JP6525732B2 - Power conversion circuit and switching power supply using the same - Google Patents
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Description
この発明は電力変換回路およびそれを用いたスイッチング電源装置に関し、特に、絶縁トランスとスイッチング素子を備えた電力変換回路と、それを用いたスイッチング電源装置に関する。 The present invention relates to a power conversion circuit and a switching power supply using the same, and more particularly to a power conversion circuit including an isolation transformer and a switching element, and a switching power supply using the same.
特許文献1には、1次巻線、2次巻線、および補助巻線を含むトランスと、1次巻線に直列接続されたスイッチング素子と、2次巻線の端子間電圧を整流および平滑化して出力電圧を生成する出力電圧生成回路と、補助巻線の端子間電圧を整流および平滑化して補助電源電圧を生成する補助電源回路と、補助電源電圧によって駆動され、スイッチング素子をオン/オフさせる電源制御IC(Integrated Circuit)とを備えたスイッチング電源装置が開示されている。過負荷時には、出力電圧および補助電源電圧が低下する。補助電源電圧が設定値よりも低下すると、その低下分に応じて電源制御IC内で過電流保護基準電圧が低下される。これにより、出力電圧が低下するほど出力電流が小さく抑えられ、安全性の高い出力特性が実現される。このような出力特性は、グラフ化すると「フ」の字の形になるので、フの字特性と呼ばれる(図3(a)(b)参照)。
また、従来のスイッチング電源装置としては、抵抗素子を用いて出力電流を電圧に変換し、その電圧に基づいて過電流状態であるか否かを判別するものがある。 Further, as a conventional switching power supply device, there is one that converts an output current into a voltage using a resistance element and determines whether or not it is in an overcurrent state based on the voltage.
しかし、特許文献1では、補助電源電圧の低下分に応じて過電流保護基準電圧を低下させる機能を有する専用の電源制御ICが必要となり、汎用の電源制御ICを使用する場合に比べてコスト高になるという問題があった。
However,
また、上記従来のスイッチング装置では、周囲温度が変化すると抵抗素子の抵抗値が変化し、抵抗素子の端子間電圧が変化するので、周囲温度が大きく変化する環境下では過電流状態か否かを正確に判別できないという問題があった。過電流状態になったことを判別できずに電力を供給し続けると、電子部品が過熱し、損傷する恐れがある。 Further, in the conventional switching device described above, when the ambient temperature changes, the resistance value of the resistance element changes, and the voltage between the terminals of the resistance element changes. There was a problem that it could not be determined correctly. If it continues to supply power without being able to determine that an overcurrent condition has occurred, the electronic components may overheat and be damaged.
それゆえに、この発明の主たる目的は、安全性が高く低コストの電力変換回路と、それを用いたスイッチング電源装置を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, the main object of the present invention is to provide a highly safe and low cost power conversion circuit and a switching power supply using the same.
この発明に係る電力変換回路は、第1の直流電圧を受ける第1および第2の入力端子と、1次巻線および2次巻線を含む絶縁トランスと、PWM信号に応答してオン/オフするスイッチング素子と、2次巻線の端子間電圧を整流および平滑化し、第2の直流電圧を生成して負荷に与える出力電圧生成回路と、第1および第2の入力端子間に1次巻線およびスイッチング素子と直列接続された第1の抵抗素子と、第1の抵抗素子の端子間電圧が参照電圧よりも低い場合は過電流検出信号を非活性化レベルにし、第1の抵抗素子の端子間電圧が参照電圧よりも高い場合は過電流検出信号を活性化レベルにする過電流検出回路と、過電流検出信号が活性化レベルである場合は出力制御信号を第1の論理レベルにし、過電流検出信号が活性化レベルから非活性化レベルに変化してから第1の時間が経過した後に出力制御信号を第2の論理レベルにするタイマー回路と、出力制御信号が第2の論理レベルである場合はPWM信号の周波数を第1の値に設定し、出力制御信号が第1の論理レベルである場合はPWM信号の周波数を第1の値よりも低い第2の値に設定する周波数設定回路と、周波数設定回路によって設定された周波数のPWM信号を生成し、出力制御信号が第2の論理レベルである場合は、第2の直流電圧が目標電圧になるようにPWM信号のパルス幅を制御し、出力制御信号が第1の論理レベルにされたことに応じてPWM信号のパルス幅を狭める制御回路とを備えたものである。第1の抵抗素子の抵抗値は電力変換回路の周囲温度に応じて変化する。過電流検出回路は、周囲温度の変化に応じて参照電圧を変化させ、周囲温度の変化に伴う第1の抵抗素子の抵抗値の変化を補償する。 A power conversion circuit according to the present invention includes first and second input terminals receiving a first DC voltage, an isolation transformer including a primary winding and a secondary winding, and on / off in response to a PWM signal. And an output voltage generation circuit for rectifying and smoothing a voltage between terminals of a secondary winding to generate a second DC voltage and applying it to a load, and a primary winding between the first and second input terminals. A first resistance element connected in series with the line and the switching element, and when the voltage across the first resistance element is lower than the reference voltage, the overcurrent detection signal is brought to the inactive level, and the first resistance element is An overcurrent detection circuit that brings the overcurrent detection signal to an activation level when the inter-terminal voltage is higher than the reference voltage, and brings the output control signal to a first logic level when the overcurrent detection signal is an activation level, Whether the overcurrent detection signal is at the activation level The timer circuit which sets the output control signal to the second logic level after a lapse of the first time since the change to the inactivation level, and the frequency of the PWM signal when the output control signal is the second logic level. The frequency setting circuit sets the first value and sets the frequency of the PWM signal to a second value lower than the first value when the output control signal is at the first logic level, and the frequency setting circuit Control the pulse width of the PWM signal such that the second DC voltage becomes the target voltage when the output control signal is at the second logic level, and the output control signal And a control circuit which narrows the pulse width of the PWM signal in response to the logic level of 1. The resistance value of the first resistance element changes in accordance with the ambient temperature of the power conversion circuit. The overcurrent detection circuit changes the reference voltage in response to the change in the ambient temperature, and compensates for the change in the resistance value of the first resistance element with the change in the ambient temperature.
この発明に係る電力変換回路では、1次巻線と直列接続された第1の抵抗素子の端子間電圧が参照電圧を超えた場合に過電流検出信号を活性化レベルにする過電流検出回路と、過電流検出信号に基づいて出力制御信号を生成するタイマー回路と、出力制御信号が第1の論理レベルにされた場合にPWM信号の周波数およびパルス幅を低減させる制御回路とが設けられ、過電流検出回路は、周囲温度に応じて参照電圧を変化させて周囲温度の変化に伴う第1の抵抗素子の抵抗値の変化を補償する。したがって、温度依存性の小さなフの字特性を簡単な構成で実現することができ、安全性が高く低コストの電力変換回路を実現することができる。 In the power conversion circuit according to the present invention, an overcurrent detection circuit which brings an overcurrent detection signal to an activation level when a voltage across terminals of a first resistance element connected in series with a primary winding exceeds a reference voltage; A timer circuit for generating an output control signal based on the overcurrent detection signal; and a control circuit for reducing the frequency and pulse width of the PWM signal when the output control signal is at the first logic level. The current detection circuit changes the reference voltage in accordance with the ambient temperature to compensate for the change in the resistance value of the first resistance element with the change in the ambient temperature. Therefore, it is possible to realize a low temperature dependent character curve characteristic with a simple configuration, and to realize a highly safe and low cost power conversion circuit.
本願発明の理解を容易にするために、実施の形態について説明する前にまず本願発明の基礎となるスイッチング電源装置について説明する。図1は、本願発明の基礎となるスイッチング電源装置1の構成を示す回路ブロック図である。図1において、このスイッチング電源装置1は、整流回路2、コンデンサ3、および電力変換回路4を備える。
In order to facilitate understanding of the present invention, a switching power supply as a basis of the present invention will be described first before describing the embodiments. FIG. 1 is a circuit block diagram showing a configuration of a switching
整流回路2は、商用交流電源5から供給される商用周波数の交流電圧を整流して直流電圧(脈流電圧)に変換する。コンデンサ3は、整流回路2によって生成された直流電圧(脈流電圧)を平滑化する。整流回路2およびコンデンサ3の負側端子は接地電圧GNDを受ける。電力変換回路4は、コンデンサ3によって平滑化された直流電圧(第1の直流電圧)VIを所望の直流電圧(第2の直流電圧)VOに変換して負荷6に与える。
The
このように、スイッチング電源装置1は、商用交流電源5から供給される交流電圧を整流および平滑化して直流電圧VIに変換し、その直流電圧VIを所望の直流電圧VOに変換して負荷6に供給するものである。負荷電流をIOとすると、スイッチング電源装置1の出力はVO×IOとなる。
Thus, the
商用交流電源5から負荷6に所望の電力(設計上の最大電力)を供給する場合には、整流回路2、コンデンサ3、および電力変換回路4が必要であり、直流電源から直流電圧VIを受けて負荷6に所望の電力(設計上の最大電力)を供給する場合には、電力変換回路4のみが必要な構成要素となる。したがって、スイッチング電源装置1の設計上の最大電力値と電力変換回路4の設計上の最大電力値とは同じ値である。
In order to supply desired power (maximum design power) from commercial AC power supply 5 to load 6,
ここで、スイッチング電源装置1が設計上、出力可能な最大電流値を定格電流値IRとする。たとえば、電力変換回路4およびスイッチング電源装置1の設計上の最大電力を50Wとし、定格電圧値を5Vとすると、定格電流値IRは10Aとなる。
Here, the maximum current value that can be output by the switching
出力電流IOが定格電流値IRを超える状態を過電流状態と言う。すなわち、過電流状態とは、スイッチング電源装置1が定格電流値IRを超えた電流を出力する状態であり、換言すると、負荷6が定格電流値IRよりも大きな出力電流IOを流そうとする状態である。たとえば、定格電流値IRが10Aである場合に、定格電流値IRの105%の出力電流IO(=10.5A)を流そうとする状態、定格電流値IRの130%の出力電流IO(=130A)を流そうとする状態、あるいは定格電流値IRの200%の出力電流IO(=20A)を流そうとする状態は過電流状態である。
A state in which the output current IO exceeds the rated current value IR is referred to as an overcurrent state. That is, the overcurrent state is a state in which the switching
負荷短絡状態とは、スイッチング電源装置1の出力端子以降の回路、配線、負荷6などが短絡(電気的にショート)している状態のことである。この場合、負荷6側のインピーダンスが不定状態となるので、定格電流値IRの何倍の電流IOが流れるかは分からない。
The load short-circuited state is a state in which a circuit, wiring,
過電流状態になると、スイッチング電源装置1の電力供給が制限されて出力電圧VOが定格電圧値(=5V)よりも低下する。これを出力電圧VOの低下と呼ぶことにする。出力電圧VOが過電圧になること、すなわち出力電圧VOが定格電圧値(=5V)よりも大きな電圧(6V、20Vなど)になることは、スイッチング電源装置1が故障しない限り、通常は起こりえないので、説明を省略する。
In the overcurrent state, the power supply of the switching
このようなスイッチング電源装置1の出力電流IO−出力電圧VO特性は、いわゆる、への字特性となる。への字特性は、出力電流IOが定格電流値IRを超えると、出力電流IOの増加に伴って出力電圧VOが徐々に低下する特性であり、定電力制御電圧垂下特性とも呼ばれる。このような出力特性をグラフ化すると「へ」の字の形になるので、への字特性と呼ばれる。たとえば、最大電力が50Wであり、定格電圧値が5Vであり、定格電流値が10Aであるスイッチング電源装置1において、出力電流IOを徐々に増加させると、VO/IOが5V/10A、4.5V/14.4A、3.5V/18.6A、…と変化し、出力電流IOの増加に伴って出力電圧VOが徐々に低下する。
Such an output current IO-output voltage VO characteristic of the switching
図2(a)(b)は、への字特性を示す図である。図2(a)では、出力電流IOが定格電流値IRを超えると、出力電流IOの増加に伴って出力電圧VOが低下する場合が示されている。実際のフライバックコンバータ電源では、図2(b)に示すように、出力電流IOが定格電流値IRの130%を超えると、出力電流IOの増加に伴って出力電圧VOが低下する。 FIGS. 2 (a) and 2 (b) are diagrams showing the letter-like characteristic. In FIG. 2A, when the output current IO exceeds the rated current value IR, the case where the output voltage VO decreases as the output current IO increases is shown. In an actual flyback converter power supply, as shown in FIG. 2B, when the output current IO exceeds 130% of the rated current value IR, the output voltage VO decreases as the output current IO increases.
への字特性は、スイッチング電源装置1から設計上の最大電力よりも大きな出力電力を取り出せないために発生するものであり、正確に制御できる特性ではなく、フライバックコンバータ電源の仕組みによるものである。への字特性を有するスイッチング電源装置1では、出力電流IOが定格電流値IRを超える過電流状態になると、電子部品が過熱して破損する恐れがある。
The characteristic is generated because the switching
過電流状態になった場合に電子部品を保護する方法として、スイッチング電源装置1に垂下特性を持たせる方法がある。垂下特性は、出力電流IOが定格電流値IR以上の上限値IHを超えると、急激に出力電圧VOを低下させる特性であり、定電流制御電圧垂下特性とも呼ばれる。スイッチング電源装置1に垂下特性を持たせれば、出力電流IOが上限値IHを超えた場合に出力電圧VOを急激に低下させることができ、過電流状態時に電子部品が過熱して破損することを防止することができる。
As a method of protecting the electronic component in the case of an overcurrent state, there is a method of providing the switching
過電流状態になった場合に電子部品を保護する他の方法として、スイッチング電源装置1にフの字特性を持たせる方法がある。フの字特性は、出力電流IOが定格電流値IR以上の上限値IHを超えると、出力電圧VOと出力電流IOの両方を低下させる特性であり、フォールドバック特性とも呼ばれる。このような出力特性をグラフ化すると「フ」の字の形になるので、フの字特性と呼ばれる。
As another method of protecting the electronic component in the case of an overcurrent state, there is a method of providing the switching
垂下特性では、出力電流IOが上限値IHを超えると出力電圧VOのみを低下させるのに対し、フの字特性では、出力電流IOが上限値IHを超えると出力電圧VOと出力電流IOの両方を低下させる。したがって、過電流状態において電子部品の過熱および破損を防止する効果は、垂下特性よりもフの字特性の方が大きい。 In the drooping characteristic, when the output current IO exceeds the upper limit value IH, only the output voltage VO is reduced, while in the curve characteristic, when the output current IO exceeds the upper limit value IH, both the output voltage VO and the output current IO Reduce Therefore, the effect of preventing overheating and breakage of the electronic component in the overcurrent state is larger in the fold characteristic than in the sag characteristic.
たとえば、出力電流IOが定格電流値IRの130%の上限値IH(=1.3×IR)を超えたときに出力制限をかける場合、出力電流IOを徐々に増加させると、VO/IOが5.0V/13AになるまではVOが5Vに維持され、それ以降は、4.8V/12A、4.5V/10A、3.5V/7A、…と、出力電力自体が急激に減少する。これにより、過電流状態、および過電流状態よりも大きな電流が流れる可能性のある負荷短絡状態においても、スイッチング電源装置1を構成する電子部品の異常過熱や破損を防ぐことが可能となる。
For example, if output limitation is applied when output current IO exceeds upper limit value IH (= 1.3 × IR) of 130% of rated current value IR, when output current IO is gradually increased, VO / IO VO is maintained at 5 V until it reaches 5.0 V / 13 A, and thereafter, the output power itself decreases sharply to 4.8 V / 12 A, 4.5 V / 10 A, 3.5 V / 7 A, and so on. This makes it possible to prevent abnormal overheating and damage of the electronic components that make up the switching
図3(a)(b)は、フの字特性を示す図である。図3(a)では、出力電流IOが定格電流値IRの130%の上限値IH(=1.3×IR)を超えると出力が制限され、出力電圧VOおよび出力電流IOの両方が低下する場合が示されている。図3(b)では、出力電流IOが定格電流値IRの105%の上限値IH(=1.05×IR)を超えると出力が制限され、出力電圧VOおよび出力電流IOの両方が低下する場合が示されている。これにより、スイッチング電源装置1を構成する電子部品の異常過熱や破損を防ぐことができる。
FIGS. 3 (a) and 3 (b) are diagrams showing letter character characteristics. In FIG. 3A, when the output current IO exceeds the upper limit value IH (= 1.3 × IR) of 130% of the rated current value IR, the output is limited, and both the output voltage VO and the output current IO decrease. The case is shown. In FIG. 3B, when the output current IO exceeds the upper limit value IH (= 1.05 × IR) of 105% of the rated current value IR, the output is limited, and both the output voltage VO and the output current IO decrease. The case is shown. As a result, it is possible to prevent abnormal overheating and damage of the electronic components that make up the switching
このようなフの字特性を実現するには、スイッチング電源装置1に付加回路を設ける必要がある。一般には、電力変換回路4が絶縁トランスを含む場合は、絶縁トランスの2次巻線側に出力電流IOを電圧に変換する抵抗素子を設け、その電圧を1次巻線側の制御回路に伝達するフォトカプラなどが必要となる。この従来技術では、電子部品の点数が増え、装置の大型化、高コスト化を招くという問題がある。
In order to realize such a curve characteristic, it is necessary to provide the switching
また、たとえば車両用のスイッチング電源装置では、−40℃から+85℃までの広い温度範囲で正常に動作することが要求される。しかし、周囲温度が変化すると抵抗素子の抵抗値が変化し、抵抗素子の端子間電圧が変化するので、周囲温度が大きく変化する環境下では過電流状態か否かを正確に判別できないという問題がある。過電流状態か否かを正確に判別できないと、既に過電流状態になっているのに電力制限が行なわれずに過大な電力が出力されたり、未だ過電流状態になっていないのに電力制限が行なわれて最大電力を出力できなくなってしまう。このため、出力特性に大きな余裕を持たせる必要があり、装置の大型化、高コスト化を招いていた。 For example, in a switching power supply for vehicles, it is required to operate normally in a wide temperature range from -40 ° C to + 85 ° C. However, when the ambient temperature changes, the resistance value of the resistance element changes, and the voltage between the terminals of the resistance element changes. Therefore, under an environment where the ambient temperature changes significantly, it is not possible to accurately determine whether the overcurrent state is present. is there. If it is not possible to accurately determine whether or not it is in the over current state, although the over current state is already in progress, the power limit is not performed and the excessive power is output, or the over current state is in progress. It will not be possible to output the maximum power. For this reason, it is necessary to allow a large margin in the output characteristics, resulting in an increase in size and cost of the apparatus.
また、特許文献1には、絶縁トランスの補助巻線の端子間電圧を整流および平滑化して補助電源電圧を生成する補助電源回路と、補助電源電圧によって駆動され、スイッチング素子をオン/オフさせる電源制御ICとを備えたスイッチング電源装置が開示されている。過電流状態になって補助電源電圧が設定値よりも低下すると、その低下分に応じて電源制御IC内の過電流保護基準電圧が低下され、フの字特性が実現される。
Further,
しかし、特許文献1では、補助電源電圧の低下分に応じて過電流保護基準電圧を低下させる機能を有する専用の電源制御ICを使用する必要があり、汎用の電源制御ICを使用する場合に比べ、コスト高になるという問題がある。また、出力電流IOの上限値IHが電源制御IC内で設定されており、上限値IHを自由に変更することができない。また、過電流状態における補助電源電圧の低下の程度がトランスの1次巻線と補助巻線の結合度の影響を受け、装置によってフの字特性がばらつく。本願発明は、これらの問題点の解決を図るものである。
However, in
[実施の形態1]
図4は、この発明の実施の形態1によるスイッチング電源装置10の構成を示す回路ブロック図であって、図1と対比される図である。スイッチング電源装置10は、絶縁型フライバックコンバータ電源にフの字特性を持たせたものである。スイッチング電源装置10がスイッチング電源装置1と異なる点は、電力変換回路4が電力変換回路11で置換されている点である。
First Embodiment
FIG. 4 is a circuit block diagram showing a configuration of switching
電力変換回路11は、入力端子T1,T2、出力端子T3,T4、絶縁トランス12、NチャネルMOSトランジスタ13(スイッチング素子)、抵抗素子14、ダイオード15、コンデンサC1、フィードバック回路(F/B)16、過電流検出回路17、電圧保持回路18、周波数設定回路19、および電源制御IC20を備える。
入力端子T1はコンデンサ3の正側端子に接続され、入力端子T2はコンデンサ3の負側端子(接地電圧GNDのライン)に接続され、入力端子T1,T2間に直流電圧VIが与えられる。出力端子T3,T4間には、直流電圧VOが出力され、負荷6が接続される。
The input terminal T1 is connected to the positive terminal of the capacitor 3, the input terminal T2 is connected to the negative terminal (line of the ground voltage GND) of the capacitor 3, and the DC voltage VI is applied between the input terminals T1 and T2. A DC voltage VO is output between the output terminals T3 and T4, and a
絶縁トランス12は、1次巻線12aおよび2次巻線12bを含む。1次巻線12aと2次巻線12bは磁気結合されているが、電気的には絶縁されている。絶縁トランス12は、入力端子T1,T2と出力端子T3,T4を電気的に絶縁している。1次巻線12aの一方端子(黒丸が付された方の端子)はNチャネルMOSトランジスタ13および抵抗素子14を介して入力端子T2に接続され、1次巻線12aの他方端子は入力端子T1に接続される。
Isolation transformer 12 includes a primary winding 12a and a secondary winding 12b. The primary winding 12a and the secondary winding 12b are magnetically coupled but are electrically isolated. The isolation transformer 12 electrically isolates the input terminals T1 and T2 from the output terminals T3 and T4. One terminal (a terminal with a black circle) of primary winding 12a is connected to input terminal T2 through N
NチャネルMOSトランジスタ13のゲートは、電源制御IC20からのPWM(pulse width modulation)信号φ20を受ける。PWM信号φ20が「H」レベルにされるとNチャネルMOSトランジスタ13がオンし、PWM信号φ20が「L」レベルにされるとNチャネルMOSトランジスタ13がオフする。
The gate of N
抵抗素子14の端子間には、1次巻線12aおよびNチャネルMOSトランジスタ13に流れる電流I1に応じた値の電圧V14が発生する。抵抗素子14の抵抗値をR14とすると、V14=I1×R14となる。
A voltage V14 of a value corresponding to the current I1 flowing through the primary winding 12a and the N
2次巻線12bの一方端子(黒丸が付された方の端子)はダイオード15のアノードに接続され、ダイオード15のカソードは出力端子T3に接続される。ダイオード15は、2次巻線12bの端子間電圧を整流して直流(脈流)電圧に変換する。コンデンサC1は、出力端子T3,T4間に接続され、出力電圧VOを平滑化する。ダイオード15およびコンデンサC1は、出力電圧生成回路を構成する。
One terminal (the terminal with the black circle) of the secondary winding 12b is connected to the anode of the
フィードバック回路16は、出力電圧VOを検出し、その検出値が目標電圧VT(5V)に一致するようにNチャネルMOSトランジスタ13のオン時間を制御するための制御信号φ16を生成し、その制御信号φ16を内蔵のフォトカプラを介して電源制御IC20に与える。
フィードバック回路16は、制御信号φ16を電源制御IC20に与えることにより、出力電圧VOが目標電圧VTよりも低い場合はNチャネルMOSトランジスタ13のオン時間を長くさせ、出力電圧VOが目標電圧VTよりも高い場合はNチャネルMOSトランジスタ13のオン時間を短縮させる。制御信号φ16は、フォトカプラを介して電源制御IC20に送信されるので、1次巻線12a側の回路と2次巻線12b側の回路とは電気的に絶縁されている。
過電流検出回路17は、抵抗素子14の端子間電圧V14と参照電圧VRとを比較し、抵抗素子14の端子間電圧V14が参照電圧VRよりも低い場合(V14<VR)は過電流検出信号OCを非活性化レベルの「L」レベルにし、抵抗素子14の端子間電圧V14が参照電圧VRを超えた場合(V14>VR)は過電流検出信号OCを活性化レベルの「H」レベルにする。過電流検出回路17は、スイッチング電源装置10の周囲温度に応じて参照電圧VRを変化させ、周囲温度の変化に伴う抵抗素子14の抵抗値の変化を補償するためのリニア温度係数抵抗器を含む。これについては後述する。
The
スイッチング電源装置10の出力電流IOが上限値IHに到達したときに、抵抗素子14の端子間電圧V14が参照電圧VRに到達するように、抵抗素子14の抵抗値および参照電圧VRが設定されている。過電流検出信号OCは、電圧保持回路18に与えられる。
The resistance value of the
電圧保持回路18は、過電流検出信号OCが非活性化レベルの「L」レベルから活性化レベルの「H」レベルに立ち上げられた場合は出力制御信号CNTを「H」レベルにし、少なくとも予め定められた時間Tcは出力制御信号CNTを「H」レベルに維持する。時間Tcは、PWM信号φ20の1周期よりも十分に長い時間に設定される。
出力制御信号CNTが「H」レベルにされている場合において過電流検出信号OCが活性化レベルの「H」レベルから非活性化レベルの「L」レベルに立ち下げられた時は、その時から予め定められた時間Tcの経過後に出力制御信号CNTが「L」レベルに立ち下げられる。出力制御信号CNTが「H」レベルにされている場合において過電流検出信号OCが「H」レベルと「L」レベルの間で複数回変化した時は、過電流検出信号OCが最後に「L」レベルにされてから予め定められた時間Tcの経過後に出力制御信号CNTが「L」レベルに立ち下げられる。出力制御信号CNTは、周波数設定回路19および電源制御IC20に与えられる。
When output control signal CNT is at "H" level and overcurrent detection signal OC falls from "H" level at activation level to "L" level at deactivation level, from that time on, it is made in advance. After a predetermined time Tc, output control signal CNT falls to "L" level. When the output control signal CNT is at the “H” level and the overcurrent detection signal OC changes a plurality of times between the “H” level and the “L” level, the overcurrent detection signal OC is finally changed to “L The output control signal CNT falls to "L" level after lapse of a predetermined time Tc from being set to the "level". Output control signal CNT is applied to
周波数設定回路19は、電源制御IC20に接続され、出力制御信号CNTが「L」レベルである場合はPWM信号φ20の周波数fを第1の値f1に設定し、出力制御信号CNTが「H」レベルである場合はPWM信号φ20の周波数fを第1の値f1よりも低い第2の値f2に設定する。たとえば、f1は100kHzであり、f2は25kHzである。周波数設定回路19は、周波数f1,f2を設定するための可変容量コンデンサと、周囲温度の変化に伴う可変容量コンデンサの容量値の変化を補償するためのリニア温度係数抵抗器を含む。これについては後述する。
電源制御IC20は、汎用の電源制御ICであり、周波数設定回路19によって設定された周波数のPWM信号φ20を生成する。電源制御IC20は、出力制御信号CNTが「L」レベルである場合は、周波数fがf1のPWM信号φ20を生成するとともに、フィードバック回路16からの制御信号φ16に従ってPWM信号φ20のパルス幅を増加および減少させる。PWM信号φ20の1周期(1/f)のうちのPWM信号φ20が「H」レベルにされる時間がパルス幅である。PWM信号φ20のパルス幅とPWM信号φ20の1周期との比はデューティ比と呼ばれる。
The power
また、電源制御IC20は、出力制御信号CNTが「H」レベルにされた場合は、周波数fがf2のPWM信号φ20を生成するとともに、PWM信号φ20のパルス幅を狭める。したがって、出力制御信号CNTが「H」レベルにされると、出力制御信号CNTが「L」レベルである場合に比べ、PWM信号φ20の周波数が低減されるとともにパルス幅が短縮される。これにより、NチャネルMOSトランジスタ13が単位時間当たりにオンされる回数および時間が低減され、出力電圧VOおよび出力電流IOの両方が低減されてフの字特性が実現される。
Further, when the output control signal CNT is set to the “H” level, the power
図5は、過電流検出回路17および電圧保持回路18の構成を示す回路ブロック図である。図5において、過電流検出回路17は、電力制御IC20の外付け回路であって、抵抗素子21,22および比較器23を含む。抵抗素子21は、周囲温度の変化に応じて参照電圧VRを変化させ、周囲温度の変化に伴う抵抗素子14の抵抗値の変化を補償するためのリニア温度係数抵抗器を含む。抵抗素子21,22は、直流電源電圧VCCのラインと接地電圧GNDのラインンとの間に直列接続され、直流電源電圧VCCを分圧して参照電圧VRを生成する。
FIG. 5 is a circuit block diagram showing configurations of the
所望の抵抗値の抵抗素子21と所望の抵抗値の抵抗素子22とを使用することにより、参照電圧VRを所望の値に設定することが可能となっている。抵抗素子21,22のうちの少なくとも1つを可変抵抗素子としても構わない。抵抗素子21の抵抗値をR21とし、抵抗素子22の抵抗値をR22とすると、VR=VCC×R22/(R21+R22)となる。R22/(R21+R22)は分圧比である。
The reference voltage VR can be set to a desired value by using the
比較器23は、抵抗素子14の端子間電圧V14と参照電圧VRとを比較し、抵抗素子14の端子間電圧V14が参照電圧VRよりも低い場合(V14<VR)は過電流検出信号OCを非活性化レベルの「L」レベル(接地電圧GND)にし、抵抗素子14の端子間電圧V14が参照電圧VRを超えた場合(V14>VR)は過電流検出信号OCを活性化レベルの「H」レベル(直流電源電圧VCC)にする。
The
スイッチング電源装置10の出力電流IOが上限値IHに到達したときに、絶縁トランス12の1次巻線12aに流れる電流I1が上限値に到達し、抵抗素子14の端子間電圧V14が参照電圧VRに到達するように、抵抗素子14,21,22の抵抗値が設定されている。また、抵抗素子14,21,22の抵抗値を変更することにより、出力電流IOの上限値IHと定格電流値IRとの比を101%、105%、130%など自由に設定することができる。
When the output current IO of the switching
なお、直流電源電圧VCCは、別の電源回路から供給される直流電圧であってもよいし、絶縁トランス12の補助巻線(図示せず)の端子間電圧を整流および平滑化した直流電圧であっても構わない。絶縁トランス12の補助巻線の端子間電圧から直流電源電圧VCCを生成する場合、絶縁トランス12の構造によっては直流電源電圧VCCが変動することがある。すなわち、絶縁トランス12の結合度が高い、すなわち巻線間の結合が良い場合は、過電流や負荷短絡による出力電圧VOの低下に伴って直流電源電圧VCCが低下する。絶縁トランス12の結合度が低い、すなわち巻線間の結合が悪い場合は、過電流や負荷短絡によって出力電圧VOが低下しても直流電源電圧VCCは低下しない。 The DC power supply voltage VCC may be a DC voltage supplied from another power supply circuit, or a DC voltage obtained by rectifying and smoothing the voltage across the auxiliary winding (not shown) of the isolation transformer 12. It does not matter. When the DC power supply voltage VCC is generated from the voltage between the terminals of the auxiliary winding of the isolation transformer 12, the DC power supply voltage VCC may fluctuate depending on the structure of the isolation transformer 12. That is, when the degree of coupling of the isolation transformer 12 is high, that is, the coupling between the windings is good, the DC power supply voltage VCC is lowered as the output voltage VO is lowered due to an overcurrent or a load short. If the degree of coupling of the isolation transformer 12 is low, that is, if the coupling between the windings is bad, the DC power supply voltage VCC does not decrease even if the output voltage VO decreases due to an overcurrent or a load short.
特許文献1では、過電流状態時に補助巻線電圧が低下することを利用するので、結合度が高い、すなわち巻線間の結合が良い絶縁トランスが使用される。これに対して本実施の形態1は、出力電圧VOが低下した場合でも直流電源電圧VCCが低下しないことを前提としているので、結合度が低い、すなわち巻線間の結合が悪い絶縁トランス12が使用される。直流電源電圧VCCは、電源制御IC20の電源電圧としても使用される。
In the
また、図5の過電流検出回路17では、直流電源電圧VCCを抵抗素子21,22で分圧して参照電圧VRを生成したが、これに限るものではなく、別の電圧源によって参照電圧VRを生成してもよいし、シャントレギュレータ、ツェナーダイオードなど、一定の電圧を生成できる半導体素子、回路を用いて参照電圧VRを生成しても構わない。
Further, in the
電圧保持回路18は、ダイオードD1およびコンデンサC2を含む。ダイオードD1のアノードは過電流検出信号OCを受け、そのカソードは電圧保持回路18の出力ノード18aに接続される。コンデンサC2は、ダイオードD1のカソードと接地電圧GNDのラインとの間に接続される。出力ノード18aに現れる信号が出力制御信号CNTとなる。
過電流検出信号OCが非活性化レベルの「L」レベル(接地電圧GND)である場合は、コンデンサC2は充電されず、出力制御信号CNTは「L」レベル(接地電圧GND)にされる。過電流検出信号OCが非活性化レベルの「L」レベルから活性化レベルの「H」レベル(直流電源電圧VCC)に立ち上げられると、比較器23の出力端子からダイオードD1を介してコンデンサC2に電流が流れ、コンデンサC2が直流電源電圧VCCに充電されて出力制御信号CNTは「H」レベル(直流電源電圧VCC)にされる。
When overcurrent detection signal OC is at the inactive level "L" level (ground voltage GND), capacitor C2 is not charged, and output control signal CNT is set to "L" level (ground voltage GND). When overcurrent detection signal OC is raised from the inactive level "L" level to the active level "H" level (DC power supply voltage VCC), the output terminal of
コンデンサC2が直流電源電圧VCCに充電された状態で、過電流検出信号OCが非活性化レベルの「L」レベル(接地電圧GND)に立ち下げられても、コンデンサC2からダイオードD1を介して比較器23の出力端子に電流は流れず、出力制御信号CNTは「H」レベル(直流電源電圧VCC)に維持される。ただし、コンデンサC2から周波数設定回路19に電流が流出し、ある時間Tcの経過後に出力制御信号CNTは「L」レベルになる。これについては後述する。
Even when the overcurrent detection signal OC falls to the inactive level "L" level (ground voltage GND) with the capacitor C2 charged to the DC power supply voltage VCC, comparison is made from the capacitor C2 through the diode D1 No current flows to the output terminal of the
ここで、周囲温度の変化に伴う抵抗素子14の抵抗値の変化を補償する方法について説明する。スイッチング電源装置10を広い温度範囲、たとえば−40℃〜+85℃の範囲で動作させる場合について考える。一般的に電子部品は、温度特性を持っている。たとえば、低温(−40℃)では抵抗素子14の抵抗値が低下する場合がある。一般に、抵抗素子の温度変化の大きさは、抵抗温度係数(ppm/℃=10−6/℃)を用いて表される。
Here, a method of compensating for the change of the resistance value of the
抵抗素子14の抵抗温度係数をα(ppm/℃)とし、+20℃のときの抵抗素子14の抵抗値をR(+20℃)とし、x℃のときの抵抗素子14の抵抗値をR(x℃)とすると、R(x℃)=│20−x│×α+R(20℃)となる。たとえば、抵抗素子14の抵抗温度係数αが−300ppm/℃であり、+20℃のときに抵抗素子14の抵抗値R(20℃)が1.0Ωであるとすると、−40℃のときの抵抗素子14の抵抗値R(−40℃)は0.982Ωとなる。仮に、抵抗素子14に流れる電流I1を1Aとすると、周囲温度が−40℃である場合における抵抗素子14の端子間電圧V14は1A×0.982Ω=0.982Vとなる。
The resistance temperature coefficient of the
なお、通常の抵抗素子(リニア温度係数抵抗器を除く)において、抵抗温度係数αは特定の一定値ではなく、誤差を含み、たとえば±100(ppm/℃)以内として表記される。したがって、周囲温度の変化に応じて抵抗素子の抵抗値がどのように変化するか、すなわち、低温時に低下するのか、高温時に低下するのか、低温時に上昇するのか、高温時に上昇するのかは不明である。 Note that, in a normal resistance element (except for linear temperature coefficient resistors), the temperature coefficient of resistance α is not a specific constant value, but includes an error, and is described, for example, within ± 100 (ppm / ° C.). Therefore, it is unclear how the resistance value of the resistance element changes according to the change of ambient temperature, that is, whether it decreases at low temperature, decreases at high temperature, rises at low temperature, or rises at high temperature is there.
次に、周囲温度の変化に対する過電流検出回路17の動作について説明する。たとえば、直流電源電圧VCCを12Vとし、抵抗素子21の抵抗値を11kΩとし、抵抗素子22の抵抗値を1kΩとする。周囲温度が常温(+20℃)である場合は、直流電源電圧VCCが抵抗素子21,22によって分圧され、参照電圧VRは1.0Vとなる。
Next, the operation of the
仮に、周囲温度が−40℃になった場合に参照電圧VRが1.0Vのままであれば、抵抗素子14に流れる電流I1が1.0V/0.982Ω=1.0183Aにならないと、比較器23が過電流検出信号OCを活性化レベルの「H」レベルにしないことになる。したがって、出力電流IOの上限値IHを100%とすると、約102%の出力電流IOが流れないと、過電流検出信号OCが「H」レベルにされず、過電流保護動作が行なわれないという問題が起こる。
If the reference voltage VR remains at 1.0 V when the ambient temperature reaches -40 ° C., the current I1 flowing through the
そこで、本実施の形態1では、たとえば、抵抗素子21として、予め抵抗温度係数が規定されたリニア温度係数抵抗器を使用する。抵抗素子21(すなわちリニア温度係数抵抗器)の抵抗温度係数αを+330ppm/℃とし、周囲温度が20℃である場合の抵抗素子21の抵抗値が11kΩ=11000Ωであるとすると、周囲温度が−40℃になった場合における抵抗素子21の抵抗値は11218Ωに上昇する。
Therefore, in the first embodiment, for example, a linear temperature coefficient resistor whose resistance temperature coefficient is defined in advance is used as
周囲温度が−40℃になった場合において、抵抗素子22の抵抗値が1kΩのままであると仮定すると、12Vの直流電源電圧VCCが11218Ωの抵抗素子21と1kΩの抵抗素子22とで分圧され、参照電圧VRが0.982Vに設定される。したがって、周囲温度が低温(−40℃)になって抵抗素子14の抵抗値が低下しても、それに応じて参照電圧VRを低下させることができるので、出力が設計上の最大電力を超えたときに過電流検出信号OCを活性化レベルの「H」レベルにすることができる。
Assuming that the resistance value of the
なお、本実施の形態1では、抵抗素子14の抵抗値が低温時に低下する場合について説明したが、これに限るものではなく、低温時に増加する場合、高温時に低下する場合、高温時に増加する場合のいずれの場合においても、各場合に応じた抵抗温度係数を持つリニア温度係数抵抗器を抵抗素子21として使用することにより、周囲温度の変化に伴う抵抗素子14の抵抗値の変化を補償することができる。また、抵抗素子21,22のうちの抵抗素子21のみがリニア抵抗温度係数抵抗器を含む場合について説明したが、これに限るものではなく、抵抗素子22のみがリニア抵抗温度係数抵抗器を含んでもよいし、抵抗素子21,22の両方がリニア抵抗温度係数抵抗器を含んでいても構わない。
In the first embodiment, although the case where the resistance value of
図6は、周波数設定回路19の構成を示す回路ブロック図である。図6において、周波数設定回路19は、電源制御IC20の外付け回路であって、抵抗素子24,25、コンデンサ26,27、およびNPNバイポーラトランジスタ28を含む。抵抗素子25は、周囲温度の変化に伴うコンデンサ26,27の各々の容量値の変化を補償するためのリニア温度係数抵抗器を含む。抵抗素子25は、電源制御IC20の抵抗端子RTおよび容量端子CT間に接続される。コンデンサ26は、容量端子CTと接地電圧GNDのラインとの間に接続される。コンデンサ27の一方端子は容量端子CTに接続される。
FIG. 6 is a circuit block diagram showing a configuration of
NPNバイポーラトランジスタ28のコレクタはコンデンサ27の他方端子に接続され、そのエミッタは接地電圧GNDのラインに接続される。抵抗素子24の一方端子は出力制御信号CNTを受け、その他方端子はNPNバイポーラトランジスタ28のベースに接続される。抵抗素子24は、NPNバイポーラトランジスタ24のベース電流を制限するとともに、電圧保持回路18のコンデンサC2から流出する電流を制限する。抵抗素子25は電流源を構成する。コンデンサ26,27およびNPNバイポーラトランジスタ28は、可変容量コンデンサを構成する。
The collector of NPN
出力制御信号CNTが「L」レベルである場合は、NPNバイポーラトランジスタ28がオフし、容量端子CTと接地電圧GNDのラインとの間にコンデンサ26のみが接続される。電源制御IC20は、抵抗素子25を介してコンデンサ26を充電する。コンデンサ26の端子間電圧は徐々に上昇する。電源制御IC20は、コンデンサ26の端子間電圧がしきい値電圧VTHを超えたことに応じて、コンデンサ26の電荷を瞬時に放電させ、即座にコンデンサ26の充電を開始する。このときコンデンサ26の電荷を充放電させる周波数がPWM信号φ20の周波数f1となる。
When output control signal CNT is at "L" level, NPN
出力制御信号CNTが「H」レベルである場合は、NPNバイポーラトランジスタ28がオンし、容量端子CTと接地電圧GNDのラインとの間にコンデンサ26,27が並列接続される。電源制御IC20は、抵抗素子25を介してコンデンサ26,27を充電する。コンデンサ26,27の端子間電圧は徐々に上昇する。電源制御IC20は、コンデンサ26,27の端子間電圧がしきい値電圧VTHを超えたことに応じて、コンデンサ26,27の電荷を瞬時に放電させ、即座にコンデンサ26,27の充電を開始する。このときコンデンサ26,27の電荷を充放電させる周波数がPWM信号φ20の周波数f2となる。
When output control signal CNT is at "H" level, NPN
容量端子CTと接地電圧GNDのラインとの間のコンデンサの容量値が大きいほど、コンデンサを充電させるために必要な時間が長くなり、PWM信号φ20の周波数が低くなる。したがって、f1>f2となる。コンデンサ26の容量値をC26とし、コンデンサ27の容量値をC27とすると、f1/f2=(C26+C27)/C26となる。コンデンサ26を任意の容量値を有する第1のコンデンサと置換するとともに、コンデンサ27を任意の容量値を有する第2のコンデンサと置換することにより、f1/f2を任意の値に設定することが可能となっている。換言すると、出力制御信号CNTが「L」レベルである場合の可変容量コンデンサの第1の容量値C26と、出力制御信号CNTが「H」レベルである場合の可変容量コンデンサの第2の容量値(C26+C27)との各々は変更可能となっている。コンデンサ26,27の各々を可変容量コンデンサとしてもよい。
The larger the capacitance value of the capacitor between the capacitance terminal CT and the line of the ground voltage GND, the longer the time required to charge the capacitor and the lower the frequency of the PWM signal φ20. Therefore, f1> f2. Assuming that the capacitance value of the
過電流検出信号OCが「H」レベルから「L」レベルに立ち下げられると、電圧保持回路18のコンデンサC2の電荷は、抵抗素子24およびNPNバイポーラトランジスタ28のベースおよびエミッタを介して接地電圧GNDのラインに流出し、出力制御信号CNTの電圧が徐々に低下する。したがって、過電流検出信号OCが「H」レベルから「L」レベルに立ち下げられると、ある時間Tcの経過後に出力制御信号CNTが「H」レベルから「L」レベルに立ち下げられる。時間Tcが所望の時間になるように、コンデンサC2の容量値と抵抗素子24の抵抗値とが設定される。電圧保持回路18、抵抗素子24、およびNPNバイポーラトランジスタ28はタイマー回路を構成する。
When overcurrent detection signal OC falls from "H" level to "L" level, the charge of capacitor C2 of
図7(a)〜(d)は、電源制御IC20の動作を示すタイムチャートである。特に、図7(a)は出力制御信号CNTが「L」レベルである場合における容量端子CTの電圧を示し、図7(b)はその場合におけるPWM信号φ20の波形を示している。図7(c)は出力制御信号CNTが「H」レベルである場合における容量端子CTの電圧を示し、図7(d)はその場合におけるPWM信号φ20の波形を示している。
FIGS. 7A to 7D are time charts showing the operation of the
出力制御信号CNTが「L」レベルである場合は、図7(a)(b)に示すように、NPNバイポーラトランジスタ28がオフし、コンデンサ26が比較的高い周波数f1で充放電され、PWM信号φ20の周波数はf1となる。このとき、PWM信号φ20の1周期λ内においてPWM信号φ20が「H」レベルにされる時間、すなわちパルス幅TPは、スイッチング電源装置10の出力電圧VOが目標電圧VTに一致するように制御される。図7(b)では、PWM信号φ20のパルス幅TPが一定値に維持されている状態が示されている。
When the output control signal CNT is at the "L" level, as shown in FIGS. 7A and 7B, the NPN
出力制御信号CNTが「H」レベルである場合は、図7(c)(d)に示すように、NPNバイポーラトランジスタ28がオンし、コンデンサ26,27が比較的低い周波数f2で充放電され、PWM信号φ20の周波数はf2となる。図7(c)では、f2=f1/4の場合が示されている。このとき、PWM信号φ20のパルス幅TPは、出力制御信号CNTが「H」レベルにされる直前の期間(すなわち出力制御信号CNTが「L」レベルにされていた期間)におけるパルス幅TPよりも短い時間に固定される。図7(d)では、PWM信号φ20のパルス幅TPが1/3程度に短縮された状態が示されている。
When the output control signal CNT is at the “H” level, as shown in FIGS. 7C and 7D, the NPN
したがって、出力制御信号CNTが「H」レベルにされた場合は、単位時間当たりのNチャネルMOSトランジスタ13のオン時間およびオン回数が低減され、本来、出力できる設計上の最大電力に比べて、1次側回路で取り扱う電力が小さくなり、2次側に伝達される電力も小さくなる。これにより、出力電圧VOと出力電流IOの両方が小さくなり、フの字特性が実現される。
Therefore, when output control signal CNT is set to "H" level, the on time and on number of times of N
なお、図7(a)〜(d)では、f2/f1=1/4の場合について説明したが、これに限るものではなく、f2/f1は0よりも大きく1よりも小さな値であればどのような値でも構わない。たとえば、f2/f1=1/5でもよいし、f2/f1=1/10でも構わない。 In FIGS. 7A to 7D, the case of f2 / f1 = 1/4 has been described. However, the present invention is not limited to this, and if f2 / f1 is a value larger than 0 and smaller than 1 Any value may be used. For example, f2 / f1 = 1/5 or f2 / f1 = 1/10 may be used.
次に、周囲温度の変化に対する周波数設定回路19の動作について説明する。一般に、周囲温度が変化するとコンデンサの容量値が変化する。たとえば、常温時(+20℃)におけるコンデンサ26,27の各々の容量値を100%とした場合、低温時(−40℃)におけるコンデンサ26,27の各々の容量値が80%に低下する場合について考える。もし、抵抗素子25の抵抗値が周囲温度によらず一定であり、抵抗素子25を介してコンデンサ26,27に流れる電流が周囲温度によらず一定であるとすると、低温時(−40℃)において、コンデンサ26,27が充電される速度が速くなり、PWM信号φ20の周波数が100kHz(または25kHz)からずれてしまう。
Next, the operation of the
そこで、本実施の形態1では、常温時(+20℃)における抵抗値を100%とした場合、低温時(−40℃)における抵抗値が100/80=125%に増大するような温度係数を持つリニア温度係数抵抗器を抵抗素子25として使用する。これにより、周囲温度の変化に伴うコンデンサ25,27の容量値の変化を補償することができ、周囲温度の変化に伴うPWM信号φ20の周波数の変化を抑制することができる。
Therefore, in the first embodiment, when the resistance value at normal temperature (+ 20 ° C.) is 100%, the temperature coefficient such that the resistance value at low temperature (-40 ° C.) increases to 100/80 = 125%. A linear temperature coefficient resistor is used as the
次に、スイッチング電源装置10の動作について説明する。図4において、商用交流電源5から供給される商用周波数の交流電圧は、整流回路2によって整流され、コンデンサ3によって平滑化されて直流電圧VIに変換される。直流電圧VIは、電力変換回路11の入力端子T1,T2間に与えられる。
Next, the operation of the switching
NチャネルMOSトランジスタ13がオンされると、コンデンサ3の正側端子から絶縁トランス12の1次巻線12a、NチャネルMOSトランジスタ13、抵抗素子14を介してコンデンサ3の負側端子の経路で電流I1が流れ、絶縁トランス12に電磁エネルギーが蓄えられる。電流I1は、抵抗素子14によって電圧V14に変換され、電圧V14は過電流検出回路17によってモニタされる。
When N
NチャネルMOSトランジスタ13がオフされると、絶縁トランス12に蓄えられた電磁エネルギーが放出され、2次巻線12bからダイオード15を介してコンデンサC1および負荷6の並列接続体に電流が供給される。換言すると、2次巻線12bの端子間電圧は、ダイオード15によって整流され、コンデンサC1によって平滑化され、直流電圧VOに変換されて負荷6に供給される。
When N
出力電圧VOが目標電圧VTに一致するように、フィードバック回路16によって制御信号φ16が生成され、その制御信号φ16に基づいて電源制御IC20によってPWM信号φ20のパルス幅TPが制御される。PWM信号φ20が「H」レベルである場合はNチャネルMOSトランジスタ13がオンし、PWM信号φ20が「L」レベルである場合はNチャネルMOSトランジスタ13がオフする。
1次巻線12aに流れる電流I1は、抵抗素子14によって電圧V14に変換される。出力電流IOが上限値IHよりも小さい場合は、抵抗素子14の端子間電圧V14が参照電圧VRよりも小さくなり、過電流検出回路17によって過電流検出信号OCが非活性化レベルの「L」レベルにされ、電圧保持回路18によって出力制御信号CNTが「L」レベルにされる。出力制御信号CNTが「L」レベルの場合は、周波数設定回路19のコンデンサ26のみが電源制御IC20の容量端子CTに接続され、電源制御IC20によって一定周波数f1のPWM信号φ20が生成される。
Current I1 flowing through primary winding 12a is converted to voltage V14 by
VO<VTである場合はPWM信号φ20のパルス幅TPが広げられ、VO>VTである場合はPWM信号φ20のパルス幅TPが狭められる。換言すると、VO<VTである場合はPWM信号φ20のデューティ比が増大され、VO>VTである場合はPWM信号φ20のデューティ比が減少される。これにより、出力電圧VOを目標電圧VTに維持しながら、定格電流値IR以下の電流IOを負荷6に供給することができる。
When VO <VT, the pulse width TP of the PWM signal φ20 is expanded, and when VO> VT, the pulse width TP of the PWM signal φ20 is narrowed. In other words, when VO <VT, the duty ratio of the PWM signal φ20 is increased, and when VO> VT, the duty ratio of the PWM signal φ20 is decreased. Thus, the current IO equal to or less than the rated current value IR can be supplied to the
出力電流IOが上限値IHを超えると、抵抗素子14の端子間電圧V14が参照電圧VRよりも大きくなり、過電流検出回路17によって過電流検出信号OCが活性化レベルの「H」レベルにされ、電圧保持回路18によって出力制御信号CNTが一定時間Tc、「H」レベルにされる。出力制御信号CNTが「H」レベルにされると、周波数設定回路19のコンデンサ26,27が電源制御IC20の容量端子CTに接続され、PWM信号φ20の周波数がf1からf2に低下され、PWM信号φ20のパルス幅TPが短縮される。これにより、スイッチング電源装置10の出力電圧VOおよび出力電流IOが両方とも低減され、フの字特性が実現され、スイッチング電源装置10が保護される。
When output current IO exceeds upper limit value IH, voltage V14 across terminals of
周囲温度が変化すると、それに応じて過電流検出回路17の抵抗素子21の抵抗値が変化して参照電圧VRが変化し、周囲温度の変化に伴う抵抗素子14の抵抗値の変化(すなわち抵抗素子14の端子間電圧V14の変化)が補償される。また、周囲温度が変化すると、それに応じて周波数設定回路19の抵抗素子25の抵抗値が変化し、周囲温度の変化に伴うコンデンサ26,27の容量値の変化(すなわちPWM信号φ20の周波数の変化)が補償される。したがって、温度依存性の小さなフの字特性が実現される。
When the ambient temperature changes, the resistance value of
次に、スイッチング電源装置10の出力を低下させて過電流保護した状態から通常の出力状態に復帰させる場合について説明する。過電流状態では、負荷6のインピーダンスが低下しており、負荷6が上限値IHを超える出力電流IOを流そうとしている。
Next, the case where the output of the switching
一般的に、スイッチング電源装置10の過電流保護状態を解除する方法としては、3つの方法がある。第1の方法は、商用交流電源5からの電力供給を遮断した後に再投入する方法である。第2の方法は、負荷6を一旦、切り離す方法である。第3の方法は、商用交流電源5から交流電力を受けながら、出力インピーダンスを高くする、つまり出力電流IOを減らすことにより、スイッチング電源装置1を通常の出力電圧VOおよび出力電流IOを出力可能な状態に戻す方法である。第3の方法は、自動復帰と呼ばれる。
In general, there are three methods for releasing the overcurrent protection state of the switching
一般的に、過電流時や負荷短絡時に動作停止状態を自己保持するラッチ回路を備えたスイッチング電源装置では、上記第1または第2の方法が採用される。第1または第2の方法を採用する場合、スイッチング電源装置を搭載した製品の運転を一旦停止させる必要がある。 In general, the first or second method is employed in a switching power supply provided with a latch circuit that self-holds an operation stop state at the time of overcurrent or load short circuit. When adopting the first or second method, it is necessary to temporarily stop the operation of the product equipped with the switching power supply device.
これに対して第3の方法では、負荷6の状態を改善すること、すなわち、過負荷や負荷短絡の状態をなくして負荷6の消費電流を低減することにより、商用交流電源5からの交流電力を受けながら、スイッチング電源装置10の出力電圧VOを定格電圧値に戻し、設計上の最大電力に至るまで出力電流IOを取り出せるような通常の状態に戻すことができる。
On the other hand, in the third method, the AC power from the commercial AC power supply 5 is improved by improving the state of the
本実施の形態1のスイッチング電源装置10では、第3の方法を採用している。すなわち、過電流時や負荷短絡時には、過電流検出信号OCを活性化レベルの「H」レベルにし、出力制御信号CNTを一定時間Tcだけ「H」レベルにし、スイッチング電源装置10の出力電圧VOおよび出力電流IOを低下させる。これにより、負荷6に供給する電圧VOおよび電流IOを低下させ、過電流状態および負荷短絡状態を改善する。一定時間Tcの経過後は、出力電圧VOおよび出力電流IOを元に戻し、自動復帰する。
The switching
以上のように、この実施の形態1では、絶縁トランス12の1次巻線12aに流れる電流I1を抵抗素子14によって電圧V14に変換し、その電圧V14が参照電圧VRを超えた場合に、PWM信号φ20の周波数をf1からf2に低下させるとともにPWM信号φ20のパルス幅TPを狭める。また、周囲温度の変化に伴う抵抗素子14の抵抗値の変化を抵抗素子21によって補償する。したがって、温度依存性の小さなフの字特性を有する安全性の高いスイッチング電源装置10を簡単に実現することができる。
As described above, in the first embodiment, the current I1 flowing through the primary winding 12a of the isolation transformer 12 is converted to the voltage V14 by the
汎用の電源制御IC20と過電流検出回路17と電圧保持回路18と周波数設定回路19を使用してフの字特性を実現することができるので、専用の電源制御ICを使用する特許文献1に比べ、装置の低コスト化を図ることができる。
Since the letter-characteristic can be realized using the general-purpose power
特許文献1のように絶縁トランスの補助巻線の端子間電圧の変化を利用しないので、絶縁トランスの結合度に影響されることなく、ばらつきの少ない安定したフの字特性を得ることができる。抵抗素子14,21,22の抵抗値を変更することにより、出力電流IOの上限値IHと定格電流値IRとの比を変更することができ、自由度の高いフの字特性を実現することができる。
Since the change in the voltage between the terminals of the auxiliary winding of the insulating transformer is not used as in
出力電流IOを検出し、その検出値が上限値IHを超えると、過電流検出信号OCを「H」レベルにし、それを絶縁して1次側の電源制御ICに送る場合に比べ、部品点数の少ない簡素な回路でフの字特性を実現できる。 The output current IO is detected, and when the detected value exceeds the upper limit value IH, the overcurrent detection signal OC is set to the “H” level, which is isolated and sent to the power control IC on the primary side. The letter character can be realized with a simple circuit with little
さらに、過電流状態または負荷短絡状態が解消されると元の状態に自動復帰するので、商用交流電源5からの交流電力を遮断したり、負荷6を切り離す必要がない。
Furthermore, since the state automatically recovers to the original state when the overcurrent state or the load short-circuit state is eliminated, it is not necessary to shut off the AC power from the commercial AC power supply 5 or disconnect the
[実施の形態2]
絶縁トランス12の1次巻線12aのインピーダンスは、インダクタンス成分と浮遊容量成分を含む。このため、過電流状態になっていない場合でも、NチャネルMOSトランジスタ13をオンさせた瞬間に1次巻線12aの浮遊容量成分を介して大きな電流I1が抵抗素子14に流れ、過電流検出信号OCが「H」レベルにされてスイッチング電源装置の出力電圧VOおよび出力電流IOが低減される恐れがある。この実施の形態2では、このような誤動作が発生することを防止するものである。
Second Embodiment
The impedance of the primary winding 12a of the isolation transformer 12 includes an inductance component and a stray capacitance component. Therefore, even when the overcurrent state is not obtained, a large current I1 flows through
図8は、この発明の実施の形態2によるスイッチング電源装置の要部を示す回路ブロック図であって、図5と対比される図である。図8を参照して、このスイッチング電源装置が実施の形態1のスイッチング電源装置10と異なる点は、過電流検出回路17と電圧保持回路18の間にブランキング回路30が追加されている点である。
8 is a circuit block diagram showing a main part of a switching power supply according to a second embodiment of the present invention, which is to be compared with FIG. Referring to FIG. 8, this switching power supply differs from switching
ブランキング回路30は、電源制御IC20の外付け回路であって、NPNバイポーラトランジスタ31、ダイオード32、コンデンサ33、および抵抗素子34を含む。NPNバイポーラトランジスタ31のコレクタは比較器23の出力端子に接続され、そのエミッタは接地電圧GNDのラインに接続されている。ダイオード32のアノードは接地電圧GNDのラインに接続され、そのカソードはNPNバイポーラトランジスタ31のベースに接続されている。抵抗素子34の一方端子はPWM信号φ20を受け、その他方端子はコンデンサ33を介してNPNバイポーラトランジスタ31のベースに接続されている。
Blanking
抵抗素子34は、周囲温度の変化に伴うNPNバイポーラトランジスタ31のしきい値電圧Vthの変化を補償するためのリニア温度係数抵抗器を含む。コンデンサ33は、微分回路として動作し、PWM信号φ20を微分してNPNバイポーラトランジスタ31のベースに与える。ダイオード32は、NPNバイポーラトランジスタ31のベース電圧が負電圧になるのを防止する。抵抗素子34、コンデンサ33、およびダイオード32は、駆動回路を構成する。
図9(a)〜(d)は、ブランキング回路30の動作を示すタイムチャートである。特に、図9(a)はPWM信号φ20の波形を示し、図9(b)は抵抗素子14に流れる電流I1の波形を示し、図9(c)はコンデンサ33に流れる電流I33の波形を示し、図9(d)はNPNバイポーラトランジスタ31のベース電流I31の波形を示している。
FIGS. 9A to 9D are time charts showing the operation of the blanking
図9(a)に示すように、PWM信号φ20は、時刻t1において「L」レベルから「H」レベルに立ち上げられ、時刻t3において「H」レベルから「L」レベルに立ち上げられるものとする。PWM信号φ20に応答して、NチャネルMOSトランジスタ13は時刻t1にオンし、時刻t2にオフする。
As shown in FIG. 9A, the PWM signal φ20 is raised from the “L” level to the “H” level at time t1, and is raised from the “H” level to the “L” level at time t3. Do. In response to PWM signal φ20, N
絶縁トランス12の1次巻線12aのインピーダンスがインダクタンス成分のみを含む場合は、NチャネルMOSトランジスタ13がオンされてからオフされるまで(時刻t1〜t3)、1次巻線12aに流れる電流I1は線形に上昇する。しかし、実際には絶縁トランス12の1次巻線12aのインピーダンスはインダクタンス成分と浮遊容量成分を含むので、時刻t1においてNチャネルMOSトランジスタ13がオンすると、1次巻線12aの浮遊容量成分を介して抵抗素子14にスパイク状の正電流が流れる(円形の点線Aで囲まれた部分参照)。
When the impedance of primary winding 12a of isolation transformer 12 includes only an inductance component, current I1 flowing through primary winding 12a from when N
このため、電流I1は、1次巻線12aのインダクタンス成分に流れて線形に上昇する電流と、1次巻線12aの浮遊容量成分を介して流れるスパイク状の電流との和となり、図9(b)に示すような波形となる。抵抗素子14の端子間電圧V14は、電流I1と同じ波形となる。点線Aで囲まれた部分の電流I1に対応する電圧V14が参照電圧VRを超えると、負荷6に過電流が流れていないにもかかわらず、過電流検出信号OCが活性化レベルの「H」レベルにされてしまい、出力電圧VOおよび出力電流IOが低減されてしまう。ブランキング回路30は、そのような誤動作を防止するものである。
Therefore, the current I1 is the sum of the current flowing in the inductance component of the primary winding 12a and rising linearly, and the spike-like current flowing through the stray capacitance component of the primary winding 12a, as shown in FIG. The waveform is as shown in b). The terminal voltage V14 of the
PWM信号φ20はパルス信号であるので、PWM信号φ20の立ち上がりエッジおよび立下りエッジの各々は過渡的に交流電圧になり、コンデンサ33を通過する。換言すると、コンデンサ33は微分回路として動作し、図9(c)に示すように、PWM信号φ20の立ち上がりエッジに応答してスパイク状の正電流を流し(時刻t1)、PWM信号φ20の立下りエッジに応答してスパイク状の負電流を流す(時刻t3)。
Since the
NPNバイポーラトランジスタ31のベースは、ダイオード32によって0V以上に維持される。換言すると、スパイク状の負電流(円形の点線Bで囲まれた部分)は、ダイオード22を介して接地電圧GNDのラインに流れる。このため、NPNバイポーラトランジスタ31のベースには、図9(d)に示すように、コンデンサ33に流れる電流I33のうちのスパイク状の正電流のみが流れる。ベースにスパイク状の正電流I31が流れると、NPNバイポーラトランジスタ31のコレクタ−エミッタ間にスパイク状の電流が流れ、比較器23の出力端子が強制的に「L」レベル(接地電圧GND)にされる。
The base of the NPN
したがって、仮に1次巻線12aの端子間の浮遊容量成分に流れるスパイク状の正電流I1(円形の点線Aで囲まれた部分)によって発生した電圧V14が参照電圧VRを超えた場合でも、その間(時刻t1〜t2)は比較器23の出力端子が強制的に「L」レベルにされ、過電流検出信号OCが「H」レベルにされることはない。換言すると、PWM信号φ20の立ち上がりエッジに応答して一定時間Tbだけ過電流検出信号OCがブランキングされる。時間Tbは、PWM信号φ20の1周期よりも短い時間に設定される。
Therefore, even if voltage V14 generated by spike-like positive current I1 (portion surrounded by circular dotted line A) flowing to the stray capacitance component between terminals of primary winding 12a exceeds reference voltage VR, At (t1 to t2), the output terminal of the
したがって、この実施の形態2では、NチャネルMOSトランジスタ13をオンさせた瞬間に1次巻線12aの端子間の浮遊容量成分に流れるスパイク状の正電流によってスイッチング電源装置が誤動作することを防止することができる。
Therefore, in the second embodiment, the switching power supply device is prevented from malfunctioning due to the spike-like positive current flowing in the stray capacitance component between the terminals of primary winding 12a at the moment N
次に、周囲温度の変化に対するブランキング回路30の動作について説明する。周囲温度が低下すると、NPNバイポーラトランジスタ31のしきい値電圧Vthが上昇する。そこで、本実施の形態2では、周囲温度が低下すると抵抗値が低下するリニア温度係数抵抗器を抵抗素子34として使用する。周囲温度が低下してNPNバイポーラトランジスタ31のしきい値電圧Vthが上昇すると、抵抗素子34の抵抗値が低下し、NPNバイポーラトランジスタ31のベース電流の低下が抑制される。したがって、周囲温度が低下した時にNPNバイポーラトランジスタ31がオンし難くなるのを防止することができる。
Next, the operation of the blanking
[実施の形態3]
図10は、この発明の実施の形態3によるスイッチング電源装置の要部を示す回路ブロック図であって、図5と対比される図である。図10を参照して、このスイッチング電源装置が実施の形態1のスイッチング電源装置10と異なる点は、過電流検出回路17が過電流検出回路40で置換されている点である。
Third Embodiment
FIG. 10 is a circuit block diagram showing a main part of a switching power supply according to a third embodiment of the present invention, which is to be compared with FIG. Referring to FIG. 10, this switching power supply differs from switching
過電流検出回路40は、NPNバイポーラトランジスタ41,42および抵抗素子43〜45を含む。NPNバイポーラトランジスタ41,42のコレクタはそれぞれ抵抗素子43,44を介して直流電源電圧VCCのラインに接続され、それらのエミッタはともに接地電圧GND(基準電圧)を受ける。NPNバイポーラトランジスタ41のベースは抵抗素子45を介して抵抗素子14の端子間電圧V14を受け、そのコレクタは、NPNバイポーラトランジスタ42のベースに接続される。NPNバイポーラトランジスタ42のコレクタに現れる信号が過電流検出信号OCとなる。
この過電流検出回路40における参照電圧VRは、NPNバイポーラトランジスタ41のしきい値電圧Vthと、周囲温度と、抵抗素子45の抵抗値とをパラメータとする関数によって表される。たとえば常温時(+20℃)に、出力電流IOが上限値IHに到達したときにNPNバイポーラトランジスタ41のベース−エミッタ間電圧VBEがしきい値電圧Vthに到達するように、抵抗素子14,45の各々の抵抗値が設定される。抵抗素子43,44は、それぞれNPNバイポーラトランジスタ41,42のコレクタに流れる電流を制限する。抵抗素子45は、NPNバイポーラトランジスタ41のベースに流れる電流を制限する。周囲温度が変化して抵抗素子14の抵抗値が変化すると、それに応じて参照電圧VRも変化し、周囲温度の変化に伴う抵抗素子14の抵抗値の変化が抵抗素子45によって補償される。
The reference voltage VR in the
出力電流IOが上限値IHよりも小さい場合は、NPNバイポーラトランジスタ41のベース−エミッタ間電圧VBEがしきい値電圧Vthによりも小さくなり、NPNバイポーラトランジスタ41がオフする。これにより、NPNバイポーラトランジスタ41のコレクタが「H」レベル(直流電源電圧VCC)になり、NPNバイポーラトランジスタ42のベースが「H」レベルになり、NPNバイポーラトランジスタ42がオンして過電流検出信号OCが非活性化レベルの「L」レベルになる。
When the output current IO is smaller than the upper limit value IH, the base-emitter voltage VBE of the NPN
出力電流IOが上限値IHを超えると、NPNバイポーラトランジスタ41のベース−エミッタ間電圧VBEがしきい値電圧Vthよりも大きくなり、NPNバイポーラトランジスタ41がオンする。これにより、NPNバイポーラトランジスタ41のコレクタが「L」レベル(接地電圧GND)になり、NPNバイポーラトランジスタ42のベースが「L」レベルになり、NPNバイポーラトランジスタ42がオフして過電流検出信号OCが活性化レベルの「H」レベルになる。
When output current IO exceeds upper limit value IH, base-emitter voltage VBE of NPN
次に、周囲温度の変化に対する過電流検出回路40の動作について説明する。NPNバイポーラトランジスタ41のベース−エミッタ間はダイオード特性を持っている。ダイオードの順方向電圧VFは、低温になると大きくなり、高温になると小さくなるという温度特性を持つ。NPNバイポーラトランジスタ41をオンさせるために必要なベース−エミッタ間電圧VBEは、しきい値電圧Vthと呼ばれる。周囲温度が常温(+20℃)である場合におけるNPNバイポーラトランジスタ41のしきい値電圧Vthが0.6Vであるとすると、低温時(−40℃)におけるしきい値電圧Vthは0.6Vよりも大きくなり、高温時(+85℃)におけるしきい値電圧Vthは0.6Vよりも小さくなる。
Next, the operation of the
また、抵抗素子14の抵抗値も周囲温度に応じて変化する。したがって、この過電流検出回路40では、周囲温度の変化に伴うNPNバイポーラトランジスタ41のしきい値電圧Vthの変化と、周囲温度の変化に伴う抵抗素子14の抵抗値の変化とを補償するような温度係数を持つリニア温度係数抵抗器を抵抗素子45として使用する。
In addition, the resistance value of the
たとえば、低温(−40℃)になると抵抗値が小さくなり、高温(+85℃)になると抵抗値が大きくなるリニア温度係数抵抗器を抵抗素子45として使用する。したがって、周囲温度が低下して抵抗素子14の抵抗値が低下するとともにNPNバイポーラトランジスタ41のしきい値電圧Vthが上昇した場合でも、抵抗素子45の抵抗値が低下するのでNPNバイポーラトランジスタ41のベース電流の低下を抑制することができ、低温時においても過電流保護を正確に行なうことができる。他の構成および動作は実施の形態1と同じであるので、その説明は繰り返さない。
For example, a linear temperature coefficient resistor is used as the
この実施の形態3では、過電流検出回路40をNPNバイポーラトランジスタ41,42および抵抗素子43〜45のみで構成するので、実施の形態1と比べ、装置の小型化、低コスト化を図ることができる。しかも、周囲温度の変化に伴う抵抗素子14の抵抗値の変化およびNPNバイポーラトランジスタ41のしきい値電圧Vthの変化を抵抗素子45によって補償するので、温度依存性の小さな応答特性を実現することができる。
In the third embodiment, the
なお、過電流検出信号OCの非活性化レベルを「H」レベルとし、その活性化レベルを「L」レベルとする場合は、NPNバイポーラトランジスタ42および抵抗素子44を除去し、NPNバイポーラトランジスタ41のコレクタに現れる信号を過電流検出信号OCとすればよい。この場合は、さらに装置の小型化、低コスト化を図ることができる。
When the inactivation level of the overcurrent detection signal OC is set to the “H” level and the activation level is set to the “L” level, the NPN
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be understood that the embodiments disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is indicated not by the above description but by the claims, and is intended to include all the modifications within the meaning and scope equivalent to the claims.
1,10 スイッチング電源装置、2 整流回路、3,26,27,33,C1,C2 コンデンサ、4,11 電力変換回路、5 商用交流電源、6 負荷、T1,T2 入力端子、T3,T4 出力端子、12 絶縁トランス、12a 1次巻線、12b 2次巻線、13 NチャネルMOSトランジスタ、14,21,22,25,34,43〜45 抵抗素子、15,32,D1 ダイオード、16 フィードバック回路、17,40 過電流検出回路、18 電圧保持回路、19 周波数設定回路、20 電源制御IC、23 比較器、28,31,41,42 NPNバイポーラトランジスタ、30 ブランキング回路。 1, 10 switching power supply, 2 rectification circuits, 3, 26, 27, 33, C1, C2 capacitors, 4, 11 power conversion circuits, 5 commercial AC power supplies, 6 loads, T1, T2 input terminals, T3, T4 output terminals , 12 isolation transformer, 12a primary winding, 12b secondary winding, 13 N channel MOS transistors, 14, 21, 22, 25, 25, 34, 43-45 resistive elements, 15, 32, D1 diodes, 16 feedback circuits, 17, 40 Overcurrent Detection Circuit, 18 Voltage Holding Circuit, 19 Frequency Setting Circuit, 20 Power Supply Control IC, 23 Comparator, 28, 31, 41, 42 NPN Bipolar Transistor, 30 Blanking Circuit.
Claims (15)
第1の直流電圧を受ける第1および第2の入力端子と、
1次巻線および2次巻線を含む絶縁トランスと、
PWM信号に応答してオン/オフするスイッチング素子と、
前記2次巻線の端子間電圧を整流および平滑化し、第2の直流電圧を生成して負荷に与える出力電圧生成回路と、
前記第1および第2の入力端子間に前記1次巻線および前記スイッチング素子と直列接続された第1の抵抗素子と、
前記第1の抵抗素子の端子間電圧が参照電圧よりも低い場合は過電流検出信号を非活性化レベルにし、前記第1の抵抗素子の端子間電圧が前記参照電圧よりも高い場合は前記過電流検出信号を活性化レベルにする過電流検出回路と、
前記過電流検出信号が活性化レベルである場合は出力制御信号を第1の論理レベルにし、前記過電流検出信号が活性化レベルから非活性化レベルに変化してから第1の時間が経過した後に前記出力制御信号を第2の論理レベルにするタイマー回路と、
前記出力制御信号が第2の論理レベルである場合は前記PWM信号の周波数を第1の値に設定し、前記出力制御信号が第1の論理レベルである場合は前記PWM信号の周波数を前記第1の値よりも低い第2の値に設定する周波数設定回路と、
前記周波数設定回路によって設定された周波数の前記PWM信号を生成し、前記出力制御信号が第2の論理レベルである場合は、前記第2の直流電圧が目標電圧になるように前記PWM信号のパルス幅を制御し、前記出力制御信号が第1の論理レベルにされたことに応じて前記PWM信号のパルス幅を狭める制御回路とを備え、
前記第1の抵抗素子の抵抗値は前記電力変換回路の周囲温度に応じて変化し、
前記過電流検出回路は、前記周囲温度の変化に応じて前記参照電圧を変化させ、前記周囲温度の変化に伴う前記第1の抵抗素子の抵抗値の変化を補償する、電力変換回路。 A power conversion circuit,
First and second input terminals receiving a first DC voltage;
An isolation transformer including a primary winding and a secondary winding;
A switching element that turns on / off in response to the PWM signal;
An output voltage generation circuit that rectifies and smoothes a voltage across terminals of the secondary winding and generates a second DC voltage to be applied to a load;
A first resistance element connected in series with the primary winding and the switching element between the first and second input terminals;
When the voltage across terminals of the first resistance element is lower than the reference voltage, the overcurrent detection signal is set to the inactivation level, and when the voltage across terminals of the first resistance element is higher than the reference voltage, the over An overcurrent detection circuit for setting the current detection signal to an activation level;
When the overcurrent detection signal is at the activation level, the output control signal is set to the first logic level, and the first time has elapsed since the overcurrent detection signal changed from the activation level to the deactivation level. A timer circuit to bring the output control signal to the second logic level later;
The frequency of the PWM signal is set to a first value when the output control signal is a second logic level, and the frequency of the PWM signal is set to a first value when the output control signal is a first logic level. A frequency setting circuit configured to set a second value lower than the value of 1,
The PWM signal of the frequency set by the frequency setting circuit is generated, and when the output control signal is at the second logic level, the pulse of the PWM signal is set such that the second DC voltage becomes the target voltage. Control circuitry for controlling the width and narrowing the pulse width of the PWM signal in response to the output control signal being brought to the first logic level;
The resistance value of the first resistance element changes in accordance with the ambient temperature of the power conversion circuit,
The power conversion circuit, wherein the overcurrent detection circuit changes the reference voltage in response to a change in the ambient temperature, and compensates for a change in the resistance value of the first resistive element with the change in the ambient temperature.
直流電源電圧を分圧して前記参照電圧を生成する分圧回路と、
前記第1の抵抗素子の端子間電圧と前記参照電圧とを比較し、前記第1の抵抗素子の端子間電圧が前記参照電圧よりも低い場合は前記過電流検出信号を非活性化レベルにし、前記第1の抵抗素子の端子間電圧が前記参照電圧よりも高い場合は前記過電流検出信号を活性化レベルにする比較器とを含み、
前記分圧回路は、前記直流電源電圧のラインと基準電圧のラインとの間に直列接続された第2および第3の抵抗素子を含み、
前記第2および第3の抵抗素子のうちの少なくともいずれか一方は、前記周囲温度に応じて抵抗値が変化する第1の温度係数抵抗器を含み、
前記第1の温度係数抵抗器は、前記周囲温度の変化に応じて前記参照電圧を変化させ、前記周囲温度の変化に伴う前記第1の抵抗素子の抵抗値の変化を補償する、請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の電力変換回路。 The overcurrent detection circuit is
A voltage dividing circuit that divides a DC power supply voltage to generate the reference voltage;
Comparing the voltage between terminals of the first resistive element with the reference voltage, and setting the overcurrent detection signal to an inactive level if the voltage between terminals of the first resistive element is lower than the reference voltage; A comparator for setting the overcurrent detection signal to an activation level when a voltage across terminals of the first resistance element is higher than the reference voltage;
The voltage dividing circuit includes second and third resistance elements connected in series between the line of the DC power supply voltage and the line of a reference voltage,
At least one of the second and third resistance elements includes a first temperature coefficient resistor whose resistance value changes according to the ambient temperature,
The first temperature coefficient resistor changes the reference voltage in response to a change in the ambient temperature, and compensates for a change in the resistance value of the first resistive element with the change in the ambient temperature. The power conversion circuit according to any one of claims 1 to 4.
前記第2の抵抗素子の一方端子は前記第1の抵抗素子の端子間電圧を受け、
前記第3および第4の抵抗素子の一方端子は直流電源電圧を受け、
前記第1および第2のトランジスタの第1の電極はそれぞれ前記第2および第3の抵抗素子の他方端子に接続され、それらの第2の電極はともに基準電圧を受け、
前記第1のトランジスタの制御電極は前記第2の抵抗素子の他方端子に接続され、
前記第2のトランジスタの制御電極は前記第1のトランジスタの第1の電極に接続され、
前記第1のトランジスタのしきい値電圧は前記周囲温度に応じて変化し、
前記参照電圧は、前記第2の抵抗素子の抵抗値と前記第1のトランジスタのしきい値電圧とによって決まり、
前記第2の抵抗素子は、前記周囲温度に応じて抵抗値が変化する第1の温度係数抵抗器を含み、
前記第1の温度係数抵抗器は、前記周囲温度の変化に応じて前記参照電圧を変化させ、前記周囲温度の変化に伴う前記第1の抵抗素子の抵抗値の変化を補償し、
前記第2のトランジスタの第1の電極に現れる信号が前記過電流検出信号であり、
前記直流電源電圧が前記過電流検出信号の活性化レベルであり、前記基準電圧が前記過電流検出信号の非活性化レベルであり、
前記第1の抵抗素子の端子間電圧が前記参照電圧よりも低い場合は、前記第1のトランジスタがオフするとともに前記第2のトランジスタがオンして前記過電流検出信号が非活性化レベルとなり、
前記第1の抵抗素子の端子間電圧が前記参照電圧よりも高い場合は、前記第1のトランジスタがオンするとともに前記第2のトランジスタがオフして前記過電流検出信号が活性化レベルとなる、請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の電力変換回路。 The overcurrent detection circuit includes second, third and fourth resistance elements and first and second transistors,
One terminal of the second resistance element receives a voltage between terminals of the first resistance element,
One terminal of the third and fourth resistance elements receives a DC power supply voltage,
The first electrodes of the first and second transistors are connected to the other terminals of the second and third resistance elements, respectively, and their second electrodes both receive a reference voltage,
The control electrode of the first transistor is connected to the other terminal of the second resistance element,
The control electrode of the second transistor is connected to the first electrode of the first transistor,
The threshold voltage of the first transistor varies with the ambient temperature,
The reference voltage is determined by the resistance value of the second resistance element and the threshold voltage of the first transistor.
The second resistive element includes a first temperature coefficient resistor whose resistance value changes according to the ambient temperature,
The first temperature coefficient resistor changes the reference voltage in response to a change in the ambient temperature, and compensates for the change in the resistance value of the first resistive element with the change in the ambient temperature.
The signal appearing at the first electrode of the second transistor is the overcurrent detection signal,
The DC power supply voltage is an activation level of the overcurrent detection signal, and the reference voltage is an inactivation level of the overcurrent detection signal.
When the voltage across the terminals of the first resistance element is lower than the reference voltage, the first transistor is turned off and the second transistor is turned on to bring the overcurrent detection signal to an inactivation level.
When the voltage across terminals of the first resistive element is higher than the reference voltage, the first transistor is turned on and the second transistor is turned off, and the overcurrent detection signal becomes an activation level. The power conversion circuit according to any one of claims 1 to 4.
前記第2の抵抗素子の一方端子は前記第1の抵抗素子の端子間電圧を受け、
前記第3の抵抗素子の一方端子は直流電源電圧を受け、
前記第1のトランジスタの第1の電極は前記第2の抵抗素子の他方端子に接続され、その第2の電極は基準電圧を受け、その制御電極は前記第2の抵抗素子の他方端子に接続され、
前記第1のトランジスタのしきい値電圧は前記周囲温度に応じて変化し、
前記参照電圧は、前記第2の抵抗素子の抵抗値と前記第1のトランジスタのしきい値電圧とによって決まり、
前記第2の抵抗素子は、前記周囲温度に応じて抵抗値が変化する第1の温度係数抵抗器を含み、
前記第1の温度係数抵抗器は、前記周囲温度の変化に応じて前記参照電圧を変化させ、前記周囲温度の変化に伴う前記第1の抵抗素子の抵抗値の変化を補償し、
前記第1のトランジスタの第1の電極に現れる信号が前記過電流検出信号であり、
前記直流電源電圧が前記過電流検出信号の非活性化レベルであり、前記基準電圧が前記過電流検出信号の活性化レベルであり、
前記第1の抵抗素子の端子間電圧が前記参照電圧よりも低い場合は、前記第1のトランジスタがオフして前記過電流検出信号が非活性化レベルとなり、
前記第1の抵抗素子の端子間電圧が前記参照電圧よりも高い場合は、前記第1のトランジスタがオンして前記過電流検出信号が活性化レベルとなる、請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の電力変換回路。 The overcurrent detection circuit includes second and third resistance elements and a first transistor,
One terminal of the second resistance element receives a voltage between terminals of the first resistance element,
One terminal of the third resistance element receives a DC power supply voltage,
The first electrode of the first transistor is connected to the other terminal of the second resistive element, the second electrode receives a reference voltage, and the control electrode is connected to the other terminal of the second resistive element. And
The threshold voltage of the first transistor varies with the ambient temperature,
The reference voltage is determined by the resistance value of the second resistance element and the threshold voltage of the first transistor.
The second resistive element includes a first temperature coefficient resistor whose resistance value changes according to the ambient temperature,
The first temperature coefficient resistor changes the reference voltage in response to a change in the ambient temperature, and compensates for the change in the resistance value of the first resistive element with the change in the ambient temperature.
The signal appearing at the first electrode of the first transistor is the overcurrent detection signal,
The DC power supply voltage is an inactivation level of the overcurrent detection signal, and the reference voltage is an activation level of the overcurrent detection signal.
When the voltage across terminals of the first resistance element is lower than the reference voltage, the first transistor is turned off and the overcurrent detection signal is at the inactivation level.
5. The device according to claim 1, wherein when the voltage across terminals of the first resistive element is higher than the reference voltage, the first transistor is turned on and the overcurrent detection signal becomes an activation level. The power conversion circuit according to any one of the items.
前記タイマー回路は、
アノードが前記過電流検出信号を受けるダイオードと、
一方端子が前記ダイオードのカソードに接続され、他方端子が前記基準電圧を受ける第1のコンデンサと、
前記第1のコンデンサの一方端子と前記基準電圧のラインとの間に接続された第2の抵抗素子とを含み、
前記第1のコンデンサの一方電極に現れる信号が前記出力制御信号である、請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の電力変換回路。 The activation level of the overcurrent detection signal is a DC power supply voltage, and the deactivation level of the overcurrent detection signal is a reference voltage.
The timer circuit is
A diode whose anode receives the overcurrent detection signal;
A first capacitor having one terminal connected to the cathode of the diode and the other terminal receiving the reference voltage;
A second resistance element connected between one terminal of the first capacitor and the line of the reference voltage,
The power conversion circuit according to any one of claims 1 to 4, wherein a signal appearing at one electrode of the first capacitor is the output control signal.
前記過電流検出信号の活性化レベルは前記直流電源電圧であり、前記過電流検出信号の非活性化レベルは前記基準電圧であり、
前記過電流検出回路は、前記過電流検出信号を出力するための出力端子を含み、
前記ブランキング回路は、
前記出力端子と前記基準電圧のラインとの間に接続された第3のトランジスタと、
前記PWM信号が前記基準電圧から前記直流電源電圧に変化したことに応じて前記第2の時間だけ前記第3のトランジスタをオンさせる駆動回路とを含む、請求項10に記載の電力変換回路。 When the PWM signal is a reference voltage, the switching element is turned off, and when the PWM signal is a DC power supply voltage, the switching element is turned on,
The activation level of the overcurrent detection signal is the DC power supply voltage, and the deactivation level of the overcurrent detection signal is the reference voltage.
The overcurrent detection circuit includes an output terminal for outputting the overcurrent detection signal.
The blanking circuit is
A third transistor connected between the output terminal and the line of the reference voltage;
11. The power conversion circuit according to claim 10, further comprising: a drive circuit that turns on said third transistor for said second time in response to said PWM signal changing from said reference voltage to said DC power supply voltage.
一方端子が前記PWM信号を受ける第3の抵抗素子と、
一方端子が前記第3の抵抗素子の他方端子に接続され、他方端子が前記第3のトランジスタの制御電極に接続される第2のコンデンサとを含み、
前記第3の抵抗素子は、前記周囲温度の変化に伴う前記第3のトランジスタのしきい値電圧の変化を補償するための第2の温度係数抵抗器を含む、請求項11に記載の電力変換回路。 The drive circuit is
A third resistance element having one terminal receiving the PWM signal;
A second capacitor connected to the other terminal of the third resistor element and having the other terminal connected to the control electrode of the third transistor;
The power conversion according to claim 11, wherein said third resistive element includes a second temperature coefficient resistor for compensating for a change in threshold voltage of said third transistor accompanying a change in said ambient temperature. circuit.
前記出力制御信号が第2の論理レベルである場合は第1の容量値を有し、前記出力制御信号が第1の論理レベルである場合は前記第1の容量値よりも大きな第2の容量値を有する可変容量コンデンサと、
前記可変容量コンデンサを充電する電流源とを含み、
前記電流源は、前記周囲温度に応じた値の電流を前記可変容量コンデンサに流し、前記周囲温度の変化に伴う前記可変容量コンデンサの容量値の変化を補償するための第3の温度係数抵抗器を含み、
前記可変容量コンデンサの端子間電圧が予め定められた電圧値に到達すると前記可変容量コンデンサは放電され、
前記可変容量コンデンサが充放電される周波数が前記PWM信号の周波数となる、請求項1から請求項12までのいずれか1項に記載の電力変換回路。 The frequency setting circuit is
A second capacitance having a first capacitance value when the output control signal is at a second logic level, and a second capacitance larger than the first capacitance value when the output control signal is at a first logic level A variable capacitance capacitor having a value
Current source for charging the variable capacitance capacitor,
The current source supplies a current having a value corresponding to the ambient temperature to the variable capacitance capacitor, and a third temperature coefficient resistor for compensating for a change in capacitance value of the variable capacitance capacitor accompanying a change in the ambient temperature. Including
When the voltage across terminals of the variable capacitor reaches a predetermined voltage value, the variable capacitor is discharged,
The power conversion circuit according to any one of claims 1 to 12, wherein the frequency at which the variable capacitance capacitor is charged and discharged is the frequency of the PWM signal.
交流電源から供給される交流電圧を整流および平滑化して前記第1の直流電圧を生成する直流電圧生成回路とを備える、スイッチング電源装置。 A power conversion circuit according to any one of claims 1 to 14.
And a DC voltage generation circuit that rectifies and smoothes an AC voltage supplied from an AC power supply to generate the first DC voltage.
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