(57)【要約】【課題】スイッチング電源装置の入力リップルを特に操作することなくＰＷＭ基本周波数を変動させる。【解決手段】スイッチング素子（２０１）は、スイッチング電源装置における変圧器（１３）への一次電流の供給を制御する。増幅回路（２０２）は、変圧器（１３）の補助巻線の出力リップルを増幅する。ゆらぎ生成回路（２０３）は、増幅回路（２０２）の出力に基づいてゆらぎ信号を生成する。基本信号発生回路（２０４）は、周波数がゆらぎ信号に応じて変動するＰＷＭ基本信号を生成する。制御回路（２１０）は、ＰＷＭ基本信号を受けたとき、スイッチング素子（２０１）をオン制御し、スイッチング電源装置の出力帰還に基づくオフ信号を受けたとき、スイッチング素子（２０１）をオフ制御する。【選択図】図１
2010081687.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電力を直流電力に変換するスイッチング電源装置における変圧器への一次電流の供給を制御するスイッチング素子をＰＷＭ制御するスイッチング制御回路であって、
前記変圧器の補助巻線の出力リップルを増幅する増幅回路と、
前記増幅回路の出力に基づいてゆらぎ信号を生成するゆらぎ生成回路と、
周波数が前記ゆらぎ信号に応じて変動するＰＷＭ基本信号を生成する基本信号発生回路と、
前記ＰＷＭ基本信号を受けたとき、前記スイッチング素子をオン制御し、前記スイッチング電源装置の出力帰還に基づくオフ信号を受けたとき、前記スイッチング素子をオフ制御する制御回路とを備えている
ことを特徴とするスイッチング制御回路。
【請求項２】
入力電力を直流電力に変換するスイッチング電源装置における変圧器への一次電流の供給を制御するスイッチング素子をＰＷＭ制御するスイッチング制御回路であって、
前記変圧器の補助巻線の出力の検出を受けてフィードバック信号を生成するフィードバック回路と、
前記フィードバック回路によって増幅された前記補助巻線の出力リップルに基づいてゆらぎ信号を生成するゆらぎ生成回路と、
周波数が前記ゆらぎ信号に応じて変動するＰＷＭ基本信号を生成する基本信号発生回路と、
前記ＰＷＭ基本信号を受けたとき、前記スイッチング素子をオン制御し、前記フィードバック信号に基づいて生成されたオフ信号を受けたとき、前記スイッチング素子をオフ制御する制御回路とを備えている
ことを特徴とするスイッチング制御回路。
【請求項３】
入力電力を直流電力に変換するスイッチング電源装置における変圧器への一次電流の供給を制御するスイッチング素子をＰＷＭ制御するスイッチング制御回路であって、
前記スイッチング電源装置の出力リップルを増幅する増幅回路と、
前記増幅回路の出力に基づいてゆらぎ信号を生成するゆらぎ生成回路と、
周波数が前記ゆらぎ信号に応じて変動するＰＷＭ基本信号を生成する基本信号発生回路と、
前記ＰＷＭ基本信号を受けたとき、前記スイッチング素子をオン制御し、前記スイッチング電源装置の出力帰還に基づくオフ信号を受けたとき、前記スイッチング素子をオフ制御する制御回路とを備えている
ことを特徴とするスイッチング制御回路。
【請求項４】
入力電力を直流電力に変換するスイッチング電源装置における変圧器への一次電流の供給を制御するスイッチング素子をＰＷＭ制御するスイッチング制御回路であって、
前記スイッチング電源装置の出力の検出を受けてフィードバック信号を生成するフィードバック回路と、
前記フィードバック回路によって増幅された前記スイッチング電源装置の出力リップルに基づいてゆらぎ信号を生成するゆらぎ生成回路と、
周波数が前記ゆらぎ信号に応じて変動するＰＷＭ基本信号を生成する基本信号発生回路と、
前記ＰＷＭ基本信号を受けたとき、前記スイッチング素子をオン制御し、前記フィードバック信号に基づいて生成されたオフ信号を受けたとき、前記スイッチング素子をオフ制御する制御回路とを備えている
ことを特徴とするスイッチング制御回路。
【請求項５】
入力電力を直流電力に変換するスイッチング電源装置であって、
請求項１及び２のいずれか一つのスイッチング制御回路と、
変圧器と、
前記変圧器の一次巻線に接続され、前記スイッチング制御回路によってＰＷＭ制御されるスイッチング素子と、
前記変圧器の補助巻線に接続され、前記補助巻線の二次電流を整流する整流素子と、
前記整流素子によって整流された電流を平滑化して直流電圧を生成する平滑素子とを備えている
ことを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項６】
入力電力を直流電力に変換するスイッチング電源装置であって、
請求項３及び４のいずれか一つのスイッチング制御回路と、
変圧器と、
前記変圧器の一次巻線に接続され、前記スイッチング制御回路によってＰＷＭ制御されるスイッチング素子と、
前記変圧器の二次巻線に接続され、前記変圧器の二次電流を整流する整流素子と、
前記整流素子によって整流された電流を平滑化して直流電圧を生成する平滑素子とを備えている
ことを特徴とするスイッチング電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御方式のスイッチング電源装置に関し、特に、そのスイッチング制御回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチング電源装置は、ＡＣ−ＤＣ変換装置やＤＣ−ＤＣ変換装置などの、入力電力を直流電力に変換する電力変換装置に広く用いられる。一般的に、スイッチング電源装置は、スイッチング素子をＰＷＭ制御して変圧器の一次電流の供給及び停止を繰り返すことで、入力電力を所望の直流電力に変換する。
【０００３】
上記のようにスイッチング電源装置ではスイッチング素子は絶えずオン／オフを繰り返している。スイッチング素子のスイッチング周波数は比較的高いため、スイッチング電源装置はスイッチングノイズを放射する。スイッチングノイズは周辺の電子機器の誤作動の原因となるため、極力抑えることが望ましい。このＥＭＩ（Electro-Magnetic Interference）問題を解決するために、スイッチング電源装置の入力リップルを利用してＰＷＭ基本周波数を変動させることでスイッチングノイズのスペクトルを拡散させてスイッチングノイズのピークを抑制している（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−２９５６３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＰＦＣ回路を使用せずに、スイッチング電源装置の入力側に、整流後の直流電圧を平滑化するための入力平滑コンデンサが設けられる場合がある。このようなスイッチング電源装置において、入力リップルを利用してＰＷＭ基本周波数を変動させるには、入力平滑コンデンサの容量値を小さくする、すなわち、入力リップルを大きくする必要がある。しかし、入力リップルが大きくなると、スイッチング電源装置の給電能力が絶えず変動してしまう。一般的に、スイッチング電源装置では、出力電圧のフィードバックに基づいてスイッチング素子の過負荷保護を行っているため、給電能力が絶えず変動すると過負荷保護が不安定となってしまう。一方、入力リップルを利用せずに人工的にリップルを発生させるのではリップル生成回路が必要となり、回路規模が増大してしまう。
【０００５】
上記問題に鑑み、本発明は、スイッチング電源装置の入力リップルを特に操作することなくＰＷＭ基本周波数を変動させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために次の手段を講じた。すなわち、入力電力を直流電力に変換するスイッチング電源装置における変圧器への一次電流の供給を制御するスイッチング素子をＰＷＭ制御するスイッチング制御回路であって、前記変圧器の補助巻線の出力リップルを増幅する増幅回路と、前記増幅回路の出力に基づいてゆらぎ信号を生成するゆらぎ生成回路と、周波数が前記ゆらぎ信号に応じて変動するＰＷＭ基本信号を生成する基本信号発生回路と、前記ＰＷＭ基本信号を受けたとき、前記スイッチング素子をオン制御し、前記スイッチング電源装置の出力帰還に基づくオフ信号を受けたとき、前記スイッチング素子をオフ制御する制御回路とを備えているものとする。また、入力電力を直流電力に変換するスイッチング電源装置における変圧器への一次電流の供給を制御するスイッチング素子をＰＷＭ制御するスイッチング制御回路であって、前記変圧器の補助巻線の出力の検出を受けてフィードバック信号を生成するフィードバック回路と、前記フィードバック回路によって増幅された前記補助巻線の出力リップルに基づいてゆらぎ信号を生成するゆらぎ生成回路と、周波数が前記ゆらぎ信号に応じて変動するＰＷＭ基本信号を生成する基本信号発生回路と、前記ＰＷＭ基本信号を受けたとき、前記スイッチング素子をオン制御し、前記フィードバック信号に基づいて生成されたオフ信号を受けたとき、前記スイッチング素子をオフ制御する制御回路とを備えている。また、入力電力を直流電力に変換するスイッチング電源装置であって、上記のいずれかのスイッチング制御回路と、変圧器と、前記変圧器の一次巻線に接続され、前記スイッチング制御回路によってＰＷＭ制御されるスイッチング素子と、前記変圧器の補助巻線に接続され、前記補助巻線の二次電流を整流する整流素子と、前記整流素子によって整流された電流を平滑化して直流電圧を生成する平滑素子とを備えているものとする。これらによると、変圧器の補助巻線の出力リップルを利用してＰＷＭ基本周波数を変動させることができる。
【０００７】
また、入力電力を直流電力に変換するスイッチング電源装置における変圧器への一次電流の供給を制御するスイッチング素子をＰＷＭ制御するスイッチング制御回路であって、前記スイッチング電源装置の出力リップルを増幅する増幅回路と、前記増幅回路の出力に基づいてゆらぎ信号を生成するゆらぎ生成回路と、周波数が前記ゆらぎ信号に応じて変動するＰＷＭ基本信号を生成する基本信号発生回路と、前記ＰＷＭ基本信号を受けたとき、前記スイッチング素子をオン制御し、前記スイッチング電源装置の出力帰還に基づくオフ信号を受けたとき、前記スイッチング素子をオフ制御する制御回路とを備えているものとする。また、入力電力を直流電力に変換するスイッチング電源装置における変圧器への一次電流の供給を制御するスイッチング素子をＰＷＭ制御するスイッチング制御回路であって、前記スイッチング電源装置の出力の検出を受けてフィードバック信号を生成するフィードバック回路と、前記フィードバック回路によって増幅された前記スイッチング電源装置の出力リップルに基づいてゆらぎ信号を生成するゆらぎ生成回路と、周波数が前記ゆらぎ信号に応じて変動するＰＷＭ基本信号を生成する基本信号発生回路と、前記ＰＷＭ基本信号を受けたとき、前記スイッチング素子をオン制御し、前記フィードバック信号に基づいて生成されたオフ信号を受けたとき、前記スイッチング素子をオフ制御する制御回路とを備えているものとする。また、入力電力を直流電力に変換するスイッチング電源装置であって、上記のいずれかのスイッチング制御回路と、変圧器と、前記変圧器の一次巻線に接続され、前記スイッチング制御回路によってＰＷＭ制御されるスイッチング素子と、前記変圧器の二次巻線に接続され、前記変圧器の二次電流を整流する整流素子と、前記整流素子によって整流された電流を平滑化して直流電圧を生成する平滑素子とを備えているものとする。これらによると、スイッチング電源装置の出力リップルを利用してＰＷＭ基本周波数を変動させることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によると、入力リップルを特に操作することなくＰＷＭ基本周波数を変動させてスイッチングノイズのピークを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１０】
《第１の実施形態》
図１は、第１の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成を示す。入力整流ダイオード１１及び入力平滑コンデンサ１２は、交流入力Ｖｉｎを整流及び平滑化して変圧器１３の一次側に直流電流を供給する。出力整流ダイオード１４及び出力平滑コンデンサ１５は、変圧器１３の二次電流を整流及び平滑化して直流出力Ｖｏｕｔを生成する。出力整流ダイオード１４’及び出力平滑コンデンサ１５’は、変圧器１３の補助巻線出力を整流及び平滑化して、直流出力Ｖｏｕｔと同相の直流出力Ｖｏｕｔ’を生成する。スイッチング制御回路２０は、変圧器１３への一次電流の供給を制御する。具体的には、変圧器１３の一次巻線に接続されたスイッチング素子２０１のオン／オフ動作によって変圧器１３への一次電流の供給が制御される。なお、スイッチング制御回路２０は単体の半導体チップとして構成可能である。スイッチング素子２０１はスイッチング制御回路２０の外部に設けてもよい。
【００１１】
スイッチング制御回路２０において、増幅回路２０２は、出力平滑コンデンサ１５’の中間電圧を増幅して信号Ｓ１を出力する。すなわち、増幅回路２０２は、変圧器１３の補助巻線の出力リップルを増幅する。具体的には、増幅回路２０２は、オペアンプやミラー回路などで構成することができる。ゆらぎ生成回路２０３は信号Ｓ１に基づいてゆらぎ信号Ｓ２を生成する。具体的には、信号Ｓ１はトランジスタ２０３０のゲートに入力される。トランジスタ２０３０はカレントミラー回路２０３１の入力側に接続されている。これにより、カレントミラー回路２０３１から信号Ｓ１に応じて変動する電流が出力される。この電流がゆらぎ信号Ｓ２となる。基本信号発生回路２０４は、ゆらぎ信号Ｓ２に応じて周波数が変動するＰＷＭ基本信号Ｓ３を生成する。
【００１２】
なお、ゆらぎ信号Ｓ２の周波数は最大でもＰＷＭ基本周波数の１０％程度にするのが望ましい。例えば、ＰＷＭ基本周波数を１００ｋＨｚ、ゆらぎ信号Ｓ２の周波数を１０ｋＨｚとすると、ＰＷＭ基本信号Ｓ３は１００ｋＨｚから１１０ｋＨｚの間で変化する。
【００１３】
電流検出回路２０５は、スイッチング素子２０１に流れる電流を検出して検出信号Ｓ４を出力する。電流検出回路２０５は、スイッチング素子２０１のソース側に設けてもよい。図２は、電流検出回路２０５をスイッチング素子２０１のソース側に設ける場合の構成例を示す。この場合、スイッチング素子２０１と並列に、スイッチング素子２０１よりも十分に小さい電流を流すセンス素子２０１ａとセンス抵抗２０１ｂを設ける。電流検出回路２０５は、スイッチング素子２０１に流れる電流をセンス抵抗２０１ｂの電圧から間接的に検出する。
【００１４】
図１に戻り、フィードバック回路２０６は、出力電圧検出回路１６によって検出された直流出力Ｖｏｕｔ’に基づいて、検出信号Ｓ４の目標値となるフィードバック信号Ｓ５を生成する。図３及び図４は、それぞれ、出力電圧検出回路１６及びフィードバック回路２０６の構成例を示す。フォトカプラ１６１の発光ダイオード１６１１は、直流出力Ｖｏｕｔ’に応じた光量で光１６１２を出力する。フォトカプラ１６１のフォトトランジスタ１６１３は光１６１２を受光する。フォトトランジスタ１６１３を流れる電流は、カレントミラー回路２０６０及び２０６１を介してフィードバック信号Ｓ５に変換される。
【００１５】
図１に戻り、比較器２０７は、検出信号Ｓ４とフィードバック信号Ｓ５とを比較し、検出信号Ｓ４がフィードバック信号Ｓ５に到達したときオフ信号Ｓ６を出力する。制御回路２１０は、ＰＷＭ基本信号Ｓ３を受けたとき、スイッチング素子２０１をオン制御し、オフ信号Ｓ６を受けたとき、スイッチング素子２０１をオフ制御する。具体的には、制御回路２１０は、ＰＷＭ基本信号Ｓ３によってセットされ、オフ信号Ｓ６によってリセットされ、信号Ｓ７を出力するＳＲラッチ回路で構成することができる。制御回路２１０は、一旦ＰＷＭ基本信号Ｓ３を受けるとオフ信号Ｓ６を受けるまではＰＷＭ基本信号Ｓ３の入力の有無にかかわらずスイッチング素子２０１を連続的にオン制御する。
【００１６】
以上、本実施形態によると、変圧器１３の補助巻線の出力リップルを利用してＰＷＭ基本周波数を変動させることができる。補助巻線は専らスイッチング電源装置のフィードバック制御のために設けられているため、出力平滑コンデンサ１５’の容量値は直流出力Ｖｏｕｔに影響を与えることなく自由に変更可能である。したがって、入力リップルを特に操作することなくＰＷＭ基本周波数を変動させてスイッチングノイズのピークを低減することができる。
【００１７】
なお、入力整流ダイオード１１に代えてダイオードブリッジを用いて交流入力Ｖｉｎを全波整流するようにしてもよい。
【００１８】
変圧器１３に補助巻線がない場合、出力電圧検出回路１６は直流出力Ｖｏｕｔを検出するようにしてもよい。図５は、本実施形態に係るスイッチング電源装置の変形例の構成を示す。この場合であっても、入力リップルを特に操作することなく、ＰＷＭ基本周波数を変動させてスイッチングノイズのピークを低減することができる。
【００１９】
《第２の実施形態》
図６は、第２の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成を示す。本実施形態に係るスイッチング電源装置は、第１の実施形態に係るスイッチング電源装置における増幅回路２０２を省略し、フィードバック回路２０６からゆらぎ生成回路２０３に信号Ｓ１を供給するように構成したものである。以下、第１の実施形態と異なる点についてのみ説明する。
【００２０】
フィードバック回路２０６は、フィードバック信号Ｓ５を生成する過程で出力リップルを増幅している。したがって、フィードバック回路２０６の内部信号を信号Ｓ１としてゆらぎ生成回路２０３に供給することが可能である。図７は、フィードバック回路２０６の構成例を示す。このフィードバック回路２０６は図４のものとまったく同一の構成である。ここで、カレントミラー回路２０６１のゲート電圧を信号Ｓ１として利用可能である。このように、本実施形態によると、ゆらぎ信号Ｓ２の生成の元となる信号Ｓ１を生成するための回路を別途設ける必要がないため、第１の実施形態よりも回路規模を小さくすることができる。
【００２１】
変圧器１３に補助巻線がない場合、上述したように、出力電圧検出回路１６は直流出力Ｖｏｕｔを検出するようにしてもよい。図８は、本実施形態に係るスイッチング電源装置の変形例の構成を示す。この場合であっても、入力リップルを特に操作することなく、ＰＷＭ基本周波数を変動させてスイッチングノイズのピークを低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明に係るスイッチング制御回路及びスイッチング電源装置は、入力リップルを特に操作することなくＰＷＭ基本周波数を変動させてスイッチングノイズのピークを低減することができるため、低ＥＭＩが要求される電子機器などに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成図である。
【図２】電流検出回路をスイッチング素子のソース側に設ける場合の構成例を示す図である。
【図３】出力電圧検出回路の構成例を示す図である。
【図４】フィードバック回路の構成例を示す図である。
【図５】第１の実施形態に係るスイッチング電源装置の変形例の構成図である。
【図６】第２の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成図である。
【図７】フィードバック回路の構成例を示す図である。
【図８】第２の実施形態に係るスイッチング電源装置の変形例の構成図である。
【符号の説明】
【００２４】
１３      変圧器
１４      出力整流ダイオード（整流素子）
１４’    出力整流ダイオード（整流素子）
１５      出力平滑コンデンサ（平滑素子）
１５’    出力平滑コンデンサ（平滑素子）
２０      スイッチング制御回路
２０１    スイッチング素子
２０２    増幅回路
２０３    ゆらぎ生成回路
２０４    基本信号発生回路
２０６    フィードバック回路
【図１】
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【図２】
2010081687.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010081687.tif 000008
【図７】
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【図８】
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