JP2007325335A - スイッチング電源 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、出力電圧にかかわらずスイッチ素子が安定して発振するスイッチング電源を提供する。
【解決手段】 スイッチ素子２を備え、このスイッチ素子を用いて直流電源１からの電源電圧を任意の電圧に変換して出力する電源回路において、前記スイッチ素子の発振周波数を制御する制御回路３を備え、この制御回路に発振周波数設定手段４を接続し、出力電圧の増減に比例して前記発振周波数設定手段に流れる電流が増減し、これに比例して前記発振周波数が増減するように構成してあることを特徴とするスイッチング電源。
【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチ素子を備え、このスイッチ素子を用いて直流電源からの電源電圧を任意の電圧に変換して出力するスイッチング電源に関するものである。

従来のスイッチ素子を備え、このスイッチ素子を用いて直流電源からの電源電圧を任意の電圧に変換して出力する電源回路は、図３に示す。なお、図３に示すスイッチング電源は降圧チョッパ型電源である。具体的には、直流電源１にスイッチ素子２を接続し、このスイッチ素子２の出力側にダイオード１１と出力チョーク１２を接続し、出力チョーク１２の出力側に平滑コンデンサ１３と負荷１４を接続してある。スイッチ素子２の制御端子に制御回路３を接続し、この制御回路３に抵抗からなる発振周波数設定手段４を接続してある。

このスイッチング電源には発振周波数設定手段４は設けてあるが、出力電圧が大幅に変化した場合に、これに応じて発振周波数を変更させる手段を設けていない。そのため、制御回路３を用いた固定周波数のスイッチング電源を作成する場合、図５の動作波形図で示すように、制御回路固有の最小オン時間(ｔonmin)のよる誤動作領域が存在する。降圧チョッパ型電源の場合、出力電圧Ｖｏは、Ｖｏ＝Ｖin×ｔon／Ｔ（Ｖin：入力電圧、ｔon：オン時間、Ｔ：発振周期）となるが、ｔonには最小オン時間(ｔonmin)が必ず存在するため、Ｖomin＝Ｖin×ｔonmin／Ｔが理論上の出力下限電圧となり、この状態から出力電圧を下げようとした場合、出力電圧Ｖｏを一定に保つためには発振周期Ｔが大きくならざるを得ない。しかしながら発振周期Ｔは制御回路によって固定となっており、リニアに変動せず、発振領域と未発振領域を不定期に繰り返す事で制御をし始める。このため、出力リップル電圧が大きくなる等の問題点が発生する。

以上のような問題点を解決するため、リップル電圧が基準値より大きい場合若しくは小さい場合に発振周波数を切り換える手段を設けたスイッチング電源が開発された（特許文献１参照）。
特開２００１−２１８４５３公報

しかし、特許文献１に示してある発振周波数を切り換える手段は、動作が連続的でないため、スイッチング電源が安定したスイッチング動作を行えるとはいいがたい。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、出力電圧にかかわらずスイッチ素子が安定して発振するスイッチング電源を提供する。

上記課題を解決するために、本発明に係るスイッチング電源は、スイッチ素子を備え、このスイッチ素子を用いて直流電源からの電源電圧を任意の電圧に変換して出力する電源回路において、前記スイッチ素子の発振周波数を制御する制御回路を備え、この制御回路に発振周波数設定手段を接続し、出力電圧の増減に比例して前記発振周波数設定手段に流れる電流が増減し、これに比例して前記発振周波数が増減するように構成してあることを特徴とする。

前記発振周波数設定手段として抵抗を用いるとともに、出力電圧と基準電圧とを比較する比較器を設け、この比較器を抵抗を介して前記制御回路に接続してあることを特徴とする。

本発明によれば、スイッチ素子の発振周波数を制御する制御回路に発振周波数設定手段を接続し、出力電圧の増減に比例して前記発振周波数が増減するように構成したことにより、出力電圧にかかわらずスイッチ素子のスイッチング動作が安定する効果がある。

以下、添付図面を用いて本発明スイッチング電源に係る実施例を説明する。図１は本発明に係るスイッチング電源に適用する回路を示した図である。なお、本実施例においては、降圧チョッパ型電源を示すが、本発明は昇圧チョッパ型電源並びに昇降圧チョッパ型電源においても応用することができる。先ず、本実施例に係るスイッチング電源は、直流電源１にスイッチ素子２を接続し、このスイッチ素子２の出力側にダイオード１１と出力チョーク１２を接続し、出力チョーク１２の出力側に平滑コンデンサ１３と負荷１４を接続してある。スイッチ素子２の制御端子に制御回路３を接続してある。

スイッチ素子２の制御端子には、スイッチ素子２の発振周波数を制御する制御回路３を接続してある。この制御回路３に発振周波数設定手段４を接続し、出力電圧の増減に比例して発振周波数設定手段４に流れる電流が増減し、これに比例して発振周波数が増減するように構成してある。具体的に発振周波数設定手段４は、抵抗５を用いるとともに、出力電圧と基準電圧６とを比較する比較器７を設け、この比較器７を抵抗８を介して制御回路３に接続してある。

本発明に係るスイッチング電源は以下のように作用する。なお、図２に本発明に係るスイッチング電源の動作波形図を示す。先ず、本実施例に示す制御回路３はこの制御回路３に接続する抵抗５に一定の発振周波数で電流を流すように設定してある。通常、この抵抗５に流れる電流が多くなると、発振周波数は高くなり、逆に抵抗５に流れる電流が少なくなると、発振周波数は低くなる。最小オン時間ｔonminと制御時間ｔonとの関係が、ｔonmin＞ｔon、又はｔonmin＝ｔonの場合は、図４の動作波形図に示すように、発振領域と未発振領域とが安定しているため、問題ないが、ｔonmin＜ｔonの場合は、発振領域と未発振領域とを不定期に繰り返す事で制御をし始める。このため、本発明では、以下の通りの作用により、出力電圧にかかわらずスイッチ素子のスイッチング動作を安定させる。

本発明においては、出力電圧が低くなると、出力電圧と基準電圧６とを比較器７で比較し、この比較器７で出力された信号を検出する抵抗８に流れる電流は減少する。これに相なって、制御回路３に接続する抵抗５に流れる電流は減少する。この電流が減少すると、発振周波数が低くなり、発振周期Ｔが大きくなる。つまり、出力下限電圧Ｖominは、Ｖomin＝Ｖin×ｔonmin／Ｔの関係式において、出力下限電圧Ｖominが下降した場合、発振周期Ｔを大きくすることで、図２の動作波形図に示す通り、出力下限電圧Ｖominは変わらず安定する。

以上より、出力電圧の増減に比例して発振周波数が増減するように構成したことにより、出力電圧にかかわらずスイッチ素子のスイッチング動作が安定する。

本発明によれば、スイッチ素子の発振周波数を制御する制御回路に発振周波数設定手段を接続し、出力電圧の増減に比例して発振周波数が増減するように構成したことにより、出力電圧にかかわらずスイッチ素子のスイッチング動作が安定するスイッチング電源を提供することができ、産業上利用可能である。

本発明に係るスイッチング電源の一実施例を示した回路図である。 図１図示回路における異常時における動作波形図である。 従来のスイッチング電源の例を示した回路図である。 正常時における動作波形図である。 図３図示従来例における異常時における動作波形図である。

符号の説明

１ 直流電源
２ スイッチ素子
３ 制御回路
４ 発振周波数設定手段
５，８ 抵抗
６ 基準電圧
７ 比較器
１１ ダイオード
１２ 出力チョーク
１３ 平滑コンデンサ
１４ 負荷

Claims (2)

1. スイッチ素子を備え、このスイッチ素子を用いて直流電源からの電源電圧を任意の電圧に変換して出力する電源回路において、前記スイッチ素子の発振周波数を制御する制御回路を備え、この制御回路に発振周波数設定手段を接続し、出力電圧の増減に比例して前記発振周波数設定手段に流れる電流が増減し、これに比例して前記発振周波数が増減するように構成してあることを特徴とするスイッチング電源。
2. 前記発振周波数設定手段として抵抗を用いるとともに、出力電圧と基準電圧とを比較する比較器を設け、この比較器を抵抗を介して前記制御回路に接続してあることを特徴とする請求項１記載のスイッチング電源。

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