JP6487874B2 - Switching power supply - Google Patents

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Description

本発明は、電流不連続モード又は臨界モードで動作するフライバック方式のスイッチング電源装置に関する。 The present invention relates to a flyback switching power supply that operates in a current discontinuous mode or a critical mode.

従来、例えば特許文献1に開示されているように、臨界モードで動作するフライバック方式のスイッチング電源があった。このスイッチング電源は、出力電圧が目標値に近づくように主スイッチング素子のオン時間及びオフ時間が制御されるとともに、主スイッチング素子がオンの期間にトランスに蓄積された励磁エネルギーが出力整流素子を通じて放出された後、速やかに主スイッチング素子をオフからオンに反転するよう制御される。また、主スイッチング素子のクロス損失を低減するため、主スイッチング素子のターンオンが、主スイッチング素子の両端電圧が共振して一定以下に低下したタイミングに制御される(いわゆる擬似共振型の制御)。   Conventionally, for example, as disclosed in Patent Document 1, there has been a flyback switching power supply that operates in a critical mode. In this switching power supply, the on-time and off-time of the main switching element are controlled so that the output voltage approaches the target value, and the excitation energy stored in the transformer is released through the output rectifying element while the main switching element is on. Then, the main switching element is controlled so as to invert from OFF to ON immediately. In order to reduce the cross loss of the main switching element, the turn-on of the main switching element is controlled at a timing when the voltage across the main switching element resonates and falls below a certain level (so-called pseudo-resonance type control).

また、スイッチング電流を電圧変換してスイッチング電流信号を生成する電流検出回路が設けられ、出力電圧と目標値との差を増幅した信号を変調する際、スイッチング電流信号をキャリアとして使用する構成(いわゆる電流モード制御の構成)になっている。さらに、スイッチング電流信号が所定の閾値を超えると、主スイッチング素子を強制的にターンオフさせる過電流保護手段(いわゆるパルス・バイ・パルス方式の過電流保護手段)が設けられ、出力電流が過大になると、出力電圧をダウンさせるとともに出力電流の増加を抑制する構成になっている。   In addition, a current detection circuit that converts the switching current into a voltage to generate a switching current signal is provided, and a configuration that uses the switching current signal as a carrier when modulating a signal obtained by amplifying the difference between the output voltage and the target value (so-called so-called carrier) Current mode control). Furthermore, when the switching current signal exceeds a predetermined threshold, an overcurrent protection means (so-called pulse-by-pulse overcurrent protection means) that forcibly turns off the main switching element is provided, and the output current becomes excessive. The output voltage is reduced and the increase in output current is suppressed.

特許文献2は、上記のパルス・バイ・パルス方式の過電流保護手段に改良を加え、過電流保護特性の入力電圧によるずれを小さくする技術を開示している。例えば、電流不連続モードや臨界モードで動作するフライバック方式のスイッチング電源に、スイッチング電流を電圧変換してスイッチング電流信号を生成する電流検出回路と、独特の入力補正回路とを設け、入力電圧に応じてスイッチング電流信号を補正する構成が記載されている。   Patent Document 2 discloses a technique for improving the above-described pulse-by-pulse overcurrent protection means and reducing the shift due to the input voltage of the overcurrent protection characteristics. For example, a flyback switching power supply that operates in a current discontinuous mode or a critical mode is provided with a current detection circuit that converts the switching current into a voltage to generate a switching current signal and a unique input correction circuit. A configuration for correcting the switching current signal accordingly is described.

特開平10−191630号公報JP-A-10-191630 特開2015−186381号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-186281

特許文献1,2のスイッチング電源装置の電流検出回路は、スイッチング電流が流れる経路に電流検出抵抗を挿入し、電流検出抵抗の両端に発生する電圧をスイッチング電流信号として出力する構成である。つまり、電流検出抵抗に大電流が流れる構成なので、大きな損失が発生し、効率が著しく低下してしまう。   The current detection circuit of the switching power supply device disclosed in Patent Literatures 1 and 2 is configured to insert a current detection resistor in a path through which a switching current flows and to output a voltage generated at both ends of the current detection resistor as a switching current signal. That is, since a large current flows through the current detection resistor, a large loss occurs and the efficiency is significantly reduced.

また、損失を抑えるため、電流検出抵抗に代えてカレントトランスを使用する方法も考えられるが、カレントトランスは比較的高価なので、特に低コストタイプのスイッチング電源装置には使用しにくい。   In order to suppress the loss, a method of using a current transformer instead of the current detection resistor can be considered. However, since the current transformer is relatively expensive, it is difficult to use it particularly for a low-cost type switching power supply device.

本発明は、上記背景技術に鑑みて成されたものであり、主スイッチング素子の制御に利用可能なスイッチング電流信号を、シンプルかつ低損失に生成することができるスイッチング電源装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described background art, and an object of the present invention is to provide a switching power supply device that can generate a switching current signal that can be used for controlling a main switching element in a simple and low loss manner. And

本発明は、主スイッチング素子、入力巻線と出力巻線とを有するトランス、出力整流素子、及び出力平滑コンデンサが設けられ、前記主スイッチング素子がオンオフすることによって、入力電圧を所定の出力電圧に変換するフライバック方式の電力変換回路と、前記主スイッチング素子のオンオフを制御する回路であって、前記主スイッチング素子がオンの期間に前記トランスに蓄積された励磁エネルギーが前記出力整流素子を通じて放出された後、前記主スイッチング素子をオフからオンに反転させる電流不連続モード制御又は臨界モード制御を行うスイッチング制御回路とを備えたスイッチング電源装置であって、
前記主スイッチング素子に流れるスイッチング電流と波形が相似形の電圧信号であるスイッチング電流信号を生成し、前記スイッチング制御回路に向けて出力するスイッチング電流信号生成回路が設けられ、前記スイッチング電流信号生成回路は、一端がグランドに接続され、他端から前記スイッチング電流信号を出力するタイマコンデンサと、前記入力電圧に略比例した入力比例電流を生成し、前記主スイッチング素子がオンの期間に前記タイマコンデンサを充電する充電回路と、前記主スイッチング素子がオフの期間に前記タイマコンデンサを放電するリセット回路とで構成され、スイッチング制御回路は、前記タイマコンデンサの両端に発生する前記スイッチング電流信号を利用して前記主スイッチング素子のオンオフを制御するスイッチング電源装置である。
The present invention is provided with a main switching element, a transformer having an input winding and an output winding, an output rectifying element, and an output smoothing capacitor. The main switching element is turned on and off to change the input voltage to a predetermined output voltage. A flyback power conversion circuit for converting, and a circuit for controlling on / off of the main switching element, wherein the excitation energy stored in the transformer is released through the output rectifying element while the main switching element is on. Then, a switching power supply device comprising a switching control circuit for performing current discontinuous mode control or critical mode control for inverting the main switching element from off to on,
The switching current waveform flowing through the main switching element to generate a switching current signal is a voltage signal of similar shape, the switching current signal generation circuit is provided for output to the switching control circuit, the switching current signal generation circuit A timer capacitor that has one end connected to the ground and outputs the switching current signal from the other end, generates an input proportional current that is substantially proportional to the input voltage, and charges the timer capacitor while the main switching element is on. And a reset circuit that discharges the timer capacitor while the main switching element is off, and a switching control circuit utilizes the switching current signal generated at both ends of the timer capacitor. Switch that controls on / off of the switching element A quenching power supply.

前記スイッチング制御回路は、前記主スイッチング素子を駆動するための駆動パルスを生成し、前記主スイッチング素子は、前記駆動パルスがハイレベルのときにオンし、ローレベルのときにオフするトランジスタ素子で構成され、前記リセット回路は、アノードが前記タイマコンデンサの他端に接続され、カソードが前記駆動パルス又はこれと同位相のパルスが発生している位置に接続されたリセット用ダイオードにより構成することができるThe switching control circuit generates a driving pulse for driving the main switching element, and the main switching element includes a transistor element that is turned on when the driving pulse is at a high level and turned off when the driving pulse is at a low level. The reset circuit can be configured by a reset diode having an anode connected to the other end of the timer capacitor and a cathode connected to a position where the drive pulse or a pulse having the same phase as that is generated. .

前記スイッチング制御回路には、前記スイッチング電流信号が所定の閾値を超えると前記主スイッチング素子を強制的にターンオフさせ、前記出力電圧をダウンさせるとともに出力電流の増加を抑制する過電流保護手段が設けられ、前記スイッチング電流信号生成回路は、前記タイマコンデンサと直列の位置に補正用抵抗が挿入され、前記スイッチング電流信号は、前記補正用抵抗に発生する電圧が重畳することにより、前記入力電圧の変化による過電流保護特性の変動が小さくなる方向に補正されるThe switching control circuit is provided with overcurrent protection means for forcibly turning off the main switching element when the switching current signal exceeds a predetermined threshold, reducing the output voltage, and suppressing an increase in output current. In the switching current signal generation circuit, a correction resistor is inserted in a position in series with the timer capacitor, and the switching current signal is generated by a change in the input voltage by superimposing a voltage generated in the correction resistor. It is corrected in a direction in which fluctuation of the overcurrent protection characteristics is reduced.

あるいは、前記スイッチング制御回路には、前記スイッチング電流信号が所定の閾値を超えると前記主スイッチング素子を強制的にターンオフさせ、前記出力電圧をダウンさせるとともに出力電流の増加を抑制する過電流保護手段が設けられ、前記スイッチング電流信号生成回路の前記充電回路は、両端に前記入力電圧に略比例した電圧が印加されることによって前記入力比例電流を生成し、これを前記タイマコンデンサに向けて出力する電流生成抵抗を有し、前記電流生成抵抗は複数の抵抗素子の直列回路で成り、この複数の抵抗素子の中の特定の抵抗素子の両端に補正用ツェナダイオードが並列接続され、前記スイッチング電流信号は、前記補正用ツェナダイオードが前記特定の抵抗素子の発生電圧を一定以下に制限する動作を行うことにより、前記入力電圧の変化による過電流保護特性の変動が小さくなる方向に補正されるよう構成される Alternatively , the switching control circuit includes overcurrent protection means for forcibly turning off the main switching element when the switching current signal exceeds a predetermined threshold, reducing the output voltage, and suppressing an increase in output current. The charging circuit of the switching current signal generating circuit is provided with a voltage substantially proportional to the input voltage applied to both ends thereof to generate the input proportional current and output the current to the timer capacitor. The current generating resistor is formed of a series circuit of a plurality of resistance elements, a correction zener diode is connected in parallel to both ends of a specific resistance element of the plurality of resistance elements, and the switching current signal is The correction Zener diode performs an operation of limiting the voltage generated by the specific resistance element to a certain level or less. More variation overcurrent protection characteristics due to a change in the input voltage is configured to be corrected in the direction to become smaller.

本発明のスイッチング電源装置は、前記入力電圧に略比例した入力比例電流を生成し、前記主スイッチング素子がオンの期間にタイマコンデンサを充電するとともに、前記主スイッチング素子がオフの期間に前記タイマコンデンサを放電することによって、前記タイマコンデンサの両端に、前記主スイッチング素子に流れるスイッチング電流と波形が相似形の電圧信号であるスイッチング電流信号を生成し、前記スイッチング電流信号を利用して前記主スイッチング素子のオンオフを制御する制御方法により駆動される The switching power supply device according to the present invention generates an input proportional current substantially proportional to the input voltage, charges a timer capacitor while the main switching element is on, and the timer capacitor when the main switching element is off. To generate a switching current signal that is a voltage signal having a waveform similar to that of the switching current flowing through the main switching element at both ends of the timer capacitor, and using the switching current signal, the main switching element It is driven by a control method for controlling on / off of the.

本発明のスイッチング電源装置は、スイッチング電流がゼロアンペアから右肩上がりに上昇するノコギリ波状になる電源装置、すなわち電流不連続モード又は臨界モードで動作するフライバック方式の電源回路に最適な技術であり、スイッチング電流と波形が相似形の電圧信号であるスイッチング電流信号を、シンプルかつ低損失に生成し、様々な制御に利用することができる。 The switching power supply device of the present invention is an optimum technology for a power supply device having a sawtooth waveform in which the switching current rises from zero ampere to the right, that is, a flyback power supply circuit that operates in a current discontinuous mode or a critical mode The switching current signal, which is a voltage signal having a waveform similar to the switching current, can be generated simply and with low loss, and can be used for various controls.

スイッチング電源装置の一形態を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows one form of a switching power supply device . 図1に示すスイッチング電流信号生成回路の具体的な構成例(第一の構成例)を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a specific configuration example (first configuration example) of the switching current signal generation circuit illustrated in FIG. 1. 図1に示すスイッチング電流信号生成回路の具体的な構成例(第二の構成例)を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a specific configuration example (second configuration example) of the switching current signal generation circuit illustrated in FIG. 1. 図1に示すスイッチング電流信号生成回路の具体的な構成例(第三の構成例)を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a specific configuration example (third configuration example) of the switching current signal generation circuit illustrated in FIG. 1. スイッチング電源装置の他の形態を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the other form of a switching power supply device . 図5に示すスイッチング電源装置の出力電流−出力電圧特性(過電流保護特性)を示すグラフである。Output current of the switching power supply device shown in FIG. 5 - is a graph showing the output voltage characteristics (overcurrent protection characteristics). 図5に示すスイッチング電源装置の、動作点P1(L)における動作波形である。 6 is an operation waveform at an operating point P1 (L) of the switching power supply device shown in FIG. 図5に示すスイッチング電源装置の、各動作点P1(L)、P1(H)、P2(L)、P2(H)における動作波形(a)、(b)、(c)、(d)である。Operation waveforms (a), (b), (c), and (d) at the operating points P1 (L), P1 (H), P2 (L), and P2 (H) of the switching power supply device shown in FIG. is there. 本発明のスイッチング電源装置の第一の実施形態が備えるスイッチング電流信号生成回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the switching current signal generation circuit with which 1st embodiment of the switching power supply device of this invention is provided . 図9に示すスイッチング電流信号生成回路を用いた場合の、各動作点P1(L)、P1(H)、P2(L)、P2(H)における動作波形(a)、(b)、(c)、(d)である。Operation waveforms (a), (b), (c) at the operation points P1 (L), P1 (H), P2 (L), P2 (H) when the switching current signal generation circuit shown in FIG. 9 is used. ), (D). 本発明のスイッチング電源装置の第二の実施形態が備えるスイッチング電流信号生成回路を示す回路図(a)、このスイッチング電流信号生成回路を使用した場合の入力比例電流と入力電圧との関係を表わしたグラフ(b)である。 The circuit diagram (a) which shows the switching current signal generation circuit with which 2nd embodiment of the switching power supply device of this invention is provided , The relationship between the input proportional current and input voltage at the time of using this switching current signal generation circuit was represented. It is a graph (b). スイッチング電源装置のさらに他の形態を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the further another form of a switching power supply device .

以下、スイッチング電源装置の一形態について、図1〜図4に基づいて説明する。この形態のスイッチング電源装置10は、図1に示すように、入力電源12から入力された直流の入力電圧Viを直流の出力電圧Voに変換し、外部接続された負荷14に出力電圧Vo及び出力電流Ioを供給するDC−DCコンバータである。 Hereinafter, an embodiment of the switching power supply device will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, the switching power supply 10 of this embodiment converts a DC input voltage Vi input from an input power supply 12 into a DC output voltage Vo, and outputs the output voltage Vo and output to an externally connected load 14. It is a DC-DC converter that supplies a current Io.

電力変換回路16は、入力電源12の両端に、トランス20の入力巻線20aと主スイッチング素子22の直列回路が接続されている。主スイッチング素子22は、例えばNチャネルのMOS型FETであり、ドレインが入力巻線20aの一端に接続され、ソースが入力電源12のマイナス側のライン(以下、グランドと称する。)に接続されている。主スイッチング素子22のゲート・ソース間には、後述するスイッチング制御回路18が出力する駆動パルスVgが入力され、主スイッチング素子22は、駆動パルスVgがハイレベルの期間にオンし、ローレベルの期間にオフする。   In the power conversion circuit 16, a series circuit of the input winding 20 a of the transformer 20 and the main switching element 22 is connected to both ends of the input power supply 12. The main switching element 22 is, for example, an N-channel MOS FET, the drain is connected to one end of the input winding 20a, and the source is connected to a negative line (hereinafter referred to as ground) of the input power supply 12. Yes. A drive pulse Vg output from a switching control circuit 18 to be described later is input between the gate and source of the main switching element 22, and the main switching element 22 is turned on while the drive pulse Vg is at a high level and is at a low level. Turn off.

トランス20は、入力巻線20a及び出力巻線20bを有している。各巻線に付したドットは極性を示しており、入力巻線20aのドットが付された一端は、主スイッチング素子22に接続され、他端が入力電源12のプラス側に接続されている。トランス20は、主スイッチング素子22がオンの期間、入力電圧Viが入力巻線20aに印加されて励磁エネルギーが蓄積され、オフの期間にこれを出力巻線20bから放出する動作を行う。   The transformer 20 has an input winding 20a and an output winding 20b. A dot attached to each winding indicates polarity, and one end of the input winding 20 a to which the dot is attached is connected to the main switching element 22, and the other end is connected to the plus side of the input power supply 12. The transformer 20 performs an operation in which the input voltage Vi is applied to the input winding 20a while the main switching element 22 is on to accumulate excitation energy, and this is discharged from the output winding 20b during the off period.

出力巻線20bのドットが付されていない一端には、ダイオードである出力整流素子24のアノードが接続されている。出力整流素子24は、主スイッチング素子22がオフの期間に導通し、出力巻線20bに発生する電圧を整流すると共に、トランス20が励磁エネルギーを放出する電流の経路になる。さらに、出力整流素子24のカソードと出力巻線20bのドットが付された他端との間に、出力平滑コンデンサ26が接続され、出力平滑コンデンサ26は、出力整流素子24が出力した整流電圧を平滑し、直流の出力電圧Voを生成する。   The anode of the output rectifying element 24 that is a diode is connected to one end of the output winding 20b that is not marked with a dot. The output rectifying element 24 becomes conductive during a period in which the main switching element 22 is off, rectifies the voltage generated in the output winding 20b, and serves as a current path through which the transformer 20 emits excitation energy. Further, an output smoothing capacitor 26 is connected between the cathode of the output rectifying element 24 and the other end of the output winding 20b to which the dots are attached. The output smoothing capacitor 26 outputs the rectified voltage output by the output rectifying element 24. Smoothes and generates a DC output voltage Vo.

このように、電力変換回路16は、トランス20、主スイッチング素子22、出力整流素子24及び出力平滑コンデンサ26が設けられたフライバック方式のコンバータである。   As described above, the power conversion circuit 16 is a flyback converter provided with the transformer 20, the main switching element 22, the output rectifying element 24, and the output smoothing capacitor 26.

スイッチング制御回路18は、主スイッチング素子22のオンオフを制御する回路であり、主スイッチング素子22がオンの期間にトランス20に蓄積された励磁エネルギーが出力整流素子24を通じて放出された後、主スイッチング素子22をオフからオンに反転させる電流不連続モード制御又は臨界モード制御を行う。したがって、主スイッチング素子22に流れるスイッチング電流Idは、ゼロアンペアから右肩上がりに上昇するノコギリ波状の波形になり、右肩上がりの傾きは入力電圧Viに略比例し、入力電圧Viが高いときほど傾きが急になる。   The switching control circuit 18 is a circuit that controls on / off of the main switching element 22, and after the excitation energy accumulated in the transformer 20 is released through the output rectifying element 24 while the main switching element 22 is on, the main switching element 22 is turned on. Current discontinuous mode control or critical mode control for inverting 22 from off to on is performed. Therefore, the switching current Id flowing through the main switching element 22 has a sawtooth waveform that rises from zero ampere to the right, and the slope of the right rise is substantially proportional to the input voltage Vi, and the higher the input voltage Vi is, the higher the input voltage Vi is. The slope becomes steep.

スイッチング電流信号生成回路28は、スイッチング電流Idと波形が相似形の電圧信号であるスイッチング電流信号Vidを生成し、スイッチング制御回路18に向けて出力する回路であり、タイマコンデンサ30、充電回路32、及びリセット回路34で構成されている。タイマコンデンサ30は、一端がグランドに接続され、他端からスイッチング電流信号Vidを出力するコンデンサ素子である。充電回路32は、入力電圧Viに略比例した入力比例電流Jinを生成し、主スイッチング素子22がオンの期間にタイマコンデンサ30を充電する回路である。リセット回路34は、主スイッチング素子22がオフの期間にタイマコンデンサ30を放電する回路である。   The switching current signal generation circuit 28 is a circuit that generates a switching current signal Vid that is a voltage signal having a waveform similar to the switching current Id, and outputs the switching current signal Vid to the switching control circuit 18, and includes a timer capacitor 30, a charging circuit 32, And a reset circuit 34. The timer capacitor 30 is a capacitor element that has one end connected to the ground and outputs the switching current signal Vid from the other end. The charging circuit 32 is a circuit that generates an input proportional current Jin that is substantially proportional to the input voltage Vi and charges the timer capacitor 30 during a period in which the main switching element 22 is on. The reset circuit 34 is a circuit that discharges the timer capacitor 30 while the main switching element 22 is off.

図2は、スイッチング電流信号生成回路28の具体的な構成例(第一の構成例)を示している。この構成例のスイッチング電流信号生成回路36は、一端がグランドに接続されたタイマコンデンサ30を有し、充電回路は、入力電圧Viのラインとタイマコンデンサ30の他端との間に接続された電流生成抵抗38により構成されている。リセット回路は、リセット用ダイオード40により構成され、リセット用ダイオード40は、アノードがタイマコンデンサ30の他端に接続され、カソードが駆動パルスVgが発生している箇所(主スイッチング素子22のゲート)に接続されている。なお、カソードが接続される位置は、駆動パルスVgと同位相のパルスが発生している位置であればよく、例えばスイッチング制御回路18内の特定の位置でもよい。   FIG. 2 shows a specific configuration example (first configuration example) of the switching current signal generation circuit 28. The switching current signal generation circuit 36 of this configuration example has a timer capacitor 30 having one end connected to the ground, and the charging circuit has a current connected between the line of the input voltage Vi and the other end of the timer capacitor 30. The generating resistor 38 is configured. The reset circuit is constituted by a reset diode 40. The reset diode 40 has an anode connected to the other end of the timer capacitor 30 and a cathode at a location where the drive pulse Vg is generated (the gate of the main switching element 22). It is connected. The position to which the cathode is connected may be a position where a pulse having the same phase as the drive pulse Vg is generated, and may be a specific position in the switching control circuit 18, for example.

電流生成抵抗38は、両端にほぼ入力電圧Viが印加され、入力電圧Viに比例した入力比例電流Jinを生成し、タイマコンデンサ30に向けて出力する。駆動パルスVgがローレベルの期間(主スイッチング素子22がオフの期間)は、リセット用ダイオード40が導通し、入力比例電流Jinがバイパスされるとともに、タイマコンデンサ30が放電され、タイマコンデンサ30の両端電圧はほぼゼロボルトになる。駆動パルスVgがハイレベルの期間(主スイッチング素子22がオンの期間)は、リセット用ダイオード40が非導通になり、タイマコンデンサ30が入力比例電流Jinで充電され、両端電圧がゼロボルトから右肩上がりに上昇する。   The current generation resistor 38 is substantially applied with the input voltage Vi at both ends thereof, generates an input proportional current Jin proportional to the input voltage Vi, and outputs it to the timer capacitor 30. During a period in which the drive pulse Vg is low (a period in which the main switching element 22 is off), the reset diode 40 is conducted, the input proportional current Jin is bypassed, the timer capacitor 30 is discharged, and both ends of the timer capacitor 30 are discharged. The voltage is almost zero volts. During the period in which the drive pulse Vg is high (the period in which the main switching element 22 is on), the reset diode 40 is non-conductive, the timer capacitor 30 is charged with the input proportional current Jin, and the voltage at both ends rises from zero volts to the right. To rise.

タイマコンデンサ30の両端電圧の波形は、ゼロボルトから右肩上がりに上昇するノコギリ波状の波形になり、右肩上がりの傾きは入力比例電流Jinに略比例し、入力電圧Viが高いときほど傾きが急になる。つまり、タイマコンデンサ30の両端に、スイッチング電流Idと波形が相似形の電圧信号であるスイッチング電流信号Vidが生成される。   The waveform of the voltage across the timer capacitor 30 is a sawtooth waveform that rises from zero volts to the right, and the slope of the right rise is approximately proportional to the input proportional current Jin, and the slope becomes steeper as the input voltage Vi is higher. become. That is, the switching current signal Vid that is a voltage signal having a waveform similar to the switching current Id is generated at both ends of the timer capacitor 30.

図3は、スイッチング電流信号生成回路28の他の構成例(第二の構成例)を示している。この構成例のスイッチング電流信号生成回路42は、一端がグランドに接続されたタイマコンデンサ30を有し、リセット回路は、上記と同様のリセット用ダイオード40により構成されている。充電回路44は、トランス20に設けられた補助巻線20c、補助巻線20cの電圧を整流平滑して入力電圧Viに略比例した直流電圧Vi-1を出力する補助整流平滑回路46、及び補助整流平滑回路46の出力とタイマコンデンサ30の他端との間に接続された電流生成抵抗48により構成されている。   FIG. 3 shows another configuration example (second configuration example) of the switching current signal generation circuit 28. The switching current signal generation circuit 42 of this configuration example includes a timer capacitor 30 having one end connected to the ground, and the reset circuit is configured by a reset diode 40 similar to the above. The charging circuit 44 includes an auxiliary winding 20c provided in the transformer 20, an auxiliary rectifying / smoothing circuit 46 that rectifies and smoothes the voltage of the auxiliary winding 20c and outputs a DC voltage Vi-1 that is substantially proportional to the input voltage Vi, and an auxiliary circuit. The current generating resistor 48 is connected between the output of the rectifying and smoothing circuit 46 and the other end of the timer capacitor 30.

電流生成抵抗48は、両端にほぼ直流電圧Vi-1が印加され、入力電圧Viに比例した入力比例電流Jinを生成し、タイマコンデンサ30に向けて出力する。駆動パルスVgがローレベルの期間(主スイッチング素子22がオフの期間)は、リセット用ダイオード40が導通し、入力比例電流Jinがバイパスされるとともに、タイマコンデンサ30が放電され、タイマコンデンサ30の両端電圧はほぼゼロボルトになる。駆動パルスVgがハイレベルの期間(主スイッチング素子22がオンの期間)は、リセット用ダイオード40が非導通になり、タイマコンデンサ30が入力比例電流Jinで充電され、両端電圧がゼロボルトから右肩上がりに上昇する。つまり、上記と同様に、タイマコンデンサ30の両端に、スイッチング電流Idと波形が相似形の電圧信号であるスイッチング電流信号Vidが生成される。   The current generating resistor 48 is applied with substantially the DC voltage Vi-1 at both ends, generates an input proportional current Jin proportional to the input voltage Vi, and outputs it to the timer capacitor 30. During a period in which the drive pulse Vg is low (a period in which the main switching element 22 is off), the reset diode 40 is conducted, the input proportional current Jin is bypassed, the timer capacitor 30 is discharged, and both ends of the timer capacitor 30 are discharged. The voltage is almost zero volts. During the period in which the drive pulse Vg is high (the period in which the main switching element 22 is on), the reset diode 40 is non-conductive, the timer capacitor 30 is charged with the input proportional current Jin, and the voltage at both ends rises from zero volts to the right. To rise. That is, similarly to the above, the switching current signal Vid, which is a voltage signal having a waveform similar to the switching current Id, is generated at both ends of the timer capacitor 30.

さらに図4は、スイッチング電流信号生成回路28の他の構成例(第三の構成例)を示している。この構成例のスイッチング電流信号生成回路50は、一端がグランドに接続されたタイマコンデンサ30を有し、リセット回路は、上記と同様のリセット用ダイオード40により構成されている。充電回路52は、トランス20に設けられた補助巻線20c、及び補助巻線20cの電圧を整流平滑して出力電圧Voに略比例した一定の直流電圧Vo-1を出力する補助整流平滑回路54を備えている。また、一端が入力電圧Viのラインに接続された電流生成抵抗56と、電流生成抵抗56の他端とグランドとの間に設けられ、電流生成抵抗56が出力した電流I56が入力され、出力端から電流I56に対応した電流を引き込む第一のカレントミラー回路58とを備えている。さらに、補助整流平滑回路54とタイマコンデンサ30の他端との間に設けられ、直流電圧Vo-1を電源として動作し、第一のカレントミラー回路58が引き込んだ電流に対応した電流を生成し、タイマコンデンサ30の他端に向けて出力する第二のカレントミラー回路60を備えている。   Further, FIG. 4 shows another configuration example (third configuration example) of the switching current signal generation circuit 28. The switching current signal generation circuit 50 of this configuration example includes a timer capacitor 30 having one end connected to the ground, and the reset circuit is configured by a reset diode 40 similar to the above. The charging circuit 52 rectifies and smoothes the voltage of the auxiliary winding 20c provided in the transformer 20 and the auxiliary winding 20c, and outputs a constant DC voltage Vo-1 approximately proportional to the output voltage Vo. It has. Also, a current generating resistor 56 having one end connected to the line of the input voltage Vi, and a current I56 output from the other end of the current generating resistor 56 and the ground are input, and an output terminal And a first current mirror circuit 58 for drawing a current corresponding to the current I56. Further, it is provided between the auxiliary rectifying / smoothing circuit 54 and the other end of the timer capacitor 30 and operates using the DC voltage Vo-1 as a power source to generate a current corresponding to the current drawn by the first current mirror circuit 58. , A second current mirror circuit 60 is provided for output toward the other end of the timer capacitor 30.

電流生成抵抗56は、両端にほぼ入力電圧Viが印加され、入力電圧Viに比例した電流I56、すなわち入力比例電流Jinを生成し、第二のカレントミラー回路60が、入力比例電流Jinに対応した電流Jin-1をタイマコンデンサ30に向けて出力する。駆動パルスVgがローレベルの期間(主スイッチング素子22がオフの期間)は、リセット用ダイオード40が導通し、電流Jin-1がバイパスされるとともに、タイマコンデンサ30が放電され、タイマコンデンサ30の両端電圧はほぼゼロボルトになる。駆動パルスVgがハイレベルの期間(主スイッチング素子22がオンの期間)は、リセット用ダイオード40が非導通になり、タイマコンデンサ30が電流Jin-1で充電され、両端電圧がゼロボルトから右肩上がりに上昇する。つまり、上記と同様に、タイマコンデンサ30の両端に、スイッチング電流Idと波形が相似形の電圧信号であるスイッチング電流信号Vidが生成される。   The current generating resistor 56 is substantially applied with the input voltage Vi at both ends, and generates a current I56 proportional to the input voltage Vi, that is, an input proportional current Jin, and the second current mirror circuit 60 corresponds to the input proportional current Jin. The current Jin-1 is output toward the timer capacitor 30. During the period in which the drive pulse Vg is low (the period in which the main switching element 22 is off), the reset diode 40 is conducted, the current Jin-1 is bypassed, the timer capacitor 30 is discharged, and both ends of the timer capacitor 30 are discharged. The voltage is almost zero volts. During the period when the drive pulse Vg is at a high level (the period when the main switching element 22 is on), the reset diode 40 becomes non-conductive, the timer capacitor 30 is charged with the current Jin-1, and the voltage at both ends rises from zero volts to the right. To rise. That is, similarly to the above, the switching current signal Vid, which is a voltage signal having a waveform similar to the switching current Id, is generated at both ends of the timer capacitor 30.

スイッチング電流信号生成回路36,42,50は、それぞれ特徴があるので、装置の仕様に合わせて使い分けるとよい。図2に示すスイッチング電流信号生成回路36は、非常にシンプルな構成であるが、例えば、入力電圧Viが高電圧(例えば、数百ボルト)の場合、電流生成抵抗38の両端に高電圧が印加されるので、大きな損失が発生する。これに対して、図3に示すスイッチング電流信号生成回路42の場合、入力巻線20aと補助巻線20cの巻数比を調節することによって、電流生成抵抗48に印加される電圧を適度に低い電圧に設定できるので、電流生成抵抗48の損失を容易に抑えることができる。また、図4に示すスイッチング電流信号生成回路50の場合、カレントミラー回路58,60により入力比例電流Jinを増幅した電流Jin-1(>Jin)を生成することができる。したがって、電流生成抵抗56の抵抗値を大きくして損失を抑えつつ、小さくなった入力比例電流Jinをカレントミラー回路58,60で増幅し、タイマコンデンサ30の充電に必要な電流を確保することができる。   Since the switching current signal generation circuits 36, 42, and 50 have their characteristics, it is preferable to use them according to the specifications of the apparatus. The switching current signal generation circuit 36 shown in FIG. 2 has a very simple configuration. For example, when the input voltage Vi is a high voltage (for example, several hundred volts), a high voltage is applied across the current generation resistor 38. As a result, a large loss occurs. On the other hand, in the case of the switching current signal generation circuit 42 shown in FIG. 3, the voltage applied to the current generation resistor 48 is set to a moderately low voltage by adjusting the turn ratio of the input winding 20a and the auxiliary winding 20c. Therefore, the loss of the current generating resistor 48 can be easily suppressed. In the case of the switching current signal generation circuit 50 shown in FIG. 4, the current mirror circuits 58 and 60 can generate a current Jin-1 (> Jin) obtained by amplifying the input proportional current Jin. Therefore, while increasing the resistance value of the current generating resistor 56 to suppress loss, the reduced input proportional current Jin is amplified by the current mirror circuits 58 and 60 to secure a current necessary for charging the timer capacitor 30. it can.

また、スイッチング電流信号生成回路36,42,50は、スイッチング電流Idとスイッチング電流信号Vidの波形の相似性をより高くするため、各電流生成抵抗38,48,56の両端に、正確に入力電圧Viに比例した電圧を印加することが好ましい。しかし、スイッチング電流信号生成回路36は、入力電圧Viが非常に低電圧の場合、これを実現するのが難しくなる。例えば、入力電圧Viが5ボルトで、生成したいスイッチング電流信号Vidが1〜2ボルトだとすると、電流生成抵抗38の両端電圧をほぼ入力電圧Viにすることができないからである。これに対して、図3に示すスイッチング電流信号生成回路42の場合、入力巻線20aと補助巻線20cの巻数比を調節することによって、電流生成抵抗48に印加される電圧を適度に高い電圧に設定できるので、電流生成抵抗48の両端に、ほぼ入力電圧Viに比例した電圧Vi-1を印加することができる。   In addition, the switching current signal generation circuits 36, 42, 50 accurately input the input voltage at both ends of each of the current generation resistors 38, 48, 56 in order to increase the similarity of the waveforms of the switching current Id and the switching current signal Vid. It is preferable to apply a voltage proportional to Vi. However, it is difficult for the switching current signal generation circuit 36 to realize this when the input voltage Vi is very low. For example, if the input voltage Vi is 5 volts and the switching current signal Vid to be generated is 1 to 2 volts, the voltage across the current generating resistor 38 cannot be made almost equal to the input voltage Vi. On the other hand, in the case of the switching current signal generation circuit 42 shown in FIG. 3, the voltage applied to the current generation resistor 48 is set to a moderately high voltage by adjusting the turns ratio of the input winding 20a and the auxiliary winding 20c. Therefore, a voltage Vi-1 that is substantially proportional to the input voltage Vi can be applied to both ends of the current generating resistor 48.

この形態のスイッチング電源装置の制御方法は、入力電圧Viに略比例した入力比例電流Jinを生成し、主スイッチング素子22がオンの期間にタイマコンデンサ30を充電するとともに、主スイッチング素子22がオフの期間にタイマコンデンサ30を放電することによって、タイマコンデンサ30の両端に、主スイッチング素子22に流れるスイッチング電流Idと波形が相似形の電圧信号であるスイッチング電流信号Vidを生成し、スイッチング電流信号Vidを利用して主スイッチング素子22のオンオフを制御するという構成であり、上記のスイッチング電流信号生成回路28(36,42,50)及びスイッチング制御回路18により実行されている。 The control method of the switching power supply device of this embodiment generates an input proportional current Jin that is substantially proportional to the input voltage Vi, charges the timer capacitor 30 during the period when the main switching element 22 is on, and turns off the main switching element 22. By discharging the timer capacitor 30 during the period, a switching current signal Vid that is a voltage signal having a waveform similar to that of the switching current Id flowing through the main switching element 22 is generated at both ends of the timer capacitor 30. The configuration is such that the on / off of the main switching element 22 is controlled by using the switching current signal generation circuit 28 (36, 42, 50) and the switching control circuit 18 described above.

以上説明したように、スイッチング電源装置10及びその制御方法は、スイッチング電流Idがゼロアンペアから右肩上がりに上昇するノコギリ波状になる電源装置、すなわち電流不連続モード又は臨界モードで動作するフライバック方式の電源装置に最適な技術であり、スイッチング電流Idと波形が相似形の電圧信号であるスイッチング電流信号Vidを、シンプルかつ低損失に生成し、様々な制御に利用することができる。   As described above, the switching power supply device 10 and the control method thereof are a power supply device having a sawtooth waveform in which the switching current Id rises from zero ampere to the upper right, that is, a flyback system that operates in a current discontinuous mode or a critical mode. The switching current signal Vid, which is a voltage signal having a waveform similar to the switching current Id, can be generated simply and with low loss and used for various controls.

次に、スイッチング電源装置の他の形態について、図5〜図7に基づいて説明する。ここで、上記形態と同様の構成は、同一の符号を付して説明を省略する。この形態のスイッチング電源装置62は、図5に示すように、入力電源12から入力された直流の入力電圧Viを直流の出力電圧Voに変換し、外部接続された負荷14に出力電圧Vo及び出力電流Ioを供給するDC−DCコンバータであり、上記と同様の電力変換回路16及びスイッチング電流信号生成回路36と、新規なスイッチング制御回路64とで構成されている。 Next, another embodiment of the switching power supply device will be described with reference to FIGS. Here, the same components as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. As shown in FIG. 5, the switching power supply 62 of this embodiment converts a DC input voltage Vi input from the input power supply 12 into a DC output voltage Vo, and outputs the output voltage Vo and output to an externally connected load 14. This is a DC-DC converter that supplies a current Io, and includes a power conversion circuit 16 and a switching current signal generation circuit 36 similar to those described above, and a novel switching control circuit 64.

スイッチング制御回路64は、電力変換回路16を擬似共振型の臨界モードで動作させる制御を行う。また、スイッチング電流信号Vidを利用して、出力電圧Voを目標値に近づけるため制御を電流モードで行うとともに、パルス・バイ・パルス方式の過電流保護を行うよう構成されている。以下、スイッチング制御回路64の内部構成について説明する。   The switching control circuit 64 controls the power conversion circuit 16 to operate in a quasi-resonant critical mode. Further, the switching current signal Vid is used to control the output voltage Vo to be close to the target value in the current mode and to perform the pulse-by-pulse overcurrent protection. Hereinafter, the internal configuration of the switching control circuit 64 will be described.

スイッチング制御回路64は、主スイッチング素子22のターンオンのタイミングを決定するための回路ブロックとして、トランス20の補助巻線20c、積分回路66、及び第一の比較器68を備えている。補助巻線20cは、ドットが付された一端がグランドに接続され、他端から、主スイッチング素子22がオフの期間に正電圧となる電圧V20cを出力する。積分回路66は、補助巻線20cの両端に接続され、入力された電圧V20cに含まれる特定の周波数成分の位相を遅らせたトランス電圧信号Votを出力する。第一の比較器68は、反転入力が1つ、非反転入力が1つ設けられ、反転入力にトランス電圧信号Votが入力され、非反転入力は、所定のトランス電圧閾値Vdrに保持されている。トランス電圧閾値Vdrは、ゼロボルトよりも僅かに高い電圧であり、例えば約0.1Vである。   The switching control circuit 64 includes an auxiliary winding 20 c of the transformer 20, an integration circuit 66, and a first comparator 68 as a circuit block for determining the turn-on timing of the main switching element 22. The auxiliary winding 20c has a dot-attached end connected to the ground and the other end outputs a voltage V20c that is a positive voltage during a period in which the main switching element 22 is off. The integrating circuit 66 is connected to both ends of the auxiliary winding 20c, and outputs a transformer voltage signal Vot in which the phase of a specific frequency component included in the input voltage V20c is delayed. The first comparator 68 has one inverting input and one non-inverting input, the transformer voltage signal Vot is inputted to the inverting input, and the non-inverting input is held at a predetermined transformer voltage threshold Vdr. . The transformer voltage threshold Vdr is a voltage slightly higher than zero volts, for example, about 0.1V.

第一の比較器68は、トランス電圧信号Votとトランス電圧閾値Vdrとを比較し、これに対応した第一パルスV1を出力する。詳しい動作は後で説明するが、第一パルスV1がローレベルからハイレベルに反転するタイミングが、主スイッチング素子22のターンオンのタイミングとなる。なお、ダイオード68aは、第一の比較器68の反転入力側に負電圧が入力されるのを防止するための素子で、第一の比較器68を保護するために設けられている。   The first comparator 68 compares the transformer voltage signal Vot with the transformer voltage threshold value Vdr, and outputs a first pulse V1 corresponding to this. Although the detailed operation will be described later, the timing at which the first pulse V1 is inverted from the low level to the high level is the turn-on timing of the main switching element 22. The diode 68 a is an element for preventing a negative voltage from being input to the inverting input side of the first comparator 68, and is provided to protect the first comparator 68.

また、スイッチング制御回路64は、主スイッチング素子22のターンオフのタイミングを決定するための回路ブロックとして、電圧制御信号生成回路70及び第二の比較器72を備えている。電圧制御信号生成回路70は、反転増幅回路70aと絶縁素子70bとで構成され、反転増幅回路70aで出力電圧Voと基準電圧Vorとの差を反転増幅して電圧制御信号Vfbを生成し、フォトカプラ等の絶縁素子70bを通じて出力する。基準電圧Vorは、出力電圧Voの目標値に対応した電圧である。   The switching control circuit 64 includes a voltage control signal generation circuit 70 and a second comparator 72 as circuit blocks for determining the turn-off timing of the main switching element 22. The voltage control signal generation circuit 70 includes an inverting amplifier circuit 70a and an insulating element 70b. The inverting amplifier circuit 70a generates a voltage control signal Vfb by inverting and amplifying the difference between the output voltage Vo and the reference voltage Vor. The signal is output through an insulating element 70b such as a coupler. The reference voltage Vor is a voltage corresponding to the target value of the output voltage Vo.

第二の比較器72は、反転入力が2つ、非反転入力が1つ設けられ、一方の反転入力に電圧制御信号Vfbが入力され、他方の反転入力が所定の閾値Vth(例えば、約2V)に保持され、非反転入力にスイッチング電流信号生成回路36が生成したスイッチング電流信号Vidが入力される。第二の比較器72は、電圧制御信号Vfbが閾値Vthより低いときは、スイッチング電流信号Vidと電圧制御信号Vfbとを比較し、これに対応した第二パルスV2を出力する。一方、電圧制御信号Vfbが閾値Vthより高いときは、スイッチング電流信号Vidと閾値Vthと比較して、これに対応した第二パルスV2を出力する。詳しい動作は後で説明するが、第二パルスV2がローレベルからハイレベルに反転するタイミングが、主スイッチング素子22がターンオフするタイミングとなる。   The second comparator 72 has two inverting inputs and one non-inverting input, the voltage control signal Vfb is input to one inverting input, and the other inverting input has a predetermined threshold Vth (for example, about 2V). ) And the switching current signal Vid generated by the switching current signal generation circuit 36 is input to the non-inverting input. When the voltage control signal Vfb is lower than the threshold value Vth, the second comparator 72 compares the switching current signal Vid with the voltage control signal Vfb, and outputs a second pulse V2 corresponding thereto. On the other hand, when the voltage control signal Vfb is higher than the threshold value Vth, the switching current signal Vid and the threshold value Vth are compared, and a second pulse V2 corresponding to this is output. Although the detailed operation will be described later, the timing at which the second pulse V2 is inverted from the low level to the high level is the timing at which the main switching element 22 is turned off.

さらに、スイッチング制御回路64は、主スイッチング素子22をオンオフさせる駆動パルスVgを生成するための回路ブロックとして、セット・リセット・フリップ・フロップ74(以下、RS−FF74と称する。)及び電流増幅用の非反転バッファ76を備えている。
RS−FF74は、S端子に第一パルスV1が入力され、R端子に第二パルスV2が入力され、これに対応した駆動パルスVgをQ端子から出力する。そして、非反転バッファ76は、主スイッチング素子22のゲート・ソース間に、ハイパワーの駆動パルスVgを出力する。
Further, the switching control circuit 64 is a circuit block for generating a drive pulse Vg for turning on and off the main switching element 22, and is used for a set / reset flip-flop 74 (hereinafter referred to as RS-FF 74) and current amplification. A non-inverting buffer 76 is provided.
In the RS-FF 74, the first pulse V1 is input to the S terminal, the second pulse V2 is input to the R terminal, and the corresponding driving pulse Vg is output from the Q terminal. The non-inverting buffer 76 outputs a high-power drive pulse Vg between the gate and source of the main switching element 22.

次に、スイッチング電源装置62の動作を説明する。ここで、スイッチング電源装置62が有する各トランジスタ及びダイオードは、導通して電流が流れたときの電圧降下が無視できる程度に小さいとする。図6は、スイッチング電源装置62の出力電流Io−出力電圧Vo特性を示しており、出力電流Ioが小さいときは出力電圧Voが目標値Vo1に等しくなるように制御され(通常動作)、出力電流Ioが一定以上になると、過電流保護動作により出力電流Ioの増加が抑制され、出力電圧Voがダウンし始める(過電流保護動作)。   Next, the operation of the switching power supply device 62 will be described. Here, it is assumed that each transistor and diode included in the switching power supply device 62 are small enough to ignore a voltage drop when a current flows through the transistor and the diode. FIG. 6 shows the output current Io-output voltage Vo characteristic of the switching power supply 62. When the output current Io is small, the output voltage Vo is controlled to be equal to the target value Vo1 (normal operation), and the output current is shown. When Io exceeds a certain level, an increase in the output current Io is suppressed by the overcurrent protection operation, and the output voltage Vo starts to decrease (overcurrent protection operation).

P1(L),P1(H),P2(L),P2(H)は、スイッチング電源装置62の動作点を示している。動作点P1(L)では、入力電圧Viが仕様範囲内の相対的に低い電圧に保持され、出力電流Io=Io1、出力電圧Vo=Vo1の状態で動作している。動作点P1(H)では、入力電圧Viが仕様範囲内の相対的に高い電圧に保持され、出力電流Io=Io1、出力電圧Vo=Vo1の状態で動作している。動作点P2(L)では、入力電圧Viが仕様範囲内の相対的に低い電圧に保持され、出力電流Io=Io2(L)で、出力電圧VoがVo1から僅かに低下した状態で動作している。動作点P2(H)では、入力電圧Viが仕様範囲内の相対的に高い電圧に保持され、出力電流Io=Io2(H)で、出力電圧VoがVo1から僅かに低下した状態で動作している。   P1 (L), P1 (H), P2 (L), and P2 (H) indicate operating points of the switching power supply 62. At the operating point P1 (L), the input voltage Vi is held at a relatively low voltage within the specification range, and the operation is performed with the output current Io = Io1 and the output voltage Vo = Vo1. At the operating point P1 (H), the input voltage Vi is held at a relatively high voltage within the specification range, and the operation is performed with the output current Io = Io1 and the output voltage Vo = Vo1. At the operating point P2 (L), the input voltage Vi is held at a relatively low voltage within the specified range, and the output current Vo is slightly lowered from Vo1 with the output current Io = Io2 (L). Yes. At the operating point P2 (H), the input voltage Vi is held at a relatively high voltage within the specified range, and the output current Vo operates slightly with the output voltage Vo1 slightly lower than Vo1 at the output current Io = Io2 (H). Yes.

まず、動作点P1(L)で行われる通常動作について、図7に基づいて説明する。図7に示すTsw(1),Tsw(2)は、それぞれスイッチングの1周期であり、スイッチング電源装置62の動作は、スイッチングの1周期を期間T1〜T4に分けて説明することができる。   First, the normal operation performed at the operating point P1 (L) will be described with reference to FIG. Each of Tsw (1) and Tsw (2) shown in FIG. 7 is one cycle of switching, and the operation of the switching power supply device 62 can be described by dividing one cycle of switching into periods T1 to T4.

期間T1は、主スイッチング素子22がオンした時に開始し、主スイッチング素子22のドレイン・ソース間の電圧Vdはほぼゼロボルトになる。また、入力巻線20aにはドットの側に入力電圧Viが印加され、出力巻線20bに接続された出力整流素子24が逆バイアスされるので、出力整流素子24は非導通となり、出力整流素子24の電流Ifはゼロアンペアになる。そして、入力電源12、入力巻線20a、主スイッチング素子22の経路に、ゼロアンペアから所定の傾きで増加するスイッチング電流Idが流れ始め、トランス20に励磁エネルギーが蓄積される。なお、スイッチング電流Idの波形は図7では省略してあるが、スイッチング電流信号Vidの波形とほぼ相似形である。   The period T1 starts when the main switching element 22 is turned on, and the drain-source voltage Vd of the main switching element 22 becomes approximately zero volts. Further, since the input voltage Vi is applied to the dot side of the input winding 20a and the output rectifying element 24 connected to the output winding 20b is reverse-biased, the output rectifying element 24 becomes non-conductive, and the output rectifying element 24 The current If of 24 becomes zero amperes. Then, a switching current Id that increases from zero ampere with a predetermined inclination starts to flow through the path of the input power supply 12, the input winding 20 a, and the main switching element 22, and excitation energy is accumulated in the transformer 20. Although the waveform of the switching current Id is omitted in FIG. 7, it is almost similar to the waveform of the switching current signal Vid.

補助巻線20cの電圧V20cは、入力電圧Viに比例した負電圧になる。そして、トランス電圧信号Votは、ダイオード68aが導通してぼぼゼロボルトになって、第一の比較器68の反転入力に入力される。一方、非反転入力のトランス電圧閾値Vdrは約0.1Vであり、期間T1は「Vot<Vdr」となるので、第一の比較器68が出力する第一パルスV1はハイレベルである。   The voltage V20c of the auxiliary winding 20c is a negative voltage proportional to the input voltage Vi. The transformer voltage signal Vot is input to the inverting input of the first comparator 68 after the diode 68a becomes conductive and becomes approximately zero volts. On the other hand, the transformer voltage threshold value Vdr of the non-inverting input is about 0.1 V, and the period T1 is “Vot <Vdr”, so the first pulse V1 output from the first comparator 68 is at the high level.

電圧制御信号生成回路70が生成する電圧制御信号Vfbはほぼ一定の電圧であり、第二の比較器72の反転入力に入力される。通常動作では、電圧制御信号Vfbは閾値Vthよりも低い。また、スイッチング電流信号生成回路36が生成するスイッチング電流信号Vidは、ゼロボルトから所定の傾きで上昇する波形となり、第二の比較器72の非反転入力に入力される。期間T1は「Vfb>Vid」なので、第二の比較器72が出力する第二パルスV2はローレベルである。したがって、RS−FF74及び非反転バッファ76が出力する駆動パルスVgがハイレベルになり、期間T1の間、主スイッチング素子22はオンを継続する。期間T1は、スイッチング電流信号Vidが電圧制御信号Vfbに達した時に終了する。   The voltage control signal Vfb generated by the voltage control signal generation circuit 70 is a substantially constant voltage and is input to the inverting input of the second comparator 72. In normal operation, the voltage control signal Vfb is lower than the threshold value Vth. The switching current signal Vid generated by the switching current signal generation circuit 36 has a waveform that rises from zero volts with a predetermined slope, and is input to the non-inverting input of the second comparator 72. Since the period T1 is “Vfb> Vid”, the second pulse V2 output from the second comparator 72 is at a low level. Accordingly, the drive pulse Vg output from the RS-FF 74 and the non-inverting buffer 76 becomes high level, and the main switching element 22 continues to be turned on during the period T1. The period T1 ends when the switching current signal Vid reaches the voltage control signal Vfb.

期間T2の開始直後の短い期間、「Vfb<Vid」になるので、第二の比較器72が動作して第二パルスV2がハイレベルに反転する。一方、第一パルスV1は、「Vot<Vdr」が継続しているので、ハイレベルに保持される。したがって、RS−FF74が駆動パルスVgをローレベルに反転させ、主スイッチング素子22がターンオフする。   Since “Vfb <Vid” is satisfied for a short period immediately after the start of the period T2, the second comparator 72 operates to invert the second pulse V2 to a high level. On the other hand, the first pulse V1 is held at a high level because “Vot <Vdr” continues. Therefore, the RS-FF 74 inverts the drive pulse Vg to a low level, and the main switching element 22 is turned off.

駆動パルスVgがローレベルになると、リセット用ダイオード40が導通し、入力比例電流Jinがバイパスされるとともに、タイマコンデンサ30が放電され、スイッチング電流信号Vidがほぼゼロボルトまで瞬時に低下し、再び「Vfb>Vid」となる。そして、第二の比較器72が動作して、期間T2の途中で第二パルスV2が再びローレベルに戻る。また、主スイッチング素子22がターンオフすると、主スイッチング素子22の電圧Vdが急峻に上昇し、補助巻線20cの電圧V20cがゼロボルトを超えて正方向に上昇し、これに伴ってトランス電圧信号Votが上昇して「Vot>Vdr」になるので、期間T2の途中で第一パルスV1がローレベルに戻る。   When the drive pulse Vg becomes low level, the reset diode 40 is turned on, the input proportional current Jin is bypassed, the timer capacitor 30 is discharged, the switching current signal Vid is instantaneously reduced to almost zero volts, and again “Vfb > Vid ”. Then, the second comparator 72 operates and the second pulse V2 returns to the low level again during the period T2. Further, when the main switching element 22 is turned off, the voltage Vd of the main switching element 22 rises sharply, the voltage V20c of the auxiliary winding 20c rises in the positive direction exceeding zero volts, and accordingly, the transformer voltage signal Vot is increased. Since it rises to “Vot> Vdr”, the first pulse V1 returns to the low level during the period T2.

このように、期間T2の途中で、第一及び第二パルスV1,V2のロジックが変化するが、RS−FF74は、駆動パルスVgをローレベルに保持する動作を行い、期間T2の間、主スイッチング素子22はオフを継続する。   Thus, the logic of the first and second pulses V1, V2 changes in the middle of the period T2, but the RS-FF 74 performs an operation of holding the drive pulse Vg at a low level, and during the period T2, The switching element 22 continues to be turned off.

期間T2の間、出力整流素子24が逆バイアスされたまま非導通である。期間T2は、電圧V20cが上昇し、この逆バイアスが順バイアスに切り替わった時に終了する。   During the period T2, the output rectifying element 24 is non-conductive while being reverse-biased. The period T2 ends when the voltage V20c increases and the reverse bias is switched to the forward bias.

期間T3は、出力整流素子24が順バイアスされて導通し、補助巻線20cの電圧V20cが出力電圧Voにほぼ比例した一定の電圧になり、主スイッチング素子22の電圧Vdも一定の電圧になる。出力整流素子24には、トランス20に蓄積された励磁エネルギーが放出される電流、すなわち、電流If波形に示すように、所定の傾きで右肩下がりに減少する電流が流れる。   During the period T3, the output rectifier element 24 is forward biased and becomes conductive, the voltage V20c of the auxiliary winding 20c becomes a constant voltage substantially proportional to the output voltage Vo, and the voltage Vd of the main switching element 22 also becomes a constant voltage. . In the output rectifying element 24, a current that releases the excitation energy accumulated in the transformer 20, that is, a current that decreases to the right with a predetermined inclination flows as shown in the current If waveform.

期間T3の間、「Vot>Vdr」なので、第一パルスV1はローレベルに保持される。また、スイッチング電流信号Vidがほぼゼロボルトで「Vfb>Vid」になるので、第二パルスV2はローレベルに保持される。その結果、駆動パルスVgがローレベルに保持され、主スイッチング素子22はオフを継続する。期間T3は、出力整流素子24の電流Idが減少してゼロアンペアになったとき、つまり、トランス20の励磁エネルギーを放出する動作が終了した時に終了する。   Since “Vot> Vdr” during the period T3, the first pulse V1 is held at a low level. Further, since the switching current signal Vid is substantially zero volts and “Vfb> Vid”, the second pulse V2 is held at a low level. As a result, the drive pulse Vg is held at a low level, and the main switching element 22 continues to be turned off. The period T3 ends when the current Id of the output rectifying element 24 decreases to zero ampere, that is, when the operation of releasing the excitation energy of the transformer 20 ends.

期間T4が開始しても、第一及び第二パルスV1,V2及び駆動パルスVgの状態が、期間T3の終了時の状態に保持され、主スイッチング素子22はオフしている。期間T4は、さらに出力整流素子24も非導通になるので、トランス20の各巻線の電圧は固定されず、トランス20のインダクタンス成分とトランス20の周辺のコンデンサ成分との間で自由共振が発生し、補助巻線20cの電圧V20cが正弦波状に低下して負電圧になる。これに伴ってトランス電圧信号Votも正弦波状に低下するが、積分回路66の移相作用により、期間T4の間は「Vot>Vdr」の状態が維持される。期間T4は、トランス電圧信号Votがトランス電圧閾値Vdrに達した時に終了する。   Even when the period T4 starts, the states of the first and second pulses V1, V2 and the drive pulse Vg are maintained at the state at the end of the period T3, and the main switching element 22 is off. During the period T4, the output rectifying element 24 is also turned off, so that the voltage of each winding of the transformer 20 is not fixed, and free resonance occurs between the inductance component of the transformer 20 and the capacitor component around the transformer 20. The voltage V20c of the auxiliary winding 20c is reduced to a sine wave and becomes a negative voltage. Along with this, the transformer voltage signal Vot also decreases in a sine wave form, but the state of “Vot> Vdr” is maintained during the period T4 due to the phase shift action of the integrating circuit 66. The period T4 ends when the transformer voltage signal Vot reaches the transformer voltage threshold Vdr.

次の期間T1が始まると、「Vot<Vdr」になるので、第一パルスV1がハイレベルに転じる。一方、「Vfb>Vid」が継続しているので、第二パルスV2がローレベルを継続する。したがって、駆動パルスVgがハイレベルに転じ、主スイッチング素子22がターンオンする。以降、上述した期間T1〜T4の動作を繰り返す。   When the next period T1 starts, “Vot <Vdr” is established, so the first pulse V1 turns to the high level. On the other hand, since “Vfb> Vid” continues, the second pulse V2 continues to be at the low level. Therefore, the drive pulse Vg turns to high level, and the main switching element 22 is turned on. Thereafter, the operations in the above-described periods T1 to T4 are repeated.

スイッチング電源装置62は、通常動作を行う動作点P1(L)では、電力変換回路16を臨界モードで動作させ、出力電圧Voを目標値に近づける制御を、スイッチング電流信号Vidを利用した電流モード制御により行っている。また、積分回路66を設けることによって、期間T4が開始した後、トランス電圧信号Votが低下してトランス電圧閾値Vdrに達するタイミング(期間T4が終了するタイミング)を遅らせ、主スイッチング素子22がターンオンするタイミング(期間T1が開始するタイミング)が、主スイッチング素子22の電圧Vdがゼロボルトに近くなったタイミングなるように調整してある。したがって、擬似共振型の動作を実現し、主スイッチング素子22のスイッチング損失やスイッチングノイズを低減させている。   At the operating point P1 (L) where the normal operation is performed, the switching power supply device 62 operates the power conversion circuit 16 in the critical mode, and controls the output voltage Vo to be close to the target value using current mode control using the switching current signal Vid. It is done by. Further, by providing the integrating circuit 66, after the period T4 starts, the timing at which the transformer voltage signal Vot decreases and reaches the transformer voltage threshold Vdr (timing at which the period T4 ends) is delayed, and the main switching element 22 is turned on. The timing (timing at which the period T1 starts) is adjusted so that the voltage Vd of the main switching element 22 becomes close to zero volts. Therefore, quasi-resonant operation is realized, and the switching loss and switching noise of the main switching element 22 are reduced.

動作点P1(H)で行われる通常動作は、上述した動作点P1(L)で行われる通常動作と基本的に同じである。ただ、動作点P1(H)は入力電圧Viが相対的に高いので、図8(a),(b)から分かるように、スイッチング電流信号Vidが上昇する傾きが動作点P1(L)よりも急で、主スイッチング素子22がオンする期間T1が短い。   The normal operation performed at the operating point P1 (H) is basically the same as the normal operation performed at the operating point P1 (L) described above. However, since the input voltage Vi is relatively high at the operating point P1 (H), as can be seen from FIGS. 8A and 8B, the slope at which the switching current signal Vid increases is higher than the operating point P1 (L). The period T1 during which the main switching element 22 is turned on is short.

動作点P2(L)で行われる過電流保護動作は、上述した動作点P1(L)で行われる通常動作と比べると、主スイッチング素子22のターンオフのタイミングを決定する第二の比較器72の動作が異なる。動作点P1(L)で行われる通常動作は、図8(a)に示すように、電圧制御信号Vfbと閾値Vthとの関係が「Vfb<Vth」なので、主スイッチング素子22のターンオフのタイミングは、スイッチング電流信号Vidが電圧制御信号Vfbに達したタイミングになる。電圧制御信号Vfbは、出力電圧Voが目標値Vo1に近づくように可変される電圧信号である。これに対して、動作点P2(L)で行われる過電流保護動作は、図8(c)に示すように、電圧制御信号Vfbと閾値Vthとの関係が「Vfb>Vth」となり、主スイッチング素子22のターンオフのタイミングは、スイッチング電流信号Vidが閾値Vthに達したタイミングになる。この閾値Vthは一定の電圧であり、スイッチング電流信号Vidのピーク値が閾値Vthによって制限されるため、図6に示すように、出力電流Io=Io2(L)で、出力電圧VoがVo1から僅かに低下した状態で動作する。   The overcurrent protection operation performed at the operating point P2 (L) is performed by the second comparator 72 that determines the turn-off timing of the main switching element 22 as compared with the normal operation performed at the operating point P1 (L). The operation is different. In the normal operation performed at the operating point P1 (L), as shown in FIG. 8A, the relationship between the voltage control signal Vfb and the threshold value Vth is “Vfb <Vth”. Therefore, the turn-off timing of the main switching element 22 is The timing when the switching current signal Vid reaches the voltage control signal Vfb. The voltage control signal Vfb is a voltage signal that is varied so that the output voltage Vo approaches the target value Vo1. On the other hand, in the overcurrent protection operation performed at the operating point P2 (L), the relationship between the voltage control signal Vfb and the threshold value Vth becomes “Vfb> Vth” as shown in FIG. The turn-off timing of the element 22 is the timing when the switching current signal Vid reaches the threshold value Vth. Since the threshold value Vth is a constant voltage and the peak value of the switching current signal Vid is limited by the threshold value Vth, as shown in FIG. 6, when the output current Io = Io2 (L), the output voltage Vo is slightly lower than Vo1. Operates in a degraded state.

動作点P2(H)で行われる過電流保護動作は、上述した動作点P2(L)で行われる過電流保護動作と基本的に同じである。ただ、動作点P2(H)は入力電圧Viが相対的に高いので、図8(c),(d)から分かるように、スイッチング電流信号Vidが上昇する傾きが動作点P2(L)よりも急で、主スイッチング素子22がオンする期間T1が短い。   The overcurrent protection operation performed at the operating point P2 (H) is basically the same as the overcurrent protection operation performed at the operating point P2 (L) described above. However, since the input voltage Vi is relatively high at the operating point P2 (H), as can be seen from FIGS. 8C and 8D, the slope at which the switching current signal Vid increases is higher than the operating point P2 (L). The period T1 during which the main switching element 22 is turned on is short.

以上説明したように、スイッチング電源装置62は、スイッチング電流信号生成回路36を用いてスイッチング電流信号Vidを生成し、このスイッチング電流信号Vidを利用して、出力電圧Voを目標値に近づけるため制御を電流モードで行い、さらにパルス・バイ・パルス方式の過電流保護を行っている。特に、スイッチング電流信号生成回路36は構成がシンプルで、スイッチング電流信号Vidを低損失に生成できるので、装置の小型化や高効率化に寄与している。   As described above, the switching power supply device 62 generates the switching current signal Vid using the switching current signal generation circuit 36, and uses this switching current signal Vid to control the output voltage Vo to be close to the target value. This is done in current mode, and pulse-by-pulse overcurrent protection. In particular, the switching current signal generation circuit 36 has a simple configuration and can generate the switching current signal Vid with low loss, which contributes to downsizing and high efficiency of the device.

ところで、スイッチング電源装置62は、過電流保護による出力電流Ioの制限値が入力電圧Viによって変動し、図6に示すように、入力電圧Viが低いときの制限値Io2(L)に対し、入力電圧Viが高いときの制限値Io2(H)が相対的に高くなる性質がある。この性質は、上記の特許文献2の中に詳しく記載されているように、第二の比較器72の遅延時間等が要因になっている。したがって、スイッチング電源装置62の入力電圧範囲が広い場合に、制限値Io2(L)とIo2(H)の差が大きくなってしまうという問題が生じる。この問題は、以下に述べる本発明のスイッチング電源装置を使用することによって解決することができる。 Incidentally, in the switching power supply device 62, the limit value of the output current Io due to overcurrent protection varies depending on the input voltage Vi, and as shown in FIG. 6, the input value Vio (L) when the input voltage Vi is low is input. The limit value Io2 (H) when the voltage Vi is high is relatively high. This property is caused by the delay time of the second comparator 72 as described in detail in the above-mentioned Patent Document 2. Therefore, when the input voltage range of the switching power supply 62 is wide, there arises a problem that the difference between the limit values Io2 (L) and Io2 (H) becomes large. This problem can be solved by using the switching power supply device of the present invention described below.

本発明の第一の実施形態では、スイッチング電流信号生成回路36に代えてスイッチング電流信号生成回路78を使用する。スイッチング電流信号生成回路78は、図9に示すように、スイッチング電流信号生成回路36と同様にタイマコンデンサ30、電流生成抵抗38及びリセット用ダイオード40を備え、さらに、タイマコンデンサ30と直列の位置に補正用抵抗80が挿入されている。 In a first embodiment of the present invention, a switching current signal generation circuit 78 instead of the switching current signal generation circuit 36. As shown in FIG. 9, the switching current signal generation circuit 78 includes a timer capacitor 30, a current generation resistor 38, and a reset diode 40 in the same manner as the switching current signal generation circuit 36. A correction resistor 80 is inserted.

補正用抵抗80は、主スイッチング素子22がオンの期間に入力比例電流Jinが流れて両端に電圧が発生し、この発生電圧がスイッチング電流信号Vidに重畳する。そして、入力電圧Viが高いときの発生電圧V80(H)の方が、入力電圧Viが低いときの発生電圧V80(L)より高くなる。つまり、図10(c)、(d)から分かるように、入力電圧Viが高いときの方が、スイッチング電流信号Vidのピーク値が閾値Vthにより達しやすくなる。したがって、補正用抵抗80の抵抗値を適切な値に調節することによって、制限値Io2(H)とIo2(L)の差を小さくすることができる。   In the correction resistor 80, the input proportional current Jin flows during the period in which the main switching element 22 is on, and a voltage is generated at both ends. This generated voltage is superimposed on the switching current signal Vid. The generated voltage V80 (H) when the input voltage Vi is high is higher than the generated voltage V80 (L) when the input voltage Vi is low. That is, as can be seen from FIGS. 10C and 10D, when the input voltage Vi is high, the peak value of the switching current signal Vid is more likely to reach the threshold value Vth. Accordingly, the difference between the limit values Io2 (H) and Io2 (L) can be reduced by adjusting the resistance value of the correction resistor 80 to an appropriate value.

また、本発明の第二の実施形態では、スイッチング電流信号生成回路36に代えてスイッチング電流信号生成回路82を使用する。スイッチング電流信号生成回路82は、図11(a)に示すように、スイッチング電流信号生成回路36と同様にタイマコンデンサ30、電流生成抵抗38及びリセット用ダイオード40を備え、ここでは電流生成抵抗38を2つの抵抗素子38(1),38(2)の直列回路とし、一方の抵抗素子38(2)の両端に補正用ツェナダイード84が並列接続されている。 Further, in the second embodiment of the present invention, a switching current signal generation circuit 82 instead of the switching current signal generation circuit 36. As shown in FIG. 11A, the switching current signal generation circuit 82 includes a timer capacitor 30, a current generation resistor 38, and a reset diode 40 as in the switching current signal generation circuit 36. Here, the current generation resistor 38 is provided. A series circuit of two resistance elements 38 (1) and 38 (2) is provided, and a correction zener diode 84 is connected in parallel to both ends of one resistance element 38 (2).

補正用ツェナダイード84のツェナ電圧は、入力電圧Viが所定の電圧Vi1以上になると導通するように設定されている。したがって、図11(b)に示すように、入力電圧Viが電圧Vi1より低い範囲は、入力比例電流Jinが入力電圧Viに比例して増加し、入力電圧Viが電圧Vi1より高い範囲では、入力比例電流JinがΔJだけ増加して傾きが少し急になる。つまり、入力電圧Viが高いときの方が、スイッチング電流信号Vidのピーク値が閾値Vthにより達しやすくなる。したがって、抵抗素子38(1),38(2)の抵抗値と補正用ツェナダイード84のツェナ電圧を適切な値に調節することによって、制限値Io2(H)とIo2(L)の差を小さくすることができる。   The Zener voltage of the correction Zener diode 84 is set to be conductive when the input voltage Vi becomes equal to or higher than a predetermined voltage Vi1. Therefore, as shown in FIG. 11B, when the input voltage Vi is lower than the voltage Vi1, the input proportional current Jin increases in proportion to the input voltage Vi, and when the input voltage Vi is higher than the voltage Vi1, The proportional current Jin increases by ΔJ and the slope becomes a little steep. That is, when the input voltage Vi is high, the peak value of the switching current signal Vid is more likely to reach the threshold value Vth. Therefore, the difference between the limit values Io2 (H) and Io2 (L) is reduced by adjusting the resistance values of the resistance elements 38 (1) and 38 (2) and the Zener voltage of the correction Zener diode 84 to appropriate values. be able to.

次に、スイッチング電源装置のさらに他の形態について、図12に基づいて説明する。ここで、上記形態と同様の構成は、同一の符号を付して説明を省略する。この形態のスイッチング電源装置86は、入力電源12から入力された直流の入力電圧Viを直流の出力電圧Voに変換し、外部接続された負荷14に出力電圧Vo及び出力電流Ioを供給するDC−DCコンバータであり、上記と同様の電力変換回路16及びスイッチング電流信号生成回路36と、新規なスイッチング制御回路88とで構成されている。 Next, still another embodiment of the switching power supply device will be described with reference to FIG. Here, the same components as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. The switching power supply 86 of this embodiment converts the DC input voltage Vi input from the input power supply 12 into a DC output voltage Vo, and supplies the output voltage Vo and the output current Io to the externally connected load 14. It is a DC converter, and includes a power conversion circuit 16 and a switching current signal generation circuit 36 similar to those described above, and a novel switching control circuit 88.

スイッチング制御回路88は、電力変換回路16を、スイッチング周波数固定式の電流不連続モードで動作させる制御を行う。また、スイッチング電流信号Vidを利用して、出力電圧Voを目標値に近づけるため制御を電流モードで行うとともに、パルス・バイ・パルス方式の過電流保護を行うよう構成されている。以下、スイッチング制御回路88の内部構成について、スイッチング制御回路64と異なる点を中心に説明する。   The switching control circuit 88 controls the power conversion circuit 16 to operate in a current discontinuous mode with a fixed switching frequency. The switching current signal Vid is used to control the output voltage Vo to be close to the target value in the current mode and to perform pulse-by-pulse overcurrent protection. Hereinafter, the internal configuration of the switching control circuit 88 will be described focusing on differences from the switching control circuit 64.

上記のスイッチング制御回路64の場合は、電力変換回路16を擬似共振型の臨界モードで動作させるため、主スイッチング素子22のターンオンのタイミングを決定する回路ブロックとして、トランス20の補助巻線20c、積分回路66、及び第一の比較器68が設けられていた。これに対して、このスイッチング制御回路88は、電力変換回路16をスイッチング周期固定式の電流不連続モードで動作させるため、主スイッチング素子22のターンオンのタイミングを決定する回路ブロックとして、一定周期のセット信号VsetをRS−FF74のS端子に向けて出力するセット信号発生器90が設けられ、上記の補助巻線20c、積分回路66、及び第一の比較器68は省略されている。その他の構成は、スイッチング制御回路64と同様である。   In the case of the switching control circuit 64 described above, the auxiliary winding 20c of the transformer 20 is integrated as a circuit block for determining the turn-on timing of the main switching element 22 in order to operate the power conversion circuit 16 in a quasi-resonant critical mode. A circuit 66 and a first comparator 68 were provided. On the other hand, the switching control circuit 88 sets a constant cycle as a circuit block for determining the turn-on timing of the main switching element 22 in order to operate the power conversion circuit 16 in the current discontinuous mode with a fixed switching cycle. A set signal generator 90 for outputting the signal Vset toward the S terminal of the RS-FF 74 is provided, and the auxiliary winding 20c, the integrating circuit 66, and the first comparator 68 are omitted. Other configurations are the same as those of the switching control circuit 64.

スイッチング電源装置86の動作は、スイッチング周期が一定である点で上記のスイッチング電源装置62と異なるが、出力電圧Voを目標値に近づけるため制御を電流モードで行い、パルス・バイ・パルス方式の過電流保護を行う動作は、スイッチング電源装置62と基本的に同じであり、独特な構成のスイッチング電流信号生成回路36によって、同様の作用効果を得られる。また、スイッチング電流信号生成回路36をスイッチング電流信号生成回路78,82に置き換えることによって、入力電圧Viの変化による過電流保護特性の変動を小さくすることも可能である。   The operation of the switching power supply 86 is different from the switching power supply 62 described above in that the switching cycle is constant, but the control is performed in the current mode in order to bring the output voltage Vo close to the target value, and the operation of the pulse-by-pulse method is performed. The operation for performing the current protection is basically the same as that of the switching power supply device 62, and the same effect can be obtained by the switching current signal generation circuit 36 having a unique configuration. Further, by replacing the switching current signal generation circuit 36 with the switching current signal generation circuits 78 and 82, it is possible to reduce the fluctuation of the overcurrent protection characteristic due to the change of the input voltage Vi.

なお、本発明のスイッチング電源装置は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、入力電圧に略比例した入力比例電流を生成し、主スイッチング素子がオンの期間にタイマコンデンサを充電するための具体的な構成、及び、主スイッチング素子がオフの期間に前記タイマコンデンサを放電するための具体的な構成は、上記実施形態の充電回路及びリセット回路に限定されるものではなく、公知の回路を組み合わせて適宜構成することができる。 The switching power supply device of the present invention is not limited to the above embodiment. For example, a specific configuration for generating an input proportional current substantially proportional to the input voltage and charging the timer capacitor while the main switching element is on, and discharging the timer capacitor when the main switching element is off The specific configuration for doing so is not limited to the charging circuit and the reset circuit of the above embodiment, and can be appropriately configured by combining known circuits.

上記のスイッチング電源装置62,86は、主スイッチング素子22のオンオフを電流モードで制御するため、スイッチング電流信号Vidを電流モード制御に利用しているが、主スイッチング素子のオンオフを電圧モードで制御する場合は、スイッチング電流信号Vidをパルス・バイ・パルスの過電流保護の制御だけに利用する構成にすればよい。また、スイッチング電流信号Vidを利用して、電流モードや過電流保護以外の制御を行ってもよい。   The switching power supply devices 62 and 86 use the switching current signal Vid for current mode control in order to control the on / off of the main switching element 22 in the current mode, but control the on / off of the main switching element in the voltage mode. In such a case, the switching current signal Vid may be used only for pulse-by-pulse overcurrent protection control. Further, control other than the current mode and overcurrent protection may be performed using the switching current signal Vid.

また、図11に示すスイッチング電流信号生成回路82は、さらにタイマコンデンサ30と直列の位置に補正用抵抗80を設け、スイッチング電流信号をより効果的に補正できるようにしてもよい。   Further, the switching current signal generation circuit 82 shown in FIG. 11 may be further provided with a correction resistor 80 in a position in series with the timer capacitor 30 so that the switching current signal can be corrected more effectively.

10,62,86 スイッチング電源装置
16 電力変換回路
18,64,88 スイッチング制御回路
20 トランス
20a 入力巻線
20b 出力巻線
22 主スイッチング素子
24 出力整流素子
26 出力平滑コンデンサ
28,36,42,50,78,82 スイッチング電流信号生成回路
30 タイマコンデンサ
32,44,52 充電回路
34 リセット回路
38,48,56 電流生成抵抗
38(1),38(2) 抵抗素子
40 リセット用ダイオード
80 補正用抵抗
84 補正用ツェナダイオード
Id スイッチング電流
Io 出力電流
Jin 入力比例電流
Vg 駆動パルス
Vi 入力電圧
Vid スイッチング電流信号
Vo 出力電圧
Vth 閾値
10, 62, 86 Switching power supply device 16 Power conversion circuit 18, 64, 88 Switching control circuit 20 Transformer 20a Input winding 20b Output winding 22 Main switching element 24 Output rectifier 26 Output smoothing capacitors 28, 36, 42, 50, 78, 82 Switching current signal generation circuit 30 Timer capacitors 32, 44, 52 Charging circuit 34 Reset circuits 38, 48, 56 Current generation resistors 38 (1), 38 (2) Resistance element 40 Reset diode 80 Correction resistor 84 Correction Zener diode
Id switching current
Io output current
Jin input proportional current
Vg drive pulse
Vi input voltage
Vid switching current signal
Vo output voltage
Vth threshold

Claims (3)

主スイッチング素子、入力巻線と出力巻線とを有するトランス、出力整流素子、及び出力平滑コンデンサが設けられ、前記主スイッチング素子がオンオフすることによって、入力電圧を所定の出力電圧に変換するフライバック方式の電力変換回路と、前記主スイッチング素子のオンオフを制御する回路であって、前記主スイッチング素子がオンの期間に前記トランスに蓄積された励磁エネルギーが前記出力整流素子を通じて放出された後、前記主スイッチング素子をオフからオンに反転させる電流不連続モード制御又は臨界モード制御を行うスイッチング制御回路とを備えたスイッチング電源装置において、
前記主スイッチング素子に流れるスイッチング電流と波形が相似形の電圧信号であるスイッチング電流信号を生成し、前記スイッチング制御回路に向けて出力するスイッチング電流信号生成回路が設けられ、
前記スイッチング電流信号生成回路は、一端がグランドに接続され、他端から前記スイッチング電流信号を出力するタイマコンデンサと、前記入力電圧に略比例した入力比例電流を生成し、前記主スイッチング素子がオンの期間に前記タイマコンデンサを充電する充電回路と、前記主スイッチング素子がオフの期間に前記タイマコンデンサを放電するリセット回路とで構成され、
前記スイッチング制御回路は、前記タイマコンデンサの両端に発生する前記スイッチング電流信号を利用して前記主スイッチング素子のオンオフを制御し、
さらに前記スイッチング制御回路には、前記スイッチング電流信号が所定の閾値を超えると前記主スイッチング素子を強制的にターンオフさせ、前記出力電圧をダウンさせるとともに出力電流の増加を抑制する過電流保護手段が設けられ、
前記スイッチング電流信号生成回路は、前記タイマコンデンサと直列の位置に補正用抵抗が挿入され、
前記スイッチング電流信号は、前記補正用抵抗に発生する電圧が重畳することにより、前記入力電圧の変化による過電流保護特性の変動が小さくなる方向に補正されることを特徴とするスイッチング電源装置。
A flyback that includes a main switching element, a transformer having an input winding and an output winding, an output rectifying element, and an output smoothing capacitor, and converts the input voltage to a predetermined output voltage by turning on and off the main switching element. A power conversion circuit of a system and a circuit for controlling on / off of the main switching element, wherein the excitation energy accumulated in the transformer during the period in which the main switching element is on is discharged through the output rectifying element, In a switching power supply device comprising a switching control circuit for performing current discontinuous mode control or critical mode control for inverting the main switching element from off to on,
A switching current signal generating circuit that generates a switching current signal that is a voltage signal having a waveform similar to the switching current flowing in the main switching element and outputs the switching current signal to the switching control circuit;
The switching current signal generation circuit is configured such that one end is connected to the ground, the timer capacitor that outputs the switching current signal from the other end, an input proportional current that is substantially proportional to the input voltage, and the main switching element is turned on A charging circuit that charges the timer capacitor during a period, and a reset circuit that discharges the timer capacitor during a period when the main switching element is off,
The switching control circuit controls on / off of the main switching element using the switching current signal generated at both ends of the timer capacitor,
Furthermore, the switching control circuit is provided with overcurrent protection means for forcibly turning off the main switching element when the switching current signal exceeds a predetermined threshold, reducing the output voltage and suppressing an increase in output current. And
In the switching current signal generation circuit, a correction resistor is inserted in a position in series with the timer capacitor,
The switching power supply device is characterized in that the switching current signal is corrected in a direction in which a fluctuation in an overcurrent protection characteristic due to a change in the input voltage is reduced by superimposing a voltage generated in the correction resistor .
主スイッチング素子、入力巻線と出力巻線とを有するトランス、出力整流素子、及び出力平滑コンデンサが設けられ、前記主スイッチング素子がオンオフすることによって、入力電圧を所定の出力電圧に変換するフライバック方式の電力変換回路と、前記主スイッチング素子のオンオフを制御する回路であって、前記主スイッチング素子がオンの期間に前記トランスに蓄積された励磁エネルギーが前記出力整流素子を通じて放出された後、前記主スイッチング素子をオフからオンに反転させる電流不連続モード制御又は臨界モード制御を行うスイッチング制御回路とを備えたスイッチング電源装置において、
前記主スイッチング素子に流れるスイッチング電流と波形が相似形の電圧信号であるスイッチング電流信号を生成し、前記スイッチング制御回路に向けて出力するスイッチング電流信号生成回路が設けられ、
前記スイッチング電流信号生成回路は、一端がグランドに接続され、他端から前記スイッチング電流信号を出力するタイマコンデンサと、前記入力電圧に略比例した入力比例電流を生成し、前記主スイッチング素子がオンの期間に前記タイマコンデンサを充電する充電回路と、前記主スイッチング素子がオフの期間に前記タイマコンデンサを放電するリセット回路とで構成され、
前記スイッチング制御回路は、前記タイマコンデンサの両端に発生する前記スイッチング電流信号を利用して前記主スイッチング素子のオンオフを制御し、
さらに前記スイッチング制御回路には、前記スイッチング電流信号が所定の閾値を超えると前記主スイッチング素子を強制的にターンオフさせ、前記出力電圧をダウンさせるとともに出力電流の増加を抑制する過電流保護手段が設けられ、
前記スイッチング電流信号生成回路の前記充電回路は、両端に前記入力電圧に略比例した電圧が印加されることによって前記入力比例電流を生成し、これを前記タイマコンデンサに向けて出力する電流生成抵抗を有し、前記電流生成抵抗は複数の抵抗素子の直列回路で成り、この複数の抵抗素子の中の特定の抵抗素子の両端に補正用ツェナダイオードが並列接続され、
前記スイッチング電流信号は、前記補正用ツェナダイオードが前記特定の抵抗素子の発生電圧を一定以下に制限する動作を行うことにより、前記入力電圧の変化による過電流保護特性の変動が小さくなる方向に補正されることを特徴とするスイッチング電源装置。
A flyback that includes a main switching element, a transformer having an input winding and an output winding, an output rectifying element, and an output smoothing capacitor, and converts the input voltage to a predetermined output voltage by turning on and off the main switching element. A power conversion circuit of a system and a circuit for controlling on / off of the main switching element, wherein the excitation energy accumulated in the transformer during the period in which the main switching element is on is discharged through the output rectifying element, In a switching power supply device comprising a switching control circuit for performing current discontinuous mode control or critical mode control for inverting the main switching element from off to on,
A switching current signal generating circuit that generates a switching current signal that is a voltage signal having a waveform similar to the switching current flowing in the main switching element and outputs the switching current signal to the switching control circuit;
The switching current signal generation circuit is configured such that one end is connected to the ground, the timer capacitor that outputs the switching current signal from the other end, an input proportional current that is substantially proportional to the input voltage, and the main switching element is turned on A charging circuit that charges the timer capacitor during a period, and a reset circuit that discharges the timer capacitor during a period when the main switching element is off,
The switching control circuit controls on / off of the main switching element using the switching current signal generated at both ends of the timer capacitor,
Furthermore, the switching control circuit is provided with overcurrent protection means for forcibly turning off the main switching element when the switching current signal exceeds a predetermined threshold, reducing the output voltage and suppressing an increase in output current. And
The charging circuit of the switching current signal generation circuit generates an input proportional current when a voltage approximately proportional to the input voltage is applied to both ends, and a current generation resistor that outputs the generated current to the timer capacitor. The current generating resistor is composed of a series circuit of a plurality of resistance elements, and a correction zener diode is connected in parallel to both ends of a specific resistance element among the plurality of resistance elements,
The switching current signal is corrected so that the fluctuation of the overcurrent protection characteristic due to the change of the input voltage is reduced by the operation of the correction Zener diode limiting the generated voltage of the specific resistance element to a certain value or less. The switching power supply device characterized by the above-mentioned .
前記スイッチング制御回路は、前記主スイッチング素子を駆動するための駆動パルスを生成し、
前記主スイッチング素子は、前記駆動パルスがハイレベルのときにオンし、ローレベルのときにオフするトランジスタ素子で構成され、
前記リセット回路は、アノードが前記タイマコンデンサの他端に接続され、カソードが前記駆動パルス又はこれと同位相のパルスが発生している位置に接続されたリセット用ダイオードにより構成されている請求項1又は2記載のスイッチング電源装置。
The switching control circuit generates a driving pulse for driving the main switching element;
The main switching element is configured by a transistor element that is turned on when the drive pulse is at a high level and turned off when the drive pulse is at a low level.
2. The reset circuit includes a reset diode having an anode connected to the other end of the timer capacitor and a cathode connected to a position where the drive pulse or a pulse having the same phase as that is generated. Or the switching power supply device of 2 .
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