(57)【要約】【課題】スイッチング電源装置の大型化やコストアップを招くことなく、出力電圧変動を抑制できるようにする。【解決手段】  直流出力と第１の基準電圧との誤差を増幅する誤差増幅器７と、キャリア信号発生器８とを備え、コンパレータ９で誤差増幅器出力とキャリア信号との比較結果に基づきスイッチ素子１，２のオン・オフを行なうことで、一定の直流出力を得るスイッチング電源装置にコンパレータ１５を付加し、誤差増幅器７の出力が第２の基準電圧Ｖｔを上回るタイミングでスイッチ素子を強制的にオンさせることにより、スイッチング時の無駄時間をなくし出力電圧変動を抑制する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流出力電圧と第１の基準電圧との誤差を増幅する誤差増幅手段と、キャリア信号発生手段とを備え、そのキャリア信号と前記誤差増幅手段の出力との比較結果に基づき、直流電源に接続されたスイッチ素子をオン・オフさせ、一定の直流出力を得るに当たり、
前記誤差増幅手段の出力が第２の基準電圧を上回るタイミングでスイッチ素子を強制的にオンさせることを特徴とするスイッチング電源の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はスイッチング電源装置、特に直流電源から一定の直流出力を得るＤＣ／ＤＣコンバータの制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３に、スイッチング電源装置の一種である降圧チョッパの一般的な例を示す。同図において、１，２はスイッチ素子としてのＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物電界効果トランジスタ）、３は直流電源、４はインダクタ、５は平滑コンデンサ、６は負荷、７は誤差増幅器、８はキャリア信号発生器、９はコンパレータ、１０はフリップフロップ、１１，１２はオンディレイ回路、１３，１４はゲートドライバを示す
【０００３】
出力電圧Ｖｏは、ＭＯＳＦＥＴ１のオン・オフにより発生する矩形波電圧を、インダクタ４と平滑コンデンサ５からなる平滑回路にて平滑することで得られる。また、ＭＯＳＦＥＴ２はＭＯＳＦＥＴ１と交互にオン・オフさせることで、還流期間中の導通損失を低減する同期整流用のスイッチ素子であり、ＭＯＳＦＥＴ１のオンデューティを制御することで、一定の出力電圧を得るものである。
【０００４】
図３の制御動作について、図４の各部波形図を参照して説明する。
キャリア信号発生器８は、キャリア信号としての鋸歯状波信号Ｖｃと、鋸歯状波の立下りに同期する同期信号Ｖｓとを発生する。同期信号Ｖｓによりフリップフロップ１０をセット（Ｓ）し、ＭＯＳＦＥＴ１のオンのタイミングとＭＯＳＦＥＴ２のオフのタイミングを決定する。
【０００５】
誤差増幅器７は、出力電圧Ｖｏと図示されない基準電圧（設定電圧）との誤差を増幅した信号Ｖｆｂと、鋸歯状波Ｖｃとの大小をコンパレータ９で比較し、ＶｃがＶｆｂを上回ったタイミングでフリップフロップ１０をリセットし、ＭＯＳＦＥＴ１のオフのタイミングとＭＯＳＦＥＴ２のオンのタイミングを決定する。
【０００６】
出力電圧が設定電圧を上回ると誤差増幅信号Ｖｆｂが低下し、ＭＯＳＦＥＴ１のオンデューティが小さくなって、出力電圧を低下させる。一方、出力電圧が設定電圧を下回ると誤差増幅信号Ｖｆｂが増加し、ＭＯＳＦＥＴ１のオンデューティが大きくなって出力電圧を上昇させるように動作し、設定した一定の出力電圧が得られる。オンディレイ回路１１，１２は、ＭＯＳＦＥＴ１とＭＯＳＦＥＴ２が同時にオンするのを防ぎ、ゲートドライバ１３，１４はロジックレベルの信号を増幅し、ＭＯＳＦＥＴ１，２を駆動する。
【０００７】
ところで、マイクロプロセッサ等に用いられるＣＰＵの演算速度は近年飛躍的に向上しており、その電源である降圧チョッパ回路から供給される電流のスルーレート（変化割合）は、数百から数千Ａ／μｓと急峻であり、このような用途では出力電圧の変動抑制が課題となる。
そこで、例えば特許文献１には、インダクタの電流を検出し制御要素にフィードバックして制御することにより、電流の急峻なスルーレートに対する出力電圧変動を抑制する技術が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平０６−２３３５３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
出力電圧を制御するスイッチ素子の制御応答時間は、スイッチング周期が無駄時間となるため、スイッチング周期を上回る応答時間は得られない。このため、スイッチング周波数を上げて対応すると損失が増大し、スイッチ素子の冷却体が大型化するなどの問題がある。また、平滑コンデンサの容量を増大させても出力電圧の変動抑制は可能であるが、装置の大型化やコストアップとなる。
【００１０】
したがって、この発明の課題は、スイッチング電源装置の大型化やコストアップなしに出力電圧変動を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このような課題を解決するため、請求項１の発明では、直流出力電圧と第１の基準電圧との誤差を増幅する誤差増幅手段と、キャリア信号発生手段とを備え、そのキャリア信号と前記誤差増幅手段の出力との比較結果に基づき、直流電源に接続されたスイッチ素子をオン・オフさせ、一定の直流出力を得るに当たり、
前記誤差増幅手段の出力が第２の基準電圧を上回るタイミングでスイッチ素子を強制的にオンさせることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、スイッチング時の無駄時間を無くすようにしたので、スイッチング周波数を高くしたり平滑コンデンサ容量を増大させたりすることなく、小型，低コストに出力電圧の変動抑制が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１はこの発明の実施の形態を示す回路構成図である。
図３との相違点は、誤差増幅器７の出力信号（誤差増幅信号）ＶｆｂをＶｔと比較するコンパレータ１５と、ＶｆｂがＶｔを上回ったタイミング、またはキャリア信号発生器８から出力される同期信号Ｖｓのいずれか早い方のタイミングでフリップフロップ１０をセットするオア回路１７を設けた点にある。
【００１４】
コンパレータ１５でＶｆｂと比較を行う基準電圧Ｖｔは、あらかじめ定めた値であり、出力電流Ｉｏがゼロまたはほとんど流れていない状態、すなわち軽負荷時の誤差増幅信号Ｖｆｂよりは大きな値とする。また、鋸歯状波信号Ｖｃの振幅より小さな値に設定している。出力電流Ｉｏの急変にすばやく反応するためには、Ｖｔを軽負荷時の誤差増幅信Ｖｆｂに近づけておけばよいが、Ｖｆｂに重畳するノイズがＶｔを上回ることで、フリップフロップ１０が誤セットされるのを防ぐため、Ｖｔを鋸歯状波信号Ｖｃの振幅の８０〜９０％程度に設定するとよい。
【００１５】
図２は図１の動作を説明する説明図である。
図３，図４と同様に、キャリア信号発生器８は、キャリア信号としての鋸歯状波信号Ｖｃと、鋸歯状波の立下りに同期する同期信号Ｖｓとを発生する。通常は、同期信号Ｖｓによりフリップフロップ１０をセット（Ｓ）し、ＭＯＳＦＥＴ１のオンのタイミングとＭＯＳＦＥＴ２のオフのタイミングを決定する。
【００１６】
誤差増幅器７は、出力電圧Ｖｏと図示されない基準電圧（設定電圧）との誤差を増幅した信号Ｖｆｂと、鋸歯状波Ｖｃとの大小をコンパレータ９で比較し、ＶｃがＶｆｂを上回ったタイミングでフリップフロップ１０をリセットし、ＭＯＳＦＥＴ１のオフのタイミングとＭＯＳＦＥＴ２のオンのタイミングを決定する。
出力電圧が設定電圧を上回ると誤差増幅信号Ｖｆｂが低下し、ＭＯＳＦＥＴ１のオンデューティが小さくなって、出力電圧を低下させる。一方、出力電圧が設定電圧を下回ると誤差増幅信号Ｖｆｂが増加し、ＭＯＳＦＥＴ１のオンデューティが大きくなって出力電圧を上昇させるように動作し、設定した一定の出力電圧が得られる。オンディレイ回路１１，１２は、ＭＯＳＦＥＴ１とＭＯＳＦＥＴ２が同時にオンするのを防ぎ、ゲートドライバ１３，１４はロジックレベルの信号を増幅し、ＭＯＳＦＥＴ１，２を駆動する。
【００１７】
いま、出力電流Ｉｏが図示のように急峻に立ち上がると、出力電圧Ｖｏが低下し始め、誤差増幅信号Ｖｆｂが上昇する。そして、誤差増幅信号Ｖｆｂが基準電圧Ｖｔを上回ると、キャリア信号発生器８から同期信号Ｖｓが出力されるタイミングより早くフリップフロップ１０がセット（Ｓ）される。そして、図２に斜線を付して示すようなゲートパルスが追加される。これにより、制御の無駄時間が短縮され、出力電圧の変動が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明の実施の形態を示す回路構成図
【図２】図１の動作を説明するための各部波形図
【図３】従来例を示す回路構成図
【図４】図３の動作を説明するための各部波形図
【符号の説明】
【００１９】
１，２…ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物電界効果トランジスタ）、３…直流電源、４…インダクタ、５…平滑コンデンサ、６…負荷、７…誤差増幅器、８…キャリア信号発生器、９，１５…コンパレータ、１０…フリップフロップ、１１，１２…オンディレイ回路、１３，１４…ゲートドライバ、１７…オア回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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