JP2012065497A

JP2012065497A - 電源回路

Info

Publication number: JP2012065497A
Application number: JP2010209518A
Authority: JP
Inventors: Taku Hirota; 卓廣田
Original assignee: NEC Network Products Ltd
Current assignee: NEC Network Products Ltd
Priority date: 2010-09-17
Filing date: 2010-09-17
Publication date: 2012-03-29
Anticipated expiration: 2030-09-17
Also published as: JP5607476B2

Abstract

【課題】安定した電圧を供給することができる電源回路を提供する。
【解決手段】本発明に関する電源装置は、スイッチング電源と、スイッチング電源の出力電圧により動作する電源装置と、電源装置における電流の時間変化に基づいた補正信号を発信する補正信号回路と、補正信号に基づいてスイッチング電源の出力電圧を制御する電圧制御回路とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチング電源回路に関するものである。

スイッチング電源は、出力起動の際に負荷装置に大きな電流が急に流れるのを防止するために出力電圧を徐々に上げるソフトスタート機能を設けている。

上記のソフトスタート機能は、スイッチング電源のコンデンサにＩＣ回路が付加されており、スイッチング電源が電源装置に対して入力電圧の出力を開始すると、ＩＣ回路がコンデンサの充電を開始し、スイッチング電源の出力電圧を徐々に大きくする機能である。

しかしソフトスタート機能は、スイッチング電源の出力を入力源とする電源装置が接続している状態で、スイッチング電源の出力電圧をソフトスタート機能により徐々に上げている最中に電源装置が入力動作開始電圧に到達し、起動を開始する場合がある。電源装置の起動電流がスイッチング電源の出力から供給されるわけだが、ソフトスタート機能動作中のスイッチング電源は電源装置の起動時に必要な出力電力を供給できずに出力電圧の瞬時低下を発生させてしまう。それは、ソフトスタート機能によりスイッチング電源は出力を徐々に立ち上げる様にスイッチング電源のデューティ比を制御している為、電源装置の起動電流が流れた際に必要となるデューティ比に調整することができないためである。

特許文献１には、入力電源電圧と所定の閾値電圧を比較する電圧比較手段を設け、入力電源電圧が閾値電圧以下となったことを検出した場合、一旦電源装置を停止する電源装置が記載されている。そして上記電源装置は、入力電源電圧が閾値以上に復帰した場合に、電源装置の再起動を行う。

特開２００１−３１４０８５

特許文献１に記載の電源装置は、閾値電圧以下の入力電源電圧を検出する度に、電源装置を停止し、閾値電圧以上に入力電源電圧が復帰した場合に再起動する。しかし上記の電源装置は、検出した入力電源電圧の値に基づいては再起動を繰り返す行う必要があるため、負荷側の安定動作を損なってしまうという問題点があった。

本発明の目的は、上述した課題を解決する電源装置を提供することにある。

本発明に関する電源装置は、スイッチング電源と、スイッチング電源の出力電圧により動作する電源装置と、電源装置における電流の時間変化に基づいた補正信号を発信する補正信号回路と、補正信号に基づいてスイッチング電源の出力電圧を制御する電圧制御回路とを備えている。

本発明によれば、安定した電圧を供給することができる。

第１の実施形態の構成を示すブロック図。第２の実施形態の構成を示すブロック図。第２の実施形態の動作を詳細に示す波形図。第３の実施形態の構成を示すブロック図。第３の実施形態の動作を詳細に示す波形図。第３の実施形態の動作を詳細に示す波形図。第３の実施形態の動作を詳細に示す波形図。第４の実施形態の構成を示すブロック図。

〔第１の実施形態〕以下に、本発明を実施するための好ましい形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。

〔構造の説明〕図１は、本実施形態における電源回路１の構成図である。

電源回路１は、スイッチング電源２、電圧制御回路３、電源装置４、補正信号回路５とを備えている。

スイッチング電源２は、電源装置４と電気的に接続しており、出力電圧を電源装置４に供給している。またスイッチング電源２は、出力電圧を一定の電圧精度を保つために、電圧制御回路３を備えている。補正信号回路５は、スイッチング電源２の電圧制御回路３と電源装置４の間に電気的に接続して設けられている。

電源装置４は、起動時や定常状態において大きな電流変化を生じた場合、電流変化に伴う補正信号を補正信号回路５に出力する。なお補正信号は、電源装置４と接続している負荷などに対して出力する電圧や、電源装置４内に流れる信号に基づいて出力される。

補正信号回路５は、電源装置４の電流変化に応じた補正信号を入力し、さらに所定の補正を行った補正信号を電圧制御回路３に出力する。

電圧制御回路３は、補正信号回路５から入力された補正信号に基づいて、スイッチング電源２が電源装置４に出力する電圧の制御を行う。

〔作用の説明〕本実施形態における作用について説明する。電源回路１は、起動時や定常状態において電源装置４に大きな電流変化が起きると、補正信号回路５は、電源装置４における電流変化に伴う補正信号を電圧制御回路３に出力する。電圧制御回路３は、入力された補正信号に基づいてスイッチング電源２が電源装置４に出力する電圧制御を行う。

〔効果の説明〕次に、本実施形態における効果について説明する。

上記構成により電源回路１は、電源装置４で発生した電流急変による装置の影響を防止することができ、安定した電圧を供給することができる。例えば同じ入力電源に別系統で接続された他の負荷の変動による電圧低下の影響や、コネクタ接点の接触不良による瞬断等などにより電流急変が起こったとしても、安定した電圧を供給することができる。

また本実施形態における電源回路１は、電源装置４の電流が急峻に変化した場合に変動電圧を抑えるために大容量のコンデンサをスイッチング電源２に設ける必要がない。そのため、電源回路１の小型化を実現することが出来る。

また本実施形態の電源回路１は、電流変化に伴うフィードバック機能においてスイッチング電源２の出力電圧ではなく、電源装置４の電流変化に応じた補正信号を利用している。スイッチング電源２の出力電圧をモニタリングしながら電圧制御を行う場合、電源装置４で起きる電流の変化に対しては即座に対応することができない。しかし本実施形態における電源回路１のスイッチング電源２は、電源装置４から入力された補正信号に応じて、出力電圧の制御を行っているため、出力電圧の補正を即座に行なうことができる。

〔第２の実施形態〕次に、第２の実施形態について説明する。

〔構造の説明〕図２は、本実施形態における電源回路１の構成図である。

本実施形態では、補正信号回路５が反転素子６とコンデンサ７とを直列接続して構成されており、さらに抵抗８を備えている。それ以外の構造、接続関係は、第１の実施形態と同様である。つまり、第２の実施形態に関する電源回路１は、スイッチング電源２、電圧制御回路３、電源装置４とを備えている。

本実施形態における抵抗８は、スイッチング電源２と電源装置４とのあいだに、電圧降下成分として設けられている。

電源装置４は、起動時や定常状態において大きな電流変化を生じた場合、電流変化に伴う補正信号を補正信号回路５に出力する。補正信号は、電源装置４と接続している負荷などに対して出力する電圧や電流、また電源装置４内に流れる信号や電流に基づいて出力される。

補正信号回路５は、電圧制御回路３と電源装置４との間に設けられており、反転素子６とコンデンサ７とで構成されている。

反転素子６は、電源装置４とコンデンサ７との間に形成されている。反転素子６は、電源装置４から補正信号を入力すると、補正信号の位相を反転させてコンデンサ７に出力する。

コンデンサ７は、反転素子６とスイッチング電源２との間に形成されている。コンデンサ７は、反転素子６から入力された補正信号の交流成分を抽出しパルス信号として補正信号を生成し、電圧制御回路３に出力する。

〔動作の説明〕次に本実施形態の動作について、図３のタイムチャートを用いて説明する。なお、スイッチング電源２は、内部で設定された出力電圧を電源装置４に供給している。

電源装置４は大きな電流変化ｆが起きると、電流変化ｆに応じて補正信号aを反転素子６に出力する。

反転素子６は、電源装置４から入力された補正信号aの位相を反転し、補正信号ｂとする。そして、反転素子６は、補正信号ｂをコンデンサ７に出力する。

コンデンサ７は、反転素子６から入力された補正信号ｂの交流成分を抽出して、補正信号ｃとする。コンデンサ７は、補正信号ｃを電圧制御回路３に出力する。

電圧制御回路３は、入力された補正信号ｃに基づいて、スイッチング電源２の出力電圧を制御する補正信号ｄを出力する。例えば電源装置４の大きな電流変化が流れた場合、電圧制御回路３は、補正信号cをパルス信号として補正信号ｃが入力された期間においてスイッチング電源２の出力電圧を上昇させようと補正信号ｄを出力する。

上記の動作により、スイッチング電源２から電源装置４に出力する電圧は補正され、電源装置４には出力電圧から抵抗８にて発生する電圧降下分を引いた出力が入力される。

〔効果の説明〕
次に、本実施形態における効果について説明する。

起動時や定常状態において大きな電流変化ｆを生じると、電源装置４はスイッチング電源２に電流変化ｆに伴う補正信号ａを出力する。補正信号ａは、反転素子６において位相が反転されて補正信号ｂとなり、コンデンサ７において交流成分を抽出して補正信号ｃとなる。電源制御回路３は、補正信号ｄを出力してスイッチング電源２から電源装置４に出力する電圧を制御する。

上記構成では、例えば電源装置４において電流ｆのような急激な電流の増加などの変化が起きた場合、反転素子６が補正信号ａを反転させるため、電圧制御回路３は一時的に電源装置４における電圧が減ったと認識し、スイッチング電源２の出力電圧を増加させることができる。

そのため電源装置４で発生した電流急変が起きた場合においても、安定した電圧を供給することができる。例えば同じ入力電源に別系統で接続された他の負荷の変動による電圧低下の影響や、コネクタ接点の接触不良による瞬断等などによる電流急変が起こったとしても、安定した電圧を供給することができる。

また本実施形態における電源回路１は、第１の実施形態と同様に電源装置４の電流が急峻に変化した場合に変動電圧を抑えるために大容量のコンデンサをスイッチング電源２に設ける必要がない。補正信号の交流成分を抽出するコンデンサ７は小さな容量でよいため、電源回路１の小型化を実現することが出来る。

〔第３の実施形態〕
次に、図４を用いて第３の実施形態について説明を行う。

〔構造の説明〕本実施形態が第２の実施形態と異なる点は、図４に示すように、パルス幅調整部９とソフトスタート機能部１０と三角波発信部１１を設けている点である。それ以外の構造、接続関係は、第１の実施形態と同様である。つまり、第３の実施形態に関する電源回路１は、スイッチング電源２、電圧制御回路３、電源装置４とを備えている。

ソフトスタート機能部１０は、直流電圧に基づく定電流源１２と、定電流源１２とアースとの間に、ソフトスタート用コンデンサ１３を設けている。ソフトスタート機能部１０は、コンデンサ７を介して電源装置４と接続している。またソフトスタート機能部１０は、パルス幅調整部９と接続している。

なお、本実施形態では、コンデンサ７とパルス幅調整部９とソフトスタート機能部１０と三角波発信部１１とで補正信号回路５を形成している。

パルス幅調整部９は、ソフトスタート機能部１０と三角波発信部１１と接続している。パルス幅調整部９は、ソフトスタート機能部１０から入力される電圧信号Ｖｓｓと、三角波発信部１１から入力される三角波信号に基づいてパルス信号を生成し、電圧制御回路３にパルス信号を出力する。

〔動作の説明〕次に、本実施形態の動作について説明を行う。

ソフトスタート機能部１０は、ソフトスタート用コンデンサ１３に対して徐々に充電を行うことで、ソフトスタート用コンデンサ１３における電圧Ｖｓｓを徐々に増加させる。そのため定電流源１２からパルス幅調整部９に流れる電圧信号Ｖｓｓは、図５に示すように、徐々に増加する。

パルス幅調整部９は、ソフトスタート機能部１０から入力される電圧信号Ｖｓｓと三角波発信部１１から入力される三角波との比較を行うことで、パルス信号を生成する。詳しく説明すると、図５に示すように、パルス幅調整部９は、電圧信号Ｖｓｓと三角波との比較を行い、三角波のほうが低電圧である期間の信号を出力してパルス信号を生成する。

図５に示すように、パルス幅調整部９が生成するパルス信号は、ソフトスタート用コンデンサ１３が徐々に充電されて電圧信号Ｖｓｓの値が増加していくに伴い、パルス信号の幅であるデューティ比も徐々に増加する。

スイッチング電源２が電源装置４に出力する電圧の大きさは、パルス幅調整部９が電圧制御回路３に出力するパルス信号のデューティ比により制御される。そのため、パルス信号のデューティ比が大きくなるに従い、スイッチング電源２が電源装置４に対して出力する電圧の値は大きくなる。つまりソフトスタート用コンデンサ１３が徐々に充電されるに伴い、スイッチング電源２が出力する電圧も大きくなる。

ここで本実施形態における電源回路１のソフトスタート機能部１０は、電源装置４とコンデンサ７を介して接続している。そのため、ソフトスタート機能部１０は、コンデンサ７を介して、電源装置４が出力する補正信号を入力する。

図６に示すように、電源装置４は、起動時や定常状態において大きな電流変化ｆ１が起きると、電流変化ｆ１に応じた補正信号ａ１をコンデンサ７に出力する。

コンデンサ７は、電源装置４から入力された補正信号ａ１の交流成分を抽出して、補正信号ｂ１とする。コンデンサ７は、補正信号ｂ１をソフトスタート機能部１０に出力する。

コンデンサ７から出力された補正信号ｂ１は、ソフトスタート機能部１０がパルス幅調整部９に出力する電圧信号Ｖｓｓに合流する。つまり、電圧値が徐々に増加する信号である電圧信号Ｖｓｓに、補正信号ｂ１が加わる。そのため、電圧信号Ｖｓｓは、徐々に増加した信号ではあるが、補正信号ｂ１が加わった期間：ｔ１において、電圧信号は一時的に増加する。

パルス幅調整部９は、ソフトスタート機能部１０から入力する電圧信号Ｖｓｓが一時的に増加する。そのため、図７に示デューティ圧信号Ｖｓｓと三角波との比較を行うことで生成するパルス信号のデューティ比も、補正信号ｂ１が加わった期間：ｔ１において一時的に大きい値となる。

その結果、電圧制御回路３がパルス幅調整部９から入力するパルス信号のデューティ比も、補正信号ｂ１が加わった期間：ｔ１において一時的に大きな値となり、電源装置４に出力する電圧も一時的に増加する。つまり、電源装置４が大きな電流変化ｆ１を起した場合、その電流変化ｆ１が起きている期間：ｔ１において電源装置４は大きな電圧を入力する。

〔効果の説明〕次に、本実施形態の効果について説明する。

本実施形態における電源回路１は、起動時や定常状態において大きな電流変化ｆ１を生じると、電源装置４は電流変化に伴う補正信号ａ１を出力する。補正信号ａ１は、コンデンサ７において交流成分を抽出して補正信号ｂ１を生成する。ソフトスタート機能部１０は、補正信号ｂ１を入力した時間：ｔ１において、パルス幅調整部９が生成するパルス信号のデューティ比も増加する。その結果、スイッチング電源２が電源装置４に出力する電圧も、上記時間：ｔ１において増加する。

そのため電源装置４において電流急変ｆ１が起きた場合においても、その電流急変ｆ１に応じて安定した電圧を供給することができる。例えば同じ入力電源に別系統で接続された他の負荷の変動による電圧低下の影響や、コネクタ接点の接触不良による瞬断等などによる電流急変が起こったとしても、安定した電圧を供給することができる。

また本実施形態の電源回路１は、電源装置４の電流が急峻に変化した場合に、変動電圧を抑えるために大容量のコンデンサをスイッチング電源２に設ける必要がない。補正信号の交流成分を抽出するコンデンサ７、およびソフトスタート機能部１０のコンデンサ１３はともに小さな容量でよいため、電源回路１の小型化を実現することが出来る。

〔第４の実施形態〕次に、第４の実施形態について、図８を用いて説明を行う。

〔構造の説明〕図８に示すように、第１の実施形態と異なる点は、負荷装置１７と電流検出回路１４と、電流比較器１５と、電流比較器１５の基準電圧１６を設けている点である。それ以外の構造、接続関係は、第１の実施形態と同様である。つまり、第４の実施形態に関する電源回路１は、スイッチング電源２、電圧制御回路３、電源装置４、コンデンサ７、抵抗８とを備えている。

つまり、本実施形態における電源回路１では、電流検出回路１４と電流比較器１５と基準電圧１６とコンデンサ７とで補正信号回路５を形成している。

電流検出回路１４は、電源装置４と、電源装置４が電流を供給する負荷装置１７との間に設けられている。電流検出回路１４は、電源装置４が負荷装置１７に供給する電流を検出し、電流比較器１５に補正信号を出力する。

電流比較器１５は、基準電圧１６を備えている。電流比較器１５は、電流検出回路１４において検出された電流が、基準電圧１６により定められる所定の電流値を超えているかどうか比較を行う。電流検出回路１４は、コンデンサ７を介して、電圧制御回路３と接続している。

〔[動作の説明〕次に本実施形態の動作について説明する。なおスイッチング電源２は、内部で設定された出力電圧を電源装置４に供給する。

電源装置４は、スイッチング電源２から入力された電圧に基づき、負荷装置１７に対して電流供給を行う。

電流検出回路１４は、電源装置４が負荷装置１７に供給する電流を検出する。電流検出回路１４が検出した電流は、電流比較器１５において電流比較器１５が具備する基準電圧１６により定められる電流値と比較する。

電流比較器１５は、電流検出回路１４により検出された電流が、基準電圧１６により定められる電流値を超えた場合、その電流の変化時間のあいだコンデンサ７を介して電圧制御回路３に補正信号を出力する。

コンデンサ７は、電流比較器１５から入力された補正信号の交流成分を抽出して、電圧制御回路３に出力する。

電圧制御回路３は、コンデンサ７を介して電流比較器１５から入力された補正信号に基づいて、スイッチング電源２が電源装置４に出力する電圧を調整する。

本実施形態における電源回路１は、電源装置４が負荷装置１７に出力する電流を電流検出器１４により検出し、電流比較器１５にて基準電圧１６により定められる所定の電流値と比較する。そして電源装置４が負荷装置１７に出力する電流が、基準電圧１６により定められる所定の電流値を超えている場合、電流の変化時間のあいだの補正信号を電圧制御回路３にコンデンサ７を介して出力する。

上記構成により電源回路１は、電源装置４で発生した電流急変が負荷装置１７に与える影響を防ぐことができ、安定した電流を負荷装置１７に供給することができる。例えば同じ入力電源に別系統で接続された他の負荷の変動による電圧低下の影響や、コネクタ接点の接触不良による瞬断等などによる電流急変が起こったとしても、安定した電圧を供給することができる。

また本実施形態の電源回路１は、電流変化に伴うフィードバック機能においてスイッチング電源２の出力電圧ではなく、電源装置４の電流変化に応じた補正信号を利用している。スイッチング電源２の出力電圧をモニタリングしながら電圧制御を行う場合、電源装置４で起きる電流の変化に対しては即座に対応することができない。しかし本実施形態における電源回路１のスイッチング電源２は、電源装置４が負荷装置１７に出力する電流に応じて補正信号を生成する。そして補正信号に応じて、スイッチング電源２は、出力電圧の制御を行っているため、出力電圧の補正を即座に行なうことができる。

１電源回路
２スイッチング電源
３電圧制御回路
４電源装置
５補正信号回路
６反転素子
７コンデンサ
８抵抗
９パルス幅調整部
１０ソフトスタート機能部
１１三角波発信部
１２定電流源
１３ソフトスタート用コンデンサ
１４電流検出回路
１５電流比較器
１６基準電圧
１７負荷装置

Claims

スイッチング電源と
前記スイッチング電源の出力電圧に基づいて動作する電源装置と
前記電源装置における電流の時間変化に基づいて補正信号を出力する補正信号回路とを備え、
前記スイッチング電源は、前記補正信号に基づいて前記スイッチング電源の出力電圧を制御する電圧制御回路を設けていることを特徴とする電源回路。
前記補正信号は、前記電源装置における電流の時間変化に基づいたパルス信号であることを特徴とした請求項１に記載の電源回路。
前記パルス信号が入力された時間において、前記スイッチング電源は出力電圧を制御することを特徴とする請求項２記載の電源回路。
前記補正信号回路は、反転素子とコンデンサとで構成されており、
前記反転素子は、前記電源装置と前記コンデンサの間に設けられており、
前記コンデンサは、前記反転素子と前記電圧制御回路の間に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３に記載の電源回路。
前記反転素子は、前記電源装置から入力された補正信号の位相を反転させ、前記コンデンサに出力し、
前記コンデンサは、前記反転素子から入力された補正信号の交流成分を抽出した補正信号を生成し、前記補正信号を前記電圧制御回路に出力することを特徴とする請求項４に記載の電源回路。
前記補正信号回路から発信された補正信号は、ソフトスタート機能部を介して前記電圧制御回路に出力することを特徴とする請求項１乃至５に記載の電源回路。
前記ソフトスタート機能部を介して出力される補正信号と三角波とに基づいて、前記補正信号のパルス幅を調整するパルス幅調整部を設けていることを特徴とする請求項６に記載の電源回路。
前記電源装置が電流を出力している負荷装置を備え、
前記補正信号回路は、前記電源装置と前記負荷装置との間の電流を検出する電流検出回路と、前記電流検出回路が検出した電流値と基準電圧により定められる電流値との比較を行う電流比較器と、コンデンサとで構成されており
前記電圧制御回路は、前記コンデンサから入力される補正信号に基づいて前記スイッチング電源の出力電圧を制御することを特徴と請求項1乃至３に記載の電源回路。
前記補正信号は、
前記電流検出回路において検出された電流値が
前記基準電圧から設定される電流値を超えた時間において前記電圧制御回路に出力されることを特徴とする請求項８に記載の電源装置。