JP2006187159A - Resonance switching power supply - Google Patents

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Tomiyuki Nagai
富幸 永井
Osamu Kawagoe
治 川越
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a resonance switching power supply in which the output voltage can be controlled to sustain a predetermined level stably while keeping the switching frequency of a pulse current being generated depending on the output state of the power supply. <P>SOLUTION: The resonance switching power supply is constituted of a control circuit 11, a switching circuit 13 including transistors Q1 and Q2, a resonance circuit 14 including an inductor L1 and a capacitor C1, a smoothing circuit 15 including an inductor L2 and a capacitor C2, and an output current detecting load 16 formed of a resistor R wherein a step-down DC/DC converter 12 of a DC input voltage V<SB>IN2</SB>for driving the switching power supply is provided on the main power supply side. Output detecting means 17 of the control circuit 11 detects the output voltage V<SB>OUT</SB>and the output current I<SB>OUT</SB>to a load by the output terminal T<SB>OUT</SB>and an output current detecting load 16, controls the output resonance frequency to a predetermined level or above so that countermeasure against ripple is not required even under light load, and controls the DC input voltage V<SB>IN2</SB>based on the detected output value V<SB>OUT</SB>/I<SB>OUT</SB>so that the output voltage V<SB>OUT</SB>is sustained at a predetermined level. The converter may be an AC/DC converter. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、直流入力電圧から安定した直流出力を容易に得ることができる小型化された共振型スイッチング電源装置に関するものである。   The present invention relates to a miniaturized resonant switching power supply device that can easily obtain a stable DC output from a DC input voltage.

従来のスイッチング電源装置には、固定周期でスイッチング・トランジスタのオン時間とオフ時間との割合を変えて出力電圧を制御することにより、直流出力電圧を安定化させるPWM(Pulse Width Modulation)制御と、トランジスタのオン時間を固定しておいてオフ時間を変化させることにより、直流出力電圧を安定化させるPFM(Pulse Frequency Modulation)制御とがある。   In the conventional switching power supply device, PWM (Pulse Width Modulation) control that stabilizes the DC output voltage by controlling the output voltage by changing the ratio of the ON time and OFF time of the switching transistor at a fixed period, There is PFM (Pulse Frequency Modulation) control that stabilizes the DC output voltage by changing the off time while fixing the on time of the transistor.

PWM制御では、出力電圧が低下するとオン時間を長くし、上昇すると短くすることによって、負荷に見合う出力電流を供給し、常に一定の出力電圧を保つことができる。一方、PFM制御では、入力電圧が高くなったり出力電流が増加すると周波数を下げ、逆の条件で周波数を上げることにより出力調整を行うが、現状では通常のスイッチング電源にはあまり採用されず、共振型電源装置の制御に採用されることが多い。   In the PWM control, when the output voltage decreases, the on-time is lengthened, and when the output voltage increases, the time is shortened, so that an output current corresponding to the load can be supplied and a constant output voltage can always be maintained. On the other hand, in PFM control, when the input voltage increases or the output current increases, the frequency is reduced and the output is adjusted by increasing the frequency under the opposite conditions. Often used for control of type power supply devices.

すなわち、共振型電源では、トランジスタのスイッチングにより生じたパルス状の電流または電圧が出力側に接続されたLC素子による共振回路で共振期間を設定されるので、オン時間を変更するPWMではその制御が難しい。従って、共振型電源装置には、一般にPFM制御が用いられている。   That is, in a resonance type power supply, a pulsed current or voltage generated by transistor switching is set by a resonance circuit using an LC element connected to the output side. difficult. Therefore, PFM control is generally used for the resonance type power supply device.

例えば、図1に示される電源装置は、IC(集積回路)で形成され直流定電圧VINの供給を受ける制御回路10、直流定電圧VINとインダクタL1の一端との間に接続されたトランジスタQ1、およびインダクタL1の他端とグランド電位との間に接続されたトランジスタQ2の二つのFET(電界効果トランジスタ)からなるスイッチング回路、トランジスタQ1と出力端子TOUTとの間に直列接続されるインダクタL1・L2、およびインダクタL1・L2それぞれの出力端子TOUT側に接続される平滑キャパシタC1・C2により構成される。インダクタL1とキャパシタC1とが共振回路を形成する。 For example, the power supply unit shown in FIG. 1, IC is formed by (integrated circuit) supplied with a constant DC voltage V IN control circuit 10, a transistor connected between one end of the DC constant voltage V IN and the inductor L1 Q1, and inductor connected in series between the switching circuit consisting of two FET (field effect transistor) of the connected transistor Q2 between the other end and the ground potential of the inductor L1, a transistor Q1 and the output terminal T OUT L1 and L2 and smoothing capacitors C1 and C2 connected to the output terminals T OUT of the inductors L1 and L2, respectively. The inductor L1 and the capacitor C1 form a resonance circuit.

制御回路10は、その二つの制御端子をトランジスタQ1・Q2のゲートに接続し、また出力端子TOUTに接続してその電位とグランドとの間の出力電圧VOUTを検出する。更に、制御回路10は、検出した出力電圧VOUTの電圧変動に従ってトランジスタQ1・Q2へ供給する制御信号のパルス周期を制御してスイッチング回路のスイッチング周波数を変化させ、スイッチングされた出力電流iを制御して出力電圧VOUTを一定に維持する。トランジスタQ1・Q2は、CMOS(相補型金属酸化膜半導体)FETであり、トランジスタQ1のドレインが直流定電圧VINの供給を受け、トランジスタQ2のソースが接地される。 The control circuit 10 connects the two control terminals to the gate of the transistor Q1 · Q2, also connected to the output terminal T OUT detecting the output voltage V OUT between the potential and the ground. Further, the control circuit 10 controls the pulse frequency of the control signal supplied to the transistors Q1 and Q2 according to the detected voltage fluctuation of the output voltage VOUT , changes the switching frequency of the switching circuit, and controls the switched output current i. Thus, the output voltage V OUT is kept constant. The transistors Q1 and Q2 are CMOS (complementary metal oxide semiconductor) FETs. The drain of the transistor Q1 is supplied with a DC constant voltage VIN , and the source of the transistor Q2 is grounded.

従って、図2に示されるように、制御回路10は、軽負荷でそのパルス状の出力電流iの電流量が少なくてよい場合、一定量のオン時間に対してオフ時間を長くしてスイッチング回路のスイッチング周波数を低くし、他方、重負荷でその出力電流iを増す必要がある場合、一定量のオン時間に対してオフ時間を短くしてスイッチング回路のスイッチング周波数を高めるという、いわゆるPFM制御を行う。   Therefore, as shown in FIG. 2, when the current amount of the pulsed output current i may be small with a light load, the control circuit 10 increases the off time with respect to a certain amount of on time. On the other hand, when it is necessary to increase the output current i with a heavy load, so-called PFM control is performed in which the switching frequency of the switching circuit is increased by shortening the off time with respect to a certain amount of on time. Do.

このような構成によるスイッチング電源装置は、所定の範囲での変動に対しては実用上十分であった。しかし、軽負荷でスイッチング周波数が下がった場合、パルスの間隔が広がるので、このリップル対策のため、出力側のキャパシタC2の容量を確保する必要があり、キャパシタC2などの小型化が困難であるという欠点があった。   The switching power supply device having such a configuration is practically sufficient for fluctuation within a predetermined range. However, when the switching frequency is lowered with a light load, the pulse interval is widened. Therefore, it is necessary to secure the capacitance of the output-side capacitor C2 to prevent this ripple, and it is difficult to downsize the capacitor C2 and the like. There were drawbacks.

解決しようとする課題は、電流共振型電源出力のリップル対策で平滑キャパシタなどの小型化ができず、装置の大型化が避けられないことである。   The problem to be solved is that the smoothing capacitor and the like cannot be reduced in size due to the ripple countermeasure of the current resonance type power supply output, and the size of the apparatus cannot be avoided.

上述したように従来の電流共振型スイッチング電源では、直流定電圧VINを供給される制御回路が、同一時間幅で同一振幅のパルスによる制御信号を発生するので、スイッチング回路のスイッチング周波数を変化させて出力電圧を所定値に維持している。 As described above, in the conventional current resonance type switching power supply, the control circuit to which the DC constant voltage V IN is supplied generates a control signal with pulses having the same time width and the same amplitude, so that the switching frequency of the switching circuit is changed. The output voltage is maintained at a predetermined value.

しかし、本発明による共振型スイッチング電源では、制御回路の制御により、スイッチング回路のスイッチング周波数を一定にして、制御回路およびスイッチング回路に供給される直流入力電圧を電源装置の出力状態に応じて変化させることにより、パルス状の出力電流の振幅を変化させている。   However, in the resonance type switching power supply according to the present invention, the switching frequency of the switching circuit is made constant by the control of the control circuit, and the DC input voltage supplied to the control circuit and the switching circuit is changed according to the output state of the power supply device. Thus, the amplitude of the pulsed output current is changed.

すなわち、本発明は、直流入力電圧(VIN2)から安定した直流出力を得る共振型スイッチング電源装置において、直流出力が軽負荷の際に、低いスイッチング周波数のためのリップル対策を不必要とするため、直流入力電圧(VIN2)を受けて直流出力を制御する制御回路(11)が、出力電圧(VOUT)と共に負荷へ供給する出力電流(IOUT)の値を検知し、軽負荷の際でもリップル対策を不必要とするように、検知した出力電圧(VOUT)および出力電流(IOUT)に基づいて、本制御回路(11)に入力する直流入力電圧(VIN2)を制御して、出力するスイッチング周波数を所定値に維持しつつ、パルス状の出力電流(i)の振幅を変化させて出力電圧(VOUT)を所定値に維持することを主要な特徴とする。 That is, according to the present invention, in a resonant switching power supply device that obtains a stable DC output from a DC input voltage (V IN2 ), a ripple countermeasure for a low switching frequency is unnecessary when the DC output is lightly loaded. The control circuit (11), which receives the DC input voltage (V IN2 ) and controls the DC output, detects the value of the output current (I OUT ) supplied to the load together with the output voltage (V OUT ). However, the DC input voltage (V IN2 ) input to this control circuit (11) is controlled based on the detected output voltage (V OUT ) and output current (I OUT ) so that the ripple countermeasure is unnecessary. The main feature is that the output voltage (V OUT ) is maintained at a predetermined value by changing the amplitude of the pulsed output current (i) while maintaining the output switching frequency at a predetermined value.

すなわち、制御回路は、出力電流値を定期的に得てその増減を制御する際、自己に入力する直流入力電圧を制御している。従って、この共振型電源を駆動する電源は対応するコンバータを備えれば、DC/AC(直流/交流)の何れでもよい。また、スイッチング電源は電流共振型でもまた電圧共振型にでも適用可能である。   That is, the control circuit controls the DC input voltage input to itself when periodically obtaining the output current value and controlling the increase / decrease. Therefore, the power source for driving the resonance type power source may be any of DC / AC (direct current / alternating current) as long as it has a corresponding converter. The switching power supply can be applied to either a current resonance type or a voltage resonance type.

例えば、本発明は、大容量の主電源電圧VINから本スイッチング電源における直流入力電圧VIN2を生成して出力する直流出力コンバータ(11)と、このコンバータから直流入力電圧VIN2を受けて所定間隔で所定時間幅のパルス制御信号を出力する制御回路(12)と、この制御回路からパルス制御信号を受けてスイッチング動作し周期的なパルス状の電流を出力するスイッチング回路(13)と、このスイッチング回路の周期的出力を受けて所定の共振周波数を有するパルス状の電流を出力する共振回路(14)と、直流出力のための平滑回路(15)と、かつ出力端子に接続され出力電流を通過させて両端の電位を制御回路に通知する出力電流検出負荷(16)とを備えて入る。そして、上記制御回路が、出力端子とグランドとの電位差から出力電圧VOUTを、また出力電流検出負荷と協同しその両端の電位とグランド電位とから出力電流IOUTを、それぞれ検出する出力検出手段(17)を含み、出力電圧VOUTと出力電流IOUTとの変化をコンバータに通知してその出力する直流入力電圧VIN2を変化させて出力電圧VOUTを所定値に維持するように制御する。 For example, according to the present invention, a DC output converter (11) for generating and outputting a DC input voltage V IN2 in the switching power supply from a large-capacity main power supply voltage V IN and a DC input voltage V IN2 received from the converter are predetermined. A control circuit (12) for outputting a pulse control signal having a predetermined time width at intervals, a switching circuit (13) for receiving a pulse control signal from the control circuit and performing a switching operation to output a periodic pulsed current; A resonance circuit (14) that receives a periodic output of the switching circuit and outputs a pulsed current having a predetermined resonance frequency, a smoothing circuit (15) for DC output, and an output current connected to the output terminal An output current detection load (16) that passes through and notifies the control circuit of the potential at both ends is provided. The control circuit detects the output voltage V OUT from the potential difference between the output terminal and the ground, and cooperates with the output current detection load to detect the output current I OUT from the potential at both ends and the ground potential. (17), and notifies the converter of changes in the output voltage V OUT and the output current I OUT and changes the output DC input voltage V IN2 to control the output voltage V OUT to be maintained at a predetermined value. .

また、本発明では、スイッチング周波数を所定値以上となるように制御して出力電圧VOUTを所定値に維持するように制御する手段も含まれる。 The present invention also includes means for controlling the switching frequency to be equal to or higher than a predetermined value so as to maintain the output voltage VOUT at a predetermined value.

上記括弧内の符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、これらに限定されない。   The reference numerals in the parentheses are given for easy understanding, are merely examples, and are not limited thereto.

本発明の共振型スイッチング電源装置は、主電源電圧を直流入力電圧に変換して出力する直流出力コンバータを備え、制御回路が、電源装置の出力電圧および出力電流の情報を得ることによってコンバータを制御し、その出力の直流入力電圧を変化させることができる。このように、制御回路およびスイッチング回路へ供給される直流入力電圧を制御することができるので、電源装置の出力状態に応じて、発生するパルス状の電流のスイッチング周波数を所定値以上に維持しつつ、出力電圧を所定値に安定して維持させるように制御できるという効果がある。   The resonant switching power supply device of the present invention includes a DC output converter that converts a main power supply voltage into a DC input voltage and outputs the same, and a control circuit controls the converter by obtaining information on the output voltage and output current of the power supply device. Then, the DC input voltage of the output can be changed. In this way, the DC input voltage supplied to the control circuit and the switching circuit can be controlled, so that the switching frequency of the generated pulsed current is maintained at a predetermined value or more according to the output state of the power supply device. There is an effect that the output voltage can be controlled to be stably maintained at a predetermined value.

従って、パルス周期が大きくならないので、平滑回路の小型化に伴い、直流出力コンバータを付加したにかかわらず、電源装置の小型化を実現できる。   Therefore, since the pulse period does not increase, the power supply device can be downsized with the downsizing of the smoothing circuit regardless of the addition of the DC output converter.

本発明では、直流入力電圧から安定した直流出力を得る共振型スイッチング電源装置において、電源装置の直流出力が軽負荷の際、低周波数のためのリップル対策を不必要とするという目的を達成する。すなわち、直流入力電圧VIN2を受けて直流出力を制御する制御回路は、出力電圧VOUTと共に負荷へ供給する出力電流IOUTを検知し、検知した出力電圧VOUTまたは出力電流IOUTの値に基づいて、本制御回路に入力する直流入力電圧VIN2を制御して、軽負荷の際でもリップル対策を不必要とするように出力する共振周波数を所定値以上に維持しつつ、出力電圧VOUTを所定値に維持するように制御している。 According to the present invention, in a resonant switching power supply device that obtains a stable DC output from a DC input voltage, the object of eliminating the need for ripple countermeasures for low frequencies when the DC output of the power supply device is lightly loaded is achieved. That is, the control circuit that controls the DC output in response to the DC input voltage V IN2 detects the output current I OUT supplied to the load together with the output voltage V OUT , and sets the detected output voltage V OUT or the output current I OUT to the detected value. Based on this, the DC input voltage V IN2 input to this control circuit is controlled, and the output voltage V OUT is maintained while maintaining the resonance frequency that is output so as not to require ripple countermeasures even at light loads, at a predetermined value or higher. Is controlled to be maintained at a predetermined value.

このため、電源装置には直流出力コンバータが追加して設けられ、電源装置の内部回路が供給を受ける直流入力電圧を、この直流出力コンバータが外部の主電源電圧から生成する。従って、上記制御回路は、この直流出力コンバータを制御して、直流出力コンバータから出力され制御回路に入力する直流入力電圧を変化させ、出力電圧を所定値に維持するように調整している。   For this reason, a DC output converter is additionally provided in the power supply device, and this DC output converter generates a DC input voltage supplied by an internal circuit of the power supply device from an external main power supply voltage. Therefore, the control circuit controls the DC output converter, changes the DC input voltage output from the DC output converter and input to the control circuit, and adjusts the output voltage to be maintained at a predetermined value.

本発明の実施例1について図3を参照して説明する。   A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図3は、本発明による共振型スイッチング電源装置における実施例1のブロック回路を示す説明図である。   FIG. 3 is an explanatory diagram showing a block circuit of the first embodiment in the resonant switching power supply device according to the present invention.

図示されるスイッチング電源装置は、電流共振型であり、制御回路11、降圧DC/DCコンバータ12、トランジスタQ1,Q2を含むスイッチング回路13、インダクタL1とキャパシタC1とを含む共振回路14、インダクタL2とキャパシタC2とを含む平滑回路15、並びに、抵抗器Rで形成される出力電流検出負荷16により構成される。トランジスタQ1から出力端子TOUTまでは、インダクタL1,L2および抵抗器Rの順で直列に接続されている。 The illustrated switching power supply device is a current resonance type, and includes a control circuit 11, a step-down DC / DC converter 12, a switching circuit 13 including transistors Q1 and Q2, a resonance circuit 14 including an inductor L1 and a capacitor C1, and an inductor L2. It comprises a smoothing circuit 15 including a capacitor C2 and an output current detection load 16 formed by a resistor R. The inductors L1 and L2 and the resistor R are connected in series from the transistor Q1 to the output terminal T OUT .

制御回路11は、降圧DC/DCコンバータ12により出力される直流入力電圧VIN2を入力し、出力電流検出負荷16両端を引き込みグランドとの電位差を求めることにより、出力電流検出負荷16の一端に接続する出力端子TOUTにおける出力電圧VOUTと、出力電流検出負荷16を流れる負荷へ供給する出力電流IOUTを検出して、降圧DC/DCコンバータ12およびスイッチング回路13それぞれへ制御信号を出力することにより、出力電圧VOUTを所定値に維持するように調整する。 The control circuit 11 is connected to one end of the output current detection load 16 by inputting the DC input voltage V IN2 output from the step-down DC / DC converter 12 and drawing both ends of the output current detection load 16 to obtain a potential difference from the ground. Detecting the output voltage V OUT at the output terminal T OUT and the output current I OUT supplied to the load flowing through the output current detection load 16 and outputting control signals to the step-down DC / DC converter 12 and the switching circuit 13 respectively. Thus, the output voltage V OUT is adjusted to be maintained at a predetermined value.

すなわち、制御回路11は、例えば、IC(集積回路)で形成され、スイッチング回路13と共振回路14とを用いて所定のスイッチング周波数によるパルス状の電流を生成するが、この際の生成電流iを、軽負荷の場合には小さく、重負荷の場合には大きくする必要がある。   That is, the control circuit 11 is formed of, for example, an IC (integrated circuit), and generates a pulsed current with a predetermined switching frequency using the switching circuit 13 and the resonance circuit 14, and generates the generated current i at this time. It must be small for light loads and large for heavy loads.

このため、制御回路11は、降圧DC/DCコンバータ12に制御信号を送り、出力される直流入力電圧VIN2を、軽負荷の場合には低く、重負荷の場合には高くするように制御する。この場合、制御回路11は、最大負荷の際に出力される直流入力電圧VIN2を主電源電圧VINになるように制御する。また、制御回路11は、制御端子がスイッチング回路13のトランジスタQ1,Q2それぞれのゲートに接続され所定間隔で所定時間幅のパルス制御信号を送出する。 For this reason, the control circuit 11 sends a control signal to the step-down DC / DC converter 12 and controls the output DC input voltage V IN2 to be low when the load is light and high when the load is heavy. . In this case, the control circuit 11 controls the DC input voltage V IN2 output at the maximum load so as to become the main power supply voltage V IN . The control circuit 11 has a control terminal connected to the gates of the transistors Q1 and Q2 of the switching circuit 13, and sends out a pulse control signal having a predetermined time width at predetermined intervals.

降圧DC/DCコンバータ12は、直流例えばバッテリのような主電源による直流定電圧VINを入力してICを制御する直流電源を形成し、直流入力電圧VIN2を出力する。更に、降圧DC/DCコンバータ12は、制御回路11から受ける制御信号に基づいて、直流入力電圧VIN2を変化させ、最大負荷の際に出力する直流入力電圧VIN2が主電源の直流定電圧VINになるように制御される。 The step-down DC / DC converter 12 inputs a DC constant voltage V IN from a main power source such as a battery, forms a DC power source for controlling the IC, and outputs a DC input voltage V IN2 . Furthermore, the step-down DC / DC converter 12, the control circuit based on the control signal received from the 11, by changing the DC input voltage V IN2, DC constant voltage V of the DC input voltage V IN2 is mains to be output during the maximum load Controlled to be IN .

スイッチング回路13は、直列のCMOSFETによるトランジスタQ1,Q2により構成され、制御回路11と同様に降圧DC/DCコンバータ12から出力される直流入力電圧VIN2を供給され、スイッチングされたパルス状の生成電流iをトランジスタQ1から共振回路14へ出力する。 The switching circuit 13 includes transistors Q1 and Q2 formed of series CMOSFETs, and is supplied with the DC input voltage V IN2 output from the step-down DC / DC converter 12 in the same manner as the control circuit 11, and is switched to generate a pulsed generated current. i is output from the transistor Q 1 to the resonance circuit 14.

共振回路14は、直列構成のインダクタL1とキャパシタC1とを接続し、インダクタL1とキャパシタC1との接続点からインダクタL1とキャパシタC1とにより決定される共振周波数をスイッチング周波数としてパルス状の電流により出力する。   The resonance circuit 14 connects the inductor L1 and the capacitor C1 having a series configuration, and outputs a pulsed current with a resonance frequency determined by the inductor L1 and the capacitor C1 as a switching frequency from a connection point between the inductor L1 and the capacitor C1. To do.

平滑回路15は、共振回路14のキャパシタC1に並列に、直列のインダクタL2とキャパシタC2とを接続し、インダクタL2とキャパシタC2との接続点を出力端子に接続して、共振回路14から出力されたスイッチング周波数を有するパルス状の電流を直流へ平滑する。   The smoothing circuit 15 connects the inductor L2 and the capacitor C2 in series in parallel with the capacitor C1 of the resonance circuit 14, and connects the connection point between the inductor L2 and the capacitor C2 to the output terminal, and is output from the resonance circuit 14. The pulsed current having the switching frequency is smoothed to a direct current.

出力電流検出負荷16は、抵抗器Rにより構成されており、平滑回路15のインダクタL2と、出力端子TOUTおよびキャパシタC2の接続点との間に挿入、接続される。出力電流検出負荷16の両端は制御回路11に引き込まれて出力検出手段17を形成し、出力検出手段17は、出力電流検出負荷16の両端および出力端子側端それぞれとグランドとの間の電位差から電源装置の出力電圧VOUTと出力電流IOUTとを検出して降圧DC/DCコンバータ12へ上述した制御信号を出力すると共にスイッチング回路13のスイッチング動作を制御する。 The output current detection load 16 includes a resistor R, and is inserted and connected between the inductor L2 of the smoothing circuit 15 and the connection point between the output terminal TOUT and the capacitor C2. Both ends of the output current detection load 16 are drawn into the control circuit 11 to form an output detection means 17, and the output detection means 17 is based on the potential difference between the both ends of the output current detection load 16 and the output terminal side ends and the ground. The output voltage V OUT and the output current I OUT of the power supply device are detected and the control signal described above is output to the step-down DC / DC converter 12 and the switching operation of the switching circuit 13 is controlled.

次に、図4を参照して図3に示される制御回路11の動作機能について説明する。   Next, the operation function of the control circuit 11 shown in FIG. 3 will be described with reference to FIG.

先に、図2を参照して説明したように直流定電圧VINを供給される従来の電流共振型スイッチング電源では制御回路が同一振幅の電流パルスを発生するので、そのスイッチング周波数を変化させている。すなわち、PFM制御が行われる。 As described above with reference to FIG. 2, in the conventional current resonance type switching power supply to which the DC constant voltage V IN is supplied, the control circuit generates current pulses having the same amplitude. Therefore, the switching frequency is changed. Yes. That is, PFM control is performed.

しかし、本発明による電流共振型スイッチング電源では、パルス状電流の周期を一定にする条件で、制御回路およびスイッチング回路に供給される直流入力電圧を電源装置の出力状態に応じて変化させている。すなわち、軽負荷に際しては小電流の供給でよいので、制御回路11に印加される入力電源は低電位でよい。一方、重負荷の際には大電流を必要とするので、高電位が必要である。   However, in the current resonance type switching power supply according to the present invention, the DC input voltage supplied to the control circuit and the switching circuit is changed according to the output state of the power supply device under the condition that the period of the pulse current is constant. That is, since a small current may be supplied at a light load, the input power supply applied to the control circuit 11 may be at a low potential. On the other hand, since a large current is required in heavy load, a high potential is required.

従って、制御回路11は、電源装置の出力電圧VOUTと出力電流IOUTとから負荷状態を検出して、主電源電圧VINの側に設けられた降圧DC/DCコンバータ12に制御信号を送り、制御回路11へ供給される直流入力電圧VIN2を上述したように制御して、出力電圧VOUTを所定値に維持している。 Therefore, the control circuit 11 detects the load state from the output voltage V OUT and the output current I OUT of the power supply device, and sends a control signal to the step-down DC / DC converter 12 provided on the main power supply voltage V IN side. The DC input voltage V IN2 supplied to the control circuit 11 is controlled as described above, and the output voltage V OUT is maintained at a predetermined value.

上記説明では、制御回路にICを、スイッチング回路に二つのCMOSFETを、また、電流検出負荷に抵抗器を、それぞれ用いているが、同一機能を有するものであれば、他の素子で構成してもよい。また、電流共振型で説明したが、上記説明の電流振幅を電圧振幅に変換して制御することができるので、電圧共振型にも適用可能なことは明らかである。   In the above description, an IC is used for the control circuit, two CMOSFETs are used for the switching circuit, and a resistor is used for the current detection load. Also good. Further, although the current resonance type has been described, the current amplitude described above can be controlled by converting it into a voltage amplitude, so that it is apparent that the present invention can also be applied to the voltage resonance type.

このような形態による構成を採用したので、軽負荷に際して出力されるパルス状電流の間隔を所定値に固定することができる。従って、リップルに対応する平滑キャパシタの容量が従来と比較して少量にできるので、コンバータを付加してもなお、電源装置を小型化できるという効果がある。   Since the configuration according to such a form is adopted, the interval between the pulsed currents output at the time of light load can be fixed to a predetermined value. Therefore, since the capacity of the smoothing capacitor corresponding to the ripple can be reduced as compared with the conventional case, there is an effect that the power supply device can be downsized even if a converter is added.

また、軽負荷に際して出力されるパルス状電流の間隔を所定値以下としてその振幅を調整する制御方法においても、リップルに対して同様の効果が得られる。   The same effect can be obtained with respect to the ripple in the control method of adjusting the amplitude by setting the interval of the pulsed current output at the time of light load to a predetermined value or less.

本発明の実施例2について図5を参照して説明する。   A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図5の実施例2は、実施例1の降圧DC/DCコンバータ12に代わり、AC/DCコンバータ18を備えることである。このため、AC/DCコンバータ18の出力側に平滑キャパシタC0が挿入されている。   The second embodiment of FIG. 5 includes an AC / DC converter 18 instead of the step-down DC / DC converter 12 of the first embodiment. Therefore, a smoothing capacitor C0 is inserted on the output side of the AC / DC converter 18.

このような構成により、主電源を例えば商用の交流電源とし、電源装置の入力に交流定電圧VACを使用することができる。他の構成要素は図4を参照して説明されたと同一であり、その説明は省略する。 With such a configuration, the main power source can be a commercial AC power source, for example, and the AC constant voltage V AC can be used for the input of the power supply device. The other components are the same as those described with reference to FIG.

この機能は、本発明がスイッチング電源装置に供給する主電源電圧をDCまたはACの何れでも選択できることを意味する。   This function means that the main power supply voltage supplied to the switching power supply according to the present invention can be selected from either DC or AC.

共振型スイッチング電源装置で主電源の入力部分にDC/DCまたはAC/DCコンバータを用いて、制御回路が容易にスイッチング電源部分のパルス発生周期を所定値に固定する一方その振幅を可変でき、またはそのパルス発生周期を所定値以上にしてその振幅を調整できるので、スイッチング回路を用いて出力パルスを平滑化することが必要な電源用途の小型化に適用が可能である。   Using a DC / DC or AC / DC converter at the input part of the main power supply in the resonance type switching power supply device, the control circuit can easily fix the pulse generation period of the switching power supply part to a predetermined value while varying its amplitude, or Since the amplitude can be adjusted by setting the pulse generation period to a predetermined value or more, it can be applied to miniaturization of power supply applications that require smoothing of the output pulse using a switching circuit.

従来の共振型スイッチング電源装置における回路ブロック構成の一例を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed an example of the circuit block structure in the conventional resonant switching power supply device. 図1でPFM制御による共振波形の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the resonance waveform by PFM control in FIG. 本発明による共振型スイッチング電源装置における回路ブロック構成の実施の一形態を示した説明図である。(実施例1)It is explanatory drawing which showed one Embodiment of the circuit block structure in the resonance type switching power supply device by this invention. Example 1 図3の回路における生成電流iの共振波形の一形態を示した説明図である。(実施例1)FIG. 4 is an explanatory diagram showing one form of a resonance waveform of a generated current i in the circuit of FIG. 3. Example 1 本発明による共振型スイッチング電源装置における回路ブロック構成の実施の一形態を示した説明図である。(実施例2)It is explanatory drawing which showed one Embodiment of the circuit block structure in the resonance type switching power supply device by this invention. (Example 2)

符号の説明Explanation of symbols

11 制御回路
12 降圧DC/DCコンバータ(直流出力コンバータ)
13 スイッチング回路
14 共振回路
15 平滑回路
16 出力電流検出負荷
17 出力検出手段
18 AC/DCコンバータ(直流出力コンバータ)
C0、C1、C2 キャパシタ
L1、L2 インダクタ
Q1、Q2 トランジスタ
R 抵抗器
11 Control circuit 12 Step-down DC / DC converter (DC output converter)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 Switching circuit 14 Resonance circuit 15 Smoothing circuit 16 Output current detection load 17 Output detection means 18 AC / DC converter (DC output converter)
C0, C1, C2 Capacitor L1, L2 Inductor Q1, Q2 Transistor R Resistor

Claims (8)

直流入力電圧で稼動する制御回路とスイッチング回路とで生成するパルス状の電流または電圧から共振回路および平滑回路を介して安定した直流出力を得る共振型スイッチング電源装置において、
前記直流入力電圧を出力して前記制御回路と前記スイッチング回路とに供給する直流出力コンバータと、前記直流出力の電圧値と電流値との少なくとも一方を出力値として検出する出力検出手段とを更に備え、
前記制御回路は、前記出力検出手段から前記出力値を受け、この出力値により、前記直流出力コンバータを制御して前記直流入力電圧を変化させると共に前記スイッチング回路の出力周波数を一定値以上となるように維持するように制御する
ことを特徴とする共振型スイッチング電源装置。
In a resonant switching power supply apparatus that obtains a stable DC output via a resonant circuit and a smoothing circuit from a pulsed current or voltage generated by a control circuit and a switching circuit that operate with a DC input voltage,
A DC output converter that outputs the DC input voltage and supplies the DC circuit to the control circuit and the switching circuit; and output detection means that detects at least one of a voltage value and a current value of the DC output as an output value. ,
The control circuit receives the output value from the output detection means, and controls the DC output converter based on the output value to change the DC input voltage and to make the output frequency of the switching circuit equal to or higher than a certain value. The resonance type switching power supply device, characterized in that the control is performed so as to be maintained at
請求項1に記載の共振型スイッチング電源装置において、
前記スイッチング回路は、前記制御回路の制御を受けて、パルス状出力の振幅を変化させ、前記直流出力の電圧を所定値に維持するように調整する
ことを特徴とする共振型スイッチング電源装置。
The resonant switching power supply device according to claim 1,
The switching circuit is controlled so as to change the amplitude of the pulsed output under the control of the control circuit and adjust the voltage of the DC output to a predetermined value.
請求項1または請求項2に記載の共振型スイッチング電源装置において、
前記出力検出手段は前記制御回路に含まれると共に出力電流検出負荷を含み、
当該負荷は、前記共振回路の出力と接続される平滑回路内部で出力電流の流れる線に挿入されてその両端の電位を前記制御回路に通知するものであり、
前記制御回路がグランドと前記負荷の両端電位とから前記電源装置の出力電流を、かつグランドと出力端子とから出力電圧を、それぞれ検出して出力値とする
ことを特徴とする共振型スイッチング電源装置。
The resonant switching power supply device according to claim 1 or 2,
The output detection means is included in the control circuit and includes an output current detection load,
The load is inserted into a line through which an output current flows inside a smoothing circuit connected to the output of the resonance circuit, and notifies the control circuit of the potential at both ends thereof.
The control circuit detects an output current of the power supply device from a ground and both-end potentials of the load, and outputs an output voltage from the ground and an output terminal, respectively, to obtain an output value. .
請求項1に記載の共振型スイッチング電源装置において、前記直流出力コンバータは、直流(DC)および交流(AC)のうちの一つを主電源電圧として入力するDC/DCコンバータまたはAC/DCコンバータであることを特徴とする共振型スイッチング電源装置。   2. The resonant switching power supply device according to claim 1, wherein the DC output converter is a DC / DC converter or an AC / DC converter that inputs one of direct current (DC) and alternating current (AC) as a main power supply voltage. A resonance-type switching power supply device comprising: 請求項1に記載の共振型スイッチング電源装置において、前記スイッチング回路は二つのCMOSFETから構成されたものであることを特徴とする共振型スイッチング電源装置。   2. The resonant switching power supply device according to claim 1, wherein the switching circuit is composed of two CMOSFETs. 請求項1に記載の共振型スイッチング電源装置において、前記出力電流検出負荷は抵抗器であることを特徴とする共振型スイッチング電源装置。   2. The resonant switching power supply device according to claim 1, wherein the output current detection load is a resistor. 主電源電圧から直流入力電圧を生成して出力する直流出力コンバータと、
このコンバータから前記直流入力電圧を受けて所定間隔で所定時間幅のパルス制御信号を出力する制御回路と、
この制御回路から前記パルス制御信号を受けてスイッチング動作し、所定の共振周波数を有するパルス状の電流または電圧を出力するスイッチング回路および共振回路と、
前記共振周波数を有するパルス状の電流または電圧を受けて、直流出力するための平滑回路と、
出力端子に接続され出力電流を通過させて両端の電位を前記制御回路に通知する出力電流検出負荷とを備え、
前記制御回路は、前記出力端子とグランドとの電位差から出力電圧を、かつ、出力電流検出負荷からグランドに対する両端電位の通知を受けて出力電流を、それぞれ検出し、出力電圧または出力電流の変化を前記コンバータに通知してその出力する直流入力電圧を変化させ、この直流入力電圧の変化により前記出力電圧を所定値に維持するように制御する手段を有する
ことを特徴とする共振型スイッチング電源装置。
A DC output converter that generates and outputs a DC input voltage from the main power supply voltage; and
A control circuit for receiving the DC input voltage from the converter and outputting a pulse control signal having a predetermined time width at predetermined intervals;
A switching circuit that receives the pulse control signal from the control circuit, performs a switching operation, and outputs a pulsed current or voltage having a predetermined resonance frequency; and a resonance circuit;
A smoothing circuit for receiving a pulsed current or voltage having the resonance frequency and outputting a direct current;
An output current detection load connected to the output terminal and passing the output current and notifying the control circuit of the potential at both ends;
The control circuit detects the output voltage from the potential difference between the output terminal and the ground, and detects the output current upon receiving the notification of the both-end potential with respect to the ground from the output current detection load. Resonant switching power supply apparatus comprising: means for notifying the converter and changing a DC input voltage to be output, and controlling the output voltage to be maintained at a predetermined value by the change of the DC input voltage.
直流入力電圧から安定した直流出力を得る共振型スイッチング電源装置において、
主電源電圧から前記直流入力電圧を得る直流出力コンバータと、
前記直流出力の電圧値と電流値との少なくとも一方を出力値として検出する出力検出手段と、
前記出力検出手段から前記出力値を受け、この出力値に応じ前記直流出力コンバータを制御して前記直流入力電圧を変化させると共にスイッチング周波数を一定値以上になるように制御して、前記直流出力の電圧を所定値に維持するように調整する制御手段と
を備えることを特徴とする共振型スイッチング電源装置。
In a resonant switching power supply device that obtains a stable DC output from a DC input voltage,
A DC output converter for obtaining the DC input voltage from a main power supply voltage;
Output detection means for detecting at least one of a voltage value and a current value of the DC output as an output value;
The output detection unit receives the output value, and controls the DC output converter according to the output value to change the DC input voltage and control the switching frequency to be a predetermined value or more, And a control unit that adjusts the voltage so as to maintain the voltage at a predetermined value.
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