JP2002171760A - Dc−dcコンバータ - Google Patents

Dc−dcコンバータ

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JP2002171760A
JP2002171760A JP2000369198A JP2000369198A JP2002171760A JP 2002171760 A JP2002171760 A JP 2002171760A JP 2000369198 A JP2000369198 A JP 2000369198A JP 2000369198 A JP2000369198 A JP 2000369198A JP 2002171760 A JP2002171760 A JP 2002171760A
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Kengo Koike
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Sanken Electric Co Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スタンバイモード等の軽負荷時における効率
向上及び磁歪音の抑制を簡単に達成することが困難であ
った。 【解決手段】 直流電源1の一方の端子1aと他方の端
子1bとの間にトランス2を介してスイッチ3を接続す
る。スイッチ3をオン・オフするための制御パルス形成
回路7を設ける。出力電圧を一定に制御するための帰還
制御回路を設ける。軽負荷時にスイッチ3を間欠的にオ
ン・オフ動作させるために、鋸波発生回路9と比較器1
0と電流検出回路6とを設ける。鋸波発生回路9からス
イッチ3のオン・オフ周波数よりも十分低い周波数の鋸
波電圧Vt を発生させる。電流検出抵抗16で検出した
電圧にバイアスを加えて変形電流検出電圧を形成し、比
較器10で鋸波電圧と比較する。比較器10の出力で制
御パルスの発生を制限し、間欠動作とソフトスタート動
作とを得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、出力電圧を帰還制
御によって一定に制御する形式のDC−DCコンバータ
に関する。
【0002】
【従来の技術】典型的なDC−DCコンバータは、直流
電源と、この一端と他端との間に接続されたトランスの
1次巻線とスイッチとの直列回路と、トランスの2次巻
線に接続された整流平滑回路と、出力電圧検出回路と、
スイッチ電流検出回路と、出力電圧検出回路及び電流検
出回路の出力に基づいてスイッチをオン・オフ制御する
ための制御回路とから成る。この種のDC−DCコンバ
ータにおいて、スイッチによって直流電圧をオン・オフ
する周波数すなわちスイッチング周波数が、負荷が軽く
なっても正常負荷と同一の値又はこれよりも高い値であ
ると、負荷電力に対するスイッチにおける電力損失の割
合が大きくなり、効率が低下する。この種の問題を解決
するために、例えば、本件出願人に係る特開2000−
23458号公報に開示されているように、軽負荷時に
DC−DCコンバータを間欠的に動作させることが知ら
れている。このようにDC−DCコンバータを間欠的に
動作させると、出力電圧の安定性は低下するが、スイッ
チング回数が少なくなるためにスイッチング損失が少な
くなり、DC−DCコンバータの効率が向上する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、DC−DC
コンバータを駆動期間と休止期間とを交互に配置して間
欠的に駆動すると、休止期間中の出力電圧の低下を補う
ために駆動期間の始まりにスイッチのオン時間幅が長く
なり、スイッチ及びトランスに比較的大きな電流が流
れ、トランスから磁歪音が発生し、使用者に不快感を与
えることがある。前述の特開2000−23458号公
報においては、間欠的制御のために方形波パルスを使用
し、このパルスによって電圧帰還制御を断続する。この
結果として、間欠的なスイッチング動作が生じる。ま
た、上記公報の技術では、間欠制御の方形波パルスを変
形して電圧帰還制御回路に加えているので、間欠動作中
におけるスイッチ電流の増大が抑制され、トランスの磁
歪音即ち音鳴りが抑制される。しかし、この方法では電
圧帰還制御回路を間欠パルスで制御する方法であるた
め、電圧帰還制御回路の回路素子の特性のバラツキ、温
度変化等を十分に考慮しなければ音鳴りを確実に防止す
ることができない。また、間欠的駆動のために独立した
パルス発生器をトランスの2次側に設けなければなら
ず、部品点数が増加した。
【0004】そこで、本発明の目的は、トランス、リア
クトル等のインダクタンス手段の磁歪音の抑制を比較的
簡単な回路で達成することができるDC−DCコンバー
タを提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決し、上記
目的を達成するための本発明は、負荷に直流電力を供給
するためのDC−DCコンバータであって、直流電圧を
供給するための第1及び第2の電源端子と、前記直流電
圧を繰返してオン・オフするために前記第1の電源端子
と前記第2の電源端子との間に接続され、且つ制御端子
を有しているスイッチと、前記スイッチに対して直列に
接続されたインダクタンス手段と、前記インダクタンス
手段に接続された整流平滑回路と、前記整流平滑回路の
出力電圧を示す信号を直接又は間接に検出する出力電圧
検出手段と、前記スイッチに流れる電流を検出する電流
検出手段と、第1の傾斜を有する電圧と前記第1の傾斜
と逆の第2の傾斜を有する電圧とを含む電圧波形を、前
記スイッチのオン・オフ繰返し周期の複数倍の時間より
も長い所定周期で繰返して発生するものであり、前記電
圧波形が前記電流検出手段から得られた電流検出電圧を
横切るように設定されている波形発生回路と、前記スイ
ッチのオン時間を制限するためのものであって、前記電
流検出手段から得られた電流検出電圧と前記波形発生回
路から得られた電圧波形とを比較し、前記電圧波形が前
記電流検出電圧の一方の側の値を有している時に第1の
レベルの電圧を出力し、前記電圧波形が前記電流検出電
圧の他方の側の値を有している時に第2のレベルの電圧
を出力するスイッチオン時間制限用比較器と、前記スイ
ッチをオン・オフ制御するための制御パルスを形成して
前記制御端子に供給するものであって、前記出力電圧検
出手段の出力に応答して前記出力電圧を一定に制御する
ように前記制御パルスの幅を制御し、且つ前記比較器の
出力に応答して前記比較器の出力が前記第1のレベルの
出力を発生している時に前記制御パルスの発生を禁止又
は前記制御パルスの前記スイッチへの供給を禁止する制
御パルス形成回路とを備えたDC−DCコンバータに係
わるものである。
【0006】なお、請求項2に示すように、前記第1の
電源端子が正極端子、前記第2の電源端子が負極端子で
あり、前記電流検出手段は、前記スイッチと前記第2の
電源端子との間に接続された前記電流検出抵抗と、前記
電流検出抵抗のスイッチ側の端子をグランドに接続する
手段と、前記電流検出抵抗に対してバイアス用直流電源
を介して並列に接続された第1及び第2の分圧用抵抗の
直列回路とを有し、前記第1及び第2の分圧用抵抗の相
互接続点とグランドとの間の電圧を電流検出電圧として
出力するものであることが望ましい。また、請求項3に
示すように、更に、前記電圧波形が前記電流検出電圧よ
りも低い側から高い側に向って横切る正の傾斜を有して
いる区間を示す信号を前記波形発生回路に基づいて得る
正傾斜区間信号取得手段と、前記正傾斜を有している区
間における前記制御パルスの発生及び供給を許可する手
段とを有していることが望ましい。また、請求項4に示
すように、前記波形発生回路は、鋸波又は三角波発生用
コンデンサと、前記コンデンサの充放電回路と、第1の
基準値(Vth1 )と第2の基準値(Vth2 )とを選択的
にとることができる可変基準電圧回路と、前記コンデン
サの電圧と前記可変基準電圧回路の前記第1及び第2の
基準電圧とを比較するコンデンサ充放電制御用比較器と
を備え、前記コンデンサの電圧が前記第1の基準値(V
th1 )よりも高い値から前記第1の基準値(Vth1 )に
達した時に前記可変基準電圧回路の出力を前記第1の基
準値(Vth1 )から第2の基準値(Vth2 )に切換え、
前記コンデンサの電圧が前記第2の基準値(Vth2 )よ
りも低い値から前記第2の基準値(Vth2 )に達した時
に前記可変基準電圧回路の出力を前記第2の基準値(V
th2 )から前記第1の基準値(Vth1 )に切換えるよう
に前記コンデンサ充放電制御用比較器の出力端子が前記
可変基準電圧回路に接続され、前記コンデンサ充放電制
御用比較器の出力が低レベルの時に前記コンデンサを充
電し、前記コンデンサ充放電用比較器の出力が高レベル
の時に前記コンデンサを放電させるように前記コンデン
サ充放電用比較器の出力端子が前記コンデンサ充放電回
路に接続されていることが望ましい。また、請求項5に
示すように、前記正傾斜区間信号取得手段は、前記コン
デンサ充放電用比較器の出力を抽出する出力抽出回路で
あることことが望ましい。また、請求項6に示すよう
に、前記許可する手段は、前記スイッチオン時間制限用
比較器と前記コンデンサ充放電用比較器の前記出力抽出
回路とに接続されたAND回路であることが望ましい。
また、請求項7に示すように、負荷に直流電力を供給す
るためのDC−DCコンバータにおいて、直流電圧を供
給するための第1及び第2の電源端子と、前記直流電圧
を繰返して他オン・オフするために前記第1の電源端子
と前記第2の電源端子との間に接続され、且つ制御端子
を有しているスイッチと、前記スイッチに対して直列に
接続されたインダクタンス手段と、前記インダクタンス
手段に接続された整流平滑回路と、前記整流平滑回路の
出力電圧を示す信号を直接又は間接に検出する出力電圧
検出手段と、前記スイッチに流れる電流を検出する電流
検出手段と、第1の傾斜を有する電圧と前記第1の傾斜
と逆の第2の傾斜を有する電圧とを含む電圧波形を、前
記スイッチのオン・オフ繰返し周期の複数倍の時間より
も長い所定周期で繰返して発生するものであり、前記ス
イッチのオン・オフ動作期間における前記スイッチの複
数回のオン期間に対応して前記電流検出手段から得られ
る複数の突出波形の一部のピークが前記第1の傾斜を有
する電圧に到達することができるように前記電圧波形の
レベルが設定されている波形発生回路と、前記波形発生
回路と前記電流検出手段とに接続され、前記電流検出手
段から得られた電流検出電圧と前記波形発生回路から得
られた電圧波形とを比較し、前記スイッチのオン時間幅
を制限するためのパルスを発生するオン期間制限用比較
器と、前記波形発生回路が前記第1の傾斜電圧を発生し
ている時に第1のレベルの電圧となり、前記波形発生回
路が第2の傾斜電圧を発生している時に第2の電圧レベ
ルになる2値信号を波形発生回路に基づいて得る2値信
号取得手段と、前記スイッチをオン・オフ制御するため
のスイッチ制御パルスを形成して前記制御端子に供給す
るものであって、前記出力電圧検出手段の出力に応答し
て前記出力電圧を一定に制御するように前記スイッチ制
御パルスの幅を制御し、且つ前記2値信号取得手段から
前記第1のレベルの電圧が発生している時に前記スイッ
チ制御パルスの発生又は供給を禁止し且つ前記比較器か
ら前記オン時間幅を制限するためのパルスが発生した時
に前記スイッチ制御パルスの発生又は供給を禁止するス
イッチ制御パルス形成回路とを設けることができる.ま
た、請求項8に示すように、前記波形発生回路は、鋸波
又は三角波発生用コンデンサと、前記コンデンサの充放
電回路と、第1の基準値(Vth1 )と第2の基準値(V
th2 )とを選択的にとることができる可変基準電圧回路
と、前記コンデンサの電圧と前記可変基準電圧回路の前
記第1及び第2の基準電圧とを比較するコンデンサ充放
電制御用比較器とを備え、前記コンデンサの電圧が前記
第1の基準値(Vth1 )よりも高い値から前記第1の基
準値(Vth1 )に達した時に前記可変基準電圧回路の出
力を前記第1の基準値(Vth1 )から第2の基準値(V
th2 )に切換え、前記コンデンサの電圧が前記第2の基
準値(Vth2 )よりも低い値から前記第2の基準値(V
th2 )に達した時に前記可変基準電圧回路の出力を前記
第2の基準値(Vth2 )から前記第1の基準値(Vth1
)に切換えるように前記コンデンサ充放電制御用比較
器の出力端子が前記可変基準電圧回路に接続され、前記
コンデンサ充放電制御用比較器の出力が低レベルの時に
前記コンデンサを充電し、前記コンデンサ充放電用比較
器の出力が高レベルの時に前記コンデンサを放電させる
ように前記コンデンサ充放電用比較器の出力端子が前記
コンデンサ充放電回路に接続されていることが望まし
い。また、請求項9に示すように、前記2値信号取得手
段は、前記コンデンサ充放電用比較器の出力を抽出する
出力抽出回路であることが望ましい。また、請求項10
に示すように、前記スイッチ制御パルス形成回路は、
前記スイッチのオン・オフ周期を決定するためのトリガ
用パルスを一定又は可変周期で繰返して発生するパルス
発生器と、前記出力電圧検出回路の出力に応答して電圧
帰還制御信号を形成する電圧帰還制御信号形成手段と、
前記電圧帰還制御信号形成手段と前記電流検出手段とに
接続され、前記電流検出電圧が前記電圧帰還制御信号に
一致した時に出力状態が反転するオン幅決定用比較器
と、前記パルス発生器に接続された第1の入力端子と前
記オン幅決定用比較器に接続された第2の入力端子と出
力端子とを有し、前記トリガ用パルスに応答して前記出
力端子が第1の状態から第2の状態に転換し、前記オン
幅決定用比較器の前記一致を示す出力に応答して前記出
力端子が前記第2の状態から前記第1の状態に転換する
フリップフロップと、前記パルス発生器と前記フリップ
フロップとに接続され、前記パルス発生器から前記トリ
ガ用パルスが発生していない期間であると同時に前記フ
リップフロップの出力端子が第2の状態にある時に前記
スイッチをオンに制御するための制御パルスを出力する
論理回路と、前記スイッチオン時間制限用比較器の出力
によって前記フリップフロップをリセットする手段とを
有していることが望ましい。また、請求項11に示すよ
うに、更に、通常負荷を示す信号と前記通常負荷よりも
軽い軽負荷を示す信号とを選択的に発生するモード切換
制御信号発生回路と、前記モード切換制御信号発生回路
の出力が軽負荷を示している時にのみ前記波形発生回路
から電圧波形を発生させる制御手段とを有していること
ことが望ましい。また、請求項12に示すように、前記
インダクタンス手段はトランスであり、前記トランスは
1次巻線と2次巻線とを有し、前記スイッチは前記1次
巻線に直列に接続され、前記整流平滑回路は前記2次巻
線に接続されていることが望ましい。また、請求項13
に示すように、前記インダクタンス手段はトランスであ
り、前記トランスは1次、2次及び3次巻線を有し、前
記スイッチは前記1次巻線に直列に接続され、前記整流
平滑回路は第1の負荷に電力を供給するための第1の整
流平滑回路と前記第1の負荷よりも軽い第2の負荷に電
力を供給するための第2の整流平滑回路とから成り、前
記第1の整流平滑回路は前記2次巻線に接続され、前記
第2の整流平滑回路は前記3次巻線に接続され、第1の
負荷はオン・オフされるものであり、前記出力電圧検出
回路は前記第1の整流平滑回路に接続されていることが
望ましい。
【0007】
【発明の効果】各請求項の発明によれば、波形発生回路
を間欠動作とインダクタンス手段の電流制御との両方に
使用しているので、比較的簡単な回路で間欠動作及び磁
歪音の抑制を達成することができる。
【0008】
【実施形態】次に、図1〜図18を参照して本発明の実
施形態に従う間欠動作が可能なDC−DCコンバータを
説明する。
【0009】
【第1の実施形態】図1に示す本発明の第1の実施形態
に従うフライバック型DC−DCコンバータは、大別し
て直流電源1と、トランス2と、電界効果トランジスタ
(FET)から成るスイッチ3と、整流平滑回路4と、
出力電圧検出回路5と、電流検出回路6と、スイッチ制
御パルス形成回路7と、駆動回路8と、鋸波発生回路9
と、スイッチオン時間制限用比較器10と、モード切換
制御回路11と、過電流防止回路12とから成る。
【0010】インダクタンス手段としてのトランス2は
磁気コア13に巻回された1次巻線14と2次巻線15
とを有する。漏れインダクタンスを有する1次巻線14
とスイッチ3と電流検出回路6の抵抗16との直列回路
は電源1に接続された第1の電源端子1aと第2電源端
子1bとの間に接続されている。1次巻線14に電磁結
合された2次巻線15は、黒丸で示すように1次巻線1
4と逆の極性を有する。スイッチ3のオン期間にトラン
ス2にエネルギが蓄積され、スイッチ3のオフ期間にト
ランス2からエネルギが放出される。
【0011】整流平滑回路4は整流ダイオード17と平
滑用コンデンサ18とから成り、平滑用コンデンサ18
は整流ダイオード17を介して2次巻線15に並列に接
続されている。ダイオード17はスイッチ3のオフの期
間に導通する方向性を有する。平滑用コンデンサ18に
接続された対の出力端子19a、19bは負荷20を接
続するためのものである。
【0012】出力電圧検出回路5は、電圧検出抵抗2
1、22と、誤差増幅器23と、基準電圧源24と、発
光ダイオード25とから成る。抵抗21、22は出力端
子19a、19b間の電圧を検出し、この検出電圧を誤
差増幅器23の一方の入力端子に送る。誤差増幅器23
は検出電圧と基準電圧源24の基準電圧との差の値を出
力する。発光ダイオード25は出力端子19aと誤差増
幅器23の出力端子との間に接続されており、出力電圧
に比例的に変化する光出力を発生する。
【0013】電流検出回路6は、1次巻線14及びスイ
ッチ3を流れる電流I1 を検出するためのものであっ
て、スイッチ3に直列に接続された電流検出抵抗16
と、この抵抗16に並列に接続されたバイアス回路26
とから成る。バイアス回路26は、図2に示すようにバ
イアス用直流電源27と第1及び第2の分圧用抵抗2
8、29とから成る。バイアス用直流電源27は第1及
び第2の分圧用抵抗28、29を介して電流検出抵抗1
6に並列に接続されている。電流検出抵抗16はスイッ
チ3と負極側の第2の電源端子1bとの間に接続され、
電流検出抵抗16のスイッチ側の端子はグランドに接続
されている。また、バイアス用直流電源27の負端子も
グランドに接続されている。電流検出抵抗16の両端子
間電圧をVa 、電源27の電圧をVb 、抵抗28、29
の値をR1 、R2 とすれば、電流検出ライン30とグラ
ンドとの間に、 Vc =Vb −(Va +Vb )R1 /(R1 +R2 ) の電流検出電圧が得られる。バイアス電圧Vb は電流I
1 のピーク値における抵抗16の電圧Va よりも大きく
設定されているので、ライン30の電圧Vc は図4
(C)及び図5(C)に示すようにVa=0の時にバイ
アス電圧Vbを抵抗R1とR2とで分割した電圧Vbb を最
大値として、このバイアス電圧Vbb よりも低い領域で
変化する。要するに、電流検出電圧Vc は、図4(B)
及び図5(B)に示す電流I1 の波形を反転させ且つ電
圧Vb でバイアスしたものに相当する波形を有する。な
お、1次巻線14はインダクタンスを有するので、スイ
ッチ3のオン期間にここを流れる電流I1 は傾斜を有し
て立上り図4(B)及び図5(B)に示すように三角波
状の突出波形になる。
【0014】スイッチ制御パルス形成回路7は、スイッ
チ制御信号形成回路とも呼ぶことが出来るものであっ
て、出力電圧検出回路5の発光ダイオード25に光結合
されていると共に、電流検出回路6及び比較器10及び
過電流検出回路12に接続され、スイッチ3をオン・オ
フ制御するための制御パルス即ちスイッチ制御信号を形
成し、周知の駆動回路8を介してスイッチ3の制御端子
(ゲート)に送る。このスイッチ制御パルス形成回路7
は、図2に示すように、大別してパルス発生器31と、
オン終了時点決定回路32と、リセット優先のRSフリ
ップフロップ33と、NORゲート34と、ORゲート
35とから成る。
【0015】パルス発生器31は、例えば30〜300
kHz 程度の繰返し周波数で図4(A)に示すパルスを繰
返して発生するものである。このパルス発生器31の出
力Vosc に含まれるパルスの周期T1 はスイッチ3のオ
ン・オフ周期に一致している。この実施形態ではパルス
発生器31の周波数が一定になっているが、負荷20の
大きさに応じて変えることもできる。
【0016】オン終了時点決定回路32は、オン幅決定
回路とも呼ぶことができるものであって、電圧帰還制御
に基づくスイッチ3のオン終了時点を決定するための回
路であり、電圧帰還信号形成回路36と、オン終了時点
決定用比較器37から成る。オン終了時点決定用比較器
37の正入力端子は電圧帰還制御信号形成回路36に接
続され、負入力端子は電流検出ライン30に接続されて
いる。電圧帰還信号形成回路36は、ホトトランジスタ
38と抵抗39と電源40とから成る。図1の発光ダイ
オード25に光結合されたホトトランジスタ38は光入
力の強さに反比例的に抵抗値が変化するものである。ホ
トトランジスタ38の一端(コレクタ)は電源40に接
続され、ホトトランジスタ38の他端(エミッタ)は抵
抗39を介してグランドに接続されているので、抵抗3
9に得られる帰還電圧Vf は出力電圧V0 に比例的に変
化する。比較器37は、図4(C)に示すように電流検
出電圧Vc と電圧帰還信号Vf とを比較し、電流検出電
圧Vc が電圧帰還信号Vfに一致した時に図4(D)に
示すように高レベルのパルスを発生する。図4(D)の
パルスの発生時点は、出力電圧V0 の制御動作中におけ
るスイッチ3のオン時間の終了時点を意味する。
【0017】RSフリップフロップ33のセット端子S
はパルス発生器31の出力端子に接続され、リセット端
子RはORゲート35を介してオン終了時点決定用比較
器37に接続され且つORゲート35を介して図1のソ
フトスタート用比較器10の出力ライン10a及び過電
流保護回路12の比較器41の出力ライン41aに接続
されている。NORゲート34の一方の入力端子はパル
ス発生器31に接続され、他方の入力端子はフリップフ
ロップ33の反転出力端子Qに接続され、出力端子
は図1の駆動回路8を介してスイッチ3の制御端子即ち
ゲートに接続されている。フリップフロップ33は、例
えば図4(A)のt0 に示すクロックパルスの立上りで
トリガされ、この位相反転出力端子Qはt0 で高レ
ベル即ち第1の状態から低レベル即ち第2の状態に転換
する。また、図4(D)のt2 時点に示す比較器37の
出力パルスの立上り時点でリセット端子Rがトリガさ
れ、フリップフロップ33の位相反転出力端子Q
低レベル(第2の状態)から高レベル(第1の状態)に
戻る。これにより、フリップフロップ33からは、図4
(E)に示す信号が発生し、NORゲート34からは図
4(F)に示すスイッチ制御信号即ちスイッチ制御パル
スが発生する。なお、NORゲート34は周知のように
全ての入力が低レベルの時にのみ高レベルの出力を発生
する論理回路である。従って、図4(F)に示すように
NORゲート34の出力はt1 〜t2 期間に高レベルに
なり、この期間にスイッチ3がオンになる。
【0018】過電流防止回路12は、比較器41と基準
電圧源42とから成る。比較器41の負入力端子は電流
検出ライン30に接続され、正入力端子は基準電圧源4
2に接続されている。基準電圧源42の電圧は図5
(C)に示す正常負荷時即ち通常負荷時における電流検
出電圧Vcの電圧レベルよりも低く設定されている。従
って、負荷20の短絡等の過負荷状となって電流I1 の
ピークが増大しても、このピークの情報を含む電流検出
電圧Vc が過電流保護回路12の基準電圧源42の電圧
に達すると、比較器41からパルスが発生し、これが図
2のORゲート35を介してフリップフロップ33のリ
セット端子Rに入力し、フリップフロップ33の出力端
子Qが高レベルに転換し、逆にNORゲート34の
出力が低レベル状態に転換し、スイッチ3がオフにな
り、過電流が防止される。
【0019】波形発生回路としての鋸波発生回路9は、
図5(C)に示す鋸波電圧Vt を発生する。鋸波電圧V
t はスイッチ3のオン・オフ周期T1 の複数倍よりも長
い周期を有して鋸波電圧Vtを発生する。鋸波電圧Vt
は、図5(C)のt7 〜t9に示す第1の傾斜即ち正傾
斜電圧とt9 〜t11に示す第2の傾斜即ち負傾斜電圧と
から成る。また、鋸波電圧Vt は電圧Vbb よりも高い
部分と低い部分との両方を有するように設定されてい
る。なお、図5(C)の電圧Vbb のレベルは図4(C)
と同様にVa=0の時に、バイアス電圧Vbを抵抗R1と
R2とで分割した値を示している。
【0020】鋸波発生回路9は、図3に示すように大別
して鋸波用コンデンサ43と、直流電源44と、充放電
回路45と、鋸波用比較器46と、可変基準電圧源47
とから成る。コンデンサ43の一端は、充放電回路45
に接続されていると共に比較器46の正入力端子に接続
されている。コンデンサ43の他端はグランドに接続さ
れている。充放電回路45は、スイッチ素子としての2
つのPチャネルFET48、49と、スイッチ素子とし
ての3つのNチャネルFET50、51、52と、第1
及び第2の定電流源回路53、54とから成る。スイッ
チ素子としてのFET48、49、50、51はカレン
トミラ-回路を構成している。PチャネルFET48は
電源44とコンデンサ43との間に接続されている。第
1の定電流源回路53はコンデンサ43に並列に接続さ
れている。従って、コンデンサ43はFET48を流れ
る電流Ia と定電流源回路53の電流Ib との差の電流
Ia −Ib によって充電され図5(C)の鋸波電圧Vt
のt7 〜t9 区間の値を発生する。充電回路を形成する
FET48のオン・オフを制御するために、Pチャネル
FET49のソースが電源44に接続され、ゲートがF
ET48のゲートに接続され、ドレインがNチャネルF
ET50を介してグランドに接続されている。また、N
チャネルFET50のドレインはPチャネルFET48
のゲートにも接続されている。NチャネルFET51の
ドレインは第2の定電流源回路54を介して電源44に
接続され、そのゲートはFET50のゲートに接続され
ている。また、FET51のドレイン・ゲート間が接続
されている。NチャネルFET52はFET51に並列
に接続され、このFET52のゲートは比較器46の出
力端子46に接続されている。可変基準電圧回路47は
3つの抵抗55、56、57の直列回路とNチャネルト
ランジスタ58とから成る。3つの抵抗55、56、5
7の直列回路は電源44とグランドとの間に接続されて
いる。抵抗55と抵抗56との接続点59が比較器46
の負入力端子に接続されている。抵抗56と抵抗57と
の接続点60にFET58のドレインが接続され、FE
T58のソースがグランドに接続されている。FET5
8のゲートは比較器46の出力端子に接続されている。
なお、電源44を省いて図2の電源27又は別の電源を
共用することができる。
【0021】鋸波発生回路9のオン・オフは、モード切
換制御回路11によって制御される。モード切換制御回
路11は、図3に示すようにモード切換スイッチ61と
負荷状態検出回路62とから成る。モード切換スイッチ
61はコンデンサ43に並列に接続されている。負荷状
態検出回路62は比較器63と基準電圧源64とローパ
スフィルタ即ちLPF65とから成る。基準電圧源64
は図4(C)のt0 〜t5 に示す正常負荷状態時の電圧
帰還信号Vf のレベルよりも低く且つ図4(C)のt7
〜t15に示す軽負荷状態における電圧帰還信号Vf の平
均値よりも高く設定されている。比較器63の正入力端
子はLPF65を介して図2の電圧帰還信号Vf の出力
ライン36aに接続されている。比較器63の負入力端
子は基準電圧源64に接続されている。従って、比較器
63は電圧帰還信号Vf のレベルが基準電圧源64の値
よりも高い時に正常負荷状態即ち通常負荷状態(ノーマ
ルモード)を示す高レベル電圧を出力し、スイッチ61
をオンに制御し、電圧制御信号Vf のレベルが基準電圧
源64の値よりも低い時に軽負荷状態(例えばスタンバ
イモード)を示す低レベル電圧を出力し、スイッチ61
をオフに制御する。勿論、負荷状態検出回路62は図3
の回路に限定されるものではなく、種々変形可能なもの
である。例えば負荷20に通常負荷と軽負荷との切換制
御手段を含む場合には、この切換制御手段の切換信号を
使用してスイッチ61をオン・オフすることができる。
【0022】負荷20が通常負荷状態のために図3のス
イッチ61がオンの時にはコンデンサ43がスイッチ6
1で短絡されるので、鋸波出力ライン9aの電圧Vt は
図5(C)のt1 以前に示すように零ボルトに保たれ
る。負荷20がスタンバイモード等のために通常負荷よ
りも軽い軽負荷状態になりスイッチ61がオフの時に
は、コンデンサ43の充放電動作が生じ、図5(C)の
t2 〜t12に示す鋸波電圧Vt が発生する。次に、この
動作を説明する。図3の基準電圧回路47の抵抗55、
56の相互接続点59の電位は、FET58のオン時に
第1の基準値Vth1 (0.5V)となり、オフ時に第2
の基準値Vth2(3V)となる。今、コンデンサ43の
放電が進んで図5のt7 時点で比較器46の正入力端子
の鋸波電圧Vt が第1の基準値Vth1 (0.5V)に達
すると、比較器46の出力が図5(E)に示すように高
レベルから低レベルに転換し、FET58がオフに転換
する。このため比較器46の負入力端子の電位が第2の
基準電圧Vth2 (3V)に転換し、比較器46の出力は
t7 〜t9 区間において低レベルに保持される。t7 〜
t9 区間では充放電回路45のFET52もオフにな
り、代ってFET48、49、50、51がオンにな
る。この結果、FET48を介してコンデンサ43に充
電電流が流れ、図5(C)のt7 〜t9 に示すようにコ
ンデンサ43の電圧Vt は正の傾斜を有して増大する。
t9 時点でコンデンサ43の電圧Vt が第2の基準電圧
Vth2 (3V)に達すると、比較器46の出力が低レベ
ルから高レベルに転換する。この結果、FET58はオ
ンになり、比較器46の負入力端子は第1の基準電圧V
th1 (0.5V)に転換し、比較器46の出力がt9 〜
t11の区間に高レベルに保持される。このt9 〜t11区
間にはFET52がオン、FET48、49、50、5
1がオフになる。この結果、コンデンサ43の電荷は定
電流源回路53を介して放出され、コンデンサ43の電
圧Vt はt9 〜t11区間で負の傾斜を有して低下する。
【0023】軽負荷状態の時にスイッチ3のオン幅を強
制的に狭めるための比較器10の正入力端子はライン9
aを介してコンデンサ43に接続され、負入力端子は電
流検出回路6の出力ライン30に接続され、出力端子は
図2のORゲート35を介してフリップフロップ33の
リセット端子Rに接続されている。従って、図5(C)
に示すように比較器10においてライン9aの鋸波電圧
Vt とライン30の電流検出電圧Vc とが比較され、図
5(D)に示す出力が得られる。図5のt1 時点よりも
前の正常負荷時には鋸波電圧Vt が零ボルトであるの
で、比較器10の出力電圧V10 は低レベルであり、比
較器10の出力はスイッチ制御パルス形成回路7におけ
るパルス幅の制限に無関係である。図5のt2 以後に示
す軽負荷時には鋸波電圧Vt が周期的に変化し、t3 以
前、t8 〜t10、及びt12以後においては、鋸波電圧V
t が電流検出電圧Vc よりも高いので、比較器10の出
力電圧V10は高レベルに保たれる。比較器10の出力電
圧V10が高レベルの時には、フリップフロップ33のリ
セット端子Rにリセット信号が継続的に入力した状態と
なり、パルス発生器31の出力パルスにフリップフロッ
プ33が応答しなくなり、フリップフロップ33はリセ
ット状態を保持し、この位相反転出力端子Q は図4
(E)のt7 〜t9 区間に示すように高レベルに保た
れ、NORゲート34の出力は図4(F)に示すように
低レベルに保たれ、スイッチ3はオフに保たれる。図5
のt3 時点で鋸波電圧Vtが電流検出電圧Vcを横切
り、比較器10の出力電圧V10が低レベルになると、図
2のフリップフロップ33がパルス発生器31の出力パ
ルスに応答可能となり、図4(E)に示すようにt9 時
点でフリップフロップ33はセット状態となり、この反
転出力端子Qは低レベルになる。この結果、NOR
ゲート34の出力が図4(F)に示すようにt10で高レ
ベルになってスイッチ3がオンになり、この電流I1 が
図4(B)に示すように流れ始める。図4のt8 以前及
び図5のt3 以前ではスイッチ3がオフに保たれている
ので、出力電圧V0 が徐々に低下し、電圧帰還信号Vf
も図4(C)に示すように低下している。このため、も
し、電流検出電圧Vc が電圧帰還信号Vf に交差するま
でスイッチ3のオンを維持すると、図4(B)に示すよ
うに電流I1 が過大になり、トランス2で磁歪音が発生
する恐れがある。そこで、本実施形態では、図5(C)
に示すように鋸波電圧Vt と電流検出電圧Vc を比較
し、電流検出電圧Vc が鋸波電圧Vt に達した時点t4
、t5 、t6 等において比較器10の出力電圧V10を
高レベルにすることによって図2のフリップフロップ3
3をリセットさせる。即ち、電流検出電圧Vc が電圧帰
還信号Vf に達する前に強制的にフリップフロップ33
をリセットし、スイッチ3をオフに転換する。鋸波電圧
Vt は負の傾斜を有して変化しているので、スイッチ3
の電流I1 のピーク値は図5(B)のt4 、t5 、t6
に示すように徐々に高くなり、スイッチ3のオン期間に
おけるソフトスタート動作が生じる。図5のt3 〜t8
のオン期間にスイッチ3のオン・オフが開始すると、平
滑用コンデンサ18が充電され、出力電圧V0 が上昇す
る。これにより、図4(C)のt14時点に示すように電
流検出電圧Vc が電圧帰還信号Vf に達すると、定電圧
制御動作が開始する。図5のt8時点で比較器10の出
力電圧V10が高レベルに転換すると、再びフリップフロ
ップ33がパルス発生器31の出力パルスに応答しなく
なり、オフ期間になる。軽負荷状態の時には図5のt3
〜t10の区間と同一の動作の繰返しが生じる。
【0024】上述から明らかなように本実施例によれば
次の効果が得られる。 (1) 鋸波電圧Vt と電流検出電圧Vc との比較によ
ってスイッチ3のオン・オフの間欠動作のオフ期間即ち
非駆動期間とオン期間即ち駆動期間とを決定すると共
に、オン期間(駆動期間)におけるスイッチ3の電流I
1 のピークを徐々に高めるためのソフトスタート制御を
実行しているので、比較的簡単な回路で上記の2つの動
作が可能になり、DC−DCコンバータのコストの低減
を図ることができる。 (2) オン期間即ち駆動期間の初期においてスイッチ
3の電流I1 が異常に高くならないので、トランス2の
磁歪音の発生を防ぐことができる。 (3) 軽負荷時にスイッチ3のオン・オフが間欠的に
生じるので、単位時間当りのスイッチング回数が少なく
なり、効率の向上を図ることができる。 (4) モード切換制御回路11に負荷状態検出回路6
2を設けたので、スタンバイモード等の軽負荷状態を容
易に検出し、自動的に間欠的動作に切換えることができ
る。これにより、軽負荷時の効率向上を自動的に達成す
ることができる。 (5) 電流検出回路6を、オン終了時点決定回路32
の比較器37と、オン幅制限用比較器10と、過電流保
護用比較器41とで共用しているので、DC−DCコン
バータの小型化及び低コスト化を図ることができる。な
お、この実施形態では、トランス2の1次巻線14と電
源1とホトトランジスタ38とスイッチ3と抵抗16と
を除いてトランス2の1次側回路が集積回路で形成され
ている。集積回路において抵抗は比較的大きな面積を必
要とするが、電流検出回路6の抵抗28、29を3つの
比較器10、37、41で共用することによって集積回
路の半導体チップ面積を大幅に低減できる。 (6) 鋸波発生回路9はトランス2の1次側に設けら
れ、スイッチ制御パルス形成回路7と同一の集積回路に
形成されているので、部品点数の低減が達成される。 (7) 鋸波発生回路9においてコンデンサ43の充電
及び放電を第1及び第2の定電流回路53、54とFE
T48、49、50、51、52とで制御しているの
で、電流検出電圧Vc と比較するための鋸波電圧Vt を
正確に発生することができ、ソフトスタート効果を安定
的に得ることができる。
【0025】
【第2の実施形態】次に、図6〜図8を参照して第2の
実施形態のDC−DCコンバータを説明する。但し、図
6〜図8及び後述する図9〜図18において、図1〜図
5と実質的に同一の部分には同一の符号を付してその説
明を省略する。また、第2の実施形態及び後述する別の
実施形態の説明においても必要に応じて図1〜図5も参
照する。
【0026】図6のDC−DCコンバータは、図1のD
C−DCコンバータに論理積回路即ちANDゲート71
を追加し、この他は図1と同一に形成したものである。
図7から明らかなように、ANDゲート71の一方の入
力端子はオン時間制限用比較器10に接続され、他方の
入力端子は鋸波発生回路9の比較器46に接続されてい
る。ANDゲート71の出力端子は、図2のフリップフ
ロップ33のリセット端子RにORゲート35を介して
接続される。
【0027】鋸波発生回路9の比較器46の出力電圧V
46は図8(E)に示すように変化し、鋸波電圧Vt の正
の傾斜区間t7 〜t9 に低レベル出力になる。この結
果、ANDゲート71の出力電圧V71は図8(F)に示
すように変化する。図8(F)の波形は図8(D)の波
形のt7 〜t9 区間及びt11〜t13区間を低レベルにし
たものに相当する。従って、図8のオン期間即ち駆動期
間はt3 〜t9 及びt10〜t13であり、図5に比べてt
8 〜t9 、t12〜t13だけ長くなっている。また、図8
ではt7 〜t8 区間及びt11〜t12区間で発生する比較
器10の出力電圧V10の高レベルパルスが削除されてい
る。第2の実施形態のDC−DCコンバータは、オン期
間の終り近くの動作が変更された他は第1の実施形態と
同一である。
【0028】第2の実施形態のDC−DCコンバータに
よれば、第1の実施形態と同一の効果を得ることがで
き、更に、間欠動作におけるオン期間の後半における動
作を安定化させることができる。即ち、第1の実施形態
の図5では、t7〜t9においてコンデンサ43の充電が
開始されるが、比較器10の出力によるコンデンサ43
の充電途中で比較器10の出力によってスイッチ3のオ
ン幅が狭められる可能性がある。もし、このようにスイ
ッチ3のオン幅が狭められると、出力端子19a、19
b間の出力電圧V0が低下し、モ−ド切換制御回路11
が誤って正常負荷状態を示す出力を発生し、コンデンサ
43が短絡され、間欠動作を継続することができなくな
るおそれがある。これに対し、図6〜図8の第2の実施
形態では、t7〜t9区間においてはANDゲ−ト71が
設けられ、ここにコンパレ−タ46の出力V46が入力し
ているので、t7〜t9において鋸波発生回路9によるス
イッチ3のオンの制限が発生せず、スイッチ3はオン・
オフ動作を維持する。この結果、間欠動作による出力電
圧V0の低下を抑えて間欠動作を安定的に継続すること
ができる。
【0029】
【第3の実施形態】次に、図9〜図12を参照して第3
の実施形態のDC−DCコンバータを説明する。図9に
示す第3の実施形態のDC−DCコンバータは、変形さ
れた電流検出回路6aと変形されたスイッチ制御パルス
形成回路7´と変形された鋸波発生回路9´とを設け、
比較器41、10の正入力端子と負入力端子とを図1と
逆にし、NOT回路71a、ANDゲ−ト71b、OR
ゲート72を設け、この他は図1と同一に形成したもの
である。
【0030】図9の電流検出回路6aはスイッチ3に直
列に接続された電流検出抵抗16のみから成る。電流検
出抵抗16はスイッチ3と第2の電源端子1bとの間に
接続され、第2の電源端子1bがグランドに接続されて
いる。電流検出抵抗16のスイッチ側端子に接続された
電流検出ライン30は、オン幅制限用比較器10の正入
力端子及び過電流防止用比較器41の正入力端子に接続
されている。比較器10の負の入力端子は鋸波発生回路
9の出力ラインに接続されている。比較器41の負の入
力端子は基準電圧源42に接続されている。ORゲート
72の一方の入力端子はANDゲ−ト71bを介して比
較器10に接続され、他方の入力端子は図11に示すよ
うに鋸波発生回路9の比較器46に接続されている。O
Rゲート72の出力ライン72aは図10に示すリセッ
ト優先構成のフリップフロップ33のリセット端子Rに
ORゲート35を介して接続されている。ANDゲ−ト
71bの一方の入力端子は比較器10に接続され、他方
の入力端子はNOT回路71aを介してモ−ド切換制御
回路11の出力端子に接続されている。
【0031】図9及び図10において変形されたスイッ
チ制御パルス形成回路7′は、比較器37の入力端子の
極性を図2と逆にし、且つホトトランジスタ38と抵抗
39の位置を図2と逆にし、この他は図1及び図2と同
一に形成したものである。
【0032】変形された鋸波発生回路9′は、図12
(C)に示すように鋸波電圧Vt の正傾斜区間t3 〜t
9 と負傾斜区間t9 〜t10とに対応するオフ期間とオン
期間との比率を適切に設定するように回路定数が変えら
れている点を除いて図3の鋸波発生回路9と同一であ
る。なお、図12では正傾斜区間と負傾斜区間とがほぼ
等しく設定されているので、鋸波電圧Vtを三角波電圧
と呼ぶこともできる。
【0033】図12は図9のV0 、I1 、Vc 、Vt 、
V10、V46、V72の状態を図5及び図8と同様に示すも
のである。第3の実施形態では電流検出抵抗16の電圧
にバイアス電圧が付加されないので、図12(C)から
明らかなように電流検出電圧Vc は図12(B)の電流
I1 の波形と同様な形状を有する。鋸波電圧Vt は正傾
斜電圧区間t3 〜t9 がオン期間となり、負傾斜電圧区
間t9 〜t10がオフ期間となるように形成されている。
オン期間t3 〜t9 、オフ期間t9 〜t10の情報は、図
11に示す比較器46の出力電圧V46から得ている。こ
の電圧V46は図12(E)に示すように鋸波電圧Vt の
正傾斜及び負傾斜に対応して低レベル及び高レベルにな
る。比較器10は図12(C)に示すように鋸波電圧V
t の正傾斜電圧と電流検出電圧Vc とを比較して図12
(D)の出力を発生する。図12(D)のt4 、t5 、
t6 で発生するパルスは、図5及び図8でt4 、t5 、
t6 で発生するパルスと等価である。比較器10の出力
は図12(D)から明らかなようにt2 よりも後の間欠
動作中におけるオフ期間t2 〜t3 、t9 〜t10等で低
レベルであり、フリップフロップ33をリセット状態に
保つ機能を有さない。そこで、図12(D)の比較器1
0の出力電圧V10と図12(E)の比較器46の出力電
圧V46とがORゲート72で加算されて図12(F)に
示す電圧V72が作成され、フリップフロップ33に与え
られている。また、正常負荷状態における比較器10の
出力の伝送が、ANDゲ−ト71bによって阻止されて
いる。即ち、正常負荷状態が検出されている時には比較
器63の出力が高レベルであるからNOT回路71aの
出力が逆に低レベルになり、ANDゲ−ト71bの出力
は低レベルに保持され、比較器10の出力の伝送が阻止
される。図12(F)の波形は、図8(F)の波形と等
価である。
【0034】上述から明らかなように、電流検出回路6
aにバイアス回路を含まない第3の実施形態のDC−D
Cコンバータによっても第1及び第2の実施形態と同一
の効果を得ることができる。
【0035】
【第4の実施形態】第4の実施形態のDC−DCコンバ
ータは図1のDC−DCコンバータのスイッチ制御パル
ス形成回路7を図13のスイッチ制御パルス形成回路7
aに変形し、この他は図1と同一に形成したものであ
る。図13の第4の実施形態に従うスイッチ制御パルス
形成回路7aは、図2に示す第1の実施形態のオン終了
時点決定回路32を変形したオン終了時点決定回路32
a及び電圧検出回路5aを設け、この他は図2と同一に
形成したものである。図13のオン終了時点決定回路3
2aは、電流検出回路6の出力に基づいてスイッチ3の
オン終了時点を決定せずに、電圧検出回路5の出力に基
づいてオン終了時点を決定している。
【0036】このオン終了時点決定回路32aは、電源
端子73とグランドとの間に接続されたホトトランジス
タ38とコンデンサ74との直列回路を有する。ホトト
ランジスタ38は発光ダイオード25に光結合されてい
る。従って、コンデンサ74は出力電圧V0 に比例した
速度で充電される。コンデンサ74を放電させるために
トランジスタから成る放電用スイッチ75がコンデンサ
74に並列接続されている。放電用スイッチ75の制御
端子はNOT回路76を介してNORゲート34に接続
されているので、スイッチ3のオフ期間にオンになり、
コンデンサ14の充電を禁止する。比較器37の正入力
端子はコンデンサ74に接続され、負入力端子は基準電
圧源38に接続されている。従って、図14(A)に示
すようにコンデンサ74の鋸波電圧V74が基準電圧源7
7の電圧Vr1に達すると、比較器37から図74
(B)に示すパルスが発生し、フリップフロップ33が
リセットされ、スイッチ3のオン期間が終了する。コン
デンサ74の充電速度は出力電圧V0 に比例するので、
出力電圧V0 の変化によって基準電圧Vr1までに達す
る時間長が図14で破線で示すように変化し、スイッチ
3のオン時間幅が変化する。
【0037】第4の実施形態はスイッチ3のオン終了時
点の決定方法以外は第1の実施形態と同一であるので、
第1の実施形態と同一の効果を得ることができる。な
お、図13第4の実施形態の回路形式を第2及び第3の
実施形態及び後述する第5〜第8の実施形態にも適用す
ることができる。
【0038】
【第5の実施形態】第5の実施形態のDC−DCコンバ
ータは、図1のスイッチ制御パルス形成回路7を図15
のスイッチ制御パルス形成回路7bに変形し、この他は
図1と同一に形成したものである。図15のスイッチ制
御パルス形成回路7bは、図2と同一の電圧帰還信号形
成回路36とPWMパルス形成用比較器78と鋸波発生
器79と間欠動作時のオン制限回路80とから成る。鋸
波発生器79は、図2のパルス発生器31と同一の周波
数で鋸波電圧又は三角波電圧を発生する。比較器78は
電圧帰還信号形成回路36の出力電圧Vf と鋸波発生器
79の鋸波とを比較して周知のPWMパルスを形成す
る。オン制限回路80は、スイッチ制御パルス制限用ス
イッチ81と、フリップフロップ82とORゲート83
とから成る。モード検出回路62は、図3のモード検出
回路62と同一に構成されており、正常負荷時に高レベ
ル出力、軽負荷時に低レベル出力を発生する。モード検
出回路62はORゲート83を介してスイッチ81の制
御端子に接続されているので、正常負荷時にはスイッチ
81がオンに保たれ、比較器78の出力パルスはスイッ
チ81及び駆動回路8を介して図1のスイッチ3に送ら
れる。フリップフロップ82のセット端子Sは、図1の
オン制限用比較器10の出力ライン10aに接続され、
リセット端子RはPWM用比較器78に接続され、反転
出力端子QはORゲート83を介してスイッチ81
の制御端子に接続されている。軽負荷時に、図5(D)
に示す信号V10がフリップフロップ82のセット端子S
に入力すると、信号V10の高レベル期間にフリップフロ
ップ82がセット状態となり、反転出力端子Qは低
レベルになり、オン制限スイッチ81がオフになり、P
WM制御パルスの伝送が遮断される。フリップフロップ
82は比較器78から発生する次のPWMパルスでリセ
ットされ、次のセット信号を待機する。
【0039】図15の実施形態によっても、図5と同様
にパルス幅の制限が生じるので、第1の実施形態と同一
の効果を得ることができる。なお、図15の実施形態を
前述した第2〜第4の実施形態、及び後述する第6〜第
8の実施形態にも適用することができる。
【0040】
【第6の実施形態】第6の実施形態は図1のモード切換
制御回路11を図16に示すモード切換制御回路11a
に変形し、この他は図1と同一に形成したものである。
【0041】図16のモード切換制御回路11aは、図
3のスイッチ61と同一の機能を有するホトトランジス
タ61aと、発光ダイオード84と、スイッチ85と、
電源端子86と、軽負荷モード指令発生回路87とから
成る。発光ダイオード84はスイッチ85と抵抗88と
を介して電源端子86とグランドとの間に接続されてい
る。軽負荷モード指令発生回路87は軽負荷モード時に
スイッチ85をオフに制御し、正常負荷時にオンに制御
する。これにより、図16の回路によっても図3の回路
と同様にコンデンサ43を充放電して鋸波電圧Vt を形
成することができる。従って、第6の実施形態によって
も第1の実施形態と同一の効果を得ることができる。な
お、図16のモード切換制御回路11aを第2〜第5の
実施形態及び後述する第7及び第8の実施形態のDC−
DCコンバータにも適用可能である。
【0042】
【第7の実施形態】図17に示す第7の実施形態のDC
−DCコンバータは、図1のDC−DCコンバータのト
ランス2をリアクトル2aとし、且つ図1の2次巻線1
5に相当するものを省き、整流平滑回路4をスイッチ3
と電流検出抵抗16とに対して並列に接続し、この他は
図1と同一に構成したものである。このDC−DCコン
バータにおいては、スイッチ3のオン期間にリアクトル
としての巻線14に蓄積されたエネルギはスイッチ3の
オフ期間に負荷20に供給される。図17のDC−DC
コンバータにおいて、スイッチ3のオン期間には整流ダ
イオード17が逆バイアス状態となってリアクトル2a
に対するエネルギの蓄積動作が生じ、スイッチ3のオフ
期間には整流ダイオード17が順バイアス状態となって
リアクトル2aの蓄積エネルギの放出動作が生じる。こ
れにより、コンデンサ18は、電源1の電圧と巻線14
の電圧との加算値で充電される。要するに、図17のD
C−DCコンバータは昇圧タイプのスイッチングレギュ
レータとして動作する。図17のDC−DCコンバータ
の制御回路は第1の実施形態と同一であるので、第1の実
施形態と同一の効果を得ることができる。なお、図17
の第7の実施形態のリアクトル2aの形式を第2、第
3、第4、第5及び第6の実施形態にも適用することが
できる。
【0043】
【第8の実施形態】第8の実施形態は、負荷の接続形式
及び制御用電源回路を変形し、この他は図1の第1の実
施形態と同一に構成したものである。図18のトランス
2bは、1次巻線14及び2次巻線15の他に3次巻線
90及び4次巻線91を有する。1次、2次、3次及び
4次巻線14、15、90、91は相互に電磁結合され
ている。3次巻線90に接続された第2の整流平滑回路
92は、ダイオード93とコンデンサ94とから成る。
第2の整流平滑回路92の出力端子95a、95b間に
は第1の負荷20よりも大幅に小さい第2の負荷96が
接続されている。この実施形態では正常負荷時には第1
及び第2の負荷20、96がオン状態となり、スタンバ
イモード等の軽負荷時には第1の負荷20がオフ状態、
第2の負荷96がオン状態になる。
【0044】図18の制御回路97は、図1のスイッチ
制御パルス形成回路7、駆動回路8、鋸波発生回路9、
比較器10、モード切換制御回路26をまとめて示すも
のである。この制御回路97に電力を供給するために4
次巻線91にダイオード98とコンデンサ99とから成
る第3の整流平滑回路100が接続されている。制御回
路97の電源端子101には第4の整流平滑回路100
が接続され且つ起動抵抗102を介して電源1が接続さ
れている。制御回路97の内部構成は図1と同様に形成
されているので、第8の実施形態によっても第1の実施
形態と同様な効果を得ることができる。なお、第2〜第
6の実施形態においても図18の第8の実施形態の負荷
形式及び制御電源形式を採用することができる。
【0045】
【変形例】本発明は上述の実施形態に限定されるもので
なく、例えば次の変形が可能なものである。 (1) 鋸波発生回路9、9′を三角波又は正弦波又は
台形波等の繰返しから成る電圧波形を発生する波形発生
回路とすることができる。 (2) パルス発生器31の出力周波数を負荷20の大
きさ又は電源1の電圧値に応じて変化させることができ
る。 (3) スイッチ3がオンの期間に整流平滑回路4のダ
イオード17がオンになるように2次巻線15の極性を
設定した周知のフォワード型DC−DCコンバータにも
本発明を適用することができる。 (4) 出力電圧V0 を整流平滑回路4から直接に検出
する代りに、例えば図18の4次巻線91に接続された
第3の整流平滑回路100から検出することができる。
第3の整流平滑回路100の出力電圧は出力電圧の情報
を含んでいる。 (5) スイッチ3、FET48〜52、58をバイポ
ーラトランジスタ、IGBT、センス(sense)MOS
FET等の別の半導体スイッチにすることができる。 (6) 発光ダイオード25とホトトランジスタ38と
の光結合の部分を電気的結合回路とすることができる。 (7) スイッチ3のオン及びオフ時のスイッチング損
失を低減するための周知の共振回路を付加することがで
きる。 (8) 電流検出回路6、6aの代りにホール素子等の
磁電変換装置による電流検出手段を設けることができ
る。 (9) 常に軽負荷状態の時にはモード切換制御回路1
1を省き、常に間欠動作させることができる。 (10) 各実施形態において電源27,40,44を
独立に設けずに共通電源とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に従うDC−DCコン
バータを示す回路図である。
【図2】図1の電流検出回路及び制御パルス形成回路を
詳しく示すブロック図である。
【図3】図1の鋸波発生回路、モード切換制御回路及び
比較器10を詳しく示す回路図である。
【図4】図1、図2及び図3の各部の状態を示す波形図
である。
【図5】図1及び図3の各部の状態を示す波形図であ
る。
【図6】第2の実施形態のDC−DCコンバータを示す
回路図である。
【図7】図6の鋸波発生回路、比較器10、モード切換
制御回路及びANDゲートを示す回路図である。
【図8】図6及び図7の各部の状態を示す波形図であ
る。
【図9】第3の実施形態のDC−DCコンバータを示す
回路図である。
【図10】図9の電流検出回路及び制御パルス形成回路
を示す回路図である。
【図11】図9の鋸波発生回路、比較器10、モード切
換制御回路及びORゲートを示す回路図である。
【図12】図9、図10及び図11の各部の状態を示す
波形図である。
【図13】第4の実施形態のDC−DCコンバータの制
御パルス形成回路及び電圧検出回路を示す回路図であ
る。
【図14】図13の比較器37の入力及び出力を示す波
形図である。
【図15】第5の実施形態のDC−DCコンバータの制
御パルス形成回路とモード検出回路とを示す回路図であ
る。
【図16】第6の実施形態のモード切換制御回路と鋸波
発生用コンデンサを示す回路図である。
【図17】第7の実施形態のDC−DCコンバータを示
す回路図である。
【図18】第8の実施形態のDC−DCコンバータを示
す回路図である。
【符号の説明】
1 電源 2 トランス 3 スイッチ 4 整流平滑回路 5 電圧検出回路 6 電流検出回路 7 制御パルス形成回路 9 鋸波発生回路 10 比較器 11 モード切換制御回路

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 負荷に直流電力を供給するためのDC−
    DCコンバータであって、 直流電圧を供給するための第1及び第2の電源端子と、 前記直流電圧を繰返してオン・オフするために前記第1
    の電源端子と前記第2の電源端子との間に接続され、且
    つ制御端子を有しているスイッチと、 前記スイッチに対して直列に接続されたインダクタンス
    手段と、 前記インダクタンス手段に接続された整流平滑回路と、 前記整流平滑回路の出力電圧を示す信号を直接又は間接
    に検出する出力電圧検出手段と、 前記スイッチに流れる電流を検出する電流検出手段と、 第1の傾斜を有する電圧と前記第1の傾斜と逆の第2の
    傾斜を有する電圧とを含む電圧波形を、前記スイッチの
    オン・オフ繰返し周期の複数倍の時間よりも長い所定周
    期で繰返して発生するものであり、前記電圧波形が、前
    記電流検出手段から得られた電流検出電圧を横切るよう
    に設定されている波形発生回路と、 前記スイッチのオン時間を制限するためのものであっ
    て、前記電流検出手段から得られた電流検出電圧と前記
    波形発生回路から得られた前記電圧波形とを比較し、前
    記電圧波形が前記電流検出電圧の一方の側の値を有して
    いる時に第1のレベルの電圧を出力し、前記電圧波形が
    前記電流検出電圧の他方の側の値を有している時に第2
    のレベルの電圧を出力するスイッチオン時間制限用比較
    器と、 前記スイッチをオン・オフ制御するための制御パルスを
    形成して前記制御端子に供給するものであって、前記出
    力電圧検出手段の出力に応答して前記出力電圧を一定に
    制御するように前記制御パルスの幅を制御し、且つ前記
    比較器の出力に応答して前記比較器の出力が前記第1の
    レベルの出力を発生している時に前記制御パルスの発生
    を禁止又は前記制御パルスの前記スイッチへの供給を禁
    止する制御パルス形成回路とを備えたDC−DCコンバ
    ータ。
  2. 【請求項2】 前記第1の電源端子が正極端子、前記第
    2の電源端子が負極端子であり、 前記電流検出手段は、 前記スイッチと前記第2の電源端子との間に接続された
    前記電流検出抵抗と、 前記電流検出抵抗のスイッチ側の端子をグランドに接続
    する手段と、 前記電流検出抵抗に対してバイアス用直流電源を介して
    並列に接続された第1及び第2の分圧用抵抗の直列回路
    とを有し、前記第1及び第2の分圧用抵抗の相互接続点
    とグランドとの間の電圧を電流検出電圧として出力する
    ものであることを特徴とする請求項1記載のDC−DC
    コンバータ。
  3. 【請求項3】 更に、前記電圧波形が前記電流検出電圧
    よりも低い側から高い側に向って横切る正の傾斜を有し
    ている区間を示す信号を前記波形発生回路に基づいて得
    る正傾斜区間信号取得手段と、 前記正傾斜を有している区間における前記制御パルスの
    発生及び供給を許可する手段とを有していることを特徴
    とする請求項1又は2記載のDC−DCコンバータ。
  4. 【請求項4】 前記波形発生回路は、 鋸波又は三角波発生用コンデンサと、 前記コンデンサの充放電回路と、 第1の基準値(Vth1 )と第2の基準値(Vth2 )とを
    選択的にとることができる可変基準電圧回路と、 前記コンデンサの電圧と前記可変基準電圧回路の前記第
    1及び第2の基準電圧とを比較するコンデンサ充放電制
    御用比較器とを備え、前記コンデンサの電圧が前記第1
    の基準値(Vth1 )よりも高い値から前記第1の基準値
    (Vth1 )に達した時に前記可変基準電圧回路の出力を
    前記第1の基準値(Vth1 )から第2の基準値(Vth2
    )に切換え、前記コンデンサの電圧が前記第2の基準
    値(Vth2 )よりも低い値から前記第2の基準値(Vth
    2)に達した時に前記可変基準電圧回路の出力を前記第
    2の基準値(Vth2 )から前記第1の基準値(Vth1 )
    に切換えるように前記コンデンサ充放電制御用比較器の
    出力端子が前記可変基準電圧回路に接続され、 前記コンデンサ充放電制御用比較器の出力が低レベルの
    時に前記コンデンサを充電し、前記コンデンサ充放電用
    比較器の出力が高レベルの時に前記コンデンサを放電さ
    せるように前記コンデンサ充放電用比較器の出力端子が
    前記コンデンサ充放電回路に接続されている請求項2又
    は3記載のDC−DCコンバータ。
  5. 【請求項5】 前記正傾斜区間信号取得手段は、前記コ
    ンデンサ充放電用比較器の出力を抽出する出力抽出回路
    であることを特徴とする請求項4記載のDC−DCコン
    バータ。
  6. 【請求項6】 前記許可する手段は、前記スイッチオン
    時間制限用比較器と前記コンデンサ充放電用比較器の前
    記出力抽出回路とに接続されたAND回路であることを
    特徴とする請求項4又は5記載のDC−DCコンバー
    タ。
  7. 【請求項7】 負荷に直流電力を供給するためのDC−
    DCコンバータであって、 直流電圧を供給するための第1及び第2の電源端子と、 前記直流電圧を繰返して他オン・オフするために前記第
    1の電源端子と前記第2の電源端子との間に接続され、
    且つ制御端子を有しているスイッチと、 前記スイッチに対して直列に接続されたインダクタンス
    手段と、 前記インダクタンス手段に接続された整流平滑回路と、 前記整流平滑回路の出力電圧を示す信号を直接又は間接
    に検出する出力電圧検出手段と、 前記スイッチに流れる電流を検出する電流検出手段と、 第1の傾斜を有する電圧と前記第1の傾斜と逆の第2の
    傾斜を有する電圧とを含む電圧波形を、前記スイッチの
    オン・オフ繰返し周期の複数倍の時間よりも長い所定周
    期で繰返して発生するものであり、前記スイッチのオン
    ・オフ動作期間における前記スイッチの複数回のオン期
    間に対応して前記電流検出手段から得られる複数の突出
    波形の一部のピークが前記第1の傾斜を有する電圧に到
    達することができるように前記電圧波形のレベルが設定
    されている波形発生回路と、 前記波形発生回路と前記電流検出手段とに接続され、前
    記電流検出手段から得られた電流検出電圧と前記波形発
    生回路から得られた電圧波形とを比較し、前記スイッチ
    のオン時間幅を制限するためのパルスを発生するオン期
    間制限用比較器と、 前記波形発生回路が前記第1の傾斜電圧を発生している
    時に第1のレベルの電圧となり、前記波形発生回路が第
    2の傾斜電圧を発生している時に第2の電圧レベルにな
    る2値信号を波形発生回路に基づいて得る2値信号取得
    手段と、 前記スイッチをオン・オフ制御するためのスイッチ制御
    パルスを形成して前記制御端子に供給するものであっ
    て、前記出力電圧検出手段の出力に応答して前記出力電
    圧を一定に制御するように前記スイッチ制御パルスの幅
    を制御し、且つ前記2値信号取得手段から前記第1のレ
    ベルの電圧が発生している時に前記スイッチ制御パルス
    の発生又は供給を禁止し且つ前記比較器から前記オン時
    間幅を制限するためのパルスが発生した時に前記スイッ
    チ制御パルスの発生又は供給を禁止するスイッチ制御パ
    ルス形成回路とを備えていることを特徴とするDC−D
    Cコンバータ。
  8. 【請求項8】 前記波形発生回路は、 鋸波又は三角波発生用コンデンサと、 前記コンデンサの充放電回路と、 第1の基準値(Vth1 )と第2の基準値(Vth2 )とを
    選択的にとることができる可変基準電圧回路と、 前記コンデンサの電圧と前記可変基準電圧回路の前記第
    1及び第2の基準電圧とを比較するコンデンサ充放電制
    御用比較器とを備え、前記コンデンサの電圧が前記第1
    の基準値(Vth1 )よりも高い値から前記第1の基準値
    (Vth1 )に達した時に前記可変基準電圧回路の出力を
    前記第1の基準値(Vth1 )から第2の基準値(Vth2
    )に切換え、前記コンデンサの電圧が前記第2の基準
    値(Vth2 )よりも低い値から前記第2の基準値(Vth
    2)に達した時に前記可変基準電圧回路の出力を前記第
    2の基準値(Vth2 )から前記第1の基準値(Vth1 )
    に切換えるように前記コンデンサ充放電制御用比較器の
    出力端子が前記可変基準電圧回路に接続され、 前記コンデンサ充放電制御用比較器の出力が低レベルの
    時に前記コンデンサを充電し、前記コンデンサ充放電用
    比較器の出力が高レベルの時に前記コンデンサを放電さ
    せるように前記コンデンサ充放電用比較器の出力端子が
    前記コンデンサ充放電回路に接続されている請求項7記
    載のDC−DCコンバータ。
  9. 【請求項9】 前記2値信号取得手段は、前記コンデン
    サ充放電用比較器の出力を抽出する出力抽出回路である
    ことを特徴とする請求項8記載のDC−DCコンバー
    タ。
  10. 【請求項10】 前記スイッチ制御パルス形成回路は、 前記スイッチのオン・オフ周期を決定するためのトリガ
    用パルスを一定又は可変周期で繰返して発生するパルス
    発生器と、 前記出力電圧検出回路の出力に応答して電圧帰還制御信
    号を形成する電圧帰還制御信号形成手段と、 前記電圧帰還制御信号形成手段と前記電流検出手段とに
    接続され、前記電流検出電圧が前記電圧帰還制御信号に
    一致した時に出力状態が反転するオン幅決定用比較器
    と、 前記パルス発生器に接続された第1の入力端子と前記オ
    ン幅決定用比較器に接続された第2の入力端子と出力端
    子とを有し、前記トリガ用パルスに応答して前記出力端
    子が第1の状態から第2の状態に転換し、前記オン幅決
    定用比較器の前記一致を示す出力に応答して前記出力端
    子が前記第2の状態から前記第1の状態に転換するフリ
    ップフロップと、 前記パルス発生器と前記フリップフロップとに接続さ
    れ、前記パルス発生器から前記トリガ用パルスが発生し
    ていない期間であると同時に前記フリップフロップの出
    力端子が第2の状態にある時に前記スイッチをオンに制
    御するための制御パルスを出力する論理回路と、 前記スイッチオン時間制限用比較器の出力によって前記
    フリップフロップをリセットする手段とを有しているこ
    とを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載のDC
    −DCコンバータ。
  11. 【請求項11】 更に、通常負荷を示す信号と前記通常
    負荷よりも軽い軽負荷を示す信号とを選択的に発生する
    モード切換制御信号発生回路と、 前記モード切換制御信号発生回路の出力が軽負荷を示し
    ている時にのみ前記波形発生回路から電圧波形を発生さ
    せる制御手段とを有していることを特徴とする請求項1
    乃至10のいずれかに記載のDC−DCコンバータ。
  12. 【請求項12】 前記インダクタンス手段はトランスで
    あり、 前記トランスは1次巻線と2次巻線とを有し、 前記スイッチは前記1次巻線に直列に接続され、 前記整流平滑回路は前記2次巻線に接続されていること
    を特徴とする請求項1乃至11のいずれかに記載のDC
    −DCコンバータ。
  13. 【請求項13】 前記インダクタンス手段はトランスで
    あり、 前記トランスは1次、2次及び3次巻線を有し、 前記スイッチは前記1次巻線に直列に接続され、 前記整流平滑回路は第1の負荷に電力を供給するための
    第1の整流平滑回路と前記第1の負荷よりも軽い第2の
    負荷に電力を供給するための第2の整流平滑回路とから
    成り、 前記第1の整流平滑回路は前記2次巻線に接続され、前
    記第2の整流平滑回路は前記3次巻線に接続され、 第1の負荷はオン・オフされるものであり、 前記出力電圧検出回路は前記第1の整流平滑回路に接続
    されていることを特徴とする請求項1乃至12のいずれ
    かに記載のDC−DCコンバータ。
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