(57)【要約】    【課題】汎用のＩＣの組合せにより特殊な回路や部品を必要とすることなく低コストでスペクトル拡散によりノイズ低減を図る。    【解決手段】スイッチング信号変調回路は、スイッチング信号のオン時間とオフ時間とがオン時間制御端子１４及びオフ時間制御端子１４に外部接続した抵抗値により独立に調整可能なスイッチング制御回路９と、拡散信号を出力する拡散信号発生回路１６と、スイッチング制御回路９のオン時間制御端子１４と接地間に接続したオン時間設定抵抗Ｒonと、スイッチング制御回路１のオフ時間制御端子１５と接地間に接続したオフ時間設定抵抗Ｒoffと、拡散信号発生回路１６の出力とスイッチング制御回路９のオン時間制御端子２との間に接続された周波数兼デューティ可変用の第１の重付け抵抗Ｒ１と、拡散信号発生回路の出力とスイッチング制御回路のオフ時間制御端子との間に接続された周波数兼デューティ可変用の第２の重付け抵抗Ｒ２とを備える。    【選択図】      図１
2005160128.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング信号のオン時間とオフ時間とがオン時間制御端子及びオフ時間制御端子に外部した抵抗値により独立に調整可能なスイッチング制御回路と、
拡散信号を出力する拡散信号発生回路と、
前記スイッチング制御回路のオン時間制御端子と接地間に接続したオン時間設定抵抗と、
前記スイッチング制御回路のオフ時間制御端子と接地間に接続したオフ時間設定抵抗と、
前記拡散信号発生回路の出力と前記スイッチング制御回路のオン時間制御端子との間に接続された周波数兼デューティ可変用の第１の重付け抵抗と、
前記拡散信号発生回路の出力と前記スイッチング制御回路のオフ時間制御端子との間に接続された周波数兼デューティ可変用の第２の重付け抵抗と、
を備えたことを特徴とするスイッチング信号変調回路。
【請求項２】
請求項１記載のスイッチング信号変調回路に於いて、前記スイッチング信号の周波数の拡散幅が第１の重付け抵抗と前記オン時間設定抵抗との比率または前記第２の重付け抵抗と前記オフ時間設定抵抗との比率で決定され、前記スイッチング信号のデューティの変化率が前記第１の重付け抵抗と第２の重付け抵抗との比率で決定されることを特徴とするスイッチング信号変調回路。
【請求項３】
請求項１記載のスイッチング信号変調回路に於いて、前記スイッチング制御回路はスイッチングレギュレータのスイッチ素子をオン、オフ制御することを特徴とするスイッチング信号変調回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチングレギュレータ等のスイッチング制御に使用されるスイッチング信号変調回路に関し、特に、拡散信号によりスイッチング信号の周波数とデューティをランダムに変化させるスイッチング信号変調回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スイッチングレギュレータにあっては、スイッチング制御に伴って発生する伝導ノイズや放射ノイズのピークレベルを低減するため、三角波信号の最大値を検出し、そのタイミングでランダム信号をサンプリングして、三角波信号発生回路の周波数変調用の制御信号としており、三角波信号を中心周波数の０．８〜１．２倍の拡散幅でランダムに変化させ、この三角波信号をコンパレータで基準電圧と比較することでＰＭＷ信号を得てスイッチング素子をオン、オフ制御するようにしている。
【特許文献１】特開平７−２６４８４９号公報
【特許文献２】特開２００３−２７４６５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このような従来のスイッチング信号変調回路にあっては、ピーク検出回路、サンプルホールド回路が必要であり、且つ周波数拡散によってスイッチング周波数が低くなった場合、オン時間幅が増加するためにトランスが飽和してしまう問題がある。
【０００４】
また回路が複雑であり、ロジック設計や調整に時間がかかり、制御回路も大きくなってしまう。この問題を解消するために専用ＩＣを使うことも考えられるが、納期がかかり、コストも高くなる。更に、トランスの大きさの制限から拡散周波数の低域設計の範囲が限定される等の問題があった。
【０００５】
本発明は、汎用のＩＣの組合せにより特殊な回路や部品を必要とすることなく低コストでスペクトル拡散によりノイズ低減を図るＰＷＭ制御に用いるスイッチング信号変調回路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】
【０００６】
この目的を達成するため本発明は次のように構成する。本発明のスイッチング信号変調回路は、スイッチング信号のオン時間とオフ時間とがオン時間制御端子及びオフ時間制御端子に外部した抵抗値により独立に調整可能なスイッチング制御回路と、拡散信号を出力する拡散信号発生回路と、スイッチング制御回路のオン時間制御端子と接地間に接続したオン時間設定抵抗Ｒonと、スイッチング制御回路のオフ時間制御端子と接地間に接続したオフ時間設定抵抗Ｒoffと、拡散信号発生回路の出力とスイッチング制御回路のオン時間制御端子との間に接続された周波数兼デューティ可変用の第１の重付け抵抗Ｒ１と、拡散信号発生回路の出力とスイッチング制御回路のオフ時間制御端子との間に接続された周波数兼デューティ可変用の第２の重付け抵抗Ｒ２とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
ここで、スイッチング信号の周波数の拡散幅±Δｆが周波数兼デューティ可変用の第１の重付け抵抗Ｒ１とオン時間設定抵抗との比率（Ｒ１／Ｒon）または周波数兼デューティ可変用の第２の重付け抵抗Ｒ２とオフ時間設定抵抗Ｒoffの比率（Ｒ２／Ｒoff）で決定され、更に、スイッチング信号のデューティの変化率が第１の重付け抵抗Ｒ１と第２の重付け抵抗Ｒ２との比率（Ｒ１／Ｒ２）で決定される
また本発明のスイッチング制御回路はスイッチングレギュレータのスイッチ素子をオン、オフ制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のスイッチング信号変調回路によれば、スイッチング制御回路として汎用のＰＷＭ制御用ＩＣ、例えば三菱電機製Ｍ５１９９５などを使用し、また拡散信号発生回路として汎用タイマーＩＣ、例えばシグネティクス社製ＮＥ５５５など使用し、スイッチング制御回路のオン時間制御端子とオフ時間制御端子にそれぞれ外部抵抗を接続してオン時間とオフ時間を決定すると共に、拡散信号発生回路の出力とオン時間制御端子とオフ時間制御端子との間のそれぞれに周波数及びデューティを可変する抵抗を接続するという簡単な構成により、乱調のない安定な周波数拡散をスイッチング信号にかけることができる。
【０００９】
またスペクトル拡散によるトランスの飽和を防止し、飽和磁束密度に大きな余裕を取る必要がないため、ノイズ低減のためにトランスを大型化することなく小型のトランスであってもノイズを低減できる。
【００１０】
またスイッチング周波数の拡散幅に応じてオン時間設定抵抗とオフ時間設定抵抗の比率を変更するだけでデューティ比率を適切に決めることができ、拡散信号によってスイッチング周波数が低くなった場合にオンデューティを小さくすることで、トランスが飽和してインバータが破壊されることを確実に防止できる。
【００１１】
更に、安定且つローコストな回路が提供でき、部品も汎用品を使うことができるので、納期の問題もなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は本発明の実施形態を示した回路ブロック図であり、スイッチングレギュレータを例にとっている。
【００１３】
図１において、スイッチングレギュレータの主回路は、入力端子１、入力回路２、スイッチ回路３、トランス４、整流平滑回路５、出力端子６で構成され、負荷７に一定の直流電源電圧を供給している。
【００１４】
入力回路１は交流入力型の場合は整流回路と平滑回路を備え、直流入力型の場合は入力平滑コンデンサを備える。スイッチ回路３はトランス４の１次巻線にＭＯＳ−ＦＥＴなどのスイッチング素子を直列接続してインバータを構成している。整流回路５はトランス４の２次巻線の出力を整流平滑して直流に変換する。
【００１５】
このようなスイッチングレギュレータの主回路に対しスイッチング制御回路９が設けられる。スイッチング制御回路９は、三角波発振器１０、コンパレータ１１及びドライバ１２を備える。コンパレータ１１の反転入力端子には負荷７に対する出力電圧が抵抗Ｒ３，Ｒ４で分圧して入力され、コンパレータ１１の非反転入力端子に入力する三角波信号との比較によりパルス幅が可変するＰＷＭ信号を出力し、ドライバ１２を介してスイッチ回路３のスイッチング素子をオン、オフ駆動し、出力電圧を一定電圧に安定化させる。
【００１６】
三角波発信器１０は発振容量端子１３、オン時間制御端子１４、オフ時間制御端子１５をもち、それぞれにコンデンサＣ１、オン時間設定抵抗Ｒon、オフ時間設定抵抗Ｒoffを接地間に接続している。三角波発振器１０の発振波形は三角波信号であり、三角波信号の上り勾配の傾きは、オン時間設定抵抗ＲonとコンデンサＣ１との積で決定され、また三角波信号の下り勾配の傾きは、オフ時間設定抵抗ＲoffとコンデンサＣ１との積で決定される。即ち、オン時間設定抵抗Ｒonの流出電流ＩonでコンデンサＣ１の充電電流を決定し、オフ時間設定抵抗Ｒoffの流出電流ＩoffでコンデンサＣ１の放電電流を決定する。
【００１７】
このような外部抵抗によって三角波信号のオン時間とオフ時間が個別に設定可能な三角波発振器１０を備えたＰＷＭ用のスイッチング制御回路９を実現する市販のＩＣとしては、例えば三菱電機製Ｍ５１９９５、富士電機製ＦＡ５３２１、松下電器製ＡＮ８０９１などがある。
【００１８】
スイッチング制御回路９の三角波発振器１０に対しては拡散信号発生回路１６が設けられる。拡散信号発生回路１６としてこの実施形態にあっては、汎用タイマーＩＣとして知られたシグネティクス社製ＮＥ５５５などを使用しており、抵抗Ｒ５とコンデンサＣ２を外部接続することで、拡散信号として一定周期で変化するランプ信号を出力している。
【００１９】
拡散信号発生回路１６の出力と三角波発振器１０のオン時間制御端子１４との間には周波数及びデューティを可変させるための第１重み抵抗Ｒ１が接続され、また拡散信号発生回路１６の出力と三角波発振器１０のオフ時間制御端子１５との間には周波数及びデューティを可変させるための第２の重み抵抗Ｒ２が接続される。
【００２０】
この第１及び第２の重み抵抗Ｒ１，Ｒ２のそれぞれを介して周期的に変化するランプ信号を拡散信号として加えることで、ランプ信号の電圧レベルに応じてオン時間制御端子１４及びオフ時間制御端子１５から流出する電流Ｉon、Ｉoffを変化させ、これによって三角波発振器１０から発振される三角波信号の周波数及びデューティが可変され、スイッチ回路３のスイッチングの周波数軸上での拡散が行われる。
【００２１】
即ち、スイッチング信号の周波数の拡散幅±Δｆが周波数兼デューティ可変用の第１の重付け抵抗Ｒ１とオン時間設定抵抗との比率（Ｒ１／Ｒon）または周波数兼デューティ可変用の第２の重付け抵抗Ｒ２とオフ時間設定抵抗Ｒoffの比率（Ｒ２／Ｒoff）で決定される。またスイッチング信号のデューティの変化率が第１の重付け抵抗Ｒ１と第２の重付け抵抗Ｒ２との比率（Ｒ１／Ｒ２）で決定される
図２は図１の三角波発振器１０の具体的な回路例である。図２において、コンデンサＣ１の充電側回路部は、トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４及びスイッチＳＷ１で構成され、コンデンサＣ１の充電時定数はオン時間制御端子１４に接続したオン時間抵抗Ronと第１の重み抵抗Ｒ１を介して加わるそのときの拡散信号の電圧レベルで決まる流出電流Ｉonで決まる。
【００２２】
またコンデンサＣ１の放電側回路部は、トランジスタＱ５、Ｑ６、Ｑ７、Ｑ８、Ｑ９及びスイッチＳＷ２で構成され、コンデンサＣ１の放電時定数はオフ時間制御端子１５に接続したオフ時間抵抗Roffと第２の重み抵抗Ｒ２を介して加わるそのときの拡散信号の電圧レベルで決まる流出電流Ｉoffで決まる。
【００２３】
またスイッチＳＷ１，ＳＷ２は三角波信号の充電期間と放電期間で制御されるスイッチ素子であり、充電期間にスイッチＳＷ１がオン、スイッチＳＷ２がオフとなり、放電期間には逆にスイッチＳＷ１がオフ、スイッチＳＷ２がオンとなるように図示しないコントロール回路により制御される。
【００２４】
再び図１を参照するに、本発明の具体例としてスイッチングの中心周波数を３００ＫＨｚとし、拡散幅を±１０％となる±３０ＫＨｚとする。このためオン時間設定抵抗Ｒonに比べ第１の重み抵抗Ｒ１を１０倍位にすることで流出電流Ｉonを１０％程可変させる。またオフ時間設定抵抗Ｒonに比べ第２の重み抵抗Ｒ２を１０倍位にすることで流出電流Ｉonを１０％程可変させる。
【００２５】
なお、オン時間設定抵抗Ｒｏｎに比べ第１の重み抵抗Ｒ１を５倍位にすると、流出電流Ｉonを２０％程可変できる。また、オフ時間設定抵抗Ｒonに比べ第２の重み抵抗Ｒ２を５倍位にすることで流出電流Ｉonを２０％程可変できる関係にある。拡散幅を大きくするとトランス４が飽和を起し、またノイズ低減効果も飽和することから、拡散幅は±１０％くらいが望ましい。
【００２６】
次に図１の実施形態の動作を図３の信号波形図を参照して説明する。拡散信号発生回路１６は図３（Ａ）に示すランプ信号を拡散信号として出力している。このランプ信号の周期はスイッチング周波数に対し十分低い周波数である。
【００２７】
ランプ信号の電圧が最低となる時刻ｔ１のタイミングにあっては、第１及び第２の重付け抵抗Ｒ１，Ｒ２に流れる電流が最大となり、このため三角波発振器１０のオン時間制御端子１４及びオフ時間制御端子１５からの流出電流Ｉon，Ｉoffも最大となり、コンデンサＣ１の充電時間および放電時間は短かくなり、例えば図３（Ｂ）の三角波信号を発振する。このとき図３（Ｃ）の充放電時間を制御する信号（図２のスイッチＳＷ１，ＳＷ２の制御信号）の斜線で示すオンデューティは最大となっている。
【００２８】
図３（Ｂ）の三角波信号はコンパレータ１１に入力し、そのときの出力電圧に比例した分圧電圧と比較され、ＰＷＭ信号に変換され、ドライバ１２を介してスイッチ回路３のスイッチ素子をオン、オフする。
【００２９】
一方、ランプ信号の電圧が最大となる時刻ｔ２のタイミングにあっては、第１及び第２の重付け抵抗Ｒ１，Ｒ２に流れる電流が最小となり、このため三角波発振器１０のオン時間制御端子１４及びオフ時間制御端子１５からの流出電流Ｉon，Ｉoffも最小となり、コンデンサＣ１の充電時間および放電時間は増加し、例えば図３（Ｄ）の周波数が低下した三角波信号を発振する。このとき図３（Ｅ）の充放電時間を制御する信号の斜線で示すオンデューティは最小となっている。ただし、オン時間幅はほとんど変わらない。
【００３０】
このように三角波信号の周波数が低下しても、オン時間幅が増加しないため、図３（Ｂ）の三角波信号はコンパレータ１１に入力してそのときの出力電圧に比例した分圧電圧と比較して得たＰＷＭ信号についてもオン時間幅が増加することがなく、拡散制御によりスイッチング周波数が下がってもトランス４は飽和しない。
【００３１】
勿論、時刻ｔ１，ｔ２以外のタイミングにあっては、そのときのランプ信号の電圧レベルに依存した拡散幅とデューティによる三角波信号を発振することになる。
【００３２】
なお、上記の実施形態にあっては、拡散信号発生回路としてランプ信号を発生する場合を例にとるものであったが、サイン波信号やランダム波信号であっても良いことは勿論である。
【００３３】
また上記の実施形態はスイッチング制御回路９と拡散信号発生回路１６につき汎用ＩＣを組み合わせる場合を例とるものであったが、スイッチング制御回路９と拡散信号発生回路１６を一体化し、オン時間設定抵抗Ｒon、オフ時間設定抵抗Ｒoff、第１及び第２の重付け抵抗Ｒ１，Ｒ２を外付けする単一のＩＣであっても良い。
【００３４】
また上記の実施形態はスイッチングレギュレータを例にとるものであったが、本発明はこれに限定されず、ＰＷＭ制御による電力変換回路であれば、全ての回路方式につき、そのまま適用することができる。
【００３５】
また、本発明はその目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に、上記の実施形態に示した数値による限定は受けない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明のスイッチング信号変調回路を備えたスイッチングレギュレータの回路図
【図２】図１に示す三角波発振器の実施形態の回路図
【図３】図１の拡散信号としてのランプ信号に対する三角波発振信号の信号波形図
【符号の説明】
【００３７】
１：入力端子
２：入力回路
３：スイッチ回路
４：トランス
５：整流平滑回路
６：出力端子
７：負荷
９：スイッチング制御回路
１０：三角波発振器
１１：コンパレータ
１２：ドライバ
１３：発振容量接続端子
１４：オン時間制御端子
１５：オフ時間制御端子
１６：拡散信号発生回路
１７：基準電圧源
【図１】
2005160128.tif 000003
【図２】
2005160128.tif 000004
【図３】
2005160128.tif 000005