JP2010081686A - スイッチング制御回路及びスイッチング電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング電源装置のスイッチング周波数を狭帯域に限定しつつ入力電圧が低いときの給電能力を向上させる。
【解決手段】スイッチング素子（２０１）は、変圧器（１３）への一次電流の供給を制御する。基本信号発生回路（２０４）は、スイッチング素子（２０１）の制御状態にかかわらず所定の周波数のＰＷＭ基本信号を生成する。計時回路（２０９）は、スイッチング素子（２０１）がオン制御されてからＰＷＭ基本信号の１周期よりも長い所定の時間が経過するまでを計時する。制御回路（２１０）は、ＰＷＭ基本信号を受けたとき、スイッチング素子（２０１）をオン制御し、スイッチング電源装置の出力帰還に基づく第１のオフ信号及び計時回路（２０９）の計時完了に基づく第２のオフ信号のいずれか一方を受けたとき、スイッチング素子（２０１）をオフ制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御方式のスイッチング電源装置に関し、特に、そのスイッチング制御回路に関する。

スイッチング電源装置は、ＡＣ−ＤＣ変換装置やＤＣ−ＤＣ変換装置などの、入力電力を直流電力に変換する電力変換装置に広く用いられる。一般的に、スイッチング電源装置は、スイッチング素子をＰＷＭ制御して変圧器の一次電流の供給及び停止を繰り返すことで、入力電力を所望の直流電力に変換する。

上記のようにスイッチング電源装置ではスイッチング素子は絶えずオン／オフを繰り返している。このため、スイッチング電源装置の出力電圧は、起動時などの入力電圧が低いときにはすぐには上昇せず、出力負荷が大きくなると低下する。したがって、入力電圧が低いときにはスイッチング素子を連続的にオン制御して給電能力を向上することが望ましい。しかし、スイッチング素子を長時間オン制御すると、スイッチング素子に長時間電流が流れ続けて素子破壊が起こるおそれがある。そこで、スイッチング素子を保護しつつ入力電圧が低いときの給電能力を向上させるために、スイッチング素子の最大オン時間を延長している（例えば、特許文献１参照）。

また、スイッチング素子のスイッチング周波数は比較的高いため、スイッチング電源装置はスイッチングノイズを放射する。スイッチングノイズは周辺の電子機器の誤作動の原因となるため、極力抑えることが望ましい。このＥＭＩ（Electro-Magnetic Interference）問題を解決するために、ＰＷＭ基本周波数を変動させることでスイッチングノイズのスペクトルを拡散させてスイッチングノイズのピークを抑制している（例えば、特許文献２参照）。
特開２００７−２０３９５号公報 米国特許第６２４９８７６号明細書

特許文献１の図５および図６ならびに段落００３７から００４９には、発振器の周波数は第１の電源入力電圧条件に関して可変であることが記載されている。したがって、特許文献１に開示されたスイッチング電源装置では、周波数帯域としてのスイッチングノイズ対策が必要となるおそれがあるが、この対策はスイッチング電源装置のコストアップとなる。具体的には、特許文献１に開示されたスイッチング電源装置のスイッチング周波数は、パルス幅変調方式を基本とした可変のスイッチング周波数となるため、固定周波数のパルス幅変調方式に比べて、スイッチング電源装置の入出力線に、周波数帯域を考慮した部品点数の多いノイズフィルタを構成しなければならない可能性がある。

上記問題に鑑み、本発明は、スイッチング電源装置のスイッチング周波数を狭帯域に限定しつつ入力電圧が低いときの給電能力を向上させることを課題とする。

上記課題を解決するために次の手段を講じた。すなわち、入力電力を直流電力に変換するスイッチング電源装置における変圧器への一次電流の供給を制御するスイッチング素子をＰＷＭ制御するスイッチング制御回路であって、前記スイッチング素子の制御状態にかかわらず所定の周波数のＰＷＭ基本信号を生成する基本信号発生回路と、前記スイッチング素子がオン制御されてから前記ＰＷＭ基本信号の１周期よりも長い所定の時間が経過するまでを計時する計時回路と、前記ＰＷＭ基本信号を受けたとき、前記スイッチング素子をオン制御し、前記スイッチング電源装置の出力帰還に基づく第１のオフ信号及び前記計時回路の計時完了に基づく第２のオフ信号のいずれか一方を受けたとき、前記スイッチング素子をオフ制御する制御回路とを備えているものとする。また、入力電力を直流電力に変換するスイッチング電源装置であって、変圧器と、前記変圧器の一次巻線に接続され、前記変圧器への一次電流の供給を制御するスイッチング素子と、前記変圧器の二次巻線に接続され、前記変圧器の二次電流を整流する整流素子と、前記整流素子によって整流された電流を平滑化して直流電圧を生成する平滑素子と、前記スイッチング素子の制御状態にかかわらず所定の周波数のＰＷＭ基本信号を生成する基本信号発生回路と、前記スイッチング素子がオン制御されてから前記ＰＷＭ基本信号の１周期よりも長い所定の時間が経過するまでを計時する計時回路と、前記ＰＷＭ基本信号を受けたとき、前記スイッチング素子をオン制御し、当該スイッチング電源装置の出力帰還に基づく第１のオフ信号及び前記計時回路の計時完了に基づく第２のオフ信号のいずれか一方を受けたとき、前記スイッチング素子をオフ制御する制御回路とを備えているものとする。

上記構成によると、スイッチング素子をＰＷＭ基本信号の１周期よりも長い時間連続的にオン制御して、入力電圧が低いときの給電能力を向上することができる。さらに、基本信号発生回路はスイッチング素子の制御状態にかかわらず所定の周波数のＰＷＭ基本信号を生成するため、スイッチング素子のスイッチング周期はＰＷＭ基本信号の１周期の自然数倍となる。したがって、スイッチングノイズのピークをＰＷＭ基本周波数及びその高調波成分に限定することができる。これにより、スイッチングノイズ対策が容易になる。

上記スイッチング制御回路は、前記第１のオフ信号を受けたとき、前記制御回路に入力される前記ＰＷＭ基本信号を一定期間マスクするマスク回路を備えていることが好ましい。これによると、スイッチング素子が非導通となる時間を確保することができ、スイッチング素子に流れる電流を完全に遮断することができる。

具体的には、前記計時回路は、定電流源と、一端が接地されたコンデンサと、前記定電流源の出力端と前記コンデンサの他端との間に接続され、前記スイッチング素子がオン制御されている間は導通状態となり、前記スイッチング素子がオフ制御されている間は非導通状態となる第１のスイッチと、前記コンデンサに並列に接続され、前記スイッチング素子がオン制御されている間は非導通状態となり、前記スイッチング素子がオフ制御されている間は導通状態となる第２のスイッチと、前記コンデンサの充電電圧と基準電圧とを比較する比較器とを有する。あるいは、前記計時回路は、前記ＰＷＭ基本信号よりも高い周波数のクロック信号を生成するクロック信号発生回路と、前記スイッチング素子がオン制御されてから前記クロック信号のエッジを所定数カウントするクロックカウンタとを有する。

前記基本信号発生回路は、入力されたゆらぎ信号に応じて前記ＰＷＭ基本信号の周波数を変動させることが好ましい。これによると、ＰＷＭ基本周波数がゆらぎ信号に応じて連続的に変化するため、スイッチングノイズのスペクトルが拡散され、スイッチングノイズのピークが抑制される。

具体的には、上記スイッチング制御回路は、三角波信号を生成する三角波発生回路と、前記三角波信号に基づいて前記ゆらぎ信号を生成するゆらぎ生成回路とを備えている。あるいは、上記スイッチング制御回路は、カウント動作を行うカウンタと、複数の定電流源を有し、前記カウンタの出力値に応じて前記複数の定電流源の並列接続数を切り替えてその合計電流を前記ゆらぎ信号として出力するゆらぎ生成回路とを備えている。

また、具体的には、上記スイッチング制御回路は、前記スイッチング電源装置の入力リップル、出力リップル、及び前記変圧器の補助巻線の出力リップルのいずれかを増幅する増幅回路と、前記増幅回路の出力に基づいて前記ゆらぎ信号を生成するゆらぎ生成回路とを備えている。あるいは、上記スイッチング制御回路は、前記スイッチング電源装置の出力の検出及び前記変圧器の補助巻線の出力の検出のいずれかを受けて前記第１のオフ信号の元となるフィードバック信号を生成するフィードバック回路と、前記フィードバック回路によって増幅された前記スイッチング電源装置の出力リップル及び前記補助巻線の出力リップルのいずれかに基づいて前記ゆらぎ信号を生成するゆらぎ生成回路とを備えている。あるいは、上記スイッチング制御回路は、前記スイッチング電源装置の入力の検出及び出力の検出（又は前記変圧器の補助巻線の出力の検出）を受けて前記第１のオフ信号の元となるフィードバック信号を生成するフィードバック回路と、前記フィードバック回路によって合成及び増幅された前記スイッチング電源装置の入力リップル及び出力リップル（又は前記変圧器の補助巻線の出力リップル）に基づいて前記ゆらぎ信号を生成するゆらぎ生成回路とを備えている。

本発明によると、スイッチング電源装置のスイッチング周波数を狭帯域に限定しつつ入力電圧が低いときの給電能力を向上させることができる。これにより、スイッチングノイズ対策が容易になり、高性能のスイッチング電源装置を低コストで実現することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

《第１の実施形態》
図１は、第１の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成を示す。入力整流ダイオード１１及び入力平滑コンデンサ１２は、交流入力Ｖｉｎを整流及び平滑化して変圧器１３の一次側に直流電流を供給する。出力整流ダイオード１４及び出力平滑コンデンサ１５は、変圧器１３の二次電流を整流及び平滑化して直流出力Ｖｏｕｔを生成する。スイッチング制御回路２０は、変圧器１３への一次電流の供給を制御する。具体的には、変圧器１３の一次巻線に接続されたスイッチング素子２０１のオン／オフ動作によって変圧器１３への一次電流の供給が制御される。なお、スイッチング制御回路２０は単体の半導体チップとして構成可能である。スイッチング素子２０１はスイッチング制御回路２０の外部に設けてもよい。

スイッチング制御回路２０において、三角波発生回路２０２は三角波信号Ｓ１を生成する。図２は、三角波発生回路２０２の構成例を示す。定電流源２０２０からスイッチング素子２０２１を介してコンデンサ２０２２に電荷が供給される。比較器２０２３は、定電流源２０２４及び２０２５並びに抵抗素子２０２６によって生成される第１基準電圧とコンデンサ２０２２の電圧とを比較する。コンデンサ２０２２の電圧が第１基準電圧に到達すると、比較器２０２３の出力によって、スイッチング素子２０２１及び２０２７は非導通に、スイッチング素子２０２８は導通にそれぞれ制御される。これにより、スイッチング素子２０２９が導通してコンデンサ２０２２の電圧が低下する。そして、コンデンサ２０２２の電圧が低電流源２０２５及び抵抗素子２０２６によって生成される第２基準電圧に到達すると、比較器２０２３の出力によって、スイッチング素子２０２１及び２０２７は導通に、スイッチング素子２０２８は非導通にそれぞれ制御される。以上の動作を繰り返すことで、コンデンサ２０２２の電圧は第１基準電圧及び第２基準電圧の間で変化する三角波信号Ｓ１となる。

図１に戻り、ゆらぎ生成回路２０３は三角波信号Ｓ１に基づいてゆらぎ信号Ｓ２を生成する。具体的には、三角波信号Ｓ１はトランジスタ２０３０のゲートに入力される。トランジスタ２０３０はカレントミラー回路２０３１の入力側に接続されている。これにより、カレントミラー回路２０３１から三角波信号Ｓ１に応じて変動する電流が出力される。この電流がゆらぎ信号Ｓ２となる。基本信号発生回路２０４は、ゆらぎ信号Ｓ２に応じて周波数が変動するＰＷＭ基本信号Ｓ３を生成する。

なお、ゆらぎ信号Ｓ２の周波数は最大でもＰＷＭ基本周波数の１０％程度にするのが望ましい。例えば、ＰＷＭ基本周波数を１００ｋＨｚ、ゆらぎ信号Ｓ２の周波数を１０ｋＨｚとすると、ＰＷＭ基本信号Ｓ３は１００ｋＨｚから１１０ｋＨｚの間で変化する。

電流検出回路２０５は、スイッチング素子２０１に流れる電流を検出して検出信号Ｓ４を出力する。電流検出回路２０５は、スイッチング素子２０１のソース側に設けてもよい。図３は、電流検出回路２０５をスイッチング素子２０１のソース側に設ける場合の構成例を示す。この場合、スイッチング素子２０１と並列に、スイッチング素子２０１よりも十分に小さい電流を流すセンス素子２０１ａとセンス抵抗２０１ｂを設ける。電流検出回路２０５は、スイッチング素子２０１に流れる電流をセンス抵抗２０１ｂの電圧から間接的に検出する。

図１に戻り、フィードバック回路２０６は、出力電圧検出回路１６によって検出された直流出力Ｖｏｕｔに基づいて、検出信号Ｓ４の目標値となるフィードバック信号Ｓ５を生成する。図４及び図５は、それぞれ、出力電圧検出回路１６及びフィードバック回路２０６の構成例を示す。フォトカプラ１６１の発光ダイオード１６１１は、直流出力Ｖｏｕｔに応じた光量で光１６１２を出力する。フォトカプラ１６１のフォトトランジスタ１６１３は光１６１２を受光する。フォトトランジスタ１６１３を流れる電流は、カレントミラー回路２０６０及び２０６１を介してフィードバック信号Ｓ５に変換される。なお、変圧器１３に補助巻線がある場合、出力電圧検出回路１６は直流出力Ｖｏｕｔに代えて補助巻線の出力を検出するようにしてもよい。

図１に戻り、比較器２０７は、検出信号Ｓ４とフィードバック信号Ｓ５とを比較し、検出信号Ｓ４がフィードバック信号Ｓ５に到達したときオフ信号Ｓ６を出力する。マスク回路２０８は、オフ信号Ｓ６を受けたとき、ＰＷＭ基本信号Ｓ３を一定期間マスクする。これは、スイッチング素子２０１に流れる電流を完全に遮断するためにスイッチング素子２０１が非導通となる時間を確保するためである。具体的には、遅延回路２０８０はオフ信号Ｓ６を遅延させて出力する。そして、ＡＮＤゲート２０８１はＰＷＭ基本信号Ｓ３と遅延回路２０８０の出力との論理積（Ｓ３’）を出力する。計時回路２０９は、スイッチング素子２０１を制御する信号Ｓ７を受け、スイッチング素子２０１がオン制御されてからＰＷＭ基本信号Ｓ３の１周期よりも長い所定の時間が経過するまでを計時してオフ信号Ｓ８を出力する。制御回路２１０は、ＰＷＭ基本信号Ｓ３’を受けたとき、スイッチング素子２０１をオン制御し、オフ信号Ｓ６及びＳ８のいずれか一方を受けたとき、スイッチング素子２０１をオフ制御する。具体的には、制御回路２１０は、ＰＷＭ基本信号Ｓ３'によってセットされ、オフ信号Ｓ６及びＳ８が入力されるＯＲゲート２１０１の出力によってリセットされ、信号Ｓ７を出力するＳＲラッチ回路２１０２で構成される。したがって、ＳＲラッチ回路２１０２が一旦セットされるとリセットされるまではＰＷＭ基本信号Ｓ３の入力の有無にかかわらずスイッチング素子２０１は連続してオン制御される。

なお、スイッチング素子２０１がオン制御されてから計時回路２０９がオフ信号Ｓ８を出力するまでの時間が長くし過ぎてスイッチング周波数が可聴域にまで低くなると騒音の原因となる。したがって、計時回路２０９が計時する時間はスイッチング周波数が２０ｋＨｚ以下とならないように設定することが望ましい。

図６は、スイッチング制御回路２０の主要部の詳細構成を示す。基本信号発生回路２０４は、図２の三角波発生回路２０２の構成に１ショットパルス生成回路２０４１を追加することで構成可能である。１ショットパルス生成回路２０４１は、比較器２０４２から出力される矩形波信号を１ショットパルスにしてＰＷＭ基本信号Ｓ３として出力する。ゆらぎ信号Ｓ２は定電流源２０４３の出力側に入力される。計時回路２０９において、スイッチ２０９１は、スイッチング素子２０１がオン制御されている間は導通状態となり、スイッチング素子２０１がオフ制御されている間は非導通状態となる。スイッチ２０９２はこれとは逆の動きをする。スイッチング素子２０１がオン制御されている間は、コンデンサ２０９３には定電流源２０９４からスイッチ２０９１を介して電荷が供給される。基本信号発生回路２０４は、スイッチング素子２０１の制御状態にかかわらず所定の周波数のＰＷＭ基本信号Ｓ３を生成する。一方、スイッチング素子２０１がオフ制御されている間は、スイッチ２０９２がオンとなり、コンデンサ２０９２の電圧が低下する。比較器２０９５は、コンデンサ２０９３の電圧と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較し、コンデンサ２０９３の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆに到達したときオフ信号Ｓ８を出力する。なお、コンデンサ２０９３が放電状態から基準電圧Ｖｒｅｆにまで充電される時間は、ＰＷＭ基本信号Ｓ３の１周期よりも長い時間となるようにする。

図７は、スイッチング制御回路２０の主要部についての別の詳細構成を示す。計時回路２０９において、クロック信号発生回路２０９６は、ＰＷＭ基本信号Ｓ３よりも高い周波数のクロック信号を生成する。当該クロック信号はスイッチング素子２０１がオン制御されているときにのみ生成されればよいため、クロック信号発生回路２０９６は信号Ｓ７に従って動作／停止をするように構成するのが好ましい。クロックカウンタ２０９７は、信号Ｓ７を受け、スイッチング素子２０１がオン制御されてから、クロック信号発生回路２０９６が生成したクロック信号のエッジを所定数カウントしてからオフ信号Ｓ８を出力する。また、クロックカウンタ２０９７は、スイッチング素子２０１がオフ制御されるとカウント値をリセットする。なお、スイッチング素子２０１がオン制御されてからオフ信号Ｓ８が出力されるまでの時間がＰＷＭ基本信号Ｓ３の１周期よりも長い時間となるように上記所定数を設定する。

以上、本実施形態によると、スイッチング素子２０１をＰＷＭ基本信号Ｓ３の１周期よりも長い時間連続的にオン制御して、入力電圧が低いときの給電能力を向上することができる。また、基本信号発生回路２０４はスイッチング素子２０１の制御状態にかかわらず所定の周波数のＰＷＭ基本信号Ｓ３を生成するため、スイッチング素子２０１のスイッチング周期はＰＷＭ基本信号Ｓ３の１周期の自然数倍となる。したがって、スイッチングノイズのピークをＰＷＭ基本周波数及びその高調波成分に限定することができる。これにより、スイッチングノイズ対策が容易になる。さらに、ＰＷＭ基本周波数がゆらぎ信号Ｓ２に応じて連続的に変化するため、スイッチングノイズのスペクトルが拡散され、スイッチングノイズのピークが抑制される。

なお、入力整流ダイオード１１に代えてダイオードブリッジを用いて交流入力Ｖｉｎを全波整流するようにしてもよい。また、ＰＷＭ基本信号Ｓ３の周波数は固定であってもよい。その場合、三角波発生回路２０２及びゆらぎ生成回路２０３は不要である。

《第２の実施形態》
図８は、第２の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成を示す。本実施形態に係るスイッチング電源装置は、第１の実施形態に係るスイッチング電源装置における三角波発生回路２０２及びゆらぎ生成回路２０３に代えて、カウンタ２１１及びゆらぎ生成回路２０３’を備えている。以下、第１の実施形態と異なる点についてのみ説明する。

カウンタ２１１は、ＰＷＭ基本信号Ｓ３に同期してカウント動作を行い、４ビットの信号Ｔ１〜Ｔ４を出力する。カウンタ２１１は、アップカウンタ、ダウンカウンタ、アップダウンカウンタのいずれであってもよい。ゆらぎ生成回路２０３’は、カウンタ２１１の出力値に応じて４個の定電流源２０３２の並列接続数を切り替えてその合計電流をゆらぎ信号Ｓ２として出力する。ここで、４個の定電流源を２のベキ乗比に設定することで、ゆらぎ信号Ｓ２を１６段階に調整することができる。このように、本実施形態によると、ＰＷＭ基本周波数がゆらぎ信号Ｓ２に応じて離散的に変化するため、スイッチングノイズのスペクトルが拡散され、スイッチングノイズのピークが抑制される。

《第３の実施形態》
図９は、第３の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成を示す。本実施形態に係るスイッチング電源装置は、第１の実施形態に係るスイッチング電源装置における三角波発生回路２０２に代えて、増幅回路２１２を備えている。以下、第１の実施形態と異なる点についてのみ説明する。

増幅回路２１２は、入力平滑コンデンサ１２の中間電圧を増幅して信号Ｓ１を出力する。すなわち、増幅回路２１２は、スイッチング電源装置の入力リップルを増幅する。具体的には、増幅回路２１２は、オペアンプやミラー回路などで構成することができる。ゆらぎ生成回路２０３は信号Ｓ１に基づいてゆらぎ信号Ｓ２を生成する。このように、本実施形態によると、スイッチング電源装置の入力リップルを利用してゆらぎ信号Ｓ２を生成するため、ゆらぎ信号Ｓ２の元となる三角波を人工的に生成しなくてもよい。したがって、第１の実施形態よりも回路規模を小さくすることができる。また、入力平滑コンデンサ１２の容量値を変更することで、ゆらぎ信号Ｓ２のゆらぎ量を調整することができる。

《第４の実施形態》
図１０は、第４の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成を示す。本実施形態に係るスイッチング電源装置は、第１の実施形態に係るスイッチング電源装置における三角波発生回路２０２に代えて、増幅回路２１２を備えている。以下、第１の実施形態と異なる点についてのみ説明する。

増幅回路２１２は、出力平滑コンデンサ１５の中間電圧を増幅して信号Ｓ１を出力する。すなわち、増幅回路２１２は、スイッチング電源装置の出力リップルを増幅する。具体的には、増幅回路２１２は、オペアンプやミラー回路などで構成することができる。ゆらぎ生成回路２０３は信号Ｓ１に基づいてゆらぎ信号Ｓ２を生成する。このように、本実施形態によると、スイッチング電源装置の出力リップルを利用してゆらぎ信号Ｓ２を生成するため、ゆらぎ信号Ｓ２の元となる三角波を人工的に生成しなくてもよい。したがって、第１の実施形態よりも回路規模を小さくすることができる。また、出力平滑コンデンサ１５の容量値を変更することで、ゆらぎ信号Ｓ２のゆらぎ量を調整することができる。

変圧器１３に補助巻線がある場合、出力電圧検出回路１６は直流出力Ｖｏｕｔに代えて補助巻線の出力を検出するようにしてもよい。図１１は、本実施形態に係るスイッチング電源装置の変形例の構成を示す。出力整流ダイオード１４’及び出力平滑コンデンサ１５’は、変圧器１３の補助巻線出力を整流及び平滑化して、直流出力Ｖｏｕｔと同相の直流出力Ｖｏｕｔ’を生成する。出力電圧検出回路１６は、直流出力Ｖｏｕｔ’を検出する。また、増幅回路２１２は、出力平滑コンデンサ１５’の中間電圧を増幅して信号Ｓ１を出力する。出力平滑コンデンサ１５の容量値は直流出力Ｖｏｕｔに直接影響を及ぼすため、むやみに変更することができない。これに対して、補助巻線は専らスイッチング電源装置のフィードバック制御のために設けられているため、出力平滑コンデンサ１５’の容量値は直流出力Ｖｏｕｔに影響を与えることなく自由に変更可能である。したがって、補助巻線出力を利用することで電源設計の自由度が向上する。

《第５の実施形態》
図１２は、第５の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成を示す。本実施形態に係るスイッチング電源装置は、第１の実施形態に係るスイッチング電源装置における三角波発生回路２０２を省略し、フィードバック回路２０６からゆらぎ生成回路２０３に信号Ｓ１を供給するように構成したものである。以下、第１の実施形態と異なる点についてのみ説明する。

フィードバック回路２０６は、フィードバック信号Ｓ５を生成する過程で出力リップルを増幅している。したがって、フィードバック回路２０６の内部信号を信号Ｓ１としてゆらぎ生成回路２０３に供給することが可能である。図１３は、フィードバック回路２０６の構成例を示す。このフィードバック回路２０６は図５のものとまったく同一の構成である。ここで、カレントミラー回路２０６１のゲート電圧を信号Ｓ１として利用可能である。このように、本実施形態によると、ゆらぎ信号Ｓ２の生成の元となる信号Ｓ１を生成するための回路を別途設ける必要がないため、他のどの実施形態よりも回路規模を小さくすることができる。

変圧器１３に補助巻線がある場合、上述したように、出力電圧検出回路１６は直流出力Ｖｏｕｔに代えて補助巻線の出力を検出するようにしてもよい。図１４は、本実施形態に係るスイッチング電源装置の変形例の構成を示す。補助巻線出力を利用することで電源設計の自由度が向上する。

《第６の実施形態》
図１５は、第６の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成を示す。本実施形態に係るスイッチング電源装置は、第５の実施形態に係るスイッチング電源装置におけるフィードバック回路２０６に代えて、入力平滑コンデンサ１２の中間電圧及び直流出力Ｖｏｕｔに基づいて信号Ｓ１及びフィードバック信号Ｓ５を生成するフィードバック回路２０６’を備えている。以下、第５の実施形態と異なる点についてのみ説明する。

図１６は、フィードバック回路２０６’の構成例を示す。フィードバック回路２０６’は、図１３のフィードバック回路２０６にカレントミラー回路２０６３その他の部品を追加した構成となっている。カレントミラー回路２０６３は、入力平滑コンデンサ１２の中間電圧に応じた大きさの電流を出力する。カレントミラー回路２０６３の出力はカレントミラー回路２０６０の出力と合わさり、この合成電流はカレントミラー回路２０６０及び２０６１を介して信号Ｓ１及びフィードバック信号Ｓ５に変換される。

以上、本実施形態によると、スイッチング電源装置の入力リップル及び出力リップルを利用してゆらぎ信号Ｓ２が生成される。すなわち、ＰＷＭ基本周波数のゆらぎ量の調整に、入力平滑コンデンサ１２の容量値及び出力平滑コンデンサ１５の容量値の２つのパラメータを用いることができるため、電源設計の自由度が向上する。

なお、変圧器１３に補助巻線がある場合、出力電圧検出回路１６は直流出力Ｖｏｕｔに代えて補助巻線の出力を検出するようにしてもよい。

本発明に係るスイッチング制御回路及びスイッチング電源装置は、スイッチング周波数を狭帯域に限定しつつ入力電圧が低いときの給電能力を向上させることができるため、高速起動及び低ＥＭＩが要求される電子機器などに有用である。

第１の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成図である。 三角波発生回路の構成例を示す図である。 電流検出回路をスイッチング素子のソース側に設ける場合の構成例を示す図である。 出力電圧検出回路の構成例を示す図である。 フィードバック回路の構成例を示す図である。 スイッチング制御回路の主要部分の詳細構成図である。 スイッチング制御回路の主要部分の詳細構成図である。 第２の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成図である。 第３の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成図である。 第４の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成図である。 第４の実施形態に係るスイッチング電源装置の変形例の構成図である。 第５の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成図である。 フィードバック回路の構成例を示す図である。 第５の実施形態に係るスイッチング電源装置の変形例の構成図である。 第６の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成図である。 フィードバック回路の構成例を示す図である。

符号の説明

１３ 変圧器
１４ 出力整流ダイオード（整流素子）
１５ 出力平滑コンデンサ（平滑素子）
２０ スイッチング制御回路
２０１ スイッチング素子
２０２ 三角波発生回路
２０３ ゆらぎ生成回路
２０９１ スイッチ（第１のスイッチ）
２０９２ スイッチ（第２のスイッチ）
２０９３ コンデンサ
２０９４ 定電流源
２０９５ 比較器
２０９６ クロック信号発生回路
２０９７ クロックカウンタ
２０３’ ゆらぎ生成回路
２０３２ 定電流源
２０４ 基本信号発生回路
２０６ フィードバック回路
２０６’ フィードバック回路
２０８ マスク回路
２０９ 計時回路
２１０ 制御回路
２１１ カウンタ
２１２ 増幅回路

Claims (15)

1. 入力電力を直流電力に変換するスイッチング電源装置における変圧器への一次電流の供給を制御するスイッチング素子をＰＷＭ制御するスイッチング制御回路であって、
   前記スイッチング素子の制御状態にかかわらず所定の周波数のＰＷＭ基本信号を生成する基本信号発生回路と、
   前記スイッチング素子がオン制御されてから前記ＰＷＭ基本信号の１周期よりも長い所定の時間が経過するまでを計時する計時回路と、
   前記ＰＷＭ基本信号を受けたとき、前記スイッチング素子をオン制御し、前記スイッチング電源装置の出力帰還に基づく第１のオフ信号及び前記計時回路の計時完了に基づく第２のオフ信号のいずれか一方を受けたとき、前記スイッチング素子をオフ制御する制御回路とを備えている
   ことを特徴とするスイッチング制御回路。
2. 請求項１のスイッチング制御回路において、
   前記第１のオフ信号を受けたとき、前記制御回路に入力される前記ＰＷＭ基本信号を一定期間マスクするマスク回路を備えている
   ことを特徴とするスイッチング制御回路。
3. 請求項１のスイッチング制御回路において、
   前記計時回路は、
   定電流源と、
   一端が接地されたコンデンサと、
   前記定電流源の出力端と前記コンデンサの他端との間に接続され、前記スイッチング素子がオン制御されている間は導通状態となり、前記スイッチング素子がオフ制御されている間は非導通状態となる第１のスイッチと、
   前記コンデンサに並列に接続され、前記スイッチング素子がオン制御されている間は非導通状態となり、前記スイッチング素子がオフ制御されている間は導通状態となる第２のスイッチと、
   前記コンデンサの充電電圧と基準電圧とを比較する比較器とを有する
   ことを特徴とするスイッチング制御回路。
4. 請求項１のスイッチング制御回路において、
   前記計時回路は、
   前記ＰＷＭ基本信号よりも高い周波数のクロック信号を生成するクロック信号発生回路と、
   前記スイッチング素子がオン制御されてから前記クロック信号のエッジを所定数カウントするクロックカウンタとを有する
   ことを特徴とするスイッチング制御回路。
5. 請求項１のスイッチング制御回路において、
   前記基本信号発生回路は、入力されたゆらぎ信号に応じて前記ＰＷＭ基本信号の周波数を変動させる
   ことを特徴とするスイッチング制御回路。
6. 請求項５のスイッチング制御回路において、
   三角波信号を生成する三角波発生回路と、
   前記三角波信号に基づいて前記ゆらぎ信号を生成するゆらぎ生成回路とを備えている
   ことを特徴とするスイッチング制御回路。
7. 請求項５のスイッチング制御回路において、
   カウント動作を行うカウンタと、
   複数の定電流源を有し、前記カウンタの出力値に応じて前記複数の定電流源の並列接続数を切り替えてその合計電流を前記ゆらぎ信号として出力するゆらぎ生成回路とを備えている
   ことを特徴とするスイッチング制御回路。
8. 請求項５のスイッチング制御回路において、
   前記スイッチング電源装置の入力リップルを増幅する増幅回路と、
   前記増幅回路の出力に基づいて前記ゆらぎ信号を生成するゆらぎ生成回路とを備えている
   ことを特徴とするスイッチング制御回路。
9. 請求項５のスイッチング制御回路において、
   前記スイッチング電源装置の出力リップルを増幅する増幅回路と、
   前記増幅回路の出力に基づいて前記ゆらぎ信号を生成するゆらぎ生成回路とを備えている
   ことを特徴とするスイッチング制御回路。
10. 請求項５のスイッチング制御回路において、
    前記変圧器の補助巻線の出力リップルを増幅する増幅回路と、
    前記増幅回路の出力に基づいて前記ゆらぎ信号を生成するゆらぎ生成回路とを備えている
    ことを特徴とするスイッチング制御回路。
11. 請求項５のスイッチング制御回路において、
    前記スイッチング電源装置の出力の検出を受けて前記第１のオフ信号の元となるフィードバック信号を生成するフィードバック回路と、
    前記フィードバック回路によって増幅された前記スイッチング電源装置の出力リップルに基づいて前記ゆらぎ信号を生成するゆらぎ生成回路とを備えている
    ことを特徴とするスイッチング制御回路。
12. 請求項５のスイッチング制御回路において、
    前記変圧器の補助巻線の出力の検出を受けて前記第１のオフ信号の元となるフィードバック信号を生成するフィードバック回路と、
    前記フィードバック回路によって増幅された前記補助巻線の出力リップルに基づいて前記ゆらぎ信号を生成するゆらぎ生成回路とを備えている
    ことを特徴とするスイッチング制御回路。
13. 請求項５のスイッチング制御回路において、
    前記スイッチング電源装置の入力の検出及び出力の検出を受けて前記第１のオフ信号の元となるフィードバック信号を生成するフィードバック回路と、
    前記フィードバック回路によって合成及び増幅された前記スイッチング電源装置の入力リップル及び出力リップルに基づいて前記ゆらぎ信号を生成するゆらぎ生成回路とを備えている
    ことを特徴とするスイッチング制御回路。
14. 請求項５のスイッチング制御回路において、
    前記スイッチング電源装置の入力の検出及び前記変圧器の補助巻線の出力の検出を受けて前記第１のオフ信号の元となるフィードバック信号を生成するフィードバック回路と、
    前記フィードバック回路によって合成及び増幅された前記スイッチング電源装置の入力リップル及び前記変圧器の補助巻線の出力リップルに基づいて前記ゆらぎ信号を生成するゆらぎ生成回路とを備えている
    ことを特徴とするスイッチング制御回路。
15. 入力電力を直流電力に変換するスイッチング電源装置であって、
    変圧器と、
    前記変圧器の一次巻線に接続され、前記変圧器への一次電流の供給を制御するスイッチング素子と、
    前記変圧器の二次巻線に接続され、前記変圧器の二次電流を整流する整流素子と、
    前記整流素子によって整流された電流を平滑化して直流電圧を生成する平滑素子と、
    前記スイッチング素子の制御状態にかかわらず所定の周波数のＰＷＭ基本信号を生成する基本信号発生回路と、
    前記スイッチング素子がオン制御されてから前記ＰＷＭ基本信号の１周期よりも長い所定の時間が経過するまでを計時する計時回路と、
    前記ＰＷＭ基本信号を受けたとき、前記スイッチング素子をオン制御し、当該スイッチング電源装置の出力帰還に基づく第１のオフ信号及び前記計時回路の計時完了に基づく第２のオフ信号のいずれか一方を受けたとき、前記スイッチング素子をオフ制御する制御回路とを備えている
    ことを特徴とするスイッチング電源装置。

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