JP6398773B2 - 制御回路およびスイッチング電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、出力電圧を制御する制御回路およびスイッチング電源に関する。

スイッチング電源の制御方法として、ヒステリシスコンパレータを利用したヒステリシス制御が知られている。（下記特許文献１、２を参照）
ヒステリシス制御ではコンパレータの非反転入力端子に入力される基準電圧源は、コンパレータ出力がハイレベル（Ｈレベル）のときに第１の高い電圧となり、コンパレータ出力がローレベル（Ｌレベル）のときに第２の低い電圧となる。第１の電圧と第２の電圧の差がヒステリシス幅である。出力電圧を抵抗分圧した電圧が第２の電圧の基準電圧よりも低くなると、コンパレータ出力がＨレベルとなって駆動期間を開始し、基準電圧は第１の電圧となる。駆動期間にスイッチング電源から出力コンデンサに負荷電流よりも大きな電流が供給されることで出力電圧が上昇して、出力電圧を抵抗分圧した電圧が第１の電圧の基準電圧よりも高くなると、コンパレータ出力がＬレベルとなって駆動期間を終了して休止期間となる。このとき基準電圧は第２の電圧となる。休止期間はスイッチング電源から電流が供給されず、出力コンデンサから負荷電流が供給されるので、出力電圧が下がる。

また、ヒステリシスコンパレータを使用する制御方法として、ヒステリシスコンパレ−タがＨレベルの期間に複数回のスイッチングを行う、バースト制御が知られている。下記特許文献３では、出力電圧と基準電圧を比較するヒステリシスコンパレータと、スイッチ素子の電流を一定値に達したときに一定期間ゲート電圧をオフする回路を備えている。ヒステリシスコンパレータがＨレベルの期間にゲート電圧がオンとなって電流が一定値に達してゲート電圧をオフ、ヒステリシスコンパレータがＨレベルの期間が継続しているために再びゲート電圧がオンとなり、再び電流が一定値に達してゲート電圧をオフすることを繰り返すために、ヒステリシスコンパレータがＨレベルの期間に複数回のスイッチングが行われる。ヒステリシスコンパレータがＬレベルの期間はゲート電圧がオンとならないのでスイッチングは休止する。
ヒステリシスコンパレータがＨレベルの期間は、スイッチングを繰り返しているのでスイッチング電源から出力コンデンサに負荷電流よりも大きな電流が供給されることで出力電圧が上昇する。ヒステリシスコンパレータがＬレベルの期間はスイッチングが休止しているので、スイッチング電源から電流が供給されず、出力コンデンサから負荷電流が供給されるので、出力電圧が下がる。

特開平３−２９３９６５号公報 特開２０１４−５７４７６号公報 特開２００７−１８１３８９号公報

これらの制御方法の課題として、出力電圧が基準電圧に比べて極めて高く、出力電圧を抵抗分圧で基準電圧程度に分圧するときの分圧比が大きい場合に、出力電圧リップルが第１の電圧と第２の電圧の差であるヒステリシス幅の分圧比倍まで大きくなることが挙げられる。
ヒステリシス幅はノイズによる誤動作を防ぐために、無制限に小さくすることはできない。出力電圧リップルがヒステリシス幅以内に収まることが望ましい。

本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、スイッチング電源の出力電圧リップルを、所望の範囲内に収まるよう制御することが可能な制御回路およびスイッチング電源装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明にかかわる制御回路は、スイッチング電源装置の出力電圧が第１の入力端子に入力され、基準電圧源の正極が第２の入力端子と接続され、動作電源の正極が正電源端子に接続され、動作電源の負極及び基準電圧源の負極が負電源端子に接続される比較器と、正極が比較器の負電源端子に接続し、負極が共通グランドに接続する定電圧源と、を備え、基準電圧源の正極と共通グランド間の電圧は、比較器の出力と共通グランド間の電圧が近似的に定電圧源の電圧レベルとなる第１のレベルの場合は、出力電圧リップル成分を含む直流の出力電圧の最低電圧値となる第２の電圧となり、比較器の出力と共通グランド間の電圧が近似的に定電圧源の電圧レベルと動作電源の電圧レベルの和電圧レベルとなる第２のレベルの場合は、出力電圧リップル成分を含む直流の出力電圧の最高電圧値である第１の電圧となる。これにより、出力電圧リップルを、第１の電圧と第２の電圧の間の幅に抑制することができる。

また、比較器の出力と制御部の入力との間に備えられ、比較器の出力から送信される第１のレベルまたは第２のレベルの電圧レベルを変えて制御部に出力するレベルシフト回路を備え、制御部は、レベルシフト回路からの出力に基づいてスイッチング素子を制御することとしてもよい。これにより、出力電圧リップルを、第１の電圧と第２の電圧の間の幅に抑制することができるとともに、制御回路を駆動する電圧レベルにシフトすることができる。

また、レベルシフト回路は、比較器の出力と制御部の入力との間にツェナーダイオードを備え、制御部の入力と共通グランドとの間に第１抵抗を備えてもよい。これにより、簡単な回路で制御回路を駆動する電圧レベルにシフトすることができる。

また、定電圧源は、少なくともコンデンサを含んでいてもよい。これにより、定電圧源の電圧リップルをコンデンサで抑制することができる。

また、制御部は、比較器の出力が第１のレベルの期間に複数回スイッチングを行い、第２のレベルの期間にスイッチングを休止することとしてもよい。これにより、スイッチング素子のオン・オフ周期が比較器出力のオン・オフの周期であるバースト周期よりも十分に短くなる。そのため、比較器出力が第１のレベルになると直ちに出力電圧が上昇し、比較器出力が第２のレベルになると直ちに出力電圧が下降するので、出力電圧リップルを第１の電圧と第２の電圧の間の幅に抑えることができる。

また、制御部は、スイッチング電源装置に流れる電流が一定値以上になったときに、スイッチング素子を一定期間オフすることでもよい。これにより、出力電圧リップルを第１の電圧と第２の電圧の間の幅に抑えることができる。

また、スイッチング電源装置は、共振コンバータであることでもよい。これにより、損失を抑えながらスイッチング周波数を上げることができるので、共振コンバータに使用されるインダクタやキャパシタに蓄積するエネルギーを小さくすることができる。そのため、出力リップルに加えて、負荷急変に対する出力電圧変動をヒステリシス幅に抑えることができる。

また、上記目的を達成するために、本発明にかかわる制御回路は、スイッチング電源装置の出力端子と定電圧源の正極が接続され、定電圧源の負極が第１の入力端子に接続され、基準電圧源の正極が第２の入力端子に接続され、動作電源の正極が正電源端子に接続され、動作電源の負極及び共通グランドが負電源端子に接続される比較器と、基準電圧源の正極と共通グランド間の電圧は、比較器の出力と共通グランド間の電圧が近似的に共通グランドレベルである第１のレベルの場合は、出力電圧リップル成分を含む直流の出力電圧の最低電圧値から定電圧電源の両端電圧を引いた電圧である第２の電圧となり、比較器の出力と共通グランド間の電圧が近似的に動作電源の電圧レベルである第２のレベルの場合は、出力電圧リップル成分を含む直流の出力電圧の最高値から定電圧電源の両端電圧を引いた電圧である第１の電圧となり、比較器の出力に基づいてスイッチング素子を制御する制御部を備える。これにより、スイッチング電源装置の出力端子と比較器の第１の入力端子との間に定電圧源を備えているので、出力電圧リップルを、第１の電圧と第２の電圧の間の幅に抑制することができる。

また、定電圧源は、スイッチング電源装置の出力端子と比較器の第１の入力端子の間にツェナーダイオードを接続し、比較器の第１の入力端子と共通グランドの間に第２抵抗を接続してもよい。これにより、部品点数の少ない、簡単な定電圧源を作ることができる。

また、定電圧源は、設定電圧を調整する機能を有するシャント・レギュレータを含んでいてもよい。これにより、精度良く定電圧源を確保することができるので、出力電圧リップルを第１の電圧と第２の電圧の間の幅に抑えることができる。

本発明によれば、スイッチング電源の出力電圧リップルを、所望の範囲内に収まるよう制御することが可能な制御回路およびスイッチング電源装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るヒステリシス制御により出力電圧を制御するスイッチング電源に関する回路構成の説明図である。 図１のスイッチング電源の制御に関する動作を説明するためのタイミング波形図である。 図１に関する制御回路の具体的な実施形態を示す説明図である。 第２の実施形態に係るヒステリシス制御により出力電圧を制御するスイッチング電源に関する回路構成の説明図である。 図４のスイッチング電源の制御に関する動作を説明するためのタイミング波形図である。 図４に関する制御回路の具体的な実施形態を示す説明図である。 図４に関する制御回路の具体的な実施形態を示す説明図である。

以下、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、本発明の対象は以下の実施形態に限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれると共に、その構成要素は、適宜組み合わせることが可能である。

本発明の実施の形態が図面を参照し、詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

（実施形態１）
図１は、本発明の一実施形態に係るヒステリシス制御により出力電圧を制御するスイッチング電源に関する回路構成の説明図である。図１に示すスイッチング電源装置１ａは、主回路４および制御回路９ａを備えている。

また、スイッチング電源装置１ａは、一対の入力端子２ａ、２ｂ（以下、特に区別しないときには「入力端子２２」ともいう）、及び一対の出力端子３ａ、３ｂ（以下、特に区別しないときには「出力端子３３」ともいう）を備えている。

具体的には一対の入力端子２ａ、２ｂの間には基準電位（本例では共通グランドＧ）に接続された入力端子２ｂを低電位側として、入力電圧（直流電圧）Ｖ１が入力される。一対の出力端子３ａ、３ｂの間には基準電位（本例では共通グランドＧ）に接続された出力端子３ｂを低電位側として、出力電圧（直流成分電圧＋出力電圧リップル）Ｖ２が出力される。

主回路４は、電圧変換回路であり、例えば入力コンデンサ、制御部５により制御されるスイッチング素子を含むスイッチング部、ダイオードやＦＥＴを含む整流部、チョークコイルやコンデンサを含む平滑部等から構成されている。主回路４は、入力端子２から入力される入力電圧Ｖ１を出力電圧Ｖ２に変換して出力端子３に出力する。

制御回路９ａは、制御部５、レベルシフト回路１０、比較器７、比較器７の動作電源６、基準電圧源８および定電圧源１１を備え、主回路４のスイッチ動作を制御する。比較器７は、第１の入力端子と第２の入力端子を備えている。この比較器７の第１の入力端子は出力端子３ａと接続され、第２の入力端子は基準電圧源８の正極と接続されている。比較器７の出力端子は、出力制御パルスＳｐ１を出力する出力線を介してレベルシフト回路１０に接続されている。

また、比較器７は、負電源端子と正電源端子を備えている。負電源端子は、基準電圧源８の負極と、定電圧源１１の正極と、動作電源６の負極と接続されている。正電源端子は、動作電源６の正極と接続されている。これにより比較器７を動作する電源を供給している。出力端子３ｂおよび定電圧源１１の負極は、共通グランドＧに接続されている。

スイッチ素子動作の制御の一例として、制御部の出力ＳｃがＨレベルのとき、電源装置の出力電圧Ｖ２が上昇する。制御部の出力がＬレベルのとき、電源装置の出力電圧Ｖ２が降下する。以下、制御回路９ａの動作を図１と図２を参照して詳細に説明する。

まず、図１について説明する。出力端子３からの出力電圧Ｖ２は、比較器７の第１の入力端子に入力される。入力された電圧Ｖ２は、出力電圧リップル成分を含む直流の出力電圧Ｖ２である。この出力電圧リップルが出力キャパシタのＥＳＲの両端電圧と同位相を有する電圧、または、コンバータは定電流源と見直すことができ、出力キャパシタの両端の電圧の交流成分電圧（以下、特に区別しないときには「出力電圧リップル」ともいう）が三角波、または三角波に相似する波形であるスイッチング電源装置１ａとして構成されている。出力電圧Ｖ２は、比較器７の出力が第１のレベルとなると、比較器７の出力制御パルスＳｐ１の電圧レベルが近似的に定電圧源１１の電圧レベルＶｂを出力する（図２を参照）。この電圧レベルＶｂを比較器７と制御部５の入力との間に備えられたレベルシフト回路１０に入力する。レベルシフト回路１０は、比較器７の出力する制御パルスＳｐ１に基づいて、定電圧源１１の電圧レベルＶｂを引いて、ゼロレベルまでシフトして、Ｌレベルの出力制御パルスＳｐ２を出力する。このＬレベルを制御部５に入力すると、制御部５はレベルシフト回路１０の出力制御パルスＳｐ２に基づいて、電源装置のスイッチ動作を停止、又はオフにする。よって、スイッチング電源装置１ａの出力電圧Ｖ２が降下する。

続いて、出力電圧Ｖ２は降下して、比較器７の出力が第２のレベルとなると、比較器７の出力制御パルスＳｐ１の電圧レベルが近似的に定電圧源１１の電圧レベルＶｂと動作電源６の電圧レベルＶｃの和の電圧レベル（Ｖｂ＋Ｖｃ）を出力する。この電圧レベル（Ｖｂ＋Ｖｃ）がレベルシフト回路１０に入力されると、レベルシフト回路１０は比較器７の出力する制御パルスＳｐ１に基づいて、定電圧源１１の電圧レベルＶｂを引いて、動作電源６の電圧レベルＶｃまでシフトして、Ｈレベルとして、ＳＰ２から出力する。このＨレベルが制御部５に入力されると、制御部５はレベルシフト回路の出力制御パルスＳｐ２に基づいて、電源装置のスイッチ動作を開始、又はオンにする。よって、電源装置の出力電圧Ｖ２が上昇する。このように繰り返し動作する。なお、言うまでもなく、比較器７の出力である第１のレベルと第２のレベルは異なるレベルである。

次に、図２のタイミング波形図を基づいて、ｔ０からｔ１、またはｔ２からｔ３の間における動作について説明する。この期間の出力電圧Ｖ２が第２の電圧から第１の電圧まで上昇する。比較器７の出力制御パルスＳｐ１の電圧レベルは、近似的に定電圧源１１の電圧レベルＶｂと動作電源６の電圧レベルＶｃの和の電圧レベル（Ｖｂ＋Ｖｃ）である。レベルシフト回路５の出力制御パルスＳｐ２の電圧レベルがＨレベルを出力する。

従って、この期間の制御部５の出力は、制御パルスＳｐ２に基づいて、電源装置のスイッチをオンする駆動信号を制御部５から制御信号Ｓｃとして出力する。または、この期間に制御部５の出力は、制御パルスＳｐ２に基づいて、主回路４のスイッチを複数回のＯＮ／ＯＦＦする駆動信号を制御部５から制御信号Ｓｃとして出力する。

続いて、図２のｔ１からｔ２、またはｔ３からｔ４の間における動作について説明する。ｔ＝ｔ１又はｔ＝ｔ３で、出力電圧Ｖ２が第１の電圧に到達したことで、比較器７の出力制御パルスＳｐ１の電圧レベルが近似的に定電圧源１１の電圧レベルＶｂに切り替わる。その後、ｔ１からｔ２まで、またはｔ３からｔ４までの間は、この電圧レベルＶｂを維持する。同様に、レベルシフト回路１０の出力制御パルスＳｐ２の電圧レベルがＬレベルに切り替え、ｔ１からｔ２まで、またはｔ３からｔ４までの間は、このＬレベルの電圧が維持される。

制御部５の出力は、レベルシフト回路１０の制御パルスＳｐ２に基づいて、主回路４のスイッチング素子をオフする駆動信号を制御部５のＳｃから出力する。スイッチング電源装置１ａの出力電圧Ｖ２が降下する。

ｔ＝ｔ２又はｔ＝ｔ４で、スイッチング電源装置１ａの出力電圧Ｖ２が第２の電圧に到達したことで、再び、比較器７の出力制御パルスＳｐ１の電圧レベルが近似的に定電圧源１１の電圧レベルＶｂと動作電源６の電圧レベルＶｃの和の電圧レベル（Ｖｂ＋Ｖｃ）に切り替わる。レベルシフト回路１０の出力制御パルスＳｐ２の電圧レベルがＨレベルに切り替わる。

制御部５の出力はレベルシフト回路１０の出力制御パルスＳｐ２に基づいて、主回路４のスイッチング素子をオンする駆動信号を制御部５のＳｃから出力する。または、この期間に制御部５の出力は、レベルシフト回路１０の出力制御パルスＳｐ２に基づいて、スイッチング電源装置１ａのスイッチング素子を複数回のＯＮ／ＯＦＦする駆動信号を制御部５のＳｃから出力する。このように繰り返し動作する。なお、言うまでもなく、第１の電圧と第２の電圧は、異なる電圧値である。

次に、図１に示した制御回路９ａの具体的な一実施形態として、図３を参照して、説明する。

図１と図３との違いは、図１に示したレベルシフト回路１０をツェナーダイオード１０ｂと抵抗１０ａを含む具体的な回路構成で示した点、及び定電圧源１１を抵抗１１ａとツェナーダイオード１１ｂとキャパシタ１１ｃを含む具体的な回路構成で示した点である。その他の構成は、図１と同様である。また、レベルシフト回路１０は、第１抵抗１０ａと、第１ツェナーダイオード１０ｂを含む回路で構成できる。

第１のツェナーダイオード１０ｂは、正極（Ａｎｏｄｅ）が制御部５と第１抵抗１０ａの一端に接続されている。また、第１のツェナーダイオード１０ｂの負極（Ｃａｔｈｏｄｅ）は、比較器７の出力端子に接続されている。抵抗１０ａの他端は、共通グランドＧに接続されている。

レベルシフト回路１０は、第１のツェナーダイオード１０ｂの負極（Ｃａｔｈｏｄｅ）に比較器７の出力パルスＳｐ１からのパルス電圧が印加されると、第１のツェナーダイオード１０ｂの正極（Ａｎｏｄｅ）から制御部５の入力に比較器の出力パルスｓｐ１の電圧レベルがレベルシフトされたＳｐ２のパルス電圧レベルを出力する。

レベルシフト回路１０のシフト電圧レベル値の設定は、第１のツェナーダイオード１０ｂによって設定できる。第１のツェナーダイオード１０ｂに流れる電流は第１抵抗１０ａによって設定できる。

第１のツェナーダイオード１０ｂの両端のツェナー電圧Ｖｚは、定電圧源１１の電圧に等しくすることによって、比較器７の出力制御パルスＳｐ１が定電圧源１１の電圧レベルＶｂを出力することに対して、レベルシフト回路１０の出力端子Ｓｐ２からＬレベルを出力する。比較器７の出力制御パルスＳｐ１は、定電圧源１１の電圧レベルＶｂと動作電源６の電圧レベルＶｃの和の電圧レベル（Ｖｂ＋Ｖｃ）を出力されることによって、レベルシフト回路の出力端子Ｓｐ２からＨレベルを出力する。このようにレベルシフト回路１０は、比較器７からの出力電圧レベル値をシフトする。

また、上述のレベルシフト回路１０は、上述のような構成の他に、絶縁トランスから構成することもできる。又は、コンデンサと、ＡＮＤなど倫理回路と、フリップフロップ（ｆｌｉｐ−ｆｌｏｐ）回路、またはラッチ（ｌａｔｃｈ）回路、ＲＳ−フリップフロップおよびＪＫ−フリップフロップ回路を使用して、構成することもできる。又は、フォトカプラを使用して、構成することもできる。なお、制御部の入力が比較器の出力レベル（第１のレベルと第２のレベル）を認識して、スイッチング電源装置のスイッチング素子を正しく制御できれば、レベルシフト回路を使用しなくても可能である。

図３に示す定電圧源１１は、一端に入力電圧Ｖ１が印加される第２抵抗１１ａと、第２抵抗１１ａの他端であるＡ点に接続され、第２のツェナーダイオード１１ｂの負極（Ｃａｔｈｏｄｅ）と、このＡ点の一端に接続されている第１のキャパシタ１１ｃを有する。第２のツェナーダイオード１１ｂの正極（Ａｎｏｄｅ）と、第１のキャパシタ１１ｃの他端側は、共通グランドＧに接続されている。また、Ａ点は、基準電圧源８の負極と、比較器７の動作電源６の負極と、比較器７のグラント端子に接続されている。このような構成によって、定電圧源１１を作ることができる。

定電圧源１１の電圧値は、第２のツェナーダイオード１１ｂによって設定できる。第２のツェナーダイオード１１ｂに流れる電流は、第２抵抗１１ａによって設定できる。第１のキャパシタ１１ｃは第２ツェナーダイオード１１ｂの交流分成分（電圧リップル成分）を抑制するために備えられている。第１のキャパシタ１１ｃの容量は、０．０１ｕＦ以上容量があれば望ましい。

第２抵抗１１ａ一端に印加される電圧は、一例としてスイッチング電源装置１ｂの入力電圧Ｖ１から印加している。別の電圧ラインからも定電圧源が必要な電圧レベル以上の電圧があれば、その電圧を第２抵抗１１ａの一端に印加することができる。

また、上述の定電圧源１１は、上述のような構成の他に、精度良く定電圧源を確保することがコンデンサと、リニアレギュレータから構成することもできる。又は、コンデンサと、スイッチングレギュレータから構成することもできる。又は、コンデンサと、チャージポンプ回路から構成することもできる。

（実施形態２）
続いて、第２の実施形態に係るヒステリシス制御により出力電圧を制御するスイッチング電源に関する回路構成図４を参照して説明する。図４に示すスイッチング電源装置１ｃと、図１に示したスイッチング電源装置１ａとの違いは、制御回路９の内部構成が異なっている。その他の点においては、図１と同様である。

制御回路９ｃは、制御部５、比較器７、比較器７の動作電源６、基準電圧源８および定電圧源１２を備え、主回路４のスイッチ動作を制御する。

定電圧源１２の正極は、出力端子３ａと接続し、負極は比較器７の第１の入力端子と接続されている。比較器７は、第１の入力端子と第２の入力端子を備えており、第２の入力端子は基準電圧源８の正極と接続されている。比較器７の出力端子は、出力制御パルスＳｐ１を出力する出力線を介して制御部５に接続されている。

また、比較器７は、負電源端子と正電源端子を備えている。負電源端子は、基準電圧源８の負極と、動作電源６の負極に接続された共通グランド電位である。正電源端子は、動作電源６の正極と接続されている。これにより比較器７を動作する電源を供給している。一例として、制御部５の出力ＳｃがＨレベルのとき、スイッチング電源装置１ｃの出力電圧Ｖ２が上昇する。制御部５の出力がＬレベルのとき、スイッチング電源装置１ｃの出力電圧Ｖ２が降下する。以下、制御回路９ｃの動作を図４と図５を参照して詳細に説明する。

まず、図４について説明する。出力端子３からの出力電圧Ｖ２は、定電圧源１２の正極に入力される。定電圧源１２の負極からは、出力電圧リップル成分を含む直流電圧Ｖ２から定電圧源１２の両端電圧Ｖｄを引いた電圧Ｖａが出力され、比較器７の第１の入力端子に入力される。

入力された電圧Ｖａは、出力電圧リップル成分を含む直流の出力電圧Ｖａである。この出力電圧リップルが出力キャパシタのＥＳＲの両端電圧と同位相を有する電圧、または、コンバータは定電流源と見直すことができ、出力キャパシタの両端の電圧の交流成分電圧（以下、特に区別しないときには「出力電圧リップル」ともいう）が三角波、または三角波に相似する波形であるスイッチング電源装置１ｃとして構成されている。入力された電圧Ｖａは、比較器７の出力が第１のレベルとなると、比較器７の出力制御パルスＳｐ１の電圧レベルがＬレベルを出力する。このＬレベルを制御部５に入力すると、制御部５は比較器７の出力制御パルスＳｐ１に基づいて、電源装置のスイッチ動作を停止、又はオフにする。よって、スイッチング電源装置１ｃの出力電圧Ｖ２が降下する。

続いて、出力電圧Ｖ２は降下して、比較器７の出力が第２のレベルとなると、比較器７の出力制御パルスＳｐ１の電圧レベルが近似的に動作電源６の電圧レベルとして、Ｈレベルを、ＳＰ１から出力する。このＨレベルが制御部５に入力されると、制御部５は比較器７の出力制御パルスＳｐ１に基づいて、電源装置のスイッチュング動作を開始、又はオンにする。よって、電源装置の出力電圧Ｖ２が上昇する。このように繰り返し動作する。

次に、図５のタイミング波形図に基づいて、ｔ０からｔ１、またはｔ２からｔ３間における動作について説明する。この期間の出力電圧Ｖ２が上昇する。比較器７の入力電圧Ｖａは（Ｖ２−Ｖｄ）の電圧で上昇する。比較器７の出力制御パルスＳｐ１の電圧レベルは、近似的に動作電源６の電圧レベルＶｃとなって、Ｈレベルを出力する。この期間の制御部５の出力は、比較器７の出力制御パルスＳｐ１に基づいて、スイッチング電源装置１ｃのスイッチング素子をオンする駆動信号を制御部５から制御信号Ｓｃとして出力する。または、この期間の制御部５の出力は、比較器７の出力制御パルスＳｐ１に基づいて、スイッチング電源装置１ｃのスイッチング素子を複数回のＯＮ／ＯＦＦする駆動信号を制御部５から制御信号Ｓｃとして出力する。

続いて、図５のｔ１からｔ２、またはｔ３からｔ４間における動作について説明する。ｔ＝ｔ１又はｔ＝ｔ３で、入力電圧Ｖａが第１の電圧に到達したことで、比較器７の出力制御パルスＳｐ１の電圧レベルが近似的に共通グランドＧとなり、Ｌレベルに切り替わる。その後、ｔ２またはｔ４までの間は維持する。制御部５の出力は、比較器７の出力制御パルスＳｐ１に基づいて、スイッチング電源装置１ｃのスイッチング素子をオフする駆動信号を制御部５から制御信号Ｓｃとして出力する。この期間の出力電圧Ｖ２は降下する。

比較器７の入力電圧Ｖａは（Ｖ２−Ｖｄ）の電圧で降下する。ｔ＝ｔ２又はｔ＝ｔ４で、入力電圧Ｖａが第２の電圧に到達したことで再び、比較器７の出力制御パルスＳｐ１の電圧レベルが近似的に動作電源６の電圧レベルＶｃに切り替わる。制御部５の出力は、比較器７の出力制御パルスＳｐ１に基づいて、スイッチング電源装置１ｃのスイッチング素子をオンする駆動信号を制御部５から制御信号Ｓｃとして出力する。または、この期間に制御部５の出力は、比較器７の出力制御パルスＳｐ１に基づいて、スイッチング電源装置１ｃのスイッチング素子を複数回のＯＮ／ＯＦＦする駆動信号を制御部５から制御信号Ｓｃとして出力する。このように繰り返し動作する。

次に、図４に示した制御回路９ｃの一実施形態として、図６を参照して、説明する。図４と図６との違いは、図４に示した定電圧源１２を抵抗１２ｂとツェナーダイオード１２ａを含む具体的な回路構成で示した点である。その他の構成は、図４と同様である。

ツェナーダイオード１２ａの正極は、出力端子３ａと接続し、負極は比較器７の第１の入力端子と接続されている。ツェナーダイオード１２ａの負極は、第３抵抗１２ｂの一端と接続されており、入力電圧Ｖａとなっている。第３抵抗１２ｂの他端は、共通グランドＧ電位である。図６に示す定電圧源１２では、第３のツェナーダイオード１２ａの負極（Ｃａｔｈｏｄｅ）に入力電圧Ｖ２が印加されると、電圧Ｖａが比較器７の第１の入力端子に入力される。

定電圧源１２の電圧値設定は、第３ツェナーダイオード１２ａによって設定できる。定電圧源１２に流れる電流は第３抵抗１２ｂによって設定できる。

比較器７の第１入力に入力された電圧Ｖａは、出力電圧Ｖ２が第３ツェナーダイオード１２ａの両端電圧Ｖｄを引いた電圧（Ｖ２−Ｖｄ）で比較器７の第１の入力端子に入力される入力電圧Ｖａと等しくなる。

次に、図４に示した制御回路９ｃの一実施形態として、図７を参照して説明する。図４と図７との違いは、図４に示した定電圧源１２を抵抗１２ｂ、１２ｄ、１２ｅとシャント・レギュレーター１２ｃを含む具体的な回路構成で示した点である。その他の構成は、図４と同様である。
図７に示した定電圧源１２は、精度良く定電圧源を確保するために三端子可変シャント・レギュレーターと、抵抗を含んで構成している。

シャント・レギュレータ１２ｃの負極（Ｃａｔｈｏｄｅ）は、出力端子３ａと接続し、正極（Ａｎｏｄｅ）は比較器７の第１の入力端子と接続されている。比較器７の第１の入力端子は、第３抵抗１２ｂの一端と接続されており、第３抵抗１２ｂの他端は、共通グランド電位である。

定電圧源１２は、シャント・レギュレーター１２ｃの負極（Ｃａｔｈｏｄｅ）の端子１２１に入力電圧Ｖ２が印加されると、シャント・レギュレーターの正極（Ａｎｏｄｅ）の端子１２３を介して比較器７の第１の入力端子に電圧Ｖａが入力される。

シャント・レギュレーターの端子１２１とシャント・レギュレーターの可変端子１２２の間に第４抵抗１２ｄを接続し、シャント・レギュレーター１２ｃの可変端子１２２とシャント・レギュレーターの端子１２３の間に第５抵抗１２ｅを接続することによって、精度良く定電圧源１２を作ることができる。

つまり、上述の定電圧源１２の電圧値設定は第４抵抗１２ｄと第５抵抗１２ｅの値によって簡単に設定することができる。第３抵抗１２ｂは、シャント・レギュレーター１２ｃおよび第４抵抗１２ｄと第５抵抗１２ｅに流れる電流の設定ができる。

また、定電圧源１２は、上述のような構成の他に、絶縁トランスから構成することができる。または、コンデンサと、リニアレギュレータから構成することもできる。又は、コンデンサと、スイッチングレギュレータから構成することもできる。又は、コンデンサと、チャージポンプ回路から構成することもできる。

上述した比較器７は、ヒステリシス特性を有する比較器（コンパレータ）を使用することができる。また、第１の電圧と第２の電圧を作ることが可能な、例えば窓比較器等にも使用することができる。

以上、本発明の一実施形態の制御回路およびスイッチング電源装置について説明したが、上記実施の形態の説明に限定されず種々の変形実施が可能である。

１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ スイッチング電源装置
２ 入力端子
３ 出力端子
４ 主回路
５ 制御部
６ 比較器の動作電源
７ 比較器
８ 基準電圧源
９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ 制御回路
１０ レベルシフト回路
１０ａ 第１抵抗
１０ｂ 第１ツェナーダイオード
１１、１２ 定電圧源
１１ａ 第２抵抗
１１ｂ 第２ツェナーダイオード
１１ｃ 第１キャパシタ
１２ａ 第３ツェナーダイオード
１２ｂ 第３抵抗
１２ｃ シャント・レギュレータ
１２ｄ 第４抵抗
１２ｅ 第５抵抗
Ｓｐ１， Ｓｐ２ 制御パルス
Ｓｃ 制御信号
Ｇ 共通グランド

Claims (14)

1. スイッチング電源装置のスイッチング素子を制御する制御回路であって、
   前記スイッチング電源装置の出力電圧が第１の入力端子に入力され、基準電圧源の正極が第２の入力端子に接続され、動作電源の正極が正電源端子に接続され、前記動作電源の負極及び前記基準電圧源の負極が負電源端子に接続される比較器と、
   正極が前記比較器の負電源端子に接続し、負極が共通グランドに接続する定電圧源と、を備え、
   前記基準電圧源の正極と前記共通グランド間の電圧は、前記比較器の出力と前記共通グランド間の電圧が近似的に前記定電圧源の電圧レベルとなる第１のレベルの場合は、出力電圧リップル成分を含む直流の出力電圧の最低電圧値となる第２の電圧となり、前記比較器の出力と前記共通グランド間の電圧が近似的に前記定電圧源の電圧レベルと前記動作電源の電圧レベルの和電圧レベルとなる第２のレベルの場合は、出力電圧リップル成分を含む直流の出力電圧の最高電圧値である第１の電圧となることを特徴とする制御回路。
2. 前記比較器の出力と制御部の入力との間に備えられ、前記比較器の出力から送信される前記第１のレベルまたは前記第２のレベルの電圧レベルを変えて前記制御部に出力するレベルシフト回路を備え、
   前記制御部は、前記レベルシフト回路からの出力に基づいて前記スイッチング素子を制御することを特徴とする請求項１に記載の制御回路。
3. 前記レベルシフト回路は、
   前記比較器の出力と前記制御部の入力との間にツェナーダイオードを備え、
   前記制御部の入力と共通グランドとの間に第１抵抗を備えることを特徴とする請求項２に記載の制御回路。
4. 前記定電圧源は、
   少なくともコンデンサを含むことを特徴とする請求項２または３に記載の制御回路。
5. 前記制御部は、
   前記比較器の出力が前記第１のレベルの期間にスイッチングを休止し、
   前記第２のレベルの期間に複数回スイッチングを行うことを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の制御回路。
6. 前記制御部は、
   前記スイッチング電源装置に流れる電流が一定値以上になったときに、前記スイッチング素子を一定期間オフすることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の制御回路。
7. 前記スイッチング電源装置は、共振コンバータであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の制御回路。
8. スイッチング電源装置のスイッチング素子を制御する制御回路であって、
   前記スイッチング電源装置の出力端子と定電圧源の正極が接続され、
   前記定電圧源の負極が第１の入力端子に接続され、基準電圧源の正極が第２の入力端子に接続され、
   動作電源の正極が正電源端子に接続され、前記動作電源の負極及び共通グランドが負電源端子に接続される比較器と、
   前記基準電圧源の正極と共通グランド間の電圧は、前記比較器の出力と前記共通グランド間の電圧が近似的に前記共通グランドレベルである第１のレベルの場合は、出力電圧リップル成分を含む直流の出力電圧の最低電圧値から前記定電圧電源の両端電圧を引いた電圧である第２の電圧となり、前記比較器の出力と前記共通グランド間の電圧が近似的に前記動作電源の電圧レベルである第２のレベルの場合は、出力電圧リップル成分を含む直流の出力電圧の最高値から前記定電圧電源の両端電圧を引いた電圧である第１の電圧となり、
   前記比較器の出力に基づいて前記スイッチング素子を制御する制御部を備えることを特徴とする制御回路。
9. 前記定電圧源は、
   前記スイッチング電源装置の出力端子と前記比較器の第１の入力端子の間にツェナーダイオードを接続し、
   前記比較器の第１の入力端子と共通グランドの間に第２抵抗を接続することを特徴とする請求項８に記載の制御回路。
10. 前記定電圧源は、
    設定電圧を調整する機能を有するシャント・レギュレーターを含むことを特徴とする請求項８または９に記載の制御回路。
11. 前記制御部は、
    前記比較器の出力が前記第１のレベルの期間にスイッチングを休止し、
    前記第２のレベルの期間に複数回スイッチングを行うことを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一項に記載の制御回路。
12. 前記制御部は、
    前記スイッチング電源装置に流れる電流が一定値以上になったときに、前記スイッチング素子を一定期間オフすることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか一項に記載の制御回路。
13. 前記スイッチング電源装置が共振コンバータであることを特徴とする請求項８〜１２のいずれか一項に記載の制御回路。
14. 請求項１から１３のいずれか一項に記載の制御回路を備えることを特徴とするスイッチング電源装置。

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