JP6695536B2

JP6695536B2 - Switching power supply circuit

Info

Publication number: JP6695536B2
Application number: JP2016083954A
Authority: JP
Inventors: 光浩飯田; チュウコウジン
Original assignee: System Design Co Ltd
Current assignee: System Design Co Ltd
Priority date: 2016-04-19
Filing date: 2016-04-19
Publication date: 2020-05-20
Anticipated expiration: 2036-04-19
Also published as: JP2017195689A

Description

本開示は、外部負荷への出力電流に応じてリアクトルに流れる電流の電流モードを切り替えるスイッチング電源回路に関する。 The present disclosure relates to a switching power supply circuit that switches a current mode of a current flowing through a reactor according to an output current to an external load.

スイッチング電源回路においては、ノイズの発生を抑制するために、負荷の消費電力に応じて電流モードを切り替えることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
この提案のスイッチング電源回路によれば、負荷の消費電力が小さいときには電流モードを不連続モードに設定し、負荷の消費電力が大きくなると電流モードを臨界モードに切り替え、負荷の消費電力が更に大きくなると電流モードを連続モードに切り替える。 In the switching power supply circuit, it has been proposed to switch the current mode according to the power consumption of the load in order to suppress the generation of noise (see, for example, Patent Document 1).
According to the proposed switching power supply circuit, the current mode is set to the discontinuous mode when the power consumption of the load is small, the current mode is switched to the critical mode when the power consumption of the load increases, and the power consumption of the load further increases. Switch current mode to continuous mode.

特開２０１４−２００１７４号公報JP, 2014-200174, A

ところで、スイッチング電源回路は、通常、出力電圧が目標電圧となるよう、スイッチング素子の駆動デューティ比をフィードバック制御するように構成される。
このため、上記提案のスイッチング電源回路のように、負荷の消費電力に応じて電流モードを切り替えるようにすると、そのモード切り替えによって出力電圧が大きく変動し、出力電圧が目標電圧に収束するのに時間がかかるようになる。 By the way, the switching power supply circuit is usually configured to perform feedback control of the drive duty ratio of the switching element so that the output voltage becomes the target voltage.
Therefore, if the current mode is switched according to the power consumption of the load, as in the above proposed switching power supply circuit, the output voltage changes greatly due to the mode switching, and it takes time for the output voltage to converge to the target voltage. Comes to take.

また、出力電圧の変動は、出力経路に並列接続されるコンデンサにて吸収することができるが、上記のようにモード切り替えによって生じる電圧変動を抑制するには、コンデンサの容量を大きくする必要があり、スイッチング電源回路の大型化を招くことになる。 Further, the fluctuation of the output voltage can be absorbed by the capacitor connected in parallel to the output path, but in order to suppress the voltage fluctuation caused by the mode switching as described above, it is necessary to increase the capacity of the capacitor. That leads to an increase in the size of the switching power supply circuit.

本開示の一局面は、負荷の消費電力に応じて電流モードを切り替えるスイッチング電源回路において、電流モードの切り替えによって生じる出力変動を抑制できるようにすることを目的とする。 An aspect of the present disclosure is to enable a switching power supply circuit that switches a current mode according to power consumption of a load to suppress an output fluctuation caused by switching the current mode.

本開示の一局面のスイッチング電源回路は、外部から直流電力を取り込むための一対の入力端と、コンデンサ及び負荷がそれぞれ接続される一対の出力端とを備える。そして、これら一対の入力端及び一対の出力端は、それぞれ、一対の電流経路にて接続されている。 A switching power supply circuit according to one aspect of the present disclosure includes a pair of input ends for receiving DC power from the outside, and a pair of output ends to which a capacitor and a load are respectively connected. The pair of input ends and the pair of output ends are connected to each other through a pair of current paths.

一対の電流経路の一方である第１電流経路には、リアクトルが直列に設けられており、更に、このリアクトルと入力端との間には、スイッチング素子が設けられている。
第１電流経路におけるリアクトルとスイッチング素子との接続点と、一対の電流経路の他方である第２電流経路との間には、スイッチング素子がオン状態からオフ状態に切り替えられたときにリアクトルに電流を流すための半導体素子が設けられている。 A reactor is provided in series in the first current path, which is one of the pair of current paths, and a switching element is provided between the reactor and the input end.
Between the connection point between the reactor and the switching element in the first current path and the second current path which is the other of the pair of current paths, the current is supplied to the reactor when the switching element is switched from the on state to the off state. A semiconductor element is provided for flowing the current.

また、本開示の一局面のスイッチング電源回路には、電流検出部と、第１タイマと、第２タイマと、リセット部と、制御部が備えられている。
電流検出部は、半導体素子を介してリアクトルに電流が流れていないことを検出して検出信号を出力するものであり、第１タイマは、スイッチング素子のオン時間を計時し、そ
の計時期間中、スイッチング素子をオンさせるものである。 Further, the switching power supply circuit according to one aspect of the present disclosure includes a current detection unit, a first timer, a second timer, a reset unit, and a control unit.
The current detection unit detects that no current flows in the reactor through the semiconductor element and outputs a detection signal, and the first timer measures the ON time of the switching element, and during the time period, The switching element is turned on.

また、第２タイマは、第１タイマがスイッチング素子をオンさせてからの時間を計時し、その計時時間が設定時間に達すると一定パルス幅のパルス信号を出力するものである。
そして、リセット部は、電流検出部から検出信号が出力され、第２タイマからパルス信号が出力されているとき、第１タイマをリセットして、第１タイマによるオン時間の計時を開始させる。 The second timer measures the time after the first timer turns on the switching element, and outputs a pulse signal with a constant pulse width when the measured time reaches a set time.
When the detection signal is output from the current detection unit and the pulse signal is output from the second timer, the reset unit resets the first timer and causes the first timer to start counting the ON time.

また、制御部は、負荷への出力電流に応じて第１タイマ及び第２タイマの計時時間を設定することで、出力電流が閾値電流以上であるときにはリアクトルに流れる電流の電流モードを臨界モードに設定し、出力電流が閾値電流未満であるときには電流モードを不連続モードに設定する。 Further, the control unit sets the time counts of the first timer and the second timer according to the output current to the load, so that when the output current is equal to or greater than the threshold current, the current mode of the current flowing through the reactor is set to the critical mode. When the output current is less than the threshold current, the current mode is set to the discontinuous mode.

このため、本開示の一局面のスイッチング電源回路によれば、制御部が設定する第１タイマ及び第２タイマの計時時間を調整することで、負荷への出力電流に応じて、電流モードを切り替えることができるだけでなく、各電流モードでのスイッチング素子のオン・オフ時間及びその周期（換言すればスイッチング周波数）を調整することができるようになる。 Therefore, according to the switching power supply circuit of one aspect of the present disclosure, the current mode is switched according to the output current to the load by adjusting the time counts of the first timer and the second timer set by the control unit. In addition to the above, it becomes possible to adjust the on / off time of the switching element in each current mode and its cycle (in other words, the switching frequency).

この結果、本開示の一局面のスイッチング電源回路によれば、制御部が第１タイマ及び第２タイマの計時時間を設定することによって、各電流モードで、出力電流を数値制御することができるようになり、負荷の駆動に必要な負荷電力が変化しても、その変化に応じて出力電流を適正且つ高速に制御することが可能になる。 As a result, according to the switching power supply circuit of one aspect of the present disclosure, the output current can be numerically controlled in each current mode by the control unit setting the time counts of the first timer and the second timer. Therefore, even if the load power required to drive the load changes, the output current can be controlled appropriately and at high speed according to the change.

従って、電流モードの切り替えによって出力電流が変動するのを抑制することができ、その出力変動を抑制するために設けられるコンデンサの容量を小さくして、スイッチング電源回路を小型化することができる。 Therefore, it is possible to suppress the output current from changing due to the switching of the current mode, and it is possible to reduce the capacity of the capacitor provided to suppress the output fluctuation and to downsize the switching power supply circuit.

また、本開示の一局面のスイッチング電源回路によれば、不連続モードと臨海モードとの２つの電流モードを使って、出力電流を広範囲に定量的に制御することができることから、制御部を、コンピュータ等の数値制御回路にて構成することができる。 Further, according to the switching power supply circuit of one aspect of the present disclosure, the output current can be quantitatively controlled over a wide range by using the two current modes of the discontinuous mode and the coastal mode. It can be configured by a numerical control circuit such as a computer.

そして、このようにすれば、出力電流の制御範囲など、スイッチング電源回路の仕様を、制御部で用いる制御パラメータを調整することで任意に設定することができるようになり、設計の自由度を高めることができる。 By doing so, it becomes possible to arbitrarily set the specifications of the switching power supply circuit, such as the control range of the output current, by adjusting the control parameters used in the control unit, and increase the degree of freedom in design. be able to.

また、各電流モードでのスイッチング周波数を任意に設定できるので、下限周波数を高めに設定することで、リアクトル（一般にコイル）を小さくし、スイッチング電源回路の小型化を図ることができる。 Further, since the switching frequency in each current mode can be set arbitrarily, by setting the lower limit frequency higher, the reactor (generally a coil) can be made smaller and the switching power supply circuit can be made smaller.

また、本開示の一局面のスイッチング電源回路は、力率改善回路として利用すれば、入力電圧に応じた出力電流の制御を適正に行うことができ、広い入力電圧範囲で、正確な力率改善ができる。 Further, if the switching power supply circuit according to one aspect of the present disclosure is used as a power factor correction circuit, it is possible to appropriately control the output current according to the input voltage, and to correct the power factor accurately in a wide input voltage range. You can

ここで、上記のように出力電流に応じてスイッチング素子のオン・オフ時間及びスイッチング周波数を制御するには、制御部は、次のように構成するとよい。
すなわち、制御部は、臨界モードでは、第１タイマの計時時間を出力電流が大きい程長くなるように設定すると共に、第２タイマの計時時間を第１タイマの計時時間よりも所定時間（例えば数十％）長くなるように設定する。 Here, in order to control the on / off time and the switching frequency of the switching element according to the output current as described above, the control unit may be configured as follows.
That is, in the critical mode, the control unit sets the timed time of the first timer to be longer as the output current is larger, and sets the timed time of the second timer to a predetermined time (for example, several times) than the timed time of the first timer. 10%) Set to be longer.

また、制御部は、不連続モードでは、第１タイマの計時時間を臨界モードでの最小値に固定し、第２タイマの計時時間を、臨界モードでの最小値よりも長く、且つ、出力電流が小さいほど長くなるように設定する。 In the discontinuous mode, the control unit fixes the time measured by the first timer to the minimum value in the critical mode, makes the time measured by the second timer longer than the minimum value in the critical mode, and outputs the output current. The smaller the value, the longer the setting.

このようにすれば、スイッチング周波数は、各電流モードの境界領域で最も高くなり、出力電流が閾値電流から離れるに従い低下する。また、不連続モードでは、出力電流が大きくなるに従い駆動デューティ比が高くなり、臨海モードでは、出力電流が大きくなるに従いスイッチング素子のオン時間が長くなる。 In this way, the switching frequency becomes highest in the boundary region of each current mode, and decreases as the output current moves away from the threshold current. In the discontinuous mode, the drive duty ratio increases as the output current increases, and in the coastal mode, the ON time of the switching element increases as the output current increases.

そして、このようにスイッチング素子のオン・オフ時間及びスイッチング周波数を制御することにより、出力電流を適正にしかも広範囲に調整できるようになる。
なお、制御部は、臨界モードでは、第１タイマの計時時間の低下に伴い第２タイマの計時時間が予め設定された下限値以下にならないように、第２タイマの計時時間を設定するように構成するとよい。 By controlling the on / off time and the switching frequency of the switching element in this way, the output current can be adjusted appropriately and in a wide range.
In the critical mode, the control unit sets the time measured by the second timer so that the time measured by the second timer does not fall below a preset lower limit value as the time measured by the first timer decreases. Good to configure.

つまり、臨界モードでは、出力電流は、第１タイマの計時時間、つまり、スイッチング素子のオン時間と比例関係であるが、このオン時間が短くなると、スイッチング周波数が高くなる。そして、スイッチング周波数が高くなりすぎると、効率が悪くなり、場合によってはノイズ発生等の問題が生じる。 That is, in the critical mode, the output current has a proportional relationship with the time measured by the first timer, that is, the ON time of the switching element, but the switching frequency increases as the ON time decreases. Then, if the switching frequency becomes too high, the efficiency becomes poor, and in some cases, problems such as noise generation occur.

そこで、臨界モードと不連続モードとの境界領域では、臨界モードでの第２タイマの計時時間の低下を制限することで、スイッチング周波数が高くなりすぎるのを防止するのである。このようにすれば、臨界モードで第１タイマの計時時間が短くなる領域では、スイッチング周波数が固定されて、出力電流に応じてスイッチング周波数が変化しなくなるが、スイッチング周波数が高くなりすぎるのを抑制できる。 Therefore, in the boundary region between the critical mode and the discontinuous mode, the switching frequency is prevented from becoming too high by limiting the decrease in the time measured by the second timer in the critical mode. In this way, in the critical mode, the switching frequency is fixed and the switching frequency does not change according to the output current in the region where the time counting time of the first timer becomes short, but it is possible to prevent the switching frequency from becoming too high. it can.

一方、電流検出部は、例えば、リアクトルに電流検出用抵抗を直列接続することで、電流検出用抵抗の両端電圧から電流を検出するようにしてもよい。また、例えば、リアクトルを構成するコイルに対し二次コイルを設け、その二次コイルに流れる電流を、電流検出用抵抗を使って検出するようにしてもよい。しかし、電流検出部をこのように構成すると、電流検出用抵抗で電流が消費されることから、電力損失が大きくなる。 On the other hand, the current detection unit may detect the current from the voltage across the current detection resistor by, for example, connecting the current detection resistor in series to the reactor. Further, for example, a secondary coil may be provided for the coil forming the reactor, and the current flowing through the secondary coil may be detected using the current detection resistor. However, if the current detection unit is configured in this way, the current is consumed by the current detection resistor, and the power loss increases.

このため、電流検出部は、半導体素子の両端の電位差に基づき、リアクトルに電流が流れていないことを検出するよう構成するとよい。このようにすれば、半導体素子の両端の電位を抵抗分圧等で検出して、その電位差を検出するようにすればよいので、電力損失を低減できる。 Therefore, the current detection unit may be configured to detect that no current is flowing in the reactor based on the potential difference between both ends of the semiconductor element. By doing so, the potential across the semiconductor element may be detected by resistance voltage division or the like, and the potential difference may be detected, so that power loss can be reduced.

実施形態のスイッチング電源回路全体の構成を表す回路図である。It is a circuit diagram showing the composition of the whole switching power supply circuit of an embodiment. 制御部の制御動作を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the control operation of a control part. 図２の臨界モードでの各部の動作を表すタイムチャートである。3 is a time chart showing the operation of each unit in the critical mode of FIG. 2. 図２の不連続モードでの各部の動作を表すタイムチャートである。3 is a time chart showing the operation of each unit in the discontinuous mode of FIG. 2. 図２の臨界モードと不連続モードの境界領域での各部の動作を表すタイムチャートである。3 is a time chart showing the operation of each part in the boundary region between the critical mode and the discontinuous mode in FIG. 2. スイッチング電源回路の変形例を表す回路図である。It is a circuit diagram showing the modification of a switching power supply circuit.

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
本実施形態のスイッチング電源回路は、所謂チョッパ式降圧コンバータであり、図１に示すように構成されている。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The switching power supply circuit of the present embodiment is a so-called chopper type step-down converter, which is configured as shown in FIG.

すなわち、本実施形態のスイッチング電源回路には、外部から直流電力を取り込むための一対の入力端Ｔｉ１，Ｔｉ２と、コンデンサＣ１及び負荷２がそれぞれ接続される一対の出力端Ｔｏ１，Ｔｏ２と、入力端Ｔｉ１，Ｔｉ２及び出力端Ｔｏ１，Ｔｏ２をそれぞれ接続する一対の電流経路ＬＨ，ＬＬと、を備える。 That is, the switching power supply circuit of the present embodiment includes a pair of input terminals Ti1 and Ti2 for taking in DC power from the outside, a pair of output terminals To1 and To2 to which the capacitor C1 and the load 2 are connected, and an input terminal. Ti1 and Ti2 and a pair of current paths LH and LL respectively connecting the output terminals To1 and To2.

入力端Ｔｉ１、出力端Ｔｏ１及び電流経路ＬＨは、直流電圧の正極側であり、入力端Ｔｉ２、出力端Ｔｏ２及び電流経路ＬＬは、直流電圧の負極側である。
そして、一対の電流経路ＬＨ，ＬＬの内、第１電流経路としての一方の電流経路ＬＬには、リアクトルとしてのコイルＬ１が直列に接続されており、更に、その電流経路ＬＬの入力端Ｔｉ２側には、スイッチング素子としてのＦＥＴ１０が直列接続されている。 The input terminal Ti1, the output terminal To1 and the current path LH are on the positive side of the DC voltage, and the input terminal Ti2, the output terminal To2 and the current path LL are on the negative side of the DC voltage.
A coil L1 as a reactor is connected in series to one current path LL as the first current path of the pair of current paths LH, LL, and further, the input end Ti2 side of the current path LL. A FET 10 as a switching element is connected in series with the.

なお、図１において、ＦＥＴ１０は、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴにて構成されているが、本開示のスイッチング素子は、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴであってもよく、バイポーラトランジスタであってもよく、サイリスタであってもよい。つまり、スイッチング素子としては、制御端子を備えた半導体素子であればよい。 In FIG. 1, the FET 10 is composed of an n-channel MOSFET, but the switching element of the present disclosure may be a p-channel MOSFET, a bipolar transistor, or a thyristor. .. That is, the switching element may be any semiconductor element having a control terminal.

また、コイルＬ１とＦＥＴ１０との接続点と、第２電流経路としての電流経路ＬＨとの間には、ＦＥＴ１０がオン状態からオフ状態に切り替えられたときにコイルＬ１に電流を流すための半導体素子として、ダイオードＤ１が設けられている。 Further, between the connection point between the coil L1 and the FET 10 and the current path LH as the second current path, a semiconductor element for flowing a current through the coil L1 when the FET 10 is switched from the on state to the off state. Is provided with a diode D1.

つまり、ダイオードＤ１は、アノードがコイルＬ１とＦＥＴ１０との接続点に接続され、カソードが電流経路ＬＨに接続されることで、ＦＥＴ１０がターンオフしたときにコイルＬ１に蓄積されたエネルギにて電流経路ＬＨ側に電流を流し、コンデンサＣ１を充電させる。 That is, the diode D1 has the anode connected to the connection point between the coil L1 and the FET 10 and the cathode connected to the current path LH, so that the energy accumulated in the coil L1 when the FET 10 is turned off causes the current path LH to flow. A current is passed to the side to charge the capacitor C1.

また、本実施形態のスイッチング電源回路には、ダイオードＤ１を介してコイルＬ１に電流が流れていないことを検出して、検出信号を出力するための電流検出部１１が設けられている。 Further, the switching power supply circuit of the present embodiment is provided with a current detection unit 11 for detecting that no current is flowing in the coil L1 via the diode D1 and outputting a detection signal.

電流検出部１１は、ダイオードＤ１の両端の電位を、それぞれ、分圧用の抵抗Ｒ１，Ｒ２、抵抗Ｒ３，Ｒ４により分圧して取り込み、その電位差が略零となったこと（換言すればコイルＬ１に流れる電流の臨界点）を検出するコンパレータ１２にて構成されている。 The current detector 11 divides the potentials at both ends of the diode D1 by the voltage dividing resistors R1 and R2 and the resistors R3 and R4, respectively, and takes in the potential difference, that is, the potential difference becomes substantially zero (in other words, in the coil L1. It is composed of a comparator 12 that detects the critical point of the flowing current.

そして、この電流検出部１１（つまりコンパレータ１２）からの検出信号は、リセット部としてのＡＮＤ回路１４の一方の入力端子に入力される。
次に、本実施形態のスイッチング電源回路には、図３〜図５に示すように、ＦＥＴ１０のオン時間ＴＡを計時し、その計時期間中、ＦＥＴ１０をオンさせる第１タイマ１６と、第１タイマ１６がＦＥＴ１０をオンさせてからの時間を計時し、その計時時間が設定時間ＴＢに達すると一定パルス幅のパルス信号を出力する第２タイマ１８が備えられている。 Then, the detection signal from the current detection unit 11 (that is, the comparator 12) is input to one input terminal of the AND circuit 14 as the reset unit.
Next, in the switching power supply circuit of the present embodiment, as shown in FIGS. 3 to 5, a first timer 16 for measuring the ON time TA of the FET 10 and turning on the FET 10 during the time period, and a first timer. A second timer 18 is provided, which measures the time after the FET 16 turns on the FET 10 and outputs a pulse signal having a constant pulse width when the measured time reaches a set time TB.

そして、第２タイマ１８からのパルス信号は、リセット部としてのＡＮＤ回路１４の他方の入力端子に入力される。このため、ＡＮＤ回路１４からは、第２タイマ１８からのパルス信号と、コンパレータ１２からの検出信号が共にハイレベルであるとき、ハイレベルの信号が出力される。 Then, the pulse signal from the second timer 18 is input to the other input terminal of the AND circuit 14 as the reset unit. Therefore, the AND circuit 14 outputs a high level signal when the pulse signal from the second timer 18 and the detection signal from the comparator 12 are both at high level.

第１タイマ１６は、ＡＮＤ回路１４から出力されるハイレベルの信号によりリセットされ、この信号の立ち下がりタイミングから時間ＴＡの計時を開始する。
次に、第１タイマ１６及び第２タイマ１８による計時時間ＴＡ，ＴＢは、制御部２０にて設定される。 The first timer 16 is reset by a high-level signal output from the AND circuit 14, and starts counting the time TA from the falling timing of this signal.
Next, the time counts TA and TB by the first timer 16 and the second timer 18 are set by the control unit 20.

制御部２０は、外部から入力される出力電流Ｉｏの指令値に応じて、第１タイマ１６及び第２タイマ１８の計時時間ＴＡ，ＴＢを設定することで、図２に示すように、負荷２への出力電流Ｉｏが閾値電流以上であるときには、コイルＬ１に流れる電流の電流モードを臨界モードに設定し、出力電流Ｉｏが閾値電流未満であるときには電流モードを不連続モードに設定する。 The control unit 20 sets the time counts TA and TB of the first timer 16 and the second timer 18 in accordance with the command value of the output current Io input from the outside, so that the load 2 as shown in FIG. When the output current Io to the coil is greater than or equal to the threshold current, the current mode of the current flowing through the coil L1 is set to the critical mode, and when the output current Io is less than the threshold current, the current mode is set to the discontinuous mode.

なお、制御部２０に入力される出力電流Ｉｏの指令値は、例えば、負荷２の消費電力の変化等によって生じる出力電圧の変動（規定電圧からのずれ）に基づき、出力電圧を一定にするために設定される。 The command value of the output current Io input to the control unit 20 is set to keep the output voltage constant, for example, based on the fluctuation (deviation from the specified voltage) of the output voltage caused by the change in the power consumption of the load 2 or the like. Is set to.

制御部２０は、コンピュータ等の数値制御回路にて構成されており、この指令値（つまり出力電流）に対応する計時時間ＴＡ，ＴＢの制御データをメモリから読み出し、第１タイマ１６及び第２タイマ１８に設定することで、各タイマ１６，１８にその時間ＴＡ、ＴＢを計時させる。 The control unit 20 is composed of a numerical control circuit such as a computer, and reads out control data of the time counts TA and TB corresponding to the command value (that is, output current) from the memory, and outputs the first timer 16 and the second timer. Setting to 18 causes each of the timers 16 and 18 to measure the times TA and TB.

具体的には、制御部２０は、臨界モードでは、図３に示すように、第１タイマ１６の計時時間ＴＡを出力電流Ｉｏが大きい程長くなるように設定すると共に、第２タイマ１８の計時時間ＴＢを第１タイマ１６の計時時間ＴＡよりも所定時間長くなるように設定する。 Specifically, in the critical mode, the control unit 20 sets the time count TA of the first timer 16 to be longer as the output current Io is larger, and the time count of the second timer 18 is set as shown in FIG. The time TB is set to be longer than the time TA of the first timer 16 by a predetermined time.

つまり、この臨界モードでは、第１タイマ１６の計時時間ＴＡ（換言すれば、ＦＥＴ１０のオン時間）と出力電流Ｉｏとが比例することから、出力電流Ｉｏの指令値に応じて計時時間ＴＡを設定することで、出力電流Ｉｏを指令値に制御する。 That is, in this critical mode, the timed time TA of the first timer 16 (in other words, the ON time of the FET 10) is proportional to the output current Io, so the timed time TA is set according to the command value of the output current Io. By doing so, the output current Io is controlled to the command value.

また、制御部２０は、不連続モードでは、図４に示すように、第１タイマ１６の計時時間ＴＡを、臨界モードでの計時時間ＴＡの最小値に固定し、第２タイマ１８の計時時間ＴＢを、臨界モードでの計時時間ＴＢの最小値よりも長く、且つ、出力電流Ｉｏの指令値が小さいほど長くなるように設定する。 In the discontinuous mode, the control unit 20 fixes the time count TA of the first timer 16 to the minimum value of the time count TA in the critical mode, as shown in FIG. TB is set to be longer than the minimum value of the time count TB in the critical mode and longer as the command value of the output current Io is smaller.

また、制御部２０は、臨界モードでは、図５に示すように、第１タイマ１６の計時時間ＴＡの低下に伴い、第２タイマ１８の計時時間ＴＢが予め設定された下限値以下にならないように、第２タイマ１８の計時時間ＴＢを設定する。 Further, in the critical mode, the control unit 20 prevents the measured time TB of the second timer 18 from falling below a preset lower limit value as the measured time TA of the first timer 16 decreases, as shown in FIG. Then, the measured time TB of the second timer 18 is set.

つまり、臨界モードにおいて、断続モードとの境界領域では、コンパレータ１２で臨界点が検出されてＦＥＴ１０がオンされるまでの時間が通常時よりも延長することで、ＦＥＴ１０がオンされる周期が短くなりすぎるのを（換言すれば、スイッチング周波数が高くなりすぎるのを）防止している。 In other words, in the critical mode, in the boundary region with the intermittent mode, the period until the FET 10 is turned on after the critical point is detected by the comparator 12 is longer than the normal time, and the period in which the FET 10 is turned on is shortened. It prevents too much (in other words, the switching frequency becomes too high).

以上説明したように、本実施形態のスイッチング電源回路によれば、制御部２０は、外部から入力される出力電流Ｉｏの指令値に応じて、コイルＬ１に流れる電流の電流モードを、臨界モード及び不連続モードの何れかに切り替える。 As described above, according to the switching power supply circuit of the present embodiment, the control unit 20 sets the current mode of the current flowing through the coil L1 to the critical mode and the critical mode according to the command value of the output current Io input from the outside. Switch to any of the discontinuous modes.

また、制御部２０は、この切り替えを、出力電流Ｉｏの指令値に応じて第１タイマ１６及び第２タイマ１８の計時時間ＴＡ，ＴＢを設定することにより行う。
このため、本実施形態のスイッチング電源回路によれば、負荷２への出力電流に応じて、電流モードを切り替えることができるだけでなく、各電流モードでのスイッチング素子のオン・オフ時間及びその周期（換言すればスイッチング周波数）を調整することができる。 Further, the control unit 20 performs this switching by setting the time counts TA and TB of the first timer 16 and the second timer 18 according to the command value of the output current Io.
Therefore, according to the switching power supply circuit of the present embodiment, not only the current mode can be switched according to the output current to the load 2, but also the on / off time of the switching element in each current mode and its cycle ( In other words, the switching frequency) can be adjusted.

従って、本実施形態のスイッチング電源回路によれば、制御部２０が第１タイマ１６及
び第２タイマ１８の計時時間ＴＡ，ＴＢを設定することによって、各電流モードで出力電流Ｉｏを定量的に制御することができるようになる。 Therefore, according to the switching power supply circuit of the present embodiment, the controller 20 sets the time counts TA and TB of the first timer 16 and the second timer 18 to quantitatively control the output current Io in each current mode. You will be able to.

よって、負荷２の消費電力が変化しても、その変化に応じて出力電流Ｉｏを適正且つ高速に制御することができるようになる。また、電流モードの切り替え等で出力電流が変動することも抑制できることから、その出力変動を抑制するために設けられるコンデンサＣ１の容量を小さくして、スイッチング電源回路を小型化することができる。 Therefore, even if the power consumption of the load 2 changes, the output current Io can be controlled appropriately and at high speed according to the change. Further, since it is possible to suppress the output current from fluctuating due to the switching of the current mode or the like, it is possible to reduce the capacity of the capacitor C1 provided for suppressing the output fluctuation and downsize the switching power supply circuit.

また、各電流モードでのスイッチング周波数を任意に設定できるので、下限周波数を高めに設定することで、コイルＬ１を小さくし、スイッチング電源回路の小型化を図ることができる。 In addition, since the switching frequency in each current mode can be set arbitrarily, the lower limit frequency can be set higher to make the coil L1 smaller and miniaturize the switching power supply circuit.

また、本実施形態のスイッチング電源回路は、力率改善回路として利用すれば、入力電圧に応じた出力電流の制御を適正に行うことができ、広い入力電圧範囲で、正確な力率改善ができる。 If the switching power supply circuit of this embodiment is used as a power factor correction circuit, the output current can be properly controlled according to the input voltage, and the power factor can be corrected accurately in a wide input voltage range. ..

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
例えば、上記実施形態では、リアクトルとしてのコイルＬ１及びスイッチング素子としてのＦＥＴ１０は、負極側の電流経路ＬＬに設けられるものとして説明したが、これは、ＦＥＴ１０の駆動電圧を低電圧にできるようにするためである。 The embodiments for carrying out the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be carried out.
For example, in the above embodiment, the coil L1 as the reactor and the FET 10 as the switching element are described as being provided in the negative current path LL, but this enables the drive voltage of the FET 10 to be low. This is because.

このため、図６に示すように、リアクトルとしてのコイルＬ１及びスイッチング素子としてのＦＥＴ１０は、正極側の電流経路ＬＨに設けるようにしても、本開示のスイッチング電源回路を上記実施形態と同様に構成することはできる。 Therefore, as shown in FIG. 6, even if the coil L1 as a reactor and the FET 10 as a switching element are provided in the current path LH on the positive electrode side, the switching power supply circuit of the present disclosure has the same configuration as that of the above embodiment. You can do it.

また、上記実施形態では、ＦＥＴ１０がオン状態からオフ状態に切り替えられたときにコイルＬ１に電流を流すための半導体素子として、ダイオードＤ１を用いるものとして説明した。 Further, in the above-described embodiment, the diode D1 is used as the semiconductor element for supplying a current to the coil L1 when the FET 10 is switched from the on state to the off state.

これに対し、例えば、ダイオードＤ１に代えてＦＥＴ等の制御端子付きの半導体素子を設け、この半導体素子のオン・オフ状態を、ＦＥＴ１０と同期して、ＦＥＴ１０とは逆方向に切り替えるようにしてもよい。つまり、本開示の半導体素子としては、ダイオードＤ１に代えて、同期整流用のスイッチング素子を用いて構成してもよい。 On the other hand, for example, instead of the diode D1, a semiconductor element with a control terminal such as an FET is provided, and the on / off state of this semiconductor element is switched in the opposite direction to the FET 10 in synchronization with the FET 10. Good. That is, as the semiconductor element of the present disclosure, a switching element for synchronous rectification may be used instead of the diode D1.

また、上記実施形態では、電流検出部１１は、分圧用の抵抗Ｒ１〜Ｒ４とコンパレータ１２とを用いて構成するものとして説明した。これに対し、電流検出部１１は、図６に例示するように、電流経路ＬＬに電流検出用抵抗Ｒ５を設け、コンパレータ１２でその両端電圧が、略零の閾値電圧Ｖｔｈ以下であるか否かを判定するように構成してもよい。また、コイルＬ１に対し二次コイルを設け、その二次コイルを使ってコイルＬ１に流れる電流を検出するようにしてもよい。 Further, in the above embodiment, the current detection unit 11 has been described as being configured using the resistors R1 to R4 for voltage division and the comparator 12. On the other hand, as illustrated in FIG. 6, the current detection unit 11 includes the current detection resistor R5 in the current path LL, and the comparator 12 determines whether the voltage across the resistor R5 is equal to or lower than the substantially zero threshold voltage Vth. May be configured to be determined. A secondary coil may be provided for the coil L1 and the secondary coil may be used to detect the current flowing through the coil L1.

また、上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。 Further, a plurality of functions of one constituent element in the above-described embodiment may be realized by a plurality of constituent elements, or one function of one constituent element may be realized by a plurality of constituent elements. Further, a plurality of functions of a plurality of constituent elements may be realized by one constituent element, or one function realized by a plurality of constituent elements may be realized by one constituent element. Further, a part of the configuration of the above embodiment may be omitted. Further, at least a part of the configuration of the above-described embodiment may be added or replaced with respect to the configuration of the other above-described embodiment. Note that all aspects included in the technical idea specified only by the wording recited in the claims are embodiments of the present invention.

Ｔｉ１，Ｔｉ２…入力端、Ｔｏ１，Ｔｏ２…出力端、２…負荷、Ｃ１…コンデンサ、ＬＨ，ＬＬ…電流経路、Ｌ１…コイル、１０…ＦＥＴ、Ｄ１…ダイオード、１１…電流検出部、Ｒ１〜Ｒ５…抵抗、１２…コンパレータ、１４…ＡＮＤ回路、１６…第１タイマ、１８…第２タイマ、２０…制御部。 Ti1, Ti2 ... Input end, To1, To2 ... Output end, 2 ... Load, C1 ... Capacitor, LH, LL ... Current path, L1 ... Coil, 10 ... FET, D1 ... Diode, 11 ... Current detection section, R1 to R5 ... resistor, 12 ... comparator, 14 ... AND circuit, 16 ... first timer, 18 ... second timer, 20 ... control section.

Claims

外部から直流電力を取り込むための一対の入力端と、
コンデンサ及び負荷がそれぞれ接続される一対の出力端と、
前記一対の入力端及び前記一対の出力端をそれぞれ接続する一対の電流経路と、
前記一対の電流経路の一方である第１電流経路に直列に設けられたリアクトルと、
前記第１電流経路において前記リアクトルと前記入力端との間に直列に設けられたスイッチング素子と、
前記第１電流経路における前記リアクトルと前記スイッチング素子との接続点と、前記一対の電流経路の他方である第２電流経路との間に設けられ、前記スイッチング素子がオン状態からオフ状態に切り替えられたときに前記リアクトルに電流を流すための半導体素子と、
前記半導体素子を介して前記リアクトルに電流が流れていないことを検出して検出信号を出力する電流検出部と、
前記スイッチング素子のオン時間を計時し、該計時期間中前記スイッチング素子をオンさせる第１タイマと、
前記第１タイマが前記スイッチング素子をオンさせてからの時間を計時し、該計時時間が設定時間に達すると一定パルス幅のパルス信号を出力する第２タイマと、
前記電流検出部から前記検出信号が出力され、前記第２タイマから前記パルス信号が出力されているとき、前記第１タイマをリセットして、前記第１タイマによる前記オン時間の計時を開始させるリセット部と、
前記負荷への出力電流に応じて前記第１タイマ及び前記第２タイマの計時時間を設定することで、前記負荷への出力電流が閾値電流以上であるときには前記リアクトルに流れる電流の電流モードを臨界モードに設定し、前記負荷への出力電流が閾値電流未満であるときには前記電流モードを不連続モードに設定する制御部と、
を備えたスイッチング電源回路 A pair of input terminals for receiving DC power from the outside,
A pair of output terminals to which a capacitor and a load are respectively connected,
A pair of current paths respectively connecting the pair of input terminals and the pair of output terminals,
A reactor provided in series with a first current path that is one of the pair of current paths;
A switching element provided in series between the reactor and the input end in the first current path;
The switching element is provided between a connection point of the reactor and the switching element in the first current path and a second current path that is the other of the pair of current paths, and the switching element is switched from an on state to an off state. When a semiconductor element for flowing a current to the reactor when,
A current detection unit that outputs a detection signal by detecting that no current flows in the reactor through the semiconductor element,
A first timer that counts the on time of the switching element and turns on the switching element during the time period;
A second timer that measures the time after the first timer turns on the switching element, and outputs a pulse signal having a constant pulse width when the time measured reaches a set time;
When the detection signal is output from the current detection unit and the pulse signal is output from the second timer, a reset that resets the first timer and starts counting the ON time by the first timer Department,
By setting the clocking time of the first timer and the second timer according to the output current to the load, the current mode of the current flowing through the reactor is critical when the output current to the load is equal to or more than the threshold current. A control unit that sets the current mode to a discontinuous mode when the output current to the load is less than a threshold current.
Switching power supply circuit with

前記制御部は、
前記臨界モードでは、前記第１タイマの計時時間を前記出力電流が大きい程長くなるように設定すると共に、前記第２タイマの計時時間を前記第１タイマの計時時間よりも所定時間長くなるように設定し、
前記不連続モードでは、前記第１タイマの計時時間を前記臨界モードでの最小値に固定し、前記第２タイマの計時時間を、前記臨界モードでの最小値よりも長く、且つ、前記出力電流が小さいほど長くなるように設定する、
ように構成されている、請求項１に記載のスイッチング電源回路。 The control unit is
In the critical mode, the time measured by the first timer is set to be longer as the output current is larger, and the time measured by the second timer is set to be longer than the time measured by the first timer by a predetermined time. Set,
In the discontinuous mode, the time measured by the first timer is fixed to the minimum value in the critical mode, the time measured by the second timer is longer than the minimum value in the critical mode, and the output current is Is set so that the smaller
The switching power supply circuit according to claim 1, configured as described above.

前記制御部は、前記臨界モードでは、前記第１タイマの計時時間の低下に伴い前記第２タイマの計時時間が予め設定された下限値以下にならないように、前記第２タイマの計時時間を設定するように構成されている、請求項２に記載のスイッチング電源回路。 In the critical mode, the control unit sets the time counting time of the second timer so that the time counting time of the second timer does not fall below a preset lower limit value as the time counting time of the first timer decreases. The switching power supply circuit according to claim 2, which is configured to:

前記電流検出部は、前記半導体素子の両端の電位差に基づき前記リアクトルに電流が流れていないことを検出するよう構成されている、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のスイッチング電源回路。 The switching power supply according to claim 1, wherein the current detection unit is configured to detect that no current is flowing in the reactor based on a potential difference between both ends of the semiconductor element. circuit.