JP4682768B2 - 電源装置の起動回路及びその起動制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、電源装置の起動回路及びその起動制御方法に関するものである。

電子機器等には、スイッチング電源のような電源装置が使用されている。近年、この電子機器には、低コスト化、小型化、待機時の電力損失の低減が要望されている。この電源装置は、スイッチング素子のオン、オフを制御するための制御回路を備えている。

また、電源装置は、起動時に、交流電源の入力ラインから制御回路に電流を供給して、電源装置を起動するための起動回路を備える（例えば、特許文献１参照）。

電源装置は、負荷に供給する電力を生成するための主巻線の他に、補助巻線を備える。起動回路が電源装置を起動すると、制御回路はスイッチング動作を開始し、補助巻線に電圧が発生する。そして、補助巻線に発生した電圧を整流、平滑化した電圧が立ち上がると、補助巻線に発生した電圧で制御回路は動作するので、起動回路は、オフする。

また、電源装置は、過電流、過電圧から電源装置を保護するための保護回路も備えている。この保護回路が動作すると、制御回路はオフしてスイッチング動作を停止し、電源装置の補助巻線では、スイッチング電源のエネルギーを得られないため、起動回路はオンし、起動電流を制御回路に供給する。このようにして、電源装置は、電源装置の回路を保護するようにしている。
特開２００１−２７５３４７号公報（第４，５頁、図１）

しかし、過電流又は過電圧が検出されたとき、図７に示すように、制御回路がオフして制御回路への印加電圧が低下して電源オフ電圧になると、起動電流が流れて、印加電圧は上昇し、印加電圧が電源オン電圧になると、起動電流が流れなくなって制御回路への印加電圧は再び低下する。この間、スイッチング素子はオフしたままである。

従って、スイッチング素子がオフしているにもかかわらず、起動電流が断続的に流れるので、保護動作時に電力の損失が生じる。特に、交流電源からの供給電圧が高いと起動回路の発熱量は増加し、保護動作時の電力損失が増大する。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、保護動作時の電力損失を低減することが可能な電源装置の起動回路及びその起動制御方法を提供することを目的とする。

この目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る電源装置の起動回路は、
負荷に印加する直流電圧を生成する電源装置の制御部に起動電流を供給して前記電源装置を起動する前記電源装置の起動回路において、
前記制御部に起動電流を供給する電流供給部と、
前記電流供給部が前記制御部に起動電流を供給することにより、前記制御部への印加電圧が前記制御部の動作開始電圧を下から上に越えたとき、前記電流供給部から前記制御部への起動電流の供給を停止させ、前記印加電圧が、前記動作開始電圧未満に低下して、前記制御部の再起動電圧まで低下したときに、前記電流供給部に、前記制御部への前記起動電流の供給を再開させる電流制御部と、
前記電源装置の異常を検出したときに、前記制御部の動作を停止させるとともに、動作停止信号を出力する動作停止部と、
前記動作停止部から前記動作停止信号が出力されたときは、前記制御部への印加電圧を、前記動作開始電圧未満であって、前記再起動電圧よりも低い保護解除電圧を越える電圧に制御する電圧制御部と、を備えたことを特徴とする。

前記再起動電圧は、前記動作開始電圧未満であって、前記動作停止部が、前記制御部の動作を停止させることによる保護を解除する保護解除電圧までの間の電圧に予め設定され、
前記動作停止部は、前記制御部への印加電圧が低下して、前記保護が解除される前に、前記動作停止信号を出力するようにしてもよい。

前記電圧制御部は、前記動作停止部から前記動作停止信号が出力されていないときは、前記制御部への前記印加電圧を、前記動作開始電圧を越える電圧に制御するようにしてもよい。

前記電流供給部は、前記起動電流を定電流化して前記制御部に供給するようにしてもよい。

本発明の第２の観点に係る電源装置の起動制御方法は、
負荷に印加する直流電圧を生成する電源装置の制御部に起動電流を供給して前記電源装置を起動する電源装置の起動制御方法であって、
前記起動電流を前記制御部に供給するステップと、
前記制御部に前記起動電流を供給することにより、前記制御部への印加電圧が動作開始電圧を下から上に越えたときに前記起動電流の前記制御部への供給を停止するステップと、
前記電源装置の異常が検出されたときに、前記制御部の動作を停止させるとともに、動作停止信号を出力するステップと、
前記制御部の動作が停止して、前記印加電圧が前記動作開始電圧未満の再起動電圧まで低下したときに、前記制御部に前記起動電流を再供給するステップと、
前記動作停止信号が出力されているときは、前記制御部への印加電圧を、前記動作開始電圧未満であって前記再起動電圧よりも低い保護解除電圧を越える電圧に制御するステップと、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、保護動作時の電力損失を低減することができる。

以下、本発明の実施の形態に係る電源装置の起動回路を図面を参照して説明する。
本実施形態に係る電源の構成を図１に示す。
本実施形態に係る電源装置は、フライバックコンバータによって構成され、ＡＣ−ＤＣ変換部１と、電圧変換部２と、補助電源３と、外部回路４と、制御部５と、起動回路１５と、を備えて構成される。

ＡＣ−ＤＣ変換部１は、交流電源６の交流電圧を入力して整流平滑して直流電圧に変換するものであり、整流回路１１と、コンデンサＣ１と、を備える。

整流回路１１は、４つのダイオード（図示せず）からなるブリッジ整流回路によって構成され、２つの入力端に接続された交流電源６から供給された交流電力を全波整流するものである。

コンデンサＣ１は、整流回路１１が整流した脈流の交流電力に従って、電圧を平滑化するものである。コンデンサＣ１の一端は、整流回路１１の一方の出力端（＋）に接続され、他端は、整流回路１１の他方の出力端（−）に接続される。

電圧変換部２は、電圧変換を行って負荷Ｒ０に印加する直流電圧を生成するものであり、トランスＴと、トランジスタＱ１と、ダイオードＤ１と、コンデンサＣ２と、過電流検出回路１２と、を備える。

トランスＴは、１次巻線ｎ１と、２次巻線ｎ２と、３次巻線ｎ３と、を備え、１次巻線ｎ１と２次巻線ｎ２との間で、負荷Ｒ０に印加するための交流電圧の電圧変換を行う。１次巻線ｎ１の一端は、コンデンサＣ１の一端に接続されている。

尚、１次巻線ｎ１と２次巻線ｎ２とは、トランジスタＱ１がオンしたときにトランスＴにエネルギが蓄積され、オフしている期間でトランスＴに蓄積されたエネルギが放出されるように、トランスＴに巻き回される。

トランジスタＱ１は、ゲートに供給されたパルス信号に従ってオン、オフするスイッチングトランジスタである。トランジスタＱ１は、Ｎチャンネルの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）によって構成されている。トランジスタＱ１のドレインは、トランスＴの他端に接続され、ソースは、コンデンサＣ１の他端に接続され、ゲートは、制御部５の制御回路１３に接続されている。

ダイオードＤ１は、トランスＴの２次巻線ｎ２の両端間に発生した電圧を整流するものであり、コンデンサＣ２は、ダイオードＤ１が整流した電圧を平滑化するものである。

過電流検出回路１２は、負荷Ｒ０に供給する電流の過電流を検出するものである。過電流検出回路１２は、過電流を検出すると過電流検出信号を起動回路１５に出力する。

補助電源３は、トランスＴの３次巻線ｎ３に発生した電圧を整流、平滑化して直流電圧を生成するものである。補助電源３は、ダイオードＤ２とコンデンサＣ３とを備える。

ダイオードＤ２は、３次巻線ｎ３に発生した電圧を整流するためのダイオードであり、そのアノードは、３次巻線ｎ３の一端に接続される。コンデンサＣ３は、ダイオードＤ２が整流した整流電圧を平滑化するためのものであり、コンデンサＣ３の一端は、ダイオードＤ２のカソードに接続され、他端は、３次巻線ｎ３の他端に接続される。

補助電源３は、コンデンサＣ３が平滑化して生成された直流電圧を外部回路４と制御部５とに印加する。外部回路４は、温度保護回路等、電源装置の周辺回路であり、補助電源３又は起動回路から電流が供給される。

制御部５は、電源装置を制御するものであって、制御回路１３と、内部レギュレータ（内部reg）１４と、を備える。この制御部５は、例えば、集積回路によって構成される。

制御回路１３は、負荷Ｒ０に印加する出力電圧Ｖoutが一定となるように電源装置を制御するものである。制御回路１３は、このような制御を行うため、出力電圧Ｖoutを検出し、検出した出力電圧Ｖoutに基づいて、オンとオフとのデューティ比を設定したパルス信号を生成する。そして、制御回路１３は、生成したパルス信号をトランジスタＱ１のゲートに供給する。

内部レギュレータ１４は、補助電源３の出力電圧を定電圧化して制御回路１３に印加するものである。即ち、補助電源３の出力電圧をＶsub、定電圧化した定電圧をＶregとして、Ｖsub＞Ｖregであれば、内部レギュレータ１４は、出力電圧Ｖsubを定電圧化して、定電圧Ｖregを制御回路１３に印加する。

尚、補助電源３の３次巻線ｎ３の巻数は、トランジスタＱ１が正常に動作しているときに、Ｖsub＞Ｖoffとなるように設定される。

制御部５は、印加される電圧をＶsとして、印加電圧Ｖsに対する動作範囲として、オン電圧Ｖonとオフ電圧Ｖoffとが設定されている（Ｖoff＜Ｖon）。オン電圧Ｖonは、制御回路１３の動作開始電圧である。オフ電圧Ｖoffは、制御回路１３が完全に動作を停止する動作停止電圧である。

制御回路１３は、印加電圧Ｖsがオン電圧Ｖon以上になると、スイッチング動作を開始し、印加電圧Ｖsがオフ電圧Ｖoff以下になると、スイッチング動作を停止する。

起動回路１５は、制御部５に起動電流Ｉstartを供給して、電源装置を起動するものである。起動回路１５は、図２に示すように、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１３と、トランジスタＱ１１と、定電流制御部２１と、ダイオードＤ１１と、スイッチ制御部２２と、定電圧制御部２３と、保護回路２４と、コンパレータ２５，２６と、フリップフロップ回路２７と、を備える。

尚、端子Ｐinは、起動回路１５の起動端子（入力端子）であり、図１に示すコンデンサＣ１の＋端子に接続される。また、端子Ｐoutは、起動回路１５の電源端子（出力端子）であり、図１に示す内部レギュレータ１４の入力端に接続される。

抵抗Ｒ１１は、起動回路１５の耐圧用の分圧抵抗であり、その一端は、起動回路１５の入力端子Ｐinに接続される。抵抗Ｒ１２は、トランジスタＱ１１のバイアス抵抗であり、その一端は、起動回路１５の端子Ｐinに接続され、他端はトランジスタＱ１１のゲートに接続される。

トランジスタＱ１１は、ドレイン−ソース間にゲート−ソース間電圧Ｖgsに対応した量の電流を流すようにするためのＮチャンネルＦＥＴである。

トランジスタＱ１１は、バックゲート構造を有し、そのドレインは、抵抗Ｒ１１の他端に接続され、トランジスタＱ１１のソースには、抵抗Ｒ１３の一端が接続される。抵抗Ｒ１３は電流制限用の抵抗である。

定電流制御部２１は、トランジスタＱ１１のゲート−ソース間電圧Ｖgsを制御することにより、制御部５に供給する起動電流Ｉstartを定電流化するためのものである。定電流制御部２１は、トランジスタＱ１２と抵抗Ｒ１４とを備える。

トランジスタＱ１２は、ＮＰＮ形バイポーラトランジスタであり、そのコレクタは抵抗Ｒ１２の他端に接続され、ベースは、抵抗Ｒ１３の他端に接続される。抵抗Ｒ１４は、トランジスタＱ１２のベース−エミッタ間に印加する電圧Ｖbeを生成するための抵抗であり、電流制限用の抵抗である。抵抗Ｒ１４の一端は、抵抗Ｒ１３の他端に接続され、他端は、トランジスタＱ１２のエミッタに接続される。そして、トランジスタＱ１１のバックゲートは、抵抗Ｒ１４の他端に接続される。

定電流制御部２１は、抵抗Ｒ１４に流れる起動電流Ｉstartの電流量に基づいて、トランジスタＱ１２のベース−エミッタ間を制御し、このコレクタ電流の電流量に基づいてトランジスタＱ１１の閾値電圧を制御し、起動電流Ｉstartを定電流化する。

ダイオードＤ１１は、逆方向電流阻止用のダイオードである。即ち、ダイオードＤ１１は、交流電源６が電源装置から切り離されて、コンデンサＣ１のエネルギーが補助電源３のコンデンサＣ３のエネルギーより先に放電された場合に、端子Ｐoutから端子Ｐinへと電流が逆方向に流れるのを阻止する。ダイオードＤ１１のカソードは、端子Ｐoutに接続され、アノードは、抵抗Ｒ１４の他端に接続される。

スイッチ制御部２２は、制御部５への印加電圧Ｖsがオン電圧Ｖonを下から上に越えた場合に、起動電流Ｉstartの制御部５への供給を停止させるものである。

スイッチ制御部２２は、トランジスタＱ１１のゲート−ソース間を開放、短絡して、トランジスタＱ１１をオン、オフ制御することにより、このような制御を行う。スイッチ制御部２２は、トランジスタＱ１３，Ｑ１４と、抵抗Ｒ１５，Ｒ１６と、を備える。

トランジスタＱ１３は、トランジスタＱ１１のゲート−ソース間電圧Ｖgsを生成するためのＰＮＰ形バイポーラトランジスタであり、そのエミッタは、トランジスタＱ１１のゲートに接続され、コレクタは、抵抗Ｒ１４の他端に接続される。

抵抗Ｒ１５は、トランジスタＱ１３のベース−エミッタ間電圧を生成するための抵抗であり、その一端は、トランジスタＱ１３のエミッタに接続され、他端は、トランジスタＱ１３のベースに接続される。抵抗Ｒ１６は、電流制限用の抵抗であり、その一端は、抵抗Ｒ１５の他端に接続される。

トランジスタＱ１４は、オン、オフしてトランジスタＱ１３を導通、遮断するためのＮＰＮ形バイポーラトランジスタであり、そのコレクタは、抵抗Ｒ１６の他端に接続され、エミッタは接地される。

定電圧制御部２３は、保護回路２４から供給された信号に基づいて、制御部５への印加電圧Ｖsを制御するするものである。
定電圧制御部２３は、保護回路２４から動作停止信号として、ハイレベルの信号Ｓ１が供給されて、トランジスタＱ１１のゲート電圧を制御することにより、制御部５への印加電圧Ｖsをオン電圧Ｖon未満で、保護解除電圧（Ｖcan）を越える予め設定された電圧に定電圧化する。定電圧制御部２３は、抵抗Ｒ１７と、ツェナーダイオードＤ１２，Ｄ１３と、トランジスタＱ１５と、を備える。

抵抗Ｒ１７は、電流制限用抵抗であり、その一端は、トランジスタＱ１１のゲートに接続される。ツェナーダイオードＤ１２，Ｄ１３は、トランジスタＱ１１のゲート電圧を制御するためのものである。ツェナーダイオードＤ１２のカソードは、抵抗Ｒ１７の他端に接続され、ツェナーダイオードＤ１３のカソードは、ツェナーダイオードＤ１２のアノードに接続される。ツェナーダイオードＤ１３のアノードは接地される。

トランジスタＱ１５は、保護回路２４からハイレベルの信号Ｓ１が供給されたときに、オンしてツェナーダイオードＤ１３のカソード−アノード間を短絡するためのＮＰＮ形バイポーラトランジスタである。

トランジスタＱ１５のコレクタは、ツェナーダイオードＤ１２のアノードに接続され、エミッタは接地される。トランジスタＱ１５のベースは、保護回路２４に接続される。

尚、ツェナーダイオードＤ１２には、制御部５の印加電圧Ｖsが、制御部５のオン電圧Ｖonから、保護回路２４の保護解除電圧Ｖcanまでの電圧範囲Ｖrange内となるようなツェナー電圧を有するものが用いられる。このツェナー電圧は、保護回路２４の動作時の制御部５への印加電圧Ｖsに対応する。但し、起動回路１５の電力損失を低減するためには、ツェナーダイオードＤ１２のツェナー電圧は、この電圧範囲Ｖrange内でできるだけ低い方が好ましい。

また、ツェナーダイオードＤ１３には、ツェナーダイオードＤ１２のツェナー電圧を加算した電圧により、制御部５の印加電圧Ｖsがオン電圧Ｖon以上となるようなツェナー電圧を有するものが用いられる。

保護回路２４は、電源装置の異常を検出したときに、制御回路１３の動作を停止させるとともに定電圧制御部２３に動作停止信号として、ハイレベルの信号Ｓ１を供給するものである。保護回路２４は、過電流検出回路１２が過電流を検出したとき、過電流検出回路１２から過電流検出信号が供給される。また、保護回路２４は、出力電圧Ｖoutの過電圧状態を検出する。保護回路２４は、過電流検出回路１２から過電流検出信号が供給された場合、又は出力電圧Ｖoutの過電圧状態を検出した場合、電源装置の異常を判別する。

保護回路２４は、電源装置の異常を検出すると、制御回路１３にスイッチング停止信号として信号Ｓ０を出力して、制御回路１３のスイッチング動作を停止させる。それとともに、保護回路２４は、定電圧制御部２３にハイレベルの信号Ｓ１を出力する。

コンパレータ２５は、制御部５への印加電圧Ｖsがオフ電圧Ｖoffよりもさらに低下して再起動電圧Ｖrestart（Ｖrestart＜Ｖoff）になったときに、スイッチ制御部２２の制御を解除させて起動回路１５を再起動させるためのものである。コンパレータ２５の−端子（反転入力端子）は、端子Ｐoutに接続されている。コンパレータ２５の＋端子（非反転入力端子）には、基準電圧Ｖref１が印加される。

基準電圧Ｖref1は、起動回路１５を再起動する再起動電圧Ｖrestartに対応するように予め設定される。コンパレータ２５の出力端子は、フリップフロップ回路２７のＳ（セット）端子に接続される。

コンパレータ２５は、−端子の電圧が基準電圧Ｖref1を越えている場合には、ローレベルの信号Ｓ２をフリップフロップ回路２７のＳ端子に出力する。一方、コンパレータ２５は、−端子の電圧が基準電圧Ｖref1以下になると、ハイレベルの信号Ｓ２をフリップフロップ回路２７のＳ端子に出力する。

コンパレータ２６は、制御回路１３への印加電圧Ｖsに基づいてハイレベル又はローレベルの信号Ｓ３を内部レギュレータ１４に出力するためのものである。コンパレータ２６の＋端子は、端子Ｐoutに接続される。コンパレータ２６の−端子には、基準電圧Ｖref2が印加される。コンパレータ２６の出力端子は、内部レギュレータ１４の信号入力端に接続され、コンパレータ２６は、内部レギュレータ１４の信号入力端に信号Ｓ３を出力する。

基準電圧Ｖref2は、コンパレータ２６がヒステリシス特性を有するように可変する。即ち、制御部５への印加電圧Ｖsが基準電圧Ｖref2を下から上に越えたとき、コンパレータ２６はハイレベルの信号Ｓ３を内部レギュレータ１４に出力し、基準電圧Ｖref2は低下する。

また、制御部５への印加電圧Ｖsが、低下した基準電圧Ｖref2を上から下に越えたとき、コンパレータ２６はローレベルの信号Ｓ３を内部レギュレータ１４に出力し、基準電圧Ｖref2は高くなる。

高い方の基準電圧Ｖref2は、制御部５のオン電圧Ｖonに対応するように設定され、低い方の基準電圧Ｖref2は、制御部５のオフ電圧Ｖoffに対応するように設定される。

内部レギュレータ１４は、制御部５への印加電圧Ｖsが、オン電圧Ｖon以上になったとき、制御部５の印加電圧Ｖsを定電圧化して制御回路１３に印加し、制御回路１３を動作させる。

内部レギュレータ１４は、信号出力端がフリップフロップ回路２７のＲ（リセット）端子に接続され、コンパレータ２６からローレベルの信号Ｓ３が供給されて、ローレベルの信号Ｓ４をフリップフロップ回路２７のＲ端子に出力する。

また、内部レギュレータ１４は、コンパレータ２６からハイレベルの信号Ｓ３が供給されて、ハイレベルの信号Ｓ４をフリップフロップ回路２７のＲ端子に出力する。
尚、内部レギュレータ１４は、印加電圧Ｖsがオフ電圧Ｖoff以下になると、コンパレータ２６によってオフされて、動作を停止する。

フリップフロップ回路２７は、スイッチ制御部２２のトランジスタＱ１４のオン、オフを制御するためのものであり、その反転Ｑ端子は、トランジスタＱ１４のベースに接続される。

フリップフロップ回路２７は、Ｓ端子にハイレベルの信号Ｓ２が供給されると、セットされて、反転Ｑ端子からトランジスタＱ１４のベースにローレベルの信号Ｓ５を出力してトランジスタＱ１４をオフする。

一方、フリップフロップ回路２７は、Ｒ端子にハイレベルの信号Ｓ４が供給されると、トランジスタＱ１４のベースにハイレベルの信号Ｓ５を出力してトランジスタＱ１４をオンする。

起動回路１５は、このように構成されて３つのモードで動作する。第１のモードは、内部レギュレータ１４を介して制御部５に供給する起動電流Ｉstartを定電流化するモードであり、起動回路１５は、電源装置の電源が投入されたときに、第１のモードで動作する。

第２のモードは、制御回路１３への起動電流Ｉstartの供給を停止するモードであり、制御部５への印加電圧Ｖsがオン電圧Ｖonを下から上に越えたときに、起動回路１５は、第２のモードで動作する。

第３のモードは、制御部５への印加電圧Ｖsを保護解除電圧Ｖcanより大きくオン電圧Ｖonより小さい予め設定された電圧に定電圧化するモードであり、保護回路２４が動作し、制御回路１３の動作が停止して、制御部５への印加電圧Ｖsが再起動電圧Ｖrestartまで低下したときに、起動回路１５は、第３のモードで動作する。

次に、本実施形態に係る電源装置の動作を説明する。
整流回路１１は、交流電源６からの交流電流を整流し、コンデンサＣ１は、整流回路１１が整流した整流電圧を平滑化して直流電圧を生成する。

起動回路１５には、コンデンサＣ１によって生成された直流電圧が印加される。起動回路１５は、制御部５に供給する起動電流Ｉstartを定電流化する第１のモードで動作する。

即ち、図２に示すトランジスタＱ１１は、ゲートに電圧が印加されてオンし、起動電流Ｉstartが、起動回路１５の入力端子ＰinからトランジスタＱ１１のドレイン−ソースを経由して、出力端子Ｐoutへと流れる。図１に示すコンデンサＣ３は、起動回路１５から起動電流が供給されて充電され、制御部５への印加電圧Ｖsは、上昇する。

図２に示すコンパレータ２６は、コンデンサＣ３の端子電圧（＝Ｖs）と基準電圧Ｖref2とを比較する。制御部５への印加電圧Ｖsが、オン電圧Ｖonを検出することを表す、ヒステリシスを有する基準電圧Ｖref2を下から上に越えると、コンパレータ２６は、内部レギュレータ１４にハイレベルの信号Ｓ３を出力して、内部レギュレータ１４を起動する。尚、コンパレータ２６がハイレベルの信号Ｓ３を出力すると、基準電圧Ｖref2は、オフ電圧Ｖoffに対応する低い方の電圧に切り替わる。

内部レギュレータ１４は、起動されて定電圧Ｖregを制御回路１３の各部に印加することにより制御回路１３を起動する。制御回路１３は、起動されてトランジスタＱ１のゲートにパルス信号を供給し、トランジスタＱ１は、スイッチングを開始する。

また、内部レギュレータ１４は、起動されてフリップフロップ回路２７のリセット端子に、ハイレベルの信号Ｓ４を出力する。

フリップフロップ回路２７は、リセット端子に供給されたハイレベルの信号Ｓ４により、リセットされ、反転Ｑ端子からハイレベルの信号Ｓ５をトランジスタＱ１４のベースに出力する。トランジスタＱ１４は、ハイレベルの信号Ｓ５がベースに供給されてオンし、トランジスタＱ１３もオンする。

そして、スイッチ制御部２２は、トランジスタＱ１１のゲート−ソース間を短絡し、トランジスタＱ１１をオフする。トランジスタＱ１１がオフすると、起動電流Ｉstartは０になり、起動電流Ｉstartの供給は停止する。このように、制御部５への印加電圧Ｖsがオン電圧Ｖonを下から上に越えたときに、起動回路１５は、第２のモードで動作する。

電圧変換部２のトランジスタＱ１は、スイッチングを開始してゲートに供給されたパルス信号がハイレベルになるとオンし、ローレベルになるとオフする。

トランジスタＱ１がオンすると、トランジスタＱ１のドレイン−ソース間には、図３（ｂ）に示すようなドレイン電流Ｉdが流れ、トランジスタＱ１のドレイン−ソース間に印加されるドレイン電圧Ｖdsは、図３（ｃ）に示すように、ほぼ０になる。

トランジスタＱ１がオフすると、ドレイン電流Ｉdは、図３（ｂ）に示すように、０となり、ドレイン電圧Ｖdsは、図３（ｃ）に示すように、コンデンサＣ１の両端の電圧Ｖc1とフライバック電圧とを加算した電圧になる。尚、コンデンサＣ２の両端の電圧（出力電圧）をＶc2とすると、フライバック電圧は、Ｖc2×（ｎ１／ｎ２）で表される。

トランスＴの２次側では、トランジスタＱ１がオンすると、ダイオードＤ１に印加される電圧は、逆方向電圧（アノードに対するカソードの電圧が＋）となるため、ダイオードＤ１は、非導通となる。このため、２次巻線ｎ２には、電流は流れない。そして、トランスＴには、エネルギが蓄積される。

トランジスタＱ１がオフすると、ダイオードＤ１に印加される電圧は順方向電圧（カソードに対するアノードの電圧が＋）になるため、ダイオードＤ１は導通する。ダイオードＤ１が導通すると、トランスＴに蓄積されたエネルギに従って、２次巻線ｎ２からダイオードＤ１を介してコンデンサＣ２に、図３（ｄ）に示すような電流Ｉ2が流れる。

コンデンサＣ２は、この電流Ｉ2が供給されて充電され、ダイオードＤ１が整流した電圧を平滑化する。電源装置は、この直流電圧を出力電圧Ｖoutとして負荷Ｒ０に印加する。負荷Ｒ０には、出力電流Ｉoutが供給される。

一方、トランジスタＱ１がオン、オフすることにより、トランスＴの３次巻線ｎ３に電圧が発生し、補助電源３のダイオードＤ２は、３次巻線ｎ３に発生した電圧を整流し、コンデンサＣ３は、整流した電圧を平滑化し、補助電源３は、直流電圧Ｖsubを制御部５に印加する。内部レギュレータ１４は、この直流電圧Ｖsubを定電圧化して、定電圧Ｖregを制御回路１３に印加する。

また、制御回路１３は、出力電圧Ｖoutを検知し、出力電圧Ｖoutの電圧レベルに基づいて、トランジスタＱ１のゲートに供給するパルス信号のデューティを制御する。電圧変換部２は、デューティ制御されたパルス信号がトランジスタＱ１のゲートに供給されて、定電圧化した出力電圧Ｖoutを負荷Ｒ０に印加する。

出力電圧Ｖoutの電圧レベルと出力電流Ｉoutとがともに予め設定された制御範囲内、即ち、正常値であれば、保護回路２４は、図４（ａ）の時刻ｔ０前に示すように、ローレベルの信号Ｓ１をトランジスタＱ１５のベースに出力する。フリップフロップ２７の出力端はＨであるため、トランジスタＱ１４，Ｑ１３がオンし、トランジスタＱ１１はオフし、起動回路１５は、制御部５への電流Ｉstartの供給を停止する第２のモードで動作する。

時刻ｔ０において、過電流検出回路１２が過電流を検出して、保護回路２４に過電流検出信号を出力した場合、又は保護回路２４が出力電圧Ｖoutの過電圧を検出した場合、保護回路２４は、制御回路１３にスイッチ停止信号Ｓ０を出力する。トランジスタＱ１は、スイッチング停止信号が供給されてオフし、パルス信号の出力を停止する。同様に、保護回路２４は、信号Ｓ１をトランジスタＱ１５に出力し、トランジスタＱ１５はオンしてツェナーダイオードＤ１３の端子間を短絡する。

トランジスタＱ１がオフすると、３次巻線ｎ３に電圧は発生せず、制御部５への印加電圧Ｖsは低下する。

また、保護回路２４は、起動回路１５のトランジスタＱ１５のベースにハイレベルの信号Ｓ１を出力する。トランジスタＱ１５は、ベースにハイレベルの信号Ｓ１が供給されてオンする。

時刻ｔ１において、印加電圧Ｖsが低下してオフ電圧Ｖoffになると、制御回路１３は、動作を完全に停止する。尚、制御回路１３が動作を完全に停止するため、外部回路４のみが、補助電源３のエネルギーを消費する。このため、時刻ｔ１からの電圧の低下率は小さくなるものの、制御部５への印加電圧Ｖsは低下する。また、制御部５の印加電圧Ｖsは、オフ電圧Ｖoffを検出することを表す、ヒステリシスを有する基準電圧Ｖref2を上から下に越え、コンパレータ２６は、ローレベルの信号Ｓ３を内部レギュレータ１４に出力して、内部レギュレータ１４の動作を停止させる。尚、基準電圧Ｖref2は、高いオン電圧Ｖonに対応する高い方の電圧に切り替わる。

時刻ｔ２において、印加電圧Ｖsが再起動電圧Ｖrestartになると、制御部５への印加電圧Ｖsは、基準電圧Ｖref1を上から下に越える。コンパレータ２５は、ハイレベルの信号Ｓ１をフリップフロップ回路２７のＳ端子に出力する。

フリップフロップ回路２７は、ハイレベルの信号Ｓ１がＳ端子に供給されてセットされ、反転Ｑ端子からトランジスタＱ１４のベースに、ローレベルの信号Ｓ５を出力する。

トランジスタＱ１４は、ベースにローレベルの信号Ｓ５が供給されてオフし、トランジスタＱ１３もオフし、スイッチ制御部２２は、トランジスタＱ１１のゲート−ソース間を開放する。

トランジスタＱ１１のゲート−ソース間電圧Ｖgsは、上昇し、トランジスタＱ１１は、再びオンし、端子Ｐinから端子Ｐoutには、トランジスタＱ１１のゲート−ソース間電圧Ｖgsに対応した電流値の起動電流Ｉstartが流れる。この時刻ｔ２以降が第３のモードに対応する。但し、制御部５への印加電圧Ｖsが定電圧化されるのは、時刻ｔ２から一定の時間経過後になる。

時刻ｔ３において、トランジスタＱ１１のゲート電圧が定電圧制御部２３のツェナーダイオードＤ１２のツェナー電圧ＶＤ１２に達すると、定電圧制御部２３は、ツェナー電圧ＶＤ１２でトランジスタＱ１１のゲート電圧を保持する。従って、制御部５への印加電圧Ｖsはオン電圧Ｖon未満の予め設定された電圧に定電圧化され、起動回路１５は、第３のモードで動作する。

起動回路１５が第３のモードで動作して、電圧制御部２３が制御部５への印加電圧Ｖsをオン電圧Ｖon未満の予め設定された電圧に定電圧化すると、制御回路１３は動作せず、起動回路１５は、外部回路４にのみ電流を供給する。従って、起動回路１５の電流は少なくなる。

以上説明したように、本実施形態１によれば、出力電圧Ｖoutの電圧レベル又は出力電流Ｉoutが制御範囲外になって、保護動作となり、起動回路１５が再起動した場合、定電圧制御部２３がトランジスタＱ１１のゲート電圧を制御することにより、制御部５の印加電圧Ｖsが、保護解除電圧Ｖcanを越え、オン電圧Ｖon未満の予め設定された電圧になるように制御する。

従って、このような保護動作時になっても、起動電流Ｉstartは保持され、かつ、オン電圧Ｖon未満の低い電圧であり、制御部５での電流が減少するため、起動回路１５を流れる電流は少なくなり、起動回路１５の電力損失を低減することができる。このため、発熱も少なく、部品の小型化、制御部５の集積回路化が容易となる。

また、起動電流Ｉstartの電流経路にダイオードＤ１１が介挿されているため、交流電源６が電源装置から切り離されて、コンデンサＣ１のエネルギーが補助電源３のコンデンサＣ３のエネルギーより先に放電された場合に、端子Ｐoutから端子Ｐinへと電流が逆方向に流れるのを阻止することができる。

尚、本発明を実施するにあたっては、種々の形態が考えられ、上記実施の形態に限られるものではない。
例えば、電圧変換部２は、図５に示すように、非絶縁型のものであってもよい。また、上記実施形態では、電源装置をフライバックコンバータとして説明した。しかし、電源装置は、これに限られるものではなく、ＲＣＣ回路、フォワードコンバータ回路等で構成されてもよい。

また、起動回路１５のバイアス抵抗Ｒ１２の代わりに、図６（ａ）に示すようなＪＦＥＴ等の半導体素子としてトランジスタＱ１６を用いてもよい。また、図６（ｂ）に示すように、ツェナーダイオードＤ２１を備え、抵抗Ｒ１２の他端とツェナーダイオードＤ２１のカソードとを接続することにより、抵抗Ｒ１２と直列にツェナーダイオードＤ２１を接続する構成であってもよい。このように構成されることにより、ゲートバイアス電流の低減とＡＣ入力電圧が低い時の起動回路１５の動作を禁止することができる。

また、起動回路１５の再起動電圧Ｖrestartは、制御回路１３のオフ電圧Ｖoffとなるように構成されてもよい。起動回路１５は、説明のために制御部５の外部としたが、起動回路１５での電力損失が低下するため、小型化することができるため、制御部５と一体にして１つの集積回路としても良い。

本発明の実施形態１に係る電源装置の構成を示す回路図である。 図１に示す起動回路の構成を示す回路図である。 図１に示す電源装置の電圧変換の動作を示すタイミングチャートである。 図１に示す制御回路、保護回路、起動回路の動作を示すタイミングチャートである。 電源装置の応用例を示す回路図である。 起動回路のバイアス抵抗の代わりにＪＦＥＴを用いた応用例を示す図である。 従来の課題の説明図である。

符号の説明

１ ＡＣ−ＤＣ変換部
２ 電圧変換部
３ 補助電源
５ 制御部
１３ 制御回路
１４ 内部レギュレータ
１５ 起動回路
２１ 定電流制御部
２２ スイッチ制御部
２３ 定電圧制御部
２４ 保護回路

Claims (5)

1. 負荷に印加する直流電圧を生成する電源装置の制御部に起動電流を供給して前記電源装置を起動する前記電源装置の起動回路において、
   前記制御部に起動電流を供給する電流供給部と、
   前記電流供給部が前記制御部に起動電流を供給することにより、前記制御部への印加電圧が前記制御部の動作開始電圧を下から上に越えたとき、前記電流供給部から前記制御部への起動電流の供給を停止させ、前記印加電圧が、前記動作開始電圧未満に低下して、前記制御部の再起動電圧まで低下したときに、前記電流供給部に、前記制御部への前記起動電流の供給を再開させる電流制御部と、
   前記電源装置の異常を検出したときに、前記制御部の動作を停止させるとともに、動作停止信号を出力する動作停止部と、
   前記動作停止部から前記動作停止信号が出力されたときは、前記制御部への印加電圧を、前記動作開始電圧未満であって、前記再起動電圧よりも低い保護解除電圧を越える電圧に制御する電圧制御部と、を備えた、
   ことを特徴とする電源装置の起動回路。
2. 前記再起動電圧は、前記動作開始電圧未満であって、前記動作停止部が、前記制御部の動作を停止させることによる保護を解除する保護解除電圧までの間の電圧に予め設定され、
   前記動作停止部は、前記制御部への印加電圧が低下して、前記保護が解除される前に、前記動作停止信号を出力する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置の起動回路。
3. 前記電圧制御部は、前記動作停止部から前記動作停止信号が出力されていないときは、前記制御部への前記印加電圧を、前記動作開始電圧を越える電圧に制御する、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電源装置の起動回路。
4. 前記電流供給部は、前記起動電流を定電流化して前記制御部に供給する、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電源装置の起動回路。
5. 負荷に印加する直流電圧を生成する電源装置の制御部に起動電流を供給して前記電源装置を起動する電源装置の起動制御方法であって、
   前記起動電流を前記制御部に供給するステップと、
   前記制御部に前記起動電流を供給することにより、前記制御部への印加電圧が動作開始電圧を下から上に越えたときに前記起動電流の前記制御部への供給を停止するステップと、
   前記電源装置の異常が検出されたときに、前記制御部の動作を停止させるとともに、動作停止信号を出力するステップと、
   前記制御部の動作が停止して、前記印加電圧が前記動作開始電圧未満の再起動電圧まで低下したときに、前記制御部に前記起動電流を再供給するステップと、
   前記動作停止信号が出力されているときは、前記制御部への印加電圧を、前記動作開始電圧未満であって前記再起動電圧よりも低い保護解除電圧を越える電圧に制御するステップと、を備えた、
   ことを特徴とする電源装置の起動制御方法。

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