JP3173503B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents

スイッチング電源装置

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    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はスイッチング電源装
置に関し、特に電子機器の待機消費電力の削減を図った
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】従来のスイッチング電源は、定常負荷に
電源効率が最大となるように設計されていた。つまり使
用機器が通常動作している負荷だけに対して電源効率が
最大となるような設計を行っていた。よって、軽負荷時
や機器の待機時における消費電力に関しては、無対策で
あった。そこで、待機状態のある機器は、メインとなる
電源とは別に待機専用の小容量のスイッチング電源や商
用電源トランスを使った電源を構成していた。このよう
な構成では機器に対する電源のコスト上昇を招き、電源
体積も増えてしまうという問題があった。
【０００３】待機時のスイッチング損失を低減させる方
法としては、待機時にスイッチング周波数を下げる方法
がある。しかしながら、この方法では、スイッチング周
波数を下げることによってトランスから可聴音が聞こえ
るという問題があった。
【０００４】また、スイッチング周波数である発振周波
数は可変せずにそのままに維持しておき、発振状態を間
欠制御することにより、軽負荷時や機器の待機時におい
て消費電力を削減する方法が提案されている。例えば、
実開平４−１０５８８号公報、特開平３−２４３１６７
号公報、特開平４−１２６６６号公報及び特開平４−２
９４８２号公報等に開示の技術がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】実開平４−１０５８８
号公報や特開平４−１２６６６号公報では、負荷電流が
少ない時に間欠発振制御を行うという技術思想のみであ
って、そのための制御の具体例が明確化されていない。
また、特開平３−２４３１６７号公報では、間欠発振制
御時の間隔をＣＲの時定数回路により決定するというも
のである。また、特開平４−２９４８２号公報では、軽
負荷時において、商用入力電源の波形に基づいて発振状
態と発振停止状態とが交互になるように制御するという
ものである。
【０００６】上記特開平４−２９４８２号公報を除く３
つの公報に開示の技術では、商用入力電源の波形に無関
係に間欠発振制御を行っているので、例えば、商用入力
電源を整流平滑化するための平滑回路の一次側コンデン
サへの充電以外の期間に、発振が行われる様制御される
と、当該コンデンサのリップル電圧が大きくなり、結果
として、二次側の電圧変動を招来するという欠点があ
る。
【０００７】また、上記特開平４−２９４８２号公報に
開示の技術では、商用入力電源の波形に応じて間欠発振
を制御してはいるものの、この交流電源の半波整流出力
毎に発振の停止を行うようになっている。すなわち、商
用電源の半周期の間は発振を持続し、他の半周期の間は
発振を停止する制御を行っている。よって、上述した一
次側コンデンサへの充電以外の期間にも発振が行われる
ことになり、やはり二次側の電圧変動を招来するという
欠点がある。
【０００８】本発明の目的は、軽負荷状態においてスイ
ッチングの間欠発振をなす場合に、二次側の電圧変動を
できるだけ抑圧可能としたスイッチング電源装置を提供
することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、入力交
流電源を整流平滑化してこの平滑直流電圧をスイッチン
グ素子によりオンオフ制御しつつスイッチングトランス
の一次側へ供給し、このスイッチングトランスの二次側
に得られる交流電源を整流平滑化して負荷へ供給する様
にしたスイッチング電源装置であって、前記入力交流電
源の整流出力と基準電圧とを比較する比較手段と、前記
負荷の状態を検出して軽負荷時に前記比較手段の比較出
力に応じて、前記整流出力のピーク及びその近傍の期間
のみ前記スイッチング素子のスイッチングのための発振
がなされるように前記発振の間欠制御をなす制御手段と
を含むことを特徴とするスイッチング電源装置が得られ
る。
【００１０】そして、前記比較手段は、前記入力交流電
源の整流出力と所定基準電圧とを比較して前記整流出力
が大なるときに前記比較出力を生成する比較回路を有す
ることを特徴とし、また前記制御手段は、前記軽負荷時
に前記比較出力に応じて前記発振の間欠制御をなすよう
にしたことを特徴とする。更に、前記制御手段は、前記
負荷への供給電流により前記軽負荷状態の検出を行う様
にしたことを特徴とし、また前記制御手段は、外部から
の信号により前記軽負荷状態の検出を行う様にしたこと
を特徴とする。
【００１１】本発明の作用を述べる。待機消費電力の削
減のために、軽負荷時にスイッチングのための発振を間
欠制御する際に、入力交流電源のピーク及びその近傍の
期間のみ発振状態とし、他の期間は発振停止とするので
ある。これにより、一次側の平滑コンデンサの充電期間
のみに発振状態に制御できるので、二次側電圧変動は最
小に抑えられることになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例を示す回
路図である。図１において、商用電源１０は整流回路１
１及び平滑コンデンサＣ１を経て整流平滑化され、スイ
ッチングトランスＴ１の一次側へ供給される。スイッチ
ング素子であるトランジスタＱ１が設けられており、ス
イッチング制御回路１３の発振制御によりこのトランジ
スタＱ１がオンオフ制御され、トランスＴ１の一次側へ
の整流平滑電圧がオンオフ制御される。このトランスＴ
１の二次側出力はダイオードＤ１及びコンデンサＣ２に
より整流平滑されてレギュレータＩＣ１を介して図示せ
ぬ負荷へ直流電源として供給される。尚、Ｃ３はコンデ
ンサを示す。
【００１３】負荷への供給電圧を検出すべく誤差電圧検
出回路２２が設けられており、この誤差電圧検出回路２
２にて基準電圧と出力電圧との差分が検出され、この誤
差電圧は誤差電圧伝達回路１６を介してスイッチング制
御回路１３へ供給され、この誤差電圧に応じてトランジ
スタＱ１の発振信号のデューティが制御され、出力電圧
を一定に維持する様になっている。
【００１４】また、負荷への供給電流を検出すべく電流
検出回路２１が設けられており、この負荷電流である出
力電流が設定電流値以下になった場合、電流検出回路２
１から信号伝達回路１５を活性化せしめて、１次側に設
けられている間欠発振制御回路１２からの間欠発振の制
御のための信号が、次段の信号伝達回路１４に伝達され
る様になっている。間欠発振制御回路１２は商用電源１
０の整流電圧と基準電圧とを比較する比較機能を有して
おり、この比較出力を信号伝達回路１４を通してスイッ
チング制御回路１３を制御して、スイッチングトランジ
スタＱ１のスイッチング動作を発振、停止と繰り返すよ
うにする。間欠発振動作となったトランジスタＱ１は、
軽負荷時のスイッチング損失が軽減されて電源効率改善
が可能となる。
【００１５】電流検出回路２１は、上述した様に、出力
電流を検出して設定電流と比較する機能を有する。信号
伝達回路１５は電流検出回路２１からの検出結果により
活性化されて、間欠発振制御回路１２の比較出力を信号
伝達回路１４へ伝達し、結果として間欠発振制御回路１
２の比較出力スイッチの役目をする。出力電流がある設
定電流以下となった場合は、信号伝達回路１５が活性化
されて間欠発振制御回路１２の出力はオンとなり、設定
電流以上となった場合は信号伝達回路１５が非活性化さ
れて間欠発振制御回路１２の出力はオフとなるように動
作する。
【００１６】間欠発振制御回路１２は商用電源１０から
直流電源を作り、基準電圧と交流電圧とを比較する機能
を有する。基準電圧と交流電圧を比較した信号は、信号
伝達回路１４を通し、スイッチング制御回路１３に伝達
される。スイッチング制御回路１３は、出力電流が設定
電流以下となると、間欠発振制御回路１２からの信号を
受けてトランジスタＱ１のスイッチング動作を発振、停
止と繰り返す。
【００１７】図２は図１における間欠発振制御回路１２
の詳細図である。間欠発振制御回路１２は、基本的に
は、商用電源１０を整流し直流電源を作り出す整流回路
５１と、比較器５２とから構成されている。比較器５２
はダイオードＤ４３から半波整流された電圧と基準電圧
５３とを比較し、その比較結果を出力する機能を有す
る。基準電圧５３の設定値を変更することによって、比
較器５２の出力を可変することが可能である。
【００１８】尚、整流回路５１はコンデンサＣ４１，Ｃ
４２及びダイオードＤ４１，Ｄ４２並びにツェナーダイ
オードＺＤ４１とからなり、これにより比較器５２の電
源電圧を生成している。この回路５１は本発明とは直接
関係ないので、その詳細な構成は特に図２に示す構成で
なくても良い。
【００１９】次に、図１の回路の動作について説明す
る。図１を参照すると、出力電流が電流検出回路２１の
設定電流以上の場合は、信号伝達回路１５はオフしてい
るので、間欠発振制御回路１２から信号伝達回路１４に
信号は伝わらず、スイッチング制御回路１３は正常な発
振動作を行っている。負荷変動による出力電流の減少あ
るいは、使用機器が待機状態となった場合、出力電流が
電流検出回路２１の設定電流以下となる。電流検出回路
２１は、設定電流以下となると、信号伝達回路１５をオ
ンする。これによって、間欠発振制御回路１２から信号
伝達回路１４に信号が伝達可能となり、スイッチング制
御回路１３を制御する。スイッチング制御回路１３をオ
ン、オフさせることによってメインスイッチ素子である
トランジスタＱ１をオン、オフさせることが可能とな
る。
【００２０】図２における間欠発振制御回路１２は整流
回路５１と比較器５２とに大別される。整流回路５１は
商用電源１０から直流電源を作りだし、比較器５２に電
圧を供給する。供給する電圧は比較器５２の電源電圧範
囲であれば、ツェナーダイオードＺＤ４１によって自由
に設定可能である。しかしながら、比較器５２の電源電
圧を高めに設定すると、比較器５２の損失が増えてしま
うので、ここでは約５Ｖに設定するのが良い。
【００２１】比較器５２の入力は、商用電源１０の交流
電圧をダイオードＤ４３によって半波整流し、抵抗Ｒ４
１，Ｒ４２によって抵抗分割された電圧と基準電圧５３
とである。ダイオードＤ４３によって整流され抵抗分割
された波形は、図３におけるＤ４３の整流波形となり、
基準電圧５３と比較される。比較された結果は、比較器
５２よって出力される。その結果、図３の比較器５２出
力波形のような出力となる。比較器５２出力波形のオン
幅は、図２における基準電圧５３の設定値を変更するこ
とによって自由に可変できる。
【００２２】この比較器５２出力波形のオン幅は、一次
側平滑コンデンサＣ１の充電期間に相当する期間に設定
することにより、コンデンサＣ１の充電期間にのみトラ
ンジスタＱ１の発振を行わせ、他の期間は停止状態とす
ることができ、よって二次側のリップルをなくすことが
できる。もっとも、図３におけるトランジスタＱ１のス
イッチング波形のオン幅を、基準電圧５３の設定値を変
更して自由に可変できるので、間欠発振することによっ
て出力リップルが増大した場合、オン幅を小とすこと
で、リップルによるトラブルを防ぐことが可能となるの
である。
【００２３】比較器５２の出力波形は信号伝達回路１４
を通してスイッチング制御回路１３を制御する。その結
果、図３におけるトランジスタＱ１のスイッチング波形
のような間欠発振波形となり、オフ期間を設けることに
よって一次側のスイッチング損失を減らすことが可能と
なる。この間欠動作は、電源全体の消費電力を下げるこ
とになる。
【００２４】出力電流が負荷変動による出力電流の増加
あるいは、使用機器が待機状態から通常使用状態に戻っ
た場合、電流検出回路２１から信号伝達回路１５への信
号は解除される。信号伝達回路１５への信号が解除され
ることによって、間欠発振制御回路１２からスイッチン
グ制御回路１３への出力伝達が途絶える。その結果、Ｑ
１のスイッチング動作は間欠発振することなく、通常動
作に自動復帰することになる。
【００２５】尚、図２において、信号伝達回路１４及び
１５は、共に周知のフォトカプラを使用することができ
るが、これに限定されない。本実施例では、図１に示す
ように電流検出回路２１を利用して負荷の状態や使用機
器の待機状態を判断していたが、図４に示すように、使
用機器にマイコン２３がある場合には、このマイコン
（マイクロコンピュータ）２３にて使用機器の状態を判
断し、直接信号伝達回路１５に信号を伝達させ、間欠発
振制御回路１２の出力をオン、オフさせるように構成し
てもよい。例えば、使用機器がテレビジョン受信機等の
場合、電源投入のリモコン制御をマイコンで検出してお
り、よってこのマイコンにより、待機状態から電源オン
状態が検出されるので、その検出信号により、信号伝達
回路１５を活性制御する様にするのである。
【００２６】
【発明の効果】第１の効果は、待機時や軽負荷時の消費
電力が低減できるということである。その理由は、メイ
ンスイッチング動作を間欠発振させ、オフ期間を設ける
ことによってスイッチング損失を低減できるためであ
る。
【００２７】第２の効果は、軽負荷専用または待機時専
用の電源が不要となり、１つの電源で構成可能なことで
ある。その理由は、軽負荷時のスイッチング損失を低減
していることから、あらゆる容量のスイッチング電源に
対して適用可能なためである。
【００２８】第３の効果は、スイッチングトランスから
の可聴音がないことである。その理由は、通常の間欠発
振に見られるようなスイッチング周波数を下げる方法で
はなく、スイッチング周波数はそのままで、オン、オフ
を繰り返し間欠発振動作させているからである。
【００２９】第４の効果は、二次側の電圧リップルが抑
圧されることである。その理由は、商用電源の一次側コ
ンデンサの充電期間のみ、スイッチングのための発振を
持続し、他の期間は発振を停止するからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の回路図である。
【図２】図１の回路の一部詳細図である。
【図３】図１の回路の動作を示す各部波形図である。
【図４】本発明の他の実施例の回路図である。
【符号の説明】
１０ 商用電源 １１ 整流器 １２ 間欠発振制御回路 １３ スイッチング制御回路 １４，１５ 信号伝達回路 １６ 誤差伝達回路 ２１ 電流検出回路 ２２ 誤差電圧検出回路 ２３ マイコン Ｄ１１ ダイオード Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３ コンデンサ Ｑ１ スイッチングトランジスタ Ｔ１ スイッチングトランス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02M 3/28

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 入力交流電源を整流平滑化してこの平滑
    直流電圧をスイッチング素子によりオンオフ制御しつつ
    スイッチングトランスの一次側へ供給し、このスイッチ
    ングトランスの二次側に得られる交流電源を整流平滑化
    して負荷へ供給する様にしたスイッチング電源装置であ
    って、前記入力交流電源の整流出力と基準電圧とを比較
    する比較手段と、前記負荷の状態を検出して軽負荷時に
    前記比較手段の比較出力に応じて、前記整流出力のピー
    ク及びその近傍の期間のみ前記スイッチング素子のスイ
    ッチングのための発振がなされるように前記発振の間欠
    制御をなす制御手段とを含むことを特徴とするスイッチ
    ング電源装置。
  2. 【請求項２】 前記比較手段は、前記入力交流電源の整
    流出力と所定基準電圧とを比較して前記整流出力が大な
    るときに前記比較出力を生成する比較回路を有すること
    を特徴とする請求項１記載のスイッチング電源装置。
  3. 【請求項３】 前記制御手段は、前記軽負荷時に前記比
    較出力に応じて前記発振の間欠制御をなすようにしたこ
    とを特徴とする請求項２記載のスイッチング電源装置。
  4. 【請求項４】 前記制御手段は、前記負荷への供給電流
    により前記軽負荷状態の検出を行う様にしたことを特徴
    とする請求項１〜３いずれか記載のスイッチング電源装
    置。
  5. 【請求項５】 前記制御手段は、外部からの信号により
    前記軽負荷状態の検出を行う様にしたことを特徴とする
    請求項１〜３いずれか記載のスイッチング電源装置。
  6. 【請求項６】 前記比較回路は前記入力交流電源の整流
    平滑電圧を動作電源とすることを特徴とする請求項１〜
    ５いずれか記載のスイッチング電源装置。
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