JP2015198504A - 絶縁型直流電源装置 - Google Patents
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Description
スイッチング制御方式のAC−DCコンバータにおける二次側の出力の過電流を検出する方法としては、一次側のスイッチング素子と直列に電流検出用の抵抗を設け、該抵抗により電流−電圧変換した電圧(三角波形または台形波の電圧のピーク値)を監視する方式が一般的である(特許文献1参照)。
上記のような過電流保護動作点のAC入力電圧依存性に対する対策として、図1のようなAC−DCコンバータにおいて、ダイオード・ブリッジ12により整流された脈流電圧が印加されるノードN1と、電流検出用抵抗Rsと制御用ICの電流検出端子CSとの間のノードN2との間に、破線で示すように、補正用の抵抗Rbを接続する方式が考えられる。
しかし、特許文献2に開示されている発明にあっては、デューティ検出回路が複雑であり、一次側電源制御回路を半導体集積回路化した場合、チップサイズが増大しコストアップを招くというという課題がある。
電圧変換用のトランスと、該トランスの一次側巻線に間欠的に電流を流すためのスイッチング素子と、前記トランスの一次側巻線に流れる電流に比例した電圧と前記トランスの二次側からの出力電圧検出信号が入力されることで前記スイッチング素子をオン、オフ制御する駆動パルスを生成し出力する電源制御回路とを有する絶縁型直流電源装置において、
前記電源制御回路は、
前記一次側巻線に流れる電流に比例した電圧と比較電圧とを比較して前記トランスの二次側の過電流状態を検出するための過電流検出回路と、
前記過電流検出回路が過電流状態を検出したことに応じて前記スイッチング素子をオフ状態にさせる過電流保護回路と、
を備え、前記スイッチング素子の駆動パルスのオン時間に応じて前記比較電圧を補正するように構成した。
前記比較電圧の基準となる電圧を生成する基準電圧源と、
前記スイッチング素子の駆動パルスのオン時間に応じた電圧を生成し出力するオン時間検出回路と、
前記オン時間検出回路より出力された電圧に基づいて、前記比較電圧が入力電圧−オン時間特性カーブに従って変化するように補正する補正回路と、
を備えるように構成する。
これにより、広い範囲の交流入力電圧に対して適切なポイントで過電流保護を行うことができ、過電流保護回路を容易に設計することができる。
これにより、過電流保護のために監視する電圧を容易に得ることができる。
これにより、絶縁型直流電源装置を構成する部品点数を減らすとともに、電源装置の小型化を図ることができる。
図1は、本発明を適用した絶縁型直流電源装置としてのAC−DCコンバータの一実施形態を示す回路構成図である。
本実施例の電源制御用IC13は、電流検出用抵抗Rsにより電流−電圧変換された監視対象の電圧が印加される端子CSに入力端子が接続され、該端子CSに入力される電圧Vcsと所定の比較電圧(スレッシホールド電圧)とを比較して過電流状態を検出する監視回路(コンパレータ)を備え、該監視回路(コンパレータ)に供給する比較電圧を、スイッチングトランジスタSWをオン、オフする制御信号(パルス)のオン期間(パルス幅)に応じて補正するようにしたものである。なお、本実施形態のAC−DCコンバータは、スイッチングトランジスタSWのオン、オフ制御周期(=発振器の発振周波数)が一定である。
本発明者は、図4に示す特性カーブに近い特性が電源装置内にないか調べた結果、スイッチングトランジスタSWのオン、オフ制御周期(=発振器の発振周波数)が一定の電源装置においては、スイッチングトランジスタSWの駆動パルスON/OFFのオン時間(Ton)が、図5に示すように、AC入力電圧に対して類似のカーブとなることを見出した。
具体的には、図2に示すように、本実施例の電源制御用IC13は、所定の周波数で発振する発振器31と、該発振器31で生成された発振信号に基づいて一次側スイッチングトランジスタSWをオンさせるタイミングを与えるクロック信号CKを生成するワンショットパルス生成回路のような回路からなるクロック生成回路32と、クロック信号CKによってセットされるRS・フリップフロップ33と、該フリップフロップ33の出力に応じてスイッチングトランジスタSWの駆動パルスON/OFFを生成するドライバ(駆動回路)34を備える。
電圧補正回路39は、Vthc=Vth+Vton×kで表わされるような補正を行う。ここで、Vtonは駆動パルスON/OFFのオン時間(Ton)に比例した電圧、kは定数である。この実施例では、オン時間検出回路38がVtonまたは(Vton×k)で表わされるような電圧を出力するように構成される。
また、オン時間検出回路38が図6に示すような回路である場合、電圧補正回路39は、オン時間検出回路38の出力電圧Vtonに比較基準電圧Vthを加算する加算回路ADDにより構成することができる。比較基準電圧Vthは、公知の基準電圧回路により生成することができる。
また、オン時間検出回路38は、オペアンプを用いた積分回路によって構成しても良い。その場合、電圧補正回路39は、積分回路の後段に、出力電圧をk倍にする乗算回路と、Vthを加算する加算回路とを設けることにより実現することができる。
本実施例の電源制御用IC13は、二次側の電流が定格負荷電流または最大負荷電流以下である通常状態においては、電流検出端子CSの電圧Vcsをレベルシフトした電位Vcs’が比較電圧Vthcよりも低く、コンパレータ36aの出力はロウレベルである(過電流保護機能は働かない)。そして、電流検出端子CSの電圧Vcsをレベルシフトした電位Vcs’が端子FBの入力電圧VFBよりも低くなると、コンパレータ36bの出力がハイレベルに変化してORゲート37を介してフリップフロップ33をリセットさせることで、スイッチングトランジスタSWをオフさせる。
なお、上記実施例の電源制御用IC13では、コンパレータ36aの出力を、ORゲート37を介してフリップフロップ33のリセット端子に供給しているが、コンパレータ36aの出力を直接ドライバ(駆動回路)34へ供給して、過電流状態を検出した場合にスイッチングトランジスタSWをオフさせるように構成してもよい。
図7において実線Bは、比較基準電圧Vthの補正回路39を備えた上記実施例の電源制御用IC13における過電流保護動作点のVAC−Idet特性を、また実線Aは比較基準電圧Vthを補正する上記補正回路39を設けていない電源制御用ICにおけるVAC−Idet特性を示す。
図7より、補正回路39を設けることにより、補正回路39を設けない場合に比べてVAC−Idet特性の平坦性を大幅に改善できることが分かる。また、図1に破線で示すような補正用の抵抗Rbを接続した場合におけるVAC−Idet特性を示す図9の破線Bに比較しても、平坦性がよくなることが分かる。
また、システムの立ち上がりの際に過電流保護回路が誤って働かないようにするため、例えば駆動パルスのデューティ(オン時間)が所定の範囲にある場合もしくは電源立ち上がり後所定時間経過してから、比較基準電圧Vthを補正する補正回路39が動作するように構成してもよい。
13 電源制御回路(電源制御用IC)
14 二次側検出回路(検出用IC)
15a フォトカプラの発光側ダイオード
15b フォトカプラの受光側トランジスタ
31 発振回路
32 クロック発生回路
34 ドライバ(駆動回路)
36a コンパレータ(過電流検出回路)
38 オン時間検出回路
39 補正回路
Claims (4)
- 電圧変換用のトランスと、該トランスの一次側巻線に間欠的に電流を流すためのスイッチング素子と、前記トランスの一次側巻線に流れる電流に比例した電圧と前記トランスの二次側からの出力電圧検出信号が入力されることで前記スイッチング素子をオン、オフ制御する駆動パルスを生成し出力する電源制御回路とを有する絶縁型直流電源装置であって、
前記電源制御回路は、
前記一次側巻線に流れる電流に比例した電圧と比較電圧とを比較して前記トランスの二次側の過電流状態を検出するための過電流検出回路と、
前記過電流検出回路が過電流状態を検出したことに応じて前記スイッチング素子をオフ状態にさせる過電流保護回路と、
を備え、前記スイッチング素子の駆動パルスのオン時間に応じて前記比較電圧を補正するようにしたことを特徴とする絶縁型直流電源装置。 - 前記過電流保護回路は、
前記比較電圧の基準となる電圧を生成する基準電圧源と、
前記スイッチング素子の駆動パルスのオン時間に応じた電圧を生成し出力するオン時間検出回路と、
前記オン時間検出回路より出力された電圧に基づいて、前記比較電圧が入力電圧−オン時間特性カーブに従って変化するように補正する補正回路と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の絶縁型直流電源装置。 - 前記一次側巻線に流れる電流に比例した電圧は、前記スイッチング素子と直列に接続された電流検出用の抵抗により電流−電圧変換された電圧であることを特徴とする請求項2に記載の絶縁型直流電源装置。
- 前記電源制御回路は、1個の半導体チップ上に半導体集積回路として形成され、前記電流検出用の抵抗により電流−電圧変換された電圧が入力されたる第1端子と、前記トランスの二次側からの出力電圧検出信号が入力される第2端子とを備えていることを特徴とする請求項3に記載の絶縁型直流電源装置。
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JP2012235561A (ja) * | 2011-04-28 | 2012-11-29 | Mitsumi Electric Co Ltd | 直流電源装置 |
JP2012235602A (ja) * | 2011-04-28 | 2012-11-29 | Panasonic Corp | 直流コンバータおよび半導体装置 |
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CN110401349B (zh) * | 2018-04-25 | 2023-11-03 | 三美电机株式会社 | 电源控制用半导体装置和开关电源装置及其设计方法 |
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