JP4999362B2 - スイッチング電源 - Google Patents
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Description
本発明は、スイッチ素子を備え、このスイッチ素子を用いて直流電源からの電源電圧を任意の電圧に変換して出力するスイッチング電源に関するものである。
従来のスイッチ素子を備え、このスイッチ素子を用いて直流電源からの電源電圧を任意の電圧に変換して出力する電源回路は、図３に示す。なお、図３に示すスイッチング電源は降圧チョッパ型電源である。具体的には、直流電源１にスイッチ素子２を接続し、このスイッチ素子２の出力側にダイオード１１と出力チョーク１２を接続し、出力チョーク１２の出力側に平滑コンデンサ１３と負荷１４を接続してある。スイッチ素子２の制御端子に制御回路３を接続し、この制御回路３に抵抗からなる発振周波数設定手段４を接続してある。
このスイッチング電源には発振周波数設定手段４は設けてあるが、入力電圧が大幅に変化した場合に、これに応じて発振周波数を変更させる手段を設けていない。そのため、制御回路３を用いた固定周波数のスイッチング電源を作成する場合、図５の動作波形図で示すように、制御回路固有の最小オン時間(ｔonmin)のよる誤動作領域が存在する。降圧チョッパ型電源の場合、出力電圧Ｖｏは、Ｖｏ＝Ｖin×ｔon／Ｔ（Ｖin：入力電圧、ｔon：オン時間、Ｔ：発振周期）となるが、ｔonには最小オン時間(ｔonmin)が必ず存在するため、Ｖomin＝Ｖin×ｔonmin／Ｔが理論上の出力下限電圧となり、この状態から入力電圧が上昇した場合、出力電圧Ｖｏを一定に保つためには発振周期Ｔが大きくならざるを得ない。しかしながら発振周期Ｔは制御回路によって固定となっており、リニアに変動せず、発振領域と未発振領域を不定期に繰り返す事で制御をし始める。このため、出力リップル電圧が大きくなる等の問題点が発生する。
以上のような問題点を解決するため、リップル電圧が基準値より大きい場合若しくは小さい場合に発振周波数を切り換える手段を設けたスイッチング電源が開発された（特許文献１参照）。
特開２００１−２１８４５３公報
しかし、特許文献１に示してある発振周波数を切り換える手段は、動作が連続的でないため、スイッチング電源が安定したスイッチング動作を行えるとはいいがたい。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、入力電圧にかかわらずスイッチ素子が安定して発振するスイッチング電源を提供する。
上記課題を解決するために、本発明に係るスイッチング電源は、スイッチ素子を備え、このスイッチ素子を用いて直流電源からの電源電圧を任意の電圧に変換して出力するスイッチング電源において、前記スイッチ素子の発振周波数を制御する制御回路を備え、この制御回路に発振周波数設定手段を接続し、入力電圧の増減に反比例して前記発振周波数設定手段に流れる電流が増減し、これに比例して前記発振周波数が増減するように構成してあることを特徴とする。
前記発振周波数設定手段として抵抗を用いるとともに、入力電圧を抵抗で検出し、これら抵抗と別の抵抗を接続し、この抵抗を接地してあることを特徴とする。
本発明によれば、スイッチ素子の発振周波数を制御する制御回路に発振周波数設定手段を接続し、入力電圧の増減に反比例して発振周波数が増減するように構成したことにより、入力電圧にかかわらずスイッチ素子のスイッチング動作が安定する効果がある。
以下、添付図面を用いて本発明スイッチング電源に係る実施例を説明する。図１は本発明に係るスイッチング電源に適用する回路を示した図である。なお、本実施例においては、降圧チョッパ型電源を示すが、本発明は昇圧チョッパ型電源並びに昇降圧チョッパ型電源においても応用することができる。先ず、本実施例に係るスイッチング電源は、直流電源１にスイッチ素子２を接続し、このスイッチ素子２の出力側にダイオード１１と出力チョーク１２を接続し、出力チョーク１２の出力側に平滑コンデンサ１３と負荷１４を接続してある。スイッチ素子２の制御端子に制御回路３を接続してある。
スイッチ素子２の制御端子には、スイッチ素子２の発振周波数を制御する制御回路３を接続してある。この制御回路３に発振周波数設定手段４を接続し、入力電圧の増減に反比例して発振周波数設定手段４に流れる電流が増減し、これに比例して発振周波数が増減するように構成してある。具体的に発振周波数設定手段４は、抵抗５を用いるとともに、入力電圧を抵抗６で検出し、これら抵抗５，６と別の抵抗７を接続し、この抵抗７を接地してある。
本発明に係るスイッチング電源は以下のように作用する。なお、図２に本発明に係るスイッチング電源の動作波形図を示す。先ず、本実施例に示す制御回路３はこの制御回路３に接続する抵抗５に一定の発振周波数で電流を流すように設定してある。通常、この抵抗５に流れる電流が多くなると、発振周波数は高くなり、逆に抵抗５に流れる電流が少なくなると、発振周波数は低くなる。最小オン時間ｔonminと制御時間ｔonとの関係が、ｔonmin＞ｔon、又はｔonmin＝ｔonの場合は、図４の動作波形図に示すように、発振領域と未発振領域とが安定しているため、問題ない。しかし、ｔonmin＜ｔonの場合は、図５の動作波形図に示すように、発振領域と未発振領域とを不定期に繰り返す事で制御をし始める。このため、本発明では、以下の通りの作用により、入力電圧にかかわらずスイッチ素子のスイッチング動作を安定させる。
本発明においては、入力電圧が高くなると、入力電圧を検出する抵抗６に流れる電流は増加する。これに相反して、制御回路３に接続する抵抗５に流れる電流は減少する。この電流が減少すると、発振周波数が低くなり、発振周期Ｔが大きくなる。つまり、出力下限電圧Ｖominは、Ｖomin＝Ｖin×ｔonmin／Ｔの関係式において、入力電圧Ｖinが上昇した場合、発振周期Ｔを大きくすることで、図２の動作波形図に示す通り、変わらず安定する。
以上より、入力電圧の増減に反比例して発振周波数が増減するように構成したことにより、入力電圧にかかわらずスイッチ素子のスイッチング動作が安定する。
本発明によれば、スイッチ素子の発振周波数を制御する制御回路に発振周波数設定手段を接続し、入力電圧の増減に反比例して発振周波数が増減するように構成したことにより、入力電圧にかかわらずスイッチ素子のスイッチング動作が安定するスイッチング電源を提供することができ、産業上利用可能である。
１ 直流電源
２ スイッチ素子
３ 制御回路
４ 発振周波数設定手段
５，６，７ 抵抗
１１ ダイオード
１２ 出力チョーク
１３ 平滑コンデンサ
１４ 負荷
２ スイッチ素子
３ 制御回路
４ 発振周波数設定手段
５，６，７ 抵抗
１１ ダイオード
１２ 出力チョーク
１３ 平滑コンデンサ
１４ 負荷
Claims (2)
- スイッチ素子を備え、このスイッチ素子を用いて直流電源からの電源電圧を任意の電圧に変換して出力するスイッチング電源において、前記スイッチ素子の発振周波数を制御する制御回路を備え、この制御回路に発振周波数設定手段を接続し、入力電圧の増減に反比例して前記発振周波数設定手段に流れる電流が増減し、これに比例して前記発振周波数が増減するように構成してあることを特徴とするスイッチング電源。
- 前記発振周波数設定手段として抵抗を用いるとともに、入力電圧を抵抗で検出し、これら抵抗と別の抵抗を接続し、この抵抗を接地してあることを特徴とする請求項１記載のスイッチング電源。
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