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JP6219641B2 - Separately excited power supply - Google Patents
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Description

本発明は、各種電子機器に使用される他励式電源に関するものである。   The present invention relates to a separately excited power source used in various electronic devices.

以下、従来の他励式電源について図面を用いて説明する。図3は従来の他励式電源の構成を示した回路ブロック図であり、比較制御部1は制御機能部2からの信号と出力端子3に接続された検出回路4からの信号との比較演算を行い、この演算結果の信号をPWM信号生成部5へと出力している。また、PWM信号生成部5は比較制御部1から出力された信号と発振回路部6からの信号との比較演算を行い、この演算結果をPWM信号としてスイッチング素子7へスイッチング制御のための信号として発振している。そして、スイッチング素子7とトランス8とは、制御機能部2からの指示に基づいたPWM信号による制御に対応する電圧として整流回路部9を介して出力端子3へと出力し、出力端子3からは負荷10へと電力が供給されている。   Hereinafter, a conventional separately excited power supply will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a circuit block diagram showing the configuration of a conventional separately-excited power supply. The comparison control unit 1 performs a comparison operation between the signal from the control function unit 2 and the signal from the detection circuit 4 connected to the output terminal 3. The calculation result signal is output to the PWM signal generation unit 5. The PWM signal generation unit 5 performs a comparison operation between the signal output from the comparison control unit 1 and the signal from the oscillation circuit unit 6, and outputs the calculation result to the switching element 7 as a signal for switching control as a PWM signal. It is oscillating. Then, the switching element 7 and the transformer 8 output the voltage corresponding to the control by the PWM signal based on the instruction from the control function unit 2 to the output terminal 3 through the rectifier circuit unit 9, and from the output terminal 3 Electric power is supplied to the load 10.

ここで従来の他励式電源の動作として、PWM信号生成部5での演算とスイッチング素子7を制御するためのPWM信号と、トランス8の一次側に発生する電圧を図4(a)、(b)、(c)のタイミングチャートを用いて説明する。またここでは、図4(a)のVosc、Vcomp、図4(b)のVpwm、図4(c)のVt1はそれぞれ、図3に示す発振回路部6からの出力信号、比較制御部1の出力信号、PWM信号生成部5からのPWM信号、トランス8の一次巻線電圧に相当する。   Here, as operations of the conventional separately-excited power supply, the calculation in the PWM signal generation unit 5, the PWM signal for controlling the switching element 7, and the voltage generated on the primary side of the transformer 8 are shown in FIGS. ) And (c) will be used to explain. Also, here, Vosc and Vcomp in FIG. 4A, Vpwm in FIG. 4B, and Vt1 in FIG. 4C are the output signal from the oscillation circuit unit 6 shown in FIG. This corresponds to the output signal, the PWM signal from the PWM signal generator 5, and the primary winding voltage of the transformer 8.

図4(a)、(b)、(c)に示すように、VoscとVcompとの差分はVpwmの幅であるオンデューティとして反映され、このオンデューティ時間に対応したスイッチング動作により、Vt1が生成される。そして図3に示すトランス8の一次側に発生する電圧であるVt1はトランス8の巻数比に対応した倍率に昇圧されるとともに整流回路部9で直流電圧へと整流され、出力端子3から負荷10へと所定の電圧によって電力が供給される。   As shown in FIGS. 4A, 4B, and 4C, the difference between Vosc and Vcomp is reflected as an on-duty that is the width of Vpwm, and Vt1 is generated by the switching operation corresponding to the on-duty time. Is done. The voltage Vt1 generated on the primary side of the transformer 8 shown in FIG. 3 is boosted to a magnification corresponding to the turns ratio of the transformer 8 and rectified to a DC voltage by the rectifier circuit unit 9, and is output from the output terminal 3 to the load 10 Electric power is supplied to the device at a predetermined voltage.

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば特許文献1が知られている。   For example, Patent Document 1 is known as prior art document information related to the invention of this application.

特開2011−15557号公報JP 2011-15557 A

しかしながら、従来の他励式電源ではトランス8の二次側に現れる電圧は、一次側電圧であるVt1のピーク電圧であるVpと0(V)との電位差に該当するVpに巻数比を乗じた値となり、つまりVpは最小値であってもVccに相当する電圧の値となるため、二次側の電圧もまた最小値でもVccに巻数比を乗じた値に近くなる。   However, in the conventional separately-excited power source, the voltage appearing on the secondary side of the transformer 8 is a value obtained by multiplying Vp corresponding to the potential difference between the peak voltage Vp1 of the primary side voltage Vt1 and 0 (V) by the turn ratio. In other words, even if Vp is a minimum value, it becomes a voltage value corresponding to Vcc. Therefore, even if the voltage on the secondary side is also the minimum value, it is close to a value obtained by multiplying Vcc by the turn ratio.

この結果、上記の巻数比を適用したトランス8においては、その二次側の電圧は小さな値に抑制することが容易ではなく、出力端子3への出力電圧の可変範囲が小さくなるという課題を有するものであった。   As a result, in the transformer 8 to which the above turns ratio is applied, it is not easy to suppress the voltage on the secondary side to a small value, and there is a problem that the variable range of the output voltage to the output terminal 3 becomes small. It was a thing.

そこで本発明は、出力電圧の可変範囲を大きくすることを目的とするものである。   Therefore, the present invention aims to increase the variable range of the output voltage.

そして、この目的を達成するために、任意の出力電圧を設定するための設定信号を発する指示制御部と、出力端子の電圧を検出して検出信号を発する出力電圧検出部と、前記設定信号と前記検出信号とを比較して補正信号を発する比較制御部と、前記補正信号と基準発振信号とから制御信号を生成して発信する制御信号生成部と、前記制御信号によって制御されるスイッチング素子と、前記スイッチング素子に一次巻線が接続されたトランスと、前記トランスの二次巻線と前記出力端子との間に接続された整流部と、を備えた他励式電源であって、前記制御信号生成部では、前記基準発振信号を前記補正信号によって振幅変調させたうえで電圧から電流へと変換することにより前記制御信号を生成して、前記スイッチング素子の動作を電流によって制御し、前記基準発振信号は前記制御信号が流れる時間を一定とするように制御され、前記制御信号は基準間隔を有し、前回の前記制御信号が停止してから前記基準間隔に対応した時間が経過した時点で前記制御信号生成部は前記一次巻線の電圧と前記一次巻線へ給電している直流給電電圧とを比較するとともに前記一次巻線の電圧が前記一次巻線への直流給電電圧と同等であると判断した際に次回の前記制御信号を流すことを特徴としたものである。 In order to achieve this object, an instruction control unit that issues a setting signal for setting an arbitrary output voltage, an output voltage detection unit that detects a voltage at an output terminal and issues a detection signal, and the setting signal A comparison control unit that compares the detection signal and generates a correction signal; a control signal generation unit that generates and transmits a control signal from the correction signal and a reference oscillation signal; and a switching element controlled by the control signal; , a transformer primary winding to the switching device is connected, said a separately-excited power supply with a rectifier unit connected between the transformer secondary winding and said output terminal, said control signal the generation unit generates the control signal by converting the voltage to current in terms of the reference oscillation signal is amplitude-modulated by said correction signal, the current operation of the switching element Controls I, the reference oscillation signal is controlled to a constant time flowing said control signal, said control signal has a reference interval, corresponding to the reference distance from the control signal of the last stops When the elapsed time has elapsed, the control signal generator compares the voltage of the primary winding with the DC power supply voltage feeding the primary winding, and the voltage of the primary winding is applied to the primary winding. When it is determined that the voltage is equal to the DC power supply voltage, the next control signal is supplied .

本発明によれば、トランスの一次側に発生させる電位差を小さな値から所定の値までの間の連続した値から任意の値とすることができ、その結果、出力電圧の可変範囲を大きくすることができるものである。   According to the present invention, the potential difference generated on the primary side of the transformer can be set to an arbitrary value from a continuous value between a small value and a predetermined value. As a result, the variable range of the output voltage can be increased. It is something that can be done.

本発明の実施の形態における他励式電源の回路ブロック図Circuit block diagram of separately excited power source in the embodiment of the present invention 本発明の実施の形態における他励式電源のタイミングチャートTiming chart of separately excited power source in the embodiment of the present invention 従来の他励式電源の回路ブロック図Circuit diagram of conventional separately excited power supply 従来の他励式電源のタイミングチャートTiming chart of conventional separately excited power supply

以下、本発明の実施の形態の一例について図面を用いて説明する。   Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

(実施の形態)
図1は本発明の実施の形態における他励式電源の構成を示す回路ブロック図である。ここでは、任意の出力電圧を設定するための設定信号を発する指示制御部11と、出力端子12の電圧を検出して検出信号を発する出力電圧検出部13とが比較制御部14に接続されている。そして、設定信号と検出信号とを比較したうえで、比較制御部14はその結果を比較補正信号として出力している。さらに、制御信号生成部15は比較補正信号と基準発振信号とから制御信号を生成して発信し、この制御信号によってスイッチング素子16のスイッチング動作が制御される。また、スイッチング素子16にはトランス17の一次巻線18が接続されているとともに、トランス17の二次巻線19には整流部20を介して出力端子12が接続されている。これにより、指示制御部11から任意の出力電圧を選択、あるいは設定し、この指示に応じて出力電圧が出力端子12から負荷21へ安定して供給されることとなる。
(Embodiment)
FIG. 1 is a circuit block diagram showing the configuration of a separately excited power source in the embodiment of the present invention. Here, an instruction control unit 11 that issues a setting signal for setting an arbitrary output voltage and an output voltage detection unit 13 that detects a voltage at the output terminal 12 and generates a detection signal are connected to the comparison control unit 14. Yes. Then, after comparing the setting signal and the detection signal, the comparison control unit 14 outputs the result as a comparison correction signal. Further, the control signal generator 15 generates and transmits a control signal from the comparison correction signal and the reference oscillation signal, and the switching operation of the switching element 16 is controlled by this control signal. A primary winding 18 of the transformer 17 is connected to the switching element 16, and an output terminal 12 is connected to a secondary winding 19 of the transformer 17 via a rectifier 20. Thereby, an arbitrary output voltage is selected or set from the instruction control unit 11, and the output voltage is stably supplied from the output terminal 12 to the load 21 in accordance with this instruction.

ここで、制御信号生成部15では、比較補正信号を用いることによって基準発振信号を振幅変調させている。そして、振幅変調したあとの信号をVI変換器15aによって電圧から電流へと変換することにより制御信号を生成し、スイッチング素子16のスイッチング動作を電流によって制御している。   Here, the control signal generator 15 modulates the amplitude of the reference oscillation signal by using the comparison correction signal. A signal after amplitude modulation is converted from a voltage to a current by the VI converter 15a to generate a control signal, and the switching operation of the switching element 16 is controlled by the current.

以上の構成および動作により、スイッチング素子16のスイッチングの状態を制御することによってトランス17の一次巻線18に発生させる電位差を広い範囲で連続した値の中から自由に選択して設定することができる。これはスイッチング素子16のスイッチング動作をベース電流Ibにより不飽和領域で、あるいは不飽和領域と飽和領域との双方で制御していることにより、トランス17の一次巻線18へVccから供給する電圧値を緻密に変化させるように制御することが可能であることによるものである。   With the above configuration and operation, the potential difference generated in the primary winding 18 of the transformer 17 can be freely selected from a wide range and set by controlling the switching state of the switching element 16. . This is because the switching operation of the switching element 16 is controlled by the base current Ib in the unsaturated region or in both the unsaturated region and the saturated region, so that the voltage value supplied from the Vcc to the primary winding 18 of the transformer 17. This is because it is possible to control so as to change the temperature precisely.

以下でこの動作について図1および図2(a)〜(d)を用いることによって詳しく説明を行う。上記の構成における動作として、制御信号生成部15の基準発振信号Vosc、比較制御部14の比較補正信号Vcompおよび制御信号生成部15の振幅変調後の信号Vcont、VI変換器15aによるVI変換後の制御信号Ib、トランス17の一次巻線18に生じる電圧Vt1を図2(a)、(b)、(c)、(d)のタイミングチャートを用いて説明する。   This operation will be described in detail below with reference to FIGS. 1 and 2A to 2D. As operations in the above configuration, the reference oscillation signal Vosc of the control signal generation unit 15, the comparison correction signal Vcomp of the comparison control unit 14, the signal Vcont after amplitude modulation of the control signal generation unit 15, and the VI converted by the VI converter 15a The control signal Ib and the voltage Vt1 generated in the primary winding 18 of the transformer 17 will be described with reference to the timing charts of FIGS. 2 (a), (b), (c), and (d).

まず、Voscの波形は、制御信号生成部15内のパルス発振器22によって発せられる電圧の波形である。このVoscをパルス発振器22は発振用スイッチング素子23のベース端子23bへ供給している。   First, the waveform of Vosc is a waveform of a voltage generated by the pulse oscillator 22 in the control signal generator 15. The pulse oscillator 22 supplies this Vosc to the base terminal 23 b of the oscillation switching element 23.

次に、Vcompの波形は、比較制御部14内の比較器24によって発せられる電圧である。このVcompが示す電圧は、指示制御部11によって出力が要求された電圧と、出力電圧検出部13で検出された出力端子12の電圧との差に対応するものである。このタイミングチャートの例では、概ね時間が進む(タイミングチャート中の右方向に進む)につれて、指示制御部11によって要求される出力電圧に比較して、検出された出力端子12の出力電圧が低くなっていることを示している。   Next, the waveform of Vcomp is a voltage generated by the comparator 24 in the comparison control unit 14. The voltage indicated by Vcomp corresponds to the difference between the voltage requested to be output by the instruction control unit 11 and the voltage of the output terminal 12 detected by the output voltage detection unit 13. In the example of the timing chart, the detected output voltage of the output terminal 12 becomes lower as compared to the output voltage required by the instruction control unit 11 as time progresses (goes to the right in the timing chart). It shows that.

また、Vcontの波形は、制御信号生成部15が比較制御部14から出力された電圧のVcompを用いてパルス発振器22から発せられたパルス信号Voscを反転させてその振幅を変調させた結果の電圧である。ここで、制御信号生成部15での変調の動作は、パルス発振器22の信号を発振用スイッチング素子23のベース端子23bへ供給するとともに、発振用スイッチング素子23のコレクタ端子23cを比較制御部14の出力側へ接続することで、Voscを反転させたうえでVcompに応じて振幅に変化を加えられた様々なパルスからなるVcontが生成される。   Further, the waveform of Vcont is a voltage obtained as a result of the control signal generation unit 15 inverting the pulse signal Vosc generated from the pulse oscillator 22 using the voltage Vcomp output from the comparison control unit 14 and modulating the amplitude thereof. It is. Here, the modulation operation in the control signal generation unit 15 supplies the signal of the pulse oscillator 22 to the base terminal 23b of the oscillation switching element 23 and the collector terminal 23c of the oscillation switching element 23 of the comparison control unit 14. By connecting to the output side, Vcont consisting of various pulses in which Vosc is inverted and amplitude is changed in accordance with Vcomp is generated.

そして、Ibの波形は、Vcontを電圧から電流へと変換した結果の電流であり、制御信号生成部15内に設けたVI変換器15aによって電圧から電流への変換が行われ、Ibはスイッチング素子16へベース電流として供給されることとなる。   The waveform of Ib is a current obtained as a result of converting Vcont from voltage to current. Conversion from voltage to current is performed by a VI converter 15a provided in the control signal generation unit 15, and Ib is a switching element. 16 is supplied as a base current.

ここで、スイッチング素子16としては電流検出素子(図示せず)を接続することでFETを適用しても構わないが、電流制御型であるバイポーラトランジスタを用いることにより、不飽和領域でのベース電流Ibに連続して対応したIeを流すことで、Vccが供給されているトランス17の一次巻線18の電圧を変化させている。そして、Vt1の波形は一次巻線18に発生するこの電圧であり、Vt1の電圧は先にも述べたようにベース電流Ibに連続して対応したIeを用いて発生させるため、Vt1の下限値であるVbを任意の値としてベース電流Ibによって制御することが可能となる。   Here, an FET may be applied as the switching element 16 by connecting a current detection element (not shown). However, by using a bipolar transistor which is a current control type, a base current in an unsaturated region is used. By flowing Ie corresponding to Ib continuously, the voltage of the primary winding 18 of the transformer 17 to which Vcc is supplied is changed. The waveform of Vt1 is this voltage generated in the primary winding 18, and the voltage of Vt1 is generated using Ie corresponding to the base current Ib continuously as described above, so the lower limit value of Vt1. Vb can be controlled by the base current Ib as an arbitrary value.

つまり、一次電圧波形を一次電流へと変換し、さらにこの一次電流であるベース電流による制御でのフライバック電圧を利用することで、Vbの値は非常に小さな0(V)に近い値からVccに近い値を選択することができる。この実施の形態では、フライバック電圧を使用した場合を用いて説明したが、ベース電流による制御でのフォワード電圧を利用しても構わない。   In other words, by converting the primary voltage waveform into a primary current and further using the flyback voltage in the control by the base current as the primary current, the value of Vb is reduced from a value close to 0 (V) to Vcc. A value close to can be selected. In this embodiment, the case where the flyback voltage is used has been described. However, a forward voltage in the control by the base current may be used.

この制御方法は言い換えると、出力電圧が低出力側となる動作時にスイッチング素子16は不飽和領域で動作させているものである。このため、トランス17の一次巻線18に発生する電圧に該当するVpとVbとの電位差を、VbがVccに近い場合の非常に小さな電位差から、スイッチング素子16が飽和領域となるVbが0(V)に近い場合の大きな電位差までの範囲とできる。従って、VpとVbとの電位差の最小値と最大値との比率を大きな値として設定することが可能となる。   In other words, this control method is one in which the switching element 16 is operated in the unsaturated region when the output voltage is on the low output side. For this reason, since the potential difference between Vp and Vb corresponding to the voltage generated in the primary winding 18 of the transformer 17 is very small when Vb is close to Vcc, Vb where the switching element 16 is in the saturation region is 0 ( It can be a range up to a large potential difference when V is close to V). Therefore, the ratio between the minimum value and the maximum value of the potential difference between Vp and Vb can be set as a large value.

つまり、Vpの値を大きな電圧値としなくても、VpとVbとの電位差の最小値と最大値との比率を大きな値とすることができる。これにより、スイッチング素子16は過剰な電圧を印加させられることがないためスイッチング素子16の信頼性を維持、向上させることができるとともに、様々な特性のスイッチング素子16を選択することが可能となるのは言うまでもない。   That is, even if the value of Vp is not set to a large voltage value, the ratio between the minimum value and the maximum value of the potential difference between Vp and Vb can be set to a large value. Thereby, since the switching element 16 is not applied with an excessive voltage, the reliability of the switching element 16 can be maintained and improved, and the switching element 16 having various characteristics can be selected. Needless to say.

また、ここでは制御信号生成部15で振幅変調されたVcontや、VI変換器15aでVI変換された後の制御信号Ibはともに、電源が動作している期間においてパルス幅を一定とした電圧、電流の信号としている。これらは、制御信号生成部15内のパルス発振器22のパルス幅が予め規定されていることとなる。これは、パルス発振器22の動作はフィードバックなどによりパルス発振器22以外の動作や機能から制約を受けることがなく、またその必要が無いものである。このため、パルス発振器22そのものの動作は独立したものであり、出力電圧検出部13からの検出信号に応じて変化するものではない。従って、パルス発振器22は制御信号生成部15あるいは電源装置である他励式電源の内部あるいは外部の何れに配置しても構わないものであり、例えば、電源装置を適用するセットに配置された発振器をパルス発振器22として接続して他励式電源を動作させても構わない。これにより、電源装置の簡素化や低コスト化を図ることが可能であるとともに、パルス発振器22は電源装置に適用するにあたっての調整等を何ら必要としないものである。   Further, here, both the Vcont amplitude-modulated by the control signal generation unit 15 and the control signal Ib after VI conversion by the VI converter 15a are both voltages having a constant pulse width during the period in which the power supply is operating, It is a current signal. In these cases, the pulse width of the pulse oscillator 22 in the control signal generator 15 is defined in advance. This is because the operation of the pulse oscillator 22 is not restricted by operations and functions other than the pulse oscillator 22 due to feedback or the like, and is not necessary. Therefore, the operation of the pulse oscillator 22 itself is independent and does not change according to the detection signal from the output voltage detection unit 13. Therefore, the pulse oscillator 22 may be arranged either inside or outside the control signal generator 15 or the separately excited power source that is a power supply device. For example, an oscillator arranged in a set to which the power supply device is applied is arranged. A separately-excited power source may be operated by connecting as the pulse oscillator 22. As a result, the power supply device can be simplified and the cost can be reduced, and the pulse oscillator 22 does not require any adjustment when applied to the power supply device.

またさらに、パルス発振器22から発せられる信号にパルス幅が予め規定された固定パルスを用い、ベース電流Ibが流れる時間を固定することでも、過剰な電圧がスイッチング素子16で発生する状態を制限、抑制することができる。   Furthermore, a state in which excessive voltage is generated in the switching element 16 can be limited or suppressed by using a fixed pulse whose pulse width is defined in advance as a signal generated from the pulse oscillator 22 and fixing the time during which the base current Ib flows. can do.

仮に、パルス発振器22から発せられる信号であるVoscのパルス幅を変化させる場合、ベース電流Ibは、VoscがLOWである期間に対応して且つVoscがLOWとなってからの時間の経過に伴って概ね上昇することになる。そして、ベース電流Ibに応じて図2(d)に示すVt1が変動することになる。ここで、図2(c)に示すベース電流Ibに対するVt1の変動は、図1に示すスイッチング素子16が有するhfe値に依存することとなる。つまり、個々のスイッチング素子16が有するhfe値のばらつきによって、Vt1とベース電流Ibとの関係もばらつくこととなる。   If the pulse width of Vosc, which is a signal generated from the pulse oscillator 22, is changed, the base current Ib corresponds to a period in which Vosc is LOW, and with the passage of time since Vosc becomes LOW. It will generally rise. Then, Vt1 shown in FIG. 2D varies according to the base current Ib. Here, the variation of Vt1 with respect to the base current Ib shown in FIG. 2C depends on the hfe value of the switching element 16 shown in FIG. That is, the relationship between Vt1 and the base current Ib varies due to variations in hfe values of the individual switching elements 16.

特に、hfe値が大きく、かつ、長い期間にわたってベース電流Ibが時間とともに増加する場合などでは、スイッチング素子16が大きなベース電流Ibによって飽和状態での制御となり、スイッチング素子16の動作により一次巻線18に蓄えられたエネルギーに基づいて出力端子12に異常な高電圧を発生させる事態が生じることとなる。この結果として、スイッチング素子16に大きな負担をかけることとともに、二次側の高電圧部に対する絶縁を強化しなければならないという弊害が生じることとなる。   In particular, when the hfe value is large and the base current Ib increases with time over a long period of time, the switching element 16 is controlled in a saturated state by the large base current Ib, and the primary winding 18 is controlled by the operation of the switching element 16. A situation occurs in which an abnormal high voltage is generated at the output terminal 12 based on the energy stored in. As a result, a great burden is placed on the switching element 16 and an adverse effect that the insulation on the secondary high-voltage part must be reinforced.

これに対して、パルス発振器22から発せられる信号のパルス幅を固定させる場合、ベース電流Ibが流れる時間はVoscがLOWの状態である時間相当に制限されることとなる。そしてここでも、ベース電流Ibに応じてVt1が変動することになり、ベース電流Ibに対するVt1の変動は、スイッチング素子16が有するhfe値に依存することとなる。よって、個々のスイッチング素子16が有するhfe値のばらつきによって、Vt1とベース電流Ibとの関係もばらつきが生じることとなる。   On the other hand, when the pulse width of the signal generated from the pulse oscillator 22 is fixed, the time during which the base current Ib flows is limited to the time during which Vosc is LOW. Again, Vt1 varies according to the base current Ib, and the variation of Vt1 with respect to the base current Ib depends on the hfe value of the switching element 16. Accordingly, the relationship between Vt1 and the base current Ib also varies due to variations in hfe values of the individual switching elements 16.

しかしながら、スイッチング素子16のhfe値が上限側へと大きく、かつ、ベース電流Ibが大きな値の場合であっても、スイッチング素子16が大きなベース電流Ibによって飽和状態で制御されることになるものの、飽和状態が継続する時間は限定されることとなる。このため、スイッチング素子16の動作によって一次巻線18に蓄えられるエネルギーもまた限定されることとなる。そして、パルス発振器22から発せられるVoscのLOW側の時間幅を固定し、ベース電流Ibが流れる時間を固定することは、出力端子12に異常な高電圧が発生することを抑制することとなる。この結果として、スイッチング素子16に大きな負担をかけることや、二次側の高電圧部に対する絶縁を強化しなければならないという弊害は生じにくくなる。   However, even if the hfe value of the switching element 16 is large toward the upper limit side and the base current Ib is a large value, the switching element 16 is controlled in a saturated state by the large base current Ib. The time for which the saturated state continues is limited. For this reason, the energy stored in the primary winding 18 by the operation of the switching element 16 is also limited. Then, fixing the time width on the LOW side of Vosc generated from the pulse oscillator 22 and fixing the time during which the base current Ib flows suppresses the generation of an abnormal high voltage at the output terminal 12. As a result, it is difficult to cause an adverse effect that a large load is applied to the switching element 16 and that the insulation against the high-voltage portion on the secondary side must be reinforced.

さらに、ベース電流Ibが流れる時間を固定することで出力電圧の上限値を限定し、これによってトランス17の適切な設計が可能となる。つまり、スイッチング素子16に加わる電圧の上限をベース電流Ibが流れる時間によって概ね規定できることと同様に、トランス17に加わる電圧の上限値もまたベース電流Ibが流れる時間によって概ね規定できることとなる。よって、ベース電流Ibが流れる時間に対応した電圧の上限値において適切な磁気飽和特性を有するトランス17を用いれば、適切なトランス17の動作が可能となるとともに、無駄のないトランス17の設計が可能ともなる。またあるいは、これらとは逆にトランス17やスイッチング素子16の特性に対応するように、パルス幅を設定しても構わない。   Further, by fixing the time during which the base current Ib flows, the upper limit value of the output voltage is limited, whereby the transformer 17 can be appropriately designed. That is, similarly to the fact that the upper limit of the voltage applied to the switching element 16 can be roughly defined by the time during which the base current Ib flows, the upper limit value of the voltage applied to the transformer 17 can also be generally defined by the time during which the base current Ib flows. Therefore, if the transformer 17 having an appropriate magnetic saturation characteristic at the upper limit value of the voltage corresponding to the time during which the base current Ib flows is used, it is possible to operate the transformer 17 appropriately and to design the transformer 17 without waste. It also becomes. Alternatively, on the contrary, the pulse width may be set so as to correspond to the characteristics of the transformer 17 and the switching element 16.

またこの一方で、スイッチング素子16のhfe値が下限側へと小さな値へとばらついた場合は、当然ながら出力端子12から出力される電圧も下限側となるが、先にも述べたようにhfe値が上限側にある場合にはベース電流Ibが流れる時間による時間的制限に応じて出力電圧も制限を受けている。このことから、hfe値が下限側である際の最大出力電圧に対する、hfe値が上限側である際の最大出力電圧の比率は、hfe下限値に対するhfe上限値の比率に比べて圧縮された値となる。つまり、見かけのhfe値のばらつきに比較して、最大出力電圧のばらつきは小さくすることができるものである。また、出力電圧の下限側に関してはスイッチング素子16を未飽和領域で動作させているため、hfe値が上限側あるいは下限側の何れであっても関係なく所望の出力電圧への制御は可能である。   On the other hand, when the hfe value of the switching element 16 varies to the lower limit side, the voltage output from the output terminal 12 is naturally the lower limit side. However, as described above, When the value is on the upper limit side, the output voltage is also limited according to the time limit due to the time during which the base current Ib flows. From this, the ratio of the maximum output voltage when the hfe value is on the upper limit side to the maximum output voltage when the hfe value is on the lower limit side is a compressed value compared with the ratio of the hfe upper limit value to the hfe lower limit value. It becomes. That is, the variation in the maximum output voltage can be made smaller than the variation in the apparent hfe value. Further, regarding the lower limit side of the output voltage, since the switching element 16 is operated in the unsaturated region, control to a desired output voltage is possible regardless of whether the hfe value is on the upper limit side or the lower limit side. .

ここでは、パルス発振器22から発せられる信号であるVoscのLOW側の幅を固定させることでベース電流Ibが流れる時間を固定させることについて説明したが、個々のLOW側の幅を固定したうえで個々のHIGH側の幅を変化させても構わない。   Here, the description has been made of fixing the time during which the base current Ib flows by fixing the width on the LOW side of Vosc, which is a signal generated from the pulse oscillator 22. However, after fixing the width on each LOW side, The HIGH side width may be changed.

例えば、出力端子12における出力電圧あるいはトランス17の一次巻線18に生じる電圧であるVt1が大きな値となった場合に個々のベース電流Ibにおけるパルス間隔が不足して狭くなると、Vt1がVccの水準まで低下する前にベース電流Ibが再度上昇を始めるため、Vccよりも高い電圧値からVt1は急激にVbへと移ることとなる。このため、スイッチング素子16のコレクタ電流が増加し、電力損失が増加することになる。   For example, when the output voltage at the output terminal 12 or the voltage Vt1 generated in the primary winding 18 of the transformer 17 becomes a large value, if the pulse interval in each base current Ib becomes insufficient and narrows, Vt1 becomes the level of Vcc. Since the base current Ib starts to rise again before it decreases to Vt1, Vt1 suddenly shifts to Vb from a voltage value higher than Vcc. For this reason, the collector current of the switching element 16 increases and the power loss increases.

そこで、Vt1の安定化を図るためにまず制御信号生成部15に設けた発振制御部15bはVt1とVccとを比較する。そして、Vt1がVccの値へと低下するまではパルス発振器22はHIGHの状態を継続して信号を発する。これにより次のベース電流Ibが立ち上がらないように、発振制御部15bはパルス発振器22を制御する。これは詳細として、パルス発振器22がHIGH状態を発する基準時間が経過後においてVt1がVccに既に達している場合は基準時間どおりにHIGH状態を終えて予め固定された時間であるLOW状態へと移り、ベース電流Ibが流れ始めることとなる。そしてこの一方で、パルス発振器22がHIGH状態の信号を発する基準時間が経過後においてVt1がVccよりも高くなっている状態では、Vt1がVccの水準へと低下するまでパルス発振器22がHIGH状態を継続するように発振制御部15bが指示する。そのうえで、Vt1がVccの水準まで低下した時点でパルス発振器22がLOW状態へと移り、ベース電流Ibが流れ始めるように発振制御部15bはパルス発振器22を制御する。このようにして、パルス発振器22が発する信号と、Vt1が所定値となるタイミングとを同期させる。   Therefore, in order to stabilize Vt1, the oscillation control unit 15b provided in the control signal generation unit 15 first compares Vt1 and Vcc. The pulse oscillator 22 continues to be in a HIGH state and issues a signal until Vt1 decreases to the value of Vcc. Thus, the oscillation control unit 15b controls the pulse oscillator 22 so that the next base current Ib does not rise. Specifically, when Vt1 has already reached Vcc after the lapse of the reference time for the pulse oscillator 22 to emit the HIGH state, the HIGH state is terminated according to the reference time and the state shifts to the LOW state, which is a predetermined time. The base current Ib begins to flow. On the other hand, in a state where Vt1 is higher than Vcc after the reference time for the pulse oscillator 22 to emit a signal in the HIGH state, the pulse oscillator 22 remains in the HIGH state until Vt1 drops to the level of Vcc. The oscillation control unit 15b instructs to continue. In addition, when Vt1 drops to the level of Vcc, the pulse oscillator 22 shifts to the LOW state, and the oscillation controller 15b controls the pulse oscillator 22 so that the base current Ib starts to flow. In this way, the signal generated by the pulse oscillator 22 is synchronized with the timing at which Vt1 becomes a predetermined value.

これにより、個々のベース電流IbはVt1を安定した値で出力できるように最適のタイミングで流れることになり、結果としてスイッチング素子16のコレクタ電流が増加することに伴う電力損失を抑制することができる。   As a result, each base current Ib flows at an optimal timing so that Vt1 can be output at a stable value, and as a result, power loss accompanying an increase in the collector current of the switching element 16 can be suppressed. .

以上のように、本発明の他励式電源では、スイッチング素子16を電流制御することで、スイッチング素子16の未飽和領域で動作させることで、出力電圧の制御範囲を大きくするとともに、スイッチング素子16に加わる過剰電圧を抑制するものである。また、制御のためのパルス信号はパルス幅を固定したものとすることで、飽和動作期間を限定することでスイッチング素子16に加わる過剰電圧を抑制し、二次側の高電圧が加わる部分における絶縁性の劣化を抑制するものである。   As described above, in the separately excited power source of the present invention, by controlling the current of the switching element 16 to operate in the unsaturated region of the switching element 16, the control range of the output voltage is increased and the switching element 16 is controlled. It suppresses the applied excess voltage. In addition, by controlling the pulse signal for control to have a fixed pulse width, by limiting the saturation operation period, an excessive voltage applied to the switching element 16 is suppressed, and insulation in a portion where a secondary high voltage is applied It suppresses the deterioration of the property.

本発明の他励式電源は、出力電圧の可変範囲を大きくすることができるという効果を有し、各種電子機器において有用である。   The separately excited power source of the present invention has an effect that the variable range of the output voltage can be increased, and is useful in various electronic devices.

11 指示制御部
12 出力端子
13 出力電圧検出部
14 比較制御部
15 制御信号生成部
15a VI変換器
15b 発振制御部
16 スイッチング素子
17 トランス
18 一次巻線
19 二次巻線
20 整流部
21 負荷
22 パルス発振器
23 発振用スイッチング素子
23b ベース端子
23c コレクタ端子
24 比較器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Instruction control part 12 Output terminal 13 Output voltage detection part 14 Comparison control part 15 Control signal generation part 15a VI converter 15b Oscillation control part 16 Switching element 17 Transformer 18 Primary winding 19 Secondary winding 20 Rectification part 21 Load 22 Pulse Oscillator 23 Switching element for oscillation 23b Base terminal 23c Collector terminal 24 Comparator

Claims (2)

任意の出力電圧を設定するための設定信号を発する指示制御部と、
出力端子の電圧を検出して検出信号を発する出力電圧検出部と、
前記設定信号と前記検出信号とを比較して補正信号を発する比較制御部と、
前記補正信号と基準発振信号とから制御信号を生成して発信する制御信号生成部と、
前記制御信号によって制御されるスイッチング素子と、
前記スイッチング素子に一次巻線が接続されたトランスと、
前記トランスの二次巻線と前記出力端子との間に接続された整流部と、
を備えた他励式電源であって、
前記制御信号生成部では、前記基準発振信号を前記補正信号によって振幅変調させたうえで電圧から電流へと変換することにより前記制御信号を生成して、前記スイッチング素子の動作を電流によって制御し、
前記基準発振信号は前記制御信号が流れる時間を一定とするように制御され、
前記制御信号は基準間隔を有し、
前回の前記制御信号が停止してから前記基準間隔に対応した時間が経過した時点で前記制御信号生成部は前記一次巻線の電圧と前記一次巻線へ給電している直流給電電圧とを比較するとともに前記一次巻線の電圧が前記一次巻線への直流給電電圧と同等であると判断した際に次回の前記制御信号を流す
ことを特徴とする他励式電源。
An instruction control unit for issuing a setting signal for setting an arbitrary output voltage;
An output voltage detector that detects the voltage of the output terminal and issues a detection signal;
A comparison control unit that compares the setting signal and the detection signal to generate a correction signal;
A control signal generator for generating and transmitting a control signal from the correction signal and the reference oscillation signal;
A switching element controlled by the control signal;
A transformer having a primary winding connected to the switching element;
A rectifier connected between the secondary winding of the transformer and the output terminal ;
A separately-excited power source with
Wherein in the control signal generation unit generates the control signal by converting the voltage to current in terms of the reference oscillation signal is amplitude-modulated by said correction signal, and controlled by the current operation of the switching element,
The reference oscillation signal is controlled to make the time for which the control signal flows constant,
The control signal has a reference interval;
When the time corresponding to the reference interval has elapsed since the previous control signal stopped, the control signal generator compares the voltage of the primary winding with the DC power supply voltage supplied to the primary winding. When the voltage of the primary winding is determined to be equal to the DC power supply voltage to the primary winding, the next control signal is sent.
Separately-excited power supply characterized by this .
前記スイッチング素子はバイポーラトランジスタとしたことを特徴とする請求項1に記載の他励式電源。 The separately excited power source according to claim 1 , wherein the switching element is a bipolar transistor.
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