JP3580491B2

JP3580491B2 - Switching power supply

Info

Publication number: JP3580491B2
Application number: JP2000177556A
Authority: JP
Inventors: 良信下蔵; 聖二原田
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2000-06-13
Filing date: 2000-06-13
Publication date: 2004-10-20
Anticipated expiration: 2020-06-13
Also published as: JP2001359272A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、出力電圧を零ボルトから任意の電圧まで直線的に可変制御できるスイッチング電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、半導体テスタや、電子部品の試験装置等の分野において、出力電圧を零ボルトから任意の電圧まで直線的に可変制御できる電源装置が用いられている。このような電源装置は、出力電圧を零ボルトから任意の電圧まで正確に制御する必要があり、その制御の容易さから、一般的にドロッパ方式の電源装置が用いられていた。
【０００３】
他方、ドロッパ方式の電源装置と較べ、小型、軽量で、高効率に構成できるスイッチング電源装置の普及に伴い、上述の分野においても、スイッチング電源装置の利用が提案されている。特開平７−２１９６５２号公報はこのような技術を開示するものであり、既存のスイッチング方式直流安定化電源に零可変制御モジュールを備えるだけで、出力電圧を略零ボルトまで可変制御できる零可変電圧機能を付加している。
【０００４】
一般的に、スイッチング電源装置は、出力電圧を検出し、その検出電圧を基準電圧と比較して誤差増幅信号を生成し、その誤差増幅信号に基づくパルス幅制御信号によりスイッチング素子を制御して、出力電圧を安定化している。
【０００５】
誤差増幅信号を得るには、通常、誤差増幅回路を用いる。誤差増幅回路は、オペアンプと、入力抵抗と、帰還抵抗とを含んで構成される。オペアンプは、その反転入力端子に、入力抵抗を介して基準電圧が入力され、非反転入力端子に出力電圧に比例した検出電圧が入力され、出力端子に誤差増幅信号を出力する。
【０００６】
スイッチング素子は、誤差増幅信号に基づくパルス幅制御信号により、スイッチングが制御され、オペアンプの両入力端子の電圧が同電位となるようにオン・オフする。このため、スイッチング電源装置の出力電圧は基準電圧に比例した出力電圧に安定化される。
【０００７】
オペアンプの反転入力端子は、上述のように、入力抵抗を介して基準電圧が入力される。オペアンプの反転入力端子の電圧は、前記入力抵抗の入力端の電圧と前記誤差増幅信号の電圧（オペアンプの出力電圧）レベルに基づき、前記入力抵抗と前記帰還抵抗との抵抗分割比で決定される。従って、パルス幅を狭める制御により、前記誤差増幅信号の電圧（オペアンプの出力電圧）レベルが高くなると、前記入力抵抗の入力端の電圧を零ボルトにしても、オペアンプの反転入力端子電圧、すなわち基準電圧は、零ボルトまで低下しない。このため、非反転入力端子の電圧、すなわち出力電圧に比例した電圧も零ボルトまで低下することはない。このため、従来のスイッチング電源装置では、出力電圧を略零ボルトまで可変制御できるとはいえ、完全に零ボルトまで可変制御することができなかった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、出力電圧を零ボルトから任意の電圧まで可変制御できるスイッチング電源装置を提供することである。
【０００９】
本発明のもう一つの課題は、外部電圧によって、出力電圧を零ボルトから任意の電圧まで可変制御できるスイッチング電源装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、本発明に係るスイッチング電源装置は、スイッチング変換回路と、整流平滑回路と、パルス幅制御回路と、出力電圧設定回路とを含む。前記スイッチング変換回路は、少なくとも一つのスイッチング素子を含み、供給された直流電圧をスイッチングする。前記整流平滑回路は、前記スイッチング変換回路から出力されるスイッチング出力を整流平滑して出力する。
【００１１】
前記出力電圧設定回路は、出力電圧検出回路と、基準電圧調整回路と、誤差増幅回路とを含む。前記出力電圧検出回路は、出力電圧を検出して出力電圧に比例した検出電圧を出力する。前記基準電圧調整回路は、正負電圧源を含み、正電圧から負電圧の範囲の調整用電圧を出力する。
【００１２】
前記誤差増幅回路は、オペアンプと、入力抵抗と、帰還抵抗とを含む。前記オペアンプは、その反転入力端子に前記入力抵抗と、前記帰還抵抗とが接続され、前記入力抵抗の入力端に、前記調整用電圧が入力され、非反転入力端子に前記検出電圧が入力され、出力端子から、前記誤差増幅回路の出力として誤差増幅信号を出力する。前記パルス幅制御回路は、前記誤差増幅信号が入力されて、パルス幅制御信号を出力し、前記スイッチング変換回路のスイッチング素子を制御する。
【００１３】
上述したスイッチング電源装置において、入力された直流電圧は、スイッチング変換回路によってスイッチングされ、そのスイッチング出力が整流平滑回路によって整流、平滑される。前記パルス幅制御回路は、前記誤差増幅信号が入力されて、パルス幅制御信号を出力し、前記スイッチング変換回路のスイッチング素子を制御する。
【００１４】
このため、上述のスイッチング電源装置は、前記出力電圧設定回路により設定される任意の直流電圧を出力することができる。
【００１５】
前記出力電圧設定回路は、出力電圧検出回路と、基準電圧調整回路と、誤差増幅回路とを含んで構成される。前記出力電圧検出回路は、出力電圧を検出して出力電圧に比例した検出電圧を出力する。前記誤差増幅回路は、オペアンプと、入力抵抗と、帰還抵抗とを含む。前記オペアンプは、その反転入力端子に前記入力抵抗と、前記帰還抵抗とが接続され、前記入力抵抗の入力端に、前記基準電圧調整回路から出力される前記調整用電圧が入力される。前記オペアンプの反転入力端子の電圧は、前記オペアンプの出力端子電圧と、前記基準電圧調整回路から出力される前記調整用電圧に基づき、前記入力抵抗と前記帰還抵抗との抵抗分割比で決定される。
【００１６】
前記基準電圧調整回路は、正負電圧源を含み、正電圧から負電圧の範囲の前記調整用電圧を出力するから、前記調整用電圧を調整することにより、前記オペアンプの反転入力端子の電圧、すなわち基準電圧を零ボルトから任意の電圧に調整することができる。
【００１７】
前記オペアンプは、その非反転入力端子に前記出力電圧検出回路の検出電圧が入力され、出力端子からは、前記誤差増幅回路の出力として誤差増幅信号を出力する。
【００１８】
前記パルス幅制御回路は、前記誤差増幅信号が入力されて、パルス幅制御信号を出力し、前記スイッチング変換回路のスイッチング素子を制御する。スイッチング素子はパルス幅制御信号に基づきそのスイッチングが制御され、前記オペアンプの両入力端子の電圧が同電位となるようにオン・オフするから、スイッチング電源装置の出力電圧は、前記基準電圧調整回路により調整される基準電圧に比例した任意の直流電圧に安定化される。
【００１９】
このため、前記基準電圧調整回路により、前記オペアンプの反転入力端子の電圧、すなわち基準電圧が零ボルトに維持されると、非反転入力端子の電圧すなわち、前記出力電圧検出回路の検出電圧も零ボルトとなるように制御される。前記出力電圧検出回路の検出電圧は、スイッチング電源装置の出力電圧に比例した電圧であるため、スイッチング電源装置の出力電圧も零ボルトに維持される。
【００２０】
このように、本発明のスイッチング電源装置は、出力電圧を零ボルトに維持することができ、さらに、基準電圧調整回路によりオペアンプの反転入力端子の電圧、すなわち基準電圧を零ボルトからより高い任意の電圧迄調整することができるので、出力電圧を零ボルトから任意の電圧まで可変制御することができる。
【００２１】
オペアンプの反転入力端子の電圧は、例えば基準電圧調整回路をスイッチング電源装置の外部に設けること等により、スイッチング電源装置の外部から調整用電圧を入力することが可能であり、外部電圧によって、出力電圧を零ボルトから任意の電圧まで可変制御できるスイッチング電源装置を提供することができる。
【００２２】
前記基準電圧調整回路は、インピーダンス変換回路を含む構成とすることができる。前記インピーダンス変換回路を、オペアンプと、入力抵抗と、帰還抵抗とを含む構成とし、正負電圧源により駆動すれば、非反転入力端子に出力電圧設定用電圧を印加するだけで、スイッチング電源装置の出力電圧を零ボルトから任意の電圧まで可変制御できる。また、前記インピーダンス変換回路を構成するオペアンプの非反転入力端子をスイッチング電源装置の外部端子とすれば、スイッチング電源装置の外部から出力電圧設定用電圧を印加することで、スイッチング電源装置の出力電圧を零ボルトから任意の電圧まで可変制御できる。
【００２３】
出力電圧設定用電圧の電圧値とスイッチング電源装置の出力電圧の電圧値との関係は、前記基準電圧調整回路に含まれるオペアンプの帰還抵抗と入力抵抗の抵抗値を選定することにより、任意に関連付けることができ、出力電圧設定用電圧の電圧値をスイッチング電源装置の出力電圧と同一電圧値、あるいは比例した電圧値とすることもでき、また、その他の異なった電圧値とすることもできる。
【００２４】
前記誤差増幅回路を構成するオペアンプは、その反転入力端子にブリーダ抵抗を接続することができる。ブリーダ抵抗を接続すると、オペアンプの動作電圧にかかわらず、出力電圧設定用電圧の電圧範囲や、スイッチング電源装置の出力電圧との関係を任意に関連付けることができる。
【００２５】
本発明の他の目的、構成および利点については、添付図面を参照して、更に詳しく説明する。図面は単なる例示に過ぎない。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係るスイッチング電源装置の一実施例を概略的に説明するブロック図である。本実施例のスイッチング電源装置は、スイッチング変換回路１と、整流平滑回路２と、パルス幅制御回路３と、出力電圧設定回路４とを含む。図示実施例には、絶縁結合回路５、直流電圧源Ｅ、及び、負荷Ｌも含まれている。
【００２７】
直流電圧源Ｅはバッテリや、その他の直流電圧源、あるいは交流電圧を整流回路を介して直流に変換した電圧の何れでも利用できる。
【００２８】
スイッチング変換回路１は少なくとも一つのスイッチング素子１１を含み、直流電圧源Ｅから供給された直流電圧ＶＩＮをスイッチングする。スイッチング素子１１は入力された直流電圧ＶＩＮを高周波でスイッチングできればよく、典型的にはバイポーラトランジスタや、電界効果トランジスタ等の半導体素子が用いられる。スイッチング変換回路１は、更に変圧器や、チョークコイル等の磁電変換素子を含んでいてもよく、一個もしくは複数個のスイッチング素子１１と、前記磁電変換素子とを組み合わせて、オン・オン型、オン・オフ型あるいは絶縁型、非絶縁型等の公知のコンバータ回路としても構成できる。
【００２９】
整流平滑回路２は、スイッチング変換回路１と出力端子Ｔ０との間に配置され、整流部と、平滑部とを含み、スイッチング変換回路１から出力されるスイッチング出力を整流平滑して出力する。整流部は、一個もしくは複数個のダイオードや、制御電極を有するスイッチ素子を用い、前記コンバータ回路の形式に合わせ、半波整流回路、全波整流回路あるいはブリッジ整流回路等で構成する。制御電極を有するスイッチ素子を用いれば、同期整流回路が構成できる。平滑部は、コンデンサやチョークコイル等を用いて構成される。
【００３０】
出力電圧設定回路４は、出力電圧検出回路４１と、基準電圧調整回路４２と、誤差増幅回路４３とを含んで構成される。
【００３１】
出力電圧検出回路４１は、出力電圧を検出して出力電圧に比例した検出電圧を出力する。出力電圧検出回路４１は、本実施例では、出力端子Ｔ０に接続された抵抗Ｒ１、Ｒ２でなる抵抗分圧回路で構成される。
【００３２】
基準電圧調整回路４２は、正負電圧源＋Ｖ、−Ｖを含み、基準電圧を調整するために、正電圧から負電圧の範囲の調整用電圧を出力する。基準電圧調整回路４２は、本実施例では、正負電圧源＋Ｖ、−Ｖの間に接続されたボリュームＶＲで構成されている。この他、正負電圧調整機能を備えたバッテリや、その他の正負可変直流電圧源等、正電圧から負電圧の範囲の電圧を発生するものであれば用いることができる。
【００３３】
誤差増幅回路４３は、オペアンプ４４と、入力抵抗Ｒ３と、帰還抵抗Ｒ４とを含んで構成される。オペアンプ４４はその反転入力端子（−）に、入力抵抗Ｒ３と、帰還抵抗Ｒ４とが接続され、入力抵抗Ｒ３の入力端に基準電圧調整回路４２から出力される調整用電圧が入力され、その非反転入力端子（＋）に出力電圧検出回路４１の検出電圧が入力される。オペアンプ４４はこれらの入力された電圧を比較し、出力端子４４３から誤差増幅信号Ｓ１を出力する。誤差増幅信号Ｓ１は誤差増幅回路４３の出力としてパルス幅制御回路３に出力される。
【００３４】
パルス幅制御回路３は本実施例では、比較器３１と、基準三角波を発生する発振器３２とを含んで構成される。比較器３１は誤差増幅信号Ｓ１と、発振器３２から出力される基準三角波Ｓ２とが入力され、これらを比較し、制御パルスＳ３を出力する。制御パルスＳ３は、パルス幅制御回路３の出力として絶縁結合回路５を介してスイッチング変換回路１に供給され、スイッチング素子１１のオン・オフを制御する。
【００３５】
絶縁結合回路５はスイッチング電源装置の入力側と出力側とを電気的に絶縁するために設けられ、パルストランスあるいはフォトカプラ等で構成される。絶縁結合回路５は他の位置に配置してもよく、また非絶縁型コンバータのように、入力側と出力側との電気的な絶縁が必要でない場合は、省略することができる。
【００３６】
上述のように構成された本実施例のスイッチング電源装置において、直流電圧源Ｅから入力された直流電圧ＶＩＮは、スイッチング変換回路１によってスイッチングされ、そのスイッチング出力が整流平滑回路２によって整流、平滑され、出力端子Ｔ０を介して負荷Ｌに供給される。
【００３７】
出力端子Ｔ０には出力電圧検出回路４１が接続されている。出力電圧検出回路４１は、分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２によって出力電圧Ｖ０を分圧し、出力電圧Ｖ０に比例した検出電圧を誤差増幅回路４３を構成するオペアンプ４４の非反転入力端子（＋）に供給する。オペアンプ４４の反転入力端子（−）には、入力抵抗Ｒ３が接続されている。入力抵抗Ｒ３の入力端には、基準電圧調整回路４２から出力された調整用電圧が入力されるので、オペアンプ４４の反転入力端子（−）には、基準電圧が入力される。オペアンプ４４はこれらの入力された検出電圧と基準電圧とを比較し、比較結果に応じた電圧レベルの誤差増幅信号Ｓ１を出力する。
【００３８】
パルス幅制御回路３は誤差増幅信号Ｓ１と基準三角波Ｓ２とが入力され、これらを比較してスイッチング素子１１の制御パルスＳ３を出力する。制御パルスＳ３は絶縁結合回路５を介してスイッチング変換回路１に供給され、スイッチング素子１１のオン・オフを制御する。
【００３９】
図２は誤差増幅信号Ｓ１と基準三角波Ｓ２と制御パルスＳ３との関係を示す図である。パルス幅制御回路３は基準三角波Ｓ２が誤差増幅信号Ｓ１の電圧レベルを上回っているとき（図２（ａ）参照）、ハイレベルの制御パルスを出力する（図２（ｂ）参照）。ハイレベルの制御パルスはスイッチング素子１１のオン信号に対応しており、誤差増幅信号Ｓ１の電圧レベルが上方にシフトするとパルス幅が狭まり、逆に、下方にシフトするとパルス幅が広がる。このため、スイッチング素子１１は誤差増幅信号Ｓ１の電圧レベルによってそのオン幅が制御され、スイッチング電源装置の出力電圧が安定化される。図２において、時刻ｔ１〜ｔ２の期間は入力電圧変動や、負荷変動に対して誤差増幅信号Ｓ１の電圧レベルが変化し、パルス幅制御される様子を示している。
【００４０】
ここで、誤差増幅回路４３はオペアンプ４４と入力抵抗Ｒ３と帰還抵抗Ｒ４とを含んで構成される。オペアンプ４３は反転入力端子（−）と非反転入力端子（＋）の電位が同電位となるように誤差増幅信号Ｓ１を出力する。このため、オペアンプ４４の反転入力端子（−）に入力される基準電圧を任意の電圧に制御することにより、スイッチング電源装置の出力電圧Ｖ０を任意の電圧に安定化することができる。基準電圧、すなわちオペアンプ４４の反転入力端子（−）の電圧は、誤差増幅信号Ｓ１の電圧レベルおよび基準電圧調整回路４２から入力抵抗Ｒ３の入力端に入力される調整用電圧に基づき、入力抵抗Ｒ３と帰還抵抗Ｒ４の抵抗分割比で決定される。誤差増幅信号Ｓ１の電圧レベルは正電圧であるため、入力抵抗Ｒ３の入力端に入力される調整用電圧が正電圧の範囲では基準電圧を零ボルトにすることができない。
【００４１】
しかし、本実施例の基準電圧調整回路４２は、正負電圧源＋Ｖ、−Ｖを含み、正負電圧源＋Ｖ、−Ｖの間に接続されたボリュームＶＲで構成され、正電圧から負電圧の範囲の調整用電圧を出力する。このため、ボリュームＶＲを調整することにより、基準電圧を零ボルトに維持することができる。基準電圧、すなわちオペアンプ４４の反転入力端子（−）の電圧が零ボルトに維持されると、誤差増幅回路４３はオペアンプ４４の非反転入力端子（＋）の電圧も零ボルトに維持するように動作する。非反転入力端子（＋）の電圧は、スイッチング電源装置の出力電圧Ｖ０に比例した電圧であり、非反転入力端子（＋）の電圧が零ボルトに維持されることは、スイッチング電源装置の出力電圧Ｖ０が零ボルトに維持されることを意味している。
【００４２】
このように、本実施例のスイッチング電源装置は、誤差増幅回路４３を構成するオペアンプ４４の反転入力端子（−）に入力される基準電圧を零ボルトに維持することができるため、スイッチング電源装置の出力電圧Ｖ０を零ボルトに維持することができる。
【００４３】
更に、基準電圧調整回路４２のボリュームＶＲを調整することにより、基準電圧を零ボルトより高い任意の電圧に調整し、維持することができる。このため、出力電圧Ｖ０を零ボルトから任意の電圧まで直線的に可変制御できるスイッチング電源装置を得ることができる。
【００４４】
基準電圧調整回路４２はスイッチング電源装置の外部に配置することが可能である。このように構成することで、負電源を持たない汎用のスイッチング電源装置に、基準電圧調整回路４２を組み合わせ、出力電圧Ｖ０を零ボルトから任意の電圧まで直線的に可変制御できるスイッチング電源装置を容易に構成できる。
【００４５】
図３は本発明に係るスイッチング電源装置の別の実施例を示す電気回路図である。図において、図１と同一参照符号は同一構成部分を示しており、１２は変圧器、２１、２２はダイオード、２３はチョークコイル、２４はコンデンサ、４５はインピーダンス変換回路、６は出力電圧設定用電圧源である。
【００４６】
本実施例は一石式フォワードコンバータ方式のスイッチング電源装置に本発明を適用した例を示している。但し、コンバータの形式は特に限定されない。本実施例の特徴は、基準電圧調整回路４２にインピーダンス変換回路４５を含む点にある。
【００４７】
本実施例のスイッチング電源装置において、コンバータの形式および出力電圧設定回路４における基準電圧調整回路４２以外の構成は図１に示した実施例とほぼ同一であるため、以下、コンバータおよび基準電圧調整回路４２を主体にして説明する。スイッチング変換回路１は変圧器１２と一つの電界効果トランジスタで構成されたスイッチング素子１１を含む。変圧器１２は入力巻線１３と出力巻線１４とを含み、入力巻線１３がスイッチング素子１１を介して直流電圧源Ｅに接続される。
【００４８】
整流平滑回路２は、ダイオード２１、２２と、チョークコイル２３と、コンデンサ２４とを含んで構成され、入力側が変圧器１２の出力巻線１４に接続され、出力側が出力端子Ｔ０に接続される。
【００４９】
このように構成されたコンバータにおいて、スイッチング変換回路１は、スイッチング素子１１により、直流電圧源Ｅから変圧器１２の入力巻線１３に供給された直流電圧ＶＩＮをスイッチングし、出力巻線１４にスイッチング出力を発生する。
【００５０】
整流平滑回路２は、スイッチング変換回路１から出力されるスイッチング出力を整流平滑し、出力端子Ｔ０から負荷Ｌに供給する。
【００５１】
パルス幅制御回路３と絶縁結合回路５は図１に示した実施例と同様に構成される。出力電圧設定回路４は、基準電圧調整回路４２を除き、図１に示した実施例と同様に構成される。
【００５２】
基準電圧調整回路４２は、正負電圧源＋Ｖ、−Ｖを含み、正電圧から負電圧の範囲の基準電圧を出力する点で、図１に示した実施例と同様であるが、本実施例では、更に、インピーダンス変換回路４５を含んでいる。インピーダンス変換回路４５はオペアンプ４６と、入力抵抗Ｒ５と、帰還抵抗Ｒ６とを含んで構成され、正負電圧源＋Ｖ、−Ｖにより駆動される。オペアンプ４６は、その反転入力端子（−）に入力抵抗Ｒ５と、帰還抵抗Ｒ６とが接続され、正電圧源＋Ｖが入力抵抗Ｒ５を介して入力される。オペアンプ４６の非反転入力端子（＋）には出力電圧設定用電圧源６から出力電圧設定用電圧ＶＳが印加される。オペアンプ４６の出力端子４６３は基準電圧調整回路４２の出力とされる。
【００５３】
出力電圧設定用電圧源６は、電圧調整機能を備えたバッテリや、その他の可変直流電圧源等、所定範囲の電圧を発生するものであれば用いることができる。出力電圧設定用電圧源６は、スイッチング電源装置の内部要素であっても、外部要素であってもよい。
【００５４】
このように構成された本実施例のスイッチング電源装置は、出力電圧設定用電圧源６からインピーダンス変換回路４５を構成するオペアンプ４６の非反転入力端子（＋）に出力電圧設定用電圧ＶＳを印加することにより、スイッチング電源装置の出力電圧を零ボルトから任意の電圧まで直線的に可変制御することができる。
【００５５】
図４はスイッチング電源装置の出力電圧と出力電圧設定用電圧との関係を示すグラフであって、出力電圧設定用電圧ＶＳが零ボルトのときスイッチング電源装置の出力電圧Ｖ０が零ボルトに制御される場合を示している。この場合、出力電圧設定回路４２は以下のように構成される。
【００５６】
スイッチング電源装置の出力電圧Ｖ０が零ボルトのとき、誤差増幅回路４３から出力される誤差増幅信号Ｓ１は、基準三角波Ｓ２の上限になっている。このときの誤差増幅信号Ｓ１の電圧レベルをＶ０ｈとする。誤差増幅回路４３を構成するオペアンプ４４の非反転入力端子（＋）の電圧は、スイッチング電源装置の出力電圧Ｖ０が零ボルトだから、当然零ボルトになる。このとき、オペアンプの反転入力端子（−）の電圧は、非反転入力端子（＋）の電圧と同電位となるように動作し、零ボルトになる。
【００５７】
本実施例では、インピーダンス変換回路４５を正負電圧源＋Ｖ、−Ｖにより駆動するため、誤差増幅回路を構成するオペアンプ４４の反転入力端子（−）の電圧が零ボルトになるに従い、インピーダンス変換回路４５の出力電圧は負電圧迄低下する。このとき、オペアンプ４４の入力抵抗Ｒ３に流れる電流Ｉ１は、オペアンプ４４の入力インピーダンスが高いことにより、帰還抵抗Ｒ４に流れる電流とほとんど等しく、Ｉ１＝Ｖ０ｈ／Ｒ４となる。
【００５８】
インピーダンス変換回路４５を構成するオペアンプ４６の非反転入力端子（＋）には、零ボルトの出力電圧設定用電圧ＶＳが印加されている。反転入力端子（−）の電圧は、非反転入力端子（＋）の電圧と同電位となるように動作し、零ボルトとなる。このため、入力抵抗Ｒ５に流れる電流Ｉ２は、Ｉ２＝Ｖ／Ｒ５となり、オペアンプ４６の入力インピーダンスが高いことにより、電流Ｉ２はほとんど帰還抵抗Ｒ６に流れる。インピーダンス変換回路４５を構成するオペアンプ４６の帰還抵抗Ｒ６は、その両端間電圧が誤差増幅回路４３を構成するオペアンプ４４の入力抵抗Ｒ３の両端間電圧に等しくなるように設定されるのが好ましく、Ｒ６＝（Ｖ０ｈ／Ｒ４）×Ｒ３／Ｉ２を満足するように設定すると正確な制御が可能となる。帰還抵抗Ｒ６の値が高かったり、低かったりすると、図４の破線で示すごとく、零ボルト付近での直線性が保てなくなる。
【００５９】
図４のグラフでは、出力電圧設定用電圧ＶＳが零ボルトのとき、スイッチング電源装置の出力電圧が零ボルトに制御される場合を示したが、出力電圧設定用電圧ＶＳとスイッチング電源装置の出力電圧との関係は、基準電圧調整回路４２に含まれるオペアンプ４６の入力抵抗Ｒ５と帰還抵抗Ｒ６の抵抗値を選定することにより、任意に関連付けることができ、出力電圧設定用電圧ＶＳをスイッチング電源装置の出力電圧Ｖ０と同一電圧値、あるいは比例した電圧値とすることもでき、また、その他の異なった電圧値とすることもできる。
【００６０】
さらに、本実施例においても、図１に示した実施例と同様、基準電圧調整回路４２をスイッチング電源装置の外部に配置することが可能であり、また、インピーダンス変換回路４５を構成するオペアンプ４６の非反転入力端子（＋）のみスイッチング電源装置の外部端子とし、外部に設けた出力電圧設定用電圧源による外部電圧によって、スイッチング電源装置の出力電圧を可変制御するよう構成することも可能である。
【００６１】
図５は本発明に係るスイッチング電源装置の更に別の実施例を示す電気回路図である。図において、図３と同一参照符号は同一構成部分を示している。
【００６２】
本実施例は、図３に示した実施例の誤差増幅回路４３において、その反転入力端子（−）にブリーダ抵抗Ｒ７を接続したことを特徴としている。ブリーダ抵抗Ｒ７を接続すると、オペアンプ４４の反転入力端子（−）に入力される基準電圧が、入力抵抗Ｒ３とブリーダ抵抗Ｒ７とにより分圧されるため、オペアンプ４４の動作電圧にかかわらず、出力電圧設定用電圧ＶＳの電圧範囲や、スイッチング電源装置の出力電圧Ｖ０との関係を任意に関連付けることができる。
【００６３】
以上、本発明の実施例を参照して、本発明の内容を具体的に説明したが、当業者であれば本発明の基本的技術思想および教示に基づいて種々の変形を行うことができることは自明である。
【００６４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば次のような効果を得ることができる。
（ａ）出力電圧を零ボルトから任意の電圧まで可変制御できるスイッチング電源装置を提供することができる。
（ｂ）外部電圧によって、出力電圧を零ボルトから任意の電圧まで可変制御できるスイッチング電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスイッチング電源装置の一実施例を概略的に説明するブロック図である。
【図２】誤差増幅信号Ｓ１と基準三角波Ｓ２と制御パルスＳ３との関係を示す図である。
【図３】本発明に係るスイッチング電源装置の別の実施例を示す電気回路図である。
【図４】スイッチング電源装置の出力電圧と出力電圧設定用電圧との関係を示すグラフである。
【図５】本発明に係るスイッチング電源装置の更に別の実施例を示す電気回路図である。
【符号の説明】
１スイッチング変換回路
１１スイッチング素子
２整流平滑回路
３パルス幅制御回路
４出力電圧設定回路
４１出力電圧検出回路
４２基準電圧調整回路
４３誤差増幅回路
４４、４６オペアンプ
４５インピーダンス変換回路
Ｒ３、Ｒ５入力抵抗
Ｒ４、Ｒ６帰還抵抗
Ｅ直流電圧源
＋Ｖ正電圧源
−Ｖ負電圧源
Ｓ１誤差増幅信号
Ｓ２基準三角波
Ｓ３制御パルス[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a switching power supply device capable of linearly and variably controlling an output voltage from zero volts to an arbitrary voltage.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In the field of a semiconductor tester, a test device for electronic components, and the like, a power supply device capable of linearly variably controlling an output voltage from zero volt to an arbitrary voltage has been used. In such a power supply device, it is necessary to accurately control the output voltage from zero volts to an arbitrary voltage, and a dropper type power supply device is generally used because of its easy control.
[0003]
On the other hand, with the spread of switching power supply devices that are smaller, lighter, and more efficient than dropper type power supply devices, the use of switching power supply devices in the above-mentioned fields has been proposed. Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-219652 discloses such a technology. A zero-variable voltage capable of variably controlling an output voltage to substantially zero volts by simply providing a zero-variable control module in an existing switching-type DC stabilized power supply. Features are added.
[0004]
Generally, a switching power supply device detects an output voltage, generates an error amplification signal by comparing the detected voltage with a reference voltage, and controls a switching element by a pulse width control signal based on the error amplification signal. Output voltage is stabilized.
[0005]
To obtain an error amplified signal, an error amplifier circuit is usually used. The error amplifier circuit includes an operational amplifier, an input resistor, and a feedback resistor. In the operational amplifier, a reference voltage is input to an inverting input terminal via an input resistor, a detection voltage proportional to an output voltage is input to a non-inverting input terminal, and an error amplification signal is output to an output terminal.
[0006]
Switching of the switching element is controlled by a pulse width control signal based on the error amplification signal, and the switching element is turned on and off so that the voltages of both input terminals of the operational amplifier become the same potential. For this reason, the output voltage of the switching power supply is stabilized at an output voltage proportional to the reference voltage.
[0007]
As described above, the reference voltage is input to the inverting input terminal of the operational amplifier via the input resistor. The voltage at the inverting input terminal of the operational amplifier is determined by the resistance division ratio between the input resistance and the feedback resistance based on the voltage at the input terminal of the input resistance and the voltage of the error amplification signal (output voltage of the operational amplifier). . Therefore, when the voltage of the error amplification signal (output voltage of the operational amplifier) is increased by the control of narrowing the pulse width, even if the voltage at the input terminal of the input resistor is set to zero volt, the inverted input terminal voltage of the operational amplifier, that is, the reference voltage The voltage does not drop to zero volts. Therefore, the voltage at the non-inverting input terminal, that is, the voltage proportional to the output voltage does not drop to zero volt. For this reason, in the conventional switching power supply device, although the output voltage can be variably controlled to approximately zero volt, it cannot be completely variably controlled to zero volt.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a switching power supply device capable of variably controlling an output voltage from zero volts to an arbitrary voltage.
[0009]
Another object of the present invention is to provide a switching power supply device capable of variably controlling an output voltage from zero volts to an arbitrary voltage by an external voltage.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, a switching power supply according to the present invention includes a switching conversion circuit, a rectifying / smoothing circuit, a pulse width control circuit, and an output voltage setting circuit. The switching conversion circuit includes at least one switching element, and switches the supplied DC voltage. The rectifying and smoothing circuit rectifies and smoothes a switching output output from the switching conversion circuit and outputs the rectified and smoothed switching output.
[0011]
The output voltage setting circuit includes an output voltage detection circuit, a reference voltage adjustment circuit, and an error amplifier. The output voltage detection circuit detects an output voltage and outputs a detection voltage proportional to the output voltage. The reference voltage adjustment circuit includes a positive / negative voltage source and outputs an adjustment voltage in a range from a positive voltage to a negative voltage.
[0012]
The error amplifier includes an operational amplifier, an input resistor, and a feedback resistor. The operational amplifier has the inverting input terminal connected to the input resistor and the feedback resistor, the input terminal of the input resistor receiving the adjustment voltage, the non-inverting input terminal receiving the detection voltage, An output terminal outputs an error amplification signal as an output of the error amplification circuit. The pulse width control circuit receives the error amplification signal, outputs a pulse width control signal, and controls a switching element of the switching conversion circuit.
[0013]
In the switching power supply device described above, the input DC voltage is switched by the switching conversion circuit, and the switching output is rectified and smoothed by the rectification and smoothing circuit. The pulse width control circuit receives the error amplification signal, outputs a pulse width control signal, and controls a switching element of the switching conversion circuit.
[0014]
For this reason, the switching power supply device described above can output an arbitrary DC voltage set by the output voltage setting circuit.
[0015]
The output voltage setting circuit includes an output voltage detection circuit, a reference voltage adjustment circuit, and an error amplification circuit. The output voltage detection circuit detects an output voltage and outputs a detection voltage proportional to the output voltage. The error amplifier includes an operational amplifier, an input resistor, and a feedback resistor. The operational amplifier has the inverting input terminal connected to the input resistor and the feedback resistor, and the input terminal of the input resistor receives the adjustment voltage output from the reference voltage adjustment circuit. The voltage at the inverting input terminal of the operational amplifier is determined by a resistance division ratio between the input resistance and the feedback resistance based on the output terminal voltage of the operational amplifier and the adjustment voltage output from the reference voltage adjustment circuit. .
[0016]
Since the reference voltage adjustment circuit includes a positive / negative voltage source and outputs the adjustment voltage in a range from a positive voltage to a negative voltage, by adjusting the adjustment voltage, the voltage of the inverting input terminal of the operational amplifier, that is, The reference voltage can be adjusted from zero volts to any voltage.
[0017]
The operational amplifier has a non-inverting input terminal to which a detection voltage of the output voltage detection circuit is input, and an output terminal that outputs an error amplification signal as an output of the error amplification circuit.
[0018]
The pulse width control circuit receives the error amplification signal, outputs a pulse width control signal, and controls a switching element of the switching conversion circuit. The switching of the switching element is controlled based on a pulse width control signal, and the switching element is turned on and off so that the voltages of both input terminals of the operational amplifier have the same potential.Therefore, the output voltage of the switching power supply device is controlled by the reference voltage adjustment circuit. It is stabilized at an arbitrary DC voltage proportional to the adjusted reference voltage.
[0019]
Therefore, when the voltage at the inverting input terminal of the operational amplifier, that is, the reference voltage is maintained at zero volts by the reference voltage adjusting circuit, the voltage at the non-inverting input terminal, that is, the detection voltage of the output voltage detecting circuit is also zero volts. Is controlled so that Since the detection voltage of the output voltage detection circuit is a voltage proportional to the output voltage of the switching power supply, the output voltage of the switching power supply is also maintained at zero volt.
[0020]
As described above, the switching power supply of the present invention can maintain the output voltage at zero volt, and furthermore, the reference voltage adjusting circuit allows the voltage at the inverting input terminal of the operational amplifier, that is, the reference voltage to be higher than any voltage from zero volt to any arbitrary higher voltage. Since the voltage can be adjusted, the output voltage can be variably controlled from zero volts to an arbitrary voltage.
[0021]
The voltage at the inverting input terminal of the operational amplifier can be adjusted by inputting an adjustment voltage from outside the switching power supply, for example, by providing a reference voltage adjustment circuit outside the switching power supply. Can be variably controlled from zero volts to an arbitrary voltage.
[0022]
The reference voltage adjustment circuit may be configured to include an impedance conversion circuit. If the impedance conversion circuit is configured to include an operational amplifier, an input resistor, and a feedback resistor, and is driven by a positive / negative voltage source, an output voltage setting voltage is applied only to a non-inverting input terminal. The voltage can be variably controlled from zero volts to any voltage. Further, if the non-inverting input terminal of the operational amplifier constituting the impedance conversion circuit is an external terminal of the switching power supply, the output voltage of the switching power supply is applied by applying an output voltage setting voltage from outside the switching power supply. Variable control from zero volts to any voltage.
[0023]
The relationship between the voltage value of the output voltage setting voltage and the voltage value of the output voltage of the switching power supply device is arbitrarily linked by selecting the resistance values of the feedback resistance and the input resistance of the operational amplifier included in the reference voltage adjustment circuit. The voltage value of the output voltage setting voltage may be the same voltage value as the output voltage of the switching power supply device, or may be a voltage value proportional to the output voltage of the switching power supply device, or may be another different voltage value.
[0024]
The operational amplifier constituting the error amplifier circuit can have a bleeder resistor connected to its inverting input terminal. When the bleeder resistor is connected, the relationship between the voltage range of the output voltage setting voltage and the output voltage of the switching power supply device can be arbitrarily determined regardless of the operation voltage of the operational amplifier.
[0025]
Other objects, configurations and advantages of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. The drawings are merely illustrative.
[0026]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a block diagram schematically illustrating an embodiment of the switching power supply according to the present invention. The switching power supply according to the present embodiment includes a switching conversion circuit 1, a rectifying / smoothing circuit 2, a pulse width control circuit 3, and an output voltage setting circuit 4. The illustrated embodiment also includes an insulating coupling circuit 5, a DC voltage source E, and a load L.
[0027]
As the DC voltage source E, any of a battery, another DC voltage source, and a voltage obtained by converting an AC voltage into a DC through a rectifier circuit can be used.
[0028]
The switching conversion circuit 1 includes at least one switching element 11 and switches the DC voltage VIN supplied from the DC voltage source E. The switching element 11 only needs to be able to switch the input DC voltage VIN at a high frequency. Typically, a semiconductor element such as a bipolar transistor or a field effect transistor is used. The switching conversion circuit 1 may further include a transformer or a magneto-electric conversion element such as a choke coil. One or a plurality of switching elements 11 are combined with the magneto-electric conversion element to form an on-on type, an on-on type. -It can also be configured as a known converter circuit of an off type, an insulation type, a non-insulation type, or the like.
[0029]
The rectifying and smoothing circuit 2 is disposed between the switching conversion circuit 1 and the output terminal T0, includes a rectification unit and a smoothing unit, and rectifies and smoothes a switching output output from the switching conversion circuit 1 and outputs the rectified and smoothed output. The rectifier uses one or a plurality of diodes and a switch element having a control electrode, and is configured with a half-wave rectifier circuit, a full-wave rectifier circuit, a bridge rectifier circuit, or the like according to the type of the converter circuit. If a switch element having a control electrode is used, a synchronous rectification circuit can be configured. The smoothing unit is configured using a capacitor, a choke coil, and the like.
[0030]
The output voltage setting circuit 4 includes an output voltage detection circuit 41, a reference voltage adjustment circuit 42, and an error amplification circuit 43.
[0031]
The output voltage detection circuit 41 detects an output voltage and outputs a detection voltage proportional to the output voltage. In the present embodiment, the output voltage detection circuit 41 is configured by a resistance voltage dividing circuit including resistors R1 and R2 connected to the output terminal T0.
[0032]
The reference voltage adjustment circuit 42 includes positive and negative voltage sources + V and −V, and outputs an adjustment voltage ranging from a positive voltage to a negative voltage in order to adjust the reference voltage. In the present embodiment, the reference voltage adjusting circuit 42 is configured by a volume VR connected between the positive and negative voltage sources + V and -V. In addition, any battery that generates a voltage in a range from a positive voltage to a negative voltage, such as a battery having a positive / negative voltage adjusting function and other positive / negative variable DC voltage sources, can be used.
[0033]
The error amplifier 43 includes an operational amplifier 44, an input resistor R3, and a feedback resistor R4. The operational amplifier 44 has an inverting input terminal (−) connected to an input resistor R3 and a feedback resistor R4, and an input terminal of the input resistor R3 to which an adjustment voltage output from the reference voltage adjustment circuit 42 is input. The detection voltage of the output voltage detection circuit 41 is input to the inverting input terminal (+). The operational amplifier 44 compares these input voltages and outputs an error amplified signal S1 from an output terminal 443. The error amplification signal S1 is output to the pulse width control circuit 3 as an output of the error amplification circuit 43.
[0034]
In the present embodiment, the pulse width control circuit 3 includes a comparator 31 and an oscillator 32 that generates a reference triangular wave. The comparator 31 receives the error amplified signal S1 and the reference triangular wave S2 output from the oscillator 32, compares them, and outputs a control pulse S3. The control pulse S3 is supplied to the switching conversion circuit 1 via the insulating coupling circuit 5 as an output of the pulse width control circuit 3, and controls on / off of the switching element 11.
[0035]
The insulating coupling circuit 5 is provided to electrically insulate the input side and the output side of the switching power supply device, and includes a pulse transformer or a photocoupler. The insulated coupling circuit 5 may be arranged at another position, and may be omitted when electrical isolation between the input side and the output side is not required as in a non-insulated converter.
[0036]
In the switching power supply of the present embodiment configured as described above, the DC voltage VIN input from the DC voltage source E is switched by the switching conversion circuit 1, and the switching output is rectified and smoothed by the rectification and smoothing circuit 2. Is supplied to the load L via the output terminal T0.
[0037]
An output voltage detection circuit 41 is connected to the output terminal T0. The output voltage detection circuit 41 divides the output voltage V0 by the voltage dividing resistors R1 and R2, and supplies a detection voltage proportional to the output voltage V0 to a non-inverting input terminal (+) of an operational amplifier 44 constituting the error amplification circuit 43. . The input resistor R3 is connected to the inverting input terminal (-) of the operational amplifier 44. Since the adjustment voltage output from the reference voltage adjustment circuit 42 is input to the input terminal of the input resistor R3, the reference voltage is input to the inverting input terminal (-) of the operational amplifier 44. The operational amplifier 44 compares the input detection voltage with the reference voltage and outputs an error amplification signal S1 having a voltage level according to the comparison result.
[0038]
The pulse width control circuit 3 receives the error amplified signal S1 and the reference triangular wave S2, compares them, and outputs a control pulse S3 for the switching element 11. The control pulse S3 is supplied to the switching conversion circuit 1 via the insulating coupling circuit 5, and controls on / off of the switching element 11.
[0039]
FIG. 2 is a diagram showing a relationship among the error amplified signal S1, the reference triangular wave S2, and the control pulse S3. When the reference triangular wave S2 exceeds the voltage level of the error amplified signal S1 (see FIG. 2A), the pulse width control circuit 3 outputs a high-level control pulse (see FIG. 2B). The high-level control pulse corresponds to the ON signal of the switching element 11, and when the voltage level of the error amplification signal S1 shifts upward, the pulse width decreases, and conversely, when the voltage level shifts downward, the pulse width increases. For this reason, the ON width of the switching element 11 is controlled by the voltage level of the error amplification signal S1, and the output voltage of the switching power supply is stabilized. FIG. 2 shows a state in which the voltage level of the error amplification signal S1 changes with respect to the input voltage fluctuation and the load fluctuation during the period from time t1 to t2, and the pulse width is controlled.
[0040]
Here, the error amplification circuit 43 includes an operational amplifier 44, an input resistor R3, and a feedback resistor R4. The operational amplifier 43 outputs the error amplification signal S1 so that the potentials of the inverting input terminal (-) and the non-inverting input terminal (+) become the same. Therefore, by controlling the reference voltage input to the inverting input terminal (-) of the operational amplifier 44 to an arbitrary voltage, the output voltage V0 of the switching power supply can be stabilized at an arbitrary voltage. The reference voltage, that is, the voltage of the inverting input terminal (−) of the operational amplifier 44, is based on the voltage level of the error amplification signal S1 and the adjustment voltage input from the reference voltage adjustment circuit 42 to the input terminal of the input resistor R3. And the resistance division ratio of the feedback resistor R4. Since the voltage level of the error amplification signal S1 is a positive voltage, the reference voltage cannot be set to zero volt when the adjustment voltage input to the input terminal of the input resistor R3 is within the positive voltage range.
[0041]
However, the reference voltage adjusting circuit 42 of the present embodiment includes the positive and negative voltage sources + V and -V, and is constituted by the volume VR connected between the positive and negative voltage sources + V and -V. Outputs the adjustment voltage. Therefore, the reference voltage can be maintained at zero volt by adjusting the volume VR. When the reference voltage, that is, the voltage of the inverting input terminal (-) of the operational amplifier 44 is maintained at zero volt, the error amplifier circuit 43 operates to maintain the voltage of the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 44 also at zero volt. I do. The voltage at the non-inverting input terminal (+) is a voltage proportional to the output voltage V0 of the switching power supply, and maintaining the voltage at the non-inverting input terminal (+) at zero volt means that the output voltage of the switching power supply is zero. This means that V0 is maintained at zero volts.
[0042]
As described above, the switching power supply of the present embodiment can maintain the reference voltage input to the inverting input terminal (−) of the operational amplifier 44 constituting the error amplification circuit 43 at zero volt. Output voltage V0 can be maintained at zero volts.
[0043]
Further, by adjusting the volume VR of the reference voltage adjusting circuit 42, the reference voltage can be adjusted and maintained at an arbitrary voltage higher than zero volt. Therefore, it is possible to obtain a switching power supply device capable of linearly and variably controlling the output voltage V0 from zero volts to an arbitrary voltage.
[0044]
The reference voltage adjustment circuit 42 can be arranged outside the switching power supply. With such a configuration, a general-purpose switching power supply having no negative power supply is combined with the reference voltage adjusting circuit 42 to easily provide a switching power supply capable of linearly and variably controlling the output voltage V0 from zero volts to an arbitrary voltage. Can be configured.
[0045]
FIG. 3 is an electric circuit diagram showing another embodiment of the switching power supply device according to the present invention. In the drawing, the same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same components, and 12 is a transformer, 21 and 22 are diodes, 23 is a choke coil, 24 is a capacitor, 45 is an impedance conversion circuit, and 6 is an output voltage setting. It is a voltage source.
[0046]
This embodiment shows an example in which the present invention is applied to a switching power supply of a single-type forward converter type. However, the format of the converter is not particularly limited. This embodiment is characterized in that the reference voltage adjustment circuit 42 includes an impedance conversion circuit 45.
[0047]
In the switching power supply device of the present embodiment, the type of the converter and the configuration other than the reference voltage adjusting circuit 42 in the output voltage setting circuit 4 are almost the same as those of the embodiment shown in FIG. The description will be made mainly with reference to 42. The switching conversion circuit 1 includes a switching element 11 composed of a transformer 12 and one field effect transistor. The transformer 12 includes an input winding 13 and an output winding 14, and the input winding 13 is connected to the DC voltage source E via the switching element 11.
[0048]
The rectifying and smoothing circuit 2 includes diodes 21 and 22, a choke coil 23, and a capacitor 24. The input side is connected to the output winding 14 of the transformer 12, and the output side is connected to the output terminal T0.
[0049]
In the converter configured as described above, the switching conversion circuit 1 switches the DC voltage VIN supplied from the DC voltage source E to the input winding 13 of the transformer 12 by the switching element 11 and switches the DC voltage VIN to the output winding 14. Generate output.
[0050]
The rectifying / smoothing circuit 2 rectifies and smoothes the switching output output from the switching conversion circuit 1 and supplies the switching output from the output terminal T0 to the load L.
[0051]
The pulse width control circuit 3 and the insulating coupling circuit 5 are configured in the same manner as in the embodiment shown in FIG. The output voltage setting circuit 4 is configured similarly to the embodiment shown in FIG. 1 except for the reference voltage adjustment circuit 42.
[0052]
The reference voltage adjustment circuit 42 is the same as the embodiment shown in FIG. 1 in that it includes positive and negative voltage sources + V and -V and outputs a reference voltage in a range from a positive voltage to a negative voltage. , And further includes an impedance conversion circuit 45. The impedance conversion circuit 45 includes an operational amplifier 46, an input resistor R5, and a feedback resistor R6, and is driven by positive and negative voltage sources + V and -V. The operational amplifier 46 has an inverting input terminal (−) connected to an input resistor R5 and a feedback resistor R6, and receives a positive voltage source + V via the input resistor R5. The output voltage setting voltage VS is applied from the output voltage setting voltage source 6 to the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 46. An output terminal 463 of the operational amplifier 46 is an output of the reference voltage adjustment circuit 42.
[0053]
The output voltage setting voltage source 6 may be a battery that has a voltage adjustment function, another variable DC voltage source, or any other device that generates a voltage in a predetermined range. The output voltage setting voltage source 6 may be an internal element or an external element of the switching power supply.
[0054]
In the switching power supply of the present embodiment thus configured, the output voltage setting voltage VS is applied from the output voltage setting voltage source 6 to the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 46 included in the impedance conversion circuit 45. Thus, the output voltage of the switching power supply can be linearly variably controlled from zero volts to an arbitrary voltage.
[0055]
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the output voltage of the switching power supply and the output voltage setting voltage. When the output voltage setting voltage VS is zero volt, the output voltage V0 of the switching power supply is controlled to zero volt. Shows the case. In this case, the output voltage setting circuit 42 is configured as follows.
[0056]
When the output voltage V0 of the switching power supply is zero volt, the error amplification signal S1 output from the error amplification circuit 43 is at the upper limit of the reference triangular wave S2. The voltage level of the error amplification signal S1 at this time is set to V0h. The voltage at the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 44 constituting the error amplifier circuit 43 naturally becomes zero volt because the output voltage V0 of the switching power supply is zero volt. At this time, the voltage of the inverting input terminal (-) of the operational amplifier operates so as to have the same potential as the voltage of the non-inverting input terminal (+), and becomes zero volt.
[0057]
In this embodiment, since the impedance conversion circuit 45 is driven by the positive and negative voltage sources + V and -V, as the voltage of the inverting input terminal (-) of the operational amplifier 44 constituting the error amplification circuit becomes zero volt, the impedance conversion circuit 45 is driven. Output voltage drops to a negative voltage. At this time, the current I1 flowing through the input resistor R3 of the operational amplifier 44 is almost equal to the current flowing through the feedback resistor R4 due to the high input impedance of the operational amplifier 44, and I1 = V0h / R4.
[0058]
An output voltage setting voltage VS of zero volt is applied to a non-inverting input terminal (+) of an operational amplifier 46 constituting the impedance conversion circuit 45. The voltage of the inverting input terminal (-) operates so as to have the same potential as the voltage of the non-inverting input terminal (+), and becomes zero volt. Therefore, the current I2 flowing through the input resistor R5 is I2 = V / R5, and the input impedance of the operational amplifier 46 is high, so that the current I2 almost flows through the feedback resistor R6. The feedback resistor R6 of the operational amplifier 46 forming the impedance conversion circuit 45 is preferably set so that the voltage between both ends thereof is equal to the voltage between both ends of the input resistor R3 of the operational amplifier 44 forming the error amplifier circuit 43. = (V0h / R4) × R3 / I2 enables accurate control. If the value of the feedback resistor R6 is high or low, the linearity near zero volt cannot be maintained as shown by the broken line in FIG.
[0059]
In the graph of FIG. 4, the case where the output voltage of the switching power supply is controlled to zero volt when the output voltage setting voltage VS is zero volt is shown, but the output voltage setting voltage VS and the output voltage of the switching power supply are output. Can be arbitrarily related by selecting the resistance values of the input resistor R5 and the feedback resistor R6 of the operational amplifier 46 included in the reference voltage adjusting circuit 42, and the output voltage setting voltage VS is determined by the switching power supply device. The voltage value may be the same voltage value as the output voltage V0, or a voltage value proportional to the output voltage V0, or another different voltage value.
[0060]
Further, also in this embodiment, similarly to the embodiment shown in FIG. 1, the reference voltage adjusting circuit 42 can be arranged outside the switching power supply device, and the operational amplifier 46 constituting the impedance conversion circuit 45 Only the non-inverting input terminal (+) may be an external terminal of the switching power supply, and the output voltage of the switching power supply may be variably controlled by an external voltage from an externally provided output voltage setting voltage source.
[0061]
FIG. 5 is an electric circuit diagram showing still another embodiment of the switching power supply device according to the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 3 indicate the same components.
[0062]
This embodiment is characterized in that a bleeder resistor R7 is connected to the inverting input terminal (-) in the error amplifier circuit 43 of the embodiment shown in FIG. When the bleeder resistor R7 is connected, the reference voltage input to the inverting input terminal (-) of the operational amplifier 44 is divided by the input resistor R3 and the bleeder resistor R7. The relationship between the voltage range of the setting voltage VS and the output voltage V0 of the switching power supply can be arbitrarily associated.
[0063]
As described above, the contents of the present invention have been specifically described with reference to the embodiments of the present invention. However, those skilled in the art can perform various modifications based on the basic technical idea and teaching of the present invention. It is obvious.
[0064]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.
(A) It is possible to provide a switching power supply device capable of variably controlling the output voltage from zero volts to an arbitrary voltage.
(B) It is possible to provide a switching power supply device capable of variably controlling an output voltage from zero volts to an arbitrary voltage by an external voltage.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram schematically illustrating an embodiment of a switching power supply according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a relationship among an error amplification signal S1, a reference triangular wave S2, and a control pulse S3.
FIG. 3 is an electric circuit diagram showing another embodiment of the switching power supply device according to the present invention.
FIG. 4 is a graph showing a relationship between an output voltage of the switching power supply device and an output voltage setting voltage.
FIG. 5 is an electric circuit diagram showing still another embodiment of the switching power supply device according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Switching conversion circuit
11 Switching element
2 Rectifying smoothing circuit
3 Pulse width control circuit
4 Output voltage setting circuit
41 Output voltage detection circuit
42 Reference voltage adjustment circuit
43 Error amplifier circuit
44, 46 Operational amplifier
45 Impedance conversion circuit
R3, R5 input resistance
R4, R6 feedback resistor
E DC voltage source
+ V positive voltage source
-V negative voltage source
S1 Error amplified signal
S2 Reference triangle wave
S3 control pulse

Claims

A switching power supply including a switching conversion circuit, a rectifying and smoothing circuit, a pulse width control circuit, and an output voltage setting circuit,
The switching conversion circuit includes at least one switching element, switches the supplied DC voltage,
The rectifying and smoothing circuit rectifies and smoothes a switching output output from the switching conversion circuit and outputs the rectified and smoothed switching output.
The output voltage setting circuit includes an output voltage detection circuit, a reference voltage adjustment circuit, and an error amplifier circuit,
The output voltage detection circuit detects the output voltage and outputs a detection voltage proportional to the output voltage,
The reference voltage adjusting circuit is supplied with a positive voltage based on a reference potential of the output voltage, and a negative voltage based on a reference potential of the output voltage, and a positive voltage to a negative voltage based on the reference potential. Output the adjustment voltage in the range of
The error amplification circuit includes an operational amplifier, an input resistor, and a feedback resistor,
The operational amplifier has the inverting input terminal connected to the input resistor and the feedback resistor, the input terminal of the input resistor receiving the adjustment voltage, the non-inverting input terminal receiving the detection voltage, Output the error amplification signal from the output terminal,
The switching power supply device, wherein the pulse width control circuit receives the error amplification signal, outputs a pulse width control signal, and controls a switching element of the switching conversion circuit.

The switching power supply device according to claim 1,
The reference voltage adjustment circuit includes an impedance conversion circuit,
The impedance conversion circuit includes an operational amplifier, an input resistor, and a feedback resistor,
In the impedance conversion circuit, the operational amplifier is configured such that the input resistance and the feedback resistance are connected to an inverting input terminal, a positive voltage source is input through the input resistance, and an output is supplied to a non-inverting input terminal of the operational amplifier. A switching power supply , wherein an output voltage setting voltage is applied from a voltage setting voltage source, and the output terminal of the operational amplifier is an output of a reference voltage adjustment circuit .

The switching power supply device according to claim 1 or 2,
The reference voltage adjustment circuit is disposed outside the switching power supply,
The reference voltage adjustment circuit includes an impedance conversion circuit, and the impedance conversion circuit includes an operational amplifier, an input resistor, and a feedback resistor.The operational amplifier is driven by the positive and negative voltage sources, and has an inverting input terminal. An input resistor and the feedback resistor are connected, a positive voltage is input via the input resistor, an output voltage setting voltage is applied to a non-inverting input terminal, and the output terminal outputs the adjustment voltage. Power supply.

The switching power supply device according to claim 3, wherein
The switching power supply device, wherein the non-inverting input terminal is an external terminal of the switching power supply device.

The switching power supply device according to claim 3, wherein:
The switching power supply device, wherein the reference voltage setting voltage is proportional to an output voltage of the switching power supply device.

The switching power supply device according to claim 3, wherein:
A switching power supply device, wherein the operational amplifier constituting the error amplifier circuit has a bleeder resistor connected to its inverting input terminal.