(57)【要約】【課題】有機半導体コンデンサを用いても出力電圧が目標電圧を超えて振幅するオーバーシュートの発生を防止することができると共に、出力電圧が目標電圧に至る前段での高周波ノイズの発生を防止することを可能にする。【解決手段】スイッチング電源装置２０は、入力電圧Ｖｉｎを有機半導体コンデンサＣ２を介して出力電圧Ｖｏｕｔとする際に、出力電圧Ｖｏｕｔを分圧抵抗器Ｒ３，Ｒ２を介してスイッチング電源制御部１３へフィードバックし、このフィードバック電圧のレベルに応じてコンデンサＣ２への入力電圧の周波数を上下するスイッチング制御を行う。コンデンサＣ２の入力側にパワーインダクタＬ２を、当該パワーインダクタＬ２とコンデンサＣ２とでＬＣフィルタが形成される状態に接続し、パワーインダクタＬ２の入力側に制御部１３でのスイッチング制御後の電圧をフィードバックする抵抗器Ｒ４及びコンデンサＣ５によるＲＣ回路を備えて構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機半導体コンデンサを利用したスイッチング電源装置において、
前記有機半導体コンデンサに入力される電圧の周波数を上下するスイッチング制御を行うスイッチング電源制御部と、
前記有機半導体コンデンサの入力側にパワーインダクタと、
を備えたことを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
前記スイッチング電源制御部は、前記有機半導体コンデンサの出力側電圧に基づいて前記スイッチング制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のスイッチング電源装置。
【請求項３】
前記スイッチング電源制御部は、前記パワーインダクタの入力側電圧に基づいて前記スイッチング制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の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、出力電圧のノイズ除去のために有機半導体コンデンサを用いる、スイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のスイッチング電源装置として図４に示す回路構成のものがある。この図４に示すスイッチング電源装置１０は、電源１１と、スイッチング電源制御部１３と、抵抗器Ｒ１及び電解コンデンサ（単にコンデンサともいう）Ｃ１を直列接続して成る位相補正部１５と、電解コンデンサＣ３，Ｃ４と、インダクタＬ１と、ツェナーダイオード（単にダイオードともいう）Ｄ１と、出力電圧Ｖｏｕｔのノイズ除去のための有機半導体コンデンサＣ２と、抵抗器Ｒ２，Ｒ３，Ｒ５とを備えて構成されている。
【０００３】
スイッチング電源制御部１３は、制御部１３ａと、パワートランジスタを用いたパワー部１３ｂとを備え、制御部１３ａは、電源１１からの入力電圧Ｖｉｎの位相を位相補正部１５を用いて適正に補正する制御と、後述のフィードバック電圧Ｖｆｂのレベルに応じてスイッチング周波数を上下させる制御を行う。パワー部１３ｂは、制御部１３ａによるスイッチング周波数の上下制御に応じて、電源１１に接続されたインダクタＬ１の通過電圧出力側をＧＮＤ（アース）とショート／オープンさせるスイッチング動作を所定間隔で繰り返すことにより、その通過電圧の周波数を可変する。
【０００４】
電源１１と、スイッチング電源制御部１３の入力電圧Ｖｉｎが入力される入力端子ｉｎとの間の経路には電解コンデンサＣ３がＧＮＤとの間に接続され、その入力端子ｉｎ及びコンデンサＣ３の接続端にはインダクタＬ１の一端が接続され、インダクタＬ１の他端がパワー部１３ｂのスイッチング周波数制御端ＳＷに接続されると共に、ダイオードＤ１のアノードに接続されている。
【０００５】
ダイオードＤ１のカソードにはスイッチング電源装置１０の出力部となる抵抗器Ｒ５がＧＮＤとの間に接続され、この抵抗器Ｒ５とダイオードＤ１のカソードとの間には、カソード側から順に電解コンデンサＣ４と有機半導体コンデンサＣ２とがＧＮＤとの間に接続され、更に分圧抵抗器としての抵抗器Ｒ３とＲ４とがＧＮＤとの間に接続され、これら抵抗器Ｒ３とＲ４との間にスイッチング電源制御部１３のフィードバック端子ＦＢが接続されている。つまり、抵抗器Ｒ５の両端から出力される出力電圧Ｖｏｕｔが、その分圧抵抗器Ｒ３，Ｒ４で分圧されてフィードバック電圧Ｖｆｂとしてスイッチング電源制御部１３へフィードバックされるようになっている。
【０００６】
このような構成のスイッチング電源装置１０においては、スイッチング電源制御部１３に入力されるフィードバック電圧Ｖｆｂのレベルが高ければ、制御部１３ａによりスイッチング周波数が低くなるように制御され、この制御に応じてパワー部１３ｂでインダクタＬ１の通過電圧の周波数が低くなるように制御され、これに応じて出力電圧Ｖｏｕｔのレベルが下がる。一方、フィードバック電圧Ｖｆｂのレベルが低ければ、制御部１３ａによりスイッチング周波数が高くなるように制御され、この制御に応じてパワー部１３ｂでインダクタＬ１の通過電圧の周波数が高くなるように制御され、これに応じて出力電圧Ｖｏｕｔのレベルが上がる。これによって出力電圧Ｖｏｕｔが所定の一定電圧値に制御される。
【０００７】
このようなスイッチング電源装置１０においては出力電圧Ｖｏｕｔのノイズ除去のための有機半導体コンデンサＣ２が用いられているが、この種の有機半導体コンデンサを用いた装置として特許文献１に記載の技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７−２６３２７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、上述した従来のスイッチング電源装置１０によれば、有機半導体コンデンサＣ２をノイズ除去のため電圧出力側に使用しているが、これは、有機半導体コンデンサＣ２が電解コンデンサに比べノイズ除去能力が桁違いに大きく、ＥＳＲ（等価直列抵抗値）で比較すると電解コンデンサが１００ｍΩであるのに対して有機半導体コンデンサ（例えば２．５Ｖ８２０μＦ製品）は５ｍΩと格段に小さいことによる。このノイズ除去能力の大きい理由により電源装置の出力側に採用されるようになった。
【００１０】
しかし、その有機半導体コンデンサＣ２のＥＳＲが小さくなって高周波成分が除去され、フィードバック電圧Ｖｆｂによる安定的なフィードバック制御が掛けられなくなる。この解決策として、位相補正部１５の遅れ補償量を多くして高い周波数でのループゲインを小さくすることで安定性を確保していたが、このため、電圧出力側において高い周波数での変動が多くなっていた。つまり、図５に示すように、出力電圧Ｖｏｕｔが目標電圧Ｖ０（＝１２Ｖ）を超えるオーバーシュートが発生し、目標電圧Ｖ０よりも高い電圧Ｖ１と低い電圧Ｖ２との間を出力電圧Ｖｏｕｔが振幅（最悪の場合は発振状態となる）し、一定の目標電圧Ｖ０の出力電圧Ｖｏｕｔが出力できなくなるという問題が生じていた。
【００１１】
更に、図５に出力電圧Ｖｏｕｔを約６Ｖ〜約１３Ｖ間の立ち上がり曲線を太線で表すように、出力電圧Ｖｏｕｔがオーバーシュートに至る前段で高調波ノイズが大きくなるという問題が発生する。
【００１２】
本発明は上記した課題を解決するためになされたものであり、有機半導体コンデンサを用いても出力電圧が目標電圧を超えて振幅するオーバーシュートの発生を防止することができると共に、出力電圧が目標電圧に至る前段での高周波ノイズの発生を防止することができる、スイッチング電源装置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】
【００１３】
上記した課題を解決するために本発明は、有機半導体コンデンサを利用したスイッチング電源装置において、前記有機半導体コンデンサに入力される電圧の周波数を上下するスイッチング制御を行うスイッチング電源制御部と、前記有機半導体コンデンサの入力側にパワーインダクタと、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
本発明において、前記スイッチング電源制御部は、前記有機半導体コンデンサの出力側電圧に基づいて前記スイッチング制御を行うことを特徴とする。
【００１５】
本発明において、前記スイッチング電源制御部は、前記パワーインダクタの入力側電圧に基づいて前記スイッチング制御を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、有機半導体コンデンサを用いても出力電圧が目標電圧を超えて振幅するオーバーシュートの発生を防止することができると共に、出力電圧が目標電圧に至る前段での高周波ノイズの発生を防止することができる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】
【００１７】
【図１】本実施形態に係るスイッチング電源装置の回路構成を示す図である。
【図２】本実施形態に係るスイッチング電源装置における電源投入時の出力電圧のレベル変化を表す図である。
【図３】本実施形態の変形例に係るスイッチング電源装置の回路構成を示す図である。
【図４】従来のスイッチング電源装置の回路構成を示す図である。
【図５】従来のスイッチング電源装置における電源投入時の出力電圧のレベル変化を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための実施の形態（以下、単に本実施形態という）について詳細に説明する。但し、全図において同一部分には同一符号を付し、その説明を適時省略する。
（実施形態の構成）
図１は、本実施形態に係るスイッチング電源装置２０の回路構成を示す図である。本実施形態に係るスイッチング電源装置２０の特徴は、前述で説明済みの図４に示したスイッチング電源装置１０において有機半導体コンデンサＣ２の電源１１側（以降、前段側又は入力側ともいう）にパワーインダクタＬ２を、Ｌ２とＣ２とが直列状態となってＬＣフィルタ（ＬＣ回路）となるように接続し、そのパワーインダクタＬ２の前段側とスイッチング電源制御部１３のフィードバック端子ＦＢとの間に、抵抗器Ｒ４と電解コンデンサＣ５とを直列接続して構成した点にある。
【００１９】
パワーインダクタＬ２は、当該パワーインダクタＬ２に入力される電圧信号の周波数が上がれば上がるほど抵抗値が大きくなって高周波を遮断するものであり、この作用によって有機半導体コンデンサＣ２のＥＳＲが小さくならないようにする。更に、パワーインダクタＬ２は、有機半導体コンデンサＣ２とでＬＣフィルタを構成しているので、高周波ノイズを除去する作用がある。
【００２０】
直列接続された抵抗器Ｒ４及びコンデンサＣ５は、パワーインダクタＬ２の前段側とフィードバック端子ＦＢとの間に接続されているので、パワーインダクタＬ２の前段から抵抗器Ｒ４及びコンデンサＣ５を介してスイッチング電源制御部１３にフィードバックが掛かるようになっている。
【００２１】
この際、抵抗器Ｒ４とコンデンサＣ５によるＲＣ回路で定まる時定数に応じて、電圧信号の一部を抵抗器Ｒ４で抽出し、この抽出された中から更にコンデンサＣ５で高周波成分を抽出し、これをフィードバック電圧Ｖｆｂ１としてフィードバック端子ＦＢへフィードバックする。これによって高周波成分がフィードバックするようになっている。但し、出力側の抵抗器Ｒ５における出力電圧Ｖｏｕｔ１は、分圧抵抗器Ｒ３，Ｒ２で分圧信号（フィードバック電圧）Ｖｆｂとしてフィードバック端子ＦＢへフィードバックされる。
（実施形態の動作）
以下、図１に示す本実施形態に係るスイッチング電源装置２０の動作を説明する。電源１１からの入力電圧Ｖｉｎが、スイッチング電源制御部１３の制御部１３ａに入力されると共に、インダクタＬ１及びダイオードＤ１を介してパワーインダクタＬ２へ入力され、更に抵抗器Ｒ５から出力電圧Ｖｏｕｔ１として出力される。この際、出力電圧Ｖｏｕｔ１は、抵抗器Ｒ５の前段の分圧抵抗器Ｒ３，Ｒ４で分圧され、フィードバック電圧Ｖｆｂとしてスイッチング電源制御部１３のフィードバック端子ＦＢへフィードバックされる。
【００２２】
スイッチング電源制御部１３では、制御部１３ａにおいて、入力電圧Ｖｉｎの位相が位相補正部１５により適正に補正される制御が行われると共に、フィードバック電圧Ｖｆｂのレベルに応じてスイッチング周波数が上下される制御が行われる。この制御に応じて、パワー部１３ｂでインダクタＬ１の通過電圧がＧＮＤとの間でショート又はオープンとなるスイッチング動作が所定間隔で繰り返され、その通過電圧の周波数が可変される。
【００２３】
ここで、スイッチング電源制御部１３に入力されるフィードバック電圧Ｖｆｂのレベルが高ければ、制御部１３ａによりスイッチング周波数が低くなるように制御され、この制御に応じてパワー部１３ｂでインダクタＬ１の通過電圧の周波数が低くなるように制御され、これに応じて出力電圧Ｖｏｕｔ１のレベルが下がる。一方、フィードバック電圧Ｖｆｂのレベルが低ければ、制御部１３ａによりスイッチング周波数が高くなるように制御され、この制御に応じてパワー部１３ｂでインダクタＬ１の通過電圧の周波数が高くなるように制御され、これに応じて出力電圧Ｖｏｕｔ１のレベルが上がる。これによって出力電圧Ｖｏｕｔ１が所定の一定電圧値に制御される。
【００２４】
更に、インダクタＬ１の通過電圧は、ダイオードＤ１を介してパワーインダクタＬ２に入力されるが、パワーインダクタＬ２に入力される電圧信号の周波数が高ければ高いほど抵抗値が大きくなって高周波が遮断され、この作用によって有機半導体コンデンサＣ２のＥＳＲが減少しない状態となる。この際、パワーインダクタＬ２の前段では、抵抗器Ｒ４とコンデンサＣ５のＲ×Ｃで定まる時定数に応じて、電圧信号の一部が抵抗器Ｒ４で抽出され、この抽出された中から更にコンデンサＣ５で高周波成分が抽出され、これがフィードバック電圧Ｖｆｂ１としてフィードバック端子ＦＢへフィードバックされる。つまり、高周波成分がフィードバックされる。
【００２５】
このように高周波成分がフィードバックされると、制御部１３ａによりスイッチング周波数が低くなるように制御され、この制御に応じてパワー部１３ｂでインダクタＬ１の通過電圧の周波数が低くなるように制御されるので、出力電圧Ｖｏｕｔ１のレベルが下がる。この制御によって、図２に示すように、出力電圧Ｖｏｕｔ１が目標電圧Ｖ０（＝１２Ｖ）を超えないようになる。つまり、オーバーシュートは発生ぜず、出力電圧Ｖｏｕｔ１は、一定の目標電圧Ｖ０に収束する。
【００２６】
また、上記のようにパワーインダクタＬ２の前段で抵抗器Ｒ４とコンデンサＣ５を介して高周波成分をフィードバックするので、図２に示す約５．６Ｖ〜約１１．５Ｖ間の立ち上がり曲線を細線で表すように、目標電圧Ｖ０の前段で出力電圧Ｖｏｕｔ１に高調波ノイズが略発生しない。
（実施形態の効果）
以上説明のように本実施形態に係るスイッチング電源装置２０は、入力電圧Ｖｉｎを有機半導体コンデンサＣ２を介して出力電圧Ｖｏｕｔとして出力する際に、この出力電圧Ｖｏｕｔを分圧抵抗回路としての分圧抵抗器Ｒ３，Ｒ２を介してスイッチング電源制御部１３へフィードバックし、このフィードバック電圧のレベルに応じて有機半導体コンデンサＣ２に入力される電圧の周波数を上下するスイッチング制御を行うものである。
【００２７】
有機半導体コンデンサＣ２に入力される電圧の周波数を上下するスイッチング制御を行うスイッチング電源制御部１３と、有機半導体コンデンサＣ２の入力側にパワーインダクタＬ２とでＬＣフィルタが形成される。
【００２８】
この構成によれば、スイッチング制御後の電圧は、パワーインダクタＬ２に入力されるが、この際、その電圧の周波数が高ければ高いほどパワーインダクタＬ２の抵抗値が大きくなって高周波がＬＣフィルタで遮断され、この作用によって有機半導体コンデンサＣ２のＥＳＲが減少しない状態となる。この際、パワーインダクタＬ２の入力側では、パワーインダクタＬ２で遮断された高周波成分がフィードバックされるので、スイッチング制御では電圧の周波数が低くなるように制御される。この制御時に出力電圧Ｖｏｕｔ１が目標電圧Ｖ０を超えないように制御されるので、オーバーシュートは発生ぜず、出力電圧Ｖｏｕｔ１が一定の目標電圧Ｖ０に収束する。従って、スイッチング電源装置２０から一定の目標電圧Ｖ０を出力することができる。
【００２９】
また、フィードバックは、スイッチング制御後の電圧の一部を抽出し、この抽出された中から更に高周波成分を抽出する抵抗器Ｒ４及びコンデンサＣ５によるＲＣ回路を介するのが好ましい。
【００３０】
この構成によれば、適正に高周波成分をフィードバックすることができるので、出力電圧Ｖｏｕｔ１が目標電圧Ｖ０を超えないようにスイッチング制御することができ、これによって、出力電圧Ｖｏｕｔ１を一定の目標電圧Ｖ０に収束させることが出来る。更に、抵抗器Ｒ４とコンデンサＣ５を介して高周波成分をフィードバックするので、出力電圧Ｖｏｕｔが目標電圧Ｖ０に収束する前段で、出力電圧Ｖｏｕｔ１に高調波ノイズが略発生しないようにすることができる。
（実施形態の変形例）
図３は、本実施形態の変形例に係るスイッチング電源装置３０の回路構成を示す図である。このスイッチング電源装置３０の特徴は、図４に示したスイッチング電源装置１０において有機半導体コンデンサＣ２の前段側にパワーインダクタＬ２を、Ｌ２とＣ２でＬＣフィルタとなるように接続し、そのパワーインダクタＬ２の前段側とスイッチング電源制御部１３のフィードバック端子ＦＢとの間に、出力側の分圧抵抗器Ｒ３，Ｒ２を移動させて接続し、パワーインダクタＬ２への入力電圧が、その分圧抵抗器Ｒ３，Ｒ４で分圧されてフィードバック電圧Ｖｆｂ２としてフィードバックされるように構成した点にある。
【００３１】
この構成によれば、スイッチング電源制御部１３でのスイッチング制御後の電圧は、パワーインダクタＬ２に入力されるが、この際、その電圧の周波数が高いほどにパワーインダクタＬ２で高周波が遮断され、この高周波成分が分圧抵抗器Ｒ３，Ｒ２で分圧されてフィードバックされる。従って、スイッチング制御においては、出力電圧Ｖｏｕｔ２が目標電圧Ｖ０を超えないように制御することができ、出力電圧Ｖｏｕｔの安定度を保持することが出来る。
【００３２】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明の技術的範囲予測は上記実施形態に記載の範囲予測には限定されないことは言うまでもない。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。またその様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲予測に含まれ得ることが、特許請求の範囲予測の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００３３】
１１・・電源、１３・・スイッチング電源制御部、１３ａ・・制御部、１３ｂ・・パワー部、１５・・位相補正部、２０，３０・・スイッチング電源装置、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５・・抵抗器、Ｃ１，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５・・電解コンデンサ、Ｃ２・・有機半導体コンデンサ、Ｌ１・・インダクタ、Ｌ２・・パワーインダクタ、Ｄ１・・ツェナーダイオード、Ｖｉｎ・・入力電圧、Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２・・出力電圧、Ｖｆｂ，Ｖｆｂ１，Ｖｆｂ２・・フィードバック電圧。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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