JP7320427B2 - switching power supply - Google Patents
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Description
本発明は、トランスとホトカプラを使用したDC/DCコンバータとしてのスイッチング電源装置に関する。 The present invention relates to a switching power supply device as a DC/DC converter using a transformer and a photocoupler.
図18にこの種の従来のスイッチング電源装置の回路を示す(特許文献1)。60はトランスであり、1次巻線L11と第1補助巻線L12と2次巻線L13と第2補助巻線L14とを備える。MN11はNMOSのスイッチングトランジスタ、70はホトダイオードPD2とホトトランジスタPT2を備えるホトカプラである。R11~R19は抵抗、Rs2はスイッチングトランジスタMN11のドレイン電流を検出するセンス抵抗、C11~C15はキャパシタである。
FIG. 18 shows a circuit of this type of conventional switching power supply (Patent Document 1). A
このスイッチング電源装置では、出力電圧Voutを抵抗R18,R19で分圧した電圧が電圧源VB11の基準電圧Vref11より高いときに、その差分電圧に応じてオペアンプOP11の出力電圧が低下する。そして、オペアンプOP11の出力電圧が所定値以下のとき、その出力電圧の値に応じてホトカプラ70のホトダイオードPD2に電流が流れ、そこで発光された発光量に応じてホトトランジスタPT2の内部抵抗が決まる。
In this switching power supply, when the voltage obtained by dividing the output voltage Vout by the resistors R18 and R19 is higher than the reference voltage Vref11 of the voltage source VB11, the output voltage of the operational amplifier OP11 decreases according to the difference voltage. When the output voltage of the operational amplifier OP11 is below a predetermined value, current flows through the photodiode PD2 of the
電源電圧Vinが投入されると、抵抗R11,R13を介して第1補助巻線L12に流れる励磁電流によって、キャパシタC13が抵抗R13側が正極となるよう充電される。そして、そのキャパシタC13と抵抗R13の共通接続点の電圧がスイッチングトランジスタMN11の閾値電圧に達すると、そのスイッチングトランジスタMN11がONする。 When the power supply voltage Vin is applied, the exciting current flowing through the first auxiliary winding L12 through the resistors R11 and R13 charges the capacitor C13 so that the resistor R13 side becomes positive. When the voltage at the common connection point of the capacitor C13 and the resistor R13 reaches the threshold voltage of the switching transistor MN11, the switching transistor MN11 is turned on.
これによって、スイッチングトランジスタMN11が接続された1次巻線L11に直流電圧Vinによって電流が流れ始めると、トランス60の各巻線L12,L13,L14に誘導起電力が生じて、トランス60にエネルギーが蓄積される。第1補助巻線L12に発生する誘起電圧(●側が正極)は、キャパシタC13の電圧と重畳されるので、スイッチングトランジスタMN11はゲート電圧がその閾値電圧以上に維持されて、ON状態を継続する。
As a result, when a current begins to flow through the primary winding L11 to which the switching transistor MN11 is connected by the DC voltage Vin, induced electromotive forces are generated in the windings L12, L13, and L14 of the
このとき、スイッチングトランジスタMN11のドレイン電流がセンス抵抗Rs2に流れ、そこに発生するセンス電圧が抵抗R15を介してキャパシタC12を充電する。1次巻線L11に流れる励磁電流は、スイッチングトランジスタMN11がONしてから時間と共にほぼ直線的に増大するので、キャパシタC12の電圧もそれに応じて上昇する。 At this time, the drain current of the switching transistor MN11 flows through the sense resistor Rs2, and the sense voltage generated there charges the capacitor C12 via the resistor R15. Since the excitation current flowing through the primary winding L11 increases almost linearly with time after the switching transistor MN11 is turned ON, the voltage of the capacitor C12 also increases accordingly.
この後、キャパシタC12の電圧がトランジスタQ11の閾値電圧に達すると、そのトランジスタQ11がON状態となって、スイッチングトランジスタMN11はそのゲート電圧が閾値電圧以下に低下してOFFする。 After that, when the voltage of the capacitor C12 reaches the threshold voltage of the transistor Q11, the transistor Q11 is turned on, and the switching transistor MN11 is turned off when the gate voltage drops below the threshold voltage.
スイッチングトランジスタMN11がOFFすることで1次巻線L11に流れる電流が遮断されると、各巻線L11~L14にフライバック電圧が生じる。このとき、2次巻線L13に発生するフライバック電圧は、ダイオードD11とキャパシタC14とにより整流平滑され、出力電圧Voutとして出力される。 When the current flowing through the primary winding L11 is interrupted by turning off the switching transistor MN11, a flyback voltage is generated in each of the windings L11 to L14. At this time, the flyback voltage generated in the secondary winding L13 is rectified and smoothed by the diode D11 and the capacitor C14 and output as the output voltage Vout.
一方、第1補助巻線L12に発生するフライバック電圧は、2次巻線L13に発生するフライバック電圧と比例関係にあり、この第1補助巻線L12に発生するフライバック電圧(●側が負極)によってキャパシタC13が抵抗R13側が正極となるように抵抗R12,R13を経由して充電され、スイッチングトランジスタMN11をONにするための助走が進む。 On the other hand, the flyback voltage generated in the first auxiliary winding L12 is proportional to the flyback voltage generated in the secondary winding L13. ), the capacitor C13 is charged via the resistors R12 and R13 so that the resistor R13 side becomes positive, and the run-up for turning on the switching transistor MN11 proceeds.
なお、スイッチングトランジスタMN11がOFFした後は、1次巻線L11の電流が遮断されるので、センス抵抗Rs2に発生する電圧はゼロであり、また、出力電圧Voutが低くホトトランジスタPT2が動作していないので、キャパシタC12の電圧は、抵抗R15,Rs2を介して放電されつづけ低下する。これによって、キャパシタC12の電圧がトランジスタQ11の閾値電圧以下となると、そのトランジスタQ11がOFFする。 After the switching transistor MN11 is turned off, the current in the primary winding L11 is cut off, so the voltage generated across the sense resistor Rs2 is zero, and the output voltage Vout is low, so the phototransistor PT2 is in operation. Therefore, the voltage on capacitor C12 continues to be discharged through resistors R15 and Rs2 and drops. As a result, when the voltage of the capacitor C12 becomes equal to or lower than the threshold voltage of the transistor Q11, the transistor Q11 is turned off.
ところで、トランジスタQ11のベース・コレクタ間が等価ダイオードとして作用するので、キャパシタC13は、第1補助巻線L12の●側と反対側から、センス抵抗Rs2、抵抗R15、トランジスタQ11のベースからコレクタ、抵抗R13を経由して流れる電流によっても、抵抗R13側が正極となるように充電される。 By the way, since the base-collector portion of the transistor Q11 acts as an equivalent diode, the capacitor C13 consists of the sense resistor Rs2, the resistor R15, the base of the transistor Q11 to the collector, the resistor The current flowing through R13 also charges the resistor R13 so that the side of the resistor R13 becomes positive.
フライバックによって2次巻線L13に蓄積されていた電気的エネルギーの放出が終わると、1次巻線L11の電圧は、スイッチングトランジスタMN11の寄生容量、1次巻線L11内の浮遊容量及び1次巻線L11のインダクタンスによって、入力電圧Vinを中心とした自由振動を開始し、電圧降下と共にその極性が反転する。 After the discharge of the electrical energy stored in the secondary winding L13 by flyback is completed, the voltage of the primary winding L11 changes from the parasitic capacitance of the switching transistor MN11, the stray capacitance in the primary winding L11, and the primary winding L11. Due to the inductance of the winding L11, it starts to oscillate freely around the input voltage Vin, and its polarity is reversed along with the voltage drop.
1次巻線L11の電圧の自由振動に比例して振動する第1補助巻線L12のキャパシタC13側の電圧も同様に変化し、フライバック電圧が消滅した後に極性が復帰すると、その電圧はスイッチングトランジスタMN11のゲートに対して順方向の電圧として作用するようになる。また、この電圧に対してそれまでに充電されたキャパシタC13の電圧が加わるので、その合計電圧がスイッチングトランジスタMN11の閾値電圧を越えると、そのスイッチングトランジスタMN11が再びONする。このようにして一連の自励発振動作が繰り返される。 The voltage on the capacitor C13 side of the first auxiliary winding L12, which oscillates in proportion to the free oscillation of the voltage of the primary winding L11, also changes in the same manner. It acts as a forward voltage on the gate of the transistor MN11. Also, since the voltage of the capacitor C13 that has been charged so far is added to this voltage, when the total voltage exceeds the threshold voltage of the switching transistor MN11, the switching transistor MN11 is turned ON again. In this manner, a series of self-excited oscillation operations are repeated.
これまでは出力電圧Voutが低く、ホトカプラ70が動作していないので、ホトトランジスタPT2はスイッチングトランジスタMN11のゲート電圧に影響を与えず、スイッチングトランジスタMN11はセンス抵抗Rs2の抵抗値により定まる最大ON期間で動作する。この後、出力電圧Voutは、発振を繰り返す毎に上昇し、基準電圧Vref11に対応する設定電圧を越えるとオペアンプOP11による比較動作が開始されて、ホトカプラ70が動作する通常動作に移行する。
Until now, the output voltage Vout has been low and the
この通常動作では、出力電圧Voutが設定電圧より高いときは、キャパシタC12の電圧が、センス抵抗Rs2に発生した電圧による充電に加えて、ホトカプラ70のホトトランジスタPT2に流れる電流によっても充電される。このため、出力電圧Voutが高いほどトランジスタQ11のONタイミングが早まるので、スイッチングトランジスタMN11のOFFタイミングが早まる。つまり、スイッチングトランジスタMN11のON期間が短くなる。
In this normal operation, when the output voltage Vout is higher than the set voltage, the voltage of the capacitor C12 is charged by the current flowing through the phototransistor PT2 of the
スイッチングトランジスタMN11がOFFすると、第1補助巻線L12のフライバック電圧によって充電されるキャパシタC13の抵抗R13側の電圧がスイッチングトランジスタMN11の閾値電圧に達するまで、そのスイッチングトランジスタMN11はOFFを継続する。 When the switching transistor MN11 turns off, the switching transistor MN11 continues to turn off until the voltage on the resistor R13 side of the capacitor C13 charged by the flyback voltage of the first auxiliary winding L12 reaches the threshold voltage of the switching transistor MN11.
なお、このスイッチング電源装置では、入力電圧Vinを抵抗R11,R12で分圧した電圧が所定値未満のときはスイッチングトランジスタMN11のバイアス電圧が低くなり、スイッチングトランジスタMN11はON/OFF動作しない。 In this switching power supply device, when the voltage obtained by dividing the input voltage Vin by the resistors R11 and R12 is less than a predetermined value, the bias voltage of the switching transistor MN11 becomes low and the switching transistor MN11 does not turn ON/OFF.
ところが、図18のスイッチング電源装置は、ホトカプラ電流を得るために第2補助巻線L14が特別に必要となっている。 However, the switching power supply device of FIG. 18 specifically requires the second auxiliary winding L14 in order to obtain the photocoupler current.
また、キャパシタC13の抵抗R13側の電圧がスイッチングトランジスタMN11のゲートを制御するので、スイッチングトランジスタMN11のONタイミングがそのスイッチングトランジスタMN11の閾値のバラツキの影響を受ける問題がある。また、スイッチングトランジスタMN11はキャパシタC12の充電電圧がトランジスタQ11の閾値に達したときにOFFするので、スイッチングトランジスタMN11のOFFタイミングがトランジスタQ11の閾値のバラツキの影響を受ける問題がある。 Also, since the voltage on the resistor R13 side of the capacitor C13 controls the gate of the switching transistor MN11, there is a problem that the ON timing of the switching transistor MN11 is affected by variations in the threshold value of the switching transistor MN11. Also, since the switching transistor MN11 is turned off when the charging voltage of the capacitor C12 reaches the threshold of the transistor Q11, there is a problem that the timing of turning off the switching transistor MN11 is affected by variations in the threshold of the transistor Q11.
さらに、負荷電流が増大した際には抵抗Rs2とトランジスタQ11の動作によるスイッチングトランジスタMN11のドレインピーク電流の抑制手段しかなく電流制限機能が不十分となっており、とくに出力が短絡したときに大電流が流れて過熱などの要因で電源装置を故障させたり破損させる恐れがある。出力短絡時に電源装置の故障から守るための電流制限の動作特性を設定する手段もない。 Furthermore, when the load current increases, there is only means for suppressing the drain peak current of the switching transistor MN11 by the operation of the resistor Rs2 and the transistor Q11, and the current limiting function is insufficient. There is a risk that the power supply will malfunction or be damaged due to factors such as overheating. There is also no means to set the current limit behavior to protect against power supply failure during output short circuits.
本発明の目的は、ホトカプラ電流を得るための第2補助巻線が不要で、またスイッチングトランジスタのON/OFFにそのスイッチングトランジスタの閾値のバラツキの影響を受けず、さらに負荷電流が増大した際に動作特性を任意に設定できる電流制限機能を備えたスイッチング電源装置を提供することである。 An object of the present invention is to eliminate the need for a second auxiliary winding for obtaining a photocoupler current, to prevent the ON/OFF of the switching transistor from being affected by variations in the threshold value of the switching transistor, and to provide a high load current when the load current increases. An object of the present invention is to provide a switching power supply device having a current limiting function capable of arbitrarily setting operating characteristics.
上記目的を達成するために、請求項1にかかる発明のスイッチング電源装置は、ON/OFF制御されるスイッチングトランジスタと、該スイッチングトランジスタがONしたときにセンス電圧を生成するセンス抵抗と、前記スイッチングトランジスタがONすることで入力電圧が印加する1次巻線、負荷に出力電圧を供給する2次巻線及び前記出力電圧を検出する補助巻線を有するトランスと、前記出力電圧に応じた第1及び第2ホトカプラ電流を生成するホトカプラと、前記補助巻線の電圧により前記出力電圧に逆比例した第1、第2、及び第3フィードバック電流を生成する電流制限フィードバック回路と、前記センス電圧、前記第1ホトカプラ電流、前記第1フィードバック電流を取り込んで前記スイッチングトランジスタのOFFタイミング信号を生成するON期間制御回路と、定電流又は該定電流と前記第3フィードバック電流の差分電流で充電され前記スイッチングトランジスタがONしたときに放電される第4キャパシタの電圧、前記第2フィードバック電流、前記第2ホトカプラ電流を取り込んで前記スイッチングトランジスタのONタイミング信号を生成するOFF期間制御回路とを備え、前記電流制限フィードバック回路は、前記出力電圧が第1出力電圧よりも低い第2出力電圧以下になると、前記第1、第2及び第3フィードバック電流を生成し、前記出力電圧が前記第1出力電圧を超えているときは、前記ON期間制御回路に前記センス電圧と前記第1ホトカプラ電流を取り込ませると共に、前記OFF期間制御回路に前記定電流で充電される第4キャパシタの電圧と前記第2ホトカプラ電流を取り込ませ、前記出力電圧が前記第2出力電圧よりも低くなったときは、前記ON期間制御回路に前記センス電圧と前記第1フィードバック電流を取り込ませると共に、前記OFF期間制御回路に前記定電流と前記第3フィードバック電流の差分電流で充電される第4キャパシタの電圧と前記第2フィードバック電流を取り込ませる、ことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a switching power supply device according to
請求項2にかかる発明は、請求項1に記載のスイッチング電源装置において、前記電流制限フィードバック回路は、前記出力電圧が前記第2出力電圧よりも低い電圧になったときイネーブルに制御されることを特徴とする。
The invention according to
請求項3にかかる発明は、請求項1又は2に記載のスイッチング電源装置において、前記電流制限フィードバック回路の前記第1、第2及び第3フィードバック電流は互いに独立し、前記ホトカプラの前記第1及び第2ホトカプラ電流は互いに独立していることを特徴とする。
The invention according to
請求項4にかかる発明は、請求項1乃至3のいずれか1つに記載のスイッチング電源装置において、前記補助巻線と前記電流制限フィードバック回路の間に接続された第1抵抗を備え、前記第1、第2及び第3フィードバック電流は、前記スイッチングトランジスタのOFF期間に前記補助巻線に発生する電圧により前記第1抵抗に流れる電流に逆比例した電流を前記補助巻線に発生する電圧の反転タイミングでホールドした電流であることを特徴とする。
The invention according to claim 4 is the switching power supply device according to any one of
請求項5にかかる発明は、請求項1乃至4のいずれか1つに記載のスイッチング電源装置において、前記ON期間制御回路は、前記スイッチングトランジスタのOFFタイミング信号を、前記第1ホトカプラ電流が大きいほど、前記第1フィードバック電流が大きいほど、前記センス電圧が大きいほど、早いタイミングで生成し、前記OFF期間制御回路は、前記スイッチングトランジスタのONタイミング信号を、前記第2ホトカプラ電流が大きいほど、前記第2フィードバック電流が大きいほど、前記第3フィードバック電流が大きいほど、遅いタイミングで生成することを特徴とする。
The invention according to claim 5 is the switching power supply device according to any one of
請求項6にかかる発明は、請求項1乃至5のいずれか1つに記載のスイッチング電源装置において、前記ON期間制御回路は、前記スイッチングトランジスタがONしているときに前記第1ホトカプラ電流又は前記第1フィードバック電流が流れる経路に挿入される第2抵抗と、該第2抵抗の前記第1ホトカプラ電流又は前記第1フィードバック電流の導入側に生成する第2電圧が前記センス電圧と同じ電圧になると前記OFFタイミング信号を生成する第1コンパレータと、を備えることを特徴とする。
The invention according to claim 6 is the switching power supply device according to any one of
請求項7にかかる発明は、請求項1乃至5のいずれか1つに記載のスイッチング電源装置において、前記OFF期間制御回路は、前記第4キャパシタの電圧から前記第2ホトカプラ電流又は第2前記フィードバック電流によって電圧降下を生じさせるように挿入された第3抵抗と、該第3抵抗の前記第4キャパシタの側と反対側の端子の第3電圧が所定値になると前記ONタイミング信号を生成する第2コンパレータと、を備えることを特徴とする。
The invention according to claim 7 is the switching power supply device according to any one of
請求項8にかかる発明は、請求項5又は7に記載のスイッチング電源装置において、前記OFF期間制御回路の前記ONタイミング信号は前記補助巻線に発生する電圧の反転タイミングでリタイミングされることを特徴とする。 The invention according to claim 8 is the switching power supply device according to claim 5 or 7, wherein the ON timing signal of the OFF period control circuit is retimed at the inversion timing of the voltage generated in the auxiliary winding. Characterized by
請求項9にかかる発明は、請求項1に記載のスイッチング電源装置において、前記電流制限フィードバック回路は、前記出力電圧が第1出力電圧よりも低い第2出力電圧以下になると、前記スイッチングトランジスタがOFFに制御された時点で前記出力電圧に逆比例した信号をサンプリングし、該サンプリング時点から次回前記スイッチングトランジスタがOFFに制御されるまでの間に、前記サンプリングした前記信号に対応した前記第1、第2及び第3フィードバック電流をホールドする電流ホールド回路を備えていることを特徴とする。
The invention according to claim 9 is the switching power supply device according to
請求項10にかかる発明は、請求項9に記載のスイッチング電源装置において、前記電流ホールド回路は、前記出力電圧が前記第2出力電圧よりも低い所定の電圧以下になると、前記第1、第2及び第3フィードバック電流のホールドが解除され、前記第1、第2及び第3フィードバック電流は前記出力電圧に逆比例して出力することを特徴とする。 According to a tenth aspect of the present invention, in the switching power supply device of the ninth aspect, the current hold circuit operates when the output voltage becomes equal to or lower than a predetermined voltage lower than the second output voltage. and third feedback currents are released, and the first, second and third feedback currents are output in inverse proportion to the output voltage.
本発明によれば、第1及び第2ホトカプラ電流は吸い込み電流として使用するのでホトトランジスタの電源としての補助巻線は不要で、補助巻線は1個ですむ。また、ONタイミング信号とOFFタイミング信号によってスイッチングトランジスタのON/OFFを制御するので、スイッチングトランジスタのON/OFFのタイミングがそのスイッチングトランジスタの閾値のバラツキの影響を受けることはない。また、出力電圧が第2出力電圧よりも低下したとき第1乃至第3フィードバック電流をスイッチングトランジスタのONとOFFの制御に用いるので、ON時間とOFF時間を制御して入力エネルギーを制限させ過電流保護を実現することができる。さらに、電流制限フィードバック回路は、ON期間制御回路に取り込む第1フィードバック電流とOFF期間制御回路に取り込む第2フィードバック電流を分けて生成し、また第4キャパシタの放電用の第3フィードバック電流も第1及び第2フィードバック電流と分けて生成するので、電流制限特性を変更できる。補助巻線に流れる電流や第4キャパシタの値の調整によって、フの字やへの字、垂下型など任意の電流制限特性を実現することが可能となる。 According to the present invention, since the first and second photocoupler currents are used as sink currents, no auxiliary winding is required as a power source for the phototransistor, and only one auxiliary winding is required. In addition, since ON/OFF of the switching transistor is controlled by the ON timing signal and the OFF timing signal, the ON/OFF timing of the switching transistor is not affected by variations in the threshold value of the switching transistor. When the output voltage drops below the second output voltage, the first to third feedback currents are used to control ON and OFF of the switching transistor. protection can be achieved. Further, the current limiting feedback circuit separately generates a first feedback current taken into the ON period control circuit and a second feedback current taken into the OFF period control circuit, and also generates a third feedback current for discharging the fourth capacitor from the first feedback current. and the second feedback current, the current limiting characteristics can be changed. By adjusting the current flowing through the auxiliary winding and the value of the fourth capacitor, it is possible to realize arbitrary current limiting characteristics such as a fold-back type, a vertical type, and a drooping type.
図1に本発明の実施例のスイッチング電源装置の構成を示す。10は1次巻線L1、2次巻線L2、補助巻線L3を有するトランスである。1次巻線L1には、入力直流電圧VinがキャパシタC1で安定化されて入力し、NMOSのスイッチングトランジスタMN1のON/OFF動作により生じる励磁エネルギーを、2次巻線L2と補助巻線L3に伝える。2次巻線L2には、ダイオードD1とキャパシタC2による整流平滑回路が接続され、その整流平滑回路から出力直流電圧Voutが取り出されるようになっている。補助巻線L3には、ダイオードD2とキャパシタC3による整流平滑回路が接続され、その整流平滑回路から電源電圧VDDが生成されている。
FIG. 1 shows the configuration of a switching power supply device according to an embodiment of the present invention. A
20はスイッチングトランジスタMN1のON/OFFを制御する制御回路である。制御回路20において、21はスイッチングトランジスタMN1がONを継続している時間を制御してOFFタイミング電圧Voffを出力するON期間制御回路、22はスイッチングトランジスタMN1がOFFを継続している時間を制御してONタイミング電圧Vonを出力するOFF期間制御回路である。OFF期間制御回路22は外付けのキャパシタC4を備える。
A
23はSRFF回路であり、ON期間制御回路21から出力するOFFタイミング電圧Voffが“H”になることによりリセットされて、Q端子から出力する駆動電圧Vdrvを“L”にする。また、OFF期間制御回路22から出力するONタイミング電圧Vonが“H”になることによりセットされて、Q端子から出力する駆動電圧Vdrvを“H”にする。
24はSRFF回路23のQ端子から出力する駆動電圧Vdrvを入力してスイッチングトランジスタMN1をON/OFF制御するゲート電圧Vgを生成する駆動回路であり、駆動電圧Vdrvが“H”のときゲート電圧Vgを“H”にして、スイッチングトランジスタMN1をONにさせ、駆動電圧Vdrvが“L”のときゲート電圧Vgを“L”にして、スイッチングトランジスタMN1をOFFにする。
A
25は外付けのキャパシタC4に一定の充電電流Ioffを供給する充電回路である。
A charging
26は反転検出回路であり、補助巻線L3に発生する脈流電圧Vriseを抵抗R1を介して取り込んで、脈流電圧Vriseの反転(ゼロクロス)タイミングを示す波形整形したパルス信号電圧Vpを生成し、OFF期間制御回路22にリタイミング用として出力する。
27は出力電圧Voutの低下を検出するための電流制限フィードバック回路であり、電流Iaが流れるときに、補助巻線L3に発生する脈流電圧Vriseの負電圧成分に逆比例したフィードバック電流Ifb1、Ifb2、Ifb3を吸い込む。この3つのフィードバック電流Ifb1~Ifb3は出力電圧Voutが所定電圧よりも低いときほど大きな値を示す電流である。フィードバック電流Ifb1はON期間制御回路21からの電流を吸い込み、フィードバック電流Ifb2はOFF期間制御回路22からの電流を吸い込み、フィードバック電流Ifb3はコンデンサC4の放電電流を吸い込む。
28は後記するホトカプラ40のホトトランジスタPT1に流れるホトカプラ電流Ipcを分配するIpc分配回路であり、このIpc分配回路にホトカプラ電流Ipcに比例した2つのホトカプラ電流Ipc1,Ipc2を吸い込む。Ipc分配回路28はON期間制御回路21からの電流Ipc1を吸い込み、OFF期間制御回路22からの電流Ipc2を吸い込む。
29は内部電源回路であり、脈流電圧VriseをダイオードD2とキャパシタC3により構成された整流平滑回路により整流平滑した電圧VDDを入力して、安定化された内部電源電圧Vregを生成する。
An internal
30は出力電圧Voutを検出する出力電圧フィードバック回路であり、図18で説明したオペアンプOP11,電圧源VB11、キャパシタC15、抵抗R16,R17,R18,R19を含む回路と同様の回路である。この出力電圧フィードバック回路30は、出力電圧Voutが目標値を超えているとき、その値が高いほどホトカプラ40のホトダイオードPD1に流れる電流を大きくする。
ホトカプラ40は、ホトダイオードPD1とホトトランジスタPT1で構成され、ホトトランジスタPT1は、ホトダイオードPD1の発光量、つまり出力電圧Voutの値に比例したホトカプラ電流Ipcを生成する。
The
図2にON期間制御回路21の具体的な回路図を示す。ON期間制御回路21は、基準電圧Vref1の電圧源VB1と、インピーダンス変換用のバッファBF1と、抵抗R2と、駆動電圧Vdrvが“H”のときONして抵抗R2にホトカプラ電流Ipc1又はフィードバック電流Ifb1を流すスイッチSW1と、スイッチングトランジスタMN1に流れる電流によってセンス抵抗Rs1に発生するセンス電圧Vs1をインピーダンス変換するバッファBF2と、ホトカプラ電流Ipc1又はフィードバック電流Ifb1が流れることで抵抗R2で降下した電圧Vr2とセンス電圧Vs1を比較するコンパレータCP1とを備える。
FIG. 2 shows a specific circuit diagram of the ON
スイッチングトランジスタMN1がOFFの期間は、スイッチSW1がOFFしているので、コンパレータCP1の反転入力端子の電圧Vr2はVref1となっていて、コンパレータCP1の出力であるOFFタイミング電圧Voffが“L”となっている。しかし、スイッチSW1がONすると、ホトカプラ電流Ipc1又はフィードバック電流Ifb1が抵抗R2に流れるので、コンパレータCP1の反転入力端子の電圧Vr2が「Vref1-R2×(Ipc1又はIfb1)」に低下する。そして、センス電圧Vs1が電圧Vr2よりも高くなったとき、コンパレータCP1から出力するOFFタイミング電圧Voffが“L”から“H”に変化する。 When the switching transistor MN1 is OFF, the switch SW1 is OFF, so the voltage Vr2 of the inverting input terminal of the comparator CP1 is Vref1, and the OFF timing voltage Voff, which is the output of the comparator CP1, is "L". ing. However, when the switch SW1 is turned on, the photocoupler current Ipc1 or the feedback current Ifb1 flows through the resistor R2, so the voltage Vr2 of the inverting input terminal of the comparator CP1 drops to "Vref1−R2×(Ipc1 or Ifb1)". Then, when the sense voltage Vs1 becomes higher than the voltage Vr2, the OFF timing voltage Voff output from the comparator CP1 changes from "L" to "H".
このようにして、ON期間制御回路21は、ホトカプラ電流Ipc1が大きいほど、フィードバック電流Ifb1が大きいほど、センス電圧Vs1が高いほど、OFFタイミング電圧Voffを“L”から“H”に変化させるタイミングを早くして、スイッチングトランジスタMN1をそのONしている時間が短くなるように制御する。
In this manner, the ON
図3にOFF期間制御回路22の具体的な回路図を示す。OFF期間制御回路22は、駆動電圧Vdrvが“H”のときONするスイッチSW2と、インピーダンス変換用のバッファBF3と、抵抗R3と、電圧源VB2の基準電圧Vref2が反転入力端子に設定されたコンパレータCP2と、コンパレータCP2の出力電圧を反転検出回路26の出力パルス信号電圧VpでリタイミングしてONタイミング電圧Vonを生成するDFF回路のようなラッチが可能なロジック回路221とを備える。なお、このロジック回路221は省略することができる。外付けのキャパシタC4は、スイッチSW2がOFFのとき充電回路25の定電流Ioffとフィードバック電流Ifb3の差分電流で充電される。
FIG. 3 shows a specific circuit diagram of the OFF
このOFF期間制御回路22では、駆動電圧Vdrvが“L”になるとスイッチSW2がOFFになって、キャパシタC4が定電流Ioffとフィードバック電流Ifb3の差分電流によって充電され、電圧Vc4となる。抵抗R3にはホトカプラ電流Ipc2又はフィードバック電流Ifb2が流れている。このため、抵抗R3とコンパレータCP2の非反転入力端子の共通接続点の電圧Vr3は、ホトカプラ電流Ipc2又はフィードバック電流Ifb2が大きいほど低くなり、定電流Ioffとフィードバック電流Ifb3の差分電流が大きいほど高くなる。電圧Vr3が基準電圧Vref2を超えると、コンパレータCP2の出力電圧Vcp2が“L”から“H”に変化する。コンパレータCP2の出力電圧Vcp2は、反転検出回路26から出力するパルス信号電圧Vpの立上りでロジック回路221においてリタイミングされ、ONタイミング電圧Vonが“H”になる。リタイミングされた後は、電圧Vdrvが“H”になるとONタイミング電圧Vonはリタイミング前の状態“L”に戻る。
In the OFF
このようにして、ONタイミング電圧Von(=“H”)の発生タイミングは、ホトカプラ電流Ipc2が大きいほど、フィードバック電流Ifb2が大きいほど、定電流Ioffとフィードバック電流Ifb3の差分電流が小さいほど(フィードバック電流Ifb3が大きいほど)、遅くなって、スイッチングトランジスタMN1のOFF期間が長くなる。 In this way, the ON-timing voltage Von (=“H”) is generated when the photocoupler current Ipc2 is larger, the feedback current Ifb2 is larger, and the differential current between the constant current Ioff and the feedback current Ifb3 is smaller (feedback current The larger Ifb3), the longer the OFF period of the switching transistor MN1.
図4に反転検出回路26と電流制限フィードバック回路27の具体的な回路図を示す。反転検出回路26は、電圧源VB3によって基準電圧Vref3が反転入力端子に設定されたコンパレータCP3と、補助巻線L3に抵抗R1を経由してコレクタが接続されたダイオード接続のNPNトランジスタQ1と、補助巻線L3に抵抗R1を経由してエミッタが接続されたトランジスタQ2と、トランジスタQ2のベースに基準電圧Vref4を印加する電圧源VB4とを備える。
FIG. 4 shows a specific circuit diagram of the
トランジスタQ1は最高電圧規制回路を構成し、補助巻線L3にその●側が正極となる電圧Vriseが発生したとき、つまりスイッチングトランジスタMN1がONしているとき、コンパレータCP3の非反転入力端子の最高電圧をVbe(Q1)に制限する。Vbe(Q1)はトランジスタQ1のベース・エミッタ間電圧である。なお、トランジスタQ1の代わりに抵抗を接続して、その抵抗と抵抗R1とで電圧Vriseを分圧した電圧をコンパレータCP3の非反転入力端子に最高電圧として入力しても良い。トランジスタQ2は最低電圧規制回路を構成し、補助巻線L3にその●側が負極となる電圧Vrise(=VL3)が発生したとき、つまりスイッチングトランジスタMN1がOFFしているとき、コンパレータCP3の非反転入力端子の最低電圧を「Vref4-Vbe(Q2)」に制限する。Vbe(Q2)はトランジスタQ2のベース・エミッタ間電圧である。そして、コンパレータCP3は、非反転入力端子の電圧が基準電圧Vref3を越えれば“H”の信号を、それ以下であれば“L”の信号を、パルス信号電圧Vpとして出力する。 The transistor Q1 constitutes a maximum voltage regulation circuit, and when a voltage Vrise is generated in the auxiliary winding L3 in which the ● side is positive, that is, when the switching transistor MN1 is ON, the maximum voltage at the non-inverting input terminal of the comparator CP3 is to Vbe(Q1). Vbe(Q1) is the base-emitter voltage of transistor Q1. A resistor may be connected instead of the transistor Q1, and the voltage obtained by dividing the voltage Vrise by the resistor and the resistor R1 may be input to the non-inverting input terminal of the comparator CP3 as the maximum voltage. The transistor Q2 constitutes a minimum voltage regulation circuit, and when a voltage Vrise (=VL3) is generated in the auxiliary winding L3, the negative side of which is on the ● side, that is, when the switching transistor MN1 is OFF, the non-inverting input of the comparator CP3. The minimum voltage of the terminal is limited to "Vref4-Vbe(Q2)". Vbe(Q2) is the base-emitter voltage of transistor Q2. The comparator CP3 outputs a signal of "H" if the voltage of the non-inverting input terminal exceeds the reference voltage Vref3, and a signal of "L" if it is less than the reference voltage Vref3, as the pulse signal voltage Vp.
この反転検出回路26によって、OFF期間制御回路22のコンパレータCP2の出力電圧Vcp2を、補助巻線L3の脈動電圧Vriseの負極から正極への反転タイミングで波形整形したパルス信号電圧Vpでリタイミングすることができ、スイッチングトランジスタMN1をドレイン電圧の自由振動の谷でONさせ疑似共振動作をさせることができるので、その疑似共振動作に際してのスイッチングトランジスタMN1の閾値のバラツキの影響を排除できる。
The
電流制限フィードバック回路27は、補助巻線L3の●側が負極となるとき、つまりスイッチングトランジスタMN1がOFFしているときに補助巻線L3に流れる電流Iaをm倍の電流Ibに変換して出力する第1カレントミラー回路271と、定電流Icの電流源273と、電流Id(=Ic-Ib)を入力してn倍した電流Ieに変換して出力する第2カレントミラー回路272と、その電流Ieを入力して電流Ieと比例関係のある3つのフィードバック電流Ifb1、Ifb2、Ifb3を吸い込む電流ホールド回路274と、電流ホールド回路274にホールド(サンプル)タイミングの電圧Vspを与えるタイミング生成回路275を備える。タイミング生成回路275は、補助巻線L3の●側が負極になってから所定時間だけ電圧Vspを“H”にする。電流ホールド回路274はその電圧Vspが“H”から“L”になったときに電流Ieをサンプリングして対応する電圧をキャパシタC5に蓄積し、電圧Vspが“L”に変化した時点から次回に“H”になる時点(補助巻線L3の●側が負極になる時点)までの期間Thだけ、キャパシタC5でホールドされた電圧に対応したフィードバック電流Ifb1~Ifb3を出力する。
The current limiting
図5に電流ホールド回路274の具体的な回路構成を示す。この電流ホールド回路274は、電流Ieを入力して3つのフィードバック電流Ifb1、Ifb2、Ifb3を出力するカレントミラーを、NMOSトランジスタMN2,MN3,MN4,MN5で構成して、サンプリングするためのスイッチSW3とキャパシタC5を、トランジスタMN2のゲートとトランジスタMN3~MN5のゲートの間に挿入している。電圧Vspが“H”の状態の時にスイッチSW3がONして、電流Ieに比例したフィードバック電流Ifb1~Ifb3を出力し、電圧Vspが“H”から“L”になったとき、スイッチSW3がONからOFFに切り替り、ホールド動作となる。このように、電流Ieに対応したトランジスタMN2のゲート電圧がキャパシタC5でホールドされるので、フィードバック電流Ifb1~Ifb3は、スイッチSW3がONからOFFに切り替る直前の電流Ieに比例した電流をそのまま出力し続ける。
FIG. 5 shows a specific circuit configuration of the
電流源273の電流Icは、出力電圧Voutが電圧Vout2(後記するVout2a,Vout2b,Vout2c)に低下したときに電流値がIb=Icとなり、その電圧Vout2より高いときはその電流値がIb>Icとなるように設定されている。このように、電流値がIb≧Icの範囲では電流Idは流れず、このとき全てのフィードバック電流Ifb1~Ifb3も流れない。この電流源273の電流Icは、出力電圧VoutがVout2を超えないときにのみフィードバック電流Ifb1~Ifb3が流れるように設定される。つまり、電流源273は出力電圧Voutの検出回路を構成している。
The current Ic of the
図6にIpc分配回路28の具体的な回路図を示す。このIpc分配回路28は、ホトカプラ電流Ipcを入力するカレントミラー接続のPMOSトランジスタMP1,MP2と、トランジスタMP2のドレイン電流を入力するカレントミラー接続のNMOSトランジスタMN6,MN7,MN8とで構成されている。トランジスタMN7がホトカプラ電流Ipc1を吸い込み、トランジスタMN8がホトカプラ電流Ipc2を吸い込む。
FIG. 6 shows a specific circuit diagram of the
<通常動作>
さて、スイッチング電源装置は、通常動作では図7(a)示すように、出力電圧Voutが目標電圧Vout1になるよう定電圧制御される。この定電圧制御時は、補助巻線L3に生じる電圧Vriseの負電圧時の電圧の絶対値が大きい状態にあり、出力電流Ioutは最大出力電流Ioutmaxより小さいときである。この定電圧動作時は、補助巻線L3の●側が負極になるときに、電流制限フィードバック回路27に入力する電流Iaが大きくなるので、電流値はIb>Icとなる。このため、電流Id,Ieはゼロとなり、フィードバック電流Ifb1~Ifb3もゼロとなる。よってこの通常動作では、ON期間制御回路21で得られるON期間とOFF期間制御回路22で得られるOFF期間は、もっぱらホトカプラ電流Ipc1,Ipc2によって制御される。
<Normal operation>
In normal operation, the switching power supply is under constant voltage control so that the output voltage Vout becomes the target voltage Vout1, as shown in FIG. 7(a). During this constant voltage control, the absolute value of the negative voltage of the voltage Vrise generated in the auxiliary winding L3 is large, and the output current Iout is smaller than the maximum output current Ioutmax. During this constant voltage operation, when the ● side of the auxiliary winding L3 becomes the negative pole, the current Ia input to the current limiting
すなわち、出力電圧Voutが目標値Vout1よりも高いときは、ホトカプラ電流Ipc1が大きくなりON期間制御回路21の電圧Vr2が低く制御される。よって、コンパレータCP1から出力するOFFタイミング電圧Voffは早いタイミングで“H”なり、ON期間が短くなる。また、ホトカプラ電流Ipc2も大きくなり、OFF期間制御回路22の電圧Vr3が低く制御され、コンパレータCP2から出力するONタイミング電圧Vonは遅いタイミングで“H”なり、OFF期間が長くなる。これらのため、出力電圧Voutが低くなるように制御される。
That is, when the output voltage Vout is higher than the target value Vout1, the photocoupler current Ipc1 increases and the voltage Vr2 of the ON
出力電圧Voutが目標値Vout1よりも低いときは、上記と逆の動作となる。つまり、ON期間制御回路21からOFFタイミング電圧Voffが遅いタイミングミグで出力し、OFF制御回路22からONタイミング電圧Vonが早いタイミングで出力するので、出力電圧Voutが高くなるように制御される。
When the output voltage Vout is lower than the target value Vout1, the operation is reversed. That is, the ON
<電流制限動作1>
この電流制限動作1は図8のタイミングチャートの電流制限動作1の期間である。出力電流Ioutが増大して図7(a)の最大値Ioutmaxに達すると、出力電圧Voutが低下しはじめ、ホトカプラ40のホトダイオードPD1が発光しなくなると、ホトカプラ電流Ipcが流れなくなる。また、このときの出力電圧Voutは電圧Vout1より低い電圧であるが、スイッチングトランジスタMN1のOFF時の補助巻線L3の電流Iaが大きいため、電流制限フィードバック回路27の電流値はIb>Icとなる。よって、電流Id,Ieは流れずフィードバック電流Ifb1~Ifb3も流れない。
<
This current limiting
このときON期間制御回路21では、ホトカプラ電流Ipc1と第1フィードバック電流Ifb1がゼロなので、抵抗R2での電圧降下は生ぜず、電圧Vr2=Vref1となり、電圧Vr2がセンス電圧Vs1と等しくなるまでの時間は最大となり、ON期間は最大となる。
At this time, in the ON
また、OFF期間制御回路22では、ホトカプラ電流Ipc2と第2フィードバック電流Ifb2はゼロとなるため、電圧Vr3はキャパシタC4の充電電圧Vc4と等しく(Vr3=Vc4)なり、この電圧Vr3がコンパレータCP2により電圧Vref2と比較される。
Further, in the OFF
したがって、OFF期間は、キャパシタC4の定電流Ioffによる充電時間とロジック回路221でのリタイミングで決まる。このとき、ON期間が最大となっていて、ON期間での入力のエネルギーは一定値に制限されるので出力電力も制限され、出力電流Ioutの増大値が抑制されて電流が制限されると同時に、出力電圧Voutが目標電圧Vout1から低下する。
Therefore, the OFF period is determined by the charging time of the capacitor C4 with the constant current Ioff and the retiming in the
さらに出力電圧Voutが低下すると、2次側のダイオードD1の導通時間が長くなることでONデューティが減少してOFF時間が長くなってゆき、定電流Ioffで充電しているキャパシタC4の充電電圧Vc4が、スイッチSW2がOFFしてから電圧Vref2に達するまでの時間は、出力電圧Voutにかかわらず一定となるので、ロジック回路221でのリタイミングのみでスイッチングトランジスタMN1がONする動作となる。
When the output voltage Vout further decreases, the conduction time of the diode D1 on the secondary side becomes longer, the ON duty decreases, the OFF time becomes longer, and the charging voltage Vc4 of the capacitor C4 charged with the constant current Ioff. However, since the time from when the switch SW2 is turned off until it reaches the voltage Vref2 is constant regardless of the output voltage Vout, the switching transistor MN1 is turned on only by retiming in the
なお、電流制限動作が開始された時点で臨界モード動作になるようにキャパシタC4の充電時間(キャパシタC4の値や電流Ioffの値)を設定した場合は、出力電圧Voutが低下してゆくと、2次側のダイオードD1の導通時間が、一定となっているキャパシタC4の充電時間より長くなるので、2次側のダイオードD1の導通終了時点でロジック回路221がリタイミングしてスイッチングトランジスタMN1がONすることにより、臨界モード動作での電流制限となる。
When the charging time of the capacitor C4 (the value of the capacitor C4 and the value of the current Ioff) is set so that the critical mode operation is started when the current limiting operation is started, as the output voltage Vout decreases, Since the conduction time of the secondary diode D1 is longer than the constant charging time of the capacitor C4, the
<電流制限動作2>
この電流制限動作は図8および図9のタイミングチャートの電流制限動作2の期間である。出力電圧Voutが図7(a)に示すように電圧Vout2aまで低下すると、スイッチングトランジスタMN1がOFFして補助巻線L3の●側が負極になった際の電圧VL3が小さくなるので、補助巻線L3に流れる電流Iaが小さくなり、電流制限フィードバック回路27の電流IbとIcがIb=Icとなる。さらに出力電圧Voutが電圧Vout2aよりも低くなると、Ib<Icとなるので、電流ホールド回路274に流れ込むフィードバック電流Ifb1~Ifb3がその電流Iaに逆比例した電流として生成される。
<
This current limiting operation is the period of current limiting
これによって、ON期間制御回路21にはホトカプラ電流Ipc1に代えてフィードバック電流Ifb1が流れ、OFF期間制御回路22にはホトカプラ電流Ipc2に代えてフィードバック電流Ifb2が流れる。OFF期間制御回路22のキャパシタC4の充電電流は「Ioff-Ifb3」となる。
As a result, the feedback current Ifb1 flows through the ON
このとき、ON期間制御回路21では、抵抗R2に第1フィードバック電流Ifb1が流れることで電圧Vr2が発生するが、この電圧Vr2は、出力電圧Voutが低くなると第1フィードバック電流Ifb1が大きくなることで低い電圧となるので、コンパレータOP1から出力するOFFタイミング電圧Voffの“H”になるタイミングが早くなり、ON期間が短くなる。そうすると、ON期間の入力エネルギーは減少し出力電力も減少する。
At this time, in the ON
OFF期間制御回路22では、第2フィードバック電流Ifb2が大きくなるので、抵抗R3の電圧Vr3が電圧Vref2にまで上昇する時間が長くなり、さらにキャパシタC4の充電電流は減少してゆくので、コンパレータCP2の出力が“L”から“H”に反転するまでの時間が遅くなる。
In the OFF
そして、電流制限動作2では、コンパレータCP2の出力が反転するまでの時間よりも2次側のダイオードD1の導通期間の方が長くなり、2次側のダイオードD1の導通終了時点でロジック回路221でリタイミングしてスイッチングトランジスタMN1がONする臨界モード動作となる。これはON期間を短くすることで出力電力を減少させる電流制限動作であり、出力電圧Voutの低下にともない出力電流Ioutが電流制限動作1よりも減少する特性となる。
In the current limiting
一方、電流制限動作1がキャパシタC4の充電時間が臨界モード動作で決まるのではなく、自由振動のタイミングで出力トランジスタMN1がONする動作となっている場合に、出力電圧が電圧Vout2aよりも低下すると、次に説明する電流制限動作3に変わる。
On the other hand, if the current limiting
<電流制限動作3>
この電流制限動作は図9のタイミングチャートの電流制限動作3の期間である。電流制限動作で出力電圧Voutが低下して、電流制限フィードバック回路27の電流Ibが電流Icよりさらに小さくなると、電流Ieが増大してフィードバック電流Ifb1~Ifb3が大きくなり、コンパレータCP2の出力が反転した直後に2次側のダイオードD1の導通終了でロジック回路221がリタイミングしてスイッチングトランジスタMN1がONする動作になって、出力電圧Voutが図7(a)の出力電圧Vout3に低下する。さらに出力電圧Voutが出力電圧Vout3より低くなると、フィードバック電流Ifb3の増大でキャパシタC4の充電電流(Ioff-Ifb3)が小さくなることによって充電時間が長くなり、自由振動が始まってからコンパレータCP2の出力が反転して自由振動のゼロクロスタイミングでスイッチングトランジスタMN1がONする動作となる。ON期間は、電流制限動作2と同じように第1フィードバック電流Ifb1が大きくなることにより短くなり、OFF期間は、第2フィードバック電流Ifb2とキャパシタC4の充電時間でより長くなり、これらによりONデューティが小さくなり出力電流Ioutが減少してゆく。
<
This current limiting operation is the period of the current limiting
出力電圧Voutが0Vに近付くと、抵抗R1の値が大きく、電流制限フィードバック回路27の電流値がIb<<Icの関係になった場合、電流Idは、Id≒Icとなりフィードバック電流Ifb1~Ifb3は最大となって、ON時間は最小、OFF時間は最大となる。この状態でさらに出力電圧Voutが低下すると、ON時間は最小で一定となり入力エネルギーは最小で一定となっているので、出力電流Ioutが徐々に増加する特性となる。この特性は図7(a)の出力電圧Vout4以下の特性である。
When the output voltage Vout approaches 0 V, the value of the resistor R1 is large, and the current value of the current limiting
以上が、本発明の基本的な電流制限動作であるが、図7(a)の電流制限特性の出力電圧Vout2a、Vout3、Vout4の値は、フィードバック電流Ifb1~Ifb3の比例関係を調整することで調整可能である。また、電流制限フィードバック回路27の電流値がIb=Icになる出力電圧Vout2を下げる、つまり検出すべき出力電圧をVout2bのように低い値に設定すると、図7(b)のようなヘの字の電流制限特性となる。逆に、電流値がIb=Icになる出力電圧Vout2を上げる、つまり検出すべき出力電圧をVout2cより高い値に設定すると、図7(c)のような垂下のような特性となる。図7(b)の特性は、図7(a)の特性の場合と比べて、抵抗R1の値を小さくキャパシタC4の値を大きくすることで実現でき、図7(c)の特性は、抵抗R1の値を大きくキャパシタC4の値を小さくすることで実現できる。このように、フィードバック電流Ifb1~Ifb3の比例関係と抵抗R1とキャパシタC4の値を変更することで、フィードバック電流Ifb1~Ifb3が流れ出す出力電圧Vout2を変更できるので、所望の電流制限特性を実現することができる。
The above is the basic current limiting operation of the present invention. The values of the output voltages Vout2a, Vout3, and Vout4 of the current limiting characteristics in FIG. Adjustable. Also, if the output voltage Vout2 at which the current value of the current limiting
<電流制限フィードバック回路27の第1変形例(27A)>
出力電圧Voutを検出して電流ホールド回路274Aをイネーブル制御する手段を加えた第1変形例の電流制限フィードバック回路27Aを図10に示す。図10の電流制限フィードバック回路27Aは、第1カレントミラー回路271Aで電流Iaに比例する電流Ifを引き出し、この電流Ifを抵抗R4で電圧Vr4に変換して電圧源VB5の基準電圧Vref5とコンパレータCP4で比較して、イネーブル信号Venを生成する。これにより、電流値がIb<Icとなっていても、出力電圧Voutが図12に示す電圧Vout2dより低いことを検出したときに初めて、イネーブル信号Venにより電流ホールド回路274Aがイネーブルになる。これにより、フィードバック電流Ifb1,Ifb2,Ifb3の発生開始タイミング、つまり電流制限動作1から電流制限動作2への切り替わりタイミングの安定化を図ることができる。
<First modification (27A) of current limiting
FIG. 10 shows a current limiting
スイッチングトランジスタMN1がOFFしている期間の電流制限動作1の状態では、出力電圧Voutの低下が少ないので電流Iaが小さくなく、その電流Iaと比例関係にある電流Ifが流れる抵抗R4で生じる電圧Vr4は基準電圧Vref5より大きいので、コンパレータCP4の出力は“H”となる。つまり、出力電圧Voutが電圧Vout2dより高いとき、コンパレータCP4の出力は“H”となる。スイッチングトランジスタMN1がONする期間は、電流Iaは流れず電流Ifも流れないので、コンパレータCP4の出力は“L”となる。
In the state of the current limiting
ロジック回路276は、コンパレータCP4の出力が“H”のとき、スイッチングトランジスタMN1をONする信号Vdrv(=“H”)が入力すると、信号Venを“H”にセットする。また、スイッチングトランジスタMN1をOFFする信号Vdrv(=“L”)が入力したときは、出力電圧Voutが電圧Vout2dよりも高くコンパレータCP4の出力が“H”であれば、信号Venを“L”にし、このとき電流制限フィードバック回路27Aの電流値がIb<Icであっても、電流ホールド回路274Aは動作しない。
When the output of the comparator CP4 is "H", the
出力電圧Voutが前記した電圧Vout2dよりも低下すると、電流Iaの減少に応じて電流Ifも減少して、抵抗R4に発生する電圧Vr4が電圧Vref5より低くなる。よって、コンパレータCP4の出力は“L”のままとなってリセット動作がなくなり、信号Venは“H”のままとなり、電流ホールド回路274Aがイネーブルのままとなる。
When the output voltage Vout drops below the voltage Vout2d, the current If also decreases in accordance with the decrease in the current Ia, and the voltage Vr4 generated across the resistor R4 becomes lower than the voltage Vref5. Therefore, the output of the comparator CP4 remains "L", the reset operation is stopped, the signal Ven remains "H", and the
図11に図10の電流制限フィードバック回路の電流ホールド回路274Aの回路図を示す。信号Venに対応するように、図4で説明した電流ホールド回路274に対してスイッチSW4とSW5を加えている。信号Venが“H”となったときにスイッチSW4がONし、スイッチSW5がOFFしてカレントミラー回路が動作をして、電流ホールド回路274Aが動作するようにしている。
FIG. 11 shows a circuit diagram of the
前記したように、信号Venが“H”にホールドされる際の出力電圧Voutが、電流値がIb<Icとなるときの出力電圧よりも低くなる電圧Vout2dとなるように、電圧Vref5を設定すると、図12の電流制限特性のように、出力電圧Voutが電圧Vout2dより低くなったとき電流制限動作2に切り替り、急激に電流を制限する動作となる。なお、図7(a)の電流制限特性の場合の電流制限フィードバック回路274のフィードバック電流Ifb1~Ifb3の比例関係と抵抗R1とキャパシタC4の値とを同じにすると、図12における出力電圧Vout2dより低い電圧Vout3と電圧Vout4の電流制限特性は図7(a)と同じになる。
As described above, if the voltage Vref5 is set such that the output voltage Vout when the signal Ven is held at "H" is the voltage Vout2d which is lower than the output voltage when the current value is Ib<Ic. , as in the current limiting characteristics of FIG. 12, when the output voltage Vout becomes lower than the voltage Vout2d, the operation is switched to the current limiting
この電流制限動作を示すタイミングチャートを図13に示す。図13では、電流制限動作1と電流制限動作2の切替部分を表している。コンパレータCP4によって出力電圧Voutの検出を行わない電流制限動作のタイミングチャートである図8との違いは、信号Venの波形を加えた点である。図8では電流制限フィードバック回路27の電流値がIb<Icになると電流Ieが流れて、電流制限動作1から電流制限動作2に切り替っているが、図13ではその電流値がIb<Icとなっていて電流Ieが流れていても、信号Venが“L”から“H”に変化して初めて電流ホールド回路274Aが動作して、電流制限動作1から電流制限動作2に切り替っている。
A timing chart showing this current limiting operation is shown in FIG. FIG. 13 shows a switching portion between the current limiting
<電流制限フィードバック回路27の第2変形例(27B)>
出力電圧Voutを検出して電流ホールド回路274Aをイネーブル制御する手段を加えた第2変形例の電流制限フィードバック回路27Bを図14に示す。図14の電流制限フィードバック回路27Bでは、図4で説明した回路と同じように、電流Ibと電流Icとの差の電流であるId(=Ic-Ib)を入力とした第2カレントミラー272Aにおいて、比例電流Igを引き出し、電流Igと抵抗R5で発生する電圧Vr5と電圧源VB6の電圧Vref6とをコンパレータCP5で比較する。
<Second Modification (27B) of Current Limiting
FIG. 14 shows a current limiting
スイッチングトランジスタMN1がOFFしている期間の電流制限動作1の状態では、電流制限フィードバック回路28Bの電流値はIb>Icとなるので、電流Idは流れず電流Igも流れず、コンパレータCP5の出力は“H”となる。スイッチングトランジスタMN1がONする期間は、電流Iaは流れないので電流値はIb=0、Id=Icとなり、電流Igが流れて抵抗R5で発生する電圧Vr5は電圧Vref6より大きくなって、コンパレータCP5の出力は“L”となる。
In the state of current limiting
ロジック回路277は、コンパレータCP5の出力が“H”のとき、スイッチングトランジスタMN1をONする信号Vdrv(=“H”)が入力すると、信号Venを“H”にセットする。また、スイッチングトランジスタMN1をOFFする信号Vdrv(=“L”)が入力したときは、出力電圧Voutが電圧Vout2dよりも高くコンパレータCP5の出力が“H”であれば、信号Venを“L”にする。このとき電流制限フィードバック回路27Bの電流値がIb<Icであっても、電流ホールド回路274Aは動作しない。
When the output of the comparator CP5 is "H", the
出力電圧Voutが低下してゆくと、電流Iaが減少し電流Ibも減少してIb<Icとなり、電流Idが流れて電流Igと抵抗R5で発生する電圧Vr5が電圧Vref6より高くなると、コンパレータCP4の出力は“L”のままとなってリセット動作がなくなり、信号Venは“H”のままとなる。 As the output voltage Vout decreases, the current Ia decreases, the current Ib also decreases, and Ib<Ic. output remains at "L", the reset operation ceases, and the signal Ven remains at "H".
<電流制限フィードバック回路27の第3変形例(27C)>
出力電圧Voutが0V近くに低下した場合に、電流ホールド回路274Bの電流ホールドを解除する手段を加えた第2変形例の電流制限フィードバック回路27Cを図15に示した。この電流制限フィードバック回路27Cは、図10の電流制限フィードバック回路27Aを変形したものである。この電流制限フィードバック回路27B内の電流ホールド回路274Bを図16に示す。
<Third Modification (27C) of Current Limiting
FIG. 15 shows a current limiting feedback circuit 27C of a second modification, which includes means for canceling the current hold of the current hold circuit 274B when the output voltage Vout drops close to 0V. This current limit feedback circuit 27C is a modification of the current
図15の電流制限フィードバック回路27Cは、第1カレントミラー回路271Bによって電流Iaに比例する電流Ihを引き出し、この電流Ihを抵抗R6で電圧Vr6に変換して電圧源VB7の基準電圧Vref7とコンパレータCP6で比較して、電圧Vr6が基準電圧Vref7より低下すると、信号Vlowを“H”にする。信号Vlowは信号Vdrvを反転させるインバータINV2により制御されるアンド回路AND1を経由して、電流ホールド回路274Bに入力する。 The current limiting feedback circuit 27C of FIG. 15 draws out a current Ih proportional to the current Ia by the first current mirror circuit 271B, converts this current Ih into a voltage Vr6 by a resistor R6, and converts the reference voltage Vref7 of the voltage source VB7 and the comparator CP6 into a voltage Vr6. When the voltage Vr6 is lower than the reference voltage Vref7, the signal Vlow is set to "H". The signal Vlow is input to the current hold circuit 274B via an AND circuit AND1 controlled by an inverter INV2 that inverts the signal Vdrv.
図16の電流ホールド回路274Bは、図11の電流ホールド回路274Aに対して、電圧Vspと電圧Vlowのいずれかが“H”になるとサンプル用のスイッチSW3をONにするオア回路OR1を追加したものである。
The current hold circuit 274B of FIG. 16 is the same as the
スイッチングトランジスタMN1がOFFしているとき、出力電圧Voutの状態は電流Iaにより検出できるが、出力電圧VoutがVout4よりも低く0V付近になると、電流Iaは少なくなり、ホールドする電流Ifb1,Ifb2,Ifb3が大きくなる。すると、特にOFF期間を制御するコンデンサC4の充電電流(=Ioff-Ifb3)が小さくなるので、OFF期間が電流Ifb3のばらつきの影響を受ける。 When the switching transistor MN1 is off, the state of the output voltage Vout can be detected by the current Ia. becomes larger. As a result, the charging current (=Ioff-Ifb3) of the capacitor C4 that controls the OFF period becomes particularly small, so that the OFF period is affected by variations in the current Ifb3.
このときは同時に電流Ihも少なくなるので、これによって電圧Vr6が基準電圧Vref7より低下したとき、コンバータCP6から出力する信号Vlowが“H”になる。そしてこのとき、信号Vdrvが“L”であるので、インバータINV2によってアンドゲートAND1が開いており、“H”の信号Vlowがそのまま電流ホールド回路274Bに入力して、スイッチSW3をONさせ、電流ホールドを解除する。この結果、フィードバック電流Ifb1~Ifb3が電流Ieによって制御される。 At this time, the current Ih also decreases at the same time, so when the voltage Vr6 becomes lower than the reference voltage Vref7, the signal Vlow output from the converter CP6 becomes "H". At this time, since the signal Vdrv is "L", the inverter INV2 opens the AND gate AND1, and the "H" signal Vlow is directly input to the current hold circuit 274B to turn on the switch SW3 to hold the current. release. As a result, the feedback currents Ifb1-Ifb3 are controlled by the current Ie.
このとき、出力電流Ioutは、電流制限動作3において2次側のダイオードD1の導通期間が終了して自由振動期間になると電流Ia=0となるので、電流Id=Ic、Ie=最大となってフィードバック電流Ifb3が最大となり、コンデンサC4の充電電流(=Ioff-Ifb3)がさらに減少する。この結果、OFF期間が長くなって、出力電圧Voutが低下した際の短絡負荷電流を減らすことができる。
At this time, the output current Iout becomes the current Ia=0 when the conduction period of the diode D1 on the secondary side ends in the current limiting
<電流制限フィードバック回路27の第4変形例(27D)>
出力電圧Voutが0V近くに低下した場合に、電流ホールド回路274Bの電流ホールドを解除する手段を加えた第4変形例の電流制限フィードバック回路27Dを図17に示した。この電流制限フィードバック回路27Dは、図14の電流制限フィードバック回路27Bを変形したものである。この電流制限フィードバック回路27D内の電流ホールド回路274Bは図16に示したものと同じである。構成や動作は図14、図16で説明したものと同じであるので、詳細な説明は省略する。
<Fourth Modification (27D) of Current Limiting
FIG. 17 shows a current limiting feedback circuit 27D of a fourth modification, which includes means for canceling the current hold of the current hold circuit 274B when the output voltage Vout drops close to 0V. This current limiting feedback circuit 27D is a modification of the current limiting
<その他の変形例>
以上説明した実施例では、スイッチングトランジスタMN1のOFF期間に補助巻線L3で得られる電圧により出力電圧Voutの電圧Vout2a,Vout2b,Vout2cへの低下を検出するに際し、スイッチングトランジスタMN1のOFF期間に補助巻線L3で得られる電圧が負電圧である場合に、その負電圧VL3がある値に達したときに、電流Iaが減少してIb<Icになることを検出することで行っていた。
<Other Modifications>
In the above-described embodiment, when detecting a drop in the output voltage Vout to the voltages Vout2a, Vout2b, and Vout2c from the voltage obtained at the auxiliary winding L3 during the OFF period of the switching transistor MN1, the auxiliary winding is detected during the OFF period of the switching transistor MN1. When the voltage obtained on the line L3 is a negative voltage, when the negative voltage VL3 reaches a certain value, it is detected that the current Ia decreases and becomes Ib<Ic.
しかし、これに限られるものではなく、スイッチングトランジスタMN1のOFF期間に補助巻線L3で得られる電圧が正電圧である場合には、その正電圧がある値に達したときに、電流Iaが減少してIb<Icになることを検出するようにしてもよい。つまり、スイッチングトランジスタMN1のOFF期間に補助巻線L3で得られる電圧の絶対値が所定値より小さくなったときに、電流Iaが減少してIb<Icになることを検出するようにすればよい。これは、図10~図14で説明したイネーブルとなる電圧Vout2dの検出についても同様である。 However, the present invention is not limited to this. If the voltage obtained at the auxiliary winding L3 during the OFF period of the switching transistor MN1 is a positive voltage, the current Ia decreases when the positive voltage reaches a certain value. Then, it may be detected that Ib<Ic. In other words, when the absolute value of the voltage obtained at the auxiliary winding L3 becomes smaller than a predetermined value during the OFF period of the switching transistor MN1, it is sufficient to detect that the current Ia decreases and becomes Ib<Ic. . This also applies to the detection of the enable voltage Vout2d described with reference to FIGS.
10:トランス、L1:1次巻線、L2:2次巻線、L3:補助巻線
20:制御回路、21:ON期間制御回路、22:OFF期間制御回路、221:ロジック回路、23:SRFF回路、24:駆動回路、25:充電回路、26:反転検出回路、27,27A,27B,27C,27D:電流制限フィードバック回路、271,271A,271B,271C:第1カレントミラー回路、272,272A:第2カレントミラー回路、274,274A,274B:電流ホールド回路、275:タイミング生成回路、276,277:ロジック回路、28:Ipc分配回路、29:内部電源回路
30:出力電圧フィードバック回路
40:ホトカプラ
10: Transformer, L1: Primary Winding, L2: Secondary Winding, L3: Auxiliary Winding 20: Control Circuit, 21: ON Period Control Circuit, 22: OFF Period Control Circuit, 221: Logic Circuit, 23: SRFF Circuit 24: Drive circuit 25: Charging circuit 26:
Claims (10)
前記電流制限フィードバック回路は、前記出力電圧が第1出力電圧よりも低い第2出力電圧以下になると、前記第1、第2及び第3フィードバック電流を生成し、
前記出力電圧が前記第1出力電圧を超えているときは、前記ON期間制御回路に前記センス電圧と前記第1ホトカプラ電流を取り込ませると共に、前記OFF期間制御回路に前記定電流で充電される第4キャパシタの電圧と前記第2ホトカプラ電流を取り込ませ、
前記出力電圧が前記第2出力電圧よりも低くなったときは、前記ON期間制御回路に前記センス電圧と前記第1フィードバック電流を取り込ませると共に、前記OFF期間制御回路に前記定電流と前記第3フィードバック電流の差分電流で充電される第4キャパシタの電圧と前記第2フィードバック電流を取り込ませる、
ことを特徴とするスイッチング電源装置。 A switching transistor that is ON/OFF controlled, a sense resistor that generates a sense voltage when the switching transistor is turned on, a primary winding to which an input voltage is applied when the switching transistor is turned on, and an output voltage to a load. a transformer having a secondary winding for supplying power and an auxiliary winding for detecting the output voltage; a photocoupler for generating first and second photocoupler currents corresponding to the output voltage; a current limiting feedback circuit that generates first, second, and third feedback currents inversely proportional to , taking the sense voltage, the first optocoupler current, and the first feedback current to generate an OFF timing signal for the switching transistor an ON period control circuit to generate; a voltage of a fourth capacitor charged with a constant current or a difference current between the constant current and the third feedback current and discharged when the switching transistor is turned on; the second feedback current; an OFF period control circuit that takes in the second photocoupler current and generates an ON timing signal for the switching transistor;
wherein the current limiting feedback circuit generates the first, second and third feedback currents when the output voltage is less than or equal to a second output voltage that is lower than the first output voltage;
When the output voltage exceeds the first output voltage, the ON period control circuit takes in the sense voltage and the first photocoupler current, and the OFF period control circuit is charged with the constant current. 4 capturing the voltage of the capacitor and the second photocoupler current,
When the output voltage becomes lower than the second output voltage, the ON period control circuit takes in the sense voltage and the first feedback current, and the OFF period control circuit receives the constant current and the third feedback current. taking in the second feedback current and the voltage of a fourth capacitor charged with the differential current of the feedback current;
A switching power supply device characterized by:
前記電流制限フィードバック回路は、前記出力電圧が前記第2出力電圧よりも低い電圧になったときイネーブルに制御されることを特徴とするスイッチング電源装置。 The switching power supply device according to claim 1,
The switching power supply device, wherein the current limiting feedback circuit is enabled when the output voltage becomes lower than the second output voltage.
前記電流制限フィードバック回路の前記第1、第2及び第3フィードバック電流は互いに独立し、前記ホトカプラの前記第1及び第2ホトカプラ電流は互いに独立していることを特徴とするスイッチング電源装置。 The switching power supply device according to claim 1 or 2,
A switching power supply, wherein said first, second and third feedback currents of said current limiting feedback circuit are independent of each other, and said first and second photocoupler currents of said photocoupler are independent of each other.
前記補助巻線と前記電流制限フィードバック回路の間に接続された第1抵抗を備え、
前記第1、第2及び第3フィードバック電流は、前記スイッチングトランジスタのOFF期間に前記補助巻線に発生する電圧により前記第1抵抗に流れる電流に逆比例した電流を前記補助巻線に発生する電圧の反転タイミングでホールドした電流であることを特徴とするスイッチング電源装置。 The switching power supply device according to any one of claims 1 to 3,
a first resistor connected between the auxiliary winding and the current limiting feedback circuit;
The first, second and third feedback currents are voltages that generate a current in the auxiliary winding that is inversely proportional to the current that flows in the first resistor due to the voltage generated in the auxiliary winding during the OFF period of the switching transistor. A switching power supply device characterized in that the current is held at the reversal timing of .
前記ON期間制御回路は、前記スイッチングトランジスタのOFFタイミング信号を、前記第1ホトカプラ電流が大きいほど、前記第1フィードバック電流が大きいほど、前記センス電圧が大きいほど、早いタイミングで生成し、
前記OFF期間制御回路は、前記スイッチングトランジスタのONタイミング信号を、前記第2ホトカプラ電流が大きいほど、前記第2フィードバック電流が大きいほど、前記第3フィードバック電流が大きいほど、遅いタイミングで生成することを特徴とするスイッチング電源装置。 The switching power supply device according to any one of claims 1 to 4,
The ON period control circuit generates an OFF timing signal for the switching transistor at an earlier timing as the first photocoupler current is larger, the first feedback current is larger, and the sense voltage is larger,
The OFF period control circuit generates the ON timing signal of the switching transistor at a later timing as the second photocoupler current becomes larger, the second feedback current becomes larger, and the third feedback current becomes larger. A switching power supply device characterized by:
前記ON期間制御回路は、前記スイッチングトランジスタがONしているときに前記第1ホトカプラ電流又は前記第1フィードバック電流が流れる経路に挿入される第2抵抗と、該第2抵抗の前記第1ホトカプラ電流又は前記第1フィードバック電流の導入側に生成する第2電圧が前記センス電圧と同じ電圧になると前記OFFタイミング信号を生成する第1コンパレータと、を備えることを特徴とするスイッチング電源装置。 The switching power supply device according to any one of claims 1 to 5,
The ON period control circuit includes a second resistor inserted in a path through which the first photocoupler current or the first feedback current flows when the switching transistor is ON, and the first photocoupler current of the second resistor. or a first comparator that generates the OFF timing signal when a second voltage generated on the introduction side of the first feedback current becomes the same voltage as the sense voltage.
前記OFF期間制御回路は、前記第4キャパシタの電圧から前記第2ホトカプラ電流又は前記第2フィードバック電流によって電圧降下を生じさせるように挿入された第3抵抗と、該第3抵抗の前記第4キャパシタの側と反対側の端子の第3電圧が所定値になると前記ONタイミング信号を生成する第2コンパレータと、を備えることを特徴とするスイッチング電源装置。 The switching power supply device according to any one of claims 1 to 5,
The OFF period control circuit includes a third resistor inserted so as to cause a voltage drop from the voltage of the fourth capacitor by the second photocoupler current or the second feedback current, and the fourth capacitor connected to the third resistor. and a second comparator that generates the ON timing signal when a third voltage of a terminal on the opposite side of the side reaches a predetermined value.
前記OFF期間制御回路の前記ONタイミング信号は前記補助巻線に発生する電圧の反転タイミングでリタイミングされることを特徴とするスイッチング電源装置。 In the switching power supply device according to claim 5 or 7,
The switching power supply device, wherein the ON timing signal of the OFF period control circuit is retimed at the inversion timing of the voltage generated in the auxiliary winding.
前記電流制限フィードバック回路は、前記出力電圧が第1出力電圧よりも低い第2出力電圧以下になると、前記スイッチングトランジスタがOFFに制御された時点で前記出力電圧に逆比例した信号をサンプリングし、該サンプリング時点から次回前記スイッチングトランジスタがOFFに制御されるまでの間に、前記サンプリングした前記信号に対応した前記第1、第2及び第3フィードバック電流をホールドする電流ホールド回路を備えていることを特徴とするスイッチング電源装置。 The switching power supply device according to claim 1,
The current limiting feedback circuit samples a signal inversely proportional to the output voltage when the switching transistor is controlled to be OFF when the output voltage becomes equal to or lower than a second output voltage lower than the first output voltage, and A current hold circuit is provided for holding the first, second and third feedback currents corresponding to the sampled signal from the time of sampling until the switching transistor is turned off next time. and switching power supplies.
前記電流ホールド回路は、前記出力電圧が前記第2出力電圧よりも低い所定の電圧以下になると、前記第1、第2及び第3フィードバック電流のホールドが解除され、前記第1、第2及び第3フィードバック電流は前記出力電圧に逆比例して出力することを特徴とするスイッチング電源装置。 In the switching power supply device according to claim 9,
The current hold circuit releases hold of the first, second and third feedback currents when the output voltage becomes equal to or lower than a predetermined voltage lower than the second output voltage. 3. A switching power supply device characterized in that the feedback current is output in inverse proportion to the output voltage.
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