JP2004201478A - Switching power supply - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、各種電子機器の直流電源として用いられるスイッチング電源装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のスイッチング電源装置では、出力される直流電圧の電圧精度を高め、また、優れたEMC(ElectroMagnetic Compatibility)特性を得るために、例えば、整流及び平滑化された直流電圧を、別の専用電源で駆動されるシリーズレギュレータ回路を用いて、更に安定化された直流電圧に変換して出力することが行われている。
【0003】
このシリーズレギュレータ回路は、3端子レギュレータを用いて構成できるが、近年は、シリーズレギュレータ回路における損失を低減するために、可変インピーダンス素子として例えば電界効果トランジスタを用い、この電界効果トランジスタをオペアンプで制御して所望の直流電圧を出力するものが開発されている(特許文献1参照)。
【0004】
しかしながら、負の直流電圧を出力するスイッチング電源回路にオペアンプで制御するシリーズレギュレータ回路を用いた場合、オペアンプを駆動するために正の電源と負の電源が必要になる。正の電源としてはパルス幅変調のための制御回路に供給している電源を併用できるが、負の電源は別途必要になる。そのため、従来のスイッチング電源回路は、オペアンプを駆動するための専用の負の直流電圧を出力する手段を備えている。
【0005】
以上のような構成が採用されることにより、負の直流電圧を出力する従来のスイッチング電源回路においても、そのスイッチング電源回路から出力される負の直流電圧の電圧精度の向上と優れたEMC特性を実現することができる。
【0006】
【特許文献1】
特開平9−233810号公報(図1)
【特許文献2】
特開2001−078445公報
【特許文献3】
特開平9−065653号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のスイッチング電源装置では、シリーズレギュレータ回路に含まれるオペアンプを駆動するための負の直流電圧を出力する手段が必要になるために、製造コストの増加、消費電力の増加、回路規模の拡大、更には、電力変換効率の低下等を招くという問題がある。
【0008】
この発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、シリーズレギュレータ回路を構成するオペアンプを駆動するための専用の負の電源を必要とせずに負の直流電圧を出力できるスイッチング電源装置を得ることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るスイッチング電源装置は、直流電源からの直流電圧を断続させることにより第1交流電圧を生成するスイッチング回路と、前記スイッチング回路で生成された第1交流電圧により誘起された第2交流電圧を整流及び平滑化して直流電圧を出力する整流平滑回路と、前記整流平滑回路の出力端子に接続された素子のインピーダンスをオペアンプで制御することにより前記整流平滑回路から出力される直流電圧を安定化させて負の直流電圧として出力するシリーズレギュレータ回路とを備え、前記オペアンプの負の電源として、前記シリーズレギュレータ回路から出力される負の直流電圧が使用されるものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1によるスイッチング電源装置の構成を示す回路図である。このスイッチング電源装置は、直流電源10、スイッチング回路20、第1整流平滑回路30、第2整流平滑回路40、シリーズレギュレータ回路50、パルス幅変調制御回路60及びゲート駆動回路70から構成されている。
【0011】
直流電源10は、直流電圧Vを発生してスイッチング回路20に印加する。
スイッチング回路20は、トランス21と、このトランス21の一次巻線22に直列に挿入された可変インピーダンス素子としての電界効果トランジスタ(TR)23とから構成されている。トランス21の一次巻線22の両端には直流電源10から直流電圧Vが印加される。
【0012】
トランス21は、第1巻線24及び第2巻線25といった2つの二次巻線を備えている。第1巻線24は、第1整流平滑回路30に接続され、第2巻線25は、第2整流平滑回路40に接続されている。
【0013】
電界効果トランジスタ23は、ゲート駆動回路70からの駆動信号に応じてオン/オフする。この電界効果トランジスタ23のオン/オフが繰り返されることにより、直流電源10からの直流電圧Vが断続され、第1交流電圧としてトランス21の一次巻線22に印加される。
【0014】
第1整流平滑回路30は、トランス21の第1巻線24に誘起された交流電圧を整流及び平滑して直流電圧を生成する。この第1整流平滑回路30の低圧側の出力端子T12は接地されている。従って、第1整流平滑回路30の高圧側の出力端子T11からは正の直流電圧が出力され、シリーズレギュレータ回路50及びパルス幅変調制御回路60に供給される。この第1整流平滑回路30は、詳細な説明は省略するが、ダイオード31及び32、インダクタ33並びにコンデンサ34から成る周知の回路から構成されている。
【0015】
第2整流平滑回路40は、トランス21の第2巻線25に誘起された交流電圧を整流及び平滑して直流電圧を生成する。この第2整流平滑回路40の高圧側の出力端子T21は、シリーズレギュレータ回路50内の電界効果トランジスタ51を介して接地されている。従って、第2整流平滑回路40の低圧側の出力端子T22から負の直流電圧が出力され、シリーズレギュレータ回路50に供給される。この第2整流平滑回路40は、詳細な説明は省略するが、ダイオード41及び42、インダクタ43並びにコンデンサ44から成る周知の回路から構成されている。
【0016】
シリーズレギュレータ回路50は、電界効果トランジスタ51、オペアンプ52、抵抗53、抵抗54、抵抗55及びツェナーダイオード56から構成されている。抵抗53、抵抗54及び抵抗55は直列に接続され、第1整流平滑回路30の出力端子T11と第2整流平滑回路40の出力端子T22との間に挿入されている。また、ツェナーダイオード56は、抵抗53と抵抗54の接続点と、第2整流平滑回路40の出力端子T22との間に接続されている。
【0017】
電界効果トランジスタ51のドレインは、第2整流平滑回路40の出力端子T21に接続され、ソースは接地されている。また、電界効果トランジスタ51のゲートはオペアンプ52の出力端子に接続されている。
【0018】
オペアンプ52の正の電源端子は、第1整流平滑回路30の出力端子T11に接続されている。この正の電源端子には、第1整流平滑回路30から正の直流電圧が供給される。また、オペアンプ52の負の電源端子は、第2整流平滑回路40の出力端子T22に接続されている。この負の電源端子には、第2整流平滑回路40から負の直流電圧が供給される。このオペアンプ52は、その非反転入力端子(−)に印加される電圧と等しくなるように反転入力端子(+)に印加される電圧を制御するために負の電源を必要とする。
【0019】
オペアンプ52の反転入力端子は接地されており、この反転入力端子には接地電位が印加される。オペアンプ52の非反転入力端子は、抵抗54と抵抗55の接続点に接続されている。この非反転入力端子には、正の直流電圧と負の直流電圧とが、抵抗55と直列接続された抵抗53及び抵抗54とによって抵抗分割された電位が印加される。
【0020】
このシリーズレギュレータ回路50は、電界効果トランジスタ23のドレイン及びソース間のインピーダンスが制御されることにより、第2整流平滑回路40で生成された直流電圧が降下されて負の直流電圧が生成され、この負の直流電圧が負荷80に印加されると共に、オペアンプ52に負の電源として供給される。
【0021】
負荷80は、電界効果トランジスタ51のソース(接地電位)と第2整流平滑回路40の出力端子T22との間に接続され、負の直流電圧が印加される。
【0022】
パルス幅変調制御回路60は、第1整流平滑回路30から印加される正の直流電圧に応じたパルス幅を有するパルス信号を生成し、ゲート駆動回路70に送る。
【0023】
ゲート駆動回路70は、パルス幅変調制御回路60からのパルス信号を増幅し、駆動信号として電界効果トランジスタ23のゲートに送る。電界効果トランジスタ23は、この駆動信号に応じてオン又はオフにされる。
【0024】
次に、この発明の実施の形態1に係るスイッチング電源装置の動作を説明する。
パルス幅変調制御回路60は、図示しないスタート回路からの起動指令を受けることにより始動してパルス信号の生成を開始する。即ち、パルス幅変調制御回路60は、第1整流平滑回路30からの正の直流電圧に応じたパルス幅でオン及びオフを繰り返すパルス信号を生成し、ゲート駆動回路70に送る。
【0025】
ゲート駆動回路70は、パルス幅変調制御回路60からのパルス信号を増幅して駆動信号を生成し、電界効果トランジスタ23のゲートに供給する。これにより、電界効果トランジスタ23は、パルス信号に従ってオン/オフを繰り返す。その結果、直流電源10からの直流電圧Vが断続され、第1交流電圧としてトランス21の一次巻線22に印加される。
【0026】
トランス21の一次巻線22に第1交流電圧が印加されると、第1巻線24及び第2巻線25には第3交流電圧及び第2交流電圧がそれぞれ誘起され、第1整流平滑回路30及び第2整流平滑回路40にそれぞれ供給される。二次巻線24及び25に誘起される交流電圧は、一次巻線22と二次巻線24及び25との巻線比によってそれぞれ決定される。
【0027】
第1整流平滑回路30は、第1巻線24に誘起された第3交流電圧を整流及び平滑化して得られた正の直流電圧を、パルス幅変調制御回路60及びシリーズレギュレータ回路50に印加する。この第1整流平滑回路30の動作と並行して、第2整流平滑回路40は、第2巻線25に誘起された第2交流電圧を整流及び平滑化して直流電圧を生成し、シリーズレギュレータ回路50に送る。
【0028】
これにより、パルス幅変調制御回路60は、第1整流平滑回路30からの正の直流電圧に応じたパルス幅を有するパルス信号を生成し、ゲート駆動回路70に送る。以後は、上述したように、パルス幅変調制御回路60、ゲート駆動回路70、電界効果トランジスタ23、トランス21及び第1整流平滑回路30といった閉経路で信号が流れることによりパルス信号のパルス幅が一定になるようにパルス幅変調制御され、このスイッチング電源装置は平衡状態に入る。
【0029】
一方、シリーズレギュレータ回路50は、第1整流平滑回路30からの正の直流電圧及び第2整流平滑回路40からの直流電圧がオペアンプ52の正の電源端子及び負の電源端子に印加されることによりオペアンプ52の動作が開始される。これにより、シリーズレギュレータ回路50による直流電圧の安定化制御が開始される。
【0030】
即ち、負の直流電圧が低くなると、オペアンプ52の反転入力端子に印加される電位は、非反転入力端子に印加される正の電位より高くなる。そのため、オペアンプ52の出力は低下し、電界効果トランジスタ51のゲート及びソース間に印加される電圧が減少する。その結果、電界効果トランジスタ51のドレイン及びソース間の電圧降下が大きくなるので、負の出力電圧を上昇させるように動作する。
【0031】
一方、負の直流電圧が高くなるとオペアンプ52の反転入力端子に印加される電位は、非反転入力端子に印加される電位よりも低くなるため、オペアンプ52の出力は上昇し、電界効果トランジスタ51のゲート及びソース間に印加される電圧が増加する。その結果、電界効果トランジスタ51のドレイン及びソース間の電圧降下が小さくなるので、負の直流電圧を低下させるように動作する。以上の動作により、シリーズレギュレータ回路50への入力電圧が変化したら、シリーズレギュレータ回路自身で出力電圧を連続的に増減させ、一定の直流電圧が出力されるように制御される。
【0032】
以上説明したように、この発明の実施の形態1に係るスイッチング電源装置によれば、シリーズレギュレータ回路50を介して負の直流電圧を生成し、その負の直流電圧をシリーズレギュレータ回路50で使用されるオペアンプ52の負の電源としても用いるように構成したので、オペアンプを駆動するための専用の負の電源を設ける必要がない。その結果、製造コストの増加、消費電力の増加、回路規模の拡大、更には、電力変換効率の低下等を招くことなく、出力される負の直流電圧の電圧精度の向上と優れたEMC特性を実現することができる。
【0033】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、スイッチング電源回路が、直流電源からの直流電圧を断続させることにより第1交流電圧を生成するスイッチング回路と、前記スイッチング回路で生成された第1交流電圧により誘起された第2交流電圧を整流及び平滑化して直流電圧を出力する整流平滑回路と、前記整流平滑回路の出力端子に接続された素子のインピーダンスをオペアンプで制御することにより前記整流平滑回路から出力される直流電圧を安定化させて負の直流電圧として出力するシリーズレギュレータ回路とを備え、前記オペアンプの負の電源として、前記シリーズレギュレータ回路から出力される負の直流電圧が使用されるように構成したので、シリーズレギュレータ回路を構成するオペアンプを駆動するための専用の負の電源を必要とせずに負の直流電圧を出力できるスイッチング電源装置を得ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1に係るスイッチング電源装置の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
10 直流電源、20 スイッチング回路、21 トランス、22 一次巻線、23 電界効果トランジスタ、24 第1巻線、25 第2巻線、30 第1整流平滑回路、40 第2整流平滑回路(整流平滑回路)、50 シリーズレギュレータ回路、51 電界効果トランジスタ(素子)、52 オペアンプ、53〜55 抵抗、56 ツェナーダイオード、60 パルス幅変調制御回路、70
ゲート駆動回路、80 負荷。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a switching power supply used as a DC power supply for various electronic devices.
[0002]
[Prior art]
In a conventional switching power supply device, in order to increase the voltage accuracy of the output DC voltage and obtain excellent EMC (ElectroMagnetic Compatibility) characteristics, for example, a rectified and smoothed DC voltage is converted to another dedicated power supply. Using a driven series regulator circuit, the DC voltage is further converted to a stabilized DC voltage and output.
[0003]
This series regulator circuit can be configured using a three-terminal regulator, but in recent years, in order to reduce loss in the series regulator circuit, for example, a field effect transistor is used as a variable impedance element, and this field effect transistor is controlled by an operational amplifier. A device that outputs a desired DC voltage has been developed (see Patent Document 1).
[0004]
However, when a series regulator circuit controlled by an operational amplifier is used as a switching power supply circuit that outputs a negative DC voltage, a positive power supply and a negative power supply are required to drive the operational amplifier. As a positive power supply, a power supply supplied to a control circuit for pulse width modulation can be used together, but a negative power supply is required separately. Therefore, the conventional switching power supply circuit includes a unit for outputting a dedicated negative DC voltage for driving the operational amplifier.
[0005]
By adopting the above configuration, even in a conventional switching power supply circuit that outputs a negative DC voltage, it is possible to improve the voltage accuracy of the negative DC voltage output from the switching power supply circuit and achieve excellent EMC characteristics. Can be realized.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-9-233810 (FIG. 1)
[Patent Document 2]
JP 2001-078445 A [Patent Document 3]
JP-A-9-065653
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional switching power supply device, means for outputting a negative DC voltage for driving the operational amplifier included in the series regulator circuit is required, so that the manufacturing cost increases, the power consumption increases, and the circuit scale increases. In addition, there is a problem that the power conversion efficiency is reduced.
[0008]
The present invention has been made in order to solve the above-described problem, and has a switching function capable of outputting a negative DC voltage without requiring a dedicated negative power supply for driving an operational amplifier constituting a series regulator circuit. The purpose is to obtain a power supply.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
A switching power supply according to the present invention includes a switching circuit that generates a first AC voltage by interrupting a DC voltage from a DC power supply, and a second AC voltage that is induced by the first AC voltage generated by the switching circuit. A rectifying and smoothing circuit for rectifying and smoothing the rectifying and smoothing circuit, and stabilizing a DC voltage output from the rectifying and smoothing circuit by controlling an impedance of an element connected to an output terminal of the rectifying and smoothing circuit with an operational amplifier. And a series regulator circuit that outputs the negative DC voltage as a negative DC voltage, wherein a negative DC voltage output from the series regulator circuit is used as a negative power supply of the operational amplifier.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a switching power supply according to
[0011]
The
[0012]
The
[0013]
The
[0014]
The first rectifying /
[0015]
The second rectifying /
[0016]
The
[0017]
The drain of the field effect transistor 51 is connected to the output terminal T21 of the second rectifying / smoothing
[0018]
The positive power supply terminal of the
[0019]
The inverting input terminal of the
[0020]
The
[0021]
The
[0022]
The pulse width
[0023]
The gate drive circuit 70 amplifies the pulse signal from the pulse width
[0024]
Next, the operation of the switching power supply according to
The pulse width
[0025]
The gate drive circuit 70 amplifies the pulse signal from the pulse width
[0026]
When the first AC voltage is applied to the primary winding 22 of the
[0027]
The first rectifying / smoothing
[0028]
As a result, the pulse width
[0029]
On the other hand, the
[0030]
That is, when the negative DC voltage decreases, the potential applied to the inverting input terminal of the
[0031]
On the other hand, when the negative DC voltage increases, the potential applied to the inverting input terminal of the
[0032]
As described above, according to the switching power supply according to
[0033]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a switching power supply circuit includes a switching circuit that generates a first AC voltage by interrupting a DC voltage from a DC power supply, and a first AC voltage generated by the switching circuit. A rectifying / smoothing circuit for rectifying and smoothing the induced second AC voltage to output a DC voltage, and an output from the rectifying / smoothing circuit by controlling an impedance of an element connected to an output terminal of the rectifying / smoothing circuit with an operational amplifier; A series regulator circuit that stabilizes the DC voltage to be output as a negative DC voltage, and a negative DC voltage output from the series regulator circuit is used as a negative power supply of the operational amplifier. Requires a dedicated negative power supply to drive the operational amplifiers that constitute the series regulator circuit. There is an effect that it is possible to obtain the switching power supply unit capable of outputting a negative DC voltage without.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a switching power supply device according to
[Explanation of symbols]
Gate drive circuit, 80 loads.
Claims (1)
前記スイッチング回路で生成された第1交流電圧により誘起された第2交流電圧を整流及び平滑化して直流電圧を出力する整流平滑回路と、
前記整流平滑回路の出力端子に接続された素子のインピーダンスをオペアンプで制御することにより前記整流平滑回路から出力される直流電圧を安定化させて負の直流電圧として出力するシリーズレギュレータ回路とを備え、
前記オペアンプの負の電源として、前記シリーズレギュレータ回路から出力される負の直流電圧が使用されるスイッチング電源装置。A switching circuit that generates a first AC voltage by interrupting a DC voltage from a DC power supply;
A rectifying and smoothing circuit that rectifies and smoothes a second AC voltage induced by the first AC voltage generated by the switching circuit and outputs a DC voltage;
A series regulator circuit that stabilizes the DC voltage output from the rectifying / smoothing circuit by controlling the impedance of the element connected to the output terminal of the rectifying / smoothing circuit with an operational amplifier and outputs the DC voltage as a negative DC voltage;
A switching power supply device, wherein a negative DC voltage output from the series regulator circuit is used as a negative power supply of the operational amplifier.
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