JP3277851B2 - 誤動作防止機能を備えた制御回路 - Google Patents

誤動作防止機能を備えた制御回路

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JP3277851B2 JP19816097A JP19816097A JP3277851B2 JP 3277851 B2 JP3277851 B2 JP 3277851B2 JP 19816097 A JP19816097 A JP 19816097A JP 19816097 A JP19816097 A JP 19816097A JP 3277851 B2 JP3277851 B2 JP 3277851B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチング素子
を使用して電圧や電力などを制御する回路に係わる。
【0002】
【従来の技術】スイッチング素子を制御することにより
出力電圧を調整する回路は、広く知られている。たとえ
ば、インバータ回路においては、直流の電圧をスイッチ
ング素子に印加しておき、そのスイッチング素子を周期
的にオン/オフ制御することにより、交流を生成する。
また、DC/DCコンバータにおいては、PWM(パル
ス幅変調)方式が用いられることが多いが、このPWM
方式では、通常、一定の値に保持すべき出力電圧をフィ
ードバック信号としてスイッチング素子の制御してい
る。
【0003】図5は、従来のスイッチング電源の構成図
である。ここでは、一例としてインバータ回路を採り上
げて説明する。このインバータ回路は、直流電圧Vdcか
ら交流を生成して負荷に供給する。
【0004】オペアンプ11は、直流電圧Vdc(また
は、直流電圧Vdcを分圧した電圧)と予め設定してある
参照電圧Vref との差分を増幅して出力する。なお、直
流電圧Vdcは、インバータ回路が安定動作を行っている
期間は、一定の値に保持されているものとする。コンパ
レータ12は、そのオペアンプ11の出力と三角波発生
回路13により生成される三角波とを比較する。そし
て、コンパレータ12は、三角波の電位がオペアンプ1
1の出力レベルよりも高い期間には「L」レベルを出力
し、三角波の電位がオペアンプ11の出力レベルよりも
低い期間には「H」レベルを出力する。この結果、コン
パレータ12は、パルス信号を出力することになる。こ
こで、参照電圧Vref および三角波が固定されていると
すると、このパルス信号のデューティは、直流電圧Vdc
により決定される。
【0005】コンパレータ12から出力されたパルス信
号は、論理回路14を経て駆動回路21に供給される。
論理回路14は、過電圧、過熱、低電圧などが発生した
ときに警報信号を出力する保護回路15に接続されてお
り、その保護回路15から警報信号を受信した場合に、
Hブリッジ回路22がインバータ動作を停止するように
駆動回路21を制御する機能を有する。なお、オペアン
プ11、コンパレータ12、三角波発生回路13、論理
回路14、および保護回路15は、1チップのIC内に
組み込まれて供給されることが多い。
【0006】駆動回路21は、上記パルス信号を増幅
し、その増幅したパルス信号を用いてHブリッジ回路2
2内の所定のスイッチング素子23を駆動する。なお、
Hブリッジ回路22は、複数(通常、4個)のスイッチ
ング素子を有し、それら複数のスイッチング素子を適当
にオン/オフ制御することにより負荷24に交流を供給
する。図5において、スイッチング素子23は、それら
複数のスイッチング素子の中の1つを表している。
【0007】上記構成のインバータ回路の動作を図6に
示す。同図に示す例では、コンパレータ12により生成
されるパルス信号が「H」レベルのときにスイッチング
素子23がオン状態となり、「L」レベルのときにオフ
状態となっている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、スイ
ッチング素子23は、パルス信号に従って駆動される。
すなわち、スイッチング素子23は、図6に示すよう
に、そのゲート端子に入力されるパルス信号の立上りエ
ッジまたは立下りエッジのタイミングでターンオンまた
はターンオフされる。ここで、パルス信号の立上りエッ
ジまたは立下りエッジは、コンパレータ12において、
オペアンプ11の出力と三角波とが交差する際に生成さ
れる。
【0009】ところが、スイッチング素子23がターン
オンまたはターンオフする際には、比較的大きなノイズ
が発生する。すなわち、オペアンプ11の出力と三角波
とが交差するタイミングの近傍では、スイッチング素子
23により大きなノイズが発生している。このため、特
に、コンパレータ12の感度が高い場合には、このノイ
ズによりコンパレータ12の出力が不確定になるなど、
誤動作を起こす恐れがあった。
【0010】なお、上記問題は、Hブリッジ回路を有す
るインバータ回路においてのみ発生するのではなく、ス
イッチング素子を用いて出力または出力電圧を制御する
回路において広く発生し得ると推定される。
【0011】本発明の課題は、上記問題を解決し、スイ
ッチを用いて出力電圧を制御する装置の誤動作を防止す
る回路を提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の制御回路は、ス
イッチを用いて出力電圧を制御する装置と共に使用さ
れ、上記スイッチを制御するものを前提とする。三角波
とスライスレベル信号との比較に基づいて上記スイッチ
の制御信号を生成する比較回路と、上記スライスレベル
信号に上記制御信号を乗せるフィードバック手段と、を
有する。
【0013】上記制御信号は、スイッチをターンオンま
たはターンオフさせるタイミングを決定する。したがっ
て、この制御信号を上記スライスレベル信号に乗せるこ
とにより、上記スイッチをターンオンまたはターンオフ
させるタイミングを上記比較回路に伝えることができ
る。本発明の制御回路では、上記スイッチのターンオン
またはターンオフのタイミングにおける三角波のレベル
とスライスレベル信号のレベルとの差を大きくするよう
に上記制御信号をそのスライスレベル信号にフィードバ
ックする。したがって、上記スイッチのターンオンまた
はターンオフによりノイズが発生するタイミングでは、
比較回路への2つの入力信号である三角波とスライスレ
ベル信号とのレベル差が大きいので、比較回路がそのノ
イズにより誤動作することを回避できる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の制御回
路を適用したスイッチング電源の構成図である。ここで
は、一例として、インバータ回路を採り上げている。な
お、図1で使用する各符号のうち、図5において使用し
ているものは、同じ対象を表す。
【0015】本実施形態の制御回路は、図5に示す従来
の構成と比較し、スイッチング素子23を駆動するため
のパルス信号をオペアンプ11の入力端子にフィードバ
ックしている点で異なる。なお、スイッチング素子23
は、例えば、MOSトランジスタである。このような構
成とすることにより、コンパレータ12において三角波
と比較される信号(以下、スライスレベル信号)が上記
パルス信号に同期して変化し、スイッチング素子23が
ターンオンまたはターンオフするタイミングにおいて上
記スライスレベル信号と三角波とのレベル差が確保され
るようになる。以下、図2に示すタイミングを参照しな
がら本実施形態の制御回路の動作を説明する。
【0016】オペアンプ11の+端子には、参照電圧V
ref に論理回路14の出力信号を乗せた信号が入力さ
れる。ここで、参照電圧Vref は固定値であるので、オ
ペアンプ11の+端子には、論理回路14の出力信号
と同期した信号が入力されることになる。なお、論理回
路14の出力信号は、スイッチング素子23を制御す
るためのパルス信号である。一方、オペアンプ11の−
端子には、Hブリッジ回路22において交流に変換され
る直流電圧Vdcが入力されている。直流電圧Vdcは、た
とえば、不図示のDC/DCコンバータにより生成さ
れ、インバータ回路が安定して動作している期間は、一
定の値を保持している。したがって、オペアンプ11
は、2つの入力信号のレベルの差を増幅して出力するの
で、その出力信号は、論理回路14の出力信号と同
期(オペアンプ11による遅延などを無視する)した信
号となる。
【0017】コンパレータ12は、三角波とオペアン
プ11の出力信号とを比較する。以下、コンパレータ
12において三角波と比較される信号(すなわち、オ
ペアンプ11の出力信号)を、「スライスレベル信号
」と呼ぶことにする。コンパレータ12は、三角波
とスライスレベル信号との比較結果として、パルス信
号を生成する。なお、上記構成では、三角波のレベ
ルがスライスレベル信号のレベルよりも高くなった後
にスライスレベル信号のレベルを低下させ、三角波
のレベルがスライスレベル信号のレベルよりも低くな
った後にスライスレベル信号のレベルを上昇させる構
成になっている。この構成は、実質的に、コンパレータ
12にヒステリシスを持たせたことと同等である。
【0018】論理回路14は、保護回路15から警報信
号を受信していないとすると、パルス信号をそのまま
パルス信号として出力する。この場合、パルス信号
は、論理回路14の通過時間(数100ns程度)だけパ
ルス信号を遅延させた信号となる。
【0019】駆動回路21は、パルス信号を増幅して
駆動信号を生成し、その駆動信号を用いてスイッチ
ング素子23を駆動する。スイッチング素子23は、こ
の実施例では、駆動信号が「H」レベルのときにオン
状態に駆動され、駆動信号が「L」レベルのときにオ
フ状態となる。スイッチング素子23がターンオンまた
はターンオフするタイミングは、コンパレータ12の出
力であるパルス信号の立上りエッジまたは立下りエッ
ジのタイミングにより決定される。ただし、実際には、
駆動回路21における遅延およびスイッチング素子23
自身の動作遅延が発生するため、スイッチング素子23
がターンオンまたはターンオフするタイミングは、論理
回路14の出力であるパルス信号の立上りエッジまた
は立下りエッジのタイミングから数μs程度遅延してい
る。
【0020】一般に知られているように、スイッチング
素子のターンオン時またはターンオフ時には、ノイズが
発生する。従って、回路内にコンパレータが設けられて
いる場合、そのコンパレータの2つの入力レベルの差が
小さい状態においてスイッチング素子がターンオンまた
はターンオフすると、そのことにより発生するノイズに
よりコンパレータが誤動作する恐れがある。これが、図
5に示した従来の構成の問題点であった。
【0021】本実施形態の制御回路においては、スライ
スレベル信号にパルス信号が乗せられており、図2
に示すように、スイッチング素子23のターンオン時ま
たはターンオフ時には、三角波とスライスレベル信号
とのレベル差(マージン)は大きい。したがって、こ
のスイッチング素子23のターンオン時またはターンオ
フ時にノイズが発生しても、コンパレータ12が誤動作
を起こす可能性は低くなる。この結果、インバータ回路
全体の動作も安定する。
【0022】なお、上述したように、オペアンプ11、
コンパレータ12、三角波発生回路13、論理回路1
4、および保護回路15は、1チップのICの中に組み
込まれることが多い。ここで、通常、IC内の回路を変
更することは困難である。ところが、本実施形態の構成
によれば、上記各回路が1チップのIC内に組み込まれ
た場合であっても、そのICの出力をそのICの他の端
子にフィードバックするだけでよいので、IC内の回路
を変更することなく簡単に誤動作を防止する機能を追加
できる。また、同様の理由により、他のスイッチングレ
ギュレータ用のICにも簡単に適用できる。ただし、本
実施形態では、図5に示した従来の構成とはスライスレ
ベル信号が異なるので、参照電圧Vref の分圧比、また
はアンプの利得を決定する抵抗の抵抗値を変更する必要
が生じることがある。
【0023】ところで、従来技術における問題点は、ス
イッチング素子のターンオンまたはターンオフのタイミ
ングと、コンパレータの2つの入力レベルの差が小さい
期間とが一致(または、近接)していたことに起因して
いた。したがって、これらのタイミングを互いに一致し
ないようにすれば、問題が解決されることになる。従来
技術における問題を解決するために上記手法を導入した
スイッチング電源の構成を3図に示す。
【0024】図3に示すスイッチング電源においては、
図4に示すように、論理回路14の出力であるパルス信
号が遅延回路25により遅延させられている。このた
め、スイッチング素子23がターンオンまたはターンオ
フするタイミングでは、コンパレータ12の入力である
三角波とスライスレベル信号とのレベル差は大き
い。したがって、この構成であっても、スイッチング素
子23のターンオン時またはターンオフ時にノイズが発
生しても、コンパレータ12が誤動作を回避できる。た
だし、図3に示す構成は、図1に示した構成と比べて追
加回路が若干複雑になってしまう。
【0025】なお、上記実施例では、インバータ回路を
例の採り上げて説明したが、本発明は、インバータ回路
だけでなく、DC/DCコンバータはもちろんのこと、
スイッチング素子を用いて出力を制御する回路に広く適
用可能である。
【0026】
【発明の効果】簡単な構成により、スイッチング素子を
用いて出力を制御する回路の誤動作を防止することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態の制御回路を適用したスイッチング
電源の構成図である。
【図2】図1に示すスイッチング電源のタイミング図で
ある。
【図3】本実施形態の他の制御回路を適用したスイッチ
ング電源の構成図である。
【図4】図3に示すスイッチング電源のタイミング図で
ある。
【図5】従来のスイッチング電源の構成図である。
【図6】図5に示すスイッチング電源のタイミング図で
ある。
【符号の説明】
11 オペアンプ 12 コンパレータ 13 三角波発生回路 21 駆動回路 23 スイッチング素子 25 遅延回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03K 17/00 - 17/70

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 スイッチを用いて出力電圧を制御する装
    置と共に使用され、上記スイッチを制御する制御回路で
    あって、 三角波とスライスレベル信号との比較に基づいて上記ス
    イッチを駆動するための制御信号を生成する比較回路
    と、 上記制御信号のレベルに応じて上記スライスレベル信号
    のレベルを変化させるフィードバック手段と、 を有する制御回路。
  2. 【請求項2】 上記フィードバック手段は、上記スライ
    スレベル信号に上記制御信号を加えるものである請求項
    1に記載の制御回路。
  3. 【請求項3】 スイッチを用いて出力電圧を制御する装
    置と共に使用され、 上記スイッチを制御する制御回路であって、 三角波とスライスレベル信号との比較に基づいて上記ス
    イッチを駆動するための制御信号を生成する比較回路
    と、 上記制御信号の立上りエッジまたは立下りエッジのタイ
    ミングで上記三角波とスライスレベル信号との差を大き
    くするように該スライスレベル信号のレベルを変化させ
    る手段と、 を有する制御回路。
  4. 【請求項4】 スイッチを用いて出力電圧を制御する装
    置と共に使用され、上記スイッチを制御する制御回路で
    あって、 三角波とスライスレベル信号との比較に基づいてパルス
    信号を生成するパルス信号生成回路と、 上記パルス信号の立上りエッジまたは立下りエッジのタ
    イミングにおける上記三角波とスライスレベル信号との
    差が所定値以上になるように上記パルス信号を遅延させ
    る遅延手段と、 を有し、上記遅延手段にて遅延された上記パルス信号を
    上記スイッチを駆動するための制御信号として出力する
    制御回路。
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