JP4775016B2 - Switching power supply control circuit - Google Patents

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Description

本発明は、スイッチ素子がトランスの一次巻線に接続され、トランスの二次巻線から負荷に所定の出力電力を供給するようにしたスイッチング電源制御回路に関し、とくにスイッチ素子の両端に印加される電圧の最低点が検出されるタイミングで、負荷からのフィードバック信号に応じてスイッチ素子をターンオンする擬似共振型のスイッチング電源制御回路に関する。   The present invention relates to a switching power supply control circuit in which a switch element is connected to a primary winding of a transformer, and a predetermined output power is supplied from a secondary winding of the transformer to a load, and is particularly applied to both ends of the switch element. The present invention relates to a quasi-resonant switching power supply control circuit that turns on a switch element in accordance with a feedback signal from a load at a timing when the lowest voltage point is detected.

従来から、スイッチング電源のスイッチング損失を減少させる目的で、特許文献1に示すような電流不連続モードフライバック共振回路が使用されてきた。これは、二次側電流がゼロになった後に一次側巻線のインダクタンスと共振コンデンサとによる電圧共振現象を利用したものである。   Conventionally, a current discontinuous mode flyback resonance circuit as shown in Patent Document 1 has been used for the purpose of reducing switching loss of a switching power supply. This utilizes the voltage resonance phenomenon caused by the inductance of the primary winding and the resonance capacitor after the secondary current becomes zero.

図4は、従来の擬似共振型のスイッチング電源の制御回路を示すブロック図である。
制御回路10では、ゼロ電流検出(Zero Current Detection)用の入力端子ZCDにはボトム検出回路(Valley Detection)11が接続されている。ボトム検出回路11は、入力端子ZCDへの印加電圧と0Vに近い電圧レベルの基準電圧(スレッシュ)とを比較するコンパレータであって、このボトム検出回路11の出力端子はアンド回路12の一方入力端子に接続され、さらにアンド回路12を介してワンショット回路13と接続されている。アンド回路12の他方の入力端子には、電圧制御発振器(VCO)14が接続されている。電圧制御発振器14は、そこに入力される電圧(VCO電圧)の大きさに依存して出力周波数を変える発振器であって、電圧信号入力端子VCOとリセット信号入力端子Resetを備えている。電圧制御発振器14は、VCO電圧の入力端子がフィードバック信号入力端子FBと接続され、リセット信号Resetの入力端子がワンショット回路13の出力端子と接続されている。
FIG. 4 is a block diagram showing a control circuit of a conventional quasi-resonant switching power supply.
In the control circuit 10, a bottom detection circuit (Valley Detection) 11 is connected to an input terminal ZCD for zero current detection. The bottom detection circuit 11 is a comparator that compares the voltage applied to the input terminal ZCD with a reference voltage (threshold) having a voltage level close to 0 V. The output terminal of the bottom detection circuit 11 is one input terminal of the AND circuit 12. To the one-shot circuit 13 via the AND circuit 12. A voltage controlled oscillator (VCO) 14 is connected to the other input terminal of the AND circuit 12. The voltage controlled oscillator 14 is an oscillator that changes an output frequency depending on the magnitude of a voltage (VCO voltage) input thereto, and includes a voltage signal input terminal VCO and a reset signal input terminal Reset. In the voltage controlled oscillator 14, the input terminal of the VCO voltage is connected to the feedback signal input terminal FB, and the input terminal of the reset signal Reset is connected to the output terminal of the one-shot circuit 13.

フィードバック信号検出用の入力端子FBは、コンパレータ15の反転入力端子(−)と接続されている。コンパレータ15は、その非反転入力端子(+)が0.5Vの基準電源E1を介して接地され、その出力端子からインバータ回路16にディスエイブル信号Disableを出力している。インバータ回路16の出力は、ワンショット回路13のクリア端子(CLR)と接続されている。なお、入力端子FBには抵抗RとダイオードDとの直列回路を介して5V電源E2が接続され、このFB端子電圧を決定している。   The feedback signal detection input terminal FB is connected to the inverting input terminal (−) of the comparator 15. The comparator 15 has its non-inverting input terminal (+) grounded via a reference power supply E 1 of 0.5 V, and outputs a disable signal Disable from the output terminal to the inverter circuit 16. The output of the inverter circuit 16 is connected to the clear terminal (CLR) of the one-shot circuit 13. The input terminal FB is connected to a 5V power source E2 through a series circuit of a resistor R and a diode D, and determines the FB terminal voltage.

電流センス用の入力端子ISには電流コンパレータ17が接続され、電流コンパレータ17の4つの入力端子のうち非反転入力端子(+)に電流センス信号が供給されている。残りの3つの反転入力端子(−)は、それぞれフィードバック信号入力端子FB、1Vの基準電源E3、およびソフトスタート回路18と接続されている。電流コンパレータ17の出力端子は、フリップフロップ回路19のリセット端子Rと接続されている。また、ワンショット回路13の出力端子はフリップフロップ回路19のセット端子Sと接続されている。フリップフロップ回路19のQ出力は、アンド回路20を介して出力端子OUTと接続され、出力信号Qを出力端子OUTに外部接続されたパワーMOSFETなどのスイッチ素子Q1(後述する図5参照)にスイッチング信号として出力している。なお、ソフトスタート回路18は、スイッチング電源の起動時にスイッチ素子Q1のターンオン期間を制限するソフトスタート信号を生成するものである。   A current comparator 17 is connected to the current sense input terminal IS, and a current sense signal is supplied to the non-inverting input terminal (+) of the four input terminals of the current comparator 17. The remaining three inverting input terminals (−) are connected to a feedback signal input terminal FB, a 1V reference power supply E3, and a soft start circuit 18, respectively. The output terminal of the current comparator 17 is connected to the reset terminal R of the flip-flop circuit 19. The output terminal of the one-shot circuit 13 is connected to the set terminal S of the flip-flop circuit 19. The Q output of the flip-flop circuit 19 is connected to the output terminal OUT via the AND circuit 20, and the output signal Q is switched to a switching element Q1 such as a power MOSFET externally connected to the output terminal OUT (see FIG. 5 described later). Output as a signal. The soft start circuit 18 generates a soft start signal that limits the turn-on period of the switch element Q1 when the switching power supply is activated.

過負荷検知(Overload)用のコンパレータ21は、反転入力端子(−)がフィードバック信号入力端子FBと接続され、非反転入力端子(+)が3.3Vの基準電源E4を介して接地されている。コンパレータ21の出力端子は、タイマ回路22のリセット端子Resetと接続されている。タイマ回路22は、2つの遅延時間を設定するためのもので、その第1の出力信号(ロウ:Low)がコンパレータ21で過負荷状態が検出されてから100ms後にアンド回路20に出力され、スイッチ素子Q1へのスイッチング信号を強制的に停止させている。なお、第2の出力信号は、過負荷状態が検出されてから800ms後に出力され、図示しない起動回路へのリセット信号として供給される。   In the overload detection comparator 21, the inverting input terminal (−) is connected to the feedback signal input terminal FB, and the non-inverting input terminal (+) is grounded via the 3.3V reference power supply E4. . The output terminal of the comparator 21 is connected to the reset terminal Reset of the timer circuit 22. The timer circuit 22 is for setting two delay times. The first output signal (low) is output to the AND circuit 20 100 ms after the comparator 21 detects the overload state, and the switch The switching signal to the element Q1 is forcibly stopped. The second output signal is output 800 ms after the overload state is detected, and is supplied as a reset signal to a startup circuit (not shown).

上述したスイッチング電源の制御回路10は、特許文献1に示されているように、ゼロクロス検出のときにスイッチ素子Q1に印加される電圧が共振波形の極小点となり、このタイミングでスイッチ素子Q1をオンさせて、つぎのスイッチングサイクルを開始するものであって、一般に擬似共振型、あるいは部分共振型のスイッチング電源制御方式と呼ばれている。   In the switching power supply control circuit 10 described above, as shown in Patent Document 1, the voltage applied to the switch element Q1 at the time of zero cross detection becomes the minimum point of the resonance waveform, and the switch element Q1 is turned on at this timing. Thus, the next switching cycle is started, which is generally called a pseudo-resonance type or partial resonance type switching power supply control method.

このスイッチング電源制御方式では、スイッチ素子Q1のドレイン電流がゼロで、ドレイン電圧が低い(極小点もしくはその近傍にある)ときにスイッチ素子Q1がオフからオンヘ切り替わり、オン電流が流れることで自励発振によるスイッチング動作をする。したがって、通常の発振器を用いた固定周波数でのスイッチング動作によるPWM(Pulse Width Modulation)方式、いわゆるハードスイッチングの制御方式に比べて、擬似共振型のスイッチング電源制御ではドレイン電圧の変化を小さくすることができるため、スイッチングノイズが低減でき、しかもソフトスイッチングによるエネルギーロスの低減によって、低消費電力化による効率の高い電源を構成できる。   In this switching power supply control method, when the drain current of the switch element Q1 is zero and the drain voltage is low (at or near the minimum point), the switch element Q1 is switched from OFF to ON, and the ON current flows to cause self-excited oscillation. Switching operation by Therefore, compared with a PWM (Pulse Width Modulation) method based on a switching operation at a fixed frequency using an ordinary oscillator, that is, a so-called hard switching control method, the change in the drain voltage can be reduced in the quasi-resonant switching power supply control. Therefore, switching noise can be reduced, and energy loss by soft switching can be reduced, so that a highly efficient power source can be configured by reducing power consumption.

また、特許文献2に記載されたスイッチング電源装置は、待機時のスイッチングロスを低減するため、発振動作期間と発振停止期間とを交互に繰り返して、負荷が軽くなるほど発振期間が短く、停止期間が長くなるようにバーストスイッチング動作する構成となっている。このようなスイッチング電源装置の構成によれば、待機時にバーストスイッチング動作することで電力変換効率を向上させて省電力化を図ることが可能となるという効果を奏する。   Further, the switching power supply device described in Patent Document 2 alternately repeats the oscillation operation period and the oscillation stop period in order to reduce the standby switching loss. The lighter the load, the shorter the oscillation period. It is configured to perform burst switching operation so as to be long. According to such a configuration of the switching power supply device, there is an effect that it is possible to improve power conversion efficiency and to save power by performing a burst switching operation during standby.

つぎに、上述した制御回路10を用いたAC/DCスイッチング電源回路の構成例、およびそのPWM制御動作について説明する。
図5は、AC/DCスイッチング電源回路の一例を示すブロック図である。
Next, a configuration example of an AC / DC switching power supply circuit using the control circuit 10 described above and a PWM control operation thereof will be described.
FIG. 5 is a block diagram illustrating an example of an AC / DC switching power supply circuit.

なお、図4の制御回路10は、図5ではAC/DCスイッチング電源回路における集積回路ICに相当するものであって、図4の制御回路10にはゼロ電流検出用の入力端子ZCD、フィードバック信号の入力端子FB、電流センス信号の入力端子IS、およびパワーMOSFETなどのスイッチ素子Q1に制御信号を出力するための出力端子OUTだけが示されている。ただし、8ピンの集積回路ICのパッケージにおいては、その他に集積回路各部に対する基準電圧を与える接地端子GND、集積回路の電源を供給する電源端子VCC、起動電流を供給するVH端子、および未接続のNC端子などの端子機能を有するピンを備えている。   4 corresponds to the integrated circuit IC in the AC / DC switching power supply circuit in FIG. 5. The control circuit 10 in FIG. 4 includes an input terminal ZCD for zero current detection, a feedback signal, and the like. Only the input terminal FB, the current sense signal input terminal IS, and the output terminal OUT for outputting a control signal to the switch element Q1 such as a power MOSFET are shown. However, in the package of the 8-pin integrated circuit IC, a ground terminal GND for supplying a reference voltage to each part of the integrated circuit, a power supply terminal VCC for supplying power of the integrated circuit, a VH terminal for supplying start-up current, and an unconnected A pin having a terminal function such as an NC terminal is provided.

図5において、交流電源ACの交流入力は、ダイオードブリッジD1により整流され直流の入力電圧VINとなる。トランスT1は、その一次巻線Lpのインダクタンス(Lp)とスイッチ素子Q1に並列接続された共振用のコンデンサCrのキャパシタンス(これはスイッチ素子Q1の寄生容量だけで構成することもできる。)からなるLC共振回路を備えている。入力電圧VINは平滑コンデンサC1の一端とトランスT1の一次巻線Lpにそれぞれ供給され、一次巻線Lpの他端がスイッチ素子Q1のドレインと接続されている。スイッチ素子Q1のソースは抵抗R1を介して平滑コンデンサC1の他端に接続され、ゲートは抵抗R2を介して集積回路ICの出力端子OUTに接続されている。 In FIG. 5, the AC input of the AC power supply AC is rectified by the diode bridge D1 to become a DC input voltage V IN . The transformer T1 includes an inductance (Lp) of the primary winding Lp and a capacitance of a resonance capacitor Cr connected in parallel to the switch element Q1 (this can be configured only by a parasitic capacitance of the switch element Q1). An LC resonance circuit is provided. The input voltage V IN is supplied to one end of the smoothing capacitor C1 and the primary winding Lp of the transformer T1, and the other end of the primary winding Lp is connected to the drain of the switch element Q1. The source of the switch element Q1 is connected to the other end of the smoothing capacitor C1 through the resistor R1, and the gate is connected to the output terminal OUT of the integrated circuit IC through the resistor R2.

トランスT1の一次巻線Lp、二次巻線Lsおよび補助巻線Lbは、いずれもトランスT1の同一コアに巻かれている。なお、二次巻線LsのインダクタンスをLsとし、補助巻線LbのインダクタンスをLbとする。共振用のコンデンサCrは、スイッチ素子Q1と抵抗R1の直列回路に並列接続されているが、一次巻線Lpと並列に取り付けても同じ効果がある。補助巻線Lbには、集積回路ICの電源を作るための整流用ダイオードD2と平滑コンデンサC2が接続されている。R3はスイッチ素子Q1と抵抗R1との接続点電圧を電流センス信号入力端子ISに供給する抵抗であり、R4は補助巻線Lbの電圧を整流せずにそのまま集積回路ICの入力端子ZCDに入力するための抵抗である。   The primary winding Lp, the secondary winding Ls, and the auxiliary winding Lb of the transformer T1 are all wound around the same core of the transformer T1. Note that the inductance of the secondary winding Ls is Ls, and the inductance of the auxiliary winding Lb is Lb. The resonance capacitor Cr is connected in parallel to the series circuit of the switch element Q1 and the resistor R1, but the same effect can be obtained even if it is mounted in parallel with the primary winding Lp. The auxiliary winding Lb is connected to a rectifying diode D2 and a smoothing capacitor C2 for producing a power source for the integrated circuit IC. R3 is a resistor that supplies the voltage at the connection point between the switch element Q1 and the resistor R1 to the current sense signal input terminal IS, and R4 is directly input to the input terminal ZCD of the integrated circuit IC without rectifying the voltage of the auxiliary winding Lb. It is resistance to do.

トランスT1の二次巻線Lsには、二次巻線Lsに発生した電圧を整流するためのダイオードD3、平滑コンデンサC3が設けられている。ダイオードD3のアノードは二次巻線Lsの一端に接続され、カソードは電源出力端子Voutに接続されるとともに平滑コンデンサC3の一端に接続されている。平滑コンデンサC3の他端は二次巻線Lsの他端に接続されるとともに接地端子Gndに接続されている。   The secondary winding Ls of the transformer T1 is provided with a diode D3 and a smoothing capacitor C3 for rectifying the voltage generated in the secondary winding Ls. The anode of the diode D3 is connected to one end of the secondary winding Ls, and the cathode is connected to the power output terminal Vout and one end of the smoothing capacitor C3. The other end of the smoothing capacitor C3 is connected to the other end of the secondary winding Ls and to the ground terminal Gnd.

集積回路ICは、その出力端子OUTの電位がハイ/ロウ(High/Low)レベルに変化してスイッチ素子Q1のゲートを駆動し、スイッチ素子Q1をオン/オフさせることにより、トランスT1の二次巻線Ls側で平滑された直流電圧を電源出力端子Voutと接地端子Gnd間に生成する。このときスイッチ素子Q1には、そのオン期間にドレイン電流が流れるから、そこに接続されたトランスT1での逆起電力により、その二次巻線Ls側に電流が流れてエネルギーが貯えられる。スイッチ素子Q1はその後にオフするが、このトランスT1に蓄えられたエネルギーにより、スイッチ素子Q1のオフ期間にトランスT1の二次巻線Ls側でダイオードD3を通して平滑コンデンサC3に電流を流す。こうして、電源出力端子Voutと接地端子Gnd間には、トランスT1の二次巻線Ls側で平滑された直流電圧が生成される。   The integrated circuit IC changes the potential of the output terminal OUT to a high / low level, drives the gate of the switch element Q1, and turns on / off the switch element Q1 to turn on the secondary of the transformer T1. A DC voltage smoothed on the winding Ls side is generated between the power output terminal Vout and the ground terminal Gnd. At this time, since a drain current flows through the switching element Q1 during the ON period, a current flows to the secondary winding Ls side by the back electromotive force in the transformer T1 connected thereto, and energy is stored. The switch element Q1 is then turned off, but current stored in the transformer T1 causes a current to flow through the smoothing capacitor C3 through the diode D3 on the secondary winding Ls side of the transformer T1 during the off period of the switch element Q1. Thus, a DC voltage smoothed on the secondary winding Ls side of the transformer T1 is generated between the power supply output terminal Vout and the ground terminal Gnd.

電源出力端子Voutと接地端子Gndの間には、抵抗R5,R6の直列回路と、抵抗R7、フォトダイオードPD、コンデンサC4およびシャントレギュレータD4からなる出力検知回路が構成されている。ここでは、フォトダイオードPDには出力電圧に応じた電流が流れて、補助巻線Lbと集積回路ICのフィードバック信号入力端子FBとの間に接続されているフォトトランジスタPTにフィードバック信号が供給され、図示しない負荷の変動に対応する電力を供給できる。   Between the power supply output terminal Vout and the ground terminal Gnd, an output detection circuit including a series circuit of resistors R5 and R6 and a resistor R7, a photodiode PD, a capacitor C4, and a shunt regulator D4 is configured. Here, a current corresponding to the output voltage flows through the photodiode PD, and a feedback signal is supplied to the phototransistor PT connected between the auxiliary winding Lb and the feedback signal input terminal FB of the integrated circuit IC. Electric power corresponding to load fluctuations (not shown) can be supplied.

図5の回路において、スイッチ素子Q1がオフになるとトランスT1に蓄えられたエネルギーが二次巻線Ls側の平滑回路に放出され、放出し終わったとき、スイッチ素子Q1のソースドレイン間電圧(以下、単にドレイン電圧という。)Vdsはハイレベルから下がって、トランスT1のLC共振回路で振動が始まる。なお、後述する図7のタイミングチャートには、それぞれ重負荷、中負荷、および軽負荷のタイミングで生じるスイッチ素子Q1のドレイン電圧Vdsの振動波形を示している。   In the circuit of FIG. 5, when the switch element Q1 is turned off, the energy stored in the transformer T1 is released to the smoothing circuit on the secondary winding Ls side. This is simply referred to as the drain voltage.) Vds drops from the high level, and oscillation starts in the LC resonance circuit of the transformer T1. Note that the timing chart of FIG. 7 to be described later shows the oscillation waveform of the drain voltage Vds of the switch element Q1 generated at the timing of heavy load, medium load, and light load, respectively.

このとき、トランスT1の補助巻線Lbには、その巻線数に比例した振幅のドレイン電圧Vdsに対応する電圧波形が現れる。スイッチ素子Q1のドレイン電圧Vdsは、交流電源ACの交流入力を整流したときに平滑コンデンサC1の端子間に生じる直流電圧を中心に振動する。これに対して、ゼロ電流検出用の入力端子ZCDは、トランスT1の一次巻線Lpとは逆極性の補助巻線Lbに接続されていることから、ここには0Vを中心とする振動波形のゼロ電流検出信号が現れる。   At this time, a voltage waveform corresponding to the drain voltage Vds having an amplitude proportional to the number of windings appears in the auxiliary winding Lb of the transformer T1. The drain voltage Vds of the switch element Q1 oscillates around the DC voltage generated between the terminals of the smoothing capacitor C1 when the AC input of the AC power supply AC is rectified. On the other hand, the input terminal ZCD for zero current detection is connected to the auxiliary winding Lb having a polarity opposite to that of the primary winding Lp of the transformer T1, and therefore has a vibration waveform centered on 0V. A zero current detection signal appears.

集積回路ICでは、ボトム検出回路11において入力端子ZCDに印加されるゼロ電流検出信号のゼロクロス検出が行われる。ボトム検出回路11の出力信号は、ゼロクロスのタイミングから共振振動の1/4周期の遅れが調整され、アンド回路12を介してワンショット回路13に供給される(すなわち、ボトム検出回路11はボトムを直接検出するのではなく、ゼロクロスから間接的にボトムを検出する)。そして、スイッチ素子Q1のドレイン電圧Vdsが最低電圧(ボトム)となるタイミングで、フリップフロップ回路19からアンド回路20を介して出力端子OUTにスイッチング信号が出力される。これによりトランスT1を流れる電流がゼロの状態(共振回路では電圧と電流が1/4周期ずれている)でのスイッチング動作、すなわちソフトスイッチングが実現できる。   In the integrated circuit IC, the zero detection of the zero current detection signal applied to the input terminal ZCD is performed in the bottom detection circuit 11. The output signal of the bottom detection circuit 11 is adjusted for a delay of ¼ period of resonance vibration from the zero cross timing, and is supplied to the one-shot circuit 13 via the AND circuit 12 (that is, the bottom detection circuit 11 detects the bottom). Instead of detecting directly, the bottom is detected indirectly from the zero cross). A switching signal is output from the flip-flop circuit 19 to the output terminal OUT via the AND circuit 20 at the timing when the drain voltage Vds of the switch element Q1 becomes the lowest voltage (bottom). As a result, a switching operation in a state where the current flowing through the transformer T1 is zero (voltage and current are shifted by ¼ period in the resonance circuit), that is, soft switching can be realized.

図6は、スイッチング周波数(fsw)と出力電力(Po)との関係を示す特性図である。
電子機器などが待機状態であれば、電源の出力端子に接続された出力負荷が軽負荷になるが、その場合はマイコンなどの負荷へ供給する電力は通常動作状態と比べて少なくてすむ。ここで問題になるのは、軽負荷時にはスイッチング周波数が著しく上昇し、スイッチ素子Q1でのスイッチングロスが増大して、その発熱でスイッチ素子Q1にダメージが与えられ、あるいはノイズ規制の厳しい150kHz以上の周減数帯に入って、製品規格をクリアできなくなることである。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between the switching frequency (fsw) and the output power (Po).
If the electronic device or the like is in a standby state, the output load connected to the output terminal of the power supply becomes a light load. In this case, less power is supplied to the load such as a microcomputer than in the normal operation state. The problem here is that when the load is light, the switching frequency rises significantly, the switching loss in the switching element Q1 increases, and the heat generation causes damage to the switching element Q1, or the noise regulation is 150 kHz or higher. Entering the lap deduction zone, the product standard cannot be cleared.

そこで、図6に示すように最大スイッチング周波数があるレベルを超えないように制限を加えてスイッチング制御を行うようにしている。図6では、最大スイッチング周波数の上限を130kHzに設定し、その期間(1周期内)に次のスイッチングのためのトリガ信号がゼロ電流検出用の入力端子ZCDに入力された場合、そのトリガ信号を無効にして、共振の1サイクル分をスキップすること(ボトムスキップ)により、周波数の上昇を押えている(ボトムスキップの詳細については、特許文献1参照。)。なお、図6においては、スイッチング周波数の変わり目でトリガのスキップが生じたり、生じなかったりすることから、スイッチング周波数がバタつくようすを2重の立て線により示している。   Therefore, as shown in FIG. 6, the switching control is performed by limiting the maximum switching frequency so as not to exceed a certain level. In FIG. 6, when the upper limit of the maximum switching frequency is set to 130 kHz and a trigger signal for the next switching is input to the input terminal ZCD for zero current detection during that period (within one period), the trigger signal is By invalidating and skipping one cycle of resonance (bottom skip), the increase in frequency is suppressed (refer to Patent Document 1 for details of bottom skip). In FIG. 6, trigger skipping may or may not occur at the change of the switching frequency, so that the switching frequency fluctuates is indicated by double vertical lines.

図7は、図4の制御回路における定常動作を示すタイミングチャートである。
同図(a)〜(d)には、スイッチ素子Q1のドレイン電圧Vds、電圧制御発振器14の出力波形(最大ブランキング周波数fswの周期に相当)、ボトム検出回路11のボトム検出信号、および出力端子OUTから出力される出力パルスをそれぞれ示している。電圧制御発振器14の出力がハイの周期はドレイン電圧Vdsのボトム検出が無効となり(対応するアンド回路12の入力が負論理になっている)、電圧制御発振器14の出力がロウ(Low)になって最初のボトム検出で出力端子OUTから出力パルスが出力される。部分共振電源の場合、一般的にもっとも重い負荷設定のときには、パワーMOSFETなどのスイッチ素子Q1に最大のピーク電流Idsが流れて、同図(d)に示す出力パルスのように、スイッチ素子Q1のオン幅が最大になる。そして、このとき二次巻線Ls側にフライバックのエネルギーを供給する期間も最大となるため、スイッチング周波数が最も低くなる。スイッチ素子Q1は、この状態から負荷が軽くなるにしたがって、そのオン幅が狭くなることでスイッチング周波数が徐々に高まる。
FIG. 7 is a timing chart showing a steady operation in the control circuit of FIG.
4A to 4D show the drain voltage Vds of the switching element Q1, the output waveform of the voltage controlled oscillator 14 (corresponding to the period of the maximum blanking frequency fsw), the bottom detection signal of the bottom detection circuit 11, and the output. Output pulses output from the terminal OUT are shown respectively. When the output of the voltage controlled oscillator 14 is high, bottom detection of the drain voltage Vds is invalid (the corresponding input of the AND circuit 12 is negative logic), and the output of the voltage controlled oscillator 14 becomes low (Low). When the first bottom is detected, an output pulse is output from the output terminal OUT. In the case of a partial resonance power supply, in general, when the heaviest load is set, the maximum peak current Ids flows through the switching element Q1 such as a power MOSFET, and the switching element Q1 has an output pulse as shown in FIG. The on width is maximized. At this time, the period during which flyback energy is supplied to the secondary winding Ls side is also maximized, so that the switching frequency is lowest. As the load becomes lighter from this state, the switching frequency of the switching element Q1 gradually increases due to the narrowing of the ON width.

さらに負荷が軽くなった場合には、最大ブランキング周波数fsw(電圧制御発振器14のハイ出力期間がその周期に相当する)によるスイッチングのトリガを無効にする期間を延長し、接続されている負荷の変動に応じて電圧制御発振器14で最大スイッチング周波数の設定値を低減させるようにして、スイッチング回数をさらに低減することで、スイッチングロスの低減が可能になる。このとき負荷の変動は、トランスT1の二次側回路の電圧信号がフィードバックされる入力端子FBにおけるFB端子電圧の低下、あるいはスイッチ素子Q1のオン幅の減少などを判定することにより検出できる。   When the load becomes lighter, the period for disabling the switching trigger by the maximum blanking frequency fsw (the high output period of the voltage controlled oscillator 14 corresponds to the period) is extended, and the connected load is The switching loss can be reduced by further reducing the number of times of switching by reducing the set value of the maximum switching frequency by the voltage controlled oscillator 14 according to the fluctuation. At this time, the fluctuation of the load can be detected by determining a decrease in the FB terminal voltage at the input terminal FB to which the voltage signal of the secondary side circuit of the transformer T1 is fed back or a decrease in the ON width of the switch element Q1.

出力電力(Po)とスイッチング周波数(fsw)の関係では、図6に示すように、軽負荷の状態でスイッチング回数を強制的に低減すれば、スイッチ素子Q1でのスイッチングロスを低減することが可能である。これは、フィードバック信号の入力端子FBにおけるFB端子電圧として検出される負荷状態に応じて、前述した最大のスイッチング周波数がリニアに減少するように設定する方式である。図4の従来回路では、入力端子FBのFB端子電圧によって電圧制御発振器14の最大スイッチング周波数を決める出力時間(Max fsw Blanking)を切換え、負荷が軽くなるにつれてブランキング時間が長くなるようにして、スイッチング周波数をリニアに下げて、スイッチ素子Q1のスイッチング回数を低減している。   In relation to the output power (Po) and the switching frequency (fsw), as shown in FIG. 6, if the number of times of switching is forcibly reduced in a light load state, the switching loss in the switch element Q1 can be reduced. It is. This is a method in which the maximum switching frequency described above is linearly reduced in accordance with the load state detected as the FB terminal voltage at the input terminal FB of the feedback signal. In the conventional circuit of FIG. 4, the output time (Max fsw Blanking) for determining the maximum switching frequency of the voltage controlled oscillator 14 is switched by the FB terminal voltage of the input terminal FB so that the blanking time becomes longer as the load becomes lighter. The switching frequency of the switching element Q1 is reduced by linearly lowering the switching frequency.

したがって、この擬似共振型のスイッチング電源制御方式は、フィードバック信号入力端子FBにある基準レベルを設定しておいて、その電圧値以下に下がったときスイッチング動作が停止し、基準レベルを超えている間は一定周波数でスイッチング動作を継続するバーストスイッチング方式のものに比ベて、スイッチング動作を均等に配分でき、出力リップルを最少に押えることが可能となる。
特許第3116338号明細書 特開2003−33017号公報(段落番号[0002]〜[0012]、および図9)
Therefore, this quasi-resonant switching power supply control method sets a reference level at the feedback signal input terminal FB and stops the switching operation when the voltage drops below that voltage value, while the reference level is exceeded. Compared with the burst switching type in which the switching operation is continued at a constant frequency, the switching operation can be evenly distributed and the output ripple can be minimized.
Japanese Patent No. 3116338 Japanese Patent Laying-Open No. 2003-33017 (paragraph numbers [0002] to [0012] and FIG. 9)

ここでは、ドレイン電圧Vdsの振動が減衰しながら持続している期間中につぎのトリガがゼロ電流検出用の入力端子ZCDに供給され、スイッチング周波数が共振動作のボトムを捕らえて次回のスイッチ素子Q1のオン動作が行える程度である限りで問題ない。しかし、スイッチング電源がより低い待機電力の負荷対応となれば、スイッチング周波数が極端に遅くなるから、たとえば数kHzとなった場合などは、ドレイン電圧Vdsの共振動作が減衰して止まってから、つぎのトリガ信号が発生してスイッチング動作が再開される。   Here, the next trigger is supplied to the input terminal ZCD for zero current detection during the period in which the oscillation of the drain voltage Vds continues while being attenuated, and the switching frequency is captured at the bottom of the resonance operation, and the next switching element Q1. There is no problem as long as it can be turned on. However, if the switching power supply can handle a lower standby power load, the switching frequency becomes extremely slow. For example, when the switching power supply becomes several kHz, the resonance operation of the drain voltage Vds is attenuated and stopped. The trigger signal is generated and the switching operation is resumed.

そうした場合、ドレイン電圧VdsがDC変換後の入力電圧VINとほぼ等しくなっている状態からのオンとなるため、もともと部分共振電源で意図していた低いドレイン電圧Vdsでのソフトスイッチングにはならず、軽負荷時のスイッチング動作がいずれも高い電圧からのハードスイッチングとなる。したがって、擬似共振型のスイッチング電源では、従来のバーストスイッチング方式に比べてスイッチングノイズが増大し、あるいはスイッチングロスが増加するなど、軽負荷時の効率が改善されないという問題があった。 In such a case, since the drain voltage Vds is turned on from a state where it is substantially equal to the input voltage V IN after the DC conversion, soft switching at the low drain voltage Vds originally intended for the partial resonance power supply is not performed. In both cases, the switching operation at light load is hard switching from a high voltage. Therefore, the quasi-resonant switching power supply has a problem that the efficiency at light load cannot be improved, for example, switching noise increases or switching loss increases as compared with the conventional burst switching system.

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、軽負荷時にスイッチング周波数が低くなったときの電力効率を改善するスイッチング電源制御回路を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of these points, and an object of the present invention is to provide a switching power supply control circuit that improves the power efficiency when the switching frequency becomes low at light loads.

また、本発明の別の目的は、軽負荷時に機能する回路部品を通常動作時、あるいは起動時に機能する回路部品と共用することで、回路規模を小さく構成するようにしたスイッチング電源制御回路を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a switching power supply control circuit that is configured to reduce the circuit scale by sharing circuit components that function during light loads with circuit components that function during normal operation or startup. It is to be.

本発明では、上記問題を解決するために、スイッチ素子がトランスの一次巻線に接続され、前記トランスの二次巻線から負荷に所定の出力電力を供給するスイッチング電源の制御回路であって、前記スイッチ素子の両端に印加される電圧の最低点となるタイミングでターンオンするとともに、前記負荷からのフィードバック信号に応じて前記スイッチ素子のスイッチング動作を制御する擬似共振型のスイッチング電源制御回路において、前記スイッチ素子へのスイッチング指令信号を生成する信号生成手段と、前記スイッチング指令信号により前記スイッチ素子をターンオンする際の上限周波数を規定する固定周期の発振手段と、前記スイッチング指令信号により前記スイッチ素子が連続してターンオンしたとき、予め設定されたN回のターンオンで前記スイッチング指令信号を停止させるようにターンオン回数を計数する計数手段と、を備え、前記負荷が軽負荷である場合に、前記スイッチ素子が連続してN回ターンオンして休止する間欠動作となるように構成したことを特徴とするスイッチング電源制御回路が提供される。   In the present invention, in order to solve the above-described problem, a switching power supply control circuit that supplies a predetermined output power from a secondary winding of the transformer to a load, the switching element being connected to the primary winding of the transformer, In a quasi-resonant switching power supply control circuit that turns on at a timing that becomes the lowest point of the voltage applied to both ends of the switch element and controls the switching operation of the switch element according to a feedback signal from the load, A signal generating means for generating a switching command signal to the switch element, an oscillation means having a fixed cycle for defining an upper limit frequency when the switch element is turned on by the switching command signal, and the switching element is continuously connected by the switching command signal And turn it on for N preset times. Counting means for counting the number of turn-on so as to stop the switching command signal when turned on, and when the load is a light load, the switching element is turned on N times continuously and paused, A switching power supply control circuit configured as described above is provided.

本発明によれば、スイッチング周波数(周期)が非常に遅くなった場合でも、最初1回はハードスイッチングとなるが2回目から予め設定されたN回目までは部分共振動作のソフトスイッチングとすることができる。したがって、低いスイッチング周波数での効率低下を防止できる。   According to the present invention, even when the switching frequency (period) becomes very slow, hard switching is performed once at first, but soft switching of partial resonance operation is performed from the second time to the preset Nth time. it can. Therefore, it is possible to prevent a decrease in efficiency at a low switching frequency.

また、スイッチング電源の用途に応じて連続スイッチング回数Nを適切な回数に設定することで、部分共振電源においてトレードオフ関係となるリップルの抑制、および軽負荷時での高効率化に関して、最適なスイッチング動作状態に設定することができる。   In addition, by setting the number of continuous switching N to an appropriate number according to the application of the switching power supply, optimal switching is achieved with regard to suppressing ripples that are a trade-off relationship in partial resonant power supplies and increasing efficiency at light loads. It can be set to the operating state.

以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1に係るスイッチング電源制御回路を示す回路図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a circuit diagram showing a switching power supply control circuit according to the first embodiment.

このスイッチング電源制御回路は、負荷が軽負荷である場合に、スイッチ素子が連続してN回(Nは適当な正整数値)だけターンオンして休止する間欠動作となるように構成したことを特徴とするものである。ここでは、擬似共振型のスイッチング電源制御回路としての基本的な構成は、図4に示す従来回路と同一であるため、従来回路の構成と同一部分には同じ符号を付けて、それらの説明は省略する。   This switching power supply control circuit is configured such that when the load is a light load, the switching element is continuously turned on N times (N is an appropriate positive integer value) and is intermittently operated. It is what. Here, the basic configuration of the quasi-resonant switching power supply control circuit is the same as that of the conventional circuit shown in FIG. Omitted.

軽負荷時の周波数リニア低減機能に関する構成において、図4の従来回路と異なるのはつぎの点である。すなわち、パルスカウンタ回路23が、スイッチ素子Q1のオントリガを発生するワンショット回路13と、FB端子電圧が0.5V以下に低下したときスイッチング動作を停止させるコンパレータ15との間に追加され、フリップフロップ回路19から出力されるスイッチングパルスを数えるようにした点である。また、フィードバック信号入力端子FBにおける信号電圧によりスイッチング周波数を可変する、図4の従来回路における電圧制御発振器14に代えて、固定周期(たとえば、130kHz)のタイマ回路24を用いた点でも異なる。   The configuration relating to the frequency linear reduction function at light load is different from the conventional circuit of FIG. 4 in the following points. That is, a pulse counter circuit 23 is added between the one-shot circuit 13 that generates the on-trigger of the switch element Q1 and the comparator 15 that stops the switching operation when the FB terminal voltage drops below 0.5V. This is the point that the switching pulses output from the circuit 19 are counted. Another difference is that a timer circuit 24 having a fixed period (for example, 130 kHz) is used instead of the voltage-controlled oscillator 14 in the conventional circuit of FIG. 4 that changes the switching frequency according to the signal voltage at the feedback signal input terminal FB.

したがって、フィードバック信号電圧がコンパレータ15のしきい値電圧(Vth)である0.5Vを超えた場合、パルスカウンタ回路23のリセット端子Resetにリセット信号が入力され、その出力端子からロウ(Low)が出力されてインバータ回路16からワンショット回路13のクリア端子CLRにハイレベルの信号が供給されている間は、ワンショット回路13が連続して動作する(クリア端子CLRは負論理)。   Therefore, when the feedback signal voltage exceeds 0.5 V, which is the threshold voltage (Vth) of the comparator 15, a reset signal is input to the reset terminal Reset of the pulse counter circuit 23, and Low (Low) is output from the output terminal. While the high-level signal is supplied from the inverter circuit 16 to the clear terminal CLR of the one-shot circuit 13, the one-shot circuit 13 operates continuously (the clear terminal CLR is negative logic).

逆に、フィードバック信号入力端子FBにおける信号電圧が0.5V以下になると、パルスカウンタ回路23のリセット信号がはずれる。いま、パルスカウンタ回路23に基準パルス数Nとして16がセットされているとすれば、フリップフロップ回路19から出力されるスイッチングパルスがクロック端子clkに供給されているので、その立ち下がり回数を16回数えた時点でパルスカウンタ回路23の出力信号をハイレベルに切換え、この時点でワンショット回路13からのパルス出力が停止される。   On the contrary, when the signal voltage at the feedback signal input terminal FB becomes 0.5 V or less, the reset signal of the pulse counter circuit 23 is released. Assuming that 16 is set as the reference pulse number N in the pulse counter circuit 23, the switching pulse output from the flip-flop circuit 19 is supplied to the clock terminal clk. At that time, the output signal of the pulse counter circuit 23 is switched to the high level, and at this time, the pulse output from the one-shot circuit 13 is stopped.

図2は、図1のスイッチング電源制御回路におけるフィードバック信号とスイッチング動作の関係を示すタイミングチャートである。FB端子電圧が0.5Vを超えているときは出力パルスを連続して出力しているが、軽負荷時にはトランスT1の二次側の出力電圧が上昇してFB端子電圧が低下し、FB端子電圧が0.5Vを下回るとさらに連続して16回のスイッチングパルスを出力端子OUTから出力して出力パルスを停止する。これにより、トランスT1の二次側からの出力電圧が上昇して、フィードバック信号電圧がアンダーシュートぎみに低下しながらスイッチング動作が停止する。   FIG. 2 is a timing chart showing the relationship between the feedback signal and the switching operation in the switching power supply control circuit of FIG. When the FB terminal voltage exceeds 0.5V, the output pulse is continuously output. However, when the load is light, the output voltage on the secondary side of the transformer T1 rises and the FB terminal voltage decreases, and the FB terminal When the voltage falls below 0.5 V, 16 switching pulses are output continuously from the output terminal OUT to stop the output pulse. As a result, the output voltage from the secondary side of the transformer T1 rises, and the switching operation is stopped while the feedback signal voltage is reduced to an undershoot level.

その後、トランスT1の二次側の出力電圧が低下してくるために、FB端子電圧が上昇してそれが0.5Vを超えたときスイッチング動作が再開され、トランスT1の二次側回路にエネルギーが供給される。ここでも、上記同様にFB端子電圧が0.5Vを超えている間は出力パルスを連続して出力し、FB端子電圧が0.5Vを下回るとさらに連続して16回のスイッチングパルスを出力して停止するという動作を行う。なお、図2においては、FB端子電圧が0.5Vを超えている間の連続パルスは省略してある。このように、フィードバック信号によりFB端子電圧が0.5V以下に下がる毎に、最低16回だけスイッチング動作を実行してから停止するというサイクルを繰り返すことで、スイッチング電源は間欠動作を行う。トランスT1の二次側回路から電力供給される負荷の大きさに応じて、フィードバック信号がFB端子電圧として自動的に変わり、その間欠周期の大きさを決めることになる。この場合に、二次側出力にはある程度のリップルが発生するが、パルスカウンタ回路23の基準パルス数Nによって最低スイッチング回数を適当に設定することで、リップルとスイッチング損失とをそれぞれ最適な大きさに調整することができる。   Thereafter, since the output voltage on the secondary side of the transformer T1 decreases, the switching operation is resumed when the FB terminal voltage rises and exceeds 0.5 V, and energy is transferred to the secondary side circuit of the transformer T1. Is supplied. Again, as above, output pulses are continuously output while the FB terminal voltage exceeds 0.5V, and 16 switching pulses are output continuously when the FB terminal voltage falls below 0.5V. To stop. In FIG. 2, the continuous pulse while the FB terminal voltage exceeds 0.5V is omitted. Thus, every time the FB terminal voltage is lowered to 0.5 V or less by the feedback signal, the switching power supply performs an intermittent operation by repeating the cycle of performing the switching operation at least 16 times and then stopping. The feedback signal automatically changes as the FB terminal voltage in accordance with the magnitude of the load supplied from the secondary side circuit of the transformer T1, and the magnitude of the intermittent period is determined. In this case, a certain amount of ripple is generated in the secondary side output, but the ripple and the switching loss are optimally set by appropriately setting the minimum number of switching times according to the reference pulse number N of the pulse counter circuit 23. Can be adjusted.

この実施の形態1では、スイッチ素子Q1へのスイッチング指令信号を生成するワンショット回路13と、スイッチング指令信号によりスイッチ素子Q1をターンオンする際の上限周波数を規定する固定周期のタイマ回路24と、スイッチング指令信号によりスイッチ素子Q1が連続してターンオンしたとき、予め設定されたN回のターンオンでスイッチング指令信号を停止させるようにターンオン回数を計数するパルスカウンタ回路23とを備えたことにより、負荷が軽負荷となりスイッチング周波数が極端に遅くなった(スイッチング動作から次のスイッチング動作までの時間が長くなった)場合にも、パルスカウンタ回路23を用いて周波数低減をしない通常動作状態でのスイッチング周波数で連続するトリガ回数を設定し、スイッチング指令信号によるスイッチング動作がハードスイッチングとならないように、たとえば16回ならこの16回の連続スイッチングを最少単位にして扱って、負荷に応じてこの16回を1単位とするスイッチングを行わせるようにした。これにより、スイッチング周波数が非常に低くなって、1周期(上記1単位のスイッチングから次の1単位のスイッチングまでの時間)が長くなったときでも、最初1回はハードスイッチングとなるが2回目から16回目までは部分共振動作のソフトスイッチングとすることができる。したがって、従来回路で発生していた低周波数での効率低下が防止される。また、連続スイッチング回数を電源用途に適切に固定回数で設定するため、部分共振電源でトレードオフ関係となるリップルと軽負荷時効率に対して最適な状態に設定できる。   In the first embodiment, a one-shot circuit 13 that generates a switching command signal to the switch element Q1, a timer circuit 24 having a fixed cycle that defines an upper limit frequency when the switch element Q1 is turned on by the switching command signal, When the switch element Q1 is continuously turned on by the command signal, the pulse counter circuit 23 counts the number of turn-on so that the switching command signal is stopped at the preset N turn-on, thereby reducing the load. Even when the switching frequency becomes extremely slow due to a load (the time from the switching operation to the next switching operation becomes long), the pulse counter circuit 23 is used to continue the switching frequency in the normal operation state without frequency reduction. Set the number of triggers In order to prevent the switching operation based on the switching command signal from becoming hard switching, for example, 16 consecutive switchings are handled as a minimum unit, and switching is performed with the 16 times as one unit according to the load. did. As a result, even when the switching frequency becomes very low and one cycle (the time from one unit of switching to the next unit of switching) becomes long, the first one is hard switching, but from the second Soft switching of partial resonance operation can be performed up to the 16th time. Therefore, a reduction in efficiency at a low frequency that has occurred in the conventional circuit is prevented. In addition, since the number of continuous switching is set to a fixed number appropriately for the power supply application, it is possible to set the optimum state for ripple and light load efficiency that are in a trade-off relationship with the partial resonance power supply.

(実施の形態2)
図3は、実施の形態2に係るスイッチング電源制御回路を示す回路図である。
実施の形態2のスイッチング電源制御回路では、パルスカウンタ回路23のトリガ端子(Enable trg)に電圧制御発振器25が接続されていて、電圧制御発振器25からFB端子電圧の大きさによって周波数が制御されるトリガ信号を生成してパルスカウンタ回路23をトリガするように構成されている。ここでは、負荷が軽負荷である場合に、スイッチ素子が連続してN回(Nは適当な正整数値)だけターンオンして休止する間欠動作となるだけでなく、電圧制御発振器25のトリガ信号によってパルスカウンタ回路23の動作を開始させることによって、スイッチ素子の間欠動作における停止期間を制御することを特徴とするものである。なお、擬似共振型のスイッチング電源制御回路としての基本的な構成は、図4に示す従来回路と同一であるため、従来回路の構成と同一部分には同じ符号を付けて、それらの説明は省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a circuit diagram showing a switching power supply control circuit according to the second embodiment.
In the switching power supply control circuit of the second embodiment, the voltage controlled oscillator 25 is connected to the trigger terminal (Enable trg) of the pulse counter circuit 23, and the frequency is controlled from the voltage controlled oscillator 25 according to the magnitude of the FB terminal voltage. The trigger signal is generated to trigger the pulse counter circuit 23. Here, when the load is light, not only is the intermittent operation in which the switching element is continuously turned on N times (N is an appropriate positive integer value) and paused, but also the trigger signal of the voltage controlled oscillator 25 Thus, the operation of the pulse counter circuit 23 is started to control the stop period in the intermittent operation of the switch element. Since the basic configuration of the quasi-resonant switching power supply control circuit is the same as that of the conventional circuit shown in FIG. 4, the same components as those of the conventional circuit are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. To do.

軽負荷時の周波数リニア低減機能に関する構成において、図4の従来回路と異なるのはつぎの点である。すなわち、スイッチング周期を130kHzの固定周期のタイマ回路24によって制御するとともに、FB端子電圧で可変周波数制御される電圧制御発振器25を追加することによって、電圧制御発振器25からパルスカウンタ回路23にイネーブルトリガ(Enable trg)信号を出力して、パルスカウンタ回路23に設定された基準パルス数Nだけ連続してスイッチング動作を行わせている。   The configuration relating to the frequency linear reduction function at light load is different from the conventional circuit of FIG. 4 in the following points. That is, the switching period is controlled by the timer circuit 24 having a fixed period of 130 kHz, and the voltage control oscillator 25 that is variable frequency controlled by the FB terminal voltage is added to enable the pulse counter circuit 23 from the enable trigger ( Enable trg) signal is output, and the switching operation is continuously performed by the reference pulse number N set in the pulse counter circuit 23.

ここでは、二次側回路に送られたエネルギーが過剰であれば、FB端子電圧が下がって電圧制御発振器25の発振周波数は低くなり、反対にエネルギーが不足であれば、この発振周波数を上げるように電圧制御発振器25が動作するから、二次側回路で発生する電圧を安定化させることができる。また、パルスカウンタ回路23で設定された回数だけ連続したスイッチング動作を1単位として扱うことによって、擬似共振動作を維持することができる。   Here, if the energy sent to the secondary circuit is excessive, the FB terminal voltage is lowered and the oscillation frequency of the voltage controlled oscillator 25 is lowered. Conversely, if the energy is insufficient, the oscillation frequency is increased. Since the voltage controlled oscillator 25 operates, the voltage generated in the secondary circuit can be stabilized. Further, the pseudo-resonance operation can be maintained by treating the switching operation that is continuous for the number of times set by the pulse counter circuit 23 as one unit.

また、電圧制御発振器25に求められる機能は単にイネーブルトリガ信号を出すだけであるので、集積回路ICの内蔵容量およびFB端子電圧の大きさによって電流値が変化する電流源からなる充放電回路並びにカウンタ回路で電圧制御発振器25を構成することも可能である。フィードバック信号の入力端子FBを電圧制御発振器25へのVCO電圧とし、これを上記充放電回路の電流源に入力することにより、まず発振周波数を100kHzから1kHz程度までアナログ的に可変とし、その後カウンタで分周して1/100程度まで落とせば、トリガ信号の周波数設定は1kHzから10Hzの範囲で可能になる。   Further, since the function required for the voltage controlled oscillator 25 is merely to issue an enable trigger signal, a charge / discharge circuit including a current source whose current value varies depending on the built-in capacitance of the integrated circuit IC and the magnitude of the FB terminal voltage, and a counter It is also possible to configure the voltage controlled oscillator 25 with a circuit. The feedback signal input terminal FB is set as a VCO voltage to the voltage controlled oscillator 25, and this is input to the current source of the charge / discharge circuit so that the oscillation frequency is first made analog variable from about 100 kHz to about 1 kHz, and then the counter is used. If the frequency is divided down to about 1/100, the trigger signal frequency can be set in the range of 1 kHz to 10 Hz.

さらに、コンパレータ15の出力をナンド回路26に入力することにより、発振周波数が最低まで下がった状態でも二次側へのエネルギー供給が過剰である場合に、FB端子電圧が所定のレベル(ここでは、0.5V)以下に下がるとナンド回路26の出力が反転してハイ(High)に固定になり、スイッチング動作を強制的に止めるようにしているから、二次側負荷がまったくない無負荷時などにも二次側回路の電圧上昇を防止できる。   Further, by inputting the output of the comparator 15 to the NAND circuit 26, when the energy supply to the secondary side is excessive even when the oscillation frequency is lowered to the minimum, the FB terminal voltage is set to a predetermined level (here, When the voltage drops below 0.5V), the output of the NAND circuit 26 is inverted and fixed to high, and the switching operation is forcibly stopped. Therefore, when there is no secondary load, etc. In addition, the secondary circuit voltage can be prevented from rising.

なお、上述したスイッチング電源の制御回路10は、二次側の負荷が重すぎる場合の保護として、従来回路と同様の過負荷保護機能を備えている。これは、FB端子電圧が3.3V以上に上昇した状態(Overload)をコンパレータ21で過負荷として検知し、この状態が100ms以上続いた場合に、タイマ回路22によって出力端子OUTでのスイッチング指令信号を停止させるものである。このとき、100msの遅延時間を設定するようにしたのは、電源起動時にも同じ状態が発生して、その起動状態は安定化用のコンデンサを充電するまでに完了し、通常100ms以内で終わるので、そのような起動状態と過負荷状態とを区別するためである。   Note that the control circuit 10 of the switching power supply described above has an overload protection function similar to that of the conventional circuit as protection when the load on the secondary side is too heavy. This is because a state in which the FB terminal voltage has increased to 3.3 V or more (Overload) is detected by the comparator 21 as an overload, and when this state continues for 100 ms or more, the timer circuit 22 causes the switching command signal at the output terminal OUT to be Is to stop. At this time, the delay time of 100 ms is set because the same state occurs when the power supply is started, and the start-up state is completed until the stabilization capacitor is charged, and usually ends within 100 ms. This is for distinguishing between such an activated state and an overloaded state.

100msの時間が経過した後、スイッチング動作は一旦停止する。一般に、停止したスイッチング動作を再起動させる場合は、さらに800ms程度の時間だけ待機して再起動勧作を行う。これは、二次側短絡を想定し、起動周期が短すぎると発熱状態が長くなり、スイッチ素子にダメージを与えるからである。   After the time of 100 ms elapses, the switching operation is temporarily stopped. In general, when restarting a stopped switching operation, a restart recommendation is made after waiting for about 800 ms. This is because, assuming a secondary-side short circuit, if the starting cycle is too short, the heat generation state becomes long and damages the switch element.

こうした過負荷保護機能を実現するタイマ回路22には、100ms、800msといった時間をカウントする周期の長い発振器とカウンタを必要とする。そこで、これらの発振器とカウンタとして、前述した図3に示す電圧制御発振器25の発振器(充放電回路)と分周器(カウンタ)を共用するように構成すれば、回路規模の増加を押えることができる。そのためには、FB端子電圧があるレベル(たとえば1V)以下の場合には、電圧制御発振器25とパルスカウンタ回路23を軽負荷時の回路構成部品とし、あるレベル(たとえば3.3V)以上の場合には電圧制御発振器25を過負荷保護回路の構成部品として、クロックやカウント数の設定値を切換えて使用すればよい。   The timer circuit 22 that realizes such an overload protection function requires an oscillator and a counter having a long period for counting time such as 100 ms and 800 ms. Therefore, if these oscillators and counters are configured to share the oscillator (charge / discharge circuit) and frequency divider (counter) of the voltage controlled oscillator 25 shown in FIG. 3, the increase in circuit scale can be suppressed. it can. For this purpose, when the FB terminal voltage is below a certain level (for example, 1V), the voltage controlled oscillator 25 and the pulse counter circuit 23 are used as circuit components at a light load, and when the voltage is above a certain level (for example, 3.3V). In this case, the voltage controlled oscillator 25 may be used as a component of the overload protection circuit by switching the setting values of the clock and the count number.

さらに、電圧制御発振器25はソフトスタート回路18と共用することで、回路規模の増加を押える同様の効果をもつ。すなわち、ソフトスタート回路18は、スイッチ素子のターンオン期間を制限して、電源起動時に急にパルス幅が最大状態となることを防止し、徐々にターンオン期間を広げていく機能であって、ソフトスタート時間としては1ms以上の立ち上がり波形のパルスを生成する必要がある。そこで、電圧制御発振器25から遅い周期での立ち上がり波形を有する発振パルスを出力して、PWMコンパレータに入力するように構成すれば、2つの回路の共用ができる。   Further, the voltage controlled oscillator 25 is used in common with the soft start circuit 18, thereby having the same effect that suppresses an increase in circuit scale. That is, the soft start circuit 18 is a function that limits the turn-on period of the switch element to prevent the pulse width from suddenly reaching the maximum state when the power is turned on, and gradually widens the turn-on period. In terms of time, it is necessary to generate a pulse having a rising waveform of 1 ms or more. Therefore, if the voltage controlled oscillator 25 is configured to output an oscillation pulse having a rising waveform with a slow cycle and input it to the PWM comparator, the two circuits can be shared.

実施の形態1に係るスイッチング電源制御回路を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a switching power supply control circuit according to a first embodiment. 図1のスイッチング電源制御回路におけるフィードバック信号とスイッチング動作の関係を示すタイミングチャートである。2 is a timing chart showing a relationship between a feedback signal and a switching operation in the switching power supply control circuit of FIG. 1. 実施の形態2に係るスイッチング電源制御回路を示す回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram showing a switching power supply control circuit according to a second embodiment. 従来の擬似共振型のスイッチング電源の制御回路を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control circuit of the conventional quasi-resonant type switching power supply. AC/DCスイッチング電源回路の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of an AC / DC switching power supply circuit. スイッチング周波数(fsw)と出力電力(Po)との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between switching frequency (fsw) and output electric power (Po). 図4の制御回路における定常動作を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the steady operation in the control circuit of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10 制御回路
11 ボトム検出回路
12,20 アンド回路
13 ワンショット回路
14 電圧制御発振器
15 コンパレータ
16 インバータ回路
17 電流コンパレータ
18 ソフトスタート回路
19 フリップフロップ回路
21 過負荷検知(Overload)用のコンパレータ
22,24 タイマ回路
23 パルスカウンタ回路
25 電圧制御発振器
26 ナンド回路
Q1 スイッチ素子
IC 集積回路
ZCD ゼロ電流検出用の入力端子
FB フィードバック信号の入力端子
IS 電流センス信号の入力端子
OUT 出力端子
T1 トランス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Control circuit 11 Bottom detection circuit 12, 20 AND circuit 13 One-shot circuit 14 Voltage control oscillator 15 Comparator 16 Inverter circuit 17 Current comparator 18 Soft start circuit 19 Flip-flop circuit 21 Comparator for overload detection (Overload) 22, 24 Timer Circuit 23 Pulse counter circuit 25 Voltage controlled oscillator 26 NAND circuit Q1 Switch element IC Integrated circuit ZCD Zero current detection input terminal FB Feedback signal input terminal IS Current sense signal input terminal OUT Output terminal T1 Transformer

Claims (4)

スイッチ素子がトランスの一次巻線に接続され、前記トランスの二次巻線から負荷に所定の出力電力を供給するスイッチング電源の制御回路であって、前記スイッチ素子の両端に印加される電圧が最低点となるタイミングでターンオンするとともに、前記負荷からのフィードバック信号に応じて前記スイッチ素子のスイッチング動作を制御する擬似共振型のスイッチング電源制御回路において、
前記スイッチ素子へのスイッチング指令信号を生成する信号生成手段と、
前記スイッチング指令信号により前記スイッチ素子をターンオンする際の上限周波数を規定する固定周期の発振手段と、
前記スイッチング指令信号により前記スイッチ素子が連続してターンオンしたとき、予め設定されたN回のターンオンで前記スイッチング指令信号を停止させるようにターンオン回数を計数する計数手段と、
を備え、
前記負荷が軽負荷である場合に、前記スイッチ素子が連続してN回ターンオンして休止する間欠動作となるように構成したことを特徴とするスイッチング電源制御回路。
A switching power supply control circuit, wherein a switching element is connected to a primary winding of a transformer and supplies a predetermined output power from a secondary winding of the transformer to a load, and a voltage applied to both ends of the switching element is the lowest In a quasi-resonant switching power supply control circuit that turns on at a point timing and controls the switching operation of the switch element according to a feedback signal from the load,
Signal generating means for generating a switching command signal to the switch element;
A fixed-cycle oscillating means for defining an upper limit frequency when the switch element is turned on by the switching command signal;
Counting means for counting the number of turn-on so as to stop the switching command signal at a preset N turn-on when the switch element is continuously turned on by the switching command signal;
With
When the load is a light load, the switching power supply control circuit is configured to perform an intermittent operation in which the switch element is continuously turned on N times and stopped.
前記負荷が軽負荷でない場合に前記スイッチ素子のスイッチング動作の停止までのタイミングおよび再起動のタイミングを決定する過負荷保護回路を、前記計数手段を共用することによって構成したことを特徴とする請求項1記載のスイッチング電源制御回路。   The overload protection circuit that determines the timing until the switching operation of the switch element is stopped and the timing of restart when the load is not a light load is configured by sharing the counting means. The switching power supply control circuit according to 1. 前記計数手段は、前記フィードバック信号の信号電圧の大きさに応じたタイミングでトリガ信号を生成する電圧制御発振器、該電圧制御発振器と接続されているパルスカウンタによって構成され、
前記負荷が軽負荷である場合には、前記電圧制御発振器によって計数を開始した前記パルスカウンタによって、前記スイッチ素子の間欠動作における停止期間を制御することを特徴とする請求項1記載のスイッチング電源制御回路。
The counting means includes a voltage controlled oscillator that generates a trigger signal at a timing according to the magnitude of the signal voltage of the feedback signal, and a pulse counter connected to the voltage controlled oscillator,
2. The switching power supply control according to claim 1, wherein when the load is a light load, a stop period in the intermittent operation of the switch element is controlled by the pulse counter which starts counting by the voltage controlled oscillator. circuit.
前記スイッチング電源の起動時に前記スイッチ素子のターンオン期間を制限するソフトスタート信号を生成するためのソフトスタート回路を、前記電圧制御発振器を共用することによって構成したことを特徴とする請求項3記載のスイッチング電源制御回路。
4. The switching according to claim 3, wherein a soft start circuit for generating a soft start signal for limiting a turn-on period of the switch element when the switching power supply is started is configured by sharing the voltage controlled oscillator. Power supply control circuit.
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