JP2016189673A - Power supply circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電源回路に関する。 The present invention relates to a power supply circuit.
電源回路として、例えば、フライバック式コンバータやフォワード式コンバータなどの絶縁型の電源回路が知られている。
また、絶縁型の電源回路の制御方法として、例えば、出力電圧に相当するパルス波をパルストランスを介して電源回路の二次側から一次側にフィードバックし、そのパルス波をアナログ値に変換し、そのアナログ値と目標電圧との差がゼロになるようにトランスの一次巻線に接続されるスイッチング素子を制御することが知られている。例えば、特許文献1参照。
As the power supply circuit, for example, an insulating power supply circuit such as a flyback converter or a forward converter is known.
In addition, as a control method of the insulation type power supply circuit, for example, a pulse wave corresponding to the output voltage is fed back from the secondary side of the power supply circuit through the pulse transformer to the primary side, and the pulse wave is converted into an analog value. It is known to control the switching element connected to the primary winding of the transformer so that the difference between the analog value and the target voltage becomes zero. For example, see
しかしながら、上述のようなフィードバック制御を行う電源回路は、出力電圧に相当するパルス波を生成する回路、パルス波をアナログ値に変換する回路、及びアナログ値と目標電圧との差がゼロになるようにスイッチング素子を制御する回路を備える必要があるため、回路規模が増大してしまう。 However, the power supply circuit that performs the feedback control as described above has a circuit that generates a pulse wave corresponding to the output voltage, a circuit that converts the pulse wave into an analog value, and a difference between the analog value and the target voltage is zero. Since it is necessary to provide a circuit for controlling the switching element, the circuit scale increases.
本発明の一側面に係る目的は、回路規模の増大を抑えた電源回路を提供することである。 An object of one aspect of the present invention is to provide a power supply circuit in which an increase in circuit scale is suppressed.
本発明に係る一つの形態である電源回路は、トランスと、前記トランスの一次巻線に接続されるスイッチング素子と、前記トランスの二次巻線に接続される整流回路と、前記スイッチング素子のオン、オフを制御する制御回路とを備える。 A power supply circuit according to one aspect of the present invention includes a transformer, a switching element connected to a primary winding of the transformer, a rectifier circuit connected to a secondary winding of the transformer, and an on-state of the switching element. And a control circuit for controlling OFF.
前記制御回路は、前記二次巻線にかかる電圧を用いて、当該電源回路の出力電圧と目標電圧との差がゼロになるように、前記スイッチング素子の制御タイミングを示す第1のパルス波を生成する矩形波生成回路と、パルストランスと、前記パルストランスの一次巻線から二次巻線に伝わる前記第1のパルス波を用いて、前記スイッチング素子のオン、オフを制御する制御信号を生成する制御信号生成回路とを備える。 The control circuit uses the voltage applied to the secondary winding to generate a first pulse wave indicating the control timing of the switching element so that the difference between the output voltage of the power supply circuit and the target voltage becomes zero. Generates a rectangular wave generation circuit to generate, a pulse transformer, and a control signal for controlling on / off of the switching element using the first pulse wave transmitted from the primary winding to the secondary winding of the pulse transformer And a control signal generation circuit.
本発明によれば、電源回路の回路規模増大を抑えることができる。 According to the present invention, an increase in circuit scale of the power supply circuit can be suppressed.
以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
図1は、実施形態の電源回路の一例を示す図である。
図1に示す電源回路は、絶縁型DCDCコンバータ1と、制御回路2とを備える。
Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a power supply circuit according to the embodiment.
The power supply circuit shown in FIG. 1 includes an insulated
絶縁型DCDCコンバータ1は、フライバック式コンバータであって、トランスT1と、スイッチング素子SW1(例えば、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor))と、トランスT1の二次巻線L2にかかる電圧Vtを整流するダイオードD(整流回路)と、ダイオードDにより整流される電圧を平滑するコンデンサC1とを備える。すなわち、トランスT1の一次巻線L1の一方端は絶縁型DCDCコンバータ1の入力端子INを介して外部の直流電源Pの出力端子に接続され、トランスT1の一次巻線L1の他方端はスイッチング素子SW1の一方の端子(例えば、ドレイン端子)に接続され、トランスT1の二次巻線L2の一方端はダイオードDのアノード端子に接続され、トランスT1の二次巻線L2の他方端はコンデンサC1の一方の端子に接続されている。ダイオードDのカソード端子はコンデンサC1の他方の端子及び絶縁型DCDCコンバータ1の出力端子OUTを介して外部の負荷Loに接続されている。負荷Loはたとえば、モータを制御する三相交流インバータの各アームを構成するパワースイッチング素子の駆動電源である。スイッチング素子SW1の他方の端子(例えば、ソース端子)は第1のグランドに接続され、トランスT1の二次巻線L2の他方端及びコンデンサC1の一方の端子は第1のグランドと異なる第2のグランドに接続されている。
The
スイッチング素子SW1がオンすると、直流電源Pから入力端子IN及びトランスT1の一次巻線L1を介してスイッチング素子SW1へ電流が流れ、トランスT1にエネルギーが蓄積される。その後、スイッチング素子SW1がオフすると、トランスT1に蓄積されたエネルギーの解放により、トランスT1の二次巻線L2からダイオードD及び出力端子OUTを介して負荷Loへ電流が流れる。 When the switching element SW1 is turned on, a current flows from the DC power source P to the switching element SW1 via the input terminal IN and the primary winding L1 of the transformer T1, and energy is stored in the transformer T1. Thereafter, when the switching element SW1 is turned off, a current flows from the secondary winding L2 of the transformer T1 to the load Lo via the diode D and the output terminal OUT due to the release of the energy accumulated in the transformer T1.
制御回路2は、パルス波生成回路21と、パルストランスT2と、制御信号生成回路22とを備える。
パルス波生成回路21は、コンパレータComp1、Comp2と、定電圧源Pcv1、Pcv2と、エラーアンプAmpと、定電流源Pccと、スイッチング素子SW2(例えば、MOSFET)と、コンデンサC2とを備える。コンパレータComp1のプラスの入力端子はトランスT1の二次巻線L2の一方端に接続され、コンパレータComp1のマイナスの入力端子は定電圧源Pcv1の出力端子に接続され、コンパレータComp1の出力端子はスイッチング素子SW2の制御端子(例えば、ゲート端子)に接続されている。スイッチング素子SW2の一方の端子(例えば、ドレイン端子)は、定電流源Pccの出力端子、コンデンサC2の一方の端子、及びコンパレータComp2のプラスの入力端子に接続されている。スイッチング素子SW2の他方の端子(例えば、ソース端子)及びコンデンサC2の他方の端子は第2のグランドに接続されている。エラーアンプAmpのマイナスの入力端子はコンデンサC1の他方の端子または出力端子OUTに接続され、エラーアンプAmpのプラスの入力端子は定電圧源Pcv2の出力端子に接続され、エラーアンプAmpの出力端子はコンパレータComp2のマイナスの入力端子に接続されている。コンパレータComp2の出力端子はパルストランスT2の一次巻線L1の一方端に接続され、パルストランスT2の一次巻線L1の他方端は第2のグランドに接続されている。
The
The pulse
制御信号生成回路22は、クロック生成回路221と、RSフリップフロップ222と、駆動回路223とを備える。RSフリップフロップ222のリセット端子Rは、パルストランスT2の二次巻線L2の一方端に接続され、RSフリップフロップ222のセット端子Sはクロック生成回路221の出力端子に接続され、RSフリップフロップ222の出力端子Qは駆動回路223の入力端子に接続されている。駆動回路223の出力端子はスイッチング素子SW1の制御端子(例えば、ゲート端子)に接続されている。なお、パルストランスT2の二次巻線L2の他方端は所定の電源に接続されている。
The control
<パルス波生成回路21の動作例>
まず、スイッチング素子SW1がオフからオンに切り替わり、コンパレータComp1のプラスの入力端子に入力される電圧Vt(トランスT1の二次巻線L2にかかる電圧Vt)がコンパレータComp1のマイナスの入力端子に入力される閾値電圧Vth(定電圧源Pcv1から出力される閾値電圧Vth)よりも小さくなると、コンパレータComp1の出力端子からスイッチング素子SW2の制御端子へ出力される電圧がハイレベルからローレベルになる。すると、スイッチング素子SW2がオンからオフに切り替わり、定電流源Pccの出力電流によってコンデンサC2の充電が開始され、コンパレータComp2のプラスの入力端子に入力される電圧Vc(コンデンサC2にかかる電圧Vc)が上昇し始める(図2(a)の時間t1)。
<Operation Example of Pulse Wave Generation Circuit 21>
First, the switching element SW1 is switched from OFF to ON, and the voltage Vt (voltage Vt applied to the secondary winding L2 of the transformer T1) input to the positive input terminal of the comparator Comp1 is input to the negative input terminal of the comparator Comp1. Lower than the threshold voltage Vth (threshold voltage Vth output from the constant voltage source Pcv1), the voltage output from the output terminal of the comparator Comp1 to the control terminal of the switching element SW2 changes from the high level to the low level. Then, the switching element SW2 is switched from on to off, charging of the capacitor C2 is started by the output current of the constant current source Pcc, and the voltage Vc (voltage Vc applied to the capacitor C2) input to the positive input terminal of the comparator Comp2 It begins to rise (time t1 in FIG. 2 (a)).
次に、コンパレータComp2のプラスの入力端子に入力される電圧VcがコンパレータComp2のマイナスの入力端子に入力される電圧Veよりも大きくなると、コンパレータComp2の出力端子からパルストランスT2の一次巻線L1及び二次巻線L2を伝わってRSフリップフロップ222のリセット端子Rへ出力される電圧Vrがローレベルからハイレベルになる(図2(a)の時間t2)。
Next, when the voltage Vc input to the positive input terminal of the comparator Comp2 becomes larger than the voltage Ve input to the negative input terminal of the comparator Comp2, the primary winding L1 of the pulse transformer T2 and the output terminal of the comparator Comp2 The voltage Vr output to the reset terminal R of the RS flip-
そして、スイッチング素子SW1がオンからオフに切り替わり、コンパレータComp1のプラスの入力端子に入力される電圧VtがコンパレータComp1のマイナスの入力端子に入力される閾値電圧Vthよりも大きくなると、コンパレータComp1の出力端子からスイッチング素子SW2の制御端子へ出力される電圧がローレベルからハイレベルになる。すると、スイッチング素子SW2がオフからオンに切り替わってコンデンサC2が放電され、コンパレータComp2のプラスの入力端子に入力される電圧VcがコンパレータComp2のマイナスの入力端子に入力される電圧Veよりも小さくなり、コンパレータComp2の出力端子からパルストランスT2の一次巻線L1及び二次巻線L2を伝わってRSフリップフロップ222のリセット端子Rへ出力される電圧Vrがハイレベルからローレベルになる(図2(a)の時間t3)。すなわち、コンパレータComp1、定電圧源Pcv1、スイッチング素子SW2、定電流源Pcc、及びコンデンサC2からなる回路は、電源回路の一次側で生成される制御信号Sにほぼ同期した「のこぎり波」を電源回路の二次側で生成する。また、コンパレータComp2は、この「のこぎり波」と電圧Veとの比較結果に応じたパルス幅の電圧Vr(制御タイミングを示す第1のパルス波)をパルストランスT2を介してRSフリップフロップ222のリセット端子Rへ出力する。これにより、制御信号Sにほぼ同期した第1のパルス波(矩形波)を電源回路の二次側から一次側へフィードバックさせることができる。
When the switching element SW1 is switched from on to off and the voltage Vt input to the positive input terminal of the comparator Comp1 becomes larger than the threshold voltage Vth input to the negative input terminal of the comparator Comp1, the output terminal of the comparator Comp1. Is output from the low level to the high level. Then, the switching element SW2 is switched from OFF to ON, the capacitor C2 is discharged, and the voltage Vc input to the positive input terminal of the comparator Comp2 becomes smaller than the voltage Ve input to the negative input terminal of the comparator Comp2. The voltage Vr output from the output terminal of the comparator Comp2 to the reset terminal R of the RS flip-
<制御信号生成回路22の動作例>
まず、クロック生成回路221の出力端子からRSフリップフロップ222のセット端子Sへ出力される電圧Vsがローレベルからハイレベルになると、RSフリップフロップ222の出力端子Qから駆動回路223へ出力される電圧Voがローレベルからハイレベルになり、駆動回路223からスイッチング素子SW1の制御端子へ出力される制御信号Sがローレベルからハイレベルになり、スイッチング素子SW1がオフからオンに切り替わる(図2(b)の時間t1)。なお、電圧Vsは、一定周期でローレベルからハイレベルになり、ローレベルからハイレベルになってから一定時間経過後、ハイレベルからローレベルになるものとする。すなわち、電圧Vsは、「スイッチング素子SW1のオンタイミングを示す第2のパルス波(矩形波)」に相当する。
<Operation Example of Control Signal Generation Circuit 22>
First, when the voltage Vs output from the output terminal of the
次に、コンパレータComp2の出力端子からパルストランスT2の一次巻線L1及び二次巻線L2を伝わってRSフリップフロップ222のリセット端子Rへ出力される電圧Vrがローレベルからハイレベルになると、RSフリップフロップ222の出力端子Qから駆動回路223へ出力される電圧Voがハイレベルからローレベルになり、駆動回路223からスイッチング素子SW1の制御端子へ出力される制御信号Sがハイレベルからローレベルになり、スイッチング素子SW1がオンからオフに切り替わる(図2(b)の時間t2)。
Next, when the voltage Vr output from the output terminal of the comparator Comp2 through the primary winding L1 and the secondary winding L2 of the pulse transformer T2 to the reset terminal R of the RS flip-
<出力電圧Voutが目標電圧Vtarよりも大きい場合のフィードバック制御例>
出力電圧Voutが目標電圧Vtarよりも大きくなるほど、エラーアンプAmpの出力端子からコンパレータComp2のマイナスの入力端子に出力される電圧Veが小さくなる。電圧Veが小さくなるほど、電圧Vrがローレベルからハイレベルに切り替わるタイミング(図2(a)の時間t2や図2(b)の時間t2)が早くなるため、スイッチング素子SW1のオフタイミングも早くなる。また、電圧Vsは一定周期でローレベルからハイレベルになるため、スイッチング素子SW1のオンタイミングは変わらない。従って、出力電圧Voutが目標電圧Vtarよりも大きくなるほどスイッチング素子SW1のオン期間が短くなり、その分出力電圧Voutが小さくなるため、出力電圧Voutが目標電圧Vtarに近づく。
<Example of feedback control when output voltage Vout is higher than target voltage Vtar>
As the output voltage Vout becomes higher than the target voltage Vtar, the voltage Ve output from the output terminal of the error amplifier Amp to the negative input terminal of the comparator Comp2 decreases. As the voltage Ve decreases, the timing at which the voltage Vr switches from the low level to the high level (the time t2 in FIG. 2A and the time t2 in FIG. 2B) is earlier, so the off timing of the switching element SW1 is also earlier. . Further, since the voltage Vs changes from the low level to the high level at a constant cycle, the on-timing of the switching element SW1 does not change. Therefore, as the output voltage Vout becomes larger than the target voltage Vtar, the ON period of the switching element SW1 is shortened, and the output voltage Vout is reduced accordingly, so that the output voltage Vout approaches the target voltage Vtar.
<出力電圧Voutが目標電圧Vtarよりも小さい場合のフィードバック制御例>
出力電圧Voutが目標電圧Vtarよりも小さくなるほど、エラーアンプAmpの出力端子からコンパレータComp2のマイナスの入力端子に出力される電圧Veが大きくなる。電圧Veが大きくなるほど、電圧Vrがローレベルからハイレベルに切り替わるタイミング(図2(a)の時間t2や図2(b)の時間t2)が遅くなるため、スイッチング素子SW1のオフタイミングも遅くなる。また、電圧Vsは一定周期でローレベルからハイレベルになるため、スイッチング素子SW1のオンタイミングは変わらない。従って、出力電圧Voutが目標電圧Vtarよりも小さくなるほどスイッチング素子SW1のオン期間が長くなり、その分出力電圧Voutが大きくなるため、出力電圧Voutが目標電圧Vtarに近づく。
<Example of feedback control when the output voltage Vout is smaller than the target voltage Vtar>
As the output voltage Vout becomes lower than the target voltage Vtar, the voltage Ve output from the output terminal of the error amplifier Amp to the negative input terminal of the comparator Comp2 increases. As the voltage Ve increases, the timing at which the voltage Vr switches from the low level to the high level (the time t2 in FIG. 2A and the time t2 in FIG. 2B) is delayed, so the off timing of the switching element SW1 is also delayed. . Further, since the voltage Vs changes from the low level to the high level at a constant cycle, the on-timing of the switching element SW1 does not change. Therefore, as the output voltage Vout becomes lower than the target voltage Vtar, the ON period of the switching element SW1 becomes longer, and the output voltage Vout increases accordingly, so that the output voltage Vout approaches the target voltage Vtar.
すなわち、パルス波生成回路21は、トランスT1の二次巻線L2にかかる電圧Vtを用いて、コンデンサC1または出力端子OUTにかかる出力電圧Vout(当該電源回路の出力電圧)と目標電圧Vtarとの差がゼロになるように、スイッチング素子SW1の制御タイミング(オフタイミング)を示す第1のパルス波を生成する。また、制御信号生成回路22は、パルストランスT2の一次巻線L1から二次巻線L2に伝わる第1のパルス波、及び、第2のパルス波を用いて、スイッチング素子SW1のオン、オフを制御する制御信号Sを生成する。
That is, the pulse
なお、パルス波生成回路21の回路構成は、電圧Vtを用いて、出力電圧Voutと目標電圧Vtarとの差がゼロになるように、第1のパルス波を生成することが可能な回路構成であれば、図1に示す回路構成に限定されない。また、制御信号生成回路22の回路構成は、パルストランスT2の一次巻線L1から二次巻線L2に伝わる第1のパルス波を用いて、制御信号Sを生成することが可能な回路構成であれば、図1に示す回路構成に限定されない。
The circuit configuration of the pulse
このように、実施形態の電源回路では、パルス波生成回路21及び制御信号生成回路22を備えて制御回路2を構成している。これにより、出力電圧Voutに相当するパルス波を生成する回路、パルストランスT2の一次巻線から二次巻線に伝わるパルス波をアナログ値に変換する回路、及びアナログ値と目標電圧Vtarとの差がゼロになるようにスイッチング素子SW1の制御信号Sを生成する回路を備える制御回路に比べて、制御回路2の回路規模を小さくすることができる。従って、電源回路の回路規模増大を抑えることができる。
As described above, the power supply circuit according to the embodiment includes the pulse
また、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。
上記実施形態では、絶縁型DCDCコンバータ1としてフライバック式コンバータを採用しているが、図3に示すようにダイオードD2(整流回路)及びインダクタLをさらに備えたフォワード式コンバータを絶縁型DCDCコンバータ1として採用してもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various improvements and modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
In the above embodiment, a flyback converter is adopted as the
また、上記実施形態では、パルストランスT2の一次巻線L1にスイッチング素子SW1のオフタイミングを伝達していたが、制御タイミングを示す第1のパルス波としてオンタイミングを伝達しても良い。この場合、クロック生成回路221はオフタイミングを生成し、オンタイミングを早めたり遅らせたりすることでスイッチング素子SW1のオン時間を制御できる。
In the above embodiment, the off timing of the switching element SW1 is transmitted to the primary winding L1 of the pulse transformer T2. However, the on timing may be transmitted as the first pulse wave indicating the control timing. In this case, the
1 DCDCコンバータ
2 制御回路
21 パルス波生成回路
22 制御信号生成回路
221 クロック生成回路
222 フリップフロップ
223 駆動回路
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記トランスの一次巻線に接続されるスイッチング素子と、
前記トランスの二次巻線に接続される整流回路と、
前記スイッチング素子のオン、オフを制御する制御信号を生成する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、
前記二次巻線にかかる電圧を用いて、当該電源回路の出力電圧と目標電圧との差がゼロになるように、前記スイッチング素子の制御タイミングを示す第1のパルス波を生成するパルス波生成回路と、
パルストランスと、
前記パルストランスの一次巻線から二次巻線に伝わる前記第1のパルス波を用いて、前記制御信号を生成する制御信号生成回路と、
を備えることを特徴とする電源回路。 With a transformer,
A switching element connected to the primary winding of the transformer;
A rectifier circuit connected to the secondary winding of the transformer;
A control circuit for generating a control signal for controlling on and off of the switching element;
With
The control circuit includes:
Pulse wave generation using the voltage applied to the secondary winding to generate a first pulse wave indicating the control timing of the switching element so that the difference between the output voltage of the power supply circuit and the target voltage becomes zero Circuit,
A pulse transformer,
A control signal generation circuit for generating the control signal using the first pulse wave transmitted from the primary winding of the pulse transformer to the secondary winding;
A power supply circuit comprising:
前記制御タイミングは前記スイッチング素子のオフタイミングであり、
前記制御信号生成回路は、前記第1のパルス波、及び、前記スイッチング素子のオンタイミングを示す第2のパルス波を用いて、前記制御信号を生成する
ことを特徴とする電源回路。 The power supply circuit according to claim 1,
The control timing is an off timing of the switching element,
The power supply circuit, wherein the control signal generation circuit generates the control signal by using the first pulse wave and a second pulse wave indicating an on timing of the switching element.
前記パルス波生成回路は、前記出力電圧が前記目標電圧よりも大きくなるほど、ローレベルからハイレベルに切り替わるタイミングが早くなり、前記出力電圧が前記目標電圧よりも小さくなるほど、ローレベルからハイレベルに切り替わるタイミングが遅くなる前記第1のパルス波を生成し、
前記制御信号生成回路は、前記第2のパルス波のレベルがローレベルからハイレベルになると、前記制御信号のレベルをローレベルからハイレベルに切り替え、前記第1のパルス波のレベルがローレベルからハイレベルになると、前記制御信号のレベルをハイレベルからローレベルに切り替える
ことを特徴とする電源回路。
The power supply circuit according to claim 2,
The pulse wave generation circuit switches from a low level to a high level earlier as the output voltage becomes higher than the target voltage, and switches from a low level to a high level as the output voltage becomes lower than the target voltage. Generating the first pulse wave that is delayed in timing;
When the level of the second pulse wave is changed from a low level to a high level, the control signal generation circuit switches the level of the control signal from a low level to a high level, and the level of the first pulse wave is changed from a low level. A power supply circuit that switches the level of the control signal from a high level to a low level when the level is high.
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