JP4487703B2 - スイッチング電源 - Google Patents
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図13は、従来の降圧型のスイッチング電源の例を示した回路図である。図に示すように、スイッチング電源は、抵抗R101〜R103、コンデンサC111,C112、オペアンプOP101、比較器COMP101、ドライバ111、トランジスタM101,M102、およびコイルL101を有している。なお、他に昇圧型や昇降圧型のスイッチング電源があるが、動作原理は降圧型と類似しているため、説明は図13の降圧型についてのみ行う。
Vout={1+(R101/R102)}×Vref …(1)
式(1)のR101,R102は、抵抗R101,R102の抵抗値、Vrefは、指令電圧Vrefの電圧値である。
Vout=Vref …(2)
以上の指令電圧を変えての出力電圧の変更や、スイッチング電源と他の電源の切替え、およびスイッチング電源の起動停止を行う場合、出力電圧が急変する。この出力電圧の急変に対し、スイッチング電源の応答速度を早くして、整定時間を数マイクロ秒〜数100マイクロ秒以下にすることは、図13,14に示すスイッチング電源の受動素子に制約され、困難である。
また、本発明では上記問題を解決するために、負荷に応じて他の電源と切替えられ電力を供給するスイッチング電源において、前記負荷に出力する出力電圧を設定するための指令電圧と、前記出力電圧に応じた帰還電圧との差の誤差信号を出力する誤差増幅器と、前記誤差増幅器の出力と入力との間に接続される抵抗とコンデンサとを含む帰還回路と、前記コンデンサの電荷を充放電するスイッチと、電源電圧とグランド間に直列接続された前記負荷に前記電力を供給するスイッチ素子を、前記誤差信号と発振電圧との比較結果に応じて交互にオン/オフする比較器と、を備え、前記スイッチは、前記誤差増幅器の出力と前記グランドとの間に挿入され、当該スイッチング電源が停止状態のときオンされ、当該スイッチング電源が稼働時にオフされることを特徴とするスイッチング電源が提供される。
このようなスイッチング電源によれば、誤差増幅器の出力とグランドとの間に挿入され、スイッチング電源が停止状態のときオンされ、スイッチング電源が稼働時にオフされるスイッチによって、誤差増幅器の帰還回路に含まれるコンデンサの電荷を保持および充放電し、比較器に出力する誤差信号の整定時間を短くする。
また、本発明のスイッチング電源では、誤差増幅器の出力とグランドとの間に挿入され、スイッチング電源が停止状態のときオンされ、スイッチング電源が稼働時にオフされるスイッチによって、誤差増幅器の帰還回路に含まれるコンデンサの電荷を保持および充放電し、比較器に出力する誤差信号の整定時間を短くするようにした。これによって、負荷に出力される出力電圧を速やかに設定された電圧に移行することができる。
トランジスタM1は、PMOSのトランジスタであり、トランジスタM2は、NMOSのトランジスタである。トランジスタM1のソースは電源と接続され、電圧Vinが入力される。トランジスタM1,M2のドレインは、互いに接続されコイルL1の一端と接続されている。トランジスタM2のソースは、グランドに接続されている。
図2は、比較器に入力される発振電圧を示した図である。図13,14の比較器COMP101には、図に示すような最大電圧Vosct、最小電圧Voscbの三角波の発振電圧が入力される。また、図1の比較器COMP1にも図2に示す三角波の発振電圧が入力される。
Cf=VB−{R2/(R1+R2)}×Vout …(3)
Cf=VB−Vout …(4)
なお、VBは、オペアンプOP101から出力される電圧VBの電圧値、R1,R2は、抵抗R101,R102の抵抗値、Voutは、出力電圧Voutの電圧値である。コンデンサC111は、式(3),(4)に示す電圧Cfにより充電されている。
図12に示すスイッチSW101をオンし、電源E101から電力を直接供給する場合、スイッチング電源101(図13,14に示すスイッチング電源)のトランジスタM101をオン、トランジスタM102をオフにしておく。これらのトランジスタM101,M102の状態は、スイッチング電源の目標出力電圧を、電源E101の電圧Vinよりも高くなるように指令電圧Vrefを調節することにより可能である。この場合、スイッチング電源の出力電圧Voutは、電源E101の電圧Vinに制限され、目標値に到達できないため、オペアンプOP101の仮想短絡が成り立たなくなる。図13,14に示す電圧VAは、指令電圧Vrefよりも低い値となり、オペアンプOP101の出力電圧である電圧VBは三角波の発振電圧Voscよりも高くなり、比較器COMP101の出力はL状態に固定される。これにより、トランジスタM101がオン、トランジスタM102がオフとなる。
Cf=VDD−{R2/(R1+R2)}×Vin …(5)
Cf=VDD−Vin …(6)
この状態から、スイッチング電源に動作が切替えられる場合、図13,14のコンデンサC111の両端の電圧は、式(5),(6)から式(3),(4)に示される値に移行する必要がある。この時間が整定時間の遅れとなる。この整定時間の遅れを解決するのが、図1に示すスイッチSW1である。
図3は、電源の切替え時の電圧波形を示す図で、(A)は従来のスイッチング電源による電圧波形、(B)は本発明のスイッチング電源による電圧波形を示す。図3(A)に示すように、従来のスイッチング電源では、電源の切替えが行われたとき、オペアンプの帰還回路にあるコンデンサの充放電により、整定時間を要する。しかし、図1で示すスイッチング電源では、スイッチSW1により、スイッチング電源が動作していたときのコンデンサC1の電圧を保持することによって、電源の切替えが行われても、図3(B)に示すように、出力電圧Voutは速やかに変化する。
本発明の第2の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。第2の実施の形態では、帰還回路のコンデンサの電圧を保持するためのスイッチが、第1の実施の形態に対して抵抗R3とコンデンサC1の間に接続されている。
図6は、第4の実施の形態に係るスイッチング電源の回路図である。図6において、図1と同じものには同じ符号を付し、その説明を省略する。図に示すように、スイッチSW4はコンデンサC1と並列に接続されている。
本発明の第5の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。スイッチング電源の停止時にコンデンサC1の電荷を放電することができればよいので、第5の実施の形態では、コンデンサの電荷を放電するためのスイッチが第4の実施の形態に対し、抵抗R3とコンデンサC1の直列回路に並列に接続されている。
図9は、第6の実施の形態に係るスイッチング電源の回路図である。図9において、図1と同じものには同じ符号を付し、その説明を省略する。図に示すように、スイッチSW6はオペアンプOP1の出力とグランドの間に接続されている。
本発明の第7の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。第1〜6の実施の形態のスイッチング電源は、組み合わせることができる。第1〜3の実施の形態のうちの1つ、第4,5の実施の形態の1つ、および第6の実施の形態の3つを組み合わせることにより、6種類の回路を構成することができる。また、2つを組み合わせる場合は11種類の回路を構成することができる。第7の実施の形態では、第2,4,6の実施の形態を組み合わせた場合について説明する。
C1,C2 コンデンサ
SW1〜SW9 スイッチ
OP1 オペアンプ
COMP1 比較器
11 ドライバ
M1,M2 トランジスタ
L1 コイル
Claims (6)
- 負荷に応じて他の電源と切替えられ電力を供給するスイッチング電源において、
前記負荷に出力する出力電圧を設定するための指令電圧と、前記出力電圧に応じた帰還電圧との差の誤差信号を出力する誤差増幅器と、
前記誤差増幅器の出力と入力との間に接続される抵抗とコンデンサとを含む帰還回路と、
前記コンデンサの電荷を充放電するスイッチと、
電源電圧とグランド間に直列接続された前記負荷に前記電力を供給するスイッチ素子を、前記誤差信号と発振電圧との比較結果に応じて交互にオン/オフする比較器と、
を備え、
前記スイッチは、前記帰還回路に直列に挿入され、当該スイッチング電源が前記負荷に電力を供給するときオンされ、前記他の電源が前記負荷に電力を供給するときオフされることを特徴とするスイッチング電源。 - 負荷に応じて他の電源と切替えられ電力を供給するスイッチング電源において、
前記負荷に出力する出力電圧を設定するための指令電圧と、前記出力電圧に応じた帰還電圧との差の誤差信号を出力する誤差増幅器と、
前記誤差増幅器の出力と入力との間に接続される抵抗とコンデンサとを含む帰還回路と、
前記コンデンサの電荷を充放電するスイッチと、
電源電圧とグランド間にダイオードと直列接続された前記負荷に前記電力を供給するスイッチ素子を、前記誤差信号と発振電圧との比較結果に応じてオン/オフする比較器と、
を備え、
前記スイッチは、前記帰還回路に直列に挿入され、当該スイッチング電源が前記負荷に電力を供給するときオンされ、前記他の電源が前記負荷に電力を供給するときオフされることを特徴とするスイッチング電源。 - 前記帰還回路の前記コンデンサに並列に挿入され、当該スイッチング電源が停止状態のときオンされ、当該スイッチング電源が稼働時にオフされる並列スイッチをさらに有することを特徴とする請求項1または2記載のスイッチング電源。
- 負荷に応じて他の電源と切替えられ電力を供給するスイッチング電源において、
前記負荷に出力する出力電圧を設定するための指令電圧と、前記出力電圧に応じた帰還電圧との差の誤差信号を出力する誤差増幅器と、
前記誤差増幅器の出力と入力との間に接続される抵抗とコンデンサとを含む帰還回路と、
前記コンデンサの電荷を充放電するスイッチと、
電源電圧とグランド間に直列接続された前記負荷に前記電力を供給するスイッチ素子を、前記誤差信号と発振電圧との比較結果に応じて交互にオン/オフする比較器と、
を備え、
前記スイッチは、前記誤差増幅器の出力と前記グランドとの間に挿入され、当該スイッチング電源が停止状態のときオンされ、当該スイッチング電源が稼働時にオフされることを特徴とするスイッチング電源。 - 負荷に応じて他の電源と切替えられ電力を供給するスイッチング電源において、
前記負荷に出力する出力電圧を設定するための指令電圧と、前記出力電圧に応じた帰還電圧との差の誤差信号を出力する誤差増幅器と、
前記誤差増幅器の出力と入力との間に接続される抵抗とコンデンサとを含む帰還回路と、
前記コンデンサの電荷を充放電するスイッチと、
電源電圧とグランド間にダイオードと直列接続された前記負荷に前記電力を供給するスイッチ素子を、前記誤差信号と発振電圧との比較結果に応じてオン/オフする比較器と、
を備え、
前記スイッチは、前記誤差増幅器の出力と前記グランドとの間に挿入され、当該スイッチング電源が停止状態のときオンされ、当該スイッチング電源が稼働時にオフされることを特徴とするスイッチング電源。 - 前記帰還回路の前記コンデンサに並列に挿入され、当該スイッチング電源が停止状態のときオンされ、当該スイッチング電源が稼働時にオフされる並列スイッチをさらに有することを特徴とする請求項4または5記載のスイッチング電源。
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