JP4367164B2 - Constant current circuit of switching power supply - Google Patents
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Description
本発明は、各種電子機器に用いられるスイッチング電源装置に関するものである。 The present invention relates to a switching power supply device used for various electronic devices.
従来、この種のスイッチング電源装置の定電流回路は、スイッチング電源装置の出力電圧とは別に安定化電源を設けて電流検出回路に供給する構成であった。 Conventionally, the constant current circuit of this type of switching power supply apparatus has a configuration in which a stabilized power supply is provided separately from the output voltage of the switching power supply apparatus and supplied to the current detection circuit.
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１がある。
しかしながら上記従来の構成では、電源回路は複数個、すなわち少なくともスイッチング電源とは別に安定化電源が必要となり、回路構成が複雑になるとともに、部品点数が多くなり実装基板の面積が増えて、コストアップしてしまうとともに、小型化が図り難いという課題を有していた。 However, the conventional configuration requires a plurality of power supply circuits, that is, at least a stabilized power supply apart from the switching power supply, which complicates the circuit configuration, increases the number of components, increases the mounting board area, and increases the cost. In addition, there is a problem that miniaturization is difficult to achieve.
そこで本発明は、上記課題を解決するためのものであり、非常に簡単な構成により小型化とコスト削減が可能なスイッチング電源を実現することを目的とするものである。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to realize a switching power supply that can be reduced in size and cost with a very simple configuration.
この目的を達成するために本発明は、入力直流電圧を自励スイッチング方式の電圧降圧型チョッパにより出力電圧が所定電圧以上に保たれるように構成されたスイッチング電源と、前記スイッチング電源の出力電圧を用いて定電流回路が動作するとともに、負荷に流れる電流を検出するための電流検出回路とを備え、前記電流検出回路で検出された信号を電位絶縁するために、フォトカプラを介して前記スイッチング電源の出力電圧を決定している電圧検出抵抗に接続するとともに、前記電圧検出抵抗に前記フォトカプラのコレクタ端子とエミッタ端子を並列接続し、前記出力電圧を可変させて前記負荷に流れる電流を定電流化させることにより、定電流回路を動作させるための外部安定化電源が不要となり、それらを構成するための部品も不要となり基板実装面積を小型化でき、これらにより電源装置自体を小型化し、安価に構成することができるものであり、電源回路が１種類で済みこの結果として構成する部品点数が削減でき基板実装面積も小型化され、これによりコスト削減もできるものである。 In order to achieve this object, the present invention provides a switching power supply configured such that an input DC voltage is maintained at a predetermined voltage or higher by a self-excited switching voltage step-down chopper, and an output voltage of the switching power supply. The constant current circuit operates using the current detection circuit and a current detection circuit for detecting the current flowing through the load, and the switching is performed via a photocoupler in order to insulate the signal detected by the current detection circuit. It is connected to a voltage detection resistor that determines the output voltage of the power supply, and the collector terminal and the emitter terminal of the photocoupler are connected in parallel to the voltage detection resistor, and the current flowing through the load is determined by varying the output voltage. By making it current, there is no need for an external regulated power supply for operating the constant current circuit, and there are also parts for configuring them. In short, the board mounting area can be reduced, and the power supply itself can be reduced in size and configured at low cost, and only one type of power supply circuit is required. As a result, the number of components to be configured can be reduced and the board mounting area Can also be reduced in size, thereby reducing costs.
以上のように本発明によれば、電源回路が１種類で済みこの結果として構成する部品点数が削減でき構成基板の面積も小型化され、これによりコスト削減もできるものである。 As described above, according to the present invention, only one type of power supply circuit is required. As a result, the number of components to be configured can be reduced, the area of the component board can be reduced, and cost can be reduced.
本発明にスイッチング電源装置は、入力直流電圧を自励スイッチング方式の電圧降圧型チョッパにより出力電圧が所定電圧以上に保たれるように構成されたスイッチング電源と、前記スイッチング電源の出力電圧を用いて定電流回路が動作するとともに、負荷に流れる電流を検出するための電流検出回路とを備え、前記電流検出回路で検出された信号を電位絶縁するために、フォトカプラを介して前記スイッチング電源の出力電圧を決定している電圧検出抵抗に接続するとともに、前記電圧検出抵抗に前記フォトカプラのコレクタ端子とエミッタ端子を並列接続し、前記出力電圧を可変させて前記負荷に流れる電流を定電流化させたものであり、これにより、定電流回路を動作させるための外部安定化電源が不要となり、それらを構成するための部品も不要となるため基板実装面積を小型化でき、これらにより電源装置自体を小型化し、安価に構成するものである。 According to the present invention, a switching power supply device uses a switching power supply configured such that an output voltage is maintained at a predetermined voltage or higher by a self-excited switching voltage step-down chopper, and an output voltage of the switching power supply is used. A constant current circuit that operates, and a current detection circuit for detecting a current flowing through the load, and outputs the output of the switching power supply via a photocoupler in order to insulate the signal detected by the current detection circuit. The voltage detection resistor is connected to a voltage detection resistor that determines the voltage, and the collector terminal and the emitter terminal of the photocoupler are connected in parallel to the voltage detection resistor, and the current flowing through the load is made constant by varying the output voltage. This eliminates the need for an external stabilized power supply for operating the constant current circuit, and configures them. Parts can also reduce the size of the substrate mounting area to become unnecessary, these by downsizing the power supply itself, in which inexpensive to configure.
本発明のスイッチング電源装置は、電流検出回路の基準電圧をシャント・レギュレータとしたものであり、これにより温度変化が少ない定電流値が得られるものである。 The switching power supply device of the present invention uses a reference voltage of a current detection circuit as a shunt regulator, and thereby a constant current value with little temperature change can be obtained.
本発明のスイッチング電源装置は、電流検出回路の電流設定抵抗をファンクション・トリミングしたものであり、これにより設定電流値の精度を向上させるものである。 The switching power supply device of the present invention is a function trimmed current setting resistor of a current detection circuit, thereby improving the accuracy of the set current value.
本発明のスイッチング電源装置は、定電流設定回路をスイッチにより切り替えができるようにしたものであり、これにより設定された電流値をステップ的に可変できるようにしたものである。 The switching power supply device of the present invention is such that the constant current setting circuit can be switched by a switch, and the current value set thereby can be varied stepwise.
本発明のスイッチング電源装置は、出力電圧を最小出力電圧から最大出力電圧まで可変することにより負荷に流れる電流を定電流化させるとともに、前記最小出力電圧および前記最大出力電圧を電流検出回路の誤差増幅器の動作規定電圧以内にしたものであり、これにより安定した定電流回路動作が可能となり電気回路の信頼性を向上させるものである。 The switching power supply apparatus according to the present invention makes the current flowing through the load constant by changing the output voltage from the minimum output voltage to the maximum output voltage, and the error amplifier of the current detection circuit uses the minimum output voltage and the maximum output voltage. Therefore, a stable constant current circuit operation is possible, and the reliability of the electric circuit is improved.
（実施の形態１）
以下に、本発明の一実施の形態を添付図面を用いて説明する。
(Embodiment 1)
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図１は本実施の形態１におけるスイッチング電源装置の構成を示す回路図、図２は装置の電流検出回路の構成を示す回路図、図３は同装置の負荷における出力電圧と出力電流特性を示した特性図である。 FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a switching power supply device according to the first embodiment, FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a current detection circuit of the device, and FIG. 3 shows output voltage and output current characteristics at a load of the device. FIG.
図１において、スイッチング電源装置は安定化電源回路１と電流検出回路２及び検出した電流値をフィードバックするフォトカプラ（ＰＣ１）、電流値を切替えるＳＷ１，２より構成されており、安定化電源回路１は従来と同一構成で、入力直流電圧（Ｖｉｎ）をＰＮＰトランジスタＱ１によって断続するための制御回路に接続し、コイルに蓄えられた電流を一定方向に流すフライホール・ダイオード及び平滑コンデンサ（Ｃ１）に接続されている。
In FIG. 1, the switching power supply device includes a stabilized
出力電圧ＶＨ／ＶＬは、基準電圧Ｖ１のツェナー・ダイオード（ＺＤ１）とトランジスタＱ２、抵抗Ｒ１、Ｒ３で構成している。出力電圧を可変させ負荷への電流値を一定にする抵抗Ｒ２と並列にフォトカプラＰＣ１の２次側のコレクタとエミッタを接続する構成になっている。 The output voltage VH / VL includes a Zener diode (ZD1) having a reference voltage V1, a transistor Q2, and resistors R1 and R3. The secondary collector and emitter of the photocoupler PC1 are connected in parallel with a resistor R2 that varies the output voltage and keeps the current value to the load constant.
電流検出回路２とフォトカプラＰＣ１及び電流切替えスイッチＳＷ１、ＳＷ２は本発明で新規に追加した回路で、出力電圧ＶＨ／ＶＬは電流検出回路２と負荷に電流を供給する構成になっている。 The current detection circuit 2, the photocoupler PC1, and the current changeover switches SW1 and SW2 are circuits newly added in the present invention, and the output voltage VH / VL is configured to supply current to the current detection circuit 2 and the load.
電流検出回路２は負荷に流れる電流Ｉを一定にするためのものであって、電流検出回路２で処理された信号をフォトカプラ（ＰＣ１）１次側の発光ダイオードで２次側のトランジスタに伝達するものである。 The current detection circuit 2 is for making the current I flowing through the load constant, and the signal processed by the current detection circuit 2 is transmitted to the secondary side transistor by the light emitting diode on the primary side of the photocoupler (PC1). To do.
ＳＷ１、ＳＷ２は電流値を切替えるためのもので、導通させることにより設定電流にすることができるものである。 SW1 and SW2 are for switching the current value, and can be set to a set current by conducting.
図２において、シャント・レギュレータＩＣ２は基準電圧Ｖｒｅｆを作り出すためのもので平滑コンデンサＣ５と抵抗Ｒ１６で構成されている。基準電圧Ｖｒｅｆは抵抗Ｒ７、Ｒ８で分圧（Ｖ２）され誤差増幅器ＩＣ１の非反転入力（＋）側に接続されている。 In FIG. 2, a shunt regulator IC2 is for generating a reference voltage Vref, and is composed of a smoothing capacitor C5 and a resistor R16. The reference voltage Vref is divided (V2) by resistors R7 and R8 and connected to the non-inverting input (+) side of the error amplifier IC1.
負荷に流れる電流Ｉは抵抗Ｒ４でＶＲ４電圧に変換し、Ｒ４と並列に接続されたコンデンサＣ２は平滑用である。 A current I flowing through the load is converted into a VR4 voltage by a resistor R4, and a capacitor C2 connected in parallel with R4 is for smoothing.
図１のスイッチＳＷ１を導通させることにより、図２のトランジスタＱ３を導通させ抵抗Ｒ４で得られたＶＲ４電圧と基準電圧Ｖｒｅｆの電位差を抵抗Ｒ９、Ｒ１１で分圧（Ｖ３）し誤差増幅器の反転入力（−）側に接続している。 By turning on the switch SW1 in FIG. 1, the transistor Q3 in FIG. 2 is turned on, and the potential difference between the VR4 voltage obtained by the resistor R4 and the reference voltage Vref is divided by the resistors R9 and R11 (V3) and the inverted input of the error amplifier. Connected to the (-) side.
トランジスタＱ４と抵抗Ｒ１３、Ｒ１５はスイッチＳＷ２側に接続した構成になっている。 The transistor Q4 and the resistors R13 and R15 are connected to the switch SW2 side.
誤差増幅器ＩＣ１の反転入力（−）と出力間には抵抗Ｒ６と直流カットのコンデンサＣ３が直列に接続されており、誤差増幅器ＩＣ１の出力は電流制限抵抗Ｒ５に接続する構成になっている。誤差増幅器入力（＋）、（−）間のコンデンサＣ４はノイズ除去用である。 A resistor R6 and a DC cut capacitor C3 are connected in series between the inverting input (−) and the output of the error amplifier IC1, and the output of the error amplifier IC1 is connected to the current limiting resistor R5. The capacitor C4 between the error amplifier inputs (+) and (−) is for noise removal.
図３は、出力電圧と出力電流特性を図示したカーブであり、縦軸は出力電圧で横軸は出力電流になっている。出力電圧ＶＬはスイッチング電源装置の最低出力電圧であり、ＶＨは最高出力電圧になっている。横軸のＩＡは図１のＳＷ１のみを導通させた時に負荷に流れる設定電流値であり、出力電流ＩＢは図１のＳＷ２のみを導通させた場合の設定電流値である。 FIG. 3 is a curve illustrating the output voltage and output current characteristics. The vertical axis represents the output voltage and the horizontal axis represents the output current. The output voltage VL is the lowest output voltage of the switching power supply device, and VH is the highest output voltage. IA on the horizontal axis is a set current value that flows through the load when only SW1 in FIG. 1 is conducted, and output current IB is a set current value when only SW2 in FIG. 1 is conducted.
回路の動作原理を図１と図２で説明する。 The operation principle of the circuit will be described with reference to FIGS.
図１において、入力直流電圧Ｖｉｎを自励スイッチング方式の電圧降圧型チョッパにより、パワートランジスタＱ１を断続し安定した所定の直流出力電圧を得る。 In FIG. 1, the power transistor Q1 is intermittently connected to the input DC voltage Vin by a self-excited switching voltage step-down chopper to obtain a stable predetermined DC output voltage.
基準電圧Ｖ１により電圧検出抵抗Ｒ１、Ｒ２の分圧比が低い場合は、Ｉ２＝０でＱ２は断となり、制御回路でパワートランジスタＱ１は、導通状態になりコイルＬ１を通して電流Ｉ１が流れると共にコイルに電流が蓄えられる。 When the voltage dividing ratio of the voltage detection resistors R1 and R2 is low due to the reference voltage V1, I2 = 0 and Q2 is cut off. In the control circuit, the power transistor Q1 becomes conductive and current I1 flows through the coil L1 and current flows through the coil. Is stored.
基準電圧Ｖ１（Ｑ２Ｖｂｅ＋ＺＤ１ｖｚ）と電圧検出抵抗Ｒ１、Ｒ２の分圧と比較し分圧比が高い場合は、ＺＤ１を通してＩ１が流れＱ２のトランジスタのＣ−Ｅ間が導通になり、制御回路でパワートランジスタＱ１を断にする。 When the voltage dividing ratio is high compared to the reference voltage V1 (Q2Vbe + ZD1vz) and the voltage detection resistors R1 and R2, I1 flows through ZD1 and the transistor CE of Q2 becomes conductive, and the control circuit uses the power transistor Q1. Turn off.
コイルＬ１に蓄えられた電流はフライホール・ダイオードＤ１を通して流れる。このように断続した電流をコンデンサＣ１で平滑し、コンデンサＣ１両端には安定した電圧が得られる。 The current stored in the coil L1 flows through the flyhole diode D1. The intermittent current is smoothed by the capacitor C1, and a stable voltage is obtained across the capacitor C1.
基準電圧Ｖ１はＶ１＝Ｑ２Ｖｂｅ＋ＺＤ１ｖｚであり、最高出力電圧ＶＨ＝Ｖ１×（１＋Ｒ２／Ｒ１）となる。又、最小出力電圧ＶＬ＝Ｖ１＋ＰＣ１Ｖｃｅｓａｔで決定される。 The reference voltage V1 is V1 = Q2Vbe + ZD1vz, and the maximum output voltage VH = V1 × (1 + R2 / R1). Further, it is determined by the minimum output voltage VL = V1 + PC1Vcesat.
図２において出力電圧（ＶＬ〜ＶＨ）は電流検出回路２の誤差増幅器ＩＣ１と抵抗Ｒ１６に加わり、シャント・レギュレータＩＣ２により安定した基準電圧（Ｖｒｅｆ）が発生する。 In FIG. 2, the output voltage (VL to VH) is added to the error amplifier IC1 and the resistor R16 of the current detection circuit 2, and a stable reference voltage (Vref) is generated by the shunt regulator IC2.
Ｖ２は、Ｖｒｅｆ電圧を抵抗Ｒ７とＲ８で分圧され、誤差増幅器ＩＣ１の非反転入力（＋）に入力される。 V2 is obtained by dividing the Vref voltage by resistors R7 and R8 and is input to the non-inverting input (+) of the error amplifier IC1.
誤差増幅器ＩＣ１の反転入力（−）側の電圧Ｖ３は、負荷電流Ｉに依存し電流検出抵抗Ｒ４の両端には、Ｒ４×ＩのＶＲ４電圧が発生する。 The voltage V3 on the inverting input (−) side of the error amplifier IC1 depends on the load current I, and an R4 × I VR4 voltage is generated at both ends of the current detection resistor R4.
電流検出回路２のＳＷ１のみ導通させた状態で、負荷を所定の電流（ＩＡ）以上が流れるように設定し、抵抗Ｒ９をファンクション・トリミングして、規定の電流値（ＩＡ）に設定する。同様に、ＳＷ２のみ導通させた状態で、負荷を所定の電流（ＩＢ）以上が流れるように設定し、抵抗Ｒ１３をファンクション・トリミングして、規定の電流値（ＩＢ）に設定する。 In a state where only SW1 of the current detection circuit 2 is turned on, the load is set so that a predetermined current (IA) or more flows, and the resistor R9 is function trimmed to set to a specified current value (IA). Similarly, in a state where only SW2 is conducted, the load is set so that a predetermined current (IB) or more flows, and the resistor R13 is function-trimmed and set to a specified current value (IB).
誤差増幅器ＩＣ１の出力はＶ２＞Ｖ３であれば、ＨｉｇｈとなりフォトカプラＰＣ１の１次側の発光ＬＥＤに電流が流れ２次側のトランジスタが動作し、出力電圧を決定しているＲ２の抵抗値を下げて、出力電圧をＶＨ〜ＶＬの範囲内で下げる動作をする。 If the output of the error amplifier IC1 is V2> V3, it becomes High, current flows through the light emitting LED on the primary side of the photocoupler PC1, the secondary side transistor operates, and the resistance value of R2 that determines the output voltage is set. And lowering the output voltage within the range of VH to VL.
誤差増幅器ＩＣ１の出力はＶ２＜Ｖ３になれば、ＬｏｗとなりフォトカプラＰＣ１の１次側の発光ＬＥＤに電流は流れず出力電圧をＶＨに向って上昇させる。 When the output of the error amplifier IC1 becomes V2 <V3, it becomes Low and no current flows through the light emitting LED on the primary side of the photocoupler PC1, and the output voltage is increased toward VH.
この結果、Ｖ２＝Ｖ３でこの動作を繰り返し負荷に流れる電流Ｉの定電流化を行う。 As a result, this operation is repeated with V2 = V3, and the current I flowing through the load is made constant.
誤差増幅器ＩＣ１の非反転入力（＋）の電圧は、Ｖ２＝（Ｖｒｅｆ×Ｒ８）／（Ｒ７＋Ｒ８）であり、誤差増幅器ＩＣ１はＶ２＝Ｖ３になるように動作する。 The voltage of the non-inverting input (+) of the error amplifier IC1 is V2 = (Vref × R8) / (R7 + R8), and the error amplifier IC1 operates so that V2 = V3.
ファンクション・トリミング抵抗Ｒ９は、Ｒ９＝（Ｖｒｅｆ−Ｑ３Ｖｃｅｓａｔ−Ｖ２）／Ｉ３となり、Ｒ９に流れるＩ３は、Ｉ３＝（Ｖ２＋Ｒ４×Ｉ）／Ｒ１０となる。 The function trimming resistor R9 is R9 = (Vref−Q3Vcesat−V2) / I3, and I3 flowing through R9 is I3 = (V2 + R4 × I) / R10.
従って、定電流動作時の負荷電流Ｉは、Ｉ＝（Ｉ３×Ｒ１０−Ｖ２）／Ｒ４で決定される。 Therefore, the load current I during the constant current operation is determined by I = (I3 × R10−V2) / R4.
誤差増幅器ＩＣ１の入力電流とオフセット電圧は微少のため、式では零として表記する。 Since the input current and offset voltage of the error amplifier IC1 are very small, they are expressed as zero in the equation.
以上のように、本発明のスイッチング電源装置の定電流回路は、電源装置が単一出力電圧の場合に適している。 As described above, the constant current circuit of the switching power supply device of the present invention is suitable when the power supply device has a single output voltage.
１ 安定化電源回路
２ 電流検出回路
Ｑ１〜Ｑ４ トランジスタ
Ｄ１ ダイオード
ＺＤ１ ツェナー・ダイオード
Ｌ１ コイル
ＰＣ１ フォトカプラ
ＩＣ１ 誤差増幅器
ＩＣ２ シャント・レギュレータ
ＳＷ１、ＳＷ２ スイッチ
Ｒ１〜Ｒ８、Ｒ１０〜Ｒ１２、Ｒ１４〜Ｒ１６ 固定抵抗
Ｒ９、Ｒ１３ ファンクション抵抗
Ｃ１〜Ｃ５ コンデンサ
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