JPH08317643A - スイッチング電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 制御用ＩＣの発振周波数を変えずに、駆動信
号の絶対的な最大デューティーを簡単に変える。 【構成】 コンデンサ23は、出力端子ＯＵＴからの駆動
信号により充放電する。駆動信号のオン期間が拡がる
と、コンデンサ23の端子間電圧のピーク値が上昇する。
このとき、過電流保護端子Ｌｍが所定の電圧レベルに達
すると、絶対的な最大デューティーを越えないように、
駆動信号のパルス導通幅を強制的に制限する。この絶対
的な最大デューティーは、抵抗22およびコンデンサ23を
適宜選択することで、簡単に変更できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、直流出力電圧を安定化
させるために、スイッチング素子に出力される駆動信号
のパルス導通幅を制御する制御用ＩＣを備えたスイッチ
ング電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、この種のスイッチング電源装置
は、制御用ＩＣからの駆動信号によりスイッチング素子
をスイッチングして、トランスの一次巻線に直流入力電
圧を断続的に印加し、トランスの二次巻線から誘起され
た電圧を整流平滑して、所定の直流出力電圧を得るよう
にしている。この場合、制御用ＩＣは、スイッチング素
子に出力される駆動信号のパルス導通幅を制御して、直
流出力電圧の安定化を図っているが、駆動信号のデュー
ティーすなわち一周期に対するオン期間の割合は、どの
ような状態であってもある絶対的な最大値を越えないよ
うに制限されている。

【０００３】例えば、通常のスイッチング電源の場合、
直流入力電圧が比較的緩やかに変化する定常時には、直
流入力電圧が低ければ、直流出力電圧が高くなるように
駆動信号のパルス導通幅が拡がるので、デューティーも
大きくなり、逆に直流入力電圧が高ければ、直流出力電
圧が低くなるように駆動信号のパルス導通幅が狭まり、
デューティーは小さくなる。これに対して、過渡時にお
いて直流入力電圧が急激に変動したり、あるいは、電源
装置で制御できないようなレベルに直流入力電圧が極端
に低下すると、制御用ＩＣにより駆動信号のデューティ
ーが最大デューティーを越えないように制限され、駆動
信号のオン期間が無用に長くなることを防止している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術における
駆動信号の絶対的な最大デューティーは、制御用ＩＣの
タイミング端子に接続される一対の抵抗などによって設
定される。しかし、このタイミング端子は、本来制御用
ＩＣに内蔵する発振器の発振周波数を設定するためのも
のであり、別な抵抗を付け換えて最大デューティーを望
ましい値に変更しようとすると、発振器の発振周波数も
変わってしまうという問題点がある。

【０００５】そこで、本発明は上記問題点に鑑み、制御
用ＩＣの発振周波数を変えることなく、駆動信号の絶対
的な最大デューティーを簡単に変えることのできるスイ
ッチング装置を提供することをその目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明におけるスイッチ
ング電源装置は、上記目的を達成するために、スイッチ
ング素子のスイッチングによりトランスの一次巻線に直
流入力電圧を断続的に印加し、このトランスの二次巻線
から誘起された電圧を整流平滑して直流出力電圧を得る
とともに、前記直流出力電圧を安定化させるために、前
記スイッチング素子に出力される駆動信号のパルス導通
幅を制御する制御用ＩＣを備えたスイッチング電源装置
において、前記制御用ＩＣは所定の電圧レベルに達する
と前記スイッチング素子に出力する駆動信号のパルス導
通幅を１パルス毎に制限するパルス導通幅制限端子を備
え、さらに、前記駆動信号の出力ラインに抵抗およびコ
ンデンサを直列接続した時定数回路と、前記駆動信号の
出力ラインにカソードを接続し前記抵抗およびコンデン
サの接続点にアノードを接続したダイオードと、前記コ
ンデンサの端子間電圧に応じた制御電圧を前記パルス導
通幅制限端子に供給する電圧供給回路とにより、前記駆
動信号のデューティーを絶対的な最大デューティーに制
限する最大デューティー制限回路を具備したものであ
る。

【０００７】

【作用】上記構成により、駆動信号のオン期間には、駆
動信号の出力ラインからコンデンサに電流が流れ込み、
コンデンサが充電されるとともに、駆動信号のオフ期間
には、コンデンサに蓄えられた電荷が、ダイオードを経
由して駆動信号ラインに速やかに放出される。このと
き、駆動信号のオン期間が拡がると、コンデンサの端子
間電圧の最大ピーク値が上昇する。しかし、制御用ＩＣ
のパルス導通幅制限端子に出力される制御電圧が所定の
電圧レベルに達すると、駆動信号のパルス導通幅すなわ
ちデューティーは、その時点で絶対的な最大デューティ
ーを越えないように強制的に制限される。この絶対的な
最大デューティーは、時定数回路を構成する抵抗および
コンデンサを適宜選択するだけで、制御用ＩＣの発振周
波数を一切変えずに、簡単に変更することができる。ま
た、コンデンサは駆動信号の１周期毎に充放電を繰返
し、かつ、パルス導通幅制限端子が所定の電圧レベルに
達すると、１周期毎に駆動信号のパルス導通幅を制限す
るので、制御用ＩＣおよび最大デューティー制限回路は
全て駆動信号の１周期毎に動作し、応答性が極めて良
い。

【０００８】

【実施例】以下、添付図面である図１および図２に基づ
き、本発明の一実施例を詳述する。先ず、本実施例にお
けるスイッチング電源装置の回路構成を図１に示す。同
図において、１は一次側と二次側とを絶縁するトラン
ス、２はトランス１の一次巻線に接続されるＭＯＳ型Ｆ
ＥＴからなるスイッチング素子であり、スイッチング素
子２をスイッチングすることにより、入力端子＋Ｖｉ，
−Ｖｉ間に接続される直流電源３から、トランス１の一
次巻線に直流入力電圧Ｖinを断続的に印加するようにし
ている。また４は、例えば、整流用のダイオードや、平
滑用の出力コンデンサなどからなる整流平滑回路であ
り、この整流平滑回路４により、トランス１の二次巻線
に誘起された電圧を整流平滑して、出力端子＋Ｖｏ，−
Ｖｏ間に直流出力電圧Ｖout を得るようにしている。

【０００９】一方、前記直流出力電圧Ｖout を安定化さ
せるための帰還回路として、直流出力電圧Ｖout を検出
する出力電圧検出回路11と、スイッチング素子２に出力
される駆動信号のパルス導通幅を制御する制御用ＩＣ12
が各々設けられる。出力電圧検出回路11は、直流出力電
圧Ｖout に応じた電圧検出信号を制御用ＩＣのフィード
バック端子Ｆ／Ｂに出力するものであり、具体的には、
分圧用抵抗と誤差増幅器を組み合わせたものや、シャン
トレギュレータとフォトカプラとを用いた絶縁タイプの
ものなどが適用される。また、制御用ＩＣ12は、図示し
ないが発振器やコンパレータなどを内蔵し、フィードバ
ック端子Ｆ／Ｂの電圧レベルと発振器からの出力信号を
コンパレータにより比較して、この比較結果に基づくパ
ルス導通幅の駆動信号を、出力端子ＯＵＴからスイッチ
ング素子２に供給している。

【００１０】制御用ＩＣ12は、フィードバック端子Ｆ／
Ｂおよび出力端子ＯＵＴの他に、補助電源回路（図示せ
ず）からの直流動作電圧＋Ｖccを印加する動作電圧端子
Ｖccと、所定の電圧レベルに達すると、出力端子ＯＵＴ
からの駆動信号のパルス導通幅を１パルス毎に制限する
パルス導通幅制限端子たる過電流保護端子Ｌｍを備えて
いる。過電流保護端子Ｌｍは、少なくとも過電流保護回
路を有するどの制御用ＩＣ12にも設けられている。しか
し、本実施例の場合、過電流保護端子Ｌｍが所定の電圧
レベルに達すると、出力端子ＯＵＴからのオン信号を強
制的にオフに切換え、次のオン信号までそのまま待機さ
せるラッチ機能を有する制御用ＩＣ12だけが適用され
る。さらに、制御用ＩＣ12には内蔵する発振器のオンタ
イミングおよびオフタイミングを決めるタイミング端子
ＲON，ＲOFF が設けられ、このタイミング端子ＲON，Ｒ
OFF に各々抵抗13，14を接続することにより、発振器の
発振周波数を設定するようになっている。

【００１１】21は、出力端子ＯＵＴから出力される駆動
信号のデューティーＤを、絶対的な最大デューティーＤ
max に制限する最大デューティー制限回路である。この
最大デューティー制限回路21は、前記制御用ＩＣ12の過
電流保護端子Ｌｍを利用して設けられる。具体的には、
駆動信号の出力ラインと接地ライン間に抵抗22およびコ
ンデンサ23を直列接続してなる時定数回路24と、同じく
駆動信号の出力ラインにカソードを接続し、前記抵抗22
およびコンデンサ23の接続点にアノードを接続したダイ
オード25と、コンデンサ23の端子間電圧に応じた制御電
圧を、制御用ＩＣ12の過電流保護端子Ｌｍに供給する電
圧供給回路26とにより構成される。時定数回路24は、駆
動信号の出力ラインに抵抗22の一端を接続し、抵抗22の
他端をコンデンサ23の一端に接続したものである。ま
た、本実施例の電圧供給回路26は、抵抗22およびコンデ
ンサ23の接続点にベースを接続し、直流動作電圧＋Ｖcc
ラインのコレクタを接続したＮＰＮ型トランジスタ27
と、このトランジスタ27のエミッタと接地ライン間に接
続される分圧用抵抗28，29とにより構成され、分圧用抵
抗28，29の接続点に発生する電圧を、制御用ＩＣ12の過
電流保護端子Ｌｍに制御電圧として供給している。

【００１２】次に上記構成に付き、その作用を図２の波
形図をも参照しながら説明する。なお、図２の波形図
は、上段より、制御用ＩＣ12の出力端子ＯＵＴの電圧
と、抵抗22およびコンデンサ23の接続点の電圧であるコ
ンデンサ23の端子間電圧とを各々示している。

【００１３】制御用ＩＣ12は、出力電圧検出回路11から
フィードバック端子Ｆ／Ｂに出力される電圧検出信号に
基づいて、出力端子ＯＵＴからスイッチング素子２に出
力される駆動信号のパルス導通幅を、直流出力電圧Ｖou
t が一定となるように制御する。この場合、直流入力電
圧Ｖinの上昇に伴い、直流出力電圧Ｖout が上昇する
と、制御用ＩＣ12は駆動信号のパルス導通幅を狭めて直
流出力電圧Ｖout を下げ、逆に、直流入力電圧Ｖinの低
下に伴い、直流出力電圧Ｖout が低下すると、制御用Ｉ
Ｃ12は駆動信号のパルス導通幅を拡げて直流出力電圧Ｖ
out を上げる。つまり、図２に示すように、制御用ＩＣ
12は抵抗13，14によって定められた一定周期ｔの駆動信
号を、出力端子ＯＵＴからスイッチング素子２に供給し
ており、この駆動信号のオン期間ｔONを変えながら、直
流出力電圧Ｖout を一定に保つフィードバック制御を行
なっている。また、制御用ＩＣ12は、オン期間ｔONにな
ると直流動作電圧＋Ｖccと同じレベルの駆動信号を出力
する。このオン期間ｔONにおける駆動信号の電圧レベル
は、直流出力電圧Ｖout の変動などによっても変わらず
安定している。

【００１４】駆動信号のオン期間ｔONでは、出力端子Ｏ
ＵＴからスイッチング素子２に至る駆動信号ラインの電
圧レベルが高くなるため、最大デューティー制限回路21
のダイオード25はオフ状態になるとともに、駆動信号の
出力ラインから抵抗22を介してコンデンサ23に電流が流
れ込み、このコンデンサ23が充電される。したがって、
コンデンサ23の端子間電圧は、抵抗22とコンデンサ23と
の時定数と、駆動信号の出力ラインの電圧すなわち直流
動作電圧＋Ｖccとに依存して、略直線的に傾斜上昇す
る。また、このコンデンサ23の端子間電圧の上昇に略比
例して、直流動作電圧＋ＶCCラインからトランジスタ27
のコレクタ・エミッタを経由して分圧用抵抗28，29に電
流が流れ込み、制御用ＩＣ12の過電流保護端子Ｌｍの電
圧レベルが徐々に上昇する。

【００１５】一方、制御用ＩＣ12の出力端子ＯＵＴから
の駆動信号がオフ（Ｌレベル）に切換わると、ダイオー
ド25はターンオンし、それまでコンデンサ23に蓄えられ
ていた電荷は、ダイオード25を経由して駆動信号の出力
ラインに速やかに放出される。この際、コンデンサ23の
端子間電圧は、図２に示すように、ダイオード25の順方
向電圧降下ＶＦと等しくなる。また、トランジスタ27の
コレクタ・エミッタから分圧用抵抗28，29への電流の流
れ込みも殆ど遮断され、過電流保護端子Ｌｍの電圧レベ
ルも急激に低下する。

【００１６】コンデンサ23の端子間電圧は、駆動信号の
オン期間ｔONで傾斜上昇するが、制御用ＩＣ12の出力端
子ＯＵＴが、出力電圧検出回路11からの電圧検出信号に
基づく通常のフィードバック制御によりオフに切換わる
か、あるいは、駆動信号のデューティーＤが、最大デュ
ーティー制限回路21および過電流保護端子Ｌｍによって
強制的に制限される時点で最大となる。このコンデンサ
23の端子間電圧の最大ピーク値Ｖ1maxは、抵抗22とコン
デンサ23との時定数，直流動作電圧＋ＶCCの他に、駆動
信号のオン期間ｔONにも依存し、次の数式１にて示され
る。

【００１７】

【数１】

【００１８】但し、上記数式１において、Ｒ１は抵抗22
の抵抗値、Ｃ１はコンデンサ23の静電容量である。

【００１９】直流入力電圧Ｖinが比較的緩やかに変化す
る定常時には、制御用ＩＣ12はフィードバック端子Ｆ／
Ｂに出力される電圧検出信号に基づき、直流出力電圧Ｖ
outが略一定となるように駆動信号のパルス導通幅を制
御する。この場合、駆動信号のデューティーＤは所定の
範囲内で変動しているので、駆動信号のオン期間ｔONに
比例するコンデンサ23の端子間電圧の最大ピーク値Ｖ1m
axも、さほど上昇しない。したがって、分圧用抵抗28，
29の接続点から過電流保護端子Ｌｍに出力される電圧供
給回路26の制御電圧は、出力端子ＯＵＴからの駆動信号
が途中で強制的にオフにならないような電圧レベルで変
動する。

【００２０】一方、過渡時に直流入力電圧Ｖinが急激に
上昇したり、あるいは、直流入力電圧Ｖinが極端に低下
すると、上記定常時における電圧検出信号に基づくフィ
ードバック制御から外れて、駆動信号のオン期間ｔONが
拡がってくる。この場合、オン期間ｔONにおける駆動信
号の電圧レベルは安定しているので、駆動信号のオン期
間ｔONが拡がった分だけ、コンデンサ23の端子間電圧の
最大ピーク値Ｖ1maxが上昇するが、分圧用抵抗28，29の
接続点から制御用ＩＣ12の過電流保護端子Ｌｍに出力さ
れる制御電圧が、所定の電圧レベルに達すると、出力端
子ＯＵＴからの駆動信号はその時点で強制的にオフにな
り、次の立上がりまでそのままオフ状態を維持する。こ
れにより、駆動信号のデューティーＤは、最大デューテ
ィー制限回路21で定められた絶対的な最大デューティー
Ｄmax を越えないように制限される。

【００２１】このように、本実施例の最大デューティー
制限回路21は、いかなる場合においても、駆動信号のデ
ューティーＤが通常のフィードバック制御から外れて拡
がろうとすると、制御用ＩＣ12の過電流保護端子Ｌｍが
所定の電圧レベルを越えた時点で、駆動信号を最大デュ
ーティーＤmax で強制的にオフにさせることができる。
この場合、時定数回路24を構成する抵抗22およびコンデ
ンサ23を適宜選択するだけで、制御用ＩＣ12に内蔵する
発振器の発振周波数を一切変えずに、絶対的な最大デュ
ーティーＤmax を任意の望ましい値に変更することがで
きる。したがって、例えば、抵抗13，14を含めた制御用
ＩＣ12の周辺部品を共通化して、これらの制御回路の標
準化を図ることが可能となる。

【００２２】しかも、本実施例の最大デューティー制限
回路21は、駆動信号の１周期ｔ毎にコンデンサ23が充放
電を繰返すとともに、過電流保護端子Ｌｍが所定の電圧
レベルに達すると、駆動信号のオン期間ｔONすなわちパ
ルス導通幅も、１周期ｔ毎に制限される。したがって、
制御用ＩＣ12および最大デューティー制限回路21は、全
て駆動信号の１周期ｔ毎に動作するので、応答性が極め
て良く、直流入力電圧Ｖinが急激に変動しても、これに
迅速に対応して、駆動信号のデューティーＤを望ましい
絶対的な最大デューティーＤmax の範囲内に制限するこ
とができる。

【００２３】以上のように、本実施例のスイッチング電
源装置は、所定の電圧レベルに達するとスイッチング素
子２に出力する駆動信号のパルス導通幅を１パルス毎に
制限する過電流保護端子Ｌｍを具備する制御用ＩＣ12に
加えて、駆動信号の出力ラインに抵抗22およびコンデン
サ23を直列接続した時定数回路24と、ダイオード25のカ
ソードを各々接続し、このダイオード25のアノードを抵
抗22およびコンデンサ23の接続点に接続し、さらに、コ
ンデンサ23の端子間電圧に応じた制御電圧を電圧供給回
路26から過電流保護端子Ｌｍに供給する最大デューティ
ー制限回路21を備えたことにより、制御用ＩＣ12の発振
周波数を変えることなく、駆動信号の絶対的な最大デュ
ーティーＤmax を所望の値に簡単に変えることができる
とともに、いかなる急激な直流入力電圧Ｖinの変動に
も、駆動信号のデューティーＤを望ましい絶対的な最大
デューティーＤmax の範囲内に制限することが可能とな
る。

【００２４】また、実施例上の効果として、本実施例で
は、本来制御用ＩＣ12の過電流保護回路に設けられた過
電流保護端子Ｌｍに着目し、この過電流保護端子Ｌｍに
前記最大デューティー制限回路21を設けるだけで、望ま
しい特性の絶対的な最大デューティーＤmax を簡単に得
ることができる。これは、制御用ＩＣ12の特殊性を排除
するものであり、過電流保護端子Ｌｍが所定の電圧レベ
ルに達すると、出力端子ＯＵＴからのオン信号を強制的
にオフに切換え、次のオン信号までそのまま待機させる
ラッチ機能を有する制御用ＩＣ12が有れば、仮に絶対的
な最大デューティーＤmax を制限する機能を持たない制
御用ＩＣ12であっても、簡単にこの機能を付加させるこ
とができる。

【００２５】本発明は上記実施例に限定されるものでは
なく、本発明の要旨の範囲において種々の変形実施が可
能である。例えば、上記実施例では、フォワード型のコ
ンバータを例にして説明を行なったが、フライバック型
などの他のタイプのコンバータにも、本発明を適用する
ことができる。また、スイッチング素子は、ＭＯＳ型Ｆ
ＥＴに代わりトランジスタを用いてもよい。さらに、電
圧供給回路も、本実施例のようなトランジスタと分圧用
抵抗を組み合わせたもの以外に、様々な構成を適用でき
る。

【００２６】

【発明の効果】本発明のスイッチング電源装置は、スイ
ッチング素子のスイッチングによりトランスの一次巻線
に直流入力電圧を断続的に印加し、このトランスの二次
巻線から誘起された電圧を整流平滑して直流出力電圧を
得るとともに、前記直流出力電圧を安定化させるため
に、前記スイッチング素子に出力される駆動信号のパル
ス導通幅を制御する制御用ＩＣを備えたスイッチング電
源装置において、前記制御用ＩＣは所定の電圧レベルに
達すると前記スイッチング素子に出力する駆動信号のパ
ルス導通幅を１パルス毎に制限するパルス導通幅制限端
子を備え、さらに、前記駆動信号の出力ラインに抵抗お
よびコンデンサを直列接続した時定数回路と、前記駆動
信号の出力ラインにカソードを接続し前記抵抗およびコ
ンデンサの接続点にアノードを接続したダイオードと、
前記コンデンサの端子間電圧に応じた制御電圧を前記パ
ルス導通幅制限端子に供給する電圧供給回路とにより、
前記駆動信号のデューティーを絶対的な最大デューティ
ーに制限する最大デューティー制限回路を具備したもの
であり、制御用ＩＣの発振周波数を変えることなく、駆
動信号の絶対的な最大デューティーを簡単に変えること
ができ、しかも、いかなる急激な直流入力電圧の変動に
も、駆動信号のデューティーを望ましい絶対的な最大デ
ューティーの範囲内に制限することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すスイッチング電源装置
の回路図である。

【図２】同上制御用ＩＣの出力端子の電圧およびコンデ
ンサの端子間電圧を示す波形図である。

【符号の説明】

１ トランス ２ スイッチング素子 12 制御用ＩＣ 21 最大デューティー制限回路 22 抵抗 23 コンデンサ 24 時定数回路 25 ダイオード 26 電圧供給回路 Ｌｍ 過電流保護端子（パルス導通幅制限端子）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スイッチング素子のスイッチングにより
   トランスの一次巻線に直流入力電圧を断続的に印加し、
   このトランスの二次巻線から誘起された電圧を整流平滑
   して直流出力電圧を得るとともに、前記直流出力電圧を
   安定化させるために、前記スイッチング素子に出力され
   る駆動信号のパルス導通幅を制御する制御用ＩＣを備え
   たスイッチング電源装置において、前記制御用ＩＣは所
   定の電圧レベルに達すると前記スイッチング素子に出力
   する駆動信号のパルス導通幅を１パルス毎に制限するパ
   ルス導通幅制限端子を備え、さらに、前記駆動信号の出
   力ラインに抵抗およびコンデンサを直列接続した時定数
   回路と、前記駆動信号の出力ラインにカソードを接続し
   前記抵抗およびコンデンサの接続点にアノードを接続し
   たダイオードと、前記コンデンサの端子間電圧に応じた
   制御電圧を前記パルス導通幅制限端子に供給する電圧供
   給回路とにより、前記駆動信号のデューティーを絶対的
   な最大デューティーに制限する最大デューティー制限回
   路を具備したことを特徴とするスイッチング電源装置。