JP4387244B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents
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Description
Po=A×L×IDpeak2×fosc (式1)
(A:定数、L:トランス140の1次巻線のインダクタンス、fosc:発振周波数)
であり、IDpeakが一定であれば、入力電圧VINが変化しても出力電力Poは一定となるが、上記したような理由により、入力電圧VINによりIDpeakが変化し、出力電流IOが変化してしまう。これが、スイッチング電流の最大値によって過負荷を検出する場合の問題点である。
ILIMIT=IDpeak×(t−Td)/t (式2)
で表される変化をする必要がある。また、この式における t は、スイッチング素子がオンしてからの時間である。図14のILIMIT1は、Td=150nsの時に、IDpeakが入力電圧によらず1アンペアになる電流リミットILIMITである。これによると、このILIMIT1は、1次時間微分係数を正、2次時間微分係数を負とする、単純増加、上に凸な関数となり、リニアな時間変化を行わない。
A×L×IDpeak2×fosc=VO×IO (式3)
(A:定数、L:トランス40の1次巻線のインダクタンス)
で表されるため、IDpeakが変化しない時には、出力電圧VOと発振周波数foscがリニアに変化すれば出力電流IOは常に一定となる。
RON×IDS=Vref×(R1+R2)/R2+Islope×R1 (式4)
(RON:スイッチング素子1のオン抵抗値、R1,R2:抵抗6A,6Bの抵抗値)
であり、IDSは次のように表される。
IDS={(R1+R2)×Vref+R1×R2×Islope}/(RON×R2)
(式5)
そして、このVrefが、クランプ回路12から比較器8に入力される電圧Vgと同じになるとき、スイッチング素子1がオフされる。この時のドレイン電流をIDSFBとすると、次のように表される。
IDSFB={(R1+R2)×Vg+R1×R2×Islope}/(RON×R2)
(式6)
クランプ回路12により決定されるVgの最大値VgMAXにより、電流リミットILIMITが決定され、次のように表される。
ILIMIT={(R1+R2)×VgMAX+R1×R2×Islope}
/(RON×R2) (式7)
このため、Islopeが図8のように時間変化するときには、ILIMITはスイッチング素子がオンしている間上昇する、図8のような変化をする。
VFL=Vref3−B×VCC (式8)
(B:定数、Vref3:任意の値の基準電圧)
さらに、抵抗15Dを流れる電流をIFL1とすると、
IFL1=VFL/R3 (式9)
(R3:抵抗15Dの抵抗値)
と表される。この電流IFL1は15Eと15Fからなるカレントミラー回路と、15Hと15Iからなるカレントミラー回路により、定数倍された電流IFLとなり、次のように表される。
=(Vref3−B×VCC)×C/R3
=Vref3×C/R3−(B×C/R3)×VCC (式10)
(C:定数)
定電流動作時には、基準電流Itrimより作られた電流Itrim2から電流IFLを引くことでItrim1を減らし、容量9Dの充放電電流を減らし、発振周波数foscを低下させる。このとき、R3と定数B、Cを
B=Vref3/VCC_A (式11)
R3=Vref3×C/Itrim2 (式12)
という関係にすることで、VFL、IFL、Itrim1の変化は図9(a)のようになり、Itrim1はVCC端子電圧に対して、リニアに変化するため、図9(b)のように発振周波数fsocもVCC端子電圧に対してリニアに変化するようになる。
2 レギュレータ
2A、2B、2C スイッチ
3 起動用定電流源
4 ゲートドライブ回路
5 NAND回路
6 ドレイン電流検出回路
6A、6B 抵抗
7 起動/停止回路
8 比較器
9 発振回路
9A 最大デューティサイクル信号
9B クロック信号
9C 充放電回路
9D 容量
9E クロック信号変換回路
10 RSフリップフロップ回路
11 フィードバック信号制御回路
11A、11B NchMOSFET
11C 抵抗
12 クランプ回路
13 クランプ電圧可変回路
13A 充放電回路
13B コンデンサ
13C PNPトランジスタ
13D NPNトランジスタ
13F、13G PchMOSFET
13H、13I NchMOSFET
14 P型MOSFET
14A、14B、14C 抵抗
14D 比較器
15A 反転増幅器
15B PNPトランジスタ
15C NPNトランジスタ
15E、15F、15G、15J、15K PchMOSFET
15H、15I NchMOSFET
15L 定電流源
30 スイッチング電源用半導体装置
31 ダイオード
32、33 コンデンサ
34 制御信号伝達回路
34A フォトトランジスタ
34B フォトダイオード
35、52、53、55、56 抵抗
40 トランス
40A 1次巻線
40B 2次巻線
40C 補助巻線
50 ダイオード
51 コンデンサ
54 負荷
57 シャントレギュレータ
101 スイッチング素子
130 制御回路
131 ダイオード
132、134 コンデンサ
133 抵抗
140 トランス
140A 1次巻線
140B 2次巻線
140C 補助巻線
150 ダイオード
151 コンデンサ
154 負荷
Claims (5)
- トランスと、
前記トランスの1次巻線と直列に接続され、前記1次巻線を介して入力電圧が印加されるスイッチング素子と、
前記トランスの2次巻線と接続され、前記2次巻線に発生する2次側電圧を整流し且つ平滑化することにより出力電圧を生成して出力する出力電圧生成回路と、
前記スイッチング素子の動作を制御する制御回路とを備え、
前記制御回路は、
前記スイッチング素子をオンオフ動作させるスイッチング信号を発生する発振回路と、
前記スイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出回路と、
前記電流検出回路で検出された電流値が前記スイッチング素子を流れる電流の最大値に達したときに前記スイッチング信号の前記スイッチング素子への入力を停止させるスイッチング信号制御回路と、
前記スイッチング素子を流れる電流の最大値が前記スイッチング素子の各オン期間内でオンしている時間長に応じて大きくなるようにする回路構成部と、
前記出力電圧生成回路で生成される前記出力電圧が所定の第1の閾値以下のときに前記出力電圧の増減に応じて前記発振回路で発生するスイッチング信号の周波数を増減させる周波数可変回路とを有したスイッチング電源装置。 - トランスと、
前記トランスの1次巻線と直列に接続され、前記1次巻線を介して入力電圧が印加されるスイッチング素子と、
前記トランスの2次巻線と接続され、前記2次巻線に発生する2次側電圧を整流し且つ平滑化することにより出力電圧を生成して出力する出力電圧生成回路と、
前記スイッチング素子の動作を制御する制御回路とを備え、
前記制御回路は、
前記スイッチング素子をオンオフ動作させるスイッチング信号を発生する発振回路と、
前記スイッチング素子に流れる電流を検出し、その検出値を前記スイッチング素子の各オン期間内でオンしている時間長に応じて小さくなるように補正する電流検出補正回路と、
前記電流検出補正回路で検出および補正された電流の最大値を、前記出力電圧生成回路の出力電圧値の増加・減少に応じて減少・増加するように決定するクランプ回路と、
前記電流検出補正回路で検出および補正された電流値が前記クランプ回路で決定される電流の最大値に達したときに前記スイッチング信号の前記スイッチング素子への入力を停止させるスイッチング信号制御回路と、
前記出力電圧生成回路で生成される前記出力電圧が所定の第1の閾値以下のときに前記出力電圧の増減に応じて前記発振回路で発生するスイッチング信号の周波数を増減させる周波数可変回路とを有したスイッチング電源装置。 - 前記トランスは、前記2次側電圧と比例した1次側電圧を発生する補助巻線を有し、
前記補助巻線と接続され、前記補助巻線に発生する前記1次側電圧を整流し且つ平滑化することにより補助電源電圧を生成する補助電源電圧生成回路を設け、
前記周波数可変回路は、前記補助電源電圧生成回路で生成される前記補助電源電圧が前記出力電圧の前記第1の閾値に対応する所定の第2の閾値以下のときに前記補助電源電圧の増減に応じて前記発振回路で発生するスイッチング信号の周波数を増減させるようにした請求項1または2に記載のスイッチング電源装置。 - 前記スイッチング素子と前記制御回路とが同一半導体基板上に形成された半導体装置からなる、請求項1、2または3に記載のスイッチング電源装置。
- 前記半導体装置は、前記クランプ回路で決定される電流の最大値のレベルを可変にするための端子を有する請求項4に記載のスイッチング電源装置。
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JP2004158967A JP4387244B2 (ja) | 2004-05-28 | 2004-05-28 | スイッチング電源装置 |
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JP2005341745A JP2005341745A (ja) | 2005-12-08 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP5056395B2 (ja) * | 2007-12-18 | 2012-10-24 | 富士電機株式会社 | スイッチング電源装置 |
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2004
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