JP3779542B2 - Switching power supply - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する分野】
本発明はスイッチング電源に関し、特に負荷が変動した時にリモートセンス方式により出力電圧の高速応答化と安定化を図った制御回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来スイッチング電源の負荷変動による出力電圧の変動を安定化する手段として、位相補償された誤差増幅器と高速応答用誤差増幅器の2種類の誤差増幅器を並列動作する方式が提案されているが、この方式でリモートセンスを行うと、定常時の誤差信号を提供する増幅器を中心とした制御ループの位相が遅れ、不安定な動作となると言う問題が有った。
【0003】
図6は従来方式のスイッチング電源回路で、位相補償された誤差増幅器20と高速応答用誤差増幅器25の2種類の誤差増幅器を並列に接続し、その出力と同期信号の差を誤差増幅器13により比較してパルス幅を制御している。図8は図6の回路でリモートセンスを行った例である。
【0004】
図8における負荷12は図9に示すように配線抵抗33及び38、配線インダクタンス34及び39、バイパスコンデンサ35等の寄生成分を含んでおり、出力端子より負荷側には遅れ要素からなる回路が形成されている。従って負荷の変動により電圧の変動が発生した場合にこれをリモートセンス方式で安定化するために高速で応答できない状況にある。
【0005】
また図8の従来方式のスイッチング電源回路では遅れ成分の影響によりスイッチング電源の制御ループの位相余裕が低下し、スイッチング電源の不安定性を引き起こす問題があり、低コストで解決できる制御方式が望まれている。
【0006】
【本発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の問題点を鑑みてなされたもので、その目的はリモートセンス方式において配線抵抗、配線インダクタンス、バイパスコンデンサ等による遅れ成分の影響を排除し、スイッチング電源の不安定性を改善し、低コストで解決できる方法が提供できる。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた請求項記載の発明は、PWM制御されているスイッチング素子と、出力電圧に相当する第1の検出信号と第1の基準電圧を比較して第1のレベルの誤差信号を出力する第1の誤差増幅器と、出力電圧に相当する第2の検出信号と第2の基準電圧を比較して第2のレベルの誤差信号を出力する第2の誤差増幅器とから成るスイッチング電源を構成する。
【0008】
第1の誤差増幅器の検出信号用端子と出力端子の間に位相補償用の容量素子が接続され、第1レベルの誤差信号または第2レベルの誤差信号を用いてPWM制御し、且つ第2の検出信号を採取する位置が第1の検出信号を採取する位置より出力端子側であり、且つ第1の検出信号を採取する位置と第2の検出信号を採取する位置の間に抵抗成分が挿入されている。
【0009】
抵抗成分が導体抵抗であることは位相のずれをもたずに、かつ電圧変動が生じた場合に余分な電圧を発生することなく、電圧変動をこの抵抗の入力側と出力側で検出するために、第1の誤差増幅器における余分な電圧の影響を抑えることが可能で余分な遅れをなくすことために有効である。また電源の基板の配線抵抗である導体抵抗を用いる事は、前記の効果を安価に高効率に実現する。
【0010】
第2の検出信号を採取する位置と第2の基準電圧のグランド電位がリモートセンスの形でスイッチング電源の負荷側に配線されるので、第2の検出信号を採取する位置の電圧により充電され、出力電圧の変化する前の電圧を保持する為、感度良く負荷変動を検出するのに有効である。
【0011】
第2の基準電圧を得るための基準電圧源が第2検出信号を採取する位置の出力電圧により充電されることにより所定の電圧が得られ且出力電圧が変化する前の電圧をある期間だけ保持する時定数回路を有することは、負荷変動に対し高感度な誤差信号を提供することができるので有効である。
【0012】
第2の基準電圧を得るための基準電圧源として、第2の誤差増幅器が2個の比較器、又は2個の高利得の誤差増幅器にすると、負荷変動に対して高速な誤差信号を安定して提供することができるので有効である。
【0013】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の第1の実施例であってスイッチング電源のブロック回路図を示しているが、従来のスイッチング電源と異なる点は、高速応答用の第2の誤差増幅器は出力電圧検出点のプラス側が抵抗成分10を挿入して、位相補償された第1の誤差増幅器の出力電圧検出点より負荷側に有る点である。
【0014】
図2は、図1の回路の負荷急変時における動作波形である。図2(a)は負荷電流がt=0からt1の期間で定格出力から1/3の出力電流に変動した場合を示す。図2(b)の波形は、基板の導体抵抗成分r1の電位降下−r1×Ioをコンデンサ9のプラス端子を基準に見たものである。図2(c)の波形は、コンデンサ9の電圧Vcの波形である。図2(d)の波形は、出力端子電圧Voで、−r1×IoとVcの和の波形となる。
【0015】
これに対し図6の様な従来の回路における動作波形は図7の様になる。図7では、コンデンサ電圧Vcが出力端子間電圧Voに等しい。即ち高速応答用の増幅器25を用いて、同一の設定値Vo+thで出力電圧変動を検出する場合、図2の方が電位降下−r1×Ioの分だけコンデンサ電圧Vcの電圧変動が小さくて済む。その分、負荷変動によるコンデンサ電圧Vcの電圧変動を改善する事になる。
【0016】
この新たに挿入される抵抗成分に因る電圧変化は負荷変動に対して通常10%以上有れば効果的に検出可能となる。例えば出力5Vの電源では、静的出力電流の変動分ΔIoが5Aと10Aとの間では静的出力電圧の変化分ΔVoは例えば10mV以下の場合が多い。この場合の抵抗成分r1は、
r1 =(ΔVo/ΔIo)×0.1
={10[mV]/(10−5)[A]}×0.1= 0.2 [mΩ] ...(1)
となり0.2[mΩ]以上あれば検出動作に効果的な作用をする。
【0017】
図3は、本発明の第2の実施例によるスイッチング電源のブロック図であって、図1と異なる点は、高速応答用の誤差増幅器25は出力電圧検出点のマイナス側も抵抗成分30が挿入され、位相補償された第1の誤差増幅器の出力電圧検出点より負荷側に有る点である。
【0018】
また高速応答用の誤差増幅器25の基準電圧を抵抗26とコンデンサ27を使って出力電圧から作っている点も図1と異なる。これによりコンデンサ27の両端に、抵抗26とコンデンサ27の時定数からなるタイマー特性を有する出力電圧が基準電圧として保持される。
【0019】
図4は、本発明の第3の実施例によるスイッチング電源のブロック図であって、図3と異なる点は、高速応答用の誤差増幅器25の出力電圧検出点が、リモートセンスの形で、寄生素子を含まない負荷回路36の近傍に有る点である。図4では、負荷の基板の配線の寄生抵抗成分33、38が挿入抵抗値r1に相当する。抵抗値r1に因る電位降下の分だけ、高速応答用の誤差増幅器25の出力電圧検出感度を向上させている。図4では寄生インダクタ34、39も交流的には抵抗成分r1と同様に電流を制限する方向に作用するので、誤差増幅器25の感度向上と、電源の制御ループでの位相遅れの改善に有効である。
【0020】
図4において、位相補償された誤差増幅器20は出力コンデンサ9の電圧で応答するので、定常動作時は、配線抵抗33、38、配線インダクタンス34、39、バイパスコンデンサ35等の寄生要素による遅れの影響を制御ループは受けない。
負荷急変時には、高速応答用の誤差増幅器25がリモートセンスの形で負荷変動を効率的に検出しスイッチング電源を高速応答させる。
【0021】
図5は、本発明の第4の実施例によるスイッチング電源のブロック図であって、図4と異なる点は、高速応答用の誤差増幅器25が、過電圧検出用の比較器42と低電圧検出用の比較器45、から成っている点である。その為、基準電圧43は基準電圧21より例えば3%大きい値で、基準電圧46は基準電圧21より例えば3%小さい値である。但しリモートセンス方式なので、出力電流 Ioと配線抵抗33,38に因る抵抗値r1に因るドロップ分( Io×r1)に相当する分だけ、基準電圧43、46は基準電圧21より高めに設定される必要がある。
【0022】
【発明の効果】
本発明によれば、位相補償が行われる第1の誤差増幅器と出力電圧の急変を検出し高速応答する第2の誤差増幅器を設け、且つ第1の誤差増幅器の出力電圧検出位置より第2の誤差増幅器の出力電圧検出位置を負荷側に配置し、且つ一定値以上の抵抗成分を第1の誤差増幅器の出力電圧検出位置と第2の誤差増幅器の出力電圧検出位置との間に挿入する事により、出力電圧が負荷急変にも安定で、良好なリモートセンス機能を有するスイッチング電源を安価に提供する事ができる。
【0023】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるスイッチング電源である第1の実施例の回路図
【図2】図1の回路における動作波形図
【図3】本発明によるスイッチング電源である第2の実施例の回路図
【図4】本発明によるスイッチング電源である第3の実施例の回路図
【図5】本発明によるスイッチング電源である第4の実施例の回路図
【図6】従来のスイッチング電源である第1の回路例
【図7】図6の回路における動作波形図
【図8】従来のスイッチング電源である第2の回路例
【図9】リモートセンスを行った場合の電源と負荷回路
【符号の説明】
1.入力電源
2.入力端子
3.入力コンデンサ
4.主スイッチ
5.主トランス
6.2次側整流ダイオード
7.2次側フライホイールダイオード
8.出力チョーク
9.出力コンデンサ
10.30.電源の基板の導体抵抗成分
11.出力端子
12.負荷回路
13.比較器
14.19.24.27.コンデンサ
15.定電流供給回路
16.定電流放電回路
18.フォトカプラ
17.22.23.26.40.抵抗素子
20.第1の増幅器(定常動作時用)
21.32.43.46.基準電圧源
25.第2の増幅器(負荷急変動作時用)
28.1次側制御回路;(グランド電位はコンデンサ3の−端子に同じ。)
29.2次側制御回路;(グランド電位はコンデンサ9の−端子に同じ。)
31.リモートセンス用端子
33.38.配線の導体抵抗成分
34.39.配線の寄生インダクタンス成分
35.負荷用バイパスコンデンサ
36.負荷回路;(寄生素子を含まない)
41.44.デカップリング用ダイオード
42.45.比較器[0001]
[Field of the Invention]
The present invention relates to a switching power supply, and more particularly to a control circuit that achieves high-speed response and stabilization of an output voltage by a remote sense method when a load fluctuates.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a means for stabilizing output voltage fluctuation due to load fluctuation of a switching power supply, there has been proposed a system in which two types of error amplifiers, a phase compensated error amplifier and a fast response error amplifier, are operated in parallel. When remote sensing is performed, there is a problem that the phase of a control loop centering on an amplifier that provides an error signal in a steady state is delayed, resulting in unstable operation.
[0003]
FIG. 6 shows a conventional switching power supply circuit in which two types of error amplifiers, ie, a phase compensated
[0004]
The
[0005]
In the conventional switching power supply circuit of FIG. 8, there is a problem that the phase margin of the control loop of the switching power supply is lowered due to the influence of the delay component, causing instability of the switching power supply, and a control system that can be solved at low cost is desired. Yes.
[0006]
[Problems to be solved by the present invention]
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and its purpose is to eliminate the influence of delay components due to wiring resistance, wiring inductance, bypass capacitors, etc. in the remote sense method, and to improve the instability of the switching power supply. Thus, a method that can be solved at low cost can be provided.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to
[0008]
A capacitance element for phase compensation is connected between the detection signal terminal and the output terminal of the first error amplifier, PWM control is performed using the first level error signal or the second level error signal, and the second level The position where the detection signal is collected is closer to the output terminal than the position where the first detection signal is collected, and a resistance component is inserted between the position where the first detection signal is collected and the position where the second detection signal is collected. Has been.
[0009]
The fact that the resistance component is a conductor resistance is to detect voltage fluctuation on the input side and output side of this resistor without causing a phase shift and without generating extra voltage when voltage fluctuation occurs. In addition, it is possible to suppress the influence of the extra voltage in the first error amplifier, which is effective for eliminating the extra delay. In addition, the use of a conductor resistance, which is a wiring resistance of a power supply substrate, realizes the above-described effect at low cost and high efficiency.
[0010]
Since the position where the second detection signal is sampled and the ground potential of the second reference voltage are wired to the load side of the switching power supply in the form of remote sense, it is charged by the voltage at the position where the second detection signal is sampled, Since the voltage before the change of the output voltage is held, it is effective in detecting the load fluctuation with high sensitivity.
[0011]
The reference voltage source for obtaining the second reference voltage is charged by the output voltage at the position where the second detection signal is sampled to obtain a predetermined voltage, and the voltage before the output voltage changes is held for a certain period. It is effective to have a time constant circuit that can provide an error signal that is highly sensitive to load fluctuations.
[0012]
If the second error amplifier is two comparators or two high gain error amplifiers as a reference voltage source for obtaining the second reference voltage, a high-speed error signal can be stabilized against load fluctuations. It is effective because it can be provided.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a block circuit diagram of a switching power supply according to a first embodiment of the present invention. The difference from the conventional switching power supply is that the second error amplifier for high-speed response is an output voltage detection point. The plus side is a point on the load side from the output voltage detection point of the first error amplifier phase-compensated by inserting the
[0014]
FIG. 2 is an operation waveform at the time of sudden load change of the circuit of FIG. FIG. 2A shows a case where the load current fluctuates from the rated output to 1/3 of the output current in the period from t = 0 to t1. The waveform shown in FIG. 2B is obtained by viewing the potential drop −r1 × Io of the conductor resistance component r1 of the substrate with reference to the plus terminal of the
[0015]
On the other hand, the operation waveform in the conventional circuit as shown in FIG. 6 is as shown in FIG. In FIG. 7, the capacitor voltage Vc is equal to the output terminal voltage Vo. That is, when the output voltage fluctuation is detected with the same set value Vo + th using the
[0016]
The voltage change due to the newly inserted resistance component can be effectively detected if it is usually 10% or more with respect to the load fluctuation. For example, in a power supply with an output of 5 V, when the variation ΔIo of the static output current is between 5 A and 10 A, the variation ΔVo of the static output voltage is often, for example, 10 mV or less. In this case, the resistance component r1 is
r1 = (ΔVo / ΔIo) × 0.1
= {10 [mV] / (10-5) [A]} × 0.1 = 0.2 [mΩ]. . . (1)
If it is 0.2 [mΩ] or more, it works effectively on the detection operation.
[0017]
FIG. 3 is a block diagram of the switching power supply according to the second embodiment of the present invention. The difference from FIG. 1 is that the
[0018]
1 is different from FIG. 1 in that the reference voltage of the
[0019]
FIG. 4 is a block diagram of a switching power supply according to a third embodiment of the present invention. The difference from FIG. 3 is that the output voltage detection point of the
[0020]
In FIG. 4, the phase compensated
When the load suddenly changes, the
[0021]
FIG. 5 is a block diagram of a switching power supply according to a fourth embodiment of the present invention, which is different from FIG. 4 in that an
[0022]
【The invention's effect】
According to the present invention, the first error amplifier for which phase compensation is performed and the second error amplifier for detecting a sudden change in the output voltage and responding at high speed are provided, and the second error amplifier is connected to the second error amplifier from the output voltage detection position of the first error amplifier. The output voltage detection position of the error amplifier is arranged on the load side, and a resistance component of a certain value or more is inserted between the output voltage detection position of the first error amplifier and the output voltage detection position of the second error amplifier. Therefore, it is possible to provide a low-cost switching power supply having a stable remote sensing function and an output voltage that is stable even when a load suddenly changes.
[0023]
[Brief description of the drawings]
1 is a circuit diagram of a first embodiment which is a switching power supply according to the present invention. FIG. 2 is an operation waveform diagram of the circuit of FIG. 1. FIG. 3 is a circuit diagram of a second embodiment which is a switching power supply according to the present invention. FIG. 4 is a circuit diagram of a third embodiment which is a switching power supply according to the present invention. FIG. 5 is a circuit diagram of a fourth embodiment which is a switching power supply according to the present invention. FIG. 7 is an operation waveform diagram of the circuit of FIG. 6. FIG. 8 is a second circuit example of a conventional switching power supply. FIG. 9 is a power supply and a load circuit when remote sensing is performed.
1. 1. Input power
21.2.443.46.
28. Primary side control circuit; (the ground potential is the same as the negative terminal of the capacitor 3)
29. Secondary side control circuit; (the ground potential is the same as the negative terminal of the capacitor 9)
31. Remote sense terminal 33.38. Conductor resistance component of wiring 34.39. Parasitic inductance component of
41.44. Decoupling diode 42.45. Comparator
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