JPH04175908A - スイッチング・レギュレータ - Google Patents
スイッチング・レギュレータInfo
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- JPH04175908A JPH04175908A JP2302777A JP30277790A JPH04175908A JP H04175908 A JPH04175908 A JP H04175908A JP 2302777 A JP2302777 A JP 2302777A JP 30277790 A JP30277790 A JP 30277790A JP H04175908 A JPH04175908 A JP H04175908A
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
- H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
- H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
- H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
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- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
- H02M1/0032—Control circuits allowing low power mode operation, e.g. in standby mode
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
- Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
- Control Of Voltage And Current In General (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
この発明は、安定化電源として動作する昇圧型、降圧型
、フライバック型スイッチング・レギュレータ、特に、
動作モードを検出し、かつ検出した動作モードに応じて
ループ・ゲインを制御するスイツチング・レギュレータ
に関するものである。
、フライバック型スイッチング・レギュレータ、特に、
動作モードを検出し、かつ検出した動作モードに応じて
ループ・ゲインを制御するスイツチング・レギュレータ
に関するものである。
[従来の技術]
第10図は、従来の昇圧型チョッパ式スイッチング・レ
ギュレータ(以下、昇圧型レギュレータと略す、なお、
昇圧型とは入力電圧よりも出力電圧が高いものをいう、
)を一部ブロック図で示す標準的な回路図である。
ギュレータ(以下、昇圧型レギュレータと略す、なお、
昇圧型とは入力電圧よりも出力電圧が高いものをいう、
)を一部ブロック図で示す標準的な回路図である。
この第10図において、(1)は電源入力端である。(
2)はスイッチング手段、例えばこの場合はNPN型の
スイッチング・トランジスタ(以下、スイッチングTR
と略す、)であって、エミッタが接地されている。(3
)は例えばチョークであって、一端が電源入力端(1)
に接続されかつ他端がスイッチングTR(2)のコレク
タに接続されている。(4)はダイオードであって、ア
ノードがスイッチングTR(2)のコレクタとチョーク
(3)の接続点Pに接続されている。(5)は出力コン
デンサであって、一方の電極がダイオード(4)のカソ
ードに接続されかつ他方の電極が接地されている。なお
、出力コンデンサ(5)は、チョーク(3)およびダイ
オードく4)と共にエネルギー蓄積手段を構成する。(
6)は電源出力端であって、ダイオード(4)のカソー
ドと出力コンデンサ(5)の接続点に接続されている。
2)はスイッチング手段、例えばこの場合はNPN型の
スイッチング・トランジスタ(以下、スイッチングTR
と略す、)であって、エミッタが接地されている。(3
)は例えばチョークであって、一端が電源入力端(1)
に接続されかつ他端がスイッチングTR(2)のコレク
タに接続されている。(4)はダイオードであって、ア
ノードがスイッチングTR(2)のコレクタとチョーク
(3)の接続点Pに接続されている。(5)は出力コン
デンサであって、一方の電極がダイオード(4)のカソ
ードに接続されかつ他方の電極が接地されている。なお
、出力コンデンサ(5)は、チョーク(3)およびダイ
オードく4)と共にエネルギー蓄積手段を構成する。(
6)は電源出力端であって、ダイオード(4)のカソー
ドと出力コンデンサ(5)の接続点に接続されている。
(7)は基準電圧源であって、′負端子が接地されてい
る。(8)は誤差増幅器であって、正の信号入力端子が
ダイード〈4)のカソード、出力コンデンサ(5)の一
方の電極および電源出力端(6)に接続されかつ負の信
号入力端子は基準電圧源(7)の正端子に接続されてい
る。(9)は基準発振器である。(10)はpWM (
パルス幅変調)コンパレータであって、正の信号入力端
子が基準発振器(9)の信号出力端子に接続されかつ負
の信号入力端子が誤差増幅器(8)の信号出力端子に接
続されている。(11)はベース抵抗であって、PWM
コンパレータ(10)の信号出力端子とスイッチングT
R(2)のベースとの間に接続されている。
る。(8)は誤差増幅器であって、正の信号入力端子が
ダイード〈4)のカソード、出力コンデンサ(5)の一
方の電極および電源出力端(6)に接続されかつ負の信
号入力端子は基準電圧源(7)の正端子に接続されてい
る。(9)は基準発振器である。(10)はpWM (
パルス幅変調)コンパレータであって、正の信号入力端
子が基準発振器(9)の信号出力端子に接続されかつ負
の信号入力端子が誤差増幅器(8)の信号出力端子に接
続されている。(11)はベース抵抗であって、PWM
コンパレータ(10)の信号出力端子とスイッチングT
R(2)のベースとの間に接続されている。
第11図はPWMコンパレータ(10)の動作原理を説
明するための波形図である。この第11図には、PWM
コンパレータ(10)へ入力される、基準発信器(9)
の出力信号■。8eおよび誤差増幅器(8)の出力信号
■、rの波形に対するPWMコンパレータ(10)の出
力信号vPの波形が示されており、破線W(、W2は、
それぞれ、負荷電流が増加して電源出力端(6)での電
源出力電圧V0が低下したときの誤差増幅器(8)の出
力信号■、rの波形、PWMコンパレータ(10)の出
力信号VPの波形である。
明するための波形図である。この第11図には、PWM
コンパレータ(10)へ入力される、基準発信器(9)
の出力信号■。8eおよび誤差増幅器(8)の出力信号
■、rの波形に対するPWMコンパレータ(10)の出
力信号vPの波形が示されており、破線W(、W2は、
それぞれ、負荷電流が増加して電源出力端(6)での電
源出力電圧V0が低下したときの誤差増幅器(8)の出
力信号■、rの波形、PWMコンパレータ(10)の出
力信号VPの波形である。
第12図は第10図の回路における(a>断続モード時
と(b)連続モード時の各部の出力信号のを示す波形図
である。同図(ア)はPWMコンパレータ(10)の出
力信号Vpの波形、同図(イ)は接続点Pの電圧■。の
波形、同図(つ)はチョーク(3)の電流I chの波
形である。同図(1)はスイッチングTR(2)のコレ
クタ電流I trの波形であり、ハツチングされた面積
の時間平均は負荷への出力電力に比例する。また、破線
は負荷電流が増加した場合の波形である。
と(b)連続モード時の各部の出力信号のを示す波形図
である。同図(ア)はPWMコンパレータ(10)の出
力信号Vpの波形、同図(イ)は接続点Pの電圧■。の
波形、同図(つ)はチョーク(3)の電流I chの波
形である。同図(1)はスイッチングTR(2)のコレ
クタ電流I trの波形であり、ハツチングされた面積
の時間平均は負荷への出力電力に比例する。また、破線
は負荷電流が増加した場合の波形である。
次に、第10図のように構成された従来の昇圧型レギュ
レータの動作について説明する。
レータの動作について説明する。
誤差増幅器(8)は電源出力端(6)での電源出力電圧
v0と基準電圧源(7)の基準電圧■1との差を増幅し
て第11図に示されたような出力信号■、1を出力する
。基準発振器(9)は第11図に示されたような鋸波状
の出力信号V。8cを出力する。PWMコンパレータ(
10)はこれら■。、Cと■、1の大小を比較して出力
信号■、をベース抵抗(11)を介してスイッチングT
R(2)のベースへ出力する。ここでは、基準発振器(
9)の出力信号V o s aが誤差増幅器(8)の出
力信号■orよりも大きいときにPWMコンパレータ(
10)の出力信号■、が2°値出力1になってスイッチ
ングTR(2)をオンにし、基準発振器(9)の出力信
号■。scが誤差増幅器(8)の出力信号V erより
も小さいときにPWMコンパレータ(10)の出力信号
Vpが2値出力OになってスイッチングTR(2)をオ
フにする。
v0と基準電圧源(7)の基準電圧■1との差を増幅し
て第11図に示されたような出力信号■、1を出力する
。基準発振器(9)は第11図に示されたような鋸波状
の出力信号V。8cを出力する。PWMコンパレータ(
10)はこれら■。、Cと■、1の大小を比較して出力
信号■、をベース抵抗(11)を介してスイッチングT
R(2)のベースへ出力する。ここでは、基準発振器(
9)の出力信号V o s aが誤差増幅器(8)の出
力信号■orよりも大きいときにPWMコンパレータ(
10)の出力信号■、が2°値出力1になってスイッチ
ングTR(2)をオンにし、基準発振器(9)の出力信
号■。scが誤差増幅器(8)の出力信号V erより
も小さいときにPWMコンパレータ(10)の出力信号
Vpが2値出力OになってスイッチングTR(2)をオ
フにする。
いま、例えば負荷電流が増加して電源出力端(6)での
電源出力電圧■。が低下したとする。
電源出力電圧■。が低下したとする。
このとき、誤差増幅器(8)の出力信号■6rは第11
図の破線W1で示されたように低下するので、PWMコ
ンパレータ(10)の出力信号■2が2値出力1のとき
のデユーティは第11図の破線w2で示されたように増
加する。このことによってスイッチングTR(2)のオ
ンデユーテイが大きくなり、チョーク(3)および出力
コンデンサ(5)に蓄えられるエネルギーが増大する。
図の破線W1で示されたように低下するので、PWMコ
ンパレータ(10)の出力信号■2が2値出力1のとき
のデユーティは第11図の破線w2で示されたように増
加する。このことによってスイッチングTR(2)のオ
ンデユーテイが大きくなり、チョーク(3)および出力
コンデンサ(5)に蓄えられるエネルギーが増大する。
スイッチングTR(2)がオフになると、チョーク(3
)および出力コンデンサ(5)に蓄えられたエネルギー
は電源入力端(1)からのエネルギーに重畳されて電源
出力端(6)へ伝送され、その電源出力電圧■。を高め
ようとする。
)および出力コンデンサ(5)に蓄えられたエネルギー
は電源入力端(1)からのエネルギーに重畳されて電源
出力端(6)へ伝送され、その電源出力電圧■。を高め
ようとする。
以上が昇圧型レギュレータの基本動作である。
このようなスイッチング動作の繰り返し中に、第12図
(つ)に示されたように、チョーク(3)の電流I c
hがOになる期間が存在する断続モードと、全繰り返し
期間を通じてI chがOになることのない連続モード
の2つの動作モードが存在す、る。
(つ)に示されたように、チョーク(3)の電流I c
hがOになる期間が存在する断続モードと、全繰り返し
期間を通じてI chがOになることのない連続モード
の2つの動作モードが存在す、る。
負荷が軽いときは断続モードで動作し、負荷が重いとき
は連続モードで動作する。負荷電流が増加して負荷の消
費電力が例えば2倍になったとすると、第12図の破線
で示されたように、断続モードでは出力電力を2倍にす
るためにスイッチングTR(2)のオンデユーテイが2
倍になり、他方、連続モードではオンデユーテイは僅か
に増加するだけであってチョーク(3)の電流I ch
、スイ・ノチンッグTR(2)のコレクタ電流I tr
が増加することによって支配的に出力電力を増大させて
いる。
は連続モードで動作する。負荷電流が増加して負荷の消
費電力が例えば2倍になったとすると、第12図の破線
で示されたように、断続モードでは出力電力を2倍にす
るためにスイッチングTR(2)のオンデユーテイが2
倍になり、他方、連続モードではオンデユーテイは僅か
に増加するだけであってチョーク(3)の電流I ch
、スイ・ノチンッグTR(2)のコレクタ電流I tr
が増加することによって支配的に出力電力を増大させて
いる。
以上、エネルギー蓄積手段中にチョーク(3)を用いた
チョッパ式レギュレータについて説明したが、トランス
を用いたフライバック型レギュレータも存在し、これも
同様の動作原理であるので説明は省略する。
チョッパ式レギュレータについて説明したが、トランス
を用いたフライバック型レギュレータも存在し、これも
同様の動作原理であるので説明は省略する。
第13図は、従来の降圧型チョッパ式スイッチング・レ
ギュレータ(以下、降圧型レギュレータと略す、降圧型
とは入力電圧よりも出力電圧か低いものをいう、)を一
部ブロック図で示す標準的な回路図である。
ギュレータ(以下、降圧型レギュレータと略す、降圧型
とは入力電圧よりも出力電圧か低いものをいう、)を一
部ブロック図で示す標準的な回路図である。
この第13図において、(1)および(3)〜(11)
は第10図について説明したものと同じである。(2A
)は例えばPNP型のスイッチングトランジスタ(以下
、スイッチングTRと略す、)であって、エミッタが電
源入力端(1)に接続されている。(12)は例えばN
PN型のドライブ・トランジスタ(以下、ドライブTR
と略す、)であって、エミッタが接地されかつベースが
ベース抵抗に接続されている。(13)はベース抵抗で
あって、スイッチングTR(2A)のベースとドライブ
TR(12)のコレクタとの間に接続されている。なお
、これら構成部品(2A)、(12)および(13)は
スイッチング手段を構成する。エネルギー蓄積手段の一
部を構成するチョーク(3)は、ここではその一端がス
イッチングTR(2A)のコレクタに接続されかつその
他端が電源出力端(6)に接続されている。エネルギー
蓄積手段の一部を構成するダイオードはここではそのア
ノードが接地されかつそのカソードがスイッチングTR
(2A)のコレクタとチョーク(3)の一端との接続点
Qに接続されている。
は第10図について説明したものと同じである。(2A
)は例えばPNP型のスイッチングトランジスタ(以下
、スイッチングTRと略す、)であって、エミッタが電
源入力端(1)に接続されている。(12)は例えばN
PN型のドライブ・トランジスタ(以下、ドライブTR
と略す、)であって、エミッタが接地されかつベースが
ベース抵抗に接続されている。(13)はベース抵抗で
あって、スイッチングTR(2A)のベースとドライブ
TR(12)のコレクタとの間に接続されている。なお
、これら構成部品(2A)、(12)および(13)は
スイッチング手段を構成する。エネルギー蓄積手段の一
部を構成するチョーク(3)は、ここではその一端がス
イッチングTR(2A)のコレクタに接続されかつその
他端が電源出力端(6)に接続されている。エネルギー
蓄積手段の一部を構成するダイオードはここではそのア
ノードが接地されかつそのカソードがスイッチングTR
(2A)のコレクタとチョーク(3)の一端との接続点
Qに接続されている。
第14図は第13図の回路における(a)断続モード時
と(b)連続モード時の各部の出力信号を示す波形図で
ある。同図(ア)はPWMコンパレータ(10)の出力
信号■、の波形、同図(イ)は接続点Qの電圧■ゆの波
形、同図(つ)はチョーク(3)の電流I chの波形
である。同図く工)はスイッチングTR(2A)のコレ
クタ電流r trの波形であり、ハツチングされた面積
の時間平均は負荷への出力電力に比例する。また、破線
は負荷電流が増加した場合の波形である。
と(b)連続モード時の各部の出力信号を示す波形図で
ある。同図(ア)はPWMコンパレータ(10)の出力
信号■、の波形、同図(イ)は接続点Qの電圧■ゆの波
形、同図(つ)はチョーク(3)の電流I chの波形
である。同図く工)はスイッチングTR(2A)のコレ
クタ電流r trの波形であり、ハツチングされた面積
の時間平均は負荷への出力電力に比例する。また、破線
は負荷電流が増加した場合の波形である。
次に、第13図のように構成された従来の降圧型レギュ
レータの動作について説明する。
レータの動作について説明する。
第10図に示した従来の昇圧型レギュレータの場合と同
様に、誤差増幅器(8)は電源出力端(6)での電源出
力電圧■。と基準電圧源(7)からの基準電圧■、との
差を増幅して第11図に示されたような出力信号■、1
を出力する。PWMコンパレータ(10)はこれら出力
信号V b s cとv、rの大小を比較して出力信号
V、をベース抵抗(11)を介してドライブTR(12
)のベースへ出力する。ここでは、基準発信機(9)の
出力信号■。、。が誤差増幅器(8)の出力信号V、r
よりも大きいときにPWMコンパレータ(10)の出力
信号V、が2値出力1になってドライブTR(12)を
オンにし、もってスイッチングTR(2A)をオンにし
、基準発信機(9)の出力信号■。、eが誤差増幅器(
8)の出力信号v、rよりも小さいときにPWMコンパ
レータ(10)の出力信号V、が2値出力0になってド
ライブTR(12)をオフにし、もってスイッチングT
R(2A)をオフにする。
様に、誤差増幅器(8)は電源出力端(6)での電源出
力電圧■。と基準電圧源(7)からの基準電圧■、との
差を増幅して第11図に示されたような出力信号■、1
を出力する。PWMコンパレータ(10)はこれら出力
信号V b s cとv、rの大小を比較して出力信号
V、をベース抵抗(11)を介してドライブTR(12
)のベースへ出力する。ここでは、基準発信機(9)の
出力信号■。、。が誤差増幅器(8)の出力信号V、r
よりも大きいときにPWMコンパレータ(10)の出力
信号V、が2値出力1になってドライブTR(12)を
オンにし、もってスイッチングTR(2A)をオンにし
、基準発信機(9)の出力信号■。、eが誤差増幅器(
8)の出力信号v、rよりも小さいときにPWMコンパ
レータ(10)の出力信号V、が2値出力0になってド
ライブTR(12)をオフにし、もってスイッチングT
R(2A)をオフにする。
いま、例えば負荷電流が増加して電源出力端(6)での
電源出力電圧■。が低下したとする。
電源出力電圧■。が低下したとする。
このとき、誤差増幅器(8)の出力信号V e rは第
11図の破線w、で示されたように低下するので、PW
Mコンパレータ(10)の出力信号Vpが2値出力1の
ときのデユーティは第11図の破線w2で示されたよう
に増加する。このことによってスイッチングTR(2A
)のオンデユーテイが大きくなり、チョーク(3)およ
び出力コンデンサ(5)に蓄えられるエネルギーが増大
し、これによってスイッチングTR(2)がオフのとき
に電源出力電圧■。を高めようとする。
11図の破線w、で示されたように低下するので、PW
Mコンパレータ(10)の出力信号Vpが2値出力1の
ときのデユーティは第11図の破線w2で示されたよう
に増加する。このことによってスイッチングTR(2A
)のオンデユーテイが大きくなり、チョーク(3)およ
び出力コンデンサ(5)に蓄えられるエネルギーが増大
し、これによってスイッチングTR(2)がオフのとき
に電源出力電圧■。を高めようとする。
以上が降圧型レギュレータの基本動作であり、そのスイ
ッチング動作は第14図に示す通りである。
ッチング動作は第14図に示す通りである。
[発明が解決しようとする課題]
上述したような従来の昇圧型レギュレータや降圧型レギ
ュレータは、出力部に容量負荷が接続された負帰還増幅
器を構成する安定化電源であり、出力電力を一定値増加
させるために必要なオンデユーテイの変化量は断続モー
ド時の方が連続モード時よりもかなり大きく、また、こ
のとき連続モード時のループ・ゲインは断続モード時の
それに比べてはるかに大きく、実験結果によればその違
いはたいてい10倍以上にもなる。負荷変動や入力変動
に対して出力電圧を極カ一定に保つためには、ループ・
ゲイン、特に低域でのループ・ゲインは高い方がよく、
このために通常、誤差増幅器は低域でのループ・ゲイン
を上げるような周波数特性にされている。しかし、この
ことはループ内において誤差増幅器と出力コンデンサの
2箇所で位相を遅らせることになるので、動作モードが
変化してループ・ゲインが大きく変わるような系では帰
還系の安定度確保が難しい、逆に、帰還系の安定度を上
げると、一般に高い周波数領域でのループ・ゲインが低
下して出力抵抗が増加するので、負荷の急激な変動に対
する出力の変動量が増え(負荷変動特性の低下)、性能
が低下するという問題点があった。
ュレータは、出力部に容量負荷が接続された負帰還増幅
器を構成する安定化電源であり、出力電力を一定値増加
させるために必要なオンデユーテイの変化量は断続モー
ド時の方が連続モード時よりもかなり大きく、また、こ
のとき連続モード時のループ・ゲインは断続モード時の
それに比べてはるかに大きく、実験結果によればその違
いはたいてい10倍以上にもなる。負荷変動や入力変動
に対して出力電圧を極カ一定に保つためには、ループ・
ゲイン、特に低域でのループ・ゲインは高い方がよく、
このために通常、誤差増幅器は低域でのループ・ゲイン
を上げるような周波数特性にされている。しかし、この
ことはループ内において誤差増幅器と出力コンデンサの
2箇所で位相を遅らせることになるので、動作モードが
変化してループ・ゲインが大きく変わるような系では帰
還系の安定度確保が難しい、逆に、帰還系の安定度を上
げると、一般に高い周波数領域でのループ・ゲインが低
下して出力抵抗が増加するので、負荷の急激な変動に対
する出力の変動量が増え(負荷変動特性の低下)、性能
が低下するという問題点があった。
上述したような、動作モードの変化によって生じる帰還
系の安定度の低下や性能の低下をおさえるために、従来
どちらかのモードだけで動作させることも行われていた
。この場合、負荷や入力電圧の変動が小さければどちら
がのモードだけで動作させることは設計上可能であり、
安定度と性能を両立させることは容易である。しがし、
負荷や入力電圧の変動が大きいときは、例えば、断続モ
ードだけで動作するように設計すると、電源の出力抵抗
を低下させるために極めて大きな容量の出力コンデンサ
を用いることが多く、コンデンサの大型化のために電源
の占有体積が増大してしまう。
系の安定度の低下や性能の低下をおさえるために、従来
どちらかのモードだけで動作させることも行われていた
。この場合、負荷や入力電圧の変動が小さければどちら
がのモードだけで動作させることは設計上可能であり、
安定度と性能を両立させることは容易である。しがし、
負荷や入力電圧の変動が大きいときは、例えば、断続モ
ードだけで動作するように設計すると、電源の出力抵抗
を低下させるために極めて大きな容量の出力コンデンサ
を用いることが多く、コンデンサの大型化のために電源
の占有体積が増大してしまう。
他方、連続モードだけで動作させると、チョークや出力
コンデンサのリップル電流すなわちリップル量を小さく
でき、ピークを流が小さいことからチョークを小型化で
きるというメリットがあるが、仮に本来の負荷電流がO
であっても断続モードの発生を押さえるためC+比出力
無駄な電流を流すことになるので電源の変換効率が低下
するという問題点があった。
コンデンサのリップル電流すなわちリップル量を小さく
でき、ピークを流が小さいことからチョークを小型化で
きるというメリットがあるが、仮に本来の負荷電流がO
であっても断続モードの発生を押さえるためC+比出力
無駄な電流を流すことになるので電源の変換効率が低下
するという問題点があった。
この発明は、このような問題点を解決するためになされ
たものであり、動作モードが切り替わっても帰還系の安
定度を確保し、かつ性能を低下させることがなく、負荷
や入力電圧の変動幅を広く許容するスイッチング・レギ
ュレータを得ることを目的とする。
たものであり、動作モードが切り替わっても帰還系の安
定度を確保し、かつ性能を低下させることがなく、負荷
や入力電圧の変動幅を広く許容するスイッチング・レギ
ュレータを得ることを目的とする。
[課題を解決するための手段]
この発明に係るスイッチング・レギュレータは、スイッ
チング手段の出力信号と所定の第1のしきい値とを比較
し、この比較の結果とPWMコンパレータの出力信号と
の一致または不一致を検出し、この検出結果を平均化す
るデユーティ検出手段と、このデユーティ検出手段の出
力信号と所定の第2のしきい値とを比較し、この比較の
結果から断続モードか連続モードかの動作モードを示す
信号を出力するレベル コンパレータと、上記動作モー
ドを示す信号に応じて、帰還率を選択するゲイン切り替
えスイッチ、および上記帰還率に基づいた第3のしきい
値と上記負荷への出力電圧との大小を比較し、その結果
を上記PWMコンパレータおよび上記ゲイン切り替えス
イッチへ出力する差動増幅器を含む誤差増幅器とを備え
たものである。
チング手段の出力信号と所定の第1のしきい値とを比較
し、この比較の結果とPWMコンパレータの出力信号と
の一致または不一致を検出し、この検出結果を平均化す
るデユーティ検出手段と、このデユーティ検出手段の出
力信号と所定の第2のしきい値とを比較し、この比較の
結果から断続モードか連続モードかの動作モードを示す
信号を出力するレベル コンパレータと、上記動作モー
ドを示す信号に応じて、帰還率を選択するゲイン切り替
えスイッチ、および上記帰還率に基づいた第3のしきい
値と上記負荷への出力電圧との大小を比較し、その結果
を上記PWMコンパレータおよび上記ゲイン切り替えス
イッチへ出力する差動増幅器を含む誤差増幅器とを備え
たものである。
[作用]
この発明においては、断続モードか連続モードかの動作
モードを検出し、この動作モードを示す信号によって負
荷や入力電圧の変動に対して常に最適なループ・ゲイン
になるように制御する。
モードを検出し、この動作モードを示す信号によって負
荷や入力電圧の変動に対して常に最適なループ・ゲイン
になるように制御する。
[実施例]
以下、この発明の第1の実施例の構成を説明する。
第1図はこの発明の第1の実施例である昇圧型スイッチ
ング レギュレータを一部ブロック図で示す回路図であ
る。この第1図において、(1)〜(7)および(9)
〜(11)は第10図の従来例に示されているものと同
じであるので、ここでは説明を省略する。(8A)は誤
差増幅器である。この誤差増幅器(8A)において、(
8a)は抵抗値がR3の抵抗であって、一端が基準電圧
源(7)の正端子に接続されている。(8b)は抵抗値
がR2の抵抗であって、一端が抵抗(8a)の他端に接
続されている。(8c)はゲイン切り替えスイッチであ
って、一方の信号入力端子が抵抗(8a)と(8b)の
接続点に接続されかつ他方の信号入力端子が抵抗(8b
)の他端に接続されている。(8d)は差動増幅器であ
って、正の信号入力端子がダイオード(4)のカソード
、出力コンデンサ(5)の一方の電極および電源出力f
4A(6)の接続点Pに接続され、負の信号入力端子が
ゲイン切り替えスイッチ(8C)の信号出力端子に接続
されている。(8e)は容量がCIのコンデンサであっ
て、一方の電極が抵抗(8b)の他端とゲイン切り替え
スイッチ(8c)の他方の信号入力端子の接続点に接続
されており、他方の電極が差動増幅器(8d)の信号出
力端子とPWMコンパレータ(10)の負の信号入力端
子の接続点に接続されている。誤差増幅器(8A)は、
コンデンサ(8e)、抵抗(8b)、ゲイン切り替えス
イッチ(8c)を介して差動増幅器(8d)に帰還をか
けて所望の閉ループ特性を得る。
ング レギュレータを一部ブロック図で示す回路図であ
る。この第1図において、(1)〜(7)および(9)
〜(11)は第10図の従来例に示されているものと同
じであるので、ここでは説明を省略する。(8A)は誤
差増幅器である。この誤差増幅器(8A)において、(
8a)は抵抗値がR3の抵抗であって、一端が基準電圧
源(7)の正端子に接続されている。(8b)は抵抗値
がR2の抵抗であって、一端が抵抗(8a)の他端に接
続されている。(8c)はゲイン切り替えスイッチであ
って、一方の信号入力端子が抵抗(8a)と(8b)の
接続点に接続されかつ他方の信号入力端子が抵抗(8b
)の他端に接続されている。(8d)は差動増幅器であ
って、正の信号入力端子がダイオード(4)のカソード
、出力コンデンサ(5)の一方の電極および電源出力f
4A(6)の接続点Pに接続され、負の信号入力端子が
ゲイン切り替えスイッチ(8C)の信号出力端子に接続
されている。(8e)は容量がCIのコンデンサであっ
て、一方の電極が抵抗(8b)の他端とゲイン切り替え
スイッチ(8c)の他方の信号入力端子の接続点に接続
されており、他方の電極が差動増幅器(8d)の信号出
力端子とPWMコンパレータ(10)の負の信号入力端
子の接続点に接続されている。誤差増幅器(8A)は、
コンデンサ(8e)、抵抗(8b)、ゲイン切り替えス
イッチ(8c)を介して差動増幅器(8d)に帰還をか
けて所望の閉ループ特性を得る。
(14)はデユーティ検出器であって、正の信号入力端
子が内部電源の正端子、負端子を介して電源入力端(1
)とチョーク(3)の接続点に接続され、負の信号入力
端子がスイッチングTR(2)のコレクタ、チョーク(
3)の他端およびダイオード(4)のアノードの接続点
に接続されている。
子が内部電源の正端子、負端子を介して電源入力端(1
)とチョーク(3)の接続点に接続され、負の信号入力
端子がスイッチングTR(2)のコレクタ、チョーク(
3)の他端およびダイオード(4)のアノードの接続点
に接続されている。
(15)はEX−OR(排他的論理和)回路であって、
一方の信号入力端子がPWMコンパレータ(10)の信
号出力端子に接続され、他方の信号入力端子がデユーテ
ィ検出器(14)の信号出力端子に接続されている。(
16)はEX−OR回路(15)の出力信号v1.を平
均化する平均化回路、例えばローパスフィルタである。
一方の信号入力端子がPWMコンパレータ(10)の信
号出力端子に接続され、他方の信号入力端子がデユーテ
ィ検出器(14)の信号出力端子に接続されている。(
16)はEX−OR回路(15)の出力信号v1.を平
均化する平均化回路、例えばローパスフィルタである。
(16a)は抵抗値がR3の抵抗であって、一端がEX
−OR回路(15)の信号出力端子に接続される。
−OR回路(15)の信号出力端子に接続される。
(16b)は容量がC2のコンデンサであって、一方の
電極が抵抗(16,)の他端に接続され、他方の電極が
接地されている。なお、これら構成部品(14)〜(1
6)はデユーティ検出手段を構成する。(17)はレベ
ル・コンパレータであって、正の信号入力端子が平均化
回路(16)中の抵抗(16a)とコンデンサ(16b
)の接続点に接続され、負の信号入力端子が内部電源を
介して接地されている。
電極が抵抗(16,)の他端に接続され、他方の電極が
接地されている。なお、これら構成部品(14)〜(1
6)はデユーティ検出手段を構成する。(17)はレベ
ル・コンパレータであって、正の信号入力端子が平均化
回路(16)中の抵抗(16a)とコンデンサ(16b
)の接続点に接続され、負の信号入力端子が内部電源を
介して接地されている。
第2図は、第1図の回路におけるゲイン切り替えスイッ
チ(8c)の状態に応じた誤差増幅器(8A)のゲイン
−周波数特性を示す図である。
チ(8c)の状態に応じた誤差増幅器(8A)のゲイン
−周波数特性を示す図である。
第3図は第1図の回路における(a)断続モード時と(
b)連続モード時の各部の出力信号を示す波形図である
。同図において、(ア)はチヨーり(3)の電流Ioh
の波形、(イ)はPWMコンパレータ(10)の出力信
号■2の波形である。
b)連続モード時の各部の出力信号を示す波形図である
。同図において、(ア)はチヨーり(3)の電流Ioh
の波形、(イ)はPWMコンパレータ(10)の出力信
号■2の波形である。
同図(つ)は接続点Pの電圧VCの波形であり、図中の
一点M線はデユーティ検出器(14)のしきい値■、を
示し、点線は電源入力端(1)の電源入力電圧■1を示
す、同図(1)はデユーティ検出器(14)の出力信号
V3wの波形であって、図中のハツチング部はチョーク
(3)の電流1.7が0の期間である。同図(オ)はE
X−OR回路(15)の出力信号V、ッの波形であって
5図中の点線は平均化回路(16)の出力信号V、、を
示す。
一点M線はデユーティ検出器(14)のしきい値■、を
示し、点線は電源入力端(1)の電源入力電圧■1を示
す、同図(1)はデユーティ検出器(14)の出力信号
V3wの波形であって、図中のハツチング部はチョーク
(3)の電流1.7が0の期間である。同図(オ)はE
X−OR回路(15)の出力信号V、ッの波形であって
5図中の点線は平均化回路(16)の出力信号V、、を
示す。
(力)はレベル コンパレータ(17)の出力信号V、
の波形である。
の波形である。
次に、第1図のように精成された昇圧型レギュレータの
動作を第2図および第3図を参照しながら説明する。
動作を第2図および第3図を参照しながら説明する。
デユーティ検出器(14)は、接続点Pの電圧voが、
電源入力電圧■、と所定の内部電源電圧との和であるし
きい値■、よりも低い期間に出力信号V1、を2値出力
1にし、そして高い期間に2値出力Oにする。この出力
信号■swは、断続モードの場合はチョーク(3)の電
流Iohが0である期間およびPWMコンパレータ(1
0)の出力信号VPが2値出力1であり従ってスイッチ
ングTR(2)がオンである期間に2値出力1になる。
電源入力電圧■、と所定の内部電源電圧との和であるし
きい値■、よりも低い期間に出力信号V1、を2値出力
1にし、そして高い期間に2値出力Oにする。この出力
信号■swは、断続モードの場合はチョーク(3)の電
流Iohが0である期間およびPWMコンパレータ(1
0)の出力信号VPが2値出力1であり従ってスイッチ
ングTR(2)がオンである期間に2値出力1になる。
他方、連続モードでは工、が0になる期間がないので、
デユーティ検出器(14)の出力信号■、。
デユーティ検出器(14)の出力信号■、。
の波形はPWMコンパレータ(10)の出力信号■、の
波形にほぼ等しい。
波形にほぼ等しい。
デユーティ検出器(14)の出力信号V gllはEX
−OR回路(15)でPWMコンパレータ(10)の出
力信号VPと比較され、再入力の論理レベルが一致した
ときに出力信号V、8が2値出力0になり、不一致のと
きに2値出力1になる。
−OR回路(15)でPWMコンパレータ(10)の出
力信号VPと比較され、再入力の論理レベルが一致した
ときに出力信号V、8が2値出力0になり、不一致のと
きに2値出力1になる。
出力信号v1うは2値出力1である狭い期間が現れる。
これはPWMコンパレータ(10)の出力信号vPの変
化に対してスイッチングTR(2)の応答が遅れ、さら
に出力信号■2の変化に対して接続点Pの電圧■。の変
化も遅れることを示している。出力信号■6.は平均化
回路く16)で平均化され、このときに上述した2値出
力が1の狭い期間が除去される。第3図(オ)に破線で
示されたように、平均化回路(16)の出力信号V、9
は連続モードではほとんど0であり、断続モードでは連
続モード時の値に比べて大きな値になる。この出力信号
■1、はレベル・コンパレータ(17)へ出力される。
化に対してスイッチングTR(2)の応答が遅れ、さら
に出力信号■2の変化に対して接続点Pの電圧■。の変
化も遅れることを示している。出力信号■6.は平均化
回路く16)で平均化され、このときに上述した2値出
力が1の狭い期間が除去される。第3図(オ)に破線で
示されたように、平均化回路(16)の出力信号V、9
は連続モードではほとんど0であり、断続モードでは連
続モード時の値に比べて大きな値になる。この出力信号
■1、はレベル・コンパレータ(17)へ出力される。
レベル・コンパレータ(17)のしきい値V5を出力信
号V、vよりもわずかに大きく選ぶと、レベル・コンパ
レータ(17)の出力信号v1は断続モードでは2値出
力1になり、連続モードでは2値出力0になる。このよ
うに出力信号■、によって正確に断続モードと連続モー
ドとが区別される。
号V、vよりもわずかに大きく選ぶと、レベル・コンパ
レータ(17)の出力信号v1は断続モードでは2値出
力1になり、連続モードでは2値出力0になる。このよ
うに出力信号■、によって正確に断続モードと連続モー
ドとが区別される。
出力信号■。はゲイン切り替えスイッチ(8c)に入力
されて誤差増幅器(8A)の帰還率を制御する。第2図
に示されたように、出力信号■、がルベルのときすなわ
ち断続モードのときには、誤差増幅器(8A)のゲイン
が大きくなるように切り曹わり、0レベルのときすなわ
ち連続モードのときには誤差増幅器(8A)のゲインが
小さくなるように切り替わりる。
されて誤差増幅器(8A)の帰還率を制御する。第2図
に示されたように、出力信号■、がルベルのときすなわ
ち断続モードのときには、誤差増幅器(8A)のゲイン
が大きくなるように切り曹わり、0レベルのときすなわ
ち連続モードのときには誤差増幅器(8A)のゲインが
小さくなるように切り替わりる。
このようにして、動作モードが切り替わっても全体とし
てほぼ同じループ・ゲインを維持することができる。
てほぼ同じループ・ゲインを維持することができる。
なお、上記第1の実施例は昇圧型レギュレータに関する
ものであるが、上述した動作モードの検出は、断続モー
ドと連続モードが存在するものであれば他の形式のスイ
ッチング・レギュレータにも応用できる。
ものであるが、上述した動作モードの検出は、断続モー
ドと連続モードが存在するものであれば他の形式のスイ
ッチング・レギュレータにも応用できる。
例えば、第4図は第2の実施例であって、第1図に示し
た第1の実施例の変形例としてのフライバック型スイッ
チング・レギュレータを一部ブロック図で示す回路図で
ある。フライバック型スイッチング・レギュレータは第
1図のチョーク(3)の代わりにスイッチング・トラン
ス(18)(以下、トランス)を用いたものである。
た第1の実施例の変形例としてのフライバック型スイッ
チング・レギュレータを一部ブロック図で示す回路図で
ある。フライバック型スイッチング・レギュレータは第
1図のチョーク(3)の代わりにスイッチング・トラン
ス(18)(以下、トランス)を用いたものである。
第4図において、トランス(18)は、その−次側コイ
ルが電源入力端(1)とスイッチングTR(2)のコレ
クタ、デユーティ検出器<14A)の負の信号入力端子
との間に接続され、そしてその二次側コイルがダイオー
ド(4)のアノードと接地との間に接続されている。デ
ユーティ検出器(14A)の正の信号入力端子は、内部
電源の負端子、正端子を介して電源入力端(1)に接続
されている。トランス(18)は、スイッチングTR(
2)がオンのときトランス〈18)の−次側コイルを通
じて磁気エネルギーを蓄積し、スイッチングTR(2)
がオフの期間にトランス(18)の二次側コイルを通じ
てエネルギーを放出する。
ルが電源入力端(1)とスイッチングTR(2)のコレ
クタ、デユーティ検出器<14A)の負の信号入力端子
との間に接続され、そしてその二次側コイルがダイオー
ド(4)のアノードと接地との間に接続されている。デ
ユーティ検出器(14A)の正の信号入力端子は、内部
電源の負端子、正端子を介して電源入力端(1)に接続
されている。トランス(18)は、スイッチングTR(
2)がオンのときトランス〈18)の−次側コイルを通
じて磁気エネルギーを蓄積し、スイッチングTR(2)
がオフの期間にトランス(18)の二次側コイルを通じ
てエネルギーを放出する。
スイッチングTR(2)のオンデユーテイが大きいほど
トランス(18)の二次側すなわち負荷側への伝送エネ
ルギーが増加する。
トランス(18)の二次側すなわち負荷側への伝送エネ
ルギーが増加する。
第5図は第4図の回路における(a)は断続モード時お
よび(b)は連続モード時の各部の出力信号の波形図で
ある。トランス(18)の−次側電圧■c [第5図(
イ)]はスイッチングTR(2)がオンのときすなわち
PWMコンパレータ(10)の出力信号vp[第5図(
ア)]が2値出力1のときにOvになる。スイッチング
TR(2)がオフのときすなわちPWMコン′パレータ
(10)の出力信号■2が2値出力0のときには、断続
モードでは、トランス(18)の−次側電圧Voは、二
次側に電流112[第5図(1)]が流れている間だけ
電源入力電圧V+[第5図くイ)の破線コと所定の内部
電源電圧との和であるしきし値V、(第5図(イ)の−
点鎖線]を越える値になり、二次側電流がなくなると電
源入力電圧Vlと同じ値になる。他方、連続モードでは
、トランス(18)には二次側を流It2が常に流れて
いるので、−次側電圧■。が電源入力電圧■、と同じ値
である期間はない。
よび(b)は連続モード時の各部の出力信号の波形図で
ある。トランス(18)の−次側電圧■c [第5図(
イ)]はスイッチングTR(2)がオンのときすなわち
PWMコンパレータ(10)の出力信号vp[第5図(
ア)]が2値出力1のときにOvになる。スイッチング
TR(2)がオフのときすなわちPWMコン′パレータ
(10)の出力信号■2が2値出力0のときには、断続
モードでは、トランス(18)の−次側電圧Voは、二
次側に電流112[第5図(1)]が流れている間だけ
電源入力電圧V+[第5図くイ)の破線コと所定の内部
電源電圧との和であるしきし値V、(第5図(イ)の−
点鎖線]を越える値になり、二次側電流がなくなると電
源入力電圧Vlと同じ値になる。他方、連続モードでは
、トランス(18)には二次側を流It2が常に流れて
いるので、−次側電圧■。が電源入力電圧■、と同じ値
である期間はない。
これ以後、デユーティ検出器(14)、EX−OR回路
(15)、平均北回F!8(16)、レベルコンパレー
タ(17)は前述した第1図の昇圧型レギュレータの場
合と同様に動作し、断続モードと連続モードとを区別す
る出力信号V、[第5図(キ)コが得られる。
(15)、平均北回F!8(16)、レベルコンパレー
タ(17)は前述した第1図の昇圧型レギュレータの場
合と同様に動作し、断続モードと連続モードとを区別す
る出力信号V、[第5図(キ)コが得られる。
このように、フライバック型スイッチング・レギュレー
タにおいても同様にして断続モードと連続モードとが区
別され、各モードに最適なループ・ゲインになるように
設計される。
タにおいても同様にして断続モードと連続モードとが区
別され、各モードに最適なループ・ゲインになるように
設計される。
第6図はこの発明の第3の実施例である降圧型レギュレ
ータを一部ブロック図で示す回路図である。この第6図
において、(1)、(2A)、(3)〜(7)、(8A
)、(9)〜(13)および(15)〜(17)は第1
図および第13図に示したものと同じであるので、ここ
では説明を省略する。(14A)はデユーティ検出器で
あって、正の信号入力端子がスイッチングTR(2A)
のコレクタ、ダイオード(4)のカソードおよびチョー
ク(3)の接続点Qに接続され、負の信号入力端子が内
部電源の正端子、負端子を介して接地されている。
ータを一部ブロック図で示す回路図である。この第6図
において、(1)、(2A)、(3)〜(7)、(8A
)、(9)〜(13)および(15)〜(17)は第1
図および第13図に示したものと同じであるので、ここ
では説明を省略する。(14A)はデユーティ検出器で
あって、正の信号入力端子がスイッチングTR(2A)
のコレクタ、ダイオード(4)のカソードおよびチョー
ク(3)の接続点Qに接続され、負の信号入力端子が内
部電源の正端子、負端子を介して接地されている。
第7図は第6図の回路における(a>断続モード時およ
び(b)連続モード時の各部の出力信号を示す波形図で
ある。同図(ア)はチョーク(3)の電流工、の波形、
(イ)はPWMコンパレータ(10)の出力信号■2の
波形である。同図(つ)は接続点Qの電圧■3の波形で
あって、図中の一点鎖点はデユーティ検出器(14A)
のしきい値v6を示し、点線は電源入力端(1)の電源
入力電圧V、を示す、(1)はデユーティ検出器(14
B)の出力信号を示し、図中のハツチング部はチョーク
(3)の電流が0である期間を示す。
び(b)連続モード時の各部の出力信号を示す波形図で
ある。同図(ア)はチョーク(3)の電流工、の波形、
(イ)はPWMコンパレータ(10)の出力信号■2の
波形である。同図(つ)は接続点Qの電圧■3の波形で
あって、図中の一点鎖点はデユーティ検出器(14A)
のしきい値v6を示し、点線は電源入力端(1)の電源
入力電圧V、を示す、(1)はデユーティ検出器(14
B)の出力信号を示し、図中のハツチング部はチョーク
(3)の電流が0である期間を示す。
同図(オ)はEX−OR回路(15)の出力信号V1.
の波形であって、図中の点線は平均化回路(16)の出
力信号V、、を示す、(力)はレベル・コンパレータ(
17)の出力信号■。の波形である。
の波形であって、図中の点線は平均化回路(16)の出
力信号V、、を示す、(力)はレベル・コンパレータ(
17)の出力信号■。の波形である。
次に、第6図のように構成された降圧型レギュレータの
動作を第7図を参照しながら説明する。
動作を第7図を参照しながら説明する。
デユーティ検出器(14B)は、接続点Pの電圧■。が
電源出力電圧V0よりも所定の値だけ低いしきい値v6
を越えた期間に出力信号Vt、を2値出力1にし、しき
い値■6よりも低い期間に出力信号V1.を2値出力O
にする。断続モードでは、デユーティ検出器(14A)
の出力信号V1.は、チョーク(3)の電流工、がOで
ある期間およびPWMコンパレータ(10)の出力信号
■2が2値出力1であってドライブTR(12)がオン
である期間に2値出力1になる。他方、連続モードでは
電流■ohが0になる期間がないので、デユーティ検出
器(,14B)の出力信号V。の波形はPWMコンパレ
ータ(10)の出力信号V2の波形にほぼ等しい。
電源出力電圧V0よりも所定の値だけ低いしきい値v6
を越えた期間に出力信号Vt、を2値出力1にし、しき
い値■6よりも低い期間に出力信号V1.を2値出力O
にする。断続モードでは、デユーティ検出器(14A)
の出力信号V1.は、チョーク(3)の電流工、がOで
ある期間およびPWMコンパレータ(10)の出力信号
■2が2値出力1であってドライブTR(12)がオン
である期間に2値出力1になる。他方、連続モードでは
電流■ohが0になる期間がないので、デユーティ検出
器(,14B)の出力信号V。の波形はPWMコンパレ
ータ(10)の出力信号V2の波形にほぼ等しい。
以後の動作は、第1図ないし第3図の説明を参照された
い。
い。
第8図は、第4の実施例であって、第6図に示した他の
実施例の変形例としてのフライバック型スイッチング・
レギュレータを一部ブロック図で示す回路図である。こ
こで説明するフライバック型スイッチング レギュレー
タはチョーク(3)の代わりにスイッチング・トランス
(1,8A)(以下、トランスを用いたものである。こ
こでは、トランス(]、 8 A )の−次側コイルは
二次側コイルの巻き数のN倍とする。
実施例の変形例としてのフライバック型スイッチング・
レギュレータを一部ブロック図で示す回路図である。こ
こで説明するフライバック型スイッチング レギュレー
タはチョーク(3)の代わりにスイッチング・トランス
(1,8A)(以下、トランスを用いたものである。こ
こでは、トランス(]、 8 A )の−次側コイルは
二次側コイルの巻き数のN倍とする。
第8図において、トランス(18A)は、その−次側コ
イルがスイッチングTR(2A)のコレクタ、デユーテ
ィ検出器(14C)の正の信号入力端子と接地との間に
接続されている。デユーティ検出器(14C)は負の入
力端子が、内部電源の負端子、正端子を介して接地され
ている。トランス(18A)は、スイッチングTR(2
A)がオンのときトランス(18A)の−次側コイルを
通じて磁気エネルギーを蓄積し、スイッチングTR(2
A)がオフの期間にトランス(18A)の二次側コイル
を通じてエネルギーを放出する。スイッチングTR(2
A)のオンデユーテイが大きいほどトランス(18A)
の二次側すなわち負荷側への伝送エネルギーが増加する
。
イルがスイッチングTR(2A)のコレクタ、デユーテ
ィ検出器(14C)の正の信号入力端子と接地との間に
接続されている。デユーティ検出器(14C)は負の入
力端子が、内部電源の負端子、正端子を介して接地され
ている。トランス(18A)は、スイッチングTR(2
A)がオンのときトランス(18A)の−次側コイルを
通じて磁気エネルギーを蓄積し、スイッチングTR(2
A)がオフの期間にトランス(18A)の二次側コイル
を通じてエネルギーを放出する。スイッチングTR(2
A)のオンデユーテイが大きいほどトランス(18A)
の二次側すなわち負荷側への伝送エネルギーが増加する
。
第9図は、第8図の回路における(a)断続モード時と
(b)連続モード時の各部の出力信号を示す波形図であ
る。トランス(18A)の−次側電圧■1.[第9図(
イ)]はスイッチングTR(2A)がオンのときすなわ
ちPWMコンパレータの出力信号V、[第9図(ア)]
が2値出力1のときに電源入力電圧v1に等しくなり、
スイッチングTR(2A)がオフのときすなわちPWM
コンパレータ(10)の出力信号V、が2値出力0のと
きには、二次側に電流1 t2[第9図(オ)]が流れ
ている間だけ負の電源出力;圧V0のN倍の電圧値−N
V。になり、二次側電流It2がなくなると、−次側電
圧■1.は0になる。ただし、連続モードでは、常に二
次側電流It2が流れているので一次側電圧Vt1が0
を続ける期間はない。
(b)連続モード時の各部の出力信号を示す波形図であ
る。トランス(18A)の−次側電圧■1.[第9図(
イ)]はスイッチングTR(2A)がオンのときすなわ
ちPWMコンパレータの出力信号V、[第9図(ア)]
が2値出力1のときに電源入力電圧v1に等しくなり、
スイッチングTR(2A)がオフのときすなわちPWM
コンパレータ(10)の出力信号V、が2値出力0のと
きには、二次側に電流1 t2[第9図(オ)]が流れ
ている間だけ負の電源出力;圧V0のN倍の電圧値−N
V。になり、二次側電流It2がなくなると、−次側電
圧■1.は0になる。ただし、連続モードでは、常に二
次側電流It2が流れているので一次側電圧Vt1が0
を続ける期間はない。
デユーティ検出器(14A)は、−次側電圧Vt1が所
定のしきい値V、[第9図(イ)の−点M&!]よりも
正側にあるときに出力信号V2.[第9図(力)]を2
値出力1にするとする。この場合、第9図に示されたよ
うに、連続モードでは出力信号■1.の波形はPWMコ
ンパレータ〈10)の出力信号V、にほぼ等しい波形に
なるが、断続モードでは一次側電圧はvtlがほぼ0の
ときにも出力信号■6.は2値出力1と検出されるので
PWMコンパレータ(10)の出力信号V2とは異なっ
た波形になる。
定のしきい値V、[第9図(イ)の−点M&!]よりも
正側にあるときに出力信号V2.[第9図(力)]を2
値出力1にするとする。この場合、第9図に示されたよ
うに、連続モードでは出力信号■1.の波形はPWMコ
ンパレータ〈10)の出力信号V、にほぼ等しい波形に
なるが、断続モードでは一次側電圧はvtlがほぼ0の
ときにも出力信号■6.は2値出力1と検出されるので
PWMコンパレータ(10)の出力信号V2とは異なっ
た波形になる。
以後の動作は、第2図ないし第3図を参照されたい。
なお、上述したフライバック型スイッチング・レギュレ
ータでは、デユーティ検出器(14C)にトランス(1
8A)の−次側電圧V、lを入力しているが、一般的な
トランスの原理から一次側電圧V t 1と二次側電圧
■、2[第9図(つ)]は相似であるので、トランス(
18A)の二次側電圧Vt2を入力させることも可能で
ある。この場合、−次側電圧V t lと二次側電圧V
L2とでは極性が逆なので、正のしきい値V、[第9
図(つ)の−点鎖線]よりも負側にあるときに出力信号
V、、を2値出力1になるようにすれば、この場合も同
一の出力信号■1.[第9[](力)]が得られる。
ータでは、デユーティ検出器(14C)にトランス(1
8A)の−次側電圧V、lを入力しているが、一般的な
トランスの原理から一次側電圧V t 1と二次側電圧
■、2[第9図(つ)]は相似であるので、トランス(
18A)の二次側電圧Vt2を入力させることも可能で
ある。この場合、−次側電圧V t lと二次側電圧V
L2とでは極性が逆なので、正のしきい値V、[第9
図(つ)の−点鎖線]よりも負側にあるときに出力信号
V、、を2値出力1になるようにすれば、この場合も同
一の出力信号■1.[第9[](力)]が得られる。
なお、上記4つの実施例では、ループ・ゲインの切り替
えは誤差増幅器(8A)において帰還率が選択されるこ
とによってなされているが、ループ・ゲインを変える手
段は他にも種々考えられる。
えは誤差増幅器(8A)において帰還率が選択されるこ
とによってなされているが、ループ・ゲインを変える手
段は他にも種々考えられる。
例えば誤差増幅器(8A)の後段に別のゲイン切り替え
回路を追加することを含めて当業者には別の手段が容易
に実施できようが、これらはこの発明の本質を変えない
限り、この発明に含まれるものである。
回路を追加することを含めて当業者には別の手段が容易
に実施できようが、これらはこの発明の本質を変えない
限り、この発明に含まれるものである。
また、一般にスイッチング・レギュレータはPWM原理
によって出力電力をIII御しているが、誤差増幅器(
8A)の出力信号V、、をPWMに変換する交換感度を
変更することによってもループ・ゲインを変えることが
できる。第11図において、例えば基準発振器(9)の
鋸波状の出力信号v o s cの振幅を大と小の2段
階に切り替えるようにすると、振幅をもたない誤差増幅
器(8A)の出力信号V erに対して、出力信号■。
によって出力電力をIII御しているが、誤差増幅器(
8A)の出力信号V、、をPWMに変換する交換感度を
変更することによってもループ・ゲインを変えることが
できる。第11図において、例えば基準発振器(9)の
鋸波状の出力信号v o s cの振幅を大と小の2段
階に切り替えるようにすると、振幅をもたない誤差増幅
器(8A)の出力信号V erに対して、出力信号■。
、Cが大きいはどPWMコンパレータ(10)の出力信
号■。
号■。
のパルス幅も大きく、交換感度が高い、理想的な鋸波で
あれば、出力信号V。、。の振幅がN倍になれば変換感
度およびループ・ゲインもN倍になる。
あれば、出力信号V。、。の振幅がN倍になれば変換感
度およびループ・ゲインもN倍になる。
この原理から、モードを示す制御信号に応じて基準発振
器(9)の出力信号■。、Cの振幅を切り替えることが
できるようにすれば動作モードに応じたゲイン切り替え
が可能である。基準発振器(9)の出力信号V o s
eの振幅の切り替え手段は種々あるが、ここでは説明
を省略する。
器(9)の出力信号■。、Cの振幅を切り替えることが
できるようにすれば動作モードに応じたゲイン切り替え
が可能である。基準発振器(9)の出力信号V o s
eの振幅の切り替え手段は種々あるが、ここでは説明
を省略する。
さらに、上記2つの実施例では、EX−○R回Ft!1
(15)、平均北回n(16)およびレベルコンパレー
タ(17)を用いてPWMコンパレータ(10)の出力
信号■2とデユーティ検出器(14)、(14A)の出
力信号■。とのデユーティの比較結果に基づいて動作モ
ードが決定されるが、手段および構成が異なるものであ
っても、デユーティの違いを検出してかつ回路各部の応
答の遅れによって生じる不要なパルスを除去するもので
あれば、この発明に含まれる。
(15)、平均北回n(16)およびレベルコンパレー
タ(17)を用いてPWMコンパレータ(10)の出力
信号■2とデユーティ検出器(14)、(14A)の出
力信号■。とのデユーティの比較結果に基づいて動作モ
ードが決定されるが、手段および構成が異なるものであ
っても、デユーティの違いを検出してかつ回路各部の応
答の遅れによって生じる不要なパルスを除去するもので
あれば、この発明に含まれる。
[発明の効果]
以上詳しく説明したとおり、この発明は、スイッチング
手段の出力信号と所定の第1のしきい値とを比較し、こ
の比較の結果とPWMコンパレータの出力信号との一致
Jたは不一致を検出し、この検出結果を平均化するデユ
ーティ検出手段と、このデユーティ検出手段の出力信号
を所定の第2のしきい値と比較し、この比較の結果に基
づいて断続モードか連続モードかの動作モードを示す信
号を出力するレベル・コンパレータと、上記動作モード
を示す信号に応じて、帰還率を選択するゲイン切り替え
スイッチ、および上記帰還率に基づいた第3のしきい値
と負荷への出力電圧との大小を比較し、その結果を上記
PWMコンパレータと上記ゲイン切り替えスイッチへ出
力する差動増幅器を含む誤差増幅器を備えたことによっ
て各動作モードにおいて最適なループ・ゲインを設定す
ることができることから、チョークやトランスが小さく
てすむ連続モードのメリットを生かしながら、動作モー
ドの変化に対して帰還系の安定度を確保し、負荷変動特
性を低下させることがなく、また断続モードのために出
力コンデンサを大型化しなくてよいので電源の占有体積
が小さく、さらには負荷変動や入力電圧変動の許容幅が
広くて変換効率の良いスイッチング・レギュレータを実
現することができるという効果を奏する。
手段の出力信号と所定の第1のしきい値とを比較し、こ
の比較の結果とPWMコンパレータの出力信号との一致
Jたは不一致を検出し、この検出結果を平均化するデユ
ーティ検出手段と、このデユーティ検出手段の出力信号
を所定の第2のしきい値と比較し、この比較の結果に基
づいて断続モードか連続モードかの動作モードを示す信
号を出力するレベル・コンパレータと、上記動作モード
を示す信号に応じて、帰還率を選択するゲイン切り替え
スイッチ、および上記帰還率に基づいた第3のしきい値
と負荷への出力電圧との大小を比較し、その結果を上記
PWMコンパレータと上記ゲイン切り替えスイッチへ出
力する差動増幅器を含む誤差増幅器を備えたことによっ
て各動作モードにおいて最適なループ・ゲインを設定す
ることができることから、チョークやトランスが小さく
てすむ連続モードのメリットを生かしながら、動作モー
ドの変化に対して帰還系の安定度を確保し、負荷変動特
性を低下させることがなく、また断続モードのために出
力コンデンサを大型化しなくてよいので電源の占有体積
が小さく、さらには負荷変動や入力電圧変動の許容幅が
広くて変換効率の良いスイッチング・レギュレータを実
現することができるという効果を奏する。
第1図はこの発明の第1の実施例を一部ブロック図で示
す回路図、第2図は誤差増幅器のゲイン−周波数特性を
示す図、第3図は上記第1の実施例における各部の出力
信号を示す波形図、第4図はこの発明の第2の実施例を
一部ブロック図で示す回路図、第5図は上記第2の実施
例における各部の出力信号を示す波形図、第6図はこの
発明の第3の実施例を一部ブロック図で示す回路図、第
7図は上記第3の実施例における各部へ出力信号を示す
波形図、第8図はこの発明の第4の実施例を一部ブロッ
ク図で示す回路図、第9図は上記第4の実施例における
各部の出力信号を示す波形図、第10図は従来の昇圧型
スイッチング・レギュレータを一部ブロック図で示す回
路図、第11図はPWMコンパレータの動作原理を説明
するための図、第12図は従来例の昇圧型スイッチング
・レギュレータにおける各部の出力信号の波形図、第1
3図は従来の降圧型スイッチング・レギュレータを一部
ブロック図で示す回路図、第14図は従来の降圧型スイ
ッチング レギュレータにおける各部の出力信号の波形
図である。 図中で、 (2)はスイッチングトランジスタ、 (3)はチョーク、 (4)はダイオード、 (8A)は誤差増幅器、 (8C)はゲイン切り替えスイッチ、 (8d)は差動増幅器、 (9)は基準発信機、 (10)はPWMコンパレータ、 (14)はデユーティ検出器、 (15)はEX−OR回路、 (16)は平均化回路、 (17)はレベル・コンパレータ である。 尚、図中の同一符号は同一または相当部分を示す。
す回路図、第2図は誤差増幅器のゲイン−周波数特性を
示す図、第3図は上記第1の実施例における各部の出力
信号を示す波形図、第4図はこの発明の第2の実施例を
一部ブロック図で示す回路図、第5図は上記第2の実施
例における各部の出力信号を示す波形図、第6図はこの
発明の第3の実施例を一部ブロック図で示す回路図、第
7図は上記第3の実施例における各部へ出力信号を示す
波形図、第8図はこの発明の第4の実施例を一部ブロッ
ク図で示す回路図、第9図は上記第4の実施例における
各部の出力信号を示す波形図、第10図は従来の昇圧型
スイッチング・レギュレータを一部ブロック図で示す回
路図、第11図はPWMコンパレータの動作原理を説明
するための図、第12図は従来例の昇圧型スイッチング
・レギュレータにおける各部の出力信号の波形図、第1
3図は従来の降圧型スイッチング・レギュレータを一部
ブロック図で示す回路図、第14図は従来の降圧型スイ
ッチング レギュレータにおける各部の出力信号の波形
図である。 図中で、 (2)はスイッチングトランジスタ、 (3)はチョーク、 (4)はダイオード、 (8A)は誤差増幅器、 (8C)はゲイン切り替えスイッチ、 (8d)は差動増幅器、 (9)は基準発信機、 (10)はPWMコンパレータ、 (14)はデユーティ検出器、 (15)はEX−OR回路、 (16)は平均化回路、 (17)はレベル・コンパレータ である。 尚、図中の同一符号は同一または相当部分を示す。
Claims (1)
- (1)所定の基準電圧と負荷への出力電圧とを比較する
誤差増幅器と、この誤差増幅器の出力信号と基準発振器
の出力信号とを比較するPWMコンパレータと、このP
WMコンパレータの出力信号に応じてオン、オフするス
イッチング手段と、このスイッチング手段のオン、オフ
に応じて、入力された電源入力を蓄え、また電源入力を
上記誤差増幅器と上記負荷へ供給するエネルギー蓄積手
段と、 から成る閉ループを備え、上記エネルギー蓄積手段の電
流値に応じて断続モードまたは連続モードで動作するス
イッチング・レギュレータにおいて、 上記スイッチング手段の出力信号と所定の第1のしきい
値とを比較し、この比較の結果と上記PWMコンパレー
タの出力信号との一致または不一致を検出し、この検出
結果を平均化するデューティ検出手段と、このデューテ
ィ検出手段の出力信号を所定の第2のしきい値とを比較
し、この比較の結果から断続モードか連続モードかの動
作モードを示す信号を出力するレベル・コンパレータと
を設け、 上記誤差増幅器は、上記動作モードを示す信号に応じて
、帰還率を選択するゲイン切り替えスイッチ、および上
記帰還率に基づいた第3のしきい値と上記負荷への出力
電圧との大小を比較し、その結果を上記PWMコンパレ
ータおよび上記ゲイン切り替えスイッチへ出力する差動
増幅器と を有することを特徴とするスイッチング・レギュレータ
。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2302777A JPH04175908A (ja) | 1990-11-09 | 1990-11-09 | スイッチング・レギュレータ |
KR1019910009001A KR920011041A (ko) | 1990-11-09 | 1991-05-31 | 스위칭 레규레이터 |
DE4136809A DE4136809C2 (de) | 1990-11-09 | 1991-11-08 | Schaltregler |
US07/789,692 US5170333A (en) | 1990-11-09 | 1991-11-08 | Switching regulator operating in a continuous and discontinuous mode |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2302777A JPH04175908A (ja) | 1990-11-09 | 1990-11-09 | スイッチング・レギュレータ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04175908A true JPH04175908A (ja) | 1992-06-23 |
Family
ID=17912998
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2302777A Pending JPH04175908A (ja) | 1990-11-09 | 1990-11-09 | スイッチング・レギュレータ |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5170333A (ja) |
JP (1) | JPH04175908A (ja) |
KR (1) | KR920011041A (ja) |
DE (1) | DE4136809C2 (ja) |
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CN109687587A (zh) * | 2019-01-02 | 2019-04-26 | 山东建筑大学 | 一种基于互联网的宿舍安全用电智能管理系统 |
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