JP2000236662A - スイッチング電源 - Google Patents

スイッチング電源

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JP2000236662A
JP2000236662A JP11035628A JP3562899A JP2000236662A JP 2000236662 A JP2000236662 A JP 2000236662A JP 11035628 A JP11035628 A JP 11035628A JP 3562899 A JP3562899 A JP 3562899A JP 2000236662 A JP2000236662 A JP 2000236662A
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JP
Japan
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switching
switching frequency
load
voltage
circuit
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JP11035628A
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English (en)
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Hiroyuki Yamaguchi
浩之 山口
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本体装置(負荷)の待機モードなどの軽負荷
時には、スイッチング周波数を高くしてスイッチング電
源を小型化をすることを、本体装置からの信号を必要と
せず、自動的に行うスイッチング電源を提供する。 【構成】 スイッチング電源の構成として、商用交流電
圧を直流に変換する変換手段と、変換手段で変換された
直流をPWM制御するPWM制御手段と、PWM制御手
段による制御結果を二次側の負荷に伝達するトランス
と、PWM制御手段のスイッチング周波数を切り替える
スイッチング周波数切替回路と、変換手段で変換された
直流のリプル電圧の大小を検出し、検出結果からスイッ
チング周波数を切り替える信号を発生し、スイッチング
周波数切替回路に発生した信号を伝達するリプル電圧検
出回路と、を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、スイッチング電源に関
する。
【0002】
【従来の技術】図4は、従来の一般的なスイッチング電
源を示す。図4において、スイッチング電源は、商用交
流電圧入力端子VINと、整流ブリッジダイオードD1
と、一次平滑コンデンサC1と、一次巻線N1、二次巻
線N2を有するトランスT1と、一次平滑コンデンサC
1の両端にトランスT1の一次巻線N1を介し並列に接
続されたスイッチング素子Q1と、スイッチング素子Q
1の制御端子に接続されたPWM制御回路1と、PWM
制御回路1に接続されたスイッチング周波数切換回路2
と、本体装置(負荷)の負荷状態を示す負荷信号をスイ
ッチング周波数切換回路2に入力する負荷信号端子S
と、二次巻線N2の一端にアノードを接続された整流ダ
イオードD2と、整流ダイオードD2のカソードと二次
巻線N2の他端との間に接続された二次平滑コンデンサ
C2と、二次平滑コンデンサC2の両端子間にそれぞれ
接続された正側出力電圧端子(+)および負側出力電圧
端子(−)と、出力電圧端子(+)、(−)間に接続さ
れた電圧検出回路3と、電圧検出回路3とPWM制御回
路1の間に接続された光結合素子4からなっている。
【0003】ここで、スイッチング電源の効率を良くす
るには、スイッチング素子Q1のスイッチング周波数を
低くして、スイッチング素子Q1のスイッチングロスを
低減することが必要である。しかし、本体装置が重負荷
状態のときにもスイッチング周波数を低くしておく構造
にすると、スイッチング電源が大型化する問題がある。
【0004】この問題を解決するために、上記従来例
は、スイッチング周波数切換回路2が負荷信号端子Sか
ら負荷状態を示す負荷信号を受け、PWM制御回路1の
スイッチング周波数を軽負荷用の低いスイッチング周波
数と重負荷用の高いスイッチング周波数とに切り換える
構成になっている。
【0005】上記構成により、重負荷時においては高い
スイッチング周波数にてスイッチング素子Q1を駆動し
て、スイッチング電源の小型化を計り、逆に、本体装置
の待機モードなどの軽負荷時においては、低いスイッチ
ング周波数にてスイッチング素子Q1を駆動して、スイ
ッチングロスを低減し、効率を良くすることが可能であ
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のスイッチング電源の構成においては、本体装置
側から負荷状態を示す負荷信号を出力するための特別な
信号発生回路、信号端子および信号線を必要とするとい
う問題があった。
【0007】したがって、本発明の目的は、本体装置の
待機モードなどの軽負荷時には、スイッチング周波数を
高くしてスイッチング電源を小型化をすることを、本体
装置からの信号を必要とせず、自動的に行うスイッチン
グ電源を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明に係るスイッチング電源は、商用交流電圧入
力端子と、該商用交流電圧入力端子に接続された整流ブ
リッジダイオードと、一次巻線、二次巻線を有するトラ
ンスと、該整流ブリッジダイオードの正極から該トラン
スの一次巻線を介して正極に接続されたスイッチング素
子と、該スイッチング素子の制御端子に接続され、負荷
状態に応じて該スイッチング素子のオンデューティーを
調節するPWM制御回路と、該スイッチング素子の負極
と該整流ブリッジダイオードの負極との接続点に負極を
接続され、正極を該整流ブリッジダイオードの正極に接
続された一次平滑コンデンサと、該二次巻線の一端にア
ノードに接続された整流ダイオードと、該整流ダイオー
ドのカソードと該二次巻線の他端との間に接続された二
次平滑コンデンサと、該当二次平滑コンデンサの両端子
にそれぞれ接続された正側及び負側出力電圧端子と、該
出力電圧端子間に接続された電圧検出回路と、該電圧検
出回路と該PWM制御回路の間に接続された光結合素子
と、負荷状態を示す負荷信号に基づいて、該PWM制御
回路のスイッチング周波数を軽負荷用の低いスイッチン
グ周波数と重負荷用の高いスイッチング周波数とに切り
換える周波数切換回路と、該一次平滑コンデンサの両端
子に接続され、該一次平滑コンデンサのリプル電圧を検
出し、該リプル電圧の大きさに応じて負荷状態を示す負
荷信号を該スイッチング周波数切換回路に伝達するリプ
ル電圧検出回路とから成るようにする。
【0009】
【作用】本体装置の負荷に比例して一次平滑コンデンサ
に現れるリプル電圧が大きくなる。上記構成において、
リプル電圧をリプル電圧検出回路を検出し、リプル電圧
がしきい値よりも大きければ高いスイッチング周波数、
リプル電圧がしきい値よりも小さければ低いスイッチン
グ周波数に切り換えるようにスイッチング周波数切換回
路に信号を伝達し、PWM制御回路を通じてスイッチン
グ素子を駆動することにより、負荷状態に応じて自動的
にスイッチング周波数を切り換えることが可能となる。
【0010】
【実施例】図1は本発明の特徴を最も良く表す図面であ
る。以下、図1を参照して説明する。なお、図4と同じ
部分には同一符号を付加してある。従来例との違いにつ
いてのみ説明する。
【0011】図1に示すスイッチング電源の回路は、図
4に示す一般的なスイッチング電源の回路から、負荷信
号端子Sを除き、一次平滑コンデンサC1の両端に検出
端子a、bを通じてリプル電圧検出回路5を設けてい
る。リプル電圧検出回路5は出力端子cをスイッチング
周波数切換回路2に接続している。
【0012】図1の回路の動作について説明する。本体
装置の負荷に比例して一次平滑コンデンサC1に現れる
リプル電圧が大きくなる。すなわち、負荷が軽いとき、
一次平滑コンデンサC1のリプル電圧は小さく、逆に負
荷が重いとき、一次平滑コンデンサC1のリプル電圧は
大きくなる。リプル電圧検出回路5の検出端子a、bに
て検出したリプル電圧がしきい値よりも小さい場合、出
力端子cからHレベルの信号を出力し、一方、リプル電
圧がしきい値よりも大きい場合、出力端子cからLレベ
ルの信号を出力する。
【0013】スイッチング周波数切換回路2は、Hレベ
ルの信号を受けるとPWM制御回路1を低いスイッチン
グ周波数で動作させ、一方、Lレベルの信号を受けると
高いスイッチング周波数で動作させる。以上により、負
荷状態に応じて自動的にスイッチング周波数を切り換え
る。
【0014】図2は図1の回路のリプル電圧検出回路5
を詳細に示した図である。図2においてリプル電圧検出
回路5は、検出端子a、b間に直列に接続されたコンデ
ンサC3、抵抗R1、R2と検出端子a、b間に直列に
接続された抵抗R3、カソード、アノードの順番で接続
された定電圧ダイオードZD1と、抵抗R1、R2の接
続点からアノード、カソードの順番で接続されたダイオ
ードD3と、ダイオードD3のカソードと検出端子bの
間に接続されたコンデンサC4と、ベースがダイオード
D3のカソードに接続され、コレクタが定電圧ダイオー
ドZD1のカソードに接続され、エミッタが検出端子b
に接続されたNPNトランジスタTr1とからなる。
【0015】ここで、説明のために、抵抗R1、R2と
の接続点をd、トランジスタTr1のベース端子eとお
く。図3はその動作波形を示す。図3において、(1)
はa−b間、(2)はd−b間、(3)はe−b間、
(4)はc−b間の電圧波形をそれぞれ示す。また、
は軽負荷時、は重負荷時の波形を示す。
【0016】以下、図2の回路図と、図3の動作波形図
を使って説明する。図3(1)に示すように、一次平滑
コンデンサC1の両端には直流電圧に重畳される形で、
軽負荷時には小さなリプル電圧が、重負荷時には小さな
リプル電圧が現れる。このリプル電圧のみをコンデンサ
C3、抵抗R1、R2のハイパスフィルタにて抽出した
電圧波形が、図3(2)である。さらに、ダイオードD
3、コンデンサC4にてこの電圧を整流平滑した波形が
図3(3)である。この図3(3)e−b間電圧は、軽
負荷時にはトランジスタTr1のベースエミッタ間オン
電圧Vbe(on)より小さいため、トランジスタTr
1はオフ状態であり、c−b間電圧は定電圧ダイオード
ZD1のツェナー電圧Vzd1となる。このときの出力
端子cの電圧がHレベルである(図3(4))。
【0017】一方、重負荷時には図3(3)e−b間電
圧がトランジスタTr1のベースエミッタ間オン電圧に
達し、トランジスタTr1はオン状態となり、定電圧ダ
イオードZD1の両端をトランジスタTr1のベースエ
ミッタ間飽和電圧Vce(sat)まで下げる。このと
きの出力端子cの電圧がLレベルである(図3(4)
)。このようにして、リプル電圧検出回路5は、出力
端子cから、軽負荷時には、Hレベルの信号を、重負荷
時には、Lレベルの信号を出力する。
【0018】前述したように、この出力信号を受けて、
スイッチング周波数切換回路2、およびPWM制御回路
1が、軽負荷時には低いスイッチング周波数で、一方重
負荷時には高いスイッチング周波数でスイッチング素子
Q1を駆動する。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
効率化と小型化のために、軽い負荷状態ではスイッチン
グ周波数を低くし、重い負荷状態ではスイッチング周波
数を高くすることを、本体装置側にそのための特別な信
号発生回路、信号端子、信号線などを設けずとも、簡単
な回路を付加するだけで、自動的に行うことの可能なス
イッチング電源を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の第1の実施例に係るスイッチン
グ電源を示す図である。
【図2】図2は本発明の実施例に係るスイッチング電源
のリプル電圧検出回路を詳細に示す図である。
【図3】図3は本発明の実施例に係るスイッチング電源
の動作波形を示す図である。
【図4】図4は本発明の従来例に係るスイッチング電源
を示す図である。
【符号の説明】
1 PWM制御回路 2 スイッチング周波数切換回路 3 電圧検出回路 4 光結合素子 5 リプル電圧検出回路 VIN 商用交流電圧 (+) 出力電圧端子の正極 (−) 出力電圧端子の負極 T1 トランス N1 トランスT1の一次巻線 N2 トランスT1の二次巻線 Q1 スイッチング素子 D1 整流ブリッジダイオード D2 整流ダイオード D3 ダイオード ZD1 定電圧ダイオード C1 一次平滑コンデンサ C2 二次平滑コンデンサ C3、C4 コンデンサ R1、R2、R3 抵抗 Tr1 NPN型トランジスタ a、b リプル電圧検出回路5のリプル電圧検出端子 c リプル電圧検出回路5の信号出力端子 S 負荷信号端子

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】商用交流電圧入力端子と、 該商用交流電圧入力端子に接続された整流ブリッジダイ
    オードと、 一次巻線、二次巻線を有するトランスと、 該整流ブリッジダイオードの正極から該トランスの一次
    巻線を介して正極に接続されたスイッチング素子と、 該スイッチング素子の制御端子に接続され、負荷状態に
    応じて該スイッチング素子のオンデューティーを調節す
    るPWM制御回路と、 該スイッチング素子の負極と該整流ブリッジダイオード
    の負極との接続点に負極を接続され、正極を該整流ブリ
    ッジダイオードの正極に接続された一次平滑コンデンサ
    と、 該二次巻線の一端にアノードに接続された整流ダイオー
    ドと、 該整流ダイオードのカソードと該二次巻線の他端との間
    に接続された二次平滑コンデンサと、 該当二次平滑コンデンサの両端子にそれぞれ接続された
    正側及び負側出力電圧端子と、 該出力電圧端子間に接続された電圧検出回路と、 該電圧検出回路と該PWM制御回路の間に接続された光
    結合素子と、 負荷状態を示す負荷信号に基づいて、該PWM制御回路
    のスイッチング周波数を軽負荷用の低いスイッチング周
    波数と重負荷用の高いスイッチング周波数切換回路を備
    えるスイッチング電源において、 該一次平滑コンデンサの両端子に接続され、該一次平滑
    コンデンサのリプル電圧を検出し、該リプル電圧の大き
    さに応じて負荷状態を示す負荷信号を該スイッチング周
    波数切換回路に伝達するリプル電圧検出回路を有するこ
    とを特徴とするスイッチング電源。
  2. 【請求項2】商用交流電圧を直流に変換する変換手段
    と、 該変換手段で変換された直流をPWM制御するPWM制
    御手段と、 該PWM制御手段による制御結果を二次側の負荷に伝達
    するトランスと、 前記PWM制御手段のスイッチング周波数を切り替える
    スイッチング周波数切替回路と、 前記変換手段で変換された直流のリプル電圧の大小を検
    出し、検出結果からスイッチング周波数を切り替える信
    号を発生し、前記スイッチング周波数切替回路に発生し
    た信号を伝達するリプル電圧検出回路と、 を有することを特徴とするスイッチング電源。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1213823A2 (en) * 2000-12-04 2002-06-12 Sanken Electric Co., Ltd. DC-to-DC converter
CN104426341A (zh) * 2013-09-09 2015-03-18 国基电子(上海)有限公司 保护电路及具有该保护电路的通信终端设备
US9137855B2 (en) 2012-02-17 2015-09-15 Seiko Epson Corporation AC voltage detection circuit, heater control device and image forming device
KR101564358B1 (ko) 2013-10-24 2015-10-30 삼성중공업 주식회사 저부하 조건에서의 전류 고조파왜율 조절을 위한 컨버터 제어 방법 및 장치

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