專利名稱：開關電源裝置以及可調節(jié)電源系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種開關(switching)電源裝置以及具備該開關電源裝置的可調節(jié)電源系統(tǒng)(system)，所述開關電源裝置輸入經相位控制的交流電壓而工作，并通過輸出來對負載進行賦能而使該負載工作。
背景技術：
雙線式相位控制調光器是構成為，利用三端雙向可控硅開關(triac)來對交流電壓進行相位控制，主要用于燈(lamp)調光等。該調光器是將白熾燈泡設想為負載而設計，且構成為，當使三端雙向可控硅開關導通時，通過與作為負載的白熾燈泡的燈絲 (filament)串聯(lián)連接而動作的相位控制電路來決定三端雙向可控硅開關的導通相位。但是，該調光器已得到廣泛普及，因此較為理想的是，除了白熾燈泡以外，該調光器還能夠用于代替使用的燈泡型發(fā)光二極管(Light Emitting Diode,LED)燈或燈泡型熒光燈的調光。 這些燈內置有以直流斬波器(chopper)或逆變器(inverter)之類的開關電源為主體的點燈電路，基于此關系，這些燈會呈現(xiàn)與白熾燈泡不同的阻抗(impedance)。然而，上述調光器是根據(jù)輸入電壓值來決定三端雙向可控硅開關的導通相位，因此，當燈泡型LED燈或燈泡型熒光燈串聯(lián)連接于調光器時，會受到他們的阻抗的影響。為了使調光器正常動作，在決定調光相位角時，必須使串聯(lián)連接于相位控制電路的燈泡型LED 燈或燈泡型熒光燈等的負載的阻抗穩(wěn)定且低。另外，所謂負載阻抗低，是指上述調光器的相位控制電路進行動作時的電路電流少，因此，只要負載阻抗低到一定程度(數(shù)百Ω左右)， 基本上就不會有問題。與此相對，如果負載阻抗發(fā)生變動或為高阻抗，則無法確保調光器的相位控制電路所需的電路電流，因此無法以所需的相位來使電源導通。其結果，會產生亮度的閃爍或不亮等的問題。而且，上述調光器在斷開相位期間內，內置于其中的三端雙向可控硅開關為斷開， 因此，負載電流不會流動。此時，負載中內置的開關電源通常成為高阻抗。但是，在內置的點燈電路上，連接有噪聲防止電路或平滑電容器(condenser)，因此，如果直接連接于上述調光器，則阻抗將不穩(wěn)定，因此會產生問題。進而，在上述調光器的相位控制啟動時，如果負載中內置的開關電源未與此呼應地快速啟動，則三端雙向可控硅開關有時會反復進行這樣的導通斷開動作即間歇電震 (chattering)，即三端雙向可控硅開關無法保持導通狀態(tài)，因而會斷開，且再次導通后又斷開。為了避免上述問題，可以實施追加切換電路等的對策來使動作變得穩(wěn)定，所述切換電路在上述調光器的三端雙向可控硅開關斷開的相位，使負載的阻抗降低。而且，也可以將包含電阻的虛設(dummy)負載并聯(lián)連接于燈泡型LED燈或燈泡型熒光燈等的輸入側。進而，也可以對啟動電路進行設計，以使開關電源的啟動能夠快速進行。現(xiàn)有技術文獻專利文獻
專利文獻1日本專利第4370794號公報但是，上述的背景技術中，用于使用雙線式控制調光器之類的相位控制型調光器來使燈泡型LED燈或燈泡型熒光燈等的燈變得可調光的電路結構均會復雜化。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種開關電源裝置以及具備此開關電源裝置的可調節(jié)電源系統(tǒng)，所述開關電源裝置為了使用相位控制電路來使負載變得可調整而無須附設特別的電路，從而電路結構得以簡化。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，開關電源裝置具備輸入端、整流機構、開關動作轉換電路、斷開驅動機構以及輸出端。輸入端被施加經相位控制電路進行了相位控制的相位控制交流電壓。整流機構對相位控制交流電壓進行整流并轉換為直流輸入電壓。該開關動作轉換電路具備常通(normally on)型開關元件以及在有規(guī)定的電流流經時使常通型開關元件斷開的斷開驅動機構，對直流輸入電壓進行轉換并產生輸出，使用該輸出來對負載進行賦能而使該負載工作。(發(fā)明的效果)本發(fā)明對于開關動作轉換電路的開關元件使用常通型開關元件，由此，當被施加相位控制電壓時，通過導通狀態(tài)的開關元件來使輸入電流流動，從而使開關動作轉換電路啟動，因此，比相位控制元件的自保持電流大的輸入電流流動而相位控制電路正常工作，相位控制元件以所需的相位而確實地導通，因此能夠提供一種無須附設用于使相位控制元件導通的特別電路而電路結構得以簡化的開關電源裝置以及具備此開關電源裝置的可調節(jié)電源系統(tǒng)。


圖1是本發(fā)明的開關電源裝置的第1實施方式以及可調節(jié)電源系統(tǒng)的一實施方式的電路方塊圖。圖2是本發(fā)明的開關電源裝置的第1實施方式的相位控制電路的電路圖。圖3是本發(fā)明的開關電源裝置的第2實施方式的主要部分的電路圖。圖4是本發(fā)明的開關電源裝置的第3實施方式的主要部分的電路圖。圖5是本發(fā)明的開關電源裝置的第4實施方式的主要部分的電路圖。圖6是表示本發(fā)明的開關電源裝置的第4實施方式的開關元件的電流· ·電壓特性的圖表。圖7是本發(fā)明的開關電源裝置的第5實施方式的主要部分的電路圖。圖8是本發(fā)明的開關電源裝置的第6實施方式的主要部分的電路圖。符號的說明A 第1電路AC:交流電源B 第2電路Cl:輸出電容器C2 耦合電容器
C3 高頻旁通電容器C4、C5、C11 電容器D1、D11、D12 二極管D2 過電壓保護二極管DIAC 二端交流開關元件DW:驅動線圈El 控制電壓⑶柵極電路Ll 電感器LS 負載0D、0D11、0D12 斷開驅動機構P⑶相位控制電路PS:移相電路Ql 常通型開關元件Q11、Q12:開關元件R1、R2、R3、R4 電阻器Rll 可變電阻器Rec 整流機構SC:開關動作轉換電路SRA:開關電源裝置TRIAC 三端雙向可控硅開關t01、t02:端子tl、t2:輸入端t3、t4:輸出端子t5、t6:輸入端子t738:輸出端VD:分壓電路
具體實施例方式開關電源裝置的第1實施方式在第1實施方式中，如圖1所示，開關電源裝置SRA具備輸入端tl、輸入端t2、整流機構Rec、開關動作轉換電路SC以及輸出端t7、輸出端偽，且使負載LS工作。輸入端tl、輸入端t2經由相位控制電路P⑶而連接于交流電源AC。如圖2所示， 相位控制電路PCD為插入從交流電源AC延伸的一對線路中的其中一條線路的雙線式。并且，該相位控制電路P⑶是具備端子t01、端子t02、三端雙向可控硅開關TRIAC以及移相電路PS而構成。三端雙向可控硅開關TRIAC連接于端子tOl、端子t02間。另外，三端雙向可控硅開關TRIAC是如下所述的三端雙向可控硅元件(thyristor)，即，無論是朝向順向或逆向的哪個方向流動的電流，均能夠利用一個柵極(gate)電極來以相同的方式進行控制而進行開關。移相電路PS是用于使三端雙向可控硅開關TRIAC以電源電壓的所需相位而導通的電路。并且，所述移相電路PS是以可變時間常數(shù)電路為主體而構成。即，如圖2所示，在端子tOl、端子t02間連接著可變電阻器Rll以及電容器Cll所形成的串聯(lián)電路。通過使可變電阻器Rll的電阻發(fā)生變化，從而能夠從可變電阻器Rll以及電容器Cll的連接點導出移相輸出。移相輸出經由觸發(fā)器(trigger)用的二端交流開關元件(diode AC switch) DIAC而對三端雙向可控硅開關TRIAC的柵極供給柵極電流。當供給規(guī)定的柵極電流時，三端雙向可控硅開關TRIAC導通。并且，如果在導通時自保持電流流動，則在交流電壓的半周期(cycle)內持續(xù)導通狀態(tài)。另外，可以根據(jù)所需而將噪聲防止電容器并聯(lián)連接于三端雙向可控硅開關TRIAC。 而且，可以將噪聲防止用的電感器(inductor)串聯(lián)連接于三端雙向可控硅開關TRIAC。如此，上述噪聲防止電容器以及噪聲防止用的電感器構成噪聲防止電路NS。再次返回圖1繼續(xù)說明。整流機構Rec將施加至開關電源裝置SRA的輸入端tl、 輸入端t2間的相位控制交流電壓轉換為直流輸入電壓，并施加至后述的開關動作轉換電路SC的輸入端子t5、輸入端子t6間。整流機構Rec只要以上述方式發(fā)揮功能，則其具體結構并無特別限定。例如，可以如圖所示般使用電橋(bridge)型全波整流電路。而且，允許整流機構Rec根據(jù)所需而具備平滑化電路。在本實施方式中，開關動作轉換電路SC是為了對由輸入電力獲得所期望的輸出電力的電力轉換裝置的電力進行轉換· 調整而使用開關元件Ql以及開關元件Ql的斷開驅動機構OD所構成的轉換機構，其輸出形態(tài)可以是直流以及交流中的任一種。而且，開關動作轉換電路SC的動作可以是自激以及他激中的任一種。因此，在本實施方式中，開關電源裝置SRA的概念不僅包括包含將直流電力轉換為其他的直流電力的直流-直流(Direct Current-Direct Current，DC-DC)變換器 (converter)以及將交流電力轉換為固定的直流電力的整流機構Rec的開關電源裝置，還包括包含直流-交流(Direct Current-Alternating Current, DC-AC)變換器即逆變器以及整流機構Rec的開關電源裝置。而且，作為DC-DC變換器，包括開關控制方式以及反激變換器(flyback converter)以及正激變換器(forward converter)等。開關控制方式是所謂的直流斬波器(chopper)，包括降壓型、升壓型以及升降壓型等。而且，在本實施方式中， 開關電源裝置SRA也可以是例如后文所述的電路結構，即，采用將整流機構Rec以及開關動作轉換電路SC復合化而成的電路。圖1所示的形態(tài)中，開關動作轉換電路SC為開關控制方式，具備輸入端子t5、輸入端子t6、常通型開關元件Q1、斷開驅動機構0D、電感器Ll以及驅動線圈DW等。并且，該開關動作轉換電路SC的輸出被供給至開關電源裝置SRA的輸出端t7、輸出端偽間。輸入端子t5、輸入端子t6連接于整流機構Rec的直流輸出端子t3、直流輸出端子 t4，對其施加與經相位控制的交流電壓相應的直流輸入電壓。常通型開關元件Ql為常斷的開關元件，優(yōu)選可以使用寬帶隙半導體開關元件，該寬帶隙半導體開關元件是使用寬帶隙(wide band gap)半導體的開關元件。但是，在本實施方式中，寬帶隙半導體的具體物質并無特別限定。例如，只要是以SiC(碳化硅)、GaN(氮化鎵)以及金剛石(diamond)之類的具有寬帶隙的半導體(寬帶隙半導體)為主體的開關元件即可。在圖示的實施方式中，寬帶隙半導體開關元件采用包含以GaN為主體而構成的 GaN-HEMT的開關元件Ql。寬帶隙半導體開關元件Ql具有下述特征，即，通過使該寬帶隙半導體開關元件Ql 以MHz區(qū)域，例如以IOMHz以上的頻率來進行開關，從而使得電路得以顯著小型化，并且使導通電阻小，因此開關損失顯著降低。另外，在開關元件Ql為常通型的情況下，通過將其控制端子(柵極)電位相對于主端子(源極(source))電位而設為負電壓，從而能夠使該開關元件Ql斷開。斷開驅動機構OD是當流經常通型開關元件Ql的電流達到規(guī)定值時使該常通型開關元件Ql斷開的機構。例如，可以使用恒電流機構以及電流檢測型響應電路等來構成該斷開驅動機構OD。恒電流機構是具有恒電流特性的電路機構，例如可以采用使用恒電流二極管、接合型場效應晶體管(Field Effect Transistor, FET)、三端子調節(jié)器(regulator)以及晶體管(transistor)的各種恒電流電路等。另外，作為使用晶體管的恒電流電路，允許為使用一管或兩管晶體管的已知的恒電流電路。而且，可以使用接合型FET的一種即常通型或常斷型的寬帶隙半導體開關元件例如GaN-HEMT來作為恒電流機構。寬帶隙開關元件在MHz 區(qū)域，例如IOMHz以上的高頻的開關特性優(yōu)異，因此適合于進行高速開關。而且，當該斷開驅動機構OD包含恒電流機構時，例如，如后述的第2實施方式所示，在常通型開關元件Ql的導通時有電流流經電感器Ll的第1電路A中，該斷開驅動機構 OD與常通型開關元件Ql串聯(lián)連接。而且，上述斷開驅動機構OD也串聯(lián)連接于包含驅動上述開關元件Ql的驅動線圈DW的上述開關元件Ql的驅動電路中。通過具備這些結構，當流經斷開驅動機構OD的增加電流到達預先設定的恒電流值，且欲進一步增加時，斷開驅動機構OD的電壓將急遽上升，因此，此時可以通過斷開驅動機構OD產生的電壓上升，而使裝入上述開關元件Ql的驅動電路中的主端子(源極)的電位相對于控制端子(柵極)的電位而相對提高。其結果，由于控制端子的電位低于上述開關元件Ql的閾值，因此能夠使上述開關元件Ql斷開。通過使上述開關元件Ql為常通型且閾值為負，該電路動作將變得更加容易且確實。當該斷開驅動機構OD包含電流檢測型響應電路時，該斷開驅動機構OD的電路結構將以電流檢測器、比較器(comparator)以及開關為主構成元件。電流檢測器包含串聯(lián)連接于常通型開關元件Ql的一對主端子(源極)的電阻器。比較器包含運算放大器 (operational amplifier)，該運算放大器將電流檢測器的電壓輸入至反轉輸入端子，并將表示規(guī)定電流值的基準電位源連接于非反轉輸入端子。開關例如包含晶體管，該晶體管的集電極(collector)連接于常通型開關元件Ql的控制端子(柵極)，發(fā)射極(emitter)經由燈LS而連接于上述開關元件Ql的主端子(源極)，且在基極(base)上連接有比較器的輸出端子。如此，當流經電流檢測器的增加電流超過規(guī)定值時，比較器產生輸出，開關導通。 其結果，常通型開關元件Ql的控制端子(柵極)的電位與上述開關元件Ql的主端子(源極)的電位相比為負，因此上述開關元件Ql斷開。電感器Ll在上述開關元件Ql導通而有增加電流流經于此時，將電磁能量蓄積至內部，在上述開關元件Ql斷開時放出電磁能量，而從電感器Ll流出一種減少電流。但是， 允許取代電感器Ll而使用具有所要的電感(inductance)的變壓器(transformer)。此形態(tài)適合于構成反激變換器或正激變換器的情況。驅動線圈DW磁耦合于電感器Li，該驅動線圈DW的感應電壓直接地或經由例如負載LS而間接地施加于常通型開關元件Ql的控制端子(柵極)以及主端子(源極)間。因此，上述開關元件Ql在驅動線圈DW的感應電壓為低于主端子(源極)的電位的負電位時斷開，且在驅動線圈DW的感應電壓為主端子(源極)的電位以上的正電位時導通。輸出端t7、輸出端偽是被供給有開關電源裝置SRA的輸出的端部，因此，負載LS 例如LED之類的燈連接于該輸出端t7、輸出端偽。并且，負載LS由開關電源裝置SRA的輸出進行賦能而工作(點燈)。其次，對以上說明的第1實施方式中的電路動作進行說明。當將開關電源裝置SRA的輸入端tl、輸入端t2經由相位控制電路P⑶而連接于交流電源AC時，相位控制交流電壓被施加至整流機構Rec。相位控制交流電壓經整流機構 Rec整流，并從該輸出端子t3、輸出端子t4輸出與上述交流電壓的實效值相應的直流輸入電壓。該直流輸入電壓被施加至開關動作轉換電路SC的輸入端子t5、輸入端子t6。另一方面，由于常通型開關元件Ql始終導通，因此能夠使微弱的電流流經上述相位控制電路PCD。 其結果，在相位控制電路PCD中，其移相電路PS上升而開始移相動作，因此三端雙向可控硅開關TRIAC以規(guī)定相位而導通。并且，相位控制交流電壓從開關電源裝置SRA的輸入端tl、 輸入端t2間被施加至整流機構Rec，將相當于相位控制交流電壓的直流輸入電壓施加至開關動作轉換電路SC的輸入端子t5、輸入端子t6間。當施加直流輸入電壓時，開關元件Ql 始終導通，因此充分的輸入電流通過開關元件Ql而流動，從而使開關動作轉換電路SC啟動。其結果，經開關動作轉換電路SC轉換的輸出被供給至輸出端t7、輸出端偽間，因此，連接于上述輸出端t7、輸出端偽間的負載LS受到賦能而開始工作?？烧{節(jié)電源系統(tǒng)的一實施方式在圖1中，可調節(jié)電源系統(tǒng)具備相位控制電路PCD、以上說明的開關電源裝置SRA、 以及負載LS而構成。相位控制電路PCD為圖2所示的結構，其將相位控制元件例如三端雙向可控硅開關TRIAC以及移相電路PS作為主構成元件，且以介隔在交流電源AC與開關電源裝置SRA 之間的方式而串聯(lián)連接著。另外，對于相位控制元件，可以使用三端雙向可控硅開關或逆并聯(lián)連接的一對可控硅元件等。如此，當接通交流電源AC時，移相電路PS經由作為負載的開關電源裝置SRA而連接于交流電源AC，由于開關電源裝置SRA的常通型開關元件Ql為導通，因此移相電路PS快速開始動作。通過操作上述可變電阻器Rll來使移相電路PS的電阻值發(fā)生變化，從而移相角發(fā)生變化，因此相位控制元件的導通開始相位將對應于該移相角而發(fā)生變化，因而使交流電壓經相位控制后供給至負載LS的電力變得可調節(jié)(例如調光)。開關電源裝置SRA為上述的第1實施方式，但當然也可以是后述的各實施方式。允許負載LS為多種負載。開關電源裝置的第2實施方式第2實施方式如圖3所示，開關動作轉換電路SC包含降壓斬波器。另外，對于與圖 1相同的部分標注相同符號。在圖中，輸入端子t5、常通型開關元件Q1、斷開驅動機構0D、 輸出電容器Cl、電感器Ll以及輸入端子t6的串聯(lián)電路形成第1電路A。輸入端子t5、輸入端子t6連接于圖1中的整流機構Rec的輸出端子t3、輸出端子t4。常通型開關元件Ql 包含GaN-HEMT。該斷開驅動機構OD是與開關元件Ql同樣地包含GaN-HEMT的恒電流機構。 并且，在斷開驅動機構OD即恒電流機構的控制端子(柵極)與輸出端偽之間，連接有調整恒電流值的控制電壓E1。而且，從輸出電容器Cl的兩端分別導出輸出端t7、輸出端偽。而且，電感器Li、二極管D1、輸出電容器Cl以及電感器Ll的閉電路形成第2電路 B。另外，二極管Dl包含GaN。而且，二極管Dl也可以是同步整流器。當使用同步整流器時，能夠與開關元件Ql以及斷開驅動機構OD —并使用包含寬能帶半導體的開關元件。進而，磁耦合于電感器Ll的驅動線圈DW在圖中的左端經由耦合電容器C2而連接于常通型開關元件Ql的控制端子(柵極)，圖中的右端連接于電感器Ll與輸出電容器Cl 的連接點即輸出端t8。另外，在圖中，符號D2是經由斷開驅動機構OD而連接于上述開關元件Ql的控制端子(柵極)與主端子(源極)之間的過電壓保護二極管。而且，符號C3是連接于輸入端子t5、輸入端子t6間的高頻旁通(bypass)電容器。其次，對第2實施方式中的電路動作進行說明。當未圖示的整流機構將直流輸入電壓施加至輸入端子t5、輸入端子t6間時，由于開關動作轉換電路SC的常通型開關元件Ql始終導通，因此從整流機構經由上述開關元件Q1、該斷開驅動機構OD的恒電流機構以及插入至整流機構的輸入側的未圖示的相位控制電路而在第1電路A內流動的電流為微弱，如果根據(jù)圖2來進行說明，則流有足以讓相位控制電路PCD的移相電路PS工作的電流，作為觸發(fā)器元件的二端交流開關元件DIAC以移相電路PS中設定的規(guī)定移相而導通，其結果，作為相位控制元件的三端雙向可控硅開關 TRIAC導通。由此，相位控制電路PCD輸出相位控制交流電壓，因此，整流機構從其輸出端子輸出與相位控制交流電壓相應的直流輸入電壓。當該直流輸入電壓被施加至開關動作轉換電路SC的輸入端子t5、輸入端子t6時，開關元件Ql使輸入電流流動而開關動作轉換電路SC 啟動。并且，一種增加電流在包含輸入端子t5、常通型開關元件Q1、斷開驅動機構0D、輸出電容器Cl、電感器Ll以及輸入端子t6的第1電路A內流動，在電感器Ll內蓄積電磁能量。 并且，當該增加電流達到斷開驅動機構OD的預先設定的規(guī)定電流值時，電流的增加傾向停止而保持為恒電流。當該增加電流達到斷開驅動機構OD的恒電流值時，流經電感器Ll的電流欲進一步增加，因此該斷開驅動機構OD的電壓變大為脈沖(pulse)狀。并且，伴隨于此，上述開關元件Ql的主端子(源極)電位變得比控制端子(柵極)的電位高，其結果，控制端子(柵極)相對明確地變?yōu)樨撾娢?，因此該開關元件Ql斷開。因此，流入電感器Ll的增加電流由于上述開關元件Ql的斷開而被阻斷。在上述開關元件Ql斷開的同時，蓄積在電感器Ll中的電磁能量開始放出，一種減少電流流出至第2電路B。另外，在該減少電流流動的期間，電感器Ll的電壓極性反轉而變?yōu)樨摌O性，在驅動線圈DW中感應出使上述開關元件Ql的控制端子變?yōu)樨撾娢坏碾妷海撾妷航浻蓴嚅_驅動機構OD而施加至上述開關元件Ql的控制端子(柵極)· ·主端子(源極)間，因此上述開關元件Ql維持為斷開狀態(tài)。當流經第2電路B的減少電流變?yōu)?時，不再感應出施加至上述開關元件Ql的控制端子(柵極)的負電壓，與此同時，因反電動勢而在驅動線圈DW中感應出使控制端子(柵極)變?yōu)檎龢O性的電壓，因此上述開關元件Ql再次導通，以后反復進行與上述同樣的電路動作。由以上的電路動作可明確的是，開關動作轉換電路SC進行降壓斬波器動作，增加電流與減少電流交替流動的輸出電流流經連接于開關電源裝置SRA的輸出端t7、輸出端偽間的負載LS，負載LS利用這些直流成分來工作，輸出電容器Cl使輸出中的高頻成分旁通 (bypass) 0開關電源裝置的第3實施方式第3實施方式如圖4所示，開關動作轉換電路SC包含升壓斬波器。另外，對于與圖3相同的部分標注相同符號。本實施方式在與圖3所示的第2實施方式的對比中，第1 電路A以及第2電路B的結構不同。S卩，第1電路A包含輸入端子t5、電感器Ll、常通型開關元件Ql、斷開驅動機構OD以及輸入端子t6的串聯(lián)電路。第2電路B包含電感器Li、二極管D1、輸出電容器Cl以及輸入端子t6的串聯(lián)電路。其他的結構與第2實施方式相同。其次，對第3實施方式的電路動作進行簡單說明。當從未圖示的整流機構將直流輸入電壓施加至輸入端子t6、輸入端子t7間時，由于常通型開關元件Ql始終導通，因此與最初在第1實施方式以及第2實施方式中說明的大致同樣地，相位控制電路PCD開始動作。并且，由于相位控制交流電壓是經整流機構轉換為直流輸入電壓后而施加，因此一種增加電流將在開關動作轉換電路SC的第1電路A內流動。上述開關元件Ql的導通狀態(tài)由于驅動線圈DW的感應電壓對上述開關元件Ql的控制端子(柵極)施加正向偏壓，因而得以維持。并且，當該增加電流達到斷開驅動機構OD的恒電流值時，該斷開驅動機構OD的壓降將急遽增大，因此上述開關元件Ql的控制端子(柵極)的電位相對于另一個主端子(源極)的電位而變?yōu)樨摚鲜鲩_關元件Ql斷開。當上述開關元件Ql斷開時，蓄積在電感器Ll中的電磁能量放出而減少電流在第2 電路B 1內流動。當該減少電流流動時，負載LS受到賦能而點燈。在該減少電流流動的期間，在驅動線圈DW中感應出相對于上述為反極性的電壓，因此上述開關元件Ql被維持為斷開狀態(tài)。當減少電流變?yōu)?時，上述開關元件Ql的控制端子(柵極)的反向偏壓將消失， 因此上述開關元件Ql再次導通而反復進行以上的動作。在以上說明的第3實施方式中，通過升壓而獲得比輸入電壓高的輸出電壓。開關電源裝置的第4實施方式第4實施方式為圖5所示的電路結構，開關動作轉換電路SC與第2實施方式中的開關動作轉換電路同樣地包含降壓斬波器，但將保護電路構成為，當輸出電流欲超過預定的最大電流時停止動作。而且構成為，當開關電源裝置SRA經由相位控制電路而連接于交流電源時，在接通交流電源的同時，使相位控制電路的相位控制元件的自保持電流以上的輸入電流流動。另外，對于與圖3相同的部分標注相同符號。在第4實施方式中，與第2實施方式以及第3實施方式相同之處在于，該斷開驅動機構OD使施加至控制端子(柵極)的電壓發(fā)生變化，從而將與該開關元件Ql同樣的開關元件的恒電流特性設定為所需特性，但如圖5所示，該斷開驅動機構OD的柵極電路GD包含分壓電路VD及電容器C4。分壓電路VD將電阻器Rl、電阻器R2的串聯(lián)電路并聯(lián)連接于二極管D1。而且，電容器C4并聯(lián)連接于電阻器R2。在此結構的柵極電路中，電阻器R2的電壓經電容器C4平滑化后，被施加至該斷開驅動機構OD的控制端子(柵極)· ·主端子(源極)間。通過將分壓電壓的設定予以適當化，從而滿足上述的動作要件。構成如下所述的保護電流，S卩，在接通交流電源的同時，使相位控制元件的自保持電流以上的輸入電流流動，而當欲超過預定的最大電流時，停止開關動作轉換電路SC的動作。該保護電路通過下述方式而構成，即，通過預先調整分壓電路VD的分壓輸出，從而將施加至斷開驅動機構OD的柵極的電壓設為相對于自保持電流以上的電流為導通狀態(tài)的值， 并且，將開關元件Ql的導通、斷開的閾值預先調整為與預定的最大電流一致。即，只要以滿足不等式Vth^!l) > VGS (Ql)-VQ2的方式來設定該斷開驅動機構OD 的電壓即可。此處，VthOil)為開關元件Ql的閾值，VGS(Ql)為開關元件Ql的柵極· 源極間電壓，VQ2為斷開機構OD的導通電壓。另外，VQ2如圖6所示，是斷開機構OD的電壓· 電流特性的導通區(qū)域中的導通電阻RON與最大電流IMAX之積即導通電壓。在導通區(qū)域中，電壓與電流成比例關系，導通電阻RON是電壓· ·電流特性曲線中的導通區(qū)域的斜率。上述導通電壓VQ2可以通過對柵極電路GD中的分壓電路VD的分壓輸出進行調整而視所需來選擇。其次，對電路動作進行說明。在本實施方式中，當接通省略了圖示的交流電源而將直流輸入電壓施加至輸入端子t5、輸入端子t6間時，省略了圖示的相位控制電路的相位控制元件的自保持電流以上的電流流出至開關元件Q1，從而開關電源裝置SRA啟動。如果在開關電源裝置SRA的動作過程中因某些理由導致流經開關元件Ql的電流增大，則斷開機構 OD的導通電壓VQ2將伴隨于此而增加，因此，當達到最大電流時，開關元件Ql的柵極· ·源極間電壓低于閾值，上述不等式成立。其結果，開關元件Ql斷開。因此，該開關動作轉換電路SC停止動作，因此得以實現(xiàn)安全。開關電源裝置的第5實施方式第5實施方式為圖7所示的電路結構，開關動作轉換電路SC與第3實施方式中的開關動作轉換電路同樣包含升壓斬波器，但不同之處在于，斷開驅動機構OD包含常斷型開關元件。另外，對于與圖4相同的部分標注相同符號。斷開驅動機構OD的柵極電路GD是在柵極與源極之間串聯(lián)連接電阻器R3以及電阻器R4，且將電容器C5并聯(lián)連接于該串聯(lián)電路而構成。在本實施方式中，在柵極電路⑶上連接著平滑電容器C5，因此即使在構成斷開驅動機構OD的常斷型開關元件的柵極· ·源極間產生電壓休止區(qū)間，也能夠借助電容器C5 的平滑作用來保持柵極電壓，因此能夠阻止該斷開驅動機構OD斷開。而且，該斷開驅動機構OD控制直流電流，因此可以將相對較大電容的電容器用于驅動電路中。因此，能夠將斷開驅動機構OD維持為低阻抗。因此，對于該斷開驅動機構0D， 可以采用常斷型開關元件。與此相對，開關元件Ql由于要進行高速開關，因此無法使用相對較大容量的電容器。開關電源裝置的第6實施方式第6實施方式為圖8所示的電路結構，開關動作轉換電路SC的一對二極管Dll以及二極管D12兼有整流機構的作用。另外，對于與圖1相同的部分標注相同符號并省略說明。即，一對二極管D11、二極管D12以及開關元件與斷開驅動機構的一對串聯(lián)電路形成電橋電路，在開關元件Qll以及二極管Dll的連接點與二極管D12以及開關元件Q12的連接點之間，如圖所示般連接著交流電源AC、相位控制電路PCD以及電感器Ll的串聯(lián)電路。而且，在二極管Dll以及二極管D12的連接點與斷開驅動機構ODll以及斷開驅動機構0D12 的連接點之間，并聯(lián)連接著輸出電容器Cl以及負載LS。如此，在本實施方式中，在交流電壓的輸入端tl側成為正極的半周期內，電感器 Li、開關元件Q12、斷開驅動機構0D12以及二極管Dll進行升壓動作，而在成為負的半周期內，電感器Li、開關元件Ql 1、斷開驅動機構ODll以及二極管D12進行升壓動作，從而利用經開關動作轉換電路SC轉換后的直流電流來對連接于輸出端t7、輸出端偽間的負載LS進行賦能而使該負載LS工作。其他的動作與第1實施方式中的動作相同。因此，即使將本發(fā)明的以上說明的各實施方式中的開關電源裝置SRA的整流機構 Rec以及開關動作轉換電路設為復合電路，也能起到所期望的效果。因此，可以理解的是，無須使整流機構Rec以及開關動作轉換電路具備分別另設的電路而構成，而且并不具有特別技術含義。開關電源裝置的第7實施方式第7實施方式省略了圖示，但在以上說明的各實施方式中，開關電源裝置SRA具備負載狀態(tài)檢測機構，對無負載或負載異常進行檢測；以及控制機構，當負載狀態(tài)檢測機構檢測出無負載或負載異常時，停止該開關電源裝置SRA的動作或者降低輸出。并且，控制機構是構成為，在該開關電源裝置SRA的動作停止后，將保護動作保持規(guī)定時間，隨后對停止狀態(tài)進行重置(reset)而恢復為最初的狀態(tài)。從保護動作開始到重置為止的時間優(yōu)選設為交流電源電壓的至少半周期以上。但是，也可以采用下述結構，即，根據(jù)所需而在交流電源接通過程中保持著保護狀態(tài)。如此，在本實施方式中，能夠在負載的狀態(tài)為異常時實現(xiàn)安全。而且，只要異常狀態(tài)解除，就能夠自動進行重啟，而且，一旦開放交流電源后再接通時，也能夠進行重置。
權利要求
1.一種開關電源裝置，其特征在于包括輸入端，被施加經相位控制電路進行了相位控制的相位控制交流電壓；整流機構，對施加于輸入端的相位控制交流電壓進行整流并轉換為直流輸入電壓；開關動作轉換電路，包括常通型開關元件以及開關元件的斷開驅動機構，當施加有經整流機構整流的直流輸入電壓時，通過導通狀態(tài)的開關元件來使輸入電流流動而啟動，并且當流經開關元件的電流達到規(guī)定值時，所述斷開驅動機構使開關元件斷開，通過開關元件反復進行開關動作，從而將直流輸入電壓轉換為不同的輸出電壓；以及輸出端，將開關動作轉換電路的輸出供給至負載。
2.根據(jù)權利要求1所述的開關電源裝置，其特征在于，在啟動時流經開關元件的輸入電流被設定為比相位控制電路中的相位控制元件的自保持電流大，且不超過預定的最大電流。
3.根據(jù)權利要求2所述的開關電源裝置，其特征在于，所述斷開驅動機構是與開關元件的源極串聯(lián)連接的恒電流半導體元件，所述開關電源裝置包括保護電路，當流經開關元件的輸入電流超過預定的最大電流時，恒電流半導體元件的端子電壓使開關元件的柵極· 源極間電壓為閾值以下，從而使開關半導體元件斷開。
4.根據(jù)權利要求1所述的開關電源裝置，其特征在于，所述斷開驅動機構為常斷型的恒電流元件，在其柵極控制電路上連接有發(fā)揮平滑作用的電容器。
5.一種調節(jié)電源系統(tǒng)，其特征在于包括相位控制電路，對交流電壓進行相位控制；權利要求1至4中任一項所述的開關電源裝置，輸入端經由相位控制電路而連接于交流電源；以及負載，利用所述開關電源裝置的輸出來動作。
全文摘要
一種為了使用相位控制電路來使負載變得可調整而無須附設特別的電路從而電路結構得以簡化的開關電源裝置及具備其的可調節(jié)電源系統(tǒng)。開關電源裝置(SRA)包括輸入端(t1、t2)，被施加相位控制交流電壓；整流機構(Rec)，對相位控制交流電壓進行整流并轉換為直流輸入電壓；開關動作轉換電路(SC)，包含常通型開關元件(Q1)以及開關元件的斷開驅動機構(OD)，當施加有經整流機構整流的直流輸入電壓時，通過導通狀態(tài)的開關元件來使輸入電流流動而啟動，且當流經開關元件的電流達到規(guī)定值時，斷開驅動機構使開關元件斷開，通過開關元件反復進行開關動作，從而將直流輸入電壓轉換為不同的輸出電壓；以及輸出端(t7、t8)。
文檔編號H05B37/02GK102412709SQ20111027302
公開日2012年4月11日 申請日期2011年9月15日 優(yōu)先權日2010年9月17日
發(fā)明者北村紀之, 石北徹, 鈴木浩史, 高橋浩司, 高橋雄治 申請人:東芝照明技術株式會社