JP2012135149A

JP2012135149A - 制御回路

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Publication number: JP2012135149A
Application number: JP2010286297A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Hayashi; 正明林
Original assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2010-12-22
Filing date: 2010-12-22
Publication date: 2012-07-12
Anticipated expiration: 2030-12-22
Also published as: JP5503520B2

Abstract

【課題】リスタート時間を適切に設定できる絶縁型スイッチング電源を提供すること。
【解決手段】制御回路２は、過電流検出部２４、制御巻線電圧検出部２２、過電流モード判定部２１、リスタート部２３、およびフリップフロップＦＦ２を備える。過電流検出部２４は、スイッチ素子Ｑ１を流れる電流が過電流であるか否かを判別する。制御巻線電圧検出部２２は、トランスＴの制御巻線Ｔ２の他端の電圧が閾値電圧未満であるか否かを判別する。過電流モード判定部２１は、過電流ではない場合には、リスタート時間として第１時間を設定し、過電流である場合には、リスタート時間として第１時間より長い第２時間を設定する。リスタート部２３およびフリップフロップＦＦ２は、スイッチ素子がオフ状態で、かつ、トランスＴの制御巻線Ｔ２の他端の電圧が閾値電圧未満である状態が、リスタート時間に亘って継続すると、スイッチ素子をオン状態にする。
【選択図】図２

Description

本発明は、絶縁型スイッチング電源に設けられたスイッチ素子を制御する制御回路に関する。

従来より、絶縁型スイッチング電源は、制御回路によりスイッチ素子をスイッチングさせることで、入力された電圧を所望の電圧に変換して出力する。この絶縁型スイッチング電源には、例えば部分共振や疑似共振と呼ばれるような、トランスに蓄積されているエネルギーが放出されてゼロになるタイミングを、トランスの制御巻線の電圧により検出して、上述のスイッチ素子のオンタイミングを決定するものがある（例えば、特許文献１参照）。

［絶縁型スイッチング電源１００の構成］
図７は、従来例に係る絶縁型スイッチング電源１００の回路図である。絶縁型スイッチング電源１００は、トランスＴと、制御回路１０２と、出力電圧検出部１０３と、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴで構成されるスイッチ素子Ｑ１と、抵抗Ｒ１と、キャパシタＣ１と、ダイオードＤ１と、フォトトランジスタＰＴと、を備える。

まず、トランスＴの１次側の構成について説明する。トランスＴの１次巻線Ｔ１の一端には、直流電源ＶＩＮの正極が接続される。この直流電源ＶＩＮの負極には、基準電位源ＧＮＤが接続される。１次巻線Ｔ１の他端には、スイッチ素子Ｑ１のドレインが接続され、スイッチ素子Ｑ１のソースには、基準電位源ＧＮＤが接続され、スイッチ素子Ｑ１のゲートには、制御回路１０２の端子Ｐ１が接続される。

制御回路１０２には、上述の端子Ｐ１に加えて、端子Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４も設けられている。端子Ｐ２には、基準電位源ＧＮＤが接続される。端子Ｐ３には、フォトトランジスタＰＴを介して、基準電位源ＧＮＤが接続される。端子Ｐ４には、抵抗Ｒ１を介して、トランスＴの制御巻線Ｔ２の他端が接続され、制御巻線Ｔ２の一端には、基準電位源ＧＮＤが接続される。

次に、トランスＴの２次側の構成について説明する。トランスＴの２次巻線Ｔ３の一端には、端子ＧＮＤ１が接続され、２次巻線Ｔ３の他端には、ダイオードＤ１のアノードが接続される。ダイオードＤ１のカソードには、出力端子ＯＵＴが接続されるとともに、キャパシタＣ１を介して端子ＧＮＤ１が接続される。出力端子ＯＵＴには、端子ＧＮＤ１に接続された出力電圧検出部１０３も接続される。

［絶縁型スイッチング電源１００の動作］
以上の構成を備える絶縁型スイッチング電源１００は、制御回路１０２により、スイッチ素子Ｑ１をスイッチング制御し、直流電源ＶＩＮから入力される入力電圧を必要な出力電圧ＶＯＵＴに変換して、この出力電圧ＶＯＵＴを出力端子ＯＵＴから出力する。

制御回路１０２は、スイッチ素子Ｑ１のスイッチング制御を、端子Ｐ３の電圧と、端子Ｐ４の電圧と、に応じて行う。

端子Ｐ３の電圧は、出力電圧ＶＯＵＴに応じて変化する。具体的には、出力電圧ＶＯＵＴが出力設定電圧Ｖ１より高い場合には、出力電圧検出部１０３がフォトトランジスタＰＴを活性オン状態にして、活性オン状態におけるフォトトランジスタＰＴのインピーダンスを出力電圧ＶＯＵＴが高くなるに従って低下させる。ここで、端子Ｐ３は、制御回路１０２の内部において、抵抗または定電流回路を介して電圧源にプルアップされている。このため、出力電圧ＶＯＵＴが出力設定電圧Ｖ１より高い場合には、端子Ｐ３の電圧は、出力電圧ＶＯＵＴに応じて変化する電圧、より具体的には出力電圧ＶＯＵＴが高くなるに従って低くなる電圧となる。一方、出力電圧ＶＯＵＴが出力設定電圧Ｖ１以下である場合には、出力電圧検出部１０３がフォトトランジスタＰＴをオフ状態にする。このため、出力電圧ＶＯＵＴが出力設定電圧Ｖ１以下である場合には、端子Ｐ３の電圧は、プルアップ電圧に等しくなる。

以上より、制御回路１０２は、スイッチ素子Ｑ１のスイッチング制御について、端子Ｐ３の電圧に応じて行うことで、出力電圧ＶＯＵＴに応じて行うことができる。そして、出力電圧ＶＯＵＴに応じてスイッチ素子Ｑ１をスイッチング制御することで、出力電圧ＶＯＵＴを出力設定電圧Ｖ１で維持しようとすることができる。

一方、端子Ｐ４の電圧は、制御巻線Ｔ２の他端の電圧に応じて変化する。また、制御巻線Ｔ２の他端の電圧は、トランスＴに蓄積されているエネルギーが放出されてゼロになると、低下し始める。そこで、制御回路１０２は、端子Ｐ４の電圧の立ち下がりエッジ（ネガエッジ）を検出することで、制御巻線Ｔ２の他端の電圧のネガエッジを検出して、トランスＴに蓄積されているエネルギーがゼロになったタイミングを検出する。そして、制御巻線Ｔ２の他端の電圧のネガエッジを検出すると、スイッチ素子Ｑ１をオン状態にする。

以上より、制御回路１０２は、スイッチ素子Ｑ１のスイッチング制御について、端子Ｐ４の電圧に応じて行うことで、制御巻線Ｔ２の他端の電圧に応じてスイッチ素子Ｑ１のオンタイミングを決定することができる。このため、トランスＴに蓄積されていたエネルギーがゼロになった後にスイッチ素子Ｑ１をオン状態にすることができるので、損失を低減できるとともに、低雑音化を実現できる。

さらに、制御回路１０２には、図７では図示を省略しているが、リスタート手段が設けられている。このリスタート手段は、例えば、スイッチ素子Ｑ１がオフ状態で、かつ、制御巻線Ｔ２の他端の電圧が閾値電圧未満である状態が、予め定められたリスタート時間に亘って継続すると、リスタート制御を行って、スイッチ素子Ｑ１をオン状態にする。これによれば、例えば絶縁型スイッチング電源１００の起動時のように、スイッチ素子Ｑ１が継続的にオフ状態であるために制御巻線Ｔ２の他端の電圧が振動しておらず、制御巻線Ｔ２の他端の電圧のネガエッジを検出できない状態であっても、スイッチ素子Ｑ１のスイッチングを開始することができる。

上述のリスタート制御について、図８、９を用いて以下に説明する。

［定常動作状態において負荷急変が発生した場合におけるリスタート制御］
図８は、定常動作状態において負荷急変が発生した場合における、絶縁型スイッチング電源１００のタイミングチャートである。図８において、ＩＯＵＴは、出力端子ＯＵＴから出力される出力電流を示し、ＶＧＳ_Ｑ１は、スイッチ素子Ｑ１のゲート−ソース間電圧を示し、ＩＤ_Ｑ１は、スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流を示す。ＶＰ４は、端子Ｐ４の電圧を示し、Ｖｒｅｓｔａｒｔは、リスタート信号ｒｅｓｔａｒｔの電圧を示す。また、ＶＨは、Ｈレベル電圧を示し、ＶＬは、Ｌレベル電圧を示す。また、Ｖｔｈについては、制御巻線Ｔ２の他端の電圧が上述の閾値電圧に等しい場合に電圧ＶＰ４が取る電圧値を示し、以降では所定電圧と呼ぶものとする。

ここで、時刻ｔ２１以前の期間では、絶縁型スイッチング電源１００は、定常動作状態であるものとする。

時刻ｔ２１において、負荷急変が発生し、出力端子ＯＵＴと端子ＧＮＤ１とに接続された負荷が急激に軽くなったものとする。このため、出力電流ＩＯＵＴは、Ｉ１からＩ２まで急激に低下している。また、出力電圧ＶＯＵＴは、電源制御ループの遅れにより、出力設定電圧Ｖ１より高くなっており、出力電圧ＶＯＵＴのオーバーシュートが発生している。

出力電圧ＶＯＵＴが出力設定電圧Ｖ１より高い状態においては、制御回路１０２は、出力電圧ＶＯＵＴが高くなるに従って、スイッチ素子Ｑ１のオン幅を狭くする。このため、ゲート−ソース間電圧ＶＧＳ_Ｑ１がＨレベル電圧である時間は、時間が経過するに従って短くなり、時刻ｔ２２〜ｔ２４の期間では、ゲート−ソース間電圧ＶＧＳ_Ｑ１がＬレベル電圧で維持されて、スイッチ素子Ｑ１のスイッチングが停止する。これによれば、ドレイン電流ＩＤ_Ｑ１も、時間が経過するに従って小さくなり、時刻ｔ２２〜ｔ２４の期間ではゼロとなる。また、出力電圧ＶＯＵＴは、時刻ｔ２２までは、時間が経過するに従って上昇するが、時刻ｔ２２以降では、時間が経過するに従って低下し、時刻ｔ２４では出力設定電圧Ｖ１に等しくなる。

時刻ｔ２４において、上述のように出力電圧ＶＯＵＴが出力設定電圧Ｖ１に等しくなると、制御回路１０２は、スイッチ素子Ｑ１のスイッチングを再開して、出力電圧ＶＯＵＴを出力設定電圧Ｖ１で維持しようとする。ところが、時刻ｔ２２〜ｔ２４の期間では、発振が止まっているため、時間が経過するに従って制御巻線Ｔ２の他端の電圧の振動が小さくなる。このため、時間が経過するに従って電圧ＶＰ４の振動も小さくなり、電圧ＶＰ４は、時刻ｔ２３において所定電圧Ｖｔｈより低くなってから時刻ｔ２４までは、所定電圧Ｖｔｈ以上にならない。ここで、制御回路１０２は、所定電圧Ｖｔｈから所定電圧Ｖｔｈ未満に電圧ＶＰ４が変化するのを検出することで、電圧ＶＰ４のネガエッジを検出する。したがって、時刻ｔ２４においてスイッチ素子Ｑ１のスイッチングを再開しようとしても、電圧ＶＰ４のネガエッジを検出できず、制御巻線Ｔ２の他端の電圧のネガエッジを検出できないため、スイッチ素子Ｑ１のオンタイミングを決定することができない。よって、時刻ｔ２４以降においても、スイッチ素子Ｑ１のスイッチングの停止が継続されることとなる。

ところが、時刻ｔ２３〜ｔ２５の期間において、スイッチ素子Ｑ１がオフ状態で、かつ、電圧ＶＰ４が所定電圧Ｖｔｈ未満である状態が継続し、時刻ｔ２５において、上述のリスタート時間が経過したことになる。

このため、時刻ｔ２５において、制御回路１０２は、電圧ＶｒｅｓｔａｒｔをＬレベル電圧にし、リスタート制御を行って、スイッチ素子Ｑ１をオン状態にする。これによれば、制御巻線Ｔ２の他端の電圧の振動が再開され、電圧ＶＰ４のネガエッジを制御回路１０２が検出できるようになる。したがって、制御巻線Ｔ２の他端の電圧に応じてスイッチ素子Ｑ１のオンタイミングを決定できるようになり、スイッチ素子Ｑ１のスイッチングが再開されることとなる。

［定常動作状態において負荷短絡が発生した場合におけるリスタート制御］
図９は、定常動作状態において負荷短絡が発生した場合における、絶縁型スイッチング電源１００のタイミングチャートである。なお、便宜上、図９におけるリスタート時間は、図８におけるリスタート時間とは、時間が異なるものとする。

ここで、時刻ｔ３１以前の期間では、絶縁型スイッチング電源１００は、定常動作状態であるものとする。

時刻ｔ３１において、負荷短絡が発生したものとする。このため、出力電流ＩＯＵＴは、電流Ｉ１から電流Ｉ３まで上昇している。また、出力電圧ＶＯＵＴは、出力設定電圧Ｖ１からゼロまで急激に低下している。

また、負荷短絡が発生すると、スイッチ素子Ｑ１がスイッチングしても、制御巻線Ｔ２の他端において十分にはプラス電圧が発生しなくなるため、電圧ＶＰ４の振動が小さくなり、電圧ＶＰ４が所定電圧Ｖｔｈ以上にならなくなる。このため、制御回路１０２は、電圧ＶＰ４のネガエッジを検出できなくなり、制御巻線Ｔ２の他端の電圧に応じてスイッチ素子Ｑ１のオンタイミングを決定することはできなくなる。

ところが、時刻ｔ３１〜ｔ３２の期間において、スイッチ素子Ｑ１がオフ状態で、かつ、電圧ＶＰ４が所定電圧Ｖｔｈ未満である状態が継続し、時刻ｔ３２において、上述のリスタート時間が経過したことになる。

このため、時刻ｔ３２において、制御回路１０２は、電圧ＶｒｅｓｔａｒｔをＬレベル電圧にし、リスタート制御を行って、スイッチ素子Ｑ１をオン状態にする。そして、時刻ｔ３３において、スイッチ素子Ｑ１のオン幅が、予め定められたオン幅上限値に達すると、スイッチ素子Ｑ１をオフ状態にする。

以降、時刻ｔ３２における動作と、時刻ｔ３３における動作と、を制御回路１０２は、繰り返すこととなる。このため、リスタート制御によってスイッチ素子Ｑ１のオンタイミングを決定できるようになり、スイッチ素子Ｑ１のスイッチングが再開されることとなる。

特開２００２−１３６１２４号公報

絶縁型スイッチング電源１００では、上述のリスタート時間について、２種類の要請があった。

１つ目の要請は、上述のリスタート時間を短めに設定したいというものである。これは、以下の理由による。

図８を用いて上述したように、定常動作状態において負荷急変が発生すると、出力電圧ＶＯＵＴのオーバーシュートが発生してしまうため、制御回路１０２は、スイッチ素子Ｑ１のスイッチングを停止して、出力電圧ＶＯＵＴを低下させる。そして、時刻ｔ２４において、出力電圧ＶＯＵＴが出力設定電圧Ｖ１に等しくなると、スイッチ素子Ｑ１のスイッチングを再開して、出力電圧ＶＯＵＴを出力設定電圧Ｖ１で維持しようとする。ところが、時刻ｔ２４の時点では、リスタート時間が経過していないため、リスタート制御を行うことができない。このため、リスタート時間が経過する時刻ｔ２５までは、リスタート制御を行うことができず、出力電圧ＶＯＵＴの低下が継続されてしまい、その結果、電圧ディップが発生してしまう。

この出力電圧ＶＯＵＴの電圧ディップについては、出力電圧ＶＯＵＴが出力設定電圧Ｖ１にまで低下した時刻ｔ２４の時点で、速やかにリスタート制御を行えば、抑制することができる。このため、上述のように、リスタート時間を短めに設定したいという要請があった。

２つ目の要請は、上述のリスタート時間を長めに設定したいというものである。これは、以下の理由による。

図９を用いて上述したように、定常動作状態において負荷短絡が発生すると、例えば時刻ｔ３２のようにリスタート時間が経過した時点で、リスタート制御を行って、スイッチ素子Ｑ１をオン状態にする。オン状態になったスイッチ素子Ｑ１は、スイッチ素子Ｑ１のオン幅がオン幅上限値に達すると、例えば時刻ｔ３３のようにオフ状態になる。このため、時刻ｔ３４、ｔ３６、ｔ３８、ｔ４０のように、リスタート時間が経過するたびにリスタート制御が行われ、スイッチ素子Ｑ１がオン状態になる。

ところが、スイッチ素子Ｑ１をオン状態にしても、負荷短絡が続いている限り、出力電圧ＶＯＵＴはゼロのままである。このため、負荷短絡が続いている状態においては、リスタート制御を行うのを抑制することが好ましい。したがって、上述のように、リスタート時間を長めに設定したいという要請があった。

以上のように、上述のような絶縁型スイッチング電源において、リスタート時間に対して相反する２種類の要請があった。

上述の課題に鑑み、本発明は、リスタート時間を適切に設定できる絶縁型スイッチング電源を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するために、以下の事項を提案している。
（１）本発明は、トランス（例えば、図１のトランスＴに相当）を有する絶縁型スイッチング電源（例えば、図１の絶縁型スイッチング電源１や、後述の絶縁型スイッチング電源１Ａに相当）に設けられたスイッチ素子（例えば、図１のスイッチ素子Ｑ１に相当）をスイッチング制御し、入力電圧から必要な出力電圧に変換制御して当該絶縁型スイッチング電源から出力させる制御回路（例えば、図２の制御回路２や、図６の制御回路２Ａに相当）であって、前記スイッチ素子を流れる電流が過電流であるか否かを判別する過電流判別手段（例えば、図２や図６の過電流検出部２４に相当）と、前記トランスの制御巻線（例えば、図１の制御巻線Ｔ２に相当）の電圧が閾値電圧未満であるか否かを判別する電圧判別手段（例えば、図２や図６の制御巻線電圧検出部２２に相当）と、前記過電流判別手段により過電流ではないと判別された場合には、リスタート時間として第１時間（例えば、図４の第１時間に相当）を設定し、前記過電流判別手段により過電流であると判別された場合には、当該リスタート時間として当該第１時間より長い第２時間（例えば、図５の第２時間に相当）を設定するリスタート時間設定手段（例えば、図２や図６の過電流モード判定部２１に相当）と、前記スイッチ素子がオフ状態で、かつ、前記電圧判別手段により前記閾値電圧未満であると判別されている状態が、前記リスタート時間に亘って継続すると、当該スイッチ素子をオン状態にするスイッチング制御手段（例えば、図２リスタート部２３や図６のリスタート部２３Ａと、フリップフロップＦＦ２と、に相当）と、を備えることを特徴とする制御回路を提案している。

ここで、定常動作状態において負荷短絡が発生すると、図９のドレイン電流ＩＤ_Ｑ１に示したように、負荷短絡が発生する以前と比べて、制御回路によりスイッチング制御されるスイッチ素子について、このスイッチ素子を流れる電流が増大する。

そこで、この発明によれば、制御回路に、リスタート時間設定手段およびスイッチング制御手段を設けた。そして、リスタート時間設定手段により、スイッチ素子を流れる電流が過電流ではない場合には、リスタート時間として第１時間を設定し、スイッチ素子を流れる電流が過電流である場合には、リスタート時間として第１時間より長い第２時間を設定することとした。また、スイッチング制御手段により、スイッチ素子がオフ状態で、かつ、制御巻線の電圧が閾値電圧未満である状態が、リスタート時間設定手段により設定されたリスタート時間に亘って継続すると、スイッチ素子をオン状態にすることとした。

このため、スイッチ素子に過電流が流れない場合には、短い時間でリスタート制御を行うことができ、スイッチ素子に過電流が流れる場合には、長い時間でリスタート制御を行うことができる。具体的には、例えば、定常動作状態において負荷急変が発生した場合や、間欠発振状態において発振停止期間から発振期間に移行させる場合には、定常動作状態において負荷短絡が発生した場合と比べて、短時間でリスタート制御を行うことができる。一方、定常動作状態において負荷短絡が発生した場合には、定常動作状態において負荷急変が発生した場合や、間欠発振状態において発振停止期間から発振期間に移行させる場合と比べて、単位時間当たりにリスタート制御を行う回数を少なくすることができる。以上によれば、リスタート時間を適切に設定することができる。

（２）本発明は、（１）の制御回路について、前記スイッチング制御手段は、前記スイッチ素子がオフ状態で、かつ、前記電圧判別手段により前記閾値電圧未満であると判別されている状態において、時間が経過するに従って高くなる電圧を出力する電圧出力手段（例えば、図２の制御電圧源ＶＤＤ２、電流源Ｓ２、キャパシタＣ２、スイッチ素子Ｑ２、および論理和ＯＲに相当）と、前記電圧出力手段から出力される電圧が比較電圧（例えば、図２のリファレンス電圧源Ｖｒｅｆ２の正極の電圧に相当）より高ければ、前記スイッチ素子をオン状態にするスイッチ素子制御手段（例えば、図２の比較器ＣＭＰ３およびフリップフロップＦＦ１に相当）と、前記過電流判別手段により過電流ではないと判別された場合には、前記比較電圧を第１電圧に設定し、前記過電流判別手段により過電流であると判別された場合には、当該比較電圧を当該第１電圧より高い第２電圧に設定する比較電圧設定手段（例えば、図２のリファレンス電圧源Ｖｒｅｆ２に相当）と、備えることを特徴とする制御回路を提案している。

この発明によれば、スイッチング制御手段に、電圧出力手段、スイッチ素子制御手段、および比較電圧設定手段を設けた。そして、電圧出力手段により、スイッチ素子がオフ状態で、かつ、制御巻線の電圧が閾値電圧未満である状態において、時間が経過するに従って高くなる電圧を出力することとした。また、スイッチ素子制御手段により、電圧出力手段から出力される電圧が比較電圧より高ければ、スイッチ素子をオン状態にすることとした。また、比較電圧設定手段により、スイッチ素子を流れる電流が過電流ではない場合には、比較電圧を第１電圧に設定し、スイッチ素子を流れる電流が過電流である場合には、比較電圧を第１電圧より高い第２電圧に設定することとした。

このため、スイッチ素子に過電流が流れない場合には、短い時間でリスタート制御を行うことができ、スイッチ素子に過電流が流れる場合には、長い時間でリスタート制御を行うことができる。具体的には、例えば、定常動作状態において負荷急変が発生した場合や、間欠発振状態において発振停止期間から発振期間に移行させる場合には、定常動作状態において負荷短絡が発生した場合と比べて、短時間でリスタート制御を行うことができる。一方、定常動作状態において負荷短絡が発生した場合には、定常動作状態において負荷急変が発生した場合や、間欠発振状態において発振停止期間から発振期間に移行させる場合と比べて、単位時間当たりにリスタート制御を行う回数を少なくすることができる。以上によれば、上述した効果と同様の効果を奏することができる。

（３）本発明は、（１）の制御回路について、前記スイッチング制御手段は、前記スイッチ素子がオフ状態で、かつ、前記電圧判別手段により前記閾値電圧未満であると判別されている状態において、時間が経過するに従って高くなる電圧を出力する電圧出力手段（例えば、図６の制御電圧源ＶＤＤ２、電流源Ｓ２、キャパシタＣ２、スイッチ素子Ｑ２、および論理和ＯＲに相当）と、前記電圧出力手段から出力される電圧が比較電圧（例えば、図６のリファレンス電圧源Ｖｒｅｆ２の正極の電圧に相当）より高ければ、前記スイッチ素子をオン状態にするスイッチ素子制御手段（例えば、図６の比較器ＣＭＰ３およびフリップフロップＦＦ１に相当）と、を備え、前記電圧出力手段は、前記過電流判別手段により過電流ではないと判別された場合には、前記スイッチ素子がオフ状態で、かつ、前記電圧判別手段により前記閾値電圧未満であると判別されている状態が開始されてから、前記第１時間が経過すると、前記出力する電圧を前記比較電圧に等しくし、前記過電流判別手段により過電流であると判別された場合には、前記スイッチ素子がオフ状態で、かつ、前記電圧判別手段により前記閾値電圧未満であると判別されている状態が開始されてから、前記第２時間が経過すると、前記出力する電圧を前記比較電圧に等しくすることを特徴とする制御回路を提案している。

この発明によれば、スイッチング制御手段に、電圧出力手段およびスイッチ素子制御手段を設けた。そして、電圧出力手段により、スイッチ素子がオフ状態で、かつ、制御巻線の電圧が閾値電圧未満である状態において、時間が経過するに従って高くなる電圧を出力することとした。また、スイッチ素子制御手段により、電圧出力手段から出力される電圧が比較電圧より高ければ、スイッチ素子をオン状態にすることとした。さらに、電圧出力手段は、スイッチ素子を流れる電流が過電流ではない場合には、スイッチ素子がオフ状態で、かつ、制御巻線の電圧が閾値電圧未満である状態が開始されてから、第１時間が経過すると、出力する電圧を比較電圧に等しくすることとした。また、電圧出力手段は、スイッチ素子を流れる電流が過電流である場合には、スイッチ素子がオフ状態で、かつ、制御巻線の電圧が閾値電圧未満である状態が開始されてから、第１時間より長い第２時間が経過すると、出力する電圧を比較電圧に等しくすることとした。

このため、スイッチ素子に過電流が流れない場合、具体的には、例えば、定常動作状態において負荷急変が発生した場合や、間欠発振状態において発振停止期間から発振期間に移行させる場合には、スイッチ素子がオフ状態で、かつ、制御巻線の電圧が閾値電圧未満である状態が開始されてから、第１時間が経過すると、リスタート制御が行われる。一方、スイッチ素子に過電流が流れる場合、具体的には例えば定常動作状態において負荷短絡が発生した場合には、スイッチ素子がオフ状態で、かつ、制御巻線の電圧が閾値電圧未満である状態が開始されてから、第１時間より長い第２時間が経過すると、リスタート制御が行われる。したがって、上述した効果と同様を奏することができる。

本発明によれば、リスタート時間を適切に設定することができる。

本発明の第１実施形態に係る絶縁型スイッチング電源の回路図である。前記絶縁型スイッチング電源が備える制御回路の回路図である。定常動作状態における前記絶縁型スイッチング電源のタイミングチャートである。定常動作状態において負荷急変が発生した場合における前記絶縁型スイッチング電源のタイミングチャートである。定常動作状態において負荷短絡が発生した場合における前記絶縁型スイッチング電源のタイミングチャートである。本発明の第２実施形態に係る絶縁型スイッチング電源が備える制御回路の回路図である。従来例に係る絶縁型スイッチング電源の回路図である。定常動作状態において負荷急変が発生した場合における前記絶縁型スイッチング電源のタイミングチャートである。定常動作状態において負荷短絡が発生した場合における前記絶縁型スイッチング電源のタイミングチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素などとの置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、以下の実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

＜第１実施形態＞
［絶縁型スイッチング電源１の構成］
図１は、本発明の第１実施形態に係る絶縁型スイッチング電源１の回路図である。絶縁型スイッチング電源１は、図７に示した従来例に係る絶縁型スイッチング電源１００とは、制御回路１０２の代わりに制御回路２を備える点と、抵抗Ｒ２を備える点と、が異なる。なお、絶縁型スイッチング電源１において、絶縁型スイッチング電源１００と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。

抵抗Ｒ２は、スイッチ素子Ｑ１のソースと、基準電位源ＧＮＤと、を接続する。制御回路２には、端子Ｐ１〜Ｐ４に加えて端子Ｐ５が設けられている。端子Ｐ５は、抵抗Ｒ２とスイッチ素子Ｑ１のソースとの接続点に接続される。

［絶縁型スイッチング電源１の動作］
以上の構成を備える絶縁型スイッチング電源１は、制御回路２により、スイッチ素子Ｑ１をスイッチング制御し、直流電源ＶＩＮから入力される入力電圧を必要な出力電圧ＶＯＵＴに変換して、この出力電圧ＶＯＵＴを出力端子ＯＵＴから出力する。

制御回路２は、スイッチ素子Ｑ１のスイッチング制御を、出力電圧ＶＯＵＴに応じて変化する端子Ｐ３の電圧と、制御巻線Ｔ２の他端の電圧に応じて変化する端子Ｐ４の電圧と、だけでなく、端子Ｐ５の電圧に応じて行う。

端子Ｐ５の電圧は、抵抗Ｒ２とスイッチ素子Ｑ１のソースとの接続点の電圧に応じて変化する。この接続点の電圧は、スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流ＩＤ_Ｑ１と、抵抗Ｒ２の抵抗値と、の積により求めることができる。このため、端子Ｐ５の電圧は、スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流ＩＤ_Ｑ１に応じて変化することとなる。

［制御回路２の構成］
図２は、制御回路２の回路図である。制御回路２は、過電流モード判定部２１と、制御巻線電圧検出部２２と、リスタート部２３と、過電流検出部２４と、オン幅タイマ部２０１と、制御電圧源ＶＤＤ１と、電流源Ｓ１と、比較器ＣＭＰ１と、ＮＡＮＤゲートで構成されるフリップフロップＦＦ１と、バッファＢＵＦと、を備える。

過電流モード判定部２１は、ポジエッジ検出部２１１と、ＮＡＮＤゲートで構成されるフリップフロップＦＦ２と、を備える。制御巻線電圧検出部２２は、ネガエッジ検出部２２１、比較器ＣＭＰ２、およびリファレンス電圧源Ｖｒｅｆ１を備える。リスタート部２３は、論理和ＯＲと、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴで構成されるスイッチ素子Ｑ２と、キャパシタＣ２と、制御電圧源ＶＤＤ２と、電流源Ｓ２と、リファレンス電圧源Ｖｒｅｆ２と、比較器ＣＭＰ３と、を備える。過電流検出部２４は、比較器ＣＭＰ４およびリファレンス電圧源Ｖｒｅｆ３を備える。

端子Ｐ３には、比較器ＣＭＰ１の反転入力端子が接続される。比較器ＣＭＰ１の反転入力端子には、電流源Ｓ１の出力端子も接続され、電流源Ｓ１の入力端子には、負極が基準電位源ＧＮＤに接続された制御電圧源ＶＤＤ１の正極が接続される。比較器ＣＭＰ１の非反転入力端子には、オン幅タイマ部２０１が接続される。オン幅タイマ部２０１は、フリップフロップＦＦ１の出力端子にも接続される。比較器ＣＭＰ１の出力端子には、フリップフロップＦＦ１の第１のリセット端子が接続される。

端子Ｐ５には、比較器ＣＭＰ４の反転入力端子が接続される。比較器ＣＭＰ４の非反転入力端子には、負極が基準電位源ＧＮＤに接続されたリファレンス電圧源Ｖｒｅｆ３の正極が接続される。比較器ＣＭＰ４の出力端子には、フリップフロップＦＦ１の第２のリセット端子と、フリップフロップＦＦ２のセット端子と、が接続される。

端子Ｐ４には、比較器ＣＭＰ２の非反転入力端子が接続される。比較器ＣＭＰ２の反転入力端子には、負極が基準電位源ＧＮＤに接続されたリファレンス電圧源Ｖｒｅｆ１の正極が接続される。比較器ＣＭＰ２の出力端子には、ネガエッジ検出部２２１と、論理和ＯＲの２つの入力端子のうち一方と、が接続される。ネガエッジ検出部２２１からは、トリガパルスｔｒｇ１が出力され、このトリガパルスｔｒｇ１は、フリップフロップＦＦ１の第２のセット端子に供給される。

論理和ＯＲの２つの入力端子のうち他方には、フリップフロップＦＦ１の出力端子が接続される。論理和ＯＲの出力端子には、スイッチ素子Ｑ２のゲートが接続される。スイッチ素子Ｑ２は、キャパシタＣ２に並列接続される。具体的には、スイッチ素子Ｑ２のソースには、基準電位源ＧＮＤに接続されたキャパシタＣ２の他方の電極が接続され、スイッチ素子Ｑ２のドレインには、キャパシタＣ２の一方の電極が接続される。キャパシタＣ２の一方の電極には、比較器ＣＭＰ３の反転入力端子と、電流源Ｓ２の出力端子と、が接続される。電流源Ｓ２の入力端子には、負極が基準電位源ＧＮＤに接続された制御電圧源ＶＤＤ２の正極が接続される。比較器ＣＭＰ３の非反転入力端子には、負極が基準電位源ＧＮＤに接続されたリファレンス電圧源Ｖｒｅｆ２の正極が接続される。比較器ＣＭＰ３の出力端子からは、リスタート信号ｒｅｓｔａｒｔが出力され、このリスタート信号ｒｅｓｔａｒｔは、フリップフロップＦＦ１の第１のセット端子に供給される。

フリップフロップＦＦ１の出力端子には、バッファＢＵＦを介して端子Ｐ１が接続されるとともに、ポジエッジ検出部２１１が接続される。ポジエッジ検出部２１１からは、トリガパルスｔｒｇ２が出力され、このトリガパルスｔｒｇ２は、フリップフロップＦＦ２のリセット端子に供給される。フリップフロップＦＦ２の出力端子からは、状態信号ｓｔａｔｅが出力され、この状態信号ｓｔａｔｅは、リファレンス電圧源Ｖｒｅｆ２に供給される。

［制御回路２の動作］
以上の構成を備える制御回路２は、フリップフロップＦＦ１により、スイッチ素子Ｑ１のオンタイミングを、比較器ＣＭＰ３から供給されるリスタート信号ｒｅｓｔａｒｔと、ネガエッジ検出部２２１から供給されるトリガパルスｔｒｇ１と、に応じて決定し、スイッチ素子Ｑ１のオフタイミングを、比較器ＣＭＰ１から出力される電圧と、比較器ＣＭＰ４から出力される電圧と、に応じて決定する。

（トリガパルスｔｒｇ１に応じたオンタイミングの決定）
ネガエッジ検出部２２１から供給されるトリガパルスｔｒｇ１は、電圧ＶＰ４に応じて変化する。具体的には、電圧ＶＰ４は、比較器ＣＭＰ２により、リファレンス電圧源Ｖｒｅｆ１の正極の電圧である所定電圧と比較される。そして、電圧ＶＰ４が所定電圧未満である場合、すなわち制御巻線Ｔ２の他端の電圧が閾値電圧未満である場合には、比較器ＣＭＰ２からＬレベル電圧が出力される。一方、電圧ＶＰ４が所定電圧Ｖｔｈ以上である場合、すなわち制御巻線Ｔ２の他端の電圧が閾値電圧以上である場合には、比較器ＣＭＰ２からＨレベル電圧が出力される。

ネガエッジ検出部２２１は、比較器ＣＭＰ２から出力される電圧がＨレベル電圧からＬレベル電圧に変化するタイミング、すなわち比較器ＣＭＰ２から出力される電圧のネガエッジを検出し、検出してから予め定められた時間だけ、トリガパルスｔｒｇ１をＬレベル電圧にする。このため、電圧ＶＰ４が所定電圧未満になると、すなわち制御巻線Ｔ２の他端の電圧が閾値電圧未満になると、フリップフロップＦＦ１からＨレベル電圧が出力され、スイッチ素子Ｑ１がオン状態になる。

（比較器ＣＭＰ１から出力される電圧に応じたオフタイミングの決定）
一方、比較器ＣＭＰ１から出力される電圧は、端子Ｐ３の電圧、すなわち出力電圧ＶＯＵＴに応じて変化する。具体的には、端子Ｐ３は、制御電圧源ＶＤＤ１および電流源Ｓ１によりプルアップされており、出力電圧ＶＯＵＴに応じて活性的にオンオフするフォトトランジスタＰＴにより、変化する。そして、端子Ｐ３の電圧は、出力電圧ＶＯＵＴが出力設定電圧Ｖ１より高い場合には、出力電圧ＶＯＵＴが高くなるに従って低くなる電圧となる。一方、端子Ｐ３の電圧は、出力電圧ＶＯＵＴが出力設定電圧Ｖ１以下である場合には、プルアップ電圧に等しくなる。この端子Ｐ３の電圧は、比較器ＣＭＰ１により、オン幅タイマ部２０１から出力される電圧と比較される。

オン幅タイマ部２０１は、フリップフロップＦＦ１から出力される電圧がＬレベル電圧であれば、すなわちスイッチ素子Ｑ１がオフ状態であれば、設定電圧を出力する。一方、フリップフロップＦＦ１から出力される電圧がＨレベル電圧になると、すなわちスイッチ素子Ｑ１がオン状態になると、時間が経過するに従って設定電圧より高くなる電圧を出力する。

このため、出力電圧ＶＯＵＴが出力設定電圧Ｖ１以下である場合には、スイッチ素子Ｑ１がオン状態になってから、端子Ｐ３の電圧と、オン幅タイマ部２０１から出力される電圧と、の比較結果に応じた時間が経過すると、比較器ＣＭＰ１からＬレベル電圧が出力され、フリップフロップＦＦ１からＬレベル電圧が出力されて、スイッチ素子Ｑ１がオフ状態になる。

（比較器ＣＭＰ４から出力される電圧に応じたオフタイミングの決定）
また、比較器ＣＭＰ４から出力される電圧は、端子Ｐ５の電圧、すなわちスイッチ素子Ｑ１のドレイン電流ＩＤ_Ｑ１に応じて変化する。具体的には、端子Ｐ５の電圧は、ドレイン電流ＩＤ_Ｑ１が増加するに従って上昇する。この端子Ｐ５の電圧は、比較器ＣＭＰ４により、リファレンス電圧源Ｖｒｅｆ３の正極の電圧と比較される。そして、端子Ｐ５の電圧がリファレンス電圧源Ｖｒｅｆ３の正極の電圧より高ければ、すなわちドレイン電流ＩＤ_Ｑ１がリファレンス電圧源Ｖｒｅｆ３の正極の電圧に応じた電流Ｉｔｈ（後述の図３参照）より大きければ、比較器ＣＭＰ４からＬレベル電圧が出力され、フリップフロップＦＦ１からＬレベル電圧が出力されて、スイッチ素子Ｑ１がオフ状態になる。

（リスタート信号ｒｅｓｔａｒｔに応じたオンタイミングの決定）
また、リスタート信号ｒｅｓｔａｒｔの電圧Ｖｒｅｓｔａｒｔは、スイッチ素子Ｑ１の状態と、スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流ＩＤ_Ｑ１と、制御巻線Ｔ２の他端の電圧と、に応じて変化する。具体的には、電圧Ｖｒｅｓｔａｒｔは、キャパシタＣ２の端子間電圧がリファレンス電圧源Ｖｒｅｆ２の正極の電圧より高ければ、Ｌレベル電圧となり、フリップフロップＦＦ１からＨレベル電圧が出力されて、スイッチ素子Ｑ１がオン状態になる。

ここで、キャパシタＣ２の端子間電圧は、スイッチ素子Ｑ２に応じて変化する。スイッチ素子Ｑ２がオフ状態である場合には、制御電圧源ＶＤＤ２および電流源Ｓ２によりキャパシタＣ２が充電されるため、キャパシタＣ２の端子間電圧は、時間が経過するに従って上昇する。一方、スイッチ素子Ｑ２がオン状態である場合には、キャパシタＣ２が放電されるため、キャパシタＣ２の端子間電圧は、基準電位源ＧＮＤに略等しくなる。

スイッチ素子Ｑ２は、論理和ＯＲからＬレベル電圧が出力される場合にオフ状態となり、論理和ＯＲからＨレベル電圧が出力される場合にオン状態となる。論理和ＯＲからＬレベル電圧が出力されるのは、フリップフロップＦＦ１からＬレベル電圧が出力され、かつ、比較器ＣＭＰ２からＬレベル電圧が出力される場合、すなわち、スイッチ素子Ｑ１がオフ状態で、かつ、制御巻線Ｔ２の他端の電圧が閾値電圧未満である場合である。一方、論理和ＯＲからＨレベル電圧が出力されるのは、フリップフロップＦＦ１または比較器ＣＭＰ２の少なくともいずれかからＨレベル電圧が出力される場合、すなわち、スイッチ素子Ｑ１がオン状態であるか、制御巻線Ｔ２の他端の電圧が閾値電圧以上であるか、の少なくともいずれかを満たす場合である。

一方、リファレンス電圧源Ｖｒｅｆ２の正極の電圧は、フリップフロップＦＦ２から供給される状態信号ｓｔａｔｅに応じて変化する。リファレンス電圧源Ｖｒｅｆ２は、状態信号ｓｔａｔｅの電圧ＶｓｔａｔｅがＬレベル電圧である場合には、正極の電圧を第１電圧に設定し、電圧ＶｓｔａｔｅがＨレベル電圧である場合には、正極の電圧を第１電圧より高い第２電圧に設定する。

電圧Ｖｓｔａｔｅは、比較器ＣＭＰ４からＬレベル電圧が出力されると、すなわちドレイン電流ＩＤ_Ｑ１がリファレンス電圧源Ｖｒｅｆ３の正極の電圧に応じた電流Ｉｔｈより大きければ、Ｈレベル電圧となり、ポジエッジ検出部２１１から出力されるトリガパルスｔｒｇ２の電圧がＬレベル電圧であれば、Ｌレベル電圧となる。ポジエッジ検出部２１１は、フリップフロップＦＦ１から出力される電圧の立ち上がりエッジ（ポジエッジ）、すなわちスイッチ素子Ｑ１のオンタイミングを検出し、検出してから予め定められた時間だけ、トリガパルスｔｒｇ２をＬレベル電圧にする。

以上によれば、スイッチ素子Ｑ１がオフ状態で、かつ、制御巻線Ｔ２の他端の電圧が閾値電圧未満であれば、キャパシタＣ２の端子間電圧が上昇し、キャパシタＣ２の端子間電圧がリファレンス電圧源Ｖｒｅｆ２の正極の電圧より高ければ、スイッチ素子Ｑ１がオン状態になる。そして、リファレンス電圧源Ｖｒｅｆ２の正極の電圧は、スイッチ素子Ｑ１がオン状態になると、第１電圧に設定されるが、スイッチ素子Ｑ１がオン状態であることによりドレイン電流ＩＤ_Ｑ１が上昇し、ドレイン電流ＩＤ_Ｑ１がリファレンス電圧源Ｖｒｅｆ３の正極の電圧に応じた電流Ｉｔｈより大きくなると、第１電圧より高い第２電圧に設定される。このため、スイッチ素子Ｑ１がオフ状態で、かつ、制御巻線Ｔ２の他端の電圧が閾値電圧未満である状態において、ドレイン電流ＩＤ_Ｑ１が電流Ｉｔｈより大きくなると、ドレイン電流ＩＤ_Ｑ１が電流Ｉｔｈ以下である場合と比べて、リスタート時間が長くなる。

［定常動作状態における制御回路２の動作］
図３は、定常動作状態における絶縁型スイッチング電源１のタイミングチャートである。ＶＧＳ_Ｑ１は、スイッチ素子Ｑ１のゲート−ソース間電圧を示し、Ｖｔｒｇ２は、トリガパルスｔｒｇ２の電圧を示す。ＶＤＳ_Ｑ１は、スイッチ素子Ｑ１のドレイン−ソース間電圧を示す。ＶＰ４は、端子Ｐ４の電圧を示し、Ｖｔｒｇ１は、トリガパルスｔｒｇ１の電圧を示す。Ｉ_Ｄ１は、図１のダイオードＤ１の順方向電流を示す。

ゲート−ソース間電圧ＶＧＳ_Ｑ１がＨレベル電圧になると、電圧Ｖｔｒｇ２がＬレベル電圧となる。ゲート−ソース間電圧ＶＧＳ_Ｑ１がＨレベル電圧である期間、すなわちスイッチ素子Ｑ１がオン状態である期間では、ドレイン電流ＩＤ_Ｑ１は、時間が経過するに従って上昇する。ただし、ドレイン電流ＩＤ_Ｑ１のピーク値は、上述のリファレンス電圧源Ｖｒｅｆ３の正極の電圧に応じた電流Ｉｔｈ以下であるため、上述のように、リファレンス電圧源Ｖｒｅｆ２の正極の電圧は、第１電圧で維持される。このドレイン電流ＩＤ_Ｑ１は、１次巻線Ｔ１に流れる電流に等しく、１次巻線Ｔ１に電流が流れると、トランスＴにエネルギーが蓄積される。そして、ゲート−ソース間電圧ＶＧＳ_Ｑ１がＬレベル電圧になると、すなわちスイッチ素子Ｑ１がオフ状態になると、トランスＴに蓄積されているエネルギーにより、２次巻線Ｔ３に電流が流れて、電流Ｉ_Ｄ１が流れ始めるとともに、電圧ＶＰ４が上昇する。

トランスＴに蓄積されているエネルギーは、２次巻線Ｔ３や制御巻線Ｔ２に電流が流れるに従って減少する。そして、トランスに蓄積されているエネルギーがゼロになると、制御巻線Ｔ２の他端の電圧が低下するので、電圧ＶＰ４も低下する。そして、電圧ＶＰ４が所定電圧Ｖｔｈから所定電圧Ｖｔｈ未満に変化すると、電圧Ｖｔｒｇ１がＬレベル電圧となり、スイッチ素子Ｑ１がオン状態になる。

［定常動作状態において負荷急変が発生した場合におけるリスタート制御］
図４は、定常動作状態において負荷急変が発生した場合における、絶縁型スイッチング電源１のタイミングチャートである。

時刻ｔ１において、図８の時刻ｔ２１と同様に、負荷急変が発生し、出力端子ＯＵＴと端子ＧＮＤ１とに接続された負荷が急激に軽くなったものとする。そして、時刻ｔ２において、図８の時刻ｔ２３と同様に、スイッチ素子Ｑ１がオフ状態で、かつ、電圧ＶＰ４が所定電圧Ｖｔｈ未満である状態が開始されたものとする。

ここで、時刻ｔ２では、ドレイン電流ＩＤ_Ｑ１がゼロであるため、比較器ＣＭＰ４からＨレベル電圧が出力され、フリップフロップＦＦ２からリファレンス電圧源Ｖｒｅｆ２に供給される状態信号ｓｔａｔｅの電圧ＶｓｔａｔｅがＬレベル電圧である。このため、リファレンス電圧源Ｖｒｅｆ２の正極の電圧は、第１電圧に設定される。そして、図４では、ドレイン電流ＩＤ_Ｑ１のピーク値は、リファレンス電圧源Ｖｒｅｆ３の正極の電圧に応じた電流Ｉｔｈ以下であるため、リファレンス電圧源Ｖｒｅｆ２の正極の電圧は、第１電圧で維持される。

時刻ｔ３において、キャパシタＣ２の端子間電圧が第１電圧より高いものとする。これはすなわち、時刻ｔ２〜ｔ３の期間では、スイッチ素子Ｑ１がオフ状態で、かつ、電圧ＶＰ４が所定電圧Ｖｔｈ未満である状態が継続したということであり、リスタート時間が経過したということである。これによれば、時刻ｔ３において、電圧ＶｒｅｓｔａｒｔがＬレベル電圧となり、リスタート制御が行われて、スイッチ素子Ｑ１がオン状態になる。

なお、以降では、時刻ｔ２〜ｔ３までのリスタート時間を、第１時間と呼ぶこととする。

［定常動作状態において負荷短絡が発生した場合におけるリスタート制御］
図５は、定常動作状態において負荷短絡が発生した場合における、絶縁型スイッチング電源１のタイミングチャートである。

時刻ｔ１１において、図９の時刻ｔ３１と同様に、負荷短絡が発生したものとする。これによれば、スイッチ素子Ｑ１がスイッチングしても、制御巻線Ｔ２の他端において十分にはプラス電圧が発生しなくなるため、電圧ＶＰ４の振動が小さくなり、電圧ＶＰ４が所定電圧Ｖｔｈ以上にならなくなる。このため、制御回路２は、電圧ＶＰ４のネガエッジを検出できなくなり、制御巻線Ｔ２の他端の電圧に応じてスイッチ素子Ｑ１のオンタイミングを決定することはできなくなる。

ここで、図５において、時刻ｔ１３までの期間では、ドレイン電流ＩＤ_Ｑ１のピーク値は、リファレンス電圧源Ｖｒｅｆ３の正極の電圧に応じた電流Ｉｔｈ以下である。このため、時刻ｔ１３までの期間では、リファレンス電圧源Ｖｒｅｆ２の正極の電圧は、第１電圧に設定されていることとなる。

時刻ｔ１２において、キャパシタＣ２の端子間電圧が第１電圧より高いものとする。これはすなわち、時刻ｔ１１〜ｔ１２の期間では、スイッチ素子Ｑ１がオフ状態で、かつ、電圧ＶＰ４が所定電圧Ｖｔｈ未満である状態が継続したということであり、リスタート時間として上述の第１時間が経過したということである。これによれば、時刻ｔ１２において、電圧ＶｒｅｓｔａｒｔがＬレベル電圧となり、リスタート制御が行われて、スイッチ素子Ｑ１がオン状態になる。

スイッチ素子Ｑ１がオン状態になると、ドレイン電流ＩＤ_Ｑ１は、時間が経過するに従って上昇し、時刻ｔ１３において、リファレンス電圧源Ｖｒｅｆ３の正極の電圧に応じた電流Ｉｔｈより大きくなる。このため、時刻ｔ１３において、比較器ＣＭＰ４からＬレベル電圧が出力され、状態信号ｓｔａｔｅがＨレベル電圧になり、フリップフロップＦＦ１からＬレベル電圧が出力されて、スイッチ素子Ｑ１がオフ状態になるとともに、リファレンス電圧源Ｖｒｅｆ２の正極の電圧は、第２電圧に設定されることとなる。

時刻ｔ１４において、キャパシタＣ２の端子間電圧が第２電圧より高いものとする。これによれば、時刻ｔ１３〜ｔ１４の期間では、スイッチ素子Ｑ１がオフ状態で、かつ、電圧ＶＰ４が所定電圧Ｖｔｈ未満である状態が継続したということであり、リスタート時間が経過したということである。これによれば、時刻ｔ１４において、電圧ＶｒｅｓｔａｒｔがＬレベル電圧となり、リスタート制御が行われて、スイッチ素子Ｑ１がオン状態になる。

なお、以降では、時刻ｔ１３〜ｔ１４までのリスタート時間を、上述の第１時間よりも長い第２時間と呼ぶこととする。

スイッチ素子Ｑ１がオン状態になると、ポジエッジ検出部２１１から供給されるトリガパルスｔｒｇ２は、予め定められた時間だけＬレベル電圧になり、フリップフロップＦＦ２から供給される状態信号ｓｔａｔｅの電圧ＶｓｔａｔｅがＬレベル電圧になる。このため、時刻ｔ１４において、リファレンス電圧源Ｖｒｅｆ２の正極の電圧は、第１電圧に設定されることとなる。

また、スイッチ素子Ｑ１がオン状態になると、ドレイン電流ＩＤ_Ｑ１は、時間が経過するに従って上昇し、時刻ｔ１５において、時刻ｔ１３と同様に、リファレンス電圧源Ｖｒｅｆ３の正極の電圧に応じた電流Ｉｔｈより大きくなり、状態信号ｓｔａｔｅがＨレベル電圧になり、リファレンス電圧源Ｖｒｅｆ２の正極の電圧は、第２電圧に設定されることとなる。

以降、時刻ｔ１５〜ｔ１７では、制御回路２は、時刻ｔ１３〜ｔ１５までと同様に動作する。

以上の絶縁型スイッチング電源１によれば、以下の効果を奏することができる。

絶縁型スイッチング電源１では、定常動作状態において負荷急変が発生した場合には、図４に示したように、ドレイン電流ＩＤ_Ｑ１のピーク値は、リファレンス電圧源Ｖｒｅｆ３の正極の電圧に応じた電流Ｉｔｈ以下である。これに対して、定常動作状態において負荷短絡が発生した場合には、図５に示したように、ドレイン電流ＩＤ_Ｑ１のピーク値は、リファレンス電圧源Ｖｒｅｆ３の正極の電圧に応じた電流Ｉｔｈより大きくなる。

そこで、絶縁型スイッチング電源１は、ドレイン電流ＩＤ_Ｑ１に応じて、リファレンス電圧源Ｖｒｅｆ２の正極の電圧を設定して、リスタート時間を設定する。具体的には、スイッチ素子Ｑ１がオン状態になるたびに、リファレンス電圧源Ｖｒｅｆ２の正極の電圧を、第１電圧に設定する。そして、ドレイン電流ＩＤ_Ｑ１がリファレンス電圧源Ｖｒｅｆ３の正極の電圧に応じた電流Ｉｔｈより大きくなると、リファレンス電圧源Ｖｒｅｆ２の正極の電圧を、第１電圧より高い第２電圧に変更する。これによれば、リファレンス電圧源Ｖｒｅｆ２の正極の電圧が第２電圧である場合には、リファレンス電圧源Ｖｒｅｆ２の正極の電圧が第１電圧である場合と比べて、キャパシタＣ２の端子間電圧がリファレンス電圧源Ｖｒｅｆ２の正極の電圧より高くなるまでの時間が長くなるので、その結果、リスタート時間が長くなる。

以上より、スイッチ素子Ｑ１に過電流が流れない場合には、短い時間でリスタート制御を行うことができ、スイッチ素子Ｑ１に過電流が流れる場合には、長い時間でリスタート制御を行うことができる。具体的には、例えば、定常動作状態において負荷急変が発生した場合や、間欠発振状態において発振停止期間から発振期間に移行させる場合には、定常動作状態において負荷短絡が発生した場合と比べて、短時間でリスタート制御を行うことができる。一方、定常動作状態において負荷短絡が発生した場合には、定常動作状態において負荷急変が発生した場合や、間欠発振状態において発振停止期間から発振期間に移行させる場合と比べて、単位時間当たりにリスタート制御を行う回数を少なくすることができる。以上によれば、リスタート時間を適切に設定することができる。

＜第２実施形態＞
［絶縁型スイッチング電源１Ａの構成］
本発明の第２実施形態に係る絶縁型スイッチング電源１Ａについて、以下に説明する。絶縁型スイッチング電源１Ａは、図１に示した本発明の第１実施形態に係る絶縁型スイッチング電源１とは、制御回路２の代わりに制御回路２Ａを備える点が異なる。なお、絶縁型スイッチング電源１Ａにおいて、絶縁型スイッチング電源１と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。

［制御回路２Ａの構成］
図６は、制御回路２Ａの回路図である。制御回路２Ａは、図２に示した本発明の第１実施形態に係る制御回路２とは、リスタート部２３の代わりにリスタート部２３Ａを備える点が異なる。

リスタート部２３は、リスタート時間を適切に設定するために、リファレンス電圧源Ｖｒｅｆ２の正極の電圧を制御した。これに対して、リスタート部２３Ａは、リスタート時間を適切に設定するために、電流源Ｓ２から出力される電流を制御する。

リスタート部２３ではリファレンス電圧源Ｖｒｅｆ２に供給されていた状態信号ｓｔａｔｅは、リスタート部２３Ａでは、電流源Ｓ２に供給される。電流源Ｓ２から出力される電流は、状態信号ｓｔａｔｅに応じて変化する。電流源Ｓ２は、電圧ＶｓｔａｔｅがＬレベル電圧である場合には、出力する電流を第１電流に設定し、電圧ＶｓｔａｔｅがＨレベル電圧である場合には、出力する電流を第１電流より少ない第２電流に設定する。

以上の絶縁型スイッチング電源１Ａによれば、以下の効果を奏することができる。

絶縁型スイッチング電源１Ａは、ドレイン電流ＩＤ_Ｑ１に応じて、電流源Ｓ２から出力される電流を設定して、リスタート時間を設定する。具体的には、スイッチ素子Ｑ１がオン状態になるたびに、電流源Ｓ２から出力される電流を、第１電流に設定する。そして、ドレイン電流ＩＤ_Ｑ１がリファレンス電圧源Ｖｒｅｆ３の正極の電圧に応じた電流Ｉｔｈより大きくなると、電流源Ｓ２から出力される電流を、第１電流より少ない第２電流に変更する。これによれば、電流源Ｓ２から出力される電流が第２電流である場合には、電流源Ｓ２から出力される電流が第１電流である場合と比べて、キャパシタＣ２の端子間電圧がリファレンス電圧源Ｖｒｅｆ２の正極の電圧より高くなるまでの時間が長くなるので、その結果、リスタート時間が長くなる。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

１、１Ａ、１００；絶縁型スイッチング電源
２、２Ａ、１０２；制御回路
２１；過電流モード判定部
２２；制御巻線電圧検出部
２３，２３Ａ；リスタート部
２４；過電流検出部

Claims

トランスを有する絶縁型スイッチング電源に設けられたスイッチ素子をスイッチング制御し、入力電圧から必要な出力電圧に変換制御して当該絶縁型スイッチング電源から出力させる制御回路であって、
前記スイッチ素子を流れる電流が過電流であるか否かを判別する過電流判別手段と、
前記トランスの制御巻線の電圧が閾値電圧未満であるか否かを判別する電圧判別手段と、
前記過電流判別手段により過電流ではないと判別された場合には、リスタート時間として第１時間を設定し、前記過電流判別手段により過電流であると判別された場合には、当該リスタート時間として当該第１時間より長い第２時間を設定するリスタート時間設定手段と、
前記スイッチ素子がオフ状態で、かつ、前記電圧判別手段により前記閾値電圧未満であると判別されている状態が、前記リスタート時間に亘って継続すると、当該スイッチ素子をオン状態にするスイッチング制御手段と、を備えることを特徴とする制御回路。
前記スイッチング制御手段は、
前記スイッチ素子がオフ状態で、かつ、前記電圧判別手段により前記閾値電圧未満であると判別されている状態において、時間が経過するに従って高くなる電圧を出力する電圧出力手段と、
前記電圧出力手段から出力される電圧が比較電圧より高ければ、前記スイッチ素子をオン状態にするスイッチ素子制御手段と、
前記過電流判別手段により過電流ではないと判別された場合には、前記比較電圧を第１電圧に設定し、前記過電流判別手段により過電流であると判別された場合には、当該比較電圧を当該第１電圧より高い第２電圧に設定する比較電圧設定手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の制御回路。
前記スイッチング制御手段は、
前記スイッチ素子がオフ状態で、かつ、前記電圧判別手段により前記閾値電圧未満であると判別されている状態において、時間が経過するに従って高くなる電圧を出力する電圧出力手段と、
前記電圧出力手段から出力される電圧が比較電圧より高ければ、前記スイッチ素子をオン状態にするスイッチ素子制御手段と、を備え、
前記電圧出力手段は、
前記過電流判別手段により過電流ではないと判別された場合には、前記スイッチ素子がオフ状態で、かつ、前記電圧判別手段により前記閾値電圧未満であると判別されている状態が開始されてから、前記第１時間が経過すると、前記出力する電圧を前記比較電圧に等しくし、
前記過電流判別手段により過電流であると判別された場合には、前記スイッチ素子がオフ状態で、かつ、前記電圧判別手段により前記閾値電圧未満であると判別されている状態が開始されてから、前記第２時間が経過すると、前記出力する電圧を前記比較電圧に等しくすることを特徴とする請求項１に記載の制御回路。