JP2014045564A

JP2014045564A - スイッチング電源装置

Info

Publication number: JP2014045564A
Application number: JP2012186193A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Hashi; 大輔橋
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2012-08-27
Filing date: 2012-08-27
Publication date: 2014-03-13

Abstract

【課題】実負荷の接続有無に関係なく、軽実負荷接続時においてもスイッチングの連続状態を実現し、スイッチングの不連続によるラジオ受信への妨害ノイズを防止できるスイッチング電源装置を提供すること。
【解決手段】本発明のスイッチング電源装置は、実負荷に流れる負荷電流をモニタリングするモニタリング部と、前記モニタリング部のモニタリング結果に基づき出力電圧安定化用ダミー抵抗と実負荷との並列接続をオン、オフするスイッチング部を設けたことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、接続される負荷に関わらず、常に連続状態のスイッチングを実現させ、ノイズによるラジオ受信の妨害を防止させるスイッチング電源装置に関するものである。

従来のスイッチング電源装置は、軽負荷時にスイッチング波形が不連続状態となり、ラジオ受信に悪影響を与えていた。その回避策として、平滑用コイルのインダクタンス値を大きくすることが知られている。

また、出力電圧安定化用ダミー抵抗を設け、実負荷未接続の際には出力電圧安定化用ダミー抵抗に所定のダミー電流を流し、実負荷接続の際には出力電圧安定化用ダミー抵抗を未接続として実負荷のみに電流を流すことにより、不連続状態によるラジオ受信の妨害ノイズが生じないスイッチング電源装置が知られている（特許文献１）。

特開昭６２−２５８７２号公報

しかしながら、従来の平滑用コイルのインダクタンス値を大きくする解決手段においては、平滑用コイルの基板実装面積が大きくなるという問題があり、軽負荷接続に対する効果はあるものの実負荷未接続状態に対する効果は得られないという問題があった。

また、特許文献１に記載のスイッチング電源装置においては、実負荷接続時に出力電圧安定化用ダミー抵抗を未接続としてしまうため、実負荷が軽い場合には不連続状態になってしまうという問題があった。

本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、実負荷の接続有無に関係なく、軽実負荷接続時においてもスイッチングの連続状態を実現し、スイッチングの不連続によるラジオ受信への妨害ノイズを防止できるスイッチング電源装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、実負荷接続時においても、出力電圧安定化用ダミー抵抗を実負荷と並列に接続するという構成を有する。

本発明によれば、スイッチング電源装置に実負荷と並列して出力電圧安定化用ダミー抵抗を設けたので、実負荷接続有無に関係なく、軽実負荷接続時にもスイッチングの連続状態を実現することができ、出力電圧を安定させるとともに、スイッチングの不連続によるラジオ受信の妨害ノイズを防止することができるという効果を奏するものである。

本発明の実施の形態１におけるスイッチング電源装置の回路構成図本発明の実施の形態２におけるスイッチング電源装置の回路構成図

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１におけるスイッチング電源装置について図面を参照しながら説明する。
なお、以下、降圧チョッパ型スイッチング電源を例に説明するが、本発明は降圧チョッパ型スイッチング電源に限定されるものではなく、昇圧チョッパ型電源を含め、任意のスイッチング電源に対して有効なものである。

図１は本発明の実施の形態１におけるスイッチング電源装置の回路構成図である。

図１において、直流電源１に従来のスイッチング電源２が直結されており、実負荷１０（たとえば、ＵＳＢ機器）の接続、未接続を行う。

この従来のスイッチング電源２には、スイッチング素子としてのＭＯＳＦＥＴ３、ダイオード４、平滑用コイル５、平滑用コンデンサ６が設けられている。ＭＯＳＦＥＴ３がＯＮ／ＯＦＦを繰り返し、平滑用コイル５と平滑用コンデンサ６のＬＣ回路に断続された直流電源１が入力される。ＭＯＳＦＥＴ３がＯＮの場合、平滑用コイル５に直流電源１が印加され、電気エネルギーが磁界エネルギーに変換され、平滑用コンデンサ６は充電される。ＭＯＳＦＥＴ３がＯＦＦの場合は、ダイオード４を通して、平滑用コイル５に蓄えられた磁界エネルギーが電気エネルギーとして放電される。この平滑用コイル５と平滑用コンデンサ６におけるエネルギーの充放電により、直流電源１より低い平滑出力電源Ｖ２として出力される。

また、スナバ回路として、コンデンサ１６と抵抗１７が、ダイオード４に並列に付加する。これにより、スイッチング波形に重畳するスパイクノイズ等の高調波のスイッチングノイズを低減する事ができる。

また、平滑出力電圧Ｖ２には、出力電圧検出用抵抗８、９を備えている。出力電圧検出用抵抗８、９による平滑出力電圧Ｖ２の分圧が出力電圧情報となる。

この出力電圧情報は、制御部１５に入力される。

制御部１５は、誤差増幅器１１と、ＰＷＭ回路１３と、ドライブ回路１４で構成されている。平滑出力電圧Ｖ２の出力電圧情報は誤差増幅器１１にて基準電圧１２と比較およびその誤差を増幅される。その誤差増幅器１１の出力に応じて常に一定の平滑出力電圧Ｖ２になるようにＭＯＳＦＥＴ３のＯＮ／ＯＦＦ時間の比をＰＷＭ回路１３にて変化させる。ＰＷＭ回路１３の出力に応じてドライブ回路１４にてＭＯＳＦＥＴ３をＯＮ／ＯＦＦさせて、平滑用出力電圧Ｖ２が一定になるように調整されている。

また、従来のスイッチング電源２では、実負荷１０が未接続もしくは軽負荷時は負荷電流が少ないため、平滑用コイル５を流れる電流が断続的になり、通常は方形波の形状(連続状態)となるスイッチング波形に減衰振動が発生（不連続状態）してしまう。

直流電源１の電圧値をＶ１、平滑出力電圧値をＶ２、ＰＷＭ回路１３より出力されるスイッチングの周波数をＦ、平滑用コイル５のインダクタンス値をＬとすると、スイッチング波形が連続状態と不連続状態の境界となる負荷電流Ｉｒｅｆの値は式１によりもとめることが出来る。

平滑用コイル５に流れる負荷電流がＩｒｅｆ以上の場合はスイッチング波形が連続状態となり、Ｉｒｅｆ未満の場合はスイッチング波形が不連続状態となる。
本発明では、スイッチング波形の不連続状態を防止するために、負荷電流が常にＩｒｅｆ以上となるように出力電圧安定化用ダミー抵抗７を実負荷１０に並列に付加する。
誤差増幅器１１により平滑出力電圧Ｖ２は常に一定の固定値であり、実負荷１０が未接続時のスイッチング波形が連続状態と不連続状態の境界となる出力電圧安定化用ダミー抵抗７の抵抗値Ｒｄは下記式（２）により求めることができる。

Ｒｄ以下の抵抗値の出力電圧安定化用ダミー抵抗７を実負荷１０に並列に付加することより、実負荷１０の接続有無および負荷電流に関係なく、方形波の形状のスイッチング波形による動作を実現する事が可能である。

出力電圧安定化用ダミー抵抗７の抵抗値は、値を小さくすることにより、連続状態には有効的ではあるが、出力電圧安定化用ダミー抵抗７の許容損失およびスイッチング電源２の許容出力電流を考慮して決定する。

スイッチング電源２に対して、実負荷１０に並列に抵抗値Ｒｄ以下の出力電圧安定化用ダミー抵抗７を付加する。これにより、出力電圧安定化用ダミー抵抗７にＩｒｅｆ以上の電流が流れる。そのため、実負荷１０の接続有無および負荷電流に関係なく、平滑用コイル５に常時一定以上（Ｉｒｅｆ以上）の電流が流れ、スイッチング波形に減衰振動が発生する事なく、方形波の形状のスイッチング波形による動作を実現する事が可能である。

以上のように本実施の形態によれば、スイッチング電源２に対して、実負荷１０に並列に出力電圧安定化用ダミー抵抗７を備えることにより、平滑用コイル５に常時一定以上（Ｉｒｅｆ以上）の電流を流すことができるため、実負荷１０の接続有無および負荷電流に関係なく、方形波の形状のスイッチング波形による動作を実現することができる。

なお、本実施の形態において、スイッチング波形の減衰振動の発生を防止することにより、減衰振動部の周波数成分の高調波によるラジオ受信の妨害ノイズを防止するという効果が得られる。
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２におけるスイッチング電源装置について図面を参照しながら説明する。

なお、本実施の形態でも、降圧チョッパ型スイッチング電源を例に説明するが、本発明は降圧チョッパ型スイッチング電源に限定されるものではなく、昇圧チョッパ型電源を含め、任意のスイッチング電源に対して有効なものである。

図２は本発明の実施の形態２におけるスイッチング電源装置の回路構成図である。

本実施の形態において、実施の形態１と同様の構成については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

実施の形態２と実施の形態１との相違点は、実負荷１０に流れる負荷電流をモニタリングして、出力電圧安定化用ダミー抵抗７のＯＮ／ＯＦＦを、スイッチ２０にて行うことである。

図において、負荷電流のモニタリング部は、低抵抗１８と電流フィードバック回路１９からなる。電流フィードバック回路１９は、実負荷１０に負荷電流が流れることによって低抵抗１８にて降下した電圧を増幅するとともに、低抵抗１８によるおける電圧降下値と基準電圧２１との比較を行い、実負荷１０に流れる負荷電流が、スイッチング波形が連続／不連続の境界となるＩｒｅｆ以上か否かを判定する。
スイッチング波形が連続／不連続の境界となる電圧降下値、即ち、基準電圧２１の電圧値Ｖｒｅｆは、スイッチング波形が連続／不連続の境界となる負荷電流をＩｒｅｆ、低抵抗１８の抵抗値Ｒ１８とすると、下記式（３）となる。

低抵抗１８にて降下した電圧が基準電圧２１の電圧値Ｖｒｅｆ以下の場合、実負荷１０が未接続もしくは軽負荷のため、出力電圧安定化用ダミー抵抗７未接続ではスイッチング波形に減衰振動が発生（不連続状態）してしまう。そのため、電流フィードバック回路１９の制御により、スイッチ２０をＯＮとし、出力電圧安定化用ダミー抵抗７と実負荷１０の並列接続状態とし、方形波の形状(連続状態)となるスイッチング波形を実現する。
低抵抗１８にて降下した電圧が基準電圧２１の電圧値Ｖｒｅｆ以上の場合、実負荷１０が十分な電流を消費する負荷であるため、出力電圧安定化用ダミー抵抗７未接続で、方形波の形状(連続状態)となるスイッチング波形を実現することができる。
また、負荷電流モニタリングのために付加した低抵抗１８によって降下した電圧を、電流フィードバック回路１９にてモニタリングする。電流フィードバック回路１９の出力に応じて、制御部１５にてＭＯＳＦＥＴ３のＯＮ／ＯＦＦ時間の比を変化させて、常に所定の平滑出力電圧Ｖ２となるようにする。

以上のように本実施の形態によれば、負荷電流モニタリング用の低抵抗１８と電流フィードバック回路１９、出力電圧安定化用ダミー抵抗７のＯＮ／ＯＦＦを行うスイッチ２０を備えることにより、実負荷１０が軽負荷のため実負荷１０のみではスイッチング波形に減衰振動が発生（不連続状態）する場合、出力電圧安定化用ダミー抵抗７を実負荷１０に並列に接続して、方形波の形状(連続状態)となるスイッチング波形を実現する。このため、スイッチングの不連続によるラジオ受信の妨害ノイズを防止することができる。また、実負荷１０が十分な電流を消費する負荷のため実負荷１０のみで方形波の形状(連続状態)となるスイッチング波形を実現することができる場合、出力電圧安定化用ダミー抵抗７を未接続の構成においても、スイッチングの不連続によるラジオ受信への妨害ノイズは発生しない。

なお、本実施の形態において、実負荷１０にて十分な電流を消費するときは出力電圧安定化用ダミー抵抗７を未接続とすることにより、出力電圧安定化用ダミー抵抗７にて消費する電流を削減することができるため、さらに無駄な電力増加を抑制するという効果が得られる。

本発明のスイッチング電源装置は、負荷の値が幅広く変動する実負荷に用いられるスイッチング電源装置として有用である。

１直流電源
２スイッチング電源
３ＭＯＳＦＥＴ
４ダイオード
５平滑用コイル
６平滑用コンデンサ
７出力電圧安定化用ダミー抵抗
８出力電圧検出用抵抗
９出力電圧検出用抵抗
１０実負荷
１１誤差増幅器
１２基準電圧
１３ＰＷＭ回路
１４ドライブ回路
１５制御部
１６コンデンサ
１７抵抗
１８低抵抗
１９電流フィードバック回路
２０スイッチ
２１基準電圧

Claims

スイッチング素子により平滑用コイルまたは平滑用コンデンサを流れる電流をオン、オフすることにより所定の出力を得るスイッチング電源において、
出力電圧安定化用ダミー抵抗を実負荷に対し並列に接続したことを特徴とするスイッチング電源装置。
実負荷に流れる負荷電流をモニタリングするモニタリング部と、前記モニタリング部のモニタリング結果に基づき出力電圧安定化用ダミー抵抗と実負荷との並列接続をオン、オフするスイッチング部を設けたことを特徴とする請求項１記載のスイッチング電源装置。
モニタリングにより生じた電圧降下に応じて、スイッチング素子のオン、オフの時間比を変化させることを特徴とする請求項２記載のスイッチング電源装置。