KR100796890B1 - 스위칭 전원장치 - Google Patents

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마사아키 시마다
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산켄덴키 가부시키가이샤
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Abstract

스위칭 전원장치의 경부하시에 출력전압의 상승을 억제한다.
오차증폭기(26)와 전환회로(37)와의 사이에 구동제어회로(40)를 설치한다. 경부하시에, 구동제어회로(40)의 비교기(52)는, MOSFET(4)의 구동시에 충전되는 스위프 회로(57)의 수치와 오차증폭기(26)의 출력을 비교하여, 스위프 회로(57)의 수치가 오차증폭기(26)의 출력 레벨을 넘었을 때에, MOSFET(4)의 온 동작을 정지하고, 경부하시에 출력전압의 상승을 억제한다.

Description

스위칭 전원장치{SWITCHING POWER SOURCE DEVICE}
도 1은 본 발명의 스위칭 전원장치를 나타내는 전기 회로도
도 2는 도 1에 나타내는 구동제어회로의 제 1 실시형태를 나타내는 전기 회로도
도 3은 도 2에 나타내는 정전류 회로의 실시형태를 나타내는 회로도
도 4는 구동제어회로가 동작 상태의 회로 각부의 타임 차트를 나타내는 그래프
도 5는 구동제어회로가 비동작 상태의 회로 각부의 타임 차트를 나타내는 그래프
도 6은 도 1에 나타내는 구동제어회로의 제 2 실시형태를 나타내는 전기 회로도
도 7은 도 6에 나타내는 정전류 회로의 실시형태를 나타내는 회로도
도 8은 종래의 스위칭 전원장치를 나타내는 전기 회로도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 교류 전원 2 : 정류회로
3 : 승압 리액터 4 : MOSFET(스위칭 소자)
5 : 정류평활회로 7 : 전류검출저항(전류검출회로)
10 : 제어회로 25 : 기준 전압
26 : 오차증폭기 27 : 곱셈기
31 : 주권선 32 :보조 권선
36 : 콤퍼레이터 37 : RSF/F(전환회로)
40 : 구동제어회로 50 : 리세트 회로
52 : 비교기 53 : 레벨검출회로
57 : 콘덴서(스위프 회로) 58, 60 : 정전류 회로
본 발명은, 전자기기 등에 사용되는 스위칭 전원, 특히 역률 개선 기능을 가지며, 경부하시에 전력 변환 효율의 향상 및 과전압 제어를 도모할 수 있는 스위칭 전원에 관한 것이다.
역률 개선 기능을 가진 스위칭 전원장치는, 고조파 전류 규제(IEC/EN61000-3-2), 가전·범용품 고조파 억제 가이드라인 적응으로서, OA기기, 생활기기 등의 전자기기에 이용되고 있다. 예를 들면, 아래의 특허문헌 1에 나타난 바와 같이 MOSFET와, MOSFET에 직렬로 접속되어 직류 출력전압을 발생시키는 리액터를 가진 승압회로와, MOSFET의 게이트 단자에 제어신호를 부여하여 MOSFET를 온·오프 제어하는 제어회로를 구비하고, MOSFET의 온·오프 동작에 의해 리액터에 에너지를 축적하고 또한 방출하여 교류 전원으로부터 입력되는 교류 전압보다 높은 값의 직류 출력전압을 뽑아내는 교류-직류 변환장치가 공지되어 있다.
또한, 고조파 전류 규제를 대응한 종래의 스위칭 전원장치의 예를 도 8에 나타낸다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 스위칭 전원장치는, 교류 전원(1)과, 교류 전원(1)으로부터의 교류 입력을 직류로 변환하는 정류회로로서의 다이오드 브리지(2)와, 다이오드 브리지(2)의 양측 단자와 음측 단자와의 사이에 연이어 직렬로 접속된, 승압 리액터(3)의 주권선(31), 스위칭 소자로서의 MOSFET(4), 전류검출저항(7)의 직렬회로와, 승압 리액터(3)의 주권선(31)과 MOSFET(4)와의 접속점과 다이오드 브리지(2)의 음측 단자와의 사이에 접속된 정류평활회로(5)와, 정류평활회로(5)의 출력측에 접속된 플라이백 컨버터 회로인 DC-DC 컨버터(8)와, DC-DC 컨버터(8)의 출력측에 접속된 부하(9)와, MOSFET(4)를 온·오프 동작시키는 제어회로(10)를 구비하고 있다. 정류평활회로(5)는, 승압 리액터(3)의 주권선(31)과 MOSFET(4)와의 접속점과 다이오드 브리지(2)의 음측 단자와의 사이에 접속된 정류 다이오드(15)와, 정류 다이오드(15)와 다이오드 브리지(2)의 음측 단자와의 사이에 접속된 평활 콘덴서(16)를 구비하고, DC-DC 컨버터(8)는, 평활 콘덴서(16)에 병렬로 접속된다. 주로 다이오드 브리지(2) 및 승압 리액터(3)에 의해 구성되는 역률개선회로는, 승압 리액터(3)의 승압 초퍼의 입력 전류를 정현파 입력 전압에 추종시키면서, 출력전압이 일정해지도록 스위칭 동작시켜 역률 개선 동작을 달성한다. 역률 개선 회로의 후단에 DC/DC컨버터(8)를 접속하여, 절연된 소망의 출력전압을 얻을 수 있다.
제어회로(10)는, 정류 다이오드(15)의 출력전압을 분압하는 한 쌍의 출력분압저항(21, 22)과, 제 1 기준 전압을 발생하는 제 1 기준 전원(25)과, 분압저항 (21, 22)의 접속점(29)의 전압과, 제 1 기준 전압을 비교하여, 접속점(29)의 전압과 제 1 기준 전압을 비교하여 출력을 발생하는 오차증폭기(26)와, 오차증폭기(26)의 출력 단자와 접지의 사이에 접속된 콘덴서(28)와, 다이오드 브리지(2)의 출력전압을 분압하는 한 쌍의 입력분압저항(23, 24)과, 입력분압저항(23, 24)의 접속점(30)의 전압치와 오차증폭기(26)의 출력 단자에서의 전압치와의 곱에 비례하는 값의 출력을 발생하는 곱셈기(27)와, 전류검출회로를 구성하는 전류검출저항(7)에 발생하는 전압과 곱셈기(27)로부터의 출력전압을 비교하여, 전류검출저항(7)에 발생하는 전압이 곱셈기(27)로부터의 출력전압보다 높을 때에 출력을 발생하는 콤퍼레이터(36)와, 콤퍼레이터(36)의 출력을 수신했을 때에 세트되어 고전압 레벨의 출력을 발생시키는 RS 플립·플롭(RSF/F)(37)과, 제 2 기준 전압을 발생하는 제 2 기준 전원(34)과, 승압 리액터(3)의 보조 권선(32)에 발생하는 전압과 제 2 기준 전압을 비교하여, 출력을 발생하고, 전환회로로서의 RSF/F(37)를 리세트시키는 비교기(35)와, RSF/F(37)가 리세트되었을 때에 발생하는 출력을 MOSFET(4)의 제어 단자, 즉 게이트 단자에 부여하는 노어 게이트(33)를 구비하고 있다. 비교기(35)의 출력은, 노어 게이트(33) 및 저항(38)을 통하여 MOSFET(4)의 게이트 단자에 직접 부여된다. 곱셈기(27)의 출력치는, 입력 전압의 순간치와 출력 오차 전압의 곱에 비례하는 값으로 설정된다. 전류검출저항(7)으로부터 콤퍼레이터(36)의 양의 입력 단자에 부여되는 단자전압은, MOSFET(4)를 흐르는 전류의 파형과 상사형(相似形)이다.
동작시에, MOSFET(4)의 게이트 단자에 구동 신호를 부여하면, MOSFET(4)는 온이 되고, 교류 전원(1)으로부터 다이오드 브리지(2), 승압 리액터(3)의 주권선 (31), MOSFET(4), 전류검출저항(7)을 지나 다이오드 브리지(2)에 여자 전류가 흐르기 시작하고, 이 여자 전류는, 직선적으로 상승하여, 승압 리액터(3)에 에너지가 축적된다. 이 때, 승압 리액터(3)의 주권선(31)에는 다이오드 브리지(2)로부터 정류된 맥류 전압이 인가되고, 역방향 전압이 인가되는 정류 다이오드(15)에는 전류가 흐르지 않는다.
MOSFET(4)에 증가하면서 흐르는 여자 전류는, 그 여자 전류치에 대응하는 레벨의 전압으로서 전류검출저항(7)에 의해 검출되고, 전류검출저항(7)에 의해 검출된 전류치는, 콤퍼레이터(36)에 부여된다. 분압저항(21, 22)의 접속점(29)의 전압 레벨을 제 1 기준 전원(25)의 제 1 기준 전압과 비교하여, 분압 저항(21, 22)의 접속점(29)의 출력전압이 제 1 기준 전압(25)보다 높으면, 오차증폭기(26)는 출력을 발생한다. 곱셈기(27)는, 입력분압저항(23, 24)으로부터 공급되는 입력 전압과, 오차증폭기(26)의 출력을 곱셈하여, 콤퍼레이터(36)에 부여한다. 콤퍼레이터(36)는, 전류검출저항(7)의 출력과 곱셈기(27)의 출력을 비교한다. 전류검출저항(7)에 흐르는 여자 전류가 증대하고, 곱셈기(27)의 출력보다 전류검출저항(7)의 출력쪽이 높아지면, 콤퍼레이터(36)는 고전압 레벨(H)의 출력을 발생시켜, RSF/F(37)에 세트 신호를 부여하므로, RSF/F(37)는 출력 신호를 출력하고, MOSFET(4)가 온(도통)으로부터 오프(비도통)로 전환된다.
MOSFET(4)가 온일 때에 승압 리액터(3)에 축적된 에너지는, MOSFET(4)가 오프일 때에, 정류 다이오드(15), 평활 콘덴서(16) 및 DC-DC 컨버터(8)를 통하여 부하(9)에 공급된다. 이 때, 승압 리액터(3)의 보조 권선(32)의 전압극성이 반전하 고, 보조 권선(32)의 전압이 비교기(35)의 반전 입력단자에 접속되는 기준 전압(34)보다 커지면, 비교기(35)의 출력은, 고전압 레벨(H)로 되고, RSF/F(37)는 리세트되며, MOSFET(4)는, 노어 회로(33) 및 구동저항(38)을 통하여 오프를 유지한다. 승압 리액터(3)의 주권선(31)에 흐르는 여자 전류가 제로에 도달할 때까지, MOSFET(4)의 오프 상태는 유지된다. 승압 리액터(3)의 축적 에너지의 방출이 완료하면, 보조 권선(32)의 전압의 극성이 반전하고, 비교기(35)의 출력은, 저전압 레벨(L)이 되므로, MOSFET(4)는 온이 되고, 다음의 1 사이클이 시작된다. 도 8에 나타내는 스위칭 전원장치에서는, MOSFET(4)의 온 시간을 조정함으로써, 승압 리액터(3)에 축적되는 에너지량을 조절할 수 있다. 또한, MOSFET(4)를 흐르는 여자 전류의 파형을 입력 정현파의 상사형에 매우 가깝게 하여, 정류평활회로(5)로부터의 출력전압이 일정해지도록, MOSFET(4)의 온 시간을 제어하여, 스위칭 전원장치의 역률을 개선할 수 있다.
다이오드 브리지(2)를 통해서 정류한 후에 분압 저항(23, 24)에 의해 분압된 전파정류 전압파형에 상사인 파형이 곱셈기(27)에 입력된다. 또한, 분압저항(21, 22)에 의해 분압된 직류 출력전압과 기준 전원(25)의 기준 전압과의 차를 오차증폭기(26)에 의해 구하고, 그 차를 표시하는 오차증폭기(26)의 출력을 곱셈기(27)에 부여한다. 그 때문에, 정류 정현파에 상사이면서 또한 직류 출력전압으로 증배된 곱셈기(27)의 출력은, MOSFET(4)의 목표치 전류를 설정하는 목표치로 된다. 교류 전원(1)의 전압 0으로부터 피크까지 MOSFET(4)의 소스-드레인 전류를 목표치 전류인 정현파에 근사시키는 임계 동작을 최대한 실시함으로써, MOSFET(4)의 소스-드레 인 전류를 입력 정현파 전압과 상사이고, 또한 동위상으로 하여 역률 개선 동작을 달성할 수 있다.
[특허문헌 1] 일본 특허 제3381254호 공보(도 1)
도 8에 나타내는 종래의 스위칭 전원장치에서는, 경부하시에 MOSFET(4)의 스위칭 주파수가 높아지므로, 제어회로(10) 또는 MOSFET(4)의 응답 지연이 발생할 우려가 있다. 이 경우에, MOSFET(4)의 온 펄스를 최적의 펄스폭으로 좁힐 수 없어, 출력전압이 상승하고, 평활 콘덴서(16)에 과전압이 인가되어, 고장이 발생할 위험이 커진다. 또한, 경부하시에 MOSFET(4)의 스위칭 주파수의 증대에 의해, 제어회로(10)의 스위칭 손실 및 발열량이 증대하고, 전력 변환 효율이 크게 저하하는 난점도 있었다. 또한, 노어 게이트(33)와 MOSFET(4)의 게이트 단자와의 사이에 접속되는 구동저항(38)의 발열량이 증대하기 때문에, 전력 용량이 큰 저항을 필요로 하는 결점이 있었다.
따라서, 본 발명은, 경부하시에 출력전압의 상승을 억제할 수 있는 스위칭 전원장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 스위칭 전원장치는, 교류 전원(1)에 접속되는 정류회로(2)와, 정류회로(2)의 양측 단자와 음측 단자와의 사이에 연이어 직렬로 접속된, 승압 리액터(3)의 주권선(31), 스위칭 소자(4), 스위칭 소자(4)를 흐르는 전류를 검출하는 전류검출회로(7)와, 승압 리액터(3)의 주권선(31)과 스위칭 소자(4)와의 접속점과 정류회로(2)의 음측 단자와의 사이에 접속된 정류평활회로(5)와, 승압 리액터(3)의 보조 권선(32)에 유기되는 전압에 기초하여 스위칭 소자(4)의 온·오프 동작을 제어하여 정류평활회로(5)로부터 직류 출력을 꺼내는 제어회로(10)를 구비하고 있다. 제어회로(10)는, 정류평활회로(5)의 직류 출력의 출력전압과 기준 전압(25)과의 오차 전압을 출력하는 오차증폭기(26)와, 정류회로(2)의 양측 단자에 발생하는 맥류 전압과 오차증폭기(26)의 출력과의 곱을 출력하는 곱셈기(27)와, 곱셈기(27)의 출력과 스위칭 소자(4)를 흐르는 전류치와의 비교를 실시하는 콤퍼레이터(36)와, 콤퍼레이터(36)의 출력에 의해 스위칭 소자(4)를 오프로 전환하는 전환회로(37)를 구비하고 있다. 오차증폭기(26)와 전환회로(37)의 사이에 설치되는 구동제어회로(40)는, 수치를 상승시키거나 또는 감소시키는 스위프 회로(57)와, 스위칭 소자(4)에의 구동 신호가 발생했을 때에, 스위프 회로(57)에 수치의 상승을 개시시키는 리세트 회로(50)와, 오차증폭기(26)의 출력전압 또는 그 출력전압에 상당하는 신호치와 스위프 회로(57)의 수치를 비교하여, 스위프 회로(57)의 수치가 오차증폭기(26)의 출력전압 또는 그 출력전압에 상당하는 신호치를 넘었을 때에, 전환회로(37)에의 출력을 발생시켜, 스위칭 소자(4)의 온 동작을 정지시키는 비교기(52)를 구비하고 있다.
경부하시에, 비교기(52)는, 오차증폭기(26)의 출력과 스위프 회로(57)의 수치를 비교하여, 스위프 회로(57)의 수치가 오차증폭기(26)의 출력 레벨을 넘었을 때에, 스위칭 소자(4)의 온 동작을 정지하여, 출력전압의 상승을 억제할 수 있다. 이 때문에, 평활 콘덴서(16)의 과전압 인가 및 고장 발생, 스위칭 소자(4)의 스위칭 주파수의 증가에 수반하는 스위칭 손실 및 발열량 증대, 전력 변환 효율의 저하 및 구동저항(38)의 발열을 모두 억제할 수 있다.
(실시예)
이하에서 본 발명에 의한 스위칭 전원장치의 실시의 형태를 도 1 내지 도 7에 의하여 설명한다. 다만, 도 1 내지 도 3, 도 6 및 도 7에서는, 도 8에 나타낸 부분과 실질적으로 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
도 1은, 본 발명에 의한 스위칭 전원장치의 기본 개념을 나타내는 회로도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 스위칭 전원장치는, 콤퍼레이터(36)와 전환회로로서의 RSF/F(37)의 사이에 접속된 오어 게이트(42)와, 오차증폭기(26)와 곱셈기(27)와의 접속점과 오어 게이트(42)와의 사이에 직렬로 접속되어 MOSFET(4)의 구동 신호가 입력되는 구동제어회로(40) 및 스위치(41)를 구비하고 있다. 구동제어회로(40)의 제 1 실시형태를 도 2에 나타낸다.
도 2에 나타낸 실시형태에서는, 구동제어회로(40)는, 오차증폭기(26)와 곱셈기(27)와의 접속점에 접속된 반전 입력단자와 오어 게이트(42)의 입력 단자에 접속된 출력단자를 가진 비교기(52)와, 기준치를 발생하는 기준 전원(54)에 접속된 반전 입력단자를 가진 레벨검출회로(53)와, 비교기(52) 및 레벨검출회로(53)의 각 비반전 입력단자에 접속된 드레인 단자(한쪽의 주단자)와 접지에 접속된 소스 단자(다른쪽의 주단자)를 가진 MOSFET(스위치 소자)(56)와, 레벨검출회로(53)의 출력단자에 접속된 세트 단자 및 MOSFET(56)의 게이트 단자(제어 단자)에 접속된 출력 단자를 가진 제어용 RSF/F(55)와, MOSFET(56)와 병렬로 접속된 스위프 회로로서의 콘덴서(57)와, 콘덴서(57)에 전류를 공급하는 제 1 정전류 회로(58)와, 제 1 정전류 회로(58)에 병렬로 접속된 스위치(59) 및 제 2 정전류 회로(60)를 구비하고 있다. 레벨검출회로(53), 기준 전원(54), 제어용 RSF/F(55) 및 MOSFET(56)는, 콘덴서(57)의 방전 시기를 결정하는 리세트 회로(50)를 구성한다.
리세트 회로(50)는, MOSFET(4)의 게이트 단자에 부여되는 구동 신호에 의해 저전압 레벨의 출력 신호(제 1 신호)를 발생함과 동시에, 레벨검출회로(53)가 출력을 발생했을 때에 고전압 레벨의 출력 신호(제 2 신호)를 발생하는 전환 소자로서의 제어용 RSF/F(55)와 제어용 RSF/F(55)의 저전압 레벨의 출력 신호를 수신했을 때에 오프가 되고, 제어용 RSF/F(55)의 고전압 레벨의 출력 신호를 수신했을 때에 온이 되는 스위치 소자로서의 MOSFET(56)를 구비하고 있다. 콘덴서(57)는, MOSFET(56)가 오프일 때에 충전되고, MOSFET(56)가 온일 때에 방전된다.
도 2에 나타내는 비교기(52)는, 도 1에 나타내는 스위치(41)와는 명칭이 상이하지만, 오차증폭기의 출력 레벨에 의해 구동제어회로의 신호를 출력하는 의미로 같은 기능을 하는 소자로서, 동일한 작용 효과를 발휘한다. 노어 게이트(33)의 출력 단자는, 제어용 RSF/F(55)의 리세트 단자 및 스위치(59)에도 접속된다. 스위치(59)는, 노어 게이트(33)로부터 고전압 레벨(H)의 구동 신호가 부여될 때 온이 되고, 정전류 회로(60)의 전류를 콘덴서(57)에 공급하여, 저전압 레벨(L)의 구동 신호가 부여될 때 오프가 된다.
오차증폭기(26)의 출력전압이 높은 통상적인 동작시에, 노어 게이트(33)로부터 고전압 레벨(H)의 구동 신호가 MOSFET(4)의 게이트 단자에 부여될 때마다, MOSFET(4)가 온이 됨과 동시에, RSF/F(55)가 리세트되고 또한 스위치(59)가 온이 되고, MOSFET(56)는 오프가 된다. 이 때문에, 콘덴서(57)는, 제 1 정전류 회로(58)와 제 2 정전류 회로(60)와의 합성 전류에 의해 충전되고, 콘덴서(57)의 전하 레벨이 기준 전원(54)의 기준 전압을 넘으면, 레벨검출회로(53)가 출력을 발생하여, RSF/F(55)가 세트되므로, MOSFET(56)가 온이 되어, 콘덴서(57)가 방전된다. 따라서, 통상적인 동작시에, 콘덴서(57)는, MOSFET(56)의 온·오프 동작에 의해 충방전을 반복하지만, 비교기(52)의 비반전 입력단자에 인가되는 콘덴서(57)의 전압(V57)보다 반전 입력단자에 인가되는 오차증폭기(26)의 출력전압(V26) 쪽이 높기 때문에, 비교기(52)는, 출력을 발생하지 않고, 구동제어회로(40)는 작동하지 않는다.
오차증폭기(26)의 출력전압이 낮아지는 경부하시에도, MOSFET(4)의 게이트 단자에 고전압 레벨(H)의 구동 신호가 부여되고, MOSFET(4)가 온이 되어, 제어용 RSF/F(55)의 리세트 단자에 고전압 레벨(H)의 전압이 인가됨과 동시에, 스위치(59)가 온으로 된다. 따라서, 제 1 정전류 회로(58)와 제 2 정전류 회로(60)와의 합성 전류에 의해 콘덴서(57)가 충전되어, 콘덴서(57)의 단자전압이 상승한다. 그러나, 경부하시에는, 오차증폭기(26)의 출력전압이 저하하므로, 콘덴서(57)의 충전 전압(V57)이, 오차증폭기(26)의 출력전압(V26)을 넘으면, 콘덴서(57)의 충전 전압이 비반전 입력단자에 인가되는 비교기(52)는, 고전압 레벨(H)의 출력 신호를 발생하므로, RSF/F(37)는 세트되어, 고전압 레벨(H)의 출력 신호를 발생하므로, 노어 게이트(33)는, 저전압 레벨(L)의 출력 신호를 발생시키고, MOSFET(4)는 오프로 된다. 이 때, 스위치(59)도 오프가 되므로, 제 1 정전류 회로(58)를 흐르는 전류만에 의해 충전되는 콘덴서(57)의 충전 속도는 느려진다. 따라서, 콘덴서(57)에 전하를 저충전 속도로 축적할 수 있으므로, 오프 상태에 있는 MOSFET(4)의 온 동작의 재개 시기를 지연시킬 수 있다.
레벨검출회로(53)의 반전 입력단자에 인가되는 기준 전원(54)의 기준 전압(V54)보다 콘덴서(57)의 충전 전압(V57)이 높아지면, 레벨검출회로(53)가 고전압 레벨(H)의 출력 신호를 발생하여, RSF/F(55)가 세트된다. 이 때문에, RSF/F(55)는, 고전압 레벨(H)의 출력 신호를 발생하여, MOSFET(56)가 온이 되어, 콘덴서(57)가 방전되고, 비교기(52)의 출력은, 고전압 레벨(H)로부터 저전압 레벨(L)로 된다. 이 상태로부터, 보조 권선(32)의 코일 전압이 반전하여, 비교기(35)의 출력이 고전압 레벨(H)로부터 저전압 레벨(L)이 되면, MOSFET(4)는 온이 된다. 이와 같이, 경부하시에, 오차증폭기(26)의 출력전압이 저하하면, 구동제어회로(40)의 비교기(52)는, 출력을 송출하여, RSF/F(37)를 세트 상태로 전환하고, 기준 전원(54)의 기준 전압(V54)보다 높은 전압 레벨로 콘덴서(57)가 충전될 때까지, RSF/F(37)는, 세트 상태로 유지된다. RSF/F(37)가 세트 상태로 유지되는 동안에, MOSFET(4)는, 연장된 기간중의 오프 상태로 유지된다.
도 3은, 제 2 정전류 회로(60)의 구체적인 회로도를 나타낸다. 즉, 제 2 정전류 회로(60)는, 제 1 정전류 회로(58)에 병렬로 전원에 접속된 한 쌍의 바이폴라 트랜지스터(65, 66)에 의해 구성되는 커런트 미러 회로(62)와, 다른쪽의 바이폴라 트랜지스터(66)의 콜렉터 단자와 스위치(59)를 구성하는 바이폴라 트랜지스터의 콜 렉터의 사이에 접속된 저항(63)을 가진다. 한쪽의 바이폴라 트랜지스터(65)로부터 콘덴서(57)에 흐르는 충전 전류와 다른 쪽의 바이폴라 트랜지스터(66)로부터 스위치(59)에 흐르는 전류는 실질적으로 동일한 전류치가 된다.
도 6은, 본 발명에 의한 스위칭 전원장치의 다른 실시형태를 나타낸다. 도 6은, 가변 정전류 회로(61)와 스위치(59)와의 직렬 회로를 콘덴서(57)에 병렬로 접속하고, 제 1 정전류 회로(58)와 가변 정전류 회로(61)의 차이 전류에 의해 콘덴서(57)를 충전하는 점에서 도 2의 회로와는 상이하다. 도 6에 나타내는 가변 정전류 회로(61)의 상세를 도 7에 나타낸다. 여기서, 도 6에 나타내는 스위치(59)는, 노어 게이트(33)의 출력이 고전압 레벨(H)일 때에 오프가 되는 것에 대해, 도 7에 나타내는 스위치(59)는 노어 게이트(33)의 출력이 고전압 레벨(H)일 때에 온이 되는 것으로 하여, 모두 고전압 레벨에서는 정전류 회로(61)의 전류를 흐르게 하지 않는다. 도 7의 가변 정전류 회로(61)는, 전원에 접속된 1쌍의 트랜지스터(65, 66)로 구성되며, 전류를 출력하는 제 1 커런트 미러 회로(62)와, 제 1 커런트 미러의 전류 출력을 입력하여 전류를 유입하는 1쌍의 트랜지스터(67, 68)로 구성되는 제 2 커런트 미러 회로(64)로 이루어지고, 제 1 커런트 미러 회로(62)의 전류설정 입력단자를 구성하는 트랜지스터(66)의 콜렉터는, 저항(63)을 통하여 오차증폭기(26)의 출력단자에 접속된다. 제 2 커런트 미러 회로(64)의 전류를 유입하는 출력 단자를 구성하는 트랜지스터(67)의 콜렉터, 에미터는, 콘덴서(57)에 병렬로 접속된다. 또한, 가변 정전류 회로(61)의 온/오프를 실시하는 스위치용 트랜지스터(59)의 콜렉터, 에미터는, 제 2 커런트 미러 회로(64)의 입력단자, 트랜지스터(68)의 콜렉터, 에미터 사이에 병렬로 접속된다.
오차증폭기(26)의 출력전압보다도 콘덴서(57)의 전압이 높아지는 경부하시에, MOSFET(4)가 온인 기간에서는, 스위치(59)가 온이 되어, 가변 정전류 회로(61)는 동작하지 않기 때문에, 콘덴서(57)는, 정전류 회로(58)에 의해서 충전된다. MOSFET(4)가 오프가 되면, 스위치(59)가 오프가 되기 때문에, 가변 정전류 회로(61)가 동작하여, 정전류 회로(58)의 전류를 분류하기 때문에, 콘덴서(57)의 충전 전류는, 정전류 회로(58)의 전류로부터 가변 정전류 회로(61)의 전류를 뺀 전류가 되어, 콘덴서(57)의 충전 속도는 느려진다.
또한, 제 2 커런트 미러 회로(64)의 입력 단자, 트랜지스터(68)의 콜렉터, 에미터 사이에 병렬로 접속되는 콜렉터, 에미터를 가진 스위치용 트랜지스터(59)는, 가변 정전류 회로(61)의 온/오프를 실시한다. 경부하시에, 오차증폭기(26)의 출력전압이 저하하고, 오차증폭기(26)의 출력전압이 저하할수록, 저항(63)에 인가되는 전압이 높아지고, 이에 수반하여, 부하가 가벼워질수록, 저항(63)을 흐르는 전류가 증가한다. 이에 따라 제 1 커런트 미러 회로(62) 및 제 2 커런트 미러 회로(64)를 흐르는 전류가 증대하여, 콘덴서(57)의 충전 전류가 감소하기 때문에, 경부하시에, 부하가 가벼워질수록, 콘덴서(57)의 충전 속도는 느려지고, MOSFET(4)의 오프 시간이 연장된다. 반대로, 경부하시에, 오차증폭기(26)의 출력전압이 저하하면, 콘덴서(57)의 전압이 빠르게 오차증폭기(26)의 전압을 넘기 때문에, MOSFET(4)의 온시간이 짧아진다.
도 6의 스위칭 전원장치에서는, 통상적인 동작 상태로부터 경부하로 이행하 고, 오차증폭기(26)의 출력이 저하할 때, MOSFET(4)의 게이트 단자에 고전압 레벨(H)의 구동 신호가 입력되고, MOSFET(4)가 온이 됨과 동시에, RSF/F(55)의 리세트 단자에 고전압 레벨(H)의 제어 신호가 부여되어, MOSFET(56)가 오프가 된다. 이 때문에, 제 1 정전류 회로(58)를 흐르는 전류에 의해 콘덴서(57)가 충전되고, 이 때, 스위치(59)는, 오프 상태로 유지된다. 콘덴서(57)의 충전 전압(V57)이 오차증폭기(26)의 출력전압(V26)보다 높아지면, 콘덴서(57)의 충전 전압(V57)이 비반전 입력단자에 인가되는 비교기(52)는, 고전압 레벨(H)의 출력 신호를 발생하므로, RSF/F(37)는 세트되어, 고전압 레벨(H)의 신호를 출력하고, 노어 게이트(33)는, 저전압 레벨(L)의 출력을 발생시키기 때문에, MOSFET(4)는 오프가 된다. 도 2에 나타내는 실시형태와는, 일부 동작이 다르고, MOSFET(4)의 게이트 단자에 고전압 레벨(H)의 구동 신호가 입력될 때, 스위치(59)는 오프가 된다. 가변 정전류 회로(61)는, 동작하지 않기 때문에, 콘덴서(57)는, 제 1 정전류 회로(58)를 흐르는 전류에 의해 충전된다. MOSFET(4)에의 구동 신호가 저전압 레벨(L)이 되면, 스위치(59)는 온이 되고, 가변정전류 회로(61)가 동작한다. 따라서, 가변정전류 회로(61)를 흐르는 전류(I61)보다 제 1 정전류 회로(58)를 흐르는 전류(I58)를 크게, I58>I61로 설정하고, 제 1 정전류 회로(58)와 가변 정전류 회로(61)의 차전류에 의해 충전되는 콘덴서(57)의 충전 속도는 느려진다.
콘덴서(57)의 충전 전압(V57)이 기준 전원(54)의 기준 전압(V54)보다 높아지 면, 레벨검출회로(53)는, 고전압 레벨(H)의 출력을 발생하여, RSR/F(55)를 세트하고, RSF/F(55)는, 고전압 레벨(H)의 출력을 발생시켜, MOSFET(56)가 온이 되어, 콘덴서(57)는 방전한다. 이에 따라, 비교기(52)의 출력은, 고전압 레벨(H)로부터 저전압 레벨(L)로 전환된다. 이 상태에서, 보조 권선(32)의 극성이 반전하여, 비교기(35)가, 고전압 레벨(H)로부터 저전압 레벨(L)의 출력 신호로 전환되면, MOSFET(4)는 온이 된다. 이에 따라, 오차증폭기(26)의 출력전압이 낮아져, MOSFET (4)의 온 기간이 단축됨과 동시에, MOSFET(4)의 오프 기간이 길어진다. 오차증폭기(26)의 출력전압이 저하하면, 가변 정전류 회로(61)는, 정전류치를 증대시키는 동작 특성을 가진다. 오차증폭기(26)의 출력전압이, 기준 전원(54)의 기준 전압(V54)보다 저하하면, 콘덴서(57)의 충전 전압이 오차증폭기(26)의 출력전압보다 높아지므로 구동제어회로(40)의 비교기(52)는, RSF/F(37)에 출력을 송출한다. 또한, 통상적인 동작시에, 오차증폭기(26)의 출력이 높을수록, 제어용 RSF/F(55)로부터 저전압 레벨의 출력 신호를 발생하는 기간을 짧게 하거나 또는 일정하게 하여, 정류평활회로(5)로부터의 출력전압을 저하시킴과 동시에, 경부하시에, 오차증폭기(26)의 출력이 낮을수록, 제어용 RSF/F(55)로부터 저전압 레벨의 출력 신호가 발생하는 기간을 길게 할 수 있다.
본 발명의 상기 실시형태는, 앞에서 본 실시형태에 한정되지 않고, 더욱 더 여러가지로 변경할 수 있다. 상기 임계 전류 동작 외에, 리액터 전류가 불연속이 되는 불연속 동작, 리액터 전류가 연속이 되는 연속 동작에서도 승압 리액터(3)의 역률 개선 제어를 적용할 수 있다. 또한, DC-DC 컨버터(8)는, 플라이백 컨버터 회로 외에 RCC 회로, 포워드 컨버터 회로, 하프 브리지 회로, 브리지 회로 등을 사용해도 좋다. 또한, 커런트 미러 회로를 MOSFET 등의 바이폴라 트랜지스터 이외의 전류제어소자에 의해 구성해도 좋다. 또한, 스위칭 소자(4)는, MOSFET 대신에, 다른 전계효과 트랜지스터, 바이폴라 트랜지스터 또는 다른 스위치를 사용해도 좋다.
상기 구동제어회로(40)의 실시예는 스위프 회로(57)의 2개의 경사를 발생시키기 때문에, 콘덴서(57)에 정전류원(58, 60)으로부터 전류를 공급하고, 정전류원을 전환하여 2개의 경사를 가진 전압 파형을 발생시켜, 그 전압 파형과 오차증폭기(26)의 출력전압 또는 기준 전원(54)을 아날로그적으로 비교하여, 각각의 비교 결과에 의해 MOSFET(4)의 구동신호의 차단, 경사의 변경 또는 스위프 회로(57)의 리세트를 실시했지만, 콘덴서와 정전류원에 의한 스위프 회로 대신에 카운터 또는 마이크로 컴퓨터 등의 디지털 회로를 사용하여 계수한 수치와, 오차증폭기(26)의 출력전압을 디지탈 신호로서 받아들인 수치로 하고, 기준 전압원과 콤퍼레이터 대신에 소정의 수치와 디지털 콤퍼레이터의 조합으로 하여, 디지털적으로 비교해도 좋다. 경사를 변경하는 방법으로서 카운터의 경우는 클록 주파수를 변경해도 좋다. 마이크로 컴퓨터의 경우는, 클록을 변경해도 좋고, 카운트 업의 스텝치를 변경하여도 좋다. 클록 또는 스텝을 반으로 하면, 경사도 반(기울기가 완만함)이 된다.
본 발명에서는, 역률 개선 회로를 구성하는 제어회로는, 경부하시에 스위칭 소자의 온 시간폭을 감소시키고, 반대로 오프 시간을 연장함으로써, 출력전압의 상 승을 억제할 수 있어, 출력 콘덴서의 전압 상승을 방지할 수 있다. 온 시간폭을 좁혀 스위칭 주파수를 내리기 때문에, 승압 리액터로부터의 변조음을 저감시킬 수 있다. 또한, 스위칭 주파수의 저하에 의해, 스위칭 손실을 감소하여 스위칭 소자 및 구동저항의 발열을 억제하고, 경부하시의 전력 변환 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 전력 용량이 작은 구동 저항을 사용할 수 있으므로, 저비용의 스위칭 전원장치를 얻을 수 있다.
경부하시에 전력 변환 효율의 향상 및 과전압 제어를 도모하는 모든 스위칭 전원장치에 본 발명을 적용할 수 있다.

Claims (4)

  1. 교류 전원에 접속되는 정류회로와, 상기 정류회로의 양측 단자와 음측 단자와의 사이에 연이어 직렬로 접속된, 승압 리액터의 주 권선, 스위칭 소자, 상기 스위칭 소자를 흐르는 전류를 검출하는 전류검출회로와, 상기 승압 리액터의 주권선과 스위칭 소자와의 접속점과 상기 정류회로의 음측 단자와의 사이에 접속된 정류평활회로와, 상기 승압 리액터의 보조 권선에 유기되는 전압에 기초하여 상기 스위칭 소자의 온·오프 동작을 제어하는 구동신호를 상기 스위칭 소자의 제어 단자에 부여하여 상기 정류평활회로로부터 직류 출력을 출력시키는 제어회로를 구비하고,
    상기 제어회로는, 상기 정류평활회로의 직류 출력의 출력전압과 기준 전압과의 오차 전압을 출력하는 오차증폭기와, 상기 정류회로의 양측 단자에 발생하는 맥류 전압과 상기 오차증폭기의 출력과의 곱을 출력하는 곱셈기와, 상기 곱셈기의 출력과 상기 스위칭 소자를 흐르는 전류치의 비교를 행하는 콤퍼레이터와, 상기 콤퍼레이터의 출력에 의해 상기 스위칭 소자를 오프로 전환하는 전환회로를 구비한 스위칭 전원장치에 있어서,
    상기 오차증폭기와 전환회로와의 사이에 구동제어회로가 설치되고, 상기 구동제어회로는, 수치를 상승시키거나 또는 감소시키는 스위프 회로와,
    상기 스위칭 소자에의 구동 신호가 발생했을 때에, 상기 스위프 회로의 수치의 상승을 개시시키는 리세트 회로와,
    상기 오차증폭기의 출력전압 또는 그 출력전압에 상당하는 신호치와 상기 스위프 회로의 수치를 비교하고, 상기 스위프 회로의 수치가 상기 오차증폭기의 출력전압 또는 그 출력전압에 상당하는 신호치를 넘었을 때에, 상기 전환회로에의 출력을 발생하여, 상기 스위칭 소자의 온 동작을 정지시키는 비교기를 구비한 것을 특징으로 하는 스위칭 전원장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 구동제어회로는, 레벨검출회로와, 상기 레벨검출회로의 제 1 입력 단자에 부여되는 기준치를 마련하고,
    상기 레벨검출회로의 제 2 입력 단자는, 상기 스위프 회로에 접속되고,
    상기 레벨검출회로는, 상기 스위프 회로의 수치가 상기 기준치에 도달했을 때에 출력을 발생하고,
    상기 리세트 회로는, 상기 레벨검출회로의 출력에 의해 상기 스위프 회로의 수치를 저하시키고 리세트하는 스위칭 전원장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 구동제어회로는, 상기 스위칭 소자로의 구동 신호에 의해 제어되는 경사변경수단을 구비하고,
    상기 오차증폭기의 출력 레벨이 상기 기준치보다 작고 또한 상기 스위칭 소자로의 구동 신호가 발생했을 때, 상기 스위프 회로는, 수치의 상승을 개시하고부터 상기 오차증폭기의 출력전압 또는 그 출력전압에 상당하는 신호치에 도달할 때까지의 제 1 기간중에 제 1 경사로 수치를 상승시키고,
    상기 스위프 회로의 수치가, 상기 오차증폭기의 출력전압 또는 그 출력전압에 상당하는 신호치에 도달했을 때, 비교기의 출력은, 상기 스위칭 소자로의 구동 신호를 정지시키고,
    상기 스위칭 소자로의 구동 신호가 정지했을 때, 상기 경사변경수단은, 상기 구동신호가 정지하고부터 상기 스위프회로의 수치가 상기 기준치에 도달하기까지의 제 2 기간중에 상기 제 1 경사보다 작은 제 2 경사로 상기 스위프 회로의 수치를 상승시키는 스위칭 전원장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 스위프 회로의 상기 제 1 기간은, 상기 오차증폭기의 출력전압 또는 그 출력전압에 상당하는 신호치가 감소함에 따라, 일정하게 되거나 또는 단축되며, 상기 제 2 기간은, 상기 오차증폭기의 출력전압 또는 그 출력전압에 상당하는 신호치가 감소함에 따라, 연장되는 스위칭 전원장치.
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