JP3337009B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents
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Description
ータやAC−DCコンバータ等のコンバータを備えたス
イッチング電源装置に関するものである。
路部分であるコンバータの回路構成例が示されている。
この図9に示すコンバータは絶縁型フォワードコンバー
タであり、トランス1を有している。このトランス1の
一次巻線N1には一次側回路2が接続され、二次巻線N
2には二次側回路(出力回路)3が接続されている。
に示す例ではMOS−FET)Qと抵抗体4を有し、こ
の一次側回路2の入力側には入力電源5が接続される。
また、上記二次側回路3はダイオード6,7とチョーク
コイル8と平滑コンデンサ10を有し、この二次側回路
3の出力端子3a,3bには負荷(図示せず)が接続さ
れる。上記主スイッチ素子Qのオン・オフ動作によっ
て、上記入力電源5の直流の入力電圧Vinが上記トラン
ス1の一次巻線N1に供給されて二次巻線N2から上記
入力電圧Vinに応じた電圧が出力される。この二次巻線
N2から出力された電圧は二次側回路3によって整流平
滑されて直流の電圧Voutが負荷に出力される。
のゲート側には制御回路11が接続され、また、上記ト
ランス1には三次巻線N3が設けられており、この三次
巻線N3には検出回路12が接続されている。この検出
回路12はダイオード13,14とチョークコイル15
と平滑コンデンサ16を有し、これらの回路構成部品は
上記二次側回路3と同様な回路を形成している。三次巻
線N3には二次巻線N2に発生する電圧にほぼ対応する
電圧が発生することから、上記三次巻線N3の電圧を二
次側回路3と同様な回路によって整流平滑することで、
平滑コンデンサ16には二次側回路3の出力電圧Vout
に対応する電圧が発生することとなる。検出回路12は
上記構成に加えてダイオード17と分圧抵抗体18,1
9を有しており、上記平滑コンデンサ16の電圧が上記
分圧抵抗体18,19によって分圧され、該分圧電圧が
出力電圧Voutの検出電圧として制御回路11に加えら
れる。
て、二次側回路3から出力される出力電圧Voutが設定
の電圧値でもって安定的に出力されるように主スイッチ
素子Qのオン・オフ動作を制御する。なお、図9におい
て、N1’は一次巻線を表し、20はダイオードを表し
ている。
上記のように、検出回路12によって二次側回路3の出
力電圧Voutを間接的に検出し、制御回路11による上
記検出電圧に基づいた主スイッチ素子Qのスイッチング
制御によって、二次側回路3の出力電圧Voutの安定化
制御を行うものである。
示す構成では、二次側回路3の出力電圧Voutを間接的
に検出する構成であるために、入力電圧Vinの変動に起
因して出力電圧Voutが設定の出力電圧値Vspからずれ
てしまうという問題があった。
する。例えば、上記二次巻線N2の巻数と三次巻線N3
の巻数とが異なる場合がある。この場合には、二次巻線
N2に誘起される電圧と三次巻線N3に誘起される電圧
とが異なる。このために、二次側回路3のダイオード
6,7と検出回路12のダイオード13,14はそれぞ
れ耐電圧、順方向電圧、逆方向電流等の様々な特性の異
なる素子を用いることが必要となる。なお、もちろん、
上記二次巻線N2の巻数と三次巻線N3の巻数とが同数
である場合にも、上記同様に、ダイオード6,7,1
3,14としてそれぞれ特性の異なる素子が用いられる
場合がある。
イオード6,7,13,14の例えば逆方向電流が変化
する。上記各ダイオード6,7,13,14の特性がそ
れぞれ異なると、各ダイオード6,7,13,14毎に
上記逆方向電流の変化に差違が生じることとなる。
きに、検出回路12の検出電圧に基づいた制御回路11
のスイッチング制御動作によって出力電圧Voutが設定
の電圧値Vspでもって安定的に出力するように、制御回
路11等の回路定数を設定したとする。このように、制
御回路11を形成しても、上記電圧値aとは異なる電圧
値bの入力電圧Vinを供給する入力電源5が一次側回路
2に接続されると、その入力電圧Vinの変動による上記
各ダイオードの逆方向電流の変化の差違によって、上記
入力電圧Vinが電圧値aである場合と電圧値bである場
合とでは、出力電圧Voutに対する検出回路12の検出
電圧にずれが生じる。
スイッチ素子Qのオン・オフ動作を制御するために、上
記検出電圧のずれに起因して出力電圧Voutは設定の出
力電圧値Vspからずれた電圧値となってしまい、設定の
出力電圧値Vspの出力電圧Voutを安定的に出力するこ
とができない。
の検出電圧のずれは入力電圧Vinが大きくなるに従って
大きくなることから、図2の点線や図4の点線に示すよ
うに、入力電圧Vinが大きくなるに従って設定の出力電
圧値Vspに対する出力電圧Voutのずれは大きくなる。
電圧化の傾向にあり、低電圧・大電流の出力が要求され
ている。この要求により、上記ダイオード6,7,1
3,14に代えて、パワーMOS−FET等の同期整流
器を用いる場合がある。この場合には、入力電圧Vinが
変動すると、上記同期整流器のドライブ電圧が変動して
同期整流器のオン抵抗が変動し、これにより、同期整流
器での電圧降下が変化する。このために、上記同様に、
入力電圧Vinの変動に起因して出力電圧Voutを安定的
に出力することができないという問題が生じる。
たものであり、その目的は、入力電圧が変動しても設定
電圧値の出力電圧を安定的に出力することが可能なスイ
ッチング電源装置を提供することにある。
に、この発明は次に示す構成をもって前記課題を解決す
る手段としている。すなわち、第1の発明は、主スイッ
チ素子のオン・オフ動作によって入力電圧に基づいた電
圧がトランスの二次巻線から出力され該電圧が出力回路
によって整流平滑されて出力するスイッチング電源装置
において、上記トランスに設けられる三次巻線と;上記
出力回路から出力する出力電圧を上記三次巻線を利用し
て間接的に検出し該検出電圧を出力する検出回路と;上
記入力電圧の変動に応じた上記出力回路の出力電圧に対
する上記検出回路の検出電圧のずれを補正するための補
正電圧を上記検出電圧の大きさに応じて生成して上記検
出回路から出力される検出電圧に重畳する補正電圧重畳
回路と;上記補正電圧が重畳された検出電圧に基づいて
上記出力回路の出力電圧を安定化すべく上記主スイッチ
素子のオン・オフ動作を制御する制御回路と;が設けら
れている構成をもって前記課題を解決する手段としてい
る。
え、補正電圧重畳回路は、三次巻線から出力される電圧
を利用して補正電圧を生成して検出回路の検出電圧に重
畳することを特徴として構成されている。
え、トランスには補正電圧生成用巻線が設けられ、補正
電圧重畳回路は、上記補正電圧生成用巻線から出力され
る電圧を利用して補正電圧を生成して検出回路の検出電
圧に重畳することを特徴として構成されている。
電圧をトランスの三次巻線を利用して間接的に検出する
構成である場合には、入力電圧の変動によって、出力電
圧に対する検出回路の検出電圧にずれが生じるが、この
発明では、上記出力電圧に対する検出電圧のずれを補正
するための補正電圧が補正電圧重畳回路によって生成さ
れ、該補正電圧が上記検出電圧に重畳されて補正され
る。この補正された検出電圧が制御回路に加えられ、該
補正された検出電圧に基づいて制御回路が主スイッチ素
子のオン・オフ動作を制御する。このために、入力電圧
が変動しても、設定の電圧値の出力電圧を安定的に出力
することができる。
例を図面に基づき説明する。
電源装置に内蔵されているフォワードコンバータの主要
回路構成が示されている。
とは、図1に示すように、補正電圧生成用巻線Nsと補
正電圧重畳回路22が設けられていることである。それ
以外の構成は前記図9に示す回路とほぼ同様な構成であ
り、この第1の実施形態例では、前記図9に示す回路と
同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複
説明は省略する。
成用巻線Nsおよび補正電圧重畳回路22が設けられて
いないと仮定した場合には、出力回路である二次側回路
3のダイオード6,7や検出回路12のダイオード1
3,14の各順方向電圧特性等の特性や、一次巻線N1
に対する二次巻線N2の結合度や、一次巻線N1に対す
る三次巻線N3の結合度等の予め定まっている様々な回
路条件に基づいて、入力電圧Vinの変動に起因して二次
側回路3の出力電圧Voutに対する検出回路12の検出
電圧が上方側にずれることが分かっており、この検出回
路12の検出電圧をそのまま制御回路11に加えると、
その制御回路11による主スイッチ素子Qのスイッチン
グ制御動作によって、図2の点線に示すように、入力電
圧Vinが大きくなるに従って出力電圧Voutが設定の電
圧値Vspよりも下方側にずれた電圧値となってしまい、
設定の電圧値Vspの出力電圧Voutを出力することがで
きないという問題が生じてしまう。
問題を防止するために、上記補正電圧生成用巻線Nsお
よび補正電圧重畳回路22を設けた。つまり、図1に示
すように、上記補正電圧生成用巻線Nsはトランス1に
設けられており、入力電圧Vinに応じた電圧が発生す
る。
ード23とコンデンサ24と抵抗体25を有して構成さ
れており、上記ダイオード23のカソード側は上記補正
電圧生成用巻線Nsの一端側に接続され、この補正電圧
生成用巻線Nsの他端側にコンデンサ24の一端側が接
続され、このコンデンサ24の他端側は上記ダイオード
23のアノード側に接続される。
デンサ24との接続部は補正電圧重畳回路22の出力端
22aに導通接続され、上記ダイオード23のアノード
側には抵抗体25の一端側が接続され、この抵抗体25
の他端側は補正電圧重畳回路22の出力端22bに導通
接続されている。
記補正電圧生成用巻線Nsに発生した電圧をダイオード
23とコンデンサ24が整流平滑し、この整流平滑され
た電圧を上記抵抗体25は次に示す補正電圧まで降下さ
せる。換言すれば、抵抗体25は上記整流平滑された電
圧を補正電圧まで降下させることができる抵抗値を有し
ている。
動に応じた出力電圧Voutに対する検出回路12の検出
電圧のずれを補正するための電圧である。補正電圧生成
用巻線Nsには入力電圧Vinに応じた電圧が発生するこ
とから、この補正電圧生成用巻線Nsの電圧を利用する
ことにより、補正電圧重畳回路22は上記補正電圧を生
成することができる。
に、入力電圧Vinの変動に起因して出力電圧Voutに対
する検出回路12の検出電圧は上方側にずれることか
ら、その上方側へのずれを上記補正電圧によって補正す
ることができるように、検出回路12には補正電圧重畳
回路22が接続されている。つまり、図1に示すよう
に、上記補正電圧によって検出回路12の検出電圧が下
がるように、補正電圧重畳回路22の一方の出力端22
aは分圧抵抗体18とコンデンサ16の接続部側に接続
され、他方の出力端22bは分圧抵抗体18と分圧抵抗
体19の接続部に接続されている。
回路12に接続されることによって、検出回路12の検
出電圧に補正電圧重畳回路22の補正電圧が重畳される
こととなり、入力電圧Vinに応じた出力電圧Voutに対
する検出電圧の上方側へのずれが補正され、この補正さ
れた検出電圧が制御回路11に供給される。
差増幅器26とコンパレータ27と基準電圧源28と三
角波発振回路29を有して構成されており、上記補正電
圧が重畳された検出電圧に基づいて、設定の電圧値Vsp
の出力電圧Voutが安定的に出力するように、主スイッ
チ素子Qのオン・オフ動作を制御する。なお、上記誤差
増幅器26とコンパレータ27と基準電圧源28と三角
波発振回路29の各動作は周知であるので、ここでは、
その説明は省略する。
Vinに応じた出力電圧Voutに対する検出電圧のずれを
補正するための補正電圧を生成し、この補正電圧を検出
電圧に重畳させて検出電圧の補正を行い、この補正され
た検出電圧を制御回路11に出力する構成としたので、
入力電圧Vinが変動しても、図2の実線に示すように、
その入力電圧Vinの変動の悪影響を受けることなく、設
定の電圧値Vspを持つ出力電圧Voutを安定的に負荷に
出力することができる。
圧Voutを間接的に検出する構成としたので、出力電圧
Voutを直接的に検出する構成とする場合よりも部品点
数を削減することが可能であるし、また、出力電圧Vou
tを間接的に検出する回路は高価な部品を用いることな
く構成することが可能であることから、回路の低コスト
化を図ることができるという効果を得ることが可能であ
る。
電圧Vinに応じた電圧が発生すればよいので、補正電圧
生成用巻線Nsの電圧は低くてよく、つまり、補正電圧
生成用巻線Nsの巻数は少なくてよく、このことから、
トランス1の大型化を抑制することができる。その上、
補正電圧重畳回路22は部品点数が少なく簡単な回路構
成であるので、スイッチング電源装置の大型化を抑制す
ることができる。
電圧重畳回路22に供給する電圧は上記のように低くて
よいので、補正電圧重畳回路22は低耐圧の部品によっ
て構成することができる。このように、低耐圧の部品を
用いることによって、補正電圧重畳回路22での導通損
失を抑制することができ、スイッチング電源装置の回路
効率の悪化を防止することができる。
お、この第2の実施形態例の説明において、前記第1の
実施形態例と同一構成部分には同一符号を付し、その共
通部分の重複説明は省略する。
態例と異なる特徴的なことは、図3に示すように、補正
電圧重畳回路22の一方の出力端22aが分圧抵抗体1
8,19の接続部に接続され、他方の出力端22bが分
圧抵抗体19と平滑コンデンサ16の接続部に接続され
ていることである。それ以外の構成は前記第1の実施形
態例と同様である。
用巻線Nsおよび補正電圧重畳回路22が設けられてい
ないと仮定し、検出回路12の検出電圧がそのまま制御
回路11に加えられるとした場合には、入力電圧Vinの
変動に起因して出力電圧Voutに対する検出電圧が下方
側にずれ、このずれに起因して出力電圧Voutが、図4
の点線に示すように、設定の電圧値Vspから上方側にず
れてしまうという問題が生じる。
問題を回避するために、上記第1の実施形態例と同様の
補正電圧生成用巻線Nsおよび補正電圧重畳回路22を
設け、上記補正電圧重畳回路22の出力端22a,22
bを上記の如く検出回路12の分圧抵抗体19の両端に
それぞれ接続している。つまり、補正電圧重畳回路22
の補正電圧によって検出回路12の検出電圧を上昇させ
て前記ずれが補正されるように、補正電圧重畳回路22
が検出回路12に接続されている。
回路12に接続されることで、補正電圧が検出電圧に重
畳されて入力電圧Vinに応じた出力電圧Voutに対する
検出電圧のずれが補正され、この補正された検出電圧が
制御回路11に加えられることとなる。
重畳回路22を設け、該補正電圧重畳回路22によっ
て、出力電圧Voutに対する検出回路12の検出電圧の
下方側へのずれを補正するための補正電圧を生成し、こ
の補正電圧を検出回路12の検出電圧に重畳して検出電
圧の補正を行い、この補正された検出電圧を制御回路1
1に供給する構成としたので、前記第1の実施形態例と
同様に、入力電圧Vinの変動の悪影響を受けることな
く、図4の実線に示すように、入力電圧Vinが変動して
も、設定の電圧値Vspの出力電圧Voutを安定的に出力
させることができる。
の第3の実施形態例において特徴的なことは、前記第1
や第2の各実施形態例に示した補正電圧生成用巻線Ns
を省略し、部品点数の削減を図る構成としたことであ
る。それ以外の構成は前記各実施形態例と同様であり、
前記各実施形態例と同一構成部分には同一符号を付し、
その共通部分の重複説明は省略する。
や図6の(a)に示すように、前記した補正電圧生成用
巻線Nsが省略されており、ダイオード23とコンデン
サ24と抵抗体25から成る補正電圧重畳回路22は三
次巻線N3に接続されており、補正電圧重畳回路22は
三次巻線N3に発生する電圧を利用して前記補正電圧を
生成し、この補正電圧を検出回路12の検出電圧に重畳
する構成と成している。
の実施形態例に示した図1の回路から補正電圧生成用巻
線Nsを省略して補正電圧重畳回路22を三次巻線N3
に接続した変形例であり、上記図6の(a)に示す回路
は、前記第2の実施形態例に示した図3の回路から補正
電圧生成用巻線Nsを省略して補正電圧重畳回路22を
三次巻線N3に接続した変形例である。
電圧重畳回路22を構成するダイオード23のアノード
側とコンデンサ24が直列的に接続され、このダイオー
ド23とコンデンサ24の直接接続体は、コンデンサ2
4が三次巻線N3の端部a側となるように、三次巻線N
3に並列的に接続されている。上記ダイオード23とコ
ンデンサ24の接続部に抵抗体25の一端側が接続さ
れ、この抵抗体25の他端側が検出回路12の分圧抵抗
体18,19の接続部に接続されている。
電圧重畳回路22を構成するダイオード23はカソード
側がコンデンサ24に直列的に接続され、この直列接続
体はダイオード23が三次巻線N3の端部a側となるよ
うに、三次巻線N3に並列的に接続されている。この点
が上記図5の(a)に示す回路と異なり、それ以外は図
5の(a)に示す回路と同様である。
施形態例と同様に補正電圧重畳回路22が設けられてい
るので、前記各実施形態例と同様の効果を奏することが
できる上に、上記補正電圧重畳回路22は三次巻線N3
に発生する電圧を利用して補正電圧を生成する構成とし
たので、補正電圧生成用巻線Nsを設けなくて済む分、
部品点数の削減を図ることができる。
されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例
えば、上記各実施形態例では、補正電圧重畳回路22に
は抵抗体25が設けられていたが、この抵抗体25に代
えて、可変抵抗体を設けてもよい。
2はダイオード13,14のカソード同士が接続される
カソードコモンタイプの整流部が備えられているもので
あったが、検出回路12は上記ダイオード13,14の
アノード同士が接続されるアノードコモンタイプの整流
部が備えられている構成であってもよい。例えば、図5
の(b)には、図5の(a)に示すカソードコモンタイ
プの検出回路12に代えて、アノードコモンタイプの検
出回路12を設けた場合の回路構成例が示されており、
図6の(b)には、図6の(a)に示すカソードコモン
タイプの検出回路12に代えて、アノードコモンタイプ
の検出回路12を設けた場合の回路構成例が示されてい
る。
ング電源装置を構成するコンバータがフォワードコンバ
ータである場合を例にして説明したが、この発明は、フ
ライバックコンバータを内蔵したスイッチング電源装置
にも適用することができるものである。
(a)、(b)には、それぞれ、フライバックコンバー
タを内蔵したスイッチング電源装置に本発明を適用した
場合の回路構成例が示されている。上記図7の(a)、
(b)に示す回路は、補正電圧重畳回路22を設けない
と、図2の点線に示すように、入力電圧Vinに応じて出
力電圧Voutが上昇側にずれてしまう回路構成であり、
上記各実施形態例と同様の、ダイオード23とコンデン
サ24と抵抗体25から成る補正電圧重畳回路22を設
けることによって、上記入力電圧Vinの変動に起因した
出力電圧Voutのずれの問題を防止することができるも
のである。なお、図7の(a)と(b)はダイオード1
4の配設位置に違いがあり、それ以外はほぼ同様であ
る。
補正電圧重畳回路22を設けないと、図4の点線に示す
ように、入力電圧Vinに応じて出力電圧Voutが下方側
にずれてしまう回路構成であり、上記各実施形態例と同
様の、ダイオード23とコンデンサ24と抵抗体25か
ら成る補正電圧重畳回路22を設けることによって、上
記入力電圧Vinの変動に起因した出力電圧Voutのずれ
の問題を防止することができるものである。なお、図8
の(a)と(b)はダイオード14の配設位置に違いが
あり、それ以外はほぼ同様である。
(a)、(b)に示す例では、補正電圧重畳回路22は
三次巻線N3の電圧を利用して補正電圧を生成していた
が、もちろん、フライバックコンバータを内蔵したスイ
ッチング電源装置においても、補正電圧生成用巻線Ns
をトランス1に設け、補正電圧重畳回路22は補正電圧
生成用巻線Nsの電圧を利用して補正電圧を生成する構
成としてもよい。
路3のダイオード6,7や検出回路12のダイオード1
3,14に代えて、MOS−FET等の同期整流器を用
いてもよい。この場合にも、上記各実施形態例同様に、
入力電圧Vinの変動に関係なく出力電圧Voutを安定的
に出力させることができるという効果を奏することがで
きる。
ング電源装置に内蔵されるコンバータがDC−DCコン
バータである例を示したが、この発明は、AC−DCコ
ンバータを内蔵したスイッチング電源装置にも適用する
ことができる。
検出する構成である場合に、補正電圧重畳回路を設け、
この補正電圧重畳回路によって、入力電圧に応じた出力
電圧に対する検出電圧のずれを補正するための補正電圧
を生成し、この補正電圧を上記検出電圧に重畳して検出
電圧の補正を行い、該補正された検出電圧を制御回路に
加える構成としたので、制御回路はその補正された検出
電圧に基づいて出力電圧が設定の電圧値でもって安定的
に出力されるように出力電圧の安定化制御を行うことが
できる。
の入力電圧の変動の悪影響を受けずに、設定の電圧値の
出力電圧を安定的に出力することができて、スイッチン
グ電源装置における出力の信頼性を格段に向上させるこ
とができる。
して補正電圧を生成する構成のものにあっては、トラン
スにさらに巻線を巻回することなく、補正電圧を生成す
ることができ、部品点数の増加を抑制することができ
る。
れており、補正電圧重畳回路はその補正電圧生成用巻線
の電圧を利用して補正電圧を生成する構成のものにあっ
ては、補正電圧生成用巻線には入力電圧に応じた電圧が
発生すればよいので、三次巻線の電圧よりも補正電圧生
成用巻線に発生する電圧は小さくてよく、三次巻線の電
圧よりも補正電圧生成用巻線の電圧を小さくすること
で、三次巻線の電圧を利用する場合に比べて、補正電圧
重畳回路を流れる電力を小さくすることが可能である。
このことによって、補正電圧重畳回路は低耐圧の部品を
用いて構成することができ、このために、補正電圧重畳
回路での導通損失を抑制することができて、スイッチン
グ電源装置の回路効率低下を回避することができる。
置の主要構成を示す回路図である。
グラフである。
置の主要構成を示す回路図である。
outの関係例を示すグラフである。
圧値Vspよりも上昇してしまうのを防止する第3の実施
形態例を示す回路図である。
圧値Vspよりも低くなってしまうのを防止する第3の実
施形態例を示す回路図である。
チング電源装置に本発明を適用した場合の実施形態例を
示す回路図である。
るスイッチング電源装置に本発明を適用した場合のその
他の実施形態例を示す回路図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 主スイッチ素子のオン・オフ動作によっ
て入力電圧に基づいた電圧がトランスの二次巻線から出
力され該電圧が出力回路によって整流平滑されて出力す
るスイッチング電源装置において、上記トランスに設け
られる三次巻線と;上記出力回路から出力する出力電圧
を上記三次巻線を利用して間接的に検出し該検出電圧を
出力する検出回路と;上記入力電圧の変動に応じた上記
出力回路の出力電圧に対する上記検出回路の検出電圧の
ずれを補正するための補正電圧を上記検出電圧の大きさ
に応じて生成して上記検出回路から出力される検出電圧
に重畳する補正電圧重畳回路と;上記補正電圧が重畳さ
れた検出電圧に基づいて上記出力回路の出力電圧を安定
化すべく上記主スイッチ素子のオン・オフ動作を制御す
る制御回路と;が設けられていることを特徴とするスイ
ッチング電源装置。 - 【請求項2】 補正電圧重畳回路は、三次巻線から出力
される電圧を利用して補正電圧を生成して検出回路の検
出電圧に重畳する構成としたことを特徴とする請求項1
記載のスイッチング電源装置。 - 【請求項3】 トランスには補正電圧生成用巻線が設け
られ、補正電圧重畳回路は、上記補正電圧生成用巻線か
ら出力される電圧を利用して補正電圧を生成して検出回
路の検出電圧に重畳する構成としたことを特徴とする請
求項1記載のスイッチング電源装置。
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