(57)【要約】【課題】複数の発振器を用いること無く所望の周波数でスイッチング制御可能なスイッチング電源を提供する。【解決手段】本発明のスイッチング電源は、クロックに従って動作する演算処理部としてのマイコン１を有し、このマイコン１のクロック周波数をスイッチング周波数として動作し、クロック周波数の発振周波数のみを可変させることでスイッチング周波数を可変させるよう構成したものである。【選択図】図１
2010154753.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クロックに従って動作する演算処理部を有し、前記演算処理部のクロック周波数またはそのクロック周波数を分周した周波数をスイッチング周波数として動作し、クロック周波数の発振周波数のみを可変させることでスイッチング周波数を可変させるよう構成したスイッチング電源。
【請求項２】
マイコンを含む制御回路によりスイッチング周波数が制御されるスイッチング電源において、前記マイコンのクロック周波数またはそのクロック周波数を分周した周波数をスイッチング周波数として動作し、クロック周波数の発振周波数のみを可変させることでスイッチング周波数を可変させることを特徴とするスイッチング電源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング電源に関するものであり、特に、周波数制御によって負荷電力や電圧を高周波で制御する場合に特徴を有するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のスイッチング電源は、図１５に示すように、周波数制御用マイクロコンピュータ（以下、マイコンと略す。）３０と、周波数制御用トランジスタ３１，３２，３３と、周波数可変用コンデンサ３４，３５，３６と、発振器３７と、インバータ３８と、周波数制御用マイコン３０にクロック周波数を供給するクロック発振器３９と、発振器３７にそれぞれ接続される発振用コンデンサ４０と発振用抵抗器４１とで構成されている。
【０００３】
このスイッチング電源の動作について説明する。周波数制御用マイコン３０によって、周波数制御用トランジスタ３１，３２，３３をオンオフ制御することで、周波数可変用コンデンサ３４，３５，３６を接続開放し、発振器３７の発振周波数を変化させる。そして、発振器３７からの出力をスイッチング周波数として動作するインバータ３８が電力増幅して負荷４２への電力を制御している。
【０００４】
また、前述のスイッチング電源とは別の周波数制御としては、マイコンのソフトによりクロック周波数の分周比を可変して周波数切替えを行ない、スイッチング周波数を制御しているものもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−２７５０６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら従来のスイッチング電源では、負荷電力は発振器３７の発振周波数で制御されるので、所望の電力を安定に得るためには、マイコン用発振器としてのクロック発振器３９と、インバータ用発振器としての発振器３７との二つが必要である。
【０００７】
また、マイコンのソフトによる周波数切替えでは、固定されたクロック周波数を分周して所望の周波数を出力するので、選べる周波数が限定されることや、インバータの周波数が高い場合は高速制御可能なマイコンを使用しないと対応できないことなどの問題があった。
【０００８】
本発明は、複数の発振器を用いること無く所望の周波数でスイッチング制御可能なスイッチング電源を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１に記載の発明は、クロックに従って動作する演算処理部を有し、前記演算処理部のクロック周波数またはそのクロック周波数を分周した周波数をスイッチング周波数として動作し、クロック周波数の発振周波数のみを可変させることでスイッチング周波数を可変させるよう構成したスイッチング電源としたものであり、単一の発振器のみで動作可能で所望の周波数でスイッチング制御可能なスイッチング電源を得ることができる。
【００１０】
本発明の請求項２に記載の発明は、マイコンを含む制御回路によりスイッチング周波数が制御されるスイッチング電源において、前記マイコンのクロック周波数またはそのクロック周波数を分周した周波数をスイッチング周波数として動作し、クロック周波数の発振周波数のみを可変させることでスイッチング周波数を可変させることを特徴とするスイッチング電源としたものであり、マイコン用発振器のみで、所望のスイッチング周波数で制御可能なスイッチング電源を得ることができる。
【００１１】
また本発明の請求項１または請求項２に記載の発明によれば、マイコンのクロック周波数を分周した周波数を、スイッチング周波数として動作することで、マイコンのクロック周波数より小さいスイッチング周波数でも周波数制御が可能なスイッチング電源を得ることができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように本発明のスイッチング電源によれば、クロックに従って動作する演算処理部を有し、前記演算処理部のクロック周波数またはそのクロック周波数を分周した周波数をスイッチング周波数として動作し、クロック周波数の発振周波数のみを可変させることでスイッチング周波数を可変させるよう構成したことにより、単一の発振器のみで動作可能で所望の周波数でスイッチング制御可能なスイッチング電源を得ることができる。
【００１３】
また、前記スイッチング電源において、前記演算処理部をマイコンとし、前記マイコンのクロック周波数またはそのクロック周波数を分周した周波数をスイッチング周波数として動作し、クロック周波数の発振周波数のみを可変させることでスイッチング周波数を可変させるよう構成した場合では、マイコン用発振器のみで、所望のスイッチング周波数で制御可能なスイッチング電源を得ることができる。
【００１４】
また、前記スイッチング電源において、マイコンのクロック周波数を分周した周波数をスイッチング周波数として動作するよう構成した場合では、マイコンのクロック周波数より小さいスイッチング周波数でも周波数制御が可能なスイッチング電源を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１のスイッチング電源の構成を示すブロック図
【図２】図１に示したスイッチング素子をマイコンに内蔵した場合のブロック図
【図３】本発明の実施の形態１の他のスイッチング電源の構成を示すブロック図
【図４】本発明の実施の形態１の他のスイッチング電源の構成を示すブロック図
【図５】本発明の実施の形態１の他のスイッチング電源の構成を示すブロック図
【図６】本発明の実施の形態２のスイッチング電源の構成を示すブロック図
【図７】図６に示したスイッチング素子をマイコンに内蔵した場合のブロック図
【図８】本発明の実施の形態２の他のスイッチング電源の構成を示すブロック図
【図９】本発明の実施の形態２の他のスイッチング電源の構成を示すブロック図
【図１０】本発明の実施の形態２の他のスイッチング電源の構成を示すブロック図
【図１１】本発明の実施の形態３のスイッチング電源の構成を示すブロック図
【図１２】図１１に示したスイッチング素子をマイコンに内蔵した場合のブロック図
【図１３】図１１に示したスイッチング電源に分周器を設けた場合のブロック図
【図１４】図１２に示したスイッチング電源に分周器を設けた場合のブロック図
【図１５】従来のスイッチング電源の構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明のスイッチング電源を具体的な実施の形態に基づいて説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
図１に示した本発明の実施の形態１のスイッチング電源は、クロック周波数の発振周波数が可変可能でこのクロックに従って動作する演算処理部としてのマイコン１を有し、このマイコン１のクロック周波数をスイッチング周波数として動作するよう構成したものである。
【００１８】
具体的には、このスイッチング電源は、マイコン１と、電力を供給する直流電源２と、クロック発振部３と、周波数制御によって電力を制御するインバータ出力部４とを有し、負荷装置５に電力を出力するよう構成されている。なお、制御回路は、インバータ出力部４を制御するようにマイコン１とクロック発振部３とで構成されている。
【００１９】
このクロック発振部３は、周波数可変の為のコンデンサ６，７，８，９と、マイコン１に内蔵されたクロック発生回路１０と、発振用コイル１１と、最高周波数を決定する発振用コンデンサ１２，１３とでＬＣ発振するよう構成されている。マイコン１のクロック発生回路１０のクロック入力ポート１０ａとクロック出力ポート１０ｂとの間には発振用コイル１１が接続され、発振用コイル１１の両端とＧＮＤとの間にはそれぞれ発振用コンデンサ１２，１３が接続されている。
【００２０】
また、発振用コイル１１の両端とマイコン１の出力ポート１０ｃ〜１０ｆとの間にはスイッチング素子１４〜１７を介して周波数可変の為のコンデンサ６，７，８，９が、このコンデンサ６〜９の容量をクロック発生回路１０の入出力で概ねバランスするようにそれぞれ接続している。
【００２１】
ここで、この実施の形態１のスイッチング電源の動作について説明する。
【００２２】
マイコン１は、自己の出力ポート１０ｃ〜１０ｆに接続されているスイッチング素子１４〜１７をオンオフ制御してクロック発振部３のコンデンサ６〜９の接続開放を制御し、クロック発振部３の発振周波数を可変させ、クロック発生回路１０からインバータ出力部４に出力されるクロック周波数を可変させている。なお、このマイコン１は、前記の可変後のクロック周波数で正常に動作する。
【００２３】
インバータ出力部４では、前記の可変後のクロック周波数をスイッチング周波数としてインバータ制御することになり、負荷装置５に電力を出力している。
【００２４】
このように構成したため、従来例のようなマイコン用発振器とは別のインバータ用発振器を設けることを不必要とすることができ、この単一のマイコン用発振器としてのクロック発振部３のみでスイッチング動作させることができ、その構成を簡単な回路構成で実現することができ、クロック発振部３の周波数可変用のコンデンサ６〜９の接続開放を制御することでスイッチング周波数を所望の任意の周波数に選択制御することができ、高速で安定な周波数制御による電力制御を供給可能とすることができる。
【００２５】
また、マイコン１のクロック発生回路１０に接続された発振用コイル１１の両端にこのマイコン１のクロック周波数を可変するためのコンデンサ６〜９を、このコンデンサ６〜９の容量をクロック発生回路１０の入出力で概ねバランスするように接続しているので、周波数制御を安定に実現することができる。
【００２６】
この実施の形態１では、演算処理部をマイコン１としているが、マイクロプロセッサやＣＰＵ（中央演算処理装置）などであっても、前述と同様の効果を有する。
【００２７】
この実施の形態１では、マイコン１の出力ポート１０ｃ〜１０ｆにスイッチング素子１４〜１７を外部接続しているが、図２に示すように、スイッチング素子１４〜１７を内蔵しそれが出力ポート１０ｃ〜１０ｆに接続されたマイコンを用いた場合であっても、前述と同様の効果を有する。また、ここでは、周波数可変用のコンデンサ６〜９を４個としているが、周波数可変用のコンデンサを４個以外の数量としそれに伴ってスイッチング素子とマイコンの出力ポートの数量を対応させた場合であっても、前述と同様の効果を有する。
【００２８】
この実施の形態１では、マイコン１のクロック発生回路１０のクロック入力ポート１０ａとクロック出力ポート１０ｂとの間に接続された発振用コイル１１の両端にこのマイコン１のクロック周波数を可変するためのコンデンサ６〜９を、このコンデンサ６〜９の容量をクロック発生回路１０の入出力で概ねバランスするように接続しているが、図３に示すように、マイコン１のクロック発生回路１０の入力側のみにコンデンサ６，７を接続する場合では、前記のコンデンサ６〜９の容量をクロック発生回路１０の入出力で概ねバランスするように接続する場合に比べてやや劣るが、実使用上に問題なく十分に安定した周波数制御を実現することができる。
【００２９】
この実施の形態１では、マイコン１のクロック発生回路１０のクロック入力ポート１０ａとクロック出力ポート１０ｂとの間に発振用コイル１１のみを接続しているが、図４，図５に示すように、この発振用コイル１１に直列あるいは並列に抵抗器１８を接続して発振強度を合わせ込むよう構成した場合では、コイル−コンデンサの共振による高圧発生を抑制し、信頼性の高いクロック発振回路を実現できる。
【００３０】
（実施の形態２）
図６に示した本発明の実施の形態２のスイッチング電源は、前述の実施の形態１と同様にマイコン１を含む制御回路によりスイッチング周波数が制御されるスイッチング電源であって、マイコン１のクロック周波数を分周した周波数をスイッチング周波数として動作するよう構成した点が前述の実施の形態１とは異なっている。
【００３１】
具体的には、前述の実施の形態１のクロック発生回路１０とインバータ出力部４との間に、マイコン１のクロック周波数を分周してインバータ出力部４に出力する分周器１９を設けている。
【００３２】
このように構成したため、前述の実施の形態１ではクロック発振部３で可変されたマイコン１のクロック周波数をそのままインバータ出力部４に供給しマイコン１のクロック周波数と同一周波数であるスイッチング周波数でインバータ出力部４を動作させているが、本実施の形態２のスイッチング電源では分周器１９を設けているので、マイコン１のクロック周波数より低いスイッチング周波数でも周波数制御を可能にすることができる。
【００３３】
この実施の形態２では、マイコン１の出力ポート１０ｃ〜１０ｆにスイッチング素子１４〜１７をそれぞれ外部接続しているが、図７に示すように、スイッチング素子１４〜１７を内蔵しそれが出力ポート１０ｃ〜１０ｆに接続されたマイコンを用いた場合であっても、前述と同様の効果を有する。
【００３４】
この実施の形態２では、マイコン１のクロック発生回路１０のクロック入力ポート１０ａとクロック出力ポート１０ｂとの間に接続された発振用コイル１１の両端にマイコン１のクロック周波数を可変するためのコンデンサ６〜９を、このコンデンサ６〜９の容量をクロック発生回路１０の入出力で概ねバランスするように接続しているが、図８に示すように、マイコン１のクロック発生回路１０の入力側のみにコンデンサ６，７を接続する場合では、前記のコンデンサ６〜９の容量をクロック発生回路１０の入出力で概ねバランスするように接続する場合に比べてやや劣るが、実使用上に問題なく十分に安定した周波数制御を実現することができる。
【００３５】
この実施の形態２では、マイコン１のクロック発生回路１０のクロック入力ポート１０ａとクロック出力ポート１０ｂとの間に発振用コイル１１のみを接続しているが、図９，図１０に示すように、この発振用コイル１１に直列あるいは並列に抵抗器１８を接続して発振強度を合わせ込むよう構成した場合では、コイル−コンデンサの共振による高圧発生を抑制し、信頼性の高いクロック発振回路を実現できる。
【００３６】
なお、前述の実施の形態１，２では、固定の発振用コイル１１を用いているが、この発振用コイル１１をマイコン１のクロック周波数微調整用としての可変インダクタとした場合では、スイッチング周波数の微調整ができる。
【００３７】
（実施の形態３）
図１１に示した本発明の実施の形態３のスイッチング電源は、前述の実施の形態１と同様にマイコン１を含む制御回路によりスイッチング周波数が制御されるスイッチング電源であって、マイコン１のクロック発振部３に発振周波数可変のＲＣ発振を用いるよう構成した点が前述の実施の形態１とは異なっている。
【００３８】
具体的には、このクロック発振部３は、マイコン１に内蔵されたクロック発生回路１０と、発振用抵抗器２０と、最高周波数を決定する発振用コンデンサ２１と、周波数可変の為のコンデンサ２５〜２７とでＲＣ発振するよう構成されている。マイコン１のクロック発生回路１０のクロック入力ポート１０ａと出力ポート１０ｃとの間には発振用抵抗器２０が接続され、マイコン１のクロック発生回路１０のクロック出力ポート１０ｂとＧＮＤとの間には発振用コンデンサ２１が接続されている。
【００３９】
また、マイコン１のクロック発生回路１０のクロック出力ポート１０ｂと各出力ポート１０ｄ〜１０ｆとの間には、スイッチング素子２２〜２４を介して、周波数可変の為のコンデンサ２５〜２７がそれぞれ接続されている。
【００４０】
ここで、この実施の形態３のスイッチング電源の動作について説明する。
【００４１】
マイコン１は、自己の出力ポート１０ｄ〜１０ｆに接続されているスイッチング素子２２〜２４をオンオフ制御してクロック発振部３のコンデンサ２５〜２７の接続開放を制御し、クロック発振部３の発振周波数を可変させ、クロック発生回路１０からインバータ出力部４に出力されるクロック周波数を可変させている。なお、このマイコン１は、前記の可変後のクロック周波数で正常に動作する。
【００４２】
インバータ出力部４では、前記の可変後のクロック周波数をスイッチング周波数としてインバータ制御することになり、負荷装置５に電力を出力している。
【００４３】
このように構成したため、従来例のようなマイコン用発振器とは別のインバータ用発振器を設けることを不必要とすることができ、この単一のマイコン用発振器としてのクロック発振部３のみでスイッチング動作させることができ、その構成を簡単な回路構成で実現することができ、クロック発振部３の周波数可変用のコンデンサ２５〜２７の接続開放を制御することでスイッチング周波数を所望の任意の周波数に選択制御することができ、さらに、マイコン１のクロック発振部３に発振周波数可変のＲＣ発振を用いているので、スイッチング周波数の精度を高めることができ高精度な電力制御を実現できる。
【００４４】
この実施の形態３では、マイコン１の出力ポート１０ｄ〜１０ｆにスイッチング素子２２〜２４をそれぞれ外部接続しているが、図１２に示すように、スイッチング素子２２〜２４を内蔵しそれが出力ポート１０ｄ〜１０ｆに接続されたマイコンを用いた場合であっても、前述と同様の効果を有する。
【００４５】
この実施の形態３では、クロック発振部３で可変されたマイコン１のクロック周波数をそのままインバータ出力部４に供給しマイコン１のクロック周波数と同一周波数であるスイッチング周波数でインバータ出力部４を動作させているが、図１３，図１４に示すようにマイコン１のクロック周波数を分周して出力する分周器１９を設けた場合では、マイコン１のクロック周波数より低いスイッチング周波数でも周波数制御を可能にすることができる。
【００４６】
この実施の形態３では、固定の発振用抵抗器２０を用いているが、この発振用抵抗器２０をマイコン１のクロック周波数微調整用としての可変抵抗器とした場合では、スイッチング周波数の微調整ができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明にかかるスイッチング電源は、単一の発振器のみで動作可能で所望の周波数でスイッチング制御可能なスイッチング電源を得ることができ、周波数制御によって負荷電力や電圧を高周波で制御するスイッチング電源に有用である。
【符号の説明】
【００４８】
１      マイコン
２      直流電源
３      クロック発振部
４      インバータ出力部
５      負荷装置
６〜９      コンデンサ
１０      クロック発生回路
１０ａ    クロック入力ポート
１０ｂ    クロック出力ポート
１０ｃ〜１０ｆ    出力ポート
１１      発振用コイル
１２〜１３      発振用コンデンサ
１４〜１７      スイッチング素子
１８      抵抗器
１９      分周器
２０      発振用抵抗器
２１      発振用コンデンサ
２２〜２４      スイッチング素子
２５〜２７      コンデンサ
３０      周波数制御用マイコン
３１〜３３      周波数制御用トランジスタ
３４〜３６      周波数可変用コンデンサ
３７      発振器
３８      インバータ
３９      クロック発振器
４０      発振用コンデンサ
４１      発振用抵抗器
４２      負荷
【図１】
2010154753.tif 000003
【図２】
2010154753.tif 000004
【図３】
2010154753.tif 000005
【図４】
2010154753.tif 000006
【図５】
2010154753.tif 000007
【図６】
2010154753.tif 000008
【図７】
2010154753.tif 000009
【図８】
2010154753.tif 000010
【図９】
2010154753.tif 000011
【図１０】
2010154753.tif 000012
【図１１】
2010154753.tif 000013
【図１２】
2010154753.tif 000014
【図１３】
2010154753.tif 000015
【図１４】
2010154753.tif 000016
【図１５】
2010154753.tif 000017