JP2000032749A

JP2000032749A - スイッチング電源

Info

Publication number: JP2000032749A
Application number: JP10210341A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Yamaguchi; 浩之山口
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-07-09
Filing date: 1998-07-09
Publication date: 2000-01-28

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】軽負荷時および重負荷時にはスイッチング周
波数を変えて本体からの信号を必要とせず自動的に行う
ＲＣＣ方式のスイッチング電源を提供する。【解決手段】スイッチング素子Ｑ１のスイッチング周
波数を、所定周波数以上にならないように制御する第２
の制御素子Ｔｒ２を有する発振周波数抑制回路５と、軽
負荷時には発振周波数抑制回路の動作を開始させ、また
は、重負荷時には前記発振周波数抑制回路５の動作を停
止させる動作切替回路６とを備える。そして、負荷から
の軽負荷信号および重負荷信号を必要とせずに前記発振
周波数抑制回路５の動作切替を自動的に行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＲＣＣ（リンギングチ
ョークコンバータ）方式のスイッチング電源装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】ＲＣＣ方式のスイッチング電源は他励方
式のスイッチング電源と異なり、電源制御用ＩＣなどの
高価な制御素子を使わないため、低コストであるという
利点がある。しかし、従来のＲＣＣ方式のスイッチング
電源は、軽負荷時に発振周波数が上昇して効率が悪化す
るという欠点がある。

【０００３】そこで、図３に示すようなＲＣＣ方式のス
イッチング電源が提案されている。図３に示す回路は、
一次巻線Ｎｐ１、二次巻線Ｎｓ、帰還巻線Ｎｐ２、Ｎｐ
３を有するトランスＴと、一次直流電源に前記一次主巻
線Ｎｐ１と直列接続されたスイッチング素子Ｑ１と、こ
のスイッチング素子Ｑ１の制御端子および帰還巻線に接
続されている制御回路７と、この制御回路７、帰還巻線
Ｎｐ２、Ｎｐ３およびフォトトランジスタＰＴ２に接続
されたスイッチング周波数制限回路８と、前記二次出力
巻線Ｎｓの出力平滑して得られた出力電圧を検出する電
圧検出回路９とおよび定電圧制御安定化のダミー抵抗Ｒ
ｄとによって、通常のＲＣＣ発振動作を行う。

【０００４】さらに、以下の構成によって、軽負荷時の
効率の悪化を防いでいる。二次出力端子のプラスからダ
ミー抵抗Ｒｄを介してＮＰＮ型トランジスタＴｒ６のコ
レクタに接続され、このトランジスタＴｒ６のエミッタ
はグランドＧＮＤに接続されている。トランジスタＴｒ
６のベースは、一端がグランドＧＮＤに接続されている
直列接続の抵抗Ｒ２１、Ｒ２２の接続点に接続されてい
る。

【０００５】一方、二次出力端子のプラス側とグランド
ＧＮＤの間には抵抗Ｒ２３とフォトダイオードＰＤ２が
接続されている。この抵抗Ｒ２３とフォトダイオードＰ
Ｄ２の接続点には、抵抗Ｒ２２の一端が接続されるとと
もに、トランジスタＴｒ７のコレクタが接続されてい
る。トランジスタＴｒ７のエミッタはグランドＧＮＤに
接続され、ベースは一端がグランドＧＮＤに接続されて
いる直列接続の抵抗Ｒ２４、Ｒ２５の接続点に接続され
ている。抵抗Ｒ２５の他端は信号端子Ｓとなっている。
なお、フォトダイオードＰＤ２はスイッチング周波数制
限回路８に接続されているフォトトランジスタＰＴ２と
フォトカップルしている。

【０００６】このような構成により、以下のような動作
を行う。本体から待機信号が信号端子Ｓに印加される
と、トランジスタＴｒ７が導通してフォトダイオードＰ
Ｄ２が短絡され、フォトトランジスタＰＴ２がオフとな
る。このフォトトランジスタＰＴ２がオフすると、スイ
ッチング周波数制限回路８は制御回路７を介してスイッ
チング素子Ｑ１のスイッチング周波数を制限する動作を
行い、そのスイッチング周波数を低く抑える。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来例のスイッチング電源においては、本体の負荷状
態に応じてスイッチング電源の動作を切り替えるに当た
って、本体が負荷状態を表す信号を送信する構成であっ
た。したがって、本体側に負荷状態を表す信号を出力す
るための特別な回路、信号線、信号端子を必要とすると
いう問題があった。

【０００８】本発明の目的は、本体の待機などの軽負荷
時には、スイッチング素子のスイッチング周波数を下げ
て効率を向上させること、および重負荷時にはスイッチ
ング周波数を上げて出力電圧のリップルノイズを軽減す
ることを、本体からの信号を必要とせず自動的に行うＲ
ＣＣ方式のスイッチング電源を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、一次主巻線（Ｎｐ１）、二次出力巻線
（Ｎｓ）および帰還巻線（Ｎｐ２、Ｎｐ３）を有するト
ランス（Ｔ）と、一次直流電源に前記一次主巻線（Ｎｐ
１）と直列接続され、制御端子が前記帰還巻線（Ｎｐ
２）の一端に接続されたスイッチング素子（Ｑ１）と、
前記スイッチング素子（Ｑ１）の制御端子に接続された
第１の制御素子（Ｔｒ１）と、前記第１の制御素子（Ｔ
ｒ１）の制御端子と前記帰還巻線（Ｎｐ２）との間に接
続された出力安定化回路（２）および過電流保護回路
（３）と、前記二次出力巻線の出力を整流平滑して得ら
れた二次直流電源と、前記二次直流電源に接続された出
力電圧検出回路（４）と、を備えているＲＣＣ方式のス
イッチング電源において、前記スイッチング素子（Ｑ
１）のスイッチング周波数を、所定周波数以上にならな
いように制御する第２の制御素子（Ｔｒ２）を有する発
振周波数抑制回路（５）と、軽負荷時には前記発振周波
数抑制回路の動作を開始させ、または、重負荷時には前
記発振周波数抑制回路（５）の動作を停止させる動作切
替回路（６）と、を備えており、負荷からの軽負荷信号
および重負荷信号を必要とせずに前記発振周波数抑制回
路（５）の動作切替を自動的に行うことを特徴とする。

【００１０】上記構成において、本体の待機などの軽負
荷時には、スイッチング素子のスイッチング周波数を下
げて効率を向上させること、および重負荷時にはスイッ
チング周波数を上げて出力電圧のリップルノイズを軽減
することを、本体からの負荷状態を表す信号を必要とせ
ず自動的に行うＲＣＣ方式のスイッチング電源を提供す
ることが可能になる。

【００１１】

【実施例】（実施例１）図１は、本発明の実施例１のス
イッチング電源の回路図である。なお、図３と同じ部分
には同一の符号で示している。

【００１２】最初に、発振周波数抑制回路５について説
明する。ＮＰＮ型の制御トランジスタＴｒ２は、そのエ
ミッタがグランドＧＮＤに接続され、コレクタがダイオ
ードＤ５のカソードからアノードを介してスイッチング
素子Ｑ１のゲートに接続されている。

【００１３】トランジスタＴｒ３のコレクタとグランド
ＧＮＤとの間には、ツェナーダイオードＺＤ２、抵抗Ｒ
１３および抵抗Ｒ１２の直列回路と、コンデンサＣ６
と、抵抗１４との並列回路が接続されている。この並列
回路は時定数回路を構成する。なお、抵抗Ｒ１２と抵抗
Ｒ１３との接続点は、トランジスタＴｒ２のベースに接
続されている。トランジスタＴｒ３のベースは、ツェナ
ーダイオードＺＤ３のカソードからアノード、抵抗Ｒ１
５およびトランジスタＴｒ４のコレクタからエミッタを
介してグランドＧＮＤに接続されている。また、トラン
ジスタＴｒ３のエミッタとベースとの間には、バイアス
抵抗１６が接続されている。さらに、トランジスタＴｒ
３のエミッタは、ダイオードＤ６のカソードからアノー
ドを介して帰還巻線Ｎｐ３の巻き終り端に接続されてい
る。

【００１４】また、トランジスタＴｒ４のベースとグラ
ンドＧＮＤとの間には、バイアス抵抗Ｒ１７が接続され
ている。さらに、トランジスタＴｒ４のベースは、ツェ
ナーダイオードＺＤ４のアノードからカソードおよび抵
抗Ｒ１８を介してダイオードＤ４のカソードに接続され
ている。このトランジスタＴｒ３およびＴｒ４の回路
は、トランジスタＴｒ２のバイアスコンデンサＣ６の充
電回路を構成している。

【００１５】次に、発振周波数抑制回路５の動作を開始
または停止する動作切替回路６の回路構成について説明
する。帰還巻線Ｎｐ３の巻き終り端は、ダイオードＤ７
のアノードからカソード、コンデンサＣ７を介してグラ
ンドＧＮＤに接続されている。さらに、ダイオードＤ７
のカソードは、バイアス抵抗Ｒ１９および２０を介して
グランドＧＮＤに接続されている。また、トランジスタ
Ｔｒ５のベースは、抵抗１９とＲ２０の接続点に接続さ
れている。そして、トランジスタＴｒ５のコレクタは、
発振周波数抑制回路５のトランジスタＴｒ２のベースに
接続されている。

【００１６】本実施例の回路は以上のような構成よりな
るが、次に、本実施例回路の動作について説明する。一
次主巻線Ｎｐ１、二次出力巻線Ｎｓおよび帰還巻線Ｎｐ
２、スイッチング素子Ｑ１、トランジスタＴｒ１、出力
電圧検出回路４などよりなる通常のＲＣＣ方式スイッチ
ング電源回路は、通常のＲＣＣ発振動作を行う。この通
常のＲＣＣ発振動作は、入力電力（出力電力、負荷）が
大きいときには、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング
周波数は小さいが、入力電力（出力電力、負荷）が小さ
くなると、発振周波数は大きくなる。

【００１７】次に、この通常のＲＣＣ回路に発振周波数
抑制回路５が付加された場合の特性について説明する。
いま、入力電力（出力電力、負荷）が小さくなって、ス
イッチング素子Ｑ１がオンしている場合を考える。帰還
巻線Ｎｐ２の巻き始め端には正の電圧が発生する。この
正の電圧により、ダイオードＤ４、抵抗Ｒ１８、ツェナ
ーダイオードＤ４および抵抗Ｒ１７に電流が流れ、トラ
ンジスタＴｒ４はオン状態になる。しかし、帰還巻線Ｎ
ｐ３の巻き終り端は負なので、トランジスタＴｒ３およ
びトランジスタＴｒ４には電流は流れない。

【００１８】次に、スイッチング素子Ｑ１が、上記説明
のように、トランジスタＴｒ１のオンにより、ターンオ
フしたとする。すると、帰還巻線Ｎｐ２の巻き始め端は
負になり、トランジスタＴｒ４のベースには逆バイアス
がかかり、トランジスタＴｒ４はオフに向かう。しか
し、トランジスタＴｒ４が完全にオフするまでに時間遅
れがあり、帰還巻線Ｎｐ３の巻き終り端が正となってい
るので、トランジスタＴｒ３およびトランジスタＴｒ４
に一瞬電流が流れ、コンデンサＣ６が充電される。この
充電電圧はトランジスタＴｒ２をオンさせて、スイッチ
ング素子Ｑ１のオフ状態を維持する。

【００１９】スイッチング素子Ｑ１のオフ状態を維持す
るということは、次のオンまでの時間を延ばすことにな
り、その発振周期を長くして、発振周波数が低くなるこ
とを意味する。即ち、スイッチング素子Ｑ１はトランジ
スタＴｒ１によりオフされた後、トランジスタＴｒ２に
よりオフ時間が延長され、発振周波数が低く抑えられ
る。この発振周波数抑制回路５は、これが動作すると、
上記のように、発振周波数が低く抑えられて、待機時な
どの入力電力が小さいとき、即ち、軽負荷時に効率が改
善することになる。

【００２０】次に、発振周波数抑制回路５の動作を停止
する場合について説明する。トランスＴの一次巻線Ｎｐ
１は出力巻線Ｎｓに対して密結合ではない。即ち、一次
巻線Ｎｐ１は、わずかに漏れインダクタンスを有する。
スイッチング素子Ｑ１がオフになった瞬間、この漏れイ
ンダクタンスに逆起電力が発生し、一次巻線Ｎｐ１の巻
き終り端の電位が上昇する。したがって、一次巻線Ｎｐ
１と結合している帰還巻線Ｎｐ３の巻き終り端の電位も
上昇する。そのときの電圧上昇値はスイッチング素子Ｑ
１がオフに切り替わる瞬間に一次巻線Ｎｐ１を流れてい
た電流値に比例する。即ち、重負荷時ほど帰還巻線Ｎｐ
３の巻き終り端の電圧は大きくなる。

【００２１】重負荷時、動作切替回路６のダイオードＤ
７とコンデンサＣ７によって構成される整流平滑回路の
電圧、即ち、グランドＧＮＤに対するダイオードＤ７の
カソードの直流電圧が上昇する。すると、抵抗Ｒ１９、
Ｒ２０の分圧により、トランジスタＴｒ５のベース−エ
ミッタ間がバイアスされ、トランジスタＴｒ５がオン
し、トランジスタＴｒ２がオフとなる。このトランジス
タＴｒ２がオフすると、その発振周波数を低く抑える動
作ができなくなって、発振周波数抑制回路５の動作が停
止して通常のＲＣＣ動作に戻ることになる。

【００２２】本実施例回路における動作切替回路６は、
重負荷時に自動的に発振周波数抑制回路５の動作を停止
させて、待機などの軽負荷から重負荷に移行させる働き
をする。逆に、重負荷から軽負荷に移行する場合は、帰
還巻線Ｎｐ３の巻き終り端の電圧が減少してトランジス
タＴｒ５がオフになり、トランジスタＴｒ２がオンでき
る状態、即ち、発振周波数抑制回路５が動作可能な状態
へと自動的に切り替わる。

【００２３】（他の実施例）次に、他の実施例として、
動作切替回路６のトランジスタＴｒ５のコレクタ接続の
変形例について説明する。図２は、トランジスタＴｒ５
のコレクタをトランジスタＴｒ３のコレクタに接続した
ものである。重負荷時にトランジスタＴｒ５がオンし
て、バイアスコンデンサＣ６を充電するトランジスタＴ
ｒ３およびＴｒ４の充電回路が短絡され、発振周波数抑
制回路５のトランジスタＴｒ２がオフして、通常のＲＣ
Ｃ発振動作を行うことになる。つまり、ここに述べて図
２の構成によっても図１に示した実施例１と同様の効果
が得られる。

【００２４】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明は、本体
の待機などの軽負荷時には、スイッチング素子のスイッ
チング周波数を下げて効率を向上させること、および重
負荷時にはスイッチング周波数を上げて出力電圧のリッ
プルノイズを軽減することを、本体からの信号を必要と
せずに、自動的に行うＲＣＣ方式のスイッチング電源を
提供することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の実施例のＲＣＣ方式スイッチ
ング電源の回路図である。

【図２】図２は、本発明の他の実施例のＲＣＣ方式スイ
ッチング電源の回路図である。

【図３】図３は、従来例のＲＣＣ方式スイッチング電源
の回路図である。

【符号の説明】

１発振安定化回路２出力安定化回路３過電流保護回路４出力電圧検出回路５発振周波数抑制回路６動作切替回路７制御回路８スイッチング周波数制限回路９出力電圧検出経路Ｃ１〜Ｃ７コンデンサＤ１〜Ｄ７整流ダイオードＮｐ１トランスの一次巻線Ｎｐ２トランスの帰還巻線Ｎｐ３トランスの帰還巻線Ｎｓトランスの二次巻線ＰＤ１、ＬＰＤ２フォトダイオードＰＴ１、ＰＴ２フォトトランジスタＱ１スイッチング素子Ｒ１〜Ｒ２５抵抗素子Ｓ信号端子ＳｒシャントレギュレータＴトランスＴｒ１〜Ｔｒ７トランジスタＺＤ１〜ＺＤ４ツェナーダイオード

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一次主巻線（Ｎｐ１）、二次出力巻線（Ｎ
ｓ）および帰還巻線（Ｎｐ２、Ｎｐ３）を有するトラン
ス（Ｔ）と、一次直流電源に前記一次主巻線（Ｎｐ１）
と直列接続され、制御端子が前記帰還巻線（Ｎｐ２）の
一端に接続されたスイッチング素子（Ｑ１）と、前記ス
イッチング素子（Ｑ１）の制御端子に接続された第１の
制御素子（Ｔｒ１）と、前記第１の制御素子（Ｔｒ１）
の制御端子と前記帰還巻線（Ｎｐ２）との間に接続され
た出力安定化回路（２）および過電流保護回路（３）
と、前記二次出力巻線の出力を整流平滑して得られた二
次直流電源と、前記二次直流電源に接続された出力電圧
検出回路（４）と、を備えているＲＣＣ方式のスイッチ
ング電源において、前記一次巻線（Ｎｐ１）が前記出力巻線（Ｎｓ）に対し
て密結合でなく、かつ前記スイッチング素子（Ｑ１）の
スイッチング周波数を、所定周波数以上にならないよう
に制御する第２の制御素子（Ｔｒ２）を有する発振周波
数抑制回路（５）と、軽負荷時には前記発振周波数抑制
回路の動作を開始させ、または、重負荷時には前記発振
周波数抑制回路（５）の動作を停止させる動作切替回路
（６）と、を備えており、負荷からの軽負荷信号および
重負荷信号を必要とせずに前記発振周波数抑制回路
（５）の動作切替を自動的に行うことを特徴とするスイ
ッチング電源。
【請求項２】一次主巻線（Ｎｐ１）、二次出力巻線（Ｎ
ｓ）および帰還巻線（Ｎｐ２、Ｎｐ３）を有するトラン
ス（Ｔ）と、一次主巻線（Ｎｐ１）に流れる電流をオン・オフ制御す
るように一次主巻線（Ｎｐ１）に接続され、かつ発振回
路の一部となってオン・オフするスイッチング素子（Ｑ
１）と、スイッチング素子（Ｑ１）のオン・オフを制御する制御
端子に接続され、一次主巻線（Ｎｐ１）に流れる電流量
に応じて（即ち、二次出力巻線（Ｎｓ）にかかる負荷の
大きさに応じて）スイッチング素子（Ｑ１）のオフ期間
を遅らせる発振周波数抑制回路（５）の一部となってい
る第２スイッチング素子（Ｔｒ２）と、一次主巻線（Ｎ
ｐ１）に流れる電流量に応じて発振周波数抑制回路
（５）の第２スイッチング素子（Ｔｒ２）をオン・オフ
制御することにより、発振周波数抑制回路（５）の動作
を切り替える動作切替回路（６）と、を有することを特徴とするスイッチング電源。
【請求項３】請求項２記載のスイッチング電源におい
て、動作切替回路（６）は、一次主巻線（Ｎｐ１）に流
れる電流の切り替わり時に発生する帰還巻線（Ｎｐ３）
の電圧量に応じて（即ち、一次主巻線（Ｎｐ１）に流れ
る電流量に応じて）オンし、またはオフのままである第
３スイッチング素子（Ｔｒ５）を有し、第３スイッチン
グ素子（Ｔｒ５）のオンにより発振周波数抑制回路
（５）の動作を切り替えることを特徴とするスイッチン
グ電源。
【請求項４】請求項３記載のスイッチング電源におい
て、帰還巻線（Ｎｐ３）に発生する電圧は、一次主巻線
（Ｎｐ１）と二次出力巻線（Ｎｓ）との粗結合による漏
れインダクタンスによるものであることを特徴とするス
イッチング電源。