JP5280807B2 - Switching power supply - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a switching power unit which is free of faults and is capable of being made compact and reduced in cost, by controlling a switching element without fail to be turned on and off, with respect to drop in the input voltage, in a switching power unit of digital control that uses a low-speed digital processor. <P>SOLUTION: A digital pulse width modulation signal generator 44 provided in the digital processor 34 generates a first pulse width modulation signal V1, which is of specified cycles and in which specified maximum on-duty value is set. A comparator circuit 60 receives the input of a triangular wave signal V3, the inclination of which changes according to an input voltage Vin, and an output voltage control signal V4, and generates the second pulse width modulation signal V5. An AND circuit 62 outputs a second pulse width modulation signal V5, when the on-duty value of the second pulse width modulation signal V5 is below its maximum on-duty value and the first pulse width modulation signal V1 in case that the on-duty value of the second pulse width modulation signal V5 is at or over its maximum on-duty, as drive signals V6 to the switching element 18. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、直流電圧を所望の電圧に変換して電子機器に供給するためのスイッチング電源装置に関し、特に、デジタル制御と入力電圧フィードフォワード制御を適用したスイッチング電源装置に関する。
The present invention relates to a switching power supply device for converting a DC voltage into a desired voltage and supplying the same to an electronic device, and more particularly to a switching power supply device to which digital control and input voltage feedforward control are applied.

従来、入力電圧が急激に変動した際におけるスイッチング電源装置の出力電圧安定性を改善する方法として、スイッチング電源装置の入力電圧に対して、スイッチング素子のオンデューティを調整する制御方法である入力電圧フィードフォワード制御が知られている。   Conventionally, as a method for improving the output voltage stability of a switching power supply apparatus when the input voltage fluctuates rapidly, an input voltage feed, which is a control method for adjusting the on-duty of a switching element with respect to the input voltage of the switching power supply apparatus Forward control is known.

例えば、入力電圧フィードフォワード制御を非絶縁型DC/DCコンバータである降圧チョッパ回路に適用した例が特許文献1に開示されている。また、本発明者が、特許文献2において、絶縁型シングルエンディッドフォワードコンバータに入力電圧フィードフォワード制御を適用した例を開示している。   For example, Patent Document 1 discloses an example in which input voltage feedforward control is applied to a step-down chopper circuit that is a non-insulated DC / DC converter. In addition, in the Patent Document 2, the present inventor discloses an example in which the input voltage feedforward control is applied to an insulated single-ended forward converter.

図17に、絶縁型シングルエンディッドフォワードコンバータに、入力電圧フィードフォワード制御を適用したスイッチング電源装置の一例を示す。また、図18は、図17のスイッチング電源装置の動作波形を入力電圧が低い場合と、高い場合とに分けて示している。   FIG. 17 shows an example of a switching power supply device in which input voltage feedforward control is applied to an insulated single-ended forward converter. FIG. 18 shows the operation waveforms of the switching power supply device of FIG. 17 separately for a case where the input voltage is low and a case where the input voltage is high.

図17のスイッチング電源装置は、入力電源100にトランス102の1次巻線104とスイッチング素子108が直列に接続され、トランス102の2次巻線106に同期整流素子136,138、同期整流制御回路140、チョークコイル142及び平滑コンデンサ144を持つ整流平滑回路110が接続され、スイッチング素子108にスイッチング制御回路114が接続され、スイッチング制御回路114がスイッチング素子108のオンデューティを制御することで、出力電圧Voを所定の電圧に制御する。   In the switching power supply device of FIG. 17, the primary winding 104 and the switching element 108 of the transformer 102 are connected in series to the input power supply 100, and the synchronous rectification elements 136 and 138 and the synchronous rectification control circuit are connected to the secondary winding 106 of the transformer 102. 140, a rectifying / smoothing circuit 110 having a choke coil 142 and a smoothing capacitor 144 is connected, a switching control circuit 114 is connected to the switching element 108, and the switching control circuit 114 controls the on-duty of the switching element 108, whereby the output voltage Vo is controlled to a predetermined voltage.

スイッチング制御回路114は、三角波発生回路116、駆動回路120、出力電圧制御信号発生回路118から構成される。三角波発生回路116は、入力電源電圧Vinに比例した電流Iを出力する抵抗124を持つ電流源回路122、三角波電圧を発生するコンデンサ126、及びリセット回路128より構成される。   The switching control circuit 114 includes a triangular wave generation circuit 116, a drive circuit 120, and an output voltage control signal generation circuit 118. The triangular wave generation circuit 116 includes a current source circuit 122 having a resistor 124 that outputs a current I proportional to the input power supply voltage Vin, a capacitor 126 that generates a triangular wave voltage, and a reset circuit 128.

ここでコンデンサ126の電圧をV11とすると、電流源回路122の出力電流Iは、抵抗値Rの抵抗124を流れる電流となり、
I=(Vin−V11)/R
となる。
Here, when the voltage of the capacitor 126 is V11, the output current I of the current source circuit 122 is a current flowing through the resistor 124 having the resistance value R, and
I = (Vin−V11) / R
It becomes.

Vin>>V11とすると、I≒Vin/Rとなるため、電流源回路122は入力電圧Vinに比例した電流Iを出力する。即ち   When Vin >> V11, since I≈Vin / R, the current source circuit 122 outputs a current I proportional to the input voltage Vin. That is

Figure 0005280807
となる。
Figure 0005280807
It becomes.

次に図17のスイッチング電源の動作を図18の各部の信号波形を示したタイムチャートを参照して説明する。なお、図18は入力電圧が途中で高い値から低い値に変化した場合の信号波形を示している。   Next, the operation of the switching power supply of FIG. 17 will be described with reference to a time chart showing signal waveforms of respective parts of FIG. FIG. 18 shows a signal waveform when the input voltage changes from a high value to a low value in the middle.

まず、リセット回路128は、図18(A)のように、所定の周期Tでリセット信号を瞬時的に出力して三角波発生回路116のコンデンサ126を放電リセットし、このリセット周期Tが、スイッチング電源装置のスイッチング周波数となる。コンデンサ126がリセットされると、駆動回路120はスイッチング素子108をオンさせる。   First, as shown in FIG. 18A, the reset circuit 128 instantaneously outputs a reset signal at a predetermined period T to discharge and reset the capacitor 126 of the triangular wave generation circuit 116. The reset period T This is the switching frequency of the device. When the capacitor 126 is reset, the drive circuit 120 turns on the switching element 108.

続いてコンデンサ126は電流Iで充電され、コンデンサ電圧V11は時間tに対し式(2)に従って変化する。   Subsequently, the capacitor 126 is charged with the current I, and the capacitor voltage V11 changes according to the equation (2) with respect to time t.

Figure 0005280807
ここで、V11は三角波発生回路116の出力電圧、Vinは入力電圧、tは充電時間、
Cはコンデンサ126の容量、Rは抵抗124の値である。
Figure 0005280807
Here, V11 is the output voltage of the triangular wave generation circuit 116, Vin is the input voltage, t is the charging time,
C is the capacitance of the capacitor 126, and R is the value of the resistor 124.

三角波発生回路116からのコンデンサ電圧V11は駆動回路120に設けた比較回路134の反転入力端子に出力される。   The capacitor voltage V11 from the triangular wave generation circuit 116 is output to the inverting input terminal of the comparison circuit 134 provided in the drive circuit 120.

一方、出力電圧制御信号発生回路118は基準電圧源132による基準電圧Vrefとスイッチング電源装置の出力電圧Voの差分を誤差増幅器130で増幅した誤差電圧を出力電圧制御信号V12として発生し、比較回路134の非反転入力端子に出力している。   On the other hand, the output voltage control signal generation circuit 118 generates, as an output voltage control signal V12, an error voltage obtained by amplifying the difference between the reference voltage Vref from the reference voltage source 132 and the output voltage Vo of the switching power supply device by the error amplifier 130. Is output to the non-inverting input terminal.

比較回路134はコンデンサ電圧V11と出力電圧制御信号V12を比較し、V12>V11のとき駆動信号V13はハイレベルとなってスイッチング素子108をオンし、V12<V11のとき駆動信号V13はローレベルとなってスイッチング素子108をオフすることで、スイッチング素子108のオン期間Ton、即ちオンデューティ
Don=(Ton/T)
を制御する。
The comparison circuit 134 compares the capacitor voltage V11 and the output voltage control signal V12. When V12> V11, the drive signal V13 is at a high level and turns on the switching element 108. When V12 <V11, the drive signal V13 is at a low level. By turning off the switching element 108, the ON period Ton of the switching element 108, that is, the on-duty Don = (Ton / T)
To control.

このようなスイッチング制御回路114によるスイッチング素子108のオン、オフ動作が繰り返されることで、トランス102の1次巻線104にパルス状の電圧が印加され2次側に伝送される。トランス102の2次巻線106に発生したパルス状の電圧は、整流平滑回路110により直流に変換され、スイッチング電源装置の出力電圧Voとなる。   By repeating the ON / OFF operation of the switching element 108 by the switching control circuit 114, a pulse voltage is applied to the primary winding 104 of the transformer 102 and transmitted to the secondary side. The pulsed voltage generated in the secondary winding 106 of the transformer 102 is converted into direct current by the rectifying and smoothing circuit 110 and becomes the output voltage Vo of the switching power supply device.

次に、図17のスイッチング電源装置が理想的に動作した場合の出力電圧制御を説明する。   Next, output voltage control when the switching power supply device of FIG. 17 operates ideally will be described.

理想的な動作をした場合の図17のスイッチング電源装置の出力電圧は式(3)のように決定される。   When the ideal operation is performed, the output voltage of the switching power supply device of FIG. 17 is determined as shown in Expression (3).

Figure 0005280807
ここで、Voは出力電圧、Vinは入力電圧、N1はトランス102の1次巻線104の巻数、N2はトランス102の2次巻線106の巻数、Tはスイッチング周期、Tonはスイッチング素子108のオン時間である。
Figure 0005280807
Here, Vo is the output voltage, Vin is the input voltage, N1 is the number of turns of the primary winding 104 of the transformer 102, N2 is the number of turns of the secondary winding 106 of the transformer 102, T is the switching period, and Ton is the switching element 108. It is on time.

スイッチング素子108のオン時間Tonは、コンデンサ電圧V11が誤差電圧V12に到達するまでの時間で決定される。
11=V12 式(4)
式(1)〜式(4)から以下の式が得られる。
The on-time Ton of the switching element 108 is determined by the time until the capacitor voltage V11 reaches the error voltage V12.
V 11 = V 12 formula (4)
The following formulas are obtained from formulas (1) to (4).

Figure 0005280807
式(5)から、理想的に動作する図17のスイッチング電源装置は、出力電圧制御信号V12が一定の値となるように制御を行なうことで、入力電圧Vinが変動しても出力電圧Voを一定とすることができることが分かる。
Figure 0005280807
From the equation (5), the switching power supply device of FIG. 17 that operates ideally performs the control so that the output voltage control signal V12 becomes a constant value, so that the output voltage Vo is changed even if the input voltage Vin varies. It can be seen that it can be constant.

式(5)を定性的に表すと、図18の左側に示すように、入力電圧Vinが低い場合は、比較回路134に入力するコンデンサ電圧V11の上昇速度が遅いため、スイッチング素子108がオンしている期間Tonが長くなる。一方、図18の右側に示すように、入力電圧Vinが高い場合は、比較回路134に入力するコンデンサ電圧V11の上昇速度が速いため、スイッチング素子108がオンしている期間がTonが短くなる。   Expressing the expression (5) qualitatively, as shown on the left side of FIG. 18, when the input voltage Vin is low, the rising speed of the capacitor voltage V11 input to the comparison circuit 134 is slow, so the switching element 108 is turned on. Period Ton becomes longer. On the other hand, as shown on the right side of FIG. 18, when the input voltage Vin is high, the rising speed of the capacitor voltage V11 input to the comparison circuit 134 is fast, and therefore, Ton becomes short during the period when the switching element 108 is on.

図17のスイッチング電源装置は、出力電圧制御信号V12を一定値に制御するだけで、入力電圧Vinが急激に変動した場合でも、出力電圧Voを一定値に制御することが可能であり、入力電圧の急激な変動に対してスイッチング素子108のオンデューティを高速に応答させて、スイッチング電源装置の出力電圧を安定化することが可能な電源であると言う特徴を持つ。

特開平3−183357号公報 特開2008−131721号公報
The switching power supply device of FIG. 17 can control the output voltage Vo to a constant value even when the input voltage Vin suddenly fluctuates only by controlling the output voltage control signal V12 to a constant value. The switching element 108 has a feature that it can respond to the on-duty of the switching element 108 at high speed and can stabilize the output voltage of the switching power supply device.

JP-A-3-183357 JP 2008-131721 A

しかしながら、このような従来のスイッチング電源装置に用いた入力電圧フィードフォワード制御を用いた絶縁型コンバータでは、入力電圧が低下した場合に、トランスを飽和させてスイッチング素子等の半導体に過大なストレスを与えて、最悪、半導体を破壊してしまうと言った問題があり、この問題を説明すると次のようになる。   However, in the isolated converter using the input voltage feedforward control used in such a conventional switching power supply device, when the input voltage is lowered, the transformer is saturated and an excessive stress is applied to a semiconductor such as a switching element. In the worst case, there is a problem that the semiconductor is destroyed, and this problem can be explained as follows.

入力電圧フィードフォワード制御を用いた絶縁型シングルエンディッドフォワードコンバータのスイッチング素子のオン期間Tonは、先の式(3)で決定されている。スイッチング電源装置は、入力電圧Vinが低下するとスイッチング素子のターンオン時間Tonを長くすることで、出力電圧を一定に制御する動作を行う。   The on period Ton of the switching element of the isolated single-ended forward converter using the input voltage feedforward control is determined by the above equation (3). When the input voltage Vin decreases, the switching power supply device performs an operation of controlling the output voltage to be constant by increasing the turn-on time Ton of the switching element.

しかし、このスイッチング電源装置の制御では、入力電圧Vinが小さくなりすぎると、スイッチング素子がオフできなくなることで、トランスが飽和し、スイッチング素子に大電流が流れ、スイッチング素子に過大なストレスを与えて、最悪、スイッチング素子を破壊してしまう現象が発生する。これは、先の式(3)において、スイッチング素子のオン期間Tonが、スイッチングの1周期T以上の値となる入力電圧Vinに於いて、実際には、スイッチング素子のオン期間Tonがスイッチングの1周期Tよりも大きくなることができないために発生する。この現象を図19に示している。   However, in the control of this switching power supply device, if the input voltage Vin becomes too small, the switching element cannot be turned off, the transformer is saturated, a large current flows through the switching element, and an excessive stress is applied to the switching element. In the worst case, the phenomenon of destroying the switching element occurs. This is because, in the above equation (3), in the input voltage Vin in which the ON period Ton of the switching element is equal to or greater than one switching period T, the ON period Ton of the switching element is actually 1 This occurs because it cannot be greater than the period T. This phenomenon is shown in FIG.

図19にあっては、任意の時刻tnで入力電圧Vinが大きく低下し、コンデンサ電圧V11の上昇速度が遅くなり、スイッチング周期Tの間にコンデンサ電圧V11が出力電圧制御信号V12に到達する前にリセット信号によりリセットされ、スイッチング素子108をオフすることができなくなっている。   In FIG. 19, the input voltage Vin greatly decreases at an arbitrary time tn, the rising speed of the capacitor voltage V11 becomes slow, and before the capacitor voltage V11 reaches the output voltage control signal V12 during the switching period T. The switching element 108 cannot be turned off by being reset by the reset signal.

スイッチング素子108がオフしない時間が長く続くと、トランス102が飽和して大電流がスイッチング素子108に流れる現象につながる。大電流が流れることで、スイッチング素子108に過大なストレスが加わり、最悪、スイッチング素子108が破壊してしまう。   If the time during which the switching element 108 is not turned off continues for a long time, the transformer 102 is saturated and a large current flows through the switching element 108. When a large current flows, an excessive stress is applied to the switching element 108, and at the worst, the switching element 108 is destroyed.

このような問題に対しては次の解決方法が考えられる。第1の解決方法は、図20に示すように、駆動回路120とスイッチング素子108の間に最大オンデューティ制限回路146を設けることである。最大オンデューティ制限回路146を設けることで、スイッチングの1周期に対して、スイッチング素子を強制的にオフする期間を作り出し、トランスが飽和しない構成とし、電源装置の破壊を防ぐことができる。   The following solutions can be considered for such problems. The first solution is to provide a maximum on-duty limiting circuit 146 between the drive circuit 120 and the switching element 108 as shown in FIG. By providing the maximum on-duty limiting circuit 146, it is possible to create a period in which the switching element is forcibly turned off with respect to one switching period, and to prevent the transformer from being saturated, thereby preventing the power supply device from being destroyed.

しかしながら、この方法は、最大オンデューティ制限回路に必要な電子部品による部品点数やコストが増加してしまうと言った問題を持ち、また、最大オンデューティ制限回路を構成する電子部品のばらつきによって最大オンデューティ制限値にばらつきが発生し、スイッチング素子のオンデューティを広くして動作させることができなくなり、スイッチング電源装置の変換効率が低下してしまうと言う問題が新たに発生する。   However, this method has a problem that the number of parts and the cost due to the electronic components necessary for the maximum on-duty limit circuit increase, and the maximum on-duty limit circuit varies depending on the electronic components constituting the maximum on-duty limit circuit. There arises a new problem that the duty limit value varies, the switching element cannot be operated with a wide on-duty, and the conversion efficiency of the switching power supply device is lowered.

一般的には、同一電力を出力するスイッチング電源装置では、スイッチング素子のオンデューティを広く用いた方が変換効率を向上させることができる。スイッチング素子のオンデューティを広くすることで、半導体素子やトランス等の部品の導通時間を長くすることができるため、これらの素子を流れる電流の実効値を低下させ、これらの素子の抵抗による損失を低減することができるためである。   Generally, in a switching power supply device that outputs the same power, conversion efficiency can be improved by widely using the on-duty of the switching element. By widening the on-duty of switching elements, the conduction time of components such as semiconductor elements and transformers can be lengthened. Therefore, the effective value of the current flowing through these elements is reduced, and the loss due to the resistance of these elements is reduced. This is because it can be reduced.

このため、変換効率の高いスイッチング電源装置では、スイッチング素子のオンデューティが大きくなるように設計が行われるが、最大オンデューティ制限回路146で制限される最大オンデューティの制限値に近いオンデューティで動作するスイッチング電源を作ると、最大オンデューティ制限回路146の制限値がばらついたときに、スイッチング素子のオンデューティを目標とする大きさまで広げることができなくなってしまう現象が発生してしまう。   For this reason, a switching power supply device with high conversion efficiency is designed so that the on-duty of the switching element is increased, but operates at an on-duty close to the maximum on-duty limit value limited by the maximum on-duty limit circuit 146. If the switching power supply is made, when the limit value of the maximum on-duty limit circuit 146 varies, a phenomenon occurs in which the on-duty of the switching element cannot be expanded to a target size.

従って、最大オンデューティ制限回路146で制限されるデューティの値に対して、スイッチング電源装置が通常の動作を行っているときのスイッチング素子のオンデューティの値を十分に離した設計を行わないと、目的とする出力電圧を取り出すことができないスイッチング電源装置が作られてしまう可能性がある。   Therefore, unless the design is made sufficiently different from the duty value limited by the maximum on-duty limit circuit 146, the value of the on-duty of the switching element when the switching power supply device performs normal operation is sufficiently separated. There is a possibility that a switching power supply device that cannot take out a target output voltage is produced.

そこで、変換効率を犠牲にして、スイッチング電源装置が通常の動作を行っているときのスイッチング素子のオンデューティを狭くする設計を行うことになり、結果として、変換効率が高いスイッチング電源装置を得ることができない。   Therefore, at the expense of conversion efficiency, the switching power supply device is designed to reduce the on-duty of the switching element during normal operation, and as a result, a switching power supply device with high conversion efficiency is obtained. I can't.

また、別の解決法として、スイッチング電源装置に高速に動作する停止回路を設ける方法が考えられる。例えば、定格入力電圧48ボルト、定格出力電圧5ボルトのスイッチング電源装置を、図17のスイッチング電源装置の回路を用いて、トランスの巻数比N1:N2=4:1で構成している場合を考える。   Another possible solution is to provide a switching power supply device with a stop circuit that operates at high speed. For example, consider a case where a switching power supply device with a rated input voltage of 48 volts and a rated output voltage of 5 volts is configured with a transformer turns ratio of N1: N2 = 4: 1 using the circuit of the switching power supply device of FIG. .

式(3)から、このスイッチング電源装置では、Vin=20ボルトの時に、Ton=Tとなることになる。つまり、Vin=20ボルト以下でこのスイッチング電源装置を動作させると、スイッチング素子がオフすることができなくなり、トランス飽和が発生し、スイッチング素子に過大なストレスが加わり、電源装置が破壊してしまう。   From Equation (3), in this switching power supply device, Ton = T when Vin = 20 volts. That is, if this switching power supply device is operated at Vin = 20 volts or less, the switching element cannot be turned off, transformer saturation occurs, excessive stress is applied to the switching element, and the power supply device is destroyed.

ここで、定格入力電圧48ボルトのスイッチング電源では、要求される入力電圧範囲を35ボルトから75ボルト程度とされている場合が一般的であるので、Vin=30ボルト以下では、電源を停止させても実害はない。   Here, in a switching power supply with a rated input voltage of 48 volts, the required input voltage range is generally set to about 35 to 75 volts. Therefore, when Vin = 30 volts or less, the power supply is stopped. There is no real harm.

そこで、スイッチング電源装置に入力電圧を監視する回路を設け、Vin=20ボルト以下になる前に、スイッチング電源装置の動作を確実に停止させるように制御を行うことで電源が破壊してしまうことを防ぐことができる。   Therefore, a circuit that monitors the input voltage is provided in the switching power supply device, and the power supply is destroyed by performing control so that the operation of the switching power supply device is surely stopped before Vin = 20 volts or less. Can be prevented.

しかしながら、この方法では、入力電圧が急激に低下した場合でも確実にスイッチング電源装置を停止させることができるように、遅れ時間が短く且つ高速に動作する停止回路を必要とするため、コストや部品点数を増大させてしまうことになる。   However, this method requires a stop circuit that has a short delay time and operates at a high speed so that the switching power supply can be reliably stopped even when the input voltage suddenly drops. Will be increased.

近年、DSP等として知られた高性能なデジタルプロセッサを用いたデジタル制御のスイッチング電源制御を行うことが検討されている。デジタル制御のスイッチング電源装置では、デジタルプロセッサに、スイッチング電源装置の入力電圧、周囲温度、出力電流、出力電圧等の情報を取り込み、デジタルプロセッサに内蔵されたプログラムに基づいて演算を行い、スイッチング電源の動作を制御する。   In recent years, it has been studied to perform digitally controlled switching power supply control using a high-performance digital processor known as a DSP or the like. In a digitally controlled switching power supply, information such as the input voltage, ambient temperature, output current, and output voltage of the switching power supply is taken into the digital processor, and calculation is performed based on a program built in the digital processor. Control the behavior.

デジタル制御では、今までアナログ部品で構成していた回路の多くをデジタルプロセッサのプログラムに基づく演算に置き換えることで部品点数を削減し、また、スイッチング電源の状態を検知し、実行するプログラムを変更(条件制御)することが簡単に実現でき、アナログ制御では不可能だった高度な制御を行うことができると言った多くの利点を持つため、精力的に開発が進められている。   In digital control, the number of parts has been reduced by replacing many of the circuits previously configured with analog components with operations based on digital processor programs, and the state of switching power supplies has been detected and the program to be executed has been changed ( (Conditional control) can be easily realized and has many advantages such as that it is possible to perform advanced control that was not possible with analog control, and therefore it is being energetically developed.

しかし、デジタル制御のスイッチング電源装置では、スイッチング電源の動作をプログラムで制御するため、スイッチング電源の状態変化に対して、応答処理が遅れると言う欠点を持つ。   However, the digitally controlled switching power supply device has a drawback that response processing is delayed with respect to a change in the state of the switching power supply because the operation of the switching power supply is controlled by a program.

これはデジタルプロセッサでは、処理対象とする色々な項目に対して、直列でしか処理を行うことができないと言う事に起因する。つまり、デジタルプロセッサが、何れかの項目に対して演算を行っているときに、その他の項目の状態が変化しても、状態変化が起きたことを検出できない。   This is due to the fact that a digital processor can only process serially various items to be processed. That is, when the digital processor performs an operation on any item, even if the state of the other item changes, it cannot be detected that the state change has occurred.

例えば、入力電圧、周囲温度、出力電流、出力電圧の4つの項目をデジタルプロセッサで監視し、演算を行う場合を考える。この場合、各処理に対して一定の時間を必要とし、それぞれの処理が順番に実行される。
つまり、
(1) 入力電圧の監視と演算、
(2)周囲温度の監視と演算、
(3)出力電流の監視と演算、
(4)出力電圧の監視と演算、
(5)前記(1)に戻る、
と言った順番で処理を行うフローを作り、全てが終わった後で、最初から処理を繰り返すと言うループ動作を行っている。
For example, let us consider a case where four items of input voltage, ambient temperature, output current, and output voltage are monitored by a digital processor and calculation is performed. In this case, a certain time is required for each process, and each process is executed in order.
That means
(1) Monitoring and calculation of input voltage,
(2) Monitoring and calculation of ambient temperature,
(3) Monitoring and calculation of output current,
(4) Monitoring and calculation of output voltage,
(5) Return to (1) above.
A flow that performs processing in the order of saying is made, and after everything is finished, a loop operation is performed in which processing is repeated from the beginning.

例えば、各処理に10μsecの時間を要したとすると、入力電圧に対する演算は、40μsec毎でしか行うことができないということになる。ここで、入力電圧に対するスイッチング電源装置の停止動作をデジタルプロセッサで制御していたとすると、入力電圧が停止電圧以下となっても、40μsecの間、電圧低下を検知できないことになる。   For example, if 10 μsec is required for each process, the calculation for the input voltage can be performed only every 40 μsec. Here, if the switching operation of the switching power supply device with respect to the input voltage is controlled by the digital processor, even if the input voltage is equal to or lower than the stop voltage, a voltage drop cannot be detected for 40 μsec.

また、デジタル制御では、デジタルプロセッサがノイズ等で誤判定するのを避けるため、状態変化判定は、複数回の検知で処理を実行するようにプログラムされるのが一般的である。複数回の検知は、処理のループを複数回繰り返すことで行う。   Also, in digital control, in order to avoid a digital processor from making an erroneous determination due to noise or the like, the state change determination is generally programmed to execute a process by multiple detections. Multiple detections are performed by repeating the processing loop multiple times.

例えば、入力電圧の低下による電源の停止に対して、3回の検知で電源を停止させるようにプログラムされた場合には、40μsecのループを3回繰り返すことになるため、120μsecの遅れ時間を持つことになる。   For example, when programmed to stop the power supply with three detections against a power supply stop due to a decrease in input voltage, a 40 μsec loop will be repeated three times, resulting in a delay time of 120 μsec. It will be.

このためデジタルプロセッサが入力電圧30V以下を検知したところで停止動作を行うとすると、検知から実際に電源が停止するまでは120μsecの遅れ時間が存在し、この間に、入力電圧が20V以下になると電源が破壊する可能性があると言う事になる。   For this reason, if the digital processor performs a stop operation when an input voltage of 30 V or less is detected, there is a delay time of 120 μsec from the detection until the power supply is actually stopped. During this time, when the input voltage becomes 20 V or less, the power supply is turned off. There is a possibility of destruction.

この問題を解決するためには、入力電圧が30Vから20Vまで低下する時間を120μsec以上となるようにスイッチング電源を設計しなければならない。入力電圧の変化速度を抑制するためには、スイッチング電源装置の入力にコンデンサを設けることになる。   In order to solve this problem, the switching power supply must be designed so that the time for the input voltage to drop from 30 V to 20 V is 120 μsec or longer. In order to suppress the change speed of the input voltage, a capacitor is provided at the input of the switching power supply.

いま、図17のスイッチング電源装置から出力電圧5ボルト、出力電流10アンペアの電流を出力していたとする。このスイッチング電源装置を入力電源から切り離した瞬間を考えると、スイッチング電源装置の入力電圧は、スイッチング電源の入力側に設けられたコンデンサから供給されることになる。   Assume that the switching power supply device in FIG. 17 outputs an output voltage of 5 volts and an output current of 10 amperes. Considering the moment when the switching power supply is disconnected from the input power supply, the input voltage of the switching power supply is supplied from a capacitor provided on the input side of the switching power supply.

スイッチング電源装置を破壊させないために必要なコンデンサを計算する場合、以下の4つの連立式の解を求める。連立式を解くと、式(6)が得られる。   When calculating a capacitor necessary for preventing the switching power supply device from being destroyed, the following four simultaneous equations are obtained. When the simultaneous equations are solved, Equation (6) is obtained.

Figure 0005280807
ここで、Cinはスイッチング電源装置の入力側に設けられたコンデンサの容量、ΔVCinはスイッチング電源装置の入力側に設けられたコンデンサの電圧変化、Iinはスイッチング電源装置の入力電流、Vinはスイッチング電源装置の入力電圧、Ioはスイッチング電源装置の出力電流(=10A)、Voはスイッチング電源装置の出力電圧(=5V)、Vstopは停止検出電圧(=30V)、Vfailはスイッチング電源装置が故障する電圧(=20V)、tはスイッチング電源装置の入力電圧VinがVstopからVfailの達するまでの時間(=120μsec)、Effはスイッチング電源装置の変換効率である。
Figure 0005280807
Here, Cin is a capacitance of a capacitor provided on the input side of the switching power supply, ΔVCin is a voltage change of the capacitor provided on the input side of the switching power supply, Iin is an input current of the switching power supply, and Vin is a switching power supply. , Io is the output current (= 10A) of the switching power supply, Vo is the output voltage (= 5V) of the switching power supply, Vstop is the stop detection voltage (= 30V), and Vfail is the voltage at which the switching power supply fails ( = 20 V), t is the time (= 120 μsec) until the input voltage Vin of the switching power supply reaches Vfail from Vstop, and Eff is the conversion efficiency of the switching power supply.

変換効率を1と仮定し、上記の式を解くと、C=30μF以上の大型のコンデンサが必要になると計算できる。これはスイッチング電源装置の小型化、低コスト化を阻む要因となる。コンデンサを小さくするためには、高速のデジタルプロセッサを用いて、遅れ時間を短くすることで対応できるが、高速のデジタルプロセッサは高価となるため、低コスト化を実現することはできない。   Assuming that the conversion efficiency is 1, and solving the above equation, it can be calculated that a large capacitor of C = 30 μF or more is required. This is a factor that prevents the switching power supply device from being reduced in size and cost. To reduce the capacitor, a high-speed digital processor can be used to shorten the delay time. However, since the high-speed digital processor is expensive, the cost cannot be reduced.

本発明は、ワンチップマイコン等として知られた低速のデジタルプロセッサを用いたデジタル制御により入力電圧の低下に対しスイッチング素子を確実にオン、オフ制御して装置故障の無い小型化及び低コスト化可能なスイッチング電源装置を提供することを目的とする。
The present invention is capable of downsizing and cost reduction without device failure by controlling on and off of the switching element reliably against a decrease in input voltage by digital control using a low-speed digital processor known as a one-chip microcomputer or the like. An object of the present invention is to provide a simple switching power supply device.

本発明は、入力電源にトランスの1次巻線とスイッチング素子が直列に接続され、トランスの2次巻線に整流平滑回路が接続され、スイッチング素子にスイッチング制御回路が接続され、スイッチング制御回路がスイッチング素子のオンデューティを制御することで出力電圧を所定の電圧に制御するスイッチング電源装置に於いて、
スイッチング制御回路は、
デジタルプロセッサに設けられ、所定周期で且つ所定の最大オンデューティを設定した第1パルス幅変調信号を発生するデジタルパルス幅変調信号発生部と、
入力電圧に応じて傾きが変化し且つ第1パルス幅変調信号に同期して三角波信号を反復して発生させる三角波発生回路と、
出力電圧を所定の電圧に制御するための出力電圧制御信号を発生する出力電圧制御信号発生回路と、
三角波信号と出力電圧制御信号を入力し、出力電圧制御信号に応じたオンデューティを持つ第2パルス幅変調信号を発生する比較回路と、
第1パルス幅変調信号と前記第2パルス幅変調信号を入力し、第2パルス幅変調信号のオンデューティが最大オンデューティ未満の場合は第2パルス幅変調信号をスイッチング素子に駆動信号として出力し、第2パルス幅変調信号のオンデューティが最大オンデューティ以上の場合は第1パルス幅変調信号をスイッチング素子に駆動信号として出力する論理回路と、
を備えたことを特徴とする。
In the present invention, a primary winding of a transformer and a switching element are connected in series to an input power source, a rectifying and smoothing circuit is connected to a secondary winding of the transformer, a switching control circuit is connected to the switching element, and the switching control circuit is In the switching power supply device that controls the output voltage to a predetermined voltage by controlling the on-duty of the switching element,
Switching control circuit
A digital pulse width modulation signal generating section that is provided in the digital processor and generates a first pulse width modulation signal having a predetermined period and a predetermined maximum on-duty;
A triangular wave generating circuit that repeatedly generates a triangular wave signal in synchronism with the first pulse width modulation signal, the inclination of which changes according to the input voltage;
An output voltage control signal generating circuit for generating an output voltage control signal for controlling the output voltage to a predetermined voltage;
A comparison circuit for inputting a triangular wave signal and an output voltage control signal, and generating a second pulse width modulation signal having an on-duty according to the output voltage control signal;
The first pulse width modulation signal and the second pulse width modulation signal are input, and when the on-duty of the second pulse width modulation signal is less than the maximum on-duty, the second pulse width modulation signal is output as a drive signal to the switching element. A logic circuit that outputs the first pulse width modulation signal as a drive signal to the switching element when the on-duty of the second pulse width modulation signal is greater than or equal to the maximum on-duty;
It is provided with.

ここで、デジタルプロセッサの論理回路部として設けられたデジタルパルス幅変調信号発生部は、
クロック信号を計数するカウンタと、
最大オンデューティに対応した第1クロック数N1を設定する第1レジスタと、
所定周期に対応した第2クロック数N2を設定する第2レジスタと、
カウンタの計数クロック数が第1クロック数N1に達した時に出力する第1比較回路と、
カウンタの計数クロック数が第1クロック数N2に達した時に出力する第2比較回路と、
第1比較回路の出力でリセットされ、第2比較回路の出力でセットされ、最大オンデューティをもつ第1パルス幅変調信号を出力するフリップフロップと、
第2比較回路の出力によりカウンタをリセットスタートさせる機能と、
を備える。
Here, the digital pulse width modulation signal generation unit provided as the logic circuit unit of the digital processor is:
A counter for counting clock signals;
A first register for setting a first clock number N1 corresponding to the maximum on-duty;
A second register for setting a second clock number N2 corresponding to a predetermined period;
A first comparison circuit that outputs when the count clock number of the counter reaches the first clock number N1,
A second comparison circuit that outputs when the count clock number of the counter reaches the first clock number N2,
A flip-flop that is reset at the output of the first comparison circuit, is set at the output of the second comparison circuit, and outputs a first pulse width modulation signal having a maximum on-duty;
A function to reset and start the counter by the output of the second comparison circuit;
Is provided.

三角波発生回路は、
入力電圧に比例した電流を出力する電流源回路と、
電流源回路により充電されて三角波電圧を発生するコンデンサと、
第1パルス幅変調信号がローレベルからハイレベルとなる開始タイミングから短時間動作して前記コンデンサを放電リセットするリセット回路と、
を備える。
The triangular wave generator circuit
A current source circuit that outputs a current proportional to the input voltage;
A capacitor that is charged by a current source circuit to generate a triangular wave voltage;
A reset circuit that operates for a short time from the start timing at which the first pulse width modulation signal changes from low level to high level and discharges and resets the capacitor;
Is provided.

リセット回路は、
第1パルス幅変調信号のローレベルからハイレベルへの立上りに同期して微分パルス信号を生成する微分回路と、
微分パルス信号によりオンしてコンデンサを放電リセットするリセット用スイッチング素子と、
を備える。
The reset circuit
A differentiating circuit for generating a differential pulse signal in synchronization with the rising of the first pulse width modulation signal from a low level to a high level;
A switching element for resetting that is turned on by a differential pulse signal to reset the discharge of the capacitor;
Is provided.

三角波発生回路は、
入力電圧に比例した電流を出力する電流源回路と、
電流源回路により充電されて三角波電圧を発生するコンデンサと、
第1パルス幅変調信号のローレベル期間の間だけ動作してコンデンサを放電リセットするリセット回路と、
を備える。
The triangular wave generator circuit
A current source circuit that outputs a current proportional to the input voltage;
A capacitor that is charged by a current source circuit to generate a triangular wave voltage;
A reset circuit that operates only during a low level period of the first pulse width modulation signal to discharge and reset the capacitor;
Is provided.

リセット回路は、コンデンサのプラス電位側にアノードを接続し、第1パルス幅変調信号を出力するデジタルプロセッサの出力端子にカソードを接続したダイオードを備える。   The reset circuit includes a diode having an anode connected to the positive potential side of the capacitor and a cathode connected to an output terminal of a digital processor that outputs the first pulse width modulation signal.

論理回路は、第1パルス幅変調信号と第2パルス幅変調信号を入力した2入力の論理積回路(AND回路)である。   The logic circuit is a 2-input AND circuit (AND circuit) to which the first pulse width modulation signal and the second pulse width modulation signal are input.

デジタルパルス幅変調信号発生部は第1パルス幅変調信号を反転した反転第1パルス幅変調信号を出力し、
三角波発生回路は、
入力電圧に比例した電流を出力する電流源回路と、
電流源回路により充電されて三角波電圧を発生するコンデンサと、
反転第1パルス幅変調信号がハイレベルからローレベルとなる開始タイミングから短時間動作してコンデンサを放電リセットするリセット回路と、
を備える。
The digital pulse width modulation signal generator outputs an inverted first pulse width modulation signal obtained by inverting the first pulse width modulation signal,
The triangular wave generator circuit
A current source circuit that outputs a current proportional to the input voltage;
A capacitor that is charged by a current source circuit to generate a triangular wave voltage;
A reset circuit that operates for a short time from the start timing when the inverted first pulse width modulation signal changes from a high level to a low level and discharges and resets the capacitor;
Is provided.

この場合のリセット回路は、
反転第1パルス幅変調信号のハイレベルからローレベルへの立下りに同期して微分パルス信号を生成する微分回路と、
微分パルス信号によりオンしてコンデンサを放電リセットするリセット用スイッチング素子と、
を備える。
The reset circuit in this case is
A differentiating circuit for generating a differential pulse signal in synchronization with the fall of the inverted first pulse width modulation signal from a high level to a low level;
A switching element for resetting that is turned on by a differential pulse signal to reset the discharge of the capacitor;
Is provided.

デジタルパルス幅変調信号発生部は第1パルス幅変調信号を反転した反転第1パルス幅変調信号を出力し、
三角波発生回路は、
入力電圧に比例した電流を出力する電流源回路と、
電流源回路により充電されて三角波電圧を発生するコンデンサと、
反転第1パルス幅変調信号のハイレベル期間の間だけ動作してコンデンサを放電リセットするリセット回路と、
を備える。
The digital pulse width modulation signal generator outputs an inverted first pulse width modulation signal obtained by inverting the first pulse width modulation signal,
The triangular wave generator circuit
A current source circuit that outputs a current proportional to the input voltage;
A capacitor that is charged by a current source circuit to generate a triangular wave voltage;
A reset circuit that operates only during a high level period of the inverted first pulse width modulation signal to discharge and reset the capacitor;
Is provided.

この場合のリセット回路は、反転第1パルス幅制御信号のハイレベルの期間にオンしてコンデンサを放電リセットするリセット用スイッチング素子を備える。   The reset circuit in this case includes a reset switching element that is turned on during the high level period of the inverted first pulse width control signal to discharge and reset the capacitor.

また、デジタルパルス幅変調信号発生部は第1パルス幅変調信号を反転した反転第1パルス幅変調信号を出力し、
論理回路は、
反転第1パルス幅変調信号と第2パルス幅変調信号を入力した2入力の論理和回路(OR回路)と、
論理和回路の出力を反転してスイッチング素子に駆動信号を出力するインバータと、
を備える。
The digital pulse width modulation signal generator outputs an inverted first pulse width modulation signal obtained by inverting the first pulse width modulation signal,
The logic circuit
A two-input OR circuit (OR circuit) that receives the inverted first pulse width modulation signal and the second pulse width modulation signal;
An inverter that inverts the output of the OR circuit and outputs a drive signal to the switching element;
Is provided.

デジタルプロセッサは、プログラムの実行により、
電源起動時に、第1パルス幅変調信号のオンデューティ、もしくは、反転第1パルス幅変調信号のオフデューティを時間の経過に対しプログラムに基づく所定の増加割合で変化させて出力電圧を所定電圧に向けて上昇させるソフトスタート処理部、
電源停止時に、第1パルス幅変調信号のオンデューティ、もしくは、反転第1パルス幅変調信号のオフデューティを時間の経過に対しプログラムに基づく所定の減少割合で変化させて出力電圧を所定電圧から下降させるソフトストップ処理部、
の機能を実現する。
The digital processor can execute
When the power supply is turned on, the on-duty of the first pulse width modulation signal or the off-duty of the inverted first pulse width modulation signal is changed at a predetermined increase rate based on the program over time, and the output voltage is directed to the predetermined voltage Soft start processing part to raise,
When the power supply is stopped, the output voltage is decreased from the predetermined voltage by changing the on-duty of the first pulse width modulation signal or the off-duty of the inverted first pulse width modulation signal at a predetermined reduction rate based on the program over time. Soft stop processing unit,
Realize the function.

ソフトスタート処理部は、オンデューティの増加割合を入力電圧の大きさに反比例するように変化させることで、出力電圧が所定の電圧に上昇するまでの時間が入力電圧の影響を受けなくする処理を行い、
ソフトストップ処理部は、オンデューティの減少割合を入力電圧の大きさに反比例するように変化させることで、出力電圧が所定の電圧に下降するまでの時間が入力電圧の影響を受けなくする処理を行う。
The soft start processing unit changes the on-duty increase rate so that it is inversely proportional to the magnitude of the input voltage, so that the time until the output voltage rises to the specified voltage is not affected by the input voltage. Done
The soft stop processing unit changes the on-duty reduction rate so that it is inversely proportional to the magnitude of the input voltage, so that the time until the output voltage drops to a predetermined voltage is not affected by the input voltage. Do.

出力電圧制御信号発生回路は、例えば出力電圧信号と所定の基準電圧信号との出力電圧制御信号を発生する。
For example, the output voltage control signal generation circuit generates an output voltage control signal of an output voltage signal and a predetermined reference voltage signal.

本発明によれば、入力電圧が低下して三角波電圧と出力電圧制御信号の比較による第2パルス幅変調信号ではスイッチング素子がオフできなくなっても、デジタルプロセッサのクロックによりスイッチング制御の周期を決め且つ最大オンデューティを持つ第1パルス幅変調信号によりスイッチング素子を必ずオフすることができ、入力電圧が低くなってもスイッチング素子がオフできなくなる現象は発生しないため、遅れ時間の短い高速に動作する停止回路や高速に動作するデジタルプロセッサを必要とすることなく、装置故障を確実に防止できる。   According to the present invention, even if the switching element cannot be turned off by the second pulse width modulation signal based on the comparison of the triangular wave voltage and the output voltage control signal due to the decrease in the input voltage, the switching control cycle is determined by the clock of the digital processor and The switching element can always be turned off by the first pulse width modulation signal having the maximum on-duty, and the phenomenon that the switching element cannot be turned off even when the input voltage is lowered does not occur. Device failure can be reliably prevented without the need for a circuit or a high-speed digital processor.

また、デジタルプロセッサにより発生している第1パルス幅変調信号はスイッチング周期とパルス幅に正確な相関を持つため、最大オンデューティ制限がばらつくことが無く、スイッチング電源装置が通常の動作を行っているときのスイッチング素子のオンデューティを広く設計することが可能となり、変換効率が高いスイッチング電源装置を得ることができる。   In addition, since the first pulse width modulation signal generated by the digital processor has an accurate correlation between the switching period and the pulse width, the maximum on-duty limit does not vary, and the switching power supply device performs normal operation. It is possible to design the on-duty of the switching element widely, and a switching power supply device with high conversion efficiency can be obtained.

その結果、低速で低コストのデジタルプロセッサを用いて、部品点数が少なく、故障が無く、変換効率が高いスイッチング電源装置を得ることができる。   As a result, a low-cost and low-cost digital processor can be used to obtain a switching power supply device with a small number of parts, no failure, and high conversion efficiency.

また本発明によれば、特別に部品を追加することなく、低速で低コストのデジタルプロセッサを用いて、スイッチング電源装置のソフトスタート、ソフトストップを実現することが可能となり、部品点数が少なく、故障が無く、変換効率が高いソフトスタート機能、ソフトストップ機能を備えたスイッチング電源装置を得ることができる。   Further, according to the present invention, it is possible to realize soft start and soft stop of a switching power supply device using a low-speed and low-cost digital processor without adding any special parts, and the number of parts is small, so Thus, a switching power supply device having a soft start function and a soft stop function with high conversion efficiency can be obtained.

更に、特別に部品を追加することなく、入力電源の電圧変化に対しソフトスタートおよびソフトストップ時の出力電圧変化量を一定に制御して安定した起動と停止ができる。
Further, the output voltage change amount at the time of soft start and soft stop can be controlled to be constant with respect to the voltage change of the input power supply without adding any special parts, so that stable start and stop can be performed.

図1は本発明によるスイッチング電源装置の第1実施形態を示した回路ブロック図である。図1において、本実施形態のスイッチング電源装置は、入力電源10、トランス12、MOS−FETを用いたスイッチング素子18、出力端子22a,22bに接続された整流平滑回路20及びスイッチング制御回路24で構成される。   FIG. 1 is a circuit block diagram showing a first embodiment of a switching power supply device according to the present invention. In FIG. 1, the switching power supply device of this embodiment includes an input power supply 10, a transformer 12, a switching element 18 using a MOS-FET, a rectifying / smoothing circuit 20 connected to output terminals 22a and 22b, and a switching control circuit 24. Is done.

入力電源10は入力電圧Vinを入力し、入力電源10としてはバッテリーなどの直流電源でもよいし、交流電源を整流平滑して直流電力を入力してもよい。   The input power supply 10 receives an input voltage Vin, and the input power supply 10 may be a DC power supply such as a battery, or DC power may be input by rectifying and smoothing the AC power supply.

トランス12は1次巻線14と2次巻線16を有する。トランス12の1次巻線14とは直列にスイッチング素子18が接続されており、ここに直流電源電圧Vinを入力している。   The transformer 12 has a primary winding 14 and a secondary winding 16. A switching element 18 is connected in series with the primary winding 14 of the transformer 12, and a DC power supply voltage Vin is input thereto.

整流平滑回路20は、この実施形態にあっては同期整流型を使用している。即ち整流平滑回路20には、フォワード側の同期整流素子25、フライホイール側の同期整流素子26、同期整流駆動回路28、チョークコイル30及び平滑コンデンサ32が設けられている。   In this embodiment, the rectifying / smoothing circuit 20 uses a synchronous rectification type. That is, the rectifying / smoothing circuit 20 includes a forward-side synchronous rectifying element 25, a flywheel-side synchronous rectifying element 26, a synchronous rectifying drive circuit 28, a choke coil 30, and a smoothing capacitor 32.

スイッチング制御回路24には、デジタルプロセッサ34、三角波発生回路36、出力電圧制御信号発生回路38及び駆動回路40が設けられている。スイッチング制御回路24は、スイッチング素子18のオンデューティを制御して、整流平滑回路20からの出力電圧Voを一定電圧に保つ制御を行う。   The switching control circuit 24 is provided with a digital processor 34, a triangular wave generation circuit 36, an output voltage control signal generation circuit 38, and a drive circuit 40. The switching control circuit 24 controls the on-duty of the switching element 18 to control the output voltage Vo from the rectifying / smoothing circuit 20 at a constant voltage.

スイッチング制御回路24に設けたデジタルプロセッサ34には、ソフトスタート・ストップ処理部42とデジタルパルス幅変調信号発生部44が設けられている。ここで、デジタルプロセッサ34はワンチップマイコンとして知られた低速で低コストのコンピュータであり、1つのICチップ上にCPU、RAM、ROM及び各種入出力装置などを搭載し、低速なもので数MHz、高速なものでも数十MHz程度までを上限としたクロック周波数で動作するプロセッサを用いる。   The digital processor 34 provided in the switching control circuit 24 is provided with a soft start / stop processor 42 and a digital pulse width modulation signal generator 44. Here, the digital processor 34 is a low-speed and low-cost computer known as a one-chip microcomputer. The CPU, RAM, ROM, various input / output devices, etc. are mounted on one IC chip, and the low-speed one is several MHz. Even a high-speed processor uses a processor that operates at a clock frequency up to about several tens of MHz.

デジタルプロセッサ34に設けたソフトスタート・ストップ処理部42は、CPUによるプログラムの実行により実現される機能である。   The soft start / stop processing unit 42 provided in the digital processor 34 is a function realized by execution of a program by the CPU.

デジタルパルス幅変調信号発生部44は、デジタルプロセッサ34に設けた論理回路で実現され、所定のスイッチング周期Tで且つ最大オンデューティとなる最大オン時間Ton(max)を設定した第1パルス幅変調信号V1を発生する。   The digital pulse width modulation signal generation unit 44 is realized by a logic circuit provided in the digital processor 34, and is a first pulse width modulation signal in which a maximum on-time Ton (max) having a predetermined switching period T and a maximum on-duty is set. V1 is generated.

三角波発生回路36には、抵抗48を用いた電流源回路46と直列にコンデンサ50を接続し、コンデンサ50と並列にリセット回路52を接続している。リセット回路52にはデジタルパルス幅変調信号発生部44からの第1パルス幅変調信号V1を入力している。   The triangular wave generating circuit 36 is connected with a capacitor 50 in series with a current source circuit 46 using a resistor 48, and with a reset circuit 52 in parallel with the capacitor 50. The reset circuit 52 receives the first pulse width modulation signal V1 from the digital pulse width modulation signal generator 44.

リセット回路52はコンデンサ54と抵抗56で微分回路を構成し、この微分回路の出力をNPNトランジスタ58のベースに入力し、NPNトランジスタ58のコレクタをコンデンサ50のプラス電位側に接続している。   The reset circuit 52 forms a differentiating circuit with a capacitor 54 and a resistor 56, the output of this differentiating circuit is input to the base of the NPN transistor 58, and the collector of the NPN transistor 58 is connected to the positive potential side of the capacitor 50.

このためリセット回路52は、第1パルス幅変調信号V1のローレベルからハイレベルの立ち上がりに同期して、ごく短時間となるパルス状のリセット信号を出力し、コンデンサ50を放電リセットする。   For this reason, the reset circuit 52 outputs a pulse-like reset signal that becomes a very short time in synchronization with the rising of the first pulse width modulation signal V1 from the low level to the high level, and resets the capacitor 50 by discharging.

電流源回路46は入力電源10からの入力電圧Vinに比例した電流Iをコンデンサ50に流して充電し、これによってコンデンサ50の端子電圧は、前記の式(2)に従って直線的に増加する。コンデンサ50の電圧は、電流源回路46による充電とリセット回路52による放電が交互に繰り返されることによって三角波状の電圧となる。三角波発生回路36は、コンデンサ50の電圧を三角波信号V3として出力する。   The current source circuit 46 charges the capacitor 50 by flowing a current I proportional to the input voltage Vin from the input power supply 10, whereby the terminal voltage of the capacitor 50 increases linearly according to the above equation (2). The voltage of the capacitor 50 becomes a triangular wave voltage by alternately repeating charging by the current source circuit 46 and discharging by the reset circuit 52. The triangular wave generation circuit 36 outputs the voltage of the capacitor 50 as a triangular wave signal V3.

出力電圧制御信号発生回路38は、誤差増幅器64の反転入力端子に出力電圧Voを入力し、非反転入力端子に接続している基準電圧源66からの基準電圧Vrefとの誤差電圧を出力電圧制御信号V4として出力する。   The output voltage control signal generation circuit 38 inputs the output voltage Vo to the inverting input terminal of the error amplifier 64, and outputs an error voltage with respect to the reference voltage Vref from the reference voltage source 66 connected to the non-inverting input terminal. Output as signal V4.

駆動回路40には比較回路60と論理積回路(AND回路)62が設けられている。比較回路60は反転入力端子に三角波発生回路36からの三角波信号V3を入力し、非反転入力端子に出力電圧制御信号発生回路38からの出力電圧制御信号V4を入力し、
V3<V4
でハイレベル信号を出力し、
V3>V4
でローレベル信号を出力する。
The drive circuit 40 is provided with a comparison circuit 60 and a logical product circuit (AND circuit) 62. The comparison circuit 60 inputs the triangular wave signal V3 from the triangular wave generation circuit 36 to the inverting input terminal, and inputs the output voltage control signal V4 from the output voltage control signal generation circuit 38 to the non-inverting input terminal,
V3 <V4
To output a high level signal,
V3> V4
To output a low level signal.

この比較回路60からの出力信号は、出力電圧制御信号V4のレベルに応じてオン時間が変化する第2パルス幅変調信号V5として、論理積回路62に出力される。   The output signal from the comparison circuit 60 is output to the AND circuit 62 as the second pulse width modulation signal V5 whose on-time changes according to the level of the output voltage control signal V4.

論理積回路62には、デジタルプロセッサ34に設けたデジタルパルス幅変調信号発生部44からの第1パルス幅変調信号V1と比較回路60からの第2パルス幅変調信号V5が入力されており、両者の論理積を取ることにより駆動信号V6を生成してスイッチング素子18を駆動することで、スイッチング素子18のオンデューティを制御している。   The AND circuit 62 receives the first pulse width modulation signal V1 from the digital pulse width modulation signal generator 44 provided in the digital processor 34 and the second pulse width modulation signal V5 from the comparison circuit 60. The on-duty of the switching element 18 is controlled by generating the drive signal V6 and driving the switching element 18 by taking the logical product of these.

即ち論理積回路62は、比較回路60から出力される第2パルス幅変調信号V5のオン時間Tonが第1パルス幅変調信号V1における最大オンデューティに対応した最大オン時間Ton(max)未満の場合は、第2パルス幅変調信号V5を駆動信号V6としてスイッチング素子18に出力し、一方、第2パルス幅変調信号V5のオン時間Tonが最大オン時間Ton(max)以上の場合は、第1パルス幅変調信号V1を駆動信号V6としてスイッチング素子18に出力する。   That is, the AND circuit 62 is configured such that the on-time Ton of the second pulse width modulation signal V5 output from the comparison circuit 60 is less than the maximum on-time Ton (max) corresponding to the maximum on-duty in the first pulse width modulation signal V1. Outputs the second pulse width modulation signal V5 as the drive signal V6 to the switching element 18, while the on-time Ton of the second pulse width modulation signal V5 is equal to or greater than the maximum on-time Ton (max), the first pulse The width modulation signal V1 is output to the switching element 18 as the drive signal V6.

図2は図1の第1実施形態に設けたデジタルプロセッサ34の詳細を示したブロック図である。図2において、デジタルプロセッサ34には、CPU68、クロック発生回路70及びデジタルパルス幅変調信号発生部44が設けられている。CPU68には、プログラムの実行により実現される機能としてソフトスタート・ストップ処理部42が設けられている。なおデジタルプロセッサ34には、これ以外にRAM、ROM、ADコンバータ、各種入出力部などが設けられるが、その説明は省略している。   FIG. 2 is a block diagram showing details of the digital processor 34 provided in the first embodiment of FIG. In FIG. 2, the digital processor 34 includes a CPU 68, a clock generation circuit 70, and a digital pulse width modulation signal generation unit 44. The CPU 68 is provided with a soft start / stop processing unit 42 as a function realized by executing the program. The digital processor 34 is provided with a RAM, a ROM, an AD converter, various input / output units, etc. in addition to this, but the description thereof is omitted.

デジタルパルス幅変調信号発生部44には、カウンタ72、第1レジスタ74、第2レジスタ76、第1比較回路78、第2比較回路80及びRSフリップフロップ82が設けられている。   The digital pulse width modulation signal generator 44 is provided with a counter 72, a first register 74, a second register 76, a first comparison circuit 78, a second comparison circuit 80, and an RS flip-flop 82.

カウンタ72はアップカウンタであり、クロック発生回路70からのクロック信号をカウントし、カウント値(DC0〜DCn)を第1比較回路78及び第2比較回路80に出力する。第1レジスタ74には、第1パルス幅変調信号V1における最大オンデューティ即ち最大オン時間Ton(max)に対応した第1クロック数をレジスタ値N1(=DN10〜DN1n)として設定する。第2レジスタ76には、第1パルス幅変調信号V1における周期Tに対応した第2クロック数をレジスタ値N2(=DN20〜DN2n)として設定する。 The counter 72 is an up counter, counts the clock signal from the clock generation circuit 70, and outputs count values (D C0 to D Cn ) to the first comparison circuit 78 and the second comparison circuit 80. In the first register 74, the first clock number corresponding to the maximum on-duty, that is, the maximum on-time Ton (max) in the first pulse width modulation signal V1 is set as the register value N1 (= D N10 to D N1n ). In the second register 76, the second clock number corresponding to the period T in the first pulse width modulation signal V1 is set as the register value N2 (= D N20 to D N2n ).

第1レジスタ74及び第2レジスタ76のレジスタ値N1,N2は、それぞれ第1比較回路78及び第2比較回路80に出力される。第1比較回路78及び第2比較回路80は、それぞれn個のNAND回路と1つのNOR回路で構成される。   The register values N1 and N2 of the first register 74 and the second register 76 are output to the first comparison circuit 78 and the second comparison circuit 80, respectively. Each of the first comparison circuit 78 and the second comparison circuit 80 includes n NAND circuits and one NOR circuit.

第1比較回路78は、カウンタ72による周期Tごとのクロック信号のカウントによるカウント値の増加に対し、カウント値が最大オン時間Ton(max)に対応したレジスタ値N1に達すると、ローレベル出力からハイレベル出力となり、RSフリップフロップ82をリセットする。   When the count value reaches the register value N1 corresponding to the maximum on-time Ton (max) with respect to the increase in the count value due to the count of the clock signal for each period T by the counter 72, the first comparison circuit 78 starts from the low level output. It becomes a high level output, and the RS flip-flop 82 is reset.

また第2比較回路80は、カウンタ72のカウント値が周期Tに対応したレジスタN2に達すると、ローレベル出力からハイレベル出力となり、RSフリップフロップ82をセットし、同時にカウンタ72をリセットスタートして、次の周期Tのカウントを開始させる。   When the count value of the counter 72 reaches the register N2 corresponding to the cycle T, the second comparison circuit 80 changes from the low level output to the high level output, sets the RS flip-flop 82, and simultaneously resets and starts the counter 72. Then, the counting of the next period T is started.

図3は図2のデジタルパルス幅変調信号発生部によるカウンタを用いた信号発生動作を示した説明図である。図3(A)はクロック信号であり、デジタルプロセッサ34の動作周波数で決まる例えば数十MHzのクロック信号が出力される。図3(B)はカウンタ72の動作であり、クロック信号に応じてカウンタ値が増加している。   FIG. 3 is an explanatory diagram showing a signal generation operation using a counter by the digital pulse width modulation signal generation unit of FIG. FIG. 3A shows a clock signal, for example, a clock signal of several tens MHz determined by the operating frequency of the digital processor 34 is output. FIG. 3B shows the operation of the counter 72, and the counter value increases in accordance with the clock signal.

ここで、例えば第1レジスタ74のレジスタ値N1を例えばN1=500、第2レジスタ76のレジスタ値N2を例えばN2=1000とする。この場合、デジタルパルス幅変調信号発生部44の動作を開始すると、最初、第1比較回路78及び第2比較回路80の出力は共にローレベル(L)にあり、初期状態でRSフリップフロップ82はセット状態にあり、第1パルス幅変調信号V1は図3(C)に示すようにローレベル(L)からハイレベル(H)に立ち上がっている。   For example, the register value N1 of the first register 74 is set to N1 = 500, for example, and the register value N2 of the second register 76 is set to N2 = 1000, for example. In this case, when the operation of the digital pulse width modulation signal generation unit 44 is started, the outputs of the first comparison circuit 78 and the second comparison circuit 80 are initially at a low level (L), and the RS flip-flop 82 is initially in the initial state. In the set state, the first pulse width modulation signal V1 rises from the low level (L) to the high level (H) as shown in FIG.

この状態でカウント値が増加してレジスタ値N1=500に達すると、第1比較回路78の出力がローレベル(L)からハイレベル(H)に立ち上がり、RSフリップフロップ82がリセットされることで、第1パルス幅変調信号V1はハイレベル(H)からローレベル(L)に立ち下がる。   When the count value increases in this state and reaches the register value N1 = 500, the output of the first comparison circuit 78 rises from the low level (L) to the high level (H), and the RS flip-flop 82 is reset. The first pulse width modulation signal V1 falls from the high level (H) to the low level (L).

その後、カウント値が更に増加してレジスタ値N2=1000に達すると、第2比較回路80の出力がローレベル(L)からハイレベル(H)に立ち上がって、RSフリップフロップ82をセットすることで、第1パルス幅変調信号V1がローレベル(L)からハイレベル(H)に立ち上がる。同時にカウンタ72がリセットスタートすることで、再びカウント値0からのカウントが開始され、これが繰り返される。   Thereafter, when the count value further increases and reaches the register value N2 = 1000, the output of the second comparison circuit 80 rises from the low level (L) to the high level (H), and the RS flip-flop 82 is set. The first pulse width modulation signal V1 rises from the low level (L) to the high level (H). At the same time, when the counter 72 starts resetting, counting from the count value 0 is started again, and this is repeated.

なお図3の動作説明にあっては、説明を分かり易くするため、レジスタ値N1=500、レジスタ値N2=1000とした場合を例にとっているが、図1の実施形態にあっては、レジスタ値N1は最大オンデューティに対応した最大オン時間Ton(max)に設定され、図3における第1パルス幅変調信号V1のデューティ50%に対し、実際には例えば90%といったオンデューティが設定されることになる。   In the description of the operation of FIG. 3, for the sake of easy understanding, the case where the register value N1 = 500 and the register value N2 = 1000 is taken as an example. However, in the embodiment of FIG. N1 is set to the maximum on-time Ton (max) corresponding to the maximum on-duty, and the on-duty such as 90% is actually set for the duty 50% of the first pulse width modulation signal V1 in FIG. become.

次に図4における各部の信号波形を示したタイムチャートを参照して、図1の第1実施形態の動作を説明する。ここで図4(A)は入力電圧Vin、図4(B)は第1パルス幅変調信号V1、図4(C)はNPNトランジスタ58の入力信号、図4(D)は比較回路60の入力信号、図4(E)は第2パルス幅変調信号V5、更に図4(F)は駆動信号V6を示している。   Next, the operation of the first embodiment shown in FIG. 1 will be described with reference to a time chart showing signal waveforms of respective parts in FIG. 4A is the input voltage Vin, FIG. 4B is the first pulse width modulation signal V1, FIG. 4C is the input signal of the NPN transistor 58, and FIG. 4D is the input of the comparison circuit 60. 4 (E) shows the second pulse width modulation signal V5, and FIG. 4 (F) shows the drive signal V6.

まずデジタルプロセッサ34に設けたデジタルパルス幅変調信号発生部44は、一定周期Tで、最大オンデューティに対応したパルス幅即ち最大オン時間Ton(max)を持った第1パルス幅変調信号V1を繰り返し出力しており、周期Tがスイッチング電源装置のスイッチング周波数となる。   First, the digital pulse width modulation signal generator 44 provided in the digital processor 34 repeats the first pulse width modulation signal V1 having a pulse width corresponding to the maximum on-duty, that is, the maximum on-time Ton (max) with a constant period T. The period T is the switching frequency of the switching power supply device.

第1パルス幅変調信号V1が一定周期ごとのローレベルからハイレベルとなるタイミングで、リセット回路52のコンデンサ54と抵抗56の微分動作によりトランジスタ58が短時間動作して、コンデンサ50を放電リセットする。この放電リセット後、コンデンサ50は電流源回路46の抵抗48で決まる入力電圧Vinに応じた電流Iで充電され、コンデンサ50の充電電圧は時間の経過に対し前期の式(2)に従って増加することで、三角波信号V3を出力する。   At the timing when the first pulse width modulation signal V1 changes from the low level to the high level for every fixed period, the transistor 58 operates for a short time by the differential operation of the capacitor 54 and the resistor 56 of the reset circuit 52, and the capacitor 50 is discharged and reset. . After the discharge reset, the capacitor 50 is charged with the current I corresponding to the input voltage Vin determined by the resistor 48 of the current source circuit 46, and the charging voltage of the capacitor 50 increases according to the previous equation (2) with the passage of time. Then, the triangular wave signal V3 is output.

一方、出力電圧制御信号発生回路38は、スイッチング電源装置の出力電圧Voを目標電圧とするために、出力電圧Voと基準電圧源66の基準電圧Vrefとの差による誤差増幅器64の出力として出力電圧制御信号V4を発生し、駆動回路40に設けた比較回路60の非反転入力端子に与えている。   On the other hand, the output voltage control signal generation circuit 38 outputs an output voltage as an output of the error amplifier 64 due to a difference between the output voltage Vo and the reference voltage Vref of the reference voltage source 66 in order to set the output voltage Vo of the switching power supply device as a target voltage. A control signal V4 is generated and applied to a non-inverting input terminal of a comparison circuit 60 provided in the drive circuit 40.

比較回路60は三角波信号V3を出力電圧制御信号V4と比較し、三角波信号V3が出力電圧制御信号V4に達するまでの時刻t1〜t2の間はハイレベルを出力し、時刻t2で三角波信号V3が出力電圧制御信号V4を超えるとローレベルの出力に切り替わる。続いて時刻t3で周期Tに達すると、再びリセット回路52がごく短時間動作して、コンデンサ50を放電リセットし、放電リセット後に再びコンデンサ50の充電が開始し、三角波信号V3が増加を始める。   The comparison circuit 60 compares the triangular wave signal V3 with the output voltage control signal V4, and outputs a high level during the time t1 to t2 until the triangular wave signal V3 reaches the output voltage control signal V4. At time t2, the triangular wave signal V3 is output. When the output voltage control signal V4 is exceeded, the output is switched to a low level. Subsequently, when the period T is reached at time t3, the reset circuit 52 operates again for a very short time, resets the capacitor 50, and after the discharge reset, charging of the capacitor 50 starts again, and the triangular wave signal V3 starts increasing.

この時刻t1〜t3の周期Tにおける第2パルス幅変調信号V5は論理積回路62の一方に入力されており、このとき論理積回路62の他方には第1パルス幅変調信号V1が入力されている。このとき第2パルス幅変調信号V5のオン時間Tonは第1パルス幅変調信号V1の最大オン時間Ton(max)より短いため、第2パルス幅変調信号V5が論理積回路62から駆動信号V6としてスイッチング素子18に出力され、スイッチング素子18をオン、オフ制御する。   The second pulse width modulation signal V5 in the period T from time t1 to t3 is input to one of the AND circuits 62. At this time, the first pulse width modulation signal V1 is input to the other of the AND circuits 62. Yes. At this time, since the ON time Ton of the second pulse width modulation signal V5 is shorter than the maximum ON time Ton (max) of the first pulse width modulation signal V1, the second pulse width modulation signal V5 is output from the AND circuit 62 as the drive signal V6. The signal is output to the switching element 18 to turn on / off the switching element 18.

次の時刻t3〜t6の周期にあっては、時刻t4で三角波信号V3が出力電圧制御信号V4に達して、比較回路60の第2パルス幅変調信号V5がハイレベルからローレベルに変化した後の時刻t5で、電源電圧Vinが、それまでの電圧から低い電圧に変化した場合を示している。   In the next period from time t3 to t6, after the triangular wave signal V3 reaches the output voltage control signal V4 at time t4, the second pulse width modulation signal V5 of the comparison circuit 60 changes from high level to low level. At time t5, the power supply voltage Vin changes from the previous voltage to a lower voltage.

時刻t5で入力電圧Vinが低下すると、三角波発生回路36の電流源回路46からコンデンサ50に流れる電流Iが低下し、コンデンサ50の充電が緩やかに行われることで、三角波信号V3の傾きが低下して緩やかな増加となる。   When the input voltage Vin decreases at time t5, the current I flowing from the current source circuit 46 of the triangular wave generation circuit 36 to the capacitor 50 decreases, and the capacitor 50 is charged slowly, so that the inclination of the triangular wave signal V3 decreases. Will increase moderately.

その後、時刻t6で周期Tに達してリセット回路52によるコンデンサ50のリセット動作が行われ、次の周期での三角波信号V3は入力電圧Vinの低下に伴い緩やかに増加し、周期Tを経過した時刻t8に至っても出力電圧制御信号V4に達することがなく、したがって比較回路60から出力する第2パルス幅変調信号V5はハイレベルを保ったままとなる。   Thereafter, the period T is reached at time t6, and the reset circuit 52 performs the reset operation of the capacitor 50. The triangular wave signal V3 in the next period gradually increases as the input voltage Vin decreases, and the period T has elapsed. Even at time t8, the output voltage control signal V4 is not reached, and therefore the second pulse width modulation signal V5 output from the comparison circuit 60 remains at the high level.

この場合にあっては、論理積回路62に入力しているデジタルパルス幅変調信号発生部44からの第1パルス幅変調信号V1が、時刻t7で最大オン時間Ton(max)に達してハイレベルからローレベルになると、論理積回路62の出力も、これに同期してハイレベルからローレベルとなる。   In this case, the first pulse width modulation signal V1 from the digital pulse width modulation signal generation unit 44 input to the AND circuit 62 reaches the maximum on-time Ton (max) at time t7 and becomes high level. The output of the AND circuit 62 changes from the high level to the low level in synchronization with this.

したがって、入力電圧Vinが時刻t5で低下した後は、デジタルパルス幅変調信号発生部44からの第1パルス幅変調信号V1に対応した駆動信号V6がスイッチング素子18に入力され、スイッチング素子18を最大オンデューティで制御することになる。   Therefore, after the input voltage Vin decreases at time t5, the drive signal V6 corresponding to the first pulse width modulation signal V1 from the digital pulse width modulation signal generation unit 44 is input to the switching element 18, and the switching element 18 is maximized. It will be controlled by on-duty.

即ち、三角波発生回路36からの三角波信号V3と出力電圧制御信号発生部38からの出力電圧制御信号V4を比較回路60によって比較することで第2パルス幅変調信号V5ではスイッチング素子18のオン、オフ制御ができずに、常時オン状態となる状況が発生しても、デジタルパルス幅変調信号発生部44による第1パルス幅変調信号V1により、強制的に最大オンデューティによるスイッチング素子18の制御が行なわれることになる。   That is, the triangular wave signal V3 from the triangular wave generation circuit 36 and the output voltage control signal V4 from the output voltage control signal generation unit 38 are compared by the comparison circuit 60, whereby the switching element 18 is turned on / off in the second pulse width modulation signal V5. Even if a situation in which the control is impossible and the state is always on is generated, the switching element 18 is forcibly controlled by the maximum on-duty by the first pulse width modulation signal V1 from the digital pulse width modulation signal generator 44. Will be.

このため本実施形態にあっては、入力電圧Vinが低くなっても、スイッチング素子18がオフできなくなる現象が発生することが無いため、遅れ時間が短い高速に動作する停止回路や、高速に動作するデジタルプロセッサを用いなくても、スイッチング素子が故障してしまう問題を防止できる。   For this reason, in the present embodiment, even when the input voltage Vin is low, there is no occurrence of a phenomenon that the switching element 18 cannot be turned off. Even if a digital processor is not used, the problem that the switching element breaks down can be prevented.

また、デジタルパルス幅変調信号発生部44でデジタルプロセッサ34によるクロックの計数に基づき第1パルス幅変調信号V1を発生しているため、スイッチング周期とパルス幅に正確な相関を持つことができ、最大オンデューティの制限にばらつきが発生せず、スイッチング電源装置が通常の動作を行なっているときのスイッチング素子のオンデューティを広く設定することが可能となり、変換効率の高いスイッチング電源装置を作ることができる。   Further, since the first pulse width modulation signal V1 is generated by the digital pulse width modulation signal generation unit 44 based on the clock count by the digital processor 34, the switching cycle and the pulse width can be accurately correlated, There is no variation in the on-duty limitation, and it is possible to set a wide on-duty of the switching element when the switching power supply device performs a normal operation, and a switching power supply device with high conversion efficiency can be made. .

また本発明にあっては、低速で低コストのデジタルプロセッサ34を用いていることから、スイッチング電源装置全体として部品点数が少なく、故障がなく、且つ変換効率の高い装置を低コストで実現することができる。   In the present invention, since the low-speed and low-cost digital processor 34 is used, the switching power supply device as a whole has a small number of parts, is free of failure, and has a high conversion efficiency at low cost. Can do.

図5は図1のデジタルプロセッサ34に設けたソフトスタート・ストップ処理部42によるソフトスタート動作を示したタイムチャートである。ここで図5(A)は第1パルス幅変調信号V1、図5(B)は比較回路60の入力信号、図5(C)は駆動信号V6、図5(E)は出力電圧Voをそれぞれ示している。   FIG. 5 is a time chart showing a soft start operation by the soft start / stop processing unit 42 provided in the digital processor 34 of FIG. 5A shows the first pulse width modulation signal V1, FIG. 5B shows the input signal of the comparison circuit 60, FIG. 5C shows the drive signal V6, and FIG. 5E shows the output voltage Vo. Show.

図1の実施形態におけるソフトスタート処理は、デジタルプロセッサ34によるプログラムの実行により実現され、電源投入時における時間の経過に伴って、図5(E)に示すように出力電圧Voを段階的に制御目標としての一定電圧に向かって増加させる出力電圧立上げ処理を実行する。   The soft start process in the embodiment of FIG. 1 is realized by executing a program by the digital processor 34, and controls the output voltage Vo stepwise as shown in FIG. 5 (E) with the passage of time when the power is turned on. An output voltage rise process for increasing the target constant voltage is executed.

このソフトスタートは、図5(A)に示すように、第1パルス幅変調信号V1におけるオン時間を、時間の経過に伴ってTon1,Ton2,Ton3,・・・に示すように増加率αで増加させる。図5の例にあっては、時刻t1〜t2がソフトスタート期間であり、時刻t2以降が通常動作を示している。   In this soft start, as shown in FIG. 5A, the ON time in the first pulse width modulation signal V1 is increased at an increase rate α as indicated by Ton1, Ton2, Ton3,. increase. In the example of FIG. 5, the time t1 to t2 is the soft start period, and the time t2 and subsequent times indicate normal operation.

第1パルス幅変調信号V1におけるオン時間Ton1,2,3,・・・の増加は、図2に示したデジタルパルス幅変調信号発生部44に設けている第1レジスタ74のレジスタ値N1を時間の経過に伴って段階的に増加させることで実現できる。このとき第2レジスタ76のレジスタ値N2は、周期Tに対応した一定値としている。   The increase of the on-time Ton1, 2, 3,... In the first pulse width modulation signal V1 is the time when the register value N1 of the first register 74 provided in the digital pulse width modulation signal generator 44 shown in FIG. It can be realized by increasing in steps as the process progresses. At this time, the register value N2 of the second register 76 is a constant value corresponding to the period T.

一方、ソフトスタート期間にあっても、図5(B)に示すように、比較回路60は、周期Tごとに三角波信号V3と出力電圧制御信号V4との比較に基づき第2パルス幅変調信号V5を出力しているが、時刻t2に達するまでは第1パルス幅変調信号V1のオン時間の方が第2パルス幅変調信号V5のオン時間より短いため、論理積回路62は第1パルス幅変調信号V1を駆動信号V6として出力し、これによって、スイッチング素子18のオン時間が段階的に増加して出力電圧が段階的に増加している。   On the other hand, even during the soft start period, as shown in FIG. 5B, the comparison circuit 60 performs the second pulse width modulation signal V5 based on the comparison between the triangular wave signal V3 and the output voltage control signal V4 every period T. However, since the ON time of the first pulse width modulation signal V1 is shorter than the ON time of the second pulse width modulation signal V5 until the time t2 is reached, the AND circuit 62 performs the first pulse width modulation. The signal V1 is output as the drive signal V6, whereby the ON time of the switching element 18 increases stepwise and the output voltage increases stepwise.

時刻t2以降については、第1パルス幅変調信号V1のオン時間Ton6、Ton7が比較回路60より出力される第2パルス幅変調信号V5のオン時間より長くなるため、第2パルス幅変調信号V5が論理積回路62から駆動信号V6として出力され、その結果、出力電圧Voは一定電圧に制御される通常動作が行なわれることになる。   After time t2, the ON times Ton6 and Ton7 of the first pulse width modulation signal V1 become longer than the ON time of the second pulse width modulation signal V5 output from the comparison circuit 60, so the second pulse width modulation signal V5 is The AND circuit 62 outputs the drive signal V6. As a result, the normal operation in which the output voltage Vo is controlled to a constant voltage is performed.

なお図5にあっては、時刻t2以降についても第1パルス幅変調信号V1のオン時間をTon6,Ton7と段階的に増加させているが、所定の時間の後に、第1パルス幅変調信号V1は通常時の動作に必要な最大オン時間Ton(max)に達し、その後は一定値を維持する。   In FIG. 5, the on-time of the first pulse width modulation signal V1 is gradually increased to Ton6 and Ton7 after the time t2, but after the predetermined time, the first pulse width modulation signal V1 is increased. Reaches the maximum on-time Ton (max) required for normal operation, and thereafter maintains a constant value.

また、図5では、スイッチング周期に対して、1周期毎に第1パルス幅変調信号V1を増加させているが、実際の動作では、数周期に1回の割合で、第1パルス幅変調信号V1を増加させる制御を行っても良い。   In FIG. 5, the first pulse width modulation signal V1 is increased every cycle with respect to the switching cycle. However, in actual operation, the first pulse width modulation signal is generated once every several cycles. Control for increasing V1 may be performed.

図6は入力電圧に応じてオンデューティの増加率αを制御するソフトスタート動作を示したタイムチャートである。   FIG. 6 is a time chart showing a soft start operation for controlling the increasing rate α of the on-duty according to the input voltage.

図1のスイッチング電源装置が理想的な動作をした場合の出力電圧Voは、前記の式(3)に従うことになる。このため、スイッチング素子18のオンデューティがデジタルパルス幅変調信号発生部44から出力される第1パルス幅変調信号V1のパルス幅で決定されるとすると、パルス幅が同じときには入力電圧Vinに比例して出力電圧が高くなる。このため、図5に示したソフトスタート処理にあっては、入力電圧Vinによってソフトスタート時の出力電圧Voの上昇速度が入力電圧Vinの影響を受けることになる。   The output voltage Vo when the switching power supply device of FIG. 1 performs an ideal operation follows the above equation (3). Therefore, if the on-duty of the switching element 18 is determined by the pulse width of the first pulse width modulation signal V1 output from the digital pulse width modulation signal generator 44, it is proportional to the input voltage Vin when the pulse width is the same. Output voltage increases. For this reason, in the soft start process shown in FIG. 5, the rising speed of the output voltage Vo at the time of soft start is influenced by the input voltage Vin due to the input voltage Vin.

そこで図6のタイムチャートに示すように、入力電圧Vinが低いときはデジタルパルス幅変調信号発生部44から出力するソフトスタート処理における第1パルス幅変調信号V1のオン時間の増加率αを大きくし、入力電圧Vinが高いときには第1パルス幅変調信号V1オン時間の増加率αを小さくするように制御する。具体的には、入力電圧Vinに対し第1パルス幅変調信号V1のオン時間の変化率αが反比例するように制御を行う。   Therefore, as shown in the time chart of FIG. 6, when the input voltage Vin is low, the increase rate α of the ON time of the first pulse width modulation signal V1 in the soft start process output from the digital pulse width modulation signal generator 44 is increased. When the input voltage Vin is high, the increase rate α of the first pulse width modulation signal V1 on time is controlled to be small. Specifically, the control is performed so that the change rate α of the ON time of the first pulse width modulation signal V1 is inversely proportional to the input voltage Vin.

図6にあっては、図5と同じ入力電圧Vinの場合を実線で示し、それより入力電圧Vinが高くなった場合を点線で示している。即ち、入力電圧Vinが低いときには、実線で示すように図6(A)の第1パルス幅変調信号V1はオン時間をTon1〜Ton7に示すように増加率αを大きくしている。   In FIG. 6, the same input voltage Vin as in FIG. 5 is indicated by a solid line, and the case where the input voltage Vin is higher than that is indicated by a dotted line. That is, when the input voltage Vin is low, as shown by the solid line, the first pulse width modulation signal V1 in FIG. 6A increases the increase rate α so that the ON time is indicated by Ton1 to Ton7.

これに対し入力電圧Vinが高い場合には、破線で示すようにオン時間をTon11〜Ton17に示すように増加率αを小さくするように設定し、これにより図6(C)に示すように、入力電圧Vinが低いときは実線で示すようにオンデューティを大きくし、入力電圧が高いときは破線で示すようにオンデューティを小さくし、結果として、入力電圧が変動しても、図6(D)に示すように、同じ割合で出力電圧Voを段階的に増加させるソフトスタートが実現できる。   On the other hand, when the input voltage Vin is high, the on-time is set so as to decrease the increase rate α as shown by Ton11 to Ton17 as shown by the broken line, and as shown in FIG. When the input voltage Vin is low, the on-duty is increased as shown by a solid line, and when the input voltage is high, the on-duty is reduced as shown by a broken line. As a result, even if the input voltage fluctuates, FIG. As shown in FIG. 4B, it is possible to realize a soft start that increases the output voltage Vo stepwise at the same rate.

図7は図1のデジタルプロセッサ34による制御処理を示したフローチャートである。図7において、図1のスイッチング電源装置の電源投入により動作を開始すると、まずステップS1でデジタルプロセッサ34はソフトスタート・ストップ処理部42によりソフトスタート処理を実行し、図5または図6に示したように、ソフトスタート期間に亘り出力電圧を一定割合で増加させる出力電圧の立上げ処理を実行する。   FIG. 7 is a flowchart showing control processing by the digital processor 34 of FIG. In FIG. 7, when the operation is started by turning on the switching power supply device of FIG. 1, first, in step S1, the digital processor 34 executes a soft start process by the soft start / stop processing unit 42, as shown in FIG. 5 or FIG. As described above, the output voltage rising process for increasing the output voltage at a constant rate over the soft start period is executed.

このソフトスタート処理が終了すると、ステップS2で通常動作を行う。通常動作中に、ステップS3で停止条件の成立を判別すると、ステップS4に進み、ソフトストップ処理を実行する。   When this soft start process is completed, a normal operation is performed in step S2. If it is determined in step S3 that the stop condition is satisfied during normal operation, the process proceeds to step S4, and a soft stop process is executed.

ソフトストップ処理は、ソフトスタート処理とは逆に、第1パルス幅変調信号V1のオン時間を時間の経過に伴って一定の減少率βで段階的に低下させることにより出力電圧Voを立ち下げる処理となる。   In contrast to the soft start process, the soft stop process is a process of lowering the output voltage Vo by gradually reducing the ON time of the first pulse width modulation signal V1 with a constant decrease rate β as time passes. It becomes.

このソフトストップ処理においても、図5の入力電圧Vinを考慮していないソフトスタートに対応した逆のソフトストップ処理以外に、図6に示す入力電圧Vinの変動を考慮したソフトスタート処理に対応したソフトストップ処理を行ってもよい。即ち、入力電圧Vinを考慮したソフトストップ処理は、入力電圧に反比例して、第1パルス幅変調信号V1におけるオン時間の減少率βを反比例させるように変化させる処理となる。   In this soft stop process, in addition to the reverse soft stop process corresponding to the soft start not considering the input voltage Vin in FIG. 5, the soft start process corresponding to the soft start process considering the fluctuation of the input voltage Vin shown in FIG. Stop processing may be performed. That is, the soft stop process considering the input voltage Vin is a process of changing the on-time decrease rate β in the first pulse width modulation signal V1 to be inversely proportional to the input voltage.

図8は図7のステップS1によるソフトスタート処理の詳細を示したフローチャートである。図8において、ソフトスタート処理は、まずステップS11で入力電圧Vinから第1パルス幅変調信号V1のオンデューティ、即ち図2のデジタルパルス幅変調信号発生部44に設けている第1レジスタ74に対するレジスタ値N1の増加率αを決定する。   FIG. 8 is a flowchart showing details of the soft start process in step S1 of FIG. In FIG. 8, in step S11, the soft start process starts from the input voltage Vin to the on-duty of the first pulse width modulation signal V1, that is, a register for the first register 74 provided in the digital pulse width modulation signal generator 44 in FIG. An increase rate α of the value N1 is determined.

続いてステップS12でレジスタ値N1がαになるように、第1レジスタ74を設定する。続いてステップS13でレジスタ値N2がスイッチング周期Tに対応する設定値となるように第2レジスタ76を設定する。続いてステップS14でデジタルパルス幅変調信号発生部44の動作を開始する。これによって、最初の周期における第1パルス幅変調信号V1のレジスタ値N1に対応したオン時間を持つパルス幅変調信号の出力が行われる。   Subsequently, in step S12, the first register 74 is set so that the register value N1 becomes α. Subsequently, in step S13, the second register 76 is set so that the register value N2 becomes a set value corresponding to the switching period T. Subsequently, in step S14, the operation of the digital pulse width modulation signal generator 44 is started. As a result, a pulse width modulation signal having an ON time corresponding to the register value N1 of the first pulse width modulation signal V1 in the first cycle is output.

続いてステップS15でソフトスタート時におけるその他の処理、例えば出力電流、温度、リモートオンオフ端子、入力電圧、通信機能などの処理を実行した後、ステップS16でウェイト処理に入る。   Subsequently, in step S15, other processing at the time of soft start, for example, processing of output current, temperature, remote on / off terminal, input voltage, communication function, etc., is executed, and wait processing is started in step S16.

このウェイト処理は、カウンタ72がリセットされた直後に第1レジスタ74に新たなレジスタ値N1が更新されるようにタイミングをとるための処理であり、具体的には、ステップS15のその他の処理におけるクロック数にウェイト処理の実行クロック数を加えたクロック数が周期Tを与えるレジスタ値N2の整数倍となるようにウェイト処理を入れる。   This wait process is a process for taking a timing so that a new register value N1 is updated in the first register 74 immediately after the counter 72 is reset. Specifically, in the other processes in step S15 Wait processing is performed so that the number of clocks plus the number of execution clocks for wait processing is an integral multiple of the register value N2 giving the period T.

続いてステップS17でウェイト処理終了を判別すると、ステップS18でレジスタ値N1を増加率αだけ増加して更新し、第1レジスタ74に転送し、ステップS19でレジスタ値N2が規定値即ち最大オン時間Ton(max)に対応した値以上になるまで、ステップS15からの処理を繰り返す。   Subsequently, when it is determined in step S17 that the wait process is completed, the register value N1 is updated by an increase rate α in step S18 and transferred to the first register 74. In step S19, the register value N2 is a specified value, that is, the maximum on-time. The processing from step S15 is repeated until the value corresponding to Ton (max) is reached.

図9は図7のステップS4によるソフトストップ処理の詳細を示したフローチャートである。図9において、ソフトストップ処理は、ステップS21で入力電圧Vinからオン
デューティ即ち第1レジスタ74に対するレジスタ値N1の減少率βを決定する。
FIG. 9 is a flowchart showing details of the soft stop process in step S4 of FIG. In FIG. 9, the soft stop process determines an on-duty, that is, a decrease rate β of the register value N1 with respect to the first register 74 from the input voltage Vin in step S21.

続いてステップS22でソフトストップ処理におけるその他の処理を行った後、ステップS23でカウンタ72がリセットされた直後に第1レジスタ74が変更されるようにタイミングをとるウェイト処理を行い、ステップS24でウェイト処理の終了を判別すると、ステップS25でレジスタ値N1を減少率β分だけ減少させて第1レジスタ74に転送し、ステップS26でレジスタ値N1が規定値以下になるまで、ステップS22からの処理を繰り返す。   Subsequently, after performing other processes in the soft stop process in step S22, a wait process is performed to take a timing so that the first register 74 is changed immediately after the counter 72 is reset in step S23, and a wait process is performed in step S24. When the end of the process is determined, the register value N1 is decreased by the decrease rate β in step S25 and transferred to the first register 74. In step S26, the process from step S22 is performed until the register value N1 becomes equal to or less than the specified value. repeat.

ステップS26でレジスタ値N1が規定値以下に低下したことが判別されると、ステップS27に進み、デジタルパルス幅変調信号発生部の動作を停止し、更にステップS28でその他の停止処理を行って、一連のソフトストップ処理を終了する。   If it is determined in step S26 that the register value N1 has fallen below the specified value, the process proceeds to step S27 to stop the operation of the digital pulse width modulation signal generator, and in step S28, other stop processing is performed. A series of soft stop processing is completed.

図10は第1パルス幅変調信号のローレベル期間の間だけコンデンサを放電リセットする三角波発生回路を用いた本発明の第2実施形態を示した回路ブロック図である。   FIG. 10 is a circuit block diagram showing a second embodiment of the present invention using a triangular wave generating circuit for discharging and resetting the capacitor only during the low level period of the first pulse width modulation signal.

図10において、第2実施形態のスイッチング電源装置は、三角波発生回路36に設けたリセット回路52として、コンデンサ50のプラス電位側をダイオード84を介してデジタルパルス幅変調信号発生部44の出力に接続している。これによってコンデンサ50は、第1パルス幅変調信号V1がローレベルの間、放電リセットされることになる。それ以外の回路構成及び動作は図1の第1実施形態と同じである。   In FIG. 10, in the switching power supply device of the second embodiment, the positive potential side of the capacitor 50 is connected to the output of the digital pulse width modulation signal generation unit 44 via the diode 84 as the reset circuit 52 provided in the triangular wave generation circuit 36. doing. As a result, the capacitor 50 is discharged and reset while the first pulse width modulation signal V1 is at a low level. Other circuit configurations and operations are the same as those of the first embodiment shown in FIG.

図11は図10の第2実施形態における各部の信号波形を示したタイムチャートである。ここで図11(A)は入力電圧Vin、図11(B)は第1パルス幅変調信号V1、図11(C)は比較回路60の入力信号、図11(D)は第2パルス幅変調信号V5、及び図11(E)は駆動信号V6を示している。   FIG. 11 is a time chart showing signal waveforms of respective parts in the second embodiment of FIG. 11A is the input voltage Vin, FIG. 11B is the first pulse width modulation signal V1, FIG. 11C is the input signal of the comparison circuit 60, and FIG. 11D is the second pulse width modulation. The signal V5 and FIG. 11E show the drive signal V6.

図10の三角波発生回路36のリセット回路52は、第1パルス幅変調信号V1の周期T内におけるオン時間Ton(max)が経過した後の残り時間、ローレベルとなっており、例えば時刻t1〜t4の周期Tを見ると、比較回路60に入力している三角波信号V3は、時刻t3で第1パルス幅変調信号V1がハイレベルからローレベルに立ち下がることでリセット回路52によるコンデンサ50のリセットが開始され、時刻t4で次の周期でハイレベルに立ち上がるまでの期間、即ち時刻t3〜t4の期間、コンデンサ50はリセットされ続けている。   The reset circuit 52 of the triangular wave generation circuit 36 in FIG. 10 is at a low level for the remaining time after the on-time Ton (max) within the period T of the first pulse width modulation signal V1 elapses. Looking at the period T of t4, the triangular wave signal V3 input to the comparison circuit 60 is reset by the reset circuit 52 when the first pulse width modulation signal V1 falls from high level to low level at time t3. Is started, and the capacitor 50 continues to be reset during the period from time t4 until it rises to the high level in the next cycle, that is, from time t3 to t4.

ここで時刻t1〜t6については、入力電圧Vinが高いことから、第1パルス幅変調信号V1のオン時間Ton(max)以内に三角波信号V3が出力電圧制御信号V4に達して、第2パルス幅変調信号V5がハイレベルからローレベルとなって、駆動信号V6のオン時間Tonを決定しており、この第2パルス幅変調信号V5が論理積回路62より駆動信号V6としてスイッチング素子18に与えられて、スイッチング素子18をオン、オフ制御している。   Here, at times t1 to t6, since the input voltage Vin is high, the triangular wave signal V3 reaches the output voltage control signal V4 within the on-time Ton (max) of the first pulse width modulation signal V1, and the second pulse width is reached. The modulation signal V5 is changed from the high level to the low level to determine the on-time Ton of the drive signal V6. The second pulse width modulation signal V5 is supplied from the AND circuit 62 to the switching element 18 as the drive signal V6. Thus, the switching element 18 is on / off controlled.

一方、時刻t6で入力電圧Vinは低い値に変化しており、時刻t8でコンデンサ50のリセットが開始されたときには、三角波信号V3は出力電圧制御信号V4に達しておらず、この場合には第1パルス幅変調信号V1が駆動信号V6としてスイッチング素子18に出力されることになり、スイッチング素子18は、最大オンデューティによるスイッチング制御が行われている。   On the other hand, the input voltage Vin changes to a low value at time t6, and when the reset of the capacitor 50 is started at time t8, the triangular wave signal V3 has not reached the output voltage control signal V4. The 1-pulse width modulation signal V1 is output to the switching element 18 as the drive signal V6, and the switching control of the switching element 18 is performed with the maximum on-duty.

図12は本発明の第3実施形態を示した回路ブロック図であり、第3実施形態は第1パルス幅変調信号を逆論理で動作するように構成したことを特徴とする。   FIG. 12 is a circuit block diagram showing a third embodiment of the present invention, and the third embodiment is characterized in that the first pulse width modulation signal is configured to operate with reverse logic.

図12において、デジタルプロセッサ34に設けたデジタルパルス幅変調信号発生部44は、図1で発生している第1パルス幅変調信号V1を逆論理とした反転第1パルス幅変調信号−V1を出力している。   In FIG. 12, a digital pulse width modulation signal generator 44 provided in the digital processor 34 outputs an inverted first pulse width modulation signal −V1 with the first pulse width modulation signal V1 generated in FIG. doing.

この反転第1パルス幅変調信号−V1に伴い、三角波発生回路36に設けたリセット回路52は、反転論理となるように、コンデンサ54、抵抗86、PNPトランジスタ88で構成している。即ちリセット回路52は、反転第1パルス幅変調信号−V1がハイレベルからローレベルに変化したときに微分動作を行って、短時間、PNPトランジスタ88をオンすることで、コンデンサ50を放電リセットしている。   Along with the inverted first pulse width modulation signal -V1, the reset circuit 52 provided in the triangular wave generating circuit 36 includes a capacitor 54, a resistor 86, and a PNP transistor 88 so as to have inverted logic. That is, the reset circuit 52 performs a differential operation when the inverted first pulse width modulation signal -V1 changes from a high level to a low level, and turns on the PNP transistor 88 for a short time to reset the capacitor 50 to discharge. ing.

また駆動回路40に設けている比較回路60は、反転論理に対応して、三角波発生回路36からの三角波信号V3を図1の実施形態とは逆に非反転入力端子に入力し、出力電圧制御信号発生部38からの出力電圧制御信号V4を反転入力端子に入力している。   Further, the comparison circuit 60 provided in the drive circuit 40 inputs the triangular wave signal V3 from the triangular wave generation circuit 36 to the non-inverting input terminal contrary to the embodiment of FIG. The output voltage control signal V4 from the signal generator 38 is input to the inverting input terminal.

また比較回路60の出力は、図1の実施形態の論理積回路ではなく、論理和回路(OR回路)90に、反転第1パルス幅変調信号−V1と共に入力されている。論理和回路90の出力信号V7は更にインバータ回路92で反転されて、駆動信号V8としてスイッチング素子18に入力されている。なお、論理和回路90とインバータ回路92については反転論理和回路(NOR回路)としても良い。   The output of the comparison circuit 60 is input to the logical sum circuit (OR circuit) 90 together with the inverted first pulse width modulation signal −V1 instead of the logical product circuit of the embodiment of FIG. The output signal V7 of the OR circuit 90 is further inverted by the inverter circuit 92 and input to the switching element 18 as the drive signal V8. The logical sum circuit 90 and the inverter circuit 92 may be inverted logical sum circuits (NOR circuits).

図13は図12の第1実施形態に設けたデジタルパルス幅変調信号発生部44を示したブロック図である。図13において、デジタルプロセッサ34には、ソフトスタート処理部42の機能を備えたCPU68、クロック発生回路70及びデジタルパルス幅変調信号発生部44が設けられ、基本的には図2の実施形態と同じである。   FIG. 13 is a block diagram showing the digital pulse width modulation signal generator 44 provided in the first embodiment of FIG. 13, the digital processor 34 is provided with a CPU 68 having a function of the soft start processing unit 42, a clock generation circuit 70, and a digital pulse width modulation signal generation unit 44, which are basically the same as those in the embodiment of FIG. It is.

相違点は、デジタルパルス幅変調信号発生部44の出力段に設けているRSフリップフロップ82からの出力を、出力Qではなく反転出力となる−Qから行うことで、反転第1パルス幅変調信号−V1としている。   The difference is that the output from the RS flip-flop 82 provided in the output stage of the digital pulse width modulation signal generation unit 44 is output from -Q, which is an inverted output instead of the output Q, so that the inverted first pulse width modulated signal -V1.

図14は図12の第3実施形態における各部の信号波形を示したタイムチャートであり、図14(A)に入力電圧Vin、図14(B)に反転第1パルス幅変調信号−V1、図14(C)にPNPトランジスタ88の入力信号、図14(D)に比較回路60の入力信号、図14(E)に第2パルス幅変調信号V5、図14(F)に論理和回路出力信号V7、図14(G)に駆動信号V8をそれぞれ示している。   FIG. 14 is a time chart showing signal waveforms of respective parts in the third embodiment of FIG. 12, where FIG. 14A shows the input voltage Vin, FIG. 14B shows the inverted first pulse width modulation signal -V1, and FIG. 14 (C) shows the input signal of the PNP transistor 88, FIG. 14 (D) shows the input signal of the comparison circuit 60, FIG. 14 (E) shows the second pulse width modulation signal V5, and FIG. 14 (F) shows the OR circuit output signal. The drive signal V8 is shown in FIG.

まずデジタルパルス幅変調信号発生部44から出力される反転第1パルス幅変調信号−V1は、図14(B)に示すように、周期Tにおける最大オン時間Ton(max)の間、ローレベルとし、残り期間をハイレベルとしており、図14(B)に示した第1パルス幅変調信号V1に対し反転した信号となっている。   First, the inverted first pulse width modulation signal −V1 output from the digital pulse width modulation signal generator 44 is set to the low level during the maximum on-time Ton (max) in the period T as shown in FIG. The remaining period is at a high level, which is an inverted signal with respect to the first pulse width modulation signal V1 shown in FIG.

また図14(C)のPNPトランジスタ88の入力信号は、反転第1パルス幅変調信号−V1のハイレベルからローレベルへの立ち下がりに同期して瞬時的にハイレベルからローレベルとした信号であり、これによってコンデンサ50を瞬時的に放電リセットしている。   The input signal of the PNP transistor 88 in FIG. 14C is a signal that is instantaneously changed from the high level to the low level in synchronization with the fall of the inverted first pulse width modulation signal -V1 from the high level to the low level. With this, the capacitor 50 is discharged and reset instantaneously.

図14(D)の比較回路60における動作は、時刻t1〜t2に示すように、三角波信号V3が出力電圧制御信号V4に達するまでは、比較回路60の出力となる第2パルス幅変調信号V5はローレベルにあり、時刻t2で出力電圧制御信号V4に達するとハイレベルに立ち上がり、時刻t3で再びリセット動作に伴いローレベルとなる。   The operation of the comparison circuit 60 in FIG. 14D is performed as shown in the time t1 to t2 until the triangular wave signal V3 reaches the output voltage control signal V4 until the second pulse width modulation signal V5 that is output from the comparison circuit 60 is reached. Is at a low level. When the output voltage control signal V4 is reached at time t2, it rises to a high level, and at time t3 again becomes a low level with a reset operation.

論理和回路40は、反転第1パルス幅変調信号−V1と第2パルス幅変調信号V5の論理和を取り出しており、この場合には第2パルス幅変調信号V5に対応した論理和回路出力信号V7となり、これが更に、インバータ回路92で反転された駆動信号V8としてスイッチング素子18をオンオフ駆動している。   The logical sum circuit 40 takes out the logical sum of the inverted first pulse width modulation signal -V1 and the second pulse width modulation signal V5, and in this case, the logical sum circuit output signal corresponding to the second pulse width modulation signal V5. V7, which further drives the switching element 18 on and off as the drive signal V8 inverted by the inverter circuit 92.

図14にあっては、時刻t5までは入力電圧Vinが高いが、時刻t5で入力電圧Vinが低下しており、三角波信号V3における増加率が低下している。このため時刻t6〜t7の周期Tにあっては、三角波信号V3は時刻t8で周期Tに達しても出力電圧制御信号V4に達していない。   In FIG. 14, the input voltage Vin is high until time t5, but the input voltage Vin is reduced at time t5, and the increase rate in the triangular wave signal V3 is reduced. Therefore, in the period T from time t6 to t7, the triangular wave signal V3 does not reach the output voltage control signal V4 even if it reaches the period T at time t8.

したがって、このとき比較回路60から出力される第2パルス幅変調信号V5はローレベル状態を継続しており、したがって論理和回路90は反転第1パルス幅変調信号−V1に対応する論理和回路出力信号V7を出力し、これがインバータ回路92で反転されて、駆動信号V8としてスイッチング素子18を最大オンデューティでオンオフ制御することになる。   Accordingly, the second pulse width modulation signal V5 output from the comparison circuit 60 at this time continues in the low level state, and therefore the OR circuit 90 outputs the OR circuit output corresponding to the inverted first pulse width modulation signal −V1. The signal V7 is output and inverted by the inverter circuit 92, and the switching element 18 is turned on / off at the maximum on-duty as the drive signal V8.

図15は図13と同じ逆論理を用いたスイッチング電源装置につき、反転第1パルス幅変調信号のハイレベル期間の間だけコンデンサを放電リセットする三角波発生回路を用いた本発明の第4実施形態を示した回路ブロック図である。   FIG. 15 shows a fourth embodiment of the present invention using a triangular wave generating circuit that discharges and resets a capacitor only during a high level period of an inverted first pulse width modulation signal for a switching power supply device using the same inverse logic as FIG. It is the circuit block diagram shown.

図15において、三角波発生回路36に設けたリセット回路52は、リセット用スイッチング素子94であるMOS−FETを備え、コンデンサ50の両端にスイッチング素子94となるMOS−FETのドレインとソースを接続し、そのゲートにデジタルパルス幅変調信号発生部44からの反転第1パルス幅変調信号−V1を入力している。それ以外の回路構成及び動作は図13の第4実施形態と同じである。   In FIG. 15, the reset circuit 52 provided in the triangular wave generation circuit 36 includes a MOS-FET that is a reset switching element 94, and the drain and source of the MOS-FET that becomes the switching element 94 are connected to both ends of the capacitor 50. The inverted first pulse width modulation signal -V1 from the digital pulse width modulation signal generator 44 is input to the gate. Other circuit configurations and operations are the same as those of the fourth embodiment shown in FIG.

図16は図15の第4実施形態における各部の信号波形を示したタイムチャートであり、図16(A)に入力電圧Vin、図16(B)に反転第1パルス幅変調信号−V1、図16(C)に比較回路60の入力信号、図16(D)に第2パルス幅変調信号V5、図16(E)に駆動信号V8をそれぞれ示している。   FIG. 16 is a time chart showing signal waveforms of respective parts in the fourth embodiment of FIG. 15, FIG. 16A shows the input voltage Vin, FIG. 16B shows the inverted first pulse width modulation signal −V1, and FIG. 16 (C) shows the input signal of the comparison circuit 60, FIG. 16 (D) shows the second pulse width modulation signal V5, and FIG. 16 (E) shows the drive signal V8.

第4実施形態にあっては、図16(B)の反転第1パルス幅変調信号−V1の例えば時刻t1〜t4の周期Tにおける後半の時刻t3〜t4となるハイレベルの間、リセット回路52のリセット用スイッチング素子94をオンしてコンデンサ50を放電リセットし、反転第1パルス幅変調信号−V1が時刻t4でハイレベルからローレベルに変化すると、次の周期における三角波信号の発生を開始している。   In the fourth embodiment, the reset circuit 52 during the high level of the second half time t3 to t4 of the inverted first pulse width modulation signal −V1 in FIG. 16B, for example, in the period T from time t1 to t4. When the reset switching element 94 is turned on, the capacitor 50 is discharged and reset, and when the inverted first pulse width modulation signal -V1 changes from the high level to the low level at time t4, the generation of the triangular wave signal in the next cycle is started. ing.

また図16は、時刻t6までは入力電圧Vinが高い場合であり、この間は比較回路60より出力された第2パルス幅変調信号V5に同期した駆動信号V8によるスイッチング素子18のオン、オフ制御が行われているが、時刻t6で入力電圧Vinが低下すると、時刻t7〜t9では、反転第1パルス幅変調信号−V1で決定される最大オン時間Ton(max)によって駆動信号V8としてスイッチング素子18を最大オンデューティでオンオフ制御することになる。   FIG. 16 shows the case where the input voltage Vin is high until time t6. During this period, the on / off control of the switching element 18 by the drive signal V8 synchronized with the second pulse width modulation signal V5 output from the comparison circuit 60 is performed. However, when the input voltage Vin decreases at time t6, at time t7 to t9, the switching element 18 is used as the drive signal V8 by the maximum on-time Ton (max) determined by the inverted first pulse width modulation signal −V1. Is controlled with a maximum on-duty.

なお、上記の実施形態にあっては、デジタルプロセッサにソフトスタート・ストップ処理部42をプログラム制御による機能として設けているが、この機能を設けずに、デジタルプロセッサ34にはデジタルパルス幅変調信号発生部44のみを設けた構成としてもよい。   In the above embodiment, the soft start / stop processing unit 42 is provided as a function by program control in the digital processor, but without providing this function, the digital processor 34 generates a digital pulse width modulation signal. It is good also as a structure which provided only the part 44. FIG.

デジタルパルス幅変調信号発生部44は、同等の機能を持つものであれば、第一レジスタ74と第一比較回路78とフリップフロップ82に加えて複数のレジスタ、複数の比較回路、および、複数のフリップフロップを備えることで、複数のデジタルパルス幅変調信号を発生するものを用いて、そのひとつから出力を取り出すものでも良い。   As long as the digital pulse width modulation signal generator 44 has an equivalent function, in addition to the first register 74, the first comparison circuit 78, and the flip-flop 82, a plurality of registers, a plurality of comparison circuits, and a plurality of comparison circuits are provided. By providing a flip-flop, it is possible to use one that generates a plurality of digital pulse width modulation signals and to extract the output from one of them.

デジタルパルス幅変調信号発生部44は、アップカウンタを用いたが、ダウンカウンタを用いて同様の機能を実現したものでも良い。   The digital pulse width modulation signal generation unit 44 uses an up counter, but may use a down counter to realize a similar function.

電流源回路46は、同等の機能を持つものであれば、抵抗ではなく、半導体素子を用いて構成したものでも良い。   The current source circuit 46 may be configured using a semiconductor element instead of a resistor as long as it has an equivalent function.

電流源回路46には、入力電源電圧Vinを直接入力しているが、トランス12に3次巻線を設け、3次巻線の電圧を入力しても良い。   Although the input power supply voltage Vin is directly input to the current source circuit 46, a tertiary winding may be provided in the transformer 12 to input the voltage of the tertiary winding.

出力電圧制御信号発生回路38は、誤差増幅器64を用いて、出力電圧Voと基準電圧源66の電圧Vrefを比較し、出力電圧制御信号V4を出力するものとしているが、単に一定の直流電圧を出力するものでも良いし、デジタルプロセッサ34に制御されることで、出力電圧制御信号V4を出力するものでも良い。   The output voltage control signal generation circuit 38 compares the output voltage Vo with the voltage Vref of the reference voltage source 66 using the error amplifier 64 and outputs the output voltage control signal V4. The output voltage control signal V4 may be output under the control of the digital processor 34.

第一パルス幅変調信号V1の増加率α、減少率βを一定としているが、例えば、プログラム内にテーブルを設け、時間の経過に従って、テーブルから値を読み出すことで、αやβを可変するものであっても良い。   The increase rate α and decrease rate β of the first pulse width modulation signal V1 are constant. For example, a table is provided in the program, and values are read out from the table as time elapses to change α and β. It may be.

また上記の実施形態は絶縁型シングルエンテッド・フォワードコンバータを例に取るものであったが、絶縁型コンバータであれば、ブリッジ型、プッシュプル型、フライバック型などの回路にすべて適用することができる。   In addition, the above embodiment is an example of an isolated single-ended forward converter. However, an isolated converter may be applied to all circuits such as a bridge type, a push-pull type, and a flyback type. it can.

また上記の実施形態にあっては、回路素子としてMOS−FET、PNPトランジスタ、NPNトランジスタ、ダイオード、抵抗などの電子部品を用いたが、同様の機能を果たす素子であれば、これらに限定されることなく適宜の電子部品を用いることができる。   In the above embodiment, electronic components such as MOS-FETs, PNP transistors, NPN transistors, diodes, and resistors are used as circuit elements. However, the elements are limited to these as long as the elements perform the same function. An appropriate electronic component can be used without any problem.

また本発明は、その目的と利点を損なうことのない変形を含み、更に上記の実施形態に示した数値による限定は受けない。
Further, the present invention includes modifications that do not impair the object and advantages thereof, and is not limited by the numerical values shown in the above embodiments.

本発明によるスイッチング電源装置の第1実施形態を示した回路ブロック図The circuit block diagram which showed 1st Embodiment of the switching power supply device by this invention 図1の第1実施形態に設けたデジタルプロセッサの詳細を示したブロック図The block diagram which showed the detail of the digital processor provided in 1st Embodiment of FIG. 図2のデジタルパルス幅変調信号発生部によるカウンタを用いた信号発生動作を示した説明図Explanatory drawing which showed the signal generation operation using the counter by the digital pulse width modulation signal generation part of FIG. 図1の第1実施形態における各部の信号波形を示したタイムチャートFIG. 1 is a time chart showing signal waveforms at various parts in the first embodiment of FIG. 図4のソフトスタート処理部によるソフトスタート動作を示したタイムチャートTime chart showing the soft start operation by the soft start processing unit of FIG. 入力電圧に応じてオンデューティの増加率を制御するソフトスタート動作を示したタイムチャートTime chart showing soft-start operation that controls on-duty increase rate according to input voltage 図1のデジタルプロセッサによる制御処理を示したフローチャートThe flowchart which showed the control processing by the digital processor of FIG. 図7のステップS2によるソフトスタート処理の詳細を示したフローチャートThe flowchart which showed the detail of the soft start process by FIG.7 S2 図7のステップS4によるソフトストップ処理の詳細を示したフローチャートThe flowchart which showed the detail of the soft stop process by step S4 of FIG. 第1パルス幅変調信号のローレベル期間の間だけコンデンサを放電リセットする三角波発生回路を用いた本発明の第2実施形態を示した回路ブロック図The circuit block diagram which showed 2nd Embodiment of this invention using the triangular wave generation circuit which carries out discharge reset of a capacitor only during the low level period of the 1st pulse width modulation signal 図10の第2実施形態における各部の信号波形を示したタイムチャートThe time chart which showed the signal waveform of each part in 2nd Embodiment of FIG. 反転第1パルス幅変調信号を用いた逆論理で動作する本発明の第3実施形態を示した回路ブロック図The circuit block diagram which showed 3rd Embodiment of this invention which operate | moves by the reverse logic using an inversion 1st pulse width modulation signal 図12の第3実施形態に設けたデジタルプロセッサの詳細を示したブロック図The block diagram which showed the detail of the digital processor provided in 3rd Embodiment of FIG. 図12の第3実施形態における各部の信号波形を示したタイムチャートThe time chart which showed the signal waveform of each part in 3rd Embodiment of FIG. 第1パルス幅変調信号のハイレベル期間の間だけコンデンサを放電リセットする三角波発生回路を用いた逆論理で動作する本発明の第4実施形態を示した回路ブロック図The circuit block diagram which showed 4th Embodiment of this invention which operate | moves by reverse logic using the triangular wave generation circuit which carries out discharge reset of a capacitor only during the high level period of the 1st pulse width modulation signal 図15の第4実施形態における各部の信号波形を示したタイムチャートThe time chart which showed the signal waveform of each part in 4th Embodiment of FIG. 従来のスイッチング電源装置を示した回路ブロック図Circuit block diagram showing a conventional switching power supply 従来装置における各部の信号波形を入力電圧が低い場合と高い場合とに分けて示したタイムチャートTime chart showing signal waveforms of each part in the conventional device divided into cases where the input voltage is low and high 入力電圧が途中で低下した場合の従来装置における各部の信号波形を示したタイムチャートTime chart showing the signal waveform of each part in the conventional device when the input voltage drops in the middle 最大オンデューティ制限回路を設けた従来装置を示した回路ブロック図Circuit block diagram showing a conventional device with a maximum on-duty limit circuit

符号の説明Explanation of symbols

10:入力電源
12:トランス
14:1次巻線
16:2次巻線
18:スイッチング素子
20:整流平滑回路
22a,22b:出力端子
24:スイッチング制御回路
25:フォワード側同期整流素子
26:フライホイール側同期整流素子
28:同期整流制御回路
30:チョークコイル
32:平滑コンデンサ
34:デジタルプロセッサ
36:三角波発生回路
38:出力電圧制御信号発生回路
40:駆動回路
42:ソフトスタート・ストップ処理部
44:デジタルパルス幅変調信号発生部
46:電流源回路
48:抵抗
50:コンデンサ
52:リセット回路
58:NPNトランジスタ
60:比較回路
62:論理積回路
64:誤差増幅器
66:基準電圧源
68:CPU
70:クロック発生回路
72:カウンタ
74:第1レジスタ
76:第2レジスタ
84:ダイオード
88:PNPトランジスタ
90:論理和回路
92:インバータ
10: input power supply 12: transformer 14: primary winding 16: secondary winding 18: switching element 20: rectifying / smoothing circuits 22a, 22b: output terminal 24: switching control circuit 25: forward side synchronous rectifying element 26: flywheel Side synchronous rectification element 28: synchronous rectification control circuit 30: choke coil 32: smoothing capacitor 34: digital processor 36: triangular wave generation circuit 38: output voltage control signal generation circuit 40: drive circuit 42: soft start / stop processing unit 44: digital Pulse width modulation signal generator 46: current source circuit 48: resistor 50: capacitor 52: reset circuit 58: NPN transistor 60: comparison circuit 62: AND circuit 64: error amplifier 66: reference voltage source 68: CPU
70: Clock generation circuit 72: Counter 74: First register 76: Second register 84: Diode 88: PNP transistor 90: OR circuit 92: Inverter

Claims (15)

入力電源にトランスの1次巻線とスイッチング素子が直列に接続され、前記トランスの2次巻線に整流平滑回路が接続され、前記スイッチング素子にスイッチング制御回路が接続され、前記スイッチング制御回路が前記スイッチング素子のオンデューティを制御することで出力電圧を所定の電圧に制御するスイッチング電源装置に於いて、
前記スイッチング制御回路は、
デジタルプロセッサ内に設けられ、所定周期で且つ所定の最大オンデューティを設定した第1パルス幅変調信号を発生するデジタルパルス幅変調信号発生部と、
入力電圧に応じて傾きが変化し且つ前記第1パルス幅変調信号に同期して三角波信号を反復して発生させる三角波発生回路と、
出力電圧を所定の電圧に制御するための出力電圧制御信号を発生する出力電圧制御信号発生回路と、
前記三角波信号と前記出力電圧制御信号を入力し、前記出力電圧制御信号に応じたオンデューティを持つ第2パルス幅変調信号を発生する比較回路と、
前記第1パルス幅変調信号と前記第2パルス幅変調信号を入力し、前記第2パルス幅変調信号のオンデューティが前記第1パルス幅変調信号によって設定される最大オンデューティ未満の場合は前記第2パルス幅変調信号を前記スイッチング素子に駆動信号として出力し、前記第2パルス幅変調信号のオンデューティが前記第1パルス幅変調信号によって設定される最大オンデューティ以上の場合は前記第1パルス幅変調信号を前記スイッチング素子に駆動信号として出力する論理回路と、
を備え
前記デジタルパルス幅変調信号発生部は、
クロック信号を計数するカウンタと、
前記最大オンデューティに対応した第1クロック数N1を設定する第1レジスタと、
所定周期に対応した第2クロック数N2を設定する第2レジスタと、
前記カウンタの計数クロック数が前記第1クロック数N1に達した時に出力する第1比較回路と、
前記カウンタの計数クロック数が前記第2クロック数N2に達した時に出力する第2比較回路と、
前記第1比較回路の出力でリセットされ、前記第2比較回路の出力でセットされ、前記最大オンデューティをもつ前記第1パルス幅変調信号を出力するフリップフロップと、
前記第2比較回路の出力により前記カウンタをリセットスタートさせる機能と、
を備えたことを特徴とするスイッチング電源装置。
A primary winding and a switching element of the transformer are connected in series to the input power source, a rectifying and smoothing circuit is connected to the secondary winding of the transformer, a switching control circuit is connected to the switching element, and the switching control circuit is In the switching power supply device that controls the output voltage to a predetermined voltage by controlling the on-duty of the switching element,
The switching control circuit includes:
A digital pulse width modulation signal generating unit that is provided in the digital processor and generates a first pulse width modulation signal having a predetermined period and a predetermined maximum on-duty;
A triangular wave generating circuit that changes a slope according to an input voltage and repeatedly generates a triangular wave signal in synchronization with the first pulse width modulation signal;
An output voltage control signal generating circuit for generating an output voltage control signal for controlling the output voltage to a predetermined voltage;
A comparison circuit that inputs the triangular wave signal and the output voltage control signal and generates a second pulse width modulation signal having an on-duty according to the output voltage control signal;
When the first pulse width modulation signal and the second pulse width modulation signal are input, and the on-duty of the second pulse width modulation signal is less than the maximum on-duty set by the first pulse width modulation signal, the first When a two-pulse width modulation signal is output as a drive signal to the switching element, and the on-duty of the second pulse-width modulation signal is greater than or equal to the maximum on-duty set by the first pulse-width modulation signal, the first pulse width A logic circuit for outputting a modulation signal as a drive signal to the switching element;
Equipped with a,
The digital pulse width modulation signal generator is
A counter for counting clock signals;
A first register for setting a first clock number N1 corresponding to the maximum on-duty;
A second register for setting a second clock number N2 corresponding to a predetermined period;
A first comparison circuit that outputs when the count clock number of the counter reaches the first clock number N1,
A second comparison circuit that outputs when the count clock number of the counter reaches the second clock number N2,
A flip-flop that is reset at the output of the first comparison circuit, is set at the output of the second comparison circuit, and outputs the first pulse width modulation signal having the maximum on-duty;
A function of resetting and starting the counter by an output of the second comparison circuit;
A switching power supply device comprising:
請求項1記載のスイッチング電源装置に於いて、前記三角波発生回路は、
入力電圧に比例した電流を出力する電流源回路と、
前記電流源回路により充電されて三角波電圧を発生するコンデンサと、
前記第1パルス幅変調信号がローレベルからハイレベルとなるタイミングにおいて短時間動作して前記コンデンサを放電リセットするリセット回路と、
を備えたことを特徴とするスイッチング電源装置。
The switching power supply device according to claim 1, wherein the triangular wave generation circuit includes:
A current source circuit that outputs a current proportional to the input voltage;
A capacitor that is charged by the current source circuit to generate a triangular wave voltage;
A reset circuit that operates for a short time at a timing when the first pulse width modulation signal changes from a low level to a high level to discharge-reset the capacitor;
A switching power supply device comprising:
請求項記載のスイッチング電源装置に於いて、前記リセット回路は、
前記第1パルス幅変調信号のローレベルからハイレベルへの立上りに同期して微分パルス信号を生成する微分回路と、
前記微分パルス信号によりオンして前記コンデンサを放電リセットするリセット用スイッチング素子と、
を備えたことを特徴とするスイッチング電源装置。
The switching power supply device according to claim 2 , wherein the reset circuit includes:
A differentiating circuit for generating a differential pulse signal in synchronization with a rise from a low level to a high level of the first pulse width modulation signal;
A reset switching element that is turned on by the differential pulse signal to reset the capacitor discharge;
A switching power supply device comprising:
請求項1記載のスイッチング電源装置に於いて、前記三角波発生回路は、
入力電圧に比例した電流を出力する電流源回路と、
前記電流源回路により充電されて三角波電圧を発生するコンデンサと、
前記第1パルス幅変調信号のローレベル期間の間だけ動作して前記コンデンサを放電リセットするリセット回路と、
を備えたことを特徴とするスイッチング電源装置。
The switching power supply device according to claim 1, wherein the triangular wave generation circuit includes:
A current source circuit that outputs a current proportional to the input voltage;
A capacitor that is charged by the current source circuit to generate a triangular wave voltage;
A reset circuit that operates only during a low level period of the first pulse width modulation signal to discharge-reset the capacitor;
A switching power supply device comprising:
請求項記載のスイッチング電源装置に於いて、前記リセット回路は、前記コンデンサのプラス電位側にアノードを接続し、前記第1パルス幅変調信号を出力する前記デジタルプロセッサの出力端子にカソードを接続したダイオードを備えたことを特徴とするスイッチング電源装置。 5. The switching power supply device according to claim 4 , wherein the reset circuit has an anode connected to a positive potential side of the capacitor and a cathode connected to an output terminal of the digital processor that outputs the first pulse width modulation signal. A switching power supply comprising a diode. 請求項1記載のスイッチング電源装置に於いて、前記論理回路は、前記第1パルス幅変調信号と前記第2パルス幅変調信号を入力した論理積回路であることを特徴とするスイッチング電源装置。   2. The switching power supply device according to claim 1, wherein the logic circuit is an AND circuit to which the first pulse width modulation signal and the second pulse width modulation signal are input. 請求項1記載のスイッチング電源装置に於いて、
前記デジタルパルス幅変調信号発生部は前記第1パルス幅変調信号を反転した反転第1パルス幅変調信号を出力し、
前記三角波発生回路は、
入力電圧に比例した電流を出力する電流源回路と、
前記電流源回路により充電されて三角波電圧を発生するコンデンサと、
前記反転第1パルス幅変調信号がハイレベルからローレベルとなるタイミングから短時間動作して前記コンデンサを放電リセットするリセット回路と、
を備えたことを特徴とするスイッチング電源装置。
In the switching power supply device according to claim 1,
The digital pulse width modulation signal generator outputs an inverted first pulse width modulation signal obtained by inverting the first pulse width modulation signal;
The triangular wave generating circuit is
A current source circuit that outputs a current proportional to the input voltage;
A capacitor that is charged by the current source circuit to generate a triangular wave voltage;
A reset circuit that operates for a short time from the timing when the inverted first pulse width modulation signal changes from a high level to a low level to discharge-reset the capacitor;
A switching power supply device comprising:
請求項記載のスイッチング電源装置に於いて、前記リセット回路は、
前記反転第1パルス幅変調信号のハイレベルからローレベルへの立下りに同期して微分パルス信号を生成する微分回路と、
前記微分パルス信号によりオンして前記コンデンサを放電リセットするリセット用スイッチング素子と、
を備えたことを特徴とするスイッチング電源装置。
The switching power supply device according to claim 7 , wherein the reset circuit includes:
A differentiating circuit for generating a differential pulse signal in synchronization with a fall from the high level to the low level of the inverted first pulse width modulation signal;
A reset switching element that is turned on by the differential pulse signal to reset the capacitor discharge;
A switching power supply device comprising:
請求項1記載のスイッチング電源装置に於いて、
前記デジタルパルス幅変調信号発生部は前記第1パルス幅変調信号を反転した反転第1パルス幅変調信号を出力し、
前記三角波発生回路は、
入力電圧に比例した電流を出力する電流源回路と、
前記電流源回路により充電されて三角波電圧を発生するコンデンサと、
前記反転第1パルス幅変調信号のハイレベル期間の間だけ動作して前記コンデンサを放電リセットするリセット回路と、
を備えたことを特徴とするスイッチング電源装置。
In the switching power supply device according to claim 1,
The digital pulse width modulation signal generator outputs an inverted first pulse width modulation signal obtained by inverting the first pulse width modulation signal;
The triangular wave generating circuit is
A current source circuit that outputs a current proportional to the input voltage;
A capacitor that is charged by the current source circuit to generate a triangular wave voltage;
A reset circuit that operates only during a high level period of the inverted first pulse width modulation signal to discharge-reset the capacitor;
A switching power supply device comprising:
請求項記載のスイッチング電源装置に於いて、前記リセット回路は、前記反転第1パルス幅変調信号のハイレベルの期間にオンして前記コンデンサを放電リセットするリセット用スイッチング素子を備えたことを特徴とするスイッチング電源装置。 10. The switching power supply device according to claim 9 , wherein the reset circuit includes a reset switching element that is turned on during a high level period of the inverted first pulse width modulation signal to discharge and reset the capacitor. Switching power supply device. 請求項又は記載のスイッチング電源装置に於いて、
前記論理回路は、
前記反転第1パルス幅変調信号と前記第2パルス幅変調信号を入力した論理和回路と、
前記論理和回路の出力を反転して前記スイッチング素子に駆動信号を出力するインバータ回路と、
を備えたことを特徴とするスイッチング電源装置。
In the switching power supply device according to claim 7 or 9 ,
The logic circuit is:
An OR circuit that receives the inverted first pulse width modulation signal and the second pulse width modulation signal;
An inverter circuit that inverts the output of the OR circuit and outputs a drive signal to the switching element;
A switching power supply device comprising:
請求項1又は記載のスイッチング電源装置に於いて、前記デジタルプロセッサは、プログラムの実行により、
前記スイッチング電源装置の起動時に、前記第1パルス幅変調信号のオンデューティを時間の経過に対しプログラムに基づく所定の増加割合で変化させて出力電圧を所定電圧に向けて上昇させるソフトスタート処理部、
前記スイッチング電源装置の停止時に、前記第1パルス幅変調信号のオンデューティを時間の経過に対しプログラムに基づく所定の減少割合で変化させて出力電圧を所定電圧から下降させるソフトストップ処理部、
としての機能を実現することを特徴とするスイッチング電源装置。
In the switching power supply device according to claim 1 or 4, wherein said digital processor, the execution of the program,
A soft-start processing unit that changes the on-duty of the first pulse width modulation signal at a predetermined increase rate based on a program to increase the output voltage toward a predetermined voltage when the switching power supply device is activated;
A soft stop processing unit that changes the on-duty of the first pulse width modulation signal at a predetermined decrease rate based on a program with respect to the passage of time to lower the output voltage from the predetermined voltage when the switching power supply device is stopped;
A switching power supply device that realizes the function as:
請求項又は記載のスイッチング電源装置に於いて、前記デジタルプロセッサは、プログラムの実行により、
前記スイッチング電源装置の起動時に、前記反転第1パルス幅変調信号のオフデューティを時間の経過に対しプログラムに基づく所定の増加割合で変化させて出力電圧を所定電圧に向けて上昇させるソフトスタート処理部、
前記スイッチング電源装置の停止時に、前記反転第1パルス幅変調信号のオフデューティを時間の経過に対しプログラムに基づく所定の減少割合で変化させて出力電圧を所定電圧から下降させるソフトストップ処理部、
としての機能を実現することを特徴とするスイッチング電源装置。
The switching power supply device according to claim 7 or 9 , wherein the digital processor is configured by executing a program.
A soft start processing unit for changing the off-duty of the inverted first pulse width modulation signal at a predetermined increase rate based on a program over time to increase the output voltage toward a predetermined voltage when the switching power supply device is started up ,
A soft-stop processing unit that changes the off-duty of the inverted first pulse width modulation signal at a predetermined reduction rate based on a program over time to decrease the output voltage from the predetermined voltage when the switching power supply is stopped;
A switching power supply device that realizes the function as:
請求項12又は13記載のスイッチング電源装置に於いて、
前記ソフトスタート処理部は、前記第1パルス幅変調信号のオンデューティの増加割合、または、前記反転第1パルス幅変調信号のオフデューティの増加割合を入力電圧の大きさに反比例するように変化させることで、出力電圧が所定の電圧に上昇するまでの時間が入力電圧の影響を受けなくする処理を行い、
前記ソフトストップ処理部は、前記第1パルス幅変調信号のオンデューティの減少割合、または、前記反転第1パルス幅変調信号のオフデューティの減少割合を入力電圧の大きさに反比例するように変化させることで、出力電圧が所定の電圧に下降するまでの時間が入力電圧の影響を受けなくする処理を行うことを特徴とするスイッチング電源装置。
In the switching power supply device according to claim 12 or 13 ,
The soft start processing unit changes an increasing rate of an on-duty of the first pulse width modulation signal or an increasing rate of an off-duty of the inverted first pulse width modulation signal so as to be inversely proportional to the magnitude of an input voltage. By doing so, the time until the output voltage rises to the predetermined voltage is processed so as not to be affected by the input voltage,
The soft stop processing unit changes the decreasing rate of the on-duty of the first pulse width modulation signal or the decreasing rate of the off-duty of the inverted first pulse width modulation signal so as to be inversely proportional to the magnitude of the input voltage. Thus, the switching power supply device is characterized in that the time until the output voltage drops to a predetermined voltage is not affected by the input voltage.
請求項1記載のスイッチング電源装置に於いて、前記出力電圧制御信号発生回路は、出力電圧信号と所定の基準電圧信号との誤差電圧を増幅することで出力電圧制御信号を発生することを特徴とするスイッチング電源装置。



2. The switching power supply device according to claim 1, wherein the output voltage control signal generation circuit generates an output voltage control signal by amplifying an error voltage between the output voltage signal and a predetermined reference voltage signal. Switching power supply.



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