JP2002233146A - Switching power device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、トランスの１次側
に設けたスイッチ素子をオン・オフし、１次巻線に断続
的に電圧を印加することによって２次巻線に電圧を誘起
させるスイッチング電源装置に関するものである。更に
詳しくは、電源にかかる負荷が軽いときに低消費電力化
をするための工夫を施したスイッチング電源装置に関す
るものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a switching element provided on the primary side of a transformer which is turned on and off, and a voltage is induced in a secondary winding by intermittently applying a voltage to the primary winding. The present invention relates to a switching power supply. More specifically, the present invention relates to a switching power supply device devised to reduce power consumption when the load on the power supply is light.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図３は従来におけるスイッチング電源装
置の構成例を示した図である。図３で、トランス１の１
次側に加えられる直流電源２の電圧は、大きく変動した
り、またサージ電圧やサージ電流がのっていることもあ
る。このような過電圧、過電流が電源装置の出力端子に
接続された負荷に加えられると、これを損傷する。これ
を防ぐためにスイッチング電源装置は、一般にトランス
の１次側に接続された回路と、２次側に接続された回路
とを絶縁している。2. Description of the Related Art FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a conventional switching power supply. In FIG.
The voltage of the DC power supply 2 applied to the secondary side may fluctuate greatly, or may have a surge voltage or surge current. When such an overvoltage or overcurrent is applied to the load connected to the output terminal of the power supply device, the load is damaged. In order to prevent this, the switching power supply generally insulates a circuit connected to the primary side of the transformer from a circuit connected to the secondary side.
【０００３】トランス１の１次巻線３の両端にはツェナ
ーダイオード４とダイオード５が直列接続されている。
スイッチ素子６は１次巻線３の一端に接続されている。
ツェナーダイオード４とダイオード５は、サージ電圧や
サージ電流を吸収するスナバ回路を構成するために設け
られている。制御回路７は、ＰＷＭ信号（パルス幅変調
信号）でスイッチ素子６を例えば一定の周波数でオン・
オフ駆動する。これにより、直流電源２の電圧が１次巻
線３へ断続的に加えられ、２次巻線８には誘起電圧が発
生する。２次巻線８に発生した誘起電圧は、ダイオード
９とコンデンサ１０により整流し平滑化されて直流出力
電圧Ｖｏｕｔになる。直流出力電圧Ｖｏｕｔが負荷（図
示せず）に供給される。制御回路７はＩＣ（集積回路）
化されている。A Zener diode 4 and a diode 5 are connected in series to both ends of a primary winding 3 of a transformer 1.
The switch element 6 is connected to one end of the primary winding 3.
The Zener diode 4 and the diode 5 are provided to form a snubber circuit that absorbs surge voltage and surge current. The control circuit 7 turns on the switch element 6 with a PWM signal (pulse width modulation signal) at a constant frequency, for example.
Drive off. As a result, the voltage of the DC power supply 2 is intermittently applied to the primary winding 3, and an induced voltage is generated in the secondary winding 8. The induced voltage generated in the secondary winding 8 is rectified and smoothed by the diode 9 and the capacitor 10 to become the DC output voltage Vout. The DC output voltage Vout is supplied to a load (not shown). The control circuit 7 is an IC (integrated circuit)
Has been
【０００４】直流出力電圧Ｖｏｕｔは、回路１１により
電圧変換等が行われて、フォトカップラ１２により１次
側に絶縁伝送される。巻線１３にはトランス１が駆動さ
れることによって電圧が誘起される。誘起電圧はダイオ
ード１４とコンデンサ１５により整流し平滑化され、制
御回路７に電源電圧Ｖｃｃとして供給される。The DC output voltage Vout is subjected to voltage conversion and the like by a circuit 11 and is insulated and transmitted to a primary side by a photocoupler 12. A voltage is induced in the winding 13 by driving the transformer 1. The induced voltage is rectified and smoothed by the diode 14 and the capacitor 15 and supplied to the control circuit 7 as the power supply voltage Vcc.
【０００５】図３のスイッチング電源装置では、電源に
かかる負荷の状態に応じて制御回路７は、スイッチ素子
６をオンにする時間を制御する。電源にかかる負荷が小
さくなったときに、制御回路７は、出力するＰＷＭ信号
のパルス幅が小さくなるように制御する。ＰＷＭ信号の
発振周波数を固定して制御する場合は、パルス幅を小さ
くしても発振周波数に依存するスイッチング損失は低減
しない。スイッチング損失はスイッチが切り換わるとき
に電力が消費されることによって生じる損失である。軽
負荷時に発振周波数が低減する制御回路を用いてスイッ
チのオフ時間を長くすると、スイッチング損失は減少す
るものの、実際にスイッチ素子６がオンになっている時
間だけでなく、オフになっている時間中も制御回路７に
は電流が供給され、電力が消費され続ける。In the switching power supply shown in FIG. 3, the control circuit 7 controls the time during which the switch element 6 is turned on in accordance with the state of the load applied to the power supply. When the load applied to the power supply is reduced, the control circuit 7 controls so that the pulse width of the output PWM signal is reduced. When the control is performed with the oscillation frequency of the PWM signal fixed, the switching loss depending on the oscillation frequency is not reduced even if the pulse width is reduced. Switching loss is a loss caused by consuming power when a switch is switched. When the off time of the switch is increased by using a control circuit that reduces the oscillation frequency at a light load, the switching loss is reduced, but not only the time when the switch element 6 is actually on, but also the time when it is off. During this time, current is supplied to the control circuit 7 and power is continuously consumed.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した問題
点を解決するためになされたものであり、スイッチ素子
をオン・オフする制御回路を軽負荷時にはオフにする期
間を設けることによって、軽負荷時における低消費電力
化を実現したスイッチング電源装置を提供することを目
的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and provides a control circuit for turning on and off a switch element at a light load by providing a period for turning off the control circuit. It is an object of the present invention to provide a switching power supply that achieves low power consumption at the time of load.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明は次のとおりの構
成になったスイッチング電源装置である。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is a switching power supply having the following configuration.
【０００８】（１）トランスの１次側に設けたスイッチ
素子をオン・オフし、１次巻線に断続的に電圧を印加す
ることによって２次巻線に電圧を誘起させ、２次側にか
かる負荷の状態に応じて前記スイッチ素子をオンにする
時間を制御する制御回路を有するスイッチング電源装置
において、２次側の出力電力レベルを示す信号と所定の
基準値とを比較する比較手段と、この比較手段による比
較の結果、２次側の出力電力レベルが所定の基準値より
も低いときは制御回路を強制的に停止する停止手段とを
有することを特徴とするスイッチング電源装置。(1) A switch element provided on the primary side of the transformer is turned on / off, and a voltage is intermittently applied to the primary winding to induce a voltage on the secondary winding, thereby causing a voltage on the secondary side. In a switching power supply device having a control circuit for controlling a time for turning on the switch element according to the state of the load, a comparison unit that compares a signal indicating an output power level on the secondary side with a predetermined reference value, A switching power supply device comprising: stopping means for forcibly stopping the control circuit when the output power level on the secondary side is lower than a predetermined reference value as a result of the comparison by the comparing means.
【０００９】（２）前記制御回路は前記比較手段の基準
値を与える電圧を生成することを特徴とする（１）記載
のスイッチング電源装置。(2) The switching power supply according to (1), wherein the control circuit generates a voltage for giving a reference value of the comparing means.
【００１０】（３）制御回路がオン状態とオフ状態のと
きに前記比較手段に与える基準値電圧が異なることをも
とに、比較手段の出力電圧を変え、制御回路に交互にオ
ン状態とオフ状態をとらせる状態切換回路を有すること
を特徴とする（１）記載のスイッチング電源装置。(3) The output voltage of the comparing means is changed based on the difference between the reference voltage applied to the comparing means when the control circuit is in the ON state and the OFF state, and the ON state and the OFF state are alternately transmitted to the control circuit. The switching power supply according to (1), further comprising a state switching circuit for setting a state.
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明を詳しく
説明する。図１は本発明の一実施例を示す構成図であ
る。図１で図３と同一のものは同一符号を付ける。制御
回路２０は、端子ＣＳへの入力信号によって強制的に停
止するリモートオフ機能を持つ回路である。停止手段２
１はリモートオフ機能を実現する手段である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of the present invention. 1 that are the same as those in FIG. 3 are given the same reference numerals. The control circuit 20 is a circuit having a remote-off function of forcibly stopping by an input signal to the terminal CS. Stopping means 2
Reference numeral 1 denotes a unit for realizing a remote-off function.
【００１２】抵抗３１，３２は、フォトカップラ１２に
より１次側にフィードバックされた電圧ＶＦＢを分圧す
る。電圧ＶＦＢは２次側の負荷状態を示している。負荷
が軽いほど電圧ＶＦＢは小さくなる。請求範囲でいう出
力電力レベルを示す信号は電圧ＶＦＢの信号である。抵
抗３３，３４は、制御回路２０から与えられた基準電圧
Ｖｒｅｆを分圧する。コンパレータ３５は、正側入力端
子に基準電圧Ｖｒｅｆの分圧Ｖ１が与えられ、負側入力
端子には電圧ＶＦＢの分圧Ｖ２が与えられる。コンパレ
ータ３５は、１次側にフィードバックされた電圧ＶＦＢ
を所定の基準値と比較し、比較結果に応じた２値信号Ｖ
３を出力する。請求範囲でいう比較手段はコンパレータ
である。トランジスタ３６は、コンパレータ３５の出力
Ｖ３によってオン・オフし、制御回路２０の端子ＣＳの
電圧Ｖ４を変える。コンデンサ３７はトランジスタ３６
に並列接続されている。図１の破線で囲んだ部分が請求
範囲でいう状態切換回路である。The resistors 31 and 32 divide the voltage V FB fed back to the primary side by the photo coupler 12. The voltage V FB indicates a load state on the secondary side. The lighter the load, the lower the voltage V FB . The signal indicating the output power level in the claims is a signal of the voltage VFB . The resistors 33 and 34 divide the reference voltage Vref provided from the control circuit 20. In the comparator 35, the divided voltage V1 of the reference voltage Vref is supplied to the positive input terminal, and the divided voltage V2 of the voltage VFB is supplied to the negative input terminal. The comparator 35 outputs the voltage V FB fed back to the primary side.
Is compared with a predetermined reference value, and a binary signal V corresponding to the comparison result is obtained.
3 is output. The comparing means in the claims is a comparator. The transistor 36 is turned on / off by the output V3 of the comparator 35, and changes the voltage V4 of the terminal CS of the control circuit 20. The capacitor 37 is a transistor 36
Are connected in parallel. A portion surrounded by a broken line in FIG. 1 is a state switching circuit referred to in the claims.
【００１３】図１の装置の動作を説明する。図２は図１
の装置における各信号のタイムチャートである。定常負
荷では電圧ＶＦＢは高い値を維持しており、Ｖ２＞Ｖ１
でありコンパレータ３５の出力はローレベルである。こ
のとき、トランジスタ３６はオフであるため、制御回路
２０の端子ＣＳの電圧Ｖ４は高い値になっている。これ
によって、制御回路２０はオンになっている。The operation of the apparatus shown in FIG. 1 will be described. FIG. 2 shows FIG.
6 is a time chart of each signal in the device of FIG. Under a steady load, the voltage VFB maintains a high value, and V2> V1
And the output of the comparator 35 is at a low level. At this time, since the transistor 36 is off, the voltage V4 of the terminal CS of the control circuit 20 has a high value. As a result, the control circuit 20 is turned on.
【００１４】軽負荷時には電圧ＶＦＢは低下し、Ｖ２＜
Ｖ１になるため、コンパレータ３５の出力はハイレベル
になり、トランジスタ３６はオンになる。これによっ
て、制御回路２０の端子ＣＳの電圧Ｖ４は低下し、制御
回路２０は強制的なオフにされる。強制的にオフにする
のは停止手段２１が行う。強制的にオフにした期間では
制御回路２０は電力を消費しない。これによって、軽負
荷時の電力損失を低減できる。At light load, voltage V FB decreases, and V 2 <
Since the voltage is V1, the output of the comparator 35 becomes high level, and the transistor 36 is turned on. As a result, the voltage V4 at the terminal CS of the control circuit 20 decreases, and the control circuit 20 is forcibly turned off. The forcible turning off is performed by the stopping means 21. The control circuit 20 does not consume power during the forcibly turned off period. Thereby, power loss at the time of light load can be reduced.
【００１５】制御回路２０は基準電圧Ｖｒｅｆを出力し
ているため、制御回路２０がオフになると、電圧Ｖ１は
低下する。電圧Ｖ１が低下すると、コンパレータ３５の
出力電圧Ｖ３は低下する。これにより、トランジスタ３
６に流れる電流が減少し、電圧Ｖ４は大きくなる。電圧
Ｖ４の増大により制御回路２０はオンになる。制御回路
２０はオンになると、基準電圧Ｖｒｅｆが増加して出力
電圧Ｖ３は増加し、トランジスタ３６に流れる電流が増
加して、電圧Ｖ４が減少し、制御回路２０がオフにな
る。このようにして制御回路２０は自動的にオン状態と
オフ状態を繰り返す。図２の期間Ｔｏｆｆで制御回路２
０はオフになり、期間Ｔｏｎで制御回路２０はオンにな
る。軽負荷時には制御回路２０はオフ状態とオン状態を
自動的に繰り返す。Since the control circuit 20 outputs the reference voltage Vref, when the control circuit 20 is turned off, the voltage V1 decreases. When the voltage V1 decreases, the output voltage V3 of the comparator 35 decreases. Thereby, the transistor 3
6 decreases, and the voltage V4 increases. The control circuit 20 is turned on by the increase in the voltage V4. When the control circuit 20 is turned on, the reference voltage Vref increases, the output voltage V3 increases, the current flowing through the transistor 36 increases, the voltage V4 decreases, and the control circuit 20 turns off. Thus, the control circuit 20 automatically repeats the ON state and the OFF state. In the period Toff of FIG.
0 is turned off, and the control circuit 20 is turned on in the period Ton. At light load, the control circuit 20 automatically repeats the off state and the on state.
【００１６】[0016]
【発明の効果】本発明によれば次の効果が得られる。According to the present invention, the following effects can be obtained.
【００１７】請求項１記載の発明では、軽負荷時には制
御回路を強制的にオフにする期間を作っているため、ス
イッチング電源装置の軽負荷時での省電力化を実現でき
る。According to the first aspect of the present invention, since a period in which the control circuit is forcibly turned off at the time of light load is formed, power saving of the switching power supply at the time of light load can be realized.
【００１８】請求項２記載の発明では、制御回路は比較
手段の基準値を与える電圧を生成しているため、基準値
を与える電圧源を別個に設ける必要がなく、回路を簡略
化できる。According to the second aspect of the present invention, since the control circuit generates the voltage for giving the reference value of the comparing means, it is not necessary to separately provide a voltage source for giving the reference value, and the circuit can be simplified.
【００１９】請求項３記載の発明によれば、軽負荷の状
態が解除されると制御回路は自動的にオン状態に復帰す
るため、スイッチング動作を再開することができる。According to the third aspect of the invention, when the light load state is released, the control circuit automatically returns to the ON state, so that the switching operation can be resumed.
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of the present invention.
【図２】本発明の動作説明図である。FIG. 2 is a diagram illustrating the operation of the present invention.
【図３】従来におけるスイッチング電源装置の構成例を
示した図である。FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a conventional switching power supply device.
１ トランス ２ 電源 ３ １次巻線 ６ スイッチ素子 ８ ２次巻線 ２０ 制御回路 ２１ 停止手段 ３５ コンパレータ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transformer 2 Power supply 3 Primary winding 6 Switching element 8 Secondary winding 20 Control circuit 21 Stopping means 35 Comparator
フロントページの続き (72)発明者 松本 力 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5H730 AA14 AS01 AS23 BB43 BB57 DD04 DD41 EE02 EE07 FD01 FF01 FF19 FG07 FG25 VV03 XC00 XX03 XX44 Continuation of front page (72) Inventor Riki Matsumoto 2-9-32 Nakamachi, Musashino-shi, Tokyo F-term in Yokogawa Electric Corporation (reference) 5H730 AA14 AS01 AS23 BB43 BB57 DD04 DD41 EE02 EE07 FD01 FF01 FF19 FG07 FG25 VV03 XC00 XX03 XX44
Claims (3)
をオン・オフし、１次巻線に断続的に電圧を印加するこ
とによって２次巻線に電圧を誘起させ、２次側にかかる
負荷の状態に応じて前記スイッチ素子をオンにする時間
を制御する制御回路を有するスイッチング電源装置にお
いて、 ２次側の出力電力レベルを示す信号と所定の基準値とを
比較する比較手段と、この比較手段による比較の結果、
２次側の出力電力レベルが所定の基準値よりも低いとき
は制御回路を強制的に停止する停止手段とを有すること
を特徴とするスイッチング電源装置。1. A switching element provided on a primary side of a transformer is turned on / off, and a voltage is induced on a secondary winding by intermittently applying a voltage to a primary winding to apply a voltage to a secondary side. In a switching power supply having a control circuit for controlling a time for turning on the switch element in accordance with a state of a load, a comparing means for comparing a signal indicating an output power level on the secondary side with a predetermined reference value; As a result of the comparison by the comparing means,
A switching power supply device comprising: stopping means for forcibly stopping the control circuit when the output power level on the secondary side is lower than a predetermined reference value.
与える電圧を生成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。2. The switching power supply device according to claim 1, wherein the control circuit generates a voltage that gives a reference value of the comparison means.
前記比較手段に与える基準値電圧が異なることをもと
に、比較手段の出力電圧を変え、制御回路に交互にオン
状態とオフ状態をとらせる状態切換回路を有することを
特徴とする請求項１記載のスイッチング電源装置。3. An output voltage of the comparison means is changed based on a difference in a reference voltage applied to the comparison means when the control circuit is in an on state and an off state, and the control circuit alternately turns on and off states. 2. The switching power supply device according to claim 1, further comprising a state switching circuit that takes a state.
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