JP3011053B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents
スイッチング電源装置Info
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- JP3011053B2 JP3011053B2 JP7131473A JP13147395A JP3011053B2 JP 3011053 B2 JP3011053 B2 JP 3011053B2 JP 7131473 A JP7131473 A JP 7131473A JP 13147395 A JP13147395 A JP 13147395A JP 3011053 B2 JP3011053 B2 JP 3011053B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＤＣ−ＤＣコンバータに
用いられるスイッチング電源装置に掛り、特に即応性と
安定性を両立させる場合の制御性の改良に関する。
用いられるスイッチング電源装置に掛り、特に即応性と
安定性を両立させる場合の制御性の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】スイッチング電源装置は、例えば本出願
人の提案にかかる特開平４−１０９８６７号公報に開示
されているように、入力電圧をフィードフォワード制御
して、入力電圧を広い範囲で許容する技術が知られてい
る。また、特開昭６０−１１３６６２号公報では、過負
荷や負荷急変等の過渡的な状態に対する制御性を改良す
る提案がなされている。
人の提案にかかる特開平４−１０９８６７号公報に開示
されているように、入力電圧をフィードフォワード制御
して、入力電圧を広い範囲で許容する技術が知られてい
る。また、特開昭６０−１１３６６２号公報では、過負
荷や負荷急変等の過渡的な状態に対する制御性を改良す
る提案がなされている。
【０００３】図４は、従来の二次側出力電圧帰還型のス
イッチング電源の回路図である。図において、トランス
には一次巻線ｎ1、二次巻線ｎ2及び補助巻線ｎsが設けら
れている。入力電圧源１０は、例えば商用の交流電源か
らの交流電流を整流平滑化して直流電圧Ｖinを生成する
もので、一次巻線ｎ1に接続されていると共にトランジ
スタ等のスイッチング素子Ｑによりオンオフされてい
る。すると二次巻線ｎ2にはスイッチング電圧信号が誘
起されるので、ダイオードＤ１と出力コンデンサＣ１の
整流平滑化回路によって直流化された出力電圧Ｖoutが
負荷２０に供給される。ここでは、オンオフ方式若しく
はフライバックコンバータと呼ばれる形式を採用してい
るので、スイッチング素子Ｑがオンしている期間にトラ
ンスＴにエネルギが蓄えられ、スイッチング素子Ｑがオ
フしている期間にはオン期間中に増加したトランスＴの
磁束を減少させている。
イッチング電源の回路図である。図において、トランス
には一次巻線ｎ1、二次巻線ｎ2及び補助巻線ｎsが設けら
れている。入力電圧源１０は、例えば商用の交流電源か
らの交流電流を整流平滑化して直流電圧Ｖinを生成する
もので、一次巻線ｎ1に接続されていると共にトランジ
スタ等のスイッチング素子Ｑによりオンオフされてい
る。すると二次巻線ｎ2にはスイッチング電圧信号が誘
起されるので、ダイオードＤ１と出力コンデンサＣ１の
整流平滑化回路によって直流化された出力電圧Ｖoutが
負荷２０に供給される。ここでは、オンオフ方式若しく
はフライバックコンバータと呼ばれる形式を採用してい
るので、スイッチング素子Ｑがオンしている期間にトラ
ンスＴにエネルギが蓄えられ、スイッチング素子Ｑがオ
フしている期間にはオン期間中に増加したトランスＴの
磁束を減少させている。
【０００４】出力電圧の安定化は、次の構成により行わ
れる。誤差アンプ３０は出力電圧Ｖoutと規準電圧とを
比較して、この誤差電圧に比例するデューティー比の誤
差信号を出力する。フォトカプラ４０はスイッチング電
源の一次側と二次側を絶縁するもので、ここでは誤差ア
ンプ３０の出力する誤差信号に対応するオンオフ信号に
変換している。ドライブ回路５０は、フォトカプラ４０
から送られたオンオフ信号を入力し、出力電圧Ｖoutと
規準電圧とが一致する方向のスイッチング制御信号をス
イッチング素子Ｑに印加する。補助電源回路６０はドラ
イブ回路５０の動作用電圧を発生するもので、補助巻線
ｎsに誘起されたスイッチング信号をダイオードＤ２と
コンデンサＣ２の整流平滑化回路によって直流化して、
補助電源電圧を発生する。
れる。誤差アンプ３０は出力電圧Ｖoutと規準電圧とを
比較して、この誤差電圧に比例するデューティー比の誤
差信号を出力する。フォトカプラ４０はスイッチング電
源の一次側と二次側を絶縁するもので、ここでは誤差ア
ンプ３０の出力する誤差信号に対応するオンオフ信号に
変換している。ドライブ回路５０は、フォトカプラ４０
から送られたオンオフ信号を入力し、出力電圧Ｖoutと
規準電圧とが一致する方向のスイッチング制御信号をス
イッチング素子Ｑに印加する。補助電源回路６０はドラ
イブ回路５０の動作用電圧を発生するもので、補助巻線
ｎsに誘起されたスイッチング信号をダイオードＤ２と
コンデンサＣ２の整流平滑化回路によって直流化して、
補助電源電圧を発生する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の二次側
出力電圧帰還型のスイッチング電源によると、周波数特
性の数十ｋＨｚの領域において、位相遅れが増大して以
下の課題を生ずる。 位相余裕が減少することにより発振が起きやすくな
る。 の為に、制御系のゲインを上げられず負荷変動に
対する応答が遅くなる。 の為に、安定性に関し、出力コンデンサの寄生抵
抗の温度変化の影響を受けやすい。 の為に、出力コンデンサに寄生抵抗の小さい高性
能品を使用することが困難であり、出力フィルタの小型
化が難しい。 〜の為に、制御系の設計に手間と時間がかか
る。 なお、この位相遅れは主に絶縁の為のフォトカプラ４０
の位相遅れ、出力コンデンサＣ１の寄生抵抗等の二次側
の寄生成分により生じている。
出力電圧帰還型のスイッチング電源によると、周波数特
性の数十ｋＨｚの領域において、位相遅れが増大して以
下の課題を生ずる。 位相余裕が減少することにより発振が起きやすくな
る。 の為に、制御系のゲインを上げられず負荷変動に
対する応答が遅くなる。 の為に、安定性に関し、出力コンデンサの寄生抵
抗の温度変化の影響を受けやすい。 の為に、出力コンデンサに寄生抵抗の小さい高性
能品を使用することが困難であり、出力フィルタの小型
化が難しい。 〜の為に、制御系の設計に手間と時間がかか
る。 なお、この位相遅れは主に絶縁の為のフォトカプラ４０
の位相遅れ、出力コンデンサＣ１の寄生抵抗等の二次側
の寄生成分により生じている。
【０００６】本発明はこのような課題を解決したもの
で、出力コンデンサ、フォトカプラの寄生的な特性に左
右されず、安定性と即応性の両立した制御性の得られる
スイッチング電源装置を提供することを目的とする。
で、出力コンデンサ、フォトカプラの寄生的な特性に左
右されず、安定性と即応性の両立した制御性の得られる
スイッチング電源装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明は、一次巻線ｎ1に印加される直流入力電圧Ｖinを
スイッチング素子Ｑによりオンオフし、二次巻線ｎ2に
誘起されるスイッチング電流を整流平滑化して出力電圧
Ｖoutを負荷に供給すると共に、このスイッチング素子
がオンしている期間に、これら一次巻線と二次巻線を有
するトランスＴにエネルギが蓄えられ、オフ期間に二次
側にエネルギが伝えられるフライバックコンバータ１０
と、この出力電圧と基準電圧とを比較して誤差電圧を求
める誤差アンプ３０と、この誤差アンプの出力する誤差
電圧信号を前記コンバータの一次側と二次側との間で絶
縁する手段４０と、この絶縁手段を介して送られた誤差
電圧信号を小さくする方向のスイッチング制御信号を前
記スイッチング素子に印加するドライブ回路５０と、補
助巻線ｎsに誘起されるスイッチング電流を整流平滑化
してこのドライブ回路に動作用電力を送る補助電源回路
６０とを有するスイッチング電源装置において、次の構
成としたものである。
発明は、一次巻線ｎ1に印加される直流入力電圧Ｖinを
スイッチング素子Ｑによりオンオフし、二次巻線ｎ2に
誘起されるスイッチング電流を整流平滑化して出力電圧
Ｖoutを負荷に供給すると共に、このスイッチング素子
がオンしている期間に、これら一次巻線と二次巻線を有
するトランスＴにエネルギが蓄えられ、オフ期間に二次
側にエネルギが伝えられるフライバックコンバータ１０
と、この出力電圧と基準電圧とを比較して誤差電圧を求
める誤差アンプ３０と、この誤差アンプの出力する誤差
電圧信号を前記コンバータの一次側と二次側との間で絶
縁する手段４０と、この絶縁手段を介して送られた誤差
電圧信号を小さくする方向のスイッチング制御信号を前
記スイッチング素子に印加するドライブ回路５０と、補
助巻線ｎsに誘起されるスイッチング電流を整流平滑化
してこのドライブ回路に動作用電力を送る補助電源回路
６０とを有するスイッチング電源装置において、次の構
成としたものである。
【０００８】即ち、前記補助電源回路の出力電圧を検出
する手段Ｒ１，Ｒ２と、この補助電源出力電圧検出手段
で求めた信号を、前記ドライブ回路に送られる誤差電圧
信号に交流的に重畳する結合手段ＣACとを設けたことを
特徴としている。
する手段Ｒ１，Ｒ２と、この補助電源出力電圧検出手段
で求めた信号を、前記ドライブ回路に送られる誤差電圧
信号に交流的に重畳する結合手段ＣACとを設けたことを
特徴としている。
【０００９】
【作用】本発明の構成によれば、出力電圧の直流精度
を、誤差アンプ並びにドライブ回路の二次側出力電圧帰
還により得ている。補助電源出力電圧検出手段と結合手
段ＣACにより、補助電源出力電圧に含まれるＡＣ成分を
ドライブ回路に帰還することで、発振等に関する交流的
な安定度を一次側の補助電源回路からの帰還信号により
得ている。発振等の安定度は、制御理論によると、ゲイ
ン交差周波数における位相余裕により定まるが、二次側
回路の寄生抵抗等の影響を小さくするため、ゲイン交差
周波数付近において一次側回路の特性が支配的になるよ
うにしている。
を、誤差アンプ並びにドライブ回路の二次側出力電圧帰
還により得ている。補助電源出力電圧検出手段と結合手
段ＣACにより、補助電源出力電圧に含まれるＡＣ成分を
ドライブ回路に帰還することで、発振等に関する交流的
な安定度を一次側の補助電源回路からの帰還信号により
得ている。発振等の安定度は、制御理論によると、ゲイ
ン交差周波数における位相余裕により定まるが、二次側
回路の寄生抵抗等の影響を小さくするため、ゲイン交差
周波数付近において一次側回路の特性が支配的になるよ
うにしている。
【００１０】
【実施例】以下図面を用いて、本発明を説明する。図１
は本発明の一実施例を示すスイッチング電源装置の構成
図である。尚、図１において前記図４と同一作用をする
ものには同一符号を付して説明を省略する。図におい
て、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２は補助電源回路６０の出力電圧
を分圧するもので、補助電源回路６０の出力電圧に比例
する信号を発生する。結合コンデンサＣacは分圧抵抗Ｒ
１，Ｒ２から送られた出力電圧信号を、交流的にフォト
カプラ４０からドライブ回路５０に送られる誤差電圧信
号に交流的に重畳させている。なお、出力コンデンサＣ
１には寄生抵抗の小さい高性能品を用いている。
は本発明の一実施例を示すスイッチング電源装置の構成
図である。尚、図１において前記図４と同一作用をする
ものには同一符号を付して説明を省略する。図におい
て、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２は補助電源回路６０の出力電圧
を分圧するもので、補助電源回路６０の出力電圧に比例
する信号を発生する。結合コンデンサＣacは分圧抵抗Ｒ
１，Ｒ２から送られた出力電圧信号を、交流的にフォト
カプラ４０からドライブ回路５０に送られる誤差電圧信
号に交流的に重畳させている。なお、出力コンデンサＣ
１には寄生抵抗の小さい高性能品を用いている。
【００１１】このように構成された装置の動作を次に説
明する。図２はスイッチング電源の開ループにおける周
波数特性図で、（Ａ）はゲイン[ｄＢ]、（Ｂ）は位相[d
eg]を表している。図において、実線は図１に示す本発
明の実施例、破線は図４に二次側出力電圧帰還型の特性
図である。開ループ特性において、ゲイン交差周波数で
の位相が−１８０degよりも遅れると、これを閉ループ
にした制御系は発振することが知られている。ここで、
ゲイン交差周波数とはゲインが０ｄＢとなる周波数をい
う。破線に示す従来例においては、ゲイン交差周波数ｆ
sは6.5ｋＨｚであり、このときの位相−２１０degは、
−１８０degに対する位相余裕Δθsが−３０degと発振
を示す値となっている。これに対して、実線にしめす本
実施例においては、ゲイン交差周波数ｆpは8.6ｋＨｚで
あり、このときの−１８０degに対する位相余裕Δθpが
＋１４degと発振のない安定域にあることが判る。
明する。図２はスイッチング電源の開ループにおける周
波数特性図で、（Ａ）はゲイン[ｄＢ]、（Ｂ）は位相[d
eg]を表している。図において、実線は図１に示す本発
明の実施例、破線は図４に二次側出力電圧帰還型の特性
図である。開ループ特性において、ゲイン交差周波数で
の位相が−１８０degよりも遅れると、これを閉ループ
にした制御系は発振することが知られている。ここで、
ゲイン交差周波数とはゲインが０ｄＢとなる周波数をい
う。破線に示す従来例においては、ゲイン交差周波数ｆ
sは6.5ｋＨｚであり、このときの位相−２１０degは、
−１８０degに対する位相余裕Δθsが−３０degと発振
を示す値となっている。これに対して、実線にしめす本
実施例においては、ゲイン交差周波数ｆpは8.6ｋＨｚで
あり、このときの−１８０degに対する位相余裕Δθpが
＋１４degと発振のない安定域にあることが判る。
【００１２】このようにゲイン交差周波数付近において
位相余裕が改善されるのは、一次側の特性が支配的とな
ることにより、二次側の寄生成分による位相遅れが改善
されるためである。若し、破線に示す従来例において
は、ゲイン交差周波数ｆs＝6.5ｋＨｚにおける位相余裕
Δθsを＋０degと発振が防止できる値とするには、ゲイ
ンを１０ｄＢ程度低下させる必要があるが、すると負荷
電流変動に対する出力電圧Ｖoutの過渡応答特性が悪化
することが予想される。本実施例によれば、ゲインを下
げずとも発振は起こらず、過渡応答特性も良好となる。
位相余裕が改善されるのは、一次側の特性が支配的とな
ることにより、二次側の寄生成分による位相遅れが改善
されるためである。若し、破線に示す従来例において
は、ゲイン交差周波数ｆs＝6.5ｋＨｚにおける位相余裕
Δθsを＋０degと発振が防止できる値とするには、ゲイ
ンを１０ｄＢ程度低下させる必要があるが、すると負荷
電流変動に対する出力電圧Ｖoutの過渡応答特性が悪化
することが予想される。本実施例によれば、ゲインを下
げずとも発振は起こらず、過渡応答特性も良好となる。
【００１３】図３は負荷電流変動に対する出力電圧の過
渡応答特性の波形図で、（Ａ）は出力電圧、（Ｂ）は負
荷電流を表している。負荷電流は２０ｍＳ毎に0.75Ａと
1.50Ａが交互に流れる。これに対して、出力電圧Ｖout
は定格が5.00Ｖであるところ、負荷電流の切替え毎に0.
07Ｖでパルス幅0.5ｍＳ程度の出力電圧変動が現れてい
るが、直ちに整定しているので負荷２０への影響が軽微
なことが了解される。
渡応答特性の波形図で、（Ａ）は出力電圧、（Ｂ）は負
荷電流を表している。負荷電流は２０ｍＳ毎に0.75Ａと
1.50Ａが交互に流れる。これに対して、出力電圧Ｖout
は定格が5.00Ｖであるところ、負荷電流の切替え毎に0.
07Ｖでパルス幅0.5ｍＳ程度の出力電圧変動が現れてい
るが、直ちに整定しているので負荷２０への影響が軽微
なことが了解される。
【００１４】なお、上記実施例においては、一次側ＡＣ
成分を結合コンデンサＣacにより帰還するに当たり補助
電源回路６０の信号を援用しているが、独立に補助巻線
を設けたも差し支えない。また一次側ＡＣ成分の帰還に
はコンデンサＣacを用いているが、ＦＥＴを用いたソー
スフォロワ回路、トランジスタを用いたエミッタフォロ
ワ回路、ＯＰアンプを用いたハイパスフィルタ回路、ト
ランス結合回路等の他の交流的な結合回路を用いても差
し支えない。
成分を結合コンデンサＣacにより帰還するに当たり補助
電源回路６０の信号を援用しているが、独立に補助巻線
を設けたも差し支えない。また一次側ＡＣ成分の帰還に
はコンデンサＣacを用いているが、ＦＥＴを用いたソー
スフォロワ回路、トランジスタを用いたエミッタフォロ
ワ回路、ＯＰアンプを用いたハイパスフィルタ回路、ト
ランス結合回路等の他の交流的な結合回路を用いても差
し支えない。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば出
力電圧安定化にあたり直流成分を安定化するには二次側
回路の信号を用いるスイッチング電源装置において、二
次側回路の寄生特性によるゲイン交差周波数付近での位
相余裕の低下を補償するために、補助電源回路６０に現
れる一次側ＡＣ成分を結合コンデンサＣacにより帰還し
て位相余裕を改善しているので、次のような効果があ
る。
力電圧安定化にあたり直流成分を安定化するには二次側
回路の信号を用いるスイッチング電源装置において、二
次側回路の寄生特性によるゲイン交差周波数付近での位
相余裕の低下を補償するために、補助電源回路６０に現
れる一次側ＡＣ成分を結合コンデンサＣacにより帰還し
て位相余裕を改善しているので、次のような効果があ
る。
【００１６】 出力電圧の安定性が増大し、過渡応答
特性も良好となる。 出力コンデンサＣ１の寄生抵抗は温度により変動す
るが、ゲイン交差周波数付近では一次側ＡＣ成分が支配
的となるので、この温度変動の影響を受け難くく、制御
の分野で言われるロバスト性が向上する。 実施例のように出力コンデンサに固体電解質を用い
た寄生抵抗の小さい高性能品を用いると、出力フィルタ
が小型化でき、スイッチング電源のコスト低減に寄与す
る。 一次側からの検出信号で安定性を確保し、二次側か
らの検出信号で出力電圧の直流精度を確保しているの
で、一次側と二次側の設計の分離が可能となり、スイッ
チング電源の制御系の設計が容易になる。
特性も良好となる。 出力コンデンサＣ１の寄生抵抗は温度により変動す
るが、ゲイン交差周波数付近では一次側ＡＣ成分が支配
的となるので、この温度変動の影響を受け難くく、制御
の分野で言われるロバスト性が向上する。 実施例のように出力コンデンサに固体電解質を用い
た寄生抵抗の小さい高性能品を用いると、出力フィルタ
が小型化でき、スイッチング電源のコスト低減に寄与す
る。 一次側からの検出信号で安定性を確保し、二次側か
らの検出信号で出力電圧の直流精度を確保しているの
で、一次側と二次側の設計の分離が可能となり、スイッ
チング電源の制御系の設計が容易になる。
【図１】 本発明の一実施例を示すスイッチング電源装
置の回路図である。
置の回路図である。
【図２】 スイッチング電源の開ループにおける周波数
特性図で
特性図で
【図３】 負荷電流変動に対する出力電圧の過渡応答特
性の波形図である。
性の波形図である。
【図４】 従来の二次側出力電圧帰還型のスイッチング
電源の回路図である。
電源の回路図である。
１０ フライバックコンバータ ２０ 負荷 ３０ 誤差アンプ ４０ フォトカプラ ５０ ドライブ回路 ６０ 補助電源回路 Ｃac 結合手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内田 暁 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横 河電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平７−95768（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02M 3/28
Claims (1)
- 【請求項１】一次巻線（ｎ1)に印加される直流入力電圧
（Ｖin）をスイッチング素子（Ｑ）によりオンオフし、
二次巻線（ｎ2)に誘起されるスイッチング電流を整流平
滑化して出力電圧（Ｖout)を負荷に供給すると共に、こ
のスイッチング素子がオンしている期間に、これら一次
巻線と二次巻線を有するトランス（Ｔ）にエネルギが蓄
えられ、オフ期間に二次側にエネルギが伝えられるフラ
イバックコンバータ（１０）と、 この出力電圧と基準電圧とを比較して誤差電圧を求める
誤差アンプ（３０）と、この誤差アンプの出力する誤差
電圧信号を前記コンバータの一次側と二次側との間で絶
縁する手段（４０）と、 この絶縁手段を介して送られた誤差電圧信号を小さくす
る方向のスイッチング制御信号を前記スイッチング素子
に印加するドライブ回路（５０）と、 補助巻線（ｎs)に誘起されるスイッチング電流を整流平
滑化してこのドライブ回路に動作用電力を送る補助電源
回路（６０）と、 を有するスイッチング電源装置において、 前記補助電源回路の出力電圧を検出する手段（Ｒ１，Ｒ
２）と、 この補助電源出力電圧検出手段で求めた信号を、前記ド
ライブ回路に送られる誤差電圧信号に交流的に重畳する
結合手段（ＣAC）と、を設けたことを特徴とするスイッ
チング電源装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7131473A JP3011053B2 (ja) | 1995-05-30 | 1995-05-30 | スイッチング電源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7131473A JP3011053B2 (ja) | 1995-05-30 | 1995-05-30 | スイッチング電源装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08331844A JPH08331844A (ja) | 1996-12-13 |
| JP3011053B2 true JP3011053B2 (ja) | 2000-02-21 |
Family
ID=15058799
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7131473A Expired - Fee Related JP3011053B2 (ja) | 1995-05-30 | 1995-05-30 | スイッチング電源装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3011053B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2366098B (en) * | 1999-01-28 | 2002-07-31 | Power One Ag | Voltage converter |
| JP2004140952A (ja) | 2002-10-18 | 2004-05-13 | Murata Mfg Co Ltd | Ｄｃ−ｄｃコンバータ |
| CN115001244B (zh) * | 2022-08-03 | 2022-10-04 | 华能太原东山燃机热电有限责任公司 | 一种高压变频器及其输出电压检测方法、装置及存储介质 |
-
1995
- 1995-05-30 JP JP7131473A patent/JP3011053B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08331844A (ja) | 1996-12-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071210 Year of fee payment: 8 |
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