JP6761357B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents
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Description
電力変換部10は、スイッチング素子TR1を備えており、スイッチング素子TR1のオンオフにより、入力電源12からの入力電圧Vinを断続電圧に変換し、これを整流平滑することで出力電圧Voに変換する電源回路である。図10では、電力変換部10を、1次巻線N1と2次巻線N2をもつトランスT1、整流素子D1,D2、平滑用の出力チョークL1と出力コンデンサC1を備えた絶縁型のシングルエンデッドフォワードコンバータ回路としている。
図11は図10のスイッチング電源装置における各部の波形を示したタイムチャートであり、期間Aはスイッチング電源装置の出力電流が定格内であり過電流保護機能が動作していない状態、期間B及び期間Cはスイッチング電源装置の出力電流が過電流保護動作しきい値となり過電流保護機能が動作した状態を示す。
従来のスイッチング電源装置にあっては、過電流保護動作時にスイッチング周波数を低下させないことと、過電流保護動作時の発熱による故障の防止を両立する方法として、スイッチング電源装置を間欠動作させる方法がある。
Iave2=T1/(T1+T2)×Io2
となる。例えば、T1=200ms、T2=800msに設定されたスイッチング電源装置では、この場合の平均電流値Iave2は間欠動作しきい値以上の電流Io2の1/5となる。これにより、過電流垂下特性が「への字」の場合で、出力電流Ioが大きくなった場合でも、スイッチング電源装置の出力電流が流れる経路の部品となる整流素子、出力チョーク等の発熱を低減することが可能となり、故障を防ぐことができる。
スイッチング電源装置の過電流保護動作に間欠動作を導入したスイッチング電源装置の出力に、間欠動作時の平均電流値Iave2以上の電流を要求する負荷と、出力電流急変時等のおける電圧安定化やリップル電圧の低減を目的とした大容量の外付けコンデンサを接続すると、スイッチング電源装置が起動できなくなる不具合が発生する可能性が有る。以下、スイッチング電源装置の起動時の不具合について説明する。
デンサに流入する電流Icは、Ic=Io2−Io3となる。したがって、外付けコンデ ンサは電流Icで充電されることで電圧が上昇する。
本発明は、電力変換部、フィードバック制御部、出力電圧制御用基準電圧源、スイッチング素子制御信号生成部、過電流保護制御部、演算部、及び制御パルス積分部から構成され、入力電圧を所定の出力電圧に変換するスイッチング電源装置であって、
電力変換部は、スイッチング素子を備えており、スイッチング素子制御信号生成部が出力するスイッチング素子制御信号に従って、スイッチング素子をオンオフすることで、入力電圧を断続電圧に変換し、断続電圧を整流平滑することで出力電圧に変換するものであり、
フィードバック制御部は、スイッチング素子制御信号生成部へフィードバック信号を出力することで、電力変換部の出力電圧を所定の値に制御する機能を備え、出力電圧に比例した電圧信号である出力電圧比例信号と出力電圧制御用基準電圧源が出力する出力電圧制御用基準電圧が入力され、出力電圧比例信号と出力電圧制御用基準電圧が等しくなるようにフィードバック信号を制御するものであり、
スイッチング素子制御信号生成部は、フィードバック制御部が出力するフィードバック信号と過電流保護制御部が出力する過電流保護動作信号に対応してスイッチング素子制御信号を出力するものであり、
過電流保護制御部は、スイッチング素子を流れる電流が所定の過電流保護動作しきい値になると、スイッチング素子制御信号生成部へ過電流保護動作信号を出力するものであり、
演算部は、スイッチング電源装置の出力電流情報を取得し、所定の制御パルスを出力するものであり、
制御パルス積分部は、演算部が出力する制御パルスが入力され、出力がフィードバック制御部の出力に接続されており、演算部から入力された制御パルスを積分することで制御パルス積分電圧を生成し、制御パルス積分電圧によってフィードバック信号を変化させるものであり、
演算部は、更に、スイッチング電源装置が起動する際に、電力変換部の出力電流を監視し、出力電流が所定の起動時電流制限値以下になっている場合のみ制御パルスを出力することを特徴とする。
本発明の他の形態にあっては、電力変換部、フィードバック制御部、出力電圧制御用基準電圧源、スイッチング素子制御信号生成部、過電流保護制御部、演算部、及び制御パルス積分部から構成され、入力電圧を所定の出力電圧に変換するスイッチング電源装置であって、
電力変換部は、スイッチング素子を備えており、スイッチング素子制御信号生成部が出力するスイッチング素子制御信号に従って、スイッチング素子をオンオフすることで、入力電圧を断続電圧に変換し、断続電圧を整流平滑することで出力電圧に変換するものであり、
フィードバック制御部は、スイッチング素子制御信号生成部へフィードバック信号を出力することで、電力変換部の出力電圧を所定の値に制御する機能を備え、出力電圧に比例した電圧信号である出力電圧比例信号と出力電圧制御用基準電圧源が出力する出力電圧制御用基準電圧が入力され、前記出力電圧比例信号と前記出力電圧制御用基準電圧が等しくなるように前記フィードバック信号を制御するものであり、
スイッチング素子制御信号生成部は、フィードバック制御部が出力するフィードバック信号と過電流保護制御部が出力する過電流保護動作信号に対応してスイッチング素子制御信号を出力するものであり、
過電流保護制御部は、スイッチング素子を流れる電流が所定の過電流保護動作しきい値になると、スイッチング素子制御信号生成部へ過電流保護動作信号を出力するものであり、
演算部は、スイッチング電源装置の出力電流情報を取得し、所定の制御パルスを出力するものであり、
制御パルス積分部は、演算部が出力する制御パルスが入力され、出力がフィードバック制御部の出力電圧制御用基準電圧源の出力に接続されており、演算部から入力された制御パルスを積分することで制御パルス積分電圧を生成し、制御パルス積分電圧によって出力電圧制御用基準電圧を変化させるものであり、
演算部は、更に、スイッチング電源装置が起動する際に、電力変換部の出力電流を監視し、出力電流が所定の起動時電流制限値以下になっている場合のみ制御パルスを出力することを特徴とする。
演算部は、ADコンバータ、CPU、出力ポートで構成されており、
ADコンバータは、スイッチング電源装置の出力電流情報が与えられており、
CPUは、予め与えられている演算用のプログラムを実行することで、ADコンバータから出力電流値を取得し、演算用のプログラムに従って出力電流値が所定の値以下になっている場合のみ、出力ポートに制御パルスを出力する指示を行うものであり、
出力ポートは、CPUが制御パルスを出力していない場合に出力ポートがハイインピーダンスで保持されており、制御パルスを出力する場合に出力ポートからHレベル、もしくはLレベルの信号を出力する。
本発明の他の形態にあっては、電力変換部、フィードバック制御部、出力電圧制御用基準電圧源、スイッチング素子制御信号生成部、過電流保護制御部、演算部、及び制御パルス平滑部から構成され、入力電圧を所定の出力電圧に変換するスイッチング電源装置であって、
電力変換部は、スイッチング素子を備えており、スイッチング素子制御信号生成部が出力するスイッチング素子制御信号に従って、スイッチング素子をオンオフすることで、入力電圧を断続電圧に変換し、断続電圧を整流平滑することで出力電圧に変換するものであり、
フィードバック制御部は、スイッチング素子制御信号生成部へフィードバック信号を出力することで、電力変換部の出力電圧を所定の値に制御する機能を備え、出力電圧に比例した電圧信号である出力電圧比例信号と前記出力電圧制御用基準電圧源が出力する出力電圧制御用基準電圧が入力され、出力電圧比例信号と出力電圧制御用基準電圧が等しくなるようにフィードバック信号を制御するものであり、
スイッチング素子制御信号生成部は、フィードバック制御部が出力するフィードバック信号と過電流保護制御部が出力する過電流保護動作信号に対応してスイッチング素子制御信号を出力するものであり、
過電流保護制御部は、スイッチング素子を流れる電流が所定の過電流保護動作しきい値になると、スイッチング素子制御信号生成部へ過電流保護動作信号を出力するものであり、
演算部は、スイッチング電源装置の出力電流情報を取得し、所定の制御パルスを出力するものであり、
制御パルス平滑部は、演算部が出力する制御パルスが入力され、出力がフィードバック制御部の出力に接続されており、演算部から入力された制御パルスを平滑することで制御パルス平滑電圧を生成し、制御パルス平滑電圧によってフィードバック信号を変化させるものであり、
演算部は、更に、スイッチング電源装置が起動する際に、電力変換部の出力電流を監視し、出力電流が所定の起動時電流制限値以下になっている場合のみ制御パルスを出力することを特徴とする。
本発明の他の形態にあっては、電力変換部、フィードバック制御部、出力電圧制御用基準電圧源、スイッチング素子制御信号生成部、過電流保護制御部、演算部、及び制御パルス平滑部から構成され、入力電圧を所定の出力電圧に変換するスイッチング電源装置であって、
電力変換部は、スイッチング素子を備えており、スイッチング素子制御信号生成部が出力するスイッチング素子制御信号に従って、スイッチング素子をオンオフすることで、入力電圧を断続電圧に変換し、断続電圧を整流平滑することで出力電圧に変換するものであり、
フィードバック制御部は、スイッチング素子制御信号生成部へフィードバック信号を出力することで、電力変換部の出力電圧を所定の値に制御する機能を備え、出力電圧に比例した電圧信号である出力電圧比例信号と出力電圧制御用基準電圧源が出力する出力電圧制御用基準電圧が入力され、出力電圧比例信号と出力電圧制御用基準電圧が等しくなるようにフィードバック信号を制御するものであり、
スイッチング素子制御信号生成部は、フィードバック制御部が出力するフィードバック信号と過電流保護制御部が出力する過電流保護動作信号に対応してスイッチング素子制御信号を出力するものであり、
過電流保護制御部は、スイッチング素子を流れる電流が所定の過電流保護動作しきい値になると、スイッチング素子制御信号生成部へ過電流保護動作信号を出力するものであり、
演算部は、スイッチング電源装置の出力電流情報を取得し、所定の制御パルスを出力するものであり、
制御パルス平滑部は、演算部が出力する制御パルスが入力され、出力がフィードバック制御部の出力電圧制御用基準電圧源の出力に接続されており、演算部から入力された制御パルスを平滑することで制御パルス平滑電圧を生成し、制御パルス平滑電圧によって出力電圧制御用基準電圧を変化させるものであり、
演算部は、更に、スイッチング電源装置が起動する際に、電力変換部の出力電流を監視し、出力電流が所定の起動時電流制限値以下になっている場合のみ制御パルスを出力することを特徴とする。
本発明の他の形態にあっては、電力変換部、フィードバック制御部、スイッチング素子制御信号生成部、過電流保護制御部、演算部、及び制御パルス平滑部から構成され、入力電圧を所定の出力電圧に変換するスイッチング電源装置であって、
電力変換部は、スイッチング素子を備えており、スイッチング素子制御信号生成部が出力するスイッチング素子制御信号に従って、スイッチング素子をオンオフすることで、入力電圧を断続電圧に変換し、断続電圧を整流平滑することで出力電圧に変換するものであり、
フィードバック制御部は、スイッチング素子制御信号生成部へフィードバック信号を出力することで、電力変換部の出力電圧を所定の値に制御する機能を備え、出力電圧に比例した電圧信号である出力電圧比例信号と制御パルス平滑部が出力する制御パルス平滑電圧が入力され、出力電圧比例信号と制御パルス平滑電圧が等しくなるようにフィードバック信号を制御するものであり、
スイッチング素子制御信号生成部は、フィードバック制御部が出力するフィードバック信号と過電流保護制御部が出力する過電流保護動作信号に対応してスイッチング素子制御信号を出力するものであり、
過電流保護制御部は、スイッチング素子を流れる電流が所定の過電流保護動作しきい値になると、スイッチング素子制御信号生成部へ過電流保護動作信号を出力するものであり、
演算部は、スイッチング電源装置の出力電流情報を取得し、所定の制御パルスを出力するものであり、
制御パルス平滑部は、演算部が出力する制御パルスが入力され、出力がフィードバック制御部に入力され、演算部から入力された制御パルスを平滑することで制御パルス平滑電圧を生成するものであり、
演算部は、更に、スイッチング電源装置が起動する際に、電力変換部の出力電流を監視し、出力電流が所定の起動時電流制限値以下になっている場合のみ制御パルスを出力することを特徴とする。
演算部は、ADコンバータ、クロック回路、CPU及びタイマで構成されており、
ADコンバータは、スイッチング電源装置の出力電流情報が与えられており、
クロック回路は、CPU及びタイマに動作タイミングの基準となるクロック信号を出力する回路であり、
CPUは、予め与えられている演算用のプログラムを実行することで、ADコンバータから出力電流値を取得し、演算用のプログラムに従ってタイマに対して周期とデューティを指示するものであり、
タイマは、クロック回路から入力されたクロック信号をカウントすることで、CPUから指示された周期とデューティを持つ制御パルスを出力する。
電力変換部の出力電流が過電流保護動作しきい値と起動時電流制限値の間となる所定の間欠動作しきい値になると、スイッチング素子を所定の時間停止して出力電流を間欠的に出力させる。
本発明は、電力変換部、フィードバック制御部、出力電圧制御用基準電圧源、スイッチング素子制御信号生成部、過電流保護制御部、演算部、及び制御パルス積分部から構成され、入力電圧を所定の出力電圧に変換するスイッチング電源装置であって、電力変換部は、スイッチング素子を備えており、スイッチング素子制御信号生成部が出力するスイッチング素子制御信号に従って、スイッチング素子をオンオフすることで、入力電圧を断続電圧に変換し、断続電圧を整流平滑することで出力電圧に変換するものであり、フィードバック制御部は、スイッチング素子制御信号生成部へフィードバック信号を出力することで、電力変換部の出力電圧を所定の値に制御する機能を備え、出力電圧に比例した電圧信号である出力電圧比例信号と出力電圧制御用基準電圧源が出力する出力電圧制御用基準電圧が入力され、出力電圧比例信号と出力電圧制御用基準電圧が等しくなるようにフィードバック信号を制御するものであり、スイッチング素子制御信号生成部は、フィードバック制御部が出力するフィードバック信号と過電流保護制御部が出力する過電流保護動作信号に対応してスイッチング素子制御信号を出力するものであり、過電流保護制御部は、スイッチング素子を流れる電流が所定の過電流保護動作しきい値になると、スイッチング素子制御信号生成部へ過電流保護動作信号を出力するものであり、演算部は、スイッチング電源装置の出力電流情報を取得し、所定の制御パルスを出力するものであり、制御パルス積分部は、演算部が出力する制御パルスが入力され、出力がフィードバック制御部の出力に接続されており、演算部から入力された制御パルスを積分することで制御パルス積分電圧を生成し、制御パルス積分電圧によってフィードバック信号を変化させるものであり、演算部は、更に、スイッチング電源装置が起動する際に、電力変換部の出力電流を監視し、出力電流が所定の起動時電流制限値以下になっている場合のみ制御パルスを出力するようにしたため、スイッチング電源装置が起動する際に演算部がスイッチング電源装置の出力電流をモニタし、出力電流を制限しながら出力電圧を上昇させるように制御され、スイッチング電源装置に大容量のコンデンサを外付けした場合でも、出力電流を制限しながら出力電圧を上昇させることでスイッチング電源装置を確実に起動させることができる。
本発明の他の形態にあっては、電力変換部、フィードバック制御部、出力電圧制御用基準電圧源、スイッチング素子制御信号生成部、過電流保護制御部、演算部、及び制御パルス積分部から構成され、入力電圧を所定の出力電圧に変換するスイッチング電源装置であって、電力変換部は、スイッチング素子を備えており、スイッチング素子制御信号生成部が出力するスイッチング素子制御信号に従って、スイッチング素子をオンオフすることで、入力電圧を断続電圧に変換し、断続電圧を整流平滑することで出力電圧に変換するものであり、フィードバック制御部は、スイッチング素子制御信号生成部へフィードバック信号を出力することで、電力変換部の出力電圧を所定の値に制御する機能を備え、出力電圧に比例した電圧信号である出力電圧比例信号と出力電圧制御用基準電圧源が出力する出力電圧制御用基準電圧が入力され、前記出力電圧比例信号と前記出力電圧制御用基準電圧が等しくなるように前記フィードバック信号を制御するものであり、スイッチング素子制御信号生成部は、フィードバック制御部が出力するフィードバック信号と過電流保護制御部が出力する過電流保護動作信号に対応してスイッチング素子制御信号を出力するものであり、過電流保護制御部は、スイッチング素子を流れる電流が所定の過電流保護動作しきい値になると、スイッチング素子制御信号生成部へ過電流保護動作信号を出力するものであり、演算部は、スイッチング電源装置の出力電流情報を取得し、所定の制御パルスを出力するものであり、制御パルス積分部は、演算部が出力する制御パルスが入力され、出力がフィードバック制御部の出力電圧制御用基準電圧源の出力に接続されており、演算部から入力された制御パルスを積分することで制御パルス積分電圧を生成し、制御パルス積分電圧によって出力電圧制御用基準電圧を変化させるものであり、演算部は、更に、スイッチング電源装置が起動する際に、電力変換部の出力電流を監視し、出力電流が所定の起動時電流制限値以下になっている場合のみ制御パルスを出力するようにしたため、前述した第1発明のスイッチング電源装置としての効果に加え、フィードバック制御部とスイッチング素子制御信号生成部との間にアイソレーション回路を設けてスイッチング電源装置を入力側と出力側に絶縁分離した場合、フィードバック制御回路、演算部及び制御パルス平滑部をスイッチング電源装置の出力側に配置して制御パルスを制御することで出力電圧制御用基準電圧を変化させて、出力電圧の垂下に対し出力電流を所定の電流に正確に制御する高精度な電流制限動作を可能とする。
また、演算部は、ADコンバータ、CPU、出力ポートで構成されており、ADコンバータは、スイッチング電源装置の出力電流情報が与えられており、CPUは、予め与えられている演算用のプログラムを実行することで、ADコンバータから出力電流値を取得し、演算用のプログラムに従って出力電流値が所定の値以下になっている場合のみ、出力ポートに制御パルスを出力する指示を行うものであり、出力ポートは、前記CPUが制御パルスを出力していない場合に出力ポートがハイインピーダンスで保持されており、制御パルスを出力する場合に出力ポートからHレベル、もしくはLレベルの信号を出力するようにしたため、ADコンバータ、CPU及び出力ポートを備えた低速のデジタルプロセッサを使用することができ、コストの低減と装置の小型化を実現可能とする。
本発明の他の形態にあっては、電力変換部、フィードバック制御部、出力電圧制御用基準電圧源、スイッチング素子制御信号生成部、過電流保護制御部、演算部、及び制御パルス平滑部から構成され、入力電圧を所定の出力電圧に変換するスイッチング電源装置であって、電力変換部は、スイッチング素子を備えており、スイッチング素子制御信号生成部が出力するスイッチング素子制御信号に従って、スイッチング素子をオンオフすることで、入力電圧を断続電圧に変換し、断続電圧を整流平滑することで出力電圧に変換するものであり、フィードバック制御部は、スイッチング素子制御信号生成部へフィードバック信号を出力することで、電力変換部の出力電圧を所定の値に制御する機能を備え、出力電圧に比例した電圧信号である出力電圧比例信号と前記出力電圧制御用基準電圧源が出力する出力電圧制御用基準電圧が入力され、出力電圧比例信号と出力電圧制御用基準電圧が等しくなるようにフィードバック信号を制御するものであり、スイッチング素子制御信号生成部は、フィードバック制御部が出力するフィードバック信号と過電流保護制御部が出力する過電流保護動作信号に対応してスイッチング素子制御信号を出力するものであり、過電流保護制御部は、スイッチング素子を流れる電流が所定の過電流保護動作しきい値になると、スイッチング素子制御信号生成部へ過電流保護動作信号を出力するものであり、演算部は、スイッチング電源装置の出力電流情報を取得し、所定の制御パルスを出力するものであり、制御パルス平滑部は、演算部が出力する制御パルスが入力され、出力がフィードバック制御部の出力に接続されており、演算部から入力された制御パルスを平滑することで制御パルス平滑電圧を生成し、制御パルス平滑電圧によってフィードバック信号を変化させるものであり、演算部は、更に、スイッチング電源装置が起動する際に、電力変換部の出力電流を監視し、出力電流が所定の起動時電流制限値以下になっている場合のみ制御パルスを出力するようにしたため、スイッチング電源装置が起動する際に演算部がスイッチング電源装置の出力電流をモニタし、出力電流を制限しながら出力電圧を上昇させるように制御され、スイッチング電源装置に大容量のコンデンサを外付けした場合でも、出力電流を制限しながら出力電圧を上昇させることでスイッチング電源装置を確実に起動させることができる。
本発明の他の形態にあっては、電力変換部、フィードバック制御部、出力電圧制御用基準電圧源、スイッチング素子制御信号生成部、過電流保護制御部、演算部、及び制御パルス平滑部から構成され、入力電圧を所定の出力電圧に変換するスイッチング電源装置であって、電力変換部は、スイッチング素子を備えており、スイッチング素子制御信号生成部が出力するスイッチング素子制御信号に従って、スイッチング素子をオンオフすることで、入力電圧を断続電圧に変換し、断続電圧を整流平滑することで出力電圧に変換するものであり、フィードバック制御部は、スイッチング素子制御信号生成部へフィードバック信号を出力することで、電力変換部の出力電圧を所定の値に制御する機能を備え、出力電圧に比例した電圧信号である出力電圧比例信号と出力電圧制御用基準電圧源が出力する出力電圧制御用基準電圧が入力され、出力電圧比例信号と出力電圧制御用基準電圧が等しくなるようにフィードバック信号を制御するものであり、スイッチング素子制御信号生成部は、フィードバック制御部が出力するフィードバック信号と過電流保護制御部が出力する過電流保護動作信号に対応してスイッチング素子制御信号を出力するものであり、過電流保護制御部は、スイッチング素子を流れる電流が所定の過電流保護動作しきい値になると、スイッチング素子制御信号生成部へ過電流保護動作信号を出力するものであり、演算部は、スイッチング電源装置の出力電流情報を取得し、所定の制御パルスを出力するものであり、制御パルス平滑部は、演算部が出力する制御パルスが入力され、出力がフィードバック制御部の出力電圧制御用基準電圧源の出力に接続されており、演算部から入力された制御パルスを平滑することで制御パルス平滑電圧を生成し、制御パルス平滑電圧によって出力電圧制御用基準電圧を変化させるものであり、演算部は、更に、スイッチング電源装置が起動する際に、電力変換部の出力電流を監視し、出力電流が所定の起動時電流制限値以下になっている場合のみ制御パルスを出力するようにしたため、前述した第3発明のスイッチング電源装置としての効果に加え、フィードバック制御部とスイッチング素子制御信号生成部との間にアイソレーション回路を設けてスイッチング電源装置を入力側と出力側に絶縁分離した場合、フィードバック制御回路、演算部及び制御パルス平滑部をスイッチング電源装置の出力側に配置して制御パルスを制御することで出力電圧制御用基準電圧を変化させて、出力電圧の垂下に対し出力電流を所定の電流に正確に制御する高精度な電流制限動作を可能とする。
本発明の他の形態にあっては、電力変換部、フィードバック制御部、スイッチング素子制御信号生成部、過電流保護制御部、演算部、及び制御パルス平滑部から構成され、入力電圧を所定の出力電圧に変換するスイッチング電源装置であって、電力変換部は、スイッチング素子を備えており、スイッチング素子制御信号生成部が出力するスイッチング素子制御信号に従って、スイッチング素子をオンオフすることで、入力電圧を断続電圧に変換し、断続電圧を整流平滑することで出力電圧に変換するものであり、フィードバック制御部は、スイッチング素子制御信号生成部へフィードバック信号を出力することで、電力変換部の出力電圧を所定の値に制御する機能を備え、出力電圧に比例した電圧信号である出力電圧比例信号と制御パルス平滑部が出力する制御パルス平滑電圧が入力され、出力電圧比例信号と制御パルス平滑電圧が等しくなるようにフィードバック信号を制御するものであり、スイッチング素子制御信号生成部は、フィードバック制御部が出力するフィードバック信号と過電流保護制御部が出力する過電流保護動作信号に対応してスイッチング素子制御信号を出力するものであり、過電流保護制御部は、スイッチング素子を流れる電流が所定の過電流保護動作しきい値になると、スイッチング素子制御信号生成部へ過電流保護動作信号を出力するものであり、演算部は、スイッチング電源装置の出力電流情報を取得し、所定の制御パルスを出力するものであり、制御パルス平滑部は、演算部が出力する制御パルスが入力され、出力がフィードバック制御部に入力され、演算部から入力された制御パルスを平滑することで制御パルス平滑電圧を生成するものであり、演算部は、更に、スイッチング電源装置が起動する際に、電力変換部の出力電流を監視し、出力電流が所定の起動時電流制限値以下になっている場合のみ制御パルスを出力するようにしたため、前述した第3発明の効果に加え、フィードバック制御部に出力電圧制御用基準電圧源を設ける必要がなくなり、部品点数の低減により低コスト化と小型化が実現できる。
また、演算部は、ADコンバータ、クロック回路、CPU及びタイマで構成されており、ADコンバータは、スイッチング電源装置の出力電流情報が与えられており、
クロック回路は、CPU及びタイマに動作タイミングの基準となるクロック信号を出力する回路であり、CPUは、予め与えられている演算用のプログラムを実行することで、ADコンバータから出力電流値を取得し、演算用のプログラムに従ってタイマに対して周期とデューティを指示するものであり、タイマは、クロック回路から入力されたクロック信号をカウントすることで、CPUから指示された周期とデューティを持つ制御パルスを出力するようにしたため、ADコンバータ、クロック回路、CPU及びタイマを備えた低速のデジタルプロセッサを使用することができ、コストの低減と装置の小型化を実現可能とする。
また、電力変換部の出力電流が過電流保護動作しきい値と起動時電流制限値の間となる所定の間欠動作しきい値になると、スイッチング素子を所定の時間停止して出力電流を間欠的に出力させるようにしたため、出力電流が間欠動作しきい値以上になると間欠動作による過電流保護機能が動作し、出力電流が間欠的に出力されることで平均電流が低下し、スイッチング電源装置の出力電流が流れる経路の部品となる整流素子、出力チョーク等の発熱を低減することが可能となり、故障を防ぐことができる。
図1は本発明によるスイッチング電源装置の第1実施形態を示した回路ブロック図であり、本願の第1発明に対応する。
図1に示すように、第1実施形態のスイッチング電源装置は、電力変換部10、出力電圧検出回路16、フィードバック制御部18、出力電圧制御用基準電圧源24、スイッチング素子制御信号生成部20、過電流保護制御部22、演算部48、及び制御パルス積分部50から構成される。
演算部48は、ADコンバータ52、CPU54、出力ポートとして機能するI/Oポート56で構成されている。演算部48を構成するブロックは、全てがワンチップに集積されたデジタルプロセッサを用いることが望ましいが、別々の回路として構成しても良い。また、演算部48は低コストで低速のプロセッサを用いることができる。演算部48には、出力電流情報および起動指示が与えられる。
また、演算部48は、予め与えられている演算用のプログラムを実行することで、間欠動作による過電流保護制御を行う。
Iave=T1/(T1+T2)×(間欠動作しきい値)
となり、間欠動作しきい値に対し十分に小さな電流値とすることができ、スイッチング電源装置の出力電流が流れる経路の部品となる整流素子D1,D2、出力チョークL1等の発熱を低減することが可能となる。
図2は大容量のコンデンサを外付けした状態で図1のスイッチング電源装置を起動した場合の各部の波形を示したタイムチャートであり、図2(A)は出力電圧を示し、図2(B)は出力電流を示し、図2(C)は負荷に流れる電流を示し、図2(D)は外付けしたコンデンサに流れる電流を示し、図2(E)はフィードバック信号VFBを示し、図2(F)は制御パルス積分電圧Vintを示し、図2(G)は制御パルスVctlpを示す。なお、図2(G)の制御パルスVctlpはハイインピーダンス状態を点線で示している。
(過電流保護動作電流制限値の「への字特性」)>(間欠動作しきい値)>(起動時電流制限値)
となっている。
本実施形態のスイッチング電源装置では、大容量のコンデンサを外付けした場合でも、出力電流が間欠動作しきい値を超える時間が、間欠動作を開始させるに必要な時間T1以下になるように制御され、また、出力電流が間欠動作しきい値と起動時電流制限値の間に保たれるように制御パルスが出力されながらスイッチング電源装置が起動動作を行う。これにより、スイッチング電源装置の過電流保護動作特性が「への字特性」で、必要に応じて間欠動作を行う安価な回路で構成しても大容量のコンデンサを外付けした起動が可能となる。
図3は本発明によるスイッチング電源装置の第2実施形態を示した回路ブロック図であり、本願の第2発明に対応する。
図4は本発明によるスイッチング電源装置の第3実施形態を示した回路ブロック図であり、本願の第3発明に対応する。
図4に示すように、演算部48は、ADコンバータ52、CPU54、クロック回路62、及びタイマ60で構成されている。演算部48を構成するADコンバータ52、CPU54、クロック回路62、及びタイマ60は、全てがワンチップに集積されたデジタルプロセッサを用いることが望ましいが、別々の回路として構成しても良い。また、演算部48は低コストで低速のデジタルプロセッサを用いることができる。
図5は図4の演算部における各部の波形を示したタイムチャートである。図4に示した演算部48に設けたタイマ60の動作と制御パルス平滑部58から出力される制御パルス平滑電圧Vsmについて図5を基に説明すると次のようになる。
周期Tctl=クロック周期Tck×(レジスタ66の値+1)
デューティDctl=レジスタ64の値/(レジスタ66の値+1)
をもつ矩形波となる。
Vctlp2=5×(3000/5000)=3ボルト
の電圧が得られる。
図6は図4の演算部に設けたCPUによる演算制御を示したフローチャートである。
図7は本発明によるスイッチング電源装置の第4実施形態を示した回路ブロック図であり、本願の第4発明に対応する。
図8は本発明によるスイッチング電源装置の第5実施形態を示した回路ブロック図であり、本願の第5発明に対応する。
なお、上記の実施形態は、スイッチング電源装置に大容量のコンデンサを外付けした場合の起動動作を例にとっているが、間欠動作による過電流保護機能を設けても不具合が起きない小容量のコンデンサを外付けするか又はコンデンサを外付けしないスイッチング電源装置の起動動作についても、同様に、演算部の演算により出力電流が間欠動作しきい値と起動時電流制限値の間に保たれるように制御パルスが出力されながらスイッチング電源装置が起動動作を行うことができる。
12:入力電源
14:負荷
16:出力電圧検出回路
18:フィードバック制御部
20:スイッチング素子制御信号生成部
22:過電流保護制御部
24:出力電圧制御用基準電圧源
25:誤差アンプ
26:三角波生成回路
28:スイッチング周波数制御用発振回路
30:PWMコンパレータ
32:スイッチング素子強制停止回路
34:電流源
36:RSフリップフロップ
38:アンドゲート
40:電流電圧変換部
42:ローパスフィルタ部
44:OCPコンパレータ
46:過電流しきい値制御用電圧源
48:演算部
50:制御パルス積分部
52:ADコンバータ
54:CPU
56:I/Oポート
58:制御パルス平滑部
60:タイマ
62:クロック回路
64,66:レジスタ
68:カウンタ
Claims (8)
- 電力変換部、フィードバック制御部、出力電圧制御用基準電圧源、スイッチング素子制御信号生成部、過電流保護制御部、演算部、及び制御パルス積分部から構成され、入力電圧を所定の出力電圧に変換するスイッチング電源装置であって、
前記電力変換部は、スイッチング素子を備えており、前記スイッチング素子制御信号生成部が出力するスイッチング素子制御信号に従って、前記スイッチング素子をオンオフすることで、入力電圧を断続電圧に変換し、前記断続電圧を整流平滑することで出力電圧に変換するものであり、
前記フィードバック制御部は、前記スイッチング素子制御信号生成部へフィードバック信号を出力することで、前記電力変換部の出力電圧を所定の値に制御する機能を備え、前記出力電圧に比例した電圧信号である出力電圧比例信号と前記出力電圧制御用基準電圧源が出力する出力電圧制御用基準電圧が入力され、前記出力電圧比例信号と前記出力電圧制御用基準電圧が等しくなるように前記フィードバック信号を制御するものであり、
前記スイッチング素子制御信号生成部は、前記フィードバック制御部が出力する前記フィードバック信号と前記過電流保護制御部が出力する過電流保護動作信号に対応して前記スイッチング素子制御信号を出力するものであり、
前記過電流保護制御部は、前記スイッチング素子を流れる電流が所定の過電流保護動作しきい値になると、前記スイッチング素子制御信号生成部へ前記過電流保護動作信号を出力するものであり、
前記演算部は、スイッチング電源装置の出力電流情報を取得し、所定の制御パルスを出力するものであり、
前記制御パルス積分部は、前記演算部が出力する制御パルスが入力され、出力が前記フィードバック制御部の出力に接続されており、前記演算部から入力された前記制御パルスを積分することで制御パルス積分電圧を生成し、前記制御パルス積分電圧によって前記フィードバック信号を変化させるものであり、
前記演算部は、更に、スイッチング電源装置が起動する際に、前記電力変換部の出力電流を監視し、前記出力電流が所定の起動時電流制限値以下になっている場合のみ前記制御パルスを出力することを特徴とするスイッチング電源装置。
- 電力変換部、フィードバック制御部、出力電圧制御用基準電圧源、スイッチング素子制御信号生成部、過電流保護制御部、演算部、及び制御パルス積分部から構成され、入力電圧を所定の出力電圧に変換するスイッチング電源装置であって、
前記電力変換部は、スイッチング素子を備えており、前記スイッチング素子制御信号生成部が出力するスイッチング素子制御信号に従って、前記スイッチング素子をオンオフすることで、入力電圧を断続電圧に変換し、前記断続電圧を整流平滑することで出力電圧に変換するものであり、
前記フィードバック制御部は、前記スイッチング素子制御信号生成部へフィードバック信号を出力することで、前記電力変換部の出力電圧を所定の値に制御する機能を備え、前記出力電圧に比例した電圧信号である出力電圧比例信号と前記出力電圧制御用基準電圧源が出力する出力電圧制御用基準電圧が入力され、前記出力電圧比例信号と前記出力電圧制御用基準電圧が等しくなるように前記フィードバック信号を制御するものであり、
前記スイッチング素子制御信号生成部は、前記フィードバック制御部が出力する前記フィードバック信号と前記過電流保護制御部が出力する過電流保護動作信号に対応して前記スイッチング素子制御信号を出力するものであり、
前記過電流保護制御部は、前記スイッチング素子を流れる電流が所定の過電流保護動作しきい値になると、前記スイッチング素子制御信号生成部へ前記過電流保護動作信号を出力するものであり、
前記演算部は、スイッチング電源装置の出力電流情報を取得し、所定の制御パルスを出力するものであり、
前記制御パルス積分部は、前記演算部が出力する前記制御パルスが入力され、出力が前記フィードバック制御部の前記出力電圧制御用基準電圧源の出力に接続されており、前記演算部から入力された前記制御パルスを積分することで制御パルス積分電圧を生成し、前記制御パルス積分電圧によって前記出力電圧制御用基準電圧を変化させるものであり、
前記演算部は、更に、スイッチング電源装置が起動する際に、前記電力変換部の出力電流を監視し、前記出力電流が所定の起動時電流制限値以下になっている場合のみ前記制御パルスを出力することを特徴とするスイッチング電源装置。
- 請求項1又は2記載のスイッチング電源装置に於いて、
前記演算部は、ADコンバータ、CPU、出力ポートで構成されており、
前記ADコンバータは、前記スイッチング電源装置の出力電流情報が与えられており、
前記CPUは、予め与えられている演算用のプログラムを実行することで、前記ADコンバータから出力電流値を取得し、前記演算用のプログラムに従って前記出力電流値が所定の値以下になっている場合のみ、前記出力ポートに前記制御パルスを出力する指示を行うものであり、
前記出力ポートは、前記CPUが前記制御パルスを出力していない場合に出力ポートをハイインピーダンスに保持しており、前記制御パルスを出力する場合に前記出力ポートからHレベル、もしくはLレベルの信号を出力することを特徴とするスイッチング電源装置。
- 電力変換部、フィードバック制御部、出力電圧制御用基準電圧源、スイッチング素子制御信号生成部、過電流保護制御部、演算部、及び制御パルス平滑部から構成され、入力電圧を所定の出力電圧に変換するスイッチング電源装置であって、
前記電力変換部は、スイッチング素子を備えており、前記スイッチング素子制御信号生成部が出力するスイッチング素子制御信号に従って、前記スイッチング素子をオンオフすることで、入力電圧を断続電圧に変換し、前記断続電圧を整流平滑することで出力電圧に変換するものであり、
前記フィードバック制御部は、前記スイッチング素子制御信号生成部へフィードバック信号を出力することで、前記電力変換部の出力電圧を所定の値に制御する機能を備え、前記出力電圧に比例した電圧信号である出力電圧比例信号と前記出力電圧制御用基準電圧源が出力する出力電圧制御用基準電圧が入力され、前記出力電圧比例信号と前記出力電圧制御用基準電圧が等しくなるように前記フィードバック信号を制御するものであり、
前記スイッチング素子制御信号生成部は、前記フィードバック制御部が出力する前記フィードバック信号と前記過電流保護制御部が出力する過電流保護動作信号に対応して前記スイッチング素子制御信号を出力するものであり、
前記過電流保護制御部は、前記スイッチング素子を流れる電流が所定の過電流保護動作しきい値になると、前記スイッチング素子制御信号生成部へ前記過電流保護動作信号を出力するものであり、
前記演算部は、スイッチング電源装置の出力電流情報を取得し、所定の制御パルスを出力するものであり、
前記制御パルス平滑部は、前記演算部が出力する前記制御パルスが入力され、出力が前記フィードバック制御部の出力に接続されており、前記演算部から入力された前記制御パルスを平滑することで制御パルス平滑電圧を生成し、前記制御パルス平滑電圧によって前記フィードバック信号を変化させるものであり、
前記演算部は、更に、スイッチング電源装置が起動する際に、前記電力変換部の出力電流を監視し、前記出力電流が所定の起動時電流制限値以下になっている場合のみ前記制御パルスを出力することを特徴とするスイッチング電源装置。
- 電力変換部、フィードバック制御部、出力電圧制御用基準電圧源、スイッチング素子制御信号生成部、過電流保護制御部、演算部、及び制御パルス平滑部から構成され、入力電圧を所定の出力電圧に変換するスイッチング電源装置であって、
前記電力変換部は、スイッチング素子を備えており、前記スイッチング素子制御信号生成部が出力するスイッチング素子制御信号に従って、前記スイッチング素子をオンオフすることで、入力電圧を断続電圧に変換し、前記断続電圧を整流平滑することで出力電圧に変換するものであり、
前記フィードバック制御部は、前記スイッチング素子制御信号生成部へフィードバック信号を出力することで、前記電力変換部の出力電圧を所定の値に制御する機能を備え、前記出力電圧に比例した電圧信号である出力電圧比例信号と前記出力電圧制御用基準電圧源が出力する出力電圧制御用基準電圧が入力され、前記出力電圧比例信号と前記出力電圧制御用基準電圧が等しくなるように前記フィードバック信号を制御するものであり、
前記スイッチング素子制御信号生成部は、前記フィードバック制御部が出力する前記フィードバック信号と前記過電流保護制御部が出力する過電流保護動作信号に対応して前記スイッチング素子制御信号を出力するものであり、
前記過電流保護制御部は、前記スイッチング素子を流れる電流が所定の過電流保護動作しきい値になると、前記スイッチング素子制御信号生成部へ前記過電流保護動作信号を出力するものであり、
前記演算部は、スイッチング電源装置の出力電流情報を取得し、所定の制御パルスを出力するものであり、
前記制御パルス平滑部は、前記演算部が出力する前記制御パルスが入力され、出力が前記フィードバック制御部の前記出力電圧制御用基準電圧源の出力に接続されており、前記演算部から入力された前記制御パルスを平滑することで制御パルス平滑電圧を生成し、前記制御パルス平滑電圧によって前記出力電圧制御用基準電圧を変化させるものであり、
前記演算部は、更に、スイッチング電源装置が起動する際に、前記電力変換部の出力電流を監視し、前記出力電流が所定の起動時電流制限値以下になっている場合のみ前記制御パルスを出力することを特徴とするスイッチング電源装置。
- 電力変換部、フィードバック制御部、スイッチング素子制御信号生成部、過電流保護制御部、演算部、及び制御パルス平滑部から構成され、入力電圧を所定の出力電圧に変換するスイッチング電源装置であって、
前記電力変換部は、スイッチング素子を備えており、前記スイッチング素子制御信号生成部が出力するスイッチング素子制御信号に従って、前記スイッチング素子をオンオフすることで、入力電圧を断続電圧に変換し、前記断続電圧を整流平滑することで出力電圧に変換するものであり、
前記フィードバック制御部は、前記スイッチング素子制御信号生成部へフィードバック信号を出力することで、前記電力変換部の出力電圧を所定の値に制御する機能を備え、前記出力電圧に比例した電圧信号である出力電圧比例信号と前記制御パルス平滑部が出力する制御パルス平滑電圧が入力され、前記出力電圧比例信号と前記制御パルス平滑電圧が等しくなるように前記フィードバック信号を制御するものであり、
前記スイッチング素子制御信号生成部は、前記フィードバック制御部が出力する前記フィードバック信号と前記過電流保護制御部が出力する過電流保護動作信号に対応して前記スイッチング素子制御信号を出力するものであり、
前記過電流保護制御部は、前記スイッチング素子を流れる電流が所定の過電流保護動作しきい値になると、前記スイッチング素子制御信号生成部へ前記過電流保護動作信号を出力するものであり、
前記演算部は、スイッチング電源装置の出力電流情報を取得し、所定の制御パルスを出力するものであり、
前記制御パルス平滑部は、前記演算部が出力する前記制御パルスが入力され、出力がフィードバック制御部に入力され、前記演算部から入力された前記制御パルスを平滑することで前記制御パルス平滑電圧を生成するものであり、
前記演算部は、更に、スイッチング電源装置が起動する際に、前記電力変換部の出力電流を監視し、前記出力電流が所定の起動時電流制限値以下になっている場合のみ前記制御パルスを出力することを特徴とするスイッチング電源装置。
- 請求項4乃至6の何れかに記載のスイッチング電源装置に於いて、
前記演算部は、ADコンバータ、クロック回路、CPU及びタイマで構成されており、
前記ADコンバータは、スイッチング電源装置の前記出力電流情報が与えられており、
前記クロック回路は、前記CPU及び前記タイマに動作タイミングの基準となるクロック信号を出力する回路であり、
前記CPUは、予め与えられている演算用のプログラムを実行することで、前記ADコンバータから出力電流値を取得し、前記演算用のプログラムに従って前記タイマに対して周期とデューティを指示するものであり、
前記タイマは、前記クロック回路から入力された前記クロック信号をカウントすることで、前記CPUから指示された前記周期と前記デューティを持つ前記制御パルスを出力するものであることを特徴とするスイッチング電源装置。
- 請求項1,2,4,5又は6の何れかに記載のスイッチング電源装置に於いて、
前記電力変換部の出力電流が前記過電流保護動作しきい値とは異なる所定の間欠動作しきい値になると、前記スイッチング素子を所定の時間停止して前記出力電流を間欠的に出力させることを特徴とするスイッチング電源装置。
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