WO2017072940A1 - 出力電圧の設定を切り替えるスイッチング電源装置及びスイッチング電源装置用集積回路 - Google Patents

出力電圧の設定を切り替えるスイッチング電源装置及びスイッチング電源装置用集積回路 Download PDF

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正雄 上野
充達 吉永
貢 古屋
貴志 松元
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サンケン電気株式会社
正雄 上野
充達 吉永
貢 古屋
貴志 松元
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    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Definitions

  • the present invention relates to an AC adapter and a switching power supply device used for various electronic devices, and more particularly to a power supply device compatible with USB-PD (Universal Serial Bus Bus-Power Delivery).
  • USB-PD Universal Serial Bus Bus-Power Delivery
  • the output voltage of the AC adapter is 5V, 12V, 19V, 24V, and the like. It is desirable that both the commercial transformer and the switching power supply transformer have an optimal turns ratio that matches the output voltage, based on the principle of the transformer that performs output voltage conversion at the turns ratio. Therefore, when configuring a power supply that changes the output voltage by 2 to 3 times (for example, a constant current power supply), the transformer design, primary side switching element withstand voltage, and secondary side rectifier withstand voltage must be set according to the maximum output voltage. It is necessary to consider.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-43643 uses means for providing a DC output of an AC / DC power supply with a DC / DC converter such as a step-down chopper regulator in order to configure a power supply that greatly varies the output voltage. .
  • the circuit configuration proposed in Patent Document 1 has an AC / DC converter unit and a DC / DC converter unit as shown in FIG. 8, and switches the switching switches N1, N2, and N3, so that the DC / DC converter unit Reduces efficiency. Further, as shown in FIG. 9, there is a proposal that employs a synchronous rectification method (M1, M2) in order to improve the rectification efficiency of the AC / DC converter unit.
  • M1, M2 synchronous rectification method
  • the efficiency as the power supply device is a value obtained by multiplying each converter efficiency, and the efficiency is the AC / DC converter unit and the DC / DC converter. Therefore, the efficiency cannot be improved. Moreover, the number of parts increases, and it is not preferable because it cannot be downsized.
  • the efficiency of the rectifier diode loss can be improved.
  • the efficiency according to the turns ratio of the transformer is not optimized. Therefore, when the other output voltage is selected, the switching duty greatly differs, and the efficiency cannot be improved.
  • an object of the present invention is to provide a switching power supply device that can maintain high efficiency even when the output voltage is switched.
  • a switching power supply device that switches setting of an output voltage based on an external signal
  • a transformer having a primary winding and a plurality of n secondary windings; N secondary rectifiers for rectifying the pulse voltage of the secondary winding, n synchronous rectifier elements corresponding to the plurality of n secondary windings; N-1 switch elements for switching the secondary winding; A control circuit for turning on and off the synchronous rectifier element and fixing the switch element on or off, and The n ⁇ 1 switching elements are fixed on or off according to the voltage value of the set voltage of the output voltage, and the total number or any one of the plurality of n synchronous rectification elements is selected and Synchronous rectification of the secondary winding pulse voltage, When the output voltage is stopped at a high set value, the synchronous rectification on the side of the plurality of synchronous rectifier elements that outputs the set value having a high output voltage until the output voltage is reduced to a low voltage value.
  • a synchronous rectifying element is provided for each secondary winding, and a transformer tap can be selected in accordance with the output voltage set via the switching element. For this reason, even if the output voltage is changed, the connection of the secondary winding of the transformer can be changed at any output voltage, so that high efficiency can be obtained. Further, since the residual voltage of the output smoothing capacitor can be discharged through the synchronous rectification element of the synchronous rectification circuit, it is not necessary to newly provide a dedicated discharge circuit component. In addition, by providing a discharge function, even if the output voltage setting is switched from a high voltage setting to a low voltage setting immediately thereafter, a protection function is provided that prevents a voltage exceeding the set voltage from being output to the output terminal.
  • FIG. 1 is a diagram showing a block diagram according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a sequence of each part of the block diagram shown in FIG.
  • FIG. 3 shows a circuit diagram showing the first embodiment of the invention and an operation table of each part.
  • FIG. 4 shows a connection change example of the circuit diagram shown in the first embodiment of the invention and an operation table of each part.
  • FIG. 5 is a diagram showing a block diagram according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing a sequence of each part of the block diagram shown in FIG.
  • FIG. 7 shows a circuit diagram showing a second embodiment of the invention and an operation table of each part.
  • FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration having a conventional AC / DC converter unit and a DC / DC converter unit.
  • FIG. 9 shows a circuit example in which a synchronous rectification method is adopted in the conventional AC / DC converter unit of FIG.
  • FIG. 1 is a diagram showing a block diagram according to the first embodiment of the present invention.
  • a DC voltage rectified to a DC voltage by a rectifier DB via a line filter LF connected to an AC input power supply AC and smoothed by a capacitor C1 is converted into a primary winding P1 and a MOSFET Q1 of a transformer T1. And connected to a series circuit.
  • the control circuit cont. Are connected, the MOSFET Q1 is turned on / off based on a feedback signal from a photocoupler PC1 described later, and the output voltage Vo is controlled.
  • the diode D1, the capacitor C2, and the resistor R1 constitute a snubber circuit, and absorb the surge voltage applied to the MOSFET Q1. Further, the secondary windings S1 and S2 of the transformer T1 are connected in series, one terminal of the secondary winding S1 is connected to the positive electrode of the smoothing capacitor C3, and the output positive electrode (via the Vbus switch unit VbusSW) Vout). The negative electrode of the smoothing capacitor C3 is connected to the output GND and one of the terminals SR1 and SR2 of the synchronous rectifier element. The other terminal of SR1 of the synchronous rectifier element is connected to a tap connected in series with the secondary windings S1 and S2.
  • the other terminal of SR2 of the synchronous rectifier element is connected to the other terminal of the secondary winding S2 via the switch element SW2. Further, between the both terminals of the smoothing capacitor C3, a photocoupler PC1 and an error amplifier ErrAmp are connected, and the Vbus control unit Vbus cont. Based on the voltage instruction value Vref signal from the primary side control circuit cont. So that the output voltage Vo becomes a constant value. In addition, feedback control is performed via the photocoupler PC1.
  • the synchronous rectifier elements SR1 and SR2 rectify the voltage generated in the secondary windings S1 and S2 by performing an off-on operation complementary to the on / off operation of the MOSFET Q1.
  • the switch SW2 is fixed on or off according to the set voltage High and Low of the output voltage Vo, and the SR2 of the synchronous rectifier performs a synchronous rectification operation when the switch SW2 is on.
  • the output terminals Vout, GND, and cc are built in the USB-PD connector terminal, and are attached to and detached from the load via the connector.
  • whether or not the connector is attached depending on the presence or absence of the cc terminal signal indicates whether or not the Vbus control unit Vbus cont. Judgment.
  • FIG. 2 shows a sequence of each part of the block diagram shown in FIG.
  • the Vbus control unit Vbus cont.
  • the voltage instruction value Vref signal from is first designed to reset the output voltage Vo to 20 V after starting and stabilizing the output voltage at 5 V.
  • the case where the output voltage Vout is set to 5V will be described.
  • the switching operation of MOSFET Q1 starts.
  • the secondary-side synchronous rectifier SR1 starts an on / off operation in synchronization with the secondary winding S1 current.
  • the switch SW2 and the synchronous rectifier SR2 have been kept off from the time t0.
  • the output voltage Vo is 5 V by being rectified and smoothed by the smoothing capacitor C3 through the path of the secondary winding S1, the smoothing capacitor C3, the synchronous rectification element SR1, and the secondary winding S1.
  • the Vbus switch unit is turned on at time t2, and 5V is output to Vout.
  • the cc terminal signal disappears, and the Vbus control unit Vbus cont.
  • the Vbus control unit Vbus At time t5, the Vbus control unit Vbus.
  • the voltage instruction value Vref signal from cont is reset from Low 5V to High 20V. Accordingly, the switch SW2 is turned on and the synchronous rectifier SR2 starts an on / off operation in synchronization with the secondary windings S1 and S2.
  • the output voltage Vo rises to 20 V at time t6, and 20 V is output to Vout via the Vbus switch unit.
  • the Vbus control unit When the USB-PD connector is removed at time t7, the cc terminal signal disappears, and the Vbus control unit outputs the voltage instruction value Vref signal from High (20V setting) to Low (5V setting), and at the same time, the Vbus switch unit. Turn off. As a result, the Vout output voltage becomes zero.
  • the error amplifier transmits a feedback signal for stopping the switching of the MOSFET Q1 to the primary side control circuit Cont.
  • the photocoupler PC1 After the photocoupler PC1 until the voltage is reduced to 5V.
  • the switching voltage of the smoothing capacitor C3 is changed from the secondary windings S1 and S2 of the transformer T1 to 1 through the primary winding P1 by switching the synchronous rectifying element SR2 while the switch element SW2 is turned on. Discharge to the next snubber circuit.
  • the switching element SW2 is turned off from the on state, and the switching operation of the synchronous rectifying element SR2 is stopped.
  • the error amplifier causes the primary side control circuit Cont. To start switching of the MOSFET Q1 through the photocoupler PC1, and controls the output voltage Vo to 5V.
  • FIG. 3A is a circuit diagram showing the first embodiment of the invention, and FIG. 3B shows an operation table of each part.
  • FIG. 3A the same reference numerals are used for the same parts as shown in FIG.
  • a synchronous rectification control unit 20, a diode D2, a capacitor C4, and resistors R11 and R12 are added to FIG.
  • the switch SW2 and the secondary side synchronous rectification elements SR1 and SR2 are replaced with N-MOSFETs.
  • the Vbus control unit 11 receives the external signal cc, and transmits a signal for controlling on / off of the Vbus switch unit 12 to the Vbus switch unit 12 and the synchronous rectification control unit 20 based on the external signal cc. Further, the voltage instruction value Vref is transmitted to the synchronous rectification control unit 20.
  • the synchronous rectification control unit 20 includes an error amplifier 21, a tap selection unit 22, a synchronous rectification detection unit 23, and a decoder 24.
  • the error amplifier 21 compares the output voltage Vout with the voltage instruction value Vref, amplifies the error signal, and feeds it back to the primary control IC via the photocoupler PC1.
  • the tap selection unit 22 synchronously detects an instruction to fix the switch element SW2 on or off according to the voltage instruction value from the Vbus control unit 11 to the decoder 24 and an operation / stop instruction for the synchronous rectification elements SR1 and SR2. Send to part 23.
  • the decoder 24 detects the on / off signal from the Vbus control unit, the signal from the tap selection unit, the signal from the synchronous rectification detection unit, and the output voltage Vo to detect the photocoupler PC2, the switch element SW2, the synchronous rectification element SR1, An ON or OFF signal is sent to SR2.
  • FIG. 3B shows an operation table based on the Vbus switch unit on / off signal and the voltage instruction value from the Vbus control unit 11.
  • the decoder 24 turns on the switch element SW2 until the output voltage Vo drops from 20V to 5V, and The synchronous rectification element SR2 is switched and stopped when the output voltage Vo reaches 5V.
  • the switching element SW2 can be turned on and the switching operation of the synchronous rectification element SR2 can be stopped by monitoring the voltage of the output voltage Vo. However, in order to obtain a margin at the time of switching, the output voltage Vo is decreased to less than 5V. You may switch. Further, when the synchronous rectifying element SR2 is switched, it is possible to adjust the discharge time constant of the residual voltage of the smoothing capacitor C3 by adjusting the on-duty.
  • the on-duty can be increased. If it is desired to decrease the discharge time constant, it can be realized by decreasing the on-duty.
  • the on-duty is proportional to the current peak value flowing through the synchronous rectifier element SR2, and when it is desired to suppress the current peak value, it is possible to cope with it by reducing the on-duty.
  • the synchronous rectification control unit 20 may be configured with an integrated circuit.
  • FIG. 4 shows a connection modification of the first embodiment and an operation table of each part.
  • FIG. 4A the connection position of the secondary windings S1 and S2 of the transformer T1 is turned upside down, and the negative electrode and GND of the smoothing capacitor C3 are connected to one terminal of the secondary winding S1.
  • a synchronous rectifier SR1 is connected to a tap connected to the other terminal of the secondary winding S1 of the transformer T1 and one terminal of the secondary winding S2, and the positive terminal of the smoothing capacitor C3 is connected via the synchronous rectifier SR1. Connected to the electrode. Further, the switching element SW2 and the synchronous rectifying element SR2 are connected in series to the other terminal of the secondary winding S2, and are connected to the positive electrode of the smoothing capacitor C3.
  • the synchronous rectification control unit 20, the Vbus control unit, and the Vbus switch unit are not changed, and the operation table of each unit shown in FIG. 4B is the same as that shown in FIG.
  • the method of switching the output voltage using the secondary winding of the transformer T1 only in series connection is shown.
  • the high voltage S2 winding of the transformer T1 cannot be used in the case where the output voltage is set to Low. This cannot dissipate the heat generated by the secondary winding, and cannot effectively utilize the window frame area held by the winding of the transformer.
  • the ratio of the output voltage to be switched to Low / High is about twice, the secondary winding of the transformer T1 can be effectively utilized by switching the secondary windings S1 and S2 to series-parallel connection.
  • the second embodiment of the present invention shows a system in which the secondary windings S1 and S2 of the transformer T1 are connected in series and parallel, and a block diagram is shown in FIG.
  • FIG. 5 is different from FIG. 1 of the first embodiment in that the secondary windings S1 and S2 of the transformer T1 are separated, and the secondary windings S1 and S2 are connected via the switch element SW2 and the synchronous rectification element SR2. It is connected. Further, a switch element SW1 is added, and is connected between a connection point between the switch element SW2 and the synchronous rectifier element SR2 and the positive electrode of the smoothing capacitor C3. Also, one terminal of the secondary winding S1 of the transformer T1 is connected to the positive electrode of the smoothing capacitor C3, the other terminal is connected to the synchronous rectifier SR2, and is connected to GND via the synchronous rectifier SR1. ing.
  • FIG. 6 shows a sequence of each part of the block diagram shown in FIG. FIG.
  • FIG. 6 shows an example of a condition for setting the output voltage setting to either 5V or 9V, which is approximately twice the voltage.
  • the specification of the Vbus control unit is the same as that of the first embodiment.
  • the switching operation of MOSFET Q1 starts.
  • the switch element SW1 is in an on-fixed state
  • the switch element SW2 is in an off-fixed state
  • the secondary windings S1 and S2 are in parallel connection via the synchronous rectifier elements SR1 and SR2.
  • the synchronous rectification elements SR1 and SR2 start an on / off operation in synchronization with the secondary winding S1 current and S2 current.
  • the Vbus switch unit is turned on at time t11, and the Vo voltage is output to Vout.
  • the cc terminal signal of the Vbus control unit disappears, and the Vbus control unit turns off the Vbus switch unit.
  • the Vout output voltage becomes zero.
  • the output voltage Vo is set to 5V, 5V is maintained as it is, but since it becomes a no-load state, the synchronous rectification elements SR1 and SR2 stop the synchronous rectification operation.
  • the Vbus switch unit is turned on and 5 V is output to Vout based on an instruction from the Vbus control unit.
  • the switching operation of MOSFET Q1 starts.
  • the switch element SW1 is in the on state
  • the switch element SW2 is in the off state
  • the secondary windings S1 and S2 are in a parallel connection state via the synchronous rectifier elements SR1 and SR2.
  • the secondary side synchronous rectification elements SR1 and SR2 start an on / off operation in synchronization with the secondary winding S1 current and S2 current.
  • the output voltage Vo is rectified and smoothed at 5 V by the smoothing capacitor C3.
  • the Vbus switch unit is turned on at time t14, and 5 V is output to Vout.
  • the voltage instruction value Vref signal from the Vbus control unit is reset from Low 5V to High 9V in response to a cc signal (not shown).
  • the switch element SW1 is changed from the on state to the off state in accordance with the voltage instruction value Vref signal from the Vbus control unit, and the operation of the synchronous rectifier element SR1 is stopped.
  • the switch element SW2 is switched from the off state to the on state. Thereby, the secondary windings S1 and S2 of the transformer T1 are switched to series connection.
  • the output voltage Vo rises to 9V at time t16, and 9V is output to Vout via the Vbus switch unit.
  • the Vbus control unit changes the voltage instruction value Vref signal from High (9V setting) to Low (5V setting) and at the same time the Vbus switch unit. Turn off.
  • the Vout output voltage becomes zero.
  • the smoothing capacitor C3 is charged at 9V, the error amplifier transmits a feedback signal for stopping the switching of the MOSFET Q1 to the primary side control circuit Cont. Via the photocoupler PC1 until the voltage is reduced to 5V.
  • the synchronous rectifier SR2 while the switch element SW2 is in the ON state, the residual voltage of the smoothing capacitor C3 is changed from the secondary windings S1 and S2 of the transformer T1 to 1 through the primary winding P1. Discharge to the next snubber circuit.
  • the switching element SW2 is turned off from the on state, and the switching operation of the synchronous rectifying element SR2 is stopped.
  • the error amplifier causes the primary side control circuit Cont. To start switching of the MOSFET Q1 through the photocoupler PC1, and controls the output voltage Vo to 5V.
  • FIG. 7A shows a circuit diagram showing the first embodiment of the invention
  • FIG. 7B shows an operation table of each part.
  • a synchronous rectification control unit 20a diodes D2 and D3, capacitors C4 and C5, resistors R11 to R14, and a photocoupler PC3 are added to FIG.
  • the switches SW1 and SW2 and the secondary side synchronous rectifier elements SR1 and SR2 are replaced with N-MOSFETs.
  • the Vbus control unit 11 receives the external signal cc, and transmits a signal for controlling on / off of the Vbus switch unit 12 to the Vbus switch unit 12 and the synchronous rectification control unit 20a based on the external signal cc.
  • the voltage instruction value Vref is transmitted to the synchronous rectification control unit 20a.
  • the synchronous rectification control unit 20a includes an error amplifier 21a, a tap selection unit 22a, a synchronous rectification detection unit 23a, and a decoder 24a.
  • the error amplifier 21a compares the output voltage Vout with the voltage instruction value Vref, amplifies the error signal, and feeds it back to the primary control IC via the photocoupler PC1.
  • the tap selection unit 22a detects whether the switch element SW2 is fixed on or off according to the voltage instruction value from the Vbus control unit 11, and detects the operation / stop instruction of the synchronous rectification elements SR1 and SR2 synchronously. Send to section 23a.
  • FIG. 7B shows an operation table based on the Vbus switch unit on / off signal and the voltage instruction value from the Vbus control unit 11.
  • the switching element SW2 can be turned on and the switching operation of the synchronous rectification element SR2 can be stopped by monitoring the voltage of the output voltage Vo. However, in order to obtain a margin at the time of switching, the output voltage Vo is decreased to less than 5V. You may switch. Further, when the synchronous rectifier element SR2 is switched, when the on-duty is adjusted, the discharge time constant of the residual voltage of the smoothing capacitor C3 can be adjusted, and when the current peak value flowing through the synchronous rectifier element SR2 is to be suppressed. As in the first embodiment, it is possible to cope with the problem by reducing the on-duty. Note that the synchronous rectification control unit 20a may be configured by an integrated circuit.
  • the synchronous rectifier elements SR1 and SR2 are N-MOSFETs, a Schottky barrier diode and a wide gap semiconductor such as GaN may be combined.
  • the number of secondary windings is increased to n, the number is increased to n synchronous rectifier elements and n ⁇ 1 switch elements, and the output voltage Vo is switched to n voltages.
  • a combination corresponding to the output voltage may be set for the n secondary windings.
  • n is a natural number 2, 3, 4,. Even when the number of secondary windings is increased to n, when the OFF signal is transmitted from the Vbus control unit 11 to the Vbus switch unit 12 and the voltage instruction value is switched from High (nth) to Low, it is set to Low. The switch element (n-th) is turned on and the synchronous rectifier element (n-th) is switched until the voltage drops to a voltage, and is stopped when the voltage set to Low is reached.
  • the DC power supply according to the present invention is suitable for a power supply that switches to a predetermined set voltage. Therefore, it can be used for a power supply device for USB-PD using the same.

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Abstract

所定の出力電圧に切り替え、かつ高効率を維持できるスイッチング電源装置を提供する。 【解決手段】 外部信号に基づき出力電圧の設定を切り替えるスイッチング電源装置であって、1次巻線P1と2次巻線S１,S２を有するトランスT1と、2次巻線のパルス電圧を整流する２次側整流部に、2次巻線の数に応じた複数の同期整流素子SR1,SR2と、2次巻線S1,S2を切り替えるためのスイッチ素子SW2と、同期整流素子SR1,SR2をオンオフ制御およびスイッチ素子SW2をオンまたはオフする制御回路20とを備え、出力電圧Voの設定電圧の高低の電圧値に合わせて、スイッチ素子SW2をオンまたはオフさせ、かつ同期整流素子のいずれかを選択して2次巻線のパルス電圧を同期整流し、出力電圧Voが高い設定値での停止動作時には、出力電圧Voの設定電圧の低い電圧値に低下するまで、同期整流素子のうち出力電圧Voが高い設定値を出力する側の同期整流素子SR2をスイッチング動作させることを特徴とする。

Description

出力電圧の設定を切り替えるスイッチング電源装置及びスイッチング電源装置用集積回路
　本発明は、各種電子機器に使用されるＡＣアダプタ、及びスイッチング電源装置に関し、特にＵＳＢ－ＰＤ（Universal Serial Bus － Power Delivery）に対応する電源装置に関する。
　直流電源で動作する電子機器の多くは3.3V～24Vの電圧で動作するため、例えばＡＣアダプタの出力電圧は5Ｖ,12Ｖ,19Ｖ,24Vなどになっている。商用トランスもスイッチング電源用トランスも、巻数比で出力電圧変換を行うトランスの原理により、出力電圧に合った最適な巻数比にすることが望ましい。そのため、出力電圧が2～3倍も変化するような電源（例えば定電流電源など）を構成する場合は最大出力電圧に合わせて、トランス設計や一次側スイッチング素子耐圧、二次側整流素子耐圧を考慮する必要がある。また、これは様々な動作電圧の機器に対して、1台で対応できる電源やＡＣアダプタ設計が非常に難しいことを示している。
　このため、特開２０１５－４３６４３では、出力電圧を大幅に可変させる電源を構成するために、ＡＣ／ＤＣ電源のＤＣ出力にさらに降圧チョッパレギュレータ等のＤＣ／ＤＣコンバータを設ける手段が用いられている。
特開２０１５－４３６４３号公報
特許文献１で提案された回路構成では、図８のようにＡＣ／ＤＣコンバータ部とＤＣ/ＤＣコンバータ部を持ち、切換えスイッチであるＮ１,Ｎ２,Ｎ３を切換えることで、ＤＣ/ＤＣコンバータ部の効率低下を抑制している。　
また、図９のようにＡＣ/ＤＣコンバータ部の整流効率を改善するため、同期整流方式（Ｍ１、Ｍ２）を採用した案がある。
しかしながら、図８のようにＡＣ／ＤＣコンバータ部とＤＣ/ＤＣコンバータ部を持つ構成では、電源装置としての効率が各コンバータ効率を乗算した値となり、効率はＡＣ／ＤＣコンバータ部とＤＣ/ＤＣコンバータ部のいずれかの値より低い値になるため、効率の向上は図れない。また、部品点数が増え、小型化ができないなど好ましくない。
次に、図９のようにＡＣ/ＤＣコンバータ部に同期整流方式を採用することで、整流ダイオード損失分の効率の向上が図れる。しかし、出力電圧を切り替えた時にはトランスの巻数比に伴う効率の最適化は行われないため、他方の出力電圧選択時にはスイッチングデューティーが大きく異なってしまい、効率の向上は図れない。
上記問題に鑑み、本発明は、出力電圧を切り替えても高効率を維持できるスイッチング電源装置を提供することを課題とする。
　上記課題を解決するために、本発明の一態様によれば、外部信号に基づき出力電圧の設定を切り替えるスイッチング電源装置であって、
1次巻線と複数ｎ個の２次巻線を有するトランスと、
前記２次巻線のパルス電圧を整流する２次側整流部に、前記複数ｎ個の２次巻線に応じたｎ個の同期整流素子と、
前記２次巻線を切り替えるためのｎ－１個のスイッチ素子と、
前記同期整流素子をオンオフ制御および前記スイッチ素子をオン固定またはオフ固定する制御回路と、を備え、
前記出力電圧の設定電圧の高低の電圧値に合わせて、前記ｎ－１個のスイッチ素子をオン固定またはオフ固定させ、かつ前記複数ｎ個の同期整流素子の全数又はいずれかを選択して前記２次巻線のパルス電圧を同期整流し、
前記出力電圧が高い設定値での動作停止時には、前記出力電圧の設定電圧の低い電圧値に低下するまで、前記複数の同期整流素子のうち前記出力電圧が高い設定値を出力する側の同期整流素子をスイッチング動作させることを特徴とする。
　本発明によると、同期整流用素子を２次巻線毎に備え、かつ、スイッチ用素子を介して設定された出力電圧に合わせてトランスのタップを選択できる。このため、出力電圧を変更しても、いずれの出力電圧でもトランスの２次巻線の接続を変更できるので高効率を得られる。また、同期整流回路の同期整流用素子を介して出力平滑コンデンサの残留電圧を放電できるので、新たに放電回路専用部品を備える必要が無い。また、放電機能を備えることにより、出力電圧設定を高い電圧設定から直後に低い電圧設定に切り替えられたとしても、出力端子に設定電圧を超える電圧を出力させない保護機能も備える。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るブロック図を示す図である。 図２は、図１に示したブロック図の各部シーケンスを示す図である。 図３は、発明の第１の実施形態を示した回路図及び各部の動作表を示す。 図４は、発明の第１の実施形態の示した回路図の接続変更例及び各部の動作表を示す。 図５は、本発明の第２の実施形態に係るブロック図を示す図である。 図６は、図５に示したブロック図の各部シーケンスを示す図である。 図７は、発明の第２の実施形態を示した回路図及び各部の動作表を示す。 図８は、従来技術のＡＣ／ＤＣコンバータ部とＤＣ/ＤＣコンバータ部を持つ構成の回路図を示す。 図９は、図８の従来技術のＡＣ/ＤＣコンバータ部に同期整流方式を採用した回路例を示す。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るブロック図を示す図である。
図１に示す基本構成は、交流入力電源ＡＣに接続されたラインフィルターＬＦを介して整流器ＤＢで直流電圧に整流し、コンデンサＣ１で平滑された直流電圧を、トランスＴ１の一次巻線Ｐ１とＭＯＳＦＥＴＱ１との直列回路に接続されている。ＭＯＳＦＥＴＱ１のゲートには制御回路ｃｏｎｔ．が接続され、後述するフォトカプラＰＣ１からのフィードバック信号に基づきＭＯＳＦＥＴＱ１をオンオフ制御し、出力電圧Ｖｏの制御を行う。ダイオードＤ１，コンデンサＣ２、抵抗Ｒ１はスナバ回路を構成し、ＭＯＳＦＥＴＱ１に印加されるサージ電圧を吸収する。
また、トランスＴ１の二次巻線Ｓ１とＳ２とは直列接続され、二次巻線Ｓ１の一方の端子は平滑コンデンサＣ３の正電極に接続され、Ｖｂｕｓスイッチ部ＶｂｕｓＳＷを介して出力の正電極（Ｖｏｕｔ）に接続されている。平滑コンデンサＣ３の負電極は出力のＧＮＤと同期整流素子のＳＲ１及びＳＲ２の一方の端子に接続されている。同期整流素子のＳＲ１の他方の端子には二次巻線Ｓ１とＳ２と直列接続されたタップに接続されている。同期整流素子のＳＲ２の他方の端子はスイッチ素子ＳＷ２を介して、二次巻線Ｓ２の他方の端子に接続されている。また、平滑コンデンサＣ３の両端子間には、フォトカプラＰＣ１と誤差増幅器ＥｒｒＡｍｐが接続され、Ｖｂｕｓ制御部Ｖｂｕｓ　ｃｏｎｔ．からの電圧指示値Ｖｒｅｆ信号に基づき、出力電圧Ｖｏが一定値になるよう１次側の制御回路ｃｏｎｔ．にフォトカプラＰＣ１を介してフィードバック制御を行っている。
また、同期整流素子のＳＲ１及びＳＲ２は、ＭＯＳＦＥＴＱ１のオンオフ動作と相補的にオフオン動作を行うことで、二次巻線Ｓ１、Ｓ２に発生する電圧を整流する。
また、出力電圧Ｖｏの設定電圧のＨｉｇｈ、Ｌｏｗに応じてスイッチＳＷ２をオン固定またはオフ固定させ、同期整流素子のＳＲ２はスイッチＳＷ２のオン動作時に同期整流動作を行う。
出力のＶｏｕｔ、ＧＮＤ、ｃｃの各端子は、ＵＳＢ－ＰＤのコネクタ端子に内蔵され、コネクタを介して負荷と脱着される。ここで、ｃｃ端子信号の有無でコネクタが装着されているか否かをＶｂｕｓ制御部Ｖｂｕｓ　ｃｏｎｔ．が判断している。
図２に、図１に示したブロック図の各部シーケンスを示す。図２では、出力電圧設定を５Ｖと２０Ｖのいずれかに設定する条件の例とした。
ここで、Ｖｂｕｓ制御部Ｖｂｕｓ　ｃｏｎｔ．からの電圧指示値Ｖｒｅｆ信号は、まず、出力電圧を５Ｖで起動させ安定させた後、出力電圧Ｖｏを２０Ｖ電圧に再設定させる仕様となっている。
まず、出力電圧Ｖｏｕｔを５Ｖで設定した場合について説明する。時刻ｔ０でＭＯＳＦＥＴＱ１のスイッチング動作が開始する。ＭＯＳＦＥＴＱ１のスイッチング動作に合わせて２次側の同期整流素子ＳＲ１が２次巻線Ｓ１電流と同期してオンオフ動作を開始する。ここで、スイッチＳＷ２及び同期整流素子ＳＲ２は、時刻ｔ０からオフ状態を維持している。これにより、２次巻線Ｓ１→平滑コンデンサＣ３→同期整流素子ＳＲ１→２次巻線Ｓ１の経路で平滑コンデンサＣ３に整流平滑されて出力電圧Ｖｏは５Ｖを出力する。また、Ｖｂｕｓスイッチ部は時刻ｔ２でオンになり、Ｖｏｕｔには５Ｖが出力される。
次に、時刻ｔ２でＵＳＢ―ＰＤコネクタが取り外されると、ｃｃ端子信号が無くなり、Ｖｂｕｓ制御部Ｖｂｕｓ　ｃｏｎｔ．は、電圧指示値Ｖｒｅｆ信号をＬｏｗ（５Ｖ設定）にすると同時に、Ｖｂｕｓスイッチ部をオフさせる。これにより、Ｖｏｕｔ出力電圧はゼロになる。ここで、出力電圧Ｖｏが５Ｖ設定時には、そのまま５Ｖを維持し、同期整流素子ＳＲ１は無負荷状態になるため、同期整流動作を停止する。なお、スイッチＳＷ２、同期整流素子ＳＲ２はオフ状態のままである。
図示しないが、次に再びＵＳＢ―ＰＤコネクタが装着されると、Ｖｂｕｓ制御部の指示に基づき、Ｖｂｕｓスイッチ部がオンして、Ｖｏｕｔに５Ｖが出力される。
次に、出力電圧Ｖｏｕｔを２０Ｖで設定した場合について説明する。時刻ｔ３でＭＯＳＦＥＴＱ１のスイッチング動作が開始する。ＭＯＳＦＥＴＱ１のスイッチング動作に合わせて同期整流素子ＳＲ１が２次巻線Ｓ１電流と同期してオンオフ動作を開始する。ここで、スイッチＳＷ２及び同期整流素子ＳＲ２は、時刻ｔ３からオフ状態を維持している。これにより、２次巻線Ｓ１→平滑コンデンサＣ３→同期整流素子ＳＲ１→２次巻線Ｓ１の経路で平滑コンデンサＣ３に整流平滑され、出力電圧Ｖｏは５Ｖが出力される。また、Ｖｂｕｓスイッチ部は時刻ｔ４でオンになり、Ｖｏｕｔには５Ｖが出力される。時刻ｔ５において、Ｖｂｕｓ制御部Ｖｂｕｓ．ｃｏｎｔからの電圧指示値Ｖｒｅｆ信号は、Ｌｏｗの５ＶからＨｉｇｈの２０Ｖ電圧に再設定させる。これに伴い、スイッチＳＷ２はオン固定状態になり、同期整流素子ＳＲ２は２次巻線Ｓ１、Ｓ２電流と同期してオンオフ動作を開始する。これにより、出力電圧Ｖｏは時刻ｔ６にて２０Ｖに上昇し、Ｖｂｕｓスイッチ部を介してＶｏｕｔには２０Ｖが出力される。
時刻ｔ７にて、ＵＳＢ―ＰＤコネクタが取り外されると、ｃｃ端子信号が無くなり、Ｖｂｕｓ制御部は、電圧指示値Ｖｒｅｆ信号をＨｉｇｈ（２０Ｖ設定）からＬｏｗ（５Ｖ設定）を出力すると同時に、Ｖｂｕｓスイッチ部をオフさせる。これにより、Ｖｏｕｔ出力電圧はゼロになる。ここで、平滑コンデンサＣ３は２０Ｖで充電しているため、５Ｖに低下するまで誤差増幅器はフォトカプラＰＣ１を介して1次側制御回路Ｃｏｎt.にＭＯＳＦＥＴＱ１のスイッチングを停止させるフィードバック信号を送信する。この時、スイッチ素子ＳＷ２をオン状態のまま、同期整流素子ＳＲ２をスイッチング動作させることで、平滑コンデンサＣ３の充電電圧をトランスＴ１の2次巻線Ｓ１，Ｓ２から1次巻線Ｐ１を介して１次側のスナバ回路へ放電させる。
時刻ｔ８にて平滑コンデンサＣ３の充電電圧が５Ｖ未満に低下したのを検出すると、スイッチ素子ＳＷ２をオン状態からオフにし、同期整流素子ＳＲ２のスイッチング動作を停止させる。同時に、誤差増幅器はフォトカプラＰＣ１を介して1次側制御回路Ｃｏｎt.にＭＯＳＦＥＴＱ１のスイッチングを開始させ、出力電圧Ｖｏを５Ｖに制御させる。
以下に、第１の実施形態で構成される直流電源装置の具体的な２次側の回路構成について図３を用いて詳細に述べる。図３（Ａ）は、発明の第１の実施形態を示した回路図を示し、図３（Ｂ）は各部の動作表を示す。
図３（Ａ）において、図１に示した部品と同一の場合には、同符号としている。また、図１に対して、同期整流制御部２０、ダイオードＤ２、コンデンサＣ４、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２が追加されている。なお、スイッチＳＷ２、２次側同期整流素子ＳＲ１、ＳＲ２は、Ｎ－ＭＯＳＦＥＴに置き換えている。
Ｖｂｕｓ制御部１１は外部信号ｃｃを受信し、外部信号ｃｃに基づき、Ｖｂｕｓスイッチ部１２をオンオフ制御する信号をＶｂｕｓスイッチ部１２及び、同期整流制御部２０へ送信する。また、電圧指示値Ｖｒｅｆを同期整流制御部２０へ送信する。
同期整流制御部２０は、誤差増幅器２１、タップ選択部２２、同期整流検出部２３、デコーダ２４からなる。誤差増幅器２１は、出力電圧Ｖｏｕｔと電圧指示値Ｖｒｅｆとを比較し、その誤差信号を増幅してフォトカプラＰＣ１を介して１次側の制御ＩＣへフィードバックする。
タップ選択部２２は、Ｖｂｕｓ制御部１１からの電圧指示値に応じてスイッチ素子ＳＷ２のオン固定またはオフ固定の指示をデコーダ２４へ、及び、同期整流素子ＳＲ１、ＳＲ２の動作／停止指示を同期検出部２３へ送る。デコーダ２４は、Ｖｂｕｓ制御部からのオン／オフ信号、タップ選択部からの信号、同期整流検出部からの信号、及び出力電圧Ｖｏを検出してフォトカプラＰＣ２、スイッチ素子ＳＷ２、同期整流素子ＳＲ１、ＳＲ２へオンまたはオフ信号を送出する。図３（Ｂ）にＶｂｕｓ制御部１１からのＶｂｕｓスイッチ部オン／オフ信号及び電圧指示値に基づく動作表を示す。
Ｖｂｕｓ制御部１１からのＶｂｕｓスイッチ部からオフ信号が送信され、電圧指示値がＨｉｇｈからＬｏｗに切り替わった場合、デコーダ２４は出力電圧Ｖｏが２０Ｖから５Ｖに低下するまでスイッチ素子ＳＷ２をオン状態、かつ同期整流素子ＳＲ２をスイッチング動作させ、出力電圧Ｖｏが５Ｖに達した時点で動作を停止させる。スイッチ素子ＳＷ２のオン及び同期整流素子ＳＲ２のスイッチング動作の停止は、出力電圧Ｖｏの電圧を監視することで行えるが、切り替え時のマージンを得るために、出力電圧Ｖｏを５Ｖ未満まで低下させてから切り替えてもよい。
また、同期整流素子ＳＲ２をスイッチング動作させる際に、オンデューティーを調整することで平滑コンデンサＣ３の残留電圧の放電時定数を調整することが可能である。放電時定数を早くしたい場合は、オンデューティーを大きく、遅くしたい場合はオンデューティーを小さくすることで実現できる。また、オンデューティーは同期整流素子ＳＲ２に流れる電流ピーク値に比例し、電流ピーク値を抑えたい場合にはオンデューティーを小さくすることで対応が可能となる。
なお、同期整流制御部２０を集積回路で構成してもよい。
　図３では、同期整流素子ＳＲ１、ＳＲ２をＧＮＤ側に接続したが、スイッチングノイズを考慮した場合、正極側に接続した方が良い結果を得られる場合がある。ここで、図４に第１の実施形態の接続変形例及び各部の動作表を示す。
　図４（Ａ）では、トランスＴ１の２次巻線Ｓ１、Ｓ２の接続位置を上下反転し、平滑コンデンサＣ３の負電極及びＧＮＤと２次巻線Ｓ１の一方の端子を接続している。
　トランスＴ１の２次巻線Ｓ１の他方の端子と２次巻線Ｓ２の一方の端子が接続されたタップには、同期整流素子ＳＲ１が接続され、同期整流素子ＳＲ１を介して平滑コンデンサＣ３の正電極に接続されている。また、２次巻線Ｓ２の他方の端子にはスイッチ素子ＳＷ２と同期整流素子ＳＲ２が直列接続されて、平滑コンデンサＣ３の正電極に接続されている。
　なお、同期整流制御部２０、Ｖｂｕｓ制御部、Ｖｂｕｓスイッチ部に変更はなく、図４（ｂ）に示す各部動作表に関しても、図３（ｂ）と同様の動作になる。
（第２の実施形態）
本発明の第１の実施形態では、トランスＴ１の２次巻線を直列接続のみで使用して出力電圧を切り替える方式を示した。２次巻線を直列接続の場合、出力電圧をＬｏｗに設定したケースでは、トランスＴ１の高圧用のＳ２巻線を使用することはできない。これは、２次巻線の発熱を分散できず、また、トランスの巻線が保有する窓枠面積を圧迫し有効に活用できない。
ここで、Ｌｏｗ／Ｈｉｇｈに切り替える出力電圧の比率が２倍程度の場合、２次巻線Ｓ１、Ｓ２を直並列接続に切り替えることで、トランスＴ１の２次巻線を有効に活用することができる。本発明の第２の実施形態は、トランスＴ１の２次巻線Ｓ１、Ｓ２を直並列接続にする方式を示し、図５にブロック図を示す。
　図５において第１の実施形態の図１と異なる部分は、トランスＴ１の２次巻線Ｓ１、Ｓ２が分離され、２次巻線Ｓ１、Ｓ２とはスイッチ素子ＳＷ２と同期整流素子ＳＲ２を介して接続されている。また、スイッチ素子ＳＷ１が追加され、スイッチ素子ＳＷ２と同期整流素子ＳＲ２との接続点と平滑コンデンサＣ３の正電極間に接続されている。また、トランスＴ１の２次巻線Ｓ１の一方の端子は平滑コンデンサＣ３の正電極に接続され、他方の端子は同期整流素子ＳＲ２に接続され、かつ、同期整流素子ＳＲ１を介してＧＮＤに接続されている。
図６に、図５に示したブロック図の各部シーケンスを示す。図６では、出力電圧設定を５Ｖと、約２倍の電圧である９Ｖのいずれかに設定する条件の例を示す。
なお、Ｖｂｕｓ制御部の仕様は第１の実施例と同様となっている。
まず、出力電圧Ｖｏｕｔを５Ｖで設定した場合について説明する。時刻ｔ１０でＭＯＳＦＥＴＱ１のスイッチング動作が開始する。スイッチ素子ＳＷ１はオン固定状態、スイッチ素子ＳＷ２はオフ固定状態になっていて、２次巻線Ｓ１とＳ２が同期整流素子ＳＲ１、ＳＲ２を介して並列接続状態になっている。ＭＯＳＦＥＴＱ１のスイッチング動作と相補的に、同期整流素子ＳＲ１、ＳＲ２が２次巻線Ｓ１電流、Ｓ２電流と同期してオンオフ動作を開始する。
Ｖｂｕｓスイッチ部は時刻ｔ１１でオンになり、ＶｏｕｔにＶｏ電圧が出力される。
次に、時刻ｔ１２でＵＳＢ―ＰＤコネクタが取り外されると、Ｖｂｕｓ制御部のｃｃ端子信号が無くなり、Ｖｂｕｓ制御部は、Ｖｂｕｓスイッチ部をオフさせる。これにより、Ｖｏｕｔ出力電圧はゼロになる。ここで、出力電圧Ｖｏが５Ｖ設定時には、そのまま５Ｖを維持するが無負荷状態になるため、同期整流素子ＳＲ１、ＳＲ２は同期整流動作を停止する。なお、図示しないが、次に、再びＵＳＢ―ＰＤコネクタが装着されると、Ｖｂｕｓ制御部の指示に基づき、Ｖｂｕｓスイッチ部がオンして、Ｖｏｕｔに５Ｖが出力される。
　次に、出力電圧Ｖｏｕｔを９Ｖで設定した場合について説明する。時刻ｔ１３でＭＯＳＦＥＴＱ１のスイッチング動作が開始する。なお、スイッチ素子ＳＷ１はオン状態、スイッチ素子ＳＷ２はオフ状態になっていて、２次巻線Ｓ１とＳ２が同期整流素子ＳＲ１、ＳＲ２を介して並列接続状態になっている。ＭＯＳＦＥＴＱ１のスイッチング動作に合わせて２次側同期整流素子ＳＲ１、ＳＲ２が２次巻線Ｓ１電流、Ｓ２電流と同期してオンオフ動作を開始する。これにより、平滑コンデンサＣ３に出力電圧Ｖｏは５Ｖで整流平滑される。次に、Ｖｂｕｓスイッチ部は時刻ｔ１４でオンになり、Ｖｏｕｔには５Ｖが出力される。時刻ｔ１５において、図示しないｃｃ信号に応じてＶｂｕｓ制御部からの電圧指示値Ｖｒｅｆ信号は、Ｌｏｗの５ＶからＨｉｇｈの９Ｖ電圧に再設定させる。同時に、Ｖｂｕｓ制御部からの電圧指示値Ｖｒｅｆ信号に応じてスイッチ素子ＳＷ１をオン状態からオフ状態にし、同期整流素子ＳＲ１の動作を停止する。また、同時にスイッチ素子ＳＷ２をオフ状態からオンに切り替える。これにより、トランスＴ１の２次巻線Ｓ１、Ｓ２は直列接続に切り替えられる。
これに伴い、出力電圧Ｖｏは時刻ｔ１６にて９Ｖまで上昇し、Ｖｂｕｓスイッチ部を介してＶｏｕｔには９Ｖが出力される。
時刻ｔ１７にて、ＵＳＢ―ＰＤコネクタが取り外されると、ｃｃ端子信号が無くなり、Ｖｂｕｓ制御部は、電圧指示値Ｖｒｅｆ信号をＨｉｇｈ（９Ｖ設定）からＬｏｗ（５Ｖ設定）にすると同時に、Ｖｂｕｓスイッチ部をオフさせる。これにより、Ｖｏｕｔ出力電圧はゼロになる。ここで、平滑コンデンサＣ３は９Ｖで充電しているため、５Ｖに低下するまで誤差増幅器はフォトカプラＰＣ１を介して1次側制御回路Ｃｏｎt.にＭＯＳＦＥＴＱ１のスイッチングを停止させるフィードバック信号を送信する。この時、スイッチ素子ＳＷ２をオン状態のまま、同期整流素子ＳＲ２をスイッチング動作させることで、平滑コンデンサＣ３の残留電圧をトランスＴ１の２次巻線Ｓ１，Ｓ２から1次巻線Ｐ１を介して１次側のスナバ回路へ放電させる。
時刻ｔ１８にて平滑コンデンサＣ３の残留電圧が５Ｖ未満に低下したのを検出すると、スイッチ素子ＳＷ２をオン状態からオフにし、同期整流素子ＳＲ２のスイッチング動作を停止させる。同時に、誤差増幅器はフォトカプラＰＣ１を介して1次側制御回路Ｃｏｎt.にＭＯＳＦＥＴＱ１のスイッチングを開始させ、出力電圧Ｖｏを５Ｖに制御させる。
以下に、第２の実施形態で構成される直流電源装置の具体的な２次側の回路構成について図７を用いて詳細に述べる。図７（Ａ）は、発明の第１の実施形態を示した回路図を示し、図７（Ｂ）は各部の動作表を示す。
図７（Ａ）において、図６に示した部品と同一の場合には、同符号としている。また、図６に対して、同期整流制御部２０ａ、ダイオードＤ２、Ｄ３，コンデンサＣ４、Ｃ５、抵抗Ｒ１１～Ｒ１４、フォトカプラＰＣ３が追加されている。なお、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、２次側同期整流素子ＳＲ１、ＳＲ２は、Ｎ－ＭＯＳＦＥＴに置き換えている。
Ｖｂｕｓ制御部１１は外部信号ｃｃを受信し、外部信号ｃｃに基づき、Ｖｂｕｓスイッチ部１２をオンオフ制御する信号をＶｂｕｓスイッチ部１２及び、同期整流制御部２０ａへ送信する。また、電圧指示値Ｖｒｅｆを同期整流制御部２０ａへ送信する。
同期整流制御部２０ａは、誤差増幅器２１ａ、タップ選択部２２ａ、同期整流検出部２３ａ、デコーダ２４ａからなる。誤差増幅器２１ａは、出力電圧Ｖｏｕｔと電圧指示値Ｖｒｅｆとを比較し、その誤差信号を増幅してフォトカプラＰＣ１を介して１次側の制御ＩＣへフィードバックする。
タップ選択部２２ａは、Ｖｂｕｓ制御部１１からの電圧指示値に応じてスイッチ素子ＳＷ２のオン固定またはオフ固定の指示をディテクタ２４へ、及び、同期整流素子ＳＲ１、ＳＲ２の動作／停止指示を同期検出部２３ａへ送る。図７（Ｂ）にＶｂｕｓ制御部１１からのＶｂｕｓスイッチ部オン／オフ信号及び電圧指示値に基づく動作表を示す。
Ｖｂｕｓ制御部１１からＶｂｕｓスイッチ部１２へオフ信号が送信され、電圧指示値がＨｉｇｈからＬｏｗに切り替わった場合、５Ｖに低下するまでスイッチ素子ＳＷ２をオン、かつ同期整流素子ＳＲ２をスイッチング動作させ、５Ｖに達した時点で停止させる。スイッチ素子ＳＷ２のオン及び同期整流素子ＳＲ２のスイッチング動作の停止は、出力電圧Ｖｏの電圧を監視することで行えるが、切り替え時のマージンを得るために、出力電圧Ｖｏを５Ｖ未満まで低下させてから切り替えてもよい。
また、同期整流素子ＳＲ２をスイッチング動作させる際に、オンデューティーを調整することで平滑コンデンサＣ３の残留電圧の放電時定数を調整でき、また、同期整流素子ＳＲ２に流れる電流ピーク値を抑えたい場合にはオンデューティーを小さくすることで対応が可能となることは、第１の実施形態と同様である。
なお、同期整流制御部２０ａを集積回路で構成してもよい。
　以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための例示であって、個々の構成、組合せ等を上記のものに特定するものではない。本発明は、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。
　例えば、同期整流素子ＳＲ１、ＳＲ２をＮ－ＭＯＳＦＥＴとしたが、ショットキーバリアダイオードとＧａＮ等のワイドギャップ半導体等を組み合わせて構成してもよい。
　また、第１の実施形態において、２次巻線をｎ個に増やし、ｎ個分の同期整流素子とｎ－１個のスイッチ素子に増やして、出力電圧Ｖｏをｎ個の電圧に切り替える場合にｎ個の２次巻線を出力電圧に応じた組み合わせを設定してもよい。なお、ｎは自然数２、３、４・・・である。２次巻線をｎ個に増やした場合でも、Ｖｂｕｓ制御部１１からＶｂｕｓスイッチ部１２へオフ信号が送信され、電圧指示値がＨｉｇｈ（ｎ番目）からＬｏｗに切り替わった場合、Ｌｏｗに設定された電圧に低下するまでスイッチ素子（ｎ番目）をオン、かつ同期整流素子（ｎ番目）をスイッチング動作させ、Ｌｏｗに設定された電圧に達した時点で停止させる。
　以上のように、本発明に係る直流電源装置は、所定の設定電圧に切り替える電源装置に好適である。従って、これを用いたＵＳＢ－ＰＤ用電源装置などに利用可能である。
ＡＣ　交流電源
ＬＦ　ラインフィルター
Ｔ１　トランス
１１　Ｖｂｕｓ制御部
１２　Ｖｂｕｓスイッチ部
２０、２０ａ　同期整流制御部
２１、２１ａ　誤差増幅器
２２、２２ａ　タップ切替部
２３、２３ａ　同期整流検出部
２４、２４ａ　デコーダ
Ｃ１～Ｃ５　コンデンサ
Ｄ１～Ｄ３　ダイオード
ＤＢ　整流器
ＰＣ１～ＰＣ３　フォトカプラ
Ｑ１　ＭＯＳＦＥＴ
Ｒ１、Ｒ１１～Ｒ１４　抵抗
Ｃｏｎｔ１．　制御回路
ＳＷ１、ＳＷ２　スイッチ素子
ＳＲ１、ＳＲ２　同期整流素子

Claims (7)

  1. 外部信号に基づき出力電圧の設定を切り替えるスイッチング電源装置であって、
    1次巻線と複数ｎ個の２次巻線を有するトランスと、
    前記２次巻線のパルス電圧を整流する２次側整流部に、前記複数ｎ個の２次巻線に応じたｎ個の同期整流素子と、
    前記２次巻線を切り替えるためのｎ－１個のスイッチ素子と、
    前記同期整流素子をオンオフ制御および前記スイッチ素子をオン固定またはオフ固定する制御回路と、を備え、
    前記出力電圧の設定電圧の高低の電圧値に合わせて、前記ｎ－１個のスイッチ素子をオン固定またはオフ固定させ、かつ前記複数ｎ個の同期整流素子の全数又はいずれかを選択して前記２次巻線のパルス電圧を同期整流し、
    前記出力電圧が高い設定値での動作停止時には、前記出力電圧の設定電圧の低い電圧値に低下するまで、前記複数の同期整流素子のうち前記出力電圧が高い設定値を出力する側の同期整流素子をスイッチング動作させることを特徴とするスイッチング電源装置。
  2. 外部信号に基づき出力電圧の設定を切り替えるスイッチング電源装置の制御を行う集積回路であって、
    前記スイッチング電源装置は、1次巻線と複数ｎ個の２次巻線を有するトランスと、
    前記２次巻線のパルス電圧を整流する２次側整流部に、前記複数ｎ個の２次巻線に応じたｎ個の同期整流素子と、
    前記２次巻線を切り替えるためのｎ－１個のスイッチ素子と、を備え、
    前記出力電圧の設定電圧の高低の電圧値に合わせて、前記ｎ－１個のスイッチ素子をオン固定またはオフ固定させ、かつ前記複数ｎ個の同期整流素子の全数又はいずれかを選択して前記２次巻線のパルス電圧を同期整流し、
    前記出力電圧が高い設定値での動作停止時には、前記出力電圧の設定電圧の低い電圧値に低下するまで、前記ｎ個の同期整流素子のうち前記出力電圧が高い設定値を出力する側の同期整流素子をスイッチング動作させる制御を行うことを特徴とするスイッチング電源装置用集積回路。
  3. 直流電源と、一次巻線及び前記一次巻線と磁気結合する複数の二次巻線を含むトランスと、第一のスイッチング素子と、
    　前記直流電源に前記トランスと前記第一のスイッチング素子が直列接続され、
    　前記第一のスイッチング素子のオンオフを制御する第一の制御回路と、
    　２次側のグランド端子と、正極出力端子と、前記グランド端子と前記正極出力端子との間に接続された平滑コンデンサと、
    　前記二次巻線の一端と平滑コンデンサと前記正極出力端子とが接続され、
    　前記グランド端子と前記二次巻線のタップとの間に接続された第１の整流用素子と、前記グランド端子と前記二次巻線の他端との間に接続された第２の整流用素子とスイッチ用素子との直列回路を有し、
    前記スイッチ用素子及び前記第１の整流用素子または前記第２の整流用素子のオンオフを制御して、スイッチング電源の同期整流制御を行う集積回路であって、
    　前記集積回路は、外部信号に基づき前記スイッチ用素子のオン固定またはオフ固定を選択して、前記平滑コンデンサに整流する経路を確定し、かつ、
    　出力停止時には、前記第２のスイッチ用素子をオンさせ、前記第２の整流用素子のオンオフを制御して、前記平滑コンデンサの残留電圧を所定の電圧まで放電させることを特徴とする集積回路。
  4. 直流電源と、一次巻線及び前記一次巻線と磁気結合する複数の二次巻線を含むトランスと、第一のスイッチング素子と、
    　前記直流電源に前記トランスと前記第一のスイッチング素子が直列接続され、
    　前記第一のスイッチング素子のオンオフを制御する第一の制御回路と、
    　２次側のグランド端子と、正極出力端子と、前記グランド端子と前記正極出力端子との間に接続された平滑コンデンサと、
    　前記二次巻線の一端と前記グランド端子が接続され、
    　前記正極出力端子と前記二次巻線のタップとの間に接続された第１の整流用素子と、前記正極出力端子と前記二次巻線の他端との間に接続された第２の整流用素子とスイッチ用素子との直列回路を有し、
    前記整流用素子及び前記スイッチ用素子のオンオフを制御して、スイッチング電源の同期整流制御を行う集積回路であって、
    　前記集積回路は、外部信号に基づき前記スイッチ用素子のオン固定またはオフ固定を選択して、前記平滑コンデンサに整流する経路を確定し、かつ、
    　出力停止時には、前記第２のスイッチ用素子をオンさせ、前記第２の整流用素子のオンオフを制御して、前記平滑コンデンサの残留電圧を所定の電圧まで放電させることを特徴とする集積回路。
  5. 直流電源と、一次巻線及び前記一次巻線と磁気結合する複数の分離された二次巻線を含むトランスと、第一のスイッチング素子と、
    　前記直流電源に前記トランスと前記第一のスイッチング素子が直列接続され、
    　前記第一のスイッチング素子のオンオフを制御する第一の制御回路と、
    　２次側のグランド端子と、正極出力端子と、前記グランド端子と前記正極出力端子との間に接続された平滑コンデンサと、
    　前記二次巻線の第一巻線の一端と前記正極出力端子とが接続され、
    　前記二次巻線の第二巻線の一端と前記グランド端子とが接続され、
    　前記二次巻線の第一巻線の他端と前記グランド端子との間に接続された第１の整流用素子と、
    前記二次巻線の第二巻線の他端と前記二次巻線の第一巻線の他端との間に接続された第２の整流用素子と第２のスイッチ用素子との直列回路と、
    前記第２の整流用素子と前記第２のスイッチ用素子との接続点と、前記正極出力端子との間に接続された第１のスイッチ用素子と、を有し、
    前記第１及び第２の整流用素子及び前記第１及び第２のスイッチ用素子のオンオフを制御して、スイッチング電源の同期整流制御を行う集積回路であって、
    　前記集積回路は、外部信号に基づき前記第１及び第２のスイッチ用素子のオン固定またはオフ固定を選択して、前記平滑コンデンサに整流する経路を確定し、かつ、
    　出力停止時には、前記第２のスイッチ用素子をオンさせ、前記第２の整流用素子のオンオフを制御して、前記平滑コンデンサの残留電圧を所定の電圧まで放電させることを特徴とする集積回路。
  6. 　前記出力停止時の出力電圧が所定の電圧値以上ある場合、第２のスイッチ用素子をオン状態とし、かつ、第２の整流用素子をスイッチング駆動し、平滑コンデンサの電圧を所定の電圧値未満まで放電させることを特徴とする請求項３乃至５項記載の集積回路。
  7. 前記出力停止時の出力電圧が所定の電圧値以上ある場合、前記第２の整流用素子のオンデューティーを調整して駆動し、前記第２の整流用素子に流れる電流ピーク値を調整することを特徴とする請求項３乃至５項記載の集積回路。
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