JP2013153620A5 - - Google Patents
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Description
図４に、従来の技術を用いた共振形スイッチング電源の回路図を示す。主回路トランスの一次側には、直流電源としてのコンデンサＣｉの正極端子Ｐｉと負極端子Ｎｉと並列に半導体スイッチとしてのＭＯＳＦＥＴＱａとＱｂとの直列回路が、ＭＯＳＦＥＴＱｂと並列にトランスＴの一次巻線ＷＰ１と共振用コンデンサＣｒとの直列回路が、各々接続される。トランスＴの二次側センタータップ巻線ＷＳ１とＷＳ２には、整流用ダイオードＤ１、Ｄ２が接続され、全波整流された電圧が直流出力コンデンサＣｏに供給され、コンデンサＣｏの両端が直流出力Ｐｏ、Ｎｏ端子に接続される。コンデンサＣｏと並列接続された抵抗Ｒｏは無負荷時の電圧を安定化するためのダミー抵抗である。
全体制御の回路構成は、電圧制御発振器ＶＣＯの入力に直流出力電圧Ｖｏを検出し基準値との偏差を増幅する誤差増幅器ＧＡと、電圧制御発振器ＶＣＯの出力に接続された制御回路ＣＮＴ２と、制御回路ＣＮＴ２の出力をＭＯＳＦＥＴＱａ、Ｑｂ用の駆動信号に変換する駆動回路ＧＤから構成される。このスイッチング電源装置では、ＭＯＳＦＥＴＱａ、Ｑｂが共にオフとなるデッドタイムを設け、約５０％のデューティ比で交互にオンオフを繰り返す。これにより、トランスＴの一次側の巻線ＷＰ１と二次側の巻線ＷＳ１、ＷＳ２との間のリーケージインダクタンス及び共振コンデンサＣｒが電流共振動作を行い、トランスＴの一次側から二次側へ電力を送ることになる。
トランスＴの二次側の出力は、ダイオードＤ１、Ｄ２で整流され、平滑コンデンサＣｏで平滑されてリプルの小さな直流出力電圧となる。この出力電圧は、誤差増幅回路ＧＡによって検出され、この出力電圧を基にして電圧制御発振回路ＶＣＯがその発振周波数を制御し、制御回路ＣＮＴ２及び駆動回路ＧＤが二つのＭＯＳＦＥＴＱａ、Ｑｂを交互にオンオフ制御する信号を生成することで、出力電圧を安定化している。このスイッチング電源装置では、スイッチＱａ、Ｑｂがともにオフとなるデッドタイムを設け、約５０％のデューティ比で交互にオンオフを繰り返す。これにより、トランスＴの一次側の巻線ＷＰ１と二次側の巻線ＷＳ１、ＷＳ２との間のリーケージインダクタンスおよび共振コンデンサＣｒが電流共振動作を行い、トランスＴの一次側から二次側へ電力を送ることになる。
これらの課題を解決するため、本願発明者は特許文献３に示すような、トランスに補助巻線を設けこの電圧変化を検出してデッドタイムを生成する回路を提案している。図５にその回路構成を、図６に電圧制御発振器ＶＣＯ２の回路構成を、図７に動作波形を、各々示す。主回路構成では、トランスＴ１が補助巻線ＷＰ２付になっている点を除けば、図４の構成と同じである。回路構成としては、補助巻線ＷＰ２にｄｖ／ｄｔ検出回路ＤＶＤが、ｄｖ／ｄｔ検出回路ＤＶＤの出力（P2_H、P2_L）にデッドタイム付加回路ＤＴが、デッドタイム付加回路ＤＴの出力On_trigに制御回路ＣＮＴ３と電圧制御発振器ＶＣＯ２が、各々接続された構成である。
Fsw＝１／（２＊（Ton＋Td）） ・・・式（１）
ここで、オン幅Tonはフィードバック電圧Vfbで決められ、デッドタイムTdは制御回路で決められた固定値になる。
ここで、オン幅Tonはフィードバック電圧Vfbで決められ、デッドタイムTdは制御回路で決められた固定値になる。
安定動作のために、出力電圧の一定制御には電圧モードの周波数制御が利用され、フィードバック電圧Vfbでオン幅Tonは決められ、下記式（２）の関係となる。
Ton=fon(Vfb) ・・・式（２）
ここで、関数fon(Vfb)は線形或いは非線形になる。
従って、スイッチング周波数Fswは下記式（３）で求められる。
Ton=fon(Vfb) ・・・式（２）
ここで、関数fon(Vfb)は線形或いは非線形になる。
従って、スイッチング周波数Fswは下記式（３）で求められる。
Fsw＝１／（２＊（fon(Vfb)+Tdadj））・・・式（３）
式（３）からわかるように、スイッチング周波数Fswはフィードバック電圧VfbとデッドタイムTdadjの関数になる。
式（３）からわかるように、スイッチング周波数Fswはフィードバック電圧VfbとデッドタイムTdadjの関数になる。
図７に示すように、電圧制御発振器VCOはデッドタイムが終わってから、積分回路のコンデンサを充電する仕組みであり、デッドタイムが変動する場合、スイッチング周波数が変動し、共振電流が振動してしまう。
例えば、ソフトスタートの起動時、フィードバック電圧Vfbはリニアに上昇するが、負帰還制御がないため、デッドタイムTdadjの変動による発振が生じ、音鳴りが発生する可能性がある。通常動作時、フードバック制御系に対して、Tdadjの変動も吸収する必要があるため、位相補償の定数設定が難しく、発振してしまう可能性がある。
従って、本発明の課題は、デッドタイムの時間を変化させても、スイッチング周波数が変動しない共振形スイッチング電源装置を提供することである。
例えば、ソフトスタートの起動時、フィードバック電圧Vfbはリニアに上昇するが、負帰還制御がないため、デッドタイムTdadjの変動による発振が生じ、音鳴りが発生する可能性がある。通常動作時、フードバック制御系に対して、Tdadjの変動も吸収する必要があるため、位相補償の定数設定が難しく、発振してしまう可能性がある。
従って、本発明の課題は、デッドタイムの時間を変化させても、スイッチング周波数が変動しない共振形スイッチング電源装置を提供することである。
図３に動作波形を示す。デッドタイムTd1又はTd2がTdminより大きい場合の波形である。図３において、ＶＣ１はコンデンサＣ１の電圧、Ｈｏはハイサイド側ＭＯＳＦＥＴＱａのオンオフ信号、Ｌｏはローサイド側ＭＯＳＦＥＴＱｂのオンオフ信号、ＩＣｒは共振コンデンサＣｒの電流波形である。デッドタイム時間がTd1、オンパルス幅がTon1の時の１周期の時間Tswは２＊（Td1＋Ton1）で、デッドタイム時間がTd2、オンパルス幅がTon2の時の１周期の時間Tswは２＊（Td2＋Ton2）で、デッドタイムが長くなるとオンパルス幅を短くするため、１周期の時間は等しくなり、スイッチング周波数が一定となる。ここで、Ton1、Ton2は、デッドタイム終了時点から次の第1のトリガまでの時間である。
また、デッドタイムTd1又はTd2がTdminより小さい場合は、デッドタイムTd1＝Tdminとして、動作を安定化させる。この場合には、１周期の時間Tswは２＊(Tdmin+Ton)となる。ここで、Tonは最小デッドタイム終了時点から次の第1のトリガまでの時間である。
また、デッドタイムTd1又はTd2がTdminより小さい場合は、デッドタイムTd1＝Tdminとして、動作を安定化させる。この場合には、１周期の時間Tswは２＊(Tdmin+Ton)となる。ここで、Tonは最小デッドタイム終了時点から次の第1のトリガまでの時間である。
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