JP2000350449A - スイッチング電源回路 - Google Patents

スイッチング電源回路

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JP2000350449A JP11158510A JP15851099A JP2000350449A JP 2000350449 A JP2000350449 A JP 2000350449A JP 11158510 A JP11158510 A JP 11158510A JP 15851099 A JP15851099 A JP 15851099A JP 2000350449 A JP2000350449 A JP 2000350449A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で軽負荷時の間欠スイッチング動
作を実現することのできるスイッチング電源回路を提供
する。 【解決手段】 FETQ1のゲートと帰還巻線Nbとの
間に設けられた制御回路11が、帰還巻線Nbに発生す
る電圧によってFETQ1がターンオンするまでの時間
を決める第1の遅延回路12と、FETQ1のターンオ
ンを阻止するかもしくは強制的にターンオフさせること
のできるトランジスタQ2と、定格負荷時や重負荷時に
FETQ1がターンオンした後でターンオフさせ、軽負
荷時にはFETQ1のターンオンを阻止する第2の遅延
回路13とを備える。 【効果】 簡単な構成で軽負荷時の間欠スイッチング動
作を実現して、軽負荷時のスイッチング素子の発熱およ
び電力損失を低減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチング電源
回路、特に軽負荷時に間欠スイッチング動作をさせるこ
とによってスイッチング素子の発熱および電力損失を低
減することのできるスイッチング電源回路に関する。
【0002】
【従来の技術】図3に、特開平4−12666号公報に
開示されている、従来の軽負荷時に間欠スイッチング動
作をさせることのできるスイッチング電源回路を示す。
【0003】図3において、スイッチング電源回路1
は、電源E、スイッチング部2、スイッチング制御部
3、1次巻線N1、2次巻線N2および帰還巻線Nbを
有するトランスT、整流平滑回路4、第1のフォトカプ
ラ(PC)5、電流検出部6、間欠/連続切換信号発生
部7、および第2のフォトカプラ8から構成されてい
る。ここで、電源Eはスイッチング部2を介してトラン
スTの1次巻線N1に接続されている。スイッチング制
御部3はトランスTの帰還巻線Nbに接続されるととも
にスイッチング部2に接続されている。トランスTの2
次巻線N2には整流平滑回路4が接続され、その出力は
第1のフォトカプラ5を介してスイッチング制御部3に
接続されるとともに、電流検出部6を介して出力端子P
oに接続されている。電流検出部6は間欠/連続切換信
号発生部7に接続され、その出力は第2のフォトカプラ
8を介してスイッチング制御部3に接続されている。
【0004】このように構成されたスイッチング電源1
において、出力電流は電流検出部6で検出される。ま
ず、電流検出部6で検出した電流値が多いとき、すなわ
ち定格負荷時や重負荷時には、間欠/連続切換信号発生
部7は連続動作を指示する信号を出力する。この信号は
第2のフォトカプラ8を介してスイッチング制御部3に
入力され、スイッチング制御部3の制御にしたがってス
イッチング部2は連続したスイッチング動作を行う。
【0005】一方、電流検出部で検出した電流値が少な
いとき、すなわち軽負荷時には、間欠/連続切換信号発
生部7は間欠動作を指示する信号を出力する。この信号
は第2のフォトカプラ8を介してスイッチング制御部3
に入力され、スイッチング制御部3の制御にしたがって
スイッチング部2は間欠したスイッチング動作を行う。
【0006】通常、軽負荷時にはスイッチング周波数が
大幅に上昇し、スイッチング素子が発熱したりスイッチ
ング損失が増大するという問題があったが、このように
間欠したスイッチング動作を行うことによって、これら
の問題点を解決することができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スイッ
チング電源回路1においては、電流検出部6と間欠/連
続切換信号発生部7を用いて連続動作や間欠動作を指示
する信号を出力して、これをスイッチング制御部3に帰
還することによって間欠/連続動作の切換を実現してい
る。この場合、電流検出部6や間欠/連続切換信号発生
部7が必要となり、スイッチング電源回路が複雑化して
小型化の妨げになったりコストが高くなったりするとい
う問題がある。
【0008】そこで、本発明では、簡単な構成で軽負荷
時の間欠スイッチング動作を実現することのできるスイ
ッチング電源回路を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のスイッチング電源回路は、1次巻線、2次
巻線および帰還巻線を有するトランスと、前記1次巻線
の一端に直列に接続されたスイッチング素子と、該スイ
ッチング素子の制御端子と前記帰還巻線との間に設けら
れた制御回路と、前記1次巻線の他端と前記スイッチン
グ素子の制御端子との間に接続された起動回路と、前記
2次巻線に接続された整流平滑回路とを備えたスイッチ
ング電源回路において、前記制御回路は、前記帰還巻線
に電圧が発生してから、前記スイッチング素子が前記帰
還巻線に発生した電圧によってターンオンするまでの時
間を決める第1の遅延回路と、駆動することによって前
記スイッチング素子のターンオンを阻止するか、もしく
は前記スイッチング素子を強制的にターンオフさせるこ
とのできる制御用素子と、定格負荷時もしくは重負荷時
には前記帰還巻線に発生する電圧によって前記スイッチ
ング素子がターンオンした後で前記制御用素子を駆動し
て前記スイッチング素子をターンオフさせ、軽負荷時に
は前記帰還巻線に発生する電圧によって前記スイッチン
グ素子がターンオンする前に前記制御用素子を駆動して
前記スイッチング素子のターンオンを阻止するように遅
延時間が変化する第2の遅延回路とを備えることを特徴
とする。
【0010】このように構成することにより、本発明の
スイッチング電源回路は、間欠/連続切換信号などを必
要としない簡単な構成で軽負荷時の間欠スイッチング動
作を実現して、軽負荷時のスイッチング素子の発熱およ
び電力損失を低減することができる。
【0011】また、本発明のスイッチング電源回路は、
前記整流平滑回路の出力に出力安定化電源回路を接続し
てなることを特徴とする。
【0012】このように構成することにより、本発明の
スイッチング電源回路は、軽負荷による間欠スイッチン
グ動作時にも出力電圧のリップルの小さい高品質の出力
を得ることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】図1に、本発明のスイッチング電
源回路の一実施例を示す。図1において、図3と同一も
しくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明を省略
する。
【0014】図1に示したスイッチング電源回路10
は、RCC(リンギング・チョーク・コンバータ)方式
のスイッチング電源回路で、トランスTの1次巻線N1
の一端はスイッチング素子であるFETQ1のドレイン
に接続され、FETQ1のソースは直流電源Eの負極に
接続されている。また、1次巻線N1の他端は直流電源
Eの正極に接続されている。また、直流電源Eの正極は
は起動回路である起動抵抗R1を介してFETQ1の制
御端子であるゲートに接続されている。また、帰還巻線
Nbの一端は制御回路11を介してFETQ1のゲート
に接続され、他端は直流電源Eの負極に接続されてい
る。また、トランスTの2次巻線N2は整流平滑回路1
4を介して出力端子Poに接続されている。
【0015】次に、制御回路11の構成を説明する。ま
ず、帰還巻線Nbの一端は抵抗R2とコンデンサC1を
直列に介してFETQ1のゲートに接続されている。コ
ンデンサC1とFETQ1のゲートとの接続点は抵抗R
3およびコンデンサC2をそれぞれ並列に介して帰還巻
線Nbの他端に接続されている。さらに、コンデンサC
1とFETQ1のゲートとの接続点は、制御用素子であ
るトランジスタQ2のコレクタに接続され、トランジス
タQ2のエミッタは帰還巻線Nbの他端に接続されてい
る。また、帰還巻線Nbの一端はダイオードD1、抵抗
R4、フォトトランジスタPT、および抵抗R5を直列
に介して帰還巻線Nbの他端に接続されている。また、
ダイオードD1と抵抗R4の接続点は抵抗R6とコンデ
ンサC3を直列に介して帰還巻線Nbの他端に接続され
ている。そして、フォトトランジスタPTと抵抗R5の
接続点は抵抗R6とコンデンサC3の接続点に接続され
るとともに、トランジスタQ2のベースに接続されてい
る。このうち、抵抗R2、R3とコンデンサC1、C2
は第1の遅延回路12を構成している。また、抵抗R
4、R5、R6とコンデンサC3とフォトトランジスタ
PTは第2の遅延回路13を構成している。
【0016】ここで、コンデンサC2および抵抗R3
は、FETQ1のゲート−ソース間に寄生的に存在する
入力容量および抵抗値を用いても、外付け部品であって
も構わない。また、コンデンサC3および抵抗R5も、
トランジスタQ2のベース−エミッタ間に寄生的に存在
する入力容量および抵抗値を用いても、外付け部品であ
っても構わない。なお、制御回路11のその他の構成は
一般的なものであるため、詳細な説明は省略する。ま
た、ここでは制御用素子としてトランジスタQ2を用い
たが、制御用素子としてはトランジスタに限るものでは
なく、FETであっても構わないものである。
【0017】最後に、整流平滑回路14の構成を説明す
る。整流平滑回路14には出力電圧に連動して発光量を
増減するフォトダイオードPDを有しており、フォトダ
イオードPDは制御回路11のフォトトランジスタPT
とともに1つのフォトカプラを構成しているため、出力
電圧の変動を制御回路11に伝達することができる。な
お、整流平滑回路14の他の構成に関しては本発明の要
旨とは関係がないため説明を省略する。
【0018】このように構成されたスイッチング電源回
路10において、FETQ1は、起動時には起動抵抗R
1を介して直流電源Eから供給された電流によってター
ンオンするが、定常的なスイッチング状態においては、
帰還巻線Nbに発生する電圧によってターンオンする。
このとき、帰還巻線NbとFETQ1のベースとの間に
は第1の遅延回路12が設けられているため、第1の遅
延回路12を構成する抵抗R2、R3とコンデンサC
1、C2で決定される時定数にしたがって、帰還巻線N
bに電圧が発生してからFETQ1のゲート−ソース間
の電圧が上昇してスレッショルド電圧を超えるまでの一
定時間だけFETQ1のターンオンが遅れるように設定
されている。
【0019】また、帰還巻線Nbに発生してFETQ1
をターンオンさせる電圧は、同時にダイオードD1を介
して第2の遅延回路13にも流れ込む。第2の遅延回路
13はトランジスタQ2のベースに接続されて、これを
駆動するように構成されており、第2の遅延回路13を
構成する抵抗R4、R5、R6とコンデンサC3とフォ
トトランジスタPTで決定される時定数にしたがって、
一定時間後にトランジスタQ2をオンにする。トランジ
スタQ2がオンになると、トランジスタQ2のコレクタ
の電位がエミッタの電位とほぼ等しくなるため、コレク
タに接続されているFETQ1のゲート電位が急速に低
下し、FETQ1がターンオフする。通常、トランジス
タQ2はFETQ1がターンオンしてしばらくたった後
にオンになるように、第1の遅延回路12や第2の遅延
回路13の時定数が設定されている。
【0020】ところで、フォトトランジスタPTの内部
抵抗は整流平滑回路14に含まれているフォトダイオー
ドPDと連動しており、出力電圧が上昇するとフォトト
ランジスタPTの内部抵抗を低下させるように働く。フ
ォトトランジスタPTの内部抵抗が低くなるということ
は第2の遅延回路13の時定数が短くなることを意味し
ており、これによってFETQ1がターンオンしてから
ターンオフするまでの時間、すなわちFETQ1のオン
時間を調整している。
【0021】そして、スイッチング電源回路10におい
ては、軽負荷時に第2の遅延回路13の時定数が第1の
遅延回路12の時定数より短くなるように設定してあ
る。すなわち、軽負荷時には出力電圧が上昇してフォト
トランジスタPTの内部抵抗が低下するが、その場合に
第2の遅延回路13の時定数が変化して第1の遅延回路
12の時定数より短くなる。その結果、FETQ1がタ
ーンオンする前にトランジスタQ2がオンになって、F
ETQ1のゲート電位が上昇しないようになっているた
め、帰還巻線Nbに発生する電圧によってFETQ1は
ターンオンせず、スイッチング電源回路10のスイッチ
ング動作が一時的に停止してしまう。そして、トランジ
スタQ2はコンデンサC3に蓄積された電荷が放電され
ることによって再びオフになる。ここで、コンデンサC
3に蓄積された電荷の放電時間はスイッチング電源回路
10の起動時に比べて十分に短いため、一定時間後に、
起動抵抗R1を介して流れ込む電流によってFETQ1
がターンオンし再びスイッチング動作が始まる。そし
て、起動抵抗R1を介して流れ込む電流によってスイッ
チング動作が始まるときには出力電圧は一時的に低下し
ているため、しばらくの期間は連続にスイッチング動作
が行われる。そして、再び出力電圧が上昇すると上記の
動作が繰り返される。ここで、起動抵抗R1を介した電
流によってFETQ1がターンオンするまでの起動時間
は、帰還巻線Nbに発生する電圧によってFETQ1が
ターンオンするまでの起動時間に比べて十分に長いた
め、結果的にFETQ1は連続スイッチング期間とスイ
ッチング停止期間を繰り返す間欠的なスイッチング動作
を行うことになる。
【0022】このように、スイッチング電源回路10に
おいては、軽負荷時にスイッチング動作を連続したり停
止したりする間欠スイッチング動作を実現することがで
きる。そして、間欠スイッチング動作をさせることによ
って、スイッチング素子の発熱を抑え、スイッチング損
失などの電力損失を低減することができる。そして、そ
れを簡単な構成で実現することができるため、スイッチ
ング電源回路の高効率化や小型化、低価格化を図ること
ができる。
【0023】また、第1の遅延回路と第2の遅延回路の
時定数を適当な値に設定することによって、任意の条件
で連続スイッチングと間欠スイッチングを切り換えるこ
とができる。また、間欠スイッチングの周期もスイッチ
ング電源回路の起動時間を調整することによって任意に
設定することができるため、間欠スイッチングの周期が
可聴周波数の範囲に入って、スイッチング電源回路から
音が発生するのを防止または低減することもできる。
【0024】ところで、スイッチング電源回路が間欠ス
イッチング動作をしていると、出力電圧のリップルが大
きくなるという問題がある。そこで、図2に、この問題
に対応した本発明のスイッチング電源回路の別の実施例
を示す。図2において、図1と同一もしくは同等の部分
には同じ記号を付し、その説明を省略する。
【0025】図2において、スイッチング電源回路20
には、出力端子Poと並列に出力安定化電源回路21が
接続されており、その出力は第2の出力端子P2に接続
されている。なお、出力安定化電源回路21はリニア方
式であってもスイッチング方式であっても構わない。
【0026】ここで、スイッチング電源回路20の動作
を説明するために、例えば出力端子Poからは+24V
の電圧が、第2の出力端子P2からは+5Vの電圧が出
力されるように設定されているとする。通常、+24V
のような高い電圧の必要な負荷は大きな電流を断続的に
必要とすることが多く、一方、+5Vの電圧を必要とす
る例えばデジタル回路のような負荷は小容量だが高安定
でリップルの小さい電圧を連続的に必要とすることが多
い。そこで、スイッチング電源回路20のように、まず
+24Vの電圧を作成し、それを入力にして出力安定化
電源回路21によって+5Vの電圧を出力するように構
成する。これによって、スイッチング電源回路20の間
欠スイッチング動作で出力端子Poの出力電圧のリップ
ルが大きくなっても、第2の出力端子P2の出力電圧の
リップルを低減し、+5Vの電圧を安定して供給するこ
とができる。
【0027】このように、スイッチング電源回路20に
おいては、軽負荷時にもリップルの小さい高安定な出力
を得ることができる。
【0028】なお、上記の各実施例においては1つの2
次巻線を有する構成について示したが、2つ以上の2次
巻線を用いて複数の出力電圧を得る構成としても構わな
いものである。また、その複数の出力に出力安定化電源
を設けて、軽負荷時の出力電圧のリップルを低減する構
成としても構わないものである。
【0029】
【発明の効果】本発明のスイッチング電源回路によれ
ば、スイッチング素子の制御端子と帰還巻線との間に設
けられた制御回路が、帰還巻線に発生する電圧によって
前記スイッチング素子がターンオンするまでの時間を決
める第1の遅延回路と、駆動することによってスイッチ
ング素子のターンオンを阻止するか、もしくはスイッチ
ング素子を強制的にターンオフさせることのできる制御
用素子と、定格負荷時もしくは重負荷時には帰還巻線に
発生する電圧によってスイッチング素子がオンした後で
制御用素子を駆動してスイッチング素子をターンオフさ
せ、軽負荷時には帰還巻線に発生する電圧によってスイ
ッチング素子がターンオンする前に制御用素子を駆動し
てスイッチング素子のターンオンを阻止するように遅延
時間が変化する第2の遅延回路とを備えることによっ
て、簡単な構成で軽負荷時の間欠スイッチング動作を実
現して、軽負荷時のスイッチング素子の発熱および電力
損失を低減することができる。
【0030】また、整流平滑回路の出力に出力安定化電
源回路を接続することによって、軽負荷による間欠スイ
ッチング動作時にもリップルの小さい高安定な出力を得
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のスイッチング電源回路の一実施例を示
す回路図である。
【図2】本発明のスイッチング電源回路の別の実施例を
示す回路図である。
【図3】従来のスイッチング電源回路を示す回路図であ
る。
【符号の説明】
10、20…スイッチング電源回路 11…制御回路 12…第1の遅延回路 13…第2の遅延回路 14…整流平滑回路 21…出力安定化電源回路 E…直流電源 T…トランス N1…1次巻線 N2…2次巻線 Nb…帰還巻線 Q1…FET Q2…トランジスタ R1…起動抵抗 R2、R3、R4、R5、R6…抵抗 C1、C2、C3…コンデンサ D1…ダイオード PT…フォトトランジスタ PD…フォトダイオード Po…出力端子 P2…第2の出力端子

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1次巻線、2次巻線および帰還巻線を有
    するトランスと、前記1次巻線の一端に直列に接続され
    たスイッチング素子と、該スイッチング素子の制御端子
    と前記帰還巻線との間に設けられた制御回路と、前記1
    次巻線の他端と前記スイッチング素子の制御端子との間
    に接続された起動回路と、前記2次巻線に接続された整
    流平滑回路とを備えたスイッチング電源回路において、 前記制御回路は、 前記帰還巻線に電圧が発生してから、前記スイッチング
    素子が前記帰還巻線に発生した電圧によってターンオン
    するまでの時間を決める第1の遅延回路と、 駆動することによって前記スイッチング素子のターンオ
    ンを阻止するか、もしくは前記スイッチング素子を強制
    的にターンオフさせることのできる制御用素子と、 定格負荷時もしくは重負荷時には前記帰還巻線に発生す
    る電圧によって前記スイッチング素子がターンオンした
    後で前記制御用素子を駆動して前記スイッチング素子を
    ターンオフさせ、軽負荷時には前記帰還巻線に発生する
    電圧によって前記スイッチング素子がターンオンする前
    に前記制御用素子を駆動して前記スイッチング素子のタ
    ーンオンを阻止するように遅延時間が変化する第2の遅
    延回路と、 を備えることを特徴とするスイッチング電源回路。
  2. 【請求項2】 前記整流平滑回路の出力に出力安定化電
    源回路を接続してなることを特徴とする、請求項1に記
    載のスイッチング電源回路。
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Cited By (4)

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