JP2005304269A - Switching power supply - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スイッチング電源装置に関する。 The present invention relates to a switching power supply device.
従来より、充電器用の電源装置として、定電流垂下特性を有するスイッチング電源装置が必要であった。すなわち、従来は、定電流垂下特性を利用してバッテリー等を定電流で充電するために、例えばスイッチング電源装置の2次側に、出力電流を検出するための検出抵抗と、この検出抵抗に流れる電流を一定値に制御するための定電流制御回路とを設けるなどして、定電流垂下特性を実現していた。 Conventionally, a switching power supply having a constant current drooping characteristic has been required as a power supply for a charger. That is, conventionally, in order to charge a battery or the like with a constant current using the constant current drooping characteristic, for example, a detection resistor for detecting an output current and a current flowing through the detection resistor are provided on the secondary side of the switching power supply device. A constant current drooping characteristic has been realized by providing a constant current control circuit for controlling the current to a constant value.
しかし、この検出抵抗と定電流制御回路を設ける従来の手法では、高精度な定電流垂下特性を実現できるものの、定電流制御回路は高価で部品点数も多いことから、スイッチング電源装置の小型化や低コスト化の妨げとなっていた。また、検出抵抗や定電流制御回路による電力ロスも発生することから、省エネ化、高効率化の妨げともなっていた。 However, although the conventional method of providing the detection resistor and the constant current control circuit can realize a highly accurate constant current drooping characteristic, the constant current control circuit is expensive and has a large number of parts. This hindered cost reduction. In addition, since power loss due to the detection resistor and the constant current control circuit also occurs, it has been an obstacle to energy saving and high efficiency.
一方、スイッチング電源装置の2次側の出力電圧が単数あるいは複数の決められた出力電圧まで低下したときに1次側の過電流保護レベルを低下させることにより、短絡等の過負荷時に出力電流が過大とならないように垂下特性を改善する手法が従来より提案されている(例えば、特許文献1参照。)。 On the other hand, when the output voltage on the secondary side of the switching power supply device drops to one or more predetermined output voltages, the output current at the time of overload such as a short circuit is reduced by reducing the overcurrent protection level on the primary side. A technique for improving the drooping characteristic so as not to be excessive has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、上記した従来の垂下特性を改善する手法は、過負荷時にピーク出力電流を制限して、スイッチング電源装置を短絡等の重度の過負荷から安全に保護することを目的としており、出力電圧垂下時の出力電流を、定電流垂下特性を実現するほどには制御できないので、この手法で垂下特性を改善したスイッチング電源装置は、充電器としては使用できなかった。
本発明は、上記問題点を鑑み、2次側出力電圧に比例する補助電源電圧の低下に伴い、1次側の過電流保護レベルを決定する過電流保護基準電圧を低下させ、過電流保護基準電圧が1つ以上の予め設定された電圧よりも低くなる毎に、補助電源電圧に対する過電流保護基準電圧の低下率を段階的に大きくして、2次側出力電圧が、2次側出力電流が略一定値となる範囲で垂下するようにすることにより、2次側の出力電流検出抵抗や定電流制御回路を不要にでき、低コストかつ最小の部品点数によって、十分な精度の定電流垂下特性を実現することができるスイッチング電源装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention reduces the overcurrent protection reference voltage that determines the overcurrent protection level on the primary side as the auxiliary power supply voltage that is proportional to the secondary output voltage decreases, Each time the voltage becomes lower than one or more preset voltages, the rate of decrease of the overcurrent protection reference voltage with respect to the auxiliary power supply voltage is increased step by step, and the secondary output voltage becomes the secondary output current. The output current detection resistor on the secondary side and the constant current control circuit can be made unnecessary by drooping within a range in which the current becomes substantially constant, and the constant current droop with sufficient accuracy can be achieved with low cost and the minimum number of parts. An object of the present invention is to provide a switching power supply device capable of realizing the characteristics.
本発明の請求項1記載のスイッチング電源装置は、第1巻線と2次巻線と補助巻線とを有するトランスと、前記第1巻線に入力される直流の入力電圧をスイッチング制御して前記2次巻線に2次側交流電圧を発生させるとともに前記補助巻線に補助交流電圧を発生させるスイッチング素子と、前記2次側交流電圧を整流し且つ平滑化して出力電圧と出力電流を生成する第1の整流平滑化回路と、前記出力電圧を検出し前記出力電圧を一定値に安定させるための制御信号を生成する定電流制御回路と、前記補助交流電圧を整流し且つ平滑化して補助電源電圧を生成する第2の整流平滑化回路と、前記制御信号に応じて前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御し、かつ前記スイッチング素子に流れる電流が過電流保護レベルに達すると前記スイッチング素子をオフしてそのスイッチング動作を停止させる制御回路と、を備え、前記出力電圧の垂下時に前記出力電流が略一定値となるスイッチング電源装置であって、前記制御回路は、前記入力電圧と前記補助電源電圧を入力とし、これらの何れか一方に基づいて、内部回路用電源の電圧を一定値にするための内部回路電流を生成するレギュレータと、前記スイッチング素子に流れる電流を検出して素子電流検出信号を生成する素子電流検出信号生成回路と、前記素子電流検出信号の電圧値と過電流保護基準電圧を比較し、この比較結果に基づいて、前記スイッチング素子に流れる電流が前記過電流保護レベルに達したことを検出すると、前記スイッチング素子をオフしてそのスイッチング動作を停止させる信号を生成する過電流検出回路と、前記補助電源電圧の低下に伴い前記過電流保護レベルが低下するように前記過電流保護基準電圧を低下させ、前記過電流保護基準電圧が1つ以上の予め設定された電圧よりも低くなる毎に、前記補助電源電圧に対する前記過電流保護基準電圧の低下率を段階的に大きくして、前記出力電圧が、前記出力電流が略一定値となる範囲で垂下するようにする過電流保護基準電圧可変回路と、を備えることを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a switching power supply comprising: a transformer having a first winding, a secondary winding, and an auxiliary winding; and a DC input voltage input to the first winding by switching control. A switching element for generating a secondary AC voltage in the secondary winding and an auxiliary AC voltage in the auxiliary winding, and rectifying and smoothing the secondary AC voltage to generate an output voltage and an output current A first rectifying / smoothing circuit that detects the output voltage and generates a control signal for stabilizing the output voltage at a constant value; and rectifies and smoothes the auxiliary AC voltage to assist A second rectifying / smoothing circuit for generating a power supply voltage, and controlling a switching operation of the switching element in accordance with the control signal, and before a current flowing through the switching element reaches an overcurrent protection level. And a control circuit that stops the switching operation by turning off the switching element, wherein the output current becomes a substantially constant value when the output voltage droops, and the control circuit includes the input voltage Based on any one of these auxiliary power supply voltages, a regulator that generates an internal circuit current for setting the voltage of the internal circuit power supply to a constant value, and an element that detects the current flowing through the switching element An element current detection signal generation circuit that generates a current detection signal, and compares the voltage value of the element current detection signal with an overcurrent protection reference voltage, and based on the comparison result, the current flowing through the switching element is the overcurrent protection. An overcurrent that generates a signal to turn off the switching element and stop the switching operation upon detecting that the level has been reached The overcurrent protection reference voltage is lowered so that the overcurrent protection level is lowered as the auxiliary power supply voltage is lowered, and the overcurrent protection reference voltage is more than one or more preset voltages. Each time the voltage decreases, the rate of decrease of the overcurrent protection reference voltage with respect to the auxiliary power supply voltage is increased stepwise so that the output voltage droops in a range where the output current becomes a substantially constant value. And a protection reference voltage variable circuit.
また、本発明の請求項2記載のスイッチング電源装置は、請求項1記載のスイッチング電源装置であって、前記レギュレータは、前記補助電源電圧が一定値を下回る間は、前記入力電圧を基に前記内部回路電流を生成し、前記補助電源電圧が一定値以上の間は、前記補助電源電圧を基に前記内部回路電流を生成することを特徴とする。 Moreover, the switching power supply device according to claim 2 of the present invention is the switching power supply device according to claim 1, wherein the regulator is configured to perform the operation based on the input voltage while the auxiliary power supply voltage is below a certain value. An internal circuit current is generated, and the internal circuit current is generated based on the auxiliary power supply voltage while the auxiliary power supply voltage is a predetermined value or more.
また、本発明の請求項3記載のスイッチング電源装置は、請求項1もしくは2のいずれかに記載のスイッチング電源装置であって、前記過電流保護基準電圧可変回路は、前記過電流保護基準電圧を、その最小値が最大値の10%程度になるように可変することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the switching power supply device according to the first or second aspect, wherein the overcurrent protection reference voltage variable circuit supplies the overcurrent protection reference voltage. The minimum value is variable so as to be about 10% of the maximum value.
また、本発明の請求項4記載のスイッチング電源装置は、請求項1ないし3のいずれかに記載のスイッチング電源装置であって、前記制御回路は、前記過電流保護基準電圧が所定の値よりも低くなると、前記スイッチング素子の発振周波数を低下させるための信号を発生する発振周波数低下回路を備え、前記発振周波数低下回路は、前記過電流保護基準電圧が所定の値よりも低くなると前記スイッチング素子の発振周波数を低下させることを特徴とする。 A switching power supply device according to claim 4 of the present invention is the switching power supply device according to any one of claims 1 to 3, wherein the control circuit has the overcurrent protection reference voltage lower than a predetermined value. An oscillation frequency lowering circuit that generates a signal for lowering the oscillation frequency of the switching element when lowering, the oscillation frequency lowering circuit of the switching element when the overcurrent protection reference voltage becomes lower than a predetermined value The oscillation frequency is lowered.
また、本発明の請求項5記載のスイッチング電源装置は、請求項4記載のスイッチング電源装置であって、前記発振周波数低下回路は、前記スイッチング素子の発振周波数を通常時の20%程度に低下させることを特徴とする。 Further, the switching power supply device according to claim 5 of the present invention is the switching power supply device according to claim 4, wherein the oscillation frequency reducing circuit reduces the oscillation frequency of the switching element to about 20% of the normal time. It is characterized by that.
また、本発明の請求項6記載のスイッチング電源装置は、請求項1ないし5のいずれかに記載のスイッチング電源装置であって、前記スイッチング素子と前記制御回路は、同一半導体基板上に形成され、前記入力電圧と前記スイッチング素子間の2つの接続端子と、前記制御回路と前記補助電源電圧の接続端子と、前記制御回路へ前記制御信号を伝達する信号を入力するための入力端子と、前記過電流保護基準電圧可変回路へ前記補助電源電圧に応じた信号を入力するための入力端子とを有する半導体装置であることを特徴とする。 A switching power supply device according to claim 6 of the present invention is the switching power supply device according to any one of claims 1 to 5, wherein the switching element and the control circuit are formed on the same semiconductor substrate, Two connection terminals between the input voltage and the switching element; a connection terminal for the control circuit and the auxiliary power supply voltage; an input terminal for inputting a signal for transmitting the control signal to the control circuit; A semiconductor device having an input terminal for inputting a signal corresponding to the auxiliary power supply voltage to the current protection reference voltage variable circuit.
本発明によれば、2次側の出力電流検出抵抗や定電流制御回路を不要にでき、低コストかつ最小の部品点数によって、十分な精度の定電流垂下特性を実現することができる。したがって、少ない部品点数で十分な精度の充電器用スイッチング電源を構成でき、充電器用スイッチング電源の低コスト・小型化を実現できる。 According to the present invention, a secondary output current detection resistor and a constant current control circuit can be dispensed with, and a sufficiently accurate constant current drooping characteristic can be realized with a low cost and a minimum number of parts. Accordingly, a switching power supply for a charger with sufficient accuracy can be configured with a small number of parts, and the switching power supply for a charger can be reduced in cost and size.
また、過電流保護基準電圧の最小値が、その最大値の10%程度となるように可変するので、負荷短絡時等の過負荷時に出力電流を十分に小さくすることができ、スイッチング素子に流れる電流を十分に制限して安全性の高い保護機能を実現できる。 In addition, since the minimum value of the overcurrent protection reference voltage is variable so as to be about 10% of the maximum value, the output current can be sufficiently reduced during an overload such as when the load is short-circuited and flows to the switching element. A highly safe protection function can be realized by sufficiently limiting the current.
また、短絡等の過負荷時に発振周波数を小さくして出力電流を十分に小さくすることができるので、スイッチング素子に流れる電流を十分に制限でき、安全性の高い保護機能を実現できる。 Moreover, since the oscillation frequency can be reduced and the output current can be sufficiently reduced during an overload such as a short circuit, the current flowing through the switching element can be sufficiently limited, and a highly safe protection function can be realized.
このように、出力電圧垂下時の略一定電流の領域では常に過電流保護機能が働き、短絡等の過負荷時には、過電流保護レベルと発振周波数を小さく制限することで出力電流を十分に小さくすることができるので、安全性の高い保護機能を実現できる。 In this way, the overcurrent protection function always works in the region of a substantially constant current when the output voltage is drooping, and in the case of an overload such as a short circuit, the output current is made sufficiently small by limiting the overcurrent protection level and the oscillation frequency to a small value. Therefore, a highly safe protection function can be realized.
また、スイッチング素子と制御回路については同一半導体内に設けて容易に単一化することができ、このように主要な回路部品を単一半導体内に設けた場合には、回路を構成するための部品点数を削減することができ、電源装置として、容易に小型化および軽量化さらにコスト低減を実現することができる。 In addition, the switching element and the control circuit can be provided in the same semiconductor and can be easily unified. Thus, when the main circuit components are provided in the single semiconductor, the circuit is configured. The number of parts can be reduced, and the power supply device can be easily reduced in size and weight and further reduced in cost.
以下、本発明の実施の形態におけるスイッチング電源装置について、図面を参照しながら説明する。
図1は本実施の形態におけるスイッチング電源装置の一構成例を示すブロック図である。
Hereinafter, a switching power supply device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a switching power supply device according to the present embodiment.
図1において、半導体装置20は、スイッチング電源装置制御用の半導体装置であり、スイッチング素子1とその制御回路から構成されている。また、半導体装置20は、外部入力端子として、スイッチング素子1の入力端子(DRAIN端子)、補助電源電圧入力端子(VCC端子)、フィードバック信号入力端子(FB端子)、過電流保護レベル可変端子(CL端子)、スイッチング素子1の出力端子でもある制御回路のGND端子(GND端子)の5端子を備えている。
In FIG. 1, a
レギュレータ2は、トランス40の1次巻線40Aを介してDRAIN端子に印加される入力電圧VINとVCC端子に印加される補助電源電圧VCCとを入力とし、これらのうちの何れか一方に基づいて、半導体装置20の内部回路用電源の電圧VDDを一定値に保つための内部回路電流を生成し、内部回路用電源へ供給する。
The regulator 2 receives the input voltage VIN applied to the DRAIN terminal via the
具体的には、レギュレータ2は、起動時などの補助電源電圧VCCが設定値(一定値)を下回る間は、入力電圧VINに基づく内部回路電流を内部回路用電源へ供給し、補助電源電圧VCCが設定値以上になると、補助電源電圧VCCに基づく内部回路電流を内部回路用電源へ供給して、内部回路用電源の電圧VDDを一定値に保つ。 Specifically, the regulator 2 supplies an internal circuit current based on the input voltage VIN to the internal circuit power supply while the auxiliary power supply voltage VCC is lower than a set value (a constant value) at the time of startup or the like. Is equal to or greater than the set value, the internal circuit current based on the auxiliary power supply voltage VCC is supplied to the internal circuit power supply to keep the voltage VDD of the internal circuit power supply at a constant value.
また、レギュレータ2は、起動時には、DRAIN端子に印加される入力電圧VINに基づく電流(内部回路電流)を内部回路用電源へ供給して内部回路用電源の電圧VDDを上昇させるとともに、VCC端子を介してコンデンサ32へも電流を供給してコンデンサ32を充電する。内部回路用電源の電圧VDDが一定値に達した後は、補助電源電圧VCCが設定値を下回る間、VCC端子から内部回路用電源への内部回路電流の供給を停止する。
In addition, the regulator 2 supplies a current (internal circuit current) based on the input voltage VIN applied to the DRAIN terminal to the internal circuit power supply at the time of start-up to raise the voltage VDD of the internal circuit power supply and The
スイッチング信号制御回路3は、レギュレータ2によって内部回路用電源の電圧VDDが一定値になると、スイッチング素子1のスイッチング動作(オンオフ動作の繰り返し)を制御するスイッチング制御信号をゲートドライブ回路4へ出力する。スイッチング素子1は、ゲートドライブ回路4からの出力信号によってスイッチング動作し、トランス40の1次巻線40Aに入力される入力電圧VINをスイッチング制御する。
When the voltage VDD of the internal circuit power supply becomes a constant value by the regulator 2, the switching
過電流保護基準電圧可変回路7は、CL端子からP型MOSFET10を通って流れ込む電流(CL端子電流ICL)の電流値に応じた電圧(過電流保護基準電圧VR)となる電圧信号を過電流検出回路5へ出力する回路であり、スイッチング素子1の過電流保護レベルILIMITはこの過電流保護基準電圧VRによって決定する。すなわち、過電流保護基準電圧可変回路7は、CL端子電流ICLの電流値の増減に応じて過電流保護基準電圧VRを増減し、スイッチング素子1の過電流保護レベルILIMITを増減する。
The overcurrent protection reference
後述するように、CL端子電流ICLは補助電源電圧VCCに応じた電流値となるので、過電流保護基準電圧VRと過電流保護レベルILIMITは補助電源電圧VCCに応じて変化する。 As will be described later, since the CL terminal current ICL has a current value corresponding to the auxiliary power supply voltage VCC, the overcurrent protection reference voltage VR and the overcurrent protection level ILIMIT change according to the auxiliary power supply voltage VCC.
また、過電流保護基準電圧可変回路7は、CL端子電流ICLの電流値が一定値以下になると、発振周波数低下回路8へ信号を出力してスイッチング素子1の発振周波数を低下させる。
Further, the overcurrent protection reference
発振周波数低下回路8は、過電流保護基準電圧可変回路7からの信号に応じて、スイッチング素子1の発振周波数を低下させる信号を発生する。したがって、CL端子電流ICLの電流値が一定値以下になると、すなわち過電流保護基準電圧VRが所定の値よりも小さくなるとスイッチング素子1の発振周波数が低下する。
The oscillation frequency lowering circuit 8 generates a signal for lowering the oscillation frequency of the switching element 1 according to the signal from the overcurrent protection reference
P型MOSFET10は、CL端子から過電流保護基準電圧可変回路7へ電流を流し、CL端子の電圧を一定値に固定するため素子であり、そのドレインは過電流保護基準電圧可変回路7と接続され、そのゲートは基準電圧源と接続され、そのソースはCL端子と接続されている。
The P-
スイッチング素子電流検出回路(素子電流検出信号生成回路)6は、スイッチング素子1に流れるドレイン電流IDSを検出しその電流値に応じた電圧となる電圧信号(素子電流検出信号)を生成して過電流検出回路5へ出力する。 The switching element current detection circuit (element current detection signal generation circuit) 6 detects the drain current IDS flowing through the switching element 1 and generates a voltage signal (element current detection signal) that becomes a voltage corresponding to the current value to generate an overcurrent. Output to the detection circuit 5.
過電流検出回路5は、スイッチング素子電流検出回路6からの電圧信号の電圧と過電流保護基準電圧可変回路7からの電圧信号の電圧(過電流保護電圧VR)を比較し、この比較結果に基づいて、ドレイン電流IDSが過電流保護レベルILIMITに達しているか否かを判定する。そして、ドレイン電流IDSが過電流保護レベルILIITに達したことを検出すると、スイッチング素子1をオフさせる信号をスイッチング信号制御回路3へ出力する。
The overcurrent detection circuit 5 compares the voltage of the voltage signal from the switching element current detection circuit 6 with the voltage of the voltage signal from the overcurrent protection reference voltage variable circuit 7 (overcurrent protection voltage VR), and based on the comparison result. Thus, it is determined whether or not the drain current IDS has reached the overcurrent protection level ILIMIT. When it is detected that the drain current IDS has reached the overcurrent protection level ILIIT, a signal for turning off the switching element 1 is output to the switching
フィードバック信号制御回路9は、FB端子に入力される電流の電流値に応じてスイッチング素子1のデューティサイクル、もしくはスイッチング素子1に流れるドレイン電流IDSの電流値を決定するためのフィードバック信号をスイッチング信号制御回路3に出力する。
The feedback
スイッチング信号制御回路3は、フィードバック信号制御回路9からのフィードバック信号に基づくスイッチング制御信号を生成してゲートドライブ回路4へ出力する。また、スイッチング信号制御回路3は、過電流検出回路5からの信号を受けると、スイッチング素子1をオフしてそのスイッチング動作を停止させるスイッチング制御信号を生成してゲートドライブ回路4へ出力する。
The switching
トランス(変圧器)40は、1次巻線40Aと、2次巻線40Bと、補助巻線40Cを有している。スイッチング素子1によって、1次巻線40Aに入力される直流の入力電圧VINがスイッチング制御されると、2次巻線40Bと補助巻線40Cに交流電圧が発生する。 The transformer (transformer) 40 includes a primary winding 40A, a secondary winding 40B, and an auxiliary winding 40C. When the DC input voltage VIN input to the primary winding 40A is subjected to switching control by the switching element 1, an AC voltage is generated in the secondary winding 40B and the auxiliary winding 40C.
補助巻線40Cには、ダイオード31とコンデンサ32とで構成される整流平滑化回路(第2の整流平滑化回路)が接続されており、この整流平滑化回路が半導体装置20の補助電源部として活用される。つまり、この整流平滑化回路は、補助巻線40Cで発生した交流電圧(補助交流電圧)を整流し且つ平滑化して補助電源電圧VCCを生成し、VCC端子へ入力する。
A rectifying / smoothing circuit (second rectifying / smoothing circuit) including a
また、VCC端子とCL端子の間には抵抗33が接続され、補助電源電圧VCCの電圧値に応じた電流がCL端子へ流れ込む。
2次巻線40Bには、ダイオード35とコンデンサ36とで構成される整流平滑化回路(第1の整流平滑化回路)が接続され、この整流平滑化回路に負荷37が接続される。この整流平滑化回路は、2次巻線40Bで発生した交流電圧(2次側交流電圧)を整流し且つ平滑化し、出力電圧VOと出力電流IOを生成して負荷37へ供給する。
A
A rectifying / smoothing circuit (first rectifying / smoothing circuit) composed of a
定電圧制御回路38は例えばツェナーダイオードなどで構成され、2次側の出力電圧VOを検出し出力電圧VOを一定値に安定させるための制御信号を生成する。具体的には、定電圧制御回路38は、出力電圧VOが予め設定された値になると、フォトダイオード34Bに流れる電流を増加させることで、出力電圧VOが一定値に安定するようにする。
The constant
制御信号伝達回路34は、フォトトランジスタ34Aとフォトダイオード34Bとから構成され、定電圧制御回路38によって生成された制御信号を2次側から1次側へ伝達する。フォトトランジスタ34AのコレクタはVCC端子と接続され、フォトトランジスタ34AのエミッタはFB端子と接続される。つまり、出力電圧VOが予め設定された値になると、フォトダイオード34Bに流れる電流が増加し、フォトトランジスタ34AからFB端子に流入する電流が増加する。
The control
したがって、FB端子には、制御回路(フィードバック信号制御回路9)へ、定電圧制御回路38によって生成された制御信号を伝達する電流信号が入力され、フィードバック信号制御回路9は、この電流信号の電流値に応じてスイッチング素子1のデューティサイクル、もしくはスイッチング素子1に流れるドレイン電流IDSの電流値を決定するためのフィードバック信号を生成する。
Therefore, a current signal for transmitting a control signal generated by the constant
このように、スイッチング素子1の制御回路は、定電圧制御回路38によって生成された制御信号に応じてスイッチング素子1のスイッチング動作を制御し、かつスイッチング素子1に流れるドレイン電流IDSが過電流保護レベルILIMITに達するとスイッチング素子1のオフしてそのスイッチング動作を停止させる。
As described above, the control circuit of the switching element 1 controls the switching operation of the switching element 1 according to the control signal generated by the constant
以上のように、スイッチング素子1とその制御回路は、入力電圧VINとスイッチング素子1との間の2つの接続端子(DRAIN端子とGND端子)と、制御回路と補助電源電圧VCCの接続端子(VCC端子)と、制御回路へ定電圧制御回路38によって生成された制御信号を伝達する信号を入力するための入力端子(FB端子)と、過電流保護基準電圧可変回路7へ補助電源電圧VCCに応じた信号を入力するための入力端子(CL端子)とを有する同一半導体基板(半導体装置20)上に形成される。このようにスイッチング素子1とその制御回路を同一半導体基板上に形成することで、回路を構成するための部品点数を削減することができ、容易に小型化および軽量化を行うことができる。
As described above, the switching element 1 and its control circuit include two connection terminals (DRAIN terminal and GND terminal) between the input voltage VIN and the switching element 1, and a connection terminal (VCC) of the control circuit and the auxiliary power supply voltage VCC. Terminal), an input terminal (FB terminal) for inputting a signal for transmitting the control signal generated by the constant
以上のように構成されたスイッチング電源装置について、その動作を図面を用いて以下に説明する。
該スイッチング電源装置の入力端子には、たとえば商用の交流電源が整流され且つ平滑化された直流の入力電圧VINが入力される。入力電圧VINは、トランス40の1次巻線40Aを介して、半導体装置20のDRAIN端子に印加される。
The operation of the switching power supply device configured as described above will be described below with reference to the drawings.
A DC input voltage VIN obtained by rectifying and smoothing a commercial AC power supply, for example, is input to the input terminal of the switching power supply apparatus. The input voltage VIN is applied to the DRAIN terminal of the
レギュレータ2は、起動時には、DRAIN端子に印加される入力電圧VINに基づく電流(内部回路電流)を内部回路用電源へ供給して内部回路用電源の電圧VDDを上昇させるとともに、VCC端子を介してコンデンサ32へも電流を供給してコンデンサ32を充電する。内部回路用電源の電圧VDDが一定値に達した後は、補助電源電圧VCCが設定値を下回る間、VCC端子から内部回路用電源への内部回路電流の供給を停止する。
When starting up, the regulator 2 supplies a current (internal circuit current) based on the input voltage VIN applied to the DRAIN terminal to the internal circuit power supply to increase the voltage VDD of the internal circuit power supply, and via the VCC terminal The
レギュレータ2によって内部回路用電源の電圧VDDが一定値になると、スイッチング素子1のスイッチング動作が開始される。スイッチング動作が開始されると、トランス40の各巻線にエネルギーが供給されるようになり、2次巻線40B、補助巻線40Cに電流が流れる。
When the voltage VDD of the internal circuit power supply becomes a constant value by the regulator 2, the switching operation of the switching element 1 is started. When the switching operation is started, energy is supplied to each winding of the
なお、出力電圧VOが低下し、補助電源電圧VCCが設定値を下回っても、レギュレータ2によって入力電圧VINに基づく電流が内部回路用電源へ供給されるため、安定して動作を続けることができる。 Even when the output voltage VO decreases and the auxiliary power supply voltage VCC falls below the set value, the current based on the input voltage VIN is supplied to the internal circuit power supply by the regulator 2, so that the operation can be continued stably. .
2次巻線40Bに発生する交流電力は、ダイオード35とコンデンサ36により整流され且つ平滑化されて直流電力となり、負荷37に供給される。スイッチング動作が繰り返されることで、出力電圧VOが徐々に上昇し、定電圧制御回路38で設定された電圧に達すると、定電圧制御回路38からフォトダイオード34Bに流れる電流が増加する。
The AC power generated in the secondary winding 40B is rectified and smoothed by the
その結果、フォトトランジスタ34Aに流れる電流が増加し、FB端子に流れ込む電流も増加する。FB端子に流れ込む電流が増加するとスイッチング素子1のデューティサイクル、もしくはスイッチング素子1に流れるドレイン電流IDSの電流値を小さくするためのフィードバック信号がフィードバック信号制御回路9からスイッチング信号制御回路3へ出力され、スイッチング素子1に流れるドレイン電流IDSが小さくなる。このように負帰還がかかることで、出力電圧VOは一定値となる。
As a result, the current flowing through the
補助巻線40Cに発生する交流電力は、ダイオード31とコンデンサ32により整流され且つ平滑化されて、半導体装置20の補助電源電圧VCCとなってVCC端子に供給される。スイッチング素子1の発振動作(スイッチング動作)が開始され、補助電源電圧VCCが上昇して設定電圧に達すると、内部回路用電源へは補助電源電圧VCCに基づく電流が供給されるようになる。また、補助巻線40Cの極性は2次巻線40Bと同一であり、補助電源電圧VCCは出力電圧VOに比例した電圧となる。なお、補助電源電圧VCCが設定電圧を下回ると、内部回路用電源へはDRAIN端子に印加される入力電圧VINに基づく電流が供給される。
The AC power generated in the auxiliary winding 40C is rectified and smoothed by the
出力電圧VOが安定化された後、負荷37に流れる出力電流IOを増加させると、出力電圧VOが低下して、フォトダイオード34Bに流れる電流が減少し、フォトトランジスタ34AからFB端子へ流れ込む電流も減少するため、スイッチング素子1に流れるドレイン電流IDSは大きくなり、出力電圧VOが上昇する。このような負帰還がかかることで、出力電圧VOが安定化される。
When the output current IO flowing through the
さらに負荷37に流れる出力電流IOを増加させ、スイッチング素子1に流れるドレイン電流IDSの電流値が過電流保護レベルILIMITに達すると、トランス40を介して2次側へ供給される電力が制限されるため、それ以上出力電流IOを増加させると、出力電圧VOは以下の関係を保ちながら低下していく。
Further, when the output current IO flowing through the
VO×IO=1/2×L×ILIMIT2×fosc×η ・・・(1)
ここで、“L”はトランス40の1次巻線40Aのインダクタンス、“ILIMIT”はスイッチング素子1の過電流保護レベル、“fosc”はスイッチング素子1の発振周波数、“η”は効率である。
VO × IO = 1/2 × L × ILIMIT 2 × fosc × η (1)
Here, “L” is the inductance of the primary winding 40A of the
上記(1)式によって決定される出力電圧VO対出力電流IOの特性を図6に示す。図6の実線は、過電流保護レベルILIMITを一定値に固定した場合の出力電圧VO対出力電流IOの特性を示している。また、図6の点線は、出力電圧VOの低下に応じて過電流保護基準電圧VR、すなわち過電流保護レベルILIMITが低下する場合の出力電圧VO対出力電流IOの特性を示している。 FIG. 6 shows the characteristics of the output voltage VO versus the output current IO determined by the above equation (1). The solid line in FIG. 6 shows the characteristic of the output voltage VO versus the output current IO when the overcurrent protection level ILIMIT is fixed to a constant value. Also, the dotted line in FIG. 6 shows the characteristics of the output voltage VO versus the output current IO when the overcurrent protection reference voltage VR, that is, the overcurrent protection level ILIMIT is lowered as the output voltage VO is lowered.
図6に示すように、出力電圧VOの低下に応じて過電流保護レベルILIMITを低下させると、過電流保護レベルILIMITを一定値に固定した場合に比べて、出力電流IOの垂下領域の幅を小さくすることができる。 As shown in FIG. 6, when the overcurrent protection level ILIMIT is lowered in accordance with the reduction in the output voltage VO, the width of the drooping region of the output current IO is increased as compared with the case where the overcurrent protection level ILIMIT is fixed to a constant value. Can be small.
一方、過電流保護基準電圧可変回路7は、図3に示すように、CL端子に流れ込むCL端子電流ICLの電流値に応じて、スイッチング素子1の過電流保護基準電圧VR、すなわち過電流保護レベルILIMITの大きさを決定する。
On the other hand, as shown in FIG. 3, the overcurrent protection reference
つまり、CL端子電流ICLが“ICL1”より大きい場合は、過電流保護レベルILIMITは最大値、つまり“ILIMITMAX”で固定される。CL端子電流ICLが“ICL1”よりも小さくなると、過電流保護レベルILIMITは直線的に低下する。さらにCL端子電流ICLが“ICL2”よりも小さくなると、低下直線の傾斜が大きくなり、過電流保護レベルILIMITの低下が大きくなる。さらにCL端子電流ICLが“ICL3”よりも小さくなると、さらに低下直線の傾斜が大きくなり、過電流保護レベルILIMITの低下が大きくなって、過電流保護レベルILIMITは最小値、つまり“ILIMITMIN”まで低下する。 That is, when the CL terminal current ICL is larger than “ICL1”, the overcurrent protection level ILIMIT is fixed at the maximum value, that is, “ILIMMAX”. When the CL terminal current ICL becomes smaller than “ICL1”, the overcurrent protection level ILIMIT decreases linearly. Further, when the CL terminal current ICL becomes smaller than “ICL2”, the slope of the drop line increases, and the overcurrent protection level ILIMIT decreases. Further, when the CL terminal current ICL becomes smaller than “ICL3”, the slope of the decreasing straight line further increases, the decrease of the overcurrent protection level ILIMIT increases, and the overcurrent protection level ILIMIT decreases to the minimum value, that is, “ILIMTIMIN”. To do.
このように、本実施の形態では、CL端子電流ICL、すなわち補助電源電圧VCCの低下に伴い過電流保護レベルILIMITが低下するように過電流保護基準電圧VRを低下させ、過電流保護基準電圧VRが1つ以上の予め設定された電圧(ここでは3つ)よりも小さくなる毎に、CL端子電流ICL(補助電源電圧VCC)に対する過電流保護基準電圧VRの低下率を段階的に大きくする。 As described above, in the present embodiment, the overcurrent protection reference voltage VR is reduced so that the overcurrent protection level ILIMIT decreases as the CL terminal current ICL, that is, the auxiliary power supply voltage VCC decreases, and the overcurrent protection reference voltage VR is reduced. Each time becomes smaller than one or more preset voltages (here, three), the rate of decrease of the overcurrent protection reference voltage VR with respect to the CL terminal current ICL (auxiliary power supply voltage VCC) is increased stepwise.
したがって、この図3に示す特性と図6の点線に示す特性から、本実施の形態における出力電圧VO対出力電流IOの特性は図5に示すようになり、出力電流IOが略一定電流値となる範囲で、出力電圧VOが垂下するようになる。 Therefore, from the characteristic shown in FIG. 3 and the characteristic shown by the dotted line in FIG. 6, the characteristic of the output voltage VO versus the output current IO in the present embodiment is as shown in FIG. In this range, the output voltage VO droops.
なお、過電流保護レベルILIMITの最小値ILIMITMINを最大値ILIMITMAXの10%程度にすることにより、負荷短絡時等の過負荷時の出力電流IOを十分に小さく抑えることができるので、スイッチング素子に流れる電流を十分に制限でき、安全性の高い保護機能を実現できる。 By setting the minimum value ILIMITMIN of the overcurrent protection level ILIMIT to about 10% of the maximum value ILIMITMAX, the output current IO at the time of overload such as when a load is short-circuited can be sufficiently reduced, and thus flows to the switching element. The current can be sufficiently limited, and a highly safe protection function can be realized.
さらに、図4に示すように、CL端子電流ICLが“ICL4”よりも小さくなると、過電流保護基準電圧可変回路7はスイッチング素子1の発振周波数foscを低下させるための信号を発振周波数低下回路8へ出力する。その結果、発振周波数低下回路8がスイッチング素子1の発振周波数foscを低下させる信号を発生してスイッチング信号制御回路3へ入力し、スイッチング信号制御回路3によってスイッチング素子1の発振周波数foscが低下する。したがって、負荷短絡時等の過負荷時の出力電流IOを十分に小さく抑えることができるので、スイッチング素子に流れる電流を十分に制限でき、安全性の高い保護機能を実現できる。
Further, as shown in FIG. 4, when the CL terminal current ICL becomes smaller than “ICL4”, the overcurrent protection reference
また、CL端子電流ICLが“ICL4”よりも小さくなったときの発振周波数foscを通常動作時の20%程度にすることで、図5に示すように、過電流保護レベルと発振周波数foscの制限によって出力電圧VOの垂下特性が「フ」の字特性となるので、出力電流IOを十分に制限することができ、安全性の高い保護機能を実現できる。 Further, by setting the oscillation frequency fosc when the CL terminal current ICL is smaller than “ICL4” to about 20% of the normal operation, as shown in FIG. 5, the overcurrent protection level and the oscillation frequency fosc are limited. As a result, the drooping characteristic of the output voltage VO becomes a “F” character characteristic, so that the output current IO can be sufficiently limited, and a highly safe protection function can be realized.
本実施の形態では、過電流保護基準電圧可変回路7および発振周波数低下回路8により、該スイッチング電源装置の出力電圧VO対出力電流IOの特性は図5に示すような特性となる。すなわち、出力電圧VOが安定化された後、負荷37に流れる出力電流IOを増加させ、スイッチング素子1に流れるドレイン電流IDSの電流値が過電流保護レベルILIMITMAXで制限される領域に達すると、出力電圧VOの低下に伴い補助電源電圧VCCが低下し、抵抗33を通ってCL端子に流れ込む電流(CL端子電流ICL)も低下する(ICL<ICL1)ため、過電流保護レベルILIMITが低下し、出力電流IOの伸びを抑え込む。
In the present embodiment, due to the overcurrent protection reference
そして、(1)式で得られる出力電圧VO、出力電流IO、過電流保護レベルILIMITの関係から、過電流保護レベルILIMITの低下を段階的に大きくすることで、図5に示すように出力電圧VOをほぼ直線的に垂下させることが可能となる。つまり、出力電圧VOが、出力電流IOが略一定値となる範囲で垂下する。 Then, from the relationship among the output voltage VO, the output current IO, and the overcurrent protection level ILIMIT obtained by the equation (1), the decrease in the overcurrent protection level ILIMIT is increased stepwise, as shown in FIG. VO can be drooped almost linearly. That is, the output voltage VO droops within a range where the output current IO becomes a substantially constant value.
したがって、出力電圧VOの垂下時に出力電流IOが略一定値となるので、十分な精度の定電流垂下特性を実現することができ、充電器用のスイッチング電源装置として利用することができる。 Therefore, since the output current IO becomes a substantially constant value when the output voltage VO droops, a sufficiently accurate constant current drooping characteristic can be realized, and can be used as a switching power supply device for a charger.
さらに出力電圧VOが低下すると、過電流保護レベルILIMITが最大値ILIMITMAXの10%程度になるのに加えて、発振周波数foscが通常動作時の20%程度になるので、負荷短絡時等の過負荷時の出力電流を小さく抑え込むことができ、所謂「フ」の字保護特性を実現できる。 When the output voltage VO further decreases, the overcurrent protection level ILIMIT becomes about 10% of the maximum value ILIMITMAX, and the oscillation frequency fosc becomes about 20% during normal operation. The output current at the time can be kept small, and so-called “f” character protection characteristics can be realized.
このように、CL端子電流ICLが“ICL4”よりも小さくなると、すなわち過電流保護基準電圧VRが所定の電圧値よりも低くなると、出力電圧VOが所謂「フ」の字特性となって垂下する。 As described above, when the CL terminal current ICL becomes smaller than “ICL4”, that is, when the overcurrent protection reference voltage VR becomes lower than a predetermined voltage value, the output voltage VO droops in a so-called “F” character characteristic. .
以上のように、出力電圧VOの垂下領域(出力電圧垂下時の略一定電流の領域)では、過電流保護レベルILIMITによって常に過電流保護機能が働き、出力電流のピーク値が一定値以下に制限される。さらに短絡等の過負荷時には、過電流保護レベルILIMITが最大値ILIMITMAXの10%程度になるのに加えて、発振周波数foscが小さく制限され、出力電流を小さくすることができるので、充電器の安全性を向上させることができる。 As described above, in the drooping region of the output voltage VO (region of substantially constant current when the output voltage droops), the overcurrent protection function always works according to the overcurrent protection level ILIMIT, and the peak value of the output current is limited to a certain value or less. Is done. Further, in the case of an overload such as a short circuit, the overcurrent protection level ILIMIT is about 10% of the maximum value ILIMITMAX, and the oscillation frequency fosc is limited to a small value, so that the output current can be reduced. Can be improved.
続いて、本実施の形態における過電流保護基準電圧可変回路7および発振周波数低下回路8の詳細について説明する。図2は過電流保護基準電圧可変回路7および発振周波数低下回路8の一例を説明するための図である。但し、図1で説明した部材と同一の部材には同一の符号を付して説明を省略する。
Next, details of the overcurrent protection reference
過電流保護基準電圧可変回路7は、N型MOSFET7A、7B、7D、7E、7G、7H、71B、71D、71E、72B、72D、72Eと、P型MOSFET7I、7Jと、定電流源7C、7F、71C、72Cと、抵抗7Kとから構成されており、また発振周波数低下回路8は、N型MOSFET8Bと、定電流源8Cと、インバータ8Aとから構成されており、図2に示すように各素子が接続されている。
The overcurrent protection reference
図2において、各定電流源7C、7F、71C、72C、8Cの定電流値I1(ICL1)、I2、I3(ICL2)、I4(ICL3)、I5(ICL4)は、次の関係を満たすように構成されている。
In FIG. 2, the constant current values I1 (ICL1), I2, I3 (ICL2), I4 (ICL3), and I5 (ICL4) of the constant
I2>I1>I3>I4>I5 ・・・ (2)
I2>I1+I3+I4 ・・・ (3)
また、P型MOSFET7Jと抵抗7Kで作られる電圧が過電流保護基準電圧VRとして過電流検出回路5へ出力される。
I2>I1>I3>I4> I5 (2)
I2> I1 + I3 + I4 (3)
In addition, a voltage generated by the P-
また、定電流源8CとN型MOSFET8Bとインバータ8Aで作られる信号が、発振周波数低下信号としてスイッチング信号制御回路3へ出力される。ここでは、発振周波数低下信号の信号レベルが“L”レベルになると、スイッチング素子1の発振周波数が低下するものとする。
A signal generated by the constant
このように構成された過電流保護基準電圧可変回路7と発振周波数低下回路8の動作について、以下に説明する。
図2に示すように、N型MOSFET7A、7B、71B、72B、8Bにより、N型MOSFET7Aを基準とするカレントミラー回路が構成されており、CL端子電流ICLと同じ電流がN型MOSFET7A、7B、71B、72B、8Bにそれぞれ流れる。
The operations of the overcurrent protection reference
As shown in FIG. 2, the N-
CL端子電流ICLがICL>I1(ICL1)の場合、(2)式の関係から、N型MOSFET7Bに定電流源7Cからの電流I1の全てが流れるため、N型MOSFET7Dおよび7Eには電流が流れない。また同様に、(2)式の関係から、N型MOSFET71Bに定電流源71Cからの電流I3の全てが流れるため、N型MOSFET71Dおよび71Eには電流が流れず、N型MOSFET72Bに定電流源72Cからの電流I4の全てが流れるため、N型MOSFET72Dおよび72Eには電流が流れず、N型MOSFET8Bに定電流源8Cからの電流I5の全てが流れるため、インバータ8Aには電流が流れず、インバータ8Aの出力信号の信号レベルは“H”レベルとなる。
When the CL terminal current ICL is ICL> I1 (ICL1), all of the current I1 from the constant
従って、定電流源7Fからの電流I2の全てがN型MOSFET7G、7Hに流れるため、過電流保護基準電圧VR決定用の電流IRは、IR=I2となり、これが過電流保護基準電圧VRの最大値となり、このときの過電流保護レベルILIMITが“ILIMITMAX”となる。
Accordingly, since all of the current I2 from the constant
CL端子電流ICLが小さくなり、I1(ICL1)>ICL>I3(ICL2)になると、N型MOSFET7D、7Eには「I1−ICL」の電流が流れる。なお、(2)式の関係から、N型MOSFET71D、71E、72D、72E、インバータ8Aには電流は流れない。従って、N型MOSFET7G、7Hに流れる電流は「I2−(I1−ICL)」となり、CL端子電流ICLが小さくなるほど、電流IRが小さくなる。その結果、過電流保護レベルILIMITは“ILIMITMAX”より小さくなる。なお、過電流保護レベルILIMITが低下を始めるときのCL端子電流ICLは、定電流源7Cの電流値I1により決定される。
When the CL terminal current ICL decreases and I1 (ICL1)> ICL> I3 (ICL2), the current “I1-ICL” flows through the N-
さらにCL端子電流ICLが小さくなり、I3(ICL2)>ICL>I4(ICL3)になると、N型MOSFET7D、7Eには「I1−ICL」の電流が流れ、N型MOSFET71D、71Eには「I3−ICL」の電流が流れる。なお、(2)式の関係から、N型MOSFET72D、72E、インバータ8Aには電流が流れない。従って、N型MOSFET7G、7Hに流れる電流は「I2−(I1−ICL)−(I3−ICL)」となり、CL端子電流ICLの低下に対する電流IRの低下率が大きくなり、過電流保護レベルILIMITの低下率も大きくなる。なお、この過電流保護レベルILIMITの低下率の第一の変化点は、定電流源71Cの電流値I3により決定される。
When the CL terminal current ICL further decreases and I3 (ICL2)> ICL> I4 (ICL3), the current “I1-ICL” flows in the N-
さらにCL端子電流ICLが小さくなり、I4(ICL3)>ICLになると、N型MOSFET7D、7Eには「I1−ICL」の電流が流れ、N型MOSFET71D、71Eには「I3−ICL」の電流が流れ、N型MOSFET72D、72Eには「I4−ICL」の電流が流れる。従って、N型MOSFET7G、7Hに流れる電流は「I2−(I1−ICL)−(I3−ICL)−(I4−ICL)」となり、CL端子電流ICLの低下に対する電流IRの低下率がさらに大きくなり、過電流保護レベルILIMITの低下率もさらに大きくなる。なお、この過電流保護レベルILIMITの低下率の第二の変化点は、定電流源72Cの電流値I4により決定される。
When the CL terminal current ICL further decreases and I4 (ICL3)> ICL, the current “I1-ICL” flows through the N-
さらにCL端子電流ICLが小さくなり、CL端子電流ICLが完全に流れなくなった場合、N型MOSFET7G、7Hに流れる電流は「I2−I1−I3−I4」となり、このときの過電流保護レベルILIMITが最小値、すなわち“ILIMITMIN”となる。
Further, when the CL terminal current ICL becomes smaller and the CL terminal current ICL does not flow completely, the current flowing through the N-
図2に示すように過電流保護基準電圧可変回路7を構成すれば、CL端子電流ICLの変化に対して過電流保護レベルILIMITの変化率を段階的に変化させることが可能となり、図3に示すような特性が実現できる。
If the overcurrent protection reference
一方、CL端子電流ICLがICL<I5(ICL4)となると、インバータ8Aへの入力信号の信号レベルが“L”レベルから“H”レベルに反転するため、インバータ8Aの出力、すなわち発振周波数低下回路8の出力信号(発振周波数低下信号)の信号レベルが“H”レベルから“L”レベルに反転し、スイッチング素子1の発振周波数が低下する。 On the other hand, when the CL terminal current ICL becomes ICL <I5 (ICL4), the signal level of the input signal to the inverter 8A is inverted from the “L” level to the “H” level. 8 is inverted from “H” level to “L” level, and the oscillation frequency of the switching element 1 is lowered.
図2に示すように過電流保護基準電圧可変回路7と発振周波数低下回路8を構成すれば、CL端子電流ICLの電流値が一定値よりも小さくなったときに発振周波数foscを低下させることが可能となり、図4に示すような特性を実現できる。
If the overcurrent protection reference
したがって、図2に示すように過電流保護基準電圧可変回路7と発振周波数低下回路8を構成すれば、図5に示す出力電圧VO対出力電流IOの特性を実現でき、精度の良い定電流垂下特性を実現でき、充電器用のスイッチング電源装置を実現できる。
Therefore, if the overcurrent protection reference
なお、本実施の形態では、過電流保護レベルILIMITの変化を3段階で行う構成としたが、3段階である必要性はなく、4段階、5段階と大きくしてやることで、さらに定電流垂下特性の精度を向上させることができる。 In the present embodiment, the overcurrent protection level ILIMIT is changed in three stages. However, there is no need for the three stages, and the constant current drooping characteristics can be further increased by increasing the four stages and the five stages. Accuracy can be improved.
以上のように、本実施の形態によれば、補助電源電圧VCC、すなわち出力電圧VOの低下に合わせて過電流保護レベルILIMITが変化し、出力電流IOが略一定値のまま、出力電圧VOを垂下させることができる。 As described above, according to the present embodiment, the overcurrent protection level ILIMIT changes with a decrease in the auxiliary power supply voltage VCC, that is, the output voltage VO, and the output voltage VO is maintained while the output current IO remains substantially constant. Can be drooped.
また、2次側の出力電流検出抵抗や定電流制御回路を不要にでき、低コストかつ最小の部品点数によって、十分な精度の定電流垂下特性を実現することができるので、少ない部品点数で十分な精度の充電器用スイッチング電源を構成でき、充電器用スイッチング電源の低コスト・小型化を実現できる。 In addition, secondary output current detection resistors and constant current control circuits can be eliminated, and constant current drooping characteristics with sufficient accuracy can be realized with low cost and minimum number of parts. The switching power supply for the charger with high accuracy can be configured, and the switching power supply for the charger can be reduced in cost and size.
本発明にかかるスイッチング電源装置によれば、低コストかつ最小の部品点数によって、十分な精度の定電流垂下特性を実現することができるので、携帯電話やデジタルスチルカメラ等のポータブル機器用充電器などに有用である。 According to the switching power supply device according to the present invention, a constant current drooping characteristic with sufficient accuracy can be realized with a low cost and a minimum number of parts, so that a charger for portable devices such as a mobile phone and a digital still camera, etc. Useful for.
1 スイッチング素子
2 レギュレータ
3 スイッチング信号制御回路
4 ゲートドライブ回路
5 過電流検出回路
6 スイッチング素子電流検出回路
7 過電流保護基準電圧可変回路
7A、7B、7D、7E、7G、7H、71B、71D、71E、72B、
72D、72E N型MOSFET
7C、7F、71C、72C 定電流源
7I、7J P型MOSFET
7K 抵抗
8 発振周波数低下回路
8A インバータ
8B N型MOSFET
8C 定電流源
9 フィードバック信号制御回路
10 P型MOSFET
20 スイッチング電源装置制御用の半導体装置
31、35 ダイオード
32、36 コンデンサ
33 抵抗
34 制御信号伝達回路
34A フォトトランジスタ
34B フォトダイオード
37 負荷
38 定電圧制御回路
40 トランス
40A 1次巻線
40B 2次巻線
40C 補助巻線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Switching element 2
72D, 72E N-type MOSFET
7C, 7F, 71C, 72C Constant current source 7I, 7JP P-type MOSFET
7K Resistance 8 Oscillation frequency reduction
8C constant
20
Claims (6)
前記第1巻線に入力される直流の入力電圧をスイッチング制御して前記2次巻線に2次側交流電圧を発生させるとともに前記補助巻線に補助交流電圧を発生させるスイッチング素子と、
前記2次側交流電圧を整流し且つ平滑化して出力電圧と出力電流を生成する第1の整流平滑化回路と、
前記出力電圧を検出し前記出力電圧を一定値に安定させるための制御信号を生成する定電流制御回路と、
前記補助交流電圧を整流し且つ平滑化して補助電源電圧を生成する第2の整流平滑化回路と、
前記制御信号に応じて前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御し、かつ前記スイッチング素子に流れる電流が過電流保護レベルに達すると前記スイッチング素子をオフしてそのスイッチング動作を停止させる制御回路と、
を備え、前記出力電圧の垂下時に前記出力電流が略一定値となるスイッチング電源装置であって、
前記制御回路は、
前記入力電圧と前記補助電源電圧を入力とし、これらの何れか一方に基づいて、内部回路用電源の電圧を一定値にするための内部回路電流を生成するレギュレータと、
前記スイッチング素子に流れる電流を検出して素子電流検出信号を生成する素子電流検出信号生成回路と、
前記素子電流検出信号の電圧値と過電流保護基準電圧を比較し、この比較結果に基づいて、前記スイッチング素子に流れる電流が前記過電流保護レベルに達したことを検出すると、前記スイッチング素子をオフしてそのスイッチング動作を停止させる信号を生成する過電流検出回路と、
前記補助電源電圧の低下に伴い前記過電流保護レベルが低下するように前記過電流保護基準電圧を低下させ、前記過電流保護基準電圧が1つ以上の予め設定された電圧よりも低くなる毎に、前記補助電源電圧に対する前記過電流保護基準電圧の低下率を段階的に大きくして、前記出力電圧が、前記出力電流が略一定値となる範囲で垂下するようにする過電流保護基準電圧可変回路と、
を備えることを特徴とするスイッチング電源装置。 A transformer having a first winding, a secondary winding, and an auxiliary winding;
A switching element for controlling the DC input voltage input to the first winding to generate a secondary AC voltage in the secondary winding and generating an auxiliary AC voltage in the auxiliary winding;
A first rectifying / smoothing circuit that rectifies and smoothes the secondary AC voltage to generate an output voltage and an output current;
A constant current control circuit for detecting the output voltage and generating a control signal for stabilizing the output voltage at a constant value;
A second rectifying / smoothing circuit for rectifying and smoothing the auxiliary AC voltage to generate an auxiliary power supply voltage;
A control circuit for controlling the switching operation of the switching element according to the control signal, and for turning off the switching element and stopping the switching operation when a current flowing through the switching element reaches an overcurrent protection level;
A switching power supply device in which the output current becomes a substantially constant value when the output voltage drops.
The control circuit includes:
A regulator for generating an internal circuit current for setting the voltage of the internal circuit power supply to a constant value based on any one of the input voltage and the auxiliary power supply voltage; and
An element current detection signal generation circuit that detects an electric current flowing through the switching element and generates an element current detection signal;
The voltage value of the element current detection signal is compared with an overcurrent protection reference voltage, and when the current flowing through the switching element reaches the overcurrent protection level based on the comparison result, the switching element is turned off. And an overcurrent detection circuit that generates a signal for stopping the switching operation,
The overcurrent protection reference voltage is lowered so that the overcurrent protection level is lowered as the auxiliary power supply voltage is lowered, and each time the overcurrent protection reference voltage becomes lower than one or more preset voltages. The overcurrent protection reference voltage is variable so that the output voltage droops in a range where the output current becomes a substantially constant value by gradually increasing the decrease rate of the overcurrent protection reference voltage with respect to the auxiliary power supply voltage. Circuit,
A switching power supply device comprising:
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