JP2002315330A - スイッチング電源 - Google Patents
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Abstract
ることができ、発振が安定したスイッチング電源を提供
することにある。 【解決手段】 トランス13の2次側に電圧を発生させ
るスイッチング素子Q1のオフ時間を決定するコンデン
サC9の電圧と、過電流保護端子OCPに加わる電圧に
基づいて、ボトム判定回路55がボトムかどうかを判定
し、ボトムでないと判定された場合に、コンデンサC9
に加える充電電圧を高電位側に切り替える。
Description
に関し、特に、軽負荷時にもOFF時間をのばすことで
安定な出力電圧を得ることができる制御回路を有するス
イッチング電源に関する。
グ電源11の概略構成図である。
には電源用コンデンサC1が接続され、電源入力端子V
in+は、トランス13の1次巻線L1の一端に接続さ
れている。また、このトランス13には、1次巻線L1
に対して電磁結合された2次巻線L2、3次巻線L3が
設けられている。
イッチング素子Q1のドレイン端子に接続されており、
このスイッチング素子Q1のドレイン端子とソース端子
には、共振用コンデンサCpが並列接続され、さらに、
ソース端子は制御部17のグランド端子に接続されてい
る。
流用ダイオードD1のアノード端子に接続され、整流用
ダイオードD1のカソード端子を介して平滑用コンデン
サC3、フォトカプラPCaのアノード端子、エラーア
ンプ15、出力端子Voutに接続されている。一方、
2次巻線L2の他端は、グランド端子(GND)に接続
されている。
からなり、出力端子Voutの出力電圧をエラーアンプ
15で検出して出力電圧レベルに応じたフィードバック
信号をフォトカプラPCbへ送る。このフォトカプラP
Cbは、フォトトランジスタからなり、制御部17のフ
ィードバック端子FBとグランド端子の間に接続されて
おり、フィードバック信号は制御部17のトランジスタ
Q7のコレクタ端子に入力される。
述したダイオードD3のアノード端子に接続され、さら
に、抵抗R5からダイオードD5を介して過電流保護端
子OCP接続されている。また、トランス13の3次巻
線L3の他端は、制御部17のグランド端子に接続され
ている。
Pとグランド端子との間には、コンデンサC7が接続さ
れている。
は、抵抗R5、ダイオードD5を介して過電流保護端子
OCPに接続されているコンデンサC7に接続され、ス
イッチング素子Q1がオフ時に3次巻線L3に発生した
電圧によりコンデンサC7を充電し、過電流保護端子O
CPの電位を上昇させる。また、スイッチング素子Q1
がオフ時に3次巻線L3に発生した電圧をダイオードD
3で整流しコンデンサC5に充電することで、制御部1
7の補助電源として定電圧化回路19に供給される。
明する。
5に蓄積された電圧を供給されると、安定化した内部基
準電圧を出力する。
と抵抗R11による時定数で決定される時間(以下、内
部オフ時間という)Toffを発生する回路であり、内
部オフ時間Toffが終了してコンデンサC9の電位V
2が基準電位V1より低くなるとコンパレータCMP1
からハイレベルのオン時間Tonが開始され駆動回路2
5に出力される。駆動回路25は、その入力電位となる
ハイ電位またはグランド電位のオンオフ信号に応じた信
号を抵抗R19を介してスイッチング素子Q1のゲート
端子に出力する。
7,Q9からなり、一方のトランジスタQ7のコレクタ
端子からフォトカプラPCbのコレクタ端子に向かって
電流が流れた場合に、他方のトランジスタQ9のコレク
タ端子からコンデンサC11に一定比率の電流が流れ
る。
OCPの電位が低下し、この電位がオフ制御電位V3
(例えば、−0.73V)に達すると、オン信号をスイ
ッチング素子Q5のベース端子に出力する。この結果、
スイッチング素子Q5がオンして駆動回路25の入力側
がグランド電位になり、駆動回路25を介してスイッチ
ング素子Q1がオフされる。
OCPの電位が上昇し、この電位がオフ制御電位V4
(例えば、0.3V)に達すると、オン信号をスイッチ
ング素子Q11のベース端子に出力する。この結果、ス
イッチング素子Q11がオンして駆動回路25の入力側
がグランド電位になり、駆動回路25を介してスイッチ
ング素子Q1がオフされる。
1が充電されて過電流保護端子OCPの電位よりも大き
くなったときにオン信号をスイッチング素子Q13のベ
ース端子に出力し、このスイッチング素子Q13がオン
して駆動回路25の入力がグランド電位になり、スイッ
チング素子Q1をオフする。
路25の入力側の信号が入力されており、オフ信号が入
力されと、インバータINVの出力は反転してハイ信号
となりスイッチング素子Q15をオンして充電されてい
るコンデンサC11を放電する。
照して、従来の擬似共振型のスイッチング電源の動作を
説明する。
子に接続されているコンデンサC9と抵抗R11による
時定数で決定される内部オフ時間の間に、コンデンサC
9の電荷が抵抗R11で放電され、V2が例えば1.2
Vまで降下すると、コンパレータCMP1はオンし、駆
動回路25を介してスイッチング素子Q1をオンする。
素子Q1がオンすると、このスイッチング素子Q1に接
続された電流検出抵抗R3での電圧降下分だけ抵抗R7
によってコンデンサC7への充電が開始され、過電流保
護端子OCPの電位が低下し、この電位がオフ制御電位
V3(例えば、−0.73V)に達すると、コンパレー
タCMP5からオン信号がスイッチング素子Q5のベー
ス端子に出力され、このスイッチング素子Q5がオンし
て駆動回路25の入力がグランド電位になり、スイッチ
ング素子Q1をオフする。
た内部オフ時間の間に、コンデンサC9から電荷が抵抗
R11で放電され、V2が例えば1.2Vまで降下する
と、コンパレータCMP1はオンし、駆動回路25を介
してスイッチング素子Q1をオンする。
が軽くなっており、出力電圧Voutが上昇すると、フ
ォトカプラPCa−PCbで接続されたフィードバック
信号によりカレントミラー回路の一方のトランジスタQ
7のコレクタ端子からフォトカプラPCbのコレクタ端
子に向かって所定値以上の電流が流れるようになり、カ
レントミラー回路の他方のトランジスタQ9のコレクタ
端子からコンデンサC11に一定比率の電流が流れてコ
ンデンサC11を早く充電するので、コンパレータCM
P7からオン信号がスイッチング素子Q13のベース端
子に出力され、このスイッチング素子Q13がオンして
駆動回路25の入力がグランド電位になり、スイッチン
グ素子Q1をオフする。この結果、軽負荷時には重負荷
時よりもオン期間Tonは短くなる。
なり、トランス13の1次巻線L1の電圧の立下りのタ
イミングが早まった場合、内部オフ時間が経過する前
に、スイッチング素子Q1がオフ時に1次巻線L1のイ
ンダクタンスLpと、スイッチング素子Q1のドレイン
−ソース間にある容量Cpとが共振して自由振動し、図
5のX1点に示すように、リンギング電圧が発生し、ス
イッチング素子Q1のVds電圧がボトム電位まで下降
する前に上昇する。同様に、過電流保護端子OCPの電
位も、図5のX2点に示すように、グランド電位まで下
降する前に上昇する。
部オフ時間が経過しても、コンパレータCMP3の動作
により強制的にオフが維持され、その後、この共振電圧
が所定値まで下降した後、スイッチング素子Q1がオン
する。
次側の出力電圧Voutが低下するので、負荷が軽いに
も拘わらず、通常のフィードバック信号を入力している
コンパレータCMP5は、負荷が重いときと同じ動作を
行う。すなわち、過電流保護端子OCPの電位が低下
し、オフ制御電位V3(例えば−0.73V)に達した
時点で、コンパレータCMP5は、駆動回路25の入力
をグランド電位に落とし、スイッチング素子Q1をオフ
する。
ため、1次巻線L1の電圧の立下りタイミングも遅くな
る。図5のタイミングTfでは、上述した内部オフ時間
の間に、コンデンサC9の電荷が抵抗R11で放電さ
れ、V2(例えば1.2V)まで降下すると、コンパレ
ータCMP1がオンし、駆動回路25を介してスイッチ
ング素子Q1をオンする。
度、2次側の出力電圧Voutは上昇し、フォトカプラ
PCa−PCbで接続されたフィードバック端子FBを
介してカレントミラー回路の一方のトランジスタQ7の
コレクタ端子からフォトカプラPCbのコレクタ端子に
向かって所定値以上の電流が流れるようになり、同時
に、カレントミラー回路の他方のトランジスタQ9のコ
レクタからコンデンサC11に電荷が充電され、コンパ
レータCMP7により、駆動回路25の入力端子にオフ
信号が入力され、スイッチング素子Q1はオフされる。
力電圧Voutが降下と上昇を繰り返して不安定になる
といった問題があった。
その目的としては、軽負荷時にも安定な出力電圧を得る
ことができ、発振が安定したスイッチング電源を提供す
ることにある。
上記課題を解決するため、直流電源からトランスに供給
される直流電流をスイッチングして、前記トランスの2
次側に電圧を発生させるスイッチング素子と、前記スイ
ッチング素子のオフ時間を決定するコンデンサとを有す
るスイッチング電源において、軽負荷でリンギング電圧
が発生し、この電圧の下側の谷部を過ぎた時に、前記コ
ンデンサの充電電圧を上昇させてオフ期間を延長するこ
とを要旨とする。
るため、直流電源からトランスに供給される直流電流を
スイッチングして、前記トランスの2次側に電圧を発生
させるスイッチング素子と、前記スイッチング素子のオ
フ時間を決定するコンデンサとを有するスイッチング電
源において、前記コンデンサの電圧と、過電流保護端子
に加わる電圧に基づいて、ボトムかどうかを判定するボ
トム判定回路と、前記ボトム判定回路によりボトムを過
ぎたと判定された場合に、前記コンデンサに加える充電
電圧を切り替える充電電圧切替回路とを有し、前記ボト
ムを過ぎた時に、前記コンデンサの充電電圧を上昇させ
オフ時間を延長することで安定にボトムONをできるこ
とを要旨とする。
るため、前記ボトム判定回路は、前記コンデンサの電圧
が第1の基準値以下になる第1の期間を検出する第1の
期間検出回路と、前記過電流保護端子に加わる電圧が第
2の基準値以下になる第2の期間を検出する第2の期間
検出回路とを有し、前記第1の期間と第2の期間に基づ
いて、ボトムONさせる期間の切替信号を生成して前記
充電電圧切替回路に出力する切替信号生成回路とを有す
ることを要旨とする。
を参照して説明する。
共振型のスイッチング電源51の概略構成を示す図であ
る。なお、本発明の一実施の形態は、図4に示す従来の
スイッチング電源11と同様の基本的構成を有してお
り、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を
省略することとする。
る軽負荷時に、リンキングの1サイクル分の動作が行わ
れ、従来のようなリンキングの1サイクルの有り無しが
交互に連続するという不安定な動作を解消するため、内
部オフ時間を設定するために用いるコンデンサC9の充
電電圧を上昇させ、内部オフ時間を長くしており、軽負
荷時の内部オフ時間を延長するために、例えば図1に示
すような回路構成を用いる。
たな内部構成を詳細に説明する。
フ時間の設定に用いるコンデンサC9の電圧が入力され
ており、コンデンサC9の電圧がV5(例えば2V)以
下、すなわち、内部オフ時間が約3μsec前のタイミ
ングでコンパレータCMP9が反転する。
電圧共振信号を監視することによって、内部オフ時間の
終了直前に疑似共振信号が立ち下がることがあったかど
うかを判定する。
の電圧がV5以下になる期間を検出するコンパレータC
MP9からの出力信号と、過電流保護端子OCPに加わ
る電圧がV4以下になる期間を検出するコンパレータC
MP3からの出力信号とが接続されており、ボトム判定
回路55では、コンパレータCMP3,CMP9からの
両信号に基づいて、ボトムかどうかを判定してボトムO
Nになる期間の切替信号を生成する。なお、ボトム判定
回路55には、コンパレータCMP9からの出力信号と
コンパレータCMP3からの出力信号とに基づいて、ボ
トムONになる期間の切替信号を生成して充電電圧切替
回路57に出力する切替信号生成回路を有することとす
る。
55によりボトムでないと判定された場合に、切替信号
によりコンデンサC9に加える充電電圧を切り替える。
ムと判定された場合、ボトム判定回路55からはハイレ
ベル信号がトランジスタQ17のベース端子に加わり、
トランジスタQ17がオンするので、Px点がグランド
に接地され、Py点(トランジスタQ19のベース電
圧)には、定電圧化回路19の出力電圧をR25とR2
3とで分圧した電圧Vpy(例えば4V)が加わり、ト
ランジスタQ19のエミッタ端子には、電圧Vpy+V
be(ベース−エミッタ間電圧)が生じ、トランジスタ
Q3のベース端子に入力される。さらに、トランジスタ
Q3のエミッタ端子には、電圧Vpy+Vbe−Vbe
(Q3のベース−エミッタ間電圧)が生じ、コンデンサ
C9が電圧Vpy(例えば4V)で充電される。
ないと判定された場合、ボトム判定回路55からはロー
レベルの切替信号がトランジスタQ17のベース端子に
加わり、トランジスタQ17がオフするので、Px点が
抵抗R21を介してグランドに接地され、Py点には、
定電圧化回路19の出力電圧をR25とR23+R21
とで分圧した電圧Vpy(例えば5V)が加わり、トラ
ンジスタQ19のエミッタ端子には、電圧Vpy+Vb
e(ベース−エミッタ間電圧)が生じ、トランジスタQ
3のベース端子に入力される。さらに、トランジスタQ
3のエミッタ端子には、電圧Vpy+Vbe−Vbe
(Q3のベース−エミッタ間電圧)が生じ、コンデンサ
C9が電圧Vpy(例えば5V)で充電される。
していれば例えば4Vで充電され、ボトムでONしてい
ないときにはこれよりΔV(例えば約1V)上昇した例
えば5Vで充電され、内部オフ時間を延長することにな
る。その結果、ボトムONする。
部構成、図3に示すタイミングチャートを参照して、ボ
トム判定回路55の基本的な動作を詳細に説明する。
MP3からの出力は、OR1、AND1,AND2に入
力されており、過電流保護端子OCPの電位が上昇し、
この電位がオフ制御電位V4(例えば、0.3V)以上
になっている期間では、図3に示すように、ハイレベル
信号がOR1、AND1,AND2に入力される。ま
た、コンパレータCMP3によって疑似共振信号の電圧
レベルが監視されており、図3のTgに示すように、疑
似共振信号がV4を超える期間でハイレベル信号が出力
される。
は、OR1、AND1,AND2に入力されており、コ
ンデンサC9の電位V2が低下し、この電位がオフ制御
電位V5(例えば、2V)以下になっている期間では、
図3に示すように、ローレベル信号がOR1、AND
1,AND2に入力される。
ット端子Sには、図3に示すようなOR1からの出力が
入力されており、リセット端子Rには、図3に示すよう
に、コンパレータCMP9からの出力が入力されている
ので、フリップフロップRSFF2の反転出力端子(Q
バー)からは、図3に示すように、内部オフ時間内で疑
似共振信号がない期間を表すハイレベル信号が得られ
る。
のセット端子Sには、図3に示すようなAND1からの
出力が入力されており、リセット端子Rには、図3に示
すようなAND2からの出力が入力されているので、フ
リップフロップRSFF1の反転出力端子(Qバー)か
らは、図3に示すように、疑似共振信号が発生している
期間と、疑似共振信号が発生した直後のスイッチング素
子Q1がオンの期間とがローレベルになる切替信号が出
力される。
るロウレベルの切替信号が充電電圧切替回路57に入力
される。充電電圧切替回路57は、この切替信号に応じ
てスイッチング素子Q17がオフし、トランジスタQ1
9のベース端子に加わる電圧がR21とR23との加算
抵抗により生成される。この結果、コンデンサC9の充
電電圧を例えば約1V(ΔV)上昇させる。
照して、電圧共振型のスイッチング電源51の動作を説
明する。
は、図1に示すボトム判定回路55では、コンパレータ
CMP3の出力がハイレベルで、コンパレータCMP9
の出力がローレベルで、かつ、フリップフロップRSF
F2の反転出力(Qバー)がハイのとき、フリップフロ
ップRSFF1に入力されているセット信号はローレベ
ルになっており、フリップフロップRSFF1に入力さ
れるリセット信号により、フリップフロップRSFF1
の反転出力(Qバー)からハイ信号が出力される。従っ
て、フリップフロップRSFF1からトランジスタQ1
7のベース端子へハイ信号が出力される。
ランジスタQ17がオン状態になってPx点がグランド
に接地され、Py点(トランジスタQ19のベース電
圧)には、定電圧化回路19の出力電圧をR25とR2
3とで分圧した電圧として例えば4Vが加わり、コンデ
ンサC9を例えば4Vで充電する。
荷時には、図1に示すボトム判定回路55では、コンパ
レータCMP3の出力がハイレベルで、コンパレータC
MP9の出力がローレベルで、かつ、フリップフロップ
RSFF2の出力がローレベルのとき、フリップフロッ
プRSFF1に入力されているセット信号はハイレベル
になり、フリップフロップRSFF1からローレベルの
切替信号が出力され、かつ、フリップフロップRSFF
1に入力されるリセット信号により、フリップフロップ
RSFF1からトランジスタQ17へ擬似共振信号が発
生してからスイッチング素子Q1がオンしている期間だ
けローレベルの切替信号が出力される。
ランジスタQ11がオフ状態になり、Py点には、定電
圧化回路19の出力電圧をR25とR23とR21とで
分圧した電圧として例えば5Vが加わり、コンデンサC
9を例えば5Vで充電する。そして、コンデンサC9の
充電電圧V2が例えば1V(ΔV)上昇することによ
り、内部オフ時間が例えば約3μsec程長くなる。
設定するために用いるコンデンサC9の充電電圧を上昇
させ、内部オフ時間を長くしていので、リンキングの1
サイクル分の動作が行われ、従来のようなリンキングの
1サイクルの有り無しが交互に連続するという不安定な
動作を解消することができる。
オフ時間は3μS長くなるので、従来のスイッチング電
源であったような、長い擬似共振信号を受けても、内部
オフ時間が長くなっているので、1サイクル休止する動
作が継続し、安定動作となる。
時に、トランスの2次側に電圧を発生させるスイッチン
グ素子のオフ時間を決定するコンデンサの充電電圧を上
昇させてオフ期間を延長することで、軽負荷時にも安定
な出力電圧を得ることができる。
の2次側に電圧を発生させるスイッチング素子のオフ時
間を決定するコンデンサの電圧と、過電流保護端子に加
わる電圧に基づいて、ボトムかどうかを判定し、ボトム
でないと判定された場合に、コンデンサに加える充電電
圧を切り替えるようにしておき、ボトムでないときに、
コンデンサの充電電圧を上昇させオフ時間を延長するこ
とで、軽負荷時にも安定な出力電圧を得ることができ
る。
ッチング電源51の概略構成を示す図である。
る。
明するためのタイミングチャートである。
略構成を示す図である。
作を説明するためのタイミングチャートである。
Claims (3)
- 【請求項1】 直流電源からトランスに供給される直流
電流をスイッチングして、前記トランスの2次側に電圧
を発生させるスイッチング素子と、前記スイッチング素
子のオフ時間を決定するコンデンサとを有するスイッチ
ング電源において、 軽負荷でリンギング電圧が発生し、この電圧の下側の谷
部(以下ボトムと言う)を過ぎた時に、前記コンデンサ
の充電電圧を上昇させてオフ期間を延長することを特徴
とするスイッチング電源。 - 【請求項2】 直流電源からトランスに供給される直流
電流をスイッチングして、前記トランスの2次側に電圧
を発生させるスイッチング素子と、前記スイッチング素
子のオフ時間を決定するコンデンサとを有するスイッチ
ング電源において、 前記コンデンサの電圧と、過電流保護端子に加わる電圧
に基づいて、ボトムかどうかを判定するボトム判定回路
と、 前記ボトム判定回路によりボトムを過ぎたと判定された
場合に、前記コンデンサに加える充電電圧を切り替える
充電電圧切替回路とを有し、 前記ボトムを過ぎた時に、前記コンデンサの充電電圧を
上昇させオフ時間を延長することで安定にボトムONを
できることを特徴とするスイッチング電源。 - 【請求項3】 前記ボトム判定回路は、 前記コンデンサの電圧が第1の基準値以下になる第1の
期間を検出する第1の期間検出回路と、 前記過電流保護端子に加わる電圧が第2の基準値以下に
なる第2の期間を検出する第2の期間検出回路とを有
し、 前記第1の期間と第2の期間に基づいて、ボトムONさ
せる期間の切替信号を生成して前記充電電圧切替回路に
出力する切替信号生成回路とを有することを特徴とする
請求項2記載のスイッチング電源。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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