JP2011155725A - スイッチング電源回路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】スイッチング電源装置1は、スイッチング素子Q1に入力するスイッチ駆動信号Cと同じオンデューティのパルス信号である第1の出力信号Bを制御回路3の駆動パルス生成回路7から入力して、スイッチ駆動信号Cのオンデューティに比例した基準電圧を生成する基準電圧生成回路9と、電流検出回路2から出力される電圧と基準電圧生成回路から出力される基準電圧との誤差情報を制御回路3に出力する誤差増幅回路10とを備え、制御回路3は誤差情報に基づいて駆動パルス生成回路7から出力される駆動パルス信号Aのオンデューティを変えて駆動回路8から出力されるスイッチ駆動信号Cのオンデューティを調整するようにした。
【選択図】図1
Description
すなわち、特許文献2のスイッチング電源回路部において、入力電圧をVin、出力電圧をVout、チョークコイルのインダクタンス値(L値)をL1、スイッチング素子のスイッチング周期をTsとすると、出力電流Ioと閾値電流Ipとの関係は、以下の式(1)のように表される。
Io=Ip−(1/2)×((Vin−Vout)/L1)
×(Vout/Vin)×Ts ・・・(1)
式(1)からわかるように、チョークコイルのインダクタンス値(L1)が十分に大きい場合は出力電流Ioが閾値電流Ipと略同等の値となる。しかしながら、チョークコイルのL値L1を大きくするとチョークコイルの寸法が大きくなり、かつ、高価なものとなるため、チョークコイルのL値L1を大きくするのには限度があり、その結果、入力電圧Vinあるいは出力電圧Voutの変動によって、出力電流Ioが変動してしまうという問題がある。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係るスイッチング電源回路を示す回路構成図である。
直流電圧源Vdcから直流電圧が印加されると、制御回路3は動作を開始し、駆動パルス生成回路7にてPWM(Pulse
Width Modulation)制御を行うための矩形波状の駆動パルス信号Aを生成して駆動回路8に出力する。
図2に示すように、制御回路3において、駆動パルス生成回路7から駆動回路8に、ON時間がd11、OFF時間がd21の矩形波状の駆動パルス信号Aが出力された場合、駆動パルス生成回路7から基準電圧生成回路9には、例えば、出力信号B1のように、オンデューティ、位相、周波数のいずれも駆動パルス信号Aと同じ出力信号(第1の出力信号)が出力される。基準電圧生成回路9は、抵抗素子R3とコンデンサC3とを有するローパスフィルタを備えており、駆動パルス生成回路7から入力された第1の出力信号B1は、ローパスフィルタによって平均化されて直流電圧に変換され、基準電圧として誤差増幅回路10に出力される。基準電圧生成回路9から出力される直流電圧(基準電圧)の大きさは、駆動パルス信号Aのオンデューティ、ひいては、スイッチ駆動信号Cのオンデューティに比例した値となる。尚、第1の出力信号B1は、駆動パルス生成回路7から出力される駆動パルス信号Aを直接流用してもよい。
直流電圧源Vdcからの入力電圧Vinと負荷部4の出力電圧Voutの関係は、スイッチ駆動信号CのオンデューティをDTとすると、以下の数式(2)で表される。
Vout=Vin×DT ・・・(2)
ここで、スイッチング電源回路1の初期動作時に、入力電圧Vinが400V、出力電圧Voutが200Vであったとすると、式(2)より、オンデューティDTは0.5(50%)となる。このとき、駆動パルス生成回路7から基準電圧生成回路9に入力される第1の出力信号B1がHighレベル=1.0V、Lowレベル=0V、オンデューティが0.5のパルス信号とすると、基準電圧生成回路9から誤差増幅回路10に出力される基準電圧は、第1の出力信号B1の平均値となるため、0.5V(=1.0V×0.5)の直流電圧となる。
一方、負荷抵抗を200Ωとすると、負荷部4に流れる出力電流Ioは1.0A(=200V/200Ω)となり、電流検出回路2の電流検出素子5(抵抗素子R1)の抵抗値を1.0Ωとすると、電流検出素子5にはオンデューティが0.5で1.0Aのパルス電流が流れ、電流検出素子5によりパルス電圧に変換されて検出される。検出されたパルス電圧は、ローパスフィルタ6を通して電流検出回路2から誤差増幅回路10に出力される。出力される電圧は、ローパスフィルタ6によってパルス電圧の平均値となるため、0.5V(=1.0A×1.0Ω×0.5)の直流電圧となる。
したがって、初期動作時には、基準電圧生成回路9から誤差増幅回路10に出力される基準電圧と電流検出回路2から誤差増幅回路10に出力される直流電圧は同じ値(0.5V)でつりあった状態で安定している。
これにより、誤差増幅回路10から制御回路3の駆動パルス生成回路7には差分電圧(0.5V)に比例した電圧が出力され、駆動パルス生成回路7は、出力する駆動パルス信号Aのオンデューティを減らすように作用する。
このとき、駆動パルス生成回路7から基準電圧生成回路9に出力される第1の出力信号B1のオンデューティが駆動パルス信号Aに比例して0.4に変化するため、基準電圧生成回路9から誤差増幅回路10に出力される基準電圧は0.4V(=1.0V×0.4)となる。
一方、電流検出素子5により検出されるパルス電圧のオンデューティは0.4となるため、電流検出回路2から誤差増幅回路10に出力される直流電圧は0.64V(=1.6A×1.0Ω×0.4)となる。
これにより、誤差増幅回路10から制御回路3の駆動パルス生成回路7には差分電圧(0.24V)に比例した電圧が出力され、駆動パルス生成回路7は、引き続き、出力する駆動パルス信号Aのオンデューティを減らすように作用する。
そして、駆動パルス生成回路7から基準電圧生成回路9に出力される第1の出力信号B1のオンデューティが駆動パルス信号Aに比例して0.25に変化するため、基準電圧生成回路9から誤差増幅回路10に出力される基準電圧は0.25V(=1.0V×0.25)となる。
一方、電流検出素子5により検出される検出電圧のオンデューティは0.25となるため、電流検出回路2から誤差増幅回路10に出力される直流電圧も0.25V(=1.0A×1.0Ω×0.25)となる。
その結果、基準電圧生成回路9から誤差増幅回路10に出力される基準電圧と電流検出回路2から誤差増幅回路10に出力される直流電圧は同じ値(0.25V)でつりあった状態となり安定する。
次に、本発明の第2実施形態に係るスイッチング電源回路1aについて説明するが、以下では、上述した第1実施形態に係るスイッチング電源回路1の構成要素に対応する構成要素には、同一の符号を付して参照し、第1実施形態に係るスイッチング電源回路1と共通する部分の説明は適宜省略して、主として相違点について説明する。
図3に示すように、本実施形態に係るスイッチング電源回路1aにおいて、基準電圧生成回路9に入力されるパルス信号は、第1実施形態に係るスイッチング電源回路1とは異なり、制御回路3aの駆動パルス生成回路7からではなく、駆動回路8から供給される。上記以外の構成は、第1実施形態と同様な回路構成である。
Claims (8)
- スイッチング素子と、該スイッチング素子に直列に接続されて前記スイッチング素子に流れる電流を電圧に変換して検出する電流検出回路と、負荷部に流れる電流が一定になるように前記スイッチング素子をオン/オフ制御する制御回路とを備え、直流電圧源からの電圧を入力して直流電力を前記負荷部に供給するスイッチング電源回路において、
前記制御回路から前記スイッチング素子に入力するスイッチ駆動信号のオンデューティに比例した基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、前記電流検出回路から出力される電圧と前記基準電圧との誤差情報を前記制御回路に出力する誤差増幅回路とを備え、前記制御回路は前記誤差情報に基づいて前記スイッチ駆動信号のオンデューティを調整することを特徴とするスイッチング電源回路。 - 前記制御回路は、駆動パルス信号を生成する駆動パルス生成回路と、前記駆動パルス信号を入力して前記スイッチング素子を駆動する前記スイッチ駆動信号を出力する駆動回路とを備え、前記基準電圧は前記駆動パルス生成回路から出力される第1の出力信号または前記駆動回路から出力される第2の出力信号をもとに生成されることを特徴とする請求項1記載のスイッチング電源回路。
- 前記第1の出力信号は、前記駆動パルス信号と同じパルス信号であることを特徴とする請求項2記載のスイッチング電源回路。
- 前記第1の出力信号は、前記駆動パルス信号とはオンデューティが等しく、位相または/および周波数が異なるパルス信号であることを特徴とする請求項2記載のスイッチング電源回路。
- 前記第2の出力信号は、前記スイッチ駆動信号と同じパルス信号であることを特徴とする請求項2記載のスイッチング電源回路。
- 前記スイッチング素子は、ローサイド側のトランジスタであることを特徴とする請求項1内至5のいずれか1つに記載のスイッチング電源回路。
- 前記トランジスタと、前記トランジスタのハイサイド側に配置される整流平滑回路とを含む降圧型コンバータ回路を備えたことを特徴とする請求項6記載のスイッチング電源回路。
- 前記電流検出回路は、前記スイッチング素子に流れる電流を電圧に変換して検出する電流検出素子と、検出された前記電圧を平均化するローパスフィルタとを有することを特徴とする請求項1内至7のいずれか1つに記載のスイッチング電源回路。
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