JP2012175828A - Current detection circuit of step-up converter - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a current detection circuit of a step-up converter used for power factor improvement in a switching power supply device, capable of being incorporated in an IC, and being small in size.SOLUTION: A current detection circuit 32 for a step-up converter 31 has: a current transformer 20 detecting a current flowing between an inductor 5 and a switching element 6; a current-to-voltage converter 22 converting a current Ia detected by the current transformer 20 into a voltage Va; and a current detection signal generation circuit 23 having a capacitor, and configured so that the capacitor is charged by the voltage Va outputted from the current-to-voltage converter 22 to hold the voltage during a time period in which the switching element 6 is turned on, and the capacitor is discharged by a current depending on a difference voltage between a voltage of a pair of step-up voltage output terminals 29 and a voltage between a pair of output terminals of a rectification device 2 during a time period in which the switching element 6 is turned off, and a voltage of the capacitor is outputted as a current detection signal Va_ave over the on time period and the off time period of the switching element 6.

Description

本発明は、スイッチング電源装置の力率改善に使用される昇圧コンバータの電流検出回路に関するものである。   The present invention relates to a current detection circuit of a boost converter used for power factor improvement of a switching power supply device.

近年、スイッチング電源装置は、電子機器の低価格化、小型化、高性能化、及び省エネルギー化に伴い、より小型で高効率のものが求められている。さらにスイッチング電源装置は、外部電源の電圧を電子機器が必要とする所定の電圧に変換するもので、多くは、商用電源に接続される。そのため、多くの安全規格、環境規格、省エネルギー規格等に適合するように開発及び設計されることが求められている。   In recent years, switching power supply devices are required to be smaller and more efficient with the reduction in price, size, performance, and energy saving of electronic devices. Furthermore, the switching power supply device converts the voltage of the external power supply into a predetermined voltage required by the electronic device, and is often connected to a commercial power supply. Therefore, it is required to be developed and designed to conform to many safety standards, environmental standards, energy saving standards, and the like.

交流電力を直流電力に変換する場合、ダイオードブリッジ等により全波整流を行い、平滑コンデンサを用いて直流電力として電子機器に供給される。負荷に電力が供給されるとその分平滑コンデンサからの放電により電圧が下がる。それと同時に外部電源から充電電流が平滑コンデンサに補充されるが、この充電電流が高調波成分となって電源ラインを通って外部に流れると他の電子機器において問題を起こす。   When converting AC power to DC power, full-wave rectification is performed by a diode bridge or the like, and the DC power is supplied to an electronic device using a smoothing capacitor. When power is supplied to the load, the voltage is lowered by the discharge from the smoothing capacitor. At the same time, a charging current is replenished to the smoothing capacitor from the external power supply. However, if this charging current becomes a harmonic component and flows to the outside through the power supply line, a problem occurs in other electronic devices.

この対策として昇圧コンバータを用いてスイッチング電源装置の力率を改善する試みがなされている（例えば、特許文献１参照）。   As a countermeasure, an attempt has been made to improve the power factor of the switching power supply using a boost converter (see, for example, Patent Document 1).

図４は、このような従来のスイッチング電源装置の構成を示す回路図である。図４は、特許文献１に図２として示された図である。また、図４における参照符号は本願の出願人が付与し直した。   FIG. 4 is a circuit diagram showing the configuration of such a conventional switching power supply device. FIG. 4 is a diagram shown in FIG. The reference numerals in FIG. 4 have been reassigned by the applicant of the present application.

図４のスイッチング電源装置では、商用電源１０１からの交流電力をダイオードブリッジで構成された整流回路１０２で整流することで、整流回路１０２から直流電圧Vinが出力される。この直流電圧Vinがインダクタ１０３とスイッチング素子としてのMOS型FET１０４とにより構成された昇圧コンバータに印加される。MOS型FET１０４がオンするとエネルギーがインダクタ１０３に蓄えられ、MOS型FET１０４がオフするとこの蓄えられたエネルギーがダイオード１０５により逆流しないようにして平滑コンデンサ１０６に出力される。これにより、入力される直流電圧Vinより高い直流電圧Voutが平滑コンデンサ１０６から出力される。   In the switching power supply device of FIG. 4, the DC voltage Vin is output from the rectifier circuit 102 by rectifying the AC power from the commercial power supply 101 by the rectifier circuit 102 configured by a diode bridge. This DC voltage Vin is applied to a boost converter composed of an inductor 103 and a MOS FET 104 as a switching element. When the MOS FET 104 is turned on, energy is stored in the inductor 103, and when the MOS FET 104 is turned off, the stored energy is output to the smoothing capacitor 106 so as not to flow backward by the diode 105. As a result, a DC voltage Vout higher than the input DC voltage Vin is output from the smoothing capacitor 106.

一方、直流電圧Voutが電圧検出回路１０７により検出され、誤差増幅器１０８により基準電圧との誤差が増幅される。また、昇圧コンバータの入力電流が抵抗１０９により検出され、この検出信号が抵抗１１１及び抵抗１１２を介して誤差増幅器１１０に入力され、当該誤差増幅器１１０により誤差増幅器１０８からの誤差増幅信号と比較されて増幅される。この誤差増幅器１１０からの誤差増幅信号に基づいてパルス幅制御回路１１３がMOS型FET１０４のDutyを制御する。これにより、入力される直流電圧Vinに比例した入力電流を得て、高調波成分を低減することが可能となる。   On the other hand, the DC voltage Vout is detected by the voltage detection circuit 107, and an error from the reference voltage is amplified by the error amplifier 108. Further, the input current of the boost converter is detected by the resistor 109, and this detection signal is input to the error amplifier 110 via the resistor 111 and the resistor 112, and is compared with the error amplification signal from the error amplifier 108 by the error amplifier 110. Amplified. Based on the error amplification signal from the error amplifier 110, the pulse width control circuit 113 controls the duty of the MOS FET 104. As a result, an input current proportional to the input DC voltage Vin can be obtained, and harmonic components can be reduced.

実開平６−０３６３８５公報（特に図１及び図２参照）Japanese Utility Model Laid-Open No. 6-036385 (refer to FIGS. 1 and 2 in particular)

しかしながら、上記従来のスイッチング電源装置の構成では、昇圧コンバータの入力電流の経路に電流検出器として抵抗１０９が挿入されており、大電流が流れた場合に電力損失が発生して効率を悪化させるという問題があった。   However, in the configuration of the above conventional switching power supply device, the resistor 109 is inserted as a current detector in the input current path of the boost converter, and when a large current flows, a power loss occurs and the efficiency is deteriorated. There was a problem.

なお、特許文献１の図１には、電流検出器として、インダクタとMOS型FETとの間に挿入されたカレントトランスとインダクタに設けられた二次巻線とを用いる構成が提案されているが、間欠な電流波形のため、安定なトータルな電流の検出が難しいという課題があった。   In FIG. 1 of Patent Document 1, a configuration using a current transformer inserted between an inductor and a MOS FET and a secondary winding provided in the inductor is proposed as a current detector. Because of the intermittent current waveform, there is a problem that it is difficult to detect a stable total current.

本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされたもので、スイッチング電源装置において力率改善に用いられる昇圧コンバータの電流検出回路であって、安定でＩＣに内蔵することが可能な小型の電流検出回路を提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described conventional problems, and is a current detection circuit for a boost converter used for power factor improvement in a switching power supply device, and can be stably incorporated in an IC. An object of the present invention is to provide a current detection circuit.

上記課題を解決するために本発明のある形態(aspect)に係る昇圧コンバータの電流検出回路は、交流電力を直流電力に変換する整流装置の一対の出力端子間に互いに直列に接続されたインダクタ及びオン及びオフするスイッチング素子と、前記インダクタと前記スイッチング素子との接続点に逆流防止素子を介して接続された一対の昇圧電圧出力端子とを備えた昇圧コンバータの電流検出回路であって、前記インダクタと前記スイッチング素子との間を流れる電流を検出するカレントトランスと、前記カレントトランスで検出された電流を電圧に変換する電流電圧変換部と、コンデンサを備え、前記スイッチング素子がオンする期間に前記電流電圧変換部から出力される電圧により前記コンデンサ充電して当該電圧を保持し、前記スイッチング素子がオフする期間に前記一対の昇圧電圧出力端子の電圧と前記整流装置の一対の出力端子間の電圧との差電圧に応じた電流で前記コンデンサを放電させ、且つ当該コンデンサの電圧を前記スイッチング素子のオン期間とオフ期間とに渡る電流検出信号として出力するよう構成された電流検出信号生成回路と、を備える。   In order to solve the above problems, a current detection circuit of a boost converter according to an aspect of the present invention includes an inductor connected in series between a pair of output terminals of a rectifier that converts AC power into DC power, and A step-up converter current detection circuit comprising: a switching element that is turned on and off; and a pair of boosted voltage output terminals that are connected to a connection point between the inductor and the switching element via a backflow prevention element. And a current transformer that detects a current flowing between the switching element, a current-voltage conversion unit that converts the current detected by the current transformer into a voltage, and a capacitor, and the current is applied during a period when the switching element is turned on. The capacitor is charged with the voltage output from the voltage conversion unit to hold the voltage, and the switching The capacitor is discharged with a current corresponding to a voltage difference between the voltage at the pair of boosted voltage output terminals and the voltage between the pair of output terminals of the rectifier during the period when the child is off, and the voltage of the capacitor is switched to A current detection signal generation circuit configured to output a current detection signal over an on period and an off period of the element.

前記電流検出信号生成回路は、前記コンデンサと、前記スイッチング素子のオン及びオフを制御する制御信号に基づいて、前記スイッチング素子のオン期間にのみ前記電流電圧変換部と前記コンデンサとを接続する第１のスイッチと、前記一対の昇圧電圧出力端子の電圧と前記整流装置の一対の出力端子間の電圧との差電圧に応じた電流を前記コンデンサを放電させるように流す電流源と、前記制御信号に基づいて、前記スイッチング素子のオフ期間にのみ前記コンデンサと前記電流源とを接続する第２のスイッチと、を備えてもよい。   The current detection signal generation circuit is configured to connect the current and voltage conversion unit and the capacitor only during an ON period of the switching element based on a control signal for controlling ON and OFF of the capacitor and the switching element. A current source for causing a current corresponding to a voltage difference between the voltage at the pair of boosted voltage output terminals and the voltage between the pair of output terminals of the rectifier to discharge the capacitor, and the control signal On the basis of this, a second switch that connects the capacitor and the current source only during an off period of the switching element may be provided.

本発明によれば、スイッチング電源装置において力率改善に用いられる昇圧コンバータの電流検出回路であって、安定でＩＣに内蔵することが可能な小型の電流検出回路を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is a current detection circuit of the step-up converter used for power factor improvement in a switching power supply device, Comprising: The small current detection circuit which can be stably built in IC can be provided.

図１は本発明の実施の形態に係る昇圧コンバータの電流検出回路が用いられるスイッチング電源装置の構成の一例を示す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of a configuration of a switching power supply apparatus in which a current detection circuit of a boost converter according to an embodiment of the present invention is used. 図２は図１のスイッチング電源装置における昇圧コンバータの電流検出回路の構成の一例を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of the configuration of the current detection circuit of the boost converter in the switching power supply device of FIG. 図３は電流検出回路の動作の一例を示す波形図である。FIG. 3 is a waveform diagram showing an example of the operation of the current detection circuit. 図４は従来のスイッチング電源装置の構成を示す回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional switching power supply apparatus.

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, the same or corresponding elements are denoted by the same reference symbols throughout the drawings, and redundant description thereof is omitted.

［構成］
図１は本発明の実施の形態に係る昇圧コンバータの電流検出回路が用いられるスイッチング電源装置の構成の一例を示す回路図である。 [Constitution]
FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of a configuration of a switching power supply apparatus in which a current detection circuit of a boost converter according to an embodiment of the present invention is used.

図１に示すように、スイッチング電源装置は、交流電源１からの交流電力を直流電力に変換する整流装置２と、整流装置２から入力される直流電圧（以下、直流入力電圧という）Vinを昇圧し、この昇圧された直流電圧（以下、直流出力電圧という）Voutを出力する昇圧コンバータ３１と、昇圧コンバータ３１の入力電流を検出する電流検出回路３２とを備える。   As shown in FIG. 1, the switching power supply device boosts a rectifier 2 that converts AC power from an AC power supply 1 into DC power, and a DC voltage (hereinafter referred to as DC input voltage) Vin input from the rectifier 2. The boost converter 31 outputs the boosted DC voltage (hereinafter referred to as DC output voltage) Vout, and the current detection circuit 32 detects the input current of the boost converter 31.

整流装置２は、交流電力を直流電力に変換するものであれば特に限定されない。整流装置２は、本実施の形態では、例えば、全波整流回路で構成されるが、半波整流回路等であっても構わない。   The rectifier 2 is not particularly limited as long as it converts AC power into DC power. In the present embodiment, the rectifier 2 is constituted by a full-wave rectifier circuit, for example, but may be a half-wave rectifier circuit or the like.

昇圧コンバータ３１は、整流装置２の一対の出力端子間に互いに直列に接続されたインダクタ５及びスイッチング素子６と、インダクタ５とスイッチング素子６との接続点に逆流防止素子７を介して接続された一対の昇圧電圧出力端子２９とを備える。スイッチング素子６は、制御信号Vgに従ってオン及びオフするものであれば特に限定されない。本実施の形態では、例えば、MOS型FETで構成されている。なお、スイッチング素子６のスイッチング周期は、整流装置２から出力される全波整流波形の電圧の変動周期より十分短い。逆流防止素子７は、逆流しないようにして電力を通過させる素子であれば特に限定されない。本実施の形態では、例えば、ダイオードで構成されているが、例えば、トランジスタ等のスイッチング素子で構成しても構わない。逆流防止素子７（ここではダイオードのカソード）と整流装置２の一対の出力端子のうちの負極側の端子との間に、平滑コンデンサ８が接続されている。この平滑コンデンサ８の両端に一対の昇圧電圧出力端子２９が接続されている。昇圧電圧出力端子２９は、昇圧コンバータ３１で昇圧された電圧が出力される部分を意味し、特に形態上、「端子」として他の回路素子と区別できることは必要でない。例えば、ここでは、平滑コンデンサ８の両端が昇圧電圧出力端子２９を構成しているともいえる。この構成により、スイッチング素子６のオン期間にインダクタ５に蓄えられたエネルギーがスイッチング素子６のオフ期間に逆流防止素子７を介して平滑コンデンサ８に出力されて当該平滑コンデンサ８が充電され、直流入力電圧Vinより高い直流出力電圧Voutが得られる。   The step-up converter 31 is connected to a connection point between the inductor 5 and the switching element 6 connected in series between the pair of output terminals of the rectifier 2 via the backflow prevention element 7. A pair of boosted voltage output terminals 29 are provided. The switching element 6 is not particularly limited as long as it is turned on and off according to the control signal Vg. In the present embodiment, for example, it is composed of a MOS type FET. The switching cycle of the switching element 6 is sufficiently shorter than the voltage fluctuation cycle of the full-wave rectified waveform output from the rectifier 2. The backflow prevention element 7 is not particularly limited as long as it is an element that does not backflow and allows electric power to pass. In the present embodiment, for example, a diode is used, but a switching element such as a transistor may be used. A smoothing capacitor 8 is connected between the backflow prevention element 7 (here, the cathode of a diode) and the negative terminal of the pair of output terminals of the rectifier 2. A pair of boosted voltage output terminals 29 are connected to both ends of the smoothing capacitor 8. The step-up voltage output terminal 29 means a portion where the voltage boosted by the step-up converter 31 is output, and in particular, it is not necessary to distinguish it from other circuit elements as a “terminal” in terms of form. For example, it can be said here that both ends of the smoothing capacitor 8 constitute the boosted voltage output terminal 29. With this configuration, energy stored in the inductor 5 during the ON period of the switching element 6 is output to the smoothing capacitor 8 via the backflow prevention element 7 during the OFF period of the switching element 6, and the smoothing capacitor 8 is charged. A DC output voltage Vout higher than the voltage Vin is obtained.

平滑コンデンサ８の両端間には抵抗１１と抵抗１２とが直列に接続されていて、直流出力電圧Voutが抵抗１１と抵抗１２とで分圧されて得られる電圧Voが、直流出力電圧Voutの電圧検出信号として電圧誤差増幅器１３の反転入力端子に入力される。電圧誤差増幅器１３は、非反転入力端子に入力される基準電圧（基準電圧源１４の電圧）に対する電圧Voの誤差を増幅する。この増幅された誤差電圧Veが乗算器９に入力される。   A resistor 11 and a resistor 12 are connected in series between both ends of the smoothing capacitor 8, and a voltage Vo obtained by dividing the DC output voltage Vout by the resistor 11 and the resistor 12 is a voltage of the DC output voltage Vout. The detection signal is input to the inverting input terminal of the voltage error amplifier 13. The voltage error amplifier 13 amplifies the error of the voltage Vo with respect to the reference voltage (voltage of the reference voltage source 14) input to the non-inverting input terminal. The amplified error voltage Ve is input to the multiplier 9.

また、整流装置２の一対の出力端子間には、インダクタ５及びスイッチング素子６に並列に、抵抗３と抵抗４とが直列に接続されている。直流入力電圧Vinが抵抗３と抵抗４とで分圧されて得られる電圧Viが、直流入力電圧Vinの電圧検出信号として乗算器９に入力される。また、電圧Viは、フィードフォワード制御としてレベル検出回路１０に入力され、レベル検出回路１０で検出された直流入力電圧レベルが乗算器９に入力される。乗算器９は、これらの入力を、全波整流された直流入力電圧Vinの電圧検出信号を基準電圧として直流出力電圧Voutの大きさに合わせるように乗算して出力し、電流検出の基準電圧を生成する。
この基準電圧は電流誤差増幅器１８に入力される。 A resistor 3 and a resistor 4 are connected in series between the pair of output terminals of the rectifier 2 in parallel with the inductor 5 and the switching element 6. A voltage Vi obtained by dividing the DC input voltage Vin by the resistors 3 and 4 is input to the multiplier 9 as a voltage detection signal of the DC input voltage Vin. The voltage Vi is input to the level detection circuit 10 as feedforward control, and the DC input voltage level detected by the level detection circuit 10 is input to the multiplier 9. The multiplier 9 multiplies these inputs so as to match the magnitude of the DC output voltage Vout with the voltage detection signal of the DC input voltage Vin subjected to full-wave rectification as a reference voltage, and outputs the result. Generate.
This reference voltage is input to the current error amplifier 18.

一方、電流検出回路３２は、昇圧コンバータ３１の入力電流を検出し、この電流検出信号Va_aveを電流誤差増幅器１８に入力する。なお、電流検出回路３２の構成の一例を後で詳しく説明する。   On the other hand, the current detection circuit 32 detects the input current of the boost converter 31 and inputs this current detection signal Va_ave to the current error amplifier 18. An example of the configuration of the current detection circuit 32 will be described in detail later.

電流誤差増幅器１８は、電流検出回路３２から入力される電流検出信号Va_aveを乗算器９から入力される基準電圧と比較し、その誤差を増幅してこれをパルス幅制御回路１９に入力する。パルス幅制御回路１９は、電流誤差増幅器１８の出力に基づいて、スイッチング素子６のDuty（スイッチング周期（オン期間とオフ期間との合計期間）に対するオン期間の比率）を規定するＰＷＭ信号からなる制御信号Vgを生成する。制御信号Vgはスイッチング素子６に入力され、スイッチング素子６は当該制御信号Vgに従ってオン及びオフする。これにより、昇圧コンバータ３１において、直流入力電圧Vinに比例した入力電流が得られ、その高調波成分が低減される。   The current error amplifier 18 compares the current detection signal Va_ave input from the current detection circuit 32 with the reference voltage input from the multiplier 9, amplifies the error, and inputs this to the pulse width control circuit 19. Based on the output of the current error amplifier 18, the pulse width control circuit 19 is a control composed of a PWM signal that defines the duty of the switching element 6 (the ratio of the on period to the switching period (the total period of the on period and the off period)). A signal Vg is generated. The control signal Vg is input to the switching element 6, and the switching element 6 is turned on and off according to the control signal Vg. Thereby, in boost converter 31, an input current proportional to DC input voltage Vin is obtained, and its harmonic component is reduced.

＜電流検出回路３２の構成＞
次に、電流検出回路３２の構成を詳しく説明する。 <Configuration of Current Detection Circuit 32>
Next, the configuration of the current detection circuit 32 will be described in detail.

図２は図１のスイッチング電源装置における昇圧コンバータ３１の電流検出回路３２の構成の一例を示す回路図である。   FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of the configuration of the current detection circuit 32 of the boost converter 31 in the switching power supply device of FIG.

図２に示すように、電流検出回路３２は、インダクタ５とスイッチング素子６との間を流れる電流を検出するカレントトランス２０と、カレントトランス２０で検出された電流Iaを電圧Vaに変換する電流電圧変換部２２と、電流電圧変換部２２から出力される電圧Vaと直流入力電圧Vinと直流出力電圧Voと制御信号Vgとに基づいてスイッチング素子６のオン期間とオフ期間とに渡る電流検出信号Va_aveを生成するよう構成された電流検出信号生成回路２３とを主な要素として備えている。   As shown in FIG. 2, the current detection circuit 32 includes a current transformer 20 that detects a current flowing between the inductor 5 and the switching element 6, and a current voltage that converts the current Ia detected by the current transformer 20 into a voltage Va. Based on the conversion unit 22, the voltage Va output from the current-voltage conversion unit 22, the DC input voltage Vin, the DC output voltage Vo, and the control signal Vg, the current detection signal Va_ave over the ON period and the OFF period of the switching element 6 And a current detection signal generation circuit 23 configured to generate the signal as a main element.

具体的には、カレントトランス２０は、インダクタ５とスイッチング素子６との間に介挿されている。カレントトランス２０の二次側巻線には逆流防止素子としてのダイオード２１と電流電圧変換部２２としての抵抗とが直列に接続されている。この抵抗の両端電圧が、カレントトランス２０で検出された電流を電圧に変換した電圧Vaとして電流検出信号生成回路２３に入力される。   Specifically, the current transformer 20 is interposed between the inductor 5 and the switching element 6. A diode 21 as a backflow prevention element and a resistor as a current-voltage conversion unit 22 are connected in series to the secondary winding of the current transformer 20. The voltage across this resistor is input to the current detection signal generation circuit 23 as a voltage Va obtained by converting the current detected by the current transformer 20 into a voltage.

電流検出信号生成回路２３は、第１のスイッチ２４と、サンプルホールド用コンデンサ２５と、カレントアンプ２６と、電流源２７と、第２のスイッチ２８とを備える。   The current detection signal generation circuit 23 includes a first switch 24, a sample and hold capacitor 25, a current amplifier 26, a current source 27, and a second switch 28.

サンプルホールド用コンデンサ２５は、第１のスイッチ２４を介して電流電圧変換部２２の抵抗と互いに並列に接続されている。このサンプルホールド用コンデンサ２５の両端電圧が電流検出信号Va_aveとして出力される。   The sample and hold capacitor 25 is connected in parallel with the resistor of the current-voltage converter 22 via the first switch 24. The voltage across the sample and hold capacitor 25 is output as the current detection signal Va_ave.

第１のスイッチ２４は、制御信号Vgに従って、スイッチング素子６のオン期間にオンして電流電圧変換部２２とサンプルホールド用コンデンサ２５とを接続し、スイッチング素子６のオフ期間にオフして電流電圧変換部２２とサンプルホールド用コンデンサ２５とを遮断する。   The first switch 24 is turned on during the ON period of the switching element 6 in accordance with the control signal Vg to connect the current-voltage converter 22 and the sample-hold capacitor 25 and is turned off during the OFF period of the switching element 6. The converter 22 and the sample hold capacitor 25 are shut off.

カレントアンプ２６は、直流入力電圧Vinの電圧検出信号としての電圧Viに対する直流出力電圧Voutの電圧検出信号としての電圧Voの差電圧を増幅してこれを電流信号に変換する。   The current amplifier 26 amplifies the difference voltage of the voltage Vo as the voltage detection signal of the DC output voltage Vout with respect to the voltage Vi as the voltage detection signal of the DC input voltage Vin and converts it into a current signal.

電流源２７は、カレントアンプ２６から出力される電流信号に応じた電流Idをサンプルホールド用コンデンサ２５を放電させる方向に流す。   The current source 27 causes a current Id corresponding to the current signal output from the current amplifier 26 to flow in the direction in which the sample and hold capacitor 25 is discharged.

第２のスイッチ２８は、制御信号Vgを反転してなる信号に従って、スイッチング素子６のオン期間にオフしてサンプルホールド用コンデンサ２５と電流源２７とを遮断し、スイッチング素子６のオフ期間にオンしてサンプルホールド用コンデンサ２５と電流源２７とを接続する。第１のスイッチ２４及び第２のスイッチ２８として、例えば、半導体スイッチング素子を用いることができる。   The second switch 28 is turned off during the ON period of the switching element 6 in accordance with a signal obtained by inverting the control signal Vg to cut off the sample hold capacitor 25 and the current source 27 and is turned on during the OFF period of the switching element 6. Then, the sample hold capacitor 25 and the current source 27 are connected. As the first switch 24 and the second switch 28, for example, semiconductor switching elements can be used.

＜電流源２７による放電電流＞
次に、電流源２７が流すべき放電電流Idについて詳しく説明する。 <Discharge current by current source 27>
Next, the discharge current Id that the current source 27 should flow will be described in detail.

本実施の形態では、電流検出回路３２はスイッチング素子６のオン期間における昇圧コンバータ３１の入力電流をカレントトランス２０により検出している。しかし、カレントトランス２０にはスイッチング素子６のオフ期間には電流が流れないため、スイッチング素子６のオフ期間における昇圧コンバータ３１の入力電流を別途検出する必要がある。   In the present embodiment, the current detection circuit 32 detects the input current of the boost converter 31 during the ON period of the switching element 6 by the current transformer 20. However, since no current flows through the current transformer 20 during the off period of the switching element 6, it is necessary to separately detect the input current of the boost converter 31 during the off period of the switching element 6.

ところで、スイッチング素子６のオフ期間にインダクタ５に流れる電流IL(t)は、
IL(t)＝ILpk-(Vout-Vin)t/L・・・式（１）となる。 Incidentally, the current IL (t) flowing through the inductor 5 during the OFF period of the switching element 6 is
IL (t) = ILpk− (Vout−Vin) t / L (Equation 1)

ILpkはスイッチング素子６のオン期間終了時におけるインダクタ５の電流値であり、Lはインダクタ５のインダクタンスである。   ILpk is the current value of the inductor 5 at the end of the ON period of the switching element 6, and L is the inductance of the inductor 5.

スイッチング素子６のオン期間終了時において、サンプルホールド用コンデンサ２５に保持されている電圧は、スイッチング素子６のオン期間終了時におけるインダクタ５の電流値ILpkに対応している。そこで、サンプルホールド用コンデンサ２５の容量をCとし、カレントトランス２０と電流電圧変換部２２の抵抗とによる電流−電圧変換ゲインをKとした場合に、
(Vout-Vin)/L=KxId/C・・・式（２）
の関係を満たす放電電流Idによってサンプルホールド用コンデンサ２５を放電させると、サンプルホールド用コンデンサ２５の電圧はスイッチング素子６のオフ期間におけるインダクタ５の電流値IL(t)に対応するものとなる。 The voltage held in the sample and hold capacitor 25 at the end of the ON period of the switching element 6 corresponds to the current value ILpk of the inductor 5 at the end of the ON period of the switching element 6. Therefore, when the capacitance of the sample and hold capacitor 25 is C and the current-voltage conversion gain by the resistance of the current transformer 20 and the current-voltage conversion unit 22 is K,
(Vout-Vin) / L = KxId / C ... Formula (2)
When the sample-and-hold capacitor 25 is discharged by the discharge current Id satisfying the above relationship, the voltage of the sample-and-hold capacitor 25 corresponds to the current value IL (t) of the inductor 5 during the OFF period of the switching element 6.

そこで、本実施の形態では、電圧Viに対する電圧Voの差電圧に対して、電流源２７による放電電流Idが、式（２）の関係を満たすものとなるよう、インダクタ５のインダクタンスL、上記電流電圧変換ゲインK、及びサンプルホールド用コンデンサ２５の容量C、及びカレントアンプ２６のゲインを設定することによりこれが可能となる。   Therefore, in the present embodiment, the inductance L of the inductor 5 and the current described above are such that the discharge current Id from the current source 27 satisfies the relationship of Expression (2) with respect to the voltage difference between the voltage Vo and the voltage Vi. This can be achieved by setting the voltage conversion gain K, the capacitance C of the sample and hold capacitor 25, and the gain of the current amplifier 26.

［動作］
昇圧コンバータ３１の動作は周知であるので、その説明を省略し、電流検出回路３２の動作を詳しく説明する。 [Operation]
Since the operation of the boost converter 31 is well known, the description thereof will be omitted, and the operation of the current detection circuit 32 will be described in detail.

図３は電流検出回路３２の動作の一例を示す波形図である。   FIG. 3 is a waveform diagram showing an example of the operation of the current detection circuit 32.

図３において、Vgはスイッチング素子６の制御信号を示す。VgのHighレベルの期間がスイッチング素子６のオン期間を示し、VgのLowレベルの期間がスイッチング素子６のオフ期間を示す。ILはインダクタ５に流れる電流（昇圧コンバータ３１の入力電流）を示す。Iaはカレントトランス２０により検出される電流（二次巻線の電流）を示す。Vaは電流電圧変換部２２から出力される電圧を示す。SW1は、第１のスイッチ２４のオン期間を示す。Va_s/hは、サンプルホールド用コンデンサ２５の電圧をサンプルホールドしたと仮定した場合の電圧を示す。換言すると、Va_s/hは、サンプルホールド用コンデンサ２５がスイッチング素子６のオフ期間に放電しないと仮定した場合におけるその両端電圧を示す。SW2は、第２のスイッチ２８のオン期間を示す。Va_aveは、電流検出信号としてのサンプルホールド用コンデンサ２５の両端電圧を示す。   In FIG. 3, Vg represents a control signal for the switching element 6. A high level period of Vg indicates an on period of the switching element 6, and a low level period of Vg indicates an off period of the switching element 6. IL indicates a current flowing through the inductor 5 (an input current of the boost converter 31). Ia represents a current (secondary winding current) detected by the current transformer 20. Va indicates a voltage output from the current-voltage converter 22. SW1 indicates the ON period of the first switch 24. Va_s / h represents a voltage when it is assumed that the voltage of the sample hold capacitor 25 is sampled and held. In other words, Va_s / h represents the voltage between both ends when it is assumed that the sample-and-hold capacitor 25 is not discharged during the OFF period of the switching element 6. SW2 indicates the ON period of the second switch 28. Va_ave indicates the voltage across the sample-and-hold capacitor 25 as a current detection signal.

また、図３において、期間mは、スイッチング素子６のDutyが50％である場合の波形を示し、期間nは、スイッチング素子６のDutyが50％以下である場合の波形を示し、期間oは、スイッチング素子６のDutyが50％以上である場合の波形を示す。   In FIG. 3, a period m shows a waveform when the duty of the switching element 6 is 50%, a period n shows a waveform when the duty of the switching element 6 is 50% or less, and a period o The waveform when the duty of the switching element 6 is 50% or more is shown.

昇圧コンバータ３１では、制御信号Vgに従い、スイッチング素子６がオンするとインダクタ５の電流ILは略直線的に増加し、スイッチング素子６がオフするとインダクタ５の電流ILは略直線的に減少する。従って、インダクタ５の電流ILの波形は、このような略直線的増加及び略直線的減少を繰り返す三角波状の波形となる。   In boost converter 31, according to control signal Vg, current IL of inductor 5 increases substantially linearly when switching element 6 is turned on, and current IL of inductor 5 decreases substantially linearly when switching element 6 is turned off. Therefore, the waveform of the current IL of the inductor 5 is a triangular waveform that repeats such a substantially linear increase and a substantially linear decrease.

カレントトランス２０の二次巻線にはスイッチング素子６のオン期間にのみ検出電流Iaが流れ、その波形はインダクタ５の電流Iaに対応した波形となる。電流電圧変換部２２からはこの検出電流Iaに対応した電圧Vaが出力され、その波形は検出電流Iaに対応した波形となる。電圧Vaはスイッチング素子６のオン期間にのみオンする第１のスイッチ２４を介してサンプルホールド用コンデンサ２５に印加される。従って、スイッチング素子６のオン期間におけるサンプルホールド用コンデンサ２５の両端電圧の波形はインダクタ５の電流Iaに対応した波形となる。そして、サンプルホールド用コンデンサ２５がスイッチング素子６のオフ期間に放電しないと仮定した場合におけるその両端電圧の波形はVa_s/hに示すように電圧Vaがサンプルホールドされた波形となる。   The detection current Ia flows through the secondary winding of the current transformer 20 only during the ON period of the switching element 6, and the waveform thereof corresponds to the current Ia of the inductor 5. The voltage Va corresponding to the detected current Ia is output from the current-voltage conversion unit 22, and the waveform thereof corresponds to the detected current Ia. The voltage Va is applied to the sample and hold capacitor 25 via the first switch 24 that is turned on only during the on period of the switching element 6. Therefore, the waveform of the voltage across the sample and hold capacitor 25 during the ON period of the switching element 6 is a waveform corresponding to the current Ia of the inductor 5. When it is assumed that the sample-and-hold capacitor 25 is not discharged during the OFF period of the switching element 6, the waveform of the voltage at both ends thereof is a waveform in which the voltage Va is sample-held as indicated by Va_s / h.

しかしながら、本実施の形態では、カレントアンプ２６が、電圧Viに対する電圧Voの差電圧を上述の所定のゲインで増幅してこれを電流に変換し、これを電流源２７に出力する。一方、第２のスイッチ２８はスイッチング素子６のオフ期間のみにオンする。また、第１のスイッチ２４はスイッチング素子６のオフ期間にはオフする。これにより、サンプルホールド用コンデンサ２５が、スイッチング素子６のオフ期間において、電流源２７により上述の式（２）の関係を満たす放電電流Idで放電される。よって、サンプルホールド用コンデンサ２５の両端電圧は、スイッチング素子６のオフ期間において、上述のように、スイッチング素子６のオフ期間におけるインダクタ５の電流値IL(t)に対応するものとなる。これにより、電流検出信号Va_aveとしてのサンプルホールド用コンデンサ２５の両端電圧は、スイッチング素子６のオン期間とオフ期間とを通じて、インダクタ５の電流ILに対応するものとなる。   However, in the present embodiment, the current amplifier 26 amplifies the difference voltage of the voltage Vo with respect to the voltage Vi by the above-described predetermined gain, converts it to a current, and outputs this to the current source 27. On the other hand, the second switch 28 is turned on only during the off period of the switching element 6. The first switch 24 is turned off during the off period of the switching element 6. As a result, the sample hold capacitor 25 is discharged by the current source 27 with the discharge current Id satisfying the relationship of the above-described formula (2) during the OFF period of the switching element 6. Therefore, the voltage across the sample and hold capacitor 25 corresponds to the current value IL (t) of the inductor 5 during the off period of the switching element 6 as described above during the off period of the switching element 6. As a result, the voltage across the sample-and-hold capacitor 25 as the current detection signal Va_ave corresponds to the current IL of the inductor 5 through the ON period and the OFF period of the switching element 6.

また、この電流検出信号Va_aveは、図３に期間m、期間n、及び期間oとして示すように、Dutyが変わっても、インダクタ５の電流ILに対応したものとなる。   Further, the current detection signal Va_ave corresponds to the current IL of the inductor 5 even when the duty changes as shown by the period m, the period n, and the period o in FIG.

この電流検出回路３２は、特許文献１の図２に記載の従来例のように昇圧コンバータ３１の入力電流を検出するために抵抗を用いていないので、大電流を流すことが可能となり、電力損失を低減した、安定で小型の電流検出回路を構成できる。   Since the current detection circuit 32 does not use a resistor to detect the input current of the boost converter 31 as in the conventional example described in FIG. 2 of Patent Document 1, a large current can flow and power loss Thus, a stable and small current detection circuit can be configured.

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。   From the foregoing description, many modifications and other embodiments of the present invention are obvious to one skilled in the art. Accordingly, the foregoing description should be construed as illustrative only and is provided for the purpose of teaching those skilled in the art the best mode of carrying out the invention. The details of the structure and / or function may be substantially changed without departing from the spirit of the invention.

本発明の昇圧コンバータの電流検出回路は、ＩＣに内蔵可能な小型の昇圧コンバータの電流検出回路等として有用である。   The current detection circuit of the boost converter according to the present invention is useful as a current detection circuit of a small boost converter that can be incorporated in an IC.

１ 交流電源
２ 整流装置
３ 抵抗
４ 抵抗
５ インダクタ
６ スイッチング素子
７ 逆流防止素子
８ 平滑コンデンサ
９ 乗算器
１０ レベル検出回路
１１ 抵抗
１２ 抵抗
１３ 電圧誤差増幅器
１４ 基準電圧源
１８ 電流誤差増幅器
１９ パルス幅制御回路
２０ カレントトランス
２１ ダイオード
２２ 電流電圧変換部
２３ 電流検出信号生成回路
２４ 第１のスイッチ
２５ サンプルホールド用コンデンサ
２６ カレントアンプ
２７ 電流源
２８ 第２のスイッチ
２９ 昇圧電圧出力端子
３１ 昇圧コンバータ
３２ 電流検出回路
１０１ 商用電源
１０２ 整流回路
１０３ インダクタ
１０４ MOS型FET
１０５ ダイオード
１０６ 平滑コンデンサ
１０７ 電圧検出回路
１０８ 誤差増幅器
１０９ 抵抗
１１０ 誤差増幅器
１１１ 抵抗
１１２ 抵抗
１１３ パルス幅制御回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 AC power supply 2 Rectifier 3 Resistance 4 Resistance 5 Inductor 6 Switching element 7 Backflow prevention element 8 Smoothing capacitor 9 Multiplier 10 Level detection circuit 11 Resistance 12 Resistance 13 Voltage error amplifier 14 Reference voltage source 18 Current error amplifier 19 Pulse width control circuit DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 Current transformer 21 Diode 22 Current voltage conversion part 23 Current detection signal generation circuit 24 1st switch 25 Sample hold capacitor 26 Current amplifier 27 Current source 28 2nd switch 29 Boost voltage output terminal 31 Boost converter 32 Current detection circuit 101 Commercial power supply 102 Rectifier circuit 103 Inductor 104 MOS type FET
105 Diode 106 Smoothing Capacitor 107 Voltage Detection Circuit 108 Error Amplifier 109 Resistor 110 Error Amplifier 111 Resistor 112 Resistor 113 Pulse Width Control Circuit

Claims (2)

交流電力を直流電力に変換する整流装置の一対の出力端子間に互いに直列に接続されたインダクタ及びオン及びオフするスイッチング素子と、前記インダクタと前記スイッチング素子との接続点に逆流防止素子を介して接続された一対の昇圧電圧出力端子とを備えた昇圧コンバータの電流検出回路であって、
前記インダクタと前記スイッチング素子との間を流れる電流を検出するカレントトランスと、
前記カレントトランスで検出された電流を電圧に変換する電流電圧変換部と、
コンデンサを備え、前記スイッチング素子がオンする期間に前記電流電圧変換部から出力される電圧により前記コンデンサ充電して当該電圧を保持し、前記スイッチング素子がオフする期間に前記一対の昇圧電圧出力端子の電圧と前記整流装置の一対の出力端子間の電圧との差電圧に応じた電流で前記コンデンサを放電させ、且つ当該コンデンサの電圧を前記スイッチング素子のオン期間とオフ期間とに渡る電流検出信号として出力するよう構成された電流検出信号生成回路と、を備えた昇圧コンバータの電流検出回路。 An inductor connected in series between a pair of output terminals of a rectifier that converts AC power into DC power, a switching element that is turned on and off, and a connection point between the inductor and the switching element via a backflow prevention element A current detection circuit of a boost converter having a pair of boosted voltage output terminals connected,
A current transformer for detecting a current flowing between the inductor and the switching element;
A current-voltage converter for converting the current detected by the current transformer into a voltage;
A capacitor is charged, and the capacitor is charged with a voltage output from the current-voltage converter during a period when the switching element is turned on to hold the voltage, and during the period when the switching element is turned off, the pair of boosted voltage output terminals The capacitor is discharged with a current corresponding to a voltage difference between the voltage and the voltage between the pair of output terminals of the rectifier, and the voltage of the capacitor is used as a current detection signal over an on period and an off period of the switching element. A current detection circuit for a boost converter, comprising: a current detection signal generation circuit configured to output. 前記電流検出信号生成回路は、前記コンデンサと、
前記スイッチング素子のオン及びオフを制御する制御信号に基づいて、前記スイッチング素子のオン期間にのみ前記電流電圧変換部と前記コンデンサとを接続する第１のスイッチと、
前記一対の昇圧電圧出力端子の電圧と前記整流装置の一対の出力端子間の電圧との差電圧に応じた電流を前記コンデンサを放電させるように流す電流源と、
前記制御信号に基づいて、前記スイッチング素子のオフ期間にのみ前記コンデンサと前記電流源とを接続する第２のスイッチと、を備えた請求項１に記載の昇圧コンバータの電流検出回路。 The current detection signal generation circuit includes the capacitor,
A first switch that connects the current-voltage conversion unit and the capacitor only during an ON period of the switching element, based on a control signal that controls ON and OFF of the switching element;
A current source for causing a current corresponding to a voltage difference between the voltage at the pair of boosted voltage output terminals and the voltage between the pair of output terminals of the rectifier to discharge the capacitor;
2. The step-up converter current detection circuit according to claim 1, further comprising: a second switch that connects the capacitor and the current source only during an off period of the switching element based on the control signal.
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