JP5513072B2

JP5513072B2 - スイッチング電源装置

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Publication number: JP5513072B2
Application number: JP2009246186A
Authority: JP
Inventors: 英樹平川
Original assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2009-10-27
Filing date: 2009-10-27
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2029-10-27
Also published as: JP2011097663A

Description

本発明は、スイッチング電源装置に関する。

従来より、接続される負荷の変動に応じて通常動作制御と間欠動作制御とを切り替えるスイッチング電源装置がある（例えば、特許文献１参照）。

［スイッチング電源装置１００の構成］
図７は、従来例に係るスイッチング電源装置１００の回路図である。スイッチング電源装置１００は、トランスＴと、トランスＴの１次側に設けられた１次側回路１１０と、トランスＴの２次側に設けられた２次側回路１２０と、を備える。

［１次側回路１１０の構成］
図８は、１次側回路１１０の回路図であり、図９は、図８に示す１次側回路１１０の一部を示す回路図である。１次側回路１１０は、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５と、キャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６と、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４と、ツェナーダイオードＺＤ１、ＺＤ２と、ＮＰＮ型トランジスタで構成されるスイッチ素子Ｑ１と、フォトトランジスタＰＣ１１、ＰＣ１２と、制御部１１と、を備える。

制御部１１には、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７の７つの端子が設けられている。この制御部１１は、スイッチ（図示省略）を備えており、スイッチの一端には端子Ｐ７が接続され、スイッチの他端には端子Ｐ５が接続される。

トランスＴの１次巻線Ｔ１の一端には、入力端子ＩＮ１および端子Ｐ６が接続されるとともに、キャパシタＣ１を介して基準電位端子ＧＮＤ１が接続される。基準電位端子ＧＮＤ１には、端子Ｐ３が接続されるとともに、抵抗Ｒ１を介して端子Ｐ５が接続される。トランスＴの１次巻線Ｔ１の他端には、端子Ｐ７が接続されるとともに、キャパシタＣ２を介して端子Ｐ５が接続される。

トランスＴの制御巻線Ｔ２の一端には、端子Ｐ３を介して基準電位端子ＧＮＤ１が接続される。トランスＴの制御巻線Ｔ２の他端には、キャパシタＣ３を介して端子Ｐ３に接続された端子Ｐ１と、ダイオードＤ１のアノードと、ツェナーダイオードＺＤ１のアノードと、が接続される。ダイオードＤ１のカソードには、キャパシタＣ４を介して端子Ｐ３に接続された端子Ｐ４が接続される。

ツェナーダイオードＺＤ１のカソードには、抵抗Ｒ２の一端が接続される。抵抗Ｒ２の他端には、ダイオードＤ２のカソードが接続されるとともに、キャパシタＣ５を介して端子Ｐ３が接続される。ダイオードＤ２のアノードには、端子Ｐ２が接続されるとともに、抵抗Ｒ３を介して端子Ｐ３が接続される。端子Ｐ２には、フォトトランジスタＰＣ１１のコレクタと、キャパシタＣ６の一方の電極と、ツェナーダイオードＺＤ２のカソードと、が接続される。フォトトランジスタＰＣ１１のエミッタと、キャパシタＣ６の他方の電極と、ツェナーダイオードＺＤ２のアノードとには、端子Ｐ３が接続される。

端子Ｐ４には、抵抗Ｒ５の一端が接続される。抵抗Ｒ５の他端には、フォトトランジスタＰＣ１２のコレクタと、ダイオードＤ４のアノードと、が接続される。ダイオードＤ４のカソードには、スイッチ素子Ｑ１のベースが接続されるとともに、抵抗Ｒ４を介して端子Ｐ３が接続される。フォトトランジスタＰＣ１２のエミッタと、スイッチ素子Ｑ１のエミッタとには、端子Ｐ３が接続される。スイッチ素子Ｑ１のコレクタには、ダイオードＤ３のカソードが接続され、ダイオードＤ３のアノードには、端子Ｐ１が接続される。

［２次側回路１２０の構成］
図１０は、２次側回路１２０の回路図である。２次側回路１２０は、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ１５、Ｒ１６、Ｒ１７、Ｒ１８、Ｒ１９と、キャパシタＣ１１、Ｃ１２と、ダイオードＤ１１と、ＮＰＮ型トランジスタで構成されるスイッチ素子Ｑ１１と、フォトトランジスタＰＣ１１と対に設けられたフォトダイオードＰＣ２１と、フォトトランジスタＰＣ１２と対に設けられたフォトダイオードＰＣ２２と、シャントレギュレータＴＬと、を備える。

トランスＴの２次巻線Ｔ３の一端には、基準電位端子ＧＮＤ２、ＧＮＤ３と、基準電位源ＧＮＤと、が接続される。トランスＴの２次巻線Ｔ３の他端には、ダイオードＤ１１のアノードが接続される。ダイオードＤ１１のカソードには、キャパシタＣ１１を介して基準電位端子ＧＮＤ２が接続されるとともに、出力端子ＯＵＴと、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３のそれぞれの一端と、が接続される。

抵抗Ｒ１１の他端には、フォトダイオードＰＣ２１のアノードと、抵抗Ｒ１４の一端と、が接続される。フォトダイオードＰＣ２１のカソードと、抵抗Ｒ１４の他端とには、シャントレギュレータＴＬのカソードが接続される。シャントレギュレータＴＬのアノードには、基準電位源ＧＮＤが接続される。

抵抗Ｒ１３の他端には、シャントレギュレータＴＬのリファレンスが接続されるとともに、抵抗Ｒ１７を介して基準電位源ＧＮＤと、抵抗Ｒ１６およびキャパシタＣ１２を介してシャントレギュレータＴＬのカソードと、が接続される。

抵抗Ｒ１２の他端には、フォトダイオードＰＣ２２のアノードと、抵抗Ｒ１５の一端と、が接続される。フォトダイオードＰＣ２２のカソードと、抵抗Ｒ１５の他端とには、スイッチ素子Ｑ１１のコレクタが接続される。スイッチ素子Ｑ１１のエミッタには、基準電位源ＧＮＤが接続される。スイッチ素子Ｑ１１のベースには、抵抗Ｒ１８を介して基準電位源ＧＮＤが接続されるとともに、抵抗Ｒ１９を介して入力端子ＩＮ２が接続される。

［スイッチング電源装置１００の動作］
以上の構成を備えるスイッチング電源装置１００は、端子Ｐ５と端子Ｐ７との間に設けられた上述のスイッチ（図示省略）をオンオフさせることで、出力端子ＯＵＴから電力を出力する。

具体的には、まず、入力端子ＩＮ１に、図示しない入力源から電流を供給している状態で、制御部１１により、上述のスイッチをオン状態にする。すると、入力端子ＩＮ１に供給された電流が、トランスＴの１次巻線Ｔ１の一端から他端に流れ、トランスＴにエネルギーが蓄積される。

次に、上述のスイッチをオン状態にしてから所定時間が経過した後に、制御部１１により、上述のスイッチをオフ状態にする。すると、上述のスイッチがオン状態であった期間にトランスＴに蓄積されたエネルギーにより、トランスＴの２次巻線Ｔ３には、一端から他端に電流を流そうとする起電力が生じる。トランスＴの２次巻線Ｔ３に生じた起電力は、ダイオードＤ１１およびキャパシタＣ１１により整流および平滑化され、出力端子ＯＵＴから出力される。

＜通常動作制御＞
ここで、スイッチング電源装置１００は、基準電位源ＧＮＤより高電位であるＨレベル電圧が入力端子ＩＮ２に入力されると、制御部１１により通常動作制御を行う。通常動作制御では、上述のスイッチのオンオフが所定の周期で行われる。

具体的には、入力端子ＩＮ２にＨレベル電圧が入力されると、図１０に示すように、スイッチ素子Ｑ１１がオン状態となる。すると、出力端子ＯＵＴと基準電位源ＧＮＤとの電位差により、フォトダイオードＰＣ２２に電流が流れ、フォトダイオードＰＣ２２が光を出射する。このため、フォトダイオードＰＣ２２と対に設けられたフォトトランジスタＰＣ１２は、オン状態となる。

フォトトランジスタＰＣ１２がオン状態になると、図９に示すように、フォトトランジスタＰＣ１２のコレクタは、端子Ｐ３と導通する。このため、フォトトランジスタＰＣ１２のコレクタは、端子Ｐ３に接続される基準電位端子ＧＮＤ１と略同電位となり、フォトトランジスタＰＣ１２のコレクタとエミッタとの電位差は、略「０」となる。ここで、フォトトランジスタＰＣ１２には、ダイオードＤ４および抵抗Ｒ４で構成される直列接続部が並列接続される。このため、フォトトランジスタＰＣ１２のコレクタとエミッタとの電位差が略「０」になると、上述の直列接続部の両端の電位差が略「０」となり、抵抗Ｒ４の両端の電位差も略「０」となる。これによれば、抵抗Ｒ４の両端に接続されたスイッチ素子Ｑ１のベースとエミッタとの間の電位差が略「０」となり、スイッチ素子Ｑ１がオフ状態になる。

スイッチ素子Ｑ１がオフ状態になると、端子Ｐ１と端子Ｐ３とは、絶縁される。ここで、端子Ｐ１は、図８に示すように、トランスＴの制御巻線Ｔ２の他端に接続される。このため、端子Ｐ１と端子Ｐ３とが絶縁されると、端子Ｐ１の電圧は、トランスＴの制御巻線Ｔ２の他端の電圧に略等しくなり、基準電位端子ＧＮＤ１より高電位となる。

端子Ｐ１に、基準電位端子ＧＮＤ１より高電位の電圧が入力されると、制御部１１は、上述のスイッチを所定の周期でオンオフさせる。これによれば、スイッチング電源装置１００は、通常動作制御を行うこととなる。

＜間欠動作制御＞
一方、スイッチング電源装置１００は、基準電位源ＧＮＤと略同電位であるＬレベル電圧が入力端子ＩＮ２に入力されると、制御部１１により間欠動作制御を行う。間欠動作制御では、上述のスイッチが所定の周期でオンオフする発振期間と、上述のスイッチのオンオフが停止する停止期間とが、出力端子ＯＵＴから出力される電圧に応じて繰り返される。

具体的には、入力端子ＩＮ２にＬレベル電圧が入力されると、図１０に示すように、スイッチ素子Ｑ１１がオフ状態となる。このため、出力端子ＯＵＴが基準電位源ＧＮＤより高電位であっても、フォトダイオードＰＣ２２には電流が流れず、フォトダイオードＰＣ２２は光を出射しない。したがって、フォトダイオードＰＣ２２と対に設けられたフォトトランジスタＰＣ１２は、オフ状態となる。

フォトトランジスタＰＣ１２がオフ状態になると、図９に示すように、フォトトランジスタＰＣ１２のコレクタの電圧は、端子Ｐ４の電圧から、抵抗Ｒ５において降下する電圧を差し引いたものに等しくなる。ここで、端子Ｐ４は、図８に示すように、ダイオードＤ１を介してトランスＴの制御巻線Ｔ２の他端に接続されている。このため、フォトトランジスタＰＣ１２のコレクタの電圧は、トランスＴの制御巻線Ｔ２の他端の電圧が上昇するに従って上昇し、端子Ｐ４からは、抵抗Ｒ５、ダイオードＤ４、および抵抗Ｒ４を介して端子Ｐ３に電流が流れ、端子Ｐ４の両端に電位差が生じる。そして、フォトトランジスタＰＣ１２のコレクタの電圧が所定の電圧になり、抵抗Ｒ４の両端の電位差が所定値になると、抵抗Ｒ４の両端にベースおよびエミッタが接続されたスイッチ素子Ｑ１は、オン状態になる。

スイッチ素子Ｑ１がオン状態になると、端子Ｐ１は、ダイオードＤ３およびオン状態のスイッチ素子Ｑ１を介して、端子Ｐ３と導通する。このため、端子Ｐ１は、端子Ｐ３に接続される基準電位端子ＧＮＤ１と略同電位となる。

端子Ｐ１に、基準電位端子ＧＮＤ１と略同電位の電圧が入力されると、制御部１１は、発振期間と停止期間とを、出力端子ＯＵＴから出力される電圧に応じて繰り返す。これによれば、スイッチング電源装置１００は、間欠動作制御を行うこととなる。

＜発振期間および停止期間＞
以下に、間欠動作制御における発振期間および停止期間について、説明する。

図１０に示すように、出力端子ＯＵＴから出力される電圧は、抵抗Ｒ１３と抵抗Ｒ１７とで分圧され、シャントレギュレータＴＬのリファレンスに印加される。このため、シャントレギュレータＴＬのリファレンスの電圧は、出力端子ＯＵＴから出力される電圧が上昇するに従って上昇する。そして、出力端子ＯＵＴから出力される電圧が予め定めた値まで上昇すると、シャントレギュレータＴＬがオン状態となる。

シャントレギュレータＴＬがオン状態になると、出力端子ＯＵＴと基準電位源ＧＮＤとの電位差により、フォトダイオードＰＣ２１に電流が流れ、フォトダイオードＰＣ２１が光を出射する。このため、フォトダイオードＰＣ２１と対に設けられたフォトトランジスタＰＣ１１は、オン状態となる。

フォトトランジスタＰＣ１１がオン状態になると、図９に示すように、端子Ｐ２は、オン状態のフォトトランジスタＰＣ１１を介して端子Ｐ３と導通する。このため、端子Ｐ２は、端子Ｐ３に接続される基準電位端子ＧＮＤ１と略同電位となる。

端子Ｐ２に、基準電位端子ＧＮＤ１と略同電位の電圧が入力されると、制御部１１は、上述のスイッチのオンオフを停止させる。これによれば、上述の停止期間が開始されることとなる。

停止期間では、出力端子ＯＵＴから出力される電圧は、時間が経過するに従って低下する。そして、出力端子ＯＵＴから出力される電圧が予め定めた値より低くなると、図１０に示すように、シャントレギュレータＴＬがオフ状態となる。

シャントレギュレータＴＬがオフ状態になると、出力端子ＯＵＴが基準電位源ＧＮＤより高電位であっても、フォトダイオードＰＣ２１には電流が流れなくなり、フォトダイオードＰＣ２１が光を出射しなくなる。このため、フォトダイオードＰＣ２１と対に設けられたフォトトランジスタＰＣ１１は、オフ状態となる。

フォトトランジスタＰＣ１１がオフ状態になると、図９に示すように、端子Ｐ２と端子Ｐ３とは、絶縁される。ここで、端子Ｐ２は、図８に示すように、ダイオードＤ２、抵抗Ｒ２、およびツェナーダイオードＺＤ１を介して、トランスＴの制御巻線Ｔ２の他端に接続される。このため、端子Ｐ２と端子Ｐ３とが絶縁されると、端子Ｐ２の電圧は、トランスＴの制御巻線Ｔ２の電圧に応じて変動し、基準電位端子ＧＮＤ１より高電位となる。

端子Ｐ２に、基準電位端子ＧＮＤ１より高電位の電圧が入力されると、制御部１１は、上述のスイッチのオンオフを所定の周期で行う。これによれば、上述の発振期間が開始されることとなる。

特開２００２−１３６１２４号公報

上述のスイッチング電源装置１００では、発振期間において、出力端子ＯＵＴに接続される負荷が軽くなるに従って、出力端子ＯＵＴから出力される電圧が高くなる。そして、出力端子ＯＵＴから出力される電圧が予め定めた値まで上昇して、シャントレギュレータＴＬがオン状態となると、上述のように停止期間となる。これによれば、出力端子ＯＵＴに接続される負荷が微少である期間では、上述のスイッチをオフ状態にして、スイッチング電源装置１００の消費電力を削減できる。

このような従来のスイッチング電源装置では、接続される負荷が微少である期間における消費電力をさらに低減することが要請されていた。

上述の課題を鑑み、本発明は、微少負荷時における消費電力を削減することを目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するために、以下の事項を提案している。
（１）本発明は、トランス（例えば、図７のトランスＴに相当）と、前記トランスの１次巻線（例えば、図７のトランスＴの１次巻線Ｔ１に相当）に直列接続されたスイッチ（例えば、図１の制御部１１の端子Ｐ５と端子Ｐ７との間に設けられたスイッチに相当）と、第１端子（例えば、図５の端子Ｐ４に相当）および第２端子（例えば、図５の端子Ｐ２に相当）を有し、当該第２端子の電圧に応じて前記スイッチのオンオフを制御する制御手段（例えば、図１の制御部１１に相当）と、前記第１端子の電圧が第１閾値以上になると、前記第２端子の電圧を第１電圧（例えば、図５の端子Ｐ３の電圧に相当）にする停止制御手段（例えば、図５のツェナーダイオードＺＤ４およびスイッチ素子Ｑ２に相当）と、を備え、前記第１端子の電圧は、前記トランスの制御巻線（例えば、図７のトランスＴの制御巻線Ｔ２に相当）の電圧が上昇するに従って上昇し、前記制御手段は、前記第２端子の電圧が前記第１電圧になると、前記スイッチをオフ状態にさせる間接制御を行うことを特徴とするスイッチング電源装置を提案している。

ここで、図７に示した従来例に係るスイッチング電源装置１００では、出力端子ＯＵＴから出力される電圧に基づいて、２次側回路１２０に設けられたフォトダイオードＰＣ２１やシャントレギュレータＴＬと、１次側回路１１０に設けられたフォトトランジスタＰＣ１１や制御部１１と、を動作させて、停止期間にしていた。このため、停止期間においては、２次側回路１２０に設けられたフォトダイオードＰＣ２１やシャントレギュレータＴＬが動作し、これらフォトダイオードＰＣ２１やシャントレギュレータＴＬに電流が流れ、電力が消費されていた。

そこで、この発明によれば、スイッチング電源装置に、トランスと、トランスの１次巻線に直列接続されたスイッチと、第１端子および第２端子を有する制御手段と、停止制御手段と、を設けた。そして、第１端子の電圧は、トランスの制御巻線の電圧が上昇するに従って上昇するものとした。また、第１端子の電圧が第１閾値以上になると、停止制御手段により第２端子の電圧を第１電圧にし、第２端子の電圧が第１電圧になると、制御手段によりスイッチをオフ状態にさせる間接制御を行うこととした。

このため、本発明に係るスイッチング電源装置では、トランスの制御巻線の電圧に基づいて、制御手段および停止制御手段を動作させて、スイッチをオフ状態にする。すなわち、トランスの２次側に設けられる回路を動作させることなく、スイッチング電源装置に接続される負荷が微少である期間において、スイッチをオフ状態にすることができる。よって、トランスの２次側に設けられた２次側回路１２０を動作させないとスイッチをオフ状態にすることができないスイッチング電源装置１００と比べて、スイッチング電源装置に接続される負荷が微少である期間における消費電力を削減できる。

（２）本発明は、（１）のスイッチング電源装置について、前記制御手段は、第３端子（例えば、図４の端子Ｐ１に相当）をさらに有し、前記第３端子の電圧が第２電圧（例えば、図４の端子Ｐ３の電圧に相当）になると、前記スイッチをオンオフさせる発振期間と、前記スイッチのオンオフを停止させる停止期間と、を繰り返す間欠動作制御を行い、前記第３端子と、前記第２電圧を出力する第２電圧出力手段（例えば、図４の端子Ｐ３や図１の基準電位端子ＧＮＤ１に相当）と、の間に直列接続された第１スイッチ素子（例えば、図４のスイッチ素子Ｑ１に相当）と、前記第１端子と、前記第１スイッチ素子の制御端子と、の間に直列接続された第１抵抗（例えば、図４の抵抗Ｒ５に相当）および第２抵抗（例えば、図４の抵抗Ｒ９に相当）と、を備えることを特徴とするスイッチング電源装置を提案している。

ここで、図７に示した従来例に係るスイッチング電源装置１００では、図８に示したように、スイッチ素子Ｑ１のベースには、抵抗Ｒ５を介して、端子Ｐ４から電流が流れる。

これに対して、この発明によれば、制御手段は、第３端子をさらに有し、第３端子の電圧が第２電圧になると、スイッチをオンオフさせる発振期間と、スイッチのオンオフを停止させる停止期間と、を繰り返す間欠動作制御を行うこととした。そして、スイッチング電源装置に、第１スイッチ素子、第１抵抗、および第２抵抗を設け、第１スイッチ素子を、第３端子と第２電圧を出力する第２電圧出力手段との間に直列接続し、第１抵抗および第２抵抗を、第１端子と第１スイッチ素子の制御端子との間に直列接続した。

このため、上述のスイッチ素子Ｑ１に相当する第１スイッチ素子の制御端子には、上述の抵抗Ｒ５に相当する第１抵抗と、第２抵抗と、を介して、第１端子から電流が流れる。したがって、第２抵抗が接続されている分だけ、第１スイッチ素子の制御端子に流れる電流は、スイッチング電源装置１００が備えるスイッチ素子Ｑ１のベース電流より少なくなる。よって、スイッチング電源装置の消費電力をさらに削減できる。

（３）本発明は、トランス（例えば、図７のトランスＴに相当）と、前記トランスの１次巻線（例えば、図７のトランスＴの１次巻線Ｔ１に相当）に直列接続されたスイッチ（例えば、図１の制御部１１の端子Ｐ５と端子Ｐ７との間に設けられたスイッチに相当）と、第１端子（例えば、図６の端子Ｐ４に相当）、第２端子（例えば、図６の端子Ｐ２に相当）、および第３端子（例えば、図２の端子Ｐ１に相当）を有し、当該第３端子の電圧が第２電圧（例えば、図２の端子Ｐ３の電圧に相当）になると、前記スイッチをオンオフさせる発振期間と、前記スイッチのオンオフを停止させる停止期間と、を繰り返す間欠動作制御を行い、当該第２端子の電圧が第１電圧（例えば、図６の端子Ｐ３の電圧に相当）になると前記スイッチをオフ状態にさせる間接制御を行う制御手段（例えば、図１の制御部１１に相当）と、前記制御手段により間欠動作制御が行われている期間に、前記第１端子の電圧が第２閾値以上かつ第３閾値以下になると、前記第２端子の電圧を前記第１電圧にする停止制御手段（例えば、図６のツェナーダイオードＺＤ３およびスイッチ素子Ｑ２、Ｑ３に相当）と、を備え、前記第１端子の電圧は、前記トランスの制御巻線（例えば、図７のトランスＴの制御巻線Ｔ２に相当）の電圧が上昇するに従って上昇することを特徴とするスイッチング電源装置を提案している。

そこで、この発明によれば、スイッチング電源装置に、トランスと、トランスの１次巻線に直列接続されたスイッチと、第１端子、第２端子、および第３端子を有する制御手段と、停止制御手段と、を設けた。そして、第１端子の電圧は、トランスの制御巻線の電圧が上昇するに従って上昇するものとした。また、制御手段により間欠動作制御が行われている期間に、第１端子の電圧が第２閾値以上かつ第３閾値以下になると、停止制御手段により第２端子の電圧を第１電圧にし、第２端子の電圧が第１電圧になると、制御手段によりスイッチをオフ状態にさせる間接制御を行うこととした。

このため、本発明に係るスイッチング電源装置では、間欠動作制御が行われている期間に、トランスの制御巻線の電圧に基づいて、制御手段および停止制御手段を動作させて、スイッチをオフ状態にする。すなわち、トランスの２次側に設けられる回路を動作させることなく、スイッチング電源装置に接続される負荷が微少である期間において、スイッチをオフ状態にすることができる。よって、トランスの２次側に設けられた２次側回路１２０を動作させないとスイッチをオフ状態にすることができないスイッチング電源装置１００と比べて、スイッチング電源装置に接続される負荷が微少である期間における消費電力を削減できる。

また、この発明によれば、上述のように、制御手段により間欠動作制御が行われている期間に、第１端子の電圧が第２閾値以上かつ第３閾値以下になると、停止制御手段により第２端子の電圧を第１電圧にし、第２端子の電圧が第１電圧になると、制御手段によりスイッチをオフ状態にさせる間接制御を行うこととした。

ここで、スイッチング電源装置に接続される負荷が軽くなるに従って、トランスの制御巻線のリーケージエネルギーが減少し、その結果、第１端子の電圧が低下する。また、間欠動作制御が行われると、第１端子の電圧は、リップル電圧を伴って低下する。

このため、まず、通常動作制御を行っている期間において、スイッチング電源装置に接続される負荷が軽くなると、間欠動作制御を行い、間欠動作制御を行っている期間に、上述の負荷がさらに軽くなると、間接制御を行う。したがって、負荷の状態に応じて、通常動作制御を行う期間と、間欠動作制御を行う期間と、間接制御を行う期間と、を切り替えることができるので、スイッチング電源装置の消費電力をさらに削減できる。

（４）本発明は、（３）のスイッチング電源装置について、前記第３端子と、前記第２電圧を出力する第２電圧出力手段（例えば、図４の端子Ｐ３の電圧に相当）と、の間に直列接続された第１スイッチ素子（例えば、図４のスイッチ素子Ｑ１に相当）と、前記第１端子と、前記第１スイッチ素子の制御端子と、の間に直列接続された第１抵抗（例えば、図４の抵抗Ｒ５に相当）および第２抵抗（例えば、図４の抵抗Ｒ９に相当）と、を備えることを特徴とするスイッチング電源装置を提案している。

これに対して、この発明によれば、スイッチング電源装置に、第１スイッチ素子、第１抵抗、および第２抵抗を設け、第１スイッチ素子を、第３端子と第２電圧を出力する第２電圧出力手段との間に直列接続し、第１抵抗および第２抵抗を、第１端子と第１スイッチ素子の制御端子との間に直列接続した。

（５）本発明は、（２）または（４）のスイッチング電源装置について、前記停止制御手段は、前記第２端子と、前記第１電圧を出力する第１電圧出力手段（例えば、図４の端子Ｐ３や図１の基準電位端子ＧＮＤ１に相当）と、の間に直列接続された第２スイッチ素子（例えば、図２のスイッチ素子Ｑ２に相当）を備え、前記第２スイッチ素子の制御端子には、前記第１抵抗と前記第２抵抗との接続点が接続されることを特徴とするスイッチング電源装置を提案している。

ここで、第２抵抗が設けられていない場合には、第２スイッチ素子の制御端子の電圧が、第２スイッチ素子がターンオンするのに必要な電圧まで上昇しないおそれがある。

そこで、この発明によれば、停止制御手段に、第２端子と、第１電圧を出力する第１電圧出力手段と、の間に直列接続された第２スイッチ素子を設け、第２スイッチ素子の制御端子には、第１抵抗と第２抵抗との接続点を接続した。

このため、第２スイッチ素子の制御端子の電圧は、第１抵抗と第２抵抗とで第１端子の電圧を分圧したものとなり、第２抵抗が設けられていない場合と比べて、第２抵抗が設けられた分だけ高くなる。したがって、第２スイッチ素子の制御端子の電圧を、第２スイッチ素子がターンオンするのに必要な電圧まで上昇させることができる。

本発明によれば、微少負荷時における消費電力を削減できる。

本発明の一実施形態に係るスイッチング電源装置が備える１次側回路の回路図である。前記１次側回路の一部を示す図である。前記スイッチング電源装置の消費電力を示す図である。前記１次側回路の一部を示す図である。前記１次側回路の一部を示す図である。前記１次側回路の一部を示す図である。従来例に係るスイッチング電源装置の回路図である。前記スイッチング電源装置が備える１次側回路の回路図である。前記１次側回路の一部を示す図である。前記スイッチング電源装置が備える２次側回路の回路図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素などとの置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、以下の実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

本発明の一実施形態に係るスイッチング電源装置１は、図７に示した従来例に係るスイッチング電源装置１００とは、１次側回路１１０の代わりに１次側回路１０を備える点が異なる。

［１次側回路１０の構成］
図１は、１次側回路１０の回路図である。１次側回路１０は、図８に示した従来例に係る１次側回路１１０とは、ダイオードＤ４の代わりに、抵抗Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９と、ツェナーダイオードＺＤ３、ＺＤ４、ＺＤ５と、ＮＰＮ型トランジスタで構成されるスイッチ素子Ｑ２、Ｑ３と、を備える点が異なる。なお、１次側回路１０について、１次側回路１１０と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。

抵抗Ｒ９の一端と、ツェナーダイオードＺＤ４のカソードとには、フォトトランジスタＰＣ１２のコレクタが接続される。抵抗Ｒ９の他端には、ツェナーダイオードＺＤ５のカソードが接続され、ツェナーダイオードＺＤ５のアノードには、スイッチ素子Ｑ１のベースが接続される。

ツェナーダイオードＺＤ４のアノードには、スイッチ素子Ｑ２のベースと、スイッチ素子Ｑ３のコレクタと、が接続されるとともに、抵抗Ｒ８を介して端子Ｐ３が接続される。スイッチ素子Ｑ２のエミッタには、端子Ｐ３が接続され、スイッチ素子Ｑ２のコレクタには、抵抗Ｒ６を介して端子Ｐ２が接続される。

スイッチ素子Ｑ３のエミッタには、端子Ｐ３が接続され、スイッチ素子Ｑ３のベースには、抵抗Ｒ７を介してツェナーダイオードＺＤ３のアノードが接続される。ツェナーダイオードＺＤ３のカソードには、端子Ｐ４が接続される。

［スイッチング電源装置１の動作］
以上の１次側回路１０を備えるスイッチング電源装置１は、図７に示した従来例に係るスイッチング電源装置１００と同様に、入力端子ＩＮ２に入力される電圧に応じて、通常動作制御と間欠動作制御とを切り替えるとともに、出力端子ＯＵＴから出力される電圧に応じて、間欠動作制御時における発振期間と停止期間とを切り替える。さらに、スイッチング電源装置１は、端子Ｐ４の電圧に応じて、間欠動作制御時において間接制御を行ったり行わなかったりする。間接制御では、上述のスイッチをオフ状態にする。この間接制御について、図２を用いて以下に説明する。

＜間接制御＞
図２は、図１に示した１次側回路１０の一部を示す回路図である。上述のように、入力端子ＩＮ２にＬレベル電圧が入力されることにより、２次側回路１２０に設けられたフォトダイオードＰＣ２２が光を出射しないと、フォトダイオードＰＣ２２と対に設けられたフォトトランジスタＰＣ１２は、オフ状態となる。

フォトトランジスタＰＣ１２がオフ状態になると、フォトトランジスタＰＣ１２のコレクタの電圧は、端子Ｐ４の電圧から、抵抗Ｒ５において降下する電圧を差し引いたものに等しくなる。そして、フォトトランジスタＰＣ１２のコレクタの電圧が所定の電圧になり、抵抗Ｒ４の両端の電位差が所定値になると、抵抗Ｒ４の両端にベースおよびエミッタが接続されたスイッチ素子Ｑ１は、オン状態になる。

スイッチ素子Ｑ１がオン状態になると、端子Ｐ１は、端子Ｐ３に接続される基準電位端子ＧＮＤ１と略同電位となり、その結果、スイッチング電源装置１は、間欠動作制御を行うこととなる。

なお、スイッチ素子Ｑ１がオン状態になった時点では、端子Ｐ４の電圧は、ツェナーダイオードＺＤ３のツェナー電圧以上であるものとする。これによれば、スイッチ素子Ｑ１がオン状態になった時点では、ツェナーダイオードＺＤ３が導通状態であるため、スイッチ素子Ｑ３がオン状態となる。スイッチ素子Ｑ３がオン状態であれば、スイッチ素子Ｑ２のベース−エミッタ間電圧が「０」となるので、スイッチ素子Ｑ２がオフ状態となる。スイッチ素子Ｑ２がオフ状態になると、端子Ｐ２と端子Ｐ３とは、絶縁されるので、端子Ｐ２の電圧は、トランスＴの制御巻線Ｔ２の電圧に応じて変動し、端子Ｐ３に接続される基準電位端子ＧＮＤ１より高電位となる。以上より、スイッチ素子Ｑ１がオン状態になった時点では、間欠動作制御が開始され、発振期間となる。

間欠動作制御が行われると、トランスＴの制御巻線Ｔ２の他端にダイオードＤ１を介して接続された端子Ｐ４の電圧は、リップル電圧を伴って低下する。また、スイッチング電源装置１に接続される負荷が軽くなるに従って、トランスＴの制御巻線Ｔ２のリーケージエネルギーが減少し、その結果、端子Ｐ４の電圧が低下する。そして、端子Ｐ４の電圧がツェナーダイオードＺＤ３のツェナー電圧未満になると、ツェナーダイオードＺＤ３が絶縁状態となり、スイッチ素子Ｑ３がオフ状態となる。このため、フォトトランジスタＰＣ１２のコレクタの電圧、すなわち端子Ｐ４の電圧から抵抗Ｒ５において降下する電圧を差し引いたものが、ツェナーダイオードＺＤ４のツェナー電圧以上であれば、スイッチ素子Ｑ２がオン状態となり、端子Ｐ２と端子Ｐ３とが導通するので、端子Ｐ２の電圧は、端子Ｐ３に接続される基準電位端子ＧＮＤ１と略同電位となる。以上より、間欠動作制御が行われている期間に、端子Ｐ４の電圧が、ツェナーダイオードＺＤ３のツェナー電圧未満で、かつ、ツェナーダイオードＺＤ４のツェナー電圧と抵抗Ｒ５において降下する電圧とを足し合わせたもの以上であれば、上述のスイッチがオフ状態となり、間接制御が行われることとなる。

一方、入力端子ＩＮ２にＨレベル電圧が入力されることにより、２次側回路１２０に設けられたフォトダイオードＰＣ２２が光を出射すると、フォトダイオードＰＣ２２と対に設けられたフォトトランジスタＰＣ１２は、オン状態となる。すると、スイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ２とは、ともにオフ状態となり、通常動作制御が行われることとなる。

なお、抵抗Ｒ８は、ツェナーダイオードＺＤ４と端子Ｐ３との間に設けられることにより、ツェナーダイオードＺＤ４の漏れ電流を保証する。

図３は、微少負荷時における入力電力と出力電力との関係を示す図である。図３では、微少負荷時において、スイッチング電源装置１は、スイッチング電源装置１００より少ない入力電力で、スイッチング電源装置１００と同等の出力電力を出力できることが示されている。すなわち、微少負荷時において、スイッチング電源装置１は、スイッチング電源装置１００と比べて、消費電力が小さいということが示されている。

以上のスイッチング電源装置１が奏する効果について、図４、５、６を用いて以下に説明する。図４〜６のそれぞれは、図２の一部を示す回路図である。

まず、図４を参照すると、端子Ｐ４とスイッチ素子Ｑ１のベースとは、抵抗Ｒ５に加えて、抵抗Ｒ９およびツェナーダイオードＺＤ５を介して接続されている。このため、スイッチ素子Ｑ１のベースに流れる電流は、抵抗Ｒ９およびツェナーダイオードＺＤ５が設けられていない場合と比べて、減少する。また、図８に示した従来例に係る１次側回路１１０には、これら抵抗Ｒ９およびツェナーダイオードＺＤ５が設けられていない。したがって、１次側回路１０に設けられるスイッチ素子Ｑ１のベース電流は、１次側回路１１０に設けられたスイッチ素子Ｑ１のベース電流と比べて、少なくなる。よって、スイッチング電源装置１の消費電力を、スイッチング電源装置１００と比べて削減できる。

また、抵抗Ｒ４、Ｒ９およびツェナーダイオードＺＤ５が直列接続されており、これら直列接続された抵抗Ｒ４、Ｒ９およびツェナーダイオードＺＤ５は、フォトトランジスタＰＣ１２と並列接続されている。そして、端子Ｐ４の電圧は、抵抗Ｒ５と、抵抗Ｒ４、Ｒ９およびツェナーダイオードＺＤ５で構成される直列接続部と、で分圧される。このため、フォトトランジスタＰＣ１２のコレクタの電圧は、抵抗Ｒ９およびツェナーダイオードＺＤ５が設けられていない場合と比べて、高くなる。また、図８に示した従来例に係る１次側回路１１０には、これら抵抗Ｒ９およびツェナーダイオードＺＤ５が設けられていない。したがって、１次側回路１０に設けられるフォトトランジスタＰＣ１２のコレクタの電圧は、１次側回路１１０に設けられたフォトトランジスタＰＣ１２のコレクタの電圧と比べて、高くなる。よって、フォトトランジスタＰＣ１２のコレクタの電圧、すなわち端子Ｐ４の電圧から抵抗Ｒ５において降下する電圧を差し引いたものを、ツェナーダイオードＺＤ４のツェナー電圧以上にして、スイッチ素子Ｑ２がターンオンするのに必要な電圧にまで上昇させることができる。

次に、図５を参照すると、抵抗Ｒ６およびスイッチ素子Ｑ２が直列接続されており、これら直列接続された抵抗Ｒ６およびスイッチ素子Ｑ２を介して、端子Ｐ２と端子Ｐ３とが接続されている。このため、スイッチ素子Ｑ２がオン状態になると、フォトトランジスタＰＣ１１がオフ状態であっても、端子Ｐ２と端子Ｐ３とが導通し、端子Ｐ２が、端子Ｐ３に接続される基準電位端子ＧＮＤ１と略同電位となる。これによれば、制御部１１は、上述のスイッチをオフ状態にするので、スイッチング電源装置１は、間接制御を行うこととなる。

また、スイッチ素子Ｑ２のベースには、ツェナーダイオードＺＤ４を介して、フォトトランジスタＰＣ１２のコレクタが接続されている。このため、フォトトランジスタＰＣ１２のコレクタの電圧が、ツェナーダイオードＺＤ４のツェナー電圧以上になると、ツェナーダイオードＺＤ４が導通状態となり、スイッチ素子Ｑ２がオン状態となる。

以上によれば、２次側回路１２０を動作させることなく、間接制御を行って、上述のスイッチをオフ状態にすることができる。このため、２次側回路１２０を動作させないと上述のスイッチをオフ状態にすることができないスイッチング電源装置１００と比べて、消費電力をさらに削減できる。

また、抵抗Ｒ６を設けず、スイッチ素子Ｑ２のコレクタと端子Ｐ２とを直接接続した場合には、発振期間において所定回数ずつ間欠発振する。ところが、スイッチング電源装置１では、スイッチ素子Ｑ２のコレクタと端子Ｐ２とが抵抗Ｒ６を介して接続されており、抵抗Ｒ６およびキャパシタＣ６が時定数回路を構成しているため、この時定数回路により、発振回路において上述の所定回数以上、間欠発振する。このため、停止期間が長くなるので、抵抗Ｒ６が設けられていない場合と比べて、消費電力を削減できる。

次に、図６を参照すると、スイッチ素子Ｑ２のベースには、スイッチ素子Ｑ３のコレクタが接続され、スイッチ素子Ｑ２のエミッタには、スイッチ素子Ｑ３のエミッタが接続されている。このため、スイッチ素子Ｑ３がオン状態になると、スイッチ素子Ｑ２のベースがスイッチ素子Ｑ２のエミッタと導通し、スイッチ素子Ｑ２がオフ状態となる。一方、スイッチ素子Ｑ３がオフ状態になると、スイッチ素子Ｑ２は、上述のように、フォトトランジスタＰＣ１２のコレクタの電圧がツェナーダイオードＺＤ４のツェナー電圧以上であるか否かに応じて、オン状態になったりオフ状態になったりする。

スイッチ素子Ｑ３のベースには、抵抗Ｒ７およびツェナーダイオードＺＤ３を介して、端子Ｐ４が接続されている。このため、端子Ｐ４の電圧が、ツェナーダイオードＺＤ３のツェナー電圧以上になると、ツェナーダイオードＺＤ３が導通状態となり、スイッチ素子Ｑ３がオン状態となる。一方、端子Ｐ４の電圧が、ツェナーダイオードＺＤ３のツェナー電圧未満になると、ツェナーダイオードＺＤ３が絶縁状態となり、スイッチ素子Ｑ３がオフ状態となる。

以上より、間欠動作制御が行われている期間に、端子Ｐ４の電圧が、ツェナーダイオードＺＤ３のツェナー電圧未満で、かつ、ツェナーダイオードＺＤ４のツェナー電圧と抵抗Ｒ５において降下する電圧とを足し合わせたもの以上であれば、上述のスイッチがオフ状態となり、間接制御が行われることとなる。このため、通常動作制御を行う期間と、間欠動作制御を行う期間と、間接制御を行う期間と、を切り替えることができるので、スイッチング電源装置１の消費電力をさらに削減できる。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

１、１００；スイッチング電源装置
１０、１１０；１次側回路
１１；制御部
１２０；２次側回路
Ｔ；トランス

Claims

トランスと、
前記トランスの１次巻線に直列接続されたスイッチと、
第１端子および第２端子を有し、当該第２端子の電圧に応じて前記スイッチのオンオフを制御する制御手段と、
前記第１端子の電圧が第１閾値以上になると、前記第２端子の電圧を第１電圧にする停止制御手段と、を備え、
前記第１端子の電圧は、前記トランスの制御巻線の電圧が上昇するに従って上昇し、
前記制御手段は、第３端子をさらに有し、前記第２端子の電圧が前記第１電圧になると、前記スイッチをオフ状態にさせる間接制御を行うとともに、前記第３端子の電圧が第２電圧になると、前記スイッチをオンオフさせる発振期間と、前記スイッチのオンオフを停止させる停止期間と、を繰り返す間欠動作制御を行い、
前記第３端子と、前記第２電圧を出力する第２電圧出力手段と、の間に直列接続された第１スイッチ素子と、
前記第１端子と、前記第１スイッチ素子の制御端子と、の間に直列接続された第１抵抗および第２抵抗と、をさらに備えることを特徴とするスイッチング電源装置。
トランスと、
前記トランスの１次巻線に直列接続されたスイッチと、
第１端子、第２端子、および第３端子を有し、当該第３端子の電圧が第２電圧になると、前記スイッチをオンオフさせる発振期間と、前記スイッチのオンオフを停止させる停止期間と、を繰り返す間欠動作制御を行い、当該第２端子の電圧が第１電圧になると前記スイッチをオフ状態にさせる間接制御を行う制御手段と、
前記制御手段により間欠動作制御が行われている期間に、前記第１端子の電圧が第２閾値以上かつ第３閾値以下になると、前記第２端子の電圧を前記第１電圧にする停止制御手段と、を備え、
前記第１端子の電圧は、前記トランスの制御巻線の電圧が上昇するに従って上昇することを特徴とするスイッチング電源装置。
前記第３端子と、前記第２電圧を出力する第２電圧出力手段と、の間に直列接続された第１スイッチ素子と、
前記第１端子と、前記第１スイッチ素子の制御端子と、の間に直列接続された第１抵抗および第２抵抗と、を備えることを特徴とする請求項２に記載のスイッチング電源装置。
前記停止制御手段は、前記第２端子と、前記第１電圧を出力する第１電圧出力手段と、の間に直列接続された第２スイッチ素子を備え、
前記第２スイッチ素子の制御端子には、前記第１抵抗と前記第２抵抗との接続点が接続されることを特徴とする請求項１または３に記載のスイッチング電源装置。