(57)【要約】【課題】出力部分の構造を複雑化させることなく、連続モードにおいても定電流制御が可能なスイッチング電源装置を提供する。【解決手段】電流測定回路はスイッチ部の電流量を測定する。ターンオン信号生成回路はターンオン信号を生成する。導通時間測定回路は、エネルギー伝達部がエネルギーを連続して出力する時間（導通時間）を測定する。電流閾値決定回路は、ターンオン信号の周期に対する導通時間の割合と反比例するように閾値を決定する。オン時間検出回路は、スイッチ部がオンしてから、スイッチ部の電流量が閾値に達するまでの時間を測定し、スイッチ部のオン時間が、測定された時間の所定数倍に達した時にターンオフ信号を出力する。スイッチング制御回路は、ターンオン信号に応じてスイッチ部をオンさせ、ターンオフ信号に応じてスイッチ部をオフさせる。【選択図】図１
2014200119.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電圧を受ける入力部、
前記入力部から前記入力電圧を受けている期間ではエネルギーを蓄積し、前記入力電圧を受けていない期間では前記エネルギーを出力するエネルギー伝達部、
制御信号に応じてオンオフすることによって、前記入力部から前記エネルギー伝達部への前記入力電圧の供給を制御するスイッチ部、
前記エネルギー伝達部から出力される前記エネルギーを利用して直流電圧を生成する出力電圧生成部、
前記出力電圧生成部によって生成された前記直流電圧を負荷に対して印加する出力部、
前記エネルギー伝達部が前記エネルギーを出力する期間を示す検出信号を出力するエネルギー出力期間検出部、並びに、
前記スイッチ部のオンオフのタイミングを前記制御信号で前記スイッチ部に指示する制御部、
を備え、
前記制御部は、
前記エネルギー出力期間検出部から出力される前記検出信号に基づいて、前記エネルギー伝達部が前記エネルギーを連続して出力する時間である導通時間を測定し、
前記スイッチ部がオンする周期に対する前記導通時間の割合と、前記スイッチ部のオン時間の半分が経過した時に前記スイッチ部を流れる電流量との積が一定であるように、前記スイッチ部のオンオフのタイミングを決定する、
スイッチング電源装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記スイッチ部を流れる電流量を測定する電流測定回路、
所望の周波数のターンオン信号を生成するターンオン信号生成回路、
前記検出信号に基づいて、前記導通時間を測定する導通時間測定回路、
前記ターンオン信号の周期に対する前記導通時間の割合が上昇するにつれて、第一の閾値が単調に減少するように、前記第一の閾値を決定する電流閾値決定回路、
前記スイッチ部がオンしてから、前記電流測定回路によって測定された電流量が前記第一の閾値に達するまでの時間を測定し、前記スイッチ部のオン時間が、測定された時間の所定数倍に達した時に第一のターンオフ信号を出力するオン時間検出回路、及び、
前記ターンオン信号に応じて前記スイッチ部をオンさせるように前記制御信号を制御し、前記第一のターンオフ信号に応じて前記スイッチ部をオフさせるように前記制御信号を制御するスイッチング制御回路、
を有する、請求項１に記載のスイッチング電源装置。
【請求項３】
前記ターンオン信号生成回路は前記所望の周波数を一定に維持する、請求項２に記載のスイッチング電源装置。
【請求項４】
前記導通時間が所定値よりも小さい場合、前記ターンオン信号生成回路は前記所望の周波数を一定に維持し、前記電流閾値決定回路は、前記ターンオン信号の周期に対する前記導通時間の割合が上昇するにつれて、第一の閾値が単調に減少するように、前記第一の閾値を決定し、
前記導通時間が前記所定値を超えた場合、前記ターンオン信号生成回路は、前記ターンオン信号の周期に対する前記導通時間の割合が一定に維持されるように、前記ターンオン信号の周波数を変化させ、前記電流閾値決定回路は前記第一の閾値を一定に維持する、
請求項２に記載のスイッチング電源装置。
【請求項５】
前記出力電圧生成部によって生成された前記直流電圧を測定する出力電圧測定部を更に備え、
前記制御部は、
前記出力電圧測定部によって測定された前記直流電圧の値に応じて第二の閾値を決定し、前記電流測定部によって測定された電流量が前記第二の閾値に達した時に第二のターンオフ信号を出力するピーク電流検出回路、
を更に有し、
前記スイッチング制御回路は、前記第一のターンオフ信号と前記第二のターンオフ信号とのうち、いずれか先に入力された方に応じて、前記スイッチ部をオフさせるように前記制御信号を制御する、
請求項２に記載のスイッチング電源装置。
【請求項６】
前記オン時間検出回路が前記第一のターンオフ信号を出力する時、前記スイッチ部のオン時間が、前記オン時間検出回路によって測定された時間の１．５０〜２．５０倍である、請求項２に記載のスイッチング電源装置。
【請求項７】
入力電圧を受ける入力部、
前記入力部から前記入力電圧を受けている期間ではエネルギーを蓄積し、前記入力電圧を受けていない期間では前記エネルギーを出力するエネルギー伝達部、
制御信号に応じてオンオフすることによって、前記入力部から前記エネルギー伝達部への前記入力電圧の供給を制御するスイッチ部、
前記エネルギー伝達部から出力される前記エネルギーを利用して直流電圧を生成する出力電圧生成部、
前記出力電圧生成部によって生成された前記直流電圧を負荷に対して印加する出力部、及び、
前記エネルギー伝達部が前記エネルギーを出力する期間を示す検出信号を出力するエネルギー出力期間検出部、
を備えたスイッチング電源装置に搭載される半導体装置であって、
前記スイッチ部のオンオフのタイミングを前記制御信号で前記スイッチ部に指示する制御部、
を備え、
前記制御部は、
前記エネルギー出力期間検出部から出力される前記検出信号に基づいて、前記エネルギー伝達部が前記エネルギーを連続して出力する時間である導通時間を測定し、
前記スイッチ部がオンする周期に対する前記導通時間の割合と、前記スイッチ部のオン時間の半分が経過した時に前記スイッチ部を流れる電流量との積が一定であるように、前記スイッチ部のオンオフのタイミングを決める、
半導体装置。
【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し、特にその定電流制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチング電源装置には、充電器やＬＥＤ照明等の機器が負荷として接続される場合において、出力電流の安定供給が求められる。しかし、トランスを用いた絶縁型スイッチング電源装置では、スイッチを制御する部分が、トランスによって、出力電流を出力する部分から絶縁されている。従って、出力電流が安定に出力されるように、スイッチをフィードバック制御することが難しい。
【０００３】
従来の絶縁型スイッチング電源装置では、トランスの２次側に電流検出抵抗と定電流制御ＩＣとが設けられている。また、トランスの１次側と２次側との間がフォトカプラによって信号伝達可能に接続されている。定電流制御ＩＣは、電流検出抵抗を利用して出力電流の値を測定する。フォトカプラは、出力電流の測定値を示す信号をトランスの１次側に光で伝達する。トランスの１次側では、その信号に従って、出力電流の測定値が一定に維持されるように、スイッチのオンオフ制御が行われる。従来の絶縁型スイッチング電源装置では、このようなスイッチのフィードバック制御が行われている。しかし、この制御には定電流制御ＩＣとフォトカプラとが必要であるので、スイッチング電源装置の製造コストを更に低減させるのが困難である。
【０００４】
従来の絶縁型スイッチング電源装置にはその他に、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。このスイッチング電源装置では、トランスの２次側に定電流制御ＩＣを設置するのに代えて、トランスにバイアス巻線が設けられている。トランスの１次側でバイアス巻線の両端電圧が測定されることにより、定電流制御が以下のように実現される。
【０００５】
図８は、特許文献１に開示されたスイッチング電源装置800の回路図である。図８を参照するに、このスイッチング電源装置800はフライバック型コンバータであって、トランス801、スイッチ部802、出力電圧生成部803、及び制御部804を含む。制御部804は、スイッチ部802を周期Tでオンさせる。スイッチ部802のオン期間中、トランス801の１次巻線811の両端には入力電圧Viが印加されるので、１次巻線811には１次電流Ipが流れる。しかし、２次巻線812には２次電流Isが流れない。それにより、トランス801にはエネルギーが蓄積される。１次電流Ipが一定のピーク値まで増加したとき、制御部804はスイッチ部802をオフさせる。スイッチ部802のオフ期間中、トランス801の１次巻線811には１次電流Ipが流れないが、２次巻線812には２次電流Isが流れる。それにより、トランス801から出力電圧生成部803へエネルギーが放出される。出力電圧生成部803はそのエネルギーをコンデンサに蓄積することにより、実質的に一定の出力電圧Voと出力電流Ioとを生成する。出力電圧Voと出力電流Ioとは外部の負荷LDへ供給される。
【０００６】
図９の（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、トランス801を流れる１次電流Ipと２次電流Isとの波形図である。スイッチ部802は周期Tでターンオンを繰り返す。スイッチ部802がオンすると、１次電流Ipが増加し始める。１次電流Ipが一定のピーク値Ippまで増加したとき、スイッチ部802がオフする。それにより、２次電流Isが流れ始める。２次電流Isは流れ始めの値Ispが最も大きく、時間の経過と共に減少する。２次電流Isが流れている時間T2onを「２次側導通時間」という。図９の（ａ）、（ｂ）に示されている例では、２次電流Isが０まで減少した後、しばらく時間が経過してからスイッチ部802が再びオンする。すなわち、スイッチ部802が一度オンしてから次にオンするまでの期間Tには、１次電流Ipと２次電流Isとが共に流れない期間Toffが含まれる。このようなスイッチング電源装置の動作を「非連続モード」という。非連続モードでは、出力電流Ioが次式（１）を満たす：
【０００７】
Io＝0.5×Isp×D2on＝0.5×Ipp×(Np／Ns)×D2on。                （１）
【０００８】
ここで、変数Ispは２次電流Isのピーク値であって、１次電流Ipのピーク値Ippに比例する：Isp＝Ipp×(Np／Ns)。定数Npは１次巻線811の巻数であり、定数Nsは２次巻線812の巻数である。変数D2onは２次巻線812のオンデューティであり、スイッチ部802のターンオンの周期Tに対する２次側導通時間T2onの割合をいう：D2on＝T2on／T。
【０００９】
図８を再び参照するに、トランス801は、１次巻線811と２次巻線812との他に、バイアス巻線813を含む。バイアス巻線813の両端電圧は２次巻線812の両端電圧と同様に変化する。図９の（ｃ）は、バイアス巻線813の両端電圧Vbの波形図である。１次電流Ipが流れている期間と２次電流Isが流れている期間T2onとでは、バイアス巻線813の両端電圧Vbの極性が反対である。１次電流Ipと２次電流Isとが共に流れない期間Toffでは、バイアス巻線813の両端電圧Vbは０である。バイアス巻線813の両端電圧Vbのこのような変化は、バイアス巻線電圧検出部805によって検出される。
【００１０】
制御部804では、導通時間測定回路841が、バイアス巻線電圧検出部805によって検出されたバイアス巻線813の両端電圧Vbの変化から２次側導通時間T2onを測定する。ターンオン信号生成回路842はターンオン信号TONを周期Tで生成する。ターンオン信号生成回路842は特に、導通時間測定回路841によって測定された２次側導通時間T2onと周期Tとの比T2on／Tが一定に維持されるように、ターンオン信号TONの周期Tを調節する。一方、トランス801の１次電流Ip、すなわちスイッチ部802を流れる電流の値が、電流測定回路843によって測定される。ピーク電流検出回路844は、電流測定回路843によって測定された１次電流Ipの値が一定のピーク値Ippに達したとき、ターンオフ信号TOFを生成する。スイッチング制御回路845は、ターンオン信号TONに応じてスイッチ部802をオンさせ、ターンオフ信号TOFに応じてスイッチ部802をオフさせる。
【００１１】
制御部804は、２次側導通時間T2onとターンオン信号TONの周期Tとの比T2on／Tが一定に維持されるようにスイッチ部802のターンオンの周期Tを調節することにより、２次巻線812のオンデューティD2onを一定に維持する。制御部804は更に、１次電流Ipが一定のピーク値Ippに達するごとにスイッチ部802をオフさせることにより、１次電流Ipのピーク値Ippを一定に維持する。その結果、式（１）の右辺に含まれる変数D2on、Ippがいずれも一定に維持されるので、式（１）の左辺、すなわち出力電流Ioが一定に維持される。
【００１２】
図９の（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）はそれぞれ、トランス801の１次電流Ipと２次電流Is、及びバイアス巻線813の両端電圧Vbの別の波形図である。図９の（ｄ）−（ｆ）は図９の（ａ）−（ｃ）と比べて出力電圧Voの値が低い。図９の（ａ）と（ｄ）とでは１次電流Ipのピーク値Ippは共通である。２次電流Isのピーク値Ispは１次電流Ipのピーク値Ippに比例するので、図９の（ｂ）と（ｅ）とでは２次電流Isのピーク値Ispが共通である。一方、２次電流Isの減衰する割合は出力電圧Voに比例するので、図９の（ｅ）に示されている２次電流Isの傾きは、図９の（ｂ）に示されている傾きよりも小さい。従って、図９の（ｅ）に示されている２次側導通時間T2onは、図９の（ｂ）に示されている値よりも長い。しかし、２次側導通時間T2onが増大した場合、ターンオン信号生成回路842はターンオン信号TONの周期Tを増大させるので、図９の（ｄ）に示されているように、スイッチ部802のターンオンの周期Tが増大する。それにより、２次巻線812のオンデューティD2onが一定に維持される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特許第３９７３６５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
特許文献１に開示されたスイッチング電源装置による定電流制御は式（１）を前提とするので、非連続モードでしか成立しない。一方、スイッチング電源装置の動作には、連続モードがある。連続モードでは、２次電流Isが０まで減衰するよりも先にスイッチ部802がオンする。それにより、連続モードのスイッチング電源装置は、非連続モードのものと同じ電力を、より小さい１次電流Ipから得ることができる。従って、トランス801とスイッチ部802とのいずれの電流定格をも小さくすることができるので、スイッチング電源装置のサイズと製造コストとをいずれも削減することができる。また、効率の面でも、連続モードは非連続モードよりも有利である。それ故、特許文献１に開示された定電流制御は連続モードにも適用可能であることが望ましい。
【００１５】
連続モードでは、出力電流Ioは次式（２）を満たす：
【００１６】
Io＝0.5×(Isp＋Iss)×D2on＝0.5×(Ipp＋Ips)×(Np／Ns)×D2on。        （２）
【００１７】
ここで、変数Issは、スイッチ部802がオンする直前における２次電流Isの値を表し、変数Ipsは、スイッチ部802がオンした直後における１次電流Ipの値を表す。式（２）の右辺から、出力電流Ioを一定に維持するには、変数Ipsを一定に維持しなければならない。しかし、それは、次に述べる２つの理由で困難である。第一に、変数Iss、Ipsのいずれの測定及び制御も困難である。第二に、連続モードでは、２次巻線812のオンデューティD2onを制御部804によっては決定することができない。実際、連続モードでは、スイッチ部802が定常的に安定に動作するときにおけるスイッチ部802のオンデューティDonと２次巻線812のオンデューティD2onとが、入力電圧Viと出力電圧Voとに依存する。具体的には、出力電圧生成部803内のダイオードの順方向電圧とスイッチ部802のオン電圧等を無視すると、スイッチ部802のオンデューティDonと２次巻線812のオンデューティD2onとはそれぞれ、式（３）、（４）で表される：
【００１８】
Don＝Vo×(Np／Ns)／(Vo×(Np／Ns)＋Vi)、                （３）
D2on＝Vi／(Vo×(Np／Ns)＋Vi)。                        （４）
【００１９】
式（４）に示されているように、２次巻線812のオンデューティD2onが出力電圧Voに依存するので、式（２）から、出力電圧Voの変動に抗して出力電流Ioを一定に維持することができない。
【００２０】
本発明の目的は、上記の課題を解決することであって、特に、出力部分の構造を複雑化させることなく、連続モードにおいても定電流制御が可能なスイッチング電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明によるスイッチング電源装置は、入力部、エネルギー伝達部、スイッチ部、出力電圧生成部、出力部、エネルギー出力期間検出部、及び制御部を備えている。入力部は入力電圧を受ける。エネルギー伝達部は、入力部から入力電圧を受けている期間ではエネルギーを蓄積し、入力電圧を受けていない期間ではそのエネルギーを出力する。スイッチ部は、制御信号に応じてオンオフすることによって、入力部からエネルギー伝達部への入力電圧の供給を制御する。出力電圧生成部は、エネルギー伝達部から出力されるエネルギーを利用して直流電圧を生成する。出力部は、出力電圧生成部によって生成された直流電圧を負荷に対して印加する。エネルギー出力期間検出部は、エネルギー伝達部がエネルギーを出力する期間を示す検出信号を出力する。制御部は、スイッチ部のオンオフのタイミングを制御信号でスイッチ部に指示する。制御部は、エネルギー出力期間検出部から出力される検出信号に基づいて、エネルギー伝達部がエネルギーを連続して出力する時間である導通時間を測定する。制御部は更に、スイッチ部がオンする周期に対する導通時間の割合と、スイッチ部のオン時間の半分が経過した時にスイッチ部を流れる電流量との積が一定であるように、スイッチ部のオンオフのタイミングを決める。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によるスイッチング電源装置は、スイッチ部がオンする周期に対する導通時間の割合と、スイッチ部のオン時間の半分が経過した時にスイッチ部を流れる電流量との積を一定に維持する。それにより、このスイッチング電源装置は、出力部分の構造を複雑化させることなく、連続モードにおいても定電流制御が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態１によるスイッチング電源装置のブロック図である。
【図２】（ａ）は、２次側導通時間T2onとターンオン信号TONの周期Tとの間の関係を示すグラフである。（ｂ）は、２次側導通時間T2onと２次巻線122のオンデューティD2onとの間の関係を示すグラフである。（ｃ）は、２次側導通時間T2onと第一の閾値電流Iphとの間の関係を示すグラフである。
【図３】図１に示されている出力部105から外部の負荷LDへ供給される出力電圧Voと出力電流Ioとの間の関係を示すグラフである。
【図４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、図３に示されている第二の領域M2におけるトランス102の１次電流Ipと２次電流Is、及びバイアス巻線123の両端電圧Vbの波形図である。（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）はそれぞれ、第二の領域M2におけるトランス102の１次電流Ipと２次電流Is、及びバイアス巻線123の両端電圧Vbの別の波形図である。（ｇ）、（ｈ）、（ｉ）はそれぞれ、図３に示されている第三の領域M3におけるトランス102の１次電流Ipと２次電流Is、及びバイアス巻線123の両端電圧Vbの波形図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、図３に示されている第四の領域M4におけるトランス102の１次電流Ipと２次電流Is、及びバイアス巻線123の両端電圧Vbの波形図である。（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）はそれぞれ、第四の領域M4におけるトランス102の１次電流Ipと２次電流Is、及びバイアス巻線123の両端電圧Vbの別の波形図である。
【図６】図３に示されている第二の領域M2において、図１に示されているスイッチ部103のオン期間Tonの長さと半オン時間Thとの間の比aの変動による出力電流Ioの変動を示すグラフである。
【図７】本発明の実施形態２によるスイッチング電源装置のブロック図である。
【図８】特許文献１に開示されたスイッチング電源装置800の回路図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、図８に示されているトランス801を流れる１次電流Ipと２次電流Isとの波形図である。（ｃ）は、図８に示されているバイアス巻線813の両端電圧Vbの波形図である。（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）はそれぞれ、トランス801の１次電流Ipと２次電流Is、及びバイアス巻線813の両端電圧Vbの別の波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２５】
《実施形態１》
【００２６】
図１は、本発明の実施形態１によるスイッチング電源装置のブロック図である。図１を参照するに、このスイッチング電源装置100はフライバック型コンバータであり、入力部101、トランス102、スイッチ部103、出力電圧生成部104、出力部105、制御部106、及びバイアス巻線電圧検出部107を備えている。
【００２７】
入力部101は、例えば外部の商用交流電源から平滑化された直流電圧、又は電池から直流電圧を入力電圧Viとして受ける。トランス102は、１次巻線121、２次巻線122、及びバイアス巻線123を含む。１次巻線121の一端は入力部101に接続され、他端はスイッチ部103の入力端子に接続されている。スイッチ部103はｎチャネルのＭＯＳＦＥＴを含む。スイッチ部103は、ｐチャネルのＭＯＳＦＥＴ等、他のスイッチング素子を含んでいてもよい。スイッチ部103の入力端子、例えばドレイン端子はトランス102の１次巻線121に接続され、出力端子、例えばソース端子は入力部101に接続されている。更に、スイッチ部103の制御端子、例えばゲート端子は制御部106に接続されている。スイッチ部103は、制御部106から制御端子へ印加される制御信号に従ってオンオフする。スイッチ部103がオンしている期間（以下、スイッチ部103のオン期間という。）では、１次巻線121に対して入力電圧Viが印加されるので、１次電流Ipが流れる。スイッチ部103がオフしている期間（以下、スイッチ部103のオフ期間という。）では、１次巻線121に対して入力電圧Viが印加されないので、１次電流Ipが遮断される。
【００２８】
出力電圧生成部104はトランス102の２次巻線122の両端間に接続されている。出力電圧生成部104はダイオード141と平滑コンデンサ142とを含む。ダイオード141のアノードは２次巻線122の一端に接続され、カソードは出力部105に接続されている。平滑コンデンサ142はダイオード141のカソードと２次巻線122の他端との間に接続されている。２次巻線122の他端は更に、出力部105にも接続されている。スイッチ部103のオン期間では、１次巻線121に１次電流Ipが流れることにより、２次巻線122の両端間に電圧が誘起される。その電圧はダイオード141に逆バイアスをかけるので、２次巻線122には２次電流Isが流れない。従って、トランス102には、入力部101から供給されるエネルギーが蓄積される。スイッチ部103のオフ期間では、１次電流Ipが遮断されることにより、２次巻線122の両端間に誘起される電圧の極性が反転する。従って、ダイオード141がオンするので、２次巻線122に２次電流Isが流れ、エネルギーがトランス102から平滑コンデンサ142へ移動する。平滑コンデンサ142は、ダイオード141がオンしている間に充電され、オフしている間に放電する。それにより、出力電圧生成部104の出力電圧Voと出力電流Ioとがいずれも、実質的に一定に維持される。出力部105は外部の負荷LDに接続され、出力電圧生成部104から外部の負荷LDへ出力電圧Voと出力電流Ioとを供給する。
【００２９】
バイアス巻線電圧検出部107は、トランス102のバイアス巻線123の両端間に接続されている。バイアス巻線123の両端電圧Vbは２次巻線122の両端電圧と同じタイミングで極性を反転させる。すなわち、１次電流Ipが流れている期間と２次電流Isが流れている期間とでは、バイアス巻線123の両端電圧Vbの極性が反対である。また、１次電流Ipと２次電流Isとが共に流れない期間では、バイアス巻線123の両端電圧Vbは０である。更に、２次巻線122の両端電圧の絶対値が高いほど、バイアス巻線123の両端電圧の絶対値は高い。バイアス巻線電圧検出部107はバイアス巻線123の両端電圧Vbを検出することにより、２次巻線122に２次電流Isが流れている期間を検出する。バイアス巻線電圧検出部107は更に、検出された期間を示す検出信号DTSを生成して、制御部106へ送る。バイアス巻線電圧検出部107はその他に、２次巻線122に２次電流Isが流れている期間におけるバイアス巻線123の両端電圧Vbを制御部106へ伝える。
【００３０】
制御部106はスイッチ部103の制御端子に接続され、その制御端子に制御信号を送ることによって、スイッチ部103のオンオフを制御する。制御部106は単一の半導体装置に実装されている。図１を更に参照するに、制御部106は、導通時間測定回路161、ターンオン信号生成回路162、電流閾値決定回路163、電流測定回路164、オン時間検出回路165、出力電圧測定回路166、ピーク電流検出回路167、ターンオフ信号選択回路168、及びスイッチング制御回路169を含む。
【００３１】
導通時間測定回路161は、スイッチング制御回路169からスイッチ部103の制御端子へ出力される制御信号を受けて、その制御信号から、スイッチ部103がオフする時点を検出する。この時点から、トランス102の２次巻線122には２次電流Isが流れ始める。導通時間測定回路161は更に、バイアス巻線電圧検出部107から検出信号DTSを受けて、その検出信号DTSから、２次電流Isが止まる時点を検出する。具体的には、バイアス巻線123の両端電圧Vbが閾値以下に降下する時点が検出される。こうして、導通時間測定回路161は、２次巻線122に２次電流Isが流れている時間、すなわち２次側導通時間T2onを測定する。導通時間測定回路161は続いて、測定された２次側導通時間T2onを表す電圧信号を生成して、ターンオン信号生成回路162と電流閾値決定回路163とへ送る。
【００３２】
ターンオン信号生成回路162はターンオン信号TONを生成してスイッチング制御回路169へ渡す。ターンオン信号生成回路162は特に、導通時間測定回路161から電圧信号を受けて、その電圧信号の示す２次側導通時間T2onに応じてターンオン信号TONの周期Tを調節する。図２の（ａ）は、２次側導通時間T2onとターンオン信号TONの周期Tとの間の関係を示すグラフである。ターンオン信号生成回路162は２次側導通時間T2onを所定の閾値Tthと比較する。図２の（ａ）に示されているように、２次側導通時間T2onが閾値Tthよりも小さいときには、ターンオン信号生成回路162はターンオン信号TONの周期Tを一定値T1に維持する。一方、２次側導通時間T2onが閾値Tthよりも大きいときには、ターンオン信号生成回路162は２次側導通時間T2onの増大に合わせてターンオン信号TONの周期Tを延長する。それにより、ターンオン信号生成回路162は、ターンオン信号TONの周期Tに対する２次側導通時間T2onの割合、すなわち２次巻線122のオンデューティD2on＝T2on／Tを一定に維持する。図２の（ｂ）は、２次側導通時間T2onと２次巻線122のオンデューティD2onとの間の関係を示すグラフである。２次側導通時間T2onが閾値Tthよりも小さいとき、ターンオン信号TONの周期Tは一定値T1に維持されているので、２次巻線122のオンデューティD2onは２次側導通時間T2onに比例して増大する。２次側導通時間T2onが閾値Tthよりも大きいとき、２次側導通時間T2onの増大に合わせてターンオン信号TONの周期Tが延長されるので、２次巻線122のオンデューティD2onは一定に維持される。
【００３３】
電流閾値決定回路163は、導通時間測定回路161から電圧信号を受けて、その電圧信号の示す２次側導通時間T2onに応じて第一の閾値電流Iphを決定する。図２の（ｃ）は、２次側導通時間T2onと第一の閾値電流Iphとの間の関係を示すグラフである。２次側導通時間T2onが閾値Tthよりも小さいとき、電流閾値決定回路163は第一の閾値電流Iphを、２次側導通時間T2onと反比例するように単調に減少させる。それにより、２次側導通時間T2onと２次巻線122のオンデューティD2onとの積が実質上、一定に維持される。一方、２次側導通時間T2onが閾値Tthよりも大きいとき、電流閾値決定回路163は第一の閾値電流Iphを一定に維持する。電流閾値決定回路163は、決定された第一の閾値電流Iphを表す電圧信号を生成して、オン時間検出回路165へ送る。
【００３４】
電流測定回路164はスイッチ部103の入力端子に接続され、トランス102の１次巻線121とスイッチ部103とを流れる１次電流Ipの量を測定する。電流測定回路164は更に、測定された電流量を表す電圧信号を生成して、オン時間検出回路165とピーク電流検出回路167とへ送る。
【００３５】
オン時間検出回路165は、スイッチング制御回路169からスイッチ部103の制御端子へ出力される制御信号を受けて、その制御信号から、スイッチ部103がオンするタイミングを検出する。オン時間検出回路165は更に、電流閾値決定回路163と電流測定回路164とのそれぞれから電圧信号を受けて、各電圧信号の示す第一の閾値電流Iphと１次電流Ipの量とを比較する。それにより、オン時間検出回路165は、スイッチ部103がオンしてから、１次電流Ipの量が第一の閾値電流Iphに達するまでの時間Th（以下、半オン時間という。）を測定する。オン時間検出回路165は続いて、１次電流Ipの量が第一の閾値電流Iphに達した時点から半オン時間Thが更に経過したとき、第一のターンオフ信号TOF1を生成してターンオフ信号選択回路168へ送る。
【００３６】
出力電圧測定回路166は、バイアス巻線電圧検出部107から伝えられたバイアス巻線123の両端電圧Vbを測定する。出力電圧測定回路166は更に、その測定された電圧Vbに応じて第二の閾値電流を決定する。具体的には、その電圧Vbの絶対値が高いほど、第二の閾値電流は低く設定される。ここで、２次巻線122に２次電流Isが流れている期間におけるバイアス巻線123の両端電圧Vbの絶対値が高いほど、その期間における２次巻線122の両端電圧の絶対値が高いので、出力部105から外部の負荷LDへ印加される出力電圧Voが高い。従って、出力電圧Voが高いほど、第二の閾値電流は低い。出力電圧測定回路166は、決定された第二の閾値電流を表す電圧信号を生成して、ピーク電流検出回路167へ送る。
【００３７】
ピーク電流検出回路167は、電流測定回路164と出力電圧測定回路166とのそれぞれから電圧信号を受けて、各電圧信号の示す１次電流Ipの量と第二の閾値電流とを比較する。１次電流Ipの量が第二の閾値電流に達している場合、ピーク電流検出回路167は第二のターンオフ信号TOF2を生成して、ターンオフ信号選択回路168へ送る。
【００３８】
ターンオフ信号選択回路168は、オン時間検出回路165からは第一のターンオフ信号TOF1を受け、ピーク電流検出回路167からは第二のターンオフ信号TOF2を受ける。ターンオフ信号選択回路168は更に、それらのターンオフ信号TOF1、TOF2のうち、いずれか先に受けた方を第三のターンオフ信号TOF3として選択して、スイッチング制御回路169へ送る。
【００３９】
スイッチング制御回路169は、ターンオン信号生成回路162からはターンオン信号TONを受け、ターンオフ信号選択回路168からは第三のターンオフ信号TOF3を受ける。スイッチング制御回路169は更に、スイッチ部103の制御端子へ送られる制御信号を、ターンオン信号TONに応じてスイッチ部103をオンさせるように制御し、第三のターンオフ信号TOF3に応じてスイッチ部103をオフさせるように制御する。それにより、スイッチ部103は、ターンオン信号TONの周期Tと同じ周期でターンオンを繰り返す。一方、スイッチ部103は、第一のターンオフ信号TOF1と第二のターンオフ信号TOF2とのうち、いずれか先に生成された方に同期してオフする。すなわち、スイッチ部103がオンしてから半オン時間Thの２倍が経過した時点、又は、１次電流Ipの量が第二の閾値電流に達した時点に、スイッチ部103はオフする。
【００４０】
図３は、出力部105から外部の負荷LDへ供給される出力電圧Voと出力電流Ioとの間の関係を示すグラフである。図３には、４つの領域M1、M2、M3、M4が示されている。各領域ではスイッチング電源装置100の動作が異なる。以下、領域ごとにスイッチング電源装置100の動作について説明する。
【００４１】
［第一の領域M1：定電圧制御］
【００４２】
図３を参照するに、第一の領域M1では、出力電流Ioにかかわらず、出力電圧Voが十分に高い値に一定に維持されている。この領域M1ではスイッチング電源装置100は次のように動作する。出力電圧Voが十分に高いので、第二の閾値電流が十分に低い。従って、スイッチ部103のターンオン後、ピーク電流検出回路167による第二のターンオフ信号TOF2の生成が、オン時間検出回路165による第一のターンオフ信号TOF1の生成よりも早い。それ故、１次電流Ipの量が第二の閾値電流に達した時点でスイッチ部103はオフする。特に、１次電流Ipのピーク値は第二の閾値電流に等しい。ここで、第二の閾値電流は、出力電圧Voの変動を打ち消すように調節される。具体的には、出力電圧Voが上昇するとき、第二の閾値電流は減少し、出力電圧Voが降下するとき、第二の閾値電流は増加する。こうして、出力電圧Voがほぼ一定に維持されたまま、負荷LDの状態に応じて、出力電力と出力電流Ioとが変化する。尚、第一の領域M1では、２次側導通時間T2onは閾値Tthよりも小さいので、図２の（ａ）に示されているとおり、ターンオン信号TONの周期T、すなわち周波数は一定である。
【００４３】
［第二の領域M2：定電流制御（連続モード）］
【００４４】
図３を参照するに、第二の領域M2では、出力電圧Voが比較的高い範囲で、出力電流Ioが十分に大きい値に一定に維持されている。この領域M2ではスイッチング電源装置100は次のように動作する。スイッチ部103のターンオン後、オン時間検出回路165による第一のターンオフ信号TOF1の生成が、ピーク電流検出回路167による第二のターンオフ信号TOF2の生成よりも早い。従って、スイッチ部103のターンオンから半オン時間Thが経過して１次電流Ipの量が第一の閾値電流Iphに達し、更にその時点から半オン時間Thが経過した時点でスイッチ部103はオフする。
【００４５】
図４の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、第二の領域M2におけるトランス102の１次電流Ipと２次電流Is、及びバイアス巻線123の両端電圧Vbの波形図である。スイッチ部103のターンオン直後、１次電流Ipの量は最小値Ipsに等しい。その時点から半オン時間Thが経過した時、１次電流Ipは第一の閾値電流Iphまで増大する。更に、その時点から半オン時間Thが経過した時、１次電流Ipはピーク値Ippまで達する。その時点でスイッチ部103はオフするので、１次電流Ipは遮断される。それと同時に、２次電流Isが流れ始める。２次電流Isは、スイッチ部103のターンオフ直後にピーク値Ispを示し、その後、時間の経過と共に減衰する。２次電流Isが最小値Issまで達した時、スイッチ部103がオンする。それにより、２次電流Isは止まる。このように、第二の領域M2ではスイッチング電源装置100は連続モードで動作する。スイッチ部103がオンしてから半オン時間Thの２倍が経過するまで、すなわち、スイッチ部103のオン期間では、バイアス巻線123の両端電圧Vbは負に維持される。一方、スイッチ部103のオフ期間では、バイアス巻線123の両端電圧Vbは正に維持される。
【００４６】
第二の領域M2では、２次側導通時間T2onは閾値Tthよりも小さい。従って、図２の（ａ）に示されているように、ターンオン信号TONの周期Tは一定値T1に維持される。一方、図２の（ｃ）に示されているように、第一の閾値電流Iphは、２次側導通時間T2onに反比例するように設定される。
【００４７】
図４の（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）はそれぞれ、第二の領域M2におけるトランス102の１次電流Ipと２次電流Is、及びバイアス巻線123の両端電圧Vbの別の波形図である。図４の（ｄ）−（ｆ）では、（ａ）−（ｃ）と比べて出力電圧Voが低い。従って、図４の（ｅ）に示されている２次電流Isの減衰率は、図４の（ｂ）に示されている値よりも低下するので、２次側導通時間T2onが増大する。ターンオン信号TONの周期Tは一定値T1に維持されているので、図２の（ｂ）に示されているように、２次巻線122のオンデューティD2onが２次側導通時間T2onの増大に伴って増大する。一方、第一の閾値電流Iphは２次側導通時間T2onに反比例するので、２次側導通時間T2onの増大に伴って減少する。従って、第一の閾値電流Iphと２次巻線122のオンデューティD2onとの積は一定に維持される。ここで、第一の閾値電流Iphは、図４の（ａ）、（ｄ）に示されているように、スイッチ部103のオン期間Tonの中間点における１次電流Ipの量に等しい。従って、第一の閾値電流Iphは、スイッチ部103のターンオン直後における１次電流Ipの量Ipsと１次電流Ipのピーク値Ippとを用いて次式（５）で表される：
【００４８】
Iph＝0.5×(Ipp＋Ips)。                            （５）
【００４９】
第一の閾値電流Iphと２次巻線122のオンデューティD2onとの積が一定に維持されることは、式（５）から、式（２）の右辺が一定に維持されることを意味する。すなわち、出力電圧Voの変動にかかわらず、出力電流Ioが一定に維持される。
【００５０】
こうして、第二の領域M2においてスイッチング電源装置100は、連続モードで動作するにもかかわらず、スイッチ部103のターンオン直後における１次電流Ipの量Ipsを直に制御しなくても、出力電流Ioを一定に維持することができる。また、ターンオン信号TONの周期Tが一定値T1に維持されているので、２次側導通時間T2onが電圧信号で表現されれば、２次巻線122のオンデューティD2onそのものが電圧信号で表現される必要はない。
【００５１】
第一の領域M1における動作と第二の領域M2における動作とでは、スイッチ部103のターンオン後、オン時間検出回路165による第一のターンオフ信号TOF1の生成と、ピーク電流検出回路167による第二のターンオフ信号TOF2の生成とのいずれが早いかが異なる。すなわち、それらの動作の切り換えには、ターンオン信号TONの周期Tの調整は要求されない。
【００５２】
［第三の領域M3：定電流制御（非連続モード、ターンオン信号の周波数：一定）］
【００５３】
図３を参照するに、第三の領域M3では、第二の領域M2よりも出力電圧Voが低い範囲で、出力電流Ioが十分に大きい値に一定に維持されている。第三の領域M3では、スイッチング電源装置100は第二の領域M2と同様に動作する。特に、スイッチ部103のターンオンから半オン時間Thが経過して１次電流Ipの量が第一の閾値電流Iphに達し、更にその時点から半オン時間Thが経過した時点でスイッチ部103はオフする。しかし、出力電圧Voが十分に低いので、スイッチ部103のオフ期間中に２次電流Isが０まで降下する。すなわち、スイッチング電源装置100は非連続モードで動作する。
【００５４】
図４の（ｇ）、（ｈ）、（ｉ）はそれぞれ、第三の領域M3におけるトランス102の１次電流Ipと２次電流Is、及びバイアス巻線123の両端電圧Vbの波形図である。スイッチ部103のターンオン直後、１次電流Ipの量は０である。その時点から半オン時間Thが経過した時、１次電流Ipは第一の閾値電流Iphまで増大する。更に、その時点から半オン時間Thが経過した時、１次電流Ipはピーク値Ippまで達する。その時点でスイッチ部103はオフするので、１次電流Ipは遮断される。一方、それと同時に２次電流Isが流れ始める。２次電流Isは、スイッチ部103のターンオフ直後にピーク値Ispを示し、その後、時間の経過と共に減衰する。スイッチ部103が再びオンするよりも前に、２次電流Isは０まで降下する。その後、１次電流Ipと２次電流Isとがいずれも流れない期間Toffを経て、スイッチ部103がオンする。このように、第三の領域M3ではスイッチング電源装置100は非連続モードで動作する。スイッチ部103のオン期間では、バイアス巻線123の両端電圧Vbは負に維持される。一方、スイッチ部103がオフしてから２次側導通時間T2onが経過するまでは、バイアス巻線123の両端電圧Vbは正に維持される。２次電流Isが止まってからスイッチ部103がオンするまでの期間Toffでは、バイアス巻線123の両端電圧Vbは０に維持される。
【００５５】
第三の領域M3では、２次側導通時間T2onは閾値Tthよりも小さい。従って、図２の（ａ）に示されているように、ターンオン信号TONの周期Tは一定値T1に維持される。それ故、図２の（ｂ）に示されているように、２次巻線122のオンデューティD2onが２次側導通時間T2onの増大に伴って増大する。一方、図２の（ｃ）に示されているように、第一の閾値電流Iphは、２次側導通時間T2onに反比例するように設定される。従って、第一の閾値電流Iphと２次巻線122のオンデューティD2onとの積は一定に維持される。ここで、第一の閾値電流Iphは、図４の（ｇ）に示されているように、スイッチ部103のオン期間Tonの中間点における１次電流Ipの量に等しい。従って、第一の閾値電流Iphは１次電流Ipのピーク値Ippの半分に等しい：Iph＝0.5×Ipp。それ故、第一の閾値電流Iphと２次巻線122のオンデューティD2onとの積が一定に維持されることは、式（１）の右辺が一定に維持されることを意味する。すなわち、出力電圧Voの変動にかかわらず、出力電流Ioが一定に維持される。
【００５６】
［第四の領域M4：定電流制御（非連続モード、ターンオン信号の周波数：可変）］
【００５７】
図３を参照するに、第四の領域M4では、出力電圧Voが低い範囲で、出力電流Ioが十分に大きい値に一定に維持されている。この領域M4ではスイッチング電源装置100は次のように動作する。スイッチ部103のターンオン後、オン時間検出回路165による第一のターンオフ信号TOF1の生成が、ピーク電流検出回路167による第二のターンオフ信号TOF2の生成よりも早い。従って、スイッチ部103のターンオンから半オン時間Thが経過して１次電流Ipの量が第一の閾値電流Iphに達し、更にその時点から半オン時間Thが経過した時点でスイッチ部103はオフする。出力電圧Voが十分に低いので、スイッチ部103のオフ期間中に２次電流Isが０まで降下する。すなわち、スイッチング電源装置100は非連続モードで動作する。
【００５８】
図５の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、第四の領域M4におけるトランス102の１次電流Ipと２次電流Is、及びバイアス巻線123の両端電圧Vbの波形図である。スイッチ部103のターンオン直後、１次電流Ipの量は０である。その時点から半オン時間Thの２倍が経過した時、１次電流Ipはピーク値Ippまで達する。その時点でスイッチ部103はオフするので、１次電流Ipは遮断される。一方、それと同時に２次電流Isが流れ始める。２次電流Isは、スイッチ部103のターンオフ直後にピーク値Ispを示し、その後、時間の経過と共に減衰する。スイッチ部103が再びオンするよりも前に、２次電流Isは０まで降下する。その後、１次電流Ipと２次電流Isとがいずれも流れない期間Toffを経て、スイッチ部103がオンする。このように、第四の領域M4ではスイッチング電源装置100は非連続モードで動作する。スイッチ部103のオン期間では、バイアス巻線123の両端電圧Vbは負に維持される。一方、スイッチ部103がオフしてから２次側導通時間T2onが経過するまでは、バイアス巻線123の両端電圧Vbは正に維持される。２次電流Isが止まってからスイッチ部103がオンするまでの期間Toffでは、バイアス巻線123の両端電圧Vbは０に維持される。
【００５９】
第四の領域M4では、出力電圧Voの低下に伴って２次側導通時間T2onが増大し、閾値Tthを超える。従って、図２の（ａ）に示されているように、ターンオン信号TONの周期Tは、２次側導通時間T2onの増大に伴って増大する。それにより、図２の（ｂ）に示されているように、２次巻線122のオンデューティD2onが一定に維持される。一方、図２の（ｃ）に示されているように、第一の閾値電流Iphは一定に維持される。
【００６０】
図５の（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）はそれぞれ、第四の領域M4におけるトランス102の１次電流Ipと２次電流Is、及びバイアス巻線123の両端電圧Vbの別の波形図である。図５の（ｄ）−（ｆ）では、（ａ）−（ｃ）と比べて出力電圧Voが低い。従って、図５の（ｅ）に示されている２次電流Isの減衰率は、図５の（ｂ）に示されている値よりも低下するので、２次側導通時間T2onが増大する。その増大に合わせて、ターンオン信号TONの周期Tは延長される。特に、図５の（ｂ）に示されているように、１次電流Ipと２次電流Isとがいずれも流れない期間Toffが延長される。その結果、図２の（ｂ）に示されているように、２次巻線122のオンデューティD2onが一定に維持される。一方、第一の閾値電流Iphは、図５の（ａ）、（ｄ）に示されているように、スイッチ部103のオン期間Tonの中間点における１次電流Ipの量に等しい。従って、第一の閾値電流Iphが一定に維持されるとき、１次電流Ipのピーク値Ippも一定に維持される。２次巻線122のオンデューティD2onと１次電流Ipのピーク値Ippとがいずれも一定に維持されることは、式（１）の右辺が一定に維持されることを意味する。すなわち、出力電圧Voの変動にかかわらず、出力電流Ioが一定に維持される。
【００６１】
上記のとおり、本発明の実施形態１によるスイッチング電源装置100は、第二の領域M2における連続モードでも、第三の領域M3と第四の領域M4とにおける非連続モードと同様に、出力電圧Voにかかわらず、出力電流Ioを一定に維持することができる。特に、制御部106にトランス102のバイアス巻線123を利用させることにより、トランス102の２次側に定電流制御ＩＣ及びフォトカプラが設置されなくても、定電流制御を実現することができる。このように、スイッチング電源装置100は連続モードにも対応可能であるので、非連続モードにしか対応できない装置と比べて、トランス102とスイッチ部103とのいずれの電流定格をも小さくすることができる。従って、スイッチング電源装置100のサイズと製造コストとをいずれも削減することができる。また、スイッチング電源装置100は効率が高いので、小型の充電器及びＬＥＤ照明用の電源として有利である。
【００６２】
《補足》
【００６３】
（A）制御部106の構造を複雑化させないようにするには、第四の領域M4における２次巻線122のオンデューティD2onの値を、入力電圧Vi等、スイッチング電源装置100の外部の状況で決まるパラメータには依存させないこと、つまり、制御部106の設定のみでオンデューティD2onが決められていることが重要である。そのためには、第三の領域M3と第四の領域M4との間の切り換え点において、２次巻線122のオンデューティD2onを同じ値に維持することが重要である。第三の領域M3において一定に維持されるターンオン信号TONの周期T、及び２次側導通時間T2onに対する閾値Tthはいずれも、入力電圧Vi等のパラメータには依存しない。従って、第三の領域M3と第四の領域M4との間の切り換え点において、２次巻線122のオンデューティD2onは同じ値に維持される。
【００６４】
（B）第二の領域M2では、スイッチ部103がオンしてから半オン時間Thの２倍が経過した時、制御部106はスイッチ部103をオフさせる。しかし、実際には、スイッチ部103をオフさせるタイミングが変動しても、その変動に起因する出力電流Ioの変動はわずかである。図６は、第二の領域M2において、スイッチ部103のオン期間Tonの長さ（オン時間）と半オン時間Thとの間の比aの変動による出力電流Ioの変動を示すグラフである。このグラフは、次の動作条件において計算されている：ターンオン信号TONの周期T＝１０μ秒、スイッチ部103のオン期間Tonにおける１次電流Ipの時間変化率＝０．０２Ａ／μ秒、出力電圧Voが５Ｖであるときの２次側導通時間T2on＝５μ秒、出力電圧Voが５Ｖであるときの出力電流Io＝１．０Ａ。図６のグラフに示されている矩形、丸、三角形はそれぞれ、スイッチ部103のオン期間Tonの長さが半オン時間Thの２．００倍、１．５０倍、２．５０倍であるとき（a＝2.00、1.50、2.50）における出力電流Ioと出力電圧Voとの間の関係を示す。図６を参照するに、スイッチ部103のオン時間が半オン時間Thの２倍から外れるとき、出力電流Ioは、出力電圧Voが５Ｖから２Ｖへと低下するのに伴って元の値１．０Ａから外れる。しかし、その変動の大きさは２．４％程度である。従って、スイッチ部103のオン期間Tonの長さが半オン時間Thの２倍から外れても、出力電流Ioは実質上、出力電圧Voにかかわらず一定である。それ故、オン時間検出回路165は、スイッチ部103のオン時間が半オン時間Thの、２以外の所定数倍に達した時に第一のターンオフ信号を出力してもよい。また、電流閾値決定回路163は、２次側導通時間T2onの増大に伴って第一の閾値電流Iphを、反比例曲線以外の単調減少曲線に沿って変化させてもよい。
【００６５】
（C）第一の領域M1では、１次電流Ipのピーク値Ippを一定に維持することによって、出力電圧Voを一定に維持している。その他に、スイッチ部103のオン期間Tonの長さを調節することによって、出力電圧Voを一定に維持してもよい。
【００６６】
（D）導通時間測定回路161は、スイッチ部103がオフする時点を、スイッチング制御回路169から出力される制御信号によって検出する。その他に、導通時間測定回路161は、バイアス巻線123の両端電圧Vbが所定の閾値以上に上昇する時点を、スイッチ部103がオフする時点として検出してもよい。また、導通時間測定回路161が微分回路を利用して、バイアス巻線123の両端電圧Vbが変化する時点を検出してもよい。
【００６７】
（E）導通時間測定回路161は、バイアス巻線123の両端電圧Vbが所定の閾値以下に下降する時点を、２次電流Isが流れ終わる時点として検出する。その場合、導通時間測定回路161は微分回路を利用して、バイアス巻線123の両端電圧Vbが変化する時点を検出してもよい。それに限らず、導通時間測定回路161は、２次電流Isが流れ終わる時点を検出することができる手段であれば、その他の手段を利用しても構わない。
【００６８】
《実施形態２》
【００６９】
図７は、本発明の実施形態２によるスイッチング電源装置のブロック図である。図２を参照するに、このスイッチング電源装置200は極性反転型チョッパであり、入力部201、インダクタ202、スイッチ部203、出力電圧生成部204、出力部205、制御部206、及びダイオード両端電圧検出部207を備えている。
【００７０】
入力部201は、例えば外部の商用交流電源から平滑化された直流電圧、又は電池から直流電圧を入力電圧Viとして受ける。インダクタ202の一端は入力部201に接続され、他端はスイッチ部203の出力端子に接続されている。スイッチ部203はｎチャネルのＭＯＳＦＥＴを含む。スイッチ部203は、ｐチャネルのＭＯＳＦＥＴ等、他のスイッチング素子を含んでいてもよい。スイッチ部203の入力端子、例えばドレイン端子は入力部201に接続され、出力端子、例えばソース端子はインダクタ202の一端に接続されている。更に、スイッチ部203の制御端子、例えばゲート端子は制御部206に接続されている。スイッチ部203は、制御部206から制御端子へ印加される制御信号に従ってオンオフする。スイッチ部203がオンしている期間では、インダクタ202に対して入力電圧Viが印加されるので、入力部201とインダクタ202との間に電流Ipが流れる。スイッチ部203がオフしている期間では、インダクタ202に対して入力電圧Viが印加されないので、入力部201とインダクタ202との間に電流Ipが流れない。
【００７１】
出力電圧生成部204はインダクタ202の両端間に接続されている。出力電圧生成部204はダイオード241と平滑コンデンサ242とを含む。ダイオード241のカソードはインダクタ202の一端に接続され、アノードは出力部205に接続されている。平滑コンデンサ242はダイオード241のアノードとインダクタ202の他端との間に接続されている。インダクタ202の他端は更に、出力部205にも接続されている。スイッチ部203のオン期間では、入力電圧Viはダイオード241に逆バイアスをかけるので、ダイオード241には電流Isが流れない。従って、インダクタ202には、入力部201から供給されるエネルギーが蓄積される。スイッチ部203のオフ期間では、入力部201とインダクタ202との間を流れる電流Ipが遮断されることにより、インダクタ202の両端間に電圧が誘起される。その電圧によって、ダイオード241がオンするので、ダイオード241に電流Isが流れ、エネルギーがインダクタ202から平滑コンデンサ242へ移動する。平滑コンデンサ242は、ダイオード241がオンしている間に充電され、オフしている間に放電する。それにより、出力電圧生成部204の出力電圧Voと出力電流Ioとがいずれも、実質的に一定に維持される。出力部205は外部の負荷LDに接続され、出力電圧生成部204から外部の負荷LDへ出力電圧Voと出力電流Ioとを供給する。
【００７２】
ダイオード両端電圧検出部207はダイオード241の両端間に接続されている。ダイオード241の両端電圧はスイッチ部103のオンオフに同期して極性を反転させる。すなわち、スイッチ部103のオン期間とオフ期間とでは、ダイオード241の両端電圧の極性が反対である。また、インダクタ202に電流が流れない期間では、ダイオード241の両端電圧は０である。ダイオード両端電圧検出部207はダイオード241の両端電圧を検出することにより、ダイオード241とインダクタ202との間に電流Isが流れている期間を検出する。ダイオード両端電圧検出部207は更に、検出された期間を示す検出信号を生成して、制御部206へ送る。ダイオード両端電圧検出部207はその他に、ダイオード241がオンしている期間におけるダイオード241の両端電圧を制御部206へ伝える。
【００７３】
制御部206はスイッチ部203の制御端子に接続され、その制御端子に制御信号を送ることによって、スイッチ部203のオンオフを制御する。制御部206は単一の半導体装置に実装されている。制御部206の構成要素は、図１に示されている実施形態１による制御部106の構成要素と全く同様である。従って、それら同様な構成要素の詳細についての説明は、実施形態１によるものについての説明を援用する。
【００７４】
制御部206は、実施形態１による２次側導通時間T2onの代わりに、スイッチ部203がオフしてからダイオード241がオフするまでの時間を利用する。それにより、実施形態２によるスイッチング電源装置200は、図３に示されている各領域M1−M4において、実施形態１によるスイッチング電源装置100と全く同様に動作する。特に、スイッチ部103のオン期間にインダクタ202を流れる電流の波形図は、図４、５に示されているトランス102の１次電流Ipの波形図と全く同様である。また、スイッチ部103のオフ期間にインダクタ202を流れる電流の波形図は、図４、５に示されているトランス102の２次電流Isの波形図と全く同様である。更に、ダイオード241の両端電圧の波形図は、図４、５に示されているバイアス巻線123の両端電圧Vbの波形図と全く同様である。従って、実施形態２によるスイッチング電源装置200は、第二の領域M2における連続モードでも、第三の領域M3と第四の領域M4とにおける非連続モードと同様に、出力電圧Voにかかわらず、出力電流Ioを一定に維持することができる。
【００７５】
《付記》
【００７６】
（F）本発明の上記の実施形態に基づいて、本発明は以下の観点から特徴づけられても良い。
【００７７】
（F−1）制御部は、電流測定回路、ターンオン信号生成回路、導通時間測定回路、電流閾値決定回路、オン時間検出回路、及びスイッチング制御回路を有する。電流測定回路は、スイッチ部を流れる電流量を測定する。ターンオン信号生成回路は、所望の周波数のターンオン信号を生成する。導通時間測定回路は、エネルギー出力期間検出部によって出力された検出信号に基づいて、導通時間を測定する。電流閾値決定回路は、ターンオン信号の周期に対する導通時間の割合が上昇するにつれて、第一の閾値が単調に減少するように、第一の閾値を決定する。オン時間検出回路は、スイッチ部がオンしてから、電流測定回路によって測定された電流量が第一の閾値に達するまでの時間を測定し、スイッチ部のオン時間が、測定された時間の所定数倍に達した時に第一のターンオフ信号を出力する。スイッチング制御回路は、ターンオン信号に応じてスイッチ部をオンさせるように制御信号を制御し、第一のターンオフ信号に応じてスイッチ部をオフさせるように制御信号を制御する。
【００７８】
（F−2）ターンオン信号生成回路は、ターンオン信号の周波数を一定に維持してもよい。その場合、電流閾値決定回路は、ターンオン信号の周期に対する導通時間の割合、すなわちオンデューティを求める必要がなく、導通時間のみから第一の閾値を決定すればよい。その結果、回路を更に簡単化することができる。
【００７９】
（F−3）導通時間が所定値よりも小さい場合、ターンオン信号生成回路はターンオン信号の周波数を一定に維持し、電流閾値決定回路は、ターンオン信号の周期に対する導通時間の割合が上昇するにつれて、第一の閾値が単調に減少するように、第一の閾値を決定する。一方、導通時間が所定値を超えた場合、ターンオン信号生成回路は、ターンオン信号の周期に対する導通時間の割合が一定に維持されるように、ターンオン信号の周波数を変化させ、電流閾値決定回路は第一の閾値を一定に維持する。それにより、出力電圧の範囲を更に拡大することができ、特により低い出力電圧を供給することができる。また、ターンオン信号の周波数を一定に制御するモードから、ターンオン信号の周期に対する導通時間の割合を一定に制御するモードへの切り換え時における、ターンオン信号の周波数、導通時間、及び第一の閾値が、入力電圧等、制御部以外の要素に設定されるパラメータには依存しない。従って、その切り換えをスムーズに、かつ容易に行うことができる。
【００８０】
（F−4）本発明によるスイッチング電源装置は、出力電圧生成部によって生成された直流電圧を測定する出力電圧測定部を更に備えていてもよい。その場合、制御部はピーク電流検出回路を更に有する。ピーク電流検出回路は、出力電圧測定部によって測定された直流電圧の値に応じて第二の閾値を決定し、電流測定部によって測定された電流量が第二の閾値に達した時に第二のターンオフ信号を出力する。スイッチング制御回路は、第一のターンオフ信号と第二のターンオフ信号とのうち、いずれか先に入力された方に応じて、スイッチ部をオフさせるように制御信号を制御する。それにより、図３に示されている第一の領域M1における定電圧制御と、他の領域M2−M4における定電流制御との間をスムーズに移行することができる。また、定電圧制御と定電流制御とはいずれも、スイッチ部のターンオフのタイミングを調節することによって行われるので、それらの間の切り換えがスムーズである。
【００８１】
（F−5）オン時間検出回路が第一のターンオフ信号を出力する時、スイッチ部のオン時間が、オン時間検出回路によって測定された時間の１．５０〜２．５０倍であってもよい。この範囲であれば、定電流制御の信頼性を十分に高く維持することができる。
【００８２】
（F−6）本発明による半導体装置はスイッチング電源装置に搭載される。そのスイッチング電源装置は、入力部、エネルギー伝達部、スイッチ部、出力電圧生成部、出力部、及びエネルギー出力期間検出部を備えている。入力部は、入力電圧を受ける。エネルギー伝達部は、入力部から入力電圧を受けている期間ではエネルギーを蓄積し、入力電圧を受けていない期間ではそのエネルギーを出力する。スイッチ部は、制御信号に応じてオンオフすることによって、入力部からエネルギー伝達部への入力電圧の供給を制御する。出力電圧生成部は、エネルギー伝達部から出力されるエネルギーを利用して直流電圧を生成する。出力部は、出力電圧生成部によって生成された直流電圧を負荷に対して印加する。エネルギー出力期間検出部は、エネルギー伝達部がエネルギーを出力する期間を示す検出信号を出力する。この半導体装置は制御部を備えている。制御部は、スイッチ部のオンオフのタイミングを制御信号でスイッチ部に指示する。制御部は、エネルギー出力期間検出部から出力される検出信号に基づいて、エネルギー伝達部がエネルギーを連続して出力する時間である導通時間を測定し、スイッチ部がオンする周期に対する導通時間の割合と、スイッチ部のオン時間の半分が経過した時にスイッチ部を流れる電流量との積が一定であるように、スイッチ部のオンオフのタイミングを決める。この半導体装置は、本発明によるスイッチング電源装置の設計を更に容易にすることができる。また、そのスイッチング電源装置の小型化に有効である。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明はスイッチング電源装置に関し、上記のとおり、連続モードにおいても定電流制御を行う。このように、本発明は明らかに産業上利用可能である。
【符号の説明】
【００８４】
101  入力部
102  トランス
121  １次巻線
122  ２次巻線
123  バイアス巻線
103  スイッチ部
104  出力電圧生成部
141  ダイオード
142  平滑コンデンサ
105  出力部
106  制御部
161  導通時間測定回路
162  ターンオン信号生成回路
163  電流閾値決定回路
164  電流測定回路
165  オン時間検出回路
166  出力電圧測定回路
167  ピーク電流検出回路
168  ターンオフ信号選択回路
169  スイッチング制御回路
107  バイアス巻線電圧検出部
Vi  入力電圧
Vo  出力電圧
Ip  １次電流
Is  ２次電流
Io  出力電流
LD  負荷
DTS  検出信号
Vb  バイアス巻線123の両端電圧
TON  ターンオン信号
TOF1  第一のターンオフ信号
TOF2  第二のターンオフ信号
TOF3  第三のターンオフ信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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