JP3464433B2 - Switching power supply - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、産業用や民生用の
機器に直流安定化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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a switching power supply device for supplying a regulated DC voltage to industrial and consumer appliances.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図２は、従来のスイッチング電源装置の
概略的構成図を示すブロック回路図である。このスイッ
チング電源装置においては、ダイオードブリッジからな
る全波整流回路２の交流入力側に交流電源１が接続さ
れ、その全波整流回路２の直流出力側にトランス（変圧
器）３の１次巻線３ａとスイッチング素子４とが直列に
接続されている。又、全波整流回路２の直流出力側には
平滑コンデンサ５が設けられ、全波整流回路２の出力の
全波整流波形が平滑されるようになっている。2. Description of the Related Art FIG. 2 is a block circuit diagram showing a schematic configuration diagram of a conventional switching power supply device. In this switching power supply device, an AC power supply 1 is connected to an AC input side of a full-wave rectifier circuit 2 composed of a diode bridge, and a primary winding of a transformer (transformer) 3 is connected to a DC output side of the full-wave rectifier circuit 2. 3a and the switching element 4 are connected in series. A smoothing capacitor 5 is provided on the DC output side of the full-wave rectifier circuit 2 so that the full-wave rectified waveform of the output of the full-wave rectifier circuit 2 is smoothed.
【０００３】上記スイッチング素子４は、ＭＯＳ電界効
果トランジスタからなり、そのドレイン端子を上記１次
巻線３ａに接続し、ソース端子を接地し、ゲート端子を
ＰＷＭ制御回路６に接続している。上記トランス３は、
その１次側に上記１次巻線３ａを巻回し、２次側には２
次巻線３ｂを巻回している。２次巻線３ｂにダイオード
７を介して平滑コンデンサ８が並列に接続され、この平
滑コンデンサ８の両端の電圧が負荷９に対する供給電圧
とされる。The switching element 4 comprises a MOS field effect transistor, the drain terminal of which is connected to the primary winding 3a, the source terminal of which is grounded, and the gate terminal of which is connected to the PWM control circuit 6. The transformer 3 is
The primary winding 3a is wound around the primary side and 2
The next winding 3b is wound. The smoothing capacitor 8 is connected in parallel to the secondary winding 3b via the diode 7, and the voltage across the smoothing capacitor 8 is used as the supply voltage for the load 9.
【０００４】また、平滑コンデンサ８に対して並列に安
定化回路１０が接続されており、この安定化回路１０で
検出した検出電圧（負荷の状態を表す。）がフィードバ
ック回路１１を介して上記ＰＷＭ制御回路６に帰還され
るようになっている。A stabilizing circuit 10 is connected in parallel to the smoothing capacitor 8, and the detected voltage (representing the load state) detected by the stabilizing circuit 10 is fed to the PWM circuit via a feedback circuit 11. It is adapted to be fed back to the control circuit 6.
【０００５】上記トランス３は、１次側に３次巻線３ｃ
を巻回しており、この３次巻線３ｃにダイオード１２を
介して平滑コンデンサ１３が並列に接続されている。こ
の平滑コンデンサ１３の両端の電圧は、上記ＰＷＭ制御
回路６に印加される。The transformer 3 has a tertiary winding 3c on the primary side.
And a smoothing capacitor 13 is connected in parallel to the tertiary winding 3c via a diode 12. The voltage across the smoothing capacitor 13 is applied to the PWM control circuit 6.
【０００６】上記ＰＷＭ制御回路６は、コンデンサ１４
と抵抗１５とにより決まる発振周波数（スイッチング素
子４のスイッチング周波数）で上記スイッチング素子４
のスイッチング動作を制御する駆動制御回路であり、上
記平滑コンデンサ１３の両端の電圧と上記フィードバッ
ク回路１１からの帰還電圧とに基づいて上記スイッチン
グ素子４のオン・オフデューティ比を可変制御して出力
電圧の安定化を図るものである。The PWM control circuit 6 includes a capacitor 14
The switching element 4 at an oscillation frequency (switching frequency of the switching element 4) determined by the resistor 15 and the resistor 15.
Is a drive control circuit for controlling the switching operation of the switching element 4, and based on the voltage across the smoothing capacitor 13 and the feedback voltage from the feedback circuit 11, the ON / OFF duty ratio of the switching element 4 is variably controlled to output the output voltage. It is intended to stabilize the.
【０００７】従来のスイッチング電源装置においては、
スイッチング素子４を含む各素子が定格負荷状態に合わ
せて設計されているため（スイッチング素子のスイッチ
ング周波数が定格負荷状態に合わせて固定されているた
め）、スイッチング素子４のオン時間がほぼ最小になる
待機負荷状態では、スイッチング素子４が上記固定のス
イッチング周波数に追随して応答できなかった（スイッ
チング素子４の応答速度が追随できなかった。）。この
ため、スイッチング素子４のターンオン、及びターンオ
フ時にスイッチングロスが発生して効率が低下するとい
う問題を招来する。In the conventional switching power supply device,
Since each element including the switching element 4 is designed according to the rated load state (since the switching frequency of the switching element is fixed according to the rated load state), the on-time of the switching element 4 is almost minimum. In the standby load state, the switching element 4 could not respond by following the fixed switching frequency (the response speed of the switching element 4 could not follow). Therefore, switching loss occurs when the switching element 4 is turned on and off, which causes a problem of reduced efficiency.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のこの種の電源装置においては、スイッチング素子４
を含む各素子が定格負荷状態に合わせて設計されてお
り、且つ、負荷の状態にかかわらず一定の周波数でスイ
ッチング素子４を動作させていたため、スイッチング素
子４のオン時間が最小となる待機負荷状態のときにはス
イッチング素子４の応答速度が追随できず、スイッチン
グ素子４のターンオン、及びターンオフ時にスイッチン
グロスが発生して効率が低下するという問題を有してい
る。However, in the conventional power supply device of this type, the switching element 4 is used.
Since each element including is designed according to the rated load state and the switching element 4 is operated at a constant frequency regardless of the load state, a standby load state in which the ON time of the switching element 4 is minimum In this case, the response speed of the switching element 4 cannot follow, and there is a problem in that switching loss occurs when the switching element 4 is turned on and off, and efficiency is reduced.
【０００９】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
であり、その目的は、スイッチング周波数を連続的に変
化させ、待機負荷状態のときでも高効率を維持できるス
イッチング電源装置を提供することにある。The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a switching power supply device capable of continuously changing a switching frequency and maintaining high efficiency even in a standby load state. is there.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明のスイッチング電
源装置は、上記課題を解決するために、変圧器１次巻線
をスイッチング素子でスイッチングし、変圧器の２次巻
線に伝達された電圧を負荷への供給電圧とするスイッチ
ング電源装置において、以下の措置を講じたことを特徴
としている。In order to solve the above-mentioned problems, a switching power supply device of the present invention switches a primary winding of a transformer with a switching element, and a voltage transmitted to a secondary winding of the transformer. In the switching power supply device in which the supply voltage to the load is, the following measures are taken.
【００１１】即ち、上記スイッチング電源装置は、負荷
が軽いほど小さくなる電圧を検出す る負荷検出手段を備
え、この検出電圧が小さいほどスイッチング周波数を低
くするように、上記スイッチング素子のスイッチング周
波数を負荷の状態に基づいて連続的に変化させるスイッ
チング周波数可変手段と、抵抗値が大きいほどスイッチ
ング周波数を低くする抵抗を有し、負荷が小さいほどオ
ン時間を短くする駆動信号を上記スイッチング素子に出
力するスイッチング素子駆動手段とを備え、上記負荷検
出手段は、上記駆動信号を入力し、これを積分して上記
検出電圧として出力し、上記スイッチング周波数可変手
段は、上記抵抗に並列に接続され、上記検出電圧を電流
に変換する電圧電流変換手段を更に備えている。 That is, the above switching power supply device has a load
Bei load detection means that detect the voltage becomes more lighter smaller
The lower the detection voltage, the lower the switching frequency.
The switching frequency of the above switching element.
A switch that continuously changes the wavenumber based on the load condition.
The tuning frequency changing means and the switch with larger resistance
It has a resistance that lowers the
The drive signal that shortens the drive time is output to the switching element.
And a switching element driving means for driving the load,
The output means inputs the drive signal, integrates it, and outputs
Output as detection voltage, and the above switching frequency variable
The stage is connected in parallel with the resistor, and the detection voltage is connected to the current.
It further comprises a voltage-current conversion means for converting into.
【００１２】上記の発明によれば、変圧器の１次巻線は
スイッチング素子によってスイッチングされる。このス
イッチングに伴い、巻数比に応じて変化する電圧が、変
圧器の２次巻線に伝達され、負荷へ供給される。According to the above invention, the primary winding of the transformer is switched by the switching element. Along with this switching, a voltage that changes according to the turn ratio is transmitted to the secondary winding of the transformer and supplied to the load.
【００１３】従来のスイッチング電源装置においては、
スイッチング素子のスイッチング周波数が定格負荷状態
に合わせて固定されているため、待機負荷状態では、ス
イッチング素子のオン時間がほぼ最小になる。このよう
な待機負荷状態では、スイッチング素子の応答速度が追
随できなかった。換言すれば、スイッチング素子がスイ
ッチング周波数に追随して応答できなかった。このた
め、ターンオン時、及びターンオフ時に、スイッチング
素子にスイッチングロスが発生し、これがスイッチング
電源装置の効率を低下させていた。In the conventional switching power supply device,
Since the switching frequency of the switching element is fixed according to the rated load state, the on-time of the switching element becomes almost minimum in the standby load state. In such a standby load state, the response speed of the switching element could not follow. In other words, the switching element could not respond by following the switching frequency. Therefore, switching loss occurs in the switching element at the time of turn-on and at the time of turn-off, which reduces the efficiency of the switching power supply device.
【００１４】そこで、上記の発明によれば、上記スイッ
チング素子のスイッチング周波数は、スイッチング周波
数可変手段によって、段階的にではなくて、負荷の状態
に基づいて連続的に（無段階に）変化される。つまり、
従来のようにスイッチング素子のスイッチング周波数が
定格負荷状態に合わせて固定されていないので、負荷状
態に応じてスイッチング素子のスイッチング周波数が制
御される。それゆえ、待機負荷状態でスイッチング素子
のオン時間がほぼ最小になっても、スイッチング周波数
が負荷状態に応じて変化するので、スイッチング素子を
スイッチング周波数に追随して応答させ得る。このた
め、ターンオン時、ターンオフ時に、スイッチング素子
にスイッチングロスが発生しなくなるので、スイッチン
グ電源装置の効率が低下することを確実に回避できる。Therefore, according to the above invention, the switching frequency of the switching element is not continuously changed by the switching frequency changing means but continuously (steplessly) based on the state of the load. . That is,
Since the switching frequency of the switching element is not fixed according to the rated load state as in the related art, the switching frequency of the switching element is controlled according to the load state. Therefore, even if the on-time of the switching element is almost minimized in the standby load state, the switching frequency changes according to the load state, so that the switching element can respond in response to the switching frequency. For this reason, switching loss does not occur in the switching element at the time of turn-on and at the time of turn-off, so that the efficiency of the switching power supply device can be reliably prevented from decreasing.
【００１５】しかも、スイッチング周波数が負荷の状態
に基づいて連続的に変化されるので、条件に応じて発振
周波数を切り替えるという煩雑な制御が不要であると共
に、発振周波数の切り替えポイントの検証が不要（どの
段階でどの発振周波数に切り替えるべきかを判断するこ
とが不要）であり、しかも、スイッチングロスが発生し
なくなるので、待機負荷状態での消費電力を確実に低減
できる。Moreover, since the switching frequency is continuously changed based on the load condition, the complicated control of switching the oscillation frequency according to the conditions is not required and the verification of the switching point of the oscillation frequency is not required ( It is not necessary to determine at which stage which oscillation frequency should be switched), and since switching loss does not occur, the power consumption in the standby load state can be reliably reduced.
【００１６】この場合、スイッチング素子は、スイッチ
ング素子駆動手段からの駆動信号に基づいてスイッチン
グ駆動される。この駆動信号は、負荷が軽いほどスイッ
チング素子のオン時間を短くすると共に、備えられた抵
抗の抵抗値が大きいほどスイッチング素子のスイッチン
グ周波数を低くする。 In this case, the switching element is a switch
Switching device based on the drive signal from the switching element drive means.
Driven. This drive signal will switch as the load gets lighter.
The on-time of the pendant is shortened and the resistance
The larger the resistance value
Lower the frequency.
【００１７】スイッチング素子に印加される駆動信号
は、上記スイッチング周波数可変手段の負荷検出手段に
入力され、ここで、駆動信号が積分されて検出電圧とし
て電圧電流変換手段に送られる。検出電圧は、電圧電流
変換手段において電流に変換される。この電圧電流変換
手段はスイッチング周波数を決定する上記抵抗と並列に
接続されているので、該抵抗の両端の抵抗値は、電圧電
流変換手段との並列合成抵抗値となる。つまり、負荷検
出手段からの検出電圧に応じて変化する電流値に応じ
て、並列合成抵抗値が変化し、これに伴うスイッチング
周波数でスイッチング素子のスイッチングが行われる。 Drive signal applied to the switching element
Is the load detecting means of the switching frequency varying means.
Input, where the drive signal is integrated into the detected voltage.
Sent to the voltage-current conversion means. Detection voltage is voltage current
It is converted into electric current in the conversion means. This voltage-current conversion
The means are in parallel with the resistor that determines the switching frequency.
Since it is connected, the resistance value across the resistor is
It becomes a parallel combined resistance value with the flow conversion means. In other words, load detection
Depending on the current value that changes according to the detected voltage from the output means
As a result, the parallel combined resistance value changes and the accompanying switching
Switching of the switching elements takes place at a frequency.
【００１８】上記電圧電流変換手段はフォトカプラから
なり、入力側に上記検出電圧に応じて変化する電流が印
加され、出力側がスイッチング周波数を決定する上記抵
抗と並列に接続されていることが好ましい。この場合、
フォトカプラを用いているので、耐ノイズ性が向上す
る。It is preferable that the voltage-current converting means comprises a photocoupler, a current varying according to the detected voltage is applied to the input side, and the output side is connected in parallel with the resistor for determining the switching frequency. in this case,
Since a photo coupler is used, noise resistance is improved.
【００１９】[0019]
【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態について図
１に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、
図２と同じ機能を有する部材については同じ符号を付記
し、詳細な説明を省略する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. In addition,
Members having the same functions as those in FIG. 2 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
【００２０】本実施の形態に係るスイッチング電源装置
は、図１に示すように、図２に示す従来のスイッチング
電源装置と次の点において異なっている。即ち、負荷９
の大きさを検出する負荷検出回路２０と、この負荷検出
回路２０により検出される負荷の大きさに追随してＰＷ
Ｍ制御回路６の発振周波数（スイッチング素子４のスイ
ッチング動作の周波数（スイッチング周波数））を連続
的に変化させる周波数可変回路２１を設けた点におい
て、図２の従来のスイッチング電源装置と異なってい
る。As shown in FIG. 1, the switching power supply device according to the present embodiment differs from the conventional switching power supply device shown in FIG. 2 in the following points. That is, load 9
Of the load detected by the load detection circuit 20 and the load detected by the load detection circuit 20.
It differs from the conventional switching power supply device of FIG. 2 in that a frequency variable circuit 21 that continuously changes the oscillation frequency of the M control circuit 6 (the frequency of the switching operation of the switching element 4 (switching frequency)) is provided.
【００２１】本スイッチング電源装置は、図１に示すよ
うに、トランス３の１次側に３次巻線３ｃを巻回してお
り、この３次巻線３ｃにダイオード１２を介して平滑コ
ンデンサ１３が並列に接続されている。この平滑コンデ
ンサ１３の両端の電圧は、ＰＷＭ制御回路６に印加され
る。As shown in FIG. 1, the present switching power supply device has a tertiary winding 3c wound around a primary side of a transformer 3, and a smoothing capacitor 13 is provided on the tertiary winding 3c via a diode 12. It is connected in parallel. The voltage across the smoothing capacitor 13 is applied to the PWM control circuit 6.
【００２２】このＰＷＭ制御回路６は、上記スイッチン
グ素子４を駆動するための駆動信号を出力するものであ
り、コンデンサ１４と共にスイッチング素子４のスイッ
チング周波数を決定する抵抗１５の抵抗値が大きいほ
ど、発振周波数の低い駆動信号を出力し、スイッチング
素子４のスイッチング周波数を低くする。また、このＰ
ＷＭ制御回路６は、上記駆動信号のオン・オフデューテ
ィ比の可変制御も行うようになっている。負荷９が軽い
（小さい）ほど、スイッチング素子４のオン時間を短く
するものである。The PWM control circuit 6 outputs a drive signal for driving the switching element 4. The larger the resistance value of the resistor 15 that determines the switching frequency of the switching element 4 together with the capacitor 14, the larger the oscillation. A drive signal having a low frequency is output to lower the switching frequency of the switching element 4. Also, this P
The WM control circuit 6 also performs variable control of the on / off duty ratio of the drive signal. The lighter (smaller) the load 9 is, the shorter the ON time of the switching element 4 is.
【００２３】本スイッチング電源装置においては、フォ
トカプラ２７の出力側（２次側）のトランジスタ２７ｂ
が上記抵抗１５と並列に接続されている。このトランジ
スタ２７ｂには、入力側（１次側）のダイオード２７ａ
を流れる電流をｈfe倍したものが流れる。ダイオード２
７ａを流れる電流は、後述するコンデンサ２５の両端の
電圧が電流に変換されたものである。In this switching power supply device, the transistor 27b on the output side (secondary side) of the photocoupler 27 is used.
Are connected in parallel with the resistor 15. The transistor 27b includes an input side (primary side) diode 27a.
The current that flows through is multiplied by h fe . Diode 2
The current flowing through 7a is obtained by converting the voltage across the capacitor 25, which will be described later, into a current.
【００２４】上記負荷検出回路２０は、上記ＰＷＭ制御
回路６の出力を抵抗２２とコンデンサ２３で積分し、ダ
イオード２４とコンデンサ２５で整流平滑している。上
記周波数可変回路２１は、抵抗２６とフォトカプラ２７
とからなっている。抵抗２６と上記フォトカプラ２７の
ダイオード２７ａが直列に接続され、フォトカプラ２７
のトランジスタ２７ｂに上記抵抗１５に並列に接続され
ている。抵抗２６と上記フォトカプラ２７のダイオード
２７ａが直列に接続されたものが、コンデンサ２５と並
列に接続されている。The load detection circuit 20 integrates the output of the PWM control circuit 6 with a resistor 22 and a capacitor 23, and rectifies and smoothes it with a diode 24 and a capacitor 25. The frequency variable circuit 21 includes a resistor 26 and a photo coupler 27.
It consists of The resistor 26 and the diode 27a of the photo coupler 27 are connected in series, and the photo coupler 27
The transistor 27b is connected in parallel to the resistor 15. The resistor 26 and the diode 27a of the photo coupler 27 connected in series are connected in parallel with the capacitor 25.
【００２５】以上は、上記負荷検出回路２０が、トラン
ス３の１次側においてＰＷＭ制御回路６と接続された場
合について説明したが、本発明はこれに限定されるもの
ではない。つまり、トランス３の１次側、２次側に関係
なく、負荷９が重たくなるのに追随してコンデンサ２
３、即ちコンデンサ２５の充電電圧が増加する回路であ
れば、上記負荷検出回路２０は特に限定されるものでは
ない。The case where the load detection circuit 20 is connected to the PWM control circuit 6 on the primary side of the transformer 3 has been described above, but the present invention is not limited to this. That is, regardless of the primary side and secondary side of the transformer 3, the load 9 becomes heavy and follows the capacitor 2
3, the load detection circuit 20 is not particularly limited as long as it is a circuit in which the charging voltage of the capacitor 25 increases.
【００２６】従来のスイッチング電源装置においては、
スイッチング周波数がコンデンサ１４と抵抗１５のみで
決定されるのに対して、本実施の形態においてはコンデ
ンサ１４と抵抗１５とフォトカプラ２７のトランジスタ
２７ｂ側のインピーダンスで決定される。つまり、抵抗
１５及びトランジスタ２７ｂが並列接続されたものと、
コンデンサ１４とによってスイッチング素子４のスイッ
チング周波数が決定されることになる。抵抗１５及びト
ランジスタ２７ｂが並列接続されたものの合成抵抗が大
きくなれば、それに伴ってスイッチング周波数は低くな
る。逆に、抵抗１５及びトランジスタ２７ｂが並列接続
されたものの合成抵抗が小さくなれば、それに伴ってス
イッチング周波数は高くなる。In the conventional switching power supply device,
While the switching frequency is determined only by the capacitor 14 and the resistor 15, in the present embodiment, it is determined by the capacitor 14, the resistor 15 and the impedance of the photocoupler 27 on the transistor 27b side. That is, the resistor 15 and the transistor 27b are connected in parallel,
The switching frequency of the switching element 4 is determined by the capacitor 14. If the combined resistance of the resistor 15 and the transistor 27b connected in parallel increases, the switching frequency decreases accordingly. On the contrary, if the combined resistance of the resistor 15 and the transistor 27b connected in parallel becomes smaller, the switching frequency becomes higher accordingly.
【００２７】フォトカプラ２７のダイオード２７ａ側に
流れる電流Ｉｄは、Ｉｄ＝（ＶC25／Ｒ26）であるの
で、トランジスタ２７ｂ側に流れる電流Ｉｃは、Ｉｃ＝
（ＶC25 ／Ｒ26）×ｈfeとなる（ｈfe：エミッタ接地型
の順方向の電流伝達比）。Since the current Id flowing on the diode 27a side of the photocoupler 27 is Id = (V C25 / R 26 ), the current Ic flowing on the transistor 27b side is Ic =
(V C25 / R 26 ) × h fe (h fe : grounded emitter forward current transfer ratio).
【００２８】負荷９が軽く（小さく）なると、それに伴
ってスイッチング素子４のオン時間が短くなる。つま
り、ＰＷＭ制御回路６の出力は、オン・オフデューティ
比が小さくなる。その結果、負荷検出回路２０内のコン
デンサ２５の充電電圧ＶC25 も小さくなるので、トラン
ジスタ２７ｂ側に流れる電流Ｉｃも小さくなる。換言す
れば、トランジスタ２７ｂの抵抗が大きくなるので、抵
抗１５とフォトカプラ２７からなる合成インピーダンス
は大きくなる。これにより、スイッチング素子４のスイ
ッチング周波数は低くなる。When the load 9 becomes lighter (smaller), the ON time of the switching element 4 becomes shorter accordingly. That is, the output of the PWM control circuit 6 has a small on / off duty ratio. As a result, the charging voltage V C25 of the capacitor 25 in the load detection circuit 20 also decreases, so that the current Ic flowing on the transistor 27b side also decreases. In other words, the resistance of the transistor 27b increases, so that the combined impedance of the resistor 15 and the photocoupler 27 increases. As a result, the switching frequency of the switching element 4 becomes low.
【００２９】上記のスイッチング電源装置によれば、フ
ォトカプラ２７がオフしている状態（ダイオード２７ａ
及びトランジスタ２７ｂに電流が流れていない状態）で
は、ＰＷＭ制御回路６の発振周波数（スイッチング素子
４のスイッチング周波数）は抵抗１５とコンデンサ１４
とで決定される。そして、このスイッチング周波数でス
イッチング素子４がスイッチング動作されると、トラン
ス３の２次巻線および３次巻線にも、１次巻線３ａとの
巻数比に応じた電圧がそれぞれ誘起され、これらの電圧
によって平滑コンデンサ８および１３が、ダイオード７
および１２を介して、それぞれ充電される。そして、平
滑コンデンサ８の充電電圧が負荷９に対する供給電圧と
して供給される。According to the above switching power supply device, the photocoupler 27 is in the off state (diode 27a).
And a state in which no current flows in the transistor 27b), the oscillation frequency of the PWM control circuit 6 (the switching frequency of the switching element 4) is the resistance 15 and the capacitor 14
It is decided by and. Then, when the switching element 4 is switched at this switching frequency, a voltage corresponding to the turn ratio with the primary winding 3a is induced in the secondary winding and the tertiary winding of the transformer 3, respectively. The voltage of the smoothing capacitors 8 and 13 causes the diode 7
And 12 respectively. Then, the charging voltage of the smoothing capacitor 8 is supplied as the supply voltage to the load 9.
【００３０】また、平滑コンデンサ８の充電電圧が安定
化回路１０によって検出され、この検出電圧がフィード
バック回路１１を介してＰＷＭ制御回路６に帰還され
る。これにより、必要に応じてスイッチング素子４のオ
ン・オフデューティ比が可変制御されて、出力電圧が安
定化する。Further, the charging voltage of the smoothing capacitor 8 is detected by the stabilizing circuit 10, and this detected voltage is fed back to the PWM control circuit 6 via the feedback circuit 11. As a result, the on / off duty ratio of the switching element 4 is variably controlled as needed, and the output voltage is stabilized.
【００３１】ここで、負荷９が重く（大きく）なると、
ＰＷＭ制御回路６は、オン時間が負荷９の状態に応じて
長くなるようにスイッチング素子４を制御する。負荷９
が重くなったことに伴って、負荷検出回路２０の出力は
大きくなるので、ダイオード２４を介してコンデンサ２
５に充電される充電電圧も大きくなり、フォトカプラ２
７（ダイオード２７ａとトランジスタ２７ｂ）を流れる
電流も大きくなる。これにより、トランジスタ２７ｂの
抵抗値も小さくなり、抵抗１５の両端の合成抵抗が小さ
くなる。その結果、ＰＷＭ制御回路６の発振周波数は高
くなり、スイッチング素子４のスイッチング周波数が高
くなる。When the load 9 becomes heavy (large),
The PWM control circuit 6 controls the switching element 4 so that the ON time becomes longer according to the state of the load 9. Load 9
The output of the load detection circuit 20 increases as the load of the capacitor 2 becomes heavier.
The charging voltage charged to 5 also increases, and the photocoupler 2
7 (diode 27a and transistor 27b) also increases the current. As a result, the resistance value of the transistor 27b also decreases, and the combined resistance at both ends of the resistor 15 decreases. As a result, the oscillation frequency of the PWM control circuit 6 becomes high and the switching frequency of the switching element 4 becomes high.
【００３２】なお、安定化回路１０による検出電圧がフ
ィードバック回路１１を介してＰＷＭ制御回路６に帰還
され、この帰還分と、トランス３の３次巻線３ｃを介し
てコンデンサ１３の両端に生じる電圧とに基づいて、必
要に応じてスイッチング素子４のオン・オフデューティ
比が制御され安定化する。The voltage detected by the stabilizing circuit 10 is fed back to the PWM control circuit 6 via the feedback circuit 11, and the amount of this feedback and the voltage generated across the capacitor 13 via the tertiary winding 3c of the transformer 3. Based on the above, the on / off duty ratio of the switching element 4 is controlled and stabilized as necessary.
【００３３】一方、負荷９が軽く（小さく）なると、Ｐ
ＷＭ制御回路６は、オン時間が負荷９の状態に応じて短
くなるようにスイッチング素子４を制御する。負荷９が
軽くなったことに伴って、負荷検出回路２０の出力は小
さくなるので、ダイオード２４を介してコンデンサ２５
に充電される充電電圧も小さくなり、フォトカプラ２７
（ダイオード２７ａ及びトランジスタ２７ｂ）を流れる
電流も小さくなる。これにより、トランジスタ２７ｂの
抵抗値も大きくなり、抵抗１５の両端の合成抵抗が大き
くなる。その結果、ＰＷＭ制御回路６の発振周波数は低
くなり、スイッチング素子４のスイッチング周波数は低
くなる。On the other hand, when the load 9 becomes light (small), P
The WM control circuit 6 controls the switching element 4 so that the ON time becomes shorter according to the state of the load 9. As the load 9 becomes lighter, the output of the load detection circuit 20 becomes smaller. Therefore, the capacitor 25 is connected via the diode 24.
The charging voltage charged in the
The current flowing through (diode 27a and transistor 27b) is also small. As a result, the resistance value of the transistor 27b also increases, and the combined resistance at both ends of the resistor 15 increases. As a result, the oscillation frequency of the PWM control circuit 6 becomes low and the switching frequency of the switching element 4 becomes low.
【００３４】なお、安定化回路１０による検出電圧がフ
ィードバック回路１１を介してＰＷＭ制御回路に帰還さ
れた帰還分と、トランス３の３次巻線３ｃを介してコン
デンサ１３の両端に生じる電圧とに基づいて、必要に応
じてスイッチング素子４のオン・オフデューティ比が制
御され、スイッチング素子４のオン時間が負荷９の状態
に応じて短くなるように制御され、安定化される。The voltage detected by the stabilizing circuit 10 is fed back to the PWM control circuit via the feedback circuit 11 and the voltage generated across the capacitor 13 via the tertiary winding 3c of the transformer 3. Based on this, the ON / OFF duty ratio of the switching element 4 is controlled as necessary, and the ON time of the switching element 4 is controlled to be shorter and stabilized in accordance with the state of the load 9.
【００３５】本発明の第１スイッチング電源装置は、以
上のように、交流電源からの交流を整流する整流回路の
出力端子間にトランスの１次巻線とスイッチング素子と
の直列回路を接続すると共に、前記スイッチング素子を
スイッチング動作させる駆動回路を設け、前記スイッチ
ング素子のスイッチング動作により前記トランスの２次
巻線に伝達された電圧を負荷への供給電圧とするスイッ
チング電源装置において、前記負荷の大きさを検出する
負荷検出手段と、この負荷検出手段により検出される負
荷の大きさに基づいて前記駆動回路により制御される前
記スイッチング素子のスイッチング動作の周波数を連続
的に変化させるスイッチング周波数可変手段を具備した
ことを特徴としている。As described above, the first switching power supply device of the present invention connects the series circuit of the primary winding of the transformer and the switching element between the output terminals of the rectifying circuit for rectifying the alternating current from the alternating current power supply. In a switching power supply device in which a drive circuit for performing a switching operation of the switching element is provided, and the voltage transmitted to the secondary winding of the transformer by the switching operation of the switching element is used as a supply voltage to the load, the magnitude of the load And a switching frequency changing means for continuously changing the frequency of the switching operation of the switching element controlled by the drive circuit based on the magnitude of the load detected by the load detecting means. It is characterized by having done.
【００３６】本発明の第２スイッチング電源装置は、上
記の第１スイッチング電源装置において、前記スイッチ
ング素子の駆動回路出力に接続された抵抗とコンデンサ
からなるＣＲ積分回路で構成され、負荷が軽いほど（小
さいほど）コンデンサに蓄えられる電圧が小さいことを
特徴としている。A second switching power supply device of the present invention is the first switching power supply device described above, which is composed of a CR integration circuit composed of a resistor and a capacitor connected to the output of the drive circuit of the switching element, and the lighter the load ( The smaller the voltage, the smaller the voltage stored in the capacitor.
【００３７】本発明の第３スイッチング電源装置は、上
記第１又は第２スイッチング電源装置において、上記ス
イッチング周波数可変手段は、前記負荷検出手段の出力
電圧の減少に追随して、スイッチング動作の発振周波数
を下げることを特徴としている。The third switching power supply device of the present invention is the first or second switching power supply device, wherein the switching frequency varying means follows the decrease of the output voltage of the load detecting means and oscillates frequency of the switching operation. It is characterized by lowering.
【００３８】本発明の第４スイッチング電源装置は、上
記第１乃至第３スイッチング電源装置の何れかにおい
て、上記スイッチング周波数可変手段は、前記負荷検出
手段の出力電圧を電流に変換し、スイッチング周波数を
決定する抵抗のインピーダンスを可変させることを特徴
としている。The fourth switching power supply device of the present invention is the switching power supply device according to any one of the first to third switching power supply devices, wherein the switching frequency changing means converts the output voltage of the load detecting means into a current and changes the switching frequency. The feature is that the impedance of the resistance to be determined is changed.
【００３９】本発明の第５スイッチング電源装置は、上
記第１乃至第４スイッチング電源装置の何れかにおい
て、上記スイッチング周波数可変手段は、前記負荷検出
手段の出力にフォトカプラのダイオード側と抵抗が直列
に接続され、フォトカプラのトランジスタ側がスイッチ
ング周波数を決定する抵抗に並列に接続されていること
を特徴としている。The fifth switching power supply device of the present invention is the switching power supply device according to any one of the first to fourth switching power supply devices, wherein the switching frequency varying means has a diode side and a resistor in series with the output of the load detecting means. And the transistor side of the photocoupler is connected in parallel to the resistor that determines the switching frequency.
【００４０】以上のように、本発明によれば、負荷検出
手段（負荷検出回路２０）の電圧を、例えばフォトカプ
ラ２７を用いて電流に変換してインピーダンスとして扱
い、駆動回路（ＰＷＭ制御回路６）の発振周波数を連続
的に可変させることによって、発振周波数の切替ポイン
トの検証が不要（どの段階でどの発振周波数に切り替え
るべきかを判断することが不要）な待機時の消費電力を
低減できるスイッチング電源装置を確実に提供できる。
その結果、負荷の状態（軽重）に応じて、段階的にでは
なくて、連続的に（無段階に）、スイッチング素子のス
イッチング周波数を変化させることが可能となる。これ
により、スイッチング素子においてスイッチングロスが
発生しなくなるので、待機負荷状態での消費電力を確実
に低減できる。As described above, according to the present invention, the voltage of the load detecting means (load detecting circuit 20) is converted into a current by using, for example, the photocoupler 27 and treated as an impedance, and the drive circuit (PWM control circuit 6). Switching that can reduce power consumption during standby without continuously verifying the switching point of the oscillation frequency (no need to determine which oscillation frequency to switch to at any stage) by continuously changing the oscillation frequency The power supply device can be reliably provided.
As a result, it is possible to change the switching frequency of the switching element continuously (steplessly) instead of stepwise according to the load state (light weight). As a result, switching loss does not occur in the switching element, so that the power consumption in the standby load state can be reliably reduced.
【００４１】[0041]
【発明の効果】本発明のスイッチング電源装置は、以上
のように、変圧器１次巻線をスイッチング素子でスイッ
チングし、変圧器の２次巻線に伝達された電圧を負荷へ
の供給電圧とするスイッチング電源装置において、負荷
が軽いほど小さくなる電圧を検出する負荷検出手段を備
え、この検出電圧が小さいほどスイッチング周波数を低
くするように、上記スイッチング素子のスイッチング周
波数を負荷の状態に基づいて連続的に変化させるスイッ
チング周波数可変手段と、抵抗値が大きいほどスイッチ
ング周波数を低くする抵抗を有し、負荷が小さいほどオ
ン時間を短くする駆動信号を上記スイッチング素子に出
力するスイッチング素子駆動手段とを備え、上記負荷検
出手段は、上記駆動信号を入力し、これを積分して上記
検出電圧として出力し、上記スイッチング周波数可変手
段は、上記抵抗に並列に接続され、上記検出電圧を電流
に変換する電圧電流変換手段を更に備えていることを特
徴としている。As described above, the switching power supply device of the present invention switches the primary winding of the transformer with the switching element, and uses the voltage transmitted to the secondary winding of the transformer as the supply voltage to the load. in the switching power supply apparatus, the load
Equipped with load detection means to detect voltage that becomes lighter
The lower the detection voltage, the lower the switching frequency.
The switching frequency of the above switching element.
A switch that continuously changes the wavenumber based on the load condition.
The tuning frequency changing means and the switch with larger resistance
It has a resistance that lowers the
The drive signal that shortens the drive time is output to the switching element.
And a switching element driving means for driving the load,
The output means inputs the drive signal, integrates it, and outputs
Output as detection voltage, and the above switching frequency variable
The stage is connected in parallel with the resistor, and the detection voltage is connected to the current.
It is characterized by further comprising a voltage-current conversion means for converting into .
【００４２】上記の発明によれば、変圧器の１次巻線は
スイッチング素子によってスイッチングされる。このス
イッチングに伴い、巻数比に応じて変化する電圧が、変
圧器の２次巻線に伝達され、負荷へ供給される。According to the above invention, the primary winding of the transformer is switched by the switching element. Along with this switching, a voltage that changes according to the turn ratio is transmitted to the secondary winding of the transformer and supplied to the load.
【００４３】上記スイッチング素子のスイッチング周波
数は、スイッチング周波数可変手段によって、段階的に
ではなくて、負荷の状態に基づいて連続的に（無段階
に）変化される。つまり、従来のようにスイッチング素
子のスイッチング周波数が定格負荷状態に合わせて固定
されていないので、負荷状態に応じてスイッチング素子
のスイッチング周波数が制御される。したがって、待機
負荷状態でスイッチング素子のオン時間がほぼ最小にな
っても、スイッチング周波数が負荷状態に応じて変化す
るので、スイッチング素子をスイッチング周波数に追随
して応答させ得る。このため、ターンオン時、ターンオ
フ時に、スイッチング素子にスイッチングロスが発生し
なくなるので、スイッチング電源装置の効率が低下する
ことを確実に回避できる。The switching frequency of the switching element is not continuously changed by the switching frequency changing means but continuously (steplessly) based on the state of the load. That is, since the switching frequency of the switching element is not fixed according to the rated load state as in the related art, the switching frequency of the switching element is controlled according to the load state. Therefore, even if the on-time of the switching element is almost minimized in the standby load state, the switching frequency changes according to the load state, so that the switching element can respond to the switching frequency. For this reason, switching loss does not occur in the switching element at the time of turn-on and at the time of turn-off, so that the efficiency of the switching power supply device can be reliably prevented from decreasing.
【００４４】しかも、スイッチング周波数が負荷の状態
に基づいて連続的に変化されるので、条件に応じて発振
周波数を切り替えるという煩雑な制御が不要であると共
に、発振周波数の切り替えポイントの検証が不要（どの
段階でどの発振周波数に切り替えるべきかを判断するこ
とが不要）であり、しかも、スイッチングロスが発生し
なくなるので、待機負荷状態での消費電力を確実に低減
できる。 Moreover, since the switching frequency is continuously changed based on the load condition, the complicated control of switching the oscillation frequency according to the condition is not required and the verification of the switching point of the oscillation frequency is not required ( It is not necessary to determine at which stage which oscillation frequency should be switched), and since switching loss does not occur, the power consumption in the standby load state can be reliably reduced .
【００４５】この場合、スイッチング素子は、スイッチ
ング素子駆動手段からの駆動信号に基づいてスイッチン
グ駆動される。この駆動信号は、負荷が軽いほどスイッ
チング素子のオン時間を短くすると共に、備えられた抵
抗の抵抗値が大きいほどスイッチング素子のスイッチン
グ周波数を低くできる。 In this case, the switching element is a switch
Switching device based on the drive signal from the switching element drive means.
Driven. This drive signal will switch as the load gets lighter.
The on-time of the pendant is shortened and the resistance
The larger the resistance value
The frequency can be lowered.
【００４６】スイッチング素子に印加される駆動信号
は、上記スイッチング周波数可変手段の負荷検出手段に
入力され、ここで、駆動信号が積分されて検出電圧とし
て電圧電流変換手段に送られる。検出電圧は、電圧電流
変換手段において電流に変換される。この電圧電流変換
手段はスイッチング周波数を決定する上記抵抗と並列に
接続されているので、該抵抗の両端の抵抗値は、電圧電
流変換手段との並列合成抵抗値となる。つまり、負荷検
出手段からの検出電圧に応じて変化する電流値に応じ
て、並列合成抵抗値が変化し、これに伴うスイッチング
周波数でスイッチング素子のスイッチングを行うことが
可能となるという効果を併せて奏する。 Drive signal applied to the switching element
Is the load detecting means of the switching frequency varying means.
Input, where the drive signal is integrated into the detected voltage.
Sent to the voltage-current conversion means. Detection voltage is voltage current
It is converted into electric current in the conversion means. This voltage-current conversion
The means are in parallel with the resistor that determines the switching frequency.
Since it is connected, the resistance value across the resistor is
It becomes a parallel combined resistance value with the flow conversion means. In other words, load detection
Depending on the current value that changes according to the detected voltage from the output means
As a result, the parallel combined resistance value changes and the accompanying switching
Can switch the switching element at a frequency
It also has the effect of being possible.
【００４７】上記電圧電流変換手段はフォトカプラから
なり、入力側に上記検出電圧に応じて変化する電流が印
加され、出力側がスイッチング周波数を決定する上記抵
抗と並列に接続されていることが好ましい。この場合、
フォトカプラを用いているので、耐ノイズ性が向上する
という効果を併せて奏する。It is preferable that the voltage-current converting means comprises a photocoupler, a current varying according to the detection voltage is applied to the input side, and the output side is connected in parallel with the resistor for determining the switching frequency. in this case,
Since the photocoupler is used, it also has the effect of improving noise resistance.
【図１】本発明のスイッチング電源装置の構成例を示す
回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration example of a switching power supply device of the present invention.
【図２】従来のスイッチング電源装置の構成例を示す回
路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration example of a conventional switching power supply device.
３ トランス（変圧器）
４ スイッチング素子
６ ＰＷＭ制御回路（スイッチング素子駆動手段）
８ 平滑コンデンサ
９ 負荷
１０ 安定化回路
１１ フィードバック回路
２０ 負荷検出回路（スイッチング周波数可変手段、
負荷検出手段）
２１ 周波数可変回路（スイッチング周波数可変手
段）
２７ フォトカプラ（スイッチング周波数可変手段）3 transformer (transformer) 4 switching element 6 PWM control circuit (switching element driving means) 8 smoothing capacitor 9 load 10 stabilizing circuit 11 feedback circuit 20 load detection circuit (switching frequency varying means,
Load detection means) 21 Frequency variable circuit (switching frequency variable means) 27 Photocoupler (switching frequency variable means)
Claims (2)
イッチングし、変圧器の２次巻線に伝達された電圧を負
荷への供給電圧とするスイッチング電源装置において、負荷が軽いほど小さくなる電圧を検出する負荷検出手段
を備え、この検出電圧が小さいほどスイッチング周波数
を低くするように、 上記スイッチング素子のスイッチン
グ周波数を負荷の状態に基づいて連続的に変化させるス
イッチング周波数可変手段と、抵抗値が大きいほどスイッチング周波数を低くする抵抗
を有し、負荷が小さいほどオン時間を短くする駆動信号
を上記スイッチング素子に出力するスイッチング素子駆
動手段とを備え、 上記負荷検出手段は、上記駆動信号を入力し、これを積
分して上記検出電圧として出力し、 上記スイッチング周波数可変手段は、上記抵抗に並列に
接続され、上記検出電圧を電流に変換する電圧電流変換
手段を更に備えている ことを特徴とするスイッチング電
源装置。1. A switching power supply device in which a primary winding of a transformer is switched by a switching element and a voltage transmitted to a secondary winding of the transformer is used as a supply voltage to a load. Load detection means for detecting voltage
The smaller the detection voltage, the switching frequency
So that the switching frequency of the switching element is continuously changed based on the state of the load, and a resistor that lowers the switching frequency as the resistance value increases.
And a drive signal that reduces the on-time as the load decreases.
Switching element drive that outputs
A motion means, said load detecting means receives the drive signal, the product of this
And outputs the detected voltage as the detected voltage, and the switching frequency changing means is connected in parallel to the resistor.
Voltage-current conversion that is connected and converts the detected voltage into current
A switching power supply device further comprising means .
なり、入力側に上記検出電圧に応じて変化する電流が印
加され、出力側がスイッチング周波数を決定する上記抵
抗と並列に接続されてい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。 2. The voltage-current converting means is a photocoupler.
And a current that changes according to the above detection voltage is printed on the input side.
Applied to the output side, which determines the switching frequency.
It is connected in parallel with the counter, according to claim 1,
The switching power supply described.
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