JP2018064317A

JP2018064317A - Switching power supply device

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Publication number: JP2018064317A
Application number: JP2016199943A
Authority: JP
Inventors: 浩次東堂; Koji Todo
Original assignee: Cosel Co Ltd
Current assignee: Cosel Co Ltd
Priority date: 2016-10-11
Filing date: 2016-10-11
Publication date: 2018-04-19
Anticipated expiration: 2036-10-11
Also published as: JP6514175B2

Abstract

【課題】入力電源の再投入時にスイッチング動作を適切に再開させることができ、継続運転時の主スイッチング素子の駆動損失も小さくできるスイッチング電源装置を提供する。【解決手段】ハイサイド側の主スイッチング素子１８を駆動するドライバ３０と、ドライバ３０に駆動電源電圧Vcを供給する駆動電源コンデンサ３２を有する。制御電源ライン３４に、第一の電源電圧V1を出力する電源部３６を備える。制御電源ライン３４と駆動電源ライン２８とを接続するブートストラップダイオード４０を備える。入力電圧Viを降圧し駆動グランドライン２２基準の第二の電源電圧V2を出力する定電圧回路４２と、定電圧回路４２の出力と駆動電源ライン２８とを接続する逆流阻止ダイオード４４を備える。駆動電源電圧Vcが一定以上になると、定電圧回路４２の定電圧設定値V2(max)を変更し、逆流阻止ダイオード４４をオフさせる設定値変更回路４６を備える。【選択図】図１Provided is a switching power supply device capable of appropriately restarting a switching operation when an input power supply is turned on again and reducing a driving loss of a main switching element during continuous operation. A driver 30 for driving a high-side main switching element 18 and a drive power supply capacitor 32 for supplying a drive power supply voltage Vc to the driver 30 are provided. The control power supply line 34 includes a power supply unit 36 that outputs the first power supply voltage V1. A bootstrap diode 40 that connects the control power supply line 34 and the drive power supply line 28 is provided. A constant voltage circuit 42 that steps down the input voltage Vi and outputs a second power supply voltage V2 based on the drive ground line 22 and a reverse current blocking diode 44 that connects the output of the constant voltage circuit 42 and the drive power supply line 28 are provided. When the drive power supply voltage Vc becomes equal to or higher than a certain level, the constant voltage setting value V2 (max) of the constant voltage circuit 42 is changed, and a set value changing circuit 46 for turning off the backflow prevention diode 44 is provided. [Selection] Figure 1

Description

本発明は、主スイッチング素子がハイサイド側に設けられた降圧チョッパ型のスイッチング電源装置に関する。 The present invention relates to a step-down chopper type switching power supply device in which a main switching element is provided on the high side.

この種のスイッチング電源装置は、主スイッチング素子を駆動するドライバに動作用の駆動電源電圧を生成するため、いわゆるブートストラップ回路が設けられる。ただし、単にブートストラップ回路を設けただけでは、例えば、入力電源が遮断されスイッチング動作が停止した後、出力平滑コンデンサに電圧が残った状態で再び入力電源が投入されると、ブートストラップ回路が動作できず、スイッチング動作が適切に再開されないという問題が発生する。したがって、この問題を確実に解決できる技術が求められている。 This type of switching power supply device is provided with a so-called bootstrap circuit in order to generate a drive power supply voltage for operation in a driver that drives the main switching element. However, if the bootstrap circuit is simply provided, for example, after the input power supply is shut off and the switching operation is stopped, the input power supply is turned on again with the voltage remaining in the output smoothing capacitor. The switching operation cannot be resumed properly. Therefore, there is a need for a technique that can reliably solve this problem.

従来、例えば特許文献１に開示されているように、スイッチ素子（主スイッチング素子）と第一のダイオード（整流素子）との接続点である主電流ラインをグランドとする駆動回路（ドライバ）が設けられ、駆動回路に駆動電圧（主電流ラインが基準）を印加する駆動電圧ラインと主電流ラインとの間にキャパシタが接続され、入力電圧を定電圧化した所定電圧（主電流ラインが基準）を駆動電圧ラインに供給する定電圧回路が設けられ、さらに外部から入力される外部制御電圧を駆動電圧ラインへ印加するブートストラップダイオードが設けられたスイッチング電源装置があった。定電圧回路の定電圧設定値は、外部制御電圧より低い値に設定されている。 Conventionally, as disclosed in, for example, Patent Document 1, a drive circuit (driver) is provided in which a main current line that is a connection point between a switch element (main switching element) and a first diode (rectifier element) is grounded. A capacitor is connected between the drive voltage line and the main current line for applying a drive voltage (reference to the main current line) to the drive circuit, and a predetermined voltage (reference to the main current line) is obtained by making the input voltage constant. There has been a switching power supply device provided with a constant voltage circuit for supplying to a drive voltage line and further provided with a bootstrap diode for applying an external control voltage inputted from the outside to the drive voltage line. The constant voltage setting value of the constant voltage circuit is set to a value lower than the external control voltage.

概略の動作を説明すると、入力電源が遮断されスイッチング動作が停止した後、出力平滑コンデンサに電圧が残った状態で再び入力電源がオンされると、まず、定電圧回路から駆動回路に駆動電圧を供給することによってスイッチ素子のスイッチング動作を開始させる。これでブートストラップ回路が動作可能になり、ブートストラップ回路からの駆動電圧の供給が開始され、スイッチング動作を継続させることができる。そして、ブートストラップ回路が動作を開始すると、定電圧回路の出力端に、定電圧設定値よりも高い電圧（外部制御電圧）が外部印加された状態になるので、定電圧回路は、電流を出力できなくなって動作を停止する。 To explain the general operation, after the input power supply is cut off and the switching operation is stopped, when the input power supply is turned on again with the voltage remaining in the output smoothing capacitor, the drive voltage is first applied from the constant voltage circuit to the drive circuit. By supplying, the switching operation of the switch element is started. As a result, the bootstrap circuit becomes operable, supply of the drive voltage from the bootstrap circuit is started, and the switching operation can be continued. When the bootstrap circuit starts operation, a voltage higher than the constant voltage setting value (external control voltage) is externally applied to the output terminal of the constant voltage circuit, so the constant voltage circuit outputs current. Stops operation when it cannot be performed.

このように、特許文献１のスイッチング電源装置は、入力電源が再投入されたとき、スイッチング動作が適切に再開されないという問題を解決することができる。また、電源装置が継続運転しているとき、定電圧回路が動作を停止するので、定電圧回路で無駄な損失が発生し続けることもない。 As described above, the switching power supply device of Patent Document 1 can solve the problem that the switching operation is not properly resumed when the input power is turned on again. Further, since the constant voltage circuit stops operating when the power supply device is continuously operated, useless loss does not continue to occur in the constant voltage circuit.

国際公開ＷＯ２０１３／１８７２６９号公報International Publication WO2013 / 187269

主スイッチング素子は、矩形波である駆動パルスによって駆動され、駆動パルスのピーク値の２乗に比例した駆動損失が発生する。したがって、電源装置が継続運転しているときの駆動損失を小さく抑えるためには、主スイッチング素子が適切にオンオフできる範囲で、駆動パルスのピーク値を低くすることが好ましい。 The main switching element is driven by a drive pulse that is a rectangular wave, and a drive loss proportional to the square of the peak value of the drive pulse occurs. Therefore, in order to suppress the drive loss when the power supply device is continuously operated, it is preferable to reduce the peak value of the drive pulse within a range in which the main switching element can be appropriately turned on / off.

しかし、特許文献１のスイッチング電源装置の場合、定電圧回路の定電圧設定値は、駆動回路が動作可能な一定の値であり、外部制御電圧は、定電圧設定値よりも高い値に設定される。そして、電源装置が継続運転しているときの駆動パルスのピーク値は、ほぼ外部制御電圧となる。つまり、電源装置が継続運転しているときのスイッチ素子は、低い電圧（定電圧設定値）で駆動できるにもかかわらず、必要以上に高い電圧（外部制御電圧）で駆動されることになる。したがって、このスイッチング電源装置の構成は、スイッチ素子の駆動損失が無駄に大きくなってしまうという問題があった。 However, in the case of the switching power supply device disclosed in Patent Document 1, the constant voltage setting value of the constant voltage circuit is a constant value at which the drive circuit can operate, and the external control voltage is set to a value higher than the constant voltage setting value. The The peak value of the drive pulse when the power supply device is continuously operated is almost the external control voltage. That is, the switching element when the power supply device is continuously operated can be driven with a low voltage (constant voltage setting value), but is driven with a voltage (external control voltage) higher than necessary. Therefore, the configuration of this switching power supply device has a problem that the drive loss of the switch element becomes unnecessarily large.

本発明は、上記背景技術に鑑みて成されたものであり、入力電源の再投入時にスイッチング動作を適切に再開させることができ、継続運転時の主スイッチング素子の駆動損失も小さく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。 The present invention has been made in view of the above-described background art, and is a switching power supply device that can appropriately resume the switching operation when the input power is turned on again and can reduce the drive loss of the main switching element during the continuous operation. The purpose is to provide.

本発明は、入力電源の一端が接続されて入力電圧が入力される入力ラインと、前記入力電源の他端が接続されるグランドラインと、一端が前記入力ラインに接続された主スイッチング素子と、前記主スイッチング素子の他端と前記グランドラインとの間に接続された整流素子と、前記主スイッチング素子及び前記整流素子の接続点である駆動グランドラインと前記グランドラインとの間に発生する電圧を平滑する平滑回路とを備えた降圧チョッパ型のスイッチング電源装置であって、
駆動電源ラインと前記駆動グランドラインとの間に設けられ、前記主スイッチング素子の駆動端子に駆動パルスを出力するドライバと、前記駆動電源ラインと前記駆動グランドラインとの間に接続され、両端に駆動電源電圧が発生する駆動電源コンデンサと、制御電源ラインと前記グランドラインとの間に第一の電源電圧を出力する電源部と、アノードが前記制御電源ラインに接続されカソードが前記駆動電源ラインに接続されたブートストラップダイオードと、前記入力ラインと前記駆動グランドラインとの間に設けられ、前記入力電圧を降圧して第二の電源電圧を出力する定電圧回路と、前記定電圧回路の出力を前記駆動電源ラインに接続するとともに、前記駆動電源ラインから前記定電圧回路の方向に電流が流れるのを防ぐ逆流阻止ダイオードと、前記駆動電源電圧の値に応じて、前記定電圧回路の定電圧設定値を変更する設定値変更回路とを備え、
前記定電圧回路の前記定電圧設定値は、前記第一の電源電圧より高い値に初期設定されており、前記入力電圧が投入され、前記逆流阻止ダイオードが導通して前記駆動電源電圧が上昇し、前記第一の電源電圧から前記ブートストラップダイオードの順方向電圧を引き算した電圧以上になった時、前記設定値変更回路が前記定電圧設定値を前記第一の電源電圧より低い値に変更し、前記逆流阻止ダイオードが非導通になるスイッチング電源装置である。 The present invention includes an input line to which one end of an input power supply is connected and an input voltage is input, a ground line to which the other end of the input power supply is connected, a main switching element having one end connected to the input line, A voltage generated between a rectifying element connected between the other end of the main switching element and the ground line, and a driving ground line and the ground line, which is a connection point of the main switching element and the rectifying element. A step-down chopper type switching power supply device comprising a smoothing circuit for smoothing,
Provided between the drive power supply line and the drive ground line, connected to the driver for outputting a drive pulse to the drive terminal of the main switching element, and connected between the drive power supply line and the drive ground line, and driven at both ends A drive power supply capacitor that generates a power supply voltage, a power supply unit that outputs a first power supply voltage between the control power supply line and the ground line, an anode connected to the control power supply line, and a cathode connected to the drive power supply line A bootstrap diode, a constant voltage circuit provided between the input line and the drive ground line, stepping down the input voltage and outputting a second power supply voltage, and an output of the constant voltage circuit A reverse current blocking diode that is connected to the drive power supply line and prevents current from flowing from the drive power supply line to the constant voltage circuit. Comprising a diode, in accordance with the value of the drive power supply voltage, and a set value changing circuit for changing the constant voltage set value of the constant voltage circuit,
The constant voltage setting value of the constant voltage circuit is initially set to a value higher than the first power supply voltage, the input voltage is input, the backflow prevention diode is turned on, and the drive power supply voltage is increased. The set value changing circuit changes the constant voltage set value to a value lower than the first power supply voltage when the voltage is equal to or higher than the voltage obtained by subtracting the forward voltage of the bootstrap diode from the first power supply voltage. The switching power supply device in which the reverse current blocking diode is turned off.

本発明のスイッチング電源装置は、入力電源が投入又は再投入されたとき、定電圧回路の定電圧設定値を所定のタイミングで変更するという独特な構成を備えている。したがって、出力平滑コンデンサに電圧が残った状態で入力電源が再投入された場合でも、定電圧回路の第二の電源電圧を用いてドライバを動作させることによって確実にスイッチング動作を再開させることができ、しかも、継続運転中に使用される第一の電源電圧を十分低い値に設定することができるので、主スイッチング素子の駆動損失を小さく抑えることができる。また、定電圧設定値を変更する設定値変更回路はシンプルに構成できるので、部品点数の増加やコストアップはほとんど問題にならない。 The switching power supply device of the present invention has a unique configuration in which the constant voltage setting value of the constant voltage circuit is changed at a predetermined timing when the input power is turned on or turned on again. Therefore, even when the input power supply is turned on again with the voltage remaining in the output smoothing capacitor, the switching operation can be reliably restarted by operating the driver using the second power supply voltage of the constant voltage circuit. In addition, since the first power supply voltage used during the continuous operation can be set to a sufficiently low value, the drive loss of the main switching element can be kept small. Further, since the set value changing circuit for changing the constant voltage set value can be simply configured, an increase in the number of parts and an increase in cost are hardly a problem.

本発明のスイッチング電源装置の第一の実施形態を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a first embodiment of a switching power supply device of the present invention. 第一の実施形態のスイッチング電源装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the switching power supply device of 1st embodiment. 本発明のスイッチング電源装置の第二の実施形態を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows 2nd embodiment of the switching power supply device of this invention. 第二の実施形態のスイッチング電源装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the switching power supply device of 2nd embodiment.

以下、本発明のスイッチング電源装置の第一の実施形態について、図１、図２に基づいて説明する。この実施形態のスイッチング電源装置１０は、図１に示すように、入力電源１２の一端が接続されて入力電圧Viが入力される入力ライン１４と、入力電源１２の他端が接続されるグランドライン１６とを備えている。 Hereinafter, a first embodiment of a switching power supply device of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. As shown in FIG. 1, the switching power supply 10 of this embodiment includes an input line 14 to which one end of an input power supply 12 is connected and an input voltage Vi is input, and a ground line to which the other end of the input power supply 12 is connected. 16.

入力ライン１４には、主スイッチング素子１８の一端が接続され、主スイッチング素子１８の他端とグランドライン１６との間に整流素子２０が接続され、さらに、主スイッチング素子１８及び整流素子２０の接続点（以下、駆動グランドライン２２と称する。）とグランドライン１６との間に発生する電圧を平滑する平滑回路２４が設けられている。 One end of the main switching element 18 is connected to the input line 14, and the rectifying element 20 is connected between the other end of the main switching element 18 and the ground line 16, and the main switching element 18 and the rectifying element 20 are further connected. A smoothing circuit 24 for smoothing the voltage generated between the point (hereinafter referred to as the drive ground line 22) and the ground line 16 is provided.

主スイッチング素子１８は、例えばＮチャネルのＭＯＳ型ＦＥＴであり、ドレインが入力ライン１４に接続され、ソースが駆動グランドライン２２に接続され、ゲートソース間に入力される駆動パルスVgsにより駆動される。整流素子２０は、例えばダイオードであり、アノードがグランドライン１６に接続され、カソードが駆動グランドライン２２に接続されている。平滑回路２４は、出力平滑インダクタ２４ａ及び出力平滑コンデンサ２４ｂで構成されたローパスフィルタであり、出力平滑コンデンサ２４ｂの両端に発生する出力電圧Voを負荷２６に向けて出力する。このように、スイッチング電源装置１０の電力変換を行う部分は、主スイッチング素子１８がハイサイド側に設けられた降圧チョッパ型の構成になっている。 The main switching element 18 is, for example, an N-channel MOS FET, the drain is connected to the input line 14, the source is connected to the drive ground line 22, and the main switching element 18 is driven by a drive pulse Vgs input between the gate and source. The rectifying element 20 is, for example, a diode, and has an anode connected to the ground line 16 and a cathode connected to the drive ground line 22. The smoothing circuit 24 is a low-pass filter including an output smoothing inductor 24a and an output smoothing capacitor 24b, and outputs an output voltage Vo generated at both ends of the output smoothing capacitor 24b toward the load 26. As described above, the power conversion portion of the switching power supply device 10 has a step-down chopper type configuration in which the main switching element 18 is provided on the high side.

駆動電源ライン２８と駆動グランドライン２２との間には、主スイッチング素子の１８の駆動端子であるゲートに向けて駆動パルスVgsを出力するドライバ３０が設けられている。さらに、駆動電源ライン２８と駆動グランドライン２２との間には、駆動電源コンデンサ３２が接続されている。ドライバ３０は、駆動電源コンデンサ３２の両端に発生する駆動電源電圧Vcを受けて動作し、ドライバ３０が出力する駆動パルスVgsのピーク値は、ほぼVcとなる。 A driver 30 is provided between the drive power supply line 28 and the drive ground line 22 to output a drive pulse Vgs toward the gate which is the drive terminal of the main switching element 18. Further, a drive power supply capacitor 32 is connected between the drive power supply line 28 and the drive ground line 22. The driver 30 operates by receiving the drive power supply voltage Vc generated at both ends of the drive power supply capacitor 32, and the peak value of the drive pulse Vgs output from the driver 30 is approximately Vc.

入力ライン１４とグランドライン１６との間には、入力電圧Viを定電圧化し、制御電源ライン３４とグランドライン１６との間に、第一の電源電圧V1を出力する電源部３６が設けられている。制御電源ライン３４とグランドライン１６との間には、第一の電源電圧V1を受けて動作するスイッチング制御回路３８が設けられている。スイッチング制御回路３８は、主スイッチング素子１８のスイッチング動作（オン時間およびオフ時間）を制御する信号を生成し、ドライバ３０に向けて出力する。 A power supply unit 36 is provided between the input line 14 and the ground line 16 to make the input voltage Vi constant and output the first power supply voltage V1 between the control power supply line 34 and the ground line 16. Yes. Between the control power supply line 34 and the ground line 16, a switching control circuit 38 that operates by receiving the first power supply voltage V1 is provided. The switching control circuit 38 generates a signal for controlling the switching operation (on time and off time) of the main switching element 18 and outputs the signal to the driver 30.

制御電源ライン３４と駆動電源ライン２８との間には、ブートストラップダイオード４０が設けられている。ブートストラップダイオード４０は、アノードが制御電源ライン３４に、カソードが駆動電源ライン２８にそれぞれ接続されている。 A bootstrap diode 40 is provided between the control power supply line 34 and the drive power supply line 28. The bootstrap diode 40 has an anode connected to the control power supply line 34 and a cathode connected to the drive power supply line 28.

入力ライン１４と駆動グランドライン２２との間は、入力電圧Viを降圧して第二の電源電圧V2を出力する定電圧回路４２が設けられ、定電圧回路４２の出力は、逆流阻止ダイオード４４を介して駆動電源ライン２８に接続されている。 Between the input line 14 and the drive ground line 22, a constant voltage circuit 42 that steps down the input voltage Vi and outputs the second power supply voltage V2 is provided. The output of the constant voltage circuit 42 is connected to the reverse current blocking diode 44. And is connected to the drive power line 28.

定電圧回路４２は、ＮチャネルのＭＯＳ型ＦＥＴ４２ａ、ツェナダイオード４２ｂ及び複数の抵抗で構成されたシリーズレギュレータで、ＭＯＳ型ＦＥＴ４２ａのソースから第二の電源電圧V2を出力する。定電圧回路４２の初期の定電圧設定値V2(max1)は、ツェナダイオード４２ｂのツェナ電圧Vzd1からＭＯＳ型ＦＥＴ４２ａのゲート閾値Vthを引き算した値であり、第一の電源電圧V1よりも高くなっている。逆流阻止ダイオード４４は、定電圧回路４２の出力を駆動電源ライン２８に接続するとともに、駆動電源ライン２８から定電圧回路４２の方向に電流が流れるのを防ぐ働きをする素子であり、アノードが定電圧回路４２側に接続されている。 The constant voltage circuit 42 is a series regulator composed of an N-channel MOS type FET 42a, a Zener diode 42b, and a plurality of resistors, and outputs a second power supply voltage V2 from the source of the MOS type FET 42a. The initial constant voltage setting value V2 (max1) of the constant voltage circuit 42 is a value obtained by subtracting the gate threshold value Vth of the MOS FET 42a from the Zener voltage Vzd1 of the Zener diode 42b, and is higher than the first power supply voltage V1. Yes. The reverse current blocking diode 44 is an element that connects the output of the constant voltage circuit 42 to the drive power supply line 28 and that prevents current from flowing from the drive power supply line 28 toward the constant voltage circuit 42. It is connected to the voltage circuit 42 side.

さらに、定電圧回路４２には、上記の定電圧設定値V2(max1)を駆動電源電圧Vcの値に応じて変更する設定値変更回路４６が接続されている。設定値変更回路４６は、ツェナダイオード４２ｂの両端を短絡又は開放するトランジスタ４６ａと、駆動電源電圧Vcの値に応じてトランジスタ４６ａをオフからオンに切り替えるトランジスタ制御回路４６ｂとで構成されている。トランジスタ制御回路４６ｂは、駆動電源電圧Vcが上昇し、第一の電源電圧V1からブートストラップダイオード４０の順方向電圧Vfを引き算した電圧（V1−Vf）になった時、トランジスタ４６ａを飽和領域又は能動領域で導通させる動作を行う。その結果、初期の定電圧設定値V2(max1)が、第一の電源電圧V1よりも低い定電圧設定値V2(max2)に変化する。 Further, the constant voltage circuit 42 is connected to a set value changing circuit 46 that changes the constant voltage set value V2 (max1) according to the value of the drive power supply voltage Vc. The set value changing circuit 46 includes a transistor 46a that short-circuits or opens both ends of the Zener diode 42b, and a transistor control circuit 46b that switches the transistor 46a from off to on according to the value of the drive power supply voltage Vc. When the drive power supply voltage Vc rises and becomes the voltage (V1−Vf) obtained by subtracting the forward voltage Vf of the bootstrap diode 40 from the first power supply voltage V1, the transistor control circuit 46b sets the transistor 46a in the saturation region or An operation of conducting in the active region is performed. As a result, the initial constant voltage set value V2 (max1) changes to a constant voltage set value V2 (max2) lower than the first power supply voltage V1.

次に、スイッチング電源装置１０の動作を、図２のフローチャートに基づいて説明する。ここで、スイッチング電源装置１０の初期状態は、入力電源１２が遮断されて主スイッチング素子１８のスイッチング動作が停止した直後で、出力平滑コンデンサ２４ｂに所定の出力電圧Voが残っている状態である。 Next, the operation of the switching power supply device 10 will be described based on the flowchart of FIG. Here, the initial state of the switching power supply 10 is a state in which a predetermined output voltage Vo remains in the output smoothing capacitor 24b immediately after the input power supply 12 is shut off and the switching operation of the main switching element 18 is stopped.

この状態で入力電源１２が再投入されると（ステップS11）、まず、電源部３６が動作を開始して第一の電源電圧V1が確立し、スイッチング制御回路３８がスタンバイ状態になる（ステップS12）。この時点では、スイッチング制御回路３８は、ドライバ３０に向けて信号出力は行わない。また、ブートストラップダイオード４０は出力電圧Voにより逆バイアスされ導通できず、定電圧回路４２が出力する第二の電源電圧V2も低いので、駆動電源電圧Vcはドライバ３０の動作開始電圧に達していない。したがって、主スイッチング素子１８のスイッチング動作は開始されない
定電圧回路４２が出力する第二の電源電圧V2は、定電圧設定値V2(max1)に向かって上昇し、逆流阻止ダイオード４４が導通して駆動電源電圧Vcが上昇する（ステップS13）。このとき、駆動電源電圧Vcは、第二の電源電圧V2から逆流阻止ダイオード４４の順方向電圧Vfを引き算した電圧（V2−Vf）である。 When the input power supply 12 is turned on again in this state (step S11), first, the power supply unit 36 starts operation, the first power supply voltage V1 is established, and the switching control circuit 38 enters a standby state (step S12). ). At this time, the switching control circuit 38 does not output a signal toward the driver 30. Further, since the bootstrap diode 40 is reverse-biased by the output voltage Vo and cannot be conducted, and the second power supply voltage V2 output from the constant voltage circuit 42 is also low, the drive power supply voltage Vc does not reach the operation start voltage of the driver 30. . Therefore, the switching operation of the main switching element 18 is not started. The second power supply voltage V2 output from the constant voltage circuit 42 rises toward the constant voltage set value V2 (max1), and the backflow prevention diode 44 is turned on and driven. The power supply voltage Vc increases (step S13). At this time, the drive power supply voltage Vc is a voltage (V2−Vf) obtained by subtracting the forward voltage Vf of the reverse current blocking diode 44 from the second power supply voltage V2.

駆動電源電圧Vc＝V2―Vfがドライバ３０の動作開始電圧に達すると、ドライバ３０がスタンバイ状態になる。そして、所定のタイミング（例えば、入力電圧Viが所定の値まで上昇したタイミング）で、スイッチング制御回路３８がドライバ３０に向けて信号出力を開始し、ドライバ３０がこの信号に基づいて主スイッチング素子１８をオンオフさせる（ステップS14）。 When drive power supply voltage Vc = V2-Vf reaches the operation start voltage of driver 30, driver 30 enters a standby state. Then, at a predetermined timing (for example, a timing when the input voltage Vi increases to a predetermined value), the switching control circuit 38 starts to output a signal to the driver 30, and the driver 30 is based on this signal, and the main switching element 18. Is turned on / off (step S14).

その後、駆動電源電圧Vc＝V2−Vfがさらに上昇して電圧（V1−Vf）に達すると、これを設定値変更回路４６が検出し、現行の定電圧設定値V2(max1)を、第一の電源電圧V1よりも低い定電圧設定値V2(max2)に変更する動作を行う（ステップS15）。その結果、逆流阻止ダイオード４４が逆バイアスされて非導通になるので、定電圧回路４２は、電流を出力できなくなって動作を停止する。 Thereafter, when the drive power supply voltage Vc = V2−Vf further increases and reaches the voltage (V1−Vf), the setting value change circuit 46 detects this, and the current constant voltage setting value V2 (max1) The operation of changing to a constant voltage set value V2 (max2) lower than the power supply voltage V1 is performed (step S15). As a result, the reverse current blocking diode 44 is reverse-biased and becomes non-conductive, so that the constant voltage circuit 42 cannot output current and stops its operation.

逆流阻止ダイオード４４が非導通になるが、すでに主スイッチング素子１８のスイッチング動作が開始しているため、代わりにブートストラップダイオード４０が導通し、駆動電源コンデンサ３２がピーク充電され、駆動電源電圧Vcが電圧（V1−Vf）に保持される。そして、ドライバが動作を継続する（ステップS16）。 Although the reverse current blocking diode 44 is turned off, since the switching operation of the main switching element 18 has already started, the bootstrap diode 40 is turned on instead, the drive power supply capacitor 32 is peak charged, and the drive power supply voltage Vc is The voltage (V1−Vf) is maintained. Then, the driver continues to operate (step S16).

以上説明したように、スイッチング電源装置１０は、入力電源１２が再投入されたとき、所定のタイミングで定電圧回路４２の定電圧設定値V2(max1)をV2(max2)に変更するという独特な構成を備えている。したがって、出力平滑コンデンサ２４ｂに出力電圧Voが残った状態で入力電源１２が再投入された場合でも、定電圧回路４２の第二の電源電圧V2を用いてドライバ３０を動作させることによって確実にスイッチング動作を再開させることができ、しかも、継続運転中に使用される第一の電源電圧V1を十分低い値に設定することができるので、主スイッチング素子１８の駆動損失を小さく抑えることができる。 As described above, the switching power supply 10 is unique in that when the input power supply 12 is turned on again, the constant voltage setting value V2 (max1) of the constant voltage circuit 42 is changed to V2 (max2) at a predetermined timing. It has a configuration. Therefore, even when the input power supply 12 is turned on again with the output voltage Vo remaining in the output smoothing capacitor 24b, switching is reliably performed by operating the driver 30 using the second power supply voltage V2 of the constant voltage circuit 42. The operation can be resumed, and the first power supply voltage V1 used during the continuous operation can be set to a sufficiently low value, so that the drive loss of the main switching element 18 can be kept small.

また、定電圧設定値をV2(max2)に変更する設定値変更回路４６はシンプルに構成できるので、部品点数の増加やコストアップはほとんど問題にならない。 Further, since the set value changing circuit 46 for changing the constant voltage set value to V2 (max2) can be simply configured, an increase in the number of parts and an increase in cost are hardly a problem.

なお、上記の説明の中では、出力電圧Voがほぼゼロボルトになっている状態で入力電源１２が投入されたときの動作については説明を省略したが、問題なくスイッチング動作を開始することができる。また、主スイッチング素子１８の駆動損失も、上記と同様に小さく抑えられる。 In the above description, the description of the operation when the input power supply 12 is turned on while the output voltage Vo is approximately zero volts is omitted, but the switching operation can be started without any problem. Further, the driving loss of the main switching element 18 can be kept small as described above.

次に、本発明のスイッチング電源装置の第二の実施形態について、図３、図４に基づいて説明する。ここで、上記実施形態と同様の構成は、同一の符号を付して説明を省略する。この実施形態のスイッチング電源装置４８は、図３に示すように、主スイッチング素子１８がハイサイド側に設けられた降圧チョッパ型の電源装置である。上記スイッチング電源装置１０と異なるのは、定電圧回路４２及び設定値変更回路４６に代えて、定電圧回路５０及び設定値変更回路５２が設けられている点である。以下、新たに設けられた定電圧回路５０及び設定値変更回路５２の構成について説明する。 Next, 2nd embodiment of the switching power supply device of this invention is described based on FIG. 3, FIG. Here, the same components as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. The switching power supply device 48 of this embodiment is a step-down chopper type power supply device in which the main switching element 18 is provided on the high side as shown in FIG. The difference from the switching power supply device 10 is that a constant voltage circuit 50 and a set value change circuit 52 are provided instead of the constant voltage circuit 42 and the set value change circuit 46. Hereinafter, the configuration of the newly provided constant voltage circuit 50 and set value changing circuit 52 will be described.

定電圧回路５０は、入力ライン１４と駆動グランドライン２２との間に設けられ、上記定電圧回路４２と同様に、入力電圧Viを降圧した第二の電源電圧V2を出力する回路である。 The constant voltage circuit 50 is provided between the input line 14 and the drive ground line 22 and outputs a second power supply voltage V2 obtained by stepping down the input voltage Vi similarly to the constant voltage circuit 42 described above.

定電圧回路５０は、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタ５０ａ、ツェナダイオード５０ｂ及び複数の抵抗で構成されたシリーズレギュレータである。ここでは、バイポーラトランジスタ５０ａのベースエミッタ間のＰＮ接合が逆流阻止ダイオード４４として兼用されているので、バイポーラトランジスタ５０ａのベースに第二の電源電圧V2を発生させる形になる。定電圧回路５０の初期の定電圧設定値V2(max1)は、ツェナダイオード５０ｂのツェナ電圧Vzd1であり、第一の電源電圧V1よりも高くなっている。バイポーラトランジスタ５０ａのベースエミッタ間のＰＮ接合（逆流阻止ダイオード４４）は、定電圧回路５０の出力を駆動電源ライン２８に接続するとともに、駆動電源ライン２８から定電圧回路５０の方向に電流が流れるのを防ぐ働きをする。 The constant voltage circuit 50 is a series regulator composed of an NPN bipolar transistor 50a, a Zener diode 50b, and a plurality of resistors. Here, since the PN junction between the base and emitter of the bipolar transistor 50a is also used as the reverse current blocking diode 44, the second power supply voltage V2 is generated at the base of the bipolar transistor 50a. The initial constant voltage setting value V2 (max1) of the constant voltage circuit 50 is the Zener voltage Vzd1 of the Zener diode 50b, which is higher than the first power supply voltage V1. The PN junction (backflow prevention diode 44) between the base and emitter of the bipolar transistor 50a connects the output of the constant voltage circuit 50 to the drive power supply line 28, and current flows from the drive power supply line 28 to the constant voltage circuit 50. It works to prevent.

設定値変更回路５２は、定電圧回路５０の定電圧設定値V2(max1)を駆動電源電圧Vcの値に応じて変更する回路である。 The set value change circuit 52 is a circuit that changes the constant voltage set value V2 (max1) of the constant voltage circuit 50 in accordance with the value of the drive power supply voltage Vc.

設定値変更回路５２は、カソードがツェナダイオード５０ｂのカソードに接続されたツェナダイオード５２ａと、ツェナダイオード５２ａのアノードをツェナダイオード５０ｂのアノードに接続又は開放するトランジスタ５２ｂと、駆動電源電圧Vcの値に応じてトランジスタ５２ｂをオフからオンに切り替える比較器５２ｃとで構成されている。ツェナダイオード５２ａのツェナ電圧Vzd2は、ツェナダイオード５０ｂのツェナ電圧Vzd1より低く、第一の電源電圧V1より低い。比較器５２ｃは、駆動電源電圧Vcが上昇し、第一の電源電圧V1からブートストラップダイオード４０の順方向電圧Vfを引き算した電圧（V1−Vf）よりも高い所定電圧に達した時、トランジスタ５２ｂをオンさせる動作を行う。その結果、初期の定電圧設定値V2(max1)が、第一の電源電圧V1よりも低い定電圧設定値V2(max2)＝Vzd2に切り替わる。 The set value changing circuit 52 includes a Zener diode 52a whose cathode is connected to the cathode of the Zener diode 50b, a transistor 52b that connects or opens the anode of the Zener diode 52a to the anode of the Zener diode 50b, and the value of the drive power supply voltage Vc. Accordingly, the comparator 52c switches the transistor 52b from off to on. The Zener voltage Vzd2 of the Zener diode 52a is lower than the Zener voltage Vzd1 of the Zener diode 50b and lower than the first power supply voltage V1. When the driving power supply voltage Vc rises and the comparator 52c reaches a predetermined voltage higher than the voltage (V1−Vf) obtained by subtracting the forward voltage Vf of the bootstrap diode 40 from the first power supply voltage V1, the transistor 52b The operation to turn on is performed. As a result, the initial constant voltage setting value V2 (max1) is switched to a constant voltage setting value V2 (max2) = Vzd2 lower than the first power supply voltage V1.

次に、スイッチング電源装置４８の動作を、図４のフローチャートに基づいて説明する。ここで、スイッチング電源装置４８の初期状態は、入力電源１２が遮断されて主スイッチング素子１８のスイッチング動作が停止した直後で、出力平滑コンデンサ２４ｂに所定の出力電圧Voが残っている状態である。 Next, the operation of the switching power supply device 48 will be described based on the flowchart of FIG. Here, the initial state of the switching power supply 48 is a state in which a predetermined output voltage Vo remains in the output smoothing capacitor 24b immediately after the input power supply 12 is shut off and the switching operation of the main switching element 18 is stopped.

この状態で入力電源１２が再投入されると（ステップS21）、まず、電源部３６が動作を開始して第一の電源電圧V1が確立し、スイッチング制御回路３８がスタンバイ状態になる（ステップS22）。この時点では、スイッチング制御回路３８は、ドライバ３０に向けて信号出力は行わない。また、ブートストラップダイオード４０は出力電圧Voにより逆バイアスされ導通できず、定電圧回路５０が出力する第二の電源電圧V2も低いので、駆動電源電圧Vcはドライバ３０の動作開始電圧に達していない。したがって、主スイッチング素子１８のスイッチング動作は開始されない
定電圧回路５０が出力する第二の電源電圧V2は、定電圧設定値V2(max1)に向かって上昇し、逆流阻止ダイオード４４が導通して駆動電源電圧Vcが上昇する（ステップS23）。このとき、駆動電源電圧Vcは、第二の電源電圧V2から逆流阻止ダイオード４４の順方向電圧Vfを引き算した電圧（V2−Vf）である。 When the input power supply 12 is turned on again in this state (step S21), first, the power supply unit 36 starts operating, the first power supply voltage V1 is established, and the switching control circuit 38 enters a standby state (step S22). ). At this time, the switching control circuit 38 does not output a signal toward the driver 30. Further, since the bootstrap diode 40 is reverse-biased by the output voltage Vo and cannot be conducted, and the second power supply voltage V2 output from the constant voltage circuit 50 is also low, the drive power supply voltage Vc does not reach the operation start voltage of the driver 30. . Accordingly, the switching operation of the main switching element 18 is not started. The second power supply voltage V2 output from the constant voltage circuit 50 increases toward the constant voltage set value V2 (max1), and the backflow prevention diode 44 is turned on and driven. The power supply voltage Vc increases (step S23). At this time, the drive power supply voltage Vc is a voltage (V2−Vf) obtained by subtracting the forward voltage Vf of the reverse current blocking diode 44 from the second power supply voltage V2.

駆動電源電圧Vc＝V2―Vfがドライバ３０の動作開始電圧に達すると、ドライバ３０がスタンバイ状態になる。そして、所定のタイミング（例えば、入力電圧Viが所定の値まで上昇したタイミング）で、スイッチング制御回路３８がドライバ３０に向けて信号出力を開始し、ドライバ３０がこの信号に基づいて主スイッチング素子１８をオンオフさせる（ステップS24）。 When drive power supply voltage Vc = V2-Vf reaches the operation start voltage of driver 30, driver 30 enters a standby state. Then, at a predetermined timing (for example, a timing when the input voltage Vi increases to a predetermined value), the switching control circuit 38 starts to output a signal to the driver 30, and the driver 30 is based on this signal, and the main switching element 18. Is turned on / off (step S24).

その後、駆動電源電圧Vc＝V2−Vfがさらに上昇して電圧（V1−Vf）よりも高い所定電圧に達すると、これを設定値変更回路５２が検出し、現行の定電圧設定値V2(max1)を、第一の電源電圧V1よりも低い定電圧設定値V2(max2)＝Vzd2に変更する動作を行う（ステップS25）。その結果、逆流阻止ダイオード４４が逆バイアスされて非導通になるので、定電圧回路５０は、電流を出力できなくなって動作を停止する。 Thereafter, when the drive power supply voltage Vc = V2−Vf further increases and reaches a predetermined voltage higher than the voltage (V1−Vf), the set value change circuit 52 detects this, and the current constant voltage set value V2 (max1 ) Is changed to a constant voltage set value V2 (max2) = Vzd2 lower than the first power supply voltage V1 (step S25). As a result, the reverse current blocking diode 44 is reverse-biased and becomes non-conductive, so that the constant voltage circuit 50 cannot output current and stops operating.

逆流阻止ダイオード４４が非導通になるが、すでに主スイッチング素子１８のスイッチング動作が開始しているため、代わりにブートストラップダイオード４０が導通し、駆動電源コンデンサ３２がピーク充電され、駆動電源電圧Vcが電圧（V1−Vf）に保持される。そして、ドライバが動作を継続する（ステップS26）。このとき、駆動電源電圧Vcは、ステップS25で設定値変更回路５２が動作した電圧より低くなるが、比較器５２ｃが有するヒステリシス特性により、その後もトランジスタ５２ｂのオンが継続し、定電圧設定値がV2(max2)に保持される。 Although the reverse current blocking diode 44 is turned off, since the switching operation of the main switching element 18 has already started, the bootstrap diode 40 is turned on instead, the drive power supply capacitor 32 is peak charged, and the drive power supply voltage Vc is The voltage (V1−Vf) is maintained. Then, the driver continues to operate (step S26). At this time, the drive power supply voltage Vc is lower than the voltage at which the set value changing circuit 52 is operated in step S25. However, due to the hysteresis characteristic of the comparator 52c, the transistor 52b continues to be turned on and the constant voltage set value is It is held at V2 (max2).

このスイッチング電源装置４８においても、上記のスイッチング電源装置１０と同様の優れた効果を得ることができる。 Also in this switching power supply device 48, the same excellent effect as that of the switching power supply device 10 can be obtained.

なお、本発明のスイッチング電源装置は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、定電圧回路は、上記定電圧回路４２，５０の構成が好適であるが、定電圧設定値を変更可能なものであれば、異なる構成に変更することができる。また、設定値変更回路の構成についても、定電圧回路の構成に合わせて変更することができる。 The switching power supply device of the present invention is not limited to the above embodiment. For example, the configuration of the constant voltage circuits 42 and 50 is suitable for the constant voltage circuit, but can be changed to a different configuration as long as the constant voltage set value can be changed. The configuration of the set value changing circuit can also be changed in accordance with the configuration of the constant voltage circuit.

上記の電源部３６は、入力電圧Viを定電圧化して第一の電源電圧V1を生成する構成であるが、外部入力される他の電圧（入力電圧Vi以外の電圧）を定電圧化して第一の電源電圧V1を生成する構成に変更してもよい。 The power supply unit 36 is configured to generate the first power supply voltage V1 by making the input voltage Vi constant, but makes other voltages (voltages other than the input voltage Vi) externally input constant. The configuration may be such that one power supply voltage V1 is generated.

１０，４８スイッチング電源装置
１２入力電源
１４入力ライン
１６グランドライン
１８主スイッチング素子
２０整流素子
２２駆動グランドライン
２４平滑回路
２８駆動電源ライン
３０ドライバ
３２駆動電源コンデンサ
３４制御電源ライン
３６電源部
３８スイッチング制御回路
４０ブートストラップダイオード
４２，５０定電圧回路
４４逆流阻止ダイオード
４６，５２設定値変更回路
V1 第一の電源電圧
V2 第二の電源電圧
V2(max1)，V2(max2) 定電圧設定値
Vc 駆動電源電圧
Vf ブートストラップダイオード及び逆流阻止ダイオードの順方向電圧
Vgs 駆動パルス
Vi 入力電圧
Vo 出力電圧
Vth ゲート閾値
Vzd1，Vzd2 ツェナダイオードのツェナ電圧 10, 48 Switching power supply device 12 Input power supply 14 Input line 16 Ground line 18 Main switching element 20 Rectifier element 22 Drive ground line 24 Smoothing circuit 28 Drive power supply line 30 Driver 32 Drive power supply capacitor 34 Control power supply line 36 Power supply section 38 Switching control circuit 40 Bootstrap diode 42, 50 Constant voltage circuit 44 Backflow prevention diode 46, 52 Setting value changing circuit
V1 First supply voltage
V2 Second supply voltage
V2 (max1), V2 (max2) constant voltage setting value
Vc drive power supply voltage
Vf Forward voltage of bootstrap diode and reverse current blocking diode
Vgs drive pulse
Vi input voltage
Vo output voltage
Vth gate threshold
Vzd1, Vzd2 Zener diode Zener voltage

Claims

An input line to which an input voltage is input by connecting one end of an input power supply, a ground line to which the other end of the input power supply is connected, a main switching element having one end connected to the input line, and the main switching element And a smoothing circuit for smoothing a voltage generated between the ground line and the driving ground line which is a connection point of the main switching element and the rectifying element. In step-down chopper type switching power supply with
A driver provided between a drive power supply line and the drive ground line and outputting a drive pulse to a drive terminal of the main switching element;
A drive power supply capacitor connected between the drive power supply line and the drive ground line and generating a drive power supply voltage at both ends;
A power supply unit that outputs a first power supply voltage between a control power supply line and the ground line;
A bootstrap diode having an anode connected to the control power supply line and a cathode connected to the drive power supply line;
A constant voltage circuit that is provided between the input line and the drive ground line and that steps down the input voltage and outputs a second power supply voltage;
A reverse current blocking diode for connecting the output of the constant voltage circuit to the drive power supply line and preventing current from flowing from the drive power supply line to the constant voltage circuit;
A set value changing circuit for changing a constant voltage set value of the constant voltage circuit according to a value of the drive power supply voltage,
The constant voltage setting value of the constant voltage circuit is initially set to a value higher than the first power supply voltage, the input voltage is input, the backflow prevention diode is turned on, and the drive power supply voltage is increased. The set value changing circuit changes the constant voltage set value to a value lower than the first power supply voltage when the voltage is equal to or higher than the voltage obtained by subtracting the forward voltage of the bootstrap diode from the first power supply voltage. The switching power supply device is characterized in that the reverse current blocking diode becomes non-conductive.