JP6094976B2

JP6094976B2 - スイッチング電源装置および半導体装置

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Inventors: 隆司佐治; 健介高橋
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Description

本発明は、入力電圧に対してスイッチング素子を通じてスイッチングすることにより出力電圧を制御するスイッチング電源装置およびそれを構成する半導体装置に関するものである。

従来から、家電製品や事務機器等の電子機器には、その電源装置として、電力変換効率の向上等の目的から、半導体（トランジスタなどのスイッチング素子）によるスイッチング動作を利用して出力電圧を制御する半導体装置を有するスイッチング電源装置が広く用いられている。

特にこれらの電子機器においては、地球温暖化防止のため、それらの動作待機（スタンバイ）時における消費電力削減が注目され、スタンバイ時における消費電力がより低いスイッチング電源装置が強く要求されている。

近年、ＡＣアダプタや充電器において、負荷機器が接続されていない状態等、スイッチング電源から電力供給が不要な場合に出力電圧を低下させて、消費電力をゼロに近づけるシステムが提案されている（例えば特許文献１参照）。

図１５は、従来例に係るスイッチング電源装置および半導体装置の一構成例を示す回路図である。具体的には、スタンバイ時に出力電圧Ｖｏｕｔを低下させる、従来のスイッチング電源装置の一構成例である。以下にスタンバイ時の動作を簡単に説明する。

２次側の負荷機器７９０のスタンバイ制御回路７９１が負荷状態を監視し、スタンバイモードに移行する場合には、スタンバイモード制御回路６９０からフォトカプラ１２へ電流を流すように制御する。フォトカプラ１２により１次側へスタンバイ信号が伝達されると、抵抗１７に電流が流れ、スイッチング制御回路１９０のＳＴＢ端子電圧が上昇する。ＳＴＢ端子電圧が比較基準電圧源１９４よりも高くなったことをスタンバイモード検出器１９３によって検出すると、パルス幅制御回路１９１は駆動回路１９２および抵抗６に介してスイッチング素子７のスイッチング動作を抑制し、スイッチング電源装置の出力電圧Ｖｏｕｔを低下させるスタンバイモードへ移行する。スタンバイモードから通常動作へ復帰する場合には、フォトカプラ１２の動作を停止し、スイッチング制御回路１９０のＳＴＢ端子電圧が低下することで、スイッチング電源装置はスタンバイモードが解除され、規定の出力電圧Ｖｏｕｔを出力する。

このシステムにより、負荷機器の動作状態に関係なく規定の出力電圧Ｖｏｕｔを生成した場合に比べて、スタンバイ時には、必要以上の電圧を得るために無駄に消費していた電力を削減することができる。

特開２００３−２９９３５５号公報

ところで、特許文献１に開示されるような従来のスイッチング電源装置では、負荷機器の接続状態を２次側から１次側へ伝達するためにフォトカプラが使用されているが、スタンバイ時にはフォトカプラを動作させ続けるため、１次側と２次側それぞれで電力を消費してしまう。また、２次側へ電力を供給し続ける必要があり、スイッチング電源装置のスイッチング動作を完全に停止することができないため、スイッチングロスも発生してしまう。

スイッチング電源装置のスイッチング動作を完全に停止する方法として、スタンバイ時にフォトカプラを動作させるための電源として一次電池や二次電池などの蓄電部品を用いることが考えられる。ただし、フォトカプラを動作させ続けるために、蓄電部品の電力消費が早く、実用的ではない。

そこで、さらに、上記フォトカプラの動作／停止とスイッチング電源装置のスタンバイ／通常動作との関係を反転することで、スタンバイ時にはフォトカプラを停止させて蓄電部品の電力消費を抑えることができる。すなわち、スタンバイ時にはスイッチング電源装置のスイッチング動作やフォトカプラの動作を全て停止し（オフモード）、スイッチング電源装置の消費電力をほぼゼロとすることができる。

しかしながら、上記システムには次のような課題がある。

オフモードから通常動作への移行時には、蓄電部品によってフォトカプラを動作させるため、蓄電部品が十分な電荷を保持している場合には問題ないが、電子機器を非通電状態で長期間使用していない場合には、蓄電部品の電荷が不足し、フォトカプラを動作させることができなくなる可能性がある。その場合、スイッチング電源を起動させようとしても、オフモードを維持して通常動作へ移行できないという致命的な問題が生じる。

本発明は、上記のような問題を解決するものであり、スタンバイ時の消費電力をほぼゼロとすることができ、一次電池や二次電池などの蓄電部品の状態に関係なく起動できるスイッチング電源装置およびそれを構成する半導体装置を提供する。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るスイッチング電源装置は、入力電圧が供給されるスイッチング素子と、前記スイッチング素子によりスイッチングされた前記入力電圧を出力電圧に変換し、負荷機器に電力を供給する入出力変換回路と、前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御し、さらに、当該スイッチング動作を停止して消費電力を削減するオフモードを有するスイッチング制御回路と、を備えるスイッチング電源装置において、さらに、前記スイッチング素子のスイッチング動作が必要な場合に前記オフモードの動作を解除するためのオフモード解除信号を出力し続け、また、前記スイッチング素子のスイッチング動作が不要な場合には前記オフモードで動作させるためにオフモード解除信号を出力しないオフモード制御回路と、前記オフモードへの移行を遅延させるオフモード遅延回路と、前記オフモード時に前記オフモード制御回路の電力供給源となる蓄電部と、前記出力電圧から前記オフモード制御回路に電力が供給できる時には前記オフモード制御回路の電力供給源となる電力供給回路とを備えることを特徴とする。

本態様によれば、オフモード時の商用電源からの入力電力をほぼゼロとすることができ、また、一次電池や二次電池などの蓄電部品の状態に関係なくスイッチング電源装置を起動することができる。

また、さらに、前記負荷機器を着脱するためのＤＣコネクタを備え、前記ＤＣコネクタが非接続である場合に、前記オフモードで動作するように制御されてもよい。

また、前記オフモード制御回路と、前記蓄電部と、前記電力供給回路とは、前記ＤＣコネクタよりも前記負荷機器側に配置されていてもよい。

本態様によれば、ＤＣコネクタを有するＡＣアダプタなどにおいて、ＤＣコネクタが非接続状態、すなわち、ＡＣアダプタが使用されていない状態の時にも、商用電源からの入力電力はほぼゼロとなり、理想的なＡＣアダプタが実現できる。さらに、電子機器の一次電池や二次電池などの蓄電部品の状態に関係なくスイッチング電源装置を起動することができる。

また、さらに、前記オフモード解除信号の出力の有無とは無関係に、強制的に前記オフモードを解除するオフモード強制解除回路を備えていてもよい。

さらに、前記入力電圧の供給が遮断された場合に、入力遮断検出信号を出力する入力遮断検出回路を備え、前記入力遮断検出信号の入力により、前記オフモード強制解除回路が強制的に前記オフモードを解除してもよい。

本態様によれば、入力が遮断されている期間が短くても、次の起動時にオフモードが解除された状態で起動し、蓄電部に十分な電荷がなくても確実に起動ができる。

また、前記蓄電部は前記負荷機器にも電力を供給してもよい。

本態様によれば、オフモード時でも負荷機器に電力を供給することができるため、あらかじめ蓄電部を充電しておくことで、負荷機器の通常動作時でもオフモード状態にし、商用電源からの入力電力をほぼゼロとすることができる。例えば、ノートパソコンなどの昼間電力消費の一部を夜間電力に移行させるピークシフト機能などにも活用できる。

また、前記スイッチング制御回路は、スイッチング電源制御用の半導体装置であってもよい。

本態様によれば、オフモードを含めた複雑な制御であっても、スイッチング電源装置の部品点数を大幅に削減することができ、小型化および軽量化さらには低コスト化を容易に実現することができる。

本発明に係るスイッチング電源装置によれば、スタンバイ時には当該装置のスイッチング動作やフォトカプラの動作を全て停止し、当該装置の消費電力をほぼゼロとするオフモードに移行することができる。さらに、オフモード遅延回路と電力供給回路を設けることで、一次電池や二次電池などの蓄電部品に電荷がない状態でも起動することが可能となる。

図１は、実施の形態１に係るスイッチング電源装置および半導体装置の一構成例を示す回路図である。図２は、実施の形態１に係るオフモード遅延回路の一構成例を示す回路図である。図３は、実施の形態１に係るオフモード制御回路の一構成例を示す回路図である。図４は、実施の形態１に係る電力供給回路の一構成例を示す回路図である。図５は、実施の形態１に係る蓄電部の一構成例を示す回路図である。図６は、実施の形態１の変形例１に係る蓄電部の一構成例を示す回路図である。図７は、実施の形態１の変形例２に係るスイッチング電源装置および半導体装置の一構成例を示す回路図である。図８は、実施の形態１の変形例２に係る蓄電部の一構成例を示す回路図である。図９は、実施の形態１の変形例３に係るスイッチング電源装置および半導体装置の一構成例を示す回路図である。図１０は、実施の形態１の変形例３に係るオフモード遅延回路の一構成例を示す回路図である。図１１は、実施の形態１の変形例４に係るスイッチング電源装置および半導体装置の一構成例を示す回路図である。図１２は、実施の形態１の変形例４に係るオフモード遅延回路の一構成例を示す回路図である。図１３は、実施の形態２に係るスイッチング電源装置および半導体装置の一構成例を示す回路図である。図１４は、実施の形態３に係るスイッチング電源装置および半導体装置の一構成例を示す回路図である。図１５は、従来例に係るスイッチング電源装置および半導体装置の一構成例を示す回路図である。

以下、実施の形態に係るスイッチング電源装置および半導体装置について、図面を参照しながら具体的に説明する。

（実施の形態１）
実施の形態１に係るスイッチング電源装置および半導体装置を説明する。

図１は、実施の形態１に係るスイッチング電源装置および半導体装置の一構成例を示す回路図である。

図１において、商用電源１からの入力交流電圧が、入力フィルタ回路２、入力整流回路３および入力平滑回路４を経て、入力直流電圧として電力変換用のトランス５の１次巻線５ａに印加される。

トランス５は、１次巻線５ａと２次巻線５ｂと補助巻線５ｃとを有し、１次巻線５ａおよび２次巻線５ｂの極性は逆になっている。本実施の形態に係るスイッチング電源装置はフライバック型である。

１次巻線５ａにはスイッチング素子７が接続されており、スイッチング素子７には上記入力直流電圧が供給され、スイッチング素子７の制御電極（ゲート）は、スイッチング制御回路１００のＯＵＴ端子出力信号によりオンオフのスイッチング制御がなされる。

トランス５は、スイッチング素子７によりスイッチングされた上記入力直流電圧を出力電圧に変換し、負荷機器７００に電力を供給する入出力変換回路である。

また、スイッチング制御回路１００はスイッチング素子７のスイッチング動作を制御する半導体装置であり、外部入出力端子として、ＶＣＣ端子、ＦＢ端子、ＧＮＤ端子、ＯＵＴ端子、およびＯＦＦ端子の５つの端子を有している。例えば、図１のように、スイッチング制御回路１００は、パルス幅制御回路１０１、駆動回路１０２、オフモード検出器１０３、オフモードスイッチ１０５などから構成されるスイッチング電源制御用の半導体装置である。上記構成により、スイッチング制御回路１００は、スイッチング素子７のスイッチング動作を停止して消費電力を削減するオフモードを有している。

ＶＣＣ端子は、スイッチング制御回路１００の電源端子であり、通常動作時は補助巻線５ｃから整流ダイオード９と平滑コンデンサ１０とを介して、電力が供給される。また、スイッチング電源装置の起動時やスイッチング素子７のスイッチング動作停止時には、入力直流電圧ラインから抵抗８を介して、電力が供給される。

ＦＢ端子は、出力電圧検出回路３００から出力されるフィードバック信号がフォトカプラ１１を介して入力され、スイッチング動作を制御するための端子である。

ＧＮＤ端子は、入力平滑回路４の低電位側に接続され、１次側の電圧基準となっている。

ＯＵＴ端子は、抵抗６を介してスイッチング素子７の制御電極（ゲート）に接続される端子である。

ＯＦＦ端子は、オフモード遅延回路２００を介してＶＣＣ端子と接続される一方、オフモード制御回路６００から出力されるオフモード信号がフォトカプラ１２およびオフモード遅延回路２００を介して入力され、オフモード検出器１０３で比較基準電圧源１０４と比較されて、オフモードと通常動作を切り替えるための端子である。

オフモード遅延回路２００は、スイッチング制御回路１００が通常動作からオフモードへ移行するタイミングを遅らせるために配置され、スイッチング制御回路１００のＶＣＣ端子、ＯＦＦ端子、フォトカプラ１２と接続される。

図２は、実施の形態１に係るオフモード遅延回路の一構成例を示す回路図である。例えば、図２のオフモード遅延回路２００ａのように、本実施の形態に係るオフモード遅延回路は、抵抗２０１とコンデンサ２０２とで構成される。

オフモード制御回路６００は、負荷機器７００に接続され、スイッチング素子７のスイッチング動作が必要な場合に、負荷機器７００からの信号を元に、オフモードの動作を解除するためのオフモード解除信号を出力し続ける。また、スイッチング素子７のスイッチング動作が不要な場合には、オフモードで動作させるためにオフモード解除信号を出力しない。また、回路電力供給のために電力供給回路４００と蓄電部５００に接続される。

図３は、実施の形態１に係るオフモード制御回路の一構成例を示す回路図である。例えば、図３のように、オフモード制御回路６００は、抵抗６０１、６０２および６０３と、トランジスタ６０４および６０５とで構成される。

電力供給回路４００は、トランス５の２次巻線５ｂから整流ダイオード１３と平滑コンデンサ１４を介して出力される出力電圧Ｖｏｕｔラインに接続され、出力電圧Ｖｏｕｔからオフモード制御回路６００に電力が供給できる時にはオフモード制御回路６００などに電力を供給する。

図４は、実施の形態１に係る電力供給回路の一構成例を示す回路図である。例えば、図４のように、電力供給回路４００は、抵抗４０１と整流ダイオード４０２とで構成される。

蓄電部５００は、オフモード制御回路６００や負荷機器７００に接続され、特にオフモード時に電力を供給する。蓄電部５００は、負荷機器７００にも電力を供給する。これにより、オフモード時でも負荷機器７００に電力を供給することができるため、あらかじめ蓄電部５００を充電しておくことで、負荷機器７００の通常動作時でもオフモード状態にし、商用電源からの入力電力をほぼゼロとすることができる。例えば、ノートパソコンなどの昼間電力消費の一部を夜間電力に移行させるピークシフト機能などにも活用できる。

図５は、実施の形態１に係る蓄電部の一構成例を示す回路図である。例えば、図５の蓄電部５００ａのように、本実施の形態に係る蓄電部は、抵抗５０１と大容量コンデンサ５０２とで構成される。大容量コンデンサ５０２は、例えば、電気二重層コンデンサが使用される。

負荷機器７００は、スタンバイ制御回路７０１を備え、負荷機器７００の状態や蓄電部５００の電圧などを監視し、オフモード制御回路６００へ状態検出信号を出力する。また、オフモード時には蓄電部５００から電力がスタンバイ制御回路７０１へ供給され、スタンバイ状態を維持する。

出力電圧検出回路３００は、出力電圧Ｖｏｕｔラインに接続され、出力電圧値に応じてフィードバック信号を出力する。

以上のように構成された図１に示すスイッチング電源装置および半導体装置の動作を説明する。

商用電源１から交流電圧が入力フィルタ回路２を介して入力されると、入力整流回路３と入力平滑回路４とにより、整流および平滑化されて、直流電圧に変換される。この直流電圧から抵抗８を介してスイッチング制御回路１００へ起動電流が供給され、スイッチング制御回路１００が動作可能な状態になると、スイッチング素子７をスイッチングさせる動作の制御が開始される。

起動時、２次側の出力電圧Ｖｏｕｔは低いため、出力電圧検出回路３００からのフィードバック信号はスイッチング制御回路１００には入力されない。スイッチング動作が繰り返されることにより、トランス５により電力が２次側へ供給され、出力電圧Ｖｏｕｔが上昇していくが、出力電圧検出回路３００で設定された規定電圧以上になると、出力電圧検出回路３００は、フィードバック信号としてスイッチング制御回路１００のＦＢ端子から電流を流出するよう制御する。このフィードバック信号によって、パルス幅制御回路１０１は、スイッチング素子７のオンデューティを適切な状態に変化させ、出力電圧Ｖｏｕｔを規定電圧で維持する。

ここで、起動後に通常動作を続ける場合とその後オフモードへ移行する場合、さらにオフモードが解除される場合とに分けて、オフモード制御について説明する。

まず、起動後も通常動作を続ける場合を説明する。

起動時、スイッチング制御回路１００へ起動電流が供給されると同時に、オフモード遅延回路２００へ電流が供給され、抵抗２０１を介してコンデンサ２０２が充電される。すなわち、スイッチング制御回路１００のＯＦＦ端子電圧は徐々に上昇していく。一方、出力電圧Ｖｏｕｔが上昇すると、電力供給回路４００を介して、蓄電部５００の大容量コンデンサ５０２が充電されるとともに、オフモード制御回路６００へ電力が供給される。起動直後は、負荷機器７００が動作開始前、または、蓄電部５００の電圧が低い状態であり、スタンバイ制御回路７０１からの状態検出信号がＬｏｗレベルであるため、トランジスタ６０４は導通し、フォトカプラ１２へ電流が流れる。フォトカプラ１２が動作すると、オフモード遅延回路２００のコンデンサ２０２に蓄えられた電荷が放電され、上昇していたスイッチング制御回路１００のＯＦＦ端子電圧が低下する。なお、この時のＯＦＦ端子電圧の最高電圧がオフモード検出器１０３の比較基準電圧源１０４よりも低くなるように、オフモード遅延回路２００の抵抗２０１とコンデンサ２０２による時定数を設定しておく。そうすることで、スイッチング電源装置の起動からフォトカプラ１２の動作が開始するまでの期間は、ＯＦＦ端子電圧はオフモード検出器１０３の比較基準電圧源１０４を越えることがなく、通常動作を継続する。

次に、通常動作からオフモードへ移行する場合を説明する。

起動が完了し、蓄電部５００に十分に電荷が蓄えられた状態から、例えば、負荷機器７００の電源スイッチがオフにされるなどにより、スイッチング電源装置から負荷機器７００への電力供給が非常に小さくなると、スタンバイ制御回路７０１から状態検出信号が出力される。Ｈｉｇｈレベルの状態検出信号がオフモード制御回路６００に入力されると、トランジスタ６０４は非導通状態となり、フォトカプラ１２への電流が遮断される。すると、オフモード遅延回路２００のコンデンサ２０２の放電が止まり、スイッチング制御回路１００のＶＣＣ端子から抵抗２０１を介して充電が始まる。スイッチング制御回路１００のＯＦＦ端子電圧が上昇し、オフモード検出器１０３の比較基準電圧源１０４よりも高くなると、スイッチング制御回路１００はオフモードスイッチ１０５を遮断状態にし、スイッチング素子７のスイッチング動作を停止するとともに、スイッチング制御回路１００内部の動作が不要な回路ブロックへの電力供給を遮断し、スイッチング制御回路１００自体の消費電力も大幅に削減する。スイッチング素子７のスイッチング動作を停止するため、補助巻線５ｃからスイッチング制御回路１００への電力供給はできないが、スイッチング制御回路１００の消費電流は、例えば、１０μＡ程度であり、入力直流電圧ラインから抵抗８を介して電力供給をしても、数ｍＷ以下に抑えることができる。よって、本実施の形態におけるオフモード時には、スイッチング電源装置の商用電源１からの入力電力をほぼゼロとすることができる。

次に、オフモード状態からオフモードが解除され、通常動作に移行する場合を説明する。

オフモード時は、スイッチング電源装置の１次側においては、スイッチング制御回路１００は入力直流電圧ラインから抵抗８を介して電力が供給され、オフモード状態を維持する。一方、スイッチング電源装置の２次側においては、負荷機器７００は蓄電部５００からスタンバイ制御回路７０１へ電力が供給されることでスタンバイ状態を維持する。この状態から、例えば、負荷機器７００の電源スイッチがオンにされるなどにより、スイッチング電源装置から負荷機器７００への電力供給が必要になると、スタンバイ制御回路７０１は状態検出信号を反転させる。オフモード制御回路６００に入力される状態検出信号がＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに反転すると、トランジスタ６０４は導通状態となり、フォトカプラ１２への電流が流れる。この時、出力電圧Ｖｏｕｔは低下しているため、蓄電部５００からオフモード制御回路６００を介して、フォトカプラ１２へ電流が供給される。フォトカプラ１２が動作し始めると、オフモード遅延回路２００のコンデンサ２０２の放電が始まり、スイッチング制御回路１００のＯＦＦ端子電圧が低下する。そして、スイッチング制御回路１００のＯＦＦ端子電圧がオフモード検出器１０３の比較基準電圧源１０４よりも低くなると、スイッチング制御回路１００はオフモードスイッチ１０５を導通状態にし、スイッチング素子７のスイッチング動作を再開する。その結果、出力電圧Ｖｏｕｔが上昇し、スイッチング制御回路１００のフィードバック制御により出力電圧Ｖｏｕｔが一定に保たれながら負荷機器７００へ電力が供給される。また、電力供給回路４００を介して、蓄電部５００の大容量コンデンサ５０２が充電されるとともに、オフモード制御回路６００へ電力が供給される。フォトカプラ１２は動作を続け、スイッチング電源装置は通常動作を維持する。

なお、蓄電部５００に蓄えられた電荷によって、負荷機器７００のスタンバイ制御回路７０１を動作させたり、オフモードを解除するためにフォトカプラ１２に電流を流したりする必要があるため、スタンバイ制御回路７０１は蓄電部５００の電圧を監視し、所定電圧以下になったことを検出した場合も、オフモードを解除し、蓄電部５００へ充電を行う。蓄電部５００の充電が完了し、スイッチング素子７のスイッチング動作が不要であれば、再び、オフモード状態へ移行する。

このように、本実施の形態のスイッチング電源装置は、負荷機器７００のスタンバイ時にはスイッチング素子７のスイッチング動作やフォトカプラ１２の動作を停止し、商用電源１からの入力電力をほぼゼロとすることができ、さらに、オフモード遅延回路２００と電力供給回路４００を設けることで、蓄電部５００に電荷がない状態でも起動できる。つまり、オフモード時の商用電源からの入力電力をほぼゼロとすることができ、また、一次電池や二次電池などの蓄電部品の状態に関係なくスイッチング電源装置を起動することができる。

なお、本実施の形態１では、スイッチング制御回路１００を半導体装置としているが、一部の回路ブロックは半導体装置とは別の部品で構成されていてもよいし、スイッチング素子７やオフモード遅延回路２００などがスイッチング制御回路１００と同じ半導体基板上に形成されていてもよい。

（実施の形態１の変形例１）
実施の形態１の変形例１に係るスイッチング電源装置は、実施の形態１のスイッチング電源装置とほぼ同じであるが、実施の形態１と比較して、蓄電部５００の構成が異なる。

図６は、実施の形態１の変形例１に係る蓄電部の一構成例を示す回路図である。具体的には、本実施の形態の変形例１に係るスイッチング電源装置における蓄電部５００ｂの具体的な回路構成の一例を示したものであり、整流ダイオード５１１および一次電池５１２から構成される。一次電池５１２は、例えば、リチウム電池のようなコイン型電池が使用される。

以下、実施の形態１と異なる点を中心に動作を説明する。

本実施の形態の変形例１に係るスイッチング電源装置の場合、一次電池５１２に充電することはできないため、一次電池５１２の電圧が低下すると、スタンバイ制御回路７０１やオフモード制御回路６００は正常な動作ができなくなる。そこで、一次電池５１２の電圧が所定値以下になると、スタンバイ制御回路７０１からの状態検出信号は常にＬｏｗレベルとなり、オフモードへは移行しないようにする。すなわち、スタンバイ時のスイッチング電源装置の消費電力は増加してしまうが、通常動作へ移行できないという問題は起きない。また、一次電池５１２を取り替えれば、オフモードへ移行することができるようになる。

以上より、本実施の形態の変形例１に係るスイッチング電源装置は、一次電池５１２に十分な電荷がある限りは、負荷機器７００のスタンバイ制御回路７０１やオフモード制御回路６００は動作可能である。よって、実施の形態１に係るスイッチング電源装置と比較して、長期間オフモード状態を維持することができる。また、一次電池５１２への充電もないため、一次電池５１２の電荷が十分に蓄えられている期間は、スタンバイ時の消費電力を常にほぼゼロとすることができる。

なお、スイッチング電源装置に商用電源１が接続されていない期間も、一次電池５１２によってスタンバイ制御回路７０１やオフモード制御回路６００は動作を継続する。このため、オフモードを解除しようとすると、フォトカプラ１２へ電流を流し続ける。しかしながら、スイッチング素子７のスイッチング動作ができないため、一次電池５１２の電荷が無駄に消耗されてしまう。そこで、スタンバイ制御回路７０１から状態検出信号を一定期間出力しても、スイッチング素子７のスイッチング動作による電力供給がない場合には、フォトカプラ１２への電流を遮断するようにしてもよい。例えば、スタンバイ制御回路７０１から状態検出信号を１秒間出力し、電力供給がない場合には、９９秒間の遮断期間を設け、再度出力するといったことを繰り返すようにすればよい。これにより、一次電池５１２からフォトカプラ１２への消費電流を９９％削減することができる。

（実施の形態１の変形例２）
実施の形態１の変形例２に係るスイッチング電源装置は、実施の形態１のスイッチング電源装置とほぼ同じであるが、実施の形態１と比較して、蓄電部５５０の構成および接続状態が異なる。

図７は、実施の形態１の変形例２に係るスイッチング電源装置および半導体装置の一構成例を示す回路図である。また、図８は、実施の形態１の変形例２に係る蓄電部の一構成例を示す回路図である。図８に示された蓄電部５５０は、整流ダイオード５５１と、二次電池５５２と、充電回路５５３とで構成される。二次電池５５２は、例えば、リチウムイオン電池のような充電可能な電池が使用される。また、充電回路５５３は、出力電圧Ｖｏｕｔラインに接続され、二次電池５５２の充電制御を行うための回路である。

以下、実施の形態１と異なる点を中心に動作を説明する。

二次電池５５２は、一般に、複雑な充電制御が必要である。そのため、実施の形態１と比較して、蓄電部５５０の充電動作のみ異なり、充電回路５５３によって二次電池５５２の充電を行う。充電回路５５３は、二次電池５５２の電圧を監視しながら、充電電流を調整する。

以上より、本実施の形態の変形例２に係るスイッチング電源装置は、二次電池５５２に十分な電荷がある限りは、負荷機器７００のスタンバイ制御回路７０１やオフモード制御回路６００は動作可能である。よって、通常動作期間中に十分な充電ができれば、実施の形態１と比較して、長期間オフモード状態を維持することができる。

（実施の形態１の変形例３）
実施の形態１の変形例３に係るスイッチング電源装置は、実施の形態１のスイッチング電源装置とほぼ同じであるが、実施の形態１と比較して、オフモード遅延回路２５０の構成および接続状態が異なる。また、入力遮断検出回路８００が追加されている。本実施の形態では、オフモード解除信号の出力の有無とは無関係に、強制的にオフモードを解除するオフモード強制解除回路を備える。

図９は、実施の形態１の変形例３に係るスイッチング電源装置および半導体装置の一構成例を示す回路図である。入力遮断検出回路８００は、入力フィルタ回路２と入力整流回路３との間に接続され、商用電源１の電圧を監視する。また、図１０は、実施の形態１の変形例３に係るオフモード遅延回路の一構成例を示す回路図である。図１０に示されたオフモード遅延回路２５０は、抵抗２５１と、コンデンサ２５２と、トランジスタ２５３とで構成される。

以下、実施の形態１と異なる点を中心に動作を説明する。

本実施の形態１の変形例３の場合、入力遮断検出回路８００は、商用電源１が遮断されたことを検出すると、オフモード遅延回路２５０に入力され、トランジスタ２５３を導通状態にする。つまり、入力遮断検出回路８００は、入力電圧の供給が遮断された場合に、オフモード遅延回路２５０へ入力遮断検出信号を出力する。当該入力遮断検出信号を受けたオフモード遅延回路２５０は、オフモード解除信号の出力の有無とは無関係に、強制的にオフモードを解除する。つまり、フォトカプラ１２が動作していなくても、コンデンサ２５２に蓄えられた電荷がトランジスタ２５３によって放電される。これにより、オフモード時に商用電源１が遮断された場合には、オフモードが解除される。オフモード遅延回路２５０は、オフモード解除信号の出力の有無とは無関係に、強制的にオフモードを解除するオフモード強制解除回路となる。その後、商用電源１が接続されると、オフモード遅延回路２５０のコンデンサ２５２は、電荷がない状態からの起動となる。

以上より、本実施の形態の変形例３に係るスイッチング電源装置は、商用電源１が遮断されている期間が短くても、次の起動時にオフモードが解除された状態で起動し、蓄電部５００に十分な電荷がなくても確実に起動ができる。

なお、入力遮断検出回路８００は、スイッチング制御回路１００と同じ半導体基板上に形成されていてもよい。

（実施の形態１の変形例４）
実施の形態１の変形例４に係るスイッチング電源装置は、実施の形態１のスイッチング電源装置とほぼ同じであるが、実施の形態１と比較して、スイッチング制御回路１５０の構成および接続状態が異なる。また、オフモード遅延回路２００の構成も異なる。

図１１は、実施の形態１の変形例４に係るスイッチング電源装置および半導体装置の一構成例を示す回路図である。本変形例４に係るスイッチング電源装置は、実施の形態１と比較して、抵抗８の代わりに、整流ダイオード１５と、スイッチング制御回路１５０にＶＩＮ端子とレギュレータ回路１５１とが追加されている。また、図１２は、実施の形態１の変形例４に係るオフモード遅延回路の一構成例を示す回路図である。同図に示されたオフモード遅延回路２００ｂは、実施の形態１のオフモード遅延回路２００ａと比較して、抵抗２０３が追加されている。抵抗２０１および抵抗２０３の抵抗値は、例えば、比が１対１０となるように設定される。

以下、実施の形態１と異なる点を中心に動作を説明する。

本実施の形態の変形例４に係るスイッチング電源装置では、起動時に商用電源１から整流ダイオード１５によって半波整流された電圧が、スイッチング制御回路１５０のＶＩＮ端子に印加される。印加された電圧は、スイッチング制御回路１５０内部のレギュレータ回路１５１により降圧されながら、ＶＣＣ端子を介して、平滑コンデンサ１０に供給される。ＶＣＣ電圧が上昇し、スイッチング制御回路１５０が動作可能な状態になると、スイッチング素子７をスイッチングさせる動作の制御が開始される。一方、レギュレータ回路１５１は、ＶＣＣ端子への電力供給を遮断し、スイッチング制御回路１５０の電力供給は補助巻線５ｃからのみとなる。その後の通常動作やオフモード移行への動作は、実施の形態１の動作と同様となる。ただし、オフモード時のスイッチング制御回路１５０やオフモード遅延回路２００ｂの電力は、起動時と同じようにＶＩＮ端子から供給される。

本実施の形態の変形例４に係るスイッチング電源装置の場合、フォトカプラ１２が動作していなくても、コンデンサ２０２に蓄えられた電荷は抵抗２０３により放電される。また、オフモード時のオフモード遅延回路２００ｂには、入力整流回路３の前に接続された整流ダイオード１５を介して電力が供給される。このため、商用電源１が遮断された場合には、入力平滑回路４のコンデンサに蓄えられた電荷量に関係なく、オフモード遅延回路２００ｂへの電力供給も遮断される。その結果、実施の形態１と比較して、オフモード時に商用電源１が遮断された後、オフモードが解除されるまでの時間が大幅に短縮される。その後、商用電源１が接続されると、オフモード遅延回路２００ｂのコンデンサ２０２は電荷がない状態からの起動となる。

以上より、本実施の形態の変形例４に係るスイッチング電源装置は、商用電源１が遮断されている期間が短くても、次の起動時にオフモードが解除された状態で起動し、蓄電部５００に十分な電荷がなくても確実に起動ができる。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２に係るスイッチング電源装置を説明する。実施の形態２では、例えば、リチウムイオン電池の充電器のように、二次電池の充電を目的としたスイッチング電源装置の構成について説明する。

図１３は、実施の形態２に係るスイッチング電源装置および半導体装置の一構成例を示す回路図である。

同図に示されたスイッチング電源装置と図１に示された実施の形態１に係るスイッチング電源装置とは、２次側の構成が異なる。蓄電部５７０は、整流ダイオード５７１、二次電池５７２および充電回路５７３から構成されている。また、蓄電部５７０の充電回路５７３には、フィードバック制御のためのフォトカプラ１１とオフモード制御回路６００とが接続されている。

実施の形態２に係るスイッチング電源装置において、実施の形態１に係るスイッチング電源装置と同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

実施の形態２に係るスイッチング電源装置は、二次電池５７２の充電を目的としたものである。このため、通常動作時は二次電池５７２の充電動作となり、充電回路５７３から出力されたフィードバック信号によって、スイッチング素子７のスイッチング動作を制御し、定電流および定電圧制御を行う。一方、二次電池５７２の充電が完了すると、スイッチング素子７のスイッチング動作は必要なくなる。このため、充電回路５７３からオフモード制御回路６００へ状態検出信号が出力され、フォトカプラ１２の動作が停止することで、オフモードへ移行する。オフモード時は、二次電池５７２から充電回路５７３とオフモード制御回路６００へ電力が供給され、オフモード状態が維持される。充電回路５７３およびオフモード制御回路６００の消費電流は微小なため、二次電池５７２の電圧が短期間で大きく低下することはない。しかし、二次電池５７２が充電完了した後も長期間スイッチング電源装置に接続された状態が続き、二次電池５７２の電圧が低下し始めると、充電回路５７３から出力される状態検出信号は反転し、オフモードが解除されて再び充電状態となる。

また、二次電池５７２の電荷がない状態で起動しても、オフモード遅延回路２００と電力供給回路４００とを備えているため、実施の形態１と同様に通常動作を継続し、二次電池５７２の充電が可能である。

以上より、本実施の形態に係るスイッチング電源装置は、二次電池５７２の電荷がない状態で起動しても、スイッチング素子７のスイッチング動作を継続でき、充電が可能である。さらに、充電完了後はオフモードへ移行し、商用電源１からの入力電力はほぼゼロとなり、理想的な二次電池５７２の充電器が実現できる。

（実施の形態３）
次に、実施の形態３に係るスイッチング電源装置を説明する。実施の形態３では、例えば、ノートパソコンに接続されるＡＣアダプタのように、ＤＣコネクタを有するスイッチング電源装置の構成について説明する。

図１４は、実施の形態３に係るスイッチング電源装置および半導体装置の一構成例を示す回路図である。

同図に示されたスイッチング電源装置と実施の形態１に係るスイッチング電源装置とは、２次側にＤＣコネクタ１６を有する点のみが異なる。なお、ＤＣコネクタ１６によって、電子機器９０２からＡＣアダプタ９０１の部分を取り外すことができる。言い換えれば、ＤＣコネクタ１６は、負荷機器７００を着脱するための端子である。

２次側の構成としては、整流ダイオード１３、平滑コンデンサ１４、出力電圧検出回路３００、フォトカプラ１１および１２がＡＣアダプタ９０１側に配置され、電力供給回路４００、蓄電部５００およびオフモード制御回路６００が電子機器９０２側に配置される。ＤＣコネクタ１６は、出力電圧Ｖｏｕｔラインの２対とオフモード解除信号ラインの１対との計３対の接続部分を有する。

実施の形態３に係るスイッチング電源装置において、実施の形態１に係るスイッチング電源装置と同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

実施の形態３に係るスイッチング電源装置は、ＤＣコネクタ１６が接続状態である場合には、実施の形態１に係るスイッチング電源装置と同等の構成であり、起動やオフモードへの移行および解除は同じ動作となる。

以下、実施の形態１と動作が異なる、ＤＣコネクタ１６が非接続状態になる場合の動作について説明する。

まず、ＤＣコネクタ１６が接続状態から非接続状態に移行する場合の動作を説明する。

ＤＣコネクタ１６が接続状態であり、かつ、オフモード時に、非接続状態に移行する場合には、フォトカプラ１２の動作は停止したままなので、そのままオフモードを継続する。

一方、ＤＣコネクタ１６が接続状態であり、かつ、スイッチング素子７のスイッチング動作によって電子機器９０２に電力が供給されている通常動作時に、非接続状態に移行する場合には、通常動作時には動作していたフォトカプラ１２が停止する。このため、オフモードへ移行する。ＡＣアダプタ９０１からの電力供給がなくなるため、電子機器９０２は、スタンバイ状態へ移行するか、負荷機器７００に内蔵された二次電池などにより通常動作を継続する。

すなわち、電子機器９０２の状態に関係なく、ＤＣコネクタ１６を非接続状態にすると、ＡＣアダプタ９０１はオフモードへ移行し、消費電力はほぼゼロとなる。

次に、ＤＣコネクタ１６が非接続状態から接続状態に移行する場合の動作を説明する。

ＤＣコネクタ１６が接続状態になると、オフモード制御回路６００とフォトカプラ１２とが接続されるため、負荷機器７００のスタンバイ制御回路７０１からの状態検出信号によるオフモード制御が可能となる。すなわち、電子機器９０２への電力供給が必要な場合には、オフモードを解除し、スイッチング素子７のスイッチング動作を開始する。また、電力供給が不要な場合には、オフモードを継続する。

以上より、本実施の形態に係るスイッチング電源装置は、実施の形態１に係るスイッチング電源装置と同様の効果が得られると共に、ＤＣコネクタ１６が非接続状態、すなわち、ＡＣアダプタ９０１が使用されていない状態の時にも、商用電源１からの入力電力はほぼゼロとなり、理想的なＡＣアダプタ９０１が実現できる。さらに、電子機器の一次電池や二次電池などの蓄電部品の状態に関係なくスイッチング電源装置を起動することができる。

以上、本開示のスイッチング電源装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。

また、本開示のスイッチング制御回路１００、１５０および１９０は、実施の形態１〜３に係るスイッチング電源装置を構成するスイッチング電源制御用の半導体装置であってもよい。これにより、オフモードを含めた複雑な制御であっても、スイッチング電源装置の部品点数を大幅に削減することができ、小型化および軽量化さらには低コスト化を容易に実現することができる。

本発明に係るスイッチング電源装置および半導体装置は、スタンバイ時にはスイッチング電源装置のスイッチング動作やフォトカプラの動作を全て停止し、スイッチング電源装置の消費電力をほぼゼロとすることができる。さらに、遅延回路と電力供給回路を設けることで、一次電池や二次電池などの蓄電部品に電荷がない状態でも起動できる。よって、各種電子機器に内蔵されたＡＣ−ＤＣコンバータやＤＣ−ＤＣコンバータ、外付けのＡＣアダプタなどのスイッチング電源装置等に対して有効に適応できる。

１商用電源
２入力フィルタ回路
３入力整流回路
４入力平滑回路
５トランス
５ａ１次巻線
５ｂ２次巻線
５ｃ補助巻線
６、８、１７、２０１、２０３、２５１、４０１、５０１、６０１、６０２、６０３抵抗
７スイッチング素子
９、１３、１５、４０２、５１１、５５１、５７１整流ダイオード
１０、１４平滑コンデンサ
１１、１２フォトカプラ
１６ＤＣコネクタ
１００、１５０、１９０スイッチング制御回路
１０１、１９１パルス幅制御回路
１０２、１９２駆動回路
１０３オフモード検出器
１０４、１９４比較基準電圧源
１０５オフモードスイッチ
１５１レギュレータ回路
１９３スタンバイモード検出器
２００、２００ａ、２００ｂ、２５０オフモード遅延回路
２０２、２５２コンデンサ
２５３、６０４、６０５トランジスタ
３００出力電圧検出回路
４００電力供給回路
５００、５００ａ、５００ｂ、５５０、５７０蓄電部
５０２大容量コンデンサ
５１２一次電池
５５２、５７２二次電池
５５３、５７３充電回路
６００オフモード制御回路
６９０スタンバイモード制御回路
７００、７９０負荷機器
７０１、７９１スタンバイ制御回路
８００入力遮断検出回路
９０１ＡＣアダプタ
９０２電子機器

Claims

入力電圧が供給されるスイッチング素子と、
前記スイッチング素子によりスイッチングされた前記入力電圧を出力電圧に変換し、負荷機器に電力を供給する入出力変換回路と、
前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御し、さらに、当該スイッチング動作を停止して消費電力を削減するオフモードを有するスイッチング制御回路とを備えるスイッチング電源装置において、
さらに、
前記スイッチング素子のスイッチング動作が必要な場合に前記オフモードの動作を解除するためのオフモード解除信号を出力し続け、また、前記スイッチング素子のスイッチング動作が不要な場合には前記オフモードで動作させるためにオフモード解除信号を出力しないオフモード制御回路と、
前記オフモードへの移行を遅延させるオフモード遅延回路と、
前記オフモード時に前記オフモード制御回路の電力供給源となる蓄電部と、
前記出力電圧から前記オフモード制御回路に電力が供給できる時には前記オフモード制御回路の電力供給源となる電力供給回路とを備える
スイッチング電源装置。
さらに、
前記負荷機器を着脱するためのＤＣコネクタを備え、
前記ＤＣコネクタが非接続である場合に、前記オフモードで動作するように制御される
請求項１に記載のスイッチング電源装置。
前記オフモード制御回路と、前記蓄電部と、前記電力供給回路とは、前記ＤＣコネクタよりも前記負荷機器側に配置される
請求項２に記載のスイッチング電源装置。
さらに、
前記オフモード解除信号の出力の有無とは無関係に、強制的に前記オフモードを解除するオフモード強制解除回路を備える
請求項１から３のいずれか１項に記載のスイッチング電源装置。
さらに、
前記入力電圧の供給が遮断された場合に、入力遮断検出信号を出力する入力遮断検出回路を備え、
前記入力遮断検出信号の入力により、前記オフモード強制解除回路が強制的に前記オフモードを解除する
請求項４に記載のスイッチング電源装置。
前記蓄電部は、前記負荷機器にも電力を供給する
請求項１から５のいずれか１項に記載のスイッチング電源装置。
スイッチング電源装置を構成するスイッチング電源制御用の半導体装置であって、
請求項１に記載のスイッチング制御回路を備える
半導体装置。