JP3138992B2 - スイッチング電源装置の電流検出回路 - Google Patents

スイッチング電源装置の電流検出回路

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JP3138992B2 JP04051801A JP5180192A JP3138992B2 JP 3138992 B2 JP3138992 B2 JP 3138992B2 JP 04051801 A JP04051801 A JP 04051801A JP 5180192 A JP5180192 A JP 5180192A JP 3138992 B2 JP3138992 B2 JP 3138992B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、インダクタンスの出力
電流を検出する特にフォワード型のスイッチング電源装
置の電流検出回路に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、スイッチング素子をスイッチン
グして直流出力電圧の安定化を行うスイッチング電源装
置においては、回路素子の不良等によって過大な電流が
流れることを防止する過電流保護や、定電流制御帰還ル
ープを備えた電流モード制御を行う場合、主回路を流れ
る電流を監視するための電流検出回路を設けることが必
要不可欠であり、例えば、実開平3−63080号公報
等に開示されている。
【0003】図2は、定電流制御帰還ループを備えたフ
ォワード型のスイッチング電源装置の従来例を示すもの
である。この種のスイッチング電源装置は、定電流制御
帰還ループとともに定電圧制御帰還ループを備え、直流
入力電圧源1は一次側と二次側とを絶縁するトランス2
の一次巻線に印加されており、NPN型トランジスタか
らなるスイッチング素子3のスイッチングによりトラン
ス2の二次巻線に誘起された電圧を、整流ダイオード
4,5、インダクタンス6および平滑コンデンサ7によ
り整流平滑することにより、出力端子+V,−V間に所
定の直流出力電圧Voを供給する。
【0004】定電流制御帰還ループは、トランス2の一
次巻線とスイッチング素子3間に挿入接続されたカレン
トトランス8により、傾きを有する電流パルスが検出さ
れ、この電流パルスをダイオード9を介して抵抗10に供
給することにより、ダイオード9と抵抗10との接続点か
らダイオード11には、図3に示すように、ダイオード4
を流れる出力電流ID と同一波形の台形波状の電流検出
信号IP が出力される。電流検出信号IP はダイオード
11を介してコンデンサ12に充電されるとともに、コンデ
ンサ12の両端に放電回路たる抵抗13を接続することによ
って、コンデンサ12に蓄えられたエネルギーを所定量放
電しながら、電流検出信号IP を平均化する。このと
き、抵抗13によりコンデンサ12の放電量を適宜設定する
と、コンデンサ12の両端間の出力電圧VC は電流検出信
号IP の破線Aで示すような波形に整形され、インダク
タンス6の出力電流IL の波形と略同一の三角波状にす
ることができる。つまり、トランス2の一次側の電流を
カレントトランス8で検出することによって、電流検出
回路14は、いわゆるアベレージカレントモードと称する
トランス2の二次側に設けられるインダクタンス6の出
力電流IL に比例した出力電圧VC を得ることが可能と
なり、この電流検出回路14からの出力電圧VCは電流制
御回路15を構成する演算増幅器16の非反転入力端子に印
加される。
【0005】一方、定電圧制御帰還ループとして、直流
出力電圧Voと基準電圧とを比較増幅する演算増幅器17
が設けられ、この比較増幅された検出信号は前記演算増
幅器16の反転入力端子に印加される。演算増幅器16は前
記出力電圧VC と演算増幅器17から出力された検出信号
とを比較増幅し、この比較増幅した信号をスレッシュ電
圧としてPWMコンパレータ18の反転入力端子に供給す
る。電流制御回路15においては、発振回路19から出力さ
れる三角波あるいはのこぎり波からなる発振信号をPW
Mコンパレータ18の非反転入力端子に供給することによ
り、PWMコンパレータ18は前記スレッシュ電圧と発振
信号とを比較し、発振信号の電圧レベルがスレッシュ電
圧を越えたときに、スイッチング素子3に供給する駆動
信号をオンにして、前記直流出力電圧Voが一定となる
ように、インダクタンス6の出力電流IL に基づいてス
イッチング素子3のパルス導通幅を制御する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】前記従来技術のスイッ
チング電源装置においては、外部からの指令電圧等によ
って直流出力電圧Voを可変させる、いわゆる出力電圧
可変回路を付加した場合、トランス2の二次側のインダ
クタンス6を流れる直流電流IL は、直流出力電圧Vo
を上昇させたときには、図3に示す波形の立下がり部A
1の傾きが急になり、一方、直流出力電圧Voを下降さ
せたときには、立下がり部A1の傾きが緩やかになって
変化する。しかしながら、電流検出回路14においては、
直流出力電圧Voを可変させても、コンデンサ12の放電
量が抵抗13によって常に一定に保持されるため、このコ
ンデンサ12間の電圧である電流検出回路14の出力電圧V
C の波形は変化しない。このため、直流出力電圧Voを
可変させようとすると、電流検出回路14の追従性が悪く
なって、インダクタンス6の出力電流IL に比例した出
力電圧VC を得ることができなくなり、スイッチング電
源装置内で発振を起こしたり、制御不能となる等の問題
点を有していた。
【0007】一方、特開昭62−16073号公報に
は、インバータ部のスイッチング半導体素子を流れる電
流を、変流器,整流器および抵抗からなる電流検出回路
で検出する電力変換装置において、変流器の二次側で得
られる検出電流を、整流器から抵抗を介してコンデンサ
に充電させ、抵抗の電圧降下とコンデンサの充電電圧の
和が、変流器の一次側電流の傾斜部と等しくなるよう
に、すなわち右上がりの傾斜部を有するように、抵抗と
コンデンサからなる検出電流積分回路の充電時定数を設
定するとともに、こうして得られた電流検出信号の右上
がりの傾斜部が基準電源の基準電圧を超えると、コンデ
ンサの充電電荷を放電させるものが開示されている。
【0008】しかし、ここでは、電流検出信号の右上が
りの傾斜部が基準電源の基準電圧を超えるタイミングで
コンデンサが放電し、あくまでも電流検出信号の電圧レ
ベルに依存してコンデンサの放電タイミングが決定され
るので、直流出力電圧を可変させたときに、やはりトラ
ンスの二次側にあるインダクタンスの出力電流に比例し
た電圧を得ることができないという問題を生じる。
【0009】そこで、本発明は上記問題点を解決して、
トランスの二次側の直流出力電圧を可変させても、イン
ダクタンスの出力電流に比例した電圧を得ることの可能
なスイッチング電源装置の電流検出回路を提供すること
を目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明はトランスの一次
側の電流を検出するカレントトランスを備え、このカレ
ントトランスから出力される電流検出信号をコンデンサ
により充電するとともに、前記コンデンサの放電量を設
定する放電回路を設けることにより、前記トランスの二
次側に設けられたインダクタンスの出力電流に比例した
電圧を得るようにしたスイッチング電源装置の電流検出
回路において、前記放電回路は前記トランスの二次側の
直流出力電圧を検出し、この直流出力電圧が上昇したと
きには前記コンデンサの放電量を増加させ、該直流出力
電圧が下降したときには前記コンデンサの放電量を減少
させるように構成したものである。
【0011】
【作用】上記構成によって、電流検出回路において、ト
ランスの一次側を流れる電流はカレントトランスにより
検出され、電流検出信号としてコンデンサに充電され
る。このとき、放電回路によりコンデンサの放電量はト
ランス二次側の直流出力電圧に基づいて可変し、直流出
力電圧が上昇したときにはコンデンサの放電量が増加
し、直流出力電圧が下降したときにはコンデンサの放電
量が減少するので、このトランス二次側の直流出力電圧
を可変させても、インダクタンスの出力電流と略同一の
波形を有する電圧が得られる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の一実施例につき、図1を参照
して説明する。なお、図1において、前記従来例にて示
した図2と同一部分には同一符号を付し、その共通する
部分の詳細なる説明は省略する。
【0013】前記出力端子+V,−V間には、直流出力
電圧Voを検出するために、抵抗21とフォトカプラ22の
発光ダイオード22aとの直列回路を接続する。また、出
力検出回路14Aにおいて、前記フォトカプラ22のフォト
トランジスタ22bは、コンデンサ12の放電量を設定する
放電回路23に接続される。そして、この放電回路23に
は、コンデンサ12の両端間に接続され、フォトトランジ
スタ22bの出力電圧に応じてその電流の流れる量が変化
する電流源24が備えられる点以外は、前記図2と同一の
回路構成となっている。
【0014】次に、上記構成に付きその作用を説明す
る。定電流制御帰還ループにおいて、トランス2の一次
側の電流パルスがカレントトランス8により検出され、
抵抗10により、ダイオード4を流れる出力電流ID と同
一波形の台形波状の電流検出信号IP が、前記図3にお
ける波形と同様にダイオード11に出力される。一方、前
記直流出力電圧Voの変化は、抵抗21およびフォトカプ
ラ22の発光ダイオード22aにより検出され、直流出力電
圧Voの上昇により発光ダイオード22aを流れる電流は
増加し、一方、直流出力電圧Voの下降により発光ダイ
オード22aを流れる電流は減少して、発光ダイオード22
aの発光量は直流出力電圧Voに応じて変化する。そし
て、前記発光ダイオード22aの発光量の変化によって、
放電回路23に接続されたフォトトランジスタ22bの出力
電圧も変化し、これによって、放電回路23において、電
流源24を流れる電流は直流出力電圧Voが上昇すると増
加し、直流出力電圧Voが下降すると減少する。すなわ
ち、コンデンサ12の放電量は直流出力電圧Voとともに
変化し、電流検出回路14Aの出力電圧VC の波形は、直
流出力電圧Voを上昇させたときには図3に示す立下が
り部A2の傾きが急になり、一方、直流出力電圧Voを
下降させたときには、立下がり部A2の傾きが緩やかに
なって、インダクタンス6の出力電流IL の波形と略同
一となる。
【0015】こうして得られた電流検出回路14Aの出力
電圧VC は、電流制御回路15の演算増幅器16において、
定電圧制御帰還ループにより演算増幅器17から出力され
る検出信号と比較増幅され、この比較増幅した信号がス
レッシュ電圧としてPWMコンパレータ18の反転入力端
子に供給される。そして、PWMコンパレータ18はスレ
ッシュ電圧と発振回路19からの発振信号とを比較し、こ
の比較結果に基づいてスイッチング素子3に駆動信号を
供給し、これによって、直流出力電圧Voが一定となる
ように、インダクタンス6の出力電流IL に基づいてス
イッチング素子3のパルス導通幅が制御される。
【0016】以上のように上記実施例によれば、直流出
力電圧Voの変化をフォトカプラ22の発光ダイオード22
aの発光量として検出し、このフォトカプラ22のフォト
トランジスタ22bを放電回路23に接続することにより、
放電回路23は直流出力電圧Voに応じて電流検出信号I
P を充電するためのコンデンサ12の放電量を変化させ、
直流出力電圧Voが上昇したときにはコンデンサ12の放
電量を増加させ、直流出力電圧Voが下降したときには
コンデンサ12の放電量を減少させることができるため、
例えば、電流制御回路15に出力電圧可変回路等を接続
し、外部より強制的に直流出力電圧Voを可変させるよ
うに構成した場合においても、インダクタンス6の出力
電流IL に比例した出力電圧VC を得ることが可能であ
り、電流検出回路14Aの追従性の悪さによって生じる、
スイッチング電源装置内における発振や制御不能などの
不具合を一掃して、安定した制御を継続して行うことが
可能となる。
【0017】また、この電流検出回路14Aを過電流保護
回路に適応させた場合においても、トランス2の二次側
の出力電流IL の情報を正確に得ることが可能となり、
過電流時における保護動作を確実に実行することができ
る。
【0018】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、種々の変形実施が可能である。例えば、実
施例中においては、抵抗とフォトカプラとを介して放電
回路の電流源を流れる電流を可変させるようにしたが、
他の構成手段によってトランスの二次側電圧を検知し、
この検知結果によりコンデンサの放電量を可変させるよ
うにしてもよい。
【0019】
【発明の効果】本発明はトランスの一次側の電流を検出
するカレントトランスを備え、このカレントトランスか
ら出力される電流検出信号をコンデンサにより充電する
とともに、前記コンデンサの放電量を設定する放電回路
を設けることにより、前記トランスの二次側に設けられ
たインダクタンスの出力電流に比例した電圧を得るよう
にしたスイッチング電源装置の電流検出回路において、
前記放電回路は前記トランスの二次側の直流出力電圧を
検出し、この直流出力電圧が上昇したときには前記コン
デンサの放電量を増加させ、該直流出力電圧が下降した
ときには前記コンデンサの放電量を減少させるように構
成したものであり、トランスの二次側の直流出力電圧を
可変させても、インダクタンスの出力電流に比例した電
圧を得ることの可能なスイッチング電源装置の電流検出
回路を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明におけるスイッチング電源装置の回路図
である。
【図2】従来例を示す回路図である。
【図3】各部の波形図である。
【符号の説明】
2 トランス 8 カレントトランス 12 コンデンサ 14A 電流検出回路 23 放電回路

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 トランスの一次側の電流を検出するカレ
    ントトランスを備え、このカレントトランスから出力さ
    れる電流検出信号をコンデンサにより充電するととも
    に、前記コンデンサの放電量を設定する放電回路を設け
    ることにより、前記トランスの二次側に設けられたイン
    ダクタンスの出力電流に比例した電圧を得るようにした
    スイッチング電源装置の電流検出回路において、前記放
    電回路は前記トランスの二次側の直流出力電圧を検出
    し、この直流出力電圧が上昇したときには前記コンデン
    サの放電量を増加させ、該直流出力電圧が下降したとき
    には前記コンデンサの放電量を減少させるように構成し
    たことを特徴とするスイッチング電源装置の電流検出回
    路。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102017380A (zh) * 2009-02-06 2011-04-13 新电元工业株式会社 电流检测电路及变压器电流测定系统
CN102017380B (zh) * 2009-02-06 2014-05-28 新电元工业株式会社 电流检测电路及变压器电流测定系统
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