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JP7640492B2 - Switching Power Supply Unit - Google Patents

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JP7640492B2 JP2022074214A JP2022074214A JP7640492B2 JP 7640492 B2 JP7640492 B2 JP 7640492B2 JP 2022074214 A JP2022074214 A JP 2022074214A JP 2022074214 A JP2022074214 A JP 2022074214A JP 7640492 B2 JP7640492 B2 JP 7640492B2
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Description

本発明は、商用交流電圧を整流平滑して中間電圧を生成し、中間電圧をDC-DCコンバータで所定の出力電圧に変換するスイッチング電源装置に関する。 The present invention relates to a switching power supply device that rectifies and smoothes a commercial AC voltage to generate an intermediate voltage, and converts the intermediate voltage to a specified output voltage using a DC-DC converter.

従来、例えば特許文献1に開示されているように、入力電圧を所定の出力電圧に変換する電力変換回路を備え、出力電圧を検出した電圧信号である出力電圧信号が基準電圧に近づくように、電力変換回路のスイッチング素子のオンオフが制御されるスイッチング電源装置があった。この種のスイッチング電源装置は、入力電源が商用交流電源だとすると、図8に示すスイッチング電源装置10のように表すことができる。 As disclosed in Patent Document 1, for example, there has been a switching power supply device that includes a power conversion circuit that converts an input voltage into a predetermined output voltage, and controls the on/off of a switching element in the power conversion circuit so that an output voltage signal, which is a voltage signal that detects the output voltage, approaches a reference voltage. If the input power supply of this type of switching power supply device is a commercial AC power supply, it can be represented as switching power supply device 10 shown in Figure 8.

スイッチング電源装置10は、商用交流電圧Vi(商用周波数Fac)を整流平滑して中間電圧Vcを出力する整流平滑回路12と、中間電圧Vcを所定の出力電圧Voに変換するDC-DCコンバータ14と、出力電圧Voを検出した電圧信号である出力電圧信号Vo1が基準電圧Vrefに近づくように、DC-DCコンバータ14のスイッチング素子14aのオンオフをフィードバック制御するスイッチング制御回路16とで構成される。 The switching power supply 10 is composed of a rectifier/smoothing circuit 12 that rectifies and smoothes a commercial AC voltage Vi (commercial frequency Fac) to output an intermediate voltage Vc, a DC-DC converter 14 that converts the intermediate voltage Vc to a predetermined output voltage Vo, and a switching control circuit 16 that feedback controls the on/off of a switching element 14a of the DC-DC converter 14 so that an output voltage signal Vo1, which is a voltage signal that detects the output voltage Vo, approaches a reference voltage Vref.

DC-DCコンバータ14のインバータ方式は特に限定されないが、商用交流電源に対する安全性を確保するため(例えば、感電事故を防止するため)、多くの場合、入出力絶縁型のコンバータが選択される。 The inverter type of the DC-DC converter 14 is not particularly limited, but in order to ensure safety with respect to commercial AC power (e.g., to prevent electric shock accidents), an input/output isolated type converter is often selected.

スイッチング制御回路16は、出力電圧信号Vo1と基準電圧Vrefとの差を増幅した電圧信号である第一の制御信号Ver1を生成する誤差増幅回路18と、第一の制御信号Ver1をパルス幅変調してスイッチング素子14aの駆動パルスVgを生成する駆動パルス生成回路20とで構成される。 The switching control circuit 16 is composed of an error amplifier circuit 18 that generates a first control signal Ver1, which is a voltage signal obtained by amplifying the difference between the output voltage signal Vo1 and the reference voltage Vref, and a drive pulse generation circuit 20 that pulse-width modulates the first control signal Ver1 to generate a drive pulse Vg for the switching element 14a.

誤差増幅回路18は、いわゆる反転増幅回路であり、出力電圧信号Vo1から基準電圧Vrefを差し引いた電圧を反転増幅した第一の制御信号Ver1を、絶縁手段18aを通じて出力する構成になっている。 The error amplifier circuit 18 is a so-called inverting amplifier circuit, and is configured to output a first control signal Ver1, which is the inverted and amplified voltage obtained by subtracting a reference voltage Vref from the output voltage signal Vo1, through an insulating means 18a.

駆動パルス生成回路20は、比較器22と三角波発生器24とで構成される。三角波発生器24は所定周波数の基準三角波Voscを発生させるブロックで、基準三角波Voscの周波数がスイッチング素子14aのスイッチング周波数となる。 The drive pulse generating circuit 20 is composed of a comparator 22 and a triangular wave generator 24. The triangular wave generator 24 is a block that generates a reference triangular wave Vosc of a predetermined frequency, and the frequency of the reference triangular wave Vosc becomes the switching frequency of the switching element 14a.

比較器22は、反転入力端子に基準三角波Voscが入力され、非反転入力端子に第一の制御信号Ver1が入力され、出力端子から駆動パルスVgを出力する。つまり、第一の制御信号Ver1が基準三角波Voscよりも高い期間、駆動パルスVgをハイレベルにしてスイッチング素子14aをオンさせ、第一の制御信号Ver1が基準三角波Voscよりも低い期間、駆動パルスVgをローレベルにしてスイッチング素子14aをオフさせる構成となっている。 The comparator 22 receives the reference triangular wave Vosc at its inverting input terminal, receives the first control signal Ver1 at its non-inverting input terminal, and outputs a drive pulse Vg from its output terminal. In other words, during the period when the first control signal Ver1 is higher than the reference triangular wave Vosc, the drive pulse Vg is set to a high level to turn on the switching element 14a, and during the period when the first control signal Ver1 is lower than the reference triangular wave Vosc, the drive pulse Vg is set to a low level to turn off the switching element 14a.

したがって、駆動パルス生成回路20は、第一の制御信号Ver1が低下した時に、駆動パルスVgのハイレベルとローレベルの時比率を、スイッチング素子14aのオンの時比率を小さくする方向に変化させ、第一の制御信号Ver1が上昇した時に、駆動パルスVgのハイレベルとローレベルの時比率を、スイッチング素子14aのオンの時比率を大きくする方向に変化させる動作を行う。 Therefore, when the first control signal Ver1 drops, the drive pulse generating circuit 20 changes the time ratio between the high level and the low level of the drive pulse Vg in a direction that reduces the time ratio of the switching element 14a that is on, and when the first control signal Ver1 rises, the drive pulse generating circuit 20 changes the time ratio between the high level and the low level of the drive pulse Vg in a direction that increases the time ratio of the switching element 14a that is on.

次に、スイッチング電源装置10のフィードバック制御の動作を簡単に説明する。例えば、目標値に保持されていた出力電圧Voが何らかの原因で少し上昇したとすると、誤差増幅回路18が、出力電圧信号Vo1が基準電圧Vrefより高くなったことを検出して第一の制御信号Ver1を低下させ、駆動パルス生成回路20が、駆動パルスVgのハイレベルとローレベルの時比率を、スイッチング素子14aのオンの時比率を小さくする方向に変化させるので、出力電圧Voが低下して目標値に戻る。反対に、目標値に保持されていた出力電圧Voが何らかの原因で少し低下したとすると、誤差増幅回路18が、出力電圧信号Vo1が基準電圧Vrefより低くなったことを検出して第一の制御信号Ver1を上昇させ、駆動パルス生成回路20が、駆動パルスVgのハイレベルとローレベルの時比率を、スイッチング素子14aのオンの時比率を大きくする方向に変化させるので、出力電圧Voが上昇して目標値に戻る。 Next, the operation of the feedback control of the switching power supply device 10 will be briefly explained. For example, if the output voltage Vo, which was held at the target value, rises slightly for some reason, the error amplifier circuit 18 detects that the output voltage signal Vo1 has become higher than the reference voltage Vref and lowers the first control signal Ver1, and the drive pulse generation circuit 20 changes the time ratio of the high level and low level of the drive pulse Vg in a direction that reduces the time ratio of the switching element 14a when it is on, so that the output voltage Vo falls and returns to the target value. On the other hand, if the output voltage Vo, which was held at the target value, falls slightly for some reason, the error amplifier circuit 18 detects that the output voltage signal Vo1 has become lower than the reference voltage Vref and raises the first control signal Ver1, and the drive pulse generation circuit 20 changes the time ratio of the high level and low level of the drive pulse Vg in a direction that increases the time ratio of the switching element 14a when it is on, so that the output voltage Vo rises and returns to the target value.

このスイッチング電源装置10は、中間電圧Vcが完全な直流電圧にならず、直流成分Vdcに、商用周波数Facに対応した周波数Frの脈流成分Vripが重畳した電圧となるので、出力電圧Voに、脈流成分Vripとほぼ同位相で振幅する不要な低周波リップル成分Vorが発生するという問題がある。 In this switching power supply device 10, the intermediate voltage Vc is not a completely DC voltage, but is a voltage in which a pulsating component Vrip of a frequency Fr corresponding to the commercial frequency Fac is superimposed on the DC component Vdc, resulting in the problem that an unnecessary low-frequency ripple component Vor that oscillates in approximately the same phase as the pulsating component Vrip is generated in the output voltage Vo.

まず、脈流成分Vrip及び周波数Frについて説明する。商用交流電源が単相の場合、例えば図9(a)に示すように、整流平滑回路12は、商用交流電圧Vi(商用周波数Fac)を4つのダイオードで全波整流する整流部26と、全波整流された電圧を平滑するコンデンサで成る平滑部28とで構成することができるが、この場合、図9(c)に示すように、中間電圧Vcに、周波数Fr=2・Facの脈流成分Vripが発生する。また、図9(b)に示すように、整流平滑回路12が、上記の整流部26と、力率改善用のチョッパ回路で成る平滑部30とで構成された時も、中間電圧Vcに、周波数Fr=2・Facの脈流成分Vripが発生する。 First, the pulsating component Vrip and frequency Fr will be described. When the commercial AC power supply is single-phase, for example, as shown in FIG. 9(a), the rectifying and smoothing circuit 12 can be configured with a rectifying section 26 that full-wave rectifies the commercial AC voltage Vi (commercial frequency Fac) with four diodes, and a smoothing section 28 that is configured with a capacitor that smoothes the full-wave rectified voltage. In this case, as shown in FIG. 9(c), a pulsating component Vrip with a frequency Fr=2·Fac is generated in the intermediate voltage Vc. Also, as shown in FIG. 9(b), when the rectifying and smoothing circuit 12 is configured with the above-mentioned rectifying section 26 and a smoothing section 30 that is configured with a chopper circuit for power factor improvement, a pulsating component Vrip with a frequency Fr=2·Fac is generated in the intermediate voltage Vc.

また、商用交流電圧が三相の場合、例えば図10(a)に示すように、整流平滑回路12は、商用交流電圧Viを6つのダイオードで全波整流する整流部32と、上記の平滑部28とで構成することができるが、この場合は、図10(b)に示すように、中間電圧Vcに、周波数Fr=3・Facの脈流成分Vripが発生する。 When the commercial AC voltage is three-phase, for example, as shown in FIG. 10(a), the rectifying and smoothing circuit 12 can be composed of a rectifying section 32 that full-wave rectifies the commercial AC voltage Vi using six diodes, and the smoothing section 28 described above. In this case, as shown in FIG. 10(b), a pulsating component Vrip with a frequency Fr = 3·Fac is generated in the intermediate voltage Vc.

低周波リップル成分Vorの主原因となる脈流成分Vripは、平滑部28,30のコンデンサの値を大きくすれば低減できるが、周波数Frが低周波なので多数の大容量コンデンサが必要になり、装置の大型化やコストアップが問題になる。 The pulsating component Vrip, which is the main cause of the low-frequency ripple component Vor, can be reduced by increasing the capacitor values of the smoothing sections 28 and 30. However, because the frequency Fr is low, many large-capacity capacitors are required, which leads to problems of larger equipment and higher costs.

また、脈流成分Vripが発生していても、出力電圧Voのフィードバック制御系の低周波帯域(周波数Frを含む帯域)のゲインを高くすれば、原理的には低周波リップル成分Vorを低減できる。しかし、周波数Frの帯域のゲインを高くすると、高周波帯域におけるフィードパック制御系のゲイン余裕や位相余裕が確保できずに発振してしまうので、実際は、周波数Frの帯域のゲインは低く抑えざるを得ない。そのため、図11に示すように、第一の制御信号Ver1の波形に、脈流成分Vripに対応した周波数Frの振動成分(低周波リップル成分Vorを抑えようとする成分)を発生させることができず、出力電圧Voに大きな低周波リップル成分Vorが発生してしまう。 Even if the pulsating component Vrip occurs, the low-frequency ripple component Vor can, in principle, be reduced by increasing the gain in the low-frequency band (band including frequency Fr) of the feedback control system of the output voltage Vo. However, if the gain in the band of frequency Fr is increased, the gain margin and phase margin of the feedback control system in the high-frequency band cannot be secured and oscillation occurs, so in practice, the gain in the band of frequency Fr must be kept low. Therefore, as shown in FIG. 11, it is not possible to generate an oscillation component of frequency Fr (a component that attempts to suppress the low-frequency ripple component Vor) corresponding to the pulsating component Vrip in the waveform of the first control signal Ver1, and a large low-frequency ripple component Vor occurs in the output voltage Vo.

その他、低周波リップル成分Vorを低減する方法として、スイッチング電源装置10を、図12に示すスイッチング電源装置10xのように改変する方法が考えられる。スイッチング電源装置10xの特徴は、三角波発生器24を独特な三角波発生器24xに変更し、基準三角波Voscの傾きを中間電圧Vcに略比例して変化させている点である。この改変により、中間電圧Vcの変化に応じて主スイッチング素子14aのオンの時比率を変化させて出力電圧Voを安定化するフィードフォワード制御が行われ、低周波リップル成分Vorを低減することができる。このフィードフォワード制御の技術は、特許文献2に開示されている。 Another possible method for reducing the low-frequency ripple component Vor is to modify the switching power supply 10 as shown in FIG. 12 as the switching power supply 10x. The switching power supply 10x is characterized in that the triangular wave generator 24 is changed to a unique triangular wave generator 24x, and the slope of the reference triangular wave Vosc is changed approximately in proportion to the intermediate voltage Vc. This modification performs feedforward control, which stabilizes the output voltage Vo by changing the on-time ratio of the main switching element 14a in response to changes in the intermediate voltage Vc, and can reduce the low-frequency ripple component Vor. This feedforward control technology is disclosed in Patent Document 2.

特開2014-128110号公報JP 2014-128110 A 特開2010-124524号公報JP 2010-124524 A

上記のように、従来のスイッチング電源装置10は、出力電圧Voの低周波リップル成分Vorを低減することが難しい。 As described above, it is difficult for the conventional switching power supply device 10 to reduce the low-frequency ripple component Vor of the output voltage Vo.

従来のスイッチング電源装置10xは、基準三角波Voscの傾きを利用したフィードフォワード制御を行うので、原理的には出力電圧Voの低周波リップル成分Vorを低減することができる。しかし、基準三角波Voscの傾きは、フィードバック制御系のゲイン特性にも大きく影響するものなので、中間電圧Vcの脈流成分Vripの影響でフィードバック制御系のゲイン特性が周期的に変動して不安定になってしまうという問題がある。また、特許文献2の中で説明されているように、基準三角波Voscの傾きを利用したフィードフォワード制御は、低入力電圧時にトランスが飽和するのを回避する特別な対策が必要であり、その対策の内容によっては電源効率が低下してしまう等の課題があるため、シンプルで安価な構成にすることが求められる汎用の電源装置や、入力電圧Viの範囲が広い電源装置に使用するのは避けたいという事情がある。 The conventional switching power supply device 10x performs feedforward control using the slope of the reference triangular wave Vosc, so in principle it can reduce the low-frequency ripple component Vor of the output voltage Vo. However, since the slope of the reference triangular wave Vosc also greatly affects the gain characteristics of the feedback control system, there is a problem that the gain characteristics of the feedback control system fluctuate periodically and become unstable due to the influence of the ripple component Vrip of the intermediate voltage Vc. In addition, as explained in Patent Document 2, feedforward control using the slope of the reference triangular wave Vosc requires special measures to avoid saturation of the transformer at low input voltages, and depending on the content of these measures, there are issues such as a decrease in power supply efficiency, so there are circumstances in which it is desirable to avoid using it in general-purpose power supplies that require a simple and inexpensive configuration or power supplies with a wide range of input voltages Vi.

本発明は、上記背景技術に鑑みて成されたものであり、出力電圧の低周波リップル成分を容易に低減できるシンプルな構成のスイッチング電源装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above background technology, and aims to provide a switching power supply device with a simple configuration that can easily reduce the low-frequency ripple components of the output voltage.

本発明は、商用交流電圧を整流平滑して中間電圧を出力する整流平滑回路と、前記中間電圧を所定の出力電圧に変換するDC-DCコンバータと、前記出力電圧を検出した電圧信号である出力電圧信号が基準電圧に近づくように、前記DC-DCコンバータのスイッチング素子のオンオフを制御するスイッチング制御回路とを備え、
前記スイッチング制御回路は、前記出力電圧信号から前記基準電圧を差し引いた電圧を反転増幅した電圧信号である第一の制御信号を生成する誤差増幅回路と、前記中間電圧に含まれる商用周波数に対応した周波数の脈流成分を検出し、前記第一の制御信号又は前記第一の制御信号を非反転増幅した電圧信号に、前記脈流成分を反転増幅した電圧信号が加算された第二の制御信号を生成する脈流成分信号注入回路と、前記第二の制御信号をパルス幅変調して前記スイッチング素子の駆動パルスを生成する駆動パルス生成回路とを備え、
駆動パルス生成回路は、前記第二の制御信号が低下した時に、前記駆動パルスのハイレベルとローレベルの時比率を、前記スイッチング素子のオンの時比率を小さくする方向に変化させ、前記第二の制御信号が上昇した時に、前記駆動パルスのハイレベルとローレベルの時比率を、前記スイッチング素子のオンの時比率を大きくする方向に変化させるスイッチング電源装置である。
The present invention includes a rectifying and smoothing circuit that rectifies and smoothes a commercial AC voltage to output an intermediate voltage, a DC-DC converter that converts the intermediate voltage into a predetermined output voltage, and a switching control circuit that controls on/off of a switching element of the DC-DC converter so that an output voltage signal, which is a voltage signal obtained by detecting the output voltage, approaches a reference voltage,
the switching control circuit includes an error amplifier circuit that generates a first control signal, which is a voltage signal obtained by inverting and amplifying a voltage obtained by subtracting the reference voltage from the output voltage signal; a ripple component signal injection circuit that detects a ripple component of a frequency corresponding to a commercial frequency included in the intermediate voltage, and generates a second control signal in which a voltage signal obtained by inverting and amplifying the ripple component is added to the first control signal or a voltage signal obtained by non-inverting and amplifying the first control signal; and a drive pulse generation circuit that pulse-width modulates the second control signal to generate a drive pulse for the switching element;
The drive pulse generating circuit is a switching power supply device that changes the time ratio of the high level and low level of the drive pulse in a direction that reduces the on-time ratio of the switching element when the second control signal drops, and changes the time ratio of the high level and low level of the drive pulse in a direction that increases the on-time ratio of the switching element when the second control signal rises.

前記脈流成分信号注入回路は、非反転入力端子に前記第一の制御信号が入力され、出力端子から前記第二の制御信号を出力するオペアンプと、前記オペアンプの反転入力端子と前記整流平滑回路の出力端との間に接続された、コンデンサ及び抵抗の直列回路で成る入力回路と、前記オペアンプの出力端子と反転入力端子との間に接続された、コンデンサ及び抵抗の並列回路で成る帰還回路とで構成することができる。 The pulsating flow component signal injection circuit can be composed of an operational amplifier that receives the first control signal at its non-inverting input terminal and outputs the second control signal from its output terminal, an input circuit consisting of a series circuit of a capacitor and a resistor connected between the inverting input terminal of the operational amplifier and the output terminal of the rectifying and smoothing circuit, and a feedback circuit consisting of a parallel circuit of a capacitor and a resistor connected between the output terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier.

特に本発明のスイッチング電源装置では、前記脈流成分信号注入回路は、前記中間電圧を抵抗分圧して降圧電圧を生成する分圧回路と、前記降圧電圧に基づいてデューティが設定された矩形波電圧を生成するパルス幅変調部と、前記矩形波電圧を平滑して前記降圧電圧に比例した平滑電圧を生成する平滑回路と、非反転入力端子に前記第一の制御信号が入力され、出力端子から前記第二の制御信号を出力するオペアンプと、前記オペアンプの反転入力端子と前記平滑回路の出力端との間に接続された、コンデンサ及び抵抗の直列回路で成る入力回路と、前記オペアンプの出力端子と反転入力端子との間に接続された、コンデンサ及び抵抗の並列回路で成る帰還回路とで構成する。 Particularly in the switching power supply of the present invention, the pulsating component signal injection circuit comprises a voltage dividing circuit which resistively divides the intermediate voltage to generate a stepped-down voltage, a pulse width modulation section which generates a rectangular wave voltage having a duty set based on the stepped-down voltage, a smoothing circuit which smoothes the rectangular wave voltage to generate a smoothed voltage proportional to the stepped-down voltage, an operational amplifier which receives the first control signal at its non-inverting input terminal and outputs the second control signal from its output terminal, an input circuit which is connected between the inverting input terminal of the operational amplifier and the output end of the smoothing circuit and which is composed of a series circuit of a capacitor and a resistor, and a feedback circuit which is connected between the output terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier and which is composed of a parallel circuit of a capacitor and a resistor.

あるいは、本発明のスイッチング電源装置では、前記脈流成分信号注入回路は、前記中間電圧を抵抗分圧して降圧電圧を生成する分圧回路と、前記降圧電圧をデジタル信号である降圧電圧信号に変換するADコンバータと、前記降圧電圧信号に基づいて、前記降圧電圧に対応したデジタル信号である比例電圧信号を生成するデジタル信号処理部と、前記比例電圧信号をアナログ電圧である比例電圧に変換するDAコンバータと、非反転入力端子に前記第一の制御信号が入力され、出力端子から前記第二の制御信号を出力するオペアンプと、前記オペアンプの反転入力端子と前記DAコンバータの出力端子との間に接続された、コンデンサ及び抵抗の直列回路で成る入力回路と、前記オペアンプの出力端子と反転入力端子との間に接続された、コンデンサ及び抵抗の並列回路で成る帰還回路とで構成する Alternatively, in the switching power supply device of the present invention, the pulsating flow component signal injection circuit is composed of a voltage dividing circuit that resistively divides the intermediate voltage to generate a step-down voltage, an AD converter that converts the step-down voltage into a step-down voltage signal that is a digital signal, a digital signal processing unit that generates a proportional voltage signal that is a digital signal corresponding to the step-down voltage based on the step-down voltage signal, a DA converter that converts the proportional voltage signal into a proportional voltage that is an analog voltage, an operational amplifier that receives the first control signal at a non-inverting input terminal and outputs the second control signal from an output terminal, an input circuit that is connected between the inverting input terminal of the operational amplifier and the output terminal of the DA converter and is composed of a series circuit of a capacitor and a resistor, and a feedback circuit that is connected between the output terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier and is composed of a parallel circuit of a capacitor and a resistor.

その他、例えば、商用交流電圧を整流平滑して中間電圧を出力する整流平滑回路と、前記中間電圧を所定の出力電圧に変換するDC-DCコンバータと、前記出力電圧の電圧信号である出力電圧信号が基準電圧に近づくように、前記DC-DCコンバータのスイッチング素子のオンオフを制御するスイッチング制御回路とを備え、
前記スイッチング制御回路は、前記出力電圧信号から前記基準電圧を差し引いた電圧を非反転増幅した電圧信号である第一の制御信号を生成する誤差増幅回路と、前記中間電圧に含まれる商用周波数に対応した周波数の脈流成分を検出し、前記第一の制御信号又は前記第一の制御信号を非反転増幅した電圧信号に、前記脈流成分を非反転増幅した電圧信号が加算された第二の制御信号を生成する脈流成分信号注入回路と、前記第二の制御信号をパルス幅変調して前記スイッチング素子の駆動パルスを生成する駆動パルス生成回路とを備え、
駆動パルス生成回路は、前記第二の制御信号が上昇した時に、前記駆動パルスのハイレベルとローレベルの時比率を、前記スイッチング素子のオンの時比率を小さくする方向に変化させ、前記第二の制御信号が低下した時に、前記駆動パルスのハイレベルとローレベルの時比率を、前記スイッチング素子のオンの時比率を大きくする方向に変化させるスイッチング電源装置ある。
In addition, for example , the power supply may include a rectifying and smoothing circuit that rectifies and smoothes a commercial AC voltage to output an intermediate voltage, a DC-DC converter that converts the intermediate voltage into a predetermined output voltage, and a switching control circuit that controls the on/off of a switching element of the DC-DC converter so that an output voltage signal that is a voltage signal of the output voltage approaches a reference voltage.
the switching control circuit includes an error amplifier circuit for generating a first control signal, which is a voltage signal obtained by non-inverting and amplifying a voltage obtained by subtracting the reference voltage from the output voltage signal; a ripple component signal injection circuit for detecting a ripple component of a frequency corresponding to a commercial frequency included in the intermediate voltage, and for generating a second control signal in which a voltage signal obtained by non-inverting and amplifying the ripple component is added to the first control signal or a voltage signal obtained by non-inverting and amplifying the first control signal; and a drive pulse generation circuit for pulse-width modulating the second control signal to generate a drive pulse for the switching element;
The drive pulse generating circuit changes the time ratio of the high level and low level of the drive pulse in a direction that reduces the on-time ratio of the switching element when the second control signal rises, and changes the time ratio of the high level and low level of the drive pulse in a direction that increases the on-time ratio of the switching element when the second control signal falls .

本発明のスイッチング電源装置は、独特な構成の脈流成分信号注入回路を設けることによって、中間電圧の脈流成分が上昇方向に振幅した時に主スイッチング素子のオンの時比率を低下させ、脈流成分が低下方向に振幅した時に主スイッチング素子のオンの時比率を低下させるフィードフォワード制御を行うので、中間電圧の脈流成分が原因で出力電圧に低周波リップル成分が発生する問題を、フィードバック制御系に大きな影響を与えることなく、容易に解決することができる。 The switching power supply of the present invention is provided with a uniquely configured ripple component signal injection circuit, which performs feedforward control to reduce the on-time ratio of the main switching element when the ripple component of the intermediate voltage oscillates in the upward direction, and to reduce the on-time ratio of the main switching element when the ripple component oscillates in the downward direction. This makes it possible to easily solve the problem of low-frequency ripple components occurring in the output voltage due to the ripple component of the intermediate voltage, without significantly affecting the feedback control system.

また、脈流成分信号注入回路は、脈流成分の信号を、フィードバック制御系の中の、パルス幅制御を行って駆動パルスを生成する直前の位置(駆動パルス生成回路の入力端)に注入するので、脈流成分の変化に対し、主スイッチング素子の動作を極めて高速に変化させることができ、非常に効果的である。 In addition, the ripple component signal injection circuit injects the ripple component signal into the feedback control system at a position just before pulse width control is performed to generate the drive pulse (the input end of the drive pulse generation circuit), so it is extremely effective in changing the operation of the main switching element extremely quickly in response to changes in the ripple component.

スイッチング電源装置の一形態を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing one embodiment of a switching power supply device. 図1の脈流成分信号注入回路の動作及び定数の設定方法の例を示す図である。2 is a diagram illustrating an example of the operation of the pulsating flow component signal injection circuit of FIG. 1 and a method for setting constants. 図1のスイッチング電源装置の各部の動作波形を示すタイムチャートである。2 is a time chart showing operational waveforms of each part of the switching power supply device of FIG. 1 . 本発明のスイッチング電源装置の第一の実施形態を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a switching power supply device according to a first embodiment of the present invention; 第一の実施形態のスイッチング電源装置の各部の動作波形を示すタイムチャートである。4 is a time chart showing operational waveforms of each part of the switching power supply device of the first embodiment; スイッチング電源装置の他の形態を示す回路図である。FIG. 11 is a circuit diagram showing another embodiment of a switching power supply device. 図6のスイッチング電源装置の各部の動作波形を示すタイムチャートである。7 is a time chart showing operational waveforms of each part of the switching power supply device of FIG. 6 . 従来のスイッチング電源装置の一例を示す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of a conventional switching power supply device. 一般的な整流平滑回路の例を示す回路図(a)、(b)と、中間電圧の波形を示すタイムチャート(c)である。1A and 1B are circuit diagrams showing an example of a general rectifying smoothing circuit, and FIG. 1C is a time chart showing the waveform of an intermediate voltage. 一般的な整流平滑回路の例を示す回路図(a)と、中間電圧の波形を示すタイムチャート(b)である。1A is a circuit diagram showing an example of a general rectifying smoothing circuit, and FIG. 1B is a time chart showing a waveform of an intermediate voltage. 図8のスイッチング電源装置の各部の動作波形を示すタイムチャートである。9 is a time chart showing operational waveforms of each part of the switching power supply device of FIG. 8 . 従来のスイッチング電源装置の他の例を示す回路図である。FIG. 11 is a circuit diagram showing another example of a conventional switching power supply device.

スイチング電源装置の一形態
以下、スイッチング電源装置の一形態について、図1~図3に基づいて説明する。ここで、従来のスイッチング電源装置10と同様の構成は、同一の符号を付して説明を省略する。
< One form of switching power supply device >
An embodiment of a switching power supply device will be described below with reference to Figures 1 to 3. Here, components similar to those of the conventional switching power supply device 10 are given the same reference numerals and descriptions thereof will be omitted.

この形態のスイッチング電源装置34は、図1の回路図に示すように、全体としてスイッチング電源装置10と共通する点が多いが、大きく異なるのは、スイッチング制御回路16の中に、脈流成分信号注入回路36が追加されている点である。 As shown in the circuit diagram of FIG. 1, a switching power supply 34 of this embodiment has many features in common with the switching power supply 10 as a whole, but a major difference is that a pulsating current component signal injection circuit 36 is added to the switching control circuit 16.

脈流信号注入回路36は、オペアンプ38を有し、オペアンプ38の反転入力端子と整流平滑回路12の出力端との間に、コンデンサC1及び抵抗R1の直列回路で成る入力回路40が接続され、オペアンプ38の反転入力端子と出力端子との間に、コンデンサC2及び抵抗R2の並列回路で成る帰還回路42が接続されている。そして、オペアンプ38の非反転入力端子が誤差増幅回路18の出力端に接続され、オペアンプ38の出力端子が駆動パルス生成回路20の比較器22の非反転入力端子に接続されている。 The pulsating flow signal injection circuit 36 has an operational amplifier 38. An input circuit 40 consisting of a series circuit of a capacitor C1 and a resistor R1 is connected between the inverting input terminal of the operational amplifier 38 and the output terminal of the rectifying and smoothing circuit 12, and a feedback circuit 42 consisting of a parallel circuit of a capacitor C2 and a resistor R2 is connected between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier 38. The non-inverting input terminal of the operational amplifier 38 is connected to the output terminal of the error amplifier circuit 18, and the output terminal of the operational amplifier 38 is connected to the non-inverting input terminal of the comparator 22 of the drive pulse generation circuit 20.

図2に示すように、脈流信号注入回路36は、一方の入力端であるオペアンプ38の非反転入力端子に、誤差増幅回路18が出力した第一の制御信号Ver1が入力され、反対側の入力端である入力回路40側の一端に、中間電圧Vc(=直流成分Vdc+脈流成分Vrip)が入力され、出力端であるオペアンプ38の出力端子から第二の制御信号Ver2を出力する。第二の制御信号Ver2は、次の式[1]、[2]のように表ことができる。
Ver2=(1+Z2/Z1)・Ver1-(Z2/Z1)・Vc ・・・[1]
Ver2≒(1+Z2/Z1)・Ver1-(Z2/Z1)・Vrip ・・・[2]
ここで、Z1は、入力回路40のコンデンサC1及び抵抗R1の合成インピーダンス、Z2は、帰還回路42のコンデンサC2及び抵抗R2の合成インピーダンスである。式[2]は、式[1]にVc=Vdc+Vripを代入した後、コンデンサC1によってカップリングされるVdcを式から消去したものである。
2, in the ripple signal injection circuit 36, the first control signal Ver1 output by the error amplifier circuit 18 is input to the non-inverting input terminal of an operational amplifier 38, which is one input end, and the intermediate voltage Vc (=DC component Vdc+ripple component Vrip) is input to one end on the input circuit 40 side, which is the opposite input end, and the second control signal Ver2 is output from the output terminal of the operational amplifier 38, which is the output end. The second control signal Ver2 can be expressed as the following equations [1] and [2].
Ver2=(1+Z2/Z1)・Ver1−(Z2/Z1)・Vc...[1]
Ver2≒(1+Z2/Z1)・Ver1−(Z2/Z1)・Vrip...[2]
Here, Z1 is the combined impedance of the capacitor C1 and resistor R1 of the input circuit 40, and Z2 is the combined impedance of the capacitor C2 and resistor R2 of the feedback circuit 42. Equation [2] is obtained by substituting Vc=Vdc+Vrip into equation [1] and then eliminating Vdc coupled by the capacitor C1 from the equation.

インピーダンスZ1,Z2を決めるR1,C1,R2,C2の値は、電源装置の事情に合わせて個別に調整されるが、脈流成分Vripの周波数Fr[商用周波数に対応した周波数]において、R1>>(ωC1)-1、R2<<(ωC2)-1を満たすように調整し、式[3]のように、位相遅れがほとんど発生しない設定にすることが好ましい。さらに、R1>>R2を満たすように調整すると、次の式[4]に示す設定となる。
Ver2≒(1+R2/R1)・Ver1-(R2/R1)・Vrip ・・・[3]
Ver2≒ Ver1-(R2/R1)・Vrip ・・・[4]
スイッチング電源装置34の場合、中間電圧Vcの脈流成分Vripが数十ボルト、第一の制御信号Ver1が数ボルトになるので、脈流成分Vripを第一の制御信号Ver1に注入できる大きさに降圧する必要がある。したがって、脈流信号注入回路36は、R1>>R2の条件を満たすように調整し、式[4]の設定にすることが好ましい。
The values of R1, C1, R2, and C2 that determine the impedances Z1 and Z2 are adjusted individually according to the circumstances of the power supply device, but it is preferable to adjust them so that R1>>(ωC1) -1 and R2<<(ωC2) -1 are satisfied at the frequency Fr [frequency corresponding to the commercial frequency] of the pulsating component Vrip, and set them so that almost no phase delay occurs, as shown in formula [3]. Furthermore, if adjustment is made so that R1>>R2 is satisfied, the setting will be as shown in the following formula [4].
Ver2≒(1+R2/R1)/Ver1-(R2/R1)/Vrip...[3]
Ver2≒ Ver1-(R2/R1)・Vrip...[4]
In the case of the switching power supply device 34, since the pulsating component Vrip of the intermediate voltage Vc is several tens of volts and the first control signal Ver1 is several volts, it is necessary to step down the pulsating component Vrip to a level that can be injected into the first control signal Ver1. Therefore, it is preferable to adjust the pulsating signal injection circuit 36 so as to satisfy the condition R1>>R2 and set it to the formula [4].

このように、脈流信号注入回路36は、中間電圧Vcに含まれる周波数Frの脈流成分Vripを検出し、第一の制御信号Ver1を増幅率1で非反転増幅した電圧信号に、脈流成分Vripを反転増幅した電圧信号-(R2/R1)・Vripが加算された第二の制御信号Ver2を生成し、後段の駆動パルス生成回路20に向けて出力する。 In this way, the pulsating signal injection circuit 36 detects the pulsating component Vrip of the frequency Fr contained in the intermediate voltage Vc, generates a second control signal Ver2 by adding a voltage signal obtained by non-inverting and amplifying the first control signal Ver1 with an amplification factor of 1 and inverting and amplifying the pulsating component Vrip, -(R2/R1) · Vrip, and outputs it to the downstream drive pulse generation circuit 20.

次に、スイッチング電源装置34の動作を説明する。まず、中間電圧Vcに脈流電圧Vripが発生していないと仮定して、スイッチング電源装置34のフィードバック制御の動作を簡単に説明する。例えば、目標値に保持されていた出力電圧Voが何らかの原因で少し上昇したとすると、誤差増幅回路18が、出力電圧信号Vo1が基準電圧Vrefより高くなったことを検出して第一の制御信号Ver1が低下させ、第一の制御信号Ver1が脈流成分注入回路36を通過して駆動パルス生成回路20に入力され、駆動パルス生成回路20が、駆動パルスVgのハイレベルとローレベルの時比率を、スイッチング素子14aのオンの時比率を小さくする方向に変化させるので、出力電圧Voが低下して目標値に戻る。反対に、目標値に保持されていた出力電圧Voが何らかの原因で少し低下したとすると、誤差増幅回路18が、出力電圧信号Vo1が基準電圧Vrefより低くなったことを検出して第一の制御信号Ver1を上昇させ、第一の制御信号Ver1が脈流成分注入回路38を通過して駆動パルス生成回路20に入力され、駆動パルス生成回路20が、駆動パルスVgのハイレベルとローレベルの時比率を、スイッチング素子14aのオンの時比率を大きくする方向に変化させるので、出力電圧Voが上昇して目標値に戻る。以上の動作は、従来のスイッチング電源装置10の場合と基本的に同じである。 Next, the operation of the switching power supply device 34 will be described. First, assuming that the pulsating voltage Vrip is not generated in the intermediate voltage Vc, the operation of the feedback control of the switching power supply device 34 will be briefly described. For example, if the output voltage Vo, which was held at the target value, rises slightly for some reason, the error amplifier circuit 18 detects that the output voltage signal Vo1 has become higher than the reference voltage Vref, and the first control signal Ver1 is lowered. The first control signal Ver1 passes through the pulsating component injection circuit 36 and is input to the drive pulse generation circuit 20, which changes the time ratio of the high level and low level of the drive pulse Vg in a direction that reduces the time ratio of the switching element 14a when it is on, so that the output voltage Vo drops and returns to the target value. Conversely, if the output voltage Vo, which had been held at the target value, drops slightly for some reason, the error amplifier circuit 18 detects that the output voltage signal Vo1 has become lower than the reference voltage Vref and raises the first control signal Ver1, which passes through the pulsating component injection circuit 38 and is input to the drive pulse generation circuit 20, which then changes the time ratio of the high level and low level of the drive pulse Vg in the direction of increasing the time ratio of the switching element 14a being on, causing the output voltage Vo to rise and return to the target value. The above operation is basically the same as in the case of the conventional switching power supply unit 10.

スイッチング電源装置34の実際の動作、すなわち中間電圧Vcに大きい脈流成分Vrip(周波数Fr)が発生している時の動作は、図3のように表される。誤差増幅回路18は、周波数Frを含む低周波帯域のゲインが低く抑えられているので、第一の制御信号Ver1の波形に、脈流成分Vripに対応した周波数Frの振動成分(低周波リップル成分Vorを抑えようとする成分)はほとんど発生しない。 The actual operation of the switching power supply 34, that is, the operation when a large ripple component Vrip (frequency Fr) occurs in the intermediate voltage Vc, is shown in Figure 3. Since the gain of the error amplifier circuit 18 in the low frequency band including the frequency Fr is kept low, the waveform of the first control signal Ver1 hardly generates an oscillation component of the frequency Fr corresponding to the ripple component Vrip (a component that tries to suppress the low frequency ripple component Vor).

脈流成分信号注入回路36は、中間電圧Vc及び第一の制御信号Ver1を受けて、脈流成分Vripを反転増幅した電圧信号-(R2/R1)・Vripと第一の制御信号Ver1とが加算された第二の制御信号Ver2を生成する。したがって、第二の制御信号Ver2の波形は、脈流成分Vripが上昇方向に振幅している時に時に低下方向に振幅し、脈流成分Vripが上昇方向に振幅している時に低下方向に振幅する波形となる。 The pulsating component signal injection circuit 36 receives the intermediate voltage Vc and the first control signal Ver1, and generates a second control signal Ver2 in which the voltage signal -(R2/R1)·Vrip, which is the inverted and amplified version of the pulsating component Vrip, is added to the first control signal Ver1. Therefore, the waveform of the second control signal Ver2 sometimes oscillates downward when the pulsating component Vrip oscillates upward, and sometimes oscillates downward when the pulsating component Vrip oscillates upward.

駆動パルス生成回路20は、第二の制御信号Ver2が低下方向に振幅している時(脈流成分Vripが上昇方向に振幅している時)は、駆動パルスVgのハイレベルとローレベルの時比率を、スイッチング素子14aのオンの時比率を小さくする方向に変化させる。したがって、出力電圧Voは、脈流成分Vripと同位相で上昇することができなくなり、ほぼ一定の値に保持される。反対に、第二の制御信号Ver2が上昇方向に振幅している時(脈流成分Vripが低下方向に振幅している時)は、駆動パルスVgのハイレベルとローレベルの時比率を、スイッチング素子14aのオンの時比率を大きくする方向に変化させる。したがって、出力電圧Voは、脈流成分Vripと同位相で低下することができなくなり、ほぼ一定の値に保持される。したがって、低周波リップル成分Vorはほとんど発生しない。 When the second control signal Ver2 oscillates downward (when the pulsating component Vrip oscillates upward), the drive pulse generating circuit 20 changes the time ratio of the high level and low level of the drive pulse Vg in a direction that reduces the on-time ratio of the switching element 14a. Therefore, the output voltage Vo cannot rise in phase with the pulsating component Vrip and is maintained at a substantially constant value. Conversely, when the second control signal Ver2 oscillates upward (when the pulsating component Vrip oscillates downward), the time ratio of the high level and low level of the drive pulse Vg is changed in a direction that increases the on-time ratio of the switching element 14a. Therefore, the output voltage Vo cannot fall in phase with the pulsating component Vrip and is maintained at a substantially constant value. Therefore, the low-frequency ripple component Vor is hardly generated.

なお、Vor≒0を実現するためには、脈流成分Vripに対応した電圧信号-(R2/R1)・Vripの大きさを適切な値に設定することが条件になるが、抵抗R1,R2の値を調節することによって容易に最適化することができる。 In order to achieve Vor ≒ 0, it is necessary to set the magnitude of the voltage signal - (R2/R1) Vrip, which corresponds to the ripple component Vrip, to an appropriate value, but this can be easily optimized by adjusting the values of resistors R1 and R2.

以上説明したようにスイッチング電源装置34は、所定の脈流成分信号注入回路36を設けることによって、中間電圧Vcの脈流成分Vripが上昇方向に振幅した時に主スイッチング素子14aのオンの時比率を低下させ、脈流成分Vripが低下方向に振幅した時に主スイッチング素子14aのオンの時比率を低下させるフィードフォワード制御を行うので、中間電圧Vcの脈流成分Vripの影響で出力電圧Voに低周波リップル成分Vorが発生する問題を、フィードバック制御系に大きな影響を与えることなく、解決することができる。 As described above, the switching power supply 34 is provided with a predetermined pulsating component signal injection circuit 36, and thereby performs feedforward control in which the on-time ratio of the main switching element 14a is reduced when the pulsating component Vrip of the intermediate voltage Vc oscillates in the upward direction, and the on-time ratio of the main switching element 14a is reduced when the pulsating component Vrip oscillates in the downward direction. This solves the problem of low-frequency ripple component Vor occurring in the output voltage Vo due to the influence of the pulsating component Vrip of the intermediate voltage Vc, without significantly affecting the feedback control system.

また、脈流成分信号注入回路36は、脈流成分の信号-(R2/R1)・Vripを、フィードバック制御系の中の、パルス幅制御を行って駆動パルスVgを生成する直前の位置(駆動パルス生成回路20の入力端)で注入するので、脈流電圧Vripの変化に対し、主スイッチング素子の動作を極めて高速に変化させることができ、非常に効果的である In addition, the ripple component signal injection circuit 36 injects the ripple component signal -(R2/R1)・Vrip at a position in the feedback control system just before pulse width control is performed to generate the drive pulse Vg (at the input end of the drive pulse generation circuit 20), so the operation of the main switching element can be changed extremely quickly in response to changes in the ripple voltage Vrip, which is very effective.

本発明のスイッチング電源装置の一実施形態>
次に、本発明のスイッチング電源装置の一実施形態について、図4、図5に基づいて説明する。ここで、上記のスイッチング電源装置34と同様の構成は、同一の符号を付して説明を省略する。
<One embodiment of the switching power supply device of the present invention >
Next, an embodiment of the switching power supply device of the present invention will be described with reference to Figures 4 and 5. Here, the same components as those of the switching power supply device 34 described above are given the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

この実施形態のスイッチング電源装置44は、図4の回路図に示すように、全体としてスイッチング電源装置34と共通する点が多いが、異なるのは、スイッチング制御回路16の中に、上記の脈流成分信号注入回路36に代えて新規な脈流電圧注入回路46が設けられている点である。 As shown in the circuit diagram of FIG. 4, the switching power supply 44 of this embodiment has many features in common with the switching power supply 34, but differs in that a new pulsating voltage injection circuit 46 is provided in the switching control circuit 16 instead of the pulsating component signal injection circuit 36 described above.

脈流電圧注入回路46は、分圧回路48、パルス幅変調部50及び平滑回路52を備えている。パルス幅変調部50は、デジタル信号処理を行うブロックであり、低電圧で動作するデジタルプロセッサ内に設けられる。 The pulsating voltage injection circuit 46 includes a voltage divider circuit 48, a pulse width modulation unit 50, and a smoothing circuit 52. The pulse width modulation unit 50 is a block that performs digital signal processing, and is provided within a digital processor that operates at low voltage.

分圧回路48は、数百ボルトの高電圧である中間電圧Vcを抵抗分圧し、デジタルプロセッサ内のパルス幅変調部50が取り扱うことができる低い電圧(降圧電圧Vc1)を生成する。パルス変調部50は、降圧電圧Vc1に基づいてデューティDが設定された矩形波電圧Vp(波高値V1)を生成する。そして、平滑回路52は、矩形波電圧Vpを平滑し、降圧電圧Vc1に比例した平滑電圧Vc2を生成する。したがって、平滑電圧Vc2は式[5]のように表すことができる。
Vc2=D・V1=k2・Vc1=k2・(k1・Vc)=k1・k2(Vdc+Vrip) ・・・・[5]
ここで、k2は、D・V1のVc1に対する比例係数、k1は、分圧回路40の分圧比である。
The voltage divider circuit 48 resistively divides the intermediate voltage Vc, which is a high voltage of several hundred volts, to generate a low voltage (step-down voltage Vc1) that can be handled by the pulse width modulation unit 50 in the digital processor. The pulse modulation unit 50 generates a square wave voltage Vp (peak value V1) with a duty D set based on the step-down voltage Vc1. The smoothing circuit 52 smoothes the square wave voltage Vp to generate a smoothed voltage Vc2 proportional to the step-down voltage Vc1. Therefore, the smoothed voltage Vc2 can be expressed as in Equation [5].
Vc2=D・V1=k2・Vc1=k2・(k1・Vc)=k1・k2(Vdc+Vrip) ・・・・・・[5]
Here, k2 is a proportionality coefficient of D·V1 to Vc1, and k1 is a voltage division ratio of the voltage divider circuit 40.

その他、脈流電圧注入回路46は、上記と同様のオペアンプ38、入力回路40及び帰還回路42で構成された増幅回路を備えている。ただし、入力回路40の一端は、整流平滑回路12の出力端ではなく、平滑回路52の出力端に接続される。 The pulsating voltage injection circuit 46 also includes an amplifier circuit that is configured with the operational amplifier 38, input circuit 40, and feedback circuit 42, similar to those described above. However, one end of the input circuit 40 is connected to the output end of the smoothing circuit 52, not the output end of the rectifying smoothing circuit 12.

脈流電圧注入回路46の場合、入力回路40の一端に平滑電圧Vc2(=k1・k2・Vc)が入力されるので、式[1]のVcがk1・k2・Vcに置き換えられ、式[2]~[4]のVripがk1・k2・Vripに置き換えられることになる。だだし、ここではk1・k2・Vripが十分な低電圧なので、R1,R2の値は、R1>>R2にならないように調整し、式[3]の設定にすることが好ましい。 In the case of the pulsating voltage injection circuit 46, the smoothed voltage Vc2 (= k1 k2 Vc) is input to one end of the input circuit 40, so Vc in equation [1] is replaced with k1 k2 Vc, and Vrip in equations [2] to [4] is replaced with k1 k2 Vrip. However, since k1 k2 Vrip is a sufficiently low voltage in this case, it is preferable to adjust the values of R1 and R2 so that R1 does not become >> R2, and set it to equation [3].

このように、脈流信号注入回路46は、中間電圧Vcに含まれる周波数Frの脈流成分Vripを検出し、第一の制御信号Ver1を非反転増幅した電圧信号(1+R2/R1)・Ver1に、脈流成分Vripを反転増幅した電圧信号-(R2/R1)・k1・k2・Vripが加算された第二の制御信号Ver2を生成し、後段の駆動パルス生成回路20に向けて出力する。 In this way, the pulsating signal injection circuit 46 detects the pulsating component Vrip of the frequency Fr contained in the intermediate voltage Vc, generates a second control signal Ver2 by adding a voltage signal -(R2/R1)·k1·k2·Vrip obtained by inverting and amplifying the pulsating component Vrip to the voltage signal (1+R2/R1)·Ver1 obtained by non-inverting and amplifying the first control signal Ver1, and outputs it to the downstream drive pulse generation circuit 20.

次に、スイッチング電源装置44の動作を説明する。スイッチング電源装置44のフィードバック制御の動作(中間電圧Vcに脈流電圧Vripが発生していないと仮定した時の動作)は、スイッチング電源装置34と同様なので、説明を省略する。 Next, we will explain the operation of the switching power supply device 44. The feedback control operation of the switching power supply device 44 (operation when it is assumed that the pulsating voltage Vrip is not generated in the intermediate voltage Vc) is similar to that of the switching power supply device 34, so the explanation will be omitted.

スイッチング電源装置34の実際の動作、すなわち中間電圧Vcに大きい脈流成分Vrip(周波数Fr)が発生している時の動作は、図5のように表される。誤差増幅回路18は、周波数Frを含む低周波帯域のゲインが低く抑えられているので、第一の制御信号Ver1の波形に、脈流成分Vripに対応した周波数Frの振動成分(低周波リップル成分Vorを抑えようとする成分)はほとんど発生しない。 The actual operation of the switching power supply 34, that is, the operation when a large ripple component Vrip (frequency Fr) occurs in the intermediate voltage Vc, is shown in Figure 5. Since the gain of the error amplifier circuit 18 in the low frequency band including the frequency Fr is kept low, the waveform of the first control signal Ver1 hardly generates an oscillation component of the frequency Fr corresponding to the ripple component Vrip (a component that tries to suppress the low frequency ripple component Vor).

脈流成分信号注入回路46は、中間電圧Vc及び第一の制御信号Ver1を受けて、脈流成分Vripを反転増幅した脈流電圧信号-(R2/R1)・k・Vripと第一の制御信号Ver1を非反転増幅した電圧信号(1+R2/R1)・Ver1とが加算された第二の制御信号Ver2を生成する。したがって、第二の制御信号Ver2の波形は、脈流成分Vripが上昇方向に振幅している時に時に低下方向に振幅し、脈流成分Vripが上昇方向に振幅している時に低下方向に振幅する波形となる。 The pulsating component signal injection circuit 46 receives the intermediate voltage Vc and the first control signal Ver1, and generates a second control signal Ver2 which is the sum of the pulsating voltage signal -(R2/R1)·k·Vrip obtained by inverting and amplifying the pulsating component Vrip, and the voltage signal (1+R2/R1)·Ver1 obtained by non-inverting and amplifying the first control signal Ver1. Therefore, the waveform of the second control signal Ver2 sometimes oscillates downward when the pulsating component Vrip oscillates upward, and sometimes oscillates downward when the pulsating component Vrip oscillates upward.

駆動パルス生成回路20は、第二の制御信号Ver2が低下方向に振幅している時(脈流成分Vripが上昇方向に振幅している時)は、駆動パルスVgのハイレベルとローレベルの時比率を、スイッチング素子14aのオンの時比率を小さくする方向に変化させる。したがって、出力電圧Voは、脈流成分Vripと同位相で上昇することができなくなり、ほぼ一定の値に保持される。反対に、第二の制御信号Ver2が上昇方向に振幅している時(脈流成分Vripが低下方向に振幅している時)は、駆動パルスVgのハイレベルとローレベルの時比率を、スイッチング素子14aのオンの時比率を大きくする方向に変化させる。したがって、出力電圧Voは、脈流成分Vripと同位相で低下することができなくなり、ほぼ一定の値に保持される。したがって、低周波リップル成分Vorはほとんど発生しない。 When the second control signal Ver2 oscillates downward (when the pulsating component Vrip oscillates upward), the drive pulse generating circuit 20 changes the time ratio of the high level and low level of the drive pulse Vg in a direction that reduces the on-time ratio of the switching element 14a. Therefore, the output voltage Vo cannot rise in phase with the pulsating component Vrip and is maintained at a substantially constant value. Conversely, when the second control signal Ver2 oscillates upward (when the pulsating component Vrip oscillates downward), the time ratio of the high level and low level of the drive pulse Vg is changed in a direction that increases the on-time ratio of the switching element 14a. Therefore, the output voltage Vo cannot fall in phase with the pulsating component Vrip and is maintained at a substantially constant value. Therefore, the low-frequency ripple component Vor is hardly generated.

なお、Vor≒0を実現するためには、脈流成分Vripに対応した電圧信号-(R2/R1)・k1・k2・Vripを適切な大きさに設定することが条件になるが、抵抗R1,R2及び係数k1,k2の値を調節することによって容易に最適化することができる。 In order to achieve Vor ≒ 0, the voltage signal -(R2/R1) k1 k2 Vrip, which corresponds to the ripple component Vrip, must be set to an appropriate value, but this can be easily optimized by adjusting the values of resistors R1 and R2 and coefficients k1 and k2.

以上説明したように、スイッチング電源装置44によれば、上述したスイッチング電源装置34と同様の作用効果を得ることができる。さらに、脈流成分信号注入回路46にパルス幅変調部50及び平滑回路52を設け、これらが協働してアナログの平滑電圧Vc2を生成する構成なので、さらに優れた効果が得られる。 As described above, the switching power supply 44 can provide the same operational effects as the switching power supply 34. Furthermore, the pulsating flow component signal injection circuit 46 is provided with the pulse width modulation section 50 and the smoothing circuit 52, which work together to generate the analog smoothed voltage Vc2, providing even more excellent effects .

パルス幅変調部50はデジタルプロセッサ内に設けられてデジタル信号処理を行うブロックであるが、平滑回路52と組み合わせることによって、高価な高速デジタルプロセッサを使用しなくても、平滑電圧Vc2を高い分解能で生成することが可能になり、中間電圧Vcを高い精度で検出することができる。 The pulse width modulation unit 50 is a block that is provided within a digital processor and performs digital signal processing. By combining it with the smoothing circuit 52, it becomes possible to generate the smoothed voltage Vc2 with high resolution without using an expensive high-speed digital processor, and the intermediate voltage Vc can be detected with high accuracy.

また、パルス幅変調部50の動作はプログラムを書き換えることによって自由に設定することができるので、例えば、通常時は「脈流成分信号を注入するための動作を行う」という動作モードに設定しておき、特定の状況になった時に別の動作モードに切り替えるという使い方ができる。したがって、この脈流成分信号注入回路46を設けることによって、特定の状況になった時に別目的のフィードフォワード制御を行ったり、異常が発生した時に出力電圧Voをダウンさせる保護動作の制御を行ったりすることが可能になるので、インテリジェンス性の高い高度な制御を行うことができる。 The operation of the pulse width modulation unit 50 can be freely set by rewriting the program, so that, for example, it can be set to an operation mode that "performs operations to inject a pulsating flow component signal" under normal circumstances, and switched to another operation mode when a specific situation occurs. Therefore, by providing this pulsating flow component signal injection circuit 46, it becomes possible to perform feedforward control for a different purpose when a specific situation occurs, or to control a protective operation that reduces the output voltage Vo when an abnormality occurs, allowing for highly intelligent and advanced control.

スイッチング電源装置の他の形態
次に、スイッチング電源装置の他の形態について、図6、図7に基づいて説明する。ここで、上記のスイッチング電源装置34と同様の構成は、同一の符号を付して説明を省略する。
< Other forms of switching power supply device >
Next, another embodiment of the switching power supply device will be described with reference to Figures 6 and 7. Here, the same components as those of the switching power supply device 34 described above are given the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

この形態のスイッチング電源装置54は、図6の回路図に示すように、スイッチング電源装置34の誤差増幅回路18、脈流成分信号注入回路36及び駆動パルス生成回路20を、新たな誤差増幅回路56、脈流成分信号注入回路58及び駆動パルス生成回路60に各々置き換えたものである。 As shown in the circuit diagram of FIG. 6, in this form of switching power supply device 54, the error amplifier circuit 18, the ripple component signal injection circuit 36 and the drive pulse generating circuit 20 of the switching power supply device 34 are replaced with a new error amplifier circuit 56, a ripple component signal injection circuit 58 and a drive pulse generating circuit 60, respectively.

誤差増幅回路56は、出力電圧信号Vo1から基準電圧Vrefを差し引いた電圧を非反転増幅した電圧信号である第一の制御信号Ver1を生成する。つまり、上記の誤差増幅回路18との違いは、差電圧(Vo1―Vref)を反転増幅するのではなく非反転増幅するという点である。 The error amplifier circuit 56 generates a first control signal Ver1, which is a voltage signal obtained by non-inverting and amplifying the voltage obtained by subtracting the reference voltage Vref from the output voltage signal Vo1. In other words, the difference between this and the error amplifier circuit 18 described above is that the difference voltage (Vo1-Vref) is amplified non-invertingly rather than invertingly.

脈流成分信号注入回路58は、中間電圧Vcに含まれる周波数Frの脈流成分Vripを検出し、脈流成分Vripを非反転増幅した電圧信号+A・Vripと第一の制御信号Ver1(第一の制御信号Ver1を非反転増幅した電圧信号でもよい)とを加算した第二の制御信号Ver2を生成する。つまり、上記の脈流成分信号注入回路36との違いは、脈流成分Vripを反転増幅するのではなく非反転増幅するという点である。 The pulsating component signal injection circuit 58 detects the pulsating component Vrip of the frequency Fr contained in the intermediate voltage Vc, and generates a second control signal Ver2 by adding a voltage signal +A·Vrip obtained by non-inverting and amplifying the pulsating component Vrip to the first control signal Ver1 (which may be a voltage signal obtained by non-inverting and amplifying the first control signal Ver1). In other words, the difference from the above-mentioned pulsating component signal injection circuit 36 is that the pulsating component Vrip is amplified non-invertingly rather than amplified.

駆動パルス生成回路60は、第二の制御信号Ver2をパルス幅変調してスイッチング素子14aの駆動パルスVgを生成する回路であって、第二の制御信号Ver2が低下した時に、駆動パルスVgのハイレベルとローレベルの時比率を、スイッチング素子14aのオンの時比率を小さくする方向に変化させ、第二の制御信号Ver2が上昇した時に、駆動パルスVgのハイレベルとローレベルの時比率を、スイッチング素子14aのオンの時比率を大きくする方向に変化させる。上記の駆動パルス生成回路20との違いは、第二の制御信号Ver2が低下/上昇した時、スイッチング素子14aのオンの時比率を大きく/小さくするのではなく、小さく/大きくする点である。 The drive pulse generating circuit 60 is a circuit that generates a drive pulse Vg for the switching element 14a by pulse width modulating the second control signal Ver2. When the second control signal Ver2 falls, the time ratio of the high level and low level of the drive pulse Vg is changed in a direction that reduces the on-time ratio of the switching element 14a, and when the second control signal Ver2 rises, the time ratio of the high level and low level of the drive pulse Vg is changed in a direction that increases the on-time ratio of the switching element 14a. The difference from the drive pulse generating circuit 20 described above is that when the second control signal Ver2 falls/rises, the on-time ratio of the switching element 14a is not increased/decreased, but is decreased/increased.

次に、スイッチング電源装置54の動作を説明する。まず、中間電圧Vcに脈流電圧Vripが発生していないと仮定して、スイッチング電源装置54のフィードバック制御の動作を簡単に説明する。例えば、目標値に保持されていた出力電圧Voが何らかの原因で少し上昇したとすると、誤差増幅回路56が、出力電圧信号Vo1が基準電圧Vrefより高くなったことを検出して第一の制御信号Ver1を上昇させ、第一の制御信号Ver1が脈流成分注入回路58を通過して駆動パルス生成回路60に入力され、駆動パルス生成回路60が、駆動パルスVgのハイレベルとローレベルの時比率を、スイッチング素子14aのオンの時比率を小さくする方向に変化させるので、出力電圧Voが低下して目標値に戻る。反対に、目標値に保持されていた出力電圧Voが何らかの原因で少し低下したとすると、誤差増幅回路56が、出力電圧信号Vo1が基準電圧Vrefより低くなったことを検出して第一の制御信号Ver1を低下させ、第一の制御信号Ver1が脈流成分注入回路58を通過して駆動パルス生成回路60に入力され、駆動パルス生成回路60が、駆動パルスVgのハイレベルとローレベルの時比率を、スイッチング素子14aのオンの時比率を大きくする方向に変化させるので、出力電圧Voが上昇して目標値に戻る。 Next, the operation of the switching power supply device 54 will be described. First, assuming that the pulsating voltage Vrip is not generated in the intermediate voltage Vc, the operation of the feedback control of the switching power supply device 54 will be briefly described. For example, if the output voltage Vo, which was held at the target value, rises slightly for some reason, the error amplifier circuit 56 detects that the output voltage signal Vo1 has become higher than the reference voltage Vref and raises the first control signal Ver1. The first control signal Ver1 passes through the pulsating component injection circuit 58 and is input to the drive pulse generation circuit 60, which changes the time ratio of the high level and low level of the drive pulse Vg in a direction that reduces the on-time ratio of the switching element 14a, so that the output voltage Vo drops and returns to the target value. Conversely, if the output voltage Vo, which had been held at the target value, drops slightly for some reason, the error amplifier circuit 56 detects that the output voltage signal Vo1 has become lower than the reference voltage Vref and lowers the first control signal Ver1. The first control signal Ver1 passes through the pulsating component injection circuit 58 and is input to the drive pulse generation circuit 60, which then changes the time ratio of the high level and low level of the drive pulse Vg in the direction of increasing the time ratio of the switching element 14a being on, so that the output voltage Vo rises and returns to the target value.

スイッチング電源装置34の実際の動作、すなわち中間電圧Vcに大きい脈流成分Vrip(周波数Fr)が発生している時の動作は、図7のように表される。誤差増幅回路56は、周波数Frを含む低周波帯域のゲインが低く抑えられているので、第一の制御信号Ver1の波形に、脈流成分Vripに対応した周波数Frの振動成分(低周波リップル成分Vorを抑えようとする成分)はほとんど発生しない。 The actual operation of the switching power supply 34, that is, the operation when a large ripple component Vrip (frequency Fr) occurs in the intermediate voltage Vc, is shown in Figure 7. Since the gain of the error amplifier circuit 56 in the low frequency band including the frequency Fr is kept low, the waveform of the first control signal Ver1 hardly generates an oscillation component of the frequency Fr corresponding to the ripple component Vrip (a component that tries to suppress the low frequency ripple component Vor).

脈流成分信号注入回路58は、中間電圧Vc及び第一の制御信号Ver1を受けて、脈流成分Vripを非反転増幅した脈流電圧信号+A・Vripと第一の制御信号Ver1(第一の制御信号Ver1を非反転増幅した電圧信号でもよい)とが加算された第二の制御信号Ver2を生成する。したがって、第二の制御信号Ver2の波形は、脈流成分Vripが上昇方向に振幅している時に時に上昇方向に振幅し、脈流成分Vripが低下方向に振幅している時に低下方向に振幅する波形になる。 The pulsating component signal injection circuit 58 receives the intermediate voltage Vc and the first control signal Ver1, and generates a second control signal Ver2 in which the pulsating voltage signal +A·Vrip, which is the non-inverted amplified version of the pulsating component Vrip, is added to the first control signal Ver1 (which may be a voltage signal that is the non-inverted amplified version of the first control signal Ver1). Therefore, the waveform of the second control signal Ver2 sometimes oscillates upward when the pulsating component Vrip oscillates upward, and sometimes oscillates downward when the pulsating component Vrip oscillates downward.

駆動パルス生成回路60は、第二の制御信号Ver2が上昇方向に振幅している時(脈流成分Vripが上昇方向に振幅している時)は、駆動パルスVgのハイレベルとローレベルの時比率を、スイッチング素子14aのオンの時比率を小さくする方向に変化させる。したがって、出力電圧Voは、脈流成分Vripと同位相で上昇することができなくなり、ほぼ一定の値に保持される。反対に、第二の制御信号Ver2が低下方向に振幅している時(脈流成分Vripが低下方向に振幅している時)は、駆動パルスVgのハイレベルとローレベルの時比率を、スイッチング素子14aのオンの時比率を大きくする方向に変化させる。したがって、出力電圧Voは、脈流成分Vripと同位相で低下することができなくなり、ほぼ一定の値に保持される。したがって、低周波リップル成分Vorはほとんど発生しない。 When the second control signal Ver2 oscillates in the upward direction (when the pulsating component Vrip oscillates in the upward direction), the drive pulse generating circuit 60 changes the time ratio of the high level and low level of the drive pulse Vg in a direction that reduces the on-time ratio of the switching element 14a. Therefore, the output voltage Vo cannot rise in phase with the pulsating component Vrip and is maintained at an approximately constant value. Conversely, when the second control signal Ver2 oscillates in the downward direction (when the pulsating component Vrip oscillates in the downward direction), the time ratio of the high level and low level of the drive pulse Vg is changed in a direction that increases the on-time ratio of the switching element 14a. Therefore, the output voltage Vo cannot fall in phase with the pulsating component Vrip and is maintained at an approximately constant value. Therefore, the low-frequency ripple component Vor is hardly generated.

なお、Vor≒0を実現するには、脈流成分Vripに対応した電圧信号+A・Vripを適切な大きさに設定することが条件になるが、増幅率Aの値を調節することによって容易に最適化することができる。 In order to achieve Vor≒0, the voltage signal +A・Vrip, which corresponds to the ripple component Vrip, must be set to an appropriate value, but this can be easily optimized by adjusting the value of the amplification factor A.

以上説明したように、スイッチング電源装置54においても、上記スイッチング電源装置34と同様の作用効果を得ることができる。 As described above, the switching power supply device 54 can also provide the same operational effects as the switching power supply device 34 described above .

なお、本発明のスイッチング電源装置は、上記実施形態に限定されるものではない。 The switching power supply device of the present invention is not limited to the above embodiment.

図4に示すスイッチング電源装置44は、インテリジェンス性の高い制御を可能にするため、脈流成分信号注入回路46に、分圧回路48、パルス幅変調部50及び平滑回路52を設け、平滑回路52の出力電圧Vc2を入力回路40に入力する構成にしているが、この部分は、分圧回路48、ADコンバータ、デジタル信号処理部及びDAコンバータに変更し、DAコンバータの出力電圧Vc2を入力回路40に入力する構成に変更してもよい。この場合、ADコンバータは、分圧回路48が生成した降圧電圧Vc1をデジタル信号である降圧電圧信号に変換する処理を行い、デジタル信号処理部は、降圧電圧信号に基づいて、降圧電圧Vc1に対応したデジタル信号である比例電圧信号を生成する処理を行い、DAコンバータは、比例電圧信号をアナログ電圧である比例電圧Vc2に変換する処理を行う。 The switching power supply device 44 shown in FIG. 4 is configured to provide a voltage divider circuit 48, a pulse width modulation unit 50, and a smoothing circuit 52 in the pulsating component signal injection circuit 46 to enable highly intelligent control, and the output voltage Vc2 of the smoothing circuit 52 is input to the input circuit 40. However, this portion may be changed to a voltage divider circuit 48, an AD converter, a digital signal processing unit, and a DA converter, and the output voltage Vc2 of the DA converter may be input to the input circuit 40. In this case, the AD converter converts the step-down voltage Vc1 generated by the voltage divider circuit 48 into a step-down voltage signal that is a digital signal, the digital signal processing unit generates a proportional voltage signal that is a digital signal corresponding to the step-down voltage Vc1 based on the step-down voltage signal, and the DA converter converts the proportional voltage signal into the proportional voltage Vc2 that is an analog voltage.

なお、DAコンバータで電圧Vc2を生成する場合、電圧Vc2の分解能を向上させることが課題になる。しかし、例えば本願出願人による特許第6368696号公報に記載されたディザリング技術を適用すれば、電圧Vc2の分解能を容易に向上させることができ、高価な高速デジタルプロセッサを使用しなくても、中間電圧Vcを高精度に検出することが可能になる。 When generating voltage Vc2 using a DA converter, improving the resolution of voltage Vc2 becomes an issue. However, by applying the dithering technology described in Patent No. 6368696 by the applicant of this application, for example, the resolution of voltage Vc2 can be easily improved, making it possible to detect intermediate voltage Vc with high accuracy without using an expensive high-speed digital processor.

その他、上記の脈流成分信号注入回路58は、スイッチング電源装置54の脈流成分信号注入回路の一例であり、好ましい具体例は示していないが、公知な回路を適宜組み合わせることによって、自由に構成することができる。 Additionally, the pulsating current component signal injection circuit 58 described above is one example of a pulsating current component signal injection circuit for the switching power supply device 54 , and although a preferred specific example is not shown, it can be freely configured by appropriately combining known circuits.

10,34、44,54 スイッチング電源装置
12 整流平滑回路
14 DC-DCコンバータ
14a スイッチング素子
16 スイッチング制御回路
18,56 誤差増幅回路
20,60 駆動パルス生成回路
36,46,58 脈流成分信号注入回路
38 オペアンプ
40 入力回路(コンデンサC1、抵抗R1)
42 帰還回路(コンデンサC2、抵抗R2)
48 分圧回路
50 パルス幅変調部
52 平滑回路
D 矩形波電圧のデューティ
Vc 中間電圧
Vc1 降圧電圧
Vc2 平滑電圧
Vdc 中間電圧の直流成分
Ver1 第一の制御信号
Ver2 第二の制御信号
Vg 駆動パルス
Vi 商用交流電圧
Vo 出力電圧
Vo1 出力電圧信号
Vp 矩形波電圧
Vref 基準電圧
Vrip 中間電圧の脈流成分
10, 34, 44, 54 Switching power supply device 12 Rectification smoothing circuit 14 DC-DC converter 14a Switching element 16 Switching control circuit 18, 56 Error amplifier circuit 20, 60 Drive pulse generation circuit 36, 46, 58 Pulsating component signal injection circuit 38 Operational amplifier 40 Input circuit (capacitor C1, resistor R1)
42 Feedback circuit (capacitor C2, resistor R2)
48 Voltage dividing circuit 50 Pulse width modulation section 52 Smoothing circuit
D Duty of square wave voltage
Vc Intermediate voltage
Vc1 Step-down voltage
Vc2 smoothing voltage
Vdc DC component of intermediate voltage
Ver1 First control signal
Ver2 Second control signal
Vg drive pulse
Vi Commercial AC voltage
Vo output voltage
Vo1 output voltage signal
Vp Square wave voltage
Vref Reference voltage
Vrip Pulsating component of intermediate voltage

Claims (2)

商用交流電圧を整流平滑して中間電圧を出力する整流平滑回路と、前記中間電圧を所定の出力電圧に変換するDC-DCコンバータと、前記出力電圧を検出した電圧信号である出力電圧信号が基準電圧に近づくように、前記DC-DCコンバータのスイッチング素子のオンオフを制御するスイッチング制御回路とを備え、
前記スイッチング制御回路は、
前記出力電圧信号から前記基準電圧を差し引いた電圧を反転増幅した電圧信号である第一の制御信号を生成する誤差増幅回路と、
前記中間電圧に含まれる商用周波数に対応した周波数の脈流成分を検出し、前記第一の制御信号又は前記第一の制御信号を非反転増幅した電圧信号に、前記脈流成分を反転増幅した電圧信号が加算された第二の制御信号を生成する脈流成分信号注入回路と、
前記第二の制御信号をパルス幅変調して前記スイッチング素子の駆動パルスを生成する駆動パルス生成回路とを備え、
前記脈流成分信号注入回路は、前記中間電圧を抵抗分圧して降圧電圧を生成する分圧回路と、前記降圧電圧に基づいてデューティが設定された矩形波電圧を生成するパルス幅変調部と、前記矩形波電圧を平滑して前記降圧電圧に比例した平滑電圧を生成する平滑回路と、非反転入力端子に前記第一の制御信号が入力され、出力端子から前記第二の制御信号を出力するオペアンプと、前記オペアンプの反転入力端子と前記平滑回路の出力端との間に接続された、コンデンサ及び抵抗の直列回路で成る入力回路と、前記オペアンプの出力端子と反転入力端子との間に接続された、コンデンサ及び抵抗の並列回路で成る帰還回路とで構成され、
駆動パルス生成回路は、前記第二の制御信号が低下した時に、前記駆動パルスのハイレベルとローレベルの時比率を、前記スイッチング素子のオンの時比率を小さくする方向に変化させ、前記第二の制御信号が上昇した時に、前記駆動パルスのハイレベルとローレベルの時比率を、前記スイッチング素子のオンの時比率を大きくする方向に変化させることを特徴とするスイッチング電源装置。
a rectifying and smoothing circuit which rectifies and smoothes a commercial AC voltage to output an intermediate voltage, a DC-DC converter which converts the intermediate voltage into a predetermined output voltage, and a switching control circuit which controls on/off of a switching element of the DC-DC converter so that an output voltage signal which is a voltage signal obtained by detecting the output voltage approaches a reference voltage,
The switching control circuit includes:
an error amplifier circuit that generates a first control signal, which is a voltage signal obtained by inverting and amplifying a voltage obtained by subtracting the reference voltage from the output voltage signal;
a pulsating component signal injection circuit that detects a pulsating component of a frequency corresponding to a commercial frequency included in the intermediate voltage, and generates a second control signal in which a voltage signal obtained by inverting and amplifying the pulsating component is added to the first control signal or a voltage signal obtained by non-inverting and amplifying the first control signal;
a drive pulse generating circuit that generates a drive pulse for the switching element by pulse-width modulating the second control signal;
The pulsating flow component signal injection circuit comprises a voltage dividing circuit which resistively divides the intermediate voltage to generate a stepped-down voltage, a pulse width modulation section which generates a square wave voltage having a duty set based on the stepped-down voltage, a smoothing circuit which smoothes the square wave voltage to generate a smoothed voltage proportional to the stepped-down voltage, an operational amplifier which receives the first control signal at a non-inverting input terminal and outputs the second control signal from an output terminal, an input circuit which is connected between the inverting input terminal of the operational amplifier and an output terminal of the smoothing circuit and which is made up of a series circuit of a capacitor and a resistor, and a feedback circuit which is connected between the output terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier and which is made up of a parallel circuit of a capacitor and a resistor,
a drive pulse generating circuit that, when the second control signal falls, changes a time ratio between high and low levels of the drive pulse in a direction that reduces an on-time ratio of the switching element, and, when the second control signal rises, changes a time ratio between high and low levels of the drive pulse in a direction that increases an on-time ratio of the switching element.
商用交流電圧を整流平滑して中間電圧を出力する整流平滑回路と、前記中間電圧を所定の出力電圧に変換するDC-DCコンバータと、前記出力電圧を検出した電圧信号である出力電圧信号が基準電圧に近づくように、前記DC-DCコンバータのスイッチング素子のオンオフを制御するスイッチング制御回路とを備え、
前記スイッチング制御回路は、
前記出力電圧信号から前記基準電圧を差し引いた電圧を反転増幅した電圧信号である第一の制御信号を生成する誤差増幅回路と、
前記中間電圧に含まれる商用周波数に対応した周波数の脈流成分を検出し、前記第一の制御信号又は前記第一の制御信号を非反転増幅した電圧信号に、前記脈流成分を反転増幅した電圧信号が加算された第二の制御信号を生成する脈流成分信号注入回路と、
前記第二の制御信号をパルス幅変調して前記スイッチング素子の駆動パルスを生成する駆動パルス生成回路とを備え、
前記脈流成分信号注入回路は、前記中間電圧を抵抗分圧して降圧電圧を生成する分圧回路と、前記降圧電圧をデジタル信号である降圧電圧信号に変換するADコンバータと、前記降圧電圧信号に基づいて、前記降圧電圧に対応したデジタル信号である比例電圧信号を生成するデジタル信号処理部と、前記比例電圧信号をアナログ電圧である比例電圧に変換するDAコンバータと、非反転入力端子に前記第一の制御信号が入力され、出力端子から前記第二の制御信号を出力するオペアンプと、前記オペアンプの反転入力端子と前記DAコンバータの出力端子との間に接続された、コンデンサ及び抵抗の直列回路で成る入力回路と、前記オペアンプの出力端子と反転入力端子との間に接続された、コンデンサ及び抵抗の並列回路で成る帰還回路とで構成され、
駆動パルス生成回路は、前記第二の制御信号が低下した時に、前記駆動パルスのハイレベルとローレベルの時比率を、前記スイッチング素子のオンの時比率を小さくする方向に変化させ、前記第二の制御信号が上昇した時に、前記駆動パルスのハイレベルとローレベルの時比率を、前記スイッチング素子のオンの時比率を大きくする方向に変化させることを特徴とするスイッチング電源装置。
a rectifying and smoothing circuit which rectifies and smoothes a commercial AC voltage to output an intermediate voltage, a DC-DC converter which converts the intermediate voltage into a predetermined output voltage, and a switching control circuit which controls on/off of a switching element of the DC-DC converter so that an output voltage signal which is a voltage signal obtained by detecting the output voltage approaches a reference voltage,
The switching control circuit includes:
an error amplifier circuit that generates a first control signal, which is a voltage signal obtained by inverting and amplifying a voltage obtained by subtracting the reference voltage from the output voltage signal;
a pulsating component signal injection circuit that detects a pulsating component of a frequency corresponding to a commercial frequency included in the intermediate voltage, and generates a second control signal in which a voltage signal obtained by inverting and amplifying the pulsating component is added to the first control signal or a voltage signal obtained by non-inverting and amplifying the first control signal;
a drive pulse generating circuit that generates a drive pulse for the switching element by pulse-width modulating the second control signal;
The pulsating flow component signal injection circuit comprises: a voltage dividing circuit which generates a stepped-down voltage by resistively dividing the intermediate voltage; an AD converter which converts the stepped-down voltage into a stepped-down voltage signal which is a digital signal; a digital signal processing section which generates a proportional voltage signal which is a digital signal corresponding to the stepped-down voltage based on the stepped-down voltage signal; a DA converter which converts the proportional voltage signal into a proportional voltage which is an analog voltage; an operational amplifier which receives the first control signal at a non-inverting input terminal and outputs the second control signal from an output terminal; an input circuit which is connected between the inverting input terminal of the operational amplifier and the output terminal of the DA converter and is made up of a series circuit of a capacitor and a resistor; and a feedback circuit which is connected between the output terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier and is made up of a parallel circuit of a capacitor and a resistor.
a drive pulse generating circuit that, when the second control signal falls, changes a time ratio between high and low levels of the drive pulse in a direction that reduces an on-time ratio of the switching element, and, when the second control signal rises, changes a time ratio between high and low levels of the drive pulse in a direction that increases an on-time ratio of the switching element.
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