电源电路的制作方法

1.本发明涉及电源电路，尤其涉及降压斩波电路。


背景技术：

2.日本特开平9-93909号公报(专利文献1)公开了一种斩波型的开关电源电路。开关电源电路具有n沟道mosfet、电感器、电容器、二极管以及斩波控制电路。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本特开平9-93909号公报


技术实现要素：

6.发明所要解决的课题
7.已知为了驱动降压斩波电路的高侧开关(通常为mosfet)而利用了脉冲变压器的驱动电路。与使用绝缘栅驱动器等来驱动高侧开关的情况相比，上述驱动电路能够减少部件数量，因此能够实现电源装置的低成本化。脉冲变压器由控制器驱动。在从控制器的驱动端子输出导通信号时，mosfet导通。另一方面，在从控制器的驱动端子输出截止信号时(驱动端子的电压为0v时)，mosfet截止。
8.但是，脉冲变压器驱动电路并不是在控制器的驱动端子为0v的所有期间都持续提取mosfet的栅-源间的电荷。在截止期间无法提取mosfet的栅-源间的电荷的期间，在经由mosfet等寄生电容对mosfet的栅-源间充入了电荷的情况下，mosfet成为导通状态。在这样的情况下，电源电路的输出电压容易上升。若电源电路的输出电压大幅上升，则电源电路的部件有可能损伤。
9.本发明的目的在于提供一种能够抑制过电压的电源电路。
10.用于解决课题的手段
11.本公开的电源电路具有：晶体管，其具有漏极、栅极和源极，所述漏极与输入电压连接；二极管，其具有与晶体管的源极连接的阴极和与公共电压节点连接的阳极；扼流圈，其具有与晶体管的源极以及二极管的阴极连接的第1端、和与输出节点连接的第2端；电容器，其连接在输出节点与公共电压节点之间；变压器，其具有初级绕组和与晶体管的栅极连接的次级绕组；控制电路，其基于输出节点处的电压即输出电压，将用于使晶体管导通截止的驱动信号提供给变压器的初级绕组；过电压检测电路，其在输出电压为过电压的情况下，输出过电压信号；以及短接电路，其响应于过电压信号，将晶体管的栅极和源极短接。
12.根据本公开，能够抑制电源电路的输出电压成为过电压的状态。
13.在上述公开中，过电压检测电路包含：电阻分压电路，其生成与电源电路的输出电压成比例的电压；以及比较电路，其在由电阻分压电路生成的电压超过基准电压的情况下，输出过电压信号，电阻分压电路包含热敏电阻。
14.根据本公开，能够根据电源电路的周围温度变化，使过电压检测的阈值变化。
15.在上述公开中，热敏电阻是ntc热敏电阻。
16.根据本公开，能够在低温时，更可靠地保护电源电路免受过电压的影响。
17.在上述公开中，过电压检测电路包含：齐纳二极管，其具有阴极和阳极，所述阴极与输出节点连接；以及电阻，其连接在齐纳二极管的阳极与短接电路之间，在输出节点处的输出电压超过规定的电压的情况下，齐纳二极管通过使电流流过电阻而产生过电压信号。
18.根据本公开，能够通过更简单的结构来检测过电压。
19.在上述公开中，短接电路包含光电耦合器，所述光电耦合器根据过电压信号，使晶体管的栅极与源极之间导通。
20.根据本公开，能够实现电源电路的输入侧与电源电路的输出侧之间的电绝缘。
21.发明的效果
22.根据本发明，可提供一种能够抑制过电压的电源电路。
附图说明
23.图1是表示本实施方式的电源电路的概略结构的电路图。
24.图2是表示图1所示的短接电路以及过电压检测电路的结构例的图。
25.图3是说明在通过脉冲变压器驱动降压斩波器的晶体管的情况下可能发生的问题的波形图。
26.图4是说明本发明实施方式的电源电路的动作的波形图。
27.图5是表示本实施方式的电源电路的另一结构例的电路图。
具体实施方式
28.参照附图详细说明以下的实施方式。另外，对图中的相同或相应的部分标注相同的标号并不重复其说明。
29.＜应用例＞
30.图1是表示本实施方式的电源电路的概略结构的电路图。如图1所示，在本实施方式中，电源电路1是降压斩波电路。电源电路1包含晶体管tr1、二极管d1、扼流圈3、电容器c1、控制ic 4、脉冲变压器5、短接电路7和过电压检测电路9。
31.晶体管tr1是n沟道mosfet。晶体管tr1具有漏极、栅极和源极。晶体管tr1的漏极与输入电压vin连接。输入电压vin是由直流电源2生成的直流电压。直流电源2也可以由交流电源和整流电路构成。此外，电阻6连接在晶体管tr1的栅极和源极之间。
32.二极管d1具有与晶体管tr1的源极连接的阴极、和与公共电压节点n2连接的阳极。在本实施方式中，公共电压是指接地电压。
33.扼流圈3具有与n沟道mosfet的源极以及二极管d1的阴极连接的第1端、和与输出节点n1连接的第2端。电容器c1连接在输出节点n1和公共电压节点n2之间。输出节点n1是用于从电源电路1输出电压(输出电压vdc)的节点。输出节点n1和公共电压节点n2连接有后级电路20。虽然没有特别限定，但后级电路20例如也可以是dc/dc转换器。
34.脉冲变压器5具有初级绕组5p和次级绕组5s。初级绕组5p与控制ic 4连接。次级绕组5s与晶体管tr1的栅极连接。控制ic 4是基于输出节点n1处的电压即输出电压vdc，将用于使晶体管tr1(n沟道mosfet)导通截止的驱动信号提供给脉冲变压器5的初级绕组5p的控
制电路。
35.过电压检测电路9对输出电压vdc是过电压的情况进行检测。在输出电压vdc是过电压的情况下，过电压检测电路9输出过电压信号s1。
36.短接电路7响应于来自过电压检测电路9的过电压信号s1，将晶体管tr1的栅极和源极短接。通过将晶体管tr1的栅极和源极短接，从晶体管tr1的栅-源间电容提取电荷。
37.图2是表示图1所示的短接电路7以及过电压检测电路9的结构例的图。如图2所示，短接电路7包含光电耦合器phc1和电阻12。
38.光电耦合器phc1包含接收过电压信号s1而发光的发光元件(发光二极管)和作为受光元件的光电晶体管。光电晶体管在晶体管tr1的栅极与源极之间与电阻12串联连接。通过在短接电路7中采用光电耦合器phc1，能够实现电源电路1的输入侧与电源电路1的输出侧之间的电绝缘。
39.在图2所示的结构例中，电源电路1还具有衰减电路8。衰减电路8是分压电路，以规定的比率使输出电压vdc衰减。衰减电路8向过电压检测电路9提供与输出电压vdc成比例的电压v1。
40.过电压检测电路9具有基准电压源10、差动放大器11、电阻r1～r5、热敏电阻th和二极管d5。
41.电阻r1连接在基准电压源10与差动放大器11的反相输入端子(在图2中表示为
“‑”
)之间。电阻r2连接在差动放大器11的反相输入端子与差动放大器11的输出之间。
42.电阻r3、r4及热敏电阻th串联连接在衰减电路8与公共电压(接地电压)之间。电阻r3、r4以及热敏电阻th构成分压电路。电阻r3与电阻r4的连接点n3与差动放大器11的同相输入端子(在图2中表示为“+”)连接。在从衰减电路8供给电压v1时，在连接点n3产生电压v2。电压v2由电压v1与分压比的乘积决定。
43.差动放大器11是比较同相输入端子处的电压v2和反相输入端子处的电压vref的比较器。差动放大器11对电压v2与电压vref之间的电压差(v2-vref)进行放大。差动放大器11的放大率是电阻r1的电阻值与电阻r2的电阻值之比(r2/r1)。
44.电阻r5连接在差动放大器11的输出与二极管d5的阳极之间。二极管d5的阴极与光电耦合器phc1的发光元件连接。当从差动放大器11输出的过电压信号s1被施加到光电耦合器phc1的发光元件时，发光元件发光。由此，光电耦合器phc1的光电晶体管导通。
45.光电耦合器phc1的光电晶体管导通，由此晶体管tr1的栅极和源极短接。此时，电流流过光电晶体管。即，从晶体管tr1的栅-源间电容提取电荷。
46.接着，对图2所示的电路的动作进行具体说明。另外，以下所示的数值是一个例子，并不对本发明的实施方式进行限定。
47.假设输出电压vdc的设定值为380v，输入电压vin为600v。在输出电压vdc成为450v时，晶体管tr1被强制截止。即，在输出电压vdc达到450v时检测到过电压。
48.衰减电路8将使输出电压vdc衰减为1/100的电压提供给差动放大器11。在输出电压vdc为450v时，差动放大器11的同相输入端子的电压v2为4.5v。
49.差动放大器11产生过电压信号s1。将来自基准电压源10的电压vref设为4.2v。将电阻r1的电阻值与电阻r2的电阻值之比(r2/r1)设为100。此时，差动放大器11的输出电压成为30v((450/100-4.2)
×
100＝30)。
50.在光电耦合器phc1的发光元件中流过与过电压信号s1的电压对应的电流if。电流if表示为if＝30/r5(r5为电阻r5的电阻值)。通过在发光元件中流过电流if，光电耦合器phc1的光电晶体管导通。当光电晶体管导通时，电流ic在光电晶体管的集电极和发射极之间流动。电流ic通过ic＝if*ctr(ctr：电流传递率)求出。
51.图3是说明在通过脉冲变压器驱动降压斩波器的晶体管的情况下可能发生的问题的波形图。如图1以及图2所示，控制ic 4从驱动端子输出使晶体管tr1导通以及截止的信号。控制ic 4的输出信号被施加于脉冲变压器5的初级绕组5p。由此，在脉冲变压器5的次级绕组5s中感应出电压。
52.晶体管tr1的栅极与脉冲变压器5的次级绕组5s连接。基本上，晶体管tr1的栅极的电压(栅电压vgs)跟随从控制ic 4输出的信号而变化。在来自控制ic 4的控制信号成为截止状态的期间，在脉冲变压器5的次级绕组5s中流过电流。由此，mosfet的栅-源间电容放出电荷。
53.但是，在来自控制ic 4的控制信号为截止的期间长的情况下，产生在脉冲变压器5的次级绕组5s中不再流过电流的期间。因此，在该期间经由寄生电容等在晶体管tr1的栅-源间电容中蓄积了电荷的情况下，尽管控制信号为截止状态，也可能引起栅电压vgs上升。
54.通常，电容器c1使输出电压vdc平滑化，因此能够防止输出电压vdc大幅超过设定电压。但是，例如在电源电路1的周围温度低的情况下，电容器c1的电容降低。或者，在电源电路1的周围温度低的情况下，电容器c1的esr(等效串联电阻)变大。在这样的情况下，由于电容器c1对输出电压的平滑化不充分，所以如图3所示，输出电压vdc有可能大幅上升。
55.图4是说明本发明实施方式的电源电路1的动作的波形图。如图4所示，在本发明的实施方式中，在输出电压vdc达到过电压检测电平时，过电压检测电路9使短接电路7动作。在图2所示的结构例中，过电压检测电路9通过过电压信号s1使光电耦合器phc1导通。通过光电耦合器phc1导通，晶体管tr1的栅极和源极被短接。因此，从晶体管tr1的栅-源间电容提取电荷，从而栅电压vgs降低。由于栅电压vgs低于阈值电压vgsth，所以晶体管tr1截止。在本实施方式中，能够强制地使晶体管tr1截止，因此能够抑制输出电压vdc的大幅上升。因此，能够将输出电压vdc抑制在设定电压以下。
56.如上所述，特别是在电源电路1的周围温度较低的情况下，由于电容器c1的电容的降低或者电容器c1的esr的上升，容易产生输出电压vdc的上升。如图2所示，在本实施方式中，热敏电阻th与电阻r4串联连接。由此，能够根据电源电路1的周围温度的变化，使过电压检测的阈值变化。
57.优选地，热敏电阻th是ntc热敏电阻。随着温度降低，ntc热敏电阻的电阻值增大，因此电阻r4的电阻值以及热敏电阻th的电阻值的合计值(合成电阻的值)增加。由于合成电阻的值相对于电阻r3的电阻值的比值增大，所以能够降低用于使过电压检测电路9工作的输出电压vdc的阈值。例如在周围温度较低的情况下，能够在输出电压vdc为410v时使过电压检测功能工作，因此能够更可靠地保护电源电路1免受过电压的影响。进而，也能够提高差动放大器11的放大率。
58.此外，过电压检测电路的结构并不限定于图2所示的结构。图5是表示本实施方式的电源电路的另一结构例的电路图。电源电路1具有过电压检测电路9a来代替过电压检测电路9。过电压检测电路9a包含齐纳二极管zd1以及电阻r10。齐纳二极管zd1的阴极与输出
节点n1连接。电阻r10连接在齐纳二极管zd1的阳极与光电耦合器phc1的发光元件之间。齐纳二极管zd1、电阻r10以及光电耦合器phc1的发光元件(发光二极管)串联连接在输出节点n1与公共电压节点n2之间。
59.在图5所示的结构中，齐纳二极管zd1的齐纳电压vz相当于用于检测过电压的输出电压vdc的阈值电压。当输出电压vdc超过齐纳二极管zd1的齐纳电压时，电流流过齐纳二极管zd1和电阻r10。即，产生过电压信号s1。由此，光电耦合器phc1的发光元件发光，光电耦合器phc1的光电晶体管导通。因此，与图2所示的结构同样地，从晶体管tr1的栅-源间电容提取电荷，栅电压vgs降低。由于栅电压vgs低于阈值电压vgsth，所以晶体管tr1截止。因此，能够抑制输出电压vdc的大幅上升。并且，根据图5所示的结构，与图2所示的结构相比，能够简化过电压检测电路的结构。
60.同样地，短接电路7的结构并不限定于图2以及图5所示的结构。短接电路7可以具有能够提取mosfet(晶体管tr1)的栅-源间的电荷的各种结构。
61.＜附记＞
62.如上所述的实施方式包含以下这样的技术思想。
63.(结构1)
64.一种电源电路(1)，其中，该电源电路(1)具有：
65.晶体管(tr1)，其具有漏极、栅极和源极，所述漏极与输入电压(vin)连接；
66.二极管(d1)，其具有与所述晶体管(tr1)的所述源极连接的阴极和与公共电压节点(n2)连接的阳极；
67.扼流圈(3)，其具有与所述晶体管(tr1)的所述源极以及所述二极管(d1)的所述阴极连接的第1端、和与输出节点(n1)连接的第2端；
68.电容器(c1)，其连接在所述输出节点(n1)与所述公共电压节点(n2)之间；
69.变压器(5)，其具有初级绕组(5p)和与所述晶体管(tr1)的所述栅极连接的次级绕组(5s)；
70.控制电路(4)，其基于所述输出节点(n1)处的电压即输出电压(vdc)，将用于使所述晶体管(tr1)导通截止的驱动信号提供给所述变压器(5)的所述初级绕组(5p)；
71.过电压检测电路(9、9a)，其在所述输出电压(vdc)为过电压的情况下，输出过电压信号(s1)；以及
72.短接电路(7)，其响应于所述过电压信号(s1)，将所述晶体管(tr1)的所述栅极和所述源极短接。
73.(结构2)
74.在结构1所记载的电源电路中，
75.所述过电压检测电路(9)包含：
76.电阻分压电路(r3、r4、th)，其生成与所述电源电路(1)的所述输出电压(vdc)成比例的电压(v2)；以及
77.比较电路(11)，其在由所述电阻分压电路(r3、r4、th)生成的电压(v2)超过基准电压(vref)的情况下，输出所述过电压信号(s1)，
78.所述电阻分压电路(r3、r4、th)包含热敏电阻(th)。
79.(结构3)
80.在结构2所记载的电源电路中，
81.所述热敏电阻(th)是ntc热敏电阻。
82.(结构4)
83.在结构1所记载的电源电路中，
84.所述过电压检测电路(9a)包含：
85.齐纳二极管(zd1)，其具有阴极和阳极，所述阴极与所述输出节点(n1)连接；以及
86.电阻(r10)，其连接在所述齐纳二极管(zd1)的所述阳极与所述短接电路(7)之间，
87.在所述输出节点(n1)处的所述输出电压(vdc)超过规定的电压的情况下，所述齐纳二极管(zd1)通过使电流流过所述电阻(r10)而产生所述过电压信号(s1)。
88.(结构5)
89.在结构1～结构4中的任意一个所记载的电源电路中，
90.所述短接电路(7)包含光电耦合器(phc1)，所述光电耦合器(phc1)根据所述过电压信号，使所述晶体管的所述栅极与所述源极之间导通。
91.应该认为本次公开的实施方式在所有方面都是例示而不是限制性的。本发明的范围不通过上述实施方式而由权利要求书示出，意在包含与权利要求书等同的意思及范围内的所有变更。
92.标号说明
93.1：电源电路；2：直流电源；3：扼流圈；4：控制ic；5：脉冲变压器；5p：初级绕组；5s：次级绕组；6、12、r1～r5、r10：电阻；7：短接电路；8：衰减电路；9、9a：过电压检测电路；10：基准电压源；11：差动放大器；20：后级电路；c1：电容器；d1、d5：二极管；n1：输出节点；n2：公共电压节点；n3：连接点；phc1：光电耦合器；s1：过电压信号；th：热敏电阻；tr1：晶体管；zd1：齐纳二极管。