JP5385014B2 - Switching power supply - Google Patents
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Description
本発明は、高入力軽負荷時においても誤動作を防止できるスイッチング電源に関する。 The present invention relates to a switching power supply that can prevent malfunction even at a high input light load.
従来より、スイッチング電源に用いられる力率改善回路としては、臨界型と連続型が知られている。さらに、臨界型には、大きく分けて、ピーク電流制御と電圧(主スイッチング素子のオン幅)制御がある。 Conventionally, as a power factor correction circuit used for a switching power supply, a critical type and a continuous type are known. Further, the critical type is broadly classified into peak current control and voltage (on-width of main switching element) control.
図6は、力率改善回路として、臨界型のピーク電流制御を用いた場合のスイッチング電源の構成を示している。この図に示すように、力率改善回路として、臨界型のピーク電流制御を用いた場合の従来のスイッチング電源は、交流電力入力部1と、整流回路2と、コンデンサーC1と、トランスT1と、巻線電圧検出部3と、出力電圧検出部4と、電圧比較部5と、フリップフロップ7と、ドライバー部8と、直流電力出力部9と、三角波生成部12と、主スイッチング素子Q1と、ダイオードD1と、コンデンサーC2とから構成されている。
FIG. 6 shows the configuration of a switching power supply when critical type peak current control is used as the power factor correction circuit. As shown in this figure, a conventional switching power supply using critical peak current control as a power factor correction circuit includes an AC
交流電力入力部1は、その一端を整流回路2の一方の交流入力端子に接続され、その他端は、整流回路2の他方の交流入力端子に接続されている。整流回路2の正の直流出力端子は、コンデンサーC1の一端およびトランスT1の一次巻線Npの負極側に接続されている。なお、コンデンサーC1の他端は、グランドラインに接地されている。
The AC
トランスT1の一次巻線Npの正極側は、主スイッチング素子Q1のドレインおよびダイオードD1のアノードに接続されている。ダイオードD1のカソードは、出力電界コンデンサーC2の正極側に接続されるとともに、直流電力出力部9のPFC−OUT端子に接続されている。
The positive side of the primary winding Np of the transformer T1 is connected to the drain of the main switching element Q1 and the anode of the diode D1. The cathode of the diode D1 is connected to the positive electrode side of the output electric field capacitor C2, and is connected to the PFC-OUT terminal of the DC
トランスT1の二次巻線Ncの負極側は、グランドラインに接地され、トランスT1の二次巻線Ncの正極側は、巻線電圧検出部3に接続されている。また、巻線電圧検出部3の出力は、フリップフロップ7の入力端子に接続されている。
The negative side of the secondary winding Nc of the transformer T1 is grounded to the ground line, and the positive side of the secondary winding Nc of the transformer T1 is connected to the
出力電圧検出部4は、アンプで構成され、正端子には、ダイオードD1のカソード、出力電界コンデンサーC2の正極および直流電力出力部9のPFC−OUT端子に接続され、出力電圧が入力される。一方、アンプの負端子は、基準電圧Vfbが接続されている。
The output
電圧比較部5は、コンパレータにより構成され、出力電圧検出部4の出力と、三角波生成部12の出力とが接続されている。フリップフロップ7の入力端子には、さらに、電圧比較部5の出力が接続され、フリップフロップ7の出力端子は、ドライバー部8に接続されている。また、ドライバー部8の出力は、主スイッチング素子Q1のゲートに接続され、主スイッチング素子Q1のソースは、グランドラインに接地されている。
The
整流回路2は、ダイオードブリッジ回路により構成され、交流電力入力部1を介して供給される交流電力を全波整流する。トランスT1は、相互に電磁結合された一次巻線Npと、二次巻線Ncとからなり、主スイッチング素子Q1は、例えば、MOSFETにより構成され、ドライバー部8からゲート端子に入力される信号により、オン/オフ動作を行う。
The
巻線電圧検出部3は、トランスT1の二次巻線Ncの電圧値を入力し、この電圧値をモニターすることにより、等価的にトランスT1の一次巻線Npに流れる電流の状態を検出して、主スイッチング素子Q1をオンさせるためのタイミング信号を生成する。
The
出力電圧検出部4は、スイッチング電源の出力電圧と基準電圧Vfbとを比較し、その誤差信号を電圧比較部5に出力する。電圧比較部5は、三角波生成部12から入力した三角波信号の電圧と出力電圧検出部4から入力した信号の電圧とを比較し、両者の電圧値が等しくなったときに、主スイッチング素子Q1をオフするためのオフトリガ信号をフリップフロップ7に出力する。なお、三角波生成部12は、コンデンサー等の容量素子を充放電することにより、ランプ電圧波形を生成する。
The
フリップフロップ7は、巻線電圧検出部3からの信号を入力すると、ドライバー部8に対して、主スイッチング素子Q1をオンするような制御信号を出力し、その後、電圧比較部5からの信号を入力すると、ドライバー部8に対して、主スイッチング素子Q1をオフするような制御信号を出力する。
When the signal from the winding
ドライバー部8は、フリップフロップ7からの入力信号に応じて、主スイッチング素子Q1に供給する信号を生成する。
The
次に、図7を用いて、力率改善回路として、臨界型のON幅制御を用いた場合の従来のスイッチング電源の動作について説明する。
トランスT1の一次巻線Npに流れる電流は、図7の(7)のようになる。この電流を等価的に検出するため、トランスT1の二次巻線Ncの電圧値を用いる。具体的には、トランスT1の一次巻線Npに流れる電流(図7の(7))がゼロになったときに、巻線電圧検出部3は、フリップフロップ7に主スイッチング素子Q1をオンさせるために、図7の(1)のようなオントリガパルス信号を出力する。
Next, the operation of the conventional switching power supply in the case where critical ON width control is used as the power factor correction circuit will be described with reference to FIG.
The current flowing through the primary winding Np of the transformer T1 is as shown in (7) of FIG. In order to detect this current equivalently, the voltage value of the secondary winding Nc of the transformer T1 is used. Specifically, when the current flowing through the primary winding Np of the transformer T1 ((7) in FIG. 7) becomes zero, the winding
フリップフロップ7は、巻線電圧検出部3から図7の(1)のようなオントリガパルス信号を入力すると、図7の(3)のような信号をドライバー部8に出力する。ドライバー部8は、フリップフロップ7から図7の(3)のような信号を入力すると、主スイッチング素子Q1のゲートに対して、図7の(4)のような信号を出力する。そうすると、主スイッチング素子Q1がオンし、主スイッチング素子Q1のドレイン電圧が図7の(6)のようにグランドレベルまで低下する。
When the on-trigger pulse signal as shown in (1) of FIG. 7 is input from the winding
一方、出力電圧検出部4は、スイッチング電源の出力電圧と基準電圧Vfbとを比較し、その誤差信号を電圧比較部5に出力する。三角波生成部12は、コンデンサー等の容量素子を充放電することにより、図7の(5)に示すようなランプ電圧波形を生成する。電圧比較部5は、三角波生成部12から入力した三角波信号の電圧と出力電圧検出部4から入力した信号(図7の(5)に示す太線部)の電圧とを比較し、両者の電圧値が等しくなったときに、フリップフロップ7に対して、図7の(2)に示すようなオフトリガ信号を出力し、主スイッチング素子Q1をオフする。そして、巻線電圧検出部3から図7の(1)のようなオントリガパルス信号を入力されるまで、主スイッチング素子Q1のオフ状態を維持し、以降、この動作を繰り返す。
On the other hand, the
しかしながら、上記に示した従来のこの手法では、特に、AC200V系入力軽負荷時において、主スイッチング素子のオン幅を短くする必要があるために、出力電圧検出部の出力電圧がゼロボルト付近まで下がる。その際に、出力電圧検出部の出力電圧と三角波信号とを比較する電圧比較部に用いられるコンパレータのオフセット(図8参照)の影響によりオン幅を適切に絞り込むことができないために、スイッチング電源の出力電圧が上昇するという問題があった。また、ノイズ等影響によって、誤ったタイミングでオフトリガが入るという問題(図9参照)もあった。 However, with this conventional method described above, the output voltage of the output voltage detection unit drops to near zero volts because the ON width of the main switching element needs to be shortened, particularly when the AC 200 V system input light load is used. At that time, since the ON width cannot be appropriately narrowed down due to the effect of the offset of the comparator (see FIG. 8) used in the voltage comparison unit that compares the output voltage of the output voltage detection unit and the triangular wave signal, the switching power supply There was a problem that the output voltage increased. There is also a problem (see FIG. 9) that an off-trigger enters at an incorrect timing due to noise or the like.
そこで、本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、高入力軽負荷時における出力電圧の上昇を防止するとともに、電源装置内のノイズによる主スイッチング素子の誤動作を防止するスイッチング電源を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and is a switching power supply that prevents an increase in output voltage at the time of a high input light load and prevents malfunction of a main switching element due to noise in a power supply device. The purpose is to provide.
本発明は、上記の課題を解決するために以下の事項を提案している。 The present invention proposes the following items in order to solve the above problems.
(1)本発明は、交流電圧を整流して供給する整流手段(例えば、図1の整流器2に相当)と、一次巻線(例えば、図1のNpに相当)および二次巻線(例えば、図1のNcに相当)を有し、前記一次巻線の一端が前記整流手段と接続されたトランス(例えば、図1のトランスT1に相当)と、前記トランスの一次巻線の他端と接続された主スイッチング素子(例えば、図1のMOS−FETQ1に相当)とに接続されたスイッチング電源において、前記主スイッチング素子をオンするタイミングパルス信号を前記二次巻線の電圧により生成する巻線電圧検出手段(例えば、図1の巻線電圧検出部3に相当)と、出力電圧を検出する出力電圧検出器(例えば、図1の出力電圧検出部4に相当)と、グランドレベルを基準とするとともに、前記主スイッチング素子のオン幅に相当する幅を有し、素子の特性ばらつき等の変動要因による誤動作を防止できる形状の台形波を生成する台形波生成手段(例えば、図1の台形波生成部6に相当)と、前記出力電圧検出器の出力信号の電圧と、前記生成された台形波の電圧とを比較し、両者の電圧の差が予め定めた値になったときに信号を出力する比較器(例えば、図1の電圧比較部5に相当)と、前記比較器からの信号により、前記主スイッチング素子をオフする駆動手段(例えば、図1のドライバー部8に相当)と、を備えたことを特徴とするスイッチング電源を提案している。
(1) The present invention includes a rectifying means (for example, equivalent to the
この発明によれば、出力電圧検出器は、出力電圧を検出し、台形波生成手段は、グランドレベルを基準とするとともに、主スイッチング素子のオン幅に相当する幅を有し、素子の特性ばらつき等の変動要因による誤動作を防止できる形状の台形波を生成する。そして、比較器は、出力電圧検出器の出力信号の電圧と、生成された台形波の電圧とを比較し、両者の電圧の差が予め定めた値になったときに信号を出力し、駆動手段は、比較器からの信号により、主スイッチング素子をオフする。ここで、予め定めた値とは、例えば、比較器のオフセット電圧値のことである。
したがって、出力電圧検出器の出力信号と比較をして、主スイッチング素子のオフタイミングを生成する波形を台形波としたことから、素子の特性ばらつき等の変動要因があっても正確に主スイッチング素子をコントロールすることができる。特に、高入力軽負荷時には、素子の特性ばらつき等の変動要因により、誤動作および出力電圧の上昇が生じる可能性が高いが、このような場合であっても、正確に主スイッチング素子をコントロールすることができる。
According to the present invention, the output voltage detector detects the output voltage, and the trapezoidal wave generating means has a width corresponding to the on-width of the main switching element with reference to the ground level, and variations in element characteristics. A trapezoidal wave having a shape that can prevent malfunction due to a variation factor such as the above is generated. The comparator compares the voltage of the output signal of the output voltage detector with the generated trapezoidal wave voltage, and outputs a signal when the difference between the two voltages reaches a predetermined value. The means turns off the main switching element by a signal from the comparator. Here, the predetermined value is, for example, an offset voltage value of the comparator.
Therefore, since the waveform that generates the off timing of the main switching element is a trapezoidal wave compared with the output signal of the output voltage detector, the main switching element can be accurately detected even if there is a variation factor such as element characteristic variation. Can be controlled. In particular, when there is a high input light load, there is a high possibility that malfunction and output voltage will increase due to factors such as variations in element characteristics. Even in such cases, the main switching element must be controlled accurately. Can do.
(2)本発明は、(1)のスイッチング電源について、前記台形波生成手段が、容量素子を有し、該容量素子に対して、所定時間、極めて急速に充電を行い、その後所定時間、充電速度を遅くして充電を行う充電手段(例えば、図2の充電部63に相当)と、前記充電手段により充電された電流を急速に放電する放電手段(例えば、図2の放電部64に相当)と、を備えたことを特徴とするスイッチング電源を提案している。
(2) The present invention provides the switching power source of (1), wherein the trapezoidal wave generating means has a capacitive element, and the capacitive element is charged extremely rapidly for a predetermined time, and then charged for a predetermined time. Charging means (for example, corresponding to the
この発明によれば、台形波生成手段は、容量素子を有し、充電手段は、その容量素子に対して、所定時間、極めて急速に充電を行い、その後所定時間、充電速度を遅くして充電を行い、放電手段は、充電手段により充電された電流を急速に放電する。
したがって、簡単な構成で、所望の台形波を簡易に生成することができる。
According to this invention, the trapezoidal wave generating means has a capacitive element, and the charging means charges the capacitive element very rapidly for a predetermined time, and then charges the capacitive element by slowing the charging speed for a predetermined time. The discharging unit rapidly discharges the current charged by the charging unit.
Therefore, a desired trapezoidal wave can be easily generated with a simple configuration.
(3)本発明は、(2)のスイッチング電源について、前記充電手段の急速充電により形成される波形の電圧値が、前記比較器が有するオフセット電圧よりも高い(例えば、図5参照)ことを特徴とするスイッチング電源を提案している。 (3) In the switching power supply of (2), the present invention is such that the voltage value of the waveform formed by rapid charging of the charging means is higher than the offset voltage of the comparator (see, for example, FIG. 5). We have proposed a switching power supply.
この発明によれば、充電手段の急速充電により形成される波形の電圧値が、比較器が有するオフセット電圧よりも高く設定されている。
したがって、素子のばらつきにより、比較器を構成する電子部品がオフセットを有していたとしても、正確に主スイッチング素子をコントロールすることができる。特に、高入力軽負荷時には、比較器のオフセットによる変動要因により、誤動作および出力電圧の上昇が生じる可能性が高いが、このような場合であっても、正確に主スイッチング素子をコントロールすることができる。
According to the present invention, the voltage value of the waveform formed by the rapid charging of the charging means is set higher than the offset voltage of the comparator.
Therefore, the main switching element can be accurately controlled even if the electronic components constituting the comparator have an offset due to variations in the elements. In particular, at high input and light load, there is a high possibility of malfunction and output voltage increase due to fluctuation factors due to the offset of the comparator. Even in such a case, the main switching element can be accurately controlled. it can.
(4)本発明は、(2)のスイッチング電源について、前記充電手段の急速充電により形成される波形の電圧値が、前記スイッチング電源において発生するノイズ電圧よりも高いことを特徴とするスイッチング電源を提案している。 (4) In the switching power supply of (2), the present invention provides a switching power supply characterized in that a voltage value of a waveform formed by rapid charging of the charging means is higher than a noise voltage generated in the switching power supply. is suggesting.
この発明によれば、充電手段の急速充電により形成される波形の電圧値が、スイッチング電源において発生するノイズ電圧よりも高く設定されている。
したがって、スイッチング電源内でノイズが発生していたとしても、正確に主スイッチング素子をコントロールすることができる。特に、高入力軽負荷時には、スイッチング電源内でのノイズが発生による変動要因により、誤動作が生じる可能性が高いが、このような場合であっても、正確に主スイッチング素子をコントロールすることができる。
According to the present invention, the voltage value of the waveform formed by the rapid charging of the charging means is set higher than the noise voltage generated in the switching power supply.
Therefore, even if noise occurs in the switching power supply, the main switching element can be accurately controlled. In particular, when there is a high input light load, there is a high possibility of malfunction due to fluctuation factors due to the occurrence of noise in the switching power supply. Even in such a case, the main switching element can be accurately controlled. .
(5)本発明は、(1)から(4)のスイッチング電源について、前記出力電圧検出器の出力電圧が予め定めた基準電圧よりも低くなったときに、前記駆動手段に対して、前記主スイッチング素子のオントリガの出力を禁止するオントリガ出力禁止手段(例えば、図4のFB電圧検出部10およびスイッチ11に相当)を備えたことを特徴とするスイッチング電源を提案している。
(5) In the switching power supply of (1) to (4), when the output voltage of the output voltage detector is lower than a predetermined reference voltage, the present invention provides the drive unit with the main power supply. An on-trigger output prohibiting means (for example, equivalent to the FB
この発明によれば、オントリガ出力禁止手段が、出力電圧検出器の出力電圧が予め定めた基準電圧よりも低くなったときに、駆動手段に対して、主スイッチング素子のオントリガの出力を禁止する。つまり、上記(1)から(4)の発明で、従来よりも、高入力軽負荷時における主スイッチング素子のオン幅を絞り込むことが可能となるが、それでも出力電圧が上昇してしまうような軽負荷時には、主スイッチング素子のオントリガの出力を禁止して、マスクすることにより、出力電圧の上昇を押さえ込むことができる。なお、ここで、この基準電圧は、急速充電により形成される波形の電圧値よりも低い。 According to the present invention, the on trigger output prohibiting means prohibits the driving means from outputting the on trigger of the main switching element when the output voltage of the output voltage detector becomes lower than the predetermined reference voltage. That is, in the inventions of the above (1) to (4), it is possible to narrow the ON width of the main switching element at the time of a high input light load as compared with the conventional case, but it is still light enough that the output voltage increases. When the load is applied, the on-trigger output of the main switching element is prohibited and masked to suppress the increase in output voltage. Here, this reference voltage is lower than the voltage value of the waveform formed by rapid charging.
(6)本発明は、(5)のスイッチング電源について、前記基準電圧にヒステリシスを持たせたことを特徴とするスイッチング電源を提案している。 (6) The present invention proposes a switching power supply characterized by providing the reference voltage with hysteresis for the switching power supply of (5).
この発明によれば、基準電圧にヒステリシスを持たせている。つまり、オントリガの禁止と禁止解除を決定する基準電圧に十分なヒステリシスをもたせることにより、商用電圧の1周期よりも長い周期での間欠動作となり、力率を低下させずに、出力電圧の上昇を押さえ込むことができる。 According to the present invention, the reference voltage has hysteresis. In other words, by giving sufficient hysteresis to the reference voltage that determines prohibition and cancellation of on-trigger, intermittent operation with a cycle longer than one cycle of the commercial voltage is achieved, and the output voltage rises without reducing the power factor. You can hold it down.
本発明によれば、出力電圧検出器の出力信号と比較をして、主スイッチング素子のオフタイミングを生成する波形を台形波とすることにより、特に、高入力軽負荷時に、素子の特性ばらつき等の変動要因により、誤動作が生じる可能性が高い場合であっても、正確に主スイッチング素子をコントロールすることができるという効果がある。 According to the present invention, by comparing the output signal of the output voltage detector with the trapezoidal waveform for generating the off timing of the main switching element, the characteristic variation of the element, etc., particularly at high input light load Even if there is a high possibility of malfunction due to the fluctuation factors, there is an effect that the main switching element can be accurately controlled.
また、本発明によれば、従来よりも、高入力軽負荷時における主スイッチング素子のオン幅を絞り込むことが可能な場合であっても、出力電圧が上昇してしまうような軽負荷時に、主スイッチング素子のオントリガの出力を禁止して、マスクすることにより、出力電圧の上昇を押さえ込むことができるという効果がある。 Further, according to the present invention, even when the ON width of the main switching element at the time of high input light load can be narrowed compared to the conventional case, at the time of light load where the output voltage rises, By prohibiting and masking the on-trigger output of the switching element, an increase in output voltage can be suppressed.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、本実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the constituent elements in the present embodiment can be appropriately replaced with existing constituent elements and the like, and various variations including combinations with other existing constituent elements are possible. Therefore, the description of the present embodiment does not limit the contents of the invention described in the claims.
<第1の実施形態>
図1から図3を用いて、本発明の第1の実施形態について説明する。なお、本実施形態においては、力率改善回路を例示して説明を行うが、これに限るものではなく、当然に他の電源回路にも用いることができる。
<First Embodiment>
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, the power factor correction circuit will be described as an example. However, the present invention is not limited to this, and can naturally be used for other power supply circuits.
<スイッチング電源の構成>
本実施形態に係るスイッチング電源は、図1に示すように、交流電力入力部1と、整流回路2と、コンデンサーC1と、トランスT1と、巻線電圧検出部3と、出力電圧検出部4と、電圧比較部5と、台形波生成部6と、フリップフロップ7と、ドライバー部8と、直流電力出力部9と、主スイッチング素子Q1と、ダイオードD1と、コンデンサーC2とから構成されている。なお、上記において説明した図6と同一の符号が付された構成要素については、同様の機能を有するため、その詳細な説明は、省略する。
<Configuration of switching power supply>
As shown in FIG. 1, the switching power supply according to the present embodiment includes an AC
台形波生成部6は、コンデンサー等の容量素子を充放電することにより、台形型の電圧波形を生成する。なお、詳細については、図面を用いて、後述する。 The trapezoidal wave generator 6 generates a trapezoidal voltage waveform by charging and discharging a capacitive element such as a capacitor. Details will be described later with reference to the drawings.
<台形波生成部の構成>
台形波生成部は、図2に示すように、タイマー61と、制御部62と、充電部63と、放電部64と、容量素子65とから構成されている。
<Configuration of trapezoidal wave generator>
As shown in FIG. 2, the trapezoidal wave generating unit includes a
タイマー部61は、計時機能を有し、制御部62は、このタイマーを参照することにより、容量素子65に対する充電時間を管理する。また、制御部62には、容量素子を用いて、所望の台形波を生成するための充電時間を制御するプログラムが格納されている。
The
充電部63は、制御部62の指示により、容量素子65の充電を行う。具体的には、本実施形態においては、所望の台形波をえるために、所定時間、極めて急速に充電を行う第1のモードと、第1のモードの終了後に、所定時間、充電速度を第1のモード時よりも遅くして充電する第2のモードとからなる2段階の充電が行われる。
The charging
放電部64は、制御部62の指示により、容量素子65の放電を行う。具体的には、本実施形態においては、所望の台形波をえるために、容量素子65を地絡させて、急速な放電を行う。なお、容量素子65は、コンデンサーを用いてもよいが、これに限るものではない。
The
<スイッチング電源の動作>
図3を用いて、本実施形態に係るスイッチング電源の動作について説明する。
<Operation of switching power supply>
The operation of the switching power supply according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
トランスT1の一次巻線Npに流れる電流は、図3の(7)のようになる。この電流を等価的に検出するため、トランスT1の二次巻線Ncの電圧値を用いる。具体的には、トランスT1の一次巻線Npに流れる電流(図3の(7))がゼロになったときに、巻線電圧検出部3は、フリップフロップ7に主スイッチング素子Q1をオンさせるために、図3の(1)のようなオントリガパルス信号を出力する。
The current flowing through the primary winding Np of the transformer T1 is as shown in (7) of FIG. In order to detect this current equivalently, the voltage value of the secondary winding Nc of the transformer T1 is used. Specifically, when the current flowing through the primary winding Np of the transformer T1 ((7) in FIG. 3) becomes zero, the winding
フリップフロップ7は、巻線電圧検出部3から図3の(1)のようなオントリガパルス信号を入力すると、図3の(3)のような信号をドライバー部8に出力する。ドライバー部8は、フリップフロップ7から図3の(3)のような信号を入力すると、主スイッチング素子Q1のゲートに対して、図3の(4)のような信号を出力する。そして、主スイッチング素子Q1のゲートが、図3の(4)のような信号を入力すると、主スイッチング素子Q1がオンし、主スイッチング素子Q1のドレイン電圧が図3の(6)のようにグランドレベルまで低下する。
When the on-trigger pulse signal as shown in (1) of FIG. 3 is input from the winding
一方、出力電圧検出部4は、スイッチング電源の出力電圧と基準電圧Vfbとを比較し、その誤差信号を電圧比較部5に出力する。台形波生成部6は、コンデンサー等の容量素子を充放電することにより、図3の(5)に示すような台形型の電圧波形を生成する。電圧比較部5は、台形波生成部6から入力した台形波信号の電圧と出力電圧検出部4から入力した信号(図3の(5)に示す太線部)の電圧とを比較し、両者の電圧値が等しくなったときに、フリップフロップ7に対して、図3の(5)に示すようなオフトリガ信号を出力し、主スイッチング素子Q1をオフする。そして、巻線電圧検出部3から図3の(1)のようなオントリガパルス信号を入力されるまで、主スイッチング素子Q1のオフ状態を維持し、以降、この動作を繰り返す。
On the other hand, the
なお、高入力軽負荷時には、出力電圧検出部4の出力信号が、図中、A点の電圧以下になることが考えられるが、本実施形態における台形波生成部6において生成される台形波の急速充電により形成される波形の電圧値は、電圧比較部5が有するオフセット電圧よりも高く、また、スイッチング電源において発生するノイズ電圧よりも高い。
In addition, at the time of high input light load, it is considered that the output signal of the output
したがって、本実施形態によれば、出力電圧検出器の出力信号と比較をして、主スイッチング素子のオフタイミングを生成する波形を急速充電により形成される波形の電圧値を電圧比較部が有するオフセット電圧よりも高く、また、スイッチング電源において発生するノイズ電圧よりも高い台形波としたことから、高入力軽負荷時の場合において、オフセット等の素子の特性ばらつきやノイズ等の変動要因があっても、誤動作を起こすことなく、正確に主スイッチング素子をコントロールすることができる。 Therefore, according to the present embodiment, the voltage comparison unit compares the output signal of the output voltage detector with the voltage value of the waveform formed by rapid charging to generate the off timing of the main switching element. Since the trapezoidal wave is higher than the voltage and higher than the noise voltage generated in the switching power supply, even if there is a variation in element characteristics such as offset or fluctuation factors such as noise in the case of high input light load The main switching element can be accurately controlled without causing a malfunction.
<第2の実施形態>
図4および図5を用いて、本発明の第2の実施形態について説明する。なお、本実施形態においては、力率改善回路を例示して説明を行うが、これに限るものではなく、当然に他の電源回路にも用いることができる。
<Second Embodiment>
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5. In the present embodiment, the power factor correction circuit will be described as an example. However, the present invention is not limited to this, and can naturally be used for other power supply circuits.
<スイッチング電源の構成>
本実施形態に係るスイッチング電源は、図4に示すように、交流電力入力部1と、整流回路2と、コンデンサーC1と、トランスT1と、巻線電圧検出部3と、出力電圧検出部4と、電圧比較部5と、台形波生成部6と、フリップフロップ7と、ドライバー部8と、直流電力出力部9と、FB電圧検出部10と、スイッチ11と、主スイッチング素子Q1と、ダイオードD1と、コンデンサーC2とから構成されている。なお、上記において説明した図6と同一の符号が付された構成要素については、同様の機能を有するため、その詳細な説明は、省略する。
<Configuration of switching power supply>
As shown in FIG. 4, the switching power supply according to the present embodiment includes an AC
FB電圧検出部10は、出力電圧検出部4から出力される出力電圧(PFC−OUT)と基準電圧Vfbとの誤差増幅信号を入力し、この信号の電圧値が所定値以下であるか否かを検出する。スイッチ11は、巻線電圧検出部3の出力端子とフリップフロップ7の入力端子との間に配置され、FB電圧検出部10において、出力電圧検出部4から出力される信号の電圧値が所定値以下である場合に出力される信号により、開放される。
The FB
つまり、台形波生成部6において、急峻な立ち上がりを持った台形波を生成しても、図5に示すように、台形波の立ち上がり部分がわずかに傾きを持っている場合には、非常に短時間ではあるが主スイッチング素子がオンするため、出力電圧の上昇を抑制できない場合も考えられる。なお、図中、実線で示した部分がオフセットであり、点線部は、急速充電による電圧波形を示している。 That is, even if the trapezoidal wave generator 6 generates a trapezoidal wave having a steep rise, as shown in FIG. 5, if the rising part of the trapezoidal wave has a slight inclination, it is very short. Although the time is long, the main switching element is turned on, so that it is also conceivable that the increase in the output voltage cannot be suppressed. In the figure, the portion indicated by a solid line is an offset, and the dotted line portion indicates a voltage waveform by rapid charging.
しかしながら、本実施形態においては、このような場合であっても、FB電圧検出部10が、出力電圧検出部4から出力される出力電圧(PFC−OUT)と基準電圧Vfbとの誤差増幅信号の電圧値が所定値以下である場合に信号を出力して、スイッチ11を開放することにより、巻線電圧検出部3から出力されるオントリガパルスのフリップフロップ7への入力を禁止する。
However, in this embodiment, even in such a case, the FB
そのため、フリップフロップ7にオントリガパルスが入力されないことによって、主スイッチング素子がオフし続けるため、出力電圧の上昇を防止することができる。さらに、FB電圧検出部10が有する所定値にヒステリシスをもたせ、スイッチ11のオン/オフ周期を商用電圧の1周期よりも長い周期とすることにより、力率を低下させずに、出力電圧の上昇を押さえ込むことができる。
Therefore, when the on trigger pulse is not input to the flip-
なお、本実施形態では、ハードウェアの回路構成として、説明したが、上記の動作をコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録し、この記録媒体に記録されたプログラムを制御IC等に読み込ませ、実行することによって本発明の力率改善回路を実現することができる。ここでいうコンピュータシステムとは、OSや周辺装置等のハードウェアを含む。 In the present embodiment, the hardware circuit configuration has been described. However, the above operation is recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium is read by a control IC or the like and executed. Thus, the power factor correction circuit of the present invention can be realized. The computer system here includes an OS and hardware such as peripheral devices.
また、「コンピュータシステム」は、WWW(World Wide Web)システムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)も含むものとする。また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されても良い。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク(通信網)や電話回線等の通信回線(通信線)のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。 Further, the “computer system” includes a homepage providing environment (or display environment) if a WWW (World Wide Web) system is used. The program may be transmitted from a computer system storing the program in a storage device or the like to another computer system via a transmission medium or by a transmission wave in the transmission medium. Here, the “transmission medium” for transmitting the program refers to a medium having a function of transmitting information, such as a network (communication network) such as the Internet or a communication line (communication line) such as a telephone line.
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組合せで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であっても良い。 The program may be for realizing a part of the functions described above. Furthermore, what can implement | achieve the function mentioned above in combination with the program already recorded on the computer system, and what is called a difference file (difference program) may be sufficient.
以上、この発明の実施形態につき、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。 The embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to the embodiments, and includes designs and the like that do not depart from the gist of the present invention.
1・・・交流電力入力部
2・・・整流回路
3・・・巻線電圧検出部
4・・・出力電圧検出部
5・・・電圧比較部
6・・・台形波生成部
7・・・フリップフロップ
8・・・ドライバー部
9・・・直流電力出力部
10・・・FB電圧検出部
11・・・スイッチ
61・・・タイマー
62・・・制御部
63・・・充電部
64・・・放電部
65・・・容量素子
C1、C2・・・コンデンサー
D1・・・ダイオード
Q1・・・主スイッチング素子
T1・・・トランス
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記主スイッチング素子をオンするタイミングパルス信号を前記二次巻線の電圧により生成する巻線電圧検出手段と、
出力電圧を検出する出力電圧検出器と、
グランドレベルを基準とするとともに、前記主スイッチング素子のオン幅に相当する幅を有し、素子の特性ばらつき等の変動要因による誤動作を防止できる形状の台形波を生成する台形波生成手段と、
前記出力電圧検出器の出力信号の電圧と、前記生成された台形波の電圧とを比較し、両者の電圧の差が予め定めた値になったときに信号を出力する比較器と、
前記比較器からの信号により、前記主スイッチング素子をオフする駆動手段と、
を備え、
前記台形波生成手段が、
容量素子を有し、該容量素子に対して、所定時間、急速に充電を行う第1のモードと、該第1のモード終了後に、該第1のモードとは異なる所定時間、充電速度を該第1のモードより遅くして充電を行う第2のモードと、からなる2段階の充電を行う充電手段と、
前記充電手段により充電された電流を急速に放電する放電手段と、
を備え、
前記充電手段の前記第1のモードによる充電により形成される波形の電圧値が、前記比較器が有するオフセット電圧よりも高いことを特徴とするスイッチング電源。 Rectifying means for rectifying and supplying AC voltage, a primary winding and a secondary winding, one end of the primary winding being connected to the rectifying means, and the other end of the primary winding of the transformer In the switching power supply connected to the main switching element connected to
Winding voltage detection means for generating a timing pulse signal for turning on the main switching element by the voltage of the secondary winding;
An output voltage detector for detecting the output voltage;
A trapezoidal wave generating means for generating a trapezoidal wave having a width corresponding to the on-width of the main switching element and generating a trapezoidal wave having a shape that can prevent malfunction due to a variation factor such as a characteristic variation of the element, with a ground level as a reference,
A comparator that compares the voltage of the output signal of the output voltage detector with the generated trapezoidal wave voltage, and outputs a signal when the difference between the two voltages reaches a predetermined value;
Driving means for turning off the main switching element by a signal from the comparator;
Equipped with a,
The trapezoidal wave generating means is
A first mode in which the capacitor element is charged and rapidly charged for a predetermined time, and after the first mode is finished, the charging speed is changed for a predetermined time different from the first mode. A charging mode for performing two-stage charging comprising: a second mode in which charging is performed later than in the first mode; and
Discharging means for rapidly discharging the current charged by the charging means;
With
A switching power supply , wherein a voltage value of a waveform formed by charging in the first mode of the charging unit is higher than an offset voltage of the comparator .
前記主スイッチング素子をオンするタイミングパルス信号を前記二次巻線の電圧により生成する巻線電圧検出手段と、 Winding voltage detection means for generating a timing pulse signal for turning on the main switching element by the voltage of the secondary winding;
出力電圧を検出する出力電圧検出器と、 An output voltage detector for detecting the output voltage;
グランドレベルを基準とするとともに、前記主スイッチング素子のオン幅に相当する幅を有し、素子の特性ばらつき等の変動要因による誤動作を防止できる形状の台形波を生成する台形波生成手段と、 A trapezoidal wave generating means for generating a trapezoidal wave having a width corresponding to the on-width of the main switching element and generating a trapezoidal wave having a shape that can prevent malfunction due to a variation factor such as a characteristic variation of the element, with a ground level as a reference,
前記出力電圧検出器の出力信号の電圧と、前記生成された台形波の電圧とを比較し、両者の電圧の差が予め定めた値になったときに信号を出力する比較器と、 A comparator that compares the voltage of the output signal of the output voltage detector with the generated trapezoidal wave voltage, and outputs a signal when the difference between the two voltages reaches a predetermined value;
前記比較器からの信号により、前記主スイッチング素子をオフする駆動手段と、 Driving means for turning off the main switching element by a signal from the comparator;
を備え、 With
前記台形波生成手段が、 The trapezoidal wave generating means is
容量素子を有し、該容量素子に対して、所定時間、急速に充電を行う第1のモードと、該第1のモード終了後に、該第1のモードとは異なる所定時間、充電速度を該第1のモードより遅くして充電を行う第2のモードと、からなる2段階の充電を行う充電手段と、 A first mode in which the capacitor element is charged and rapidly charged for a predetermined time, and after the first mode is finished, the charging speed is changed for a predetermined time different from the first mode. A charging mode for performing two-stage charging comprising: a second mode in which charging is performed later than in the first mode; and
前記充電手段により充電された電流を急速に放電する放電手段と、 Discharging means for rapidly discharging the current charged by the charging means;
を備え、 With
前記充電手段の前記第1のモードによる充電により形成される波形の電圧値が、前記スイッチング電源において発生するノイズ電圧よりも高いことを特徴とするスイッチング電源。 A switching power supply, wherein a voltage value of a waveform formed by charging in the first mode of the charging means is higher than a noise voltage generated in the switching power supply.
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