JP2006246664A - スイッチング電源回路の制御方式 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】スイッチング休止期間とスイッチング期間の切り換わり時に、トランス6の励磁電流を制限する設定手段を制御回路3内に設け、その設定値を緩やかに変化させることにより、トランスの励磁電流の急激な変化を抑えて励磁音を低減する。さらに、設定値を徐々に変化させることで、軽負荷の動作状態で一定値以上の負荷がかかる場合にも、出力電圧を低下させないようにする。
【選択図】図1
Description
そこで、この問題解決のために、トランスの励磁電流ピーク値を一定値に制限し、トランス励磁音を低減するものが、例えば特許文献1に開示されている。
図10において、1は直流電源、2は第1のスイッチングデバイス、3はスイッチングデバイス2をオンオフ動作させる制御回路、5は抵抗13,14,16,19,20、シャントレギュレータ15、キャパシタ17、フォトカプラ18a,18bからなる出力電圧フィードバック回路、6は一次巻線6a,二次巻線6bおよび制御巻線6cからなるトランスで、7は整流ダイオード、8はダイオード7とともに出力を平滑化する整流用キャパシタ、9は負荷、10は電流検出用抵抗、11は電流制限用抵抗を示す。
制御回路3の電源が確立すると、起動パルス生成回路104が起動パルスを出力し、オンオフ用RSフリップフロップ105をセットする。オンオフ用RSフリップフロップ105がセットされると、駆動回路101は出力端子aを介しスイッチングデバイス2をオンする。スイッチングデバイス2に電流が流れると、電流検出用抵抗10に電圧が発生し、電流値に比例した電圧が入力端子dに入力される。
スイッチング開始用コンパレータ115は、フィードバック信号を定電圧源114からの電圧と比較する。フィードバック信号が定電圧源114で設定されるスイッチング開始電圧Vth(H)を越えると、スイッチング開始用コンパレータ115は待機モード用RSフリップフロップ111をリセットする。待機モード用RSフリップフロップ111がリセットされると、オンオフ用RSフリップフロップ105のリセットが解除される。これにより、オンオフ用RSフリップフロップ105のセットが可能となりスイッチングが許可される。
すなわち、フィードバック信号の変動により、待機モード用RSフリップフロップ111の状態が変化する。待機モード用RSフリップフロップ111のセット状態において、制御回路3は電流ピーク値一定で、スイッチング動作する。制御回路3はスイッチング動作期間と休止期間との比で決まるバーストデューティを制御することで、出力電圧を所望の電圧値に安定化する。
したがって、この発明の課題は、待機モード時に想定以上の負荷が加わっても出力電圧を低下させないようにすることにある。
また、コンデンサの両端電圧と前記フィードバック信号とを比較するコンパレータを設け、前記スイッチング期間において、コンデンサの両端電圧がフィードバック信号よりも小さい場合にはコンデンサを充電し、コンデンサの両端電圧がフィードバック信号よりも大きい場合にはコンデンサを放電することにより、コンデンサの両端電圧をフィードバック信号に緩やかに追従させ、コンデンサの両端電圧を前記励磁電流ピーク値の指令値として用いることで、スイッチングデバイスオン時の急激な変化を防止し、間欠スイッチング動作時のトランス励磁音を低減する。
また、前記通常モード動作と前記待機モード動作の相互の切り換わり時には、前記第1の設定値を徐々に上昇または下降させ、前記励磁電流ピーク値の指令値を徐々に増加または減少させることで、モード切り換わり時に発生するトランス励磁音を低減する。
その通常モード動作時に、前記第4の設定値を前記第3の設定値を下回らない程度近い値まで引き下げることで、スイッチング期間とスイッチング休止期間とを自動的に切り換える回路の一部を用いて、通常モード動作時における軽負荷時の出力電圧の異常な上昇を防止する機能と兼用でき、制御回路を簡素化できる。
図2に図1の制御回路の具体例を示す。これは、図11の改良例を示し、図11に示すものに対しNOTゲート128、ORゲート129、充電条件判別用コンパレータ131、放電条件判別用コンパレータ132、定電圧源133、定電流源134,135、キャパシタ136およびANDゲート137等を付加した点が特徴である。
通常モードでは、通常/待機切換信号出力回路107は通常モード信号(Lレベル)を出力しているので、ORゲート129はスイッチング許可信号(Hレベル)を出力している。制御回路3の電源が確立すると、起動パルス生成回路104が起動パルスを出力し、オンオフ用RSフリップフロップ105をセットする。オンオフ用RSフリップフロップ105がセットされると、ANDゲート102の出力はHレベルとなり、駆動回路101は出力端子aを介しスイッチングデバイス2をオンする。
待機モードでは、通常/待機切換信号出力回路107は待機モード信号(Hレベル)を出力しているので、ORゲート129は待機モード用RSフリップフロップ111の出力がHレベルのときだけ、スイッチング許可信号(Hレベル)を出力する。スイッチング開始用コンパレータ115は、フィードバック信号と定電圧源114の設定値とを比較する。
フィードバック信号が定電圧源114のスイッチング開始電圧設定値Vth(H)を越えると、スイッチング開始用コンパレータ115は待機モード用RSフリップフロップ111をセットする。待機モード用RSフリップフロップ111がセットされると、ORゲート129はスイッチング許可信号(Hレベル)を出力し、スイッチングが許可される。
このように、徐々に上昇するキャパシタ136の電圧を設定値として利用して、励磁電流を徐々に増加させることにより、励磁電流の急激な増加を防止してトランスの励磁音を低減する。
こうして、待機モード時に発生するトランス励磁音の低減機能と、待機モード時に想定以上の負荷が加わる場合も、出力電圧の低下を防止する機能を持たせることができる。
起動時には、通常/待機切換信号出力回路107は待機モード信号(Hレベル)を出力する。スイッチング開始用コンパレータ115は、フィードバック信号と定電圧源114の設定値とを比較する。フィードバック信号が定電圧源114のスイッチング開始電圧設定値Vth(H)を越えると、スイッチング開始用コンパレータ115は待機モード用RSフリップフロップ111をセットする。待機モード用RSフリップフロップ111がセットされると、ORゲート129はスイッチング許可信号(Hレベル)を出力し、スイッチングが許可される。
図4の回路によれば、起動時に発生するスイッチングデバイス2の過電流を防止する機能を持たせることができる。
待機モード時には、通常/待機切換信号出力回路107はスタート信号C(start)およびエンド信号C(end)の出力をLレベルに保つ。なお、この場合は図2と同じなので詳細は省略する。
次に、待機モード動作から通常モード動作への切り換わり動作について説明する。待機モード用RSフリップフロップ111がセットされるタイミングに、通常/待機切換信号出力回路107はスタート信号C(start)(Hレベル)を出力する。スタート信号C(start)が出力されると、ORゲート142の出力とANDゲート143の出力はHレベル、NOTゲート147の出力とANDゲート146の出力はLレベルとなる。
通常/待機切換信号出力回路107は、スタート信号C(start)をLレベルとし、エンド信号C(end)(Hレベル)を出力する。エンド信号C(end)が出力されると、ORゲート145の出力とANDゲート146の出力はHレベル、NOTゲート144の出力とANDゲート143の出力はLレベルとなる。ANDゲート146の出力がHレベルとなると、定電流源135はキャパシタ136を定電流放電する。ANDゲート143の出力がLレベルとなると、定電流源134からの充電動作を禁止する。定電流源135が定電流放電するため、キャパシタ136の電圧は徐々に低下する。
図6の回路によれば、モード切り換わり時に発生するトランス励磁音を低減することが可能となる。
待機モード時には、NOTゲート125はLレベルの信号を出力するので、信号切換回路152は定電圧源114の電圧を出力し、信号切換回路153はキャパシタ136の電圧を出力する。よって、待機モード時の動作は図6と同じになるので、説明は省略する。
このモードでは、NOTゲート125はHレベル信号を出力しているので、信号切換回路152は定電圧源151の電圧を出力し、信号切換回路153はフィードバック信号を出力する。スイッチング開始用コンパレータ115は、フィードバック信号と定電圧源151の設定電圧とを比較する。定電圧源151で設定される第2のスイッチング開始電圧Vth(H2)は、スイッチング停止電圧Vth(L)を下回らない程度低い値に設定しておくものとする。
図9に通常モード軽負荷時の出力電圧波形、フィードバック信号波形、待機モード用RSフリップフロップ111の出力信号波形、およびトランス6の励磁電流波形を示す。フィードバック信号の低下で待機モード用RSフリップフロップ111の出力をLレベルとし、スイッチングを休止している様子が分かる。
図8の回路によれば、待機モード動作時にスイッチング期間とスイッチング休止期間を決める回路を用いることで、通常モード動作における軽負荷時の出力電圧の異常な上昇を防止することができる。
Claims (8)
- 直流電源にトランスの1次巻線とスイッチングデバイスとの直列回路を並列接続し、前記スイッチングデバイスのオンオフにより前記トランスの2次巻線に発生する電圧を整流し平滑化することで、安定な直流出力電圧を得るスイッチング電源装置において、
前記直流出力電圧と基準電圧との誤差を増幅したフィードバック信号を用いて前記スイッチングデバイスのオン期間を調節することにより出力電圧を制御し、通常負荷の状態では連続的にスイッチング動作を行なう通常モードで動作し、軽負荷の状態ではスイッチング期間とスイッチング休止期間とを有する間欠スイッチング動作を行なう待機モードで動作し、前記トランスの励磁電流ピーク値を制限する第1の設定値を設け、前記待機モードのスイッチング期間の始めに、前記第1の設定値が前記フィードバック信号よりも小さい場合には、第1の設定値を優先して前記励磁電流ピーク値の指令値とし、第1の設定値を徐々に上昇させることを特徴とするスイッチング電源回路の制御方式。 - 前記トランスの励磁電流ピーク値を制限する第2の設定値を設け、前記待機モードのスイッチング期間の終わりに、前記第2の設定値が前記フィードバック信号よりも大きい場合には、第2の設定値を優先して前記励磁電流ピーク値の指令値とし、第2の設定値を徐々に低下させることを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源回路の制御方式。
- 前記スイッチング期間の始めと終わりに、それぞれ充電または放電されるコンデンサを設け、このコンデンサの充電時の両端電圧を前記第1の設定値、放電時の両端電圧を前記第2の設定値としてそれぞれ用いることを特徴とする請求項1また2に記載のスイッチング電源回路の制御方式。
- 前記コンデンサの両端電圧と前記フィードバック信号とを比較するコンパレータを設け、前記スイッチング期間において、コンデンサの両端電圧がフィードバック信号よりも小さい場合にはコンデンサを充電し、コンデンサの両端電圧がフィードバック信号よりも大きい場合にはコンデンサを放電することにより、コンデンサの両端電圧をフィードバック信号に緩やかに追従させ、コンデンサの両端電圧を前記励磁電流ピーク値の指令値として用いることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のスイッチング電源回路の制御方式。
- 前記第1の設定値を起動時には徐々に上昇させ、前記励磁電流ピーク値の指令値を徐々に増加させることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のスイッチング電源回路の制御方式。
- 前記通常モード動作と前記待機モード動作の相互の切り換わり時には、前記第1の設定値を徐々に上昇または下降させ、前記励磁電流ピーク値の指令値を徐々に増加または減少させることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のスイッチング電源回路の制御方式。
- 前記フィードバック信号の低下を検出する第3の設定値と、前記フィードバック信号の上昇を検出する第4の設定値とを設けるとともに、前記第4の設定値は前記第3の設定値よりも大きくし、フィードバック信号が第3の設定値を下回ってから第4の設定値を越えるまでの期間をスイッチング休止期間とし、フィードバック信号が第4の設定値を越えてから第3の設定値を下回るまでの期間をスイッチング期間とすることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のスイッチング電源回路の制御方式。
- 前記通常モード動作時に、前記第4の設定値を前記第3の設定値を下回らない程度近い値まで引き下げることを特徴とする請求項7に記載のスイッチング電源回路の制御方式。
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