JP6743518B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents
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Description
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、無効スイッチング領域を低減して効率を改善しても、可聴ノイズを低減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。
図1は第1の実施の形態に係る電流共振型のDC−DCコンバータを備えるスイッチング電源装置の構成例を示す回路図、図2は制御ICの構成例を示す図である。
図3は発振回路の構成例を示す回路図、図4は充放電回路の構成例を示す回路図、図5はピークパワー制限回路の構成例を示す回路図である。
Vref_h=(Vi/2+ΔVcr/2)*R4/(R3+R4)
Vref_l=(Vi/2−ΔVcr/2)*R4/(R3+R4)
以上の構成の電流共振型のスイッチング電源装置の動作について説明する。
Pin=Vi*ΔVcr*Cr*fs+(Vi^2)*Cvs*fs
で表される。ここで、Viは入力電圧、Crは共振コンデンサC6の容量、fsはスイッチング周波数、CvsはVS端子とグランドとの間の等価容量(≒Ca+Cb)である。この入力電力Pinの計算式において、ΔVcr以外のパラメータは、ほぼ一定であるので、入力電力Pinは、差分ΔVcrの関数になっている。したがって、差分ΔVcrを所定値に制限すれば、パワーを制限することができる。このようにして、スタンバイモードにおいてピークパワーが制限されることにより、可聴ノイズが大幅に低減されることになる。なお、ここでは、差分ΔVcrを小さくしていくことで、ピークパワーを絞っているが、その値は、制御IC12の内部で設定される固定の閾値電圧Vref_h,Vref_lで決められる。しかし、差分ΔVcrは、外付けの抵抗R3,R4の分圧比を調整することで、任意に変更することができる。
図10はスタンバイモードのバースト動作における動作波形を示す図である。
図11は第2の実施の形態に係る電流共振型のDC−DCコンバータを備えるスイッチング電源装置の構成例を示す回路図である。この図11において、図1に示した構成要素と同じまたは均等の構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
Vref_h=(Vi/2+ΔVcr/2)*C7/(C7+C8)
Vref_l=(Vi/2−ΔVcr/2)*C7/(C7+C8)
<第3の実施の形態>
図12は第3の実施の形態に係る電流共振型のDC−DCコンバータを備えるスイッチング電源装置の構成例を示す回路図、図13はピークパワー制限回路の構成例を示す回路図、図14はピークパワー制限回路の動作シーケンスを示す図である。この図12、図13および図14において、図1、図5および図8に示した構成要素と同じまたは均等の構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
Vref_h=(Vi/2−ΔVcr/2)*R4/(R3+R4)*(1/N)
Vref_l=−Vref_h
ここで、Nは、1次巻線P1と補助巻線P2との巻線比である。
11p,11n 出力端子
12 制御IC(制御部)
21 起動回路
22 発振回路
23 制御回路
24 ハイサイドドライブ回路
25 ローサイドドライブ回路
26 充放電回路
27 ピークパワー制限回路
AND1,AND2 論理積回路
C1 入力コンデンサ
C10 出力コンデンサ
C2,C3,C4,C5,C11 コンデンサ
C6 共振コンデンサ
C7,C8 コンデンサ(分圧回路)
COMP1,COMP4,COMP5 比較器
COMP2,COMP3 ヒステリシス比較器
Ca,Cb,Cos,Ctd コンデンサ
D2,D3,D4,D11,D12 ダイオード
INV1,INV2,INV3,INV4 インバータ回路
Ichg,Idchg,Ios,Itd 定電流源
OR1,OR2 論理和回路
OS1,OS2,OS3,OS4 ワンショット回路
P1 1次巻線
P2 補助巻線
PC1 フォトカプラ
Qa,Qb スイッチング素子
R1,R2,R6,R7,R8,R9,R10 抵抗
R3,R4 抵抗(分圧回路)
RS−FF1 RSフリップフロップ
S1,S2 2次巻線
SR1 シャントレギュレータ
SW1,SW2,SW3,SW4 スイッチ
T1 トランス
Claims (13)
- 直列に接続されて両端には直流の入力電圧が印加されるハイサイドの第1のスイッチング素子およびローサイドの第2のスイッチング素子と、
前記第1のスイッチング素子または前記第2のスイッチング素子と並列に接続された共振リアクトルおよび共振コンデンサの直列回路と、
前記第1のスイッチング素子および前記第2のスイッチング素子を交互にオン・オフ制御する制御部と、
を備え
前記制御部は、
入力電力を監視して前記入力電力が所定値よりも高くなると強制ターンオフ信号を出力するピークパワー制限回路と、
スタンバイモードのバースト動作時におけるソフトスタート期間およびソフトエンド期間に三角波の電圧を生成する充放電回路と、
前記三角波を受けてその電圧値に応じたスイッチング周波数のオントリガ信号およびオフトリガ信号を発生させるとともに、前記ピークパワー制限回路から前記強制ターンオフ信号を受けたときは、前記強制ターンオフ信号を受けたタイミングで前記オフトリガ信号を出力する発振回路と、
を有するスイッチング電源装置。 - 前記ピークパワー制限回路は、前記入力電力を表す信号と第1の閾値とを比較する第1の比較器と、前記第1の比較器の出力に接続されて前記入力電力を表す信号が前記第1の閾値を上回るタイミングでパルスを出力する第1のワンショット回路と、前記入力電力を表す信号と前記第1の閾値より低い値の第2の閾値とを比較する第2の比較器と、前記第2の比較器の出力に接続されて前記入力電力を表す信号が前記第2の閾値を下回るタイミングでパルスを出力する第2のワンショット回路と、前記第1のワンショット回路および前記第2のワンショット回路と、前記バースト動作であることを表すバースト動作信号とを入力して前記強制ターンオフ信号を出力するロジック回路とを有する、請求項1記載のスイッチング電源装置。
- 前記入力電力の監視は、前記共振コンデンサの電圧を監視することにより行う、請求項1記載のスイッチング電源装置。
- 前記共振コンデンサの電圧は、抵抗による分圧回路で分圧して前記ピークパワー制限回路に入力される、請求項3記載のスイッチング電源装置。
- 前記共振コンデンサの電圧は、コンデンサによる分圧回路で分圧して前記ピークパワー制限回路に入力される、請求項3記載のスイッチング電源装置。
- 前記入力電力の監視は、前記共振リアクトルの少なくとも一部を構成するトランスの補助巻線の電圧を監視することにより行う、請求項1記載のスイッチング電源装置。
- 前記補助巻線の電圧は、抵抗による分圧回路で分圧して前記ピークパワー制限回路に入力される、請求項6記載のスイッチング電源装置。
- 直列に接続されて両端には直流の入力電圧が印加されるハイサイドの第1のスイッチング素子およびローサイドの第2のスイッチング素子と、
前記第1のスイッチング素子または前記第2のスイッチング素子と並列に接続された共振リアクトルおよび共振コンデンサの直列回路と、
前記第1のスイッチング素子および前記第2のスイッチング素子を交互にオン・オフ制御する制御部と、
を備え
前記制御部は、
前記共振コンデンサの電圧を監視して前記共振コンデンサの電圧が所定値よりも高くなると強制ターンオフ信号を出力するピークパワー制限回路と、
スタンバイモードのバースト動作時におけるソフトスタート期間およびソフトエンド期間に三角波の電圧を生成する充放電回路と、
前記三角波を受けてその電圧値に応じたスイッチング周波数のオントリガ信号およびオフトリガ信号を発生させるとともに、前記ピークパワー制限回路から前記強制ターンオフ信号を受けたときは、前記強制ターンオフ信号を受けたタイミングで前記オフトリガ信号を出力する発振回路と、
を有するスイッチング電源装置。 - 前記ピークパワー制限回路は、前記共振コンデンサの電圧と第1の閾値とを比較する第1の比較器と、前記第1の比較器の出力に接続されて前記共振コンデンサの電圧が前記第1の閾値を上回るタイミングでパルスを出力する第1のワンショット回路と、前記共振コンデンサの電圧と前記第1の閾値より低い値の第2の閾値とを比較する第2の比較器と、前記第2の比較器の出力に接続されて前記共振コンデンサの電圧が前記第2の閾値を下回るタイミングでパルスを出力する第2のワンショット回路と、前記第1のワンショット回路および前記第2のワンショット回路の出力と前記バースト動作であることを表すバースト動作信号とを入力して前記強制ターンオフ信号を出力するロジック回路とを有する、請求項8記載のスイッチング電源装置。
- 前記共振コンデンサの電圧は、抵抗による分圧回路で分圧して前記ピークパワー制限回路に入力される、請求項9記載のスイッチング電源装置。
- 前記共振コンデンサの電圧は、コンデンサによる分圧回路で分圧して前記ピークパワー制限回路に入力される、請求項9記載のスイッチング電源装置。
- 直列に接続されて両端には直流の入力電圧が印加されるハイサイドの第1のスイッチング素子およびローサイドの第2のスイッチング素子と、
前記第1のスイッチング素子または前記第2のスイッチング素子と並列に接続された共振リアクトルおよび共振コンデンサの直列回路と、
前記第1のスイッチング素子および前記第2のスイッチング素子を交互にオン・オフ制御する制御部と、
を備え
前記制御部は、
前記共振リアクトルの少なくとも一部を構成するトランスの補助巻線の電圧を監視して前記補助巻線の電圧が所定値よりも高くなると強制ターンオフ信号を出力するピークパワー制限回路と、
スタンバイモードのバースト動作時におけるソフトスタート期間およびソフトエンド期間に三角波の電圧を生成する充放電回路と、
前記三角波を受けてその電圧値に応じたスイッチング周波数のオントリガ信号およびオフトリガ信号を発生させるとともに、前記ピークパワー制限回路から前記強制ターンオフ信号を受けたときは、前記強制ターンオフ信号を受けたタイミングで前記オフトリガ信号を出力する発振回路と、
を有するスイッチング電源装置。 - 前記補助巻線の電圧は、抵抗による分圧回路で分圧して前記ピークパワー制限回路に入力される、請求項12記載のスイッチング電源装置。
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