JP2004242439A

JP2004242439A - スイッチング電源回路

Info

Publication number: JP2004242439A
Application number: JP2003029855A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Saito; 孝昭齋藤; Madoka Nishikawa; 円西川; Yoshio Fujimura; 芳夫藤村
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2003-02-06
Filing date: 2003-02-06
Publication date: 2004-08-26
Also published as: CN1333514C; CN1520017A

Abstract

【課題】軽負荷間欠発振動作になったことをスイッチング電源回路自体で検出し、間欠発振動作時にはパワートランジスタのピークドレイン電流を減らす。
【解決手段】ドライブ巻き線のフォワード方向の電圧の減少を検出する電圧検出回路１と、検出されたフォワード電圧の減少で動作されるピーク電流制限回路３と、ピーク電流制限回路が動作されることにより動作しパワートランジスタＴＲ２に流れる電流を減少させる過電流検出回路６とよりなり、電圧間欠発振時にはフォワード電圧の減少を前記電圧検出回路で検出し、ピーク電流制限回路を動作させ過電流検出回路の動作開始電圧を強制的に低下させ、パワートランジスタに流れる電流が、通常の過電流検出回路の動作設定時よりも少ない電流値にて過電流検出回路を動作させる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は低消費電力化を図る軽負荷間欠発振対応回路を備えたスイッチング電源回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来でも、スイッチング電源回路、特にＲＣＣ（リンギング・チョーク・コンバータ）電源方式において、軽負荷時に間欠発振が起きることは知られていた。しかし、この間欠発振状態では、”ヒ゛ー、ヒ゛ー”と言う音や、”ヒ゜ィ、ヒ゜ィ”と言う音がし、いわゆる異常発振と呼ばれ、発生してはいけない状態として扱われていた。ただし、この状態では消費損失電力が少なくなっているといった効果があり、待機時等に使えれば、回路の低消費電力化を図る上で非常に有効なものとなる。しかしながら、それ以上に異常音がする不具合により、現在では実用化されていないのが実状である。
【０００３】
従って、上述した回路において、軽負荷時に異常音が発生せず、間欠発振動作できれば、スイッチング電源回路の待機時に内部発振器を利用した電源回路で使用されている軽負荷間欠（バーストモードと呼ばれている。）と同様の効果が現れ、待機時等における消費電力を減少させることが可能となる。
【０００４】
特にＲＣＣ電源方式による軽負荷間欠発振で異常音が聞こえてしまう理由として、間欠発振になると、起動動作の繰り返しになるため、２次側の出力端子に接続されている電解コンデンサ等に充電するエネルギーが多量に必要となり、このエネルギーを供給するためパワートランジスタに大きなパルス電流が流れ、それにより発振周波数が遅くなり、可聴周波数領域に入ってしまうためである。この繰り返しが何度も生じるのである。
【０００５】
図３は軽負荷間欠発振で異常音が聞こえるのを防止したスイッチング電源回路である。Ｒ１はパワートランジスタＴＲ２に流れる電流を検出するための大電力タイプの電流検出用パワー抵抗である。この回路構成は、ＡＣ電源からの入力電圧の上昇に伴い、過電流保護開始ポイントが変化するよう（同じ電流値でも早く動作するよう）に補正をかけるパラメータ（ｒ２）を、過電流検出用トランジスタＴＲ１に加えている場合等と、同じ効果を使うことで対応しようとするものである。そして、これは入力電圧の変化に伴い、その変化する電圧に比例して変化する部分に接続された過電流保護回路補正用抵抗ｒ２を通じて流れてくる電流Ｉ１と、電流検出用パワー抵抗Ｒ１から得られる電圧Ｖ１を混合して、過電流検出用トランジスタＴＲ１を動作させる回路方式である。
【０００６】
即ち、この方式を利用して、パワートランジスタＴＲ２に流れる電流を検出する検出抵抗値自体を変化させて検出電圧レベルを上昇させるのではなく、過電流保護回路補正用抵抗ｒ２の値を、バーストモード時に擬似的に小さくして同様の効果を狙ったものである。そして、抵抗値をｒ２＞ｒ３に設定しておき、スイッチＳＷ１がオンした時には、等価的にｒ２よりも小さい抵抗値（抵抗ｒ２と抵抗ｒ３とを並列接続した状態）になるようにし、より過電流保護回路補正用抵抗から流れてくる電流を大きくするものである。
【０００７】
これにより過電流保護回路の動作開始レベルが低くなり、パワートランジスタＴＲ２に流れる電流が初期設定値より少ない電流値にて、より早く制御系Ｓにある過電流保護回路が動作することになる。これは入力電圧による過電流保護補正用電圧を利用して、等価的に過電流検出電圧を上げてしまい、過電流保護開始ポイントを早く動作させるものである。
【０００８】
従ってパワートランジジスタＴＲ２のドレイン電流Ｉｄが少ししか流れないため”ヒ゜ィ、ヒ゜ィ”音等の異常音は、聞こえなくなった。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−２３８４４０号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
待機時等の軽負荷時に間欠発振動作させて、回路の低消費電力化を図ることが行われている。間欠発振動作時に発生するピーク電流のピーク値をピーク電流制限回路で減らし、異音、発信音が聞こえないようにするため、前述したように、過電流保護回路補正用抵抗ｒ２の値を、バーストモード時に擬似的に小さくして同様の効果を狙ったものである。そして、抵抗値をｒ２＞ｒ３に設定しておき、スイッチＳＷ１がオンした時には、等価的にｒ２よりも小さい抵抗値になるようにし、より過電流保護回路補正用抵抗から流れてくる電流を大きくするものである。
【００１１】
しかしスイッチＳＷ１を短絡させるためには、軽負荷になったことを外部から信号を貰って行っている。そのため余分に入力端子を必要としてコストが上昇した。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のスイッチング電源回路は軽負荷になったことをスイッチング電源回路自体で検出し、間欠発振動作時には、パワートランジスタのピークドレイン電流を減少させるもので、
スイッチング電源回路において、間欠発振時にはパルストランスのドライブ巻線から誘起されるフォワード電圧の減少を検出する電圧検出回路と、前記電圧検出回路で検出されたフォワード電圧の減少により動作されるピーク電流制限回路と、ピーク電流制限回路が動作されることにより動作しパワートランジスタに流れる電流を減少させる過電流検出回路とよりなり、間欠発振時にはフォワード電圧の減少を前記電圧検出回路で検出して、ピーク電流制限回路を動作させ過電流検出回路の動作開始電圧を強制的に低下させ、パワートランジスタに流れる電流が通常の過電流検出回路の動作設定時よりも少ない電流値にて過電流検出回路を動作させるように構成したスイッチング電源回路を提供する。
【００１３】
また本発明は前記電圧検出回路が電圧検出トランジスタと、該電圧検出トランジスタのベースに接続されフォワード電圧が加えられる第１の検出抵抗と第２の検出抵抗、及び該第１の検出抵抗に加えられたフォワード電圧で充電されるコンデンサーとよりなり、通常の動作時は前記ドライブ巻き線より得られるフォワード電圧を、前記第１の検出抵抗と第２の検出抵抗の抵抗比により分圧し、分圧された電圧値（第２の検出抵抗の両端電圧）により電圧検出トランジスタをオンさせ、ピーク電流制限回路を不動作させ、間欠発振時には前記ドライブ巻き線より得られるフォワード電圧が減少するため、第１の検出抵抗と第２の抵抗値により分圧された、第２の検出抵抗両端の電圧も減少することにより前記検出トランジタをオフさせ、ピーク電流制限回路を動作させるスイッチング電源回路を提供する。
【００１４】
さらに本発明は前記ピーク電流制限回路が前記電圧検出トランジスタにて制御されるピーク電流制限トランジスタと、前記パワートランジスタの過電流保護動作開始電圧を補正する第１の補正抵抗に並列に接続された前記ピーク電流制限トランジスタのコレクタ・エミッタ路と第２の補正抵抗との直列回路とよりなり、
間欠発振時には前記電圧検出トランジタがオフし、ピーク電流制限回路を動作させ前記第１の補正抵抗と第２の補正抵抗とが並列接続されるようにしたスイッチング電源回路を提供する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１および図２を参照して詳細に説明する。
【００１６】
図１は本発明の軽負荷間欠発振で異常音が聞こえるのを防止したスイッチング電源回路である。尚従来と同じ構成部分は同じ符号を記する。
【００１７】
パルストランスＴの１次巻線Ｔ１側のＡＣ電源（図示せず）からのＡＣ電圧が、整流ダイオードＤ１を介して当該スイッチング電源回路を構成する各構成素子に印加される。
【００１８】
ＴＲ２は、整流ダイオードＤ１により整流された電圧が印加されてオンするパワートランジスタで、抵抗Ｒ１１はＡＣ電源からの入力電圧の上昇に伴い、過電流保護開始ポイントが変化するように補正をかける補正抵抗で、トランスＴのドライブ巻線Ｔ３に誘起されたフォワード電圧を制御回路５の過電流検出回路６に加える第１の補正抵抗である。
【００１９】
また、Ｃ１は、２次巻線Ｔ２側の出力端子に接続されている電解コンデンサで、当該電解コンデンサＣ１を介して負荷回路（図示せず）が接続されている。
【００２０】
電圧検出回路１は間欠発振時にはパルストランスＴのドライブ巻線Ｔ３で誘起されるフォワード電圧の減少を検出する。ピーク電流制限回路３は電圧検出回路１でフォワード電圧の減少を検出することにより動作される。制御回路５に含まれる過電流検出回路６はピーク電流制限回路が動作されることにより動作しパワートランジスタに流れる電流を減少する。
【００２１】
上述のような構成をなしており、通常動作時には電圧検出回路１よりフォワード電圧の減少を検出する検出電圧が検出されないので、ピーク電流制限回路３は動作されない。従って過電流検出回路６は第１の補正抵抗Ｒ１１に流れる電流値とパワートランジスタＴＲ２の電流検出抵抗等から得られる電圧により動作する。
【００２２】
その結果、通常の動作時には最大出力電力が取れる電流まで流れることとなるので、このまま間欠発振を起こした場合には、パワートランジスタＴＲ２には、従来のように大きなピーク電流が流れてしまい、異常音の発生原因となる。
【００２３】
しかし本発明のスイッチング電源回路では、待機状態電圧間欠発振時にはドライブ巻線Ｔ３に発生するフォワード電圧の減少を電圧検出回路１で検出する。フォワード電圧の減少が検出されると、ピーク電流制限回路３が動作され、過電流検出回路６の動作開始電圧を強制的に低下させる。
【００２４】
過電流検出回路の動作開始電圧を強制的に低下させることにより、パワートランジスタＴＲ２に流れる電流が、通常の過電流検出回路６の動作設定時よりも少ない電流値にて過電流検出回路６を動作させる。またそのため、過電流保護動作レベルを低めるので、パワートランジスタＴＲ２に流れる電流のピーク値は下げられる。
【００２５】
またパルストランスＴの２次巻線Ｔ２に接続された電解コンデンサＣ１に受電される電圧が通常動作時より低い電圧で過電流検出回路６が動作を開始するので、間欠発振させても起動時の発振周波数が低下されず、可聴周波数より高い発振周波数となるので、異常音は聞こえなくなる。
【００２６】
図２は本発明のスイッチング電源回路の他の実施例を示す回路図である。
【００２７】
前述と同様パルストランスＴの１次巻線Ｔ１側のＡＣ電源（図示せず）からのＡＣ電圧は整流ダイオードＤ１で整流されて当該スイッチング電源回路を構成する各構成素子に印加される。
【００２８】
ＴＲ２は、整流ダイオードＤ１により整流された電圧が印加されてオンするパワートランジスタで、抵抗Ｒ１１はＡＣ電源からの入力電圧の上昇に伴い、過電流保護開始ポイントが変化するように補正をかける補正抵抗で、トランスＴのドライブ巻線Ｔ３に誘起されたフォワード電圧を制御回路５の過電流検出回路６に加える第１の補正抵抗である。
【００２９】
また、Ｃ１は、２次側の出力端子に接続されている電解コンデンサで、当該電解コンデンサＣ１を介して負荷回路（図示せず）が接続されている。
【００３０】
電圧検出回路１は電圧検出トランジスタ７と、電圧検出トランジスタのベースに接続されパルストランスＴのドライブ巻線Ｔ３に発生するフォワード電圧がダイオード８を介して加えられる第１の検出抵抗Ｒ１４と第２の検出抵抗Ｒ１５、及び第２の検出抵抗の両端に接続されているコンデンサーＣ１１とよりなる。
【００３１】
第２の検出抵抗Ｒ１５の両端に接続されているコンデンサーＣ１１は、ノイズ成分の除去及び、第１の検出抵抗Ｒ１４から得られる電圧を積分し、第２の検出抵抗Ｒ１５の両端に発生する電圧に時定数を持たせる効果もある。
【００３２】
又ピーク電流制限回路３は電圧検出トランジスタ７にて制御されるピーク電流制限トランジスタ９と、パワートランジスタＴＲ２の過電流保護動作開始電圧を定める第１の補正抵抗Ｒ１１に並列に接続された前記ピーク電流制限トランジスタ９のコレクタ・エミッタ路と第２の補正抵抗Ｒ１２との直列回路とよりなる。またピーク電流制限トランジスタ９のコレクタとベース間にはバイアス抵抗Ｒ１６が接続されている。
【００３３】
第１の補正抵抗Ｒ１１の抵抗値ｒ１と第２の補正抵抗Ｒ１２の抵抗値ｒ２は、ｒ１＞ｒ２としている。具体的にはｒ１とｒ２の比は１０：１程度にしている。
【００３４】
本発明のスイッチング電源回路は通常の動作時には制御回路５からの制御信号にてパワートランジスタＴＲ２がオン・オフされる毎にパルストランスＴの２次巻線Ｔ２に電圧が発生する。それに伴いパルストランスＴのドライブ巻線Ｔ３にフォワード電圧が誘起される。
【００３５】
通常の動作時に誘起されるフォワード電圧はダイオード８を介して検出抵抗Ｒ１４に加わり、検出抵抗Ｒ１４とＲ１５の分圧比によりコンデンサーＣ１１に充電される。コンデンサーＣ１１に充電された電圧で電圧検出トランジスタ７はオンされる。そのため補正抵抗Ｒ１２およびバイアス抵抗Ｒ１６に加わるバイアス電圧は電圧検出トランジスタ７のコレクタ・エミッタを介してアースされるので、ピーク電流制限トランジスタ９はオフされる。
【００３６】
従って過電流検出回路６は補正抵抗Ｒ１１に流れる電流値により発生する電圧で動作するので、通常の動作時には最大出力電力が取れる電流まで流れることとなる。
【００３７】
待機状態等の軽負荷時にはパワートランジスタＴＲ２は通常動作時に比してオフ時間が長くなるため、ドライブ巻線Ｔ３に誘起されるフォワード電圧が低下する。
【００３８】
従ってダイオード８と第１の検出抵抗Ｒ１４とを介してコンデンサーＣ１１の両端の電圧は減少し、電圧検出トランジスタ７のベース電位電圧が低下する。そのため電圧検出トランジスタ７はオフされる。
【００３９】
電圧検出トランジスタ７がオフされると、それまでバイアス抵抗１６の一端が電圧検出トランジスタ７のコレクタ・エミッタを介してアースされていたのが解除される。従ってダイオード８を介してバイアス抵抗Ｒ１６に加えられるバイアス電圧はピーク電流制限トランジスタ９のベースに加えられ、ピーク電流制限トランジスタ９をオンさせる。
【００４０】
ピーク電流制限トランジスタ９がオンされると第１の補正抵抗Ｒ１１に第２の補正抵抗Ｒ１２が並列に接続されることになる。そのため補正抵抗は等価的に小さくなり過電流検出回路６に流れ込む検出電流が実質的に大きくなり、過電流検出回路６の動作開始レベルが下げられ、パワートランジスタＴＲ２に流れるピーク電流を制限する。
【００４１】
過電流検出回路６の動作開始電圧を強制的に低下させることにより、パワートランジスタＴＲ２に流れる電流が、通常の動作設定時よりも少ない電流値にて過電流検出回路６を動作させる。またそのため、過電流保護動作レベルを低めるので、パワートランジスタＴＲ２に流れる電流のピーク値は下げられる。
【００４２】
またパルストランスＴ２の２次巻線Ｔ２に接続された電解コンデンサＣ１に受電される電圧が通常動作時より低い電圧で過電流検出回路６が動作を開始するので、間欠発振させても起動時の発振周波数が低下されず、可聴周波数より高い発振周波数となるので、軽負荷時に間欠発振状態にしても早い発振周波数動作となり、”ピィ、ピィ”音等の異常音は聞こえなくなる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明のスイッチング電源回路は間欠発振時にドライブ巻き線に発生するフォワード電圧の減少を前記電圧検出回路で検出して、ピーク電流制限回路を動作させ過電流検出回路の動作開始電圧を強制的に低下させ、パワートランジスタに流れる電流が、通常の過電流検出回路の動作設定時よりも少ない電流値にて過電流検出回路を動作させるように構成したので、従来のように外部から信号を加えることがなく、軽負荷時に間欠発振させても異常音が発生することがない。
【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ブロック図である。
【図２】本発明のスイッチング電源回路の回路図である。
【図３】従来のスイッチング電源回路の回路図である。
【符号の説明】
Ｄ１整流ダイオード
Ｔパルストランス
ＴＲ２パワートランジスタ
Ｒ１１第１の補正抵抗
１電圧検出回路
３ピーク電流制限回路
６過電流検出回路
７電圧検出トランジスタ
９ピーク電流制限トランジスタ
Ｒ１２第２の補正抵抗
Ｒ１６バイアス抵抗

Claims

ＡＣ電源からのＡＣ電圧を整流し、パルストランスに供給した整流電圧をスイッチングし、前記パルストランスの二次巻線に接続された負荷に所定の負荷電圧を供給するスイッチング電源回路において、
軽負荷時に間欠発振させることによりパルストランスのドライブ巻線に誘起されるフォワード電圧の減少を検出する電圧検出回路と、
前記電圧検出回路で検出されたフォワード電圧の減少により動作されるピーク電流制限回路と、
ピーク電流制限回路が動作されることにより動作しパワートランジスタに流れる電流を減少させる過電流検出回路とを設け、
間欠発振時に生じるフォワード電圧の減少を前記電圧検出回路で検出して、ピーク電流制限回路を動作させ過電流検出回路の動作開始電圧を強制的に低下させ、パワートランジスタに流れる電流が、通常の過電流検出回路の動作設定時よりも少ない電流値にて過電流検出回路を動作させるように構成したことを特徴とするスイッチング電源回路。
前記電圧検出回路は電圧検出トランジスタと、該電圧検出トランジスタのベースに接続されフォワード電圧が加えられる第１の検出抵抗と、該第１の検出抵抗に加えられたフォワード電圧で充電されるコンデンサーと、加えられたフォワード電圧を前記第１の検出抵抗と分圧する第２の検出抵抗とよりなり、
通常の動作時は前記ドライブ巻線より得られるフォワード方向の電圧を前記第１の検出抵抗と第２の検出抵抗の抵抗比により分圧し、分圧された電圧値により電圧検出トランジスタをオンさせ、ピーク電流制限回路を不動作させ、
軽負荷間欠発振時には前記ドライブ巻き線より得られるフォワード方向の電圧が減少により、第１の検出抵抗と第２の検出抵抗により分圧された第２の検出抵抗の両端の電圧が減少することにより前記検出トランジタをオフさせ、ピーク電流制限回路を動作させることを特徴とする請求項１記載のスイッチング電源回路。
前記ピーク電流制限回路は前記電圧検出トランジスタにて制御されるピーク電流制限トランジスタと、前記パワートランジスタの過電流保護動作開始電圧を補正する第１の補正抵抗に並列に接続された前記ピーク電流制限トランジスタのコレクタ・エミッタ路と第２の補正抵抗との直列回路とよりなり、
間欠発振時には前記電圧検出トランジタをオフさせ、ピーク電流制限回路を動作させ前記第１の補正抵抗と第２補正抵抗とが並列接続されるようにしたことを特徴とする請求項１記載のスイッチング電源回路。