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JP6941589B2 - Switching power supply - Google Patents
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JP6941589B2 - Switching power supply - Google Patents

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JP6941589B2 JP2018092767A JP2018092767A JP6941589B2 JP 6941589 B2 JP6941589 B2 JP 6941589B2 JP 2018092767 A JP2018092767 A JP 2018092767A JP 2018092767 A JP2018092767 A JP 2018092767A JP 6941589 B2 JP6941589 B2 JP 6941589B2
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本発明は、直流電圧を所望の電圧に変換し電子機器に供給するためのスイッチング電源装置に関し、特に、スイッチング素子を流れる電流の値をADコンバータでデジタル値に変換して制御回路部で用いるようにしたスイッチング電源装置に関する。 The present invention relates to a switching power supply device for converting a DC voltage into a desired voltage and supplying it to an electronic device. In particular, the value of the current flowing through the switching element is converted into a digital value by an AD converter and used in a control circuit unit. Regarding the switching power supply device.

(従来技術1)
スイッチング電源装置において、スイッチング素子を流れる電流の値をADコンバータでデジタル値に変換して取得する方法が、特許文献1に開示されている。
(Previous technique 1)
Patent Document 1 discloses a method of converting a value of a current flowing through a switching element into a digital value by an AD converter and acquiring the value in a switching power supply device.

特許文献1では、スイッチング素子となるFETに流れるドレイン電流Idを電流検出抵抗で電圧に変換し、電源ICの端子に入力する。電源ICの端子は内部にADコンバータを持ち、これにより、スイッチング素子を流れる電流がデジタル値に変換されて出力される。CPUは、このデジタル値に基づいて、スイッチング電源装置に対して所定の制御を行っている。 In Patent Document 1, the drain current Id flowing through the FET serving as the switching element is converted into a voltage by the current detection resistor and input to the terminal of the power supply IC. The terminal of the power supply IC has an AD converter inside, and the current flowing through the switching element is converted into a digital value and output. The CPU performs predetermined control on the switching power supply device based on this digital value.

しかしながら、特許文献1に開示された技術をスイッチング周波数が高いスイッチング電源装置に用いると、ADコンバータに高価なものが必要になると言う問題を持つ。以下、理由を説明する。 However, if the technique disclosed in Patent Document 1 is used for a switching power supply device having a high switching frequency, there is a problem that an expensive AD converter is required. The reason will be described below.

ADコンバータは、入力された電圧(アナログ値)をデジタル値に変換するための機能を備えるものであるが、変換を行うためには所定の時間が必要であり、変換動作中に入力されている電圧が変化してしまうと、変換結果が異常値になってしまう特性を持っている。 The AD converter has a function for converting the input voltage (analog value) into a digital value, but a predetermined time is required to perform the conversion, and the AD converter is input during the conversion operation. When the voltage changes, the conversion result becomes an abnormal value.

ここで、スイッチング電源装置では、スイッチング素子がオンの時に電流検出抵抗にドレイン電流が流れることで電圧が発生するが、スイッチング素子がオフの時には電流検出抵抗にドレイン電流が流れていないため電圧が発生しない。 Here, in the switching power supply device, when the switching element is on, the drain current flows through the current detection resistor to generate a voltage, but when the switching element is off, the drain current does not flow through the current detection resistor, so that a voltage is generated. do not.

以上により、スイッチング素子を流れる電流をADコンバータでデジタル値に変換する場合には、スイッチング素子がオンの時(電流検出抵抗に電圧が発生している期間)にADコンバータが変換動作を完了しないと、変換結果(デジタル値)が異常値となることが分かる。 From the above, when converting the current flowing through the switching element to a digital value with the AD converter, the AD converter must complete the conversion operation when the switching element is on (the period during which the voltage is generated in the current detection resistor). , It can be seen that the conversion result (digital value) becomes an abnormal value.

このような理由から、スイッチング周波数が高いスイッチング電源装置では、スイッチング素子のオン時間が短くなるため、ADコンバータには高速に変換動作を行うことができるものが必要になる。高速に変換動作を行うことができるADコンバータは高価であるため、特許文献1の技術をスイッチング周波数の高いスイッチング電源装置に適用すると、スイッチング電源装置が高コストになってしまうと云う問題を引き起こす。 For this reason, in a switching power supply device having a high switching frequency, the on-time of the switching element is shortened, so that an AD converter capable of performing a high-speed conversion operation is required. Since an AD converter capable of performing a high-speed conversion operation is expensive, applying the technique of Patent Document 1 to a switching power supply device having a high switching frequency causes a problem that the switching power supply device becomes expensive.

また、出力電圧可変が可能なスイッチング電源装置では、スイッチング周波数が低いスイッチング電源装置においてもこの問題が生じる。スイッチング電源装置は、スイッチング素子のオン時間が長いと出力電圧が高くなり、スイッチング素子のオン時間が短いと出力電圧が低くなる特性を持つため、スイッチング電源装置の出力電圧を低く設定する場合はスイッチング素子のオン時間が短くなる。従って、スイッチング周波数が低いスイッチング電源装置においてもADコンバータには高速に変換動作を行うことができるものが必要になる。 Further, in a switching power supply device capable of varying the output voltage, this problem also occurs in a switching power supply device having a low switching frequency. A switching power supply has the characteristic that the output voltage increases when the switching element is on for a long time, and the output voltage decreases when the switching element is on for a short time. Therefore, switching is performed when the output voltage of the switching power supply is set low. The on-time of the element is shortened. Therefore, even in a switching power supply device having a low switching frequency, an AD converter that can perform a high-speed conversion operation is required.

更に、出力電圧を垂下させる方式の過電流保護回路を備えたスイッチング電源装置においてもこの問題が生じる。出力電圧を垂下させる方式の過電流保護回路では、出力電圧を垂下させる場合に、スイッチング素子のオン時間を短くするように制御を行う。例えば、スイッチング電源装置の出力が短絡に近い状態になっている場合は、スイッチング素子のオン時間が極わずかになるように制御される。過電流保護機能が動作した状態においてもADコンバータを用いてスイッチング素子を流れる電流の値を取得する場合は、非常に高速なADコンバータが必要になる。 Further, this problem also occurs in a switching power supply device provided with an overcurrent protection circuit of a type in which the output voltage is dropped. In the overcurrent protection circuit of the method of dropping the output voltage, when the output voltage is dropped, the control is performed so as to shorten the on-time of the switching element. For example, when the output of the switching power supply device is in a state close to a short circuit, the on-time of the switching element is controlled to be extremely short. A very high-speed AD converter is required to acquire the value of the current flowing through the switching element using the AD converter even when the overcurrent protection function is operating.

特開2013−188081号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-188081 特開2017−112797号公報JP-A-2017-112977

このようにスイッチング電源装置で高速なADコンバータが必要となる問題を解決するため、特許文献2に別の技術が開示される。 In order to solve the problem that a high-speed AD converter is required in the switching power supply device as described above, another technique is disclosed in Patent Document 2.

(従来技術2)
特許文献2には、スイッチング電源装置において、スイッチング素子を流れる電流をADコンバータでデジタル値に変換して取得する別の技術が開示されている。
(Previous technique 2)
Patent Document 2 discloses another technique for obtaining a digital value by converting a current flowing through a switching element into a digital value in a switching power supply device.

特許文献2では、スイッチング素子となるFETに流れるドレイン電流を電流検出抵抗で電圧に変換し、電流検出抵抗及びコンデンサで構成される積分回路を用いて平均化された電圧がデジタル制御部の端子に入力されている。 In Patent Document 2, the drain current flowing through the FET serving as a switching element is converted into a voltage by a current detection resistor, and the voltage averaged by using an integrating circuit composed of the current detection resistor and the capacitor is sent to the terminal of the digital control unit. It has been entered.

デジタル制御部の端子は内部にADコンバータを持ち、これにより、スイッチング素子を流れる電流がデジタル値に変換されて出力される。CPUは、このデジタル値に基づいて、スイッチング電源装置に対して所定の制御を行っている。 The terminal of the digital control unit has an AD converter inside, and the current flowing through the switching element is converted into a digital value and output. The CPU performs predetermined control on the switching power supply device based on this digital value.

この特許文献2の技術では、先の従来技術1として示した特許文献1と同様の電流分解能を得ようとすると、電流検出抵抗の損失が増加するか、もしくは、ADコンバータに高コストなものが必要になると言う問題を持つ。以下、理由を説明する。 In the technique of Patent Document 2, if the same current resolution as that of Patent Document 1 shown as the prior art 1 is to be obtained, the loss of the current detection resistor is increased, or the AD converter is expensive. Has the problem of needing it. The reason will be described below.

ADコンバータは所定の分解能を持っており、分解能に基づいたデジタル値が出力される。例えば、分解能が1024のADコンバータでは、変換されたデジタル値は0〜1023の整数値となる。また、ADコンバータには、基準電圧が与えられており、変換対象となる電圧(例えば、特許文献2ではデジタル制御部の端子に印加した電圧)と基準電圧を比較し、分解能に基づいてデジタル値に変換される。 The AD converter has a predetermined resolution, and a digital value based on the resolution is output. For example, in an AD converter having a resolution of 1024, the converted digital value is an integer value from 0 to 1023. Further, a reference voltage is given to the AD converter, and the reference voltage is compared with the voltage to be converted (for example, the voltage applied to the terminal of the digital control unit in Patent Document 2), and the digital value is based on the resolution. Is converted to.

例えば、基準電圧として5Vが与えられている分解能が1024のADコンバータにおいて、変換対象となる電圧が0Vの場合はデジタル値として0が出力され、変換対象となる電圧が0.5Vの場合はデジタル値として102が出力され、さらに、変換対象となる電圧が1Vの場合はデジタル値として204が出力される。 For example, in an AD converter with a resolution of 1024 where 5V is given as a reference voltage, 0 is output as a digital value when the voltage to be converted is 0V, and digital when the voltage to be converted is 0.5V. 102 is output as a value, and 204 is output as a digital value when the voltage to be converted is 1V.

ここで、特許文献1のスイッチング電源装置は、スイッチング素子がオンの時に電流検出抵抗に発生する電圧をADコンバータに入力してデジタル値を得る構成となっている。スイッチング素子のオンデューティが50%で動作しているものとし、スイッチング素子の出力電流が0%の時に電流検出抵抗に発生する電圧が0V、出力電流が100%の時に電流検出抵抗に発生する電圧が1Vになるように電流検出抵抗の抵抗値が設定されているとする。 Here, the switching power supply device of Patent Document 1 has a configuration in which a voltage generated in a current detection resistor when the switching element is on is input to an AD converter to obtain a digital value. It is assumed that the on-duty of the switching element is operating at 50%, the voltage generated in the current detection resistor is 0V when the output current of the switching element is 0%, and the voltage generated in the current detection resistor when the output current is 100%. It is assumed that the resistance value of the current detection resistor is set so that is 1 V.

いま、基準電圧として5Vが与えられている分解能が1024のADコンバータを用いてスイッチング素子を流れる電流をデジタル値に変換する場合を考える。このスイッチング電源装置は、電流検出抵抗に発生する電圧がADコンバータに直接入力されていることから、スイッチング素子がオンの時に電流検出抵抗に発生する電圧をADコンバータでデジタル値に変換する構成であるため、スイッチング素子の出力電流が0%の時にはADコンバータで変換されるデジタル値は0、スイッチング素子の出力電流が100%の時にはADコンバータで変換されるデジタル値は204となることから、スイッチング電源の出力電流100%を204で割った値である約0.5%がスイッチング素子を流れる電流をデジタル値に変換する際の分解能となる。 Now, consider a case where a current flowing through a switching element is converted into a digital value by using an AD converter having a resolution of 1024, which is given a reference voltage of 5 V. Since the voltage generated in the current detection resistor is directly input to the AD converter in this switching power supply device, the voltage generated in the current detection resistor when the switching element is on is converted into a digital value by the AD converter. Therefore, when the output current of the switching element is 0%, the digital value converted by the AD converter is 0, and when the output current of the switching element is 100%, the digital value converted by the AD converter is 204. Approximately 0.5%, which is the value obtained by dividing 100% of the output current by 204, is the resolution when converting the current flowing through the switching element into a digital value.

次に、特許文献2のスイッチング電源装置は、スイッチング素子がオンの時に電流検出抵抗に発生する電圧を積分回路により平均化した電圧をADコンバータに入力してデジタル値を得る構成となっている。 Next, the switching power supply device of Patent Document 2 has a configuration in which a voltage obtained by averaging the voltage generated in the current detection resistor when the switching element is on is input to the AD converter by an integrating circuit to obtain a digital value.

特許文献1の場合と同様に、スイッチング素子のオンデューティが50%で動作しているものとし、スイッチング素子の出力電流が0%の時に電流検出抵抗に発生する電圧が0V、出力電流が100%の時に電流検出抵抗に発生する電圧が1Vになるように電流検出抵抗の抵抗値が設定されているとする。 As in the case of Patent Document 1, it is assumed that the on-duty of the switching element is operating at 50%, and when the output current of the switching element is 0%, the voltage generated in the current detection resistor is 0V and the output current is 100%. It is assumed that the resistance value of the current detection resistor is set so that the voltage generated in the current detection resistor becomes 1V at this time.

特許文献1と同様に、基準電圧として5Vが与えられている分解能が1024のADコンバータを用いてスイッチング素子を流れる電流をデジタル値に変換する場合を考える。 Similar to Patent Document 1, consider a case where a current flowing through a switching element is converted into a digital value by using an AD converter having a resolution of 1024, which is given a reference voltage of 5 V.

このスイッチング電源装置は、電流検出抵抗に発生する電圧が平均化されてADコンバータに入力される構成であるため、スイッチング素子の出力電流が0%の時にはADコンバータで変換されるデジタル値は特許文献1と同じく0となるが、スイッチング素子の出力電流が100%の時にはADコンバータに入力される電圧は、電流検出抵抗に発生する電圧とスイッチング素子のオンデューティ50%の積である0.5Vとなり、ADコンバータで変換されるデジタル値は102となる。従って、スイッチング電源の出力電流100%を102で割った値である約1%がスイッチング素子を流れる電流をデジタル値に変換する際の分解能となる。 Since this switching power supply has a configuration in which the voltage generated in the current detection resistor is averaged and input to the AD converter, the digital value converted by the AD converter when the output current of the switching element is 0% is a patent document. It becomes 0 like 1, but when the output current of the switching element is 100%, the voltage input to the AD converter is 0.5V, which is the product of the voltage generated in the current detection resistor and the on-duty 50% of the switching element. , The digital value converted by the AD converter is 102. Therefore, about 1%, which is the value obtained by dividing 100% of the output current of the switching power supply by 102, is the resolution when converting the current flowing through the switching element into a digital value.

このように特許文献2のスイッチング電源装置では、電流検出抵抗に発生する電圧を平均化してADコンバータに入力する構成であるため、特許文献1のスイッチング電源装置と比較して、スイッチング素子を流れる電流をデジタル値に変換する際の分解能が低くなることが分かる。 As described above, since the switching power supply device of Patent Document 2 has a configuration in which the voltage generated in the current detection resistor is averaged and input to the AD converter, the current flowing through the switching element is compared with the switching power supply device of Patent Document 1. It can be seen that the resolution when converting to a digital value is low.

そこで特許文献2のスイッチング電源装置において、特許文献1のスイッチング電源装置と同様の分解能を得ようとする場合、電流検出抵抗の発生電圧を大きくする方法が考えられる。しかしながら、この場合は、電流検出抵抗の損失が増加し、スイッチング電源装置の変換効率が低下する問題が発生する。他の方法として、分解能の高いADコンバータを使用する方法も考えられるが、分解能の高いADコンバータは高価であり、スイッチング電源装置が高コストになってしまう問題が発生する。 Therefore, in order to obtain the same resolution as the switching power supply device of Patent Document 1 in the switching power supply device of Patent Document 2, a method of increasing the generated voltage of the current detection resistor can be considered. However, in this case, there arises a problem that the loss of the current detection resistor increases and the conversion efficiency of the switching power supply device decreases. As another method, a method using an AD converter having a high resolution can be considered, but an AD converter having a high resolution is expensive, and there arises a problem that the switching power supply device becomes expensive.

本発明は、スイッチング素子のオンオフにより断続的に流れる電流をADコンバータでデジタル値に変換して取得する際の電流電圧変換の損失を低減し、低速のADコンバータの使用によるコストを低減可能とするスイッチング電源装置を提供することを目的とする。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention reduces the loss of current-voltage conversion when the current flowing intermittently by turning on / off the switching element is converted into a digital value by the AD converter and acquired, and the cost due to the use of the low-speed AD converter can be reduced. It is an object of the present invention to provide a switching power supply device.

(第2発明のスイッチング電源装置)
本発明あっては、電力変換部、電流検出部及び制御回路部を備えたスイッチング電源装置に於いて、
電力変換部は、スイッチング素子駆動信号によるスイッチング素子のオンオフによって入力電源が供給する入力電圧を断続電圧に変換した後に整流平滑して直流電圧を生成し、
電流検出部は、電流電圧変換素子、クランプ素子、クランプコンデンサ及びバイアス回路から構成され、
電流電圧変換素子は、一端がスイッチング素子に接続され、他端が入力電源のグランドに接続され、スイッチング素子を通過する電流を電圧信号である電流変換信号に変換するものであり、
クランプ素子は、クランプ素子駆動信号によりオンオフされるスイッチ素子であり、一端が電流電圧変換素子の他端と入力電源のグランドとの接続点に接続され、他端がクランプコンデンサの一端に接続され、クランプ素子がオンの時は電流電圧変換素子とクランプコンデンサを接続して電流電圧変換素子により変換された電流変換信号をクランプコンデンサに充電し、クランプ素子がオフの時は電流電圧変換素子とクランプコンデンサを切離してクランプコンデンサに充電した電流変換信号の電荷の放電を阻止してクランプするものであり、
クランプコンデンサは、一端が所定のバイアス電圧を発生するバイアス回路を介して制御回路部内のADコンバータの入力に接続され、他端が制御回路部のグランドと電流電圧変換素子の一端の接続点に接続され、
制御回路部は、ADコンバータを備え、電流電圧変換素子の一端とクランプコンデンサの他端との接続点をグランドとして動作し、バイアス電圧からクランプコンデンサにクランプされた電流変換信号を差し引いた電圧信号がADコンバータに入力され、スイッチング素子とクランプ素子を同期してオンオフするようにスイッチング素子駆動信号及びクランプ素子駆動信号を出力する、
ことを特徴とする。
(Switching power supply device of the second invention)
In the present invention , in a switching power supply device including a power conversion unit, a current detection unit, and a control circuit unit,
The power conversion unit converts the input voltage supplied by the input power supply into an intermittent voltage by turning the switching element on and off by the switching element drive signal, and then rectifies and smoothes it to generate a DC voltage.
The current detector is composed of a current-voltage conversion element, a clamp element, a clamp capacitor, and a bias circuit.
The current-voltage conversion element has one end connected to the switching element and the other end connected to the ground of the input power supply to convert the current passing through the switching element into a current conversion signal which is a voltage signal.
The clamp element is a switch element that is turned on and off by a clamp element drive signal, and one end is connected to the connection point between the other end of the current-voltage conversion element and the ground of the input power supply, and the other end is connected to one end of the clamp capacitor. When the clamp element is on, the current-voltage conversion element and the clamp capacitor are connected to charge the current conversion signal converted by the current-voltage conversion element to the clamp capacitor. When the clamp element is off, the current-voltage conversion element and the clamp capacitor are charged. Is to prevent the discharge of the charge of the current conversion signal charged in the clamp capacitor and clamp it.
One end of the clamp capacitor is connected to the input of the AD converter in the control circuit unit via a bias circuit that generates a predetermined bias voltage, and the other end is connected to the ground of the control circuit unit and the connection point of one end of the current-voltage conversion element. Being done
The control circuit unit is equipped with an AD converter and operates with the connection point between one end of the current-voltage conversion element and the other end of the clamp capacitor as ground, and the voltage signal obtained by subtracting the current conversion signal clamped by the clamp capacitor from the bias voltage is generated. It is input to the AD converter and outputs the switching element drive signal and the clamp element drive signal so that the switching element and the clamp element are turned on and off in synchronization.
It is characterized by that.

(寄生ダイオードを持つクランプ素子)
クランプ素子は、寄生ダイオードを持つスイッチ素子が使用され、寄生ダイオードの順方向クランプコンデンサから電流電圧変換素子への向きとなるよう接続される。
(Clamp element with parasitic diode)
A switch element having a parasitic diode is used as the clamp element, and the clamp element is connected so that the forward direction of the parasitic diode is the direction from the clamp capacitor to the current-voltage conversion element.

(寄生ダイオードを持つクランプ素子の逆向き接続)
クランプ素子は、寄生ダイオードを持つスイッチ素子が使用され、寄生ダイオードの順方向電流電圧変換素子からクランプコンデンサへの向きとなるよう接続され、電流電圧変換素子に発生する電流変換信号の電圧値が寄生ダイオードの順方向降下電圧以下になるように設定される。
(Reverse connection of clamp element with parasitic diode)
A switch element having a parasitic diode is used as the clamp element, and the parasitic diode is connected so that the forward direction is the direction from the current-voltage conversion element to the clamp capacitor, and the voltage value of the current conversion signal generated in the current-voltage conversion element. Is set to be less than or equal to the forward voltage drop of the parasitic diode.

(スイッチング素子駆動信号によるクランプ素子の駆動)
制御回路部は、クランプ素子駆動信号の代わりにスイッチング素子を駆動するスイッチング素子駆動信号でクランプ素子を駆動する。
(Drive of clamp element by switching element drive signal)
The control circuit unit drives the clamp element with a switching element drive signal that drives the switching element instead of the clamp element drive signal.

(クランプ素子のオフをスイッチング素子のオフより早める制御)
制御回路部は、クランプ素子をオフするタイミングを、スイッチング素子をオフするタイミングよりも速くするように制御する。
(Control that turns off the clamp element earlier than turning off the switching element)
The control circuit unit controls the timing at which the clamp element is turned off to be earlier than the timing at which the switching element is turned off.

(スイッチング素子駆動信号のオフ遅延)
制御回路部は、スイッチング素子及びクランプ素子にスイッチング素子駆動信号を出力し、スイッチング素子にスイッチング素子駆動信号を出力する信号ラインに、スイッチング素子駆動信号のオフタイミングを遅延させるオフ遅延回路を備える。
(Off delay of switching element drive signal)
The control circuit unit includes an off-delay circuit that delays the off-timing of the switching element drive signal in the signal line that outputs the switching element drive signal to the switching element and the clamp element and outputs the switching element drive signal to the switching element.

(第1発明の効果)
本発明は、電力変換部、電流検出部及び制御回路部を備えたスイッチング電源装置に於いて、電力変換部は、スイッチング素子駆動信号によるスイッチング素子のオンオフによって入力電源が供給する入力電圧を断続電圧に変換した後に整流平滑して直流電圧を生成し、電流検出部は、電流電圧変換素子、クランプ素子及びクランプコンデンサから構成され、電流電圧変換素子は、一端がスイッチング素子に接続され、他端が入力電源と制御回路部のグランドの接続点に接続され、スイッチング素子を通過する電流を電圧信号である電流変換信号に変換するものであり、クランプ素子は、クランプ素子駆動信号によりオンオフされるスイッチ素子であり、一端が電流電圧変換素子の一端とスイッチング素子の接続点に接続され、他端がクランプコンデンサの一端に接続され、クランプ素子がオンの時は電流電圧変換素子とクランプコンデンサを接続して電流電圧変換素子により変換された電流変換信号をクランプコンデンサに充電し、クランプ素子がオフの時は電流電圧変換素子とクランプコンデンサを切離してクランプコンデンサに充電した電流変換信号の放電を阻止してクランプするものであり、クランプコンデンサは、一端が制御回路部内のADコンバータの入力に接続され、他端が電流電圧変換素子の他端と制御回路部のグランドの接続点に接続され、制御回路部は、ADコンバータを備え、電流電圧変換素子の他端と入力電源との接続点をグランドとして動作し、スイッチング素子とクランプ素子を同期してオンオフするようにスイッチング素子駆動信号及びクランプ素子駆動信号を出力するようにしたため、スイッチング素子がオンしてその通過電流が電流電圧変換素子に流れて電流変換信号の電圧が発生している場合、クランプ素子もオンして電流変換信号の電圧でクランプコンデンサが充電されてクランプ電圧は電流変換信号の電圧となり、また、スイッチング素子がオフして電流電圧変換素子に電圧が発生していない場合、クランプ素子はオフして電流電圧変換素子とクランプコンデンサの間が非導通状態となっており、電流電圧変換素子の発生電圧が無くなってもクランプコンデンサのクランプ電圧は電荷が放電されずに保持され、スイッチング素子がオンオフの何れの場合でも、クランプコンデンサにスイッチング素子のオンによる通過電流で電流電圧変換素子に発生した電圧が保持されている状態となっていることで、ADコンバータの変換動作が遅いものを使用しても、スイッチング素子を流れる電流を正常にデジタル値に変換することができ、従来技術で問題となっていた高速で高価なADコンバータを使用する必要が無く、スイッチング周波数の高いスイッチング電源装置においてADコンバータを用いてスイッチング素子を流れる電流を検出する際に、スイッチング電源装置が高コストなものになってしまう課題を解決できる。
(Effect of the first invention)
The present invention relates to a switching power supply device including a power conversion unit, a current detection unit, and a control circuit unit. After converting to, the current detector is rectified and smoothed to generate a DC voltage. The current detector is composed of a current-voltage conversion element, a clamp element, and a clamp capacitor. One end of the current-voltage conversion element is connected to a switching element, and the other end is connected. It is connected to the connection point between the input power supply and the ground of the control circuit, and converts the current passing through the switching element into a current conversion signal, which is a voltage signal. The clamp element is a switch element that is turned on and off by the clamp element drive signal. One end is connected to the connection point between one end of the current-voltage conversion element and the switching element, the other end is connected to one end of the clamp capacitor, and when the clamp element is on, the current-voltage conversion element and the clamp capacitor are connected. The current conversion signal converted by the current-voltage conversion element is charged to the clamp capacitor, and when the clamp element is off, the current-voltage conversion element and the clamp capacitor are separated to prevent the current conversion signal charged in the clamp capacitor from being discharged and clamped. One end of the clamp capacitor is connected to the input of the AD converter in the control circuit section, the other end is connected to the connection point between the other end of the current-voltage conversion element and the ground of the control circuit section, and the control circuit section is , AD converter is provided, and the connection point between the other end of the current-voltage conversion element and the input power supply is used as ground, and the switching element drive signal and the clamp element drive signal are output so that the switching element and the clamp element are turned on and off in synchronization. Therefore, when the switching element is turned on and the passing current flows to the current-voltage conversion element to generate the voltage of the current conversion signal, the clamp element is also turned on and the clamp capacitor is charged by the voltage of the current conversion signal. Then, the clamp voltage becomes the voltage of the current conversion signal, and when the switching element is turned off and no voltage is generated in the current-voltage conversion element, the clamp element is turned off and there is no gap between the current-voltage conversion element and the clamp capacitor. It is in a conductive state, and even if the generated voltage of the current-voltage conversion element disappears, the clamp voltage of the clamp capacitor is held without discharging the charge, and the switching element is turned on in the clamp capacitor regardless of whether the switching element is on or off. The state in which the voltage generated in the current-voltage conversion element is held by the passing current due to Therefore, even if an AD converter with a slow conversion operation is used, the current flowing through the switching element can be normally converted to a digital value, which is a high-speed and expensive problem in the prior art. It is not necessary to use an AD converter, and it is possible to solve the problem that the switching power supply device becomes expensive when detecting the current flowing through the switching element by using the AD converter in the switching power supply device having a high switching frequency.

また、スイッチング周波数が低いスイッチング電源装置において、出力電圧可変機能により出力電圧を低く設定している場合や過電流保護機能により出力電圧を垂下させた場合に、スイッチング素子のオン時間が短くなっても、スイッチング素子がオンした時に流れる電流の電流変換信号の電圧がクランプコンデンサに保持され、高速で高価なADコンバータを使用する必要が無く、スイッチング電源装置が高コストなものになってしまう課題を解決できる。 In addition, in a switching power supply with a low switching frequency, even if the on-time of the switching element is shortened when the output voltage is set low by the output voltage variable function or when the output voltage is dropped by the overcurrent protection function. Solves the problem that the voltage of the current conversion signal of the current flowing when the switching element is turned on is held in the clamp capacitor, there is no need to use a high-speed and expensive AD converter, and the switching power supply becomes expensive. can.

さらには、スイッチング素子のオンにより流れる電流を電圧に変換する際に電流電圧変換素子に発生する電圧が平均化されずにADコンバータに入力されることから、電流電圧検出素子として値の小さい抵抗を用いることで損失を低くしても、ADコンバータに十分な電圧を入力することができるため、スイッチング電源装置の変換効率が低下する問題を解決でき、また、分解能の高いADコンバータを使用する必要もなくなるためスイッチング電源装置が高コストになってしまう問題も解決できる。 Furthermore, since the voltage generated in the current-voltage conversion element when converting the current flowing by turning on the switching element into a voltage is input to the AD converter without being averaged, a resistor with a small value can be used as a current-voltage detection element. Even if the loss is reduced by using it, a sufficient voltage can be input to the AD converter, so that the problem that the conversion efficiency of the switching power supply device is lowered can be solved, and it is also necessary to use an AD converter with high resolution. It is also possible to solve the problem that the switching power supply becomes expensive because it is eliminated.

(寄生ダイオードを持つクランプ素子を用いた場合の効果)
また、クランプ素子に寄生ダイオードを持つスイッチ素子を使用し、寄生ダイオードの順方向が、電流電圧変換素子からクランプコンデンサへの向きとなるようにクランプ素子が接続されていることで、クランプ素子がオフの際に、クランプコンデンサに蓄えられた電荷が寄生ダイオードを介して電流電圧変換素子へ放出されることを防ぎ、スイッチング素子のオンによる通過電流で電流電圧変換素子に発生した電圧をクランプコンデンサに確実に保持してADコンバータにより正確にデジタル値に変換できる。
(Effect when using a clamp element with a parasitic diode)
In addition, a switch element having a parasitic diode is used for the clamp element, and the clamp element is connected so that the forward direction of the parasitic diode is the direction from the current-voltage conversion element to the clamp capacitor, so that the clamp element is turned off. At this time, the charge stored in the clamp capacitor is prevented from being released to the current-voltage conversion element via the parasitic diode, and the voltage generated in the current-voltage conversion element due to the passing current due to the switching element being turned on is surely applied to the clamp capacitor. It can be accurately converted to a digital value by an AD converter.

(寄生ダイオードを持つクランプ素子を逆向き接続した場合の効果)
また、クランプ素子に寄生ダイオードを持つスイッチ素子を使用し、寄生ダイオードの順方向が、クランプコンデンサから電流電圧変換素子への向きとなるようにクランプ素子が接続され、電流電圧変換素子に発生する電流変換信号の電圧値が寄生ダイオードの順方向降下電圧以下になるように設定されていることで、寄生ダイオードの向きによらず、クランプコンデンサに蓄えられた電荷が放出されることが無く、従って、寄生ダイオードの順方向が、クランプコンデンサから電流電圧変換素子への向きとなるようにクランプ素子を接続することができるようになるため、クランプコンデンサの電位を基準としてクランプ素子を制御することが可能になるためクランプ素子を安定にオンさせることができる。
(Effect when a clamp element with a parasitic diode is connected in the opposite direction)
Further, a switch element having a parasitic diode is used for the clamp element, and the clamp element is connected so that the forward direction of the parasitic diode is the direction from the clamp capacitor to the current-voltage conversion element, and the current generated in the current-voltage conversion element. By setting the voltage value of the conversion signal to be less than or equal to the forward drop voltage of the parasitic diode, the charge stored in the clamp capacitor is not released regardless of the direction of the parasitic diode, and therefore, Since the clamp element can be connected so that the forward direction of the parasitic diode is the direction from the clamp capacitor to the current-voltage conversion element, it is possible to control the clamp element with reference to the potential of the clamp capacitor. Therefore, the clamp element can be turned on stably.

(第2発明の効果)
本発明あっては、電力変換部、電流検出部及び制御回路部を備えたスイッチング電源装置に於いて、電力変換部は、スイッチング素子駆動信号によるスイッチング素子のオンオフによって入力電源が供給する入力電圧を断続電圧に変換した後に整流平滑して直流電圧を生成し、電流検出部は、電流電圧変換素子、クランプ素子、クランプコンデンサ及びバイアス回路から構成され、電流電圧変換素子は、一端がスイッチング素子に接続され、他端が入力電源のグランドに接続され、スイッチング素子を通過する電流を電圧信号である電流変換信号に変換するものであり、クランプ素子は、クランプ素子駆動信号によりオンオフされるスイッチ素子であり、一端が電流電圧変換素子の他端と入力電源のグランドとの接続点に接続され、他端がクランプコンデンサの一端に接続され、クランプ素子がオンの時は電流電圧変換素子とクランプコンデンサを接続して電流電圧変換素子により変換された電流変換信号をクランプコンデンサに充電し、クランプ素子がオフの時は電流電圧変換素子とクランプコンデンサを切離してクランプコンデンサに充電した電流変換信号の放電を阻止してクランプするものであり、クランプコンデンサは、一端が所定のバイアス電圧を発生するバイアス回路を介して制御回路部内のADコンバータの入力に接続され、他端が制御回路部のグランドと電流電圧変換素子の一端の接続点に接続され、制御回路部は、ADコンバータを備え、電流電圧変換素子の一端とクランプコンデンサの他端との接続点をグランドとして動作し、バイアス電圧からクランプコンデンサにクランプされた電流変換信号を差し引いた電圧信号がADコンバータに入力され、スイッチング素子とクランプ素子を同期してオンオフするようにスイッチング素子駆動信号及びクランプ素子駆動信号を出力するようにしたため、前述した第1発明の効果に加え、スイッチング素子に電流定格の大きな素子、例えばNチャネルMOS−FET等のゲート・ソース間に入力容量を持つ素子を用いても、スイッチング素子駆動信号によりスイッチング素子をオンさせるための電流が電流電圧変換素子に流れず、ADコンバータによりスイッチング素子のオンで流れる電流値を取得する場合の誤差が大きくなる問題を解決することができる。
(Effect of the second invention)
In the present invention , in the switching power supply device including the power conversion unit, the current detection unit, and the control circuit unit, the power conversion unit is the input voltage supplied by the input power supply by turning on / off the switching element by the switching element drive signal. Is converted to an intermittent voltage and then rectified and smoothed to generate a DC voltage. The current detector is composed of a current-voltage conversion element, a clamp element, a clamp capacitor, and a bias circuit. One end of the current-voltage conversion element is a switching element. It is connected, the other end is connected to the ground of the input power supply, and the current passing through the switching element is converted into a current conversion signal which is a voltage signal. The clamp element is a switch element that is turned on and off by the clamp element drive signal. Yes, one end is connected to the connection point between the other end of the current-voltage conversion element and the ground of the input power supply, the other end is connected to one end of the clamp capacitor, and when the clamp element is on, the current-voltage conversion element and the clamp capacitor are connected. The current conversion signal converted by the current-voltage conversion element is charged to the clamp capacitor by connecting, and when the clamp element is off, the current-voltage conversion element and the clamp capacitor are separated to prevent the current conversion signal charged in the clamp capacitor from being discharged. One end of the clamp capacitor is connected to the input of the AD converter in the control circuit section via a bias circuit that generates a predetermined bias voltage, and the other end is connected to the ground of the control circuit section and current-voltage conversion. Connected to the connection point at one end of the element, the control circuit unit is equipped with an AD converter, operates with the connection point between one end of the current-voltage conversion element and the other end of the clamp capacitor as ground, and is clamped to the clamp capacitor from the bias voltage. The voltage signal obtained by subtracting the current conversion signal is input to the AD converter, and the switching element drive signal and the clamp element drive signal are output so that the switching element and the clamp element are turned on and off in synchronization. In addition to the above effect, even if an element with a large current rating, for example , an element having an input capacitance between the gate and source such as an N-channel MOS-FET, is used as the switching element, the current for turning on the switching element by the switching element drive signal. Does not flow to the current-voltage conversion element, and it is possible to solve the problem that the error becomes large when the current value that flows when the switching element is turned on by the AD converter is acquired.

(寄生ダイオードを持つクランプ素子を用いた場合の効果)
また、クランプ素子は、寄生ダイオードを持つスイッチ素子が使用され、寄生ダイオードの順方向クランプコンデンサから電流電圧変換素子への向きとなるよう接続されていることで、クランプ素子がオフの際に、クランプコンデンサに蓄えられた電荷が寄生ダイオードを介して電流電圧変換素子へ放出されることを防ぎ、スイッチング素子のオンによる通過電流で電流電圧変換素子に発生した電圧をクランプコンデンサに確実に保持してADコンバータにより正確にデジタル値に変換できる。
(Effect when using a clamp element with a parasitic diode)
Further, the clamp element uses a switch element having a parasitic diode, and is connected so that the forward direction of the parasitic diode is the direction from the clamp capacitor to the current-voltage conversion element, so that when the clamp element is turned off. , Prevents the charge stored in the clamp capacitor from being released to the current-voltage conversion element via the parasitic diode, and securely holds the voltage generated in the current-voltage conversion element by the passing current due to the switching element being turned on. It can be accurately converted to a digital value by an AD converter.

(寄生ダイオードを持つクランプ素子の逆向き接続した場合の効果)
また、クランプ素子は、寄生ダイオードを持つスイッチ素子が使用され、寄生ダイオードの順方向電流電圧変換素子からクランプコンデンサへの向きとなるよう接続され、電流電圧変換素子に発生する電流変換信号の電圧値が寄生ダイオードの順方向降下電圧以下になるように設定されていることで、寄生ダイオードの向きによらず、クランプコンデンサに蓄えられた電荷が放出されることが無く、従って、寄生ダイオードの順方向が、クランプコンデンサから電流電圧変換素子への向きとなるようにクランプ素子を接続することができる。
(Effect of reverse connection of clamp element with parasitic diode)
Further, a switch element having a parasitic diode is used as the clamp element, and the current conversion signal generated in the current-voltage conversion element is connected so that the forward direction of the parasitic diode is the direction from the current-voltage conversion element to the clamp capacitor. By setting the voltage value to be less than or equal to the forward voltage drop of the parasitic diode, the charge stored in the clamp capacitor is not released regardless of the orientation of the parasitic diode, and therefore the parasitic diode The clamp element can be connected so that the forward direction is the direction from the clamp capacitor to the current-voltage conversion element.

(スイッチング素子駆動信号によるクランプ素子の駆動による効果)
また、制御回路部は、クランプ素子駆動信号の代わりにスイッチング素子を駆動するスイッチング素子駆動信号でクランプ素子を駆動するようにしたため、制御回路部にクランプ素子駆動信号を発生する駆動回路を設ける必要がなくなり、回路構成を簡単にしてコストを低減できる。

(Effect of driving the clamp element by the switching element drive signal)
Further, since the control circuit unit drives the clamp element with a switching element drive signal that drives the switching element instead of the clamp element drive signal, it is necessary to provide a drive circuit for generating the clamp element drive signal in the control circuit unit. This eliminates the problem, and the circuit configuration can be simplified and the cost can be reduced.

(クランプ素子のオフをスイッチング素子のオフより速める制御の効果)
制御回路部は、クランプ素子をオフするタイミングを、スイッチング素子をオフするタイミングよりも速くするように制御し、例えば、制御回路部はスイッチング素子及びクランプ素子にスイッチング素子駆動信号を出力し、スイッチング素子にスイッチング素子駆動信号を出力する信号ラインに、スイッチング素子駆動信号のオフタイミングを遅延させるオフ遅延回路を設けるようにしたため、クランプ素子としてクランプ素子駆動信号に速く応答できないスイッチ素子を用いた場合に、ADコンバータで変換する電流値の取得の誤差が大きくなる問題を解決することができる。
(Effect of control that turns off the clamp element faster than turning off the switching element)
The control circuit unit controls the timing at which the clamp element is turned off to be earlier than the timing at which the switching element is turned off. For example, the control circuit unit outputs a switching element drive signal to the switching element and the clamp element, and the switching element. Since an off-delay circuit that delays the off-timing of the switching element drive signal is provided in the signal line that outputs the switching element drive signal, when a switch element that cannot respond quickly to the clamp element drive signal is used as the clamp element. It is possible to solve the problem that the acquisition error of the current value converted by the AD converter becomes large.

スイッチング電源装置の第1実施形態の基本的な構成を示した回路ブロック図Circuit block diagram showing the basic configuration of the first embodiment of the switching power supply device スイッチング電源装置の第1実施形態の具体的な構成を示した回路ブロック図A circuit block diagram showing a specific configuration of a first embodiment of a switching power supply device. 図2のスイッチング電源装置における各部の信号波形を示したタイムチャートTime chart showing signal waveforms of each part in the switching power supply device of FIG. クランプ素子をスイッチング素子駆動信号によりオンオフするスイッチング装置の第1実施形態の変形例を示した回路ブロック図A circuit block diagram showing a modified example of the first embodiment of a switching device that turns on and off a clamp element by a switching element drive signal. スイッチング電源装置の第2実施形態を示した回路ブロック図Circuit block diagram showing a second embodiment of a switching power supply device クランプ素子駆動信号に早く応答できないクランプ素子を使用したスイッチング電源装置における各部の信号波形を示したタイムチャートClamp element A time chart showing the signal waveforms of each part in a switching power supply that uses a clamp element that cannot respond quickly to the drive signal. スイッチング電源装置の第3実施形態を示した回路ブロック図Circuit block diagram showing a third embodiment of a switching power supply device 図7のスイッチング電源装置における各部の信号波形を示したタイムチャートTime chart showing signal waveforms of each part in the switching power supply device of FIG.

[スイッチング電源装置の第1実施形態]
図1はスイッチング電源装置の第1実施形態の基本的な構成を示した回路ブロック図、図2はスイッチング電源装置の第1実施形態の具体的な構成を示した回路ブロック図である。
[First Embodiment of Switching Power Supply Device]
FIG. 1 is a circuit block diagram showing a basic configuration of a first embodiment of a switching power supply device, and FIG. 2 is a circuit block diagram showing a specific configuration of a first embodiment of a switching power supply device.

(回路構成の概要)
図1に示すように、本実施形態のスイッチング電源装置10は、電力変換部12、制御回路部14及び電流検出部16から構成される。電力変換部12はスイッチング素子18、トランス20、整流素子22,24、出力インダクタ26及び出力コンデンサ28を備える。
(Outline of circuit configuration)
As shown in FIG. 1, the switching power supply device 10 of the present embodiment includes a power conversion unit 12, a control circuit unit 14, and a current detection unit 16. The power conversion unit 12 includes a switching element 18, a transformer 20, rectifying elements 22, 24, an output inductor 26, and an output capacitor 28.

制御回路部14はスイッチング素子駆動回路32、クランプ素子駆動回路34及びADコンバータ36を備える。電流検出部16は、電流電圧変換素子38、クランプ素子40及びクランプコンデンサ42を備える。 The control circuit unit 14 includes a switching element drive circuit 32, a clamp element drive circuit 34, and an AD converter 36. The current detection unit 16 includes a current-voltage conversion element 38, a clamp element 40, and a clamp capacitor 42.

ここで、図1では、クランプ素子40をスイッチ素子として記載したが、図2ではクランプ素子40の具体例として、NチャネルMOS−FETを使用している。以下、図2に従って説明を行う。 Here, in FIG. 1, the clamp element 40 is described as a switch element, but in FIG. 2, an N-channel MOS-FET is used as a specific example of the clamp element 40. Hereinafter, description will be given according to FIG.

(電力変換部)
図2に示すように、電力変換部12は、NチャネルMOS−FETを用いたスイッチング素子18を備えており、入力電源11の入力電圧Vinをトランス20の1次巻線20aに接続したスイッチング素子18のオンオフにより断続電圧に変換してトランス20の2次巻線20bに伝達し、2次巻線20bに接続した整流素子22,24により整流した後に、出力インダクタ26と出力コンデンサ28により平滑して生成した直流電圧Voを負荷30に供給している。
(Power conversion unit)
As shown in FIG. 2, the power conversion unit 12 includes a switching element 18 using an N-channel MOS-FET, and a switching element in which the input voltage Vin of the input power supply 11 is connected to the primary winding 20a of the transformer 20. It is converted into an intermittent voltage by turning 18 on and off, transmitted to the secondary winding 20b of the transformer 20, rectified by the rectifying elements 22 and 24 connected to the secondary winding 20b, and then smoothed by the output inductor 26 and the output capacitor 28. The generated DC voltage Vo is supplied to the load 30.

ここで、電力変換部12は、スイッチング素子18、トランス20、整流素子22,24、出力インダクタ26及び出力コンデンサ28により構成されるシングルエンディッドフォワードコンバータを例に用いている。 Here, the power conversion unit 12 uses as an example a single-ended forward converter composed of a switching element 18, a transformer 20, rectifying elements 22, 24, an output inductor 26, and an output capacitor 28.

(電流検出部)
図2に示すように、電流検出部16は、電流検出抵抗を用いた電流電圧変換素子38、NチャネルMOS−FETを用いたクランプ素子40、クランプコンデンサ42から構成されている。
(Current detector)
As shown in FIG. 2, the current detection unit 16 includes a current-voltage conversion element 38 using a current detection resistor, a clamp element 40 using an N-channel MOS-FET, and a clamp capacitor 42.

電流電圧変換素子38は一端がスイッチング素子18に接続され、他端が入力電源11のマイナス側(グランド)と制御回路部14のグランドの接続点に接続されている。クランプ素子40はソース端子Sとなる一端が電流電圧変換素子38の一端とスイッチング素子18の接続点に接続され、クランプ素子40のドレイン端子Dとなる他端はクランプコンデンサ42の一端に接続されている。 One end of the current-voltage conversion element 38 is connected to the switching element 18, and the other end is connected to the connection point between the negative side (ground) of the input power supply 11 and the ground of the control circuit unit 14. One end of the clamp element 40, which is the source terminal S, is connected to one end of the current-voltage conversion element 38 and the connection point of the switching element 18, and the other end of the clamp element 40, which is the drain terminal D, is connected to one end of the clamp capacitor 42. There is.

クランプコンデンサ42の一端は制御回路部14内のADコンバータ36の入力に接続されており、クランプコンデンサ42の他端は、制御回路部14のグランドに接続されている。 One end of the clamp capacitor 42 is connected to the input of the AD converter 36 in the control circuit unit 14, and the other end of the clamp capacitor 42 is connected to the ground of the control circuit unit 14.

電流電圧変換素子38はスイッチング素子通過電流IMを電圧信号である電流変換信号VRsに変換する。電流電圧変換素子38の抵抗値をRsとすると、電圧信号である電流変換信号VRsの電圧は、VRs=IM×Rsとなる。 The current-voltage conversion element 38 converts the switching element passing current IM into current conversion signals VRs which are voltage signals. Assuming that the resistance value of the current-voltage conversion element 38 is Rs, the voltage of the current conversion signal VRs, which is a voltage signal, is VRs = IM × Rs.

クランプ素子40は、クランプ素子駆動回路34から出力されるクランプ素子駆動信号VQでオンオフされるNチャネルMOS−FETを用いたスイッチ素子であり、クランプ素子駆動信号VQのHレベルによりクランプ素子40がオンの時は電流電圧変換素子38とクランプコンデンサ42を接続し、クランプ素子駆動信号VQのLベルによりクランプ素子40がオフの時は電流電圧変換素子38とクランプコンデンサ42を切り離して非導通状態とする。 The clamp element 40 is a switch element using an N-channel MOS-FET that is turned on and off by a clamp element drive signal VQ output from the clamp element drive circuit 34, and the clamp element 40 is turned on by the H level of the clamp element drive signal VQ. In the case of, the current-voltage conversion element 38 and the clamp capacitor 42 are connected, and when the clamp element 40 is off by the L bell of the clamp element drive signal VQ, the current-voltage conversion element 38 and the clamp capacitor 42 are separated to be in a non-conducting state. ..

(制御回路部)
図2に示す制御回路部14は、スイッチング素子駆動回路32、クランプ素子駆動回路34、ADコンバータ36から構成されており、制御回路部14は、電流電圧変換素子38の他端と入力電源11のマイナス側(グランド)との接続点をグランドとして動作している。従って、制御回路部14内のADコンバータ36は、入力電源11のマイナス側をグランドとして動作している。
(Control circuit section)
The control circuit unit 14 shown in FIG. 2 is composed of a switching element drive circuit 32, a clamp element drive circuit 34, and an AD converter 36. The control circuit unit 14 includes the other end of the current-voltage conversion element 38 and the input power supply 11. It operates with the connection point with the minus side (ground) as the ground. Therefore, the AD converter 36 in the control circuit unit 14 operates with the negative side of the input power supply 11 as ground.

また、制御回路部14は、不図示のCPU、メモリ等を備えており、ADコンバータ36の出力となるスイッチング素子通過電流IMのデジタル値に基づいてスイッチング素子18のデューティ等の制御や、スイッチング電源装置全体の制御を行っている。 Further, the control circuit unit 14 includes a CPU, a memory, etc. (not shown), and controls the duty of the switching element 18 based on the digital value of the switching element passing current IM that is the output of the AD converter 36, and a switching power supply. It controls the entire device.

スイッチング素子駆動回路32は、スイッチング素子18へ向けてスイッチング素子駆動信号VTRを出力する。図2では、スイッチング素子18にNチャネルMOS−FETを使用しているので、スイッチング素子駆動信号VTRがHレベルの時はスイッチング素子18がオン、スイッチング素子駆動信号VTRがLレベルの時はスイッチング素子18がオフする。 The switching element drive circuit 32 outputs a switching element drive signal VTR toward the switching element 18. In FIG. 2, since an N-channel MOS-FET is used for the switching element 18, the switching element 18 is turned on when the switching element drive signal VTR is H level, and the switching element is turned on when the switching element drive signal VTR is L level. 18 turns off.

クランプ素子駆動回路34は、クランプ素子40へ向けてクランプ素子駆動信号VQを出力する。図2では、クランプ素子40にNチャネルMOS−FETを使用しているので、クランプ素子駆動信号VQがHレベルの時はクランプ素子40がオンし、クランプ素子駆動信号VQがLレベルの時はクランプ素子40がオフする。また、クランプ素子40は、スイッチング素子18と同期してオンオフするように制御されている。 The clamp element drive circuit 34 outputs a clamp element drive signal VQ toward the clamp element 40. In FIG. 2, since the N-channel MOS-FET is used for the clamp element 40, the clamp element 40 is turned on when the clamp element drive signal VQ is H level, and the clamp is clamped when the clamp element drive signal VQ is L level. The element 40 turns off. Further, the clamp element 40 is controlled to be turned on and off in synchronization with the switching element 18.

ADコンバータ36は、クランプコンデンサ42が出力するアナログ電圧であるクランプ信号VCsが入力され、デジタル値に変換した値を出力する。ADコンバータ36は、スイッチング素子18のオン時間よりも変換時間が長い低速のADコンバータを用いることができる。 The AD converter 36 receives the clamp signals VCs, which are analog voltages output by the clamp capacitor 42, and outputs the value converted into a digital value. As the AD converter 36, a low-speed AD converter having a conversion time longer than the on-time of the switching element 18 can be used.

(回路動作)
図3は図2のスイッチング電源装置における各部の信号波形を示したタイムチャートであり、図3(A)はスイッチング素子駆動信号VTRを示し、図3(B)はスイッチング素子通過電流IMを示し、図3(C)は電流電圧変換素子38の電圧信号となる電流変換信号VRsを示し、図3(D)はクランプ素子駆動信号VQを示し、図3(E)はクランプコンデンサ42のクランプ信号VCsを示す。
(Circuit operation)
3A and 3B are time charts showing signal waveforms of each part in the switching power supply device of FIG. 2, FIG. 3A shows a switching element drive signal VTR, and FIG. 3B shows a switching element passing current IM. FIG. 3C shows current conversion signals VRs which are voltage signals of the current-voltage conversion element 38, FIG. 3D shows a clamp element drive signal VQ, and FIG. 3E shows clamp signals VCs of the clamp capacitor 42. Is shown.

(電力変換動作)
スイッチング素子駆動回路32は、図3(A)に示すように、スイッチング素子駆動信号VTRをスイッチング素子18に向けて出力する。スイッチング素子駆動信号VTRがHレベルのときスイッチング素子18がオンし、スイッチング素子駆動信号VTRがLレベルのときスイッチング素子18がオフする。
(Power conversion operation)
As shown in FIG. 3A, the switching element drive circuit 32 outputs the switching element drive signal VTR toward the switching element 18. When the switching element drive signal VTR is H level, the switching element 18 is turned on, and when the switching element drive signal VTR is L level, the switching element 18 is turned off.

スイッチング素子18のオンオフにより、入力電源11から供給された入力電圧Vinが断続電圧に変換される。断続電圧は電力変換部12で変圧、整流、平滑されることで、出力電圧Voが生成され、負荷30に供給される。制御回路部14は、出力電圧Voが所定の値となるようにスイッチング素子18のオンデューティを制御している。 By turning the switching element 18 on and off, the input voltage Vin supplied from the input power supply 11 is converted into an intermittent voltage. The intermittent voltage is transformed, rectified, and smoothed by the power conversion unit 12, so that an output voltage Vo is generated and supplied to the load 30. The control circuit unit 14 controls the on-duty of the switching element 18 so that the output voltage Vo becomes a predetermined value.

図3(B)に示すように、スイッチング素子18がオンの時にはスイッチング素子通過電流IMが流れ、スイッチング素子18がオフの時にはスイッチング素子通過電流IMが流れない。スイッチング電源装置10は、スイッチング素子通過電流IM、スイッチング素子18のオンデューティ、入力電圧Vin及びスイッチング電源装置10の変換効率の全てを乗じた値と、電力変換部12から負荷30へ出力される出力電流Ioに出力電圧Voを乗じた値が等しくなる。従って、出力電流Ioが増加するとスイッチング素子通過電流IMが増加し、出力電流Ioが低下するとスイッチング素子通過電流IMが低下する動作となる。 As shown in FIG. 3B, when the switching element 18 is on, the switching element passing current IM flows, and when the switching element 18 is off, the switching element passing current IM does not flow. The switching power supply device 10 is a value obtained by multiplying all of the switching element passing current IM, the on-duty of the switching element 18, the input voltage Vin, and the conversion efficiency of the switching power supply device 10, and the output output from the power conversion unit 12 to the load 30. The value obtained by multiplying the current Io by the output voltage Vo becomes equal. Therefore, when the output current Io increases, the switching element passing current IM increases, and when the output current Io decreases, the switching element passing current IM decreases.

(電流検出動作)
スイッチング素子通過電流IMは電流検出抵抗である電流電圧変換素子38を流れる。電流電圧変換素子38には、スイッチング素子通過電流IMに比例した電圧信号である電流変換信号VRsが発生する。従って、図3(C)に示すように、スイッチング素子18がオンの時には、電流変換信号VRsは、スイッチング素子通過電流IMに電流電圧変換素子38の抵抗値を乗じて求められる電圧信号としての電流変換信号VRs(=IM×Rs)が発生し、スイッチング素子18がオフの時には電流変換信号VRsはゼロとなる。
(Current detection operation)
The switching element passing current IM flows through the current-voltage conversion element 38, which is a current detection resistor. The current-voltage conversion element 38 generates current conversion signals VRs, which are voltage signals proportional to the switching element passing current IM. Therefore, as shown in FIG. 3C, when the switching element 18 is on, the current conversion signal VRs is the current as a voltage signal obtained by multiplying the switching element passing current IM by the resistance value of the current-voltage conversion element 38. When the conversion signal VRs (= IM × Rs) is generated and the switching element 18 is off, the current conversion signal VRs becomes zero.

(クランプ動作)
クランプ素子駆動回路34は、図3(D)に示すように、クランプ素子駆動信号VQをクランプ素子40に向けて出力する。スイッチング素子18がオンのときにクランプ素子40がオンし、スイッチング素子18がオフのときにクランプ素子40がオフするようにクランプ素子駆動信号VQが制御される。
(Clamp operation)
As shown in FIG. 3D, the clamp element drive circuit 34 outputs the clamp element drive signal VQ toward the clamp element 40. The clamp element drive signal VQ is controlled so that the clamp element 40 is turned on when the switching element 18 is on and the clamp element 40 is turned off when the switching element 18 is off.

クランプ素子40がオンのとき、スイッチング素子18もオンしているので、スイッチング素子通過電流IMが電流電圧変換素子38を流れており、スイッチング素子通過電流IMに電流電圧変換素子38の抵抗値Rsを乗じて求められる電圧が発生している。 When the clamp element 40 is on, the switching element 18 is also on, so the switching element passing current IM is flowing through the current-voltage conversion element 38, and the resistance value Rs of the current-voltage conversion element 38 is set to the switching element passing current IM. The voltage required by multiplying is generated.

ここでは、クランプ素子40がオンしているため、電流電圧変換素子38とクランプコンデンサ42が導通状態となり、クランプコンデンサ42は電流電圧変換素子38に発生している電流変換信号VRsの電圧で充電される。従って、クランプコンデンサ42の発生電圧であるクランプ信号VCsは、スイッチング素子通過電流IMに電流電圧変換素子38の抵抗値を乗じて求められる電流変換信号VRsの電圧となる。 Here, since the clamp element 40 is turned on, the current-voltage conversion element 38 and the clamp capacitor 42 are in a conductive state, and the clamp capacitor 42 is charged by the voltage of the current conversion signals VRs generated in the current-voltage conversion element 38. NS. Therefore, the clamp signal VCs, which is the voltage generated by the clamp capacitor 42, is the voltage of the current conversion signal VRs obtained by multiplying the switching element passing current IM by the resistance value of the current-voltage conversion element 38.

クランプ素子40がオフのとき、スイッチング素子18もオフしているので、スイッチング素子通過電流IMが電流電圧変換素子38を流れず、電流電圧変換素子38には電圧が発生していない。 When the clamp element 40 is off, the switching element 18 is also off, so that the switching element passing current IM does not flow through the current-voltage conversion element 38, and no voltage is generated in the current-voltage conversion element 38.

ここではクランプ素子40がオフしているため、電流電圧変換素子38とクランプコンデンサ42が非導通状態となっており、クランプコンデンサ42の電荷は電流電圧変換素子38を介して放電されることがなく、電流電圧変換素子38の発生電圧が無くなってもクランプコンデンサ42のクランプ信号VCsは、スイッチング素子通過電流IMに電流電圧変換素子38の抵抗値を乗じて求められる電流変換信号VRsの電圧が保持されている状態となる。 Here, since the clamp element 40 is off, the current-voltage conversion element 38 and the clamp capacitor 42 are in a non-conducting state, and the charge of the clamp capacitor 42 is not discharged via the current-voltage conversion element 38. Even if the generated voltage of the current-voltage conversion element 38 disappears, the clamp signal VCs of the clamp capacitor 42 retains the voltage of the current conversion signal VRs obtained by multiplying the switching element passing current IM by the resistance value of the current-voltage conversion element 38. It will be in the state of being.

(ADコンバータ動作)
クランプコンデンサ42に保持されたクランプ信号VCsはADコンバータ36に入力されてデジタル値に変換される。クランプコンデンサ42のクランプ信号VCsは、スイッチング素子18がオンオフの何れの場合でも、スイッチング素子通過電流IMに電流電圧変換素子38の抵抗値を乗じて求められる電流変換信号VRsの電圧が保持されている状態となっているため、ADコンバータ36の変換動作が遅いものを使用しても、スイッチング素子18を流れる電流を正常にデジタル値に変換することができる。
(AD converter operation)
The clamp signals VCs held in the clamp capacitor 42 are input to the AD converter 36 and converted into digital values. The clamp signal VCs of the clamp capacitor 42 holds the voltage of the current conversion signal VRs obtained by multiplying the switching element passing current IM by the resistance value of the current-voltage conversion element 38 regardless of whether the switching element 18 is on or off. Since it is in the state, the current flowing through the switching element 18 can be normally converted into a digital value even if the AD converter 36 having a slow conversion operation is used.

(第1実施形態のメリット)
以上のように本実施形態のスイッチング電源装置10では、スイッチング素子18のオン期間に対して変換時間の遅い低速のADコンバータ36を使用しても、スイッチング素子通過電流IMを正常にデジタル値に変換することができる。
(Advantages of the first embodiment)
As described above, in the switching power supply device 10 of the present embodiment, even if a low-speed AD converter 36 whose conversion time is slower than the ON period of the switching element 18 is used, the switching element passing current IM is normally converted into a digital value. can do.

これにより、従来技術で問題となっていた高速で高価なADコンバータを使用する必要が無く、スイッチング周波数の高いスイッチング電源装置においてADコンバータ36を用いてスイッチング素子18を流れる電流を取得する際にスイッチング電源装置が高コストなものになってしまう課題を解決できる。 This eliminates the need to use a high-speed and expensive AD converter, which has been a problem in the prior art, and switches when acquiring the current flowing through the switching element 18 using the AD converter 36 in a switching power supply device having a high switching frequency. It can solve the problem that the power supply becomes expensive.

また、スイッチング周波数が低いスイッチング電源装置においても、出力電圧可変により出力電圧を低く設定した場合や、過電流保護回路により出力電圧を垂下させる過電流保護動作が行われた場合に、スイッチング素子18のオン時間が短くなっても、クランプコンデンサ42にスイッチング素子18を流れる電流から変換した電圧が保持されているため、高速で高価なADコンバータを使用する必要が無く、ADコンバータ36を用いてスイッチング素子18を流れる電流を取得する際にスイッチング電源装置が高コストなものになってしまう課題を解決できる。 Further, even in a switching power supply device having a low switching frequency, when the output voltage is set low by changing the output voltage or when the overcurrent protection operation for dropping the output voltage is performed by the overcurrent protection circuit, the switching element 18 Even if the on-time is shortened, since the voltage converted from the current flowing through the switching element 18 is held in the clamp capacitor 42, it is not necessary to use a high-speed and expensive AD converter, and the switching element is used by using the AD converter 36. It is possible to solve the problem that the switching power supply device becomes expensive when acquiring the current flowing through 18.

さらには、スイッチング素子18を流れる電流を電圧に変換する際に電流検出抵抗を用いた電流電圧変換素子38に発生する電圧が平均化されずにADコンバータに入力されることから、電流検出抵抗の抵抗値を大きくして発生する電圧を大きくする必要がなく、小さな抵抗値の電流検出抵抗を使用することで損失が低くてもADコンバータに十分な電圧を入力することができ、スイッチング電源装置の変換効率が低下する問題を解決でき、また、分解能の高いADコンバータを使用する必要もなくなるためスイッチング電源装置が高コストになってしまう問題も解決できる。 Further, since the voltage generated in the current-voltage conversion element 38 using the current detection resistance when converting the current flowing through the switching element 18 into a voltage is input to the AD converter without being averaged, the current detection resistance It is not necessary to increase the voltage generated by increasing the resistance value, and by using a current detection resistor with a small resistance value, it is possible to input a sufficient voltage to the AD converter even if the loss is low. The problem of reduced conversion efficiency can be solved, and the problem of high cost of the switching power supply device can be solved because it is not necessary to use an AD converter having high resolution.

(クランプ素子の方向)
図2のクランプ素子40に用いたNチャネルMOS−FETは、ソース端子Sを電流電圧変換素子38と接続し、ドレイン端子Dをクランプコンデンサ42と接続している。これは、クランプ素子40に用いたNチャネルMOS−FETの寄生ダイオード44の方向を考慮しているためであり、寄生ダイオード44の順方向が電流電圧変換素子38からクランプコンデンサ42への向きとなるように接続している。これにより、クランプ素子40がオフの際に、クランプコンデンサ42に蓄えられた電荷が電流電圧変換素子38へ放電されることを防いでいる。
(Direction of clamp element)
In the N-channel MOS-FET used for the clamp element 40 of FIG. 2, the source terminal S is connected to the current-voltage conversion element 38, and the drain terminal D is connected to the clamp capacitor 42. This is because the direction of the parasitic diode 44 of the N-channel MOS-FET used for the clamp element 40 is taken into consideration, and the forward direction of the parasitic diode 44 is the direction from the current-voltage conversion element 38 to the clamp capacitor 42. It is connected like. This prevents the electric charge stored in the clamp capacitor 42 from being discharged to the current-voltage conversion element 38 when the clamp element 40 is turned off.

ここで、一般的な寄生ダイオードは順方向に電圧降下(0.3V〜1V程度)を持っているため、この値よりも小さな電圧を印加しても順方向に電流が流れない。この特性を利用し、電流電圧変換素子38に発生する電流変換信号VRsの電圧値が寄生ダイオード44の順方向降下電圧値以下であれば、寄生ダイオード44の向きによらず、クランプコンデンサ42に蓄えられた電荷が放電されることが無い。 Here, since a general parasitic diode has a voltage drop (about 0.3V to 1V) in the forward direction, no current flows in the forward direction even if a voltage smaller than this value is applied. Utilizing this characteristic, if the voltage value of the current conversion signals VRs generated in the current-voltage conversion element 38 is equal to or less than the forward voltage drop value of the parasitic diode 44, it is stored in the clamp capacitor 42 regardless of the direction of the parasitic diode 44. The charged charge is not discharged.

従って、電流電圧変換素子38に発生する電流変換信号VRsの電圧値を寄生ダイオード44の順方向降下電圧値以下となるように設定している場合は、クランプ素子40のドレイン端子Dを電流電圧変換素子38と接続し、ソース端子Sをクランプコンデンサ42と接続することができる。 Therefore, when the voltage value of the current conversion signals VRs generated in the current-voltage conversion element 38 is set to be equal to or less than the forward voltage drop value of the parasitic diode 44, the drain terminal D of the clamp element 40 is converted to current-voltage. It can be connected to the element 38 and the source terminal S can be connected to the clamp capacitor 42.

クランプ素子40のソース端子Sをクランプコンデンサ42と接続した場合は、ソース端子Sを電流電圧変換素子38に接続した場合よりもクランプ素子40を安定に動作させることができるという効果が得られる。以下、理由を述べる。 When the source terminal S of the clamp element 40 is connected to the clamp capacitor 42, the effect that the clamp element 40 can be operated more stably than when the source terminal S is connected to the current-voltage conversion element 38 can be obtained. The reason will be described below.

クランプ素子40がNチャネルMOS−FETの場合には、クランプ素子40はソース端子Sを基準としてゲート端子Gがソース端子Sに印加されている電圧よりも所定のしきい値電圧だけ高い電圧が印加されるとオンし、低い電圧が印加されるとオフする動作となる。一般的なスイッチング電源装置では、スイッチング素子18がオンした直後の短い時間の間はサージ電流が流れる場合が多い。このサージ電流はスイッチング素子通過電流IMと比較して数倍になることも有り、また、高周波の振動成分を持っていることが多いため、電流電圧変換素子38に高周波の電圧振動を伴った高い電圧を発生させる。 When the clamp element 40 is an N-channel MOS-FET, a voltage is applied to the clamp element 40 by a predetermined threshold voltage higher than the voltage applied to the source terminal S by the gate terminal G with reference to the source terminal S. When it is applied, it turns on, and when a low voltage is applied, it turns off. In a general switching power supply device, a surge current often flows for a short time immediately after the switching element 18 is turned on. This surge current may be several times higher than that of the switching element passing current IM, and since it often has a high-frequency vibration component, the current-voltage conversion element 38 is accompanied by high-frequency voltage vibration. Generate a voltage.

クランプ素子40のソース端子Sを電流電圧変換素子38に接続した場合は、クランプ素子40のソース端子Sにサージ電流で発生する高い電圧が印加されることになり、サージ電流が流れている期間は、クランプ素子40がオンできなかったり、高速にオンオフを繰り返すといった不具合が発生する。 When the source terminal S of the clamp element 40 is connected to the current-voltage conversion element 38, a high voltage generated by the surge current is applied to the source terminal S of the clamp element 40, and the surge current is flowing during the period. , The clamp element 40 cannot be turned on, or the clamp element 40 is repeatedly turned on and off at high speed.

これに対して、クランプコンデンサ42は、スイッチング素子18がオンした直後のサージ電流の影響を受けずに安定な電圧が維持されているため、クランプ素子40のソース端子Sをクランプコンデンサ42に接続した場合は、クランプ素子40のソース端子Sにはサージ電流で発生する高周波の電圧振動を伴った高い電圧が印加されることがない。従って、クランプ素子40はクランプコンデンサ42の電位を基準として制御することが可能となり、クランプ素子40を安定にオンさせることができる。 On the other hand, since the clamp capacitor 42 maintains a stable voltage without being affected by the surge current immediately after the switching element 18 is turned on, the source terminal S of the clamp element 40 is connected to the clamp capacitor 42. In this case, a high voltage accompanied by high-frequency voltage vibration generated by a surge current is not applied to the source terminal S of the clamp element 40. Therefore, the clamp element 40 can be controlled with reference to the potential of the clamp capacitor 42, and the clamp element 40 can be stably turned on.

(第1実施形態の変形例1)
図1及び図2の実施形態では、電力変換部12としてシングルエンディッドフォワードコンバータを用いているが、入力電圧Vinをスイッチング素子18のオンオフにより断続電圧に変換し、断続電圧を整流平滑することで出力電圧Voを発生させる回路であれば、どのような回路方式を使用しても良く、例えば、ブリッジコンバータ、フライバックコンバータ、チョッパー回路等を使用しても良い。
(Modification 1 of the first embodiment)
In the embodiment of FIGS. 1 and 2, a single-ended forward converter is used as the power conversion unit 12, but the input voltage Vin is converted into an intermittent voltage by turning on / off the switching element 18, and the intermittent voltage is rectified and smoothed. Any circuit method may be used as long as it is a circuit that generates an output voltage Vo, and for example, a bridge converter, a flyback converter, a chopper circuit, or the like may be used.

また、図1及び図2の実施形態では、スイッチング素子18としてNチャネルMOS−FETを用いているが、スイッチング素子18のオンオフにより断続電圧を発生できるものであれば、PチャネルMOS−FETやバイポーラトランジスタ等でも構わない。 Further, in the embodiments of FIGS. 1 and 2, an N-channel MOS-FET is used as the switching element 18, but a P-channel MOS-FET or a bipolar can be used as long as an intermittent voltage can be generated by turning the switching element 18 on and off. It may be a transistor or the like.

また、図2の実施形態では、クランプ素子40としてNチャネルMOS−FETを用いているが、同じ動作を実現できるものであれば、PチャネルMOS−FETやバイポーラトランジスタ等でも良い。 Further, in the embodiment of FIG. 2, an N-channel MOS-FET is used as the clamp element 40, but a P-channel MOS-FET, a bipolar transistor, or the like may be used as long as the same operation can be realized.

(第1実施形態の変形例2)
図4はクランプ素子をスイッチング素子駆動信号によりオンオフするスイッチング装置の第1実施形態の変形例を示した回路ブロック図である。
(Modification 2 of the first embodiment)
FIG. 4 is a circuit block diagram showing a modified example of the first embodiment of the switching device that turns the clamp element on and off by the switching element drive signal.

図1及び図2の実施形態では、制御回路部14にスイッチング素子駆動回路32とクランプ素子駆動回路34を設けているが、図4の実施形態にあっては、制御回路部14にクランプ素子駆動回路34が設けられておらず、スイッチング素子駆動回路32からのスイッチング素子駆動信号VTRを、そのままクランプ素子駆動信号VQとしてクランプ素子40に向けて出力している。 In the embodiment of FIGS. 1 and 2, the control circuit unit 14 is provided with the switching element drive circuit 32 and the clamp element drive circuit 34, but in the embodiment of FIG. 4, the control circuit unit 14 drives the clamp element. The circuit 34 is not provided, and the switching element drive signal VTR from the switching element drive circuit 32 is output as it is to the clamp element 40 as the clamp element drive signal VQ.

このためクランプ素子40はスイッチング素子18と同期してオンオフされ、図1及び図2の実施形態と同じ動作を実現できる。 Therefore, the clamp element 40 is turned on and off in synchronization with the switching element 18, and the same operation as that of the embodiment of FIGS. 1 and 2 can be realized.

また、制御回路部14にクランプ素子駆動回路34を設ける必要がないことから、その分、回路構成を簡単にしてコストを低減できる。 Further, since it is not necessary to provide the clamp element drive circuit 34 in the control circuit unit 14, the circuit configuration can be simplified and the cost can be reduced accordingly.

[スイッチング電源装置の第2実施形態]
図5はスイッチング電源装置の第2実施形態を示した回路ブロック図である。
[Second Embodiment of Switching Power Supply Device]
FIG. 5 is a circuit block diagram showing a second embodiment of the switching power supply device.

(第1実施形態の課題)
図1乃至図4に示した第1実施形態のスイッチング電源装置10では、スイッチング素子18に電流定格の大きな素子を用いる場合にADコンバータ36による電流値の取得の誤差が大きくなる問題が発生する場合がある。これは、スイッチング素子18に大きな入力容量Ciss(スイッチング素子のゲート−ソース間容量)を持つNチャネルMOS−FET等を用いた場合に見られる。
(Problem of the first embodiment)
In the switching power supply device 10 of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 4, when an element having a large current rating is used for the switching element 18, there is a problem that the error of acquiring the current value by the AD converter 36 becomes large. There is. This can be seen when an N-channel MOS-FET or the like having a large input capacitance Ciss (gate-source capacitance of the switching element) is used for the switching element 18.

図2のスイッチング電源装置10では、スイッチング素子18は、制御回路部14内のスイッチング素子駆動回路32で制御されている。スイッチング素子駆動回路32は制御回路部14内にあるため、入力電源11のマイナス側と電流電圧変換素子38の接続点をグランドとして動作している。 In the switching power supply device 10 of FIG. 2, the switching element 18 is controlled by the switching element drive circuit 32 in the control circuit unit 14. Since the switching element drive circuit 32 is located in the control circuit unit 14, it operates with the connection point between the negative side of the input power supply 11 and the current-voltage conversion element 38 as ground.

スイッチング素子駆動回路32がスイッチング素子18をオンさせる場合、
「(制御回路部14内のスイッチング素子駆動回路32)→(スイッチング素子18のゲート端子Gからソース端子Sの入力容量Ciss)→(電流電圧変換素子38の一端から他端)→(制御回路部14のグランド)」
の経路で電流が流れる。
When the switching element drive circuit 32 turns on the switching element 18.
"(Switching element drive circuit 32 in the control circuit unit 14)-> (Input capacitance Ciss from the gate terminal G to the source terminal S of the switching element 18)-> (From one end to the other end of the current-voltage conversion element 38)-> (Control circuit unit 14 grounds) "
Current flows through the path of.

従って、スイッチング素子18をオンさせる場合、電流電圧変換素子38には、スイッチング素子通過電流IMに加えて、スイッチング素子18をオンさせるための電流ITRonが流れる。 Therefore, when the switching element 18 is turned on, a current ITRON for turning on the switching element 18 flows in the current-voltage conversion element 38 in addition to the switching element passing current IM.

ここで、スイッチング素子18に電流定格の大きな素子の場合は入力容量Cissも大きくなるため、スイッチング素子18をオンさせるための電流ITRonも大きくなってしまう。スイッチング素子18をオンさせるための電流ITRonが大きくなるとスイッチング素子通過電流IMをADコンバータ36でデジタル値に変換して取得する際の誤差になってしまう。図5の第2実施形態のスイッチング電源装置は、この課題を解決する。 Here, in the case of an element having a large current rating for the switching element 18, the input capacitance Ciss also increases, so that the current ITRON for turning on the switching element 18 also increases. If the current ITRON for turning on the switching element 18 becomes large, an error occurs when the switching element passing current IM is converted into a digital value by the AD converter 36 and acquired. The switching power supply device of the second embodiment of FIG. 5 solves this problem.

(第2実施形態の構成と動作)
図5に示すように、本実施形態のスイッチング電源装置は、図1及び図2の第1実施形態のスイッチング電源装置と比較して、電流検出部16の構成と制御回路部14のグランド位置が異なる。
(Configuration and operation of the second embodiment)
As shown in FIG. 5, the switching power supply device of the present embodiment has a configuration of the current detection unit 16 and a ground position of the control circuit unit 14 as compared with the switching power supply device of the first embodiment of FIGS. 1 and 2. different.

図5に示すように、本実施形態では、制御回路部14のグランドがスイッチング素子18と電流電圧変換素子38の一端の接続点に接続されている。これにより、スイッチング素子駆動回路32がスイッチング素子18をオンさせる動作において、
「(制御回路部14内のスイッチング素子駆動回路32)→(スイッチング素子18のゲート端子Gからソース端子Sの入力容量Ciss)→(制御回路部14のグランド)」
の経路でスイッチング素子18をオンさせる電流ITRonが流れ、電流電圧変換素子38にスイッチング素子18をオンさせる電流ITRonが流れない。
As shown in FIG. 5, in the present embodiment, the ground of the control circuit unit 14 is connected to the connection point at one end of the switching element 18 and the current-voltage conversion element 38. As a result, in the operation in which the switching element drive circuit 32 turns on the switching element 18.
"(Switching element drive circuit 32 in the control circuit unit 14) → (Input capacitance Ciss from the gate terminal G of the switching element 18 to the source terminal S) → (Ground of the control circuit unit 14)"
The current ITRON that turns on the switching element 18 flows in the path of, and the current ITRON that turns on the switching element 18 does not flow in the current-voltage conversion element 38.

このためスイッチング素子18に大きな入力容量Ciss(スイッチング素子のゲート−ソース間容量)を持つNチャネルMOS−FET等を用いることで、スイッチング素子18をオンさせるための電流ITRonが大きくなっても、スイッチング素子通過電流IMをADコンバータ36でデジタル値に変換する際の誤差は発生しない。 Therefore, by using an N-channel MOS-FET or the like having a large input capacitance Ciss (gate-source capacitance of the switching element) for the switching element 18, switching is performed even if the current ITRon for turning on the switching element 18 becomes large. No error occurs when the element passing current IM is converted into a digital value by the AD converter 36.

また、本実施形態においても、スイッチング素子18がオンのときにクランプ素子40がオンし、スイッチング素子18がオフのときにクランプ素子40がオフすることで、電流電圧変換素子38に発生する電流変換信号VRsの電圧がクランプコンデンサ42にクランプ信号VCsとして蓄えられる動作は、図2の第1実施形態と同様である。 Further, also in the present embodiment, the current conversion generated in the current-voltage conversion element 38 is caused by turning on the clamp element 40 when the switching element 18 is on and turning off the clamp element 40 when the switching element 18 is off. The operation in which the voltage of the signal VRs is stored in the clamp capacitor 42 as the clamp signal VCs is the same as that of the first embodiment of FIG.

(電流検出部の相違点)
図5に示した第2実施形態における電流検出部16の図2に示した第1実施形態に対する相違点は、電流電圧変換素子38が制御回路部14のグランドと入力電源11のマイナス側の接続点との間に接続されており、クランプコンデンサ42の他端が制御回路部14のグランドに接続されていることである。なお、図2では、クランプコンデンサ42の他端は制御回路部14のグランドと入力電源11のマイナス側の接続点に接続されている。
(Differences in current detector)
The difference between the current detection unit 16 in the second embodiment shown in FIG. 5 and the first embodiment shown in FIG. 2 is that the current-voltage conversion element 38 is connected to the ground of the control circuit unit 14 and the negative side of the input power supply 11. It is connected to the point, and the other end of the clamp capacitor 42 is connected to the ground of the control circuit unit 14. In FIG. 2, the other end of the clamp capacitor 42 is connected to the ground of the control circuit unit 14 and the connection point on the minus side of the input power supply 11.

このため、クランプコンデンサ42の他端(制御回路部14のグランドと接続される側)はプラスの電圧となり、クランプコンデンサ42の一端(クランプ素子40の他端と接続される側)は、制御回路部14のグランドに対してマイナスの電圧を持つことになる。 Therefore, the other end of the clamp capacitor 42 (the side connected to the ground of the control circuit unit 14) becomes a positive voltage, and one end of the clamp capacitor 42 (the side connected to the other end of the clamp element 40) becomes the control circuit. It will have a negative voltage with respect to the ground of the part 14.

一般的なADコンバータはマイナスの電圧をデジタル値に変換することができず、また、回路の誤動作を引き起こす原因となるため、マイナスの電圧を入力することは許可されていない。 It is not allowed to input a negative voltage because a general AD converter cannot convert a negative voltage into a digital value and causes a circuit malfunction.

そこで、本実施形態では、クランプコンデンサ42の一端とADコンバータ36の入力の間にバイアス回路46を挿入している。バイアス回路46は、電圧源Vcc、抵抗48,50の分圧回路で構成され、抵抗48に発生する電圧をバイアス電圧Vbとして用いている。 Therefore, in the present embodiment, the bias circuit 46 is inserted between one end of the clamp capacitor 42 and the input of the AD converter 36. The bias circuit 46 is composed of a voltage source Vcc and a voltage dividing circuit of resistors 48 and 50, and uses the voltage generated in the resistors 48 as the bias voltage Vb.

スイッチング素子18のオンにより流れるスイッチング素子通過電流IMにより電流電圧変換素子38に発生した電流変換信号VRsの電圧は、クランプ素子40のオンによりクランプコンデンサ42に充電されて保持され、ADコンバータ36の入力とグランドの間には、バイアス回路46の抵抗48とクランプコンデンサ42を直列接続した回路の電圧が加わり、これがADコンバータ36の入力となる。 The voltage of the current conversion signals VRs generated in the current-voltage conversion element 38 by the switching element passing current IM flowing by turning on the switching element 18 is charged and held in the clamp capacitor 42 by turning on the clamp element 40, and is input to the AD converter 36. Between and ground, the voltage of the circuit in which the resistor 48 of the bias circuit 46 and the clamp capacitor 42 are connected in series is applied, and this becomes the input of the AD converter 36.

即ち、ADコンバータ36には、バイアス電圧Vbからクランプ信号VCsを差し引いた電圧信号VCbs=Vb−VCsが入力される。 That is, the voltage signal VCbs = Vb-VCs obtained by subtracting the clamp signal VCs from the bias voltage Vb is input to the AD converter 36.

このため本実施形態では、スイッチング素子通過電流IMが大きくなるほど、クランプコンデンサ42の一端のクランプ電圧VCsがマイナス方向に大きくなることから、ADコンバータ36で取得したいスイッチング素子通過電流IMの最大値に対して電流電圧変換素子38に発生する電圧以上にバイアス電圧Vbを設定する必要がある。 Therefore, in the present embodiment, as the switching element passing current IM becomes larger, the clamp voltage VCs at one end of the clamp capacitor 42 becomes larger in the negative direction. Therefore, with respect to the maximum value of the switching element passing current IM to be acquired by the AD converter 36. It is necessary to set the bias voltage Vb higher than the voltage generated in the current-voltage conversion element 38.

例えば、ADコンバータ36で取得したいスイッチング素子通過電流IMの最大値に対して電流電圧変換素子38に発生する電圧とバイアス電圧Vbを等しくなるように設定した場合は、スイッチング素子通過電流IMがゼロの時はADコンバータ36に入力される電圧VCbsがバイアス電圧Vbとなり、スイッチング素子通過電流IMが最大の時はADコンバータ36に入力される電圧VCbsがゼロとなり、電流電圧変換素子38に発生する電圧とADコンバータ36で変換するデジタル値は反比例して変化する関係となる。 For example, when the voltage generated in the current-voltage conversion element 38 and the bias voltage Vb are set to be equal to the maximum value of the switching element passing current IM to be acquired by the AD converter 36, the switching element passing current IM is zero. At the time, the voltage VCbs input to the AD converter 36 becomes the bias voltage Vb, and when the switching element passing current IM is maximum, the voltage VCbs input to the AD converter 36 becomes zero, and the voltage generated at the current-voltage conversion element 38. The digital value converted by the AD converter 36 changes in inverse proportion.

(第2実施形態のメリット)
このような第2実施形態のスイッチング電源装置10の構成と動作により、第1実施形態のスイッチング電源装置のメリットに加え、スイッチング素子18に電流定格の大きな素子を用いる場合にADコンバータ36による電流値の取得の誤差が大きくなる問題を解決することができる。
(Advantages of the second embodiment)
Due to the configuration and operation of the switching power supply device 10 of the second embodiment, in addition to the merits of the switching power supply device of the first embodiment, the current value of the AD converter 36 when an element having a large current rating is used for the switching element 18 It is possible to solve the problem that the acquisition error of is large.

(クランプ素子の方向)
図5のクランプ素子40に用いたNチャネルMOS−FETは、ソース端子Sをクランプ素子42と接続し、ドレイン端子Dを電流電圧変換素子38と接続している。これは、クランプ素子40に用いたNチャネルMOS−FETの寄生ダイオード44の方向を考慮しているためであり、寄生ダイオード44の順方向がクランプコンデンサ42から電流電圧変換素子38への向きとなるように接続している(クランプコンデンサ42に発生する電圧の極性が第1実施形態と逆の極性となるため、寄生ダイオード44の方向を逆としている)。
(Direction of clamp element)
In the N-channel MOS-FET used for the clamp element 40 of FIG. 5, the source terminal S is connected to the clamp element 42, and the drain terminal D is connected to the current-voltage conversion element 38. This is because the direction of the parasitic diode 44 of the N-channel MOS-FET used for the clamp element 40 is taken into consideration, and the forward direction of the parasitic diode 44 is the direction from the clamp capacitor 42 to the current-voltage conversion element 38. (Since the polarity of the voltage generated in the clamp capacitor 42 is opposite to that of the first embodiment, the direction of the parasitic diode 44 is reversed).

これにより、クランプ素子40がオフの際に、クランプコンデンサ42に蓄えられた電荷が電流電圧変換素子38へ放電されることを防いでいる。第2実施形態においても、電流電圧変換素子38に発生する電流変換信号VRsの電圧値が寄生ダイオード44の順方向降下電圧値以下となるように設定すれば、寄生ダイオード44の方向によらず、クランプコンデンサ42に蓄えられた電荷が放電されることが無いため、寄生ダイオード44の方向が図5と逆になるようにクランプ素子40を用いてもかまわない。 This prevents the electric charge stored in the clamp capacitor 42 from being discharged to the current-voltage conversion element 38 when the clamp element 40 is turned off. Also in the second embodiment, if the voltage value of the current conversion signals VRs generated in the current-voltage conversion element 38 is set to be equal to or less than the forward voltage drop value of the parasitic diode 44, the direction of the parasitic diode 44 does not matter. Since the electric charge stored in the clamp capacitor 42 is not discharged, the clamp element 40 may be used so that the direction of the parasitic diode 44 is opposite to that in FIG.

[スイッチング電源装置の第3実施形態]
図6はクランプ素子駆動信号に早く応答できないクランプ素子を使用した第1実施形態のスイッチング電源装置における各部の信号波形を示したタイムチャートであり、図6(A)はスイッチング素子駆動信号VTRを示し、図6(B)はスイッチング素子通過電流IMを示し、図6(C)は電流電圧変換素子38の電圧信号となる電流変換信号VRsを示し、図6(D)はクランプ素子駆動信号VQを示し、図6(E)はクランプコンデンサ42のクランプ信号VCsを示す。
[Third Embodiment of a switching power supply device]
FIG. 6 is a time chart showing signal waveforms of each part in the switching power supply device of the first embodiment using a clamp element that cannot respond quickly to the clamp element drive signal, and FIG. 6A shows a switching element drive signal VTR. 6 (B) shows the switching element passing current IM, FIG. 6 (C) shows the current conversion signals VRs which are the voltage signals of the current-voltage conversion element 38, and FIG. 6 (D) shows the clamp element drive signal VQ. FIG. 6 (E) shows the clamp signals VCs of the clamp capacitor 42.

また、図7はスイッチング電源装置の第3実施形態を示した回路ブロック図、図8は図7のスイッチング電源装置における各部の信号波形を示したタイムチャートであり、図8(A)はスイッチング素子駆動信号VTRを示し、図8(B)はオフを遅延したスイッチング素子駆動信号VTR2を示し、図8(C)はスイッチング素子通過電流IMを示し、図8(D)は電流電圧変換素子38の電圧信号となる電流変換信号VRsを示し、図8(E)はクランプ素子駆動信号VQを示し、図8(F)はクランプコンデンサ42のクランプ信号VCsを示す。 Further, FIG. 7 is a circuit block diagram showing a third embodiment of the switching power supply device, FIG. 8 is a time chart showing signal waveforms of each part in the switching power supply device of FIG. 7, and FIG. 8 (A) is a switching element. The drive signal VTR is shown, FIG. 8 (B) shows the switching element drive signal VTR2 whose off is delayed, FIG. 8 (C) shows the switching element passing current IM, and FIG. 8 (D) shows the current-voltage conversion element 38. The current conversion signals VRs to be voltage signals are shown, FIG. 8 (E) shows the clamp element drive signal VQ, and FIG. 8 (F) shows the clamp signals VCs of the clamp capacitor 42.

(第1及び第2実施形態の課題)
図1乃至図5に示した第1及び第2実施形態のスイッチング電源装置は、スイッチング素子18及びクランプ素子40として、スイッチング素子駆動信号VTRおよびクランプ素子駆動信号VQに十分に速く応答できる素子を用いた場合には、問題が発生することが無い。しかし、クランプ素子40としてクランプ素子駆動信号VQに速く応答できない素子を用いた場合に図6に示す問題が発生する。
(Problems of the first and second embodiments)
The switching power supply devices of the first and second embodiments shown in FIGS. 1 to 5 use elements that can respond to the switching element drive signal VTR and the clamp element drive signal VQ sufficiently quickly as the switching element 18 and the clamp element 40. If so, no problem will occur. However, when an element that cannot respond quickly to the clamp element drive signal VQ is used as the clamp element 40, the problem shown in FIG. 6 occurs.

図3では、スイッチング素子18がオフしている時でもクランプコンデンサ42に電流変換信号VRsにより充電されたクランプ信号VCsが蓄えられているのに対して、図6では、スイッチング素子18がオフする瞬間にクランプ信号VCsが低下する現象が発生し、クランプ信号VCsが脈流電圧になっている。 In FIG. 3, the clamp signal VCs charged by the current conversion signal VRs is stored in the clamp capacitor 42 even when the switching element 18 is off, whereas in FIG. 6, the moment when the switching element 18 is turned off. A phenomenon occurs in which the clamp signal VCs drops, and the clamp signal VCs becomes a pulsating voltage.

これは、クランプ素子40としてクランプ素子駆動信号VQに速く応答できない素子を用いているため、スイッチング素子18がオフして電流変換信号VRsが低下してもクランプ素子40がオフできない期間が有り、クランプ素子40がオフするまでの期間、クランプコンデンサ42に充電しているクランプ信号VCsの電荷が導通状態にあるクランプ素子40を介して放電してしまうためである。 This is because an element that cannot respond quickly to the clamp element drive signal VQ is used as the clamp element 40, so that there is a period during which the clamp element 40 cannot be turned off even if the switching element 18 is turned off and the current conversion signal VRs is lowered. This is because the charge of the clamp signal VCs charging the clamp capacitor 42 is discharged through the clamp element 40 in the conductive state until the element 40 is turned off.

このようにクランプ信号VCsが脈動する現象が発生すると、スイッチング素子通過電流IMがクランプ信号VCsに正しく反映されなくなるため、スイッチング素子通過電流IMをADコンバータ36で取得する際の誤差が生じる。 When the phenomenon that the clamp signal VCs pulsates occurs in this way, the switching element passing current IM is not correctly reflected in the clamp signal VCs, so that an error occurs when the switching element passing current IM is acquired by the AD converter 36.

(回路構成と動作)
この問題を解決するため図7の実施形態では、クランプ素子40をオフするタイミングを、スイッチング素子18をオフするタイミングよりも速くするように制御する。
(Circuit configuration and operation)
In order to solve this problem, in the embodiment of FIG. 7, the timing at which the clamp element 40 is turned off is controlled to be earlier than the timing at which the switching element 18 is turned off.

具体的には、図7に示すように、スイッチング素子駆動回路32とスイッチング素子18を接続する信号ラインにオフ遅延回路52を設ける。オフ遅延回路52は、図8に示すように、スイッチング素子駆動回路32から出力されたスイッチング素子駆動信号VTRがHレベルに変化した場合、出力されるスイッチング素子駆動信号VTR2はそのままHレベルとなるが、スイッチング素子駆動信号VTRがLレベルに変化した場合には、出力されるスイッチング素子駆動信号VTR2は所定の遅延時間Td後にLレベルとなるようにしている。 Specifically, as shown in FIG. 7, an off-delay circuit 52 is provided in the signal line connecting the switching element drive circuit 32 and the switching element 18. As shown in FIG. 8, in the off-delay circuit 52, when the switching element drive signal VTR output from the switching element drive circuit 32 changes to the H level, the output switching element drive signal VTR2 becomes the H level as it is. When the switching element drive signal VTR changes to the L level, the output switching element drive signal VTR2 is set to the L level after a predetermined delay time Td.

このためクランプ素子40がスイッチング素子駆動信号VTRと同じクランプ素子駆動信号VQによりオフする時刻t1のタイミングを、スイッチング素子駆動信号VTR2がスイッチング素子18をオフする時刻t2のタイミングよりも速く制御することができる。 Therefore, the timing of the time t1 when the clamp element 40 is turned off by the same clamp element drive signal VQ as the switching element drive signal VTR can be controlled earlier than the timing of the time t2 when the switching element drive signal VTR2 turns off the switching element 18. can.

従って、クランプ素子40としてクランプ素子駆動信号VQに速く応答できない素子を用いても、スイッチング素子18がオフして電流変換信号VRsが低下するときにはクランプ素子40がオフしているため、クランプコンデンサ42のクランプ信号VCsの電荷が放電することが無く、クランプコンデンサ42には電流変換信号VRsにより充電されたクランプ信号VCsが保持され、スイッチング素子通過電流IMをADコンバータ36で取得する際の誤差が生じることは無い。 Therefore, even if an element that cannot respond quickly to the clamp element drive signal VQ is used as the clamp element 40, when the switching element 18 is turned off and the current conversion signal VRs is lowered, the clamp element 40 is turned off, so that the clamp capacitor 42 The charge of the clamp signal VCs is not discharged, the clamp signal VCs charged by the current conversion signal VRs is held in the clamp capacitor 42, and an error occurs when the switching element passing current IM is acquired by the AD converter 36. There is no.

また、図7の実施形態では、スイッチング素子駆動回路32がスイッチング素子18とクランプ素子40を駆動していることから、スイッチング素子駆動信号VTRをスイッチング素子18に出力する信号ラインにオフ遅延回路52を設けたが、図1及び図2の実施形態では、スイッチング素子駆動回路32がスイッチング素子18をオンオフ制御し、クランプ素子駆動回路34がクランプ素子40をオンオフ制御しているため、オフ遅延回路を設けずに、スイッチング素子駆動回路32がスイッチング素子18をオフさせるタイミングよりも速くクランプ素子駆動回路34がクランプ素子40をオフさせる制御となるように設定を行えばよい。 Further, in the embodiment of FIG. 7, since the switching element drive circuit 32 drives the switching element 18 and the clamp element 40, the off-delay circuit 52 is provided on the signal line that outputs the switching element drive signal VTR to the switching element 18. However, in the embodiment of FIGS. 1 and 2, since the switching element drive circuit 32 controls the switching element 18 on and off and the clamp element drive circuit 34 controls the clamp element 40 on and off, an off delay circuit is provided. Instead, the switching element drive circuit 32 may be set to control the clamp element 40 to be turned off earlier than the timing at which the switching element 18 is turned off.

(第3実施形態のメリット)
このように図7に示した第3実施形態のスイッチング電源装置では、前述した第1実施形態及び第2実施形態のメリットに加えて、クランプ素子40としてクランプ素子駆動信号VQに速く応答できない素子を用いた場合に、クランプ信号VCsが脈動してADコンバータ36による電流値の取得の誤差が大きくなる問題を解決することができる。
(Advantages of Third Embodiment)
As described above, in the switching power supply device of the third embodiment shown in FIG. 7, in addition to the above-mentioned merits of the first embodiment and the second embodiment, the clamp element 40 includes an element that cannot respond quickly to the clamp element drive signal VQ. When used, it is possible to solve the problem that the clamp signals VCs pulsate and the error of acquiring the current value by the AD converter 36 becomes large.

[本発明の変形例]
本発明は、その目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に上記の実施形態に示した数値による限定は受けない。
[Modification of the present invention]
The present invention includes appropriate modifications that do not impair its purpose and advantages, and is not further limited by the numerical values shown in the above embodiments.

10:スイッチング電源装置
11:入力電源
12:電力変換部
14:制御回路部
16:電流検出部
18:スイッチング素子
20:トランス
20a:1次巻線
20b:2次巻線
22,24:整流素子
26:出力インダクタ
28:出力コンデンサ
30:負荷
32:スイッチング素子駆動回路
34:クランプ素子駆動回路
36:ADコンバータ
38:電流電圧変換素子
40:クランプ素子
42:クランプコンデンサ
44:寄生ダイオード
46:バイアス回路
48,50:抵抗
52:オフ遅延回路
10: Switching power supply device 11: Input power supply 12: Power conversion unit 14: Control circuit unit 16: Current detection unit 18: Switching element 20: Transformer 20a: Primary winding 20b: Secondary winding 22, 24: Rectifying element 26 : Output inductor 28: Output capacitor 30: Load 32: Switching element drive circuit 34: Clamp element drive circuit 36: AD converter 38: Current / voltage conversion element 40: Clamp element 42: Clamp capacitor 44: Parasitic diode 46: Bias circuit 48, 50: Resistance 52: Off delay circuit

Claims (6)

電力変換部、電流検出部及び制御回路部を備えたスイッチング電源装置に於いて、
前記電力変換部は、スイッチング素子駆動信号によるスイッチング素子のオンオフによって入力電源が供給する入力電圧を断続電圧に変換した後に整流平滑して直流電圧を生成し、
前記電流検出部は、電流電圧変換素子、クランプ素子、クランプコンデンサ及びバイアス回路から構成され、
前記電流電圧変換素子は、一端が前記スイッチング素子に接続され、他端が前記入力電源のグランドに接続され、前記スイッチング素子を通過する電流を電圧信号である電流変換信号に変換するものであり、
前記クランプ素子は、クランプ素子駆動信号によりオンオフされるスイッチ素子であり、一端が前記電流電圧変換素子の他端と前記入力電源のグランドとの接続点に接続され、他端が前記クランプコンデンサの一端に接続され、前記クランプ素子がオンの時は前記電流電圧変換素子と前記クランプコンデンサを接続して前記電流電圧変換素子により変換された前記電流変換信号を前記クランプコンデンサに充電し、前記クランプ素子がオフの時は前記電流電圧変換素子と前記クランプコンデンサを切離して前記クランプコンデンサに充電した前記電流変換信号の電荷の放電を阻止してクランプするものであり、
前記クランプコンデンサは、一端が所定のバイアス電圧を発生する前記バイアス回路を介して前記制御回路部内のADコンバータの入力に接続され、他端が前記制御回路部のグランドと前記電流電圧変換素子の一端の接続点に接続され、
前記制御回路部は、前記ADコンバータを備え、前記電流電圧変換素子の一端と前記クランプコンデンサの他端との接続点をグランドとして動作し、前記バイアス電圧から前記クランプコンデンサにクランプされた前記電流変換信号を差し引いた電圧信号が前記ADコンバータに入力され、前記スイッチング素子と前記クランプ素子を同期してオンオフするように前記スイッチング素子駆動信号及び前記クランプ素子駆動信号を出力する、
ことを特徴とするスイッチング電源装置。
In a switching power supply device equipped with a power conversion unit, a current detection unit, and a control circuit unit,
The power conversion unit converts the input voltage supplied by the input power supply into an intermittent voltage by turning the switching element on and off by the switching element drive signal, and then rectifies and smoothes the input voltage to generate a DC voltage.
The current detection unit is composed of a current-voltage conversion element, a clamp element, a clamp capacitor, and a bias circuit.
One end of the current-voltage conversion element is connected to the switching element, the other end is connected to the ground of the input power supply, and the current passing through the switching element is converted into a current conversion signal which is a voltage signal.
The clamp element is a switch element that is turned on and off by a clamp element drive signal, one end of which is connected to a connection point between the other end of the current-voltage conversion element and the ground of the input power supply, and the other end of the clamp capacitor. When the clamp element is on, the current-voltage conversion element and the clamp capacitor are connected to charge the current conversion signal converted by the current-voltage conversion element into the clamp capacitor, and the clamp element is charged. When it is off, the current-voltage conversion element and the clamp capacitor are separated to prevent the discharge of the charge of the current conversion signal charged in the clamp capacitor and clamp the clamp capacitor.
One end of the clamp capacitor is connected to the input of the AD converter in the control circuit unit via the bias circuit that generates a predetermined bias voltage, and the other end is the ground of the control circuit unit and one end of the current-voltage conversion element. Connected to the connection point of
Wherein the control circuit section, said comprising an AD converter, the current connection point between one end of the voltage conversion element and the other end of the clamp capacitor operates as a ground, the clamp capacitor the current conversion clamped from the bias voltage voltage signal obtained by subtracting the signal is input to the AD converter, and outputs the switching element driving signal and the clamp element driving signal so as to turn on and off in synchronization with said switching element and said clamping element,
A switching power supply that is characterized by this.
請求項記載のスイッチング電源装置に於いて、
前記クランプ素子は、寄生ダイオードを持つ前記スイッチ素子が使用され、前記寄生ダイオードの順方向前記クランプコンデンサから前記電流電圧変換素子への向きとなるよう接続されたことを特徴とするスイッチング電源装置。
In the switching power supply device according to claim 1,
The clamping device is used the switching element having a parasitic diode, the switching power supply apparatus characterized by forward is connected from said clamp capacitor such that the orientation to the current voltage conversion element of the parasitic diode ..
請求項1記載のスイッチング電源装置に於いて、
前記クランプ素子は、寄生ダイオードを持つ前記スイッチ素子が使用され、前記寄生ダイオードの順方向前記電流電圧変換素子から前記クランプコンデンサへの向きとなるよう接続され、前記電流電圧変換素子に発生する前記電流変換信号の電圧値が前記寄生ダイオードの順方向降下電圧以下になるように設定されたことを特徴とするスイッチング電源装置。
In the switching power supply device according to claim 1,
The clamping element, the switching element is used with a parasitic diode, the forward direction of the parasitic diode is connected from the current-voltage converting element so that the orientation to said clamp capacitor, generated in the current-voltage converting element A switching power supply device characterized in that the voltage value of the current conversion signal is set to be equal to or lower than the forward voltage drop of the parasitic diode.
請求項1乃至の何れかに記載のスイッチング電源装置に於いて、
前記制御回路部は、前記クランプ素子駆動信号の代わりに前記スイッチング素子を駆動する前記スイッチング素子駆動信号で前記クランプ素子を駆動することを特徴とするスイッチング電源装置。
In the switching power supply device according to any one of claims 1 to 3.
The control circuit unit is a switching power supply device characterized in that the clamp element is driven by the switching element drive signal that drives the switching element instead of the clamp element drive signal.
請求項1乃至の何れかに記載のスイッチング電源装置に於いて、
前記制御回路部は、前記クランプ素子をオフするタイミングを、前記スイッチング素子をオフするタイミングよりも速くするように制御することを特徴とするスイッチング電源装置。
In the switching power supply device according to any one of claims 1 to 3.
The control circuit unit is a switching power supply device characterized in that the timing at which the clamp element is turned off is controlled to be earlier than the timing at which the switching element is turned off.
請求項記載のスイッチング電源装置に於いて、
前記制御回路部は前記スイッチング素子及び前記クランプ素子に前記スイッチング素子駆動信号を出力し、前記スイッチング素子に前記スイッチング素子駆動信号を出力する信号ラインに、前記スイッチング素子駆動信号のオフタイミングを遅延させるオフ遅延回路を備えたことを特徴とするスイッチング電源装置。
In the switching power supply device according to claim 4,
Wherein said control circuit unit, the output switching element drive signal to the switching element and the clamping element, a signal line for outputting the switching element driving signal to the switching element, delaying the off timing of the switching element driving signal A switching power supply characterized by having an off-delay circuit.
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