JPH06343265A

JPH06343265A - スイッチング電源装置

Info

Publication number: JPH06343265A
Application number: JP12896993A
Authority: JP
Inventors: Kiyoharu Inao; 清春稲生; Kenji Arai; 健二新居; Shuichi Matsuda; 修一松田
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1993-05-31
Filing date: 1993-05-31
Publication date: 1994-12-13

Abstract

(57)【要約】【目的】ビートノイズの発生がなく、消費電力を削減で
き、部品点数を削減できる２次側からの電源出力のオン
／オフ制御が可能なスイッチング電源装置を実現するこ
とにある。【構成】１次側にスイッチング制御回路を設け、オン／
オフ信号伝送用トランスを介して２次側から１次側にオ
ン／オフ信号を加えてスイッチング制御回路を制御する
ことによりスイッチング電源出力のオン／オフを制御す
るように構成されたスイッチング電源装置において、１
次側に前記オン／オフ信号伝送用トランスを前記スイッ
チング制御回路の駆動周波数よりも十分高い周波数で間
欠的に駆動する駆動信号源を設けたことを特徴とするも
の。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はスイッチング電源装置に
関し、詳しくは、２次側から１次側にオン／オフ信号を
加えてスイッチング電源出力のオン／オフを制御するよ
うに構成されたスイッチング電源装置の改良に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】スイッチング電源装置の一種に、１次側
にスイッチング制御回路が設けられたものがある。通
常、このようなスイッチング電源装置における出力のオ
ン／オフ制御にあたっては、１次側に入力される商用電
源をオン／オフすることが行われている。

【０００３】ところが、このような商用電源のオン／オ
フ操作は、大容量の電源の場合、使用者の安全性の確保
や操作面の簡単さの観点から見ると十分とはいえない。
そこで、１次側にスイッチング制御回路が設けられた大
容量のスイッチング電源装置では、オン／オフ信号伝送
用トランスを介して２次側から１次側にオン／オフ信号
を加えてスイッチング制御回路を制御することが行われ
ている。

【０００４】図１２は従来のこのようなスイッチング電
源装置の一例を示すブロック図である。図において、１
は入力電源であり、スイッチ素子２に直流電圧を供給す
る。スイッチ素子２は直流電圧をスイッチングしてトラ
ンス３の１次側に供給する。トランス３の２次側には誘
起される交流電圧を整流平滑する整流平滑回路４が接続
されている。５はスイッチング制御回路であり、トラン
ス３の１次側に設けられていて駆動パルスのパルス幅を
制御することによってスイッチ素子２のスイッチング動
作を制御する。スイッチング制御回路５には整流平滑回
路４の出力電圧の一部が帰還されている。６はオン／オ
フ信号伝送用トランスである。トランス６の２次側には
オン／オフ信号回路７が接続され、１次側には自励発振
回路８が接続されている。また、自励発振回路８はコン
パレータ９を介してスイッチング制御回路５に接続され
ている。

【０００５】このような構成において、スイッチ素子２
のオン／オフ時間はスイッチング制御回路５から出力さ
れるスイッチング制御信号のパルス幅に従って制御さ
れ、その時間関係によって整流平滑回路４の出力電圧の
大きさが制御される。一方、自励発振回路８はオン／オ
フ信号伝送用トランス６を励磁して２次側のオン／オフ
信号回路７にエネルギーを供給するとともに、自励発振
回路８の出力信号はコンパレータ９にも入力されてい
る。この状態でトランス６の２次側に負荷として接続さ
れているオン／オフ信号回路７のオン／オフ状態が変化
することによりトランス６の１次側の信号レベルが変化
し、コンパレータ９の入力レベルも変化する。

【０００６】そこで、コンパレータ９はこのオン／オフ
信号回路７のオン／オフ状態の変化に伴う入力レベルの
変化を所定値と比較することによって検出し、その検出
結果に従ってスイッチング制御回路５をオン／オフ制御
して整流平滑回路４の出力電圧、すなわちスイッチング
電源装置の出力電圧をオン／オフ制御する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の構成によれば、発振回路がスイッチング制御回路５
と自励発振回路８の２個存在してそれぞれが互いに異な
る周波数で動作することから２つの周波数の差のビート
ノイズが発生することになり、ノイズ対策が難しい。

【０００８】また、自励発振回路８は常に発振している
ので消費電力が大きくなってしまうという問題もある。
また、部品点数が増加するという問題点もある。さら
に、これらの回路駆動電源Ｖ_CC（１５Ｖ）を図６に示す
ように最大４００Ｖ程度の直流入力電圧Ｖ_indcから作る
場合があるが、負荷電流が大きいとドロッパ抵抗の損失
が非常に大きくなるという問題もある。

【０００９】本発明はこのような従来の問題点を解決す
るものであって、その目的は、ビートノイズの発生がな
く、消費電力を削減でき、部品点数を削減できる２次側
からの電源出力のオン／オフ制御が可能なスイッチング
電源装置を実現することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のスイッチング電
源装置は、１次側にスイッチング制御回路を設け、オン
／オフ信号伝送用トランスを介して２次側から１次側に
オン／オフ信号を加えてスイッチング制御回路を制御す
ることによりスイッチング電源出力のオン／オフを制御
するように構成されたスイッチング電源装置において、
１次側に前記オン／オフ信号伝送用トランスを前記スイ
ッチング制御回路の駆動周波数よりも十分高い周波数で
間欠的に駆動する駆動信号源を設けたことを特徴とす
る。

【００１１】

【作用】スイッチング制御回路の駆動周波数よりも十分
高い周波数で間欠的に駆動されるオン／オフ信号伝送用
トランスの２次側から１次側にオン／オフ信号を加える
ことにより、オン／オフ信号伝送用トランスの１次側の
電圧レベルはオン／オフ信号のオン／オフ状態に応じて
変化する。

【００１２】従って、このオン／オフ信号伝送用トラン
スの１次側の電圧レベルの変化をスイッチング制御回路
のオン／オフ制御に対応させることにより、スイッチン
グ電源出力のオン／オフを制御できる。ここで、オン／
オフ信号伝送用トランスはその１次側に設けられている
駆動信号源で間欠的に駆動されるのでビートノイズを生
じる周波数関係であってもその発生期間も間欠的にな
り、ノイズレベルは低下する。

【００１３】また、駆動信号源はオン／オフ信号伝送用
トランスを間欠的に駆動するので、消費電力を削減でき
る。さらに、これらは比較的簡単に集積回路化でき、部
品点数を削減できる。

【００１４】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。図１は本発明の一実施例を示すブロック図であり、
図１２と共通する部分には同一の符号を付けている。図
において、１０は同期間欠発振器であり、オン／オフ信
号伝送用トランス６を間欠的に駆動する駆動信号源とし
て用いられる。この同期間欠発振器１０はスイッチング
制御回路５の駆動周波数ｆ_SWに同期してスイッチング制
御回路５の駆動周波数よりも十分高い周波数ｆ_aで間欠
発振する。

【００１５】図２は同期間欠発振器１０の具体例図であ
り、２個のコンパレータ１１，１２を中心にして構成さ
れている。コンパレータ１１の反転入力端子にはスイッ
チング制御回路５の駆動周波数ｆ_SWの信号が入力され、
非反転入力端子には基準電圧Ｖ_r1が入力され、出力端子
はトランジスタＴＲのベースに接続されている。トラン
ジスタＴＲのコレクタはコンパレータ１２の反転入力端
子に接続され、コンパレータ１２の非反転入力端子には
基準電圧Ｖ_r2が入力され、出力端子はそれぞれ抵抗を介
して反転入力端子および非反転入力端子に接続されてい
る。

【００１６】図３は図２の動作を説明する波形図であ
り、（Ａ）はスイッチング制御回路５の駆動周波数ｆ_SW
の信号波形を示し、（Ｂ）はトランジスタＴＲの出力波
形を示し、（Ｃ）はコンパレータ１２の出力波形を示し
ている。これらから明らかなように、基準電圧Ｖ_r1の値
を変えることによりトランジスタＴＲの出力波形の時間
幅が変わって間欠発振の継続時間を任意に設定できる。

【００１７】図４は図１の具体的な回路例図である。全
体としては、１次側でスイッチング制御を行う一般的な
構成のスイッチング電源ブロックＡに、ブロックＢのオ
ン／オフ制御機能を付加した構成になる。ブロックＢに
おいて、同期間欠発振器１０はスイッチング制御回路５
の発振周波数ｆ_SWを受けて間欠パルスをオン／オフ信号
伝送用トランス６の１次側に接続されているスイッチ素
子Ｑ１に出力する。コンパレータ９はオン／オフ信号伝
送用トランス６のリセット電圧を検出し、その出力信号
をスイッチング制御回路５のリモートコントロール端子
ＲＣに入力する。すなわち、コンパレータ９の一方の入
力端子には基準電圧Ｖ_refが加えられ、他方の入力端子
にはオン／オフ信号伝送用トランス６の１次側の電圧を
ピーク整流するダイオードＤ１と抵抗Ｒ１とコンデンサ
Ｃ１よりなるピーク整流回路の出力が加えられている。
なお、このピーク整流回路には抵抗Ｒ３を介して電源電
圧Ｖ_CCが加えられている。オン／オフ信号伝送用トラン
ス６の２次側には、出力電圧をピーク整流するダイオー
ドＤ２と抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２よりなるピーク整流
回路と、このピーク整流回路の出力端子間をオン／オフ
するスイッチＳＷが接続されている。

【００１８】図４のブロックＢの動作を図５の波形図を
用いて説明する。図５の（Ａ）はスイッチＳＷのオン／
オフ状態を示し、（Ｂ）はスイッチング制御回路５から
出力される発振周波数ｆ_SWの三角波を示し、（Ｃ）は同
期間欠発振器１０の出力波形を示し、（Ｄ）はコンパレ
ータ９に入力されるピーク整流回路の出力信号を示し、
（Ｅ）はスイッチング制御回路５のリモートコントロー
ル端子ＲＣに入力されるコンパレータ９の出力信号を示
している。

【００１９】スイッチング制御回路５から出力される発
振周波数ｆ_SWの三角波がある定まった値になったとき同
期間欠発振器１０は回路内部で設定されている周波数ｆ
_aで発振を開始し、その出力で直接トランジスタＱ１を
駆動する。なお、周波数ｆ_aは周波数ｆ_SWに比べて十分
高いものとする。また、同期間欠発振器１０の発振は三
角波の１周期内の適当な時間継続して停止するように設
定されている。

【００２０】トランジスタＱ１は抵抗Ｒ３で電流制限さ
れたオン／オフ信号伝送用トランス６を励磁し、トラン
ジスタＱ１のオフ期間にはトランジスタＱ１に蓄積され
たエネルギーをダイオードＤ１を通してコンデンサＣ１
に蓄積することによりトランス６のリセットを終了させ
る。このとき、コンデンサＣ１にはトランス６に蓄積さ
れたエネルギーに比例した電圧Ｖ_rが発生する。この時
点でスイッチＳＷがオフ状態であればトランス６の２次
側にエネルギーの放出はなく、すべてコンデンサＣ１お
よび抵抗Ｒ１に放出される。これに対し、スイッチＳＷ
がオンのときにはトランス６のエネルギーのほとんどが
スイッチＳＷを通して放出され、コンデンサＣ１および
抵抗Ｒ１に放出されるエネルギーはトランス６の特性に
基づく漏洩インダクタンスに蓄積されたエネルギーとな
り、Ｖ_ron＜Ｖ_roffが成立する。この両者の電圧差をコ
ンパレータ９で比較し、その出力をスイッチング制御回
路５のリモートコントロール端子ＲＣに加えることによ
ってスイッチング制御回路５の制御動作の開始，停止を
制御する。

【００２１】このように構成することにより、オン／オ
フ信号伝送用トランス６の２次側からオン／オフ信号を
入力することによってスイッチング電源の出力をオン／
オフ制御できる。ここで、オン／オフ信号伝送用トラン
ス６はその１次側に設けられているスイッチング制御回
路５の駆動周波数ｆ_SWに同期した周波数ｆ_aの信号の出
力により駆動されるのでビートノイズを生じることはな
く、従来に比べてノイズレベルは低下する。

【００２２】また、同期間欠発振器１０はスイッチング
制御回路５の駆動周波数ｆ_SWに同期した周波数ｆ_aで間
欠発振するので消費電力を削減でき、全体の効率を高め
ることができる。また、オン／オフ信号伝送用トランス
６の駆動周波数が高いので、トランス６を小型にでき
る。

【００２３】さらに、これらの回路構成は比較的簡単に
集積回路化でき、部品点数を削減できる。図６は本発明
の他の実施例図であり、図４と共通する部分には同一の
符号を付けている。図６ではメイン出力の一部をフォト
カプラＰＴ１の発光ダイオードと抵抗Ｒ４の直列回路を
介してスイッチＳＷに接続し、フォトカプラＰＴ１のフ
ォトトランジスタを同期間欠発振器１０の制御端子に接
続している。

【００２４】図７は図６の動作を説明する波形図であ
り、図５に（Ｆ）のメイン出力の状態と、（Ｇ）のフォ
トカプラＰＴ１のフォトトランジスタのコレクタ電圧の
状態を追加している。図７から明らかなように、図６の
ように構成することにより、メイン出力が立ち上がった
らフォトカプラＰＴ１のフォトトランジスタがオンにな
って同期間欠発振器１０の発振を停止させる。この結
果、さらに消費電力を削減できる。なお、スイッチＳＷ
がオフになるとフォトカプラＰＴ１の発光ダイオードが
オフになってフォトトランジスタもオフになり、同期間
欠発振器１０は再度発振を開始してスイッチＳＷの状態
を検出する。

【００２５】図８も本発明の他の実施例図であり、図
４，図６と共通する部分には同一の符号を付けている。
図８では駆動信号源として同期間欠発振器１０の代わり
にスイッチング制御回路１３にスイッチ素子２を駆動す
るための周波数ｆ_SWの信号とオン／オフ信号伝送用トラ
ンス６を駆動するための周波数ｆ_aの信号を出力する２
系統の発振器を組み込んでおき、これらの出力をフォト
カプラＰＴ１のフォトトランジスタのコレクタ電圧とコ
ンパレータ９の出力信号との組み合わせで交互に選択す
るように構成している。

【００２６】すなわち、フォトカプラＰＴ１のフォトト
ランジスタのコレクタは抵抗Ｒ５を介して電源Ｖ_CCに接
続され、さらにインバータＩＮＶ１を介してオアゲート
ＯＧの一方の入力端子に接続されるとともに直接アンド
ゲートＡＧ２の第２の入力端子に接続されている。コン
パレータ９の出力端子はアンドゲートＡＧ１の一方の入
力端子に接続されるとともにインバータＩＮＶ２を介し
てアンドゲートＡＧ２の第１の入力端子に接続されてい
る。アンドゲートＡＧ１の出力端子はオアゲートＯＧの
他方の入力端子に接続され、オアゲートＯＧの出力端子
はフリップフロップＦ／Ｆのセット端子Ｓに接続されて
いる。アンドゲートＡＧ２の出力端子はフリップフロッ
プＦ／Ｆのリセット端子Ｒに接続されている。フリップ
フロップＦ／Ｆの出力端子Ｑ₁はアンドゲートＡＧ１の
他方の入力端子に接続されるとともにアンドゲートＡＧ
４の一方の入力端子に接続され、出力端子Ｑ₂はアンド
ゲートＡＧ２の第３の入力端子に接続されるとともにア
ンドゲートＡＧ３の一方の入力端子に接続され、さらに
スイッチング制御回路１３の発振器の切換端子に接続さ
れている。アンドゲートＡＧ３，ＡＧ４の各他方の入力
端子にはスイッチング制御回路１３の発振器の出力端子
が共通に接続されている。

【００２７】図９は図８の動作を説明する波形図であ
る。（Ａ）に示すようにスイッチＳＷがオンになって
（Ｃ）に示すようにコンパレータ９の出力信号がＨレベ
ルになると、フリップフロップＦ／Ｆはセットされて出
力端子Ｑ₂は（Ｄ）に示すようにＨレベルになる。そし
て、スイッチング制御回路１３の発振器の出力は（Ｂ）
に示すようにスイッチ素子２を駆動するための周波数ｆ
_SWの信号に切り替わり、同時にスイッチング制御回路１
３の出力端子もスイッチ素子２の駆動系統に切り替わっ
てスイッチング電源は出力動作を開始する。これによ
り、フォトカプラＰＴ１の発光ダイオードは（Ｅ）に示
すようにメイン出力で駆動されてオンになり、フリップ
フロップＦ／Ｆの出力端子Ｑ₂はＨレベルの状態を持続
して電源オンの状態が保たれる。

【００２８】これに対し、スイッＳＷがオフになるとフ
ォトカプラＰＴ１の発光ダイオードもオフになり、フリ
ップフロップＦ／Ｆはリセットされて出力端子Ｑ₂はＬ
レベルになる。この結果、スイッチング制御回路１３の
発振器の出力はトランジスタＱ１を駆動する周波数ｆ_a
の信号に切り替わってオン／オフ信号伝送用トランス６
を駆動して再度スイッチＳＷの状態監視を始めるととも
に、メイン出力がオフになって電源オフの状態になる。

【００２９】上記各実施例の駆動信号源はディスクリー
トの回路部品でも構成できるが、図１０のようにプライ
マリーコントロールＩＣ（以下ＰＲＭ．ＩＣと略す）を
用いることもできる。一般にＰＲＭ．ＩＣは電源電圧Ｖ
_CCに対してスタート電圧とストップ電圧が決められてい
て、電源電圧Ｖ_CCがスタート電圧を越えると動作を開始
して発振を始め、一度動作を開始した後に電源電圧Ｖ_CC
が低下してストップ電圧を下回ると動作は停止して発振
も停止する。このようなＰＲＭ．ＩＣは、スタート電圧＞ストップ電圧で、ヒステリシス電圧は
２〜３ＶスタートまでのＩＣの消費電流は動作時の１０％程度
と小さいパルス出力の電流容量は１Ａ以上と大きいなどの特長をもっている。

【００３０】そこで、例えば図１０のような接続でこれ
らの特長を利用し間欠発振させる。図１１の波形図を用
いて図１０の動作を説明する。ＡＣ入力電圧を整流平滑
した電圧Ｖ_hdを抵抗Ｒを介してＰＲＭ．ＩＣの電源端子
Ｖ_CCに印加する。このとき、抵抗Ｒの値をＰＲＭ．ＩＣ
が停止した状態の消費電流を供給するのに適切な値に選
ぶ。これにより、電源電圧Ｖ_CCは（Ａ）に示すようにス
タート電圧まで上昇して（Ｂ）に示すように発振動作を
始め、急激に消費電流を増大させる。ところが抵抗Ｒは
動作時の電流を供給する能力はないためコンデンサＣの
放電により動作を継続しながら電源電圧Ｖ_CCは低下を始
め、ストップ電圧を下回ると動作は停止して発振も停止
する。発振が停止することによって消費電流は減少し、
電源電圧Ｖ_CCは再度スタート電圧まで上昇して発振を始
める。このような繰り返しにより、ＰＲＭ．ＩＣは
（Ｃ）に示すように抵抗Ｒ_tとコンデンサＣ_tで設定され
る周波数信号を間欠的に出力する発振器として動作する
ことになる。

【００３１】このように構成される発振器を図１，図
４，図６の同期間欠発振器１０としても利用でき、スイ
ッチング制御回路の駆動周波数と完全に同期した間欠発
振出力が得られる。また、このようなＰＲＭ．ＩＣの技
術的思想を用い、１つのスイッチング制御回路用ＩＣで
スタート信号を検出するまでは間欠発振をさせて２次側
のスイッチのオン／オフの状態検出を行わせ、スタート
信号を検出した後は連続発振に切り替えて通常のスイッ
チング制御を行わせることもできる。この場合、発振周
波数の切替えはなく、出力段の切替えのみでよいことか
ら構成が簡略化できる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ビートノイズの発生がなく、消費電力を削減でき、部品
点数を削減できる２次側からの電源出力のオン／オフ制
御が可能なスイッチング電源装置を実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すブロック図である。

【図２】図１の間欠同期発振器の具体例回路図である。

【図３】図２の動作を説明する波形図である。

【図４】図１の具体的な回路例図である。

【図５】図４の動作を説明する波形図である。

【図６】本発明の他の実施例を示す回路図である。

【図７】図６の動作を説明する波形図である。

【図８】本発明の他の実施例を示す回路図である。

【図９】図８の動作を説明する波形図である。

【図１０】本発明で用いる発振器の具体例である。

【図１１】図１０の動作を説明する波形図である。

【図１２】従来のスイッチング電源装置の一例を示すブ
ロック図である。

【符号の説明】

１入力電源２スイッチ素子３トランス４整流平滑回路５，１３スイッチング制御回路６オン／オフ信号伝送用トランス７オン／オフ信号回路９，１１，１２コンパレータ１０間欠同期発振器（駆動信号源）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１次側にスイッチング制御回路を設け、オ
ン／オフ信号伝送用トランスを介して２次側から１次側
にオン／オフ信号を加えてスイッチング制御回路を制御
することによりスイッチング電源出力のオン／オフを制
御するように構成されたスイッチング電源装置におい
て、１次側に前記オン／オフ信号伝送用トランスを前記スイ
ッチング制御回路の駆動周波数よりも十分高い周波数で
間欠的に駆動する駆動信号源を設けたことを特徴とする
スイッチング電源装置。