JP2017077076A - Switching power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、共振回路を用いてソフトスイッチング動作を行わせる電流共振型コンバータ(これは「LLCコンバータ」とも言う。)等のスイッチング電源装置に係り、特に、そのソフトスタートの制御に関するものである。 The present invention relates to a switching power supply device such as a current resonance type converter (which is also referred to as “LLC converter”) that performs a soft switching operation using a resonance circuit, and more particularly to control of the soft start.
従来、スイッチング電源装置の一つである電流共振型コンバータは、例えば、特許文献2に記載されているように、スイッチング周波数を有するスイッチング信号によってオン/オフ動作するスイッチング素子を有し、前記スイッチング素子によって直流(以下「DC」という。)の入力電圧を交流(以下「AC」という。)に変換するスイッチング回路と、前記スイッチング回路から出力されるAC電圧を入力して所定の共振周波数にて共振する直列の共振回路と、前記共振回路から出力される共振信号を入力する1次巻線、及び2次巻線を有する変圧器(以下「トランス」という。)と、前記2次巻線から出力されるAC電圧を整流する整流回路と、その整流された電圧を平滑してDCの出力電圧を出力する出力コンデンサと、を備えている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a current resonance type converter which is one of switching power supply devices has a switching element that is turned on / off by a switching signal having a switching frequency, as described in
このような電流共振型コンバータの制御において、出力コンデンサの出力電圧の制御は、スイッチング素子をオン/オフ動作させるためのスイッチング信号のスイッチング周波数を制御することにより行われる。スイッチング周波数は、例えば、共振回路の共振周波数より低い周波数で動作するように設計されていて、スイッチング周波数を上げると(即ち、共振周波数に近づけると)、出力電圧が低くなり、スイッチング周波数を下げると(即ち、共振周波数から離れると)、出力電圧が高くなる。この種の電流共振型コンバータでは、スイッチング素子のスイッチング時に、共振回路による共振現象を利用し、電圧又は電流がゼロとなった状態でスイッチングを行うソフトスイッチング技術により、スイッチング損失を低減することで、電源の高効率化や、低ノイズ化等が可能になる。ソフトスイッチングにおいて、一般に、電圧がゼロの状態で行うスイッチングをゼロ電圧スイッチング(以下「ZVS」という。)、電流がゼロの状態で行うスイッチングをゼロ電流スイッチング(以下「ZCS」という。)と称されている。 In the control of such a current resonance type converter, the output voltage of the output capacitor is controlled by controlling the switching frequency of a switching signal for turning on / off the switching element. The switching frequency is designed to operate at a frequency lower than the resonance frequency of the resonance circuit, for example. When the switching frequency is increased (that is, closer to the resonance frequency), the output voltage is decreased, and when the switching frequency is decreased. (I.e., away from the resonant frequency), the output voltage increases. In this type of current resonance type converter, the switching loss is reduced by the soft switching technology that uses the resonance phenomenon by the resonance circuit at the time of switching of the switching element and performs switching in a state where the voltage or current becomes zero. It is possible to increase the efficiency of the power supply and reduce noise. In soft switching, switching performed in a state where the voltage is zero is generally referred to as zero voltage switching (hereinafter referred to as “ZVS”), and switching performed in a state where the current is zero is referred to as zero current switching (hereinafter referred to as “ZCS”). ing.
電流共振型コンバータは、スイッチング素子のオン/オフ動作を制御するスイッチング信号の周波数制御を行っており、出力電圧及び出力電流によってスイッチング周波数が一意に決まる。そのため、出力電圧が0Vの状態から起動する場合は、スイッチング周波数を高い周波数から徐々に周波数を下げていくこと(即ち、ソフトスタート)により、出力コンデンサのチャージ電流による過電流を防止している。この時、スイッチングを行っているスイッチング素子には、出力コンデンサをチャージする電流が流れるため、この電流を利用してZVSを行うことができる。 The current resonance type converter performs frequency control of a switching signal for controlling on / off operation of the switching element, and the switching frequency is uniquely determined by the output voltage and the output current. For this reason, when the output voltage starts from 0 V, the switching frequency is gradually decreased from a high frequency (that is, soft start) to prevent overcurrent due to the charge current of the output capacitor. At this time, since a current for charging the output capacitor flows through the switching element that performs switching, ZVS can be performed using this current.
以上のような電流共振型コンバータに関連する技術として、特許文献1には、スイッチング素子のオン/オフ動作により入力電圧を昇圧するスイッチングレギュレータが記載されている。このスイッチングレギュレータでは、出力電圧と目標電圧との誤差を減少させるように、パルス幅変調(以下「PWM」という。)制御によって、スイッチング素子をオン/オフ動作させるためのスイッチング信号を生成し、スイッチングレギュレータが起動してから出力電圧が目標電圧になるまで、スイッチング信号のデューティを徐々に大きくしていくソフトスタート機能を有し、出力電圧が目標電圧になるまで、スイッチング信号のデューティを小さく絞り、オーバーシュートを抑制している。
As a technique related to the current resonance converter as described above,
しかし、出力電圧に基づいてスイッチング信号を生成するための制御回路内において、信号処理の遅延が生じ、出力電圧が目標電圧に達しても、スイッチング信号のデューティがゼロにならず、出力電圧にオーバーシュートが生じる恐れがある。そこで、特許文献1のスイッチングレギュレータでは、起動してから出力電圧が目標電圧に達するまでの間において、その出力電圧を2段階に上昇させることにより、オーバーシュートを抑制している。
However, in the control circuit for generating the switching signal based on the output voltage, a delay in signal processing occurs, and even if the output voltage reaches the target voltage, the duty of the switching signal does not become zero, but exceeds the output voltage. Shooting may occur. Therefore, in the switching regulator of
図2は、特許文献2を含めた従来の一般的な電流共振型コンバータにおける起動波形を示す模式図であり、横軸は時間T、縦軸は出力電圧Vout(V)である。図2に示す起動波形は、動作開始時(起動時)に出力電圧Voutが0V、ソフトスタート期間Hが経過し、ソフトスタート完了時刻Tendにソフトスタートが完了すると、出力電圧Voutが目標の定格出力電圧VoTに達している。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a startup waveform in a conventional general current resonance converter including
従来の電流共振型コンバータは、スイッチング周波数を変化させて出力電圧Voutを制御しているが、スイッチング周波数を一定とした場合においても、電流共振型コンバータの入出力条件(特に、負荷条件)の違いによって出力電圧Voutが変わってくる。そのため、事前に必要なスイッチング周波数が不明なため、図2に示すように、電流共振型コンバータのソフトスタート期間Hにおいて、滑らかな出力電圧Voutの立ち上がり波形を作りづらい。出力電圧Voutの立ち上がり波形が滑らかでない場合、出力コンデンサをチャージする電流を利用したZVSが行われないといったことから、スイッチング素子にストレスを与え、スイッチング素子が劣化する等の問題が生じる。 The conventional current resonance type converter controls the output voltage Vout by changing the switching frequency. However, even when the switching frequency is constant, the input / output conditions (particularly load conditions) of the current resonance type converter are different. Changes the output voltage Vout. Therefore, since the necessary switching frequency is unknown in advance, it is difficult to produce a smooth rising waveform of the output voltage Vout in the soft start period H of the current resonance type converter as shown in FIG. When the rising waveform of the output voltage Vout is not smooth, ZVS using the current for charging the output capacitor is not performed, which causes problems such as stress on the switching element and deterioration of the switching element.
このような問題を解決するために、特許文献1の技術を適用することも考えられる。
In order to solve such a problem, it is conceivable to apply the technique of
しかしながら、特許文献1のスイッチングレギュレータは、PWM制御により出力電圧Voutを制御しているのに対し、特に電流共振型コンバータは、PWM制御とは異なるパルス周波数変調(以下「PFM」という。)制御によって出力電圧Voutを制御し、しかも、電流共振型コンバータは、負荷条件の違いによって出力電圧Voutが変わってくる。そのため、特許文献1の技術をそのまま電流共振型コンバータに適用して、前記の問題を解決することは、相当困難である、という課題があった。
However, the switching regulator of
本発明のスイッチング電源装置は、スイッチング信号によってオン/オフ動作するスイッチング素子を有するスイッチング回路と、前記スイッチング回路の出力電圧を整流する整流回路と、前記スイッチング素子をオン/オフ動作させる前記スイッチング信号を生成し、前記スイッチング素子に対するソフトスイッチング動作を制御する制御部と、を備えている。 The switching power supply device according to the present invention includes a switching circuit having a switching element that is turned on / off by a switching signal, a rectifier circuit that rectifies an output voltage of the switching circuit, and the switching signal that turns the switching element on / off. A control unit that generates and controls a soft switching operation with respect to the switching element.
そして、前記制御部は、前記スイッチング回路の起動を開始する第1のソフトスタート期間における第1のスイッチング周波数を設定する第1のスイッチング周波数設定手段と、前記第1のソフトスタート期間経過後に、前記整流回路の出力電圧を上昇させる第2のソフトスタート期間へ切り替える際に、前記第1のソフトスタート期間終了時における前記整流回路の出力電圧に基づいて基準電圧を求め、前記整流回路の出力電圧と前記基準電圧とを比較演算して第2のスイッチング周波数を設定する第2のスイッチング周波数設定手段と、前記第1のスイッチング周波数及び前記第2のスイッチング周波数を有する前記スイッチング信号を生成し、前記第1のソフトスタート期間から前記第2のソフトスタート期間への切り替え制御を行って、前記スイッチング素子をオン/オフ動作させる周波数制御手段と、を有することを特徴とする。 The control unit includes a first switching frequency setting means for setting a first switching frequency in a first soft start period for starting the switching circuit, and after the first soft start period has elapsed, When switching to the second soft start period in which the output voltage of the rectifier circuit is increased, a reference voltage is obtained based on the output voltage of the rectifier circuit at the end of the first soft start period, and the output voltage of the rectifier circuit A second switching frequency setting means for setting a second switching frequency by comparing and calculating the reference voltage; generating the switching signal having the first switching frequency and the second switching frequency; Switch control from the first soft start period to the second soft start period , And having a frequency control means for turning on / off operation of the switching element.
前記スイッチング電源装置は、例えば、電流共振型コンバータであり、前記スイッチング電源装置に対して、前記スイッチング回路の出力電圧によって所定の共振周波数で共振する共振回路と、前記共振回路の出力電圧を所定の電圧レベルに変換して前記整流回路に与えるトランスと、が追加されている。 The switching power supply device is, for example, a current resonance type converter. A resonance circuit that resonates at a predetermined resonance frequency with an output voltage of the switching circuit with respect to the switching power supply device, and outputs an output voltage of the resonance circuit to a predetermined value. A transformer for converting to a voltage level and supplying it to the rectifier circuit is added.
本発明のスイッチング電源装置によれば、整流回路における滑らかな出力電圧波形の立ち上がりを実現することにより、起動時のスイッチング素子のストレスを回避できる。更に、整流回路の出力電圧における立ち上がり波形を調整できるため、急激な電圧の変化を防ぐことで、負荷のストレスも回避できる。 According to the switching power supply device of the present invention, it is possible to avoid stress of the switching element at the start-up by realizing a smooth rise of the output voltage waveform in the rectifier circuit. Furthermore, since the rising waveform in the output voltage of the rectifier circuit can be adjusted, it is possible to avoid load stress by preventing a sudden voltage change.
本発明を実施するための形態は、以下の好ましい実施例の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、明らかになるであろう。但し、図面はもっぱら解説のためのものであって、本発明の範囲を限定するものではない。 Modes for carrying out the present invention will become apparent from the following description of the preferred embodiments when read in light of the accompanying drawings. However, the drawings are only for explanation and do not limit the scope of the present invention.
(実施例1の構成)
図1は、本発明の実施例1におけるスイッチング電源装置を示す概略の機能ブロック図である。
(Configuration of Example 1)
FIG. 1 is a schematic functional block diagram showing a switching power supply apparatus according to
このスイッチング電源装置は、例えば、電流共振型コンバータであり、太陽電池等のDC電源から供給されるDC入力電圧Vinを入力する入力端子1を有している。入力端子1には、コンバータ主回路10を介して、DC出力電圧Voutを出力する出力端子17が接続されている。
This switching power supply device is, for example, a current resonance type converter, and has an
コンバータ主回路10は、スイッチング周波数fsを有する複数(例えば、4つ)のスイッチング信号S31〜S34によりオン/オフ動作する複数(例えば、4つ)のスイッチング素子(例えば、電界効果トランジスタ、以下「FET」という。)を有するスイッチング回路と、インダクタ及びコンデンサからなる共振周波数frを有する直列の共振回路と、入出力端子間を絶縁するトランスと、このトランスの出力電圧をDC電圧に整流する整流回路等と、により構成されている。
The converter
このコンバータ主回路10では、入力端子1からDC入力電圧Vinを入力し、共振回路の共振動作を利用して、スイッチング信号S31〜S34によりオン/オフ動作するFETに対するソフトスイッチング動作を行わせて、DC入力電圧VinをACに変換し、このAC電圧を、トランスを介して伝達し、整流回路等により、そのAC電圧をDC出力電圧Voutに変換して出力端子17から出力する機能を有している。
In this converter
出力端子17側には、コンバータ主回路10をPFM制御するための制御部が接続されている。制御部は、制御回路20及びドライバ30を備えている。制御回路20及びドライバ30は、DC出力電圧Voutに基づき、スイッチング信号S31〜S34を生成してコンバータ主回路10内のFETをオン/オフ動作させる回路である。
A controller for PFM controlling the converter
制御回路20は、出力電圧立ち上がり時(即ち、起動時)に動作する第1のスイッチング周波数設定手段21と、起動時及びその後の定常時に動作する第2のスイッチング周波数設定手段22と、その第1、第2のスイッチング周波数設定手段21,22の出力側に接続された周波数切り替え制御部23と、を有している。
The
第1のスイッチング周波数設定手段21は、起動時の第1のソフトスタート期間H1における第1のスイッチング周波数f1を設定するスイッチング周波数設定部21aと、第1のソフトスタート期間H1を計測するタイマ21bと、を有している。スイッチング周波数設定部21aは、予め設定したスイッチング周波数値(例えば、300kHz)により、第1のスイッチング周波数f1を設定すると共に、タイマ21bにより計測された第1のソフトスタート期間H1の経過を周波数切り替え制御部23へ通知する機能を有している。
The first switching frequency setting means 21 includes a switching
第2のスイッチング周波数設定手段22は、第1のソフトスタート期間H1に続く第2のソフトスタート期間H2及びその後の定常時における第2のスイッチング周波数f2を設定するものであり、第1基準電圧設定部22a、第2基準電圧生成部22b、及び周波数演算部22cを有している。第1基準電圧設定部22aは、第1のソフトスタート期間H1終了時の出力電圧Voutに基づいて第1の基準電圧Vr1を設定するものであり、この出力側に、第2基準電圧生成部22bが接続されている。第2基準電圧生成部22bは、第1の基準電圧Vr1から、予め設定された最終目標値まで、徐々に上昇させた第2の基準電圧Vr2を生成するものであり、この出力側に、周波数演算部22cが接続されている。周波数演算部22cは、出力電圧Voutと第2の基準電圧Vr2とを比較演算して第2のスイッチング周波数f2を設定するものであり、この出力側に、周波数切り替え制御部23が接続されている。
The second switching frequency setting means 22 sets the second soft start period H2 following the first soft start period H1 and the second switching frequency f2 at the subsequent steady state, and sets the first reference voltage.
周波数切り替え制御部23は、第1、第2のスイッチング周波数f1,f2を有するスイッチング信号S31〜S34の制御パルスS23を生成し、第1のソフトスタート期間H1から第2のソフトスタート期間H2への切り替えを制御するものであり、この出力側に、ドライバ30が接続されている。ドライバ30は、周波数切り替え制御部23から与えられる制御パルスS23を駆動して、コンバータ主回路10内のスイッチング素子をオン/オフ動作させるスイッチング信号S31〜S34を出力するものである。周波数切り替え制御部23及びドライバ30により、周波数制御手段が構成されている。
The frequency
前記制御回路20は、デジタル信号処理に特化したマイクロプロセッサであるデジタルシグナルプロセッサ(DSP)等のプロセッサ、デジタル回路の実回路、或いは、周波数制御集積回路(以下「周波数制御IC」という。)等のアナログ回路の実回路、により構成されている。
The
制御回路20をプロセッサにより構成する場合には、例えば、以下のようにすれば良い。
When the
プロセッサは、例えば、起動時及び定常時の制御プログラムを格納したプログラムメモリと、その制御プログラムに従い演算及び制御処理を行う中央処理装置(以下「CPU」という。)と、このCPUのプログラム処理により制御される入力部及び出力部等と、を備えている。そのため、入力部及びCPUのプログラム処理により、第1、第2のスイッチング周波数設定手段21,22の機能を実行させ、CPUのプログラム処理及び出力部により、周波数切り替え制御部23の機能を実行させればよい。
The processor is controlled by, for example, a program memory storing a control program at startup and steady state, a central processing unit (hereinafter referred to as “CPU”) that performs calculation and control processing according to the control program, and program processing of the CPU. An input unit, an output unit, and the like. Therefore, the functions of the first and second switching frequency setting means 21 and 22 can be executed by the program processing of the input unit and the CPU, and the function of the frequency switching
図3は、図1のコンバータ主回路10の構成例を示す概略の回路図である。
このコンバータ主回路10は、入力端子1を構成する正側入力端子1a及びグランドGND側の負側入力端子1bに接続された平滑用の入力コンデンサ11及びフルブリッジ型のスイッチング回路12を有している。フルブリッジ型のスイッチング回路12は、スイッチング素子である4つのFET12−1〜12−4を有し、入力端子1aと入力端子1bとの間に、FET12−1、ノードN1及びFET12−2が直列に接続されると共に、FET12−3、ノードN2及びFET12−4が直列に接続されている。ノードN1,N2には、直列の共振回路13、及びトランス14が接続されている。
FIG. 3 is a schematic circuit diagram showing a configuration example of the converter
The converter
FET12−1,12−2は、スイッチング信号S31,S32により相補的にオン/オフ動作し、更に、FET12−3,12−4も、スイッチング信号S33,S34により相補的にオン/オフ動作する。各FET12−1,12−2,12−3,12−4のドレイン・ソース間には、それぞれ寄生容量12−1a,12−2a,12−3a,12−4a等が存在している。 The FETs 12-1 and 12-2 are complementarily turned on / off by the switching signals S31 and S32. Further, the FETs 12-3 and 12-4 are complementarily turned on / off by the switching signals S33 and S34. Parasitic capacitances 12-1a, 12-2a, 12-3a, 12-4a, etc. exist between the drains and sources of the FETs 12-1, 12-2, 12-3, 12-4, respectively.
例えば、スイッチング信号S31〜S34により、FET12−1,12−4がオフ状態、FET12−2,12−3がオン状態の場合、入力端子1aから入力されたDCの入力電流は、オン状態のFET12−3→ノードN2→共振回路13及びトランス14の1次側→ノードN1→オン状態のFET12−2→入力端子1bへ流れる。
For example, when the FETs 12-1 and 12-4 are turned off and the FETs 12-2 and 12-3 are turned on by the switching signals
ノードN2に接続された共振回路13は、キャパシタンスCrの共振用コンデンサ13aと、インダクタンスLrの共振用インダクタ13bと、を有し、これらが直列に接続されている。共振回路13は、共振用コンデンサ13aのキャパシタンスCrと共振用インダクタ13bのインダクタンスLrとで決まる固有の共振周波数frを有し、例えば、コンデンサ13a及びインダクタ13bに共振電流Irが流れると、このコンデンサ13a及びインダクタ13bの両端電極間に、共振電圧が生じる。インダクタ13bの一端の電極側には、トランス14が接続されている。
The
トランス14は、インダクタ13bの一端の電極とノードN1との間に接続された1次巻線14aと、この1次巻線14aに対して絶縁された2次巻線14bと、を有している。1次巻線14aと2次巻線14bとの巻数比Nは、N1:N2である。1次巻線14aには、これと並列に、トランス14の励磁インダクタンスLmであるインダクタ14cが存在している。例えば、コンデンサ13a及びインダクタ13bに共振電流Irが流れると、この共振電流Irは、インダクタ14cに流れる励磁電流Imと、1次巻線14aに流れる1次電流Itとに分流する(即ち、Ir=Im+It)。この時のインダクタ14cの両端電極間に生じる励磁電圧と、1次巻線14aの両端電極間に生じる1次電圧と、は等しい。1次巻線14aに1次電流Itが流れると、2次巻線14bの両端電極間に2次電圧が生じる。この2次巻線14bの両端電極には、整流回路15が接続されている。
The transformer 14 includes a primary winding 14a connected between an electrode at one end of the
整流回路15は、2次巻線14bに発生する2次電圧を全波整流する回路であり、例えば、4つのダイオード15−1〜15−4からなるダイオードブリッジ回路により構成されている。この整流回路15の出力側には、平滑用の出力コンデンサ16を介して、出力端子17を構成する正側出力端子17a及びグランドGND側の負側出力端子17bが接続されている。出力コンデンサ16は、キャパシタンスCoを有している。出力端子17aからDC出力電流が出力されると、出力端子17a,17b間にはDC出力電圧Voutが現れる。
The
(実施例1の動作)
本実施例1のスイッチング電源装置における起動時の動作(I)と定常時の動作(II)とを説明する。
(Operation of Example 1)
The startup operation (I) and the steady operation (II) of the switching power supply according to the first embodiment will be described.
(I) 起動時の動作
図4は、図1のスイッチング電源装置の出力電圧Voutを示す起動時の波形図である。図4において、横軸は時間T、縦軸は出力電圧Vout、H1は第1のソフトスタート期間、H2は第2のソフトスタート期間、Tendはソフトスタート完了時刻である。ソフトスタート完了時刻Tendにおいて、出力電圧Voutが目標となる定格出力電圧VoTに達した後、定常時の定電圧制御動作に移行する。
(I) Operation at Startup FIG. 4 is a waveform diagram at startup showing the output voltage Vout of the switching power supply device of FIG. In FIG. 4, the horizontal axis represents time T, the vertical axis represents the output voltage Vout, H1 represents the first soft start period, H2 represents the second soft start period, and Tend represents the soft start completion time. At the soft start completion time Tend, after the output voltage Vout reaches the target rated output voltage VoT, the operation shifts to a constant voltage control operation in a steady state.
図5は、図1中の制御回路20における起動時の処理を示すフローチャートである。
FIG. 5 is a flowchart showing processing at the time of startup in the
図5において、図1中の制御回路20が起動時の処理を開始すると、ステップST1において、制御回路20は、コンバータ主回路10が起動しているか否かを判定し、起動していないと判定した時には(No)、処理を終了し、起動していると判定した時には(Yes)、第1のソフトスタート処理のステップST2へ進む。本実施例1のスイッチング電源装置は、電流共振型コンバータであり、この電流共振型コンバータは、負荷条件によって出力電圧Voutの依存性が強いため、図4に示す時刻0の起動開始時には、スイッチング周波数fsを固定周波数で動作を開始する。
In FIG. 5, when the
そこで、ステップST2において、第1のスイッチング周波数設定手段21内のスイッチング周波数設定部21aは、固定周波数である第1のスイッチング周波数f1(例えば、300kHz)を設定し、周波数切り替え制御部23へ与える。周波数切り替え制御部23は、第1のスイッチング周波数f1に基づき、PFM制御によって制御パルスS23を生成する。生成された制御パルスS23は、ドライバ30により駆動されてスイッチング信号S31〜S34が生成され、図3に示すスイッチング回路12内のFET12−1〜FET12−4がオン/オフ動作する。
Therefore, in step ST <b> 2, the switching
例えば、スイッチング信号S31〜S34により、FET12−1,12−4がオフ状態、FET12−2,12−3がオン状態になると、図3中の入力端子1aに入力されたDC入力電流により、オン状態のFET12−3のドレイン・ソース間に電流が流れる。この電流がノードN2に流れると、共振回路13内に共振電流Irが流れる。共振電流Irは、インダクタ14cへ励磁電流Imとして分流すると共に、トランス14の1次巻線14aへ1次電流Itとして分流する。分流した励磁電流Imと1次電流Itとは合流して、スイッチング回路12内のノードN1へ流れる。ノードN1へ流れた電流は、オン状態のFET12−2のドレイン・ソース間を介して入力端子1bへ流出する。
For example, when the FETs 12-1 and 12-4 are turned off and the FETs 12-2 and 12-3 are turned on by the switching signals S31 to S34, they are turned on by the DC input current input to the
トランス14の1次巻線14aに1次電流が流れると、この1次巻線14aの両端電極間に1次電圧が生じる。すると、トランス14の2次巻線14bに2次電流(=It*N=It*(N1/N2))が誘起され、この2次巻線14bの両端電極間に2次電圧(=1次電圧*(1/N)=1次電圧*(N2/N1))が発生する。2次巻線14bに流れる2次電流は、整流回路15にて全波整流され、全波整流された電流が出力コンデンサ16にて平滑され、平滑されたDC出力電圧Voutが出力端子17a,17bから出力される。図4中の第1のソフトスタート期間H1に示すように、出力電圧Voutは、起動時の時刻0から立ち上がっていく。時刻0から、タイマ21bが経過時間を計測していく。
When a primary current flows through the primary winding 14a of the transformer 14, a primary voltage is generated between both end electrodes of the primary winding 14a. Then, a secondary current (= It * N = It * (N1 / N2)) is induced in the secondary winding 14b of the transformer 14, and a secondary voltage (= primary) is generated between the electrodes at both ends of the secondary winding 14b. Voltage * (1 / N) = primary voltage * (N2 / N1)). The secondary current flowing through the secondary winding 14b is full-wave rectified by the
タイマ21bは、図4中の第1のソフトスタート期間H1の終了時刻を計測すると、スイッチング周波数設定部21aを通して周波数切り替え制御部23へ通知し、図5中のステップST3へ進む。本実施例1の特徴は、第1のソフトスタート期間H1終了後の、出力電圧Voutを上昇させる第2のソフトスタート期間H2への切り替えにおいて、出力電圧値の事前測定により、滑らかな状態切り替えを実現できるようにしている。
When the
そのため、図5中のステップST3において、図1中の第2のスイッチング周波数設定手段22は、第2のソフトスタート期間H2開始時の基準電圧を適切に設定するために、次にように動作する。即ち、第2のスイッチング周波数設定手段22において、第1基準電圧設定部22aは、第1のソフトスタート期間H1終了時の出力電圧Voutを検出し、この出力電圧検出値から第1の基準電圧Vr1を算出して設定し、第2基準電圧生成部22bへ与える。第2基準電圧生成部22bは、予め設定された最終目標値まで徐々に上昇させた第2の基準電圧Vr2を生成し、周波数演算部22cへ与え、図5中の第2のソフトスタート処理を行うステップST4へ進む。
Therefore, in step ST3 in FIG. 5, the second switching frequency setting means 22 in FIG. 1 operates as follows in order to appropriately set the reference voltage at the start of the second soft start period H2. . That is, in the second switching frequency setting means 22, the first reference
ステップST4において、周波数演算部22cは、出力電圧Voutと第2の基準電圧Vr2とを比較演算して第2のスイッチング周波数f2(=f(Vout,Vr2))を決定し、決定した第2のスイッチング周波数f2を周波数切り替え制御部23へ与える。周波数切り替え制御部23は、第2のスイッチング周波数f2に基づき、PFM制御によって制御パルスS23を生成する。生成された制御パルスS23は、ドライバ30により駆動されてスイッチング信号S31〜S34が生成され、図3に示すスイッチング回路12内のFET12−1〜FET12−4がオン/オフ動作する。これにより、第1のソフトスタート期間H1から第2のソフトスタート期間H2へ滑らかに移行し、出力電圧Voutが徐々に上昇して、第2のソフトスタート期間H2終了のソフトスタート完了時刻Tendに、目標の定格出力電圧VoTへ達する。これにより、第2のソフトスタート処理が終了する。その後、以下のような定常時の動作が行われる。
In step ST4, the
(II) 定常時の動作
負荷の変動等により、出力電圧Voutが定格出力電圧VoTに対して変動すると、第2のスイッチング周波数設定手段22により、その変動を抑制するような第2のスイッチング周波数f2が設定され、周波数切り替え制御部23へ与えられる。
(II) Regular operation When the output voltage Vout fluctuates with respect to the rated output voltage VoT due to load fluctuation or the like, the second switching frequency f2 is controlled by the second switching frequency setting means 22 so as to suppress the fluctuation. Is set and given to the frequency switching
周波数切り替え制御部23は、第2のスイッチング周波数f2に基づき、PFM制御によって制御パルスS23を生成する。生成された制御パルスS23は、ドライバ30により駆動されてスイッチング信号S31〜S34が生成され、図3に示すスイッチング回路12内のFET12−1〜FET12−4がオン/オフ動作する。これにより、出力電圧Voutの変動が抑制され、定格出力電圧VoTになるような定電圧制御が行われる。
The frequency
(実施例1の効果)
本実施例1のスイッチング電源装置によれば、次の(1)〜(3)のような効果がある。
(Effect of Example 1)
The switching power supply device according to the first embodiment has the following effects (1) to (3).
(1) 第1のソフトスタート期間H1終了時の出力電圧Voutに基づき、第2のスイッチング周波数f2を設定しているので、滑らかに第2のソフトスタート期間H2へ移行でき、滑らかな出力電圧Voutの立ち上がりを実現できる。そのため、起動時のスイッチング電源装置のストレスを回避できる。 (1) Since the second switching frequency f2 is set based on the output voltage Vout at the end of the first soft start period H1, the transition to the second soft start period H2 can be made smoothly, and the smooth output voltage Vout Can be realized. Therefore, the stress of the switching power supply device at startup can be avoided.
(2) 図6は、実施例1の効果を示す出力電圧Voutの起動波形図である。図6において、横軸は時間T、縦軸は出力電圧Vout(V)、Tendはソフトスタート完了時刻、実線波形のVout1は軽負荷時(出力電流小)の出力電圧、及び、実線波形のVout2は重負荷時(出力電流大)の出力電圧である。 (2) FIG. 6 is a startup waveform diagram of the output voltage Vout showing the effect of the first embodiment. In FIG. 6, the horizontal axis represents time T, the vertical axis represents the output voltage Vout (V), Tend represents the soft start completion time, the solid line waveform Vout1 represents the output voltage at light load (small output current), and the solid line waveform Vout2. Is the output voltage under heavy load (large output current).
図6に示すように、負荷条件の違いを、操作量である第2のスイッチング周波数f2で調整しているので、全ての負荷条件に対応できる。 As shown in FIG. 6, since the difference in load conditions is adjusted by the second switching frequency f2 that is the operation amount, all load conditions can be handled.
(3) 図7は、実施例1の効果を示す出力電圧Voutの起動波形図である。図7において、横軸は時間T、縦軸は出力電圧Vout(V)、Tend1は実線波形の立ち上がりの速い出力電圧Vout3のソフトスタート完了時刻、及び、Tend2は実線波形の立ち上がりの遅い出力電圧Vout4のソフトスタート完了時刻である。 (3) FIG. 7 is a startup waveform diagram of the output voltage Vout showing the effect of the first embodiment. In FIG. 7, the horizontal axis represents time T, the vertical axis represents the output voltage Vout (V), Tend1 represents the soft start completion time of the output voltage Vout3 whose solid line waveform rises quickly, and Tend2 represents the output voltage Vout4 whose solid line waveform rises slowly. This is the soft start completion time.
図7に示すように、第1のソフトスタート期間H1終了時に検出した出力電圧Vout,Vout3,Vout4に基づき、その後の第2のソフトスタート期間H2において、出力電圧Vout,Vout3,Vout4の立ち上がり時間、或いは、立ち上がり傾斜を調整(設定)できる。そのため、急激な出力電圧Voutや出力電流の変化を防ぐことで、起動時の負荷ストレスも軽減、回避できる。 As shown in FIG. 7, based on the output voltages Vout, Vout3, Vout4 detected at the end of the first soft start period H1, the rising times of the output voltages Vout, Vout3, Vout4 in the subsequent second soft start period H2, Alternatively, the rising slope can be adjusted (set). Therefore, by preventing a sudden change in the output voltage Vout and the output current, load stress at startup can be reduced or avoided.
(実施例2の構成)
図8は、本発明の実施例2におけるスイッチング電源装置の構成例を示す概略の回路図であり、実施例1を示す図1中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
(Configuration of Example 2)
FIG. 8 is a schematic circuit diagram illustrating a configuration example of the switching power supply device according to the second embodiment of the present invention. Elements common to those in FIG. 1 illustrating the first embodiment are denoted by common reference numerals. .
本実施例2のスイッチング電源装置は、例えば、電流共振型コンバータであり、図1中の制御回路20が、周波数制御IC等を用いたアナログ回路により構成されている。
The switching power supply apparatus according to the second embodiment is, for example, a current resonance type converter, and the
本実施例2の制御回路20では、図1中の第1基準電圧設定部22aが、出力電圧Voutを検出するための分圧抵抗41,42と、この分圧抵抗41,42の検出電圧を波形整形するバッファ43と、により構成され、そのバッファ43の出力側に、切り替えスイッチ44が接続されている。
In the
第2基準電圧生成部22bは、第2の基準電圧Vr2を設定するための電圧源45と、この電圧源45の出力側に接続された可変電流源46と、タイマ21bの出力信号によってバッファ43又は可変電流源46の出力電圧を切り替える切り替えスイッチ44と、この切り替えスイッチ44の出力電荷を蓄積するコンデンサ47と、このコンデンサ47の蓄積電荷又はグランドGNDのゼロ電位を、タイマ21bの出力信号により切り替える切り替えスイッチ48と、により構成されている。
The second
周波数演算部22c及び周波数切り替え制御部23は、出力電圧Voutを検出するための分圧抵抗51,52と、この分圧抵抗51,52の検出電圧と切り替えスイッチ48の出力電圧との比較演算を行う演算増幅器(以下「オペアンプ」という。)53と、このオペアンプ53の出力電圧を整流するダイオード54と、スイッチング周波数設定部21aを構成する第1のスイッチング周波数f1設定用の電圧源55と、この電圧源55の出力電圧を整流するダイオード56と、鋸波発生器57と、ダイオード54,56の出力電圧と鋸波発生器57の出力電圧とを比較して制御パルスS23を出力するコンパレータ58と、により構成されている。分圧抵抗41,42と分圧抵抗51,52とは、同一の抵抗値である。
The
(実施例2の動作)
図4における第1のソフトスタート期間H1では、タイマ21bの出力信号により、切り替えスイッチ44がバッファ43側に切り替えられ、更に、切り替えスイッチ48がグランドGND側に切り替えられている。電圧源55の出力電圧がダイオード56で整流され、このダイオード56の出力電圧と鋸波発生器57の出力電圧と、がコンパレータ58で比較される。そのため、コンパレータ58から、第1のスイッチング周波数f1を有する制御パルスS23が出力され、この制御パルスS23がドライバ30で駆動されてスイッチング信号S31〜S34が生成される。このスイッチング信号S31〜S34により、コンバータ主回路10内のFET12−1〜12−4がオン/オフ動作し、出力端子17a,17bの出力電圧Voutが、0Vから立ち上がっていく。
(Operation of Example 2)
In the first soft start period H1 in FIG. 4, the
第1のソフトスタート期間H1が終了すると、タイマ21bの出力信号により、切り替えスイッチ44が可変電流源46側に切り替えられると共に、切り替えスイッチ48がコンデンサ47側に切り替えられ、第2のソフトスタート期間H2へ移行する。
When the first soft start period H1 ends, the
図4における第2のソフトスタート期間H2では、コンデンサ47に蓄積された第1の基準電圧Vr1が、切り替えスイッチ48を介して、オペアンプ53へ供給される。次に、電圧源45の出力電圧が、可変電流源46及び切り替えスイッチ44を介して、コンデンサ47に蓄積された第1の基準電圧Vr1と加算され、第2の基準電圧Vr2が生成される。オペアンプ53において、第2の基準電圧Vr2と、分圧抵抗51,52の検出電圧と、が比較演算され、この演算結果が、ダイオード54を介してコンパレータ58へ供給される。そのため、コンパレータ58から、第2のスイッチング周波数f2を有する制御パルスS23が出力され、この制御パルスS23がドライバ30で駆動されてスイッチング信号S31〜S34が生成される。このスイッチング信号S31〜S34により、コンバータ主回路10内のFET12−1〜12−4がオン/オフ動作し、出力端子17a,17bの出力電圧Voutが、定格出力電圧VoTへ向かって滑らかに上昇していく。
In the second soft start period H <b> 2 in FIG. 4, the first reference voltage Vr <b> 1 accumulated in the
図4における第2のソフトスタート期間H2が終了するソフトスタート完了時刻Tend後は、次のような定電圧制御が行われる。 After the soft start completion time Tend when the second soft start period H2 in FIG. 4 ends, the following constant voltage control is performed.
即ち、負荷の変動等によって出力電圧Voutが変動すると、この出力電圧Voutが分圧抵抗51,52で検出され、この検出電圧がオペアンプ53へ供給される。更に、電圧源45、可変電流源46、切り替えスイッチ44、コンデンサ47、及び切り替えスイッチ48を経由して、定格出力電圧VoTがオペアンプ53へ供給される。オペアンプ53において、定格出力電圧VoTと前記検出電圧との誤差が減少するような誤差電圧が算出され、この誤差電圧がダイオード54を介してコンパレータ58へ供給される。そのため、コンパレータ58から、前記誤差が減少するような第2のスイッチング周波数f2を有する制御パルスS23が出力され、この制御パルスS23がドライバ30で駆動されてスイッチング信号S31〜S34が生成される。このスイッチング信号S31〜S34により、コンバータ主回路10内のFET12−1〜12−4がオン/オフ動作し、変動する出力電圧Voutが定格出力電圧VoTに維持される。
That is, when the output voltage Vout varies due to a load variation or the like, the output voltage Vout is detected by the
(実施例2の効果)
本実施例2のスイッチング電源装置によれば、実施例1と同様の効果がある。
(Effect of Example 2)
The switching power supply device according to the second embodiment has the same effects as the first embodiment.
(実施例3の構成)
図9は、本発明の実施例3におけるスイッチング電源装置を示す概略の機能ブロック図であり、実施例1を示す図1中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
(Configuration of Example 3)
FIG. 9 is a schematic functional block diagram showing a switching power supply apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. Elements common to those in FIG. 1
本実施例3のスイッチング電源装置は、例えば、電流共振型コンバータであり、実施例1の制御回路20に代えて、これとは構成の異なる制御回路20Aが設けられている。制御回路20Aは、実施例1の第1のスイッチング周波数設定手段21とは構成の異なる第1のスイッチング周波数設定手段21Aと、実施例1と同様の第2のスイッチング周波数設定手段22及び周波数切り替え制御部23と、を有している。第1のスイッチング周波数設定手段21Aは、実施例1と同様のスイッチング周波数設定部21aと、実施例1に対して新たに追加された電圧傾斜検出部21cと、実施例1のタイマ21bを有する第1のソフトスタート完了検出部21dと、を有している。
The switching power supply apparatus according to the third embodiment is, for example, a current resonance type converter, and includes a
電圧傾斜検出部21cは、出力電圧Voutにおける単位時間当たりの電圧変化率(dv/dt)、即ち、出力電圧Voutの立ち上がり傾斜(dv/dt)を検出するものであり、この出力側に、第1のソフトスタート完了検出部21dが接続されている。第1のソフトスタート完了検出部21dは、実施例1のタイマ21bを有し、出力電圧Voutの立ち上がり傾斜(dv/dt)が所定値以下になったら、第1のソフトスタート期間H1が終了する第1のソフトスタート完了を検出し、この検出結果を、スイッチング周波数設定部21aを介して周波数切り替え制御部23へ通知する機能を有している。
本実施例3のその他の構成は、実施例1と同様である。
The
Other configurations of the third embodiment are the same as those of the first embodiment.
(実施例3の動作)
図10は、図9中の制御回路20Aにおける起動時の処理を示すフローチャートであり、実施例1を示す図5中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
(Operation of Example 3)
FIG. 10 is a flowchart showing processing at the time of activation in the
本実施例3の起動時の処理では、実施例1の第1のソフトスタート処理を示すステップST2に代えて、これとは処理内容の異なる第1のソフトスタート処理を示すステップST2Aが設けられている。その他の処理を示すステップST1,ST3,ST4の内容は、実施例1と同様である。 In the process at the time of startup of the third embodiment, instead of step ST2 indicating the first soft start process of the first embodiment, step ST2A indicating the first soft start process having a different process content is provided. Yes. The contents of steps ST1, ST3, ST4 showing other processes are the same as those in the first embodiment.
図10において、図9中の制御回路20Aが起動時の処理を開始すると、ステップST1において、実施例1と同様に、制御回路20Aは、コンバータ主回路10が起動しているか否かを判定し、起動していないと判定した時には(No)、処理を終了し、起動していると判定した時には(Yes)、第1のソフトスタート処理のステップST2Aへ進む。
In FIG. 10, when the
ステップST2Aにおいて、第1のスイッチング周波数設定手段21A内のスイッチング周波数設定部21aは、固定周波数である第1のスイッチング周波数f1(例えば、300kHz)を設定し、周波数切り替え制御部23へ与える。周波数切り替え制御部23は、第1のスイッチング周波数f1に基づき、PFM制御によって制御パルスS23を生成する。生成された制御パルスS23は、ドライバ30により駆動されてスイッチング信号S31〜S34が生成され、図3に示すスイッチング回路12内のFET12−1〜FET12−4がオン/オフ動作し、出力電圧Voutが出力端子17から出力される。図4における第1のソフトスタート期間H1に示すように、出力電圧Voutは、起動時の時刻0から立ち上がっていく。
In step ST <b> 2 </ b> A, the switching
出力傾斜検出部21cは、時刻0から、出力電圧Voutの立ち上がり傾斜(dv/dt)を検出し、この検出結果を第1のソフトスタート完了検出部21dへ与える。第1のソフトスタート完了検出部21dは、立ち上がり傾斜(dv/dt)が所定値以下になったら、第1のソフトスタート期間H1が終了する第1のソフトスタート完了を検出し、この検出結果を、スイッチング周波数設定部21aを介して周波数切り替え制御部23へ通知し、ステップST3へ進む。
The output
ステップST3において、実施例1と同様に、第2のスイッチング周波数設定手段22内の第1基準電圧設定部22aは、第1のソフトスタート期間H1終了時の出力電圧Voutを検出し、この検出値から第1の基準電圧Vr1を算出して設定し、第2基準電圧生成部22bへ与える。第2基準電圧生成部22bは、予め設定された最終目標値まで徐々に上昇させた第2の基準電圧Vr2を生成し、周波数演算部22cへ与え、第2のソフトスタート処理を行うステップST4へ進む。
In step ST3, as in the first embodiment, the first reference
ステップST4において、実施例1と同様に、周波数演算部22cは、出力電圧Voutと第2の基準電圧Vr2とを比較演算して第2のスイッチング周波数f2(=f(Vout,Vr2))を決定し、決定した第2のスイッチング周波数f2を周波数切り替え制御部23へ与える。周波数切り替え制御部23は、第2のスイッチング周波数f2に基づき、PFM制御によって制御パルスS23を生成する。生成された制御パルスS23は、ドライバ30により駆動されてスイッチング信号S31〜S34が生成され、図3に示すスイッチング回路12内のFET12−1〜FET12−4がオン/オフ動作する。これにより、第1のソフトスタート期間H1から第2のソフトスタート期間H2へ滑らかに移行し、出力電圧Voutが徐々に上昇して、第2のソフトスタート期間H2終了のソフトスタート完了時刻Tendに、目標の定格出力電圧VoTへ達する。これにより、第2のソフトスタート処理が終了する。
In step ST4, as in the first embodiment, the
その後、実施例1と同様に、第2のスイッチング周波数設定手段22及び周波数切り替え制御部23により、定常時の定電圧制御が行われる。
Thereafter, as in the first embodiment, the second switching frequency setting means 22 and the frequency switching
(実施例3の効果)
本実施例3のスイッチング電源装置によれば、実施例1と略同様の効果がある。特に、本実施例3では、第1のソフトスタート期間H1において、出力電圧Voutの立ち上がり傾斜(dv/dt)が所定値以下になったら、第2のソフトスタート期間H2へ移行するので、より滑らかに第2のソフトスタート期間H2へ移行でき、より滑らかな出力電圧Voutの立ち上がりを実現できる。
(Effect of Example 3)
According to the switching power supply device of the third embodiment, there are substantially the same effects as the first embodiment. In particular, in the third embodiment, when the rising slope (dv / dt) of the output voltage Vout becomes equal to or lower than a predetermined value in the first soft start period H1, the transition to the second soft start period H2 is performed, so that smoother In the second soft start period H2, the output voltage Vout rises more smoothly.
(実施例4の構成)
図11は、本発明の実施例4におけるスイッチング電源装置の構成例を示す概略の回路図であり、実施例2の図8及び実施例3の図9中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
(Configuration of Example 4)
FIG. 11 is a schematic circuit diagram showing a configuration example of the switching power supply device according to the fourth embodiment of the present invention, and is common to the elements common to those in FIG. 8 of the second embodiment and FIG. 9 of the third embodiment. The code | symbol is attached | subjected.
本実施例4のスイッチング電源装置は、例えば、電流共振型コンバータであり、図9中の制御回路20Aが、周波数制御IC等を用いたアナログ回路により構成されている。
The switching power supply device according to the fourth embodiment is, for example, a current resonance type converter, and the
本実施例4の制御回路20Aにおいて、図9中の電圧傾斜検出部21cは、電荷蓄積用のコンデンサ47の出力側に接続された入力コンデンサ61及び反転増幅器62からなる微分回路と、閾値設定用の電圧源63と、その微分回路及び電圧源63に接続されたノイズ除去用のシュミットトリガ回路64と、により構成されている。更に、図9中の第1のソフトスタート完了検出部21dは、シュミットトリガ回路64の出力パルスを計測して第1のソフトスタート完了を検出するタイマ21bにより構成されている。
本実施例4のその他の構成は、図8のスイッチング電源装置と同様である。
In the
The other configuration of the fourth embodiment is the same as that of the switching power supply device of FIG.
(実施例4の動作)
図4における第1のソフトスタート期間H1では、タイマ21bの出力信号により、切り替えスイッチ44がバッファ43側に切り替えられ、更に、切り替えスイッチ48がグランドGND側に切り替えられている。電圧源55の出力電圧がダイオード56で整流され、このダイオード56の出力電圧と鋸波発生器57の出力電圧とが、コンパレータ58で比較される。そのため、コンパレータ58から、第1のスイッチング周波数f1を有する制御パルスS23が出力され、この制御パルスS23がドライバ30で駆動されてスイッチング信号S31〜S34が生成される。このスイッチング信号S31〜S34により、コンバータ主回路10内のFET12−1〜12−4がオン/オフ動作し、出力端子17a,17bの出力電圧Voutが、0Vから立ち上がっていく。
(Operation of Example 4)
In the first soft start period H1 in FIG. 4, the
入力コンデンサ61及び反転増幅器62からなる微分回路は、時刻0から、出力電圧Voutの立ち上がり傾斜(dv/dt)を検出する。この検出結果は、シュミットトリガ回路64でパルスに変換され、タイマ21bへ与えられる。タイマ21bは、シュミットトリガ回路64の出力パルスを計測し、立ち上がり傾斜(dv/dt)が所定値以下になったら、第1のソフトスタート期間H1が終了する第1のソフトスタート完了を検出する。これにより、第1のソフトスタート期間H1が終了し、タイマ21bの出力信号により、切り替えスイッチ44が可変電流源46側に切り替えられると共に、切り替えスイッチ48がコンデンサ47側に切り替えられ、第2のソフトスタート期間H2へ移行する。
The differentiation circuit including the input capacitor 61 and the inverting amplifier 62 detects the rising slope (dv / dt) of the output voltage Vout from
実施例2と同様に、図4における第2のソフトスタート期間H2では、コンデンサ47に蓄積された第1の基準電圧Vr1が、切り替えスイッチ48を介して、オペアンプ53へ供給される。次に、電圧源45の出力電圧が、可変電流源46及び切り替えスイッチ44を介して、コンデンサ47に蓄積された第1の基準電圧Vr1と加算され、第2の基準電圧Vr2が生成される。オペアンプ53において、第2の基準電圧Vr2と、分圧抵抗51,52の検出電圧と、が比較演算され、この演算結果が、ダイオード54を介してコンパレータ58へ供給される。そのため、コンパレータ58から、第2のスイッチング周波数f2を有する制御パルスS23が出力され、この制御パルスS23がドライバ30で駆動されてスイッチング信号S31〜S34が生成される。このスイッチング信号S31〜S34により、コンバータ主回路10内のFET12−1〜12−4がオン/オフ動作し、出力端子17a,17bの出力電圧Voutが、定格出力電圧VoTへ向かって滑らかに上昇していく。
As in the second embodiment, in the second soft start period H2 in FIG. 4, the first reference voltage Vr1 stored in the
第2のソフトスタート期間H2が終了するソフトスタート完了時刻Tend後は、実施例2と同様に、定電圧制御が行われ、出力電圧Voutが定格出力電圧VoTに維持される。 After the soft start completion time Tend when the second soft start period H2 ends, as in the second embodiment, constant voltage control is performed, and the output voltage Vout is maintained at the rated output voltage VoT.
(実施例4の効果)
本実施例4のスイッチング電源装置によれば、実施例3と同様の効果がある。
(Effect of Example 4)
According to the switching power supply device of the fourth embodiment, there are the same effects as the third embodiment.
(実施例1〜4の変形例)
本発明は、上記実施例1〜4に限定されず、種々の利用形態や変形が可能である。この利用形態や変形例としては、例えば、次の(a)〜(h)のようなものがある。
(Modification of Examples 1-4)
This invention is not limited to the said Examples 1-4, A various utilization form and deformation | transformation are possible. For example, the following forms (a) to (h) are used as the usage forms and modifications.
(a) 図1及び図9中のスイッチング周波数設定部21aは、起動前における出力電圧Voutから決定したスイッチング周波数値により、第1のスイッチング周波数f1を設定する構成に変更しても良い。
(A) The switching
(b) 図1及び図9中の第2基準電圧生成部22bは、スイッチング周波数設定部21aと同様に、第1のソフトスタート期間H1終了時点の出力電圧Voutより、第2の基準電圧Vr2の上昇時間や上昇特性を変化させる構成に変更しても良い。
(B) Similar to the switching
(c) 図1の実施例1では、起動を開始して、タイマ21bで計測された所定時間後に、第1のソフトスタート期間H1から第2のソフトスタート期間H2へ切り替えるようにしているが、これに限定されない。例えば、周波数切り替え制御部23は、起動開始して、出力電圧Voutが所定電圧値に達したら、第1のソフトスタート期間H1から第2のソフトスタート期間H2への切り替え制御を行う構成に変更しても良い。これにより、実施例1と略同様の効果が得られる。
(C) In the first embodiment of FIG. 1, the start is started, and after the predetermined time measured by the
(d) 実施例1〜4は、定電圧制御を行う構成例について説明したが、回路構成を変更することにより、定電流制御を行う構成に変更したり、或いは、定電圧制御及び定電流制御を行う構成に変更することも可能である。 (D) In the first to fourth embodiments, the configuration example for performing the constant voltage control has been described. However, by changing the circuit configuration, the configuration can be changed to the configuration for performing the constant current control, or the constant voltage control and the constant current control It is also possible to change to a configuration in which
(e) コンバータ主回路10は、図3以外の構成に変更しても良い。例えば、スイッチング回路12を構成するFET12−1〜12−4は、他のトランジスタ等のスイッチング素子で構成しても良い。
(E) The converter
(f) 実施例1〜4では、スイッチング電源装置の例として、電流共振型コンバータについて説明したが、本発明は、共振回路13を持たないスイッチング電源装置や、PWM制御のスイッチング電源装置等にも適用が可能である。PWM制御の場合は、スイッチング周波数fsではなく、デューティ制御されたPWM信号がスイッチング信号S31〜S34になる。このような電流共振型コンバータ以外のスイッチング電源装置は、例えば、次の(g)のように構成される。
(F) In the first to fourth embodiments, the current resonance type converter has been described as an example of the switching power supply device. However, the present invention can be applied to a switching power supply device that does not have the
(g) 電流共振型コンバータ以外のスイッチング電源装置は、例えば、図1、図3及び図9に示すように、スイッチング信号S31〜S34によってオン/オフ動作するスイッチング素子(FET12−1〜12−4に相当)を有するスイッチング回路12と、前記スイッチング回路12の出力電圧を整流する整流回路15と、前記スイッチング素子をオン/オフ動作させる前記スイッチング信号S31〜S34を生成し、前記スイッチング素子に対するソフトスイッチング動作を制御する制御部(制御回路20,20A及びドライバ30に相当)と、を備えている。そして、前記制御部は、第1のスイッチング周波数設定手段21,21Aと、第2のスイッチング周波数設定手段22と、周波数制御手段(周波数切り替え制御部23及びドライバ30に相当)と、を有している。
(G) For example, as shown in FIGS. 1, 3 and 9, the switching power supply device other than the current resonance type converter is a switching element (FET12-1 to 12-4) which is turned on / off by switching signals S31 to S34. And the switching signal S31 to S34 for turning on / off the switching element, and soft switching for the switching element is generated. And a control unit (corresponding to the
ここで、前記第1のスイッチング周波数設定手段21,21Aは、前記スイッチング回路12の起動を開始する第1のソフトスタート期間H1における第1のスイッチング周波数f1を設定するものである。前記第2のスイッチング周波数設定手段22は、前記第1のソフトスタート期間H1経過後に、前記整流回路15の出力電圧Voutを上昇させる第2のソフトスタート期間H2へ切り替える際に、前記第1のソフトスタート期間H1終了時における前記整流回路15の出力電圧Voutに基づいて基準電圧Vr1,Vr2を求め、前記整流回路15の出力電圧Voutと前記基準電圧Vr2とを比較演算して第2のスイッチング周波数f2を設定するものである。更に、前記周波数制御手段は、前記第1のスイッチング周波数f1及び前記第2のスイッチング周波数f2を有する前記スイッチング信号S31〜S34を生成し、前記第1のソフトスタート期間H1から前記第2のソフトスタート期間H2への切り替え制御を行って、前記スイッチング素子をオン/オフ動作させるものである。
Here, the first switching frequency setting means 21, 21 A sets the first
このような構成を採用することにより、実施例1、3と略同様の作用効果を奏することができる。 By adopting such a configuration, it is possible to achieve substantially the same operational effects as in the first and third embodiments.
(h) 実施例1〜4では、第2のソフトスタート期間H2が1つの区分で構成されているが、これに限定されない。例えば、第2のソフトスタート期間H2は、複数の期間に区分され、第2のスイッチング周波数設定手段22では、その区分された複数の期間に対応した、複数の第2のスイッチング周波数f2を設定する構成に変形しても良い。前記複数の期間では、前の期間の処理結果に基づき、後の期間の処理が行われる。これにより、より滑らかに出力電圧Voutの立ち上がりを実現できる。
(H) In the first to fourth embodiments, the second soft start period H2 is composed of one section, but is not limited thereto. For example, the second soft start period H2 is divided into a plurality of periods, and the second switching
10 コンバータ主回路
12 スイッチング回路
12−1〜12−4 FET
13 共振回路
14 トランス
15 整流回路
20,20A 制御回路
21,21A 第1のスイッチング周波数設定手段
21a スイッチング周波数設定部
21b タイマ
21c 電圧傾斜検出部
21d 第1のソフトスタート完了検出部
22 第2のスイッチング周波数設定手段
22a 第1基準電圧設定部
22b 第2基準電圧生成部
22c 周波数演算部
23 周波数切り替え制御部
30 ドライバ
10 Converter
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記スイッチング回路の出力電圧を整流する整流回路と、
前記スイッチング素子をオン/オフ動作させる前記スイッチング信号を生成し、前記スイッチング素子に対するソフトスイッチング動作を制御する制御部と、
を備えるスイッチング電源装置において、
前記制御部は、
前記スイッチング回路の起動を開始する第1のソフトスタート期間1における第1のスイッチング周波数を設定する第1のスイッチング周波数設定手段と、
前記第1のソフトスタート期間経過後に、前記整流回路の出力電圧を上昇させる第2のソフトスタート期間へ切り替える際に、前記第1のソフトスタート期間終了時における前記整流回路の出力電圧に基づいて基準電圧を求め、前記整流回路の出力電圧と前記基準電圧とを比較演算して第2のスイッチング周波数を設定する第2のスイッチング周波数設定手段と、
前記第1のスイッチング周波数及び前記第2のスイッチング周波数を有する前記スイッチング信号を生成し、前記第1のソフトスタート期間から前記第2のソフトスタート期間への切り替え制御を行って、前記スイッチング素子をオン/オフ動作させる周波数制御手段と、
を有することを特徴とするスイッチング電源装置。 A switching circuit having a switching element that is turned on / off by a switching signal;
A rectifying circuit for rectifying the output voltage of the switching circuit;
A controller that generates the switching signal for turning on / off the switching element and controls a soft switching operation for the switching element;
In a switching power supply device comprising:
The controller is
First switching frequency setting means for setting a first switching frequency in a first soft start period 1 for starting activation of the switching circuit;
When switching to the second soft start period for raising the output voltage of the rectifier circuit after the first soft start period has elapsed, a reference is made based on the output voltage of the rectifier circuit at the end of the first soft start period. A second switching frequency setting means for obtaining a voltage and setting a second switching frequency by comparing the output voltage of the rectifier circuit and the reference voltage;
The switching signal having the first switching frequency and the second switching frequency is generated, switching control from the first soft start period to the second soft start period is performed, and the switching element is turned on. / Frequency control means for operating off,
A switching power supply device comprising:
前記スイッチング回路の起動を開始して、前記整流回路の出力電圧が所定電圧値に達したら、前記第1のソフトスタート期間から前記第2のソフトスタート期間への切り替え制御を行うことを特徴とする請求項1記載のスイッチング電源装置。 The frequency control means includes
The switching circuit is started, and when the output voltage of the rectifier circuit reaches a predetermined voltage value, switching control from the first soft start period to the second soft start period is performed. The switching power supply device according to claim 1.
前記スイッチング回路の起動を開始して、所定時間が経過したら、前記第1のソフトスタート期間から前記第2のソフトスタート期間への切り替え制御を行うことを特徴とする請求項1記載のスイッチング電源装置。 The frequency control means includes
2. The switching power supply device according to claim 1, wherein the switching power supply device performs switching control from the first soft start period to the second soft start period when a predetermined time elapses after starting the switching circuit. .
前記スイッチング回路の起動を開始して、前記整流回路の出力電圧における単位時間当たりの電圧変化率が所定値以下になったら、前記第1のソフトスタート期間から前記第2のソフトスタート期間への切り替え制御を行うことを特徴とする請求項1記載のスイッチング電源装置。 The frequency control means includes
When the switching circuit starts to be activated and the voltage change rate per unit time in the output voltage of the rectifier circuit becomes a predetermined value or less, switching from the first soft start period to the second soft start period 2. The switching power supply device according to claim 1, wherein control is performed.
予め設定したスイッチング周波数値、又は、前記スイッチング回路の起動前における前記整流回路の出力電圧から決定したスイッチング周波数値により、前記第1のスイッチング周波数を設定することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項記載のスイッチング電源装置。 The first switching frequency setting means includes
The first switching frequency is set according to a switching frequency value set in advance or a switching frequency value determined from an output voltage of the rectifier circuit before the switching circuit is started. The switching power supply device according to any one of claims.
予め設定したスイッチング周波数値、又は、前記スイッチング回路の起動前における前記整流回路の出力電圧から決定したスイッチング周波数値により、前記第1のスイッチング周波数を設定し、
前記所定時間の経過をタイマにより計測して前記周波数制御手段へ通知することを特徴とする請求項3記載のスイッチング電源装置。 The first switching frequency setting means includes
According to a switching frequency value set in advance or a switching frequency value determined from an output voltage of the rectifier circuit before the switching circuit is started, the first switching frequency is set.
4. The switching power supply device according to claim 3, wherein the elapse of the predetermined time is measured by a timer and notified to the frequency control means.
予め設定したスイッチング周波数値、又は、前記スイッチング回路の起動前における前記整流回路の出力電圧から決定したスイッチング周波数値により、前記第1のスイッチング周波数を設定し、
前記電圧変化率を検出して前記電圧変化率が前記所定値以下になったら、前記第1のソフトスタート期間終了を前記周波数制御手段へ通知することを特徴とする請求項4記載のスイッチング電源装置。 The first switching frequency setting means includes
According to a switching frequency value set in advance or a switching frequency value determined from an output voltage of the rectifier circuit before the switching circuit is started, the first switching frequency is set.
5. The switching power supply device according to claim 4, wherein when the voltage change rate is detected and the voltage change rate becomes equal to or less than the predetermined value, the end of the first soft start period is notified to the frequency control means. .
前記第1のソフトスタート期間終了時における前記整流回路の出力電圧に基づいて第1の基準電圧を設定する第1基準電圧設定部と、
前記第1の基準電圧から目標基準電圧まで徐々に上昇させた第2の基準電圧を生成する第2基準電圧生成部と、
前記整流回路の出力電圧と前記第2の基準電圧とを比較演算して前記第2のスイッチング周波数を設定する周波数演算部と、
を有することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項記載のスイッチング電源装置。 The second switching frequency setting means includes
A first reference voltage setting unit that sets a first reference voltage based on an output voltage of the rectifier circuit at the end of the first soft start period;
A second reference voltage generator that generates a second reference voltage that is gradually increased from the first reference voltage to the target reference voltage;
A frequency calculation unit that compares the output voltage of the rectifier circuit and the second reference voltage to set the second switching frequency;
The switching power supply device according to claim 1, comprising:
複数の期間に区分され、
前記第2のスイッチング周波数設定手段は、
区分された前記複数の期間に対応した、複数の前記第2のスイッチング周波数を設定することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項記載のスイッチング電源装置。 The second soft start period is
Divided into multiple periods,
The second switching frequency setting means includes
The switching power supply according to claim 1, wherein a plurality of the second switching frequencies corresponding to the plurality of divided periods are set.
前記スイッチング回路の出力電圧によって所定の共振周波数で共振する共振回路と、
前記共振回路の出力電圧を所定の電圧レベルに変換する変圧器と、
前記変圧器の出力電圧を整流する整流回路と、
前記制御部と、
を備える電流共振型コンバータを構成することを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項記載のスイッチング電源装置。 The switching circuit;
A resonance circuit that resonates at a predetermined resonance frequency by an output voltage of the switching circuit;
A transformer for converting the output voltage of the resonant circuit to a predetermined voltage level;
A rectifier circuit for rectifying the output voltage of the transformer;
The control unit;
A switching power supply device according to any one of claims 1 to 9, wherein a current resonance converter is provided.
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