差，輸出被控制的所述開關信號，以使所述第一檢測電壓等于所述第一基準電壓；和故障檢測電路，其將對應于所述輸出電壓的第二檢測電壓與第二基準電壓進行比較，產(chǎn)生在所述第二基準電壓超過所述第二檢測電壓時用于停止供給所述開關信號的故障檢測信號，并輸入到所述控制電路。
技術方案10的半導體集成電路，其特征在于，在技術方案9所述的半導體集成電路中，所述開關機構(gòu)通過開關端子與線圈串聯(lián)連接，整流平滑所述開關端子的電壓，以獲得所述輸出電壓。
技術方案11的半導體集成電路，其特征在于，在技術方案9或10所述的半導體集成電路中，將所述第二基準電壓設定為對應于所述輸入電壓的電壓電平。
根據(jù)本發(fā)明，在通過反饋輸出電壓來控制產(chǎn)生規(guī)定輸出電壓的升壓型的開關型電源裝置中，監(jiān)視根據(jù)輸出電壓而應檢測出的第二檢測電壓。通過使第二檢測電壓(或者與其對應的電壓)低于比輸入電壓稍低的第二基準電壓，從而檢測出因安裝不良等原因?qū)е碌拈_路故障。由于根據(jù)該故障的發(fā)生而直接停止供給開關信號，所以可以預先抑制輸出電壓的異常上升(即過電壓的發(fā)生)。
此外，根據(jù)本發(fā)明，輸出電壓包括未供給開關信號時也一直大致為輸入電壓以上。由此，可將用于故障檢測的第二基準電壓設定為與負載狀態(tài)無關的固定的電壓電平(大致對應于輸入電壓的電壓電平)。因此，容易設定第二基準電壓。


圖1是表示本發(fā)明的實施例的開關電源裝置的電路結(jié)構(gòu)的圖。
圖2是用于說明圖1的動作的特性圖。
圖中Lo-線圈，Qo-開關機構(gòu)，Do-整流用二極管，Co-平滑用電容器，Vcc-輸入電壓，Vo-輸出電壓，10-開關電源用IC，11-軟啟動的充電電路，12-電容器，13-誤差放大電路，14-振蕩電路，15-脈沖寬度調(diào)制電路，16-驅(qū)動電路，17-故障檢測用比較器，21、22-分壓電阻，30-警報機構(gòu)，Vref1-第一基準電壓，Vref2-第二基準電壓，Vfb-反饋電壓，F(xiàn)det-故障檢測信號，ST-啟動信號，F(xiàn)1～F3-故障點。
具體實施例方式
以下，參照圖1和圖2來說明本發(fā)明的開關電源裝置的實施例。圖1是表示本發(fā)明的實施例的開關電源裝置的電路結(jié)構(gòu)的圖，圖2是用于說明其動作的特性圖。
在圖1中，從電池電源等外部電源供給輸入電壓Vcc。在輸入電壓Vcc和地之間串聯(lián)連接線圈Lo和開關機構(gòu)Qo。開關機構(gòu)Qo優(yōu)選為MOS晶體管或雙極晶體管(bipolar transistor)。在本例中，作為開關機構(gòu)Qo使用N型MOS晶體管。
在該線圈Lo與開關機構(gòu)Qo的串聯(lián)連接點A上連接整流用二極管Do的正極。整流用二極管Do優(yōu)選電壓降小的肖特基勢壘二極管。在該整流用二極管Do的負極與地之間連接平滑用電容器Co。由此，用由整流用二極管Do和平滑用電容器Co構(gòu)成的整流平滑電路，整流平滑串聯(lián)連接點A的電壓后，作為輸出電壓Vo，從輸出點B供給到負載(圖中未示出)。
這些線圈Lo、二極管Do、電容器Co大多由外加零件構(gòu)成，與作為控制機構(gòu)的開關電源用IC 10的開關機構(gòu)Qo一起，構(gòu)成開關型升壓電路。根據(jù)施加在開關機構(gòu)Qo的柵極上的開關信號的占空比，改變開關機構(gòu)Qo的導通期間和截止期間，輸出將輸入電壓Vcc升壓過的輸出電壓Vo。
此外，在該升壓電路中，在未供給開關信號時，即開關機構(gòu)Qo處于截止狀態(tài)時，介由線圈Lo、二極管Do，電容器Co被充電至基本上接近輸入電壓Vcc。具體地，充電到從輸入電壓Vcc中減去二極管Do的電壓降Vf后的電壓。當二極管Do為肖特基二極管時，二極管Do的電壓降Vf比較小，例如為0.2～0.4 V左右。
用電阻21(電阻值R1)和電阻22(電阻值R2)的分壓電路，從輸出點B對輸出電壓Vo進行分壓，從而從電阻21和電阻22的串聯(lián)連接點獲得分壓電壓Vfb(＝Vo×R1/(R1+R2))。該分壓電壓Vfb變成作為第一檢測電壓的反饋電壓，還成為第二檢測電壓。
在開關電源用IC 10內(nèi)形成有開關機構(gòu)Qo以及電阻21、22。例如也可將開關機構(gòu)Qo以及電阻21、22作為分立元件設置在開關電源用IC 10的外部。在開關電源用IC 10的外部設置開關機構(gòu)Qo以及電阻21、22的情況下，可以使開關電源用IC 10的耐壓降低。將輸入電壓Vcc作為此內(nèi)部電路的電源輸入開關電源用IC 10內(nèi)。
依次說明在開關電源用IC 10中形成的其它結(jié)構(gòu)。軟啟動的充電電路11與電容器12串聯(lián)連接，其連接點的電壓為第一基準電壓Vref1。例如，軟啟動充電電路11由恒流源電路構(gòu)成，一施加啟動信號就開始工作。恒定的電流從軟啟動充電電路11的恒流電路流到電容器12，使電容器12的充電電壓即第一基準電壓Vref1開始緩慢上升。由于圖中未示出的電壓控制電路的控制，在達到規(guī)定電壓的時刻，第一基準電壓Vref1保持恒定值。電容器12也可以設置在開關電源用IC 10的外部。
誤差放大電路13，將第一基準電壓Vref1輸入正(+)輸入端子，將作為第一檢測電壓的反饋電壓Vfb輸入負(-)輸入端子，并將兩個輸入的的差值進行放大后作為誤差信號輸出。
振蕩電路14產(chǎn)生用于脈沖寬度調(diào)制的三角波信號。也可以用鋸齒波信號代替三角波信號。脈沖寬度調(diào)制電路15將來自誤差放大電路13的誤差信號輸入到+輸入端子，將來自振蕩電路14的三角波信號輸入到-輸入端子，并對這兩個輸入進行比較，產(chǎn)生PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號。
驅(qū)動電路16接收來自脈沖寬度調(diào)制電路15的PWM信號，形成與此同步的開關信號，并施加到開關機構(gòu)Qo的柵極上。因此，開關信號是PWM信號。該驅(qū)動電路16根據(jù)其它控制信號即故障檢測信號Fdet，對是進行其動作還是停止其操作加以控制。這些軟啟動充電電路11、電容器12、誤差放大電路13、振蕩電路14、脈寬調(diào)制電路15、驅(qū)動電路16與電阻21、電阻22一起構(gòu)成控制電路。
故障檢測用比較器17比較作為第二檢測電壓的反饋電壓Vfb和第二基準電壓Vref2。當反饋電壓Vfb小于第二基準電壓Vref2時，該故障檢測用比較器17產(chǎn)生故障檢測信號Fdet，并作為上述其它控制信號供給到驅(qū)動電路16。也可以將第二基準電壓Vref2設定為比開關機構(gòu)Qo處于截止狀態(tài)時的反饋電壓Vfn稍低的電壓。即，可將第二基準電壓Vref2設定為小于(Vcc-Vf)×R1/(R1+R2)的電壓。
這樣，將第二基準電壓Vref2設定為對應于輸入電壓Vcc的電壓電平。具體地，也可對輸入到開關電源用IC 10的輸入電壓Vcc進行分壓，來形成第二基準電壓Vref2。
此外，在故障檢測用比較器17中，如果預先維持滯后特性，則可以抑制輸出電壓變動或噪聲的影響。故障檢測用比較器17與電阻21、電阻22一起構(gòu)成故障檢測電路。再有，供給到故障檢測用比較器17的第二檢測電壓也可以代替反饋電壓Vfb，作為向電阻22施加的施加電壓(即，輸出電壓Vo)。
再有，由于故障檢測信號Fdet只要能使向開關機構(gòu)Qo供給的開關信號停止即可，因此不限于被供給到驅(qū)動電路16，可以被供給到控制電路中任意電路。
此外，故障檢測信號Fdet也可構(gòu)成為向開關電源用IC 10的外部導出。將該導出的故障檢測信號Fdet供給到外部設置的警報機構(gòu)30。并且，對產(chǎn)生故障檢測信號Fdet的情況進行警報。作為警報機構(gòu)30，可以是LED等顯示器或蜂鳴器等。
參照圖1和圖2來說明如上所述構(gòu)成的開關電源裝置的動作。而且，在圖2中，省略了輸出電壓Vo或反饋電壓Vfb中包含的電壓變動。
首先，在將啟動信號ST供給到軟啟動充電電路11之前，即在開關電源裝置處于停止工作狀態(tài)下，第一基準電壓Vref1為0，沒有向開關機構(gòu)Qo供給開關信號。因此，開關機構(gòu)Qo處于截止狀態(tài)。
此時，由于施加有輸入電壓Vcc，故介由線圈Lo、二極管Do對電容器Co進行充電。該充電電壓是從輸入電壓Vcc中減去二極管Do的電壓降Vf的電壓，為基本上接近于輸入電壓Vcc的值。該充電電壓變成輸出電壓Vo。此外，反饋電壓Vfb是由電阻R21、R22對輸出電壓Vo進行過分壓的電壓，第一基準電壓Vref1為0。再有，第二基準電壓Vref2始終為恒定電壓。
在時刻t1，若將啟動信號ST供給到軟啟動充電電路11，則開始用恒定電流對電容器12進行充電，第一基準電壓Vref1開始緩慢上升。在時刻t2，若第一基準電壓Vref1高于反饋電壓Vfb，則從誤差放大電路13輸出誤差信號，利用脈沖寬度調(diào)制電路15來比較該誤差信號和三角波信號，以產(chǎn)生PWM信號。由此，介由驅(qū)動電路16將開關信號施加到開關機構(gòu)Qo上，輸出電壓Vo開始上升。
隨著第一基準電壓Vref1的上升，輸出電壓Vo和反饋電壓Vfb開始上升。第一基準電壓Vref1在達到規(guī)定的基準值的時刻t3，停止其上升，此后被恒定地維持在規(guī)定的基準值。由于對開關機構(gòu)Qo進行開關控制，以使反饋電壓Vfb和該第一基準電壓Vref1相同，故也能將輸出電壓Vo維持在與其相對應的規(guī)定電壓。
由于將第二基準電壓Vref2設定為小于開關機構(gòu)Qo處于截止狀態(tài)下的反饋電壓Vfb的電壓，所以從停止狀態(tài)到穩(wěn)定輸出狀態(tài)，第二基準電壓Vref2低于反饋電壓Vfb。因此，故障檢測用比較器17不輸出故障檢測信號Fdet。
在穩(wěn)定輸出狀態(tài)中，在時刻t4，例如圖1中的故障點F1所示，假設在向分壓電阻R2的路徑中產(chǎn)生開路狀態(tài)(斷路或接觸不良等)的情況。這種情況下，由于此故障點F1的開路故障，反饋電壓Vfb變?yōu)?。
若反饋電壓Vfb變?yōu)?，則控制電路工作，提高向開關機構(gòu)Qo的開關信號(PWM控制信號)的占空比以使反饋電壓Vfb接近第一基準電壓Vref1。由此，如圖2的時刻t4的虛線所示，輸出電壓Vo急劇上升。
但是，在本發(fā)明中，若在時刻t4反饋電壓Vfb為0，則由于在故障檢測用比較器17中第二基準電壓Vref2比反饋電壓Vfb高，所以產(chǎn)生故障檢測信號Fdet。在驅(qū)動電路16中，若施加故障檢測信號Fdet，則直接停止(截斷)將來自脈沖寬度調(diào)制電路15的PWM信號作為開關信號供給到開關機構(gòu)Qo的動作。
在時刻t4，從反饋電壓Vfb變?yōu)?到停止向開關機構(gòu)Qo供給開關信號為止，所需的時間基本上沒有延遲，實質(zhì)上是直接停止。此外，由于將產(chǎn)生故障檢測信號Fdet通知給外部的警報機構(gòu)30，所以進行利用顯示或聲音的警報。
由此，如圖2的時刻t4中的虛線所示，輸出電壓Vo沒有急劇升高，相反，如圖2的實線所示，從時刻t4開始下降。因此，可以預先抑制輸出電壓的異常升高(即，過電壓的產(chǎn)生)。因此，不只是被供給輸出電壓Vo的負載，而且開關電源用IC 10也可以使用低耐壓的。此外，根據(jù)警報機構(gòu)30的警報，由于可以通知故障產(chǎn)生，故易于調(diào)查故障原因。
另外，在施加啟動信號ST的時刻，在故障點F1已經(jīng)產(chǎn)生開路故障的情況下，由于從故障檢測用比較器17輸出有故障檢測信號Fdet，故驅(qū)動電路16可以停止其動作。因此，不會向開關機構(gòu)Qo供給開關信號。這種情況下，根據(jù)警報機構(gòu)30的警報，也可以確認故障產(chǎn)生。
該開路故障的位置并不限于圖1中的故障點F1，即使是二極管Do的負極到電阻R2的連接點B之間(例如，故障點F3的故障)的任何位置，還有即使是連接點A與二極管Do的正極之間(例如，故障點F2的故障)的任何位置，與故障點F1中的開路故障情況同樣地進行動作，也可以預先抑制過電壓的產(chǎn)生。因此，作為開路故障，可對應于路徑中的斷線或二極管Do等構(gòu)成元件的安裝不良等各種故障。此外，即使在輸出電路短路的情況下，與開路故障的情況同樣地進行動作，也可以抑制過電流。另外，在上述說明中，雖然已經(jīng)說明了穩(wěn)定輸出狀態(tài)時和啟動前產(chǎn)生故障的情況，但即使在啟動后的輸出電壓上升中，也可以同樣地進行動作。
再有，作為升壓電路，只要是根據(jù)開關信號對輸入電壓進行升壓，輸出升壓后的輸出電壓，同時將基本接近未供給開關信號時的輸入電壓的電壓作為輸出電壓進行輸出的升壓電路即可。例如，也可以適于電荷泵型的升壓電路。此外，作為軟啟動充電電路11，雖然只示出了恒流電路，但并不限于此。
權利要求
1.一種開關型電源裝置，其特征在于，包括電壓轉(zhuǎn)換電路，其將輸入電壓轉(zhuǎn)換為對應于開關信號的輸出電壓并輸出，同時在未供給所述開關信號時，將與所述輸入電壓基本接近的電壓作為輸出電壓而輸出；控制電路，其根據(jù)對應于所述輸出電壓的第一檢測電壓和第一基準電壓的電壓差，輸出被控制的所述開關信號，以使所述第一檢測電壓等于所述第一基準電壓；和故障檢測電路，其將對應于所述輸出電壓的第二檢測電壓與第二基準電壓進行比較，產(chǎn)生在所述第二基準電壓超過所述第二檢測電壓時用于停止供給所述開關信號的故障檢測信號，并輸入到所述控制電路。
2.根據(jù)權利要求1所述的開關型電源裝置，其特征在于，所述電壓轉(zhuǎn)換電路包括線圈；與該線圈串聯(lián)連接，并由所述開關信號來進行接通斷開控制的開關機構(gòu)；和整流平滑所述線圈與所述開關機構(gòu)的串聯(lián)連接點的電壓后，輸出所述輸出電壓的整流平滑電路。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的開關型電源裝置，其特征在于，將所述第二基準電壓設定為對應于所述輸入電壓的電壓電平。
4.根據(jù)權利要求3所述的開關型電源裝置，其特征在于，所述故障檢測電路包括比較器，其輸入所述第二檢測電壓和所述第二基準電壓，以產(chǎn)生所述故障檢測信號。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的開關型電源裝置，其特征在于，所述控制電路根據(jù)所述電壓差來輸出控制著占空比的所述開關信號。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的開關型電源裝置，其特征在于，所述第一基準電壓根據(jù)動作開始信號，從起始電壓向規(guī)定電壓緩慢增加。
7.根據(jù)權利要求1或2所述的開關型電源裝置，其特征在于，所述第一檢測電壓和所述第二檢測電壓是同一電壓。
8.根據(jù)權利要求1或2所述的開關型電源裝置，其特征在于，具有用于對產(chǎn)生所述故障檢測信號發(fā)出警報的警報機構(gòu)。
9.一種半導體集成電路，其中用做開關電源裝置，該開關電源裝置將輸入電壓轉(zhuǎn)換為對應于開關信號的輸出電壓并輸出，同時將未供給所述開關信號時的與所述輸入電壓基本接近的電壓作為輸出電壓而輸出，其特征在于，包括開關機構(gòu)，其由所述開關信號來進行接通斷開控制；控制電路，其根據(jù)對應于所述輸出電壓的第一檢測電壓和第一基準電壓的電壓差，輸出被控制的所述開關信號，以使所述第一檢測電壓等于所述第一基準電壓；和故障檢測電路，其將對應于所述輸出電壓的第二檢測電壓與第二基準電壓進行比較，產(chǎn)生在所述第二基準電壓超過所述第二檢測電壓時用于停止供給所述開關信號的故障檢測信號，并輸入到所述控制電路。
10.根據(jù)權利要求9所述的半導體集成電路，其特征在于，所述開關機構(gòu)通過開關端子與線圈串聯(lián)連接，整流平滑所述開關端子的電壓，以獲得所述輸出電壓。
11.根據(jù)權利要求9或10所述的半導體集成電路，其特征在于，將所述第二基準電壓設定為對應于所述輸入電壓的電壓電平。
全文摘要
本發(fā)明提供一種以反饋輸出電壓來產(chǎn)生規(guī)定輸出電壓的方式進行控制的升壓型開關電源裝置，其中直接響應電源裝置各處發(fā)生的開路故障，預先抑制過電壓等異常狀態(tài)。以反饋輸出電壓來產(chǎn)生升壓過的規(guī)定輸出電壓的方式進行控制，另一方面，根據(jù)輸出電壓監(jiān)視應檢測出的第二檢測電壓。通過使第二檢測電壓低于比輸入電壓稍低的第二基準電壓，從而檢測出因安裝不良等原因?qū)е碌拈_路故障。根據(jù)該故障的發(fā)生，直接停止供給開關信號，預先抑制輸出電壓的異常上升(即過電壓的發(fā)生)。
文檔編號H02M7/217GK1607715SQ20041009513
公開日2005年4月20日 申請日期2004年10月8日 優(yōu)先權日2003年10月8日
發(fā)明者西野辰樹 申請人:羅姆股份有限公司