JP2976638B2 - スイッチング電源 - Google Patents
スイッチング電源Info
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】主出力回路と、従出力回路とを持
つ多出力のスイッチング電源において、本発明は、従出
力回路部の構成に関する。更に詳述すると、この従出力
回路は、当該回路に加えられるパルス状電圧のパルス幅
を適切に切り出すことで、所望の値の直流出力電圧を得
る方式のものである。
つ多出力のスイッチング電源において、本発明は、従出
力回路部の構成に関する。更に詳述すると、この従出力
回路は、当該回路に加えられるパルス状電圧のパルス幅
を適切に切り出すことで、所望の値の直流出力電圧を得
る方式のものである。
【0002】
【従来の技術】図5は、主出力回路と、従出力回路とを
備えた従来の多出力のスイッチング電源を示す図であ
る。主出力回路とは、トランスTの1次側の主スイッチ
Q1を制御する信号S1の基になる電圧V1を提供する出力回
路のことである。ここでPWM 回路3は、主出力回路1の
出力電圧V1が設定電圧(図示せず)と一致するようなパ
ルス幅信号S1を出力して、スイッチQ1のデューティを制
御する。その結果、2次巻線W3に誘起される電圧のデュ
ーティが変化し、整流・平滑されて主出力回路1の出力
電圧V1が設定電圧となる。主出力回路は、2次巻線W3
と、この誘起電圧を整流するダイオードD1と、この整流
波形を平滑するチョークコイルL1とコンデンサC1より構
成される回路と、チョークコイルL1のエネルギーを放出
する作用のダイオードD2である。なお主出力回路1の出
力電圧v1は、フォトカプラ2で絶縁されて、トランスT
の1側へ帰還される。
備えた従来の多出力のスイッチング電源を示す図であ
る。主出力回路とは、トランスTの1次側の主スイッチ
Q1を制御する信号S1の基になる電圧V1を提供する出力回
路のことである。ここでPWM 回路3は、主出力回路1の
出力電圧V1が設定電圧(図示せず)と一致するようなパ
ルス幅信号S1を出力して、スイッチQ1のデューティを制
御する。その結果、2次巻線W3に誘起される電圧のデュ
ーティが変化し、整流・平滑されて主出力回路1の出力
電圧V1が設定電圧となる。主出力回路は、2次巻線W3
と、この誘起電圧を整流するダイオードD1と、この整流
波形を平滑するチョークコイルL1とコンデンサC1より構
成される回路と、チョークコイルL1のエネルギーを放出
する作用のダイオードD2である。なお主出力回路1の出
力電圧v1は、フォトカプラ2で絶縁されて、トランスT
の1側へ帰還される。
【0003】従出力回路とは、主出力回路の巻線W3と別
に巻装された2次巻線W2に接続され、この巻線W2の誘起
電圧から直流電圧を得る回路のことである。従出力回路
の巻線W2に誘起される電圧Voのデューティは、主出力回
路の負荷電流値Iout により変化するので、対策を施さ
ないと、従出力回路10の直流出力電圧V2は、変動してし
まう。そこで、従出力回路10は、一般に直流出力電圧V2
を安定化する手段を備えている。この直流出力電圧V2を
安定化する手段が、後述する同期波形発生回路6とPWM
回路5とドライブ回路4である。図5において、巻線W2
の誘起電圧Vo(図6(1) 参照)は、ダイオードD3により
整流され、スイッチ素子であるFET Q2に加えられる。FE
T Q2は、ドライブ回路4により、そのオン・オフが制御
される。スイッチ素子Q2を通過した電圧は、チョークコ
イルL2とコンデンサC2で平滑されリプルの小さい直流出
力電圧V2となる。ダイオードD4は、Q2がオフの期間にチ
ョークコイルL2に蓄えられたエネルギ−を放出する作用
を持つ。
に巻装された2次巻線W2に接続され、この巻線W2の誘起
電圧から直流電圧を得る回路のことである。従出力回路
の巻線W2に誘起される電圧Voのデューティは、主出力回
路の負荷電流値Iout により変化するので、対策を施さ
ないと、従出力回路10の直流出力電圧V2は、変動してし
まう。そこで、従出力回路10は、一般に直流出力電圧V2
を安定化する手段を備えている。この直流出力電圧V2を
安定化する手段が、後述する同期波形発生回路6とPWM
回路5とドライブ回路4である。図5において、巻線W2
の誘起電圧Vo(図6(1) 参照)は、ダイオードD3により
整流され、スイッチ素子であるFET Q2に加えられる。FE
T Q2は、ドライブ回路4により、そのオン・オフが制御
される。スイッチ素子Q2を通過した電圧は、チョークコ
イルL2とコンデンサC2で平滑されリプルの小さい直流出
力電圧V2となる。ダイオードD4は、Q2がオフの期間にチ
ョークコイルL2に蓄えられたエネルギ−を放出する作用
を持つ。
【0004】この直流出力電圧V2は、巻線W2の電圧Voを
導入し図6(3) に示すような同期波形を出力する同期波
形発生回路6と、この直流出力電圧V2と同期波形発生回
路6の出力とを導入しドライブ回路4を図6(2) のよう
に制御するPWM 回路5により安定化される。
導入し図6(3) に示すような同期波形を出力する同期波
形発生回路6と、この直流出力電圧V2と同期波形発生回
路6の出力とを導入しドライブ回路4を図6(2) のよう
に制御するPWM 回路5により安定化される。
【0005】このような図5の装置は、次のように動作
する。コンデンサC3の両端には、直流電圧Vinが発生し
ている。スイッチ素子Q1は、PWM 回路3によりオン・オ
フ制御される。従って、1次巻線W1へ断続的に電圧が加
えられるので、2次巻線W2とW3には、誘起電圧が発生す
る。ここで、主出力回路で得られる直流出力電圧V1は、
フォトカプラ2を介してトランスTの1次側に帰還され
る。そしてこの直流出力電圧V1が設定電圧(図示せず)
となるようにPWM 回路3にてパルス幅変調信号S1を作
り、これに基づいて、主スイッチ素子Q1のオン・オフを
制御する。他方の2次巻線W2にも、上記スイッチ素子Q1
の動作に基づいて、図6(1) に示すようなパルス状電圧
Voが誘起される。
する。コンデンサC3の両端には、直流電圧Vinが発生し
ている。スイッチ素子Q1は、PWM 回路3によりオン・オ
フ制御される。従って、1次巻線W1へ断続的に電圧が加
えられるので、2次巻線W2とW3には、誘起電圧が発生す
る。ここで、主出力回路で得られる直流出力電圧V1は、
フォトカプラ2を介してトランスTの1次側に帰還され
る。そしてこの直流出力電圧V1が設定電圧(図示せず)
となるようにPWM 回路3にてパルス幅変調信号S1を作
り、これに基づいて、主スイッチ素子Q1のオン・オフを
制御する。他方の2次巻線W2にも、上記スイッチ素子Q1
の動作に基づいて、図6(1) に示すようなパルス状電圧
Voが誘起される。
【0006】ここで、この2次巻線W2に誘起される電圧
Voのデューティは、主出力回路側の負荷電流Iout によ
り、変動する。その理由は次の通りである。主出力回路
の負荷電流Iout が増大すると、直流出力電圧V1を一定
に保つため、主スイッチQ1のデューティは、増加する。
従って、巻線W3と同一のコアに巻装された巻線W2の誘起
電圧Voのデューティも変化する。この様に、巻線W2の誘
起電圧Voのデューティが変動しても、図5の装置は、直
流出力電圧V2が一定となるように制御動作している。そ
の制御動作を説明する。既述したように従出力回路10に
加えられる入力電圧Voは、図6(1) のような波形であ
る。同期波形発生回路6は、この入力電圧Voを導入し、
入力電圧VoがHIGHの期間Tpだけ(図6参照)、ランプ波
状(鋸波状)に増加する同期波形(図6(3) 参照)を出
力する。この同期波形は、トランスTの1次側のスイッ
チング波形に同期した信号であり、同期波形発生回路6
は、2次巻線W2の誘起電圧Voのオン側(HIGH)を検出し
て、この波形を作っている。PWM回路5は、この図6(3)
の同期波形と、直流出力電圧V2とを導入して、比較電
圧Vkを作り出す。
Voのデューティは、主出力回路側の負荷電流Iout によ
り、変動する。その理由は次の通りである。主出力回路
の負荷電流Iout が増大すると、直流出力電圧V1を一定
に保つため、主スイッチQ1のデューティは、増加する。
従って、巻線W3と同一のコアに巻装された巻線W2の誘起
電圧Voのデューティも変化する。この様に、巻線W2の誘
起電圧Voのデューティが変動しても、図5の装置は、直
流出力電圧V2が一定となるように制御動作している。そ
の制御動作を説明する。既述したように従出力回路10に
加えられる入力電圧Voは、図6(1) のような波形であ
る。同期波形発生回路6は、この入力電圧Voを導入し、
入力電圧VoがHIGHの期間Tpだけ(図6参照)、ランプ波
状(鋸波状)に増加する同期波形(図6(3) 参照)を出
力する。この同期波形は、トランスTの1次側のスイッ
チング波形に同期した信号であり、同期波形発生回路6
は、2次巻線W2の誘起電圧Voのオン側(HIGH)を検出し
て、この波形を作っている。PWM回路5は、この図6(3)
の同期波形と、直流出力電圧V2とを導入して、比較電
圧Vkを作り出す。
【0007】PWM 回路5が作り出すこの比較電圧Vk(図
6(3) 参照)は、従出力回路10の直流出力電圧V2が、設
定電圧(図示せず)より高い場合、上昇する。PWM 回路
5は、自ら作り出した比較電圧Vkと、図6(3) の同期波
形とを比べ、 比較電圧Vk < 同期波形値 の期間、スイッチ素子Q2がオンとなる(図6(2) 参照)
ような信号をドライブ回路4に加える。具体的に説明す
ると、直流出力電圧V2が設定電圧より高い場合、図6
(3) の比較電圧Vkは、上昇する。従って、比較電圧Vk
< 同期波形値 となる期間、つまり、スイッチ素子
Q2がオンとなる期間が、減少する。その結果、チョーク
コイルL2とコンデンサC2で構成される平滑回路へ供給さ
れる電気量が減少するので、直流出力電圧V2の値は減少
し、設定電圧に近付く。逆に、直流出力電圧V2が設定電
圧より低い場合、比較電圧Vkは低下し、上述の動作と逆
にる。つまり、スイッチ素子Q2がオンとなる期間が拡が
り、チョークコイルL2とコンデンサC2に供給される電気
量が増大するので、直流出力電圧V2は増加する。即ち、
直流出力電圧V2は、設定電圧に近付く。
6(3) 参照)は、従出力回路10の直流出力電圧V2が、設
定電圧(図示せず)より高い場合、上昇する。PWM 回路
5は、自ら作り出した比較電圧Vkと、図6(3) の同期波
形とを比べ、 比較電圧Vk < 同期波形値 の期間、スイッチ素子Q2がオンとなる(図6(2) 参照)
ような信号をドライブ回路4に加える。具体的に説明す
ると、直流出力電圧V2が設定電圧より高い場合、図6
(3) の比較電圧Vkは、上昇する。従って、比較電圧Vk
< 同期波形値 となる期間、つまり、スイッチ素子
Q2がオンとなる期間が、減少する。その結果、チョーク
コイルL2とコンデンサC2で構成される平滑回路へ供給さ
れる電気量が減少するので、直流出力電圧V2の値は減少
し、設定電圧に近付く。逆に、直流出力電圧V2が設定電
圧より低い場合、比較電圧Vkは低下し、上述の動作と逆
にる。つまり、スイッチ素子Q2がオンとなる期間が拡が
り、チョークコイルL2とコンデンサC2に供給される電気
量が増大するので、直流出力電圧V2は増加する。即ち、
直流出力電圧V2は、設定電圧に近付く。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、実際のPWM 回
路5とドライブ回路4等は、それぞれ遅延時間を持って
いる(図6(3) 参照)。これら遅延時間の総和をTdとす
ると、Tdは約200 nsである。従って、或る時刻TAで、比
較電圧Vk < 同期波形値 となってもPWM 回路5が、
これを検出して、スイッチ素子Q2を実際にオンにするま
でに、時間Tdかかる(図6(2) 参照)。そのため、従出
力回路10に加えられる入力パルス幅Tp(トランスTの出
力パルス幅でもある)に対して、最大(Tp−Td)のパル
ス幅しか、スイッチ素子Q2を介して平滑回路(L2とC2で
構成される回路)へ供給することができない。ここで、
図5の電源のスイッチング周波数が、100 KHz程度の低
い周波数であれば(入力パルス幅Tpは、約3μs )、Td
=200 ns << Tp=3μs なので、図6(3)に示す遅延
時間Tdは、無視できる程である。しかし、低周波のスイ
ッチング電源は、トランスの形状や回路素子が大きくな
るので、小形化のため近年、スイッチング周波数を高周
波で設計するようになってきている。
路5とドライブ回路4等は、それぞれ遅延時間を持って
いる(図6(3) 参照)。これら遅延時間の総和をTdとす
ると、Tdは約200 nsである。従って、或る時刻TAで、比
較電圧Vk < 同期波形値 となってもPWM 回路5が、
これを検出して、スイッチ素子Q2を実際にオンにするま
でに、時間Tdかかる(図6(2) 参照)。そのため、従出
力回路10に加えられる入力パルス幅Tp(トランスTの出
力パルス幅でもある)に対して、最大(Tp−Td)のパル
ス幅しか、スイッチ素子Q2を介して平滑回路(L2とC2で
構成される回路)へ供給することができない。ここで、
図5の電源のスイッチング周波数が、100 KHz程度の低
い周波数であれば(入力パルス幅Tpは、約3μs )、Td
=200 ns << Tp=3μs なので、図6(3)に示す遅延
時間Tdは、無視できる程である。しかし、低周波のスイ
ッチング電源は、トランスの形状や回路素子が大きくな
るので、小形化のため近年、スイッチング周波数を高周
波で設計するようになってきている。
【0009】しかし高周波のスイッチング電源では、入
力パルス幅Tpが小さくなるので、遅延時間Tdの占める割
合が大きくなり、遅延時間Tdを無視できなくなる。具体
的に述べると、入力パルス幅Tpが、遅延時間Tdに比べて
比較的大きくなるスイッチング周波数が300KHz以上の高
周波(Tp<1μs )では、遅延時間Tdの占める割合が大
きくなる。従って、従出力回路10から大電流を出力しよ
うとすると、平滑回路(L2とC2で構成される回路)に供
給される電気量が少ないので、出力を確保できなくなる
と言う問題がある。
力パルス幅Tpが小さくなるので、遅延時間Tdの占める割
合が大きくなり、遅延時間Tdを無視できなくなる。具体
的に述べると、入力パルス幅Tpが、遅延時間Tdに比べて
比較的大きくなるスイッチング周波数が300KHz以上の高
周波(Tp<1μs )では、遅延時間Tdの占める割合が大
きくなる。従って、従出力回路10から大電流を出力しよ
うとすると、平滑回路(L2とC2で構成される回路)に供
給される電気量が少ないので、出力を確保できなくなる
と言う問題がある。
【0010】本発明の目的は、PWM 回路5とドライブ回
路4等における遅延時間Tdに影響されず、高周波のスイ
ッチング周波数でも大電流を供給できるスイッチング電
源を提供することである。
路4等における遅延時間Tdに影響されず、高周波のスイ
ッチング周波数でも大電流を供給できるスイッチング電
源を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、トランスの1
次側に主スイッチ(Q1)を備え、この1次側に加えられた
直流電圧(Vin) をスイッチング制御することで、2次側
の第1巻線(W3)に誘起される電圧を制御し、2次側の誘
起電圧から直流出力を得るスイッチング電源において、
前記トランスの2次側に設けた第2巻線(W2)と、この第
2巻線の出力の整流波形を平滑する平滑回路と、この第
2巻線と平滑回路の間に設けられ、オン・オフ動作する
ことで、通過する電気量を制御する通過量制御手段(Q2,
4) と、前記スイッチングのオフ・タイミングを検出す
る検出回路(11)と、このオフ・タイミングから次のオフ
・タイミングの期間まで、一定の傾斜で繰り返し推移す
る鋸形の同期波形を発生する波形発生回路(12)と、前記
平滑回路の出力電圧と設定電圧を導入し、比較信号を出
力する誤差増幅器と、前記同期波形と比較信号を導入
し、この2つの信号の大小を比較して得られる信号(Ve)
を前記通過量制御手段に出力するコンパレータ(13)と、
を備えるようにしたものである。
次側に主スイッチ(Q1)を備え、この1次側に加えられた
直流電圧(Vin) をスイッチング制御することで、2次側
の第1巻線(W3)に誘起される電圧を制御し、2次側の誘
起電圧から直流出力を得るスイッチング電源において、
前記トランスの2次側に設けた第2巻線(W2)と、この第
2巻線の出力の整流波形を平滑する平滑回路と、この第
2巻線と平滑回路の間に設けられ、オン・オフ動作する
ことで、通過する電気量を制御する通過量制御手段(Q2,
4) と、前記スイッチングのオフ・タイミングを検出す
る検出回路(11)と、このオフ・タイミングから次のオフ
・タイミングの期間まで、一定の傾斜で繰り返し推移す
る鋸形の同期波形を発生する波形発生回路(12)と、前記
平滑回路の出力電圧と設定電圧を導入し、比較信号を出
力する誤差増幅器と、前記同期波形と比較信号を導入
し、この2つの信号の大小を比較して得られる信号(Ve)
を前記通過量制御手段に出力するコンパレータ(13)と、
を備えるようにしたものである。
【0012】
【作用】波形発生回路が出力する同期波形は、オフ・タ
イミングから次のオフ・タイミングまで、一定の傾斜で
推移する鋸形の波形である。誤差増幅器は、平滑回路の
出力電圧と、設定電圧との偏差に応じて変化する比較信
号を出力する。例えば、出力電圧<設定電圧 の場合、
この比較信号は減少する方向に推移し、出力電圧>設定
電圧 の場合、この比較信号は増加する方向に推移す
る。出力電圧=設定電圧となれば、この比較信号は、或
る電圧で安定する。コンパレータは、同期波形と、比較
信号の大小を比較した結果得られる信号Veを出力する。
ここで本発明でも、従来例と同様にコンパレータ13とド
ライブ回路4等における遅延時間Tdが存在するので、比
較電圧Vk < 同期波形値 となってもスイッチ素子Q2
は、直ちにオンになれず、遅延時間Td後にオンとなる。
イミングから次のオフ・タイミングまで、一定の傾斜で
推移する鋸形の波形である。誤差増幅器は、平滑回路の
出力電圧と、設定電圧との偏差に応じて変化する比較信
号を出力する。例えば、出力電圧<設定電圧 の場合、
この比較信号は減少する方向に推移し、出力電圧>設定
電圧 の場合、この比較信号は増加する方向に推移す
る。出力電圧=設定電圧となれば、この比較信号は、或
る電圧で安定する。コンパレータは、同期波形と、比較
信号の大小を比較した結果得られる信号Veを出力する。
ここで本発明でも、従来例と同様にコンパレータ13とド
ライブ回路4等における遅延時間Tdが存在するので、比
較電圧Vk < 同期波形値 となってもスイッチ素子Q2
は、直ちにオンになれず、遅延時間Td後にオンとなる。
【0013】しかし、本発明の鋸形の同期波形は、従来
例の同期波形と異なり、オフ・タイミングから次のオフ
・タイミングまで、一定の傾斜で推移する鋸形の波形で
ある。このため、確実に入力パルス幅Tpの全体(従出力
回路入力された全部の電気量)を平滑回路へ通過させる
ことができる。説明を加えると、通過量制御手段がオン
となるのは、比較電圧Vk < 同期波形値 の期間であ
る(図2(4) 参照)。ここで、本発明の同期波形は、オ
フ・タイミングから次のオフ・タイミングまで、一定の
傾斜で推移する鋸形の波形であるので、比較電圧Vkのレ
ベルが下がれば、益々、通過量制御手段のオン期間を増
加させることができる。一方従来装置では、図6(3) に
示すように同期波形における鋸波形の発生期間は、入力
パルス幅Tpの期間しか存在しなかった。そのため最大で
も(Tp−Td)のパルス幅しかスイッチ素子Q2を介して平
滑回路へ供給することができない。
例の同期波形と異なり、オフ・タイミングから次のオフ
・タイミングまで、一定の傾斜で推移する鋸形の波形で
ある。このため、確実に入力パルス幅Tpの全体(従出力
回路入力された全部の電気量)を平滑回路へ通過させる
ことができる。説明を加えると、通過量制御手段がオン
となるのは、比較電圧Vk < 同期波形値 の期間であ
る(図2(4) 参照)。ここで、本発明の同期波形は、オ
フ・タイミングから次のオフ・タイミングまで、一定の
傾斜で推移する鋸形の波形であるので、比較電圧Vkのレ
ベルが下がれば、益々、通過量制御手段のオン期間を増
加させることができる。一方従来装置では、図6(3) に
示すように同期波形における鋸波形の発生期間は、入力
パルス幅Tpの期間しか存在しなかった。そのため最大で
も(Tp−Td)のパルス幅しかスイッチ素子Q2を介して平
滑回路へ供給することができない。
【0014】
【実施例】図1は本発明に係るスイッチング電源の構成
例を示す図、図2は図1及び図3のタイムチャート、図
3は図1のブロック部を具体化した構成例を示す図、図
4は他の実施例を示す図である。
例を示す図、図2は図1及び図3のタイムチャート、図
3は図1のブロック部を具体化した構成例を示す図、図
4は他の実施例を示す図である。
【0015】本発明は、既述したように、従出力回路の
構成に特徴があるので、図5で示した主出力回路1、こ
の主出力回路1からトランスTの1次側への帰還回路
(フォトカプラ2とPWM 回路3)などの図示は省略して
ある。まず、図1を参照して本発明の概要を説明する。
同図において、トランスTの1次側の主スイッチQ1は、
図示しない主出力回路からの制御信号S1(図5参照)に
よりスイッチングされる。従って、2次側の巻線W2に
は、電圧が誘起される。従出力回路の構成は、次の如く
である。D3は、巻線W2の一端にアノードが接続されたダ
イオード、 Q2は、このダイオードD3のカソードに一端
が接続されたスイッチ素子、 D4は、このスイッチ素子
Q2の他端にカソードが接続され、アノードがトランスT
の巻線W2の他端に接続されたダイオード、 L2は、ダイ
オードD4のカソードに一端が接続されたチョークコイ
ル、 C2は、このチョークコイルL2の他端とダイオード
D4のアノードの間に接続されたコンデンサ、 4は、ス
イッチ素子Q2であるFET のゲートに制御信号を加えるド
ライブ回路である。ここで、チョークコイルL2とコンデ
ンサC2は、平滑回路を構成し、スイッチ素子Q2とドライ
ブ回路4は、オン・オフ動作することで、平滑回路へ供
給する電気量を制御する通過量制御手段を構成する。
構成に特徴があるので、図5で示した主出力回路1、こ
の主出力回路1からトランスTの1次側への帰還回路
(フォトカプラ2とPWM 回路3)などの図示は省略して
ある。まず、図1を参照して本発明の概要を説明する。
同図において、トランスTの1次側の主スイッチQ1は、
図示しない主出力回路からの制御信号S1(図5参照)に
よりスイッチングされる。従って、2次側の巻線W2に
は、電圧が誘起される。従出力回路の構成は、次の如く
である。D3は、巻線W2の一端にアノードが接続されたダ
イオード、 Q2は、このダイオードD3のカソードに一端
が接続されたスイッチ素子、 D4は、このスイッチ素子
Q2の他端にカソードが接続され、アノードがトランスT
の巻線W2の他端に接続されたダイオード、 L2は、ダイ
オードD4のカソードに一端が接続されたチョークコイ
ル、 C2は、このチョークコイルL2の他端とダイオード
D4のアノードの間に接続されたコンデンサ、 4は、ス
イッチ素子Q2であるFET のゲートに制御信号を加えるド
ライブ回路である。ここで、チョークコイルL2とコンデ
ンサC2は、平滑回路を構成し、スイッチ素子Q2とドライ
ブ回路4は、オン・オフ動作することで、平滑回路へ供
給する電気量を制御する通過量制御手段を構成する。
【0016】これらは図5で説明したものと同様な作用
・効果を果たすものであり、ここの部分は、本発明の特
徴とする構成ではない。次に説明する構成要素が本発明
の特徴とするものである。11は検出回路であり、スイッ
チングのオフ・タイミングを検出するものである。即
ち、図2(1) の波形において、オフとなるタイミング
(時刻t2,t4 ,…)を検出するものである。
・効果を果たすものであり、ここの部分は、本発明の特
徴とする構成ではない。次に説明する構成要素が本発明
の特徴とするものである。11は検出回路であり、スイッ
チングのオフ・タイミングを検出するものである。即
ち、図2(1) の波形において、オフとなるタイミング
(時刻t2,t4 ,…)を検出するものである。
【0017】12は波形発生回路であり、オフ・タイミン
グから次のオフ・タイミングの期間まで、一定の傾斜で
繰り返し推移する鋸形の同期波形を発生するものであ
る。即ち、図2(1) に図示するオフ・タイミングt2,t4,
…の期間に同期して発生を繰り返す鋸形の波形(図2
(4) 参照)を出力するものである。13はコンパレータで
あり、波形発生回路12が出力する同期波形と、後述する
誤差増幅器14が出力する比較信号を導入し、この2つの
信号の大小を比較して得られる信号Ve(図2(5) 参照)
をドライブ回路4に出力する。14は平滑回路の出力電圧
V2と設定電圧Vsを導入し、比較信号を出力する誤差増幅
器である。詳述すると、誤差増幅器14は、平滑回路の出
力電圧V2と、設定電圧Vsとの偏差に応じて変化する比較
信号を出力する。例えば、出力電圧V2<設定電圧Vs の
場合、この比較信号は減少する方向に推移し、出力電圧
V2>設定電圧Vs の場合、この比較信号は増加する方向
に推移する。出力電圧V2=設定電圧Vsとなれば、この比
較信号は、或る電圧で安定する。
グから次のオフ・タイミングの期間まで、一定の傾斜で
繰り返し推移する鋸形の同期波形を発生するものであ
る。即ち、図2(1) に図示するオフ・タイミングt2,t4,
…の期間に同期して発生を繰り返す鋸形の波形(図2
(4) 参照)を出力するものである。13はコンパレータで
あり、波形発生回路12が出力する同期波形と、後述する
誤差増幅器14が出力する比較信号を導入し、この2つの
信号の大小を比較して得られる信号Ve(図2(5) 参照)
をドライブ回路4に出力する。14は平滑回路の出力電圧
V2と設定電圧Vsを導入し、比較信号を出力する誤差増幅
器である。詳述すると、誤差増幅器14は、平滑回路の出
力電圧V2と、設定電圧Vsとの偏差に応じて変化する比較
信号を出力する。例えば、出力電圧V2<設定電圧Vs の
場合、この比較信号は減少する方向に推移し、出力電圧
V2>設定電圧Vs の場合、この比較信号は増加する方向
に推移する。出力電圧V2=設定電圧Vsとなれば、この比
較信号は、或る電圧で安定する。
【0018】このような図1の装置は、次のように動作
する。巻線W2には、図2(1) に示すようなスイッチング
波形が発生している。この図2(1) の波形において、t1
〜t2とt3〜t4は、主スイッチQ1がオンの期間であり、t2
〜t3は、主スイッチQ1がオフの期間である。検出回路11
は、この図2(1) の波形を取り入れて図2(3) に示すよ
うな微分波形を出力する。この微分波形は図2(1) のエ
ッジ部に同期して発生する波形である。ここで、微分波
形P2,P4,…は、オフ・タイミングt2,t4,…で得られるも
のである。波形発生回路12は、この図2(3) の波形を導
入し、これから図2(4) に示すような同期波形Vcを出力
する。即ち、オフ・タイミングt2,t4,…で発生する微分
波形P2,P4,…に同期したランプ波形を発生する。コンパ
レータ13は同期波形Vcと比較信号の電圧Vkの大きさを比
べ、比較電圧Vk< 同期波形値 となった時点で図2
(5) に示すパルス信号Veをドライブ回路4に出力する。
この信号Veを受けて、ドライブ回路4は、この信号Veが
HIGHの期間、スイッチ素子Q2をオンに駆動する。
する。巻線W2には、図2(1) に示すようなスイッチング
波形が発生している。この図2(1) の波形において、t1
〜t2とt3〜t4は、主スイッチQ1がオンの期間であり、t2
〜t3は、主スイッチQ1がオフの期間である。検出回路11
は、この図2(1) の波形を取り入れて図2(3) に示すよ
うな微分波形を出力する。この微分波形は図2(1) のエ
ッジ部に同期して発生する波形である。ここで、微分波
形P2,P4,…は、オフ・タイミングt2,t4,…で得られるも
のである。波形発生回路12は、この図2(3) の波形を導
入し、これから図2(4) に示すような同期波形Vcを出力
する。即ち、オフ・タイミングt2,t4,…で発生する微分
波形P2,P4,…に同期したランプ波形を発生する。コンパ
レータ13は同期波形Vcと比較信号の電圧Vkの大きさを比
べ、比較電圧Vk< 同期波形値 となった時点で図2
(5) に示すパルス信号Veをドライブ回路4に出力する。
この信号Veを受けて、ドライブ回路4は、この信号Veが
HIGHの期間、スイッチ素子Q2をオンに駆動する。
【0019】ここで本発明でも、従来例と同様にコンパ
レータ13とドライブ回路4等における遅延時間Tdが存在
するので、比較電圧Vk < 同期波形値 となってもス
イッチ素子Q2は、直ちにオンになれず、遅延時間Td後に
オンとなる。しかし、本発明の鋸形の同期波形Vcは、図
6に示す従来例の同期波形と異なり、オフ・タイミング
から次のオフ・タイミングまで、一定の傾斜で推移する
鋸形の波形である。このため、確実に入力パルス幅Tpの
全体(従出力回路に入力された全部の電気量)を平滑回
路へ通過させることができる。
レータ13とドライブ回路4等における遅延時間Tdが存在
するので、比較電圧Vk < 同期波形値 となってもス
イッチ素子Q2は、直ちにオンになれず、遅延時間Td後に
オンとなる。しかし、本発明の鋸形の同期波形Vcは、図
6に示す従来例の同期波形と異なり、オフ・タイミング
から次のオフ・タイミングまで、一定の傾斜で推移する
鋸形の波形である。このため、確実に入力パルス幅Tpの
全体(従出力回路に入力された全部の電気量)を平滑回
路へ通過させることができる。
【0020】この理由を説明する。スイッチ素子Q2がオ
ンとなるのは、比較電圧Vk < 同期波形値 の期間で
ある(図2(4),(5) 参照)。ここで、本発明の同期波形
は、オフ・タイミングから次のオフ・タイミングまで、
一定の傾斜で推移する鋸形の波形であるので、比較電圧
Vkのレベルが下がれば、益々、スイッチ素子Q2のオン期
間を増加させることができる。即ち、比較電圧Vkは、 従出力回路の出力電圧V2=設定電圧Vs となるまで、その電圧レベルは下がるので(図2(4) の
Vk´ 参照)、信号Veのパルス幅を広げることができ
る。つまり、遅延時間Tdが存在しても、それ以上に比較
電圧Vkが低下できるので、信号Veのパルス幅を広げるこ
とができる。一方従来装置では、図6(3) に示すように
同期波形における鋸波形の発生期間は、入力パルス幅Tp
の期間しか存在しなかった。そのため最大でも(Tp−T
d)のパルス幅しかスイッチ素子Q2を介して平滑回路へ
供給することができない。
ンとなるのは、比較電圧Vk < 同期波形値 の期間で
ある(図2(4),(5) 参照)。ここで、本発明の同期波形
は、オフ・タイミングから次のオフ・タイミングまで、
一定の傾斜で推移する鋸形の波形であるので、比較電圧
Vkのレベルが下がれば、益々、スイッチ素子Q2のオン期
間を増加させることができる。即ち、比較電圧Vkは、 従出力回路の出力電圧V2=設定電圧Vs となるまで、その電圧レベルは下がるので(図2(4) の
Vk´ 参照)、信号Veのパルス幅を広げることができ
る。つまり、遅延時間Tdが存在しても、それ以上に比較
電圧Vkが低下できるので、信号Veのパルス幅を広げるこ
とができる。一方従来装置では、図6(3) に示すように
同期波形における鋸波形の発生期間は、入力パルス幅Tp
の期間しか存在しなかった。そのため最大でも(Tp−T
d)のパルス幅しかスイッチ素子Q2を介して平滑回路へ
供給することができない。
【0021】次に図3を参照して、具体的構成例を説明
する。同図において、具体的に示したのは、図1の検出
回路11と、波形発生回路12である。図1の検出回路11の
ブロックは、図3ではダイオードD5,D6 と、抵抗R1〜R4
と、基準電圧Vref1を持つコンパレータU1と、コンデン
サC4とで構成される。また図1の波形発生回路12のブロ
ックは、図3では基準電圧Vref2を持つコンパレータU2
と、ダイオードD7と、抵抗R5,R6 と、コンデンサc5とで
構成される。
する。同図において、具体的に示したのは、図1の検出
回路11と、波形発生回路12である。図1の検出回路11の
ブロックは、図3ではダイオードD5,D6 と、抵抗R1〜R4
と、基準電圧Vref1を持つコンパレータU1と、コンデン
サC4とで構成される。また図1の波形発生回路12のブロ
ックは、図3では基準電圧Vref2を持つコンパレータU2
と、ダイオードD7と、抵抗R5,R6 と、コンデンサc5とで
構成される。
【0022】その他の構成は、図1と同様であるため、
具体化した構成部に焦点を当てて図3の動作を説明す
る。図2(1) に示すトランスTの出力電圧Voは、ダイオ
ードD5により整流され、更に抵抗R1,R2で分圧されて、
コンパレータU1に加えられる。コンパレ−タU1は、一方
の端子(+) に加えられている基準電圧Vref1と、トラン
スTの出力電圧Voと比較して(図2(1) 参照)、その結
果、図2(2) に示す波形Vaを出力する。即ち、この波形
Vaは、トランスTの出力電圧Voのエッジ部t1,t2,t3, …
で、極性が反転するパルス状の波形である。
具体化した構成部に焦点を当てて図3の動作を説明す
る。図2(1) に示すトランスTの出力電圧Voは、ダイオ
ードD5により整流され、更に抵抗R1,R2で分圧されて、
コンパレータU1に加えられる。コンパレ−タU1は、一方
の端子(+) に加えられている基準電圧Vref1と、トラン
スTの出力電圧Voと比較して(図2(1) 参照)、その結
果、図2(2) に示す波形Vaを出力する。即ち、この波形
Vaは、トランスTの出力電圧Voのエッジ部t1,t2,t3, …
で、極性が反転するパルス状の波形である。
【0023】このコンパレータU1の出力信号Vaは、コン
デンサC4で微分されるので、コンパレータU2の入力端子
(-) には、図2(3) に示すように、トランスTの出力電
圧Voのエッジに同期して発生する微分波形Vbが加えられ
る。ここで、微分波形VbのパルスP2,P4は、主スイッチ
Q1がオフになるタイミングに同期して発生する。なお、
ダイオードD6は、コンパレータU2の入力端子(-) に過大
なマイナス入力が入って、これを破損しないように保護
するものである。
デンサC4で微分されるので、コンパレータU2の入力端子
(-) には、図2(3) に示すように、トランスTの出力電
圧Voのエッジに同期して発生する微分波形Vbが加えられ
る。ここで、微分波形VbのパルスP2,P4は、主スイッチ
Q1がオフになるタイミングに同期して発生する。なお、
ダイオードD6は、コンパレータU2の入力端子(-) に過大
なマイナス入力が入って、これを破損しないように保護
するものである。
【0024】コンパレータU2は、図2(3) に示す微分パ
ルスP1,P2,P3, …を入力端子(-) に、基準電圧Vref2を
入力端子(+) に導入してこれを比較する。そして、微分
パルスP2,P4が発生した時点で、 Vref2 < 微分パルスP2,P4 の波高値 となるので、コンパレータU2の出力は、マイナス電位へ
急激に反転する。従って、コンデンサc5とダイオードD7
の回路において、図3に示すような電流i1が流れ、コン
デンサc5に蓄えられたエネルギーを放出する。
ルスP1,P2,P3, …を入力端子(-) に、基準電圧Vref2を
入力端子(+) に導入してこれを比較する。そして、微分
パルスP2,P4が発生した時点で、 Vref2 < 微分パルスP2,P4 の波高値 となるので、コンパレータU2の出力は、マイナス電位へ
急激に反転する。従って、コンデンサc5とダイオードD7
の回路において、図3に示すような電流i1が流れ、コン
デンサc5に蓄えられたエネルギーを放出する。
【0025】コンパレータU2は、微分パルスP2が消滅す
ると、入力端子(+) の電位の方が、入力端子(-) の電位
より高くなるので、その出力は、再びHIGHレベルとな
る。従ってダイオードD7はオフとなり、コンデンサc5の
電位は、電源Vcc と共通電位間に接続された2つの抵抗
R5とR6で分圧された電位を目指して一定の勾配で上昇す
る。即ち、コンデンサc5の電圧である信号Vcは、一定の
傾斜で増加するランプ波形となる(図2(4) 参照)。な
お、図2(4) の同期波形の最大電圧と勾配は、抵抗R5,
R6の値とコンデンサc5の容量で決定できる。そして時刻
t4にて、トランスTの出力電圧Voの次の立ち下がりエッ
ジが発生して微分パルスP4が、コンパレータU2が加えら
れると、再び上述の動作が繰り返され、信号Vcの波形
は、急激にマイナス電位に落ち込み、そこからまた一定
の勾配で上昇する。このようにして図2(4) に示す同期
波形が作り出される。
ると、入力端子(+) の電位の方が、入力端子(-) の電位
より高くなるので、その出力は、再びHIGHレベルとな
る。従ってダイオードD7はオフとなり、コンデンサc5の
電位は、電源Vcc と共通電位間に接続された2つの抵抗
R5とR6で分圧された電位を目指して一定の勾配で上昇す
る。即ち、コンデンサc5の電圧である信号Vcは、一定の
傾斜で増加するランプ波形となる(図2(4) 参照)。な
お、図2(4) の同期波形の最大電圧と勾配は、抵抗R5,
R6の値とコンデンサc5の容量で決定できる。そして時刻
t4にて、トランスTの出力電圧Voの次の立ち下がりエッ
ジが発生して微分パルスP4が、コンパレータU2が加えら
れると、再び上述の動作が繰り返され、信号Vcの波形
は、急激にマイナス電位に落ち込み、そこからまた一定
の勾配で上昇する。このようにして図2(4) に示す同期
波形が作り出される。
【0026】なお、図3では、具体的構成例を上げて説
明したが、本発明の検出回路11と、波形発生回路12の構
成を図3の構成に限定するわけではない。また、図1,
図3では、スイッチングのタイミングを把握する信号と
して巻線W2の出力電圧Voを検出回路11に導入したが、図
5に示す巻線W3側からこの出力電圧Voに相当するタイミ
ング信号を導入するようにしてもよい。また、同期波形
は、各種の構成で作り出すことができる。図4はその1
例であり、図1の波形発生回路12のブロック部のみを示
したものである。なお、図4に示すコンパレータU2は、
図3のコンパレータU2に相当するものであるが、この場
合、図2(3) に示す微分パルスP1,P2,P3, …を入力端子
(+) に加え、基準電圧Vref2を入力端子(-)に加えたも
のである。従って、図2(3)の微分パルスP2,P4,…が発
生している期間以外は、その出力V1は、LOW レベルにあ
る。そして、微分パルスP2,P4, …が発生して基準電圧
Vref2を越えいてる期間だけHIGHレベルとなるので、図
4(1)に示すV1波形となる。また、上述では、PWM 回路
3がトランスTの1次側に位置する所謂1次側制御方式
で説明したが、このPWM 回路3をトランスTの2次側に
接続し、このPWM 回路3の出力を図示しないトランスを
介してトランスTの1次側へ加えるようにしても良い
(これを2次側制御方式と言う)。
明したが、本発明の検出回路11と、波形発生回路12の構
成を図3の構成に限定するわけではない。また、図1,
図3では、スイッチングのタイミングを把握する信号と
して巻線W2の出力電圧Voを検出回路11に導入したが、図
5に示す巻線W3側からこの出力電圧Voに相当するタイミ
ング信号を導入するようにしてもよい。また、同期波形
は、各種の構成で作り出すことができる。図4はその1
例であり、図1の波形発生回路12のブロック部のみを示
したものである。なお、図4に示すコンパレータU2は、
図3のコンパレータU2に相当するものであるが、この場
合、図2(3) に示す微分パルスP1,P2,P3, …を入力端子
(+) に加え、基準電圧Vref2を入力端子(-)に加えたも
のである。従って、図2(3)の微分パルスP2,P4,…が発
生している期間以外は、その出力V1は、LOW レベルにあ
る。そして、微分パルスP2,P4, …が発生して基準電圧
Vref2を越えいてる期間だけHIGHレベルとなるので、図
4(1)に示すV1波形となる。また、上述では、PWM 回路
3がトランスTの1次側に位置する所謂1次側制御方式
で説明したが、このPWM 回路3をトランスTの2次側に
接続し、このPWM 回路3の出力を図示しないトランスを
介してトランスTの1次側へ加えるようにしても良い
(これを2次側制御方式と言う)。
【0027】増幅器U3とコンデンサC6は、積分回路を形
成している。そして、コンパレータU2の出力V1がLOW レ
ベルの期間は、図4に示す積分電流i2が流れるので、そ
の積分電圧Vcは図4(2) に示す波形のように積分定数C6
・R7の傾きで増加する。そして、コンパレータU2の出力
V1が、立ち上がるとダイオードD8がオンとなり、図4に
示す電流i3が流れて、積分コンデンサC6をマイナスにチ
ャージする。なお、この場合、C6・R8の積分時定数は、
小さい値に設定しているので、この立ち上がりエッジで
直ちに、積分コンデンサC6をマイナスにチャージでき
る。
成している。そして、コンパレータU2の出力V1がLOW レ
ベルの期間は、図4に示す積分電流i2が流れるので、そ
の積分電圧Vcは図4(2) に示す波形のように積分定数C6
・R7の傾きで増加する。そして、コンパレータU2の出力
V1が、立ち上がるとダイオードD8がオンとなり、図4に
示す電流i3が流れて、積分コンデンサC6をマイナスにチ
ャージする。なお、この場合、C6・R8の積分時定数は、
小さい値に設定しているので、この立ち上がりエッジで
直ちに、積分コンデンサC6をマイナスにチャージでき
る。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、コ
ンパレータ13やドライブ回路4などの遅延時間に影響さ
れずスイッチングのパルス幅の全部を電圧制御に利用で
きるようになった。その結果、高周波でも大電流の出力
を得ることができ、高い制御性を持つ従出力回路を実現
できる。この点に基づきトランスの出力電圧を高くしな
くても従出力電圧を確保できるため、低耐圧の電子部品
を使用できる。従って、小型、低損失のスイッチング電
源を作ることもできる。
ンパレータ13やドライブ回路4などの遅延時間に影響さ
れずスイッチングのパルス幅の全部を電圧制御に利用で
きるようになった。その結果、高周波でも大電流の出力
を得ることができ、高い制御性を持つ従出力回路を実現
できる。この点に基づきトランスの出力電圧を高くしな
くても従出力電圧を確保できるため、低耐圧の電子部品
を使用できる。従って、小型、低損失のスイッチング電
源を作ることもできる。
【図1】本発明に係るスイッチング電源の構成例を示す
図
図
【図2】図1,図3のタイムチャート
【図3】図1の具体的な構成例を示す図
【図4】他の実施例を示す図
【図5】従来例を示す図
【図6】図5のタイムチャート
4 ドライブ回路 11 検出回路 12 波形発生回路 13 コンパレータ 14 誤差増幅器 Q2 スイッチ素子
Claims (1)
- 【請求項1】トランスの1次側に主スイッチ(Q1)を備
え、この1次側に加えられた直流電圧(Vin) をスイッチ
ング制御することで、2次側の第1巻線(W3)に誘起され
る電圧を制御し、2次側の誘起電圧から直流出力を得る
スイッチング電源において、 前記トランスの2次側に設けた第2巻線(W2)と、 この第2巻線の出力の整流波形を平滑する平滑回路と、 この第2巻線と平滑回路の間に設けられ、オン・オフ動
作することで、通過する電気量を制御する通過量制御手
段(Q2,4) と、 前記スイッチングのオフ・タイミングを検出する検出回
路(11)と、 このオフ・タイミングから次のオフ・タイミングの期間
まで、一定の傾斜で繰り返し推移する鋸形の同期波形を
発生する波形発生回路(12)と、 前記平滑回路の出力電圧と設定電圧を導入し、比較信号
を出力する誤差増幅器と、 前記同期波形と比較信号を導入し、この2つの信号の大
小を比較して得られる信号(Ve)を前記通過量制御手段に
出力するコンパレータ(13)と、 を備えたことを特徴とするスイッチング電源。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3282727A JP2976638B2 (ja) | 1991-10-29 | 1991-10-29 | スイッチング電源 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3282727A JP2976638B2 (ja) | 1991-10-29 | 1991-10-29 | スイッチング電源 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05122929A JPH05122929A (ja) | 1993-05-18 |
JP2976638B2 true JP2976638B2 (ja) | 1999-11-10 |
Family
ID=17656261
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3282727A Expired - Fee Related JP2976638B2 (ja) | 1991-10-29 | 1991-10-29 | スイッチング電源 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2976638B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06113543A (ja) * | 1992-09-28 | 1994-04-22 | Yutaka Denki Seisakusho:Kk | 同期チョッパ回路 |
KR100802983B1 (ko) * | 2004-12-27 | 2008-02-14 | 지피 테크놀로지 코포레이션 | 다중 변조 방식을 통한 전원 제어방법 |
JP2008533960A (ja) | 2005-03-11 | 2008-08-21 | エヌエックスピー ビー ヴィ | スイッチトモード電力変換装置及びその動作方法 |
-
1991
- 1991-10-29 JP JP3282727A patent/JP2976638B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH05122929A (ja) | 1993-05-18 |
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