JPH099620A - 出力電圧検出回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ループゲイン調整の容易化が図れ、スイッチ
ング電源回路のフィードバック制御系の安定化が図れる
出力電圧検出回路を提供する。 【構成】 直流電源から所望の直流電圧を生成出力する
スイッチング電源回路１の出力電圧の変動幅を検出する
誤差増幅器２と、スイッチング電源回路１の出力を動作
電源とし、誤差増幅器２の出力値に応じた制御値をスイ
ッチング電源回路１のスッチング素子のスイッチング比
を制御する制御回路３に与える出力回路４とを備える出
力電圧検出回路５において、スイッチング電源回路１か
ら出力回路４への電源供給ラインに、ローパスフィルタ
６を介在させてあることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スイッチング電源回路
の出力電圧を一定値に安定化するフィードバック制御系
に設けられる出力電圧検出回路に係り、特にフィードバ
ック制御系の安定化を図る出力電圧検出回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１１は、従来の出力電圧検出回路の構
成例を示す。図１１において、スイッチング電源回路３
０は、入力端子３１、３２と、出力端子３３、３４との
間に、コンデンサＣ１、トランスＴ、スイッチング素子
３５、ダイオードＤ１、Ｄ２、チョークコイルＬ１、コ
ンデンサＣ２を配置したものである。

【０００３】電圧値Ｖｉの直流電源は、その正極性側が
一方の入力端子３１に接続され、その負極性側が他方の
入力端子３２に接続される。一方の入力端子３１には、
コンデンサＣ１の一端とトランスＴの１次巻線の一端と
が接続され、トランスＴの１次巻線の他端には、スイッ
チング素子３５の一方の出力端が接続される。スイッチ
ング素子３５の他方の出力端には、コンデンサＣ１の他
端と他方の入力端子３２とが接続される。

【０００４】スイッチング素子３５の制御入力端には、
制御回路３６の出力端が接続され、制御回路３６の入力
端には、出力電圧検出回路３７の出力端が接続される。
トランスＴの２次巻線の一端には、ダイオードＤ１のア
ノードが接続され、ダイオードＤ１のカソードには、チ
ョークコイルＬ１の一端とダイオードＤ２のカソードと
が接続される。チョークコイルＬ１の他端には、コンデ
ンサＣ２の一端と一方の出力端子３３と出力電圧検出回
路３７の一方の入力端（抵抗器Ｒ４の一端と抵抗器Ｒ１
の一端との接続端）とが接続される。

【０００５】他方の出力端子３４には、コンデンサＣ２
の他端とダイオードＤ２のアノードとトランスＴの２次
巻線の他端と出力電圧検出回路３７の他方の入力端（抵
抗器Ｒ５の他端と基準電圧源（電圧値Ｖｒ）の負極性側
との接続端）とが接続される。そして、出力端子３３と
３４との間には、負荷（以下「ＲＬ」と称する）４０が
接続される。

【０００６】出力電圧検出回路３７では、抵抗器Ｒ４の
他端とＲ５の一端とが接続され、その接続端に、誤差増
幅器３８の逆相入力端と抵抗器Ｒ３の一端とコンデンサ
Ｃ３の一端とが接続される。誤差増幅器３８の正相入力
端には、基準電圧源（電圧値Ｖｒ）の正極性側が接続さ
れる。コンデンサＣ３の他端には、抵抗器Ｒ２の一端が
接続され、抵抗器Ｒ２の他端と抵抗器Ｒ３の他端とは、
誤差増幅器３８の出力端に接続される。また、抵抗器Ｒ
１の他端には、フォトカプラ３９の発光ダイオード３９
ａのアノードが接続される。発光ダイオード３９ａのカ
ソードが誤差増幅器３８の出力端に接続され、フォトト
ランジスタ３９ｂの出力端が制御回路３６の入力端に接
続される。

【０００７】以上の構成において、スイッチング電源回
路３０では、概略次のような動作が行われる。トランス
Ｔの一次側では、制御回路３６がスイッチング素子３５
のスイッチング比を、出力電圧検出回路３７の出力値
（制御値）に応じて制御し、電流ループを断続する。な
お、コンデンサＣ１は、かかる電流ループの断続動作に
対するフィルタとして機能する。

【０００８】その結果、トランスＴの一次側では、パル
ス幅変調された電流が流れ、その電流変化に対応した交
流電流がトランスＴの２次巻線に流れるので、２次巻線
側では、交流電流がダイオードＤ１とＤ２とで交互に整
流され、チョークコイルＬ１とコンデンサＣ２とからな
る平滑回路で平滑化され、出力端子３３と３４との間に
所定値の直流電圧が得られ、ＲＬ４０に供給される。

【０００９】次に、出力電圧検出回路３７では、抵抗器
Ｒ４とＲ５の直列回路の両端にスイッチング電源回路３
０の出力電圧が印加され、抵抗器Ｒ４とＲ５で分圧した
電圧値が誤差増幅器３８の逆相入力端に与えられる。ま
た、スイッチング電源回路３０の出力が、電流制限用の
抵抗器Ｒ１を介してフォトカプラ３９に動作電源として
供給される。

【００１０】誤差増幅器３８では、この分圧電圧値と基
準電圧源の電圧値Ｖｒとの差分をフィードバック抵抗器
Ｒ３で規定されるゲインで増幅し、出力回路たるフォト
カプラ３９を駆動する。具体的には、フォトカプラ３９
では、発光ダイオード３９ａが誤差増幅器３８の出力値
に応じて導通制御されて光量が変化し、フォトトランジ
スタ３９ｂのコレクタ電流が変化し、制御回路３６に制
御値が与えられる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、スイッチン
グ電源回路３０→出力電圧検出回路３７→制御回路３６
→スイッチング電源回路３０のフィードバックループで
は、位相が１８０゜になると発振するので、発振を防止
するためには位相が１８０゜になる前にループゲインを
０ｄＢ以下にする必要がある。

【００１２】従来の出力電圧検出回路を含むフィードバ
ックループで言えば、誤差増幅器３８は、反転増幅器で
あるので、入出力間で既に１８０゜の位相差があり、更
に誤差増幅器３８やフォトカプラ３９、平滑回路（Ｌ
１、Ｃ２）において位相遅れが発生するので、フィード
バック制御系が発振しないようにするためには、位相差
が３６０゜になる前にループゲインが０ｄＢ以下となる
ようにする必要がある。

【００１３】誤差増幅器３８のフィードバック抵抗器Ｒ
３に並列に設けてある、抵抗器Ｒ２とコンデンサＣ３と
の直列回路は、発振防止用の位相補償回路であるが、従
来の出力電圧検出回路の構成では、位相補償回路の実効
が図れないために発振しないようにループゲインを調整
することが困難であり、発振し易いフィードバック制御
系になっているという問題がある。

【００１４】即ち、位相補償回路（Ｒ２、Ｃ３）は、ル
ープゲインは専らフイードバック抵抗器Ｒ３で定まる誤
差増幅器３８のゲインで規定されることから、抵抗器Ｒ
２とコンデンサＣ３の各値が、誤差増幅器３８のゲイン
が周波数が高くなるにつれて減衰し、位相差が３６０゜
になる前に０ｄＢ以下となるように設定される。しか
し、図１１に示すように誤差増幅器３８の出力回路たる
フォトカプラ３９は、スイッチング電源回路３０の出力
を動作電源としているので、ループゲインは、フイード
バック抵抗器Ｒ３で規定される誤差増幅器３８本来のゲ
インに、スイッチング電源回路３０の出力電圧の変動分
が追加されることになる。

【００１５】従って、誤差増幅器３８本来のゲインが、
周波数が高くなるにつれて減衰し、位相差が３６０゜に
なる前に０ｄＢ以下となるように位相補償回路（Ｒ２、
Ｃ３）によってゲイン調整することは容易にできるが、
追加されたゲイン、即ち、フォトカプラ３９に印加され
るスイッチング電源回路３０の出力電圧の変動分は周波
数による減衰がないので、ループゲインはスイッチング
電源回路３０の出力電圧の変動分にも依存し、結局、高
い周波数域まで延びることになり、位相補償回路（Ｒ
２、Ｃ３）による誤差増幅器３８のみのゲイン調整で
は、ループゲインを目的の周波数で０ｄＢ以下にするこ
とが困難になるのである。

【００１６】特に、スイッチング電源回路３０の小型化
を図る場合、平滑回路のチョークコイルＬ１やコンデン
サＣ２の小型化に伴い、そのＬＣ回路の共振点がスイッ
チング周波数の増加に伴い低い周波数側へ移行するの
で、その共振周波数との関連で一層発振し易くなる。従
って、各回路部品の設定値許容幅が狭くなり、一層ルー
プゲインの調整が困難となる。

【００１７】なお、フォトカプラ３９の動作電源を別電
源とすれば問題は解消するが、それをせずにスイッチン
グ電源回路３０の出力を動作電源として利用しているの
は、回路全体の構成が複雑になるのを回避し、小型化や
低コスト化の要請に応えるためである。本発明は、この
ような課題を解決すべく創作されたもので、その目的
は、ループゲイン調整の容易化が図れ、スイッチング電
源回路のフィードバック制御系の安定化が図れる出力電
圧検出回路を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の出力電圧検出回路は図１乃至図４に示す如
き構成を有する。請求項１に記載の出力電圧検出回路
は、図１に示すように、直流電源から所望の直流電圧を
生成出力するスイッチング電源回路１の出力電圧の変動
幅を検出する誤差増幅器２と、スイッチング電源回路１
の出力を動作電源とし、誤差増幅器２の出力値に応じた
制御値をスイッチング電源回路１のスッチング素子のス
イッチング比を制御する制御回路３に与える出力回路４
とを備える出力電圧検出回路５において、スイッチング
電源回路１から出力回路４への電源供給ラインに、当該
スイッチング電源回路１の出力電圧の変動分を周波数が
高くなるにつれて減衰させるローパスフィルタ６を介在
させてあることを特徴とする。

【００１９】請求項２に記載の出力電圧検出回路は、図
２に示すように、請求項１に記載の出力電圧検出回路５
において、ローパスフィルタ６ａは、抵抗器Ｒとコンデ
ンサＣで構成されるＲＣフィルタであることを特徴とす
る。請求項３に記載の出力電圧検出回路は、図３に示す
ように、請求項１に記載の出力電圧検出回路５におい
て、ローパスフィルタ６ｂは、インダクタンスＬとコン
デンサＣで構成されるＬＣフィルタであることを特徴と
する。

【００２０】請求項４に記載の出力電圧検出回路は、図
４に示すように、請求項２に記載の出力電圧検出回路５
において、ＲＣフィルタは、抵抗器Ｒに放電用ダイオー
ドＤを並列接続してあることを特徴とする。

【００２１】

【作用】次に、前記の如く構成される本発明の出力電圧
検出回路の作用を説明する。

【００２２】請求項１に記載の発明では、図１に示すよ
うに、出力回路４への電源供給ラインに、ローパスフィ
ルタ６を介在させ、出力回路４に印加されるスイッチン
グ電源回路１の出力電圧の変動分が周波数が高くなる程
減衰するようにしてある。従って、ループゲインを０ｄ
Ｂにすべき周波数において、出力回路４に供給されるス
イッチング電源回路１の出力電圧はそれに含まれる変動
分が減衰させられほぼ安定化する。

【００２３】即ち、従来のように誤差増幅器２本来のゲ
インに追加のゲインが生じ、ループゲインが高い周波数
域まで延びることがないので、誤差増幅器２本来のゲイ
ンのみの調整により容易に目的の周波数でループゲイン
を０ｄＢにすることができ、フィードバック制御系を安
定化させることができる。ローパスフィルタ６は、具体
的には請求項２（図２）及び請求項３（図３）に記載の
発明のように、抵抗器ＲとコンデンサＣによるＲＣフィ
ルタ６ａ、インダクタンスＬとコンデンサＣによるＬＣ
フィルタ６ｂ等の簡素な回路で実現できる。

【００２４】また、ローパスフィルタ６をＲＣフイルタ
６ａで構成する請求項２に記載の発明において、スイッ
チング電源回路１の出力電圧に瞬断が生ずると、コンデ
ンサＣの蓄積電荷によってスイッチング電源回路１の出
力電圧にオーバーシュートが発生する。そこで、請求項
４に記載の発明では、図４に示すように、抵抗器Ｒにコ
ンデンサＣの蓄積電荷を迅速に放電させる放電用ダイオ
ードＤを並列接続したローパスフィルタ６ｃとし、スイ
ッチング電源回路１の出力電圧にオーバーシュートが発
生するのを防止するようにしてある。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。なお、以下に説明する各実施例では、従来例と同
一構成部分には同一符号・名称を付し、その説明を省略
する。図５は、請求項１に記載の発明の実施例を示す図
である。図５において、出力電圧検出回路２０では、従
来例（図１１）における誤差増幅器３８に代えて、同等
の機能を有するプログラマブル・シャント・レギュレー
タ（以下「ＰＳＲ」と略称する）２１を設けると共に、
ローパスフィルタ２２をスイッチング電源回路３０から
フォトカプラ３９への電源供給ラインに介在させてあ
る。

【００２６】具体的には、抵抗器Ｒ４の一端は出力端子
３３に、抵抗器Ｒ５の他端は出力端子３４にそれぞれ接
続され、抵抗器Ｒ４の他端とＲ５の一端とが接続され、
その接続端とフォトカプラ３９の発光ダイオード３９ａ
のカソードとの間に、位相補償回路（Ｒ２、Ｃ３）とフ
ィードバック抵抗器Ｒ３との並列回路が設けられ、フォ
トカプラ３９の発光ダイオード３９ａのアノードに電流
制限用の抵抗器Ｒ１の他端が接続される点は従来と同様
である。

【００２７】このような構成において、誤差増幅器３８
に代わるＰＳＲ２１を、フォトカプラ３９の発光ダイオ
ード３９ａのカソードと抵抗器Ｒ５の他端との間に設
け、このＰＳＲ２１に抵抗器Ｒ５の一端に現れる分圧電
圧を印加するようにしてある。また、ローパスフィルタ
２２を抵抗器Ｒ４の一端と抵抗器Ｒ１の一端との間に設
けてある。

【００２８】以上の構成において、請求項１に記載の発
明との対応関係は次のようになっている。スイッチング
電源回路１には同名のスイッチング電源回路３０が対応
し、誤差増幅器２にはＰＳＲ２１が対応し、制御回路３
には同名の制御回路３６が対応し、出力回路４にはフォ
トカプラ３９が対応し、ローパスフィルタ６には同名の
ローパスフィルタ２２が対応する。

【００２９】以下、請求項１に記載の発明の実施例の動
作を説明する。周知のように、ＰＳＲ２１は、増幅器と
ツェナーダイオードとで構成される集積回路、即ちＩＣ
であり、抵抗器Ｒ４とＲ５による分圧電圧がツェナーダ
イオードの基準電圧よりも高い場合に電流吸い込み動作
をし、フォトカプラ３９を動作させる。スイッチング電
源回路３０からフォトカプラ３９への電源供給ラインに
ローパスフィルタ２２を介在させてあるので、フォトカ
プラ３９の発光ダイオード３９ａに印加されるスイッチ
ング電源回路３０の出力電圧は、その変動分が、位相が
３６０゜になる目的の周波数において抑制されたものと
なる。

【００３０】具体的には、ローパスフィルタ２２の遮断
周波数は、位相が３６０゜になる目的の周波数の１／１
０〜１／１００以下を遮断できるように設定される。こ
れにより、フォトカプラ３９に印加する動作電源が安定
化し、ループゲインが誤差増幅器たるＰＳＲ２１のゲイ
ンにのみ依存するようにできる。

【００３１】その結果、ＰＳＲ２１のみのゲイン調整に
より容易に目的の周波数でループゲインが０ｄＢ以下と
なるようにすることができ、フィードバック制御系の発
振を防止できる。このようなローパスフィルタ２２は、
例えば図６乃至図８に示すように構成される。

【００３２】図６は、請求項２に記載の発明の実施例を
示す図である。この実施例は、ローパスフィルタ２２を
抵抗器Ｒ６とコンデンサＣ４とからなるＲＣフィルタ２
２ａで構成した例である。図６において、抵抗器Ｒ４の
一端は出力端子３３に接続され、抵抗器Ｒ５の他端は出
力端子３４に接続されるが、抵抗器Ｒ６は、その一端が
抵抗器Ｒ４の一端に接続され、その他端が電流制限用の
抵抗器Ｒ１の一端に接続される。またコンデンサＣ４
は、その一端が抵抗器Ｒ６の他端と抵抗器Ｒ１の一端と
の接続端に接続され、その他端が抵抗器Ｒ５の他端とＰ
ＳＲ２１との接続端に接続される。

【００３３】図７は、請求項３に記載の発明の実施例を
示す図である。この実施例は、ローパスフィルタ２２を
インダクタンスＬ２とコンデンサＣ４とからなるＬＣフ
ィルタ２２ｂで構成した例である。図７において、抵抗
器Ｒ４の一端は出力端子３３に接続され、抵抗器Ｒ５の
他端は出力端子３４に接続されるが、インダクタンスＬ
２は、その一端が抵抗器Ｒ４の一端に接続され、その他
端が電流制限用の抵抗器Ｒ１の一端に接続される。ま
た、コンデンサＣ４は、その一端が抵抗器Ｒ６の他端と
抵抗器Ｒ１の一端との接続端に接続され、その他端が抵
抗器Ｒ５の他端とＰＳＲ２１との接続端に接続される。

【００３４】このように、ローパスフィルタ２２は、図
６に示すように抵抗器Ｒ６とコンデンサＣ４によるＲＣ
フィルタ２２ａや図７に示すようにインダクタンスＬ２
とコンデンサＣ４によるＬＣフィルタ２２ｂ等の簡単な
回路で実現できる。

【００３５】次に、図８は、請求項４に記載の発明の実
施例を示す。この実施例は、ローパスフィルタ２２がＲ
Ｃフィルタで構成される図６に示す出力電圧検出回路に
おいて、スイッチング電源回路３０の出力電圧瞬断時に
出力電圧にオーバーシュートが発生するのを防止すべ
く、抵抗器Ｒ６に放電用ダイオードＤ３を並列接続した
ダイオード付きＲＣフィルタ２２ｃとしたものである。

【００３６】即ち、スイッチング電源回路３０の出力電
圧に瞬断が生ずると、例えば図９に示す動作により図１
０に示すようなオーバーシュート（イ）が発生する。図
９は、出力電圧にオーバーシュートが発生した場合の動
作を示す。図９において、スイッチング電源回路３０の
出力電圧に瞬断が生ずると、図９（ａ）に示すように、
コンデンサＣ４の蓄積電荷が、抵抗器Ｒ１→発光ダイオ
ード→抵抗器Ｒ２→コンデンサＣ３のルートで放電して
コンデンサＣ３を充電する。

【００３７】次いで、図９（ｂ）に示すように、コンデ
ンサＣ３の充電電荷は、抵抗器Ｒ２→ＰＳＲ２１の向き
に放電するが、その際に抵抗器Ｒ４を流れる電流を吸い
込む。その結果、抵抗器Ｒ４を流れる電流が増加し、図
１０に示すように、抵抗器Ｒ５両端の電圧には変化はな
いが（図１０（ｃ））、抵抗器Ｒ４両端の電圧が上昇し
（図１０（ｂ））、スイッチング電源回路３０の出力電
圧Ｖｏにオーバーシュート（イ）が発生する（図１０
（ａ））。

【００３８】そこで、図８に示すように、抵抗器Ｒ６に
放電用ダイオードＤ３を並列接続すれば、スイッチング
電源回路３０の出力電圧に瞬断が生じた場合に、コンデ
ンサＣ４の蓄積電荷を電源側に急速に放電させ得るの
で、オーバーシュート（イ）の発生を未然に防止するこ
とができる。なお、以上説明した各実施例において、位
相遅れを進み位相側にシフトさせる進み位相補償回路で
ある抵抗器とコンデンサの直列回路を、抵抗器Ｒ１また
は抵抗器Ｒ４の何れか一方に並列接続しても良い。この
ようにすれば、ゲイン調整に若干の面倒さを伴うが、ル
ープゲインの位相余裕度を増加させ得るので、一層フィ
ードバック制御系を安定化させることができる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
出力電圧検出回路は、スイッチング電源回路から出力電
圧検出回路の出力回路への電源供給ラインにローパスフ
ィルタを介在させたので、ループゲインを専ら出力電圧
検出回路の誤差増幅器のゲインに依存させることがで
き、ゲイン調整の容易化が図れ、安定したフィードバッ
ク制御系を構成できる。

【００４０】ローパスフィルタは、具体的には請求項２
及び請求項３に記載の発明のように、抵抗器とコンデン
サによるＲＣフィルタ、インダクタンスとコンデンサに
よるＬＣフィルタ等の簡素な回路で実現できる。請求項
４に記載の発明では、ローパスフィルタをＲＣフイルタ
で構成する請求項２に記載の発明において、スイッチン
グ電源回路の出力電圧に瞬断が発生した場合に、出力電
圧にオーバーシュートが発生するのを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に記載の発明の原理ブロック図であ
る。

【図２】請求項２に記載の発明の原理ブロック図であ
る。

【図３】請求項３に記載の発明の原理ブロック図であ
る。

【図４】請求項４に記載の発明の原理ブロック図であ
る。

【図５】請求項１に記載の発明の実施例を示す図であ
る。

【図６】請求項２に記載の発明の実施例を示す図であ
る。

【図７】請求項３に記載の発明の実施例を示す図であ
る。

【図８】請求項４に記載の発明の実施例を示す図であ
る。

【図９】出力電圧に瞬断が生じた場合の動作説明図であ
り、（ａ）はコンデンサＣ４が放電してコンデンサＣ３
を充電する過程の説明図、（ｂ）はコンデンサＣ３が放
電して抵抗器Ｒ４の端子電圧が上昇しオーバーシュート
が発生する過程の説明図である。

【図１０】出力電圧瞬断時の各部の波形図である。

【図１１】従来の出力電圧検出回路を示す図である。

【符号の説明】

１ スイッチング電源回路 ２ 誤差増幅器 ３ 制御回路 ４ 出力回路 ５ 出力電圧検出回路 ６ ローパスフィルタ ６ａ ローパスフィルタ（ＲＣフィルタ） ６ｂ ローパスフィルタ（ＬＣフィルタ） ６ａ ローパスフィルタ（ダイオード付きＲＣフィル
タ） ２０ 出力電圧検出回路 ２１ プログラマブル・シャント・レギュレータ（ＰＳ
Ｒ） ２２ ローパスフィルタ ２２ａ ＲＣフィルタ ２２ｂ ＬＣフィルタ ２２ｃ ダイオード付きＲＣフィルタ ３０ スイッチング電源回路 ３５ スイッチング素子 ３６ 制御回路 ３９ フォトカプラ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電源から所望の直流電圧を生成出力
   するスイッチング電源回路の出力電圧の変動幅を検出す
   る誤差増幅器と、 前記スイッチング電源回路の出力を動作電源とし、誤差
   増幅器の出力値に応じた制御値をスイッチング電源回路
   のスッチング素子のスイッチング比を制御する制御回路
   に与える出力回路とを備える出力電圧検出回路におい
   て、 前記スイッチング電源回路から前記出力回路への電源供
   給ラインに、当該スイッチング電源回路の出力電圧の変
   動分を周波数が高くなるにつれて減衰させるローパスフ
   ィルタを介在させてあることを特徴とする出力電圧検出
   回路。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の出力電圧検出回路にお
   いて、 前記ローパスフィルタは、抵抗器とコンデンサで構成さ
   れるＲＣフィルタであることを特徴とする出力電圧検出
   回路。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の出力電圧検出回路にお
   いて、 前記ローパスフィルタは、インダクタンスとコンデンサ
   で構成されるＬＣフィルタであることを特徴とする出力
   電圧検出回路。
4. 【請求項４】 請求項２に記載の出力電圧検出回路にお
   いて、 前記ＲＣフィルタは、抵抗器に放電用ダイオードを並列
   接続してあることを特徴とする出力電圧検出回路。