(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力電圧を制御する制御部と、前記制御部に制御信号を供給して前記制御部を制御する制御信号供給部と、を備える非絶縁型のスイッチング電源装置であって、
前記制御部は、
出力側端子が、インダクタを介して前記スイッチング電源装置の出力端子に接続された第１のスイッチ素子と、
前記制御信号に基づいて前記第１のスイッチ素子のオンオフを制御する制御回路と、を備え、
前記制御信号供給部は、
入力端子が、前記スイッチング電源装置の出力端子に接続され、出力端子が、前記第１のスイッチ素子の出力側端子に接続された直列接続部と、
第２のスイッチ素子を有し、前記制御信号を出力する制御信号出力部と、を備え、
前記直列接続部は、一端から他端に向かって電流を流す整流素子と、一端が当該整流素子の他端に接続された第１抵抗と、一端が当該第１抵抗の他端に接続された第２抵抗と、で構成され、
前記整流素子の一端が前記スイッチング電源装置の出力端子に接続され、前記第２抵抗の他端が、前記第１のスイッチ素子の出力側端子と、前記第２のスイッチ素子の出力側端子と、に接続され、当該第２のスイッチ素子の入力側端子が前記制御回路に接続され、当該第２のスイッチ素子の制御端子が前記第１抵抗と前記第２抵抗との接点に接続され、
前記制御信号出力部は、前記第１抵抗と前記第２抵抗との接点の電圧を前記第２のスイッチ素子により反転増幅し、前記制御信号として前記制御回路に供給することを特徴とする非絶縁型のスイッチング電源装置。
【請求項２】
前記整流素子は、前記直列接続部の出力端子から入力端子の向きに対して高耐圧な素子であることを特徴とする請求項１に記載の非絶縁型のスイッチング電源装置。
【請求項３】
前記整流素子は、高耐圧ダイオードであることを特徴とする請求項１または２に記載の非絶縁型のスイッチング電源装置。
【請求項４】
前記第２のスイッチ素子の制御端子と、前記第２のスイッチ素子の入力側端子と、の間に、抵抗とキャパシタとを直列接続した直列接続回路が設けられることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の非絶縁型のスイッチング電源装置。
【請求項５】
前記第２のスイッチ素子の入力側端子と、前記制御回路と、の間に、抵抗が設けられることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の非絶縁型のスイッチング電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電源装置として、非絶縁型のスイッチング電源装置がある。
【０００３】
図７は、従来例に係る非絶縁型のスイッチング電源装置１００の概略構成を示す図である。非絶縁型のスイッチング電源装置１００は、出力電圧を制御する制御部１１０と、制御部１１０に制御信号を供給して制御部１１０を制御する制御信号供給部１２０と、を備える。制御部１１０は、電圧Ｖ１を基準電圧として動作し、制御信号供給部１２０は、電圧Ｖ２を基準電圧として動作する。
【０００４】
上述のように、制御部１１０と制御信号供給部１２０とで基準電圧が異なる場合、制御信号供給部１２０から制御部１１０に制御信号を供給するために、フォトカプラを用いたり、レベルシフト回路を用いたりする（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１３７０８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、フォトカプラは、比較的高価な部品である。また、レベルシフト回路には高耐圧トランジスタが必要となるが、この高耐圧トランジスタも、比較的高価な部品である。このため、このような比較的高価な部品を用いて構成される非絶縁型のスイッチング電源装置１００の製造コストを低減するのは、困難な場合があった。
【０００７】
上述の課題を鑑み、本発明は、非絶縁型のスイッチング電源装置の製造コストを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述の課題を解決するために、以下の事項を提案している。
（１）本発明は、出力電圧を制御する制御部と、前記制御部に制御信号を供給して前記制御部を制御する制御信号供給部と、を備える非絶縁型のスイッチング電源装置であって、前記制御信号供給部は、前記出力電圧が入力される直列接続部と、スイッチ素子を有し、前記制御信号を出力する制御信号出力部と、を備え、前記直列接続部は、前記直列接続部の入力端子から出力端子の向きに電流が流れるように整流する整流素子と、第１抵抗と、第２抵抗と、を直列接続して構成され、前記制御信号出力部は、前記第１抵抗と前記第２抵抗との間の電圧を前記スイッチ素子により反転増幅し、前記制御信号として前記制御部に供給することを特徴とする非絶縁型のスイッチング電源装置を提案している。
【０００９】
この発明によれば、制御部により出力電圧を制御し、制御信号供給部により制御部に制御信号を供給する非絶縁型のスイッチング電源装置において、制御信号供給部に、出力電圧が入力される直列接続部と、スイッチ素子を有し制御信号を出力する制御信号出力部と、を設けた。そして、直列接続部を、直列接続部の入力端子から出力端子の向きに電流が流れるように整流する整流素子と、第１抵抗と、第２抵抗と、を直列接続して構成し、制御信号出力部は、第１抵抗と第２抵抗との間の電圧をスイッチ素子により反転増幅し、制御信号として制御部に供給することとした。このため、フォトカプラや高耐圧トランジスタといった比較的高価な部品を設けることなく、制御信号供給部から制御部に制御信号を供給できるので、非絶縁型のスイッチング電源装置の製造コストを低減できる。
【００１０】
（２）本発明は、（１）の非絶縁型のスイッチング電源装置について、前記整流素子は、前記直列接続部の出力端子から入力端子の向きに対して高耐圧な素子であることを特徴とする非絶縁型のスイッチング電源装置を提案している。
【００１１】
この発明によれば、整流素子を、直列接続部の出力端子から入力端子の向きに対して高耐圧な素子で構成した。このため、直列接続部の出力端子から入力端子の向きに高電圧が印加される場合でも、整流素子により整流することができ、非絶縁型のスイッチング電源装置を正常に動作させることができる。
【００１２】
（３）本発明は、（１）または（２）の非絶縁型のスイッチング電源装置について、前記整流素子は、高耐圧ダイオードであることを特徴とする非絶縁型のスイッチング電源装置を提案している。
【００１３】
この発明によれば、整流素子を、高耐圧ダイオードで構成した。このため、直列接続部の出力端子から入力端子の向きに高電圧が印加される場合でも、整流素子により整流することができ、非絶縁型のスイッチング電源装置を正常に動作させることができる。
【００１４】
（４）本発明は、（１）〜（３）のいずれかの非絶縁型のスイッチング電源装置について、前記スイッチ素子の制御端子と、前記スイッチ素子の端子のうち前記制御信号を前記制御部に供給するものと、の間に、抵抗とキャパシタとを直列接続した直列接続回路が設けられることを特徴とする非絶縁型のスイッチング電源装置を提案している。
【００１５】
この発明によれば、スイッチ素子の制御端子と、スイッチ素子の端子のうち制御信号を制御部に供給するものと、の間に、抵抗とキャパシタとを直列接続した直列接続回路を設けた。このため、抵抗の抵抗値やキャパシタの静電容量を調整することで、スイッチ素子の応答特性を調整して、非絶縁型のスイッチング電源装置の応答特性を制御できる。
【００１６】
（５）本発明は、（１）〜（４）のいずれかの非絶縁型のスイッチング電源装置について、前記スイッチ素子の端子のうち前記制御信号を前記制御部に供給するものと、前記制御部と、の間に、抵抗が設けられることを特徴とする非絶縁型のスイッチング電源装置を提案している。
【００１７】
この発明によれば、スイッチ素子の端子のうち制御信号を制御部に供給するものと、制御部と、の間に、抵抗を設けた。このため、制御部とスイッチ素子との間に過度な電流が流れるのを防止できるので、この電流が流れる制御部においても、過度な電流が流れるのを防止できる。また、抵抗の抵抗値を調整することで、非絶縁型のスイッチング電源装置の応答特性を制御できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、非絶縁型のスイッチング電源装置の製造コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る非絶縁型のスイッチング電源装置の回路図である。
【図２】前記スイッチング電源装置の動作を説明するための図である。
【図３】前記スイッチング電源装置の動作を説明するための図である。
【図４】前記スイッチング電源装置の動作を説明するための図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る非絶縁型のスイッチング電源装置の回路図である。
【図６】前記スイッチング電源装置の変形例を示す回路図である。
【図７】従来例に係る非絶縁型のスイッチング電源装置の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、以下の実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
【００２１】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る非絶縁型のスイッチング電源装置１の回路図である。スイッチング電源装置１は、出力電圧を制御する制御部１０と、制御部１０に制御信号を供給して制御部１０を制御する制御信号供給部２０と、ダイオードＤ１と、インダクタＬと、キャパシタＣ１と、を備える。
【００２２】
制御部１０は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴで構成されるスイッチ素子Ｑと、スイッチ素子Ｑを制御する制御回路１１と、を備える。スイッチ素子Ｑのドレインには、入力端子Ｖｉｎが接続され、スイッチ素子Ｑのゲートには、制御回路１１が接続され、スイッチ素子Ｑのソースには、インダクタＬの一端が接続される。なお、以降では、スイッチ素子ＱのソースとインダクタＬの一端との接点を、接点Ｐとする。
【００２３】
インダクタＬの一端には、上述の接点Ｐに加えて、ダイオードＤ１のカソードが接続される。ダイオードＤ１のアノードには、基準電圧源に接続された基準電圧端子ＧＮＤが接続される。インダクタＬの他端には、キャパシタＣ１を介して基準電圧端子ＧＮＤが接続されるとともに、出力端子Ｖｏと、後述のダイオードＤ２のアノードと、が接続される。
【００２４】
制御信号供給部２０は、ＮＰＮ型トランジスタで構成されるスイッチ素子Ｔｒと、ダイオードＤ２と、抵抗Ｒ１、Ｒ２と、を備える。ダイオードＤ２と、抵抗Ｒ１と、抵抗Ｒ２とは、直列接続され、インダクタＬの他端と接点Ｐとの間に設けられている。具体的には、ダイオードＤ２のアノードには、上述のようにインダクタＬの他端が接続され、ダイオードＤ２のカソードには、抵抗Ｒ１の一端が接続され、抵抗Ｒ１の他端には、抵抗Ｒ２の一端が接続され、抵抗Ｒ２の他端には、接点Ｐが接続される。
【００２５】
スイッチ素子Ｔｒのベースには、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接点が接続され、スイッチ素子Ｔｒのコレクタには、制御回路１１が接続され、スイッチ素子Ｔｒのエミッタには、接点Ｐが接続される。
【００２６】
以上の構成を備えるスイッチング電源装置１では、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続点の電圧、すなわち出力端子Ｖｏから出力される出力電圧に応じた電圧が、スイッチ素子Ｔｒにより反転増幅され、制御信号として制御回路１１に供給される。制御回路１１は、供給された制御信号に基づいてスイッチ素子Ｑを制御し、出力端子Ｖｏから出力される出力電圧を安定化する。
【００２７】
図２は、接点Ｐの電圧ＶＰを示す図である。接点Ｐの電圧ＶＰは、スイッチ素子Ｑのスイッチングに応じて変化する。具体的には、スイッチ素子Ｑがオン状態の期間では、時刻ｔ１〜ｔ２、時刻ｔ３〜ｔ４、時刻ｔ５〜ｔ６のように、接点Ｐの電圧ＶＰは、入力端子Ｖｉｎの電圧に等しい「Ｖ」となる。一方、スイッチ素子Ｑがオフ状態の期間では、時刻ｔ２〜ｔ３、時刻ｔ４〜ｔ５のように、接点Ｐの電圧ＶＰは、基準電圧端子ＧＮＤの電圧に等しい「０」となる。
【００２８】
以下に、スイッチング電源装置１の動作について、図３、４を用いて詳細に説明する。図３は、スイッチ素子Ｑをオン状態からオフ状態にした場合におけるスイッチング電源装置１を示している。
【００２９】
スイッチ素子Ｑがオン状態の期間では、インダクタＬの一端から他端に電流が流れ、インダクタＬにエネルギーが蓄えられる。その後、スイッチ素子Ｑがオフ状態になると、インダクタＬは、オン状態の期間に蓄えたエネルギーにより、一端から他端に電流を流し続けようとする。ここで、スイッチ素子Ｑがオフ状態になると、上述のように、接点Ｐの電圧ＶＰは「０」となる。その結果、インダクタＬの他端から、ダイオードＤ２、抵抗Ｒ１、Ｒ２、および電圧が「０」である接点Ｐに接続されたインダクタＬの一端に、電流が流れることとなる。
【００３０】
抵抗Ｒ１、Ｒ２に電流が流れると、スイッチ素子Ｔｒのベースには、抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値の比に応じた電圧が印加される。すると、スイッチ素子Ｔｒがオン状態になり、スイッチ素子Ｔｒのコレクタ−エミッタ間に、フィードバック電流Ｉｆｂが流れる。その結果、制御回路１１から、オン状態のスイッチ素子Ｔｒを介して接点Ｐに、フィードバック電流Ｉｆｂが流れる。
【００３１】
図４は、スイッチ素子Ｑをオフ状態からオン状態にした場合におけるスイッチング電源装置１を示している。
【００３２】
スイッチ素子Ｑがオフ状態の期間では、上述のように、接点Ｐの電圧ＶＰは「０」となる。その後、スイッチ素子Ｑがオン状態になると、上述のように、接点Ｐの電圧ＶＰは「Ｖ」となる。すると、接点Ｐと出力端子Ｖｏとの電位差により、接点ＰからインダクタＬを介して出力端子Ｖｏに、電流が流れる。
【００３３】
また、接点Ｐと出力端子Ｖｏとの電位差により、接点Ｐから、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ１、およびダイオードＤ２を介して出力端子Ｖｏにも、電流が流れようとする。ところが、ダイオードＤ２には、逆方向電圧が印加されることとなるため、上述の電流は流れない。このため、スイッチ素子Ｔｒはオフ状態となり、制御回路１１からスイッチ素子Ｔｒを介して接点Ｐに電流が流れることはない。
【００３４】
以上のスイッチング電源装置１によれば、以下の効果を奏することができる。
【００３５】
スイッチング電源装置１は、制御部１０に制御信号を供給するために、ダイオードＤ２、スイッチ素子Ｔｒ、および抵抗Ｒ１、Ｒ２という、フォトカプラや高耐圧トランジスタと比べて安価な部品を用いる。このため、フォトカプラや高耐圧トランジスタを用いる場合と比べて、スイッチング電源装置１の製造コストを低減できる。
【００３６】
＜第２実施形態＞
図５は、本発明の第２実施形態に係る非絶縁型のスイッチング電源装置１Ａの回路図である。スイッチング電源装置１Ａは、図１に示した本発明の第１実施形態に係るスイッチング電源装置１とは、制御信号供給部２０の代わりに制御信号供給部２０Ａを備える点が異なる。制御信号供給部２０Ａは、制御信号供給部２０とは、抵抗Ｒ３、Ｒ４と、キャパシタＣ２と、を備える点が異なる。なお、スイッチング電源装置１Ａにおいて、スイッチング電源装置１と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００３７】
抵抗Ｒ３の一端には、スイッチ素子Ｔｒのコレクタが接続され、抵抗Ｒ３の他端には、キャパシタＣ２を介してスイッチ素子Ｔｒのベースが接続される。制御回路１１とスイッチ素子Ｔｒのコレクタとは、抵抗Ｒ４を介して接続される。
【００３８】
以上のスイッチング電源装置１Ａによれば、以下の効果を奏することができる。
【００３９】
スイッチ素子Ｔｒのコレクタとベースとは、抵抗Ｒ３とキャパシタＣ２とを直列に接続したもので接続される。このため、抵抗Ｒ３の抵抗値やキャパシタＣ２の静電容量を調整することで、スイッチ素子Ｔｒの応答特性を調整して、スイッチング電源装置１Ａの応答特性を制御できる。
【００４０】
また、スイッチ素子Ｔｒのコレクタと制御回路１１とは、抵抗Ｒ４を介して接続される。このため、制御回路１１に過度なフィードバック電流Ｉｆｂが流れるのを防止できるとともに、抵抗Ｒ４の抵抗を調整することで、スイッチング電源装置１Ａの応答特性を制御できる。
【００４１】
本発明は、上述の各実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
【００４２】
例えば、上述の第１実施形態において、制御回路１１には、駆動電圧を供給する必要がある。このため、図１〜３では図示を省略したが、インダクタＬを用いてトランスを構成し、このトランスから制御回路１１に駆動電圧を供給する。ところが、出力端子Ｖｏから出力される出力電圧が、駆動電圧の推奨値に略等しい場合には、図６に示すスイッチング電源装置１Ｂのように、ダイオードＤ２のカソードから制御回路１１に駆動電圧を供給してもよい。これによれば、制御回路１１に駆動電圧を供給するためのトランスを設ける必要がなくなるため、スイッチング電源装置の製造コストを低減できるとともに、小型化できる。
【００４３】
また、上述の各実施形態では、ダイオードＤ２は、高耐圧ダイオードであることが好ましい。これによれば、ダイオードＤ２に高圧の逆方向電圧が印加される場合でも、このダイオードＤ２により整流することができるので、スイッチング電源装置１を正常に動作させることができる。
【００４４】
また、上述の各実施形態では、インダクタＬの他端と抵抗Ｒ１との間に、ダイオードＤ２を設けたが、これに限らず、サイリスタといった整流特性を有するものを設ければよい。
【符号の説明】
【００４５】
１、１Ａ、１Ｂ、１００；スイッチング電源装置
１０、１１０；制御部
１１；制御回路
２０、２０Ａ、１２０；制御信号供給部
Ｑ、Ｔｒ；スイッチ素子
Ｃ１、Ｃ２；キャパシタ
Ｄ１、Ｄ２；ダイオード
Ｌ；インダクタ
Ｐ；接点
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４；抵抗
【図１】
0005513037.tif 000002
【図２】
0005513037.tif 000003
【図３】
0005513037.tif 000004
【図４】
0005513037.tif 000005
【図５】
0005513037.tif 000006
【図６】
0005513037.tif 000007
【図７】
0005513037.tif 000008