(57)【要約】  【課題】  耳障りな音を発生させることく軽負荷時の消費電力を抑制するとともに、コスト安を実現する。  【解決手段】  入力交流電圧を整流平滑した電圧をスイッチングトランジスタＱ１によりスイッチングして電圧変換トランス３の１次巻線Ｎｐに入力し、２次巻線Ｎｓに得られた出力交流電圧を整流平滑して直流電圧を出力させる。スイッチングトランジスタＱ１のスイッチングを補助巻線Ｎｂに発生する電圧により制御するが、その補助巻線Ｎｂに発生するスイッチング信号の周波数が所定値を超えるとき、そのスイッチングトランジスタＱ１をして可聴周波数帯域の周波数の周期より長い期間だけ遮断させるような間欠動作を行わせる。【選択図】  図１
2006050760.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力交流電圧を整流平滑する第１の整流平滑回路と、該第１の整流平滑回路の出力電圧をスイッチングして電圧変換トランスの１次巻線に入力させるスイッチング素子と、前記電圧変換トランスの２次巻線に得られた出力交流電圧を整流平滑する第２の整流平滑回路と、前記電圧変換トランスの補助巻線に発生する電圧に応じて前記スイッチング素子のスイッチングを制御するスイッチング制御回路とを備えたスイッチング電源回路において、
前記補助巻線に発生するスイッチング電圧の周波数を検出するスイッチング周波数検出回路と、該スイッチング周波数検出回路で検出されたスイッチング周波数が所定値を超えるとき可聴周波数帯域の周波数の周期より長い周期の待機パルスを発生して前記スイッチング制御回路を制御するパルス発生回路とを具備し、
該スイッチング制御回路は、前記待機パルスが入力する期間は前記スイッチング素子を遮断状態に制御することを特徴とするスイッチング電源回路。
【請求項２】
請求項１に記載のスイッチング電源回路において、
前記スイッチング素子のゲートに前記第１の整流平滑回路の出力電圧を起動電圧として印加する起動抵抗を接続するとともに、前記パルス発生回路が前記待機パルスを発生したとき前記起動抵抗を開放にするスイッチを設けたことを特徴とするスイッチング電源回路。
【請求項３】
入力交流電圧を整流平滑した電圧をスイッチング素子によりスイッチングして電圧変換トランスの１次巻線に入力し、該電圧変換トランジスタの２次巻線に得られた出力交流電圧を整流平滑して直流電圧を出力させ、かつ前記スイッチング素子のスイッチングを前記電圧変換トランジスタの補助巻線に発生する電圧により制御するスイッチング電源回路の制御方法において、
前記電圧変換トランスの補助巻線に発生するスイッチング電圧の周波数が所定値を超えるとき、前記スイッチング素子を可聴周波数帯域の周波数の周期より長い期間だけ間欠的に遮断させるようにしたことを特徴とするスイッチング電源回路の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＣＣ（リンギングチョークコンバータ）方式のスイッチング電源回路およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的なＲＣＣ方式のスイッチング電源回路を図３に示す。図３において、１は入力交流電圧を整流する整流回路、２はスイッチング制御回路、Ｃ１，Ｃ２はコンデンサ、Ｒ１は起動抵抗、Ｑ１はスイッチングトランジスタ、Ｄ１は整流ダイオードである。３は電圧変換トランスで、Ｎｐは一次側巻線、Ｎｓは二次側巻線、Ｎｂは補助巻線である。
【０００３】
ＲＣＣ方式のスイッチング電源回路の周波数は、２次巻線Ｎｓを流れる電流、即ち２次側の負荷によって変化し、負荷が軽くなると周波数が高くなる。具体的には、１次巻線Ｎｐを流れる１次電流と２次巻線Ｎｓを流れる２次電流のどちらかが常に流れているように動作するため、１次電流と２次電流は合わせると連続して流れるように見えるが、負荷が軽い状態では、その負荷に供給する電力が小さくなる為、１次側のスイッチングトランジスタＱ１の導通時間が短くなり、スイッチング周波数が高くなる。
【０００４】
このスイッチング周波数が高くなると、電圧変換トランス３やスイッチングトランジスタＱ１の損失が大きくなってしまい、消費電力が大きくなる。
【０００５】
そこで、このような問題を解決する為、図４に示すように、２次側に設けた負荷検出抵抗Ｒ２と負荷検出回路７により負荷状態を検出して、フォトダイオードＤ２とフォトトランジスタＱ２からなる絶縁用のフォトカプラにより、その負荷検出信号を一次側に設けたパルス発生回路８に伝達する手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
この手法では、負荷が軽いとき、その負荷状態検出信号を入力するパルス発生回路８によりスイッチング制御回路２を制御して、スイッチングを間欠的に行わせ、消費電力低減を図ることができる。
【特許文献１】特開２００１−２１８４６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、図４に示した構成では、２次側に負荷検出抵抗Ｒ２や負荷検出回路７を設け、一次側にパルス発生回路８を設け、さらにフォトダイオードＤ２とフォトトランジスタＱ２によるフォトカプラを設ける必要がありコスト的に不利であった。
【０００８】
本発明の目的は、軽負荷時に耳障りな音を発生させることなく、消費電力を低減させることができ、しかもコスト的に有利となるようにしたスイッチング電源回路およびその制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１にかかる発明のスイッチング電源回路は、入力交流電圧を整流平滑する第１の整流平滑回路と、該第１の整流平滑回路の出力電圧をスイッチングして電圧変換トランスの１次巻線に入力させるスイッチング素子と、前記電圧変換トランスの２次巻線に得られた出力交流電圧を整流平滑する第２の整流平滑回路と、前記電圧変換トランスの補助巻線に発生する電圧に応じて前記スイッチング素子のスイッチングを制御するスイッチング制御回路とを備えたスイッチング電源回路において、前記補助巻線に発生するスイッチング電圧の周波数を検出するスイッチング周波数検出回路と、該スイッチング周波数検出回路で検出されたスイッチング周波数が所定値を超えるとき可聴周波数帯域の周波数の周期より長い周期の待機パルスを発生して前記スイッチング制御回路を制御するパルス発生回路とを具備し、該スイッチング制御回路は、前記待機パルスが入力する期間は前記スイッチング素子を遮断状態に制御することを特徴とする。
【００１０】
請求項２にかかる発明は、請求項１に記載のスイッチング電源回路において、前記スイッチング素子のゲートに前記第１の整流平滑回路の出力電圧を起動電圧として印加する起動抵抗を接続するとともに、前記パルス発生回路が前記待機パルスを発生したとき前記起動抵抗を開放にするスイッチを設けたことを特徴とする。
【００１１】
請求項３にかかる発明のスイッチング電源回路の制御方法は、入力交流電圧を整流平滑した電圧をスイッチング素子によりスイッチングして電圧変換トランスの１次巻線に入力し、該電圧変換トランジスタの２次巻線に得られた出力交流電圧を整流平滑して直流電圧を出力させ、かつ前記スイッチング素子のスイッチングを前記電圧変換トランジスタの補助巻線に発生する電圧により制御するスイッチング電源回路の制御方法において、
前記電圧変換トランスの補助巻線に発生するスイッチング電圧の周波数が所定値を超えるとき、前記スイッチング素子を可聴周波数帯域の周波数の周期より長い期間だけ間欠的に遮断させるようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、間欠動作が可聴周波数帯域より低い周波数で行われるので、耳障りな音を発することなく、軽負荷時の消費電力を軽減させることができる。しかも電圧変換トランスの１次側で負荷状態を検出するため、２次側での負荷検出回路や負荷状態を伝達するフォトカプラなどが必要なく、コスト的に有利となる利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
ＲＣＣ方式のスイッチング電源回路は、軽負荷時にスイッチング周波数が高くなるが、本発明では、このとき可聴周波数帯域より低い周波数で間欠動作を行って、耳障りなノイズの発生を伴うことなく消費電力の低減を図る。また、その間欠動作は電圧変換トランスの１次側でのみ処理して行う。以下、詳しく説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は本発明の実施例のスイッチング電源回路を示す機能ブロック図である。図１において、１は入力交流電圧を整流する整流回路、２はスイッチング制御回路、Ｃ１，Ｃ２はコンデンサ、Ｒ１は起動抵抗、Ｑ１はスイッチングトランジスタ、Ｄ１は整流ダイオードである。３は電圧変換トランスで、Ｎｐは一次側巻線、Ｎｓは二次側巻線、Ｎｂは補助巻線である。整流回路１とコンデンサＣ１は第１の整流平滑回路を構成し、ダイオードＤ１とコンデンサＣ２は第２の整流平滑回路を構成する。４は補助巻線Ｎｂに発生する電圧を半波整流する半波整流回路、５はこの半波整流回路４での整流により得られたパルスの周波数を検出する周波数検出回路、６はこの周波数検出回路５が検出した周波数が所定値を超えるとき待機パルスを発生してスイッチング制御回路２を制御するパルス発生回路である。
【００１５】
さて、入力交流電圧は、第１の整流平滑回路において整流平滑され、起動抵抗Ｒ１へ供給される。この起動抵抗Ｒ１によりスイッチングトランジスタＱ１のゲートがバイアスされてそのトランジスタＱ１が導通状態になると、電圧変換トランス３の１次巻線Ｎｐに電流が流れ、同時に補助巻線Ｎｂに電圧が発生する。２次巻線Ｎｓにも電圧が発生するが、ダイオードＤ１が逆向きであるため、出力側に電流は流れない。
【００１６】
補助巻線Ｎｂに電圧が発生すると、スイッチング制御回路２が動作してトランジスタＱ１を遮断させる。トランジスタＱ１が遮断すると、電圧変換トランス３は１次巻線Ｎｐに蓄積されたエネルギーを保つように２次巻線Ｎｓにも巻き始め（黒丸印側）から巻き終わりの方向に電流が流れ、ダイオードＤ１が導通し、その電流がコンデンサＣ２で平滑され、出力電圧Ｖｏとなる。電圧変換トランス３に蓄積されていたエネルギーが全て２次側に移されると、ダイオードＤ１を流れる電流がゼロになり、ダイオードＤ１が遮断する。その後は再度トランジスタＱ１がバイアスされて急速に導通状態となり、以後はこれらの動作を繰り返すことでスイッチング動作が行われる。
【００１７】
１次巻線Ｎｐに流れる電流Ｉｐは、１次巻線Ｎｐにかかる電圧をＶｉ、１次巻線ＮｐのインダクタンスをＬｐ、スイッチングトランジスタＱ１の導通時間をＴｏｎとすると、
Ｉｐ＝Ｖｉ×Ｔｏｎ／Ｌｐ               (1)
となる。電圧変換トランス３に蓄えられるエネルギーＥは
Ｅ＝1/2×Ｌｐ×Ｉｐ2                    (2)
であり、その電力Ｐはスイッチング周波数をｆとすると、
Ｐ＝1/2×Ｌｐ×Ｉｐ2・ｆ                (3)
となる。２次側の出力電圧をＶｏ，出力電流をＩｏとすると、出力電力はＶｏ×Ｉｏであるので、
Ｖｏ×Ｉｏ＝Ｐ＝1/2×Ｌｐ×Ｉｐ2×ｆ    (4)
となる。トランジスタＱ１の導通時間と遮断時間が等しいと仮定すると、
Ｔｏｎ＝１／（２ｆ）                    (5)
となる。これらの関係からｆを求めると
ｆ＝Ｖｉ2／（８×Ｌｐ×Ｖｏ×Ｉｏ）       (6)
となり、入力電圧Ｖｉと出力電圧Ｖｏが一定の場合、スイッチング周波数ｆは出力電流Ｉｏと反比例の関係である事が判る。よって出力電流Ｉｏが小さい軽負荷時は、スイッチング周波数ｆが高くなる。
【００１８】
そのスイッチング周波数ｆは、補助巻線Ｎｂに発生する電圧波形を半波整流回路４にて半波整流して周波数検出回路５に取り込むことで検出する。予め決めた周波数（軽負荷に相当する周波数）を超える周波数が検出されたときには、パルス発生回路６にてパルス幅が５０ｍｓ以上の待機パルスを発生させ、スイッチング制御回路２に入力させる。スイッチング制御回路２は、その待機パルスが発生している間はスイッチングトランジスタＱ１のゲートを低電圧レベルに保ち、スイッチングを停止させる。待機パルスが消滅すると、スイッチング電源回路は通常動作に戻るが、その際にも軽負荷が継続していれば、スイッチング周波数ｆは上昇するので、再びその周波数ｆがスイッチング周波数検出回路５で検出され、パルス発生回路６により待機パルスが発生し、スイッチングは停止する。
【００１９】
以上の結果、スイッチング周波数が高い軽負荷時には、スイッチングトランジスタＱ１は間欠的にスイッチング動作を行うことになるので、トランジスタＱ１等の損失を抑えることができ、消費電力を軽減させることが出来る。また、その間欠動作の周波数は待機パルスが５０ｍｓであることから２０Ｈｚ以下となり、可聴周波数帯域（２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚ）より低いので、耳障りな音が発生することもない。
【実施例２】
【００２０】
図２は本発明の実施例２のスイッチング電源回路を示す機能ブロック図である。ここでは、図１のスイッチング電源回路に対し、起動抵抗Ｒ１に直列にスイッチＳ１を挿入し、そのスイッチＳ１をパルス発生回路６で発生する待機パルスによりオフ制御するようにしている。
【００２１】
実施例２では、パルス発生回路６によって待機パルスが発生している間は、スイッチング制御回路２にてトランジスタＱ１のゲートが低電圧レベルに制御されてスイッチングが停止しスイッチング損失が抑えられるとともに、スイッチＳ１がオフして起動抵抗Ｒ１を経由してスイッチング制御回路２に電流が流れない。これにより、さらに消費電力を軽減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施例１のスイッチング電源回路の機能ブロック図である。
【図２】本発明の実施例２のスイッチング電源回路の機能ブロック図である。
【図３】従来のスイッチング電源回路の機能ブロック図である。
【図４】従来の別のスイッチング電源回路の機能ブロック図である。
【符号の説明】
【００２３】
１：整流回路、２：スイッチング制御回路、３：電圧変換トランス、４：半波整流回路、５：スイッチング周波数検出回路、６：パルス発生回路、７：負荷検出回路、８：パルス発生回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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