JP4539201B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents
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Description
(1)1次巻線N1、2次巻線N2および帰還巻線NBを備えたトランスTと、1次巻線N1に直列に接続されたスイッチ素子Q1と、帰還巻線NBの一端とスイッチ素子Q1の制御端子との間に直列に挿入されたコンデンサC3を含み、前記トランスの励磁エネルギーの放出後に前記帰還巻線に発生する共振電圧に基づいてスイッチ素子Q1をターンオンさせる制御回路5と、2次巻線N2に接続された整流平滑回路(D1,C4)と、該整流平滑回路から出力される出力電圧を検出して制御回路5にフィードバック信号を与える出力電圧制御回路4と、外部信号Scに基づいてフィードバック信号を制御して出力電圧を低下させる出力電圧設定値低下回路7とを備え、
出力電圧設定値低下回路7によって出力電圧低下状態となり、帰還巻線NBの共振電圧が低下している時に、該共振電圧によるスイッチ素子Q1のターンオンを補助するターンオン補助回路と、出力電圧が出力低下状態の出力電圧以下の所定値より低下した時、ターンオン補助回路の機能を停止させるターンオン補助制御回路とを設けたことを特徴としている。
図1はスイッチング電源装置の回路図である。このスイッチング電源装置1は入力回路2、DC−DCコンバータ8およびその他の主要部からなる。
〈通常動作時〉
通常動作時は外部信号端子Scをハイレベル状態とする。これによりスイッチ素子Q4がオン状態、スイッチ素子Q3がオフ状態となっている。したがって後述するフォトカプラPC2のフォトトランジスタPT2は遮断状態であり、ターンオン補助回路6は作用しない。
このようにして、通常動作時は上記発振動作が繰り返される。
待機時には外部信号端子Scをローレベルまたはオープン状態とする。これによりQ4がオフ状態となって、Q3のベースには抵抗R11の電圧が印加されることになる。このR11の電圧は出力電源ラインの電圧からツェナーダイオードDz1のツェナー電圧を差し引いた電圧をR10,R11で抵抗分圧した値である。
入力電源のスイッチをオフすると、出力電圧が有限の時間で低下するので、それに伴い帰還巻線NBのフライバック電圧やそれに基づく共振電圧の振幅がさらに低下しはじめる。このとき、もしフォトカプラPC2がオンのままであると、コンデンサC3の電荷はほとんど低下することなく維持される。したがって入力電源ラインの電圧(コンデンサC1の電圧)が非常に低い電圧となっても、ターンオン補助回路6の作用によりQ1はターンオンして発振し続けるため、Q1のオン期間が長くなり、Q1のドレイン電流ピーク値の上昇を引き起し、Q1が破壊するおそれがある。しかし、この図1に示す回路では、出力電源ラインの電圧が設定値(例えば7V)未満となった時、ツェナーダイオードDz1にツェナー電流が流れなくなり、Q3がオフし、フォトカプラPC2のフォトトランジスタPT2は遮断状態となる。これにより、ターンオン補助回路6は動作を停止するので、通常動作時と同様に、コンデンサC3へのC5からの充電経路がなくなり、C3の電圧は入力電源ラインの電圧低下に伴い低下し、Q1をターンオンできなくなる。その結果Q1が破壊することなくスイッチング電源装置は正常に停止する。
なお、この第1の実施形態に係るスイッチング電源装置では、待機時に出力電圧を下げても不連続モードにならないのでスイッチング周波数が低下しない。そのため、出力電圧低下方式におけるスイッチング損失低減という目的は達成できない。しかし、通常動作時のみに必要とされる負荷にかかる電圧が、待機時に必要な電圧より高電圧であったために、従来無駄に消費されていた電力が、出力電圧の低下によって削減できるので、出力電圧低下による電力損失の低減効果がある。例えば、図1に示したスイッチング電源装置において、2次側に付加されている抵抗値が1kΩ、通常動作時の出力電圧が25V、待機時の出力電圧が7Vであるとすると、損失は0.63Wから0.05Wにまで低減できる。
第1の実施形態として図1に示したスイッチング電源装置と異なるのは、制御回路5の構成である。この例では、コンデンサC3とスイッチ素子Q1のゲートとの間にスイッチ素子Q5を接続している。このQ5のベースと接地(GNDi)との間に抵抗R16とスイッチ素子Q6の直列回路を接続している。Q5のエミッタ−ベース間にはコンデンサC6を接続している。Q6のベース−エミッタ間にはフォトカプラPC3のフォトトランジスタPT3を接続している。また、入力電源ラインと接地間には抵抗R17とコンデンサC7による時定数回路を接続していて、その出力電圧がQ6のベースに供給されるようにそれらを接続している。このようにして、オフ期間制御回路10を構成している。
〈通常動作時〉
通常動作時は外部信号端子Scをハイレベル状態とする。これによりスイッチ素子Q4がオン状態、スイッチ素子Q3がオフ状態となる。したがってフォトカプラPC2のフォトトランジスタPT2は遮断状態であり、ターンオン補助回路6は作用しない。
待機時(通常は軽負荷時)には外部信号端子Scをローレベルまたはオープン状態とする。これによりQ4がオフ状態となって、Q3のベースには抵抗R11の電圧が印加されることになる。このR11の電圧は出力電源ラインの電圧からツェナーダイオードDz1のツェナー電圧を差し引いた電圧をR10,R11で抵抗分圧した値である。
入力電源のスイッチをオフすると、出力電圧が低下するので、それに伴い帰還巻線NBの負電圧の絶対値が低下しはじめる。出力電源ラインの電圧が設定値(例えば7V)未満となった時、ツェナーダイオードDz1にツェナー電流が流れなくなり、Q3がオフし、フォトカプラPC2のフォトトランジスタPT2は遮断状態となる。これによりコンデンサC3へのC5からの充電経路がなくなり、C3の電圧は入力電源ラインの電圧低下に伴い低下し、Q1をターンオンできなくなる。その結果Q1が破壊することなくスイッチング電源装置は正常に停止する。
通常動作時は外部信号端子Scをハイレベル状態とする。これによりスイッチ素子Q4がオン状態、スイッチ素子Q3がオフ状態となっている。したがってフォトカプラPC2のフォトトランジスタPT2は遮断状態であり、ターンオン補助回路6は作用しない。また、フォトカプラPC3のフォトトランジスタPT3も遮断状態である。そのため、C7の充電電圧が高くなり、Q6がオンになり、Q5がオンになる。
待機時は外部信号端子Scをローレベル状態またはオープン状態とする。これによりスイッチ素子Q4がオフ状態となり、スイッチ素子Q3にコレクタ電流が流れる。
入力電源のスイッチをオフすると、出力電圧が低下するので、それに伴い帰還巻線NBの負電圧の絶対値が低下しはじめる。出力電源ラインの電圧が設定値(例えば7V)未満となった時、ツェナーダイオードDz1にツェナー電流が流れなくなり、Q3がオフし、フォトカプラPC2のフォトトランジスタPT2は遮断状態となる。これによりコンデンサC3へのC5からの充電経路がなくなり、C3の電圧は入力電源ラインの電圧低下に伴い低下し、Q1をターンオンできなくなる。その結果Q1が破壊することなくスイッチング電源装置は正常に停止する。
2−入力回路
3−整流平滑回路
4−出力電圧制御回路
5−制御回路
6−ターンオン補助回路
7−出力電圧設定値低下回路
8−DC−DCコンバータ
9−ターンオフ回路
10,40−オフ期間制御回路
11−オン期間制御回路
12−負帰還回路
13−ターンオン補助制御回路
DB−ダイオードブリッジ
Q1−スイッチ素子
PC1,PC2,PC3−フォトカプラ
Sr−シャントレギュレータ
C3−コンデンサ
Sc−外部信号端子
Claims (4)
- 1次巻線、2次巻線および帰還巻線を備えたトランスと、前記1次巻線に直列に接続されたスイッチ素子と、前記帰還巻線の一端と前記スイッチ素子の制御端子との間に直列に挿入されたコンデンサを含み、前記トランスの励磁エネルギーの放出後に前記帰還巻線に発生する共振電圧に基づいて前記スイッチ素子をターンオンさせる制御回路と、前記2次巻線に接続された整流平滑回路と、該整流平滑回路から出力される出力電圧を検出して前記制御回路にフィードバック信号を与える出力電圧制御回路と、外部信号に基づいて前記フィードバック信号を制御して出力電圧を低下させる出力電圧設定値低下回路とを備えたスイッチング電源装置において、
前記出力電圧設定値低下回路によって出力電圧低下状態となり、前記共振電圧が低下している時に、該共振電圧による前記スイッチ素子のターンオンを補助するターンオン補助回路と、前記出力電圧が前記出力電圧低下状態の出力電圧以下の所定値より低下したとき前記ターンオン補助回路の機能を停止するターンオン補助制御回路とを設けたことを特徴とするスイッチング電源装置。 - 前記ターンオン補助回路は、電圧源と、前記出力電圧低下状態のとき、前記電圧源の電圧を前記コンデンサの前記スイッチ素子の制御端子側へ与えて前記コンデンサを充電する充電経路とを備えた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。
- 前記制御回路は、オン状態の前記スイッチ素子をターンオフさせるターンオフ回路と、前記出力電圧制御回路からのフィードバック信号に基づいて軽負荷になるほど前記スイッチ素子のターンオンを遅延させて該スイッチ素子のオフ期間が長くなるように制御するオフ期間制御回路とを備えたことを特徴とする請求項1または2に記載のスイッチング電源装置。
- 前記制御回路は、前記出力電圧制御回路からのフィードバック信号に基づいて、オン状態の前記スイッチ素子をターンオフさせるオン期間制御回路と、前記出力電圧設定値低下回路からの制御信号に基づいて前記スイッチ素子のターンオンを遅延させて該スイッチ素子のオフ期間を制御するオフ期間制御回路とを備えたことを特徴とする請求項1または2に記載のスイッチング電源装置。
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