JPH07502134A - 一方向性のスパイクフイルターを有する小型化したスイツチング電源 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 −口　のスパイクフィルターを　するハ１　たスイッチング　′本発明は小型化 したスイッチング電源に関し、特に一方向性スパイクフィルターを内蔵した改良 力の入力回路を備えたコンパレーターを有する小型化したスイッチング電源に関 する。

スイッチング電源を小型化する時の最大の障害は比較的低周波数での動作を可能 にするために、比較的大きな部品を使う必要があることである。高い周波数で動 作すると幾つかの部品の寸法を小さく出来ることはよく知られているが、一方印 刷回路配線のインダクタンスの影響でノイズが生じ、そのノイズが高い周波数で の適切な動作を阻害することもよ（知られている。このスイッチング電源の寸法 をほぼ標準のＩＣの寸法および形状にまで小さくすることが望まれている。そう すると回路板のスペースが殆ど必要なくなりかつスイッチング電源の接続が従来 の組み立て道具を使ってターミナルあるいはビンによって即座に行うことが出来 ることになる。このレベルまでスイッチング電源の寸法を小型化するためにはよ り高い周波数で動作させる必要があるが、高い周波数での動作は現存する設計界 については実際的でない。

従来の小型化されたスイッチング電源においては、印刷回路板配線およびその回 路を構成している他の部品のインダクタンスによって動作の質を下げる共鳴型の ノイズ信号が発生していた。これらのインダクタンスの存在は回路全体に分布す るキャパシタンスと相まって任意の時間に期待される電圧レベルに関連してノイ ズ動作となる外部からのスパイクを引き起こす、このことは適正な動作の妨げと なる。何故ならこの電圧レベルは装置の出力を適正に制御するために正しく検出 されなければならないからである。スパイク電圧の発生は任意の時点における真 の電圧レベルが不確かであることを示しており、これは回路の正確ではない動作 をもたらすことになる。

これらの障害のために、従来のスイッチング電源はそれらの動作をその浮遊イン ダクタンスが簡単なＰＣ回路網によってフィルター出来る望ましくないスパイク の最少値以上にはならないような周波数レベルにそれらの動作を制限しなければ ならなかった。しかしこのことは小型化に際して達成出来る最少寸法を制限する ことになる。この限度以下の小型化されたスイッチング電源を達成するためには 、ＩＭＨｚの領域の非常に高い周波数で動作することが必要であり、またこれら の周波数ではスパイクおよびノイズを含む動作状態のために公知の形式のスイッ チング電源は一般には使用不可能となる。

従って非常に高い周波数動作においても、特にスイッチング電源のコンパレータ ーの入力端において、そこに含まれている信号の質を低下することなくスパイク が取り除かれている装置を提供することは望ましいことである。

本発明のもう一つの目的は高い周波数で動作可能であり、かつ高い周波数でコン パレーターの動作を遅延させるあるいは阻害することのないフィルターを提供す ることである。

本発明の主たる目的は小型化されたスイッチング電源の適正な動作を妨げる恐れ のあるスパイクを取り除くスパイクフィルターを提供することである。

本発明の一実施例においては、コンパレーターのリセッティングを遅延すること なしにスパイクを積極的に制限するは働きをするコンパレーターの入力端に接続 された一方向性フィルターを備えたコンパレーターを有する小型化されたスイッ チング電源を提供することである。

本発明のこれらおよびその他の目的および効果は以下の図面に関連する説明から 明らかになるはずである。

以下の図面において： 第１図は本発明の一実施例を含むスイッチング電源制御部の機能ブロック図であ る： 第２図は本発明の一実施例を含む回路の概略図である；および第３Ａおよび第３ Ｂ図はそれぞれ従来技術の動作および第２図の装置の動作を示す波形図である。

叉−施一耐 小型化したスイッチングｔＩ＃！の図を示している第１図を参照して説明する。

電源はその外部の回路にアクセスするための多数のビンあるいはターミナルを有 するＩＣ９として実現されている。フィードバック電圧のソースはビン１３に従 つてコンパレーター１４の一方の入力端に接続されており、そしてコンパレータ ー１４の他方の入力端はビン１５に接続されており、このビン１５はスパイクフ ィルター１７および抵抗１９を介して正のフィードバック電圧を受けいてる。

正のフィードバック電圧は望ましい基準電圧に対して比較された電源の出力電圧 を検出する検出ユニットから得られる。第１図に示すように、抵抗５１がＮチャ ンネルＦＥＴ４９のドレイン−ソース電流通路と直列に接続されている。抵抗５ １間に生じている電圧はスパイクフィルター１７の入力端にリード線５３によっ て接続されている。またこのスパイクフィルター１７はこのフィードバック信号 を平滑化する。この抵抗５１のかわりにもう一つの電流フィードバック回路を使 ってもよい。ＲＳフリップフロップ２４が設けられており、そのリセット入力端 はコンパレーター１４にそのセット入力端はオツシレータ−２２の出力端に接続 されており、そのオツシレータ−２２はビン２０に接続された制御入力端を有し ている。このオツシレータ−２２はフリップフロップ２４にセット信号を、およ び抵抗２１を介して電流フィードバック信号に加えられるランプ信号を与えてい るこの抵抗２１は抵抗１９と共に加算回路網を形成している。フリップフロップ ２４の出力端からの出力パルス繰り返し率と同時にそのデユーチーサイクルはコ ンパレーター１４の動作と同時にオツシレータ−２２の動作の周波数に依存する 。

フリップフロップ２４の出力端はＯＲゲート４０の一方の入力端に接続されてお り、このＯＲゲート４０はオツシレータ−２２の出力端に接続されているもう一 つの入力端を有している。このＯＲゲート４０はビン６のところでＶｅｃから電 力を受けている。

このＯＲゲート４０は２つの相異なる出力を与えている。すなわち正および反転 の出力を与えている。これらは２つの直列に接続されたトランジスター４４およ び４６のベースに接続されており、かつビン９が２つのトランジスター４４およ び４６間の点に接続されている。ビン９は、ＦＥＴ９にゲート電圧を与えており 、このＦＥＴ４９はパワー制御ユニットとして働いている。第１図のコンパレー ター１４の詳細が第２図に示されている。この第２図は本発明の一実施例の概略 図を構成している。第２図においてはＦＥＴ１４が電流フィードバック抵抗５２ とともに示されている。電流フィードバック抵抗５２がらの電圧フィードバック はＩＣｌ０のビン５３に接続されており、かっこのビン５３はＰＮＰ）ランシス ター５５のベースに抵抗５４を介して接続されている。トランジスター５５のコ レクターは接地されており、かつそのエミッターは電流源５６の出力端に接続さ れるとともにキャパシター５７を通して接地され、またコンパレーター１４の一 方の入力端に接続されている。このコンパレーターのもう一方の入力端は電圧基 準ユニット１２（第１図）に、及びＰＮＰトランジスター５９のエミッターに接 続されている。このＰＮＰトランジスター５９は電流源５８として機能するとと もに、そのコレクターおよびベースは固定のしきい値電圧レベルにある端子６１ に接続されている。

動作に際しては、ビン５３に加えられる電圧フィードバック中にスパイクが現わ れることがあり、かつこれがこの回路の適正な動作を妨げる。ビン５３への典型 的な入力信号の波形が第３Ａ図に示されており、ここでは立ち上がり波形の初期 の部分で大きな共鳴スパイクの発生が示されている、このスパイクによって現わ れる電圧のレベルは実際に立ち上り波形の最大電圧を越える。このことはコンパ レーターの不適切な動作という結果になる。そしてこれは立ち上がり波形がある 特定のしきい値レベルを通過した時検出する必要がある。第３Ａ図に示されてい るように、ノイズのピークが全ランプ波形を超過している。その結果不適切な動 作という結果を招く。

これとは反対に第３Ｂ図は本発明を使用した結果コンパレーターに加わる出力信 号を示している。第３Ｂ図に示すように、ノイズスパイクが実質的に低減されて おり、その結果電圧波形の瞬時値レベルに依存するコンパレーター１４の動作は 質的に低下しない。

このスパイクは第２図の装置、特に電流源５６および５８とともにキャパシター ５７によって有効に取り除かれている。

この電流源５６はフィードバック電圧がＰＮＰ　ｌ−ランシスター５５がカット オフされるレベルを越える限りキャパシター５７が充電される最大レートを決め る。この充電電流レートはスイッチング電源が動作する任意の高い周波数におい て正確に動作するように供給を受けねばならぬ最大の低レートを達成するために キャパシター５７の値とともに選択される。少な（とも１．５ＭＨｚまでの周波 数が本発明においては実現可能である。

トランジスター５５および５９のベース−エミッター接合間の電圧ドロップは等 しいので、コンパレーター１４の両人カしきい値電圧より同じ量だけ上にずれる ことを可能とするとともに、コンパレーターがこのしきい値電圧で正しくスイッ チすることを可能にしている。

このコンパレーター１４の入力波形にスパイクが現われないという保障があるの で、このスイッチング電源は非常に高い周波数で動作することが可能となる。

そのことは第３Ｂ図に示すように信号の著しく速いレートの立ち上がりを必要と する。電流源５６とともに動作しているトランジスター５５は低電圧レベルがビ ン５３に印加されている期間中はキャパシター５７を急速に放電するように機能 する。このキャパシター５７は従って下降する波形に応じて極めて急速に放電す る。その結果、スパイクが第３Ｂ図の波形の立ち上り部分の期間中有効に制限さ れるとともに、第３Ｂ図に示すように急速に下降する立ち下がり波形を達成して これは回路の動作を妨げることがない。

このコンパレーターは平衡状態にもどるには５０〜１００ナノ秒を必要とするの で、この急速な下降波形は小型化したスイッチング電源のコンパレーターの急速 なリセット動作にとって必須の事柄となる。その結果第３Ｂ図の波形の次のサイ クルが確実に取り扱われることが出来、すなわちコンパレーターがその波形の同 じ点でトリガーされる。コンパレーターが正しく機能するためにはコンパレータ ーの入力端電圧は所定の期間安定していな（ではならない。

本発明によって達成されるこの急速な下降波形は１〜２ＭＨｚの運転においてコ ンパレーターが約１００ナノ秒の間オフの状態にあることを可能にしている。

これは平衡状態に達するために必要な時間に安全率を加えたものに十分に見合っ ている。コンパレーターに平衡状態が確保されている限り、この動作は確実であ りかつその回路は有効に働いている。この動作とは対照的に、本発明のスパイク フィルターを内蔵していない従来のスイッチング電源においては、コンパレータ ーが確実な出力を与えることが出来るまでにコンパレーターは約３００ナノ秒間 オフの状態になくてはならない。

以下のクレームによって規定されかつ確保されるはずの本発明の新規な必須の特 徴から逸脱することなく種々の変更あるいは追加が本発明の装置になされ得るこ とは明らかであろう。

ＦＩＧ、ｊ ＦＩＧ、３α　ＦＩＧ、　３ｂ 手続辛甫正書（方式） 平成６年１０月　１日

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．コンパレーター，上記コンパレーターの出力端に接続されかつその動作に応 答する電源の出力を制御する手段、上記電源の出力端に接続されたフィードバッ ク電圧を発生するための手段、および上記フィードバック電圧のソースと上記コ ンパレーターの入力端間に設けられ上記コンパレーターに与えられる電圧が下降 するレートを制限することなしに上記コンパレーターに与えられる電圧が上昇す るレートを制限するための手段を有する小型化したスイッチング電源。
2. ２．上記コンパレーターは演算増巾器、上記演算増巾器の２つの入力端に接続さ れた第１および第２の電流ソースおよび上記演算増巾器の一方の入力端に接続さ れたスパイクフィルターを有しており、上記演算増巾器は、上記コンパレーター の上記一方の入力端に接続された電流ソースと直列に接続された入力トランジス ターおよび上記コンパレーターの上記一方の入力端と大地間に接続されたキャパ シターを有し、かくして上記キャパシターは上記電流源によって一方向に充電さ れかっ上記トランジスターによってもう一方の方向により速いレートで放電され るように構成されている請求項１に記載の装置。