JP2003319642A - Switching power supply device - Google Patents

Switching power supply device

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JP2003319642A
JP2003319642A JP2002120123A JP2002120123A JP2003319642A JP 2003319642 A JP2003319642 A JP 2003319642A JP 2002120123 A JP2002120123 A JP 2002120123A JP 2002120123 A JP2002120123 A JP 2002120123A JP 2003319642 A JP2003319642 A JP 2003319642A
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Japan
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voltage
power supply
output
supply device
circuit
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Application number
JP2002120123A
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Japanese (ja)
Inventor
Tomohiko Isogawa
智彦 五十川
Wataru Nakahori
渉 中堀
Kenichi Aonuma
賢一 青沼
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TDK Corp
Original Assignee
TDK Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a switching power supply device wherein loss which occurs in an auxiliary power circuit is reduced. <P>SOLUTION: The switching power supply device comprises a main circuit portion including a switching element 11 which switches an input voltage Vin supplied to between input terminals 1 and 2 and thereby produces a pulse output and output circuits 12, 13, and 14a which generate output voltages Vo based on the pulse output; a control circuit 17 which controls the switching operation of the switching element 11; and the auxiliary power circuit which extracts an intermediate voltage Vcc1 substantially proportional to the output voltage Vo and generates an operating voltage Vcc2 for the control circuit 17 based thereon. The auxiliary power circuit varies the ratio of the output voltage Vo to the intermediate voltage Vcc1 according to the operating state of the main circuit portion. Thus, loss which occurs in the auxiliary power circuit is effectively reduced. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチング電源
装置に関し、特に、電圧垂下特性を有するスイッチング
電源装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a switching power supply device, and more particularly to a switching power supply device having a voltage drooping characteristic.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、スイッチング電源装置は、コ
ンピュータ、家電製品、自動車等、様々な製品において
用いられている。
2. Description of the Related Art Conventionally, switching power supply devices have been used in various products such as computers, home electric appliances and automobiles.

【0003】図3は、従来の一般的なスイッチング電源
装置の回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram of a conventional general switching power supply device.

【0004】図3示す従来のスイッチング電源装置は、
入力端子1,2間に与えられる入力電圧Vinを降圧し
て出力電圧Voを生成し、これを出力端子3,4間に供
給する装置であり、入力端子1,2間に接続された入力
コンデンサ10と、入力端子1,2間に直列に接続され
たスイッチング素子11及び整流素子12と、出力端子
3,4間に接続された出力コンデンサ13と、スイッチ
ング素子11及び整流素子12の接続点と出力端子3と
の間に1次巻線14a(チョークコイル)が接続された
トランス14と、トランス14の2次巻線14bの一端
にアノードが接続されたダイオード15と、トランス1
4の2次巻線14bの他端(出力端子4)とダイオード
15のカソードとの間に接続された平滑コンデンサ16
と、スイッチング素子11のスイッチング動作を制御す
る制御回路17と、制御回路17の出力をスイッチング
素子11に供給する駆動回路18と、制御回路17に動
作電圧Vcc2を供給する3端子レギュレータ19とを
備えている。
The conventional switching power supply device shown in FIG.
An input capacitor connected between the input terminals 1 and 2 for reducing the input voltage Vin applied between the input terminals 1 and 2 to generate an output voltage Vo and supplying the output voltage Vo between the output terminals 3 and 4. 10, a switching element 11 and a rectifying element 12 connected in series between the input terminals 1 and 2, an output capacitor 13 connected between the output terminals 3 and 4, and a connection point of the switching element 11 and the rectifying element 12. A transformer 14 having a primary winding 14a (choke coil) connected to the output terminal 3, a diode 15 having an anode connected to one end of a secondary winding 14b of the transformer 14, and a transformer 1
Smoothing capacitor 16 connected between the other end (output terminal 4) of the secondary winding 14b of No. 4 and the cathode of the diode 15.
A control circuit 17 for controlling the switching operation of the switching element 11, a drive circuit 18 for supplying the output of the control circuit 17 to the switching element 11, and a three-terminal regulator 19 for supplying the operating voltage Vcc2 to the control circuit 17. ing.

【0005】トランス14の2次巻線14b、ダイオー
ド15、平滑コンデンサ16及び3端子レギュレータ1
9は、制御回路17の動作電圧Vcc2を生成する補助
電源回路5を構成する。図3に示すように、3端子レギ
ュレータ19は入力端子19a、出力端子19b及び基
準端子19cを備えており、入力端子19aと基準端子
19cとの間に現れる中間電圧Vcc1を降圧し、出力
端子17bと基準端子19cとの間に動作電圧Vcc2
を発生させる。補助電源回路5により生成される動作電
圧Vcc2は、制御回路17の電源端子17a及び接地
端子17b間に印加され、制御回路17はかかる動作電
圧Vcc2によって動作可能な状態となる。一般に、制
御回路17としてはIC(集積回路)が用いられ、予め
定められた最低動作電圧Vcc(min)以上の電圧が
電源端子17a及び接地端子17b間に与えられた場合
に動作が可能となることから、3端子レギュレータ19
の出力電圧(動作電圧Vcc2)は、最低動作電圧Vc
c(min)以上に設定される。
The secondary winding 14b of the transformer 14, the diode 15, the smoothing capacitor 16 and the three-terminal regulator 1
Reference numeral 9 constitutes an auxiliary power supply circuit 5 for generating the operating voltage Vcc2 of the control circuit 17. As shown in FIG. 3, the three-terminal regulator 19 includes an input terminal 19a, an output terminal 19b, and a reference terminal 19c. Operating voltage Vcc2 between the reference voltage and the reference terminal 19c.
Generate. The operating voltage Vcc2 generated by the auxiliary power supply circuit 5 is applied between the power supply terminal 17a and the ground terminal 17b of the control circuit 17, and the control circuit 17 becomes operable by the operating voltage Vcc2. Generally, an IC (integrated circuit) is used as the control circuit 17, and it becomes operable when a voltage equal to or higher than a predetermined minimum operating voltage Vcc (min) is applied between the power supply terminal 17a and the ground terminal 17b. Therefore, 3 terminal regulator 19
Output voltage (operating voltage Vcc2) is the minimum operating voltage Vc
It is set to be c (min) or more.

【0006】制御回路17にはさらに入力端子17c及
び出力端子17dが設けられており、制御回路17は、
入力端子17cに供給される出力電圧Voを監視し、こ
れが所望の電圧となるよう制御信号sのデューティを制
御する。かかる制御信号sは出力端子17dより出力さ
れ、駆動回路18に供給される。駆動回路18は、これ
に基づいて駆動信号Sを生成し、これをスイッチング素
子11に供給する。
The control circuit 17 is further provided with an input terminal 17c and an output terminal 17d.
The output voltage Vo supplied to the input terminal 17c is monitored, and the duty of the control signal s is controlled so that the output voltage Vo becomes a desired voltage. The control signal s is output from the output terminal 17d and supplied to the drive circuit 18. The drive circuit 18 generates a drive signal S based on this, and supplies this to the switching element 11.

【0007】したがって、スイッチング素子11は、制
御信号sのデューティと実質的に一致したデューティで
オン/オフを繰り返し、これにより出力端子3,4間に
出力電圧Voを発生させることが可能となる。
Therefore, the switching element 11 can be repeatedly turned on / off with a duty substantially matching the duty of the control signal s, whereby the output voltage Vo can be generated between the output terminals 3 and 4.

【0008】ここで、トランス14の巻数比は、出力電
圧Voと制御回路17の動作電圧Vcc2との関係にお
いて定められる。具体的には、1次巻線14aの巻数を
N1とし、2次巻線14bの巻数をN2とした場合、3
端子レギュレータ19の入力端子19aと基準端子19
cとの間に印加される中間電圧Vcc1は、 Vcc1=Vo×N2/N1 となることから、かかる中間電圧Vcc1が制御回路1
7の動作電圧Vcc2以上(厳密には、動作電圧Vcc
2+3端子レギュレータ19によるドロップ電圧分)と
なるように、トランス14の巻数比を決定すればよい。
Here, the turns ratio of the transformer 14 is determined by the relationship between the output voltage Vo and the operating voltage Vcc2 of the control circuit 17. Specifically, when the number of turns of the primary winding 14a is N1 and the number of turns of the secondary winding 14b is N2, 3
Input terminal 19a of terminal regulator 19 and reference terminal 19
The intermediate voltage Vcc1 applied between the control circuit 1 and the control circuit 1 is Vcc1 = Vo × N2 / N1.
7 operating voltage Vcc2 or higher (strictly speaking, operating voltage Vcc
The winding ratio of the transformer 14 may be determined so that the voltage drops by the 2 + 3 terminal regulator 19).

【0009】一方、スイッチング電源装置には、過電流
時において出力電圧Voが垂下するような特性(電圧垂
下特性)が求められることがある。この場合、出力電圧
Voの垂下時においても制御回路17を確実に動作させ
るためには、垂下時における最低出力電圧をVo(mi
n)とすると、 Vcc2<Vo(min)×N2/N1 が満たされるように、1次巻線14aと2次巻線14b
との巻数比を設定する必要がある。
On the other hand, the switching power supply device may be required to have a characteristic (voltage drooping characteristic) such that the output voltage Vo droops at the time of overcurrent. In this case, in order to ensure that the control circuit 17 operates even when the output voltage Vo droops, the minimum output voltage during drooping is Vo (mi
n), the primary winding 14a and the secondary winding 14b are satisfied so that Vcc2 <Vo (min) × N2 / N1 is satisfied.
It is necessary to set the turns ratio with.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、 Vcc2<Vo(min)×N2/N1 が満たされるように、1次巻線14aと2次巻線14b
との巻数比を設定すると、通常動作時において、入力端
子19aと基準端子19cとの間の中間電圧Vcc1が
非常に高くなり、このため3端子レギュレータ19にお
いて発生する損失が非常に大きくなるという問題があっ
た。
However, the primary winding 14a and the secondary winding 14b are set so that Vcc2 <Vo (min) × N2 / N1 is satisfied.
If the winding ratio is set to, the intermediate voltage Vcc1 between the input terminal 19a and the reference terminal 19c becomes extremely high during normal operation, and thus the loss generated in the three-terminal regulator 19 becomes very large. was there.

【0011】具体的には、通常時における出力電圧Vo
が14V、垂下時における最低出力電圧Vo(min)
が8V、制御回路17の動作電圧Vcc2が12Vであ
るとすると、上記式から明らかなように、N2/N1を
1.5以上に設定する必要があるが、この場合、通常時
においては中間電圧Vcc1が21V以上となり、3端
子レギュレータ19において9V以上の降圧が必要とな
ってしまう。
Specifically, the output voltage Vo at the normal time is
Is 14V, the minimum output voltage Vo (min) when drooping
Is 8 V and the operating voltage Vcc2 of the control circuit 17 is 12 V, it is necessary to set N2 / N1 to 1.5 or more, as is clear from the above formula. Since Vcc1 becomes 21 V or higher, the 3-terminal regulator 19 needs to lower the voltage by 9 V or higher.

【0012】このように、従来のスイッチング電源装置
においては、通常動作時に補助電源回路5において大き
な損失が発生するという問題があった。
As described above, the conventional switching power supply device has a problem that a large loss occurs in the auxiliary power supply circuit 5 during normal operation.

【0013】したがって、本発明の目的は、補助電源回
路において発生する損失が低減されたスイッチング電源
装置を提供することである。
Therefore, an object of the present invention is to provide a switching power supply device in which the loss generated in the auxiliary power supply circuit is reduced.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明のかかる目的は、
入力端子間に供給される入力電圧をスイッチングするこ
とによりパルス出力を生成するスイッチング素子及び前
記パルス出力に基づいて出力電圧を生成する出力回路を
含む主回路部と、前記スイッチング素子のスイッチング
動作を制御する制御回路と、前記出力電圧に実質的に比
例した中間電圧を取り出し、これに基づいて前記制御回
路の動作電圧を生成する補助電源回路とを備え、前記補
助電源回路は、主回路部の動作状態に応じて、前記出力
電圧と前記中間電圧との比を変更することを特徴とする
スイッチング電源装置によって達成される。
The object of the present invention is to:
Control a switching operation of a main circuit unit including a switching element that generates a pulse output by switching an input voltage supplied between input terminals and an output circuit that generates an output voltage based on the pulse output, and a switching operation of the switching element. Control circuit and an auxiliary power supply circuit that takes out an intermediate voltage substantially proportional to the output voltage and generates an operating voltage of the control circuit based on the intermediate voltage. The auxiliary power supply circuit operates the main circuit section. This is achieved by a switching power supply device characterized in that the ratio of the output voltage and the intermediate voltage is changed according to the state.

【0015】本発明の好ましい実施態様においては、電
圧垂下特性を有している。
A preferred embodiment of the present invention has a voltage droop characteristic.

【0016】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、前記補助電源回路は、通常時においては前記出力電
圧と前記中間電圧との比(中間電圧/出力電圧)を第1
の値に設定し、電圧垂下時においては前記出力電圧と前
記中間電圧との比(中間電圧/出力電圧)を前記第1の
値とは異なる第2の値に設定する。
In a further preferred aspect of the present invention, the auxiliary power supply circuit has a first ratio (intermediate voltage / output voltage) of the output voltage and the intermediate voltage in a normal state.
And the ratio of the output voltage to the intermediate voltage (intermediate voltage / output voltage) is set to a second value different from the first value when the voltage droops.

【0017】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、前記第2の比が前記第1の比よりも大きい。
In a further preferred aspect of the present invention, the second ratio is larger than the first ratio.

【0018】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、前記補助電源回路は、前記出力回路に含まれる平滑
インダクタと磁気結合する2次巻線を有し、前記巻線に
発生する電圧に基づいて前記中間電圧を生成する。
[0018] In a further preferred aspect of the present invention, the auxiliary power supply circuit has a secondary winding magnetically coupled to a smoothing inductor included in the output circuit, and the secondary winding is provided based on a voltage generated in the winding. Generate an intermediate voltage.

【0019】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、前記2次巻線が直列接続された少なくとも第1及び
第2の巻線を含み、前記通常時においては前記第1の巻
線に発生する電圧に基づいて前記中間電圧を生成し、前
記電圧垂下時においては前記第1及び第2の巻線に発生
する電圧に基づいて前記中間電圧を生成する。
[0019] In a further preferred aspect of the present invention, the secondary winding includes at least first and second windings connected in series, and the voltage generated in the first winding during the normal time is included. Based on the voltage generated in the first and second windings at the time of the voltage droop, the intermediate voltage is generated.

【0020】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、前記主回路部の動作状態を前記出力電圧に基づいて
判別する。
In a further preferred aspect of the present invention, the operating state of the main circuit portion is determined based on the output voltage.

【0021】以上のような構成を有する本発明によるス
イッチング電源装置によれば、補助電源回路において発
生する損失を効果的に抑制することが可能となる。
According to the switching power supply device of the present invention having the above structure, it is possible to effectively suppress the loss generated in the auxiliary power supply circuit.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら、
本発明の好ましい実施態様について詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Referring to the accompanying drawings,
A preferred embodiment of the present invention will be described in detail.

【0023】図1は、本発明の好ましい実施態様にかか
るスイッチング電源装置100の回路図である。図1に
おいて、図3に示した従来のスイッチング電源装置と同
一の構成要素については同一の符号を付し、重複する説
明は省略する。
FIG. 1 is a circuit diagram of a switching power supply device 100 according to a preferred embodiment of the present invention. In FIG. 1, the same components as those of the conventional switching power supply device shown in FIG. 3 are designated by the same reference numerals, and overlapping description will be omitted.

【0024】図1に示すように、本実施態様にかかるス
イッチング電源装置100は、図3に示した従来のスイ
ッチング電源装置に対して、トランス14に2次巻線1
4cが追加されるとともに、補助電源回路の回路構成が
変更されている。
As shown in FIG. 1, the switching power supply device 100 according to this embodiment is different from the conventional switching power supply device shown in FIG.
4c is added and the circuit configuration of the auxiliary power supply circuit is changed.

【0025】補助電源回路20は、トランス14の2次
巻線14b、14cと、トランス14の2次巻線14b
の一端(2次巻線14cの一端)にアノードが接続され
たダイオード15と、トランス14の2次巻線14bの
他端(出力端子4)とダイオード15のカソードとの間
に接続された平滑コンデンサ16と、トランス14の2
次巻線14cの他端にアノードが接続されたダイオード
25と、トランス14の2次巻線14bの他端(出力端
子4)とダイオード25のカソードとの間に接続された
平滑コンデンサ26と、3端子レギュレータ19と、切
替回路30とを備えている。
The auxiliary power supply circuit 20 includes the secondary windings 14b and 14c of the transformer 14 and the secondary winding 14b of the transformer 14.
15 having an anode connected to one end (one end of the secondary winding 14c) of the transformer 15 and a smoothing connected between the other end (output terminal 4) of the secondary winding 14b of the transformer 14 and the cathode of the diode 15. 2 of the condenser 16 and the transformer 14
A diode 25 whose anode is connected to the other end of the secondary winding 14c, a smoothing capacitor 26 connected between the other end (output terminal 4) of the secondary winding 14b of the transformer 14 and the cathode of the diode 25, It has a three-terminal regulator 19 and a switching circuit 30.

【0026】3端子レギュレータ19は、上述のとお
り、入力端子19a、出力端子19b及び基準端子19
cを備えており、入力端子19aと基準端子19cとの
間に現れる中間電圧Vcc1を降圧し、出力端子17b
と基準端子19cとの間に動作電圧Vcc2を発生させ
る。動作電圧Vcc2は、制御回路17の電源端子17
a及び接地端子17b間に印加され、制御回路17はか
かる動作電圧Vcc2によって動作可能な状態となる。
上述のとおり、3端子レギュレータ19の出力電圧(動
作電圧Vcc2)は、制御回路17の最低動作電圧Vc
c(min)以上に設定される。
The three-terminal regulator 19 has the input terminal 19a, the output terminal 19b and the reference terminal 19 as described above.
c, which lowers the intermediate voltage Vcc1 appearing between the input terminal 19a and the reference terminal 19c, and outputs it to the output terminal 17b.
The operating voltage Vcc2 is generated between the reference voltage and the reference terminal 19c. The operating voltage Vcc2 is the power supply terminal 17 of the control circuit 17.
The voltage is applied between a and the ground terminal 17b, and the control circuit 17 becomes operable by the operating voltage Vcc2.
As described above, the output voltage (operating voltage Vcc2) of the three-terminal regulator 19 is the minimum operating voltage Vc of the control circuit 17.
It is set to be c (min) or more.

【0027】切替回路30は、PNP型のトランジスタ
31、NPN型のトランジスタ32、コンパレータ3
3、ダイオード34及び抵抗40〜49、46’からな
る。
The switching circuit 30 includes a PNP type transistor 31, an NPN type transistor 32, and a comparator 3.
3, a diode 34 and resistors 40 to 49 and 46 '.

【0028】トランジスタ31は、ダイオード25のカ
ソードとダイオード15のカソードとの間に接続されて
おり、トランジスタ32は、トランジスタのベース電極
と2次巻線14bの他端(出力端子4)との間に接続さ
れている。また、トランジスタ31のベース−エミッタ
間には抵抗40が設けられ、トランジスタ31のベース
電極とトランジスタ32のコレクタ電極間には抵抗41
が設けられている。
The transistor 31 is connected between the cathode of the diode 25 and the cathode of the diode 15, and the transistor 32 is connected between the base electrode of the transistor and the other end (output terminal 4) of the secondary winding 14b. It is connected to the. A resistor 40 is provided between the base and emitter of the transistor 31, and a resistor 41 is provided between the base electrode of the transistor 31 and the collector electrode of the transistor 32.
Is provided.

【0029】コンパレータ33は、非反転入力端子
(+)及び反転入力端子(−)を有しており、非反転入
力端子(+)には動作電圧Vcc2を抵抗42、43で
分圧した検出電圧V1が供給され、反転入力端子(−)
には出力電圧Voを抵抗44、45で分圧した検出電圧
V2が供給される。検出電圧V1は、3端子レギュレー
タ19によって定電圧化された動作電圧Vcc2を分圧
したものであるため、実質的に一定の電圧となる。一
方、検出電圧V2は、出力電圧Voを分圧したものであ
るため、電圧垂下時においては低下することになる。検
出電圧V1とV2との関係は、通常時において、 V1<V2 となるように、抵抗42〜45の抵抗比が選択される。
The comparator 33 has a non-inverting input terminal (+) and an inverting input terminal (-), and a detection voltage obtained by dividing the operating voltage Vcc2 by the resistors 42 and 43 at the non-inverting input terminal (+). V1 is supplied and inverting input terminal (-)
Is supplied with a detection voltage V2 obtained by dividing the output voltage Vo by the resistors 44 and 45. The detection voltage V1 is a voltage that is obtained by dividing the operating voltage Vcc2, which has been converted to a constant voltage by the three-terminal regulator 19, and is therefore a substantially constant voltage. On the other hand, the detection voltage V2 is a voltage obtained by dividing the output voltage Vo, and therefore decreases when the voltage droops. As for the relationship between the detection voltages V1 and V2, the resistance ratio of the resistors 42 to 45 is selected so that V1 <V2 is normally established.

【0030】コンパレータ33の出力端子は、抵抗46
を介して3端子レギュレータ19の出力端子19bに接
続されている。抵抗46及び抵抗46’は、コンパレー
タ33にヒステリシスを持たせるために用いられる抵抗
であり、このため、そのような必要がない場合にはこれ
を省略しても構わない。また、3端子レギュレータ19
の出力端子19bと基準端子19cとの間には、抵抗4
7〜49が直列に接続されており、抵抗47と抵抗48
の接続点にはダイオード34のアノードが接続されてお
り、抵抗48と抵抗49の接続点にはトランジスタ32
のベース電極が接続されている。ダイオード34のカソ
ードはコンパレータ33の出力端子に接続されている。
The output terminal of the comparator 33 is a resistor 46.
It is connected to the output terminal 19b of the three-terminal regulator 19 via. The resistor 46 and the resistor 46 'are resistors used for giving the hysteresis to the comparator 33. Therefore, if there is no need to do so, they may be omitted. Also, the three-terminal regulator 19
Between the output terminal 19b and the reference terminal 19c of the resistor 4
7 to 49 are connected in series, and the resistors 47 and 48 are connected.
The anode of the diode 34 is connected to the connection point of the transistor 32, and the connection point of the resistors 48 and 49 is connected to the transistor 32.
The base electrode of is connected. The cathode of the diode 34 is connected to the output terminal of the comparator 33.

【0031】尚、スイッチング素子11の種類としては
特に限定されず、バイポーラトランジスタ、FET(電
界効果トランジスタ)、IGBT(絶縁ゲート型バイポ
ーラトランジスタ)、BSIT(バイポーラモード静電
誘導型トランジスタ)、BIMOS(バイポーラ電界効
果トランジスタ)、BJT(バイポーラ接合型トランジ
スタ)等、入力端子間に供給される入力電圧Vinをス
イッチングすることによりパルス出力を生成可能な素子
であれば、どのような種類のスイッチング素子を用いて
も構わない。
The type of the switching element 11 is not particularly limited, and is a bipolar transistor, FET (field effect transistor), IGBT (insulated gate bipolar transistor), BSIT (bipolar mode static induction transistor), BIMOS (bipolar). Any kind of switching element such as a field effect transistor) or a BJT (bipolar junction type transistor) can be used as long as it can generate a pulse output by switching the input voltage Vin supplied between the input terminals. I don't mind.

【0032】また、整流素子12としては、ダイオード
を用いることが一般的であるが、バイポーラトランジス
タやFET等、制御電極を有するスイッチング素子を用
いることにより同期整流を行っても構わない。整流素子
12、トランス14の1次巻線14a(チョークコイ
ル)及び出力コンデンサ13からなる部分は出力回路を
構成し、スイッチング素子11により生成されたパルス
出力に基づいて直流である出力電圧Voを生成する。本
明細書においては、スイッチング素子11及び出力回路
(整流素子12、1次巻線14a及び出力コンデンサ1
3)からなる部分を「主回路部」と呼ぶことがある。
Although a diode is generally used as the rectifying element 12, synchronous rectification may be performed by using a switching element having a control electrode such as a bipolar transistor or FET. A portion composed of the rectifying element 12, the primary winding 14a (choke coil) of the transformer 14 and the output capacitor 13 constitutes an output circuit, and generates an output voltage Vo which is a direct current based on the pulse output generated by the switching element 11. To do. In this specification, the switching element 11 and the output circuit (the rectifying element 12, the primary winding 14a, and the output capacitor 1
The part composed of 3) may be referred to as a "main circuit part".

【0033】図2は、スイッチング電源装置100の電
圧垂下特性を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing the voltage drooping characteristic of the switching power supply device 100.

【0034】図2に示すように、スイッチング電源装置
100は、出力電流IoがImax1(出力定格値)以
下である場合には、出力電圧Voを所望の一定値(Vo
1)に安定させ、出力電流IoがImax1(出力定格
値)を超えた場合には、出力電圧Voを垂下させる。す
なわち、電圧垂下特性を有している。電圧垂下時であっ
ても出力電流IoがImax2(>Imax1)以下で
あれば、スイッチング電源装置100には正常な動作が
要求される。出力電流IoがImax2である場合の出
力電圧は、図2に示すようにVo(min)であり、こ
れが最低出力電圧となる。
As shown in FIG. 2, when the output current Io is less than or equal to Imax1 (output rated value), the switching power supply device 100 sets the output voltage Vo to a desired constant value (Vo).
When the output current Io exceeds Imax1 (output rated value), the output voltage Vo is drooped down. That is, it has a voltage drooping characteristic. If the output current Io is Imax2 (> Imax1) or less even during voltage droop, the switching power supply device 100 is required to operate normally. The output voltage when the output current Io is Imax2 is Vo (min) as shown in FIG. 2, which is the minimum output voltage.

【0035】以下、スイッチング電源装置100の動作
について説明する。
The operation of the switching power supply device 100 will be described below.

【0036】まず、通常時においては、上述のとおり検
出電圧V1とV2との関係は、 V1<V2 となっていることから、コンパレータ33の出力はロー
レベルとなる。このため、ダイオード34はオン状態と
なり、そのアノード電圧はダイオード34の順方向電圧
まで低下する。これにより、トランジスタ31、32は
いずれもオフ状態となり、3端子レギュレータ19の入
力端子19aと基準端子19cの間の中間電圧Vcc1
は、 Vcc1=Vo×N2/N1 で表される電圧となる。
First, in a normal state, the relationship between the detection voltages V1 and V2 is V1 <V2 as described above, so the output of the comparator 33 is at a low level. As a result, the diode 34 is turned on, and its anode voltage drops to the forward voltage of the diode 34. As a result, the transistors 31 and 32 are both turned off, and the intermediate voltage Vcc1 between the input terminal 19a of the three-terminal regulator 19 and the reference terminal 19c.
Is a voltage represented by Vcc1 = Vo × N2 / N1.

【0037】一方、電圧垂下時においては、検出電圧V
2が低下するため、出力電圧Voが所定値以下に低下す
ると、検出電圧V1とV2との関係は、 V1>V2 に変化し、コンパレータ33の出力はハイレベルに反転
する。このため、ダイオード34はオフ状態となり、こ
れによって、トランジスタ31、32はいずれもオン状
態となる。すなわち、ダイオード25のカソードが3端
子レギュレータ19の入力端子19aに接続されること
になる。したがって、3端子レギュレータ19の入力端
子19aと基準端子19cの間の中間電圧Vcc1は、 Vcc1=Vo×(N2+N3)/N1 で表される電圧となる。すなわち、出力電圧Voと中間
電圧Vcc1との比(Vcc1/Vo)が通常時よりも
大きくなる。
On the other hand, when the voltage droops, the detected voltage V
2 decreases, the output voltage Vo decreases below a predetermined value, the relationship between the detection voltages V1 and V2 changes to V1> V2, and the output of the comparator 33 is inverted to a high level. Therefore, the diode 34 is turned off, which turns on both the transistors 31 and 32. That is, the cathode of the diode 25 is connected to the input terminal 19a of the three-terminal regulator 19. Therefore, the intermediate voltage Vcc1 between the input terminal 19a of the three-terminal regulator 19 and the reference terminal 19c is a voltage represented by Vcc1 = Vo × (N2 + N3) / N1. That is, the ratio (Vcc1 / Vo) between the output voltage Vo and the intermediate voltage Vcc1 becomes larger than that in the normal state.

【0038】したがって、コンパレータ33の出力が反
転する出力電圧値をVo2(<Vo1)とした場合、 Vcc2<Vo2×N2/N1 且つ Vcc2<Vo(min)×(N2+N3)/N1 が満たされるように、1次巻線14aと2次巻線14
b、14cとの巻数比を設定すれば、通常時及び電圧垂
下時のいずれにおいても、動作電圧Vcc2を最低動作
電圧Vcc(min)以上の電圧とすることができる。
Therefore, when the output voltage value at which the output of the comparator 33 is inverted is Vo2 (<Vo1), Vcc2 <Vo2 × N2 / N1 and Vcc2 <Vo (min) × (N2 + N3) / N1 are satisfied. Primary winding 14a and secondary winding 14
By setting the turns ratio with b and 14c, the operating voltage Vcc2 can be set to a voltage equal to or higher than the minimum operating voltage Vcc (min) in both the normal time and the voltage droop.

【0039】この場合、コンパレータ33の出力が反転
する出力電圧Vo2の値を、通常時における出力電圧V
o1に十分近い値に設定すれば、通常時に3端子レギュ
レータ19において大きな損失を最小限とすることが可
能となる。
In this case, the value of the output voltage Vo2 at which the output of the comparator 33 is inverted is set to the output voltage V2 in the normal state.
If it is set to a value sufficiently close to o1, it is possible to minimize a large loss in the three-terminal regulator 19 in normal times.

【0040】具体的な数値を挙げて説明すると、通常時
における出力電圧Vo1が14V、コンパレータ33の
出力が反転する出力電圧Vo2が12V、垂下時におけ
る出力電圧Vo(min)が8V、制御回路17の動作
電圧Vcc2が12Vであるとすれば、N2/N1を1
以上に設定し、(N2+N3)/N1を1.5以上に設
定すればよい(厳密には、端子レギュレータ19による
ドロップ電圧を考慮する必要がある)。この場合、通常
時においては中間電圧Vcc1が12V以上となり、3
端子レギュレータ19による降圧量を最小限に抑えるこ
とができる一方で、電圧垂下時においても中間電圧Vc
c1を12V以上に保持することができる。
Explaining with specific numerical values, the output voltage Vo1 at the normal time is 14V, the output voltage Vo2 at which the output of the comparator 33 is inverted is 12V, the output voltage Vo (min) at the time of droop is 8V, and the control circuit 17 If the operating voltage of Vcc2 is 12V, N2 / N1 is set to 1
The above setting and (N2 + N3) / N1 may be set to 1.5 or more (strictly, it is necessary to consider the drop voltage by the terminal regulator 19). In this case, the intermediate voltage Vcc1 is 12 V or more in the normal time, and 3
While the step-down amount by the terminal regulator 19 can be minimized, the intermediate voltage Vc can be maintained even when the voltage droops.
It is possible to keep c1 at 12 V or higher.

【0041】以上説明したように、本実施態様にかかる
スイッチング電源装置100においては、通常時に補助
電源回路20(3端子レギュレータ19)において発生
する損失が大幅に抑制されるとともに、電圧垂下時にお
いても制御回路17を正常に動作させることが可能とな
る。したがって、頻繁に過電流状態での運転が予想され
るスイッチング電源装置、例えば、自動車用のスイッチ
ング電源装置として特に好適である。
As described above, in the switching power supply device 100 according to the present embodiment, the loss that normally occurs in the auxiliary power supply circuit 20 (three-terminal regulator 19) is greatly suppressed, and even when the voltage droops. The control circuit 17 can be operated normally. Therefore, it is particularly suitable as a switching power supply device that is expected to be frequently operated in an overcurrent state, for example, a switching power supply device for automobiles.

【0042】本発明は、以上の実施態様に限定されるこ
となく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種
々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含
されるものであることはいうまでもない。
The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made within the scope of the invention described in the claims, and these are also included in the scope of the present invention. It goes without saying that it is a thing.

【0043】例えば、図1に示す回路は、本発明の適用
が可能なスイッチング電源装置の一例であり、出力電圧
Voに比例した電圧を取り出すことにより制御回路17
を動作させるタイプのスイッチング電源装置である限
り、主回路部の回路構成は特に制限されない。したがっ
て、絶縁型等、図1に示す回路構成とは異なる回路構成
を有するスイッチング電源装置に本発明を適用すること
も可能である。また、降圧型のスイッチング電源装置の
みならず、昇圧型、昇降圧型のスイッチング電源装置に
本発明を適用することも可能である。
For example, the circuit shown in FIG. 1 is an example of the switching power supply device to which the present invention can be applied, and the control circuit 17 is obtained by taking out a voltage proportional to the output voltage Vo.
The circuit configuration of the main circuit section is not particularly limited as long as it is a switching power supply device of the type that operates the. Therefore, the present invention can be applied to a switching power supply device having a circuit configuration different from that shown in FIG. 1, such as an insulation type. The present invention can be applied not only to the step-down type switching power supply device but also to the step-up type and step-up / down type switching power supply devices.

【0044】また、上記実施態様においては、切替回路
30を用いて補助電源回路20の動作状態を2段階に切
り替えているが、これを3段階以上に切り替えることも
可能である。この場合、補助電源回路20(3端子レギ
ュレータ19)において発生する損失をより抑制するこ
とが可能となる。
In the above embodiment, the switching circuit 30 is used to switch the operating state of the auxiliary power supply circuit 20 in two stages, but it is also possible to switch it in three or more stages. In this case, it is possible to further suppress the loss that occurs in the auxiliary power supply circuit 20 (three-terminal regulator 19).

【0045】[0045]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
通常時に補助電源回路20において発生する損失を大幅
に抑制することができるとともに、電圧垂下時において
も制御回路を正常に動作させることが可能となる。した
がって、本発明にかかるスイッチング電源装置は、自動
車用のスイッチング電源装置のように、頻繁に過電流状
態での運転が予想されるスイッチング電源装置として特
に好適である。
As described above, according to the present invention,
It is possible to significantly suppress the loss generated in the auxiliary power supply circuit 20 during normal operation, and it is possible to operate the control circuit normally even during voltage droop. Therefore, the switching power supply device according to the present invention is particularly suitable as a switching power supply device that is expected to be frequently operated in an overcurrent state, like a switching power supply device for an automobile.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の好ましい実施態様にかかるスイッチン
グ電源装置100の回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram of a switching power supply device 100 according to a preferred embodiment of the present invention.

【図2】スイッチング電源装置100の電圧垂下特性を
示すグラフである。
2 is a graph showing a voltage drooping characteristic of the switching power supply device 100. FIG.

【図3】従来の一般的なスイッチング電源装置の回路図
である。
FIG. 3 is a circuit diagram of a conventional general switching power supply device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,2 入力端子 3,4 出力端子 5 補助電源回路 10 入力コンデンサ 11 スイッチング素子 12 整流素子 13 出力コンデンサ 14 トランス 14a 1次巻線 14b,14c 2次巻線 15 ダイオード 16 平滑コンデンサ 17 制御回路 17a 電源端子 17b 接地端子 17c 入力端子 17d 出力端子 18 駆動回路 19 3端子レギュレータ 19a 入力端子 19b 出力端子 19c 基準端子 20 補助電源回路 25 ダイオード 26 平滑コンデンサ 30 切替回路 31,32 トランジスタ 33 コンパレータ 40〜49,46’ 抵抗 100 スイッチング電源装置 1,2 input terminals 3,4 output terminals 5 Auxiliary power circuit 10 input capacitors 11 Switching element 12 Rectifying element 13 Output capacitor 14 transformers 14a Primary winding 14b, 14c secondary winding 15 diode 16 Smoothing capacitor 17 Control circuit 17a Power terminal 17b Ground terminal 17c input terminal 17d output terminal 18 Drive circuit 19 3-terminal regulator 19a input terminal 19b output terminal 19c Reference terminal 20 Auxiliary power circuit 25 diodes 26 Smoothing capacitor 30 switching circuit 31, 32 transistors 33 Comparator 40-49,46 'resistance 100 switching power supply

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青沼 賢一 東京都中央区日本橋一丁目13番1号 ティ ーディーケイ株式会社内 Fターム(参考) 5H730 AA14 AS01 BB03 BB13 DD02 DD03 DD04 EE02 EE07 FD03 VV01 XX33 XX49    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Kenichi Aonuma             1-13-1, Nihonbashi, Chuo-ku, Tokyo             -In DC Inc. F-term (reference) 5H730 AA14 AS01 BB03 BB13 DD02                       DD03 DD04 EE02 EE07 FD03                       VV01 XX33 XX49

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 入力端子間に供給される入力電圧をスイ
ッチングすることによりパルス出力を生成するスイッチ
ング素子及び前記パルス出力に基づいて出力電圧を生成
する出力回路を含む主回路部と、前記スイッチング素子
のスイッチング動作を制御する制御回路と、前記出力電
圧に実質的に比例した中間電圧を取り出し、これに基づ
いて前記制御回路の動作電圧を生成する補助電源回路と
を備え、前記補助電源回路は、主回路部の動作状態に応
じて、前記出力電圧と前記中間電圧との比を変更するこ
とを特徴とするスイッチング電源装置。
1. A main circuit unit including a switching element for generating a pulse output by switching an input voltage supplied between input terminals and an output circuit for generating an output voltage based on the pulse output, and the switching element. A control circuit for controlling the switching operation of, and an auxiliary power supply circuit for taking out an intermediate voltage substantially proportional to the output voltage and generating an operating voltage of the control circuit based on the intermediate voltage, the auxiliary power supply circuit, A switching power supply device, characterized in that a ratio between the output voltage and the intermediate voltage is changed according to an operating state of a main circuit section.
【請求項2】 電圧垂下特性を有していることを特徴と
する請求項1に記載のスイッチング電源装置。
2. The switching power supply device according to claim 1, which has a voltage drooping characteristic.
【請求項3】 前記補助電源回路は、通常時においては
前記出力電圧と前記中間電圧との比(中間電圧/出力電
圧)を第1の値に設定し、電圧垂下時においては前記出
力電圧と前記中間電圧との比(中間電圧/出力電圧)を
前記第1の値とは異なる第2の値に設定することを特徴
とする請求項2に記載のスイッチング電源装置。
3. The auxiliary power supply circuit sets the ratio of the output voltage and the intermediate voltage (intermediate voltage / output voltage) to a first value in the normal time, and sets the output voltage to the output voltage during the voltage droop. The switching power supply device according to claim 2, wherein a ratio (intermediate voltage / output voltage) to the intermediate voltage is set to a second value different from the first value.
【請求項4】 前記第2の比が前記第1の比よりも大き
い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 switching power supply device according to claim 3, wherein the second ratio is larger than the first ratio.
【請求項5】 前記補助電源回路は、前記出力回路に含
まれる平滑インダクタと磁気結合する2次巻線を有し、
前記巻線に発生する電圧に基づいて前記中間電圧を生成
することを特徴とする請求項4に記載のスイッチング電
源装置。
5. The auxiliary power supply circuit has a secondary winding magnetically coupled to a smoothing inductor included in the output circuit,
The switching power supply device according to claim 4, wherein the intermediate voltage is generated based on a voltage generated in the winding.
【請求項6】 前記2次巻線が直列接続された少なくと
も第1及び第2の巻線を含み、前記通常時においては前
記第1の巻線に発生する電圧に基づいて前記中間電圧を
生成し、前記電圧垂下時においては前記第1及び第2の
巻線に発生する電圧に基づいて前記中間電圧を生成する
ことを特徴とする請求項5に記載のスイッチング電源装
置。
6. The secondary winding includes at least first and second windings connected in series, and the intermediate voltage is generated based on a voltage generated in the first winding in the normal time. The switching power supply device according to claim 5, wherein the intermediate voltage is generated based on the voltage generated in the first and second windings when the voltage droops.
【請求項7】 前記主回路部の動作状態を前記出力電圧
に基づいて判別することを特徴とする請求項1乃至6の
いずれか1項に記載のスイッチング電源装置。
7. The switching power supply device according to claim 1, wherein the operating state of the main circuit section is determined based on the output voltage.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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