JP2022142216A - スイッチング電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】共振電圧信号発生部又は共振電流信号発生部はコンパクトで安価に構成できる電流共振型ハーフブリッジ方式のスイッチング電源装置を提供する。【解決手段】スイッチング電源装置１０において、共振動作監視回路３４は、一端が共振用コンデンサ２６の一端に接続された降圧用コンデンサ３６と降圧用コンデンサの他端とグランドライン１８との間に接続された共振電圧信号発生部３８（１）及び共振電流信号発生部４０（１）、４０（２）を備える。共振電圧信号発生部は、信号生成用コンデンサ４２ａ、４２ｂの直列回路で成り、共振電圧信号Sv（１）を出力する。共振電流信号発生部は、分流用コンデンサ４４ａと電流電圧変換用抵抗４４ｂとの直列回路で成り共振電流信号Ｓｉ（１）、Ｓｉ（２）を出力する。降圧用コンデンサの容量は、共振用コンデンサの容量よりも小さく、降圧用コンデンサの他端に発生する電圧が５０Ｖ以下になるように設定される。【選択図】図１

Description

本発明は、トランスの入力巻線と直列の位置に共振用コンデンサ及び共振用インダクタを設けた電流共振型ハーフブリッジ方式のスイッチング電源装置に関する。

電流共振型ハーフブリッジ方式のスイッチング電源装置は、トランス、共振用コンデンサ及び共振用インダクタによる独特な共振動作が行われ、この共振動作を検出することによって、電力変換動作の状況（実際の共振周波数、出力電力、出力電流等）を把握することができることが知られている。そのため、従来から、共振動作の状況を検出し、その検出結果を各種の制御や保護機能に利用することが行われている。

例えば特許文献１に開示されたＬＬＣコンバータ（電流共振型ハーフブリッジコンバータ）は、共振電圧及び共振電流を検出し、その検出結果を、負荷の応答性を向上させたり、位相補償設計の容易性を向上させたりするために利用している。

特許文献１のＬＬＣコンバータには、共振電圧を検出する回路（以下、共振電圧信号発生部と称する。）として、トランスの入力巻線及び共振用コンデンサの接続点とグランドラインとの間にコンデンサＣ４，Ｃ６の直列回路を接続し、コンデンサＣ６に発生する電圧を共振電圧信号VCRとして出力する回路が設けられている。コンデンサＣ４，Ｃ６の直列回路はいわゆる分圧回路で、入力巻線及び共振用コンデンサの接続点に発生する共振電圧を、制御回路が扱いやすい共振電圧信号（例えば数ボルト以下の低電圧信号）に降圧する動作を行う。

また、共振電流を検出する回路（以下、共振電流信号発生部と称する。）として、トランスの入力巻線及び共振用コンデンサの接続点とグランドラインとの間にコンデンサＣ３及び抵抗Ｒ６の直列回路を接続し、抵抗Ｒ６に発生する電圧を共振電流信号VISとして出力する回路が設けられている。コンデンサＣ４及び抵抗Ｒ６は、トランスの入力巻線に流れる共振電流の一部を分流させ、制御回路が扱いやすい共振電流信号（例えば数ボルト以下の低電圧信号）に変換する動作を行う。

特開２０２０－７８１５５号公報

特許文献１に開示された共振電圧信号発生部及び共振電流信号発生部の構成を、商用交流電圧が入力されるスイッチング電源装置に適用した場合、入力巻線及び共振用コンデンサの接続点に百数十ボルト～数百ボルトの高電圧が発生するので、特許文献１の図面に開示されたコンデンサＣ３やＣ４は、少なくとも百ボルト以上の耐電圧を有したものを選択しなければならない。

一般に、上記コンデンサＣ３，Ｃ４，Ｃ６のような用途には、面実装型のセラミックコンデンサが適している。市販のセラミックコンデンサは、耐電圧が５０Ｖ以下の範囲はラインアップが豊富で価格も比較的安価であるが、耐電圧が５０Ｖを超えるとラインアップが限られ価格も割高になる傾向がある。また、仮にコンデンサの素子内部の耐電圧が保証されていても、２つの外部電極が近接している小型の素子は、百数十ボルト～数百ボルトの高電圧が印加された時に沿面放電が発生するおそれがあるので使用できず、十分に外形が大きいものを選択しなければならない。

したがって、特許文献１に開示された共振電圧信号発生部及び共振電流信号発生部を構成する時は、複数のコンデンサ（コンデンサＣ３，Ｃ４）を、外形が大きくて高価な素子にしなければならないという問題があった。さらに、近年、より高度な制御を行うため、或いは保護機能を充実させてさらに安全性を向上させるため、共振電圧信号発生部及び共振電流信号発生部の数を増やしたいという事情があり、実装スペースの増加やコストアップを抑えることが課題になっていた。

本発明は、上記背景技術に鑑みて成されたものであり、共振電圧信号発生部又は共振電流信号発生部又はその両方をコンパクトで安価に構成できる電流共振型ハーフブリッジ方式のスイッチング電源装置を提供することを目的とする。

本発明は、入力電源から入力電圧が供給される入力ライン及びグランドラインと、一端が前記入力ラインに接続された第一のスイッチング素子と、前記一のスイッチング素子の他端と前記グランドラインとの間に接続された第二のスイッチング素子と、入力巻線及び出力巻線を有し、前記入力巻線の一端が前記第一及び第二のスイッチング素子の接続点に接続されたトランスと、一端が前記入力巻線の他端に接続され、他端が前記入力ライン又は前記グランドラインに接続された共振用コンデンサと、前記入力巻線と直列に隣接する位置に挿入された共振用インダクタと、前記出力巻線に発生する電圧を整流平滑して出力電圧を生成する整流平滑回路と、前記第一及び第二のスイッチング素子のスイッチング動作を制御する第一の制御部とを備えた電流共振型のスイッチング電源装置であって、
前記トランス、前記共振用コンデンサ及び前記共振用インダクタによる共振動作を監視する共振動作監視回路が設けられ、前記共振動作監視回路は、一端が前記共振用コンデンサの一端に接続された降圧用コンデンサと、前記降圧用コンデンサの他端と前記グランドラインとの間に接続されたｎ個（ｎ：自然数）の共振電圧信号発生部と、前記降圧用コンデンサの他端と前記グランドラインとの間に接続されたｋ個（ｋ：自然数）の共振電流信号発生部とを備え、
前記共振電圧信号発生部は、複数個の信号生成用コンデンサの直列回路で成り、当該直列回路の中の特定の接続点に、前記共振用コンデンサの両端に発生する共振電圧と略相似な波形の電圧を発生させ、この電圧を共振電圧信号として出力するものであり、
前記共振電流信号発生部は、分流用コンデンサと電流電圧変換用抵抗との直列回路で成り、前記分流用コンデンサと前記電流電圧変換用抵抗との接続点に、前記入力巻線に流れる共振電流と略相似な波形の電圧を発生させ、この電圧を共振電流信号として出力するものであり、
前記降圧用コンデンサの容量は、前記共振用コンデンサの容量よりも小さく、前記降圧用コンデンサの他端に発生する電圧が５０Ｖ以下になるように設定され、前記信号生成用コンデンサ及び前記分流用コンデンサは、耐電圧が５０Ｖ以下のコンデンサ素子が使用されているスイッチング電源装置である。

また、本発明は、入力電源から入力電圧が供給される入力ライン及びグランドラインと、一端が前記入力ラインに接続された第一のスイッチング素子と、前記一のスイッチング素子の他端と前記グランドラインとの間に接続された第二のスイッチング素子と、入力巻線及び出力巻線を有し、前記入力巻線の一端が前記第一及び第二のスイッチング素子の接続点に接続されたトランスと、一端が前記入力巻線の他端に接続され、他端が前記入力ライン又は前記グランドラインに接続された共振用コンデンサと、前記入力巻線と直列に隣接する位置に挿入された共振用インダクタと、前記出力巻線に発生する電圧を整流平滑して出力電圧を生成する整流平滑回路と、前記第一及び第二のスイッチング素子のスイッチング動作を制御する第一の制御部とを備えた電流共振型のスイッチング電源装置であって、
前記トランス、前記共振用コンデンサ及び前記共振用インダクタによる共振動作を監視する共振動作監視回路が設けられ、前記共振動作監視回路は、一端が前記共振用コンデンサの一端に接続された降圧用コンデンサと、前記降圧用コンデンサの他端と前記グランドラインとの間に接続されたｎ個（ｎ≧２）の共振電圧信号発生部とを備え、
前記共振電圧信号発生部は、複数個の信号生成用コンデンサの直列回路で成り、当該直列回路の中の特定の接続点に、前記共振用コンデンサの両端に発生する共振電圧と略相似な波形の電圧を発生させ、この電圧を共振電圧信号として出力するものであり、
前記降圧用コンデンサの容量は、前記共振用コンデンサの容量よりも小さく、前記降圧用コンデンサの他端に発生する電圧が５０Ｖ以下になるように設定され、前記信号生成用コンデンサは、耐電圧が５０Ｖ以下のコンデンサ素子が使用されているスイッチング電源装置である。

また、本発明は、入力電源から入力電圧が供給される入力ライン及びグランドラインと、一端が前記入力ラインに接続された第一のスイッチング素子と、前記一のスイッチング素子の他端と前記グランドラインとの間に接続された第二のスイッチング素子と、入力巻線及び出力巻線を有し、前記入力巻線の一端が前記第一及び第二のスイッチング素子の接続点に接続されたトランスと、一端が前記入力巻線の他端に接続され、他端が前記入力ライン又は前記グランドラインに接続された共振用コンデンサと、前記入力巻線と直列に隣接する位置に挿入された共振用インダクタと、前記出力巻線に発生する電圧を整流平滑して出力電圧を生成する整流平滑回路と、前記第一及び第二のスイッチング素子のスイッチング動作を制御する第一の制御部とを備えた電流共振型のスイッチング電源装置であって、
前記トランス、前記共振用コンデンサ及び前記共振用インダクタによる共振動作を監視する共振動作監視回路が設けられ、前記共振動作監視回路は、一端が前記共振用コンデンサの一端に接続された降圧用コンデンサと、前記降圧用コンデンサの他端と前記グランドラインとの間に接続されたｋ個（ｋ≧２）の共振電流信号発生部とを備え、
前記共振電流信号発生部は、分流用コンデンサと電流電圧変換用抵抗との直列回路で成り、前記分流用コンデンサと前記電流電圧変換用抵抗との接続点に、前記入力巻線に流れる共振電流と略相似な波形の電圧を発生させ、この電圧を共振電流信号として出力するものであり、
前記降圧用コンデンサの容量は、前記共振用コンデンサの容量よりも小さく、前記降圧用コンデンサの他端に発生する電圧が５０Ｖ以下になるように設定され、前記分流用コンデンサは、耐電圧が５０Ｖ以下のコンデンサ素子が使用されているスイッチング電源装置である。

前記共振用コンデンサは、一端が前記入力巻線の他端に接続され、他端が前記入力ラインに接続された第一の共振用コンデンサと、一端が前記入力巻線の他端に接続され、他端が前記グランドラインに接続された第二の共振用コンデンサとで構成することができる。また、前記共振用インダクタは、前記トランスのリーケージインダクタンスで代用されていてもよい。さらに、内部の制御用プログラムを書き換え可能なデジタルプロセッサを備えた第二の制御部が設けられ、前記共振動作監視回路は、前記共振動作に関する複数の信号を発生させ、その中の特定の信号を前記第一の制御部に向けて出力し、その他の信号を前記第二の制御部に向けて出力し、前記第二の制御部は、前記共振動作監視回路から取得した前記その他の信号を前記デジタルプロセッサで分析し、その分析結果に基づいて、前記第一の制御部の動作を変更させる構成にしてもよい。

本発明のスイッチング電源装置は、新規で独特な共振動作監視回路を備え、様々な制御等に有用な共振電圧信号や共振電流信号を容易に取得することができる。しかも、共振動作監視回路に流入する電流を非常に小さくできるので、共振動作監視回路で発生する電力損失を最低限に抑えることができる。

また、この共振動作監視回路の場合、外形が大きくて高価なコンデンサ素子を選択する必要があるのは降圧用コンデンサだけで、その他のコンデンサは、耐電圧が５０Ｖ以下のコンデンサ素子が使用される。したがって、降圧用コンデンサ以外のコンデンサは、外形が小さくて安価なものを使用することができ、共振動作監視回路をコンパクトで安価に構成することができる。また、共振動作監視回路を構成する共振電圧信号発生部及び共振電流信号発生部の数を増やしたとしても、実装スペースやコストアップが最小限に抑えられるので、より高度な制御を行ったり、保護機能を充実させて安全性を向上させたりするのが容易である。

本発明のスイッチング電源装置の第一の実施形態を示す回路図である。 第一の実施形態のスイッチング電源装置の変形例を示す回路図（ａ）、（ｂ）である。 第一の実施形態のスイッチング電源装置の他の変形例を示す回路図（ａ）、（ｂ）である。 本発明のスイッチング電源装置の第二の実施形態を示す回路図である。 共振電圧信号発生部の変形例を示す回路図である。

以下、本発明のスイッチング電源装置の第一の実施形態について、図１に基づいて説明する。第一の実施形態のスイッチング電源装置１０は、いわゆる電流共振型ハーフブリッジ方式のスイッチングコンバータで、入力電源１２から供給された入力電圧Viを、所定の出力電圧Voに変換し、負荷１４に向けて出力電圧Vo及び出力電流Io（出力電力Po＝Vo×Io）を出力する。

スイッチング電源装置１０は、入力電源１２から入力電圧Viが供給される入力ライン１６及びグランドライン１８を有し、入力ライン１６に第一のスイッチング素子２０の一端が接続され、第一のスイッチング素子２０の他端に第二のスイッチング素子２２の一端が接続され、第二のスイッチング素子２２の他端がグランドライン１８に接続されている。

トランス２４は、入力巻線２４ａ及び出力巻線２４ｂを有し、入力巻線２４ａの一端が第一及び第二のスイッチング素子２０，２２の接続点に接続されている。そして、入力巻線２４ａの他端とグランドライン１８との間に共振用コンデンサ２６が接続され、さらに、入力巻線２４ａと直列に隣接する位置に共振用インダクタ２８が挿入され、トランス２４、共振用コンデンサ２６及び共振用インダクタ２８によって共振系が形成される。トランス２４の出力巻線２４ｂには、出力巻線２４ｂに発生する電圧を整流平滑して出力電圧Voを生成する整流平滑回路３０が接続されている。

第一の制御部３２は、第一及び第二のスイッチング素子２０，２２のスイッチング動作を制御するブロックである。ここでは、出力電圧Voを一定電圧に安定化するため、出力電圧Voに対応した出力電圧信号S(Vo)を取得し、出力電圧信号S(Vo)が所定の目標値に保持されるように、第一及び第二のスイッチング素子２０，２２のオン時間及びオフ時間を可変調節する。具体的には、第一及び第二のスイッチング素子２０，２２を駆動するための駆動パルスVg20，Vg22のHighの時間及びLowの時間とを変化させる。

その他、スイッチング電源装置１０には、トランス２４、共振用コンデンサ２６及び共振用インダクタ２８による共振動作を監視するため、独特な共振動作監視回路３４が設けられている。共振動作監視回路３４は、一端が共振用コンデンサ２６と入力巻線２４ａとの接続点に接続された降圧用コンデンサ３６と、降圧用コンデンサ３６の他端とグランドライン１８との間に接続された１つの共振電圧信号発生部３８（３８(1)）と、降圧用コンデンサの他端とグランドライン１８との間に接続された２つの共振電流信号発生部４０（４０(1)，４０(2)）とで構成される。共振電圧信号発生部３８(1)は、２個の信号生成用コンデンサ４２ａ，４２ｂの直列回路により構成され、共振電流信号発生部４０(1)，４０(2)は、分流用コンデンサ４４ａと電流電圧変換用抵抗４４ｂの直列回路により各々構成される。

ここで、各部のコンデンサの容量の大小関係等について説明する。降圧用コンデンサ３６の容量は、共振動作監視回路３４が共振動作に影響を与えないようにするため共振用コンデンサ２６の容量よりも十分小さく設定され、且つ、降圧用コンデンサ３６の他端（入力巻線２４ａと反対側の一端）に発生する電圧が、５０Ｖ以下になるように設定される。

信号生成用コンデンサ４２ａ，４２ｂの容量比は、降圧用コンデンサ３６の他端に発生する電圧をさらに降圧し、信号生成用コンデンサ４２ｂの両端に第一の制御部３２が扱いやすい電圧（例えば数ボルト以下の低電圧）が発生するように設定される。分流用コンデンサ４４ａの容量は、インピーダンスが電流電圧変換用抵抗４４ｂよりも十分大きくなるように設定され、電流電圧変換用抵抗４４ｂの抵抗値を調節することによって、電流電圧変換用抵抗４４ｂの両端に、第一の制御部３２が扱いやすい電圧（例えば数ボルト以下の低電圧）を発生させる。

降圧用コンデンサ３６の一端（入力巻線２４ａの側の一端）には、直流電圧Vi/2に、正弦波状の共振電圧が重畳した電圧が発生する。直流電圧Vi/2は降圧用コンデンサ３６を通過できないので、降圧用コンデンサ３６の他端（入力巻線２４ａと反対側の一端）には、共振電圧が５０Ｖ以下に降圧された、共振電圧と略相似な波形の電圧が発生する。そして、共振電圧信号発生部３８(1)は、信号生成用コンデンサ４２ｂの両端に、共振電圧と略相似な波形の低電圧を発生させ、その電圧を共振電圧信号Sv(1)として第一の制御部３２に出力する。

トランス２４の入力巻線２４ａには、正弦波状の共振電流が流れている。したがって、共振電流の一部が降圧用コンデンサ３６を通じて分流される。そして、共振電流信号発生部４０(1)は、降圧用コンデンサ３６を通過した電流の中の一部を、分流用コンデンサ４４ａを通じて分流させ、電流電圧変換等抵抗４４ｂの両端に、共振電流と略相似な波形の低電圧を発生させ、その電圧を共振電流信号Si(1)として第一の制御回路３２に向けて出力する。同様に、共振電流信号発生部４０(2)は、降圧用コンデンサ３６を通過した電流の中の一部を、分流用コンデンサ４４ａを通じて分流させ、電流電圧変換等抵抗４４ｂの両端に、共振電流と略相似な波形の低電圧を発生させ、その電圧を共振電流信号Si(2)として第一の制御部３２に出力する。

共振電圧の大きさは、負荷１４に供給している出力電力Poと強い相関がある。したがって、第一の制御回路３２は、例えば、共振電圧信号Sv(1)を分析することによって出力電力Poを検出し、出力電力Poに応じて出力電圧制御系の制御特性を最適化する処理を行う。

また、共振電流の大きさは、負荷１４に供給している出力電流Ioと強い相関がある。したがって、第一の制御部３２は、例えば、共振電流信号Si(1)を分析することによって出力電流Ioを検出し、出力電流Ioが許容値に達すると、素早く第一及び第二のスイッチング素子のスイッチング周波数を変化させ、出力電流Ioが許容値を超えないようにする処理（過電流保護）を行う。

また、共振電流がゼロクロスするタイミングは、第一及び第二のスイッチング素子２０，２２をゼロボルトスイッチングさせるために重要な情報になる。したがって、第一の制御部３２は、例えば、共振電流信号Si(2)を分析することによって共振電流がゼロクロスするタイミングを検出し、第一及び第二のスイッチング素子２０，２４をターンオンさせるタイミングを決定する処理を行う。

以上説明したように、スイッチング電源装置１０は、新規で独特な共振動作監視回路３４を備え、様々な制御に有用な共振電圧信号Sv(1)や共振電流信号Si(1)，Si(2)を、容易に取得することができる。しかも、共振動作監視回路３４に流入する電流を非常に小さくできるので、共振動作監視回路３４で発生する電力損失を最小限に抑えることができる。

また、共振動作監視回路３４の場合、外形が大きくて高価なコンデンサ素子を選択する必要があるのは降圧用コンデンサ３６だけで、その他のコンデンサ（信号生成用コンデンサ４２ａ，４２ｂ、分流用コンデンサ４４ａ）は、耐電圧が５０Ｖ以下のコンデンサ素子が使用される。したがって、降圧用コンデンサ以外３６のコンデンサは、外形が小さくて安価なものを使用することができ、共振動作監視回路３４をコンパクトで安価に構成することができる。また、共振動作監視回路３４を構成する共振電圧信号発生部３８及び共振電流信号発生部４０の数を増やしたとしても、実装スペースやコストアップが最小限に抑えられるので、より高度な制御を行ったり、保護機能を充実させて安全性を向上させたりするのが容易である。

次に、スイッチング電源装置１０の共振系を構成する素子（入力巻線２４ａ、共振用コンデンサ２６及び共振用インダクタ２８）の接続構造に関する４つの変形例を、図２、図３に基づいて説明する。図２（ａ）に示す変形例のスイッチング電源装置１０ａでは、共振用インダクタ２８が省略され、トランス２４内部のリーケージインダクタンス（図示せず）が共振用インダクタンス２８として代用されている。また、図２（ｂ）に示す変形例のスイッチング電源装置１０ｂでは、共振用インダクタ２８が、入力巻線２４ａの、スイッチング素子２０，２４側の一端ではなく、共振用コンデンサ２６側の一端に挿入されている。スイッチング電源装置１０ａ，１０ｂの構成に変更した場合も、上記のスイッチング電源装置１０と同様の作用効果が得られる。

図３（ａ）に示す変形例のスイッチング電源装置１０ｃでは、共振用コンデンサ２６の、入力巻線１２４と反対側の一端が、グランドライン１８ではなく入力ライン１６に接続されている。また、図３（ｂ）に示す変形例のスイッチング電源装置１０ｄでは、共振用コンデンサ２６が、第一及び第二の共振用コンデンサ２６(1)，２６(2)により構成され、第一の共振用コンデンサ２６(1)は、一端が入力巻線２４ａの他端（スイッチング素子２０，２２と反対側の一端）に接続され、他端が入力ライン１６に接続されており、第二の共振用コンデンサ２６(2)は、一端が入力巻線２４ａの他端（スイッチング素子２０，２２と反対側の一端）に接続され、他端がグランドライン１８に接続されている。スイッチング電源装置１０ｃ，１０ｄの構成に変更した場合も、上記のスイッチング電源装置１０と同様の作用効果が得られる。

次に、本発明のスイッチング電源装置の第二の実施形態について、図４に基づいて説明する。ここで、上記のスイッチング電源装置１０と同様の構成は、同一の符号を付して説明を省略する。

第二の実施形態のスイッチング電源装置４６は、スイッチング電源装置１０の構成に、第二の制御部４８と、共振電圧信号Sv(2)を発生させて第二の制御部４８に出力する共振電圧信号発生部３８(2)と、共振電流信号Si(3)を発生させて第二の制御部４８に出力する共振電流信号発生部４０(2)とが付設されたものであり、これ以外の構成は同様である。

共振電圧信号発生部３８(2)は、上記の共振電圧信号発生部３８(1)と同様に、２つの信号生成用コンデンサ４２ａ，４２ｂの直列回路により構成され、共振電流信号発生部４０(3)は、上記の共振電流信号発生部４０(1)，４０(2)と同様に、分流用コンデンサ４４ａと電流電圧変換用コンデンサ４４ｂとの直列回路により構成される。なお、図４では、上記の共振電動作監視回路３４に２つの信号発生部３８(2)，４０(3)を追加した回路を総称し、共振電動作監視回路５０と表記している。

第二の制御部４８は、内部の制御用プログラムを書き換え可能なデジタルプロセッサを備え、共振電圧信号Sv(2)及び共振電流信号Si(3)をデジタルプロセッサで分析し、その分析結果に基づいて、第一の制御部３２の動作を変更させる制御を行う。詳しくは後で説明するが、デジタルプロセッサが実行する処理はそれほど高速性が要求されない内容であり、比較的安価な汎用品が使用できる。

上記の第一の制御部３２は、通常、市販されている汎用品の制御用ＩＣを用意し、その周辺に少数の個別回路素子を付加することによって構成される。第一の制御部３２は、駆動パルスVg20，Vg22を出力する出力段は、動作の高速性が要求され、それほどの高速性が必要でない他の部分は、消費電力が小さいことが求められる。したがって、制御用ＩＣは、出力段をバイポーラ構造とし、その他の部分をＣＭＯＳ構造とするＢｉＣＭＯＳ構造のものが好適である。

汎用品の制御用ＩＣは複数のメーカから販売されており、各々に特徴がある。しかし、これらはあくまで汎用品なので、全ての電源設計者の要望に応えられるものではなく、欲しい機能を備えていなかったり、欲しい機能は備えているがその性能に満足できなかったりするケースが少なくない。そこで、スイッチング電源装置４６では、新しい機能を追加したり、制御用ＩＣの不十分な性能を補完したりするために、第二の制御部４８が付設されている。

まず、第二の制御部４８が行う２つの制御の中の第一の制御について説明する。第一の制御部３２は、市販の制御用ＩＣの機能を利用して高速の過電流保護を行うが、制御用ＩＣ内に設定されている過電流閾値（出力電流Ioが許容値に達したかどうか判定する時の閾値）がばらついたり環境温度によって変動したりする性質があるので、過電流保護の設計及び評価に手間が掛かる。そこで、第二の制御部４８が、第一の制御部３２とは別に、あらかじめ設定された第二の過電流閾値に基づく第二の過電流保護を実行する。第二の過電流閾値は、デジタルプロセッサの制御プログラムの中に書き込まれる数値情報なので、変動するものではない。

第二の制御部４８は、共振電流信号Si(3)を分析することによって出力電流Ioを検出し、第二の過電流閾値に基づいて過電流状態かどうかを判定し、過電流状態と判定すると、第一の制御部３２に向けて信号を出力し、第一及び第二のスイッチング素子２０，２２のスイッチング動作を強制停止させる。したがって、第一の制御部３２の過電流閾値が変動して過電流保護が動作しなかったとしても、第二の過電流保護が動作して安全が確保される。

ただ、第二の過電流保護は、第一の制御部３２の過電流保護よりも動作が低速になるので、第一の制御部３２の過電流保護を単純に省略することは難しい。したがって、第一の制御部３２の過電流保護と第二の過電流保護とを併用することによって、より確実な過電流保護を実現することができる。

また、第二の過電流保護に関しは、例えばカスタム対応で、第二の過電流閾値をユーザの要望に合わせて設定することが可能になる。このカスタム対応は、デジタルプロセッサ内の第二の過電流閾値（数値情報）を書き換えるだけでよいので、ハード面の変更行うことなく、容易に対応することができる。その他、別のアプリケーションとして、ユーザが第二の過電流閾値を外部可変できる構成とし、スイッチング電源装置４６を定電流電源として使用できるようにすることも考えられる。

次に、第二の制御部４８が行う第二の制御について説明する。上記の第一の制御部３２では、出力電力Poが許容値を超えないようにする過電力保護は行わないが、共振電圧信号Sv(1)を分析することによって出力電力Poを検出し、汎用品の制御用ＩＣの機能を用いて過電力保護を行うようにすることは、比較的容易である。しかし、例えば、過電力状態が規定時間（例えば１分間）を超えて継続した時にスイッチング電源装置４６の動作を停止させる、という過電力保護を実現するのは簡単ではない。そこで、第二の制御部４８は、デジタルプロセッサが有するカウンタを使用して、時間を考慮した過電力保護を行う。過電力閾値と規定時間は、デジタルプロセッサの制御プログラムの中で簡単に設定することができる。

第二の制御部４８は、共振電圧信号Sv(2)を分析することによって出力電力Poを検出し、出力電力Poが過電力閾値を超えているかどうか判定する。そして、過電力状態が規定時間を超えて継続すると、第一の制御部３２に信号を出力し、第一及び第二のスイッチング素子２０，２２のスイッチング動作を強制停止させる。したがって、第二の制御部４８は、過電力状態が規定時間を超えて継続するとスイッチング動作を停止させる、という時間を考慮した過電力保護を容易に実現することができる。

以上説明したように、スイッチング電源装置４６によれば、スイッチング電源装置１０と同様の作用効果を得ることができ、さらに、スイッチング電源装置１０の機能を補完して安全性を向上させたり、スイッチング電源装置１０に別の機能を追加したりすることができる。

なお、本発明のスイッチング電源装置は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記の共振電圧信号発生部３８(1)，３８(2)は、２つの信号生成用コンデンサ４２ａ，４２ｂの直列回路であるが、例えば図５に示す共振電圧信号発生部３８(3)のように、３つの信号生成用コンデンサ４２ａ，４２ｂ，４２ｃの直列回路とし、各接続点から、大きさが異なる共振電圧信号Sv(3H)とSv(3L)を出力する構成にすることも可能である。

第一及び第二の制御部が共振電圧信号Svや共振電流信号Siを利用して行う制御の内容は、上記第一及び第二の制御部３２，４８が行う制御の内容に限定されず、全く異なる別の内容の制御に利用してもよい。

図１の共振動作監視回路３４の場合、３つの信号（１つの共振電圧信号Svと２つの共振電流信号Si）を出力する構成であり、図４の共振動作監視回路５０の場合、５つの信号（２つの共振電圧信号Svと３つの共振電流信号Si）を出力する構成であるが、共振動作監視回路が出力する信号の数は、合計２つ以上であれば、本発明が狙いとする効果が得られる。また、第一及び第二の制御部が制御に必要な信号が共振電圧信号Svだけの場合、共振電流信号発生部は不要であり、第一及び第二制御部３２が制御に必要な信号が共振電流信号Svだけの場合は、共振電圧信号発生部は不要である。

１０，１０ａ～１０ｄ，４６ スイッチング電源装置
１２ 入力電源
１６ 入力ライン
１８ グランドライン
２０ 第一のスイッチング素子
２２ 第二のスイッチング素子
２４ トランス
２４ａ 入力巻線
２４ｂ 出力巻線
２６ 共振用コンデンサ
２８ 共振用インダクタ
３０ 整流平滑回路
３２ 第一の制御部
３４，５０ 共振動作監視回路
３６ 降圧用コンデンサ
３８，３８(1)，３８(2) 共振電圧信号発生部
４０，４０(1)～４０(3) 共振電流信号発生部
４２ａ，４２ｂ，４２ｃ 信号生成用コンデンサ
４４ａ 分流用コンデンサ
４４ｂ 電流電圧変換用コンデンサ
４８ 第二の制御部
Sv，Sv(1)，Sv(2) 共振電圧信号
Si，Si(1)～Si(3) 共振電流信号

Claims (6)

1. 入力電源から入力電圧が供給される入力ライン及びグランドラインと、一端が前記入力ラインに接続された第一のスイッチング素子と、前記一のスイッチング素子の他端と前記グランドラインとの間に接続された第二のスイッチング素子と、入力巻線及び出力巻線を有し、前記入力巻線の一端が前記第一及び第二のスイッチング素子の接続点に接続されたトランスと、一端が前記入力巻線の他端に接続され、他端が前記入力ライン又は前記グランドラインに接続された共振用コンデンサと、前記入力巻線と直列に隣接する位置に挿入された共振用インダクタと、前記出力巻線に発生する電圧を整流平滑して出力電圧を生成する整流平滑回路と、前記第一及び第二のスイッチング素子のスイッチング動作を制御する第一の制御部とを備えた電流共振型のスイッチング電源装置において、
   前記トランス、前記共振用コンデンサ及び前記共振用インダクタによる共振動作を監視する共振動作監視回路が設けられ、前記共振動作監視回路は、一端が前記共振用コンデンサの一端に接続された降圧用コンデンサと、前記降圧用コンデンサの他端と前記グランドラインとの間に接続されたｎ個（ｎ：自然数）の共振電圧信号発生部と、前記降圧用コンデンサの他端と前記グランドラインとの間に接続されたｋ個（ｋ：自然数）の共振電流信号発生部とを備え、
   前記共振電圧信号発生部は、複数個の信号生成用コンデンサの直列回路で成り、当該直列回路の中の特定の接続点に、前記共振用コンデンサの両端に発生する共振電圧と略相似な波形の電圧を発生させ、この電圧を共振電圧信号として出力するものであり、
   前記共振電流信号発生部は、分流用コンデンサと電流電圧変換用抵抗との直列回路で成り、前記分流用コンデンサと前記電流電圧変換用抵抗との接続点に、前記入力巻線に流れる共振電流と略相似な波形の電圧を発生させ、この電圧を共振電流信号として出力するものであり、
   前記降圧用コンデンサの容量は、前記共振用コンデンサの容量よりも小さく、前記降圧用コンデンサの他端に発生する電圧が５０Ｖ以下になるように設定され、前記信号生成用コンデンサ及び前記分流用コンデンサは、耐電圧が５０Ｖ以下のコンデンサ素子が使用されていることを特徴とするスイッチング電源装置。
2. 入力電源から入力電圧が供給される入力ライン及びグランドラインと、一端が前記入力ラインに接続された第一のスイッチング素子と、前記一のスイッチング素子の他端と前記グランドラインとの間に接続された第二のスイッチング素子と、入力巻線及び出力巻線を有し、前記入力巻線の一端が前記第一及び第二のスイッチング素子の接続点に接続されたトランスと、一端が前記入力巻線の他端に接続され、他端が前記入力ライン又は前記グランドラインに接続された共振用コンデンサと、前記入力巻線と直列に隣接する位置に挿入された共振用インダクタと、前記出力巻線に発生する電圧を整流平滑して出力電圧を生成する整流平滑回路と、前記第一及び第二のスイッチング素子のスイッチング動作を制御する第一の制御部とを備えた電流共振型のスイッチング電源装置において、
   前記トランス、前記共振用コンデンサ及び前記共振用インダクタによる共振動作を監視する共振動作監視回路が設けられ、前記共振動作監視回路は、一端が前記共振用コンデンサの一端に接続された降圧用コンデンサと、前記降圧用コンデンサの他端と前記グランドラインとの間に接続されたｎ個（ｎ≧２）の共振電圧信号発生部とを備え、
   前記共振電圧信号発生部は、複数個の信号生成用コンデンサの直列回路で成り、当該直列回路の中の特定の接続点に、前記共振用コンデンサの両端に発生する共振電圧と略相似な波形の電圧を発生させ、この電圧を共振電圧信号として出力するものであり、
   前記降圧用コンデンサの容量は、前記共振用コンデンサの容量よりも小さく、前記降圧用コンデンサの他端に発生する電圧が５０Ｖ以下になるように設定され、前記信号生成用コンデンサは、耐電圧が５０Ｖ以下のコンデンサ素子が使用されていることを特徴とするスイッチング電源装置。
3. 入力電源から入力電圧が供給される入力ライン及びグランドラインと、一端が前記入力ラインに接続された第一のスイッチング素子と、前記一のスイッチング素子の他端と前記グランドラインとの間に接続された第二のスイッチング素子と、入力巻線及び出力巻線を有し、前記入力巻線の一端が前記第一及び第二のスイッチング素子の接続点に接続されたトランスと、一端が前記入力巻線の他端に接続され、他端が前記入力ライン又は前記グランドラインに接続された共振用コンデンサと、前記入力巻線と直列に隣接する位置に挿入された共振用インダクタと、前記出力巻線に発生する電圧を整流平滑して出力電圧を生成する整流平滑回路と、前記第一及び第二のスイッチング素子のスイッチング動作を制御する第一の制御部とを備えた電流共振型のスイッチング電源装置において、
   前記トランス、前記共振用コンデンサ及び前記共振用インダクタによる共振動作を監視する共振動作監視回路が設けられ、前記共振動作監視回路は、一端が前記共振用コンデンサの一端に接続された降圧用コンデンサと、前記降圧用コンデンサの他端と前記グランドラインとの間に接続されたｋ個（ｋ≧２）の共振電流信号発生部とを備え、
   前記共振電流信号発生部は、分流用コンデンサと電流電圧変換用抵抗との直列回路で成り、前記分流用コンデンサと前記電流電圧変換用抵抗との接続点に、前記入力巻線に流れる共振電流と略相似な波形の電圧を発生させ、この電圧を共振電流信号として出力するものであり、
   前記降圧用コンデンサの容量は、前記共振用コンデンサの容量よりも小さく、前記降圧用コンデンサの他端に発生する電圧が５０Ｖ以下になるように設定され、前記分流用コンデンサは、耐電圧が５０Ｖ以下のコンデンサ素子が使用されていることを特徴とするスイッチング電源装置。
4. 前記共振用コンデンサは、一端が前記入力巻線の他端に接続され、他端が前記入力ラインに接続された第一の共振用コンデンサと、一端が前記入力巻線の他端に接続され、他端が前記グランドラインに接続された第二の共振用コンデンサとで構成されている請求項１乃至３のいずれか記載のスイッチング電源装置。
5. 前記共振用インダクタは、前記トランスのリーケージインダクタンスで代用されている請求項１乃至４のいずれか記載のスイッチング電源装置。
6. 内部の制御用プログラムを書き換え可能なデジタルプロセッサを備えた第二の制御部が設けられ、
   前記共振動作監視回路は、前記共振動作に関する複数の信号を発生させ、その中の特定の信号を前記第一の制御部に向けて出力し、その他の信号を前記第二の制御部に向けて出力し、
   前記第二の制御部は、前記共振動作監視回路から取得した前記その他の信号を前記デジタルプロセッサで分析し、その分析結果に基づいて、前記第一の制御部の動作を変更させる請求項１乃至５のいずれか記載のスイッチング電源装置。

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