JP4251259B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トランスの１次側に設けたスイッチ素子をオン・オフし、１次巻線に断続的に電圧を印加することによって２次巻線に電圧を誘起させるスイッチング電源装置に関するものである。更に詳しくは、電源にかかる負荷が軽いときに低消費電力化をするための工夫を施した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】
図３は従来におけるスイッチング電源装置の構成例を示した図である。
図３で、トランス１の１次側に加えられる直流電源２の電圧は、大きく変動したり、またサージ電圧やサージ電流がのっていることもある。このような過電圧、過電流が電源装置の出力端子に接続された負荷に加えられると、これを損傷する。これを防ぐためにスイッチング電源装置は、一般にトランスの１次側に接続された回路と、２次側に接続された回路とを絶縁している。
【０００３】
トランス１の１次巻線３の両端にはツェナーダイオード４とダイオード５が直列接続されている。スイッチ素子６は１次巻線３の一端に接続されている。ツェナーダイオード４とダイオード５は、サージ電圧やサージ電流を吸収するスナバ回路を構成するために設けられている。
制御回路７は、ＰＷＭ信号（パルス幅変調信号）でスイッチ素子６を例えば一定の周波数でオン・オフ駆動する。これにより、直流電源２の電圧が１次巻線３へ断続的に加えられ、２次巻線８には誘起電圧が発生する。２次巻線８に発生した誘起電圧は、ダイオード９とコンデンサ１０により整流し平滑化されて直流出力電圧Ｖｏｕｔになる。直流出力電圧Ｖｏｕｔが負荷（図示せず）に供給される。制御回路７はＩＣ（集積回路）化されている。
【０００４】
直流出力電圧Ｖｏｕｔは、回路１１により電圧変換等が行われて、フォトカップラ１２により１次側に絶縁伝送される。
巻線１３にはトランス１が駆動されることによって電圧が誘起される。誘起電圧はダイオード１４とコンデンサ１５により整流し平滑化され、制御回路７に電源電圧Ｖｃｃとして供給される。
【０００５】
図３のスイッチング電源装置では、電源にかかる負荷の状態に応じて制御回路７は、スイッチ素子６をオンにする時間を制御する。電源にかかる負荷が小さくなったときに、制御回路７は、出力するＰＷＭ信号のパルス幅が小さくなるように制御する。
ＰＷＭ信号の発振周波数を固定して制御する場合は、パルス幅を小さくしても発振周波数に依存するスイッチング損失は低減しない。スイッチング損失はスイッチが切り換わるときに電力が消費されることによって生じる損失である。
軽負荷時に発振周波数が低減する制御回路を用いてスイッチのオフ時間を長くすると、スイッチング損失は減少するものの、実際にスイッチ素子６がオンになっている時間だけでなく、オフになっている時間中も制御回路７には電流が供給され、電力が消費され続ける。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、スイッチ素子をオン・オフする制御回路を軽負荷時にはオフにする期間を設けることによって、軽負荷時における低消費電力化を実現したスイッチング電源装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は次のとおりの構成になったスイッチング電源装置である。
【０００８】
（１）トランスの１次側に設けたスイッチ素子をオン・オフし、１次巻線に断続的に電圧を印加することによって２次巻線に電圧を誘起させ、２次側にかかる負荷の状態に応じて前記スイッチ素子をオンにする時間を制御する制御回路と、２次側の出力電力レベルを示す信号を１次側に絶縁伝送するフォトカップラとを有し、負荷が軽いほど前記フォトカップラにより１次側にフィードバックされた電圧が小さくなるスイッチング電源装置において、２次側の出力電力レベルを示す信号と所定の基準値とを比較する比較手段と、この比較手段による比較の結果、２次側の出力電力レベルが所定の基準値よりも低いときは制御回路を強制的に停止する停止手段と、前記フォトカップラの１次側に並列に接続されると共に前記制御回路に接続され、前記フィードバックされた電圧を分圧する第１抵抗と第２の抵抗との直列接続とを有し、前記比較手段の反転入力に前記第１抵抗と前記第２の抵抗との接続点が接続され、前記制御回路は前記比較手段の基準値を与える基準電圧を生成することを特徴とするスイッチング電源装置。
【０００９】
（２）前記制御回路から与えられた基準電圧を分圧する第３抵抗と第４の抵抗との直列接続を備え、前記比較手段の非反転入力に前記第３抵抗と前記第４の抵抗との接続点が接続されることを特徴とする（１）記載のスイッチング電源装置。
【００１０】
（３）前記第１抵抗と前記第２の抵抗との接続点の電圧が前記第３抵抗と前記第４の抵抗との接続点の電圧よりも低下し前記制御回路がオフするオフ状態と、前記第１抵抗と前記第２の抵抗との接続点の電圧が前記第３抵抗と前記第４の抵抗との接続点の電圧よりも増加し前記制御回路がオンするオン状態とを自動的に繰り返すことを特徴とする（２）記載のスイッチング電源装置。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。
図１は本発明の一実施例を示す構成図である。図１で図３と同一のものは同一符号を付ける。
制御回路２０は、端子ＣＳへの入力信号によって強制的に停止するリモートオフ機能を持つ回路である。停止手段２１はリモートオフ機能を実現する手段である。
【００１２】
抵抗３１，３２は、フォトカップラ１２により１次側にフィードバックされた電圧ＶＦＢを分圧する。電圧ＶＦＢは２次側の負荷状態を示している。負荷が軽いほど電圧ＶＦＢは小さくなる。請求範囲でいう出力電力レベルを示す信号は電圧ＶＦＢの信号である。
抵抗３３，３４は、制御回路２０から与えられた基準電圧Ｖｒｅｆを分圧する。
コンパレータ３５は、正側入力端子に基準電圧Ｖｒｅｆの分圧Ｖ１が与えられ、負側入力端子には電圧ＶＦＢの分圧Ｖ２が与えられる。コンパレータ３５は、１次側にフィードバックされた電圧ＶＦＢを所定の基準値と比較し、比較結果に応じた２値信号Ｖ３を出力する。請求範囲でいう比較手段はコンパレータである。
トランジスタ３６は、コンパレータ３５の出力Ｖ３によってオン・オフし、制御回路２０の端子ＣＳの電圧Ｖ４を変える。コンデンサ３７はトランジスタ３６に並列接続されている。
図１の破線で囲んだ部分が請求範囲でいう状態切換回路である。
【００１３】
図１の装置の動作を説明する。
図２は図１の装置における各信号のタイムチャートである。
定常負荷では電圧ＶＦＢは高い値を維持しており、Ｖ２＞Ｖ１でありコンパレータ３５の出力はローレベルである。このとき、トランジスタ３６はオフであるため、制御回路２０の端子ＣＳの電圧Ｖ４は高い値になっている。これによって、制御回路２０はオンになっている。
【００１４】
軽負荷時には電圧ＶＦＢは低下し、Ｖ２＜Ｖ１になるため、コンパレータ３５の出力はハイレベルになり、トランジスタ３６はオンになる。これによって、制御回路２０の端子ＣＳの電圧Ｖ４は低下し、制御回路２０は強制的なオフにされる。強制的にオフにするのは停止手段２１が行う。強制的にオフにした期間では制御回路２０は電力を消費しない。これによって、軽負荷時の電力損失を低減できる。
【００１５】
制御回路２０は基準電圧Ｖｒｅｆを出力しているため、制御回路２０がオフになると、電圧Ｖ１は低下する。電圧Ｖ１が低下すると、コンパレータ３５の出力電圧Ｖ３は低下する。これにより、トランジスタ３６に流れる電流が減少し、電圧Ｖ４は大きくなる。電圧Ｖ４の増大により制御回路２０はオンになる。
制御回路２０はオンになると、基準電圧Ｖｒｅｆが増加して出力電圧Ｖ３は増加し、トランジスタ３６に流れる電流が増加して、電圧Ｖ４が減少し、制御回路２０がオフになる。
このようにして制御回路２０は自動的にオン状態とオフ状態を繰り返す。
図２の期間Ｔｏｆｆで制御回路２０はオフになり、期間Ｔｏｎで制御回路２０はオンになる。軽負荷時には制御回路２０はオフ状態とオン状態を自動的に繰り返す。
【００１６】
【発明の効果】
本発明によれば次の効果が得られる。
【００１７】
請求項１記載の発明では、軽負荷時には制御回路を強制的にオフにする期間を作っているため、スイッチング電源装置の軽負荷時での省電力化を実現できる。
【００１８】
請求項２記載の発明では、制御回路は比較手段の基準値を与える電圧を生成しているため、基準値を与える電圧源を別個に設ける必要がなく、回路を簡略化できる。
【００１９】
請求項３記載の発明によれば、軽負荷の状態が解除されると制御回路は自動的にオン状態に復帰するため、スイッチング動作を再開することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】本発明の動作説明図である。
【図３】従来におけるスイッチング電源装置の構成例を示した図である。
【符号の説明】
１ トランス
２ 電源
３ １次巻線
６ スイッチ素子
８ ２次巻線
２０ 制御回路
２１ 停止手段
３５ コンパレータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、トランスの１次側に設けたスイッチ素子をオン・オフし、１次巻線に断続的に電圧を印加することによって２次巻線に電圧を誘起させるスイッチング電源装置に関するものである。更に詳しくは、電源にかかる負荷が軽いときに低消費電力化をするための工夫を施した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】
図３は従来におけるスイッチング電源装置の構成例を示した図である。
図３で、トランス１の１次側に加えられる直流電源２の電圧は、大きく変動したり、またサージ電圧やサージ電流がのっていることもある。このような過電圧、過電流が電源装置の出力端子に接続された負荷に加えられると、これを損傷する。これを防ぐためにスイッチング電源装置は、一般にトランスの１次側に接続された回路と、２次側に接続された回路とを絶縁している。
【０００３】
トランス１の１次巻線３の両端にはツェナーダイオード４とダイオード５が直列接続されている。スイッチ素子６は１次巻線３の一端に接続されている。ツェナーダイオード４とダイオード５は、サージ電圧やサージ電流を吸収するスナバ回路を構成するために設けられている。
制御回路７は、ＰＷＭ信号（パルス幅変調信号）でスイッチ素子６を例えば一定の周波数でオン・オフ駆動する。これにより、直流電源２の電圧が１次巻線３へ断続的に加えられ、２次巻線８には誘起電圧が発生する。２次巻線８に発生した誘起電圧は、ダイオード９とコンデンサ１０により整流し平滑化されて直流出力電圧Ｖｏｕｔになる。直流出力電圧Ｖｏｕｔが負荷（図示せず）に供給される。制御回路７はＩＣ（集積回路）化されている。
【０００４】
直流出力電圧Ｖｏｕｔは、回路１１により電圧変換等が行われて、フォトカップラ１２により１次側に絶縁伝送される。
巻線１３にはトランス１が駆動されることによって電圧が誘起される。誘起電圧はダイオード１４とコンデンサ１５により整流し平滑化され、制御回路７に電源電圧Ｖｃｃとして供給される。
【０００５】
図３のスイッチング電源装置では、電源にかかる負荷の状態に応じて制御回路７は、スイッチ素子６をオンにする時間を制御する。電源にかかる負荷が小さくなったときに、制御回路７は、出力するＰＷＭ信号のパルス幅が小さくなるように制御する。
ＰＷＭ信号の発振周波数を固定して制御する場合は、パルス幅を小さくしても発振周波数に依存するスイッチング損失は低減しない。スイッチング損失はスイッチが切り換わるときに電力が消費されることによって生じる損失である。
軽負荷時に発振周波数が低減する制御回路を用いてスイッチのオフ時間を長くすると、スイッチング損失は減少するものの、実際にスイッチ素子６がオンになっている時間だけでなく、オフになっている時間中も制御回路７には電流が供給され、電力が消費され続ける。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、スイッチ素子をオン・オフする制御回路を軽負荷時にはオフにする期間を設けることによって、軽負荷時における低消費電力化を実現したスイッチング電源装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は次のとおりの構成になったスイッチング電源装置である。
【０００８】
（１）トランスの１次側に設けたスイッチ素子をオン・オフし、１次巻線に断続的に電圧を印加することによって２次巻線に電圧を誘起させ、２次側にかかる負荷の状態に応じて前記スイッチ素子をオンにする時間を制御する制御回路と、２次側の出力電力レベルを示す信号を１次側に絶縁伝送するフォトカップラとを有し、負荷が軽いほど前記フォトカップラにより１次側にフィードバックされた電圧が小さくなるスイッチング電源装置において、２次側の出力電力レベルを示す信号と所定の基準値とを比較する比較手段と、この比較手段による比較の結果、２次側の出力電力レベルが所定の基準値よりも低いときは制御回路を強制的に停止する停止手段と、前記フォトカップラの１次側に並列に接続されると共に前記制御回路に接続され、前記フィードバックされた電圧を分圧する第１抵抗と第２の抵抗との直列接続とを有し、前記比較手段の反転入力に前記第１抵抗と前記第２の抵抗との接続点が接続され、前記制御回路は前記比較手段の基準値を与える基準電圧を生成することを特徴とするスイッチング電源装置。
【０００９】
（２）前記制御回路から与えられた基準電圧を分圧する第３抵抗と第４の抵抗との直列接続を備え、前記比較手段の非反転入力に前記第３抵抗と前記第４の抵抗との接続点が接続されることを特徴とする（１）記載のスイッチング電源装置。
【００１０】
（３）前記第１抵抗と前記第２の抵抗との接続点の電圧が前記第３抵抗と前記第４の抵抗との接続点の電圧よりも低下し前記制御回路がオフするオフ状態と、前記第１抵抗と前記第２の抵抗との接続点の電圧が前記第３抵抗と前記第４の抵抗との接続点の電圧よりも増加し前記制御回路がオンするオン状態とを自動的に繰り返すことを特徴とする（２）記載のスイッチング電源装置。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。
図１は本発明の一実施例を示す構成図である。図１で図３と同一のものは同一符号を付ける。
制御回路２０は、端子ＣＳへの入力信号によって強制的に停止するリモートオフ機能を持つ回路である。停止手段２１はリモートオフ機能を実現する手段である。
【００１２】
抵抗３１，３２は、フォトカップラ１２により１次側にフィードバックされた電圧ＶＦＢを分圧する。電圧ＶＦＢは２次側の負荷状態を示している。負荷が軽いほど電圧ＶＦＢは小さくなる。請求範囲でいう出力電力レベルを示す信号は電圧ＶＦＢの信号である。
抵抗３３，３４は、制御回路２０から与えられた基準電圧Ｖｒｅｆを分圧する。
コンパレータ３５は、正側入力端子に基準電圧Ｖｒｅｆの分圧Ｖ１が与えられ、負側入力端子には電圧ＶＦＢの分圧Ｖ２が与えられる。コンパレータ３５は、１次側にフィードバックされた電圧ＶＦＢを所定の基準値と比較し、比較結果に応じた２値信号Ｖ３を出力する。請求範囲でいう比較手段はコンパレータである。
トランジスタ３６は、コンパレータ３５の出力Ｖ３によってオン・オフし、制御回路２０の端子ＣＳの電圧Ｖ４を変える。コンデンサ３７はトランジスタ３６に並列接続されている。
図１の破線で囲んだ部分が請求範囲でいう状態切換回路である。
【００１３】
図１の装置の動作を説明する。
図２は図１の装置における各信号のタイムチャートである。
定常負荷では電圧ＶＦＢは高い値を維持しており、Ｖ２＞Ｖ１でありコンパレータ３５の出力はローレベルである。このとき、トランジスタ３６はオフであるため、制御回路２０の端子ＣＳの電圧Ｖ４は高い値になっている。これによって、制御回路２０はオンになっている。
【００１４】
軽負荷時には電圧ＶＦＢは低下し、Ｖ２＜Ｖ１になるため、コンパレータ３５の出力はハイレベルになり、トランジスタ３６はオンになる。これによって、制御回路２０の端子ＣＳの電圧Ｖ４は低下し、制御回路２０は強制的なオフにされる。強制的にオフにするのは停止手段２１が行う。強制的にオフにした期間では制御回路２０は電力を消費しない。これによって、軽負荷時の電力損失を低減できる。
【００１５】
制御回路２０は基準電圧Ｖｒｅｆを出力しているため、制御回路２０がオフになると、電圧Ｖ１は低下する。電圧Ｖ１が低下すると、コンパレータ３５の出力電圧Ｖ３は低下する。これにより、トランジスタ３６に流れる電流が減少し、電圧Ｖ４は大きくなる。電圧Ｖ４の増大により制御回路２０はオンになる。
制御回路２０はオンになると、基準電圧Ｖｒｅｆが増加して出力電圧Ｖ３は増加し、トランジスタ３６に流れる電流が増加して、電圧Ｖ４が減少し、制御回路２０がオフになる。
このようにして制御回路２０は自動的にオン状態とオフ状態を繰り返す。
図２の期間Ｔｏｆｆで制御回路２０はオフになり、期間Ｔｏｎで制御回路２０はオンになる。軽負荷時には制御回路２０はオフ状態とオン状態を自動的に繰り返す。
【００１６】
【発明の効果】
本発明によれば次の効果が得られる。
【００１７】
請求項１記載の発明では、軽負荷時には制御回路を強制的にオフにする期間を作っているため、スイッチング電源装置の軽負荷時での省電力化を実現できる。
【００１８】
請求項２記載の発明では、制御回路は比較手段の基準値を与える電圧を生成しているため、基準値を与える電圧源を別個に設ける必要がなく、回路を簡略化できる。
【００１９】
請求項３記載の発明によれば、軽負荷の状態が解除されると制御回路は自動的にオン状態に復帰するため、スイッチング動作を再開することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】本発明の動作説明図である。
【図３】従来におけるスイッチング電源装置の構成例を示した図である。
【符号の説明】
１ トランス
２ 電源
３ １次巻線
６ スイッチ素子
８ ２次巻線
２０ 制御回路
２１ 停止手段
３５ コンパレータ
Claims (3)
- トランスの１次側に設けたスイッチ素子をオン・オフし、１次巻線に断続的に電圧を印加することによって２次巻線に電圧を誘起させ、２次側にかかる負荷の状態に応じて前記スイッチ素子をオンにする時間を制御する制御回路と、
２次側の出力電力レベルを示す信号を１次側に絶縁伝送するフォトカップラとを有し、
負荷が軽いほど前記フォトカップラにより１次側にフィードバックされた電圧が小さくなるスイッチング電源装置において、
２次側の出力電力レベルを示す信号と所定の基準値とを比較する比較手段と、
この比較手段による比較の結果、２次側の出力電力レベルが所定の基準値よりも低いときは制御回路を強制的に停止する停止手段と、
前記フォトカップラの１次側に並列に接続されると共に前記制御回路に接続され、前記フィードバックされた電圧を分圧する第１抵抗と第２の抵抗との直列接続とを有し、
前記比較手段の反転入力に前記第１抵抗と前記第２の抵抗との接続点が接続され、
前記制御回路は前記比較手段の基準値を与える基準電圧を生成する
ことを特徴とするスイッチング電源装置。 - 前記制御回路から与えられた基準電圧を分圧する第３抵抗と第４の抵抗との直列接続を備え、
前記比較手段の非反転入力に前記第３抵抗と前記第４の抵抗との接続点が接続される
ことを特徴とする請求項１記載のスイッチング電源装置。 - 前記第１抵抗と前記第２の抵抗との接続点の電圧が前記第３抵抗と前記第４の抵抗との接続点の電圧よりも低下し前記制御回路がオフするオフ状態と、
前記第１抵抗と前記第２の抵抗との接続点の電圧が前記第３抵抗と前記第４の抵抗との接続点の電圧よりも増加し前記制御回路がオンするオン状態とを自動的に繰り返す
ことを特徴とする請求項２記載のスイッチング電源装置。
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|---|---|---|---|
| JP2001026673A JP4251259B2 (ja) | 2001-02-02 | 2001-02-02 | スイッチング電源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001026673A JP4251259B2 (ja) | 2001-02-02 | 2001-02-02 | スイッチング電源装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002233146A JP2002233146A (ja) | 2002-08-16 |
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ID=18891454
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001026673A Expired - Fee Related JP4251259B2 (ja) | 2001-02-02 | 2001-02-02 | スイッチング電源装置 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106533175A (zh) * | 2015-09-11 | 2017-03-22 | 亚荣源科技（深圳）有限公司 | 返驰式电源转换器 |
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|---|---|---|---|---|
| JP4542325B2 (ja) * | 2003-09-29 | 2010-09-15 | Ｔｄｋラムダ株式会社 | 電源装置、および電力バックアップ方法 |
| JP2008312335A (ja) | 2007-06-14 | 2008-12-25 | Mitsumi Electric Co Ltd | スイッチング電源装置および一次側制御回路 |
| WO2014192399A1 (ja) | 2013-05-30 | 2014-12-04 | 日産自動車株式会社 | Ｄｃ－ｄｃコンバータおよびその制御方法 |
-
2001
- 2001-02-02 JP JP2001026673A patent/JP4251259B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| CN106533175A (zh) * | 2015-09-11 | 2017-03-22 | 亚荣源科技（深圳）有限公司 | 返驰式电源转换器 |
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|---|---|
| JP2002233146A (ja) | 2002-08-16 |
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