專利名稱：開關電源、控制開關電源的控制電路以及開關電源的控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及開關電源、控制開關電源的控制電路以及開關電源的控制方法。
背景技術：
例如，降壓型DC-DC轉換器用于信息設備。這種DC-DC轉換器使用采用了開關的 開關電源。在輸入輸出的接地端為公用的情況下，使用降壓型電源電路(非專利文獻1)。 并且，還使用為抑制主開關接通、斷開時的功耗而具有緩存電路的電源電路(非專利文獻1 和非專利文獻2)。非專利文獻 1 :John G Kassakian, Principles of Power electronics, ADDISON-WESLEY PUBLISHING COMPANY，1992，p674_687非專利文獻 2:IEEE Transaction on Power Electronics, Vol. 11, No. 5,1995, PP483-489但是，不能充分抑制由流過主開關的電流引起的功耗。

發(fā)明內容
本發(fā)明是鑒于上述課題而提出的，其目的在于，提供一種能夠抑制由流過主開關 的電流引起的功耗的開關電源。本發(fā)明涉及一種開關電源，其特征在于，所述開關電源具備第一開關，其設置于 直流電源的一端與負載的一端之間；第二開關，其設置于所述第一開關的所述負載側的節(jié) 點與所述直流電源的另一端之間；電容器，其設置于所述第二開關與所述直流電源的所述 另一端之間；第三開關，其設置于所述第一開關的所述直流電源側的節(jié)點、與所述第二開關 與所述電容器之間的節(jié)點之間；延遲電路，其設置于所述第三開關、與所述第二開關與所述 電容器之間的節(jié)點之間，使用于對所述電容器進行充電的電流延遲；以及第1 二極管，其設 置于所述第三開關與所述延遲電路之間的節(jié)點、與所述直流電源的所述另一端之間，所述 第1 二極管，在所述直流電源的所述一端為正側端子的情況下，所述第三開關與所述延遲 電路之間的節(jié)點側為陰極，在所述直流電源的所述一端為負側端子的情況下，所述第三開 關與所述延遲電路之間的節(jié)點側為陽極。根據(jù)本發(fā)明，電容器經由延遲電路和第三開關，與直流電源的一端連接。由此，能 夠不經由第一開關，對電容器進行充電。因此，能夠抑制在對電容器進行充電時，被第一開 關消耗的功率。并且，通過設置延遲電路和第1 二極管，能夠削減第三開關的功耗。在上述結構中，所述開關電源還具備控制電路，該控制電路在使所述第一開關接 通的期間，使所述第二開關接通，在使所述第二開關斷開的期間，使所述第三開關接通斷 開。根據(jù)該結構，能夠在使第一開斷開時，使電容器進行放電。并且，能夠在第二開關斷開 的期間，對電容器進行充電。在上述結構中，所述控制電路在使所述第一開關斷開的期間，使所述第三開關接通斷開。由此，能夠不經由第一開關，對電容器進行充電。在上述結構中，所述開關電源還具備第四開關，該第四開關設置于所述第一開關 的所述負載側的節(jié)點與所述直流電源的所述另一端之間，所述控制電路在使所述第一開關 斷開的期間，使所述第四開關接通，在使所述第四開關接通的期間，使所述第二開關斷開。 根據(jù)該結構，在電容器結束放電之后，能夠由直流電源的另一端向電感器供給電流。在上述結構中，所述控制電路在使所述第四開關接通的期間，使所述第三開關接 通斷開。能夠交替進行第一開關和第四開關的接通斷開。在上述結構中，所述延遲電路是電感器。在上述結構中，將所述電感器的電感值設為L，將所述電容器的電容值設為C時， 對所述第三開關進行接通斷開的期間為
以上。在上述結構中，所述第二開關是第2 二極管，在所述直流電源的所述一端為正側 端子的情況下，所述第一開關的所述負載側的節(jié)點側為陰極，在所述直流電源的所述一端 為負側端子的情況下，所述直流電源的所述一端側為陽極。在上述結構中，所述第一開關、所述第二開關以及所述第三開關是M0SFET(金 屬_氧化物_半導體場效應晶體管)，在所述直流電源的所述一端為正側端子的情況下， 所述第一開關的體二極管以所述直流電源側為陰極，所述第二開關的體二極管以所述第一 開關的所述負載側的節(jié)點為陽極，所述第三開關的體二極管以所述直流電源的所述一端側 為陰極，在所述直流電源的所述一端為負側端子的情況下，所述第一開關的體二極管以所 述直流電源側為陽極，所述第二開關的體二極管以所述第一開關的所述負載側的節(jié)點為陰 極，所述第三開關的體二極管以所述直流電源的所述一端側為陽極。本發(fā)明涉及一種開關電源的控制方法，該開關電源具備第一開關，其設置于直流 電源的一端與負載的一端之間；第二開關，其設置于所述第一開關的所述負載側的節(jié)點與 所述直流電源的另一端之間；電容器，其設置于所述第二開關與所述直流電源的所述另一 端之間；第三開關，其設置于所述第一開關的所述直流電源側的節(jié)點、與所述第二開關與所 述電容器之間的節(jié)點之間；延遲電路，其設置于所述第三開關、與所述第二開關與所述電容 器之間的節(jié)點之間，使用于對所述電容器進行充電的電流延遲；以及第1 二極管，其設置于 所述第三開關與所述延遲電路之間的節(jié)點、與所述直流電源的所述另一端之間，所述第1 二極管，在所述直流電源的所述一端為正側端子的情況下，所述第三開關與所述延遲電路 之間的節(jié)點側為陰極，在所述直流電源的所述一端為負側端子的情況下，所述第三開關與 所述延遲電路之間的節(jié)點側為陽極，所述開關電源的控制方法的特征在于，具備在使所述 第一開關接通的期間，使所述第二開關接通的步驟；以及在使所述第二開關斷開的期間，使 所述第三開關接通斷開的步驟。本發(fā)明涉及一種控制電源開關的控制電路，該電源開關具備第一開關，其設置于 直流電源的一端與負載的一端之間；第二開關，其設置于所述第一開關的所述負載側的節(jié) 點與所述直流電源的另一端之間；電容器，其設置于所述第二開關與所述直流電源的所述 另一端之間；第三開關，其設置于所述第一開關的所述直流電源側的節(jié)點、與所述第二開關 與所述電容器之間的節(jié)點之間；延遲電路，其設置于所述第三開關、與所述第二開關與所述 電容器之間的節(jié)點之間，使用于對所述電容器進行充電的電流延遲；以及第1 二極管，其 設置于所述第三開關與所述延遲電路之間的節(jié)點、與所述直流電源的所述另一端之間，所述第1 二極管，在所述直流電源的所述一端為正側端子的情況下，所述第三開關與所述延 遲電路之間的節(jié)點側為陰極，在所述直流電源的所述一端為負側端子的情況下，所述第三 開關與所述延遲電路之間的節(jié)點側為陽極，所述控制電路的特征在于，在使所述第一開關 接通的期間，使所述第二開關接通，在使所述第二開關斷開的期間，使所述第三開關接通斷 開。根據(jù)本發(fā)明，電容器經由延遲電路和第三開關，與直流電源的一端連接。由此，能 夠不經由第一開關，對電容器進行充電。因此，能夠抑制在對電容器進行充電時，被第一開 關消耗的功率。并且，通過設置延遲電路和第1 二極管，能夠削減第三開關的功耗。


圖1是涉及比較例1的開關電源的電路圖。
圖2是示出比較例1的動作的圖。圖3是示出比較例1的第一開關的功耗的圖。圖4是涉及比較例2的開關電源的電路圖。圖5是示出比較例2的動作的圖。圖6是示出比較例2的第一開關的功耗的圖。圖7是涉及比較例3的開關電源的電路圖。圖8是示出比較例3的動作的圖。圖9是涉及比較例4的開關電源的電路圖。圖10是涉及實施例1的開關電源的電路圖。圖11是示出流入到實施例1的電流的圖。圖12是示出實施例1的動作的圖。圖13是示出實施例1斷開期間前后的第一開關的功耗的圖。圖14是對比較例3、4和實施例1的第一開關的功耗進行比較的圖。圖15是示出沒有設置電感器L1和第1 二極管D1的比較例5的第三開關的功耗 的圖。圖16是對比較例3、4和實施例1的第三開關的功耗進行比較的圖。圖17是對比較例3、4和實施例1的電容器電壓進行比較的圖。圖18是涉及實施例2的開關電源的電路圖。圖19是實施例2的仿真結果的圖(之一)。圖20是實施例2的仿真結果的圖(之二)。圖21是涉及實施例3的開關電源的電路圖。圖22是涉及實施例4的開關電源的電路圖。
具體實施例方式首先，詳細說明本發(fā)明所要解決的課題。圖1是涉及比較例1的降壓型開關電源 的電路圖。參見圖1，在開關電源10a上連接有直流電源20和負載30。直流電源20由電 源E和內部電阻R2構成。負載30的等效電路由電阻R3構成。直流電源20的正側端子與 節(jié)點N21連接，負側端子與節(jié)點N22連接。負載30的正側端子與節(jié)點N31連接，負側端子與節(jié)點N32連接。節(jié)點N22和N32是接地端子，相互直接連接。開關電源10a具有第一開關SW1、第四開關SW4、電容器C2、電容器C3以及第二電 感器L2。第一開關SW1是主開關，設置于節(jié)點N21與節(jié)點N31之間。在第一開關SW1的負 載側連接有第二電感器L2。第一開關SW1與第二電感器L2之間的節(jié)點為mi。第四開關 SW4是同步整流開關，連接在節(jié)點Nil與節(jié)點N22之間。電容器C2是輸入平滑電容器，連接 在節(jié)點N21與N22之間。電容器C3是輸出平滑電容器，連接在節(jié)點N31與N32之間。使用圖2，說明涉及比較例1的開關電源的動作。圖2是相對于時間示出第一開關 SW1的動作、第四開關SW4的動作、流過第二電感器L2的電流(L2電流)、節(jié)點Nil的電壓 VII以及節(jié)點N31對節(jié)點N32的輸出電壓Vout的圖。另外，L2電流以從節(jié)點Nil流入N31 的電流為正。參見圖2，在時間t3與t5之間的期間T1，第一開關SW1處于接通狀態(tài)，第四開關 SW4處于斷開狀態(tài)。因此，節(jié)點Nil為直流電源20的電壓VE。如圖1的電流11所示，從節(jié) 點N21經由第一開關SW1、節(jié)點附1、第二電感器L2向節(jié)點N31流入電流11。借助第二電感 器L2，電流11慢慢增加。在時間t5與t3之間的期間T2，第一開關SW1處于斷開狀態(tài)，第四開關SW4處于 接通狀態(tài)。因此，節(jié)點Nil為接地電壓0。如圖1的電流12所示，從節(jié)點N32經由第四開 關SW4、節(jié)點附1、第二電感器L2向節(jié)點N31流入電流12。借助第二電感器L2，電流11慢 慢減少。節(jié)點N31的輸出電壓Vout基本恒定在小于直流電源20的電壓VE的電壓V0。圖3是說明在涉及比較例1的開關電源中的第一開關SW1接通和斷開時、在第一 開關SW上產生的功耗的圖。是相對于時間示出第一開關SW1的電阻(SW1電阻)、流過第一 開關SW1的電流(SW1電流)、第一開關SW1兩端的電壓(SW1電壓)、被第一開關SW1消耗 的功率(SW1功率)的圖。另夕卜，SW1電流以從節(jié)點N21流入Nil的電流為正。在時間t31與t32之間的期間、即接通期間Ton是從期間T2移向期間T1的移行 期間，時間t51與t52之間的期間、即斷開期間Toff是從期間T1移向期間T2的移行期間。 在期間T2，第一開關SW1處于斷開狀態(tài)，SW1電阻高。SW1電流小，SW1電壓高。由于SW1電 流小，所以SW1功率小。在時間t31，第一開關SW1接通。在接通期間Ton，SWl電阻慢慢減少，在時間t32， 基本為0。因此，SW1電流從基本為0開始慢慢增加。并且，SW1電壓慢慢減少，在時間t32， 基本為0。SW1功率在接通期間Ton內具有極大值。若在時間t32，第一開關SW1成為接通 狀態(tài)，則SW1電阻基本為0。SW1電流借助上述的第二電感器L1，在期間T1之間慢慢增力口。 SW1電壓基本為0。即使SW1電壓基本為0，但因SW1電流慢慢增加，所以SW1功率慢慢增 加。在時間t51，第一開關SW1斷開。在斷開期間Toff，SWl電阻慢慢增加，在時間t52 處恒定。SW1電流慢慢減少，在時間t52處基本為0。SW1電壓慢慢增加，在時間t52處恒 定。SW1功率在接通期間Toff內具有極大值。SW1電流在時間t51處達到最大，所以在斷 開期間Toff的SW1功率的極大值Aoff比在接通期間Ton的SW1功率的極大值Aon大。像這樣，比較例1所示的降壓型開關電源，在斷開期間Toff，第一開關SW1弓丨起的 功耗增大。尤其，像M0SFET這樣使用半導體開關的情況下，接通期間Ton和斷開期間Toff 增長，所以由第一開關SW1引起的功耗導致開關電源發(fā)熱。此外，在以高頻動作的開關電源
8中，接通和斷開的次數(shù)增加，所以開關電源進一步發(fā)熱。比較例2 (參見非專利文獻674頁)是以抑制斷開期間Toff的SW1功率為目的的 例子，是具有吸收電容器(snubber capacitor)的例子。圖4是涉及比較例2的開關電源 的電路圖。參見圖4，與比較例1的圖1進行比較，開關電源10b在節(jié)點Nil與N22之間具 有吸收電容器C1。其他結構與比較例1的圖1相同，省略說明。使用圖5，說明涉及比較例2的開關電源的動作。圖5是相對于時間示出第一開 關SW1的動作、第四開關SW4的動作、L2電流、SW1電流、流過第一電容器C1的電流(C1電 流)以及SW4電流的圖。另外，C1電流和SW4電流以從節(jié)點N22流入Nil的電流為正。參見圖5，第一開關SW1和第四開關SW4的動作與比較例1的圖3相同。在接通 期間Ton，像圖4的電流13那樣，流過電流13，以便對電容器C1進行充電。在圖5的時間 t32至t51的期間T11，與比較例1的期間T1相同，流過電流11 (參見圖4)。參見圖5，在 斷開期間Toff中，像圖4的電流14那樣，流過電流14，以便電容器C1進行放電。在圖5的 時間t52至t31的期間T21，與比較例1的期間T2相同，流過電流12(參見圖4)。圖6是說明涉及比較例2的開關電源的功耗的圖，與圖3相同。另外，SW1功率的 虛線表示比較例1。在接通期間Ton，作為向電容器C1的充電電流，流過SW1電流(參見圖 6的B1)。因此，與比較例1相比，SW1功率Bon增大。另一方面，在斷開期間Toff，由于從 電容器C1放電，導致節(jié)點Nil的電壓下降延遲。因此，SW1電壓的上升，經期間T21，變得緩 慢(參見圖6的B2)。因此，與比較例1相比，SW1功率Boff的上升小。如上所述，在比較 例1中，能夠抑制斷開期間Toff的功率上升，但接通期間Ton的功率還是會上升。比較例3 (參見非專利文獻676頁)是以抑制斷開期間Toff的SW1功率為目的的 例子，是RCD緩沖電路的例子。圖7是涉及比較例3的開關電源的電路圖。參見圖7，與比 較例2的圖4進行比較，開關電源10c在節(jié)點Nil和吸收電容器C1之間并聯(lián)連接有第2 二 極管D2和電阻R1。其他結構與比較例2的圖4相同，省略說明。使用圖8，說明涉及比較例3的開關電源的動作。圖8是相對于時間示出第一開 關SW1的動作、第四開關SW4的動作、L2電流、SW1電流、C1電流、SW4電流以及電阻R1消 耗的功率(R1功率)的圖。參見圖8，第一開關SW1和第四開關SW4的動作與比較例2的圖5相同。在時間 t31，第一開關SW1接通，對電容器C1進行充電的電流13流過電阻R1，所以SW1電流以及 C1電流的極大值變小，電流13流過的時間變長(參見圖8的C10)。因此，電流11和電流 13并行流過。圖8中，虛線相當于SW1電流之中的電流11，虛線與實線之間的電流相當于 電流13。通過以上所述，接通期間Ton的第一開關SW1功率變小。但是，如圖8所示，發(fā)生 R1功率(參見圖8的Con)。并且，若開關周期加速，則電容器C1的充電有可能趕不上。比較例4 (參見非專利文獻687頁)是以抑制由電阻引起的功耗為目的的例子。 圖9是涉及比較例4的開關電源的電路。與比較例3的圖7相比，在開關電源10d上沒有 設置電阻R1。在節(jié)點Nil與N22之間還連接有電容器C12和二極管D12。二極管D1與電 容器C1之間的節(jié)點N15和、電容器C12與二極管D12之間的節(jié)點N16之間，連接有電感器 L3和二極管D13。第一開關SW1接通時，通過電容器C1、C12以及電感器L3的諧振現(xiàn)象，電 流13流過，電容器C1和C12被充電。借助二極管D13，諧振現(xiàn)象在半周期內結束。充電到 電容器C1和C12的電荷在第一開關SW1斷開時，流過電流14a以及14b，進行放電。在比較
9例4中，電流13沒有被電阻消耗，所以功耗小。并且，使用諧振現(xiàn)象對電容器C1和C12進 行充電，所以能夠抑制第一開關SW1電流的極大值。但是，對電容器C1和C12進行充電的電流13經由第一開關SW1流過。因此，由于 第一開關SW1的接通電阻，發(fā)生功率損失。并且，若開關周期加速，則電容器C1和C12的充 電有可能趕不上。下面，參見附圖，對解決比較例1至比較例4的課題的本發(fā)明的實施例進行說明。實施例1圖10是涉及實施例1的開關電源的電路圖。與比較例2的圖4的開關電源10b 相比，在電容器C1與節(jié)點Nil之間設置有第二開關SW2。在第二開關SW2與電容器C1之間 的節(jié)點N12和節(jié)點N21之間設置有第三開關SW3以及電感器L1。在第三開關SW3與電感器 L1之間的節(jié)點N13和節(jié)點N22之間設置有第1 二極管D1。還設置有對開關SW1至SW4的 開關動作進行控制的控制電路40。其他結構與實施例2的圖4相同，省略說明。使用圖11和圖12，說明涉及實施例1的開關電源的動作。圖11是示出涉及實施 例1的開關電源10中流過的電流的電路圖。圖12是相對于時間示出第一開關SW1至SW4 的動作、電流以及L2電流的圖。另外，SW2電流以從節(jié)點N12流入Nil的電流為正，SW3電 流以從N31流入附3的電流為正。其他電流的流向與比較例1至4相同。參見圖12，在時間t0中，開關SW1至SW4斷開，開關SW1至SW4電流以及L2電流 為0。在時間tl，第三開關SW3接通。如圖11的電流13所示，從節(jié)點N21通過第三開關 SW3、電感器L1向電容器C1流入電流13，電容器C1被充電。如圖12所示，借助電感器L1， SW3電流慢慢增加。在時間t2，第三開關SW3斷開。若在時間t3，第一開關SW1接通，則如 圖11所示，流過電流11。在第一開關SW1處于接通狀態(tài)的期間T1的任意時間t4，第二開 關SW2接通。通過事先對電容器C1進行充電，節(jié)點mi以及N12均達到直流電源20的電 源電壓VE，所以沒有SW2電流流過。參見圖12，若在時間t5，第一開關SW1斷開，接通第四開關SW4，則節(jié)點Nil的電壓 下降，所以如圖11所示，經由第二開關SW2，從電容器C1流入電流14，電容器C1放電。參 見圖12，電流14在從電容器C1流過放電電流時，借助電感器L2，按照與電流11相同的斜 率上升。并且，在電容器C1結束放電的時刻，或之后的時間t6，斷開第二開關SW2。如圖11 所示，流過電流12。在時間t7，斷開第四開關SW4。L2電流為SW1電流、SW2電流以及SW4 電流之和。并且，如圖12的虛線所示，若第一開關SW1和第二開關SW2斷開，則在第四開關 SW4接通時，接通第三開關SW3亦可。通過在第四開關SW4接通的期間T2內，接通第三開 關SW3，能夠交替設置期間T1和期間T2。即，交替地使第一開關SW1和第四開關SW4進行 接通斷開。因此，能夠縮短開關周期?？刂齐娐?0是使各開關SW1至SW4以圖12所示方式動作的電路，亦可使用可將 柵的配置程序化的邏輯IC。為了生成圖12所示的時序，可以使用采用了時鐘的延遲電路或 采用了 CR的延遲電路。圖13是示出斷開期間Toff前后的SW1電流、第一開關SW1兩端的電壓(SW1電 壓)VI以及第一開關SW1的功耗(SW1功率)的圖。第一開關SW1斷開之后的SW1電壓VI 以式1表不。
[式1]VI = VE(1- e (_/EC)t)在此，VE表示電源E的電壓，R表示內部電阻R2和第一開關SW1的接通電阻之和 的電阻值，C表示電容器C1的電容值。如圖13所示，在第一電容器C1的電容值C小時，SW1電壓VI的上升快，電容值C 大時，SW1電壓VI的上升慢。因此，電容值C越大，SW1功率的抑制效果越大。圖14是對涉及實施例1的開關電源10的功耗與比較例3和4進行比較說明的圖。 相對于時間示出SW1電阻、SW1電流、SW1電壓以及SW1功率。虛線表示比較例3以及4，實 線表示實施例1。在比較例3和比較例4中，電容器C1借助經由第一開關SW1的電流被充 電。因此，在Ton期間后的期間T1，作為SW1電流，流過對電容器C1進行充電的電流(參見 圖14虛線)。由此，SW1功率增大。根據(jù)實施例1，電流13不流過第一開關SW1，所以SW1 電流與比較例3以及比較例4相比減小。由此，實施例1的SW1功率與比較例3以及比較 例4相比，減小圖14的P1。作為比較例5，考慮對實施例1的圖10，不設置電感器L1和第1 二極管D1的情況。 圖15是相對于時間示出比較例5的第三開關SW3的第三開關SW3電流以及功耗的圖。若 在時間tll，第三開關SW3接通，則電容器C1被快速充電。因此，在時間til和tl2之間， SW3電流快速流過(參見圖15的D1)。因此，如圖15所示，SW3功率Don增大。在時間t2， 第三開關SW3斷開時，基本不發(fā)生SW3功率Doff。圖16是相對于時間示出實施例1的SW3電阻、SW3電流、流過第1 二極管D1的電 流(D1電流)、流過電感器L1的電流(L1電流)、C1電壓以及SW3功率的圖。另外，D1電流 以從節(jié)點N22流入附3的電流為正，L1電流以從節(jié)點N13流入附2的電流為正。SW3功率 的虛線表示沒有設置電感器L1和第1 二極管D1的圖15的比較例5的SW3功率。若在時間tll，第三開關SW3接通，則借助電感器L1，L1電流以及SW3電流慢慢增 加。由此，與圖15的比較例5相比，能夠抑制SW3功率Eon。若在時間t21，第三開關SW3斷 開，則借助蓄積在電感器L1的能量，經由第1 二極管D1流過電流，釋放電感器L1的能量。 由此，流過電感器L1和第1 二極管D1的電流慢慢減少。在時間t23，流過電感器L1和第1 二極管D1的電流為0，C1電壓是斷開第三開關SW3時的C1電壓的2倍。向電感器L1流入 電流的期間是期間T3的2倍，為2 T3。第三開關SW3斷開時的SW3電流與比較例5的第 三開關SW3接通時的SW3電流相比小。由此，SW3功率Eoff小。并且，第三開關SW3接通 時的SW3電流不是圖15的D1所示的流向電容器C1的快速充電電流，所以SW3功率Eon也 小。因此，與沒有第1 二極管D1和電感器L1的比較例5相比，還能夠減小SW3功率Eon和 Eoff的合計。說明第三開關SW3為接通狀態(tài)的適當期間T3(參見圖12)。在圖11中，在接通第 三開關SW3的狀態(tài)下，電流13是電感器L1、電容器C1以及直流電源20的串聯(lián)電路。該情 況下的電路方程式為式2。[式2]
. rtidt = VE 0在此，t表示接通第三開關SW3的時間為0時的時間，L表示電感器L1的電感值，C表示電容器C1的電容值，i表示電流13的電流值，VE表示電源E的電壓值。對式2進行求解，求出電容器C1兩端的電壓Vc，得式3。 若在時間t = T3，斷開第三開關SW3，則電容器C1結束充電的t = 2 T3時時的 電容器C1電壓Vc(2.T3)為式4。
損失，所以接通第三開關SW3的期間為以上。為了抑制第三開關SW3引起的功耗，根據(jù)式6，優(yōu)選增大電感器L1的電感系數(shù)L， 增長電容器C1的充電時間。在實施例1中，若斷開第二開關SW2，則任何時候均可對電容器 C1進行充電。由此，能夠增大電感系數(shù)L，抑制第三開關SW3引起的功耗。圖17是說明實施例1中的由第三開關SW3引起的功耗的抑制效果的圖，示出第一 開關SW1的動作、實施例1以及比較例3、4各自的C1電壓。在比較例3和4中，僅在第一 開關SW1接通的期間T1，能夠對電容器C1進行充電。由此，第一開關SW1的duty比小的情 況下，快速對電容器C1進行充電。由此，導致第一開關SW1的功耗增加。另一方面，在實施 例1中，通過斷開上述的第二開關SW2，在斷開第一開關SW1的時間t5附近的過渡期間以 外，可對電容器C1進行充電。像這樣在期間T1和T2的大部分期間，均可對電容器C1進行 充電。由此，即使在第一開關SW1的duty比較小的情況下，仍能夠長時間對電容器C1進行 充電，能夠抑制第一開關SW1的功耗。根據(jù)實施例1，如圖10所示，第一開關SW1設置于作為直流電源20的一端的節(jié)點 N21與作為負載30的一端的節(jié)點N31之間。第二開關SW2設置于第一開關SW1的負載30 側的節(jié)點Nil與作為直流電源20的另一端的節(jié)點N22之間。第三開關SW3設置于第一開關 SW1的直流電源20側的節(jié)點N21與N12之間。電容器C1設置于第二開關SW2與節(jié)點N22 之間。電感器L1設置在第三開關SW3和第二開關SW2與電容器C1之間的節(jié)點N12之間， 以節(jié)點N13側為陰極。電容器C1經由電感器L1和第三開關SW3與節(jié)點N31連接。由此，如圖14所示， 能夠不經由第一開關SW1，對電容器C1進行充電。由此，能夠抑制在電容器C1充電時被第 一開關SW1消耗的功率。并且，通過設置電感器L1和第1 二極管D1，如圖16所示，能夠削 減第三開關SW3的功耗。此外，通過設置第二開關SW2，如圖17所示，能夠增長電容器C1的
電容器CI電壓Vc(2.T3)為直流電源20的電壓VE的時間t為式6c [式6]
=7(L/C) cos (0.5) 二 0.955 7(L/C)
由此，接通第三開關SW3的期間T3為式6。但是，由于實際上會發(fā)生由電阻引起的充電時間。由此，即使在第一開關SW1的duty比小的情況下，也能夠抑制第一開關SW1的功耗。另外，在實施例1中，如圖16所示，電感器L1只要是使用于對電容器C1進行充電 的C1電流延遲的延遲電路即可。例如，由電阻等構成。但是，在由電阻構成延遲電路的情 況下，會發(fā)生功率損失。由此，優(yōu)選像實施例1那樣，延遲電路為電感器。此外，如圖12所示，控制電路40在使第一開關SW1接通的期間T1，使第二開關SW2 接通。由此，在第一開關SW1斷開時，能夠使充電到電容器C1的電荷放電。并且，控制電路 40在使第二開關SW2斷開的期間，使第三開關SW3接通斷開。由此，在節(jié)點N12和Nil切斷 的期間，能夠對電容器C1進行充電。此外，如圖12所示，控制電路40在使第一開關SW1斷開的期間T2，使第三開關SW3 接通斷開。由此，能夠不經由第一開關SW1，對電容器C1進行充電。此外，如圖10所示，第四開關設置在節(jié)點Nil與N22之間。并且，如圖12所示，控 制電路40在使第一開關SW1斷開的期間，使第四開關SW4接通。由此，能夠流過圖11的電 流12。并且，如圖12所示，在使第四開關SW4接通的期間T2，使第二開關SW2斷開。由此， 在電容器C1結束放電之后，能夠將圖11的電流12提供給電感器L2。此夕卜，如圖12所示，控制電路40在使第四開關SW4接通的期間T2，使第三開關SW3 接通斷開。由此，能夠交替地進行第一開關SW1和第四開關SW4的接通斷開。實施例2實施例2是開關SW1至SW4使用M0SFET的例。圖18是實施例2的電路圖。參見 圖18，在涉及實施例2的開關電源10e中，作為開關SW1至SW4使用M0SFET。其他結構與 實施例1的圖10相同，省略說明。實施例2中，節(jié)點N21與直流電源20的正側端子連接， 節(jié)點N22與直流電源20的負側端子連接。即，直流電源20的一端為正側端子。該情況下， 第一開關SW1的體二極管BD1以直流電源20側為陰極；第二開關SW2的體二極管BD2以節(jié) 點Nil側為陽極；第三開關SW3的體二極管BD3以節(jié)點N21側為陰極；第四開關SW4的體二 極管BD4以節(jié)點Nil側為陰極。由此，各開關SW1至SW4能夠適當切斷圖11的電流11至 14?？刂齐娐?0和各開關SW1至SW4優(yōu)選集成化制作。在實施例2中，對功耗進行了仿真。仿真器使用SImetrix5.3，開關頻率設為 1000kHz。并且，在實施例2的仿真中，作為第一開關SW1至SW3，使用IRFU3711Z，作為第四 開關SW4，使用IRF9410，作為二極管D1和D2，使用MBR20100。作為電容器C1、C2以及C3的 電容值，分別使用50nF、560iiF以及560iiF，作為電感器L1以及L2的電感，分別使用lyH 以及50nH。在比較例1的仿真中，作為第一開關SW1以及第四開關SW4，分別使用IRFU3711Z， 作為二極管，使用MBR20100，作為電容器C2以及C3的電容值，分別使用560 u F，作為電感 器L2的電感，使用50nH。圖19是在比較例1和實施例2中相對于輸出電流示出開關SW1至SW4使用的 M0SFET的功耗之和的圖。黑圈和白圈分別表示比較例1和實施例2的仿真結果，虛線和實 線分別表示將比較例1和實施例2的仿真結果連接的直線。參見圖19，實施例2相比于比 較例1，能夠抑制M0SFET的功耗。
圖20是在比較例1和實施例2中相對于輸出電流示出開關電源的電路効率的圖。 黑圈和白圈分別表示比較例1和實施例2的仿真結果，虛線和實線分別表示將比較例1和 實施例2的仿真結果連接的直線。參見圖20，實施例2與比較例1相比，能夠將電路効率改 善3% 5%。實施例3實施例3是對實施例2將直流電源的極性反轉的例子。圖21是實施例2的電路 圖。參見圖21，在涉及實施例3的開關電源10f中，開關SW1至SW4的體二極管BD1至BD4 以及第1 二極管D1的方向與實施例2的圖18相反。其他結構與實施例1的圖10相同，省 略說明。實施例3中，節(jié)點N21與直流電源20的負側端子連接，節(jié)點N22與直流電源20的 正側端子連接。即，直流電源20的一端為負側端子。該情況下，第一開關SW1的體二極管 BD1以直流電源20側為陽極；第二開關SW2的體二極管BD2以節(jié)點Nil側為陰極；第三開 關SW3的體二極管BD3以節(jié)點N21側為陽極；第四開關SW4的體二極管BD4以節(jié)點Nil側 為陽極。第1 二極管D1以節(jié)點N13側為陽極。如實施例3所示，將直流電源的極性反轉，電流11至14按照與圖11的方向相反 的方向流過。由此，開關SW1至SW4的體二極管BD1至BD4以及第1 二極管D1的方向與實 施例2的圖18相反。實施例4實施例4是作為第二開關SW2使用二極管的例子。圖22是實施例4的電路圖。參 見圖22，在涉及實施例4的開關電源10g中，與實施例1的圖11相比，作為第二開關SW2使 用第2 二極管D2。節(jié)點Nil側為陰極，節(jié)點N12側為陽極。由此，第2 二極管D2作為第二開關發(fā)揮作用，節(jié)點附1相對于N12為負電壓時，流 過電流13，節(jié)點Nil相對于N12為正電壓時，切斷電流13。由此，在第一開關SW1接通的期 間T1，使第三開關SW3接通，對電容器C1進行充電。若第一開關SW1斷開，則經由第2 二 極管D2，從電容器C1向電感器L2流入電流，電容器C1放電。為了在期間T1對電容器C1 進行充電，只要足夠長，作為第二開關可以使用第2 二極管D2。由此，能夠簡化控制電路40 的結構。另外，節(jié)點N21與直流電源20的負側端子連接的情況下，第2 二極管D2以節(jié)點 Nil側為陽極，以節(jié)點N12側為陰極。以上，詳細說明了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但本發(fā)明不限于所涉及的特定實施例，可 以在權利要求書記載的本發(fā)明的宗旨范圍內進行各種變形/變更。
權利要求
一種開關電源，其特征在于具備第一開關，其設置于直流電源的一端與負載的一端之間；第二開關，其設置于所述第一開關的所述負載側的節(jié)點與所述直流電源的另一端之間；電容器，其設置于所述第二開關與所述直流電源的所述另一端之間；第三開關，其設置于所述第一開關的所述直流電源側的節(jié)點、與所述第二開關與所述電容器之間的節(jié)點之間；延遲電路，其設置于所述第三開關、與所述第二開關與所述電容器之間的節(jié)點之間，使用于對所述電容器進行充電的電流延遲；以及第1二極管，其設置于所述第三開關與所述延遲電路之間的節(jié)點、與所述直流電源的所述另一端之間；所述第1二極管在所述直流電源的所述一端為正側端子的情況下，所述第三開關與所述延遲電路之間的節(jié)點側為陰極，在所述直流電源的所述一端為負側端子的情況下，所述第三開關與所述延遲電路之間的節(jié)點側為陽極。
2.根據(jù)權利要求1所述的開關電源，其特征在于具備控制電路，該控制電路在使所述 第一開關斷開的期間，使所述第二開關接通，在使所述第二開關斷開的期間，使所述第三開 關接通斷開。
3.根據(jù)權利要求2所述的開關電源，其特征在于，所述控制電路在使所述第一開關斷 開的期間，使所述第三開關接通斷開。
4.根據(jù)權利要求2所述的開關電源，其特征在于，所述開關電源具備第四開關，該第四開關設置于所述第一開關的所述負載側的節(jié)點與 所述直流電源的所述另一端之間，所述控制電路在使所述第一開關斷開的期間，使所述第四開關接通，在使所述第四開 關接通的期間，使所述第二開關斷開。
5.根據(jù)權利要求4所述的開關電源，其特征在于，所述控制電路在使所述第四開關接 通的期間，使所述第三開關接通斷開。
6.根據(jù)權利要求1至5中的任意一項所述的開關電源，其特征在于，所述延遲電路是電 感器。
7.根據(jù)權利要求6所述的開關電源，其特征在于，將所述電感器的電感值設為L，將所 述電容器的電容值設為C時，對所述第三開關進行接通斷開的期間為0.955x7^以上。
8.根據(jù)權利要求1所述的開關電源，其特征在于，所述第二開關是第2二極管，在所述 直流電源的所述一端為正側端子的情況下，所述第一開關的所述負載側的節(jié)點側為陰極， 在所述直流電源的所述一端為負側端子的情況下，所述直流電源的所述一端側為陽極。
9.根據(jù)權利要求1至7中的任意一項所述的開關電源，其特征在于，所述第一開關、所述第二開關以及所述第三開關是M0SFET，在所述直流電源的所述一端為正側端子的情況下，所述第一開關的體二極管以所述直 流電源側為陰極，所述第二開關的體二極管以所述第一開關的所述負載側的節(jié)點為陽極，所述第三開關的體二極管是以所述直流電源的所述一端側為陰極，在所述直流電源的所述一端為負側端子的情況下，所述第一開關的體二極管以所述直 流電源側為陽極，所述第二開關的體二極管以所述第一開關的所述負載側的節(jié)點為陰極， 所述第三開關的體二極管以所述直流電源的所述一端側為陽極。
10.一種開關電源的控制方法，該開關電源具備 第一開關，其設置于直流電源的一端與負載的一端之間；第二開關，其設置于所述第一開關的所述負載側的節(jié)點與所述直流電源的另一端之間；電容器，其設置于所述第二開關與所述直流電源的所述另一端之間； 第三開關，其設置于所述第一開關的所述直流電源側的節(jié)點、與所述第二開關與所述 電容器之間的節(jié)點之間；延遲電路，其設置于所述第三開關、與所述第二開關與所述電容器之間的節(jié)點之間，使 用于對所述電容器進行充電的電流延遲；以及第1 二極管，其設置于所述第三開關與所述延遲電路之間的節(jié)點、與所述直流電源的 所述另一端之間；關于所述第1 二極管，在所述直流電源的所述一端為正側端子的情況下，所述第三開關與所述延遲電路之間 的節(jié)點側為陰極，在所述直流電源的所述一端為負側端子的情況下，所述第三開關與所述 延遲電路之間的節(jié)點側為陽極，所述開關電源的控制方法的特征在于具備在使所述第一開關接通的期間，使所述第二開關接通的步驟；以及在使所述第二開關斷開的期間，使所述第三開關接通斷開的步驟。
11.一種控制電源開關的控制電路，該電源開關具備 第一開關，其設置于直流電源的一端與負載的一端之間；第二開關，其設置于所述第一開關的所述負載側的節(jié)點與所述直流電源的另一端之間；電容器，其設置于所述第二開關與所述直流電源的所述另一端之間； 第三開關，其設置于所述第一開關的所述直流電源側的節(jié)點、與所述第二開關與所述 電容器之間的節(jié)點之間；延遲電路，其設置于所述第三開關、與所述第二開關與所述電容器之間的節(jié)點之間，使 用于對所述電容器進行充電的電流延遲；以及第1 二極管，其設置于所述第三開關與所述延遲電路之間的節(jié)點、與所述直流電源的 所述另一端之間； 所述第1二極管在所述直流電源的所述一端為正側端子的情況下，所述第三開關與所述延遲電路之間 的節(jié)點側為陰極，在所述直流電源的所述一端為負側端子的情況下，所述第三開關與所述 延遲電路之間的節(jié)點側為陽極， 所述控制電路的特征在于，在使所述第一開關接通的期間，使所述第二開關接通；在使所述第二開關斷開的期間，使 所述第三開關接通斷開。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種開關電源，其包括第一開關(SW1)，其設置于節(jié)點(N21)和(N31)之間；第二開關(SW2)，其設置于節(jié)點(N11)和(N22)之間；電容器(C1)，其設置于第二開關和節(jié)點(N22)之間；第三開關(SW3)，其設置于節(jié)點(N21)和(N12)之間；延遲電路(L1)，其設置于第三開關(SW3)和節(jié)點(N12)之間，使用于對電容器(C1)進行充電的電流延遲；以及第1二極管(D1)，其設置于節(jié)點(N13)和(N22)之間，第1二極管(D1)以節(jié)點(N13)側為陰極。
文檔編號H02M3/155GK101855817SQ200780101508
公開日2010年10月6日 申請日期2007年11月15日 優(yōu)先權日2007年11月15日
發(fā)明者三島直之, 米澤游 申請人:富士通媒體部品株式會社