JPWO2019159551A1 - スイッチング電源装置 - Google Patents
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Abstract
Description
Vvwth_fb_h=−C・Vfb+D (1)
を有している。また、ローサイド用のターンオフ閾値信号Vvwth_fb_lは、負荷の重さが所定の重さまで軽減する期間、電圧Vfbに応じて初期値の「−D」から「C」の傾きで変化する特性
Vvwth_fb_l=+C・Vfb−D (2)
を有している。ここで、CとDは正定数である。なお、この図4に示した閾値は、レベルシフト回路31によってシフトアップされる前の電圧Vvwに対してのものである。
Vvwshift=E・VDD+F・Vvw (3)
で表される。ここで、レベルシフト回路31の抵抗Rvw3,Rvw4の抵抗値もそれぞれRvw3,Rvw4とすると、E,Fは、
E=Rvw3/(Rvw3+Rvw4) (4)
F=Rvw4/(Rvw3+Rvw4) (5)
となる。
Vvwshift=E・VDD+F(−C・Vfb+D)
=−C・F・Vfb+(E・VDD+D・F) (6)
となる。一方、(2)式に対する信号Vvwshiftは、
Vvwshift=E・VDD+F(C・Vfb−D)
=C・F・Vfb+(E・VDD−D・F) (7)
となる。
E=F=1/2 (8)
と簡単になる。この(8)式を(6)式に代入すると、
Vvwshift=−C・Vfb/2+(VDD+D)/2 (9)
となり、さらに、(8)式を(7)式に代入すると、
Vvwshift=C・Vfb/2+(VDD−D)/2 (10)
となる。
位相補正用コンデンサCvwおよび抵抗R3,R4を含む回路の周波数応答P(jω)は、その出力電圧と入力電圧との比、すなわち、
P(jω)=Vvw/Vaux (11)
で表される。ここで、Vauxは、補助巻線P2に発生する電圧であり、Vvwは、制御IC12のVW端子に供給される電圧である。
Vvw=Vaux・(R4/(Zcvw+R3+R4)) (12)
となるので、これから、
Vvw/Vaux=R4/(Zcvw+R3+R4) (13)
が得られる。ここで、位相補正用コンデンサCvwのインピーダンスZcvwは、1/jωCvwであるので、周波数応答P(jω)は、
θ=4.138° (18)
が得られ、ゲイン|P(jω)|は、
|P(jω)|=0.090669 (19)
となる。
10μ秒×(4.138/360)=0.115μ秒 (20)
が得られる。この結果、(18)式からは、補助巻線P2の電圧Vauxに対して電圧Vvwの位相が4.138°進んでいることが分かる。また、このときのターンオフ遅延時間は、0.115μ秒(115n秒)だけ補正できることが分かる。
|P’(jω)|=R4/(R3+R4)=0.090909 (21)
であるので、位相補正用コンデンサCvwを設けたことによるゲインの低下はほとんどないことが分かる。
ターンオフ閾値生成回路32は、アナログ・デジタル変換器41と、デジタル閾値制御部42と、デジタル・アナログ変換器43,44とを有している。アナログ・デジタル変換器41は、入力端子がFB端子に接続され、出力端子がデジタル閾値制御部42に接続されて、アナログの電圧Vfbを10ビットのデジタル信号Dfbに変換する。デジタル閾値制御部42は、第1の出力端子がデジタル・アナログ変換器43の入力端子に接続され、第2の出力端子がデジタル・アナログ変換器44の入力端子に接続されている。デジタル閾値制御部42は、入力されたデジタル信号Dfbを処理して、第1の出力端子にハイサイドのスイッチング素子Qaをターンオフする閾値の10ビットのデジタル信号Dvwth_fb_hを出力する。このデジタル閾値制御部42における処理は、図4に示したターンオフ閾値生成回路32の入出力特性に基づいて行われる。デジタル閾値制御部42は、また、入力されたデジタル信号Dfbを処理して、第2の出力端子にローサイドのスイッチング素子Qbをターンオフする閾値の10ビットのデジタル信号Dvwth_fb_lを出力する。デジタル・アナログ変換器43は、デジタル信号Dvwth_fb_hをアナログのターンオフ閾値信号Vvwth_fb_hに変換して出力する。デジタル・アナログ変換器44は、デジタル信号Dvwth_fb_lをアナログのターンオフ閾値信号Vvwth_fb_lに変換して出力する。
11n,11p 出力端子
12 制御IC
21 起動回路
22 制御回路
23 ハイサイドドライブ回路
24 ローサイドドライブ回路
31 レベルシフト回路
32 ターンオフ閾値生成回路
33,34 比較器
35 ドライブ信号生成回路
41 アナログ・デジタル変換器
42 デジタル閾値制御部
43,44 デジタル・アナログ変換器
C1 入力コンデンサ
C2,C3,C5 コンデンサ
C6 共振コンデンサ
C10 出力コンデンサ
C11 コンデンサ
Cvw 位相補正用コンデンサ
D2,D3,D4 ダイオード
P1 1次巻線
P2 補助巻線
PC1 フォトカプラ
Qa,Qb スイッチング素子
R1,R2,R3,R4,R6,R7,R8,R9,R10,Rvw3,Rvw4 抵抗
S1,S2 2次巻線
SR1 シャントレギュレータ
T1 トランス
Claims (5)
- ハイサイドの第1のスイッチング素子およびローサイドの第2のスイッチング素子を直列に接続したハーフブリッジ回路と、共振コンデンサ、共振インダクタおよびトランスの1次巻線からなる電流共振型の共振回路と、前記共振回路から前記トランスを介して送られた電力を整流・平滑して直流の出力電圧にして出力する直流電圧出力回路と、前記第1のスイッチング素子および前記第2のスイッチング素子のオン・オフを制御する機能を集積化した制御部と、前記出力電圧と目標の電圧との誤差信号を前記制御部にフィードバックさせるフィードバック回路とを備えたスイッチング電源装置において、
前記トランスの補助巻線と、
前記補助巻線に生起された電圧を分圧して前記制御部に共振電圧の検出信号として供給する分圧回路と、
前記補助巻線と前記分圧回路との間に接続されて前記分圧回路により分圧された電圧の位相を前記補助巻線に生起された電圧の位相よりも進める位相補正用コンデンサと、
を備えた、スイッチング電源装置。 - 前記制御部は、前記分圧回路より供給され電圧をレベルシフトしたレベルシフト信号を出力するレベルシフト回路と、前記誤差信号からハイサイド用の第1のターンオフ閾値およびローサイド用の第2のターンオフ閾値を生成するターンオフ閾値生成回路と、前記レベルシフト信号と前記第1のターンオフ閾値とを比較して前記第1のスイッチング素子をターンオフする第1のターンオフ信号を出力する第1の比較器と、前記レベルシフト信号と前記第2のターンオフ閾値とを比較して前記第2のスイッチング素子をターンオフする第2のターンオフ信号を出力する第2の比較器と、前記第1のターンオフ信号を受けたタイミングで前記第1のスイッチング素子をターンオフするハイサイドドライブ信号および前記第2のターンオフ信号を受けたタイミングで前記第2のスイッチング素子をターンオフするローサイドドライブ信号を出力するドライブ信号生成回路と、を有する請求項1記載のスイッチング電源装置。
- 前記ターンオフ閾値生成回路は、アナログの前記誤差信号をデジタルに変換するアナログ・デジタル変換器と、デジタルに変換された前記誤差信号からハイサイド用の第1のデジタルターンオフ閾値およびローサイド用の第2のデジタルターンオフ閾値を生成するデジタル閾値制御部と、前記第1のデジタルターンオフ閾値をアナログに変換して前記第1のターンオフ閾値を出力する第1のデジタル・アナログ変換器と、前記第2のデジタルターンオフ閾値をアナログに変換して前記第2のターンオフ閾値を出力する第2のデジタル・アナログ変換器と、を有する請求項2記載のスイッチング電源装置。
- 前記誤差信号の値をVfbとすると、
前記ターンオフ閾値生成回路は、
前記分圧回路より供給され電圧が(−C×Vfb+D)を下回ると前記第1のスイッチング素子がオフし(C,Dは正定数)、
前記分圧回路より供給され電圧が(+C×Vfb−D)を上回ると前記第2のスイッチング素子がオフするよう、
前記第1のターンオフ閾値および前記第2のターンオフ閾値を生成する、請求項2記載のスイッチング電源装置。 - 前記共振インダクタは、前記トランスのリーケージインダクタンスまたは前記トランスを構成するインダクタとは別のインダクタである、請求項1ないし4のいずれか1項に記載のスイッチング電源装置。
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