JP2007097271A - スイッチング電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 パルス幅変調増幅装置に用いるスイッチング電源装置において、瞬時電力供給能力を向上させる。
【解決手段】 スイッチング電源装置において、パルス幅変調信号を生成するパルス幅変調生成部と、パルス幅変調生成部が生成したパルス幅変調信号に基づいてスイッチング動作する電界効果型トランジスタと、電界効果型トランジスタが出力したパルス幅変調信号を変圧するスイッチングトランスと、スイッチングトランスが変圧したパルス幅変調信号の電流を検出する電流検出部と、電流検出部が検出した電流に基づいてパルス幅変調生成部が生成するパルス幅変調信号のパルス幅を制御する制御部とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、オーディオ信号を増幅するパルス幅変調増幅装置に用いられるスイッチング電源装置に関する。

図５は、従来のパルス幅変調増幅装置のスイッチング電源装置の構成を示すブロック図である。入力端子１ａ及び入力端子１ｂは、外部電源装置等によって交流に整流された電力を入力する。入力端子１ａと入力端子１ｂとの間には、電解コンデンサＣ１が接続されている。

入力端子１ａは、スイッチングトランスの一次側の巻線２ａの一端に接続されている。巻線２ａは、その他端が電界効果トランジスタ(ＦＥＴ(Field Effect Transistor))３に接続されている。入力端子１ｂは、巻線２ｂの一端に接続されている。巻線２ｂは、その他端がダイオードＤ１を介してパルス幅変調(ＰＷＭ(Pulse Width Modulation))生成部４に接続され電圧を入力する。また、入力端子１ｂは、抵抗Ｒ２を介して、ＦＥＴ３に接続されている。ダイオードＤ１の出力と巻線２ｂの入力端子１ｂ側の入力との間に、電解コンデンサＣ２が接続されている。入力端子１ａとダイオードＤ１の出力との間に、抵抗Ｒ１が接続されている。ＰＷＭ生成部４と入力端子１ｂとの間に、フォトトランジスタ６が接続されている。

ＰＷＭ生成部４は、パルス幅変調信号を生成する。ＦＥＴ３は、ＰＷＭ生成部４から入力されるパルス幅変調信号によって、ＰＷＭスイッチング動作し、巻線２ａを駆動する。ＦＥＴ３のＰＷＭスイッチング動作によって、スイッチングトランス５の２次側の巻線７に生成された電圧は、出力端子８ａ、８ｂに出力される。ダイオードＤ２は、巻線７と出力端子８ａとの間に接続され出力する電力を半波整流する。ダイオードＤ２の出力と巻線７の出力端子８ｂ側の出力との間に、電解コンデンサＣ３が接続されている。

ＬＥＤ(Light Emitting Diode)９及びシャントレギュレータ１０は、直列に、ダイオードＤ２の出力と巻線７の出力端子８ｂ側の出力との間に、接続されている。ＬＥＤ９は、フォトトランジスタ６とともに、フォトカプラとして構成されている。抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４は、ダイオードＤ２の出力と巻線７の出力端子８ｂ側の出力との間に接続され、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４との接続端はシャントレギュレータ１０に接続されている。二次側の巻線７に生成され出力端子８ａ、８ｂに出力される電圧は、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４とによって分圧される。分圧された電圧は、シャントレギュレータ１０のオンとオフとを切り換える基準電圧として用いられる。

抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４の分圧比によって予め定めた基準電圧を超えた場合、シャントレギュレータ１０がオンすることによりＬＥＤ９に流れる電流が増加する。電流の増加によってＬＥＤ９の発光が強くなり、フォトトランジスタ６が受光しＰＷＭ生成部４に出力する電圧が接地電位に近くなり、ＰＷＭ生成部４は出力電圧のデューティ比を広げＦＥＴ３のスイッチング動作の間隔を長くする。ＦＥＴ３のスイッチング動作の間隔が長くなると、スイッチングトランス５における磁気変換が少なくなり、出力端子８ａと出力端子８ｂとの間の電圧Ｖ３が下がる。

抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４の分圧比によって予め定めた基準電圧以下になった場合、シャントレギュレータ１０がオフすることによりＬＥＤ９に流れる電流が減少する。電流の減少によってＬＥＤ９の発光が弱くなり、フォトトランジスタ６が受光しＰＷＭ生成部４に出力する電圧が、ＰＷＭ生成部４に巻線２ｂからダイオードＤ１を介して入力される電圧に近くなり、ＰＷＭ生成部４は出力電圧のデューティ比を狭めＦＥＴ３のスイッチング動作の間隔を短くする。ＦＥＴ３のスイッチング動作の間隔が短くなると、スイッチングトランス５における磁気変換が多くなり、出力端子８ａと出力端子８ｂとの間の電圧Ｖ３が上がる。

また、電圧制御動作を行うために、電圧を直接検出して制御する装置があった（特許文献１参照）。

特開２００２−１３６１２６号公報

特許文献１の装置は、パルス幅変調増幅装置に用いるスイッチング電源装置における電圧を制御するための構成を備えていなかった。

従来のスイッチング電源装置における電圧制御動作は、出力端子８ａ、８ｂから出力される電力の消費の変動が少ない電気装置を接続して使用する場合に有効である。しかし、オーディオ再生装置を接続して使用する場合、出力端子８ａ、８ｂから出力される電力の消費量は、オーディオ再生装置が再生するオーディオ信号によって常に変動する。特に、ダイナミックレンジの広いオーディオ信号をオーディオ再生装置が再生するとき、消費電力の変動が大きい。オーディオ再生装置をスイッチング電源装置に接続して使用する場合、定格出力（瞬時電力供給能力）を満足する大きな容量のスイッチング電源が必要になる。

本発明の目的は、パルス幅変調増幅装置に用いるスイッチング電源装置において、大容量のスイッチング電源を必要とせずに、瞬時電力供給能力を向上した装置を提供することにある。

本発明の請求項１に記載のスイッチング電源装置は、パルス幅変調信号を生成するパルス幅変調生成部と、前記パルス幅変調生成部が生成したパルス幅変調信号に基づいてスイッチング動作する電界効果型トランジスタと、前記電界効果型トランジスタが出力したパルス幅変調信号を変圧するスイッチングトランスと、前記スイッチングトランスが変圧したパルス幅変調信号の電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部が検出した電流に基づいて前記パルス幅変調生成部が生成するパルス幅変調信号のパルス幅を制御する制御部とを備えるものである。

本発明のスイッチング電源装置によれば、パルス幅変調増幅装置のスイッチング電源回路における瞬時電力供給能力を向上することができる。

図１は、本発明のパルス幅変調増幅装置のスイッチング電源装置の一実施例の構成を示すブロック図である。入力端子１ａ及び入力端子１ｂは、外部電源装置等によって交流に整流された電力を入力する。入力端子１ａと入力端子１ｂとの間には、電解コンデンサＣ１が接続されている。

入力端子１ａは、スイッチングトランスの一次側の巻線２ａの一端に接続されている。巻線２ａは、その他端がＦＥＴ３に接続されている。入力端子１ｂは、巻線２ｂの一端に接続されている。巻線２ｂは、その他端がダイオードＤ１を介してＰＷＭ生成部４に接続され電圧を入力する。また、入力端子１ｂは、抵抗Ｒ２を介して、ＦＥＴ３に接続されている。ダイオードＤ１の出力と巻線２ｂの入力端子１ｂ側の入力との間に、電解コンデンサＣ２が接続されている。入力端子１ａとダイオードＤ１の出力との間に、抵抗Ｒ１が接続されている。ＰＷＭ生成部４と入力端子１ｂとの間に、フォトトランジスタ６が接続されている。

ＰＷＭ生成部４は、パルス幅変調信号を生成する。ＦＥＴ３は、ＰＷＭ生成部４から入力されるパルス幅変調信号によって、ＰＷＭスイッチング動作し、巻線２ａを駆動する。ＦＥＴ３のＰＷＭスイッチング動作によって、スイッチングトランス５の２次側の巻線７に生成された電圧は、出力端子８ａ、８ｂに出力される。ダイオードＤ２は、巻線７と出力端子８ａとの間に接続され出力する電力を半波整流する。ダイオードＤ２の出力と巻線７の出力端子８ｂ側の出力との間に、電解コンデンサＣ３が接続されている。

ＬＥＤ９及びシャントレギュレータ１０は、直列に、ダイオードＤ２の出力と巻線７の出力端子８ｂ側の出力との間に、接続されている。ＬＥＤ９は、フォトトランジスタ６とともに、フォトカプラとして構成されている。抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４は、ダイオードＤ２の出力と巻線７の出力端子８ｂ側の出力との間に接続され、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４との接続端はシャントレギュレータ１０に接続されている。抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６は、ダイオードＤ２の出力と巻線７の出力端子８ｂ側の出力との間に接続され、抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６との接続端は、ダイオードＤ３を介して、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４との接続端に接続されている。コンデンサＣ４は、抵抗Ｒ４と並列に抵抗Ｒ４の両端に接続されている。コンデンサＣ５は、抵抗Ｒ６と並列に抵抗Ｒ６の両端に接続されている。

二次側の巻線７に生成され出力端子８ａ、８ｂに出力される電圧は、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４とによって分圧される。分圧された電圧は、シャントレギュレータ１０のオンとオフとを切り換えるための基準電圧Ｖ１として用いられる。コンデンサＣ４により、基準電圧Ｖ１は時定数Ｔ１を持ち、時定数Ｔ１を、基準電圧Ｖ１に達するまでの時間として調整することができる。
Ｔ１＝Ｃ４×Ｒ４ ・・・（式１）

二次側の巻線７に生成され出力端子８ａ、８ｂに出力される電圧は、抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６とによって分圧される。分圧された電圧は、シャントレギュレータ１０のオンとオフとを切り換えるための基準電圧Ｖ２として用いられる。コンデンサＣ５により、基準電圧Ｖ２は時定数Ｔ２を持ち、時定数Ｔ２を、基準電圧Ｖ２に達するまでの時間として調整することができる。
Ｔ２＝Ｃ５×Ｒ６ ・・・（式２）

ここで、Ｖ１とＶ２の関係をＶ１＜Ｖ２となるように設定し、ダイオードＤ３を介してＶ１とＶ２が合成されることによって、時定数Ｔ１とＴ２とを組み合わせ、基準電圧Ｖ１とＶ２とを組み合せて、シャントレギュレータ１０を制御することができる。
Ｖ１＝Ｒ４／（Ｒ３＋Ｒ４） ・・・（式３）
Ｖ２＝Ｒ６／（Ｒ５＋Ｒ６） ・・・（式４）
図２は、動作時間と制限電圧との関係の一例を示す図である。
制限電圧を常時Ｖ０＝１０Ｖとし、Ｔ１の期間、制限電圧をＶ０＋Ｖ１＝３０Ｖとし、Ｔ２の期間、制限電圧をＶ０＋Ｖ１−Ｖ２＝２０Ｖとする。このように、基準電圧Ｖ１とＶ２とを用いて制限電圧を２段階に設定することができる。

図１のスイッチング電源装置は、図２に示す２段階の制限電圧を得ることができるので、出力端子８ａ、８ｂが出力し、出力端子８ａ、８ｂに接続された電気装置の消費電力の変動をＬＥＤ９の電流の変化として検出し、出力端子８ａ、８ｂに接続された電気装置が瞬時に大きな電力を消費するとき、時定数Ｔ１の期間にＶ０＋Ｖ１＝３０Ｖの電圧を出力し、時定数Ｔ２の期間にＶ０＋Ｖ１−Ｖ２＝２０Ｖの電圧を出力することができる。

図３は、本発明のパルス幅変調増幅装置のスイッチング電源装置の一実施例の構成を示すブロック図である。入力端子１ａ及び入力端子１ｂは、外部電源装置等によって交流に整流された電力を入力する。入力端子１ａと入力端子１ｂとの間には、電解コンデンサＣ１が接続されている。

入力端子１ａは、スイッチングトランスの一次側の巻線２ａの一端に接続されている。巻線２ａは、その他端がＦＥＴ３に接続されている。入力端子１ｂは、巻線２ｂの一端に接続されている。巻線２ｂは、その他端がダイオードＤ１を介してＰＷＭ生成部４に接続され電圧を入力する。また、入力端子１ｂは、抵抗Ｒ２を介して、ＦＥＴ３に接続されている。ダイオードＤ１の出力と巻線２ｂの入力端子１ｂ側の入力との間に、電解コンデンサＣ２が接続されている。入力端子１ａとダイオードＤ１の出力との間に、抵抗Ｒ１が接続されている。
入力端子１ｂに、フォトトランジスタ６が接続されている。タイマ１１は、フォトトランジスタ６に接続され、フォトトランジスタ６の出力電圧に予め設定された時定数Ｔ３を付加する。ラッチ１２は、タイマ１１が時定数Ｔ３を付加した出力電圧をＰＷＭ生成部４に入力するか否かを制御する。フォトトランジスタ６とタイマ１１の接続線には、抵抗Ｒ７を介して電圧Ｖが入力されている。

ＰＷＭ生成部４は、パルス幅変調信号を生成する。ＦＥＴ３は、ＰＷＭ生成部４から入力されるパルス幅変調信号によって、ＰＷＭスイッチング動作し、巻線２ａを駆動する。ＦＥＴ３のＰＷＭスイッチング動作によって、スイッチングトランス５の２次側の巻線７に生成された電圧は、出力端子８ａ、８ｂに出力される。ダイオードＤ２は、巻線７と出力端子８ａとの間に接続され出力する電力を半波整流する。ダイオードＤ２の出力と巻線７の出力端子８ｂ側の出力との間に、電解コンデンサＣ３が接続されている。

ＬＥＤ９及びシャントレギュレータ１０は、直列に、ダイオードＤ２の出力と巻線７の出力端子８ｂ側の出力との間に、接続されている。ＬＥＤ９は、フォトトランジスタ６とともに、フォトカプラとして構成されている。抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４は、ダイオードＤ２の出力と巻線７の出力端子８ｂ側の出力との間に接続され、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４との接続端はシャントレギュレータ１０に接続されている。二次側の巻線７に生成され出力端子８ａ、８ｂに出力される電圧は、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４とによって分圧される。分圧された電圧は、シャントレギュレータ１０のオンとオフとを切り換える基準電圧として用いられる。

図４は、動作時間と制限電圧との関係の一例を示す図である。(ａ)は、フォトトランジスタ６の出力電圧である。(ｂ)は、タイマ１１の出力電圧である。(ｃ)は、ラッチ１２の出力電圧である。時間ｔ４に、ＬＥＤ９からフォトトランジスタ６にトリガの発光入力があると、タイマ１１は、時定数Ｔ３を付加し、付加時間Ｔ３の経過後、時間ｔ５に、ラッチ１２は、ＰＷＭ生成部４に電圧を入力する。ＰＷＭ生成部４は、時定数Ｔ１の期間は、出力電圧を制限しない３０Ｖとし、時定数Ｔ１後に出力電圧を１０Ｖに制限する。その後、ＬＥＤ９の電流が減少すれば、ＰＷＭ生成部４は、出力電圧の制限を解除する。

本発明のパルス幅変調増幅装置のスイッチング電源装置の一実施例の構成を示すブロック図である。 動作時間と制限電圧との関係の一例を示す図である。 本発明のパルス幅変調増幅装置のスイッチング電源装置の一実施例の構成を示すブロック図である。 動作時間と制限電圧との関係の一例を示す図である。 従来のパルス幅変調増幅装置のスイッチング電源装置の一例の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ａ、１ｂ 入力端子
２ａ、２ｂ、７ 巻線
３ 電界効果トランジスタ
４ パルス幅変調生成部
５ スイッチングトランス
６ フォトトランジスタ
８ａ、８ｂ 出力端子
９ ＬＥＤ
１０ シャントレギュレータ
１１ タイマ
１２ ラッチ

Claims (1)

1. パルス幅変調信号を生成するパルス幅変調生成部と、前記パルス幅変調生成部が生成したパルス幅変調信号に基づいてスイッチング動作する電界効果型トランジスタと、前記電界効果型トランジスタが出力したパルス幅変調信号を変圧するスイッチングトランスと、前記スイッチングトランスが変圧したパルス幅変調信号の電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部が検出した電流に基づいて前記パルス幅変調生成部が生成するパルス幅変調信号のパルス幅を制御する制御部とを備えることを特徴とするスイッチング電源装置。

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