JP6409304B2 - Isolated DC power supply - Google Patents
Isolated DC power supply Download PDFInfo
- Publication number
- JP6409304B2 JP6409304B2 JP2014075127A JP2014075127A JP6409304B2 JP 6409304 B2 JP6409304 B2 JP 6409304B2 JP 2014075127 A JP2014075127 A JP 2014075127A JP 2014075127 A JP2014075127 A JP 2014075127A JP 6409304 B2 JP6409304 B2 JP 6409304B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- voltage
- circuit
- power supply
- current
- transformer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
Description
本発明は、直流電源装置に関し、特に電圧変換用トランスを備えた絶縁型直流電源装置における過電流保護回路の動作点補正に利用して有効な技術に関する。 The present invention relates to a DC power supply device, and more particularly to a technique effective for use in correcting an operating point of an overcurrent protection circuit in an insulated DC power supply device including a voltage conversion transformer.
直流電源装置には、交流電源を整流するダイオード・ブリッジ回路と、該回路で整流された直流電圧を降圧して所望の電位の直流電圧に変換する絶縁型DC−DCコンバータなどで構成されたAC−DCコンバータがある。かかるAC−DCコンバータとしては、例えば電圧変換用トランスの一次側巻線と直列に接続されたスイッチング素子をPWM(パルス幅変調)制御方式やPFM(パルス周波数変調)制御方式等でオン、オフ駆動して一次側巻線に流れる電流を制御し、二次側巻線に誘起される電圧を制御するようにしたスイッチング電源装置が知られている。 The DC power supply device includes an AC / DC converter composed of a diode bridge circuit that rectifies an AC power supply, and an isolated DC-DC converter that steps down the DC voltage rectified by the circuit and converts it into a DC voltage having a desired potential. -There is a DC converter. As such an AC-DC converter, for example, a switching element connected in series with a primary winding of a voltage conversion transformer is turned on / off by a PWM (pulse width modulation) control method, a PFM (pulse frequency modulation) control method, or the like. A switching power supply device is known in which the current flowing in the primary winding is controlled and the voltage induced in the secondary winding is controlled.
ところで、AC−DCコンバータにおいては、定格負荷電流(或いは最大負荷電流)が規定されており、二次側に流れる電流が定格負荷電流以上に増加する過電流状態が発生すると電源装置がダメージを受けることがあるので、一次側の制御回路に過電流検出機能および過電流を検出した場合に制御動作を停止させる過電流保護機能を設けることが多い。
スイッチング制御方式のAC−DCコンバータにおける二次側の出力の過電流を検出する方法としては、一次側のスイッチング素子と直列に電流検出用の抵抗を設け、該抵抗により電流−電圧変換した電圧(三角波形または台形波の電圧のピーク値)を監視する方式が一般的である(特許文献1参照)。
Incidentally, in an AC-DC converter, a rated load current (or maximum load current) is defined, and the power supply apparatus is damaged when an overcurrent state occurs in which the current flowing on the secondary side increases more than the rated load current. In some cases, the primary side control circuit is often provided with an overcurrent detection function and an overcurrent protection function for stopping the control operation when an overcurrent is detected.
As a method of detecting the overcurrent of the secondary side output in the switching control type AC-DC converter, a current detection resistor is provided in series with the primary side switching element, and a voltage (current-voltage converted by the resistor ( A method of monitoring a triangular waveform or a trapezoidal wave voltage peak value) is generally used (see Patent Document 1).
ところで、ワールドワイド入力仕様のAC−DCコンバータは、入力交流電圧が例えば85V〜276Vのような比較的広い範囲の電圧に対して動作可能であるように構成する必要がある。しかしながら、電流−電圧変換した電圧を監視して過電流保護機能を働かせる方式においては、AC入力電圧VACの大きさによって一次側のピーク電流Ipが図3のように変化してしまう。そのため、何ら対策をしないと、過電流保護動作点(過電流保護が働く時の負荷電流値Idet)がずれてしまうという問題がある。 By the way, the AC-DC converter of the world wide input specification needs to be configured so that the input AC voltage can be operated with respect to a relatively wide range of voltage such as 85V to 276V. However, in the system in which the overcurrent protection function is activated by monitoring the current-voltage converted voltage, the primary-side peak current Ip changes as shown in FIG. 3 depending on the magnitude of the AC input voltage VAC. Therefore, if no countermeasure is taken, there is a problem that the overcurrent protection operating point (the load current value Idet when the overcurrent protection is activated) is shifted.
このAC入力電圧VACの大きさに対する過電流保護回路の動作点の変化を図示したものが図9であり、何ら対策をしない場合には、図9に実線Aで示すように過電流保護回路の動作点Idetが変化してしまい、適切な過電流保護を行うことができない。なお、理想的な特性は、VAC−Idet特性が平坦になることである。
上記のような過電流保護動作点のAC入力電圧依存性に対する対策として、図1のようなAC−DCコンバータにおいて、ダイオード・ブリッジ12により整流された脈流電圧が印加されるノードN1と、電流検出用抵抗Rsと制御用ICの電流検出端子CSとの間のノードN2との間に、破線で示すように、補正用の抵抗Rbを接続する方式が考えられる。
FIG. 9 shows the change in the operating point of the overcurrent protection circuit with respect to the magnitude of the AC input voltage VAC. When no countermeasure is taken, the overcurrent protection circuit is shown in FIG. The operating point Idet changes, and appropriate overcurrent protection cannot be performed. The ideal characteristic is that the VAC-Idet characteristic becomes flat.
As a countermeasure against the AC input voltage dependency of the overcurrent protection operating point as described above, in the AC-DC converter as shown in FIG. 1, the node N1 to which the pulsating voltage rectified by the
しかしながら、上記のような補正用の抵抗Rbを接続する対策にあっては、図9に破線Bで示すように、抵抗を設けないものよりは過電流保護動作点Idetの変化は少なくなるものの、VAC−Idet特性の平坦性が悪く、特に100〜200Vの範囲での過電流保護動作点の変化が充分に低減されない。また、補正用の抵抗Rbを設けることで無駄な電流が流れてしまうため、電力損失が増加するという課題がある。 However, in the countermeasure for connecting the correction resistor Rb as described above, as shown by the broken line B in FIG. 9, although the change in the overcurrent protection operating point Idet is smaller than that without the resistor, The flatness of the VAC-Idet characteristic is poor, and the change of the overcurrent protection operating point in the range of 100 to 200 V is not sufficiently reduced. Moreover, since a useless current flows by providing the correction resistor Rb, there is a problem that power loss increases.
そこで、本発明者らは、スイッチング制御方式のAC−DCコンバータにおいて、一次側巻線に電流を流すスイッチング素子をオン、オフする制御信号(パルス)のデューティを検出し、検出したデューティに応じて、過電流保護用のコンパレータのスレッシホールド電圧Vthを補正することで、過電流保護動作点のAC入力電圧依存性を低減する発明をなし先に出願した(特許文献2参照)。
しかし、特許文献2に開示されている発明にあっては、デューティ検出回路が複雑であり、一次側電源制御回路を半導体集積回路化した場合、チップサイズが増大しコストアップを招くというという課題がある。
Therefore, the present inventors detect the duty of a control signal (pulse) that turns on and off a switching element that supplies current to the primary winding in an AC-DC converter of a switching control system, and according to the detected duty An invention for reducing the AC input voltage dependency of the overcurrent protection operating point by correcting the threshold voltage Vth of the comparator for overcurrent protection was filed earlier (see Patent Document 2).
However, the invention disclosed in
本発明は上記のような背景の下になされたもので、その目的とするところは、電圧変換用のトランスを備え一次側巻線に流れる電流をオン、オフして出力を制御する絶縁型直流電源装置において、電力損失の増加や回路規模の増大を招くことなく、過電流保護動作点を補正して広範囲の入力電圧に対して適切な過電流保護を行うことができる技術を提供することにある。 The present invention has been made in the background as described above, and its object is to provide an insulation type direct current circuit that includes a voltage conversion transformer and controls the output by turning on and off the current flowing through the primary winding. To provide a technique capable of correcting an overcurrent protection operation point and performing appropriate overcurrent protection for a wide range of input voltages without causing an increase in power loss or an increase in circuit scale in a power supply device. is there.
上記目的を達成するため本発明は、
電圧変換用のトランスと、該トランスの一次側巻線に間欠的に電流を流すためのスイッチング素子と、前記トランスの一次側巻線に流れる電流に比例した電圧と前記トランスの二次側からの出力電圧検出信号が入力されることで前記スイッチング素子をオン、オフ制御する駆動パルスを生成し、重負荷時には前記駆動パルスの周波数を一定にして出力し、軽負荷時に前記出力電圧検出信号に応じて前記駆動パルスの周波数を変動して出力する電源制御回路とを有する絶縁型直流電源装置において、
前記電源制御回路は、
前記一次側巻線に流れる電流に比例した電圧と比較電圧とを比較して前記トランスの二次側の過電流状態を検出するための過電流検出回路と、
前記過電流検出回路が過電流状態を検出したことに応じて前記スイッチング素子をオフ状態にさせる過電流保護回路と、
を備え、前記スイッチング素子の駆動パルスのオン時間に応じて前記比較電圧を補正するように構成した。
In order to achieve the above object, the present invention
A transformer for voltage conversion, a switching element for intermittently passing a current through the primary winding of the transformer, a voltage proportional to the current flowing through the primary winding of the transformer, and a secondary side of the transformer When an output voltage detection signal is input, a drive pulse for controlling on / off of the switching element is generated, and when the load is heavy , the frequency of the drive pulse is constant and output, and according to the output voltage detection signal at a light load In an isolated DC power supply device having a power supply control circuit that varies and outputs the frequency of the drive pulse,
The power supply control circuit
An overcurrent detection circuit for comparing a voltage proportional to the current flowing through the primary winding and a comparison voltage to detect an overcurrent state on the secondary side of the transformer;
An overcurrent protection circuit that turns off the switching element in response to the overcurrent detection circuit detecting an overcurrent state;
The comparison voltage is corrected according to the ON time of the drive pulse of the switching element.
上記した構成によれば、交流入力電圧が異なっても過電流保護動作点がほとんど変化しないため、交流入力電圧−過電流保護動作点特性がほぼ平坦になり、広い範囲の交流入力電圧に対して適切なポイントで過電流保護を行うことができる。 According to the above configuration, since the overcurrent protection operating point hardly changes even when the AC input voltage is different, the AC input voltage-overcurrent protection operating point characteristics are almost flat, and the AC input voltage can be applied to a wide range of AC input voltages. Overcurrent protection can be performed at an appropriate point.
ここで、望ましくは、前記過電流保護回路は、
前記比較電圧Vthcの基準となる比較基準電圧Vthを生成する基準電圧源と、
電源電圧端子と接地点との間に直列に接続された定電流源とスイッチ素子とコンデンサを有し、前記スイッチング素子のオンオフ信号に基づき前記スイッチ素子をオンオフさせることで、前記スイッチ素子とコンデンサとの接続端子から前記スイッチング素子のオン時間に応じた電圧Vtonを出力するオン時間検出回路と、
前記オン時間検出回路より出力される前記電圧Vtonに基づいて、前記比較電圧Vthcが、Vthc=Vth+Vton×k(定数)なる式に従って変化するように補正する補正回路と、
を備えるように構成する。
これにより、広い範囲の交流入力電圧に対して適切なポイントで過電流保護を行うことができ、過電流保護回路を容易に設計することができる。
Here, preferably, the overcurrent protection circuit includes:
A reference voltage source for generating a comparison reference voltage Vth which is a reference for the comparison voltage Vthc ;
A constant current source, a switch element, and a capacitor connected in series between a power supply voltage terminal and a ground point, and by turning on and off the switch element based on an on / off signal of the switching element, the switch element and the capacitor and on-time detection circuit from the connection terminal for outputting a voltage Vton corresponding to on-time of the switching element,
On the basis of the ON time detecting circuit wherein from Ru output voltage Vton, the comparison voltage Vthc is, a correction circuit for correcting such changed according Vthc = Vth + Vton × k (constant) becomes equation,
It comprises so that it may be provided.
Thereby, overcurrent protection can be performed at an appropriate point with respect to a wide range of AC input voltages, and an overcurrent protection circuit can be easily designed.
また、望ましくは、前記一次側巻線に流れる電流に比例した電圧は、前記スイッチング素子と直列に接続された電流検出用の抵抗により電流−電圧変換された電圧であるようにする。
これにより、過電流保護のために監視する電圧を容易に得ることができる。
Preferably, the voltage proportional to the current flowing through the primary side winding is a voltage that is current-voltage converted by a current detection resistor connected in series with the switching element.
Thereby, the voltage monitored for overcurrent protection can be obtained easily.
さらに、望ましくは、前記電源制御回路は、1個の半導体チップ上に半導体集積回路として形成され、前記電流検出用の抵抗により電流−電圧変換された電圧が入力されたる第1端子と、前記トランスの二次側からの出力電圧検出信号が入力される第2端子とを備えているようにする。
これにより、絶縁型直流電源装置を構成する部品点数を減らすとともに、電源装置の小型化を図ることができる。
Preferably, the power supply control circuit is formed as a semiconductor integrated circuit on one semiconductor chip, and has a first terminal to which a voltage converted from current to voltage by the resistance for current detection is input, and the transformer And a second terminal to which an output voltage detection signal from the secondary side is input.
Thereby, while reducing the number of parts which comprise an insulation type DC power supply device, size reduction of a power supply device can be achieved.
本発明によれば、電圧変換用のトランスを備え一次側巻線に流れる電流をオン、オフして出力電圧を制御する絶縁型直流電源装置において、電力損失の増加や回路規模の増大を招くことなく、過電流保護動作点の補正特性をほぼ平坦にして広範囲の入力電圧に対して適切な過電流保護を行うことができるという効果がある。 According to the present invention, in an isolated DC power supply device that includes a voltage conversion transformer and controls the output voltage by turning on and off the current flowing through the primary winding, the power loss increases and the circuit scale increases. In addition, there is an effect that the correction characteristic of the overcurrent protection operating point can be made substantially flat and appropriate overcurrent protection can be performed for a wide range of input voltages.
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明を適用した絶縁型直流電源装置としてのAC−DCコンバータの一実施形態を示す回路構成図である。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing an embodiment of an AC-DC converter as an insulated DC power supply device to which the present invention is applied.
この実施形態のAC−DCコンバータは、コモンモードコイルなどからなるノイズ遮断用のフィルタ11と、交流電圧(AC)を整流し直流電圧に変換するダイオード・ブリッジ回路12と、整流後の電圧を平滑する平滑用コンデンサC1と、一次側巻線Npと二次側巻線Nsおよび補助巻線Nbとを有する電圧変換用のトランスT1と、このトランスT1の一次側巻線Npと直列に接続されたNチャネルMOSFETからなるスイッチングトランジスタSWと、該スイッチングトランジスタSWを駆動する電源制御回路13を有する。この実施形態では、電源制御回路13は、単結晶シリコンのような1個の半導体チップ上に半導体集積回路(以下、電源制御用ICと称する)として形成されている。
The AC-DC converter according to this embodiment includes a noise blocking filter 11 including a common mode coil, a
上記トランスT1の二次側には、二次側巻線Nsと直列に接続された整流用ダイオードD2と、このダイオードD2のカソード端子と二次側巻線Nsの他方の端子との間に接続された平滑用コンデンサC2とが設けられ、一次側巻線Npに間歇的に電流を流すことで二次側巻線Nsに誘起される交流電圧を整流し平滑することによって、一次側巻線Npと二次側巻線Nsとの巻線比に応じた直流電圧Voutを出力する。 The secondary side of the transformer T1 is connected between the rectifying diode D2 connected in series with the secondary side winding Ns and between the cathode terminal of the diode D2 and the other terminal of the secondary side winding Ns. Smoothing capacitor C2 is provided, and the primary side winding Np is rectified and smoothed by rectifying and smoothing the AC voltage induced in the secondary side winding Ns by passing a current intermittently through the primary side winding Np. And a DC voltage Vout corresponding to the winding ratio of the secondary winding Ns.
さらに、トランスT1の二次側には、一次側のスイッチング動作で生じたスイッチングリップル・ノイズ等を軽減するためのフィルタを構成するコイルL3およびコンデンサC3が設けられているとともに、出力電圧Voutを検出するための検出回路14と、該検出回路14に接続され検出電圧に応じた信号を一次側の電源制御回路13へ伝達するフォトカプラの発光側素子としてのフォトダイオード15aが設けられている。そして、一次側には、上記電源制御用IC13のフィードバック端子FBと接地点との間に接続され検出回路14からの信号を受信する受光側素子としてのフォトトランジスタ15bが設けられている。
Further, the secondary side of the transformer T1 is provided with a coil L3 and a capacitor C3 that constitute a filter for reducing switching ripple, noise, etc. generated by the switching operation on the primary side, and detects the output voltage Vout. And a
また、この実施形態のAC−DCコンバータの一次側には、上記補助巻線Nbと直列に接続された整流用ダイオードD0と、このダイオードD0のカソード端子と接地点GNDとの間に接続された平滑用コンデンサC0からなる整流平滑回路が設けられ、該整流平滑回路で整流、平滑された電圧が上記電源制御用IC13の電源電圧端子VDDに印加されている。これとともに、ダイオード・ブリッジ回路12で整流される前の電圧または整流された後の直流電圧が、ダイオードD1および抵抗R1を介して電源制御用IC13の高圧起動端子HVに印加され、電源起動時の補助巻線Nbに電圧が誘起される前に電源制御用IC13を動作させることができるように構成されている。
The primary side of the AC-DC converter of this embodiment is connected between the rectifying diode D0 connected in series with the auxiliary winding Nb and between the cathode terminal of the diode D0 and the ground point GND. A rectifying / smoothing circuit including a smoothing capacitor C0 is provided, and a voltage rectified and smoothed by the rectifying / smoothing circuit is applied to the power supply voltage terminal VDD of the power
さらに、本実施形態においては、スイッチングトランジスタSWのソース端子と接地点GNDとの間に電流検出用の抵抗Rsが接続されているとともに、スイッチングトランジスタSWと電流検出用抵抗RsとのノードN3と電源制御用IC13の電流検出端子CSとの間に抵抗R2が接続されている。さらに、電源制御用IC13の電流検出端子CSと接地点との間にはコンデンサC4が接続され、抵抗R2とコンデンサC4によりローパスフィルタが構成されるようになっている。なお、ノードN1とN2との間の抵抗Rbは、本実施形態においては接続されない素子である。
Further, in the present embodiment, a current detection resistor Rs is connected between the source terminal of the switching transistor SW and the ground point GND, and the node N3 between the switching transistor SW and the current detection resistor Rs and the power source A resistor R2 is connected between the current detection terminal CS of the
次に、上記電源制御用IC13の具体的な構成例について説明する。
本実施例の電源制御用IC13は、電流検出用抵抗Rsにより電流−電圧変換された監視対象の電圧が印加される端子CSに入力端子が接続され、該端子CSに入力される電圧Vcsと所定の比較電圧(スレッシホールド電圧)とを比較して過電流状態を検出する監視回路(コンパレータ)を備え、該監視回路(コンパレータ)に供給する比較電圧を、スイッチングトランジスタSWをオン、オフする制御信号(パルス)のオン期間(パルス幅)に応じて補正するようにしたものである。なお、本実施形態のAC−DCコンバータは、スイッチングトランジスタSWのオン、オフ制御周期(=発振器の発振周波数)が一定である。
Next, a specific configuration example of the
In the power
ところで、従来の過電流保護のための監視回路は、AC入力電圧の大きさにかかわらず一定の比較電圧と抵抗Rsにより電流−電圧変換された電圧とを比較して判定することが、過電流保護回路の動作点の入力電圧特性(VAC−Idet特性)が平坦にならない原因であった。本発明者は、AC入力電圧VACの大きさに応じて監視回路(コンパレータ)の比較電圧(スレッシホールド電圧)の方を変化させることで、過電流保護回路の動作点の入力電圧特性を補正できると考えた。 By the way, the conventional monitoring circuit for overcurrent protection is capable of determining by comparing the constant comparison voltage with the voltage converted by the resistor Rs regardless of the magnitude of the AC input voltage. This is the reason why the input voltage characteristic (VAC-Idet characteristic) at the operating point of the protection circuit is not flat. The inventor corrects the input voltage characteristics of the operating point of the overcurrent protection circuit by changing the comparison voltage (threshold voltage) of the monitoring circuit (comparator) according to the magnitude of the AC input voltage VAC. I thought it was possible.
本実施形態のAC−DCコンバータは、通常動作時には、電流検出端子CSの電圧(三角波または台形波)のピーク値を検出して出力電圧制御を行なっている。また、過電流保護は、電流検出端子CSの電圧Vcsのピーク値を一定値以下に制限することによって行う。しかしながら、電流検出端子CSの電圧Vcsのピーク値は、AC入力電圧の高低によって変化するため、出力過電流保護の動作点もまた変動する。なお、電流検出端子CSの電圧Vcsは1次側電流と比例関係にある。 The AC-DC converter of this embodiment performs output voltage control by detecting the peak value of the voltage (triangular wave or trapezoidal wave) at the current detection terminal CS during normal operation. The overcurrent protection is performed by limiting the peak value of the voltage Vcs at the current detection terminal CS to a certain value or less. However, since the peak value of the voltage Vcs at the current detection terminal CS changes depending on the level of the AC input voltage, the operating point for output overcurrent protection also varies. Note that the voltage Vcs of the current detection terminal CS is proportional to the primary side current.
そこで、本発明者は、AC入力電圧対1次側ピーク電流の特性を調べたところ、図3のように右下がり凹形の特性を有していた。
本発明者は、図4に示す特性カーブに近い特性が電源装置内にないか調べた結果、スイッチングトランジスタSWのオン、オフ制御周期(=発振器の発振周波数)が一定の電源装置においては、スイッチングトランジスタSWの駆動パルスON/OFFのオン時間(Ton)が、図5に示すように、AC入力電圧に対して類似のカーブとなることを見出した。
Therefore, the present inventor examined the characteristics of the AC input voltage versus the primary peak current, and as a result, had the right-down concave shape as shown in FIG.
As a result of investigating whether or not the power supply device has characteristics close to the characteristic curve shown in FIG. It has been found that the ON time (Ton) of the drive pulse ON / OFF of the transistor SW has a similar curve with respect to the AC input voltage as shown in FIG.
本発明は上記のような知見に基づいてなされたもので、電源制御用IC13内に、スイッチングトランジスタSWの駆動パルスON/OFFのオン時間(Ton)を検出するオン時間検出回路と、該検出回路により検出したオン時間に応じて過電流保護用コンパレータの比較電圧(スレッシホールド電圧)を補正する補正回路を設けることとした。
具体的には、図2に示すように、本実施例の電源制御用IC13は、所定の周波数で発振する発振器31と、該発振器31で生成された発振信号に基づいて一次側スイッチングトランジスタSWをオンさせるタイミングを与えるクロック信号CKを生成するワンショットパルス生成回路のような回路からなるクロック生成回路32と、クロック信号CKによってセットされるRS・フリップフロップ33と、該フリップフロップ33の出力に応じてスイッチングトランジスタSWの駆動パルスON/OFFを生成するドライバ(駆動回路)34を備える。
The present invention has been made on the basis of the above knowledge, and an on-time detection circuit for detecting an on-time (Ton) of a drive pulse ON / OFF of the switching transistor SW in the power
Specifically, as shown in FIG. 2, the power
また、電源制御用IC13は、電流検出端子CSに入力されている電圧Vcsを内部回路に適した電位にシフトするレベルシフト回路35と、レベルシフト回路35によりシフトされた電位Vcs’と過電流状態の監視のための比較電圧(スレッシホールド電圧)Vthcとを比較する電圧比較回路としてのコンパレータ36aと、レベルシフト回路35によりシフトされた電位Vcs’とフィードバック端子FBの電圧VFBとを比較するコンパレータ36bと、コンパレータ36aと36bの出力の論理和をとるORゲート37を備え、ORゲート37の出力が上記フリップフロップ33のリセット端子に入力されることで、スイッチングトランジスタSWをオフさせるタイミングを与えるように構成されている。なお、外部端子FBと内部電源電圧端子と間にはプルアップ抵抗が設けられており、フォトトランジスタ15bに流れる電流は該抵抗によって電圧に変換される。
The power
さらに、本実施例の電源制御用IC13は、上記フリップフロップ33の出力を監視することで駆動パルスON/OFFのオン時間(Ton)を検出するオン時間検出回路38と、該オン時間検出回路38により検出されたオン時間に基づいて比較基準電圧Vthを補正してコンパレータ36aに比較電圧Vthcとして供給する電圧補正回路39とが設けられている。
電圧補正回路39は、Vthc=Vth+Vton×kで表わされるような補正を行う。ここで、Vtonは駆動パルスON/OFFのオン時間(Ton)に比例した電圧、kは定数である。この実施例では、オン時間検出回路38がVtonまたは(Vton×k)で表わされるような電圧を出力するように構成される。
Further, the power
The
オン時間検出回路38は、例えば図6に示すように、内部電源電圧端子Vccと接地点との間に、定電流源CCとスイッチSW1とコンデンサC5を直列に接続し、スイッチSW1をフリップフロップ33の出力Qでオン、オフさせるとともに、スイッチSW1とコンデンサC5との接続ノードから出力をとり出すようにした回路により実現することができる。
また、オン時間検出回路38が図6に示すような回路である場合、電圧補正回路39は、オン時間検出回路38の出力電圧Vtonに比較基準電圧Vthを加算する加算回路ADDにより構成することができる。比較基準電圧Vthは、公知の基準電圧回路により生成することができる。
For example, as shown in FIG. 6, the on-
When the on-
この実施例においては、オン時間検出回路38と補正回路39とコンパレータ36aとによって過電流保護回路が構成される。なお、比較基準電圧Vthを生成する基準電圧回路を可変電圧源で構成し、この可変電圧源を、補正回路39がオン時間検出回路38からの電圧に応じた比較基準電圧Vthを発生するように制御して、所望の特性カーブに沿って比較電圧を変化させるように構成してもよい。このように、検出したオン時間に応じて可変電圧源を制御する電圧を発生する補正回路は、演算増幅回路などで実現することができる。
また、オン時間検出回路38は、オペアンプを用いた積分回路によって構成しても良い。その場合、電圧補正回路39は、積分回路の後段に、出力電圧をk倍にする乗算回路と、Vthを加算する加算回路とを設けることにより実現することができる。
In this embodiment, the on-
Further, the on-
次に、本実施例の電源制御用IC13の動作について説明する。
本実施例の電源制御用IC13は、二次側の電流が定格負荷電流または最大負荷電流以下である通常状態においては、電流検出端子CSの電圧Vcsをレベルシフトした電位Vcs’が比較電圧Vthcよりも低く、コンパレータ36aの出力はロウレベルである(過電流保護機能は働かない)。そして、電流検出端子CSの電圧Vcsをレベルシフトした電位Vcs’が端子FBの入力電圧VFBよりも低くなると、コンパレータ36bの出力がハイレベルに変化してORゲート37を介してフリップフロップ33をリセットさせることで、スイッチングトランジスタSWをオフさせる。
Next, the operation of the power
In the power
また、出力電圧Voutが低いほど図1のフォトカプラの発光側素子としてのフォトダイオード15aの順方向電流が減少し、その為に受光側素子としてのフォトトランジスタ15bのコレクタ電流も減少する。その結果、フィードバック端子FBの電圧VFBが上昇するため、該電圧VFBと電流検出端子CSの電圧Vcsをレベルシフトした電位Vcs’(三角波)とを比較してSWのオフタイミングを与えるコンパレータ36bの判定レベルも上昇する。この結果、フリップフロップ33をリセットさせるタイミングが遅くなって駆動パルスのパルス幅が大きくなり、一次側ピーク電流及び平均電流が増大して、出力電圧Voutが高くなる方向に作用する。この様にしてVoutが一定にされるフィードバック制御(PWM制御)が行われる。
Further, as the output voltage Vout is lower, the forward current of the
一方、二次側の電流が定格負荷電流を超えた過電流状態になると、電流検出端子CSの電圧Vcsをレベルシフトした電位Vcs’が比較電圧(スレッシホールド電圧)Vthcよりも高くなり、コンパレータ36aの出力がハイレベルに変化してORゲート37を介してフリップフロップ33をリセットさせることで、スイッチングトランジスタSWをオフさせる。その結果、一次側の電流が制限され、出力電圧Voutが低下することとなる。
なお、上記実施例の電源制御用IC13では、コンパレータ36aの出力を、ORゲート37を介してフリップフロップ33のリセット端子に供給しているが、コンパレータ36aの出力を直接ドライバ(駆動回路)34へ供給して、過電流状態を検出した場合にスイッチングトランジスタSWをオフさせるように構成してもよい。
On the other hand, when the secondary current is in an overcurrent state exceeding the rated load current, the potential Vcs ′ obtained by level shifting the voltage Vcs of the current detection terminal CS becomes higher than the comparison voltage (threshold voltage) Vthc, and the comparator The output of 36a changes to a high level and the flip-
In the power
図7には、上記補正回路39により比較電圧(スレッシホールド電圧)Vthに、図5に示すような特性カーブに対応したカーブを持たせるようにした電源制御用IC13における、入力電圧VACに対する過電流保護動作点(過電流保護が働く時の負荷電流値Idet)の特性を示す。
図7において実線Bは、比較基準電圧Vthの補正回路39を備えた上記実施例の電源制御用IC13における過電流保護動作点のVAC−Idet特性を、また実線Aは比較基準電圧Vthを補正する上記補正回路39を設けていない電源制御用ICにおけるVAC−Idet特性を示す。
図7より、補正回路39を設けることにより、補正回路39を設けない場合に比べてVAC−Idet特性の平坦性を大幅に改善できることが分かる。また、図1に破線で示すような補正用の抵抗Rbを接続した場合におけるVAC−Idet特性を示す図9の破線Bに比較しても、平坦性がよくなることが分かる。
FIG. 7 shows an excessive voltage with respect to the input voltage VAC in the power
In FIG. 7, the solid line B corrects the VAC-Idet characteristic of the overcurrent protection operating point in the power
7 that the flatness of the VAC-Idet characteristic can be greatly improved by providing the
また、図8には、負荷電流−出力電圧特性を示す。図8において、実線Aは上記実施例の電源制御用IC13を使用したAC−DCコンバータにおいて、AC100Vで過電流状態を起こした場合の特性、破線BはAC230Vで過電流状態を起こした場合の特性である。また、図8において、一点鎖線Cは補正回路を設けていない電源制御用ICを使用したAC−DCコンバータにおいて、AC100Vで過電流状態を起こした場合の特性、点線Dは補正回路がなくAC230Vで過電流状態を起こした場合の特性である。
FIG. 8 shows the load current-output voltage characteristics. In FIG. 8, a solid line A is a characteristic when an overcurrent state is caused at 100 VAC in the AC-DC converter using the power
図8より、補正回路を設けていない場合には、C,Dのように過電流保護動作点Idetすなわち出力電圧が低下し始める電流値がAC入力電圧によってずれてしまうのに対し、補正回路39を備えた上記実施例の電源制御用IC13を使用したAC−DCコンバータにおいては、A,BのようにAC入力電圧が変化してもほぼ同一の過電流保護動作点Idetから出力電圧が低下し始めることが分かる。
As shown in FIG. 8, when the correction circuit is not provided, the overcurrent protection operating point Idet, that is, the current value at which the output voltage starts to decrease is shifted by the AC input voltage as in C and D, whereas the
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。例えば、前記実施形態では、トランスの一次側巻線に間歇的に電流を流すスイッチングトランジスタSWを、電源制御用IC13とは別個の素子としているが、このスイッチングトランジスタSWを電源制御用IC13に取り込んで、1つの半導体集積回路として構成してもよい。
Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment, the present invention is not limited to the embodiment. For example, in the above-described embodiment, the switching transistor SW that allows current to flow intermittently through the primary winding of the transformer is a separate element from the power
また、前記実施形態の電源制御用IC13では、コンパレータ36bが、フィードバック端子FBの電圧VFBと電流検出端子CSの電圧Vcsをレベルシフトした電圧Vcs’とを比較するように構成しているが、VFBと所定の参照電圧とを比較するように構成してもよいし、端子FBの電圧VFBをレベルシフトした電位と端子CSの電圧Vcsをレベルシフトした電圧Vcs’とを比較するように構成してもよい。
また、システムの立ち上がりの際に過電流保護回路が誤って働かないようにするため、例えば駆動パルスのデューティ(オン時間)が所定の範囲にある場合もしくは電源立ち上がり後所定時間経過してから、比較基準電圧Vthを補正する補正回路39が動作するように構成してもよい。
In the power
Also, in order to prevent the overcurrent protection circuit from accidentally working at the time of system startup, for example, when the duty (ON time) of the drive pulse is within a predetermined range or after a predetermined time has elapsed since the power supply startup, The
さらに、本発明は、前述したような発振器の周波数が固定でスイッチング素子をPWMパルスで駆動する方式の電源制御用ICに限定されない。通常この種の軽負荷時周波数低減機能の付いた電源制御用ICでは、過電流保護が働く負荷電流では最高周波数(定格周波数)に達しているので、発振器の周波数をフィードバック電圧に応じて変化させる方式の電源制御用ICにも適用することができる。また、前記実施形態では、本発明をフライバック方式のAC−DCコンバータを構成する一次側の電源制御用ICに適用した場合について説明したが、本発明はフォワード型や疑似共振型のAC−DCコンバータを構成する電源制御用IC、更には非絶縁型の電源制御用ICにも適用することができる。 Furthermore, the present invention is not limited to the power supply control IC of the type in which the frequency of the oscillator is fixed and the switching element is driven by the PWM pulse as described above. Normally, in power supply control ICs with this kind of light load frequency reduction function, the maximum frequency (rated frequency) is reached at the load current where overcurrent protection works, so the oscillator frequency is changed according to the feedback voltage. The present invention can also be applied to a power supply control IC of a system. In the above embodiment, the case where the present invention is applied to the primary side power supply control IC constituting the flyback type AC-DC converter has been described. However, the present invention is not limited to the forward type or pseudo-resonant type AC-DC. The present invention can also be applied to a power supply control IC constituting a converter, and further to a non-insulated power supply control IC.
12 ダイオード・ブリッジ回路(整流回路)
13 電源制御回路(電源制御用IC)
14 二次側検出回路(検出用IC)
15a フォトカプラの発光側ダイオード
15b フォトカプラの受光側トランジスタ
31 発振回路
32 クロック発生回路
34 ドライバ(駆動回路)
36a コンパレータ(過電流検出回路)
38 オン時間検出回路
39 補正回路
12 Diode bridge circuit (rectifier circuit)
13 Power control circuit (Power control IC)
14 Secondary side detection circuit (IC for detection)
15a Photocoupler
36a Comparator (overcurrent detection circuit)
38 On-
Claims (3)
前記電源制御回路は、
前記一次側巻線に流れる電流に比例した電圧と比較電圧とを比較して前記トランスの二次側の過電流状態を検出するための過電流検出回路と、
前記過電流検出回路が過電流状態を検出したことに応じて前記スイッチング素子をオフ状態にさせる過電流保護回路と、
を備え、
前記過電流保護回路は、
前記比較電圧Vthcの基準となる比較基準電圧Vthを生成する基準電圧源と、
電源電圧端子と接地点との間に直列に接続された定電流源とスイッチ素子とコンデンサを有し、前記スイッチング素子のオンオフ信号に基づき前記スイッチ素子をオンオフさせることで、前記スイッチ素子とコンデンサとの接続端子から前記スイッチング素子のオン時間に応じた電圧Vtonを出力するオン時間検出回路と、
前記オン時間検出回路より出力される前記電圧Vtonに基づいて、前記比較電圧Vthcが、Vthc=Vth+Vton×k(定数)なる式に従って変化するように補正する補正回路と、
を備える絶縁型直流電源装置。 A transformer for voltage conversion, a switching element for intermittently passing a current through the primary winding of the transformer, a voltage proportional to the current flowing through the primary winding of the transformer, and a secondary side of the transformer When an output voltage detection signal is input, a drive pulse for controlling on / off of the switching element is generated, and when the load is heavy , the frequency of the drive pulse is constant and output, and according to the output voltage detection signal at a light load And an isolated DC power supply device having a power supply control circuit for varying the frequency of the drive pulse and outputting it,
The power supply control circuit
An overcurrent detection circuit for comparing a voltage proportional to the current flowing through the primary winding and a comparison voltage to detect an overcurrent state on the secondary side of the transformer;
An overcurrent protection circuit that turns off the switching element in response to the overcurrent detection circuit detecting an overcurrent state;
With
The overcurrent protection circuit is
A reference voltage source for generating a comparison reference voltage Vth which is a reference for the comparison voltage Vthc;
A constant current source, a switch element, and a capacitor connected in series between a power supply voltage terminal and a ground point, and by turning on and off the switch element based on an on / off signal of the switching element, the switch element and the capacitor An on-time detection circuit that outputs a voltage Vton corresponding to the on-time of the switching element from the connection terminal;
A correction circuit that corrects the comparison voltage Vthc so as to change according to an expression of Vthc = Vth + Vton × k (constant) based on the voltage Vton output from the on-time detection circuit;
An insulated DC power supply device comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014075127A JP6409304B2 (en) | 2014-04-01 | 2014-04-01 | Isolated DC power supply |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014075127A JP6409304B2 (en) | 2014-04-01 | 2014-04-01 | Isolated DC power supply |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015198504A JP2015198504A (en) | 2015-11-09 |
JP6409304B2 true JP6409304B2 (en) | 2018-10-24 |
Family
ID=54547925
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014075127A Active JP6409304B2 (en) | 2014-04-01 | 2014-04-01 | Isolated DC power supply |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6409304B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7032648B2 (en) * | 2018-04-25 | 2022-03-09 | ミツミ電機株式会社 | Semiconductor devices for power supply control, switching power supply devices, and their design methods |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012235602A (en) * | 2011-04-28 | 2012-11-29 | Panasonic Corp | Dc converter and semiconductor device |
JP2012235561A (en) * | 2011-04-28 | 2012-11-29 | Mitsumi Electric Co Ltd | Dc power supply |
-
2014
- 2014-04-01 JP JP2014075127A patent/JP6409304B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2015198504A (en) | 2015-11-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2012147453A1 (en) | Direct current power supply device | |
JP6476997B2 (en) | Power supply control semiconductor device | |
JP6443120B2 (en) | Power supply control semiconductor device | |
JP7212261B2 (en) | switching power supply | |
JP5928506B2 (en) | Switching power supply | |
JP6424605B2 (en) | Insulated DC power supply device and control method | |
JP5485390B2 (en) | Switching power supply device and semiconductor device | |
JP6481407B2 (en) | Power supply control semiconductor device | |
JP6428360B2 (en) | Power supply control semiconductor device | |
TW201946351A (en) | Semiconductor device for power control, switching power device and design method thereof | |
JP6136173B2 (en) | DC power supply | |
JP2009153234A (en) | Switching power supply device | |
JP2016135036A (en) | Semiconductor device for power supply control | |
US20140104894A1 (en) | Switching power supply system | |
US9318961B2 (en) | Switching power-supply device | |
JP6531424B2 (en) | Semiconductor device for power control | |
WO2012077588A1 (en) | Insulating direct current power supply device | |
KR20080051404A (en) | Variable mode converter control circuit and half-bridge converter having the same | |
JP6640036B2 (en) | Power supply control device, semiconductor integrated circuit, and resonant converter | |
JP6417930B2 (en) | Non-insulated power supply | |
JP6409304B2 (en) | Isolated DC power supply | |
JP6417715B2 (en) | Isolated DC power supply | |
JP6455180B2 (en) | Power supply control semiconductor device | |
JP5594526B2 (en) | Switching power supply circuit | |
JP6810150B2 (en) | Switching power supply and semiconductor device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170323 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20171212 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180207 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180403 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180518 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20180828 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20180910 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6409304 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |