JP2003333840A - スイッチング電源装置及びその起動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 待機時の消費電力を低く抑えるとともに、起
動時間を短縮する。 【解決手段】 スイッチング制御回路１３０により、一
次側整流平滑回路１１５の整流平滑出力をスイッチング
するスイッチングＦＥＴ１２５のスイッチング動作を制
御するようにしたスイッチング電源装置１００におい
て、上記スイッチング制御回路１３０に起動電流を供給
する起動回路１４０を定電流回路１４１により構成す
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、ヒステリシス低電
圧誤動作防止回路を有するスイッチング制御回路によ
り、一次側整流平滑回路の整流平滑出力をスイッチング
するスイッチング素子のスイッチング動作を制御するよ
うにしたスイッチング電源装置及びその起動方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、商用交流を整流・平滑化して
得られた直流電流を、例えば１００ｋＨｚ程度の高周波
でスイッチングして変圧器により所望の電圧に高効率に
変換するようにしたスイッチング電源装置が広く用いら
れている。

【０００３】上記スイッチング電源装置における出力電
圧の制御方式としては、出力電圧の変化に応じてスイッ
チングパルスのデューティ比を制御するパルス幅変調(P
WM:Pulse Width Modulation)制御方式、スイッチングパ
ルスの周波数や位相を制御する共振等の周波数制御方式
や位相制御方式等が採用されている。

【０００４】図２は、ＰＷＭ制御方式を採用した従来の
スイッチング電源装置の回路構成例を示している。

【０００５】このスイッチング電源装置２００は、商用
電源ＡＣからＡＣフィルタ２１０を介して供給される交
流入力を整流・平滑化する一次側整流平滑回路２１５を
備え、この一次側整流平滑回路２１５にコンバータトラ
ンス２２０の一次巻線２２０Ａを介してスイッチングＦ
ＥＴ２２５のドレインが接続されているとともに、上記
スイッチングＦＥＴ２２５のスイッチング動作をＰＷＭ
制御するスイッチング制御回路２３０の電源端子２３０
Ａが上記一次側整流平滑回路２１５に起動回路２４０を
介して接続されている。上記電源端子２３０Ａは、コン
デンサ２３５を介して接地されている。また、上記起動
回路２４０は、直列接続された３個の抵抗２４０Ａ，２
４０Ｂ，２４０Ｃからなる。

【０００６】上記スイッチング制御回路２３０には、電
源電圧低下時の誤動作を防止するため、ヒステリシス低
電圧誤動作防止回路を内蔵しており、上記電源端子２３
０Ａに与えられる電源電圧Ｖｃｃが０Ｖから上昇してい
くと、Ｖｃｃ＝１６．５Ｖで動作を開始し、電源電圧降
下時にはＶｃｃ＝９．０Ｖで出力を遮断するようになっ
ている。

【０００７】上記コンバータトランス２２０の二次巻線
２２０Ｂには二次側整流平滑回路２５０が接続されてお
り、上記コンバータトランス２２０の二次巻線２２０Ｂ
に得られるコンバータ出力を上記二次側整流平滑回路２
５０により整流平滑して出力フィルタ２５５を介して出
力するようになっている。上記二次側整流平滑回路２５
０には、出力電圧検出用の抵抗分割回路２６０や出力電
流検出用の抵抗２６５を介して出力検出回路２７０が接
続されており、この出力検出回路２７０による検出出力
がフォトカプラ２８０を介して上記スイッチング制御回
路２３０に帰還される。上記出力検出回路２７０及びフ
ォトカプラ２８０は、上記コンバータトランス２２０の
二次巻線２２０Ｂに接続された整流平滑回路２９０によ
る整流平滑出力を駆動電源として動作する。

【０００８】上記スイッチング制御回路２３０は、起動
時に一次側整流平滑回路２１５から起動回路２４０を介
して起動電流が供給されることによって起動され、上記
スイッチングＦＥＴ２２５にスイッチングパルスの供給
を開始し、起動後は、上記コンバータトランス２２０の
三次巻線２２０Ｃに接続された整流平滑回路２３８によ
る整流平滑出力を駆動電源として動作し、フォトカプラ
２８０を介して帰還される上記出力検出回路２７０によ
る検出出力に応じて上記スイッチングパルスのデューテ
ィ比が変化することにより、上記スイッチングＦＥＴ２
２５のスイッチング動作をＰＷＭ制御してコンバータ出
力を安定化する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の如き
構成の従来のスイッチング電源装置では、起動電力が起
動回路２４０の抵抗２４０Ａ，２４０Ｂ，２４０Ｃを通
して供給されているので、最小入力電圧で起動電流の確
保及び最大電圧で抵抗許容電力の確認が必要である。現
状は起動電流を確保しかつ、その抵抗値で最大入力電圧
で発生する電力以上の許容電力を持った抵抗２４０Ａ，
２４０Ｂ，２４０Ｃを選択していた。

【００１０】入力許容電圧がＡＣ８０Ｖ〜２７６Ｖと広
範囲の電源では、最小起動電流（１ｍＡ）を確保するた
めに、起動回路２４０の抵抗２４０Ａ，２４０Ｂ，２４
０Ｃは、入力電圧ＡＣ８５Ｖ（ＤＣ１１０Ｖ）の時は１
１０ＫΩ以下の抵抗値が必要で、また入力電圧ＡＣ２７
６Ｖ（ＤＣ３９０Ｖ）の時、この抵抗で消費する電力は
１．３７８Ｗで、それ以上の許容値のものを選択する必
要があり、放熱を考慮すると３Ｗ以上の抵抗となる。個
々の抵抗抵抗２４０Ａ，２４０Ｂ，２４０Ｃには高電圧
が印加されるため、抵抗の耐圧を考慮し数個直列に接続
して使用することで実現していた。

【００１１】電源が入った状態では、常に起動回路２４
０の抵抗２４０Ａ，２４０Ｂ，２４０Ｃで電力を消費す
るため、特に待機時の電力消費量に占める割合が大きく
問題となっていた。そのために起動後、メインスイッチ
ング回路の動作を確認した上で停止する方法も取ってい
るが、この方法では起動後の消費電力の削減には効果が
あるが、起動時の消費電力削減までの効果はない。

【００１２】一方、起動回路２４０の抵抗値を大きく
し、消費電力を小さくしようとすると、起動電流不足に
なり起動ミスが起こり易くなる。

【００１３】そこで、本発明の目的は、上述の如き従来
の問題点に鑑み、確実に起動することができ、しかも、
起動時の消費電力を削減することができるようにしたス
イッチング電源装置及びその起動方法を提供することに
ある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、スイッチング
制御回路により、一次側整流平滑回路の整流平滑出力を
スイッチングするスイッチング素子のスイッチング動作
を制御するようにしたスイッチング電源装置において、
上記スイッチング制御回路に起動電流を供給する起動回
路を定電流回路により構成し、上記定電流回路の電流値
を起動時と定常時で異なる電流値に制御するようにした
ことを特徴とする。

【００１５】また、スイッチング制御回路により、一次
側整流平滑回路の整流平滑出力をスイッチングするスイ
ッチング素子のスイッチング動作を制御するようにした
スイッチング電源装置の起動方法であって、定電流回路
より起動電流を供給して上記スイッチング制御回路を起
動し、上記スイッチング制御回路の起動後に上記定電流
回路の動作を停止させることを特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００１７】本発明は、例えば図１に示すような構成の
スイッチング電源装置１００に適用される。

【００１８】このスイッチング電源装置１００は、商用
電源ＡＣからＡＣフィルタ１１０を介して供給される交
流入力を整流・平滑化する一次側整流平滑回路１１５を
備え、この一次側整流平滑回路１１５にコンバータトラ
ンス１２０の一次巻線１２０Ａを介してスイッチングＦ
ＥＴ１２５のドレインが接続されている。また、上記ス
イッチングＦＥＴ１２５のスイッチング動作をＰＷＭ制
御するスイッチング制御回路１３０を備え、上記ＡＣフ
ィルタ１１０と一次側整流平滑回路１１５との接続点が
起動回路１４０を介して上記スイッチング制御回路１３
０の電源端子１３０Ａに接続されている。

【００１９】このスイッチング制御回路１３０は、電源
電圧低下時の誤動作を防止するため、ヒステリシス低電
圧誤動作防止回路を内蔵しており、電源端子１３０Ａに
与えられる電源電圧Ｖｃｃが０Ｖから上昇していくと、
Ｖｃｃ＝１６．５Ｖで動作を開始し、電源電圧降下時に
はＶｃｃ＝９．０Ｖで制御出力を遮断するようになって
いる。

【００２０】上記起動回路１４０は、上記ＡＣフィルタ
１１０と一次側整流平滑回路１１５との接続点に接続さ
れた定電流回路１４１を備え、この定電流回路１４１が
逆流防止ダイオード１４８を介して上記スイッチング制
御回路１３０の電源端子１３０Ａに接続されている。電
源端子１３０Ａは、コンデンサ１３５を介して接地され
ている。

【００２１】上記定電流回路１４１は、上記ＡＣフィル
タ１１０と一次側整流平滑回路１１５との接続点にそれ
ぞれ抵抗１４２，１４３を介して各コレクタが接続され
た第１及び第２のＮＰＮトランジスタ１４４，１４５を
備え、第１のＮＰＮトランジスタ１４４のベースと第２
のＮＰＮトランジスタ１４５のコレクタが接続され、上
記第１のＮＰＮトランジスタ１４４のエミッタが第２の
ＮＰＮトランジスタ１４５のベースに接続され、さら
に、上記第１のＮＰＮトランジスタ１４４のエミッタと
第２のＮＰＮトランジスタ１４５のベースとの接続点が
電流検出用抵抗１４６を介して上記第２のＮＰＮトラン
ジスタ１４５のエミッタの接続されているとともに上記
逆流防止ダイオード１４８のカソードに接続されてい
る。

【００２２】上記定電流回路１４１では、電流検出用抵
抗１４６の両端電圧を第２のＮＰＮトランジスタ１４５
で検出し、第１のＮＰＮトランジスタ１４４のべースに
抵抗１４３から流れる電流を制御することで、上記電流
検出用抵抗１４６に一定の電流Ｉｃを流すようになって
いる。

【００２３】また、上記コンバータトランス１２０の二
次巻線１２０Ｂには二次側整流平滑回路１５０が接続さ
れており、上記コンバータトランス１２０の二次巻線１
２０Ｂに得られるコンバータ出力を上記二次側整流平滑
回路１５０により整流平滑して出力フィルタ１５５を介
して出力するようになっている。上記二次側整流平滑回
路１５０には、出力電圧検出用の抵抗分割回路１６０や
出力電流検出用の抵抗１６５を介して出力検出回路１７
０が接続されており、この出力検出回路１７０による検
出出力がフォトカプラ１８０を介して上記スイッチング
制御回路１３０に帰還される。上記出力検出回路１７０
及びフォトカプラ１８０は、上記コンバータトランス１
２０の二次巻線１２０Ｂに接続された整流平滑回路１９
０による整流平滑出力を駆動電源として動作する。

【００２４】上記スイッチング制御回路１３０は、起動
時に起動回路１４０を介して起動電流が供給されること
によって起動され、上記スイッチングＦＥＴ１２５にス
イッチングパルスの供給を開始し、起動後は、上記コン
バータトランス１２０の三次巻線１２０Ｃに接続された
整流平滑回路１３８による整流平滑出力を駆動電源とし
て動作し、上記出力検出回路１７０による検出出力がフ
ォトカプラ１８０を介して帰還されることにより、上記
スイッチングＦＥＴ１２５のスイッチング動作をＰＷＭ
制御してコンバータ出力を安定化する。

【００２５】すなわち、このスイッチング電源装置１０
０では、商用電源から交流入力が供給されると、起動回
路１４０の抵抗１４２、第１のＮＰＮトランジスタ１４
４、電流検出用抵抗１４６、逆流防止ダイオード１４８
を介してコンデンサ１３５に定電流（Ｉｃ＝０．６ｍ
Ａ）を流し込み充電を開始する。

【００２６】スイッチング制御回路１３０の電源端子１
３０Ａに印加される電圧Ｖｃｃはコンデンサ１３５の充
電が進むにつれて徐々に上昇し、低電圧誤動作防止回路
の最小起動電圧（１６．５Ｖ）以上になるとスイッチン
グ制御回路１３０が動作を開始し、スイッチングパルス
をスイッチングＦＥＴ１２５に出力する。この時スイッ
チング制御回路１３０の消費電流は増え、コンデンサ１
３５の端子間電圧は低下するが、ヒステリシスを持った
低電圧誤動作防止回路のため、動作最小電圧（Ｖ１＝９
Ｖ）までスイッチング動作は継続する。

【００２７】ここで、定電流回路１４１の電流値Ｉｃで
コンデンサ１３５を充電することにより、上記スイッチ
ング制御回路１３０の電源端子１３０Ａに印加される電
圧Ｖｃｃは上昇するが、最小起動電圧までの上昇時間を
例えば５秒以内とする。そして、過渡応答時間と駆動電
流と最小駆動電圧の積を、低電圧誤動作防止回路のヒス
テリシス電圧の自乗差とコンデンサ１３５の容量との積
の半分よりも小さくしておく。これにより、このスイッ
チング電源装置で１００は、起動エネルギーより駆動エ
ネルギーが小さく、確実に起動することができる。

【００２８】その間にスイッチングされた電流はコンバ
ータトランス１２０を介し、二次、三次巻線１２０Ｂ，
１２０Ｃに高周波電流を流す。この高周波電流を２次整
流平滑回路１５０により整流し、出力フィルタ１５５を
介してコンバータ出力として出力端子から出力する。

【００２９】また、この電圧は抵抗分割回路１６０を介
し出力検出回路１７０において基準電圧と比較され、出
力電圧が高い場合、フォトカプラの発光ダイオードをオ
ンにし、低い場合にはオフにし、一次側のスイッチング
制御回路１３０にその信号を伝送し、スイッチングＦＥ
Ｔ１２５のゲートに与えるスイッチングパルスのデュー
ティを変化させ、出力電圧Ｖｏｕｔを一定電圧に制御す
る。

【００３０】一方、三次巻線１２０Ｃからの出力は、一
次側で整流平滑回路１２０により整流平滑されてコンデ
ンサ１３５に充電され、スイッチング制御回路１３０の
駆動電源として供給される。その電圧Ｖｃｃ（通常動作
での電圧値は１２Ｖ）は、上記起動回路１４０（起動安
定時の電圧は１１Ｖ）からの電圧より高く、上記起動回
路１４０には逆流防止ダイオード１４８を接続してある
ので、上記整流平滑回路１３８による整流平滑出力が上
記起動回路１４０に逆流することはない。

【００３１】ここで、このスイッチング電源装置１００
では、上記電流検出用抵抗１４６と並列にコンデンサ１
４７を接続することにより、起動時間を短くし、且つ待
機時電力を増加させないようにしている。

【００３２】すなわち、起動時には、上記電流検出用抵
抗１４６に並列に接続されたコンデンサ１４７を充電す
る電流により、上記電流検出用抵抗１４６の両端電圧す
なわち第２のＮＰＮトランジスタ１４５のベース・エミ
ッタ間の電圧は低く抑えられるために、上記第２のＮＰ
Ｎトランジスタ１４５はＯＦＦとなり、第１のＮＰＮト
ランジスタ１４４はＯＮとなり定電流動作電流よりも流
れる電流が大きくなる。そして、充電が進むのに従って
上記第２のＮＰＮトランジスタ１４５のベース・エミッ
タ間の電圧は大きくなり、上記第２のＮＰＮトランジス
タ１４５がＯＮとなり定電流動作を行う。

【００３３】このように上記電流検出用抵抗１４６にコ
ンデンサ１４７が並列に接続された起動回路１４０で
は、起動時にコンデンサ１４７の充電中は第１のＮＰＮ
トランジスタ１４４に流れる電流が大きくなりコンデン
サ１３５に充電する電荷も多くなるため、コンデンサ１
３５の電圧は、上記コンデンサ１４７のない場合と比較
して、早く立ち上がり、起動時間が短くなる。

【００３４】なお、上記コンデンサ１４７の有無による
起動時間の変化を実測したところ、コンデンサ１４７の
ない起動回路で起動時間に３秒以上要していたが、コン
デンサ１４７を設けたものでは起動時間が１秒以内にな
った。また、待機時の消費電力１０ｍＷは、コンデンサ
１４７を設けることにより、＋１０μＷ程度の上昇で、
特性上無視できる範囲内にあった。

【００３５】また、このスイッチング電源装置１００で
は、上記整流平滑回路１３８による整流平滑出力でオン
動作状態になる第３のＮＰＮトランジスタ１４９のコレ
クタを上記第１のＮＰＮトランジスタ１４４のベースと
第２のＮＰＮトランジスタ１４５のコレクタとの接続点
に接続することによって、起動後は、上記起動回路１４
０からの電力供給を停止させることにより、上記起動回
路１４０における消費電力を削減するようにしている。

【００３６】また、起動電流制限抵抗１４２に印可され
る電圧は、定電流動作のため低く（０．６ｍＡ×１５０
ＫΩ＝９０Ｖ）抵抗を直列にして耐電圧を上げる対策は
不要である。

【００３７】また、起動時においてもスイッチング制御
回路１３０の動作に必要な電流を定電流で流し、不必要
な時には、起動電流制限抵抗１４２により必要以上の電
流は流れず、消費電力が従来方式に比べ少ない。

【００３８】また、スイッチング制御回路１３０で保護
が働いた場合でも、その保護を維持させるための最小ラ
ッチ電流は、確保できる。さらに、このスイッチング電
源装置１００では、上記ＡＣフィルタ１１０と一次側整
流平滑回路１１５との接続点が起動回路１４０を介して
上記スイッチング制御回路１３０の電源端子１３０Ａに
接続されているので、上記ＡＣフィルタ１１０のＸコン
デンサ１１０Ａ，１１０Ｂの放電回路として上記起動回
路１４０を機能させることができる。

【００３９】なお、以上の説明では、ＰＷＭ制御方式を
採用したスイッチング電源装置に本発明を適用したが、
本発明は、周波数制御方式を採用したスイッチング電源
装置にも適用することができる。また、定電流回路は、
上記以外の構成であってもよく、精度を上げるためには
演算増幅器を用いて構成することもでき、さらに、コス
トを考慮するのであれば定電流ダイオードを用いる方法
もある。

【００４０】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、スイッ
チング制御回路により、一次側整流平滑回路の整流平滑
出力をスイッチングするスイッチング素子のスイッチン
グ動作を制御するようにしたスイッチング電源装置を起
動するに当たり、起動時と定常時で異なる電流値に制御
される定電流回路より起動電流を供給して上記スイッチ
ング制御回路を起動することにより、待機時の消費電力
を低く抑えるとともに、起動時間を短縮することができ
る。

【００４１】また、本発明では、起動時にはスイッチン
グ制御回路の動作に必要な起動電流を定電流で流し、不
必要な時には、起動電流制限抵抗により必要以上の電流
が流れないようにすることができ、消費電力を従来方式
に比べ少なくすることができる。なお、起動電流制限抵
抗に印可される電圧は、定電流動作のため低くいので、
抵抗を直列にして耐電圧を上げる対策は不要である。

【００４２】また、本発明では、逆流防止ダイオードを
介して上記定電流回路から起動電流を上記スイッチング
制御回路の電源端子に供給することにより、起動後に上
記スイッチング制御回路の電源端子から定電流回路に駆
動電源が逆流することがない。

【００４３】また、本発明では、商用電源に接続される
ＡＣフィルタと上記一次側整流平滑回路との接続点に上
記定電流回路を接続することにより、上記ＡＣフィルタ
のＸコンデンサの放電回路として上記起動回路を機能さ
せることができる。

【００４４】さらに、本発明では、上記スイッチング制
御回路の起動後に上記定電流回路の動作を停止させるこ
とにより、起動後は、上記起動回路における消費電力を
削減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るスイッチング電源装置の構成を
示すブロック図である。

【図２】 従来のスイッチング電源装置の構成を示すブ
ロック図である。

【符号の説明】

１００ スイッチング電源装置、１１０ ＡＣフィル
タ、１１５ 一次側整流平滑回路、１２０ コンバータ
トランス、１２０Ａ 一次巻線、１２０Ｂ 二次巻線、
１２０Ｃ 三次巻線１２０Ｃ、１２５ スイッチングＦ
ＥＴ、１３０ スイッチング制御回路、１３０Ａ 電源
端子、１３５ コンデンサ、１４０ 起動回路、１４１
定電流回路、１４２，１４３ 抵抗、１４４，１４５
第１及び第２のＮＰＮトランジスタ、１４６ 電流検出
用抵抗、１４７ コンデンサ、１４８ 逆流防止ダイオ
ード、１４９ 第３のＮＰＮトランジスタ、１５０ 二
次側整流平滑回路、１５５ 出力フィルタ、１６０ 出
力電圧検出用の抵抗分割回路、１６５ 出力電流検出用
の抵抗、１７０ 出力検出回路、１８０ フォトカプ
ラ、１９０ 整流平滑回路

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スイッチング制御回路により、一次側整
   流平滑回路の整流平滑出力をスイッチングするスイッチ
   ング素子のスイッチング動作を制御するようにしたスイ
   ッチング電源装置において、 上記スイッチング制御回路に起動電流を供給する起動回
   路を定電流回路により構成し、 上記定電流回路の電流値を起動時と定常時で異なる電流
   値に制御するようにしたことを特徴とするスイッチング
   電源装置。
2. 【請求項２】 上記定電流回路は、起動電流を電流制限
   用抵抗、第１のＮＰＮトランジスタ、電流検出用抵抗を
   介して上記スイッチング制御回路の電源端子に供給し、
   上記電流検出用抵抗の両端電圧を第２のＮＰＮトランジ
   スタで検出し、上記第１のＮＰＮトランジスタのべース
   に抵抗を介して流れる電流を制御することで、上記電流
   検出用抵抗を介して一定の起動電流を流すことを特徴と
   する請求項１記載のスイッチング電源装置。
3. 【請求項３】 上記定電流回路は、逆流防止ダイオード
   を介して上記スイッチング制御回路の電源端子に供給す
   ることを特徴とする請求項２記載のスイッチング電源装
   置。
4. 【請求項４】 上記定電流回路は、商用電源に接続され
   るＡＣフィルタと上記一次側整流平滑回路との接続点に
   接続されてい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。
5. 【請求項５】 上記起動回路は、上記スイッチング制御
   回路の起動後に上記定電流回路の動作を停止させるスイ
   ッチ素子を備え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。
6. 【請求項６】 スイッチング制御回路により、一次側整
   流平滑回路の整流平滑出力をスイッチングするスイッチ
   ング素子のスイッチング動作を制御するようにしたスイ
   ッチング電源装置の起動方法であって、 定電流回路より起動電流を供給して上記スイッチング制
   御回路を起動し、 上記スイッチング制御回路の起動後に上記定電流回路の
   動作を停止させることを特徴とするスイッチング電源装
   置の起動方法。