JP5928867B2 - Switching power supply - Google Patents

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Description

本発明は、入力された直流電圧を他の直流電圧に変換して出力するスイッチング電源装置に関する。   The present invention relates to a switching power supply apparatus that converts an input DC voltage into another DC voltage and outputs the converted DC voltage.

図6は、フライバック方式のDC/DCコンバータからなる従来のスイッチング電源装置の一般的な構成を示す図である。図6において、トランスTの一次巻線P1の一端は直流入力端子DCINに接続され、他端は、MOSFETからなるスイッチング素子Q1のドレインに接続される。スイッチング素子Q1のソースは、スイッチング電流検出用の抵抗Rsを介して接地され、ゲートは、フリップフロップFFの出力端子Qに接続される。
フリップフロップFFは、スイッチング素子Q1をオンオフさせる。スイッチング素子Q1のドレイン−直流入力端子間にはサージエネルギーを吸収するためのダイオードDd、コンデンサCd、抵抗Rdからなるスナバ回路が接続されている。
FIG. 6 is a diagram showing a general configuration of a conventional switching power supply device including a flyback DC / DC converter. In FIG. 6, one end of the primary winding P1 of the transformer T is connected to the DC input terminal DCIN, and the other end is connected to the drain of the switching element Q1 made of a MOSFET. The source of the switching element Q1 is grounded via a switching current detection resistor Rs, and the gate is connected to the output terminal Q of the flip-flop FF.
The flip-flop FF turns on and off the switching element Q1. A snubber circuit including a diode Dd, a capacitor Cd, and a resistor Rd for absorbing surge energy is connected between the drain and the DC input terminal of the switching element Q1.

トランスTの二次巻線S1にはダイオードDと出力コンデンサCoとからなる整流平滑回路が接続される。ダイオードDのアノードは、二次巻線S1の一端に接続され、二次巻線S1の他端は接地される。ダイオードDのカソードは出力コンデンサCoを介して接地されるとともに、直流出力端子DCOUTに接続される。   A rectifying / smoothing circuit including a diode D and an output capacitor Co is connected to the secondary winding S1 of the transformer T. The anode of the diode D is connected to one end of the secondary winding S1, and the other end of the secondary winding S1 is grounded. The cathode of the diode D is grounded via the output capacitor Co and is connected to the DC output terminal DCOUT.

直流出力端子DCOUTは、二次側に設けられたオペアンプOPの反転入力端子(−)に接続される。オペアンプOPの非反転入力端子(+)は、出力電圧設定用の基準電圧に接続される。オペアンプOPは、直流出力端子DCOUTの電圧と出力電圧設定用の基準電圧との誤差を増幅し、フィードバック信号FBとしてコンパレータCMP1の非反転入力端子(+)に出力する。コンパレータCMP1の反転入力端子(−)は、スイッチング素子Q1のソースと抵抗Rsとの接続点に接続され、抵抗Rsに発生する電圧OCPが入力される。コンパレータCMP1の出力は、インバータ20及びアンド回路21を介してフリップフロップFFのリセット端子Rに送られる。フリップフロップFFは、ワンショット回路11からのセット信号Sによりセットされ、インバータ20又はワンショット回路12からの信号をオア回路21で論理和をとったリセット信号Rによりリセットされる。   The DC output terminal DCOUT is connected to the inverting input terminal (−) of the operational amplifier OP provided on the secondary side. The non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier OP is connected to the reference voltage for setting the output voltage. The operational amplifier OP amplifies the error between the voltage at the DC output terminal DCOUT and the reference voltage for setting the output voltage, and outputs it as a feedback signal FB to the non-inverting input terminal (+) of the comparator CMP1. An inverting input terminal (−) of the comparator CMP1 is connected to a connection point between the source of the switching element Q1 and the resistor Rs, and a voltage OCP generated in the resistor Rs is input thereto. The output of the comparator CMP1 is sent to the reset terminal R of the flip-flop FF via the inverter 20 and the AND circuit 21. The flip-flop FF is set by a set signal S from the one-shot circuit 11 and is reset by a reset signal R obtained by ORing the signals from the inverter 20 or the one-shot circuit 12 by an OR circuit 21.

発振器OSCは、スイッチング周波数と最大オンパルスを生成し、立上がりエッジパルスでワンショット回路11からフリップフロップFFのセット端子に入力し、立下りエッジパルスでオア回路21を介してリセット端子に入力する。   The oscillator OSC generates a switching frequency and a maximum on-pulse, and inputs the switching frequency and the maximum on-pulse from the one-shot circuit 11 to the set terminal of the flip-flop FF with a rising edge pulse, and inputs them to the reset terminal through the OR circuit 21 with a falling edge pulse.

次に、このように構成される従来のスイッチング電源装置の動作を説明する。図7は、従来のスイッチング電源装置の動作を示すタイミングチャートである。フリップフロップFFがセット信号Sによりセットされると、スイッチング素子Q1がオンする。DCIN→P1→Q1→Rs→接地(GND)という経路で電流が流れ、この電流の値は徐々に上昇する。これにより、電圧OCPも徐々に上昇する。   Next, the operation of the conventional switching power supply device configured as described above will be described. FIG. 7 is a timing chart showing the operation of the conventional switching power supply device. When the flip-flop FF is set by the set signal S, the switching element Q1 is turned on. A current flows through a route of DCIN → P1 → Q1 → Rs → ground (GND), and the value of this current gradually increases. Thereby, voltage OCP also rises gradually.

電圧OCPのレベルがオペアンプOPからのフィードバック信号FBのレベルより大きくなると、コンパレータCMP1から出力されてインバータ20を介する信号はHレベルになり、オア回路21を介してリセット信号RがフリップフロップFFのリセット端子Rに出力される。フリップフロップFFがリセット信号Rによりリセットされると、スイッチング素子Q1がオフする。また、入力電流の経路が切断されるので、入力電流の値はゼロになり、これにより電圧OCPもゼロになる。さらに、電圧OCPがゼロになるので、コンパレータCMP1から出力されてインバータ20を介する信号はLレベルに変化し、リセット信号Rはパルス状になる。   When the level of the voltage OCP becomes higher than the level of the feedback signal FB from the operational amplifier OP, the signal output from the comparator CMP1 and passing through the inverter 20 becomes H level, and the reset signal R is reset via the OR circuit 21 to the flip-flop FF. Output to terminal R. When the flip-flop FF is reset by the reset signal R, the switching element Q1 is turned off. Further, since the path of the input current is cut, the value of the input current becomes zero, and thus the voltage OCP becomes zero. Furthermore, since the voltage OCP becomes zero, the signal output from the comparator CMP1 and passing through the inverter 20 changes to L level, and the reset signal R becomes pulsed.

スイッチング素子がオン期間中にトランスTの一次巻線P1にはエネルギーが蓄積され、スイッチング素子のオフとともに、ダイオードDとコンデンサCoからなる整流平滑回路により直流出力電圧が出力され、図示しない負荷に電力が供給される。   While the switching element is on, energy is accumulated in the primary winding P1 of the transformer T. When the switching element is turned off, a DC output voltage is output by a rectifying and smoothing circuit including a diode D and a capacitor Co, and power is supplied to a load (not shown). Is supplied.

スイッチング素子のオフの時間が経過し、スイッチング素子のオン期間に蓄積されたトランスTのエネルギーが放出されると、一次巻線P1の電圧は自由振動を開始するので、電圧VDSが徐々に低下してくる。ここで、発振器OSCから次のオンパルス信号が生成され、ワンショット回路11は、発振器OSCからの信号の立ち上がりエッジをトリガにして所定幅のセット信号Sを生成してフリップフロップFFのS端子に入力する。これにより、フリップフロップFFはセットされ、スイッチング素子Q1をターンオンさせる。以降、前述した動作が繰り返される。   When the switching element OFF time elapses and the energy of the transformer T accumulated during the switching element ON period is released, the voltage of the primary winding P1 starts free oscillation, so the voltage VDS gradually decreases. Come. Here, the next on-pulse signal is generated from the oscillator OSC, and the one-shot circuit 11 generates a set signal S having a predetermined width by using the rising edge of the signal from the oscillator OSC as a trigger and inputs it to the S terminal of the flip-flop FF. To do. Thereby, the flip-flop FF is set, and the switching element Q1 is turned on. Thereafter, the above-described operation is repeated.

このように、PWM方式のフライバックコンバータは、出力電力に応じてスイッチングオンデューティーが変化してオンパルス幅を制御する。即ち、出力電力が一定(変化しない)になる負荷状態では、一定となった電力に応じてスイッチングオンオフデューティーが固定される。
しかしながら、スイッチング周期を変化させて、スイッチング周波数のジッタを発生させると、フィードバック系の応答遅れがあるため、オンパルス幅をスイッチング周期に合わせて変化させることができない。
例えば、図8で示すスイッチング周期Tであったものを2倍のスイッチング周期2Tに長くするジッタの場合には、スイッチング周期2Tに対してオンパルスのデューティーは相対的に短くなり、1周期あたり1/2の出力電力しか供給できないことになる。ジッタ期間中t2だけ出力電圧が低下し、ジッタ期間t2が所定周期t1に戻ると出力電圧が上昇するので、リップル電圧が増加してしまう。
As described above, the PWM flyback converter controls the on-pulse width by changing the switching on-duty according to the output power. That is, in a load state where the output power is constant (does not change), the switching on / off duty is fixed according to the constant power.
However, if the switching frequency is changed to generate jitter at the switching frequency, there is a response delay in the feedback system, so the on-pulse width cannot be changed in accordance with the switching cycle.
For example, in the case of jitter that increases the switching period T shown in FIG. 8 to twice the switching period 2T, the duty of the on-pulse becomes relatively short with respect to the switching period 2T, and 1 / per cycle. Only output power of 2 can be supplied. During the jitter period, the output voltage decreases by t2, and when the jitter period t2 returns to the predetermined period t1, the output voltage increases, and thus the ripple voltage increases.

この問題に対して、周波数可変型の発振器を用いてスイッチング周波数(発振周波数)を徐々に可変し、かつ、フィードバック電圧をスイッチング周波数に応じて変化させる電源回路であれば、フィードバック制御の応答遅れの影響をなくして、スイッチング周波数に応じたスイッチング電流を流せるので、リップル電圧の上昇を抑制させることができる。   In response to this problem, a power supply circuit that gradually varies the switching frequency (oscillation frequency) using a variable frequency oscillator and changes the feedback voltage according to the switching frequency can reduce the response delay of the feedback control. Since the switching current corresponding to the switching frequency can be passed without any influence, an increase in the ripple voltage can be suppressed.

関連する技術として、特許文献1は、スイッチングレギュレータの汎用回路に、クロック発振器、パターンジェネレータ及びアッテネータ回路部品を追加している。これは、発振周波数の変更に合わせて、フィードバック制御電圧をアッテネータ回路のインピーダンスを変化させて出力電力を安定供給し、リップル電圧を抑制するものである。これにより、スイッチングノイズの大幅な削減と、リップル電圧の改善を図ることができるスイッチング電源装置を開示されている。   As a related technique, Patent Document 1 adds a clock oscillator, a pattern generator, and an attenuator circuit component to a general-purpose circuit of a switching regulator. In accordance with the change of the oscillation frequency, the feedback control voltage changes the impedance of the attenuator circuit to stably supply the output power and suppress the ripple voltage. As a result, a switching power supply device that can greatly reduce switching noise and improve ripple voltage is disclosed.

米国特許第7184283号公報US Pat. No. 7,184,283

しかしながら、上述した従来のスイッチング電源装置に使用されているジッタ方式のフライバックコンバータ回路は、意図的にフィードバック制御電圧をインピーダンス変化することで応答を早めている。従って、可変幅を細かく調整するには、パターンジェネレータの複数の出力信号Mnと同期した複数のアッテネータ素子がn個必要になり、大規模な構成となってしまう。
また、パターンジェネレータの複数の出力信号Mnを数個に絞った場合には、発振周波数のジッタ範囲を狭めるか、あるいはフィードバック制御系の応答を早める調整が必要であり、EMIノイズ低減効果を縮小するか、フィードバック制御系の安定性を失うことになる。
However, the jitter type flyback converter circuit used in the above-described conventional switching power supply device speeds up the response by intentionally changing the impedance of the feedback control voltage. Accordingly, in order to finely adjust the variable width, n a plurality of attenuator elements synchronized with the plurality of output signals Mn of the pattern generator are required, resulting in a large-scale configuration.
In addition, when the number of output signals Mn of the pattern generator is reduced to several, it is necessary to narrow the oscillation frequency jitter range or to speed up the response of the feedback control system, thereby reducing the EMI noise reduction effect. Or the stability of the feedback control system will be lost.

本発明の課題は、EMIノイズを減少させてフィードバック制御系の安定性を失うことなく安定的なリップル電圧を得ることが可能なスイッチング電源装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a switching power supply device capable of obtaining a stable ripple voltage without reducing EMI noise and losing stability of a feedback control system.

上記課題を解決するために、本発明に係るスイッチング電源装置は、直流電源の両端に
トランスの一次巻線とスイッチング素子とが直列に接続された直列回路と、
前記スイッチング素子をオンオフさせる制御回路と、
前記トランスの二次巻線に発生した電圧を整流及び平滑する整流平滑回路と、
前記整流平滑回路の出力電圧と基準電圧との誤差電圧を増幅して前記制御回路に出力す
る誤差増幅回路とを備え、
前記制御回路は、
前記スイッチング素子をオンオフさせる信号を生成する信号生成部と、
前記信号生成部から出力された信号により前記スイッチング素子がオンされた回数をカ
ウントするカウンタと、
前記カウンタによるカウント値が所定値に達する毎に、前記スイッチング素子のオンオ
フを減算する周波数減算器と、
前記周波数減算器で減算される直前の前記信号生成部から出力された信号において、前
記スイッチング素子をオフさせる信号が遅延されて出力されるように遅延時間を切り替え
て前記信号生成部を制御する遅延時間切替回路と、を備えることを特徴とする。
In order to solve the above problem, a switching power supply according to the present invention includes a series circuit in which a primary winding of a transformer and a switching element are connected in series at both ends of a DC power supply,
A control circuit for turning on and off the switching element;
A rectifying / smoothing circuit for rectifying and smoothing the voltage generated in the secondary winding of the transformer;
An error amplification circuit that amplifies an error voltage between the output voltage of the rectifying and smoothing circuit and a reference voltage and outputs the amplified error voltage to the control circuit;
The control circuit includes:
A signal generator for generating a signal for turning on and off the switching element;
A counter that counts the number of times the switching element is turned on by a signal output from the signal generator;
A frequency subtractor that subtracts on / off of the switching element each time the count value by the counter reaches a predetermined value;
A delay that controls the signal generator by switching the delay time so that a signal for turning off the switching element is output after being delayed from the signal output from the signal generator immediately before being subtracted by the frequency subtractor. And a time switching circuit.

本発明によれば、所定間隔で発振周波数(スイッチング周期)にジッタを発生させ、ノイズを減少させてかつリップル電圧を安定的に得られることができる。   According to the present invention, jitter can be generated in the oscillation frequency (switching period) at predetermined intervals, noise can be reduced, and a ripple voltage can be stably obtained.

本発明の実施例1に係るスイッチング電源装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the switching power supply device which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例1に係るスイッチング電源装置の動作を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows operation | movement of the switching power supply apparatus which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例1に係るスイッチング電源装置の遅延時間切替回路の一例を詳細に示す回路図である。It is a circuit diagram which shows in detail an example of the delay time switching circuit of the switching power supply device concerning Example 1 of this invention. 本発明の実施例2に係るスイッチング電源装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the switching power supply which concerns on Example 2 of this invention. 本発明の実施例2に係る遅延時間切替回路の例を詳細に示す回路図である。It is a circuit diagram which shows in detail the example of the delay time switching circuit based on Example 2 of this invention. 従来のスイッチング電源装置を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the conventional switching power supply device. 従来のスイッチング電源装置の動作を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows operation | movement of the conventional switching power supply apparatus. 従来のスイッチング電源装置にてジッタ動作を行った場合のスイッチング電流波形である。It is a switching current waveform at the time of performing jitter operation | movement with the conventional switching power supply device.

以下、本発明の実施の形態に係るスイッチング電源装置を、図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, a switching power supply according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

本発明においては、スイッチング電流を基にフィードバック制御を行うスイッチング電源装置におけるスイッチング周波数を強制的に切り替えるが、スイッチング周波数の切り替えで相対的にオンデューティーが変わることを抑制するものである。ここで、スイッチング周波数の切り替えは、発振器から生成されたパルス信号の数をカウントし、所定数毎に本来のパルス信号の数よりも間引いたパルス信号を生成し、スイッチング素子のスイッチング周波数を変化させる。間引いたパルス信号を生成すると同時に、パルス信号のオンパルスに所定の遅延時間を加えて、オンデューティーが変化しないように補正するものである。   In the present invention, the switching frequency in the switching power supply apparatus that performs feedback control based on the switching current is forcibly switched, but the on-duty is relatively prevented from changing due to switching of the switching frequency. Here, switching of the switching frequency is performed by counting the number of pulse signals generated from the oscillator, generating a pulse signal thinned out from the number of original pulse signals every predetermined number, and changing the switching frequency of the switching element. . At the same time as generating the thinned pulse signal, a predetermined delay time is added to the on-pulse of the pulse signal to correct the on-duty so as not to change.

図1は、本発明の実施例1に係るスイッチング電源装置の構成を示す図である。なお、
図1においては、図に示す従来のスイッチング電源装置と同一部分には同一符号を付し
その説明を省略し、図に示す従来のスイッチング電源装置と異なる部分を説明する。
1 is a diagram illustrating a configuration of a switching power supply apparatus according to a first embodiment of the present invention. In addition,
In Figure 1, the description is omitted the same reference numeral is applied to the conventional switching power supply device of the same portion shown in FIG. 6, illustrating the different portions from the conventional switching power supply device illustrated in FIG 6.

本発明の実施例1に係るスイッチング電源装置は、図に示した従来のスイッチング電
源装置に、周波数減算器30および遅延時間切替回路22が追加されている。
Switching power supply according to a first embodiment of the present invention, the conventional switching power supply shown in FIG. 6, the frequency subtracter 30 and the delay time switching circuit 22 is added.

周波数減算器30は、発振器OSCから生成されたパルス信号の数をカウントし、所定数毎に本来のパルス信号の数よりも間引いたパルス信号を生成する。
図1に示すように周波数減算器30は、カウンタA、カウンタBおよびスイッチ33から構成されている。カウンタAは、例えば2分周の機能を持ち、カウンタAの出力により、スイッチ33をオンオフする。発振器OSCから生成されたパルス信号はカウンタAの動作により2分周のパルス信号がスイッチ33を介してフリップフロップFFのセット端子に出力される。カウンタBは例えば10回のカウント毎にカウンタAをセット、リセットさせる機能を備え、カウンタBの出力が遅延時間切替回路22の遅延時間の切替を行う。
The frequency subtractor 30 counts the number of pulse signals generated from the oscillator OSC, and generates a pulse signal that is thinned out from the number of original pulse signals every predetermined number.
As shown in FIG. 1, the frequency subtractor 30 includes a counter A, a counter B, and a switch 33. The counter A has a function of, for example, dividing by 2, and turns on and off the switch 33 by the output of the counter A. The pulse signal generated from the oscillator OSC is output to the set terminal of the flip-flop FF via the switch 33 by the operation of the counter A. For example, the counter B has a function of setting and resetting the counter A every 10 counts, and the output of the counter B switches the delay time of the delay time switching circuit 22.

遅延時間切替回路22は、周波数減算器30のカウンタBから送られてくる切替信号に応じて、コンパレータCMP1からインバータ20を介して送られてくる信号cmp_outの遅延時間を、例えばゼロ時間0(s)または所定時間t(s)に切り替える。なお、遅延時間切替回路22は、時定数回路で構成することができる。この場合、遅延時間の切替は、時定数の切替によって行われる。遅延時間切替回路22から出力された信号は、リセット信号RとしてフリップフロップFFのリセット端子Rに出力される。この遅延時間切替回路22については、後に詳細に説明する。   In response to the switching signal sent from the counter B of the frequency subtractor 30, the delay time switching circuit 22 sets the delay time of the signal cmp_out sent from the comparator CMP1 via the inverter 20 to, for example, zero time 0 (s ) Or at a predetermined time t (s). The delay time switching circuit 22 can be configured with a time constant circuit. In this case, the delay time is switched by switching the time constant. The signal output from the delay time switching circuit 22 is output as the reset signal R to the reset terminal R of the flip-flop FF. The delay time switching circuit 22 will be described in detail later.

周波数減算器30のカウンタB32出力は、カウンタAをセットさせると同時に、遅延時間切替回路22の遅延時間を所定時間t(s)に切り替える。すなわち、セットされたカウンタAによりパルス信号が間引かれ、発振の周期が2倍に切り替わったと同時に、遅延時間切替回路22の遅延時間を所定時間t(s)とすることで、スイッチング素子Q1のゲートパルス信号のオンデューティーに影響を与えないように補正するものである。   The counter B32 output of the frequency subtractor 30 sets the counter A and at the same time switches the delay time of the delay time switching circuit 22 to a predetermined time t (s). That is, the pulse signal is thinned out by the set counter A and the oscillation period is switched to double, and at the same time, the delay time of the delay time switching circuit 22 is set to the predetermined time t (s), so that the switching element Q1 The correction is made so as not to affect the on-duty of the gate pulse signal.

次に、このように構成される実施例1に係るスイッチング電源装置の動作を、図2に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。図2に示したタイミングチャートでは、カウンタAからの切替信号は、カウント数が2をカウントする毎にスイッチオフされる場合を示している。   Next, the operation of the switching power supply according to the first embodiment configured as described above will be described with reference to the timing chart shown in FIG. In the timing chart shown in FIG. 2, the switching signal from the counter A indicates a case where the switch signal is switched off every time the count number counts two.

図2のタイミングチャートにおけるスイッチング周期(発振周期)が長い期間2Tにおいて、周波数減算器30のカウンタB32出力は、Hレベルの信号を出力し、カウンタA31をセット状態にし、遅延時間切替回路22へ切替信号が送られ、遅延時間が所定時間t(s)側になるように切り替えられる。カウンタA31は発振器OSCからのパルス信号を2回に1回の割合に減じてワンショット回路11、12へ出力する。ワンショット回路11から出力されるパルス信号(セット信号S)がフリップフロップFFのセット端子Sに入力されると、フリップフロップFFは、出力端子からHレベルの信号を出力する。これにより、スイッチング素子Q1がオンし、スイッチング電流が抵抗Rsに流れる。抵抗Rsの電圧降下、すなわち電圧OCPのレベルがオペアンプOPからのフィードバック信号FBのレベルより大きくなると、コンパレータCMP1からLレベルのcmp_outが出力される。信号cmp_outは、所定時間t(s)だけ遅延されて、オア回路21を介してリセット信号RがフリップフロップFFのリセット端子Rに出力される。このため、スイッチング素子Q1のオン幅は所定時間t(s)だけ延び、スイッチング電流が増加する。従って、スイッチング周期を2倍に変更しても、スイッチング素子Q1のオン幅を伸ばして、単位時間あたりのエネルギーが変化しないようにすることで、出力への供給電力を安定にすることができる。フライバック方式のスイッチング電源装置の1周期あたりのエネルギーUは、トランスTのインダクタンスLとスイッチング電流ピーク値の2乗の積の1/2に相当し、1/2LI2であるので、周期を2倍にした場合のスイッチング電流ピーク値を√2倍にすればよい。
すなわち、スイッチング電流ピーク値はスイッチング素子Q1のオン時間に比例するので、遅延時間切替回路22の所定時間t(s)をスイッチング素子Q1のオン幅の√2倍に設定する。
In the period 2T in which the switching cycle (oscillation cycle) in the timing chart of FIG. 2 is long, the output of the counter B32 of the frequency subtractor 30 outputs an H level signal, sets the counter A31 to the set state, and switches to the delay time switching circuit 22 A signal is sent and the delay time is switched to the predetermined time t (s) side. The counter A31 subtracts the pulse signal from the oscillator OSC at a rate of once every two times and outputs it to the one-shot circuits 11 and 12. When the pulse signal (set signal S) output from the one-shot circuit 11 is input to the set terminal S of the flip-flop FF, the flip-flop FF outputs an H level signal from the output terminal. Thereby, the switching element Q1 is turned on, and a switching current flows through the resistor Rs. When the voltage drop of the resistor Rs, that is, the level of the voltage OCP becomes larger than the level of the feedback signal FB from the operational amplifier OP, cmp_out of L level is output from the comparator CMP1. The signal cmp_out is delayed by a predetermined time t (s), and the reset signal R is output to the reset terminal R of the flip-flop FF via the OR circuit 21. For this reason, the ON width of the switching element Q1 extends for a predetermined time t (s), and the switching current increases. Therefore, even if the switching period is changed to twice, the power supplied to the output can be stabilized by extending the ON width of the switching element Q1 so that the energy per unit time does not change. The energy U per cycle of the flyback switching power supply device corresponds to ½ of the product of the inductance L of the transformer T and the square of the switching current peak value, and is ½ LI2, so the cycle is doubled. In this case, the switching current peak value may be multiplied by √2.
That is, since the switching current peak value is proportional to the ON time of the switching element Q1, the predetermined time t (s) of the delay time switching circuit 22 is set to √2 times the ON width of the switching element Q1.

また、図示しないが、カウンタB32出力がLレベル信号に切り替わると、カウンタA31をリセット状態にし、遅延時間切替回路22へ切替信号が送られ、遅延時間がゼロ時間0(s)側になるように切り替えられるので、長い周期2Tの次は通常の周期Tに戻る。なお、カウンタB32から切替信号が出力されるまでのカウント数を任意に選ぶことにより、長い周期2Tに切り替えられるように設定できる。   Although not shown, when the output of the counter B32 is switched to the L level signal, the counter A31 is reset and a switching signal is sent to the delay time switching circuit 22 so that the delay time is on the zero time 0 (s) side. Since the switching is performed, the next of the long cycle 2T returns to the normal cycle T. In addition, it can be set to be switched to a long cycle 2T by arbitrarily selecting the number of counts until the switching signal is output from the counter B32.

次に、遅延時間切替回路22の詳細を説明する。図3(a)は、従来のスイッチング電源装置のように遅延時間切替回路22が存在しない場合に、コンパレータCMP1の出力端子からインバータ20とオア回路21を介してフリップフロップFFのリセット端子Rに至る経路を示す回路図であり、図3(b)は、遅延時間切替回路22が存在する場合の経路を示す回路図である。なお、図3(b)は、インバータ20と遅延時間切替回路22とが一体となった回路を示している。   Next, details of the delay time switching circuit 22 will be described. FIG. 3A shows that when there is no delay time switching circuit 22 as in the conventional switching power supply device, the output terminal of the comparator CMP1 reaches the reset terminal R of the flip-flop FF via the inverter 20 and the OR circuit 21. FIG. 3B is a circuit diagram illustrating a path when the delay time switching circuit 22 is present. FIG. 3B shows a circuit in which the inverter 20 and the delay time switching circuit 22 are integrated.

遅延時間切替回路22は、P型およびN型のC−MOSからなり、コンパレータCMP1の出力は、初段のC−MOSの入力に接続され、入力信号を反転した信号が出力される。2段目のC−MOSの入力端子には、さらに、直列接続された2つのP型MOSのうちの下段のP型MOSPLのゲートが接続され、上段のP型MOSPHのゲートは遅延時間切替回路22の切替信号の入力端子Aに接続されている。上段のP型MOSのソースは電源Vccに接続される。   The delay time switching circuit 22 is composed of P-type and N-type C-MOS, and the output of the comparator CMP1 is connected to the input of the first-stage C-MOS, and a signal obtained by inverting the input signal is output. The gate of the lower P-type MOSPL of the two P-type MOSs connected in series is further connected to the input terminal of the second-stage C-MOS, and the gate of the upper P-type MOSPH is the delay time switching circuit. 22 is connected to the input terminal A of the switching signal. The source of the upper P-type MOS is connected to the power supply Vcc.

周波数減算器30のカウンタB32からの切替信号がLレベルの場合は、「遅延なし」で動作する。ここで、遅延時間切替回路22の入力端子AにカウンタB32からLレベルの信号が入力されると、2つのP型MOSのうちの上段のP型MOSPHがオンになるので、初段のC−MOSの入力がLレベルになることにより、2つのP型MOSからHレベルの信号が出力され、次段のC−MOSのN型MOSのゲート−ソース間の容量によって形成される図示しない時定数コンデンサCtが遅延なく充電される。また、同時に初段のC−MOSのP型MOSからHレベルの信号が出力されるが、時定数抵抗Rtを介して信号が出力されるため、2つのP型MOSによる充電効果が高い。これにより、遅延なくインバータ20からHレベルの信号が出力される。   When the switching signal from the counter B32 of the frequency subtracter 30 is L level, the operation is performed with no delay. Here, when an L level signal is input from the counter B32 to the input terminal A of the delay time switching circuit 22, the upper P-type MOSPH of the two P-type MOSs is turned on, so that the first-stage C-MOS is turned on. Input to the L level, an H level signal is output from the two P-type MOSs, and a time constant capacitor (not shown) formed by the capacitance between the gate and the source of the N-type MOS of the next stage C-MOS Ct is charged without delay. At the same time, an H level signal is output from the P-type MOS of the first-stage C-MOS, but since a signal is output via the time constant resistor Rt, the charging effect by the two P-type MOSs is high. As a result, an H level signal is output from the inverter 20 without delay.

次に、カウンタB32からの信号がHレベルの場合は、「遅延」で動作することになり、2つのP型MOSの上段のP型MOSPHがオフに切り替わる。この状態で、コンパレータCMP1の出力がLレベルになると初段のC−MOSの出力がHレベルに反転する。この場合、2つのP型MOSによる図示しない時定数コンデンサCtへの充電は行われず、初段のC−MOSのP型MOSから時定数抵抗Rtを介して2段目のC−MOSからの時定数コンデンサCtへの充電となる。したがって、時定数抵抗Rtと時定数コンデンサCtとによる遅延時間t(s)が生じ、フリップフロップFFのリセット端子Rへ送られるHレベルの信号が遅延される。   Next, when the signal from the counter B32 is at the H level, the operation is performed with “delay”, and the upper P-type MOSPH of the two P-type MOSs is switched off. In this state, when the output of the comparator CMP1 becomes L level, the output of the first-stage C-MOS is inverted to H level. In this case, the time constant capacitor Ct (not shown) is not charged by the two P-type MOSs, and the time constant from the second-stage C-MOS is supplied from the P-type MOS of the first-stage C-MOS via the time-constant resistor Rt. The capacitor Ct is charged. Therefore, a delay time t (s) is generated by the time constant resistor Rt and the time constant capacitor Ct, and the H level signal sent to the reset terminal R of the flip-flop FF is delayed.

以上のように、カウンタB32からの信号により遅延時間を2段階に切り替えることができる。従って、スイッチング周期をTと2Tに分散することでジッタ効果が得られ、EMIノイズの平均値を減少させることが可能となり、かつ、スイッチング周期の2Tに同期してスイッチング素子Q1のオンパルス幅を√2倍の遅延時間t(s)分延長させることにより、1周期あたりのエネルギー量を保てるので、リップル電圧の増大を抑制することが可能になる。   As described above, the delay time can be switched in two stages by the signal from the counter B32. Therefore, by distributing the switching period to T and 2T, a jitter effect can be obtained, the average value of EMI noise can be reduced, and the on-pulse width of the switching element Q1 can be increased to √ in synchronization with the switching period 2T. By extending the delay time t (s) by twice, the amount of energy per cycle can be maintained, so that an increase in ripple voltage can be suppressed.

実施例1では、遅延時間t(s)は1つの固定された時間であるが、よりスイッチング素子Q1のオンパルス幅に合わせた遅延時間を得る実施例2を説明する。
図4は、実施例2に係るスイッチング電源装置の構成を示すブロック図である。また、図5は、実施例2の遅延時間切替回路22aを詳細に示す回路図である。遅延時間は、「遅延なし」、「遅延中」および「遅延大」の3段階で切り替えることができる。
In the first embodiment, the delay time t (s) is one fixed time, but a second embodiment in which a delay time that more matches the on-pulse width of the switching element Q1 will be described.
FIG. 4 is a block diagram illustrating the configuration of the switching power supply according to the second embodiment. FIG. 5 is a circuit diagram showing in detail the delay time switching circuit 22a of the second embodiment. The delay time can be switched in three stages: “no delay”, “medium delay”, and “large delay”.

図4のスイッチング電源装置の構成を示すブロック図において実施例1と異なるのは、コンパレータCMP2,基準電圧Vmが追加され、遅延時間切替回路22aに変更されている。
コンパレータCMP2の反転端子には基準電圧Vmの正極電圧が接続され、非反転端子はスイッチング素子Q1のソースと抵抗Rsの接続点及びコンパレータCMP1の反転端子と接続されている。コンパレータCMP2の出力端子は、遅延時間切替回路22aのB端子に接続されている。また、基準電圧Vmの負極電圧は抵抗Rsの他端と接地(GND)に接続されている。 コンパレータCMP2は、抵抗Rsの電圧降下と基準電圧Vmとを比較し、抵抗Rsに流れるスイッチング電流値が、2次側へ供給する出力電力の約1/2より大きい場合に、Hレベル信号を出力するように設定されている。
In the block diagram showing the configuration of the switching power supply device of FIG. 4, the difference from the first embodiment is that a comparator CMP2 and a reference voltage Vm are added and the delay time switching circuit 22a is changed.
The positive terminal of the reference voltage Vm is connected to the inverting terminal of the comparator CMP2, and the non-inverting terminal is connected to the connection point between the source of the switching element Q1 and the resistor Rs and the inverting terminal of the comparator CMP1. The output terminal of the comparator CMP2 is connected to the B terminal of the delay time switching circuit 22a. The negative voltage of the reference voltage Vm is connected to the other end of the resistor Rs and the ground (GND). The comparator CMP2 compares the voltage drop of the resistor Rs with the reference voltage Vm, and outputs an H level signal when the switching current value flowing through the resistor Rs is larger than about ½ of the output power supplied to the secondary side. It is set to be.

遅延時間切替回路22aにおいて、図3に示す回路と異なる構成部分は、初段のC−MOSのP型MOSとN型MOSのドレイン間の時定数抵抗Rtを時定数抵抗Rt1に変更し、さらに、2つのP型MOS(Ph,PL)を追加し、追加した下段のP型MOSPLのドレイン端子を、時定数抵抗Rt2を介して初段のC−MOSの出力端子に接続した点である。 The delay time switching circuit 22a differs from the circuit shown in FIG. 3 in that the time constant resistor Rt between the P-type MOS of the first stage C-MOS and the drain of the N-type MOS is changed to a time constant resistor Rt1, Two P-type MOSs (Ph, PL) are added, and the drain terminal of the added lower P-type MOSPL is connected to the output terminal of the first-stage C-MOS through a time constant resistor Rt2.

追加した2つのP型MOS(Ph,Pl)のうちの上段のP型MOSPhのゲートには新たな入力端子Bを設け、コンパレータCMP2からの信号を入力する。ここで、コンパレータCMP2から送られてくる信号が入力端子Bに入力される。
すなわち、2次側へ供給する電力が定格電力の1/2未満となる場合には、入力端子BにLレベル信号が入力され、定格電力の1/2以上となる場合にHレベル信号が入力される。
A new input terminal B is provided at the gate of the upper P-type MOSPh of the two added P-type MOSs (Ph, Pl), and a signal from the comparator CMP2 is input. Here, the signal sent from the comparator CMP2 is input to the input terminal B.
That is, when the power supplied to the secondary side is less than 1/2 of the rated power, an L level signal is input to the input terminal B, and when the power supplied to the secondary side is 1/2 or more of the rated power, an H level signal is input. Is done.

まず、周波数減算器30のカウンタB32から入力端子AにLレベルの信号が入力されている場合は、入力端子Bのレベル信号に関わらず、「遅延なし」となる。次にカウンタB32から入力端子AにHレベル、入力端子BにLレベルの信号が入力されている場合は、遅延時間は時定数抵抗Rt1とRt2との並列接続の抵抗値と、図示しない時定数コンデンサCtとにより決定される時間tm(s)(「遅延中」)となる。さらにカウンタB32から入力端子Aおよび入力端子Bの両方にHレベルの信号が入力されている場合は、時定数抵抗Rt1と時定数コンデンサCtとで決定される時間t(s)(「遅延大」)となり、最も遅延された時間になる。   First, when an L level signal is input to the input terminal A from the counter B32 of the frequency subtractor 30, "no delay" is set regardless of the level signal at the input terminal B. Next, when an H level signal is input from the counter B32 to the input terminal A and an L level signal is input to the input terminal B, the delay time is the resistance value of the parallel connection of the time constant resistors Rt1 and Rt2, and a time constant (not shown). The time tm (s) determined by the capacitor Ct (“delaying”). Further, when an H level signal is input from the counter B32 to both the input terminal A and the input terminal B, a time t (s) determined by the time constant resistor Rt1 and the time constant capacitor Ct (“large delay”). ), Which is the most delayed time.

以上のように、コンパレータCMP2からの信号と、カウンタB32からの信号により遅延時間を3段階に切り替えることができる。また、コンパレータCMP2からの信号により、周期を2Tとした場合の遅延時間を供給電力の大きさに合わせて選択できるので、周波数をジッタさせた場合のリップル電圧の変動をよりきめ細かく抑制することができる。
また、実施例1と同様に、周波数をジッタさせることでEMIノイズの平均値を減少させることが可能となる。
As described above, the delay time can be switched in three stages by the signal from the comparator CMP2 and the signal from the counter B32. Further, since the delay time when the period is 2T can be selected according to the magnitude of the supplied power by the signal from the comparator CMP2, the fluctuation of the ripple voltage when the frequency is jittered can be suppressed more finely. .
Similarly to the first embodiment, it is possible to reduce the average value of EMI noise by jittering the frequency.

本発明は、EMIノイズの平均値の減少および安定的な動作が要求されるスイッチング電源装置に適用可能である。   The present invention is applicable to a switching power supply device that requires a reduction in the average value of EMI noise and stable operation.

11、12 ワンショット回路
20 インバータ
22 遅延時間切替回路
30 周波数減算器
T トランス
Q1 スイッチング素子
Rt,Rt1,Rt2 時定数抵抗
C コンデンサ
Co 出力コンデンサ
D ダイオード
CMP1,CMP2 コンパレータ
OP オペアンプ
FF フリップフロップ
11, 12 One-shot circuit 20 Inverter 22 Delay time switching circuit 30 Frequency subtractor T Transformer Q1 Switching element Rt, Rt1, Rt2 Time constant resistor C Capacitor Co Output capacitor D Diode CMP1, CMP2 Comparator OP Operational amplifier FF Flip-flop

Claims (2)

直流電源の両端にトランスの一次巻線とスイッチング素子とが直列に接続された直列回
路と、
前記スイッチング素子をオンオフさせる制御回路と、
前記トランスの二次巻線に発生した電圧を整流及び平滑する整流平滑回路と、
前記整流平滑回路の出力電圧と基準電圧との誤差電圧を増幅して前記制御回路に出力す
る誤差増幅回路とを備え、
前記制御回路は、
前記スイッチング素子をオンオフさせる信号を生成する信号生成部と、
前記信号生成部から出力された信号により前記スイッチング素子がオンされた回数をカ
ウントするカウンタと、
前記カウンタによるカウント値が所定値に達する毎に、前記スイッチング素子のオンオ
フを減算する周波数減算器と、
前記周波数減算器で減算される直前の前記信号生成部から出力された信号において、前
記スイッチング素子をオフさせる信号が遅延されて出力されるように遅延時間を切り替え
て前記信号生成部を制御する遅延時間切替回路と、を備えることを特徴とするスイッチン
グ電源装置。
A series circuit in which a transformer primary winding and a switching element are connected in series at both ends of a DC power supply;
A control circuit for turning on and off the switching element;
A rectifying / smoothing circuit for rectifying and smoothing the voltage generated in the secondary winding of the transformer;
An error amplification circuit that amplifies an error voltage between the output voltage of the rectifying and smoothing circuit and a reference voltage and outputs the amplified error voltage to the control circuit;
The control circuit includes:
A signal generator for generating a signal for turning on and off the switching element;
A counter that counts the number of times the switching element is turned on by a signal output from the signal generator;
A frequency subtractor that subtracts on / off of the switching element each time the count value by the counter reaches a predetermined value;
A delay that controls the signal generator by switching the delay time so that a signal for turning off the switching element is output after being delayed from the signal output from the signal generator immediately before being subtracted by the frequency subtractor. And a time switching circuit.
前記遅延時間切替回路は、前記スイッチング電源装置が供給する電力量に合わせて、遅
延時間を切り替える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。
The switching power supply device according to claim 1, wherein the delay time switching circuit switches the delay time in accordance with an amount of power supplied by the switching power supply device.
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