JP4341641B2 - Power supply - Google Patents

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Description

本発明は、電気機器の電源として用いられる電源装置に関し、特に、出力電圧の安定化を図るための回路構成に関する。   The present invention relates to a power supply device used as a power supply for electrical equipment, and more particularly to a circuit configuration for stabilizing an output voltage.

従来から、テレビジョン受信機、ビデオ機器、オーディオ機器、パーソナルコンピュータ、その他の電気機器では、所定の回路が実装された回路基板や駆動機構などに電源電圧を供給する電源装置が備えられている。このような電源装置としては、安定した電圧が要求されるため、スイッチング電源装置が用いられることが多い。   Conventionally, a television receiver, a video device, an audio device, a personal computer, and other electric devices are provided with a power supply device that supplies a power supply voltage to a circuit board on which a predetermined circuit is mounted, a driving mechanism, or the like. As such a power supply device, since a stable voltage is required, a switching power supply device is often used.

図3は従来の電源装置としてのスイッチング電源装置の構成を示すブロック図である。このスイッチング電源装置は、商用交流電源(例えば、100V交流電源)から所定の直流電圧を生成して各回路素子への電源電圧として供給する直流電圧生成回路31と、スイッチング素子32と、このスイッチング素子32をスイッチング動作させるために発振動作を行う発振回路33と、1次側に接続されたスイッチング素子32のスイッチング動作により駆動するスイッチング用トランス34と、このスイッチング用トランス34の2次側に接続され負荷に必要な直流電圧を生成して出力する直流電圧出力回路35と、この直流電圧出力回路35の出力電圧が一定に保持できるように発振回路33の発振パルス信号のデューティ比を制御するためのフィードバック信号を発振回路33に供給するフィードバック制御回路36とを備えている。   FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a switching power supply device as a conventional power supply device. This switching power supply device includes a DC voltage generation circuit 31 that generates a predetermined DC voltage from a commercial AC power supply (for example, 100V AC power supply) and supplies it as a power supply voltage to each circuit element, a switching element 32, and the switching element. An oscillation circuit 33 that performs an oscillating operation in order to perform a switching operation, a switching transformer 34 that is driven by a switching operation of the switching element 32 connected to the primary side, and a secondary side of the switching transformer 34. A DC voltage output circuit 35 that generates and outputs a DC voltage necessary for the load, and a duty ratio of the oscillation pulse signal of the oscillation circuit 33 so that the output voltage of the DC voltage output circuit 35 can be kept constant. A feedback control circuit for supplying a feedback signal to the oscillation circuit 33. There.

このように構成されたスイッチング電源装置の動作について説明する。装置のプラグが商用交流電源100Vのコンセントに差し込まれ、装置に電源が投入されると、直流電圧生成回路31からは所定の直流電圧が出力され、発振回路33は発振動作が開始する。ここで、直流電圧出力回路35の出力電圧が所定値を超えると、フィードバック制御回路36は、発振回路33の発振パルス信号のデューティ比が小さくなるようにPWM(パルス幅変調)制御のフィードバック信号を発振回路33に供給し、これにより、発振回路33は、スイッチング素子32のオン期間を短くし、これにより、スイッチング用トランス34の1次側の電流が少なくなり、この結果、スイッチング用トランス34の2次側出力の電圧が低下し、直流電圧出力回路35の出力電圧は所定値に達する。   The operation of the switching power supply device configured as described above will be described. When the plug of the device is inserted into an outlet of a commercial AC power supply 100V and the device is turned on, a predetermined DC voltage is output from the DC voltage generation circuit 31, and the oscillation circuit 33 starts an oscillation operation. When the output voltage of the DC voltage output circuit 35 exceeds a predetermined value, the feedback control circuit 36 outputs a feedback signal for PWM (pulse width modulation) control so that the duty ratio of the oscillation pulse signal of the oscillation circuit 33 is reduced. The oscillation circuit 33 is supplied to the oscillation circuit 33, whereby the oscillation circuit 33 shortens the ON period of the switching element 32, thereby reducing the current on the primary side of the switching transformer 34. As a result, the switching transformer 34 The voltage of the secondary output decreases, and the output voltage of the DC voltage output circuit 35 reaches a predetermined value.

次に、直流電圧出力回路35の出力電圧が所定値を割ると、フィードバック制御回路36は、発振回路33の発振パルス信号のデューティ比が大きくなるようにPWM制御のフィードバック信号を発振回路33に供給し、これにより、発振回路33は、スイッチング素子32のオン期間を長くし、これにより、スイッチング用トランス34の1次側の電流が多くなり、この結果、スイッチング用トランス34の2次側出力の電圧が上昇し、直流電圧出力回路35の出力電圧が所定値に達する。
実開平5−4221号公報
Next, when the output voltage of the DC voltage output circuit 35 divides a predetermined value, the feedback control circuit 36 supplies a PWM control feedback signal to the oscillation circuit 33 so that the duty ratio of the oscillation pulse signal of the oscillation circuit 33 is increased. As a result, the oscillation circuit 33 lengthens the ON period of the switching element 32, thereby increasing the current on the primary side of the switching transformer 34. As a result, the output of the secondary side of the switching transformer 34 is increased. The voltage rises and the output voltage of the DC voltage output circuit 35 reaches a predetermined value.
Japanese Utility Model Publication No. 5-4221

しかしながら、このように電源装置としてスイッチング電源装置を用いた場合、出力電圧を一定に保つことができるように、スイッチング素子によるスイッチング動作の制御を行うため、スイッチング用トランスや発振回路などが必要となり、このため、回路素子数が多くなってコストアップする傾向にあると言う課題が生じる。   However, when a switching power supply device is used as the power supply device in this way, a switching transformer, an oscillation circuit, etc. are required to control the switching operation by the switching element so that the output voltage can be kept constant. For this reason, the subject that the number of circuit elements tends to increase and the cost tends to increase arises.

なお、特許文献1に記載の従来技術は、電子回路や機器などに安定な電圧を供給するための電圧安定化装置であり、特に、入力電圧の立ち上がりに対して、出力電圧の立ち上がりの遅れがなく、入力端子に外部より重畳された雑音信号が出力端子に伝達することを抑えるようにしたものであるが、電圧安定化装置の内部構成が開示されていない。   The prior art described in Patent Document 1 is a voltage stabilizing device for supplying a stable voltage to an electronic circuit, a device, or the like, and in particular, a delay in the rise of the output voltage with respect to the rise of the input voltage. However, it is intended to suppress transmission of a noise signal superimposed on the input terminal from the outside to the output terminal, but the internal configuration of the voltage stabilizing device is not disclosed.

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、安定した電圧を供給するのに、少ない回路素子数でも構成することができる電源装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a power supply apparatus that can be configured with a small number of circuit elements to supply a stable voltage.

上記目的を達成するために、請求項1の発明は、抵抗と可変容量素子との並列回路にコイルを直列接続して構成される直列回路を有し、この直列回路の両端に交流電源を印加した場合に前記抵抗の両端の交流電圧を出力する電源電圧出力部と、前記抵抗の両端から取り出した交流電圧を整流する整流手段と、この整流手段で整流して得られた直流電圧の比較対象電圧と予め定めた基準電圧とを比較して得られた差分電圧を増幅する差動増幅手段と、前記得られた差分電圧に従ってデューティ比が設定されたパルス信号を出力するパルス幅変調制御手段と、前記パルス信号を入力して該パルス信号を昇圧してデューティ比に応じた大きさの直流電圧に変換し該直流電圧を出力する直流電圧変換手段と有し、この直流電圧変換手段から出力される直流電圧を容量制御電圧として、前記可変容量素子の容量可変制御端子に供給し、前記電源電圧出力部から出力される交流電圧を所定電圧に保持できるようにフィードバック制御を行うフィードバック制御部とを備えたことを特徴とする電源装置を提供する。   In order to achieve the above object, the invention of claim 1 has a series circuit configured by connecting a coil in series to a parallel circuit of a resistor and a variable capacitance element, and an AC power supply is applied to both ends of the series circuit. A power supply voltage output unit that outputs an AC voltage across the resistor, a rectifier that rectifies the AC voltage extracted from both ends of the resistor, and a DC voltage comparison object obtained by rectification using the rectifier Differential amplifying means for amplifying a differential voltage obtained by comparing a voltage with a predetermined reference voltage; and pulse width modulation control means for outputting a pulse signal having a duty ratio set in accordance with the obtained differential voltage; DC voltage converting means for inputting the pulse signal, boosting the pulse signal, converting the pulse signal into a DC voltage having a magnitude corresponding to the duty ratio, and outputting the DC voltage, and output from the DC voltage converting means Ru A feedback control unit configured to supply a current voltage as a capacitance control voltage to the capacitance variable control terminal of the variable capacitance element and perform feedback control so that the AC voltage output from the power supply voltage output unit can be held at a predetermined voltage; A power supply device characterized by the above is provided.

この構成において、前記抵抗の両端の交流電圧が所定電圧を超えると、整流手段からの直流電圧の比較対象電圧が基準電圧を超える。これにより、比較対象電圧が基準電圧を超えたことを示す差分電圧が差動増幅手段から出力され、この差分電圧がパルス幅変調制御手段に入力される。そして、パルス幅変調制御手段により、前記差分電圧に応じた例えばデューティ比50%を超えるパルス信号が出力される。デューティ比50%を超えるパルス信号は、直流電圧変換手段により、昇圧され、直流電圧に変換される。この変換された直流電圧は、パルス信号のデューティ比に応じた電圧となり、容量制御電圧として可変容量素子の容量可変制御端子に印加される。この場合の容量制御電圧は、デューティ比50%を超えるパルス信号に対応しているので、基準の容量制御電圧よりも高くて、可変容量素子の静電容量を小さくするように作用し、これにより、可変容量素子の静電容量が小さくなる。この結果、前記抵抗の両端の交流電圧が所定電圧になるように低下する。即ち、この電源装置の出力電圧が一定値に保持されることになる。   In this configuration, when the AC voltage across the resistor exceeds a predetermined voltage, the comparison target voltage of the DC voltage from the rectifying means exceeds the reference voltage. As a result, a differential voltage indicating that the voltage to be compared has exceeded the reference voltage is output from the differential amplifying means, and this differential voltage is input to the pulse width modulation control means. Then, a pulse signal exceeding a duty ratio of 50%, for example, corresponding to the differential voltage is output by the pulse width modulation control means. The pulse signal exceeding the duty ratio of 50% is boosted and converted into a DC voltage by the DC voltage converting means. This converted DC voltage becomes a voltage according to the duty ratio of the pulse signal, and is applied to the capacitance variable control terminal of the variable capacitance element as a capacitance control voltage. Since the capacity control voltage in this case corresponds to a pulse signal exceeding a duty ratio of 50%, the capacity control voltage is higher than the reference capacity control voltage and acts to reduce the capacitance of the variable capacitance element. As a result, the capacitance of the variable capacitance element is reduced. As a result, the AC voltage across the resistor is lowered to a predetermined voltage. That is, the output voltage of the power supply device is held at a constant value.

一方、前記抵抗の両端の交流電圧が所定電圧未満になると、整流手段からの直流電圧の比較対象電圧が基準電圧未満になる。これにより、比較対象電圧が基準電圧未満であることを示す差分電圧が差動増幅手段から出力され、この差分電圧がパルス幅変調制御手段に入力される。そして、パルス幅変調制御手段により、前記差分電圧に応じたデューティ比50%未満のパルス信号が出力される。デューティ比50%未満のパルス信号は、直流電圧変換手段により、昇圧され、直流電圧に変換される。この変換された直流電圧は、パルス信号のデューティ比に応じた電圧となり、容量制御電圧として可変容量素子の容量可変制御端子に印加される。この場合の容量制御電圧は、デューティ比50%未満のパルス信号に対応しているので、基準の容量制御電圧より低くて、可変容量素子の静電容量を大きくするように作用し、これにより、可変容量素子の静電容量が大きくなる。この結果、前記抵抗の両端の交流電圧が所定電圧になるように上昇する。即ち、この電源装置の出力電圧が一定値に保持されることになる。   On the other hand, when the AC voltage across the resistor becomes less than a predetermined voltage, the comparison target voltage of the DC voltage from the rectifying means becomes less than the reference voltage. Thereby, a differential voltage indicating that the comparison target voltage is less than the reference voltage is output from the differential amplifying means, and this differential voltage is input to the pulse width modulation control means. Then, the pulse width modulation control means outputs a pulse signal having a duty ratio of less than 50% corresponding to the differential voltage. A pulse signal having a duty ratio of less than 50% is boosted and converted into a DC voltage by the DC voltage converting means. This converted DC voltage becomes a voltage according to the duty ratio of the pulse signal, and is applied to the capacitance variable control terminal of the variable capacitance element as a capacitance control voltage. Since the capacity control voltage in this case corresponds to a pulse signal with a duty ratio of less than 50%, the capacity control voltage is lower than the reference capacity control voltage and acts to increase the capacitance of the variable capacitance element. The capacitance of the variable capacitance element is increased. As a result, the AC voltage across the resistor rises to a predetermined voltage. That is, the output voltage of the power supply device is held at a constant value.

この構成によれば、安定した電圧を供給するのに、可変容量素子を用いて回路構成すると、少ない回路素子数でも構成することができ、コストダウンを図ることができる。   According to this configuration, when a circuit is configured using a variable capacitance element to supply a stable voltage, the circuit can be configured with a small number of circuit elements, and the cost can be reduced.

以上のように本発明によれば、抵抗と可変容量素子との並列回路にコイルを直列接続して構成される直列回路を有し、この直列回路の両端に交流電源を印加した場合に前記抵抗の両端の交流電圧を出力する電源電圧出力部と、前記抵抗の両端から取り出した交流電圧を整流する整流手段と、この整流手段で整流して得られた直流電圧の比較対象電圧と予め定めた基準電圧とを比較して得られた差分電圧を増幅する差動増幅手段と、前記得られた差分電圧に従ってデューティ比が設定されたパルス信号を出力するパルス幅変調制御手段と、前記パルス信号を入力して該パルス信号を昇圧してデューティ比に応じた大きさの直流電圧に変換し該直流電圧を出力する直流電圧変換手段と有し、この直流電圧変換手段から出力される直流電圧を容量制御電圧として、前記可変容量素子の容量可変制御端子に供給し、前記電源電圧出力部から出力される交流電圧を所定電圧に保持できるようにフィードバック制御を行うフィードバック制御部とを備えたので、安定した電圧を供給するのに、可変容量素子を用いて回路構成すると、少ない回路素子数でも構成することができ、コストダウンを図ることができる。   As described above, according to the present invention, a series circuit configured by connecting a coil in series to a parallel circuit of a resistor and a variable capacitance element is provided, and when the AC power source is applied to both ends of the series circuit, the resistor A power supply voltage output unit that outputs an AC voltage at both ends of the resistor, a rectifying unit that rectifies the AC voltage extracted from both ends of the resistor, and a comparison target voltage of the DC voltage obtained by rectifying by the rectifying unit Differential amplification means for amplifying a differential voltage obtained by comparing with a reference voltage, pulse width modulation control means for outputting a pulse signal having a duty ratio set according to the obtained differential voltage, and the pulse signal DC voltage conversion means for boosting the pulse signal and converting the pulse signal into a DC voltage having a magnitude corresponding to the duty ratio and outputting the DC voltage is provided. The DC voltage output from the DC voltage conversion means has a capacity System As a voltage is provided to the variable capacitance control terminal of the variable capacitance element, and provided with a feedback control unit that performs feedback control so that the AC voltage output from the power supply voltage output unit can be maintained at a predetermined voltage, stable When a circuit is configured using variable capacitance elements to supply voltage, the circuit can be configured with a small number of circuit elements, and cost can be reduced.

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。図1は本発明の一実施形態に係る電源装置の構成を示すブロック図である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a power supply device according to an embodiment of the present invention.

図1において、この電源装置は、図示しない電子回路や駆動機構などの負荷に直流電圧を供給する直流電圧出力回路3に対して所定電圧の交流電圧を出力する電源電圧出力部1と、この電源電圧出力部1の出力電圧が所定電圧になるように電源電圧出力部1に対してフィードバック制御するフィードバック制御部2とを備えている。   In FIG. 1, the power supply apparatus includes a power supply voltage output unit 1 that outputs an alternating voltage of a predetermined voltage to a direct current voltage output circuit 3 that supplies a direct current voltage to a load such as an electronic circuit or a drive mechanism (not shown), A feedback control unit 2 that performs feedback control on the power supply voltage output unit 1 so that the output voltage of the voltage output unit 1 becomes a predetermined voltage is provided.

電源電圧出力部1は、コイルLと抵抗Rと可変容量素子Cとを備えている。抵抗Rと可変容量素子Cとは並列接続され、コイルLは抵抗Rと可変容量素子Cとの並列回路に直列接続されている。コイルLと、抵抗Rと可変容量素子Cとの並列回路との直列回路の両端には、例えば、100Vの商用交流電源などの交流電源Eが接続されている。抵抗Rの両端には、直流電圧出力回路3が接続されている。   The power supply voltage output unit 1 includes a coil L, a resistor R, and a variable capacitance element C. The resistor R and the variable capacitor C are connected in parallel, and the coil L is connected in series to a parallel circuit of the resistor R and the variable capacitor C. An AC power source E such as a 100 V commercial AC power source is connected to both ends of a series circuit of a coil L and a parallel circuit of a resistor R and a variable capacitance element C. A DC voltage output circuit 3 is connected to both ends of the resistor R.

フィードバック制御部2は、電源電圧出力部1における抵抗Rの両端から取り出した交流電圧(出力電圧)Voを整流する整流回路4と、この整流回路4で整流されて得た直流電圧のノイズ的な高周波成分を除去するローパスフィルタ5と、このローパスフィルタ5でノイズ的な高周波成分の除去された直流電圧が印加され基準電圧eと比較するための比較対象電圧Vsを生成するための直列回路を構成する抵抗R1および抵抗R2と、比較対象電圧Vsと基準電圧eとの差分電圧を増幅する差動増幅回路6と、この差動増幅回路6からの差分電圧に従ってデューティ比が設定されたパルス信号を出力するPWM(パルス幅変調)制御回路7と、このPWM制御回路7からのパルス信号を入力して該パルス信号を昇圧してデューティ比に応じた大きさの直流電圧に変換し該直流電圧を出力する昇圧型コンバータ8とを備えている。昇圧型コンバータ8から出力される直流電圧は、容量制御電圧として可変容量素子Cの容量可変制御端子g,hに与えられる。   The feedback control unit 2 rectifies the AC voltage (output voltage) Vo extracted from both ends of the resistor R in the power supply voltage output unit 1, and noise-like DC voltage obtained by rectification by the rectifier circuit 4. A low-pass filter 5 for removing a high-frequency component and a series circuit for generating a comparison target voltage Vs for comparison with a reference voltage e by applying a DC voltage from which a noisy high-frequency component is removed by the low-pass filter 5 are configured. A resistor R1 and a resistor R2, a differential amplifier circuit 6 that amplifies the differential voltage between the comparison target voltage Vs and the reference voltage e, and a pulse signal whose duty ratio is set according to the differential voltage from the differential amplifier circuit 6 A PWM (pulse width modulation) control circuit 7 to be output and a pulse signal from the PWM control circuit 7 are input to boost the pulse signal in accordance with the duty ratio. And a boost converter 8 outputs the converted to the magnitude of the DC voltage the DC voltage. The DC voltage output from the boost converter 8 is applied to the capacitance variable control terminals g and h of the variable capacitance element C as a capacitance control voltage.

可変容量素子Cは、積層セラミックコンデンサを構成する等価的なコンデンサC1とコンデンサC2とコンデンサC3とコンデンサC4とから成り、コンデンサC1およびコンデンサC2の一端は電源入力端子aに接続され、コンデンサC3およびコンデンサC4の一端は電源入力端子bに接続されている。コンデンサC1およびコンデンサC3の他端は容量可変制御端子gに接続され、コンデンサC2およびコンデンサC4の他端は容量可変制御端子hに接続されている。   The variable capacitance element C includes an equivalent capacitor C1, capacitor C2, capacitor C3, and capacitor C4 constituting a multilayer ceramic capacitor. One end of each of the capacitor C1 and the capacitor C2 is connected to the power input terminal a, and the capacitor C3 and the capacitor One end of C4 is connected to the power input terminal b. The other ends of the capacitors C1 and C3 are connected to the variable capacitance control terminal g, and the other ends of the capacitors C2 and C4 are connected to the variable capacitance control terminal h.

図2は前記可変容量素子Cの特性の一例を示す図である。図2において、ラインFは、容量制御電圧に対する可変容量素子Cの静電容量の関係を示す特性曲線である。ラインFで示す特性曲線によれば、容量制御電圧が0Vのとき、可変容量素子Cの静電容量を容量可変制御端子g、hから見たときに相当する静電容量は、Cmax=[C1・C2/(C1+C2)]+[C3・C4/(C3+C4)]になる。但し、この式でのC1,C2,C3,C4は、コンデンサC1,C2,C3,C4の静電容量を示すものとする。そして、容量制御電圧をプラス側またはマイナス側にずらすと、ラインFで示すように、可変容量素子Cの静電容量が小さくなって行く。このような特性を利用して可変容量素子Cの静電容量を変化させ、これにより、抵抗R(図1参照)に印加される交流電圧(出力電圧Vo)を制御している。   FIG. 2 is a diagram illustrating an example of characteristics of the variable capacitance element C. In FIG. In FIG. 2, a line F is a characteristic curve showing the relationship of the capacitance of the variable capacitance element C to the capacitance control voltage. According to the characteristic curve indicated by the line F, when the capacitance control voltage is 0 V, the capacitance corresponding to the capacitance of the variable capacitance element C viewed from the capacitance variable control terminals g and h is Cmax = [C1 C2 / (C1 + C2)] + [C3.C4 / (C3 + C4)] However, C1, C2, C3, and C4 in this equation represent capacitances of the capacitors C1, C2, C3, and C4. When the capacitance control voltage is shifted to the plus side or the minus side, as indicated by the line F, the capacitance of the variable capacitance element C decreases. Utilizing such characteristics, the capacitance of the variable capacitance element C is changed, and thereby the AC voltage (output voltage Vo) applied to the resistor R (see FIG. 1) is controlled.

即ち、可変容量素子Cの静電容量が変わると、可変容量素子Cの静電エネルギーが変わり、これにより、可変容量素子Cの電気的仕事量が変わり、この結果、抵抗Rの両端から取り出される電力が変わることになる。したがって、抵抗Rの両端に接続されている負荷(直流電圧出力回路3など)の電流が多く流れて、抵抗Rの両端電圧である出力電圧Voが低下すると、抵抗Rの両端から取り出される電力を大きくすれば、出力電圧Voを上昇させることができるので、可変容量素子Cの静電容量が大きくなるように制御すれば良い。また逆に、抵抗Rの両端に接続されている負荷(直流電圧出力回路3など)の電流が少なくて、抵抗Rの両端電圧である出力電圧Voが上昇すると、抵抗Rの両端から取り出される電力を小さくすれば、電圧Voを下降させることができるので、可変容量素子Cの静電容量が小さくなるように制御すれば良い。   That is, when the capacitance of the variable capacitance element C changes, the electrostatic energy of the variable capacitance element C changes, thereby changing the electrical work amount of the variable capacitance element C. As a result, it is taken out from both ends of the resistor R. The power will change. Accordingly, when a large amount of current flows through the load (DC voltage output circuit 3 or the like) connected to both ends of the resistor R and the output voltage Vo, which is the voltage across the resistor R, decreases, the power extracted from both ends of the resistor R is reduced. If the voltage is increased, the output voltage Vo can be increased. Therefore, the variable capacitance element C may be controlled so as to increase the capacitance. Conversely, when the output voltage Vo, which is the voltage across the resistor R, rises when the current of the load (DC voltage output circuit 3 or the like) connected to both ends of the resistor R is small and the voltage across the resistor R rises, the electric power extracted from both ends of the resistor R Since the voltage Vo can be lowered by reducing the value of the variable capacitance element C, the capacitance of the variable capacitance element C may be controlled to be small.

次に、本実施形態の電源装置の動作について説明する。この電源装置における電源電圧出力部1の出力である抵抗Rの両端には直流電圧出力回路3が接続され、交流電源Eの交流電圧Viが入力端子S1,S2に印加されることにより、抵抗Rには交流電圧(出力電圧)Voが生じ、電源電圧出力部1からは交流電圧Viが出力され、直流電圧出力回路3に交流電圧(出力電圧)Voが供給される。また、交流電圧(出力電圧)Voの変動を検知して交流電圧(出力電圧)Voを所定電圧に保つために、電源電圧出力部1に対してフィードバック制御するフィードバック制御部2に、抵抗Rの両端電圧である交流電圧(出力電圧)Voが供給される。   Next, the operation of the power supply device of this embodiment will be described. A DC voltage output circuit 3 is connected to both ends of the resistor R, which is an output of the power supply voltage output unit 1 in this power supply device, and the AC voltage Vi of the AC power source E is applied to the input terminals S1 and S2, whereby the resistor R An AC voltage (output voltage) Vo is generated, an AC voltage Vi is output from the power supply voltage output unit 1, and an AC voltage (output voltage) Vo is supplied to the DC voltage output circuit 3. In addition, in order to detect a change in the AC voltage (output voltage) Vo and keep the AC voltage (output voltage) Vo at a predetermined voltage, the feedback control unit 2 that performs feedback control on the power supply voltage output unit 1 includes a resistor R. An alternating voltage (output voltage) Vo that is a voltage across the both ends is supplied.

フィードバック制御部2においては、電源電圧出力部1の抵抗Rの両端から供給された交流電圧(出力電圧)Voは整流回路4により整流されて直流電圧に変換され、更に、その直流電圧はローパスフィルタ5によりノイズ的な高周波成分が除去される。ノイズ的な高周波成分が除去された直流電圧による直流電流が抵抗R1とR2との直列回路に流れ、抵抗R2の両端電圧を比較対象電圧Vsとし、この比較対象電圧Vsが差動増幅回路6に入力される。差動増幅回路6においては、比較対象電圧Vsは基準電圧eと比較され、比較対象電圧Vsと基準電圧eとの差分電圧が増幅される。なお、抵抗Rの両端電圧である交流電圧(出力電圧)Voが所定電圧である場合には、前記差分電圧が0〔V〕となるように基準電圧eが設定されているものとする。   In the feedback control unit 2, the AC voltage (output voltage) Vo supplied from both ends of the resistor R of the power supply voltage output unit 1 is rectified by the rectifier circuit 4 to be converted into a DC voltage. 5 removes a noisy high frequency component. A direct current due to a direct current voltage from which noisy high frequency components have been removed flows through a series circuit of the resistors R1 and R2, and the voltage across the resistor R2 is used as the comparison target voltage Vs. Entered. In the differential amplifier circuit 6, the comparison target voltage Vs is compared with the reference voltage e, and a differential voltage between the comparison target voltage Vs and the reference voltage e is amplified. Note that when the AC voltage (output voltage) Vo, which is the voltage across the resistor R, is a predetermined voltage, the reference voltage e is set so that the differential voltage becomes 0 [V].

したがって、可変容量素子Cの静電容量は、図2でも説明したように、容量制御電圧が0〔V〕のときが最大であるCmax=[C1・C2/(C1+C2)]+[C3・C4/(C3+C4)]であるので、静電容量を基準容量に対して大きくしたり小さくしたりするには、図2に示すようにn〔V〕を基準の容量制御電圧に設定し、フィードバック制御に必要な静電容量の最大変化幅が得られるように、容量制御電圧の最大値と最小値を設定する。例えば、図2に示すように、ラインFの近似的直線区間を用い、この場合の静電容量が最大値m1〔μF〕になるときの容量制御電圧をn1〔V〕とし、静電容量が最小値m2〔μF〕になるときの容量制御電圧をn2〔V〕として設定する。   Therefore, as described in FIG. 2, the capacitance of the variable capacitance element C is maximum when the capacitance control voltage is 0 [V]. Cmax = [C1 · C2 / (C1 + C2)] + [C3 · C4 / (C3 + C4)], in order to increase or decrease the capacitance with respect to the reference capacitance, n [V] is set to a reference capacitance control voltage as shown in FIG. 2, and feedback control is performed. The maximum value and the minimum value of the capacitance control voltage are set so that the maximum change width of the capacitance necessary for the above can be obtained. For example, as shown in FIG. 2, an approximate linear section of line F is used, and in this case, the capacitance control voltage when the capacitance reaches the maximum value m1 [μF] is n1 [V], and the capacitance is The capacity control voltage when the minimum value is m2 [μF] is set as n2 [V].

なお、ラインFの近似的直線区間を用いることにより、容量制御電圧により静電容量を変化させる制御が容易になる。即ち、可変容量素子Cの容量可変制御端子g,hに印加される容量制御電圧と、可変容量素子Cの静電容量との関係を示す特性ラインの近似的直線区間内に容量制御電圧の動作点を持っていき、可変容量素子Cに対する静電容量を変化させる線形制御を行わせることにより、容量制御電圧により静電容量を変化させる制御が容易になる。   In addition, by using the approximate linear section of the line F, it becomes easy to control the capacitance to be changed by the capacitance control voltage. That is, the operation of the capacitance control voltage within the approximate linear section of the characteristic line indicating the relationship between the capacitance control voltage applied to the capacitance variable control terminals g and h of the variable capacitance element C and the capacitance of the variable capacitance element C. By bringing the point and performing linear control for changing the capacitance of the variable capacitance element C, control for changing the capacitance by the capacitance control voltage is facilitated.

差動増幅回路6からの差分電圧はPWM制御回路7に入力され、PWM制御回路7は、差分電圧に応じたデューティ比のパルス信号を出力する。PWM制御回路7では、差分電圧が0〔V〕である場合は、例えば、デューティ比が50%のパルス信号を出力し、差分電圧がプラス何〔V〕かである場合は、デューティ比が50%を超え、差分電圧がマイナス何〔V〕かである場合は、デューティ比が50%未満になる。したがって、昇圧型コンバータ8では、PWM制御回路7からデューティ比が50%のパルス信号を入力した場合は、50%のパルス信号を昇圧して直流電圧に変換し、このときの直流電圧がn〔V〕となり、容量制御電圧nとして可変容量素子Cの容量可変制御端子g,hに印加されるが、容量制御電圧nは前述したように基準の容量制御電圧として設定されているので、可変容量素子Cの静電容量は、変化しなく、m〔μF〕のままである。   The differential voltage from the differential amplifier circuit 6 is input to the PWM control circuit 7, and the PWM control circuit 7 outputs a pulse signal having a duty ratio corresponding to the differential voltage. In the PWM control circuit 7, when the differential voltage is 0 [V], for example, a pulse signal with a duty ratio of 50% is output, and when the differential voltage is plus [V], the duty ratio is 50 % And the differential voltage is minus [V], the duty ratio is less than 50%. Therefore, in the step-up converter 8, when a pulse signal having a duty ratio of 50% is input from the PWM control circuit 7, the 50% pulse signal is boosted and converted into a DC voltage, and the DC voltage at this time is n [ V], and is applied as the capacitance control voltage n to the capacitance variable control terminals g and h of the variable capacitance element C. Since the capacitance control voltage n is set as the reference capacitance control voltage as described above, the variable capacitance The capacitance of the element C does not change and remains m [μF].

また、昇圧型コンバータ8では、PWM制御回路からデューティ比が50%を超えるパルス信号を入力した場合は、デューティ比50%を超えるパルス信号を昇圧して直流電圧に変換するが、直流電圧がデューティ比に応じた電圧(基準の容量制御電圧nよりも高い電圧)となり、このときの直流電圧が容量制御電圧として可変容量素子Cの容量可変制御端子g,hに印加され、可変容量素子Cの静電容量は小さくなる。この場合は、交流電圧(出力電圧)Voが所定電圧よりも高くなったときであり、可変容量素子Cの静電容量を小さくするときにより、抵抗Rの両端電圧である交流電圧(出力電圧)Voは所定電圧になるように低下する。   Further, in the step-up converter 8, when a pulse signal having a duty ratio exceeding 50% is input from the PWM control circuit, the pulse signal exceeding the duty ratio of 50% is boosted and converted into a DC voltage. The voltage according to the ratio (a voltage higher than the reference capacitance control voltage n) is applied, and the DC voltage at this time is applied to the capacitance variable control terminals g and h of the variable capacitance element C as the capacitance control voltage. The capacitance becomes smaller. In this case, the AC voltage (output voltage) Vo is higher than a predetermined voltage. When the capacitance of the variable capacitance element C is reduced, the AC voltage (output voltage) that is the voltage across the resistor R is obtained. Vo drops to a predetermined voltage.

また、昇圧型コンバータ8では、PWM制御回路からデューティ比が50%未満のパルス信号を入力した場合は、デューティ比が50%未満のパルス信号を昇圧して直流電圧に変換するが、この直流電圧がデューティ比に応じた電圧(基準の容量制御電圧nよりも低い電圧)となり、この直流電圧が容量制御電圧として可変容量素子Cの容量可変制御端子g,hに印加され、可変容量素子Cの静電容量は大きくなる。この場合は、交流電圧(出力電圧)Voが所定電圧よりも低くなったときであり、可変容量素子Cの静電容量を大きくすることにより、抵抗Rの両端電圧である交流電圧(出力電圧)Voは所定電圧になるように上昇する。   Further, in the step-up converter 8, when a pulse signal having a duty ratio of less than 50% is input from the PWM control circuit, the pulse signal having a duty ratio of less than 50% is boosted and converted into a DC voltage. Becomes a voltage corresponding to the duty ratio (a voltage lower than the reference capacity control voltage n), and this DC voltage is applied to the capacity variable control terminals g and h of the variable capacity element C as the capacity control voltage. The capacitance increases. In this case, the AC voltage (output voltage) Vo is lower than the predetermined voltage. By increasing the capacitance of the variable capacitance element C, the AC voltage (output voltage) that is the voltage across the resistor R is obtained. Vo rises to a predetermined voltage.

なお、本実施形態では、容量制御電圧の動作点を図2に示すラインFから見て、右側のラインの近似的直線区間に持ってきたが、容量制御電圧の動作点を左側のラインの近似的直線区間に持ってきても良い。この場合は、容量制御電圧が低くなれば、可変容量素子Cの静電容量が小さくなるので、これに対応させてフィードバック制御を行えば、同様な効果が得られる。   In this embodiment, the operating point of the capacity control voltage is brought to the approximate straight line section of the right line as seen from the line F shown in FIG. 2, but the operating point of the capacity control voltage is approximated to the left line. You may bring it to the target straight section. In this case, if the capacitance control voltage is lowered, the capacitance of the variable capacitance element C is reduced. Therefore, if feedback control is performed corresponding to this, the same effect can be obtained.

以上説明したように本実施形態によれば、安定した電圧を供給するのに、可変容量素子を用いて回路構成すると、少ない回路素子数でも構成することができ、コストダウンを図ることができる。   As described above, according to the present embodiment, if a circuit is configured using variable capacitance elements to supply a stable voltage, the circuit can be configured with a small number of circuit elements, and the cost can be reduced.

本発明は、安定した電源電圧を必要とする電気機器の電源装置に利用可能である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a power supply device for electrical equipment that requires a stable power supply voltage.

本発明の一実施形態に係る電源装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the power supply device which concerns on one Embodiment of this invention. 前記実施形態において可変容量素子の特性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the characteristic of a variable capacitance element in the said embodiment. 従来の電源装置としてのスイッチング電源装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the switching power supply device as a conventional power supply device.

符号の説明Explanation of symbols

1 電源電圧出力部
2 フィードバック制御部
4 整流回路(整流手段)
6 差動増幅回路(差動増幅手段)
7 PWM制御回路(パルス幅変調制御手段)
8 昇圧型コンバータ(直流電圧変換手段)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power supply voltage output part 2 Feedback control part 4 Rectifier circuit (rectifier means)
6 Differential amplification circuit (Differential amplification means)
7 PWM control circuit (pulse width modulation control means)
8 Boost converter (DC voltage conversion means)

Claims (1)

抵抗と可変容量素子との並列回路にコイルを直列接続して構成される直列回路を有し、この直列回路の両端に交流電源を印加した場合に前記抵抗の両端の交流電圧を出力する電源電圧出力部と、
前記抵抗の両端から取り出した交流電圧を整流する整流手段と、この整流手段で整流して得られた直流電圧の比較対象電圧と予め定めた基準電圧とを比較して得られた差分電圧を増幅する差動増幅手段と、前記得られた差分電圧に従ってデューティ比が設定されたパルス信号を出力するパルス幅変調制御手段と、前記パルス信号を入力して該パルス信号を昇圧してデューティ比に応じた大きさの直流電圧に変換し該直流電圧を出力する直流電圧変換手段と有し、この直流電圧変換手段から出力される直流電圧を容量制御電圧として、前記可変容量素子の容量可変制御端子に供給し、前記電源電圧出力部から出力される交流電圧を所定電圧に保持できるようにフィードバック制御を行うフィードバック制御部とを備えたことを特徴とする電源装置
A power supply voltage that has a series circuit configured by connecting coils in series to a parallel circuit of a resistor and a variable capacitance element, and outputs an AC voltage across the resistor when an AC power supply is applied to both ends of the series circuit An output section;
Rectifying means for rectifying the AC voltage taken out from both ends of the resistor, and amplifying a differential voltage obtained by comparing the comparison target voltage of the DC voltage obtained by rectifying with the rectifying means and a predetermined reference voltage Differential amplifying means, pulse width modulation control means for outputting a pulse signal having a duty ratio set in accordance with the obtained differential voltage, and input of the pulse signal to boost the pulse signal in accordance with the duty ratio DC voltage conversion means for converting to a DC voltage of a predetermined magnitude and outputting the DC voltage, and using the DC voltage output from the DC voltage conversion means as a capacity control voltage to the capacity variable control terminal of the variable capacitance element And a feedback control unit that performs feedback control so that the AC voltage output from the power supply voltage output unit can be maintained at a predetermined voltage. .
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