JP2722580B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents

スイッチング電源装置

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は各種電子機器に利用されるスイッチング電源
装置に関するものである。
従来の技術 従来、この種のスイッチング電源装置は、第4図に示
すような構成であった。第4図において、1は整流平滑
回路であり、受電した交流入力電圧を直流入力電圧VIN
に変換する。2はスイッチングトランスで、1次巻線2
1,バイアス巻線22,2次巻線23を有する。3は主スイッチ
ング素子で、この主スイッチング素子3をドライブ回路
14でオンオフさせることにより直流入力電圧を高周波交
流電圧に変換し1次巻線21に入力する。4は充放電回路
でコンデンサ11を所定の時間で充放電する。5はダイオ
ード、6はコンデンサで、バイアス巻線22に発生する高
周波交流電圧を整流平滑し充放電回路4,I/V変換回路10,
比較回路12,ドライブ回路14のバイアス電圧を供給す
る。7は整流平滑回路で、2次巻線23に発生する高周波
交流電圧を整流平滑し、直流出力電圧を供給する。8は
直流出力電圧を検知する検知回路、81は直流出力電圧と
比較するための基準電圧、9は検知回路8によって得ら
れた直流出力電圧の情報をI/V変換回路10へ伝達するフ
ォトカプラである。I/V変換回路10のうち、101,102はト
ランジスタ、103は抵抗で、フォトカプラ9のトランジ
スタ側の電流を電圧に変換する。12は比較回路で、コン
デンサ11の両端電圧と、規定電圧源13の電圧と、I/V変
換回路10で得られた電圧を比較し、パルス電圧を発生さ
せ、ドライブ回路14に入力する。16は抵抗である。
以下に従来例の動作について説明する。
整流平滑回路1へ入力された交流入力電圧は直流入力
電圧VINに変換され、起動抵抗16を介して、充放電回路
4,I/V変換回路10,比較回路12,ドライブ回路14をバイア
スする。バイアスされた充放電回路4はコンデンサ11を
所定の時間で充放電し、このコンデンサ11の両端電圧VC
と規定電圧源13の電圧VRと、I/V変換回路10によって得
られた電圧VTHとを比較回路12で比較しパルス電圧を出
力し、ドライブ回路14によって増幅し、主スイッチング
素子3をオフオンする。主スイッチング素子3がオンオ
フすると直流入力電圧VINは高周波交流電圧に変換され
1次巻線21へ入力され、バイアス巻線22,2次巻線23には
それぞれ巻数に応じた高周波交流電圧が発生する。バイ
アス巻線22に発生した高周波交流電圧はダイオード5及
びコンデンサ6によって整流平滑され、バイアス電圧と
して充放電回路4,I/V変換回路10,比較回路12,ドライブ
回路14に供給される。2次巻線23に発生した高周波交流
電圧は整流平滑回路7によって整流平滑されて直流出力
電圧VOUTとして供給される。直流出力電圧VOUTは検知回
路8によって基準電圧81の電圧と比較され、その誤差分
を電流に変換され、フォトカプラ9のダイオード側に電
流を通じる。フォトカプラ9のトランジスタ側には、ダ
イオード側に応じた電流が流れ、I/V変換回路10のトラ
ンジスタ102のコレクタより電流を引きぬく。トランジ
スタ101とトランジスタ102はカレントミラー構成となっ
ているため、それぞれのトランジスタのエミッタ面積比
nによってトランジスタ101にも電流が流れ、この電流
を抵抗103で受けて直流出力電圧の情報に応じた電圧VTH
を得る。比較回路12は、第5図に示すようにVCがVTH
りも高い期間にパルス電圧を発生させ、最大のパルス幅
をVRによって決定する。つまり、直流出力電圧と基準電
圧との誤差分に応じてVTHを変化させ、パルス幅を変化
させる。
このように比較回路12によって直流出力電圧VOUTを安
定化すべくパルス幅を変化させたパルス電圧を、ドライ
ブ回路14に入力して、主スイッチング素子3のオンオフ
期間を変化させる。以上の動作により、交流入力電圧か
ら、安定化された直流出力電圧VOUTを供給する。フォト
カプラ9のトランジスタ側に流れる電流をI1、トランジ
スタ101とトランジスタ102のエミッタ面積比をn、抵抗
103の抵抗地をR103とすると次式が成立する。
又、パルス幅の最小値はVTHがVCの最大値VCMAXとなっ
た時であり、最大値はVTHがVRとなった時である。よっ
て、パルス幅を最小とする時の電流値I1MAXと、パルス
幅を最小から最大へとする電流の変化幅ΔI1はそれぞれ I1MAX=VCMAX・n/R103 ……(2) ΔI1=n・(VCMAX−VR)/R103 ……(3) で表わすことができるが、ΔIが小さい場合ゲインを高
くさらにノイズ等の影響を受け易くなり制御系の安定化
のためには、(2)式のΔI1を大きくとる必要がある。
発明が解決しようとする課題 このような従来の構成では、ΔI1を大きくとるために
は(2)式からわかるようにnを大きくするか、R103
小さくするか、VCMAX−VRを大きくしなければならな
く、いずれの場合もΔI1が大きくなるにつれてI1MAX
比例して増加してしまう。I1MAXが増加するということ
は、消費電力が増加することであり、素子の発熱,効率
の低下をまねき、I/V変換回路10を含む制御回路部を集
積回路化するときに大きな問題となる。さらにフォトカ
プラ電流の最大値I1MAXが増加すると、フォトカプラ9
の寿命が短かくなるなど、スイッチング電源全体の信頼
性も悪下するという課題があった。
本発明はこのような課題を解決するもので、消費電流
の最大値を従来と同じ値とした場合でもΔI1を大きくす
ることができ制御系を安定化させ、温度特性を改善し、
精度を向上させる手段を有したスイッチング電源装置を
提供するものである。
課題を解決するための手段 このような課題を解決するために本発明は、直流入力
電圧を、主スイッチング素子によって高周波交流電圧に
変換して印加する少なくとも1次巻線と、2次巻線を具
備したトランスを有し、前記2次巻線から出力された高
周波交流電圧を整流平滑して負荷へ直流出力電圧を供給
し、前記直流出力電圧と基準電圧とを比較し、誤差分を
絶縁伝達手段を介して電流に変換して前記1次巻線側に
伝達し、前記絶縁伝達手段を介して供給される電流を電
圧に変換するI/V変換回路に入力し、コンデンサを充放
電することによって得られる充放電波形と前記I/V変換
回路によって得られる電圧を比較してパルス電圧を発生
し、前記直流出力電圧を安定化すべく前記パルス電圧の
パルス幅を変化させ、前記パルス電圧により前記主スイ
ッチング素子を駆動する構成において、前記I/V変換回
路に入力する電流に対して得られる電圧をレベルシフト
回路によってレベルシフトさせて、前記充放電波形と比
較するような構成としたものである。
作用 この構成によって、消費電流を増加させることなし
に、I/V変換回路に接続したレベルシフト回路のレベル
シフト電圧を調整することにより、パルス幅を最大とす
る時と最小とする時のI/V変換回路より引きぬく電流の
差を大きくすることができる。
実施例 第1図は本発明の1実施例によるスイッチング電源装
置の回路構成図である。第1図において1〜14,16は従
来例で示したものと同等である。15はレベルシフト回路
である。以下その動作について説明する。
交流入力電圧から、安定化された直流出力電圧VOUT
供給する動作は従来例と同等であるため省略するが、I/
V変換回路10で得られた直流電圧VTHに、レベルシフト回
路15の直流電圧VSをレベルシフトして▲V TH▼を得、
この▲V TH▼とコンデンサ11の両端電圧VCと規定電圧
源13の電圧VRを比較回路12で比較し、パルス電圧を出力
する。抵抗103の抵抗値を▲R 103▼、I/V変換回路10
より引きぬく電流を▲I ▼、トランジスタ101とト
ランジスタ102のエミッタ面積比をn′とすると出力電
圧▲V TH▼は となり、最小パルス幅を得る時の▲I ▼を▲I
1MAX▼,▲I 1MAX▼と最大パルス幅を得る時の▲I
▼との差を▲ΔI ▼と、▲I 1MAX▼,▲ΔI
▼はそれぞれ(2)式,(3)式,(4)式より ▲I 1MAX▼=(VCMAX−VS)・n′/▲R 103▼ ……(5) ▲ΔI ▼=n′・(VCMAX−VR)/▲R 103▼ ……(6) と表わすことができる。
I1MAX=▲I 1MAX▼のとき(2)式,(5)式より ▲R 103▼/R103=(VCMAX−VS)・n′/VCMAX・n ……(7) n′/n=VCMAX・▲R 103▼/(VCMAX−VS)・R103 ……(8) となり、n′=nのとき(7)式は また、▲R 103▼=R103のとき(8)式は で表わされる。したがって▲ΔI ▼は と表わされる。
以上のように本発明によれば、従来に対してI1MAX
増加させることなしに だけΔI1を大きくすることができ、さらにこの場合、抵
抗R103を小さくするが、エミッタ面積比nを大きくする
ことができるため、精度が向上し、消費電流を減少させ
ることができる。
VSを大きくするほどΔI1を大きくすることができる
が、VS≦VRに設定することは明らかである。
第2図は本発明におけるレベルシフト回路15の具体例
であって、レベルシフト回路15としてダイオードを使用
したもので、レベルシフト回路15の直流電圧VSとしてダ
イオードの順方向電流VFを利用するものである。
I/V変換回路10を含む制御回路を集積回路化した時、
各素子には温度特性が有り、抵抗は正の温度特性を持
ち、ダイオードは負の温度特性を持つ。よって抵抗とダ
イオードの温度特性を調整してやると、I/V変換回路10
の出力電圧▲V TH▼は、温度に対して変動の少ないも
のとすることができる。
第3図は本発明における第2の実施例を示す構成図で
あって、規定電圧源13をレベルシフト回路15として使用
し、部品点数を削減するようにしたものである。
なお、第2図においてレベルシフト回路15をダイオー
ド1個としたが、レベルシフト回路15はダイオードを複
数個直列に接続したものでも、定電圧ダイオードでも、
他の直流電源としてもよい。
また、実施例ではI/V変換回路10として、カレントミ
ラー構成のトランジスタと抵抗を使用しているが、I/V
変換回路10は電流を電圧に変換できる構成であれば、本
発明における機能に変わりはない。さらに、検知回路8
の電流をフォトカプラ9を介さずに直接I/V変換回路10
と接続しても機能は同等である。
発明の効果 以上のように本発明は、I/V変換回路にレベルシフト
回路を接続して、I/V変換回路で得られた直流電圧をレ
ベルシフト回路によってレベルシフトさせることによ
り、消費電流を増加させることなしに、最大パルス幅を
得る時と最小パルス幅を得る時のI/V変換回路から引き
ぬく電流の差ΔIを大きくすることができ、フォトカプ
ラの寿命の低下をまねくことなく、制御系の安定した、
温度特性の良好な精度の良い優れたスイッチング電源装
置を実現できるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例におけるスイッチング電源装
置の回路構成図、第2図は同レベルシフト回路の具体例
を示す回路図、第3図は本発明の他のレベルシフト回路
の実施例の回路図、第4図,第5図は従来のスイッチン
グ電源装置の回路構成図及び波形図である。 1……整流平滑回路、2……スイッチングトランス、3
……主スイッチング素子、4……制御回路、5……ダイ
オード、6……コンデンサ、7……整流平滑回路、8…
…検知回路、9……フォトカプラ、10……I/V変換回
路、11……コンデンサ、12……比較回路、13……規定電
圧源、14……ドライブ回路、15……レベルシフト回路、
16……抵抗、21……1次巻線、22……バイアス巻線、23
……2次巻線、81……基準電圧、101,102……トランジ
スタ、103……抵抗。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】直流入力電圧を、主スイッチング素子によ
    って高周波交流電圧に変換して印加する少なくとも1次
    巻線と、2次巻線を具備したスイッチングトランスを有
    し、前記2次巻線から出力された高周波交流電圧を整流
    平滑して負荷へ直流出力電圧を供給し、前記直流出力電
    圧と基準電圧とを比較し、誤差分を絶縁伝達手段を介し
    て電流として前記1次巻線側に伝達し、前記絶縁伝達手
    段を介して供給される電流を、電圧に変換するI/V変換
    回路に入力し、コンデンサを充放電することによって得
    られる充放電波形と前記I/V変換回路によって得られる
    電圧を比較してパルス電圧を発生し、前記直流出力電圧
    を安定化すべく前記パルス電圧のパルス幅を変化させ、
    前記パルス電圧により前記主スイッチング素子を駆動
    し、前記I/V変換回路に入力する電流に対して得られる
    電圧をレベルシフト回路によってレベルシフトさせて前
    記充放電波形と比較するようにしたスイッチング電源装
    置。
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JP2013225807A (ja) * 2012-04-23 2013-10-31 Sharp Corp 信号伝達回路、電源ユニット及び照明装置
WO2014060922A2 (en) * 2012-10-17 2014-04-24 Koninklijke Philips N.V. Digital communication receiver interface circuit for line-pair with duty cycle imbalance compensation

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