JP5212016B2 - スイッチング電源制御回路 - Google Patents

Description

本発明はスイッチング電源制御回路に関し、特にスイッチング電源を通常状態または待機状態に切り替えて動作させるスイッチング電源制御回路に関する。

現在、各種電気機器に電源を供給するスイッチング電源装置については、供給対象の電気機器が、通常動作を行う通常モード及び待機状態となるスタンバイモードと、を備えていることが一般的である。

図６は、スイッチング電源回路の一例を示した図である。
図６の例のスイッチング電源回路は、第１のコンバータ１０と、第２のコンバータ２０の二段構成となっている。第１のコンバータ１０はＰＦＣ（Power Factor Control：力率改善）昇圧コンバータであり、ＰＦＣ回路１１でスイッチング素子を制御して、全波整流した交流入力電圧を昇圧し、直流電圧に変換する。第１のコンバータ１０の出力は、第２のコンバータ２０の入力となっている。第２のコンバータ２０は、ＤＣ−ＤＣコンバータであり、ここでは、ハーフブリッジ電流共振コンバータの例を示す。第２のコンバータ２０は、絶縁トランスを介して出力側にエネルギーを供給する。

第２のコンバータ２０では、出力電圧に応じてフォトカプラＰＣ１（２４）の電流が変化する。フォトカプラＰＣ１（２４）が発する光信号は、受光素子ＰＣ１（２２）で受け、フィードバック電圧（ＦＢ端子電圧）になる。なお、ＦＢ端子は制御ＩＣ２１内で、図示しないプルアップ抵抗などにより高電位側にプルアップされている。このＦＢ端子電圧の変化に応じてＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator；電圧制御発振器）２１ａの発振周波数を変化させることにより、出力電圧が一定電圧になるような制御を行っている。制御ＩＣ２１は、ＶＣＯ２１ａ、制御部２１ｂ及び起動（ＳＴＡＲＴ）回路２１ｃを有する。ＳＴＡＲＴ回路２１ｃは、ＶＣＣ電圧が低下したときの歯止めとして、ＶＨ端子からの電流によりＶＣＣ電圧をＶｓｕｓ電圧という所定の電圧にクランプする機能を有する。第２のコンバータ２０は、電流共振コンバータであり、第２のコンバータ２０が出力に供給できるエネルギーは、共振コンデンサＣｒの両端にかかる電圧に依存するため、第１のコンバータ１０の出力が低い場合には、第２のコンバータ２０が出力に供給できるエネルギーは制限される。

通常モードとスタンバイモードとの動作状態の切り替えは、電池などの別電源で動作するスタンバイ指令回路３０より指示が出される。スタンバイ指令回路３０は、通常、高電位（以下、Ｈとする）信号で定格負荷（重負荷）の通常モード、低電位（以下、Ｌとする）信号で軽負荷のスタンバイモードを指令する。通常モード時には、フォトカプラＰＣ２（２５）をオンさせ、スタンバイモード時にはフォトカプラＰＣ２（２５）をオフさせる。スタンバイモード時にフォトカプラＰＣ２（２５）をオフさせるのは、スタンバイモード時の消費電力を減らすための構成である。フォトカプラＰＣ２（２５）が発する光信号は、受光素子ＰＣ２（２３）で受け、ＳＴＢ端子経由で制御ＩＣ２１に伝達される。制御ＩＣ２１は、ＳＴＢ端子電圧に応じて、動作状態を切り替える。

スタンバイ動作時には、スタンバイ電力削減のため、第１のコンバータ１０のスイッチング動作を停止させる。一方、第２のコンバータ２０は、間欠動作を行う、もしくは低周波数でのＰＦＭ（Pulse Frequency Modulation）制御やＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を行うなどしてスイッチング損失を低減する。第１のコンバータ１０のスイッチングの動作／停止は、第２のコンバータ２０から出力されるイネーブル信号で切り替える。

このように、出力電圧検出信号のフィードバック用の信号と、動作モードの切り替え指示信号とは、それぞれ別のフォトカプラを用いて伝達される。
そこで、出力電圧検出信号フィードバック信号と、動作モード切り替え指示信号とを１つのフォトカプラで送るスイッチング電源装置が提案されている（例えば、特許文献１）。このようなスイッチング電源装置では、通常状態ではフォトカプラの出力信号を出力電圧検出信号のフィードバックとして用いる。そして、スタンバイモードへの切り替え指令が出た時には、フォトカプラに接続されてその発光量を制御しているシャントレギュレータをショートさせてフォトカプラを強制的に最大光量で発光させる。この状態は、出力電圧が異常に高いことに相当するので、これを受けてスタンバイモードへ移行するというものである。

また、出力電圧制御用とスタンバイモード切り替え指令用と２つのフォトカプラを設け、スタンバイモード切り替え指令用のフォトカプラの１次側のフォトトランジスタのコレクタを半波整流回路に接続するスイッチング電源装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。これにより、フォトトランジスタのコレクタに半波整流回路から電圧がかかっている期間のみスタンバイモードとしてスイッチング素子をオフし、スタンバイモード時の電力削減ができるというものである。スタンバイモードにするためには、スタンバイモード切り替え指令用フォトカプラの１次側フォトトランジスタをオンさせる必要があり、そのために、この場合も２次側のスタンバイモード切り替え指令用フォトカプラを強制的に大光量で発光させる必要がある。

ここで、制御ＩＣ２１を構成するスイッチング電源制御回路について説明する。
図７は、従来のスイッチング電源制御回路の一例を示した図である。
なお、図７の二重丸は入出力端子を表している。ＦＢ端子は、出力電圧検出信号のフィードバック信号、ＳＴＢ端子は動作モードを指示する指示入力信号、及びＯＵＴＨ端子とＯＵＴＬ端子とは、出力信号のための端子になる。スイッチング電源制御回路９０は、比較器９１と、スイッチング電源を制御するＶＣＯ９２及び制御部９３とを有する。比較器９１は、ＳＴＢ端子から入力される指示入力信号と所定の動作モード判定基準ＶｔｈＳＴＢとを比較する。一般に、通常動作モードの指示はＶｔｈＳＴＢよりも高電位、スタンバイモードの指示はＶｔｈＳＴＢよりも低電位とされる。比較器９１は、通常モード時にはＨ信号、スタンバイモード時にはＬ信号、を制御部９３へ出力する。ＶＣＯ９２は、ＦＢ端子より入力されるフィードバック信号に応じて発振周波数を変化させる。制御部９３は、比較器９１の出力信号に応じて動作モードを決定し、通常動作モードの場合はＶＣＯ９２の出力に基づくスイッチング信号をＯＵＴＨ端子とＯＵＴＬ端子から出力し、スタンバイモードの場合はスイッチング動作を停止する信号をＯＵＴＨ端子とＯＵＴＬ端子から出力する。
特開２００１−８６７４５号公報 特開２００２−４４９４２号公報

しかし、従来のスイッチング電源装置では、電源投入からの起動時に、通常モードに復帰できなくなることがあるという問題点があった。
一般的に、電源スイッチを入れる場合の起動動作モードとして、スタンバイ起動と、定格負荷起動（重負荷起動）の２つがある。

スタンバイ起動は、主電源を入れたときは、軽負荷のスタンバイモードで起動するモードである。スタンバイモードで起動された後、指示入力信号によって通常動作モードが指定されたことが検出されたときは、動作モードを定格負荷の通常モードに切り替える。

定格負荷起動は、主電源を入れたときに、定格負荷の通常モードで起動するモードである。
ここで、スタンバイ起動の動作シーケンスを説明する。図８は、従来のスタンバイ起動における動作状態の時間変化を示した図である。

時刻ｔ１で主電源が投入されると、ＳＴＡＲＴ回路２１ｃの働きにより図６に示した制御ＩＣ２１のＶＣＣ電圧が上昇し、時刻ｔ２でＵＶＬＯ（低電圧誤動作防止；Under Voltage Lock Out）オン電圧（ＶＣＣＯＮ）に達する。ＵＶＬＯオン電圧に達したので、制御ＩＣ２１は、動作を開始する。スタンバイ起動であるため、時刻ｔ２では、スタンバイ指令回路３０の出力はＬであり、フォトカプラＰＣ２（２５）もオフしている。制御ＩＣ２１のＳＴＢ端子の電圧もＬとなるため、第２のコンバータ２０のスイッチング動作は、スタンバイモードから開始する。スタンバイ動作であるので、第１のコンバータ１０はスイッチング動作を停止している。制御ＩＣ２１が、スイッチング動作を開始させたことにより消費電流が増大（スタンバイ電流）し、一旦ＶＣＣは下がるが、その後補助巻線からの給電が開始されるので、ＶＣＣは再び上昇する。第２のコンバータ２０の出力も上昇し、フォトカプラをオンできる電圧を超える。この状態となった時刻ｔ３において、スタンバイ指令回路３０がＨ信号に切り替わり、通常動作モードへの切り替えが指示されると、フォトカプラＰＣ２（２５）がオンし、ＳＴＢ端子電圧も動作モード判定基準ＶｔｈＳＴＢを超える。制御ＩＣ２１は、第２のコンバータ２０のスイッチング動作を通常モードとし、第１のコンバータ１０のスイッチング動作も開始させる。第１のコンバータ１０の出力が上昇すると、第２のコンバータ２０は定格負荷電流が供給可能となり、出力電圧が制御電圧まで上昇し、安定する。

次に、定負荷起動の動作シーケンスを説明する。図９は、従来の定負荷起動における動作状態の時間変化を示した図である。
時刻ｔ１で主電源が投入され、時刻ｔ２でＶＣＣがＶＣＣＯＮに到達するまでの動作は、図８に示したスタンバイ起動と同様である。定格負荷起動であるため、時刻ｔ２では、スタンバイ指令回路３０の出力はＨであるが、第２のコンバータ２０の出力電圧が低いため、フォトカプラＰＣ２（２５）はオンできない。制御ＩＣ２１のＳＴＢ端子の電圧もＬとなるため、第２のコンバータ２０のスイッチング動作は、スタンバイモードとなってしまう。第１のコンバータ１０のスイッチング動作も停止し、第１のコンバータ１０から第２のコンバータ２０に昇圧された電圧が供給されないため、出力側に十分なエネルギー（電流）を供給することができない。このとき、出力電流は定格負荷の状態にあるので、第２のコンバータ２０が供給できる電流より負荷電流が大きければ出力電圧は上昇しない。一度この状態に入ると、スタンバイ指令回路３０がＨ信号を出力しているにもかかわらず、フォトカプラＰＣ２（２５）がオンできず、スタンバイモードから復帰できなくなる。なお、図９でＶＣＣがＶｓｕｓ電圧を保持しているのは、制御ＩＣ２１内のクランプ回路による。

このように、定格負荷起動のように最初から負荷がある程度重いと、電源立ち上げ時に出力電圧が上がらず、フォトカプラがオンできず、通常動作モード（定格負荷状態）に入ることができない、出力電圧が上がらない、という悪循環に落ちいってしまうという問題がある。

なお、フォトカプラがオフのときを通常動作モードとすれば、電源立ち上げ時でも通常動作モードにすることができる。しかし、この場合にはスタンバイモードでフォトカプラをオンしなければならず、その消費電力で出力コンデンサの電荷が食われ、出力電圧が徐々に低下する。このため、スタンバイモードを長時間維持することができなくなる。これは、特許文献１や特許文献２の発明のように、スタンバイモードへの切り替え指令が出た時に、フォトカプラを強制的に発光させるという場合も同様である。フォトカプラを発光させ、制御回路が、出力電圧の異常に高い状態と見なすようにしているため、コンバータは動作しない。このため、出力コンデンサに電荷が一切供給されず、スタンバイモードが長引くと出力電圧の低下が激しくなる。したがって、フォトカプラを強制的に発光できなくなってスタンバイモードを維持できなくなったり、スタンバイモードを解除したときに負荷を駆動できなくなったりする恐れがある。

また、スイッチング電源装置が図６に示すような二段構成のものではなく、一つのコンバータで構成されるもの（例えばフライバック電源など）であっても、同様な問題が生じる。すなわち、当該コンバータがスタンバイ時にスイッチングの停止、間欠動作もしくは低周波数でのＰＦＭ制御を行うものである場合、スタンバイモードでは出力電流が制限されるから、定格負荷起動時に一旦スタンバイモードに落ち込んでコンバータが供給できる電流より負荷電流が大きければ、上記と同じ不具合が生じる。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、電源投入時、指令されたモードで安定的に起動することが可能なスイッチング電源制御回路を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、スイッチング電源を通常状態または待機状態に切り替えて動作させるスイッチング電源制御回路が提供される。このスイッチング電源制御回路は、スイッチング電源の出力電圧を検出する出力電圧検出回路のフィードバック信号を入力して制御電圧に応じたフィードバック基準電圧と比較し、出力電圧が制御電圧に到達したか否かを示す電圧判定信号を出力する第１の比較器と、スイッチング電源の出力電圧により動作する信号発生部が生成する切り替え指示信号を入力して動作状態判定基準と比較し、切り替え指示信号が待機動作指示であるか否かを示す切り替え判定信号を出力する第２の比較器と、第１の比較器と第２の比較器とに接続され、電圧判定信号によってスイッチング電源の出力電圧が制御電圧に到達したことが検出された後、切り替え判定信号を有効とする判定回路と、判定回路に接続され、スイッチング電源を、出力電圧が制御電圧に到達するまでは通常状態で動作させ、出力電圧が制御電圧に到達した以降は切り替え指示信号に基づく動作状態で動作させる制御回路と、を有する。

このようなスイッチング電源制御回路では、第１の比較器から、スイッチング電源の出力電圧を検出する出力電圧検出回路のフィードバック信号が所定の制御電圧を超えたかどうかを表す電圧判定信号が出力される。また、第２の比較器から、スイッチング電源の出力電圧により動作する信号発生部が生成する切り替え指示信号が通常状態または待機状態のいずれを指示しているのかを表す切り替え判定信号が出力される。判定回路は、電圧判定信号と切り替え指示信号とを入力し、スイッチング電源の出力電圧が制御電圧に到達するまでは通常動作状態、それ以降は切り替え信号指示の指示する動作状態、を指示する信号を制御回路に出力する。これにより、制御回路は、スイッチング電源の出力電圧が制御電圧に到達するまではスイッチング電源を通常状態で動作させる。スイッチング電源の出力電圧が制御電圧に到達した後は、切り替え指示によって指示された動作状態でスイッチング電源を動作させる。

開示のスイッチング電源制御回路によれば、電源立ち上げ時に出力電圧が上昇する前に誤ってスタンバイモードと判定してしまい、通常モードに復帰できなくなることを回避することができる。この結果、電源投入時に、指令されたモードで安定的に起動することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。まず、第１の実施の形態について説明し、続いて第２の実施の形態について説明する。
図１は、第１の実施の形態のスイッチング電源制御回路を示した図である。

スイッチング電源制御回路１００は、第１の比較器１０１（以下、コンパレータ１０１とする）、第２の比較器１０２（以下、コンパレータ１０２とする）、判定回路１０３、ＶＣＯ１０４及び制御回路１０５を有する。また、図１の二重丸は入出力端子を表している。ＦＢ端子は、出力電圧検出信号のフィードバック信号（以下、単にフィードバック信号とする）、ＳＴＢ端子は動作モードを指示する指示入力信号、及びＯＵＴＨ端子とＯＵＴＬ端子とは、出力信号のための端子になる。

このスイッチング電源制御回路１００は、例えば、図６に示した制御ＩＣ２１に組み込まれる。
コンパレータ１０１はその入力側端子に、ＦＢ端子を介してフィードバック信号、及び所定の制御電圧に対応するスレッシュ電圧ＶｔｈＦＢが接続され、出力側端子は判定回路１０３に接続している。なお、コンパレータ１０１は、動作モードの安定化のため、ヒステリシス機能を持ったものを使用することが望ましい。主電源が入り、スイッチング電源制御回路１００が起動された時点では、フィードバック信号の電圧（ＦＢ端子電圧）は、スレッシュ電圧ＶｔｈＦＢよりも高い。これは、ＦＢ端子がスイッチング電源制御回路１００内で図示しないプルアップ抵抗などにより高電位側にプルアップされていて、出力電圧が立ち上がっていないため図６のフォトカプラＰＣ１（２４）が発光しないことによりＦＢ端子に接続されているフォトカプラＰＣ１（２２）がオフするからである。このとき、コンパレータ１０１の出力は、Ｈになる。そして、第２のコンバータ２０の出力が制御電圧まで上昇すると、フィードバック信号の電圧（ＦＢ端子電圧）は、スレッシュ電圧ＶｔｈＦＢ以下になる。このとき、コンパレータ１０１の出力は、Ｌになる。

コンパレータ１０２はその入力側端子に、ＳＴＢ端子を介して動作モードを指示する指示入力信号、及び指示入力信号が通常状態（以下、ノーマルモードとする）であるか、待機状態（以下、スタンバイモードとする）を判定する動作状態判定基準（以下、動作モード判定基準とする）電圧ＶｔｈＳＴＢが接続されている。出力側端子は、判定回路１０３に接続している。図６に示すスタンバイ指令回路３０がその出力をＬにしてスタンバイモードを指示すると、フォトカプラＰＣ２（２５）はオフ（発光しない状態）となる。フォトカプラＰＣ２（２５）が発する光を受ける受光素子ＰＣ２（２３）の検出信号に応じたＳＴＢ端子電圧は、動作モード判定基準電圧ＶｔｈＳＴＢ以下となる。これは、受光素子ＰＣ２（２３）がオフするため、抵抗Ｒ_STBに定電圧ＶＲＥＦから電流が供給されず、ＳＴＢ端子が抵抗Ｒ_STBによりプルダウンされるからである。一方、スタンバイ指令回路３０が、ノーマルモードを指示するときは、フォトカプラＰＣ２（２５）は、オン（発光する状態）となる。このため、受光素子ＰＣ２（２３）の検出信号に応じたＳＴＢ端子電圧は、動作モード判定基準電圧ＶｔｈＳＴＢより大きくなる。これは、受光素子ＰＣ２（２３）に電流が流れ、その電流が抵抗Ｒ_STBに流れることにより、抵抗Ｒ_STBの両端に電位差が生じるからである。したがって、コンパレータ１０２の出力は、動作モードの指示がノーマルモードのときにはＨ、スタンバイモードのときはＬとなる。なお、主電源が入り、第２のコンバータ２０の出力電圧が制御電圧に達するまでは、スタンバイ指令回路３０による動作モードの指示がノーマルモードであっても、フォトカプラＰＣ２（２５）をオンさせるだけのエネルギーを供給することができない。このため、この期間は、ＳＴＢ端子電圧は動作モード判定基準電圧ＶｔｈＳＴＢ以下となり、コンパレータ１０２はスタンバイモードを意味するＬを出力する。

判定回路１０３は、論理和回路（ＯＲゲート回路）で構成され、入力側端子にはコンパレータ１０１の出力側端子とコンパレータ１０２の出力側端子とが接続され、出力側端子は制御回路１０５に接続している。判定回路１０３は、コンパレータ１０１及びコンパレータ１０２のうち、少なくとも１つの出力がＨであれば、Ｈを出力する。具体的には、主電源が入り、スイッチング電源制御回路１００が動作を開始してから、第２のコンバータ２０の出力電圧が制御電圧に到達するまでは、コンパレータ１０１の出力はＨを継続する。したがって、この間の判定回路１０３の出力はノーマルモードを意味するＨになる。第２のコンバータ２０の出力電圧が制御電圧に達すると、コンパレータ１０１の出力はＬになる。したがって、これ以降は、コンパレータ１０２の出力が判定回路１０３の出力になる。コンパレータ１０２の出力がノーマルモード指示（Ｈ）であれば、判定回路１０３の出力はＨになる。また、コンパレータ１０２の出力がスタンバイモード指示（Ｌ）であれば、判定回路１０３の出力はＬになる。

ＶＣＯ１０４は、ＦＢ端子を介して入力するフィードバック信号に応じて、スイッチング電源の発振周波数を制御する。
制御回路１０５は、判定回路１０３及びＶＣＯ１０４と接続していて、判定回路１０３からの動作モード指示に従って、第２のコンバータ２０及び第１のコンバータ１０のスイッチング動作を制御する。具体的には、判定回路１０３の出力がＨのときは、ノーマルモード指示と判断し、第１のコンバータ１０及び第２のコンバータ２０にノーマルモードのスイッチング動作を行わせる。また、判定回路１０３の出力がＬのときは、スタンバイモード指示と判断し、第１のコンバータ１０のスイッチング動作を停止させ、第２のコンバータ２０をスタンバイモードで動作させる。

このような構成のスイッチング電源制御回路の起動時の動作シーケンスを、上記のスイッチング電源制御回路１００を図６に示したスイッチング電源回路に適用した場合について説明する。最初に定格負荷起動の場合について説明し、続いて待機起動の場合について説明する。

上述のように、定格負荷起動は、ノーマルモードが選択されて、主電源が投入された場合である。
図２は、定格負荷起動における信号状態の時間変化を示した図である。

ここで、ＶＣＣは、図６に示す制御ＩＣ２１に入力されるＶＣＣ電圧である。ＶＣＣ電圧がＵＶＬＯオン電圧ＶＣＣＯＮに達すると制御ＩＣ２１は動作を開始する。ＰＦＣ＿ＥＮ信号は、内部での動作モードに対応する内部スタンバイ信号で、Ｈのときはノーマルモードとして、第１のコンバータ１０はスイッチング動作を行う。Ｌのときはスタンバイモードとして、第１のコンバータ１０はスイッチング動作を停止する。ＰＦＣ＿ＥＮ信号は、判定回路１０３の出力信号に相当する。ＦＢ端子電圧は、第２のコンバータ２０の出力電圧の検出信号のフィードバック信号である。ＳＴＢ端子電圧は、フォトカプラＰＣ２（２５）の状態に対応する動作モードの指示入力信号である。出力電流は、第２のコンバータ２０に接続する外部負荷への出力電流である。ノーマルモード時は定格電流、スタンバイモード時はスタンバイ電流が消費される。スタンバイ指令回路出力は、スタンバイ指令回路３０の出力で、ノーマルモードでＨ、スタンバイモードでＬになる。なお、図のＴ０，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４は、主電源を入れてからの経過時刻を表す。時刻Ｔ０は主電源投入時、時刻Ｔ１は制御ＩＣ２１のＶＣＣ電圧がＵＶＬＯオン電圧（ＶＣＣＯＮ）に到達した時点、時刻Ｔ２は制御ＩＣ２１が動作を開始してＶＣＣ電圧がＶＣＣＯＮ以下の最小電圧値となった時点、時刻Ｔ３はＳＴＢ端子電圧が動作モード判定基準電圧ＶｔｈＳＴＢを超えた時点、時刻Ｔ４は出力電圧が制御電圧を超えた時点を示している。

時刻Ｔ０において主電源が投入（ＯＮ）されると、制御ＩＣ２１のＶＣＣ電圧が上昇し、時刻Ｔ１においてＵＶＬＯオン電圧ＶＣＣＯＮに達する。この間、制御ＩＣ２１及び第１のコンバータ１０及び第２のコンバータ２０も動作をしていないので、ＰＦＣ＿ＥＮ（内部スタンバイ）信号、ＦＢ端子電圧、ＳＴＢ端子電圧、出力電流及びスタンバイ指令回路３０の出力はすべてＬになる。また、ＦＢ端子をプルアップする電位もＶＣＣ電圧がＵＶＬＯオン電圧ＶＣＣＯＮに達するまで供給されないから、ＦＢ端子電圧もＬとなる。

時刻Ｔ１では、ＶＣＣ電圧がＶＣＣＯＮに達したので、制御ＩＣ２１が動作を開始する。このときプルアップ電位が供給されて、フィードバック電圧（ＦＢ端子電圧）は、スレッシュ電圧ＶｔｈＦＢより高くなる。このため、コンパレータ１０１の出力はＨになる。一方、スタンバイ指令回路３０の出力もノーマルモード指令（Ｈ）になり、第２のコンバータ２０の接続負荷には定格電流が供給される。しかし、第２のコンバータ２０の出力電圧が低いため、スタンバイモード検出用フォトカプラＰＣ２（２５）はオフしている。このため、ＳＴＢ端子電圧はＬとなり、コンパレータ１０２の出力もＬ（スタンバイモード指令に相当する）となる。しかし、判定回路１０３は、コンパレータ１０１の出力がＨであるため、ノーマルモードとしてＨを出力する。これに伴ってＰＦＣ＿ＥＮ信号もＨになり、第１のコンバータ１０は、スイッチング動作を続ける。

時刻Ｔ１でＶＣＣ電圧はＶＣＣＯＮに到達するが、制御ＩＣ２１が動作を開始して電流を消費するようになったことにより、ＶＣＣ電圧は減少し、時刻Ｔ２で最小となる。このときも、フィードバック電圧（ＦＢ端子電圧）は、スレッシュ電圧ＶｔｈＦＢより高くなり、第２のコンバータ２０の出力電圧が低く、スタンバイモード検出用フォトカプラＰＣ２（２５）はオフしていても、判定回路１０３の出力はＨを継続する。したがって、ノーマルモードとして、第１のコンバータ１０もスイッチング動作を継続して第２のコンバータ２０に昇圧された電圧を供給する。このため、定格負荷の状態であっても、第２のコンバータ２０の出力電圧が上昇する。そして、スタンバイモード検出用フォトカプラＰＣ２（２５）がオンできる電圧まで上昇すると、フォトカプラＰＣ２（２５）がオンする。これに応じて時刻Ｔ３でＳＴＢ端子電圧も動作モード判定基準電圧ＶｔｈＳＴＢを超える。

その後、第２のコンバータ２０の出力が制御電圧近くまで上昇すると、フィードバック電圧（ＦＢ端子電圧）が下がり、Ｔ４時点でスレッシュ電圧ＶｔｈＦＢ以下になる。このとき、コンパレータ１０１の出力はＬとなるが、既にＳＴＢ端子電圧は動作モードを決定するモード判定基準電圧ＶｔｈＳＴＢを超えているので、コンパレータ１０２の出力がＨとなっている。したがって、判定回路１０３の出力はノーマルモード（Ｈ）を継続する。以降は、スタンバイ指令回路３０の出力がスタンバイモード指示になるまで、ノーマルモードでの動作が継続される。

図３は、定格負荷起動におけるスイッチング電源の動作状態の時間変化を示した図である。なお、時刻Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４は、図２と同じ時刻を表す。
第１のコンバータ１０の入力である交流電源は、主電源が入るとともに、エネルギーの供給を開始する。時刻Ｔ１においてＶＣＣ電圧がＶＣＣＯＮに到達すると、制御ＩＣ２１が動作を開始する。ＰＦＣ＿ＥＮ信号をノーマルモード（Ｈ）として、第１のコンバータ１０はスイッチング動作を継続する。図３では、第１のコンバータ１０のスイッチング波形が、スイッチング動作が継続していることを示している。これにより、第１のコンバータ１０の出力、すなわち、第２のコンバータ２０の入力は、徐々に上昇する。また、第２のコンバータ２０もノーマルモードでスイッチング動作を行う。図３では、第２のコンバータ２０のスイッチング波形が、スイッチング動作が継続していることを示している。こうして、第２のコンバータ２０の出力電圧が上昇し、時刻Ｔ３でフォトカプラＯＮ可能電圧を超える。

時刻Ｔ４では、出力電圧が制御電圧に到達する。フィードバック電圧（ＦＢ端子電圧）もスレッシュ電圧ＶｔｈＦＢ以下となるので、ＳＴＢ端子電圧に応じた動作モード指令が制御に用いられるようになる。

このように、スイッチング電源制御回路１００では、主電源が投入されてから、第２のコンバータ２０の出力電圧が制御電圧に到達するまでは、必ずノーマルモードで動作させる。図２によれば、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの間は、スタンバイ指令回路３０はノーマルモードを指示しているのに対し、フォトカプラＰＣ２（２５）がオフしているため、ＳＴＢ端子電圧はスタンバイモードを指示する。そこでこの期間をノーマルモードとすることによって、電源立ち上げ時に出力電圧が上昇する前に誤ってスタンバイモードと判定してしまい、ノーマルモードに復帰できなくなることを回避することが可能となる。

次にスタンバイ起動の場合について説明する。スタンバイ起動は、主電源投入（ＯＮ）時にスタンバイモードが選択されていた場合である。
図４は、スタンバイ起動における信号状態の時間変化を示した図である。なお、時刻Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４は、図２と同じ時刻を表す。

時刻Ｔ０において主電源が投入（ＯＮ）されると、制御ＩＣ２１のＶＣＣ電圧が上昇し、時刻Ｔ１においてＵＶＬＯオン電圧ＶＣＣＯＮに達する。時刻Ｔ１では、ＶＣＣ電圧がＶＣＣＯＮに達したので、制御ＩＣ２１が動作を開始する。このとき、フィードバック電圧（ＦＢ端子電圧）は、スレッシュ電圧ＶｔｈＦＢより高くなる。このため、コンパレータ１０１の出力はＨになる。一方、スタンバイ指令回路３０は、スタンバイモード指令（Ｌ）になり、第２のコンバータ２０の接続負荷にはスタンバイ電流が供給される。スタンバイモード検出用フォトカプラＰＣ２（２５）はオフしている。ＳＴＢ端子電圧はＬとなり、コンパレータ１０２の出力もＬ（スタンバイモード指令に相当する）となる。しかし、判定回路１０３は、コンパレータ１０１の出力がＨであるため、ノーマルモードとしてＨを出力する。これに伴ってＰＦＣ＿ＥＮ信号もＨになり、第１のコンバータ１０は、スイッチング動作を続ける。

その後、第２のコンバータ２０の出力が制御電圧近くまで上昇すると、フィードバック電圧（ＦＢ端子電圧）が下がり、Ｔ４時点でスレッシュ電圧ＶｔｈＦＢ以下になる。このとき、コンパレータ１０１の出力はＬとなる。ＳＴＢ端子電圧も、動作モード判定基準電圧ＶｔｈＳＴＢ以下であるので、コンパレータ１０２の出力がＬとなる。したがって、判定回路１０３の出力はスタンバイモード（Ｌ）に変わる。以降は、スタンバイ指令回路３０の出力がノーマルモード指示になるまで、スタンバイモードでの動作が継続される。

このように、電源投入による起動から出力電圧が制御電圧に到達するまでの間は、ノーマルモードとして動作させ、制御電圧に到達すると、指示された動作モードへ遷移する。これにより、スタンバイ起動の場合でも安定的に起動することが可能となる。

次に、第２の実施の形態のスイッチング電源制御回路について説明する。第１の実施の形態では、ＦＢ端子電圧がスレッシュ電圧ＶｔｈＦＢを超えている期間は、内部スタンバイ信号をノーマルモードとしたが、第２の実施の形態では、電源起動時の最初だけ、この機能が働くようにする。

図５は、第２の実施の形態のスイッチング電源制御回路を示した図である。このスイッチング電源制御回路１１０も、例えば、図６に示した制御ＩＣ２１に組み込まれる。図１に示したスイッチング電源制御回路１００と同じものには同じ番号を付す。

スイッチング電源制御回路１１０は、スイッチング電源制御回路１００に、第３の比較器１１２（以下、コンパレータ１１２とする）と、フリップフロップ回路（以下、ＦＦとする）１１３が付加され、コンパレータ１０１の代わりにコンパレータ１１１が配置されている。

ここで、コンパレータ１１１は、スイッチング電源制御回路１００のコンパレータ１０１と同様に、入力端子にＦＢ端子電圧と、スレッシュ電圧ＶｔｈＦＢが接続され、双方の電圧値を比較するが、入力端子の接続がコンパレータ１０１と逆になっている。このため、出力は、ＦＢ端子電圧がスレッシュ電圧ＶｔｈＦＢを超えているときはＬ、スレッシュ電圧ＶｔｈＦＢ以下のときはＨになる。すなわち、図２の制御ＩＣ２１が動作を開始した時刻Ｔ１から、ＦＢ端子電圧がスレッシュ電圧ＶｔｈＦＢ以下になる時刻Ｔ４までの期間の出力はＬ、それ以降はＨになる。しかし、時刻Ｔ４以降にＦＢ端子電圧がスレッシュ電圧ＶｔｈＦＢを超えることがあった場合には、出力信号がＬとなる場合もある。また、コンパレータ１１１の出力端子は、ＦＦ１１３に接続されている。なお、コンパレータ１１１として、コンパレータ１０１と同様に、安定化のため、ヒステリシス機能を有するものを使用するとよい。

コンパレータ１１２はその入力側端子に、ＶＣＣ端子を介してＶＣＣ信号、及びＶＣＣＯＮに対応するスレッシュ電圧ＶｔｈＶＣＣが接続され、出力側端子はＦＦ１１３に接続されている。なお、コンパレータ１１２は、コンパレータ１０１，１１１と同様に、安定化のため、ヒステリシス機能を有するものを使用するとよい。コンパレータ１１２は、ＶＣＣ端子電圧もしくは図示しない分圧回路などにより低電位側によりレベルシフトしたＶＣＣ端子電圧と、スレッシュ電圧ＶｔｈＶＣＣとを比較し、ＶＣＣ端子電圧もしくはレベルシフトしたＶＣＣ端子電圧がＶｔｈＶＣＣよりも低いとき、すなわち、主電源がＯＮされてからＶＣＣ電圧が上昇するまでの期間の出力信号はＨとなる。そして、ＶＣＣ電圧が上昇し、スレッシュ電圧ＶｔｈＶＣＣを超えると、出力信号はＬになる。

ＦＦ１１３は、ＲＳ型のＦＦであり、ＦＢ端子電圧がスレッシュ電圧ＶｔｈＦＢ以下となった以降は、コンパレータ１１１の出力状態を保持する保持回路として機能する。入力側のＳ端子にコンパレータ１１１の出力端子が、Ｒ端子にコンパレータ１１２の出力端子がそれぞれ接続され、出力側のＱＢ端子からの反転信号が判定回路１０３に入力される。

図２に示したように、時刻Ｔ０で主電源が投入され、時刻Ｔ１でＶＣＣ電圧がＶＣＣＯＮに達して制御ＩＣ２１が動作を開始すると、フィードバック電圧（ＦＢ端子電圧）は、スレッシュ電圧ＶｔｈＦＢより高くなる。このとき、コンパレータ１１１の出力はＬになる。また、コンパレータ１１２の出力は、Ｈとなる。これにより、ＦＦ１１３のＱＢ端子出力は、Ｈになる。

第２のコンバータ２０の出力が制御電圧近くまで上昇すると、フィードバック電圧（ＦＢ端子電圧）が下がり、Ｔ４時点でスレッシュ電圧ＶｔｈＦＢ以下になる。このとき、コンパレータ１１１の出力はＨとなり、コンパレータ１１２の出力がその前にＬとなっているので、ＦＦ１１３のＱＢ端子出力はＬになる。ここで、コンパレータ１１２の出力がＨからＬに反転するときのスレッシュ電圧ＶｔｈＶＣＣは、ＶＣＣＯＮより高く、フィードバック電圧がスレッシュ電圧ＶｔｈＦＢとなるときのＶＣＣ電圧より低いものとしている。すなわち、判定回路１０３は、時刻Ｔ１から時刻Ｔ４までのＦＢ端子電圧がスレッシュ電圧ＶｔｈＦＢを超えている期間は、Ｈを出力するが、それ以降はコンパレータ１０２の出力信号に応じてノーマルモード（Ｈ）またはスタンバイモード（Ｌ）が出力される。なお、スイッチング電源制御回路１１０では、ＦＦ１１３によって、一旦ＦＢ端子電圧がスレッシュ電圧ＶｔｈＦＢ以下となると、その後のＦＢ端子電圧に関係なく、ＳＴＢ端子電圧に応じて動作モードを切り替えることができる。その他の動作は、図２及び図３に示したスイッチング電源制御回路１００と同様の動作を行うので、説明は省略する。

このように、スイッチング電源制御回路１１０でも、電源投入による起動から出力電圧が制御電圧に到達するまでの間は、ノーマルモードとして動作させ、制御電圧に到達すると、指示された動作モードへ遷移する。これにより、スタンバイ起動の場合でも安定的に起動することが可能となる。また、一旦制御電圧に到達し、フィードバック電圧が低下した場合は、それ以降のフィードバック電圧に関係なくＳＴＢ端子電圧に応じてノーマルモードとスタンバイモードの切り替えを行うことができる。

なお、実施の形態の説明では、スイッチング電源回路を第１のコンバータ１０と第２のコンバータ２０の二段構成としたが、第１のコンバータ１０のない一段構成のＤＣ／ＤＣコンバータでも適用可能である。すなわち、当該コンバータがスタンバイ時にスイッチングの停止、間欠動作もしくは低周波数でのＰＦＭ制御を行うものであっても、上記２つの実施例と同様の構成を適用することにより、起動から出力電圧が制御電圧に到達するまでの間はノーマルモードとして動作させることができ、停止、間欠動作もしくは低周波数でのＰＦＭ制御とはならないから、出力電圧を安定して立ち上げることができる。また、第２のコンバータ２０として、ハーフブリッジ電流共振回路を例に挙げたが、フライバック方式などの他方式の電源回路にも適用できる。

また、スタンバイモードの指示を２次側から１次側に伝達する手段は、フォトカプラに限定されない。絶縁されている２次側から１次側へ所定の信号を送ることができればよい。例えば、パルストランスなどを用いることができる。

第１の実施の形態のスイッチング電源制御回路を示した図である。 定格負荷起動における信号状態の時間変化を示した図である。 定格負荷起動におけるスイッチング電源の動作状態の時間変化を示した図である。 スタンバイ起動における信号状態の時間変化を示した図である。 第２の実施の形態のスイッチング電源制御回路を示した図である。 スイッチング電源回路の一例を示した図である。 従来のスイッチング電源制御回路の一例を示した図である。 従来のスタンバイ起動における動作状態の時間変化を示した図である。 従来の定負荷起動における動作状態の時間変化を示した図である。

符号の説明

１０ 第１のコンバータ
２０ 第２のコンバータ
２１ 制御ＩＣ
３０ スタンバイ指令回路
１００ スイッチング電源制御回路（第１の実施の形態）
１０１ 第１の比較器（コンパレータ）
１０２ 第２の比較器（コンパレータ）
１０３ 判定回路
１０４ ＶＣＯ
１０５ 制御回路
１１０ スイッチング電源制御回路（第２の実施の形態）
１１１，１１２ コンパレータ
ＰＣ１，ＰＣ２ フォトカプラ

Claims (6)

1. スイッチング電源を通常状態または待機状態に切り替えて動作させるスイッチング電源制御回路において、
   スイッチング電源の出力電圧を検出する出力電圧検出回路のフィードバック信号を入力して制御電圧に応じたフィードバック基準電圧と比較し、前記出力電圧が前記制御電圧に到達したか否かを示す電圧判定信号を出力する第１の比較器と、
   前記スイッチング電源の出力電圧により動作する信号発生部が生成する切り替え指示信号を入力して動作状態判定基準と比較し、前記切り替え指示信号が待機動作指示であるか否かを示す切り替え判定信号を出力する第２の比較器と、
   前記第１の比較器と前記第２の比較器とに接続され、前記電圧判定信号によって前記スイッチング電源の出力電圧が前記制御電圧に到達したことが検出された後、前記切り替え判定信号を有効とする判定回路と、
   前記判定回路に接続され、前記スイッチング電源を、前記出力電圧が前記制御電圧に到達するまでは前記通常状態で動作させ、前記出力電圧が前記制御電圧に到達した以降は前記切り替え指示信号に基づく動作状態で動作させる制御回路と、
   を有することを特徴とするスイッチング電源制御回路。
2. 前記スイッチング電源制御回路は、絶縁トランスを挟んで１次側と、負荷が接続される２次側と、に分かれる前記スイッチング電源の１次側に配置され、
   外部からの切り替え指示に応じて前記通常状態または前記待機状態を指示する前記切り替え指示信号を生成する前記信号発生部は、前記スイッチング電源の２次側に配置される、
   ことを特徴とする請求項１記載のスイッチング電源制御回路。
3. 前記第１の比較器は、前記電圧判定信号を安定化させるヒステリシス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制御回路。
4. 前記スイッチング電源制御回路は、さらに、前記出力電圧が前記制御電圧に到達し、前記フィードバック信号が前記フィードバック基準電圧に到達した以降は、前記第１の比較器の出力信号状態を保持する保持回路を有し、
   前記出力電圧が前記制御電圧に到達した以降は、前記第２の比較器の検出する前記切り替え判定信号に基づいて前記動作状態を決定させることを特徴とする請求項１記載のスイッチング電源制御回路。
5. フォトカプラもしくはパルストランスを介して前記信号発生部から前記第２の比較器に前記切り替え判定信号を送信することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のスイッチング電源制御回路。
6. 前記スイッチング電源がＰＦＣコンバータとＤＣ−ＤＣコンバータとの２段構成となっていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のスイッチング電源制御回路。

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