JP2011223800A - スイッチング電源回路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】スイッチング電源回路1は、降圧コンバータ回路部2と、スイッチング制御回路3と、電流検出回路4と、基準電圧生成回路5と、比較器6とを備え、インダクタL1に結合されてインダクタL1に印加される電圧に比例した電圧を検出する補助巻線8と、スイッチング素子Q1がオン状態のときの補助巻線電圧の極性を負電圧としたとき、補助巻線8から出力される補助巻線電圧を入力して補助巻線電圧が正電圧からゼロボルト付近の閾値電圧に達したときにスイッチング素子Q1をオンするためのターンオン信号をスイッチング制御回路3に出力するゼロ電圧検出回路9とを備えた。
【選択図】図1
Description
すなわち、特許文献2の図1に示された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、インダクタL1のインダクタンス値をL、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−Vo)/L×Vo/Vin×Ts ・・・(1)
式(1)からわかるように、インダクタL1のインダクタンス値(L値)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、L値を大きくするとインダクタの寸法が大きくなり、かつ、高価なものとなるため、L値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Vo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1を示す回路構成図である。また、図2は、スイッチング電源回路1の動作を模式的に示す波形チャートである。
Io=Ip/2 ・・・(2)
すなわち、出力電流Ioは直流電圧源Vdcからの入力電圧Vinや出力電圧Voutに依存せず、設定したピーク電流値Ipのみに依存する一定値となる。
図3は、本発明の第2実施形態に係るスイッチング電源回路1aを示す回路構成図である。図3において、図1と共通する構成部分には同一符号を付している。以下では、第1実施形態に係るスイッチング電源回路1と共通する構成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。
尚、本実施形態では、基準電圧生成回路5は、抵抗素子5aとコンデンサ5bで構成されるRCフィルタとしている。
図4は、本実施形態に係る調光信号処理部11の動作を説明する図であり、(a)は、調光信号10のパルス幅と基準電圧生成信号SGのパルス幅との関係を示すグラフであり、(b)は、調光信号10のパルス幅と基準電圧生成回路5から出力される基準電圧値との関係を示すグラフである。
このとき、図4(b)に示すように、基準電圧生成回路5で生成される基準電圧は調光信号処理部11からのパルス波形の平均値となり、調光信号10のパルス幅が100%のときは1V、50%のときは0.5Vというように、調光信号10のパルス幅が100%からY%の範囲の場合には調光信号10のパルス幅に比例した直流電圧となる。そして、調光信号10のパルス幅がY%以下の場合は、基準電圧値は、Y×0.01Vの一定値になる。
図5は、本発明の第3実施形態に係るスイッチング電源回路1bを示す回路構成図である。図5において、図1,図2と共通する構成部分には同一符号を付している。以下では、第1,2実施形態に係るスイッチング電源回路1,1aと共通する構成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。
第1の動作モードでは、第1実施形態で説明した電流検出回路4の検出結果に基づくターンオフ信号と、ゼロ電圧検出回路9の検出結果に基づくターンオン信号とによりスイッチング素子Q1をオン/オフ動作させる。
図9は、本発明の第3実施形態の第1変形例に係るスイッチング電源回路1cを示す回路構成図である。図9において、図5と共通する構成部分には同一符号を付している。以下では、第1〜3実施形態に係るスイッチング電源回路1〜1bと共通する構成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10は、本発明の第3実施形態の第2変形例に係るスイッチング電源回路1dを示す回路構成図である。図10において、図5と共通する構成部分には同一符号を付している。以下では、第1〜3実施形態に係るスイッチング電源回路1〜1bと共通する構成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。
Claims (8)
- スイッチング素子とインダクタと整流ダイオードと出力平滑コンデンサとを含む降圧コンバータ回路部と、前記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、前記スイッチング素子に流れるピーク電流の制限値の基準となる基準電圧を出力する基準電圧生成回路と、前記スイッチング素子をオン/オフ制御するスイッチング制御回路と、前記電流検出回路からの検出信号と前記基準電圧とを比較して前記検出信号が前記基準電圧を超えたときに前記スイッチング素子をオフするためのターンオフ信号を前記スイッチング制御回路に出力する比較器とを備え、直流電圧源からの電圧を入力して直流電力を負荷部に供給するスイッチング電源回路において、
前記インダクタに結合されて前記インダクタに印加される電圧に比例した電圧を検出する補助巻線と、前記スイッチング素子がオン状態のときの前記補助巻線電圧の極性を負電圧としたとき、前記補助巻線から出力される補助巻線電圧を入力して前記補助巻線電圧が正電圧からゼロボルト付近の閾値電圧に達したときに前記スイッチング素子をオンするためのターンオン信号を前記スイッチング制御回路に出力するゼロ電圧検出回路とを備え、前記スイッチング制御回路は、前記ターンオン信号と前記ターンオフ信号に基づき前記スイッチング素子をオン/オフ制御する第1の動作モードを有することを特徴とするスイッチング電源回路。 - 前記負荷部に流れる出力電流を調整するための調光信号を入力し、前記調光信号に基づいた前記基準電圧を生成するための基準電圧生成信号を前記基準電圧生成回路に出力する調光信号処理部をさらに備えたことを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源回路。
- 前記スイッチング制御回路は、前記第1の動作モードに加えて、前記スイッチング素子を前記ターンオフ信号と前記スイッチング制御回路内で生成される一定のスイッチング周期に基づくタイミングのターンオン信号によりオン/オフ動作させる第2の動作モードを備え、
前記調光信号処理部は、前記調光信号に基づいて前記第1の動作モードと前記第2の動作モードとを交互に切り替えるための切り替えパルス信号を前記スイッチング制御回路に出力し、前記第2の動作モードにおける前記スイッチング周期は、スイッチング電源回路の動作範囲内において、前記インダクタが電流不連続モードで動作する周期に設定されることを特徴とする請求項2に記載のスイッチング電源回路。 - 前記調光信号処理部には、前記調光信号に対して第1及び第2の設定点が設定されており、前記出力電流の最大値を示す調光点から前記第1の設定点までの範囲の調光信号が入力されているときには、該調光信号が示す出力電流値に対応した基準電圧を生成するための前記基準電圧生成信号を出力し、前記第1の設定点から前記出力電流の最小値を示す調光点までの範囲の調光信号が入力されているときには、常に前記第1の設定点が示す出力電流値に対応した基準電圧を生成するための前記基準電圧生成信号を出力するとともに、
前記出力電流の最大値を示す調光点から前記第2の設定点までの範囲の調光信号が入力されているときには、常に前記第1の動作モードでスイッチング動作を行うための前記切り替えパルス信号を出力し、前記第2の設定点から前記出力電流の最小値を示す調光点までの範囲の調光信号が入力されているときには、前記第1の動作モードと前記第2の動作モードを交互に切り替える前記切り替えパルス信号を出力して、前記調光信号に基づき前記第1の動作モードで動作している割合を変化させることにより前記出力電流の調節を行うことを特徴とする請求項3に記載のスイッチング電源回路。 - 前記補助巻線に並列に接続される整流平滑回路を備え、前記補助巻線電圧を前記整流平滑回路により整流平滑して得られる直流電圧を、前記スイッチング制御回路と、前記調光信号処理部と、前記比較器と、前記基準電圧生成回路と、前記ゼロ電圧検出回路とを含むスイッチング制御部の駆動用電圧として供給することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1つに記載のスイッチング電源回路。
- 前記補助巻線と前記ゼロ電圧検出回路の間に接続され、前記補助巻線からの出力電圧を分圧する分圧回路と前記ゼロ電圧検出回路による前記ゼロボルト付近の閾値電圧の検出タイミングを調節するための遅延回路とにより構成される分圧遅延回路を備えたことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1つに記載のスイッチング電源回路。
- 前記降圧コンバータ回路部は、前記直流電圧源の正極側に前記整流ダイオードのカソード端子と前記負荷部の正極側が接続され、前記負荷部の負極側と前記整流ダイオードのアノード端子との間に前記インダクタが接続され、前記整流ダイオードと前記インダクタの接続点と前記直流電圧源の負極側との間に前記電流検出回路が直列接続された前記スイッチング素子が接続され、前記負荷部に対して並列に前記出力平滑コンデンサが接続されることにより構成されるローサイドスイッチング型の降圧コンバータ回路であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1つに記載のスイッチング電源回路。
- 前記ゼロボルト付近の閾値電圧は−1Vから1Vまでの範囲内に設定されることを特徴とする請求項1乃至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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