JP2001119941A - スイッチング電源回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】スイッチング電源において、軽負荷時に低消費
電力動作を行い、その時の出力リップルを低減する。 【解決手段】負荷状態を軽負荷検出回路２６を構成する
過電流検出抵抗７の電圧降下で検出し、この検出出力に
基づき軽負荷時には軽負荷時駆動制御回路２７により、
駆動制御回路２０のパルス出力を制御する。このパルス
出力によりスイッチングトランジスタ６は動作し、スイ
ッチング停止期間を設定してこの期間のスイッチング損
失を削減し低消費電力にする。

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、特に通信機器におけるバッテリを電源として使用す
る場合の電源回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のスイッチング電源回路
は、例えば特開平６―１３３５５１号公報に開示されて
いる。即ち、カラーテレビジョン受信機およびビデオカ
セットレコーダ（ＶＴＲ）等の民生用電子機器に用いら
れるスイッチング電源回路を開示し、民生用電子機器の
待機動作時における低消費電力化を意図している。

【０００３】図４は、この従来のスイッチング電源回路
を示すブロック図である。また図５は、図４のスイッチ
ング電源回路各部の動作波形図である。このスイッチン
グ電源回路は、主として例えば商用（交流）電源１、全
波整流回路２、平滑コンデンサ４、トランス５、スイッ
チングトランジスタ６、ダイオード１８、１９及び２
１、出力電圧検出回路２４、負荷回路３２、フォトカプ
ラ２５、３３、起動および駆動回路３６、時定数回路３
５および待機時駆動制御トランジスタ３７を含む待機時
駆動制御回路３４より構成される。

【０００４】図５（ａ）の商用電源が全波整流回路２に
印加されると、図５（ｂ）に示す初めの半周期と同期す
る区間Ｔ１の正の電圧により、スイッチングトランジス
タ６に抵抗３０を介してベース電流が流れる。これによ
り、スイッチングトランジスタ６は起動を開始する。起
動および駆動回路３６からベース電流の供給を受けてス
イッチングトランジスタのスイッチング動作をする。そ
の結果、トランス５を介して負荷回路３２に電力供給す
る。区間Ｔ１が終わり、次の半周期の電圧を発生する区
間Ｔ２が図５（ｃ）に示すように開始する。全波整流回
路２のＢ点電圧は、抵抗３１を介して時定数回路３５に
印加される。時定数回路３５は、図５（ｃ）に示すＢ点
電圧を波形整形して、図５（ｄ）に示すＣ点電圧を得
る。このＣ点電圧によって、待機時駆動制御回路３４が
駆動される。即ち、Ｃ点電圧が発生している区間Ｔ２中
に、待機時駆動制御回路３４に内蔵される待機時駆動制
御トランジスタ３７が導通状態になる。

【０００５】そこで、スイッチングトランジスタ６に流
れていたベース電流をバイパスし、スイッチングトラン
ジスタ６をオフ状態にして電力損失を阻止する。尚、こ
の区間Ｔ２中の負荷２３への電力供給はコンデンサ２２
の放電エネルギーによって行う。次に新しい周期が始ま
り、前の周期と同様動作を商用電源周期の半周期毎に繰
返して、待機動作時の低消費電力化を行う。図５（ｆ）
に示す出力リップルは、区間Ｔ１では通常のスイッチン
グ動作をしているので、設計規格内に入るが、区間Ｔ２
ではスイッチング動作していないので、コンデンサ２２
の放電により出力電圧が低下する。尚、図５（ｅ）は、
スイッチングトランジスタ６のベース電流波形を示す。

【０００６】また、関連するスイッチング電源回路の従
来技術は、特開昭５９−１４４３７０号公報、特開昭６
２−６４２６１号公報および特開平９−９８５７１号公
報にも開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のスイッ
チング電源回路には幾つかの課題がある。第１に、従来
のスイッチング電源回路では、待機時の無負荷に近い状
態の低消費電力化についてのみ開示されており、定格負
荷と待機時負荷の間の軽負荷状態については、低消費電
力化の考慮が全くなされていなかった。その理由は、上
述した負荷範囲では、通常のスイッチング動作をしてい
るために、常時スイッチング損失が発生して低消費電力
化にならないためである。

【０００８】第２に、待機時にスイッチングトランジス
タが停止している半周期では、出力リップルが大きくな
ることである。その理由は、待機時の半周期は、出力コ
ンデンサの放電エネルギーのみで負荷に電力を供給する
ので、負荷容量値によって、出力電圧の低下が大きくな
り、その結果出力リップルが大きくなるためである。

【０００９】第３に、回路構成が複雑になることであ
る。その理由は、待機制御回路と時定数回路間で１次及
び２次間の絶縁をとるためにフォトカプラ等の絶縁部品
を使用するので、絶縁距離を考慮しなければならず実装
に不利になるためである。

【００１０】

【発明の目的】本発明の主な目的は、軽負荷時に低消費
電力動作を行い、低消費電力のスイッチング電源回路を
提供することである。

【００１１】また、本発明の他の目的は、低消費電力動
作時に負荷の大小に拘らず出力リップルの小さいスイッ
チング電源回路を提供することである。

【００１２】本発明の更に他の目的は、上述した目的を
簡単な回路構成で実現することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、本発明によるスイッチング電源回路は次のような特
徴的な構成を採用している。

【００１４】（１）交流入力電圧を整流する整流回路、
トランスおよびスイッチングトランジスタを含み、前記
交流入力電圧を任意の直流電圧に変換して負荷に電力を
供給するスイッチング電源回路において、前記トランス
の一次側に軽負荷検出回路および該軽負荷検出回路の出
力により前記スイッチングトランジスタの駆動制御回路
を制御する軽負荷時駆動制御回路を備えるスイッチング
電源回路。

【００１５】（２）前記軽負荷検出回路は、前記スイッ
チングトランジスタに直列接続された電流検出抵抗の電
圧降下を検出して、基準電圧と比較する上記（１）のス
イッチング電源回路。

【００１６】（３）前記電流検出抵抗は、前記整流回路
から前記スイッチングトランジスタに流れる突入電流防
止抵抗と兼ねる上記（１）のスイッチング電源回路。

【００１７】（４）前記軽負荷時駆動制御回路は、前記
スイッチングトランジスタの動作期間と不動作期間とを
制御する上記（１）のスイッチング電源回路。

【００１８】（５）前記スイッチングトランジスタの動
作期間と不動作期間は、前記交流電圧整流波形の周期に
同期する上記（４）のスイッチング電源回路。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明によるスイッチング
電源回路の好適実施形態例を、添付図を参照して詳細に
説明する。

【００２０】本発明によるスイッチング電源回路は、交
流電圧を整流する整流回路、トランスおよび整流された
電圧をトランスの一次巻線に流すスイッチングトランジ
スタを含んでいる。このスイッチング電源回路は、一次
側に軽負荷検出回路およびこの検出結果により制御され
る軽負荷時駆動制御回路を備える。軽負荷時には、スイ
ッチングトランジスタの動作を制御してスイッチング損
失を低減させることにより、軽負荷時全体の電力損失を
低減する。また、この動作時において、この区間の出力
リップルを低減させる。

【００２１】この軽負荷検出回路は、トランスの一次巻
線に直列接続された電流検出抵抗を使用し、その電圧降
下と基準電圧とを比較して軽負荷状態を検出する。ま
た、この電流検出抵抗は、整流回路からトランスに流れ
る突入防止抵抗と兼ねることも可能である。また、軽負
荷時駆動制御回路は、軽負荷検出回路の出力に応じて、
整流回路の周期と同期して動作する。

【００２２】図１は、本発明によるスイッチング電源回
路の好適実施形態例を示す。例えば商用電源である交流
電源１は、正弦波の交流電圧を供給する。ブリッジダイ
オード等の全波整流回路２および平滑コンデンサ４は交
流電源１を全波整流且つ平滑して直流電圧に変換する。
突入電流防止抵抗３は交流電源１の入力時、過大な入力
電流が流れるのを防止する。スイッチングトランス５は
２次側に電力供給する。スイッチングトランジスタ６
は、固定周波数でスイッチングして、平滑後の直流電圧
をパルス状にする。過電流検出抵抗７は、これに流れる
電流を電圧に変換する。駆動制御回路２０は制御ＩＣ
（図示せず)を用いて構成され、スイッチングトランジ
スタ６を駆動するパルスを作る。

【００２３】軽負荷検出回路２６は、抵抗８、コンデン
サ９、基準電圧源１０、オペアンプ（演算増幅器）１１
で構成される。この軽負荷検出回路２６は、負荷状態を
検出して、スイッチング電源回路の負荷に応じて出力を
調整する。軽負荷時駆動制御回路２７は、ダイオード１
２、１３、抵抗１４、１５、基準電圧源１６およびオペ
アンプ１７から構成される。交流電源１をダイオード１
２、１３で全波整流し、抵抗１４、１５で分圧したもの
と基準電圧源１６の電圧をオペアンプ１７で比較し、結
果を出力する。補助巻線整流回路２８は、ダイオード１
８、コンデンサ１９から構成される。この補助巻線整流
回路２８は、スイッチングトランス（以下、単にトラン
スという）５からの出力パルスを整流して直流電圧を作
り、駆動制御回路２０の動作電源電圧を得る。

【００２４】負荷側整流回路２９は、整流ダイオード２
１およびコンデンサ２２から構成される。この負荷側整
流回路２９は、トランス５からの出力パルスを整流して
負荷２３に供給する電圧を得る。出力電圧検出回路２４
は、スイッチング電源回路の出力電圧変動を検出する。
そして、この検出結果をフォトカプラ２５を介して駆動
制御回路２０に伝達する。

【００２５】次に、図1のスイッチング電源回路の動作
を、図２の動作波形図を参照して説明する。図２（ａ）
は、交流電源１の正弦波電圧波形である。このスイッチ
ング電源回路の負荷が定格負荷から軽負荷になると、ト
ランス５の１次側電流が減り、電流検出抵抗７の両端電
圧は低下する。この抵抗７の両端電圧は、抵抗８、コン
デンサ９で直流に平滑される。この平滑した電圧と基準
電圧源１０の電圧（以下、基準電圧という）を図２
（ｂ）に示す。次に、この平滑電圧と基準電圧をオペア
ンプ１１で比較する。基準電圧に対して平滑電圧が低く
なると、オペアンプ１１の出力は高インピーダンスにな
り、抵抗１５のインピーダンスが高く見える。そこで、
Ｃ点電圧の波形は徐々に大きくなる。尚、図２（ｃ）は
全波整流出力、図２（ｄ）はオペアンプ１７の出力を示
す。

【００２６】軽負荷時駆動制御回路２７において、Ｃ点
電圧が基準電圧源１６の基準電圧より大きくなると、オ
ペアンプ１７の出力がパルス出力となり、このパルス出
力を駆動制御回路２０のＯＮ／ＯＦＦ端子に入力する。
それにより、パルス出力に同期した、図２（ｅ）に示す
スイッチングトランジスタ６の駆動電圧波形を得る。図
２（ｅ）の区間Ｔ１は通常の動作になるので、スイッチ
ングトランジスタ６は固定周波数でスイッチングし、ト
ランス５を介して負荷側にエネルギーを供給する。しか
し、区間Ｔ２では駆動制御回路２０がＯＦＦするので、
スイッチング動作は行わない。この区間Ｔ２では、コン
デンサ２２の放電エネルギーにより負荷側に電力を供給
する。この区間Ｔ２ではスイッチング動作をしていない
ため、スイッチングトランジスタ６の電力損失は発生し
ない。

【００２７】図２（ｆ）に出力リップル波形を示す。Ｔ
１区間はスイッチング動作をしているのでリップル波形
は変動しないが、Ｔ２区間はコンデンサ２２の放電によ
り負荷に電力供給しているのでリップル電圧は増加す
る。Ｔ２は軽負荷になるにつれ時間が長くなるが軽負荷
であるための変動分は負荷状態にかかわらず、停止状態
は一定である。出力リップルによる変動分は従来と比べ
て小さい。負荷状態を１次側のスイッチングトランジス
タ６のドレイン電流で検出するので１次―２次の絶縁を
考慮する必要がなく、フォトカプラ等の絶縁部品が不要
になるので実装に有利である。

【００２８】

【発明の他の実施の形態】次に、本発明によるスイッチ
ング電源回路の他の実施形態例を図３のブロック図を参
照して説明する。軽負荷検出回路２６ａを別構成にす
る。このスイッチング電源回路の各部分の動作波形は、
図２と同じである。軽負荷検出回路２６ａは、基準電圧
源１０およびオペアンプ１１で構成される。突入電流防
止抵抗３の両端電圧を検出して、その電圧と基準電圧源
１０の基準電圧とを比較する。図２（ｂ）において、基
準電圧に対して突入防止抵抗３の両端電圧が低くなった
場合には、オペアンプ１１の出力が高インピーダンスに
なり、軽負荷時駆動制御回路２７のパルス出力を制御す
る。以後、図１の回路と同様に、スイッチングトランジ
スタ６のスイッチング動作を制御する。負荷容量の検出
を過電流検出抵抗７から突入電流防止抵抗３で行うよう
にした。

【００２９】以上、本発明によるスイッチング電源回路
の好適実施形態例を説明した。しかし、本発明は斯かる
特定実施形態例のみに限定すべきではなく、本発明の要
旨を逸脱することなく種々の変形変更が可能であるこ
と、当業者には容易に理解できよう。

【００３０】

【発明の効果】上述の説明から理解される如く、本発明
のスイッチング電源回路によると、次の如き種々の顕著
な効果が得られる。第１に、軽負荷時において電力損失
を軽減し、効率を向上する。その理由は、負荷状態を検
出して軽負荷時のスイッチング動作を制御してスイッチ
ング動作に停止期間を設けたので、この区間ではスイッ
チング動作による電力損失がなく、効率を向上するため
である。

【００３１】第２に、軽負荷の低消費電力動作時におけ
る出力リップルを低減する。その理由は、軽負荷消費電
力動作時に出力コンデンサの放電エネルギーで出力に電
力供給しているが、負荷容量に応じて放電時間を変える
ので、放電による出力電圧低下を最小限に抑えて出力リ
ップルを抑えるためである。

【００３２】第３に、軽負荷検出を１次側で行うことよ
り、回路構成を簡単にすることが可能になる。その理由
は、軽負荷検出回路が１次側にあるため、従来の２次側
にある場合に対して１次および２次間の絶縁部品が不要
になり、実装を簡素化できるためである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるスイッチング電源回路の第１実施
形態例のブロック回路図である。

【図２】図１のスイッチング電源回路各部の動作を示す
波形図である。

【図３】本発明によるスイッチング電源回路の第２実施
形態例のブロック回路図である。

【図４】従来のスイッチング電源回路を示すブロック図
である。

【図５】図４に示す従来のスイッチング電源回路各部の
動作波形図である。

【符号の説明】

１ 交流電源 ２ 整流回路 ３ 突入電流防止抵抗 ５ トランス ６ スイッチングトランジスタ ７ 過電流検出抵抗 ２０ 駆動制御回路 ２３ 負荷 ２４ 出力電圧検出回路 ２６、２６ａ 軽負荷検出回路 ２７ 軽負荷時駆動制御回路 ２８ 補助巻線整流回路 ２９ 負荷側整流回路

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】交流入力電圧を整流する整流回路、トラン
   スおよびスイッチングトランジスタを含み、前記交流入
   力電圧を任意の直流電圧に変換して負荷に電力を供給す
   るスイッチング電源回路において、 前記トランスの一次側に軽負荷検出回路および該軽負荷
   検出回路の出力により前記スイッチングトランジスタの
   駆動制御回路を制御する軽負荷時駆動制御回路を備える
   ことを特徴とするスイッチング電源回路。
2. 【請求項２】前記軽負荷検出回路は、前記スイッチング
   トランジスタに直列接続された電流検出抵抗の電圧降下
   を検出して、基準電圧と比較す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。
3. 【請求項３】前記電流検出抵抗は、前記整流回路から前
   記スイッチングトランジスタに流れる突入電流防止抵抗
   と兼ね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。
4. 【請求項４】前記軽負荷時駆動制御回路は、前記スイッ
   チングトランジスタの動作期間と不動作期間とを制御す
   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。
5. 【請求項５】前記スイッチングトランジスタの動作期間
   と不動作期間は、前記交流電圧整流波形の周期に同期す
   ることを特徴とする請求項４に記載のスイッチング電源
   回路。