JP2001320876A - Switching power supply - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、産業用や民生用の
機器に直流安定化電圧を供給するスイッチング電源装置
に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a switching power supply for supplying a stabilized DC voltage to industrial or consumer equipment.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図２は、従来のスイッチング電源装置の
概略的構成図を示すブロック回路図である。このスイッ
チング電源装置においては、ダイオードブリッジからな
る全波整流回路２の交流入力側に交流電源１が接続さ
れ、その全波整流回路２の直流出力側にトランス（変圧
器）３の１次巻線３ａとスイッチング素子４とが直列に
接続されている。又、全波整流回路２の直流出力側には
平滑コンデンサ５が設けられ、全波整流回路２の出力の
全波整流波形が平滑されるようになっている。2. Description of the Related Art FIG. 2 is a block circuit diagram showing a schematic configuration diagram of a conventional switching power supply. In this switching power supply device, an AC power supply 1 is connected to an AC input side of a full-wave rectifier circuit 2 composed of a diode bridge, and a primary winding of a transformer (transformer) 3 is connected to a DC output side of the full-wave rectifier circuit 2. 3a and the switching element 4 are connected in series. Further, a smoothing capacitor 5 is provided on the DC output side of the full-wave rectifier circuit 2 so that the full-wave rectified waveform of the output of the full-wave rectifier circuit 2 is smoothed.
【０００３】上記スイッチング素子４は、ＭＯＳ電界効
果トランジスタからなり、そのドレイン端子を上記１次
巻線３ａに接続し、ソース端子を接地し、ゲート端子を
ＰＷＭ制御回路６に接続している。上記トランス３は、
その１次側に上記１次巻線３ａを巻回し、２次側には２
次巻線３ｂを巻回している。２次巻線３ｂにダイオード
７を介して平滑コンデンサ８が並列に接続され、この平
滑コンデンサ８の両端の電圧が負荷９に対する供給電圧
とされる。The switching element 4 is composed of a MOS field-effect transistor, and has a drain terminal connected to the primary winding 3a, a source terminal grounded, and a gate terminal connected to the PWM control circuit 6. The transformer 3 is
The primary winding 3a is wound on the primary side, and the secondary winding 2a is
The next winding 3b is wound. A smoothing capacitor 8 is connected in parallel to the secondary winding 3 b via a diode 7, and the voltage at both ends of the smoothing capacitor 8 is used as a supply voltage to a load 9.
【０００４】また、平滑コンデンサ８に対して並列に安
定化回路１０が接続されており、この安定化回路１０で
検出した検出電圧（負荷の状態を表す。）がフィードバ
ック回路１１を介して上記ＰＷＭ制御回路６に帰還され
るようになっている。A stabilizing circuit 10 is connected in parallel to the smoothing capacitor 8, and a detection voltage (representing a state of a load) detected by the stabilizing circuit 10 is supplied to the PWM circuit via a feedback circuit 11. The data is fed back to the control circuit 6.
【０００５】上記トランス３は、１次側に３次巻線３ｃ
を巻回しており、この３次巻線３ｃにダイオード１２を
介して平滑コンデンサ１３が並列に接続されている。こ
の平滑コンデンサ１３の両端の電圧は、上記ＰＷＭ制御
回路６に印加される。The transformer 3 has a tertiary winding 3c on the primary side.
, And a smoothing capacitor 13 is connected in parallel to the tertiary winding 3 c via a diode 12. The voltage across the smoothing capacitor 13 is applied to the PWM control circuit 6.
【０００６】上記ＰＷＭ制御回路６は、コンデンサ１４
と抵抗１５とにより決まる発振周波数（スイッチング素
子４のスイッチング周波数）で上記スイッチング素子４
のスイッチング動作を制御する駆動制御回路であり、上
記平滑コンデンサ１３の両端の電圧と上記フィードバッ
ク回路１１からの帰還電圧とに基づいて上記スイッチン
グ素子４のオン・オフデューティ比を可変制御して出力
電圧の安定化を図るものである。The PWM control circuit 6 includes a capacitor 14
The switching element 4 has an oscillation frequency (switching frequency of the switching element 4) determined by the
A switching control operation of the switching element 4 based on the voltage across the smoothing capacitor 13 and the feedback voltage from the feedback circuit 11 to variably control the on / off duty ratio of the switching element 4. Is intended to be stabilized.
【０００７】従来のスイッチング電源装置においては、
スイッチング素子４を含む各素子が定格負荷状態に合わ
せて設計されているため（スイッチング素子のスイッチ
ング周波数が定格負荷状態に合わせて固定されているた
め）、スイッチング素子４のオン時間がほぼ最小になる
待機負荷状態では、スイッチング素子４が上記固定のス
イッチング周波数に追随して応答できなかった（スイッ
チング素子４の応答速度が追随できなかった。）。この
ため、スイッチング素子４のターンオン、及びターンオ
フ時にスイッチングロスが発生して効率が低下するとい
う問題を招来する。In a conventional switching power supply,
Since each element including the switching element 4 is designed according to the rated load state (since the switching frequency of the switching element is fixed according to the rated load state), the on-time of the switching element 4 is substantially minimized. In the standby load state, the switching element 4 could not respond by following the fixed switching frequency (the response speed of the switching element 4 could not follow). This causes a problem that switching loss occurs when the switching element 4 is turned on and off, and the efficiency is reduced.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のこの種の電源装置においては、スイッチング素子４
を含む各素子が定格負荷状態に合わせて設計されてお
り、且つ、負荷の状態にかかわらず一定の周波数でスイ
ッチング素子４を動作させていたため、スイッチング素
子４のオン時間が最小となる待機負荷状態のときにはス
イッチング素子４の応答速度が追随できず、スイッチン
グ素子４のターンオン、及びターンオフ時にスイッチン
グロスが発生して効率が低下するという問題を有してい
る。However, in the above-described conventional power supply device, the switching element 4 is not provided.
Are designed in accordance with the rated load state, and the switching element 4 is operated at a constant frequency regardless of the load state. Therefore, the standby load state in which the ON time of the switching element 4 is minimized In this case, there is a problem that the response speed of the switching element 4 cannot follow and the switching loss occurs when the switching element 4 is turned on and off, thereby lowering the efficiency.
【０００９】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
であり、その目的は、スイッチング周波数を連続的に変
化させ、待機負荷状態のときでも高効率を維持できるス
イッチング電源装置を提供することにある。The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a switching power supply capable of continuously changing a switching frequency and maintaining high efficiency even in a standby load state. is there.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明のスイッチング電
源装置は、上記課題を解決するために、変圧器１次巻線
をスイッチング素子でスイッチングし、変圧器の２次巻
線に伝達された電圧を負荷への供給電圧とするスイッチ
ング電源装置において、以下の措置を講じたことを特徴
としている。In order to solve the above-mentioned problems, a switching power supply according to the present invention switches a primary winding of a transformer by a switching element and outputs a voltage transmitted to a secondary winding of the transformer. In a switching power supply device that supplies a voltage to a load, the following measures are taken.
【００１１】即ち、上記スイッチング電源装置は、上記
スイッチング素子のスイッチング周波数を負荷の状態に
基づいて連続的に変化させるスイッチング周波数可変手
段を備えたことを特徴としている。That is, the switching power supply device is characterized by comprising switching frequency variable means for continuously changing the switching frequency of the switching element based on the state of the load.
【００１２】上記の発明によれば、変圧器の１次巻線は
スイッチング素子によってスイッチングされる。このス
イッチングに伴い、巻数比に応じて変化する電圧が、変
圧器の２次巻線に伝達され、負荷へ供給される。According to the above invention, the primary winding of the transformer is switched by the switching element. With this switching, a voltage that changes according to the turns ratio is transmitted to the secondary winding of the transformer and supplied to the load.
【００１３】従来のスイッチング電源装置においては、
スイッチング素子のスイッチング周波数が定格負荷状態
に合わせて固定されているため、待機負荷状態では、ス
イッチング素子のオン時間がほぼ最小になる。このよう
な待機負荷状態では、スイッチング素子の応答速度が追
随できなかった。換言すれば、スイッチング素子がスイ
ッチング周波数に追随して応答できなかった。このた
め、ターンオン時、及びターンオフ時に、スイッチング
素子にスイッチングロスが発生し、これがスイッチング
電源装置の効率を低下させていた。In a conventional switching power supply,
Since the switching frequency of the switching element is fixed in accordance with the rated load state, the on-time of the switching element is substantially minimized in the standby load state. In such a standby load state, the response speed of the switching element could not follow. In other words, the switching element could not respond to the switching frequency. For this reason, at the time of turn-on and at the time of turn-off, a switching loss occurs in the switching element, which reduces the efficiency of the switching power supply device.
【００１４】そこで、上記の発明によれば、上記スイッ
チング素子のスイッチング周波数は、スイッチング周波
数可変手段によって、段階的にではなくて、負荷の状態
に基づいて連続的に（無段階に）変化される。つまり、
従来のようにスイッチング素子のスイッチング周波数が
定格負荷状態に合わせて固定されていないので、負荷状
態に応じてスイッチング素子のスイッチング周波数が制
御される。それゆえ、待機負荷状態でスイッチング素子
のオン時間がほぼ最小になっても、スイッチング周波数
が負荷状態に応じて変化するので、スイッチング素子を
スイッチング周波数に追随して応答させ得る。このた
め、ターンオン時、ターンオフ時に、スイッチング素子
にスイッチングロスが発生しなくなるので、スイッチン
グ電源装置の効率が低下することを確実に回避できる。Therefore, according to the present invention, the switching frequency of the switching element is not (stepwise) changed by the switching frequency varying means, but continuously (steplessly) based on the state of the load. . That is,
Since the switching frequency of the switching element is not fixed in accordance with the rated load state as in the related art, the switching frequency of the switching element is controlled according to the load state. Therefore, even if the on-time of the switching element becomes almost minimum in the standby load state, the switching frequency changes according to the load state, and the switching element can respond to the switching frequency. Therefore, at the time of turn-on and at the time of turn-off, switching loss does not occur in the switching element, so that it is possible to reliably prevent the efficiency of the switching power supply from decreasing.
【００１５】しかも、スイッチング周波数が負荷の状態
に基づいて連続的に変化されるので、条件に応じて発振
周波数を切り替えるという煩雑な制御が不要であると共
に、発振周波数の切り替えポイントの検証が不要（どの
段階でどの発振周波数に切り替えるべきかを判断するこ
とが不要）であり、しかも、スイッチングロスが発生し
なくなるので、待機負荷状態での消費電力を確実に低減
できる。Moreover, since the switching frequency is continuously changed based on the state of the load, the complicated control of switching the oscillation frequency according to the condition is not required, and the verification of the switching point of the oscillation frequency is unnecessary ( It is unnecessary to determine at which stage the oscillation frequency should be switched), and no switching loss occurs, so that the power consumption in the standby load state can be reliably reduced.
【００１６】上記スイッチング周波数可変手段は、負荷
が軽いほど小さくなる電圧を検出する負荷検出手段を備
え、この検出電圧が小さいほどスイッチング周波数を低
くすることが好ましい。It is preferable that the switching frequency varying means includes a load detecting means for detecting a voltage which becomes smaller as the load becomes lighter, and the switching frequency becomes lower as the detected voltage becomes smaller.
【００１７】上記スイッチング電源装置において、抵抗
値が大きいほどスイッチング周波数を低くする抵抗を有
し、負荷が小さいほどオン時間を短くする駆動信号を上
記スイッチング素子に出力するスイッチング素子駆動手
段を更に備え、上記負荷検出手段は、上記駆動信号を入
力し、これを積分して上記検出電圧として出力し、上記
スイッチング周波数可変手段は、上記抵抗に並列に接続
され、上記検出電圧を電流に変換する電圧電流変換手段
を更に備えていることが好ましい。The switching power supply device further includes switching element driving means having a resistor for lowering the switching frequency as the resistance value increases, and outputting to the switching element a drive signal for shortening the on-time as the load decreases. The load detection means receives the drive signal, integrates the drive signal, and outputs the integrated drive signal as the detection voltage. The switching frequency variable means is connected in parallel to the resistor and converts the detection voltage into a current. It is preferable to further include a conversion unit.
【００１８】この場合、スイッチング素子は、スイッチ
ング素子駆動手段からの駆動信号に基づいてスイッチン
グ駆動される。この駆動信号は、負荷が軽いほどスイッ
チング素子のオン時間を短くすると共に、備えられた抵
抗の抵抗値が大きいほどスイッチング素子のスイッチン
グ周波数を低くする。In this case, the switching element is switched and driven based on a drive signal from the switching element driving means. This drive signal shortens the on-time of the switching element as the load becomes lighter, and lowers the switching frequency of the switching element as the resistance of the provided resistor increases.
【００１９】スイッチング素子に印加される駆動信号
は、上記スイッチング周波数可変手段の負荷検出手段に
入力され、ここで、駆動信号が積分されて検出電圧とし
て電圧電流変換手段に送られる。検出電圧は、電圧電流
変換手段において電流に変換される。この電圧電流変換
手段はスイッチング周波数を決定する上記抵抗と並列に
接続されているので、該抵抗の両端の抵抗値は、電圧電
流変換手段との並列合成抵抗値となる。つまり、負荷検
出手段からの検出電圧に応じて変化する電流値に応じ
て、並列合成抵抗値が変化し、これに伴うスイッチング
周波数でスイッチング素子のスイッチングが行われる。The drive signal applied to the switching element is input to the load detection means of the switching frequency variable means, where the drive signal is integrated and sent to the voltage-current conversion means as a detection voltage. The detected voltage is converted to a current by a voltage-current converter. Since this voltage-to-current converter is connected in parallel with the resistor that determines the switching frequency, the resistance value at both ends of the resistor becomes a parallel combined resistance with the voltage-to-current converter. That is, the parallel combined resistance value changes according to the current value that changes according to the detection voltage from the load detection means, and switching of the switching element is performed at the switching frequency associated therewith.
【００２０】上記電圧電流変換手段はフォトカプラから
なり、入力側に上記検出電圧に応じて変化する電流が印
加され、出力側がスイッチング周波数を決定する上記抵
抗と並列に接続されていることが好ましい。この場合、
フォトカプラを用いているので、耐ノイズ性が向上す
る。It is preferable that the voltage-current conversion means comprises a photocoupler, a current varying according to the detection voltage is applied to an input side, and an output side is connected in parallel with the resistor for determining a switching frequency. in this case,
Since the photocoupler is used, noise resistance is improved.
【００２１】[0021]
【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態について図
１に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、
図２と同じ機能を有する部材については同じ符号を付記
し、詳細な説明を省略する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. In addition,
Members having the same functions as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted.
【００２２】本実施の形態に係るスイッチング電源装置
は、図１に示すように、図２に示す従来のスイッチング
電源装置と次の点において異なっている。即ち、負荷９
の大きさを検出する負荷検出回路２０と、この負荷検出
回路２０により検出される負荷の大きさに追随してＰＷ
Ｍ制御回路６の発振周波数（スイッチング素子４のスイ
ッチング動作の周波数（スイッチング周波数））を連続
的に変化させる周波数可変回路２１を設けた点におい
て、図２の従来のスイッチング電源装置と異なってい
る。As shown in FIG. 1, the switching power supply according to the present embodiment differs from the conventional switching power supply shown in FIG. 2 in the following points. That is, the load 9
And a load detection circuit 20 for detecting the magnitude of the load.
It differs from the conventional switching power supply device of FIG. 2 in that a frequency variable circuit 21 for continuously changing the oscillation frequency of the M control circuit 6 (the switching operation frequency (switching frequency) of the switching element 4) is provided.
【００２３】本スイッチング電源装置は、図１に示すよ
うに、トランス３の１次側に３次巻線３ｃを巻回してお
り、この３次巻線３ｃにダイオード１２を介して平滑コ
ンデンサ１３が並列に接続されている。この平滑コンデ
ンサ１３の両端の電圧は、ＰＷＭ制御回路６に印加され
る。As shown in FIG. 1, the present switching power supply device has a tertiary winding 3c wound on the primary side of a transformer 3, and a smoothing capacitor 13 is connected to the tertiary winding 3c via a diode 12. They are connected in parallel. The voltage across the smoothing capacitor 13 is applied to the PWM control circuit 6.
【００２４】このＰＷＭ制御回路６は、上記スイッチン
グ素子４を駆動するための駆動信号を出力するものであ
り、コンデンサ１４と共にスイッチング素子４のスイッ
チング周波数を決定する抵抗１５の抵抗値が大きいほ
ど、発振周波数の低い駆動信号を出力し、スイッチング
素子４のスイッチング周波数を低くする。また、このＰ
ＷＭ制御回路６は、上記駆動信号のオン・オフデューテ
ィ比の可変制御も行うようになっている。負荷９が軽い
（小さい）ほど、スイッチング素子４のオン時間を短く
するものである。The PWM control circuit 6 outputs a drive signal for driving the switching element 4. The larger the resistance value of the resistor 15 that determines the switching frequency of the switching element 4 together with the capacitor 14, the larger the oscillation. A driving signal having a low frequency is output to lower the switching frequency of the switching element 4. Also, this P
The WM control circuit 6 also performs variable control of the on / off duty ratio of the drive signal. The lighter (smaller) load 9 is, the shorter the on-time of the switching element 4 is.
【００２５】本スイッチング電源装置においては、フォ
トカプラ２７の出力側（２次側）のトランジスタ２７ｂ
が上記抵抗１５と並列に接続されている。このトランジ
スタ２７ｂには、入力側（１次側）のダイオード２７ａ
を流れる電流をｈfe倍したものが流れる。ダイオード２
７ａを流れる電流は、後述するコンデンサ２５の両端の
電圧が電流に変換されたものである。In this switching power supply, the transistor 27b on the output side (secondary side) of the photocoupler 27
Are connected in parallel with the resistor 15. This transistor 27b includes an input-side (primary-side) diode 27a.
H fe times the current flowing through. Diode 2
The current flowing through 7a is obtained by converting the voltage between both ends of a capacitor 25 described later into a current.
【００２６】上記負荷検出回路２０は、上記ＰＷＭ制御
回路６の出力を抵抗２２とコンデンサ２３で積分し、ダ
イオード２４とコンデンサ２５で整流平滑している。上
記周波数可変回路２１は、抵抗２６とフォトカプラ２７
とからなっている。抵抗２６と上記フォトカプラ２７の
ダイオード２７ａが直列に接続され、フォトカプラ２７
のトランジスタ２７ｂに上記抵抗１５に並列に接続され
ている。抵抗２６と上記フォトカプラ２７のダイオード
２７ａが直列に接続されたものが、コンデンサ２５と並
列に接続されている。The load detection circuit 20 integrates the output of the PWM control circuit 6 with a resistor 22 and a capacitor 23 and rectifies and smoothes the output with a diode 24 and a capacitor 25. The frequency variable circuit 21 includes a resistor 26 and a photocoupler 27.
It consists of The resistor 26 and the diode 27a of the photocoupler 27 are connected in series, and the photocoupler 27
Is connected in parallel with the resistor 15. A resistor 26 and a diode 27 a of the photocoupler 27 connected in series are connected in parallel with the capacitor 25.
【００２７】以上は、上記負荷検出回路２０が、トラン
ス３の１次側においてＰＷＭ制御回路６と接続された場
合について説明したが、本発明はこれに限定されるもの
ではない。つまり、トランス３の１次側、２次側に関係
なく、負荷９が重たくなるのに追随してコンデンサ２
３、即ちコンデンサ２５の充電電圧が増加する回路であ
れば、上記負荷検出回路２０は特に限定されるものでは
ない。In the above, the case where the load detection circuit 20 is connected to the PWM control circuit 6 on the primary side of the transformer 3 has been described, but the present invention is not limited to this. In other words, regardless of the primary side and the secondary side of the transformer 3, the capacitor 2
3, the load detection circuit 20 is not particularly limited as long as the charge voltage of the capacitor 25 increases.
【００２８】従来のスイッチング電源装置においては、
スイッチング周波数がコンデンサ１４と抵抗１５のみで
決定されるのに対して、本実施の形態においてはコンデ
ンサ１４と抵抗１５とフォトカプラ２７のトランジスタ
２７ｂ側のインピーダンスで決定される。つまり、抵抗
１５及びトランジスタ２７ｂが並列接続されたものと、
コンデンサ１４とによってスイッチング素子４のスイッ
チング周波数が決定されることになる。抵抗１５及びト
ランジスタ２７ｂが並列接続されたものの合成抵抗が大
きくなれば、それに伴ってスイッチング周波数は低くな
る。逆に、抵抗１５及びトランジスタ２７ｂが並列接続
されたものの合成抵抗が小さくなれば、それに伴ってス
イッチング周波数は高くなる。In a conventional switching power supply,
While the switching frequency is determined only by the capacitor 14 and the resistor 15, in the present embodiment, it is determined by the capacitor 14, the resistor 15, and the impedance of the photocoupler 27 on the transistor 27 b side. That is, the resistor 15 and the transistor 27b are connected in parallel,
The switching frequency of the switching element 4 is determined by the capacitor 14. As the combined resistance of the resistor 15 and the transistor 27b connected in parallel increases, the switching frequency decreases accordingly. Conversely, as the combined resistance of the resistor 15 and the transistor 27b connected in parallel decreases, the switching frequency increases accordingly.
【００２９】フォトカプラ２７のダイオード２７ａ側に
流れる電流Ｉｄは、Ｉｄ＝（ＶC25／Ｒ26）であるの
で、トランジスタ２７ｂ側に流れる電流Ｉｃは、Ｉｃ＝
（ＶC2 5 ／Ｒ26）×ｈfeとなる（ｈfe：エミッタ接地型
の順方向の電流伝達比）。On the diode 27a side of the photocoupler 27
The flowing current Id is Id = (VC25/ R26)
Therefore, the current Ic flowing to the transistor 27b side is Ic =
(VC2 Five/ R26) × hfe(Hfe: Grounded emitter type
Forward current transfer ratio).
【００３０】負荷９が軽く（小さく）なると、それに伴
ってスイッチング素子４のオン時間が短くなる。つま
り、ＰＷＭ制御回路６の出力は、オン・オフデューティ
比が小さくなる。その結果、負荷検出回路２０内のコン
デンサ２５の充電電圧ＶC25 も小さくなるので、トラン
ジスタ２７ｂ側に流れる電流Ｉｃも小さくなる。換言す
れば、トランジスタ２７ｂの抵抗が大きくなるので、抵
抗１５とフォトカプラ２７からなる合成インピーダンス
は大きくなる。これにより、スイッチング素子４のスイ
ッチング周波数は低くなる。When the load 9 becomes lighter (smaller), the ON time of the switching element 4 becomes shorter accordingly. That is, the output of the PWM control circuit 6 has a small on / off duty ratio. As a result, the charging voltage V C25 of the capacitor 25 in the load detection circuit 20 also decreases, so that the current Ic flowing to the transistor 27b also decreases. In other words, the resistance of the transistor 27b increases, so that the combined impedance of the resistor 15 and the photocoupler 27 increases. As a result, the switching frequency of the switching element 4 decreases.
【００３１】上記のスイッチング電源装置によれば、フ
ォトカプラ２７がオフしている状態（ダイオード２７ａ
及びトランジスタ２７ｂに電流が流れていない状態）で
は、ＰＷＭ制御回路６の発振周波数（スイッチング素子
４のスイッチング周波数）は抵抗１５とコンデンサ１４
とで決定される。そして、このスイッチング周波数でス
イッチング素子４がスイッチング動作されると、トラン
ス３の２次巻線および３次巻線にも、１次巻線３ａとの
巻数比に応じた電圧がそれぞれ誘起され、これらの電圧
によって平滑コンデンサ８および１３が、ダイオード７
および１２を介して、それぞれ充電される。そして、平
滑コンデンサ８の充電電圧が負荷９に対する供給電圧と
して供給される。According to the switching power supply described above, the state where the photocoupler 27 is off (the diode 27a
(In a state where no current flows through the transistor 27b), the oscillation frequency of the PWM control circuit 6 (the switching frequency of the switching element 4) is
Is determined by When the switching element 4 performs a switching operation at this switching frequency, a voltage is also induced in the secondary winding and the tertiary winding of the transformer 3 according to the turn ratio with the primary winding 3a. The smoothing capacitors 8 and 13 are changed by the voltage of
And 12 respectively. Then, the charging voltage of the smoothing capacitor 8 is supplied as a supply voltage to the load 9.
【００３２】また、平滑コンデンサ８の充電電圧が安定
化回路１０によって検出され、この検出電圧がフィード
バック回路１１を介してＰＷＭ制御回路６に帰還され
る。これにより、必要に応じてスイッチング素子４のオ
ン・オフデューティ比が可変制御されて、出力電圧が安
定化する。Further, the charging voltage of the smoothing capacitor 8 is detected by the stabilizing circuit 10, and the detected voltage is fed back to the PWM control circuit 6 via the feedback circuit 11. Thereby, the on / off duty ratio of the switching element 4 is variably controlled as needed, and the output voltage is stabilized.
【００３３】ここで、負荷９が重く（大きく）なると、
ＰＷＭ制御回路６は、オン時間が負荷９の状態に応じて
長くなるようにスイッチング素子４を制御する。負荷９
が重くなったことに伴って、負荷検出回路２０の出力は
大きくなるので、ダイオード２４を介してコンデンサ２
５に充電される充電電圧も大きくなり、フォトカプラ２
７（ダイオード２７ａとトランジスタ２７ｂ）を流れる
電流も大きくなる。これにより、トランジスタ２７ｂの
抵抗値も小さくなり、抵抗１５の両端の合成抵抗が小さ
くなる。その結果、ＰＷＭ制御回路６の発振周波数は高
くなり、スイッチング素子４のスイッチング周波数が高
くなる。Here, when the load 9 becomes heavy (large),
The PWM control circuit 6 controls the switching element 4 so that the ON time becomes longer according to the state of the load 9. Load 9
The output of the load detection circuit 20 increases with the increase in
5, the charging voltage charged to the photocoupler 2 increases.
7 (the diode 27a and the transistor 27b) also increases. As a result, the resistance value of the transistor 27b also decreases, and the combined resistance at both ends of the resistor 15 decreases. As a result, the oscillation frequency of the PWM control circuit 6 increases, and the switching frequency of the switching element 4 increases.
【００３４】なお、安定化回路１０による検出電圧がフ
ィードバック回路１１を介してＰＷＭ制御回路６に帰還
され、この帰還分と、トランス３の３次巻線３ｃを介し
てコンデンサ１３の両端に生じる電圧とに基づいて、必
要に応じてスイッチング素子４のオン・オフデューティ
比が制御され安定化する。The voltage detected by the stabilizing circuit 10 is fed back to the PWM control circuit 6 via the feedback circuit 11, and the feedback is applied to the voltage generated across the capacitor 13 via the tertiary winding 3c of the transformer 3. Based on this, the on / off duty ratio of the switching element 4 is controlled and stabilized as needed.
【００３５】一方、負荷９が軽く（小さく）なると、Ｐ
ＷＭ制御回路６は、オン時間が負荷９の状態に応じて短
くなるようにスイッチング素子４を制御する。負荷９が
軽くなったことに伴って、負荷検出回路２０の出力は小
さくなるので、ダイオード２４を介してコンデンサ２５
に充電される充電電圧も小さくなり、フォトカプラ２７
（ダイオード２７ａ及びトランジスタ２７ｂ）を流れる
電流も小さくなる。これにより、トランジスタ２７ｂの
抵抗値も大きくなり、抵抗１５の両端の合成抵抗が大き
くなる。その結果、ＰＷＭ制御回路６の発振周波数は低
くなり、スイッチング素子４のスイッチング周波数は低
くなる。On the other hand, when the load 9 becomes light (small), P
The WM control circuit 6 controls the switching element 4 so that the on-time becomes shorter according to the state of the load 9. As the load 9 becomes lighter, the output of the load detection circuit 20 becomes smaller.
The charging voltage for charging the photocoupler 27 also decreases.
The current flowing through (the diode 27a and the transistor 27b) also decreases. As a result, the resistance value of the transistor 27b also increases, and the combined resistance at both ends of the resistor 15 increases. As a result, the oscillation frequency of the PWM control circuit 6 decreases, and the switching frequency of the switching element 4 decreases.
【００３６】なお、安定化回路１０による検出電圧がフ
ィードバック回路１１を介してＰＷＭ制御回路に帰還さ
れた帰還分と、トランス３の３次巻線３ｃを介してコン
デンサ１３の両端に生じる電圧とに基づいて、必要に応
じてスイッチング素子４のオン・オフデューティ比が制
御され、スイッチング素子４のオン時間が負荷９の状態
に応じて短くなるように制御され、安定化される。The voltage detected by the stabilization circuit 10 is fed back to the PWM control circuit via the feedback circuit 11 and the voltage generated across the capacitor 13 via the tertiary winding 3c of the transformer 3. Based on this, the on / off duty ratio of the switching element 4 is controlled as needed, and the on time of the switching element 4 is controlled so as to be shorter in accordance with the state of the load 9 and is stabilized.
【００３７】本発明の第１スイッチング電源装置は、以
上のように、交流電源からの交流を整流する整流回路の
出力端子間にトランスの１次巻線とスイッチング素子と
の直列回路を接続すると共に、前記スイッチング素子を
スイッチング動作させる駆動回路を設け、前記スイッチ
ング素子のスイッチング動作により前記トランスの２次
巻線に伝達された電圧を負荷への供給電圧とするスイッ
チング電源装置において、前記負荷の大きさを検出する
負荷検出手段と、この負荷検出手段により検出される負
荷の大きさに基づいて前記駆動回路により制御される前
記スイッチング素子のスイッチング動作の周波数を連続
的に変化させるスイッチング周波数可変手段を具備した
ことを特徴としている。As described above, the first switching power supply of the present invention connects the series circuit of the primary winding of the transformer and the switching element between the output terminals of the rectifier circuit for rectifying the AC from the AC power supply. A switching circuit for performing a switching operation of the switching element, wherein the voltage transmitted to the secondary winding of the transformer by the switching operation of the switching element is a supply voltage to a load; And a switching frequency variable means for continuously changing the frequency of the switching operation of the switching element controlled by the drive circuit based on the magnitude of the load detected by the load detecting means. It is characterized by doing.
【００３８】本発明の第２スイッチング電源装置は、上
記の第１スイッチング電源装置において、前記スイッチ
ング素子の駆動回路出力に接続された抵抗とコンデンサ
からなるＣＲ積分回路で構成され、負荷が軽いほど（小
さいほど）コンデンサに蓄えられる電圧が小さいことを
特徴としている。According to a second switching power supply of the present invention, in the above first switching power supply, a CR integration circuit comprising a resistor and a capacitor connected to a drive circuit output of the switching element is provided. The smaller the voltage, the smaller the voltage stored in the capacitor.
【００３９】本発明の第３スイッチング電源装置は、上
記第１又は第２スイッチング電源装置において、上記ス
イッチング周波数可変手段は、前記負荷検出手段の出力
電圧の減少に追随して、スイッチング動作の発振周波数
を下げることを特徴としている。According to a third switching power supply device of the present invention, in the first or second switching power supply device, the switching frequency variable means changes the oscillation frequency of the switching operation in accordance with a decrease in the output voltage of the load detection means. Is characterized by lowering.
【００４０】本発明の第４スイッチング電源装置は、上
記第１乃至第３スイッチング電源装置の何れかにおい
て、上記スイッチング周波数可変手段は、前記負荷検出
手段の出力電圧を電流に変換し、スイッチング周波数を
決定する抵抗のインピーダンスを可変させることを特徴
としている。According to a fourth switching power supply of the present invention, in any one of the first to third switching power supplies, the switching frequency varying means converts an output voltage of the load detection means into a current and changes a switching frequency. It is characterized in that the impedance of the determined resistor is made variable.
【００４１】本発明の第５スイッチング電源装置は、上
記第１乃至第４スイッチング電源装置の何れかにおい
て、上記スイッチング周波数可変手段は、前記負荷検出
手段の出力にフォトカプラのダイオード側と抵抗が直列
に接続され、フォトカプラのトランジスタ側がスイッチ
ング周波数を決定する抵抗に並列に接続されていること
を特徴としている。In a fifth switching power supply device according to the present invention, in any one of the first to fourth switching power supply devices, the switching frequency varying means includes a resistor connected in series with a diode side of a photocoupler to an output of the load detection means. And the transistor side of the photocoupler is connected in parallel to a resistor that determines the switching frequency.
【００４２】以上のように、本発明によれば、負荷検出
手段（負荷検出回路２０）の電圧を、例えばフォトカプ
ラ２７を用いて電流に変換してインピーダンスとして扱
い、駆動回路（ＰＷＭ制御回路６）の発振周波数を連続
的に可変させることによって、発振周波数の切替ポイン
トの検証が不要（どの段階でどの発振周波数に切り替え
るべきかを判断することが不要）な待機時の消費電力を
低減できるスイッチング電源装置を確実に提供できる。
その結果、負荷の状態（軽重）に応じて、段階的にでは
なくて、連続的に（無段階に）、スイッチング素子のス
イッチング周波数を変化させることが可能となる。これ
により、スイッチング素子においてスイッチングロスが
発生しなくなるので、待機負荷状態での消費電力を確実
に低減できる。As described above, according to the present invention, the voltage of the load detecting means (load detecting circuit 20) is converted into a current by using, for example, the photocoupler 27 and treated as impedance, and the driving circuit (the PWM control circuit 6) is used. )) By continuously varying the oscillation frequency, it is not necessary to verify the switching point of the oscillation frequency (it is not necessary to determine at which stage the oscillation frequency should be switched). A power supply can be provided reliably.
As a result, it is possible to change the switching frequency of the switching element continuously (steplessly), not stepwise, according to the state of the load (light or heavy). As a result, switching loss does not occur in the switching element, so that power consumption in the standby load state can be reliably reduced.
【００４３】[0043]
【発明の効果】本発明のスイッチング電源装置は、以上
のように、変圧器１次巻線をスイッチング素子でスイッ
チングし、変圧器の２次巻線に伝達された電圧を負荷へ
の供給電圧とするスイッチング電源装置において、上記
スイッチング素子のスイッチング周波数を負荷の状態に
基づいて連続的に変化させるスイッチング周波数可変手
段を備えたことを特徴としている。As described above, the switching power supply of the present invention switches the primary winding of the transformer by the switching element, and converts the voltage transmitted to the secondary winding of the transformer to the supply voltage to the load. The switching power supply apparatus according to claim 1, further comprising switching frequency varying means for continuously changing a switching frequency of the switching element based on a state of a load.
【００４４】上記の発明によれば、変圧器の１次巻線は
スイッチング素子によってスイッチングされる。このス
イッチングに伴い、巻数比に応じて変化する電圧が、変
圧器の２次巻線に伝達され、負荷へ供給される。According to the above invention, the primary winding of the transformer is switched by the switching element. With this switching, a voltage that changes according to the turns ratio is transmitted to the secondary winding of the transformer and supplied to the load.
【００４５】上記スイッチング素子のスイッチング周波
数は、スイッチング周波数可変手段によって、段階的に
ではなくて、負荷の状態に基づいて連続的に（無段階
に）変化される。つまり、従来のようにスイッチング素
子のスイッチング周波数が定格負荷状態に合わせて固定
されていないので、負荷状態に応じてスイッチング素子
のスイッチング周波数が制御される。したがって、待機
負荷状態でスイッチング素子のオン時間がほぼ最小にな
っても、スイッチング周波数が負荷状態に応じて変化す
るので、スイッチング素子をスイッチング周波数に追随
して応答させ得る。このため、ターンオン時、ターンオ
フ時に、スイッチング素子にスイッチングロスが発生し
なくなるので、スイッチング電源装置の効率が低下する
ことを確実に回避できる。The switching frequency of the switching element is not changed stepwise but continuously (steplessly) by the switching frequency variable means based on the state of the load. That is, since the switching frequency of the switching element is not fixed in accordance with the rated load state as in the related art, the switching frequency of the switching element is controlled according to the load state. Therefore, even if the on-time of the switching element becomes almost minimum in the standby load state, the switching frequency changes according to the load state, and the switching element can respond to the switching frequency. Therefore, at the time of turn-on and at the time of turn-off, switching loss does not occur in the switching element, so that it is possible to reliably prevent the efficiency of the switching power supply from decreasing.
【００４６】しかも、スイッチング周波数が負荷の状態
に基づいて連続的に変化されるので、条件に応じて発振
周波数を切り替えるという煩雑な制御が不要であると共
に、発振周波数の切り替えポイントの検証が不要（どの
段階でどの発振周波数に切り替えるべきかを判断するこ
とが不要）であり、しかも、スイッチングロスが発生し
なくなるので、待機負荷状態での消費電力を確実に低減
できるという効果を併せて奏する。Furthermore, since the switching frequency is continuously changed based on the state of the load, the complicated control of switching the oscillation frequency according to the condition is unnecessary, and the verification of the switching point of the oscillation frequency is unnecessary ( It is unnecessary to determine at what stage which oscillation frequency should be switched), and furthermore, since switching loss does not occur, the effect that the power consumption in the standby load state can be surely reduced is also achieved.
【００４７】上記スイッチング周波数可変手段は、負荷
が軽いほど小さくなる電圧を検出する負荷検出手段を備
え、この検出電圧が小さいほどスイッチング周波数を低
くすることが好ましい。The switching frequency varying means includes a load detecting means for detecting a voltage which becomes smaller as the load becomes lighter. It is preferable that the switching frequency becomes lower as the detected voltage becomes smaller.
【００４８】上記スイッチング電源装置において、抵抗
値が大きいほどスイッチング周波数を低くする抵抗を有
し、負荷が小さいほどオン時間を短くする駆動信号を上
記スイッチング素子に出力するスイッチング素子駆動手
段を更に備え、上記負荷検出手段は、上記駆動信号を入
力し、これを積分して上記検出電圧として出力し、上記
スイッチング周波数可変手段は、上記抵抗に並列に接続
され、上記検出電圧を電流に変換する電圧電流変換手段
を更に備えていることが好ましい。The switching power supply device further comprises switching element driving means having a resistor for lowering the switching frequency as the resistance value increases, and outputting to the switching element a drive signal for shortening the on-time as the load decreases. The load detection means receives the drive signal, integrates the drive signal, and outputs the integrated drive signal as the detection voltage. The switching frequency variable means is connected in parallel to the resistor and converts the detection voltage into a current. It is preferable to further include a conversion unit.
【００４９】この場合、スイッチング素子は、スイッチ
ング素子駆動手段からの駆動信号に基づいてスイッチン
グ駆動される。この駆動信号は、負荷が軽いほどスイッ
チング素子のオン時間を短くすると共に、備えられた抵
抗の抵抗値が大きいほどスイッチング素子のスイッチン
グ周波数を低くできる。In this case, the switching element is switched and driven based on a drive signal from the switching element driving means. This drive signal can shorten the ON time of the switching element as the load becomes lighter, and can lower the switching frequency of the switching element as the resistance value of the provided resistor increases.
【００５０】スイッチング素子に印加される駆動信号
は、上記スイッチング周波数可変手段の負荷検出手段に
入力され、ここで、駆動信号が積分されて検出電圧とし
て電圧電流変換手段に送られる。検出電圧は、電圧電流
変換手段において電流に変換される。この電圧電流変換
手段はスイッチング周波数を決定する上記抵抗と並列に
接続されているので、該抵抗の両端の抵抗値は、電圧電
流変換手段との並列合成抵抗値となる。つまり、負荷検
出手段からの検出電圧に応じて変化する電流値に応じ
て、並列合成抵抗値が変化し、これに伴うスイッチング
周波数でスイッチング素子のスイッチングを行うことが
可能となるという効果を併せて奏する。The drive signal applied to the switching element is input to the load detection means of the switching frequency variable means, where the drive signal is integrated and sent to the voltage-current conversion means as a detection voltage. The detected voltage is converted to a current by a voltage-current converter. Since this voltage-to-current converter is connected in parallel with the resistor that determines the switching frequency, the resistance value at both ends of the resistor is a parallel combined resistance with the voltage-to-current converter. In other words, the parallel combined resistance value changes in accordance with the current value that changes in accordance with the detection voltage from the load detection means, and the switching element can be switched at the switching frequency associated therewith. Play.
【００５１】上記電圧電流変換手段はフォトカプラから
なり、入力側に上記検出電圧に応じて変化する電流が印
加され、出力側がスイッチング周波数を決定する上記抵
抗と並列に接続されていることが好ましい。この場合、
フォトカプラを用いているので、耐ノイズ性が向上する
という効果を併せて奏する。It is preferable that the voltage-current conversion means comprises a photocoupler, a current varying according to the detection voltage is applied to the input side, and the output side is connected in parallel with the resistor for determining a switching frequency. in this case,
Since a photocoupler is used, an effect of improving noise resistance is also achieved.
【図１】本発明のスイッチング電源装置の構成例を示す
回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a configuration example of a switching power supply device of the present invention.
【図２】従来のスイッチング電源装置の構成例を示す回
路図である。FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a configuration example of a conventional switching power supply device.
３ トランス（変圧器） ４ スイッチング素子 ６ ＰＷＭ制御回路（スイッチング素子駆動手段） ８ 平滑コンデンサ ９ 負荷 １０ 安定化回路 １１ フィードバック回路 ２０ 負荷検出回路（スイッチング周波数可変手段、
負荷検出手段） ２１ 周波数可変回路（スイッチング周波数可変手
段） ２７ フォトカプラ（スイッチング周波数可変手段）Reference Signs List 3 transformer (transformer) 4 switching element 6 PWM control circuit (switching element driving means) 8 smoothing capacitor 9 load 10 stabilization circuit 11 feedback circuit 20 load detection circuit (switching frequency variable means,
Load detecting means) 21 Frequency variable circuit (switching frequency variable means) 27 Photocoupler (switching frequency variable means)
Claims (4)
イッチングし、変圧器の２次巻線に伝達された電圧を負
荷への供給電圧とするスイッチング電源装置において、 上記スイッチング素子のスイッチング周波数を負荷の状
態に基づいて連続的に変化させるスイッチング周波数可
変手段を備えたことを特徴とするスイッチング電源装
置。1. A switching power supply device in which a primary winding of a transformer is switched by a switching element and a voltage transmitted to a secondary winding of the transformer is supplied to a load. A switching frequency varying means for continuously changing the switching frequency based on the state of the load.
が軽いほど小さくなる電圧を検出する負荷検出手段を備
え、この検出電圧が小さいほどスイッチング周波数を低
くすることを特徴とする請求項１に記載のスイッチング
電源装置。2. The switching frequency changing means according to claim 1, wherein said switching frequency changing means includes a load detecting means for detecting a voltage which becomes smaller as the load becomes lighter, and the switching frequency becomes lower as said detected voltage becomes smaller. Switching power supply.
低くする抵抗を有し、負荷が小さいほどオン時間を短く
する駆動信号を上記スイッチング素子に出力するスイッ
チング素子駆動手段を更に備え、 上記負荷検出手段は、上記駆動信号を入力し、これを積
分して上記検出電圧として出力し、 上記スイッチング周波数可変手段は、上記抵抗に並列に
接続され、上記検出電圧を電流に変換する電圧電流変換
手段を更に備えていることを特徴とする請求項２に記載
のスイッチング電源装置。3. The load detecting means further comprising a switching element driving means having a resistor for lowering the switching frequency as the resistance value increases, and outputting a drive signal to the switching element for shortening the on-time as the load decreases. Receives the drive signal, integrates the drive signal, and outputs the integrated signal as the detection voltage. The switching frequency variable means is connected in parallel with the resistor, and further includes a voltage-current conversion means for converting the detection voltage into a current. The switching power supply device according to claim 2, wherein the switching power supply device is provided.
なり、入力側に上記検出電圧に応じて変化する電流が印
加され、出力側がスイッチング周波数を決定する上記抵
抗と並列に接続されていることを特徴とする請求項３に
記載のスイッチング電源装置。4. The voltage-current conversion means comprises a photocoupler, a current varying according to the detection voltage is applied to an input side, and an output side is connected in parallel with the resistor for determining a switching frequency. The switching power supply according to claim 3, wherein
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006136193A (en) * | 2004-11-05 | 2006-05-25 | Power Integrations Inc | Method and apparatus for providing temporary peak power from switching regulator |
| WO2022130612A1 (en) * | 2020-12-18 | 2022-06-23 | 三菱電機株式会社 | Power conversion device |
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| WO2022130612A1 (en) * | 2020-12-18 | 2022-06-23 | 三菱電機株式会社 | Power conversion device |
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