JP2010045971A - Switching power supply unit - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a switching power supply unit which further reduces power consumption. <P>SOLUTION: A switching power supply unit 1 includes a rectifier circuit B1 to rectify an alternating current from an alternating current power supply into a direct current, a switching circuit to switch the current rectified by the rectifier circuit B1 via a switching element Q1, a pulse oscillator circuit IC 71 to output a switching signal to the switching element Q1, a transformer circuit T1 to step up or down the voltage using the current switched by the switching circuit IC 71, and a feedback circuit 80 to transmit a feedback signal to the pulse oscillator circuit IC 71 so that a conduction angle of the switching signal may become 0.35 or less in a rated mode. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、スイッチング素子を利用して制御を行うスイッチング電源装置に関する。   The present invention relates to a switching power supply apparatus that performs control using a switching element.

従来、スイッチング電源装置の種類の一つに、RCC(Ringing Choke Convertor)方式が存在する。このRCC方式のスイッチング電源装置は、外部クロック等を必要とせずに、スイッチング素子が自励発振するように構成したものであり、自励式フライバック・コンバータとも呼ばれている。   Conventionally, an RCC (Ringing Choke Converter) method exists as one type of switching power supply device. This RCC switching power supply is configured such that the switching element self-oscillates without requiring an external clock or the like, and is also called a self-excited flyback converter.

このRCC方式のスイッチング電源装置の特徴として、回路構成が大変簡単となり、低コストで作成することが可能となる。また、自励式であるために、内部の電流・電圧条件によってスイッチング周波数を自ら変化させて出力を安定化できるという特徴がある。一般的にRCC方式のスイッチング電源装置は、負荷が大きい場合に低周波に移行し、負荷が小さい場合は高周波に移行して出力を安定化させる。   As a feature of this RCC type switching power supply device, the circuit configuration becomes very simple and can be produced at low cost. In addition, since it is self-excited, it has a feature that the output can be stabilized by changing the switching frequency according to the internal current / voltage conditions. Generally, an RCC switching power supply device shifts to a low frequency when the load is large, and stabilizes the output by shifting to a high frequency when the load is small.

しかし、このRCC方式のスイッチング電源装置は、低負荷状態において、スイッチング周波数が増大するため、スイッチング動作による電力消費が増加するという問題がある。特に、待機モード時のように極めて低負荷となる状況においては、電源装置側の消費電力の増大が顕在化してしまう。   However, this RCC switching power supply device has a problem that power consumption due to a switching operation increases because a switching frequency increases in a low load state. In particular, in a situation where the load is extremely low as in the standby mode, an increase in power consumption on the power supply device side becomes apparent.

低負荷時おける消費電力を低減するために、低負荷時に周波数を低周波に強制的に切り替えるスイッチング電源装置があり、それを図7に示す。このスイッチング電源装置は、交流電源CN1、交流電源CN1に接続される第1整流ブリッジD1、主スイッチング素子Q1、第1次巻線及び第2次巻線を備えて変圧回路として機能するトランスT1、主スイッチング素子Q1にスイッチング信号を出力するパルス発振回路IC1等を備える。   In order to reduce power consumption at low load, there is a switching power supply that forcibly switches the frequency to low frequency at low load, which is shown in FIG. This switching power supply device includes an AC power supply CN1, a first rectification bridge D1 connected to the AC power supply CN1, a main switching element Q1, a primary winding and a secondary winding, and a transformer T1 functioning as a transformer circuit, A pulse oscillation circuit IC1 for outputting a switching signal to the main switching element Q1 is provided.

トランスT1の第1次巻線の一端にはスイッチング素子Q1のドレインが直列接続される。第1次巻線の他端は第1整流ブリッジD1のプラス直流極に接続される。また第1整流ブリッジD1のマイナス直流極は、スイッチング素子Q1のソースに接続される。第1整流ブリッジD1のプラス直流極・マイナス直流極間には、平滑コンデンサC8が接続されており、整流作用により直流電源の役割をするようになっている。   The drain of the switching element Q1 is connected in series to one end of the primary winding of the transformer T1. The other end of the primary winding is connected to the positive DC pole of the first rectification bridge D1. Further, the negative DC pole of the first rectification bridge D1 is connected to the source of the switching element Q1. A smoothing capacitor C8 is connected between the positive DC pole and the negative DC pole of the first rectifying bridge D1, and serves as a DC power source by a rectifying action.

交流電源CN1側には、更に、第2整流ブリッジD2が接続されており、この第2の整流ブリッジD2の直流極間には、パルス発振回路IC1が接続される。これによりパルス発振回路IC1の起動時の電圧が、第2整流ブリッジD2から供給される。   A second rectification bridge D2 is further connected to the AC power supply CN1 side, and a pulse oscillation circuit IC1 is connected between the DC poles of the second rectification bridge D2. As a result, the voltage at the time of activation of the pulse oscillation circuit IC1 is supplied from the second rectification bridge D2.

パルス発振回路IC1の出力端子OUTは、スイッチング素子Q1のゲートに接続されており、また、パルス発振回路IC1の電流検出端子ISNFは、スイッチング素子Q1のソースに接続される。   The output terminal OUT of the pulse oscillation circuit IC1 is connected to the gate of the switching element Q1, and the current detection terminal ISNF of the pulse oscillation circuit IC1 is connected to the source of the switching element Q1.

このスイッチング電源装置は、更に、パルス発振回路IC1から供給されるパルス信号を検出する内部検出回路11を備える。この内部検出回路11は、スイッチング回路IC1のスイッチング信号の周波数を制御する。この内部検出回路11は、パルス発振回路IC1から供給されたスイッチング信号(パルス出力)を検出するパルス検出回路12を備えており、ここでは、抵抗R16,R17,R18とコンデンサC7がその機能を発揮する。このパルス検出回路12は、スイッチング素子Q1のゲート及びパルス発振回路IC1の出力端子OUT間に接続されており、検出されるスイッチング信号をスイッチング素子Q4のベースに出力する。   The switching power supply device further includes an internal detection circuit 11 that detects a pulse signal supplied from the pulse oscillation circuit IC1. The internal detection circuit 11 controls the frequency of the switching signal of the switching circuit IC1. The internal detection circuit 11 includes a pulse detection circuit 12 that detects a switching signal (pulse output) supplied from the pulse oscillation circuit IC1, and here, resistors R16, R17, and R18 and a capacitor C7 exhibit their functions. To do. The pulse detection circuit 12 is connected between the gate of the switching element Q1 and the output terminal OUT of the pulse oscillation circuit IC1, and outputs a detected switching signal to the base of the switching element Q4.

更に、この内部検出回路11は、直流信号レベル変換回路13を備える。この直流信号レベル変換回路13は、スイッチング素子Q4のコレクタ・エミッタ間に接続される。この直流信号レベル変換回路13は、複数の否定回路IC4A〜IC4D、ダイオードD7、コンデンサC16、抵抗R23、R27を備えており、これらの構成により、パルス検出回路12で検出されたパルス信号を直流信号レベルに変換する。パルス発振回路IC1のオン時間が比較的長い場合、コンデンサC16に電荷が十分充電されるため、その間、直流信号レベルが高レベル状態となる。一方、パルス発振回路IC1のオン時間が比較的短いと、コンデンサC16に十分な電荷が充電されず、直流信号レベルが低レベル状態となる。この直流信号レベル変換回路13における否定回路IC4Bに低レベルとなる直流信号レベルが入力されると、低周波指示信号(ここではON信号)に変更され、反対に高レベルとなる直流信号レベルが入力されると高周波指示信号(ここではOFF信号)に変換される。   Further, the internal detection circuit 11 includes a DC signal level conversion circuit 13. The DC signal level conversion circuit 13 is connected between the collector and emitter of the switching element Q4. The DC signal level conversion circuit 13 includes a plurality of negation circuits IC4A to IC4D, a diode D7, a capacitor C16, and resistors R23 and R27. With these configurations, the pulse signal detected by the pulse detection circuit 12 is converted into a DC signal. Convert to level. When the on-time of the pulse oscillation circuit IC1 is relatively long, the capacitor C16 is sufficiently charged, and the DC signal level is in a high level during that time. On the other hand, when the on-time of the pulse oscillation circuit IC1 is relatively short, the capacitor C16 is not sufficiently charged and the DC signal level is in a low level state. When a low DC signal level is input to the negative circuit IC4B in the DC signal level conversion circuit 13, it is changed to a low frequency instruction signal (here, an ON signal), and on the contrary a high DC signal level is input. Then, it is converted into a high frequency instruction signal (here, an OFF signal).

内部検出回路11は、周波数切替回路14を備える。この周波数切替回路14は、スイッチング素子Q3を備える。スイッチング素子Q3の制御端子は、直流信号レベル変換回路13の否定回路IC4Bに接続されており、この否定回路IC4Bから出力される低周波指示信号(ON信号)又は高周波指示信号(OFF信号)が、このスイッチング素子Q3に入力される。また、スイッチング素子Q3の入力端子には、第1のコンデンサC2に直列接続されている。また、このスイッチング素子Q3と第1のコンデンサC2との直列回路に対して並列となるように、第2のコンデンサC17が接続されている。   The internal detection circuit 11 includes a frequency switching circuit 14. The frequency switching circuit 14 includes a switching element Q3. The control terminal of the switching element Q3 is connected to the negation circuit IC4B of the DC signal level conversion circuit 13, and the low frequency instruction signal (ON signal) or the high frequency instruction signal (OFF signal) output from the negation circuit IC4B is This is input to the switching element Q3. The input terminal of the switching element Q3 is connected in series with the first capacitor C2. A second capacitor C17 is connected so as to be parallel to the series circuit of the switching element Q3 and the first capacitor C2.

従って、周波数切替回路14に低周波指示信号(ON信号)が送信されると、スイッチング素子Q3がオンとなる。スイッチング素子Q3がオンすることにより、コンデンサC2は充電されて、パルス発振回路IC1のスイッチング周波数が低くなる。一方、周波数切替回路14に高周波指示信号(OFF信号)が送信されると、スイッチング素子Q3がオフとなる。スイッチング素子Q3がオフすることで、コンデンサC2が放電されて、パルス発振回路IC2のスイッチング周波数が高くなり、電力が上がる。   Therefore, when the low frequency instruction signal (ON signal) is transmitted to the frequency switching circuit 14, the switching element Q3 is turned on. When the switching element Q3 is turned on, the capacitor C2 is charged, and the switching frequency of the pulse oscillation circuit IC1 is lowered. On the other hand, when a high frequency instruction signal (OFF signal) is transmitted to the frequency switching circuit 14, the switching element Q3 is turned off. When the switching element Q3 is turned off, the capacitor C2 is discharged, the switching frequency of the pulse oscillation circuit IC2 is increased, and the power is increased.

特開2004−187479号公報JP 2004-187479 A

省電力化の要求レベルは、近年のエネルギー資源の不足感に伴って、益々高まる傾向にある。従って、従来のスイッチング電源装置では、その要求に十分に応えることができないという問題があった。   The required level of power saving tends to increase with the recent lack of energy resources. Therefore, the conventional switching power supply device has a problem that it cannot sufficiently meet the demand.

特に、従来のスイッチング電源装置は、定格モード時の省力化に重点を置いて設計しているため、待機モード時や起動時は、電力効率が低下する傾向にある。例えば、RCC方式のスイッチング電源装置では、既述のとおり低負荷時における効率の悪化が問題となる。また、図7で示した従来のスイッチング電源装置は、図8に示されるように、起動時において、周波数切替回路14のコンデンサC2等が充電されないため、早い時定数状態となり、パルス発振回路IC1のスイッチング信号が必ず高周波Hから開始する。高周波Hにより、起動時の電圧立ち上がりは素早いが、その後、過電流(サージ電流)が抵抗R5を経てパルス発振回路IC1に流れ込み、同回路IC1が出力を抑えようとして周波数を強制的に低周波Lに切り替える。この結果、起動時は高周波Hからスタートするため、電力消費が増大するという問題があった。また、その起動後は、負荷が軽い段階において、高周波Hから低周波Lへの切替えが発生して出力落ち込みX1が生じてしまうという問題があった。   In particular, since the conventional switching power supply device is designed with an emphasis on labor saving in the rated mode, the power efficiency tends to decrease during the standby mode and during startup. For example, in the RCC switching power supply, as described above, the deterioration of efficiency at the time of low load becomes a problem. Further, as shown in FIG. 8, the conventional switching power supply device shown in FIG. 7 is in an early time constant state because the capacitor C2 and the like of the frequency switching circuit 14 are not charged at the time of startup, and the pulse oscillation circuit IC1 The switching signal always starts from the high frequency H. Due to the high frequency H, the voltage rise at the time of start-up is quick, but then an overcurrent (surge current) flows into the pulse oscillation circuit IC1 through the resistor R5, and the circuit IC1 forcibly reduces the output to suppress the output. Switch to. As a result, there is a problem that the power consumption increases because the start-up starts from the high frequency H. In addition, after the start-up, there is a problem in that switching from the high frequency H to the low frequency L occurs and the output drop X1 occurs at a light load stage.

また更に、周波数切替回路14において、コンデンサC17、C2を利用して周波数を切り替える構成である為、その充放電動作の為に応答性が悪いという問題があった。具体的に、図8に示されるように、スイッチング信号が低周波Lの状態において直流信号レベルが上昇し、周波数切替回路14に高周波指示信号が入力されても、コンデンサC2における電荷放出に時間を要するので、実際に、パルス発振回路IC1に周波数の切替指示が伝わるタイミングが遅くなってしまう。この結果、出力電圧が十分に増大してしまった後に、スイッチング周波数が低周波Lから高周波Hに切り替わるので、その切替時に大きな出力容量落ち込みX2が発生し、滑らかな出力特性が得られないという問題があった。   Furthermore, since the frequency switching circuit 14 is configured to switch the frequency using the capacitors C17 and C2, there is a problem that the responsiveness is poor due to the charge / discharge operation. Specifically, as shown in FIG. 8, even if the DC signal level rises when the switching signal is in the low frequency L state and the high frequency instruction signal is input to the frequency switching circuit 14, it takes time to discharge the charge in the capacitor C2. Therefore, the timing at which the frequency switching instruction is actually transmitted to the pulse oscillation circuit IC1 is delayed. As a result, since the switching frequency is switched from the low frequency L to the high frequency H after the output voltage has increased sufficiently, a large output capacity drop X2 occurs at the time of switching, and a smooth output characteristic cannot be obtained. was there.

本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、従来と比較して省力化が達成でき、更に、起動時等や高周波移行時における出力の落ち込みを低減すると共に、負荷が低い場合にも立ち上がり波形が安定するスイッチング電源装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and can achieve labor saving as compared with the conventional case, and further, when the load is low while reducing a drop in output at the time of start-up or at the time of high-frequency transition. Another object of the present invention is to provide a switching power supply device in which the rising waveform is stable.

上記目的を達成する本発明は、交流電源からの交流を直流に整流する整流回路と、前記整流回路で整流された電圧を、スイッチング素子を利用してスイッチングするスイッチング回路と、前記スイッチング素子に対して、定格モード時には高周波、待機モード時には低周波となるスイッチング信号を出力するパルス発振回路と、前記スイッチング回路でスイッチングされた電流によって、電圧を昇圧又は降圧する変圧回路と、前記スイッチング信号の導通角が前記定格モード時に0.35以下となるように、且つ前記待機モード時に0.11以下となるように、前記パルス発振回路に対して、前記変圧回路の出力電圧を検出して基準電圧と比較する比較回路に基づくフィードバック信号を送信するフィードバック回路と、を備え、前記パルス発振回路によって生成される前記スイッチング信号は、前記低周波から前記高周波にシフトする前後を比較した際に、前記低周波側のパルス幅と比較して前記高周波側のパルス幅が小さくなるように設定され、前記スイッチング信号に基づいて前記スイッチング素子に供給されるドレイン電流のピーク値は、前記定格モード時と比較して前記待機モード時が小さくなるように設定されることを特徴とするスイッチング電源装置である。   To achieve the above object, the present invention provides a rectifier circuit that rectifies alternating current from an alternating current power source into direct current, a switching circuit that switches the voltage rectified by the rectifier circuit using a switching element, and the switching element. A pulse oscillation circuit for outputting a switching signal having a high frequency in the rated mode and a low frequency in the standby mode, a transformer circuit for stepping up or down the voltage by a current switched by the switching circuit, and a conduction angle of the switching signal. For the pulse oscillation circuit, the output voltage of the transformer circuit is detected and compared with a reference voltage so that the voltage is 0.35 or less in the rated mode and 0.11 or less in the standby mode. A feedback circuit that transmits a feedback signal based on a comparison circuit that comprises: The switching signal generated by the oscillation circuit is set so that the pulse width on the high frequency side is smaller than the pulse width on the low frequency side when comparing before and after shifting from the low frequency to the high frequency. And the peak value of the drain current supplied to the switching element based on the switching signal is set to be smaller in the standby mode than in the rated mode. It is.

上記目的を達成する本発明は、交流電源からの交流を直流に整流する整流回路と、前記整流回路で整流された電圧を、スイッチング素子を利用してスイッチングするスイッチング回路と、前記スイッチング素子に対して、定格モード時には高周波、待機モード時には低周波となるスイッチング信号を出力するパルス発振回路と、前記スイッチング回路でスイッチングされた電流によって、電圧を昇圧又は降圧する変圧回路と、前記スイッチング信号の導通角が前記定格モード時に0.35以下となるように、且つ前記待機モード時に0.11以下となるように、前記パルス発振回路に対して、前記変圧回路の出力電圧を検出して基準電圧と比較する比較回路に基づくフィードバック信号を送信するフィードバック回路と、を備え、前記パルス発振回路によって生成される前記スイッチング信号は、前記低周波から前記高周波にシフトする前後を比較した際に、前記低周波側の平均的なパルス幅と比較して、前記高周波側の平均的なパルス幅が小さくなるように設定され、前記スイッチング信号に基づいて前記スイッチング素子に供給されるドレイン電流のピーク値は、前記定格モード時と比較して前記待機モード時が小さくなるように設定されることを特徴とするスイッチング電源装置である。   To achieve the above object, the present invention provides a rectifier circuit that rectifies alternating current from an alternating current power source into direct current, a switching circuit that switches the voltage rectified by the rectifier circuit using a switching element, and the switching element. A pulse oscillation circuit for outputting a switching signal having a high frequency in the rated mode and a low frequency in the standby mode, a transformer circuit for stepping up or down the voltage by a current switched by the switching circuit, and a conduction angle of the switching signal. For the pulse oscillation circuit, the output voltage of the transformer circuit is detected and compared with a reference voltage so that the voltage is 0.35 or less in the rated mode and 0.11 or less in the standby mode. A feedback circuit that transmits a feedback signal based on a comparison circuit that comprises: The switching signal generated by the oscillation circuit has an average pulse on the high frequency side compared with an average pulse width on the low frequency side when comparing before and after shifting from the low frequency to the high frequency. The width is set to be small, and the peak value of the drain current supplied to the switching element based on the switching signal is set to be smaller in the standby mode than in the rated mode. This is a switching power supply device.

上記目的を達成する本発明のスイッチング電源装置の前記パルス発振回路は、上記発明において、前記定格モード時において25kHz以上且つ500kHz以下、前記待機モード時において8kHz以上且つ25kHz以下の前記スイッチング信号を発振することを特徴とする。   The pulse oscillation circuit of the switching power supply device of the present invention that achieves the above object oscillates the switching signal of 25 kHz to 500 kHz in the rated mode and 8 kHz to 25 kHz in the standby mode in the rated mode. It is characterized by that.

上記目的を達成する本発明のスイッチング電源装置は、上記発明において、前記変圧回路がトランスを備えており、前記トランスの2次側巻線数が、5V出力回路にて8ターン以上であることを特徴とする。   In the switching power supply of the present invention that achieves the above object, in the above invention, the transformer circuit includes a transformer, and the number of secondary windings of the transformer is 8 turns or more in a 5V output circuit. Features.

上記目的を達成する本発明のスイッチング電源装置は、上記発明において、前記変圧回路がトランスを備えており、前記トランスの巻線比は、0.08以上であることを特徴とする。   The switching power supply of the present invention that achieves the above object is characterized in that, in the above invention, the transformer circuit includes a transformer, and a winding ratio of the transformer is 0.08 or more.

上記目的を達成する本発明のスイッチング電源装置は、上記発明において、更に、待機モード時において、前記パルス発振回路における前記スイッチング信号の周波数を低周波に切替える周波数切替手段を備えることを特徴とする。   The switching power supply device of the present invention that achieves the above object is characterized in that, in the above-described invention, the switching power supply further includes frequency switching means for switching the frequency of the switching signal in the pulse oscillation circuit to a low frequency in the standby mode.

上記目的を達成する本発明のスイッチング電源装置は、上記発明において、前記周波数切替手段は、前記スイッチング回路のパルス出力を検出し、前記パルス出力の状態に基づいて抵抗を利用して抵抗値を変化させて、前記パルス発振回路における前記スイッチング信号の周波数を切替えることを特徴とする。   In the switching power supply device of the present invention that achieves the above object, in the above invention, the frequency switching means detects a pulse output of the switching circuit, and changes a resistance value using a resistance based on the state of the pulse output. Thus, the frequency of the switching signal in the pulse oscillation circuit is switched.

上記目的を達成する本発明のスイッチング電源装置は、上記発明において、前記周波数切替手段が、前記スイッチング回路の前記パルス出力を検出する出力検出回路と、前記出力検出回路で検出された前記パルス出力を直流信号レベルに変換する直流信号レベル変換回路と、前記直流信号レベル変換回路で変換された前記直流信号レベルを基準電圧と比較する比較回路と、前記比較回路の比較結果に基づいて抵抗の抵抗値を変化させて、前記パルス発振回路における前記スイッチング信号の周波数を切替させる抵抗値変更回路と、を備えることを特徴とする。   In the switching power supply device of the present invention that achieves the above object, in the above invention, the frequency switching means detects an output detection circuit that detects the pulse output of the switching circuit, and the pulse output detected by the output detection circuit. A DC signal level conversion circuit for converting to a DC signal level, a comparison circuit for comparing the DC signal level converted by the DC signal level conversion circuit with a reference voltage, and a resistance value of the resistor based on a comparison result of the comparison circuit And a resistance value changing circuit that changes the frequency of the switching signal in the pulse oscillation circuit.

上記目的を達成する本発明のスイッチング電源装置は、上記発明において、前記直流信号レベルが前記基準電圧に達した際に、前記抵抗値変更回路が抵抗の抵抗値を減少させ、前記スイッチング信号の周波数を増大させることを特徴とする。   The switching power supply of the present invention that achieves the above object is the above-described invention, wherein when the DC signal level reaches the reference voltage, the resistance value changing circuit decreases the resistance value of the resistor, and the frequency of the switching signal is reduced. Is increased.

上記目的を達成する本発明のスイッチング電源装置は、上記発明において、前記抵抗値変更回路は、前記抵抗値を複数段階で変更可能となっていることを特徴とする。   The switching power supply device of the present invention that achieves the above object is characterized in that, in the above invention, the resistance value changing circuit is capable of changing the resistance value in a plurality of stages.

上記目的を達成する本発明のスイッチング電源装置は、上記発明において、前記抵抗値変更回路は、第1抵抗及び前記第1抵抗に対して選択的に並列接続可能な第2抵抗を備えており、前記直流信号レベルが前記基準電圧に達しない場合には、前記第1抵抗を独立状態にして前記スイッチング信号を低周波に設定すると共に、前記直流信号レベルが前記基準電圧に達した場合には、前記第1抵抗と前記第2抵抗を並列状態にして前記スイッチング信号を高周波に設定することを特徴とする。   In the switching power supply device of the present invention that achieves the above object, in the above invention, the resistance value changing circuit includes a first resistor and a second resistor that can be selectively connected in parallel to the first resistor. When the DC signal level does not reach the reference voltage, the first resistor is set to an independent state to set the switching signal to a low frequency, and when the DC signal level reaches the reference voltage, The switching signal is set to a high frequency by setting the first resistor and the second resistor in parallel.

上記目的を達成する本発明のスイッチング電源装置は、上記発明において、前記出力検出回路は、前記パルス出力として、前記スイッチング回路に印加されるパルス電圧又は前記スイッチング回路の過電流検出用のパルス電流のいずれかを検出することを特徴とする。   The switching power supply device of the present invention that achieves the above object is characterized in that, in the above invention, the output detection circuit outputs, as the pulse output, a pulse voltage applied to the switching circuit or a pulse current for overcurrent detection of the switching circuit. Any one of them is detected.

上記目的を達成する本発明のスイッチング電源装置は、上記発明において、前記比較回路は、比較結果に応じて前記直流信号レベルにバイアス電圧を印加するバイアス回路を備えることを特徴とする。   The switching power supply device of the present invention that achieves the above object is characterized in that, in the above invention, the comparison circuit includes a bias circuit that applies a bias voltage to the DC signal level according to a comparison result.

上記目的を達成する本発明のスイッチング電源装置は、上記発明において、更に、外部信号を受けて前記周波数切替手段の前記抵抗値を強制的に変更可能な外部制御回路を備えることを特徴とする。   The switching power supply device of the present invention that achieves the above object is characterized in that, in the above invention, the switching power supply device further comprises an external control circuit capable of forcibly changing the resistance value of the frequency switching means in response to an external signal.

本発明によれば、特に待機モード時において消費電力を低減させることが可能になる。また、周波数切替手段が、抵抗によって抵抗値を変化させているので、周波数の切替タイミングの応答性が向上し、特に起動時において円滑に高周波に移行することが可能になる。また、周波数切替手段が抵抗を用いているので、スイッチング信号を低周波から開始させることができる。その結果、起動時の安定性が向上すると共に、消費電力を低減することが可能になる。   According to the present invention, it is possible to reduce power consumption particularly in the standby mode. In addition, since the frequency switching means changes the resistance value by the resistance, the responsiveness of the frequency switching timing is improved, and it is possible to smoothly shift to the high frequency particularly at the time of startup. Moreover, since the frequency switching means uses a resistor, the switching signal can be started from a low frequency. As a result, it is possible to improve the stability at the time of startup and to reduce power consumption.

本発明の実施形態に係るスイッチング電源装置を示す回路図1 is a circuit diagram showing a switching power supply device according to an embodiment of the present invention. 同スイッチング電源装置の直流信号レベルの状態を示すグラフA graph showing the state of the DC signal level of the switching power supply device 同スイッチング電源装置の主スイッチング素子の導通制御を示すタイミングチャートTiming chart showing conduction control of main switching element of the switching power supply device 同スイッチング電源装置の起動時の電圧の立ち上がり及び周波数状態を示すグラフGraph showing voltage rise and frequency state at startup of the switching power supply 同スイッチング電源装置の効率を示すグラフGraph showing the efficiency of the switching power supply 同スイッチング電源装置の実施例及び比較例の電力消費状態を示すグラフThe graph which shows the power consumption state of the Example of the switching power supply device and a comparative example 従来のスイッチング電源装置の回路図Circuit diagram of conventional switching power supply 従来のスイッチング電源装置の起動時の電圧の立ち上がり及び周波数状態を示すグラフThe graph which shows the voltage rise and frequency state at the time of starting of the conventional switching power supply device

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は本発明の実施の形態に係るスイッチング電源装置1の回路図である。このスイッチング電源装置1は、交流電源CN1、交流電源CN1に接続されて交流を直流に整流する第1全波整流ブリッジB1及び第2半波整流回路B2、第1全波整流ブリッジB1で整流された電流をスイッチングするスイッチング回路10、スイッチング回路10でスイッチングされた直流電流によって電圧を昇圧又は降圧するトランスT1、スイッチング回路10に対してスイッチング信号を出力するパルス発振回路IC71、パルス発振回路IC71のスイッチング信号の周波数を切り替える周波数切替手段15、このスイッチング信号の導通角が定格モード時に0.35以下となるように、パルス発振回路IC71に対してフィードバック信号を送信するフィードバック回路80を備える。なお図中の記号において、PCはフォトカプラ、Cはコンデンサ、Dはダイオード、Rは抵抗である。   FIG. 1 is a circuit diagram of a switching power supply device 1 according to an embodiment of the present invention. This switching power supply device 1 is rectified by an AC power supply CN1, a first full-wave rectification bridge B1, a second half-wave rectification circuit B2, and a first full-wave rectification bridge B1 that are connected to the AC power supply CN1 and rectify AC to DC. Switching circuit 10 for switching the current, transformer T1 for stepping up or down the voltage by the DC current switched by switching circuit 10, pulse oscillation circuit IC71 for outputting a switching signal to switching circuit 10, and switching of pulse oscillation circuit IC71 Frequency switching means 15 that switches the frequency of the signal, and a feedback circuit 80 that transmits a feedback signal to the pulse oscillation circuit IC71 are provided so that the conduction angle of the switching signal is 0.35 or less in the rated mode. In the symbols in the figure, PC is a photocoupler, C is a capacitor, D is a diode, and R is a resistor.

スイッチング回路10は、EFTとなる主スイッチング素子Q1を備えており、この主スイッチング素子Q1によって第1全波整流ブリッジB1の直流電流をスイッチングする。また、パルス発振回路IC71の出力端子OUTは、主スイッチング素子Q1のゲートに接続されている。また、このパルス発振回路IC71の電流検出端子ISは、主スイッチング素子Q1のソースに接続されている。   The switching circuit 10 includes a main switching element Q1 serving as an EFT, and the main switching element Q1 switches the direct current of the first full-wave rectification bridge B1. The output terminal OUT of the pulse oscillation circuit IC71 is connected to the gate of the main switching element Q1. Further, the current detection terminal IS of the pulse oscillation circuit IC71 is connected to the source of the main switching element Q1.

トランスT1は、第1次巻線、第2次巻線及び補助巻線を備えており、第1巻線と第2巻線間が絶縁状態となっている。トランスT1の第1次巻線の一端は、主スイッチング素子Q1のドレインに接続され、このスイッチング素子Q1のソースは、第1全波整流ブリッジB1のマイナス直流極MTに接続される。トランスT1の第1次巻線の他端は、第1全波整流ブリッジB1のプラス直流極PTに接続される。   The transformer T1 includes a primary winding, a secondary winding, and an auxiliary winding, and the first winding and the second winding are insulated. One end of the primary winding of the transformer T1 is connected to the drain of the main switching element Q1, and the source of the switching element Q1 is connected to the negative DC pole MT of the first full-wave rectification bridge B1. The other end of the primary winding of the transformer T1 is connected to the plus DC pole PT of the first full-wave rectification bridge B1.

第1全波整流ブリッジB1の2つの交流極K1、K2は、交流電源CN1の交流極1、3に夫々接続される。また、第1全波整流ブリッジB1の直流極PT−MT間には、平滑コンデンサC5が接続される。この結果、交流電源CN1の電流が、第1全波整流ブリッジB1で整流され、更に平滑化されて直流電源として機能するようになっている。   The two AC poles K1, K2 of the first full-wave rectification bridge B1 are connected to the AC poles 1, 3 of the AC power supply CN1, respectively. A smoothing capacitor C5 is connected between the DC poles PT-MT of the first full-wave rectification bridge B1. As a result, the current of the AC power supply CN1 is rectified by the first full-wave rectification bridge B1, and further smoothed to function as a DC power supply.

トランスT1の第2次巻線側のプラス極には、整流用のダイオードD21及びリップルを平滑化するリアクタンスL21が直列接続されている。また、第2次巻線のプラス極・マイナス極間には、コンデンサC21等が配置されて、電流の蓄積・放出を繰り返すようになっている。この結果、スイッチング電源装置1はフライバック式コンバータとして機能する。具体的に、トランスT1の一次電流は、第1次巻線、主スイッチング素子Q1及び一次電流検出抵抗R8の直列回路に沿って流れることになり、この一次電流によってトランスT1の第2次巻線が誘起される。誘起された第2次巻線は、その後、エネルギーを放出することでコンデンサC21等に電荷を蓄積し、更に、コンデンサC21が電荷を放出することで、負荷CN2側に直流電源を印加する。なお、トランスT1の第2次巻線のプラス極側には、フィードバック回路80が接続されている。   A rectifier diode D21 and a reactance L21 for smoothing the ripple are connected in series to the positive pole on the secondary winding side of the transformer T1. Further, a capacitor C21 or the like is disposed between the positive pole and the negative pole of the secondary winding so that current accumulation / discharge is repeated. As a result, the switching power supply device 1 functions as a flyback converter. Specifically, the primary current of the transformer T1 flows along a series circuit of the primary winding, the main switching element Q1, and the primary current detection resistor R8, and the secondary current of the transformer T1 is generated by the primary current. Is induced. Then, the induced secondary winding accumulates electric charge in the capacitor C21 and the like by releasing energy, and further, the capacitor C21 releases electric charge, thereby applying a DC power source to the load CN2 side. A feedback circuit 80 is connected to the positive pole side of the secondary winding of the transformer T1.

このフィードバック回路80は、第2次巻線のプラス極側に接続される抵抗R22と、この抵抗R22と直列接続されるフォトカプラPC22Bと、このフォトカプラPC22Bと直列接続され、安定化させる基準電圧を生成するツェナーダイオード等の定電圧素子IC21とを備える。従って、定電圧素子IC21の基準電圧よりもトランスT1の出力電圧が大きい場合は、フォトカプラPC22Bに電流が流れて、光によってフィードバック信号を出力する。このフィードバック信号の光出力は、フォトカプラPC22Aを介してパルス発振回路IC71の電圧フィードバック端子FBに入力される。この結果、スイッチング信号の導通角が制御されて電圧を安定させる。   The feedback circuit 80 includes a resistor R22 connected to the positive pole side of the secondary winding, a photocoupler PC22B connected in series with the resistor R22, and a reference voltage connected in series with the photocoupler PC22B for stabilization. And a constant voltage element IC21 such as a Zener diode for generating Therefore, when the output voltage of the transformer T1 is larger than the reference voltage of the constant voltage element IC21, a current flows through the photocoupler PC22B, and a feedback signal is output by light. The optical output of the feedback signal is input to the voltage feedback terminal FB of the pulse oscillation circuit IC71 via the photocoupler PC22A. As a result, the conduction angle of the switching signal is controlled to stabilize the voltage.

つまり、本実施形態のように、定格モードや待機モードにおいて周波数が固定される仕様の場合、フィードバック回路80におけるフォトカプラPC22Bによるフィードバック信号は、定電圧素子IC21における基準電圧と、トランスT1の第2次側電圧の差によって決定される。ところで、トランスT1における第2次側出力電圧は、第1次巻線と第2次巻線の巻線比に比例する。従って、トランスT1の巻線比が小さい場合はトランスT1の第2次側出力電圧が小さくなるので、基準電圧と比較され、導通角を大きくするようにフィードバック信号を出力する。一方、巻線比が大きい場合はトランスT1の第2次側出力電圧が大きくなるので、導通角を小さく絞り込んで電圧を安定化するようなフィードバック信号を出力する。   That is, in the case where the frequency is fixed in the rated mode or the standby mode as in this embodiment, the feedback signal from the photocoupler PC22B in the feedback circuit 80 is the reference voltage in the constant voltage element IC21 and the second voltage of the transformer T1. It is determined by the difference in the secondary voltage. By the way, the secondary side output voltage in the transformer T1 is proportional to the winding ratio of the primary winding and the secondary winding. Therefore, when the winding ratio of the transformer T1 is small, the secondary output voltage of the transformer T1 is small, so that the feedback signal is output so as to increase the conduction angle compared with the reference voltage. On the other hand, when the winding ratio is large, the secondary output voltage of the transformer T1 increases, so that a feedback signal that stabilizes the voltage by narrowing the conduction angle is output.

一般的に導通角は0.4〜0.5の範囲に設計されるところ、本実施形態のフィードバック回路80は、トランスT1の第2次巻線を増やすことで5V出力回路で8ターン以上とし、又は巻線比を増やして0.08以上として、定格モード時の導通角が0.35以下となるようにしている。また、後述する待機モードでは、低周波制御を行いつつ、導通角が0.11以下となるように定格モード時の巻線比で決定している。詳細は後述するが、これにより消費電力を低減させることが可能になる。   In general, the conduction angle is designed to be in the range of 0.4 to 0.5. However, the feedback circuit 80 of the present embodiment increases the secondary winding of the transformer T1 so that the 5V output circuit has 8 turns or more. Alternatively, the winding ratio is increased to 0.08 or more so that the conduction angle in the rated mode is 0.35 or less. In a standby mode, which will be described later, the winding ratio in the rated mode is determined so that the conduction angle is 0.11 or less while performing low frequency control. Although details will be described later, it is possible to reduce power consumption.

第2半波整流回路B2は、交流電源CN1に対して第1全波整流ブリッジB1と並列状態で配置されているが、4つのダイオードによるブリッジ構成ではなく、2個のダイオードD71、D72によって構成されている。この第2半波整流回路B2の単一の交流極K1は、直列接続されるコンデンサC6を介して交流電源CN1の一方の交流極1側に接続され、半波整流するようになっている。なお、コンデンサC6は、起動時において交流電源CN1からの交流電流を第2半波整流回路B2側に導入する機能を有する。   The second half-wave rectifier circuit B2 is arranged in parallel with the first full-wave rectifier bridge B1 with respect to the AC power supply CN1, but is not a bridge configuration with four diodes but a configuration with two diodes D71 and D72. Has been. The single AC pole K1 of the second half-wave rectifier circuit B2 is connected to one AC pole 1 side of the AC power supply CN1 via a capacitor C6 connected in series so as to perform half-wave rectification. Capacitor C6 has a function of introducing an AC current from AC power supply CN1 to the second half-wave rectifier circuit B2 side at the time of startup.

第2半波整流回路B2の交流極K1には、更に、コンデンサC6からの交流電流のみを流すように一方のダイオードD71が直列接続されている。従って、このダイオードD71における交流極K1の反対側端はプラス直流極PTとなる。他方のダイオードD72は、第2半波整流回路の上記交流極K1とマイナス直流極MTの間に配置され、マイナス直流極MTから交流極K1側に向かう電流を流すようになっている。このダイオードD72の存在によって、コンデンサC6の残留電荷を交流電源CN1側に放出させることが可能になる。このように、半波整流毎にコンデンサC6の残留電荷を放出させることで、次の半波整流の充電に備えることができるので、出力を高めることが出来る。また更に、第2半波整流回路B2のマイナス直流極MTは、第1全波整流ブリッジB1のマイナス直流極MTに接続される。   One diode D71 is further connected in series to the AC pole K1 of the second half-wave rectifier circuit B2 so that only the AC current from the capacitor C6 flows. Therefore, the opposite end of the AC pole K1 in the diode D71 is a plus DC pole PT. The other diode D72 is disposed between the AC pole K1 and the negative DC pole MT of the second half-wave rectifier circuit, and allows a current to flow from the negative DC pole MT toward the AC pole K1. Due to the presence of the diode D72, the residual charge of the capacitor C6 can be discharged to the AC power supply CN1 side. In this way, by discharging the residual charge of the capacitor C6 for each half-wave rectification, it is possible to prepare for the next half-wave rectification charging, so that the output can be increased. Furthermore, the negative DC pole MT of the second half-wave rectifier circuit B2 is connected to the negative DC pole MT of the first full-wave rectifier bridge B1.

第2半波整流回路B2の両直流極PT−MT間には、平滑コンデンサC71が接続されており、第2半波整流回路B2の整流作用により直流電源の役割をするようになっている。第2半波整流回路B2の両直流極PT−MT間には更に、パルス発振回路IC71が接続される。具体的には、第2半波整流回路B2のプラス直流極PTがパルス発振回路IC71の電源入力端子VCCに、第2半波整流回路B2のマイナス直流極MTがパルス発振回路IC71のRT端子に、夫々接続される。従って、抵抗等を用いることなく、コンデンサC6及び第2半波整流回路B2を介して直流電圧がパルス発振回路IC71に印加される。この第2半波整流回路B2は、コンデンサとダイオードで構成されるので、殆ど電力が消費しないように構成され、電力の立ち上がりを素早くすることができる。ブリッジ構成と比較して部品点数も少ないので、製造コストを削減できる。   A smoothing capacitor C71 is connected between both DC poles PT-MT of the second half-wave rectifier circuit B2, and serves as a DC power source by the rectifying action of the second half-wave rectifier circuit B2. A pulse oscillation circuit IC71 is further connected between both DC poles PT-MT of the second half-wave rectifier circuit B2. Specifically, the positive DC pole PT of the second half-wave rectifier circuit B2 is connected to the power input terminal VCC of the pulse oscillation circuit IC71, and the negative DC pole MT of the second half-wave rectifier circuit B2 is connected to the RT terminal of the pulse oscillation circuit IC71. , Each connected. Accordingly, a DC voltage is applied to the pulse oscillation circuit IC71 via the capacitor C6 and the second half-wave rectifier circuit B2 without using a resistor or the like. Since the second half-wave rectifier circuit B2 includes a capacitor and a diode, the second half-wave rectifier circuit B2 is configured so that almost no power is consumed, and the rise of the power can be made quick. Since the number of parts is small compared with the bridge configuration, the manufacturing cost can be reduced.

周波数切替手段15は、スイッチング回路10のパルス出力を検出し、パルス出力の状態に基づいて抵抗値を変化させて、パルス発振回路IC71のスイッチング信号周波数を切替制御する。具体的に周波数切替手段15は、出力検出回路20、直流信号レベル変換回路30、比較回路40、抵抗値変更回路50、外部制御回路60を備える。   The frequency switching means 15 detects the pulse output of the switching circuit 10, changes the resistance value based on the state of the pulse output, and switches and controls the switching signal frequency of the pulse oscillation circuit IC71. Specifically, the frequency switching unit 15 includes an output detection circuit 20, a DC signal level conversion circuit 30, a comparison circuit 40, a resistance value change circuit 50, and an external control circuit 60.

出力検出回路20は、抵抗R83を備えており、入力側がパルス発振回路IC71の出力端子OUTに接続されている。従って、この出力検出回路20は、パルス発振回路IC71から供給されるスイッチング信号(パルス出力)を検出することができる。一方、この出力検出回路20の出力側は直流信号レベル変換回路30に接続される。   The output detection circuit 20 includes a resistor R83, and the input side is connected to the output terminal OUT of the pulse oscillation circuit IC71. Therefore, the output detection circuit 20 can detect the switching signal (pulse output) supplied from the pulse oscillation circuit IC71. On the other hand, the output side of the output detection circuit 20 is connected to the DC signal level conversion circuit 30.

直流信号レベル変換回路30は、抵抗R82及びコンデンサC76が並列接続されて構成される。既に述べたように、この直流信号レベル変換回路30には、出力検出回路20で検出されたパルス出力が入力されるので、そのパルス出力を、コンデンサC76及び抵抗R82によって直流信号レベルに変換する。実際には、パルス信号に基づくコンデンサC76の充放電によって、図2(A)に示されるような、鋸歯形状の波形となる直流信号レベルが生成される。なお、抵抗R82やコンデンサC76の回路配置、各素子の抵抗値、容量を任意に設定することにより、直流信号レベルの検出値を任意に設定することができる。この直流信号レベルは、後述する比較回路40に出力される。   The DC signal level conversion circuit 30 is configured by connecting a resistor R82 and a capacitor C76 in parallel. As already described, since the pulse output detected by the output detection circuit 20 is input to the DC signal level conversion circuit 30, the pulse output is converted to a DC signal level by the capacitor C76 and the resistor R82. Actually, a DC signal level having a sawtooth waveform as shown in FIG. 2A is generated by charging and discharging the capacitor C76 based on the pulse signal. The detection value of the DC signal level can be arbitrarily set by arbitrarily setting the circuit arrangement of the resistor R82 and the capacitor C76, the resistance value of each element, and the capacitance. This DC signal level is output to the comparison circuit 40 described later.

比較回路40は、比較器IC72、基準抵抗R81、バイアス回路として機能するバイアス抵抗R79を備える。比較器IC72は、直流信号レベル変換回路30から入力された直流信号レベルと、基準抵抗R81で生成された基準電圧と比較し、基準電圧よりも直流信号レベルが大きい場合にはON信号を出力する。比較回路40の出力側は、ダイオードD73を介して、抵抗値変更回路50(詳細にはスイッチング素子Q71のベース)に接続されているので、上記ON信号がスイッチング素子Q71に出力される。一方、直流信号レベルが基準電圧よりも小さい場合は、OFF信号(無出力)となり、抵抗値変更回路50のスイッチング素子Q50に所定のベース電流が流れないようになっている。   The comparison circuit 40 includes a comparator IC72, a reference resistor R81, and a bias resistor R79 that functions as a bias circuit. The comparator IC72 compares the DC signal level input from the DC signal level conversion circuit 30 with the reference voltage generated by the reference resistor R81, and outputs an ON signal when the DC signal level is higher than the reference voltage. . Since the output side of the comparison circuit 40 is connected to the resistance value changing circuit 50 (specifically, the base of the switching element Q71) via the diode D73, the ON signal is output to the switching element Q71. On the other hand, when the DC signal level is smaller than the reference voltage, an OFF signal (no output) is generated, and a predetermined base current does not flow through the switching element Q50 of the resistance value changing circuit 50.

バイアス回路となるバイアス抵抗R79は、比較器IC72の出力側と直流信号レベル入力側に両端が連結されており、比較器IC72がON信号を出力すると、それと同時に入力側の直流信号レベルにバイアス電圧を印加して電圧レベルを高める。この結果、一端、ON信号を出力すると、図2(B)に示されるように直流信号レベルが上昇することによって基準電圧よりも大きく上回る。この結果、バイアス回路によって、鋸歯形状の直流信号レベルによる比較器IC72のチャタリング(ON、OFFが頻繁に繰り返される状況)を回避することが可能になる。   A bias resistor R79 serving as a bias circuit is connected at both ends to the output side of the comparator IC72 and the DC signal level input side. When the comparator IC72 outputs an ON signal, the bias voltage is set to the DC signal level on the input side at the same time. To increase the voltage level. As a result, when the ON signal is output at one end, the DC signal level increases as shown in FIG. As a result, the bias circuit can avoid chattering (situation in which ON and OFF are frequently repeated) of the comparator IC72 due to the sawtooth-shaped DC signal level.

抵抗値変更回路50は、スイッチング素子Q71と、2つの抵抗R74、R76を備えている。スイッチング素子Q71のベースには、比較回路40のON・OFF信号が入力される。抵抗R76とスイッチング素子Q71(コレクタ・エミッタ)は直列接続されており、この抵抗R76とスイッチング素子Q1の直列回路に対して、もう一つの抵抗R74が並列接続されている。   The resistance value changing circuit 50 includes a switching element Q71 and two resistors R74 and R76. The ON / OFF signal of the comparison circuit 40 is input to the base of the switching element Q71. The resistor R76 and the switching element Q71 (collector / emitter) are connected in series, and another resistor R74 is connected in parallel to the series circuit of the resistor R76 and the switching element Q1.

従って、スイッチング素子Q71のベースにOFF信号が入力され、コレクタ・エミッタ間に電流が流れない場合、並列接続される抵抗R76が機能しないので、抵抗R74が独立した単体として作用する。一方、同スイッチング素子Q71のベースにON信号が入力され、コレクタ・エミッタ間に電流が流れる場合は、抵抗R76が機能して、抵抗R74及び抵抗R76が並列状態になり、合成抵抗値が下がる。従って、スイッチング素子Q71のスイッチング状態に応じて、この抵抗値変更回路50の抵抗値を抵抗によって変化させて、RT端子に印加する電圧レベルを切り替えることができる。パルス発振回路IC71では、RT端子の電圧レベルによってスイッチング信号の周波数が一義的に決定するので、ここでは周波数が2段階で制御できることになる。   Accordingly, when an OFF signal is input to the base of the switching element Q71 and no current flows between the collector and the emitter, the resistor R76 connected in parallel does not function, so that the resistor R74 acts as an independent unit. On the other hand, when an ON signal is input to the base of the switching element Q71 and a current flows between the collector and the emitter, the resistor R76 functions, the resistor R74 and the resistor R76 are in parallel, and the combined resistance value decreases. Therefore, the voltage level applied to the RT terminal can be switched by changing the resistance value of the resistance value changing circuit 50 according to the resistance in accordance with the switching state of the switching element Q71. In the pulse oscillation circuit IC71, since the frequency of the switching signal is uniquely determined by the voltage level of the RT terminal, the frequency can be controlled in two steps here.

外部制御回路60は直流信号レベル変換回路30に対して並列接続されており、外部信号を受信して、直流信号レベル変換回路30のコンデンサC76を短絡するようになっている。具体的には、外部制御回路60はスイッチング素子Q90を備えており、そのコレクタ・エミッタ間にコンデンサC76が接続され、ゲートに外部信号が入力されるように構成される。ゲートに信号が入力されると、コレクタ・エミッタ間が導通し、コンデンサC76を短絡する。これにより、強制的に直流信号レベルが零になるので、後述するようにパルス発振回路IC71が低周波状態に移行し、省電力モード又は待機モードに移行させることができる。   The external control circuit 60 is connected in parallel to the DC signal level conversion circuit 30, receives an external signal, and shorts the capacitor C76 of the DC signal level conversion circuit 30. Specifically, the external control circuit 60 includes a switching element Q90, and a capacitor C76 is connected between its collector and emitter, and an external signal is input to the gate. When a signal is input to the gate, the collector and the emitter are brought into conduction to short-circuit the capacitor C76. As a result, the DC signal level is forcibly reduced to zero, so that the pulse oscillation circuit IC71 can shift to the low frequency state and shift to the power saving mode or standby mode as will be described later.

本実施形態では、比較回路40の出力がOFF信号となって、抵抗値変更回路50のスイッチング素子Q71に電流が流れない場合、パルス発振回路IC71のスイッチング信号が低周波に設定され、具体的には17kHz以上、25kHz以下の周波数に設定される。比較回路40の出力がON信号となって、抵抗値変更回路50のスイッチング素子Q71に電流が流れる場合、パルス発振回路IC71のスイッチング信号が高周波に設定され、具体的に70kHz以上100kHz以下に設定される。以上のように、周波数切替手段15によれば、2段階の抵抗値変化によって、2種類の周波数を固定的に利用することが可能になる。   In the present embodiment, when the output of the comparison circuit 40 is an OFF signal and no current flows through the switching element Q71 of the resistance value changing circuit 50, the switching signal of the pulse oscillation circuit IC71 is set to a low frequency. Is set to a frequency of 17 kHz or more and 25 kHz or less. When the output of the comparison circuit 40 becomes an ON signal and a current flows through the switching element Q71 of the resistance value changing circuit 50, the switching signal of the pulse oscillation circuit IC71 is set to a high frequency, specifically set to 70 kHz or more and 100 kHz or less. The As described above, according to the frequency switching means 15, two types of frequencies can be fixedly used by changing resistance values in two stages.

また、抵抗値変更回路50は、抵抗R74、R76の組み合わせによる抵抗値変化を利用しているので、スイッチング電源装置1の起動時において、パルス発振回路IC71のスイッチング信号を低周波から開始させることができる。また、負荷側の電力上昇によって直流信号レベルが高まると、比較回路40の出力と略同タイミングで抵抗値を切り替えることができ、すばやく高周波に移行可能になる。   Further, since the resistance value changing circuit 50 uses the change in resistance value due to the combination of the resistors R74 and R76, the switching signal of the pulse oscillation circuit IC71 can be started from a low frequency when the switching power supply device 1 is started. it can. Further, when the DC signal level is increased due to the increase in power on the load side, the resistance value can be switched at substantially the same timing as the output of the comparison circuit 40, and the high frequency can be quickly shifted.

以上のように構成されるスイッチング電源装置1は以下のように作用する。   The switching power supply device 1 configured as described above operates as follows.

交流電源CN1の各極に生じる交流電流は、第1全波整流ブリッジB1によって整流される。この整流作用により、平滑コンデンサC5が充電されて直流電源となる。また、この交流電流は、直列コンデンサC6側にも流れることにより、第2半波整流回路B2によって整流される。なお、第2半波整流回路B2は交流極K1が一つしか存在しないので、第2半波整流回路B2では半波電流のみが整流される。この整流作用により、平滑コンデンサC71が充電されて直流電源となり、パルス発振回路IC71が起動する。第2半波整流回路B2では、コンデンサC6によって時定数を調整して直流電源を立ち上げることができることから、パルス発振回路IC71の立ち上がりを最適化できる。なお、第2半波整流回路B2は、パルス発振回路IC71の起動が主な役割である。一方、起動後はトランスT1の補助巻線側からダイオードD3を介してパルス発振回路IC71に電流が供給される。   The alternating current generated at each pole of the alternating current power supply CN1 is rectified by the first full-wave rectification bridge B1. By this rectification action, the smoothing capacitor C5 is charged and becomes a DC power source. The alternating current also flows to the series capacitor C6 side, and is rectified by the second half-wave rectifier circuit B2. Since the second half-wave rectifier circuit B2 has only one AC pole K1, only the half-wave current is rectified in the second half-wave rectifier circuit B2. By this rectification action, the smoothing capacitor C71 is charged to become a DC power source, and the pulse oscillation circuit IC71 is activated. In the second half-wave rectifier circuit B2, the DC power supply can be started up by adjusting the time constant by the capacitor C6, so that the rise of the pulse oscillation circuit IC71 can be optimized. The second half-wave rectifier circuit B2 is mainly responsible for starting up the pulse oscillation circuit IC71. On the other hand, after startup, current is supplied from the auxiliary winding side of the transformer T1 to the pulse oscillation circuit IC71 via the diode D3.

第1全波整流ブリッジB1を経て平滑コンデンサC5に充電された直流電力は、オン・オフを繰り返す主スイッチング素子Q1によって断続する一次電流となる。なお、この主スイッチング素子Q1のオン・オフ動作は、パルス発振回路IC71の出力端子OUTから出力されるスイッチング信号(駆動パルス)による。主スイッチング素子Q1のスイッチング周波数は、最初は待機モードと同様に低周波(8kHz以上〜25kHz以下)でスタートし、負荷が増大すると高周波(25kHz以上〜500kHz以下)に自動的に切り換えられて定格モードとなる。本実施形態では、具体的に、待機モードを含む低負荷領域では18kHz、定格モードを含む高負荷領域では70kHzとなるように制御される。   The DC power charged in the smoothing capacitor C5 through the first full-wave rectification bridge B1 becomes a primary current that is intermittently turned on and off by the main switching element Q1 that repeatedly turns on and off. The on / off operation of the main switching element Q1 depends on a switching signal (driving pulse) output from the output terminal OUT of the pulse oscillation circuit IC71. The switching frequency of the main switching element Q1 starts at a low frequency (8 kHz to 25 kHz or less) at the same time as the standby mode, and is automatically switched to a high frequency (25 kHz to 500 kHz or less) when the load increases. It becomes. In the present embodiment, specifically, control is performed so that the frequency is 18 kHz in the low load region including the standby mode and 70 kHz in the high load region including the rated mode.

一次電流は、トランスT1の第1次巻線、主スイッチング素子Q1及び一次電流検出抵抗R8の直列回路に沿って流れることになり、この一次電流によってトランスT1の第2次巻線が誘起される。ここでは、トランスT1の第2次巻線のターン数が5V出力回路の際に8回以上に設定されているので、その誘起電圧が大きくなりやすい。誘起された第2次巻線は、その後、エネルギーを放出することでコンデンサC21等に電荷を蓄積し、更に、コンデンサC21が電荷を放出することで、負荷CN2側に直流電源を印加する。トランスT1の第2次巻線のプラス極側では、フィードバック回路80が、この第2次巻線側の誘起電圧を検出する。フィードバック回路80におけるフィードバック信号は、フォトカプラPC22Aを介してパルス発振回路IC71の電圧フィードバック端子FBに入力されて導通角を制御する。このスイッチング信号の導通制御によって、トランスT1の第1次巻線に流れる一次電流が制御されるので、結果として電圧を安定させることが可能になる。   The primary current flows along the series circuit of the primary winding of the transformer T1, the main switching element Q1, and the primary current detection resistor R8, and the secondary winding of the transformer T1 is induced by this primary current. . Here, since the number of turns of the secondary winding of the transformer T1 is set to 8 times or more in the case of the 5V output circuit, the induced voltage tends to increase. Then, the induced secondary winding accumulates electric charge in the capacitor C21 and the like by releasing energy, and further, the capacitor C21 releases electric charge, thereby applying a DC power source to the load CN2 side. On the positive pole side of the secondary winding of the transformer T1, the feedback circuit 80 detects the induced voltage on the secondary winding side. The feedback signal in the feedback circuit 80 is input to the voltage feedback terminal FB of the pulse oscillation circuit IC71 via the photocoupler PC22A to control the conduction angle. Since the primary current flowing through the primary winding of the transformer T1 is controlled by the conduction control of the switching signal, the voltage can be stabilized as a result.

図3には、本実施形態における主スイッチング素子Q1の導通制御のタイムチャートが模式的に示されている。なお、図3(A)は、定格モード時における導通制御のタイムチャート、図3(B)は待機モード時のタイムチャートである。既述のとおり、トランスT1の第2次巻線のターン数を5V出力回路で8ターン以上にし、又はその巻線比を0.08以上とし、トランスT1の第2次側出力が大きくなるように設計されている。この結果、定格モード時では、フィードバック回路80が導通角を絞り込むようなフィードバック信号を生成して、主スイッチング素子Q1のゲート電圧(スイッチング信号)の導通角が0.35以下となるようにしている。従って、主スイッチング素子Q1を流れる一次電流(ドレイン電流)Iのパルス波形は、導通角が0.35以下となる鋸歯形状となる。主スイッチング素子Q1のソース・ドレイン間に印加される電圧VCDは、ドレイン電流Iがターンオフすると同時に立ち上がり、次のドレイン電流Iがターンオンするまで印加される。 FIG. 3 schematically shows a time chart of the conduction control of the main switching element Q1 in the present embodiment. 3A is a time chart of conduction control in the rated mode, and FIG. 3B is a time chart in the standby mode. As described above, the number of turns of the secondary winding of the transformer T1 is set to 8 turns or more in the 5V output circuit, or the winding ratio thereof is set to 0.08 or more so that the secondary side output of the transformer T1 is increased. Designed to. As a result, in the rated mode, the feedback circuit 80 generates a feedback signal that narrows the conduction angle so that the conduction angle of the gate voltage (switching signal) of the main switching element Q1 is 0.35 or less. . Accordingly, the pulse waveform of the primary current (drain current) ID flowing through the main switching element Q1 has a sawtooth shape with a conduction angle of 0.35 or less. Voltage V CD is applied between the source and drain of the main switching element Q1 rises and at the same time the drain current I D is turned off, is applied to the next drain current I D is turned on.

待機モード時は、周波数制御によって、スイッチング周波数が大幅に抑制されて8kHz以上〜25kHz以下となり、スイッチングパルスの間隔が広がる。待機モード時は低負荷であることから、フィードバック回路80は、更に導通角を絞り込むように制御して、主スイッチング素子Q1のゲート電圧の導通角が0.11以下となるように設定される。しかし、ゲート電圧の導通角が小さくなったとしても、図3(B)のゲート電圧Vに示されるように、スイッチング信号が低周波シフトによって、単位パルスが長くなる。また、導通角が0.11以下になると共に、低周波状態となることから、スイッチングパルスのオフ時間を長く確保することができるので、消費電力が低減される。更に、主スイッチング素子Q1におけるスイッチングロス(電力損失)は、ターンオフする瞬間のドレイン電流Iと、このターンオフと同時に立ち上がるソース・ドレイン間の印加電圧VCDが重複する領域、即ちI×VCDによる部分が大きいが、ピーク電流値Ipを低減させることと、これによるソース・ドレイン間の電圧VCDの立ち上がり遅延によって、このスイッチングロス(I×VCD)を減らすことができる。更に、このピーク電流値Ipの低下は、主スイッチング素子Q1の発熱量も低減し、且つ、トランスT1における磁束密度の変化幅も抑制でき、トランスT1における損失も低減できる。 In the standby mode, the switching frequency is significantly suppressed by the frequency control to be 8 kHz to 25 kHz, and the interval between the switching pulses is widened. Since the load is low in the standby mode, the feedback circuit 80 is controlled so as to further narrow the conduction angle so that the conduction angle of the gate voltage of the main switching element Q1 is 0.11 or less. However, even a conduction angle of the gate voltage is reduced, as shown in the gate voltage V G of FIG. 3 (B), the switching signal by the low-frequency shift, the unit pulse becomes longer. In addition, since the conduction angle becomes 0.11 or less and the low frequency state is set, a long switching pulse OFF time can be secured, so that power consumption is reduced. Further, the switching loss (power loss) in the main switching element Q1 is a region where the drain current ID at the moment of turn-off and the applied voltage V CD between the source and the drain rising simultaneously with the turn-off, that is, I D × V CD The switching loss (I D × V CD ) can be reduced by reducing the peak current value Ip and the rise delay of the source-drain voltage V CD due to this. Furthermore, this decrease in the peak current value Ip can also reduce the amount of heat generated by the main switching element Q1, suppress the variation width of the magnetic flux density in the transformer T1, and reduce the loss in the transformer T1.

例えばトランスT1の磁束密度の変化幅ΔBは下記式で表現できる。
ΔB=(VIN×TON)/(Np×Ae)×10
IN:入力電圧、TON:導通時間(ON時間)、Np:巻線数、Ae:コア断面積
For example, the change width ΔB of the magnetic flux density of the transformer T1 can be expressed by the following equation.
ΔB = (V IN × T ON ) / (Np × Ae) × 10 8
V IN : Input voltage, T ON : Conduction time (ON time), Np: Number of windings, Ae: Core cross-sectional area

従って、このTON:導通角を小さくすることで、磁束密度の変化幅ΔBが抑制でき、トランスT1の損失が低減されることが分かる。 Therefore, it can be seen that by reducing this T ON : conduction angle, the change width ΔB of the magnetic flux density can be suppressed, and the loss of the transformer T1 is reduced.

更に、トランスT1のエネルギ蓄積量Pは下記式になる。
P=Lp×I1P ×f/2=VIN ×TON ×f/2Lp=I0(V0+VF
P:トランスT1のエネルギ蓄積量、Lp:1次巻線のインダクタンス、I1P:1次巻線電流、f:周波数、VIN:入力電圧、TON:導通時間(ON時間)、I0:出力電流、V0:出力電圧、VF:ダイオード順方向電圧
Further, the energy storage amount P of the transformer T1 is expressed by the following equation.
P = Lp × I 1P 2 × f / 2 = V IN 2 × T ON 2 × f / 2 Lp = I 0 (V 0 + V F )
P: energy storage amount of transformer T1, Lp: inductance of primary winding, I 1P : primary winding current, f: frequency, V IN : input voltage, T ON : conduction time (ON time), I 0 : Output current, V 0 : Output voltage, V F : Diode forward voltage

ここで、VIN:入力電圧や、f:周波数、Lp:1次巻線のインダクタンスは一定の制約があることから、このエネルギ蓄積量Pを抑えるためには、TON :導通時間の値を抑えることが重要であることが分かる。特に、エネルギ蓄積量Pに関しては、導通時間の二乗の影響が出るので、例えば待機モード時の導通角を従来の1/2にすると、約1/4のエネルギ蓄積量とすることが可能になる。そこで、本実施形態では、TONを1(μ秒)近傍に近づけるべく、待機モード時において導通角を0.11とするようにした。 Here, since V IN is an input voltage, f is a frequency, and Lp is an inductance of a primary winding, there are certain restrictions. To suppress this energy storage amount P, T ON 2 is a value of a conduction time. It can be seen that it is important to suppress this. In particular, the energy storage amount P is affected by the square of the conduction time. Therefore, for example, when the conduction angle in the standby mode is halved compared to the conventional case, the energy accumulation amount can be reduced to about ¼. . Therefore, in this embodiment, the conduction angle is set to 0.11 in the standby mode in order to make T ON close to 1 (μ second).

また、トランスT1のエネルギ蓄積量を抑えると同時に、I1P(1次巻線電流)と同等のドレイン電流Iが流れる主スイッチ素子(FET)Q1のオン抵抗ロスI×VCDSや、出力側のダイオードのロスI0×VFも低減することができるので、効率を更に向上させることができる。 In addition, the on-resistance loss I D × V CDS of the main switch element (FET) Q1 in which the drain current ID equivalent to I 1P (primary winding current) flows is simultaneously suppressed and the energy storage amount of the transformer T1 is suppressed. since it is also possible to reduce loss I 0 × V F side of the diode, efficiency can be further improved.

以上のように、定格モード時において、一般的な範囲(0.4〜0.5)とは異なる0.35以下の導通角を採用すると、特に低周波シフトする待機モードにおいて、スイッチングパルスのOFF時間の長期化や、ターンオフ時のスイッチングロスの低減、トランスT1の鉄損などの省力化要素が重畳的に作用するので、スイッチング電源装置1の消費電力を低減することができる。また、定格モード時において導通角を抑制すると、トランスT1に電流が流れる時間を短くすることができる。この結果、トランスT1の発熱が抑制されることから、巻線を細くすることができるので、第2次巻線のターン数を増大させたとしてもトランスT1の電力ロスを低減できる。また、巻線を細くすることで、トランスT1自体をコンパクトにすることもできる。この結果、定格モード時においても省力化を達成できる。   As described above, when a conduction angle of 0.35 or less, which is different from the general range (0.4 to 0.5), is adopted in the rated mode, the switching pulse is turned off particularly in the standby mode in which the frequency shifts. Since power saving elements such as longer time, reduction of switching loss at turn-off, and iron loss of the transformer T1 act in a superimposed manner, the power consumption of the switching power supply device 1 can be reduced. Further, if the conduction angle is suppressed in the rated mode, the time during which current flows through the transformer T1 can be shortened. As a result, since the heat generation of the transformer T1 is suppressed, the winding can be made thinner, so that the power loss of the transformer T1 can be reduced even if the number of turns of the secondary winding is increased. Further, by making the winding thin, the transformer T1 itself can be made compact. As a result, labor saving can be achieved even in the rated mode.

なお、第2次巻線のプラス極側に接続されているフォトカプラPC21Aは、過電圧を検出するものであり、パルス発振回路IC71に過電流信号を送信して過電圧制御端子CSに入力させる。   Note that the photocoupler PC21A connected to the positive pole side of the secondary winding detects an overvoltage, and transmits an overcurrent signal to the pulse oscillation circuit IC71 to be input to the overvoltage control terminal CS.

パルス発振回路IC71の出力端子OUTから出力されるパルス出力(スイッチング信号)は、周波数切替手段15における出力検出回路20によって検出され、この回路20の抵抗R83を経て、直流信号レベル変換回路30側に出力される。直流信号レベル変換回路39では、送信されたパルス出力を直流信号レベルに変換する。具体的には、スイッチング信号となる矩形波信号の電荷が、コンデンサC76に充電される。この際、パルス発振回路IC71のオン時間が比較的長い場合(高デューティー比の場合)は、コンデンサC76に電荷が充分に充電されるため、直流信号レベルが高くなる。一方、パルス発振回路IC71のオン時間が比較的短い場合(低デューティー比の場合)は、コンデンサC76に電荷が充分充電されないので、直流信号レベルが低くなる。直流信号レベルに変換された信号は、比較回路40に出力される。   The pulse output (switching signal) output from the output terminal OUT of the pulse oscillation circuit IC71 is detected by the output detection circuit 20 in the frequency switching means 15, and passes through the resistor R83 of the circuit 20 to the DC signal level conversion circuit 30 side. Is output. The DC signal level conversion circuit 39 converts the transmitted pulse output to a DC signal level. Specifically, the capacitor C76 is charged with a charge of a rectangular wave signal serving as a switching signal. At this time, if the on-time of the pulse oscillation circuit IC71 is relatively long (in the case of a high duty ratio), the capacitor C76 is sufficiently charged, and the DC signal level becomes high. On the other hand, when the on-time of the pulse oscillation circuit IC71 is relatively short (in the case of a low duty ratio), the capacitor C76 is not sufficiently charged, so that the DC signal level becomes low. The signal converted to the DC signal level is output to the comparison circuit 40.

比較回路40の比較器IC72では、上記直流信号レベルと基準電圧を比較し、直流信号レベルの方が大きい場合はON信号を発する。一方、直流信号レベルが基準電圧よりも小さい場合はOFF信号を発する。スイッチング電源装置1の起動時は、必ず、直流信号レベルが低い状態からスタートするので、この比較回路40もOFF信号からスタートすることになる。   The comparator IC 72 of the comparison circuit 40 compares the DC signal level with a reference voltage, and generates an ON signal when the DC signal level is higher. On the other hand, when the DC signal level is smaller than the reference voltage, an OFF signal is issued. When the switching power supply device 1 is started up, it always starts from a state where the DC signal level is low, so that the comparison circuit 40 also starts from the OFF signal.

比較回路40から出力されるON・OFF信号は、抵抗値変更回路50のスイッチング素子Q71のベースに入力される。ON信号の場合は、スイッチング素子Q71のコレクタ・エミッタ間が導通されることで、2つの抵抗R74、R76が並列状態となって抵抗値が低下する。一方、OFF信号の場合は、スイッチング素子Q71のコレクタ・エミッタ間が非導通状態になるので、抵抗R74のみとなって抵抗値が増大する。既に述べたように、このスイッチング電源装置1においては、起動時はOFF信号からスタートすることから、抵抗値変更回路50は抵抗値が大きい状態から必ずスタートし、ON信号に切り替わることで抵抗値が小さくなる。   The ON / OFF signal output from the comparison circuit 40 is input to the base of the switching element Q71 of the resistance value changing circuit 50. In the case of the ON signal, the collector-emitter of the switching element Q71 is made conductive, so that the two resistors R74 and R76 are in parallel and the resistance value is lowered. On the other hand, in the case of the OFF signal, the collector and the emitter of the switching element Q71 are in a non-conductive state, so that only the resistor R74 is provided and the resistance value is increased. As described above, in this switching power supply device 1, the resistance value changing circuit 50 always starts from a state in which the resistance value is large, and the resistance value is changed by switching to the ON signal. Get smaller.

パルス発振回路IC71のスイッチング信号の周波数は、周波数変更端子RTの入力電圧に対応して設定されるが、抵抗値変更回路50の抵抗値が高い場合は低周波となり、抵抗値が低い場合は高周波となる。従って、起動時は、スイッチング信号が低周波からスタートし、電力の上昇にともなって高周波に切り替わる。つまり、図4に示されるように、このスイッチング電源装置1では、起動時のスイッチング信号は必ず低周波Lからスタートし、負荷が高まってくると高周波Hに移行して電力を上げるようにする。この結果、出力電圧も滑らかに上昇させることができる。更に、周波数切替を抵抗で行うことから、切替タイミングの時間的な遅れが低減され、上昇途中の設定電圧に達した時点で、素早く高周波に切り替えることができる。この結果、定格電圧等の高電圧状態における周波数切替が回避され、定格電圧の落ち込みを抑制することができる。一方、その後に負荷が低くなれば、自動的に低周波に移行して電力を下げる。   The frequency of the switching signal of the pulse oscillation circuit IC71 is set according to the input voltage of the frequency change terminal RT. However, when the resistance value of the resistance value change circuit 50 is high, the frequency is low, and when the resistance value is low, the frequency is high. It becomes. Therefore, at startup, the switching signal starts from a low frequency and switches to a high frequency as the power increases. That is, as shown in FIG. 4, in this switching power supply device 1, the switching signal at the start always starts from the low frequency L, and when the load increases, it shifts to the high frequency H to increase the power. As a result, the output voltage can be increased smoothly. Furthermore, since the frequency switching is performed by a resistor, the time delay of the switching timing is reduced, and when the set voltage reaches the midway of rising, it can be quickly switched to a high frequency. As a result, frequency switching in a high voltage state such as a rated voltage is avoided, and a drop in the rated voltage can be suppressed. On the other hand, if the load subsequently decreases, the power is automatically shifted to a low frequency to reduce the power.

図5のグラフには、このスイッチング電源装置1の出力と効率の関係が示されている。低出力時は、常に一定の低い周波数L、例えば20kHzの周波数Lに維持されることから、高い効率を維持することができる。また、高出力時においても、常に一定の高い周波数H、例えば80kHzの周波数Hに維持されることから、常に高い効率を維持することができる。このように、低周波L側を17kHz以上、且つ25kHz以下の所定の範囲内に設定し、且つ高周波を70kHz以上且つ100kHz以下の所定の範囲内に設定していることで、点線に示されるように出力に応じて周波数を数kHzから100kHz程度にまで無段階制御する場合と比較して、結果として効率を高めることが可能になる。特に、起動時や省電力モード(待機モード)等においては、スイッチングロスを含めて効率が大幅に高められていることから、第2半波整流回路B2が高効率であることも相乗的に作用し、装置全体としても消費電力を小さくすることができる。   The graph of FIG. 5 shows the relationship between the output of the switching power supply device 1 and the efficiency. At the time of low output, since it is always maintained at a constant low frequency L, for example, a frequency L of 20 kHz, high efficiency can be maintained. In addition, even at high output, a constant high frequency H, for example, a frequency H of 80 kHz, is always maintained, so that high efficiency can always be maintained. In this way, the low frequency L side is set within a predetermined range of 17 kHz or more and 25 kHz or less, and the high frequency is set within a predetermined range of 70 kHz or more and 100 kHz or less, as shown by a dotted line. In comparison with the case where the frequency is controlled steplessly from several kHz to about 100 kHz according to the output, the efficiency can be increased as a result. In particular, the efficiency of the second half-wave rectifier circuit B2 is also synergistic because the efficiency including the switching loss is greatly increased in the start-up and power saving mode (standby mode). However, the power consumption of the entire apparatus can be reduced.

なお、周波数を出力に応じて無段階制御する場合は、低周波を17kHz未満に移行してノイズ音が発生してしまうが、本実施形態では、2段階(或いは多段階)によって、低周波側を望みの周波数で固定することができるので、ノイズ音の発生を回避することも可能になる。   When the frequency is controlled steplessly according to the output, the low frequency is shifted to less than 17 kHz and noise noise is generated. In this embodiment, the low frequency side is divided into two steps (or multiple steps). Can be fixed at a desired frequency, so that generation of noise sound can be avoided.

<実施例及び比較例>   <Examples and Comparative Examples>

図6には、出力5W、10W、15W、30Wに設定した実施例1〜実施例4の本実施形態のスイッチング電源装置を用意して、待機モード(負荷率10%)における入力電力と定格モード(負荷率100%)における入力電力(W)を計測した結果が示されている。なお、比較例1〜5として、出力5W、10W、15W、30Wの従来のスイッチング電源装置を用意して、同様に待機モード(負荷率10%)における入力電力と定格モード(負荷率100%)における入力電力(W)を計測した。   In FIG. 6, the switching power supply device according to this embodiment of Examples 1 to 4 set to outputs 5 W, 10 W, 15 W, and 30 W is prepared, and the input power and the rated mode in the standby mode (load factor 10%). The result of measuring the input power (W) at (load factor 100%) is shown. As Comparative Examples 1 to 5, conventional switching power supply devices with outputs of 5 W, 10 W, 15 W, and 30 W were prepared, and similarly, the input power and the rated mode (load factor 100%) in the standby mode (load factor 10%). The input power (W) at was measured.

本実施例のスイッチング電源装置では、図6に示されるように、トランスの巻線比を0.08以上、2次巻線を8ターン以上に調整することで、定格モード時の導通角が0.35以下、待機モード時の導通角が0.11以下を満たすように設定している。   In the switching power supply device of the present embodiment, as shown in FIG. 6, the conduction angle in the rated mode is 0 by adjusting the winding ratio of the transformer to 0.08 or more and the secondary winding to 8 turns or more. .35 or less, and the conduction angle in the standby mode is set to satisfy 0.11 or less.

図6から明らかなように、出力5Wの本実施例1のスイッチング電源装置は、5Wの比較例1、2に対して、定格モード時で約10%、待機モード時で約50%、消費電力が低減していることが分かる。また、出力10Wの本実施例2のスイッチング電源装置は、10Wの比較例3に対して、定格モード時で約10%、待機モード時で約50%、消費電力が低減していることが分かる。出力15Wの本実施例3のスイッチング電源装置は、15Wの比較例4に対して、定格モード時で約8%、待機モード時で約40%、消費電力が低減していることが分かる。出力30Wの本実施例4のスイッチング電源装置は、30Wの比較例5に対して、定格モード時で約5%、待機モード時で約25%、消費電力が低減していることが分かる。従って、特に、待機モード時の消費電力の低減量が大きく、また、出力の小さいスイッチング電源装置ほど、低減率が増大することが分かる。   As can be seen from FIG. 6, the switching power supply of the first embodiment with an output of 5 W is about 10% in the rated mode and about 50% in the standby mode, compared with Comparative Examples 1 and 2 with 5 W. It can be seen that is reduced. In addition, it can be seen that the switching power supply of Example 2 with an output of 10 W reduces power consumption by about 10% in the rated mode and about 50% in the standby mode compared to Comparative Example 3 with 10 W. . It can be seen that the power consumption of the switching power supply of Example 3 with an output of 15 W is about 8% lower in the rated mode and about 40% lower in the standby mode than the comparative example 4 of 15 W. It can be seen that the power consumption of the switching power supply of Example 4 with an output of 30 W is about 5% lower in the rated mode and about 25% lower in the standby mode than Comparative Example 5 with 30 W. Therefore, it can be seen that the reduction rate increases especially in the switching power supply device that has a large reduction amount of power consumption in the standby mode and a small output.

本実施形態では、低周波側の周波数、高周波側の周波数の双方を、抵抗値変更回路50の抵抗を適宜選択することによって、容易に設定変更できるため、負荷側の要求に応じて、低格出力時の周波数を柔軟に決定することができる。また、その切替タイミングも、比較回路40の基準抵抗R81や、直流信号レベル変換回路30の抵抗R82及びコンデンサC76を設定変更することで柔軟に設定することが可能になる。従って、このスイッチング電源装置1では、負荷側の要求仕様に対応した設計変更が極めて容易となる。   In this embodiment, both the low-frequency side frequency and the high-frequency side frequency can be easily changed by appropriately selecting the resistance of the resistance value changing circuit 50. The frequency at the time of output can be determined flexibly. In addition, the switching timing can be set flexibly by changing the setting of the reference resistor R81 of the comparison circuit 40, the resistor R82 of the DC signal level conversion circuit 30, and the capacitor C76. Therefore, in this switching power supply device 1, it is very easy to change the design corresponding to the required specifications on the load side.

なお、本実施形態では、変圧回路として、第1次巻線・第2次巻線間が絶縁されたトランスT1を用いているが、必ずしも絶縁型のスイッチング電源回路である必要はなく、変圧回路としてチョッパ方式等を採用した非絶縁型のスイッチング電源回路に応用することができる。   In this embodiment, the transformer T1 in which the primary winding and the secondary winding are insulated is used as the transformer circuit. However, the transformer T1 is not necessarily an insulated switching power supply circuit. It can be applied to a non-insulated switching power supply circuit employing a chopper method or the like.

また、本実施形態では、スイッチング電源装置1がフライバック式コンバータとして機能する場合に限って示したが、本発明はそれに限定されず、フォワードコンバータに応用することも可能である。この場合は、トランスT1の第2次巻線側のプラス極には、整流用のダイオードD21及びエネルギーを蓄積するリアクタンスL21が直列接続すると共に、このリアクタンスL21を挟み込むようにして、第2次巻線のプラス極・マイナス極間には、フライホイール電流を導通させるダイオード及び電流を蓄積するコンデンサを配置することが好ましい。   In the present embodiment, the switching power supply device 1 is shown only when it functions as a flyback converter. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to a forward converter. In this case, a rectifying diode D21 and a reactance L21 for storing energy are connected in series with the positive pole on the secondary winding side of the transformer T1, and the reactance L21 is sandwiched between the secondary windings. It is preferable to arrange a diode for conducting a flywheel current and a capacitor for accumulating current between the plus and minus poles of the line.

なお、本発明のスイッチング電源装置は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。   It should be noted that the switching power supply device of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various changes can be made without departing from the gist of the present invention.

本発明のスイッチング電源装置は、省電力化が要求される電子機器等に適用することができる。   The switching power supply device of the present invention can be applied to electronic devices and the like that are required to save power.

Q1 主スイッチング素子
T1 トランス
IC71 パルス発振回路
B1 第1全波整流ブリッジ
B2 第2半波整流回路
15 周波数切替手段
20 出力検出回路
30 直流信号レベル変換回路
40 比較回路
50 抵抗値変更回路
60 外部制御回路
80 フィードバック回路
Q1 main switching element T1 transformer IC71 pulse oscillation circuit B1 first full-wave rectification bridge B2 second half-wave rectification circuit 15 frequency switching means 20 output detection circuit 30 DC signal level conversion circuit 40 comparison circuit 50 resistance value change circuit 60 external control circuit 80 Feedback circuit

Claims (14)

交流電源からの交流を直流に整流する整流回路と、
前記整流回路で整流された電圧を、スイッチング素子を利用してスイッチングするスイッチング回路と、
前記スイッチング素子に対して、定格モード時には高周波、待機モード時には低周波となるスイッチング信号を出力するパルス発振回路と、
前記スイッチング回路でスイッチングされた電流によって、電圧を昇圧又は降圧する変圧回路と、
前記スイッチング信号の導通角が前記定格モード時に0.35以下となるように、且つ前記待機モード時に0.11以下となるように、前記パルス発振回路に対して、前記変圧回路の出力電圧を検出して基準電圧と比較する比較回路に基づくフィードバック信号を送信するフィードバック回路と、を備え、
前記パルス発振回路によって生成される前記スイッチング信号は、前記低周波から前記高周波にシフトする前後を比較した際に、前記低周波側のパルス幅と比較して前記高周波側のパルス幅が小さくなるように設定され、
前記スイッチング信号に基づいて前記スイッチング素子に供給されるドレイン電流のピーク値は、前記定格モード時と比較して前記待機モード時が小さくなるように設定されることを特徴とするスイッチング電源装置。
A rectifier circuit that rectifies alternating current from an alternating current power source into direct current;
A switching circuit that switches the voltage rectified by the rectifier circuit using a switching element;
For the switching element, a pulse oscillation circuit that outputs a switching signal having a high frequency in the rated mode and a low frequency in the standby mode;
A voltage transformer circuit for stepping up or stepping down the voltage according to the current switched by the switching circuit;
The output voltage of the transformer circuit is detected with respect to the pulse oscillation circuit so that the conduction angle of the switching signal is 0.35 or less in the rated mode and 0.11 or less in the standby mode. And a feedback circuit that transmits a feedback signal based on a comparison circuit that compares with a reference voltage.
The switching signal generated by the pulse oscillation circuit has a pulse width on the high frequency side that is smaller than the pulse width on the low frequency side when comparing before and after shifting from the low frequency to the high frequency. Set to
The switching power supply apparatus according to claim 1, wherein a peak value of a drain current supplied to the switching element based on the switching signal is set to be smaller in the standby mode than in the rated mode.
交流電源からの交流を直流に整流する整流回路と、
前記整流回路で整流された電圧を、スイッチング素子を利用してスイッチングするスイッチング回路と、
前記スイッチング素子に対して、定格モード時には高周波、待機モード時には低周波となるスイッチング信号を出力するパルス発振回路と、
前記スイッチング回路でスイッチングされた電流によって、電圧を昇圧又は降圧する変圧回路と、
前記スイッチング信号の導通角が前記定格モード時に0.35以下となるように、且つ前記待機モード時に0.11以下となるように、前記パルス発振回路に対して、前記変圧回路の出力電圧を検出して基準電圧と比較する比較回路に基づくフィードバック信号を送信するフィードバック回路と、を備え、
前記パルス発振回路によって生成される前記スイッチング信号は、前記低周波から前記高周波にシフトする前後を比較した際に、前記低周波側の平均的なパルス幅と比較して、前記高周波側の平均的なパルス幅が小さくなるように設定され、
前記スイッチング信号に基づいて前記スイッチング素子に供給されるドレイン電流のピーク値は、前記定格モード時と比較して前記待機モード時が小さくなるように設定されることを特徴とするスイッチング電源装置。
A rectifier circuit that rectifies alternating current from an alternating current power source into direct current;
A switching circuit that switches the voltage rectified by the rectifier circuit using a switching element;
For the switching element, a pulse oscillation circuit that outputs a switching signal having a high frequency in the rated mode and a low frequency in the standby mode;
A voltage transformer circuit for stepping up or stepping down the voltage according to the current switched by the switching circuit;
The output voltage of the transformer circuit is detected with respect to the pulse oscillation circuit so that the conduction angle of the switching signal is 0.35 or less in the rated mode and 0.11 or less in the standby mode. And a feedback circuit that transmits a feedback signal based on a comparison circuit that compares with a reference voltage.
The switching signal generated by the pulse oscillation circuit is compared with the average pulse width on the low frequency side when comparing before and after shifting from the low frequency to the high frequency. The pulse width is set to be small,
The switching power supply apparatus according to claim 1, wherein a peak value of a drain current supplied to the switching element based on the switching signal is set to be smaller in the standby mode than in the rated mode.
前記パルス発振回路は、前記定格モード時において25kHz以上且つ500kHz以下、前記待機モード時において8kHz以上且つ25kHz以下の前記スイッチング信号を発振することを特徴とする請求項1又は2記載のスイッチング電源装置。   3. The switching power supply device according to claim 1, wherein the pulse oscillation circuit oscillates the switching signal of 25 kHz or more and 500 kHz or less in the rated mode and 8 kHz or more and 25 kHz or less in the standby mode. 前記変圧回路がトランスを備えており、
前記トランスの2次側巻線数が、5V出力回路にて8ターン以上であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか記載のスイッチング電源装置。
The transformer circuit includes a transformer;
4. The switching power supply device according to claim 1, wherein the number of secondary windings of the transformer is 8 turns or more in a 5V output circuit. 5.
前記変圧回路がトランスを備えており、
前記トランスの巻線比は、0.08以上であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか記載のスイッチング電源装置。
The transformer circuit includes a transformer;
The switching power supply according to any one of claims 1 to 4, wherein a winding ratio of the transformer is 0.08 or more.
更に、待機モード時において、前記パルス発振回路における前記スイッチング信号の周波数を低周波に切替える周波数切替手段を備えることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか記載のスイッチング電源装置。   6. The switching power supply device according to claim 1, further comprising frequency switching means for switching a frequency of the switching signal in the pulse oscillation circuit to a low frequency in the standby mode. 前記周波数切替手段は、前記スイッチング回路のパルス出力を検出し、前記パルス出力の状態に基づいて抵抗を利用して抵抗値を変化させて、前記パルス発振回路における前記スイッチング信号の周波数を切替えることを特徴とする請求項6記載のスイッチング電源装置。   The frequency switching means detects a pulse output of the switching circuit, changes a resistance value using a resistor based on a state of the pulse output, and switches a frequency of the switching signal in the pulse oscillation circuit. The switching power supply device according to claim 6. 前記周波数切替手段が、
前記スイッチング回路の前記パルス出力を検出する出力検出回路と、
前記出力検出回路で検出された前記パルス出力を直流信号レベルに変換する直流信号レベル変換回路と、
前記直流信号レベル変換回路で変換された前記直流信号レベルを基準電圧と比較する比較回路と、
前記比較回路の比較結果に基づいて抵抗の抵抗値を変化させて、前記パルス発振回路における前記スイッチング信号の周波数を切替させる抵抗値変更回路と、
を備えることを特徴とする請求項6又は7記載のスイッチング電源装置。
The frequency switching means is
An output detection circuit for detecting the pulse output of the switching circuit;
A DC signal level conversion circuit that converts the pulse output detected by the output detection circuit into a DC signal level;
A comparison circuit that compares the DC signal level converted by the DC signal level conversion circuit with a reference voltage;
A resistance value changing circuit that changes a resistance value of a resistor based on a comparison result of the comparison circuit, and switches a frequency of the switching signal in the pulse oscillation circuit;
The switching power supply according to claim 6 or 7, further comprising:
前記直流信号レベルが前記基準電圧に達した際に、前記抵抗値変更回路が抵抗の抵抗値を減少させ、前記スイッチング信号の周波数を増大させることを特徴とする請求項8記載のスイッチング電源装置。   9. The switching power supply device according to claim 8, wherein when the DC signal level reaches the reference voltage, the resistance value changing circuit decreases the resistance value of the resistor and increases the frequency of the switching signal. 前記抵抗値変更回路は、前記抵抗値を複数段階で変更可能となっていることを特徴とする請求項8又は9記載のスイッチング電源装置。   10. The switching power supply device according to claim 8, wherein the resistance value changing circuit is capable of changing the resistance value in a plurality of stages. 前記抵抗値変更回路は、第1抵抗及び前記第1抵抗に対して選択的に並列接続可能な第2抵抗を備えており、前記直流信号レベルが前記基準電圧に達しない場合には、前記第1抵抗を独立状態にして前記スイッチング信号を低周波に設定すると共に、前記直流信号レベルが前記基準電圧に達した場合には、前記第1抵抗と前記第2抵抗を並列状態にして前記スイッチング信号を高周波に設定することを特徴とする請求項8乃至10のいずれか記載のスイッチング電源装置。   The resistance value changing circuit includes a first resistor and a second resistor that can be selectively connected in parallel to the first resistor, and when the DC signal level does not reach the reference voltage, The switching signal is set to a low frequency by setting one resistor to an independent state, and when the DC signal level reaches the reference voltage, the first resistor and the second resistor are put in parallel to set the switching signal. The switching power supply according to claim 8, wherein the switching power supply is set to a high frequency. 前記出力検出回路は、前記パルス出力として、前記スイッチング回路に印加されるパルス電圧又は前記スイッチング回路の過電流検出用のパルス電流のいずれかを検出することを特徴とする請求項8乃至11のいずれか記載のスイッチング電源装置。   The output detection circuit detects either a pulse voltage applied to the switching circuit or a pulse current for overcurrent detection of the switching circuit as the pulse output. Or a switching power supply. 前記比較回路は、比較結果に応じて前記直流信号レベルにバイアス電圧を印加するバイアス回路を備えることを特徴とする請求項8乃至12のいずれか記載のスイッチング電源装置。   The switching power supply device according to claim 8, wherein the comparison circuit includes a bias circuit that applies a bias voltage to the DC signal level according to a comparison result. 更に、外部信号を受けて前記周波数切替手段の前記抵抗値を強制的に変更可能な外部制御回路を備えることを特徴とする請求項8乃至13のいずれか記載のスイッチング電源装置。   14. The switching power supply device according to claim 8, further comprising an external control circuit that can receive an external signal and forcibly change the resistance value of the frequency switching means.
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