(57)【要約】【課題】所望な周波数と異なる周波数の駆動信号でスイッチング素子が駆動されることを防止することが可能なスイッチング電源を提供することを目的とする。【解決手段】コンデンサ４７の充放電の周期に応じた周波数の駆動信号を出力する信号出力回路４５と、駆動信号に基づいて駆動するトランジスタ４１と、コンデンサ５９の充放電に応じて抵抗４６に流れる電流を可変させる電流可変回路５８とを備え、コンデンサ５９の充電にかかる時間がコンデンサ４７の充電にかかる時間より長く、かつ、コンデンサ５９に印加される電圧が電圧Ｖ４以上になるようにコンデンサ５９が充電されたとき、駆動信号の周波数が所望な周波数の範囲に入るスイッチング電源１において、コンデンサ５９に印加される電圧が電圧Ｖ４以上になるまでトランジスタ４１をオフさせる。【選択図】図１
2010136513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
抵抗に流れる電流により充電される第１のコンデンサと、
前記第１のコンデンサを充放電させるとともに、前記第１のコンデンサの充放電の周期に応じた周波数の駆動信号を出力する信号出力回路と、
前記駆動信号に基づいて駆動するスイッチング素子と、
端子間電圧を前記抵抗に印加する第２のコンデンサを有し、前記第２のコンデンサを充放電させる電流可変回路とを備え、
前記第２のコンデンサの充電にかかる時間が前記第１のコンデンサの充電にかかる時間よりも長く、かつ、前記第２のコンデンサの端子間電圧が所定電圧以上になったとき、前記駆動信号の周波数が所望な周波数の範囲に入るスイッチング電源であって、
前記第２のコンデンサの端子間電圧が前記所定電圧以上になるまで前記スイッチング素子をオフさせる
ことを特徴とするスイッチング電源。
【請求項２】
抵抗に流れる電流により充電される第１のコンデンサと、
前記第１のコンデンサの端子間電圧が第１の所定電圧まで上昇した後、前記第１のコンデンサの端子間電圧が下降し、前記第１のコンデンサの端子間電圧が前記第１の所定電圧よりも小さい第２の所定電圧まで下降した後、前記第１のコンデンサの端子間電圧が上昇することが繰り返されるように、前記第１のコンデンサを充放電させるとともに、前記第１のコンデンサの充放電の周期に応じた周波数の駆動信号を出力する信号出力回路と、
前記駆動信号に基づいて駆動するスイッチング素子と、
前記抵抗に電圧を印加する第２のコンデンサを有し、前記第２のコンデンサの端子間電圧が第３の所定電圧まで上昇した後、前記第２のコンデンサの端子間電圧が下降し、前記第２のコンデンサの端子間電圧が前記第３の所定電圧よりも小さい第４の所定電圧まで下降した後、前記第２のコンデンサの端子間電圧が上昇することが繰り返されるように、前記第２のコンデンサを充放電させる電流可変回路とを備え、
前記第２のコンデンサの端子間電圧がゼロから前記第４の所定電圧になるまでにかかる時間が前記第１のコンデンサの端子間電圧がゼロから前記第２の所定電圧になるまでにかかる時間よりも長く、かつ、前記第２のコンデンサの端子間電圧が前記第４の所定電圧以上になったとき、前記駆動信号の周波数が所望な周波数の範囲に入るスイッチング電源であって、
前記第２のコンデンサの端子間電圧が前記第４の所定電圧以上になるまで前記スイッチング素子をオフさせる
ことを特徴とするスイッチング電源。
【請求項３】
請求項２に記載のスイッチング電源であって、
前記第２のコンデンサの端子間電圧が前記第３の所定電圧になるまで前記スイッチング素子をオフさせる
ことを特徴とするスイッチング電源。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は、周波数が可変する駆動信号により駆動するスイッチング素子を備えるスイッチング電源に関する。
【技術分野】
【０００２】
図４は、従来のスイッチング電源を示す図である。
図４に示すスイッチング電源４０は、トランジスタ４１（スイッチング素子）と、コイル４２と、電解コンデンサ４３と、ダイオード４４と、信号出力回路４５と、抵抗４６と、コンデンサ４７（第１のコンデンサ）と、可変電圧源４８と、信号源４９とを備えて構成されている。すなわち、トランジスタ４１のドレイン端子は入力端子５０に接続され、トランジスタ４１のソース端子はコイル４２を介して出力端子５１に接続されている。電解コンデンサ４３のプラス端子はトランジスタ４１と出力端子５１との接続点に接続され、電解コンデンサ４３のマイナス端子はグランドに接続されている。ダイオード４４のカソード端子はトランジスタ４１とコイル４２との接続点に接続され、ダイオード４４のアノード端子はグランドに接続されている。また、抵抗４６の一方端は可変電圧源４８を介してグランドに接続され、コンデンサ４７の一方端はグランドに接続されている。
【０００３】
図４に示すスイッチング電源４０では、信号出力回路４５から出力される駆動信号によりトランジスタ４１がオンすると、入力端子５０に印加される直流電圧がトランジスタ４１を介してコイル４２に印加されコイル４２にエネルギーが蓄積する。また、信号出力回路４５から出力される駆動信号によりトランジスタ４１がオフすると、コイル４２から放出されるエネルギーにより電解コンデンサ４３が充電され出力端子５１に所定電圧が印加される。この所定電圧を一定にしたい場合は、例えば、信号出力回路４５において所定電圧が一定になるように駆動信号のデューティを制御する。
【０００４】
信号出力回路４５は、発振回路５２と、駆動回路５３とを備えて構成されている。
発振回路５２は、カレントミラー回路５４と、電源５５と、スイッチ５６と、電圧監視回路５７とを備えて構成されている。
【０００５】
カレントミラー回路５４は、抵抗４６に流れる電流Ａと所定比の電流Ｂをコンデンサ４７に流す。スイッチング電源４０の起動初期、スイッチ５６はオフしており、電流Ｂによりコンデンサ４７が充電されコンデンサ４７に印加される電圧がゼロから上昇していく。
【０００６】
電圧監視回路５７は、電流Ｂによりコンデンサ４７が充電されコンデンサ４７の端子間電圧が電圧Ｖ１（第１の所定電圧）まで上昇すると、スイッチ５６をオンしてコンデンサ４７を放電させコンデンサ４７の端子間電圧を下降させる。また、電圧監視回路５７は、コンデンサ４７の端子間電圧が電圧Ｖ２よりも小さい電圧Ｖ２（第２の所定電圧）まで下降すると、スイッチ５６をオンして電流Ｂによりコンデンサ４７を再び充電させコンデンサ４７の端子間電圧を上昇させる。このように、電圧監視回路５７は、コンデンサ４７の端子間電圧、電圧Ｖ１、及び電圧Ｖ２に基づいてスイッチ５６をオン、オフすることにより、コンデンサ４７を充放電させる。
【０００７】
発振回路５２は、コンデンサ４７の充放電の周期に対応する周波数の発振信号を生成し駆動回路５３に出力する。例えば、発振回路５２は、コンデンサ４７に印加される電圧が電圧Ｖ１になるタイミングでハイレベルになり、コンデンサ４７に印加される電圧が電圧Ｖ２になるタイミングでローレベルになる発振信号を生成する。
【０００８】
駆動回路５３は、発振回路５２から出力される発振信号と出力端子５１に印加される電圧値とを比較してパルスを生成し、該パルスを駆動信号としてトランジスタ４１のゲート端子に出力し、トランジスタ４１をオン、オフさせる。
【０００９】
可変電圧源４８は、信号源４９から出力される制御信号に基づいて、抵抗４６の一方端の電位を可変する。
例えば、抵抗４６の一方端の電位が上がると、抵抗４６に印加される電圧が下がり、抵抗４６に流れる電流が小さくなる。すると、コンデンサ４７に流れる電流も小さくなり、コンデンサ４７を充電する時間が長くなるため、発振信号の周波数が低くなる。また、抵抗４６の他方端の電位が下がると、抵抗４６に印加される電圧が上がり、抵抗４６に流れる電流が大きくなる。すると、コンデンサ４７に流れる電流も大きくなり、コンデンサ４７を充電する時間が短くなるため、発振信号の周波数が高くなる。
【００１０】
これにより、抵抗４６に流れる電流を可変させることで駆動信号の周波数を変えることができる。そのため、例えば、外部からのノイズの影響を受けずにトランジスタ４１が駆動するように駆動信号の周波数を変えることができる（例えば、特許文献１参照）。
【００１１】
図５は、抵抗４６に流れる電流を可変させるための構成例を示す図である。なお、図４に示す構成と同じ構成には同じ符号を付している。
図５に示すスイッチング電源４０は、抵抗４６に流れる電流を可変させるための電流可変回路５８を備えて構成されている。
【００１２】
電流可変回路５８は、コンデンサ５９（第２のコンデンサ）と、電源６０と、電流源６１、６２と、スイッチ６３と、電圧監視回路６４とを備えて構成されている。すなわち、電源６０は電流源６１を介してスイッチ６３の一方端に接続され、スイッチ６３の他方端は電流源６２を介してグランドに接続されている。コンデンサ５９はスイッチ６３の他方端とグランドとの間に設けられている。
【００１３】
図６は、電圧監視回路６４を示す図である。
図６に示す電圧監視回路６４は、コンパレータ６５、６６と、ＮＡＮＤ回路６７、６８とを備えて構成されている。
【００１４】
コンパレータ６５のプラスの入力端子には電圧Ｖ３（第３の所定電圧）が入力され、コンパレータ６６のマイナスの入力端子には電圧Ｖ３よりも小さい電圧Ｖ４（第４の所定電圧）が入力されている。また、コンパレータ６５のマイナスの入力端子及びコンパレータ６６のプラスの入力端子にはそれぞれにはコンデンサ５９の端子間電圧が入力される。また、スイッチング電源４０の起動初期、ＮＡＮＤ回路６７から出力される制御信号はローレベルでスイッチ６３はオンしており、電流源６１からの電流などによりコンデンサ５９が充電されコンデンサ５９の端子間電圧がゼロから上昇していく。
【００１５】
なお、駆動信号の周波数が所望な周波数の範囲に入るようにコンデンサ５９の目標電圧の上限および下限を決めており、コンデンサ５９の目標電圧の上限を電圧Ｖ３、コンデンサ５９の目標電圧の下限を電圧Ｖ４としている。
【００１６】
図５に示すスイッチング電源４０の起動後、図７に示すように、コンデンサ５９の端子間電圧が電圧Ｖ３よりも大きくなると、コンパレータ６５の出力がハイレベルからローレベルになり、ＮＡＮＤ回路６７から出力される制御信号がローレベルからハイレベルになり、スイッチ６３がオフする。すると、コンデンサ５９が放電されコンデンサ５９の端子間電圧が下降する。また、図７に示すように、コンデンサ５９の端子間電圧が電圧Ｖ４よりも小さくなると、コンパレータ６６の出力がローレベルからハイレベルになり、ＮＡＮＤ回路６８の出力がローレベルからハイレベルになり、ＮＡＮＤ回路６７から出力される制御信号がハイレベルからローレベルになり、スイッチ６３がオンする。すると、コンデンサ５９が再び充電されコンデンサ５９の端子間電圧が上昇する。このように、電圧監視回路６４は、コンデンサ５９の端子間電圧、電圧Ｖ３、及び電圧Ｖ４に基づいてスイッチ６３をオン、オフすることにより、コンデンサ５９を充放電させる。ここで、電流可変回路５８におけるスイッチ６３のスイッチング周波数が発振回路５２の動作に悪影響を及ぼさない周波数になるように、コンデンサ５９の充放電の周期がコンデンサ４７の充放電の周期よりも長くなるようにコンデンサ４７、５９のそれぞれの容量や電流源６１の電流などが設定されているものとする。
【００１７】
そして、スイッチ６３がオンすると、コンデンサ５９の端子間電圧が高くなるため抵抗４６に印加される電圧が高くなり、抵抗４６に流れる電流が大きくなる。スイッチ６３がオフすると、コンデンサ５９の端子間電圧が低くなるため抵抗４６に印加される電圧が低くなり、抵抗４６に流れる電流が小さくなる。
【００１８】
このように、電流可変回路５８は、コンデンサ５９と、コンデンサ５９の端子間電圧に応じてオン、オフするスイッチ６３と、電流源６１、６２とを用いて抵抗４６に流れる電流を可変している。  
【特許文献１】特開２０００−２３６６６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、図５に示すスイッチング電源４０では、上述したように、コンデンサ５９の充放電の周期がコンデンサ４７の充放電の周期よりも長いため、コンデンサ５９の端子間電圧がゼロからコンデンサ５９の目標電圧の上限値である電圧Ｖ３になるまでの時間がコンデンサ４７の端子間電圧がゼロからコンデンサ４７の目標電圧の上限値である電圧Ｖ１になるまでの時間よりも長い。そのため、スイッチング電源４０の起動初期において、すなわち、コンデンサ５９の端子間電圧が起動してから最初にコンデンサ５９の目標電圧の上限値である電圧Ｖ３になる前において、コンデンサ４７の端子間電圧がコンデンサ４７の目標電圧の上限値である電圧Ｖ１まで上昇してコンデンサ４７の放電が始まってしまうと、所望な周波数よりも低い周波数の発振信号が発振回路５２から出力され、所望な周波数と異なる周波数の駆動信号でトランジスタ４１が駆動されてしまう。
【００２０】
そこで、本発明では、所望な周波数と異なる周波数の駆動信号でスイッチング素子が駆動されることを防止することが可能なスイッチング電源を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記の課題を解決するために本発明では、以下のような構成を採用した。
すなわち、本発明のスイッチング電源は、抵抗に流れる電流により充電される第１のコンデンサと、前記第１のコンデンサを充放電させるとともに、前記第１のコンデンサの充放電の周期に応じた周波数の駆動信号を出力する信号出力回路と、前記駆動信号に基づいて駆動するスイッチング素子と、端子間電圧を前記抵抗に印加する第２のコンデンサを有し、前記第２のコンデンサを充放電させる電流可変回路とを備え、前記第２のコンデンサの充電にかかる時間が前記第１のコンデンサの充電にかかる時間よりも長く、かつ、前記第２のコンデンサの端子間電圧が所定電圧以上になったとき、前記駆動信号の周波数が所望な周波数の範囲に入るスイッチング電源であって、前記第２のコンデンサの端子間電圧が前記所定電圧以上になるまで前記スイッチング素子をオフさせる。
【００２２】
これにより、スイッチング電源の起動初期において、第１のコンデンサの充放電が始まってしまっても、スイッチング素子をオフさせておくことができるので、スイッチング素子が所望な周波数と異なる周波数の駆動信号で駆動することを防止することができる。
【００２３】
また、本発明のスイッチング電源は、抵抗に流れる電流により充電される第１のコンデンサと、前記第１のコンデンサの端子間電圧が第１の所定電圧まで上昇した後、前記第１のコンデンサの端子間電圧が下降し、前記第１のコンデンサの端子間電圧が前記第１の所定電圧よりも小さい第２の所定電圧まで下降した後、前記第１のコンデンサの端子間電圧が上昇することが繰り返されるように、前記第１のコンデンサを充放電させるとともに、前記第１のコンデンサの充放電の周期に応じた周波数の駆動信号を出力する信号出力回路と、前記駆動信号に基づいて駆動するスイッチング素子と、前記抵抗に電圧を印加する第２のコンデンサを有し、前記第２のコンデンサの端子間電圧が第３の所定電圧まで上昇した後、前記第２のコンデンサの端子間電圧が下降し、前記第２のコンデンサの端子間電圧が前記第３の所定電圧よりも小さい第４の所定電圧まで下降した後、前記第２のコンデンサの端子間電圧が上昇することが繰り返されるように、前記第２のコンデンサを充放電させる電流可変回路とを備え、前記第２のコンデンサの端子間電圧がゼロから前記第４の所定電圧になるまでにかかる時間が前記第１のコンデンサの端子間電圧がゼロから前記第２の所定電圧になるまでにかかる時間よりも長く、かつ、前記第２のコンデンサの端子間電圧が前記第４の所定電圧以上になったとき、前記駆動信号の周波数が所望な周波数の範囲に入るスイッチング電源であって、前記第２のコンデンサの端子間電圧が前記第４の所定電圧以上になるまで前記スイッチング素子をオフさせる。
【００２４】
これにより、スイッチング電源の起動初期において、第１のコンデンサの充放電が始まってしまっても、スイッチング素子をオフさせておくことができるので、スイッチング素子が所望な周波数と異なる周波数の駆動信号で駆動することを防止することができる。
【００２５】
また、上記スイッチング電源において、前記第２のコンデンサの端子間電圧が前記第３の所定電圧になるまで前記スイッチング素子をオフさせるように構成してもよい。
これにより、第２のコンデンサに印加される電圧が最初に第３の所定電圧になるタイミングを検出する構成を採用すればよいため、その構成をフリップフロップで実現することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、スイッチング電源の起動初期において、所望な周波数と異なる周波数の駆動信号でスイッチング素子が駆動されることを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態のスイッチング電源を示す図である。なお、図５に示す構成と同じ構成には同じ符号を付している。
【００２８】
図１に示すスイッチング電源１の特徴とする点は、コンデンサ５９の端子間電圧が起動から最初に電圧Ｖ３になるまでトランジスタ４１をオフさせている点である。すなわち、図２に示すように、コンデンサ５９の端子間電圧が起動から最初に電圧Ｖ３よりも大きくなったとき、電流可変回路５８内の電圧監視回路２から出力される許可信号がハイレベルになり、許可信号がハイレベルになったとき、信号出力回路４５内の駆動回路３からトランジスタ４１のゲート端子に駆動信号を出力する。
【００２９】
なお、本実施形態では駆動信号の周波数が所望な周波数の範囲に入るようにコンデンサ５９の目標電圧の上限および下限を決めており、コンデンサ５９の目標電圧の上限をＶ３、コンデンサ５９の目標電圧の下限をＶ４としている。
【００３０】
図１に示すスイッチング電源１によれば、スイッチング電源４０の起動初期において、たとえ、コンデンサ４７の端子間電圧がコンデンサ４７の目標電圧の上限値である電圧Ｖ１まで上昇してコンデンサ４７の放電が始まってしまい、所望な周波数よりも低い周波数の発振信号が発振回路５２から出力されても、その発振信号に基づく駆動信号を駆動回路３からトランジスタ４１に出力されないように構成しているため、所望な周波数と異なる周波数の駆動信号でトランジスタ４１が駆動されることを防止することができる。
【００３１】
図３は、本実施形態の電圧監視回路２を示す図である。なお、図６に示す構成と同じ構成には同じ符号を付している。
図３に示す電圧監視回路２は、コンパレータ６５、６６と、ＮＡＮＤ回路６７、６８と、ラッチ回路４とを備えて構成されている。
【００３２】
ラッチ回路４以外の構成の動作は、図６に示す電圧監視回路６４内の各構成と同じであるため説明を省略する。
ラッチ回路４は、ＮＡＮＤ回路６７から出力される制御信号が最初にローレベルからハイレベルになると、許可信号をローレベルからハイレベルにして、それ以降において、制御信号がローレベルからハイレベルなっても許可信号をハイレベルに維持する。
【００３３】
ラッチ回路４は、例えば、ＲＳフリップフロップにより構成してもよい。入力端子Ｓに入力される制御信号が最初にローレベルからハイレベルになると、出力端子Ｑから出力される許可信号がローレベルからハイレベルになり、リセット端子Ｒに入力されるリセット信号（スイッチング電源１を停止させる旨を示す信号）がローレベルからハイレベルになると、出力端子Ｑから出力される許可信号がハイレベルからローレベルになる。
【００３４】
また、駆動回路３は、例えば、一方の入力端子に発振信号が入力され他方の入力端子に許可信号が入力されるＡＮＤ回路により構成してもよい。
また、駆動回路３は、例えば、一方の入力端子に発振信号が入力され他方の入力端子に許可信号が入力されるＡＮＤ回路と、ＡＮＤ回路の出力を増幅してトランジスタ４１のゲート端子に出力する増幅回路とにより構成してもよい。
【００３５】
また、駆動回路３は、例えば、発振信号を増幅することにより駆動信号としてトランジスタ４１のゲート端子に出力する増幅回路と、その増幅回路の入力端子とグランドとの間に設けられ許可信号がローレベルのときにオンするトランジスタとにより構成してもよい。
【００３６】
なお、上記実施形態の電圧監視回路２では、コンデンサ５９の端子間電圧が起動して最初にコンデンサ５９の目標電圧の上限値である電圧Ｖ３になるまでトランジスタ４１をオフさせる構成であるが、コンデンサ５９の端子間電圧が最初にコンデンサ５９の目標電圧の下限値である電圧Ｖ４以上の電圧になり駆動信号の周波数が所望な周波数の範囲に入るまでトランジスタ４１をオフさせるように構成してもよい。
【００３７】
また、上記実施形態の電流可変回路５８では、コンデンサ５９と、電源６０と、電流源６１、６２と、スイッチ６３と、電圧監視回路６４とを用いて抵抗４６に流れる電流を可変する構成であるが、抵抗４６に流れる電流がゆるやかに上昇した後、ゆるやかに下降することを繰り返させることが可能であれば、電流可変回路５８の構成は特に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施形態のスイッチング電源を示す図である。
【図２】コンデンサ電圧、電圧Ｖ１、電圧Ｖ２、及び許可信号を示す図である。
【図３】本実施形態における電圧監視回路を示す図である。
【図４】従来のスイッチング電源を示す図である。
【図５】従来のスイッチング電源において、抵抗に流れる電流を可変させるための構成例を示す図である。
【図６】従来のスイッチング電源における電圧監視回路を示す図である。
【図７】コンデンサ電圧、電圧Ｖ１、及び電圧Ｖ２を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  スイッチング電源
２  電圧監視回路
３  駆動回路
４  ラッチ回路
４０  スイッチング電源
４１  トランジスタ
４２  コイル
４３  電解コンデンサ
４４  ダイオード
４５  信号出力回路
４６  抵抗
４７  コンデンサ
４８  可変電圧源
４９  信号源
５０  入力端子
５１  出力端子
５２  発振回路
５３  駆動回路
５４  カレントミラー回路
５５  電源
５６  スイッチ
５７  電圧監視回路
５８  電流可変回路
５９  コンデンサ
６０  電源
６１、６２  電流源
６３  スイッチ
６４  電圧監視回路
６５、６６  コンパレータ
６７、６８  ＮＡＮＤ回路
【図１】
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【図２】
2010136513.tif 000004
【図３】
2010136513.tif 000005
【図４】
2010136513.tif 000006
【図５】
2010136513.tif 000007
【図６】
2010136513.tif 000008
【図７】
2010136513.tif 000009