JP3779552B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、スイッチング電源において、状態変化時に過渡的に発生する電流を電流検出器で検出し、主スイッチ素子を過電流から保護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装置においては、過電流保護回路としてトランスすなわち主スイッチの電流をたとえばカレントトランスにより行っていたが、安定した動作を保証するため、平均値化またはピークホールドすることで、応答遅れが発生していた。そのため状態変化時に過渡的に発生する主トランスの偏励磁による過大な電流が主スイッチに流れ破損するという問題があった。
【０００３】
従来のスイッチング装置においては、主スイッチの定格電流を超えないようにするための保護回路として、静的には電流波形を平滑して安定した特性を得、動的には高速応答にするため、電流信号の検出レベルを低くして検出することで対策されているが、スイッチの過電流レベルが最適化されないため、必要以上の定格のスイッチが必要となること、またアナログ比較であるためにスイッチのオンオフの振動を抑制する平滑回路が必要で、最低でも１周期以上遅れることにより、スイッチにかかるストレスは防ぎきれないという問題があった。
【０００４】
すなわち過電流が流れるとその周期において制御できないため、過電流によってスイッチング素子が破損するおそれがあった。
【０００５】
図３は１石フォワードスイッチング電源で、スイッチングで変換された電圧は整流回路と平滑回路を経て負荷に出力される。スイッチの過電流は電流検出器６のカレントトランスを介して平滑回路であるCR安定化回路１４で安定化し、基準の三角波１１と比較し主スイッチのオン幅を決定する。このためスイッチング電流の異常は１周期後に補正されスイッチング素子に流れる過電流を抑制することができない方法のため同一周期内での制御が困難である。
【０００６】
同一周期内に制御しようと、平滑回路をなくすと主スイッチの複数回オンが発生し、電圧の低下や、急峻に遮断するために新たなノイズが発生するなど安定した出力電圧を確保することが難しい状況にある。
【０００７】
【本発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術の問題点を鑑みてなされたもので、その目的は、スイッチング素子に過電流が流れたとき、その波形を検知し、過電流が流れる周期内で、過電流にならないように主スイッチを制御するスイッチング電源を提供する。
【０００８】
【課題を解決しようとする手段】
上記目的を達成するためになされた請求項記載の発明は、スイッチング素子に入力するゲート電圧を基準電圧に基づいてデジタル制御回路で発生し、カウンタ回路で積分して主スイッチのゲート入力信号とするスイッチング電源において、過電流を検出する電流検出器を設け、電流波形を逐次電圧制御発振器で処理し、前記デジタル制御回路から出力した信号から減算または加算してカウンタ回路に送ることで、スイッチングオン幅を減少させることで同一周期内に過電流を制御できることを特徴とする。
【０００９】
デジタル制御回路は基準電流とカレントトランス等による検出電流からフィードバックされた値を比較しその差から演算して次回のパルス幅を決定する。これをカウンタに入力してスイッチのオンまたはオフタイミングを決定し所望の出力電圧を確保するように働く。
【００１０】
しかしながら入力電圧の変動や負荷の変動により、スイッチ素子には急激な過電流が流れる場合があり、本発明ではスイッチ素子に流れる電流波形を検知する手段を備え、電流波形信号を電圧制御発振器に送り電流波形に応じたパルスを出力させ、前記デジタル制御回路から出力された信号から電圧制御発振器で発生させた信号を減算または加算してカウンタに送ることができる。
【００１１】
従って過電流が流れようとすると電圧制御発振器の発振周波数が大きくなり、デジタル制御回路から出力された信号から減算または加算される量が大きくなってカウンタからでるスイッチング信号はスイッチ素子に流れる電流の積分値が一定の値にするように働く。
【００１２】
電圧制御発振器から出力される信号は、スイッチング素子を動作させる周波数より高い周波数を使うことでスイッチング素子の１周期の中で部分的に減算されるため、過電流が検出された部分を含んで減算または加算されることになり、出力電圧に影響をあたえることなく安定した出力電圧を出力することが可能となる。
【００１３】
主スイッチ素子を過電流によるストレスから保護し、スイッチ素子の１周期内で制御が可能で、平滑された電圧で制御して１周期の波形を遮断することなく安定した出力電圧を確保できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明に係るスイッチング電源装置の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一部材には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１５】
図１は本発明の実施形態を示しており、図１はその回路図である。この回路図において主回路は入力より直流電源が入力されトランス７と直列に主スイッチ５が接続された１石のフォワード型スイッチング電源を形成している。トランス７の２次側に整流回路と平滑回路が接続され、負荷に出力される。出力端の電圧信号をデジタル制御回路１にフィードバックして次回のスイッチングを基準電圧２と比較してパルス幅を決定する。電圧制御発振器４から出力されるパルス幅は主スイッチの周波数より十分高く設定する。
【００１６】
一方スイッチング素子に流れる電流波形は電流検出器６を用いて、その波形に応じた出力電圧波形信号を電圧制御発振器４に与え、電圧制御発振器４は出力電圧波形に応じたパルス信号を発生し、カウンタ３でデジタル制御回路１から出力されたパルス幅列から電圧制御発振器４で出されたパルス信号分を減算または加算する。
【００１７】
すなわち過電流が発生する場合電圧制御発振器４からの出力が大きくなって、デジタル制御器１で発生するパルスを減らすまたは増やすためカウンタ３で積分されるカウントは小さくなってスイッチ素子のゲート入力が減ることで過電流が流れにくくなる。
【００１８】
図２は各部のスイッチング信号を示し、Ｔｓはスイッチング周期を示しており、Ｔｓ，ｎはｎ周期を、Ｔｓ，ｎ＋1はｎ＋１周期を示している。ｎ周期のＴｓ，ｎでオフ幅Ｔｏｆｆ，ｎとオン幅Ｔｏｎ，ｎは過電流のない正常な周期を示し、ｎ＋１周期のＴｓ，ｎ＋１でオフ幅Ｔｏｆｆ，ｎ＋１とオン幅Ｔｏｎ，ｎ＋１ではＴｏｎ，ｎ＋１に異常な過電流が流れていることを示し、主スイッチの電流ＩＬに示されている。
【００１９】
主スイッチの電流波形に基づいて、カウンタを動作させるタイミング信号Ｓｃを得て、Ｆｖｃｏは電圧制御発振器で発生するパルスを示し、Ｎｖｃｏはカウンタでカウントされたデジタル値を減算した結果、ｎ＋１周期のオン幅Ｔｏｎ，ｎ＋１の終端付近でＮｖｃｏを減少しスイッチを早くオフすることができる。
【００２０】
上記例では過電流をＴｏｎ，ｎ＋１周期の終わりに過電流を想定したが、どこで発生しても発生時に処理され、このようにすることで過電流を流れにくくするが、出力電力をさげることにはならないため安定した出力をもつスイッチング電源が提供できる。
【００２１】
さらに、請求項２記載の発明のように、電流検出器６が主スイッチ回路と絶縁されていることで、電圧制御発振器４に過電流の影響を受けず、電圧制御発振器４の出力を生成することが可能である。
【００２２】
本実施例はフォワード型スイッチング電源について述べたが、他の型のスイッチング電源についても同様に適用できることは明らかである。
【００２３】
【発明の効果】
スイッチング電源装置において、デジタル制御回路１で演算された次サイクルのパルス幅と主スイッチで検出された電流波形をパルス化する電圧制御発振器４で発生したパルスを前記デジタル制御回路１で発生するパルスから減算または加算し、カウントして主スイッチのゲート信号とすることで、主スイッチ素子５に流れる過電流を検出し、同一周期内で制御できるため、主スイッチ５の保護と出力の安定化のために有効なスイッチング電源を提供でき、さらに連続して発生する不要な高周波電流などを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスイッチング電源装置を示す実施例である。
【図２】本発明の各部のスイッチング信号波形を示す図である。
【図３】従来の過電流制御によるスイッチング電源の回路図である。
【符号の説明】
1.デジタル制御回路
2.基準電圧
3.カウンタ
4.電圧制御発振器
5.主スイッチ
6.電流検出器
7.トランス
8.ダイオード
9.インダクタンス
10.コンデンサ
11.三角波発生器
12.電流制御回路
13.AND回路
14.ＣＲ安定化回路

Claims (2)

1. スイッチング電源において、デジタル制御回路により演算された次周期のパルス幅を決定する手段と、該パルス幅を次周期開始前に保持し次周期間に減算または加算する手段と、主スイッチの電流波形を検出する手段と、該電流波形を周波数に変換する手段とを具備し、前記主スイッチの電流波形を検出し、前記周波数に変換する手段で、次周期の演算されたパルス幅を減算または加算すなわち電流波形の１周期積分にて、カウンタ出力で発生したボローまたはキャリー信号によりオン幅を決定し、スイッチングを制御することを特徴とするスイッチング電源装置。
2. 請求項１に記載のスイッチング電源装置において、電流検出は主スイッチに流れる電流と絶縁され、検出することを特徴とするスイッチング電源装置。

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