JP6958424B2 - Switching power supply - Google Patents
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Description
本発明は、出力電圧のオーバーシュートを抑制する機能を備えたスイッチング電源装置に関するものである。 The present invention relates to a switching power supply device having a function of suppressing an overshoot of an output voltage.
この種のスイッチング電源装置として、下記の特許文献1に開示されたスイッチング電源装置が知られている。このスイッチング電源装置は、一次巻線と二次巻線と補助巻線とを有するスイッチング用のトランスと、この一次巻線を介して入力直流をスイッチングすることにより二次巻線側に所定電圧の供給電力(直流電力)を生成するためのFETと、FETのスイッチングを制御するスイッチング制御部と、生成された供給電力に基づいて装置外部に出力される出力電流が所定電流値以下のときに供給電力の直流電圧を第1の電圧値に安定化するためにスイッチング制御部を介してFETをフィードバック制御する定電圧制御部と、出力電流が所定電流値を超えるときに出力電流を所定電流値に制限するためにスイッチング制御部を介してFETをフィードバック制御する定電流制御部と、補助巻線の誘起電圧に基づいて供給電力の直流電圧を第1の電圧値よりも高電圧の第2の電圧値以下に制限するためにスイッチング制御部を介してFETをフィードバック制御する電圧制限部とを備えている。
As this type of switching power supply device, the switching power supply device disclosed in
この場合、定電圧制御部および定電流制御部は、出力電圧や出力電流を検出しつつ、出力電流が所定電流値に達するまでは出力電圧を第1の電圧値に維持し、出力電流が所定電流値に達したときには、出力電流を所定電流値に維持した状態で出力電圧を低下させるフィードバック制御を行うための制御信号(シンク電流)を出力する。スイッチング電源装置は、このシンク電流に応じた制御電圧をトランスの一次側において生成するホトトランジスタを備えている。また、スイッチング制御部は、補助巻線の誘起電圧を整流および平滑することにより、この誘起電圧に応じて電圧が変化する電源電圧を出力する補助電源部と、この電源電圧に基づいて基準電圧(定電圧)を生成するための基準電圧生成回路と、誤差増幅器と、スイッチング信号生成回路とを備えている。 In this case, the constant voltage control unit and the constant current control unit detect the output voltage and the output current, maintain the output voltage at the first voltage value until the output current reaches a predetermined current value, and the output current is predetermined. When the current value is reached, a control signal (sink current) for performing feedback control for lowering the output voltage while maintaining the output current at a predetermined current value is output. The switching power supply device includes a phototransistor that generates a control voltage corresponding to the sink current on the primary side of the transformer. Further, the switching control unit has an auxiliary power supply unit that outputs a power supply voltage whose voltage changes according to the induced voltage by rectifying and smoothing the induced voltage of the auxiliary winding, and a reference voltage (reference voltage) based on this power supply voltage. It includes a reference voltage generation circuit for generating (constant voltage), an error amplifier, and a switching signal generation circuit.
このスイッチング電源装置の動作について説明する。まず、定常状態のときには、スイッチング電源装置では、スイッチング制御部の誤差増幅器が、ホトトランジスタからの制御電圧と基準電圧生成回路からの基準電圧との誤差電圧を増幅して、増幅後の制御電圧をスイッチング信号生成回路に出力する。次いで、スイッチング信号生成回路が、制御電圧に応じたデューティ比のスイッチング信号を出力してFETのスイッチングを制御することにより、出力電圧を目標とする第1の電圧値に安定化する定電圧動作を実行する。また、スイッチング信号生成回路は、出力電流が所定電流値に達したとき(定常状態から過負荷状態になったとき)には、出力電流を所定電流値に維持した状態で出力電圧を低下させる定電流動作を実行する。 The operation of this switching power supply device will be described. First, in the steady state, in the switching power supply device, the error amplifier of the switching control unit amplifies the error voltage between the control voltage from the phototransistor and the reference voltage from the reference voltage generation circuit, and obtains the amplified control voltage. Output to the switching signal generation circuit. Next, the switching signal generation circuit outputs a switching signal having a duty ratio according to the control voltage to control FET switching, thereby performing a constant voltage operation that stabilizes the output voltage to the target first voltage value. Run. Further, when the output current reaches a predetermined current value (when the steady state changes to an overload state), the switching signal generation circuit reduces the output voltage while maintaining the output current at the predetermined current value. Perform current operation.
次に、過負荷状態から無負荷状態(出力電流が少ない状態)に急激に変化したときの動作について説明する。この場合、無負荷状態に移行する前の過負荷状態では、FETは、負荷への供給電力を減少させるために出力電圧を低下させて出力電流を所定電流値に維持(制限)するデューティ比(定常状態でのデューティ比よりも小さいデューティ比)でスイッチング動作(定電流動作)を実行している。一方、出力電流が少ない無負荷状態になった時点では、定電流動作が瞬間的に停止される(誤差増幅器がスイッチング信号生成回路への制御電圧を急激に上昇させる)。したがって、FETは大きなデューティ比でスイッチング動作を実行し、これにより、出力電圧は第1の電圧値に向けて上昇を開始する。また、補助巻線の誘起電圧もこの出力電圧の上昇に応じて上昇し、これにより、補助電源部から出力される電源電圧も同様に上昇する。 Next, the operation when the state suddenly changes from the overloaded state to the no-load state (the state where the output current is small) will be described. In this case, in the overload state before the transition to the no-load state, the FET has a duty ratio (limitation) that keeps (limits) the output current at a predetermined current value by lowering the output voltage in order to reduce the power supplied to the load. The switching operation (constant current operation) is executed with a duty ratio smaller than the duty ratio in the steady state). On the other hand, when the output current becomes low and no load is applied, the constant current operation is momentarily stopped (the error amplifier rapidly raises the control voltage to the switching signal generation circuit). Therefore, the FET performs a switching operation with a large duty ratio, which causes the output voltage to start rising towards the first voltage value. Further, the induced voltage of the auxiliary winding also rises in response to the rise in the output voltage, and as a result, the power supply voltage output from the auxiliary power supply unit also rises.
しかしながら、定電圧制御部はこの状態に直ちに応答することができない。つまり、FETは、この大きなデューティ比でのスイッチング動作を継続する。したがって、出力電圧は継続して上昇して、目標とする第1の電圧値を超えることとなる。 However, the constant voltage control unit cannot immediately respond to this state. That is, the FET continues the switching operation at this large duty ratio. Therefore, the output voltage continuously rises and exceeds the target first voltage value.
この場合、スイッチング電源装置では、定電圧制御部が応答できない状況下であっても、出力電圧が第2の電圧値(>第1の電圧値)に達すると(つまり、補助電源からの電源電圧がこの第2の電圧値に対応する電圧に達すると)、電流制限部が、これを検出して、誤差増幅器に入力されているホトトランジスタからの制御電圧を強制的に低下させる。これにより、誤差増幅器は、スイッチング信号生成回路に出力している制御電圧を低下させることから、スイッチング信号生成回路は、制御信号のオンデューティ比を低下させる。このため、FETがこの制御信号に従ってスイッチングすることにより、出力電圧 は、第1の電圧値を僅かに超えた第2の電圧値に制限される。その後は、定電圧制御部による定電圧制御が機能する結果、スイッチング信号生成回路が、出力電圧を第1の電圧値に安定化する。このようにして、このスイッチング電源装置によれば、定電圧制御部のフィードバック制御の動作遅延に起因して出力電圧に生じる虞のある過度のオーバーシュート現象(過渡的過電圧(サージ電圧)の発生)を有効に阻止することが可能となっている。 In this case, in the switching power supply device, even when the constant voltage control unit cannot respond, when the output voltage reaches the second voltage value (> first voltage value) (that is, the power supply voltage from the auxiliary power supply). When the voltage reaches the voltage corresponding to this second voltage value), the current limiting unit detects this and forcibly lowers the control voltage from the phototransistor input to the error amplifier. As a result, the error amplifier lowers the control voltage output to the switching signal generation circuit, so that the switching signal generation circuit lowers the on-duty ratio of the control signal. Therefore, when the FET switches according to this control signal, the output voltage is limited to the second voltage value slightly exceeding the first voltage value. After that, as a result of the constant voltage control by the constant voltage control unit functioning, the switching signal generation circuit stabilizes the output voltage to the first voltage value. In this way, according to this switching power supply device, an excessive overshoot phenomenon (generation of transient overvoltage (surge voltage)) that may occur in the output voltage due to the operation delay of the feedback control of the constant voltage control unit. Can be effectively prevented.
しかしながら、従来のスイッチング電源装置は、出力電圧が目標とする第1の電圧値を超える第2の電圧値に達してから、電圧制限動作を開始する。このため、このスイッチング電源装置には、電圧制限部が無限大の応答速度を持っているときには、理論上、出力電圧を第2の電圧値に抑えることができるが、応答速度が有限であることから、実際には、オーバーシュート現象(過渡的過電圧の発生)をある程度は軽減できるものの、十分な低減は難しい(問題となり得る大きさの過渡的過電圧が発生する場合がある)という課題が存在している。 However, the conventional switching power supply device starts the voltage limiting operation after the output voltage reaches the second voltage value exceeding the target first voltage value. Therefore, in this switching power supply device, when the voltage limiting unit has an infinite response speed, the output voltage can theoretically be suppressed to the second voltage value, but the response speed is finite. Therefore, in reality, although the overshoot phenomenon (generation of transient overvoltage) can be reduced to some extent, there is a problem that it is difficult to sufficiently reduce it (transient overvoltage of a magnitude that can cause a problem may occur). ing.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、出力電圧に生じる過渡的過電圧を大幅に低減し得るスイッチング電源装置を提供することを主目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a switching power supply device capable of significantly reducing a transient overvoltage generated in an output voltage.
上記目的を達成すべく、本発明に係るスイッチング電源装置は、負荷に出力している出力電圧の電圧値に応じて電圧値が変化する出力検出電圧を予め規定された基準電圧と比較しつつ、当該出力検出電圧が当該基準電圧を上回るときには前記出力電圧を低下させ、当該出力検出電圧が当該基準電圧を下回るときには前記出力電圧を上昇させることで、前記出力電圧を目標電圧となるように制御する定電圧制御動作と、前記負荷に出力している出力電流に基づいて前記負荷が過負荷状態に移行したか否かを繰り返し検出する過負荷検出動作と、前記出力電圧を低下させることにより前記負荷への供給電力を減少させる過負荷保護動作とを実行するスイッチング電源装置であって、前記過負荷検出動作において前記過負荷状態への移行を検出しているときには、前記過負荷保護動作、および前記基準電圧と比較される前記出力検出電圧を一定電圧だけ高くする出力検出電圧嵩上げ動作を実行し、前記過負荷検出動作において前記過負荷状態の終了を検出したときには、前記過負荷保護動作については実行を停止すると共に、前記出力検出電圧嵩上げ動作については前記過負荷状態の終了を検出した時点から予め規定された第1期間に亘って実行を継続する。 In order to achieve the above object, the switching power supply device according to the present invention compares the output detection voltage whose voltage value changes according to the voltage value of the output voltage output to the load with a predetermined reference voltage. When the output detection voltage exceeds the reference voltage, the output voltage is lowered, and when the output detection voltage is lower than the reference voltage, the output voltage is raised to control the output voltage to be the target voltage. The constant voltage control operation, the overload detection operation that repeatedly detects whether or not the load has transitioned to the overload state based on the output current output to the load, and the load by lowering the output voltage. A switching power supply device that executes an overload protection operation that reduces the power supplied to the device, and when the transition to the overload state is detected in the overload detection operation, the overload protection operation and the overload protection operation and the above. When the output detection voltage raising operation for raising the output detection voltage to be compared with the reference voltage by a constant voltage is executed and the end of the overload state is detected in the overload detection operation, the overload protection operation is executed. Is stopped, and the output detection voltage raising operation is continued for a predetermined first period from the time when the end of the overload state is detected.
具体的には、このスイッチング電源装置は、スイッチング素子を含んで構成されて、入力電圧を前記出力電圧に変換して出力する電力変換部と、前記出力電圧を検出すると共に当該出力電圧の電圧値に応じて電圧値が変化する第1検出電圧を出力する電圧検出部と、前記出力電流を検出すると共に当該出力電流の電流値に応じて電圧値が変化する第2検出電圧を出力する電流検出部と、前記定電圧制御動作、前記過負荷検出動作、前記過負荷保護動作および前記出力検出電圧嵩上げ動作を実行するスイッチング制御部とを備え、前記スイッチング制御部は、前記第2検出電圧に基づいて前記出力電流が予め規定された基準電流以上であるか否かを前記第1期間よりも短い周期で比較しつつ当該出力電流が当該基準電流以上のときに前記過負荷状態への移行を検出して過電流状態信号を出力する前記過負荷検出動作を実行する過電流検出回路と、前記過電流検出回路から前記過電流状態信号が出力される都度、前記一定電圧の第1電圧を前記第1期間に亘って生成する信号生成動作を開始し、当該信号生成動作を停止しているときには当該第1電圧をゼロ電圧レベルで生成する信号生成回路、および前記第1検出電圧と前記第1電圧とを入力すると共に加算して前記出力検出電圧として出力する加算回路を備えて、前記出力検出電圧嵩上げ動作を実行する出力検出電圧嵩上げ回路と、前記出力検出電圧嵩上げ回路から出力される前記出力検出電圧と前記基準電圧との誤差を増幅して誤差信号として出力する誤差増幅回路と、前記第2検出電圧、前記過電流状態信号および前記誤差信号に基づいて前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御信号を出力することにより、前記定電圧制御動作および前記過負荷保護動作を実行する制御回路とを備えることで、上記のような動作を実行する。 Specifically, this switching power supply device includes a switching element, a power conversion unit that converts an input voltage into the output voltage and outputs the current, and a voltage value of the output voltage while detecting the output voltage. A voltage detection unit that outputs a first detection voltage whose voltage value changes according to the current value, and a current detection unit that detects the output current and outputs a second detection voltage whose voltage value changes according to the current value of the output current. The switching control unit includes a unit and a switching control unit that executes the constant voltage control operation, the overload detection operation, the overload protection operation, and the output detection voltage raising operation, and the switching control unit is based on the second detection voltage. While comparing whether or not the output current is equal to or greater than the predetermined reference current in a cycle shorter than the first period, the transition to the overload state is detected when the output current is equal to or greater than the reference current. The overcurrent detection circuit that executes the overload detection operation that outputs the overcurrent state signal, and the first voltage of the constant voltage are set to the first voltage each time the overcurrent state signal is output from the overcurrent detection circuit. A signal generation circuit that starts the signal generation operation to generate for one period and generates the first voltage at the zero voltage level when the signal generation operation is stopped, and the first detection voltage and the first voltage. An output detection voltage raising circuit that executes the output detection voltage raising operation and an output detection output from the output detection voltage raising circuit are provided with an addition circuit that inputs and adds and outputs as the output detection voltage. An error amplification circuit that amplifies the error between the voltage and the reference voltage and outputs it as an error signal, and a control that controls the switching operation of the switching element based on the second detection voltage, the overcurrent state signal, and the error signal. By providing a control circuit that executes the constant voltage control operation and the overload protection operation by outputting a signal, the above operation is executed.
したがって、実際の出力電圧が目標電圧に達する前に、出力電圧を示す信号として使用される出力検出電圧を目標電圧を示す基準電圧に達するようにできるため、実際の出力電圧が目標電圧に達する前に定電圧制御動作を開始し、かつ第1期間の終了時に出力検出電圧を実際の出力電圧を示す信号に戻すことができる。これにより、このスイッチング電源装置によれば、出力電圧が目標電圧に達するまで定電圧制御動作を開始せずに、出力電圧を最大限に上昇させる動作(例えば、デューティ比が最大となる制御信号をスイッチング素子に出力する制御動作)を実行する従来のスイッチング電源装置とは異なり、出力電圧が目標電圧に達したときに、出力電圧に生じる過渡的過電圧を大幅に低減することができる。 Therefore, before the actual output voltage reaches the target voltage, the output detection voltage used as the signal indicating the output voltage can be made to reach the reference voltage indicating the target voltage, so that the actual output voltage does not reach the target voltage. The constant voltage control operation can be started and the output detection voltage can be returned to the signal indicating the actual output voltage at the end of the first period. As a result, according to this switching power supply device, an operation of maximizing the output voltage (for example, a control signal having the maximum duty ratio) is performed without starting the constant voltage control operation until the output voltage reaches the target voltage. Unlike conventional switching power supply devices that execute (control operation to output to the switching element), the transient overvoltage that occurs in the output voltage when the output voltage reaches the target voltage can be significantly reduced.
本発明に係るスイッチング電源装置では、前記一定電圧は、前記過負荷検出動作において前記過負荷状態への移行を検出しているときの前記出力検出電圧が前記基準電圧よりも低くなるように設定されている。 In the switching power supply device according to the present invention, the constant voltage is set so that the output detection voltage when the transition to the overload state is detected in the overload detection operation is lower than the reference voltage. ing.
これにより、出力検出電圧を一定電圧だけ高くする出力検出電圧嵩上げ動作を実行している状態においても、過負荷保護動作を停止したときに、この過負荷検出動作によって低下させていた出力電圧を上昇させる動作を直ちに開始することができる。 As a result, even when the output detection voltage raising operation for raising the output detection voltage by a certain voltage is being executed, when the overload protection operation is stopped, the output voltage lowered by this overload detection operation is increased. The operation to make it can be started immediately.
本発明に係るスイッチング電源装置では、前記第1期間は、前記過負荷状態の終了を検出した時点からの経過時間であって、当該終了の検出の時点での前記過負荷保護動作の停止によって上昇する前記出力電圧に応じて上昇する前記出力検出電圧が前記基準電圧に達するまでの経過時間と同等に規定されている。 In the switching power supply device according to the present invention, the first period is an elapsed time from the time when the end of the overload state is detected, and is increased by stopping the overload protection operation at the time when the end is detected. The output detection voltage, which rises in response to the output voltage, is defined to be equivalent to the elapsed time until the reference voltage is reached.
これにより、出力電圧が目標電圧に達したタイミングにおいて、基準電圧と比較される出力検出電圧を一定電圧だけ高くする出力検出電圧嵩上げ動作を停止して、出力電圧そのものを示す出力検出電圧に基づいて、出力電圧を目標電圧に制御する定電圧制御動作を開始することができる。このため、出力電圧が目標電圧に達したときに生じる虞のある過渡的過電圧を一層低減しつつ、出力電圧を目標電圧に維持し得るまでに要する時間を短くすることができる。 As a result, when the output voltage reaches the target voltage, the output detection voltage raising operation that raises the output detection voltage compared with the reference voltage by a certain voltage is stopped, and the output detection voltage indicating the output voltage itself is used as the basis for the output detection voltage. , The constant voltage control operation for controlling the output voltage to the target voltage can be started. Therefore, it is possible to further reduce the transient overvoltage that may occur when the output voltage reaches the target voltage, and shorten the time required for the output voltage to be maintained at the target voltage.
本発明に係るスイッチング電源装置では、前記信号生成回路は、前記第1期間を計測する計測動作を実行するタイマ回路、および当該タイマ回路による前記計測動作の実行時には前記第1電圧を前記一定電圧で生成し、当該計測動作の停止時には前記第1電圧をゼロ電圧レベルで生成する電圧生成回路を備え、当該タイマ回路は、当該計測動作の停止時に前記過電流状態信号を入力したときには当該計測動作の実行を開始し、当該計測動作の動作時に前記過電流状態信号を入力したときには当該計測動作の実行を新たに開始する。 In the switching power supply device according to the present invention, the signal generation circuit is a timer circuit that executes a measurement operation for measuring the first period, and when the measurement operation is executed by the timer circuit, the first voltage is set to the constant voltage. The timer circuit includes a voltage generation circuit that generates and generates the first voltage at a zero voltage level when the measurement operation is stopped, and the timer circuit operates the measurement operation when the overcurrent state signal is input when the measurement operation is stopped. The execution is started, and when the overcurrent state signal is input during the operation of the measurement operation, the execution of the measurement operation is newly started.
これにより、過負荷状態の期間(第1期間の計測動作を最初から繰り返す期間)、および過負荷状態の期間の終了時点から第1期間の計測動作を完了させるまでの期間において、出力検出電圧を一定電圧だけ高くする出力検出電圧嵩上げ動作を確実に実行することができる。 As a result, the output detection voltage is set during the overload state (the period during which the measurement operation in the first period is repeated from the beginning) and the period from the end of the overload state period to the completion of the measurement operation in the first period. It is possible to reliably execute the output detection voltage raising operation in which the output detection voltage is raised by a constant voltage.
本発明によれば、実際の出力電圧が目標電圧に達する前に、出力電圧を示す信号として使用される出力検出電圧を目標電圧を示す基準電圧に達するようにできるため、実際の出力電圧が目標電圧に達する前に定電圧制御動作を開始することができることから、出力電圧が目標電圧に達したときに、出力電圧に生じる過渡的過電圧(サージ電圧)を大幅に低減することができる。 According to the present invention, the output detection voltage used as a signal indicating the output voltage can be made to reach the reference voltage indicating the target voltage before the actual output voltage reaches the target voltage, so that the actual output voltage is the target. Since the constant voltage control operation can be started before the voltage is reached, the transient overvoltage (surge voltage) that occurs in the output voltage when the output voltage reaches the target voltage can be significantly reduced.
以下、スイッチング電源装置の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, embodiments of the switching power supply device will be described with reference to the drawings.
まず、スイッチング電源装置としての図1に示すスイッチング電源装置1の構成について説明する。
First, the configuration of the switching
スイッチング電源装置1は、一例として、一対の入力端子2a,2b(以下、特に区別しないときには「入力端子2」ともいう)、一対の出力端子3a,3b(以下、特に区別しないときには「出力端子3」ともいう)、電力変換部4、電圧検出部5、電流検出部6およびスイッチング制御部7を備え、過負荷保護機能(本例では一例として、定電流電圧垂下形の過負荷保護機能)を有する定電圧直流電源装置として構成されている。なお、過負荷保護機能としては、定電流電圧垂下形に限定されない。
As an example, the switching
電力変換部4は、図1に示すようにスイッチング素子4a(電界効果型トランジスタやバイポーラ型トランジスタなど)を含んで構成されて、入力端子2間に入力される入力電圧(交流電圧または直流電圧)V1を出力電圧V2(出力端子3bが接続された内部グランドGの電位を基準とする直流電圧)に変換して、出力端子3間に出力する。電力変換部4は、1石フォーワード方式の回路や、1石フライバック方式の回路や、プッシュプル方式の回路や、フルブリッジ方式の回路など公知の種々の方式の回路で構成することができる。また、電力変換部4は、絶縁トランスを備えた絶縁型の回路構成や、絶縁トランスを使用しない非絶縁型の回路構成とすることもできる。
As shown in FIG. 1, the power conversion unit 4 includes a switching element 4a (field effect transistor, bipolar transistor, etc.) and is an input voltage (AC voltage or DC voltage) input between the
電圧検出部5は、出力電圧V2を検出すると共に、この出力電圧V2の電圧値に比例した第1検出電圧Vd1(内部グランドGの電位を基準とする直流電圧(電圧値Vv))を出力する。電圧検出部5は、出力電圧V2の電圧値そのものを、または、例えば、出力端子3間に直列接続された複数の抵抗による分圧回路で出力電圧V2の電圧値を分圧した電圧値を第1検出電圧Vd1として出力する構成とすることができる。
The
電流検出部6は、一例として図1に示すように、出力端子3側に配設されて、出力端子3に接続された負荷LDに供給される出力電流(電力変換部4の出力電流)Ioを検出すると共に、この出力電流Ioの電流値に比例した電圧値Viの第2検出電圧Vd2(内部グランドGの電位を基準とする電圧)を出力する。なお、入力端子2から電力変換部4に流入する電流(入力電流)の電流値は、出力電流Ioの電流値に比例する。このため、図示はしないが、電流検出部6を入力端子2側に配設して、電流検出部6が、入力電流の電流値を検出して上記の第2検出電圧Vd2を出力する構成を採用することもできる。なお、電流検出部6の配設位置については、電圧検出部5の配設位置を基準として出力端子3側に配設する上記の構成に限定されるものではない。例えば、電圧検出部5の配設位置を基準として電力変換部4側に配設する構成を採用することもできる。また、電力変換部4内でスイッチングされる交流電流(スイッチング電流)の電流値が、出力電流Ioの電流値に比例する構成の場合もある。このため、図示はしないが、電流検出部6を電力変換部4内に配設して、電流検出部6が、スイッチング電流の電流値を検出して上記出力電流Ioの電流値に比例した電圧値Viの第2検出電圧Vd2を出力する構成を採用することもできる。
As shown in FIG. 1, the current detection unit 6 is arranged on the
また、電流検出部6は、例えば、低抵抗値(例えば1Ω未満の微小抵抗値)の電流検出抵抗を含む回路で構成することもできるし、磁電変換素子(ホール素子など)を含む電流プローブ(直流電流を検出し得る電流プローブ)で構成することもできる。 Further, the current detection unit 6 can be configured by, for example, a circuit including a current detection resistor having a low resistance value (for example, a minute resistance value of less than 1Ω), or a current probe (Hall element or the like) including a magnetic electric conversion element (Hall element or the like). It can also be configured with a current probe that can detect DC current).
スイッチング制御部7は、過電流検出回路11、出力検出電圧嵩上げ回路12、誤差増幅回路13および制御回路14を備えて、負荷LDが過負荷状態ではないとき(定常状態のとき)には、スイッチング素子4aのスイッチング動作を制御して、図2に示すように出力電圧V2を目標電圧Vtgに制御する定電圧制御動作を実行し、負荷LDが過負荷状態のとき(出力電流Ioが後述する基準電流Ir以上となる過電流状態になったとき)には、スイッチング素子4aのスイッチング動作を制御して、出力電圧V2を低下させることで負荷LDへの供給電力を減少させる過負荷保護動作を実行する。本例では一例として、スイッチング制御部7は、過負荷保護動作では、図2に示すように、出力電流Ioを予め規定された基準電流Irに維持しつつ出力電圧V2を低下させることで、供給電力を減少させる(定電流電圧垂下形の過負荷保護動作を実行する)ように構成されている。
The switching
過電流検出回路11は、第2検出電圧Vd2(電圧値Vi)と、過電流検出(過負荷状態の検出)のために予め規定された基準電圧Vri(電圧値Vr1)とを後述する第1期間T1よりも短い周期で比較しつつ、第2検出電圧Vd2が基準電圧Vri以上のとき(つまり、Vi≧Vr1のとき)には、出力電流Ioが予め規定された基準電流Ir(過負荷状態と判定するための基準電流)に達していること(基準電流Ir以上となる過電流状態であること)を示す過電流状態信号S1を出力する過負荷検出動作を実行する。
The
本例では一例として、過電流検出回路11は、図3,4に示すように、第2検出電圧Vd2と基準電圧Vriとを比較して、第2検出電圧Vd2が基準電圧Vri以上のとき(Vi≧Vr1のとき。つまり、過電流状態のとき)にハイとなり、第2検出電圧Vd2が基準電圧Vri未満のとき(Vi<Vr1のとき。つまり、過電流状態でないとき)にローとなる信号Saを出力する比較器11a、信号Saとスイッチング制御部7内の基準クロックSck(不図示のクロック発生回路から出力されるスイッチング素子4aのスイッチング周波数に対して十分に高い周波数(一定周期Tc(第1期間T1よりも短い周期))のクロック)とを入力すると共に、信号Saを基準クロックSckに同期させて同じ極性の信号Sbとして出力するフリップフロップ11b(本例では一例として、Dフリップフロップ11b)、および信号Sbと基準クロックSckとを入力して、これら信号Sb,Sckの論理積を過電流状態信号S1として出力する(言い換えれば、信号Sbのハイの期間だけ基準クロックSckを過電流状態信号S1として出力する)AND回路11cとを備えて構成されている。
In this example, as an example, as shown in FIGS. 3 and 4, the
この構成により、過電流検出回路11は、図4に示すように、等価的に、第2検出電圧Vd2と基準電圧Vriとを一定周期Tcで(基準クロックSckに同期して)比較しつつ、第2検出電圧Vd2が基準電圧Vri以上のとき(過負荷状態のとき)に、過電流状態信号S1を出力する(本例では、基準クロックSckのパルス幅のパルス信号として、基準クロックSckに同期して出力する)過負荷検出動作を実行する。なお、過電流検出回路11は、過電流状態のときに、過電流状態信号S1を上記のように一定周期Tcのパルス信号として出力する構成を採用しているが、この構成に限定されるものではなく、例えば、上記の信号Saを過電流状態信号S1として出力する構成(つまり、基準クロックSckに同期しない過電流状態信号S1を出力する構成)を採用することもできる。
With this configuration, as shown in FIG. 4, the
出力検出電圧嵩上げ回路12は、図1に示すように、信号生成回路21および加算回路22を備えて、電圧検出部5から出力される第1検出電圧Vd1を入力すると共に、この第1検出電圧Vd1(出力電圧V2に比例する電圧信号)に第1電圧Vadを加算して、出力検出電圧Vd0(電圧値Vv1)として出力する出力検出電圧嵩上げ動作(第1検出電圧Vd1の電圧値Vvを電圧値Vv1に変更して出力する動作)を実行する。
As shown in FIG. 1, the output detection
信号生成回路21は、本例では一例として、図5に示すように、OR回路21a、カウンタ21b、比較回路21c、フリップフロップ21d(本例では一例として、RSフリップフロップ21d)、フリップフロップ21e(本例では一例として、Dフリップフロップ21e)、および電圧生成回路(SG)21fを備えて構成されている。
As an example in this example, the
OR回路21aは、過電流検出回路11からの過電流状態信号S1とDフリップフロップ21eから出力される後述のリセット信号Srstとを入力すると共に、これらの論理和をクリア信号(CLR信号)として生成して、カウンタ21bの後述するクリア端子(CLR端子)に出力する。カウンタ21bは、一例としてnビットのアップカウンタ(本例では一例として、4つの出力端子Q0〜Q3を有する4ビットのアップカウンタ。)で構成されて、クロック端子(CK端子)に入力される基準クロックSckに同期してカウンタ動作(インクリメント動作)を実行する。なお、カウンタ21bは、nビットのダウンカウンタを使用することもできる。また、カウンタ21bは、基準クロックSckを有効にするためのクロックイネーブル端子(CKEN端子)と、出力端子Q0〜Q3から出力されているカウント値Dcntをクリアする(ゼロにする)ためのクリア端子(CLR端子)とを備えている。
The OR
比較回路21cは、nビットの第1データ入力端子(本例では一例として、4ビットのデータ入力端子D0〜D3)と、nビットの第2データ入力端子(本例では一例として、4ビットのデータ入力端子P0〜P3)と、比較出力端子Soとを有して、両データ入力端子D0〜D3,P0〜P3に入力されているデータが一致しているときにはハイとなり、一致していないときにはローとなる比較出力信号So(理解の容易のため、比較出力端子Soの符号と同じ符号を付するものとする)を比較出力端子Soから出力する。この場合、データ入力端子D0〜D3には、カウンタ21bの出力端子Q0〜Q3から出力されるカウント値Dcntが入力され、データ入力端子P0〜P3には、後述する第1期間T1の長さを示す設定値Dtが制御回路14から入力される。この構成により、比較回路21cは、カウンタ21bからのカウント値Dcntが設定値Dtと一致しているときにだけハイとなる比較出力信号Soを出力する。
The
RSフリップフロップ21dは、セット端子(S端子)に過電流状態信号S1が入力され、リセット端子(R端子)に比較出力信号Soが入力される。この構成により、RSフリップフロップ21dは、過電流状態信号S1の入力によりハイとなり、比較出力信号Soの入力によりローとなるイネーブル信号Senを出力端子Qから出力する。Dフリップフロップ21eは、入力端子Dに比較出力信号Soが入力されると共に、クロック端子CKに基準クロックSckが入力される。この構成により、Dフリップフロップ21eは、入力端子Dに入力された比較出力信号Soを基準クロックSckに同期させて、リセット信号Srstとして出力する。
In the RS flip-
電圧生成回路21fは、例えば、出力のオン・オフ制御を行うためのイネーブル端子(EN端子)を備えた電源装置で構成されている。また、電圧生成回路21fは、EN端子にハイレベルの電圧が入力されている期間(出力イネーブル状態のとき)には、第1電圧Vadを予め規定された一定電圧レベル(電圧値Vv2)として出力端子(Vout端子)から出力し、EN端子にローレベルの電圧が入力されている期間(出力ディスイネーブル状態のとき)には、第1電圧Vadをゼロ電圧レベルとして出力端子(Vout端子)から出力する。本例では、図5に示すように、電圧生成回路21fのEN端子には、RSフリップフロップ21dからイネーブル信号Senが入力される。この構成により、電圧生成回路21fは、イネーブル信号Senがハイとなっている期間だけ第1電圧Vadを電圧値Vv2で出力し、イネーブル信号Senがローとなっている期間では第1電圧Vadをゼロ電圧レベルとして出力する(つまり、第1電圧Vadの電圧値Vv2での出力を停止する)。
The
加算回路22は、例えば、オペアンプを用いて構成された電圧加算回路で構成されて、第1検出電圧Vd1と第1電圧Vadとを入力すると共に、第1検出電圧Vd1に第1電圧Vadを加算して、出力検出電圧Vd0(電圧値Vv1)として出力する。この構成により、加算回路22は、第1電圧Vadが電圧値Vv2(≠0)で出力されているときには、第1検出電圧Vd1に第1電圧Vadを加算して(第1検出電圧Vd1の電圧値Vvを電圧値Vv2だけ上昇させて、出力検出電圧Vd0(電圧値Vv1(=Vv+Vv2))として出力し、第1電圧Vadがゼロ電圧レベルとして出力されているときには、第1検出電圧Vd1にゼロ電圧レベルを加算して(つまり、実質的に第1検出電圧Vd1をそのまま)、出力検出電圧Vd0(電圧値Vv1(=Vv))として出力する。
The
この構成により、信号生成回路21では、図6に示すように、第2検出電圧Vd2が基準電圧Vri以上となる期間(過負荷状態の期間)においては、過電流検出回路11から過電流状態信号S1が出力されていることから、RSフリップフロップ21dは、最初の過電流状態信号S1に同期して、イネーブル信号Senの出力を開始する。これにより、電圧生成回路21fも最初の過電流状態信号S1に同期して、第1電圧Vadの電圧値Vv2での出力を開始する。一方、カウンタ21bは、CKEN端子にハイのイネーブル信号Senが入力されるため、基準クロックSckに同期したカウント動作が可能な状態となるが、過電流検出回路11から出力されている過電流状態信号S1がOR回路21aを介してCLR端子にCLR信号として入力されることから、カウント値Dcntをクリアする動作を実行する。したがって、カウンタ21bからのカウント値Dcntが設定値Dtと一致しないため、比較回路21cはローとなる比較出力信号Soを比較出力端子Soから出力する。
With this configuration, in the
これにより、第2検出電圧Vd2が基準電圧Vri以上となる期間(過負荷状態の期間)において、RSフリップフロップ21dからイネーブル信号Senが出力されるため、電圧生成回路21fが第1電圧Vadを電圧値Vv2として出力する状態が継続される。また、Dフリップフロップ21eからリセット信号Srstが出力されない状態が継続される。
As a result, the enable signal Sen is output from the RS flip-
その後、図6に示すように、第2検出電圧Vd2が基準電圧Vri未満となったとき(過負荷状態が終了したとき)には、過電流検出回路11からの過電流状態信号S1の出力(本例では、一定周期Tcのパルス信号での出力)が停止される。この場合、過電流状態信号S1がOR回路21aを介してCLR信号としてカウンタ21bに出力されない状態となる。これにより、CKEN端子にハイレベルのイネーブル信号Senが入力されている状態のカウンタ21bは、過電流検出回路11が過電流状態信号S1の出力を停止した直後から、基準クロックSckに同期したカウント動作(カウント値Dcntのインクリメント動作)を開始する。一方、比較回路21cは、このカウント値Dcntが設定値Dtと一致するまでは、ローとなる比較出力信号Soの出力を継続する。このため、RSフリップフロップ21dはイネーブル信号Senの出力を継続し、Dフリップフロップ21eはリセット信号Srstを出力しない状態を継続することから、カウンタ21bは、上記のカウント動作を継続する。また、電圧生成回路21fも、第1電圧Vadを電圧値Vv2として出力する動作を継続する。
After that, as shown in FIG. 6, when the second detection voltage Vd2 becomes less than the reference voltage Vri (when the overload state ends), the output of the overcurrent state signal S1 from the overcurrent detection circuit 11 ( In this example, the output of the pulse signal of a fixed period Tc) is stopped. In this case, the overcurrent state signal S1 is not output to the counter 21b as a CLR signal via the OR
さらに、その後、図6に示すように、カウンタ21bのカウント値Dcntが設定値Dtと同じ値に達したときには、比較回路21cは、このカウント値Dcntの設定値Dtとの一致を検出して、比較出力信号Soをハイレベルで出力する。この場合、RSフリップフロップ21dは、リセット端子(R端子)にハイレベルの比較出力信号Soが入力されるため、この比較出力信号Soの入力に同期して、出力端子Qからローレベルのイネーブル信号Senの出力を開始する。これにより、カウンタ21bは、CKEN端子にローレベルのイネーブル信号Senが入力されるため、カウント動作を停止する。また、電圧生成回路21fは、第1電圧Vadを電圧値Vv2として出力する動作を停止して、第1電圧Vadをゼロ電圧レベルとして出力する動作を開始する。
Further, after that, as shown in FIG. 6, when the count value Dctt of the
このようにして、信号生成回路21は、第2検出電圧Vd2が基準電圧Vri以上となる期間(過負荷状態の期間)、およびこの期間の終了時点からカウンタ21bによる基準クロックSckに同期した設定値Dt分のカウント動作(計測動作)が完了するまでの一定の期間(第1期間T1=設定値Dt×Tc)において、第1電圧Vadを電圧値Vv2として出力する動作継続する。例えば、図6に示す例では、設定値Dtが値「11(十進数)」に設定されているため、この第1期間T1は、11×Tcに設定される。一方、信号生成回路21は、この過負荷状態の期間および第1期間T1の2つの期間以外の期間においては、第1電圧Vadをゼロ電圧レベルとして出力する動作を実行する。すなわち、信号生成回路21において、OR回路21a、カウンタ21b、比較回路21c、RSフリップフロップ21dおよびDフリップフロップ21eは、第1期間T1を計測する計測動作を実行するタイマ回路であって、過電流状態信号S1を入力したときにはこの計測動作の実行を開始し、この計測動作の動作時に新たな過電流状態信号S1を入力したときにはこの計測動作の実行を新たに開始するタイマ回路として機能する。この場合、信号生成回路21は、このタイマ回路による計測動作の実行時に、第1電圧Vadを電圧値Vv2として出力する信号生成動作を実行し、タイマ回路による計測動作の停止時にこの信号生成動作も停止して、第1電圧Vadをゼロ電圧レベルとして出力する。なお、本例の信号生成回路21では、図6に示すように、第1期間T1の完了後、速やかにゼロ電圧レベルとなるように第1電圧Vadを出力する構成を採用しているが、図示はしないが、電圧生成回路21fの後段にフィルタ回路などを配設することにより、緩やかにゼロ電圧レベルとなるように第1電圧Vadを出力する構成を採用することもできる。
In this way, the
また、上記したように、比較回路21cが比較出力信号Soをハイレベルで出力したときに、Dフリップフロップ21eは、入力端子Dに入力されるこの比較出力信号Soを、クロック端子CKに入力される基準クロックSckに同期させて(つまり、基準クロックSckの1周期Tcだけ遅延させて)、リセット信号Srst(ハイレベルの信号)として出力する。このリセット信号SrstはOR回路21aを介してカウンタ21bのCLR端子にCLR信号として入力される。このため、カウンタ21bは、リセット信号Srstに同期してカウント値Dcntをクリアする(初期状態に戻る)。
Further, as described above, when the
したがって、この信号生成回路21を備えた出力検出電圧嵩上げ回路12は、電圧検出部5から出力される第1検出電圧Vd1を入力すると共に、過負荷状態の期間、およびこの期間の終了時点から開始する第1期間T1においては、この第1検出電圧Vd1に第1電圧Vad(この期間は電圧値Vv2)を加算して、出力検出電圧Vd0(電圧値Vv1=電圧値Vv+電圧値Vv2)として出力し、この2つの期間以外の期間においては、この第1検出電圧Vd1に第1電圧Vad(この期間はゼロ電圧レベル)を加算して、出力検出電圧Vd0(電圧値Vv1=電圧値Vv)として出力する(つまり、第1検出電圧Vd1をそのまま出力検出電圧Vd0として出力する)。
Therefore, the output detection
誤差増幅回路13は、出力検出電圧嵩上げ回路12から出力される出力検出電圧Vd0(電圧値Vv1)と基準電圧Vrv(電圧値Vr2)との誤差を増幅して誤差信号Verとして出力する。この基準電圧Vrvは、出力電圧V2を目標電圧Vtgに制御するための基準電圧であり、その電圧値Vr2が、出力電圧V2が目標電圧Vtgに制御されているときの第1検出電圧Vd1の電圧値Vvと一致するように予め規定されている。
The
制御回路14は、例えばCPUなどで構成されて、第2検出電圧Vd2、基準電圧Vri、過電流状態信号S1および誤差信号Verに基づいてスイッチング素子4aのスイッチング動作を制御する制御信号S2(例えば、スイッチング素子4aをPWM制御するための駆動パルス信号)を出力することにより、上記した定電圧制御動作(つまり、出力検出電圧Vd0が基準電圧Vrvを上回るときには出力電圧V2を低下させ、出力検出電圧Vd0が基準電圧Vrvを下回るときには出力電圧V2を上昇させることで、出力電圧V2を目標電圧Vtgに維持する動作)、および上記した過負荷保護動作(出力電流Ioを予め規定された基準電流Irに維持しつつ出力電圧V2を低下させて負荷LDへの供給電力を減少させる動作)を実行する。
The
次いで、スイッチング電源装置1の動作について説明する。なお、電力変換部4は、スイッチング制御部7の制御回路14から出力される制御信号S2の供給を受けて、入力電圧V1を出力電圧V2に変換して出力端子3間に接続されている負荷LDに出力する動作を実行しているものとする。したがって、電圧検出部5は、出力電圧V2を検出して、第1検出電圧Vd1(電圧値Vv)を出力し、電流検出部6は、負荷LDに供給されている出力電流Ioを検出して、第2検出電圧Vd2(電圧値Vi)を出力している。
Next, the operation of the switching
最初に、負荷LDが過負荷状態ではないとき(図7に示す期間P1のような定常状態のとき)の動作について説明する。この状態においては、出力電流Ioは基準電流Irに達していないことから、第2検出電圧Vd2は、基準電圧Vri未満である(つまり、Vi<Vr1である)。このため、過電流検出回路11は、過負荷検出動作において、第2検出電圧Vd2(電圧値Vi)と基準電圧Vri(電圧値Vr1)とを比較して、過電流状態信号S1(過電流状態であることを示す信号)の出力を停止している。
First, the operation when the load LD is not in the overload state (when in the steady state as in the period P1 shown in FIG. 7) will be described. In this state, since the output current Io has not reached the reference current Ir, the second detection voltage Vd2 is less than the reference voltage Vri (that is, Vi <Vr1). Therefore, in the overload detection operation, the
これにより、出力検出電圧嵩上げ回路12では、信号生成回路21は、図6,7に示すように、第1電圧Vadをゼロ電圧レベルとして出力している。よって、加算回路22は、第1検出電圧Vd1に第1電圧Vad(ゼロ電圧レベル)を加算して、出力検出電圧Vd0として出力する。したがって、出力検出電圧嵩上げ回路12は、電圧検出部5から第1検出電圧Vd1を入力すると共に、ゼロ電圧レベルの第1電圧Vadが加算された第1検出電圧Vd1を(つまり、実質的に第1検出電圧Vd1をそのまま)出力検出電圧Vd0として出力している。
As a result, in the output detection
誤差増幅回路13は、出力検出電圧嵩上げ回路12から出力される出力検出電圧Vd0(電圧値Vv1)と基準電圧Vrv(電圧値Vr2)との誤差を増幅して誤差信号Verとして、制御回路14に出力する。出力検出電圧Vd0が第1検出電圧Vd1自体となっている状態においては、誤差信号Verは、出力電圧V2と目標電圧Vtgとの差を示すものとなっている。制御回路14は、過電流検出回路11から過電流状態信号S1が出力されていないことを検出して、過電流状態ではない(つまり、負荷LDが過負荷状態ではない(定常状態である))と判別して、定電圧制御動作を実行する。具体的には、制御回路14は、誤差増幅回路13から出力されている誤差信号Verがゼロになるように、スイッチング素子4aに出力する制御信号S2を制御すること(スイッチング素子4aのスイッチング動作を制御すること)により、図2に示すように出力電圧V2を目標電圧Vtgに制御する定電圧制御動作を実行する。
The
したがって、図7に示す期間P1のように、負荷LDが変動したとしても、出力電流Ioが基準電流Irに達しないときには、制御回路14が上記の定電圧制御動作を実行して、誤差信号Verがゼロになるように、つまり、出力検出電圧Vd0としての第1検出電圧Vd1が基準電圧Vrvと一致するように、スイッチング素子4aのスイッチング動作を制御して、出力電圧V2を定電圧(目標電圧Vtg)に制御する。なお、本例では、制御回路14は、過電流検出回路11からの過電流状態信号S1の出力の有無に基づいて、過電流状態であるか否かを判別しているが、独自に第2検出電圧Vd2と基準電圧Vriとを比較して、第2検出電圧Vd2が基準電圧Vri以上のときには過電流状態(過負荷状態)と判別し、第2検出電圧Vd2が基準電圧Vri未満のときには定常状態(過電流状態(過負荷状態)ではない)と判別する構成を採用することもできる。
Therefore, even if the load LD fluctuates as in the period P1 shown in FIG. 7, when the output current Io does not reach the reference current Ir, the
次いで、負荷LDが過負荷状態のとき(図7に示す期間P2のとき)の動作について説明する。この状態では、出力電流Ioが基準電流Irに達した過電流状態になっている。これにより、第2検出電圧Vd2は基準電圧Vri以上であるため(つまり、Vi≧Vr1のため)、過電流検出回路11は、過負荷検出動作において、第2検出電圧Vd2(電圧値Vi)と基準電圧Vri(電圧値Vr1)とを比較して、図4に示すように、過電流状態信号S1(過電流状態であることを示す信号)を出力する。
Next, the operation when the load LD is in the overload state (when the period P2 shown in FIG. 7) will be described. In this state, the output current Io has reached the reference current Ir, which is an overcurrent state. As a result, since the second detection voltage Vd2 is equal to or higher than the reference voltage Vri (that is, because Vi ≧ Vr1), the
これにより、出力検出電圧嵩上げ回路12では、信号生成回路21は、図6,7に示すように、第1電圧Vadを電圧値Vv2(≠0)として出力している。よって、加算回路22は、第1検出電圧Vd1に第1電圧Vadを加算して、出力検出電圧Vd0として出力する。したがって、出力検出電圧嵩上げ回路12は、このようにして第1電圧Vadが加算された第1検出電圧Vd1を出力検出電圧Vd0として出力している。
As a result, in the output detection
誤差増幅回路13は、出力検出電圧嵩上げ回路12から出力される出力検出電圧Vd0(電圧値Vv1)と基準電圧Vrv(電圧値Vr2)との誤差を増幅して誤差信号Verとして、制御回路14に出力する。なお、第1検出電圧Vd1に加算されている第1電圧Vadの電圧値Vv2については、図7に示すように、期間P2での(つまり、過電流検出回路11が過負荷検出動作において過負荷状態への移行を検出しているときの)出力検出電圧Vd0の電圧値Vv1(=電圧値Vv+電圧値Vv2)が基準電圧Vrv(電圧値Vr2)よりも低くなるように設定されているものとする。
The
制御回路14は、過電流検出回路11から過電流状態信号S1が出力されていることを検出して、過電流状態である(つまり、負荷LDが過負荷状態である)と判別して、過負荷保護動作を実行する。この場合、制御回路14は、誤差信号Verに基づく制御動作から、第2検出電圧Vd2と基準電圧Vriとに基づく制御動作に移行する。具体的には、制御回路14は、第2検出電圧Vd2と基準電圧Vriとを比較しつつ、第2検出電圧Vd2が基準電圧Vriと同じになるように(つまり、出力電流Ioが基準電流Irに維持されるように)、スイッチング素子4aに出力する制御信号S2を制御すること(スイッチング素子4aのスイッチング動作を制御すること)により、図2に示すように、出力電圧V2を目標電圧Vtg未満の電圧範囲内で制御する(つまり、出力電圧V2を低下させることで負荷LDへの供給電力を減少させる)過負荷保護動作を実行する。
The
続いて、負荷LDが過負荷状態から定常状態に移行するとき(図7に示す期間P3を経由して期間P4に移行するとき)の動作について説明する。なお、図8は、図7において一点鎖線の枠で囲んだ期間(期間P3を包含する期間)の拡大図である。 Subsequently, the operation when the load LD shifts from the overloaded state to the steady state (when shifting to the period P4 via the period P3 shown in FIG. 7) will be described. Note that FIG. 8 is an enlarged view of a period (a period including the period P3) surrounded by the alternate long and short dash line frame in FIG. 7.
負荷LDの過負荷状態から定常状態に移行したときには、出力電流Ioは基準電流Ir未満に低下する。これにより、過電流検出回路11は、図4,6に示すように、過電流状態信号S1の出力を停止する。
When the load LD shifts from the overloaded state to the steady state, the output current Io drops below the reference current Ir. As a result, the
この場合、制御回路14は、過負荷状態の終了を検出して、上記した過負荷保護動作を停止する。この状態においても第1期間T1は継続していることから、第1検出電圧Vd1への第1電圧Vad(電圧値Vv2)の加算が実行されている。ただし、第1検出電圧Vd1に第1電圧Vad(電圧値Vv2)が加算された出力検出電圧Vd0の電圧値Vv1(=電圧値Vv+電圧値Vv2)は上記したように基準電圧Vrv(電圧値Vr2)よりも低くなるように設定されている。このため、出力検出電圧Vd0と基準電圧Vrvとを比較してその差を増幅する誤差増幅回路13から出力される誤差信号Verは、過負荷保護動作の停止に伴って出力電圧の垂下状態が解除された制御回路14に対して、出力電圧V2を出力可能な最大出力電圧まで上昇させるスイッチング動作をスイッチング素子4aに実行させる制御を行わせるものとなっている。
In this case, the
これにより、制御回路14は、スイッチング素子4aに出力する制御信号S2を制御すること(スイッチング素子4aのスイッチング動作を制御すること)により、低下させていた出力電圧V2を急速に上昇させる。例えば、制御回路14は、スイッチング素子4aのスイッチング動作をPWM制御する構成においては、誤差増幅回路13から出力される誤差信号Verが出力検出電圧Vd0と基準電圧Vrvとが一致したときの値になるまで、デューティ比が最大となる制御信号S2(ただし、期間P2から期間P3への切替わりの初期期間において過負荷から定常状態に移行したことを認識できていない期間が存在し、その期間では、過電流検出信号の影響により、実パルスのデューティは定常状態でのデューティより小さい値で動作する。)をスイッチング素子4aに出力する制御を実行して、出力電圧V2を急速に上昇させる。これにより、出力電圧V2は、出力電流Ioの低下に対して若干遅れた状態で上昇する。
As a result, the
一方、出力検出電圧嵩上げ回路12では、信号生成回路21が、図6,7,8に示すように、過電流検出回路11からの過電流状態信号S1の出力が停止した後(過負荷状態が終了した後)においても、第1期間T1だけ、第1電圧Vadの電圧値Vv2での出力を継続する。これにより、図7,8に示すように、出力検出電圧嵩上げ回路12は、電圧値Vv2の第1電圧Vadを第1検出電圧Vd1に加算した電圧を出力検出電圧Vd0として誤差増幅回路13に継続して出力する。この構成により、このスイッチング電源装置1では、従来のスイッチング電源装置での出力検出電圧(出力検出電圧嵩上げ回路12を備えていないため、図8に破線で示すように、第1検出電圧Vd1自体)と比較して、第1検出電圧Vd1に電圧値Vv2の第1電圧Vadが加算されている分だけ(白抜きの矢印で示す時間T2だけ)早く出力検出電圧Vd0が基準電圧Vrvに達する。このため、このスイッチング電源装置1では、制御回路14は、過電流状態信号S1の出力が停止されている状態において、誤差増幅回路13からの誤差信号Verに基づいて出力検出電圧Vd0がこのように基準電圧Vrvに達したことを、従来のスイッチング電源装置の制御回路よりもこの時間T2だけ早期に検出して、デューティ比が最大となる制御信号S2をスイッチング素子4aに出力する制御を終了させて、定常状態での定電圧制御動作を開始する。
On the other hand, in the output detection
具体的には、図8に示す例では、制御回路14は、過負荷状態の期間P2が終了した後の期間P3において、第2検出電圧Vd2や誤差信号Verの電圧値に拘わらず、デューティ比が最大となる制御信号S2をスイッチング素子4aに出力する制御を実行して、出力電圧V2を上昇させる。その後、制御回路14は、第1検出電圧Vd1に電圧値Vv2の第1電圧Vadが加算された出力検出電圧Vd0(Vv1=Vv+Vv2)が基準電圧Vrvに達したことを示す電圧値の誤差信号Verが誤差増幅回路13から出力されるまで、期間P3において、この制御(デューティ比が最大となる制御信号S2をスイッチング素子4aに出力する制御)の実行を継続する。次いで、制御回路14は、出力検出電圧Vd0が基準電圧Vrvに達したことを示す電圧値の誤差信号Verが誤差増幅回路13から出力されたことを検出したときには、この制御の実行を終了(期間P3を終了)させて、定常状態での定電圧制御動作を実行する期間P4に移行する。
Specifically, in the example shown in FIG. 8, the
この時点では、出力電圧V2が目標電圧Vtgに達していない状態であっても、出力検出電圧Vd0(=Vv+Vv2)は基準電圧Vrvを上回った状態にある。このため、定電圧制御動作を開始している制御回路14は、この状態を示す誤差信号Verに基づいて、出力電圧V2を低下させるための制御信号S2をスイッチング素子4aに出力する制御を実行する。ただし、制御回路14の周波数特性の影響により、出力電圧V2は、直ちに低下せずに、その後、若干の時間(期間P4の開始直後の短時間)だけ、継続して上昇する。しかしながら、制御回路14は、期間P3のときのような制御(デューティ比が最大となる制御信号S2をスイッチング素子4aに出力する制御)ではなく、誤差信号Verに基づいて決定した制御信号S2をスイッチング素子4aに出力して制御する動作を実行している。このため、その後に出力電圧V2が目標電圧Vtgに達したときであっても、第1検出電圧Vd1自体が基準電圧Vrvに達するまで(つまり、出力電圧V2が目標電圧Vtgに達するまで)、デューティ比が最大となる制御信号S2をスイッチング素子4aに出力する制御を実行する従来のスイッチング電源装置とは異なり、出力電圧V2に破線で示すような大きな過渡的過電圧(図8参照)が発生する事態を防止すること(つまり、出力電圧V2に生じる過渡的過電圧を大幅に低減すること)が可能となっている。
At this point, even if the output voltage V2 has not reached the target voltage Vtg, the output detection voltage Vd0 (= Vv + Vv2) is in a state of exceeding the reference voltage Vrv. Therefore, the
次いで、過負荷状態の期間P2が終了した時点(期間P3の開始時点)から第1期間T1が経過したときに、出力検出電圧嵩上げ回路12では、信号生成回路21が、図8に示すように、第1電圧Vadの電圧値Vv2での出力を停止して、第1電圧Vadのゼロ電圧レベルでの出力を開始する。これにより、出力検出電圧嵩上げ回路12は、ゼロ電圧レベルの第1電圧Vadが加算された第1検出電圧Vd1を(つまり、第1検出電圧Vd1をそのまま)出力検出電圧Vd0として誤差増幅回路13に出力する。誤差増幅回路13は、出力検出電圧Vd0と基準電圧Vrvとの誤差を増幅して誤差信号Verとして、制御回路14に出力する。この場合、誤差信号Verは、出力電圧V2と目標電圧Vtgとの差を示すものとなっている。したがって、定電圧制御動作を既に実行している制御回路14は、この誤差信号Verがゼロになるように、スイッチング素子4aに出力する制御信号S2を制御すること(スイッチング素子4aのスイッチング動作を制御すること)により、図7,8に示すように出力電圧V2を目標電圧Vtgに制御する。
Next, when the first period T1 elapses from the time when the period P2 in the overload state ends (the time when the period P3 starts), in the output detection
また、図8に示す上記の例では、第1期間T1は、過負荷状態の期間P2が終了した時点から上昇を開始した出力電圧V2が目標電圧Vtgに達した後に終了する長さに規定されているが、第1期間T1の長さはこれに限定されるものではなく、図8に示すように、出力電圧V2が目標電圧Vtgに達するタイミングを含む所定の短期間T3内の任意のタイミングで終了する長さに規定することもできる。ただし、出力電圧V2が目標電圧Vtgに達するタイミングにおいて、制御回路14が、第1検出電圧Vd1をそのまま示す出力検出電圧Vd0と基準電圧Vrvとの誤差を示す誤差信号Verに基づくスイッチング素子4aに対する制御を開始できる構成、つまり、過負荷状態の期間P2の終了時点から上昇を開始した出力電圧V2が目標電圧Vtgに達するまでの経過時間と同等に第1期間T1が規定されている構成であるのが好ましい。この構成によれば、出力電圧V2が目標電圧Vtgに達したときに生じる虞のある過渡的過電圧を一層低減しつつ、出力電圧V2を目標電圧Vtgに維持し得るまでに要する時間を短くすることが可能となる。
Further, in the above example shown in FIG. 8, the first period T1 is defined as a length that ends after the output voltage V2 that starts rising from the end of the overload state period P2 reaches the target voltage Vtg. However, the length of the first period T1 is not limited to this, and as shown in FIG. 8, any timing within a predetermined short period T3 including the timing when the output voltage V2 reaches the target voltage Vtg. It can also be specified as the length ending with. However, at the timing when the output voltage V2 reaches the target voltage Vtg, the
このように、このスイッチング電源装置1では、過負荷検出動作において過負荷状態への移行を検出しているとき(図7,8に示す期間P2のとき)には、過負荷保護動作を実行しつつ、基準電圧Vrvと比較される出力検出電圧Vd0を一定電圧(電圧値Vv2)だけ高くする出力検出電圧嵩上げ動作を実行し、過負荷検出動作において過負荷状態が終了したことを検出したとき(期間P2の終了後の期間:過電流状態信号S1の出力が停止されたとき)には、過負荷保護動作については実行を停止すると共に、出力検出電圧嵩上げ動作については過負荷状態の終了を検出した時点(期間P2の終了時点)から予め規定された第1期間T1に亘って実行を継続する。具体的には、このスイッチング電源装置1では、電圧検出部5と、電流検出部6と、スイッチング制御部7(過電流検出回路11、出力検出電圧嵩上げ回路12、誤差増幅回路13および制御回路14)とを備えて、このような動作を実行する。
As described above, in the switching
したがって、このスイッチング電源装置1によれば、実際の出力電圧V2が目標電圧Vtgに達する前に、出力電圧V2を示す信号として使用される出力検出電圧Vd0を目標電圧Vtgを示す基準電圧Vrvに達するようにできるため、実際の出力電圧V2が目標電圧Vtgに達する前に定電圧制御動作を開始し、かつ第1期間T1の終了時に出力検出電圧Vd0を実際の出力電圧V2を示す信号に戻すことができる。これにより、このスイッチング電源装置1によれば、出力電圧V2が目標電圧Vtgに達するまで定電圧制御動作を開始せずに、出力電圧V2を最大限に上昇させる動作(具体的には、デューティ比が最大となる制御信号S2をスイッチング素子4aに出力する制御動作)を実行する従来のスイッチング電源装置とは異なり、出力電圧V2が目標電圧Vtgに達したときに、出力電圧V2に生じる過渡的過電圧(サージ電圧)を大幅に低減することができる。
Therefore, according to this switching
また、このスイッチング電源装置1によれば、過負荷検出動作において過負荷状態への移行を検出しているときの出力検出電圧Vd0が基準電圧Vrvよりも低くなるように上記の一定電圧(電圧値Vv2)が規定されているため、出力検出電圧Vd0を一定電圧(電圧値Vv2)だけ高くする出力検出電圧嵩上げ動作を実行している状態においても、過負荷保護動作を停止したときに、この過負荷検出動作によって低下させていた出力電圧V2を上昇させる動作を直ちに開始することができる。
Further, according to this switching
また、このスイッチング電源装置1によれば、過負荷状態の期間P2の終了時点から上昇を開始した出力電圧V2が目標電圧Vtgに達するまでの経過時間と同等に第1期間T1を規定することにより、出力電圧V2が目標電圧Vtgに達したタイミングにおいて、基準電圧Vrvと比較される出力検出電圧Vd0を一定電圧(電圧値Vv2)だけ高くする出力検出電圧嵩上げ動作を停止して、出力電圧V2そのものを示す出力検出電圧Vd0に基づいて、出力電圧V2を目標電圧Vtgに制御する定電圧制御動作を開始することができる。この構成によれば、出力電圧V2が目標電圧Vtgに達したときに生じる虞のある過渡的過電圧(サージ電圧)を一層低減しつつ、出力電圧V2を目標電圧Vtgに維持し得るまでに要する時間を短くすることができる。
Further, according to this switching
また、このスイッチング電源装置1によれば、第1期間T1を計測する計測動作を実行するタイマ回路(OR回路21a、カウンタ21b、比較回路21c、RSフリップフロップ21dおよびDフリップフロップ21eで構成される回路)、およびタイマ回路によるこの計測動作の実行時には第1電圧Vadを一定電圧(電圧値Vv2)で生成し、この計測動作の停止時には第1電圧Vadをゼロ電圧レベルで生成する電圧生成回路21fで信号生成回路21を構成したことにより、過負荷状態の期間(第1期間T1の計測動作を最初から繰り返す期間)、および過負荷状態の期間の終了時点から第1期間T1の計測動作を完了させるまでの期間において、出力検出電圧Vd0を一定電圧(電圧値Vv2)だけ高くする出力検出電圧嵩上げ動作を確実に実行することができる。
Further, the switching
なお、信号生成回路21のタイマ回路については、上記の構成に限定されず、例えば、ワンショットマルチバイブレータ回路を採用することもできるし、CPUで構成される制御回路14がタイマ回路の機能を実行する構成を採用することもできる。また、第1期間T1の長さを規定するための設定値Dtを固定値とした例について上記したが、例えば、制御回路14が、出力電圧V2が目標電圧Vtgに達したタイミングを検出しつつ、このタイミングに第1期間T1の終期が一致するように、設定値Dtを変更する構成を採用することもできる。
The timer circuit of the
1 スイッチング電源装置
4 電力変換部
4a スイッチング素子
5 電圧検出部
6 電流検出部
7 スイッチング制御部
11 過電流検出回路
12 出力検出電圧嵩上げ回路
13 誤差増幅回路
14 制御回路
21 信号生成回路
22 加算回路
Io 出力電流
LD 負荷
S1 過電流状態信号
S2 制御信号
V1 入力電圧
V2 出力電圧
Vad 第1電圧
Vd0 出力検出電圧
Vd1 第1検出電圧
Vd2 第2検出電圧
Ver 誤差信号
Vrv 基準電圧
Vv2 一定電圧
1 Switching power supply 4 Power conversion unit
Claims (5)
前記過負荷検出動作において前記過負荷状態への移行を検出しているときには、前記過負荷保護動作、および前記基準電圧と比較される前記出力検出電圧を一定電圧だけ高くする出力検出電圧嵩上げ動作を実行し、
前記過負荷検出動作において前記過負荷状態の終了を検出したときには、前記過負荷保護動作については実行を停止すると共に、前記出力検出電圧嵩上げ動作については前記過負荷状態の終了を検出した時点から予め規定された第1期間に亘って実行を継続するスイッチング電源装置。 While comparing the output detection voltage whose voltage value changes according to the voltage value of the output voltage output to the load with the predetermined reference voltage, the output voltage is lowered when the output detection voltage exceeds the reference voltage. When the output detection voltage is lower than the reference voltage, the output voltage is increased to control the output voltage so that it becomes the target voltage, and the output current output to the load. Switching that executes an overload detection operation that repeatedly detects whether or not the load has transitioned to an overload state based on the above, and an overload protection operation that reduces the power supplied to the load by lowering the output voltage. It ’s a power supply,
When the transition to the overload state is detected in the overload detection operation, the overload protection operation and the output detection voltage raising operation for increasing the output detection voltage to be compared with the reference voltage by a constant voltage are performed. Run and
When the end of the overload state is detected in the overload detection operation, the execution of the overload protection operation is stopped, and the output detection voltage raising operation is performed in advance from the time when the end of the overload state is detected. A switching power supply that continues to run for the specified first period.
前記出力電圧を検出すると共に当該出力電圧の電圧値に応じて電圧値が変化する第1検出電圧を出力する電圧検出部と、
前記出力電流を検出すると共に当該出力電流の電流値に応じて電圧値が変化する第2検出電圧を出力する電流検出部と、
前記定電圧制御動作、前記過負荷検出動作、前記過負荷保護動作および前記出力検出電圧嵩上げ動作を実行するスイッチング制御部とを備え、
前記スイッチング制御部は、
前記第2検出電圧に基づいて前記出力電流が予め規定された基準電流以上であるか否かを前記第1期間よりも短い周期で比較しつつ当該出力電流が当該基準電流以上のときに前記過負荷状態への移行を検出して過電流状態信号を出力する前記過負荷検出動作を実行する過電流検出回路と、
前記過電流検出回路から前記過電流状態信号が出力される都度、前記一定電圧の第1電圧を前記第1期間に亘って生成する信号生成動作を開始し、当該信号生成動作を停止しているときには当該第1電圧をゼロ電圧レベルで生成する信号生成回路、および前記第1検出電圧と前記第1電圧とを入力すると共に加算して前記出力検出電圧として出力する加算回路を備えて、前記出力検出電圧嵩上げ動作を実行する出力検出電圧嵩上げ回路と、
前記出力検出電圧嵩上げ回路から出力される前記出力検出電圧と前記基準電圧との誤差を増幅して誤差信号として出力する誤差増幅回路と、
前記第2検出電圧、前記過電流状態信号および前記誤差信号に基づいて前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御信号を出力することにより、前記定電圧制御動作および前記過負荷保護動作を実行する制御回路とを備えている請求項1から3のいずれかに記載のスイッチング電源装置。 A power conversion unit that includes a switching element and converts an input voltage into the output voltage for output.
A voltage detection unit that detects the output voltage and outputs a first detection voltage whose voltage value changes according to the voltage value of the output voltage.
A current detection unit that detects the output current and outputs a second detection voltage whose voltage value changes according to the current value of the output current.
A switching control unit that executes the constant voltage control operation, the overload detection operation, the overload protection operation, and the output detection voltage raising operation is provided.
The switching control unit
When the output current is equal to or greater than the reference current while comparing whether or not the output current is equal to or greater than a predetermined reference current based on the second detection voltage in a cycle shorter than that of the first period, the excess An overcurrent detection circuit that executes the overload detection operation that detects the transition to the load state and outputs an overcurrent state signal, and
Each time the overcurrent state signal is output from the overcurrent detection circuit, the signal generation operation of generating the first voltage of the constant voltage over the first period is started, and the signal generation operation is stopped. The output is sometimes provided with a signal generation circuit that generates the first voltage at a zero voltage level, and an adder circuit that inputs and adds the first detection voltage and the first voltage and outputs the output detection voltage. An output detection voltage raising circuit that executes the detection voltage raising operation, and
An error amplification circuit that amplifies the error between the output detection voltage and the reference voltage output from the output detection voltage raising circuit and outputs it as an error signal.
Control to execute the constant voltage control operation and the overload protection operation by outputting a control signal for controlling the switching operation of the switching element based on the second detection voltage, the overcurrent state signal, and the error signal. The switching power supply device according to any one of claims 1 to 3, further comprising a circuit.
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