JP3883826B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒステリシス低電圧誤動作防止回路を有するスイッチング制御回路により、一次側整流平滑回路の整流平滑出力をスイッチングするスイッチング素子のスイッチング動作を制御するようにしたスイッチング電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、商用交流を整流・平滑化して得られた直流電流を、例えば１００ｋＨｚ程度の高周波でスイッチングして変圧器により所望の電圧に高効率に変換するようにしたスイッチング電源装置が広く用いられている。
【０００３】
上記スイッチング電源装置における出力電圧の制御方式としては、出力電圧の変化に応じてスイッチングパルスのデューティ比を制御するパルス幅変調(PWM:Pulse Width Modulation)制御方式、スイッチングパルスの周波数や位相を制御する共振等の周波数制御方式や位相制御方式等が採用されている。
【０００４】
図４は、ＰＷＭ制御方式を採用した従来のスイッチング電源装置の回路構成例を示している。
【０００５】
このスイッチング電源装置２００は、商用電源ＡＣからＡＣフィルタ２１０を介して供給される交流入力を整流・平滑化する一次側整流平滑回路２１５を備え、この一次側整流平滑回路２１５にコンバータトランス２２０の一次巻線２２０Ａを介してスイッチングＦＥＴ２２５のドレインが接続されているとともに、上記スイッチングＦＥＴ２２５のスイッチング動作をＰＷＭ制御するスイッチング制御回路２３０の電源端子２３０Ａが上記一次側整流平滑回路２１５に起動回路２４０を介して接続されている。上記電源端子２３０Ａは、コンデンサ２３５を介して接地されている。
【０００６】
上記スイッチング制御回路２３０には、電源電圧低下時の誤動作を防止するため、ヒステリシス低電圧誤動作防止回路を内蔵しており、上記電源端子２３０Ａに与えられる電源電圧Ｖｃｃが０Ｖから上昇していくと、Ｖｃｃ＝１６．５Ｖで動作を開始し、電源電圧降下時にはＶｃｃ＝９．０Ｖで出力を遮断するようになっている。
【０００７】
上記コンバータトランス２２０の二次巻線２２０Ｂには二次側整流平滑回路２５０が接続されており、上記コンバータトランス２２０の二次巻線２２０Ｂに得られるコンバータ出力を上記二次側整流平滑回路２５０により整流平滑して出力フィルタ２５５を介して出力するようになっている。上記二次側整流平滑回路２５０には、出力電圧検出用の抵抗分割回路２６０や出力電流検出用の抵抗２６５を介して出力検出回路２７０が接続されており、この出力検出回路２７０による検出出力がフォトカプラ２８０を介して上記スイッチング制御回路２３０に帰還される。上記出力検出回路２７０及びフォトカプラ２８０は、上記コンバータトランス２２０の二次巻線２２０Ｂに接続された整流平滑回路２９０による整流平滑出力を駆動電源として動作する。
【０００８】
上記スイッチング制御回路２３０は、起動時に一次側整流平滑回路２１５から起動回路２４０を介して起動電流が供給されることによって起動され、上記スイッチングＦＥＴ２２５にスイッチングパルスの供給を開始し、起動後は、上記コンバータトランス２２０の三次巻線２２０Ｃに接続された整流平滑回路２３８による整流平滑出力を駆動電源として動作し、フォトカプラ２８０を介して帰還される上記出力検出回路２７０による検出出力に応じて上記スイッチングパルスのデューティ比が変化することにより、上記スイッチングＦＥＴ２２５のスイッチング動作をＰＷＭ制御してコンバータ出力を安定化する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のスイッチング電源装置２００では、通常定電流垂下動作（電池の定電流充電動作）において、出力検出制御回路２７０の電力も出力ラインから取る場合、その電圧変動幅が非常に広く制御を安定にするためには安定電圧を供給できる別電源が必要である。その実現の為にシリーズレギュレータを入れたり、同一トランスの別巻線で、結合を緩くし負荷の影響を受けにくい電源を利用したり、同一巻線でも整流平滑回路を別にするなどの工夫をし、少しでも電圧変動幅を狭くすることで、安定制御を行っていた。
【００１０】
また、待機時に間欠動作を行う低電力スイッチング電源の出力を定電圧定電流に制御するために、出力検出回路２７０の電源を同一トランスの同一巻線から、別整流によって電力を供給している電源供給方式では、間欠時のスイッチング停止時は、その制御に必要な電力を整流平滑回路２９０の平滑容量でまかなっている。そのために整流平滑回路２９０の平滑コンデンサ２９１の容量は大きくなる。また、大きい容量が必要なため、体積容量比の良い電解コンデンサを使用しているため、経時変化による容量変化の影響を受けてしまう問題もあった。
【００１１】
また、従来の待機時省電力化型スイッチング電源装置では、無負荷になったことを検出し、スイッチング動作を停止することで間欠動作を行い省電力化していた。
【００１２】
負荷検出の方法は抵抗を負荷とシリーズに入れその両端で発生する電圧降下検出する方法が知られている。この方法で軽負荷の状態（１０ｍＡ程度）の微小電流を検出するためには、検出抵抗を数十Ω〜数百Ωに設定しなければ精度良く検出できない。更に重負荷の場合にはその検出抵抗での電圧降下や発熱が問題になる。従来は検出抵抗を半導体素子でショートする方法で解決していたが、回路が複雑になりコストアップとなっていた。
【００１３】
負荷状態を検出し、通常負荷と判断した場合、フォトカプラの発光ダイオードをオンにし、その信号を一次側のスイッチング制御回路に伝達し、また無負荷と判断した場合は、フォトカプラの発光ダイオードをオフにし、スイッチングを停止させる。このような制御をするためには、定電圧制御用の帰還用フォトカプラとは別のフォトカプラーを用い伝送する必要があり、回路が余分に必要であった。
【００１４】
また起動時、負荷状態判断用のフォトカプラは、駆動電圧が不足し、出力が出ない状態を通過する。それは無負荷状態を判断されてしまうため、回避するための回路も付加せざるを得なかった。
【００１５】
更に、通常動作中は常にフォトカプラはオン状態で、余分な電力を消費し、動作時の省電力にはなっていなかった。
【００１６】
そこで、本発明の目的は、上述の如き従来の問題点に鑑み、現行の回路に大幅な変更を加えることなく、それぞれのキーデバイスの値を調整するだけで、待機時のスイッチング動作を間欠に行い、消費電力を極小に抑え、待機時、省エネルギーを実現させるとともに、その間欠動作を行うための回路が影響を及ぼさずに、定電圧、定電流及び各種保護機能動作などの通常動作を行うことができるようにしたスイッチング電源装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、１次側の起動回路からの起動電流を供給してヒステリシス低電圧誤動作防止回路を有するスイッチング制御回路を起動し、コンバータトランスの一次側に供給される一次側整流平滑回路の整流平滑出力をスイッチングするスイッチング素子のスイッチング動作を制御し、起動後はコンバータトランスの三次巻線からの出力を整流平滑回路により整流平滑し、その整流平滑出力により上記スイッチング制御回路を駆動し、上記コンバータトランスの二次巻線に得られるコンバータ出力を２次側の第１整流平滑回路により整流平滑して出力し、二次側の出力検出回路からフォトカプラを介して上記スイッチング制御回路ヘ誤差信号を帰還して、上記スイッチング制御回路により上記スイッチング素子のスイッチング動作を制御するようにしたスイッチング電源装置において、上記コンバータトランスの二次巻線に得られるコンバータ出力を整流平滑するフォトカプラ駆動用の第２整流平滑回路による出力で上記フォトカプラに電源を供給すると共に、上記コンバータトランスの二次巻線に得られるコンバータ出力を整流平滑する出力検出回路駆動用の第３整流平滑回路による出力で上記出力検出回路に駆動電源を供給し、上記スイッチング制御回路の低電圧誤動作防止回路の低電圧保護が動作する最小起動電圧から保護動作が解除される動作最小電圧までの時間をＴ１、上記フォトカプラ駆動用の第２整流平滑回路による上記フォトカプラの発光ダイオードの駆動可能時間Ｔ２、上記出力検出回路駆動用の第３整流平滑回路により駆動される上記出力検出回路の二次制御動作可能時間Ｔ３をＴ１＞Ｔ２＞Ｔ３になるように前記各整流平滑回路の容量を設定することにより無負荷時に間欠動作を行うようにしたことを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
本発明は、例えば図１に示すような構成のスイッチング電源装置１００に適用される。
【００２２】
このスイッチング電源装置１００は、商用電源ＡＣからＡＣフィルタ１１０を介して供給される交流入力を整流・平滑化する一次側整流平滑回路１１５を備え、この一次側整流平滑回路１１５にコンバータトランス１２０の一次巻線１２０Ａを介してスイッチングＦＥＴ１２５のドレインが接続されている。
【００２３】
また、上記スイッチングＦＥＴ１２５のスイッチング動作をＰＷＭ制御するスイッチング制御回路１３０を備え、上記ＡＣフィルタ１１０と一次側整流平滑回路１１５との接続点が起動回路１４０を介して上記スイッチング制御回路１３０の電源端子１３０Ａに接続されている。
【００２４】
上記スイッチング制御回路１３０の電源端子１３０Ａには、上記コンバータトランス１２０の三次巻線１２０Ｃに接続された整流平滑回路１３８による整流平滑出力が駆動電源として供給されるようになっている。また、上記電源端子１３０Ａは、コンデンサ１３５を介して接地されている。
【００２５】
このスイッチング制御回路１３０は、電源電圧低下時の誤動作を防止するため、ヒステリシス低電圧誤動作防止回路を内蔵しており、電源端子１３０Ａに与えられる電源電圧Ｖｃｃが０Ｖから上昇していくと、Ｖｃｃ＝１６．５Ｖで動作を開始し、電源電圧降下時にはＶｃｃ＝９．０Ｖで制御出力を遮断するようになっている。
【００２６】
また、上記スイッチング制御回路１３０は、ソフトスタート機能を有するもので、ソフトスタート制御用のＣＳ端子１３０Ｂがソフトスタートのための時定数を与えるコンデンサ１３１を介して接地されているとともに、過電圧保護用のツェナーダイオード１３２を介して上記電源端子１３０Ａに接続されている。
【００２７】
また、上記スイッチング制御回路１３０は過電流制限機能を有するもので、その過電流検出用のＩＳ端子１３０Ｃが、入力電圧補正用の抵抗を介して上記一次側整流平滑回路１１５とコンバータトランス１２０の一次巻線１２０Ａとの接続点に接続されているとともに、上記スイッチングＦＥＴ１２５のソースに接続された三個の抵抗１３４Ａ，１３４Ｂ，１３４Ｃからなる定電力保護回路１３４に接続されている。
【００２８】
ここで、上記起動回路１４０は、上記ＡＣフィルタ１１０と一次側整流平滑回路１１５との接続点に接続された定電流回路１４１を備え、この定電流回路１４１が逆流防止ダイオード１４８を介して上記スイッチング制御回路１３０の電源端子１３０Ａに接続されている。
【００２９】
上記定電流回路１４１は、上記ＡＣフィルタ１１０と一次側整流平滑回路１１５との接続点にそれぞれ抵抗１４２，１４３を介して各コレクタが接続された第１及び第２のＮＰＮトランジスタ１４４，１４５を備え、第１のＮＰＮトランジスタ１４４のベースと第２のＮＰＮトランジスタ１４５のコレクタが接続され、上記第１のＮＰＮトランジスタ１４４のエミッタが第２のＮＰＮトランジスタ１４５のベースに接続され、さらに、上記第１のＮＰＮトランジスタ１４４のエミッタと第２のＮＰＮトランジスタ１４５のベースとの接続点が電流検出用抵抗１４６を介して上記第２のＮＰＮトランジスタ１４５のエミッタの接続されているとともに上記逆流防止ダイオード１４８のカソードに接続されている。
【００３０】
上記定電流回路１４１では、電流検出用抵抗１４６の両端電圧を第２のＮＰＮトランジスタ１４５で検出し、第１のＮＰＮトランジスタ１４４のべースに抵抗１４３から流れる電流を制御することで、上記電流検出用抵抗１４６に一定の電流Ｉｃを流すようになっている。
【００３１】
また、上記コンバータトランス１２０の二次巻線１２０Ｂには、二次側整流平滑回路１５０、出力検出回路１７０に駆動電源を供給する整流平滑回路１５２、フォトカプラ１８０に駆動電源を供給する整流平滑回路１５４が接続されている。また、上記二次側整流平滑回路１５０の出力端がダイオード１５３を介して上記整流平滑回路１５２の接続端に接続されている。
【００３２】
そして、上記コンバータトランス１２０の二次巻線１２０Ｂに得られるコンバータ出力を上記二次側整流平滑回路１５０により整流平滑して出力フィルタ１５５を介して出力するようになっている。上記二次側整流平滑回路１５０には、出力電圧検出用の抵抗分割回路１６０や出力電流検出用の抵抗１６５を介して出力検出回路１７０が接続されており、この出力検出回路１７０による検出出力がフォトカプラ１８０を介して上記スイッチング制御回路１３０に帰還される。
【００３３】
このような構成のスイッチング電源装置１００において、上記スイッチング制御回路１３０は、起動時に起動回路１４０を介して起動電流が供給されることによって起動され、上記スイッチングＦＥＴ１２５にスイッチングパルスの供給を開始し、起動後は、上記コンバータトランス１２０の三次巻線１２０Ｃに接続された整流平滑回路１３８による整流平滑出力を駆動電源として動作し、上記出力検出回路１７０による検出出力がフォトカプラ１８０を介して帰還されることにより、上記スイッチングＦＥＴ１２５のスイッチング動作をＰＷＭ制御してコンバータ出力を安定化する。
【００３４】
このスイッチング電源装置１００は、起動時に、次のように動作する。
【００３５】
すなわち、このスイッチング電源装置１００では、商用電源から交流入力が供給されると、起動回路１４０の抵抗１４２、第１のＮＰＮトランジスタ１４４、電流検出用抵抗１４６、逆流防止ダイオード１４８を介してコンデンサ１３５に定電流（Ｉｃ＝０．６ｍＡ）を流し込み充電を開始する。
【００３６】
スイッチング制御回路１３０の電源端子１３０Ａに印加される電圧Ｖｃｃはコンデンサ１３５の充電が進むにつれて徐々に上昇し、低電圧誤動作防止回路の最小起動電圧（１６．５Ｖ）以上になるとスイッチング制御回路１３０が動作を開始し、スイッチングパルスをスイッチングＦＥＴ１２５に出力する。この時スイッチング制御回路１３０の消費電流は増え、コンデンサ１３５の端子間電圧は低下するが、ヒステリシスを持った低電圧誤動作防止回路のため、動作最小電圧（Ｖ１＝９Ｖ）までスイッチング動作は継続する。
【００３７】
ここで、定電流回路１４１の電流値Ｉｃでコンデンサ１３５を充電することにより、上記スイッチング制御回路１３０の電源端子１３０Ａに印加される電圧Ｖｃｃは上昇するが、最小起動電圧までの上昇時間を例えば５秒以内とする。そして、過渡応答時間と駆動電流と最小駆動電圧の積を、低電圧誤動作防止回路のヒステリシス電圧の自乗差とコンデンサ１３５の容量との積の半分よりも小さくしておく。これにより、このスイッチング電源装置で１００は、確実に起動することができる。
【００３８】
その間にスイッチングされた電流はコンバータートランス１２０を介し、二次、三次巻線１２０Ｂ，１２０Ｃに高周波電流を流す。この高周波電流を二次整流平滑回路１５０により整流し、出力フィルタ１５５を介してコンバータ出力として出力端子から出力する。
【００３９】
また、この電圧は抵抗分割回路１６０を介し出力検出回路１７０において基準電圧と比較され、出力電圧が高い場合、フォトカプラ１８０の発光ダイオード１８０Ａをオンにし、低い場合にはオフにし、一次側のスイッチング制御回路１３０にその信号を伝送し、スイッチングＦＥＴ１２５のゲートに与えるスイッチングパルスのデューティを変化させ、出力電圧Ｖｏｕｔを一定電圧に制御する。
【００４０】
一方、三次巻線１２０Ｃからの出力は、一次側で整流平滑回路１３８により整流平滑されてコンデンサ１３５に充電され、スイッチング制御回路１３０の駆動電源として供給される。その電圧Ｖｃｃ（通常動作での電圧値は１２Ｖ）は、上記起動回路１４０（起動安定時の電圧は１１Ｖ）からの電圧より高いので、逆流防止ダイオード１４８を介して接続されている上記起動回路１４０からの電力供給を停止させる。上記整流平滑回路１３８による整流平滑出力が上記起動回路１４０に逆流することはない。
【００４１】
また、このスイッチング電源装置１００は、通常負荷時に、次のように動作する。
【００４２】
すなわち、このスイッチング電源装置１００では、起動後、二次側の出力検出回路１７０により出力電圧と基準電圧を比較して得られる誤差信号が、フォトカプラ１８０を介して一次側のスイッチング制御回路１３０の帰還入力用のＦＢ端子１３０Ｄに帰還され、スイッチング制御回路１３０によるスイッチングＦＥＴ１２５のスイッチング制御を開始する。上記スイッチング制御回路１３０の電源端子１３０Ａには、コンバータートランス１２０の三次巻線１２０Ｄに接続された整流平滑回路１３８から駆動電源が供給される。そして、上記スイッチング制御回路１３０は、無負荷動作や入力電圧変動に対して出力電圧Ｖｏｕｔが一定になるように上記スイッチングＦＥＴ１２５のスイッチング動作をＰＷＭ制御する。また、出力から負荷電流をある値以上取り出すと、電流検出抵抗１６５の両端電圧がある基準以上になり、上記電流検出抵抗１６５の両端電圧を基準電圧と比較する上記出力検出回路１７０により検出される。上記スイッチング制御回路１３０は、二次側の出力検出回路１７０による検出出力に応じて、出力電圧Ｖｏｕｔを低下させ、負荷電流を一定電流になるように、上記スイッチングＦＥＴ１２５のスイッチング動作をＰＷＭ制御する。
【００４３】
この時、出力電圧Ｖｏｕｔは低下するが、二次整流平滑回路１５０とは別の整流平滑回路１５２から供給されている上記出力検出回路１７０の電源電圧は出力電圧Ｖｏｕｔに比較して低下せず、安定制御することが可能である。
【００４４】
また、このスイッチング電源装置１００は、無負荷時に、次のように動作する。
【００４５】
すなわち、このスイッチング電源装置１００では、起動後、二次側の出力検出回路１７０により出力電圧と基準電圧を比較して得られる誤差信号が、フォトカプラ１８０を介して一次側のスイッチング制御回路１３０の帰還入力用のＦＢ端子１３０Ｄに帰還され、スイッチング制御回路１３０によるスイッチングＦＥＴ１２５のスイッチング制御を開始するが、二次側に発生する出力電圧Ｖｏｕｔは、過渡応答の遅れや負荷が無負荷のため上記出力検出回路１７０において比較される基準電圧より高めになる。その結果フォトカプラ１８０の発光ダイオード１８０Ａへの出力はオンとなり、上記スイッチングＦＥＴ１２５のスイッチング動作を停止させるようにスイッチング制御回路１３０を動作させる。上記スイッチングＦＥＴ１２５のスイッチング動作が停止すると、コンバータトランス１２０の三次巻線１２０Ｃに接続された整流平滑回路１３８からスイッチング制御回路１３０への駆動電源の供給は限られた電源供給時間のみとなり、徐々に上記スイッチング制御回路１３０の電源電圧Ｖｃｃは低下し、低電圧誤動作回路が動作する電圧（９Ｖ）まで低下してしまう。低下すると、スイッチング制御回路１３０は動作を止め、待機状態に入る。待機状態になるとスイッチング制御回路１３０の電流消費が軽く（６μＡ）なり、起動回路１４０を通しスイッチング制御回路１３０の電源電圧Ｖｃｃを上昇させる。
【００４６】
ここで、スイッチング制御回路１３０に内蔵されている低電圧誤動作回路（動作電圧１６．５Ｖ）は、ヒステリシス特性を持っており、動作を開始する電圧に達するまでには時間がかかる。その間、二次側の出力検出回路１７０は、整流平滑回路１５２のコンデンサ１５２Ａに蓄積されているエネルギーで動作を続けているが、徐々に電圧が下がり出力との電位差がダイオード１５３の順方向電圧Ｖｆ以上になると、上記ダイオード１５３は導通し、二次側整流平滑回路１５０のコンデンサ１５０Ａ，１５０Ｂに蓄積されているエネルギーを使用して、出力検出回路１７０にエネルギーを供給し続ける。この間に、上記二次側整流平滑回路１５０による整流平滑出力すなわち二次出力電圧Ｖｏｕｔも低下し、整流平滑回路１５４からフォトカプラ１８０の発光ダイオード１８０Ａに供給する電圧が限界値（５Ｖ）以下になる。そうすると発光ダイオード１８０Ａを流れる電流が減少し、フォトカプラ１８０のフォトトランジスタ１８０Ｂがハイインピーダンスの状態になる。これらのコンデンサ１５０Ａ，１５０Ｂ，１５２Ａ，１５４Ａの容量を適宜に選択することや整流平滑回路１５４のダイオード１５４Ｂを複数個直列に接続することで順方向電圧値を調整するにより、二次側から間欠周期をコントロールすることができる。
【００４７】
なお、待機時の間欠動作時に上記二次側整流平滑回路１５０から上記出力検出回路１７０に電力を供給する上記ダイオード１５３に換えて、トランジスタスイッチや半導体スイッチを用いこともできる。
【００４８】
間欠周期を二次側で調整する方法として、一般に発光ダイオードの消費電力は、出力検出回路１７０特にＣＭＯＳで作られたＩＣの消費電力に比べて大きく、フォトカプラ１８０の発光ダイオード１８０Ａに駆動電源を供給する整流平滑回路１５４と出力検出回路１７０に駆動電源を供給する整流平滑回路１５２を分離し、上記整流平滑回路１５４のコンデンサ１５４Ａの容量を少なくすることで、二次出力電圧Ｖｏｕｔがあまり低下する前に、供給電圧を制御系に比べ早く低下させ、フォトカプラ１８０をハイインピーダンスにすることで間欠周期を短くし出力リップルを少なくすることも可能である。
【００４９】
一方、一次側の起動回路１４０を通してスイッチング制御回路１３０に供給している電圧Ｖｃｃが、低電圧誤動作防止回路の動作電圧（１６．５Ｖ）以上になると、直ちに上記スイッチング制御回路１３０がウエークアッブし、スイッチングＦＥＴのスイッチング動作をＰＷＭ制御する。しかし、二次側の出力検出回路１７０の動作が優先され、フォトカプラ１８０の発光ダイオード１８０Ａが導通していたならば、上記スイッチング制御回路１３０はスイッチングパルスを瞬時出力し、停止してしまう。すると上記スイッチング制御回路１３０の電源電圧Ｖｃｃは、低電圧誤動作保護回路の最低動作電圧まで徐々に低下する。以下それを繰り返すことで間欠動作を行う。
【００５０】
このスイッチング電源装置１００では、図２に示すＳＴ１〜ＳＴ１０の動作を繰り行うことにより間欠動作を行う。
【００５１】
すなわち、スイッチング制御回路１３０の電源端子１３０Ａに印加される電圧Ｖｃｃが低電圧誤動作防止回路の最小起動電圧（１６．５Ｖ）以上になると（ＳＴ１）、ＣＳ端子１３０Ｂからコンデンサ１３１を定電流で充電する（ＳＴ２）。そして、ＣＳ端子１３０Ｂの端子電圧が０．８２Ｖ以上になると（ＳＴ３）、Ｖｒｅｆの５Ｖが出る（ＳＴ４）。また、スイッチング制御回路１３０は、ＣＳ端子１３０Ｂの端子電圧が１．０Ｖからソフトスタートがかかり（２Ｖまで）、ＯＵＴ端子１３０Ｅからスイッチングパルスを出力する（ＳＴ５）。二次出力が出て設定電圧より高くなると、フォトカプラ１８０がオンし、スイッチング制御回路１３０のＦＢ端子１３０Ｄの電圧を下げる。また、三次出力電圧が高くなるため起動回路１４０を停止させる（ＳＴ６）。スイッチング制御回路１３０のＦＢ端子１３０Ｄの電圧が下がると、スイッチング制御回路１３０は、ＯＵＴ端子１３０Ｅからスイッチングパルスを出力するのを停止する（ＳＴ７）。スイッチング制御回路１３０は、電源端子１３０Ａに印加される電圧Ｖｃｃが９．０Ｖまで下がると、Ｖｒｅｆが停止し、動作を停止し、待機状態に入る（ＳＴ８）。スイッチング制御回路１３０が待機状態のため消費電流が減少し、起動回路１４０を通してコンデンサ１３５を充電する（ＳＴ９）。それによって、スイッチング制御回路１３０の電源端子１３０Ａの電圧Ｖｃｃを上昇させる（ＳＴ１０）。その間に負荷が重くなっても無視する。
【００５２】
ここで、二次側の出力検出回路１７０でフォトカプラ１８０の発光ダイオード１８０Ａを導通させつづけられる時間以上に、一次側のスイッチング制御回路１３０の低電圧誤動作解除電圧まで、上記スイッチング制御回路１３０に駆動電源を供給する整流平滑回路１３８のコンデンサ１３８Ａへの充電時間が長ければ、上記スイッチング制御回路１３０で間欠周期を制御することができる。よって上記整流平滑回路１３８のコンデンサ１３８Ａの容量及び起動回路１４０からの充電電流を調整することで一次側より間欠周期を制御することが可能である。
【００５３】
スイッチング動作を行うとコンバータトランス１２０の二次巻線１２０Ｂ、三次巻線１２０Ｃに出力し上記動作を繰り返す。出力電圧Ｖｏｕｔは、図３Ａ，Ｂに示すように、自己放電による電圧低下（実測値７．７Ｖ）と間欠スイッチング動作による電圧値（実測値８．７Ｖ）の間で鋸歯状の電圧となる。このような間欠動作を行うことにより、連続スイッチング動作をしている時の消費電力（入力電圧ＡＣ２４０Ｖで５００ｍＷ）に比較し、その電力は間欠動作の分だけ減ることになり、無負荷時（待機時）の省電力（入力電圧ＡＣ２４０Ｖで１００ｍＷ）動作となる。
【００５４】
また、このスイッチング電源装置１００は、次のようにして無負荷動作から通常動作へ移行する。
【００５５】
すなわち、このスイッチング電源装置１００は、通常動作時には、出力の負荷電流が増加し、出力電圧上昇によるフォトカプラ１８０の発光ダイオード１８０Ａのオン時間は短くなり、短時間でオフとなる。上記発光ダイオード１８０Ａがオフの間の、一次側のスイッチング制御回路１３０の電源電圧Ｖｃｃは、低電流誤動作保護電圧値以上の電圧であり、上記発光ダイオード１８０Ａがオフになると、フォトカプラ１８０のフォトトランジスタ１８０Ｂはオフとなり、一次側のスイッチング制御回路１３０からはスイッチングパルスを出力し、スイッチングＦＥＴ１２５のスイッチング動作をＰＷＭ制御を行い、定電圧出力の通常連続動作となる。このように二次側の蓄積電力で連続動作への移行電流を調整できる。
【００５６】
上記調整のためには一次側の低電圧保護電圧から解除電圧までの時間Ｔ１（スイッチング制御回路１３０の動作電流値と上記スイッチング制御回路１３０に駆動電源を供給する整流平滑回路１３８のコンデンサ１３８Ａ，１３８Ｂの容量及びスイッチング制御回路１３０の消費電力により決まる値）、フォトカプラ１８０の発光ダイオード１８０Ａに駆動電源を供給する整流平滑回路１５４からの駆動可能時間Ｔ２（フォトカプラ１８０の消費電力及び整流平滑回路１５４のコンデンサ１５４Ａの容量で決まる値）、二次制御可能での時間ＩＣ及び基準電圧動作可能時間Ｔ３（整流平滑回路１５２のコンデンサ１５２Ａの容量及び出力検出回路１７０の消費電力で決まる値）を、Ｔ１＞Ｔ２＞Ｔ３とする必要がある。
【００５７】
なお、以上の説明では、ＰＷＭ制御方式を採用したスイッチング電源装置に本発明を適用したが、本発明は、周波数制御方式を採用したスイッチング電源装置にも適用することができる。
【００５８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、現行の回路に大幅な変更を加えることなく、それぞれのキーデバイスの値を調整するだけで、待機時のスイッチング動作を間欠に行い、消費電力を極小に抑え、待機時、省エネルギーを実現させるとともに、その間欠動作を行うための回路が影響を及ぼさずに、定電圧、定電流及び各種保護機能動作などの通常動作を行うことができる。
【００５９】
また、間欠周期をコンデンサの容量で制御可能となり、回路が単純となる。
【００６０】
また、間欠周期調整を安定にかつ容易に行うことができる。
【００６１】
さらに、間欠動作による出力リップル電圧調整を容易に行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るスイッチング電源装置の構成を示すブロック図である。
【図２】 上記スイッチング電源装置の動作を示す波形図である。
【図３】 上記スイッチング電源装置の間欠動作波形を示す波形図である。
【図４】 従来のスイッチング電源装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１００ スイッチング電源装置、１１０ ＡＣフィルタ、１１５ 一次側整流平滑回路、１２０ コンバータトランス、１２０Ａ 一次巻線、１２０Ｂ 二次巻線、１２０Ｃ 三次巻線、１２５ スイッチングＦＥＴ、１３０ スイッチング制御回路、１３０Ａ 電源端子、１３０Ｂ ＣＳ端子、１３０Ｃ ＩＳ端子、１３１ コンデンサ、１３２ ツェナーダイオード、１３４ 定電力保護回路、１３４Ａ，１３４Ｂ，１３４Ｃ 抵抗、１３５ コンデンサ、１３８ 整流平滑回路、１３８Ａ，１３８Ｂ コンデンサ、１４０ 起動回路、１４１ 定電流回路、１４２，１４３ 抵抗、１４４，１４５ 第１及び第２のＮＰＮトランジスタ、１４６ 電流検出用抵抗、１４８ 逆流防止ダイオード、１５０ 二次側整流平滑回路、１５０Ａ，１５０Ｂ コンデンサ、１５２Ａ コンデンサ、１５２整流平滑回路、１５２Ａ コンデンサ、１５３ ダイオード、１５４ 整流平滑回路、１５４Ｂ ダイオード、１５５ 出力フィルタ、１６０ 抵抗分割回路、１６５ 抵抗、１７０ 出力検出回路、１８０ フォトカプラ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒステリシス低電圧誤動作防止回路を有するスイッチング制御回路により、一次側整流平滑回路の整流平滑出力をスイッチングするスイッチング素子のスイッチング動作を制御するようにしたスイッチング電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、商用交流を整流・平滑化して得られた直流電流を、例えば１００ｋＨｚ程度の高周波でスイッチングして変圧器により所望の電圧に高効率に変換するようにしたスイッチング電源装置が広く用いられている。
【０００３】
上記スイッチング電源装置における出力電圧の制御方式としては、出力電圧の変化に応じてスイッチングパルスのデューティ比を制御するパルス幅変調(PWM:Pulse Width Modulation)制御方式、スイッチングパルスの周波数や位相を制御する共振等の周波数制御方式や位相制御方式等が採用されている。
【０００４】
図４は、ＰＷＭ制御方式を採用した従来のスイッチング電源装置の回路構成例を示している。
【０００５】
このスイッチング電源装置２００は、商用電源ＡＣからＡＣフィルタ２１０を介して供給される交流入力を整流・平滑化する一次側整流平滑回路２１５を備え、この一次側整流平滑回路２１５にコンバータトランス２２０の一次巻線２２０Ａを介してスイッチングＦＥＴ２２５のドレインが接続されているとともに、上記スイッチングＦＥＴ２２５のスイッチング動作をＰＷＭ制御するスイッチング制御回路２３０の電源端子２３０Ａが上記一次側整流平滑回路２１５に起動回路２４０を介して接続されている。上記電源端子２３０Ａは、コンデンサ２３５を介して接地されている。
【０００６】
上記スイッチング制御回路２３０には、電源電圧低下時の誤動作を防止するため、ヒステリシス低電圧誤動作防止回路を内蔵しており、上記電源端子２３０Ａに与えられる電源電圧Ｖｃｃが０Ｖから上昇していくと、Ｖｃｃ＝１６．５Ｖで動作を開始し、電源電圧降下時にはＶｃｃ＝９．０Ｖで出力を遮断するようになっている。
【０００７】
上記コンバータトランス２２０の二次巻線２２０Ｂには二次側整流平滑回路２５０が接続されており、上記コンバータトランス２２０の二次巻線２２０Ｂに得られるコンバータ出力を上記二次側整流平滑回路２５０により整流平滑して出力フィルタ２５５を介して出力するようになっている。上記二次側整流平滑回路２５０には、出力電圧検出用の抵抗分割回路２６０や出力電流検出用の抵抗２６５を介して出力検出回路２７０が接続されており、この出力検出回路２７０による検出出力がフォトカプラ２８０を介して上記スイッチング制御回路２３０に帰還される。上記出力検出回路２７０及びフォトカプラ２８０は、上記コンバータトランス２２０の二次巻線２２０Ｂに接続された整流平滑回路２９０による整流平滑出力を駆動電源として動作する。
【０００８】
上記スイッチング制御回路２３０は、起動時に一次側整流平滑回路２１５から起動回路２４０を介して起動電流が供給されることによって起動され、上記スイッチングＦＥＴ２２５にスイッチングパルスの供給を開始し、起動後は、上記コンバータトランス２２０の三次巻線２２０Ｃに接続された整流平滑回路２３８による整流平滑出力を駆動電源として動作し、フォトカプラ２８０を介して帰還される上記出力検出回路２７０による検出出力に応じて上記スイッチングパルスのデューティ比が変化することにより、上記スイッチングＦＥＴ２２５のスイッチング動作をＰＷＭ制御してコンバータ出力を安定化する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のスイッチング電源装置２００では、通常定電流垂下動作（電池の定電流充電動作）において、出力検出制御回路２７０の電力も出力ラインから取る場合、その電圧変動幅が非常に広く制御を安定にするためには安定電圧を供給できる別電源が必要である。その実現の為にシリーズレギュレータを入れたり、同一トランスの別巻線で、結合を緩くし負荷の影響を受けにくい電源を利用したり、同一巻線でも整流平滑回路を別にするなどの工夫をし、少しでも電圧変動幅を狭くすることで、安定制御を行っていた。
【００１０】
また、待機時に間欠動作を行う低電力スイッチング電源の出力を定電圧定電流に制御するために、出力検出回路２７０の電源を同一トランスの同一巻線から、別整流によって電力を供給している電源供給方式では、間欠時のスイッチング停止時は、その制御に必要な電力を整流平滑回路２９０の平滑容量でまかなっている。そのために整流平滑回路２９０の平滑コンデンサ２９１の容量は大きくなる。また、大きい容量が必要なため、体積容量比の良い電解コンデンサを使用しているため、経時変化による容量変化の影響を受けてしまう問題もあった。
【００１１】
また、従来の待機時省電力化型スイッチング電源装置では、無負荷になったことを検出し、スイッチング動作を停止することで間欠動作を行い省電力化していた。
【００１２】
負荷検出の方法は抵抗を負荷とシリーズに入れその両端で発生する電圧降下検出する方法が知られている。この方法で軽負荷の状態（１０ｍＡ程度）の微小電流を検出するためには、検出抵抗を数十Ω〜数百Ωに設定しなければ精度良く検出できない。更に重負荷の場合にはその検出抵抗での電圧降下や発熱が問題になる。従来は検出抵抗を半導体素子でショートする方法で解決していたが、回路が複雑になりコストアップとなっていた。
【００１３】
負荷状態を検出し、通常負荷と判断した場合、フォトカプラの発光ダイオードをオンにし、その信号を一次側のスイッチング制御回路に伝達し、また無負荷と判断した場合は、フォトカプラの発光ダイオードをオフにし、スイッチングを停止させる。このような制御をするためには、定電圧制御用の帰還用フォトカプラとは別のフォトカプラーを用い伝送する必要があり、回路が余分に必要であった。
【００１４】
また起動時、負荷状態判断用のフォトカプラは、駆動電圧が不足し、出力が出ない状態を通過する。それは無負荷状態を判断されてしまうため、回避するための回路も付加せざるを得なかった。
【００１５】
更に、通常動作中は常にフォトカプラはオン状態で、余分な電力を消費し、動作時の省電力にはなっていなかった。
【００１６】
そこで、本発明の目的は、上述の如き従来の問題点に鑑み、現行の回路に大幅な変更を加えることなく、それぞれのキーデバイスの値を調整するだけで、待機時のスイッチング動作を間欠に行い、消費電力を極小に抑え、待機時、省エネルギーを実現させるとともに、その間欠動作を行うための回路が影響を及ぼさずに、定電圧、定電流及び各種保護機能動作などの通常動作を行うことができるようにしたスイッチング電源装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、１次側の起動回路からの起動電流を供給してヒステリシス低電圧誤動作防止回路を有するスイッチング制御回路を起動し、コンバータトランスの一次側に供給される一次側整流平滑回路の整流平滑出力をスイッチングするスイッチング素子のスイッチング動作を制御し、起動後はコンバータトランスの三次巻線からの出力を整流平滑回路により整流平滑し、その整流平滑出力により上記スイッチング制御回路を駆動し、上記コンバータトランスの二次巻線に得られるコンバータ出力を２次側の第１整流平滑回路により整流平滑して出力し、二次側の出力検出回路からフォトカプラを介して上記スイッチング制御回路ヘ誤差信号を帰還して、上記スイッチング制御回路により上記スイッチング素子のスイッチング動作を制御するようにしたスイッチング電源装置において、上記コンバータトランスの二次巻線に得られるコンバータ出力を整流平滑するフォトカプラ駆動用の第２整流平滑回路による出力で上記フォトカプラに電源を供給すると共に、上記コンバータトランスの二次巻線に得られるコンバータ出力を整流平滑する出力検出回路駆動用の第３整流平滑回路による出力で上記出力検出回路に駆動電源を供給し、上記スイッチング制御回路の低電圧誤動作防止回路の低電圧保護が動作する最小起動電圧から保護動作が解除される動作最小電圧までの時間をＴ１、上記フォトカプラ駆動用の第２整流平滑回路による上記フォトカプラの発光ダイオードの駆動可能時間Ｔ２、上記出力検出回路駆動用の第３整流平滑回路により駆動される上記出力検出回路の二次制御動作可能時間Ｔ３をＴ１＞Ｔ２＞Ｔ３になるように前記各整流平滑回路の容量を設定することにより無負荷時に間欠動作を行うようにしたことを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
本発明は、例えば図１に示すような構成のスイッチング電源装置１００に適用される。
【００２２】
このスイッチング電源装置１００は、商用電源ＡＣからＡＣフィルタ１１０を介して供給される交流入力を整流・平滑化する一次側整流平滑回路１１５を備え、この一次側整流平滑回路１１５にコンバータトランス１２０の一次巻線１２０Ａを介してスイッチングＦＥＴ１２５のドレインが接続されている。
【００２３】
また、上記スイッチングＦＥＴ１２５のスイッチング動作をＰＷＭ制御するスイッチング制御回路１３０を備え、上記ＡＣフィルタ１１０と一次側整流平滑回路１１５との接続点が起動回路１４０を介して上記スイッチング制御回路１３０の電源端子１３０Ａに接続されている。
【００２４】
上記スイッチング制御回路１３０の電源端子１３０Ａには、上記コンバータトランス１２０の三次巻線１２０Ｃに接続された整流平滑回路１３８による整流平滑出力が駆動電源として供給されるようになっている。また、上記電源端子１３０Ａは、コンデンサ１３５を介して接地されている。
【００２５】
このスイッチング制御回路１３０は、電源電圧低下時の誤動作を防止するため、ヒステリシス低電圧誤動作防止回路を内蔵しており、電源端子１３０Ａに与えられる電源電圧Ｖｃｃが０Ｖから上昇していくと、Ｖｃｃ＝１６．５Ｖで動作を開始し、電源電圧降下時にはＶｃｃ＝９．０Ｖで制御出力を遮断するようになっている。
【００２６】
また、上記スイッチング制御回路１３０は、ソフトスタート機能を有するもので、ソフトスタート制御用のＣＳ端子１３０Ｂがソフトスタートのための時定数を与えるコンデンサ１３１を介して接地されているとともに、過電圧保護用のツェナーダイオード１３２を介して上記電源端子１３０Ａに接続されている。
【００２７】
また、上記スイッチング制御回路１３０は過電流制限機能を有するもので、その過電流検出用のＩＳ端子１３０Ｃが、入力電圧補正用の抵抗を介して上記一次側整流平滑回路１１５とコンバータトランス１２０の一次巻線１２０Ａとの接続点に接続されているとともに、上記スイッチングＦＥＴ１２５のソースに接続された三個の抵抗１３４Ａ，１３４Ｂ，１３４Ｃからなる定電力保護回路１３４に接続されている。
【００２８】
ここで、上記起動回路１４０は、上記ＡＣフィルタ１１０と一次側整流平滑回路１１５との接続点に接続された定電流回路１４１を備え、この定電流回路１４１が逆流防止ダイオード１４８を介して上記スイッチング制御回路１３０の電源端子１３０Ａに接続されている。
【００２９】
上記定電流回路１４１は、上記ＡＣフィルタ１１０と一次側整流平滑回路１１５との接続点にそれぞれ抵抗１４２，１４３を介して各コレクタが接続された第１及び第２のＮＰＮトランジスタ１４４，１４５を備え、第１のＮＰＮトランジスタ１４４のベースと第２のＮＰＮトランジスタ１４５のコレクタが接続され、上記第１のＮＰＮトランジスタ１４４のエミッタが第２のＮＰＮトランジスタ１４５のベースに接続され、さらに、上記第１のＮＰＮトランジスタ１４４のエミッタと第２のＮＰＮトランジスタ１４５のベースとの接続点が電流検出用抵抗１４６を介して上記第２のＮＰＮトランジスタ１４５のエミッタの接続されているとともに上記逆流防止ダイオード１４８のカソードに接続されている。
【００３０】
上記定電流回路１４１では、電流検出用抵抗１４６の両端電圧を第２のＮＰＮトランジスタ１４５で検出し、第１のＮＰＮトランジスタ１４４のべースに抵抗１４３から流れる電流を制御することで、上記電流検出用抵抗１４６に一定の電流Ｉｃを流すようになっている。
【００３１】
また、上記コンバータトランス１２０の二次巻線１２０Ｂには、二次側整流平滑回路１５０、出力検出回路１７０に駆動電源を供給する整流平滑回路１５２、フォトカプラ１８０に駆動電源を供給する整流平滑回路１５４が接続されている。また、上記二次側整流平滑回路１５０の出力端がダイオード１５３を介して上記整流平滑回路１５２の接続端に接続されている。
【００３２】
そして、上記コンバータトランス１２０の二次巻線１２０Ｂに得られるコンバータ出力を上記二次側整流平滑回路１５０により整流平滑して出力フィルタ１５５を介して出力するようになっている。上記二次側整流平滑回路１５０には、出力電圧検出用の抵抗分割回路１６０や出力電流検出用の抵抗１６５を介して出力検出回路１７０が接続されており、この出力検出回路１７０による検出出力がフォトカプラ１８０を介して上記スイッチング制御回路１３０に帰還される。
【００３３】
このような構成のスイッチング電源装置１００において、上記スイッチング制御回路１３０は、起動時に起動回路１４０を介して起動電流が供給されることによって起動され、上記スイッチングＦＥＴ１２５にスイッチングパルスの供給を開始し、起動後は、上記コンバータトランス１２０の三次巻線１２０Ｃに接続された整流平滑回路１３８による整流平滑出力を駆動電源として動作し、上記出力検出回路１７０による検出出力がフォトカプラ１８０を介して帰還されることにより、上記スイッチングＦＥＴ１２５のスイッチング動作をＰＷＭ制御してコンバータ出力を安定化する。
【００３４】
このスイッチング電源装置１００は、起動時に、次のように動作する。
【００３５】
すなわち、このスイッチング電源装置１００では、商用電源から交流入力が供給されると、起動回路１４０の抵抗１４２、第１のＮＰＮトランジスタ１４４、電流検出用抵抗１４６、逆流防止ダイオード１４８を介してコンデンサ１３５に定電流（Ｉｃ＝０．６ｍＡ）を流し込み充電を開始する。
【００３６】
スイッチング制御回路１３０の電源端子１３０Ａに印加される電圧Ｖｃｃはコンデンサ１３５の充電が進むにつれて徐々に上昇し、低電圧誤動作防止回路の最小起動電圧（１６．５Ｖ）以上になるとスイッチング制御回路１３０が動作を開始し、スイッチングパルスをスイッチングＦＥＴ１２５に出力する。この時スイッチング制御回路１３０の消費電流は増え、コンデンサ１３５の端子間電圧は低下するが、ヒステリシスを持った低電圧誤動作防止回路のため、動作最小電圧（Ｖ１＝９Ｖ）までスイッチング動作は継続する。
【００３７】
ここで、定電流回路１４１の電流値Ｉｃでコンデンサ１３５を充電することにより、上記スイッチング制御回路１３０の電源端子１３０Ａに印加される電圧Ｖｃｃは上昇するが、最小起動電圧までの上昇時間を例えば５秒以内とする。そして、過渡応答時間と駆動電流と最小駆動電圧の積を、低電圧誤動作防止回路のヒステリシス電圧の自乗差とコンデンサ１３５の容量との積の半分よりも小さくしておく。これにより、このスイッチング電源装置で１００は、確実に起動することができる。
【００３８】
その間にスイッチングされた電流はコンバータートランス１２０を介し、二次、三次巻線１２０Ｂ，１２０Ｃに高周波電流を流す。この高周波電流を二次整流平滑回路１５０により整流し、出力フィルタ１５５を介してコンバータ出力として出力端子から出力する。
【００３９】
また、この電圧は抵抗分割回路１６０を介し出力検出回路１７０において基準電圧と比較され、出力電圧が高い場合、フォトカプラ１８０の発光ダイオード１８０Ａをオンにし、低い場合にはオフにし、一次側のスイッチング制御回路１３０にその信号を伝送し、スイッチングＦＥＴ１２５のゲートに与えるスイッチングパルスのデューティを変化させ、出力電圧Ｖｏｕｔを一定電圧に制御する。
【００４０】
一方、三次巻線１２０Ｃからの出力は、一次側で整流平滑回路１３８により整流平滑されてコンデンサ１３５に充電され、スイッチング制御回路１３０の駆動電源として供給される。その電圧Ｖｃｃ（通常動作での電圧値は１２Ｖ）は、上記起動回路１４０（起動安定時の電圧は１１Ｖ）からの電圧より高いので、逆流防止ダイオード１４８を介して接続されている上記起動回路１４０からの電力供給を停止させる。上記整流平滑回路１３８による整流平滑出力が上記起動回路１４０に逆流することはない。
【００４１】
また、このスイッチング電源装置１００は、通常負荷時に、次のように動作する。
【００４２】
すなわち、このスイッチング電源装置１００では、起動後、二次側の出力検出回路１７０により出力電圧と基準電圧を比較して得られる誤差信号が、フォトカプラ１８０を介して一次側のスイッチング制御回路１３０の帰還入力用のＦＢ端子１３０Ｄに帰還され、スイッチング制御回路１３０によるスイッチングＦＥＴ１２５のスイッチング制御を開始する。上記スイッチング制御回路１３０の電源端子１３０Ａには、コンバータートランス１２０の三次巻線１２０Ｄに接続された整流平滑回路１３８から駆動電源が供給される。そして、上記スイッチング制御回路１３０は、無負荷動作や入力電圧変動に対して出力電圧Ｖｏｕｔが一定になるように上記スイッチングＦＥＴ１２５のスイッチング動作をＰＷＭ制御する。また、出力から負荷電流をある値以上取り出すと、電流検出抵抗１６５の両端電圧がある基準以上になり、上記電流検出抵抗１６５の両端電圧を基準電圧と比較する上記出力検出回路１７０により検出される。上記スイッチング制御回路１３０は、二次側の出力検出回路１７０による検出出力に応じて、出力電圧Ｖｏｕｔを低下させ、負荷電流を一定電流になるように、上記スイッチングＦＥＴ１２５のスイッチング動作をＰＷＭ制御する。
【００４３】
この時、出力電圧Ｖｏｕｔは低下するが、二次整流平滑回路１５０とは別の整流平滑回路１５２から供給されている上記出力検出回路１７０の電源電圧は出力電圧Ｖｏｕｔに比較して低下せず、安定制御することが可能である。
【００４４】
また、このスイッチング電源装置１００は、無負荷時に、次のように動作する。
【００４５】
すなわち、このスイッチング電源装置１００では、起動後、二次側の出力検出回路１７０により出力電圧と基準電圧を比較して得られる誤差信号が、フォトカプラ１８０を介して一次側のスイッチング制御回路１３０の帰還入力用のＦＢ端子１３０Ｄに帰還され、スイッチング制御回路１３０によるスイッチングＦＥＴ１２５のスイッチング制御を開始するが、二次側に発生する出力電圧Ｖｏｕｔは、過渡応答の遅れや負荷が無負荷のため上記出力検出回路１７０において比較される基準電圧より高めになる。その結果フォトカプラ１８０の発光ダイオード１８０Ａへの出力はオンとなり、上記スイッチングＦＥＴ１２５のスイッチング動作を停止させるようにスイッチング制御回路１３０を動作させる。上記スイッチングＦＥＴ１２５のスイッチング動作が停止すると、コンバータトランス１２０の三次巻線１２０Ｃに接続された整流平滑回路１３８からスイッチング制御回路１３０への駆動電源の供給は限られた電源供給時間のみとなり、徐々に上記スイッチング制御回路１３０の電源電圧Ｖｃｃは低下し、低電圧誤動作回路が動作する電圧（９Ｖ）まで低下してしまう。低下すると、スイッチング制御回路１３０は動作を止め、待機状態に入る。待機状態になるとスイッチング制御回路１３０の電流消費が軽く（６μＡ）なり、起動回路１４０を通しスイッチング制御回路１３０の電源電圧Ｖｃｃを上昇させる。
【００４６】
ここで、スイッチング制御回路１３０に内蔵されている低電圧誤動作回路（動作電圧１６．５Ｖ）は、ヒステリシス特性を持っており、動作を開始する電圧に達するまでには時間がかかる。その間、二次側の出力検出回路１７０は、整流平滑回路１５２のコンデンサ１５２Ａに蓄積されているエネルギーで動作を続けているが、徐々に電圧が下がり出力との電位差がダイオード１５３の順方向電圧Ｖｆ以上になると、上記ダイオード１５３は導通し、二次側整流平滑回路１５０のコンデンサ１５０Ａ，１５０Ｂに蓄積されているエネルギーを使用して、出力検出回路１７０にエネルギーを供給し続ける。この間に、上記二次側整流平滑回路１５０による整流平滑出力すなわち二次出力電圧Ｖｏｕｔも低下し、整流平滑回路１５４からフォトカプラ１８０の発光ダイオード１８０Ａに供給する電圧が限界値（５Ｖ）以下になる。そうすると発光ダイオード１８０Ａを流れる電流が減少し、フォトカプラ１８０のフォトトランジスタ１８０Ｂがハイインピーダンスの状態になる。これらのコンデンサ１５０Ａ，１５０Ｂ，１５２Ａ，１５４Ａの容量を適宜に選択することや整流平滑回路１５４のダイオード１５４Ｂを複数個直列に接続することで順方向電圧値を調整するにより、二次側から間欠周期をコントロールすることができる。
【００４７】
なお、待機時の間欠動作時に上記二次側整流平滑回路１５０から上記出力検出回路１７０に電力を供給する上記ダイオード１５３に換えて、トランジスタスイッチや半導体スイッチを用いこともできる。
【００４８】
間欠周期を二次側で調整する方法として、一般に発光ダイオードの消費電力は、出力検出回路１７０特にＣＭＯＳで作られたＩＣの消費電力に比べて大きく、フォトカプラ１８０の発光ダイオード１８０Ａに駆動電源を供給する整流平滑回路１５４と出力検出回路１７０に駆動電源を供給する整流平滑回路１５２を分離し、上記整流平滑回路１５４のコンデンサ１５４Ａの容量を少なくすることで、二次出力電圧Ｖｏｕｔがあまり低下する前に、供給電圧を制御系に比べ早く低下させ、フォトカプラ１８０をハイインピーダンスにすることで間欠周期を短くし出力リップルを少なくすることも可能である。
【００４９】
一方、一次側の起動回路１４０を通してスイッチング制御回路１３０に供給している電圧Ｖｃｃが、低電圧誤動作防止回路の動作電圧（１６．５Ｖ）以上になると、直ちに上記スイッチング制御回路１３０がウエークアッブし、スイッチングＦＥＴのスイッチング動作をＰＷＭ制御する。しかし、二次側の出力検出回路１７０の動作が優先され、フォトカプラ１８０の発光ダイオード１８０Ａが導通していたならば、上記スイッチング制御回路１３０はスイッチングパルスを瞬時出力し、停止してしまう。すると上記スイッチング制御回路１３０の電源電圧Ｖｃｃは、低電圧誤動作保護回路の最低動作電圧まで徐々に低下する。以下それを繰り返すことで間欠動作を行う。
【００５０】
このスイッチング電源装置１００では、図２に示すＳＴ１〜ＳＴ１０の動作を繰り行うことにより間欠動作を行う。
【００５１】
すなわち、スイッチング制御回路１３０の電源端子１３０Ａに印加される電圧Ｖｃｃが低電圧誤動作防止回路の最小起動電圧（１６．５Ｖ）以上になると（ＳＴ１）、ＣＳ端子１３０Ｂからコンデンサ１３１を定電流で充電する（ＳＴ２）。そして、ＣＳ端子１３０Ｂの端子電圧が０．８２Ｖ以上になると（ＳＴ３）、Ｖｒｅｆの５Ｖが出る（ＳＴ４）。また、スイッチング制御回路１３０は、ＣＳ端子１３０Ｂの端子電圧が１．０Ｖからソフトスタートがかかり（２Ｖまで）、ＯＵＴ端子１３０Ｅからスイッチングパルスを出力する（ＳＴ５）。二次出力が出て設定電圧より高くなると、フォトカプラ１８０がオンし、スイッチング制御回路１３０のＦＢ端子１３０Ｄの電圧を下げる。また、三次出力電圧が高くなるため起動回路１４０を停止させる（ＳＴ６）。スイッチング制御回路１３０のＦＢ端子１３０Ｄの電圧が下がると、スイッチング制御回路１３０は、ＯＵＴ端子１３０Ｅからスイッチングパルスを出力するのを停止する（ＳＴ７）。スイッチング制御回路１３０は、電源端子１３０Ａに印加される電圧Ｖｃｃが９．０Ｖまで下がると、Ｖｒｅｆが停止し、動作を停止し、待機状態に入る（ＳＴ８）。スイッチング制御回路１３０が待機状態のため消費電流が減少し、起動回路１４０を通してコンデンサ１３５を充電する（ＳＴ９）。それによって、スイッチング制御回路１３０の電源端子１３０Ａの電圧Ｖｃｃを上昇させる（ＳＴ１０）。その間に負荷が重くなっても無視する。
【００５２】
ここで、二次側の出力検出回路１７０でフォトカプラ１８０の発光ダイオード１８０Ａを導通させつづけられる時間以上に、一次側のスイッチング制御回路１３０の低電圧誤動作解除電圧まで、上記スイッチング制御回路１３０に駆動電源を供給する整流平滑回路１３８のコンデンサ１３８Ａへの充電時間が長ければ、上記スイッチング制御回路１３０で間欠周期を制御することができる。よって上記整流平滑回路１３８のコンデンサ１３８Ａの容量及び起動回路１４０からの充電電流を調整することで一次側より間欠周期を制御することが可能である。
【００５３】
スイッチング動作を行うとコンバータトランス１２０の二次巻線１２０Ｂ、三次巻線１２０Ｃに出力し上記動作を繰り返す。出力電圧Ｖｏｕｔは、図３Ａ，Ｂに示すように、自己放電による電圧低下（実測値７．７Ｖ）と間欠スイッチング動作による電圧値（実測値８．７Ｖ）の間で鋸歯状の電圧となる。このような間欠動作を行うことにより、連続スイッチング動作をしている時の消費電力（入力電圧ＡＣ２４０Ｖで５００ｍＷ）に比較し、その電力は間欠動作の分だけ減ることになり、無負荷時（待機時）の省電力（入力電圧ＡＣ２４０Ｖで１００ｍＷ）動作となる。
【００５４】
また、このスイッチング電源装置１００は、次のようにして無負荷動作から通常動作へ移行する。
【００５５】
すなわち、このスイッチング電源装置１００は、通常動作時には、出力の負荷電流が増加し、出力電圧上昇によるフォトカプラ１８０の発光ダイオード１８０Ａのオン時間は短くなり、短時間でオフとなる。上記発光ダイオード１８０Ａがオフの間の、一次側のスイッチング制御回路１３０の電源電圧Ｖｃｃは、低電流誤動作保護電圧値以上の電圧であり、上記発光ダイオード１８０Ａがオフになると、フォトカプラ１８０のフォトトランジスタ１８０Ｂはオフとなり、一次側のスイッチング制御回路１３０からはスイッチングパルスを出力し、スイッチングＦＥＴ１２５のスイッチング動作をＰＷＭ制御を行い、定電圧出力の通常連続動作となる。このように二次側の蓄積電力で連続動作への移行電流を調整できる。
【００５６】
上記調整のためには一次側の低電圧保護電圧から解除電圧までの時間Ｔ１（スイッチング制御回路１３０の動作電流値と上記スイッチング制御回路１３０に駆動電源を供給する整流平滑回路１３８のコンデンサ１３８Ａ，１３８Ｂの容量及びスイッチング制御回路１３０の消費電力により決まる値）、フォトカプラ１８０の発光ダイオード１８０Ａに駆動電源を供給する整流平滑回路１５４からの駆動可能時間Ｔ２（フォトカプラ１８０の消費電力及び整流平滑回路１５４のコンデンサ１５４Ａの容量で決まる値）、二次制御可能での時間ＩＣ及び基準電圧動作可能時間Ｔ３（整流平滑回路１５２のコンデンサ１５２Ａの容量及び出力検出回路１７０の消費電力で決まる値）を、Ｔ１＞Ｔ２＞Ｔ３とする必要がある。
【００５７】
なお、以上の説明では、ＰＷＭ制御方式を採用したスイッチング電源装置に本発明を適用したが、本発明は、周波数制御方式を採用したスイッチング電源装置にも適用することができる。
【００５８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、現行の回路に大幅な変更を加えることなく、それぞれのキーデバイスの値を調整するだけで、待機時のスイッチング動作を間欠に行い、消費電力を極小に抑え、待機時、省エネルギーを実現させるとともに、その間欠動作を行うための回路が影響を及ぼさずに、定電圧、定電流及び各種保護機能動作などの通常動作を行うことができる。
【００５９】
また、間欠周期をコンデンサの容量で制御可能となり、回路が単純となる。
【００６０】
また、間欠周期調整を安定にかつ容易に行うことができる。
【００６１】
さらに、間欠動作による出力リップル電圧調整を容易に行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るスイッチング電源装置の構成を示すブロック図である。
【図２】 上記スイッチング電源装置の動作を示す波形図である。
【図３】 上記スイッチング電源装置の間欠動作波形を示す波形図である。
【図４】 従来のスイッチング電源装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１００ スイッチング電源装置、１１０ ＡＣフィルタ、１１５ 一次側整流平滑回路、１２０ コンバータトランス、１２０Ａ 一次巻線、１２０Ｂ 二次巻線、１２０Ｃ 三次巻線、１２５ スイッチングＦＥＴ、１３０ スイッチング制御回路、１３０Ａ 電源端子、１３０Ｂ ＣＳ端子、１３０Ｃ ＩＳ端子、１３１ コンデンサ、１３２ ツェナーダイオード、１３４ 定電力保護回路、１３４Ａ，１３４Ｂ，１３４Ｃ 抵抗、１３５ コンデンサ、１３８ 整流平滑回路、１３８Ａ，１３８Ｂ コンデンサ、１４０ 起動回路、１４１ 定電流回路、１４２，１４３ 抵抗、１４４，１４５ 第１及び第２のＮＰＮトランジスタ、１４６ 電流検出用抵抗、１４８ 逆流防止ダイオード、１５０ 二次側整流平滑回路、１５０Ａ，１５０Ｂ コンデンサ、１５２Ａ コンデンサ、１５２整流平滑回路、１５２Ａ コンデンサ、１５３ ダイオード、１５４ 整流平滑回路、１５４Ｂ ダイオード、１５５ 出力フィルタ、１６０ 抵抗分割回路、１６５ 抵抗、１７０ 出力検出回路、１８０ フォトカプラ
Claims (1)
- １次側の起動回路からの起動電流を供給してヒステリシス低電圧誤動作防止回路を有するスイッチング制御回路を起動し、コンバータトランスの一次側に供給される一次側整流平滑回路の整流平滑出力をスイッチングするスイッチング素子のスイッチング動作を制御し、起動後はコンバータトランスの三次巻線からの出力を整流平滑回路により整流平滑し、その整流平滑出力により上記スイッチング制御回路を駆動し、上記コンバータトランスの二次巻線に得られるコンバータ出力を２次側の第１整流平滑回路により整流平滑して出力し、二次側の出力検出回路からフォトカプラを介して上記スイッチング制御回路ヘ誤差信号を帰還して、上記スイッチング制御回路により上記スイッチング素子のスイッチング動作を制御するようにしたスイッチング電源装置において、
上記コンバータトランスの二次巻線に得られるコンバータ出力を整流平滑するフォトカプラ駆動用の第２整流平滑回路による出力で上記フォトカプラに電源を供給すると共に、
上記コンバータトランスの二次巻線に得られるコンバータ出力を整流平滑する出力検出回路駆動用の第３整流平滑回路による出力で上記出力検出回路に駆動電源を供給し、上記スイッチング制御回路の低電圧誤動作防止回路の低電圧保護が動作する最小起動電圧から保護動作が解除される動作最小電圧までの時間をＴ１、上記フォトカプラ駆動用の第２整流平滑回路による上記フォトカプラの発光ダイオードの駆動可能時間Ｔ２、上記出力検出回路駆動用の第３整流平滑回路により駆動される上記出力検出回路の二次制御動作可能時間Ｔ３をＴ１＞Ｔ２＞Ｔ３になるように前記各整流回路の容量を設定することにより無負荷時に間欠動作を行うようにしたことを特徴とするスイッチング電源装置。
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