JP5978575B2 - 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装置 - Google Patents
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Description
この図10に示す特性図は、横軸が負荷率、縦軸が電源動作周波数であり、交流入力電圧Vinの値が100V系の場合(交流115V)および200V系の場合(交流230V)における負荷率に対する電源動作周波数(スイッチング周波数)低減特性を示している。
図1は本実施の形態に係る制御回路を内蔵したスイッチング電源装置の回路構成を示す図である。
制御回路8は、入力電圧検出部30、周波数低減ゲイン設定部40、可変周波数発振部50および駆動回路60を備えている。入力電圧検出部30は、VH端子に入力された脈流電圧から交流電源1の電圧が100V系であるか200V系であるかを検出する。周波数低減ゲイン設定部40は、入力電圧検出部30による検出結果に応じて周波数低減ゲイン特性を切り替え、FB端子に入力された電圧から負荷率を判断して周波数低減ゲインを設定する。可変周波数発振部50は、周波数低減ゲイン設定部40にて設定された周波数低減ゲイン特性に従って電源動作周波数の三角波を生成する。駆動回路60は、可変周波数発振部50にて生成された電源動作周波数の三角波とFB端子に入力された電圧とを比較してスイッチング素子16をPWM制御するPWM信号を生成・増幅し、スイッチング素子16を駆動する。
入力電圧検出部30は、2つのヒステリシスコンパレータ31,32と、インバータ33と、D型フリップフロップ回路34とを備えている。制御回路8のVH端子には、ヒステリシスコンパレータ31,32の非反転入力端子が接続されている。ヒステリシスコンパレータ31の出力は、インバータ33の入力に接続され、インバータ33の出力は、D型フリップフロップ回路34のクロック入力端子CLKに接続されている。ヒステリシスコンパレータ32の出力は、D型フリップフロップ回路34のデータ入力端子Dに接続されている。なお、実際はVH端子とヒステリシスコンパレータ31,32の非反転入力端子とは直接接続されず、図示しない分圧回路を介して接続されている。すなわち、VH端子の電圧を分圧して低電圧にした電圧が、ヒステリシスコンパレータ31,32の非反転入力端子に入力されている。電圧の関係が理解しやすいように、以下の説明ではVH端子の電圧を直接入力しているとして説明とするが(これは、関連の回路素子が高耐圧のものであれば正しい説明となっている。)、実際は上記のように分圧されていて、関連の基準電圧の値も分圧された電圧に対応するものになっている。
i1=i2+i3・・・(1)
i1=Vfb/R1・・・(2)
i2=(VDD−Vfb)/R2・・・(3)
i3=(Vo−Vfb)/R3・・・(4)
(1)式に(2)〜(4)式を代入して整理すると、Voは、
Vo=(R3/R1+R3/R2+1)・Vfb−(R3/R2)・VDD・・・(5)
となる。抵抗値および電源電圧は変化しないので,それらの項目を定数に置き換えると、(5)式は、
Vo=k・Vfb−m・・・(6)
で表すことができる。但し、
k=R3/R1+R3/R2+1
m=(R3/R2)・VDD
である。
この制御回路8によれば、周波数低減ゲイン設定部40において、100V系の周波数低減ゲイン特性において周波数低減を開始するFB端子の電圧Vfbを200V系の場合よりも高電圧側に移動するようゲイン特性の傾きおよび最低周波数を調整した。これにより、電圧Vfbが低減していくときに、電源動作周波数は、200V系の場合よりも早く低減開始するようになる。その結果、100V系より200V系の方が、FB端子の電圧Vfbの低減が早まるという上述の特性をキャンセルして、負荷率に対する電源動作周波数の特性は、図9に示したように、スイッチング電源装置に200V系の交流電源1を使用しても100V系の交流電源1を使用してもほぼ同じ特性となる。したがって、スイッチング電源装置を軽負荷率で運転する場合、電源動作周波数が可聴領域まで低下するタイミングを、交流入力電圧の違いに関係なく同じにすることができる。このことは、使用電源電圧の大きさに応じて個別に防振のための調整をする必要がないことを意味する。
2a,2b 巻線
3 コンデンサ
4 ダイオードブリッジ
5 コンデンサ
6 ダイオード
7 電流制限抵抗
8 制御回路
9 サーミスタ
10 コンデンサ
11 抵抗
12 センス抵抗
13 コンデンサ
14 ダイオード
15 補助巻線
16 スイッチング素子
17 一次巻線
18 二次巻線
19 ダイオード
20 コンデンサ
21 フォトカプラ
21a 発光ダイオード
21b フォトトランジスタ
22 シャントレギュレータ
23,24 抵抗
25 出力端子
26 負荷
30 入力電圧検出部
31,32 ヒステリシスコンパレータ
33 インバータ
34 D型フリップフロップ回路
35,36 基準電圧源
40 周波数低減ゲイン設定部
41,42 スイッチ
50 可変周波数発振部
51 増幅器
52 トランジスタ
53,54 比較器
55 RS型フリップフロップ
60 駆動回路
Claims (6)
- 交流入力電圧を整流した直流電圧をスイッチング素子のオン動作によりトランスに接続して前記トランスにエネルギを蓄え、前記スイッチング素子のオフ動作により前記エネルギを開放することで所定の直流電圧を負荷に出力するフライバック式のスイッチング電源装置であって、前記負荷が所定の負荷率より低減したときに前記スイッチング素子のスイッチング周波数を低減するように制御するスイッチング電源装置の制御回路において、
前記交流入力電圧が入力されて前記交流入力電圧が高圧系か低圧系かを検出する入力電圧検出部と、
前記負荷に出力する電圧に対応したフィードバック信号が入力され、前記所定の負荷率のときの前記スイッチング周波数よりも低域側の周波数に対し第1および第2のゲイン特性を含む低域ゲイン特性を有し、前記低域ゲイン特性に従って前記フィードバック信号が増幅された信号を前記負荷率に応じた周波数の前記スイッチング周波数の信号を生成する可変周波数発振部へ出力するものであって、前記低域ゲイン特性が前記入力電圧検出部による検出結果に応じて前記第1または第2のゲイン特性に切り替えられる周波数低減ゲイン設定部と、
を備えていることを特徴とするスイッチング電源装置の制御回路。 - 前記周波数低減ゲイン設定部は、前記低圧系のときに切り替えられる前記低減ゲイン特性の低減開始ポイントを、前記高圧系のときの低減開始ポイントよりも高負荷率側に設定して、前記負荷率に対する前記スイッチング周波数の特性を前記高圧系で動作している場合と前記低圧系で動作している場合とでほぼ同じになるように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の制御回路。
- 前記周波数低減ゲイン設定部は、第1の入力端子に前記負荷に出力する電圧に対応した前記フィードバック信号を入力する増幅器と、接地電位と電源電圧との間に直列に接続された第1の抵抗、第2の抵抗、第3の抵抗および第4の抵抗と、一端が前記増幅器の出力に接続され、他端が前記増幅器の第2の入力端子および前記第2の抵抗と前記第3の抵抗との接続点に接続された第5の抵抗と、前記第1の抵抗および第4の抵抗に並列に接続された第1および第2のスイッチとを備え、前記増幅器の第2の入力端子に前記第2の抵抗と前記第3の抵抗との接続点を接続し、前記入力電圧検出部が前記低圧系を検出したとき、前記第1および第2のスイッチを開成し、前記高圧系を検出したとき、前記第1および第2のスイッチを閉成するように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の制御回路。
- 前記増幅器の出力電圧により前記スイッチング周波数を決定する前記可変周波数発振部を備えていることを特徴とする請求項3記載のスイッチング電源装置の制御回路。
- 前記入力電圧検出部は、前記低圧系の電圧のピークと前記高圧系の電圧のピークとの間の値の閾値を有し、該閾値と前記交流入力電圧とを比較する比較器と、前記交流入力電圧の半周期に前記交流入力電圧が前記閾値より高いことを前記比較器が検出したか否かを示す信号を保持する回路とを備え、保持された信号を前記周波数低減ゲイン設定部における低減ゲイン特性の切り替えに使用してい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の制御回路。
- 交流入力電圧を整流した直流電圧をスイッチング素子のオン動作によりトランスに接続して前記トランスにエネルギを蓄え、前記スイッチング素子のオフ動作により前記エネルギを開放することで所定の直流電圧を負荷に出力するフライバック式のスイッチング電源装置であって、前記負荷が所定の負荷率より低減したときに前記スイッチング素子のスイッチング周波数を低減するように制御する制御回路を備えたスイッチング電源装置において、
前記制御回路は、
前記交流入力電圧が入力されて前記交流入力電圧が高圧系か低圧系かを検出する入力電圧検出部と、
前記負荷に出力する電圧に対応したフィードバック信号が入力され、前記所定の負荷率のときの前記スイッチング周波数よりも低域側の周波数に対し第1および第2のゲイン特性を含む低域ゲイン特性を有し、前記低域ゲイン特性が前記入力電圧検出部による検出結果に応じて前記第1または第2のゲイン特性に切り替えられ、前記負荷率に対する前記スイッチング周波数の特性を前記高圧系で動作している場合と前記低圧系で動作している場合とでほぼ同じになるように制御する周波数低減ゲイン設定部と、
前記周波数低減ゲイン設定部の出力電圧を受けて前記負荷率が前記所定の負荷率よりも低いときに前記負荷率に応じて低減された前記スイッチング周波数の信号を出力する可変周波数発振部と、
を有していることを特徴とするスイッチング電源装置。
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