JP2014217174A

JP2014217174A - スイッチング電源装置の制御回路

Info

Publication number: JP2014217174A
Application number: JP2013092819A
Authority: JP
Inventors: 幸央小林; Yukio Kobayashi
Original assignee: Asahi Kasei Electronics Co Ltd
Current assignee: Asahi Kasei Electronics Co Ltd
Priority date: 2013-04-25
Filing date: 2013-04-25
Publication date: 2014-11-17

Abstract

【課題】異なる２つの制御方法から１つを選択して、負荷の閾値電圧が変動したときに、負荷の電流を調整することができるスイッチング電源装置の制御回路を提供すること。【解決手段】負荷に流れる電流の電流量を制御するスイッチを備えるスイッチング電源装置の制御回路であって、負荷の電圧によって定まる制御電圧に応じた周波数の第１の信号をスイッチに出力する発振部と、スイッチング電源装置が絶縁型であるか非絶縁型であるかを示す選択信号と第１の信号とを入力し、選択信号が絶縁型を示すときに、発振部を動作させることを指示し、選択信号が非絶縁型を示すときに、第１の信号を選択して発振部を動作させるか否かを指示する第２の信号を発振部に出力する選択部を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、スイッチング電源装置の制御回路に関し、より詳細には、絶縁方式と非絶縁方式の２つの制御方式を採用し、それらを切り替えて制御するスイッチング電源装置の制御回路に関する。

近年普及されているLED照明器具や家庭用の電子機器等は、入力電力を変換した出力電力を得るための電力変換装置として、半導体スイッチ素子を用いたスイッチング電源装置を使用している。昨今、スイッチング電源装置の制御回路の制御方式が多様化してきており、その制御方式は絶縁方式と非絶縁方式に分けられる。絶縁方式では、主に1Ｗ〜200W程度の小規模〜中規模の出力電力に適し、スイッチ素子がオフに切り替わると、蓄えられていた電力を一気に出力するフライバック型のスイッチング方式を採用している。非絶縁方式では、入力電圧よりも低い電圧を出力するバック型（降圧型）のスイッチング方式を採用していることが多い。

図1は、LED照明器具用のスイッチング電源装置として採用されることが多いフライバック型の電源装置の一例を説明するための図である。例えば、LED照明器具用にフライバック型の電源装置を用いることが特許文献１に記載されている。

図1に示すフライバック型のスイッチング電源装置の制御回路CTRL１０は、出力端子OUTに接続されるスイッチSW１をオンオフするためのパルス信号を出力し、スイッチSW１のオンオフを制御する。スイッチSW１のオンオフを制御することで、LED１１に流れる電流ILEDを制御している。スイッチング電源装置の制御回路CTRL１０は、出力端子OUTのパルス信号の周波数ｆｓｗを制御する。

図1の制御回路CTRL１０の動作について説明する。制御回路CTRL１０のフリップフロップ１２の出力端子Qの出力信号がHＩとなると、出力段バッファ１３を介して出力端子OUTの出力信号がHＩとなり、スイッチSW１がオンする。スイッチSW１がオンすると入力電圧VINが入力される入力端子とスイッチSW１との間に接続されたトランスＴ１の１次巻線に電流IL１が流れ始める。電流IL１は、時間と共に増加しスイッチSW１を介して抵抗R1へ流れる。抵抗R1に電流が流れることで、この抵抗R1が接続される制御端子CSの電圧V1（抵抗R1×電流IL１)が上昇する。制御端子CSの電圧V1は、制御回路CTRL１０内で接続されるコンパレータCMP１４により基準電圧VREFと比較される。制御端子CSの電圧V1が時間と共に上昇し、基準電圧VREFを超えるとコンパレータCMP１４の出力信号がHIとなる。コンパレータCMP１４の出力信号がHIとなると、コンパレータCMP１４の出力がフリップフロップ１２のリセット端子Ｒに入力されることで、フリップフロップ１２の出力端子Qの出力信号がLOWとなり、スイッチSW１がオフする。

スイッチSW１がオフするとトランスT１の1次側に蓄えられたエネルギーは相互誘導によりトランスT１の2次側へ送られ、電流IL２がダイオードD２を介してLED１１へ流れ始める。2次側の電流IL２はトランスT１の2次側のインダクタ値L２とLED１１の闘値電圧VLEDによって決まる傾きによって減少する。2次側の電流IL２が0Aとなり、制御回路CTRL１０のOSC回路１５のクロック信号CLKによってフリップフロップ１２のセット端子Sの出力信号がHIとなると、スイッチSW１はオンする。

またトランスT１の3次側もスイッチSW１がオフした際に、相互誘導により電流IL３がダイオードD３を介して抵抗R2および抵抗R3へ流れ始める。電流IL３が流れると、2次側に接続されたLED１１の闘値電圧VLEDに応じた電圧V3がトランスT１の3次側に出力される。出力された電圧V3を抵抗R2および抵抗R3で分圧し、制御端子VFCへ入力する。制御端子VFCは、OSC回路１５へ入力され、制御端子VFCの電圧値によりOSC回路１５で生成するクロック信号CLKの周波数ｆｓｗを変える。これにより、出力端子OUTはLED１１の闘値電圧VLEDに応じた周波数ｆｓｗで動作することが可能となり、LED１１の闘値電圧VLEDの変動に対してLED１１の電流ILEDを所望の電流値に制御することができる。

以下の式（１）は、図1の制御回路のLED１１に流れる電流ILEDを表す式である。

η：変換効率、L1：トランスの1次側のインダクタ値、Ipeak：トランスの1次側のコイルピーク電流、fsw：周波数、VLED：LEDの閾値電圧、VD：2次側ダイオードの閾値電圧
仮にLED１１の闘値電圧VLEDが大きくなると制御端子VFCのフィードバックがない場合は、トランスT１の1次側の平均電力が一定のためトランスT１の2次側の平均電力(閾値電圧VLED×電流ILED)も一定であり、LED１１の闘値電圧VLEDが大きくなると電流ILEDが小さくなる。

そこでトランスT１の3次側の電圧V3を使用しLED１１の闘値電圧VLEDの変動を制御回路CTRL１０へフィードバックする。LED１１の闘値電圧VLEDが大きくなるとトランスT１の電圧V3も大きくなり、制御端子VFCの電圧が上昇する。制御端子VFCの電圧が上昇するとOSC回路１５にて生成するクロック信号CLKの周波数ｆｓｗは上がる。スイッチSW１がオンしている時間は入力電圧VINとトランスT１の1次側のインダクタ値L１と基準電圧VREFによって決まっているため、クロック信号CLKの周波数ｆｓｗが上がることは、一周期あたりのオン時間の割合が増えることを意味しており、結果としてトランスT１の1次側の平均電力が上がる。トランスT１の1次側の平均電力が上がると、トランスT１の2次側の平均電力も上がり、電流ILEDを所望の値に調整することができる。

LED１１の闘値電圧VLEDが小さくなったときは、上記と逆の動作によりクロック信号CLKの周波数ｆｓｗが下がり、トランスT１の2次側の平均電力が下がり、電流ILEDを所望の値に調整することができる。

つまり、式（１）に示すように、制御回路CTRL１０は、LED１１の閾値電圧VLEDの変動に応じて、周波数ｆｓｗを変化させることにより、LED１１の電流ILEDを一定の値に調整している。

このように、従来のスイッチング電源装置の制御回路CTRL１０は、クロック信号CLKの周波数ｆｓｗを可変させ、フリップフロップ１２が出力するパルス信号のオン時間とオフ時間の比率を変えることで、温度、プロセスばらつきなどによりLED１１の閾値電圧ＶＬＥＤが変動しても電流ILEDの電流値を調整することができる。

図２は、非絶縁方式で多く用いられるバック型のスイッチング電源装置の一例を説明するための図である。

図２に示すスイッチング電源装置の制御回路CTRL２０は、出力端子OUTに接続されるスイッチSW２をオンオフするためのパルス信号を出力し、スイッチSW２のオンオフを制御する。図1との主な違いは、LED２１の位置が図１のLED１１の位置と異なり、入力電圧VINの入力端子とコイル２２との間に配置される点である。

図2の制御回路CTRL２０の動作について説明する。制御回路CTRL２０のフリップフロップ２３の出力端子Qの出力信号がHＩとなると、出力段バッファ２４を介して出力端子OUTの出力信号がHＩとなり、スイッチSW２がオンする。スイッチSW２がオンすると、入力電圧VINが入力される入力端子からLED２１、コイル２２、およびスイッチSW２を通じて電流IL４が流れ始める。電流IL４は時間と共に上昇し、抵抗R４に流れることで制御端子CSの電圧V4(抵抗R４×電流IL４）が電流IL４に応じて上昇する。制御端子CSの電圧V4は、コンパレータCMP２５により基準電圧VREFと比較され、基準電圧VREFを超えるとコンパレータCMP２５の出力信号がHＩとなる。コンパレータCMP２５の出力信号がHIとなると、コンパレータCMP２５の出力がフリップフロップ２３のリセット端子Ｒに入力されることで、フリップフロップ２３の出力信号がLOWとなって、スイッチSW２がオフする。

スイッチSW２がオフすると、コイル２２の電流IL４はダイオードD４を介して入力電圧VINの入力端子へ流れる。そしてOSC回路２６の次のクロック信号CLKによりフリップフロップ２３の出力信号がHIとなりスイッチSW２はオンする。

ここでバック型のLED２１の電流ILEDは、以下の式（２）より求められる。

L1：コイルのインダクタ値、Ipeak：コイルのピーク電流、
TOFF：オフタイム、VLED：LEDの閾値電圧、VD：ダイオードの閾値電圧
このように、従来のスイッチング電源装置の制御回路CTRL２０は、オフタイムTOFFの長さを制御することで、LED２１の閾値電圧ＶＬＥＤが変動しても電流ILEDの電流値を調整することができる。

特開２０１０−０４５９１３号公報

しかしながら、制御回路CTRL１０と制御回路CTRL２０とは、上記の通り制御方法が異なるため、フライバック型およびバック型の両方の方式を利用するためには、２つの異なる制御回路を用いなければならず、必要となる部品やコストが増加するという問題がある。

本発明は、上記した点に鑑みて行われたものであり、異なる２つの制御方法から１つを選択して、負荷の閾値電圧が変動したときに、負荷の電流を調整することができるスイッチング電源装置の制御回路を提供することを目的とする。

本発明は、このような目的を達成するために、負荷に流れる電流の電流量を制御するスイッチを備えるスイッチング電源装置の制御回路であって、負荷の電圧によって定まる制御電圧に応じた周波数の第１の信号をスイッチに出力する発振部と、スイッチング電源装置が絶縁型であるか非絶縁型であるかを示す選択信号と第１の信号とを入力し、選択信号が絶縁型を示すときに、発振部を動作させることを指示し、選択信号が非絶縁型を示すときに、第１の信号を選択して発振部を動作させるか否かを指示する第２の信号を発振部に出力する選択部を備えたことを特徴とする。

以上説明したように、本発明のスイッチング電源装置の制御回路は、異なる２つの制御方法から１つを選択して、負荷の閾値電圧が変動したときに、負荷の電流を調整することができるスイッチング電源装置の制御回路を提供することができる。

従来のフライバック型のスイッチング電源装置を説明するための図である。従来のバック型のスイッチング電源装置を説明するための図である。本発明の実施形態１のスイッチング電源装置の制御回路を示す回路図である。本発明の実施形態１の制御回路に使用するＯＳＣ回路を示す図である。本発明の実施形態１の制御回路をフライバック型のスイッチング電源装置に適用した例を示す図である。本発明の実施形態１の制御回路をフライバック型のスイッチング電源装置に適用したときの動作を説明するための図である。本発明の実施形態１の制御回路をバック型のスイッチング電源装置に適用した例を示す図である。本発明の実施形態１の制御回路をバック型のスイッチング電源装置に適用したときの動作を説明するための図である。本発明の実施形態２のスイッチング電源装置の制御回路を示す回路図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。

［実施形態１］
（制御回路の構成）
図３は、本発明の実施形態１のスイッチング電源装置の制御回路CTRL３０を示す回路図である。

本実施形態の制御回路CTRL３０は、制御端子ＶＦＣに接続されて制御端子ＶＦＣより周波数を決める制御電圧を入力し、クロック信号CLKを生成するOSC回路３１と、OSC回路３１の出力がセット端子Sに接続され、クロック信号CLKをセット端子Sに入力するフリップフロップ３２と、フリップフロップ３２の出力端子Qと入力が接続された出力段バッファ３３と、出力段バッファ３３の出力と接続された出力端子ＯＵＴと、制御端子ＣＳと、制御端子ＣＳの電圧と基準電圧ＶＲＥＦとを比較するコンパレータCMP３４を備えている。コンパレータCMP３４の出力は、フリップフロップ３２のリセット端子Rに接続されている。ここで、基準電圧ＶＲＥＦを生成する電圧源の一端は、グラウンドＧＮＤに接続され、他端は、コンパレータCMP３４の反転入力端子に接続されている。

制御回路CTRL３０は、さらに、出力段バッファ３３の出力信号をフィードバックし、このフィードバックした信号と、絶縁型(フライバック型)と非絶縁型(バック型)のいずれかを示し、絶縁型と非絶縁型のスイッチング電源装置の制御を切り替えるための選択信号SELとを入力し、ＯＳＣ回路３１に発振動作をするか否かを指示する信号を出力する選択回路CONTROL３５を備えている。選択回路CONTROL３５は、選択信号SELが絶縁型を示すときに、選択信号SELをＯＳＣ回路３１に出力して発振動作させ、選択信号SELが非絶縁型を示すときに、フィードバックした出力段バッファ３３の出力信号をＯＳＣ回路３１に出力する。

選択回路CONTROL３５は、ＮＯＴ回路３６とＡＮＤ回路３７を備え、絶縁型と非絶縁型を切り替えるための切り替え信号を入力する選択端子SELとＮＯＴ回路３６の入力とが接続され、ＮＯＴ回路３６の出力とＡＮＤ回路３７の一方の入力とが接続され、ＡＮＤ回路３７の出力がOSC回路３１に入力されている。また、出力段バッファ３３からフィードバックした信号とフライバック型とバック型を切り替えるための信号は、ＡＮＤ回路３７の他方の入力に入力されている。

また、本実施形態では、選択回路CONTROL３５は、SEL_L信号を出力している。SEL_L信号は、OSC回路（オシレータ回路）３１を動作させるかまたは止めるかの選択をする信号であり、SEL_L信号がLＯＷの時はOSC回路３１を動作させ、SEL_L信号がHＩの時はOSC回路３１を停止させる。なお、SEL_L信号がＨＩの時はOSC回路３１を動作させ、SEL_L信号がＬＯＷの時はOSC回路３１を停止させるように構成してもよい。

本実施形態では、ＯＳＣ回路３１、フリップフロップ３２、出力段バッファ３３、及びコンパレータ３４が、負荷であるＬＥＤの電圧によって定まる制御端子ＶＦＣの制御電圧に応じた周波数ｆｓｗの出力信号をスイッチング電源装置のスイッチに出力する発振部を構成している。

選択回路CONTROL３５で選択端子SELの出力信号をHＩとするとSEL_L信号がLＯＷで固定となり、OSC回路３１は常に動作状態となる。つまり、このときの制御回路CTRL３０は、図1の従来の制御回路CTRL１０と同じ動作をする。

選択端子SELの出力信号をLＯＷとすると、出力端子ＯＵＴから選択回路CONTROL３５へ入力される信号によってOSC回路３１の動作または停止が決まる。

出力端子OUTの出力信号がLＯＷの時は、選択回路CONTROL３５が出力するSEL_L信号がLＯＷとなり、OSC回路３１は動作する。また出力端子OUTの出力信号がHＩの時は、選択回路CONTROL３５が出力するSEL_L信号がHＩとなり、OSC回路３１は動作を停止する。

このように、選択端子SELの出力信号をLＯＷとして出力端子OUTの出力信号を使ってOSC回路３１を動作または停止させることで、出力端子ＯＵＴの先に接続されるスイッチのオフタイムを制御することが可能となる。つまり、制御回路CTRL３０は、周波数ｆｓｗの制御だけではなく、オフタイムを制御することが可能となる。

このオフタイムを制御する制御回路CTRL３０は、非絶縁型で使用されるバック型（Buck型）のスイッチング電源装置を制御でき、式（２）からもわかるようにLEDの閾値電圧が変動しても、オフタイムを制御することでLEDの電流を所望の電流に調整することが可能となる。

（OSC回路の構成）
図４は、図３に示した制御回路CTRL３０に使用するＯＳＣ回路３１の構成例を示す図である。
ＯＳＣ回路３１は、スイッチM1、M2、およびM3と、容量Ｃと、電流源I1およびI2と、ＮＯＴ回路４１ないし４４を備えている。ＮＯＴ回路４２の出力およびＮＯＴ回路４３の入力は、ＮＯＴ回路４４の入力に接続されている。選択回路CONTROL３５が出力するSEL_L信号がLOWの時、そのSEL_L信号がスイッチM1のゲート端子に入力され、スイッチM1はオフする。このときOSC回路３１は、決まった周波数の信号を出力し続けてフリーランニングする。なお、スイッチM1、M2、およびM3は、例えばNチャネルMOSトランジスタを用いることができる。

まず、スイッチM3、容量Ｃ、電流源I1およびＮＯＴ回路４２の入力が接続される端子CTの信号がLOWの時、ＮＯＴ回路４４から出力されるクロック信号CLKはLOWとなる。そして、ＮＯＴ回路４３の出力および容量Ｃと接続されるスイッチM2のゲート端子の出力信号もLOWになり、スイッチM2はオフする。するとスイッチM1、M2、およびＮＯＴ回路４１の入力と接続される電流源I2によりプルアップされて、ＮＯＴ回路４１の出力と接続されるスイッチM3のゲート端子の出力信号はLOWになり、スイッチM3はオフする。

制御端子VFCと接続され、制御端子VFCの制御電圧に応じて電流値が変わる可変の電流源I1より容量Ｃに電流が供給されて端子CTの電圧は上昇する。端子CTの電圧が所定の値まで上昇するとクロック信号CLKはHIになる。そして、スイッチM2のゲート端子の出力信号はHIになり、スイッチM3のゲート端子の出力信号がHIになるため、スイッチM3はオンして、容量Ｃの電荷がスイッチM3のソース端子が接続されているグラウンドＧＮＤに放電される。

また、電流源I1は、制御端子VFCの電圧により電流量を制御する。制御端子VFCの電圧が大きいと電流量は大きくなり、制御端子VFCの電圧が小さいと電流量は小さくなる。電流源I1の電流量が大きいと容量Ｃに電荷が蓄えられる時間が短くなるので、クロック信号CLKの周波数ｆｓｗは高くなり、電流源I1の電流量が小さいと容量Ｃに電荷が蓄えられる時間が長くなるので、クロック信号CLKの周波数ｆｓｗは低くなる。

このように、ＯＳＣ回路３１は、制御端子VFCの電圧により電流源I1の電流値を可変にすることで、クロック信号CLKの周波数ｆｓｗを可変にすることができる。

また、SEL_L信号がHIの時、スイッチM1がオンするため、スイッチM3のゲート端子の出力信号は常時HIとなり、端子CTの出力信号は常時LOWになる。そして、クロック信号CLKも常時LOWになる。つまり、SEL_L信号がHIの時、ＯＳＣ回路３１は停止する。

（フライバック型スイッチング電源装置の構成）
図５は、本実施形態の制御回路CTRL３０をフライバック型のスイッチング電源装置に適用した例を示す図である。

本実施形態のフライバック型のスイッチング電源装置は、１次巻線から３次巻線までを有するトランスＴ１と、スイッチＳＷ１と、LED１１と、ダイオードD2、およびD3と、抵抗R１ないしR3と、制御回路CTRL３０を備えている。トランスＴ１の１次巻線は、一端が入力電圧ＶＩＮを入力する入力端子に接続され、他端がスイッチＳＷ１のドレイン端子に接続されている。スイッチＳＷ１は、抵抗Ｒ１の一端および制御端子CSにソース端子接続され、抵抗Ｒ１の他端はグラウンドGNDに接続されている。トランスＴ１の２次巻線は、それぞれ順方向に直列接続されたダイオードD2およびLED１１のうち一端がダイオードＤ２のアノードに接続され、他端がＬＥＤ１１のカソードに接続されている。トランスＴ１の３次巻線は、一端がダイオードD3のアノードに接続され、他端がグラウンドＧＮＤに接続されている。ダイオードＤ３のカソードは、抵抗Ｒ2の一端に、抵抗Ｒ２の他端が抵抗Ｒ3の一端に接続され、抵抗Ｒ３の他端がグラウンドGNDに接続されている。また、スイッチＳＷ１のゲート端子は出力端子OUTと接続され、抵抗Ｒ2および抵抗Ｒ3の共通接続部は制御端子VFCと接続されている。なお、LED１１の閾値電圧VLEDを安定化させるため、抵抗および電解コンデンサをLED１１と並列接続することもできる。

制御回路CTRL３０をフライバック型のスイッチング電源装置に適用する場合、選択端子SELより選択信号としてHIを入力する。

選択端子SELの選択信号がHIの時、出力端子OUTからスイッチＳＷ１のゲートに出力されるパルス信号はディスイネーブルされ選択回路CONTROL３５が出力するSEL_L信号はLOWになり、OSC回路３１はフリーランニングする。OSC回路３１をフリーランニングさせることで、図1で説明したフライバック型の制御に適した周波数ｆｓｗ制御、LED１１の闘値電圧VLEDに応じた制御端子VFCの入力電圧により出力端子OUTに出力されるパルスの周波数ｆｓｗを可変させ、電流ILEDを制御することを可能としている。

（フライバック型スイッチング電源装置の動作）
図６は、本実施形態の制御回路CTRL３０をフライバック型のスイッチング電源装置に適用したときの動作を説明するための図である。

波形６１、波形６２、波形６３、波形６４、および波形６５は、それぞれ本実施形態のフライバック型のスイッチング電源装置内のOSC回路３１の端子CT、クロック信号CLK、出力端子OUT、電流IL１、および電流ILEDのパルス信号の波形を表している。

上述のように、OSC回路３１はフリーランニングするため、端子CTのパルス信号の波形は鋸波となる。そして、端子CTの電圧が所定の値に達すると容量Ｃの電荷が放電されてクロック信号CLKがHIになり、出力端子OUTのパルス信号はフリップフロップ３２によりセットされてHIとなる。そして、スイッチSW１がオンしてトランスT１の1次側に電流IL１が流れる。電流IL１と抵抗R１で決まる制御端子CSの電圧が基準電圧VREFを超えると、フリップフロップ３２はリセットされて出力端子OUTのパルス信号はLOWになる。

また、出力端子OUTのパルス信号がLOWになりスイッチSW１がオフとなったときに、トランスＴ１に充電されたエネルギーが開放されてLED１１に電流ILEDが流れる。そして、LED１１の閾値電圧VLEDに応じた電圧が3次巻線より制御端子VFCにフィードバックされる。

LED１１の閾値電圧VLEDが大きくなるとトランスT１の電圧V3も大きくなり、制御端子VFCの電圧が上昇する。制御端子VFCの電圧が上昇するとOSC回路３１において生成するクロック信号CLKの周波数ｆｓｗは上がる。スイッチSW１がオンしている時間は、入力端子の入力電圧VINとトランスT１の1次側のインダクタ値L１と基準電圧VREFによって決まっているため、クロック信号CLKの周波数ｆｓｗが上がることは、一周期あたりのオン時間の割合が増えることを意味しており、結果としてトランスT１の1次側の平均電力が上がる。トランスT１の1次側の平均電力が上がると、トランスT１の2次側の平均電力も上がり、電流ILEDを所望の値に調整できる。

LED１１の閾値電圧VLEDが小さくなるとトランスT１の電圧V3も小さくなり、制御端子VFCの電圧が下降する。制御端子VFCの電圧が下降するとOSC回路３１において生成するクロック信号CLKの周波数ｆｓｗは下がる。スイッチSWがオンしている時間は入力電圧VINとトランスT１の1次側のインダクタ値L１と基準電圧VREFによって決まっているため、クロック信号CLKの周波数ｆｓｗが下がることは、一周期あたりのオン時間の割合が減ることを意味しており、結果としてトランスT１の1次側の平均電力が下がる。トランスT１の1次側の平均電力が下がると、トランスT１の2次側の平均電力も下がり、電流ILEDを所望の値に調整する。

このようにして、制御回路CTRL３０は、LED照明用のフライバック型のスイッチング電源装置のＬＥＤ１１の電流を制御することができる。

（バック型スイッチング電源装置の構成）
図７は、本実施形態の制御回路CTRL３０をバック型のスイッチング電源装置に適用した例を示す図である。

本実施形態のバック型のスイッチング電源装置は、２つの巻線を有するトランスＴ２と、スイッチＳＷ３と、LED７１と、ダイオードD5およびD6と、抵抗R5ないしR7と、制御回路CTRL３０を備えている。トランスＴ２の１次巻線は、アノードが入力電圧ＶＩＮを入力する入力端子に接続されているLED７１のカソードに一端に接続され、他端がスイッチＳＷ３のドレイン端子およびダイオードD5のアノードに接続されている。ダイオードD5のカソードは、入力電圧ＶＩＮを入力する入力端子と接続されている。スイッチＳＷ３は、抵抗Ｒ5の一端および制御端子CSと接続され、抵抗Ｒ5の他端はグラウンドGNDに接続されている。トランスＴ２の２次巻線は、一端がダイオードD6のアノードに接続され、他端がグラウンドGNDに接続されている。抵抗Ｒ６の一端はダイオードＤ６のカソードに接続され、抵抗Ｒ６の他端が抵抗Ｒ7の一端に、抵抗Ｒ７の他端がグラウンドGNDに接続されている。また、スイッチＳＷ３のゲート端子は出力端子OUTと接続され、抵抗Ｒ6および抵抗Ｒ7の共通接続部は制御端子VFCと接続されている。

制御回路CTRL３０をバック型のスイッチング電源装置に適用する場合、選択端子SELには選択信号としてLOWを入力する。

選択端子SELの選択信号がLOW信号のとき、パルス信号はイネーブルされ選択回路CONTROL３５が出力するSEL_L信号は出力端子OUTのパルス信号になる。出力端子OUTのパルス信号がHIの時は、OSC回路３１はオフし、クロック信号CLKは常にLOWを出力する。出力端子OUTのパルス信号がLOWの時は、OSC回路３１はフリーランニングし、クロック信号CLKを出力する。
つまり、選択回路CONTROL３５とOSC回路３１を使用することで、出力端子OUTがオフしている時だけOSC回路３１を動作させることができ、オフタイムを制御することができる。

さらに、バック型のスイッチング電源装置のコイルをトランスT２にして、１次側の電圧に応じた電圧を２次側で生成するようにし、LED７１の閾値電圧VＬＥＤに応じた電圧を制御端子ＶFCを介してOSC回路３１にフィードバックしてオフタイムを制御することで、LED７１の閾値電圧ＶＬＥＤが変化してもLED７１の電流を調整することが可能となる。

（バック型スイッチング電源装置の動作）
図８は、本実施形態の制御回路CTRL３０をバック型のスイッチング電源装置に適用したときの動作を説明するための図である。

波形８１、波形８２、波形８３、および波形８４は、それぞれ本実施形態のバック型のスイッチング電源装置内のOSC回路３１の端子CT、クロック信号CLK、出力端子OUT、および電流IL４のパルス信号の波形を表している。

上述のように、OSC回路３１は出力端子OUTのパルス信号が選択回路CONTROL３５にフィードバックされ、出力端子OUTのパルス信号がHIの時にOSC回路３１は停止するため、端子CTのパルス信号の波形は、出力端子OUTのパルス信号がLOWのときだけ鋸波となる。そして、端子CTの電圧が所定の値に達すると容量Cの電荷が放電されてクロック信号CLKがHIになり、出力端子OUTのパルス信号はフリップフロップ３２によりセットされてHIとなる。そして、スイッチSW３がオンしてトランスT２の1次側に電流IL４が流れる。電流IL４と抵抗R５で決まる電圧CSが基準電圧VREFを超えると、フリップフロップ３２はリセットされて出力端子OUTのパルス信号はLOWになる。

また、出力端子OUTのパルス信号がLOWになりスイッチSW３がオフとなったときに、LED７１の閾値電圧VLEDに応じた電圧が2次巻線より制御端子VFCにフィードバックされる。

閾値電圧VLEDが大きくなると、制御端子VFCの電圧も大きくなり、端子ＣＴの波形８１の傾きは大きくなる。すると、端子ＣＴの電圧は早く所定の値に達し、クロック信号CLKが早く立ち上がり、出力端子ＯＵＴのパルス信号はＨＩとなる。つまり、閾値電圧VLEDが大きくなると、出力端子OUTのパルス信号のオフタイムは短くなる。

一方、閾値電圧VLEDが小さくなると、制御端子VFCの電圧も小さくなり、端子ＣＴの波形８１の傾きは小さくなる。すると、端子ＣＴの電圧は遅く所定の値に達し、クロック信号CLKが遅く立ち上がり、出力端子OUTのパルス信号はＨＩとなる。つまり、閾値電圧VLEDが小さくなると、出力端子OUTのパルス信号のオフタイムは長くなる。

閾値電圧VLEDが大きくなると、インダクタの逆起電力も大きくなるため、電流ＩＬ４が下降するときの傾き（オフタイムのときの傾き）が大きくなり、電流値は早く０となる。一方、閾値電圧VLEDが小さくなると、インダクタの逆起電力も小さくなるため、電流ＩＬ４が下降するときの傾き（オフタイムのときの傾き）が小さくなり、電流値は遅く零となる。

つまり、閾値電圧VLEDの大きさに応じてオフタイムの期間を変化させることで、電流ＩＬ４が上限値と下限値との間を往復させることができる。これにより、電流ＩＬ４の平均値を一定にすることができる。電流ＩＬ４が一定になることで、ＬＥＤ７１に流れる電流IＬＥＤも所望とする一定の値にすることができる。

すなわち、式（２）より、閾値電圧ＶＬＥＤが増えれば、オフタイムＴＯＦＦはその分短くなり、閾値電圧ＶＬＥＤが減れば、オフタイムＴＯＦＦはその分長くなる。これにより、電流ＩＬ４は連続的に上昇と下降を繰り返す波形となり、その平均電流値は一定となる。

このようにオフタイムの長さを制御することで、制御回路CTRL３０は、バック型のスイッチング電源装置においてもLED７１の閾値電圧VLEDの変動に対して、LED７１の電流ILEDを調整することができる。

上述した構成及び動作により、実施形態1のスイッチング電源装置の制御回路CTRL３０は、フライバック型のスイッチング電源装置だけではなく、バック型のスイッチング電源装置においても、LEDの閾値電圧VLEDが変動したときに、LEDの電流ILEDを調整することができる。

さらに、本実施形態の制御回路は、フライバック型とバック型のスイッチング電源装置を１個のＯＳＣ回路３１で制御しており、回路規模が小さいという効果も奏する。

［実施形態２］
（制御回路の構成）
図９は、本発明の実施形態２のスイッチング電源装置の制御回路CTRL９０を示す回路図である。本実施形態の制御回路CTRL９０が実施形態１の制御回路CTRL３０と相違する点は、バック型用のOSC回路９１とフライバック型用のOSC回路９２の２つのOSC回路を備えている点である。

なお、実施形態１の制御回路CTRL３０と同様の構成は同一の符号を使用し、説明を省略する。

OSC回路９１およびOSC回路９２は、それぞれスイッチSW９３およびSW９４を介してフリップフロップ３２のセット端子Sに接続されている。選択回路CONTROL９５は、選択端子SELより入力される選択信号によりスイッチSW９３またはSW９４を制御してOSC回路９１または９２のどちらかを動作させ、動作しているOSC回路のクロック信号CLKを選択的にフリップフロップ３２のセット端子Sに出力する。制御端子VFCは、OSC回路９１およびOSC回路９２と接続されている。

選択信号がLOWのとき選択回路CONTROL９５は、OSC回路９１に出力段バッファ３３の出力信号を出力し、その出力信号に応じてOSC回路９１を動作させると共に、スイッチSW９３をオンして、OSC回路９１のクロック信号CLKをフリップフロップ３２に出力する。また、選択回路CONTROL９５は、OSC回路９２に出力信号HIを出力してOSC回路９２を停止させると共に、スイッチSW９４をオフする。

選択信号がHIのとき選択回路CONTROL９５は、OSC回路９１に出力信号HIを出力してOSC回路９１を停止させると共に、スイッチSW９３をオフする。また、選択回路CONTROL９５は、OSC回路９４に出力信号LOWを出力してOSC回路９４を動作させると共に、スイッチSW９４をオンして、OSC回路９４のクロック信号CLKをフリップフロップ３２に出力する。

フライバック型の電源装置またはバック型の電源装置を選択したのちの制御方法および動作説明については、実施形態1と同様のため省略する。

本実施形態は、フライバック型の電源装置では周波数ｆｓｗを制御するＯＳＣ回路９２を選択してLEDの電流ILEDを制御し、バック型の電源装置ではオフタイムを制御するＯＳＣ回路９１を選択してLEDの電流を制御する。

このようにして、本実施形態のスイッチング電源装置の制御回路CTRL９０は、フライバック型のスイッチング電源装置だけではなく、バック型のスイッチング電源装置においても、LEDの閾値電圧VLEDが変動したときに、LEDの電流ILEDを調整することができる。

１１，２１、７１ LED
１２、２３、３２フリップフロップ
１３、２４、３３出力段バッファ
１５、２６、３１、９１，９２ OSC回路
２２コイル
３６ＮＯＴ回路
３７ＡＮＤ回路
６１〜６５、８１〜８４波形
CTRL１０、CTRL２０、CTRL３０、CTRL９０制御回路
ｆｓｗ周波数
CMP１４、CMP２５、CMP３４コンパレータ
CLK クロック信号
OUT、Q 出力端子
SW１〜SW３、SW９３、SW９４スイッチ
ILED、IL１〜IL４電流
VIN 入力電圧
Ｔ１、Ｔ２トランス
R1〜R７抵抗
CS、VFC 制御端子
VREF 基準電圧
S セット端子
Ｒリセット端子
SEL 選択端子
D２〜D５ダイオード
L１、L２インダクタ値
VLED 闘値電圧
V3 電圧
ｆｓｗ周波数
GND グラウンド
CONTROL３５、CONTROL９５選択回路
M1〜M3 スイッチ
Ｃ容量
I1、I2 電流源
CT 端子

Claims

負荷に流れる電流の電流量を制御するスイッチを備えるスイッチング電源装置の制御回路であって、
前記負荷の電圧によって定まる制御電圧に応じた周波数の第１の信号を前記スイッチに出力する発振部と、
前記スイッチング電源装置が絶縁型であるか非絶縁型であるかを示す選択信号と前記第１の信号とを入力し、前記選択信号が絶縁型を示すときに、前記発振部を動作させることを指示し、前記選択信号が非絶縁型を示すときに、前記第１の信号を選択して前記発振部を動作させるか否かを指示する第２の信号を前記発振部に出力する選択部と
を備えることを特徴とするスイッチング電源装置の制御回路。
前記スイッチング電源装置は、前記スイッチに接続され、入力端子より電流を充電して前記負荷に供給する誘導素子と、前記制御電圧を生成する電圧生成部とを備え、
前記選択部は、前記選択信号が絶縁型を示すときに、第１の論理値をとり、前記選択信号が非絶縁型を示すときに、前記第１の信号に応じた論理値をとる前記第２の信号を出力し、
前記発振部は、前記第２の信号と前記制御電圧を入力し、前記第２の信号が前記第１の論理値をとるときに、発振動作を行い、前記第２の信号が前記第１の論理値と異なる第２の論理値をとるときに、発振動作を止める
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の制御回路。
前記選択部は、さらに、
前記選択信号が絶縁型を示すときに、前記第２の論理値をとり、前記選択信号が非絶縁型を示すときに、前記第１の信号に応じた論理値をとる第３の信号と、
前記選択信号が絶縁型を示すときに、前記第１の論理値をとり、前記選択信号が非絶縁型を示すときに、前記第２の論理値をとる第４の信号と、
を出力し、
前記発振部は、
前記第３の信号に応じて発振動作を行う第１のＯＳＣ回路と、
前記第４の信号に応じて発振動作を行う第２のＯＳＣ回路と、
前記第２の信号に応じて前記第１及び第２のＯＳＣ回路の出力のうちいずれかを選択し、この選択した信号に応じて前記第１の信号を出力するスイッチ部と
を備え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の制御回路。