JP2001069756A - スイッチング電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 入力電圧や出力電圧の変動、出力短絡を生じ
た場合にも、同期整流回路のスイッチ素子を駆動する駆
動回路に安定した駆動電圧を供給し得るスイッチング電
源装置を提供する。 【解決手段】 同期整流回路５を駆動する駆動回路１３
は、制御回路９から絶縁結合回路１１を介して供給され
る制御信号ＣＳ１２に基づいて生成された駆動信号ＣＳ
２１、ＣＳ２２により、同期整流回路５に含まれる整流
用スイッチ素子５１を、スイッチ回路３に含まれるスイ
ッチ素子３１と同期して制御する。補助電源回路１５
は、制御回路９から絶縁結合回路１１を介して供給され
る制御信号ＣＳ１２を整流平滑して直流電圧Ｖｃ１を生
成し、直流電圧Ｖｃ１を、動作電圧として、駆動回路１
３に供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、同期整流型のスイ
ッチング電源装置に関する。

【０００２】

【従来技術】スイッチング電源装置は、電力変換用変圧
器の入力巻線を通して供給される直流入力電圧を、スイ
ッチ回路に含まれるスイッチ素子によってスイッチング
し、スイッチング出力を、電力変換用変圧器の出力巻線
に接続された出力整流回路及び出力平滑回路によって任
意の直流出力電圧に変換するようになっている。

【０００３】出力整流回路の損失を低減する手段とし
て、整流ダイオードに代えて、それよりも電圧降下が低
く、損失の少ないスイッチ素子、典型的には電界効果ト
ランジスタ（以下ＦＥＴと称する）を整流素子として用
いる同期整流回路が知られている。

【０００４】ＦＥＴを整流素子として用いる同期整流回
路においては、整流用ＦＥＴに対して、動作に必要な直
流電圧を供給しなければならない。その手段として、従
来より、次に述べる第１〜第４の回路方式が知られてい
る。

【０００５】第１の回路方式では、整流用ＦＥＴのオ
ン、オフのタイミングと駆動電力とを、電力変換用トラ
ンスの二次巻線から供給する回路方式を採用する。

【０００６】第２の回路方式では、電力変換用変圧器に
第３の巻線を設け、第３の巻線により、整流用ＦＥＴの
オン、オフのタイミングと駆動電力を得る回路方式を採
用する。

【０００７】第３の回路方式では、特公昭５８ー４０９
１５号公報等に開示されているように、電力変換用変圧
器の二次巻線と直列に接続された磁気素子、具体的には
出力平滑回路を構成するチョークコイルに第２の巻線を
設け、この第２の巻線から、整流用ＦＥＴのオン、オフ
のタイミングと駆動電力を得る方法である。電力変換用
変圧器の二次側に制御回路がある場合も、同様に磁気素
子の第２の巻線から電力を得る。

【０００８】第４の回路方式は、別の電源から駆動電力
および二次側制御回路の電力を供給する回路方式を採用
する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】第１及び第２の回路方
式の問題点は、入力電圧が変化すると、電力変換用トラ
ンスの二次巻線に発生する電圧が変化するため、整流用
ＦＥＴの駆動電圧が入力電圧に比例して変化してしまう
ことである。

【００１０】第３の回路方式の問題点は、スイッチング
電源装置としての出力端間を短絡したとき、整流用ＦＥ
Ｔを駆動する電圧が低下してしまうこと、及び、出力電
圧を変化させたとき、整流用ＦＥＴを駆動する電圧が変
化することである。整流用ＦＥＴを駆動する電圧が変化
したときの問題は、整流用ＦＥＴを最も効率良く駆動す
る電圧から外れてしまい、整流用ＦＥＴの損失が増加す
ること、駆動電圧が上がりすぎると、整流用ＦＥＴのゲ
ート．ソース耐電圧を超えてしまい、整流用ＦＥＴが破
損すること、ゲート電圧が低くなりすぎると、整流用Ｆ
ＥＴが導通できなくなり、整流用ＦＥＴの寄生ダイオー
ドに電流が流れてしまい、整流用ＦＥＴの損失が大きく
なること等である。

【００１１】また、第４の回路方式の問題点は、別電源
を備える必要があるため、部品点数が増え、小型化及び
コストダウンが困難になることである。

【００１２】本発明の課題は、入力電圧や出力電圧が変
動した場合にも、同期整流回路に含まれる整流用スイッ
チ素子を駆動する回路に対し、安定した駆動電圧を供給
し得るスイッチング電源装置を提供することである。

【００１３】本発明のもう一つの課題は、出力短絡を生
じた場合にも、同期整流回路に含まれる整流用スイッチ
素子を駆動する回路に対し、安定した駆動電圧を供給し
得るスイッチング電源装置を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ため、本発明に係るスイッチング電源装置は、変圧器
と、スイッチ回路と、同期整流回路と、平滑回路と、制
御回路と、絶縁結合回路と、駆動回路と、補助電源回路
とを含む。前記変圧器は、入力巻線と、出力巻線とを含
んでいる。前記スイッチ回路は、少なくとも１つのスイ
ッチ素子を含み、前記スイッチ素子は、前記入力巻線を
通して供給される直流入力電圧をスイッチングする。

【００１５】前記同期整流回路は、整流素子として、制
御電極を有する少なくとも１つの整流用スイッチ素子を
含み、前記変圧器の前記出力巻線に誘起する電圧を整流
して出力する。前記平滑回路は、前記同期整流回路から
出力される整流電圧を平滑して出力する。

【００１６】前記制御回路は、前記スイッチ素子に制御
信号を与えてそのスイッチング動作を制御する。

【００１７】前記駆動回路は、前記制御回路から前記絶
縁結合回路を介して供給される前記制御信号に基づいて
生成された駆動信号を、前記整流用スイッチ素子の前記
制御電極に供給して、前記整流用スイッチ素子を、前記
スイッチ回路の前記スイッチ素子と同期して制御する。

【００１８】前記補助電源回路は、前記制御回路から前
記絶縁結合回路を介して供給される前記制御信号を整流
平滑して直流電圧を生成し、前記直流電圧を、動作電圧
として、前記駆動回路に供給する。

【００１９】上述したスイッチング電源装置において、
変圧器の入力巻線を通して供給される直流入力電圧を、
スイッチ回路に含まれるスイッチ素子によってスイッチ
ングし、スイッチング出力を、変圧器の出力巻線に備え
られた同期整流回路及び出力平滑回路によって直流出力
電圧に変換することができる。スイッチ素子は、制御回
路から供給される制御信号によって、そのスイッチング
動作が制御される。この制御動作によって、安定化され
た任意の直流出力電圧が得られる。直流出力電圧は負荷
に供給される。

【００２０】駆動回路は、制御回路から絶縁結合回路を
介して供給される制御信号に基づいて生成された駆動信
号により、整流用スイッチ素子を、スイッチ回路のスイ
ッチ素子と同期して制御する。この同期整流により、整
流ダイオードによる整流回路よりも損失を低減させた同
期整流型スイッチング電源装置が得られる。

【００２１】上述したスイッチング動作及び同期整流動
作等は、従来より知られている。本発明に係るスイッチ
ング電源装置の特徴は、補助電源回路を含んでいること
である。この補助電源回路は、制御回路から絶縁結合回
路を介して供給される制御信号を整流平滑して直流電圧
を生成し、直流電圧を、動作電圧として、駆動回路に供
給する。即ち、整流用スイッチ素子を制御するための制
御信号を利用して、駆動回路のための動作電圧を生成す
る。このため、入力電圧や出力電圧が変動した場合に
も、駆動回路に安定した駆動電圧を供給し得る。

【００２２】また、スイッチ回路のある一次側から、絶
縁結合回路を介して、同期整流回路及び駆動回路のある
二次側に電力を供給することができるから、起動時ある
いは出力短絡時にも、駆動回路に安定した駆動電圧を供
給し得る。

【００２３】本発明に係るスイッチング電源装置におい
て、同期整流回路としては種々の回路構成を採用でき
る。例えば、同期整流回路を２つの整流素子を含む構成
とし、２つの整流素子の両者を、スイッチ素子で構成し
てもよいし、２つの整流素子の一方はスイッチ素子と
し、他方は整流ダイオードとしてもよい。同期整流回路
は、全波整流方式及び半波整流方式の何れであってもよ
い。また、平滑回路はチョークインプット型及びコンデ
ンサインプット型の何れであってもよい。

【００２４】更に、同期整流回路が１つの整流素子を含
むだけであってよい。この場合、１つ備えられた整流素
子が、整流用スイッチ素子となることは自明である。こ
の構成の場合には、同期整流回路は、変圧器の二次巻線
に誘起するフライバック電圧を整流して出力するフライ
バック整流方式となる。

【００２５】本発明に係るスイッチング電源装置は、１
つの態様として、第２の補助電源回路を含んでいてもよ
い。この構成によれば、定常時は、第２の補助電源回路
を通して、駆動回路に動作電圧を供給できる。この場
合、第２の補助電源回路から出力される直流電圧が、補
助電源回路から出力される直流電圧よりも高くなるよう
に設定する。

【００２６】別の態様として、本発明に係るスイッチン
グ電源装置は、遅延回路を含んでいてもよい。遅延回路
は、制御回路から、スイッチ素子の制御電極に供給され
る制御信号の立ち上がりを遅延させる。この場合には、
スイッチ回路において、メインスイッチとなるスイッチ
素子のオン．パルス幅が微小になった場合にも、駆動回
路に対して安定した電圧を供給し得る。

【００２７】本発明の他の目的、特徴及び利点等につい
ては、実施例である添付図面を参照し、更に詳しく説明
する。添付図面は、単なる例示に過ぎない。

【００２８】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係るスイッチング
電源装置の電気回路図である。図示されたスイッチング
電源装置は、変圧器１と、スイッチ回路３と、同期整流
回路５と、平滑回路７と、制御回路９と、絶縁結合回路
１１と、駆動回路１３と、補助電源回路１５とを含む。

【００２９】変圧器１は、入力巻線１０１と、出力巻線
１０２とを含んでいる。スイッチ回路３は、少なくとも
１つのスイッチ素子３１を含む。スイッチ素子３１は、
入力巻線１０１を通して供給される直流入力電圧Ｖｉｎ
をスイッチングする。直流入力電圧Ｖｉｎは、直流電源
１７から入力端子Ｔ１、Ｔ２に供給される。直流電源１
７は、バッテリ等の直流電源または交流を直流に変換す
る各種のＡＣ／ＤＣ電源装置等によって構成される。

【００３０】スイッチ素子３１はＦＥＴまたはバイポー
ラトランジスタ等によって構成される。スイッチ素子３
１の主電極３１１は変圧器１の入力巻線１０１の一端に
接続され、変圧器１の入力巻線１０１の他端は入力端子
Ｔ１に導かれている。スイッチ素子３１のもう一方の主
電極３１２は入力端子Ｔ２に接続されている。

【００３１】図示実施例とは異なって、スイッチ回路３
は、複数のスイッチ素子を含んでいてもよい。例えば、
４つのスイッチ素子をブリッジ接続し、２つのスイッチ
素子を１組として、交互にスイッチング動作をさせる回
路構成であってもよい。

【００３２】同期整流回路５は、少なくとも１つの整流
用スイッチ素子５１を含み、変圧器１の出力巻線１０１
に誘起する電圧を整流して出力する。整流用スイッチ素
子５１は、制御電極５１３を有する。このような整流用
スイッチ素子５１は、ＦＥＴまたはバイポーラトランジ
スタ等によって構成される。

【００３３】平滑回路７は、同期整流回路５から出力さ
れる整流電圧を平滑して出力する。平滑回路７は周知の
回路構成によって実現できる。

【００３４】制御回路９は、スイッチ素子３１に制御信
号ＣＳ１１を与えてそのスイッチング動作を制御する。
図示の制御回路９は、スイッチ素子３１の制御電極３１
３に制御信号ＣＳ１１を与える。制御信号ＣＳ１１はパ
ルス幅の制御されたパルス列信号である。実施例におい
て、制御回路９とスイッチ素子３１の制御電極３１３と
の間に、制御電極３１３を適切に駆動するための信号伝
送回路１９が備えられている。信号伝送回路１９は、制
御回路９から供給された制御信号ＣＳ１のパルス幅（オ
ン．デューティ）と実質的に同じパルス幅を持つ制御信
号ＣＳ１１を、制御電極３１３に供給する。従って、ス
イッチ素子３１の駆動に関しては、制御信号ＣＳ１と制
御信号ＣＳ１１とは実質的に同じ信号とみなすことがで
きる。

【００３５】制御回路９は、更に、出力端子Ｔ３、Ｔ４
に現れる直流出力電圧Ｖ０を監視し、スイッチ素子３１
の制御電極３１３に、直流出力電圧Ｖ０を安定化するた
めのパルス幅変調制御を与える。図１の参照符号ＣＳ３
は直流出力電圧Ｖ０の監視信号を示している。図示はさ
れていないが、制御回路９は、二次側から電気的に絶縁
される。

【００３６】駆動回路１３は、制御回路９から絶縁結合
回路１１を介して供給される制御信号ＣＳ１２に基づい
て生成された駆動信号ＣＳ２を、整流用スイッチ素子５
１の制御電極５１３に供給して、整流用スイッチ素子５
１を、スイッチ回路３のスイッチ素子３１と同期して制
御する。駆動信号ＣＳ２はパルス列信号である。

【００３７】絶縁結合回路１１は、典型的には、パルス
トランスを含む。パルストランス以外の絶縁結合手段を
用いてもよい。絶縁結合回路１１は、制御回路９から供
給された制御信号ＣＳ１のパルス幅（オン．デューテ
ィ）と実質的に同じパルス幅を持つ制御信号ＣＳ１２を
出力する。従って、パルス列信号としては、制御信号Ｃ
Ｓ１と制御信号ＣＳ１２とは実質的に同じ信号とみなす
ことができる。

【００３８】補助電源回路１５は、制御回路９から絶縁
結合回路１１を介して供給される制御信号ＣＳ１２を整
流平滑して直流電圧Ｖｃ１を生成し、直流電圧Ｖｃ１
を、動作電圧として、駆動回路１３に供給する。

【００３９】上述したスイッチング電源装置において、
変圧器１の入力巻線１０１を通して供給される直流入力
電圧Ｖｉｎを、スイッチ回路３に含まれるスイッチ素子
３１によってスイッチングして高周波電圧を生成させ、
スイッチング出力を、変圧器１の入力巻線１０１から出
力巻線１０２に伝送し、出力巻線１０２に接続された同
期整流回路５及び出力平滑回路７によって直流出力電圧
Ｖ０に変換する。直流出力電圧Ｖ０は、出力端子Ｔ３、
Ｔ４から、負荷Ｌに供給される。

【００４０】スイッチ素子３１は、制御回路９から、信
号伝送回路１９を介して、制御電極３１３に供給される
制御信号ＣＳ１１によって、そのスイッチング動作が制
御される。この制御動作によって、安定化された任意の
直流出力電圧Ｖ０が得られる。

【００４１】駆動回路１３は、制御回路９から絶縁結合
回路１１を介して供給される制御信号ＣＳ１１に基づい
て生成された駆動信号ＣＳ２により、同期整流回路５に
含まれる整流用スイッチ素子５１を、スイッチ回路３に
含まれるスイッチ素子３１と同期して制御する。上述し
た同期整流回路５を備えることにより、整流ダイオード
による整流回路よりも損失を低減させた同期整流型スイ
ッチング電源装置が得られる。

【００４２】上述したスイッチング動作及び同期整流動
作等は、従来より知られている。本発明の特徴は、補助
電源回路１５を含むことである。補助電源回路１５は、
制御回路９から絶縁結合回路１１を介して供給される制
御信号ＣＳ１２を整流平滑して直流電圧Ｖｃ１を生成
し、直流電圧Ｖｃ１を、動作電圧として、駆動回路１３
に供給する。即ち、同期整流回路５に含まれる整流用ス
イッチ素子５１を制御するための制御信号ＣＳ１２を利
用して、駆動回路１３を動作させるための直流電圧Ｖｃ
１を生成する。このため、入力電圧Ｖｉｎや出力電圧Ｖ
０が変動した場合にも、駆動回路１３に安定した駆動電
圧を供給し得る。

【００４３】また、スイッチ素子３１のある一次側か
ら、絶縁結合回路１１を介して、同期整流回路５、駆動
回路１３及び補助電源回路１５のある二次側に電力を供
給することができるから、起動時あるいは出力短絡時に
も、駆動回路１３に安定した駆動電圧Ｖｃ１を供給し得
る。

【００４４】図２は図１に示した本発明に係るスイッチ
ング電源装置の更に具体的な回路図を示している。図に
おいて、図１に現れた構成部分と同一の構成部分につい
ては、同一の参照符号を付してある。図２の実施例で
は、同期整流回路５は、第１の整流用スイッチ素子５１
と、第２の整流用スイッチ素子５２とを含む。第１及び
第２の整流用スイッチ素子５１、５２は、ＦＥＴまたは
バイポーラトランジスタ等によって構成される。第１の
整流用スイッチ素子５１は、主電極５１１が変圧器１の
出力巻線１０２の一端に接続されている。第２の整流用
スイッチ素子５２は、主電極５２１が変圧器１の出力巻
線１０２の他端に接続され、主電極５２２が第１の整流
用スイッチ素子５１の主電極５１２と接続されている。

【００４５】図示実施例と異なって、第１の整流用スイ
ッチ素子５１及び第２の整流用スイッチ素子５２のう
ち、何れか一方を、整流ダイオードによって構成しても
よい。

【００４６】平滑回路７は、入力側が、第２の整流用ス
イッチ素子５２の主電極５２１、５２２に接続されてい
る。

【００４７】駆動回路１３は、制御回路９から絶縁結合
回路１１を介して供給される制御信号ＣＳ１２に基づい
て生成された駆動信号ＣＳ２１、ＣＳ２２により、第１
の整流用スイッチ素子５１及び第２の整流用スイッチ素
子５２を、スイッチ素子３１と同期して制御する。駆動
信号ＣＳ２１、ＣＳ２２はパルス列信号である。

【００４８】上述したスイッチング電源装置の同期整流
回路５において、駆動回路１３から供給される駆動信号
ＣＳ２１、ＣＳ２２により、第１及び第２の整流用スイ
ッチ素子５１、５２は、スイッチ素子３１がオンのと
き、第１の整流用スイッチ素子５１がオンとなり、第２
の整流用スイッチ素子５２がオフとなるように制御され
る。また、スイッチ素子３１がオフのとき、第１の整流
用スイッチ素子５１がオフとなり、第２の整流用スイッ
チ素子５２がオンとなるように制御される。上述した同
期整流回路５を備えることにより、整流ダイオードによ
る整流回路よりも損失を低減させた同期整流型スイッチ
ング電源装置が得られる。

【００４９】補助電源回路１５は、制御回路９から絶縁
結合回路１１を介して供給される制御信号ＣＳ１２を整
流平滑して直流電圧Ｖｃ１を生成し、直流電圧Ｖｃ１
を、動作電圧として、駆動回路１３に供給する。即ち、
第１及び第２の整流用スイッチ素子５１、５２を制御す
るための制御信号ＣＳ１２を利用して、駆動回路１３を
動作させるための直流電圧Ｖｃ１を生成する。このた
め、入力電圧Ｖｉｎや出力電圧Ｖ０が変動した場合に
も、駆動回路１３に安定した駆動電圧を供給し得る。

【００５０】また、スイッチ素子３１のある一次側か
ら、絶縁結合回路１１を介して、第１の整流用スイッチ
素子５１及び第２の整流用スイッチ素子５２のある二次
側に電力を供給することができるから、起動時あるいは
出力短絡時にも、同期整流回路５を構成する第１及び第
２の整流用スイッチ素子５１、５２に安定した駆動電圧
を供給し得る。

【００５１】図３は図２に示した本発明に係るスイッチ
ング電源装置の更に具体的な回路構成を示す電気回路図
である。図において、図１、２に現れた構成部分と同一
の構成部分については、同一の参照符号を付してある。
実施例において、スイッチ回路３に含まれるスイッチ素
子３１と、第１及び第２の整流用スイッチ素子５１、５
２はＦＥＴで構成されている。スイッチ素子３１の主電
極３１１は変圧器１の入力巻線１０１の一端に接続さ
れ、変圧器１の入力巻線１０１の他端は入力端子Ｔ１に
導かれている。スイッチ素子３１の主電極３１２は入力
端子Ｔ２に接続されている。

【００５２】同期整流回路５において、第１の整流用ス
イッチ素子５１は、主電極５１１が変圧器１の出力巻線
１０２の一端に接続されている。第２の整流用スイッチ
素子５２は、主電極５２１が変圧器１の出力巻線１０２
の他端に接続され、主電極５２２が第１の整流用スイッ
チ素子５１の主電極５１２と接続されている。

【００５３】平滑回路７は、磁気素子であるチョークコ
イル７１と、コンデンサ７２とを含むチョークインプッ
ト型である。チョークコイル７１の一端は、変圧器１の
出力巻線１０２と、第２の整流用スイッチ素子５２の主
電極５２１との接続点に接続されている。コンデンサ７
２は、チョークコイル７１の他端と、第１の整流用スイ
ッチ素子５１及び第２の整流用スイッチ素子５２の主電
極５１２、５２２に接続されている。直流出力電圧Ｖ０
は、コンデンサ７２の両端から取り出される。

【００５４】絶縁結合回路１１は、信号伝送回路１１１
と、絶縁トランス１１２とを含む。信号伝送回路１１１
及び絶縁トランス１１２は、変圧器１の二次側にある駆
動回路１３及び補助電源回路１５を、一次側に備えられ
たスイッチ素子３１及び制御回路９から電気的に絶縁す
るため、及び、駆動回路１３及び補助電源回路１５に対
し、制御回路９から供給された制御信号ＣＳ１と実質的
に同じパルス幅を持つ制御信号ＣＳ１２を供給するため
に備えられている。

【００５５】駆動回路１３は、第１の駆動回路１３１
と、第２の駆動回路１３２とを含んでいる。第１の駆動
回路１３１は第１の整流用スイッチ素子５１の制御電極
５１３を駆動する。第２の駆動回路１３２は、第２の整
流用スイッチ素子５２の制御電極５２３を駆動する。第
１の駆動回路１３１及び第２の駆動回路１３２は、入力
側が共通に接続されており、制御信号ＣＳ１２が共通に
供給される。第１の駆動回路１３１は入力される制御信
号ＣＳ１２に対して、非反転論理動作を行う論理ゲート
である。即ち、第１の駆動回路１３１は入力される制御
信号ＣＳ１２が論理値１（高レベル）のとき、出力信号
が論理値１（高レベル）となる。第２の駆動回路１３２
は入力される制御信号ＣＳ１２に対して、反転論理動作
を行う論理ゲートである。即ち、入力される制御信号Ｃ
Ｓ１２が論理値１（高レベル）のとき、出力信号が論理
値０（低レベル）となる。

【００５６】補助電源回路１５は、整流ダイオード１５
１と、平滑用コンデンサ１５２とを含む。絶縁結合回路
１１に含まれる絶縁変圧器１１２の出力巻線に生じた制
御信号ＣＳ１２は、整流ダイオード１５１によって整流
され、平滑用コンデンサ１５２によって平滑される。こ
れにより、直流電圧Ｖｃ１が生成される。この直流電圧
Ｖｃ１は、第１の駆動回路１３１及び第２の駆動回路１
３２に、動作電圧として供給されるので、第１の駆動回
路１３１及び第２の駆動回路１３２が、安定して所定の
論理動作を行う。

【００５７】補助電源回路１５は、図示実施例に限定さ
れない。例えば、安定化した電圧を生成する電圧安定化
回路を含んでいてもよい。具体的には、変圧器１１２に
第三の巻線を設け、その巻線から電圧安定化回路を介し
て供給する回路構成等を挙げることができる。

【００５８】第１及び第２の駆動回路１３１、１３２に
よる第１及び第２の整流用スイッチ素子５１、５２の制
御動作は次の通りである。まず、制御信号ＣＳ１、ＣＳ
１１が論理値１（高レベル）であって、スイッチ回路３
に含まれるスイッチ素子３１がオンのとき、第１の駆動
回路１３１から第１の整流用スイッチ素子５１に供給さ
れる駆動信号ＣＳ２１が論理値１（高レベル）となるの
で、第１の整流用スイッチ素子５１がオンとなる。第２
の整流用スイッチ素子５２は、第２の駆動回路１３２の
反転論理動作により、駆動信号ＣＳ２２が論理値０（低
レベル）となるので、オフとなる。

【００５９】次に、制御信号ＣＳ１、ＣＳ１１が論理値
０（低レベル）であって、スイッチ回路３に含まれるス
イッチ素子３１がオフのとき、第１の駆動回路１３１か
ら第１の整流用スイッチ素子５１に供給される駆動信号
ＣＳ２１が論理値０（低レベル）となるので、第１の整
流用スイッチ素子５１がオフとなる。第２の整流用スイ
ッチ素子５２は、第２の駆動回路１３２の反転論理動作
により、駆動信号ＣＳ２２が論理値１（高レベル）とな
るので、オンとなる。上述した同期整流動作により、整
流ダイオードによる整流回路よりも損失を低減させた同
期整流型スイッチング電源装置が得られる。

【００６０】図示された補助電源回路１５は、整流ダイ
オード１５１と、平滑用コンデンサ１５２とを有するの
で、一種のピークホールド回路として動作する。制御信
号ＣＳ１２は、ピーク値の一定なパルス信号であるか
ら、直流電圧Ｖｃ１はほぼ一定の電圧値となる。このた
め、入力電圧や出力電圧が変動した場合にも、同期整流
回路５を構成する第１及び第２の整流用スイッチ素子５
１、５２に安定した駆動電圧を供給し得る。

【００６１】また、スイッチ素子３１のある一次側か
ら、絶縁結合回路１１を介して、第１及び第２の整流用
スイッチ素子５１、５２のある二次側に電力を供給する
ことができるから、起動時あるいは出力短絡時にも、第
１及び第２の駆動回路１３１、１３２に安定した駆動電
圧を供給し得る。

【００６２】図４は図２に示した本発明に係るスイッチ
ング電源装置の更に別の具体的実施例を示す電気回路図
である。図において、図１〜３に現れた構成部分と同一
の構成部分については、同一の参照符号を付してある。
この実施例の特徴は、二次側制御回路２１を備え、この
二次側制御回路２１に対しても、補助電源回路１５で生
成された直流電圧Ｖｃ１を、動作電圧として供給するよ
うになっていることである。二次側制御回路２１は、例
えば、出力電圧検出回路等を含んでいる。二次側制御回
路２１と、制御回路９との間には、変圧器等でなる絶縁
結合器２２が備えられ、制御回路９のある一次側と、二
次側制御回路２１とを電気的に絶縁した状態で、監視信
号ＣＳ３が、制御回路９に供給される。

【００６３】図５は図２に示した本発明に係るスイッチ
ング電源装置の更に別の具体的実施例を示す電気回路図
である。図において、図１〜４に現れた構成部分と同一
の構成部分については、同一の参照符号を付してある。
この実施例の特徴は、第２の補助電源回路２３を含んで
いることである。第２の補助電源回路２３を構成する手
段として、実施例では、平滑回路７のチョークコイル７
１は、第１の巻線７３と、第２の巻線７４とを含む。第
１の巻線７３は、変圧器１の出力巻線１０２と直列に接
続される。

【００６４】第２の補助電源回路２３は、チョークコイ
ル７１の第２の巻線７４に誘起する電圧から直流電圧Ｖ
ｃ２を生成する。チョークコイル７１の第２の巻線７４
に誘起する電圧は、直流出力電圧Ｖ０に比例する。第２
の補助電源回路２３はこの誘起電圧を利用して、直流電
圧Ｖｃ２を生成する。

【００６５】図示された第２の補助電源回路２３は、整
流ダイオード２５を含み、整流ダイオード２５のアノ−
ドを、第２の巻線７４の一端に接続し、カソードを補助
電源回路１５の整流ダイオード１５１のカソードに接続
してある。補助電源回路１５に含まれる平滑コンデンサ
１５２は、第２の補助電源回路２３においても、平滑用
コンデンサとして利用されている。この構成によれば、
定常時は、第２の補助電源回路２３を通して、駆動回路
１３に動作電圧Ｖｃ２を供給できる。

【００６６】第２の補助電源回路２３から出力される直
流電圧Ｖｃ２は、補助電源回路１５から出力される直流
電圧Ｖｃ１よりも高くなるように設定する。この構成に
よれば、定常動作時は整流用ダイオード１５１が導通せ
ず、絶縁結合回路１１を通る電力を低減できるため、絶
縁結合回路１１を構成する信号伝送回路１１１及び変圧
器１１２による損失が軽減され、小型化が達成できる。

【００６７】図示はされていないが、第２の補助電源回
路２３を構成する手段として、変圧器１に第３の巻線を
設け、第３の巻線に誘起する電圧を整流平滑して、動作
電圧Ｖｃ２を生成してもよい。

【００６８】図６は図２に図示された本発明に係るスイ
ッチング電源装置の更に別の具体的実施例を示す電気回
路図である。図において、図１〜５に現れた構成部分と
同一の構成部分については、同一の参照符号を付してあ
る。この実施例の特徴は、遅延回路２７を含んでいるこ
とである。遅延回路２７は、スイッチ素子３１の制御電
極３１３に供給される制御信号ＣＳ１１の立ち上がりを
遅延させる。

【００６９】図７は遅延回路２７による遅延動作を説明
するタイムチャートである。図７（ａ）は、制御回路９
から出力され、遅延回路２７及び絶縁結合回路１１に供
給される制御信号ＣＳ１、並びに、絶縁結合回路１１か
ら出力される制御信号Ｃ１２の波形図、図７（ｂ）は遅
延回路２７から出力される制御信号ＣＳ１０及びスイッ
チ素子３１の制御電極３１３に供給される制御信号ＣＳ
１１の波形図を示す。

【００７０】図示するように、制御回路９から、パルス
幅ＴＷで、周期Ｔｆのパルス信号である制御信号ＣＳ１
が供給（図７（ａ）参照）されたとき、遅延回路２７
は、その立ち上がりを遅延時間Ｔｄだけ遅延（オン．デ
ィレイ）させ（図７（ｂ）参照）た制御信号ＣＳ１０を
生成する。制御信号ＣＳ１０の立ち下がりは、制御信号
ＣＳ１と同じである。この遅延動作により、スイッチ素
子３１の制御電極３１３を駆動するのに適した狭いオ
ン．パルス幅Ｔｓを持つ制御信号ＣＳ１１が得られる。

【００７１】制御回路９から、絶縁結合回路１１を介し
て、二次側の補助電源回路１５に供給される制御信号Ｃ
Ｓ１２は、制御回路９から出力される制御信号ＣＳ１と
同じパルス幅ＴＷを有する（図７（ａ）参照）。このた
め、主スイッチであるスイッチ素子３１のオン．パルス
幅が微小になった場合にも、同期整流回路５を構成する
第１及び第２の整流用スイッチ素子５１、５２に安定し
た駆動電圧Ｖｃ１を供給し得る。

【００７２】図示はしないが、この明細書で述べた構
成、及び、図３〜６に示した実施例を、任意に組み合わ
せることができる。

【００７３】図８は図１に図示された本発明に係るスイ
ッチング電源装置の更に別の実施例を示す電気回路図で
ある。図において、先に説明した図面に現れた構成部分
と同一の構成部分については、同一の参照符号を付して
ある。

【００７４】図８の実施例は、同期整流回路５は、第１
の整流用スイッチ素子５１と、第２の整流用スイッチ素
子５２とを含む。第１の整流用スイッチ素子５１は、主
電極５１１が変圧器１の出力巻線１０２の一端に接続さ
れている。第２の整流用スイッチ素子５２は、主電極５
２１が変圧器１の出力巻線１０２の他端に接続され、主
電極５２２が第１の整流用スイッチ素子５１の主電極５
１２と接続されている。

【００７５】変圧器１は、出力巻線１０２が中間タップ
ＣＴを有している。同期整流回路５は、第１及び第２の
整流用スイッチ素子５１、５２の主電極のうち、互いに
接続された主電極５１２、５２２と、中間タップＣＴと
が、平滑回路７の入力側に導かれている。この同期整流
回路５の回路方式は、全波整流方式である。

【００７６】上述したスイッチング電源装置において、
駆動回路１３による第１及び第２の整流用スイッチ素子
５１、５２の制御動作は、図２を参照した説明とほぼ同
じである。即ち、第１及び第２の整流用スイッチ素子５
１、５２は、スイッチ素子３１がオンのとき、第１の整
流用スイッチ素子５１がオンとなり、第２の整流用スイ
ッチ素子５２がオフとなるように、スイッチ素子３１に
同期して制御される。また、スイッチ素子３１がオフの
とき、第１の整流用スイッチ素子５１がオフとなり、第
２の整流用スイッチ素子５２がオンとなるように、スイ
ッチ素子３１に同期して制御する。上述した同期整流回
路５を備えることにより、整流ダイオードによる整流回
路よりも損失を低減させた同期整流型スイッチング電源
装置が得られる。

【００７７】図示は省略するが、図８に示した実施例に
おいても、第１及び第２の整流用スイッチ素子５１、５
２の何れか一方は整流用ダイオードで置換できるし、図
３〜図６に示したような回路構成を採用することができ
る。

【００７８】図９は図１に示した本発明に係るスイッチ
ング電源装置の更に別の実施例を示す電気回路図であ
る。図において、先に説明した図面に現れた構成部分と
同一の構成部分については、同一の参照符号を付してあ
る。

【００７９】図示実施例において、同期整流回路５は、
１つの整流用スイッチ素子５１を含むだけであり、この
整流用スイッチ素子５１によって、変圧器１の二次巻線
１０２に誘起するフライバック電圧を整流して出力す
る。整流用スイッチ素子５１は、ＦＥＴまたはバイポー
ラトランジスタ等によって構成される。整流用スイッチ
素子５１は、主電極５１１が変圧器１の出力巻線１０２
の一端に接続されている。平滑回路７は、入力側が、第
１の整流用スイッチ素子５１の主電極５１２と、変圧器
１の出力巻線１０２の他端との間に接続されている。

【００８０】駆動回路１３は、制御回路９から絶縁結合
回路１１を介して供給される制御信号ＣＳ１２に基づい
て生成された駆動信号ＣＳ２により、整流用スイッチ素
子５１を、スイッチ素子３１と同期して制御する。駆動
信号ＣＳ２はパルス列信号である。

【００８１】より詳しくは、整流用スイッチ素子５１
は、スイッチ回路３に含まれるスイッチ素子３１がオン
のときオフとなり、スイッチ素子３１がオフのときオン
となるように、スイッチ素子３１に同期して制御され
る。そして、スイッチ素子３１のオン期間に変圧器１に
蓄えられたエネルギーを、スイッチ素子３１がオフとな
り、整流用スイッチ素子５１がオンとなったときに放出
する。上述した同期整流回路５を備えることにより、整
流ダイオードによる整流回路よりも損失を低減させた同
期整流型スイッチング電源装置が得られる。

【００８２】図９の実施例においても、補助電源回路１
５は、制御回路９から絶縁結合回路１１を介して供給さ
れる制御信号ＣＳ１２を整流平滑して直流電圧Ｖｃ１を
生成し、直流電圧Ｖｃ１を、動作電圧として、駆動回路
１３に供給する。このため、入力電圧Ｖｉｎや出力電圧
Ｖ０が変動した場合にも、駆動回路１３に安定した駆動
電圧を供給し得る。

【００８３】また、スイッチ素子３１のある一次側か
ら、絶縁結合回路１１を介して、第１の整流用スイッチ
素子５１及び第２の整流用スイッチ素子５２のある二次
側に電力を供給することができるから、起動時あるいは
出力短絡時にも、駆動回路１３に安定した駆動電圧を供
給し得る。

【００８４】図１０は図９に示したスイッチング電源装
置の更に具体的な実施例を示す電気回路図である。図に
おいて、図９に現れた構成部分と同一の構成部分につい
ては、同一の参照符号を付してある。同期整流回路５に
おいて、整流用スイッチ素子５１は、主電極５１１が変
圧器１の出力巻線１０２の一端に接続されている。

【００８５】駆動回路１３は整流用スイッチ素子５１の
制御電極５１３を駆動する。駆動回路１３は入力される
制御信号ＣＳ１２に対して、反転論理動作を行う論理ゲ
ートである。即ち、駆動回路１３は入力される制御信号
ＣＳ１２が論理値１（高レベル）のとき、論理値０（低
レベル）の駆動信号ＣＳ２を出力し、制御信号ＣＳ１２
が論理値０（低レベル）のとき、論理値１（高レベル）
の駆動信号ＣＳ２を出力する。

【００８６】補助電源回路１５は、整流ダイオード１５
１と、平滑用コンデンサ１５２とを含む。絶縁結合回路
１１に含まれる絶縁変圧器１１２の出力巻線に生じた制
御信号ＣＳ１２は、整流ダイオード１５１によって整流
され、平滑用コンデンサ１５２によって平滑される。こ
れにより、直流電圧Ｖｃ１が生成される。この直流電圧
Ｖｃ１は、駆動回路１３に、動作電圧として供給され
る。

【００８７】補助電源回路１５は、図示実施例に限定さ
れない。例えば、安定化した電圧を生成する電圧安定化
回路を含んでいてもよい。具体的には、変圧器１１２に
第三の巻線を設け、その巻線から電圧安定化回路を介し
て供給する回路構成等を挙げることができる。

【００８８】図示された補助電源回路１５は、整流ダイ
オード１５１と、平滑用コンデンサ１５２とを有するの
で、一種のピークホールド回路として動作する。制御信
号ＣＳ１２は、ピーク値の一定なパルス信号であるか
ら、直流電圧Ｖｃ１はほぼ一定の電圧値となる。このた
め、入力電圧や出力電圧が変動した場合にも、同期整流
回路５を構成する整流用スイッチ素子５１に安定した駆
動電圧を供給し得る。

【００８９】また、スイッチ回路３のある一次側から、
絶縁結合回路１１を介して、同期整流回路５、駆動回路
１３及び補助電源回路１５のある二次側に電力を供給す
ることができるから、起動時あるいは出力短絡時にも、
駆動回路１３に安定した駆動電圧を供給し得る。

【００９０】図１１は図９に示したスイッチング電源装
置の更に別の実施例を示す図である。図において、図
９、１０に現れた構成部分と同一の構成部分について
は、同一の参照符号を付してある。

【００９１】この実施例では第２の補助電源回路２３を
含む。第２の補助電源回路２３を構成する手段として、
変圧器１が第３の巻線１０３を含んでいる。第２の補助
電源回路２３は、変圧器１の第３の巻線１０３に誘起す
る電圧から直流電圧Ｖｃ２を生成する。第２の補助電源
回路２３の出力端は、補助電源回路１５の出力端に接続
されている。

【００９２】図示された第２の補助電源回路２３は、整
流ダイオード２５を含み、整流ダイオード２５のアノ−
ドを、第３の巻線１０３の一端に接続し、カソードを補
助電源回路１５の整流ダイオード１５１のカソードに接
続してある。補助電源回路１５に含まれる平滑コンデン
サ１５２は、第２の補助電源回路２３においても、平滑
用コンデンサとして利用されている。この構成によれ
ば、定常時は、第２の補助電源回路２３を通して、駆動
回路１３に動作電圧Ｖｃ２を供給できる。

【００９３】第２の補助電源回路２３から出力される直
流電圧Ｖｃ２は、補助電源回路１５から出力される直流
電圧Ｖｃ１よりも高くなるように設定する。この構成に
よれば、定常動作時は整流用ダイオード１５１が導通せ
ず、絶縁結合回路１１を通る電力を低減できるため、絶
縁結合回路１１を構成する信号伝送回路１１１及び変圧
器１１２による損失が軽減され、小型化が達成できる。

【００９４】図１２は図９に示した本発明に係るスイッ
チング電源装置の更に別の具体的実施例を示す電気回路
図である。図において、図９〜１１に現れた構成部分と
同一の構成部分については、同一の参照符号を付してあ
る。この実施例の特徴は、遅延回路２７を含んでいるこ
とである。遅延回路２７は、スイッチ素子３１の制御電
極３１３に供給される制御信号ＣＳ１１の立ち上がりを
遅延させる。

【００９５】遅延回路２７の動作の詳細は、図７に示し
た動作特性とほぼ同じである。従って、主スイッチであ
るスイッチ素子３１のオン．パルス幅が微小になった場
合にも、同期整流回路５を構成する第１の整流用スイッ
チ素子５１に安定した駆動電圧Ｖｃ１を供給し得る。

【００９６】図示はしないが、この明細書で述べた構
成、及び、図１０〜１２に示した実施例を、任意に組み
合わせることができる。

【００９７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、次
のような効果を得ることができる。 （ａ）入力電圧や出力電圧が変動した場合にも、同期整
流回路に含まれる整流用スイッチ素子を駆動する回路に
対し、安定した駆動電圧を供給し得るスイッチング電源
装置を提供することができる。 （ｂ）出力短絡を生じた場合にも、同期整流回路に含ま
れる整流用スイッチ素子を駆動する回路に対し、安定し
た駆動電圧を供給し得るスイッチング電源装置を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るスイッチング電源装置の電気回路
図である。

【図２】図１に示した本発明に係るスイッチング電源装
置の更に具体的な電気回路図である。

【図３】図２に示した本発明に係るスイッチング電源装
置の更に具体的な電気回路図である。

【図４】図２に示した本発明に係るスイッチング電源装
置の更に別の具体的な電気回路図である。

【図５】図２に示した本発明に係るスイッチング電源装
置の更に別の具体的な電気回路図である。

【図６】図２に示した本発明に係るスイッチング電源装
置の更に別の具体的な電気回路図である。

【図７】図６に図示されたスイッチング電源装置におい
て、遅延回路による遅延動作を説明するタイムチャート
である。

【図８】図１に図示された本発明に係るスイッチング電
源装置の更に別の具体的実施例を示す電気回路図であ
る。

【図９】図１に図示された本発明に係るスイッチング電
源装置の更に別の具体的実施例を示す電気回路図であ
る。

【図１０】図９に示したスイッチング電源装置の更に具
体的な実施例を示す電気回路図である。

【図１１】図９に示したスイッチング電源装置の更に別
の具体的な実施例を示す電気回路図である。

【図１２】図９に示したスイッチング電源装置の更に別
の具体的な実施例を示す電気回路図である。

【符号の説明】

１ 変圧器 ３ スイッチ素子 ５ 同期整流回路 ５１ 第１の整流用スイッチ素子 ５２ 第２の整流用スイッチ素子 ７ 平滑回路 ９ 制御回路 １１ 絶縁結合回路 １３ 駆動回路 １５ 補助電源回路 ２１ 二次側制御回路 ２３ 第２の補助電源回路 ２５ 整流用ダイオード ２７ 遅延回路

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H006 AA00 AA05 BB00 BB04 BB08 CA01 CA02 CB07 CC02 CC08 DA04 DB03 DC05 HA09 5H730 AA00 AA17 AS01 BB23 BB43 CC01 DD02 DD04 DD16 DD26 DD31 EE03 EE07 EE08 EE10 EE14 EE73 EE78 FD01 FF17 FF18 FG05 VV03

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 変圧器と、スイッチ回路と、同期整流回
   路と、平滑回路と、制御回路と、絶縁結合回路と、駆動
   回路と、補助電源回路とを含むスイッチング電源装置で
   あって、 前記変圧器は、入力巻線と、出力巻線とを含んでおり、 前記スイッチ回路は、少なくとも１つのスイッチ素子を
   含み、前記スイッチ素子は、前記入力巻線を通して供給
   される直流入力電圧をスイッチングし、 前記同期整流回路は、制御電極を有する少なくとも１つ
   の整流用スイッチ素子を含み、前記変圧器の前記出力巻
   線に誘起する電圧を整流して出力し、 前記平滑回路は、前記同期整流回路から出力される整流
   電圧を平滑して出力し、 前記制御回路は、前記スイッチ素子に制御信号を与えて
   そのスイッチング動作を制御し、 前記駆動回路は、前記制御回路から前記絶縁結合回路を
   介して供給される前記制御信号に基づいて生成された駆
   動信号を、前記整流用スイッチ素子の前記制御電極に供
   給して、前記整流用スイッチ素子を、前記スイッチ回路
   の前記スイッチ素子と同期して制御し、 前記補助電源回路は、前記制御回路から前記絶縁結合回
   路を介して供給される前記制御信号を整流平滑して直流
   電圧を生成し、前記直流電圧を、動作電圧として、前記
   駆動回路に供給するスイッチング電源装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載されたスイッチング電源
   装置であって、 前記同期整流回路は、第１の整流用スイッチ素子及び第
   ２の整流用スイッチ素子を含み、 前記第１の整流用スイッチ素子は、主電極の一方が前記
   変圧器の前記出力巻線の一端に接続されており、 前記第２の整流用スイッチ素子は、主電極の一方が前記
   変圧器の前記出力巻線の他端に接続され、主電極の他方
   が前記第１の整流用スイッチ素子の主電極の他方に接続
   されているスイッチング電源装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載されたスイッチング電源
   装置であって、 前記同期整流回路は、前記第１の整流用スイッチ素子ま
   たは前記第２の整流用スイッチ素子の何れか一方の両主
   電極が、前記平滑回路の入力側に導かれているスイッチ
   ング電源装置。
4. 【請求項４】 請求項２に記載されたスイッチング電源
   装置であって、 前記変圧器は、前記出力巻線が中間タップを有してお
   り、 前記同期整流回路は、前記第１及び第２の整流用スイッ
   チ素子の主電極のうち、互いに接続された主電極と、前
   記中間タップとが、前記平滑回路の入力側に導かれてい
   るスイッチング電源装置。
5. 【請求項５】 請求項１に記載されたスイッチング電源
   装置であって、 前記同期整流回路は、２つの整流素子を含み、前記２つ
   の整流素子の一方は、整流用スイッチ素子であり、他方
   は整流ダイオードであるスイッチング電源装置。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５の何れかに記載されたス
   イッチング電源装置であって、 更に、第２の補助電源回路を含み、 前記平滑回路は、少なくとも１つの磁気素子を含み、前
   記磁気素子は第１の巻線と、第２の巻線とを含み、 前記第１の巻線は、前記変圧器の前記出力巻線と直列に
   接続されており、 前記第２の補助電源回路は、前記磁気素子の前記第２の
   巻線に誘起する電圧から直流電圧を生成し、出力端が前
   記補助電源回路の出力端に接続されているスイッチング
   電源装置。
7. 【請求項７】 請求項１乃至５の何れかに記載されたス
   イッチング電源装置であって、 更に、第２の補助電源回路を含み、 前記変圧器は、第３の巻線を含み、 前記第２の補助電源回路は、前記変圧器の前記第３の巻
   線に誘起する電圧から直流電圧を生成し、出力端が前記
   補助電源回路の出力端に接続されているスイッチング電
   源装置。
8. 【請求項８】 請求項１に記載されたスイッチング電源
   装置であって、 前記同期整流回路は、１つの整流素子を含み、前記整流
   素子は前記整流用スイッチ素子であって、前記変圧器の
   前記二次巻線に誘起するフライバック電圧を整流して出
   力するスイッチング電源装置。
9. 【請求項９】 請求項８に記載されたスイッチング電源
   装置であって、 更に、第２の補助電源回路を含み、 前記変圧器は、第３の巻線を含み、 前記第２の補助電源回路は、前記変圧器の前記第３の巻
   線に誘起する電圧から直流電圧を生成し、出力端が前記
   補助電源回路の出力端に接続されているスイッチング電
   源装置。
10. 【請求項１０】 請求項６乃至９の何れかに記載された
    スイッチング電源装置であって、 前記第２の補助電源回路から出力される直流電圧が、前
    記補助電源回路から出力される直流電圧よりも高いスイ
    ッチング電源装置。
11. 【請求項１１】 請求項１乃至１０の何れかに記載され
    たスイッチング電源装置であって、 更に、遅延回路を含み、前記遅延回路は、前記制御回路
    から、前記スイッチ回路に含まれる前記スイッチ素子の
    前記制御電極に供給される前記制御信号の立ち上がりを
    遅延させるスイッチング電源装置。