JP6803744B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents
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Description
また、本発明の一態様は、一次側コイルと、二次側コイルとを有するトランスと、前記一次側コイルに接続され、電源線から供給された直流電力をスイッチングして前記一次側コイルに電力を供給するスイッチング部と、前記二次側コイルに接続され、前記二次側コイルが出力する電力を整流し、負荷部に直流電力を供給する整流部と、前記負荷部と並列に接続されたアクティブ抵抗と、前記アクティブ抵抗に直列に接続され、前記アクティブ抵抗を有効にするか否かを制御する制御スイッチと、前記負荷部に流れる負荷電流が所定の電流閾値以下である場合に、前記制御スイッチを導通させて、前記アクティブ抵抗を有効にする制御部とを備え、前記制御部は、前記制御スイッチが導通されており、且つ、前記整流部から出力される出力電圧が第1の電圧閾値以上になった場合に、前記スイッチング部による前記スイッチングを停止させ、前記出力電圧が前記第1の電圧閾値より小さい第2の電圧閾値以下になった場合に、前記スイッチング部による前記スイッチングを再開させて、前記スイッチング部を間欠動作させることを特徴とするスイッチング電源装置である。
図1は、第1の実施形態によるスイッチング電源装置1の一例を示す機能ブロック図である。
図1に示すように、スイッチング電源装置1は、直流電源11と、抵抗12と、インダクタンス13と、平滑コンデンサ(14、24)と、スイッチング部15と、トランスTR1と、共振部16と、整流部21と、制御スイッチ22と、アクティブ抵抗23と、電圧検出部25と、電流検出部26と、制御部40とを備えている。スイッチング電源装置1は、例えば、LLC方式のDC/DCコンバータである。スイッチング電源装置1は、例えば、定格48Vの直流電圧を定格電圧160Vに昇圧し、インバータ部30(負荷部の一例)に供給する。
平滑コンデンサ14は、電源線L11と、電源線L12との間に接続され、直流電源11から供給される直流電圧(入力電圧)を平滑化する。
MOSトランジスタ152は、ドレイン端子がノードN1に、ソース端子が電源線L12に、ゲート端子がPFM信号G2の信号線に、それぞれ接続されている。
MOSトランジスタ153は、ドレイン端子が電源線L11に、ソース端子がノードN2に、ゲート端子がPFM信号G3の信号線に、それぞれ接続されている。
MOSトランジスタ154は、ドレイン端子がノードN2に、ソース端子が電源線L12に、ゲート端子がPFM信号G4の信号線に、それぞれ接続されている。
二次側コイルTR12は、整流部21に接続されている。すなわち、二次側コイルTR12は、第1端がノードN3に、第2端がノードN4に、それぞれ接続されている。
共振コンデンサ163は、ノードN2と、一次側コイルTR11の第2端との間に接続されている。
ダイオード212は、アノード端子が電流検出部26を介した電源線L22に、カソード端子がノードN3それぞれ接続されている。
ダイオード213は、アノード端子がノードN4に、カソード端子が電源線L21に、それぞれ接続されている。
ダイオード214は、アノード端子が電流検出部26を介した電源線L22に、カソード端子がノードN4それぞれ接続されている。
なお、以下の説明において、「アクティブ抵抗23を有効にする」とは、制御スイッチ22がオン状態になることにより、アクティブ抵抗23に電流が流れる状態にすることである。また、「アクティブ抵抗23を無効にする」とは、制御スイッチ22がオフ状態になることにより、アクティブ抵抗23に電流が流れない状態にすることである。
電圧検出部25は、電源線L21と電源線L22との間のである、整流部21から出力される出力電圧Voutを検出する。電圧検出部25は、検出した出力電圧Voutを制御部40に出力する。
電流検出部26は、電源線L22に流れる電流である、インバータ部30に流れる負荷電流Idcを検出する。電流検出部26は、検出した負荷電流Idcを制御部40に出力する。
また、制御部40は、制御スイッチ22をオン(導通)又はオフ(非導通)にさせる制御を行い、アクティブ抵抗23を有効又は無効にする。
制御部40は、定電圧制御部41と、オンオフ制御部42とを備えている。
図2は、本実施形態によるスイッチング電源装置1の制御スイッチ22の制御の一例を示すフローチャートである。
これにより、本実施形態によるスイッチング電源装置1は、定格負荷時(例えば、負荷電流Idcが第2の電流閾値Ith2以上の場合)に、制御スイッチ22をオフ(非導通)させて、アクティブ抵抗23を無効にするため、アクティブ抵抗23による変換効率の低下を適切に抑制することができる。
これにより、本実施形態によるスイッチング電源装置1は、パルス周波数変調(PFM)によって、出力電圧Voutを適切に制御することができる。
次に、図面を参照して、第2の実施形態によるスイッチング電源装置1aについて説明する。上述した第1の実施形態では、負荷電流Idcに基づいて、制御スイッチ22を制御する例を説明したが、本実施形態によるスイッチング電源装置1aは、負荷電流Idcと、入力電圧Vinとに基づいて制御スイッチ22を制御する一例について説明する。
図3に示すように、スイッチング電源装置1aは、直流電源11と、抵抗12と、インダクタンス13と、平滑コンデンサ(14、24)と、スイッチング部15と、トランスTR1と、共振部16と、整流部21と、制御スイッチ22と、アクティブ抵抗23と、電圧検出部(17、25)と、電流検出部26と、制御部40aとを備えている。スイッチング電源装置1aは、第1の実施形態のスイッチング電源装置1と同様に、例えば、LLC方式のDC/DCコンバータである。
なお、図3において、図1に示す構成と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
制御部40aは、定電圧制御部41と、オンオフ制御部42aとを備えている。
図4は、本実施形態によるスイッチング電源装置1aの制御スイッチ22の制御の一例を示すフローチャートである。
また、本実施形態によるスイッチング電源装置1aは、入力電圧Vinが所定の電圧閾値以上、且つ、負荷電流Idcが所定の電流閾値以下である場合に、制御スイッチ22をオン(導通)させることにより、アクティブ抵抗23をさらに適切に有効にすることができる。
次に、図面を参照して、第3の実施形態によるスイッチング電源装置1bについて説明する。上述した第1の実施形態では、負荷電流Idcに基づいて、制御スイッチ22を制御する例を説明したが、本実施形態によるスイッチング電源装置1bは、出力電圧Voutに基づいて制御スイッチ22を制御する一例について説明する。
図5に示すように、スイッチング電源装置1bは、直流電源11と、抵抗12と、インダクタンス13と、平滑コンデンサ(14、24)と、スイッチング部15と、トランスTR1と、共振部16と、整流部21と、制御スイッチ22と、アクティブ抵抗23と、電圧検出部25と、電流検出部26と、制御部40bとを備えている。スイッチング電源装置1bは、第1の実施形態のスイッチング電源装置1と同様に、例えば、LLC方式のDC/DCコンバータである。
なお、図5において、図1に示す構成と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
制御部40bは、定電圧制御部41と、オンオフ制御部42bとを備えている。
図6は、本実施形態によるスイッチング電源装置1bの制御スイッチ22の制御の一例を示すフローチャートである。
次に、図面を参照して、第3の実施形態によるスイッチング電源装置1cについて説明する。上述した第1の実施形態では、負荷電流Idcに基づいて、制御スイッチ22を制御する例を説明したが、本実施形態によるスイッチング電源装置1cは、さらに出力電圧Voutに基づいて、スイッチング部15aを間欠動作させる場合の一例について説明する。
図7に示すように、スイッチング電源装置1cは、直流電源11と、抵抗12と、インダクタンス13と、平滑コンデンサ(14、24)と、スイッチング部15aと、トランスTR1と、共振部16と、整流部21と、制御スイッチ22と、アクティブ抵抗23と、電圧検出部25と、電流検出部26と、制御部40cとを備えている。スイッチング電源装置1cは、第1の実施形態のスイッチング電源装置1と同様に、例えば、LLC方式のDC/DCコンバータである。
なお、図7において、図1に示す構成と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
PFM信号生成部155aは、制御部40による制御に基づいて、スイッチング部15aをPFM制御するための、PFM信号(G1、G2、G3、G4)を生成し、上述したMOSトランジスタ(151、152、153、154)の各ゲート端子に供給する。また、PFM信号生成部155aは、制御部40による制御に基づいて、スイッチング部15aのスイッチングの停止、及びスイッチングの再開を行い、スイッチング部15aを間欠動作させる。
制御部40cは、定電圧制御部41aと、オンオフ制御部42とを備えている。
本実施形態において、スイッチング電源装置1cの制御スイッチ22の制御処理は、図2に示す第1の実施形態と同様であるため、ここではその説明を省略する。
図9において、各グラフの縦軸は、電圧を示し、横軸は、時間を示している。また、波形W1は、出力電圧Voutの電圧波形を示し、波形W2は、PFM信号生成部155aが出力するPFM信号(G1、G2、G3、G4)の電圧波形を示している。
この例では、出力電圧Voutが徐々に上昇して行き、時刻T1において、出力電圧Voutが第1の電圧閾値Vth1に達すると、制御部40cの定電圧制御部41aは、PFM信号の出力を停止させる。
次に、時刻T2において、出力電圧Voutが第2の電圧閾値Vth2に達すると、定電圧制御部41aは、PFM信号の出力を再開させる。このように、定電圧制御部41aは、スイッチング部15aを間欠動作させる。
これにより、本実施形態によるスイッチング電源装置1cは、スイッチング部15aを間欠動作させることによって、定格負荷時の変換効率を低下させずに、軽負荷時に出力電圧をさらに適切に制御することができる。
これにより、本実施形態によるスイッチング電源装置1cは、アクティブ抵抗23及び制御スイッチ22により、軽負荷時に出力電圧を上手く制御できない場合に、スイッチング部15aを間欠動作させるため、軽負荷時に出力電圧を効率良く、且つ適切に制御することができる。
例えば、上記の各実施形態において、インバータ部30に流れる負荷電流IdcをトランスTR1の二次側で検出する例を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、トランスTR1の一次側で検出するようにしてもよい。また、この場合、トランスTR1の一次側に、電流検出部26と同様の検出部を備えるようにしてもよい。
また、上記の各実施形態において、負荷部の一例として、インバータ部30が接続されるスイッチング電源装置1(1a〜1c)について説明したが、これに限定されるものではない。スイッチング電源装置1(1a〜1c)は、負荷部として他の構成が接続されてもよい。
11 直流電源
12 抵抗
13 インダクタンス
14、24 平滑コンデンサ
15、15a スイッチング部
16 共振部
21 整流部
22 制御スイッチ
23 アクティブ抵抗
17、25 電圧検出部
26 電流検出部
30 インバータ部
40、40a、40b、40c 制御部
41、41a 定電圧制御部
42、42a、42b、42c オンオフ制御部
151、152、153、154 MOSトランジスタ
155、155a PFM信号生成部
161 共振リアクトル
162 励磁インダクタンス
163 共振コンデンサ
211、212、213、214 ダイオード
TR1 トランス
TR11 一次側コイル
TR12 二次側コイル
Claims (7)
- 一次側コイルと、二次側コイルとを有するトランスと、
前記一次側コイルに接続され、電源線から供給された直流電力をスイッチングして前記一次側コイルに電力を供給するスイッチング部と、
前記二次側コイルに接続され、前記二次側コイルが出力する電力を整流し、負荷部に直流電力を供給する整流部と、
前記負荷部と並列に接続されたアクティブ抵抗と、
前記アクティブ抵抗に直列に接続され、前記アクティブ抵抗を有効にするか否かを制御する制御スイッチと、
前記負荷部に流れる負荷電流が所定の電流閾値以下である場合に、前記制御スイッチを導通させて、前記アクティブ抵抗を有効にする制御部と
を備え、
前記制御部は、前記電源線から供給された直流電力の電圧を示す入力電圧が所定の電圧閾値以上、且つ、前記負荷電流が前記所定の電流閾値以下である場合に、前記制御スイッチを導通させて、前記アクティブ抵抗を有効にする
ことを特徴とするスイッチング電源装置。 - 一次側コイルと、二次側コイルとを有するトランスと、
前記一次側コイルに接続され、電源線から供給された直流電力をスイッチングして前記一次側コイルに電力を供給するスイッチング部と、
前記二次側コイルに接続され、前記二次側コイルが出力する電力を整流し、負荷部に直流電力を供給する整流部と、
前記負荷部と並列に接続されたアクティブ抵抗と、
前記アクティブ抵抗に直列に接続され、前記アクティブ抵抗を有効にするか否かを制御する制御スイッチと、
前記負荷部に流れる負荷電流が所定の電流閾値以下である場合に、前記制御スイッチを導通させて、前記アクティブ抵抗を有効にする制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記制御スイッチが導通されており、且つ、前記整流部から出力される出力電圧が第1の電圧閾値以上になった場合に、前記スイッチング部による前記スイッチングを停止させ、
前記出力電圧が前記第1の電圧閾値より小さい第2の電圧閾値以下になった場合に、前記スイッチング部による前記スイッチングを再開させて、前記スイッチング部を間欠動作させる
ことを特徴とするスイッチング電源装置。 - 前記所定の電流閾値は、第1の電流閾値であり、
前記制御部は、
前記負荷電流が前記第1の電流閾値以下である場合に、前記制御スイッチを導通させて、前記アクティブ抵抗を有効にし、
前記負荷電流が前記第1の電流閾値より大きい第2の電流閾値以上になった場合に、前記制御スイッチを非導通にさせて、前記アクティブ抵抗を無効にする
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のスイッチング電源装置。 - 前記制御部は、前記電源線から供給された直流電力の電圧を示す入力電圧が所定の電圧閾値以上、且つ、前記負荷電流が前記所定の電流閾値以下である場合に、前記制御スイッチを導通させて、前記アクティブ抵抗を有効にする
ことを特徴とする請求項2に記載のスイッチング電源装置。 - 一次側コイルと、二次側コイルとを有するトランスと、
前記一次側コイルに接続され、電源線から供給された直流電力をスイッチングして前記一次側コイルに電力を供給するスイッチング部と、
前記二次側コイルに接続され、前記二次側コイルが出力する電力を整流し、負荷部に直流電力を供給する整流部と、
前記負荷部と並列に接続されたアクティブ抵抗と、
前記アクティブ抵抗に直列に接続され、前記アクティブ抵抗を有効にするか否かを制御する制御スイッチと、
前記整流部から出力される出力電圧が所定の電圧閾値以上である場合に、前記制御スイッチを導通させて、前記アクティブ抵抗を有効にする制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記制御スイッチが導通されており、且つ、前記出力電圧が第1の電圧閾値以上になった場合に、前記スイッチング部による前記スイッチングを停止させ、
前記出力電圧が前記第1の電圧閾値より小さい第2の電圧閾値以下になった場合に、前記スイッチング部による前記スイッチングを再開させて、前記スイッチング部を間欠動作させる
ことを特徴とするスイッチング電源装置。 - 前記トランスに接続され、所定の共振周波数で共振する共振部を備える
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のスイッチング電源装置。 - 前記共振部は、LLC共振回路であり、
前記制御部は、前記スイッチング部を、パルス周波数変調によって制御する
ことを特徴とする請求項6に記載のスイッチング電源装置。
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