JP2023163359A - Switching power supply device - Google Patents

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JP2023163359A JP2022074214A JP2022074214A JP2023163359A JP 2023163359 A JP2023163359 A JP 2023163359A JP 2022074214 A JP2022074214 A JP 2022074214A JP 2022074214 A JP2022074214 A JP 2022074214A JP 2023163359 A JP2023163359 A JP 2023163359A
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Abstract

To provide a switching power supply device with a simple structure, which can easily reduce low frequency ripple components of output voltage.SOLUTION: A switching power supply device comprises: an error amplification circuit 18 configured to generate a first control signal Ver1 obtained by inverting and amplifying voltage obtained by subtracting reference voltage Vref from an output voltage signal Vo1; a ripple component signal injection circuit 36 configured to detect a ripple component Vrip of a frequency Fr corresponding to a commercial frequency Fac included in intermediate voltage Vc, and generate a second control signal Ver2 added with the first control signal Ver1 and a voltage signal obtained by inverting and amplifying the ripple component Vrip; and a drive pulse generation circuit 20 configured to pulse-width-modulate the second control signal Ver2 to generate a drive pulse Vg of a switching element 14a. The drive pulse generation circuit 20 changes each time ratio of a high level and a low level of the drive pulse Vg toward a direction in which an ON-time ratio of the switching element 14a becomes small when the second control signal Ver2 decreases.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、商用交流電圧を整流平滑して中間電圧を生成し、中間電圧をDC-DCコンバータで所定の出力電圧に変換するスイッチング電源装置に関する。 The present invention relates to a switching power supply device that rectifies and smoothes a commercial AC voltage to generate an intermediate voltage, and converts the intermediate voltage into a predetermined output voltage using a DC-DC converter.

従来、例えば特許文献1に開示されているように、入力電圧を所定の出力電圧に変換する電力変換回路を備え、出力電圧を検出した電圧信号である出力電圧信号が基準電圧に近づくように、電力変換回路のスイッチング素子のオンオフが制御されるスイッチング電源装置があった。この種のスイッチング電源装置は、入力電源が商用交流電源だとすると、図8に示すスイッチング電源装置10のように表すことができる。 Conventionally, as disclosed in Patent Document 1, for example, a power conversion circuit that converts an input voltage to a predetermined output voltage is provided, and the output voltage signal, which is a voltage signal obtained by detecting the output voltage, approaches a reference voltage. There is a switching power supply device in which the on/off of a switching element of a power conversion circuit is controlled. This type of switching power supply device can be expressed as a switching power supply device 10 shown in FIG. 8, assuming that the input power source is a commercial AC power source.

スイッチング電源装置10は、商用交流電圧Vi(商用周波数Fac)を整流平滑して中間電圧Vcを出力する整流平滑回路12と、中間電圧Vcを所定の出力電圧Voに変換するDC-DCコンバータ14と、出力電圧Voを検出した電圧信号である出力電圧信号Vo1が基準電圧Vrefに近づくように、DC-DCコンバータ14のスイッチング素子14aのオンオフをフィードバック制御するスイッチング制御回路16とで構成される。 The switching power supply 10 includes a rectifying and smoothing circuit 12 that rectifies and smoothes a commercial AC voltage Vi (commercial frequency Fac) and outputs an intermediate voltage Vc, and a DC-DC converter 14 that converts the intermediate voltage Vc into a predetermined output voltage Vo. , and a switching control circuit 16 that performs feedback control on and off of the switching element 14a of the DC-DC converter 14 so that the output voltage signal Vo1, which is a voltage signal obtained by detecting the output voltage Vo, approaches the reference voltage Vref.

DC-DCコンバータ14のインバータ方式は特に限定されないが、商用交流電源に対する安全性を確保するため(例えば、感電事故を防止するため)、多くの場合、入出力絶縁型のコンバータが選択される。 Although the inverter system of the DC-DC converter 14 is not particularly limited, in many cases, an input/output isolated type converter is selected in order to ensure safety against a commercial AC power supply (for example, to prevent an electric shock accident).

スイッチング制御回路16は、出力電圧信号Vo1と基準電圧Vrefとの差を増幅した電圧信号である第一の制御信号Ver1を生成する誤差増幅回路18と、第一の制御信号Ver1をパルス幅変調してスイッチング素子14aの駆動パルスVgを生成する駆動パルス生成回路20とで構成される。 The switching control circuit 16 includes an error amplification circuit 18 that generates a first control signal Ver1, which is a voltage signal obtained by amplifying the difference between the output voltage signal Vo1 and the reference voltage Vref, and an error amplification circuit 18 that pulse-width modulates the first control signal Ver1. and a drive pulse generation circuit 20 that generates a drive pulse Vg for the switching element 14a.

誤差増幅回路18は、いわゆる反転増幅回路であり、出力電圧信号Vo1から基準電圧Vrefを差し引いた電圧を反転増幅した第一の制御信号Ver1を、絶縁手段18aを通じて出力する構成になっている。 The error amplifier circuit 18 is a so-called inverting amplifier circuit, and is configured to output a first control signal Ver1, which is obtained by inverting and amplifying the voltage obtained by subtracting the reference voltage Vref from the output voltage signal Vo1, through the insulating means 18a.

駆動パルス生成回路20は、比較器22と三角波発生器24とで構成される。三角波発生器24は所定周波数の基準三角波Voscを発生させるブロックで、基準三角波Voscの周波数がスイッチング素子14aのスイッチング周波数となる。 The drive pulse generation circuit 20 includes a comparator 22 and a triangular wave generator 24. The triangular wave generator 24 is a block that generates a reference triangular wave Vosc of a predetermined frequency, and the frequency of the reference triangular wave Vosc becomes the switching frequency of the switching element 14a.

比較器22は、反転入力端子に基準三角波Voscが入力され、非反転入力端子に第一の制御信号Ver1が入力され、出力端子から駆動パルスVgを出力する。つまり、第一の制御信号Ver1が基準三角波Voscよりも高い期間、駆動パルスVgをハイレベルにしてスイッチング素子14aをオンさせ、第一の制御信号Ver1が基準三角波Voscよりも低い期間、駆動パルスVgをローレベルにしてスイッチング素子14aをオフさせる構成となっている。 The comparator 22 receives the reference triangular wave Vosc at its inverting input terminal, receives the first control signal Ver1 at its non-inverting input terminal, and outputs the drive pulse Vg from its output terminal. That is, during the period when the first control signal Ver1 is higher than the reference triangular wave Vosc, the driving pulse Vg is set to high level to turn on the switching element 14a, and during the period when the first control signal Ver1 is lower than the reference triangular wave Vosc, the driving pulse Vg is set to a low level to turn off the switching element 14a.

したがって、駆動パルス生成回路20は、第一の制御信号Ver1が低下した時に、駆動パルスVgのハイレベルとローレベルの時比率を、スイッチング素子14aのオンの時比率を小さくする方向に変化させ、第一の制御信号Ver1が上昇した時に、駆動パルスVgのハイレベルとローレベルの時比率を、スイッチング素子14aのオンの時比率を大きくする方向に変化させる動作を行う。 Therefore, when the first control signal Ver1 decreases, the drive pulse generation circuit 20 changes the duty ratio between the high level and the low level of the drive pulse Vg in a direction that reduces the duty ratio when the switching element 14a is turned on. When the first control signal Ver1 rises, an operation is performed to change the duty ratio between the high level and the low level of the drive pulse Vg in the direction of increasing the duty ratio when the switching element 14a is on.

次に、スイッチング電源装置10のフィードバック制御の動作を簡単に説明する。例えば、目標値に保持されていた出力電圧Voが何らかの原因で少し上昇したとすると、誤差増幅回路18が、出力電圧信号Vo1が基準電圧Vrefより高くなったことを検出して第一の制御信号Ver1を低下させ、駆動パルス生成回路20が、駆動パルスVgのハイレベルとローレベルの時比率を、スイッチング素子14aのオンの時比率を小さくする方向に変化させるので、出力電圧Voが低下して目標値に戻る。反対に、目標値に保持されていた出力電圧Voが何らかの原因で少し低下したとすると、誤差増幅回路18が、出力電圧信号Vo1が基準電圧Vrefより低くなったことを検出して第一の制御信号Ver1を上昇させ、駆動パルス生成回路20が、駆動パルスVgのハイレベルとローレベルの時比率を、スイッチング素子14aのオンの時比率を大きくする方向に変化させるので、出力電圧Voが上昇して目標値に戻る。 Next, the feedback control operation of the switching power supply device 10 will be briefly described. For example, if the output voltage Vo, which has been maintained at the target value, increases slightly for some reason, the error amplifier circuit 18 detects that the output voltage signal Vo1 has become higher than the reference voltage Vref, and outputs the first control signal. Ver1 is lowered, and the drive pulse generation circuit 20 changes the high-level and low-level duty ratio of the drive pulse Vg in the direction of decreasing the on-time ratio of the switching element 14a, so the output voltage Vo decreases. Return to target value. On the other hand, if the output voltage Vo, which has been maintained at the target value, drops slightly for some reason, the error amplifier circuit 18 detects that the output voltage signal Vo1 has become lower than the reference voltage Vref, and performs the first control. By increasing the signal Ver1, the drive pulse generation circuit 20 changes the high-level and low-level duty ratio of the drive pulse Vg in the direction of increasing the on-time ratio of the switching element 14a, so the output voltage Vo increases. to return to the target value.

このスイッチング電源装置10は、中間電圧Vcが完全な直流電圧にならず、直流成分Vdcに、商用周波数Facに対応した周波数Frの脈流成分Vripが重畳した電圧となるので、出力電圧Voに、脈流成分Vripとほぼ同位相で振幅する不要な低周波リップル成分Vorが発生するという問題がある。 In this switching power supply device 10, the intermediate voltage Vc does not become a complete DC voltage, but becomes a voltage in which the pulsating current component Vrip of the frequency Fr corresponding to the commercial frequency Fac is superimposed on the DC component Vdc, so the output voltage Vo There is a problem in that an unnecessary low frequency ripple component Vor is generated which has an amplitude almost in the same phase as the pulsating flow component Vrip.

まず、脈流成分Vrip及び周波数Frについて説明する。商用交流電源が単相の場合、例えば図9(a)に示すように、整流平滑回路12は、商用交流電圧Vi(商用周波数Fac)を4つのダイオードで全波整流する整流部26と、全波整流された電圧を平滑するコンデンサで成る平滑部28とで構成することができるが、この場合、図9(c)に示すように、中間電圧Vcに、周波数Fr=2・Facの脈流成分Vripが発生する。また、図9(b)に示すように、整流平滑回路12が、上記の整流部26と、力率改善用のチョッパ回路で成る平滑部30とで構成された時も、中間電圧Vcに、周波数Fr=2・Facの脈流成分Vripが発生する。 First, the pulsating flow component Vrip and frequency Fr will be explained. When the commercial AC power supply is single-phase, for example, as shown in FIG. In this case, as shown in FIG. 9(c), a pulsating current with a frequency Fr=2·Fac is applied to the intermediate voltage Vc, as shown in FIG. 9(c). Component Vrip is generated. Further, as shown in FIG. 9(b), when the rectifying and smoothing circuit 12 is composed of the above rectifying section 26 and the smoothing section 30 consisting of a chopper circuit for improving the power factor, the intermediate voltage Vc A pulsating flow component Vrip with frequency Fr=2・Fac is generated.

また、商用交流電圧が三相の場合、例えば図10(a)に示すように、整流平滑回路12は、商用交流電圧Viを6つのダイオードで全波整流する整流部32と、上記の平滑部28とで構成することができるが、この場合は、図10(b)に示すように、中間電圧Vcに、周波数Fr=3・Facの脈流成分Vripが発生する。 Further, when the commercial AC voltage is three-phase, for example, as shown in FIG. In this case, as shown in FIG. 10(b), a pulsating flow component Vrip with a frequency Fr=3·Fac is generated at the intermediate voltage Vc.

低周波リップル成分Vorの主原因となる脈流成分Vripは、平滑部28,30のコンデンサの値を大きくすれば低減できるが、周波数Frが低周波なので多数の大容量コンデンサが必要になり、装置の大型化やコストアップが問題になる。 The pulsating flow component Vrip, which is the main cause of the low-frequency ripple component Vor, can be reduced by increasing the value of the capacitors in the smoothing sections 28 and 30, but since the frequency Fr is low, many large-capacity capacitors are required, and the device Problems include increasing size and cost.

また、脈流成分Vripが発生していても、出力電圧Voのフィードバック制御系の低周波帯域(周波数Frを含む帯域)のゲインを高くすれば、原理的には低周波リップル成分Vorを低減できる。しかし、周波数Frの帯域のゲインを高くすると、高周波帯域におけるフィードパック制御系のゲイン余裕や位相余裕が確保できずに発振してしまうので、実際は、周波数Frの帯域のゲインは低く抑えざるを得ない。そのため、図11に示すように、第一の制御信号Ver1の波形に、脈流成分Vripに対応した周波数Frの振動成分(低周波リップル成分Vorを抑えようとする成分)を発生させることができず、出力電圧Voに大きな低周波リップル成分Vorが発生してしまう。 Furthermore, even if the ripple component Vrip occurs, the low frequency ripple component Vor can in principle be reduced by increasing the gain in the low frequency band (band including the frequency Fr) of the feedback control system of the output voltage Vo. . However, if the gain in the frequency Fr band is increased, the gain margin and phase margin of the feed pack control system in the high frequency band cannot be secured, resulting in oscillation, so in reality, the gain in the frequency Fr band must be kept low. do not have. Therefore, as shown in FIG. 11, it is possible to generate a vibration component (a component that attempts to suppress the low frequency ripple component Vor) with a frequency Fr corresponding to the pulsating flow component Vrip in the waveform of the first control signal Ver1. First, a large low-frequency ripple component Vor is generated in the output voltage Vo.

その他、低周波リップル成分Vorを低減する方法として、スイッチング電源装置10を、図12に示すスイッチング電源装置10xのように改変する方法が考えられる。スイッチング電源装置10xの特徴は、三角波発生器24を独特な三角波発生器24xに変更し、基準三角波Voscの傾きを中間電圧Vcに略比例して変化させている点である。この改変により、中間電圧Vcの変化に応じて主スイッチング素子14aのオンの時比率を変化させて出力電圧Voを安定化するフィードフォワード制御が行われ、低周波リップル成分Vorを低減することができる。このフィードフォワード制御の技術は、特許文献2に開示されている。 Another possible method for reducing the low frequency ripple component Vor is to modify the switching power supply 10 like a switching power supply 10x shown in FIG. 12. A feature of the switching power supply device 10x is that the triangular wave generator 24 is changed to a unique triangular wave generator 24x, and the slope of the reference triangular wave Vosc is changed approximately in proportion to the intermediate voltage Vc. With this modification, feedforward control is performed to stabilize the output voltage Vo by changing the on-time ratio of the main switching element 14a according to changes in the intermediate voltage Vc, and it is possible to reduce the low frequency ripple component Vor. . This feedforward control technique is disclosed in Patent Document 2.

特開2014-128110号公報JP2014-128110A 特開2010-124524号公報Japanese Patent Application Publication No. 2010-124524

上記のように、従来のスイッチング電源装置10は、出力電圧Voの低周波リップル成分Vorを低減することが難しい。 As described above, in the conventional switching power supply device 10, it is difficult to reduce the low frequency ripple component Vor of the output voltage Vo.

従来のスイッチング電源装置10xは、基準三角波Voscの傾きを利用したフィードフォワード制御を行うので、原理的には出力電圧Voの低周波リップル成分Vorを低減することができる。しかし、基準三角波Voscの傾きは、フィードバック制御系のゲイン特性にも大きく影響するものなので、中間電圧Vcの脈流成分Vripの影響でフィードバック制御系のゲイン特性が周期的に変動して不安定になってしまうという問題がある。また、特許文献2の中で説明されているように、基準三角波Voscの傾きを利用したフィードフォワード制御は、低入力電圧時にトランスが飽和するのを回避する特別な対策が必要であり、その対策の内容によっては電源効率が低下してしまう等の課題があるため、シンプルで安価な構成にすることが求められる汎用の電源装置や、入力電圧Viの範囲が広い電源装置に使用するのは避けたいという事情がある。 Since the conventional switching power supply device 10x performs feedforward control using the slope of the reference triangular wave Vosc, it is possible in principle to reduce the low frequency ripple component Vor of the output voltage Vo. However, since the slope of the reference triangular wave Vosc greatly affects the gain characteristics of the feedback control system, the gain characteristics of the feedback control system will periodically fluctuate and become unstable due to the influence of the ripple component Vrip of the intermediate voltage Vc. The problem is that it becomes. Furthermore, as explained in Patent Document 2, feedforward control using the slope of the reference triangular wave Vosc requires special measures to avoid saturation of the transformer at low input voltages. Because there are issues such as a decrease in power supply efficiency depending on the content of There are circumstances that make me want to.

本発明は、上記背景技術に鑑みて成されたものであり、出力電圧の低周波リップル成分を容易に低減できるシンプルな構成のスイッチング電源装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned background art, and an object of the present invention is to provide a switching power supply device with a simple configuration that can easily reduce the low frequency ripple component of the output voltage.

本発明は、商用交流電圧を整流平滑して中間電圧を出力する整流平滑回路と、前記中間電圧を所定の出力電圧に変換するDC-DCコンバータと、前記出力電圧を検出した電圧信号である出力電圧信号が基準電圧に近づくように、前記DC-DCコンバータのスイッチング素子のオンオフを制御するスイッチング制御回路とを備え、
前記スイッチング制御回路は、前記出力電圧信号から前記基準電圧を差し引いた電圧を反転増幅した電圧信号である第一の制御信号を生成する誤差増幅回路と、前記中間電圧に含まれる商用周波数に対応した周波数の脈流成分を検出し、前記第一の制御信号又は前記第一の制御信号を非反転増幅した電圧信号に、前記脈流成分を反転増幅した電圧信号が加算された第二の制御信号を生成する脈流成分信号注入回路と、前記第二の制御信号をパルス幅変調して前記スイッチング素子の駆動パルスを生成する駆動パルス生成回路とを備え、
駆動パルス生成回路は、前記第二の制御信号が低下した時に、前記駆動パルスのハイレベルとローレベルの時比率を、前記スイッチング素子のオンの時比率を小さくする方向に変化させ、前記第二の制御信号が上昇した時に、前記駆動パルスのハイレベルとローレベルの時比率を、前記スイッチング素子のオンの時比率を大きくする方向に変化させるスイッチング電源装置である。
The present invention provides a rectifying and smoothing circuit that rectifies and smoothes a commercial AC voltage to output an intermediate voltage, a DC-DC converter that converts the intermediate voltage into a predetermined output voltage, and an output that is a voltage signal obtained by detecting the output voltage. and a switching control circuit that controls on/off of a switching element of the DC-DC converter so that the voltage signal approaches a reference voltage,
The switching control circuit includes an error amplifier circuit that generates a first control signal that is a voltage signal obtained by inverting and amplifying a voltage obtained by subtracting the reference voltage from the output voltage signal, and an error amplifier circuit that generates a first control signal that is a voltage signal obtained by subtracting the reference voltage from the output voltage signal; A second control signal in which a frequency pulsating component is detected and a voltage signal obtained by inverting and amplifying the pulsating component is added to the first control signal or a voltage signal obtained by non-inverting amplification of the first control signal. a pulsating flow component signal injection circuit that generates a pulsating flow component signal injection circuit, and a drive pulse generation circuit that pulse width modulates the second control signal to generate a drive pulse for the switching element,
The drive pulse generation circuit changes the duty ratio between the high level and the low level of the drive pulse in a direction that reduces the duty ratio of the switching element to be turned on when the second control signal decreases, and The switching power supply device changes the duty ratio between the high level and the low level of the drive pulse in the direction of increasing the duty ratio when the switching element is on, when the control signal increases.

前記脈流成分信号注入回路は、非反転入力端子に前記第一の制御信号が入力され、出力端子から前記第二の制御信号を出力するオペアンプと、前記オペアンプの反転入力端子と前記整流平滑回路の出力端との間に接続された、コンデンサ及び抵抗の直列回路で成る入力回路と、前記オペアンプの出力端子と反転入力端子との間に接続された、コンデンサ及び抵抗の並列回路で成る帰還回路とで構成することができる。 The pulsating current component signal injection circuit includes an operational amplifier into which the first control signal is input to a non-inverting input terminal and outputs the second control signal from an output terminal, an inverting input terminal of the operational amplifier, and the rectifying and smoothing circuit. an input circuit consisting of a series circuit of a capacitor and a resistor connected between the output terminal of the operational amplifier, and a feedback circuit consisting of a parallel circuit of a capacitor and a resistor connected between the output terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier. It can be composed of

前記脈流成分信号注入回路は、前記中間電圧を抵抗分圧して降圧電圧を生成する分圧回路と、前記降圧電圧に基づいてデューティが設定された矩形波電圧を生成するパルス幅変調部と、前記矩形波電圧を平滑して前記降圧電圧に比例した平滑電圧を生成する平滑回路と、非反転入力端子に前記第一の制御信号が入力され、出力端子から前記第二の制御信号を出力するオペアンプと、前記オペアンプの反転入力端子と前記平滑回路の出力端との間に接続された、コンデンサ及び抵抗の直列回路で成る入力回路と、前記オペアンプの出力端子と反転入力端子との間に接続された、コンデンサ及び抵抗の並列回路で成る帰還回路とで構成することができる。 The pulsating current component signal injection circuit includes a voltage divider circuit that divides the intermediate voltage with resistance to generate a step-down voltage, and a pulse width modulation section that generates a rectangular wave voltage with a duty set based on the step-down voltage. a smoothing circuit that smooths the rectangular wave voltage to generate a smoothed voltage proportional to the step-down voltage; the first control signal is input to a non-inverting input terminal; and the second control signal is output from an output terminal. an operational amplifier, an input circuit consisting of a series circuit of a capacitor and a resistor connected between the inverting input terminal of the operational amplifier and the output end of the smoothing circuit, and a connection between the output terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier. It can be configured with a feedback circuit consisting of a parallel circuit of a capacitor and a resistor.

前記脈流成分信号注入回路は、前記中間電圧を抵抗分圧して降圧電圧を生成する分圧回路と、前記降圧電圧をデジタル信号である降圧電圧信号に変換するADコンバータと、前記降圧電圧信号に基づいて、前記降圧電圧に対応したデジタル信号である比例電圧信号を生成するデジタル信号処理部と、前記比例電圧信号をアナログ電圧である比例電圧に変換するDAコンバータと、非反転入力端子に前記第一の制御信号が入力され、出力端子から前記第二の制御信号を出力するオペアンプと、前記オペアンプの反転入力端子と前記DAコンバータの出力端子との間に接続された、コンデンサ及び抵抗の直列回路で成る入力回路と、前記オペアンプの出力端子と反転入力端子との間に接続された、コンデンサ及び抵抗の並列回路で成る帰還回路とで構成することができる。 The pulsating current component signal injection circuit includes a voltage dividing circuit that divides the intermediate voltage with resistance to generate a step-down voltage, an AD converter that converts the step-down voltage into a step-down voltage signal that is a digital signal, and a step-down voltage signal that converts the step-down voltage into a step-down voltage signal. a digital signal processing section that generates a proportional voltage signal that is a digital signal corresponding to the step-down voltage; a DA converter that converts the proportional voltage signal into a proportional voltage that is an analog voltage; an operational amplifier that receives one control signal and outputs the second control signal from its output terminal; and a series circuit of a capacitor and a resistor connected between the inverting input terminal of the operational amplifier and the output terminal of the DA converter. and a feedback circuit consisting of a parallel circuit of a capacitor and a resistor connected between the output terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier.

また、本発明は、商用交流電圧を整流平滑して中間電圧を出力する整流平滑回路と、前記中間電圧を所定の出力電圧に変換するDC-DCコンバータと、前記出力電圧の電圧信号である出力電圧信号が基準電圧に近づくように、前記DC-DCコンバータのスイッチング素子のオンオフを制御するスイッチング制御回路とを備え、
前記スイッチング制御回路は、前記出力電圧信号から前記基準電圧を差し引いた電圧を非反転増幅した電圧信号である第一の制御信号を生成する誤差増幅回路と、前記中間電圧に含まれる商用周波数に対応した周波数の脈流成分を検出し、前記第一の制御信号又は前記第一の制御信号を非反転増幅した電圧信号に、前記脈流成分を非反転増幅した電圧信号が加算された第二の制御信号を生成する脈流成分信号注入回路と、前記第二の制御信号をパルス幅変調して前記スイッチング素子の駆動パルスを生成する駆動パルス生成回路とを備え、
駆動パルス生成回路は、前記第二の制御信号が上昇した時に、前記駆動パルスのハイレベルとローレベルの時比率を、前記スイッチング素子のオンの時比率を小さくする方向に変化させ、前記第二の制御信号が低下した時に、前記駆動パルスのハイレベルとローレベルの時比率を、前記スイッチング素子のオンの時比率を大きくする方向に変化させるスイッチング電源装置である。
The present invention also provides a rectifying and smoothing circuit that rectifies and smoothes a commercial AC voltage and outputs an intermediate voltage, a DC-DC converter that converts the intermediate voltage into a predetermined output voltage, and an output that is a voltage signal of the output voltage. and a switching control circuit that controls on/off of a switching element of the DC-DC converter so that the voltage signal approaches a reference voltage,
The switching control circuit includes an error amplifier circuit that generates a first control signal that is a voltage signal obtained by non-inverting amplification of a voltage obtained by subtracting the reference voltage from the output voltage signal, and a commercial frequency included in the intermediate voltage. a second control signal in which a voltage signal obtained by non-inverting amplification of the pulsating flow component is added to the first control signal or a voltage signal obtained by non-inverting amplification of the first control signal; comprising a pulsating flow component signal injection circuit that generates a control signal, and a drive pulse generation circuit that pulse width modulates the second control signal to generate a drive pulse for the switching element,
The drive pulse generation circuit changes the time ratio between the high level and the low level of the drive pulse in a direction that reduces the time ratio when the switching element is on, when the second control signal rises, and The switching power supply device changes the duty ratio between the high level and the low level of the drive pulse in the direction of increasing the duty ratio of the switching element on when the control signal of the switching element decreases.

本発明のスイッチング電源装置は、独特な構成の脈流成分信号注入回路を設けることによって、中間電圧の脈流成分が上昇方向に振幅した時に主スイッチング素子のオンの時比率を低下させ、脈流成分が低下方向に振幅した時に主スイッチング素子のオンの時比率を低下させるフィードフォワード制御を行うので、中間電圧の脈流成分が原因で出力電圧に低周波リップル成分が発生する問題を、フィードバック制御系に大きな影響を与えることなく、容易に解決することができる。 By providing a pulsating current component signal injection circuit with a unique configuration, the switching power supply device of the present invention reduces the on-time ratio of the main switching element when the pulsating current component of the intermediate voltage oscillates in the upward direction. Feedforward control is performed to reduce the on-time ratio of the main switching element when the component oscillates in the decreasing direction, so feedback control can solve the problem of low-frequency ripple components occurring in the output voltage due to pulsating components of the intermediate voltage. This can be easily resolved without significantly affecting the system.

また、脈流成分信号注入回路は、脈流成分の信号を、フィードバック制御系の中の、パルス幅制御を行って駆動パルスを生成する直前の位置(駆動パルス生成回路の入力端)に注入するので、脈流成分の変化に対し、主スイッチング素子の動作を極めて高速に変化させることができ、非常に効果的である。 Furthermore, the pulsating flow component signal injection circuit injects the pulsating flow component signal into the feedback control system at a position immediately before performing pulse width control to generate the drive pulse (input end of the drive pulse generation circuit). Therefore, the operation of the main switching element can be changed extremely quickly in response to changes in the pulsating flow component, which is very effective.

本発明のスイッチング電源装置の第一の実施形態を示す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of a switching power supply device of the present invention. 図1の脈流成分信号注入回路の動作及び定数の設定方法の例を示す図である。2 is a diagram illustrating an example of the operation of the pulsating flow component signal injection circuit of FIG. 1 and a method of setting constants. FIG. 第一の実施形態のスイッチング電源装置の各部の動作波形を示すタイムチャートである。5 is a time chart showing operating waveforms of each part of the switching power supply device of the first embodiment. 本発明のスイッチング電源装置の第二の実施形態を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing a second embodiment of the switching power supply device of the present invention. 第二の実施形態のスイッチング電源装置の各部の動作波形を示すタイムチャートである。7 is a time chart showing operating waveforms of each part of the switching power supply device according to the second embodiment. 本発明のスイッチング電源装置の第三の実施形態を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing a third embodiment of the switching power supply device of the present invention. 第三の実施形態のスイッチング電源装置の各部の動作波形を示すタイムチャートである。7 is a time chart showing operating waveforms of each part of the switching power supply device according to the third embodiment. 従来のスイッチング電源装置の一例を示す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of a conventional switching power supply device. 一般的な整流平滑回路の例を示す回路図(a)、(b)と、中間電圧の波形を示すタイムチャート(c)である。They are circuit diagrams (a) and (b) showing an example of a general rectifying and smoothing circuit, and a time chart (c) showing a waveform of an intermediate voltage. 一般的な整流平滑回路の例を示す回路図(a)と、中間電圧の波形を示すタイムチャート(b)である。They are a circuit diagram (a) showing an example of a general rectifying and smoothing circuit, and a time chart (b) showing a waveform of an intermediate voltage. 図8のスイッチング電源装置の各部の動作波形を示すタイムチャートである。9 is a time chart showing operating waveforms of each part of the switching power supply device of FIG. 8; 従来のスイッチング電源装置の他の例を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing another example of a conventional switching power supply device.

<第一の実施形態>
以下、本発明のスイッチング電源装置の第一の実施形態について、図1~図3に基づいて説明する。ここで、従来のスイッチング電源装置10と同様の構成は、同一の符号を付して説明を省略する。
<First embodiment>
Hereinafter, a first embodiment of a switching power supply device of the present invention will be described based on FIGS. 1 to 3. Here, the same configuration as the conventional switching power supply device 10 is given the same reference numeral, and the description thereof will be omitted.

この実施形態のスイッチング電源装置34は、図1の回路図に示すように、全体としてスイッチング電源装置10と共通する点が多いが、大きく異なるのは、スイッチング制御回路16の中に、脈流成分信号注入回路36が追加されている点である。 As shown in the circuit diagram of FIG. 1, the switching power supply device 34 of this embodiment has many points in common with the switching power supply device 10 as a whole, but the major difference is that the switching control circuit 16 includes a pulsating current component. The difference is that a signal injection circuit 36 is added.

脈流信号注入回路36は、オペアンプ38を有し、オペアンプ38の反転入力端子と整流平滑回路12の出力端との間に、コンデンサC1及び抵抗R1の直列回路で成る入力回路40が接続され、オペアンプ38の反転入力端子と出力端子との間に、コンデンサC2及び抵抗R2の並列回路で成る帰還回路42が接続されている。そして、オペアンプ38の非反転入力端子が誤差増幅回路18の出力端に接続され、オペアンプ38の出力端子が駆動パルス生成回路20の比較器22の非反転入力端子に接続されている。 The pulsating current signal injection circuit 36 has an operational amplifier 38, and an input circuit 40 consisting of a series circuit of a capacitor C1 and a resistor R1 is connected between the inverting input terminal of the operational amplifier 38 and the output terminal of the rectifying and smoothing circuit 12. A feedback circuit 42 consisting of a parallel circuit of a capacitor C2 and a resistor R2 is connected between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier 38. The non-inverting input terminal of the operational amplifier 38 is connected to the output terminal of the error amplifier circuit 18, and the output terminal of the operational amplifier 38 is connected to the non-inverting input terminal of the comparator 22 of the drive pulse generating circuit 20.

図2に示すように、脈流信号注入回路36は、一方の入力端であるオペアンプ38の非反転入力端子に、誤差増幅回路18が出力した第一の制御信号Ver1が入力され、反対側の入力端である入力回路40側の一端に、中間電圧Vc(=直流成分Vdc+脈流成分Vrip)が入力され、出力端であるオペアンプ38の出力端子から第二の制御信号Ver2を出力する。第二の制御信号Ver2は、次の式[1]、[2]のように表ことができる。
Ver2=(1+Z2/Z1)・Ver1-(Z2/Z1)・Vc ・・・[1]
Ver2≒(1+Z2/Z1)・Ver1-(Z2/Z1)・Vrip ・・・[2]
ここで、Z1は、入力回路40のコンデンサC1及び抵抗R1の合成インピーダンス、Z2は、帰還回路42のコンデンサC2及び抵抗R2の合成インピーダンスである。式[2]は、式[1]にVc=Vdc+Vripを代入した後、コンデンサC1によってカップリングされるVdcを式から消去したものである。
As shown in FIG. 2, in the pulsating current signal injection circuit 36, the first control signal Ver1 output from the error amplification circuit 18 is input to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 38, which is one input terminal, and An intermediate voltage Vc (=DC component Vdc+pulsating current component Vrip) is input to one end on the input circuit 40 side, which is an input end, and a second control signal Ver2 is output from an output terminal of the operational amplifier 38, which is an output end. The second control signal Ver2 can be expressed as in the following equations [1] and [2].
Ver2=(1+Z2/Z1)・Ver1−(Z2/Z1)・Vc...[1]
Ver2≒(1+Z2/Z1)・Ver1−(Z2/Z1)・Vrip...[2]
Here, Z1 is a composite impedance of the capacitor C1 and resistor R1 of the input circuit 40, and Z2 is a composite impedance of the capacitor C2 and resistor R2 of the feedback circuit 42. Equation [2] is obtained by substituting Vc=Vdc+Vrip into Equation [1] and then eliminating Vdc coupled by capacitor C1 from the equation.

インピーダンスZ1,Z2を決めるR1,C1,R2,C2の値は、電源装置の事情に合わせて個別に調整されるが、脈流成分Vripの周波数Fr[商用周波数に対応した周波数]において、R1>>(ωC1)-1、R2<<(ωC2)-1を満たすように調整し、式[3]のように、位相遅れがほとんど発生しない設定にすることが好ましい。さらに、R1>>R2を満たすように調整すると、次の式[4]に示す設定となる。
Ver2≒(1+R2/R1)・Ver1-(R2/R1)・Vrip ・・・[3]
Ver2≒ Ver1-(R2/R1)・Vrip ・・・[4]
スイッチング電源装置34の場合、中間電圧Vcの脈流成分Vripが数十ボルト、第一の制御信号Ver1が数ボルトになるので、脈流成分Vripを第一の制御信号Ver1に注入できる大きさに降圧する必要がある。したがって、脈流信号注入回路36は、R1>>R2の条件を満たすように調整し、式[4]の設定にすることが好ましい。
The values of R1, C1, R2, and C2 that determine the impedances Z1 and Z2 are adjusted individually according to the circumstances of the power supply device, but at the frequency Fr of the pulsating flow component Vrip [frequency corresponding to the commercial frequency], R1>>(ωC1) -1 and R2<<(ωC2) -1 , and it is preferable to set the setting so that almost no phase delay occurs, as shown in equation [3]. Furthermore, when adjusting so that R1>>R2 is satisfied, the setting shown in the following equation [4] is obtained.
Ver2≒(1+R2/R1)/Ver1-(R2/R1)/Vrip...[3]
Ver2≒ Ver1-(R2/R1)・Vrip...[4]
In the case of the switching power supply device 34, the pulsating current component Vrip of the intermediate voltage Vc is several tens of volts, and the first control signal Ver1 is several volts, so the size is set so that the pulsating current component Vrip can be injected into the first control signal Ver1. It is necessary to lower the blood pressure. Therefore, it is preferable that the pulsating flow signal injection circuit 36 be adjusted so as to satisfy the condition R1>>R2, and set as shown in equation [4].

このように、脈流信号注入回路36は、中間電圧Vcに含まれる周波数Frの脈流成分Vripを検出し、第一の制御信号Ver1を増幅率1で非反転増幅した電圧信号に、脈流成分Vripを反転増幅した電圧信号-(R2/R1)・Vripが加算された第二の制御信号Ver2を生成し、後段の駆動パルス生成回路20に向けて出力する。 In this way, the pulsating current signal injection circuit 36 detects the pulsating current component Vrip of the frequency Fr included in the intermediate voltage Vc, and converts the pulsating current into a voltage signal obtained by non-inverting amplification of the first control signal Ver1 with an amplification factor of 1. A second control signal Ver2 is generated by adding the voltage signal −(R2/R1)·Vrip obtained by inverting and amplifying the component Vrip, and outputs it to the subsequent drive pulse generation circuit 20.

次に、スイッチング電源装置34の動作を説明する。まず、中間電圧Vcに脈流電圧Vripが発生していないと仮定して、スイッチング電源装置34のフィードバック制御の動作を簡単に説明する。例えば、目標値に保持されていた出力電圧Voが何らかの原因で少し上昇したとすると、誤差増幅回路18が、出力電圧信号Vo1が基準電圧Vrefより高くなったことを検出して第一の制御信号Ver1が低下させ、第一の制御信号Ver1が脈流成分注入回路36を通過して駆動パルス生成回路20に入力され、駆動パルス生成回路20が、駆動パルスVgのハイレベルとローレベルの時比率を、スイッチング素子14aのオンの時比率を小さくする方向に変化させるので、出力電圧Voが低下して目標値に戻る。反対に、目標値に保持されていた出力電圧Voが何らかの原因で少し低下したとすると、誤差増幅回路18が、出力電圧信号Vo1が基準電圧Vrefより低くなったことを検出して第一の制御信号Ver1を上昇させ、第一の制御信号Ver1が脈流成分注入回路38を通過して駆動パルス生成回路20に入力され、駆動パルス生成回路20が、駆動パルスVgのハイレベルとローレベルの時比率を、スイッチング素子14aのオンの時比率を大きくする方向に変化させるので、出力電圧Voが上昇して目標値に戻る。以上の動作は、従来のスイッチング電源装置10の場合と基本的に同じである。 Next, the operation of the switching power supply device 34 will be explained. First, the feedback control operation of the switching power supply device 34 will be briefly described assuming that the pulsating voltage Vrip is not generated at the intermediate voltage Vc. For example, if the output voltage Vo, which has been maintained at the target value, increases slightly for some reason, the error amplifier circuit 18 detects that the output voltage signal Vo1 has become higher than the reference voltage Vref, and outputs the first control signal. Ver1 is lowered, the first control signal Ver1 passes through the pulsating flow component injection circuit 36 and is input to the drive pulse generation circuit 20, and the drive pulse generation circuit 20 determines the time ratio between the high level and low level of the drive pulse Vg. is changed in the direction of decreasing the on-time ratio of the switching element 14a, so the output voltage Vo decreases and returns to the target value. On the other hand, if the output voltage Vo, which has been maintained at the target value, drops slightly for some reason, the error amplifier circuit 18 detects that the output voltage signal Vo1 has become lower than the reference voltage Vref, and performs the first control. The signal Ver1 is increased, and the first control signal Ver1 passes through the pulsating flow component injection circuit 38 and is input to the drive pulse generation circuit 20, and the drive pulse generation circuit 20 detects the high level and low level of the drive pulse Vg. Since the ratio is changed in the direction of increasing the on-time ratio of the switching element 14a, the output voltage Vo increases and returns to the target value. The above operation is basically the same as that of the conventional switching power supply device 10.

スイッチング電源装置34の実際の動作、すなわち中間電圧Vcに大きい脈流成分Vrip(周波数Fr)が発生している時の動作は、図3のように表される。誤差増幅回路18は、周波数Frを含む低周波帯域のゲインが低く抑えられているので、第一の制御信号Ver1の波形に、脈流成分Vripに対応した周波数Frの振動成分(低周波リップル成分Vorを抑えようとする成分)はほとんど発生しない。 The actual operation of the switching power supply device 34, that is, the operation when a large pulsating current component Vrip (frequency Fr) is generated in the intermediate voltage Vc is expressed as shown in FIG. Since the error amplification circuit 18 has a low gain in the low frequency band including the frequency Fr, the vibration component (low frequency ripple component) of the frequency Fr corresponding to the pulsating flow component Vrip is added to the waveform of the first control signal Ver1. components that try to suppress Vor) are hardly generated.

脈流成分信号注入回路36は、中間電圧Vc及び第一の制御信号Ver1を受けて、脈流成分Vripを反転増幅した電圧信号-(R2/R1)・Vripと第一の制御信号Ver1とが加算された第二の制御信号Ver2を生成する。したがって、第二の制御信号Ver2の波形は、脈流成分Vripが上昇方向に振幅している時に時に低下方向に振幅し、脈流成分Vripが上昇方向に振幅している時に低下方向に振幅する波形となる。 The pulsating flow component signal injection circuit 36 receives the intermediate voltage Vc and the first control signal Ver1, and inverts and amplifies the pulsating flow component Vrip into a voltage signal -(R2/R1)·Vrip and the first control signal Ver1. The added second control signal Ver2 is generated. Therefore, the waveform of the second control signal Ver2 sometimes amplitudes in the downward direction when the pulsating flow component Vrip amplitudes in the upward direction, and it amplitudes in the downward direction when the pulsating flow component Vrip amplitudes in the upward direction. It becomes a waveform.

駆動パルス生成回路20は、第二の制御信号Ver2が低下方向に振幅している時(脈流成分Vripが上昇方向に振幅している時)は、駆動パルスVgのハイレベルとローレベルの時比率を、スイッチング素子14aのオンの時比率を小さくする方向に変化させる。したがって、出力電圧Voは、脈流成分Vripと同位相で上昇することができなくなり、ほぼ一定の値に保持される。反対に、第二の制御信号Ver2が上昇方向に振幅している時(脈流成分Vripが低下方向に振幅している時)は、駆動パルスVgのハイレベルとローレベルの時比率を、スイッチング素子14aのオンの時比率を大きくする方向に変化させる。したがって、出力電圧Voは、脈流成分Vripと同位相で低下することができなくなり、ほぼ一定の値に保持される。したがって、低周波リップル成分Vorはほとんど発生しない。 The drive pulse generation circuit 20 generates a signal when the second control signal Ver2 is amplitude in the downward direction (when the pulsating flow component Vrip is amplitude in the upward direction), and when the drive pulse Vg is at high level and low level. The ratio is changed in a direction that reduces the on-time ratio of the switching element 14a. Therefore, the output voltage Vo is no longer able to rise in the same phase as the pulsating flow component Vrip, and is maintained at a substantially constant value. On the other hand, when the second control signal Ver2 is amplitude in the upward direction (when the pulsating flow component Vrip is amplitude in the downward direction), the time ratio of the high level and low level of the drive pulse Vg is switched. The on-time ratio of the element 14a is changed in the direction of increasing it. Therefore, the output voltage Vo is no longer able to decrease in the same phase as the pulsating flow component Vrip, and is maintained at a substantially constant value. Therefore, low frequency ripple component Vor hardly occurs.

なお、Vor≒0を実現するためには、脈流成分Vripに対応した電圧信号-(R2/R1)・Vripの大きさを適切な値に設定することが条件になるが、抵抗R1,R2の値を調節することによって容易に最適化することができる。 Note that in order to achieve Vor≒0, it is necessary to set the voltage signal corresponding to the pulsating flow component Vrip to an appropriate value - (R2/R1) and the magnitude of Vrip, but the resistors R1 and R2 can be easily optimized by adjusting the value of .

以上説明したようにスイッチング電源装置34は、独特な構成の脈流成分信号注入回路36を設けることによって、中間電圧Vcの脈流成分Vripが上昇方向に振幅した時に主スイッチング素子14aのオンの時比率を低下させ、脈流成分Vripが低下方向に振幅した時に主スイッチング素子14aのオンの時比率を低下させるフィードフォワード制御を行うので、中間電圧Vcの脈流成分Vripの影響で出力電圧Voに低周波リップル成分Vorが発生する問題を、フィードバック制御系に大きな影響を与えることなく、容易に解決することができる。 As described above, by providing the pulsating current component signal injection circuit 36 with a unique configuration, the switching power supply device 34 can detect when the main switching element 14a is turned on when the pulsating current component Vrip of the intermediate voltage Vc oscillates in the upward direction. Feedforward control is performed to lower the on-time ratio of the main switching element 14a when the pulsating current component Vrip oscillates in the decreasing direction, so the output voltage Vo is lowered by the influence of the pulsating current component Vrip of the intermediate voltage Vc. The problem of the low frequency ripple component Vor can be easily solved without significantly affecting the feedback control system.

また、脈流成分信号注入回路36は、脈流成分の信号-(R2/R1)・Vripを、フィードバック制御系の中の、パルス幅制御を行って駆動パルスVgを生成する直前の位置(駆動パルス生成回路20の入力端)で注入するので、脈流電圧Vripの変化に対し、主スイッチング素子の動作を極めて高速に変化させることができ、非常に効果的である The pulsating flow component signal injection circuit 36 also injects the pulsating flow component signal -(R2/R1)·Vrip into a position (driving Since it is injected at the input terminal of the pulse generation circuit 20), the operation of the main switching element can be changed extremely quickly in response to changes in the pulsating voltage Vrip, which is very effective.

<第二の実施形態>
次に、本発明のスイッチング電源装置の第二の実施形態について、図4、図5に基づいて説明する。ここで、上記のスイッチング電源装置34と同様の構成は、同一の符号を付して説明を省略する。
<Second embodiment>
Next, a second embodiment of the switching power supply device of the present invention will be described based on FIGS. 4 and 5. Here, the same configuration as the switching power supply device 34 described above is given the same reference numeral and the explanation thereof will be omitted.

この実施形態のスイッチング電源装置44は、図4の回路図に示すように、全体としてスイッチング電源装置34と共通する点が多いが、異なるのは、スイッチング制御回路16の中に、上記の脈流成分信号注入回路36に代えて新規な脈流電圧注入回路46が設けられている点である。 As shown in the circuit diagram of FIG. 4, the switching power supply device 44 of this embodiment has many points in common with the switching power supply device 34 as a whole, but the difference is that the switching control circuit 16 includes the above-mentioned pulsating current. The difference is that a new pulsating current voltage injection circuit 46 is provided in place of the component signal injection circuit 36.

脈流電圧注入回路46は、分圧回路48、パルス幅変調部50及び平滑回路52を備えている。パルス幅変調部50は、デジタル信号処理を行うブロックであり、低電圧で動作するデジタルプロセッサ内に設けられる。 The pulsating voltage injection circuit 46 includes a voltage dividing circuit 48, a pulse width modulation section 50, and a smoothing circuit 52. The pulse width modulation section 50 is a block that performs digital signal processing, and is provided in a digital processor that operates at low voltage.

分圧回路48は、数百ボルトの高電圧である中間電圧Vcを抵抗分圧し、デジタルプロセッサ内のパルス幅変調部50が取り扱うことができる低い電圧(降圧電圧Vc1)を生成する。パルス変調部50は、降圧電圧Vc1に基づいてデューティDが設定された矩形波電圧Vp(波高値V1)を生成する。そして、平滑回路52は、矩形波電圧Vpを平滑し、降圧電圧Vc1に比例した平滑電圧Vc2を生成する。したがって、平滑電圧Vc2は式[5]のように表すことができる。
Vc2=D・V1=k2・Vc1=k2・(k1・Vc)=k1・k2(Vdc+Vrip) ・・・・[5]
ここで、k2は、D・V1のVc1に対する比例係数、k1は、分圧回路40の分圧比である。
The voltage dividing circuit 48 resistively divides the intermediate voltage Vc, which is a high voltage of several hundred volts, to generate a low voltage (stepped down voltage Vc1) that can be handled by the pulse width modulation section 50 in the digital processor. The pulse modulator 50 generates a rectangular wave voltage Vp (peak value V1) with a duty D set based on the step-down voltage Vc1. Then, the smoothing circuit 52 smoothes the rectangular wave voltage Vp to generate a smoothed voltage Vc2 proportional to the step-down voltage Vc1. Therefore, the smoothed voltage Vc2 can be expressed as in equation [5].
Vc2=D・V1=k2・Vc1=k2・(k1・Vc)=k1・k2(Vdc+Vrip) ・・・・・・[5]
Here, k2 is a proportional coefficient of D·V1 to Vc1, and k1 is a voltage dividing ratio of the voltage dividing circuit 40.

その他、脈流電圧注入回路46は、上記と同様のオペアンプ38、入力回路40及び帰還回路42で構成された増幅回路を備えている。ただし、入力回路40の一端は、整流平滑回路12の出力端ではなく、平滑回路52の出力端に接続される。 In addition, the pulsating current voltage injection circuit 46 includes an amplifier circuit composed of an operational amplifier 38, an input circuit 40, and a feedback circuit 42 similar to those described above. However, one end of the input circuit 40 is connected to the output end of the smoothing circuit 52 instead of the output end of the rectifying and smoothing circuit 12.

脈流電圧注入回路46の場合、入力回路40の一端に平滑電圧Vc2(=k1・k2・Vc)が入力されるので、式[1]のVcがk1・k2・Vcに置き換えられ、式[2]~[4]のVripがk1・k2・Vripに置き換えられることになる。だだし、ここではk1・k2・Vripが十分な低電圧なので、R1,R2の値は、R1>>R2にならないように調整し、式[3]の設定にすることが好ましい。 In the case of the pulsating voltage injection circuit 46, the smoothed voltage Vc2 (=k1・k2・Vc) is input to one end of the input circuit 40, so Vc in equation [1] is replaced with k1・k2・Vc, and the equation [ 2] to [4] Vrip will be replaced with k1, k2, and Vrip. However, since k1, k2, and Vrip are sufficiently low voltages here, it is preferable to adjust the values of R1 and R2 so that R1>>R2 is not satisfied, and set them according to formula [3].

このように、脈流信号注入回路46は、中間電圧Vcに含まれる周波数Frの脈流成分Vripを検出し、第一の制御信号Ver1を非反転増幅した電圧信号(1+R2/R1)・Ver1に、脈流成分Vripを反転増幅した電圧信号-(R2/R1)・k1・k2・Vripが加算された第二の制御信号Ver2を生成し、後段の駆動パルス生成回路20に向けて出力する。 In this way, the pulsating current signal injection circuit 46 detects the pulsating current component Vrip of frequency Fr included in the intermediate voltage Vc, and converts the first control signal Ver1 into a voltage signal (1+R2/R1)/Ver1 that is non-inverting amplified. A second control signal Ver2 is generated by adding the voltage signal −(R2/R1)·k1·k2·Vrip obtained by inverting and amplifying the pulsating flow component Vrip, and outputs it to the subsequent drive pulse generation circuit 20.

次に、スイッチング電源装置44の動作を説明する。スイッチング電源装置44のフィードバック制御の動作(中間電圧Vcに脈流電圧Vripが発生していないと仮定した時の動作)は、スイッチング電源装置34と同様なので、説明を省略する。 Next, the operation of the switching power supply device 44 will be explained. The feedback control operation of the switching power supply device 44 (operation when it is assumed that the pulsating current voltage Vrip is not generated in the intermediate voltage Vc) is the same as that of the switching power supply device 34, so a description thereof will be omitted.

スイッチング電源装置34の実際の動作、すなわち中間電圧Vcに大きい脈流成分Vrip(周波数Fr)が発生している時の動作は、図5のように表される。誤差増幅回路18は、周波数Frを含む低周波帯域のゲインが低く抑えられているので、第一の制御信号Ver1の波形に、脈流成分Vripに対応した周波数Frの振動成分(低周波リップル成分Vorを抑えようとする成分)はほとんど発生しない。 The actual operation of the switching power supply device 34, that is, the operation when a large pulsating current component Vrip (frequency Fr) is generated in the intermediate voltage Vc is expressed as shown in FIG. Since the error amplification circuit 18 has a low gain in the low frequency band including the frequency Fr, the vibration component (low frequency ripple component) of the frequency Fr corresponding to the pulsating flow component Vrip is added to the waveform of the first control signal Ver1. components that try to suppress Vor) are hardly generated.

脈流成分信号注入回路46は、中間電圧Vc及び第一の制御信号Ver1を受けて、脈流成分Vripを反転増幅した脈流電圧信号-(R2/R1)・k・Vripと第一の制御信号Ver1を非反転増幅した電圧信号(1+R2/R1)・Ver1とが加算された第二の制御信号Ver2を生成する。したがって、第二の制御信号Ver2の波形は、脈流成分Vripが上昇方向に振幅している時に時に低下方向に振幅し、脈流成分Vripが上昇方向に振幅している時に低下方向に振幅する波形となる。 The pulsating current component signal injection circuit 46 receives the intermediate voltage Vc and the first control signal Ver1, and outputs a pulsating current voltage signal −(R2/R1)·k·Vrip obtained by inverting and amplifying the pulsating current component Vrip and the first control signal. A second control signal Ver2 is generated by adding the voltage signal (1+R2/R1) Ver1 obtained by non-inverting amplification of the signal Ver1. Therefore, the waveform of the second control signal Ver2 sometimes amplitudes in the downward direction when the pulsating flow component Vrip amplitudes in the upward direction, and it amplitudes in the downward direction when the pulsating flow component Vrip amplitudes in the upward direction. It becomes a waveform.

駆動パルス生成回路20は、第二の制御信号Ver2が低下方向に振幅している時(脈流成分Vripが上昇方向に振幅している時)は、駆動パルスVgのハイレベルとローレベルの時比率を、スイッチング素子14aのオンの時比率を小さくする方向に変化させる。したがって、出力電圧Voは、脈流成分Vripと同位相で上昇することができなくなり、ほぼ一定の値に保持される。反対に、第二の制御信号Ver2が上昇方向に振幅している時(脈流成分Vripが低下方向に振幅している時)は、駆動パルスVgのハイレベルとローレベルの時比率を、スイッチング素子14aのオンの時比率を大きくする方向に変化させる。したがって、出力電圧Voは、脈流成分Vripと同位相で低下することができなくなり、ほぼ一定の値に保持される。したがって、低周波リップル成分Vorはほとんど発生しない。 The drive pulse generation circuit 20 generates a signal when the second control signal Ver2 is amplitude in the downward direction (when the pulsating flow component Vrip is amplitude in the upward direction), and when the drive pulse Vg is at high level and low level. The ratio is changed in a direction that reduces the on-time ratio of the switching element 14a. Therefore, the output voltage Vo is no longer able to rise in the same phase as the pulsating flow component Vrip, and is maintained at a substantially constant value. On the other hand, when the second control signal Ver2 is amplitude in the upward direction (when the pulsating flow component Vrip is amplitude in the downward direction), the time ratio of the high level and low level of the drive pulse Vg is switched. The on-time ratio of the element 14a is changed in the direction of increasing it. Therefore, the output voltage Vo is no longer able to decrease in the same phase as the pulsating flow component Vrip, and is maintained at a substantially constant value. Therefore, low frequency ripple component Vor hardly occurs.

なお、Vor≒0を実現するためには、脈流成分Vripに対応した電圧信号-(R2/R1)・k1・k2・Vripを適切な大きさに設定することが条件になるが、抵抗R1,R2及び係数k1,k2の値を調節することによって容易に最適化することができる。 In order to realize Vor≒0, it is necessary to set the voltage signal -(R2/R1)・k1・k2・Vrip corresponding to the pulsating flow component Vrip to an appropriate size, but the resistance R1 , R2 and the coefficients k1, k2 can be easily optimized.

以上説明したように、スイッチング電源装置44によれば、第一の実施形態のスイッチング電源装置34と同様の作用効果を得ることができる。さらに、脈流成分信号注入回路46にパルス幅変調部50及び平滑回路52を設け、これらが協働してアナログの平滑電圧Vc2を生成する構成なので、別の優れた効果も得られる。 As explained above, according to the switching power supply device 44, the same effects as the switching power supply device 34 of the first embodiment can be obtained. Furthermore, since the pulsating flow component signal injection circuit 46 is provided with a pulse width modulation section 50 and a smoothing circuit 52, and these work together to generate the analog smoothed voltage Vc2, another excellent effect can be obtained.

パルス幅変調部50はデジタルプロセッサ内に設けられてデジタル信号処理を行うブロックであるが、平滑回路52と組み合わせることによって、高価な高速デジタルプロセッサを使用しなくても、平滑電圧Vc2を高い分解能で生成することが可能になり、中間電圧Vcを高い精度で検出することができる。 The pulse width modulation unit 50 is a block provided in the digital processor to perform digital signal processing, but by combining it with the smoothing circuit 52, it is possible to generate the smoothed voltage Vc2 with high resolution without using an expensive high-speed digital processor. The intermediate voltage Vc can be detected with high accuracy.

また、パルス幅変調部50の動作はプログラムを書き換えることによって自由に設定することができるので、例えば、通常時は「脈流成分信号を注入するための動作を行う」という動作モードに設定しておき、特定の状況になった時に別の動作モードに切り替えるという使い方ができる。したがって、この脈流成分信号注入回路46を設けることによって、特定の状況になった時に別目的のフィードフォワード制御を行ったり、異常が発生した時に出力電圧Voをダウンさせる保護動作の制御を行ったりすることが可能になるので、インテリジェンス性の高い高度な制御を行うことができる。 Furthermore, the operation of the pulse width modulation section 50 can be freely set by rewriting the program, so for example, in normal times, the operation mode may be set to "operate to inject a pulsating flow component signal". It can be used to switch to another operating mode when a specific situation arises. Therefore, by providing this pulsating current component signal injection circuit 46, it is possible to perform feedforward control for a different purpose when a specific situation occurs, or to control a protective operation that lowers the output voltage Vo when an abnormality occurs. This makes it possible to perform advanced control with high intelligence.

<第三の実施形態>
次に、本発明のスイッチング電源装置の第三の実施形態について、図6、図7に基づいて説明する。ここで、上記のスイッチング電源装置34と同様の構成は、同一の符号を付して説明を省略する。
<Third embodiment>
Next, a third embodiment of the switching power supply device of the present invention will be described based on FIGS. 6 and 7. Here, the same configuration as the switching power supply device 34 described above is given the same reference numeral and the explanation thereof will be omitted.

この実施形態のスイッチング電源装置54は、図6の回路図に示すように、スイッチング電源装置34の誤差増幅回路18、脈流成分信号注入回路36及び駆動パルス生成回路20を、新たな誤差増幅回路56、脈流成分信号注入回路58及び駆動パルス生成回路60に各々置き換えたものである。 As shown in the circuit diagram of FIG. 6, the switching power supply device 54 of this embodiment replaces the error amplification circuit 18, pulsating current component signal injection circuit 36, and drive pulse generation circuit 20 of the switching power supply device 34 with a new error amplification circuit. 56, a pulsating flow component signal injection circuit 58, and a drive pulse generation circuit 60, respectively.

誤差増幅回路56は、出力電圧信号Vo1から基準電圧Vrefを差し引いた電圧を非反転増幅した電圧信号である第一の制御信号Ver1を生成する。つまり、上記の誤差増幅回路18との違いは、差電圧(Vo1―Vref)を反転増幅するのではなく非反転増幅するという点である。 The error amplification circuit 56 generates a first control signal Ver1, which is a voltage signal obtained by non-inverting and amplifying a voltage obtained by subtracting the reference voltage Vref from the output voltage signal Vo1. In other words, the difference from the error amplification circuit 18 described above is that the differential voltage (Vo1-Vref) is not invertedly amplified but non-invertedly amplified.

脈流成分信号注入回路58は、中間電圧Vcに含まれる周波数Frの脈流成分Vripを検出し、脈流成分Vripを非反転増幅した電圧信号+A・Vripと第一の制御信号Ver1(第一の制御信号Ver1を非反転増幅した電圧信号でもよい)とを加算した第二の制御信号Ver2を生成する。つまり、上記の脈流成分信号注入回路36との違いは、脈流成分Vripを反転増幅するのではなく非反転増幅するという点である。 The pulsating flow component signal injection circuit 58 detects the pulsating flow component Vrip of frequency Fr included in the intermediate voltage Vc, and outputs a voltage signal +A·Vrip obtained by non-inverting amplification of the pulsating flow component Vrip and a first control signal Ver1 (first control signal Ver1). A second control signal Ver2 is generated by adding the control signal Ver1 (which may be a voltage signal obtained by non-inverting amplification). That is, the difference from the pulsating flow component signal injection circuit 36 described above is that the pulsating flow component Vrip is not invertedly amplified but non-invertedly amplified.

駆動パルス生成回路60は、第二の制御信号Ver2をパルス幅変調してスイッチング素子14aの駆動パルスVgを生成する回路であって、第二の制御信号Ver2が低下した時に、駆動パルスVgのハイレベルとローレベルの時比率を、スイッチング素子14aのオンの時比率を小さくする方向に変化させ、第二の制御信号Ver2が上昇した時に、駆動パルスVgのハイレベルとローレベルの時比率を、スイッチング素子14aのオンの時比率を大きくする方向に変化させる。上記の駆動パルス生成回路20との違いは、第二の制御信号Ver2が低下/上昇した時、スイッチング素子14aのオンの時比率を大きく/小さくするのではなく、小さく/大きくする点である。 The drive pulse generation circuit 60 is a circuit that generates a drive pulse Vg for the switching element 14a by pulse width modulating the second control signal Ver2, and when the second control signal Ver2 decreases, the drive pulse Vg becomes high. The duty ratio between the high level and the low level is changed in the direction of decreasing the duty ratio when the switching element 14a is on, and when the second control signal Ver2 rises, the duty ratio between the high level and the low level of the drive pulse Vg is changed to The on-time ratio of the switching element 14a is changed in the direction of increasing it. The difference from the drive pulse generating circuit 20 described above is that when the second control signal Ver2 decreases/increases, the on-time ratio of the switching element 14a is not increased/decreased but decreased/increased.

次に、スイッチング電源装置54の動作を説明する。まず、中間電圧Vcに脈流電圧Vripが発生していないと仮定して、スイッチング電源装置54のフィードバック制御の動作を簡単に説明する。例えば、目標値に保持されていた出力電圧Voが何らかの原因で少し上昇したとすると、誤差増幅回路56が、出力電圧信号Vo1が基準電圧Vrefより高くなったことを検出して第一の制御信号Ver1を上昇させ、第一の制御信号Ver1が脈流成分注入回路58を通過して駆動パルス生成回路60に入力され、駆動パルス生成回路60が、駆動パルスVgのハイレベルとローレベルの時比率を、スイッチング素子14aのオンの時比率を小さくする方向に変化させるので、出力電圧Voが低下して目標値に戻る。反対に、目標値に保持されていた出力電圧Voが何らかの原因で少し低下したとすると、誤差増幅回路56が、出力電圧信号Vo1が基準電圧Vrefより低くなったことを検出して第一の制御信号Ver1を低下させ、第一の制御信号Ver1が脈流成分注入回路58を通過して駆動パルス生成回路60に入力され、駆動パルス生成回路60が、駆動パルスVgのハイレベルとローレベルの時比率を、スイッチング素子14aのオンの時比率を大きくする方向に変化させるので、出力電圧Voが上昇して目標値に戻る。 Next, the operation of the switching power supply device 54 will be explained. First, the feedback control operation of the switching power supply device 54 will be briefly described assuming that the pulsating voltage Vrip is not generated at the intermediate voltage Vc. For example, if the output voltage Vo, which has been maintained at the target value, increases slightly for some reason, the error amplifier circuit 56 detects that the output voltage signal Vo1 has become higher than the reference voltage Vref, and outputs the first control signal. Ver1 is increased, the first control signal Ver1 passes through the pulsating flow component injection circuit 58 and is input to the drive pulse generation circuit 60, and the drive pulse generation circuit 60 calculates the time ratio between the high level and the low level of the drive pulse Vg. is changed in the direction of decreasing the on-time ratio of the switching element 14a, so the output voltage Vo decreases and returns to the target value. On the other hand, if the output voltage Vo, which has been maintained at the target value, drops slightly for some reason, the error amplifier circuit 56 detects that the output voltage signal Vo1 has become lower than the reference voltage Vref, and performs the first control. The signal Ver1 is lowered, and the first control signal Ver1 passes through the pulsating flow component injection circuit 58 and is input to the drive pulse generation circuit 60, and the drive pulse generation circuit 60 detects the high level and low level of the drive pulse Vg. Since the ratio is changed in the direction of increasing the on-time ratio of the switching element 14a, the output voltage Vo increases and returns to the target value.

スイッチング電源装置34の実際の動作、すなわち中間電圧Vcに大きい脈流成分Vrip(周波数Fr)が発生している時の動作は、図7のように表される。誤差増幅回路56は、周波数Frを含む低周波帯域のゲインが低く抑えられているので、第一の制御信号Ver1の波形に、脈流成分Vripに対応した周波数Frの振動成分(低周波リップル成分Vorを抑えようとする成分)はほとんど発生しない。 The actual operation of the switching power supply device 34, that is, the operation when a large pulsating current component Vrip (frequency Fr) is generated in the intermediate voltage Vc is expressed as shown in FIG. Since the error amplification circuit 56 has a low gain in the low frequency band including the frequency Fr, the waveform of the first control signal Ver1 contains a vibration component (low frequency ripple component) at the frequency Fr corresponding to the pulsating flow component Vrip. components that try to suppress Vor) are hardly generated.

脈流成分信号注入回路58は、中間電圧Vc及び第一の制御信号Ver1を受けて、脈流成分Vripを非反転増幅した脈流電圧信号+A・Vripと第一の制御信号Ver1(第一の制御信号Ver1を非反転増幅した電圧信号でもよい)とが加算された第二の制御信号Ver2を生成する。したがって、第二の制御信号Ver2の波形は、脈流成分Vripが上昇方向に振幅している時に時に上昇方向に振幅し、脈流成分Vripが低下方向に振幅している時に低下方向に振幅する波形になる。 The pulsating current component signal injection circuit 58 receives the intermediate voltage Vc and the first control signal Ver1, and injects the pulsating current voltage signal +A·Vrip obtained by non-inverting amplification of the pulsating current component Vrip and the first control signal Ver1 (first control signal Ver1). A second control signal Ver2 is generated by adding the control signal Ver1 (a voltage signal obtained by non-inverting amplification of the control signal Ver1). Therefore, the waveform of the second control signal Ver2 sometimes amplitudes in the upward direction when the pulsating flow component Vrip amplitudes in the upward direction, and it amplitudes in the downward direction when the pulsating flow component Vrip amplitudes in the downward direction. It becomes a waveform.

駆動パルス生成回路60は、第二の制御信号Ver2が上昇方向に振幅している時(脈流成分Vripが上昇方向に振幅している時)は、駆動パルスVgのハイレベルとローレベルの時比率を、スイッチング素子14aのオンの時比率を小さくする方向に変化させる。したがって、出力電圧Voは、脈流成分Vripと同位相で上昇することができなくなり、ほぼ一定の値に保持される。反対に、第二の制御信号Ver2が低下方向に振幅している時(脈流成分Vripが低下方向に振幅している時)は、駆動パルスVgのハイレベルとローレベルの時比率を、スイッチング素子14aのオンの時比率を大きくする方向に変化させる。したがって、出力電圧Voは、脈流成分Vripと同位相で低下することができなくなり、ほぼ一定の値に保持される。したがって、低周波リップル成分Vorはほとんど発生しない。 When the second control signal Ver2 is amplitude in the rising direction (when the pulsating flow component Vrip is amplitude in the rising direction), the drive pulse generation circuit 60 generates a signal when the drive pulse Vg is at high level and low level. The ratio is changed in a direction that reduces the on-time ratio of the switching element 14a. Therefore, the output voltage Vo is no longer able to rise in the same phase as the pulsating flow component Vrip, and is maintained at a substantially constant value. On the other hand, when the second control signal Ver2 is oscillating in the decreasing direction (when the pulsating flow component Vrip is oscillating in the decreasing direction), the time ratio of the high level and low level of the drive pulse Vg is switched. The on-time ratio of the element 14a is changed in the direction of increasing it. Therefore, the output voltage Vo is no longer able to decrease in the same phase as the pulsating flow component Vrip, and is maintained at a substantially constant value. Therefore, low frequency ripple component Vor hardly occurs.

なお、Vor≒0を実現するには、脈流成分Vripに対応した電圧信号+A・Vripを適切な大きさに設定することが条件になるが、増幅率Aの値を調節することによって容易に最適化することができる。 Note that in order to achieve Vor≒0, it is necessary to set the voltage signal +A Vrip corresponding to the pulsating flow component Vrip to an appropriate size, but this can be easily done by adjusting the value of the amplification factor A. Can be optimized.

以上説明したように、スイッチング電源装置54においても、第一の実施形態のスイッチング電源装置34と同様の作用効果を得ることができる。さらに、脈流成分信号注入回路58の内部の中間電圧Vc(=Vdc+Vrip)を検出する部分に、上記の分圧回路48、パルス幅変調部50及び平滑回路52を使用すれば、第二の実施形態のスイッチング電源装置44と同様の作用効果を得ることができる。 As explained above, the switching power supply device 54 can also provide the same effects as the switching power supply device 34 of the first embodiment. Furthermore, if the voltage divider circuit 48, pulse width modulator 50, and smoothing circuit 52 described above are used in the part that detects the intermediate voltage Vc (=Vdc+Vrip) inside the pulsating flow component signal injection circuit 58, the second embodiment can be realized. It is possible to obtain the same effects as the switching power supply device 44 of the above embodiment.

なお、本発明のスイッチング電源装置は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、図1に示すスイッチング電源装置10は、高電圧である中間電圧Vcを入力回路40に直接入力する構成になっているが、中間電圧Vcを抵抗分圧して降圧電圧を生成する分圧回路を設け、降圧電圧を入力回路40に入力する構成に変更してもよい。前者の場合、コンデンサC1として比較的高価な高耐圧コンデンサを使用しなければならないが、後者の構成にすれば、比較的安価な低耐圧コンデンサを使用することができる。 Note that the switching power supply device of the present invention is not limited to the above embodiment. For example, the switching power supply device 10 shown in FIG. 1 has a configuration in which the intermediate voltage Vc, which is a high voltage, is directly input to the input circuit 40, but a voltage divider circuit divides the intermediate voltage Vc with resistance to generate a step-down voltage. The configuration may be changed to a configuration in which a step-down voltage is input to the input circuit 40 by providing a step-down voltage. In the former case, a relatively expensive high-voltage capacitor must be used as the capacitor C1, but with the latter configuration, a relatively inexpensive low-voltage capacitor can be used.

図4に示すスイッチング電源装置44は、インテリジェンス性の高い制御を可能にするため、脈流成分信号注入回路46に、分圧回路48、パルス幅変調部50及び平滑回路52を設け、平滑回路52の出力電圧Vc2を入力回路40に入力する構成にしているが、この部分は、分圧回路48、ADコンバータ、デジタル信号処理部及びDAコンバータに変更し、DAコンバータの出力電圧Vc2を入力回路40に入力する構成に変更してもよい。この場合、ADコンバータは、分圧回路48が生成した降圧電圧Vc1をデジタル信号である降圧電圧信号に変換する処理を行い、デジタル信号処理部は、降圧電圧信号に基づいて、降圧電圧Vc1に対応したデジタル信号である比例電圧信号を生成する処理を行い、DAコンバータは、比例電圧信号をアナログ電圧である比例電圧Vc2に変換する処理を行う。 In order to enable highly intelligent control, the switching power supply device 44 shown in FIG. The configuration is such that the output voltage Vc2 of the DA converter is input to the input circuit 40, but this part is changed to a voltage dividing circuit 48, an AD converter, a digital signal processing section, and a DA converter, and the output voltage Vc2 of the DA converter is input to the input circuit 40. You may change the configuration to input the In this case, the AD converter performs a process of converting the step-down voltage Vc1 generated by the voltage dividing circuit 48 into a step-down voltage signal that is a digital signal, and the digital signal processing section responds to the step-down voltage Vc1 based on the step-down voltage signal. The DA converter performs processing to generate a proportional voltage signal which is a digital signal, and the DA converter performs processing to convert the proportional voltage signal into a proportional voltage Vc2 which is an analog voltage.

なお、DAコンバータで電圧Vc2を生成する場合、電圧Vc2の分解能を向上させることが課題になる。しかし、例えば本願出願人による特許第6368696号公報に記載されたディザリング技術を適用すれば、電圧Vc2の分解能を容易に向上させることができ、高価な高速デジタルプロセッサを使用しなくても、中間電圧Vcを高精度に検出することが可能になる。 Note that when generating the voltage Vc2 with the DA converter, it is a problem to improve the resolution of the voltage Vc2. However, by applying the dithering technology described in Patent No. 6368696 by the applicant, the resolution of the voltage Vc2 can be easily improved, and the intermediate It becomes possible to detect voltage Vc with high precision.

その他、上記の脈流成分信号注入回路36,46は、請求項1記載のスイッチング電源装置の脈流成分信号注入回路として使用するのに好適な構成(具体例)を示したものであるが、本発明の狙いの動作が可能なものであれば、脈流成分信号注入回路36,46以外の構成に変更してもよい。また、上記の脈流成分信号注入回路58は、請求項5記載のスイッチング電源装置の脈流成分信号注入回路の一例であり、好ましい具体例は示していないが、公知な回路を適宜組み合わせることによって、自由に構成することができる。 In addition, the above-mentioned pulsating current component signal injection circuits 36 and 46 show a configuration (specific example) suitable for use as a pulsating current component signal injection circuit of the switching power supply device according to claim 1, Any configuration other than the pulsating flow component signal injection circuits 36 and 46 may be used as long as the intended operation of the present invention can be achieved. Further, the above-described pulsating current component signal injection circuit 58 is an example of the pulsating current component signal injection circuit of the switching power supply device according to claim 5, and although a preferred specific example is not shown, it can be realized by appropriately combining known circuits. , can be freely configured.

10,34、44,54 スイッチング電源装置
12 整流平滑回路
14 DC-DCコンバータ
14a スイッチング素子
16 スイッチング制御回路
18,54 誤差増幅回路
20,60 駆動パルス生成回路
36,46,58 脈流成分信号注入回路
38 オペアンプ
40 入力回路(コンデンサC1、抵抗R1)
42 帰還回路(コンデンサC2、抵抗R2)
48 分圧回路
50 パルス幅変調部
52 平滑回路
D 矩形波電圧のデューティ
Vc 中間電圧
Vc1 降圧電圧
Vc2 平滑電圧
Vdc 中間電圧の直流成分
Ver1 第一の制御信号
Ver2 第二の制御信号
Vg 駆動パルス
Vi 商用交流電圧
Vo 出力電圧
Vo1 出力電圧信号
Vp 矩形波電圧
Vref 基準電圧
Vrip 中間電圧の脈流成分
10, 34, 44, 54 Switching power supply device 12 Rectification smoothing circuit 14 DC-DC converter 14a Switching element 16 Switching control circuit 18, 54 Error amplification circuit 20, 60 Drive pulse generation circuit 36, 46, 58 Pulsating current component signal injection circuit 38 Operational amplifier 40 Input circuit (capacitor C1, resistor R1)
42 Feedback circuit (capacitor C2, resistor R2)
48 Voltage dividing circuit 50 Pulse width modulation section 52 Smoothing circuit
D Duty of square wave voltage
Vc intermediate voltage
Vc1 Step-down voltage
Vc2 smoothed voltage
Vdc DC component of intermediate voltage
Ver1 First control signal
Ver2 Second control signal
Vg drive pulse
Vi Commercial AC voltage
Vo output voltage
Vo1 output voltage signal
Vp square wave voltage
Vref Reference voltage
Vrip Ripple component of intermediate voltage

Claims (5)

商用交流電圧を整流平滑して中間電圧を出力する整流平滑回路と、前記中間電圧を所定の出力電圧に変換するDC-DCコンバータと、前記出力電圧を検出した電圧信号である出力電圧信号が基準電圧に近づくように、前記DC-DCコンバータのスイッチング素子のオンオフを制御するスイッチング制御回路とを備え、
前記スイッチング制御回路は、
前記出力電圧信号から前記基準電圧を差し引いた電圧を反転増幅した電圧信号である第一の制御信号を生成する誤差増幅回路と、
前記中間電圧に含まれる商用周波数に対応した周波数の脈流成分を検出し、前記第一の制御信号又は前記第一の制御信号を非反転増幅した電圧信号に、前記脈流成分を反転増幅した電圧信号が加算された第二の制御信号を生成する脈流成分信号注入回路と、
前記第二の制御信号をパルス幅変調して前記スイッチング素子の駆動パルスを生成する駆動パルス生成回路とを備え、
駆動パルス生成回路は、前記第二の制御信号が低下した時に、前記駆動パルスのハイレベルとローレベルの時比率を、前記スイッチング素子のオンの時比率を小さくする方向に変化させ、前記第二の制御信号が上昇した時に、前記駆動パルスのハイレベルとローレベルの時比率を、前記スイッチング素子のオンの時比率を大きくする方向に変化させることを特徴とするスイッチング電源装置。
A rectifying and smoothing circuit that rectifies and smoothes a commercial AC voltage to output an intermediate voltage, a DC-DC converter that converts the intermediate voltage into a predetermined output voltage, and an output voltage signal that is a voltage signal that detects the output voltage is a reference. a switching control circuit that controls on/off of the switching element of the DC-DC converter so that the voltage approaches the voltage;
The switching control circuit includes:
an error amplifier circuit that generates a first control signal that is a voltage signal obtained by inverting and amplifying a voltage obtained by subtracting the reference voltage from the output voltage signal;
Detecting a pulsating flow component with a frequency corresponding to a commercial frequency included in the intermediate voltage, and inverting and amplifying the pulsating flow component into the first control signal or a voltage signal obtained by non-inverting amplification of the first control signal. a pulsating flow component signal injection circuit that generates a second control signal to which the voltage signal is added;
a drive pulse generation circuit that generates a drive pulse for the switching element by pulse width modulating the second control signal,
The drive pulse generation circuit changes the duty ratio between the high level and the low level of the drive pulse in a direction that reduces the duty ratio of the switching element to be turned on when the second control signal decreases, and A switching power supply device characterized in that, when a control signal of the switching device increases, a duty ratio between a high level and a low level of the drive pulse is changed in a direction that increases a duty ratio of the switching element to be turned on.
前記脈流成分信号注入回路は、非反転入力端子に前記第一の制御信号が入力され、出力端子から前記第二の制御信号を出力するオペアンプと、前記オペアンプの反転入力端子と前記整流平滑回路の出力端との間に接続された、コンデンサ及び抵抗の直列回路で成る入力回路と、前記オペアンプの出力端子と反転入力端子との間に接続された、コンデンサ及び抵抗の並列回路で成る帰還回路とで構成される請求項1記載のスイッチング電源装置。 The pulsating current component signal injection circuit includes an operational amplifier into which the first control signal is input to a non-inverting input terminal and outputs the second control signal from an output terminal, an inverting input terminal of the operational amplifier, and the rectifying and smoothing circuit. an input circuit consisting of a series circuit of a capacitor and a resistor connected between the output terminal of the operational amplifier, and a feedback circuit consisting of a parallel circuit of a capacitor and a resistor connected between the output terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier. The switching power supply device according to claim 1, comprising: 前記脈流成分信号注入回路は、前記中間電圧を抵抗分圧して降圧電圧を生成する分圧回路と、前記降圧電圧に基づいてデューティが設定された矩形波電圧を生成するパルス幅変調部と、前記矩形波電圧を平滑して前記降圧電圧に比例した平滑電圧を生成する平滑回路と、非反転入力端子に前記第一の制御信号が入力され、出力端子から前記第二の制御信号を出力するオペアンプと、前記オペアンプの反転入力端子と前記平滑回路の出力端との間に接続された、コンデンサ及び抵抗の直列回路で成る入力回路と、前記オペアンプの出力端子と反転入力端子との間に接続された、コンデンサ及び抵抗の並列回路で成る帰還回路とで構成される請求項1記載のスイッチング電源装置。 The pulsating current component signal injection circuit includes a voltage divider circuit that divides the intermediate voltage with resistance to generate a step-down voltage, and a pulse width modulation section that generates a rectangular wave voltage with a duty set based on the step-down voltage. a smoothing circuit that smooths the rectangular wave voltage to generate a smoothed voltage proportional to the step-down voltage; the first control signal is input to a non-inverting input terminal; and the second control signal is output from an output terminal. an operational amplifier, an input circuit consisting of a series circuit of a capacitor and a resistor connected between the inverting input terminal of the operational amplifier and the output end of the smoothing circuit, and a connection between the output terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier. 2. The switching power supply device according to claim 1, further comprising a feedback circuit comprising a parallel circuit of a capacitor and a resistor. 前記脈流成分信号注入回路は、前記中間電圧を抵抗分圧して降圧電圧を生成する分圧回路と、前記降圧電圧をデジタル信号である降圧電圧信号に変換するADコンバータと、前記降圧電圧信号に基づいて、前記降圧電圧に対応したデジタル信号である比例電圧信号を生成するデジタル信号処理部と、前記比例電圧信号をアナログ電圧である比例電圧に変換するDAコンバータと、非反転入力端子に前記第一の制御信号が入力され、出力端子から前記第二の制御信号を出力するオペアンプと、前記オペアンプの反転入力端子と前記DAコンバータの出力端子との間に接続された、コンデンサ及び抵抗の直列回路で成る入力回路と、前記オペアンプの出力端子と反転入力端子との間に接続された、コンデンサ及び抵抗の並列回路で成る帰還回路とで構成される請求項1記載のスイッチング電源装置。 The pulsating current component signal injection circuit includes a voltage dividing circuit that divides the intermediate voltage with resistance to generate a step-down voltage, an AD converter that converts the step-down voltage into a step-down voltage signal that is a digital signal, and a step-down voltage signal that converts the step-down voltage into a step-down voltage signal. a digital signal processing section that generates a proportional voltage signal that is a digital signal corresponding to the step-down voltage; a DA converter that converts the proportional voltage signal into a proportional voltage that is an analog voltage; an operational amplifier that receives one control signal and outputs the second control signal from its output terminal; and a series circuit of a capacitor and a resistor connected between the inverting input terminal of the operational amplifier and the output terminal of the DA converter. 2. The switching power supply device according to claim 1, comprising: an input circuit comprising an input circuit; and a feedback circuit comprising a parallel circuit of a capacitor and a resistor connected between an output terminal and an inverting input terminal of the operational amplifier. 商用交流電圧を整流平滑して中間電圧を出力する整流平滑回路と、前記中間電圧を所定の出力電圧に変換するDC-DCコンバータと、前記出力電圧の電圧信号である出力電圧信号が基準電圧に近づくように、前記DC-DCコンバータのスイッチング素子のオンオフを制御するスイッチング制御回路とを備え、
前記スイッチング制御回路は、
前記出力電圧信号から前記基準電圧を差し引いた電圧を非反転増幅した電圧信号である第一の制御信号を生成する誤差増幅回路と、
前記中間電圧に含まれる商用周波数に対応した周波数の脈流成分を検出し、前記第一の制御信号又は前記第一の制御信号を非反転増幅した電圧信号に、前記脈流成分を非反転増幅した電圧信号が加算された第二の制御信号を生成する脈流成分信号注入回路と、
前記第二の制御信号をパルス幅変調して前記スイッチング素子の駆動パルスを生成する駆動パルス生成回路とを備え、
駆動パルス生成回路は、前記第二の制御信号が上昇した時に、前記駆動パルスのハイレベルとローレベルの時比率を、前記スイッチング素子のオンの時比率を小さくする方向に変化させ、前記第二の制御信号が低下した時に、前記駆動パルスのハイレベルとローレベルの時比率を、前記スイッチング素子のオンの時比率を大きくする方向に変化させることを特徴とするスイッチング電源装置。
a rectifying and smoothing circuit that rectifies and smoothes a commercial AC voltage and outputs an intermediate voltage; a DC-DC converter that converts the intermediate voltage into a predetermined output voltage; and an output voltage signal that is a voltage signal of the output voltage is converted to a reference voltage. a switching control circuit that controls on/off of a switching element of the DC-DC converter so as to approach the DC-DC converter;
The switching control circuit includes:
an error amplifier circuit that generates a first control signal that is a voltage signal obtained by non-inverting amplification of a voltage obtained by subtracting the reference voltage from the output voltage signal;
A pulsating flow component with a frequency corresponding to a commercial frequency included in the intermediate voltage is detected, and the pulsating flow component is non-invertingly amplified to the first control signal or a voltage signal obtained by non-inverting amplification of the first control signal. a pulsating flow component signal injection circuit that generates a second control signal to which the voltage signal added is added;
a drive pulse generation circuit that generates a drive pulse for the switching element by pulse width modulating the second control signal,
The drive pulse generation circuit changes the time ratio between the high level and the low level of the drive pulse in a direction that reduces the time ratio when the switching element is on, when the second control signal rises, and A switching power supply device characterized in that, when a control signal of the switching element decreases, a duty ratio between a high level and a low level of the drive pulse is changed in a direction that increases a duty ratio in which the switching element is turned on.
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