JP3580491B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents
スイッチング電源装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3580491B2 JP3580491B2 JP2000177556A JP2000177556A JP3580491B2 JP 3580491 B2 JP3580491 B2 JP 3580491B2 JP 2000177556 A JP2000177556 A JP 2000177556A JP 2000177556 A JP2000177556 A JP 2000177556A JP 3580491 B2 JP3580491 B2 JP 3580491B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- voltage
- output
- circuit
- power supply
- switching power
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 44
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 35
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 35
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 28
- 238000003079 width control Methods 0.000 claims description 21
- 238000009499 grossing Methods 0.000 claims description 13
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 6
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 6
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 6
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 6
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、出力電圧を零ボルトから任意の電圧まで直線的に可変制御できるスイッチング電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、半導体テスタや、電子部品の試験装置等の分野において、出力電圧を零ボルトから任意の電圧まで直線的に可変制御できる電源装置が用いられている。このような電源装置は、出力電圧を零ボルトから任意の電圧まで正確に制御する必要があり、その制御の容易さから、一般的にドロッパ方式の電源装置が用いられていた。
【０００３】
他方、ドロッパ方式の電源装置と較べ、小型、軽量で、高効率に構成できるスイッチング電源装置の普及に伴い、上述の分野においても、スイッチング電源装置の利用が提案されている。特開平７−２１９６５２号公報はこのような技術を開示するものであり、既存のスイッチング方式直流安定化電源に零可変制御モジュールを備えるだけで、出力電圧を略零ボルトまで可変制御できる零可変電圧機能を付加している。
【０００４】
一般的に、スイッチング電源装置は、出力電圧を検出し、その検出電圧を基準電圧と比較して誤差増幅信号を生成し、その誤差増幅信号に基づくパルス幅制御信号によりスイッチング素子を制御して、出力電圧を安定化している。
【０００５】
誤差増幅信号を得るには、通常、誤差増幅回路を用いる。誤差増幅回路は、オペアンプと、入力抵抗と、帰還抵抗とを含んで構成される。オペアンプは、その反転入力端子に、入力抵抗を介して基準電圧が入力され、非反転入力端子に出力電圧に比例した検出電圧が入力され、出力端子に誤差増幅信号を出力する。
【０００６】
スイッチング素子は、誤差増幅信号に基づくパルス幅制御信号により、スイッチングが制御され、オペアンプの両入力端子の電圧が同電位となるようにオン・オフする。このため、スイッチング電源装置の出力電圧は基準電圧に比例した出力電圧に安定化される。
【０００７】
オペアンプの反転入力端子は、上述のように、入力抵抗を介して基準電圧が入力される。オペアンプの反転入力端子の電圧は、前記入力抵抗の入力端の電圧と前記誤差増幅信号の電圧（オペアンプの出力電圧）レベルに基づき、前記入力抵抗と前記帰還抵抗との抵抗分割比で決定される。従って、パルス幅を狭める制御により、前記誤差増幅信号の電圧（オペアンプの出力電圧）レベルが高くなると、前記入力抵抗の入力端の電圧を零ボルトにしても、オペアンプの反転入力端子電圧、すなわち基準電圧は、零ボルトまで低下しない。このため、非反転入力端子の電圧、すなわち出力電圧に比例した電圧も零ボルトまで低下することはない。このため、従来のスイッチング電源装置では、出力電圧を略零ボルトまで可変制御できるとはいえ、完全に零ボルトまで可変制御することができなかった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、出力電圧を零ボルトから任意の電圧まで可変制御できるスイッチング電源装置を提供することである。
【０００９】
本発明のもう一つの課題は、外部電圧によって、出力電圧を零ボルトから任意の電圧まで可変制御できるスイッチング電源装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、本発明に係るスイッチング電源装置は、スイッチング変換回路と、整流平滑回路と、パルス幅制御回路と、出力電圧設定回路とを含む。前記スイッチング変換回路は、少なくとも一つのスイッチング素子を含み、供給された直流電圧をスイッチングする。前記整流平滑回路は、前記スイッチング変換回路から出力されるスイッチング出力を整流平滑して出力する。
【００１１】
前記出力電圧設定回路は、出力電圧検出回路と、基準電圧調整回路と、誤差増幅回路とを含む。前記出力電圧検出回路は、出力電圧を検出して出力電圧に比例した検出電圧を出力する。前記基準電圧調整回路は、正負電圧源を含み、正電圧から負電圧の範囲の調整用電圧を出力する。
【００１２】
前記誤差増幅回路は、オペアンプと、入力抵抗と、帰還抵抗とを含む。前記オペアンプは、その反転入力端子に前記入力抵抗と、前記帰還抵抗とが接続され、前記入力抵抗の入力端に、前記調整用電圧が入力され、非反転入力端子に前記検出電圧が入力され、出力端子から、前記誤差増幅回路の出力として誤差増幅信号を出力する。前記パルス幅制御回路は、前記誤差増幅信号が入力されて、パルス幅制御信号を出力し、前記スイッチング変換回路のスイッチング素子を制御する。
【００１３】
上述したスイッチング電源装置において、入力された直流電圧は、スイッチング変換回路によってスイッチングされ、そのスイッチング出力が整流平滑回路によって整流、平滑される。前記パルス幅制御回路は、前記誤差増幅信号が入力されて、パルス幅制御信号を出力し、前記スイッチング変換回路のスイッチング素子を制御する。
【００１４】
このため、上述のスイッチング電源装置は、前記出力電圧設定回路により設定される任意の直流電圧を出力することができる。
【００１５】
前記出力電圧設定回路は、出力電圧検出回路と、基準電圧調整回路と、誤差増幅回路とを含んで構成される。前記出力電圧検出回路は、出力電圧を検出して出力電圧に比例した検出電圧を出力する。前記誤差増幅回路は、オペアンプと、入力抵抗と、帰還抵抗とを含む。前記オペアンプは、その反転入力端子に前記入力抵抗と、前記帰還抵抗とが接続され、前記入力抵抗の入力端に、前記基準電圧調整回路から出力される前記調整用電圧が入力される。前記オペアンプの反転入力端子の電圧は、前記オペアンプの出力端子電圧と、前記基準電圧調整回路から出力される前記調整用電圧に基づき、前記入力抵抗と前記帰還抵抗との抵抗分割比で決定される。
【００１６】
前記基準電圧調整回路は、正負電圧源を含み、正電圧から負電圧の範囲の前記調整用電圧を出力するから、前記調整用電圧を調整することにより、前記オペアンプの反転入力端子の電圧、すなわち基準電圧を零ボルトから任意の電圧に調整することができる。
【００１７】
前記オペアンプは、その非反転入力端子に前記出力電圧検出回路の検出電圧が入力され、出力端子からは、前記誤差増幅回路の出力として誤差増幅信号を出力する。
【００１８】
前記パルス幅制御回路は、前記誤差増幅信号が入力されて、パルス幅制御信号を出力し、前記スイッチング変換回路のスイッチング素子を制御する。スイッチング素子はパルス幅制御信号に基づきそのスイッチングが制御され、前記オペアンプの両入力端子の電圧が同電位となるようにオン・オフするから、スイッチング電源装置の出力電圧は、前記基準電圧調整回路により調整される基準電圧に比例した任意の直流電圧に安定化される。
【００１９】
このため、前記基準電圧調整回路により、前記オペアンプの反転入力端子の電圧、すなわち基準電圧が零ボルトに維持されると、非反転入力端子の電圧すなわち、前記出力電圧検出回路の検出電圧も零ボルトとなるように制御される。前記出力電圧検出回路の検出電圧は、スイッチング電源装置の出力電圧に比例した電圧であるため、スイッチング電源装置の出力電圧も零ボルトに維持される。
【００２０】
このように、本発明のスイッチング電源装置は、出力電圧を零ボルトに維持することができ、さらに、基準電圧調整回路によりオペアンプの反転入力端子の電圧、すなわち基準電圧を零ボルトからより高い任意の電圧迄調整することができるので、出力電圧を零ボルトから任意の電圧まで可変制御することができる。
【００２１】
オペアンプの反転入力端子の電圧は、例えば基準電圧調整回路をスイッチング電源装置の外部に設けること等により、スイッチング電源装置の外部から調整用電圧を入力することが可能であり、外部電圧によって、出力電圧を零ボルトから任意の電圧まで可変制御できるスイッチング電源装置を提供することができる。
【００２２】
前記基準電圧調整回路は、インピーダンス変換回路を含む構成とすることができる。前記インピーダンス変換回路を、オペアンプと、入力抵抗と、帰還抵抗とを含む構成とし、正負電圧源により駆動すれば、非反転入力端子に出力電圧設定用電圧を印加するだけで、スイッチング電源装置の出力電圧を零ボルトから任意の電圧まで可変制御できる。また、前記インピーダンス変換回路を構成するオペアンプの非反転入力端子をスイッチング電源装置の外部端子とすれば、スイッチング電源装置の外部から出力電圧設定用電圧を印加することで、スイッチング電源装置の出力電圧を零ボルトから任意の電圧まで可変制御できる。
【００２３】
出力電圧設定用電圧の電圧値とスイッチング電源装置の出力電圧の電圧値との関係は、前記基準電圧調整回路に含まれるオペアンプの帰還抵抗と入力抵抗の抵抗値を選定することにより、任意に関連付けることができ、出力電圧設定用電圧の電圧値をスイッチング電源装置の出力電圧と同一電圧値、あるいは比例した電圧値とすることもでき、また、その他の異なった電圧値とすることもできる。
【００２４】
前記誤差増幅回路を構成するオペアンプは、その反転入力端子にブリーダ抵抗を接続することができる。ブリーダ抵抗を接続すると、オペアンプの動作電圧にかかわらず、出力電圧設定用電圧の電圧範囲や、スイッチング電源装置の出力電圧との関係を任意に関連付けることができる。
【００２５】
本発明の他の目的、構成および利点については、添付図面を参照して、更に詳しく説明する。図面は単なる例示に過ぎない。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係るスイッチング電源装置の一実施例を概略的に説明するブロック図である。本実施例のスイッチング電源装置は、スイッチング変換回路１と、整流平滑回路２と、パルス幅制御回路３と、出力電圧設定回路４とを含む。図示実施例には、絶縁結合回路５、直流電圧源Ｅ、及び、負荷Ｌも含まれている。
【００２７】
直流電圧源Ｅはバッテリや、その他の直流電圧源、あるいは交流電圧を整流回路を介して直流に変換した電圧の何れでも利用できる。
【００２８】
スイッチング変換回路１は少なくとも一つのスイッチング素子１１を含み、直流電圧源Ｅから供給された直流電圧ＶＩＮをスイッチングする。スイッチング素子１１は入力された直流電圧ＶＩＮを高周波でスイッチングできればよく、典型的にはバイポーラトランジスタや、電界効果トランジスタ等の半導体素子が用いられる。スイッチング変換回路１は、更に変圧器や、チョークコイル等の磁電変換素子を含んでいてもよく、一個もしくは複数個のスイッチング素子１１と、前記磁電変換素子とを組み合わせて、オン・オン型、オン・オフ型あるいは絶縁型、非絶縁型等の公知のコンバータ回路としても構成できる。
【００２９】
整流平滑回路２は、スイッチング変換回路１と出力端子Ｔ０との間に配置され、整流部と、平滑部とを含み、スイッチング変換回路１から出力されるスイッチング出力を整流平滑して出力する。整流部は、一個もしくは複数個のダイオードや、制御電極を有するスイッチ素子を用い、前記コンバータ回路の形式に合わせ、半波整流回路、全波整流回路あるいはブリッジ整流回路等で構成する。制御電極を有するスイッチ素子を用いれば、同期整流回路が構成できる。平滑部は、コンデンサやチョークコイル等を用いて構成される。
【００３０】
出力電圧設定回路４は、出力電圧検出回路４１と、基準電圧調整回路４２と、誤差増幅回路４３とを含んで構成される。
【００３１】
出力電圧検出回路４１は、出力電圧を検出して出力電圧に比例した検出電圧を出力する。出力電圧検出回路４１は、本実施例では、出力端子Ｔ０に接続された抵抗Ｒ１、Ｒ２でなる抵抗分圧回路で構成される。
【００３２】
基準電圧調整回路４２は、正負電圧源＋Ｖ、−Ｖを含み、基準電圧を調整するために、正電圧から負電圧の範囲の調整用電圧を出力する。基準電圧調整回路４２は、本実施例では、正負電圧源＋Ｖ、−Ｖの間に接続されたボリュームＶＲで構成されている。この他、正負電圧調整機能を備えたバッテリや、その他の正負可変直流電圧源等、正電圧から負電圧の範囲の電圧を発生するものであれば用いることができる。
【００３３】
誤差増幅回路４３は、オペアンプ４４と、入力抵抗Ｒ３と、帰還抵抗Ｒ４とを含んで構成される。オペアンプ４４はその反転入力端子（−）に、入力抵抗Ｒ３と、帰還抵抗Ｒ４とが接続され、入力抵抗Ｒ３の入力端に基準電圧調整回路４２から出力される調整用電圧が入力され、その非反転入力端子（＋）に出力電圧検出回路４１の検出電圧が入力される。オペアンプ４４はこれらの入力された電圧を比較し、出力端子４４３から誤差増幅信号Ｓ１を出力する。誤差増幅信号Ｓ１は誤差増幅回路４３の出力としてパルス幅制御回路３に出力される。
【００３４】
パルス幅制御回路３は本実施例では、比較器３１と、基準三角波を発生する発振器３２とを含んで構成される。比較器３１は誤差増幅信号Ｓ１と、発振器３２から出力される基準三角波Ｓ２とが入力され、これらを比較し、制御パルスＳ３を出力する。制御パルスＳ３は、パルス幅制御回路３の出力として絶縁結合回路５を介してスイッチング変換回路１に供給され、スイッチング素子１１のオン・オフを制御する。
【００３５】
絶縁結合回路５はスイッチング電源装置の入力側と出力側とを電気的に絶縁するために設けられ、パルストランスあるいはフォトカプラ等で構成される。絶縁結合回路５は他の位置に配置してもよく、また非絶縁型コンバータのように、入力側と出力側との電気的な絶縁が必要でない場合は、省略することができる。
【００３６】
上述のように構成された本実施例のスイッチング電源装置において、直流電圧源Ｅから入力された直流電圧ＶＩＮは、スイッチング変換回路１によってスイッチングされ、そのスイッチング出力が整流平滑回路２によって整流、平滑され、出力端子Ｔ０を介して負荷Ｌに供給される。
【００３７】
出力端子Ｔ０には出力電圧検出回路４１が接続されている。出力電圧検出回路４１は、分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２によって出力電圧Ｖ０を分圧し、出力電圧Ｖ０に比例した検出電圧を誤差増幅回路４３を構成するオペアンプ４４の非反転入力端子（＋）に供給する。オペアンプ４４の反転入力端子（−）には、入力抵抗Ｒ３が接続されている。入力抵抗Ｒ３の入力端には、基準電圧調整回路４２から出力された調整用電圧が入力されるので、オペアンプ４４の反転入力端子（−）には、基準電圧が入力される。オペアンプ４４はこれらの入力された検出電圧と基準電圧とを比較し、比較結果に応じた電圧レベルの誤差増幅信号Ｓ１を出力する。
【００３８】
パルス幅制御回路３は誤差増幅信号Ｓ１と基準三角波Ｓ２とが入力され、これらを比較してスイッチング素子１１の制御パルスＳ３を出力する。制御パルスＳ３は絶縁結合回路５を介してスイッチング変換回路１に供給され、スイッチング素子１１のオン・オフを制御する。
【００３９】
図２は誤差増幅信号Ｓ１と基準三角波Ｓ２と制御パルスＳ３との関係を示す図である。パルス幅制御回路３は基準三角波Ｓ２が誤差増幅信号Ｓ１の電圧レベルを上回っているとき（図２（ａ）参照）、ハイレベルの制御パルスを出力する（図２（ｂ）参照）。ハイレベルの制御パルスはスイッチング素子１１のオン信号に対応しており、誤差増幅信号Ｓ１の電圧レベルが上方にシフトするとパルス幅が狭まり、逆に、下方にシフトするとパルス幅が広がる。このため、スイッチング素子１１は誤差増幅信号Ｓ１の電圧レベルによってそのオン幅が制御され、スイッチング電源装置の出力電圧が安定化される。図２において、時刻ｔ１〜ｔ２の期間は入力電圧変動や、負荷変動に対して誤差増幅信号Ｓ１の電圧レベルが変化し、パルス幅制御される様子を示している。
【００４０】
ここで、誤差増幅回路４３はオペアンプ４４と入力抵抗Ｒ３と帰還抵抗Ｒ４とを含んで構成される。オペアンプ４３は反転入力端子（−）と非反転入力端子（＋）の電位が同電位となるように誤差増幅信号Ｓ１を出力する。このため、オペアンプ４４の反転入力端子（−）に入力される基準電圧を任意の電圧に制御することにより、スイッチング電源装置の出力電圧Ｖ０を任意の電圧に安定化することができる。基準電圧、すなわちオペアンプ４４の反転入力端子（−）の電圧は、誤差増幅信号Ｓ１の電圧レベルおよび基準電圧調整回路４２から入力抵抗Ｒ３の入力端に入力される調整用電圧に基づき、入力抵抗Ｒ３と帰還抵抗Ｒ４の抵抗分割比で決定される。誤差増幅信号Ｓ１の電圧レベルは正電圧であるため、入力抵抗Ｒ３の入力端に入力される調整用電圧が正電圧の範囲では基準電圧を零ボルトにすることができない。
【００４１】
しかし、本実施例の基準電圧調整回路４２は、正負電圧源＋Ｖ、−Ｖを含み、正負電圧源＋Ｖ、−Ｖの間に接続されたボリュームＶＲで構成され、正電圧から負電圧の範囲の調整用電圧を出力する。このため、ボリュームＶＲを調整することにより、基準電圧を零ボルトに維持することができる。基準電圧、すなわちオペアンプ４４の反転入力端子（−）の電圧が零ボルトに維持されると、誤差増幅回路４３はオペアンプ４４の非反転入力端子（＋）の電圧も零ボルトに維持するように動作する。非反転入力端子（＋）の電圧は、スイッチング電源装置の出力電圧Ｖ０に比例した電圧であり、非反転入力端子（＋）の電圧が零ボルトに維持されることは、スイッチング電源装置の出力電圧Ｖ０が零ボルトに維持されることを意味している。
【００４２】
このように、本実施例のスイッチング電源装置は、誤差増幅回路４３を構成するオペアンプ４４の反転入力端子（−）に入力される基準電圧を零ボルトに維持することができるため、スイッチング電源装置の出力電圧Ｖ０を零ボルトに維持することができる。
【００４３】
更に、基準電圧調整回路４２のボリュームＶＲを調整することにより、基準電圧を零ボルトより高い任意の電圧に調整し、維持することができる。このため、出力電圧Ｖ０を零ボルトから任意の電圧まで直線的に可変制御できるスイッチング電源装置を得ることができる。
【００４４】
基準電圧調整回路４２はスイッチング電源装置の外部に配置することが可能である。このように構成することで、負電源を持たない汎用のスイッチング電源装置に、基準電圧調整回路４２を組み合わせ、出力電圧Ｖ０を零ボルトから任意の電圧まで直線的に可変制御できるスイッチング電源装置を容易に構成できる。
【００４５】
図３は本発明に係るスイッチング電源装置の別の実施例を示す電気回路図である。図において、図１と同一参照符号は同一構成部分を示しており、１２は変圧器、２１、２２はダイオード、２３はチョークコイル、２４はコンデンサ、４５はインピーダンス変換回路、６は出力電圧設定用電圧源である。
【００４６】
本実施例は一石式フォワードコンバータ方式のスイッチング電源装置に本発明を適用した例を示している。但し、コンバータの形式は特に限定されない。本実施例の特徴は、基準電圧調整回路４２にインピーダンス変換回路４５を含む点にある。
【００４７】
本実施例のスイッチング電源装置において、コンバータの形式および出力電圧設定回路４における基準電圧調整回路４２以外の構成は図１に示した実施例とほぼ同一であるため、以下、コンバータおよび基準電圧調整回路４２を主体にして説明する。スイッチング変換回路１は変圧器１２と一つの電界効果トランジスタで構成されたスイッチング素子１１を含む。変圧器１２は入力巻線１３と出力巻線１４とを含み、入力巻線１３がスイッチング素子１１を介して直流電圧源Ｅに接続される。
【００４８】
整流平滑回路２は、ダイオード２１、２２と、チョークコイル２３と、コンデンサ２４とを含んで構成され、入力側が変圧器１２の出力巻線１４に接続され、出力側が出力端子Ｔ０に接続される。
【００４９】
このように構成されたコンバータにおいて、スイッチング変換回路１は、スイッチング素子１１により、直流電圧源Ｅから変圧器１２の入力巻線１３に供給された直流電圧ＶＩＮをスイッチングし、出力巻線１４にスイッチング出力を発生する。
【００５０】
整流平滑回路２は、スイッチング変換回路１から出力されるスイッチング出力を整流平滑し、出力端子Ｔ０から負荷Ｌに供給する。
【００５１】
パルス幅制御回路３と絶縁結合回路５は図１に示した実施例と同様に構成される。出力電圧設定回路４は、基準電圧調整回路４２を除き、図１に示した実施例と同様に構成される。
【００５２】
基準電圧調整回路４２は、正負電圧源＋Ｖ、−Ｖを含み、正電圧から負電圧の範囲の基準電圧を出力する点で、図１に示した実施例と同様であるが、本実施例では、更に、インピーダンス変換回路４５を含んでいる。インピーダンス変換回路４５はオペアンプ４６と、入力抵抗Ｒ５と、帰還抵抗Ｒ６とを含んで構成され、正負電圧源＋Ｖ、−Ｖにより駆動される。オペアンプ４６は、その反転入力端子（−）に入力抵抗Ｒ５と、帰還抵抗Ｒ６とが接続され、正電圧源＋Ｖが入力抵抗Ｒ５を介して入力される。オペアンプ４６の非反転入力端子（＋）には出力電圧設定用電圧源６から出力電圧設定用電圧ＶＳが印加される。オペアンプ４６の出力端子４６３は基準電圧調整回路４２の出力とされる。
【００５３】
出力電圧設定用電圧源６は、電圧調整機能を備えたバッテリや、その他の可変直流電圧源等、所定範囲の電圧を発生するものであれば用いることができる。出力電圧設定用電圧源６は、スイッチング電源装置の内部要素であっても、外部要素であってもよい。
【００５４】
このように構成された本実施例のスイッチング電源装置は、出力電圧設定用電圧源６からインピーダンス変換回路４５を構成するオペアンプ４６の非反転入力端子（＋）に出力電圧設定用電圧ＶＳを印加することにより、スイッチング電源装置の出力電圧を零ボルトから任意の電圧まで直線的に可変制御することができる。
【００５５】
図４はスイッチング電源装置の出力電圧と出力電圧設定用電圧との関係を示すグラフであって、出力電圧設定用電圧ＶＳが零ボルトのときスイッチング電源装置の出力電圧Ｖ０が零ボルトに制御される場合を示している。この場合、出力電圧設定回路４２は以下のように構成される。
【００５６】
スイッチング電源装置の出力電圧Ｖ０が零ボルトのとき、誤差増幅回路４３から出力される誤差増幅信号Ｓ１は、基準三角波Ｓ２の上限になっている。このときの誤差増幅信号Ｓ１の電圧レベルをＶ０ｈとする。誤差増幅回路４３を構成するオペアンプ４４の非反転入力端子（＋）の電圧は、スイッチング電源装置の出力電圧Ｖ０が零ボルトだから、当然零ボルトになる。このとき、オペアンプの反転入力端子（−）の電圧は、非反転入力端子（＋）の電圧と同電位となるように動作し、零ボルトになる。
【００５７】
本実施例では、インピーダンス変換回路４５を正負電圧源＋Ｖ、−Ｖにより駆動するため、誤差増幅回路を構成するオペアンプ４４の反転入力端子（−）の電圧が零ボルトになるに従い、インピーダンス変換回路４５の出力電圧は負電圧迄低下する。このとき、オペアンプ４４の入力抵抗Ｒ３に流れる電流Ｉ１は、オペアンプ４４の入力インピーダンスが高いことにより、帰還抵抗Ｒ４に流れる電流とほとんど等しく、Ｉ１＝Ｖ０ｈ／Ｒ４となる。
【００５８】
インピーダンス変換回路４５を構成するオペアンプ４６の非反転入力端子（＋）には、零ボルトの出力電圧設定用電圧ＶＳが印加されている。反転入力端子（−）の電圧は、非反転入力端子（＋）の電圧と同電位となるように動作し、零ボルトとなる。このため、入力抵抗Ｒ５に流れる電流Ｉ２は、Ｉ２＝Ｖ／Ｒ５となり、オペアンプ４６の入力インピーダンスが高いことにより、電流Ｉ２はほとんど帰還抵抗Ｒ６に流れる。インピーダンス変換回路４５を構成するオペアンプ４６の帰還抵抗Ｒ６は、その両端間電圧が誤差増幅回路４３を構成するオペアンプ４４の入力抵抗Ｒ３の両端間電圧に等しくなるように設定されるのが好ましく、Ｒ６＝（Ｖ０ｈ／Ｒ４）×Ｒ３／Ｉ２を満足するように設定すると正確な制御が可能となる。帰還抵抗Ｒ６の値が高かったり、低かったりすると、図４の破線で示すごとく、零ボルト付近での直線性が保てなくなる。
【００５９】
図４のグラフでは、出力電圧設定用電圧ＶＳが零ボルトのとき、スイッチング電源装置の出力電圧が零ボルトに制御される場合を示したが、出力電圧設定用電圧ＶＳとスイッチング電源装置の出力電圧との関係は、基準電圧調整回路４２に含まれるオペアンプ４６の入力抵抗Ｒ５と帰還抵抗Ｒ６の抵抗値を選定することにより、任意に関連付けることができ、出力電圧設定用電圧ＶＳをスイッチング電源装置の出力電圧Ｖ０と同一電圧値、あるいは比例した電圧値とすることもでき、また、その他の異なった電圧値とすることもできる。
【００６０】
さらに、本実施例においても、図１に示した実施例と同様、基準電圧調整回路４２をスイッチング電源装置の外部に配置することが可能であり、また、インピーダンス変換回路４５を構成するオペアンプ４６の非反転入力端子（＋）のみスイッチング電源装置の外部端子とし、外部に設けた出力電圧設定用電圧源による外部電圧によって、スイッチング電源装置の出力電圧を可変制御するよう構成することも可能である。
【００６１】
図５は本発明に係るスイッチング電源装置の更に別の実施例を示す電気回路図である。図において、図３と同一参照符号は同一構成部分を示している。
【００６２】
本実施例は、図３に示した実施例の誤差増幅回路４３において、その反転入力端子（−）にブリーダ抵抗Ｒ７を接続したことを特徴としている。ブリーダ抵抗Ｒ７を接続すると、オペアンプ４４の反転入力端子（−）に入力される基準電圧が、入力抵抗Ｒ３とブリーダ抵抗Ｒ７とにより分圧されるため、オペアンプ４４の動作電圧にかかわらず、出力電圧設定用電圧ＶＳの電圧範囲や、スイッチング電源装置の出力電圧Ｖ０との関係を任意に関連付けることができる。
【００６３】
以上、本発明の実施例を参照して、本発明の内容を具体的に説明したが、当業者であれば本発明の基本的技術思想および教示に基づいて種々の変形を行うことができることは自明である。
【００６４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば次のような効果を得ることができる。
（ａ）出力電圧を零ボルトから任意の電圧まで可変制御できるスイッチング電源装置を提供することができる。
（ｂ）外部電圧によって、出力電圧を零ボルトから任意の電圧まで可変制御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】
【図１】本発明に係るスイッチング電源装置の一実施例を概略的に説明するブロック図である。
【図２】誤差増幅信号Ｓ１と基準三角波Ｓ２と制御パルスＳ３との関係を示す図である。
【図３】本発明に係るスイッチング電源装置の別の実施例を示す電気回路図である。
【図４】スイッチング電源装置の出力電圧と出力電圧設定用電圧との関係を示すグラフである。
【図５】本発明に係るスイッチング電源装置の更に別の実施例を示す電気回路図である。
【符号の説明】
１ スイッチング変換回路
１１ スイッチング素子
２ 整流平滑回路
３ パルス幅制御回路
４ 出力電圧設定回路
４１ 出力電圧検出回路
４２ 基準電圧調整回路
４３ 誤差増幅回路
４４、４６ オペアンプ
４５ インピーダンス変換回路
Ｒ３、Ｒ５ 入力抵抗
Ｒ４、Ｒ６ 帰還抵抗
Ｅ 直流電圧源
＋Ｖ 正電圧源
−Ｖ 負電圧源
Ｓ１ 誤差増幅信号
Ｓ２ 基準三角波
Ｓ３ 制御パルス
【発明の属する技術分野】
本発明は、出力電圧を零ボルトから任意の電圧まで直線的に可変制御できるスイッチング電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、半導体テスタや、電子部品の試験装置等の分野において、出力電圧を零ボルトから任意の電圧まで直線的に可変制御できる電源装置が用いられている。このような電源装置は、出力電圧を零ボルトから任意の電圧まで正確に制御する必要があり、その制御の容易さから、一般的にドロッパ方式の電源装置が用いられていた。
【０００３】
他方、ドロッパ方式の電源装置と較べ、小型、軽量で、高効率に構成できるスイッチング電源装置の普及に伴い、上述の分野においても、スイッチング電源装置の利用が提案されている。特開平７−２１９６５２号公報はこのような技術を開示するものであり、既存のスイッチング方式直流安定化電源に零可変制御モジュールを備えるだけで、出力電圧を略零ボルトまで可変制御できる零可変電圧機能を付加している。
【０００４】
一般的に、スイッチング電源装置は、出力電圧を検出し、その検出電圧を基準電圧と比較して誤差増幅信号を生成し、その誤差増幅信号に基づくパルス幅制御信号によりスイッチング素子を制御して、出力電圧を安定化している。
【０００５】
誤差増幅信号を得るには、通常、誤差増幅回路を用いる。誤差増幅回路は、オペアンプと、入力抵抗と、帰還抵抗とを含んで構成される。オペアンプは、その反転入力端子に、入力抵抗を介して基準電圧が入力され、非反転入力端子に出力電圧に比例した検出電圧が入力され、出力端子に誤差増幅信号を出力する。
【０００６】
スイッチング素子は、誤差増幅信号に基づくパルス幅制御信号により、スイッチングが制御され、オペアンプの両入力端子の電圧が同電位となるようにオン・オフする。このため、スイッチング電源装置の出力電圧は基準電圧に比例した出力電圧に安定化される。
【０００７】
オペアンプの反転入力端子は、上述のように、入力抵抗を介して基準電圧が入力される。オペアンプの反転入力端子の電圧は、前記入力抵抗の入力端の電圧と前記誤差増幅信号の電圧（オペアンプの出力電圧）レベルに基づき、前記入力抵抗と前記帰還抵抗との抵抗分割比で決定される。従って、パルス幅を狭める制御により、前記誤差増幅信号の電圧（オペアンプの出力電圧）レベルが高くなると、前記入力抵抗の入力端の電圧を零ボルトにしても、オペアンプの反転入力端子電圧、すなわち基準電圧は、零ボルトまで低下しない。このため、非反転入力端子の電圧、すなわち出力電圧に比例した電圧も零ボルトまで低下することはない。このため、従来のスイッチング電源装置では、出力電圧を略零ボルトまで可変制御できるとはいえ、完全に零ボルトまで可変制御することができなかった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、出力電圧を零ボルトから任意の電圧まで可変制御できるスイッチング電源装置を提供することである。
【０００９】
本発明のもう一つの課題は、外部電圧によって、出力電圧を零ボルトから任意の電圧まで可変制御できるスイッチング電源装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、本発明に係るスイッチング電源装置は、スイッチング変換回路と、整流平滑回路と、パルス幅制御回路と、出力電圧設定回路とを含む。前記スイッチング変換回路は、少なくとも一つのスイッチング素子を含み、供給された直流電圧をスイッチングする。前記整流平滑回路は、前記スイッチング変換回路から出力されるスイッチング出力を整流平滑して出力する。
【００１１】
前記出力電圧設定回路は、出力電圧検出回路と、基準電圧調整回路と、誤差増幅回路とを含む。前記出力電圧検出回路は、出力電圧を検出して出力電圧に比例した検出電圧を出力する。前記基準電圧調整回路は、正負電圧源を含み、正電圧から負電圧の範囲の調整用電圧を出力する。
【００１２】
前記誤差増幅回路は、オペアンプと、入力抵抗と、帰還抵抗とを含む。前記オペアンプは、その反転入力端子に前記入力抵抗と、前記帰還抵抗とが接続され、前記入力抵抗の入力端に、前記調整用電圧が入力され、非反転入力端子に前記検出電圧が入力され、出力端子から、前記誤差増幅回路の出力として誤差増幅信号を出力する。前記パルス幅制御回路は、前記誤差増幅信号が入力されて、パルス幅制御信号を出力し、前記スイッチング変換回路のスイッチング素子を制御する。
【００１３】
上述したスイッチング電源装置において、入力された直流電圧は、スイッチング変換回路によってスイッチングされ、そのスイッチング出力が整流平滑回路によって整流、平滑される。前記パルス幅制御回路は、前記誤差増幅信号が入力されて、パルス幅制御信号を出力し、前記スイッチング変換回路のスイッチング素子を制御する。
【００１４】
このため、上述のスイッチング電源装置は、前記出力電圧設定回路により設定される任意の直流電圧を出力することができる。
【００１５】
前記出力電圧設定回路は、出力電圧検出回路と、基準電圧調整回路と、誤差増幅回路とを含んで構成される。前記出力電圧検出回路は、出力電圧を検出して出力電圧に比例した検出電圧を出力する。前記誤差増幅回路は、オペアンプと、入力抵抗と、帰還抵抗とを含む。前記オペアンプは、その反転入力端子に前記入力抵抗と、前記帰還抵抗とが接続され、前記入力抵抗の入力端に、前記基準電圧調整回路から出力される前記調整用電圧が入力される。前記オペアンプの反転入力端子の電圧は、前記オペアンプの出力端子電圧と、前記基準電圧調整回路から出力される前記調整用電圧に基づき、前記入力抵抗と前記帰還抵抗との抵抗分割比で決定される。
【００１６】
前記基準電圧調整回路は、正負電圧源を含み、正電圧から負電圧の範囲の前記調整用電圧を出力するから、前記調整用電圧を調整することにより、前記オペアンプの反転入力端子の電圧、すなわち基準電圧を零ボルトから任意の電圧に調整することができる。
【００１７】
前記オペアンプは、その非反転入力端子に前記出力電圧検出回路の検出電圧が入力され、出力端子からは、前記誤差増幅回路の出力として誤差増幅信号を出力する。
【００１８】
前記パルス幅制御回路は、前記誤差増幅信号が入力されて、パルス幅制御信号を出力し、前記スイッチング変換回路のスイッチング素子を制御する。スイッチング素子はパルス幅制御信号に基づきそのスイッチングが制御され、前記オペアンプの両入力端子の電圧が同電位となるようにオン・オフするから、スイッチング電源装置の出力電圧は、前記基準電圧調整回路により調整される基準電圧に比例した任意の直流電圧に安定化される。
【００１９】
このため、前記基準電圧調整回路により、前記オペアンプの反転入力端子の電圧、すなわち基準電圧が零ボルトに維持されると、非反転入力端子の電圧すなわち、前記出力電圧検出回路の検出電圧も零ボルトとなるように制御される。前記出力電圧検出回路の検出電圧は、スイッチング電源装置の出力電圧に比例した電圧であるため、スイッチング電源装置の出力電圧も零ボルトに維持される。
【００２０】
このように、本発明のスイッチング電源装置は、出力電圧を零ボルトに維持することができ、さらに、基準電圧調整回路によりオペアンプの反転入力端子の電圧、すなわち基準電圧を零ボルトからより高い任意の電圧迄調整することができるので、出力電圧を零ボルトから任意の電圧まで可変制御することができる。
【００２１】
オペアンプの反転入力端子の電圧は、例えば基準電圧調整回路をスイッチング電源装置の外部に設けること等により、スイッチング電源装置の外部から調整用電圧を入力することが可能であり、外部電圧によって、出力電圧を零ボルトから任意の電圧まで可変制御できるスイッチング電源装置を提供することができる。
【００２２】
前記基準電圧調整回路は、インピーダンス変換回路を含む構成とすることができる。前記インピーダンス変換回路を、オペアンプと、入力抵抗と、帰還抵抗とを含む構成とし、正負電圧源により駆動すれば、非反転入力端子に出力電圧設定用電圧を印加するだけで、スイッチング電源装置の出力電圧を零ボルトから任意の電圧まで可変制御できる。また、前記インピーダンス変換回路を構成するオペアンプの非反転入力端子をスイッチング電源装置の外部端子とすれば、スイッチング電源装置の外部から出力電圧設定用電圧を印加することで、スイッチング電源装置の出力電圧を零ボルトから任意の電圧まで可変制御できる。
【００２３】
出力電圧設定用電圧の電圧値とスイッチング電源装置の出力電圧の電圧値との関係は、前記基準電圧調整回路に含まれるオペアンプの帰還抵抗と入力抵抗の抵抗値を選定することにより、任意に関連付けることができ、出力電圧設定用電圧の電圧値をスイッチング電源装置の出力電圧と同一電圧値、あるいは比例した電圧値とすることもでき、また、その他の異なった電圧値とすることもできる。
【００２４】
前記誤差増幅回路を構成するオペアンプは、その反転入力端子にブリーダ抵抗を接続することができる。ブリーダ抵抗を接続すると、オペアンプの動作電圧にかかわらず、出力電圧設定用電圧の電圧範囲や、スイッチング電源装置の出力電圧との関係を任意に関連付けることができる。
【００２５】
本発明の他の目的、構成および利点については、添付図面を参照して、更に詳しく説明する。図面は単なる例示に過ぎない。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係るスイッチング電源装置の一実施例を概略的に説明するブロック図である。本実施例のスイッチング電源装置は、スイッチング変換回路１と、整流平滑回路２と、パルス幅制御回路３と、出力電圧設定回路４とを含む。図示実施例には、絶縁結合回路５、直流電圧源Ｅ、及び、負荷Ｌも含まれている。
【００２７】
直流電圧源Ｅはバッテリや、その他の直流電圧源、あるいは交流電圧を整流回路を介して直流に変換した電圧の何れでも利用できる。
【００２８】
スイッチング変換回路１は少なくとも一つのスイッチング素子１１を含み、直流電圧源Ｅから供給された直流電圧ＶＩＮをスイッチングする。スイッチング素子１１は入力された直流電圧ＶＩＮを高周波でスイッチングできればよく、典型的にはバイポーラトランジスタや、電界効果トランジスタ等の半導体素子が用いられる。スイッチング変換回路１は、更に変圧器や、チョークコイル等の磁電変換素子を含んでいてもよく、一個もしくは複数個のスイッチング素子１１と、前記磁電変換素子とを組み合わせて、オン・オン型、オン・オフ型あるいは絶縁型、非絶縁型等の公知のコンバータ回路としても構成できる。
【００２９】
整流平滑回路２は、スイッチング変換回路１と出力端子Ｔ０との間に配置され、整流部と、平滑部とを含み、スイッチング変換回路１から出力されるスイッチング出力を整流平滑して出力する。整流部は、一個もしくは複数個のダイオードや、制御電極を有するスイッチ素子を用い、前記コンバータ回路の形式に合わせ、半波整流回路、全波整流回路あるいはブリッジ整流回路等で構成する。制御電極を有するスイッチ素子を用いれば、同期整流回路が構成できる。平滑部は、コンデンサやチョークコイル等を用いて構成される。
【００３０】
出力電圧設定回路４は、出力電圧検出回路４１と、基準電圧調整回路４２と、誤差増幅回路４３とを含んで構成される。
【００３１】
出力電圧検出回路４１は、出力電圧を検出して出力電圧に比例した検出電圧を出力する。出力電圧検出回路４１は、本実施例では、出力端子Ｔ０に接続された抵抗Ｒ１、Ｒ２でなる抵抗分圧回路で構成される。
【００３２】
基準電圧調整回路４２は、正負電圧源＋Ｖ、−Ｖを含み、基準電圧を調整するために、正電圧から負電圧の範囲の調整用電圧を出力する。基準電圧調整回路４２は、本実施例では、正負電圧源＋Ｖ、−Ｖの間に接続されたボリュームＶＲで構成されている。この他、正負電圧調整機能を備えたバッテリや、その他の正負可変直流電圧源等、正電圧から負電圧の範囲の電圧を発生するものであれば用いることができる。
【００３３】
誤差増幅回路４３は、オペアンプ４４と、入力抵抗Ｒ３と、帰還抵抗Ｒ４とを含んで構成される。オペアンプ４４はその反転入力端子（−）に、入力抵抗Ｒ３と、帰還抵抗Ｒ４とが接続され、入力抵抗Ｒ３の入力端に基準電圧調整回路４２から出力される調整用電圧が入力され、その非反転入力端子（＋）に出力電圧検出回路４１の検出電圧が入力される。オペアンプ４４はこれらの入力された電圧を比較し、出力端子４４３から誤差増幅信号Ｓ１を出力する。誤差増幅信号Ｓ１は誤差増幅回路４３の出力としてパルス幅制御回路３に出力される。
【００３４】
パルス幅制御回路３は本実施例では、比較器３１と、基準三角波を発生する発振器３２とを含んで構成される。比較器３１は誤差増幅信号Ｓ１と、発振器３２から出力される基準三角波Ｓ２とが入力され、これらを比較し、制御パルスＳ３を出力する。制御パルスＳ３は、パルス幅制御回路３の出力として絶縁結合回路５を介してスイッチング変換回路１に供給され、スイッチング素子１１のオン・オフを制御する。
【００３５】
絶縁結合回路５はスイッチング電源装置の入力側と出力側とを電気的に絶縁するために設けられ、パルストランスあるいはフォトカプラ等で構成される。絶縁結合回路５は他の位置に配置してもよく、また非絶縁型コンバータのように、入力側と出力側との電気的な絶縁が必要でない場合は、省略することができる。
【００３６】
上述のように構成された本実施例のスイッチング電源装置において、直流電圧源Ｅから入力された直流電圧ＶＩＮは、スイッチング変換回路１によってスイッチングされ、そのスイッチング出力が整流平滑回路２によって整流、平滑され、出力端子Ｔ０を介して負荷Ｌに供給される。
【００３７】
出力端子Ｔ０には出力電圧検出回路４１が接続されている。出力電圧検出回路４１は、分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２によって出力電圧Ｖ０を分圧し、出力電圧Ｖ０に比例した検出電圧を誤差増幅回路４３を構成するオペアンプ４４の非反転入力端子（＋）に供給する。オペアンプ４４の反転入力端子（−）には、入力抵抗Ｒ３が接続されている。入力抵抗Ｒ３の入力端には、基準電圧調整回路４２から出力された調整用電圧が入力されるので、オペアンプ４４の反転入力端子（−）には、基準電圧が入力される。オペアンプ４４はこれらの入力された検出電圧と基準電圧とを比較し、比較結果に応じた電圧レベルの誤差増幅信号Ｓ１を出力する。
【００３８】
パルス幅制御回路３は誤差増幅信号Ｓ１と基準三角波Ｓ２とが入力され、これらを比較してスイッチング素子１１の制御パルスＳ３を出力する。制御パルスＳ３は絶縁結合回路５を介してスイッチング変換回路１に供給され、スイッチング素子１１のオン・オフを制御する。
【００３９】
図２は誤差増幅信号Ｓ１と基準三角波Ｓ２と制御パルスＳ３との関係を示す図である。パルス幅制御回路３は基準三角波Ｓ２が誤差増幅信号Ｓ１の電圧レベルを上回っているとき（図２（ａ）参照）、ハイレベルの制御パルスを出力する（図２（ｂ）参照）。ハイレベルの制御パルスはスイッチング素子１１のオン信号に対応しており、誤差増幅信号Ｓ１の電圧レベルが上方にシフトするとパルス幅が狭まり、逆に、下方にシフトするとパルス幅が広がる。このため、スイッチング素子１１は誤差増幅信号Ｓ１の電圧レベルによってそのオン幅が制御され、スイッチング電源装置の出力電圧が安定化される。図２において、時刻ｔ１〜ｔ２の期間は入力電圧変動や、負荷変動に対して誤差増幅信号Ｓ１の電圧レベルが変化し、パルス幅制御される様子を示している。
【００４０】
ここで、誤差増幅回路４３はオペアンプ４４と入力抵抗Ｒ３と帰還抵抗Ｒ４とを含んで構成される。オペアンプ４３は反転入力端子（−）と非反転入力端子（＋）の電位が同電位となるように誤差増幅信号Ｓ１を出力する。このため、オペアンプ４４の反転入力端子（−）に入力される基準電圧を任意の電圧に制御することにより、スイッチング電源装置の出力電圧Ｖ０を任意の電圧に安定化することができる。基準電圧、すなわちオペアンプ４４の反転入力端子（−）の電圧は、誤差増幅信号Ｓ１の電圧レベルおよび基準電圧調整回路４２から入力抵抗Ｒ３の入力端に入力される調整用電圧に基づき、入力抵抗Ｒ３と帰還抵抗Ｒ４の抵抗分割比で決定される。誤差増幅信号Ｓ１の電圧レベルは正電圧であるため、入力抵抗Ｒ３の入力端に入力される調整用電圧が正電圧の範囲では基準電圧を零ボルトにすることができない。
【００４１】
しかし、本実施例の基準電圧調整回路４２は、正負電圧源＋Ｖ、−Ｖを含み、正負電圧源＋Ｖ、−Ｖの間に接続されたボリュームＶＲで構成され、正電圧から負電圧の範囲の調整用電圧を出力する。このため、ボリュームＶＲを調整することにより、基準電圧を零ボルトに維持することができる。基準電圧、すなわちオペアンプ４４の反転入力端子（−）の電圧が零ボルトに維持されると、誤差増幅回路４３はオペアンプ４４の非反転入力端子（＋）の電圧も零ボルトに維持するように動作する。非反転入力端子（＋）の電圧は、スイッチング電源装置の出力電圧Ｖ０に比例した電圧であり、非反転入力端子（＋）の電圧が零ボルトに維持されることは、スイッチング電源装置の出力電圧Ｖ０が零ボルトに維持されることを意味している。
【００４２】
このように、本実施例のスイッチング電源装置は、誤差増幅回路４３を構成するオペアンプ４４の反転入力端子（−）に入力される基準電圧を零ボルトに維持することができるため、スイッチング電源装置の出力電圧Ｖ０を零ボルトに維持することができる。
【００４３】
更に、基準電圧調整回路４２のボリュームＶＲを調整することにより、基準電圧を零ボルトより高い任意の電圧に調整し、維持することができる。このため、出力電圧Ｖ０を零ボルトから任意の電圧まで直線的に可変制御できるスイッチング電源装置を得ることができる。
【００４４】
基準電圧調整回路４２はスイッチング電源装置の外部に配置することが可能である。このように構成することで、負電源を持たない汎用のスイッチング電源装置に、基準電圧調整回路４２を組み合わせ、出力電圧Ｖ０を零ボルトから任意の電圧まで直線的に可変制御できるスイッチング電源装置を容易に構成できる。
【００４５】
図３は本発明に係るスイッチング電源装置の別の実施例を示す電気回路図である。図において、図１と同一参照符号は同一構成部分を示しており、１２は変圧器、２１、２２はダイオード、２３はチョークコイル、２４はコンデンサ、４５はインピーダンス変換回路、６は出力電圧設定用電圧源である。
【００４６】
本実施例は一石式フォワードコンバータ方式のスイッチング電源装置に本発明を適用した例を示している。但し、コンバータの形式は特に限定されない。本実施例の特徴は、基準電圧調整回路４２にインピーダンス変換回路４５を含む点にある。
【００４７】
本実施例のスイッチング電源装置において、コンバータの形式および出力電圧設定回路４における基準電圧調整回路４２以外の構成は図１に示した実施例とほぼ同一であるため、以下、コンバータおよび基準電圧調整回路４２を主体にして説明する。スイッチング変換回路１は変圧器１２と一つの電界効果トランジスタで構成されたスイッチング素子１１を含む。変圧器１２は入力巻線１３と出力巻線１４とを含み、入力巻線１３がスイッチング素子１１を介して直流電圧源Ｅに接続される。
【００４８】
整流平滑回路２は、ダイオード２１、２２と、チョークコイル２３と、コンデンサ２４とを含んで構成され、入力側が変圧器１２の出力巻線１４に接続され、出力側が出力端子Ｔ０に接続される。
【００４９】
このように構成されたコンバータにおいて、スイッチング変換回路１は、スイッチング素子１１により、直流電圧源Ｅから変圧器１２の入力巻線１３に供給された直流電圧ＶＩＮをスイッチングし、出力巻線１４にスイッチング出力を発生する。
【００５０】
整流平滑回路２は、スイッチング変換回路１から出力されるスイッチング出力を整流平滑し、出力端子Ｔ０から負荷Ｌに供給する。
【００５１】
パルス幅制御回路３と絶縁結合回路５は図１に示した実施例と同様に構成される。出力電圧設定回路４は、基準電圧調整回路４２を除き、図１に示した実施例と同様に構成される。
【００５２】
基準電圧調整回路４２は、正負電圧源＋Ｖ、−Ｖを含み、正電圧から負電圧の範囲の基準電圧を出力する点で、図１に示した実施例と同様であるが、本実施例では、更に、インピーダンス変換回路４５を含んでいる。インピーダンス変換回路４５はオペアンプ４６と、入力抵抗Ｒ５と、帰還抵抗Ｒ６とを含んで構成され、正負電圧源＋Ｖ、−Ｖにより駆動される。オペアンプ４６は、その反転入力端子（−）に入力抵抗Ｒ５と、帰還抵抗Ｒ６とが接続され、正電圧源＋Ｖが入力抵抗Ｒ５を介して入力される。オペアンプ４６の非反転入力端子（＋）には出力電圧設定用電圧源６から出力電圧設定用電圧ＶＳが印加される。オペアンプ４６の出力端子４６３は基準電圧調整回路４２の出力とされる。
【００５３】
出力電圧設定用電圧源６は、電圧調整機能を備えたバッテリや、その他の可変直流電圧源等、所定範囲の電圧を発生するものであれば用いることができる。出力電圧設定用電圧源６は、スイッチング電源装置の内部要素であっても、外部要素であってもよい。
【００５４】
このように構成された本実施例のスイッチング電源装置は、出力電圧設定用電圧源６からインピーダンス変換回路４５を構成するオペアンプ４６の非反転入力端子（＋）に出力電圧設定用電圧ＶＳを印加することにより、スイッチング電源装置の出力電圧を零ボルトから任意の電圧まで直線的に可変制御することができる。
【００５５】
図４はスイッチング電源装置の出力電圧と出力電圧設定用電圧との関係を示すグラフであって、出力電圧設定用電圧ＶＳが零ボルトのときスイッチング電源装置の出力電圧Ｖ０が零ボルトに制御される場合を示している。この場合、出力電圧設定回路４２は以下のように構成される。
【００５６】
スイッチング電源装置の出力電圧Ｖ０が零ボルトのとき、誤差増幅回路４３から出力される誤差増幅信号Ｓ１は、基準三角波Ｓ２の上限になっている。このときの誤差増幅信号Ｓ１の電圧レベルをＶ０ｈとする。誤差増幅回路４３を構成するオペアンプ４４の非反転入力端子（＋）の電圧は、スイッチング電源装置の出力電圧Ｖ０が零ボルトだから、当然零ボルトになる。このとき、オペアンプの反転入力端子（−）の電圧は、非反転入力端子（＋）の電圧と同電位となるように動作し、零ボルトになる。
【００５７】
本実施例では、インピーダンス変換回路４５を正負電圧源＋Ｖ、−Ｖにより駆動するため、誤差増幅回路を構成するオペアンプ４４の反転入力端子（−）の電圧が零ボルトになるに従い、インピーダンス変換回路４５の出力電圧は負電圧迄低下する。このとき、オペアンプ４４の入力抵抗Ｒ３に流れる電流Ｉ１は、オペアンプ４４の入力インピーダンスが高いことにより、帰還抵抗Ｒ４に流れる電流とほとんど等しく、Ｉ１＝Ｖ０ｈ／Ｒ４となる。
【００５８】
インピーダンス変換回路４５を構成するオペアンプ４６の非反転入力端子（＋）には、零ボルトの出力電圧設定用電圧ＶＳが印加されている。反転入力端子（−）の電圧は、非反転入力端子（＋）の電圧と同電位となるように動作し、零ボルトとなる。このため、入力抵抗Ｒ５に流れる電流Ｉ２は、Ｉ２＝Ｖ／Ｒ５となり、オペアンプ４６の入力インピーダンスが高いことにより、電流Ｉ２はほとんど帰還抵抗Ｒ６に流れる。インピーダンス変換回路４５を構成するオペアンプ４６の帰還抵抗Ｒ６は、その両端間電圧が誤差増幅回路４３を構成するオペアンプ４４の入力抵抗Ｒ３の両端間電圧に等しくなるように設定されるのが好ましく、Ｒ６＝（Ｖ０ｈ／Ｒ４）×Ｒ３／Ｉ２を満足するように設定すると正確な制御が可能となる。帰還抵抗Ｒ６の値が高かったり、低かったりすると、図４の破線で示すごとく、零ボルト付近での直線性が保てなくなる。
【００５９】
図４のグラフでは、出力電圧設定用電圧ＶＳが零ボルトのとき、スイッチング電源装置の出力電圧が零ボルトに制御される場合を示したが、出力電圧設定用電圧ＶＳとスイッチング電源装置の出力電圧との関係は、基準電圧調整回路４２に含まれるオペアンプ４６の入力抵抗Ｒ５と帰還抵抗Ｒ６の抵抗値を選定することにより、任意に関連付けることができ、出力電圧設定用電圧ＶＳをスイッチング電源装置の出力電圧Ｖ０と同一電圧値、あるいは比例した電圧値とすることもでき、また、その他の異なった電圧値とすることもできる。
【００６０】
さらに、本実施例においても、図１に示した実施例と同様、基準電圧調整回路４２をスイッチング電源装置の外部に配置することが可能であり、また、インピーダンス変換回路４５を構成するオペアンプ４６の非反転入力端子（＋）のみスイッチング電源装置の外部端子とし、外部に設けた出力電圧設定用電圧源による外部電圧によって、スイッチング電源装置の出力電圧を可変制御するよう構成することも可能である。
【００６１】
図５は本発明に係るスイッチング電源装置の更に別の実施例を示す電気回路図である。図において、図３と同一参照符号は同一構成部分を示している。
【００６２】
本実施例は、図３に示した実施例の誤差増幅回路４３において、その反転入力端子（−）にブリーダ抵抗Ｒ７を接続したことを特徴としている。ブリーダ抵抗Ｒ７を接続すると、オペアンプ４４の反転入力端子（−）に入力される基準電圧が、入力抵抗Ｒ３とブリーダ抵抗Ｒ７とにより分圧されるため、オペアンプ４４の動作電圧にかかわらず、出力電圧設定用電圧ＶＳの電圧範囲や、スイッチング電源装置の出力電圧Ｖ０との関係を任意に関連付けることができる。
【００６３】
以上、本発明の実施例を参照して、本発明の内容を具体的に説明したが、当業者であれば本発明の基本的技術思想および教示に基づいて種々の変形を行うことができることは自明である。
【００６４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば次のような効果を得ることができる。
（ａ）出力電圧を零ボルトから任意の電圧まで可変制御できるスイッチング電源装置を提供することができる。
（ｂ）外部電圧によって、出力電圧を零ボルトから任意の電圧まで可変制御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】
【図１】本発明に係るスイッチング電源装置の一実施例を概略的に説明するブロック図である。
【図２】誤差増幅信号Ｓ１と基準三角波Ｓ２と制御パルスＳ３との関係を示す図である。
【図３】本発明に係るスイッチング電源装置の別の実施例を示す電気回路図である。
【図４】スイッチング電源装置の出力電圧と出力電圧設定用電圧との関係を示すグラフである。
【図５】本発明に係るスイッチング電源装置の更に別の実施例を示す電気回路図である。
【符号の説明】
１ スイッチング変換回路
１１ スイッチング素子
２ 整流平滑回路
３ パルス幅制御回路
４ 出力電圧設定回路
４１ 出力電圧検出回路
４２ 基準電圧調整回路
４３ 誤差増幅回路
４４、４６ オペアンプ
４５ インピーダンス変換回路
Ｒ３、Ｒ５ 入力抵抗
Ｒ４、Ｒ６ 帰還抵抗
Ｅ 直流電圧源
＋Ｖ 正電圧源
−Ｖ 負電圧源
Ｓ１ 誤差増幅信号
Ｓ２ 基準三角波
Ｓ３ 制御パルス
Claims (6)
- スイッチング変換回路と、整流平滑回路と、パルス幅制御回路と、出力電圧設定回路とを含むスイッチング電源装置であって、
前記スイッチング変換回路は、少なくとも一つのスイッチング素子を含み、供給された直流電圧をスイッチングし、
前記整流平滑回路は、前記スイッチング変換回路から出力されるスイッチング出力を整流平滑して出力し、
前記出力電圧設定回路は、出力電圧検出回路と、基準電圧調整回路と、誤差増幅回路とを含み、
前記出力電圧検出回路は、出力電圧を検出して出力電圧に比例した検出電圧を出力し、
前記基準電圧調整回路は、前記出力電圧の基準電位を基準とした正電圧、及び、前記出力電圧の基準電位を基準とした負電圧が供給され、前記基準電位を基準として、正電圧から負電圧の範囲の調整用電圧を出力し、
前記誤差増幅回路は、オペアンプと、入力抵抗と、帰還抵抗とを含み、
前記オペアンプは、その反転入力端子に前記入力抵抗と、前記帰還抵抗とが接続され、前記入力抵抗の入力端に、前記調整用電圧が入力され、非反転入力端子に前記検出電圧が入力され、出力端子から誤差増幅信号を出力し、
前記パルス幅制御回路は、前記誤差増幅信号が入力されて、パルス幅制御信号を出力し、前記スイッチング変換回路のスイッチング素子を制御する
スイッチング電源装置。 - 請求項１に記載されたスイッチング電源装置であって、
前記基準電圧調整回路は、インピーダンス変換回路を含み、
前記インピーダンス変換回路はオペアンプと、入力抵抗と、帰還抵抗とを含み、
前記インピーダンス変換回路において、前記オペアンプは、反転入力端子に前記入力抵抗と、前記帰還抵抗とが接続され、正電圧源が前記入力抵抗を介して入力され、前記オペアンプの非反転入力端子には出力電圧設定用電圧源から出力電圧設定用電圧が印加され、前記オペアンプの前記出力端子は基準電圧調整回路の出力とされる
スイッチング電源装置。 - 請求項１または２に記載されたスイッチング電源装置であって、
前記基準電圧調整回路は、スイッチング電源装置の外部に配置され、
前記基準電圧調整回路は、インピーダンス変換回路を含み、前記インピーダンス変換回路は、オペアンプと、入力抵抗と、帰還抵抗とを含み、前記オペアンプは、前記正負電圧源により駆動され、その反転入力端子に前記入力抵抗と、前記帰還抵抗とが接続され、前記入力抵抗を介して正電圧が入力され、非反転入力端子に出力電圧設定用電圧が印加され、出力端子から、前記調整用電圧を出力する
スイッチング電源装置。 - 請求項３に記載されたスイッチング電源装置であって、
前記非反転入力端子は、スイッチング電源装置の外部端子とされている
スイッチング電源装置。 - 請求項３または４の何れかに記載されたスイッチング電源装置であって、
前記基準電圧設定用電圧は、スイッチング電源装置の出力電圧に比例する
スイッチング電源装置。 - 請求項３乃至５の何れかに記載されたスイッチング電源装置であって、
前記誤差増幅回路を構成するオペアンプは、その反転入力端子にブリーダ抵抗が接続されている
スイッチング電源装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000177556A JP3580491B2 (ja) | 2000-06-13 | 2000-06-13 | スイッチング電源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000177556A JP3580491B2 (ja) | 2000-06-13 | 2000-06-13 | スイッチング電源装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001359272A JP2001359272A (ja) | 2001-12-26 |
| JP3580491B2 true JP3580491B2 (ja) | 2004-10-20 |
Family
ID=18679126
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000177556A Expired - Lifetime JP3580491B2 (ja) | 2000-06-13 | 2000-06-13 | スイッチング電源装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3580491B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019106777A (ja) * | 2017-12-12 | 2019-06-27 | Tdk株式会社 | 電源装置 |
| CN114062758A (zh) * | 2021-10-23 | 2022-02-18 | 广州金升阳科技有限公司 | 一种电信号检测方法、电路及开关电源 |
-
2000
- 2000-06-13 JP JP2000177556A patent/JP3580491B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001359272A (ja) | 2001-12-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110401349B (zh) | 电源控制用半导体装置和开关电源装置及其设计方法 | |
| CN100561842C (zh) | 在开关电源中用于电流和电压控制的控制电路 | |
| US20030026115A1 (en) | Switching-type DC-DC converter | |
| JP2005210759A (ja) | 共振型スイッチング電源装置 | |
| CN105103426A (zh) | 在电压调节的开关模式电源中的电压下降控制 | |
| US20160336857A1 (en) | Switching-mode power supplies | |
| JP2005300376A (ja) | 電圧検出回路、電源装置及び半導体装置 | |
| US6646450B2 (en) | Method and apparatus for near losslessly measuring inductor current | |
| US10461632B1 (en) | Current sensing for bridgeless PFC converters | |
| JP2007511995A (ja) | スイッチモード電源 | |
| TWI235621B (en) | Control device and method for capacitance charger | |
| JP4662005B2 (ja) | スイッチング電源装置 | |
| JP3580491B2 (ja) | スイッチング電源装置 | |
| JP3876223B2 (ja) | スイッチング電源回路 | |
| US5708572A (en) | Switched-mode power supply | |
| CN112119577A (zh) | 用于在仪表和其它装置中使用的宽范围电源 | |
| US5434769A (en) | Multi-phase adaptable AC-DC converter | |
| JP6810150B2 (ja) | スイッチング電源装置および半導体装置 | |
| JP3268725B2 (ja) | 直流電圧検出器 | |
| FI113916B (fi) | Tasasuuntauksen ohjauskytkentä | |
| JP3963095B2 (ja) | スイッチング電源装置 | |
| US6727663B2 (en) | Circuit arrangement for feeding a load | |
| KR0119789B1 (ko) | 주파수 가변 링 쵸크 콘버터 | |
| JPH05336747A (ja) | スイッチング電源 | |
| KR860000795Y1 (ko) | 스위칭 모우드 전력공급장치의 출력전압 안정화회로 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040209 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040218 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040416 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040714 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040715 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 3580491 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080730 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090730 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090730 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100730 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110730 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120730 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130730 Year of fee payment: 9 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |