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JP2019022398A - Switching power supply device - Google Patents

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Abstract

【課題】必要な補助巻線を1個のみとしフォールドバック動作が行われるようにする。【解決手段】スイッチングトランジスタMN1がONすることで入力電圧Vinが印加する1次巻線L1、負荷が接続される2次巻線L2及び該2次巻線に発生するフライバック電圧と同じ極性の電圧が発生する補助巻線L3を有するトランス10と、センス電圧Vs1とホトカプラ電流Ipcを取り込んでスイッチングトランジスタMN1のON/OFFを制御する制御回路20とを有するスイッチング電源装置において、補助巻線L3で得られる電圧Vriseにより出力電圧Voutの低下を検出し、補助巻線L3で得られる電圧Vriseが所定値以下に達したとき補助巻線L3で得られる電圧Vriseに逆比例したフィードバック電流Ifbを生成してホトカプラ電流Ipcに代えて制御回路20に取り込ませる電流制限フィードバック回路30を備えた。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To perform a foldback operation by using only one auxiliary winding required. SOLUTION: A primary winding L1 to which an input voltage Vin is applied by turning on a switching transistor MN1, a secondary winding L2 to which a load is connected, and a flyback voltage having the same polarity as a flyback voltage generated in the secondary winding. In a switching power supply device having a transformer 10 having an auxiliary winding L3 that generates a voltage, and a control circuit 20 that takes in a sense voltage Vs1 and a photocoupler current Ipc to control ON / OFF of the switching transistor MN1, the auxiliary winding L3 A decrease in the output voltage Vout is detected by the obtained voltage Vrise, and when the voltage Vrise obtained in the auxiliary winding L3 reaches a predetermined value or less, a feedback current Ifb that is inversely proportional to the voltage Vise obtained in the auxiliary winding L3 is generated. A current limiting feedback circuit 30 that is incorporated into the control circuit 20 instead of the photocoupler current Ipc is provided. [Selection diagram] Fig. 1

Description

本発明は、トランスとホトカプラを使用したDC/DCコンバータとしてのスイッチング電源装置に関する。   The present invention relates to a switching power supply device as a DC / DC converter using a transformer and a photocoupler.

図7にこの種の従来のスイッチング電源装置の回路を示す(特許文献1)。60はトランスであり、1次巻線L11と第1補助巻線L12と2次巻線L13と第2補助巻線L14とを備える。MN2はNMOSのスイッチングトランジスタ、70はホトダイオードPD2とホトトランジスタPT2を備えるホトカプラである。R11〜R19は抵抗、Rs2はスイッチングトランジスタMN2のドレイン電流を検出するセンス抵抗、C11〜C15はキャパシタである。   FIG. 7 shows a circuit of this type of conventional switching power supply device (Patent Document 1). A transformer 60 includes a primary winding L11, a first auxiliary winding L12, a secondary winding L13, and a second auxiliary winding L14. MN2 is an NMOS switching transistor, and 70 is a photocoupler including a photodiode PD2 and a phototransistor PT2. R11 to R19 are resistors, Rs2 is a sense resistor for detecting the drain current of the switching transistor MN2, and C11 to C15 are capacitors.

このスイッチング電源装置では、出力電圧Voutを抵抗R18,R19で分圧した電圧が電圧源VB11の基準電圧Vref11より高いときに、その差分電圧に応じてオペアンプOP11の出力電圧が低下する。そして、オペアンプOP11の出力電圧が所定値以下のとき、その出力電圧の値に応じてホトカプラ70のホトダイオードPD2に電流が流れ、そこで発光された発光量に応じてホトトランジスタPT2の内部抵抗が決まる。   In this switching power supply device, when the voltage obtained by dividing the output voltage Vout by the resistors R18 and R19 is higher than the reference voltage Vref11 of the voltage source VB11, the output voltage of the operational amplifier OP11 decreases according to the differential voltage. When the output voltage of the operational amplifier OP11 is equal to or lower than a predetermined value, a current flows through the photodiode PD2 of the photocoupler 70 according to the value of the output voltage, and the internal resistance of the phototransistor PT2 is determined according to the amount of light emitted.

電源電圧Vinが投入されると、抵抗R11,R13を介して第1補助巻線L12に流れる励磁電流によって、キャパシタC13が抵抗R13側が正極となるよう充電される。そして、そのキャパシタC13の抵抗R13側の電圧がスイッチングトランジスタMN2の閾値電圧に達すると、そのスイッチングトランジスタMN2がONする。   When the power supply voltage Vin is turned on, the capacitor C13 is charged so that the resistor R13 side becomes positive by the exciting current flowing through the first auxiliary winding L12 via the resistors R11 and R13. When the voltage on the resistor R13 side of the capacitor C13 reaches the threshold voltage of the switching transistor MN2, the switching transistor MN2 is turned on.

これによって、スイッチングトランジスタMN2が接続された1次巻線L11に直流電圧Vinによって電流が流れ始めると、トランス60の各巻線L12,L13,L14に誘導起電力が生じて、トランス60にエネルギーが蓄積される。第1補助巻線L12に発生する誘起電圧(●側が正極)は、キャパシタC13の電圧と重畳されるので、スイッチングトランジスタMN2はゲート電圧がその閾値電圧以上に維持されて、ON状態を継続する。   As a result, when a current starts to flow in the primary winding L11 to which the switching transistor MN2 is connected due to the DC voltage Vin, an induced electromotive force is generated in each of the windings L12, L13, and L14 of the transformer 60, and energy is stored in the transformer 60. Is done. Since the induced voltage (the positive side is positive) generated in the first auxiliary winding L12 is superimposed on the voltage of the capacitor C13, the switching transistor MN2 maintains the gate voltage above its threshold voltage and continues to be in the ON state.

このとき、スイッチングトランジスタMN2のドレイン電流がセンス抵抗Rs2に流れ、そこに発生するセンス電圧が抵抗R15を介してキャパシタC12を充電する。1次巻線L11に流れる励磁電流は、スイッチングトランジスタMN2がONしてから時間と共にほぼ直線的に増大するので、キャパシタC12の電圧もそれに応じて上昇する。   At this time, the drain current of the switching transistor MN2 flows to the sense resistor Rs2, and the sense voltage generated there charges the capacitor C12 via the resistor R15. Since the exciting current flowing through the primary winding L11 increases almost linearly with time after the switching transistor MN2 is turned on, the voltage of the capacitor C12 also rises accordingly.

この後、キャパシタC12の電圧がトランジスタQ11の閾値電圧に達すると、そのトランジスタQ11がON状態となって、スイッチングトランジスタMN2はそのゲート電圧が閾値電圧以下に低下してOFFする。   Thereafter, when the voltage of the capacitor C12 reaches the threshold voltage of the transistor Q11, the transistor Q11 is turned on, and the switching transistor MN2 is turned off because its gate voltage falls below the threshold voltage.

スイッチングトランジスタMN2がOFFすることで1次巻線L11に流れる電流が遮断されると、各巻線L11〜L14にフライバック電圧が生じる。このとき、2次巻線L13に発生するフライバック電圧は、ダイオードD11とキャパシタC14とにより整流平滑され、出力電圧Voutとして出力される。   When the current flowing through the primary winding L11 is interrupted by turning off the switching transistor MN2, a flyback voltage is generated in each of the windings L11 to L14. At this time, the flyback voltage generated in the secondary winding L13 is rectified and smoothed by the diode D11 and the capacitor C14 and output as the output voltage Vout.

一方、第1補助巻線L12に発生するフライバック電圧は、2次巻線L13に発生するフライバック電圧と比例関係にあり、この第1補助巻線L12に発生するフライバック電圧(●側が負極)によってキャパシタC13が抵抗R13側が正極となるように抵抗R12,R13を経由して充電され、スイッチングトランジスタMN2をONにするための助走が進む。   On the other hand, the flyback voltage generated in the first auxiliary winding L12 is proportional to the flyback voltage generated in the secondary winding L13, and the flyback voltage generated in the first auxiliary winding L12 (the negative side is the negative side). ), The capacitor C13 is charged via the resistors R12 and R13 so that the resistor R13 side becomes a positive electrode, and the running for turning on the switching transistor MN2 proceeds.

なお、スイッチングトランジスタMN2がOFFした後は、1次巻線L11の電流が遮断されるので、センス抵抗Rs2に発生する電圧は零であり、また、出力電圧Voutが低くホトトランジスタPT2が動作していないので、キャパシタC12の電圧は、抵抗R15,Rs2を介して放電されつづけ低下する。これによって、キャパシタC12の電圧がトランジスタQ11の閾値電圧以下となると、そのトランジスタQ11がOFFする。   Since the current of the primary winding L11 is cut off after the switching transistor MN2 is turned off, the voltage generated at the sense resistor Rs2 is zero, and the output voltage Vout is low and the phototransistor PT2 is operating. As a result, the voltage of the capacitor C12 continues to be discharged through the resistors R15 and Rs2. Thus, when the voltage of the capacitor C12 becomes equal to or lower than the threshold voltage of the transistor Q11, the transistor Q11 is turned off.

ところで、トランジスタQ11のベース・コレクタ間が等価ダイオードとして作用するので、キャパシタC13は、第1補助巻線L12の●側と反対側から、センス抵抗Rs2、抵抗R15、トランジスタQ11のベースからコレクタ、抵抗R13を経由して流れる電流によっても、抵抗R13側が正極となるように充電される。   By the way, since the base-collector of the transistor Q11 acts as an equivalent diode, the capacitor C13 is connected to the sense resistor Rs2, the resistor R15, the collector from the base of the transistor Q11, the resistor from the opposite side of the first auxiliary winding L12. The current flowing through R13 is also charged so that the resistor R13 side becomes a positive electrode.

フライバックによって2次巻線L13に蓄積されていた電気的エネルギーの放出が終わると、1次巻線L11の電圧は、スイッチングトランジスタMN2の寄生容量、1次巻線L11内の浮遊容量及び1次巻線L11のインダクタンスによって、入力電圧Vinを中心とした自由振動を開始し、電圧降下と共にその極性が反転する。   When the discharge of the electrical energy stored in the secondary winding L13 is finished by the flyback, the voltage of the primary winding L11 becomes the parasitic capacitance of the switching transistor MN2, the stray capacitance in the primary winding L11, and the primary Due to the inductance of the winding L11, free oscillation centered on the input voltage Vin is started, and its polarity is reversed with a voltage drop.

1次巻線L11の電圧の自由振動に比例して振動する第1補助巻線L12のキャパシタC13側の電圧も同様に変化し、フライバック電圧が消滅した後に極性が復帰すると、その電圧はスイッチングトランジスタMN2のゲートに対して順方向の電圧として作用するようになる。また、この電圧に対してそれまでに充電されたキャパシタC13の電圧が加わるので、その合計電圧がスイッチングトランジスタMN2の閾値電圧を越えると、そのスイッチングトランジスタMN2が再びONする。このようにして一連の自励発振動作が繰り返される。   The voltage on the capacitor C13 side of the first auxiliary winding L12 that oscillates in proportion to the free oscillation of the voltage of the primary winding L11 changes in the same manner. When the polarity returns after the flyback voltage disappears, the voltage is switched. It acts as a forward voltage on the gate of the transistor MN2. Further, since the voltage of the capacitor C13 charged so far is added to this voltage, when the total voltage exceeds the threshold voltage of the switching transistor MN2, the switching transistor MN2 is turned ON again. In this way, a series of self-oscillation operations are repeated.

これまでは出力電圧Voutが低く、ホトカプラ70が動作していないので、ホトトランジスタPT2はスイッチングトランジスタMN2のベース電圧に影響を与えず、スイッチングトランジスタMN2はセンス抵抗Rs2の抵抗値により定まる最大ON期間で動作する。この後、出力電圧Voutは、発振を繰り返す毎に上昇し、基準電圧Vref11に対応する設定電圧を越えるとオペアンプOP11による比較動作が開始されて、ホトカプラ70が動作する通常動作に移行する。   Until now, since the output voltage Vout is low and the photocoupler 70 is not operating, the phototransistor PT2 does not affect the base voltage of the switching transistor MN2, and the switching transistor MN2 has a maximum ON period determined by the resistance value of the sense resistor Rs2. Operate. Thereafter, the output voltage Vout increases every time oscillation is repeated. When the output voltage Vout exceeds the set voltage corresponding to the reference voltage Vref11, the comparison operation by the operational amplifier OP11 is started, and the operation shifts to the normal operation in which the photocoupler 70 operates.

この通常動作では、出力電圧Voutが設定電圧より高いときは、キャパシタC12の電圧が、センス抵抗Rs2に発生した電圧による充電に加えて、ホトカプラ70のホトトランジスタPT2に流れる電流によっても充電される。このため、出力電圧Voutが高いほどトランジスタQ11のONタイミングが早まるので、スイッチングトランジスタMN2のOFFタイミングが早まる。つまり、スイッチングトランジスタMN2のON期間が短くなる。   In this normal operation, when the output voltage Vout is higher than the set voltage, the voltage of the capacitor C12 is charged by the current flowing through the phototransistor PT2 of the photocoupler 70 in addition to charging by the voltage generated in the sense resistor Rs2. For this reason, the higher the output voltage Vout, the earlier the ON timing of the transistor Q11, and the earlier the OFF timing of the switching transistor MN2. That is, the ON period of the switching transistor MN2 is shortened.

スイッチングトランジスタMN2がOFFすると、第1補助巻線L12のフライバック電圧によって充電されるキャパシタC13の抵抗R13側の電圧がスイッチングトランジスタMN2の閾値電圧に達するまで、そのスイッチングトランジスタMN2はOFFを継続する。   When the switching transistor MN2 is turned off, the switching transistor MN2 continues to be turned off until the voltage on the resistor R13 side of the capacitor C13 charged by the flyback voltage of the first auxiliary winding L12 reaches the threshold voltage of the switching transistor MN2.

なお、このスイッチング電源装置では、入力電圧Vinを抵抗R11,R12で分圧した電圧が所定値未満のときはスイッチングトランジスタMN2のバイアス電圧が低くなり、スイッチングトランジスタMN2はON/OFF動作しない。   In this switching power supply device, when the voltage obtained by dividing the input voltage Vin by the resistors R11 and R12 is less than a predetermined value, the bias voltage of the switching transistor MN2 becomes low, and the switching transistor MN2 does not perform ON / OFF operation.

特開2005−027412号公報JP 2005-027412 A

ところが、図7のスイッチング電源装置は、スイッチングトランジスタMN2のONタイミングを生成するために第1補助巻線L12が特別に必要となっている。また、キャパシタC13の抵抗R13側の電圧がスイッチングトランジスタMN2のゲートを制御するので、スイッチングトランジスタMN2のONタイミングがそのスイッチングトランジスタMN2の閾値のバラツキの影響を受ける問題がある。また、スイッチングトランジスタMN2はキャパシタC12の充電電圧がトランジスタQ11の閾値に達したときにOFFするので、スイッチングトランジスタMN2のOFFタイミングがトランジスタQ11の閾値のバラツキの影響を受ける問題がある。また、ホトカプラ電流を得るために第2補助巻線L14が特別に必要となっている。さらに、負荷電流が増大した際の電流制限機能が不十分となっている。   However, the switching power supply device of FIG. 7 requires the first auxiliary winding L12 specially in order to generate the ON timing of the switching transistor MN2. Further, since the voltage on the resistor R13 side of the capacitor C13 controls the gate of the switching transistor MN2, there is a problem that the ON timing of the switching transistor MN2 is affected by variations in the threshold value of the switching transistor MN2. Further, since the switching transistor MN2 is turned off when the charging voltage of the capacitor C12 reaches the threshold value of the transistor Q11, there is a problem that the OFF timing of the switching transistor MN2 is affected by the variation of the threshold value of the transistor Q11. Further, the second auxiliary winding L14 is specially required to obtain a photocoupler current. Furthermore, the current limiting function when the load current increases is insufficient.

本発明の目的は、ホトカプラ電流を得るための第2補助巻線が必須ではなく、スイッチングトランジスタのON/OFFにそのスイッチングトランジスタの閾値のバラツキの影響を受けず、さらに負荷電流が増大した際の電流制限機能を備えたスイッチング電源装置を提供することである。   The object of the present invention is that the second auxiliary winding for obtaining the photocoupler current is not essential, the switching transistor is not affected by the variation of the threshold value of the switching transistor, and the load current is further increased. A switching power supply device having a current limiting function is provided.

上記目的を達成するために、請求項1にかかる発明のスイッチング電源装置は、スイッチングトランジスタと、該スイッチングトランジスタがONしたときにセンス電圧を生成するセンス抵抗と、前記スイッチングトランジスタがONすることで入力電圧が印加する1次巻線、負荷が接続される2次巻線及び補助巻線を有するトランスと、前記2次巻線から前記負荷に供給される出力電圧に応じたホトカプラ電流を生成するホトカプラと、前記センス電圧と前記ホトカプラ電流を取り込んで前記スイッチングトランジスタのON/OFFを制御する制御回路とを有するスイッチング電源装置において、前記補助巻線で得られる電圧により前記出力電圧の低下を検出し、前記補助巻線で得られる電圧が所定値以下に達したとき前記補助巻線で得られる電圧に逆比例したフィードバック電流を生成して前記ホトカプラ電流に代えて前記制御回路に取り込ませる電流制限フィードバック回路を備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a switching power supply according to a first aspect of the present invention includes a switching transistor, a sense resistor that generates a sense voltage when the switching transistor is turned on, and an input by turning on the switching transistor. A transformer having a primary winding to which a voltage is applied, a secondary winding to which a load is connected, and an auxiliary winding, and a photocoupler that generates a photocoupler current according to an output voltage supplied from the secondary winding to the load And a switching power supply device having a control circuit that takes in the photocoupler current and controls ON / OFF of the switching transistor to detect a decrease in the output voltage by a voltage obtained by the auxiliary winding, When the voltage obtained by the auxiliary winding reaches a predetermined value or less, the voltage obtained by the auxiliary winding is obtained. And a current limit feedback circuit that generates a feedback current inversely proportional to the generated voltage and causes the control circuit to capture the feedback current instead of the photocoupler current.

請求項2にかかる発明は、請求項1に記載のスイッチング電源装置において、前記電流制限フィードバック回路は、前記スイッチングトランジスタのOFF期間に前記補助巻線に発生する電圧が所定以下のとき、前記補助巻線に発生する電圧に逆比例させた前記フィードバック電流を前記スイッチングトランジスタのON期間及びOFF期間にわたって生成することを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the switching power supply device according to the first aspect, when the voltage generated in the auxiliary winding during the OFF period of the switching transistor is equal to or less than a predetermined value, the current limiting feedback circuit is the auxiliary winding. The feedback current inversely proportional to the voltage generated on the line is generated over an ON period and an OFF period of the switching transistor.

請求項3にかかる発明は、請求項1又は2に記載のスイッチング電源装置において、前記制御回路は、前記センス電圧を取り込んで負荷電流に対応するセンス電流を前記スイッチングトランジスタのOFF期間に出力する電流センス回路と、前記スイッチングトランジスタがONした後に前記スイッチングトランジスタをOFFさせるOFFタイミング信号を、前記ホトカプラ電流が大きいほど且つ前記フィードバック電流が小さいほど且つ前記センス電圧が大きいほど、早いタイミングで生成するON期間制御回路と、前記スイッチングトランジスタがOFFした後に前記スイッチングトランジスタをONさせるONタイミング信号を、前記ホトカプラ電流が小さいほど且つ前記フィードバック電流が大きいほど且つ前記センス電流が小さいほど、早いタイミングで生成するOFF期間制御回路と、前記ON期間制御回路から出力する前記OFFタイミング信号によって前記スイッチングトランジスタをOFFさせ、前記OFF期間制御回路から出力する前記ONタイミング信号によって前記スイッチングトランジスタをONさせるSRFF回路と、を有することを特徴とする。   The invention according to claim 3 is the switching power supply device according to claim 1 or 2, wherein the control circuit takes in the sense voltage and outputs a sense current corresponding to a load current during an OFF period of the switching transistor. An ON period in which an OFF timing signal for turning off the switching transistor after the switching transistor is turned on is generated earlier as the photocoupler current is larger, the feedback current is smaller, and the sense voltage is larger. A control circuit and an ON timing signal for turning on the switching transistor after the switching transistor is turned off, the smaller the photocoupler current and the larger the feedback current, and the smaller the sense current. The OFF period control circuit generated at an earlier timing, and the switching transistor is turned off by the ON timing signal output from the OFF period control circuit, and the switching transistor is turned OFF by the OFF timing signal output from the ON period control circuit. And an SRFF circuit to be turned on.

請求項4にかかる発明は、請求項1、2又は3に記載のスイッチング電源装置において、前記ON期間制御回路は、前記スイッチングトランジスタがONしているときに前記ホトカプラ電流又は前記フィードバック電流が流れる経路に挿入される第2抵抗と、該第2抵抗の前記ホトカプラ電流又は前記フィードバック電流の導入側に生成する第2電圧が前記センス電圧と同じ電圧になると前記OFFタイミング信号を生成する第1コンパレータと、を備えることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the switching power supply device according to the first, second, or third aspect, the ON period control circuit is a path through which the photocoupler current or the feedback current flows when the switching transistor is ON. And a first comparator that generates the OFF timing signal when the second voltage generated on the photocoupler current or feedback current introduction side of the second resistor becomes the same voltage as the sense voltage. It is characterized by providing.

請求項5にかかる発明は、請求項1、2、3又は4に記載のスイッチング電源装置において、前記OFF期間制御回路は、前記スイッチングトランジスタがOFFしているとき前記センス電流で充電され前記スイッチングトランジスタがONすると放電される第4キャパシタと、該第4キャパシタの電圧から前記ホトカプラ電流又は前記フィードバック電流によって電圧降下を生じさせるように挿入された第3抵抗と、該第3抵抗の前記第4キャパシタの側と反対側の端子の電圧が所定値になると前記ONタイミング信号を生成する第2コンパレータと、を備えることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the switching power supply device according to the first, second, third, or fourth aspect, the OFF period control circuit is charged with the sense current when the switching transistor is OFF. A fourth capacitor that is discharged when ON, a third resistor inserted to cause a voltage drop from the voltage of the fourth capacitor by the photocoupler current or the feedback current, and the fourth capacitor of the third resistor And a second comparator that generates the ON timing signal when the voltage at the terminal opposite to the terminal reaches a predetermined value.

請求項6にかかる発明は、請求項5に記載のスイッチング電源装置において、前記トランスに設けられた補助巻線に発生する電圧を波形整形してパルス信号を生成する反転検出回路を有し、前記OFF期間制御回路の前記ONタイミング信号は前記パルス信号でリタイミングされることを特徴とする。   The invention according to claim 6 is the switching power supply device according to claim 5, further comprising an inversion detection circuit that shapes a voltage generated in the auxiliary winding provided in the transformer to generate a pulse signal, The ON timing signal of the OFF period control circuit is retimed by the pulse signal.

本発明によれば、ホトカプラ電流、スイッチングトランジスタのON期間に応じたセンス電流、センス電圧、補助巻線で得られる出力電圧低下を示すフィードバック電流をそれぞれ取り込んで処理し、スイッチングトランジスタのONタイミング信号やOFFタイミング信号を生成することができるので、補助巻線は1個ですむ。また、ONタイミング信号とOFFタイミング信号によってSRFF回路を駆動してスイッチングトランジスタのオン/オフを制御するので、スイッチングトランジスタのON/OFFのタイミングがその閾値のバラツキの影響を受けることはない。さらに、センス電流は出力電流に対応した電流であり、フィードバック電流は出力電圧の低下に逆比例して増大する電流であるので、これらを取り込むことによってフォールドバック動作を行わせ、過電流保護を実現することができる。   According to the present invention, the photocoupler current, the sense current according to the ON period of the switching transistor, the sense voltage, and the feedback current indicating the output voltage drop obtained by the auxiliary winding are respectively captured and processed, and the ON timing signal of the switching transistor, Since an OFF timing signal can be generated, only one auxiliary winding is required. Also, since the SRFF circuit is driven by the ON timing signal and the OFF timing signal to control the ON / OFF of the switching transistor, the ON / OFF timing of the switching transistor is not affected by the variation of the threshold value. Furthermore, since the sense current is a current corresponding to the output current, and the feedback current is a current that increases in inverse proportion to the decrease in the output voltage, the foldback operation is performed by taking these, and overcurrent protection is realized. can do.

本発明の実施例のスイッチング電源装置の構成ブロック図である。1 is a configuration block diagram of a switching power supply device according to an embodiment of the present invention. 図1のスイッチング電源装置のON期間制御回路の回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram of an ON period control circuit of the switching power supply device of FIG. 1. 図1のスイッチング電源装置のOFF期間制御回路の回路図である。It is a circuit diagram of the OFF period control circuit of the switching power supply device of FIG. 図1のスイッチング電源装置の反転検出回路と電流制限フィードバック回路の回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram of an inversion detection circuit and a current limit feedback circuit of the switching power supply device of FIG. 1. 出力電流と出力電圧の関係を示すフの字特性図である。It is a U-shaped characteristic diagram showing the relationship between the output current and the output voltage. 図1のスイッチング電源装置のフォールドバック制御時の動作波形図である。It is an operation | movement waveform diagram at the time of foldback control of the switching power supply device of FIG. 従来のスイッチング電源装置の回路図である。It is a circuit diagram of the conventional switching power supply device.

<第1実施例>
図1に本発明の第1実施例のスイッチング電源装置の構成を示す。10は1次巻線L1、2次巻線L2、補助巻線L3を有するトランスである。1次巻線L1には、入力直流電圧VinがキャパシタC1で安定化されて入力し、NMOSのスイッチングトランジスタMN1のON/OFF動作により生じる電磁エネルギーを、2次巻線L2と補助巻線L3に伝える。2次巻線L2には、ダイオードD1とキャパシタC2により整流平滑回路が構成され、その整流平滑回路から出力直流電圧Voutが取り出されるようになっている。補助巻線L3には、ダイオードD2とキャパシタC3により整流平滑回路が構成され、その整流平滑回路から電源電圧VDDが生成されている。
<First embodiment>
FIG. 1 shows the configuration of a switching power supply device according to a first embodiment of the present invention. Reference numeral 10 denotes a transformer having a primary winding L1, a secondary winding L2, and an auxiliary winding L3. The input DC voltage Vin is input to the primary winding L1 after being stabilized by the capacitor C1, and electromagnetic energy generated by the ON / OFF operation of the NMOS switching transistor MN1 is supplied to the secondary winding L2 and the auxiliary winding L3. Tell. In the secondary winding L2, a diode D1 and a capacitor C2 form a rectifying / smoothing circuit, and an output DC voltage Vout is extracted from the rectifying / smoothing circuit. In the auxiliary winding L3, a diode D2 and a capacitor C3 form a rectifying / smoothing circuit, and a power supply voltage VDD is generated from the rectifying / smoothing circuit.

20はスイッチングトランジスタMN1のON/OFFを制御する制御回路である。制御回路20において、21はスイッチングトランジスタMN1がONを継続している時間を制御してOFFタイミング電圧Voffを出力するON期間制御回路、22はスイッチングトランジスタMN1がOFFを継続している時間を制御してONタイミング電圧Vonを出力するOFF期間制御回路である。OFF期間制御回路22は外付けのキャパシタC4を備える。   A control circuit 20 controls ON / OFF of the switching transistor MN1. In the control circuit 20, 21 is an ON period control circuit that outputs the OFF timing voltage Voff by controlling the time during which the switching transistor MN <b> 1 is kept ON, and 22 is the time during which the switching transistor MN <b> 1 is kept OFF. And an OFF period control circuit for outputting the ON timing voltage Von. The OFF period control circuit 22 includes an external capacitor C4.

23はSRFF回路であり、ON期間制御回路21から出力するOFFタイミング電圧Voffが“H”になることによりリセットされて、Q端子から出力する駆動電圧Vdrvを“L”にする。また、OFF期間制御回路22から出力するONタイミング電圧Vonが“H”になることによりセットされて、Q端子から出力する駆動電圧Vdrvを“H”にする。   Reference numeral 23 denotes an SRFF circuit, which is reset when the OFF timing voltage Voff output from the ON period control circuit 21 becomes “H”, and sets the drive voltage Vdrv output from the Q terminal to “L”. Further, the ON timing voltage Von output from the OFF period control circuit 22 is set to “H”, and the drive voltage Vdrv output from the Q terminal is set to “H”.

24はSRFF回路23のQ端子から出力する駆動電圧Vdrvを入力してスイッチングトランジスタMN1をON/OFFするゲート電圧Vgを生成する駆動回路であり、駆動電圧Vdrvが“H”のときゲート電圧Vgを“H”にして、スイッチングトランジスタMN1をONにさせ、駆動電圧Vdrvが“L”のときゲート電圧Vgを“L”にして、スイッチングトランジスタMN1をOFFにする。   Reference numeral 24 denotes a drive circuit that inputs a drive voltage Vdrv output from the Q terminal of the SRFF circuit 23 and generates a gate voltage Vg for turning on / off the switching transistor MN1. When the drive voltage Vdrv is “H”, the gate voltage Vg is set. “H” is set to turn on the switching transistor MN1, and when the drive voltage Vdrv is “L”, the gate voltage Vg is set to “L” and the switching transistor MN1 is turned off.

25は電流センス回路であり、スイッチングトランジスタMN1に流れるドレイン電流を検出するセンス抵抗Rs1に発生するセンス電圧Vs1を入力し、駆動電圧Vdrvが“L”になる直前毎に、つまりスイッチングトランジスタMN1がOFFする直前毎にセンス抵抗Rs1に発生していたセンス電圧Vs1に比例したセンス電流Ioffを生成してホールドし、OFF期間制御回路22に出力する   Reference numeral 25 denotes a current sense circuit which inputs a sense voltage Vs1 generated in a sense resistor Rs1 for detecting a drain current flowing in the switching transistor MN1, and immediately before the drive voltage Vdrv becomes “L”, that is, the switching transistor MN1 is turned off. A sense current Ioff proportional to the sense voltage Vs1 generated in the sense resistor Rs1 is generated and held immediately before the output, and output to the OFF period control circuit 22

26は反転検出回路であり、補助巻線L3に発生する脈流電圧Vriseを抵抗R1を介して取り込んで、波形整形したパルス電圧Vpを生成し、OFF期間制御回路22にリタイミング用として出力する。   Reference numeral 26 denotes an inversion detection circuit which takes in the pulsating voltage Vrise generated in the auxiliary winding L3 through the resistor R1, generates a pulse voltage Vp having a waveform, and outputs it to the OFF period control circuit 22 for retiming. .

30は出力電圧Voutの低下を検出するための電流制限フィードバック回路であり、補助巻線L3に発生する脈流電圧Vriseの負電圧成分に逆比例したフィードバック電流Ifbを吸い込む。このフィードバック電流Ifbは出力電圧Voutが低いほど大きな値を示す電流となる。   Reference numeral 30 denotes a current limit feedback circuit for detecting a decrease in the output voltage Vout, and sucks a feedback current Ifb that is inversely proportional to the negative voltage component of the pulsating voltage Vrise generated in the auxiliary winding L3. The feedback current Ifb is a current that shows a larger value as the output voltage Vout is lower.

40は出力電圧Voutを検出する出力電圧フィードバック回路であり、図7で説明したオペアンプOP11,電圧源VB11、キャパシタC15、抵抗R16,R17,R18,R19を含む回路と同様の回路である。この出力電圧フィードバック回路40は、出力電圧Voutが高いほどホトカプラ50のホトダイオードPD1に流れる電流を大きくする。このホトダイオードPD1はホトトランジスタPT1とでホトカプラ50を構成している。そして、ホトトランジスタPT1は、ホトダイオードPD1の発光量、つまり出力電圧Voutに比例したホトカプラ電流Ipcを生成して、制御回路20のON期間制御回路21とOFF期間制御回路22に吸込電流として出力する。   Reference numeral 40 denotes an output voltage feedback circuit for detecting the output voltage Vout, which is similar to the circuit including the operational amplifier OP11, the voltage source VB11, the capacitor C15, and the resistors R16, R17, R18, and R19 described with reference to FIG. The output voltage feedback circuit 40 increases the current flowing through the photodiode PD1 of the photocoupler 50 as the output voltage Vout increases. This photodiode PD1 constitutes a photocoupler 50 with the phototransistor PT1. The phototransistor PT1 generates a photocoupler current Ipc proportional to the light emission amount of the photodiode PD1, that is, the output voltage Vout, and outputs the photocoupler current Ipc to the ON period control circuit 21 and the OFF period control circuit 22 of the control circuit 20 as a sink current.

図2にON期間制御回路21の詳細図を示す。ON期間制御回路21は、基準電圧Vref1の電圧源VB1と、インピーダンス変換用のバッファBF1と、抵抗R2と、駆動電圧Vdrvが“H”のときONして抵抗R2にホトカプラ電流Ipc又はフィードバック電流Ifbを流すスイッチSW1と、センス電圧Vs1をインピーダンス変換するバッファBF2と、ホトカプラ電流Ipc又はフィードバック電流Ifbが流れることで抵抗R2で降下した電圧Vr2とセンス電圧Vs1を比較するコンパレータCP1とを備える。   FIG. 2 shows a detailed diagram of the ON period control circuit 21. The ON period control circuit 21 is turned on when the voltage source VB1 of the reference voltage Vref1, the buffer BF1 for impedance conversion, the resistor R2, and the drive voltage Vdrv is “H”, and the photocoupler current Ipc or feedback current Ifb is supplied to the resistor R2. A switch SW1 for passing the current, a buffer BF2 for impedance-converting the sense voltage Vs1, and a comparator CP1 for comparing the sense voltage Vs1 with the voltage Vr2 dropped by the resistor R2 when the photocoupler current Ipc or the feedback current Ifb flows.

スイッチングトランジスタMN1がOFFの期間は、スイッチングSW1がOFFしているので、コンパレータCP1の反転入力端子の電圧Vr2はVB1となっている。しかし、スイッチSW1がONすると、ホトカプラ電流Ipc又はフィードバック電流Ifbが抵抗R2に流れるので、コンパレータCP1の反転入力端子の電圧Vr2が「Vref1−R2×(Ipc又はIfb)」に低下する。そして、その電圧Vr2がセンス電圧Vs1よりも低下したとき、コンパレータCP1の出力であるOFFタイミング電圧Voffが“L”から“H”に変化する。   While the switching transistor MN1 is OFF, since the switching SW1 is OFF, the voltage Vr2 at the inverting input terminal of the comparator CP1 is VB1. However, when the switch SW1 is turned on, the photocoupler current Ipc or the feedback current Ifb flows through the resistor R2, so that the voltage Vr2 at the inverting input terminal of the comparator CP1 decreases to “Vref1−R2 × (Ipc or Ifb)”. When the voltage Vr2 drops below the sense voltage Vs1, the OFF timing voltage Voff, which is the output of the comparator CP1, changes from “L” to “H”.

このようにして、ON期間制御回路21は、ホトカプラ電流Ipcが大きいほど、フィードバック電流Ifbが大きいほど、センス電圧Vs1が高いほど、OFFタイミング電圧Voff1を“H”にするタイミングを早くして、スイッチングトランジスタMN1をそのONしている時間が短くなるように制御する。   In this way, the ON period control circuit 21 switches the OFF timing voltage Voff1 to “H” earlier by switching the OFF timing voltage Voff1 to “H” as the photocoupler current Ipc is larger, the feedback current Ifb is larger, the sense voltage Vs1 is higher. The transistor MN1 is controlled so as to shorten the ON time.

図3にOFF期間制御回路22の詳細図を示す。OFF期間制御回路22は、駆動電圧Vdrvが“H”のときONするスイッチSW4と、電流センス帰還回路25のセンス電流Ioffで充電される前記した外付けのキャパシタC4と、インピーダンス変換用のバッファBF3と、抵抗R3と、電圧源VB2の基準電圧Vref2が設定されたコンパレータCP2と、コンパレータCP2の出力電圧を反転検出回路26の出力パルスVpでリタイミングしてONタイミング電圧Vonを生成するDFF回路221とを備える。なお、このDFF回路221は省略することができる。   FIG. 3 shows a detailed view of the OFF period control circuit 22. The OFF period control circuit 22 includes a switch SW4 that is turned on when the drive voltage Vdrv is “H”, the external capacitor C4 that is charged by the sense current Ioff of the current sense feedback circuit 25, and an impedance conversion buffer BF3. A resistor R3, a comparator CP2 in which the reference voltage Vref2 of the voltage source VB2 is set, and a DFF circuit 221 that generates an ON timing voltage Von by retiming the output voltage of the comparator CP2 with the output pulse Vp of the inversion detection circuit 26. With. Note that the DFF circuit 221 can be omitted.

このOFF期間制御回路22では、駆動電圧Vdrvが“L”になってスイッチングトランジスタMN1がOFFになるとスイッチSW2がOFFになって、キャパシタC4が電流センス回路25のセンス電流Ioffによって充電され電圧Vc4となる。センス電流Ioffは出力電流Ioutが大きいほど大きくなるので、この電圧Vc4も高くなる。抵抗R3にはホトカプラ電流Ipc又はフィードバック電流Ifbが流れている。このため、抵抗R3とコンパレータCP2の反転入力端子の共通接続点の電圧Vr3は、電流センス回路25のセンス電流Ioffが大きいほど高くなり、ホトカプラ電流Ipc又はフィードバック電流Ifbが大きいほど低くなる。電圧Vr3が基準電圧Vref2を超えるとコンパレータCP2の出力電圧が“L”から“H”になる。コンパレータCP2の“H”の電圧は、反転検出回路26から出力するパルスVpの立上りでDFF回路221においてリタイミングされ、ONタイミング電圧Vonなる。このときのONタイミング電圧Vonの発生タイミングは、ホトカプラ電流Ipcが大きいほど、フィードバック電流Ifbが大きいほど、電流センス帰還回路25のセンス電流Ioffが小さいほど、遅くなって、OFF期間が長くなる。   In the OFF period control circuit 22, when the drive voltage Vdrv becomes “L” and the switching transistor MN 1 is turned OFF, the switch SW 2 is turned OFF, and the capacitor C 4 is charged by the sense current Ioff of the current sense circuit 25. Become. Since the sense current Ioff increases as the output current Iout increases, the voltage Vc4 also increases. A photocoupler current Ipc or a feedback current Ifb flows through the resistor R3. Therefore, the voltage Vr3 at the common connection point between the resistor R3 and the inverting input terminal of the comparator CP2 increases as the sense current Ioff of the current sense circuit 25 increases, and decreases as the photocoupler current Ipc or the feedback current Ifb increases. When the voltage Vr3 exceeds the reference voltage Vref2, the output voltage of the comparator CP2 changes from “L” to “H”. The “H” voltage of the comparator CP2 is retimed in the DFF circuit 221 at the rising edge of the pulse Vp output from the inversion detection circuit 26, and becomes the ON timing voltage Von. The generation timing of the ON timing voltage Von at this time becomes slower as the photocoupler current Ipc is larger, the feedback current Ifb is larger, and the sense current Ioff of the current sense feedback circuit 25 is smaller, and the OFF period becomes longer.

図4に反転検出回路26と電流制限フィードバック回路30の詳細図を示す。反転検出回路26は、電圧源VB3によって電圧Vref3が反転入力端子に設定されたコンパレータCP3と、補助巻線L3に抵抗R1を経由してコレクタが接続されたダイオード接続のNPNトランジスタQ1と、補助巻線L3に抵抗R1を経由してエミッタが接続されたトランジスタQ2と、トランジスタQ2のベースに基準電圧Vref4を印加する電圧源VB4とを備える。   FIG. 4 is a detailed diagram of the inversion detection circuit 26 and the current limit feedback circuit 30. The inversion detection circuit 26 includes a comparator CP3 in which the voltage Vref3 is set to the inverting input terminal by the voltage source VB3, a diode-connected NPN transistor Q1 having a collector connected to the auxiliary winding L3 via the resistor R1, and an auxiliary winding. A transistor Q2 whose emitter is connected to the line L3 via a resistor R1 and a voltage source VB4 that applies a reference voltage Vref4 to the base of the transistor Q2 are provided.

トランジスタQ1は最高電圧規制回路を構成し、補助巻線L3にその●側が正極となる電圧Vriseが発生したとき、コンパレータCP3の非反転入力端子の最高電圧をVbe(Q1)に制限する。また、トランジスタQ1の代わりに抵抗を接続して、電圧Vriseの抵抗R1との分圧電圧をコンパレータCP3の非反転入力端子に最高電圧として入力しても良い。トランジスタQ2は最低電圧規制回路を構成し、補助巻線L3にその●側が負極となる電圧Vriseが発生したとき、コンパレータCP3の非反転入力端子の最低電圧を「Vref4−Vbe(Q2)」に制限する。Vbe(Q1)はトランジスタQ1のベース・エミッタ間電圧、Vbe(Q2)はトランジスタQ2のベース・エミッタ間電圧である。そして、コンパレータCP3は、非反転入力端子の電圧が電圧Vref3を越えれば“H”の信号を、低下すれば“L”の信号を電圧Vpとして出力する。   The transistor Q1 constitutes a maximum voltage regulating circuit, and when the voltage Vrise having a positive polarity on the auxiliary winding L3 is generated, the maximum voltage at the non-inverting input terminal of the comparator CP3 is limited to Vbe (Q1). Alternatively, a resistor may be connected instead of the transistor Q1, and a divided voltage of the voltage Vrise with the resistor R1 may be input as a maximum voltage to the non-inverting input terminal of the comparator CP3. The transistor Q2 constitutes a minimum voltage regulation circuit, and when the voltage Vrise having the negative side on the side of the auxiliary winding L3 is generated, the minimum voltage of the non-inverting input terminal of the comparator CP3 is limited to “Vref4-Vbe (Q2)”. To do. Vbe (Q1) is the base-emitter voltage of the transistor Q1, and Vbe (Q2) is the base-emitter voltage of the transistor Q2. The comparator CP3 outputs an “H” signal as the voltage Vp when the voltage at the non-inverting input terminal exceeds the voltage Vref3, and an “L” signal when the voltage decreases.

この反転検出回路26によって、ONタイミング信号を補助巻線L3の脈動電圧Vriseを波形整形したパルス信号でリタイミングすることができ、スイッチングトランジスタMN1をドレイン電圧の自由振動の谷でONさせ疑似共振動作をさせることができるので、その疑似共振動作に際してのスイッチングトランジスタの閾値のバラツキの影響を排除できる。   By this inversion detection circuit 26, the ON timing signal can be retimed with a pulse signal obtained by shaping the pulsation voltage Vrise of the auxiliary winding L3, and the switching transistor MN1 is turned on at the valley of the free oscillation of the drain voltage to perform a pseudo resonance operation. Therefore, it is possible to eliminate the influence of the variation in the threshold value of the switching transistor during the quasi-resonant operation.

電流制限フィードバック回路30は、補助巻線L3の●側が負極となるときに流れる電流Iaをm倍の電流Ibに変換して出力する第1カレントミラー回路31と、電流Icの電流源33と、電流Id(=Ic−Ib)を入力してn倍した電流Ieに変換して出力する第2カレントミラー回路32と、その電流Ieを入力して同じ値の電流であるフィードバック電流Ifbを吸い込む電流ホールド回路34と、電流ホールド回路34にホールドタイミングの電圧Vspを与えるタイミング生成回路35を備える。タイミング生成回路35は、補助巻線L3の●側が負極になってから所定時間毎にホールドタイミング電圧Vspを“H”にするので、電流ホールド回路34はその電圧Vspが“H”から“L”に変化するタイミングのフィードバック電流Ifbをホールドする。   The current limiting feedback circuit 30 includes a first current mirror circuit 31 that converts and outputs a current Ia that flows when the side of the auxiliary winding L3 becomes a negative polarity to a current Ib that is m times larger, a current source 33 of a current Ic, A current Id (= Ic−Ib) that is input and converted into a current Ie multiplied by n and output; and a current Ie that is input and sucks a feedback current Ifb that is the same value A hold circuit 34 and a timing generation circuit 35 for applying a hold timing voltage Vsp to the current hold circuit 34 are provided. Since the timing generation circuit 35 sets the hold timing voltage Vsp to “H” every predetermined time after the ● side of the auxiliary winding L3 becomes negative, the current hold circuit 34 changes the voltage Vsp from “H” to “L”. The feedback current Ifb at the timing of changing to is held.

電流源33の電流Icは、出力電圧Voutが後記する電圧Vout2になったときにIc=Ibとなるように設定されている。つまり、電流Ibが電流Icを超えると、Idは流れず、フィードバック電流Ifbも流れない。   The current Ic of the current source 33 is set so that Ic = Ib when the output voltage Vout becomes a voltage Vout2 described later. That is, when the current Ib exceeds the current Ic, Id does not flow and the feedback current Ifb does not flow.

<通常動作>
さて、スイッチング電源装置は、通常動作では図5に示すように、出力電圧Voutが目標電圧Vout1になるよう定電圧制御される。この定電圧制御時は、補助巻線L3に生じる電圧Vriseは高くなり、補助巻線L3の●側が負極になるときは、電流フィードバック回路30に入力する電流Iaが大きくなるので、電流Ibが電流源33の電流Icより大きくなり、電流Id,Ieはゼロとなり、フィードバック電流Ifbも“0”となる。このため、この通常動作では、ON期間制御回路21で得られるON期間とOFF期間制御回路22で得られるOFF期間は、もっぱらホトカプラ電流Ipcによって制御される。
<Normal operation>
In the normal operation, the switching power supply device is controlled at a constant voltage so that the output voltage Vout becomes the target voltage Vout1 as shown in FIG. During this constant voltage control, the voltage Vrise generated in the auxiliary winding L3 is high, and when the ● side of the auxiliary winding L3 is negative, the current Ia input to the current feedback circuit 30 becomes large, so that the current Ib becomes the current The current Ic of the source 33 becomes larger, the currents Id and Ie become zero, and the feedback current Ifb also becomes “0”. Therefore, in this normal operation, the ON period obtained by the ON period control circuit 21 and the OFF period obtained by the OFF period control circuit 22 are exclusively controlled by the photocoupler current Ipc.

そして、出力電圧Voutが目標値よりも高いときは、ホトカプラ電流Ipcが大きくなることによって、ON期間制御回路21の電圧Vr2が低く制御され、コンパレータCP1から出力するOFFタイミング電圧Voffは早いタイミングで“H”なり、ON期間が短くなる。また、ON期間が短いのでセンス電流Ioffは小さくなり、ホトカプラ電流Ipcは大きいので、OFF期間制御回路22の電圧Vr3が低く制御され、コンパレータCP2から出力するONタイミング電圧Vonは遅いタイミングで“H”なり、OFF期間が長くなる。このため、出力電圧Voutが低くなるよう制御される。   When the output voltage Vout is higher than the target value, the photocoupler current Ipc is increased, whereby the voltage Vr2 of the ON period control circuit 21 is controlled to be low, and the OFF timing voltage Voff output from the comparator CP1 is “ H ", and the ON period is shortened. Also, since the ON period is short, the sense current Ioff is small and the photocoupler current Ipc is large. Therefore, the voltage Vr3 of the OFF period control circuit 22 is controlled low, and the ON timing voltage Von output from the comparator CP2 is “H” at a late timing. Therefore, the OFF period becomes longer. For this reason, the output voltage Vout is controlled to be low.

出力電圧Voutが目標値よりも低いときは、逆の動作となる。つまり、ON期間制御回路21からOFFタイミング電圧Voffが遅いタイミングミグで出力し、OFF制御回路22からONタイミング電圧Vonが早いタイミングで出力するので、出力電圧Voutが高くなるよう制御される。   When the output voltage Vout is lower than the target value, the reverse operation is performed. That is, since the OFF timing voltage Voff is output from the ON period control circuit 21 at a late timing Mig and the ON timing voltage Von is output from the OFF control circuit 22 at an early timing, the output voltage Vout is controlled to be high.

<電流制限動作>
出力電流Ioutが増大して図5の最大値Ioutmaxに達すると、出力電圧Voutが低下しはじめ、ホトカプラ40のホトダイオードPD1は発光しなくなり、ホトカプラ電流Ipcが流れなくなる。また、出力電圧VoutはVout2より大きいため、電流制限フィードバック回路30における電流Ib,Icは、Ib>Icとなり電流Idは流れず、フィードバック電流Ifbも流れない。
<Current limiting operation>
When the output current Iout increases and reaches the maximum value Ioutmax in FIG. 5, the output voltage Vout begins to decrease, the photodiode PD1 of the photocoupler 40 does not emit light, and the photocoupler current Ipc does not flow. Further, since the output voltage Vout is larger than Vout2, the currents Ib and Ic in the current limiting feedback circuit 30 satisfy Ib> Ic, the current Id does not flow, and the feedback current Ifb does not flow.

このときON期間制御回路21では、ホトカプラ電流Ipcとフィードバック電流Ifbが流れないので、抵抗R2での電圧降下は生ぜず、電圧Vr2=Vref1となり、電圧Vr2がセンス電圧Vs1と等しくなるまでの時間は最大となり、つまりON期間は最大となる。また、OFF期間制御回路22では、ON期間が最大となるためセンス電圧Vs1とセンス電流Ioffは大きくなり、ホトカプラ電流Ipcおよびフィードバック電流Ifbはゼロとなるため、電圧Vr3はキャパシタC4の充電電圧Vc4と等しく、Vr3=Vc4となり、コンパレータCP2により電圧Vref2と比較される。   At this time, since the photocoupler current Ipc and the feedback current Ifb do not flow in the ON period control circuit 21, the voltage drop at the resistor R2 does not occur, the voltage Vr2 = Vref1, and the time until the voltage Vr2 becomes equal to the sense voltage Vs1 is It becomes the maximum, that is, the ON period becomes the maximum. In the OFF period control circuit 22, since the ON period is maximized, the sense voltage Vs1 and the sense current Ioff are increased, and the photocoupler current Ipc and the feedback current Ifb are zero. Therefore, the voltage Vr3 is equal to the charging voltage Vc4 of the capacitor C4. Equally, Vr3 = Vc4, and the comparator CP2 compares it with the voltage Vref2.

したがって、OFF期間はキャパシタC4の充電時間とDFF回路221でのリタイミングで決まる。このとき、ON期間が最大となっていることより、OFF期間も出力状態によらずほぼ一定となる。ON期間とOFF期間が一定となるため出力電力が一定となり、出力電流Ioutのさらなる増大が抑制されて過電流が制限されると同時に、出力電圧Voutが電圧Vout1よりも低下する。   Therefore, the OFF period is determined by the charging time of the capacitor C4 and the retiming in the DFF circuit 221. At this time, since the ON period is the maximum, the OFF period is substantially constant regardless of the output state. Since the ON period and the OFF period are constant, the output power is constant, the further increase in the output current Iout is suppressed and the overcurrent is limited, and at the same time, the output voltage Vout is lower than the voltage Vout1.

<フォールドバック動作>
出力電圧Voutが図5に示すように電圧Vout2まで低下すると、補助巻線L3の●側が負極になった際にそこに流れる電流Iaが小さくなり、電流制限フィードバック回路30の電流Ibが電流源33の電流Icよりも小さくなるので、電流ホールド回路34に流れ込むフィードバック電流Ifbがその電流Iaに逆比例して大きくなる。これによって、ON期間制御回路21とOFF期間制御回路22には、ホトカプラ電流Ipcに代えてフィードバック電流Ifbが流れることになる。
<Foldback operation>
When the output voltage Vout decreases to the voltage Vout2 as shown in FIG. 5, the current Ia flowing therethrough becomes small when the ● side of the auxiliary winding L3 becomes negative, and the current Ib of the current limiting feedback circuit 30 becomes the current source 33. Therefore, the feedback current Ifb flowing into the current hold circuit 34 increases in inverse proportion to the current Ia. As a result, the feedback current Ifb flows in the ON period control circuit 21 and the OFF period control circuit 22 instead of the photocoupler current Ipc.

このとき、ON期間制御回路21では、抵抗R2にフィードバック電流Ifbが流れることで電圧Vr2が発生するが、この電圧Vr2は、出力電圧Voutが低くなるとフィードバック電流Ifbが大きくなって低い電圧となるので、コンパレータOP1から出力するOFFタイミング電圧Voffが“H”になるタイミングが早くなり、ON期間が短くなる。OFF期間制御回路22では、スイッチングトランジスタMN1のON期間が短くなったことによって電流センス回路25のセンス電流Ioffが小さくなり、しかもフィードバック電流Ifbが大きくなるので、抵抗R3の電圧Vr3が電圧Vref2にまで上昇する時間が長くなり、ONタイミング電圧Vonが“H”になるタイミングが遅くなり、OFF期間が長くなる。   At this time, in the ON period control circuit 21, the voltage Vr2 is generated by the feedback current Ifb flowing through the resistor R2. However, when the output voltage Vout decreases, the voltage Vr2 increases and the feedback current Ifb increases. The timing at which the OFF timing voltage Voff output from the comparator OP1 becomes “H” is advanced, and the ON period is shortened. In the OFF period control circuit 22, since the ON period of the switching transistor MN1 is shortened, the sense current Ioff of the current sense circuit 25 is decreased and the feedback current Ifb is increased, so that the voltage Vr3 of the resistor R3 reaches the voltage Vref2. The rising time becomes longer, the timing when the ON timing voltage Von becomes “H” is delayed, and the OFF period becomes longer.

このような動作によって、出力電圧Voutが電圧Vout2まで低下した後は、出力電力を減少させるので出力電流Ioutが順次減少すると同時に出力電圧Voutも順次低下して、その電流電圧の特性が図5に示す特性となる。以上により、本実施例では、電源制限において、図5に示すフの字特性を実現することができる。以上のフォールドバック動作の際の動作波形図を図6に示した。Vrise_Lは補助巻線L3に発生する負電圧の大きさを示している。   By such an operation, after the output voltage Vout is reduced to the voltage Vout2, the output power is reduced. Therefore, the output current Iout is sequentially reduced, and at the same time, the output voltage Vout is also sequentially reduced. The characteristics of the current voltage are shown in FIG. It becomes the characteristic to show. As described above, in this embodiment, the U-shaped characteristic shown in FIG. 5 can be realized in the power supply limitation. An operation waveform diagram in the case of the above foldback operation is shown in FIG. Vrise_L indicates the magnitude of the negative voltage generated in the auxiliary winding L3.

10:トランス、L1:1次巻線、L2:2次巻線、L3:補助巻線
20:制御回路、21:ON期間制御回路、22:OFF期間制御回路、221:DFF回路、23:SRFF回路、24:駆動回路、25:電流センス回路、26:反転検出回路
30:電流制限フィードバック回路、31:第1カレントミラー回路、32:第2カレントミラー回路、33:電流源、34:電流ホールド回路、35:タイミング生成回路
40:出力電圧フィードバック回路
50:ホトカプラ
10: Transformer, L1: Primary winding, L2: Secondary winding, L3: Auxiliary winding 20: Control circuit, 21: ON period control circuit, 22: OFF period control circuit, 221: DFF circuit, 23: SRFF Circuit 24: drive circuit 25: current sense circuit 26: inversion detection circuit 30: current limit feedback circuit 31: first current mirror circuit 32: second current mirror circuit 33: current source 34: current hold Circuit 35: timing generation circuit 40: output voltage feedback circuit 50: photocoupler

Claims (6)

スイッチングトランジスタと、該スイッチングトランジスタがONしたときにセンス電圧を生成するセンス抵抗と、前記スイッチングトランジスタがONすることで入力電圧が印加する1次巻線、負荷が接続される2次巻線及び補助巻線を有するトランスと、前記2次巻線から前記負荷に供給される出力電圧に応じたホトカプラ電流を生成するホトカプラと、前記センス電圧と前記ホトカプラ電流を取り込んで前記スイッチングトランジスタのON/OFFを制御する制御回路とを有するスイッチング電源装置において、
前記補助巻線で得られる電圧により前記出力電圧の低下を検出し、前記補助巻線で得られる電圧が所定値以下に達したとき前記補助巻線で得られる電圧に逆比例したフィードバック電流を生成して前記ホトカプラ電流に代えて前記制御回路に取り込ませる電流制限フィードバック回路を備えたことを特徴とするスイッチング電源装置。
A switching transistor, a sense resistor that generates a sense voltage when the switching transistor is turned on, a primary winding to which an input voltage is applied by turning on the switching transistor, a secondary winding to which a load is connected, and an auxiliary A transformer having a winding; a photocoupler that generates a photocoupler current corresponding to an output voltage supplied from the secondary winding to the load; and taking on the sense voltage and the photocoupler current to turn on / off the switching transistor In a switching power supply device having a control circuit to control,
A drop in the output voltage is detected by the voltage obtained from the auxiliary winding, and when the voltage obtained from the auxiliary winding reaches a predetermined value or less, a feedback current inversely proportional to the voltage obtained from the auxiliary winding is generated. A switching power supply apparatus comprising a current limit feedback circuit that causes the control circuit to capture in place of the photocoupler current.
請求項1に記載のスイッチング電源装置において、
前記電流制限フィードバック回路は、前記スイッチングトランジスタのOFF期間に前記補助巻線に発生する電圧が所定以下のとき、前記補助巻線に発生する電圧に逆比例させた前記フィードバック電流を前記スイッチングトランジスタのON期間及びOFF期間にわたって生成することを特徴とするスイッチング電源装置。
The switching power supply device according to claim 1,
The current limit feedback circuit is configured to turn on the switching transistor when the voltage generated in the auxiliary winding during the OFF period of the switching transistor is equal to or lower than a predetermined voltage. A switching power supply device characterized by generating over a period and an OFF period.
請求項1又は2に記載のスイッチング電源装置において、前記制御回路は、
前記センス電圧を取り込んで負荷電流に対応するセンス電流を前記スイッチングトランジスタのOFF期間に出力する電流センス回路と、
前記スイッチングトランジスタがONした後に前記スイッチングトランジスタをOFFさせるOFFタイミング信号を、前記ホトカプラ電流が大きいほど且つ前記フィードバック電流が小さいほど且つ前記センス電圧が大きいほど、早いタイミングで生成するON期間制御回路と、
前記スイッチングトランジスタがOFFした後に前記スイッチングトランジスタをONさせるONタイミング信号を、前記ホトカプラ電流が小さいほど且つ前記フィードバック電流が大きいほど且つ前記センス電流が小さいほど、早いタイミングで生成するOFF期間制御回路と、
前記ON期間制御回路から出力する前記OFFタイミング信号によって前記スイッチングトランジスタをOFFさせ、前記OFF期間制御回路から出力する前記ONタイミング信号によって前記スイッチングトランジスタをONさせるSRFF回路と、
を有することを特徴とするスイッチング電源装置。
The switching power supply device according to claim 1 or 2, wherein the control circuit includes:
A current sense circuit that takes in the sense voltage and outputs a sense current corresponding to a load current during an OFF period of the switching transistor;
An ON period control circuit for generating an OFF timing signal for turning off the switching transistor after the switching transistor is turned on, at an earlier timing as the photocoupler current is larger, the feedback current is smaller, and the sense voltage is larger;
An OFF period control circuit that generates an ON timing signal for turning on the switching transistor after the switching transistor is turned off at an earlier timing as the photocoupler current is smaller, the feedback current is larger, and the sense current is smaller;
An SRFF circuit for turning off the switching transistor by the OFF timing signal output from the ON period control circuit and turning on the switching transistor by the ON timing signal output from the OFF period control circuit;
A switching power supply device comprising:
請求項1、2又は3に記載のスイッチング電源装置において、
前記ON期間制御回路は、前記スイッチングトランジスタがONしているときに前記ホトカプラ電流又は前記フィードバック電流が流れる経路に挿入される第2抵抗と、該第2抵抗の前記ホトカプラ電流又は前記フィードバック電流の導入側に生成する第2電圧が前記センス電圧と同じ電圧になると前記OFFタイミング信号を生成する第1コンパレータと、を備えることを特徴とするスイッチング電源装置。
In the switching power supply device according to claim 1, 2, or 3,
The ON period control circuit includes a second resistor inserted in a path through which the photocoupler current or the feedback current flows when the switching transistor is ON, and introduction of the photocoupler current or the feedback current of the second resistor. And a first comparator that generates the OFF timing signal when the second voltage generated on the side becomes the same voltage as the sense voltage.
請求項1、2、3又は4に記載のスイッチング電源装置において、
前記OFF期間制御回路は、前記スイッチングトランジスタがOFFしているとき前記センス電流で充電され前記スイッチングトランジスタがONすると放電される第4キャパシタと、該第4キャパシタの電圧から前記ホトカプラ電流又は前記フィードバック電流によって電圧降下を生じさせるように挿入された第3抵抗と、該第3抵抗の前記第4キャパシタの側と反対側の端子の電圧が所定値になると前記ONタイミング信号を生成する第2コンパレータと、を備えることを特徴とするスイッチング電源装置。
In the switching power supply device according to claim 1, 2, 3, or 4,
The OFF period control circuit includes a fourth capacitor that is charged with the sense current when the switching transistor is OFF and discharged when the switching transistor is ON, and the photocoupler current or the feedback current from the voltage of the fourth capacitor. A third resistor inserted so as to cause a voltage drop, and a second comparator that generates the ON timing signal when a voltage at a terminal opposite to the fourth capacitor side of the third resistor reaches a predetermined value; A switching power supply device comprising:
請求項5に記載のスイッチング電源装置において、
前記トランスに設けられた補助巻線に発生する電圧を波形整形してパルス信号を生成する反転検出回路を有し、前記OFF期間制御回路の前記ONタイミング信号は前記パルス信号でリタイミングされることを特徴とするスイッチング電源装置。
In the switching power supply device according to claim 5,
An inversion detection circuit for generating a pulse signal by shaping a voltage generated in an auxiliary winding provided in the transformer, and the ON timing signal of the OFF period control circuit is retimed by the pulse signal A switching power supply device.
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