JP2016066861A - Pwm signal output device and switching power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、PWM信号出力装置、及びそのPWM信号出力装置を備えてなるスイッチング電源装置に関する。 The present invention relates to a PWM signal output device and a switching power supply device including the PWM signal output device.
例えばスイッチング電源装置は、エラーアンプにより電源装置の出力電圧と基準電圧との差を検出して誤差信号を出力し、その誤差信号に基づきPWM制御の指令電圧を生成する。そして、指令電圧とPWMキャリアとを比較して生成したPWM信号により、例えばMOSFETなどのスイッチング素子を制御する。 For example, the switching power supply device detects a difference between the output voltage of the power supply device and a reference voltage by an error amplifier, outputs an error signal, and generates a command voltage for PWM control based on the error signal. A switching element such as a MOSFET is controlled by a PWM signal generated by comparing the command voltage and the PWM carrier.
このようなスイッチング電源装置において、当該装置に供給されている電源の電圧が低下すると、エラーアンプが出力する誤差信号は最大レベルを示し、PWMデューティは100%になる。その状態から電源電圧が復帰すると、電圧が上昇する過程で誤差信号のレベルが徐々に低下し、出力電圧は最終的に当初の制御レベルに戻る。 In such a switching power supply device, when the voltage of the power supply supplied to the device decreases, the error signal output from the error amplifier shows the maximum level, and the PWM duty becomes 100%. When the power supply voltage is restored from this state, the level of the error signal gradually decreases in the process of increasing the voltage, and the output voltage finally returns to the original control level.
このようにエラーアンプの出力信号が広い範囲に亘って変動すると、出力電圧も大きく変動し、また、正常な制御状態に復帰するまで時間がかかるため追従性が悪化するという問題がある。この問題に対処する技術として、誤差信号を所定の電圧にクランプするものがある(例えば、特許文献1,2参照)。
Thus, when the output signal of the error amplifier fluctuates over a wide range, the output voltage also fluctuates greatly, and there is a problem that followability deteriorates because it takes time to return to a normal control state. As a technique for dealing with this problem, there is a technique for clamping an error signal to a predetermined voltage (see, for example,
特許文献1は、トランジスタのベース−エミッタ間電圧VBEを用いて誤差信号クランプする構成であり、温度特性や制御性に問題がある。また、特許文献2は、所謂スロースタート制御であり、電源の投入時における誤差信号の変動に対応するもので、限定的な対策でしかない。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、PWM指令信号のクランプを常時適切に行うことで、応答性が良好となるPWM信号出力装置、及びそのPWM信号出力装置を備えてなるスイッチング電源装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a PWM signal output device that has good responsiveness by always properly clamping a PWM command signal, and the PWM signal output device. Is to provide a switching power supply device.
請求項1記載のPWM信号出力装置によれば、PWM信号出力回路が、エラーアンプが出力するPWM指令信号と、発振回路が出力するPWMキャリアとの差に応じてPWM信号を生成出力する構成において、信号振幅クランプ手段は、PWM指令信号振幅の最大値を、PWMキャリア振幅の最大値以上に設定される上限電圧にクランプする上限側クランプと、PWM指令信号振幅の最小値を、PWMキャリア振幅の最小値以下に設定される下限電圧にクランプする下限側クランプとの何れか一方又は双方を行う。
According to the PWM signal output device of
このように構成すれば、電源電圧の変動に伴いエラーアンプが出力するPWM指令信号の振幅が最大値又は最小値を示す際に、最大値又は最小値はそれぞれ上限電圧又は下限電圧にクランプされる。これにより、電源電圧が定常値に復帰する際に、PWM指令信号振幅が最大値又は最小値を示し続ける期間が従来よりも短くなる。したがって、PWM信号のデューティ変化応答がより迅速になる。 With this configuration, when the amplitude of the PWM command signal output from the error amplifier with the fluctuation of the power supply voltage indicates the maximum value or the minimum value, the maximum value or the minimum value is clamped to the upper limit voltage or the lower limit voltage, respectively. . As a result, when the power supply voltage returns to the steady value, the period during which the PWM command signal amplitude continues to show the maximum value or the minimum value becomes shorter than before. Therefore, the duty change response of the PWM signal becomes faster.
そして、例えば請求項12のように、本発明のPWM信号出力装置を備えてスイッチング電源装置を構成すれば、入力電源の電圧が一時的に変動した後、定常値に復帰する際に、目標とする電圧をより早く出力することが可能になる。
And, for example, if the switching power supply is configured with the PWM signal output device of the present invention as in
(第1実施形態)
図1に示すスイッチング電源装置1において、電源VBとグランドとの間にはPチャネルMOSFET2(スイッチング素子)及びフリーホイールダイオード3の直列回路が接続されている。フリーホイールダイオード3には、コイル4及びコンデンサ5(負荷)の直列回路が並列に接続されている。コイル4及びコンデンサ5の共通接続点は、スイッチング電源装置1の出力端子となっており、その出力端子とグランドとの間には、抵抗素子6及び7の直列回路が接続されている。
(First embodiment)
In the switching
抵抗素子6及び7の共通接続点は、エラーアンプ8の反転入力端子に接続されており、エラーアンプ8の非反転入力端子には、基準電圧VREFが与えられている。エラーアンプ8の出力端子は、コンパレータ9(PWM信号出力回路)の非反転入力端子に接続されており、コンパレータ9の反転入力端子は発振回路10の出力端子に接続されている。発振回路10は、エラーアンプ8に対して、出力電圧(誤差電圧)をクランプするための電圧VCH,VCLを供給している。
The common connection point of the
発振回路10は、PWM制御用のキャリアである三角波(周波数は例えば数MHz程度)を発振してコンパレータ9の反転入力端子に出力する。エラーアンプ8及び発振回路10には例えば5Vの電源が供給されており、前記三角波の最大振幅電圧VTHは例えば3.5Vに、最小振幅電圧VTLは例えば1.5Vに規定されている。そして、発振回路10がエラーアンプ8に供給している上限電圧VCHは、3.5Vよりも例えば0.1V高く設定され、下限電圧VCLは、1.5Vよりも例えば0.1V低く設定されている。コンパレータ9が出力するPWM信号は、波形整形ロジック11により成形されると、ドライバ12を介してPチャネルMOSFET2のゲートに出力される。尚、前記PWM信号は、波形整形ロジック11又はドライバ12の何れかで論理が反転されている。
The
スイッチング電源装置1は、エラーアンプ8に与えられている基準電圧VREFと、抵抗素子6及び7により分圧されて検出される出力電圧(電圧信号)との関係で、出力電圧を例えば6Vに維持するようにPWM制御する。
The switching
図2に示すように、エラーアンプ8の出力側を構成している電力増幅部13は、電源とグランドとの間に電流源14及びNチャネルMOSFET15の直列回路と、PチャネルMOSFET16及び電流源17の直列回路とが接続されている。NチャネルMOSFET15のドレインは、PチャネルMOSFET16のゲートに接続されている。NチャネルMOSFET15のゲートには、図示しないエラーアンプ8の入力側を構成している差動出力部からの差動出力信号が与えられている。電源には、ミラー対を構成するPチャネルMOSFET18及び19のソースが接続されており、両者のゲートはPチャネルMOSFET19のドレインに接続されている。また、前記ドレインとグランドとの間には、電流源20が接続されている。
As shown in FIG. 2, the power amplifying
PチャネルMOSFET19のドレインは、直列に接続された2つのダイオード21及び22を介してNチャネルMOSFET23のドレインに接続されている。NチャネルMOSFET23のソースはグランドに接続され、ゲートは、NチャネルMOSFET16のソースに接続されている。
The drain of the P-
電源とグランドとの間には、抵抗素子24、NPNトランジスタ25(高電位側トランジスタ)、PNPトランジスタ26(低電位側トランジスタ)及び抵抗素子27の直列回路が接続されている。NPNトランジスタ25のベース(導通制御端子)はダイオード21のアノードに接続され、PNPトランジスタ26のベースはダイオード22のカソードに接続されている。そして、トランジスタ25及び26の共通接続点(前者のエミッタ及び後者のコレクタ)がエラーアンプ8の出力端子となっている。
A series circuit of a
発振回路10の内部において、電源とグランドとの間には、抵抗素子31〜35の直列回路30(信号振幅クランプ手段,最大及び最小電圧発生手段,上限及び下限クランプ電圧発生手段)が接続されている。抵抗素子32及び33の共通接続点は、三角波の最大振幅電圧VTHとなるように設定されており、抵抗素子33及び34の共通接続点は、三角波の最小振幅電圧VTLとなるように設定されている。そして、抵抗素子31及び32の共通接続点は上限電圧VCHとなるように設定されており、抵抗素子34及び35の共通接続点は下限電圧VCLとなるように設定されている。
In the
抵抗素子31及び32の共通接続点は、電力増幅部13内部のアンプ28(信号振幅クランプ手段,上限クランプ用アンプ)の非反転入力端子に接続され、抵抗素子34及び35の共通接続点は、電力増幅部13内部のアンプ29(信号振幅クランプ手段,下限クランプ用アンプ)の非反転入力端子に接続されている。アンプ28及び29の反転入力端子は、エラーアンプ8の出力端子に共通に接続されている。アンプ28の出力端子はNPNトランジスタ25のベースに接続され、アンプ29の出力端子はPNPトランジスタ26のベースに接続されている。
The common connection point of the
このように、電力増幅部13にアンプ28及び29が存在することで、エラーアンプ8の出力電圧は、電圧VCH〜VCLの範囲内にクランプされる。すなわち、出力電圧が上昇して電圧VCHに達すると、アンプ28が出力電圧をそれ以上上昇させないようにNPNトランジスタ25のベース電流を引き込む。また、出力電圧が低下して電圧VCLに達すると、アンプ29が出力電圧をそれ以下に低下させないようにPNPトランジスタ26にベース電流を供給する。尚、図1に示す構成において、波形整形ロジック11以降(但し、抵抗素子6及び7を除く)の構成を除いたものが、PWM信号出力装置36を構成している。
Thus, the presence of the
次に、本実施形態の作用について説明する。図3に示すように、例えば電源VBの電圧は通常15Vであるが、負荷の状況により5V程度に低下している状態から15Vに復帰する場合を想定する。電源電圧が5V程度に低下している状態で、エラーアンプ8の出力電圧(アンプ出力と称す)に本実施形態のようなクランプ作用が及ばなければ、アンプ出力は破線で示すように4V程度まで上昇する。(1)一方、本実施形態のアンプ出力は、最大振幅電圧VTHよりも若干高い電圧VCHにクランプされている。何れの場合も、PWM信号のデューティ比は100%である。スイッチング電源装置1の出力電圧は、電源電圧に等しく5Vになる。
Next, the operation of this embodiment will be described. As shown in FIG. 3, for example, it is assumed that the voltage of the power supply VB is normally 15V, but returns to 15V from a state where the voltage drops to about 5V depending on the load condition. If the output voltage of the error amplifier 8 (referred to as amplifier output) does not have the clamping action as in this embodiment in a state where the power supply voltage is lowered to about 5V, the amplifier output is up to about 4V as shown by the broken line. To rise. (1) On the other hand, the amplifier output of the embodiment is clamped to a voltage slightly higher V CH than the maximum amplitude voltage V TH. In any case, the duty ratio of the PWM signal is 100%. The output voltage of the switching
(2)この状態から、電源電圧が上昇を開始すると、それに伴いアンプ出力も低下を開始するので、PWM信号のデューティ比は直ちに100%未満となり、PチャネルMOSFET2によるスイッチングが開始される。一方、クランプ作用が無い場合のアンプ出力はPWMキャリアの最大振幅電圧VTHよりも高い状態が暫く継続するので、その間デューティ比は100%(フルオン)のままとなり、スイッチングはまだ開始されない。
(2) When the power supply voltage starts to increase from this state, the amplifier output also starts to decrease accordingly, so the duty ratio of the PWM signal immediately becomes less than 100%, and switching by the P-
(3)アンプ出力が低下すると共に出力電圧は上昇する。出力電圧が6Vを超えた後にアンプ出力が最小振幅電圧VTLを若干下回ると、アンプ出力は電圧VCLにクランプされる。したがって、デューティ比は0%(フルオフ)になり、出力電圧は低下する。クランプ作用が無い場合のアンプ出力は、この期間内にPWMキャリアの振幅範囲に到達してスイッチングを開始するので、出力電圧はまだ上昇し続ける。 (3) The amplifier output decreases and the output voltage increases. If the amplifier output is slightly below the minimum amplitude voltage VTL after the output voltage exceeds 6V, the amplifier output is clamped at the voltage VCL . Therefore, the duty ratio becomes 0% (full off), and the output voltage decreases. The amplifier output when there is no clamping action reaches the amplitude range of the PWM carrier within this period and starts switching, so that the output voltage continues to rise.
(4)その後、出力電圧が6Vを下回るとアンプ出力は上昇を開始して再びスイッチングが行われる。そして、出力電圧は6Vに等しくなるようにスイッチング制御は収束する。一方、クランプ作用が無い場合のアンプ出力は最小振幅電圧VTLを大きく下回り、その期間にデューティ比は0%になる。つまり、クランプ作用が無い場合は、電源電圧が上昇する過程でのスイッチング動作の開始が遅れるため、出力電圧が過剰に上昇してオーバーシュートが大きくなる。また、その状態から出力電圧を低下させるので、デューティ比が0%になりフルオフする期間も本実施形態の場合より後になる。総じて、出力電圧が目標値である6Vに収束するまでにより長い時間を要している。 (4) Thereafter, when the output voltage falls below 6V, the amplifier output starts increasing and switching is performed again. Then, the switching control converges so that the output voltage becomes equal to 6V. On the other hand, the amplifier output when there is no clamping action is significantly lower than the minimum amplitude voltage V TL, the duty ratio during that period is 0%. That is, when there is no clamping action, the start of the switching operation in the process of increasing the power supply voltage is delayed, so the output voltage rises excessively and the overshoot becomes large. Further, since the output voltage is lowered from this state, the duty ratio becomes 0% and the full-off period is later than in the case of this embodiment. In general, it takes a longer time for the output voltage to converge to the target value of 6V.
以上のように本実施形態によれば、コンパレータ9が、エラーアンプ8が出力するPWM指令信号と、発振回路10が出力するPWMキャリアとのレベル差に応じてPWM信号を生成出力するPWM信号出力装置36において、抵抗素子31〜35の直列回路30並びにアンプ28及び29により、PWM指令信号であるエラーアンプ8の出力電圧を上限電圧VCHにクランプする上限側クランプと、下限電圧VCLにクランプする下限側クランプとの双方を行う。
As described above, according to the present embodiment, the
そして、直列回路30によりPWMキャリア振幅の最大値VTH及び最小値VTLに対応する電圧を発生させ、それぞれにオフセット電圧を付与して上限電圧VCH(>VTH)及び下限電圧VCL(<VTL)を発生させるようにした。したがって、電源電圧VBが低下してから定常値に復帰する際に、エラーアンプ8の出力電圧が最大値VCH又は最小値VCLを示し続ける期間が従来よりも短くなり、PWM信号のデューティ変化応答がより迅速になる。そして、PWM信号出力装置36を備えてスイッチング電源装置1を構成したので、電源VBの電圧が変動した際に、目標とする電圧をより早く出力することが可能になる。
A voltage corresponding to the maximum value V TH and the minimum value V TL of the PWM carrier amplitude is generated by the
(第2実施形態)
以下、第1実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分について説明する。図4に示すように、第2実施形態では、電力増幅部13に対してクランプ作用を成すための構成を変更したものについて、シミュレーションを行った結果を示す。第2実施形態では、一般的な構成のアンプ28及び29に替えて、差動アンプ39及び40を用いている。
(Second Embodiment)
Hereinafter, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted, and different parts will be described below. As shown in FIG. 4, in 2nd Embodiment, the result of having performed the simulation about what changed the structure for comprising a clamp effect | action with respect to the
電源とグランドとの間には、(第1)PNPトランジスタ41、(第1)NPNトランジスタ42及び電流源43の直列回路が接続されている。PNPトランジスタ41のベースは自身のコレクタに接続されており、NPNトランジスタ42のベースには上限電圧VCHが与えられている。NPNトランジスタ25のベースと電流源43との間には、(第2)PNPトランジスタ44及び(第2)NPNトランジスタ45の直列回路が接続されている。PNPトランジスタ44のベースは自身のコレクタに接続されており、NPNトランジスタ45のベースはエラーアンプ8の出力端子に接続されている。以上が差動アンプ39(上限クランプ用アンプ)を構成している。
A series circuit of a (first)
電源とPNPトランジスタ26のベースとの間には、電流源46、(第1)NPNトランジスタ47及び(第1)PNPトランジスタ48の直列回路が接続されている。NPNトランジスタ47のベースには、下限電圧VCLが与えられており、PNPトランジスタ48のベースは自身のコレクタに接続されている。電流源46とグランドとの間には、(第2)NPNトランジスタ49及び(第2)PNPトランジスタ50の直列回路が接続されている。NPNトランジスタ49のベースはエラーアンプ8の出力端子に接続されており、PNPトランジスタ50のベースは自身のコレクタに接続されている。以上が差動アンプ40(下限クランプ用アンプ)を構成している。
A series circuit of a
図5に示すように、第2実施形態では、PWMキャリア(比較三角波)の最大振幅電圧VTHは2.8V程度、最小振幅電圧VTLは2.2V程度に設定されている。尚、図5〜図7に示すPWMキャリアの波形は、図示の都合上、振幅の最大及び最小を示すラインだけを示している。そして、上限電圧VCH=(VTH+0.1)V、下限電圧VCL=(VTL−0.1)Vである。電源電圧が5.5Vに低下した場合、クランプ作用が無いアンプ出力は4.2V、クランプ作用があるアンプ出力はVCHである。 As shown in FIG. 5, in the second embodiment, the maximum amplitude voltage V TH is 2.8V approximately of the PWM carrier (comparative triangular wave), the minimum amplitude voltage V TL is set to approximately 2.2V. The waveforms of the PWM carriers shown in FIGS. 5 to 7 show only lines indicating the maximum and minimum amplitudes for convenience of illustration. The upper limit voltage V CH = (V TH +0.1) V and the lower limit voltage V CL = (V TL −0.1) V. If the supply voltage drops to 5.5V, the amplifier output no clamping action is 4.2 V, the amplifier output there are clamping action is V CH.
電源電圧が15Vに復帰した場合のスイッチング電源装置の出力電圧は「クランプなし」で11.5V、「クランプあり」で7.9Vである。そして、出力電圧が6Vに収束するまでの電圧安定時間は「クランプなし」で782μs、「クランプあり」で311μsである。したがって、「クランプあり」の方が出力電圧のオーバーシュート及びアンダーシュートを抑制できており、電圧安定時間が短縮されている。 When the power supply voltage returns to 15V, the output voltage of the switching power supply device is 11.5V with “no clamp” and 7.9V with “clamp”. The voltage stabilization time until the output voltage converges to 6V is 782 μs for “without clamping” and 311 μs for “with clamping”. Therefore, “with clamp” can suppress overshoot and undershoot of the output voltage, and the voltage stabilization time is shortened.
また、図6に示すように電圧の上限側のみクランプを作用させた結果は、図5とほぼ同じ結果となった。一方、図7に示すように電圧の下限側のみクランプを作用させた結果は、図5及び図6に示すケースに対してオーバーシュート及びアンダーシュートの抑制、電圧安定時間の短縮効果が小さかったが、「クランプなし」に対しては多少改善されている。 Further, as shown in FIG. 6, the result of applying the clamp only on the upper limit side of the voltage was almost the same as that of FIG. On the other hand, as shown in FIG. 7, the result of applying the clamp only on the lower limit side of the voltage is that the effects of suppressing overshoot and undershoot and shortening the voltage stabilization time are small compared to the cases shown in FIGS. , "Non-clamping" is somewhat improved.
以上のように第2実施形態によれば、上限クランプ用の差動アンプ39を、PNPトランジスタ41及び44、NPNトランジスタ42及び45並びに電流源43で構成し、下限クランプ用の差動アンプ40を、NPNトランジスタ47及び49、PNPトランジスタ48及び50並びに電流源43で構成した。すなわち、クランプ作用を成すために必要最小限の要素で構成された差動アンプ39及び40を用いるので、PWM信号出力装置及びスイッチング電源装置のサイズをより小さくすることができる。
As described above, according to the second embodiment, the upper limit clamping
(第3,第4実施形態)
第3,第4実施形態は、クランプ電圧を発生させる回路の変形例を示す。図8(a)は、電源とグランドとの間に抵抗素子51及び電流源52の直列回路(クランプ電圧発生手段)を接続したもので、両者の共通接続点の電位が上限電圧VCHとなるように設定する。図8(b)は(a)と接続関係を逆にして、電源とグランドとの間に電流源53及び抵抗素子54の直列回路(クランプ電圧発生手段)を接続し、両者の共通接続点の電位が下限電圧VCLとなるように設定する。
(Third and fourth embodiments)
The third and fourth embodiments show modifications of the circuit that generates the clamp voltage. In FIG. 8A, a series circuit (clamp voltage generating means) of a
図9は、シリーズ電源回路61(クランプ電圧発生手段)である。オペアンプ62の非反転入力端子に基準電圧Vrefを与え、出力端子をNPNトランジスタ63のベースに接続する。NPNトランジスタ63のエミッタはグランドに接続され、コレクタは、NPNトランジスタ64のベースに接続されると共に、抵抗素子64を介してNPNトランジスタ65のコレクタに接続されている。
FIG. 9 shows a series power supply circuit 61 (clamp voltage generating means). A reference voltage Vref is applied to the non-inverting input terminal of the
NPNトランジスタ65のコレクタは電源に接続され、エミッタは抵抗素子66及び67を介してグランドに接続されている。以上のように構成されるシリーズ電源回路61を用い、基準電圧Vrefを適宜設定することで、NPNトランジスタ65のエミッタより出力される電圧を、上限電圧VCH、下限電圧VCLに設定できる。
The collector of the
本発明は上記した、又は図面に記載した実施形態にのみ限定されるものではなく、以下のような変形又は拡張が可能である。
抵抗素子31〜35の直列回路30は、必ずしも発振回路10の内部構成である必要はなく、独立の構成としても良い。
各電圧の具体数値については、個別の設計に応じて適宜変更すれば良い。
VCH=VTH、VCL=VTLに設定しても良い。例えば第1実施形態では、抵抗素子32及び33の共通接続点をアンプ28の非反転入力端子に接続し、抵抗素子33及び34の共通接続点をアンプ29の非反転入力端子に接続すれば良い。
The present invention is not limited to the embodiments described above or shown in the drawings, and the following modifications or expansions are possible.
The
What is necessary is just to change suitably the specific numerical value of each voltage according to an individual design.
V CH = V TH, may be set to V CL = V TL. For example, in the first embodiment, the common connection point of the
NPNトランジスタ25及びPNPトランジスタ26を、それぞれNチャネルMOSFET及びPチャネルMOSFETで構成しても良い。
スイッチング素子には、NチャネルMOSFETやバイポーラトランジスタ等を用いても良い。
PWM信号出力装置を、スイッチング電源装置以外に適用しても良い。
The
As the switching element, an N-channel MOSFET, a bipolar transistor, or the like may be used.
The PWM signal output device may be applied to devices other than the switching power supply device.
図面中、1はスイッチング電源装置、2はPチャネルMOSFET(スイッチング素子)、4はコイル(負荷)、5はコンデンサ(負荷)、8はエラーアンプ、9はコンパレータ(PWM信号出力回路)、10は発振回路、13は電力増幅部、25はNPNトランジスタ(高電位側トランジスタ)、26はPNPトランジスタ(低電位側トランジスタ)、28はアンプ(信号振幅クランプ手段,上限クランプ用アンプ)、29はアンプ(信号振幅クランプ手段,下限クランプ用アンプ)、30は直列回路(信号振幅クランプ手段,最大及び最小電圧発生手段,上限及び下限クランプ電圧発生手段)、36はPWM信号出力装置を示す。 In the drawings, 1 is a switching power supply device, 2 is a P-channel MOSFET (switching element), 4 is a coil (load), 5 is a capacitor (load), 8 is an error amplifier, 9 is a comparator (PWM signal output circuit), 10 is The oscillation circuit, 13 is a power amplifier, 25 is an NPN transistor (high potential side transistor), 26 is a PNP transistor (low potential side transistor), 28 is an amplifier (signal amplitude clamping means, upper limit clamping amplifier), and 29 is an amplifier ( 30 is a series circuit (signal amplitude clamp means, maximum and minimum voltage generation means, upper limit and lower limit clamp voltage generation means), and 36 is a PWM signal output device.
Claims (12)
PWMキャリアを出力する発振回路(10)と、
前記PWMキャリアと前記PWM指令信号との差に応じてPWM信号を生成出力するPWM信号出力回路(9)と、
前記PWM指令信号振幅の最大値を、前記PWMキャリア振幅の最大値以上に設定される上限電圧にクランプする上限側クランプと、前記PWM指令信号振幅の最小値を、前記PWMキャリア振幅の最小値以下に設定される下限電圧にクランプする下限側クランプとの何れか一方又は双方を行う信号振幅クランプ手段(28〜30)とを備えてなることを特徴とするPWM信号出力装置。 An error amplifier (8) that outputs a PWM command signal according to a difference between a voltage signal detected according to a PWM (Pulse Width Modulation) signal output result and a reference voltage;
An oscillation circuit (10) for outputting a PWM carrier;
A PWM signal output circuit (9) for generating and outputting a PWM signal according to a difference between the PWM carrier and the PWM command signal;
An upper limit side clamp that clamps the maximum value of the PWM command signal amplitude to an upper limit voltage that is set to be equal to or greater than the maximum value of the PWM carrier amplitude, and a minimum value of the PWM command signal amplitude is equal to or less than the minimum value of the PWM carrier amplitude And a signal amplitude clamp means (28-30) for performing either one or both of the lower limit side clamps for clamping to the lower limit voltage set in the above.
前記信号振幅クランプ手段は、前記最大値に対応する電圧にオフセット電圧を付与して前記上限電圧を発生させることを特徴とする請求項3記載のPWM信号出力装置。 Maximum voltage generating means (33-35) for generating a voltage corresponding to the maximum value of the PWM carrier amplitude;
4. The PWM signal output device according to claim 3, wherein the signal amplitude clamping means generates the upper limit voltage by applying an offset voltage to a voltage corresponding to the maximum value.
前記上限電圧を発生させる上限クランプ電圧発生手段(32〜35)と、
非反転入力端子に前記上限電圧が与えられ、反転入力端子が前記エラーアンプの出力端子に接続されると共に、出力端子が前記エラーアンプの電力増幅部(13)を構成する高電位側トランジスタ(25)の導通制御端子に接続される上限クランプ用アンプ(28,39)とで構成されることを特徴とする請求項1から4の何れか一項に記載のPWM信号出力装置。 The signal amplitude clamping means is
Upper limit clamp voltage generating means (32-35) for generating the upper limit voltage;
The upper limit voltage is applied to the non-inverting input terminal, the inverting input terminal is connected to the output terminal of the error amplifier, and the output terminal is a high-potential side transistor (25) constituting the power amplifier (13) of the error amplifier. 5. The PWM signal output device according to claim 1, wherein the PWM signal output device comprises an upper limit clamping amplifier (28, 39) connected to the conduction control terminal.
電源とグランドとの間に接続される第1PNPトランジスタ(41)、第1NPNトランジスタ(42)及び電流源(43)の直列回路と、
前記エラーアンプの電力増幅部を構成する高電位側トランジスタの導通制御端子と、前記電流源との間に接続される第2PNPトランジスタ(44)、第2NPNトランジスタ(45)の直列回路とを備えて構成され、
前記第1及び第2PNPトランジスタのベースは、それぞれ自身のコレクタに接続されており、
前記第1NPNトランジスタのベースには、前記上限電圧が与えられ、
前記第2NPNトランジスタのベースは、前記エラーアンプの出力端子に接続されることを特徴とする請求項5記載のPWM信号出力装置。 The upper limit clamping amplifier (39)
A series circuit of a first PNP transistor (41), a first NPN transistor (42) and a current source (43) connected between a power source and a ground;
A conduction control terminal of a high-potential side transistor constituting the power amplifier of the error amplifier; and a series circuit of a second PNP transistor (44) and a second NPN transistor (45) connected between the current sources. Configured,
The bases of the first and second PNP transistors are each connected to their collectors;
The upper limit voltage is applied to a base of the first NPN transistor,
6. The PWM signal output device according to claim 5, wherein a base of the second NPN transistor is connected to an output terminal of the error amplifier.
前記信号振幅クランプ手段は、前記最小値に対応する電圧にオフセット電圧を付与して、前記下限限電圧を発生させることを特徴とする請求項8記載のPWM信号出力装置。 Minimum voltage generating means (34, 35) for generating a voltage corresponding to the minimum value of the PWM carrier amplitude;
9. The PWM signal output device according to claim 8, wherein the signal amplitude clamping means generates the lower limit voltage by applying an offset voltage to a voltage corresponding to the minimum value.
前記下限電圧を発生させる下限クランプ電圧発生手段(35)と、
非反転入力端子に前記下限電圧が与えられ、反転入力端子が前記エラーアンプの出力端子に接続されると共に、出力端子が前記エラーアンプの電力増幅部を構成する低電位側トランジスタの導通制御端子に接続される下限クランプ用アンプ(29、40)とで構成されることを特徴とする請求項1から9の何れか一項に記載のPWM信号出力装置。 The signal amplitude clamping means is
Lower limit clamp voltage generating means (35) for generating the lower limit voltage;
The lower limit voltage is given to the non-inverting input terminal, the inverting input terminal is connected to the output terminal of the error amplifier, and the output terminal is connected to the conduction control terminal of the low-potential side transistor that constitutes the power amplifier of the error amplifier. The PWM signal output device according to any one of claims 1 to 9, wherein the PWM signal output device comprises a lower limit clamping amplifier (29, 40) connected thereto.
電源と、前記エラーアンプの電力増幅部を構成する低電位側トランジスタの導通制御端子との間に接続される、電流源(46)、第1NPNトランジスタ(47)、第1PNPトランジスタ(48)の直列回路と、
前記電流源とグランドとの間に接続される第2NPNトランジスタ(49)及び第2PNPトランジスタ(50)の直列回路とを備えて構成され、
前記第1及び第2PNPトランジスタのベースは、それぞれ自身のコレクタに接続されており、
前記第1NPNトランジスタのベースには、前記下限電圧が与えられ、
前記第2NPNトランジスタのベースは、前記エラーアンプの出力端子に接続されることを特徴とする請求項10記載のPWM信号出力装置。 The lower limit clamping amplifier (40) is:
A current source (46), a first NPN transistor (47), and a first PNP transistor (48) connected in series between the power source and the conduction control terminal of the low-potential side transistor that constitutes the power amplifier of the error amplifier. Circuit,
A series circuit of a second NPN transistor (49) and a second PNP transistor (50) connected between the current source and the ground,
The bases of the first and second PNP transistors are each connected to their collectors;
The lower limit voltage is applied to a base of the first NPN transistor,
11. The PWM signal output device according to claim 10, wherein a base of the second NPN transistor is connected to an output terminal of the error amplifier.
請求項1から11の何れか一項に記載のPWM信号出力装置とを備え、
前記スイッチング素子が、前記PWM信号出力装置により出力されるPMW信号でスイッチング制御されることを特徴とするスイッチング電源装置。 A switching element (2) connected in series with a load (4, 5) between the power source and the ground;
A PWM signal output device according to any one of claims 1 to 11,
The switching power supply device, wherein the switching element is switching-controlled by a PMW signal output from the PWM signal output device.
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