JPH10290566A - スイッチング電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スイッチング周波数を水平偏向周波数に
同期させる場合に、スイッチング素子の導通期間が５０
％を超えても安定動作を確保すること。 【解決手段】 出力電圧を制御するスイッチング素子５
のゲートに印加する矩形波信号を制御する制御回路１
１、１６を備える。スイッチング素子５に流れる電流を
電流帰還回路１２で検出して電流帰還信号として制御回
路１１、１６に入力する。波形補正回路３０で矩形波信
号を積分して電流帰還信号に加算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】電子機器の直流電源として用
いることのできる電流モード制御方式のスイッチング電
源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電流モード制御方式のスイッチン
グ電源装置は、スイッチング素子の導通期間が５０％を
超えると特有の低周波発振が発生してスイッチング周期
が不安定になり、出力電圧のリップル成分が非常に大き
くなる。このような不具合を改善する対策として、スイ
ッチング素子の電流帰還信号にノコギリ波信号を加算し
て動作を安定させる技術が知られている。

【０００３】図３に従来の電流モード制御方式のスイッ
チング電源装置の構成例を示す。同図に示すスイッチン
グ電源装置は、交流電源１に接続された整流ブリッジ回
路２の出力で電源平滑コンデンサ３が充電され、電源平
滑コンデンサ３の充電電圧がスイッチング電源トランス
４の一次側に印加される。電源平滑コンデンサ３の両端
間をスイッチング電源トランス４の一次側に接続する経
路上にスイッチング素子５が介挿される。スイッチング
電源トランス４の二次側にダイオード６、コンデンサ７
からなる平滑回路を介して接続された負荷８に電流が供
給される。

【０００４】一方、比較増幅回路９において出力電圧と
基準電圧とが比較され、出力電圧の基準電圧に対する変
動分が比較増幅信号として出力される。比較増幅回路９
の比較増幅信号はフォトカプラ１０を介してコンパレー
タ１１へ出力信号Ａとして供給される。

【０００５】また、スイッチング素子５がＯＮしたとき
に流れる電流がスイッチング電流検出回路１２で検出さ
れ、電流帰還信号としてコンパレータ１１へ供給され
る。このとき、ノコギリ波発生回路１３及びその充放電
用コンデンサ１４によって生成されるノコギリ波信号が
抵抗１５により電流帰還信号に加算される。

【０００６】コンパレータ１１で出力信号Ａとノコギリ
波信号電圧の加算された電流帰還信号とが比較増幅さ
れ、出力信号Ｂとしてパルス幅変調回路１６に印加され
る。パルス幅変調回路１６で出力信号Ｂとノコギリ波発
生回路１３及びコンデンサ１４の発生するノコギリ波信
号とに基づいてパルス幅変調したパルス信号Ｃを発生さ
せてスイッチング素子５のゲートに印加する。

【０００７】以上のように構成されたスイッチング電源
装置では、図４（ａ）に示す電圧波形のノコギリ波信号
がノコギリ波発生回路１３及びコンデンサ１４によって
生成されている。図４でＶ１はコンデンサ１４の充電開
始電圧であり、Ｖ２はコンデンサ１４の放電開始電圧で
あるので、ノコギリ波信号の周期はコンデンサ１４の充
電電圧がＶ１からＶ２に達するまでの充電時間とＶ２か
らＶ１に下がるまでの放電時間との和で決まる。このノ
コギリ波信号が抵抗１５により電流帰還信号の電圧波形
に加算されることにより、ｅ点に現れる電流帰還信号の
電圧波形は図４（ｃ）に点線で示す波形となり、動作が
安定する。抵抗１５が無くて電流帰還信号にノコギリ波
信号が加算されない場合は、電流帰還波形は図４（ｃ）
に実線で示す波形になり、動作が不安定になる。

【０００８】ところで、ＣＲＴディスプレイモニタ等の
画像表示機器にスイッチング電源装置を使用した場合、
スイッチング電源トランス４から発生する磁力線が画像
表示機器の偏向コイルと鎖交するため、偏向コイルの発
生する偏向磁界が乱れ画像に横線ノイズが現れ、画像品
質が低下する。

【０００９】この横線ノイズの発生防止対策として、ス
イッチング電源トランス４を磁気シールドする方法と、
水平偏向周波数にスイッチング周波数を同期させる方法
とがある。後者の方法はコスト的に有利であるため広く
使われている。

【００１０】図５に水平偏向周波数にスイッチング周波
数を同期させるスイッチング電源装置の構成例を示して
いる。このスイッチング電源装置は、画像表示機器から
供給される水平偏向パルス信号が端子２０を介して結合
トランス２１に印加される。この水平偏向パルス信号が
抵抗２２、２３でコンデンサ１４の低電位側に印加され
る。

【００１１】以上のように構成されたスイッチング電源
装置では、図６（ｂ）に示すような水平偏向パルス信号
が端子２０に印加されると、水平偏向パルス信号の電圧
波形が図４（ａ）に示すノコギリ波信号波形に加算さ
れ、図６（ａ）に示す信号波形のノコギリ波信号がａ点
に現れる。図６（ａ）に示すように、水平偏向パルス期
間に、ａ点の電位は急激にＶ２に達して、その後すぐに
放電が開始されるので、ノコギリ波周波数が水平偏向周
波数に同期する。従って、水平偏向周波数にスイッチン
グ周波数を同期させることができ、スイッチング電源ト
ランス４から発生する磁力線が画像表示機器の偏向コイ
ルと鎖交することにより発生する画像への妨害を防ぐこ
とができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、水平偏
向周波数にスイッチング周波数を同期させる上記スイッ
チング電源装置は、図６（ａ）に示すａ点のノコギリ波
信号の電圧波形が電流帰還信号に加算され、図６（ｄ）
に点線で示す信号波形がｅ点に現れる。この電流帰還波
形は水平偏向パルス期間にピークを持つため、図６
（ｄ）に実線で示すノコギリ波電圧の加算されない場合
よりも動作が不安定になる。

【００１３】このように、水平偏向周波数に同期をかけ
る従来のスイッチング電源装置は、スイッチング素子の
電流帰還信号にノコギリ波信号を加算すると却って動作
が不安定になることから、スイッチング素子の導通期間
を５０％以上に上げるのが困難であった。

【００１４】また、フライバック方式のスイッチング電
源装置における最大出力は、スイッチング素子の導通期
間の２乗に比例することから、導通期間を５０％以上に
上げられないとなると最大出力を取り出すことができな
いこととなる。従って、同じ出力を取り出すのであれ
ば、水平偏向周波数の同期をかける電源装置は、同期を
かけない電源装置に比べ、スイッチング電源トランスの
１次インダクタンスを小さくしなければならない。この
ため、水平偏向周波数の同期をかける電源装置には、ス
イッチング電源トランスやスイッチング素子により大き
な電流が流れることとなり、装置の大型化、コストアッ
プ、非効率等の問題を含んでいた。

【００１５】また、スイッチング電源装置の制御系の全
体のゲインが高い場合、スイッチング素子の導通期間が
５０％を超えない場合でも動作が不安定になる可能性が
ある。さらに、電源電圧が下がると、導通期間が広がっ
ていくため、例えば７０Ｖ，８０Ｖといった電源電圧の
低いところまで安定した余裕の有る電源装置を設計する
のは一般に困難であった。

【００１６】本発明は、以上のような実情に鑑みてなさ
れたもので、スイッチング周波数を水平偏向周波数に同
期させた場合であっても、スイッチング素子の導通期間
が５０％を超えることにより発生する不安定な動作を回
避することができ、装置の小形化、低コスト化を図れ、
電源電圧の低いところでも安定して動作するスイッチン
グ電源装置を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために以下のような手段を講じた。請求項１記載
の発明は、出力電圧を制御するスイッチング素子と、こ
のスイッチング素子のゲートに印加する矩形波信号を制
御する制御回路と、前記スイッチング素子に流れる電流
を検出し電流帰還信号として前記制御回路に入力する電
流帰還回路と、前記矩形波信号を積分して電流帰還信号
に加算する波形補正回路とを具備する構成を採る。

【００１８】このような構成によれば、ゲート電圧を制
御する矩形波信号を積分して電流帰還信号に加算するの
で、水平偏向パルスに同期させるノコギリ波信号を電流
帰還信号に加算して安定化を図る必要が無くなり、スイ
ッチング素子の導通期間が５０％を超えたときでも安定
した動作を実現できる。

【００１９】請求項２記載の発明は、基準電圧に対する
出力電圧の変動分を検出する手段と、ノコギリ波信号を
発生させる手段と、電流帰還信号及び変動検出信号を比
較増幅する手段と、比較増幅信号とノコギリ波信号によ
り矩形波信号のパルス幅を変調する手段とを具備する構
成を採る。

【００２０】このような構成によれば、出力電圧の基準
電圧に対する差分に基づいて矩形波信号がパルス幅変調
され、また矩形波信号を積分して発生したノコギリ波信
号を加算した電流帰還信号に基づいて矩形波信号がパル
ス幅変調される。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いて具体的に説明する。図１に、本発明の実
施の形態に係るスイッチング電源装置の回路構成を示
す。このスイッチング電源装置は、交流電源１が整流ブ
リッジ回路２の交流側端子に接続され、整流ブリッジ回
路２の直流側端子に電源平滑コンデンサ３の両端が接続
される。電源平滑コンデンサ３の両端間がスイッチング
電源トランス４の一次側コイル及びスイッチング素子５
を直列に介して接続されている。スイッチング電源トラ
ンス４の二次側コイルの両端間にダイオード６及びコン
デンサ７からなる平滑回路を介して負荷８が接続され
る。

【００２２】比較増幅回路９が二次側の平滑回路の出力
端に接続されている。比較増幅回路９の出力はフォトカ
プラ１０を介して二次側から一次側に接続される。フォ
トカプラ１０の一次側はコンパレータ１１の一方の入力
端子に接続される。スイッチング素子５のソース、ドレ
イン間に流れる電流を検出して、スイッチング素子５の
ゲート制御側に帰還する電流帰還信号を生成するスイッ
チング電流検出回路１２がスイッチング素子５のドレイ
ン電極と電源平滑コンデンサ３の低電位側との間に設け
られている。コンパレータ１１の出力端子とノコギリ波
発生回路１３の出力端子とがパルス幅変調回路１６に接
続される。スイッチング素子５のゲートにゲートパルス
となる矩形波信号を出力するパルス幅変調回路１６の出
力端子が接続される。

【００２３】また、パルス幅変調回路１６の出力端子と
電源平滑コンデンサ３の低電位側との間に、スイッチン
グ素子５のゲートに印加される矩形波信号を積分して第
２のノコギリ波信号を発生させる積分回路３０が設けら
れている。積分回路３０は、パルス幅変調回路１６の出
力端子と電源平滑コンデンサ３の低電位側との間に２つ
の抵抗３１、３２を直列に接続し、電源平滑コンデンサ
３の低電位側の抵抗３２に対してコンデンサ３３を並列
接続して構成される。コンデンサ３３の正極側とスイッ
チング電流検出回路１２の出力端子との間に抵抗３４が
介挿される。

【００２４】また、画像表示機器から供給される水平偏
向パルス信号が印加される端子２０とアースとの間に結
合トランス２１の二次側コイルが接続される。また、結
合トランス２１の一次側コイルが抵抗２２、２３を介し
て充放電用コンデンサ１４の低電位側に接続される。

【００２５】以上のように構成されたスイッチング電源
装置では、端子２０に画像表示機器から供給された水平
偏向パルス信号が結合トランス２１により一次側に伝達
され、抵抗２２、２３により充放電コンデンサ１４の低
電位側に印加される。

【００２６】この結果、図２（ａ）に示すようにａ点で
の信号波形は水平偏向パルス信号（同図（ｂ））により
急激にＶ２に達し、その後、すぐに放電が開始されるの
で、ノコギリ波周波数が水平偏向周波数に同期する。従
って、ａ点のノコギリ波信号は図２（ａ）に点線で示す
ように水平偏向パルス期間にピークを持つ波形になる。

【００２７】一方、パルス幅変調回路１６の出力する信
号波形は図２（ｃ）に示すように矩形波信号となりスイ
ッチング素子５をＯＮ／ＯＦＦする。本実施の形態では
積分回路３０でこの矩形波信号を積分して第２のノコギ
リ波信号（図２（ｄ））を発生し、第２のノコギリ波信
号を抵抗３４によりスイッチング電流検出回路１２の電
流帰還信号に加算する。

【００２８】この結果、コンパレータ１１に供給される
電流帰還信号は図２（ｅ）に点線で示すような波形とな
る。図２（ｅ）に実線で示す波形は第２のノコギリ波信
号を加算する前の波形である。

【００２９】このように、水平偏向パルス信号により同
期を掛けた場合であっても、スイッチング電流検出回路
１２の電流帰還信号を歪みなく補正することができるの
で、スイッチング素子５の導通期間が５０％を超えた場
合でも安定した動作が可能となる。

【００３０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、スイッチ
ング周波数を水平偏向周波数に同期させた場合であって
も、スイッチング素子の導通期間が５０％を超えること
により発生する不安定な動作を回避することができ、装
置の小形化、低コスト化を図れ、電源電圧の低いところ
でも安定して動作させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るスイッチング電源装
置の回路構成図。

【図２】本発明の実施の形態のスイッチング電源装置に
おける各点での信号波形図。

【図３】従来のスイッチング電源装置の回路構成図。

【図４】図３に示すスイッチング電源装置の各点での信
号波形図。

【図５】水平偏向周波数に同期させる従来のスイッチン
グ電源装置の回路構成図。

【図６】図５に示すスイッチング電源装置の各点での信
号波形図。

【符号の説明】

１ 交流電源 ２ 整流ブリッジ回路 ３ 電源平滑コンデンサ ４ スイッチング電源トランス ５ スイッチング素子 ８ 負荷 ９ 比較増幅回路 １０フォトカプラ １１ コンパレータ １２ スイッチング電流検出回路 １３ ノコギリ波発生回路 １４ 充放電用コンデンサ ２１ 結合トランス ２２、２３ 抵抗 ３０ 積分回路 ３１、３２、３４ 抵抗 ３３ コンデンサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 出力電圧を制御するスイッチング素子
   と、このスイッチング素子のゲートに印加する矩形波信
   号を制御する制御回路と、前記スイッチング素子に流れ
   る電流を検出し電流帰還信号として前記制御回路に入力
   する電流帰還回路と、前記矩形波信号を積分して電流帰
   還信号に加算する波形補正回路とを具備するスイッチン
   グ電源装置。
2. 【請求項２】 基準電圧に対する出力電圧の変動分を検
   出する手段と、ノコギリ波信号を発生させる手段と、電
   流帰還信号及び変動検出信号を比較増幅する手段と、比
   較増幅信号とノコギリ波信号により矩形波信号のパルス
   幅を変調する手段とを具備することを特徴とする請求項
   １記載のスイッチング電源装置。