JP5641140B2 - スイッチング電源装置の制御回路およびスイッチング電源 - Google Patents
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Description
AC入力1は、入力フィルタを構成するトランス2とコンデンサ3を介して、ダイオードブリッジ4に供給され、直流入力電圧に整流される。コンデンサ5は、ダイオードブリッジ4と接地との間に設けられて、スイッチングノイズを吸収する機能を有している。また、ダイオード6は、半波整流したAC入力1を電流制限抵抗7を介して制御IC8のVH端子に供給している。この電流制限抵抗7によって、VH端子への入力電流が制限されている。
起動回路(Startup)31は、起動時にVH端子からVCC端子へ電流を供給するものであって、フライバック電源にAC入力1が印加されると、制御IC8ではVH端子から起動回路31を通してVCC端子へ電流が流れる。これにより、VCC端子に外部接続されたコンデンサ13が充電されて、その電圧値が上昇する。
以下、このスロープ補償回路35におけるスロープ補償動作について、図8に示すタイミングチャートによって説明する。
図9に示す従来の発振器34は、定電流を流す電流源回路I3,I4、電流源回路I3を介して電源Vccと接続されたPチャネル型のトランジスタM3、このトランジスタM3と直列に接続され、電流源回路I4を介して接地されたNチャネル型のトランジスタM4、トランジスタM3,M4の接続点に一端が接続され、他端が接地されたタイミングコンデンサC2、タイミングコンデンサC2の電圧信号Sbに対して、その充電電圧上限値と放電電圧下限値をそれぞれ設定するコンパレータ341,342、後述する周波数変調用の変調期間設定回路343、変調期間設定回路343の出力信号Scとコンパレータ341の出力信号を入力するアンドゲート344、トランジスタM3,M4を相補的にオンオフするRSフリップフロップ345、およびインバータ346から構成されている。なお、FB端子へのフィードバック信号により軽負荷状態であると判断されると、電流源回路I3,I4の電流値を減少させてスイッチング周波数を低下させるよう機能するが、本発明の説明に関しては定電流と考えてよい。
ここで、図10に示す発振器34から出力される発振信号Dmaxの波形について説明する。
上述した制御IC8では、MOSFET17を流れるドレイン電流Idsが一定電流以上にならないように、OCPコンパレータ45でレベル制限を行っている。このことは、すでに制御IC8の内部回路構成を示す図6によって説明した通りである。
このMOSFET17がオンのときに流れるドレイン電流Idsは、その大きさが過電流検出レベルに達した後にMOSFET17がターンオフするが、実際にドレイン電流Idsがオフするまでには、図11(A)に示すように一定の遅延時間τがかかる。この遅延時間τの長さは、電流検出端子のノイズフィルタ、制御IC8内部での回路遅延要素、あるいはMOSFET17自体のスイッチング動作の遅延時間などによって規定される。そして、図11(B)に示すように、AC入力1からの入力電圧が高ければ、MOSFET17のターンオン時にトランスTの一次巻き線16を流れる電流の傾きが大きくなる。その傾斜角は一次巻き線16のインダクタ値にもよるが、図11(A)に示すように、入力電圧が低いときの傾きは緩やかとなり、入力電圧が高いときは傾きが急になる。
また、本発明によれば、スイッチング素子をオンオフしてAC入力の電圧を所定の直流電圧に変換して負荷に供給するフライバック型のスイッチング電源が提供される。このスイッチング電源は、前記スイッチング素子に接続され、その電流値を電圧変換する電流検出回路と、前記電流検出回路により変換された電流信号に基づいて前記負荷に対する過電流を検出する過電流保護回路と、前記AC入力の電圧変化に応じて前記過電流保護回路への基準電圧信号を補正する電圧補正回路と、前記スイッチング素子に対するスイッチング周波数を変調可能な周波数変調機能を有する発振回路と、前記発振回路により設定された周波数変調期間を含む前記スイッチング周波数のオン期間に比例して単調増加するスロープ補償信号を生成するスロープ補償回路と、から構成される。
したがって、電源回路(フライバック)を制御し、EMIノイズ低減のための変調期間(休止期間)による周波数変調機能を持つICにおいて、入力電圧に関わらず、同じ過電流レベルでMOSFETをオフすることができる。
このスイッチング電源の制御回路を構成する制御IC8は、先に図6において説明した従来のPWM制御用の制御IC8と基本的に同一の構成をなしている。制御IC8は、AC入力1からの電圧を基にして、一定の出力電圧を作るフライバック電源(図5参照)を制御するものである。また、図5に示すMOSFET17に流れる電流を電圧変換する電流検出用のセンス抵抗12、変換された電圧信号を検出するIS端子、制御IC8内の過電流検出用のOCPコンパレータ45が、過電流を検出するための過電流保護回路を構成している。
MOSFET17がオンし、MOSFET17に接続されたセンス抵抗12に電流が流れ、制御IC8のIS端子の電圧が上昇する。制御IC8のIS端子の電圧が制御IC8内部の過電流保護レベル電圧以上になると、過電流検出用のOCPコンパレータ45の出力が反転し、後段のRSフリップフロップ38に対するリセット信号が生成される。RSフリップフロップ38がリセットされると、OUT端子からMOSFET17をオフさせる信号が出力される。なお、ワンショット回路37の出力信号は短パルス信号であり、過電流となる時点では通常Lレベルとなっているので、オアゲート39の出力はRSフリップフロップ38の出力で定まる。また、制御IC8のIS端子に図示しないリーディングエッジブランキング回路等を介在させて、MOSFET17がターンオンした直後の入力ノイズを除去することが可能である。
スロープ補償回路35は、スロープ電圧信号Saを出力するための端子35dを備えている点を除けば、図7に示した従来のスロープ補償回路35と同一構成を有している。すなわち、このスロープ補償回路35では、図7に関して説明したように、入力端子35bから入力される発振器34の発振信号DmaxがHレベルになると、コンデンサC1が電流源回路I1からの電流で充電されて、単調増加する積分電圧Saを生成する。この単調増加する積分電圧Saが、スロープ電圧信号Saとして端子35dから出力される。
過電流レベル設定回路50は、スロープ電圧信号Saが入力される入力端子50aと、基準電圧信号Sdを出力する出力端子50bとを備える。過電流レベル設定回路50は、それぞれエミッタフォロワ回路を構成するPNPトランジスタT3とNPNトランジスタT4、電流源回路I6,I7、カレントミラー回路を構成するPチャネル型のトランジスタM8,M9、および抵抗R3,R4から構成されている。この過電流レベル設定回路50では、PNPトランジスタT3からなるエミッタフォロワでPNPトランジスタT3のエミッタ端子に(スロープ電圧信号Sa+PNPトランジスタT3のベース・エミッタ間電圧)という電圧信号を生成し、NPNトランジスタT4からなるエミッタフォロワでNPNトランジスタT4のエミッタ端子に(スロープ電圧信号Sa+PNPトランジスタT3のベース・エミッタ間電圧−NPNトランジスタT4のベース・エミッタ間電圧≒スロープ電圧信号Sa)という電圧信号を生成する。このようなことをするのは、インピーダンス変換したスロープ電圧信号Saを抵抗R3に印加するためである。
図4(B),(C)に示すように、それぞれ発振器34(図9)で作られる電圧信号Sb(台形波信号)と発振信号Dmaxは、タイミングt4あるいはタイミングt7などで同時に立ち上がり、同図(A)に示すように、Hレベルのスイッチ信号Soutをドライブ回路42からOUT端子に出力する。これによって、MOSFET17をターンオンさせることができる。
Vd=I7×R4[V]
の値となり、そこからI1/C1[V/s]に比例する傾斜で上昇する右肩上がりの電圧信号となる。
2 トランス
3,5,10,13,20 コンデンサ
4 ダイオードブリッジ
6,19 ダイオード
7 電流制限抵抗
8 制御IC
9 サーミスタ
11,23,24 抵抗
12 センス抵抗
14 逆流防止ダイオード
15 補助巻き線
16 一次巻き線
17 MOSFET
18 二次巻き線
21 フォトカプラ
22 シャントレギュレータ
25 負荷
31 起動回路(Startup)
32 低電圧誤動作防止回路(UVLO)
33 内部電源(5VReg.)
34 発振器(OSC)
35 スロープ補償回路
36 FBコンパレータ
37 ワンショット回路
38 RSフリップフロップ
39,41,46,51 オアゲート
40 アンドゲート
42 ドライブ回路(OUTPUT)
43 レベルシフト回路(Level Shift)
44 ISコンパレータ
45 OCPコンパレータ
47 電流源
48 LATコンパレータ
49 ラッチ回路
50 過電流レベル設定回路
Dmax 発振信号
I1〜I5 電流源回路
Sa スロープ電圧信号
Sb,VSAW 電圧信号
Sc 出力信号
Sd 基準電圧信号
Sout スイッチ信号
T トランス
V1〜V6 基準電源
Vcc 電源電圧
Claims (6)
- スイッチング素子をオンオフしてAC入力の電圧を所定の直流電圧に変換して負荷に供給するフライバック型のスイッチング電源装置の制御回路であって、
前記スイッチング素子に接続され、その電流値を電圧変換する電流検出回路と、
前記電流検出回路により変換された電流信号に基づいて前記負荷に対する過電流を検出する過電流保護回路と、
前記AC入力の電圧変化に応じて前記過電流保護回路への基準電圧信号を補正する電圧補正回路と、
前記スイッチング素子に対するスイッチング周波数を変調可能な周波数変調機能を有する発振回路と、
前記発振回路により設定された周波数変調期間を含む前記スイッチング周波数のオン期間に比例して単調増加するスロープ補償信号を生成するスロープ補償回路と、
を備え、
前記電圧補正回路は前記スロープ補償信号に基づき前記基準電圧信号を補正することを特徴とするスイッチング電源装置の制御回路。 - 前記発振回路は台形波を生成し、該台形波の電圧が一定となる部分の時間長を変化させることにより前記スイッチング周波数を変調させることを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源装置の制御回路。
- 前記電圧補正回路は前記スロープ補償信号に比例した電圧と定電圧とを加算して前記基準電圧信号を補正することを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源装置の制御回路。
- スイッチング素子をオンオフしてAC入力の電圧を所定の直流電圧に変換して負荷に供給するフライバック型のスイッチング電源であって、
前記スイッチング素子に接続され、その電流値を電圧変換する電流検出回路と、
前記電流検出回路により変換された電流信号に基づいて前記負荷に対する過電流を検出する過電流保護回路と、
前記AC入力の電圧変化に応じて前記過電流保護回路への基準電圧信号を補正する電圧補正回路と、
前記スイッチング素子に対するスイッチング周波数を変調可能な周波数変調機能を有する発振回路と、
前記発振回路により設定された周波数変調期間を含む前記スイッチング周波数のオン期間に比例して単調増加するスロープ補償信号を生成するスロープ補償回路と、
を備え、
前記電圧補正回路は前記スロープ補償信号に基づき前記基準電圧信号を補正することを特徴とするスイッチング電源。 - 前記発振回路は台形波を生成し、該台形波の電圧が一定となる部分の時間長を変化させることにより前記スイッチング周波数を変調させることを特徴とする請求項4に記載のスイッチング電源。
- 前記電圧補正回路は前記スロープ補償信号に比例した電圧と定電圧とを加算して前記基準電圧信号を補正することを特徴とする請求項4に記載のスイッチング電源。
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