JP2007215253A - スイッチング電源装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】スイッチング素子Q1に電流が流れ始めてから、タイマTIMにより所定時間を計時し、計時完了後に、電流検出抵抗Rにより、スイッチング素子Q1に流れる電流IDを測定し、スイッチング素子Q1に流れる電流の傾き(電流増加の割合)を判定する。電流の傾きが小さい場合(入力電圧VDDが小さい場合)は、タイマTIMの計時完了の時点で、CMP2の出力がHレベルとなっており、このHレベルはFF1にラッチされ、FF1のQバー端子からLレベルが出力される。このLレベル信号により、過電流検出点の基準電圧Vref1をΔVref1だけ増加させる。これにより、入力電圧VDDが低い場合は過電流検出点を大きくする。
【選択図】図1
Description
図7に示すスイッチング電源装置では、電源端子VDDin−COM間に直流電源10により直流入力電圧VDDが印加され、該電源端子VDDin−COM間に、トランスT1の1次側巻線W1と、スイッチング素子Q1と、電流検出抵抗Rとが直列に接続される。そして、制御回路CNTによりスイッチング素子Q1をスイッチング制御する。スイッチング素子Q1がオンすると、「直流電源10→トランスT1の1次側巻き線W1→スイッチング素子Q1→電流検出抵抗R→直流電源10」の経路で電流が流れる。すなわち、直流入力電圧VDD(以下、単に「入力電圧VDD」とも言う)がトランスT1の1次側巻き線W1に印加される。これにより、トランスT1の1次側巻線W1に三角波状の励磁電流が流れ、トランスT1に磁気エネルギーが蓄えられる。
Wo=(1/2)L・I2・f、ここで、fはスイッチング周波数である。
VDD1=VD1×(R2+R3)/R3、(一般に抵抗R1>>抵抗Rの関係にあるため、入力電圧補正回路に流れる電流による抵抗Rでの電圧は無視することができる)。
このような構成により、トランスの1次側巻線に接続されたスイッチング素子に流れる電流を計測し、このスイッチング素子に流れる電流の傾き(電流増加の割合)を検出することにより、入力電圧の高低を検出する。そして、入力電圧の高低に応じて、スイッチング素子制御回路における過電流検出点の補正を行なう。すなわち、トランスの1次側巻線のインダクタンス(L1)と、スイッチング素子に流れる電流(ID)と、入力電圧(VDD)と、時間(t)との関係は、概略「VDD=L1×ID/t」、となり、インダクタンスを固定値とすると、所定の時点のスイッチング素子の電流を検出し、電流の傾きを検出することにより入力電圧(VDD)を検出することができる。
これにより、入力電圧を直接或いはトランスの巻線から検出することなく、入力電圧に対する過電流検出点の補正が可能となる。このため、制御部に必要となる追加回路は、集積回路内に容易に組み込むことができる素子で構成できるので、集積回路の外付け部品点数や電力損失が削減される。また、集積回路の端子をこのために追加する必要が無いといった効果がある。
このような構成により、スイッチング素子のオン期間中(スイッチング素子に流れる電流の増加期間中)の、第1の時点にスイッチング素子に流れている電流値と、第2の時点にスイッチング素子に流れる電流値を検出し、その差からスイッチング素子に流れている電流の傾きを検出し、この傾きから入力電圧の高低を検出し、入力電圧に応じた過電流検出点の補正を行う。
これにより、入力電圧を直接或いはトランスの巻線から検出することなく、入力電圧による過電流検出点の補正が可能となる。このため、制御部に必要となる追加回路は、集積回路内に容易に組み込むことができる素子で構成できるので、集積回路の外付け部品点数や電力損失が削減される。また、集積回路の端子をこのために追加する必要が無いといった効果がある。
このような構成により、スイッチング素子制御回路がスイッチング素子に対しオン信号の出力を開始した後に、例えば、タイマ等により所定時間を計時し、所定時間の経過後に、スイッチング素子を流れる電流値が所定の基準値よりも小さいか否かを判定する。所定の基準値よりも小さい場合は、電流の傾きが小さい(入力電圧が低い)と判定し、過電流検出点の基準値を、所定の値だけ高くする。
これにより、入力電圧を直接或いはトランスの巻線から検出することなく、簡単な構成で、入力電圧による過電流検出点の補正が可能となる。
このような構成により、スイッチング素子に流れている電流を微分することにより電流の傾きを求め、この電流の傾きから入力電圧を検出し、過電流検出点の補正を行う。
これにより、入力電圧を直接或いはトランスの巻線から検出することなく、スイッチング素子に流れる電流を微分するだけで、入力電圧を検出できるようになり、入力電圧による過電流検出点の補正が可能となる。このため、制御部に必要となる追加回路は、集積回路内に容易に組み込むことができる素子で構成できるので、集積回路の外付け部品点数や電力損失が削減される。また、集積回路の端子をこのために追加する必要が無いといった効果がある。
このような構成により、スイッチング素子に流れる電流波形を微分することにより入力電圧を検出する場合に、例えば、スイッチング素子がオンすると同時にタイマ等により所定時間を計時を開始し、所定時間の経過後に、電流波形の微分を行う。
これにより、スイッチング素子のターンオン時のスイッチングノイズの影響を受けることなく、電流の波形の微分を行うことができる。
最初に、本発明の第1の実施の形態について説明する。図1は、本発明のスイッチング電源装置の第1の構成例を示す図である。図1に示すスイッチング電源装置1Aの構成例は、スイッチング素子に電流が流れはじめてから所定の時間後の電流値が所定の基準値以上か未満かにより、スイッチング素子に流れる電流の傾き(電流増加の割合)を判定することにより、入力電圧の高低を検出する構成例である。
VL1=VDD−(RDS(ON)十R)×ID、
ここで、RDS(ON)はスイッチング素子Q1のオン抵抗とする。
VL=VDD、となり、スイッチング素子Q1に流れる電流IDは、
ID=VDD×t/L1、
(ここで、tは時間(sec))、となる。
VDD=L1×ID/t、
となり、インダクタンスL1を所定の固定値とすると、所定の時点のスイッチング素子Q1の電流IDを検出することにより入力電圧VDDを検出することができる。
図1において、電流検出抵抗Rの一端は過電流検出用の比較器CMP1の非反転入力端子(+)に接続されている。また、比較器CMP1の反転入力端子(−)は電圧可変型の基準電圧Vref1に接続されている。比較器CMP1の出力信号は、負荷22への出力電圧を所定の電圧に制御するためにスイッチング素子Q1のオン・オフを制御する、制御回路CNTの過電流入力端子OCに接続される。OC端子に信号が入力されると、スイッチング素子Q1はオンからオフに切り替えられる。
図2(A)の時刻t1において、制御回路CNTのVg出力が高レベルになりスイッチング素子Q1をオンして電流が流れ始める。電流検出抵抗Rの端子間電圧VRと比較器CMP2の基準電圧Vref2を比較し、電流検出抵抗Rの端子間電圧VRが基準電圧Vref2より小さいときはFF1のD端子に高レベル信号(以下Hレベル)が印加される。また、制御回路CNTのVg出力が高レベルになるとタイマTIMが計時動作を開始する。
時刻t1において、制御回路CNTのVg出力が高レベルになりスイッチング素子Q1をオンして電流が流れ始める。また、制御回路CNTのVg出力が高レベルになるとタイマTIMが計時動作を開始する。
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。第1の実施の形態においては、スイッチング素子Q1を導通させて電流が流れ始めてから、所定の時間後におけるスイッチング素子Q1の電流値を基準電圧と比較することにより、電流の傾き(電流増加の割合)が大きいか小さいかの判別を行い、小さい場合に過電流検出用の基準電圧Vref1の電圧を切り替える(ΔVref1だけ増加させる)ようにしている。このように、第1の実施の形態では、過電流検出用基準電圧Vref1の2値の切換による過電流保護回路の例であったが、基準電圧Vref2、比較器CMP2、フリップフロップFF1、基準電圧Vref1を複数用意し、多値の切換としてもよい。さらに、入力電圧の変化に合わせて連続的に過電流検出用の基準電圧を変化させても良い。
第2の実施の形態では、電流検出抵抗Rの端子電圧VRを微分することによって過電流検出用比較器CMP1の基準電圧を低減する低減値を検出したが、スイッチング素子Q1のターンオン時のサージ電流によるノイズ成分による影響を低減するために、第3の実施の形態では、スイッチング素子Q1がオンしている期間の中で任意の期間、微分回路を働かせないよう入力を切り離すスイッチSWとその駆動回路を設けている。
10…直流電源
21…出力電圧検出回路
22…負荷
AND…アンド(論理積)回路
AMP1…アンプ
C2、C21…平滑コンデンサ
C3…微分用コンデンサ
CMP1、CMP2…比較器
CNT…制御回路
D1…ツェナーダイオード
D2、D21…整流ダイオード
ED1、ED2…エッジ検出回路
FF1…D型フリップフロップ
INV…インバータ
PC…フォトカプラ
Q1…スイッチング素子
R…電流検出抵抗
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R10…抵抗
SW…スイッチ
T1…トランス
TIM…タイマ
Vref1、Vref2…基準電圧
W1…1次側巻線
W2…2次側巻線
W3…3次側巻線
Claims (5)
- 直流電源に1次側巻線が接続される、少なくとも1次側巻線と2次側巻線を有するトランスと、前記トランスの1次側巻線に直列に接続され前記直流電源から前記トランスの1次側巻線に電流を流すためのスイッチング素子と、前記スイッチング素子に流れている電流を検出する電流検出回路と、前記トランスの2次側巻線に接続された整流平滑回路と、前記整流平滑回路の出力電圧が所定の電圧となるように前記スイッチング素子をオン・オフ制御すると共に、前記スイッチング素子に流れる電流が過電流検出点を超えた場合に前記スイッチング素子をオフして過電流保護を行うスイッチング素子制御回路とを有するスイッチング電源装置において、
前記電流検出回路の電流検出信号を基に、前記スイッチング素子に流れる電流の傾きを検出する電流変化検出回路と、
前記電流変化検出回路の出力信号を基に、前記スイッチング素子に流れる電流の過電流検出点を補正する過電流検出点補正回路と
を備えることを特徴とするスイッチング電源装置。 - 前記電流変化検出回路は、
前記スイッチング素子制御回路が前記スイッチング素子に対してオン信号を出力している期間の中の第1の時点から第2の時点までの所定の期間において、
第1の時点にスイッチング素子を流れる電流値と、第2の時点にスイッチング素子に流れる電流値との差からスイッチング素子に流れている電流の傾きを検出する手段を
備え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。 - 前記電流変化検出回路は、
前記スイッチング素子制御回路がスイッチング素子に対しオン信号の出力を開始した後の所定時間の経過後に、前記スイッチング素子を流れる電流値が所定の基準値よりも小さいか否かを判定すると共に、所定の基準値よりも小さい場合に、過電流検出点の補正用の信号を出力する手段を備え、
前記過電流検出点補正回路は、
前記電流変化検出回路から過電流検出点の補正用の信号を受信した場合に、過電流検出点の基準値を、所定の値だけ高く設定する手段を
備えることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のスイッチング電源装置。 - 前記電流変化検出回路は、
前記スイッチング素子制御回路がスイッチング素子に対しオン信号を出力している期間の中の、任意の時点のスイッチング素子を流れる電流波形を微分することによりスイッチング素子に流れている電流の傾きを検出する手段を
備え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。 - 前記電流変化検出回路は、
前記スイッチング素子制御回路がスイッチング素子に対しオン信号の出力を開始した後の所定時間の経過後に、スイッチング素子を流れる電流波形を微分することにより、該スイッチング素子に流れている電流の傾きを検出する手段を
備え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。
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