JPH0313829B2 - - Google Patents

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JPH0313829B2
JPH0313829B2 JP28073085A JP28073085A JPH0313829B2 JP H0313829 B2 JPH0313829 B2 JP H0313829B2 JP 28073085 A JP28073085 A JP 28073085A JP 28073085 A JP28073085 A JP 28073085A JP H0313829 B2 JPH0313829 B2 JP H0313829B2
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JP
Japan
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output
resistor
circuit
voltage
load
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JP28073085A
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Akira Honda
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Nihon Inter Electronics Corp
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Nihon Inter Electronics Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、スイツチングレギユレータに関
し、特にスイツチングレギユレータの出力端子に
接続された負荷が、極端な軽負荷、若しくは無負
荷の場合にも出力電流を一定に保持することがで
きるスイツチングレギユレータに係わる。
[従来の技術] スイツチングレギユレータの一般的な回路例を
第3図に示す。
図において、直流電源VDioは、図示を略した交
流入力を整流して直流とした電源である。この直
流電源VDioに接続されたパルストランスTおよび
主スイツチング素子Qからなる回路により、パル
ストランスTの二次側に、高周波の交流を生成す
る。
そして、この交流を整流回路S、平滑回路Hを
通して出力端子a,b間に所定の定電圧、定電流
の直流出力VOを得る。
ところで、上記の主スイツチング素子Qは、高
速スイツチング動作をさせるので、一般にMOS
−FETが使用される。上記の主スイツチング素
子Qの制御電極には、発振回路X、PWM回路
Y、およびパルス幅増幅回路Zが直列に接続され
ている。
また、前記整流回路Sと平滑回路Hとの間に
は、サンプリング回路Iが、出力端子a,b間に
接続される負荷の変動により直流出力電圧が変化
したときに、前記サンプリング回路I内で設定さ
れた基準電圧と比較し、たとえば、その基準電圧
よりも高い場合に、フオトカプラを形成する前記
サンプリング回路I内に設けた発光ダイオードが
発光するように構成されている。
そして、PWM回路Y内に設けた前記発光ダイ
オードと対を成すフオトカプラのフオトトランジ
シスタが、前記発光ダイオードからの光信号を受
けて導通し、発振回路Xからのパルス幅を変化さ
せたパルス信号を、主スイツチング素子Qに供給
し、この主スイツチング素子Qのオン時間を調整
して、定電圧、定電流の直流出力VOを、出力端
子a,b間に得るようにしている。
次に、上記の発振回路X、およびPWM回路Y
の具体的な回路例を第4図に示す。
上記発振回路Xは、C−MOS−ICから成る
IC1、IC2と抵抗R4,R5、およびコンデンサC2
ら成り、この発振回路Xは数百KHzで動作し、か
つ、前記発振回路Xの出力は、次段のPWM回路
Yの微分回路に入力されるように構成してある。
すなわち、PWM回路は、C−MOS−ICから
なるIC3と、第1の抵抗R2に直列に、前記直流出
力VOが所定電圧値以上になつたときに、低イン
ピーダンスに移行する素子、すなわち、ここでは
前記フオトカプラのフオトダイオードと対を成す
フオトトランジスタLTRが接続されたR2−LTR
列体と、このR2−LTR直列体に並列接続された
第2の抵抗としての微分抵抗R1と、これら第1
の抵抗R2および微分抵抗R1と接続された微分回
路を構成するコンデンサC1とを備えている。こ
のPWM回路Yに前記発振回路Xの出力が入力さ
れるものである。
上記の構成において、いま、たとえば、出力端
子a,b間の直流出力電圧が、サンプリング回路
Iの基準電圧よりも高くなつたとすると、サンプ
リング回路Iに内蔵されたフオトダイオードが発
光し、その光信号をPWM回路Yのフオトトラン
ジスタLTRに送出する。
この光信号により、フオトトランジスタLTR
導通し、微分抵抗R1の抵抗値を下げる結果、コ
ンデンサC1と微分抵抗R1で形成れる微分回路の
放電時定数が小さくなる。この様子を第5図に示
す。
すなわち、第5図aは、微分抵抗R1の両端電
圧の時間経過に伴う波形変化の状態を示し、出力
端子a,b間に接続される負荷が、軽負荷、若し
くは無負荷の場合の微分抵抗R1の両端電圧の電
圧波形を点線で示している。また、実線の波形
は、最大負荷時の微分抵抗R1の両端電圧の電圧
波形を示している。
第5図bは、C−MOS−ICであるIC3の出力電
圧波形を示す。
この図bでは、前記IC3のスレツシユホールド
電圧(Vth)は、安定動作の理由から制御回路の
電源電圧(VDDの1/2になるように設定されてい
るので、IC3の出力電圧波形は、実線で示す最大
負荷時よりも破線で示す軽負荷、若しくは無負荷
時の方が出力パルス幅が広くなることを示してい
る。
第5図cは、主スイツチング素子Q、ここで
は、、MOS−FETのゲート−ソース間に加わる
電圧波形を示し、最大負荷時には、実線で示すよ
うにゲートに加えるパルスのパルス幅を広く、逆
に軽負荷、若しくは無負荷の時には、点線で示す
ようにそのパルス幅を狭くし、直流出力が一定に
なるように作用する。
[発明が解決しようとする問題点] 従来のスイツチングレギユレータは、PWM回
路Yに、C−MOS−ICであるIC3を使用し、この
IC3のスレツシユホールド電圧(Vth)が、電源
電圧(VDD)のほぼ1/2になるという性質を利用
したものであるため、フオトカプラを構成するフ
オトトランジスタLTRのコレクタ−エミツタ間の
等価抵抗が大幅に下がつても、どうしてもR1
両端電圧が、前記のIC3のスレツシユホールド電
圧(Vth)以上になる期間が残つてしまう。その
ため、出力パルス幅、すなわち、主スイツチング
素子Qのオン期間を、一定値以下に短縮すること
ができず、その結果、直流出力電圧が上昇してし
まうという問題点があつた。
[発明の目的] この発明は、上記のような問題点を解決するた
めになされたもので、極端な軽負荷、若しくは無
負荷の場合にも、直流出力電圧を一定に維持する
ことができるスイツチングレギレータを得ること
を目的とする。
[問題点を解決するための手段] この発明に係るスイツチングレギレータは、発
振回路の出力側と、PWM回路の入力側との間
に、出力パルス幅絞り込み用抵抗を接続したもの
である。
[作用] この発明のスイツチングレギレータにおいて
は、前記出力パルス幅絞り込み用抵抗により、ス
イツチングレギユレータに接続される負荷が、極
端な軽負荷、若しくは無負荷の場合には、前記
PWM回路から出力されるパルス幅を零近傍、若
しくは零まで絞り込み、主スイツチング素子Qの
オン期間を、一定値以下に短縮し、直流出力電圧
を一定値にするように作用する。
[実施例] 以下に、この発明の一実施例を、第1図および
第2図を参照して説明する。
第1図は、この発明のスイツチングレギレータ
に使用される発振回路XとPWM回路Yの構成例
を示し、従来のスイツチングレギレータに使用さ
れるものと、回路構成要素は同一であるが、この
発明では、上記発振回路Xの出力側と、PWM回
路Yの入力側との間に、出力パルス幅絞り込み用
抵抗ROを接続している点が異なつている。
上記出力パルス幅絞り込み用抵抗ROの挿入に
より、PWM回路Yのフオトカプラを構成するフ
オトトランジスタTRに、コレクタ電流が流れな
い状態における微分抵抗R1の両端電圧のピーク
値に比較し、前記フオトトランジスタLTRが、ほ
ぼ飽和状態に状態にある時の微分抵抗R1の両端
電圧のピーク値を、十分低く、かつ、C−MOS
−ICであるIC3のスレツシユホールド電圧(Vth)
以下にすることが可能となる。
上記により、主スイツチング素子Qのオン期間
を、原理上、零まで絞り込むことができ、スイツ
チングレギレータの出力端子a,bに接続される
負荷が軽負荷、若しくは無負荷時であつても、直
流出力電圧を一定に維持することができる。
さらに、この発明の詳細を、以下の計算式を合
照して述べる。
まず、微分抵抗R1、フオトトランジスタLTR
およびこのフオトトランジスタLTRに接続された
抵抗R2からなる回路の合成抵抗を、Rdiff1とする
と、 Rdiff1=R1・(RCE+R2)/R1+RCE+R2 ……… となる。
ここで、RCE;フオトトランジスタLRの等価抵
抗とする。
つぎに、微分抵抗R1の両端に発生する電圧の
ピーク値をVRdiff-p1とすると、VRdiff-p1は、上
記式のRdiff1の値を代入して次式より求まる。
VRdiff-p1=Rdiff1/Rdiff1+RO+RIC2 ……… ここで、RIC2;IC2の出力インピーダンスとす
る。
したがつて、直流出力の誤差電流が、サンプリ
ング回路Iのフオトカプラのフオトダイオードに
流れ、その結果、PWM回路Yのフオトトランジ
スタLTRの等価抵抗RCEが低下すると、前記合成
抵抗Rdiff1が低下し、微分抵抗R1の両端電圧のピ
ーク値VRdiff-p1が低下することとなる。
一方、従来のスイツチングレギレータでは、出
力パルス幅絞り込み用抵抗ROがなく、しかもIC2
の出力インピーダンスRIC2が比較的小さいため
に、、微分抵抗R1の両端電圧のピーク値VRdiff-p
の低下が少なく、IC3のスレツシユホールド電圧
(Vth)以下にならない。
次に、フオトトランジスタLTRが飽和状態にあ
る時、前記合成抵抗Rdiff2は、近似的に次式によ
り求められる。
Rdiff2=R1・R2/R1+R2 ……… そして、この時の微分抵抗R1のピーク値
VRdiff-p2は、式の結果を利用して、次式より
求められる。
VRdiff-p2=Rdiff2/Rdiff2+RO+RIC2・VDD………
以上の〜式から以下の関係が成立する。
VRdiff-p2<Vth<VRdiff-p1 ……… 上記の式の関係を維持することによつて、定
格負荷から軽負荷、若しくは無負荷時まで、直流
出力をほぼ一定に維持することができる。すなわ
ち、具体的には、出力パルス幅絞り込み用抵抗
ROの値を、上記式の関係を満足するような範
囲に定めれば良いことになる。
なお、最大負荷時にも直流出力電圧を一定に保
つためには、フオトトランジスタLTRにコレクタ
電流が流れない状態において、主スイツチング素
子Qの最大オン時間付近で、微分抵抗R1の両端
電圧が、IC3のスレツシユホールド電圧Vth程度に
なるように、前記出力パルス幅絞り込み用抵抗
RO、コンデンサC1、および微分抵抗R1の定数を
選ぶ必要があることは言うまでもない。次に、第
2図a〜cに、従来のスイツチングレギレータの
各部の動作波形を示す第5図a〜cに対応するこ
の発明におけるスイツチングレギレータの各部の
動作波形を示す。
同図から明らかのように、スイツチングレギレ
ータの出力端子a,bに接続される負荷が、軽負
荷、無負荷時においては、前記出力パルス幅絞り
込み用抵抗ROによつて、PWM回路Yから出力さ
れるパルス幅を零近傍、若しくは零まで絞り込
み、主スイツチング素子Qのオン期間を、一定値
以下に短縮し、直流出力電圧を一定値になるよう
に作用するものである。
[発明の効果] 以上のように、この発明に係るスイツチングレ
ギレータは、その内部回路としの発振回路と、
PWM回路との間に出力パルス幅絞り込み用抵抗
を挿入する構成としたので、極端な軽負荷、若し
くは無負荷の場合にも、直流出力電圧を一定に維
持することができるほど優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の一実施例を示すスイツチ
ングレギレータにおける発振回路とPWM回路と
の回路構成図、第2図は、上記PWM回路の微分
抵抗の両端電圧、C−MOS−ICの出力電圧、お
よび上記PWM回路からの出力を受ける主スイツ
チング素子のゲート−ソース間電圧のそれぞれの
変化の状態を示す波形図、第3図は、スイツチン
グレギレータの全体の概略構成を示すブロツク回
路図、第4図は、従来のスイツチングレギレータ
における発振回路とPWM回路との回路構成図、
第5図は、上記従来のPWM回路の微分抵抗の両
端電圧、C−MOS−ICの出力電圧、および上記
PWM回路からの出力を受ける主スイツチング素
子のゲート−ソース間電圧のそれぞれの変化の状
態を示す波形図である。 図において、X……発振回路、Y……PWM回
路、RO……出力パルス幅絞り込み用抵抗、C1
…コンデンサ、R1……微分抵抗、IC3……C−
MOS−IC,Q……主スイツチング素子である。
なお、各図中、同一符号は、同一または相当部分
を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 直流電源からの直流を、パルストランスの一
    次側に接続した主スイツチング素子に供給し、こ
    の主スイツチング素子のオン、オフ動作により、
    前記パルストランスの二次側に交流を発生させ、
    この交流を整流して直流出力を得る変換手段と、
    前記主スイツチング素子の制御電極には、発振回
    路およびPWM回路が接続され、このPWM回路
    は、第1の抵抗に直列に、前記直流出力が所定電
    圧値以上になつたときに、低インピーダンスに移
    行する素子が接続された直列体と、この直列体に
    並列接続された第2の抵抗と、これら第1の抵抗
    および第2の抵抗と接続された微分回路を構成す
    るコンデンサとから成り、前記変換手段により直
    流出力の電圧をサンプリングして、前記PWM回
    路に帰還し、前記主スイツチング素子のオン、オ
    フ時間を制御し、前記直流出力を一定にするレギ
    ユレート手段とを有するスイツチングレギユレー
    タにおいて、 前記スイツチングレギユレータに接続される負
    荷が、軽負荷、若しくは無負荷になり直流出力が
    所定電圧値以上になつたときに、前記微分回路の
    抵抗両端電圧が最大負荷時の1/2以下となるよう
    に、前記発振回路の出力側と前記PWM回路の入
    力側との間に、出力パルス幅絞り込み用抵抗を接
    続したことを特徴とするスイツチングレギユレー
    タ。
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JPH07118918B2 (ja) * 1989-01-26 1995-12-18 三菱電機株式会社 Dc/dc電源装置

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