JP4251259B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents
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Description
【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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