JP2731621B2 - スイッチングレギュレータ制御方式 - Google Patents

スイッチングレギュレータ制御方式

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JP2731621B2 JP12620990A JP12620990A JP2731621B2 JP 2731621 B2 JP2731621 B2 JP 2731621B2 JP 12620990 A JP12620990 A JP 12620990A JP 12620990 A JP12620990 A JP 12620990A JP 2731621 B2 JP2731621 B2 JP 2731621B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はスイッチングレギュレータ制御方式に関し、
特に出力電圧の急峻変化を抑制するための制御方式に関
する。
〔従来の技術〕
従来、この種のスイッチングレギュレータ制御方式
は、出力電圧と予め定める基準電圧との差を増幅し、そ
の出力電圧をサンプングしてデジタルデータを演算処理
して出力に必要なパルス幅を決めていた。
第4図は従来のスイッチングレギュレータ制御方式の
ブロック図である。一方に予め定める所定の基準電圧3
を入力し、他方に電源コンバータ1の出力電圧を入力す
る差動増幅器2は、両者の電圧差を増幅し、A/Dコンバ
ータ5へ出力する。この差動増幅器2の出力は、A/Dコ
ンバータ5で発振回路8から送出されるクロックパルス
に同期してサンプリングされ、デジタルデータに変換さ
れる。パルス制御回路6では、このデジタル化されたレ
ベルデータを演算処理して平均値データを生成し、D/A
コンバータ9へ出力する。D/Aコンバータ9では、発振
回路8が出力するクロックパルスに同期してデジタルデ
ータをアナログ信号に変換し、駆動回路11へ出力する。
駆動回路11は、D/Aコンバータからの入力レベルに応じ
たパルス幅により、電源コンバータ1を駆動する。なお
電源コンバータ1の負荷急変等による出力電圧の急変に
系の応答速度が追随できずに生ずる出力電圧の急変は、
コンデンサ12の容量を大きくして波形を鈍らせるこによ
り対応していた。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述した従来のスイッチングレギュレータ制御方式
は、負荷急変等による出力電圧の急変を出力に大きな容
量のコンデンサを挿入して対応しており、負荷の電子回
路が正常動作する電源電圧を得るためには、コンデンサ
の容量を大きくなり装置の小型化の妨げになるばかり
か、価格も高価となるという欠点があった。
本発明の目的は、スイッチングレギュレータの電源変
動制御範囲を越える出力電圧変動を検出し、出力電圧を
制御するパルス幅を制御することにより、出力電圧の急
激な変動を抑制することができる、スイッチングレギュ
レータ制御方式を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明のスイッチングレギュレータ制御方式は、出力
電圧を所定の基準値と比較し、比較結果を基にパルス幅
制御信号を生成しスイッチング素子を制御して前記出力
電圧を安定化するスイッチングレギュレータの制御方式
において、クロックパルスを出力する発振回路と、一方
に前記出力電圧を、他方に予め定める所定の基準電圧を
入力しその電圧差を増幅する差動増幅器と、該差動増幅
器の出力レベルを前記クロックパルスに同期してサンプ
リングしデジタル制御データを生成するA/Dコンバータ
と、前記差動増幅器の出力レベルを監視し予め定める電
源変動制御範囲の上限または下限を越えたとき、セット
信号を出力すると共に、前記セット信号の出力を通知す
るためのリセット信号を出力する検出回路と、前記電源
変動制御範囲の上限を越えたとき、または下限を越えた
とき、前記出力電圧を前記電源変動制御範囲内に抑制す
るための予め設定された第1の制御データおよび第2の
制御データを備え、前記A/Dコンバータが生成した前記
デジタル制御データと前記検出回路が出力する前記セッ
ト信号および前記リセット信号と前記発振回路が出力し
た前記クロックパルスとを入力し、前記セット信号およ
び前記リセット信号があるとき、前記セット信号により
前記第1の制御データまたは前記第2の制御データを選
択し、前記リセット信号により前記A/Dコンバータから
の前記デジタル制御データの送出をリセットし且つ前記
セット信号により選択した前記第1の制御データまたは
前記第2の制御データを送出し、前記セット信号および
前記リセット信号がないとき、前記A/Dコンバータから
の前記デジタル制御データを送出するデータプリセット
回路と、該データプリセット回路が出力する前記デジタ
ル制御データまたは前記第1の制御データまたは前記第
2の制御データを受け、それぞれの制御データに対応す
るパルス幅データを生成するパルス幅制御回路と、該パ
ルス幅制御回路が生成した前記パルス幅データをアナロ
グ信号に変換するD/Aコンバータと、該D/Aコンバータの
出力によりスイッチングレギュレータの前記スイッチン
グ素子を制御する駆動回路とを有することを特徴とす
る。
〔実施例〕
次に本発明について図面を参照して説明する。
第1図は本発明の一実施例を示すブロック,第2図は
本発明のデータプリセット回路の一実施例を示すブロッ
ク図,第3図はデータプリセット回路の動作を示す図で
ある。
第1図は、所定の電圧を出力する電源コンバータ1
と、該電源コンバータの出力電圧と予め定める基準電圧
3の電圧差を増幅する差動増幅器2と、差動増幅器の出
力をデジタルデータ化するA/Dコンバータ5と、差動増
幅器2の出力を受け予め定める電源変動制御範囲を越え
る電源電圧の変動を検出する検出回路4と、検出回路4
が出力するセット信号とリセット信号を受け電圧変動を
電源電圧制御範囲内に抑制するための制御データを生成
するデータプリセット回路7と、データプリセット回路
7の出力を受け出力電圧を制御するためにパルス幅を制
御するパルス幅制御回路6と、パルス幅制御回路6が出
力するデジタルデータをアナログ信号に変換するD/Aコ
ンバータ9と、D/Aコンバータ9の出力を受け電源コン
バータ1を駆動する駆動回路11と、コンデンサ12,13か
ら構成される。
第2図は、検出回路4が出力するセット信号を受け、
予め定める電源電圧制御範囲を越えた出力電圧の変動
を、該制御範囲内に抑制するための所定のデータU1とD1
のいずれかを切替選択するセレクタ21と、セレクタ21で
選択されたU1またはD1のデータと検出回路4が出力する
リセット信号の論理積を出力する第1の論理積回路23
と、インバータ22で反転したセレクタ21で選択されたU1
またはD1のデータと検出回路4が出力するリセット信号
の論理積を出力する第2の論理積回路24と、第1の論理
積回路23の出力をR端子に,第2の論理積回路24の出力
をS端子に,A/Dコンバータ5からのデータをD端子に,
発振回路8からのクロックパルスをCP端子にそれぞれ接
続されたDフリップフロップ25から構成される。なお、
データU1およびD1は、出力電圧が制御範囲の上限および
下限を越えた出力電圧を制御範囲内に引き込むとき、急
峻な変化によるトランジェント現象を防止するために設
定するものであり、例えばディップスイッチ等により制
御範囲内に最適値に予め設定しておく。
第1図において、差動増幅器2は電源コンバータ1の
出力電圧を一方に,他方に予め定める基準電圧3を入力
し、その電圧差を増幅しA/Dコンバータ5と検出回路4
へ出力する。A/Dコンバータ5は、発振回路8が出力す
るクロックパルスに同期し差動増幅器2が出力した電圧
レベルをサンプリングしてデジタルデータに変換し、デ
ータプリセット回路7へ出力する。一方検出回路4は、
差動増幅器2の出力電圧を監視して出力電圧の変動が、
所定の制御範囲の上限を越えた時と下限を越えた時にそ
れぞれのセット信号を生成し、データプリセット回路7
へ出力する。データプリセット回路7は、更に検出回路
4からリセット信号を,発振回路8からクロックパルス
を受け、電源電圧制御範囲内で抑制するためのデータを
生成する。
ここでデータプリセット回路7の動作について説明す
る。第3図に示すように例えば電圧変動制御範囲の上限
がU点,下限がD点,その中心をC点とし、U点の制御
データを4ビット構成で「1111」,D点の制御データを
「0000」およびC点の制御データを「1000」とし、また
C−U点の間の任意の点U1の制御データを「1100」,D−
C点の間の任意の点D1の制御データを「0100」とする。
第2図のセレクタ21には、このU1点およびD1点の制御デ
ータがそれぞれ構成されている。なお、第2図に示すデ
ータプリセット回路7は、制御データが1ビットの場合
を示し、第3図に示すように制御データが4ビットで構
成されている場合には、第2図に示すデータプリセット
回路7が4回路(例えば第1〜第4のデータプリセット
回路)必要になる。例えば第1のデータプリセット回路
のU1には制御データ(1100)の最上位ビットの「1」
が、第2のデータプリセット回路のU1には制御データの
最上位ビットに続くビットの「1、第3および第4のデ
ータプリセット回路のU1にはそれぞれ「0」が設定さ
れ、D点を越えた出力電圧を制御範囲の中心がC点に収
斂させる場合、U1の制御データ(1100)は、第1〜第4
のデータプリセット回路がそれぞれ選択し後段のパルス
幅制御回路6へ送出する。
例えばD点の制御データが「0000」となると出力電圧
のパルス幅は最大となり、急激に電源コンバータ1の出
力電圧を上げようと制御するので差動増幅器2の出力電
圧が第3図のA図に示すように変動する。このとき電源
コンバータ1の出力電圧が急峻に変化してオーバーシュ
ートしないように、検出回路4はn点(検出点を越えた
ときでもよい)でその変化を検出してリセット信号を生
成し、データプリセット回路7のセレクタ21を制御する
(第2図参照)。セレクタ21では、U1の制御データ「11
00」が選択され直接第1の論理積回路23と、インバータ
22を介して第2の論理積回路24に接続される。第1およ
び第2の論理積回路23,23には、検出回路4が送出する
リセット信号が接続されており、このリセット信号とセ
レクタ21が選択したU1の制御データの論理積はDフリッ
フロップ25のR,S端子にそれぞれ接続される。またDフ
リップフロップ25のCP端子には、インバータ20で反転さ
れたリセット信号とクロックパルスの論理積を出力する
論理積回路26の出力が接続されている。論理積回路26
は、リセット信号が入力されている間はクロックパルス
を出力を停止するため、Dフリップフロップ25のQ端子
には、D1に設定された制御データ(0100)が出力され、
パルス幅制御回路6へ出力される。Dフリップフロップ
25のQ端子には、S,R端子にリセット信号が入力された
場合D1(またはU1)の制御データがそのまま出力され
る。パルス幅制御回路6では、この制御データにより最
大パルス幅を抑えたデータを生成し、D/Aコンバータ9
へ出力する。D/Aコンバータ9でアナログ電圧に変換し
た後駆動回路11へ出力する。駆動回路11では、アナログ
電圧に応じたパルス幅の駆動信号を生成して、電源コン
バータ1の出力電圧が急峻でなく緩やかに正常状態にな
るよう制御する。電源コンバータの出力電圧が正常状態
に復旧すると、電圧変動が制御範囲内になり検出回路4
からはセットおよびリセット信号は出力されず、インバ
ータ20の出力は「H」レベルになる。従って、Dフリッ
プフロップ25に接続されたA/Dコンバータ5からのデー
タは、CP端子に接続されたクロックパルスによりQ端子
を介してパルス幅制御回路6へそのまま出力される。従
って、電源コンバータ1の出力電圧が制御範囲の上限ま
たは下限を越えたとき、まず最初に、予め設定したU1ま
たはD1の制御データにより出力電圧を制御範囲内に引き
込み、その後は差動増幅器2における基準電圧との差分
電圧をA/Dコンバータ3によりサンプリングしたデジタ
ル制御データにより電源コンバータ1の出力電圧が制御
され、制御範囲内の中心であるC点(第3図参照)に収
斂される。すなわち電源コンバータ1の出力電圧が正常
状態に復旧し安定した場合、C点の制御データが出力さ
れる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、スイッチングレギュレ
ータの電源変動制御範囲を越えて急変する出力電圧を検
出し、出力電圧を制御するパルス幅制御データを制御す
ることにより、出力電圧の急激な変動を抑制することが
でき、電源コンバータの出力コンデンサの容量を小さく
できるため、装置の小型化と低価格化が可能となるとい
う効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示すブロック図,第2図は
本発明のデータプリセット回路の一実施例を示すブロッ
ク図,第3図はデータプリセット回路の動作を示す図で
ある。第4図は従来のスイッチングレギュレータ制御方
式のブロック図である。 1……電源コンバータ、2……差動増幅器、3……基準
電圧、4……検出回路、5……A/Dコンバータ、6……
パルス幅制御回路、7……データプリセット回路、8…
…発振回路、9……D/Aコンバータ、11……駆動回路、1
2,13……コンデンサ。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】出力電圧を所定の基準値と比較し、比較結
    果を基にパルス幅制御信号を生成しスイッチング素子を
    制御して前記出力電圧を安定化するスイッチングレギュ
    レータの制御方式において、クロックパルスを出力する
    発振回路と、一方に前記出力電圧を、他方に予め定める
    所定の基準電圧を入力しその電圧差を増幅する差動増幅
    器と、該差動増幅器の出力レベルを前記クロックパルス
    に同期してサンプリングしデジタル制御データを生成す
    るA/Dコンバータと、前記差動増幅器の出力レベルを監
    視し予め定める電源変動制御範囲の上限または下限を越
    えたとき、セット信号を出力すると共に、前記セット信
    号の出力を通知するためのリセット信号を出力する検出
    回路と、前記電源変動制御範囲の上限を越えたとき、ま
    たは下限を越えたとき、前記出力電圧を前記電源変動制
    御範囲内に抑制するための予め設定された第1の制御デ
    ータおよび第2の制御データを備え、前記A/Dコンバー
    タが生成した前記デジタル制御データと前記検出回路が
    出力する前記セット信号および前記リセット信号と前記
    発振回路が出力した前記クロックパルスとを入力し、前
    記セット信号および前記リセット信号があるとき、前記
    セット信号により前記第1の制御データまたは前記第2
    の制御データを選択し、前記リセット信号により前記A/
    Dコンバータからの前記デジタル制御データの送出をリ
    セットし且つ前記セット信号により選択した前記第1の
    制御データまたは前記第2の制御データを送出し、前記
    セット信号および前記リセット信号がないとき、前記A/
    Dコンバータからの前記デジタル制御データを送出する
    データプリセット回路と、該データプリセット回路が出
    力する前記デジタル制御データまたは前記第1の制御デ
    ータまたは前記第2の制御データを受け、それぞれの制
    御データに対応するパルス幅データを生成するパルス幅
    制御回路と、該パルス幅制御回路が生成した前記パルス
    幅データをアナログ信号に変換するD/Aコンバータと、
    該D/Aコンバータの出力によりスイッチングレギュレー
    タの前記スイッチング素子を制御する駆動回路とを有す
    ることを特徴とするスイッチングレギュレータ制御方
    式。
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JP5020732B2 (ja) * 2006-07-27 2012-09-05 富士通テン株式会社 スイッチングレギュレータ
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