JPH0576169A - スイツチング電源回路 - Google Patents

スイツチング電源回路

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JPH0576169A
JPH0576169A JP23444291A JP23444291A JPH0576169A JP H0576169 A JPH0576169 A JP H0576169A JP 23444291 A JP23444291 A JP 23444291A JP 23444291 A JP23444291 A JP 23444291A JP H0576169 A JPH0576169 A JP H0576169A
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JP
Japan
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circuit
voltage
triangular wave
latch circuit
output
Prior art date
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JP23444291A
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English (en)
Inventor
Ryohei Saga
良平 嵯峨
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構成で出力電圧の安定化と多用途化を
実現したスイッチング電源回路を提供する。 【構成】 周期的なパルス信号によりセットされるラッ
チ回路の出力信号によりスイッチ素子を制御して、イン
ダククタンス又はトランスを駆動し、このインダクタン
ス又はトランスの出力信号に基づいて形成された直流電
圧と制御用基準電圧と誤差増幅回路に入力し、この出力
電圧と上記ラッチ回路の出力信号に基づいて形成された
三角波をPWMコンパレータに供給して上記ラッチ回路
のリセットさせる。 【効果】 パルス信号によりスイッチング周波数が決定
されるから外部同期が簡単となり、三角波をラッチ回路
の出力信号により形成するからホワード、フライバック
トランスの両トランスに使用でき、PWMコンパレータ
に供給される三角波の傾きにより制御ループ内の利得が
最適に設定できるから出力電圧の安定化が図られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、スイッチング電源回
路に関し、スイッチング周波数が一定のパルス幅変調方
式のものに利用して有効な技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】スイッチングレギュレータ用のパルス幅
変調(以下、単にPWMという)制御用ICとして、三
菱電機(株)から1988年に発表された『M5197
7,FP』がある。このICは、例えば三菱電機(株)
発行の応用技術資料H01−006(4300−63.
2)に掲載されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】周期的なパルス信号に
よりセットされるラッチ回路により誘導負荷を駆動する
スイッチ素子を制御するとともに、コンパレータの出力
によりラッチ回路をリセットされるV(電圧)モード方
式と呼ばれるものがある。この構成では、ラッチ回路、
コンパータ等からなる制御ループの利得が非常に高くな
る。このため、出力電圧の僅かな変化にも応答してしま
うため出力電圧が不安定になるという問題が生じる。そ
こで、図3に示すように発振回路OSCにより三角波を
発生させてコンパレータPWMCPに供給するというV
モード方式がある。この構成では、発振回路OSCによ
り三角波を形成する関係上スイッチング周波数を外部信
号で同期をとって動作させることが難しい。これに対し
て、図3のようなC(電流)モード方式がある。このC
モード方式では、主スイッチ電流が三角波になることを
利用し、それを増幅回路Ampを介して増幅してコンパレ
ータPWMCPに供給し、三角波の傾きによって制御ル
ープ内の利得を下げて出力の安定化を図ることができ
る。しかし、このCモード方式では、上記主スイッチ電
流の三角波を利用する関係上、主スイッチに流れる電流
がインダクタンス電流でなければならなく、フライバッ
クトランスには使用できるがホワードトランスに使用で
きなく、用途が限定されてしまうという問題がある。こ
の発明の目的は、簡単な構成で出力電圧の安定化と多用
途化を実現したスイッチング電源回路を提供することに
ある。この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な
特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかにな
るであろう。
【0004】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下
記の通りである。すなわち、周期的なパルス信号により
セットされるラッチ回路の出力信号によりスイッチ素子
を制御して、インダククタンス又はトランスを駆動し、
このインダクタンス又はトランスの出力信号に基づいて
形成された直流電圧と制御用基準電圧と誤差増幅回路に
入力し、この出力電圧と上記ラッチ回路の出力信号に基
づいて形成された三角波をPWMコンパレータに供給し
て上記ラッチ回路のリセットさせる。
【0005】
【作用】上記した手段によれば、パルス信号によりスイ
ッチング周波数が決定されるから外部同期が簡単とな
り、三角波をラッチ回路の出力信号により形成するから
ホワード、フライバックトランスの両トランスに使用で
き、PWMコンパレータに供給される三角波の傾きによ
り制御ループ内の利得が最適に設定できるから出力電圧
の安定化が図られる。
【0006】
【実施例】図1には、この発明に係るスイッチング電源
回路の一実施例の回路図が示されている。同図の主要な
回路素子は、公知の半導体製造技術により単結晶シリコ
ンのような1つの半導体基板上において形成される。こ
の実施例では、外部同期を容易にするために発振回路O
SCは、一定の周期のパルスを形成するものである。そ
れ故、発振回路OSCは、それ自体が外部により構成さ
れてパルス信号のみが入力されるもの又は外部から供給
される同期信号により一定のパルス信号を形成するよう
にされる。
【0007】上記一定の周期のパルス信号は、セット入
力信号としてれてラッチ回路FFに供給される。このラ
ッチ回路FFの出力信号Qは、パワースイッチMOSF
ETQ1等のようなスイッチ素子のスイッチ制御信号と
して用いられる。このスイッチMOSFETQ1は、ソ
ースが回路の接地電位に接続され、ドレインにインダク
タンスLが負荷として設けられる。上記スイッチMOS
FETQ1のオン状態によりインダクタンスLに電流を
流してエネルギーを蓄える。スイッチMOSFETQ1
のオフ状態により、インダクタンスLに大きな逆起電力
が発生される。この逆起電力は、ダイオードDとキャパ
シタC2からなる平滑回路により平滑され、動作電圧V
Bに対して昇圧された直流電圧Vout が形成される。
【0008】上記直流電圧Vout を所望の安定した電圧
に設定するため、この直流電圧と設定すべき直流電圧V
out に対応した基準電圧Vref とは誤差増幅回路EAに
入力される。
【0009】この実施例では、制御ループの安定化を図
るために、上記ラッチ回路FFの反転出力QBが利用さ
れる。すなわち、定電流IoをキャパシタC1に流して
充電動作を行わせるとともに、キャパシタC1の両端に
スイッチトランジスタT1を設けて、それを上記ラッチ
回路FFの反転出力QBによりスイッチ制御して三角波
を発生させる。上記のようなラッチ回路FFのセット動
作に対応して反転出力QBは、ハイレベルからロウレベ
ルに変化し、トランジスタT1をオフ状態にさせる。こ
の結果、キャパシタC1には定電流Ioによる充電動作
が開始されて直線性のよいスローブをもつ三角波が発生
される。この三角波VCは、上記誤差増幅回路EAの出
力信号とともにコンパレータPWMCPに供給される。
コンパレータPWMCPは、上記誤差増幅回路EAの出
力電圧に対して上記キャパシタC1への定電流Ioの充
電動作により形成された三角波の電圧値が追越したとき
にラッチ回路FFをリセットさせる信号を発生し、上記
スイッチMOSFETQ1をオフ状態にする。
【0010】この構成では、キャパシタC1の容量値又
は定電流Ioの電流値よって三角波の傾きを自由に設定
できるので、スイッチングコントローラの制御ループ内
の利得を最適に調整できる。上記ラッチ回路FFは、一
定の周波数のパルス信号によりセットするものであるた
め、外部同期が採りやすいという特長を持っている。ま
た、出力直流電圧Vout と基準電圧Vref とは誤差増幅
回路に供給して出力電圧の制御を行う方式であるため、
フライバックトランス、ホワードトランスあるいはイン
ダクタンス駆動も可能となり用途を広くできる。
【0011】図2には、上記スイッチング電源回路の動
作の一例を説明するための波形図が示されている。発振
回路OSCにより形成されたパルス信号又は外部から供
給されるパルス信号によりラッチ回路FFがセットされ
るので、出力信号Qは上記パルス信号に同期してロウレ
ベルからハイレベルに変化する。
【0012】この出力信号Qのロウレベルからハイレベ
ルへの変化に対応して、反転出力QBはハイレベルから
ロウレベルに変化する。これにより、トランジスタT1
がオン状態からオフ状態にされ、キャパシタC1には定
電流Ioによる充電動作が開始される。キャパシタC1
の保持電圧VCは、この充電動作により三角波状に立ち
上がる。
【0013】上記三角波VCの電圧値が同図で破線で示
した誤差増幅回路の出力電圧に達すると、コンパレータ
PWMCPはラッチ回路FFをリセットさせるリセット
信号を発生する。このリセット動作により、ラッチ回路
FFの出力信号Qがロウレベルに変化し、スイッチMO
SFETQ1をオフ状態に切り替える。また、ラッチ回
路FFの反転出力QBがハイレベルに変化してトランジ
スタT1がオン状態になり、キャパシタC1を放電させ
る。このような動作により、上記一定の周期のパルス信
号に対してラッチ回路FFがセットされる期間が、誤差
増幅回路の出力電圧に対応して変化し、言い換えるなら
ば、パルス幅変調が行われて出力電圧の制御が行われ
る。
【0014】上記の実施例から得られる作用効果は、下
記の通りである。すなわち、 (1) 周期的なパルス信号によりセットされるラッチ
回路の出力信号によりスイッチ素子を制御して、インダ
ククタンス又はトランスを駆動し、このインダクタンス
又はトランスの出力信号に基づいて形成された直流電圧
と制御用基準電圧と誤差増幅回路に入力し、この出力電
圧と上記ラッチ回路の出力信号に基づいて形成された三
角波をPWMコンパレータに供給して上記ラッチ回路の
リセットさせる。この構成では、パルス信号によりスイ
ッチング周波数が決定されるから外部同期が簡単とな
り、三角波をラッチ回路の出力信号により形成するから
ホワード、フライバックトランスの両トランスに使用で
き、PWMコンパレータに供給される三角波の傾きによ
り制御ループ内の利得が最適に設定できるから出力電圧
の安定化が図られるという効果が得られる。第1のMO
SFETのゲートにECLレベルの入力信号を供給し、
ソースにレベルシフトされた回路の接地電位を供給し、
第2のMOSFETのソースに上記入力信号を供給し、
ゲートに所定の基準電圧を供給し、この第2のMOSF
ETのドレインに負荷手段を接続して入力と同相の増幅
出力を形成して第1のMOSFETと直列形態に接続さ
れ上記第1のMOSFETとは逆導電型にされた第3の
MOSFETを駆動して、これら第1と第3のMOSF
ETの接続点からレベルに変換された内部信号を形成す
る。この構成では、実質的には1段の回路でレベル変換
動作が行われるから少ない素子数により低消費電力で高
速のレベル変換機能を持つ入力バッファを得ることがで
きるという効果が得られる。 (2) 上記三角波発生回路として、キャパシタと充電
用定電流源及び放電用スイッチ素子を用いることによ
り、簡単な構成でスロープの設定が容易でしかも直線性
のよい三角波を得ることができるという効果が得られ
る。
【0027】以上本発明者よりなされた発明を実施例に
基づき具体的に説明したが、本願発明は前記実施例に限
定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種
々変更可能であることはいうまでもない。例えば、三角
波を形成するトランジスタT1のベースに供給される制
御信号は、ラッチ回路FFの反転信号の他、発振回路O
SCのクロックパルス又はその反転信号から形成するも
の、あるいはラッチ回路FFの出力Qから形成するもの
等種々の実施形態を採ることができる。これは、制御ル
ープ内の位相が負帰還になるように構成すればよいのだ
から、キャパシタC1の放電信号は、論理の組み立て方
で種々の実施形態を採るとことができるものである。同
様に、ラッチ回路FFのセット入力とリセット入力とを
入れ換えても制御ループ全体で負帰還になるようにすれ
ばよい。
【0028】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記の通りである。すなわち、周期的なパルス信号により
セットされるラッチ回路の出力信号によりスイッチ素子
を制御して、インダククタンス又はトランスを駆動し、
このインダクタンス又はトランスの出力信号に基づいて
形成された直流電圧と制御用基準電圧と誤差増幅回路に
入力し、この出力電圧と上記ラッチ回路の出力信号に基
づいて形成された三角波をPWMコンパレータに供給し
て上記ラッチ回路のリセットさせることにより、外部同
期が簡単となり、三角波をラッチ回路の出力信号により
形成するからホワード、フライバックトランスの両トラ
ンスに使用でき、PWMコンパレータに三角波を供給す
るので出力電圧の安定化が図られる
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係るスイッチング電源回路の一実施
例を示す回路図である。
【図2】その動作の一例を説明するための波形図であ
る。
【図3】従来のVモード方式によるスイッチング電源回
路の一例を説明するための回路図である。
【図4】従来のCモード方式によるスイッチング電源回
路の一例を説明するための回路図である。
【符号の説明】
OSC…発振回路、FF…ラッチ回路、PWMCP…コ
ンパレータ、EA…誤差増幅回路、Q1…MOSFE
T、T1…トランジスタ、C1…キャパシタ、Io…定
電流源、L…インダタンス、D…ダイオード、C2…平
滑キャパシタ。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 周期的なパルス信号によりセットされる
    ラッチ回路と、このラッチ回路の出力信号によりスイッ
    チ制御されるスイッチ素子と、このスイッチ素子により
    駆動されるインダククタンス又はトランスと、上記イン
    ダクタンス又はトランスの出力信号に基づいて直流電圧
    を形成する整流回路と、この整流回路により形成された
    出力電圧と制御用基準電圧とを受ける誤差増幅回路と、
    上記ラッチ回路の出力信号に基づいて三角波を形成する
    三角波発生回路と、上記誤差増幅回路の出力信号と上記
    三角波発生回路により形成された三角波を受けて上記ラ
    ッチ回路のリセット信号を形成するPWMコンパレータ
    とを備えてなることを特徴とするスイッチ電源回路。
  2. 【請求項2】 上記三角波発生回路は、定電流により充
    電動作が行われるキャパシタと、このキャパシタの両端
    に設けられて放電経路を構成し上記ラッチ回路の反転出
    力信号を受けるトランジスタとからなるものであること
    を特徴とする請求項1のスイッチング電源回路。
JP23444291A 1991-09-13 1991-09-13 スイツチング電源回路 Pending JPH0576169A (ja)

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