JPH04183267A - スイッチングレギュレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、降圧チョッパ型のスイッチングレギュレータ
に関する。

〈従来の技術〉 従来の降圧チョッパ型のスイッチングレギュレータは、
直流電源からの直流電流をスイッチングトランジスタで
スイッチングして得られる方形波をＬＣフィルタで平均
化することにより、入力電圧よりも低い出力電圧を得る
ものであって、スイッチングトランジスタのオン・オフ
期間を制御することにより、負荷に供給する出力電圧を
安定化させる。

このスイッチングトランジスタのオン・オフ期間の制御
のために、従来、制御回路が設けられており、この制御
回路は、所定の発振周波数をもつ信号を発生する発振回
路と、この発振回路の発振出力に同期してスイッチング
トランジスタをオン・オフ駆動する駆動信号を出力する
駆動回路と、ＬＣフィルタにより得られる負荷への出力
電圧を入力し、これを基準電圧と比較して前記駆動信号
のオン・オフ期間を制御する制御信号を出力する比較回
路とを備えている。そして、ＬＣフィルタにより得られ
る負荷への出力電圧を比較回路によって予め設定された
基準電圧と比較し、その比較された差出力を制御信号と
して駆動回路に与え、この制御信号でもってスイッチン
グトランジスタを駆動する駆動信号のオン・オフ期間を
変更することにより、出力電圧を安定化している。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところで、従来の上記構成において、制御回路を構成す
る発振回路の発振周波数は、制御回路に対して外付けし
たコンデンサの容量によって設定しているか、振動によ
る断線、半田付は不良等の要因によりコンデンサが制御
回路から外れて接続が不十分となることがある。この場
合には、発振回路は、制御回路の浮遊容量でもって発振
する。

この浮遊容量は、制御回路に外付けするコンデンサの容
量に比較して小さいから、その発振周波数は正常にコン
デンサが接続されている場合に比較して大きくなる。す
ると、これに伴い、スイッチングトランジスタをオン・
オフ駆動する駆動信号の出力周期も短くなり、スイッチ
ングトランジスタは頻繁にオン・オフを繰り返すために
、結果的にスイッチングトランジスタの発熱量が増大し
、ひいてはスイッチングトランジスタが破損する等の不
都合を生じる。

〈課題を解決するだめの手段〉 本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであっ
て、制御回路に対して外付けされるコンデンサの接続が
不十分となって、発振回路が異常発振を起こしたような
場合でも、スイッチングトランジスタが異常に高い周波
数でオン・オフ動作を繰り返すのを有効に回避して、ス
イッチングトランジスタの発鳩や破損が起こらないよう
にするものである。

そのため、本発明は、直充電源からの直流電流をスイッ
チングするスイッチングトランジスタと、このスイッチ
ングトランジスタでスイッチングして得られる電圧出力
を平均化するＬＣフィルタと、前記スイッチングトラン
ジスタの通電期間を制御する制御回路とを備え、制御回
路は、所定の発振周波数をもつ信号を発生する発振回路
と、この発振回路の発振出力に同期してスイッチングト
ランジスタをオン・オフ駆動する駆動信号を出力する駆
動回路と、前記ＬＣフィルタにより得られる負荷への出
力電圧を入力し、これを基準電圧と比較して前記駆動信
号のオン・オフ期間を制御する制御信号を出力する比較
回路とを含むスイッチングレギュレータにおいて、次の
構成を採る。

すなわち、本発明では、発振回路の発振周波数を検出し
て、発振周波数が所定範囲内から外れている場合に発振
異常の検出信号を出力する周波数検出回路と、この周波
数検出回路からの検出信号に応答して前記ＬＣフィルタ
の充電電圧のレベルを高く設定するスイッチ回路とを設
けている。

く作用〉 上記構成において、制御回路に対して外付けされるコン
デンサの接続が不十分となって、発振回路が異常発振を
起こしたような場合には、これが周波数検出回路で検出
され、その検出信号によってスイッチ回路が動作してＬ
Ｃフィルタの充電電圧のレベルが高く設定される。その
結果、比較回路に加わる電圧と基準電圧との差が小さく
なるので、これに伴いスイッチングトランジスタをオン
・オフ駆動する駆動信号の出力周期が長くなり、スイッ
チングトランジスタの発熱が抑えられることになる。

〈実施例〉 第１図は降圧チョッパ型のスイッチングレギュレータの
回路構成図である。

同図において、符号Ａは降圧チクツバ型のスイッチング
レギュレータの全体を示し、ＩＮは直流電源の入力端子
、Ｑ、は入力端子■にを介して入力される直流電流をス
イッチングするスイッチングトランジスタ、Ｂはスイッ
チングトランジスタＱ０でスイッチングして得られる電
圧出力を平均化するＬＣフィルタであって、インダクタ
ンスコイルＬとコンデンサＣとからなる。また、Ｄは整
流用のグイオート、ＯＵＴは降圧後の出力電圧を取り出
すための出力端子、Ｆは出力端子ＯＵＴに接続された負
荷である。

ＧはＬＣフィルタＢで平均化して得られる出力電圧を安
定化させるためにスイッチングトランジスタＱ０の通電
期間を制御する制御回路であって、この制御回路Ｇは、
ＩＣチップ化されており、所定の発振周波数をもつ銀波
の信号を発生する発振回路Ｈと、この発振回路Ｈの発振
出力に同期してスイッチングトランジスタＱ。をオン・
オフ駆動する駆動信号を出力する駆動回路Ｊと、基準電
圧を発生する基準電圧発生回路にと、ＬＣフィルタＢに
より得られる負荷Ｆへの出力電圧を入力し、これを基準
電圧と比較して駆動回路Ｊから出力される駆動信号のオ
ン・オフ期間を制御する制御信号を出力する比較回路Ｍ
と、このスイッチングレギュレータＡに過電流か流れた
場合に発振回路Ｈの出力を遮断する過電流検出回路Ｎと
を含んで構成されている。そして、上記の比較回路Ｍの
正相端子（＋）が基準電圧発生回路Ｋに、逆相端子（−
）が抵抗Ｒ２を介してＬＣフィルタＢのインダクタンス
コイルＬとコンデンサＣの中点に接続されており、また
、駆動回路Ｊは、アンドゲートＡＮＤとＲＳフリップフ
ロップＦＦとからなる。なお、Ｒ，は過電流が流れた場
合の検出用の抵抗である。

Ｃｔは発振回路Ｈから出力される銀波の信号の発振周波
数を設定するためのコンデンサであって、制御回路Ｇに
対して外付けされている。

Ｐは発振回路Ｈの発振周波数を検出して、発振周波数が
所定範囲内から外れている場合に発振異常の検出信号を
出力する周波数検出回路である。

すなわち、この周波数検出回路Ｐは、発振周波数ｆを決
釣るコンデンサＣｔが発振回路Ｈに対して正常に接続さ
れている場合の発振周波数１が規格化された許容範囲内
（ｆ＋ｎｉｎ＜　ｒ＜　ｆｍａｘ）にある場合には正常
を示すハイレベルの検出信号を、許容範囲から外れた場
合（ｆ＜　ｆｍｉｎまたはｆ＞ｆｍａｘ）の場合には異
常を示すローレベルの検出信号をそれぞれ出力するもの
で、たとえば、単安定マルチバイブレータ等で構成され
る。

Ｕは周波数検出回路Ｐがらの異常発生のローレベルの検
出信号に応答してＬＣフィルタＢの充電電圧のレベルを
高く設定するスイッチ回路であって、本例では、抵抗Ｒ
７〜Ｒ９とトランジスタ。１とから構成されている。

次に、上記構成のスイッチングレギュレータＡの動作に
ついて、第２図に示すタイミングチャートを参照して説
明する。

（ｉ）発振回路Ｈが正常発振している場合この場合には
、発振回路Ｈは制御回路Ｇに外付けされたコンデンサＣ
ｔにより設定される所定の発振周波数ｆでもって発振し
ている（同図（ａ）参照）。

そのため、周波数検出回路Ｐがらは発振正常を示すハイ
レベルの検出信号が出力され、これにより、スイッチ回
路ＵのトランジスタＱ、はオンになっている。したがっ
て、負荷Ｆへの出力電圧ｖ　ｏｕｔは、抵抗Ｒ３とスイ
ッチ回路Ｕの抵抗Ｒ２およびトランジスタＱ、により分
圧され、その電圧ｖ１２が比較回路Ｍに加えられる。比
較回路Ｍは、この入力電圧ｖＩ２を基準電圧発生回路Ｋ
からの基準電圧Ｖｋと比較しく同図（ｂ）参照）、入力
電圧Ｖρが基準電圧Ｖｋよりも小さい場合にハイレベル
の制御信号を駆動回路Ｊに出力する（同図（ｃ）参照）
。

駆動回路Ｊは、比較回路Ｍからの制御信号がハイレベル
のときにアンドゲートＡＮＤが開かれ、この状態で発振
回路Ｈの銀波が一定のしきい値電圧Ｖｓｈを越えた場合
に、ＲＳフリップフロップＦＦがセットされる。次に、
比較回路Ｍからの制御信号がローレベルとなってアンド
ゲートＡＮＤが閉じられ、この状態で発振回路Ｈの銀波
が一定のしきい値電圧Ｖｓｈを越えた場合に、ＲＳフリ
ップフロップＦＦがリセットされる（同図（ｄ）参照）
。

したがって、駆動回路ＪのＪＫフリップフロップＦＦの
出力端子Ｑからは、発振回路Ｈの発振出力に同期し、か
つ、比較回路Ｍから出力される制御信号によってオン・
オフ期間が制御される駆動信号が出力され、この駆動信
号がスイッチングトランジスタＱ０に加えられる。これ
により、第２図において、符号Ｔ、で示す期間では、ス
イッチングトランジスタＱ０は、直流電源から入力端子
ＩＮ、抵抗Ｒ６を介して入力される直流電流をスイッチ
ングし、これにより得られる方形波（同図（ｅ）参照）
がＬＣフィルタＢで平均化されることにより、出力端子
ＯＵ’Ｔからは入力電圧Ｖｉｎよりも低い出力電圧ｖ　
ｏＬｉｔが取り出されて負ｉＦに供給される（同図（ｆ
）参照）。

また、第２図のＴ、の期間に示すように、負荷Ｆの消費
電力が小さい場合には、比較回路Ｍに加わる入力電圧ｖ
Ｑの時間変化の勾配は小さくなるので（同図（ｂ）参照
）、比較回路Ｍから出力される制御信号のハイレベルの
出力期間も長くなり（同図（ｃ）参照）、これに応じて
駆動回路Ｊから出力される駆動信号の出力周期も長くな
り（同図（ｄ）参照）、負荷Ｆに供給する出力電圧Ｖ　
ｏｕｔの変動が抑えられる（同図（ｆ）参照）。

（１１）発振回路Ｈが異常発振した場合コンデンサＣｔ
が制御回路Ｇから外れて接続か不十分となった場合、発
振回路Ｈは、制御回路Ｇの浮遊容量でもって発振する。

この７￥遊容量は、コンデンサＣｔの容量に比較して小
さいから、第２図のＴ３の期間に示すように、その発振
周波数は正常にコンデンサＣｔが接続されている場合に
比較して大きくなる（同図（ａ）参照）。すると、スイ
ッチングトランジスタＱ。をオン・オフ駆動する駆動信
号の出力周間し短くなり（同図（ｄ）参照）、スイッチ
ングトランジスタＱ。は頻繁にオン・オフを繰り返すこ
とになる。

しかし、このような異常発振か発生すると、これが周波
数検出回路Ｐて検出され、周波数検出回路Ｐからは発振
異常を示すローレベルの検出信号が出力され、これによ
り、スイッチ回路ＵのトランジスタＱ、がオフになる。

すると、第２図のＴ４の期間に示すように、負荷Ｆへの
出力電圧Ｖｏｕｔは、スイッチ回路Ｕの抵抗Ｒ２および
トランジスタＱ１により分圧されることなく抵抗Ｒ３を
介して比較回路Ｍに加えられる。したがって、スイッチ
回路ＵのトランジスタＱ、がオフになったときに、比較
回路Ｍの入力電圧Ｖａはそれ以前の状態よりも高くなる
（同図（ａ）参照）。その結果、入力端子■ｆが基準電
圧Ｖｋよりも大きい期間が長くなり（同図（ｂ）参照）
、さらに、比較回路Ｍから出力される制御信号のハイレ
ベルの出力周期も長くなる（同図（ｃ）参照）。すると
、これに応じて駆動回路Ｊから出力される駆動信号の出
力周期も長くなり（同図（ｄ）参照）、スイッチングト
ランジスタＱ。の発熱が抑えられることになる。

なお、コンデンサＣｔを発振回路Ｈに確実に接続し直す
ことにより、発振回路Ｈの異常発振を回復することがで
きる。

〈発明の効果〉 本発明によれば、制御回路に対して外付けされるコンデ
ンサの接続が不十分となって、発振回路が異常発振を起
こしたような場合には、これが周波数検出回路で検出さ
れ、その検出信号によってスイッチ回路が動作してＬＣ
フィルタの充電電圧のレベルが高く設定されるので、結
果的にスイッチングトランジスタのオン・オフ動作の周
期が長くなる。そのため、スイッチングトランジスタの
発熱が抑えられて、破損等の発生が未然に回避される。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図はスイッチ
ングレギュレータの回路構成図、第２図はその回路動作
の説明に供するタイミングチャートである。 Ａ・・・スイッチングレギュレータ、Ｂ・・・ＬＣフィ
ルタ、Ｑ、・・スイッチングトランジスタ、Ｇ・・制御
回路、Ｈ・・・発振回路、Ｊ　・駆動回路、Ｍ・・・比
較回路、Ｐ・・周波数検出回路、Ｕ・・・スイッチ回路
。 出願人　株式会社　ノ　−　リ　ツ 代理人　弁理士　岡　１）和　秀

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）直流電源からの直流電流をスイッチングするスイ
   ッチングトランジスタと、このスイッチングトランジス
   タでスイッチングして得られる電圧出力を平均化するＬ
   Ｃフィルタと、前記スイッチングトランジスタの通電期
   間を制御する制御回路とを備え、 前記制御回路は、所定の発振周波数をもつ信号を発生す
   る発振回路と、この発振回路の発振出力に同期してスイ
   ッチングトランジスタをオン・オフ駆動する駆動信号を
   出力する駆動回路と、前記ＬＣフィルタにより得られる
   負荷への出力電圧を入力し、これを基準電圧と比較して
   前記駆動信号のオン・オフ期間を制御する制御信号を出
   力する比較回路とを含むスイッチングレギュレータにお
   いて、 前記発振回路の発振周波数を検出して、発振周波数が所
   定範囲内から外れている場合に発振異常の検出信号を出
   力する周波数検出回路と、 この周波数検出回路からの検出信号に応答して前記ＬＣ
   フィルタの充電電圧のレベルを高く設定するスイッチ回
   路と、 を設けたことを特徴とするスイッチングレギュレータ。