JP2607569B2 - Switching power supply - Google Patents

Switching power supply

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JP2607569B2
JP2607569B2 JP62314372A JP31437287A JP2607569B2 JP 2607569 B2 JP2607569 B2 JP 2607569B2 JP 62314372 A JP62314372 A JP 62314372A JP 31437287 A JP31437287 A JP 31437287A JP 2607569 B2 JP2607569 B2 JP 2607569B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明はスイッチング電源装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial application field) The present invention relates to a switching power supply device.

(従来の技術) 従来から、各種の電子機器の電源供給手段として、ス
イッチング電源装置が広く用いられている。スイッチン
グ電源装置は、スイッチのオンとオフとの時間比を制御
することにより、電圧を調整するものであり、昇圧、高
圧を含めた電圧の調整が行われる。上述のスイッチとし
ては、たとえばトランジスタなどが用いられ、このトラ
ンジスタにおけるスイッチングのオンとオフとの時間比
の制御は、たとえば周波数が一定でスイッチングのオン
時間を可変とするパルス幅制御やスイッチングのオン時
間が一定で周波数を可変とする周波数制御により行われ
ている。
(Prior Art) Conventionally, switching power supply devices have been widely used as power supply means for various electronic devices. The switching power supply device adjusts the voltage by controlling the time ratio between ON and OFF of the switch, and adjusts the voltage including boosting and high voltage. As the above-mentioned switch, for example, a transistor or the like is used. The control of the time ratio between switching on and off in this transistor is performed, for example, by pulse width control in which the frequency is constant and the switching on time is variable, and the switching on time. Is constant and the frequency is variable.

上述のスイッチング電源装置としては、たとえばフォ
ワード方式のスイッチング電源装置がある。このフォワ
ード方式のスイッチング電源装置においては、たとえば
パルス幅制御が適用されている。
As the above-mentioned switching power supply, for example, there is a switching power supply of a forward system. In this forward type switching power supply, for example, pulse width control is applied.

第5図は従来のスイッチング電源装置のパルス幅制御
を説明するための図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining pulse width control of a conventional switching power supply device.

同図に示したように、スイッチング動作周波数T1は一
定であり、スイッチングのオン時(すなわちt1、t2、t3
…)を変化させることにより、2次側に出力する電圧を
制御する。たとえば、2次側に出力する電圧を大きくす
る場合は、オン時間をt3のように長くし、また、電圧を
小さくする場合は、オン時間をt1のように短くするよう
に制御する。
As shown in the figure, the switching operation frequency T 1 is constant, when switching on (i.e. t 1, t 2, t 3
..) Is controlled to control the voltage output to the secondary side. For example, when increasing the voltage to be outputted to the secondary side, a longer on-time as t 3, In the case of reducing the voltage is controlled to shorten the ON time as t 1.

ところで、このように構成されたスイッチング電源装
置における効率が決まる要因としては、 2次側整流用ダイオードの導通損失 トランジスタのスイッチング損失および導通損失 トランスの銅損と鉄損 がある。
By the way, factors that determine the efficiency of the switching power supply device configured as described above include conduction loss of the secondary-side rectifying diode, switching loss of the transistor, conduction loss, and copper loss and iron loss of the transformer.

このうちスイッチング周波数によって損失が変化する
ものとしては、トランジスタのスイッチング損失とトラ
ンスの鉄損が主である。トランスの銅損は交流抵抗(表
皮効果と近接効果)の作用によって周波数の増加ととも
に大きくなるが、実用的な周波数範囲では、ほぼ一定と
見なすことができる。なお、これらの損失は、スイッチ
ング素子であるトランジスタのデューティファクタが一
定である場合に成立つ。
Of these, the loss that changes depending on the switching frequency is mainly the switching loss of the transistor and the iron loss of the transformer. Transformer copper loss increases with increasing frequency due to the effect of AC resistance (skin effect and proximity effect), but can be considered substantially constant in a practical frequency range. Note that these losses occur when the duty factor of the transistor that is the switching element is constant.

したがって従来のフォワード形のスイッチング電源装
置では、トランジスタのスイッチング時の損失およびト
ランスの鉄損が、一定のスイッチング周波数と、トラン
ジスタのオン時間t1(最小)〜t3(最大)とで定まる効
率であった。したがって、負荷において消費される電力
の変動に伴ってトランジスタのオン時間が変動し、これ
により効率が変動するという問題があった。
Therefore, in the conventional forward-type switching power supply device, the loss at the time of switching of the transistor and the iron loss of the transformer are the efficiency determined by the constant switching frequency and the on time t 1 (minimum) to t 3 (maximum) of the transistor. there were. Therefore, there is a problem that the on-time of the transistor fluctuates in accordance with the fluctuation of the power consumed in the load, and thereby the efficiency fluctuates.

(発明が解決しようとする問題点) 上述したように、従来のスイッチング電源装置では、
負荷において供給される電圧の変動に伴ってトランジス
タのオン時間が変化され、これによりスイッチング損失
およびトランスの損失が影響するため、電源の効率が変
化するという問題があった。
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, in the conventional switching power supply,
The on-time of the transistor is changed in accordance with the fluctuation of the voltage supplied to the load, which affects the switching loss and the loss of the transformer, so that the efficiency of the power supply is changed.

本発明は上述した従来の問題を解決するためのもの
で、負荷に供給される電力が変動した場合でも高効率の
電源効率を持続することのできるスイッチング電源装置
を提供することを目的とする。
An object of the present invention is to solve the conventional problem described above, and an object of the present invention is to provide a switching power supply device that can maintain high power supply efficiency even when the power supplied to a load fluctuates.

[発明の構成] (問題点を解決するための手段) 本発明は上記目的を達成するために、入力直流をスイ
ッチングして所望の電圧に変換し、整流および平滑して
負荷に供給するよう構成されたスイッチング電源におい
て、スイッチング周波数とスイッチング動作オン時間幅
とを組み合わせた複数のスイッチング情報を記憶した記
憶手段と、前記負荷に対する出力電圧および出力電流を
検出する電圧・電流検出手段と、前記電圧・電流検出手
段により検出された電圧値および電流値から前記負荷の
電力を算出し、この電力に対応した前記スイッチング周
波数とスイッチング動作オン時間幅との組み合わせのス
イッチング情報を前記記憶手段から選択して読み出す手
段と、前記記憶手段から読み出されたスイッチング情報
に基づいてスイッチング動作を制御する制御手段とを備
えたものである。
[Configuration of the Invention] (Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present invention provides a configuration in which input DC is switched to convert to a desired voltage, rectified and smoothed, and supplied to a load. A switching unit that stores a plurality of pieces of switching information obtained by combining a switching frequency and a switching operation on-time width; a voltage / current detection unit that detects an output voltage and an output current with respect to the load; The power of the load is calculated from the voltage value and the current value detected by the current detection means, and switching information of a combination of the switching frequency and the switching operation ON time width corresponding to the power is selected and read from the storage means. Means for switching based on switching information read from the storage means In which a control means for controlling the work.

(作 用) 本発明のスイッチング電源装置では、負荷の現在の消
費電力値を求め、この消費電力値における高効率のスイ
ッチング周波数およびスイッチング動作オン幅の各値の
組合わせを記憶手段から読出してこれらの値によりスイ
ッチング動作を制御するように構成したので、負荷にお
いて消費される電力が変動した場合でも高効率の電源効
率を持続することができる。
(Operation) In the switching power supply device of the present invention, the current power consumption value of the load is obtained, and the combination of each value of the high-efficiency switching frequency and the switching operation ON width at this power consumption value is read out from the storage means. , The switching operation is controlled by the value of, so that even when the power consumed in the load fluctuates, high power efficiency can be maintained.

(実施例) 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例のスイッチング電源装置の
構成を説明するための回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram for explaining a configuration of a switching power supply device according to one embodiment of the present invention.

同図において、1はフィルタ、2は整流器、3は整流
後の電圧を蓄積する平滑コンデンサ、4はスイッチング
用のトランジスタ、5はトランジスタ4のオフ時にトラ
ンスに蓄積されたエネルギを消費するスナバ回路、6は
トランジスタ4のスイッチング周波数の制御およびパル
ス幅変調制御を行うとともに負荷における電力の変動を
検出する制御回路、7は単入力多出力型のトランスRP
はトランジスタ4のエミッタ側に接続された抵抗であ
る。
In the figure, 1 is a filter, 2 is a rectifier, 3 is a smoothing capacitor for storing a rectified voltage, 4 is a switching transistor, 5 is a snubber circuit that consumes energy stored in a transformer when the transistor 4 is off, Reference numeral 6 denotes a control circuit which controls the switching frequency of the transistor 4 and performs pulse width modulation control and detects power fluctuations in the load. Reference numeral 7 denotes a single-input / multi-output transformer RP.
Is a resistor connected to the emitter side of the transistor 4.

またD11、D12、D21、D22、Dn1、Dn2はトランス7の2
次側の整流ダイオード、C1、C2、…Cnは平滑コンデン
サ、L1、L2…Lnはトランジスタ4を流れる電流のピーク
値を低減するとともにリップル電圧を低下させるコイ
ル、CF1、CF2…CFnは負荷側の平滑コンデンサ、RF
1、RF2…RFnは負荷側の抵抗を示す。
D11, D12, D21, D22, Dn1, and Dn2 are two
.. Cn are smoothing capacitors, L1, L2... Ln are coils for reducing the peak value of the current flowing through the transistor 4 and lowering the ripple voltage, and CF1, CF2. Smoothing capacitor, RF
1, RF2... RFn indicate resistances on the load side.

上述した制御回路6は、トランジスタ4のベースに駆
動パルスを与えるドライバ8と、駆動パルスを保持する
パルスレジスタ9と、制御データおよび後述する負荷に
供給される電力の変動に伴う各電力値における高効率の
トランジスタ4のスイッチング周波数の値およびトラン
ジスタ4のオン時間のパルス幅の値の組合わせのデータ
と制御プログラムとが予め書込まれているROM10と、ワ
ークエリアとなるRAM11と、トランジスタ4のスイッチ
ング周波数の制御およびスイッチングオン時間のパルス
幅変調の制御を行うマイクロコンピュータ12と、負荷に
対して出力される電流値および電圧値を2値化データと
して保持する電流・電圧レジスタ13と、負荷に対して出
力される電流または電圧を2値化データに変換するAD変
換器14と、上述したトランジスタ4のエミッタに接続さ
れた抵抗RPおよびエミッタ電流により発生するエミッ
タ電圧の値の入力と負荷における電圧値の入力とを切換
え可能とされこれらを増幅してAD変換器14に出力する入
力切換増幅器15とからなる。
The above-described control circuit 6 includes a driver 8 that supplies a drive pulse to the base of the transistor 4, a pulse register 9 that holds the drive pulse, and a control signal and a high-power value in each power value accompanying a fluctuation in power supplied to a load described later. A ROM 10 in which data and a control program of a combination of a value of a switching frequency of the transistor 4 for efficiency and a value of a pulse width of an on-time of the transistor 4 are previously written, a RAM 11 serving as a work area, and a switching of the transistor 4. A microcomputer 12 for controlling the frequency and controlling the pulse width modulation of the switching-on time; a current / voltage register 13 for holding the current value and the voltage value output to the load as binary data; A / D converter 14 for converting current or voltage output to binary data into binary data, An input switching amplifier which can switch between input of the value of the emitter voltage generated by the resistor RP and the emitter current connected to the emitter of the converter 4 and the input of the voltage value at the load, amplify these and output to the AD converter 14. It consists of 15.

上述したパルスレジスタ9は、8ビットであり、ビッ
ト7はLSBとされている。このLSBには、ドライバ8が接
続されており、LSBが“0"になっている時間でトランジ
スタ4のオン時間であるパルス幅を決めている。したが
ってマイクロコンピュータ12がトランジスタ4をオンさ
せる場合にこのLSBに“0"を書き、トランジスタ4をオ
フするときLSBに“1"を書く。また入力切換増幅器15に
おける各電圧の制御信号線aによる切換、増幅は、マイ
クロコンピュータ12により行われる。
The above-described pulse register 9 has 8 bits, and bit 7 is an LSB. The driver 8 is connected to this LSB, and the pulse width that is the ON time of the transistor 4 is determined by the time when the LSB is "0". Therefore, when the microcomputer 12 turns on the transistor 4, "0" is written into this LSB, and when the transistor 4 is turned off, "1" is written into the LSB. The switching and amplification of each voltage in the input switching amplifier 15 by the control signal line a are performed by the microcomputer 12.

第2図は、損失とスイッチング周波数との関係を示す
図であり、PLはトランスの鉄損、PS1は最小消費電力
値におけるトランジスタの損失、PS2は最大消費電力値
におけるトランジスタの損失、AはPLとPS1とを合成
して得た損失曲線、BはPLとPS2とを合成して得た損
失曲線を示している。
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the loss and the switching frequency, where PL is the core loss of the transformer, PS1 is the transistor loss at the minimum power consumption value, PS2 is the transistor loss at the maximum power consumption value, and A is PL B represents a loss curve obtained by combining Ps1 and Ps1, and B represents a loss curve obtained by combining P L and Ps2.

トランスの鉄損PLは周波数が高くなるほど小さくな
る特性を示す。トランジスタの損失PS1、PS2、周波数
が高くなると大きくなる。
The core loss PL of the transformer shows a characteristic that it decreases as the frequency increases. The transistor losses PS1, PS2 and the frequency increase as the frequency increases.

そしてBの特性を示す最大消費電力値のときは、スイ
ッチング周波数をf1に設定すると損失が少なく効率がよ
く、またAの特性を示す最小消費電力値のときは、スイ
ッチング周波数をf2に設定すると、損失が少なく効率が
よい。そして交点、を結ぶ線Cを基にして各消費電
力値におけるスイッチング周波数(f1〜f2の間)の最適
の値を得る。
And when the maximum power consumption value indicating characteristics of B, the switching frequency well the efficiency loss is small and set to f 1, and when the minimum power value indicating the characteristics of A, sets the switching frequency f 2 Then, the loss is small and the efficiency is good. Then, the optimum value of the switching frequency (between f 1 and f 2 ) at each power consumption value is obtained based on the line C connecting the intersections.

第3図は第2図の結果に基づいて作成した高効率のス
イッチング周波数とスイッチングオン時間のパルス幅の
組合わせであり、これらの値はROM10に記憶させてあ
る。ROM10のテーブルは、たとえばWが40、50、60、70W
の電力値に対し、Vの電圧が4.8、4.9、5.0、5.1、5.2V
のときのスイッチング周期1/fとスイッチングのオン時
間であるパルス幅Pが で記憶されている。そしてROM10のテーブルは、たとえ
ば70Wで周期10μS、60Wで8.5μS、50Wで7μS、40W
で5.5μSとされ、トランスの損失およびトランジスタ
の損失が最小の特性となる値とされている。
FIG. 3 shows a combination of the high-efficiency switching frequency and the pulse width of the switching-on time created based on the results of FIG. 2, and these values are stored in the ROM 10. The table of ROM10 is, for example, W is 40, 50, 60, 70W
Voltage of 4.8, 4.9, 5.0, 5.1, 5.2V
The switching period 1 / f and the pulse width P, which is the switching on time, Is remembered. The table of the ROM 10 is, for example, a period of 10 μS at 70 W, 8.5 μS at 60 W, 7 μS at 40 W, 40 W
Is set to 5.5 μS, so that the loss of the transformer and the loss of the transistor have the minimum characteristics.

したがって、ROM10のテーブルの1/fは、10、8.5、
7、5.5(μS)の値が入っている。ここで、Pは70W、
5.0V時、4μSのパルスオン幅とすると、W70でのPは
4.8V時4.2(μS)、4.9V時4.1(μS)、5.0V時4.0
(μS)、5,1V時3.9(μS)、5.2V時3.8(μS)とな
る。
Therefore, 1 / f of the table of ROM10 is 10, 8.5,
7, 5.5 (μS). Where P is 70W,
Assuming a pulse on width of 4μS at 5.0V, P at W70 is
4.2 (μS) at 4.8V, 4.1 (μS) at 4.9V, 4.0 at 5.0V
(ΜS), 3.9 (μS) at 5.1 V, 3.8 (μS) at 5.2 V.

たとえば、W=60の時はP値は、 の上式から、 ただし、Kは一定 から P=5.0×8.5×1/K=5.0×8.5×4/50=3.4 が得られ、 同様にW=60、4.8VのときP=3.6、4.9VのときP=
3.5、5.1VのときP=3.3、5.2VのときP=3.2が得ら
れ、他のWの値のときの各P値も同様に決定される。
For example, when W = 60, the P value is From the above formula, However, given that K is constant, P = 5.0 × 8.5 × 1 / K = 5.0 × 8.5 × 4/50 = 3.4 is obtained. Similarly, when W = 60, 4.8V, P = 3.6, and when 4.9V, P = 3.6
At 3.5 and 5.1 V, P = 3.3, at 5.2 V, P = 3.2 is obtained, and each P value at other W values is determined in the same manner.

次にこのように構成されたスイッチング電源装置の動
作について説明する。
Next, the operation of the thus configured switching power supply device will be described.

この回路においてAC100Vが投入されると、電流がフィ
ルタ1を通り整流器2により全波整流されると、コンデ
ンサ3に約140Vに対しての電荷が蓄積される。
In this circuit, when 100 V AC is applied, when the current passes through the filter 1 and is full-wave rectified by the rectifier 2, a charge corresponding to about 140 V is accumulated in the capacitor 3.

一方、制御回路6には、動作電圧+Vが印加され、制
御回路6はトランジスタ4のベースにオンパルスを与え
トランジスタ4をオンさせる。
On the other hand, the operating voltage + V is applied to the control circuit 6, and the control circuit 6 gives an ON pulse to the base of the transistor 4 to turn on the transistor 4.

このときコンデンサ3の電荷は、A→B→C→D→E
→F→Gの方向に電流として流れる。
At this time, the charge of the capacitor 3 is A → B → C → D → E
It flows as a current in the direction of → F → G.

またトランス7の2次側のそれぞれの出力J、K、L
には、1次:2次巻線の比の電圧が生じ、ダイオードD1
1、D21、…Dn1、コイルL1、L2…Lnに電流が流れ、負荷
RF1、RF2…RFnに至る。ここでリップル電流の成分は
コンデンサC1、C2…Cnに電荷として蓄積され、それぞれ
直流電圧を出力する。
Also, respective outputs J, K, and L on the secondary side of the transformer 7
Generates a voltage of the ratio of primary: secondary winding, and diode D1
1, D21,..., Dn1, coils L1, L2,..., Ln, and reach loads RF1, RF2,. Here, the components of the ripple current are accumulated as charges in the capacitors C1, C2,... Cn, and output DC voltages, respectively.

またトランジスタ4がオフするとトランス7の励磁電
流B→Cはそのまま流れ続けようとし、このエネルギと
漏れインダクタンスに蓄積されたエネルギとがスナバ回
路5で消費される。
When the transistor 4 is turned off, the exciting current B → C of the transformer 7 continues to flow as it is, and this energy and the energy stored in the leakage inductance are consumed by the snubber circuit 5.

このときトランス7の各2次回路のコイルL1、L2…Ln
に蓄積されたエネルギによって逆起電圧が発生し、トラ
ンジスタ4がオンの期間にコイルL1、L2…Lnに流れてい
た電流は、ダイオードD12、D22…Dn2を介して流れ続
け、また負荷RF1、RF2…RFnに至るリップル電流は、
コンデンサC1、C2…Cnに電荷として蓄積される。
At this time, the coils L1, L2... Ln of the respective secondary circuits of the transformer 7
.. Ln while the transistor 4 is on, the current flowing through the coils L1, L2... Ln continues flowing through the diodes D12, D22. ... Ripple current that reaches RFn is
Are stored as electric charges in the capacitors C1, C2,... Cn.

次に、制御回路6の動作について説明する。 Next, the operation of the control circuit 6 will be described.

まず、マイクロコンピュータ12により入力切換増幅器
15に、+5Vのa−b間の出力電圧が入力され、また、ト
ランジスタ4のエミッタ電圧(以下、E電圧という)が
入力される。そしてこれらの値がそれぞれAD変換器14に
入力されてデジタルデータとして電流・電圧レジスタ13
にセットされマイクロコンピュータ12により読取られ、
RAM11にストアされる。そしてこれらの値から現在の負
荷における消費電力値が求められる。つまり、E電圧か
らトランジスタの電流値が得られ、この電流値とトラン
ス7の巻数比を乗することによって、トランス7の2次
側の出力電流を求められ、この電流値と2次側のa−b
間の電圧値とから、負荷の現在の消費電力が得られる。
First, an input switching amplifier by the microcomputer 12
To 15, an output voltage between a and b of +5 V is input, and an emitter voltage of the transistor 4 (hereinafter, referred to as an E voltage) is input. These values are input to the AD converter 14 and converted into digital data by the current / voltage register 13.
And read by the microcomputer 12,
Stored in RAM11. Then, the power consumption value at the current load is obtained from these values. That is, the current value of the transistor is obtained from the voltage E, and the output value of the secondary side of the transformer 7 is obtained by multiplying the current value by the turns ratio of the transformer 7. -B
The current power consumption of the load is obtained from the voltage value in between.

次に第4図のフローチャートを用いて説明する。 Next, a description will be given with reference to the flowchart of FIG.

まず、上述したRAM11に記憶されたWを読取り、この
現在の消費電力値に対応する電力値をROM10のテーブル
から読取る(ステップ401)。この後、a−b間の電圧
値をを読み、AD変換することにより、デジタルデータで
現在の電圧値を得る(ステップ402)。そして電力値と
電圧値とからROM10のテーブルにおけるパルス幅のデー
タP値を得る(ステップ403)。たとえば、W=60Wのと
き、+5Vのa−b間における出力電圧が4.8Vのときは、
ROMテーブルからP値=3.6μSを得る。この後、パルス
レジスタ9に“FE"HEXデータを書き、トランジスタ4を
オンさせ(ステップ404)、次に、E電圧による電流値
およびa−b間の電圧値から現在の電力値を計算しRAM1
1のテーブルにストアする。なお、電力値計算とE電圧
を得るタイミングは、P値の時間内で、電圧が最大にな
るとき行う(ステップ405)。これは、トランジスタ4
のパワーが最大のときであり、正確な電力値を得るため
である。そして、パルスレンジスタ9に“FF"HEXデータ
をP値の時間後に書くことによりトランジスタ4をオフ
とする(ステップ406)。この後、たとえば得られた電
力値が60W、電圧値が、4.8Vであったとき、これらの値
に対応するスイッチング周波数の値1/f=8.5μSをROM1
0のテーブルから読出し、残り時間1/f−P=8.5μS−
3.6μS=4.9μSの時間トランジスタ4をオフする(ス
テップ407)。
First, W stored in the RAM 11 is read, and a power value corresponding to the current power consumption value is read from a table of the ROM 10 (step 401). Thereafter, the voltage value between a and b is read, and the current voltage value is obtained by digital data by performing AD conversion (step 402). Then, the pulse width data P value in the table of the ROM 10 is obtained from the power value and the voltage value (step 403). For example, when W = 60W and the output voltage between a and b of + 5V is 4.8V,
P value = 3.6 μS is obtained from the ROM table. Thereafter, "FE" HEX data is written in the pulse register 9 to turn on the transistor 4 (step 404). Next, the current power value is calculated from the current value by the E voltage and the voltage value between a and b, and the RAM1 is calculated.
Store in table 1. The timing of calculating the power value and obtaining the E voltage is performed when the voltage becomes maximum within the time of the P value (step 405). This is transistor 4
At the maximum power, and to obtain an accurate power value. Then, the transistor 4 is turned off by writing "FF" HEX data in the pulse ranger 9 after the time of the P value (step 406). Thereafter, for example, when the obtained power value is 60 W and the voltage value is 4.8 V, the switching frequency value 1 / f = 8.5 μS corresponding to these values is stored in ROM1.
Read from table 0, remaining time 1 / f-P = 8.5μS-
The transistor 4 is turned off for 3.6 μS = 4.9 μS (step 407).

そして負荷における消費電力に変動があると、上述し
た動作と同様にしてトランジスタ4のスイッチング周波
数の値およびスイッチングのオン時間であるパルス幅の
値がROM10のテーブルから読出されて制御が行われる。
If there is a change in the power consumption of the load, the value of the switching frequency of the transistor 4 and the value of the pulse width, which is the ON time of the switching, are read from the table of the ROM 10 and controlled in the same manner as in the above-described operation.

なお、上述のROM10のテーブルでは、電力値は40、5
0、60、70Wと10W単位とし、実際の電力値は四捨五入し
てWの電力値テーブルを使用する。電圧値も4.8、4.9、
5.0、5.1、5.2Vとし、得られたa−b間の電圧値を四捨
五入してこれらの電圧値のいづれかとするものである。
In the table of ROM 10 described above, the power value is 40, 5
0, 60, 70 W and 10 W units are used, and the actual power value is rounded off and the W power value table is used. Voltage values are 4.8, 4.9,
5.0, 5.1, and 5.2 V, and the obtained voltage value between a and b is rounded off to be one of these voltage values.

したがって、マイクロコンピュータ12は、出力電力に
よりその電力値の最大効率になるスイッチング周波数
と、その時の定電圧化のためのパルスオン幅を決定し、
常に1/fとPとが可変で制御することが可能となる。
Therefore, the microcomputer 12 determines the switching frequency at which the maximum efficiency of the power value is obtained by the output power, and the pulse-on width for constant voltage at that time,
1 / f and P can always be variably controlled.

次に、最大効率のスイッチング周波数およびパルス幅
を得るためのスイッチング周波数と損失の関係を前述し
た第2図により説明する。
Next, the relationship between the switching frequency and the loss for obtaining the maximum efficiency of the switching frequency and the pulse width will be described with reference to FIG.

最大効率を得るためには第2図におけるからで周
波数f1〜f2の間の周波数をで使用すればよいことが言え
る。
For maximum efficiency it can be said that may be used out of the frequencies between the frequency f 1 ~f 2 in color in Figure 2.

最大消費電力における損失曲線Bにおいて、たとえば
70Wのとき1/f=周期=10μS、周波数f1=100kHzとする
と、このとき損失はである。また、最小消費電力にお
ける損失曲線Aにおいて、たとえば40Wのとき周期5.5μ
S、f2=182kHzとすると、損失はとなる。たとえばf1
の状態で40W〜70Wを出力すると損失はからとなり
からにおける損失より大きくなる。またf2の状態で40
〜70Wを出力すると、損失はからとなりからに
おける損失より大きくなる。したがって、からを結
ぶ線Cが最大効率を得られる値となる。
In the loss curve B at the maximum power consumption, for example,
If 1 / f = period = 10 μS and frequency f 1 = 100 kHz at 70 W, then the loss is: Further, in the loss curve A at the minimum power consumption, for example, at 40 W, the period is 5.5 μm.
If S, f 2 = 182 kHz, the loss is For example f 1
When the power of 40 W to 70 W is output in the state of the above, the loss becomes larger than the loss at the beginning. In addition, 40 at f 2
When outputting ~ 70W, the loss becomes larger than the loss from the beginning. Therefore, the line C connecting the stakes is a value at which the maximum efficiency can be obtained.

したがって、この実施例では、負荷において消費され
る電力が変動しても効率のよいスイッチング周波数およ
びスイッチングのオン時間のパルス幅値をそれぞれ可変
させてスイッチングを行って負荷に出力される電流を制
御するので、従来のスイッチング電源に比べて電源の効
率を大幅に向上させることができる。
Therefore, in this embodiment, even if the power consumed in the load fluctuates, the switching frequency is improved and the pulse width value of the on-time of the switching is varied to perform switching to control the current output to the load. Therefore, the efficiency of the power supply can be greatly improved as compared with the conventional switching power supply.

また、効率がよいため、各部品を小型のものとするこ
とができ、さらに温度上昇を低減させることができ、耐
久性を向上させることも可能である。
Further, since the efficiency is high, each component can be reduced in size, the temperature rise can be reduced, and the durability can be improved.

なお、本発明は、フォワード方式のスイッチング電源
装置に適用できるのはもちろんであり、DC−DCコンバー
タ、フライバック方式のものにも適用することが可能で
ある。
Note that the present invention can be applied not only to a switching power supply device of a forward system, but also to a DC-DC converter and a flyback system.

[発明の効果] 以上説明したように本発明のスイッチング電源装置
は、負荷の現在の消費電力値を求め、この消費電力値に
おける高効率のスイッチング周波数およびスイッチング
動作オン幅の各値の組合わせを記憶手段から読出してこ
れらの値によりスイッチング動作を制御するように構成
したので、負荷において消費される電力が変動した場合
でも高効率の電源効率を持続することができる。
[Effect of the Invention] As described above, the switching power supply of the present invention obtains the current power consumption value of the load, and determines the combination of each value of the high-efficiency switching frequency and the switching operation ON width at this power consumption value. Since the switching operation is controlled based on these values read from the storage means, high power efficiency can be maintained even when the power consumed in the load fluctuates.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の一実施例のスイッチング電源装置の構
成を説明するための回路図、第2図は損失および周波数
の関係を説明するための図、第3図は第1図のROMテー
ブルを説明するための図、第4図は第1図の制御回路に
おける動作を説明するためのフローチャート、第5図は
従来のスイッチング電源装置におけるパルス幅変調制御
を説明するためのパルスを示す図である。 1……フィルタ、2……整流器、3……平滑コンデン
サ、4……トランジスタ、5……スナバ回路、6……制
御回路、7……トランス、8……ドライバ、9……パル
スレジスタ、10……ROM、11……RAM、12……マイクロコ
ンピュータ、13……電源・電圧レジスタ、14……AD変換
器、15……入力切換増幅器。
FIG. 1 is a circuit diagram for explaining the configuration of a switching power supply device according to one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram for explaining the relationship between loss and frequency, and FIG. 3 is a ROM table of FIG. FIG. 4 is a flowchart for explaining the operation of the control circuit of FIG. 1, and FIG. 5 is a diagram showing pulses for explaining pulse width modulation control in a conventional switching power supply device. is there. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Filter 2 ... Rectifier 3 ... Smoothing capacitor 4 ... Transistor 5 ... Snubber circuit 6 ... Control circuit 7 ... Transformer 8 ... Driver 9 ... Pulse register 10 ... ROM, 11 ... RAM, 12 ... microcomputer, 13 ... power supply / voltage register, 14 ... AD converter, 15 ... input switching amplifier.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】入力直流をスイッチングして所望の電圧に
変換し、整流および平滑して負荷に供給するよう構成さ
れたスイッチング電源において、 前記負荷の損失が最小の特性となるスイッチング周波数
とスイッチング動作オン時間幅とを組み合わせた複数の
スイッチング情報を記憶した記憶手段と、 前記負荷に対する出力電圧および出力電流を検出する電
圧・電流検出手段と、 前記電圧・電流検出手段により検出された電圧値および
電流値から前記負荷の消費電力を算出し、この消費電力
に対して負荷の損失が最小となる前記スイッチング周波
数とスイッチング動作オン時間幅との組み合わせのスイ
ッチング情報を前記記憶手段から選択して読み出す手段
と、 前記記憶手段から読み出されたスイッチング情報に基づ
いてスイッチング動作を制御する制御手段と を具備したこと特徴とするスイッチング電源装置。
1. A switching power supply configured to switch an input direct current to convert to a desired voltage, rectify and smooth and supply the load to a load, wherein a switching frequency and a switching operation at which the load loss has a minimum characteristic. Storage means for storing a plurality of pieces of switching information in combination with an on-time width; voltage / current detection means for detecting an output voltage and an output current for the load; voltage and current detected by the voltage / current detection means Calculating the power consumption of the load from the value, selecting and reading switching information of the combination of the switching frequency and the switching operation ON time width at which the loss of the load with respect to the power consumption is the minimum from the storage means; A switching operation based on the switching information read from the storage means; A switching power supply, comprising: control means for controlling.
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