JP2016116319A - Insulation type dc power supply unit - Google Patents

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聡史 有馬
賢治 中田
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賢治 中田
武史 佐藤
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武史 佐藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent a component from being damaged by sampling a voltage as output voltage control information in optimum timing.SOLUTION: In an insulation type DC power supply unit comprising a primary-side control circuit which outputs a driving pulse for ON/OFF control over a switching element connected to primary winding of a transformer, the primary-side control circuit is provided with a sample holding circuit receiving a voltage induced across the auxiliary winding or a voltage at a terminal applied with a voltage proportional to the voltage in predetermined timing, a detection circuit giving a timing of turning OFF the switching element based upon the voltage received by the sample holding circuit and a voltage proportional to a current flowing to the primary winding, and a timer circuit which imparts the timing of turning ON the switching element. The sample holding circuit is configured to perform sampling at or before the timing when a current of secondary winding becomes zero after the switching element turns OFF.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、電圧変換用トランスを備えた絶縁型直流電源装置に関し、特に一次側で取得した情報のみで二次側の出力電圧の制御を行ういわゆる Primary Side Regulation (以下PSR)方式の絶縁型DC−DCコンバータにおける一次側制御回路に利用して有効な技術に関する。   The present invention relates to an insulation type DC power supply device including a voltage conversion transformer, and more particularly, a so-called Primary Side Regulation (hereinafter referred to as PSR) type insulation DC that controls a secondary side output voltage only by information acquired on the primary side. The present invention relates to a technique that is effective when used for a primary side control circuit in a DC converter.

直流電源装置には、電圧変換用トランスの一次巻線と直列に接続されたスイッチング素子をオン、オフ駆動して一次巻線に流れる電流を制御し、二次巻線に誘起される電圧を制御するようにしたスイッチング制御方式の絶縁型DC−DCコンバータが知られている。
また、スイッチング制御方式の絶縁型DC−DCコンバータのひとつに、電流モード制御のフライバックコンバータがある。
この電流モードコンバータでは、二次側の出力電圧もしくは出力電流を検出して一次側へ帰還をかけ、スイッチング素子の電流ピークを制御することで、出力電圧もしくは出力電流を制御するようにしている。
In DC power supply devices, the switching element connected in series with the primary winding of the voltage conversion transformer is turned on and off to control the current flowing in the primary winding and the voltage induced in the secondary winding. There is known an insulation type DC-DC converter of a switching control system configured as described above.
One of the switching control type isolated DC-DC converters is a current mode control flyback converter.
In this current mode converter, the output voltage or output current is controlled by detecting the output voltage or output current on the secondary side, feeding back to the primary side, and controlling the current peak of the switching element.

一方、二次側から一次側へ帰還をかけずに、一次側で取得した情報のみで二次側の出力電圧の制御を行うPSR方式の絶縁型DC−DCコンバータがある。このPSR方式のコンバータは、二次側の回路がシンプルであるとともに一次側の制御回路の大部分を半導体集積回路で構成することができるため、部品点数が少なく、低コストのコンバータを実現できるという利点がある。そして、このPSR方式の絶縁型DC−DCコンバータにおけるスイッチング制御に関する発明として例えば特許文献1に記載されているものがある。   On the other hand, there is a PSR type isolated DC-DC converter that controls the output voltage on the secondary side only by the information acquired on the primary side without applying feedback from the secondary side to the primary side. This PSR converter has a simple secondary circuit and a large part of the primary control circuit can be configured by a semiconductor integrated circuit, so that it can realize a low-cost converter with a small number of components. There are advantages. For example, Patent Document 1 discloses an invention relating to switching control in the PSR type isolated DC-DC converter.

米国特許第7349229号US Pat. No. 7,349,229

図8に、特許文献1に開示されているPSR方式の絶縁型DC−DCコンバータにおけるスイッチング制御のタイミングチャートを示す。特許文献1に記載されているコンバータにおいては、1周期ごとにトランスの消磁開始タイミングt1から消磁が完了しLC共振に入った直後までの期間T2を検出し、次の周期には前記検出期間T2から固定時間ΔTを減じた時間T1にて、トランスの補助巻線の誘起電圧を分圧した電圧Vsのサンプリングを行い出力電圧制御情報としている。なお、図8において、Swはスイッチング素子のオン、オフ制御信号、Spはサンプリングタイミングを与えるパルスである。   FIG. 8 shows a timing chart of switching control in the PSR type isolated DC-DC converter disclosed in Patent Document 1. In the converter described in Patent Document 1, a period T2 from the demagnetization start timing t1 of the transformer to a period immediately after demagnetization is completed and LC resonance is entered is detected every period, and the detection period T2 is detected in the next period. The voltage Vs obtained by dividing the induced voltage of the auxiliary winding of the transformer is sampled at the time T1 obtained by subtracting the fixed time ΔT from the output voltage control information. In FIG. 8, Sw is a switching element on / off control signal, and Sp is a pulse that gives sampling timing.

特許文献1の絶縁型DC−DCコンバータにあっては、前の周期の検出期間T2の情報がない場合には次の周期における電圧Vsのサンプリングができないため、別途追加回路を設けて擬似的な時間T1を生成する必要がある。また、前の周期に比べて次の周期の消磁期間が著しく変動した場合には、適切なタイミングで電圧Vsのサンプリングを行うことができない。特に消磁期間が前周期よりも短くなった場合には、LC共振期間でサンプリングを行うこととなり、消磁期間よりも低い電圧をサンプリングしてしまうため、出力電圧を上昇させる制御が働き、スイッチング素子やトランス、ダイオードなどの構成部品の耐圧オーバーによる損傷、破壊を招くおそれがあるという課題がある。   In the insulated DC-DC converter disclosed in Patent Document 1, if there is no information on the detection period T2 of the previous cycle, the voltage Vs cannot be sampled in the next cycle. It is necessary to generate time T1. In addition, when the demagnetization period of the next cycle significantly changes compared to the previous cycle, the voltage Vs cannot be sampled at an appropriate timing. Particularly when the demagnetization period is shorter than the previous period, sampling is performed in the LC resonance period, and a voltage lower than the demagnetization period is sampled. There is a problem in that components such as transformers and diodes may be damaged or destroyed due to excessive breakdown voltage.

本発明の目的は、電圧変換用のトランスを備え一次巻線に流れる電流をオン、オフして出力を制御するPSR方式の絶縁型直流電源装置において、一次側にて最適なタイミングで出力電圧制御情報となる電圧のサンプリングを行えるようにして、スイッチング素子やトランス、ダイオードなどの構成部品がダメージを受けるのを防止することができる技術を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an output voltage control at an optimal timing on the primary side in a PSR type isolated DC power supply device that includes a voltage conversion transformer and controls the output by turning on and off the current flowing in the primary winding. It is an object of the present invention to provide a technique capable of sampling information voltage and preventing damage to components such as switching elements, transformers, and diodes.

上記目的を達成するため本発明は、
一次巻線と二次巻線と補助巻線を有する電圧変換用のトランスと、該トランスの一次巻線に間欠的に電流を流すためのスイッチング素子と、前記トランスの一次巻線に流れる電流に比例した電圧と前記トランスの補助巻線に誘起される電圧に比例した電圧が入力されることで前記スイッチング素子をオン、オフ制御する駆動パルスを生成し出力する一次側制御回路とを備えた絶縁型直流電源装置であって、
前記一次側制御回路は、
前記トランスの補助巻線に誘起される電圧もしくは該電圧に比例した電圧が印加される端子の電圧を所定のタイミングで取り込んで保持するサンプルホールド回路と、
前記サンプルホールド回路により取り込まれた電圧および前記トランスの一次巻線に流れる電流に比例した電圧に基づいて前記スイッチング素子をオフさせるタイミングを与える検出回路と、
前記スイッチング素子をオンさせるタイミングを与えるタイマ回路と、
を備え、前記サンプルホールド回路は、前記スイッチング素子のオフ後、二次巻線から放電される電流がゼロ近傍まで減少し、前記端子の電圧が急激に立下り始めるタイミングで、取り込んだ電圧を保持するように構成した。
In order to achieve the above object, the present invention
A transformer for voltage conversion having a primary winding, a secondary winding, and an auxiliary winding, a switching element for intermittently passing a current through the primary winding of the transformer, and a current flowing through the primary winding of the transformer Insulation having a primary side control circuit that generates and outputs a drive pulse for controlling on and off of the switching element by inputting a proportional voltage and a voltage proportional to a voltage induced in the auxiliary winding of the transformer Type DC power supply,
The primary side control circuit includes:
A sample-and-hold circuit that captures and holds a voltage induced at the auxiliary winding of the transformer or a voltage of a terminal to which a voltage proportional to the voltage is applied at a predetermined timing;
A detection circuit for providing a timing for turning off the switching element based on a voltage taken in by the sample-and-hold circuit and a voltage proportional to a current flowing in the primary winding of the transformer;
A timer circuit for providing a timing for turning on the switching element;
The sample-and-hold circuit holds the captured voltage at a timing when the current discharged from the secondary winding decreases to near zero after the switching element is turned off and the voltage at the terminal starts to fall rapidly. Configured to do.

上記した手段によれば、1周期内の情報で、補助巻線に誘起される電圧もしくは該電圧に比例した電圧が印加される端子の電圧を取り込むサンプルホールド回路による最適なサンプリングタイミングを決定できるため、消磁期間が前周期よりも短くなったような場合に、LC共振期間でサンプリングを行なってしまうのを回避することができる。その結果、消磁期間中よりも低い電圧をサンプリングして出力電圧を上昇させる制御が働くのを防止し、スイッチング素子やトランス、ダイオードなどの構成部品が耐圧オーバーによって損傷、破壊に至るのを防止することができる。   According to the above-described means, it is possible to determine the optimum sampling timing by the sample hold circuit that takes in the voltage induced in the auxiliary winding or the voltage of the terminal to which the voltage proportional to the voltage is applied with the information within one period. In the case where the demagnetization period is shorter than the previous period, it is possible to avoid sampling in the LC resonance period. As a result, control that increases the output voltage by sampling a lower voltage than during the demagnetization period is prevented, and components such as switching elements, transformers, and diodes are prevented from being damaged or destroyed due to overvoltage. be able to.

ここで、望ましくは、前記端子の電圧を遅延させる遅延手段と、該遅延手段により遅延された電圧にオフセットを与えるオフセット付加手段と、該オフセット付加手段によりオフセットが付加された電圧と前記端子の電圧とを比較する電圧比較回路とを備え、前記サンプルホールド回路は、前記電圧比較回路が入力電圧の一致を検出したタイミングで、前記遅延手段により遅延された電圧を保持するように構成する。
これにより、簡単な回路を設けるだけで最適なサンプリングタイミングを決定することができる。なお、遅延手段により遅延させた電圧を保持する代わりに、前記タイミングで前記端子(VS)の電圧(Vs)を保持するようにしても良い。
Preferably, the delay means for delaying the voltage of the terminal, the offset adding means for giving an offset to the voltage delayed by the delay means, the voltage to which the offset is added by the offset adding means, and the voltage of the terminal And the sample hold circuit is configured to hold the voltage delayed by the delay means at the timing when the voltage comparison circuit detects the coincidence of the input voltages.
As a result, it is possible to determine the optimum sampling timing only by providing a simple circuit. Instead of holding the voltage delayed by the delay means, the voltage (Vs) of the terminal (VS) may be held at the timing.

また、望ましくは、前記タイマ回路は、前記スイッチング素子がオンされたタイミングで次のスイッチング周期の計時を開始するように構成する。
これにより、タイマ回路によって一次側のスイッチング周期を決定することができる。
Preferably, the timer circuit is configured to start measuring the next switching cycle at a timing when the switching element is turned on.
Thereby, the switching cycle on the primary side can be determined by the timer circuit.

また、望ましくは、前記タイマ回路は、前記サンプルホールド回路により取り込まれた電圧に応じて計時する時間が可変に構成する。
これにより、補助巻線に誘起される電圧に応じて一次側のスイッチング周期を変化させることができ、それによって二次側の出力電圧を容易に一定に維持する制御が可能となる。
Preferably, the timer circuit is configured such that the time to be measured is variable according to the voltage taken in by the sample and hold circuit.
As a result, the primary-side switching cycle can be changed in accordance with the voltage induced in the auxiliary winding, thereby enabling control to easily maintain the secondary-side output voltage constant.

さらに、望ましくは、前記サンプルホールド回路は、サンプリング用の第1スイッチと該第1スイッチを介して前記端子に接続された第1容量素子を備え、前記第1スイッチと第1容量素子との接続ノードに入力端子が接続された第1バッファを介して、前記第1容量素子に取り込んだ電圧を前記検出回路に伝達するように構成する。
これにより、後段の回路の入力インピーダンスが低いような場合に、サンプリングした電圧が後段の回路の影響を受けて変動するのを回避することができる。
Further preferably, the sample and hold circuit includes a first switch for sampling and a first capacitance element connected to the terminal via the first switch, and the connection between the first switch and the first capacitance element. The voltage taken in the first capacitor element is transmitted to the detection circuit via a first buffer having an input terminal connected to the node.
Thus, when the input impedance of the subsequent circuit is low, it is possible to avoid the sampled voltage from fluctuating due to the influence of the subsequent circuit.

また、望ましくは、前記サンプルホールド回路は、前記第1バッファの出力電圧を取り込んで保持するサンプリング用の第2スイッチと第2容量素子とを備え、該第2容量素子に取り込んだ電圧を、第2バッファを介して前記検出回路に伝達するように構成する。
これにより、第1スイッチとしてエンハンスメント型のNチャネルMOSトランジスタを使用した場合に、ゲート電位がゼロ、サンプリング対象の端子(VS)の電位が負になると、上記スイッチがオンして第1容量素子の電荷が抜けてしまいサンプリングした電圧を保持できなくなってしまうのを回避することができるとともに、後段の回路の入力インピーダンスが低いような場合に、サンプリングした電圧が後段の回路の影響を受けて変動するのを回避することができる。
Preferably, the sample and hold circuit includes a second switch for sampling and a second capacitor element that captures and holds the output voltage of the first buffer, and the voltage captured by the second capacitor element is supplied to the second capacitor element. The signal is transmitted to the detection circuit via two buffers.
As a result, when an enhancement type N-channel MOS transistor is used as the first switch, when the gate potential is zero and the potential of the sampling target terminal (VS) becomes negative, the switch is turned on and the first capacitor element is turned on. In addition to avoiding the loss of charge and the inability to hold the sampled voltage, when the input impedance of the subsequent circuit is low, the sampled voltage fluctuates due to the influence of the subsequent circuit. Can be avoided.

本発明によれば、電圧変換用のトランスを備え一次巻線に流れる電流をオン、オフして出力を制御するPSR方式の絶縁型直流電源装置において、一次側にて最適なタイミングで出力電圧制御情報となる電圧のサンプリングを行えるようにして、スイッチング素子やトランス、ダイオードなどの構成部品がダメージを受けるのを防止することができるという効果がある。   According to the present invention, an output voltage control is performed at an optimal timing on the primary side in a PSR type isolated DC power supply device that includes a voltage conversion transformer and controls the output by turning on and off the current flowing in the primary winding. The information voltage can be sampled to prevent the components such as the switching element, the transformer, and the diode from being damaged.

本発明に係る絶縁型直流電源装置としての絶縁型DC−DCコンバータの一実施形態を示す回路構成図である。It is a circuit block diagram which shows one Embodiment of the insulation type DC-DC converter as an insulation type DC power supply device which concerns on this invention. 図1の絶縁型DC−DCコンバータにおけるトランスの一次側制御回路(一次側制御用IC)の構成例を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of a primary side control circuit (primary side control IC) of a transformer in the insulated DC-DC converter of FIG. 1. 実施例の一次側制御用ICを構成するサンプルホールド回路の構成例を示す回路構成図である。It is a circuit block diagram which shows the structural example of the sample hold circuit which comprises the primary side control IC of an Example. 図3の実施例のサンプルホールド回路を構成するスイッチコントロール回路の構成例を示す回路構成図である。FIG. 4 is a circuit configuration diagram showing a configuration example of a switch control circuit constituting the sample hold circuit of the embodiment of FIG. 3. 実施例の一次側制御用IC内部における各種信号の変化の様子を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the mode of the change of the various signals in the IC for primary side control of an Example. 一次側制御用ICを構成するサンプルホールド回路の第1の変形例を示す回路構成図である。It is a circuit block diagram which shows the 1st modification of the sample hold circuit which comprises IC for primary side control. 一次側制御用ICを構成するサンプルホールド回路の第2の変形例を示す回路構成図である。FIG. 10 is a circuit configuration diagram showing a second modification of the sample and hold circuit constituting the primary side control IC. 特許文献1に開示されているPSR方式の絶縁型DC−DCコンバータにおけるスイッチング制御のタイミングを示すタイミングチャートである。6 is a timing chart showing the timing of switching control in the PSR type isolated DC-DC converter disclosed in Patent Document 1.

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明を、一例として二次側から一次側へ帰還をかけずに、一次側で取得した情報のみで二次側の出力電圧の制御を行ういわゆる Primary Side Regulation (以下PSR)方式の絶縁型DC−DCコンバータに適用した場合の一実施形態を示す回路構成図である。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a so-called Primary Side Regulation (hereinafter referred to as PSR) system in which the present invention controls the output voltage on the secondary side only by the information acquired on the primary side without applying feedback from the secondary side to the primary side as an example. It is a circuit block diagram which shows one Embodiment at the time of applying to the insulation type DC-DC converter of this.

この実施形態のDC−DCコンバータは、一次巻線Npと二次巻線Nsおよび補助巻線Naとを有する電圧変換用のトランスTR1と、このトランスTR1の一次巻線Npと直列に接続されたNチャネルMOSFETからなるスイッチング素子としてのスイッチングトランジスタSWと、該スイッチングトランジスタSWを駆動する電源制御回路10を有する。特に限定されるものではないが、この実施形態では、電源制御回路10は、単結晶シリコンのような1個の半導体チップ上に半導体集積回路(以下、一次側制御用ICと称する)として形成されている。   The DC-DC converter of this embodiment is connected in series with a voltage conversion transformer TR1 having a primary winding Np, a secondary winding Ns and an auxiliary winding Na, and a primary winding Np of the transformer TR1. It has a switching transistor SW as a switching element made of an N-channel MOSFET, and a power supply control circuit 10 that drives the switching transistor SW. Although not particularly limited, in this embodiment, the power supply control circuit 10 is formed as a semiconductor integrated circuit (hereinafter referred to as a primary side control IC) on one semiconductor chip such as single crystal silicon. ing.

また、図1のDC−DCコンバータは、一次側制御用IC10がスイッチングトランジスタSWをオン、オフするための発振回路を持たず、自励式でスイッチング制御を行うとともに、トランスTR1として二次巻線Nsの極性が一次巻線Npの極性と逆極性のものを使用し疑似共振フライバックコンバータとして動作して、スイッチング素子の電流ピークを制御することで出力電圧を制御するように構成されている。
なお、図1のDC−DCコンバータは、前段に、ノイズ遮断用のフィルタや、交流電圧(AC)を整流し直流電圧に変換するダイオード・ブリッジ回路、整流後の電圧を平滑する平滑用コンデンサを設けてAC−DCコンバータ(いわゆるACアダプタ)として構成されることもある。
Further, the DC-DC converter of FIG. 1 does not have an oscillation circuit for the primary-side control IC 10 to turn on and off the switching transistor SW, performs switching control in a self-excited manner, and serves as a transformer TR1 as a secondary winding Ns. Is used as a quasi-resonant flyback converter by controlling the output voltage by controlling the current peak of the switching element.
The DC-DC converter shown in FIG. 1 includes a noise blocking filter, a diode bridge circuit that rectifies AC voltage (AC) and converts it into DC voltage, and a smoothing capacitor that smoothes the rectified voltage. It may be provided and configured as an AC-DC converter (so-called AC adapter).

上記トランスTR1の二次側には、二次巻線Nsと直列に接続された整流用ダイオードD2と、このダイオードD2のカソード端子と二次巻線Nsの他方の端子との間に接続された平滑用コンデンサC2とが設けられている。
また、この実施形態のDC−DCコンバータの一次側には、上記補助巻線Naと直列に接続された整流用ダイオードD1と、このダイオードD1のカソード端子と接地点GNDとの間に接続された平滑用コンデンサC1とからなる整流平滑回路が設けられ、該整流平滑回路で整流、平滑された電圧が上記一次側制御用IC10の電源電圧端子VDDに印加されている。一次巻線の入力電圧Vinを直接またはダイオードや抵抗を介して一次側制御用IC10の電源端子に印加して、該電圧によって内部回路を動作させるように構成しても良い。
The secondary side of the transformer TR1 is connected between the rectifying diode D2 connected in series with the secondary winding Ns, and the cathode terminal of the diode D2 and the other terminal of the secondary winding Ns. A smoothing capacitor C2 is provided.
The primary side of the DC-DC converter of this embodiment is connected between the rectifying diode D1 connected in series with the auxiliary winding Na, and between the cathode terminal of the diode D1 and the ground point GND. A rectifying / smoothing circuit including a smoothing capacitor C1 is provided, and a voltage rectified and smoothed by the rectifying / smoothing circuit is applied to the power supply voltage terminal VDD of the primary side control IC 10. The input voltage Vin of the primary winding may be applied to the power supply terminal of the primary side control IC 10 directly or via a diode or resistor, and the internal circuit may be operated by the voltage.

さらに、本実施形態においては、スイッチングトランジスタSWのソース端子と接地点GNDとの間に、スイッチングトランジスタSWに流れる電流を電圧に変換する電流検出用の抵抗Rsが接続され、該電流検出用抵抗Rsにより変換されたノードN0の電圧Vcsが一次側制御用IC10の電流検出端子CSに入力されている。これとともに、補助巻線Naと直列に接続された整流用ダイオードD1のアノード端子と接地点GNDとの間に補助巻線Naの誘起電圧を分圧する分圧用の抵抗R1,R2が直列形態に接続され、該抵抗R1,R2の接続ノードN1の電位Vsが一次側制御用IC10の電圧検出端子VSに入力されている。ここで、端子VSの電位Vsは二次側の出力電圧Voutに比例するため、一次側制御用IC10は端子VSの電位が一定になるように制御することで、出力電圧Voutを所定の電圧に維持するように構成されている。   Further, in the present embodiment, a current detection resistor Rs for converting a current flowing through the switching transistor SW into a voltage is connected between the source terminal of the switching transistor SW and the ground point GND, and the current detection resistor Rs. The voltage Vcs of the node N0 converted by the above is input to the current detection terminal CS of the primary side control IC 10. At the same time, voltage dividing resistors R1 and R2 for dividing the induced voltage of the auxiliary winding Na between the anode terminal of the rectifying diode D1 connected in series with the auxiliary winding Na and the ground point GND are connected in series. The potential Vs of the connection node N1 of the resistors R1 and R2 is input to the voltage detection terminal VS of the primary side control IC 10. Here, since the potential Vs of the terminal VS is proportional to the output voltage Vout on the secondary side, the primary side control IC 10 controls the output voltage Vout to a predetermined voltage by controlling the potential of the terminal VS to be constant. Configured to maintain.

補助巻線Naには、二次巻線Nsに誘起される電圧に比例した電圧が誘起される。従って、端子VSの電位は、補助巻線と二次巻線の巻線比をNa/N2、二次巻線の端子間電圧をV2、二次側のダイオードD2の順方向電圧をVFとすると、次式(1)
で表される。上記式(1)より分かるように、端子VSの電位は二次巻線の端子間電圧V2(=Vout+VF)に比例する。つまり、電位Vsに応じて制御される出力電圧VoutはVFに依存することとなる。
A voltage proportional to the voltage induced in the secondary winding Ns is induced in the auxiliary winding Na. Therefore, the potential of the terminal VS is defined as Na / N2 as the turns ratio of the auxiliary winding and the secondary winding, V2 as the voltage between the terminals of the secondary winding, and VF as the forward voltage of the diode D2 on the secondary side. The following formula (1)
It is represented by As can be seen from the above equation (1), the potential of the terminal VS is proportional to the inter-terminal voltage V2 (= Vout + VF) of the secondary winding. That is, the output voltage Vout controlled according to the potential Vs depends on VF.

しかるに、二次側のダイオードD2の順方向電圧VFは、二次側の放電電流の電流値に応じて変化するため、出力端子に接続される負荷やスイッチング周期によらず、常にVFが一定すなわち二次側電流が一定のタイミングで端子VSの電圧をサンプリングして、その電圧に基づいてスイッチング制御を行う必要があり、そのためには二次側電流(二次巻線の電流)がゼロもしくはゼロよりもやや大きい程度のタイミングで端子VSの電圧のサンプリングを行うのが望ましい。なお、二次巻線や補助巻線の誘起電圧すなわち端子VSの電圧は、図5(E)に示すように、二次側電流がゼロになった直後から急速に立ち下がり始めるので、端子VSの電圧のサンプリングは立ち下がり始めるタイミングで行うのが望ましい。
そこで、以下に説明する実施例では、二次側電流がゼロになる前のタイミングで端子VSの電圧のサンプリングを開始して立ち下がり始めるタイミングでホールドするように回路が構成されている。
However, since the forward voltage VF of the secondary-side diode D2 changes according to the current value of the secondary-side discharge current, VF is always constant regardless of the load connected to the output terminal and the switching cycle. It is necessary to sample the voltage of the terminal VS at a timing when the secondary side current is constant, and to perform switching control based on the voltage. For this purpose, the secondary side current (current of the secondary winding) is zero or zero. It is desirable to sample the voltage at the terminal VS at a slightly higher timing than that. As shown in FIG. 5E, the induced voltage of the secondary winding and the auxiliary winding, that is, the voltage at the terminal VS, starts to fall rapidly immediately after the secondary side current becomes zero. It is desirable to sample the voltage at the timing when the voltage starts falling.
Therefore, in the embodiment described below, the circuit is configured to start sampling the voltage at the terminal VS at a timing before the secondary current becomes zero and hold it at a timing at which the voltage starts to fall.

次に、図2〜図4を用いて、上記一次側制御用IC10の具体的な構成例について説明する。図2〜図4のうち、図2は一次側制御用IC10の実施例を示すブロック図、図3は一次側制御用IC10内のサンプルホールド回路の構成例を示す回路構成図、図4はサンプルホールド回路内のスイッチコントロール回路の構成例を示す回路構成図である。
本実施例の一次側制御用IC10は、電流検出電圧Vcsに基づいてスイッチングトランジスタSWのオフタイミングを決定して一次巻線のピーク電流を制御するとともに、二次側電流がゼロになる近傍のタイミングで端子VSの電圧のサンプリングを行い、サンプリングした電圧VSHに応じてスイッチング周期を制御してスイッチングトランジスタSWのオンタイミングを決定する機能を備えている。
Next, a specific configuration example of the primary side control IC 10 will be described with reference to FIGS. 2 to 4, FIG. 2 is a block diagram illustrating an embodiment of the primary side control IC 10, FIG. 3 is a circuit configuration diagram illustrating a configuration example of a sample hold circuit in the primary side control IC 10, and FIG. 4 is a sample. It is a circuit block diagram which shows the structural example of the switch control circuit in a hold circuit.
The primary side control IC 10 of this embodiment determines the off timing of the switching transistor SW based on the current detection voltage Vcs to control the peak current of the primary winding, and the timing near the secondary side current becomes zero. In this case, the voltage of the terminal VS is sampled, and the switching cycle is controlled according to the sampled voltage VSH to determine the ON timing of the switching transistor SW.

上記オフタイミング決定機能を実現するため、本実施例の一次側制御用IC10は、図2に示すように、端子VSに入力されている補助巻線の誘起電圧を分圧した電圧Vsを所望のタイミングでサンプリングを行うサンプルホールド回路11と、電圧VsをサンプリングしたVSHと所定の電圧Vref1との電位差に応じた電圧を生成する誤差増幅回路(以下、誤差アンプ)12と、端子CSに入力されている電流検出電圧Vcsと誤差アンプ12の出力電圧Vcontとを比較するコンパレータ13とを備え、該コンパレータ13の出力がRSフリップフロップ14のリセット端子Rに入力されている。   In order to realize the off-timing determination function, the primary side control IC 10 of this embodiment has a desired voltage Vs obtained by dividing the induced voltage of the auxiliary winding input to the terminal VS as shown in FIG. A sample hold circuit 11 that performs sampling at timing, an error amplifier circuit (hereinafter referred to as an error amplifier) 12 that generates a voltage corresponding to a potential difference between VSH obtained by sampling the voltage Vs and a predetermined voltage Vref1, and is input to a terminal CS. A comparator 13 for comparing the detected current detection voltage Vcs and the output voltage Vcont of the error amplifier 12, and the output of the comparator 13 is input to the reset terminal R of the RS flip-flop 14.

そして、上記フリップフロップ14の出力は駆動回路(ドライバ)15に供給され、駆動回路15からの出力がスイッチングトランジスタSWをオン、オフ駆動する駆動パルスDRVとなる。この実施例では、電流検出電圧Vcsが誤差アンプ12の出力電圧Vcontを越えるとコンパレータ13の出力がハイレベルに変化してRSフリップフロップ14がリセットされてその出力がローレベルに変化し、駆動回路15から出力される駆動パルスDRVがローレベルに変化してスイッチングトランジスタSWがオフされるように構成されている。   The output of the flip-flop 14 is supplied to a drive circuit (driver) 15, and the output from the drive circuit 15 becomes a drive pulse DRV that drives the switching transistor SW on and off. In this embodiment, when the current detection voltage Vcs exceeds the output voltage Vcont of the error amplifier 12, the output of the comparator 13 changes to a high level, the RS flip-flop 14 is reset, and the output changes to a low level. The drive pulse DRV output from 15 is changed to a low level and the switching transistor SW is turned off.

また、上記オンタイミング決定機能を実現するため、一次側制御用IC10は、上記フリップフロップ14の出力によって起動されるタイマ回路16を備え、このタイマ回路16が所定の時間を計時するとフリップフロップ14がセットされ、駆動回路15から出力される駆動パルスDRVがハイレベルに変化してスイッチングトランジスタSWがオンされるように構成されている。
しかも、このタイマ回路16は、上記誤差アンプ12の出力電圧Vcontに応じて計時する時間が変化し、それによりスイッチング周期が変化する。具体的には、前述の一次巻線のピーク電流制御のことを考えなければ、誤差アンプ12の出力電圧Vcontが高くなるとタイマ回路16が計時する時間が短くなってスイッチング周期が短くなり、誤差アンプ12の出力電圧Vcontが低くなるとタイマ回路16が計時する時間が長くなってスイッチング周期が長くなるように構成されている。これにより、補助巻線に誘起される電圧に応じて一次側のスイッチング周期を変化させることができる。
In order to realize the on-timing determination function, the primary control IC 10 includes a timer circuit 16 activated by the output of the flip-flop 14, and when the timer circuit 16 times a predetermined time, the flip-flop 14 The drive pulse DRV output from the drive circuit 15 is set to a high level and the switching transistor SW is turned on.
In addition, the timer circuit 16 changes the time to be measured in accordance with the output voltage Vcont of the error amplifier 12, thereby changing the switching period. Specifically, unless the peak current control of the primary winding described above is considered, when the output voltage Vcont of the error amplifier 12 becomes high, the time that the timer circuit 16 measures becomes short and the switching cycle becomes short. When the output voltage Vcont of 12 is lowered, the time taken by the timer circuit 16 becomes longer and the switching cycle becomes longer. Thereby, the switching cycle on the primary side can be changed according to the voltage induced in the auxiliary winding.

より厳密に説明すると、本実施例の場合には、上記のようなスイッチング周期の制御と前述の一次巻線のピーク電流制御とが合わさることで、二次側の出力電圧を一定に維持する制御を行うので、電圧Vcontが上昇してもスイッチング周期が変化しないもしくは減少することもある。
なお、上記のように、計時する時間が可変なタイマ回路は、例えば可変電流源と該可変電流源からの電流によって充電されるキャパシタと、該キャパシタの充電電圧と所定の参照電圧とを比較するコンパレータとを備え、可変電流源が流す電流を誤差アンプ12の出力電圧Vcontに比例して増減させるように構成することによって実現することができる。
More precisely, in the case of the present embodiment, the control for maintaining the output voltage on the secondary side constant by combining the control of the switching cycle as described above and the peak current control of the primary winding described above. Therefore, even if the voltage Vcont increases, the switching period may not change or may decrease.
Note that, as described above, the timer circuit with a variable timing time compares, for example, a variable current source, a capacitor charged by a current from the variable current source, and a charging voltage of the capacitor with a predetermined reference voltage. This can be realized by providing a comparator and increasing or decreasing the current flowing from the variable current source in proportion to the output voltage Vcont of the error amplifier 12.

図3には、上記一次側制御用IC10を構成するサンプルホールド回路11の構成例が示されている。
図3のサンプルホールド回路11は、補助巻線の誘起電圧を分圧した電圧Vsが入力される端子VSと接地点との間に直列に接続されたスイッチSW1およびキャパシタC3と、端子VSとスイッチSW1およびキャパシタC3の接続ノードN2との間に直列に接続されたスイッチSW2および抵抗R3と、接続ノードN2の電位に負電圧オフセットVSHoff(例えば−100mV)を付与する演算増幅回路などからなるオフセット回路18と、該オフセット回路18の出力と端子VSに入力されている補助巻線の誘起電圧を分圧した電圧Vsとを比較するコンパレータ19とを備える。オフセット回路18はレベルシフト回路で構成することも可能である。
FIG. 3 shows a configuration example of the sample and hold circuit 11 constituting the primary side control IC 10.
3 includes a switch SW1 and a capacitor C3 connected in series between a terminal VS to which a voltage Vs obtained by dividing the induced voltage of the auxiliary winding is input and a ground point, and a terminal VS and a switch. An offset circuit comprising a switch SW2 and a resistor R3 connected in series between SW1 and a connection node N2 of the capacitor C3, and an operational amplifier circuit for applying a negative voltage offset VSHoff (for example, −100 mV) to the potential of the connection node N2. 18 and a comparator 19 that compares the output of the offset circuit 18 with a voltage Vs obtained by dividing the induced voltage of the auxiliary winding input to the terminal VS. The offset circuit 18 can also be composed of a level shift circuit.

また、図3のサンプルホールド回路11は、上記誤差アンプ12の出力電圧Vcontと、フリップフロップ14の出力信号Sと、端子VSに入力されている補助巻線の誘起電圧を分圧した電圧Vsと、上記コンパレータ19の出力信号SKを入力とするスイッチコントロール回路20を備える。
図4には、上記サンプルホールド回路11を構成するスイッチコントロール回路20の構成例が示されている。図4のスイッチコントロール回路20は、コンパレータCMP1やANDゲートG1、フリップフロップFF1などから構成され前記フリップフロップ14の出力信号Sと端子VSの電圧Vsとに基づいてトランスの消磁開始タイミングを検出する消磁開始点検出回路21を備える。
3 has an output voltage Vcont of the error amplifier 12, an output signal S of the flip-flop 14, and a voltage Vs obtained by dividing the induced voltage of the auxiliary winding input to the terminal VS. The switch control circuit 20 is provided with the output signal SK of the comparator 19 as an input.
FIG. 4 shows a configuration example of the switch control circuit 20 constituting the sample hold circuit 11. The switch control circuit 20 shown in FIG. 4 includes a comparator CMP1, an AND gate G1, a flip-flop FF1, and the like. A start point detection circuit 21 is provided.

また、スイッチコントロール回路20は、消磁開始で立ち上がり前記誤差アンプ12の出力電圧Vcontで制御される幅を持つパルス信号S1を生成する第1パルス生成回路22と、前記誤差アンプ12の出力電圧Vcontを入力とし上記パルス信号S1の立ち下がりから消磁完了までの幅を持つパルス信号S2を生成するフリップフロップFF3からなる第2パルス生成回路23とを備える。第1パルス生成回路22は、誤差アンプ12の出力電圧Vcontに比例した時間を計時するタイマを備え、該タイマの計時時間に相当するパルス幅を有するパルス信号S1を生成する。   The switch control circuit 20 rises at the start of degaussing and generates a pulse signal S1 having a width controlled by the output voltage Vcont of the error amplifier 12, and the output voltage Vcont of the error amplifier 12 And a second pulse generation circuit 23 including a flip-flop FF3 that generates a pulse signal S2 having a width from the falling edge of the pulse signal S1 to the completion of demagnetization. The first pulse generation circuit 22 includes a timer that measures a time proportional to the output voltage Vcont of the error amplifier 12, and generates a pulse signal S1 having a pulse width corresponding to the time measured by the timer.

上記消磁開始点検出回路21は、端子Sの入力信号(フリップフロップ14の出力信号)がローレベルであって、端子VSの電圧Vsが参照電圧Vref1よりも高くなってコンパレータCMP1の出力がハイレベルに変化すると、ANDゲートG1の出力がハイレベルになり、フリップフロップFF1がセットされてその出力Qがハイレベルに変化する。また、端子Sの入力信号がハイレベルに変化すると、フリップフロップFF1がリセットされてその出力Qがローレベル、/Qがハイレベルに変化する。
上記第1パルス生成回路22は、例えば定電流源CIと該定電流源CIからの定電流によって充電されるキャパシタC5と、キャパシタC5の電荷を放電するスイッチSW3、キャパシタC5の充電電圧と誤差アンプ12の出力電圧Vcontとを比較するコンパレータCMP2とによって構成されたタイマ回路やフリップフロップFF2等を備え、タイマ回路の計時時間に相当するパルス幅を有するパルス信号S1を生成するように構成される。なお、図4に示されている回路は一例であり、このような構成に限定されるものでない。
In the demagnetization start point detection circuit 21, the input signal at the terminal S (output signal from the flip-flop 14) is at low level, the voltage Vs at the terminal VS is higher than the reference voltage Vref1, and the output of the comparator CMP1 is at high level. Is changed to, the output of the AND gate G1 becomes high level, the flip-flop FF1 is set, and its output Q changes to high level. When the input signal at the terminal S changes to a high level, the flip-flop FF1 is reset and its output Q changes to a low level and / Q changes to a high level.
The first pulse generation circuit 22 includes, for example, a constant current source CI, a capacitor C5 that is charged by a constant current from the constant current source CI, a switch SW3 that discharges the charge of the capacitor C5, a charging voltage of the capacitor C5, and an error amplifier. A timer circuit constituted by a comparator CMP2 that compares the output voltage Vcont of 12 and a flip-flop FF2 and the like are provided, and a pulse signal S1 having a pulse width corresponding to the time measured by the timer circuit is generated. Note that the circuit shown in FIG. 4 is an example, and the present invention is not limited to such a configuration.

なお、この第1パルス生成回路22内のタイマ回路(CI,C5,SW3)は、上記誤差アンプ12の出力電圧Vcontに応じて計時する時間が変化する。具体的には、誤差アンプ12の出力電圧Vcontに比例し、かつ二次巻線に電流が流れ始めてからゼロになるまでの期間T2(図5参照)よりも少しだけ短い時間を計時する、つまり図5に示されている期間T4を極力短くするように構成されている。
後に詳しく説明するが、図5のタイミングt3〜t4の期間は電圧VSHが電圧VSに対して遅れるため、T4がT3に比べて長い場合、VSHのVSに対するずれが大きくなり、出力電圧の制御の精度が低下するので、期間T4はできるだけ短い方が良い。
The timer circuit (CI, C5, SW3) in the first pulse generation circuit 22 changes the time to be measured according to the output voltage Vcont of the error amplifier 12. Specifically, a time that is proportional to the output voltage Vcont of the error amplifier 12 and is slightly shorter than a period T2 (see FIG. 5) from when the current starts to flow to the secondary winding until it becomes zero, is measured. The period T4 shown in FIG. 5 is configured to be as short as possible.
As will be described in detail later, since the voltage VSH is delayed with respect to the voltage VS in the period from the timing t3 to the timing t4 in FIG. 5, when T4 is longer than T3, the deviation of VSH from the VS increases, Since the accuracy is lowered, the period T4 should be as short as possible.

そこで、本実施例では、期間T4を極力短くするための手段として、誤差アンプ12の出力電圧Vcontと二次巻線に電流が流れる期間(消磁期間)T2とが比例関係であることを利用し、Vcontに比例しかつT2よりも短い時間T3を得るタイマ(CI,C5,SW3)を設け、このタイマによりパルス信号S1のパルス幅を決定するように構成したものである。これにより、今回の消磁期間が前周期よりも著しく短くなったような場合においても、誤ってLC共振期間でサンプリングを行なってしまうのを回避することができる。   Therefore, in this embodiment, as means for shortening the period T4 as much as possible, the fact that the output voltage Vcont of the error amplifier 12 and the period during which current flows through the secondary winding (demagnetization period) T2 is proportionally utilized. In addition, timers (CI, C5, SW3) that obtain a time T3 that is proportional to Vcont and shorter than T2 are provided, and the pulse width of the pulse signal S1 is determined by this timer. As a result, even when the current demagnetization period is significantly shorter than the previous period, it is possible to avoid erroneous sampling during the LC resonance period.

なお、誤差アンプ12の出力電圧Vcontと消磁期間T2とが比例関係にあることは以下に示す式から導き出すことができる。すなわち、トランスの一次巻線のインダクタンスをL1、二次巻線のインダクタンスをL2、一次巻線の巻数をNp、二次巻線の巻数をNs、一次側の電流ピークをI1pk、二次側の電流ピークをI2pk、二次側の整流ダイオードD2の順方向電圧をVFとおくと、先ず、消磁期間T2は、次式
で表わされる。ここで、L2、I1pk、I2pkは、それぞれ次式
で表わされる。なお、Rsは電流検出用のセンス抵抗(図1参照)の抵抗値である。そして、式(2)に式(3)を代入して整理することで、次式
が得られる。式(4)より、VcontとT2とが比例関係にあることが分かる。
Note that the proportional relationship between the output voltage Vcont of the error amplifier 12 and the demagnetization period T2 can be derived from the following equation. That is, the inductance of the primary winding of the transformer is L1, the inductance of the secondary winding is L2, the number of turns of the primary winding is Np, the number of turns of the secondary winding is Ns, the current peak on the primary side is I1pk, When the current peak is I2pk and the forward voltage of the secondary side rectifier diode D2 is VF, first, the demagnetization period T2 is expressed by the following equation.
It is represented by Where L2, I1pk and I2pk are respectively
It is represented by Rs is a resistance value of a sense resistor for current detection (see FIG. 1). And by substituting equation (3) into equation (2) and rearranging,
Is obtained. From equation (4), it can be seen that Vcont and T2 are in a proportional relationship.

次に、一次側制御用IC10を構成する各回路の機能および動作を、図5のタイミングチャートを参照しながら説明する。なお、図5(F)、(G)に上記第1パルス生成回路22と第2パルス生成回路23によって生成されるパルス信号S1,S2のタイミングが、また図5(H)に上記コンパレータ19から出力される信号SKのタイミングが示されている。
一次側制御用IC10においては、タイマ回路16がタイムアップすることでフリップフロップ14がセットされると、図5(A)に示すように、駆動回路15の出力信号DRVがローレベルからハイレベルに立ち上がる(タイミングt1)。すると、スイッチングトランジスタSWがオンされて、図5(B)に示すように、一次巻線に電流I1が流れ始めその後徐々に増加する(期間T1)。
Next, the function and operation of each circuit constituting the primary side control IC 10 will be described with reference to the timing chart of FIG. 5 (F) and 5 (G) show the timings of the pulse signals S1 and S2 generated by the first pulse generation circuit 22 and the second pulse generation circuit 23, and FIG. The timing of the output signal SK is shown.
In the primary-side control IC 10, when the flip-flop 14 is set by the timer circuit 16 being timed up, the output signal DRV of the drive circuit 15 is changed from the low level to the high level as shown in FIG. It rises (timing t1). Then, the switching transistor SW is turned on, and as shown in FIG. 5B, the current I1 starts to flow through the primary winding and then gradually increases (period T1).

そして、図5(C)に示すように、電流I1を検出するセンス抵抗Rsの検出電圧Vcsが誤差アンプ12の出力電圧Vcont(もしくはVcontに比例した電圧)まで達すると、コンパレータ13の出力がハイレベルとなり、フリップフロップ14がリセットされ、駆動回路15から出力される駆動パルスDRVがローレベルに変化してスイッチングトランジスタSWがオフされる(タイミングt2)。これにより、図5(D)に示すように、トランスの二次巻線に電流I2が流れ始めて、トランスの消磁すなわち二次側への放電が開始される。また、このとき、図3のサンプルホールド回路11では、図5(F)に示すように、スイッチコントロール回路20(第1パルス生成回路22)から出力されるパルス信号S1がハイレベルに変化してスイッチSW1がオンされる。すると、そのときの端子VSの電圧Vsに応じた電荷がキャパシタC3にチャージされる。   Then, as shown in FIG. 5C, when the detection voltage Vcs of the sense resistor Rs for detecting the current I1 reaches the output voltage Vcont of the error amplifier 12 (or a voltage proportional to Vcont), the output of the comparator 13 becomes high. The flip-flop 14 is reset, the drive pulse DRV output from the drive circuit 15 changes to a low level, and the switching transistor SW is turned off (timing t2). As a result, as shown in FIG. 5D, the current I2 starts to flow through the secondary winding of the transformer, and the demagnetization of the transformer, that is, the discharge to the secondary side is started. At this time, in the sample hold circuit 11 of FIG. 3, as shown in FIG. 5F, the pulse signal S1 output from the switch control circuit 20 (first pulse generation circuit 22) changes to a high level. The switch SW1 is turned on. Then, a charge corresponding to the voltage Vs of the terminal VS at that time is charged in the capacitor C3.

その後、誤差アンプ12の出力電圧Vcontに比例した時間を計時する第1パルス生成回路22内のタイマがタイムアップした時点でパルス信号S1がローレベルに変化してスイッチSW1がオフされる(タイミングt3)。すると、直前の端子VSの電圧Vsに応じた電荷がキャパシタC3に保持される。また、これと同時に、スイッチコントロール回路20(第2パルス生成回路23)から出力されるパルス信号S2がハイレベルに変化してスイッチSW2がオンされる。すると、図5(E)に破線で示すように、端子VSの電圧Vsを、スイッチSW2と直列に接続された抵抗R3とキャパシタC3の時定数に応じた遅延時間分だけ遅延させた電圧VSHがノードN2に現われる。   Thereafter, when the timer in the first pulse generation circuit 22 that measures the time proportional to the output voltage Vcont of the error amplifier 12 has expired, the pulse signal S1 changes to low level and the switch SW1 is turned off (timing t3 ). Then, a charge corresponding to the voltage Vs of the immediately preceding terminal VS is held in the capacitor C3. At the same time, the pulse signal S2 output from the switch control circuit 20 (second pulse generation circuit 23) changes to a high level and the switch SW2 is turned on. Then, as shown by a broken line in FIG. 5E, the voltage VSH obtained by delaying the voltage Vs of the terminal VS by a delay time corresponding to the time constant of the resistor R3 and the capacitor C3 connected in series with the switch SW2 is Appears at node N2.

その後、ノードN2の電圧VSHに負電圧のオフセットΔVoffを付与した電圧VSHoffが端子VSの電圧Vsと交差するタイミングt5で、パルス信号S2がローレベルに変化してスイッチSW2がオフされる。すると、そのときのノードN2の電位VSHがキャパシタC3に保持される。そして、その電位が誤差アンプ12(図2参照)に供給され、参照電圧Vref1との電位差に応じた出力電圧Vcontが生成される。なお、上記タイミングt5で、抵抗R3とキャパシタC3の時定数により遅延させた電圧を保持する代わりに、端子VSの電圧Vsを保持するように構成しても良い。   Thereafter, at timing t5 when the voltage VSHoff obtained by adding the negative voltage offset ΔVoff to the voltage VSH of the node N2 intersects the voltage Vs of the terminal VS, the pulse signal S2 changes to the low level and the switch SW2 is turned off. Then, the potential VSH of the node N2 at that time is held in the capacitor C3. Then, the potential is supplied to the error amplifier 12 (see FIG. 2), and an output voltage Vcont corresponding to the potential difference from the reference voltage Vref1 is generated. Note that, at the timing t5, instead of holding the voltage delayed by the time constant of the resistor R3 and the capacitor C3, the voltage Vs of the terminal VS may be held.

すると、その出力電圧Vcontを受けたタイマ回路16が、Vcontに応じた時間を計時するとフリップフロップ14がセットされ、駆動回路15から出力される駆動パルスDRVがハイレベルに変化してスイッチングトランジスタSWがオンされる(タイミングt6)。この際、タイマ回路16は、駆動パルスDRVがハイレベルに変化した時点から次の周期の計時を開始する。つまり、タイマ回路16によって、スイッチング周期が決定され、そのスイッチング周期は誤差アンプ12の出力電圧Vcontに応じた周期となる。
なお、誤差アンプ12へ供給されるノードN2の電位VSHはコンパレータ19の遅延により、理想よりも小さな電圧となるが、抵抗R3とキャパシタC3とからなるフィルタにより傾きが小さくされるため、理想に近い電圧をサンプルすることができる。
Then, when the timer circuit 16 receiving the output voltage Vcont times the time according to Vcont, the flip-flop 14 is set, the drive pulse DRV output from the drive circuit 15 changes to high level, and the switching transistor SW is turned on. Turned on (timing t6). At this time, the timer circuit 16 starts measuring the next cycle from the time when the drive pulse DRV changes to the high level. That is, the timer circuit 16 determines the switching cycle, and the switching cycle is a cycle corresponding to the output voltage Vcont of the error amplifier 12.
Note that the potential VSH of the node N2 supplied to the error amplifier 12 becomes a voltage smaller than ideal due to the delay of the comparator 19, but the slope is reduced by the filter composed of the resistor R3 and the capacitor C3, so that it is close to ideal. The voltage can be sampled.

(変形例)
次に、上記実施形態の一次側制御用IC10の変形例について、図6および図7を用いて説明する。
図6に示す変形例は、図3のサンプルホールド回路11における抵抗R3とキャパシタC3との接続ノードN2と、オフセット回路18との間に、接続ノードN2の電位VSHが入力端子に印加されバッファとして機能するボルテージフォロワ17Aを追加したものである。ボルテージフォロワ17Aを設けたのは、接続ノードN3の電位が供給される後段の誤差アンプ12の入力インピーダンスが低いような場合、誤差アンプ12の影響を受けて接続ノードN3の電位が変動するおそれがあるので、これを回避するためである。
(Modification)
Next, a modification of the primary control IC 10 of the above embodiment will be described with reference to FIGS. 6 and 7.
In the modification shown in FIG. 6, the potential VSH of the connection node N2 is applied to the input terminal between the connection node N2 between the resistor R3 and the capacitor C3 and the offset circuit 18 in the sample and hold circuit 11 of FIG. A functioning voltage follower 17A is added. The voltage follower 17A is provided because the potential of the connection node N3 may vary due to the influence of the error amplifier 12 when the input impedance of the subsequent error amplifier 12 to which the potential of the connection node N3 is supplied is low. This is to avoid this.

図7に示す変形例は、図6のサンプルホールド回路11に対して、ボルテージフォロワ17Aの後段に、スイッチSW3とキャパシタC4からなるサンプルホールド回路と、スイッチSW3とキャパシタC4の接続ノードN4の電位が入力端子に印加されバッファとして機能するボルテージフォロワ17Bとを追加したものである。なお、図5(I)に、スイッチSW3をオン、オフ制御する制御信号S3のタイミングを示す。この制御信号S3は、例えばフリップフロップFF1(図4参照)の出力Qをラッチ信号とし信号SKの反転信号をリセット信号とするDフリップフロップ、あるいは制御信号S1とS2の論理和をとるORゲートを設けることで生成することができる。   In the modification shown in FIG. 7, the potential of the sample hold circuit including the switch SW3 and the capacitor C4, and the connection node N4 of the switch SW3 and the capacitor C4 are set in the subsequent stage of the voltage follower 17A with respect to the sample hold circuit 11 of FIG. A voltage follower 17B that is applied to the input terminal and functions as a buffer is added. FIG. 5I shows the timing of the control signal S3 for controlling the switch SW3 to be turned on / off. This control signal S3 is, for example, a D flip-flop that uses the output Q of the flip-flop FF1 (see FIG. 4) as a latch signal and an inverted signal of the signal SK as a reset signal, or an OR gate that takes the logical sum of the control signals S1 and S2. It can be generated by providing.

スイッチSW3とキャパシタC4からなるサンプルホールド回路を設けたのは、スイッチSW1,SW2としてエンハンスメント型のNチャネルMOSトランジスタを使用した場合に、ゲート電位がゼロ、サンプリング対象の端子(VS)の電位が負になると、スイッチSW1,SW2がオンしてキャパシタC4の電荷が抜けてしまいサンプリングした電圧を保持できなくなってしまうのを回避することができるようにするためである。また、ボルテージフォロワ17Bを設けたのは、接続ノードN4の電位が供給される後段の誤差アンプ12の入力インピーダンスが低いような場合、誤差アンプ12の影響を受けて接続ノードN4の電位が変動するおそれがあるので、これを回避するためである。なお、図7において、ボルテージフォロワ17AとスイッチSW3とキャパシタC4を省略した構成も可能である。   The sample and hold circuit comprising the switch SW3 and the capacitor C4 is provided when the enhancement type N-channel MOS transistor is used as the switches SW1 and SW2, the gate potential is zero, and the potential of the sampling target terminal (VS) is negative. Then, it is possible to avoid that the switches SW1 and SW2 are turned on and the charge of the capacitor C4 is lost and the sampled voltage cannot be held. The voltage follower 17B is provided because the potential of the connection node N4 fluctuates due to the influence of the error amplifier 12 when the input impedance of the subsequent error amplifier 12 to which the potential of the connection node N4 is supplied is low. This is to avoid this because there is a fear. In FIG. 7, a configuration in which the voltage follower 17A, the switch SW3, and the capacitor C4 are omitted is also possible.

以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。例えば、前記実施例(図1)では、一次側に補助巻線Naの誘起電圧を分圧する分圧用の抵抗R1,R2を設け、該抵抗で分圧された電圧を一次側制御用IC10の電圧検出端子VSに印加しているが、補助巻線Naの誘起電圧を直接一次側制御用IC10の電圧検出端子VSに印加するように構成しても良い。   Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment, the present invention is not limited to the embodiment. For example, in the embodiment (FIG. 1), the resistors R1 and R2 for voltage division for dividing the induced voltage of the auxiliary winding Na are provided on the primary side, and the voltage divided by the resistors is used as the voltage of the primary control IC 10. Although applied to the detection terminal VS, the induced voltage of the auxiliary winding Na may be directly applied to the voltage detection terminal VS of the primary side control IC 10.

また、図1に示すDC−DCコンバータでは、二次側回路として整流用のダイオードD2と平滑用コンデンサC2を設けた最もシンプルな構成のものを一例として示したが、本発明は、整流用のダイオードの代わりにMOSトランジスタを接続するとともに、該トランジスタのソース電圧およびドレイン電圧を監視してオン、オフ制御信号を生成する制御回路を設けて、ダイオードに電流が流れるタイミングで整流用MOSトランジスタを導通させる同期整流方式のDC−DCコンバータにも適用することができる。   Further, in the DC-DC converter shown in FIG. 1, the simplest configuration in which a rectifying diode D2 and a smoothing capacitor C2 are provided as a secondary side circuit is shown as an example. A MOS transistor is connected instead of a diode, and a control circuit that generates an on / off control signal by monitoring the source voltage and drain voltage of the transistor is provided, and the rectifying MOS transistor is turned on when current flows through the diode. The present invention can also be applied to a synchronous rectification type DC-DC converter.

10 一次側制御回路(一次側制御用IC)
11 サンプルホールド回路
12 誤差増幅回路(誤差アンプ)
13 コンパレータ(電流検出回路)
14 RSフリップフロップ
15 駆動回路(ドライバ)
16 タイマ回路
17 ボルテージフォロワ(バッファ)
18 オフセット回路
19 コンパレータ(電圧検出回路)
20 スイッチコントロール回路
21 消磁開始点検出回路
22,23 パルス生成回路
10 Primary side control circuit (Primary side control IC)
11 Sample hold circuit 12 Error amplification circuit (error amplifier)
13 Comparator (current detection circuit)
14 RS flip-flop 15 Drive circuit (driver)
16 Timer circuit 17 Voltage follower (buffer)
18 Offset circuit 19 Comparator (voltage detection circuit)
20 Switch control circuit 21 Demagnetization start point detection circuit 22, 23 Pulse generation circuit

Claims (7)

一次巻線と二次巻線と補助巻線を有する電圧変換用のトランスと、該トランスの一次巻線に間欠的に電流を流すためのスイッチング素子と、前記トランスの一次巻線に流れる電流に比例した電圧と前記トランスの補助巻線に誘起される電圧に比例した電圧が入力されることで前記スイッチング素子をオン、オフ制御する駆動パルスを生成し出力する一次側制御回路とを備えた絶縁型直流電源装置であって、
前記一次側制御回路は、
前記トランスの補助巻線に誘起される電圧もしくは該電圧に比例した電圧が印加される端子の電圧を所定のタイミングで取り込んで保持するサンプルホールド回路と、
前記サンプルホールド回路により取り込まれた電圧および前記トランスの一次巻線に流れる電流に比例した電圧に基づいて前記スイッチング素子をオフさせるタイミングを与える検出回路と、
前記スイッチング素子をオンさせるタイミングを与えるタイマ回路と、
を備え、前記サンプルホールド回路は、前記スイッチング素子のオフ後、前記トランスの二次巻線から放電される電流がゼロ近傍まで減少し、前記端子の電圧が急激に立下り始めるタイミングで、取り込んだ電圧を保持するように構成されていることを特徴とする絶縁型直流電源装置。
A transformer for voltage conversion having a primary winding, a secondary winding, and an auxiliary winding, a switching element for intermittently passing a current through the primary winding of the transformer, and a current flowing through the primary winding of the transformer Insulation having a primary side control circuit that generates and outputs a drive pulse for controlling on and off of the switching element by inputting a proportional voltage and a voltage proportional to a voltage induced in the auxiliary winding of the transformer Type DC power supply,
The primary side control circuit includes:
A sample-and-hold circuit that captures and holds a voltage induced at the auxiliary winding of the transformer or a voltage of a terminal to which a voltage proportional to the voltage is applied at a predetermined timing;
A detection circuit for providing a timing for turning off the switching element based on a voltage taken in by the sample-and-hold circuit and a voltage proportional to a current flowing in the primary winding of the transformer;
A timer circuit for providing a timing for turning on the switching element;
The sample-and-hold circuit captures at a timing when the current discharged from the secondary winding of the transformer decreases to near zero after the switching element is turned off and the voltage at the terminal starts to fall rapidly. An insulated DC power supply device configured to hold a voltage.
前記端子の電圧を遅延させる遅延手段と、該遅延手段により遅延された電圧にオフセットを与えるオフセット付加手段と、該オフセット付加手段によりオフセットが付加された電圧と前記端子の電圧とを比較する電圧比較回路とを備え、
前記サンプルホールド回路は、前記電圧比較回路が入力電圧の一致を検出したタイミングで、前記遅延手段により遅延された電圧を保持するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の絶縁型直流電源装置。
Delay means for delaying the voltage of the terminal, offset adding means for giving an offset to the voltage delayed by the delay means, and voltage comparison for comparing the voltage to which the offset is added by the offset adding means with the voltage of the terminal With circuit,
2. The insulation according to claim 1, wherein the sample hold circuit is configured to hold the voltage delayed by the delay means at a timing when the voltage comparison circuit detects coincidence of input voltages. Type DC power supply.
前記端子の電圧を遅延させる遅延手段と、該遅延手段により遅延された電圧にオフセットを与えるオフセット付加手段と、該オフセット付加手段によりオフセットが付加された電圧と前記端子の電圧とを比較する電圧比較回路とを備え、
前記サンプルホールド回路は、前記電圧比較回路が入力電圧の一致を検出したタイミングで、前記端子の電圧を保持するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の絶縁型直流電源装置。
Delay means for delaying the voltage of the terminal, offset adding means for giving an offset to the voltage delayed by the delay means, and voltage comparison for comparing the voltage to which the offset is added by the offset adding means with the voltage of the terminal With circuit,
2. The isolated DC power supply device according to claim 1, wherein the sample hold circuit is configured to hold the voltage of the terminal at a timing when the voltage comparison circuit detects coincidence of input voltages. .
前記タイマ回路は、前記スイッチング素子がオンされたタイミングで次のスイッチング周期の計時を開始するように構成されていることを特徴とする請求項2または3に記載の絶縁型直流電源装置。   4. The insulated DC power supply device according to claim 2, wherein the timer circuit is configured to start measuring a next switching cycle at a timing when the switching element is turned on. 前記タイマ回路は、前記サンプルホールド回路により取り込まれた電圧に応じて計時する時間が可変に構成されていることを特徴とする請求項4に記載の絶縁型直流電源装置。   5. The insulated DC power supply device according to claim 4, wherein the timer circuit is configured to be variable in time to be measured according to the voltage taken in by the sample and hold circuit. 前記サンプルホールド回路は、サンプリング用の第1スイッチと該第1スイッチを介して前記端子に接続された第1容量素子を備え、前記第1スイッチと第1容量素子との接続ノードに入力端子が接続された第1バッファを介して、前記第1容量素子に取り込んだ電圧を前記検出回路に伝達するように構成されていることを特徴とする請求項2〜5のいずれかに記載の絶縁型直流電源装置。   The sample hold circuit includes a first switch for sampling and a first capacitor element connected to the terminal via the first switch, and an input terminal is connected to a connection node between the first switch and the first capacitor element. The insulation type according to any one of claims 2 to 5, wherein a voltage taken in the first capacitance element is transmitted to the detection circuit via a connected first buffer. DC power supply. 前記サンプルホールド回路は、前記第1バッファの出力電圧を取り込んで保持するサンプリング用の第2スイッチと第2容量素子とを備え、該第2容量素子に取り込んだ電圧を、第2バッファを介して前記検出回路に伝達するように構成されていることを特徴とする請求項6に記載の絶縁型直流電源装置。   The sample hold circuit includes a second switch for sampling that captures and holds the output voltage of the first buffer and a second capacitive element, and the voltage captured by the second capacitive element is passed through the second buffer. The insulated DC power supply device according to claim 6, wherein the insulated DC power supply device is configured to be transmitted to the detection circuit.
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