JP6287937B2 - 電源システム - Google Patents

Description

本発明は、電源システムに係り、特にフォトカプラを用いて信号の伝送を行う電源システムに関する。

入力電源側と出力側とを電気的に絶縁したスイッチング電源では、出力電圧値を入力電源側にフィードバックするときに、フォトカプラ等の電気的に絶縁された信号伝送手段を用いる。

特許文献１は、スイッチング電源装置として、出力電圧の安定化を図るために、出力電圧検出回路の電圧検出信号をフォトカプラによって制御回路へ伝送し、制御回路におけるスイッチング素子であるＭＯＳ型ＦＥＴの駆動信号のパルス導通幅の制御に帰還することを述べている。また、出力電圧に過電圧が発生したときは、過電圧検出回路の過電圧検出信号を別のフォトカプラを用いて制御回路へ伝送し、ＭＯＳ型ＦＥＴの動作を停止させることも述べている。

特許第４６８２４３８号明細書

特許文献１で述べられている過電圧検出の場合以外でもスイッチング電源のオンオフを行うことがある。スイッチング電源のオンオフに関する指令信号を入力電源側の制御回路に伝送するには、やはりフォトカプラ等の電気的に絶縁された信号伝送手段を用いることになる。この場合、出力電圧値フィードバック用のフォトカプラと、スイッチング電源のオンオフに関する信号伝送用のフォトカプラとの２つが必要になる。

本発明の目的は、１つのフォトカプラを用いて、２種類の信号伝送を可能にする電源システムを提供することである。

本発明に係る電源システムは、低周波トランス電源とスイッチング電源とを備え、低周波トランス電源の出力とスイッチング電源の出力とが逆流防止ダイオードを介して並列化されて出力される端子、低周波トランス電源のオンオフを制御する信号が入力される端子、及び、スイッチング電源のオンオフを制御する信号が入力される端子を有する電源システムであって、スイッチング電源は、スイッチング電源用のトランスの１次巻線と接地との間に接続される第１スイッチング素子と、スイッチング電源用のトランスの２次巻線側に接続される整流平滑回路と、整流平滑回路の出力電圧値を検出する出力電圧検出回路と、出力電圧値を制御回路に伝送するフォトカプラと、スイッチング電源をオフさせる停止信号を受け取る第２スイッチング素子と、第２スイッチング素子が停止信号を受けとったときに、低周波トランス電源の出力端子でもありスイッチング電源の出力端子でもある出力点から電力をフォトカプラに供給し、フォトカプラを介してスイッチング電源の停止信号を制御回路に伝送するフォトカプラ駆動回路と、を備える。

本発明に係る電源システムにおいて、フォトカプラは出力電圧検出回路側に設けられる発光素子と、制御回路側に設けられる受光素子とで構成され、フォトカプラ駆動回路は、出力点にエミッタ端子が接続され、発光素子のアノードに駆動抵抗素子を介してコレクタ端子が接続され、ベース端子が第２スイッチング素子の出力端子に接続される電力供給スイッチング素子と、停止信号を受け取ったときに発光素子のカソードを接地させる接地スイッチング素子と、を含むことが好ましい。

本発明に係る電源システムにおいて、駆動抵抗素子は、発光素子の駆動電流値Ｉｄに変換率ＣＴＲを乗じて算出される受光素子の検出電流値Ｉｃが所定の停止信号閾値電流値Ｉｃｔｈとなるときの発光素子の閾値駆動電流値Ｉｄｔｈ以上の電流を供給できる抵抗値に設定され、制御回路は、受光素子の検出電流値Ｉｃが停止信号閾値電流値Ｉｃｔｈとなることを検出してスイッチング電源の動作を停止させることが好ましい。

本発明に係る電源システムにおいて、停止信号は、低周波トランス電源が駆動される間は、状態が遷移している途中を除き、継続して出力されることが好ましい。

本発明に係る電源システムは、スイッチング電源用のトランスの２次側の出力電圧値についてフォトカプラを用いて１次側の制御回路に伝送する。また、スイッチング電源の動作を停止させる停止信号を受け取ったときも、同じフォトカプラを用いて制御回路に伝送する。そのために、停止信号を受けとった第２スイッチング素子は、低周波トランス電源またはスイッチング電源のうちの動作している電源が出力する電力をフォトカプラに供給し、いずれかの電源が停止状態になってもフォトカプラを動作させ、停止信号を制御回路に伝送する。これによって、出力電圧値のフィードバック伝送と、スイッチング電源に対する停止信号の伝送とを１つのフォトカプラを用いて行うことが可能となる。

また、本発明に係る電源システムにおいて、スイッチング電源の停止信号を受け取る第２スイッチング素子によって動作が制御される電力供給スイッチング素子が、低周波電源およびスイッチング電源の出力端子側から駆動抵抗素子を介してフォトカプラに対し駆動電流を供給する。これによって、停止信号を受け取ったとき、いずれかの電源が停止状態になってもフォトカプラを動作させ、停止信号を制御回路に伝送することが可能になる。

また、本発明に係る電源システムにおいて、駆動抵抗素子は、受光素子の検出電流値Ｉｃが所定の停止信号閾値電流値Ｉｃｔｈとなるときの発光素子の閾値駆動電流値Ｉｄｔｈ以上の電流を供給できる抵抗値に設定される。これによって、停止信号を受け取ったとき、受光素子に流れる電流値がＩｃｔｈ以上となり、これを検出して制御回路がスイッチング電源の動作を停止させることができる。

また、本発明に係る電源システムにおいて、停止信号は、低周波トランス電源が駆動されるときに出力される。スイッチング電源の消費電力は低周波トランス電源の消費電力よりも少ないので、電源システムにおいて低周波トランス電源の動作が停止しているときにシステムの消費電力を抑制することができる。

オーディオ機器に搭載された本発明に係る実施の形態の電源システムの構成を示す図である。 本発明に係る実施の形態の電源システムにおいて、スイッチング電源に対する停止信号を受け取ったときの信号の流れを示す図である。 制御回路について、他の実施例を示す図である。 制御回路について、別の実施例を示す図である。 フォトカプラを２つ用いる従来技術のスイッチング電源の構成図である。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下では、全ての図面において、対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、電源システム２０を搭載したオーディオ機器１０の構成図である。なお、図１において破線で示した部分は、フォトカプラを２つ用いる従来技術の構成を重ねて示すものである。従来技術の詳細については図５を用いて後述するので、それまで破線部分についての説明は行わない。

オーディオ機器１０は、オーディオ回路部１２と、電源システム２０とを含む。オーディオ回路部１２はアンプ１４を含む。アンプ１４にはノイズの少ない電力をアンプ出力に応じて供給することが好ましい。一方で、オーディオ回路部１２についてはアンプ１４が動作しないスタンバイ状態での消費電力を抑制することが好ましい。

電源システム２０は、消費電力が大きいがノイズの少ない電力をアンプ１４の出力に応じて供給できる低周波トランス電源３０と、ノイズは多少大き目であるが消費電力の少ないスイッチング電源４０との２つを備える。

電源システム２０は、ＴＭＰＳと示した低周波トランス電源３０のオンオフを制御する信号が入力される端子と、ＳＭＰＳと示したスイッチング電源４０のオンオフを制御する信号が入力される端子とを有する。ＴＭＰＳがオンするときはＳＭＰＳがオフし、ＳＭＰＳがオンするときはＴＭＰＳがオフする。状態が遷移している途中を除くと、基本的にＴＭＰＳとＳＭＰＳが同時にオンすることはない。電源システム２０の全体動作が停止しているときはＴＭＰＳもＳＭＰＳも共にオフである。ＴＭＰＳの信号状態とＳＭＰＳの信号状態は、オーディオ回路部１２によって制御される。場合によっては、オーディオ回路部１２以外の制御装置によって制御してもよい。

電源システム２０でＶ_OUT、ＧＮＤ２と示す２つの出力端子のうち、Ｖ_OUTは、低周波トランス電源３０の出力およびスイッチング電源４０の出力が並列化されて出力される端子である。ＧＮＤ２とは、後述する入力電源側を１次側とし出力側を２次側として、２次側の接地であることを示す。１次側の接地はＧＮＤ１である。したがって、Ｖ_OUTとＧＮＤ２との間には、低周波トランス電源３０が動作していてスイッチング電源４０が動作していないときは低周波トランス電源３０の電力が出力され、スイッチング電源４０が動作していて低周波トランス電源３０が動作していないときはスイッチング電源４０の電力が出力される。Ｖ_OUTとＧＮＤ２との間の電圧値が出力電圧値であるので、以下では、出力電圧値の数値をＶ_OUTと呼ぶ。

電源システム２０において、Ｌ、Ｎと示す２つの入力端子は、外部電源接続部２２に接続され、外部電源８から入力電力が供給される端子である。外部電源８は商用交流電源で、その周波数は５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの低周波である。外部電源接続部２２は、例えば電源コンセントである。また、ＧＮＤ１は、２次側のＧＮＤ２と区別するときの１次側の接地である。１次側の接地ラインと２次側の接地ラインとは、トランス（Ｔ０００２）３２，トランス（Ｔ０００１）４６と、フォトカプラ（Ｑ０００１）７０によって電気的に絶縁される。

低周波トランス電源３０は、低周波トランス電源用のトランス（Ｔ０００２）３２を用いて、１次側の外部電源８の交流電力をトランス（Ｔ０００２）３２の１次側と２次側の巻線比に応じて昇降圧して２次側に出力し、２次側に出力された交流電力を直流に整流して、出力端子Ｖ_OUT、ＧＮＤ２に出力する。低周波トランス電源３０は、スイッチング動作を行わないのでノイズが少なく、また、オーディオ回路部１２が必要とする電力に応じてトランス（Ｔ０００２）３２は電力伝送を行うことができるので、アンプ１４の動作状態に応じた電力の供給ができる。

トランス（Ｔ０００２）３２の１次側に設けられるリレー（Ｓ０００１）３４は、ＴＭＰＳ信号によってオンオフする。リレー（Ｓ０００１）３４がオンのときに低周波トランス電源３０は動作し、リレー（Ｓ０００１）３４がオフのときに低周波トランス電源３０の動作は停止する。

トランス（Ｔ０００２）３２の２次側に設けられるダイオードブリッジ（Ｄ０００１）３６と、コンデンサ（Ｃ０００１）３７とは、トランス（Ｔ０００２）３２の２次側に出力される交流電力を直流化する整流平滑化回路である。出力ダイオード（Ｄ０００２）３８は、出力端子Ｖ_OUT側からの電力逆流を防止する整流素子である。

スイッチング電源４０は、外部電源８の交流電力を整流平滑化した直流電力について、制御回路（Ｑ０００６）５０の第１スイッチング素子５２を用いて矩形波信号とし、これをスイッチング電源用のトランス（Ｔ０００１）４６を用いて２次側に出力し、２次側に出力された矩形波信号を整流平滑化して、出力端子Ｖ_OUT、ＧＮＤ２に出力する（第１の機能）。これと共に、２次側の整流平滑化された直流電力の電圧値である出力電圧値を検出し、検出された出力電圧値についてフォトカプラ（Ｑ０００１）７０を用いて制御回路（Ｑ０００６）５０にフィードバック伝送する（第２の機能）。さらに、ＳＭＰＳ信号であるスイッチング電源に対する停止信号を受け取ったときは、同じフォトカプラ（Ｑ０００１）７０を用いて制御回路（Ｑ０００６）５０に伝送する（第３の機能）。

スイッチング電源４０の構成について、最初にスイッチング電源用のトランス（Ｔ０００１）４６の１次側について述べ、次に２次側について述べる。

トランス（Ｔ０００１）４６の１次側において、フィルタ４２は、スイッチング電源４０のスイッチングに伴って発生するノイズを外部電源８へ通過させないようにするためのフィルタ回路である。ダイオードブリッジ（Ｄ０００４）４４と、コンデンサ（Ｃ０００３）４５とは、フィルタ４２を経た交流電力を直流化する整流平滑化回路である。

トランス（Ｔ０００１）４６の１次側には、第１コイル４７と第２コイル４８とが設けられる。第１コイル４７は、一端が整流平滑化回路の出力側に接続され、他端が制御回路（Ｑ０００６）５０の第１スイッチング素子５２のドレイン端子に接続される。第１コイル４７は、第１スイッチング素子５２の動作によって生成される矩形波電力を２次側に供給する。第２コイル４８は、第１コイル４７と磁気的に結合し、整流平滑化回路の出力電力から、所定の電圧値Ｖ_CCを有する直流電源を生成する。一方端はダイオード（Ｄ０００６）６０とコンデンサ（Ｃ０００７）６１で構成される整流平滑回路を経て、制御回路（Ｑ０００６）５０のＶ_CC端子に接続され、他方端はＧＮＤ１に接続される。

制御回路（Ｑ０００６）５０は、スイッチング電源４０の第１の機能、第２の機能、第３の機能を含め、スイッチング電源４０の全体の動作を統括的に制御する。制御回路（Ｑ０００６）５０は、１つのＩＣチップで構成される。図１では、制御回路（Ｑ０００６）５０の機能の中で、第１の機能、第２の機能、第３の機能に関する部分を抜き出して示した。制御回路（Ｑ０００６）５０は、Ｖ_CC端子、ＧＮＤ１端子の他に、入力端子であるフィードバック（ＦＢ）端子と、出力端子であるドレイン（ＤＲ）端子とを有する。

第１スイッチング素子５２は、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴで、ドレインが制御回路（Ｑ０００６）５０のドレイン（ＤＲ）端子を経て第１コイル４７の他端に接続され、ソースがＧＮＤ１に接続され、ゲートがＤ制御部５６に接続される。

制御回路（Ｑ０００６）５０のフィードバック（ＦＢ）端子は、フォトカプラ（Ｑ０００１）７０の受光素子７４のコレクタ端子に接続される。フィードバック（ＦＢ）端子とＧＮＤ１との間に設けられるコンデンサ（Ｃ０００８）６２は、電圧変動等を抑制する平滑化コンデンサである。

Ｖｃｃ端子とフィードバック（ＦＢ）端子の間に設けられるフィードバック抵抗（Ｒ_PU）５４は、受光素子７４に流れる検出電流値Ｉｃの大きさを電圧値に変換する抵抗素子である。

Ｄ制御部５６は、図示しないクロック発生回路を含む。さらに、フィードバック抵抗（Ｒ_PU）５４によって変換された電圧値に応じて、クロックの１周期のオン期間とオフ期間についてのデューティＤ＝｛オン期間／（オン期間＋オフ期間）｝を設定する機能を有する。また、設定されたデューティＤで第１スイッチング素子５２のオンオフを制御する機能を有する。さらに、フィードバック抵抗（Ｒ_PU）５４によって変換された電圧値が予め定めた停止信号閾値電圧値以下となったときに第１スイッチング素子５２の動作停止を含め、スイッチング電源４０の全体の動作を停止する機能を有する。その詳細については、図２を用いて後述する。

次に、トランス（Ｔ０００１）４６の２次側について説明する。トランス（Ｔ０００１）４６は、１次側の第１コイル４７に供給される矩形波電力について、１次側と２次側の巻線比に応じて昇降圧して２次側に出力する。これがスイッチング電源４０の第１の機能である。２次側に設けられるダイオード（Ｄ０００５）とコンデンサ（Ｃ０００４）は、フライバック型昇降圧に用いられる素子であり、その後段側に設けられるインダクタ（Ｌ０００１）とコンデンサ（Ｃ０００２）はフィルタ回路である。これらの構成は公知のものであるので詳細な説明を省略する。出力ダイオード（Ｄ０００３）８０は、出力端子Ｖ_OUT側からの電力逆流を防止する整流素子である。スイッチング電源４０の２次側の２端子であるＶ_OUT、ＧＮＤ２は、低周波トランス電源３０の２次側の２端子であるＶ_OUT、ＧＮＤ２とそれぞれ共通化接続され、電源システム２０の２端子であるＶ_OUT、ＧＮＤ２となる。

２次側の出力ダイオード（Ｄ０００３）８０とその前段のインダクタ（Ｌ０００１）とが接続される接続点８２は、出力電圧値Ｖ_OUTの監視箇所である。接続点８２とＧＮＤ２との間には、抵抗素子（Ｒ０００１）８４と抵抗素子（Ｒ０００２）８６とが直列に接続され、その間の接続点８５が実際の出力電圧値検出点となる。接続点８５の電圧値は、出力電圧値Ｖ_OUT×［ 抵抗素子（Ｒ０００２）８６の抵抗値／｛抵抗素子（Ｒ０００１）８４の抵抗値＋抵抗素子（Ｒ０００２）８６の抵抗値｝］である。

フライバック型昇降圧に用いられるダイオード（Ｄ０００５）とコンデンサ（Ｃ０００４）と、フィルタ回路として用いられるインダクタ（Ｌ０００１）とコンデンサ（Ｃ０００２）との間の接続点９０は、フォトカプラ（Ｑ０００１）７０の発光素子７２に駆動電力を供給する駆動電力供給点である。接続点９０とＧＮＤ２との間には、抵抗素子（Ｒ０００４）９２と、発光素子７２と、シャントレギュレータ（Ｑ０００２）９４が直列接続される。なお、その周辺に設けられる抵抗素子（Ｒ０００５）、抵抗素子（Ｒ０００３）、コンデンサ（Ｃ０００６）は、回路動作安定化等のためのものであるので、詳細な説明を省略する。

シャントレギュレータ（Ｑ０００２）９４は、差動増幅器と駆動トランジスタとを含む。差動増幅器のプラス側入力端子には、出力電圧値検出点である接続点８５の電圧値が入力され、マイナス側入力端子には参照電圧値（Ｖ_REF）が入力される。駆動トランジスタのベースは、差動増幅器の出力端子に接続され、コレクタは、発光素子７２のカソードに接続され、エミッタはＧＮＤ２に接続される。

シャントレギュレータ（Ｑ０００２）９４の作用は以下の通りである。出力電圧値検出点である接続点８５の電圧値が参照電圧値（Ｖ_REF）よりも低いときは、その偏差の大きさに応じて、駆動トランジスタのコレクタ電流が減少する。逆に出力電圧値検出点である接続点８５の電圧値が参照電圧値（Ｖ_REF）よりも高いときは、その偏差の大きさに応じて、駆動トランジスタのコレクタ電流が増加する。このように、シャントレギュレータ（Ｑ０００２）９４は、出力電圧値Ｖ_OUTを検出する出力電圧検出回路として機能する。

フォトカプラ（Ｑ０００１）７０においては、駆動トランジスタのコレクタ電流が増減することに応じ、発光素子７２の電流値Ｉｄが増減し、受光素子７４の検出電流値Ｉｃが増減する。受光素子７４の検出電流値Ｉｃの増減は、フィードバック（ＦＢ）端子の電圧値を変化させ、これに応じてＤ制御部５６のデューティが変化し、第１スイッチング素子５２の出力電流値が増減する。このようにして、フォトカプラ（Ｑ０００１）７０によって、出力電圧値Ｖ_OUTの変化が制御回路（Ｑ０００６）５０にフィードバックされる。これがスイッチング電源４０の第２の機能である。

出力電圧値Ｖ_OUTが所定値よりも高くＶ_OUTが増加した状態では、接続点８５の電圧値が増加し、シャントレギュレータ（Ｑ０００２）９４の駆動トランジスタの出力電流値が増加する。これによって発光素子７２の電流値Ｉｄは増加し、受光素子７４の検出電流値Ｉｃも増加するのでフィードバック（ＦＢ）端子の電圧値Ｖ_FBは減少し、これを受けてＤ制御部５６はデューティＤを減少させる。これによって第１スイッチング素子５２によってトランス（Ｔ０００１）４６の１次側に流れる電流値が減少し、２次側に流れる電流値も減少し、出力電圧値Ｖ_OUTは減少する。

出力電圧値Ｖ_OUTが所定値よりも低く、Ｖ_OUTが減少した状態では、接続点８５の電圧値が減少し、シャントレギュレータ（Ｑ０００２）９４の駆動トランジスタの出力電流値が減少する。これによって発光素子７２の電流値Ｉｄは減少し、受光素子７４の検出電流値Ｉｃも減少するのでフィードバック（ＦＢ）端子の電圧値Ｖ_FBは増加し、これを受けてＤ制御部５６はデューティＤを増加させる。これによって第１スイッチング素子５２によってトランス（Ｔ０００１）４６の１次側に流れる電流値が増加し、２次側に流れる電流値も増加し、出力電圧値Ｖ_OUTは増加する。

再び図１に戻り、ＳＭＰＳ信号によってスイッチング電源４０の動作を停止する停止信号を受け取るときの構成について述べる。２次側の出力ダイオード（Ｄ０００３）８０の出力点１００は、低周波トランス電源３０の出力端子でもあり、スイッチング電源４０の出力端子でもある。すなわち、低周波トランス電源３０またはスイッチング電源４０のうちの動作している電源の出力端子である。この出力点１００を用いて、ＳＭＰＳ信号による停止信号を受け取ったときに、フォトカプラ（Ｑ０００１）７０に駆動電力を供給する。フォトカプラ（Ｑ０００１）７０に駆動電力を供給するフォトカプラ駆動回路は、第２スイッチング素子（Ｑ０００４）１０２、電力供給スイッチング素子（Ｑ０００５）１０４、駆動抵抗素子（Ｒ０００６）１０６、接地スイッチング素子（Ｑ０００３）１１０を含んで構成される。

図１において第２スイッチング素子（Ｑ０００４）１０２は、ＳＭＰＳ信号による停止信号を受け取るデジタルトランジスタである。デジタルトランジスタは、バイポーラトランジスタと抵抗素子を一体化した複合素子である。第２スイッチング素子（Ｑ０００４）１０２の例では、ＮＰＮトランジスタのベースとエミッタの間に抵抗素子が設けられ、ＮＰＮトランジスタのベースとデジタルトランジスタにおけるベース端子との間にも抵抗素子が設けられる。

第２スイッチング素子（Ｑ０００４）１０２のベース端子はＳＭＰＳ端子に接続され、エミッタ端子はＧＮＤ２に接続され、コレクタ端子は、電力供給スイッチング素子（Ｑ０００５）１０４のベース端子に接続される。

電力供給スイッチング素子（Ｑ０００５）１０４は、駆動抵抗素子（Ｒ０００６）１０６を介してフォトカプラ（Ｑ０００１）７０の発光素子７２に駆動電力を供給するデジタルトランジスタである。電力供給スイッチング素子（Ｑ０００５）１０４を構成するバイポーラトランジスタは、ＰＮＰトランジスタである。

電力供給スイッチング素子（Ｑ０００５）１０４のエミッタ端子は出力点１００に接続され、ベース端子は第２スイッチング素子（Ｑ０００４）１０２のコレクタ端子に接続され、コレクタ端子は駆動抵抗素子（Ｒ０００６）１０６を介してフォトカプラ（Ｑ０００１）７０の発光素子７２のアノードに接続される。

フォトカプラ（Ｑ０００１）７０の発光素子７２のカソードとＧＮＤ２との間に設けられる接地スイッチング素子（Ｑ０００３）１１０は、ＳＭＰＳ信号による停止信号を受けたときに発光素子７２のカソードをＧＮＤ２に接続し、アノードに供給される駆動電力をＧＮＤ２に流すデジタルトランジスタである。接地スイッチング素子（Ｑ０００３）１１０を構成するバイポーラトランジスタは、ＮＰＮトランジスタである。

接地スイッチング素子（Ｑ０００３）１１０のコレクタ端子は発光素子７２のカソードに接続されるが、ベース端子はＳＭＰＳ端子に直接接続され、エミッタ端子はＧＮＤ２に接続される。

ＳＭＰＳ信号による停止信号を受けたときの上記の各素子の動作は以下の通りである。ＴＭＰＳ信号がオンのとき、ＳＭＰＳ信号は、「Ｌ」レベルとされる。このときＳＭＰＳ信号はオフ状態で、スイッチング電源４０は動作する。ＳＭＰＳ信号が「Ｈ」レベルになると、ＳＭＰＳ信号はオン状態で、スイッチング電源４０の動作が停止される。したがって、「Ｈ」レベルのＳＭＰＳ信号がスイッチング電源４０に対する停止信号である。

ＳＭＰＳ信号が「Ｌ」レベルのときは、第２スイッチング素子（Ｑ０００４）１０２がオフで、電力供給スイッチング素子（Ｑ０００５）１０４もオフで、接地スイッチング素子（Ｑ０００３）１１０もオフである。したがって、フォトカプラ（Ｑ０００１）７０から見ると、第２スイッチング素子（Ｑ０００４）１０２、電力供給スイッチング素子（Ｑ０００５）１０４、接地スイッチング素子（Ｑ０００３）１１０のいずれもない状態に相当し、段落００４０で説明した出力電圧値Ｖ_OUTのフィードバック動作がそのまま行われる。

ＳＭＰＳ信号が「Ｈ」レベルのときは、第２スイッチング素子（Ｑ０００４）１０２がオンし、これに伴い、電力供給スイッチング素子（Ｑ０００５）１０４もオンする。そして、接地スイッチング素子（Ｑ０００３）１１０もオン状態となる。したがって、出力点１００とＧＮＤ２との間には、オン状態の電力供給スイッチング素子（Ｑ０００５）１０４、駆動抵抗素子（Ｒ０００６）１０６、フォトカプラ（Ｑ０００１）７０の発光素子７２、オン状態の接地スイッチング素子（Ｑ０００３）１１０が直列状態で接続される。これにより、発光素子７２は、シャントレギュレータ（Ｑ０００２）９４の駆動トランジスタによって電流が引き込まれることなく、出力点１００から、ＧＮＤ２に向かって駆動電力が供給され、発光する。この発光により、フォトカプラ（Ｑ０００１）７０の受光素子７４に検出電流Ｉｃが流れ、フィードバック（ＦＢ）端子を介して、制御回路（Ｑ０００６）５０にＳＭＰＳ信号による停止信号が伝送される。

このとき、制御回路（Ｑ０００６）５０において、スイッチング電源４０の動作を停止する制御を行うように、駆動抵抗素子（Ｒ０００６）１０６の抵抗値は以下のように設定される。フィードバック（ＦＢ）端子の電圧値であるＶ_FBが低下すると、Ｄ制御部５６はデューティＤを減少させる。制御回路（Ｑ０００６）５０は、Ｖ_FBが一定の電圧値を下回ったときにスイッチング動作を停止する機能を有する。この一定の電圧値を停止信号閾値電圧値として、これに対応する受光素子７４の検出電流値Ｉｃを停止信号閾値電流値Ｉｃｔｈとする。

発光素子７２の駆動電流値Ｉｄに変換率ＣＴＲを乗じて受光素子７４の検出電流値Ｉｃが算出されるので、受光素子７４の検出電流値が停止信号閾値電流値Ｉｃｔｈとなるときの発光素子７２の閾値駆動電流値Ｉｄｔｈ以上の電流を発光素子７２に供給すればよい。したがって、発光素子７２に閾値駆動電流値Ｉｄｔｈ以上の電流を供給できるように駆動抵抗素子（Ｒ０００６）１０６の抵抗値を設定する。

このようにすることで、出力電圧値Ｖ_OUTのフィードバックに用いているフォトカプラ（Ｑ０００１）７０を、ＳＭＰＳ信号による停止信号を受け取ったときにその停止信号を制御装置（Ｑ０００６）５０に伝送することができる。これがスイッチング電源４０の第３の機能である。

図２は、スイッチング電源４０の第３の機能として、ＳＭＰＳ信号による停止信号についてフォトカプラ（Ｑ０００１）７０を用いて伝送する機能を示す図である。ＳＭＰＳ信号が「Ｈ」レベルであると、第２スイッチング素子（Ｑ０００４）１０２がオンし、電力供給スイッチング素子（Ｑ０００５）１０４もオンし、接地スイッチング素子（Ｑ０００３）１１０もオンする。これによって、出力点１００からＧＮＤ２に向かって、電力供給スイッチング素子（Ｑ０００５）１０４、駆動抵抗素子（Ｒ０００６）１０６、フォトカプラ（Ｑ０００１）７０の発光素子７２、接地スイッチング素子（Ｑ０００３）１１０に駆動電流が流れる。

Ｄ制御部５６でスイッチング電源４０を停止状態とするときのフィードバック（ＦＢ）端子の電圧値Ｖ_FBは、Ｖ_FB＝（Ｖ_CC−Ｒ_PU×Ｉｃｔｈ）である。Ｉｃｔｈは、停止信号閾値電流値である。Ｉｃｔｈは、発光素子７２の駆動電流値Ｉｄと受光素子７４の検出電流値Ｉｃとの間の変換率ＣＴＲを用いて、Ｉｃｔｈ＝（Ｉｄｔｈ×ＣＴＲ）で示される。Ｉｄｔｈは、閾値駆動電流値である。

電力供給スイッチング素子（Ｑ０００５）１０４がオンのときの飽和電圧値をＶ_SAT104とし、接地スイッチング素子（Ｑ０００３）１１０がオンのときの飽和電圧値をＶ_SAT110とし、発光素子７２の順方向電圧値をＶ_F70とすると、駆動抵抗素子（Ｒ０００６）１０６の抵抗値Ｒ₁₀₆は次のように与えられる。Ｒ₁₀₆＝｛（Ｖ_OUT−Ｖ_SAT104−Ｖ_F70−Ｖ_SAT110）／Ｉｄｔｈ｝。

駆動抵抗素子（Ｒ０００６）１０６の抵抗値Ｒ₁₀₆を上記のような値、または、その値よりも小さな値に設定することで、出力電圧値Ｖ_OUTのフィードバックに用いるフォトカプラ（Ｑ０００１）７０を、ＳＭＰＳ信号による停止信号の伝送にも用いることが可能となる。

上記では、制御回路（Ｑ０００６）５０に第１スイッチング素子５２が内蔵されるものとした。図３は、第１スイッチング素子５２を含まない制御回路５１の例を示す図である。この場合、制御回路（Ｑ０００６）５０におけるドレイン端子（ＤＲ）に対応して、外付けの第１スイッチング素子５２のゲートに接続されるゲート端子（ＧＡ）が設けられる。

上記では、フィードバック（ＦＢ）端子の電圧値Ｖ_FBが停止信号閾値電圧値以下となったときに、Ｄ制御部５６の機能によってスイッチング電源４０の動作を停止するものとした。これに代えて、フィードバック（ＦＢ）端子の電圧値Ｖ_FBを予め定めた参照電圧（Ｖ_REFST）と比較して、停止信号（ＳＴ）を制御回路に出力してもよい。図４は、差動増幅器１２２のプラス側入力端子に参照電圧値（Ｖ_REFST）を入力し、マイナス側入力端子にフィードバック（ＦＢ）端子の電圧値Ｖ_FBを入力し、出力（ＳＴ）を制御回路１２０に入力する例を示す図である。

図５は、フォトカプラを２つ用いる従来技術のスイッチング電源４１の構成図である。図５は、図１の破線部分を実線化したものに相当する。スイッチング電源４１では、ＳＭＰＳ信号による停止信号の伝送のために、第２のフォトカプラ１０８が用いられる。第２のフォトカプラ１０８の発光素子の駆動電力は、出力点１００から駆動抵抗素子（Ｒ０００７）１１２を介して発光素子のアノードに供給される。発光素子のカソードは、接地スイッチング素子（Ｑ０００３）１１０を介してＧＮＤ２に接続される。

図１の破線も参照して、スイッチング電源４０、４１を比較すると、従来技術のスイッチング電源４１に比べ、スイッチング電源４０は、容積が大きくてコストも高いフォトカプラが１個で済み、電源システム２０がコンパクトで安価に構成できることが分かる。

８ 外部電源、１０ オーディオ機器、１２ オーディオ回路部、１４ アンプ、２０ 電源システム、２２ 外部電源接続部、３０ 低周波トランス電源、３２ トランス（Ｔ０００２）、３４ リレー（Ｓ０００１）、３６ ダイオードブリッジ（Ｄ０００１）、３７ コンデンサ（Ｃ０００１）、３８ 出力ダイオード（Ｄ０００２）、４０、４１ スイッチング電源、４２ フィルタ、４４ ダイオードブリッジ（Ｄ０００４）、４５ コンデンサ（Ｃ０００３）、４６ トランス（Ｔ０００１）、４７ 第１コイル、４８ 第２コイル、５０、５１ 制御回路（Ｑ０００６）、５２ 第１スイッチング素子、５４ フィードバック抵抗（Ｒ_PU）、５６ Ｄ制御部、６０ ダイオード（Ｄ０００６）、６１ コンデンサ（Ｃ０００７）、６２ コンデンサ（Ｃ０００８）、７０ フォトカプラ（Ｑ０００１）、７２ 発光素子、７４ 受光素子、８０ 出力ダイオード（Ｄ０００３）、８２、８５、９０ 接続点、８４ 抵抗素子（Ｒ０００１）、８６ 抵抗素子（Ｒ０００２）、９２ 抵抗素子（Ｒ０００４）、９４ シャントレギュレータ（Ｑ０００２）、１００ 出力点、１０２ 第２スイッチング素子（Ｑ０００４）、１０４ 電力供給スイッチング素子（Ｑ０００５）、１０６ 駆動抵抗素子（Ｒ０００６）、１０８ （第２の）フォトカプラ（Ｑ０００７）、１１０ 接地スイッチング素子（Ｑ０００３）、１１２ 駆動抵抗素子（Ｒ０００７）、１２０ 制御回路、１２２ 差動増幅器。

Claims (4)

1. 低周波トランス電源とスイッチング電源とを備え、該低周波トランス電源の出力と該スイッチング電源の出力とが逆流防止ダイオードを介して並列化されて出力される端子、該低周波トランス電源のオンオフを制御する信号が入力される端子、及び、該スイッチング電源のオンオフを制御する信号が入力される端子を有する電源システムであって、
   該スイッチング電源は、
   スイッチング電源用のトランスの１次巻線と接地との間に接続される第１スイッチング素子と、
   該スイッチング電源用のトランスの２次巻線側に接続される整流平滑回路と、
   該整流平滑回路の出力電圧値を検出する出力電圧検出回路と、
   該出力電圧値を制御回路に伝送するフォトカプラと、
   該スイッチング電源をオフさせる停止信号を受け取る第２スイッチング素子と、
   該第２スイッチング素子が該停止信号を受けとったときに、該低周波トランス電源の出力端子でもあり該スイッチング電源の出力端子でもある出力点から電力をフォトカプラに供給し、該フォトカプラを介して該スイッチング電源の該停止信号を該制御回路に伝送するフォトカプラ駆動回路と、
   を備える、電源システム。
2. 前記フォトカプラは前記出力電圧検出回路側に設けられる発光素子と、前記制御回路側に設けられる受光素子とで構成され、
   前記フォトカプラ駆動回路は、
   前記出力点にエミッタ端子が接続され、該発光素子のアノードに駆動抵抗素子を介してコレクタ端子が接続され、ベース端子が前記第２スイッチング素子の出力端子に接続される電力供給スイッチング素子と、
   前記停止信号を受け取ったときに該発光素子のカソードを接地させる接地スイッチング素子と、
   を含む、請求項１に記載の電源システム。
3. 前記駆動抵抗素子は、
   前記発光素子の駆動電流値Ｉｄに変換率ＣＴＲを乗じて算出される前記受光素子の検出電流値Ｉｃが所定の停止信号閾値電流値Ｉｃｔｈとなるときの該発光素子の閾値駆動電流値Ｉｄｔｈ以上の電流を供給できる抵抗値に設定され、
   前記制御回路は、該受光素子の検出電流値Ｉｃが停止信号閾値電流値Ｉｃｔｈとなることを検出して前記スイッチング電源の動作を停止させる、請求項２に記載の電源システム。
4. 前記停止信号は、
   前記低周波トランス電源が駆動される間は、状態が遷移している途中を除き、継続して出力される、請求項１から３のいずれか１に記載の電源システム。

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