JP2010206982A

JP2010206982A - スイッチング電源装置

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Publication number: JP2010206982A
Application number: JP2009050904A
Authority: JP
Inventors: Yuki Tamura; 勇樹田村
Original assignee: Nichicon Corp
Current assignee: Nichicon Corp
Priority date: 2009-03-04
Filing date: 2009-03-04
Publication date: 2010-09-16

Abstract

【課題】負荷回路が待機状態または無負荷状態である場合における消費電力を低減する。
【解決手段】スイッチング電源装置１Ａは、主出力電圧と従出力電圧とを出力可能に構成され、二次側直流電圧Ｐｒｅ．Ｖ_bbが主出力電圧に保たれて主出力端子から出力されるのを遮断し得る第２スイッチング素子Ｑ₂と、外部から入力される省電力制御信号ＥＭに応じて第２スイッチング素子Ｑ₂を導通状態と非導通状態とに切り替える省電力モード制御回路３Ａとを備え、省電力制御信号ＥＭによって省電力モードに設定されると、省電力モード制御回路３Ａは、第２スイッチング素子Ｑ₂を非導通状態に切り替え、二次側直流電圧Ｐｒｅ．Ｖ_bbが主出力電圧よりも低く従出力電圧よりも高い中間電圧に低下するように帰還回路４を介してスイッチング制御回路２を制御し、中間電圧を降圧スイッチングレギュレータＩＣ_１に入力させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、主出力を含む複数の出力を有するスイッチング電源装置に関し、特に主出力による電力供給を停止する省電力モードを備えたスイッチング電源装置に関する。

各種電子機器の消費電力に対する各国の規制は、年々厳しくなってきている。例えば、欧州では、エネルギー使用製品に対して「ＥｕＰ指令」による電力使用量などの環境配慮設計が義務付けられる。また、米国の消費電力規格である「ＥＮＥＲＧＹＳＴＡＲ」も、規制値（上限）が引き下げられてきている。また、このような消費電力に対する規制は今後もさらに厳しくなっていくことが予想される。

上記規制に適合するために、スイッチング電源装置においては、従来から、（１）主出力の遮断、（２）バースト動作、（３）電力供給手段の切り替え、といった機能が備えられている。
以下、図５および図６を参照しながら、これらの機能について説明する。

［主出力の遮断］
図５に示す従来のスイッチング電源装置１Ｃは、入力された交流電源電圧ＡＣＩＮ（１００／２４０Ｖ）をダイオードブリッジＤＢと平滑コンデンサＣ₁で整流・平滑し、得られた直流電圧（約１３０／３１５Ｖ）をスイッチング制御回路２の制御下にあるスイッチング素子Ｑ₁でスイッチングし、主出力から主出力電圧Ｖ_bb（例えば、３７Ｖ）を出力するとともに、従出力から従出力電圧Ｖ_cc（例えば、５Ｖ）を出力するものである。また、主出力には、このスイッチング電源装置１Ｃによって電力供給される不図示の負荷回路が接続されている。

「主出力の遮断」とは、主出力を遮断して負荷回路への電力供給を停止することにより負荷回路の電力損失を低減する機能であり、この機能は省電力モード制御回路３Ｃによって実現されている。

図５に示すように、省電力モード制御回路３Ｃには、負荷回路が待機状態（主出力からの電力供給が不要な状態）になるとＨｉｇｈまたはオープンとなる省電力制御信号ＥＭが入力される。この省電力制御信号ＥＭがＨｉｇｈ／オープンになると、ＰＮＰトランジスタＱ₄がオフ状態となり、ＮＰＮトランジスタＱ₃もオフ状態となる。そして、主出力電圧Ｖ_bb供給ラインに直列に挿入されているスイッチング素子Ｑ₂（例えば、ＰｏｗｅｒＭＯＳＦＥＴ）のゲート−ソース間電圧が低下し、スイッチング素子Ｑ₂もオフ状態となり、負荷回路への電力供給が停止される。

図６は、スイッチング電源装置１Ｃの動作波形である。省電力制御信号ＥＭ（波形Ｂ）をＨｉｇｈ／オープンに設定した状態で交流電源電圧ＡＣＩＮ（波形Ａ）を上昇させると、スイッチング電源装置１Ｃが起動し、従出力電圧Ｖ_cc（波形Ｃ）およびＰｒｅ．Ｖ_bb（波形Ｅ）が上昇する。このとき、スイッチング素子Ｑ₂はオフ状態なので、主出力電圧Ｖ_bb（波形Ｄ）は０Ｖのままである。なお、図５に示すように、Ｐｒｅ．Ｖ_bbは、スイッチング素子Ｑ₂のソース側の電圧である。

その後、省電力制御信号ＥＭ（波形Ｂ）をＬｏｗに設定して省電力モードから通常モードに移行すると、スイッチング素子Ｑ₂がオン状態となり、主出力からはＰｒｅ．Ｖ_bb（波形Ｅ）と同じ３７Ｖの主出力電圧Ｖ_bbが出力され始める（波形Ｄ参照）。つまり、「主出力の遮断」機能によれば、省電力制御信号ＥＭをＨｉｇｈ（オープン）またはＬｏｗに設定することにより、負荷回路に電力を供給するか否かを切り替えることができる。

［バースト動作］
「バースト動作」とは、スイッチング制御回路２の制御下にあるスイッチング素子Ｑ₁を間欠動作させる機能（起動と停止とを繰り返し動作させる機能。図７参照）であり、この機能はエネルギー規制に対応したスイッチング制御回路２（例えば、富士電機デバイステクノロジー製ＩＣ「ＦＡ５５２８」）によって実現されている。スイッチング制御回路２は、負荷回路や降圧型スイッチングレギュレータ回路ＩＣ₁に向かって流れる電流が極めて少ない等、負荷条件が予め設定されている条件に一致した場合に「バースト動作」を行う。

この機能によれば、トランスＴの駆動損失、トランス一次側および二次側回路の損失、整流ダイオードＤ₁による損失等を低減することができ、「主出力の遮断」のみを行った場合よりも、さらに消費電力を低減することができる。

［電力供給手段の切り替え］
「電力供給手段の切り替え」とは、当該スイッチング電源装置１Ｃの起動時と起動後とで、スイッチング制御回路２への電力供給手段を切り替える機能であり、この機能も「バースト動作」の説明においてスイッチング制御回路２の一例として挙げた富士電機デバイステクノロジー製ＩＣに内蔵されている。

「電力供給手段の切り替え」は、具体的には以下のようにして行われる。
まず、スイッチング電源装置１Ｃの起動時において、スイッチング制御回路２には過電流防止のための起動抵抗Ｒ₁を介して交流電源電圧ＡＣＩＮを整流・平滑して得た直流電圧が印加される。そして、起動抵抗Ｒ₁を通って流れてきた電流は、スイッチング制御回路２の内部をＳＴＡＲＴ端子からＶＣＣ端子に向かって流れ、コンデンサＣ₄を充電する。これにより、スイッチング制御回路２のＶＣＣ端子には、スイッチング制御回路２が動作するのに必要な電圧が発生する。

その後、スイッチング電源装置１Ｃの起動が完了すると、コンデンサＣ₄は補助巻線Ｔ₃から整流ダイオードＤ₂を通って流れてくる電流で充電されるようになり、これによりＶＣＣ端子の電圧が維持される。一方、起動抵抗Ｒ₁から流れてくる電流はスイッチング制御回路２によって遮断され、結局、起動抵抗Ｒ₁には電流が流れなくなる。

以上のように、この機能によれば、多くの電流を必要とする起動時に起動抵抗Ｒ₁を介してスイッチング制御回路２のＶＣＣ端子に電流を供給する一方、起動後は補助巻線Ｔ₃から生成した補助電源に切り替えて起動抵抗Ｒ₁に流れる電流を遮断しているので、起動抵抗Ｒ₁における電力損失を０にすることができる。

なお、上記３つの機能のうち、「バースト動作」と「電力供給手段の切り替え」の機能を備えた従来のスイッチング電源装置としては、非特許文献１に記載のものが知られている。

"富士スイッチング電源制御用ＩＣＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＮｏｔｅ"、富士電機デバイステクノロジー（株）、インターネット、＜http://s-shopping.elisasp.net/PDF_J/F0400376.pdf＞、ｐ．３３、２００９年３月４日現在

図５に示す従来のスイッチング制御装置１Ｃによれば、上記３つの機能により、負荷回路が待機状態である場合に、ある程度までは消費電力を低減することができる。しかしながら、将来的にさらに厳しくなると予想されるエネルギー規制に対応するためには、さららなる消費電力の低減が求められ、上記従来装置ではそのような要求に十分に対応することが困難であった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、主出力と従出力とを含む複数の出力を有するスイッチング電源装置において、主出力側の負荷回路が待機状態または無負荷状態である場合における消費電力を低減することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るスイッチング制御装置は、トランスの一次巻線に接続された第１スイッチング素子と、前記トランスの二次巻線に誘起される交流電圧を整流および平滑して二次側直流電圧を生成する整流平滑手段と、前記二次側直流電圧の電圧レベルに応じた二次側出力信号を一次側にフィードバックする帰還回路と、当該帰還回路からの前記二次側出力信号に基づき前記二次側直流電圧が所定の主出力電圧に保たれるよう前記第１スイッチング素子のスイッチング動作を制御するスイッチング制御回路と、前記二次側直流電圧を入力電圧として該二次側直流電圧を降圧して前記主出力電圧よりも低い従出力電圧を出力する降圧回路と、前記整流平滑手段と主出力端子の間に直列に接続され、前記二次側直流電圧が前記主出力端子から出力されるのを遮断し得る第２スイッチング素子と、外部から入力される省電力制御信号に応じて前記第２スイッチング素子を導通状態にして前記主出力端子から前記主出力電圧を出力させる通常モードと非導通状態にして前記主出力端子からの出力を停止させる省電力モードとに切り替える省電力モード制御回路と、を備えたスイッチング電源装置であって、前記スイッチング制御回路は、前記主出力端子に接続される負荷が待機状態または無負荷状態にあるときに前記第１スイッチング素子を間欠動作させ、前記省電力モード制御回路は、前記主出力端子に接続される負荷が待機状態または無負荷状態にあるときに前記省電力モードに切り替え、前記二次側直流電圧が前記主出力電圧よりも低く前記従出力電圧よりも高い中間電圧に低下するように前記帰還回路を介して前記スイッチング制御回路を制御し、前記中間電圧を前記降圧回路に入力させることを特徴とする。

この構成によれば、外部から入力される省電力制御信号に応じて省電力モード制御回路が通常モードから省電力モードに切り替えることができるので、省電力モードに設定することで第２スイッチング素子を非導通状態にして主出力端子からの出力を停止させ、消費電力を削減することができる。ここで、従来装置では、主出力端子からの出力を停止させることで消費電力を削減することはできても、トランス２次側に誘起される交流電圧を整流・平滑して生成された二次側直流電圧を降圧して従出力電圧を出力する降圧回路には、主出力電圧が入力されていた。このため、主出力電圧から従出力電圧まで降圧させることに伴う降圧回路の電力損失が大きくなっていた。これに対し、この発明によれば、省電力モード時に二次側直流電圧が主出力電圧よりも低く従出力電圧よりも高い中間電圧に低下するようにスイッチング制御回路を制御し、当該中間電圧を降圧回路に入力させているので、降圧回路の電力損失を低減させることができる。
また、主出力端子に接続される負荷が待機状態または無負荷状態にあるときに、スイッチング制御回路が第１スイッチング素子を間欠動作させることで消費電力を低減しているが、この発明によれば帰還回路を介して主出力電圧よりも低電圧の中間電圧に制御しているので、第１スイッチング素子の間欠動作をさらに助長させることができる。よって、消費電力をさらに低減することができる。
したがって、この発明によれば、主出力側の負荷回路が待機状態または無負荷状態である場合における、消費電力の低減を図ることができる。

また、上記スイッチング電源装置の前記省電力モード制御回路は、前記第２スイッチング素子が非導通状態から導通状態に切り替わるまでの時間を遅延させる遅延手段を備え、前記省電力制御信号によって前記省電力モードから通常モードに設定されると、当該二次側直流電圧が主出力電圧に上昇した後に、前記第２スイッチング素子が導通状態に切り替わることが好ましい。

この構成によれば、二次側直流電圧が主出力電圧に上昇した後に第２スイッチング素子が導通状態に切り替わるので、主出力端子に接続された負荷に主出力電圧よりも低い昇圧途上の二次側直流電圧が出力されるのを確実に防止することができる。

また、上記スイッチング電源装置の前記省電力モード制御回路は、複数の省電力制御信号が互いに独立して外部から入力されるように構成されるとともに、前記複数の省電力制御信号の高低レベルの組み合わせの数に対応した複数の省電力モードを設定可能とされ、外部からの前記複数の省電力制御信号の入力状態に応じて、該複数の省電力モードに対応した互いに異なる複数の前記中間電圧のうちの１つを生成するように前記スイッチング制御回路を制御し、当該中間電圧を前記降圧回路に入力させることが好ましい。

この構成によれば、複数の省電力制御信号の高低レベルの組み合わせの数に対応した複数の省電力モードのうちの１つを任意に設定することができる。これにより、複数の省電力モードに対応した互いに異なる複数の中間電圧のうち１つを降圧回路に入力させることができ、事情に応じて中間電圧を選択することができる。具体的には、二次側直流電圧をあまり下げられない事情がある場合と、そのような事情がない場合とで、中間電圧を適宜、設定変更することで消費電力をさらに低減することができる。

本発明によれば、主出力と従出力とを含む複数の出力を有するスイッチング電源装置において、主出力側の負荷回路が待機状態または無負荷状態である場合における、消費電力を低減することができる。

実施例１に係るスイッチング電源装置の回路図である。実施例１に係るスイッチング電源装置の動作波形である。実施例２に係るスイッチング電源装置の回路図である。実施例２に係るスイッチング電源装置の動作波形である。従来のスイッチング電源装置の回路図である。従来のスイッチング電源装置の動作波形である。バースト動作の概略を示すグラフである。

以下、添付図面を参照して、本発明に係るスイッチング電源装置の好ましい実施形態について説明する。

図１に、実施例１に係るスイッチング電源装置１Ａを示す。スイッチング電源装置１Ａは、入力された交流電源電圧ＡＣＩＮ（１００／２４０Ｖ）をダイオードブリッジＤＢと平滑コンデンサＣ₁で整流・平滑し、得られた直流電圧（１３０／３１５Ｖ）をスイッチング制御回路２の制御下にあるスイッチング素子Ｑ₁（「第１スイッチング素子」に相当）でスイッチングし、主出力端子から主出力電圧Ｖ_bb（例えば３７Ｖ）を出力するとともに、従出力端子から従出力電圧Ｖ_cc（例えば５Ｖ）を出力するものである。また、主出力端子には、このスイッチング電源装置１Ａによって電力供給される不図示の負荷回路が接続されている。

本実施例では、スイッチング制御回路２として、富士電機デバイステクノロジー製のスイッチング電源制御用ＩＣ「ＦＡ５５２８」を使用した。前記の通り、このＩＣには「電力供給手段の切り替え」機能が内蔵されているので、起動後に起動抵抗Ｒ₁による電力損失が発生することはない。また、このＩＣには「バースト動作」機能も内蔵されている。

帰還回路４は、トランスＴの二次巻線Ｔ₂に誘起された交流電圧を、整流ダイオードＤ₁と平滑コンデンサＣ₂とからなる整流平滑手段で整流・平滑して得た二次側直流電圧Ｐｒｅ．Ｖ_bbの電圧レベルに応じた二次側出力信号を一次側にフィードバックする。
具体的には、Ｐｒｅ．Ｖ_bbが目標電圧（本実施例では、主出力電圧である３７Ｖ）よりも上昇すると抵抗Ｒ₄とＲ₅の分圧（＝シャントレギュレータＩＣ₂の制御端子電圧）も上昇し、抵抗Ｒ₆またはＲ₇を介してシャントレギュレータＩＣ₂に流れ込む電流が増加する。抵抗Ｒ₆に流れる電流が増加すると、フォトカプラＰＣを構成するフォトダイオードの発光量が増加し、これによりＰｒｅ．Ｖ_bbが高過ぎる旨が一次側のスイッチング制御回路２にフィードバックされる。そして、このフィードバック結果に基づいて、スイッチング制御回路２は、スイッチング素子Ｑ₁のオンデューティを低下させ、Ｐｒｅ．Ｖ_bbを低下させる。
一方、Ｐｒｅ．Ｖ_bbが目標電圧よりも低下した場合は、上記と反対の動作が行われる。つまり、スイッチング制御回路２はスイッチング素子Ｑ₁のオンデューティを増加させ、Ｐｒｅ．Ｖ_bbを上昇させる。

降圧型スイッチングレギュレータ回路ＩＣ₁は、Ｐｒｅ．Ｖ_bb（通常モード時は主出力電圧である３７Ｖに等しい）を入力電圧として該Ｐｒｅ．Ｖ_bbを降圧して主出力電圧Ｖ_bbよりも低い従出力電圧Ｖ_cc（５Ｖ）を従出力端子から出力する。本実施例では、降圧型スイッチングレギュレータ回路ＩＣ₁として、サンケン電気製のＩＣ「ＳＩ−８０５０ＴＦＥ」を使用した。ここで、通常モードとは、後述のスイッチング素子Ｑ₂が導通状態とされ、主出力端子から主出力電圧を出力する状態という。

省電力モード制御回路３Ａは、主に３つのトランジスタ（ＮＰＮトランジスタＱ₃、ＰＮＰトランジスタＱ₄、ＮＰＮトランジスタＱ₅）と遅延コンデンサＣ₉とから構成されている。図１に示すように、ＰＮＰトランジスタＱ₄は、エミッタが従出力端子に接続され、ベースが省電力制御信号ＥＭの入力端子に接続されている。ＮＰＮトランジスタＱ₅は、コレクタが抵抗Ｒ₁₇を介して従出力端子に接続され、ベースが抵抗Ｒ₁₂、Ｒ₁₄を介してＰＮＰトランジスタＱ₄のコレクタに接続され、エミッタがＧＮＤに接続されている。ＮＰＮトランジスタＱ₃は、コレクタが抵抗Ｒ₉を介してスイッチング素子Ｑ₂のゲートに接続され、ベースが抵抗Ｒ₁₃、Ｒ₁₄を介してＰＮＰトランジスタＱ₄のコレクタに接続され、エミッタが抵抗Ｒ₁₆を介してＧＮＤに接続されている。また、遅延コンデンサＣ₉は、ＮＰＮトランジスタＱ₃のベースとＧＮＤとの間に接続されている。

省電力モード制御回路３Ａは、外部から入力される省電力制御信号ＥＭに応じて、主出力電圧Ｖ_bb供給ラインに直列に挿入されているスイッチング素子Ｑ₂（「第２スイッチング素子」に相当。本実施例では、ＰｏｗｅｒＭＯＳＦＥＴを使用）のオン状態／オフ状態を相互に切り替える。
具体的には、省電力制御信号ＥＭがＨｉｇｈ／オープンになると、ＰＮＰトランジスタＱ₄がオフ状態となり、ＮＰＮトランジスタＱ₃もオフ状態となる。そして、スイッチング素子Ｑ₂のゲート−ソース間電圧が低下してスイッチング素子Ｑ₂がオフ状態となる。これにより、主出力電圧Ｖ_bbは０Ｖとなり、主出力端子から負荷回路への電力供給が停止される(省電力モード）。

この他、省電力モード制御回路３Ａは、スイッチング素子Ｑ₂がオフ状態となって主出力端子からの電力供給が停止している（省電力モードに切り替えられている）間に、降圧型スイッチングレギュレータ回路ＩＣ₁の動作や従出力端子からの電流供給能力等に支障をきたさない範囲でＰｒｅ．Ｖ_bbを低下させる。
具体的には、省電力制御信号ＥＭがＨｉｇｈ／オープンになると、ＰＮＰトランジスタＱ₄がオフ状態となり、ＮＰＮトランジスタＱ₅もオフ状態となる。すると、抵抗Ｒ₁₇からＮＰＮトランジスタＱ₅を通ってＧＮＤに流れていた電流が、ダイオードＤ₄を通って帰還回路４の抵抗Ｒ₅に流れ込むようになり、シャントレギュレータＩＣ₂の制御端子電圧（帰還回路の検出電圧）はＰｒｅ．Ｖ_bbとは無関係に上昇する。これにより、帰還回路４からスイッチング制御回路２に、Ｐｒｅ．Ｖ_bbが高過ぎる旨がフィードバックされ、スイッチング制御回路２はＰｒｅ．Ｖ_bbが主出力電圧（３７Ｖ)よりも低く従出力電圧（５Ｖ）よりも高い中間電圧に低下するようにスイッチング素子Ｑ₁のオンデューティを低下させる。すなわち、省電力モード制御回路３Ａは、省電力モード時にＰｒｅ．Ｖ_bbが中間電圧に低下するように帰還回路４を介してスイッチング制御回路２を制御し、当該中間電圧を降圧型スイッチングレギュレータ回路ＩＣ₁に入力させる。

Ｐｒｅ．Ｖ_bbを下げると、スイッチング制御回路２による「バースト動作」が助長されるという効果が得られる。つまり、本実施例では、主出力端子に接続される負荷が待機状態または無負荷状態にあるときにスイッチング制御回路２の制御下にあるスイッチング素子Ｑ₁を間欠動作させているが、Ｐｒｅ．Ｖ_bbを下げると、この間欠動作がより顕著になる。したがって、本実施例に係るスイッチング電源装置１Ａによれば、通常の「バースト動作」を行う従来のスイッチング電源装置よりも、トランスＴの駆動損失、一次および二次回路の損失、整流ダイオードＤ₁の損失等をさらに低減することができる。

ここで、消費電力の低減という観点からは、Ｐｒｅ．Ｖ_bbは低ければ低いほど好ましい。しかしながら、Ｐｒｅ．Ｖ_bbを低下させ過ぎると降圧型スイッチングレギュレータ回路ＩＣ₁の動作に支障をきたしたり、従出力端子からの電流供給能力が低下して十分な電流を出力することができないといった問題が発生する。したがって、省電力モードにおいて、Ｐｒｅ．Ｖ_bbを何Ｖまで低下させるかは、上記メリットとデメリットを勘案して決定される。なお、本実施例では、従出力の出力電流を１０ｍＡ（従出力電圧：５Ｖ）とし、Ｐｒｅ．Ｖ_bbを１０Ｖに低下させることとした。Ｐｒｅ．Ｖ_bb（降圧型スイッチングレギュレータ回路ＩＣ₁の入力電圧）が３７Ｖの場合と、１０Ｖの場合とでスイッチング電力損失を比較すると、ＰＷＭスイッチング動作のオンデューティやスイッチング動作電圧の関係から１０Ｖ入力時の電力損失は３７Ｖ入力時の電力損失に対し半減する。

図２は、実施例１に係るスイッチング制御装置１Ａの動作波形である。省電力制御信号ＥＭ（波形Ｂ）をＨｉｇｈ／オープンに設定した状態で交流電源電圧ＡＣＩＮ（波形Ａ）を上昇させるとスイッチング電源装置１Ａが起動し、Ｐｒｅ．Ｖ_bb（波形Ｅ）が上昇するとともに、従出力電圧Ｖ_cc（波形Ｃ）が５Ｖに上昇する。しかしながら、スイッチング素子Ｑ₂がオフ状態なので、Ｐｒｅ．Ｖ_bbが主出力から出力されることはなく、主出力電圧Ｖ_bb（波形Ｄ）は０Ｖのままである。なお、Ｐｒｅ．Ｖ_bbが約１０Ｖで脈流しているのは、「バースト動作」が行われているからである。

その後、省電力制御信号ＥＭ（波形Ｂ）をＬｏｗにして省電力モードから通常モードに移行すると、省電力モード制御回路３ＡのトランジスタＱ₄、Ｑ₅がオン状態となり、Ｐｒｅ．Ｖ_bb（波形Ｅ）が３７Ｖに上昇する。また、ＮＰＮトランジスタＱ₃のベースとＧＮＤとの間には、遅延コンデンサＣ₉（「遅延手段」に相当）が接続されているので、ＮＰＮトランジスタＱ₃は、モードが切り替わってから所定の遅延時間が経過した後にオン状態となる。そして、これに応じてスイッチング素子Ｑ₂がオン状態となり、Ｐｒｅ．Ｖ_bb（波形Ｅ）と同じ３７Ｖが主出力から出力され始める（波形Ｄ参照）。

つまり、本実施例に係るスイッチング電源装置１Ａでは、遅延コンデンサＣ₉を備えたことにより、Ｐｒｅ．Ｖ_bb（波形Ｅ）が主出力電圧である３７Ｖまで上昇した後に、スイッチング素子Ｑ₂がオン状態（主出力端子からＰｒｅ．Ｖ_bbが出力）となる。したがって、負荷回路に主出力電圧よりも低い昇圧途上の電圧が出力されるのを確実に防止することができる。

以上のように、この実施例によれば、省電力モード時にＰｒｅ．Ｖ_bbが主出力電圧（３７Ｖ）よりも低く従出力電圧（５Ｖ）よりも高い中間電圧（約１０Ｖ）に低下するようにスイッチング制御回路２を制御し、当該中間電圧を降圧型スイッチングレギュレータ回路ＩＣ₁に入力させているので、降圧型スイッチングレギュレータ回路ＩＣ₁の電力損失を低減させることができる。また、主出力端子に接続される負荷が待機状態または無負荷状態にあるときに、スイッチング制御回路２がスイッチング素子Ｑ₁を間欠動作させることで消費電力を低減しているが、この実施例によれば帰還回路４を介して主出力電圧よりも低電圧の中間電圧に制御しているので、スイッチング素子Ｑ₁の間欠動作をさらに助長させ、消費電力をさらに低減することができる。したがって、主出力側の負荷回路が待機状態または無負荷状態である場合における消費電力の低減を図ることができる。

次に、図３を参照しながら、実施例２に係るスイッチング電源装置１Ｂについて説明する。スイッチング電源装置１Ｂは省電力モード制御回路３Ｂを備え、この省電力モード制御回路３Ｂには第１省電力制御信号ＥＭ₁と第２省電力制御信号ＥＭ₂の２つの信号が入力されるようになっている。そして、これらの信号を下表のように設定することにより、「通常モード」、「第１省電力モード」および「第２省電力モード」の３つのモードを切り替えることができる。
なお、省電力モード制御回路３Ｂ以外の部分については、実施例１に係るスイッチング電源装置１Ａと同様なので、説明を省略する。

第１省電力制御信号ＥＭ₁および第２省電力制御信号ＥＭ₂をＬｏｗに設定した通常モードにおいては、ＮＰＮトランジスタＱ₅がオン状態であり、かつＰＮＰトランジスタＱ₆がオフ状態なので、電流が、ダイオードＤ₄またはダイオードＤ₅を通って帰還回路４の抵抗Ｒ₅に流れ込むことはない。したがって、このモードでは、Ｐｒｅ．Ｖ_bbは３７Ｖに保たれる。また、ＰＮＰトランジスタＱ₄およびＮＰＮトランジスタＱ₃はいずれもオン状態なので、スイッチング素子Ｑ₂もオン状態となり、Ｐｒｅ．Ｖ_bbの３７Ｖがそのまま主出力端子から出力される。

第１省電力制御信号ＥＭ₁のみをＨｉｇｈ／オープンに設定すると、第１省電力モードとなる。このモードになると、ＰＮＰトランジスタＱ₄およびＮＰＮトランジスタＱ₃がいずれもオフ状態となるので、スイッチング素子Ｑ₂もオフ状態となり、主出力端子から負荷回路への電力供給は停止する。また、ＮＰＮトランジスタＱ₅がオフ状態となるので、抵抗Ｒ₁₇からの電流がダイオードＤ₄を通って帰還回路４の抵抗₅に流れ込むことになり、シャントレギュレータＩＣ₂の制御端子電圧はＰｒｅ．Ｖ_bbとは無関係に上昇する。そして、スイッチング制御回路２はＰｒｅ．Ｖ_bbが低下するようにスイッチング素子Ｑ₁のオンデューティを低下させる。なお、本実施例では、従出力の出力電流を１５０ｍＡ（従出力電圧：５Ｖ）とし、Ｐｒｅ．Ｖ_bbは約１８Ｖまで低下する。

第１省電力制御信号ＥＭ₁をＨｉｇｈ／オープンに設定した状態で、さらに第２省電力制御信号ＥＭ₂をＨｉｇｈ／オープンに設定すると、第２省電力モードとなる。このモードになると、ＮＰＮトランジスタＱ₇およびＰＮＰトランジスタＱ₆がオン状態となるので、ＰＮＰトランジスタＱ₆のコレクタ電流がダイオードＤ₅を通って帰還回路４の抵抗Ｒ₅に流れ込むことになる。つまり、このモードでは、ダイオードＤ₄からの電流に加えてダイオードＤ₅からの電流も帰還回路４の抵抗Ｒ₅に流れ込むので、第１省電力モードに設定した場合よりもさらにシャントレギュレータＩＣ₂の制御端子電圧が上昇し、Ｐｒｅ．Ｖ_bbが低下する。なお、本実施例では、Ｐｒｅ．Ｖ_bbは約１０Ｖまで低下する。

図４は、実施例２に係るスイッチング制御装置１Ｂの動作波形である。第１省電力制御信号ＥＭ₁（波形Ｂ１）と第２省電力制御信号ＥＭ₂（波形Ｂ２）をＨｉｇｈ／オープンに設定した状態（第２省電力モード）で交流電源電圧ＡＣＩＮ（波形Ａ）を上昇させるとスイッチング電源装置１Ｂが起動し、Ｐｒｅ．Ｖ_bb（波形Ｅ）が上昇するとともに、従出力電圧Ｖ_cc（波形Ｃ）が５Ｖに上昇する。このとき、スイッチング素子Ｑ₂はオフ状態なので、Ｐｒｅ．Ｖ_bbが主出力から出力されることはなく、主出力電圧Ｖ_bb（波形Ｄ）は０Ｖのままである。なお、Ｐｒｅ．Ｖ_bbが約１０Ｖで脈流しているのは、「バースト動作」が行われているからである。

その後、第２省電力制御信号ＥＭ₂（波形Ｂ２）のみをＬｏｗに設定して第２省電力モードから第１省電力モードに移行すると、Ｐｒｅ．Ｖ_bb（波形Ｅ）が約１８Ｖに上昇する。なお、スイッチング素子Ｑ₂はオフ状態なので、このモードにおいても主出力電圧Ｖ_bbは０Ｖのままである。なお、Ｐｒｅ．Ｖ_bbが約１８Ｖで脈流しているのは、「バースト動作」が行われているからである。

さらにその後、第１省電力制御信号ＥＭ₁（波形Ｂ１）をＬｏｗに設定して第１省電力モードから通常モードに移行すると、省電力モード制御回路３ＡのトランジスタＱ₄、Ｑ₅がオン状態となり、Ｐｒｅ．Ｖ_bb（波形Ｅ）が３７Ｖに上昇する。また、ＮＰＮトランジスタＱ₃のベースとＧＮＤとの間には、遅延コンデンサＣ₉が接続されているので、ＮＰＮトランジスタＱ₃は、モードが切り替わってから所定の遅延時間が経過した後にオン状態となる。すなわち、Ｐｒｅ．Ｖ_bbが３７Ｖに上昇した後にスイッチング素子Ｑ₂がオン状態となり、Ｐｒｅ．Ｖ_bb（波形Ｅ）と同じ３７Ｖが主出力端子から出力され始める（波形Ｄ参照）。

結局、本実施例に係るスイッチング電源装置１Ｂによれば、主出力端子からの負荷回路への電流供給を停止し、さらにＰｒｅ．Ｖ_bbを１０Ｖと１８Ｖの２段階の中間電圧に任意に切り替えることができる。これにより、従出力に比較的高い電流供給能力が要求されるような事情がある場合は第１省電力モードに設定し、電流供給能力が低くても構わない場合は第１省電力モードよりもさらに消費電力を低減することができる第２省電力モードに設定することができる。

［消費電力の測定結果］
続いて、本発明の効果を確認するために、第１および第２省電力モードに設定した実施例２に係るスイッチング電源装置１Ｂ（図３）と、省電力モードに設定した従来のスイッチング電源装置１Ｃ（図５）について、消費電力の測定を行った。
測定結果は、下表の通りである。

上表から明らかなように、いずれの条件においても、実施例２に係るスイッチング電源装置１Ｂによれば、従来のスイッチング電源装置１Ｃよりも消費電力を低減することができた。

以上、本発明に係るスイッチング電源装置の好ましい実施形態について説明してきたが、本発明はこれらの構成に限定されるものではない。
例えば、省電力モード制御回路３Ａの具体的な回路構成は図１のものに限定されず、
省電力制御信号ＥＭを変化させることにより、（１）スイッチング素子Ｑ₂をオン状態からオフ状態に切り替えることができるとともに、（２）Ｐｒｅ．Ｖ_bbを通常モードよりも低下させることができるあらゆる回路を適用することができる。

同様に、省電力モード制御回路３Ｂの具体的な回路構成は図３のものに限定されず、
第１省電力制御信号ＥＭ₁を変化させることにより、（１）スイッチング素子Ｑ₂をオン状態からオフ状態に切り替えることができるとともに、（２）Ｐｒｅ．Ｖ_bbを通常モードよりも低下させることができ、
さらに、第２省電力制御信号ＥＭ₂を変化させることにより、（３）Ｐｒｅ．Ｖ_bbをより一層低下させることができるあらゆる回路を適用することができる。

また、上記実施例２では、２つの省電力制御信号を入力可能に構成しているが、３つ以上の省電力制御信号を入力可能に構成し、きめ細かく中間電圧を設定することにより、さらなる消費電力の低減を図るようにしてもよい。
具体的には、省電力モード制御回路を、複数の省電力制御信号が互いに独立して外部から入力されるように構成するとともに、複数の省電力制御信号の高低（Ｈｉｇｈ／Ｌｏｗ）レベルの組み合わせの数に対応した複数の省電力モードを設定可能とし、外部からの複数の省電力制御信号の入力状態に応じて、該複数の省電力モードに対応した互いに異なる複数の中間電圧のうち１つを生成するようにスイッチング制御回路２を制御し、当該中間電圧を降圧回路に入力させるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、省電力モード制御回路３Ａ、３Ｂをディスクリート型のトランジスタで構成しているが、これに限定されず、ＩＣにより論理回路を構成するようにしてもよい。

１Ａスイッチング電源装置（実施例１）
１Ｂスイッチング電源装置（実施例２）
２スイッチング制御回路
３Ａ省電力モード制御回路（実施例１）
３Ｂ省電力モード制御回路（実施例２）
４帰還回路

Claims

トランスの一次巻線に接続された第１スイッチング素子と、前記トランスの二次巻線に誘起される交流電圧を整流および平滑して二次側直流電圧を生成する整流平滑手段と、前記二次側直流電圧の電圧レベルに応じた二次側出力信号を一次側にフィードバックする帰還回路と、当該帰還回路からの前記二次側出力信号に基づき前記二次側直流電圧が所定の主出力電圧に保たれるよう前記第１スイッチング素子のスイッチング動作を制御するスイッチング制御回路と、前記二次側直流電圧を入力電圧として該二次側直流電圧を降圧して前記主出力電圧よりも低い従出力電圧を出力する降圧回路と、前記整流平滑手段と主出力端子の間に直列に接続され、前記二次側直流電圧が前記主出力端子から出力されるのを遮断し得る第２スイッチング素子と、外部から入力される省電力制御信号に応じて前記第２スイッチング素子を導通状態にして前記主出力端子から前記主出力電圧を出力させる通常モードと非導通状態にして前記主出力端子からの出力を停止させる省電力モードとに切り替える省電力モード制御回路と、を備えたスイッチング電源装置であって、
前記スイッチング制御回路は、前記主出力端子に接続される負荷が待機状態または無負荷状態にあるときに前記第１スイッチング素子を間欠動作させ、
前記省電力モード制御回路は、前記主出力端子に接続される負荷が待機状態または無負荷状態にあるときに前記省電力モードに切り替え、前記二次側直流電圧が前記主出力電圧よりも低く前記従出力電圧よりも高い中間電圧に低下するように前記帰還回路を介して前記スイッチング制御回路を制御し、前記中間電圧を前記降圧回路に入力させることを特徴とするスイッチング電源装置。
前記省電力モード制御回路は、前記第２スイッチング素子が非導通状態から導通状態に切り替わるまでの時間を遅延させる遅延手段を備え、
前記省電力制御信号によって前記省電力モードから前記通常モードに設定されると、前記二次側直流電圧が前記主出力電圧に上昇した後に、前記第２スイッチング素子が導通状態に切り替わることを特徴とする請求項１に記載のスイッチング電源装置。
前記省電力モード制御回路は、複数の省電力制御信号が互いに独立して外部から入力されるように構成されるとともに、前記複数の省電力制御信号の高低レベルの組み合わせの数に対応した複数の省電力モードを設定可能とされ、外部からの前記複数の省電力制御信号の入力状態に応じて、該複数の省電力モードに対応した互いに異なる複数の前記中間電圧のうちの１つを生成するように前記スイッチング制御回路を制御し、当該中間電圧を前記降圧回路に入力させることを特徴とする請求項１に記載のスイッチング電源装置。