JP3574394B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング電源装置に関するものである。特に、低温においても安定に動作するスイッチング電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のスイッチング電源装置としては、例えば、図１１に示すようなものがある。スイッチング電源装置はコンバータ部１００と制御部２００とを有しており、入力端子ＩＮに供給される直流電圧を任意の直流電圧に変換して負荷抵抗ＲＬに供給する。
【０００３】
まず、コンバータ部１００の構成について説明する。コンバータ部１００は、コンデンサ１と、ＮＰＮ型のトランジスタ２と、ダイオード３と、コイル４と、出力コンデンサ５とを有しており、降圧形ＤＣ−ＤＣコンバータを形成している。トランジスタ２のコレクタは入力端子ＩＮとコンデンサ１の一端に接続されている。トランジスタ２のエミッタは、ダイオード３のカソードとコイル４の一端に接続されている。
【０００４】
コイル４のトランジスタ２と接続されていない側は、出力コンデンサ５と、出力端子ＯＵＴを介して負荷抵抗ＲＬと、同じく出力端子ＯＵＴを介して後述する制御部２００に設けられている抵抗Ｒ１と、に接続されている。また、コンデンサ１のトランジスタ２と接続されていない側と、ダイオード３のアノードと、出力コンデンサ５のコイル４と接続されていない側と、負荷抵抗ＲＬの出力端子ＯＵＴに接続されていない側とはそれぞれ接地されている。
【０００５】
次に、制御部２００の構成について説明する。制御部２００は、出力電圧検出回路６と、誤差増幅器７と、基準電圧源８と、演算増幅器９と、発振器１０と、駆動回路１１と、を有している。出力電圧検出回路６は抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ１に直列接続された抵抗Ｒ２とからなり、抵抗Ｒ１の一端は出力端子ＯＵＴに接続され、抵抗Ｒ２の抵抗Ｒ１に接続されていない側は接地されている。抵抗Ｒ１、Ｒ２の接続ノードは誤差増幅器７の反転入力端子に接続されている。誤差増幅器７の非反転入力端子は基準電圧源８に接続されている。
【０００６】
誤差増幅器７の出力端子は演算増幅器９の非反転入力端子に接続されている。演算増幅器９の反転入力端子は、発振器１０に接続されている。また、演算増幅器９の出力端子は駆動回路１１を介してトランジスタ２のベースに接続されている。
【０００７】
次に上記構成のスイッチング電源装置の動作について説明する。入力端子ＩＮに供給される直流電圧はコンデンサ１で平滑化され入力電圧ＶＩＮになったのち、トランジスタ２のスイッチング動作によりパルス電圧に変換される。
【０００８】
トランジスタ２がＯＮ状態のときは、入力端子ＩＮからコイル４に電流が流れる。これにより、コイル４にエネルギーが蓄えられ、かつ負荷抵抗ＲＬにエネルギーが供給される。一方、トランジスタ２がＯＦＦ状態のときは、コイル４に蓄えられたエネルギーがダイオード３を通じて負荷抵抗ＲＬに供給される。尚、出力端子ＯＵＴには出力コンデンサ５によって平滑化された出力電圧ＶＯが供給され、その出力電圧ＶＯが負荷抵抗ＲＬに印加される。
【０００９】
スイッチング電源装置の出力電圧ＶＯは出力端子ＯＵＴから制御部２００に入力され、制御部２００によってフィードバック制御され、スイッチング電源装置の出力電圧ＶＯの値に応じてトランジスタ２から出力されるパルス電圧のオンデューティが決定される。スイッチング電源装置の出力電圧ＶＯはまず出力電圧検出回路６で分圧されたのち、その分圧Ｖａｄｊと基準電圧源８が出力する基準電圧Ｖｒｅｆ（＝１．２５Ｖ）とが誤差増幅器７において比較される。
【００１０】
誤差増幅器７は、分圧Ｖａｄｊと基準電圧Ｖｒｅｆとの差を増幅して演算増幅器９に出力電圧信号ＶＡを出力する。演算増幅器９は、発振器１０の出力電圧ＶＯＳＣ（三角波）に同期させて、誤差増幅器７の出力電圧信号ＶＡに応じたＰＷＭ信号ＶＰＷＭを出力する。すなわち、誤差増幅器７の出力電圧信号ＶＡが発振器１０の出力電圧ＶＯＳＣより大きい場合はＰＷＭ信号ＶＰＷＭをＨｉｇｈレベルにし、誤差増幅器７の出力電圧信号ＶＡが発振器１０の出力電圧ＶＯＳＣより大きくない場合はＰＷＭ信号ＶＰＷＭをＬｏｗレベルにして出力する。尚、発振器１０から発振される出力電圧ＶＯＳＣ（三角波）の周波数は可聴騒音を避けるために１００ｋＨｚに設定している。また、発振器１０から発振される出力電圧ＶＯＳＣ（三角波）の最大値、最小値はそれぞれ１．７５Ｖ、０．７５Ｖに設定している。
【００１１】
ＰＷＭ信号ＶＰＷＭは駆動回路１１に入力され、駆動回路１１はＰＷＭ信号ＶＰＷＭに応じてトランジスタ３のベースに電流を供給して、トランジスタ２のスイッチング動作を行う。すなわち、駆動回路１１は演算増幅器９からＨｉｇｈレベルのＰＷＭ信号ＶＰＷＭを受け取るとトランジスタ２のベースに電流ＩＢを流してトランジスタ２をＯＮ状態にする。一方、ＬｏｗレベルのＰＷＭ信号ＶＰＷＭを受け取るとトランジスタ２のベースに供給する電流ＩＢを零にしてトランジスタ２をＯＦＦ状態にする。これによりトランジスタ２のオン期間ｔＯＮとオフ期間ｔＯＦＦとの比率が制御され、負荷抵抗ＲＬに供給されるスイッチング電源装置の出力電圧ＶＯは所定の値（５Ｖ）に安定化される。ＰＷＭ信号ＶＰＷＭ及びトランジスタ２のオンデューティｄｕｔｙは、（１）式で表すことができる。
【数１】
【００１２】
トランジスタ２がオン期間ｔＯＮではコイル４を流れる電流ＩＬの傾きは正となり、トランジスタ２がオフ期間ｔＯＦＦではコイル４を流れる電流ＩＬの傾きは負となる。
【００１３】
このため上述したように出力コンデンサ５で平滑化した電圧を出力電圧ＶＯとして、負荷抵抗ＲＬに供給している。しかしながら、出力コンデンサ５には等価直列抵抗（以下、ＥＳＲという）が存在するため、出力電圧ＶＯには交流成分であるリップル電圧Ｖｒｍｓが含まれる。室温（２５℃）下での誤差増幅器７の出力電圧信号ＶＡと、発振器１０の出力電圧ＶＯＳＣと、ＰＷＭ信号ＶＰＷＭとのタイムチャートを図１２に示す。ＰＷＭ信号ＶＰＷＭの周波数は発振器１０の出力電圧ＶＯＳＣの周波数と同じであるので、トランジスタ２のスイッチング周波数ｆ０も発振器１０の出力電圧ＶＯＳＣの周波数と同じ１００ｋＨｚになる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、低温時になると出力コンデンサ５のＥＳＲが大きくなるため、図１３に示すように出力電圧ＶＯに含まれるリップル電圧Ｖｒｍｓが大きくなる。
【００１５】
ここで、誤差増幅器７のゲインＧＡＭＰは図１４に示すように反転入力端子に入力される分圧Ｖａｄｊに関わらず１００倍に固定されている。従って、誤差増幅器７の入出力特性である分圧Ｖａｄｊと出力電圧信号ＶＡとの関係は図１５に示すようになる。さらに、演算増幅器９の入出力特性である出力電圧信号ＶＡとＰＷＭ信号ＶＰＷＭのオンデューティｄｕｔｙとの関係は図１６に示すようになる。
【００１６】
このような特性を有するスイッチング電源装置では、トランジスタ２のスイッチング周波数ｆ０が発振器１０の発振周波数の１／２になる不具合現象が発生するときの誤差増幅器７に入力される分圧Ｖａｄｊに含まれるリップル電圧Ｖａｄｊ１とオンデューティｄｕｔｙとは図１７に示すような関係となる。降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータを用いるスイッチング電源装置は一般に、オンデューティｄｕｔｙが０％〜５０％の範囲で使用されるので、図１７から明らかなようにオンデューティｄｕｔｙが小さいほど不具合現象が発生するときのリップル電圧Ｖａｄｊ１も小さくなる。すなわち、オンデューティｄｕｔｙが小さいほど不具合現象が起こりやすい。
【００１７】
図１３の出力電圧ＶＯに含まれるリップル電圧Ｖｒｍｓを分圧Ｖａｄｊに含まれるリップル電圧Ｖａｄｊ２に換算した図を図１８に示す。尚、図１８には、図１７から求まるオンデューティｄｕｔｙ１０％での不具合現象が発生するときの分圧Ｖａｄｊに含まれるリップル電圧Ｖ１０％を記入している。図１８から明らかなように、オンデューティｄｕｔｙ１０％のときには−２５℃でトランジスタ２のスイッチング周波数ｆ０が発振器１０の発振周波数の１／２になる不具合現象が発生する。これは、図１９に示すように誤差増幅器７の出力電圧信号ＶＡに含まれるリップル電圧が大きくなり、出力電圧信号ＶＡの振幅が発振器１０の出力電圧ＶＯＳＣの振幅を越えてしまい、ＰＷＭ信号ＶＰＷＭの周波数が発振器１０の出力電圧ＶＯＳＣの周波数の２倍の大きさになるためである。
【００１８】
出力電圧ＶＯに含まれるリップル電圧Ｖｒｍｓはトランジスタ２のスイッチング周波数ｆ０に反比例するので、トランジスタ２のスイッチング周波数ｆ０が上述したように発振器１０の発振周波数の１／２となったときは、リップル電圧Ｖｒｍｓは２倍になり出力電圧ＶＯの安定度が劣化しリップル電圧が大きくなるという問題があった。
【００１９】
本発明は、上記の問題点に鑑み、ＥＳＲが小さい出力コンデンサを用い、かつ、低温下において使用した場合でもリップル電圧が大きくならないスイッチング電源装置を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るスイッチング電源装置においては、スイッチング手段のオン・オフ期間の比率を可変して供給された電圧を調整したのち出力するＤＣ−ＤＣコンバータと、前記スイッチング手段のオン・オフ期間の比率を制御する制御手段と、を備えるとともに、前記制御手段は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータから出力される出力電圧またはその分圧と基準電圧とを比較し誤差信号を出力する誤差増幅器と、発振器と、前記誤差増幅器からの出力電圧信号と前記発振器の出力とを比較してパルス信号を作成し前記スイッチング手段に出力する演算器と、を有しており、前記パルス信号のデューティ、周辺温度の少なくとも一つに応じて前記スイッチング手段のスイッチング周波数が前記発振器の発振周波数の１／２にならないように前記誤差増幅器のゲインを可変させるゲイン変更手段を備える構成としている。
【００２１】
前記ゲイン変更手段は、前記出力電圧またはその分圧に基づいて前記誤差増幅器のゲインを可変させてもよく、前記出力電圧と前記入力電圧との比に基づいて前記誤差増幅器のゲインを可変させてもよい。さらに、周辺温度を検出する温度検出手段を備えるとともに、前記温度検出手段の出力信号に基づいて前記誤差作動器のゲインを可変させてもよい。
【００２２】
また、前記誤差増幅器を対数増幅器とし、前記出力電圧またはその分圧に基づいて前記誤差増幅器のゲインを可変させてもよい。
【００２３】
また、スイッチング電源装置のフィードバック系のトータルゲインを一定とする観点から、前記誤差増幅器のゲインと、出力電圧の分圧から基準電圧を差分した値と、前記誤差増幅器の出力電圧信号に対する前記デューティの変化率との積を０．５からを引いた値と、前記誤差増幅器のゲインと、を乗算した値が所定の値になるように、前記ゲイン変更手段が前記誤差増幅器のゲインを可変させるとなおよい。同じくスイッチング電源装置のフィードバック系のトータルゲインを一定とする観点から、入力電圧を出力電圧で除算した値と、前記誤差増幅器のゲインと、を乗算した値が所定の値になるように、前記ゲイン変更手段が前記誤差増幅器のゲインを可変させてもよい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明に係るスイッチング電源装置の一実施形態について図面を参照して以下に説明する。第一実施形態のスイッチング電源装置を図１に示す。尚、図１１に示した従来のスイッチング電源装置と同一の部分には同一の符号を付し説明を省略する。ゲイン可変回路１２は出力電圧検出回路６から出力電圧ＶＯの分圧Ｖａｄｊを入力し、その分圧Ｖａｄｊの値に基づいて誤差増幅器７のゲインＧＡＭＰを変更させる。すなわち、分圧Ｖａｄｊが１．２５３Ｖより大きいときは誤差増幅器７のゲインＧＡＭＰを従来のスイッチング電源装置と同様に１００とし、分圧Ｖａｄｊが１．２５３Ｖ以下のときは誤差増幅器７のゲインＧＡＭＰを５０とする。分圧Ｖａｄｊとオンデューティｄｕｔｙとの間には上述した図１５、図１６のような関係があるので、図４に示すようにオンデューティｄｕｔｙが２０％より大きいときは誤差増幅器７のゲインＧＡＭＰが１００となり、オンデューティｄｕｔｙが２０％以下のときは誤差増幅器７のゲインＧＡＭＰが５０となる。
【００２５】
こうすることにより、オンデューティｄｕｔｙ１０％での不具合現象が発生するときの分圧Ｖａｄｊに含まれるリップル電圧は、図１８に示したＶ１０％の２倍となり図５に示すＶ１０％’にようになる。これにより、オンデューティ１０％で低温（−２５℃）のときにおいてもトランジスタ２のスイッチング周波数ｆ０が発振器１０の発振周波数の１／２となる不具合現象は発生しない。
【００２６】
次に第二実施形態のスイッチング電源装置を図２に示す。尚、図１１に示した従来のスイッチング電源装置と同一の部分には同一の符号を付し説明を省略する。入出力比検出回路１３は入力電圧ＶＩＮと出力電圧ＶＯを入力し、入出力比ＶＩＮ／ＶＯをゲイン可変回路１２に出力する。ゲイン可変回路１２は入出力比ＶＩＮ／ＶＯに基づいて誤差増幅器７のゲインＧＡＭＰを変更させる。すなわち、入出力比ＶＩＮ／ＶＯが５より小さいときは誤差増幅器７のゲインＧＡＭＰを従来のスイッチング電源装置と同様に１００とし、入出力比ＶＩＮ／ＶＯが５以上のときは誤差増幅器７のゲインＧＡＭＰを５０とする。入出力比ＶＩＮ／ＶＯとオンデューティｄｕｔｙとの間には上述した（１）式のような関係があるので、図４に示すようにオンデューティｄｕｔｙが２０％より大きいときは誤差増幅器７のゲインＧＡＭＰが１００となり、オンデューティｄｕｔｙが２０％以下のときは誤差増幅器７のゲインＧＡＭＰが５０となる。
【００２７】
こうすることにより、オンデューティｄｕｔｙ１０％での不具合現象が発生するときの分圧Ｖａｄｊに含まれるリップル電圧は、図１８に示したＶ１０％の２倍となり図５に示すＶ１０％’にようになる。これにより、オンデューティ１０％で低温（−２５℃）のときにおいてもトランジスタ２のスイッチング周波数ｆ０が発振器１０の発振周波数の１／２となる不具合現象は発生しない。
【００２８】
第一及び第二実施形態のスイッチング電源装置におけるゲイン可変回路１２の一実施形態を図８に示す。ゲイン可変回路１２は、抵抗Ｒ３〜Ｒ５と、能動素子１５と、能動素子制御回路１６とを備えている。誤差増幅器７の反転入力端子は、抵抗Ｒ４を介して誤差増幅器７の出力端子に接続されている。抵抗Ｒ５が能動素子１５を介して抵抗Ｒ４に並列接続されている。また、抵抗Ｒ４と誤差増幅器７の反転入力端子との接続点には、抵抗Ｒ３が接続される。尚、能動素子１５には、バイポーラトランジスタやＭＯＳトランジスタなどを用いるとよい。
【００２９】
能動素子制御回路１６は、第一実施形態のスイッチング電源装置の場合は出力電圧検出回路６から分圧Ｖａｄｊを入力し、第二実施形態のスイッチング電源装置の場合は入出力比検出回路１３から入出力比ＶＩＮ／ＶＯを入力し、その入力信号に応じて能動素子１５をＯＮ・ＯＦＦ制御する。能動素子１５がＯＮ状態のとき誤差増幅器７のゲインＧＡＭＰは（２）式のようになる。ただし、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５はそれぞれ抵抗Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５の抵抗値である。
【数２】
一方、能動素子１５がＯＦＦ状態のとき誤差増幅器７のゲインＧＡＭＰはＲ４／Ｒ３となる。従って、抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５の抵抗値を等しくすると、図４に示したゲイン特性を得ることができる。
【００３０】
尚、能増素子制御回路１６は能動素子１５をＯＮ・ＯＦＦ制御ではなく、リニアに制御することもできる。能動素子１５をリニアに制御すれば、誤差増幅器７のゲインＧＡＭＰをリニアに制御することができる。従って、後述する（６）式または（８）式に従うように誤差増幅器７のゲインＧＡＭＰを制御すれば、スイッチング電源装置のフィードバック系のトータルゲインを一定にでき、より安定性を向上させることができる。
【００３１】
上述したスイッチング電源装置のフィードバック系のトータルゲインを一定にする条件（（６）式または（８）式）を求めるために、分圧の変化量ΔＶａｄｊに対する帰還量ΔＶａｄｊ’を求める。まず、出力電圧ＶＯは（１）式から次のように求まる。ただし、ＴはＰＷＭ信号ＶＰＷＭの周期である。
従って、分圧の変化量ΔＶａｄｊに対する出力電圧の変化量ΔＶＯは（３）式のようになる。
【数３】
一方、分圧の変化量ΔＶａｄｊに対する帰還量ΔＶａｄｊ’は（４）式のように表せる。
【数４】
【００３２】
（３）式、（４）式より、分圧の変化量ΔＶａｄｊに対する帰還量ΔＶａｄｊ’は（５）式のようになる。
【数５】
スイッチング電源装置のフィードバック系のトータルゲインを一定にするためには、分圧の変化量ΔＶａｄｊに対する帰還量ΔＶａｄｊ’を一定にすればよい。ここで、（５）式中の１／Ｔと、ΔｔＷＯＮ／ΔＶＡと、Ｖｒｅｆとはそれぞれ一定値であるので、（６）式を満たすように能動素子１５をリニア制御するとスイッチング電源装置のフィードバック系のトータルゲインを一定にすることができる。ただし、Ｋは定数である。このような制御は第二実施形態のスイッチング電源装置に適用できる。
【数６】
【００３３】
また、ＶＩＮ／ＶＯは分圧Ｖａｄｊを用いて（７）式のように表すことができる。
【数７】
従って、（６）式は（８）式のように表すこともできる。（８）式を満たすように能動素子１５をリニア制御するとスイッチング電源装置のフィードバック系のトータルゲインを一定にすることができる。このような制御は第一実施形態のスイッチング電源装置に適用できる。
【数８】
【００３４】
次に第三実施形態のスイッチング電源装置の構成を図３に示す。尚、図１１に示した従来のスイッチング電源装置と同一の部分には同一の符号を付し説明を省略する。温度検出回路１４は周囲の温度を検出してその検出信号をゲイン可変回路１２に出力する。ゲイン可変回路１２は温度検出回路１４が出力する検出信号に基づいて誤差増幅回路７のゲインＧＡＭＰを変更する。すなわち、図６に示すように温度検出回路１４が検出した温度Ｔａが０℃より大きいときは誤差増幅器７のゲインＧＡＭＰを従来のスイッチング電源装置と同様に１００とし、温度検出回路１４が検出した温度Ｔａが０℃以下のときは誤差増幅器７のゲインＧＡＭＰを５０とする。
【００３５】
こうすることにより、オンデューティｄｕｔｙ１０％での不具合現象が発生するときの分圧Ｖａｄｊに含まれるリップル電圧は、０℃以下の領域で図１８に示したＶ１０％の２倍となり図７に示すＶ１０％’’にようになる。これにより、オンデューティ１０％で低温（−２５℃）のときにおいてもトランジスタ２のスイッチング周波数ｆ０が発振器１０の発振周波数の１／２となる不具合現象は発生しない。
【００３６】
また、第三実施形態で用いた周辺温度に基づいて誤差増幅器７のゲインＧＡＭＰを可変する手段を第一または第二実施形態のスイッチング電源装置に合わせて実施すると２５〜８０℃までの通常動作時の温度領域での誤差増幅器７のゲインＧＡＭＰをあまり下げずに設定することができる。これにより、入力電圧ＶＩＮの変動に対する出力電圧ＶＯの安定性低下を防ぐことができる。
【００３７】
尚、第一実施形態のスイッチング電源装置に設けられるゲイン可変回路１２を備えた誤差増幅器７として、図９に示す対数増幅器１７を用いることができる。対数増幅器１７は、誤差増幅器７と、ダイオード１８と、抵抗Ｒ３と、レベルシフトアンプ回路１９とを備えている。誤差増幅器７の反転入力端子にはダイオード１８のアノードが接続され、誤差増幅器７の出力端子にはダイオード１８のカソードが接続されている。また、ダイオード１８と誤差増幅器７の反転入力端子との接続点には抵抗Ｒ３が接続されている。さらに、誤差増幅器７の出力端子とダイオード１８との接続点はレベルシフトアンプ回路１９に接続されている。レベルシフトアンプ回路１９は入力した信号に所定値を加えた信号を出力電圧信号ＶＡとして出力する。このときの分圧Ｖａｄｊと出力電圧信号ＶＡとは図１０に示すような関係になり、分圧Ｖａｄｊが大きくなるとゲインＧＡＭＰは小さくなる。これにより、図８の構成に比べて安価で簡単な構成によって、第一実施形態のスイッチング電源装置が実現できる。しかし、（８）式に従うような制御を行うことはできないので、スイッチング電源装置のフィードバック系のトータルゲインを一定にすることはできない。
【００３８】
また、第一〜第三実施形態のスイッチング電源装置においては、ＤＣ−ＤＣコンバータに降圧形ＤＣ−ＤＣコンバータを用いたが本発明はこれに限定されることはなく、昇圧形、昇降圧形など他のＤＣ−ＤＣコンバータを用いてもよい。例えば、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータを用いるスイッチング電源装置は一般に、オンデューティｄｕｔｙが５０％〜１００％の範囲で使用され、オンデューティｄｕｔｙが大きいほど不具合現象の発生するときのリップル電圧が小さいので、スイッチング手段に供給するＰＷＭ信号のオンディーティが大きいとき、周辺温度が低温のとき、の少なくとも一方のときに誤差増幅器のゲインを小さくするとよい。
【００３９】
また、第一〜第三実施形態のスイッチング電源装置においては、誤差増幅器７が出力電圧検出回路６を介して出力端子ＯＵＴに接続され、誤差増幅器７に出力電圧ＶＯの分圧Ｖａｄｊが入力されるようにしたが本発明はこれに限定されることはなく、誤差増幅器７が直接出力端子ＯＵＴに接続され、誤差増幅器７に出力電圧ＶＯが入力されるようにしてもよい。この場合、第一〜第三実施形態のスイッチング電源装置に比べて基準電圧源８の出力する基準電圧Ｖｒｅｆの設定値を大きくする必要がある。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、パルス信号のデューティ、周辺温度の少なくとも一つに応じてスイッチング手段のスイッチング周波数が発振器の発振周波数の１／２にならないように誤差増幅器のゲインを可変するゲイン変更手段を備えているので、パルス信号のデューティや周辺温度がリップル電圧が大きくなる条件になるときは誤差増幅器のゲインを小さくしてリップル電圧が大きくならないようにすることができる。これにより、ＥＳＲが小さい出力コンデンサを用い、かつ、低温下において使用した場合でもリップル電圧が大きくならないようにすることができる。
【００４１】
また、本発明によれば、出力電圧またはその分圧に基づいて、ゲイン変更手段が誤差増幅器のゲインを可変させるので、パルス信号のデューティに応じて誤差増幅器のゲインを可変させることができる。従って、パルス信号のデューティがリップル電圧が大きくなる条件になるときは誤差増幅器のゲインを小さくしてリップル電圧が大きくならないようにすることができる。
【００４２】
また、本発明によれば、出力電圧と入力電圧との比に基づいて、ゲイン変更手段が誤差増幅器のゲインを可変させるので、パルス信号のデューティに応じて誤差増幅器のゲインを可変させることができる。従って、パルス信号のデューティがリップル電圧が大きくなる条件になるときは誤差増幅器のゲインを小さくしてリップル電圧が大きくならないようにすることができる。
【００４３】
また、本発明によれば、周辺温度を検出する温度検出手段を備えるとともに、前記温度検出手段の出力信号に基づいてゲイン変更手段が誤差増幅器のゲインを可変させるので、周辺温度がリップル電圧が大きくなる条件になるときは誤差増幅器のゲインを小さくしてリップル電圧が大きくならないようにすることができる。
【００４４】
また、本発明によれば、誤差増幅器が対数増幅器であるので、出力電圧の分圧が大きいほど誤差増幅器のゲインが小さくなる。これにより、安価で簡単な構成によって、パルス信号のデューティに応じて誤差増幅器のゲインを可変させることができる。
【００４５】
また、本発明によれば、誤差増幅器のゲインと、出力電圧またはその分圧から基準電圧を差分した値と、誤差増幅器の出力電圧信号に対するデューティの変化率との積を０．５からを引いた値と、誤差増幅器のゲインと、を乗算した値が所定の値になるように、前記ゲイン変更手段が前記誤差増幅器のゲインを可変させるので、スイッチング電源装置のフィードバック系のトータルゲインを一定にすることができ、より安定性を向上させることができる。
【００４６】
また、本発明によれば、入力電圧を出力電圧で除算した値と、誤差増幅器のゲインと、を乗算した値が所定の値になるように、ゲイン変更手段が誤差増幅器のゲインを可変させるので、フィードバック系のトータルゲインを一定にすることができ、より安定性を向上させることができる。
【００４７】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態のスイッチング電源装置の回路ブロック図である。
【図２】本発明の第二実施形態のスイッチング電源装置の回路ブロック図である。
【図３】本発明の第三実施形態のスイッチング電源装置の回路ブロック図である。
【図４】図１及び図２のスイッチング電源装置に設けられる誤差増幅器のゲイン特性を示す図である。
【図５】図１及び図２のスイッチング電源装置の出力電圧の分圧に含まれるリップル電圧の温度特性を示した図である。
【図６】図３のスイッチング電源装置に設けられる誤差増幅器のゲイン特性を示す図である。
【図７】図３のスイッチング電源装置の出力電圧の分圧に含まれるリップル電圧の温度特性を示した図である。
【図８】図１〜図３のスイッチング電源装置に設けられるゲイン可変回路の一実施形態の構成を示す図である。
【図９】対数増幅器の構成を示す図である。
【図１０】図９の対数増幅器の入出力特性を示す図である。
【図１１】従来のスイッチング電源装置の回路ブロック図である。
【図１２】室温における図１１のスイッチング電源装置の動作波形を示すタイムチャート図である。
【図１３】図１１のスイッチング電源装置の出力電圧に含まれるリップル電圧の温度特性を示した図である。
【図１４】図１１のスイッチング電源装置に設けられる誤差増幅器のゲインを示す図である。
【図１５】図１１のスイッチング電源装置に設けられる誤差増幅器の入出力特性を示す図である。
【図１６】図１１のスイッチング電源装置に設けられる演算増幅器の入出力特性をを示す図である。
【図１７】図１１のスイッチング電源装置が不具合現象を起こすときのオンデューティと出力電圧の分圧に含まれるリップル電圧との関係を示す図である。
【図１８】図１１のスイッチング電源装置の出力電圧の分圧に含まれるリップル電圧の温度特性を示した図である。
【図１９】低温における図１１のスイッチング電源装置の動作波形を示すタイムチャート図である。
【符号の説明】
２ トランジスタ
５ 出力コンデンサ
６ 出力電圧検出回路
７ 誤差増幅器
９ 演算増幅器
１２ ゲイン可変回路
１３ 入出力比検出回路
１４ 温度検出回路
１５ 能動素子
１６ 能動素子制御回路
１７ 対数増幅器
１８ ダイオード
１９ レベルシフトアンプ回路
１００ ＤＣ−ＤＣコンバータ
２００ 制御部
Ｒ１〜Ｒ５ 抵抗
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング電源装置に関するものである。特に、低温においても安定に動作するスイッチング電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のスイッチング電源装置としては、例えば、図１１に示すようなものがある。スイッチング電源装置はコンバータ部１００と制御部２００とを有しており、入力端子ＩＮに供給される直流電圧を任意の直流電圧に変換して負荷抵抗ＲＬに供給する。
【０００３】
まず、コンバータ部１００の構成について説明する。コンバータ部１００は、コンデンサ１と、ＮＰＮ型のトランジスタ２と、ダイオード３と、コイル４と、出力コンデンサ５とを有しており、降圧形ＤＣ−ＤＣコンバータを形成している。トランジスタ２のコレクタは入力端子ＩＮとコンデンサ１の一端に接続されている。トランジスタ２のエミッタは、ダイオード３のカソードとコイル４の一端に接続されている。
【０００４】
コイル４のトランジスタ２と接続されていない側は、出力コンデンサ５と、出力端子ＯＵＴを介して負荷抵抗ＲＬと、同じく出力端子ＯＵＴを介して後述する制御部２００に設けられている抵抗Ｒ１と、に接続されている。また、コンデンサ１のトランジスタ２と接続されていない側と、ダイオード３のアノードと、出力コンデンサ５のコイル４と接続されていない側と、負荷抵抗ＲＬの出力端子ＯＵＴに接続されていない側とはそれぞれ接地されている。
【０００５】
次に、制御部２００の構成について説明する。制御部２００は、出力電圧検出回路６と、誤差増幅器７と、基準電圧源８と、演算増幅器９と、発振器１０と、駆動回路１１と、を有している。出力電圧検出回路６は抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ１に直列接続された抵抗Ｒ２とからなり、抵抗Ｒ１の一端は出力端子ＯＵＴに接続され、抵抗Ｒ２の抵抗Ｒ１に接続されていない側は接地されている。抵抗Ｒ１、Ｒ２の接続ノードは誤差増幅器７の反転入力端子に接続されている。誤差増幅器７の非反転入力端子は基準電圧源８に接続されている。
【０００６】
誤差増幅器７の出力端子は演算増幅器９の非反転入力端子に接続されている。演算増幅器９の反転入力端子は、発振器１０に接続されている。また、演算増幅器９の出力端子は駆動回路１１を介してトランジスタ２のベースに接続されている。
【０００７】
次に上記構成のスイッチング電源装置の動作について説明する。入力端子ＩＮに供給される直流電圧はコンデンサ１で平滑化され入力電圧ＶＩＮになったのち、トランジスタ２のスイッチング動作によりパルス電圧に変換される。
【０００８】
トランジスタ２がＯＮ状態のときは、入力端子ＩＮからコイル４に電流が流れる。これにより、コイル４にエネルギーが蓄えられ、かつ負荷抵抗ＲＬにエネルギーが供給される。一方、トランジスタ２がＯＦＦ状態のときは、コイル４に蓄えられたエネルギーがダイオード３を通じて負荷抵抗ＲＬに供給される。尚、出力端子ＯＵＴには出力コンデンサ５によって平滑化された出力電圧ＶＯが供給され、その出力電圧ＶＯが負荷抵抗ＲＬに印加される。
【０００９】
スイッチング電源装置の出力電圧ＶＯは出力端子ＯＵＴから制御部２００に入力され、制御部２００によってフィードバック制御され、スイッチング電源装置の出力電圧ＶＯの値に応じてトランジスタ２から出力されるパルス電圧のオンデューティが決定される。スイッチング電源装置の出力電圧ＶＯはまず出力電圧検出回路６で分圧されたのち、その分圧Ｖａｄｊと基準電圧源８が出力する基準電圧Ｖｒｅｆ（＝１．２５Ｖ）とが誤差増幅器７において比較される。
【００１０】
誤差増幅器７は、分圧Ｖａｄｊと基準電圧Ｖｒｅｆとの差を増幅して演算増幅器９に出力電圧信号ＶＡを出力する。演算増幅器９は、発振器１０の出力電圧ＶＯＳＣ（三角波）に同期させて、誤差増幅器７の出力電圧信号ＶＡに応じたＰＷＭ信号ＶＰＷＭを出力する。すなわち、誤差増幅器７の出力電圧信号ＶＡが発振器１０の出力電圧ＶＯＳＣより大きい場合はＰＷＭ信号ＶＰＷＭをＨｉｇｈレベルにし、誤差増幅器７の出力電圧信号ＶＡが発振器１０の出力電圧ＶＯＳＣより大きくない場合はＰＷＭ信号ＶＰＷＭをＬｏｗレベルにして出力する。尚、発振器１０から発振される出力電圧ＶＯＳＣ（三角波）の周波数は可聴騒音を避けるために１００ｋＨｚに設定している。また、発振器１０から発振される出力電圧ＶＯＳＣ（三角波）の最大値、最小値はそれぞれ１．７５Ｖ、０．７５Ｖに設定している。
【００１１】
ＰＷＭ信号ＶＰＷＭは駆動回路１１に入力され、駆動回路１１はＰＷＭ信号ＶＰＷＭに応じてトランジスタ３のベースに電流を供給して、トランジスタ２のスイッチング動作を行う。すなわち、駆動回路１１は演算増幅器９からＨｉｇｈレベルのＰＷＭ信号ＶＰＷＭを受け取るとトランジスタ２のベースに電流ＩＢを流してトランジスタ２をＯＮ状態にする。一方、ＬｏｗレベルのＰＷＭ信号ＶＰＷＭを受け取るとトランジスタ２のベースに供給する電流ＩＢを零にしてトランジスタ２をＯＦＦ状態にする。これによりトランジスタ２のオン期間ｔＯＮとオフ期間ｔＯＦＦとの比率が制御され、負荷抵抗ＲＬに供給されるスイッチング電源装置の出力電圧ＶＯは所定の値（５Ｖ）に安定化される。ＰＷＭ信号ＶＰＷＭ及びトランジスタ２のオンデューティｄｕｔｙは、（１）式で表すことができる。
【数１】
トランジスタ２がオン期間ｔＯＮではコイル４を流れる電流ＩＬの傾きは正となり、トランジスタ２がオフ期間ｔＯＦＦではコイル４を流れる電流ＩＬの傾きは負となる。
【００１３】
このため上述したように出力コンデンサ５で平滑化した電圧を出力電圧ＶＯとして、負荷抵抗ＲＬに供給している。しかしながら、出力コンデンサ５には等価直列抵抗（以下、ＥＳＲという）が存在するため、出力電圧ＶＯには交流成分であるリップル電圧Ｖｒｍｓが含まれる。室温（２５℃）下での誤差増幅器７の出力電圧信号ＶＡと、発振器１０の出力電圧ＶＯＳＣと、ＰＷＭ信号ＶＰＷＭとのタイムチャートを図１２に示す。ＰＷＭ信号ＶＰＷＭの周波数は発振器１０の出力電圧ＶＯＳＣの周波数と同じであるので、トランジスタ２のスイッチング周波数ｆ０も発振器１０の出力電圧ＶＯＳＣの周波数と同じ１００ｋＨｚになる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、低温時になると出力コンデンサ５のＥＳＲが大きくなるため、図１３に示すように出力電圧ＶＯに含まれるリップル電圧Ｖｒｍｓが大きくなる。
【００１５】
ここで、誤差増幅器７のゲインＧＡＭＰは図１４に示すように反転入力端子に入力される分圧Ｖａｄｊに関わらず１００倍に固定されている。従って、誤差増幅器７の入出力特性である分圧Ｖａｄｊと出力電圧信号ＶＡとの関係は図１５に示すようになる。さらに、演算増幅器９の入出力特性である出力電圧信号ＶＡとＰＷＭ信号ＶＰＷＭのオンデューティｄｕｔｙとの関係は図１６に示すようになる。
【００１６】
このような特性を有するスイッチング電源装置では、トランジスタ２のスイッチング周波数ｆ０が発振器１０の発振周波数の１／２になる不具合現象が発生するときの誤差増幅器７に入力される分圧Ｖａｄｊに含まれるリップル電圧Ｖａｄｊ１とオンデューティｄｕｔｙとは図１７に示すような関係となる。降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータを用いるスイッチング電源装置は一般に、オンデューティｄｕｔｙが０％〜５０％の範囲で使用されるので、図１７から明らかなようにオンデューティｄｕｔｙが小さいほど不具合現象が発生するときのリップル電圧Ｖａｄｊ１も小さくなる。すなわち、オンデューティｄｕｔｙが小さいほど不具合現象が起こりやすい。
【００１７】
図１３の出力電圧ＶＯに含まれるリップル電圧Ｖｒｍｓを分圧Ｖａｄｊに含まれるリップル電圧Ｖａｄｊ２に換算した図を図１８に示す。尚、図１８には、図１７から求まるオンデューティｄｕｔｙ１０％での不具合現象が発生するときの分圧Ｖａｄｊに含まれるリップル電圧Ｖ１０％を記入している。図１８から明らかなように、オンデューティｄｕｔｙ１０％のときには−２５℃でトランジスタ２のスイッチング周波数ｆ０が発振器１０の発振周波数の１／２になる不具合現象が発生する。これは、図１９に示すように誤差増幅器７の出力電圧信号ＶＡに含まれるリップル電圧が大きくなり、出力電圧信号ＶＡの振幅が発振器１０の出力電圧ＶＯＳＣの振幅を越えてしまい、ＰＷＭ信号ＶＰＷＭの周波数が発振器１０の出力電圧ＶＯＳＣの周波数の２倍の大きさになるためである。
【００１８】
出力電圧ＶＯに含まれるリップル電圧Ｖｒｍｓはトランジスタ２のスイッチング周波数ｆ０に反比例するので、トランジスタ２のスイッチング周波数ｆ０が上述したように発振器１０の発振周波数の１／２となったときは、リップル電圧Ｖｒｍｓは２倍になり出力電圧ＶＯの安定度が劣化しリップル電圧が大きくなるという問題があった。
【００１９】
本発明は、上記の問題点に鑑み、ＥＳＲが小さい出力コンデンサを用い、かつ、低温下において使用した場合でもリップル電圧が大きくならないスイッチング電源装置を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るスイッチング電源装置においては、スイッチング手段のオン・オフ期間の比率を可変して供給された電圧を調整したのち出力するＤＣ−ＤＣコンバータと、前記スイッチング手段のオン・オフ期間の比率を制御する制御手段と、を備えるとともに、前記制御手段は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータから出力される出力電圧またはその分圧と基準電圧とを比較し誤差信号を出力する誤差増幅器と、発振器と、前記誤差増幅器からの出力電圧信号と前記発振器の出力とを比較してパルス信号を作成し前記スイッチング手段に出力する演算器と、を有しており、前記パルス信号のデューティ、周辺温度の少なくとも一つに応じて前記スイッチング手段のスイッチング周波数が前記発振器の発振周波数の１／２にならないように前記誤差増幅器のゲインを可変させるゲイン変更手段を備える構成としている。
【００２１】
前記ゲイン変更手段は、前記出力電圧またはその分圧に基づいて前記誤差増幅器のゲインを可変させてもよく、前記出力電圧と前記入力電圧との比に基づいて前記誤差増幅器のゲインを可変させてもよい。さらに、周辺温度を検出する温度検出手段を備えるとともに、前記温度検出手段の出力信号に基づいて前記誤差作動器のゲインを可変させてもよい。
【００２２】
また、前記誤差増幅器を対数増幅器とし、前記出力電圧またはその分圧に基づいて前記誤差増幅器のゲインを可変させてもよい。
【００２３】
また、スイッチング電源装置のフィードバック系のトータルゲインを一定とする観点から、前記誤差増幅器のゲインと、出力電圧の分圧から基準電圧を差分した値と、前記誤差増幅器の出力電圧信号に対する前記デューティの変化率との積を０．５からを引いた値と、前記誤差増幅器のゲインと、を乗算した値が所定の値になるように、前記ゲイン変更手段が前記誤差増幅器のゲインを可変させるとなおよい。同じくスイッチング電源装置のフィードバック系のトータルゲインを一定とする観点から、入力電圧を出力電圧で除算した値と、前記誤差増幅器のゲインと、を乗算した値が所定の値になるように、前記ゲイン変更手段が前記誤差増幅器のゲインを可変させてもよい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明に係るスイッチング電源装置の一実施形態について図面を参照して以下に説明する。第一実施形態のスイッチング電源装置を図１に示す。尚、図１１に示した従来のスイッチング電源装置と同一の部分には同一の符号を付し説明を省略する。ゲイン可変回路１２は出力電圧検出回路６から出力電圧ＶＯの分圧Ｖａｄｊを入力し、その分圧Ｖａｄｊの値に基づいて誤差増幅器７のゲインＧＡＭＰを変更させる。すなわち、分圧Ｖａｄｊが１．２５３Ｖより大きいときは誤差増幅器７のゲインＧＡＭＰを従来のスイッチング電源装置と同様に１００とし、分圧Ｖａｄｊが１．２５３Ｖ以下のときは誤差増幅器７のゲインＧＡＭＰを５０とする。分圧Ｖａｄｊとオンデューティｄｕｔｙとの間には上述した図１５、図１６のような関係があるので、図４に示すようにオンデューティｄｕｔｙが２０％より大きいときは誤差増幅器７のゲインＧＡＭＰが１００となり、オンデューティｄｕｔｙが２０％以下のときは誤差増幅器７のゲインＧＡＭＰが５０となる。
【００２５】
こうすることにより、オンデューティｄｕｔｙ１０％での不具合現象が発生するときの分圧Ｖａｄｊに含まれるリップル電圧は、図１８に示したＶ１０％の２倍となり図５に示すＶ１０％’にようになる。これにより、オンデューティ１０％で低温（−２５℃）のときにおいてもトランジスタ２のスイッチング周波数ｆ０が発振器１０の発振周波数の１／２となる不具合現象は発生しない。
【００２６】
次に第二実施形態のスイッチング電源装置を図２に示す。尚、図１１に示した従来のスイッチング電源装置と同一の部分には同一の符号を付し説明を省略する。入出力比検出回路１３は入力電圧ＶＩＮと出力電圧ＶＯを入力し、入出力比ＶＩＮ／ＶＯをゲイン可変回路１２に出力する。ゲイン可変回路１２は入出力比ＶＩＮ／ＶＯに基づいて誤差増幅器７のゲインＧＡＭＰを変更させる。すなわち、入出力比ＶＩＮ／ＶＯが５より小さいときは誤差増幅器７のゲインＧＡＭＰを従来のスイッチング電源装置と同様に１００とし、入出力比ＶＩＮ／ＶＯが５以上のときは誤差増幅器７のゲインＧＡＭＰを５０とする。入出力比ＶＩＮ／ＶＯとオンデューティｄｕｔｙとの間には上述した（１）式のような関係があるので、図４に示すようにオンデューティｄｕｔｙが２０％より大きいときは誤差増幅器７のゲインＧＡＭＰが１００となり、オンデューティｄｕｔｙが２０％以下のときは誤差増幅器７のゲインＧＡＭＰが５０となる。
【００２７】
こうすることにより、オンデューティｄｕｔｙ１０％での不具合現象が発生するときの分圧Ｖａｄｊに含まれるリップル電圧は、図１８に示したＶ１０％の２倍となり図５に示すＶ１０％’にようになる。これにより、オンデューティ１０％で低温（−２５℃）のときにおいてもトランジスタ２のスイッチング周波数ｆ０が発振器１０の発振周波数の１／２となる不具合現象は発生しない。
【００２８】
第一及び第二実施形態のスイッチング電源装置におけるゲイン可変回路１２の一実施形態を図８に示す。ゲイン可変回路１２は、抵抗Ｒ３〜Ｒ５と、能動素子１５と、能動素子制御回路１６とを備えている。誤差増幅器７の反転入力端子は、抵抗Ｒ４を介して誤差増幅器７の出力端子に接続されている。抵抗Ｒ５が能動素子１５を介して抵抗Ｒ４に並列接続されている。また、抵抗Ｒ４と誤差増幅器７の反転入力端子との接続点には、抵抗Ｒ３が接続される。尚、能動素子１５には、バイポーラトランジスタやＭＯＳトランジスタなどを用いるとよい。
【００２９】
能動素子制御回路１６は、第一実施形態のスイッチング電源装置の場合は出力電圧検出回路６から分圧Ｖａｄｊを入力し、第二実施形態のスイッチング電源装置の場合は入出力比検出回路１３から入出力比ＶＩＮ／ＶＯを入力し、その入力信号に応じて能動素子１５をＯＮ・ＯＦＦ制御する。能動素子１５がＯＮ状態のとき誤差増幅器７のゲインＧＡＭＰは（２）式のようになる。ただし、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５はそれぞれ抵抗Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５の抵抗値である。
【数２】
【００３０】
尚、能増素子制御回路１６は能動素子１５をＯＮ・ＯＦＦ制御ではなく、リニアに制御することもできる。能動素子１５をリニアに制御すれば、誤差増幅器７のゲインＧＡＭＰをリニアに制御することができる。従って、後述する（６）式または（８）式に従うように誤差増幅器７のゲインＧＡＭＰを制御すれば、スイッチング電源装置のフィードバック系のトータルゲインを一定にでき、より安定性を向上させることができる。
【００３１】
上述したスイッチング電源装置のフィードバック系のトータルゲインを一定にする条件（（６）式または（８）式）を求めるために、分圧の変化量ΔＶａｄｊに対する帰還量ΔＶａｄｊ’を求める。まず、出力電圧ＶＯは（１）式から次のように求まる。ただし、ＴはＰＷＭ信号ＶＰＷＭの周期である。
【数３】
【数４】
（３）式、（４）式より、分圧の変化量ΔＶａｄｊに対する帰還量ΔＶａｄｊ’は（５）式のようになる。
【数５】
【数６】
また、ＶＩＮ／ＶＯは分圧Ｖａｄｊを用いて（７）式のように表すことができる。
【数７】
【数８】
次に第三実施形態のスイッチング電源装置の構成を図３に示す。尚、図１１に示した従来のスイッチング電源装置と同一の部分には同一の符号を付し説明を省略する。温度検出回路１４は周囲の温度を検出してその検出信号をゲイン可変回路１２に出力する。ゲイン可変回路１２は温度検出回路１４が出力する検出信号に基づいて誤差増幅回路７のゲインＧＡＭＰを変更する。すなわち、図６に示すように温度検出回路１４が検出した温度Ｔａが０℃より大きいときは誤差増幅器７のゲインＧＡＭＰを従来のスイッチング電源装置と同様に１００とし、温度検出回路１４が検出した温度Ｔａが０℃以下のときは誤差増幅器７のゲインＧＡＭＰを５０とする。
【００３５】
こうすることにより、オンデューティｄｕｔｙ１０％での不具合現象が発生するときの分圧Ｖａｄｊに含まれるリップル電圧は、０℃以下の領域で図１８に示したＶ１０％の２倍となり図７に示すＶ１０％’’にようになる。これにより、オンデューティ１０％で低温（−２５℃）のときにおいてもトランジスタ２のスイッチング周波数ｆ０が発振器１０の発振周波数の１／２となる不具合現象は発生しない。
【００３６】
また、第三実施形態で用いた周辺温度に基づいて誤差増幅器７のゲインＧＡＭＰを可変する手段を第一または第二実施形態のスイッチング電源装置に合わせて実施すると２５〜８０℃までの通常動作時の温度領域での誤差増幅器７のゲインＧＡＭＰをあまり下げずに設定することができる。これにより、入力電圧ＶＩＮの変動に対する出力電圧ＶＯの安定性低下を防ぐことができる。
【００３７】
尚、第一実施形態のスイッチング電源装置に設けられるゲイン可変回路１２を備えた誤差増幅器７として、図９に示す対数増幅器１７を用いることができる。対数増幅器１７は、誤差増幅器７と、ダイオード１８と、抵抗Ｒ３と、レベルシフトアンプ回路１９とを備えている。誤差増幅器７の反転入力端子にはダイオード１８のアノードが接続され、誤差増幅器７の出力端子にはダイオード１８のカソードが接続されている。また、ダイオード１８と誤差増幅器７の反転入力端子との接続点には抵抗Ｒ３が接続されている。さらに、誤差増幅器７の出力端子とダイオード１８との接続点はレベルシフトアンプ回路１９に接続されている。レベルシフトアンプ回路１９は入力した信号に所定値を加えた信号を出力電圧信号ＶＡとして出力する。このときの分圧Ｖａｄｊと出力電圧信号ＶＡとは図１０に示すような関係になり、分圧Ｖａｄｊが大きくなるとゲインＧＡＭＰは小さくなる。これにより、図８の構成に比べて安価で簡単な構成によって、第一実施形態のスイッチング電源装置が実現できる。しかし、（８）式に従うような制御を行うことはできないので、スイッチング電源装置のフィードバック系のトータルゲインを一定にすることはできない。
【００３８】
また、第一〜第三実施形態のスイッチング電源装置においては、ＤＣ−ＤＣコンバータに降圧形ＤＣ−ＤＣコンバータを用いたが本発明はこれに限定されることはなく、昇圧形、昇降圧形など他のＤＣ−ＤＣコンバータを用いてもよい。例えば、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータを用いるスイッチング電源装置は一般に、オンデューティｄｕｔｙが５０％〜１００％の範囲で使用され、オンデューティｄｕｔｙが大きいほど不具合現象の発生するときのリップル電圧が小さいので、スイッチング手段に供給するＰＷＭ信号のオンディーティが大きいとき、周辺温度が低温のとき、の少なくとも一方のときに誤差増幅器のゲインを小さくするとよい。
【００３９】
また、第一〜第三実施形態のスイッチング電源装置においては、誤差増幅器７が出力電圧検出回路６を介して出力端子ＯＵＴに接続され、誤差増幅器７に出力電圧ＶＯの分圧Ｖａｄｊが入力されるようにしたが本発明はこれに限定されることはなく、誤差増幅器７が直接出力端子ＯＵＴに接続され、誤差増幅器７に出力電圧ＶＯが入力されるようにしてもよい。この場合、第一〜第三実施形態のスイッチング電源装置に比べて基準電圧源８の出力する基準電圧Ｖｒｅｆの設定値を大きくする必要がある。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、パルス信号のデューティ、周辺温度の少なくとも一つに応じてスイッチング手段のスイッチング周波数が発振器の発振周波数の１／２にならないように誤差増幅器のゲインを可変するゲイン変更手段を備えているので、パルス信号のデューティや周辺温度がリップル電圧が大きくなる条件になるときは誤差増幅器のゲインを小さくしてリップル電圧が大きくならないようにすることができる。これにより、ＥＳＲが小さい出力コンデンサを用い、かつ、低温下において使用した場合でもリップル電圧が大きくならないようにすることができる。
【００４１】
また、本発明によれば、出力電圧またはその分圧に基づいて、ゲイン変更手段が誤差増幅器のゲインを可変させるので、パルス信号のデューティに応じて誤差増幅器のゲインを可変させることができる。従って、パルス信号のデューティがリップル電圧が大きくなる条件になるときは誤差増幅器のゲインを小さくしてリップル電圧が大きくならないようにすることができる。
【００４２】
また、本発明によれば、出力電圧と入力電圧との比に基づいて、ゲイン変更手段が誤差増幅器のゲインを可変させるので、パルス信号のデューティに応じて誤差増幅器のゲインを可変させることができる。従って、パルス信号のデューティがリップル電圧が大きくなる条件になるときは誤差増幅器のゲインを小さくしてリップル電圧が大きくならないようにすることができる。
【００４３】
また、本発明によれば、周辺温度を検出する温度検出手段を備えるとともに、前記温度検出手段の出力信号に基づいてゲイン変更手段が誤差増幅器のゲインを可変させるので、周辺温度がリップル電圧が大きくなる条件になるときは誤差増幅器のゲインを小さくしてリップル電圧が大きくならないようにすることができる。
【００４４】
また、本発明によれば、誤差増幅器が対数増幅器であるので、出力電圧の分圧が大きいほど誤差増幅器のゲインが小さくなる。これにより、安価で簡単な構成によって、パルス信号のデューティに応じて誤差増幅器のゲインを可変させることができる。
【００４５】
また、本発明によれば、誤差増幅器のゲインと、出力電圧またはその分圧から基準電圧を差分した値と、誤差増幅器の出力電圧信号に対するデューティの変化率との積を０．５からを引いた値と、誤差増幅器のゲインと、を乗算した値が所定の値になるように、前記ゲイン変更手段が前記誤差増幅器のゲインを可変させるので、スイッチング電源装置のフィードバック系のトータルゲインを一定にすることができ、より安定性を向上させることができる。
【００４６】
また、本発明によれば、入力電圧を出力電圧で除算した値と、誤差増幅器のゲインと、を乗算した値が所定の値になるように、ゲイン変更手段が誤差増幅器のゲインを可変させるので、フィードバック系のトータルゲインを一定にすることができ、より安定性を向上させることができる。
【００４７】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態のスイッチング電源装置の回路ブロック図である。
【図２】本発明の第二実施形態のスイッチング電源装置の回路ブロック図である。
【図３】本発明の第三実施形態のスイッチング電源装置の回路ブロック図である。
【図４】図１及び図２のスイッチング電源装置に設けられる誤差増幅器のゲイン特性を示す図である。
【図５】図１及び図２のスイッチング電源装置の出力電圧の分圧に含まれるリップル電圧の温度特性を示した図である。
【図６】図３のスイッチング電源装置に設けられる誤差増幅器のゲイン特性を示す図である。
【図７】図３のスイッチング電源装置の出力電圧の分圧に含まれるリップル電圧の温度特性を示した図である。
【図８】図１〜図３のスイッチング電源装置に設けられるゲイン可変回路の一実施形態の構成を示す図である。
【図９】対数増幅器の構成を示す図である。
【図１０】図９の対数増幅器の入出力特性を示す図である。
【図１１】従来のスイッチング電源装置の回路ブロック図である。
【図１２】室温における図１１のスイッチング電源装置の動作波形を示すタイムチャート図である。
【図１３】図１１のスイッチング電源装置の出力電圧に含まれるリップル電圧の温度特性を示した図である。
【図１４】図１１のスイッチング電源装置に設けられる誤差増幅器のゲインを示す図である。
【図１５】図１１のスイッチング電源装置に設けられる誤差増幅器の入出力特性を示す図である。
【図１６】図１１のスイッチング電源装置に設けられる演算増幅器の入出力特性をを示す図である。
【図１７】図１１のスイッチング電源装置が不具合現象を起こすときのオンデューティと出力電圧の分圧に含まれるリップル電圧との関係を示す図である。
【図１８】図１１のスイッチング電源装置の出力電圧の分圧に含まれるリップル電圧の温度特性を示した図である。
【図１９】低温における図１１のスイッチング電源装置の動作波形を示すタイムチャート図である。
【符号の説明】
２ トランジスタ
５ 出力コンデンサ
６ 出力電圧検出回路
７ 誤差増幅器
９ 演算増幅器
１２ ゲイン可変回路
１３ 入出力比検出回路
１４ 温度検出回路
１５ 能動素子
１６ 能動素子制御回路
１７ 対数増幅器
１８ ダイオード
１９ レベルシフトアンプ回路
１００ ＤＣ−ＤＣコンバータ
２００ 制御部
Ｒ１〜Ｒ５ 抵抗
Claims (7)
- スイッチング手段のオン・オフ期間の比率を可変して供給された入力電圧を調整したのち出力電圧として出力するＤＣ−ＤＣコンバータと、前記スイッチング手段のオン・オフ期間の比率を制御する制御手段と、を備えるとともに、前記制御手段は、前記出力電圧またはその分圧と基準電圧とを比較し誤差信号を出力する誤差増幅器と、発振器と、前記誤差増幅器からの出力電圧信号と前記発振器の出力とを比較してパルス信号を作成し前記スイッチング手段に出力する演算器と、を有するスイッチング電源装置において、前記パルス信号のデューティ、周辺温度の少なくとも一つに応じて前記スイッチング手段のスイッチング周波数が前記発振器の発振周波数の１／２にならないように前記誤差増幅器のゲインを可変させるゲイン変更手段を備えることを特徴とするスイッチング電源装置。
- 前記出力電圧またはその分圧に基づいて、前記ゲイン変更手段が前記誤差増幅器のゲインを可変させる請求項１に記載のスイッチング電源装置。
- 前記出力電圧と前記入力電圧との比に基づいて、前記ゲイン変更手段が前記誤差増幅器のゲインを可変させる請求項１に記載のスイッチング電源装置。
- 周辺温度を検出する温度検出手段を備えるとともに、前記温度検出手段の出力信号に基づいて、前記ゲイン変更手段が前記誤差増幅器のゲインを可変させる請求項１〜３のいずれかに記載のスイッチング電源装置。
- 前記誤差増幅器が対数増幅器である請求項２に記載のスイッチング電源装置。
- 前記誤差増幅器のゲインと、前記出力電圧の分圧から前記基準電圧を差分した値と、前記誤差増幅器の出力電圧信号に対する前記デューティの変化率との積を０．５からを引いた値と、
前記誤差増幅器のゲインと、
を乗算した値が所定の値になるように、前記ゲイン変更手段が前記誤差増幅器のゲインを可変させる請求項２に記載のスイッチング電源装置。 - 前記入力電圧を前記出力電圧で除算した値と、前記誤差増幅器のゲインと、を乗算した値が所定の値になるように、前記ゲイン変更手段が前記誤差増幅器のゲインを可変させる請求項３に記載のスイッチング電源装置。
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