JP2002078320A - スイッチング電源装置 - Google Patents
スイッチング電源装置Info
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- JP2002078320A JP2002078320A JP2000253727A JP2000253727A JP2002078320A JP 2002078320 A JP2002078320 A JP 2002078320A JP 2000253727 A JP2000253727 A JP 2000253727A JP 2000253727 A JP2000253727 A JP 2000253727A JP 2002078320 A JP2002078320 A JP 2002078320A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 スイッチング電源装置において、小型化の為
にコンデンサの容量を削減しても、出力電圧が発振せず
に安定した出力が得られる仕組みを低コストで実現す
る。 【解決手段】 出力端子104から出力される出力電圧
は、分圧抵抗107により分圧されて第1の比較器11
1及び第2の比較器112に入力された電圧値と基準電
圧発生器113の電圧値の比較結果をマイコン110に
出力する。マイコン110は、オン時間を所定の時間に
固定し、オフ時間を比較結果に応じて最大負荷電流から
決定される最小オフ時間以上でかつ最小負荷電流から決
定される最大オフ時間以下の範囲内で変化させ、FET
102を制御する。入力端子101に印加された入力電
圧は、FET102のオン・オフによりチョッピングさ
れ、コイル103とコンデンサ106からなる平滑化回
路により平滑化されて、一定の目標電圧に維持され、出
力端子104から出力される。
にコンデンサの容量を削減しても、出力電圧が発振せず
に安定した出力が得られる仕組みを低コストで実現す
る。 【解決手段】 出力端子104から出力される出力電圧
は、分圧抵抗107により分圧されて第1の比較器11
1及び第2の比較器112に入力された電圧値と基準電
圧発生器113の電圧値の比較結果をマイコン110に
出力する。マイコン110は、オン時間を所定の時間に
固定し、オフ時間を比較結果に応じて最大負荷電流から
決定される最小オフ時間以上でかつ最小負荷電流から決
定される最大オフ時間以下の範囲内で変化させ、FET
102を制御する。入力端子101に印加された入力電
圧は、FET102のオン・オフによりチョッピングさ
れ、コイル103とコンデンサ106からなる平滑化回
路により平滑化されて、一定の目標電圧に維持され、出
力端子104から出力される。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はスイッチング電源装
置に関し、特に検出した出力電圧値に基づいてスイッチ
ング素子のオン時間やオフ時間を変化させることによっ
て出力電圧を一定に保つように制御するディジタル制御
方式の電源装置に関するものである。
置に関し、特に検出した出力電圧値に基づいてスイッチ
ング素子のオン時間やオフ時間を変化させることによっ
て出力電圧を一定に保つように制御するディジタル制御
方式の電源装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、スイッチング電源装置は特開平1
1−113252号公報に記載されたものが知られてい
る。これは図3に示すように、入力端子301および出
力端子304およびグランド端子(309、310)
と、入力電圧の電圧値を検出する入力電圧検出手段とし
てのアナログ・デジタル変換機(A/Dコンバータ)3
12、周囲温度測定手段(311、315)、出力電流
検出手段(308、314)、入力電圧をスイッチング
するスイッチング手段としてのスイッチングトランジス
タ302と、入力電圧値に対する前記スイッチング手段
の制御情報を格納したテーブルが予め記憶されている記
憶手段としてのメモリ316と、前記入力電圧検出手段
により検出された入力電圧値および前記テーブルに基づ
いて前記スイッチング手段のオン時間またはオフ時間を
制御する制御手段としてのマイコン313とパルス幅変
調器(PWM)305、平滑化回路としてのコイル30
3とコンデンサ307、還流ダイオード306から構成
されている。この構成を用いて、入力電圧と出力電流と
周囲温度の3つのパラメータに対応するオン時間とオフ
時間の比率をあらかじめテーブル情報として記憶してお
くことによって、入力電圧と出力電流と周囲温度の3つ
のパラメータからオン時間やオフ時間を一義的に決定で
き、出力電圧の制御をフィードバック制御なしで行うこ
とが可能になる。
1−113252号公報に記載されたものが知られてい
る。これは図3に示すように、入力端子301および出
力端子304およびグランド端子(309、310)
と、入力電圧の電圧値を検出する入力電圧検出手段とし
てのアナログ・デジタル変換機(A/Dコンバータ)3
12、周囲温度測定手段(311、315)、出力電流
検出手段(308、314)、入力電圧をスイッチング
するスイッチング手段としてのスイッチングトランジス
タ302と、入力電圧値に対する前記スイッチング手段
の制御情報を格納したテーブルが予め記憶されている記
憶手段としてのメモリ316と、前記入力電圧検出手段
により検出された入力電圧値および前記テーブルに基づ
いて前記スイッチング手段のオン時間またはオフ時間を
制御する制御手段としてのマイコン313とパルス幅変
調器(PWM)305、平滑化回路としてのコイル30
3とコンデンサ307、還流ダイオード306から構成
されている。この構成を用いて、入力電圧と出力電流と
周囲温度の3つのパラメータに対応するオン時間とオフ
時間の比率をあらかじめテーブル情報として記憶してお
くことによって、入力電圧と出力電流と周囲温度の3つ
のパラメータからオン時間やオフ時間を一義的に決定で
き、出力電圧の制御をフィードバック制御なしで行うこ
とが可能になる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のスイッチング電源装置を実現するには、入力電圧の
検出、周囲温度の検出、出力電流の検出のために計3個
ものアナログ・デジタル変換機(A/Dコンバータ)が
必要になり、非常にコストがかかる。また、出力電流を
検出するには、出力側にセンス抵抗を挿入してその前後
での電圧降下から電流値を算出する必要がある。しかし
ながら、センス抵抗を挿入することによって、無駄な熱
が発生して、スイッチング電源装置のエネルギー変換効
率は低下してしまう。また、テーブル情報を作成するた
めには、入力電圧、周囲温度、出力電流のそれぞれを変
化させながら、目標電圧が得られるオン・オフ比率を探
索する必要があり、多大な手間がかかってしまう。
来のスイッチング電源装置を実現するには、入力電圧の
検出、周囲温度の検出、出力電流の検出のために計3個
ものアナログ・デジタル変換機(A/Dコンバータ)が
必要になり、非常にコストがかかる。また、出力電流を
検出するには、出力側にセンス抵抗を挿入してその前後
での電圧降下から電流値を算出する必要がある。しかし
ながら、センス抵抗を挿入することによって、無駄な熱
が発生して、スイッチング電源装置のエネルギー変換効
率は低下してしまう。また、テーブル情報を作成するた
めには、入力電圧、周囲温度、出力電流のそれぞれを変
化させながら、目標電圧が得られるオン・オフ比率を探
索する必要があり、多大な手間がかかってしまう。
【0004】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたもので、小型スイッチング電源装置を、より少な
い手間で低コストに実現することを目的とする。
されたもので、小型スイッチング電源装置を、より少な
い手間で低コストに実現することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本願の請求項1にかかる発明は、流すことができる
電流の上限値と下限値が決まっている負荷に電源供給を
行い、入力端子および出力端子と、入力電圧をスイッチ
ングするスイッチング手段と、出力電圧の電圧値を検出
する出力電圧検出手段と、前記出力電圧検出手段により
検出された出力電圧値に基づいて前記スイッチング手段
のオン時間やオフ時間を制御する制御手段を具備するス
イッチング電源装置において、前記制御手段のオン時間
を前記スイッチング手段がオン・オフ動作を行うことが
できる範囲の所定の時間に固定し、前記制御手段のオフ
時間を前記負荷に流すことができる電流の上限値から決
定される最小オフ時間以上の範囲で変化させることによ
って制御するものである。
に、本願の請求項1にかかる発明は、流すことができる
電流の上限値と下限値が決まっている負荷に電源供給を
行い、入力端子および出力端子と、入力電圧をスイッチ
ングするスイッチング手段と、出力電圧の電圧値を検出
する出力電圧検出手段と、前記出力電圧検出手段により
検出された出力電圧値に基づいて前記スイッチング手段
のオン時間やオフ時間を制御する制御手段を具備するス
イッチング電源装置において、前記制御手段のオン時間
を前記スイッチング手段がオン・オフ動作を行うことが
できる範囲の所定の時間に固定し、前記制御手段のオフ
時間を前記負荷に流すことができる電流の上限値から決
定される最小オフ時間以上の範囲で変化させることによ
って制御するものである。
【0006】また、本願の請求項2にかかる発明は、流
すことができる電流の上限値と下限値が決まっている負
荷に電源供給を行い、入力端子および出力端子と、入力
電圧をスイッチングするスイッチング手段と、出力電圧
の電圧値を検出する出力電圧検出手段と、前記出力電圧
検出手段により検出された出力電圧値に基づいて前記ス
イッチング手段のオン時間やオフ時間を制御する制御手
段を具備するスイッチング電源装置において、前記制御
手段のオン時間を前記スイッチング手段がオン・オフ動
作を行うことができる範囲の所定の時間に固定し、前記
制御手段のオフ時間を前記負荷に流すことができる電流
の下限値から決定される最大オフ時間以下の範囲で変化
させることによって制御するものである。
すことができる電流の上限値と下限値が決まっている負
荷に電源供給を行い、入力端子および出力端子と、入力
電圧をスイッチングするスイッチング手段と、出力電圧
の電圧値を検出する出力電圧検出手段と、前記出力電圧
検出手段により検出された出力電圧値に基づいて前記ス
イッチング手段のオン時間やオフ時間を制御する制御手
段を具備するスイッチング電源装置において、前記制御
手段のオン時間を前記スイッチング手段がオン・オフ動
作を行うことができる範囲の所定の時間に固定し、前記
制御手段のオフ時間を前記負荷に流すことができる電流
の下限値から決定される最大オフ時間以下の範囲で変化
させることによって制御するものである。
【0007】また、本願の請求項3にかかる発明は、流
すことができる電流の上限値と下限値が決まっている負
荷に電源供給を行い、入力端子および出力端子と、入力
電圧をスイッチングするスイッチング手段と、出力電圧
の電圧値を検出する出力電圧検出手段と、前記出力電圧
検出手段により検出された出力電圧値に基づいて前記ス
イッチング手段のオン時間やオフ時間を制御する制御手
段を具備するスイッチング電源装置において、前記制御
手段のオン時間を前記スイッチング手段がオン・オフ動
作を行うことができる範囲の所定の時間に固定して、前
記制御手段のオフ時間を前記負荷に流すことができる電
流の上限値から決定される最小オフ時間以上でかつ前記
負荷に流すことができる電流の下限値から決定される最
大オフ時間以下の範囲で変化させることによって制御す
るものである。これにより、フィードバック制御を行っ
ていても予めオン・オフ制御の範囲を限定しておくこと
により出力電圧の発振を抑えることが可能となり、平滑
化回路のコンデンサ容量を削減した小型スイッチング電
源装置を低コストで実現できる。
すことができる電流の上限値と下限値が決まっている負
荷に電源供給を行い、入力端子および出力端子と、入力
電圧をスイッチングするスイッチング手段と、出力電圧
の電圧値を検出する出力電圧検出手段と、前記出力電圧
検出手段により検出された出力電圧値に基づいて前記ス
イッチング手段のオン時間やオフ時間を制御する制御手
段を具備するスイッチング電源装置において、前記制御
手段のオン時間を前記スイッチング手段がオン・オフ動
作を行うことができる範囲の所定の時間に固定して、前
記制御手段のオフ時間を前記負荷に流すことができる電
流の上限値から決定される最小オフ時間以上でかつ前記
負荷に流すことができる電流の下限値から決定される最
大オフ時間以下の範囲で変化させることによって制御す
るものである。これにより、フィードバック制御を行っ
ていても予めオン・オフ制御の範囲を限定しておくこと
により出力電圧の発振を抑えることが可能となり、平滑
化回路のコンデンサ容量を削減した小型スイッチング電
源装置を低コストで実現できる。
【0008】また、本願の請求項4にかかる発明は、流
すことができる電流の上限値と下限値が決まっている負
荷に電源供給を行い、入力端子および出力端子と、入力
電圧をスイッチングするスイッチング手段と、出力電圧
の電圧値を検出する出力電圧検出手段と、前記出力電圧
検出手段により検出された出力電圧値に基づいて前記ス
イッチング手段のオン時間やオフ時間を制御する制御手
段を具備するスイッチング電源装置において、前記制御
手段のオン時間を前記スイッチング手段がオン・オフ動
作を行うことができる範囲の所定の時間に固定して、前
記制御手段のオフ時間を前記負荷に流すことができる電
流の上限値から決定される最小オフ時間以上であり、か
つ前記出力電圧検出手段により検出された出力電圧値が
予め設定した目標電圧値を下回るまでの時間か、前記負
荷に流すことができる電流の下限値から決定される最大
オフ時間のいずれか短い方の時間以下の範囲で変化させ
ることによって制御するものである。これにより出力電
圧値が急落した場合にも対応できるオン・オフ制御を実
現でき、出力電圧の発振を抑えることが可能となり、平
滑化回路のコンデンサ容量を削減した小型スイッチング
電源装置を低コストで実現できる。
すことができる電流の上限値と下限値が決まっている負
荷に電源供給を行い、入力端子および出力端子と、入力
電圧をスイッチングするスイッチング手段と、出力電圧
の電圧値を検出する出力電圧検出手段と、前記出力電圧
検出手段により検出された出力電圧値に基づいて前記ス
イッチング手段のオン時間やオフ時間を制御する制御手
段を具備するスイッチング電源装置において、前記制御
手段のオン時間を前記スイッチング手段がオン・オフ動
作を行うことができる範囲の所定の時間に固定して、前
記制御手段のオフ時間を前記負荷に流すことができる電
流の上限値から決定される最小オフ時間以上であり、か
つ前記出力電圧検出手段により検出された出力電圧値が
予め設定した目標電圧値を下回るまでの時間か、前記負
荷に流すことができる電流の下限値から決定される最大
オフ時間のいずれか短い方の時間以下の範囲で変化させ
ることによって制御するものである。これにより出力電
圧値が急落した場合にも対応できるオン・オフ制御を実
現でき、出力電圧の発振を抑えることが可能となり、平
滑化回路のコンデンサ容量を削減した小型スイッチング
電源装置を低コストで実現できる。
【0009】また、本願の請求項5にかかる発明は、請
求項1から4のスイッチング電源装置における前記制御
手段において、隣り合うオン・オフサイクル間でのオフ
時間の変化量を所定の値以下に制限するものである。こ
れにより、急激なオン・オフ時間の変動を起こすことが
なくなり、出力電圧の安定性が向上する。
求項1から4のスイッチング電源装置における前記制御
手段において、隣り合うオン・オフサイクル間でのオフ
時間の変化量を所定の値以下に制限するものである。こ
れにより、急激なオン・オフ時間の変動を起こすことが
なくなり、出力電圧の安定性が向上する。
【0010】また、本願の請求項6にかかる発明は、請
求項1から5のスイッチング電源装置において、前記出
力電圧検出手段を、分圧抵抗と、基準電圧発生器と、前
記分圧抵抗から出力される電圧値と前記基準電圧発生器
から出力される電圧値とを入力とする単数または複数個
の比較器で構成するものである。これにより、分圧抵抗
器からの出力電圧と基準電圧の比較結果から現オン・オ
フサイクルのオフ時間が長いのか短いのかが分かり、次
のオン・オフサイクルでのオフ時間を現オフ時間に対し
て増加させるべきなのか減少させるべきなのかを決める
ことができる。その結果、より精度の高いオン・オフ制
御が可能となり、スイッチング電源装置の出力電圧の安
定性を向上させることができる。
求項1から5のスイッチング電源装置において、前記出
力電圧検出手段を、分圧抵抗と、基準電圧発生器と、前
記分圧抵抗から出力される電圧値と前記基準電圧発生器
から出力される電圧値とを入力とする単数または複数個
の比較器で構成するものである。これにより、分圧抵抗
器からの出力電圧と基準電圧の比較結果から現オン・オ
フサイクルのオフ時間が長いのか短いのかが分かり、次
のオン・オフサイクルでのオフ時間を現オフ時間に対し
て増加させるべきなのか減少させるべきなのかを決める
ことができる。その結果、より精度の高いオン・オフ制
御が可能となり、スイッチング電源装置の出力電圧の安
定性を向上させることができる。
【0011】また、本願の請求項7にかかる発明は、流
すことができる電流の上限値と下限値が決まっている負
荷に電源供給を行い、入力端子および出力端子と、入力
電圧をスイッチングするスイッチング手段と、出力電圧
の電圧値を検出する出力電圧検出手段と、前記出力電圧
検出手段により検出された出力電圧値に基づいて前記ス
イッチング手段のオン時間やオフ時間を制御する制御手
段を具備するスイッチング電源装置において、前記制御
手段のオフ時間を前記スイッチング手段がオン・オフ動
作を行うことができる範囲の所定の時間に固定し、前記
制御手段のオン時間を前記負荷に流すことができる電流
の下限値から決定される最小オン時間以上の範囲で変化
させることによって制御するものである。
すことができる電流の上限値と下限値が決まっている負
荷に電源供給を行い、入力端子および出力端子と、入力
電圧をスイッチングするスイッチング手段と、出力電圧
の電圧値を検出する出力電圧検出手段と、前記出力電圧
検出手段により検出された出力電圧値に基づいて前記ス
イッチング手段のオン時間やオフ時間を制御する制御手
段を具備するスイッチング電源装置において、前記制御
手段のオフ時間を前記スイッチング手段がオン・オフ動
作を行うことができる範囲の所定の時間に固定し、前記
制御手段のオン時間を前記負荷に流すことができる電流
の下限値から決定される最小オン時間以上の範囲で変化
させることによって制御するものである。
【0012】また、本願の請求項8にかかる発明は、流
すことができる電流の上限値と下限値が決まっている負
荷に電源供給を行い、入力端子および出力端子と、入力
電圧をスイッチングするスイッチング手段と、出力電圧
の電圧値を検出する出力電圧検出手段と、前記出力電圧
検出手段により検出された出力電圧値に基づいて前記ス
イッチング手段のオン時間やオフ時間を制御する制御手
段を具備するスイッチング電源装置において、前記制御
手段のオフ時間を前記スイッチング手段がオン・オフ動
作を行うことができる範囲の所定の時間に固定し、前記
制御手段のオン時間を前記負荷に流すことができる電流
の上限値から決定される最大オン時間以下の範囲で変化
させることによって制御するものである。
すことができる電流の上限値と下限値が決まっている負
荷に電源供給を行い、入力端子および出力端子と、入力
電圧をスイッチングするスイッチング手段と、出力電圧
の電圧値を検出する出力電圧検出手段と、前記出力電圧
検出手段により検出された出力電圧値に基づいて前記ス
イッチング手段のオン時間やオフ時間を制御する制御手
段を具備するスイッチング電源装置において、前記制御
手段のオフ時間を前記スイッチング手段がオン・オフ動
作を行うことができる範囲の所定の時間に固定し、前記
制御手段のオン時間を前記負荷に流すことができる電流
の上限値から決定される最大オン時間以下の範囲で変化
させることによって制御するものである。
【0013】また、本願の請求項9にかかる発明は、流
すことができる電流の上限値と下限値が決まっている負
荷に電源供給を行い、入力端子および出力端子と、入力
電圧をスイッチングするスイッチング手段と、出力電圧
の電圧値を検出する出力電圧検出手段と、前記出力電圧
検出手段により検出された出力電圧値に基づいて前記ス
イッチング手段のオン時間やオフ時間を制御する制御手
段を具備するスイッチング電源装置において、前記制御
手段のオフ時間を前記スイッチング手段がオン・オフ動
作を行うことができる範囲の所定の時間に固定して、前
記制御手段のオン時間を前記負荷に流すことができる電
流の下限値から決定される最小オン時間以上でかつ前記
負荷に流すことができる電流の上限値から決定される最
大オン時間以下の範囲で変化させることによって制御す
るものである。これにより、フィードバック制御を行っ
ていても予めオン・オフ制御の範囲を限定しておくこと
により出力電圧の発振を抑えることが可能となり、平滑
化回路のコンデンサ容量を削減した小型スイッチング電
源装置を低コストで実現できる。
すことができる電流の上限値と下限値が決まっている負
荷に電源供給を行い、入力端子および出力端子と、入力
電圧をスイッチングするスイッチング手段と、出力電圧
の電圧値を検出する出力電圧検出手段と、前記出力電圧
検出手段により検出された出力電圧値に基づいて前記ス
イッチング手段のオン時間やオフ時間を制御する制御手
段を具備するスイッチング電源装置において、前記制御
手段のオフ時間を前記スイッチング手段がオン・オフ動
作を行うことができる範囲の所定の時間に固定して、前
記制御手段のオン時間を前記負荷に流すことができる電
流の下限値から決定される最小オン時間以上でかつ前記
負荷に流すことができる電流の上限値から決定される最
大オン時間以下の範囲で変化させることによって制御す
るものである。これにより、フィードバック制御を行っ
ていても予めオン・オフ制御の範囲を限定しておくこと
により出力電圧の発振を抑えることが可能となり、平滑
化回路のコンデンサ容量を削減した小型スイッチング電
源装置を低コストで実現できる。
【0014】また、本願の請求項10にかかる発明は、
流すことができる電流の上限値と下限値が決まっている
負荷に電源供給を行い、入力端子および出力端子と、入
力電圧をスイッチングするスイッチング手段と、出力電
圧の電圧値を検出する出力電圧検出手段と、前記出力電
圧検出手段により検出された出力電圧値に基づいて前記
スイッチング手段のオン時間やオフ時間を制御する制御
手段を具備するスイッチング電源装置において、前記制
御手段のオフ時間を前記スイッチング手段がオン・オフ
動作を行うことができる範囲の所定の時間に固定して、
前記制御手段のオン時間を前記負荷に流すことができる
電流の下限値から決定される最小オン時間以上であり、
かつ前記出力電圧検出手段により検出された出力電圧値
が予め設定した目標電圧値を上回るまでの時間か、前記
負荷に流すことができる電流の上限値から決定される最
大オン時間のいずれか短い方の時間以下の範囲で変化さ
せることによって制御するものである。これにより出力
電圧値が急落した場合にも対応できるオン・オフ制御を
実現でき、出力電圧の発振を抑えることが可能となり、
平滑化回路のコンデンサ容量を削減した小型スイッチン
グ電源装置を低コストで実現できる。
流すことができる電流の上限値と下限値が決まっている
負荷に電源供給を行い、入力端子および出力端子と、入
力電圧をスイッチングするスイッチング手段と、出力電
圧の電圧値を検出する出力電圧検出手段と、前記出力電
圧検出手段により検出された出力電圧値に基づいて前記
スイッチング手段のオン時間やオフ時間を制御する制御
手段を具備するスイッチング電源装置において、前記制
御手段のオフ時間を前記スイッチング手段がオン・オフ
動作を行うことができる範囲の所定の時間に固定して、
前記制御手段のオン時間を前記負荷に流すことができる
電流の下限値から決定される最小オン時間以上であり、
かつ前記出力電圧検出手段により検出された出力電圧値
が予め設定した目標電圧値を上回るまでの時間か、前記
負荷に流すことができる電流の上限値から決定される最
大オン時間のいずれか短い方の時間以下の範囲で変化さ
せることによって制御するものである。これにより出力
電圧値が急落した場合にも対応できるオン・オフ制御を
実現でき、出力電圧の発振を抑えることが可能となり、
平滑化回路のコンデンサ容量を削減した小型スイッチン
グ電源装置を低コストで実現できる。
【0015】また、本願の請求項11にかかる発明は、
請求項7から10のスイッチング電源装置における前記
制御手段において、隣り合うオン・オフサイクル間での
オン時間の変化量を所定の値以下に制限するものであ
る。これにより、急激なオン・オフ時間の変動を起こす
ことがなくなり、出力電圧の安定性が向上する。
請求項7から10のスイッチング電源装置における前記
制御手段において、隣り合うオン・オフサイクル間での
オン時間の変化量を所定の値以下に制限するものであ
る。これにより、急激なオン・オフ時間の変動を起こす
ことがなくなり、出力電圧の安定性が向上する。
【0016】また、本願の請求項12にかかる発明は、
請求項7から11のスイッチング電源装置において、前
記出力電圧検出手段を、分圧抵抗と、基準電圧発生器
と、前記分圧抵抗から出力される電圧値と前記基準電圧
発生器から出力される電圧値とを入力とする単数または
複数個の比較器で構成するものである。これにより、分
圧抵抗器からの出力電圧と基準電圧の比較結果から現オ
ン・オフサイクルのオン時間が長いのか短いのかが分か
り、次のオン・オフサイクルでのオン時間を現オン時間
に対して増加させるべきなのか減少させるべきなのかを
決めることができる。その結果、より精度の高いオン・
オフ制御が可能となり、スイッチング電源装置の出力電
圧の安定性を向上させることができる。
請求項7から11のスイッチング電源装置において、前
記出力電圧検出手段を、分圧抵抗と、基準電圧発生器
と、前記分圧抵抗から出力される電圧値と前記基準電圧
発生器から出力される電圧値とを入力とする単数または
複数個の比較器で構成するものである。これにより、分
圧抵抗器からの出力電圧と基準電圧の比較結果から現オ
ン・オフサイクルのオン時間が長いのか短いのかが分か
り、次のオン・オフサイクルでのオン時間を現オン時間
に対して増加させるべきなのか減少させるべきなのかを
決めることができる。その結果、より精度の高いオン・
オフ制御が可能となり、スイッチング電源装置の出力電
圧の安定性を向上させることができる。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態1につ
いて、図面を用いて説明する。
いて、図面を用いて説明する。
【0018】図1は本発明の実施の形態1によるスイッ
チング電源装置の回路概略を示す図である。
チング電源装置の回路概略を示す図である。
【0019】図1において、101は入力端子、102
はスイッチング手段としてのFET(電界効果トランジ
スタ)、103は平滑化回路としてのコイル、104は
出力端子、105は還流ダイオード、106は平滑化回
路としてのコンデンサ、107は出力電圧検出手段とし
ての分圧抵抗、108は第1のグランド端子、109は
第2のグランド端子、110は制御手段としてのマイコ
ン、111は出力電圧検出手段としての第1の比較器、
112は出力電圧検出手段としての第2の比較器、11
3は出力電圧検出手段としての基準電圧発生器である。
また、流すことができる電流の上限値(以下、最大負荷
電流と呼ぶ。)と下限値(以下、最小負荷電流と呼ぶ)
が決まっている負荷は、出力端子104と第2のグラン
ド端子109の間に接続されて電源供給される。
はスイッチング手段としてのFET(電界効果トランジ
スタ)、103は平滑化回路としてのコイル、104は
出力端子、105は還流ダイオード、106は平滑化回
路としてのコンデンサ、107は出力電圧検出手段とし
ての分圧抵抗、108は第1のグランド端子、109は
第2のグランド端子、110は制御手段としてのマイコ
ン、111は出力電圧検出手段としての第1の比較器、
112は出力電圧検出手段としての第2の比較器、11
3は出力電圧検出手段としての基準電圧発生器である。
また、流すことができる電流の上限値(以下、最大負荷
電流と呼ぶ。)と下限値(以下、最小負荷電流と呼ぶ)
が決まっている負荷は、出力端子104と第2のグラン
ド端子109の間に接続されて電源供給される。
【0020】以下に、スイッチング電源装置の動作を図
1を用いて説明する。出力端子104から出力される出
力電圧は、分圧抵抗107によって分圧されて第1の比
較器111および第2の比較器112に入力される。第
1の比較器および第2の比較器にはさらに基準電圧発生
器113の出力も入力される。第1の比較器および第2
の比較器は、分圧抵抗107の電圧と基準電圧発生器1
13の電圧との比較結果をマイコン110に出力する。
マイコン110は、その比較結果から出力電圧の変化を
判断して所定のアルゴリズムでFET102をオン・オ
フする。入力端子101に印加された電圧は、FET1
02のオン・オフによってチョッピングされ、出力端子
104側に伝えられる。電流は、FET102がオン時
には入力端子101から、オフ時には還流ダイオード1
05から供給される。チョッピングされて出力端子10
4側に伝えられた電圧は、コイル103とコンデンサ1
06からなる平滑化回路によって平滑化されて、出力端
子104へ出力される。このようにして出力端子104
の電圧は予め設定した目標電圧に保たれる。
1を用いて説明する。出力端子104から出力される出
力電圧は、分圧抵抗107によって分圧されて第1の比
較器111および第2の比較器112に入力される。第
1の比較器および第2の比較器にはさらに基準電圧発生
器113の出力も入力される。第1の比較器および第2
の比較器は、分圧抵抗107の電圧と基準電圧発生器1
13の電圧との比較結果をマイコン110に出力する。
マイコン110は、その比較結果から出力電圧の変化を
判断して所定のアルゴリズムでFET102をオン・オ
フする。入力端子101に印加された電圧は、FET1
02のオン・オフによってチョッピングされ、出力端子
104側に伝えられる。電流は、FET102がオン時
には入力端子101から、オフ時には還流ダイオード1
05から供給される。チョッピングされて出力端子10
4側に伝えられた電圧は、コイル103とコンデンサ1
06からなる平滑化回路によって平滑化されて、出力端
子104へ出力される。このようにして出力端子104
の電圧は予め設定した目標電圧に保たれる。
【0021】図2は、マイコン110によるFET10
2の制御アルゴリズムの一例である。以下にその流れを
説明する。まずステップ201で制御を開始する。ステ
ップ202でFET102をオンにする。ステップ20
3で640nsウェイトすることによって、FET10
2のオン状態を640ns持続させる。次にステップ2
04でFET102をオフにする。ステップ205で8
40nsウェイトすることによって、まずFET102
を最大負荷電流から決定された最小オフ時間だけオフ状
態を持続させる。次にステップ206でカウンタiをゼ
ロにしておく。ステップ207で出力電圧が低下してい
るかどうかの判断を行う。この例では第1の比較器11
1のみ使用する。もし第1の比較器111の出力によっ
て、分圧抵抗107の出力が基準電圧発生器113の出
力電圧値よりも小さくなり、出力端子104の出力電圧
が予め設定した目標電圧値よりも低下していることが明
らかになれば、ステップ202へ移行してFET102
をオンにする。もし出力端子104の出力電圧が目標電
圧以上であれば、ステップ208へ移行する。ステップ
208では、40nsウェイトしてさらにオフ状態を持
続させる。次にステップ209でカウンタiを1増加さ
せる。次にステップ210でカウンタiが12未満かど
うかを調べる。もし12未満であれば、再びステップ2
07へ移行して出力電圧が低下しているかどうかを判断
する。もし12以上であれば、ステップ211へ移行す
る。ステップ211ではさらに20nsウェイトするこ
とによって、合計のオフ時間を最小負荷電流から決定さ
れる最大オフ時間となるようにして、ステップ202へ
移行しFET102をオンにする。このような制御アル
ゴリズムによって、オン時間が640ns固定で、オフ
時間が可変で、最小オフ時間が840ns、最大オフ時
間が1340nsのスイッチング電源装置が得られる。
これらのオン・オフ時間は入力電圧5.0Vで出力電圧
1.6Vを得るためのスイッチング電源装置において、
コイルを0.8μH、コンデンサを242μF、最小負
荷電流を1.0A、最大負荷電流を9.7Aとしたとき
の実験結果から導き出されたものである。
2の制御アルゴリズムの一例である。以下にその流れを
説明する。まずステップ201で制御を開始する。ステ
ップ202でFET102をオンにする。ステップ20
3で640nsウェイトすることによって、FET10
2のオン状態を640ns持続させる。次にステップ2
04でFET102をオフにする。ステップ205で8
40nsウェイトすることによって、まずFET102
を最大負荷電流から決定された最小オフ時間だけオフ状
態を持続させる。次にステップ206でカウンタiをゼ
ロにしておく。ステップ207で出力電圧が低下してい
るかどうかの判断を行う。この例では第1の比較器11
1のみ使用する。もし第1の比較器111の出力によっ
て、分圧抵抗107の出力が基準電圧発生器113の出
力電圧値よりも小さくなり、出力端子104の出力電圧
が予め設定した目標電圧値よりも低下していることが明
らかになれば、ステップ202へ移行してFET102
をオンにする。もし出力端子104の出力電圧が目標電
圧以上であれば、ステップ208へ移行する。ステップ
208では、40nsウェイトしてさらにオフ状態を持
続させる。次にステップ209でカウンタiを1増加さ
せる。次にステップ210でカウンタiが12未満かど
うかを調べる。もし12未満であれば、再びステップ2
07へ移行して出力電圧が低下しているかどうかを判断
する。もし12以上であれば、ステップ211へ移行す
る。ステップ211ではさらに20nsウェイトするこ
とによって、合計のオフ時間を最小負荷電流から決定さ
れる最大オフ時間となるようにして、ステップ202へ
移行しFET102をオンにする。このような制御アル
ゴリズムによって、オン時間が640ns固定で、オフ
時間が可変で、最小オフ時間が840ns、最大オフ時
間が1340nsのスイッチング電源装置が得られる。
これらのオン・オフ時間は入力電圧5.0Vで出力電圧
1.6Vを得るためのスイッチング電源装置において、
コイルを0.8μH、コンデンサを242μF、最小負
荷電流を1.0A、最大負荷電流を9.7Aとしたとき
の実験結果から導き出されたものである。
【0022】なお、上記の例ではFET102のオン時
間を640ns、最小オフ時間を840ns、最大オフ
時間を1340nsとしたが、これらの数字は最大負荷
電流、最小負荷電流から入力電圧、出力電圧、使用する
部品の特性などを考慮して導き出されるものであり、特
に限定されないものとする。
間を640ns、最小オフ時間を840ns、最大オフ
時間を1340nsとしたが、これらの数字は最大負荷
電流、最小負荷電流から入力電圧、出力電圧、使用する
部品の特性などを考慮して導き出されるものであり、特
に限定されないものとする。
【0023】なお、上記の例では第1の比較器111の
みを用いる例を示したが、前回のサイクルにおけるオフ
時間を記憶しておき、第1の比較器111における分圧
抵抗の電圧が基準電圧を下回る場合(出力電圧が低下し
た場合)にはオフ時間を前オン・オフサイクルでの値よ
りも減少させ、第2の比較器112における分圧抵抗の
電圧が基準電圧を上回る場合(出力電圧が上昇した場
合)にはオフ時間を前オン・オフサイクルの値より増加
させ、どちらでもない場合はオフ時間を前オン・オフサ
イクルの値から変更しないような、両方の比較器を使用
するアルゴリズムも同様に実施可能である。
みを用いる例を示したが、前回のサイクルにおけるオフ
時間を記憶しておき、第1の比較器111における分圧
抵抗の電圧が基準電圧を下回る場合(出力電圧が低下し
た場合)にはオフ時間を前オン・オフサイクルでの値よ
りも減少させ、第2の比較器112における分圧抵抗の
電圧が基準電圧を上回る場合(出力電圧が上昇した場
合)にはオフ時間を前オン・オフサイクルの値より増加
させ、どちらでもない場合はオフ時間を前オン・オフサ
イクルの値から変更しないような、両方の比較器を使用
するアルゴリズムも同様に実施可能である。
【0024】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、小型化の
為にコンデンサの容量を減らし、通常の出力電圧でフィ
ードバックを行うスイッチング電源装置では出力電圧が
発振してしまうような場合においても、オン時間(また
は、オフ時間)を固定にしてオフ時間(または、オン時
間)の範囲を制限するという手法によって、安定した出
力電圧を得ることが可能になる。また、アナログ・デジ
タル変換器を用いることなく、比較器が1、2個という
安価な部品だけで低コストに実現できる。さらに従来例
では、テーブル情報を作成するために、入力電圧・出力
電流・室温の3つのパラメータを変化させて目標電圧を
得るためのオン・オフ比率を探索する必要があったが、
本発明では最小負荷電流及び最大負荷電流が決まってい
る負荷において、最小負荷電流が流れる時の最大オフ時
間と最大負荷電流が流れる時の最小オフ時間の2点のみ
測定を行えば十分であり、測定の手間が大幅に簡略化で
きる。また、出力側に電流検出のためのセンス抵抗を挿
入する必要が無いため、電圧変換をより高効率に行える
という効果が得られる。
為にコンデンサの容量を減らし、通常の出力電圧でフィ
ードバックを行うスイッチング電源装置では出力電圧が
発振してしまうような場合においても、オン時間(また
は、オフ時間)を固定にしてオフ時間(または、オン時
間)の範囲を制限するという手法によって、安定した出
力電圧を得ることが可能になる。また、アナログ・デジ
タル変換器を用いることなく、比較器が1、2個という
安価な部品だけで低コストに実現できる。さらに従来例
では、テーブル情報を作成するために、入力電圧・出力
電流・室温の3つのパラメータを変化させて目標電圧を
得るためのオン・オフ比率を探索する必要があったが、
本発明では最小負荷電流及び最大負荷電流が決まってい
る負荷において、最小負荷電流が流れる時の最大オフ時
間と最大負荷電流が流れる時の最小オフ時間の2点のみ
測定を行えば十分であり、測定の手間が大幅に簡略化で
きる。また、出力側に電流検出のためのセンス抵抗を挿
入する必要が無いため、電圧変換をより高効率に行える
という効果が得られる。
【図1】本発明の実施の形態1によるスイッチング電源
装置の回路概略を示す図
装置の回路概略を示す図
【図2】本発明の実施の形態1によるマイコン110の
制御アルゴリズムを示すフローチャート
制御アルゴリズムを示すフローチャート
【図3】従来のスイッチング電源装置の回路概略を示す
図
図
101 入力端子 102 FET(電界効果トランジスタ) 103 コイル 104 出力端子 105 還流ダイオード 106 コンデンサ 107 分圧抵抗 108 第1のグランド端子 109 第2のグランド端子 110 マイコン 111 第1の比較器 112 第2の比較器 113 基準電圧発生器 301 入力端子 302 スイッチングトランジスタ 303 コイル 304 出力端子 305 パルス幅変調器 306 還流ダイオード 307 コンデンサ 308 電流検出手段 309 第1のグランド端子 310 第2のグランド端子 311 室温検出手段 312 第1のA/D変換器 313 マイコン 314 第2のA/D変換器 315 第3のA/D変換器 316 メモリ
Claims (12)
- 【請求項1】 流すことができる電流の上限値と下限値
が決まっている負荷に電源供給を行い、入力端子および
出力端子と、入力電圧をスイッチングするスイッチング
手段と、出力電圧の電圧値を検出する出力電圧検出手段
と、前記出力電圧検出手段により検出された出力電圧値
に基づいて前記スイッチング手段のオン時間やオフ時間
を制御する制御手段を具備するスイッチング電源装置に
おいて、前記制御手段のオン時間を前記スイッチング手
段がオン・オフ動作を行うことができる範囲の所定の時
間に固定し、前記制御手段のオフ時間を前記負荷に流す
ことができる電流の上限値から決定される最小オフ時間
以上の範囲で変化させることによって制御することを特
徴としたスイッチング電源装置。 - 【請求項2】 流すことができる電流の上限値と下限値
が決まっている負荷に電源供給を行い、入力端子および
出力端子と、入力電圧をスイッチングするスイッチング
手段と、出力電圧の電圧値を検出する出力電圧検出手段
と、前記出力電圧検出手段により検出された出力電圧値
に基づいて前記スイッチング手段のオン時間やオフ時間
を制御する制御手段を具備するスイッチング電源装置に
おいて、前記制御手段のオン時間を前記スイッチング手
段がオン・オフ動作を行うことができる範囲の所定の時
間に固定し、前記制御手段のオフ時間を前記負荷に流す
ことができる電流の下限値から決定される最大オフ時間
以下の範囲で変化させることによって制御することを特
徴としたスイッチング電源装置。 - 【請求項3】 流すことができる電流の上限値と下限値
が決まっている負荷に電源供給を行い、入力端子および
出力端子と、入力電圧をスイッチングするスイッチング
手段と、出力電圧の電圧値を検出する出力電圧検出手段
と、前記出力電圧検出手段により検出された出力電圧値
に基づいて前記スイッチング手段のオン時間やオフ時間
を制御する制御手段を具備するスイッチング電源装置に
おいて、前記制御手段のオン時間を前記スイッチング手
段がオン・オフ動作を行うことができる範囲の所定の時
間に固定して、前記制御手段のオフ時間を前記負荷に流
すことができる電流の上限値から決定される最小オフ時
間以上でかつ前記負荷に流すことができる電流の下限値
から決定される最大オフ時間以下の範囲で変化させるこ
とによって制御することを特徴としたスイッチング電源
装置。 - 【請求項4】 流すことができる電流の上限値と下限値
が決まっている負荷に電源供給を行い、入力端子および
出力端子と、入力電圧をスイッチングするスイッチング
手段と、出力電圧の電圧値を検出する出力電圧検出手段
と、前記出力電圧検出手段により検出された出力電圧値
に基づいて前記スイッチング手段のオン時間やオフ時間
を制御する制御手段を具備するスイッチング電源装置に
おいて、前記制御手段のオン時間を前記スイッチング手
段がオン・オフ動作を行うことができる範囲の所定の時
間に固定して、前記制御手段のオフ時間を前記負荷に流
すことができる電流の上限値から決定される最小オフ時
間以上であり、かつ前記出力電圧検出手段により検出さ
れた出力電圧値が予め設定した目標電圧値を下回るまで
の時間か、前記負荷に流すことができる電流の下限値か
ら決定される最大オフ時間のいずれか短い方の時間以下
の範囲で変化させることによって制御することを特徴と
したスイッチング電源装置。 - 【請求項5】 前記制御手段において、隣り合うオン・
オフサイクル間でのオフ時間の変化量を所定の値以下に
制限することを特徴とした請求項1から4記載のスイッ
チング電源装置。 - 【請求項6】 前記出力電圧検出手段を、分圧抵抗と、
基準電圧発生器と、前記分圧抵抗から出力される電圧値
と前記基準電圧発生器から出力される電圧値とを入力と
する単数または複数個の比較器で構成することを特徴と
した請求項1から5記載のスイッチング電源装置。 - 【請求項7】 流すことができる電流の上限値と下限値
が決まっている負荷に電源供給を行い、入力端子および
出力端子と、入力電圧をスイッチングするスイッチング
手段と、出力電圧の電圧値を検出する出力電圧検出手段
と、前記出力電圧検出手段により検出された出力電圧値
に基づいて前記スイッチング手段のオン時間やオフ時間
を制御する制御手段を具備するスイッチング電源装置に
おいて、前記制御手段のオフ時間を前記スイッチング手
段がオン・オフ動作を行うことができる範囲の所定の時
間に固定し、前記制御手段のオン時間を前記負荷に流す
ことができる電流の下限値から決定される最小オン時間
以上の範囲で変化させることによって制御することを特
徴としたスイッチング電源装置。 - 【請求項8】 流すことができる電流の上限値と下限値
が決まっている負荷に電源供給を行い、入力端子および
出力端子と、入力電圧をスイッチングするスイッチング
手段と、出力電圧の電圧値を検出する出力電圧検出手段
と、前記出力電圧検出手段により検出された出力電圧値
に基づいて前記スイッチング手段のオン時間やオフ時間
を制御する制御手段を具備するスイッチング電源装置に
おいて、前記制御手段のオフ時間を前記スイッチング手
段がオン・オフ動作を行うことができる範囲の所定の時
間に固定し、前記制御手段のオン時間を前記負荷に流す
ことができる電流の上限値から決定される最大オン時間
以下の範囲で変化させることによって制御することを特
徴としたスイッチング電源装置。 - 【請求項9】 流すことができる電流の上限値と下限値
が決まっている負荷に電源供給を行い、入力端子および
出力端子と、入力電圧をスイッチングするスイッチング
手段と、出力電圧の電圧値を検出する出力電圧検出手段
と、前記出力電圧検出手段により検出された出力電圧値
に基づいて前記スイッチング手段のオン時間やオフ時間
を制御する制御手段を具備するスイッチング電源装置に
おいて、前記制御手段のオフ時間を前記スイッチング手
段がオン・オフ動作を行うことができる範囲の所定の時
間に固定して、前記制御手段のオン時間を前記負荷に流
すことができる電流の下限値から決定される最小オン時
間以上でかつ前記負荷に流すことができる電流の上限値
から決定される最大オン時間以下の範囲で変化させるこ
とによって制御することを特徴としたスイッチング電源
装置。 - 【請求項10】 流すことができる電流の上限値と下限
値が決まっている負荷に電源供給を行い、入力端子およ
び出力端子と、入力電圧をスイッチングするスイッチン
グ手段と、出力電圧の電圧値を検出する出力電圧検出手
段と、前記出力電圧検出手段により検出された出力電圧
値に基づいて前記スイッチング手段のオン時間やオフ時
間を制御する制御手段を具備するスイッチング電源装置
において、前記制御手段のオフ時間を前記スイッチング
手段がオン・オフ動作を行うことができる範囲の所定の
時間に固定して、前記制御手段のオン時間を前記負荷に
流すことができる電流の下限値から決定される最小オン
時間以上であり、かつ前記出力電圧検出手段により検出
された出力電圧値が予め設定した目標電圧値を上回るま
での時間か、前記負荷に流すことができる電流の上限値
から決定される最大オン時間のいずれか短い方の時間以
下の範囲で変化させることによって制御することを特徴
としたスイッチング電源装置。 - 【請求項11】 前記制御手段において、隣り合うオン
・オフサイクル間でのオン時間の変化量を所定の値以下
に制限することを特徴とした請求項7から10記載のス
イッチング電源装置。 - 【請求項12】 前記出力電圧検出手段を、分圧抵抗
と、基準電圧発生器と、前記分圧抵抗から出力される電
圧値と前記基準電圧発生器から出力される電圧値とを入
力とする単数または複数個の比較器で構成することを特
徴とした請求項7から11記載のスイッチング電源装
置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000253727A JP2002078320A (ja) | 2000-08-24 | 2000-08-24 | スイッチング電源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000253727A JP2002078320A (ja) | 2000-08-24 | 2000-08-24 | スイッチング電源装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002078320A true JP2002078320A (ja) | 2002-03-15 |
Family
ID=18742774
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000253727A Pending JP2002078320A (ja) | 2000-08-24 | 2000-08-24 | スイッチング電源装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2002078320A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7358711B2 (en) | 2002-07-10 | 2008-04-15 | Marvell World Trade Ltd. | Adaptive control loop |
-
2000
- 2000-08-24 JP JP2000253727A patent/JP2002078320A/ja active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7358711B2 (en) | 2002-07-10 | 2008-04-15 | Marvell World Trade Ltd. | Adaptive control loop |
US7368898B2 (en) | 2002-07-10 | 2008-05-06 | Marvell World Trade, Ltd. | Power array system and method |
US7411377B2 (en) | 2002-07-10 | 2008-08-12 | Marvell World Trade Ltd. | Adaptive control loop |
US7573249B2 (en) | 2002-07-10 | 2009-08-11 | Marvell World Trade Ltd. | Power array system and method |
US7609043B2 (en) | 2002-07-10 | 2009-10-27 | Marvell World Trade Ltd. | Power array system and method |
US7622904B2 (en) | 2002-07-10 | 2009-11-24 | Marvell World Trade Ltd. | Power array system and method |
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