JP2003164150A - スイッチング電源 - Google Patents

スイッチング電源

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JP2003164150A JP2001361863A JP2001361863A JP2003164150A JP 2003164150 A JP2003164150 A JP 2003164150A JP 2001361863 A JP2001361863 A JP 2001361863A JP 2001361863 A JP2001361863 A JP 2001361863A JP 2003164150 A JP2003164150 A JP 2003164150A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 スイッチング電源の待機電力を低減する。 【解決手段】 スイッチング電源の一次側の(+)ライ
ンと(−)ラインとの間に起動電流の定電流化回路を構
成し、負荷側が待機状態の時、スイッチング電源が間欠
動作することに合わせて起動用定電流も間欠動作させ、
起動用定電流がオンしている時間に対して、オフしてい
る時間を長くし、また起動用電流が定電流であることに
よって、電源の入力電圧を上昇させても起動用電流が増
加することなく、起動用電流による電力消費を低減する
ことができるスイッチング電源を提供する。

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に
関し、待機状態における省エネ対策として、スイッチン
グ電源の待機電力を低減させる手段を備えたスイッチン
グ電源に関するものである。 【0002】 【従来の技術】本発明者は、待機電力を低減させる手段
を備えたスイッチング電源として、図2のようなスイッ
チング電源の特許出願を行っている。図2において、電
源に所定の入力電圧が印加されると、抵抗R11を通じ
て起動電流が流れ、コンデンサC2をスイッチング電源
制御用IC1が必要とする起動開始電圧まで充電する。
起動開始電圧まで充電されると、コンデンサC2に貯え
られた充電エネルギーを利用してスイッチング電源制御
用IC1が動作を開始し、コンデンサC2の両端電圧が
スイッチング電源制御用IC1の動作停止電圧まで放電
される前に、トランスTの補助巻線P3の電圧をダイオ
ードD3で整流し、コンデンサC2で平滑して、スイッ
チング電源制御用IC1の動作電圧供給用VCC端子に
電圧を供給しスイッチング電源は正常に動作を始める。 【0003】IC2は、出力電圧検出用ICである。出
力電圧が定格電圧より上昇すると、出力電圧検出用IC
2に接続されたフォトカプラPC2のダイオードに流れ
る電流が増加して、フォトカプラPC2のトランジスタ
が接続されている電源制御用IC1のフィードバック
(FB)端子の電圧が下がり、下がる量に応じて一定周
波数で動作しているスイッチング素子Q3のオフ時間デ
ューティが大きくなり、出力電圧を下げて定格電圧を安
定供給することができる。 【0004】負荷側が待機状態となり、電源の出力電流
が微小になると、スイッチング素子Q3のオフ時間デュ
ーティが大きくなるため、ダイオードD4で整流後、抵
抗R9とコンデンサC4で積分して得られるC4の両端
電圧が下がり、その電圧と基準電圧となるツェナーダイ
オードZD3の電圧を比較し、C4の両端電圧が低くな
るとオペアンプIC4の出力はLレベルとなる。 【0005】二次側出力平滑用コンデンサC3の両端電
圧は安定化出力電圧になっており、抵抗R5、R6、お
よびR8で分圧し得られたR6の両端電圧と、基準電圧
となるツェナーダイオードZD3の電圧を比較し、R6
の両端電圧が高くなっている間、オペアンプIC3の出
力はHレベルとなり、オペアンプIC3の出力端子から
電流がフォトカプラPC1のダイオード、抵抗R7、L
レベルとなっているIC4の出力端子に流れ込み、フォ
トカプラPC1のトランジスタ側がオンとなり、電源制
御用IC1のON/OFF端子がLレベルとなるが、電
源制御用IC1はON/OFF端子がLレベルになると
発振停止となる機能を有しているため、スイッチング素
子Q3は動作停止する。 【0006】二次側出力平滑コンデンサC3の両端電圧
は、微小待機負荷電流とC3に接続されている電源内部
回路で消費される微小電流によって徐々に放電され、負
荷側が許容できる最低出力に達すると、抵抗R6の両端
電圧が基準電圧であるZD3の電圧より低くなるため、
IC3の出力端子はLレベルとなり、フォトカプラPC
1のダイオードに電流が流れなくなるため、フォトカプ
ラPC1のトランジスタ側がオフし、電源制御用IC1
のON/OFF端子がHレベルになるので、スイッチン
グ素子Q3は動作を開始する。 【0007】 【発明が解決しようとする課題】ところが、図2の回路
においては、図4に示した電源の動作状態と時間の関係
のとおり、電源の負荷側が待機状態にあるときでも起動
電流が流れ続け、電源の待機電力を悪化させており、ま
た電源の入力電圧が上昇すると起動電流が増加し、さら
に待機電力を悪化させるため、さらなる改善が求められ
ていた。 【0008】 【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、スイッチング電源の起動電流を入力電圧に
関わらず定電流化し、また、負荷側が待機状態にある
時、補助電源の電圧が最低動作電圧以上の時は、起動電
流をオフにし、かつ、最低動作電圧になる直前に起動電
流をオンして、起動電流で消費していた電力を大幅に低
減し、待機電力を低減しようとするものである。すなわ
ち、図1に示すように、コンバータトランスTの一次側
の一次巻線P1にスイッチング素子Q3を接続し、補助
巻線P3にダイオードD3と平滑コンデンサC2とを接
続した補助電源を備え、整流して得られる直流電圧を上
記スイッチング素子Q3でオン/オフし、整流ダイオー
ドD5と平滑コンデンサC3とを有する二次側の整流・
平滑回路を介して電圧を安定供給し、負荷が待機状態の
時、スイッチング電源を間欠動作させて待機電力を低減
するスイッチング電源において、スイッチング電源の一
次側(+)ラインに第1のNPNトランジスタQ1のコ
レクタを接続し、ベースとスイッチング電源の一次側
(+)ラインとの間に第1の抵抗R1を接続し、エミッ
タと一次側(−)ラインとの間に第2の抵抗R2と第1
のダイオードD1と平滑コンデンサC1とを直列に接続
し、第1のNPNトランジスタQ1のベースと第2の抵
抗Rとの間に第1のツェナーダイオードZD1を逆接続
し、第1のダイオードD1のカソードと上記平滑コンデ
ンサC1との接続点をスイッチング電源制御用IC1の
動作電圧供給用VCC端子と第2のダイオードD2のカ
ソードに接続し、第2のダイオードD2のアノードと一
次側の(−)ラインとの間に第2のツェナーダイオード
ZD2と第3の抵抗R3と第4の抵抗R4とを直列接続
し、第3の抵抗R3と第4の抵抗R4との接続点を第2
のNPNトランジスタQ2のベースに接続し、第2のN
PNトランジスタQ2のコレクタを第1のNPNトラン
ジスタQ1のベースに、第2のNPNトランジスタQ2
のエミッタを一次側の(−)ラインに接続して、スイッ
チング電源の起動電流の定電流化回路を構成したことを
特徴とするスイッチング電源である。 【0009】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら詳細に説明する。図1は本発明
の実施形態が適用されるスイッチング電源の一例であ
る。この回路は、フライバックコンバータと呼ばれるも
のであり、図1はその回路構成を示したものである。T
は一次側に蓄積されたエネルギーを二次側へ伝達するた
めのコンバータトランス、Q3はスイッチング素子であ
るFET、C5は、電源入力平滑用コンデンサ、Q1は
起動用定電流を制御する第1のNPNトランジスタ、Q
2はQ1をオン/オフ制御するための第2のNPNトラ
ンジスタ、R1はQ1のベースを制限する第1の抵抗、
ZD1とR2は各々、起動用定電流値を設定する第1の
ツェナーダイオードと第2の抵抗、D1は逆電圧防止用
の第1のダイオード、ZD2は補助電源電圧を検出する
第2のツェナーダイオード、R3はZD2およびQ2の
電流制限用の第3の抵抗、R4はZD2がオフしている
時にリークする電流でQ2が誤動作するのを防止する第
4の抵抗、D3は補助電源整流用ダイオード、C2は補
助電源平滑用コンデンサ、C1は起動電流により充電さ
れ、その充電エネルギーで電源制御用IC1を動作させ
るためのコンデンサ、D2は起動電流がZD2およびC
2に流れるのを防止する第2のダイオードであり、C3
は二次側の出力平滑用コンデンサ、IC1はスイッチン
グ電源制御用IC、IC2は出力電圧検出用IC、PC
2は二次側回路に電圧を安定供給するための信号を一次
側にフィードバックするフォトカプラ、D4、D5はダ
イオード、R9とC4は各々、ダイオードD4からの電
圧を積分するための抵抗とコンデンサ、R10はC4に
充電された電荷を放電する抵抗、IC4は出力電流が増
加しC4の両端電圧が上昇したことを検出するオペアン
プ、IC3およびR5・R6・R8は各々、負荷側が許
容できる最低出力電圧を検出するオペアンプと抵抗、Z
D3はIC3とIC4の基準電圧を設定するツェナーダ
イオード、PC1は負荷側が許容できる最低出力電圧に
なるまでスイッチング素子Q3を停止させる信号を一次
側にフィードバックするフォトカプラ、R7はフォトカ
プラPC1の電流を制限する抵抗である。 【0010】電源に所定の入力電圧が印加されると、第
1の抵抗R1から第1のNPNトランジスタQ1のベー
スに電流が流れ、Q1は動作を開始する。第1のNPN
トランジスタQ1のベースに第1のツェナーダイオード
ZD1が接続してあるため、第2の抵抗R2の両端電圧
は電源の入力電圧に関わらず一定の電圧となり、第2の
抵抗R2に流れる電流は定電流化される。上記定電流で
スイッチング電源制御用IC1の動作電圧供給用VCC
端子に接続されたコンデンサC1を、スイッチング電源
制御用IC1が必要とする起動開始電圧まで充電し、起
動開始電圧まで充電されるとC1に貯えられた充電エネ
ルギーを利用してスイッチング電源制御用IC1が動作
を開始し、コンデンサC1の両端電圧がスイッチング電
源制御用IC1の動作停止電圧まで放電される前に、コ
ンバータトランスTの補助巻線P3の電圧をダイオード
D3で整流しコンデンサC2で平滑して、第2のダイオ
ードD2を通じてスイッチング電源制御用IC1のVC
C端子に電圧を供給しスイッチング電源は正常に動作を
始める。出力電圧が定格電圧より上昇すると、出力電圧
検出用IC2に接続されたフォトカプラPC2のダイオ
ードに流れる電流が増加して、フォトカプラPC2のト
ランジスタが接続されている電源制御用IC1のフィー
ドバック(FB)端子電圧が下がり、下がる量に応じて
一定周波数動作しているスイッチング素子Q3のオフ時
間デューティが大きくなり、出力電圧を下げて定格電圧
を安定供給することができる。 【0011】負荷側が待機負荷より大きい場合、スイッ
チング素子Q3は一定周波数で発振しており、補助電源
平滑用コンデンサC2の両端電圧はツェナーダイオード
ZD2より高い電圧を維持しているため、ZD2に電流
が流れ、第2のNPNトランジスタQ2がオンし、第1
の抵抗R1から第1のNPNトランジスタQ1のベース
に流れていた電流が、第2のNPNトランジスタQ2側
に流れるため第1のNPNトランジスタQ1はオフし、
第2の抵抗R2に流れていた定電流はオフする。 【0012】負荷側が待機状態となり、電源の出力電流
が微小になると、スイッチング素子Q3のオフ時間デュ
ーティが大きくなるため、ダイオードD4で整流後、抵
抗R9とコンデンサC4で積分して得られるC4の両端
電圧が下がり、その電圧と基準電圧となるツェナーダイ
オードZD3の電圧を比較し、C4の両端電圧が低くな
ると出力電流検出用オペアンプIC4の出力はLレベル
となる。 【0013】二次側出力平滑用コンデンサC3の両端電
圧は安定化出力電圧になっており、抵抗R5、R6およ
びR8で分圧し得られたR6の両端電圧と、基準電圧と
なるツェナーダイオードZD3の電圧を比較し、R6の
両端電圧が高くなっている間、オペアンプIC3の出力
はHレベルとなり、最低出力電圧検出用オペアンプIC
3の出力端子から電流がフォトカプラPC1のダイオー
ド、抵抗R7、Lレベルとなっている出力電圧検出用オ
ペアンプIC4の出力端子に流れ込み、フォトカプラP
C1のトランジスタ側がオンとなり、電源制御用IC1
のON/OFF端子がLレベルとなるが、電源制御用I
C1はON/OFF端子がLレベルになると発振停止と
なる機能を有しているため、スイッチング素子Q3は停
止する。 【0014】二次側出力平滑用コンデンサC3の両端電
圧は、微小待機負荷電流とC3に接続されている電源内
部回路で消費される微小電流によって徐々に放電され、
負荷側が許容できる最低出力電圧に達すると、抵抗R6
の両端電圧が基準電圧であるツェナーダイオードZD3
の電圧より低くなるため、オペアンプIC3の出力端子
はLレベルとなり、フォトカプラPC1のトランジスタ
側がオフし、電源制御用IC1のON/OFF端子がH
レベルになるので、スイッチング素子Q3は動作を開始
する。 【0015】また、上記スイッチング素子Q3が停止し
ている間、コンバータトランスTの補助巻線P3に電圧
が発生しないため、コンデンサC2の両端電圧は下がり
続け、スイッチング電源制御用IC1のVCC電圧も下
がり続ける。スイッチング電源制御用IC1のVCC電
圧が動作停止電圧に達する前に、ツェナーダイオードZ
D2に電流が流れなくなり、第2のNPNトランジスタ
Q2がオフするため第1のNPNトランジスタQ1がオ
ンし、定電流がコンデンサC1に供給され、スイッチン
グ電源制御用IC1が必要とする最低動作電圧以上の電
圧が維持できる。 【0016】図3は電源の動作状態と時間との関係を示
した図である。負荷側が待機状態の間は、図3のA部分
に示すように、定格電圧と負荷側が許容できる最低出力
電圧の間になるように、スイッチング素子Q3がオン/
オフを繰り返す。図3のA部分のタイムチャートから分
かるように、スイッチング素子Q3がオフしている間、
スイッチング電源制御用IC1の最低動作電圧になる直
前まで起動用定電流をオフすると、起動用定電流が流れ
ている時間が流れていない時間に対して小さいため、起
動用定電流で消費される電力を低減することができる。
待機状態から電源の出力電流を若干増加させると、図3
のB部分に示すように、増加させた電流に応じて出力平
滑用コンデンサC3の放電される時間が短くなり、上記
スイッチング素子Q3の停止時間が短くなるため、起動
用定電流をオフしている期間も短くなる。さらに電源の
出力電流を増加させ、スイッチング素子Q3のオフ時間
デューティが出力電流の増加量に応じて小さくなり、ダ
イオードD4で整流後、抵抗R9とコンデンサC4で積
分して得られるC4の両端電圧が上昇し、ツェナーダイ
オードZD3の基準電圧より高くなると、出力電流検出
用オペアンプIC4の出力はHレベルとなり、今まで最
低出力電圧検出用オペアンプIC3の出力端子からフォ
トカプラPC1のダイオード、抵抗R7、オペアンプI
C4の出力端子に流れていた電流が流れなくなり、スイ
ッチング素子Q3のオフ信号が一次側にフィードバック
できなくなるため、電源の動作状態は本来の一定周波数
動作に移行し、コンデンサC2の両端電圧は高いレベル
を維持し、第2のNPNトランジスタQ2がオンし、第
1のNPNトランジスタQ1がオフするため、起動用定
電流はオフする。(図3のC部分) 【0017】上記したように、負荷側が待機状態の時、
定格出力電圧と負荷側が許容できる最低出力電圧の間に
なるように、スイッチング素子Q3はオン/オフ動作を
繰り返し、図3下部の起動用定電流およびC1両端電圧
(IC1の動作電圧VCC)の波形が示すとおり、スイ
ッチング素子Q3が動作停止している間、スイッチング
制御用IC1のVCC端子電圧が、スイッチング制御用
IC1の、最低動作電圧まで下がる直前まで起動用定電
流がオフし、オフしている時間がオンしている時間より
も長いことと、起動用電流が定電流であるため、電源の
入力電圧上昇による起動用電流増加もないことから、起
動用電流による消費電力が大きく低減できる。ところ
が、従来例では図4に示すように、スイッチング電源の
動作状態にかかわらず、起動用電流が流れ続け、また電
源の入力電圧が上昇すると起動用電流が増加するため、
起動用電流による消費電力が大きく、電源の待機電力を
悪化させる。 【0018】今、実施例(図1)と従来例(図2)の回
路について、下記条件にて待機電力を測定した。 〔条件〕 ・起動用定電流:100μA ・入力電圧:100V、230V ・定格出力電圧:16V ・定格出力電流:2.3A ・負荷側の許容最低出力電圧:9V ・コンデンサC3の容量:660μF ・発振周波数:70kHz ・スイッチング電源制御用IC1最低動作電圧:9V ・スイッチング素子Q3のオン/オフ時間 上記条件にて、実施例と従来例とで待機電力を比較した
結果を表1に示す。 【0019】 【表1】 【0020】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
負荷側が待機状態の時、スイッチング電源が間欠動作す
ることに合わせて起動用定電流も間欠動作させ、起動用
定電流がオンしている時間に対して、オフしている時間
を長くすることができ、また起動用電流が定電流である
ことによって、電源の入力電圧を上昇させても起動用電
流が増加することもなく、起動用電流による電力消費が
低減でき、待機時の省エネに貢献することができる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の実施例によるスイッチング電源の回路
図である。 【図2】従来例によるスイッチング電源の回路図であ
る。 【図3】図1の実施例による電源の動作状態を示すタイ
ムチャートである。 【図4】図2の従来例による電源の動作状態を示すタイ
ムチャートである。 【符号の説明】 Q1 第1のNPNトランジスタ(起動用定電流制御
用) Q2 第2のNPNトランジスタ(Q1オン/オフ制御
用) Q3 スイッチング素子(FET) IC1 スイッチング電源制御用IC IC2 出力電圧検出用IC IC3 最低出力電圧検出用オペアンプ IC4 出力電流検出用オペアンプ PC1 フォトカプラ(電源停止信号フィードバック
用) PC2 フォトカプラ(出力電圧検出信号フィードバッ
ク用) C1 コンデンサ(スイッチング電源制御用IC起動
用) C2 コンデンサ(補助電源平滑用) C3 コンデンサ(出力平滑用) C4 コンデンサ(積分用) C5 平滑用コンデンサ(電源入力平滑用) R1 第1の抵抗(電流制限用) R2 第2の抵抗(定電流設定用) R3 第3の抵抗(電流制限用) R4 第4の抵抗(誤動作防止用) R5 抵抗(最低出力電圧検出用) R6 抵抗(最低出力電圧検出用) R7 抵抗(電流制限用) R8 抵抗(最低出力電圧検出用) R9 抵抗(積分用) R10 抵抗(C4放電用) R11 抵抗(電源起動用) T コンバータトランス ZD1 第1のツェナーダイオード(定電流設定用) ZD2 第2のツェナーダイオード(制御用IC最低動
作電圧検出用) ZD3 ツェナーダイオード(基準電圧設定用) D1 第1のダイオード(逆電圧防止用) D2 第2のダイオード(起動電流印加防止用) D3 ダイオード(補助電源整流用) D4 ダイオード D5 ダイオード A 補助電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H730 AA11 AA14 AS23 BB23 BB43 BB57 CC01 DD02 DD32 EE02 EE07 EE72 FD01 FD21 FD51 FG05 FG07 FG22 FG25 VV03 VV06

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 コンバータトランスの一次側の一次巻線
    にスイッチング素子を接続し、補助巻線にダイオードと
    平滑コンデンサとを接続した補助電源を備え、整流して
    得られる直流電圧を上記スイッチング素子でオン/オフ
    し、整流ダイードと平滑コンデンサとを有する二次側の
    整流・平滑回路を介して電圧を安定供給し、負荷が待機
    状態の時、スイッチング電源を間欠動作させて待機電力
    を低減するスイッチング電源において、 スイッチング電源の一次側(+)ラインに第1のNPN
    トランジスタのコレクタを接続し、ベースとスイッチン
    グ電源の一次側(+)ラインとの間に第1の抵抗を接続
    し、エミッタと一次側(−)ラインとの間に第2の抵抗
    と第1のダイオードと平滑コンデンサとを直列に接続
    し、第1のNPNトランジスタのベースと第2の抵抗と
    の間に第1のツェナーダイオードを逆接続し、第1のダ
    イオードのカソードと上記平滑コンデンサとの接続点を
    スイッチング電源制御用ICの動作電圧供給用VCC端
    子と第2のダイオードのカソードに接続し、第2のダイ
    オードのアノードと一次側の(−)ラインとの間に第2
    のツェナーダイオードと第3の抵抗と第4の抵抗とを直
    列接続し、第3の抵抗と第4の抵抗との接続点を第2の
    NPNトランジスタのベースに接続し、第2のNPNト
    ランジスタのコレクタを第1のNPNトランジスタのベ
    ースに、第2のNPNトランジスタのエミッタを一次側
    の(−)ラインに接続して、スイッチング電源の起動電
    流の定電流化回路を構成したことを特徴とするスイッチ
    ング電源。
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