JP3022246B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は各種電子機器に安定な直
流電圧を供給するスイッチング電源装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】近年、スイッチング電源装置はその高効
率な変換特性から各種電子機器の電源として多用されて
いる。従来のスイッチング電源装置としてはＲＣＣ（リ
ンギング・チョーク・コンバータ）と呼ばれる図６に示
すような自励発振式スイッチング電源装置がある。

【０００３】以下に従来のスイッチング電源装置とし
て、図６を参照しながらその動作を説明する。図６にお
いて、１は入力直流電源であり、その電圧をＥｉとす
る。２はトランスであり、１次巻線２１、２次巻線２
２、３次巻線２３を有する。３はスイッチング素子、４
はダイオード、５は出力コンデンサであり、スイッチン
グ素子３がオンオフを繰り返すことにより、入力直流電
圧Ｅｉを高周波交流電圧に変換して１次巻線２１に入力
し、２次巻線２２に発生するフライバック電圧をダイオ
ード４と出力コンデンサ５とで整流平滑し、負荷６へ出
力直流電圧として供給する。この出力直流電圧をＥｏと
する。７は検知回路であり、出力直流電圧Ｅｏの情報を
帰還信号として出力する機能を有する。８は制御回路で
あり、基準電圧Ｖｃｃを有する基準電圧源８０、オン時
間設定回路８１、オフ時間設定回路８２、タイミング回
路８３とドライブ回路８４から構成される。オン時間設
定回路８１は、検知回路７からの帰還信号とドライブ回
路８４からのドライブ信号ｄを受電し、ドライブ信号ｄ
がスイッチング素子３をオンすると、出力直流電圧Ｅｏ
を安定化するようにスイッチング素子３のオン時間を決
定し、ワンショットパルス状のターンオフ信号ａを出力
する機能を有する。オフ時間設定回路８２は、ドライブ
回路８４からのドライブ信号ｄを受電し、ドライブ信号
ｄがスイッチング素子３をオフすると、スイッチング素
子３の最小オフ時間を決定し、最小オフ時間中は最小オ
フ時間信号ｂをＨレベルにする機能を有する。タイミン
グ回路８３は、抵抗８３１〜８３４、ダイオード８３
５、ＰＮＰトランジスタ８３６とＮＰＮトランジスタ８
３７から構成され、３次巻線２３の電圧を検出し、フラ
イバック電圧が発生していない時にターンオン信号ｃを
出力する機能を有する。ドライブ回路８４は、ＮＯＴ回
路８４１、ＮＯＲ回路８４２，８４３，８４４と増幅器
８４５から構成され、ターンオフ信号ａと最小オフ時間
信号ｂとターンオン信号ｃを受電し、ターンオフ信号ａ
によってスイッチング素子３をオフすると、最小オフ時
間信号ｂによって少なくとも最小オフ時間はオフを維持
し、最小オフ時間後のターンオン信号ｃによってスイッ
チング素子３をオンするドライブ信号ｄを出力する機能
を有する。

【０００４】以上のように構成されたスイッチング電源
装置について、以下にその動作を説明する。まず重負荷
時においてスイッチング素子３がオンしている時、即ち
ドライブ回路８４からのドライブ信号ｄがＨレベルの
時、１次巻線２１には入力直流電圧Ｅｉが印加されトラ
ンス２を励磁する。オン時間設定回路８１からのターン
オフ信号ａを受電すると、ドライブ回路８４はＮＯＲ回
路８４４の出力即ちドライブ信号ｄをＬレベルにし、ス
イッチング素子３をオフする。スイッチング素子３がオ
フすると、トランス２の励磁エネルギーはフライバック
電圧として発生し、ダイオード４と出力コンデンサ５と
で整流平滑され、負荷６へ出力直流電圧Ｅｏが供給され
る。ドライブ回路８４からのドライブ信号ｄがＬレベル
の時、オフ時間設定回路８２は最小オフ時間信号ｃを最
小オフ時間だけＨレベルにする。トランス２の励磁エネ
ルギーが放出されると、フライバック電圧はなくなり、
各巻線にはリンギング電圧が発生する。このフライバッ
ク電圧の発生期間は最小オフ時間より長いものとする。
タイミング回路８３は、フライバック電圧がなくなると
ＰＮＰトランジスタ８３６がオンし、ＮＰＮトランジス
タ８３７がオフするのでＨレベルのターンオン信号ｃを
出力する。最小オフ時間後にターンオン信号ｃを受電し
たドライブ回路８４は、ＮＯＲ回路８４２の出力がＨレ
ベルとなり、ＮＯＲ回路８４３の出力がＬレベル、ＮＯ
Ｒ回路８４４の出力即ちドライブ信号ｄがＨレベルとな
り、再びスイッチング素子３をオンする。スイッチング
素子３のオン時間Ｔｏｎに励磁される磁束とオフ時間Ｔ
ｏｆｆに消磁される磁束は等しくなるから、１次巻線２
１と２次巻線２２との巻数比が１であれば、 Ｅｉ・Ｔｏｎ＝Ｅｏ・Ｔｏｆｆ （１） の関係が成り立つ。従ってオン時間設定回路回路８１が
検知回路７からの出力直流電圧Ｅｏの情報を元にオン時
間Ｔｏｎを適正に決定することにより、出力直流電圧Ｅ
ｏを安定化することができる。

【０００５】トランス２の励磁インダクタンスをＬとす
ると、スイッチング素子３のオン時間中に入力直流電源
１から流れ込む電流は、 Ｅｉ・Ｔｏｎ／Ｌ をピーク
値とする鋸波電流であるから、入力電力Ｐｉは次式で表
される。

【０００６】Ｐｉ＝Ｅｉ2 Ｔｏｎ／（２Ｌ）・｛Ｔｏｎ
／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）｝ （１）より、Ｅｉ一定であれば、ＴｏｎとＴｏｆｆの比
も一定となるので、 Ｐｉ∝Ｔｏｎ∝１／ｆ （２） となる。ｆはスイッチング周波数である。即ちスイッチ
ング周波数ｆは負荷の重さに反比例して変動する特性を
有する。

【０００７】しかし負荷が軽くなり、オフ時間設定回路
８２で設定された最小オフ時間よりフライバック電圧の
発生期間が短くなると、最小オフ時間中にフライバック
電圧がなくなりタイミング回路８３からターンオン信号
ｃが出力されても、最小オフ時間信号ｂがＨレベルであ
るので、ドライブ回路８４において、ＮＯＲ回路の出力
はＬレベルのままなので状態が変わらないため、スイッ
チング素子３はオフを維持する。再びスイッチング素子
３がオンするのは、最小オフ時間信号ｂがＬレベルにな
る最小オフ時間後であり且つフライバック電圧がなくタ
イミング回路８３からターンオン信号ｃがＨレベルにな
った時である。即ちスイッチング素子３のオフ時間Ｔｏ
ｆｆは、最小オフ時間Ｔｏｆｆ（ＭＩＮ）より短くはな
らない。従ってスイッチング周波数ｆの高周波化は抑制
され、スイッチング周波数ｆにほぼ比例するスイッチン
グ素子３のターンオン損失の増加も抑制される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の構成では、軽負荷時において最小オフ時間Ｔｏｆｆ
（ＭＩＮ）が終了した時点で、３次巻線２３に発生して
いるリンギング電圧の状態によってスイッチング素子３
のターンオン損失が増減する。この現象を図７を用いて
説明する。図７は軽負荷時におけるスイッチング素子３
の電圧Ｖｑ、３次巻線２３の電圧Ｖｔｒ、オフ時間設定
回路８２から出力される最小オフ時間信号ｂ、タイミン
グ回路８３から出力されるターンオン信号ｃ、ドライブ
回路８４から出力されるドライブ信号ｄのタイミングチ
ャートを示す要部波形図であり、は最小オフ時間Ｔｏｆ
ｆ（ＭＩＮ）が終了した時点でＶｔｒ＞０Ｖ、即ちフラ
イバック電圧が発生している場合、 はＶｔｒ＜０Ｖで
あり、フォワード電圧側に発生していたリンギング電圧
がなくなりつつある場合を示す。図７ では最小オフ時
間Ｔｏｆｆ（ＭＩＮ）終了時に発生していたフライバッ
ク電圧がなくなってからターンオン信号ｃが出力され、
ドライブ信号ｄによってスイッチング素子３がオンする
ので、スイッチング素子３のターンオン直前電圧は比較
的低く、従ってターンオン損失も少ない。これに対し、
図７ では最小オフ時間Ｔｏｆｆ（ＭＩＮ）終了時に既
にフライバック電圧はなく、ターンオン信号ｃが出力さ
れている状態なので、ドライブ信号ｄによってスイッチ
ング素子３がオンする時には、スイッチング素子３の電
圧は高くなっており、従ってターンオン損失は多い。

【０００９】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、軽負荷時においても常に３次巻線２３のフライバッ
ク電圧がなくなってからターンオン信号ｃが出力され、
リンギング電圧の谷付近でスイッチング素子３がオンす
ることにより、スイッチング素子３のターンオン損失を
低減して効率劣化を防ぐことの可能なスイッチング電源
装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のスイッチング電源装置は、入力直流電源と、
１次巻線と２次巻線と３次巻線を有するトランスと、前
記入力直流電源と前記１次巻線と直列に接続されるスイ
ッチング素子と、前記２次巻線に発生するフライバック
電圧を整流平滑し、負荷に出力直流電圧を供給するダイ
オードと出力コンデンサと、前記出力直流電圧を検知す
る検知回路と、最小オフ時間を決定する機能と、前記最
小オフ時間後に前記３次巻線に発生するフライバック電
圧がなくなったのを検出して所定の遅延時間後前記スイ
ッチング素子をオンさせる機能と、前記検知回路からの
帰還信号に基づいて前記出力直流電圧を安定化するよう
に前記スイッチング素子のオン時間を決定する機能とを
有する制御回路とを備えた構成を有している。

【００１１】

【作用】この構成によって、常に３次巻線のフライバッ
ク電圧がなくなってからリンギング電圧の谷付近でスイ
ッチング素子をオンすることができ、スイッチング素子
のターンオン損失を低減して効率劣化を防ぐことができ
る。

【００１２】

【実施例】

（実施例１）以下本発明の一実施例について、図面を参
照しながら説明する。図１は本発明の第１の実施例にお
けるスイッチング電源装置の回路構成図を示すものであ
る。図１において、１は入力直流電源であり、その電圧
をＥｉとする。２はトランスであり、１次巻線２１、２
次巻線２２、３次巻線２３を有する。３はスイッチング
素子、４はダイオード、５は出力コンデンサであり、ス
イッチング素子３がオンオフを繰り返すことにより、入
力直流電圧Ｅｉを高周波交流電圧に変換して１次巻線２
１に入力し、２次巻線２２に発生するフライバック電圧
をダイオード４と出力コンデンサ５とで整流平滑し、負
荷６へ出力直流電圧として供給する。この出力直流電圧
をＥｏとする。７は検知回路であり、出力直流電圧Ｅｏ
の情報を帰還信号として出力する機能を有する。８は制
御回路であり、オン時間設定回路８１、オフ時間設定回
路８２、タイミング回路８３とドライブ回路８４から構
成される。オン時間設定回路８１は、検知回路７からの
帰還信号とドライブ回路８４からのドライブ信号ｄを受
電し、ドライブ信号ｄがスイッチング素子３をオンする
と、出力直流電圧Ｅｏを安定化するようにスイッチング
素子３のオン時間を決定し、ワンショットパルス状のタ
ーンオフ信号ａを出力する機能を有する。オフ時間設定
回路８２は、ドライブ回路８４からのドライブ信号ｄを
受電し、ドライブ信号ｄがスイッチング素子３をオフす
ると、スイッチング素子３の最小オフ時間を決定し、最
小オフ時間中は最小オフ時間信号ｂをＨレベルにする機
能を有する。タイミング回路８３は、コンデンサ８３
０、抵抗８３１〜８３４、ダイオード８３５、ＰＮＰト
ランジスタ８３６、ＮＰＮトランジスタ８３７、ＮＯＴ
回路８３８とＮＯＲ回路８３９から構成され、３次巻線
２３の電圧を検出し、フライバック電圧がなくなった時
にワンショットパルスのターンオン信号ｃを出力する機
能を有する。ドライブ回路８４は、ＮＯＴ回路８４１、
ＮＯＲ回路８４２，８４３，８４４と増幅器８４５から
構成され、ターンオフ信号ａと最小オフ時間信号ｂとタ
ーンオン信号ｃを受電し、ターンオフ信号ａによってス
イッチング素子３をオフすると、最小オフ時間信号ｂに
よって少なくとも最小オフ時間はオフを維持し、最小オ
フ時間後のターンオン信号ｃによってスイッチング素子
３をオンするドライブ信号ｄを出力する機能を有する。

【００１３】以上のように構成されたスイッチング電源
装置について、図２を用いてその動作を説明する。図２
は本実施例の要部波形を示すタイミングチャートであ
り、重負荷時と軽負荷時における３次巻線２３の電圧Ｖ
ｔｒ、オン時間設定回路８１からのターンオフ信号ａ、
オフ時間設定回路８２からの最小オフ時間信号ｂ、タイ
ミング回路８３のコンデンサ８３０の電圧Ｖ８３０、Ｎ
ＰＮトランジスタ８３７のコレクタ電圧Ｖ８３７、ＮＯ
Ｒ回路８３９から出力されるターンオン信号ｃ、ドライ
ブ回路８４のＮＯＲ回路８４２の出力Ｖ８４２、ドライ
ブ信号ｄの波形を示す。まず重負荷時においてスイッチ
ング素子３がオンしている時、即ちドライブ回路８４か
らのドライブ信号ｄがＨレベルの時、１次巻線２１には
入力直流電圧Ｅｉが印加されトランス２を励磁する。オ
ン時間設定回路８１からのターンオフ信号ａを受電する
と、ドライブ回路８４はＮＯＲ回路８４４の出力即ちド
ライブ信号ｄをＬレベルにし、スイッチング素子３をオ
フする。スイッチング素子３がオフすると、トランス２
の励磁エネルギーはフライバック電圧として発生し、ダ
イオード４と出力コンデンサ５とで整流平滑され、負荷
６へ出力直流電圧Ｅｏが供給される。ドライブ回路８４
からのドライブ信号ｄがＬレベルの時、オフ時間設定回
路８２は最小オフ時間信号ｃを最小オフ時間だけＨレベ
ルにする。トランス２の励磁エネルギーが放出される
と、フライバック電圧はなくなり、各巻線にはリンギン
グ電圧が発生する。このフライバック電圧の発生期間は
最小オフ時間より長いものとする。タイミング回路８３
は、フライバック電圧がなくなると抵抗８３１を介して
コンデンサ８３０が放電されるので、ＰＮＰトランジス
タ８３６がオンし、ＮＰＮトランジスタ８３７がオフす
る。ＮＯＴ回路８３８とＮＯＲ回路８３９からなる立ち
上がり検出のパルス発生回路にはＨレベルの信号が入力
されるので、ワンショットパルス状のターンオン信号ｃ
を出力する。最小オフ時間後にターンオン信号ｃを受電
したドライブ回路８４は、ＮＯＲ回路８４２からやはり
ワンショットパルス状の出力がＮＯＲ回路８４３に入力
される。ＮＯＲ回路８４３とＮＯＲ回路８４４はフリッ
プフロップ回路を構成しているので、ＮＯＲ回路８４４
の出力即ちドライブ信号ｄがＨレベルとなり、再びスイ
ッチング素子３をオンする。スイッチング素子３をオン
するタイミング、即ちフライバック電圧がなくなってか
ら上記動作後、スイッチング素子３がオンするまでの遅
延時間は、抵抗８３１とコンデンサ８３０の定数で調整
できる。従って巻線に発生するリンギング電圧の谷付近
でスイッチング素子３をオンするように調整すれば、ス
イッチング素子３のターンオン損失を低減できる。ま
た、スイッチング素子３のオン時間Ｔｏｎに励磁される
磁束とオフ時間Ｔｏｆｆに消磁される磁束は等しくなる
から、１次巻線２１と２次巻線２２との巻数比が１であ
れば、 Ｅｉ・Ｔｏｎ＝Ｅｏ・Ｔｏｆｆ （１） の関係が成り立つ。従ってオン時間設定回路回路８１が
検知回路７からの出力直流電圧Ｅｏの情報を元にオン時
間Ｔｏｎを適正に決定することにより、出力直流電圧Ｅ
ｏを安定化することができる。

【００１４】トランス２の励磁インダクタンスをＬとす
ると、スイッチング素子３のオン時間中に入力直流電源
１から流れ込む電流は、 Ｅｉ・Ｔｏｎ／Ｌ をピーク
値とする鋸波電流であるから、入力電力Ｐｉは次式で表
される。

【００１５】Ｐｉ＝Ｅｉ2 Ｔｏｎ／（２Ｌ）・｛Ｔｏｎ
／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）｝ （１）より、Ｅｉ一定であれば、ＴｏｎとＴｏｆｆの比
も一定となるので、 Ｐｉ∝Ｔｏｎ∝１／ｆ （２） となる。ｆはスイッチング周波数である。即ちスイッチ
ング周波数ｆは負荷の重さに反比例して変動する特性を
有する。

【００１６】しかし負荷が軽くなり、オフ時間設定回路
８２で設定された最小オフ時間よりフライバック電圧の
発生期間が短くなると、最小オフ時間中にフライバック
電圧がなくなりタイミング回路８３からターンオン信号
ｃが出力されても、最小オフ時間信号ｂがＨレベルであ
るので、ドライブ回路８４において、ＮＯＲ回路の出力
はＬレベルのままなので状態が変わらないため、スイッ
チング素子３はオフを維持する。再びスイッチング素子
３がオンするのは、最小オフ時間信号ｂがＬレベルにな
る最小オフ時間後であり、且つフライバック電圧がなく
なり所定の遅延時間後タイミング回路８３からターンオ
ン信号ｃがＨレベルになった場合である。即ちスイッチ
ング素子３のオフ時間Ｔｏｆｆは、最小オフ時間Ｔｏｆ
ｆ（ＭＩＮ）より短くはならない。しかも巻線に発生し
ているリンギング電圧の周期は、トランス２の励磁イン
ダクタンスと寄生容量との共振現象であり、入出力条件
に左右されずほぼ一定であるので、リンギング電圧の谷
付近でスイッチング素子３はオンする。従ってスイッチ
ング周波数ｆの高周波化は抑制され、スイッチング周波
数ｆにほぼ比例するスイッチング素子３のターンオン損
失の増加も抑制される。

【００１７】以上のように本実施例によれば、入力直流
電源１と、１次巻線２１と２次巻線２２と３次巻線２３
を有するトランス２と、入力直流電源１と１次巻線２１
と直列に接続されるスイッチング素子３と、２次巻線２
２に発生するフライバック電圧を整流平滑し、負荷に出
力直流電圧Ｅｏを供給するダイオード４と出力コンデン
サ６と、出力直流電圧Ｅｏを検知する検知回路７と、最
小オフ時間Ｔｏｆｆ（ＭＩＮ）を決定し、最小オフ時間
Ｔｏｆｆ（ＭＩＮ）後に３次巻線２３のフライバック電
圧がなくなったのを検出して所定の遅延時間後スイッチ
ング素子３をオンさせ、検知回路７からの帰還信号に基
づいて出力直流電圧Ｅｏを安定化するようにスイッチン
グ素子３のオン時間Ｔｏｎを決定する機能を有する制御
回路８とを備えた構成とすることにより、入出力条件に
よらずスイッチング素子３がオンするタイミングは、巻
線に発生していたリンギング電圧の谷付近に調整するこ
とができ、スイッチング素子３のターンオン損失を最小
限に抑制して効率劣化を防ぐことができる。

【００１８】（実施例２）以下本発明の第２の実施例に
ついて、図面を参照しながら説明する。図３は本発明の
第２の実施例におけるスイッチング電源装置の制御回路
を示すものである。制御回路以外の構成は図１と同様な
ので省略した。また図３に示した制御回路は図１の制御
回路８と基本的な動作は同様であり、制御回路８に機能
を追加した請求項３及び４に相当するものである。図３
において、２３はトランス２の３次巻線、７は検知回
路、８０は基準電圧源、８１はオン時間設定回路、８２
は第１のオフ時間設定回路、８３はタイミング回路であ
り、図１のものと動作と構成は同様であるので同じ符号
を付与し、回路の詳細は省略した。図１と異なるのは第
２のオフ時間設定回路８５を追加し、ドライブ回路８４
にＮＯＴ回路８４１の代わりにＮＯＲ回路８４６を設
け、ＮＯＲ回路８４６に、タイミング回路８３からのタ
ーンオン信号ｃと後述する第２のオフ時間設定回路８５
からの最大オフ時間信号ｅを入力する構成とした点であ
る。第２のオフ時間設定回路８５はコンデンサ８５０、
抵抗８５１〜８５４、定電流源８５５、ＰＮＰトタンジ
スタ８５６、ＮＰＮトランジスタ８５７、比較器８５８
とから構成され、ドライブ信号ｄを受電し、これがＬレ
ベルになると最大オフ時間を決定し、ドライブ信号ｄが
最大オフ時間に渡りＬレベルであったら、ワンショット
パルス状の最大オフ時間信号ｅを出力する機能を有す
る。

【００１９】以上のように構成された制御回路につい
て、特に第２のオフ時間設定回路８５とドライブ回路８
４の動作を説明する。第２のオフ時間設定回路８５は、
ドライブ回路８４から出力されるドライブ信号ｄをそれ
ぞれ抵抗８５１と抵抗８５２を介してＰＮＰトランジス
タ８５６とＮＰＮトランジスタ８５７で受ける。スイッ
チング素子３がオン、即ちドライブ信号ｄがＨレベルの
時、ＮＰＮトランジスタ８５７はオン状態にあるので、
コンデンサ８５０はＯＶに放電されている。ドライブ信
号ｄがＬレベルになると、ＮＰＮトランジスタ８５７は
オフし、ＰＮＰトランジスタ８５６はオンするので、コ
ンデンサ８５０は定電流源８５５によって充電を開始さ
れる。抵抗８５３と８５４は基準電圧Ｖｃｃを分圧して
しきい値電圧Ｖｔｈを作る。比較器８５８はコンデンサ
８５０の電圧Ｖｃとしきい値電圧Ｖｔｈを比較し、Ｖｃ
＜ＶｔｈであればＬレベルの最大オフ時間信号ｅを出力
する。Ｖｃの充電が進み、Ｖｃ＞Ｖｔｈとなると最大オ
フ時間信号ｅはＨレベルになる。定電流源８５５からの
充電電流をＩｃ、コンデンサ８５０の静電容量をＣとす
ると、最大オフ時間Ｔｏｆｆ（ＭＡＸ）は、 Ｔｏｆｆ
（ＭＡＸ）＝Ｖｔｈ・Ｃ／Ｉｃ となる。最大オフ時間
Ｔｏｆｆ（ＭＡＸ）は通常動作時のスイッチング周期よ
りも充分長く設定しておく。従って通常動作時において
は、ドライブ信号ｄがＨレベルになる度にコンデンサ８
５０はＯＶに放電され、比較器８５８はＬレベルを出力
し続ける。ドライブ回路８４は、ターンオフ信号ａ、最
小オフ時間信号ｂ、ターンオン信号ｃと最大オフ時間信
号ｅを受電し、スイッチング素子３をオンオフするとと
もに、前記各回路に制御回路の出力情報を示すドライブ
信号ｄを出力する。ターンオン信号ａと最大オフ時間信
号ｅはＮＯＲ回路８４６に入力されてされた後、最小オ
フ時間信号ｃとともにＮＯＲ回路８４２に入力される。
ＮＯＲ回路８４６の出力はターンオフ信号ｂとともにさ
らにＮＯＲ回路８４２に入力され、以降の構成及び動作
は図１と同様である。従ってドライブ回路８４がドライ
ブ信号ｄをＨレベルにするのは、ターンオフ信号ａと最
小オフ時間信号ｂがともにＬレベルであり、ターンオン
信号ｃまたは最大オフ時間信号ｅがＨレベルになった場
合である。通常動作時においては最大オフ時間信号ｅは
Ｌレベルであるので、ドライブ回路８４の動作は図１と
全く同様である。通常動作時における本実施例の要部動
作波形として、３次巻線２３の電圧Ｖｔｒ、各信号ａ，
ｂ，ｃ，ｄ、コンデンサ８５０の電圧Ｖｃ、第２のオフ
時間設定回路からの最大オフ時間信号ｅを図４（ａ）に
示す。本実施例で図１から変更された回路が動作するの
は、例えば起動時のように３次巻線２３に電圧が発生し
ていない場合である。起動時においては、ドライブ回路
８４に入力される各信号はＬレベルであるので、ドライ
ブ信号ｄはＬレベルのままとなる。しかし、最大オフ時
間Ｔｏｆｆ（ＭＡＸ）後には最大オフ時間信号ｅがＨレ
ベルになり、ドライブ信号ｄはＨレベルになり、スイッ
チング素子３をオンにする。ドライブ信号ｄがＨレベル
になると、ＮＰＮトランジスタ８５７がオンし、コンデ
ンサ８５０の電圧Ｖｃは０Ｖまで放電されるので最大オ
フ時間信号ｅはＬレベルに戻る。即ち最大オフ時間信号
ｅはワンショットパルスとなる。一旦スイッチング素子
３がオンするとトランス２は励磁され、スイッチング素
子３がオフするとフライバック電圧が発生する。起動時
においては発生するフライバック電圧は出力コンデンサ
５を０Ｖから充電するので、その電圧は低く、タイミン
グ回路８３はフライバック電圧の低下を検出できず、タ
ーンオン信号ｃを出力できない場合が想定されるが、最
大オフ時間Ｔｏｆｆ（ＭＡＸ）後には最大オフ時間信号
ｅが再び出力され、ドライブ信号ｄがＨレベルになり、
スイッチング素子３を再びオンする。以上の動作の繰り
返しにより、本実施例におけるスイッチング電源装置は
確実に起動するのである。この様子を図４（ｂ）に示
す。

【００２０】以上のように、最大オフ時間に渡り３次巻
線２３に電圧が発生しなければ、スイッチング素子３を
オンする機能を付加する構成とすることにより、本発明
におけるスイッチング電源装置を確実に起動させること
ができる。

【００２１】（実施例３）第１及び第２の実施例では最
小オフ時間を設定する機能を有するＲＣＣについて本発
明を適用した。しかし本発明は、トランスやチョークが
スイッチング素子がオフの時に励磁エネルギーを放出し
終わる他のスイッチングコンバータに対しても適用でき
る。以下本発明の第３の実施例として、昇圧コンバータ
に本発明を適用した回路構成図を図５に示し説明する。

【００２２】図５において、１は入力直流電源であり、
その電圧をＥｉとする。３はスイッチング素子、４はダ
イオード、５は出力コンデンサ、６は負荷、７は検知回
路、８は制御回路であり、以上は図１または図３と同様
の構成であり、同様の動作をする。２０はチョークであ
り、別巻線２４を有する。別巻線２４が図１及び図３の
３次巻線２３に相当する。スイッチング素子３のオンオ
フにより、チョーク２０の励磁エネルギーがダイオード
４を介して出力コンデンサ５に放出される。出力コンデ
ンサ５から負荷６に供給される出力直流電圧Ｅｏ’は、
図１及び図３における出力直流電圧Ｅｏと入力直流電圧
Ｅｉの和となる。即ち、 Ｅｏ’＝Ｅｉ＋Ｅｏ であ
る。コンバータの構成が変わったことにより、入出力電
圧の関係式が異なるが、別巻線２４、検知回路７、制御
回路８の動作は前述の通り図１または図３と同様であ
る。従ってスイッチング素子３は軽負荷時においてもチ
ョーク２０の励磁エネルギー放出後のリンギング電圧の
谷付近でオンすることができ、スイッチング素子３のタ
ーンオン損失が最小限に抑制される効果も図１または図
３と同様である。

【００２３】以上のように本発明は最小オフ時間を設定
できるＲＣＣ以外のスイッチングコンバータにおいて
も、トランスまたはチョークの励磁エネルギーがスイッ
チング素子がオフの時に放出されるモードを有する場合
には適用可能である。

【００２４】

【発明の効果】以上のように本発明は、入力直流電源
と、１次巻線と２次巻線と３次巻線を有するトランス
と、入力直流電源と１次巻線と直列に接続されるスイッ
チング素子と、２次巻線に発生するフライバック電圧を
整流平滑し、負荷に出力直流電圧を供給するダイオード
と出力コンデンサと、出力直流電圧を検知する検知回路
と、最小オフ時間を決定し、最小オフ時間後に３次巻線
のフライバック電圧がなくなったのを検出して所定の遅
延時間後スイッチング素子をオンさせ、検知回路からの
帰還信号に基づいて出力直流電圧を安定化するようにス
イッチング素子のオン時間を決定する機能を有する制御
回路とを備えた構成とすることにより、入出力条件によ
らずスイッチング素子がオンするタイミングは、巻線に
発生していたリンギング電圧の谷付近に調整することが
でき、スイッチング素子のターンオン損失を最小限に抑
制して効率劣化を防ぐことができる優れたスイッチング
電源装置を実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例におけるスイッチング電
源装置の回路構成図

【図２】本発明の第１の実施例におけるスイッチング電
源装置の要部波形図

【図３】本発明の第２の実施例におけるスイッチング電
源装置の制御回路の回路構成図

【図４】本発明の第２の実施例におけるスイッチング電
源装置の制御回路の要部波形図

【図５】本発明の第３の実施例におけるスイッチング電
源装置の回路構成図

【図６】従来のスイッチング電源装置の回路構成図

【図７】従来のスイッチング電源装置の要部波形図

【符号の説明】

１ 入力直流電源 ２ トランス ２１ １次巻線 ２２ ２次巻線 ２３ ３次巻線 ３ スイッチング素子 ４ ダイオード ５ 出力コンデンサ ６ 負荷 ７ 検知回路 ８ 制御回路 ８０ 基準電圧源 ８１ オン時間設定回路 ８２ オフ時間設定回路 ８３ タイミング回路 ８４ ドライブ回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 薮 能昌 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−299778（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−189545（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−114470（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−19969（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−265665（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−206868（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−115787（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02M 3/00 - 3/44 H02M 7/42 - 7/98

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力直流電源と、 １次巻線と２次巻線と３次巻線を有するトランスと、 前記入力直流電源と前記１次巻線と直列に接続されるス
   イッチング素子と、 前記２次巻線に発生するフライバック電圧を整流平滑
   し、負荷に出力直流電圧を供給するダイオードと出力コ
   ンデンサと、 前記出力直流電圧を検知する検知回路と、 最小オフ時間を決定する機能と、前記最小オフ時間後に
   前記３次巻線に発生していたフライバック電圧がなくな
   ったことを検出して所定の遅延時間後前記スイッチング
   素子をオンさせる機能と、前記検知回路からの帰還信号
   に基づいて前記出力直流電圧を安定化するように前記ス
   イッチング素子のオン時間を決定する機能とを有する制
   御回路とを備えたスイッチング電源装置。
2. 【請求項２】前記制御回路は、前記３次巻線に発生していたフライバック電圧がなくな
   ったことを検出して所定の遅延時間後ターンオン信号を
   出力するタイミング回路と、 前記検知回路からの帰還信号を受電し、前記スイッチン
   グ素子がオンの時に前記出力直流電圧を安定化するよう
   に前記スイッチング素子のオン時間を決定し、 ターンオフ信号を出力するオン時間設定回路と、 前記スイッチング素子がオフの時に最小オフ時間信号を
   出力するオフ時間設定回路と、 前記ターンオン信号と前記ターンオフ信号と前記最小オ
   フ時間信号を受電し、前記ターンオフ信号の受電によっ
   て前記スイッチング素子をオフし、前記最小オフ時間信
   号の受電期間は前記スイッチング素子のオフを維持し、
   前記最小オフ時間が終了した後に前記ターンオン信号の
   受電によって前記スイッチング素子をオンするドライブ
   回路とから構成される請求項１記載のスイッチング電源
   装置。
3. 【請求項３】前記制御回路に、 所定の期間前記３次巻線に電圧が発生しなければ、前記
   スイッチング素子をオンする機能を付加し、確実に起動
   するようにした請求項１記載のスイッチング電源装置。
4. 【請求項４】前記制御回路は、前記３次巻線に発生していたフライバック電圧がなくな
   ったことを検出して所定の遅延時間後ターンオン信号を
   出力するタイミング回路と、 前記検知回路からの帰還信号を受電し、前記スイッチン
   グ素子がオンの時に前記出力直流電圧を安定化するよう
   に前記スイッチング素子のオン時間を決定し、ターンオ
   フ信号を出力するオン時間設定回路と、 最小オフ時間を決定し、前記スイッチング素子がオフの
   時に最小オフ時間信号を出力する第１のオフ時間設定回
   路と、 最大オフ時間を決定し、前記スイッチング素子がオフの
   時に最大オフ時間信号を出力する第２のオフ時間設定回
   路と、 前記ターンオン信号と前記ターンオフ信号と前記最小オ
   フ時間信号と前記最大オフ時間信号を受電し、前記ター
   ンオフ信号の受電によって前記スイッチング素子をオフ
   し、オフ後は前記最小オフ時間信号の受電期間は前記ス
   イッチング素子のオフを維持し、前記最小オフ時間が終
   了した後に前記ターンオン信号の受電によって前記スイ
   ッチング素子をオンするとともに、前記最大オフ時間信
   号の受電期間が終了した後には前記ターンオン信号がな
   くとも前記スイッチング素子をオンするドライブ回路と
   から構成される請求項３記載のスイッチング電源装置。
5. 【請求項５】入力直流電源の電圧を、オンオフするスイ
   ッチング素子により高周波交流電圧に変換し、トランス
   またはチョークを介して整流平滑し、出力直流電圧を負
   荷に供給し、前記スイッチング素子がオフの時に前記ト
   ランスまたはチョークが励磁エネルギーを放出し終わる
   スイッチングコンバータにおいて、 前記トランスまたはチョークが励磁エネルギーを放出し
   終わった後に発生するリンギング電圧を検出し、前記ス
   イッチング素子が所定のオフ時間の終了後に発生してい
   たフライバック電圧がなくなった時点から所定の遅延時
   間後に、前記スイッチング素子をオンするスイッチング
   電源装置。