JP2013187938A - 制御回路およびこれを備えたスイッチング電源 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、スイッチング電源を安定的に制御し且つ待機電力を削減する制御回路およびこれを備えたスイッチング電源を提供する。
【解決手段】 第１制御部は、スイッチング電源の出力電流の値が第１電流値以下の軽負荷時には制御電圧を検出しスイッチのスイッチング動作を制御して制御電圧の値が第１電圧となるように第１制御を行う。また、第２制御部は、スイッチング電源の出力電流の値が第１電流値より大きい定常負荷時にはスイッチング電源の出力部側の出力電圧が検出されスイッチのスイッチング動作が制御されて出力電圧の値が第２電圧となるよう第２制御を行う。補充制御部は、第２制御において制御電圧が第１電圧未満となった場合には電力補充スイッチをオンさせて制御電圧を第１電圧まで上昇させ、制御電圧が第１電圧以上となった場合は電力補充スイッチをオフさせる制御を行い、第１制御においては電力補充スイッチをオフさせる制御を行う。
【選択図】 図２

Description

本発明は、スイッチング電源を安定的に制御し且つ待機電力を削減する制御回路およびこれを備えたスイッチング電源に関する。

近年、デジタル機器の待機電力削減要求が高まり、特許文献１に示すような構成の電源回路が普及している。

特許文献１では、入力電源とトランスの一次巻線間に直列に介在するスイッチング素子と、このスイッチング素子をスイッチング動作させるスイッチング制御回路とを有し、上記トランスの二次巻線から電源出力電流を取り出すようにした電源回路であって、上記入力電源側から直接得られる電源を使って上記スイッチング制御回路に動作電流を供給する第１の電流供給回路と、上記スイッチング動作により得られる上記トランスの二次起電力を使って上記スイッチング制御回路に動作電流を供給する第２の電流供給回路と、この第２の電流供給回路が動作状態になったときに上記第１の電流供給回路をオフ状態に設定する起動時制御回路と、を備えた電源回路が開示されている。

特許文献１に開示された電源回路によれば、第２の電流供給回路が動作状態になったときに上記第１の電流供給回路をオフ状態に設定するように起動時制御回路が作用するので、第２の電流供給回路が動作状態になれば、特許文献１の図１に示された抵抗Ｒ１の損失を抑制することができる。そのため、特許文献１に開示された電源回路によれば、出力電流が０Ａ又は微少電流の場合における電力、いわゆる待機電力を削減できる。

ところで、特許文献１の図１に開示された電源回路では、出力電圧（特許文献１の図１中Ｃ２の端子間電圧）を直接検出しフィードバック定電圧制御しているが、第２の電流供給回路はフィードバック定電圧制御されていないため、第２の電流供給回路からスイッチング制御回路に供給する電圧が不安定になり易い。

そこで、例えば、第２の電流供給回路が動作状態になったときに上記第１の電流供給回路をオフ状態にした後に、仮に、第２の電流供給回路からスイッチング制御回路に供給する電圧が所定値よりも低下したら、第１の電流供給回路をオフ状態からオン状態にし、スイッチング制御回路に供給する電圧が所定値まで上昇したら第１の電流供給回路をオフ状態にするといった、電源供給アシスト制御方法が考えられる。特許文献１の図１に開示された電源回路に、電源供給アシスト制御方法を採用すれば、スイッチング制御回路に供給する電圧を安定化することができる。

特開２０００−２３４６１号公報

しかしながら、上記電源供給アシスト制御方法では、過負荷時に電源回路が垂下動作する場合には、第１の電流供給回路に流れる電流により第１の電流供給回路の発熱が大きくなってしまうということが懸念される。これは、上記電源供給アシスト制御方法において、過負荷時に電源回路が垂下動作する場合、第２の電流供給回路からスイッチング制御回路に供給する電圧が低下するため、スイッチング制御回路に供給する電圧も所定値よりも低下し、第１の電流供給回路がオン状態となることが継続してしまうからである。

また、特許文献１の図１に開示された電源回路は、第２の電流供給回路が動作状態になったときに上記第１の電流供給回路をオフ状態に設定して消費電力を削減できるものであるが、待機電力の更なる削減という課題に対しては十分な技術とは言えない。なぜならば、特許文献１の図１に開示された電源回路では、特許文献１の図１中に示された誤差アンプ１３およびフォトカプラ１４に電流を常時流して２次側の出力電圧を直接検出しフィードバック定電圧制御を行っているため、誤差アンプ１３およびフォトカプラ１４で電力を消費するからである。このような電力消費は、無負荷時や微少負荷時の高効率化を図る上では、大きな障害になる。

以上のように、従来技術においては、スイッチング制御回路に供給する電圧の安定性および電源供給アシスト制御方法を採用した場合の第１の電流供給回路の発熱対策という課題に加え、待機電力の更なる削減という課題があり、全ての課題を克服することは、従来技術の単なる寄せ集め等では極めて困難であった。

本発明は、スイッチング電源を安定的に制御し且つ待機電力を削減する制御回路およびこれを備えたスイッチング電源を提供することを目的とする。

この目的を達成するため本発明は次のように構成する。

請求項１に記載の発明は、スイッチング制御が行われるスイッチと、入力部側からの供給電力をスイッチのスイッチング動作により電磁誘導を起こすことでエネルギー変換して出力部側に電力を出力しスイッチング制御に必要な電力源となる電圧を発生させる制御巻線を有するトランスと、制御巻線に発生する電圧を整流して電荷を蓄えてスイッチング制御に必要な制御電圧を発生させる制御電源部と、を備えたスイッチング電源の動作を制御する制御回路において、スイッチング電源の出力電流の値が第１電流値以下の軽負荷時には制御電圧を検出しスイッチのスイッチング動作を制御して制御電圧の値が第１電圧となるように第１制御を行う第１制御部と、スイッチング電源の出力電流の値が第１電流値より大きい定常負荷時にはスイッチング電源の出力部側の出力電圧を検出しスイッチのスイッチング動作を制御して出力電圧の値が第２電圧となるよう第２制御を行う第２制御部と、スイッチング電源の入力部と制御電源部とを短絡又は開放させてスイッチング電源の入力部から制御電源部に電力を補充する電力補充スイッチを有し、第２制御において制御電圧が第１電圧未満となった場合には電力補充スイッチをオンさせて制御電圧を第１電圧まで上昇させ制御電圧が第１電圧以上となった場合は電力補充スイッチをオフさせる制御を行い、第１制御においては電力補充スイッチをオフさせる制御を行う補充制御部と、を備えたことを特徴とする制御回路を対象とする。

請求項１に記載の発明では、第１制御部は、スイッチング電源の出力電流の値が第１電流値以下の軽負荷時には制御電圧を検出しスイッチのスイッチング動作を制御して制御電圧の値が第１電圧となるように第１制御を行う。また、第２制御部は、スイッチング電源の出力電流の値が第１電流値より大きい定常負荷時にはスイッチング電源の出力部側の出力電圧を検出しスイッチのスイッチング動作を制御して出力電圧の値が第２電圧となるよう第２制御を行う。補充制御部は、第２制御において制御電圧が第１電圧未満となった場合には電力補充スイッチをオンさせて制御電圧を第１電圧まで上昇させ、制御電圧が第１電圧以上となった場合は電力補充スイッチをオフさせる制御を行い、第１制御においては電力補充スイッチをオフさせる制御を行う。

請求項２に記載の発明は、補充制御部は、軽負荷または定常負荷の負荷状態を表す電圧信号を、所定の基準電圧と比較して、負荷状態を検出する比較器を備えたことを特徴とする制御回路を対象とする。

請求項２に記載の発明では、補充制御部の比較器は、軽負荷または定常負荷の負荷状態を表す電圧信号を、所定の基準電圧と比較して、負荷状態を検出する。

請求項３に記載の発明は、第１制御部は、比較器による負荷状態の検出に基づいて、第１制御を行うことを特徴とする制御回路を対象とする。

請求項３に記載の発明では、第１制御部は、比較器による負荷状態の検出に基づいて、第１制御を行う。

請求項４に記載の発明は、スイッチング制御が行われるスイッチと、スイッチングを制御する制御回路と、入力部側からの供給電力をスイッチのスイッチング動作により電磁誘導を起こすことでエネルギー変換して出力部側に電力を出力しスイッチング制御に必要な電力源となる電圧を発生させる制御巻線を有するトランスと、制御巻線に発生する電圧を整流して電荷を蓄えてスイッチング制御に必要な制御電圧を発生させる制御電源部と、を備えたスイッチング電源において、制御回路は、スイッチング電源の出力電流の値が第１電流値以下の軽負荷時には制御電圧を検出しスイッチのスイッチング動作を制御して制御電圧の値が第１電圧となるように第１制御を行う第１制御部と、スイッチング電源の出力電流の値が前記第１電流値より大きい定常負荷時にはスイッチング電源の出力部側の出力電圧を検出しスイッチのスイッチング動作を制御して出力電圧の値が第２電圧となるよう第２制御を行う第２制御部と、スイッチング電源の入力部と制御電源部とを短絡又は開放させてスイッチング電源の入力部から制御電源部に電力を補充する電力補充スイッチを有し、第２制御において制御電圧が第１電圧未満となった場合には電力補充スイッチをオンさせて制御電圧を前記第１電圧まで上昇させ制御電圧が第１電圧以上となった場合は電力補充スイッチをオフさせる制御を行い、第１制御においては電力補充スイッチをオフさせる制御を行う補充制御部と、を備えたことを特徴とするスイッチング電源を対象とする。

請求項４に記載の発明では、制御回路がスイッチのスイッチング制御を行い、スイッチのスイッチング動作によりトランスが入力部側からの供給電力を電磁誘導でエネルギー変換して出力部側に電力を出力する。また、トランスは、スイッチング制御に必要な電力源となる電圧を発生させる制御巻線を有しており、この制御巻線に発生する電圧を制御電源部が整流して電荷を蓄え、スイッチング制御に必要な制御電圧を発生させる。第１制御部は、スイッチング電源の出力電流の値が第１電流値以下の軽負荷時には制御電圧を検出しスイッチのスイッチング動作を制御して制御電圧の値が第１電圧となるように第１制御を行う。また、第２制御部は、スイッチング電源の出力電流の値が第１電流値より大きい定常負荷時にはスイッチング電源の出力部側の出力電圧を検出しスイッチのスイッチング動作を制御して出力電圧の値が第２電圧となるよう第２制御を行う。補充制御部は、第２制御において制御電圧が第１電圧未満となった場合には電力補充スイッチをオンさせて制御電圧を第１電圧まで上昇させ、制御電圧が第１電圧以上となった場合は電力補充スイッチをオフさせる制御を行い、第１制御においては電力補充スイッチをオフさせる制御を行う。

請求項１に記載の発明によれば、第１制御部は、スイッチング電源の出力電流の値が第１電流値以下の軽負荷時には制御電圧を検出しスイッチのスイッチング動作を制御して制御電圧の値が第１電圧となるように第１制御を行う。また、第２制御部は、スイッチング電源の出力電流の値が第１電流値より大きい定常負荷時にはスイッチング電源の出力部側の出力電圧を検出しスイッチのスイッチング動作を制御して出力電圧の値が第２電圧となるよう第２制御を行う。補充制御部は、第２制御において制御電圧が第１電圧未満となった場合には電力補充スイッチをオンさせて制御電圧を第１電圧まで上昇させ、制御電圧が第１電圧以上となった場合は電力補充スイッチをオフさせる制御を行い、第１制御においては電力補充スイッチをオフさせる制御を行う。そのため、制御電圧の安定性が確保され、且つ、制御回路の発熱問題が解消され、待機電力の更なる削減が可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、補充制御部の比較器は、軽負荷または定常負荷の負荷状態を表す電圧信号を、所定の基準電圧と比較して、負荷状態を検出する。そのため、第１制御と第２制御とを確実かつ容易に切替えることができる。

請求項３に記載の発明によれば、第１制御部は、比較器による負荷状態の検出に基づいて、第１制御を行う。そのため、第１制御と第２制御とを確実かつ容易に切替えることができ、第１制御と第２制御との切替え動作を安定的に行うことができる。

請求項４に記載の発明によれば、制御回路がスイッチのスイッチング制御を行い、スイッチのスイッチング動作によりトランスが入力部側からの供給電力を電磁誘導でエネルギー変換して出力部側に電力を出力する。また、トランスは、スイッチング制御に必要な電力源となる電圧を発生させる制御巻線を有しており、この制御巻線に発生する電圧を制御電源部が整流して電荷を蓄え、スイッチング制御に必要な制御電圧を発生させる。第１制御部は、スイッチング電源の出力電流の値が第１電流値以下の軽負荷時には制御電圧を検出しスイッチのスイッチング動作を制御して制御電圧の値が第１電圧となるように第１制御を行う。また、第２制御部は、スイッチング電源の出力電流の値が第１電流値より大きい定常負荷時にはスイッチング電源の出力部側の出力電圧を検出しスイッチのスイッチング動作を制御して出力電圧の値が第２電圧となるよう第２制御を行う。補充制御部は、第２制御において制御電圧が第１電圧未満となった場合には電力補充スイッチをオンさせて制御電圧を第１電圧まで上昇させ、制御電圧が第１電圧以上となった場合は電力補充スイッチをオフさせる制御を行い、第１制御においては電力補充スイッチをオフさせる制御を行う。そのため、制御電圧の安定性が確保され、且つ、制御回路の発熱問題が解消され、待機電力の更なる削減が可能となる。

本発明を実施するための形態に係るスイッチング電源を示した回路図 本発明を実施するための形態に係る制御回路のブロック図 図２の制御回路における第１制御部の内部回路図 図２の制御回路における第２制御部の内部回路図 図２の制御回路における補充制御部の内部回路図

＜本発明を実施するための形態に係るスイッチング電源の構成＞
図１は、本発明を実施するための形態に係るスイッチング電源を示した回路図である。スイッチング電源１は、スイッチング制御が行われるスイッチＱ１０と、スイッチＱ１０のオン・オフを制御する制御回路１０と、入力部側からの供給電力をスイッチＱ１０のスイッチング動作により電磁誘導を起こすことでエネルギー変換して出力部側に電力を出力しスイッチング制御に必要な電力源となる電圧を発生させる制御巻線Ｌ１１を有するトランスＴ１０と、制御巻線Ｌ１１に発生する電圧を整流して電荷を蓄えてスイッチング制御に必要な制御電圧を発生させる制御電源部２０と、を備えている。

トランスＴ１０は、スイッチング電源１の一次側と二次側とを絶縁し電力変換するものであり、一次巻線Ｌ１０と、制御巻線Ｌ１１と、二次巻線Ｌ１２および図示しない磁性コア部材と、で構成されている。スイッチＱ１０としては、例えば、ＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴが実施可能であるが、本実施形態ではＮチャネルのＭＯＳＦＥＴを用いている。

また、スイッチング電源１は、ＡＣ入力電源を整流する一次整流部３０と、直流整流して出力する二次整流部４０と、二次側の直流電圧出力をフィードバック制御する出力電圧制御部５０と、を備えている。一次整流部３０の出力はスイッチＱ１０を介してトランスＴ１０の一次巻線Ｌ１０に接続されている。二次整流部４０の入力はトランスＴ１０の二次巻線Ｌ１２に接続されている。また、二次整流部４０の出力には、負荷が接続される。本実施形態においてはマイコン（以下、「マイコン８０」とする。）を用いる。

本実施形態に係る一次整流部３０は、ブリッジダイオードＤ１０およびコンデンサＣ１０で構成され、コンデンサＣ１０の両端はブリッジダイオードＤ１０の出力端子間に接続されて、ＡＣ入力電源を一次側で整流するものである。本実施形態に係る二次整流部４０は、ダイオードＤ１２およびコンデンサＣ１２で構成され、ダイオードＤ１２のアノードはトランスＴ１０の二次巻線Ｌ１２の一端に接続され、カソードはコンデンサＣ１２の正極端子と一方の出力端子ＯＵＴに接続される。コンデンサＣ１２の負極端子はトランスＴ１０の二次巻線Ｌ１２の他端、他方の出力端子ＧＮＤ２、及び２つのフォトカプラＰＣ１，ＰＣ２に接続され、トランスＴ１０の二次側出力を整流するものである。制御電源部２０は、ダイオードＤ１１およびコンデンサＣ１１で構成され、二次整流部と相対する構成にしてある。トランスＴ１０の制御巻線Ｌ１１に発生する電圧を整流して電荷を蓄えてスイッチング制御に必要な制御電圧を制御回路１０に供給するようになっている。出力電圧制御部５０は二次整流部４０とフォトカプラＰＣ２に接続される。

＜本発明を実施するための形態に係る制御回路の構成＞
次に、本発明の一実施の形態に係る制御回路の構成について説明する。図２は、本発明の実施形態に係る制御回路のブロック図である。

図２に示す制御回路１０は、第１制御部１００と、第２制御部２００と、補充制御部５００と、を備えている。更に、制御回路１０は、ドライバー部３００と、タイマー停止部４００と、を備えている。

本実施形態に係る制御回路１０は、Ｖｃｃ、Ｖｉｎ、ＶＧ、ＦＢ、ＺＣおよびＧＮＤ端子を有している。Ｖｃｃ端子は、制御電源部２０のダイオードＤ１１のカソードと、コンデンサＣ１１の正極端子と、に接続されている。Ｖｉｎ端子は、トランスＴ１０の一次巻線Ｌ１０の一端と、一次整流部３０のコンデンサＣ１０の正極端子と、に接続されている。ＶＧ端子は、スイッチＱ１０のゲートに接続されている。ＦＢ端子は、フォトカプラＰＣ２に接続されている。ＺＣ端子は、制御電源部２０のダイオードＤ１１のアノードと、トランスＴ１０の制御巻線Ｌ１１の一端と、フォトカプラＰＣ１と、に接続されている。ＧＮＤ端子は、一次整流部３０のコンデンサＣ１０の負極端子と、スイッチＱ１０のソースと、コンデンサＣ１１の負極端子と、トランスＴ１０の制御巻線Ｌ１１の他端と、に接続されている。

図３は、図２の制御回路１０における第１制御部１００の内部回路図である。第１制御部１００は、スイッチング電源１の出力電流の値が第１電流値以下の軽負荷時には制御電圧を検出しスイッチＱ１０のスイッチング動作を制御して制御電圧の値が第１電圧となるように第１制御を行うものである。第１制御部１００は、否定論理積ＮＡＮＤ１１０と、比較器ＣＯＭＰ１１１と、を有している。否定論理積ＮＡＮＤ１１０は、後述の補充制御部５００の比較器ＣＯＭＰ５２１の出力信号および比較器ＣＯＭＰ１１１の出力信号のいずれの信号もＨｉｇｈになる条件で、ドライバー部３００の否定論理積ＮＡＮＤ３０１の入力部にＬｏｗ信号を出力するものである。

具体的には、スイッチング電源１の出力電流の値が第１電流値以下の軽負荷時には、マイコン８０がフォトカプラＰＣ１をオフさせるようになっており、フォトカプラＰＣ１がオフすると、後述の補充制御部５００のＣＯＭＰ５２１の出力信号がＨｉｇｈになる。そのため、否定論理積ＮＡＮＤ１１０は、制御電圧の値が第１電圧よりも高くなりＣＯＭＰ１１１の出力信号がＨｉｇｈになれば、否定論理積ＮＡＮＤ１１０の出力端からドライバー部３００の否定論理積ＮＡＮＤ３０１の入力部にＬｏｗ信号を出力するようにしてある。ドライバー部３００の否定論理積ＮＡＮＤ３０１の入力部にＬｏｗ信号が出力されると、否定論理積ＮＡＮＤ３０１から駆動回路３０２にＨｉｇｈ信号が出力されるようにしてある。

図４は、図２の制御回路１０における第２制御部２００の内部回路図である。第２制御部２００は、スイッチング電源１の出力電流の値が第１電流値より大きい定常負荷時にはスイッチング電源１の出力部側の出力電圧を検出しスイッチＱ１０のスイッチング動作を制御して出力電圧の値が第２電圧となるよう第２制御を行うものである。第２制御部２００は、タイマー回路２１０と、比較器ＣＯＭＰ２１１と、を有している。タイマー回路２１０は、比較器ＣＯＭＰ２１１の反転入力端とＧＮＤ端子との間に接続され、比較器ＣＯＭＰ２１１の反転入力端の基準電位を時間に対して変化させるようにしてある。本実施形態に係るタイマー回路２１０は、反転入力端の基準電位を時間に対して比例的に変化させるようになっている。比較器ＣＯＭＰ２１１の非反転入力端は、ＦＢ端子を介して、フォトカプラＰＣ２に接続されている。

比較器ＣＯＭＰ２１１は、スイッチング電源１の出力電流の値が第１電流値より大きい定常負荷時にはスイッチング電源１の出力部側の出力電圧を、出力電圧制御部５０およびフォトカプラＰＣ２を介してＦＢ端子−ＧＮＤ端子間の電圧変化により検出するようにしてある。また、比較器ＣＯＭＰ２１１は、反転入力端の基準電位とＦＢ端子の電位とを比較するようにしてある。比較器ＣＯＭＰ２１１は、ＦＢ端子の電位が反転入力端の基準電位以上の場合にＨｉｇｈ信号をドライバー部３００の否定論理積ＮＡＮＤ３０１の入力部に出力し、ＦＢ端子の電位が反転入力端の基準電位未満の場合にＬｏｗ信号を、ドライバー部３００の否定論理積ＮＡＮＤ３０１の入力部に出力し、スイッチＱ１０のスイッチング動作を制御して出力電圧の値が第２電圧となるよう第２制御を行うようにしてある。

ドライバー部３００は、否定論理積ＮＡＮＤ３０１と、駆動回路３０２と、を有している。否定論理積ＮＡＮＤ３０１は、第１制御部１００、第２制御部２００およびタイマー停止部４００のうちいずれかからの信号がＬｏｗになる条件で、駆動回路３０２にＨｉｇｈ信号を出力するものである。駆動回路３０２は、否定論理積ＮＡＮＤ３０１が出力する信号に基づいて、スイッチＱ１０のスイッチング駆動を制御するものであり、否定論理積ＮＡＮＤ３０１が出力する信号がＨｉｇｈ信号の場合はスイッチＱ１０をオフさせ、否定論理積ＮＡＮＤ３０１が出力する信号がＬｏｗ信号の場合はスイッチＱ１０をオンさせるようにしてある。

図５は、図２の制御回路１０における補充制御部５００の内部回路図である。補充制御部５００は、スイッチング電源１の入力部と制御電源部２０とを短絡又は開放させてスイッチング電源１の入力部から制御電源部２０に電力を補充する電力補充スイッチＱ５１０を有し、第２制御において制御電圧が第１電圧未満となった場合には電力補充スイッチＱ５１０をオンさせて制御電圧を第１電圧まで上昇させ、制御電圧が第１電圧以上となった場合は電力補充スイッチＱ５１０をオフさせる制御を行い、第１制御において電力補充スイッチＱ５１０をオフさせる制御を行うものである。

補充制御部５００は、電力補充スイッチＱ５１０と、スイッチＱ５２０と、スイッチＱ５３０と、比較器ＣＯＭＰ５１０と、比較器ＣＯＭＰ５２１と、抵抗Ｒ５１０と、を有している。電力補充スイッチＱ５１０と、スイッチＱ５２０と、スイッチＱ５３０は、例えば、Ｎｃｈ−ＭＯＳＦＥＴを用いて構成することができる。電力補充スイッチＱ５１０のドレインとＶｉｎ端子、ソースとＶｃｃ端子、ゲートとスイッチＱ５２０のドレインおよびスイッチＱ５３０のドレインとがそれぞれ接続されている。電力補充スイッチＱ５１０のドレインには、抵抗Ｒ５１０の一端が接続され、抵抗Ｒ５１０の他端は、電力補充スイッチＱ５１０のゲートに接続されている。スイッチＱ５２０のゲートは、比較器ＣＯＭＰ５１０の出力端に接続され、スイッチＱ５２０のソースは、ＧＮＤ端子に接続されている。比較器ＣＯＭＰ５１０の非反転入力端は、Ｖｃｃ端子に接続され、比較器ＣＯＭＰ５１０の反転入力端は、基準電源Ｖｒｅｆ５１０に接続されている。スイッチＱ５３０のゲートは、比較器ＣＯＭＰ５２１の出力端、タイマー停止部４００および第１制御部１００の否定論理積ＮＡＮＤ１１０の入力端に接続されている。比較器ＣＯＭＰ５２１の非反転入力端は、ＺＣ端子に接続され、比較器ＣＯＭＰ５２１の反転入力端は、基準電源Ｖｒｅｆ５２１に接続されている。比較器ＣＯＭＰ５２１は、ＺＣ端子電圧と基準電源Ｖｒｅｆ５２１の基準電圧を比較し、ＺＣ端子電圧が基準電源Ｖｒｅｆ５２１の基準電圧より高ければ、スイッチＱ５３０ゲートと、タイマー停止部４００と、第１制御部１００内の否定論理積ＮＡＮＤ１１０入力端子と、にＨｉｇｈ信号を出力するようにしてある。

補充制御部５００は、第２制御において制御電圧が第１電圧未満となった場合に電力補充スイッチＱ５１０をオンさせて制御電圧を第１電圧まで上昇させ、制御電圧が第１電圧以上となった場合は電力補充スイッチＱ５１０をオフさせる。この制御は、比較器ＣＯＭＰ５１０が基準電源Ｖｒｅｆ５１０の基準電圧と制御電圧を比較することによって行われる。また、第１制御において電力補充スイッチＱ５１０をオフさせる制御は、比較器ＣＯＭＰ５２１の出力端がＨｉｇｈの場合になされる。すなわち、第１制御において電力補充スイッチＱ５１０をオフさせる制御は、ＺＣ端子−ＧＮＤ端子電圧が基準電源Ｖｒｅｆ５２１の基準電圧以上となった場合に、比較器ＣＯＭＰ５２１の出力端がＨｉｇｈとなることでなされるようになっている。ＺＣ端子−ＧＮＤ端子電圧が基準電源Ｖｒｅｆ５２１の基準電圧以上となるのは、マイコン８０からの信号でフォトカプラＰＣ１の一次側がオフとなった場合である。すなわち、第１制御と第２制御は、マイコン８０からの信号に基づいて切り替えられるようにしてある。

なお、上記スイッチング電源１、スイッチＱ１０、トランスＴ１０、制御電源部２０、制御回路１０、第１制御部１００、第２制御部２００、補充制御部５００および電力補充スイッチＱ５１０は、それぞれ本発明に係るスイッチング電源、スイッチ、トランス、制御電源部、制御回路、第１制御部、第２制御部、補充制御部および電力補充スイッチに相当する。

＜本実施形態に係る制御回路およびこれを備えたスイッチング電源の動作＞
続いて、本実施形態に係る制御回路１０およびこれを備えたスイッチング電源１の動作について説明する。

本実施形態に係るスイッチング電源１では、制御回路１０によりスイッチＱ１０のスイッチング制御が行われ、スイッチＱ１０のスイッチング動作によりトランスＴ１０が入力部側からの供給電力を電磁誘導でエネルギー変換させ出力部側に電力を出力する。また、トランスＴ１０は、スイッチング制御に必要な電力源となる電圧を発生させる制御巻線を有しており、この制御巻線に発生する電圧を制御電源部２０が整流して電荷をコンデンサＣ１１に蓄え、スイッチング制御に必要な制御電圧を発生させる。

また、本実施形態に係る制御回路１０では、第１制御部１００は、スイッチング電源１の出力電流の値が第１電流値以下の軽負荷時には制御電圧を検出しスイッチＱ１０のスイッチング動作を制御して制御電圧の値が第１電圧となるように第１制御を行う。

第１制御は、以下のようにして制御される。第１制御においては、スイッチング電源１の出力電流の値が第１電流値以下の軽負荷時になる条件で、マイコン８０がフォトカプラＰＣ１の一次側フォトトランジスタをオフさせる。フォトカプラＰＣ１の一次側フォトトランジスタがオフすると、補充制御部５００の比較器ＣＯＭＰ５２１の出力信号がＨｉｇｈになる。この状態で、制御電圧の値が第１電圧よりも高くなると、ＣＯＭＰ１１１の出力信号がＨｉｇｈになり、否定論理積ＮＡＮＤ１１０からドライバー部３００の否定論理積ＮＡＮＤ３０１の入力部にＬｏｗ信号が入力される。否定論理積ＮＡＮＤ３０１の入力部にＬｏｗ信号が入力されると、否定論理積ＮＡＮＤ３０１から駆動回路３０２にＨｉｇｈ信号が出力される。駆動回路３０２は、否定論理積ＮＡＮＤ３０１が出力する信号に基づいて、スイッチＱ１０のスイッチング駆動を制御するため、否定論理積ＮＡＮＤ３０１が出力する信号がＨｉｇｈ信号の場合はスイッチＱ１０をオフさせる。また、マイコン８０がフォトカプラＰＣ１の一次側フォトトランジスタをオフさせている状態において、制御電圧の値が第１電圧よりも低くなると、ＣＯＭＰ１１１の出力信号がＬｏｗになり、否定論理積ＮＡＮＤ１１０からドライバー部３００の否定論理積ＮＡＮＤ３０１の入力部にＨｉｇｈ信号が入力される。否定論理積ＮＡＮＤ３０１の入力部にＨｉｇｈ信号が入力されると、否定論理積ＮＡＮＤ３０１から駆動回路３０２にＬｏｗ信号が出力される。駆動回路３０２は、否定論理積ＮＡＮＤ３０１が出力する信号に基づいて、スイッチＱ１０のスイッチング駆動を制御するため、否定論理積ＮＡＮＤ３０１が出力する信号がＬｏｗ信号の場合はスイッチＱ１０をオンさせる。これにより、第１制御においては、制御電圧が第１電圧に安定制御される。

制御回路１０では、第２制御部２００は、スイッチング電源１の出力電流の値が第１電流値より大きい定常負荷時にはスイッチング電源１の出力部側の出力電圧を検出しスイッチＱ１０のスイッチング動作を制御して出力電圧の値が第２電圧となるよう第２制御を行う。

第２制御は、以下のようにして制御される。第２制御においては、スイッチング電源１の出力電流の値が第１電流値より大きい定常負荷時には、マイコン８０がフォトカプラＰＣ１の一次側フォトトランジスタをオンさせる。そして、フォトカプラＰＣ１の一次側フォトトランジスタがオンすると、補充制御部５００のＣＯＭＰ５２１の出力信号がＬｏｗ信号になる。そうすると、否定論理積ＮＡＮＤ１１０は、比較器ＣＯＭＰ１１１の出力状態に関わらず、Ｈｉｇｈ信号を出力する。否定論理積ＮＡＮＤ１１０の出力信号がＨｉｇｈになると、否定論理積ＮＡＮＤ３０１の出力端は、第２制御部２００の比較器ＣＯＭＰ２１１およびタイマー停止部４００の出力状態に応じた電位になる。すなわち、タイマー停止部４００の出力信号がＨｉｇｈ信号であれば、スイッチＱ１０は、第２制御部２００の比較器ＣＯＭＰ２１１の出力信号に対応して、ドライバー部３００を介し、スイッチング動作が制御されることとなる。第２制御においては、スイッチング電源１の出力電流の値が第１電流値より大きい定常負荷時にスイッチング電源１の出力部側の出力電圧が検出され、出力電圧の検出に対応してフォトカプラＰＣ２の一次側フォトトランジスタのコレクタ・エミッタ間のインピーダンスが変化するため、ＦＢ端子の電位が変化する。そうすると、ＦＢ端子の電位変化に応じて比較器ＣＯＭＰ２１１の出力信号が変化し、スイッチＱ１０はドライバー部３００を介してスイッチング動作が制御されることとなる。このようにして、制御回路１０では、第２制御部２００は、スイッチング電源１の出力電流の値が第１電流値より大きい定常負荷時にはスイッチング電源１の出力部側の出力電圧を検出しスイッチＱ１０のスイッチング動作を制御して出力電圧の値が第２電圧となるよう第２制御を行う。

制御回路１０では、補充制御部は、第２制御において制御電圧が第１電圧未満となった場合には電力補充スイッチＱ５１０をオンさせて制御電圧を第１電圧まで上昇させ、制御電圧が第１電圧以上となった場合は電力補充スイッチＱ５１０をオフさせる制御を行い、第１制御においては電力補充スイッチＱ５１０をオフさせる制御を行う。

以上のように、本発明を実施するための形態に係る制御回路１０およびこれを備えたスイッチング電源１によれば、制御回路１０によりスイッチＱ１０のスイッチング制御が行われ、スイッチＱ１０のスイッチング動作によりトランスＴ１０が入力部側からの供給電力を電磁誘導でエネルギー変換させ出力部側に電力を出力する。また、トランスＴ１０は、スイッチング制御に必要な電力源となる電圧を発生させる制御巻線Ｌ１１を有しており、この制御巻線Ｌ１１に発生する電圧を制御電源部２０が整流して電荷を蓄え、スイッチング制御に必要な制御電圧を発生させる。第１制御部１００は、スイッチング電源１の出力電流の値が第１電流値以下の軽負荷時には制御電圧を検出しスイッチＱ１０のスイッチング動作を制御して制御電圧の値が第１電圧となるように第１制御を行う。また、第２制御部２００は、スイッチング電源１の出力電流の値が第１電流値より大きい定常負荷時にはスイッチング電源１の出力部側の出力電圧を検出しスイッチＱ１０のスイッチング動作が制御されて出力電圧の値が第２電圧となるよう第２制御を行う。補充制御部５００は、第２制御において制御電圧が第１電圧未満となった場合には電力補充スイッチＱ５１０をオンさせて制御電圧を第１電圧まで上昇させ、制御電圧が第１電圧以上となった場合は電力補充スイッチＱ５１０をオフさせる制御を行い、第１制御においては電力補充スイッチＱ５１０をオフさせる制御を行う。そのため、制御電圧の安定性が確保され、且つ、制御回路の発熱問題が解消され、待機電力の更なる削減が可能となる。

また、本発明を実施するための形態に係る制御回路１０およびこれを備えたスイッチング電源１によれば、補充制御部５００の比較器ＣＯＭＰ５２１は、軽負荷または定常負荷の負荷状態を表す電圧信号を、基準電源Ｖｒｅｆ５２１によって生成される所定の基準電圧と比較して、負荷状態を検出する。そのため、第１制御と第２制御とを確実かつ容易に切替えることができる。

更に本発明を実施するための形態に係る制御回路１０およびこれを備えたスイッチング電源１によれば、第１制御部１００は、比較器ＣＯＭＰ５２１による負荷状態の検出に基づいて、第１制御を行う。そのため、第１制御と第２制御とを確実かつ容易に切替えることができ、第１制御と第２制御との切替え動作を安定的に行うことができる。

以上のように、本発明を実施するための形態に係る制御回路１０およびこれを備えたスイッチング電源１によれば、制御電圧の安定性を確保と、制御回路１０の第１の電流供給回路の発熱対策と、待機電力の更なる削減という従来技術では克服することが極めて困難であった課題を解決することができる。

なお、図１に示すスイッチング電源１はフライバック方式の構成を一例としたものであるが、本発明に係る制御回路は、フォワード方式のスイッチング電源に適用しても良い。

本実施形態の制御回路１０は、１チップに制御回路を搭載した集積回路として、そのまま適用しても良い。また、本実施形態の制御回路１０およびスイッチＱ１０等を単一のパッケージに搭載したモジュールや、制御回路１０およびスイッチＱ１０等を１チップに搭載し単一のパッケージに搭載したモジュールにしても良い。これらのような構成にすることで、更なる低コスト化、省スペース化および設計容易化を図ることができる。

また、本発明は上記の実施形態に限定されず、その目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に、上記の実施形態に示した数値等による限定は受けない。

１： スイッチング電源
１０：制御回路
１００：第１制御部
２００：第２制御部
３００：ドライバー部
４００：タイマー停止部
５００：補充制御部
Ｑ１０：スイッチ
Ｑ５１０：電力補充スイッチ

Claims (4)

1. スイッチング制御が行われるスイッチと、入力部側からの供給電力を前記スイッチのスイッチング動作により電磁誘導を起こすことでエネルギー変換して出力部側に電力を出力しスイッチング制御に必要な電力源となる電圧を発生させる制御巻線を有するトランスと、前記制御巻線に発生する電圧を整流して電荷を蓄えてスイッチング制御に必要な制御電圧を発生させる制御電源部と、を備えたスイッチング電源の動作を制御する制御回路において、
   前記スイッチング電源の出力電流の値が第１電流値以下の軽負荷時には前記制御電圧を検出し前記スイッチの前記スイッチング動作を制御して前記制御電圧の値が第１電圧となるように第１制御を行う第１制御部と、
   前記スイッチング電源の出力電流の値が第１電流値より大きい定常負荷時には前記スイッチング電源の出力部側の出力電圧を検出し前記スイッチのスイッチング動作を制御して出力電圧の値が第２電圧となるよう第２制御を行う第２制御部と、
   前記スイッチング電源の入力部と前記制御電源部とを短絡又は開放させて前記スイッチング電源の入力部から前記制御電源部に電力を補充する電力補充スイッチを有し、前記第２制御において前記制御電圧が第１電圧未満となった場合には前記電力補充スイッチをオンさせて前記制御電圧を第１電圧まで上昇させ前記制御電圧が第１電圧以上となった場合は前記電力補充スイッチをオフさせる制御を行い、前記第１制御においては前記電力補充スイッチをオフさせる制御を行う補充制御部と、
   を備えたことを特徴とする制御回路。
2. 請求項１記載の制御回路に於いて、
   前記補充制御部は、軽負荷または定常負荷の負荷状態を表す電圧信号を、所定の基準電圧と比較して、負荷状態を検出する比較器を備えたことを特徴とする制御回路。
3. 請求項２記載の制御回路に於いて、
   前記第１制御部は、前記比較器による負荷状態の検出に基づいて、第１制御を行うことを特徴とする制御回路。
4. スイッチング制御が行われるスイッチと、前記スイッチングを制御する制御回路と、入力部側からの供給電力を前記スイッチのスイッチング動作により電磁誘導を起こすことでエネルギー変換して出力部側に電力を出力しスイッチング制御に必要な電力源となる電圧を発生させる制御巻線を有するトランスと、前記制御巻線に発生する電圧を整流して電荷を蓄えてスイッチング制御に必要な制御電圧を発生させる制御電源部と、を備えたスイッチング電源において、
   前記制御回路は、
   前記スイッチング電源の出力電流の値が第１電流値以下の軽負荷時には前記制御電圧を検出しス前記イッチのスイッチング動作を制御して前記制御電圧の値が第１電圧となるように第１制御を行う第１制御部と、
   前記スイッチング電源の出力電流の値が前記第１電流値より大きい定常負荷時には前記スイッチング電源の出力部側の出力電圧を検出し前記スイッチのスイッチング動作を制御して出力電圧の値が第２電圧となるよう第２制御を行う第２制御部と、
   前記スイッチング電源の入力部と前記制御電源部とを短絡又は開放させて前記スイッチング電源の入力部から前記制御電源部に電力を補充する電力補充スイッチを有し、前記第２制御において前記制御電圧が前記第１電圧未満となった場合には前記電力補充スイッチをオンさせて前記制御電圧を前記第１電圧まで上昇させ前記制御電圧が前記第１電圧以上となった場合は前記電力補充スイッチをオフさせる制御を行い、前記第１制御においては前記電力補充スイッチをオフさせる制御を行う補充制御部と、
   を備えたことを特徴とするスイッチング電源。

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