JP2015142423A - switching power supply - Google Patents
switching power supply Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015142423A JP2015142423A JP2014013492A JP2014013492A JP2015142423A JP 2015142423 A JP2015142423 A JP 2015142423A JP 2014013492 A JP2014013492 A JP 2014013492A JP 2014013492 A JP2014013492 A JP 2014013492A JP 2015142423 A JP2015142423 A JP 2015142423A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- switching
- voltage
- signal
- switching element
- bottom point
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Description
本発明は、フライバック方式のスイッチング電源装置に係わり、より詳細には、PWM制御によるスイッチング損失を低減させる構成に関する。 The present invention relates to a flyback switching power supply device, and more particularly to a configuration for reducing switching loss by PWM control.
従来、スイッチング電源装置は特許文献1に示すものが開示されている。図3に示すように、このフライバック方式のスイッチング電源装置はスイッチング損失を低減させるために疑似共振方式の回路を採用している。次に構成を説明する。
Conventionally, the switching power supply device disclosed in
このスイッチング電源装置は、トランス2と、このトランス2の一次側の巻線21に接続される直流電源を接続/開放するスイッチング素子3と、トランス2の二次側の巻線22から出力される交流を整流・平滑するダイオード4と電解コンデンサ5と、平滑された直流電圧を検出する電圧検出回路7と、トランス2の二次側の巻線23から出力された電圧に基づいてスイッチング素子3のオンタイミングを決定するタイミング回路83と、スイッチング素子3のオン時間を設定するオン時間設定回路81と、スイッチング素子3のオフ時間を設定するオフ時間設定回路82と、スイッチング素子3をオンオフ制御するスイッチング信号を出力するドライブ回路84とを備えている。
This switching power supply is output from the
タイミング回路83は巻線23から出力された電圧を監視しており、この電圧が閾値電圧以下になった時、ターンオン開始信号cをドライブ回路84へ出力する。閾値電圧は予め定められた値であり、スイッチング素子3の両端電圧に発生する疑似共振によって発生する電圧共振波形のボトム点のタイミングと一致するように設定されている。なお、疑似共振とボトム点については後で説明する。
The
タイミング回路83は巻線23の両端に、直列に接続された抵抗831とコンデンサ830とが接続されている。そして抵抗831とコンデンサ830との接続点にトランジスタ836のベース端子と、ダイオード835のアノード端子とが接続されている。従って巻線23の電圧が低下するとコンデンサ830に蓄積されていた電荷が抵抗831を介して放電するため、コンデンサ830の両端電圧は徐々に低下し、トランジスタ836がオンとなる閾値電圧まで低下するとターンオン開始信号cを出力する回路になっている。
In the
次に疑似共振とボトム点について図4に示す説明図を用いて説明する。
図4において、Vtrはスイッチング素子3の両端電圧を、V830はコンデンサ830の両端電圧を、cはタイミング回路83から出力されるターンオン開始信号を、dはドライブ回路84から出力されるスイッチング信号をそれぞれ示している。
Next, the pseudo resonance and the bottom point will be described with reference to an explanatory diagram shown in FIG.
In FIG. 4, Vtr is a voltage across the switching element 3, V830 is a voltage across the capacitor 830, c is a turn-on start signal output from the
スイッチング信号dがt1でターンオフすると、一次側の巻線21を介してトランス2に蓄えられていた励磁エネルギーが巻線22と巻線23に電圧を誘起させる。図4のV830に示すように巻線23の両端電圧はt1から上昇しt2からt3の区間で下降する。一方、Vtrに示すようにスイッチング素子3の両端電圧は、トランス2の励磁エネルギーを二次側の巻線で使い果たして二次側の電流が流れなくなると、t2以降の期間において自由振動を開始する。
When the switching signal d is turned off at t1, the excitation energy stored in the
自由振動はt2以降に必ず電圧が減少する位相から始まる正弦波状のリンギングであり、スイッチング素子3の寄生容量と巻線21のインダクタンスとで決定される共振周波数で振動する。この共振周波数は二次側の負荷や電圧などに影響されない。この自由振動によるリンギングの谷をボトム点と呼称する。このリンギングは、スイッチング素子3がターンオフしてから次のターンオンまでの期間に発生する。従って自由振動によるリンギングの周波数は、スイッチング素子3のオン/オフで決定されるスイッチング周波数よりも高くなる。
Free vibration is ringing in the form of a sine wave that always starts from a phase in which the voltage decreases after t2, and vibrates at a resonance frequency determined by the parasitic capacitance of the switching element 3 and the inductance of the
このボトム点のタイミングでスイッチング素子3をターンオンすると、他のタイミングでターンオンする場合よりもスイッチング素子3の両端電圧が低いため、スイッチング損失を低減させることができる。従って前述したように、ボトム点のタイミングとコンデンサ830が閾値電圧となるタイミングとを、抵抗831とコンデンサ830の時定数で事前に合わせておくことで、タイミング回路83はボトム点のタイミングを知ることができる。
When the switching element 3 is turned on at the timing of the bottom point, the voltage across the switching element 3 is lower than when the switching element 3 is turned on at other timings, so that switching loss can be reduced. Therefore, as described above, the
なお、オフ時間設定回路82は、スイッチング素子3のオフ時間(固定時間)を管理している。一方、オン時間設定回路81は電圧検出回路7で検出した出力電圧に従ってスイッチング素子3のオン時間を決定している。つまり、出力電圧が基準より低ければスイッチング素子3のオン時間を増加させ、出力電圧が基準より高ければスイッチング素子3のオン時間を減少させることで、出力電圧が基準電圧となるように制御している。このため負荷が軽く出力電圧の変化が小さいとスイッチング素子3のオン時間が短くなり、結果的にスイッチング周波数は高くなる。また、負荷が重いとスイッチング素子3のオン時間が長くなり、結果的にスイッチング周波数は低くなる。
The off
このように負荷によってスイッチング周波数が変化する疑似共振方式の他に、スイッチング周波数を一定とし、負荷の大きさに対応してデューティーが変化するパルスをスイッチング信号として生成し、スイッチング制御を行なうPWM方式のスイッチング電源装置がある。 In addition to the quasi-resonant method in which the switching frequency changes depending on the load in this way, the PWM method in which the switching frequency is made constant, the pulse whose duty changes according to the size of the load is generated as a switching signal, and switching control is performed. There is a switching power supply.
疑似共振方式とPWM方式とには、それぞれ相反するメリットとデメリットがある。疑似共振方式はボトム点でのみターンオンさせるため、スイッチング損失を低減することができるが、負荷の状態によってスイッチング周波数が変化する。負荷が重い時にスイッチング周波数が低下するため、単位時間当たりのスイッチング回数が少なくなってスイッチング損失が低下する一方、負荷が軽い時はスイッチング周波数が高くなってスイッチング損失が増加する。 The quasi-resonant method and the PWM method have respective merits and demerits. Since the quasi-resonant system is turned on only at the bottom point, the switching loss can be reduced, but the switching frequency changes depending on the state of the load. Since the switching frequency decreases when the load is heavy, the number of times of switching per unit time decreases and the switching loss decreases. On the other hand, when the load is light, the switching frequency increases and the switching loss increases.
これに対してPWM方式は、スイッチング周波数が固定のため、負荷が軽い場合でもスイッチング周波数が高くならないが、負荷に対応したパルスのデューティーを決定して、ボトム点とは無関係にスイッチング素子の両端電圧が高いタイミングの場合であっても強制的にターンオンするため、スイッチング損失が大きいという問題があった。 In contrast, the PWM method has a fixed switching frequency, so the switching frequency does not increase even when the load is light. However, the duty of the pulse corresponding to the load is determined, and the voltage across the switching element is independent of the bottom point. However, there is a problem that the switching loss is large because the device is forcibly turned on even when the timing is high.
このため、PWM方式のスイッチング電源装置において、ボトム点でターンオンできるフライバック方式のスイッチング電源装置が望まれていた。 For this reason, in the PWM switching power supply, a flyback switching power supply that can be turned on at the bottom point has been desired.
本発明は以上述べた問題点を解決し、PWM方式のスイッチング電源装置において、ボトム点でターンオンできるフライバック方式のスイッチング電源装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-described problems and to provide a flyback switching power supply that can be turned on at a bottom point in a PWM switching power supply.
本発明は上述の課題を解決するため、本発明の請求項1に記載の発明は、入力された交流電圧を整流して直流電圧を出力する整流器と、一次巻線と二次巻線とを備え一次巻線に印加された前記直流電圧を変圧して前記二次巻線から出力するトランスと、前記整流器と前記一次巻線との間に直列に配置されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子をPWM制御によりスイッチング制御するスイッチング制御手段とを備えたフライバック方式のスイッチング電源装置であって、
前記スイッチング制御手段は、
スイッチング周波数のクロック信号を発生するクロック信号発生手段と、
前記クロック信号に基づいて生成したスイッチング信号を前記スイッチング素子へ出力するPWM制御手段と、
前記二次巻線の電圧が予め定めた所定閾値以下となることにより前記スイッチング素子の両端電圧に発生する疑似共振による自由振動のボトム点のタイミングを検出するボトム点検出手段と、
前記ボトム点検出手段がボトム点を検出した以降に前記自由振動に同期したパルス信号を連続して出力するボトム信号発生手段と、
前記クロック信号と前記パルス信号とを監視して前記クロック信号の周期の開始後に最初の前記パルス信号を検出した時に前記PWM制御手段を介して前記スイッチング素子をターンオンさせるターンオンタイミング判定手段とを備えたことを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, the present invention according to
The switching control means includes
Clock signal generating means for generating a clock signal of the switching frequency;
PWM control means for outputting a switching signal generated based on the clock signal to the switching element;
Bottom point detection means for detecting the timing of the bottom point of free vibration due to pseudo-resonance generated in the voltage across the switching element when the voltage of the secondary winding is equal to or lower than a predetermined threshold value;
A bottom signal generating means for continuously outputting a pulse signal synchronized with the free vibration after the bottom point detecting means detects the bottom point;
A turn-on timing determining means for monitoring the clock signal and the pulse signal and turning on the switching element via the PWM control means when the first pulse signal is detected after the start of the cycle of the clock signal; It is characterized by that.
以上の手段を用いることにより、本発明によるスイッチング電源装置によれば、
ボトム点検出手段が検出した複数のボトム点のパルス信号の中から、ターンオンタイミング判定手段23がクロック信号の周期の開始後、つまり、クロック信号の立ち上がりを検出した後の最初のボトム点のパルス信号を検出した時に、PWM制御手段を介してスイッチング素子をターンオンさせる。このため、PWM制御方式のスイッチング電源装置であってもスイッチング素子の両端電圧が低いボトム点でスイッチング素子がターンオンすることになる。このため、従来のPWM制御方式を用いたスイッチング電源装置よりもスイッチング損失を低減させることができる。
By using the above means, according to the switching power supply device of the present invention,
Among the plurality of bottom point pulse signals detected by the bottom point detection means, the first bottom point pulse signal after the turn-on timing determination means 23 detects the clock signal cycle, that is, after the rising edge of the clock signal is detected. Is detected, the switching element is turned on via the PWM control means. For this reason, even if it is a switching power supply device of a PWM control system, a switching element turns on at the bottom point where the both-ends voltage of a switching element is low. For this reason, a switching loss can be reduced rather than the switching power supply device using the conventional PWM control system.
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail as examples based on the attached drawings.
図1は本発明によるフライバック方式のスイッチング電源装置50の実施例を示すブロック図である。
このスイッチング電源装置50は、交流電源が接続される入力端1及び入力端2と、入力端1及び入力端2がそれぞれの入力端子に接続された整流器3と、整流器3の出力端である+端子と−端子との間に接続された平滑コンデンサ4と、一次側巻線7aと二次側巻線7bとを備えたトランス7と、一次側巻線7aに流れる電流をスイッチングするFET (Field Effect Transister)であるスイッチング素子6と、スイッチング素子6と並列に接続されたコンデンサ5とを備えている。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a flyback switching power supply 50 according to the present invention.
The switching power supply 50 includes an
また、スイッチング電源装置50は、スイッチング電源装置50から直流電圧を出力する+端子10と−端子11と、二次側巻線7bの一端がアノード端子に接続されてカソード端子が+端子10に接続されたダイオード8と、一端がダイオード8のカソード端子に接続されて他端が−端子11と二次側巻線7bの他端とにそれぞれ接続された平滑コンデンサ9と、スイッチング素子6を制御するスイッチング制御手段20とを備えている。
Further, the switching power supply device 50 includes a
なお、一次側巻線7aの一端は整流器3の+端子に、また、一次側巻線7aの他端はスイッチング素子6のドレイン端子に、スイッチング素子6のソース端子は整流器3の−端子に、それぞれ接続されている。そして、二次側巻線7bの一端とスイッチング素子6のゲート端子とがスイッチング制御手段20に接続されている。
One end of the primary winding 7a is connected to the + terminal of the rectifier 3, the other end of the primary winding 7a is connected to the drain terminal of the
スイッチング制御手段20は、二次側巻線7bの一端が接続され、二次側巻線電圧が入力されることによりボトム点のタイミングを検出するボトム点検出手段21と、ボトム点検出手段21が出力するボトム信号出力指示の信号が入力されるボトム信号発生手段22と、所定周波数(スイッチング周波数)でクロック信号を発生するクロック信号発生手段26と、クロック信号が入力され、スイッチング電源装置50が起動したときにスイッチング素子6を最初にオンする初回トリガ信号を出力するスイッチング開始手段27と、ボトム信号発生手段22が出力するボトム信号とクロック信号とが入力されるターンオンタイミング判定手段23とを備えている。
The switching control means 20 includes a bottom point detection means 21 that detects the timing of the bottom point when one end of the secondary side winding 7b is connected and a secondary side winding voltage is input, and a bottom point detection means 21. The bottom signal generation means 22 to which a signal for instructing the bottom signal output to be output is input, the clock signal generation means 26 to generate a clock signal at a predetermined frequency (switching frequency), and the clock signal is input to start the switching power supply device 50 A switching start means 27 for outputting an initial trigger signal for first turning on the
また、スイッチング制御手段20は、ターンオンタイミング判定手段23から出力されるターンオントリガ信号とスイッチング開始手段27とから出力される初回トリガ信号とのいずれか一方がハイレベルのときにハイレベルの信号を出力するオア回路24と、平滑コンデンサ9の直流電圧を検出するDC電圧検出手段28と、検出された直流電圧とクロック信号とオア回路24から出力されるトリガ信号とが入力され、検出した直流電圧が所定の電圧となるようにパルスのデューティーを制御したスイッチング信号をスイッチング素子6へ出力するPWM制御手段25とを備えている。
なお、ターンオンタイミング判定手段23が出力するターンオントリガ信号はボトム点検出手段21へも出力されている。
The switching control means 20 outputs a high level signal when either the turn-on trigger signal output from the turn-on timing determination means 23 or the initial trigger signal output from the switching start means 27 is at a high level. OR
The turn-on trigger signal output by the turn-on
次に、個々の手段について詳細に説明する。
スイッチング開始手段27は、起動開始検出手段27aとアンド回路27bとで構成されている。起動開始検出手段27aは、スイッチング電源装置50が起動開始可能状態になったときに、クロック信号の半周期以上で1周期未満の長さのハイレベルパルスである起動開始状態信号を1回だけ出力する。なお、起動開始可能状態とは、平滑コンデンサ4の電圧が一定以上となって、スイッチング電源装置50が定格の出力電圧を出力可能となった状態を示す。
Next, each means will be described in detail.
The switching
アンド回路27bはクロック信号と起動開始状態信号とが入力され、両方の信号が共にハイレベルとなった時にターンオントリガ信号がオア回路24へ出力する。なお、起動開始検出手段27aは、平滑コンデンサ4の電圧が充電されて上昇する過渡的な電圧変化を検出する図示しない微分回路を備えており、この微分回路で検出した電圧信号を起動開始状態信号として出力する。
The AND
ボトム点検出手段21は、二次側巻線7bの二次側巻線電圧を監視しており、この電圧が予め定めた所定閾値であるボトム電圧閾値より大きい状態からボトム電圧閾値以下の状態に変化した時にローレベルからハイレベルとなるボトム信号出力指示の信号をボトム信号発生手段22へ出力する。また、ボトム点検出手段21は、ターンオンタイミング判定手段23が出力するターンオントリガ信号の立ち下がりによって、このボトム信号出力指示の信号をリセットしてハイレベルからローレベルにする。 The bottom point detection means 21 monitors the secondary winding voltage of the secondary winding 7b, and changes from a state in which this voltage is larger than the bottom voltage threshold, which is a predetermined threshold, to a state below the bottom voltage threshold. A bottom signal output instruction signal that changes from a low level to a high level when changed is output to the bottom signal generating means 22. Further, the bottom point detection means 21 resets the bottom signal output instruction signal from the high level to the low level in response to the fall of the turn-on trigger signal output from the turn-on timing determination means 23.
二次側巻線電圧は、スイッチング素子6のスイッチングによって生成された励磁エネルギーがフライバック電圧として発生するものであり、この励磁エネルギーが二次側の図示しない負荷によって消費され、背景技術で説明したように、二次側巻線7bの電流がゼロになるとスイッチング素子6の両端の電圧が自由振動を開始する。また、自由振動の周波数と位相とは二次側の負荷による影響を受けないため、自由振動が開始された最初のボトム点のタイミングにおける二次側巻線電圧をボトム電圧閾値として予め規定しておくことで、二次側の負荷が変動した場合でも、自由振動が開始された最初のボトム点のタイミングを検出できる。
In the secondary side winding voltage, the excitation energy generated by switching of the
ボトム信号発生手段22は、ボトム信号出力指示の信号によってボトム点のタイミングを認識した時、ボトム信号出力指示の信号がハイレベルの期間、自由振動と同期した同じ周期のパルス信号であるボトム信号を連続的に出力する。従って、このボトム信号が入力されるターンオンタイミング判定手段23は、ボトム信号出力指示の信号がハイレベルの期間はボトム信号によって複数発生するボトム点のタイミングを判定できる。 When the bottom signal generation means 22 recognizes the timing of the bottom point based on the bottom signal output instruction signal, the bottom signal generation means 22 generates a bottom signal that is a pulse signal having the same cycle synchronized with free vibration while the bottom signal output instruction signal is at a high level. Output continuously. Therefore, the turn-on timing determination means 23 to which the bottom signal is input can determine the timing of the bottom points generated by the bottom signal during the period when the bottom signal output instruction signal is at the high level.
クロック信号発生手段26が発生するクロック信号はスイッチング信号の基となる信号であり、スイッチング周期と同じ周期のパルス信号である。そして、クロック信号の1周期内でローレベルからハイレベルになった時をスイッチング周期の開始タイミングとして規定している。従って、ターンオンタイミング判定手段23は、クロック信号の立ち上がりタイミングでスイッチング周期が開始されたことを検出し、かつ、その後にボトム信号が最初にローレベルからハイレベルに変化した時にパルス信号であるターンオントリガ信号を出力する。そしてPWM制御手段25は、ターンオントリガ信号によってスイッチング素子6をターンオンし、DC電圧検出手段28で検出した直流電圧に対応したオンデューティーの時間が経過するとスイッチング素子をターンオフする。このため、PWM制御手段25はクロック信号の1周期内で一回のスイッチング(オン/オフ)を実行することになる。
The clock signal generated by the clock signal generating means 26 is a signal that is the basis of the switching signal, and is a pulse signal having the same cycle as the switching cycle. The time when the clock signal changes from the low level to the high level within one cycle of the clock signal is defined as the start timing of the switching cycle. Therefore, the turn-on timing determination means 23 detects that the switching cycle has started at the rising timing of the clock signal, and then the turn-on trigger which is a pulse signal when the bottom signal first changes from low level to high level. Output a signal. The PWM control means 25 turns on the
次に図1の構成の動作を、本発明によるスイッチング電源装置50の動作を説明する説明図である図2を用いて説明する。
図2(1)はスイッチング信号の基になるクロック信号を、図2(2)はスイッチング信号を、図2(3)はスイッチング素子6の両端電圧を、図2(4)は二次側巻線7bの二次側巻線電圧を、図2(5)はボトム信号出力指示の信号を、図2(6)はボトム信号を、図2(7)はトリガ信号を、図2(8)は起動開始状態信号を、それぞれ示している。なお、横軸は時間であり、t1〜t12は時刻を示している。
Next, the operation of the configuration of FIG. 1 will be described with reference to FIG. 2 which is an explanatory diagram for explaining the operation of the switching power supply device 50 according to the present invention.
2 (1) shows the clock signal that is the basis of the switching signal, FIG. 2 (2) shows the switching signal, FIG. 2 (3) shows the voltage across the switching
まず最初にスイッチング電源装置50に交流電源が印可されると整流器3で整流された電圧により、平滑コンデンサ4の両端電圧が徐々に上昇する。この両端電圧が一定値以上になったことを検出した起動開始検出手段27aは、図2(8)に示すように所定期間のハイレベル信号である起動開始状態信号を出力する。スイッチング開始手段27は、起動開始状態信号がハイレベルで、かつ、クロック信号が立ち上がったt1のタイミングで、図2(7)に示すようにトリガ信号(初回トリガ信号)を出力する。
First, when AC power is applied to the switching power supply 50, the voltage across the smoothing
このトリガ信号がオア回路24を介して入力されたPWM制御手段25は、スイッチング素子6をターンオンさせるスイッチング信号を出力する。そしてPWM制御手段25は、スイッチング素子6をターンオンさせた後に、DC電圧検出手段28で検出した直流電圧に対応したオンデューティーの時間が経過した時に、つまり、t2でスイッチング信号をターンオフする。この結果、図2(3)に示すように、スイッチング素子6の両端電圧は、ほぼ平滑コンデンサ4の両端電圧Vc4にフライバック電圧を加算した電圧まで上昇する。
The PWM control means 25 to which this trigger signal is input via the
すると、一次側巻線7aを介してトランス7に蓄積した励磁エネルギーが、図2(4)に示すように、二次側巻線7bから二次側巻線電圧として出力される。この電圧はダイオード8で整流されて+端子10と−端子11とに接続される図示しない負荷に供給される。やがて励磁エネルギーが放出されて二次側巻線7bの電流が流れなくなると、二次側巻線電圧がt4から徐々に低下する。
Then, the excitation energy accumulated in the
この電圧低下は自由振動によるものであり、t4以降において二次側巻線7bの電流が流れなくなるとスイッチング素子6の両端電圧が自由振動を開始する。そして図2(4)に示すようにt5で二次側巻線電圧がボトム電圧閾値以下となったとき、ボトム点検出手段21は図2(5)に示すように、t5以降にハイレベルのボトム信号出力指示の信号を出力する。
This voltage drop is due to free vibration, and when the current of the secondary winding 7b does not flow after t4, the voltage across the switching
このボトム信号出力指示の信号が入力されたボトム信号発生手段22は、図2(6)に示すように自由振動と同期した同じ周期のパルス信号であるボトム信号を出力する。なお、ボトム信号発生手段22は、このボトム信号をボトム信号出力指示の信号がハイレベルの間、連続的に出力する。 The bottom signal generation means 22 to which the bottom signal output instruction signal is input outputs a bottom signal that is a pulse signal having the same period synchronized with free vibration as shown in FIG. The bottom signal generating means 22 continuously outputs the bottom signal while the bottom signal output instruction signal is at a high level.
前述したように、自由振動の周期とボトム信号の周期とは同じ周期でかつ、それぞれの信号が同期するように設計されており、また、二次側巻線電圧がボトム電圧閾値以下となるタイミングと、自由振動による電圧共振波形(スイッチング素子の両端電圧の波形)がボトム点となるタイミングとを予め同期させてあるため、t5以降はボトム信号のパルスの立ち上がりタイミングと電圧共振波形のボトム点タイミングとはほぼ同じタイミングとなる。回路設計上、ボトム電圧閾値にはマージンを含んだ値になっており、二次側巻線電圧のボトム点よりもやや高く設定されている。このため、ボトム信号発生手段22は、実際のボトム点のt6よりも時間的にやや早いt5でボトム信号を出力する。 As described above, the period of the free vibration and the period of the bottom signal are the same period, and each signal is designed to be synchronized, and the timing at which the secondary winding voltage falls below the bottom voltage threshold value. Since the timing at which the voltage resonance waveform due to free vibration (the waveform of the voltage across the switching element) becomes the bottom point is synchronized in advance, after t5, the rising timing of the bottom signal pulse and the bottom point timing of the voltage resonance waveform Is almost the same timing. In terms of circuit design, the bottom voltage threshold value includes a margin and is set slightly higher than the bottom point of the secondary winding voltage. For this reason, the bottom signal generating means 22 outputs the bottom signal at t5 that is slightly earlier in time than the actual bottom point t6.
PWM制御ではクロック信号の1周期内でスイッチング素子6をターンオン、ターンオフさせるため、ターンオンはクロック信号の周期の開始時点で行なう。ターンオフのタイミングは二次側の直流電圧によって左右されるため、次のクロック信号周期の開始時点(ターンオンする時刻)と電圧共振波形のボトム点のタイミングとは必ずしも一致しない。さらに、t6のボトム点から次のクロック信号の周期の開始時点までの自由振動の周期回数も変化する。従ってクロック信号の周期の開始時点(クロック信号の立ち上がり)が来てから最初のボトム信号でターンオンしなければならない。
In the PWM control, the switching
このため、ターンオンタイミング判定手段23は、クロック信号が立ち上がったt9のタイミングとボトム信号が立ち上がったタイミングとを監視する。自由振動は一定の周期で振動するため、ボトム点となるタイミングはt6、t7、t8、t10・・・と連続している。ターンオンタイミング判定手段23は、このタイミングのうち、クロック信号が立ち上がってから最初のボトム信号の立ち上がりとなるt10のタイミングのボトム信号を検出すると、ターンオンタイミングであると判定し、ターンオントリガ信号をオア回路24へ出力し、オア回路24はこの入力されたターンオントリガ信号をトリガ信号としてPWM制御手段25へ出力する。このトリガ信号が入力されたPWM制御手段25はスイッチング信号によってスイッチング素子6をターンオンさせる。
For this reason, the turn-on timing determination means 23 monitors the timing of t9 when the clock signal rises and the timing when the bottom signal rises. Since free vibration vibrates at a constant cycle, the timing of the bottom point is continuous with t6, t7, t8, t10,. When the turn-on timing determination means 23 detects the bottom signal at the timing t10 when the clock signal rises and rises at the first bottom signal, the turn-on timing determination means 23 determines that it is the turn-on timing and sends the turn-on trigger signal to the OR circuit. The OR
一方、ターンオンタイミング判定手段23から出力されたターンオントリガ信号はボトム点検出手段21へも出力されており、ボトム点検出手段21は、このターンオントリガ信号の立ち下がりを検出すると、t11でボトム信号出力指示の信号をハイレベルからローレベルにする。 On the other hand, the turn-on trigger signal output from the turn-on timing determination means 23 is also output to the bottom point detection means 21. When the bottom point detection means 21 detects the fall of this turn-on trigger signal, the bottom signal is output at t11. Change the instruction signal from high to low.
PWM制御手段25はスイッチング素子6をターンオンさせた後、前述したように二次側の直流電圧に対応して算出したオンデューティーの時間が経過した時にスイッチング信号をターンオフする。以下、スイッチング電源装置50は前述した動作を繰り返し、二次側直流電圧をスイッチング電源装置50の出力電圧として規定された所定の電圧にするように動作する。
After turning on the
ターンオンタイミング判定手段23は、クロック信号の立ち上がりがt9で来てから最初のボトム信号が立ち上がるt10のタイミングのボトム信号を検出すると、ターンオントリガ信号を出力する。t4〜t10の自由振動の発生期間はスイッチング電源装置50の負荷の大きさによって変化するため、t6以降に出力されるボトム信号の数は不定である。このため、ターンオンタイミング判定手段23は、クロック信号の立ち上がりから最大でボトム信号の1周期だけ遅れてスイッチング素子6をターンオンする。つまり、t9〜t10の期間はボトム点を待つことによる遅延時間となる。この時間がPWM制御における誤差となるため、この遅延時間をできるだけ小さくする必要がある。
The turn-on timing determination means 23 outputs a turn-on trigger signal when detecting the bottom signal at the timing t10 when the first bottom signal rises after the rising edge of the clock signal comes at t9. Since the generation period of the free vibration from t4 to t10 varies depending on the load of the switching power supply device 50, the number of bottom signals output after t6 is indefinite. For this reason, the turn-on
例えばスイッチング周期を100マイクロセカンド(10キロヘルツ)とした場合、遅延時間をPWM制御において無視することが可能な誤差である1パーセント未満とする場合、自由振動の周期は100マイクロセカンドの100分の1、つまり1マイクロセカンド未満にする必要がある。前述したように、自由振動の周期は一次側巻線7aのインダクタンスと、スイッチング素子6の寄生容量と、コンデンサ5との時定数で決定されるため、スイッチング電源装置50の設計時にスイッチング周波数を考慮してこの時定数を決定しておく。もしくは、スイッチング信号のデューティーを算出する場合、実際に発生した遅延時間を差し引いて求めるようにしてもよい。この遅延時間はクロック信号の立ち上がりタイミングからトリガ信号の立ち上がりタイミングまでの時間をタイマーで計測することで求めることができる。
For example, when the switching period is 100 microseconds (10 kilohertz) and the delay time is less than 1%, which is an error that can be ignored in PWM control, the free vibration period is 1 / 100th of 100 microseconds. That is, less than 1 microsecond. As described above, since the period of the free vibration is determined by the inductance of the primary winding 7a, the parasitic capacitance of the
以上説明したように、ボトム点検出手段21が検出した複数のボトム点のパルス信号(ボトム信号)の中から、ターンオンタイミング判定手段23がクロック信号の周期の開始後、つまり、クロック信号の立ち上がりを検出した後に、最初のパルス信号(ボトム信号)を検出した時にPWM制御手段25を介してスイッチング素子6をターンオンさせる。このため、PWM制御方式のスイッチング電源装置50であってもスイッチング素子の両端電圧が低いボトム点でスイッチング素子がターンオンすることになる。このため、従来のPWM制御方式を用いたスイッチング電源装置よりもスイッチング損失を低減させることができる。
As described above, the turn-on
本実施例では自由振動の周波数をコンデンサ5を用いて決定しているが、これに限るものでなく、一次側巻線7aのインダクタンスとスイッチング素子6の寄生容量とだけで決定してもよい。また、二次巻線は1組のみの場合を説明しているが、これに限るものでなく、二次巻線を複数備えていてもよい。さらにボトム点検出手段21に入力される二次側巻線電圧を専用の巻線で検出するようにしてもよい。
In this embodiment, the frequency of the free vibration is determined using the
1 入力端
2 入力端
3 整流器
4 平滑コンデンサ
5 コンデンサ
6 スイッチング素子
7 トランス
7a 一次側巻線
7b 二次側巻線
8 ダイオード
9 平滑コンデンサ
10 +端子
11 −端子
20 スイッチング制御手段
21 ボトム点検出手段
22 ボトム信号発生手段
23 ターンオンタイミング判定手段
24 オア回路
25 PWM制御手段
26 クロック信号発生手段
27 スイッチング開始手段
27a 起動開始検出手段
27b アンド回路
28 DC電圧検出手段
50 スイッチング電源装置
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記スイッチング制御手段は、
スイッチング周波数のクロック信号を発生するクロック信号発生手段と、
前記クロック信号に基づいて生成したスイッチング信号を前記スイッチング素子へ出力するPWM制御手段と、
前記二次巻線の電圧が予め定めた所定閾値以下となることにより前記スイッチング素子の両端電圧に発生する疑似共振による自由振動のボトム点のタイミングを検出するボトム点検出手段と、
前記ボトム点検出手段がボトム点を検出した以降に前記自由振動に同期したパルス信号を連続して出力するボトム信号発生手段と、
前記クロック信号と前記パルス信号とを監視して前記クロック信号の周期の開始後に最初の前記パルス信号を検出した時に前記PWM制御手段を介して前記スイッチング素子をターンオンさせるターンオンタイミング判定手段とを備えたことを特徴とするスイッチング電源装置。 A rectifier that rectifies an input AC voltage and outputs a DC voltage, a primary winding and a secondary winding, and transforms and outputs the DC voltage applied to the primary winding from the secondary winding. A flyback type switching power supply device comprising a transformer, a switching element arranged in series between the rectifier and the primary winding, and switching control means for controlling the switching of the switching element by PWM control. ,
The switching control means includes
Clock signal generating means for generating a clock signal of the switching frequency;
PWM control means for outputting a switching signal generated based on the clock signal to the switching element;
Bottom point detection means for detecting the timing of the bottom point of free vibration due to pseudo-resonance generated in the voltage across the switching element when the voltage of the secondary winding is equal to or lower than a predetermined threshold value;
A bottom signal generating means for continuously outputting a pulse signal synchronized with the free vibration after the bottom point detecting means detects the bottom point;
A turn-on timing determining means for monitoring the clock signal and the pulse signal and turning on the switching element via the PWM control means when the first pulse signal is detected after the start of the cycle of the clock signal; The switching power supply device characterized by the above-mentioned.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014013492A JP2015142423A (en) | 2014-01-28 | 2014-01-28 | switching power supply |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014013492A JP2015142423A (en) | 2014-01-28 | 2014-01-28 | switching power supply |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015142423A true JP2015142423A (en) | 2015-08-03 |
Family
ID=53772451
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014013492A Pending JP2015142423A (en) | 2014-01-28 | 2014-01-28 | switching power supply |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2015142423A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018532359A (en) * | 2015-09-28 | 2018-11-01 | サイプレス セミコンダクター コーポレーション | Valley detection circuit and drive circuit |
CN111146946A (en) * | 2018-11-06 | 2020-05-12 | 通嘉科技股份有限公司 | Secondary controller applied to secondary side of power converter and operation method thereof |
-
2014
- 2014-01-28 JP JP2014013492A patent/JP2015142423A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018532359A (en) * | 2015-09-28 | 2018-11-01 | サイプレス セミコンダクター コーポレーション | Valley detection circuit and drive circuit |
CN111146946A (en) * | 2018-11-06 | 2020-05-12 | 通嘉科技股份有限公司 | Secondary controller applied to secondary side of power converter and operation method thereof |
CN111146946B (en) * | 2018-11-06 | 2021-03-23 | 通嘉科技股份有限公司 | Secondary controller applied to secondary side of power converter and operation method thereof |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110165894B (en) | Control circuit for secondary side control of power converter with synchronous rectifier | |
JP5928506B2 (en) | Switching power supply | |
JP5950635B2 (en) | Power supply device and image forming apparatus | |
JP5485390B2 (en) | Switching power supply device and semiconductor device | |
JP4033850B2 (en) | Switching power supply control semiconductor device | |
EP2355316A1 (en) | Method and apparatus for determining zero-crossing of an AC input voltage to a power supply | |
JP3116338B2 (en) | Switching power supply | |
CN113595398B (en) | Control device and control method | |
JP6135271B2 (en) | Switching power supply | |
US9515545B2 (en) | Power conversion with external parameter detection | |
US10135347B2 (en) | Switching power supply device | |
JP2016027775A (en) | Switching power supply device | |
TWI672894B (en) | Power controllers and control methods thereof | |
JP5042536B2 (en) | POWER SUPPLY DEVICE AND ELECTRIC DEVICE HAVING THE SAME | |
JP2014099948A (en) | Switching power supply device | |
JP2016116285A (en) | Switching power supply device | |
JP4255488B2 (en) | Power saving circuit, switching power supply | |
TW201813264A (en) | Method and apparatus for synchronous rectifier | |
JP2007110878A (en) | Switching power supply device | |
JP2015142423A (en) | switching power supply | |
JP4255487B2 (en) | Switching power supply device and switching frequency setting method | |
US20170338749A1 (en) | Switching control circuit with signal process to accommodate the synchronous rectifier of power converters | |
JP7151034B2 (en) | Control circuit and DC/DC converter device | |
JP2018057132A (en) | Synchronous rectification element drive unit and synchronous rectification element driving method | |
JP6810150B2 (en) | Switching power supply and semiconductor device |