JP5899504B2 - スイッチング電源装置および半導体装置 - Google Patents
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Description
<実施の形態1>
図1は本実施の形態1のスイッチング電源制御用半導体装置を備えたスイッチング電源装置の一構成例を示す回路図である。
さらに、PFM制御における可聴域周波数領域のスイッチング動作におけるトランス音鳴りに関しても、上記同様に周波数のスペクトル成分を分散することで、トランス音鳴りノイズを低減することが可能である。
変調信号が打ち消し合うために、ターンオン信号に変調を加えたとしても、発振周波数周期がT1で固定となり、スイッチング周波数およびその高調波成分をうまく分散させることができないケースが度々発生する。
<実施の形態1の変形例>
<変形例1>
実施の形態1のスイッチング電源装置とほぼ同じであるが、実施の形態1と比較して、スイッチング素子の電流ピーク値の変調方法が異なる。
例えば、仮にミラー回路53と54のミラー比を1とした場合、低周波発振器50からの出力電圧をVf(t)、抵抗52の抵抗値をR0、NPNバイポーラトランジスタ51のVbeをVbe0、とすると、P型MOSFET153がオン時にP型MOSFET153からコンデンサ155に流れる電流If(t)は、以下の式(4)で表される。
<変形例2>
図9は、実施の形態1の変形例2に係るターンオフ制御回路150の回路図を示したものである。
<変形例3>
図10は、実施の形態1の変形例2に係るターンオフ制御回路150の回路図を示したものである。
<変形例4>
実施の形態1の変形例3に係るスイッチング電源装置は、実施の形態1のスイッチング電源装置とほぼ同じであるが、実施の形態1に係るスイッチング電源装置と比べて変調信号の生成方法が相違する。
<実施の形態2>
次に、本発明の実施の形態2のスイッチング電源装置を説明する。
<実施の形態3>
次に、本実施の形態に係るスイッチング電源装置を説明する。
1a 一次巻線
1b 二次巻線
1c バイアス補助巻線
2 スイッチング素子
3 制御回路(半導体装置)
4 整流平滑回路
4a、6a 整流ダイオード
4b、6b、67、95、106、155 コンデンサ
5 出力電圧検出回路
6 出力電圧生成部
7 負荷
8 レギュレータ
9 内部回路電圧源
10 起動・停止回路
11 フィードバック信号制御回路
12 PFM制御回路
14、66、69、90、92、96、97、107、108、151、156、157、201、203 比較器
15 AND回路
16 オン時ブランキングパルス発生回路
17、112 RSフリップフロップ
18 NAND回路
19 ゲートドライバ
20 ドレイン電流検出回路
21 ドレイン電流制限回路
22 オン時間生成回路
23 2次電流オン期間検出回路
24 2次電流オンデューティ制御回路
25、26、52、68、80、91、109、110、117 抵抗
27 補助巻線電圧分圧回路
50 低周波発振器
51、81 NPNバイポーラトランジスタ
53、54、62、63、70、73、74、93、102、103、114,115、153、206、208 P型MOSFET
113、130、131、132、133 インバータ回路
64、65、75、76、77、79、94、104,105、116、154、158、159 N型MOSFET
59、60、61、71、72、101、152、205、207 定電流源
78、82 定電圧源
100 発振器
111 V−Iコンバータ
134 NOR回路
150 ターンオフ制御回路
202、204 Dフリップフロップ
Claims (19)
- 1次巻線、2次巻線を有するトランスと、
前記1次巻線に直列接続されたスイッチング素子と、
前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御して、前記1次巻線を介して前記スイッチング素子に入力される第1の直流電圧をスイッチング制御する制御回路と、
前記スイッチング制御によって前記2次巻線に発生する交流電圧を第2の直流電圧に変換して負荷に電力供給する出力電圧生成部と、
前記第2の直流電圧の変化を検出し、その変化に応じて生成した前記スイッチング制御のためのフィードバック信号を前記制御回路へ伝達する出力電圧検出回路とを有するスイッチング電源装置であって、
前記制御回路は、
前記出力電圧検出回路からのフィードバック信号により、前記第2の直流電圧を一定値に維持されるように、前記第2の直流電圧に応じて前記スイッチング素子のスイッチング周波数を変化させるフィードバック信号制御回路と、
前記フィードバック信号制御回路により決定された前記スイッチング周波数で前記スイッチング素子をターンオンさせる信号を生成するPFM制御回路と、
前記スイッチング素子を流れる電流を検出する電流検出回路と、
前記電流検出回路の出力値が、第1の基準値を超えると前記スイッチング素子をターンオフさせる信号を生成する前記スイッチング素子の電流制御回路と、
前記スイッチング素子を流れる電流ピーク値を、第1の電流値から第2の電流値までの電流範囲で、周期的に変化させる形で変調する電流ピーク変調手段を備えた
ことを特徴とするスイッチング電源装置。 - 前記制御回路は、
前記フィードバック信号は前記スイッチング素子のターンオンのタイミングを制御し、変調信号は前記スイッチング素子のターンオフのタイミングを制御し、前記フィードバック信号と、前記電流ピーク変調手段からの変調信号を、それぞれ分離して入力制御するように構成した
ことを特徴とする請求項1記載のスイッチング電源装置。 - 前記電流ピーク変調手段として、
前記スイッチング素子を流れる電流を検出する電流検出回路と、
前記電流検出回路の出力値が、第1の基準値を超えると前記スイッチング素子をターンオフさせる信号を生成する前記スイッチング素子の電流制御回路とを備え、
前記第1の基準値を第2の基準値から第3の基準値までの電圧範囲で変調する変調信号発生回路を設け、前記スイッチング素子を流れる電流ピーク値を、周期的に変化させる形で変調するように構成した
ことを特徴とする請求項1または請求項2記載のスイッチング電源装置。 - 前記電流ピーク変調手段として、
前記スイッチング素子を流れる電流を検出する電流検出回路と、
前記電流検出回路の出力値が、第1の基準値を超えると前記スイッチング素子をターンオフさせる信号を生成する前記スイッチング素子の電流制御回路と、
前記電流検出回路の出力値が第1の基準値を超えてから第1の遅延時間後に前記スイッチング素子をターンオフさせるターンオフ制御回路とをさらに備え、
前記ターンオフ制御回路による前記スイッチング素子のターンオフさせる信号を第1の遅延時間から第2の遅延時間までの時間範囲で変調する変調信号発生回路を設け、前記スイッチング素子を流れる電流ピーク値を、周期的に変化させるよう変調するように構成した
ことを特徴とする請求項1または請求項2記載のスイッチング電源装置。 - 前記電流ピーク変調手段として、
前記スイッチング素子を流れる電流を検出する電流検出回路と、
前記電流検出回路の出力値が、第1の基準値を超えると前記スイッチング素子をターンオフさせる信号を生成する前記スイッチング素子の電流制御回路とを備え、
前記電流検出回路の出力値を第1の出力値から第2の出力値までの出力電圧範囲で変調する変調信号発生回路を設け、前記スイッチング素子を流れる電流ピーク値を、周期的に変化させる形で変調するように構成した
ことを特徴とする請求項1または請求項2記載のスイッチング電源装置。 - 1次巻線、2次巻線を有するトランスと、
前記1次巻線に直列接続されたスイッチング素子と、
前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御して、前記1次巻線を介して前記スイッチング素子に入力される第1の直流電圧をスイッチング制御する制御回路と、
前記スイッチング制御によって前記2次巻線に発生する交流電圧を第2の直流電圧に変換して負荷に電力供給する出力電圧生成部と、
前記第2の直流電圧の変化を検出し、その変化に応じて生成した前記スイッチング制御のためのフィードバック信号を前記制御回路へ伝達する出力電圧検出回路とを有するスイッチング電源装置であって、
前記制御回路は、
前記出力電圧検出回路からのフィードバック信号により、前記第2の直流電圧を一定値に維持されるように、前記第2の直流電圧に応じて前記スイッチング素子のスイッチング周波数を変化させるフィードバック信号制御回路と、
前記フィードバック信号制御回路により決定された前記スイッチング周波数で前記スイッチング素子をターンオンさせる信号を生成するPFM制御回路と、
前記第2の直流電圧の大きさに関わらず、常に固定のオン時間を設定するオン時間生成回路と、
前記スイッチング素子がターンオンしたことを検出し、前記スイッチング素子に電流が流れる時間であるオン時間が前記オン時間生成回路により設定された第1のオン時間に達すると、前記スイッチング素子をターンオフさせる信号を生成する前記スイッチング素子の電流制御回路と、
前記スイッチング素子の前記第1のオン時間を、第2のオン時間から第3のオン時間までの時間範囲で周期的に変化させる形で変調するオン時間変調手段を備えた
ことを特徴とするスイッチング電源装置。 - 前記制御回路は、
前記フィードバック信号は前記スイッチング素子のターンオンのタイミングを制御し、
変調信号は前記スイッチング素子のターンオフのタイミングを制御し、前記フィードバック信号と、前記変調信号とを、それぞれ分離して入力制御するように構成した
ことを特徴とする請求項6記載のスイッチング電源装置。 - 前記オン時間変調手段として、
前記第2の直流電圧の大きさに関わらず、常に固定のオン時間を設定するオン時間生成回路と、
前記スイッチング素子がターンオンしたことを検出し、前記スイッチング素子に電流が流れる時間であるオン時間がオン時間生成回路により決定された設定オン時間に達すると、前記スイッチング素子をターンオフさせる信号を生成する前記スイッチング素子の電流制御回路と、
前記スイッチング素子のオン時間が、前記オン時間生成回路により設定された第1のオン時間を超えてから第1の遅延時間後に前記スイッチング素子をターンオフさせるターンオフ制御回路とをさらに備え、
前記ターンオフ制御回路による前記スイッチング素子のターンオフさせる信号を第1の遅延時間から第2の遅延時間までの時間範囲で変調する変調信号発生回路を設け、前記スイッチング素子のオン時間を、周期的に変化させる形で変調するように構成した
ことを特徴とする請求項6または請求項7記載のスイッチング電源装置。 - 1次巻線、2次巻線を有するトランスと、
前記1次巻線に直列接続されたスイッチング素子と、
前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御して、前記1次巻線を介して前記スイッチング素子に入力される第1の直流電圧をスイッチング制御する制御回路と、
前記スイッチング制御によって前記2次巻線に発生する交流電圧を第2の直流電圧に変換して負荷に電力供給する出力電圧生成部と、
前記第2の直流電圧の変化を検出し、その変化に応じて生成した前記スイッチング制御のためのフィードバック信号を、前記制御回路へ伝達する出力電圧検出回路とを有するスイッチング電源装置であって、
前記制御回路は、
前記スイッチング素子を流れる電流を検出する電流検出回路と、
前記電流検出回路の出力値が、第1の基準値を超えると前記スイッチング素子をターンオフさせる信号を生成する前記スイッチング素子の電流制御回路と、
前記スイッチング素子がターンオフしてから前記2次巻線を流れ始める2次電流が流れている第1期間を検出する2次電流オン期間検出回路と、
前記第1期間と前記2次電流が流れていない第2期間とからなる第3期間に対する前記第1期間のオンデューティ比が一定値に維持されるように前記スイッチング素子をターンオンさせるクロック信号を出力する2次電流オンデューティ制御回路と、
前記スイッチング素子を流れる電流ピーク値を、第1の電流値から第2の電流値までの電流範囲で、周期的に変化させる形で変調する電流ピーク変調手段を備えた
ことを特徴とするスイッチング電源装置。 - 前記制御回路は、
前記フィードバック信号は前記スイッチング素子のターンオンのタイミングを制御し、変調信号は前記スイッチング素子のターンオフのタイミングを制御し、前記フィードバック信号と、前記変調信号とを、それぞれ分離して入力制御するように
構成した
ことを特徴とする請求項9記載のスイッチング電源装置。 - 前記電流ピーク変調手段として、
前記スイッチング素子を流れる電流を検出する電流検出回路と、
前記電流検出回路の出力値が、第1の基準値を超えると前記スイッチング素子をターンオフさせる信号を生成する前記スイッチング素子の電流制御回路とを備え、
前記第1の基準値を、第2の基準値から第3の基準値までの電圧範囲で変調する変調信号発生回路を設け、前記スイッチング素子を流れる電流ピーク値を、周期的に変化させる形で変調するように構成した
ことを特徴とする請求項9または請求項10記載のスイッチング電源装置。 - 前記電流ピーク変調手段として、
前記スイッチング素子を流れる電流を検出する電流検出回路と、
前記電流検出回路の出力値が、第1の基準値を超えると前記スイッチング素子をターンオフさせる信号を生成する前記スイッチング素子の電流制御回路と、
前記電流検出回路の出力値が第1の基準値を超えてから第1の遅延時間後に前記スイッチング素子をターンオフさせるターンオフ制御回路とをさらに備え、
前記ターンオフ制御回路による前記スイッチング素子のターンオフさせる信号を第1の遅延時間から第2の遅延時間までの時間範囲で変調する変調信号発生回路を設け、前記スイッチング素子を流れる電流ピーク値を、周期的に変調するように構成した
ことを特徴とする請求項9または請求項10記載のスイッチング電源装置。 - 前記電流ピーク変調手段として、
前記スイッチング素子を流れる電流を検出する電流検出回路と、
前記電流検出回路の出力値が、第1の基準値を超えると前記スイッチング素子をターンオフさせる信号を生成する前記スイッチング素子の電流制御回路とを備え、
前記電流検出回路の出力値を第1の出力値から第2の出力値までの出力電圧範囲で変調する変調信号発生回路を設け、前記スイッチング素子を流れる電流ピーク値を、周期的に変化させる形で変調するように構成した
ことを特徴とする請求項9または請求項10記載のスイッチング電源装置。 - 1次巻線、2次巻線を有するトランスと、
前記1次巻線に直列接続されたスイッチング素子と、
前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御して、前記1次巻線を介して前記スイッチング素子に入力される第1の直流電圧をスイッチング制御する制御回路と、
前記スイッチング制御によって前記2次巻線に発生する交流電圧を第2の直流電圧に変換して負荷に電力供給する出力電圧生成部と、
前記第2の直流電圧の変化を検出し、その変化に応じて生成した前記スイッチング制御のためのフィードバック信号を前記制御回路へ伝達する出力電圧検出回路とを有するスイッチング電源装置であって、
前記制御回路は、
前記スイッチング素子がターンオフしてから前記2次巻線を流れ始める2次電流が流れている第1期間を検出する2次電流オン期間検出回路と、
前記第1期間と前記2次電流が流れていない第2期間とからなる第3期間に対する前記第1期間のオンデューティ比が一定値に維持されるように前記スイッチング素子をターンオンさせるクロック信号を出力する2次電流オンデューティ制御回路と、
前記第2の直流電圧の大きさに関わらず、常に固定のオン時間を設定するオン時間生成回路と、
前記スイッチング素子がターンオンしたことを検出し、前記スイッチング素子に電流が流れる時間であるオン時間が前記オン時間生成回路により設定された第1のオン時間に達すると、前記スイッチング素子をターンオフさせる信号を生成する前記スイッチング素子の電流制御回路と、
前記スイッチング素子の前記第1のオン時間を、第2のオン時間から第3のオン時間までの時間範囲で周期的に変化させる形で変調するオン時間変調手段を備えた
ことを特徴とするスイッチング電源装置。 - 前記制御回路は、
前記フィードバック信号は前記スイッチング素子のターンオンのタイミングを制御し、
変調信号は前記スイッチング素子のターンオフのタイミングを制御し、前記フィードバック信号と、前記変調信号とを、それぞれ分離して入力制御するように構成した
ことを特徴とする請求項14記載のスイッチング電源装置。 - 前記オン時間変調手段として、
前記第2の直流電圧の大きさに関わらず、常に固定のオン時間を設定するオン時間生成回路と、
前記スイッチング素子がターンオンしたことを検出し、前記スイッチング素子に電流が流れる時間であるオン時間がオン時間生成回路により決定された設定オン時間に達すると、前記スイッチング素子をターンオフさせる信号を生成する前記スイッチング素子の電流制御回路と、
前記スイッチング素子のオン時間が、前記オン時間生成回路により設定された第1のオン時間を超えてから第1の遅延時間後に前記スイッチング素子をターンオフさせるターンオフ制御回路とをさらに備え、
前記ターンオフ制御回路による前記スイッチング素子のターンオフさせる信号を第1の遅延時間から第2の遅延時間までの時間範囲で変調する変調信号発生回路を設け、前記スイッチング素子のオン時間を、周期的に変化させる形で変調するように構成した
ことを特徴とする請求項14または請求項15記載のスイッチング電源装置。 - 負荷が、前記フィードバック信号制御回路で決まる所定値以上の重負荷であると、前記負荷に応じてパルス幅が決定されるPWM制御あるいは疑似共振制御で動作し、前記負荷が前記フィードバック信号制御回路で決まる所定値未満であると、前記負荷に応じてパルススイッチング周波数が決定されるPFM制御で動作するスイッチング電源において、
請求項1から請求項16のいずれかに記載の前記電流ピーク変調手段あるいは前記オン時間変調手段を備えた
ことを特徴とするスイッチング電源装置 - 所定の入力電圧を、前記スイッチング素子をスイッチング制御することにより出力電圧に変換し、上記出力電圧に対応する出力電力を負荷に供給するスイッチング電源装置であって、
前記スイッチング電源装置は、請求項1乃至17のいずれか1項に記載の前記制御回路と、前記電流ピーク変調手段あるいは前記オン時間変調手段とを備えた
ことを特徴とするスイッチング電源装置。 - 請求項1から請求項18のいずれかに記載のスイッチング電源装置において、
前記制御回路を、半導体基板上に集積回路として形成した
ことを特徴とするスイッチング電源制御用の半導体装置。
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