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JP6669030B2 - Switching power supply - Google Patents

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Description

本発明は、LED照明用電源等に用いられるスイッチング電源装置に関する。   The present invention relates to a switching power supply used for a power supply for LED lighting and the like.

ベース照明やシーリングライト等LED照明用電源は、交流電源、電磁波ノイズ除去フィルタ(EMIフィルタ)、力率改善回路(PFC部)、降圧チョッパ、LED、サブ電源、マイクロコンピュータ、駆動回路を備えて構成されている。サブ電源は、PFC部及びマイクロコンピュータに電力を供給する。マイクロコンピュータは、電源制御や調光制御や初期照度補正を行う。駆動回路は、マイクロコンピュータの制御によりPFC部と降圧チョッパとを駆動する。   The power supply for LED lighting such as base lighting and ceiling light is composed of AC power supply, electromagnetic wave noise elimination filter (EMI filter), power factor improvement circuit (PFC section), step-down chopper, LED, sub power supply, microcomputer, and drive circuit. Have been. The sub power supply supplies power to the PFC unit and the microcomputer. The microcomputer performs power control, dimming control, and initial illuminance correction. The drive circuit drives the PFC section and the step-down chopper under the control of the microcomputer.

PFC部は、低ノイズ化のために、リアクトル電流がゼロになるときにスイッチング素子をオンさせる臨界モードで動作させることが多い。しかし、降圧チョッパは、調光時、即ち、軽負荷時の電源動作安定性を考慮し、スイッチング素子の発振周波数を、固定したPWM(パルス幅変調)モードで動作させることが多い。   The PFC unit is often operated in a critical mode in which the switching element is turned on when the reactor current becomes zero in order to reduce noise. However, in many cases, the step-down chopper operates in a PWM (pulse width modulation) mode in which the oscillation frequency of the switching element is fixed in consideration of power supply operation stability at the time of dimming, that is, at a light load.

なお、従来のこの種の技術として、特許文献1に記載された負荷制御装置が知られている。この負荷制御装置は、調光信号に応じて力率改善回路の動作モードを臨界モードと電流不連続モードとに切り替える切替手段を備えている。   As a conventional technique of this type, a load control device described in Patent Literature 1 is known. The load control device includes switching means for switching an operation mode of the power factor correction circuit between a critical mode and a discontinuous current mode according to a dimming signal.

特許第5152501号公報Japanese Patent No. 5152501

しかしながら、臨界モードは、PWMモードに比べて低EMIで高効率であるが、負荷や入力電圧の変化によってスイッチング素子の発振周波数が変化する。特に、軽負荷時(調光が低い場合)や入力電圧が高い場合には、図8に示すように、発振周波数が増加する。   However, the critical mode has lower EMI and higher efficiency than the PWM mode, but the oscillation frequency of the switching element changes due to a change in load or input voltage. In particular, when the load is light (when dimming is low) or when the input voltage is high, the oscillation frequency increases as shown in FIG.

このとき、スイッチング素子のスイッチング損失の増加やオン幅が極端に短くなるため、スイッチング素子の発振動作が不安定になる。この問題を解決したものとして、図9に示すように、調光及び入力電圧の変化に関係なく発振周波数に上限(fmax)を設ける方法がある。この方法では、発振周波数が周波数上限値fmaxに達すると、ボトムスキップ動作になるもので、スキップ数は、負荷に応じて増減する。このため、発振周波数の上昇が抑制される。   At this time, the switching operation of the switching element becomes unstable because the switching loss increases and the ON width becomes extremely short. As a solution to this problem, there is a method of providing an upper limit (fmax) to the oscillation frequency irrespective of dimming and a change in input voltage, as shown in FIG. In this method, when the oscillation frequency reaches the frequency upper limit value fmax, a bottom skip operation is performed, and the number of skips increases or decreases according to the load. Therefore, an increase in the oscillation frequency is suppressed.

また、LED照明では、発光にちらつきが起こらないように調光5%以下の軽負荷状態においても、LED電流にリプルが発生しない安定なスイッチ制御が求められている。   In addition, in LED lighting, stable switch control that does not generate ripples in LED current is required even under a light load condition of 5% or less dimming so that flicker does not occur in light emission.

本発明の課題は、安定なスイッチ制御が行え、効率を向上することができるスイッチング電源装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a switching power supply device capable of performing stable switch control and improving efficiency.

本発明に係るスイッチング電源装置は、交流電源の交流電圧を検出する電圧検出回路と、臨界モードで動作し、スイッチング素子を有し、前記スイッチング素子をスイッチングさせることにより前記交流電源の交流電圧を直流電圧に変換する力率改善回路と、前記力率改善回路から出力される直流電圧を別の直流電圧に変換して負荷に電力を供給するDC/DCコンバータと、前記スイッチング素子をオンオフさせる制御回路と、前記電圧検出回路で検出された検出電圧に基づき前記検出電圧に比例した前記スイッチング素子の最大発振周波数を設定する最大発振周波数制限回路とを備えることを特徴とする。   A switching power supply device according to the present invention has a voltage detection circuit that detects an AC voltage of an AC power supply, operates in a critical mode, has a switching element, and switches an AC voltage of the AC power supply to a DC voltage by switching the switching element. A power factor improving circuit that converts the voltage into a voltage, a DC / DC converter that converts a DC voltage output from the power factor improving circuit into another DC voltage and supplies power to a load, and a control circuit that turns on and off the switching element And a maximum oscillation frequency limiting circuit that sets a maximum oscillation frequency of the switching element in proportion to the detection voltage based on the detection voltage detected by the voltage detection circuit.

本発明によれば、最大発振周波数制限回路は、電圧検出回路で検出された検出電圧に基づき検出電圧に比例したスイッチング素子の最大発振周波数を設定するので、交流電圧が低いほど最大発振周波数を低くなるように設定することで、広いオン幅を確保することができる。このため、安定なスイッチ制御が行え、効率を向上することができるスイッチング電源装置を提供することができる。   According to the present invention, the maximum oscillation frequency limiting circuit sets the maximum oscillation frequency of the switching element in proportion to the detection voltage based on the detection voltage detected by the voltage detection circuit, so that the lower the AC voltage, the lower the maximum oscillation frequency. By setting so that a wide ON width can be secured. Therefore, it is possible to provide a switching power supply device capable of performing stable switch control and improving efficiency.

本発明の実施例1に係るスイッチング電源装置の回路構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a circuit configuration of the switching power supply device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の実施例1に係るスイッチング電源装置における最大発振周波数制限回路を含む制御回路の構成ブロック図である。FIG. 2 is a configuration block diagram of a control circuit including a maximum oscillation frequency limiting circuit in the switching power supply device according to Embodiment 1 of the present invention. 図2に示す最大発振周波数制限回路及び発振器の詳細な構成図である。FIG. 3 is a detailed configuration diagram of a maximum oscillation frequency limiting circuit and an oscillator illustrated in FIG. 2. 最大発振周波数制限回路内の最大発振周波数制限部の詳細な構成図である。FIG. 3 is a detailed configuration diagram of a maximum oscillation frequency limiting unit in the maximum oscillation frequency limiting circuit. 入力電圧に応じて電流が可変する可変電流源の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a variable current source that varies a current according to an input voltage. 最大発振周波数制限回路内の各部の動作を示すタイミングチャートである。5 is a timing chart illustrating the operation of each unit in the maximum oscillation frequency limiting circuit. 本発明において、臨界モード時における入力電圧に応じてスイッチング素子の最大発振周波数を制限した様子を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a state in which the maximum oscillation frequency of the switching element is limited according to the input voltage in the critical mode in the present invention. 臨界モード時における入力電圧及び調光に対するスイッチング素子の発振周波数の変化を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a change in an oscillation frequency of a switching element with respect to an input voltage and dimming in a critical mode. 従来回路において、臨界モード時における入力電圧及び調光に対するスイッチング素子の最大発振周波数の制限を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a limitation on a maximum oscillation frequency of a switching element with respect to an input voltage and dimming in a critical mode in a conventional circuit.

以下、本発明の実施の形態のスイッチング電源装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, a switching power supply according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(実施例1)
図1は、本発明の実施例1に係るスイッチング電源装置の回路構成を示す図である。スイッチング電源装置は、交流電源1、全波整流回路2、電圧検出回路3、PFC(力率改善回路)部4、DC/DCコンバータ5、LED6、制御回路7を備えて構成される。
(Example 1)
FIG. 1 is a diagram illustrating a circuit configuration of a switching power supply device according to Embodiment 1 of the present invention. The switching power supply includes an AC power supply 1, a full-wave rectifier circuit 2, a voltage detection circuit 3, a PFC (power factor correction circuit) unit 4, a DC / DC converter 5, an LED 6, and a control circuit 7.

全波整流回路2は、交流電源1の交流電圧を全波整流して整流電圧をPFC部4に出力する。電圧検出回路3は、交流電源の交流電圧を検出し、検出電圧を制御回路7に出力する。   The full-wave rectifier circuit 2 performs full-wave rectification on the AC voltage of the AC power supply 1 and outputs a rectified voltage to the PFC unit 4. The voltage detection circuit 3 detects an AC voltage of the AC power supply and outputs the detected voltage to the control circuit 7.

PFC部4は、臨界モードで動作し、スイッチング素子Qoを有し、スイッチング素子Qoをオンオフさせることにより全波整流回路2からの整流電圧を直流電圧に変換する。   The PFC section 4 operates in the critical mode, has a switching element Qo, and converts the rectified voltage from the full-wave rectifier circuit 2 into a DC voltage by turning on and off the switching element Qo.

PFC部4は、全波整流回路2の出力両端にリアクトルLoとスイッチング素子Qoと電流検出抵抗Roとの直列回路と、この直列回路の両端に接続されたダイオードDoとコンデンサCoとの直列回路とを有する。   The PFC unit 4 includes a series circuit of a reactor Lo, a switching element Qo, and a current detection resistor Ro at both ends of the output of the full-wave rectifier circuit 2, a series circuit of a diode Do and a capacitor Co connected at both ends of the series circuit. Having.

DC/DCコンバータ5は、PFC部4から出力される直流電圧を別の直流電圧に変換して負荷としてのLED6に電力を供給する。   The DC / DC converter 5 converts a DC voltage output from the PFC unit 4 into another DC voltage and supplies power to the LED 6 as a load.

制御回路7は、PFC部1のスイッチング素子Qoをオンオフさせるとともに、DC/DCコンバータ5内の図示しないスイッチング素子をオンオフ制御させる。制御回路7は、電圧検出回路3で検出された検出電圧に基づき検出電圧に比例したスイッチング素子Qoの最大発振周波数を設定する最大発振周波数制限回路11を備えている。   The control circuit 7 turns on / off the switching element Qo of the PFC unit 1 and controls on / off of a switching element (not shown) in the DC / DC converter 5. The control circuit 7 includes a maximum oscillation frequency limiting circuit 11 that sets the maximum oscillation frequency of the switching element Qo in proportion to the detection voltage based on the detection voltage detected by the voltage detection circuit 3.

図2は、本発明の実施例1に係るスイッチング電源装置における最大周波数制限回路を含む制御回路の構成ブロック図である。制御回路7は、コンデンサCoからの出力電圧をフィードバック電圧として入力するFB端子、エラーアンプEAMの出力端子としてのCOMP端子、スイッチング素子Qoのソースの電圧を入力するCS端子、電源Vcc端子、スイッチング素子Qoのゲートに印加するためのゲート信号を出力するOUT端子、GND端子、補助巻線Lcに流れる電流がゼロになったことを検出するゼロ電流検出信号(ZCD信号)を入力するZCD端子、電圧検出回路3で検出された電圧を入力するVSENSE端子を有する。   FIG. 2 is a configuration block diagram of a control circuit including a maximum frequency limiting circuit in the switching power supply according to Embodiment 1 of the present invention. The control circuit 7 includes an FB terminal for inputting an output voltage from the capacitor Co as a feedback voltage, a COMP terminal as an output terminal of the error amplifier EAM, a CS terminal for inputting a source voltage of the switching element Qo, a power supply Vcc terminal, and a switching element. An OUT terminal for outputting a gate signal to be applied to the gate of Qo, a GND terminal, a ZCD terminal for inputting a zero current detection signal (ZCD signal) for detecting that the current flowing through the auxiliary winding Lc has become zero, and a voltage. It has a VSENSE terminal for inputting the voltage detected by the detection circuit 3.

エラーアンプEAMは、FB端子からの電圧と基準電圧Vref1との誤差電圧を増幅してコンパレータCP1に出力する。コンパレータCP1は、発振器OSCからの三角波信号とエラーアンプEAMからの誤差電圧VCOMPとを比較することによりパルス信号を生成し、オア回路OR1を介してフリップフロップ回路RS1のリセット端子Rに出力する。フリップフロップ回路RS1は、パルス信号をバッファ回路BF1とOUT端子を介してスイッチング素子Qoのゲートに出力する。これにより、スイッチング素子Qoをオンオフさせることができる。   The error amplifier EAM amplifies an error voltage between the voltage from the FB terminal and the reference voltage Vref1, and outputs the amplified error voltage to the comparator CP1. The comparator CP1 generates a pulse signal by comparing the triangular wave signal from the oscillator OSC with the error voltage VCOMP from the error amplifier EAM, and outputs the pulse signal to the reset terminal R of the flip-flop circuit RS1 via the OR circuit OR1. The flip-flop circuit RS1 outputs a pulse signal to the gate of the switching element Qo via the buffer circuit BF1 and the OUT terminal. Thereby, the switching element Qo can be turned on and off.

過電圧保護コンパレータOVPは、FB端子からの電圧が基準電圧Vref3以上になった場合には、Hレベルをオア回路1に出力して、スイッチング素子Qoをオフさせることにより、過電圧保護する。低電圧保護コンパレータUVPは、FB端子からの電圧が基準電圧Vref2以下になった場合には、Hレベルをオア回路1に出力して、スイッチング素子Qoをオフさせることにより、低電圧保護する。   When the voltage from the FB terminal becomes equal to or higher than the reference voltage Vref3, the overvoltage protection comparator OVP outputs an H level to the OR circuit 1 to turn off the switching element Qo, thereby performing overvoltage protection. When the voltage from the FB terminal becomes equal to or lower than the reference voltage Vref2, the low-voltage protection comparator UVP outputs an H level to the OR circuit 1 to turn off the switching element Qo, thereby performing low-voltage protection.

コンパレータOCP1は、スイッチング素子Qoのソース電圧が基準電圧Vref5以上になった場合には、Hレベルをオア回路1に出力して、スイッチング素子Qoをオフさせることにより、スイッチング素子Qoを過電流保護する。   When the source voltage of the switching element Qo becomes equal to or higher than the reference voltage Vref5, the comparator OCP1 outputs an H level to the OR circuit 1 to turn off the switching element Qo, thereby protecting the switching element Qo from overcurrent. .

Vcc端子に接続されたレギュレータREGは、制御回路7内の各部に電力を供給する。コンパレータUVLOは、Vcc電圧を抵抗R1と抵抗R2とで分圧した電圧が基準電圧Vref4以下となった場合には、レギュレータREGを停止させる。   The regulator REG connected to the Vcc terminal supplies power to each unit in the control circuit 7. The comparator UVLO stops the regulator REG when the voltage obtained by dividing the Vcc voltage by the resistors R1 and R2 becomes equal to or lower than the reference voltage Vref4.

さらに、制御回路7は、最大発振周波数制限回路11、オア回路OR2、リスタートタイマーTMを備えている。最大発振周波数制限回路11は、コンパレータ12、ダウンエッジ検出回路13、最大発振周波数制限部14を備えている。   Further, the control circuit 7 includes a maximum oscillation frequency limiting circuit 11, an OR circuit OR2, and a restart timer TM. The maximum oscillation frequency limiting circuit 11 includes a comparator 12, a down edge detection circuit 13, and a maximum oscillation frequency limiting unit 14.

コンパレータ12は、ZCD端子から入力されたZCD信号が基準電圧Vref6以上の場合にHレベルのパルスをダウンエッジ検出回路13に出力する。ダウンエッジ検出回路13は、コンパレータ12からのHレベルのパルスの立下りを検出して立下り検出信号を最大発振周波数制限部14に出力する。   The comparator 12 outputs an H-level pulse to the down-edge detection circuit 13 when the ZCD signal input from the ZCD terminal is equal to or higher than the reference voltage Vref6. The down-edge detection circuit 13 detects the fall of the H-level pulse from the comparator 12 and outputs a fall detection signal to the maximum oscillation frequency limiting unit 14.

最大発振周波数制限部14は、電圧検出回路3で検出された検出電圧に基づき検出電圧に比例したスイッチング素子Qoの最大発振周波数fmaxを設定し、最大発振周波数fmaxの信号をオア回路OR2と発振器OSCのMOSFETQ1のゲートに出力する。   The maximum oscillation frequency limiter 14 sets the maximum oscillation frequency fmax of the switching element Qo in proportion to the detection voltage based on the detection voltage detected by the voltage detection circuit 3, and outputs the signal of the maximum oscillation frequency fmax to the OR circuit OR2 and the oscillator OSC. To the gate of the MOSFET Q1.

図3は、図2に示す最大発振周波数制限回路11及び発振器OSCの詳細な構成図である。発振器OSCは、定電流源I1、定電流源I1に接続されるMOSFETQ1、定電流源I1に接続されるコンデンサC1、定電流源I1に接続されるツェナーダイオードZDを備えている。   FIG. 3 is a detailed configuration diagram of the maximum oscillation frequency limiting circuit 11 and the oscillator OSC shown in FIG. The oscillator OSC includes a constant current source I1, a MOSFET Q1 connected to the constant current source I1, a capacitor C1 connected to the constant current source I1, and a zener diode ZD connected to the constant current source I1.

コンデンサC1は、定電流源I1の電流により充電されていき、電圧VC1は図示のように上昇していく。コンデンサC1の電圧VC1が一定電圧に達すると、ツェナーダイオードZDの降伏により、電圧VC1は一定電圧となる。さらに、最大発振周波数制限部14からの最大発振周波数の信号がHレベルによりMOSFETQ1がオンしてコンデンサC1が放電して電圧VC1がゼロとなる。このため、定電流源I1とコンデンサC1とMOSFETQ1とで決定される発振周波数fでスイッチング素子Qoはオンオフする。   The capacitor C1 is charged by the current of the constant current source I1, and the voltage VC1 rises as shown. When the voltage VC1 of the capacitor C1 reaches a constant voltage, the voltage VC1 becomes a constant voltage due to breakdown of the Zener diode ZD. Further, when the signal of the maximum oscillation frequency from the maximum oscillation frequency limiter 14 is at the H level, the MOSFET Q1 is turned on, the capacitor C1 is discharged, and the voltage VC1 becomes zero. Therefore, the switching element Qo is turned on and off at the oscillation frequency f determined by the constant current source I1, the capacitor C1, and the MOSFET Q1.

図4は、最大発振周波数制限回路11内の最大発振周波数制限部14の詳細な構成図である。最大発振周波数制限部14は、可変電流源I2、ノア回路NOR1,NOR2、MOSFETQ2、コンデンサC2、ツェナーダイオードZD2を備えている。   FIG. 4 is a detailed configuration diagram of the maximum oscillation frequency limiting unit 14 in the maximum oscillation frequency limiting circuit 11. The maximum oscillation frequency limiter 14 includes a variable current source I2, NOR circuits NOR1, NOR2, a MOSFET Q2, a capacitor C2, and a Zener diode ZD2.

可変電流源I2は、入力電圧Vに応じて電流を可変するものであり、図5に示すように、抵抗R3,R4、ボルテージフォロワVF、抵抗R5、カレントミラー回路Q3,Q4、カレントミラー回路Q5,Q6を備えている。   The variable current source I2 varies the current according to the input voltage V. As shown in FIG. 5, the resistors R3 and R4, the voltage follower VF, the resistor R5, the current mirror circuits Q3 and Q4, and the current mirror circuit Q5 , Q6.

入力電圧VSENSEは、抵抗R3と抵抗R4とで分圧されて、ボルテージフォロワVFに入力される。入力電圧VSENSEに応じた電流が抵抗R5を介してカレントミラー回路Q3,Q4に流れ、さらに、その電流は、カレントミラー回路Q5,Q6に流れ、可変電流源I2の電流となる。このため、MOSFETQ6に流れる電流は、入力電圧VSENSEが大きい場合には大きくなり、入力電圧VSENSEが小さい場合には小さくなる。   The input voltage VSENSE is divided by a resistor R3 and a resistor R4 and input to a voltage follower VF. A current corresponding to the input voltage VSENSE flows to the current mirror circuits Q3 and Q4 via the resistor R5, and the current flows to the current mirror circuits Q5 and Q6 to become a current of the variable current source I2. Therefore, the current flowing through the MOSFET Q6 increases when the input voltage VSENSE is high, and decreases when the input voltage VSENSE is low.

即ち、入力電圧VSENSEが大きい場合には電流が大きいため、コンデンサC2の充電時間が短くなり、最大発振周波数fmaxが高くなる。入力電圧VSENSEが小さい場合には電流が小さいため、コンデンサC2の充電時間が長くなり、最大発振周波数fmaxが低くなる。   That is, when the input voltage VSENSE is large, the current is large, so that the charging time of the capacitor C2 is short, and the maximum oscillation frequency fmax is high. When the input voltage VSENSE is small, the current is small, so that the charging time of the capacitor C2 becomes long, and the maximum oscillation frequency fmax becomes low.

図4において、ノア回路NOR1は、ダウンエッジ検出回路の出力の反転とコンパレータCP2の出力とのオアをとり、そのオアの反転をインバータINV1で反転し、ワンショット1shotを介してMOSFETQ2のゲートに出力する。MOSFETQ2は、ワンショット1shotのパルス時間だけオンする。   In FIG. 4, a NOR circuit NOR1 takes an OR of the inversion of the output of the down-edge detection circuit and the output of the comparator CP2, inverts the inversion of the OR with an inverter INV1, and outputs the OR to the gate of the MOSFET Q2 via the one-shot 1shot. I do. MOSFET Q2 is turned on for a pulse time of one shot 1shot.

コンパレータCP2は、コンデンサC2の電圧Vc2が基準電源Vref7の電圧未満の場合にHレベルを、電圧Vc2が基準電源Vref7の電圧以上の場合にLレベルをノア回路NOR1,NOR2に出力する。コンパレータCP2から出力される信号が最大発振周波数fmaxの信号である。ノア回路NOR2は、ダウンエッジ検出回路の出力の反転とコンパレータCP2の出力とのオアをとり、そのオアの反転を最大発振周波数fmaxの信号として出力する。   The comparator CP2 outputs the H level to the NOR circuits NOR1 and NOR2 when the voltage Vc2 of the capacitor C2 is lower than the voltage of the reference power supply Vref7, and outputs the L level when the voltage Vc2 is equal to or higher than the voltage of the reference power supply Vref7. The signal output from the comparator CP2 is a signal having the maximum oscillation frequency fmax. The NOR circuit NOR2 takes the OR of the inverted output of the down-edge detecting circuit and the output of the comparator CP2, and outputs the inverted OR as a signal of the maximum oscillation frequency fmax.

オア回路OR2は、最大発振周波数制限部14からの最大発振周波数信号をフリップフロップ回路RS1のセット端子Sに出力する。即ち、最大発振周波数fmaxは、最大発振周波数制限回路11で生成され、フリップフロップRS1のセット端子Sに出力される。   The OR circuit OR2 outputs the maximum oscillation frequency signal from the maximum oscillation frequency limiter 14 to the set terminal S of the flip-flop circuit RS1. That is, the maximum oscillation frequency fmax is generated by the maximum oscillation frequency limiting circuit 11, and is output to the set terminal S of the flip-flop RS1.

なお、PFC部4に設けられたスイッチング素子Qoのドレイン電流Id、電圧Vdsの周期、即ちスイッチング素子Qoの発振周波数は、発振器OSC、コンパレータCP1により生成され、フリップフロップRS1のリセット端子Rに出力される。   The cycle of the drain current Id and the voltage Vds of the switching element Qo provided in the PFC section 4, that is, the oscillation frequency of the switching element Qo is generated by the oscillator OSC and the comparator CP1, and output to the reset terminal R of the flip-flop RS1. You.

次に、このように構成された実施例1のスイッチング電源装置の最大発振周波数制限回路11の動作を図6に示すタイミングチャートを参照しながら詳細に説明する。   Next, the operation of the maximum oscillating frequency limiting circuit 11 of the switching power supply of Embodiment 1 thus configured will be described in detail with reference to the timing chart shown in FIG.

まず、時刻t1から定電流源I1の電流によりコンデンサC1を充電し、コンデンサC1の電圧Vc1がエラーアンプEMPの出力Vcompになる時刻t4までは、コンパレータCP1の出力PWMは、LレベルをフリップフロップRS1に出力する。   First, the capacitor C1 is charged by the current of the constant current source I1 from time t1, and until time t4 when the voltage Vc1 of the capacitor C1 becomes the output Vcomp of the error amplifier EMP, the output PWM of the comparator CP1 changes the L level to the flip-flop RS1. Output to

次に、コンデンサC1の電圧Vc1がエラーアンプEMPの出力Vcomp以上になると、時刻t6までコンパレータCP1の出力PWMは、HレベルをフリップフロップRS1に出力する。このため、パルスがスイッチング素子Qoのゲートに出力されるので、スイッチング素子Qoがオンされて、スイッチング素子Qoのドレイン電流Idが直線的に上昇する。   Next, when the voltage Vc1 of the capacitor C1 becomes equal to or higher than the output Vcomp of the error amplifier EMP, the output PWM of the comparator CP1 outputs an H level to the flip-flop RS1 until time t6. Therefore, a pulse is output to the gate of the switching element Qo, so that the switching element Qo is turned on, and the drain current Id of the switching element Qo increases linearly.

また、時刻t0において、スイッチング素子Qoのドレイン電圧に比例したLc巻線電圧Vzcdが急激に低下すると、ダウンエッジ検出回路13はドレイン電圧に比例したLc巻線電圧Vzcdのダウンエッジを検出して、時刻t1までHレベルのZCD信号を出力する。時刻t0〜t1では、ダウンエッジ検出回路13の出力がLレベルになるので、最大発振周波数制限部14のノア回路NOR1の出力は、Hレベルとなる。   Further, at time t0, when the Lc winding voltage Vzcd proportional to the drain voltage of the switching element Qo drops sharply, the down edge detection circuit 13 detects the down edge of the Lc winding voltage Vzcd proportional to the drain voltage, An H level ZCD signal is output until time t1. From time t0 to time t1, the output of the down edge detection circuit 13 goes low, so that the output of the NOR circuit NOR1 of the maximum oscillation frequency limiting section 14 goes high.

インバータINV1で反転された信号でワンショット1shotのパルスが掲載されるため、このため、MOSFETQ2がオンしてコンデンサC2が放電するので、コンデンサC2の電圧Vc2はゼロとなる。このため、コンパレータCP2は、Hレベルを出力し、ノア回路NOR2は、Lレベルを出力する。   Since a one-shot one-shot pulse is included in the signal inverted by the inverter INV1, the MOSFET Q2 is turned on and the capacitor C2 is discharged, so that the voltage Vc2 of the capacitor C2 becomes zero. Therefore, the comparator CP2 outputs an H level, and the NOR circuit NOR2 outputs an L level.

時刻t2において、ワンショット1shotの出力は、Lレベルとなり、MOSFETQ2がオフすると、可変電流源I2の電流によりコンデンサC2が充電され、電圧Vc2が上昇していく。   At time t2, the output of the one-shot 1shot becomes L level, and when the MOSFET Q2 is turned off, the capacitor C2 is charged by the current of the variable current source I2, and the voltage Vc2 increases.

時刻t3において、電圧Vc2が基準電圧Vref7に達すると、コンパレータCP2は、Lレベルを出力し、ノア回路NOR2は、Lレベルを出力する。時刻t6〜t9までの動作は、時刻t0〜t3までの動作と同様である。   At time t3, when voltage Vc2 reaches reference voltage Vref7, comparator CP2 outputs an L level, and NOR circuit NOR2 outputs an L level. The operation from time t6 to t9 is the same as the operation from time t0 to t3.

次に、入力電圧VSENSEが上昇し、図5に示す可変電流源I2の電流が増加すると、時刻t22〜t23、t26〜t27に示すように、コンデンサC2の充電時間が短くなる。このため、最大発振周波数が高くなる。   Next, when the input voltage VSENSE increases and the current of the variable current source I2 shown in FIG. 5 increases, the charging time of the capacitor C2 becomes shorter as shown at times t22 to t23 and t26 to t27. For this reason, the maximum oscillation frequency increases.

一方、入力電圧VSENSEが低下し、可変電流源I2の電流が減少すると、コンデンサC2の充電時間が長くなる。このため、最大発振周波数が低くなる。図7に、臨界モード時における入力電圧に応じてスイッチング素子の最大発振周波数を制限した様子を示す。図7から、入力電圧VSENSEが低下した場合に最大発振周波数が低くなることがわかる。   On the other hand, when the input voltage VSENSE decreases and the current of the variable current source I2 decreases, the charging time of the capacitor C2 increases. For this reason, the maximum oscillation frequency decreases. FIG. 7 shows a state in which the maximum oscillation frequency of the switching element is limited according to the input voltage in the critical mode. FIG. 7 shows that the maximum oscillation frequency decreases when the input voltage VSENSE decreases.

このように、実施例1のスイッチング電源装置によれば、最大発振周波数制限回路11は、電圧検出回路3で検出された検出電圧に基づき検出電圧に比例したスイッチング素子Qoの最大発振周波数を設定するので、交流電圧(入力電圧)が小さいほど最大発振周波数を小さくなるように設定することで、広いオン幅を確保することができる。このため、安定なスイッチ制御が行え、効率を向上することができるスイッチング電源装置を提供することができる。   As described above, according to the switching power supply device of the first embodiment, the maximum oscillation frequency limiting circuit 11 sets the maximum oscillation frequency of the switching element Qo in proportion to the detection voltage based on the detection voltage detected by the voltage detection circuit 3. Therefore, by setting the maximum oscillation frequency to be smaller as the AC voltage (input voltage) is smaller, it is possible to secure a wide ON width. Therefore, it is possible to provide a switching power supply device capable of performing stable switch control and improving efficiency.

また、時刻t0〜t11、時刻t20〜t27では、最大発振周波数制限回路11は、スイッチング素子Qoの発振周波数が最大発振周波数fmaxに達しない場合には臨界モードで動作している。   At times t0 to t11 and times t20 to t27, the maximum oscillation frequency limiting circuit 11 operates in the critical mode when the oscillation frequency of the switching element Qo does not reach the maximum oscillation frequency fmax.

時刻t30〜t33では、軽負荷となり、スイッチング素子Qoの電圧に比例したLc巻線電圧Vzcdが振動してボトムが発生する。この軽負荷時には、スイッチング素子Qoの発振周波数が最大発振周波数fmaxに到達後には、即ち、最大発振周波数制限回路11は、最大発振周波数以下の発振周波数でボトムスキップモードで動作させる。   From time t30 to t33, the load becomes light, and the Lc winding voltage Vzcd proportional to the voltage of the switching element Qo oscillates, and a bottom occurs. At this light load, after the oscillation frequency of the switching element Qo reaches the maximum oscillation frequency fmax, that is, the maximum oscillation frequency limiting circuit 11 operates in the bottom skip mode at an oscillation frequency equal to or lower than the maximum oscillation frequency.

この場合には、時刻t30〜t31において、ダウンエッジ回路13が電圧Vzcdのボトムを検出する。ボトムを検出した時刻t30〜t31が最大発振周波数fmaxのオン時間内であるため、ノア回路NOR2はHレベルを出力しない。   In this case, from time t30 to t31, the down edge circuit 13 detects the bottom of the voltage Vzcd. Since time t30 to t31 when the bottom is detected is within the ON time of the maximum oscillation frequency fmax, the NOR circuit NOR2 does not output the H level.

次に、時刻t32〜t33において、ダウンエッジ回路13が電圧Vzcdのボトムを検出し、ボトムを検出した時刻t32〜t33が最大発振周波数fmaxのオン時間を超えているため、ノア回路NOR2はHレベルを出力する。即ち、1回目のボトムをスキップするので、最大発振周波数fmaxの周期が伸びることになる。   Next, from time t32 to t33, the down-edge circuit 13 detects the bottom of the voltage Vzcd, and the time t32 to t33 when the bottom is detected exceeds the on-time of the maximum oscillation frequency fmax. Is output. That is, since the first bottom is skipped, the cycle of the maximum oscillation frequency fmax is extended.

このように、軽負荷時に最大発振周波数fmaxを低くすることで、スイッチング素子Qoのスイッチング損失を低減させることができる。   As described above, the switching loss of the switching element Qo can be reduced by lowering the maximum oscillation frequency fmax at a light load.

なお、実施例1では、最大発振周波数制限回路11を制御回路7内に設けたが、例えば、最大発振周波数制限回路11をPFC部4内に設けるようにしても良い。   In the first embodiment, the maximum oscillation frequency limiting circuit 11 is provided in the control circuit 7. However, for example, the maximum oscillation frequency limiting circuit 11 may be provided in the PFC unit 4.

1 交流電源
2 全波整流回路
3 電圧検出回路
4 PFC部
5 DC/DCコンバータ
6 LED
7 制御回路
11 最大周波数制限回路
12 コンパレータ
13 ダウンエッジ検出回路
14 最大発振周波数制限部
OVP 過電圧保護コンパレータ
UVP 低電圧保護コンパレータ
EAM 誤差増幅器
Qo スイッチング素子
CP1,CP2,OCP1 コンパレータ
OSC 発振器
OR1,OR2 オア回路
NOR1,NOR2 ノア回路
RS1 フリップフロップ回路
BF1 バッファ回路
R1〜R5 抵抗
ZD ツェナーダイオード
C1,C2 コンデンサ
INV1 インバータ
1shot ワンショット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 AC power supply 2 Full-wave rectifier circuit 3 Voltage detection circuit 4 PFC part 5 DC / DC converter 6 LED
7 Control circuit 11 Maximum frequency limiting circuit 12 Comparator 13 Down edge detecting circuit 14 Maximum oscillation frequency limiting section OVP Overvoltage protection comparator UVP Low voltage protection comparator EAM Error amplifier Qo Switching elements CP1, CP2, OCP1 Comparator OSC Oscillator OR1, OR2 OR circuit NOR1 , NOR2 NOR circuit RS1 Flip-flop circuit BF1 Buffer circuit R1-R5 Resistance ZD Zener diode C1, C2 Capacitor INV1 Inverter 1 shot One shot

Claims (5)

交流電源の交流電圧を検出する電圧検出回路と、
臨界モードで動作し、スイッチング素子を有し、前記スイッチング素子をスイッチングさせることにより前記交流電源の交流電圧を直流電圧に変換する力率改善回路と、
前記力率改善回路から出力される直流電圧を別の直流電圧に変換して負荷に電力を供給するDC/DCコンバータと、
前記スイッチング素子をオンオフさせる制御回路と、
前記電圧検出回路で検出された検出電圧に基づき前記検出電圧に比例した前記スイッチング素子の最大発振周波数を設定する最大発振周波数制限回路と、
を備えることを特徴とするスイッチング電源装置。
A voltage detection circuit for detecting an AC voltage of the AC power supply;
A power factor improvement circuit that operates in a critical mode, has a switching element, and converts an AC voltage of the AC power supply into a DC voltage by switching the switching element;
A DC / DC converter that converts a DC voltage output from the power factor correction circuit into another DC voltage and supplies power to a load;
A control circuit for turning on and off the switching element;
A maximum oscillation frequency limiting circuit that sets a maximum oscillation frequency of the switching element in proportion to the detection voltage based on the detection voltage detected by the voltage detection circuit;
A switching power supply device comprising:
前記最大発振周波数制限回路は、前記スイッチング素子の発振周波数が前記最大発振周波数に達しない場合には前記臨界モードで動作し、軽負荷時に前記発振周波数が前記最大発振周波数に到達後には、前記最大発振周波数以下の発振周波数でPWM又はボトムスキップモードで動作させ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。   The maximum oscillation frequency limiting circuit operates in the critical mode when the oscillation frequency of the switching element does not reach the maximum oscillation frequency, and operates at the maximum after the oscillation frequency reaches the maximum oscillation frequency at light load. 2. The switching power supply according to claim 1, wherein the switching power supply operates in a PWM or bottom skip mode at an oscillation frequency equal to or lower than the oscillation frequency. 前記最大発振周波数制限回路は、前記制御回路に設けられることを特徴とする請求項1又は請求項2記載のスイッチング電源装置。   The switching power supply device according to claim 1, wherein the maximum oscillation frequency limiting circuit is provided in the control circuit. 前記最大発振周波数制限回路は、前記力率改善回路に設けられることを特徴とする請求項1又は請求項2記載のスイッチング電源装置。   3. The switching power supply device according to claim 1, wherein the maximum oscillation frequency limiting circuit is provided in the power factor improvement circuit. 前記負荷は、LEDであることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項記載のスイッチング電源装置。   The switching power supply according to any one of claims 1 to 4, wherein the load is an LED.
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