(57)【要約】【課題】出力電流検出抵抗による電力損失をなくして、高精度な過電流保護機能を有した高効率なスイッチング電源装置を提供することを目的とする。【解決手段】誤差増幅器１６と、スイッチング素子４に流れる電流を検出する入力電流検出回路３と、基本波発振器２１が発生する周波数を用いて前記誤差増幅器１６の出力と前記入力電流検出回路３の出力とに基づき前記スイッチング素子４のオンオフ比を決めるパルス幅変調回路２４からなるスイッチング電源装置において、入力電圧補正回路３６と出力電圧補正回路３１で誤差増幅器出力２０を調整する構成にすることにより、出力電流検出抵抗を用いていないので電力損失がなく高精度な過電流保護機能を実現でき、高効率なスイッチング電源装置を提供するものである。【選択図】  図１
2004304861.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を受けスイッチング素子と平滑回路を通して出力される出力電圧を前記スイッチング素子のオンオフ比によって制御し前記出力電圧と基準電圧との差を検出する誤差増幅器と、前記スイッチング素子に流れる電流を検出する入力電流検出回路と、基本波発振器が発生する周波数を用いて前記誤差増幅器の出力と前記入力電流検出回路の出力とに基づき前記スイッチング素子のオンオフ比を決めるパルス幅変調回路からなるスイッチング電源装置において、前記誤差増幅器の出力を調整するために入力電圧補正回路と出力電圧補正回路を設けたスイッチング電源装置。
【請求項２】
入力電圧補正回路は検出した入力電圧の増減とは反対の向きに、また出力電圧補正回路は検出した出力電圧の増減と同じ向きに誤差増幅器の出力を調整する請求項１に記載のスイッチング電源装置。
【請求項３】
温度補正回路を付加し、検出した温度の増減により誤差増幅器の出力を調整する構成とした請求項１に記載のスイッチング電源装置。
【請求項４】
請求項１に記載のスイッチング電源装置を２個以上並列に接続し、誤差増幅器とその出力を調整する入力電圧補正回路と出力電圧補正回路を共通化した構成のスイッチング電源装置。
【請求項５】
基本波発振器が発生する周波数に位相差をつけてスイッチング素子を制御させる請求項４に記載のスイッチング電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスイッチング電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は電流モードで制御する従来の非絶縁型降圧のチョッパ方式のスイッチング電源装置の構成例を示す。同図において直流電源１から電源電圧の脈動低減用のコンデンサ２を介して入力電流を検出する入力電流検出回路３に接続され、その後段のスイッチング素子４で直流電源１をオンオフし、スイッチング素子４の出力電圧をその後段に接続したリアクトル５とコンデンサ６において平滑化し、スイッチング素子４のオフ時にはダイオード７を介してリアクトル５の電流を維持する。平滑化された出力電圧は外部の負荷８に供給され、このとき負荷８に流れる出力電流は出力電流検出抵抗９に発生する電圧によって検出し、抵抗１０，１１によって分圧され基準電圧１５との差を検出する誤差増幅器１７の反転入力端子に接続される。
【０００３】
また出力電圧は抵抗１２，１３によって分圧され、基準電圧１４との差を検出する誤差増幅器１６の反転入力端子に接続される。このとき基準電圧１４は基準電圧１５より大きい電圧とする。誤差増幅器１６の出力である誤差増幅器出力２０はある一定の上限値を持つように設定し、比較器２５とダイオード１８を介して誤差増幅器１７に接続される。比較器２５は入力電流検出回路３の電流検出信号１９と誤差増幅器出力２０の電圧を比較し、その出力はパルス幅変調回路２４に接続される。パルス幅変調回路２４は基本波発振器２１、フリップフロップ回路２２、ＡＮＤ回路２３で構成されている。
【０００４】
パルス幅変調回路２４は基本波発振器２１の周期と比較器２５の出力に基づきスイッチング素子４をオンオフする。通常時は出力電圧を一定とするようにスイッチング素子４のオンオフ比を制御する。また、負荷８に流れる出力電流が過大となり出力電流検出抵抗９の両端電圧が増え、誤差増幅器１７の反転入力端子電圧が基準電圧１５を越えるような電圧に達すると、誤差増幅器出力２０の電圧を小さくするように動作してスイッチング素子４のオン比率を絞り、いわゆる垂下特性の形で出力電圧を降下させて過電流保護を行うものである。
【０００５】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば特許文献１が知られている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−１７４４２７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例においては、図４に示す出力電流検出抵抗９における電力損失が大きいということが問題となる。出力電流検出抵抗９には負荷８に供給する出力電流が流れるので、出力電流の大きいものでは出力電流検出抵抗９での電力損失が数Ｗ程度にも達するものもある。
【０００８】
本発明はこの課題を解決するものであり、出力電流検出抵抗による電力損失をなくして、高精度な過電流保護機能を有する高効率なスイッチング電源装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものであり、その特徴部分について列挙する。
【００１０】
本発明の請求項１に記載の発明は、直流電力を受けスイッチング素子と平滑回路を通して出力される出力電圧を前記スイッチング素子のオンオフ比によって制御し前記出力電圧と基準電圧との差を検出する誤差増幅器と、前記スイッチング素子に流れる電流を検出する入力電流検出回路と、基本波発振器が発生する周波数を用いて前記誤差増幅器の出力と前記入力電流検出回路の出力とに基づき前記スイッチング素子のオンオフ比を決めるパルス幅変調回路からなるスイッチング電源装置において、入力電圧補正回路と出力電圧補正回路で誤差増幅器の出力を調整する構成とすることにより、出力電流検出抵抗を用いていないので電力損失がなく高精度な過電流保護機能を実現でき、高効率なスイッチング電源装置を提供できるという効果が得られる。
【００１１】
本発明の請求項２に記載の発明は、入力電圧補正回路は検出した入力電圧の増減とは反対の向きに、また出力電圧補正回路は検出した出力電圧の増減と同じ向きに誤差増幅器の出力を調整することにより、請求項１に記載のスイッチング電源装置と同様の効果が得られる。
【００１２】
本発明の請求項３に記載の発明は、温度補正回路を付加し、検出した温度の増減により誤差増幅器の出力を調整する構成としたもので、温度補正を行うことにより、さらに高精度な過電流保護機能を実現できるという効果が得られる。
【００１３】
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１に記載のスイッチング電源装置を２個以上並列に接続し、誤差増幅器とその出力を調整する入力電圧補正回路と出力電圧補正回路を共通化したもので、同じスイッチング電源装置を並列に接続することに較べて、部品点数を少なくすることができ、低コストで同じ機能を実現できるという効果が得られる。
【００１４】
本発明の請求項５に記載の発明は、基本波発振器が発生する周波数に位相差をつけてスイッチング素子を制御させる構成とすることにより、複数個並列に接続したスイッチング電源装置の入力段および出力段のコンデンサに流れるリップル電流を小さくすることができるので、小型のコンデンサを用いることが可能となり低コスト化が図れるという効果が得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１から図４において同一符号は同一の機能を有する部品を示す。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は実施の形態１におけるスイッチング電源装置の構成図である。図１は従来例を示す図４における出力電流検出抵抗９、抵抗１０，１１、基準電圧１５、誤差増幅器１７、ダイオード１８をとり除き、これらの代わりに誤差増幅器出力２０に、抵抗２６，２７，２８とトランジスタ２９，３０によって構成される入力電圧補正回路３６と、さらに抵抗３２，３３，３４とトランジスタ３５によって構成される出力電圧補正回路３１を新たに接続したものである。
【００１７】
図１の回路において、負荷８に過電流が流れた場合、誤差増幅器出力２０の電圧がある一定の上限値となり、この上限値と入力電流検出回路３の電流検出信号１９との比較によって、基本波発振器２１によって決まる周期ごとにスイッチング素子４のオン比率を絞り出力電圧を低下させる。このとき、入力電圧が高いほど出力電圧が垂下を開始するときの出力電流値が大きくなるので、入力電圧補正回路３６により入力電圧が高くなれば誤差増幅器出力２０の電圧を下げる動作をさせて、入力電圧によって出力電圧が垂下を開始するときの出力電流値の変動を抑える。
【００１８】
また出力電圧補正回路３１では、出力電圧を抵抗３２と抵抗３３により分圧しているので、トランジスタ３５のベースとコレクタ間の電圧は下がり、抵抗３４を介して誤差増幅器出力２０の電圧を下げる動作をする。これによりスイッチング素子４のオン比率をさらに絞ることにより出力電圧がさらに垂下し、その結果として出力電流を抑制できる。
【００１９】
以上の構成により、出力電流検出抵抗９を用いることなく、高精度な過電流保護機能を備えた高効率なスイッチング電源装置を実現することができる。
【００２０】
ここでは説明の便宜上、非絶縁型降圧チョッパ方式のスイッチング電源装置を例に挙げて説明したが、電流モード制御をする電源装置であれば、トランスを用いた絶縁型の電源装置や昇圧する電源装置などにおいても同様の効果が得られるのはいうまでもない。
【００２１】
（実施の形態２）
図２は実施の形態２におけるスイッチング電源装置の構成図である。図２は実施の形態１で示した図１に温度補正回路４２を付加したものである。温度補正回路４２は、基準電圧４１と温度によって抵抗値の変化する抵抗３９と、抵抗３７，３８と、トランジスタ４０とによって構成され、この温度補正回路４２は差動増幅器出力２０に接続されている。
【００２２】
温度によって抵抗値が変化する抵抗３９について、たとえば温度に対して抵抗値が減少するサーミスタを使用すると、基準電圧４１からトランジスタ４０のベースに流れる電流は温度の増減と同じ向きに増減する。温度が上がればトランジスタ２０のベース電流が増えるので、抵抗３７を介して誤差増幅器出力２０の電圧を下げる動作となり、出力電圧が垂下を開始するときの出力電流値を下げるように働く。また、温度が下がれば、この反対の動作で出力電圧が垂下を開始するときの出力電流値を上げるように働くことになるので、温度によって出力電圧が垂下を開始するときの出力電流値が変動することを抑制することができる。このことにより、温度変化に依存することなく、さらに高精度な過電流保護機能を実現することができる。
【００２３】
ここでは説明の便宜上、サーミスタを用いた回路を例に挙げて説明したが、温度の増減と同じ向きにその抵抗値が変化する素子を用いても、同様の効果が実現できることは言うまでもない。
【００２４】
（実施の形態３）
図３は実施の形態３におけるスイッチング電源装置の構成図である。図３は図１に示したスイッチング電源を２個並列に接続したものであり、入力電流を検出する入力電流検出回路４３、直流電源１をオンオフするスイッチング素子４４、スイッチング素子４４の出力電圧を平滑化するためのリアクトル４５、スイッチング素子４４のオフ時にリアクトル４５の電流を維持するためのダイオード４６を図１の電源装置に並列に接続し、さらにスイッチング素子４４のオンオフ比を制御するパルス幅変調回路５０と、誤差増幅器出力２０と入力電流検出回路４３の電流検出信号５２を比較する比較器５１を備えたもので、パルス幅変調回路５０は基本波発振器４７、フリップフロップ回路４８、ＡＮＤ回路４９から構成されている。
【００２５】
動作については、実施の形態１に示した通りであるが、それぞれのスイッチング素子４とスイッチング素子４４のオンオフ制御を、共通化した誤差増幅器出力２０で行うことで、入力電圧補正回路３６と出力電圧補正回路３１を共通化することができ、同じ電源装置を並列に接続するよりは少ない部品点数で同じ機能を実現できる効果を有するものである。
【００２６】
また、スイッチング素子４とスイッチング素子４４のオンオフ制御を行うにあたり、例えば２個のスイッチング電源を並列とした場合、基本波発振器２１が発生する周波数と基本波発振器４７が発生する周波数との間に１８０度の位相差をつけてスイッチング制御を行う構成とすることにより、入力段および出力段のコンデンサに流れるリップル電流を最も小さくすることができるので、小型のコンデンサを用いることが可能となり低コスト化が図れるという効果を有するものである。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように本発明は、入力電圧補正回路と出力電圧補正回路で誤差増幅器の出力を調整する構成にすることにより、出力電流検出抵抗を用いていないので電力損失がなく高精度な過電流保護機能を実現でき、高効率なスイッチング電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるスイッチング電源装置の回路図
【図２】本発明の実施の形態２におけるスイッチング電源装置の回路図
【図３】本発明の実施の形態３におけるスイッチング電源装置の回路図
【図４】従来のスイッチング電源装置の回路図
【符号の説明】
１  直流電源
２  コンデンサ
３  入力電流検出回路
４  スイッチング素子
５  リアクトル
６  コンデンサ
７  ダイオード
８  負荷
９  出力電流検出抵抗
１０〜１３  抵抗
１４，１５  基準電圧
１６，１７  誤差増幅器
１８  ダイオード
１９  電流検出信号
２０  誤差増幅器出力
２１  基本波発振器
２２  フリップフロップ回路
２３  ＡＮＤ回路
２４  パルス幅変調回路
２５  比較器
２６〜２８  抵抗
２９，３０  トランジスタ
３１  出力電圧補正回路
３２〜３４  抵抗
３５  トランジスタ
３６  入力電圧補正回路
３７，３８  抵抗
３９  抵抗（サーミスタ）
４０  トランジスタ
４１  基準電圧
４２  温度補正回路
４３  入力電流検出回路
４４  スイッチング素子
４５  リアクトル
４６  ダイオード
４７  基本波発振器
４８  フリップフロップ回路
４９  ＡＮＤ回路
５０  パルス幅変調回路
５１  比較器
５２  電流検出信号
【図１】
2004304861.tif 000003
【図２】
2004304861.tif 000004
【図３】
2004304861.tif 000005
【図４】
2004304861.tif 000006