JP3062091B2 - 帰還制御回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、帰還制御回路、特
に呼出信号発生装置およびスイッチング電源装置におい
て出力電圧の制御を行う帰還制御回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の呼出信号発生装置では、呼出信号
を安定に出力するための帰還制御回路を１回路で構成
し、全ての周波数帯域に対して帰還制御を行っている。

【０００３】図３は、従来の呼出信号発生装置を示す。
入力電源１はコンバータ回路２の入力（１）および
（２）に接続され、コンバータ回路２の出力（３）およ
び出力（４）はそれぞれ整流回路３，整流回路４に接続
される。整流回路４の出力（１），（２）は、整流回路
３の出力（２），（１）にそれぞれ接続され、出力平滑
用コンデンサ５に接続され、負荷６に接続される。整流
回路３，４の出力は誤差増幅回路３１の反転入力端子に
接続され、誤差増幅回路３１の非反転入力端子は、基準
正弦波生成回路１０に接続される。帰還回路３２は、誤
差増幅回路３１の出力端子および反転入力端子に接続さ
れる。また、誤差増幅回路３１の出力端子は、コンパレ
ータ回路３３の入力端子に接続される。鋸波生成回路９
はクロック生成回路８からの呼出信号を入力し、出力を
コンパレータ回路３３の他方の入力端子に接続してい
る。コンパレータ回路３３の出力とクロック生成回路８
の出力はデコーダ回路７にそれぞれ入力されデコーダ回
路７の出力（１），（２），（３）は、それぞれコンバ
ータ回路２，整流回路３および整流回路４の制御信号入
力端子に接続される。

【０００４】誤差増幅回路３１と、帰還回路３２と、コ
ンパレータ回路３３とは、１つの帰還制御回路を構成し
ている。

【０００５】このような１つの帰還制御回路で必要な低
周波数領域での利得特性と高周波数領域での利得特性を
決定するため、設計において１つの回路定数の値が他の
周波数領域の利得特性を決定する回路定数の決定に影響
を与える。呼出信号の出力変動を抑えるためには、低周
波数領域の利得を高くする必要があり、負荷の急変など
急峻な変化による出力電圧の変化に対しては高周波数領
域の利得を高める必要があるが、整流回路と平滑用コン
デンサとよりなる出力平滑フィルタ回路の遮断特性と帰
還制御回路の位相特性の設定によっては、出力の位相余
裕が殆ど無くなり、発振現象が起きやすくなる。従っ
て、設定できる利得特性は１から１０程度となるため、
通常、出力電圧変動幅は大きなものになる。

【０００６】同様に、スイッチング電源装置において
も、１つの帰還制御回路で必要な低周波数領域での利得
特性と高周波数領域での利得特性を決定している。特
に、スイッチング電源装置では直流電圧の安定化は重視
されるため、直流利得は３０から１００程度が選択され
るが、出力平滑フィルタ回路の遮断特性と帰還制御回路
の位相特性の設定によっては、出力の位相余裕が殆ど無
く発振現象が起きやすくなるため、高周波数領域の利得
特性は１から１０程度が選択され、場合によっては１未
満が選択される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】１つの帰還制御回路を
用いた呼出信号発生装置あるいはスイッチング電源装置
では、出力平滑フィルタ回路の遮断特性と帰還制御回路
の位相特性の設定によっては、出力の位相余裕が殆ど無
くなり、発振現象が起きやすくなる。対策として発振現
象が生じる周波数領域の利得が１未満となるように利得
特性を下げるか、帰還制御回路の入力回路に位相補償回
路を追加することにより、位相余裕の改善を図ることが
できる。利得を下げた場合は負荷の急峻な動きに対して
追従しきれなくなるため出力の変動が大きくなる。ま
た、位相補償回路の追加は使用部品の増加および定数検
討が必要になる部品点数が増加することになる。

【０００８】本発明の目的は、相対的に出力の低雑音化
が実現でき、出力フィルタの小型化を可能にする帰還制
御回路を提供することにある。

【０００９】本発明の他の目的は、回路定数の設定の自
由度を向上させ、設計の容易化を図ることのできる帰還
制御回路を提供することにある。

【００１０】本発明のさらに他の目的は、呼出信号発生
装置またはスイッチング電源装置に用いるのが好適な帰
還制御回路を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の帰還制御回路
は、低周波数領域の利得を高くした帰還制御回路と、高
周波数領域の利得を高くした帰還制御回路とに分割さ
れ、制御する周波数領域を分割している。このように、
帰還制御回路を分割し、帰還制御回路が制御する周波数
領域を分担させることで、各周波数領域における帰還特
性の最適化を行うことができる。

【００１２】このような帰還制御回路を、呼出信号発生
装置あるいはスイッチング電源装置に適用すると、低周
波数領域の利得を高くした帰還制御回路は、呼出信号ま
たは出力電圧の低周波数領域の静的変動を低く抑え、高
周波数領域の利得を高くした帰還制御回路は、接続され
る負荷の急変による呼出信号または出力電圧の動的変動
の周波数領域に対して安定した信号または電圧の供給を
行う。

【００１３】したがって、それぞれの帰還制御回路を別
個に設計でき、選択する回路定数が他方の制御回路の回
路定数選択に影響を与えないため回路部品の選択の幅が
拡がる。また、周波数領域別に特性の設定ができるた
め、所望の出力特性を容易に実現できるほか、特性変更
時の調整が対応する帰還制御回路についてのみ行えば済
む。また、広い周波数範囲において高い利得特性が実現
できるため相対的に出力インピーダンスを低く抑えるこ
とで出力の低雑音化が容易となり、出力フィルタの時定
数を高く設定できるため小型化が可能となる。

【００１４】さらには、装置の広い周波数領域での高安
定動作と、高周波数領域における出力インピーダンスの
低インピーダンス化による出力フィルタの小型化および
出力雑音の低雑音化の実現と、帰還制御回路設計の定数
設定時の自由度の向上とを図ることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に本発明について図面を参照し
て説明する。図１は、本発明の帰還制御回路を、呼出信
号発生装置に用いた場合の一実施例である。入力電源１
はコンバータ回路２の入力（１）および（２）に接続さ
れ、コンバータ回路２の出力（３）および出力（４）は
それぞれ整流回路３，整流回路４に接続される。整流回
路３の出力（１），（２）は、整流回路４の出力
（２），（１）にそれぞれ接続され、出力平滑用コンデ
ンサ５に接続され、負荷６に接続される。

【００１６】整流回路３，４の出力は、誤差増幅回路１
４の反転入力端子に接続され、交流接続用コンデンサ１
７を介して誤差増幅回路１６の反転入力端子に接続され
る。基準正弦波生成回路１０の出力は誤差増幅回路１４
の非反転入力端子に接続され、誤差増幅回路１６の非反
転入力端子は接続される。帰還回路１３は誤差増幅回路
１４の出力端子および反転入力端子に接続され、帰還回
路１５は誤差増幅回路１６の出力端子および反転入力端
子に接続される。また、誤差増幅回路１４および１６の
出力端子は加算回路１２に接続され、呼出信号が合成さ
れる。加算回路からの出力合成信号は、コンパレータ回
路１１の入力端子に接続される。

【００１７】鋸波生成回路９はクロック生成回路８から
の呼出信号を入力し、出力をコンパレータ回路１１の他
方の入力端子に接続している。コンパレータ回路１１の
出力とクロック生成回路８の出力はデコーダ回路７にそ
れぞれ入力されデコーダ回路７の出力（１），（２），
（３）は、それぞれコンバータ回路２，整流回路３およ
び整流回路４の制御信号入力端子に接続される。

【００１８】この実施例では、第１の帰還制御回路は、
誤差増幅回路１４と帰還回路１３とにより構成され、第
２の帰還制御回路は、誤差増幅回路１６と帰還回路１５
とにより構成される。

【００１９】次に、動作について説明する。入力電源１
が投入されると、デコーダ回路７からの駆動信号により
コンバータ回路２が動作を開始する。コンバータ回路２
の出力は、整流回路３および整流回路４に入力される。
整流回路３，４の出力端子（１），（２）は互い違いに
接続されるため、整流回路３が動作する場合、正側の出
力となり整流回路４は休止する。逆に整流回路４が動作
する場合は負側の出力となり整流回路３は休止する。コ
ンバータ回路２からの出力を、デコーダ回路７からの制
御信号により整流回路３，４を交互に動作させて出力を
合成し、負荷６へ伝達する。負荷６へ伝達された出力は
誤差増幅回路１４へ入力され、出力電圧の変化分は交流
接続用コンデンサを介して誤差増幅回路１６に入力され
る。出力の変化は、誤差増幅回路１４において基準正弦
波生成回路１０の呼出信号と比較され、出力の変化が緩
やかな場合は直流および低周波数領域で出力を安定化で
きるように低周波数領域の利得特性を高く設定した回路
定数の帰還回路１３が接続された誤差増幅回路１４が出
力の変化を抑える働きを行う。負荷６の急激な変動によ
り出力の変化が急峻な場合に安定した出力供給を行うた
めには、高周波数領域の利得特性を高く設定した回路定
数の帰還回路１５が接続された誤差増幅回路１６が出力
の急激な変化を抑える働きを行う。

【００２０】誤差増幅回路１４，１６の呼出信号は、加
算回路１２で合成されたコンパレータ回路１１に入力さ
れ、クロック信号生成回路８のクロック信号に同期した
鋸波生成回路９の鋸波信号と比較され、ＰＷＭ信号をデ
コーダ回路７に出力する。デコーダ回路７は、コンパレ
ータ回路１１から出力されたＰＷＭ信号と、クロック生
成回路８からのクロック信号とによりコンバータ回路２
の駆動用信号および整流回路３，４の切換用信号を出力
する。

【００２１】図２は、本発明の帰還制御回路をスイッチ
ング電源装置に用いた場合の一実施例である。入力電源
１はコンバータ回路２の入力（１），（２）に接続さ
れ、コンバータ回路２の出力（３）および出力（４）は
整流／平滑回路２３の入力（１），（２）に接続され
る。整流／平滑回路２３の出力（３），（４）は負荷６
に接続される。整流／平滑回路２３の出力は誤差増幅回
路２１の反転入力端子に接続され、交流接続用コンデン
サ１４を介して誤差増幅回路２３の反転入力端子に接続
される。基準電圧源２６の出力は誤差増幅回路２１の非
反転入力端子に接続され、誤差増幅回路２３の非反転入
力端子は接地される。

【００２２】帰還回路２０は誤差増幅回路２１の出力端
子および反転入力端子に接続され、帰還回路２２は誤差
増幅回路２３の出力端子および反転入力端子に接続され
る。また、誤差増幅回路２１および２３の出力は加算回
路２９で合成され、合成信号はコンパレータ回路２８の
入力端子に接続される。鋸波生成回路５の出力はコンパ
レータ回路２８の他方の入力端子に接続される。コンパ
レータ回路８の出力は、駆動回路２７に入力され、駆動
回路２７の呼出信号はコンバータ回路２に入力される。

【００２３】この実施例では、第１の帰還制御回路は、
誤差増幅回路２１と帰還回路２０とにより構成され、第
２の帰還制御回路は、誤差増幅回路２３と帰還回路２２
とにより構成される。

【００２４】次に、動作について説明する。入力電源１
が投入されると、コンバータ回路２が動作を開始する。
コンバータ回路２の出力は、整流／平滑回路２３に入力
され直流電圧を出力する。負荷６へ伝達された出力は誤
差増幅回路２１へ入力され、出力電圧の変化分は交流接
続用コンデンサ１４を介して誤差増幅回路２３へ入力さ
れる。出力の変化は、誤差増幅回路２１において基準電
圧源６の呼出信号と比較され、出力の変化が緩やかな場
合は直流および低周波数領域で出力を安定化できるよう
に低周波数領域の利得特性を高く設定した回路定数の帰
還回路２０が接続された誤差増幅回路２１が出力の変化
を抑える働きを行う。負荷６の急激な変動により出力の
変化が急峻な場合に安定した出力供給を行うためには、
高周波数領域の利得特性を高く設定した回路定数の帰還
回路２２が接続された誤差増幅回路２３が出力の急激な
変化を抑える働きを行う。誤差増幅回路２１，２３の呼
出信号は加算回路２９で合成されコンパレータ回路２８
に入力され、鋸波生成回路５の鋸波信号と比較され、Ｐ
ＷＭ信号を駆動回路２７へ出力する。駆動回路２７は、
コンパレータ回路２８からのＰＷＭ信号によりコンバー
タ回路２を駆動する。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、呼出信号
発生装置の呼出信号あるいはスイッチング電源装置の出
力電圧を安定化するための帰還制御回路において、出力
誤差電圧の検出を行い、出力誤差電圧を帰還する回路の
周波数特性と利得特性を、動作する周波数および動的変
動に対する変化が最も少なくなるように帯域に合わせて
分割し、静的変動も少なくなるように各々の帰還特性を
変えた回路により構成することで、広い周波数領域にお
いて出力電圧の変動を低く抑えることを可能とする。

【００２６】また本発明は、帰還制御を行う周波数領域
それぞれの回路を別個に設計することにより、選択する
回路定数が他の制御回路の回路定数選択に影響を与えな
いため、回路部品の選択の幅が拡がる。また、周波数領
域別に特性の設定ができるため、所望の出力特性を容易
に実現できるほか、特性変更時の調整を対応する回路に
ついてのみ行えば済む。

【００２７】また、広い周波数領域において高い帰還量
を実現することが可能となるため、出力の低インピーダ
ンス化が容易であり、出力雑音を低く抑えるために必要
となる時定数の大きな出力フィルタを用意することな
く、小型の出力フィルタを用いても低雑音化を図ること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】呼出信号発生装置の実施例を示す回路図であ
る。

【図２】スイッチング電源装置の実施例を示す回路図で
ある。

【図３】従来の呼出信号発生装置を示す回路図である。

【符号の説明】

１ 入力電源 ２ コンバータ回路 ３，４ 整流回路 ５ 出力平滑用コンデンサ ６ 負荷 ７ デコーダ回路 ８ クロック生成回路 ９ 鋸波生成回路 １０ 基準正弦波生成回路 １１ コンパレータ回路 １２，２９ 加算回路 １３，１５，２０，２２ 帰還回路 １４，１６，２１，２３ 誤差増幅回路 １７ 交流接続用コンデンサ １８ 駆動回路 ２３ 整流／平滑回路 ２７ 駆動回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−133568（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−227361（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−360413（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02M 3/00 H02M 7/48 H03K 3/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】呼出信号発生装置の呼出信号を安定化する
   帰還制御回路において、 反転入力端子に前記呼出信号発生装置から出力される呼
   出信号が入力され、非反転入力端子に基準正弦波生成回
   路の出力が入力される第１の誤差増幅回路と、第１の誤
   差増幅回路の出力と反転入力端子の間に接続される第１
   の帰還回路からなり、前記呼出力信号発生装置の低周波
   数で出力される呼出信号の安定化に最適な周波数／利得
   特性となる第１の帰還制御回路と、 反転入力端子に前記呼出信号発生装置から出力される呼
   出信号が入力され、非反転入力端子が接地される第２の
   誤差増幅回路と、第２の誤差増幅回路の出力と反転入力
   端子の間に接続される第２の帰還回路からなり、呼出信
   号を生成する前記呼出信号発生装置を制御する高周波数
   領域での安定動作に対して最適な周波数／利得特性とな
   る第２の帰還制御回路とを備え、 前記第１および第２の誤差増幅回路の出力と反転入力端
   子の間に接続される第１および第２の帰還回路の回路定
   数を調整し、呼出信号の静的変動を抑え、接続される負
   荷の急変による呼出信号の動的変動を抑え安定した呼出
   信号の供給を行うことを特徴とする帰還制御回路。
2. 【請求項２】前記第２の帰還制御回路の時定数を調整し
   呼出信号発生装置の出力インピーダンスを低く設定でき
   るように高周波数領域の帰還量を調整することで、出力
   雑音を低く抑えるために必要となる時定数の大きな出力
   フィルタを用意することなく、小型の出力フィルタを用
   いても低雑音化を図ることを特徴とする請求項１に記載
   の帰還制御回路。
3. 【請求項３】スイッチング電源装置の出力電圧を安定化
   する帰還制御回路において、 反転入力端子に前記スイッチング電源装置からの出力電
   圧が入力され、非反転入力端子に基準電圧源の出力が入
   力される第１の誤差増幅回路と、第１の誤差増幅回路の
   出力と反転入力端子の間に接続される第１の帰還回路か
   らなり、前記スイッチング電源装置の出力電圧の低周波
   数領域での安定動作に対して最適な周波数／利得特性と
   なる第１の帰還制御回路と、 反転入力端子に前記スイッチング電源装置からの出力電
   圧が入力され、非反転入力端子が接地される第２の誤差
   増幅回路と、第２の誤差増幅回路の出力と反転入力端子
   の間に接続される第２の帰還回路からなり、前記スイッ
   チング電源装置の出力電圧の高周波数領域での安定動作
   に対して最適な周波数／利得特性となる第２の帰還制御
   回路とを備え、 前記第１および第２の誤差増幅回路の出力と反転入力端
   子の間に接続される第１および第２の帰還回路の回路定
   数を調整し、出力電圧の静的変動を抑え、接続される負
   荷の急変による出力電圧の動的変動を抑え安定した出力
   電圧の供給を行うことを特徴とする帰還制御回路。
4. 【請求項４】前記第２の帰還制御回路の時定数を調整し
   前記スイッチング電源装置装置の出力インピーダンスを
   低く設定できるように高周波数領域の帰還量を調整する
   ことで、出力雑音を低く抑えるために必要となる時定数
   の大きな出力フィルタを用意することなく、小型の出力
   フィルタを用いても低雑音化を図ることを特徴とする請
   求項３に記載の帰還制御回路。