JP2011155773A - スイッチング電源装置及びこれを備えた映像表示機器 - Google Patents

スイッチング電源装置及びこれを備えた映像表示機器 Download PDF

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Abstract

【課題】スイッチング電源装置において、異なる値の電源電圧が装置に供給されたとしても、装置内の制御ICへの供給電圧を略一定に保つよう調整し、かつ、その調整に伴う電力損失を減らす。
【解決手段】スイッチング電源装置2においては、電源電圧が第1電圧か、それよりも高い第2電圧であるかに応じて、供給経路L1に挿入したトランジスタTr1が導通/非導通状態となり、タップW31−タップW33間/タップW32−タップW33間に誘起されるフォワード電圧が供給経路L1/供給経路L2を通して制御IC4に供給される。そのため、第1、第2電圧のいずれが電源電圧として供給されたとしても、制御IC4への供給電圧を略一定に保つことができる。しかも、その調整を、トランジスタTr1のスイッチング動作により行うことができ、そのため、従来と比べて、電圧ドロッパは無くて済み、電圧ドロップによる電力損失が無くなる。
【選択図】図1

Description

本発明は、トランスの1次巻線への電源供給をスイッチング制御し、電磁誘導により2次巻線から出力を得るスイッチング電源装置及びこれを備えた映像表示機器に関する。
従来のスイッチング電源装置を備えた映像表示機器の回路構成を図2に示す。この映像表示機器101は、スイッチング電源装置(以下、電源装置という)102と、電源装置102からの出力電圧により駆動されるモニタ103a及びリモコン受信回路103bとを備える。
電源装置102は、商用電源CP1からの交流電圧(以下、電源電圧という)を整流する整流回路BD1と、整流回路BD1により整流された脈流電圧を平滑化するコンデンサC1と、その平滑化された電圧が1次巻線W1に印加されるフライバックトランス(以下、トランスという)T1と、1次巻線W1への電源電圧印加をスイッチングするスイッチング素子Q1とを備える。トランスT1は、そのスイッチング動作により電圧が誘起される2次巻線W21、W22と、3次巻線W3(バイアス巻線)とを有する。
また、電源装置102は、スイッチング素子Q1のスイッチング動作を制御する制御IC104と、上記スイッチング動作により2次巻線W21、W22に誘起される電圧をそれぞれモニタ103a、リモコン受信回路103bに出力する出力回路105a、105b(以下、出力回路105と総称)と、上記スイッチング動作により3次巻線W3に誘起される電圧を制御IC104にその電源Vccとして出力する駆動回路106とを備える。制御IC104は、各出力回路105による出力電圧を定格出力電圧に保つようにスイッチング素子Q1のスイッチング動作のデューティ比をフィードバック制御する。各出力回路105、駆動回路106は、それぞれ、2次巻線W21、W22、3次巻線W3に誘起される電圧のうち、フライバック電圧のみをダイオードD11、D12、D2により取り出し、それらをコンデンサC21、C22、C3により平滑化してモニタ103a、リモコン受信回路103b、制御IC104に供給する。これにより、制御IC104はフライバック電圧を電源Vccとする。
しかしながら、出力回路105による出力電圧を低下させるため、スイッチング素子Q1のデューティ比が小さくされ、2次巻線W21、W22のフライバック電圧が例えば数分の1程度にまで低くなったときには、3次巻線W3のフライバック電圧も同程度に低下し、制御IC104への供給電圧がその駆動に必要な電圧よりも低くなることがある。このため、制御IC104の動作が停止することがある。
そこで、スイッチング素子のデューティ比が小さくなっても、制御ICへの電源供給に影響が生じ難くするため、3次巻線に誘起されるフォワード電圧を制御ICの電源に利用する電源装置が知られている。
ところで、電源電圧は、国又は地域によって異なることがあり、同一の国又は地域であっても用途に応じて異なることがある。しかしながら、上記電源装置はこれに対応しておらず、電源電圧が変わると、3次巻線に誘起されるフォワード電圧も変化し、これにより、制御ICへの供給電圧も変わってしまう。そのため、制御ICの動作が停止したり、故障したりする虞がある。
そこで、上記電源装置において、電源電圧が異なったとしても、制御ICへの供給電圧を調整して制御ICの駆動可能な範囲内に収める駆動回路を有するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。この電源装置の駆動回路は、一端が接地された3次巻線の他端に誘起されるフォワード電圧(以下、第1供給電圧という)と、3次巻線の中間タップに誘起されるフォワード電圧(以下、第2供給電圧という)とを、それぞれ、制御ICに電源として供給し得る第1供給経路と、第2供給経路とを有する。第1供給経路にはトランジスタにより構成される電圧ドロッパが設けられている。また、各供給経路には、逆流防止用のダイオードが配置されている。
この電源装置の駆動回路においては、第1供給電圧が所定電圧未満であるとき、電圧ドロッパによりドロップされた第1供給電圧が第2供給電圧よりも高くなり、従って、第1供給経路が導通状態になり、第2供給経路が非導通状態になる。このため、第1供給電圧が電圧ドロッパを介して制御ICに供給される。これに対して、第1供給電圧が所定電圧以上のときには、電圧ドロッパによりドロップされた第1供給電圧が第2供給電圧以下になり、従って、第1供給経路が非導通状態になり、第2供給経路が導通状態になる。このため、第2供給電圧が電圧ドロッパを介さずに制御ICに供給される。これにより、電源電圧が小さいときにのみ、電圧ドロッパを介して制御ICに電源が供給されるので、電圧ドロップは小さく済み、電圧ドロッパにおける電力損失が低減される。
ところで、異なる値の電源電圧が装置に供給されたとしても、装置内の制御ICへの供給電圧を略一定に保つよう調整し、しかも、その調整に伴う電力損失を、特許文献1に記載の電源装置よりも、さらに減らして、省電力化の向上を図りたいとの要望がある。
上記のような、異なる複数の値の電源電圧が供給されても、装置内の制御ICに略一定の電源を供給する電源装置ではないが、異なる複数の値の電源電圧が供給されても出力回路から負荷への出力電圧は略一定となるように構成された電源装置が知られている。このような電源装置としては、電源電圧に応じて、トランスの1次巻線数と、スイッチング素子のスイッチング動作の最大デューティ比とを切り替える電源装置(例えば、特許文献2参照)、電源電圧に応じてトランスの2次巻線数をリレーで切り替える電源装置(例えば、特許文献3参照)が知られている。しかしながら、これらの電源装置においては、上記の要望を満たすことは難しい。
特開2000−152626号公報 特開平2−84061号公報 実開昭57−89382号公報
本発明は、上記の従来の問題を解決するためになされたものであり、異なる値の電源電圧が装置に供給されたとしても、装置内の制御回路への供給電圧を略一定に保つよう調整することができ、しかも、その調整に伴う電力損失を減らして、省電力化の向上を図ることができるスイッチング電源装置及びこれを備えた映像表示機器を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために請求項1の発明は、1次巻線に供給される電源電圧を2次巻線及び3次巻線に伝達するフライバックトランスと、前記1次巻線への電源電圧供給をスイッチングするスイッチング素子と、前記スイッチング素子の動作を制御する制御回路と、前記スイッチング素子の動作により前記2次巻線に誘起されるフライバック電圧を平滑化して負荷に出力する出力回路と、前記スイッチング素子の動作により前記3次巻線に誘起されるフォワード電圧を平滑化し、前記制御回路にその電源として供給する駆動回路と、を備えたスイッチング電源装置において、前記駆動回路は、前記3次巻線の両端間に誘起されるフォワード電圧を前記制御回路に供給する第1の供給経路と、前記3次巻線の中間タップに誘起されるフォワード電圧を前記制御回路に供給する第2の供給経路と、前記第1及び第2の供給経路を切り替える切替回路と、を有し、前記切替回路は、前記第1の供給経路に挿入され、該供給経路を導通/非導通状態にするスイッチ素子である第1のトランジスタと、前記第1のトランジスタの導通/非導通状態を切替制御する第2のトランジスタとを有し、前記第2のトランジスタは、前記中間タップのフォワード電圧が閾値未満であれば前記第1のトランジスタを導通状態とし、閾値以上であれば該第1のトランジスタを非導通状態とするように構成されており、前記電源電圧が第1の電圧であるとき、前記第2のトランジスタにより前記第1のトランジスタは導通状態とされ、前記3次巻線の両端間に誘起されるフォワード電圧が前記第1の供給経路を介して前記制御回路に供給され、前記電源電圧が前記第1の電圧よりも高い第2の電圧であるとき、前記第2のトランジスタにより前記第1のトランジスタは非導通状態とされ、前記中間タップに誘起されるフォワード電圧が前記第2の供給経路を介して前記制御回路に供給されるものである。
請求項2の発明は、請求項1に記載のスイッチング電源装置において、前記第1のトランジスタのベースとグランドとの間には、前記制御回路への供給電圧を規定値以下に保つためのツェナーダイオードが配置されているものである。
請求項3の発明は、請求項1又は請求項2に記載のスイッチング電源装置において、前記第2のトランジスタのベースには、該ベースに入るノイズを減衰させるための、接地された抵抗素子が接続されているものである。
請求項4の発明は、請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載のスイッチング電源装置と、前記スイッチング電源装置の出力回路による出力電圧により駆動されて映像を表示する表示手段と、を備えた映像表示機器である。
請求項1の発明によれば、電源電圧が第1の電圧であるか、それよりも高い第2の電圧であるかに応じて、第1の供給経路に挿入した第1のトランジスタが導通又は非導通状態となり、これにより、3次巻線の両端間又は中間タップのフォワード電圧が、第1又は第2の供給経路を通して制御回路にその電源として供給されるので、第1、第2の電圧のいずれが電源電圧として供給されたとしても、制御回路への供給電圧を略一定に保つよう調整することができる。しかも、その調整を、第1のトランジスタのスイッチング動作により行うことができ、そのため、従来と比べて、電圧ドロッパは無くて済み、電圧ドロップによる電力損失が無くなり、結果として、上記調整に伴う電力損失を減らすことができ、省電力化の向上を図ることができる。
請求項2の発明によれば、第1のトランジスタが導通状態となり、第1の供給経路から制御回路へフォワード電圧が供給されるとき、第2の供給経路から第1の供給経路への切替等に起因してそのフォワード電圧にノイズが乗り、当該電圧が想定範囲を超えたとしても、ツェナーダイオードによりそのフォワード電圧を規定値まで低下させることができるので、制御回路への過電圧供給による故障を防止することができる。
請求項3の発明によれば、ベースへのノイズ入力に起因した第2のトランジスタの誤動作を防ぐことができ、従って、第2のトランジスタによる第1のトランジスタの状態切替制御が高精度となり、そのため、制御回路への供給電圧の調整精度が高くなる。
本発明の一実施形態に係る映像表示機器の回路図。 従来の映像表示機器の回路図。
以下、本発明の一実施形態に係る映像表示機器について図面を参照して説明する。図1は、本実施形態の映像表示機器の構成を示す。この映像表示機器1は、スイッチング電源装置(以下、電源装置という)2と、電源装置2からの出力電圧により駆動される負荷として、映像を表示するモニタ3a(表示手段)及びリモコン受信回路3b等を備える。リモコン受信回路3bは不図示のリモコンからの無線信号を受信する回路である。負荷は上記に限定されない。
電源装置2は、商用電源CP1から供給される交流電圧(電源電圧)を整流する整流回路BD1と、整流回路BD1により整流された脈流電圧を平滑化するコンデンサC1と、その平滑化された電圧が印加されるフライバックトランスT1とを有する。フライバックトランスT1は、その一次巻線W1に供給される上記平滑化された電圧を、電磁誘導により、2次巻線W21、W22と、3次巻線W3(バイアス巻線)とに伝達する。
また、電源装置2は、1次巻線W1への電源電圧供給をスイッチングするスイッチング素子Q1と、スイッチング素子Q1のスイッチング動作のデューティ比を制御する制御IC4(制御回路)と、スイッチング素子Q1のスイッチング動作により2次巻線W21、W22(以下、2次巻線W2と総称)に誘起されるフライバック電圧をそれぞれモニタ3a、リモコン受信回路3bに出力する出力回路5a、5b(以下、出力回路5と総称)と、スイッチング素子Q1の動作により3次巻線W3に誘起されるフォワード電圧を制御IC4の電源Vccとして制御IC4に供給する駆動回路6とを備える。駆動回路6は、電源電圧が第1電圧(第1の電圧)とそれよりも高い第2電圧(第2の電圧)のいずれであったとしても、略一定の電源Vccを制御IC4へ供給するように構成されている。第2電圧は例えば第1電圧の略2倍である。出力回路5は図示した数に限定されない。
フライバックトランスT1においては、スイッチング素子Q1がオンのときにトランスの鉄心にエネルギーが蓄積され、そのエネルギーが、スイッチング素子Q1がオフのときに鉄心から2次巻線W2及び3次巻線W3に伝達され、2次巻線W2及び3次巻線W3からそれぞれ電圧が出力される。これらの電圧がフライバック電圧と呼ばれる。スイッチング素子Q1がオンのときにも2次巻線W2及び3次巻線W3から電圧が出力され、これらの電圧がフォワード電圧と呼ばれる。フライバック電圧とフォワード電圧の極性は逆である。3次巻線W3は、3個のタップW31、W32、W33を有する。タップW31、W33は3次巻線W3の両端のタップであり、タップW33は接地されている。タップW32は中間タップである。
制御IC4は、出力回路5の出力電圧を検出する出力検出回路(図示せず)による検出結果に基づき、当該出力電圧を定格電圧に保つようにスイッチング素子Q1のオン・オフのデューティ比をフィードバック制御する。制御IC4とスイッチング素子Q1との間には、電流制御用の抵抗素子(以下、抵抗という)R1が挿入されている。
出力回路5a、5bは、それぞれ、フライバック電圧のみをモニタ3a、リモコン受信回路3bに供給するためのダイオードD11、D12と、モニタ3a、リモコン受信回路3bに供給されるフライバック電圧を平滑化するためのコンデンサC21、C22とを有する。
駆動回路6は、制御IC4に電源Vccを供給する2種の供給経路L1、L2(第1、第2の供給経路)と、供給経路L1、L2を切り替える切替回路61と、供給経路L1、L2に共用されるアースラインL3とを有する。供給経路L1は、3次巻線W3のタップW31、W33間に誘起されるフォワード電圧(タップW31の対地フォワード電圧)を制御IC4に供給する経路であり、供給経路L2は、3次巻線W3のタップW32、W33間に誘起されるフォワード電圧(タップW32の対地フォワード電圧)を制御IC4に供給する経路である。供給経路L1、L2は、それぞれ、フォワード電圧のみを制御IC4に供給するためのダイオードD3、D4を含み、また、制御IC4に供給するフォワード電圧を平滑化するためのコンデンサC3、C4を含む。さらに、供給経路L1、L2は、それぞれ、他の供給経路からの電流の回り込みを防ぐためのダイオードD5、D6を含む。
切替回路61は、供給経路L1に挿入され、供給経路L1を導通/非導通状態にするスイッチ素子であるトランジスタTr1(第1のトランジスタ)と、第1トランジスタTr1の導通/非導通状態を、タップW32に誘起されるフォワード電圧に応じて切替制御するトランジスタTr2(第2のトランジスタ)とを有する。トランジスタTr1、Tr2は、それぞれ、NPN型トランジスタにより構成される。トランジスタTr2はエミッタ接地され、そのコレクタがトランジスタTr1のベースと接続されており、トランジスタTr1、Tr2は2段に接続されている。
トランジスタTr1のベースとグランドとの間には、制御IC4への供給電圧を規定値以下に保つためのツェナーダイオードZD1が配置されており、トランジスタTr1のコレクタ−ベース間には、抵抗R2が並列に接続されている。
トランジスタTr2のベースには、コンデンサC4による平滑化電圧が、ツェナーダイオードZD2及び電流制御用の抵抗R3を介して入力される。また、トランジスタTr2のベースには、そのベースに入るノイズを減衰させるための、接地された抵抗R4が接続されている。
ここで、切替回路61による切替制御について説明する。電源電圧が第1電圧であり、これにより、タップW32−タップW33間のフォワード電圧が閾値未満となったとき、
ツェナーダイオードZD2への印加電圧がツェナー電圧未満となり、ツェナーダイオードZD2が非導通状態となる。そのため、トランジスタTr2のベース電位が抵抗R4によりプルダウンされてグランド電位となり、従って、トランジスタTr2がオフする。その結果、タップW31−タップW33間のフォワード電圧により抵抗R2を介してトランジスタTr1のベースに電流が入力され、トランジスタTr1は導通状態となる。このとき、供給経路L1による供給電圧は、供給経路L2のそれよりも高いので、供給経路L2による電源供給はダイオードD6により規制されて、供給経路L1が入状態、供給経路L2が切状態となる。
一方、電源電圧が第2電圧であり、これにより、タップW32、W33間のフォワード電圧が閾値以上となったときには、ツェナーダイオードZD2への印加電圧がツェナー電圧以上となり、ツェナーダイオードZD2が導通状態となる。そのため、トランジスタTr2がオンし、トランジスタTr1はそのベースがグランド電位に引き込まれてオフし、その結果、供給経路L1は切状態となる。従って、供給経路L2により制御IC4に電圧が供給されることになる。すなわち、供給経路L2が入状態となる。
次に、映像表示機器1の動作について説明する。電源電圧が第1電圧であり、例えば、略100Vであるときには、供給経路L1が入状態、供給経路L2が切状態となり、その結果、3次巻線W3の両端のタップW31、W33間のフォワード電圧が供給経路L1を介して制御IC4に供給される。一方、電源電圧が第2電圧であり、例えば、略200Vであるときには、供給経路L1が切状態、供給経路L2が入状態となり、その結果、タップW32に誘起されるフォワード電圧が供給経路L2を介して制御IC4に供給される。すなわち、電源電圧が第1/第2電圧のいずれであるかに応じて切替回路61により供給経路L1、L2が切り替えられ、結果として、その電源電圧の値に係わらず制御IC4に略一定の電圧が供給される。
上記のように構成された映像表示機器1においては、電源電圧が第1電圧/第2電圧のいずれであるかに応じて、供給経路L1に挿入したトランジスタTr1が導通/非導通状態となり、これにより、タップW31とタップ33との間のフォワード電圧、又はタップW32とタップ33との間のフォワード電圧が、供給経路L1/供給経路L2を通して制御IC4にその電源として供給される。このため、第1、第2電圧のいずれが電源電圧として供給されたとしても、制御IC4への供給電圧を略一定に保つよう調整することができる。しかも、その調整を、トランジスタTr1のスイッチング動作により行うことができ、そのため、従来と比べて、電圧ドロッパは無くて済み、電圧ドロップによる電力損失が無くなる。結果として、上記調整に伴う電力損失を減らすことができ、省電力化の向上を図ることができる。
また、トランジスタTr1が導通状態となり、供給経路L1から制御IC4へフォワード電圧が電源として供給されるときに、供給経路L2から供給経路L1への切替等に起因してそのフォワード電圧にノイズが乗り、当該電圧が想定範囲を超えたとしても、ツェナーダイオードZD1によりそのフォワード電圧は規定値まで低下する。このため、制御IC4への過電圧供給による故障を防止することができる。
また、トランジスタTr2のベースに入力されるノイズが抵抗R4により減衰され、これにより、そのノイズ入力に起因するトランジスタTr2の誤動作を防ぐことができる。従って、トランジスタTr2によるトランジスタTr1の状態切替制御が高精度となり、そのため、制御IC4への供給電圧の調整精度が高くなる。
また、トランジスタTr1のベース−コレクタ間に抵抗R2が並列接続され、トランジスタTr1のベースに、エミッタ接地したトランジスタTr2のコレクタが接続されているので、トランジスタTr2がオフしたときには、供給経路L1から抵抗R2を通ってトランジスタTr2に向う電流に対する抵抗が増え、その電流は少なくなる。このため、抵抗R2において発生する電力損失を低減することができる。
なお、本発明は、上記の実施形態の構成に限定されるものでなく、使用目的に応じ、様々な変形が可能である。例えば、トランジスタTr1、Tr2はNチャンネルMOSFETであってもよい。
1 映像表示装置
2 スイッチング電源装置
3a モニタ(負荷、表示手段)
3b リモコン受信回路(負荷)
4 制御IC(制御回路)
5、5a、5b 出力回路
6 駆動回路
61 切替回路
L1 第1供給経路(第1の供給経路)
L2 第2供給経路(第2の供給経路)
Q1 スイッチング素子
R4 抵抗(抵抗素子)
T1 フライバックトランス
Tr1、Tr2 トランジスタ(第1、第2のトランジスタ)
W1 1次巻線
W2、W21、W22 2次巻線
W3 3次巻線
W32 タップ(中間タップ)
ZD1 ツェナーダイオード

Claims (4)

  1. 1次巻線に供給される電源電圧を2次巻線及び3次巻線に伝達するフライバックトランスと、
    前記1次巻線への電源電圧供給をスイッチングするスイッチング素子と、
    前記スイッチング素子の動作を制御する制御回路と、
    前記スイッチング素子の動作により前記2次巻線に誘起されるフライバック電圧を平滑化して負荷に出力する出力回路と、
    前記スイッチング素子の動作により前記3次巻線に誘起されるフォワード電圧を平滑化し、前記制御回路にその電源として供給する駆動回路と、を備えたスイッチング電源装置において、
    前記駆動回路は、前記3次巻線の両端間に誘起されるフォワード電圧を前記制御回路に供給する第1の供給経路と、前記3次巻線の中間タップに誘起されるフォワード電圧を前記制御回路に供給する第2の供給経路と、前記第1及び第2の供給経路を切り替える切替回路と、を有し、
    前記切替回路は、前記第1の供給経路に挿入され、該供給経路を導通/非導通状態にするスイッチ素子である第1のトランジスタと、前記第1のトランジスタの導通/非導通状態を切替制御する第2のトランジスタとを有し、
    前記第2のトランジスタは、前記中間タップのフォワード電圧が閾値未満であれば前記第1のトランジスタを導通状態とし、閾値以上であれば該第1のトランジスタを非導通状態とするように構成されており、
    前記電源電圧が第1の電圧であるとき、前記第2のトランジスタにより前記第1のトランジスタは導通状態とされ、前記3次巻線の両端間に誘起されるフォワード電圧が前記第1の供給経路を介して前記制御回路に供給され、
    前記電源電圧が前記第1の電圧よりも高い第2の電圧であるとき、前記第2のトランジスタにより前記第1のトランジスタは非導通状態とされ、前記中間タップに誘起されるフォワード電圧が前記第2の供給経路を介して前記制御回路に供給されることを特徴とするスイッチング電源装置。
  2. 前記第1のトランジスタのベースとグランドとの間には、前記制御回路への供給電圧を規定値以下に保つためのツェナーダイオードが配置されてい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。
  3. 前記第2のトランジスタのベースには、該ベースに入るノイズを減衰させるための、接地された抵抗素子が接続されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のスイッチング電源装置。
  4. 請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載のスイッチング電源装置と、
    前記スイッチング電源装置の出力回路による出力電圧により駆動されて映像を表示する表示手段と、を備えたことを特徴とする映像表示機器。
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