(57)【要約】  【課題】  負荷の特性に応じてきめ細かな制御を行うスイッチング電源回路を提供する。  【解決手段】  このスイッチング電源回路は、トランス２０と、トランスの１次側でスイッチング動作を行うスイッチング素子３０と、１次側電流検出回路４０と、トランスの２次側巻線に発生する電圧を整流して２次側電圧を生成する回路素子５１、５２と、２次側電圧検出回路６０と、２次側電圧及び／又は２次側電流の値をそれぞれのしきい値と比較することにより２次側の状態を検出する２次側状態検出回路９０と、１次側電流が設定範囲内のときに２次側電圧が一定となるように駆動信号におけるパルス幅を設定し、１次側電流が設定範囲を超えたときに駆動信号におけるパルス幅を維持し、１次側電流がさらに増加したときに２次側状態検出回路の検出結果に基づいてスイッチング動作を停止させる１次側制御回路７０とを具備する。【選択図】  図１
2006304445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次側巻線及び２次側巻線を有するトランスと、
前記トランスの１次側巻線に直列に接続され、パルス状の駆動信号に従ってスイッチング動作を行うことにより前記トランスの１次側巻線に電流を流すスイッチング素子と、
前記トランスの１次側巻線に流れる１次側電流を検出する１次側電流検出回路と、
前記トランスの２次側巻線に発生する電圧を整流して２次側電圧を生成する複数の回路素子と、
前記複数の回路素子によって整流された２次側電圧を検出する２次側電圧検出回路と、
２次側電圧及び／又は２次側電流の値をそれぞれのしきい値と比較することにより２次側の状態を検出する２次側状態検出回路と、
前記１次側電流検出回路によって検出される１次側電流が設定範囲内であるときに、前記２次側電圧検出回路によって検出される２次側電圧が一定となるように前記駆動信号におけるパルス幅を設定し、前記１次側電流検出回路によって検出される１次側電流が設定範囲を超えたときに、前記駆動信号におけるパルス幅を維持し、１次側電流がさらに増加したときに、前記２次側状態検出回路の検出結果に基づいて前記スイッチング素子のスイッチング動作を停止させる１次側制御回路と、
を具備するスイッチング電源回路。
【請求項２】
前記２次側状態検出回路が、
２次側電流の値を第１のしきい値と比較し、２次側電流の値が第１のしきい値よりも大きいときに出力信号を活性化する第１の比較回路と、
２次側電圧の値を第２のしきい値と比較し、２次側電圧の値が第２のしきい値よりも小さいときに出力信号を活性化する第２の比較回路と、
前記第１の比較回路の出力信号を積分して第３のしきい値と比較し、前記第１の比較回路の出力信号が活性化されてから所定の時間が経過したときに出力信号を活性化するタイマ回路と、
前記第１の比較回路及び／又は前記タイマ回路の出力信号と前記第２の比較回路の出力信号とに基づいて論理演算を行う論理回路と、
前記論理回路の演算結果に基づいて、前記スイッチング素子のスイッチング動作を停止させるための光信号を発生して前記１次側制御回路に出力する光信号発生回路と、
を含む、請求項１記載のスイッチング電源回路。
【請求項３】
前記論理回路が、前記タイマ回路の出力信号が活性化され、かつ、前記第２の比較回路の出力信号が活性化されたときに、前記光信号発生回路に前記スイッチング素子のスイッチング動作を停止させるための光信号を発生させる、請求項２記載のスイッチング電源回路。
【請求項４】
前記１次側制御回路が、
前記２次側電圧検出回路の検出結果に基づいて設定電圧を生成する設定電圧生成回路と、
前記２次側状態検出回路から出力される光信号に基づいてスイッチング停止信号を生成する光電変換回路と、
前記設定電圧生成回路によって生成される設定電圧に基づいて前記駆動信号におけるパルス幅を変調すると共に、前記光電変換回路によって生成されるスイッチング停止信号に従って前記スイッチング素子のスイッチング動作を停止させるパルス幅制御回路と、
前記１次側電流検出回路によって検出される１次側電流が設定範囲を超えたときに、前記パルス幅制御回路から出力される駆動信号に基づいて、パルス幅が制限された駆動信号を前記スイッチング素子に供給する駆動回路と、
を含む、請求項２又は３記載のスイッチング電源回路。
【請求項５】
前記１次側制御回路が、前記１次側電流検出回路の検出結果、前記２次側電圧検出回路の検出結果、及び、前記２次側状態検出回路の検出結果に基づいて、前記駆動信号におけるパルス幅を設定するディジタル信号処理回路を含む、請求項１記載のスイッチング電源回路。
【請求項６】
前記１次側制御回路が、前記１次側電流検出回路の検出結果、前記２次側電圧検出回路の検出結果、及び、前記２次側状態検出回路の検出結果に基づいて前記駆動信号におけるパルス幅を設定する際に用いられる設定情報を格納する格納部を含む、請求項５記載のスイッチング電源回路。
【請求項７】
前記設定情報が、前記トランスの１次側巻線に流れる１次側電流のしきい値を表す情報、２次側電流のしきい値を表す情報、２次側電流がしきい値を超えたときの許容時間を表す情報、及び／又は、２次側電圧のしきい値を表す情報を含む、請求項６記載のスイッチング電源回路。
【請求項８】
前記ディジタル信号処理回路が、前記１次側電流検出回路の検出結果、前記２次側電圧検出回路の検出結果、及び、前記２次側状態検出回路の検出結果に基づいて前記設定情報を更新する、請求項６又は７のいずれか１項記載のスイッチング電源回路。
【請求項９】
前記格納部が、複数の設定情報を格納しており、
前記ディジタル信号処理回路が、外部から供給される制御信号に従って前記複数の設定情報の中から少なくとも１つの設定情報を選択し、選択された設定情報を用いて前記駆動信号におけるパルス幅を設定する、請求項６〜８のいずれか１項記載のスイッチング電源回路。
【請求項１０】
前記トランスが、第２の２次側巻線を有しており、
前記トランスの第２の２次側巻線に発生する電圧を整流して第２の２次側電圧を生成する第２群の回路素子と、
前記第２群の回路素子によって整流された第２の２次側電圧が低下した場合に、第２の２次側電圧の低下相当分の昇圧を行う昇圧チョッパと、
をさらに具備する、請求項１〜９のいずれか１項記載のスイッチング電源回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、インパクトプリンタ等の電子機器において用いられる電源回路に関し、特に、スイッチング動作によって昇圧又は降圧を行うスイッチング電源回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年においては、電子機器の小型軽量化に伴い、小型軽量で効率良く電力を取り出すことのできるスイッチング電源が広く使用されている。特に、インパクトプリンタにおいては、印字ヘッドを駆動するソレノイドがインダクタンス負荷として電流駆動されるので、インパクトプリンタにおいて用いられるスイッチング電源には、このような負荷の特性を考慮した保護回路を設けることが望ましい。
【０００３】
一般に、スイッチング電源の出力電流−出力電圧特性として、出力電流が所定値に達したときに出力電圧を垂直に垂下させる垂直垂下型の特性や、出力電流が所定値に達したときに出力電圧及び出力電流を低下させる「フ」の字型の特性が知られている。しかしながら、出力電流が定格値に達するまで出力電圧を一定に維持するためには、定格電流の大きい高価なスイッチング素子が必要となる。また、このような出力特性を有するスイッチング電源をインパクトプリンタに用いた場合には、スイッチング電源が過負荷状態になると、１キャラクタ（文字）又は１文字列の途中で印字が停止してしまうので適切ではない。
【０００４】
そこで、本出願人の前身は、立ち上がり時及びデッドショート時の出力容量を低減し、スイッチング素子等の低価格化及び安全性の向上を図るために、出力電流、出力電圧の特性として二段階の垂下特性を得ることができ、また、過電流動作時の出力容量を低下させて各素子の損傷、破壊を軽減することができる絶縁型過電流保護回路を提案した（下記特許文献１参照）。この絶縁型過電流保護回路は、ＰＷＭ制御方式の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータにおける過電流保護回路において、コンバータの１次側定電力垂下型過電流検出回路を構成するコンパレータの基準電圧側分圧抵抗と並列に、２次側との結合素子とこれに直列な抵抗を接続し、２次側には、垂下型出力電圧の設定値検出手段を設け、出力電圧が設定電圧以下になったときに、１次側の結合素子と設定値検出手段間を結合して、過電流検出回路の過電流検出点を変更させることにより、二段階垂下特性を付与するようにしたことを特徴とする。
【０００５】
インパクトプリンタにおいて印字ヘッドを駆動するソレノイドは、電流によって駆動されるので、電圧が多少低下しても動作が可能である。従って、上記のような折れ線状の出力電流−出力電圧特性を有するスイッチング電源を用いれば、スイッチング電源の出力電圧が多少低下しても、印字動作を継続することができる。しかしながら、さらに、負荷の特性に応じてきめ細かな制御を行うことが要望されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１６３７３０号公報（第２、３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、出力電流が設定範囲内である場合には、定電圧を出力するようにフィードバック制御を行うと共に、出力電流が設定範囲を超えた場合には、負荷の特性に応じてきめ細かな制御を行うスイッチング電源回路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】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明に係るスイッチング電源回路は、１次側巻線及び２次側巻線を有するトランスと、トランスの１次側巻線に直列に接続され、パルス状の駆動信号に従ってスイッチング動作を行うことによりトランスの１次側巻線に電流を流すスイッチング素子と、トランスの１次側巻線に流れる１次側電流を検出する１次側電流検出回路と、トランスの２次側巻線に発生する電圧を整流して２次側電圧を生成する複数の回路素子と、複数の回路素子によって整流された２次側電圧を検出する２次側電圧検出回路と、２次側電圧及び／又は２次側電流の値をそれぞれのしきい値と比較することにより２次側の状態を検出する２次側状態検出回路と、１次側電流検出回路によって検出される１次側電流が設定範囲内であるときに、２次側電圧検出回路によって検出される２次側電圧が一定となるように駆動信号におけるパルス幅を設定し、１次側電流検出回路によって検出される１次側電流が設定範囲を超えたときに、駆動信号におけるパルス幅を維持し、１次側電流がさらに増加したときに、２次側状態検出回路の検出結果に基づいてスイッチング素子のスイッチング動作を停止させる１次側制御回路とを具備する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、出力電流が設定範囲内である場合には、定電圧を出力するようにフィードバック制御を行うと共に、出力電流が設定範囲を超えた場合には、負荷の特性に応じて設定された各種のしきい値に基づいて、きめ細かな制御を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るスイッチング電源回路の構成を示す図である。このスイッチング電源回路は、交流電圧の入力端子１及び２に接続された整流平滑回路１０と、１次側の交流電圧を昇圧又は降圧して２次側に出力するトランス２０と、トランスの１次側巻線２１に直列に接続され、パルス状の駆動信号に従ってトランスの１次側巻線に電流を流すスイッチング素子３０と、トランス２０の１次側巻線に流れる電流を検出する１次側電流検出回路４０とを有している。
【００１１】
さらに、このスイッチング電源回路は、トランスの２次側巻線２２に発生する電圧を半波整流するダイオード５１及び整流された電圧を平滑するコンデンサ５２と、コンデンサ５２の両端における整流及び平滑された電圧を検出する２次側電圧検出回路６０と、２次側における出力電流の状態や低電圧状態を検出する２次側状態検出回路９０と、１次側電流検出回路４０の検出結果、２次側電圧検出回路６０の検出結果、及び、２次側状態検出回路９０の検出結果に基づいて駆動信号におけるパルス幅を設定することにより、トランスの１次側巻線２１に流れる電流を制御する１次側制御回路７０とを有している。
【００１２】
整流平滑回路１０は、例えば、ダイオードブリッジとコンデンサとを含んでおり、入力端子１と入力端子２との間に印加される交流電圧をダイオードブリッジによって全波整流し、コンデンサによって平滑する。
【００１３】
トランス２０は、磁性体のコア２４と、コア２４に回巻された１次側巻線２１、２次側巻線２２、並びに、２次側の状態をトランス結合を通じて検知したり内部電源を生成するための補助巻線２３とを有している。図１は、補助巻線２３が１次側制御回路７０に電源電圧を供給するために使用される例を示している。なお、１次側巻線２１の巻数をＮ１とし、２次側巻線２２の巻数をＮ２とすると、損失がないとした場合に、１次側と２次側との間の昇圧比は、Ｎ２／Ｎ１となる。また、トランス２０に付されたドットの記号は、巻線の極性を示している。
【００１４】
一般に、スイッチング電源において、トランスの１次側から２次側への電力伝達方式としては、スイッチング素子がオンした時に１次側から２次側に電力を伝達するフォワード方式と、スイッチング素子がオフした時に１次側から２次側に電力を伝達するフライバック方式とがある。本実施形態においては、フライバック方式を例にとって説明する。
【００１５】
図１に示すようなフライバック型のスイッチング電源においては、トランスの１次側巻線２１と２次側巻線２２とが逆極性の関係となっており、スイッチング素子がオンしている間は、トランス２０の１次側電流は増加するが、トランス２０の２次側においてはダイオードで逆バイアスされているので２次側電流は流れない。トランス２０は、スイッチング素子がオンしている時に、コア２４にエネルギーを蓄える。
【００１６】
次に、スイッチング素子がオフすると、磁場が電流を維持しようとするので、トランス２０の電圧極性が反転して、トランス２０の２次側において電流が流れる。トランス２０の２次側電流は、直列接続されたダイオード５１を介してコンデンサ５２に充電されることにより、出力端子３と出力端子４との間に直流出力電圧を発生させる。
【００１７】
２次側電圧検出回路６０の検出結果、及び、２次側状態検出回路９０の検出結果は、光信号として１次側制御回路７０に伝送される。これにより、トランス２０の１次側と２次側との間でアイソレーションを保ちながら、２次側における検出結果を１次側に伝送することができる。
【００１８】
図２は、図１に示すスイッチング素子、１次側電流検出回路、及び、１次側制御回路の構成を詳しく示す図である。
本実施形態においては、図１に示すスイッチング素子３０として、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１が用いられる。ＭＯＳＦＥＴ３１は、トランスの１次側巻線２１に接続されたドレインと、抵抗４１を介して整流平滑回路１０に接続されたソースと、駆動信号が印加されるゲートとを有している。
【００１９】
トランスの１次側巻線２１とＭＯＳＦＥＴ３１のドレイン・ソース経路とは直列に接続され、整流平滑回路１０において交流電圧を整流及び平滑することにより得られた電圧が、これらの直列回路に供給される。ＭＯＳＦＥＴ３１は、ゲートに印加されるパルス状の駆動信号に従って、トランスの１次側巻線２１に電流を流す。
【００２０】
また、本実施形態においては、図１に示す１次側電流検出回路４０として、抵抗４１が用いられる。この抵抗４１の両端に発生する電圧を測定すれば、トランスの１次側巻線２１に流れる電流に比例した値を求めることができる。
【００２１】
１次側制御回路７０は、２次側電圧検出回路６０からの光信号に基づいて設定電圧を生成する設定電圧生成回路７１と、２次側状態検出回路９０からの光信号を電気信号（スイッチング停止信号）に変換する光電変換回路７２と、駆動信号におけるパルス幅を変調するＰＷＭ（pulse width modulation）制御回路７３と、抵抗４１の両端電圧を参照電位ＶＲＥＦ１と比較することにより比較信号を生成する比較器７５と、比較信号に基づいて駆動信号におけるパルス幅を制限するためのデッドバンド設定信号を出力するデッドバンド設定回路７６と、駆動信号及びデッドバンド設定信号に基づいてＭＯＳＦＥＴ３１のゲートを駆動するゲートドライバ７９とを含んでいる。
【００２２】
図３は、図１に示す２次側電圧検出回路と図２に示す設定電圧生成回路の構成例を示す回路図である。この例において、２次側電圧検出回路６０は、コンデンサ５２の両端間に接続された抵抗６１と発光ダイオード６２とシャントレギュレータ６３との直列接続回路と、コンデンサ５２の両端間に発生する電圧を分圧するための抵抗６４及び６５とを有している。抵抗６４及び６５によって分圧された電圧は、シャントレギュレータ６３に印加される。これにより、２次側電圧が所定の電圧を超えると発光ダイオード６２に電流が流れるようになっており、発光ダイオード６２が電流の大きさに応じた強度で発光して光信号を生成する。
【００２３】
設定電圧生成回路７１は、トランスの補助巻線２３に発生する電圧を整流するダイオード８１と、ダイオード８１によって整流された電圧を平滑するコンデンサ８２と、コンデンサ８２によって平滑された電源電位ＶＣＣ１がコレクタに印加されるフォトトランジスタ８３と、抵抗８４〜８６と、オペアンプ８７とを有している。
【００２４】
フォトトランジスタ８３は、発光ダイオード６２によって生成された光信号を受けて、その強度に応じた信号をエミッタから出力する。フォトトランジスタ８３のエミッタから出力された信号は、抵抗８４及び８５によって分圧され、オペアンプ８７に入力される。
【００２５】
オペアンプ８７の非反転入力端子には制御電圧ＶＣが印加され、反転入力端子には負帰還用の抵抗８６が接続されており、これらに基づいて設定電圧が出力される。２次側の負荷が軽い状態においては、２次側の電圧が上昇するので設定電圧が下降し、２次側の負荷が重い状態においては、２次側の電圧が下降するので設定電圧が上昇する。
【００２６】
図４は、図１に示す光電変換回路の構成例を示す回路図である。この例においては、光電変換回路７２が、高電位側の電源電位（ここでは、ＶＣＣ１）がコレクタに印加されるフォトトランジスタ１４１と、フォトトランジスタ１４１のエミッタと低電位側の電源電位（ここでは、ＶＥＥ１）との間に接続された抵抗１４２とを有している。フォトトランジスタ１４１は、２次側状態検出回路９０から光信号を受けて、それに従って、スイッチング停止信号を活性化してエミッタからＰＷＭ制御回路７３に出力する。
【００２７】
再び図２を参照すると、比較器７５の非反転入力端子には、１次側電流検出回路４０から出力される検出電位が入力され、反転入力端子には、設定された参照電位ＶＲＥＦ１が入力される。比較器７５は、１次側電流検出回路４０から出力される検出電位と参照電位ＶＲＥＦ１とを比較して、比較結果を表す比較信号を生成する。
【００２８】
１次側巻線２１に流れる電流が、参照電位ＶＲＥＦ１によって設定された範囲内である場合には、比較器７５の出力信号がローレベルとなり、デッドバンド設定回路７６は、ＰＷＭ制御回路７３から出力される駆動信号のパルス幅を制限しないので、ゲートドライバ７９は、ＰＷＭ制御回路７３から出力される駆動信号に従ってＭＯＳＦＥＴ３１を駆動する。これにより、２次側電圧検出回路６０によって検出された２次側電圧が１次側にフィードバックされて定電圧安定化動作が行われ、出力端子３及び４から定電圧が出力される。
【００２９】
一方、１次側巻線２１に流れる電流が設定範囲を超えた場合には、比較器７５の出力信号がハイレベルとなり、デッドバンド設定回路７６は、ＰＷＭ制御回路７３が出力する駆動信号におけるパルス幅を制限するためのデッドバンド設定信号を出力して、ゲートドライバ７９は、デッドバンド設定信号によってパルス幅が制限された駆動信号をＭＯＳＦＥＴ３１のゲートに供給する。
【００３０】
一例として、ゲートドライバ７９は、ＡＮＤ回路によって構成され、ＰＷＭ制御回路７３から出力されるパルス信号とデッドバンド設定回路７６から出力されるデッドバンド設定信号との論理積を表す駆動信号を生成する。これにより、出力電流が設定範囲を超えると、ＭＯＳＦＥＴ３１のゲートに供給される駆動信号のパルス幅が制限されるので、出力電流が大きくなるにつれて、出力端子３及び４から出力される電圧が低下する。
【００３１】
図５は、図１に示す２次側状態検出回路の構成例を示す回路図である。２次側状態検出回路９０は、出力電流がさらに増加して、出力端子３及び４から出力される電流が、設定されたしきい値を超えたり、出力端子３及び４から出力される電圧が、設定されたしきい値よりも低下した場合に、スイッチング電源回路の動作を停止させるために設けられている。
【００３２】
この例においては、２次側状態検出回路９０が、トランスの２次側巻線２２に接続される２次側電流検出回路１００と、タイマ回路１１０と、２次側低電圧検出回路１２０と、光信号発生回路１３０とを含んでいる。２次側電流検出回路１００は、抵抗１０１〜１０３及び比較器１０４を有している。抵抗１０１は、２次側出力回路に直列に挿入されており、抵抗１０１の両端間に発生する電圧は、出力電流に伴って上昇する。
【００３３】
抵抗１０１の一端（図中左側）と高電位側の電源電位（ここでは、ＶＣＣ２）との間には、抵抗１０２及び１０３が直列に接続されている。これらの抵抗１０２及び１０３によって抵抗１０１の一端の電位と電源電位ＶＣＣ２との間で分圧した電位が、比較器１０４の非反転入力端子に供給される。比較器１０４の反転入力端子には、設定された参照電位ＶＲＥＦ２が供給されている。
【００３４】
出力電流が小さい場合には、比較器１０４の非反転入力端子に供給される電位が参照電位ＶＲＥＦ２より低くなり、比較器１０４の出力はローレベルとなる。一方、出力電流が所定のしきい値を超えた場合には、比較器１０４の非反転入力端子に供給される電位が参照電位ＶＲＥＦ２よりも高くなり、比較器１０４の出力はハイレベルとなる。ここで、出力電流のしきい値は、抵抗１０１〜１０３の抵抗値、及び、参照電位ＶＲＥＦ２によって定まる。
【００３５】
タイマ回路１１０は、抵抗１１１、コンデンサ１１２、及び、比較器１１３を有している。抵抗１１１及びコンデンサ１１２は、ＣＲ積分回路を構成しており、比較器１１３の非反転入力端子に接続されている。比較器１１３の反転入力端子には、設定された参照電位ＶＲＥＦ３が供給されている。
【００３６】
２次側電流検出回路１００内の比較器１０４の出力がローレベル（ＶＥＥ２）の間、コンデンサ１１２はディスチャージされており、比較器１１３の出力はローレベルとなる。一方、２次側電流検出回路１００内の比較器１０４の出力がローレベルからハイレベルに変化すると、比較器１１３の非反転入力端子の電位は、指数関数に従って上昇する。そして、所定の時間経過後に、比較器１１３の非反転入力端子の電位が参照電位ＶＲＥＦ３を超えると、比較器１１３の出力はハイレベルに変化する。
【００３７】
ここで、比較器１１３の非反転入力端子の電位が反転入力端子の電位を超えるまでの時間は、時定数ＣＲ、及び、参照電位ＶＲＥＦ３によって定まる。負荷装置がインパクトプリンタである場合に、この時間を１文字（キャラクタ）又は１文字列の印字を終了させることができる時間以上としておけば良い。インパクトプリンタは、１キャラクタ（文字）を、例えば、２４行×２４列のドットで表現する。これらのドットは、２４行×２４列のマトリクス状に配列されたヘッドの各々をソレノイドで駆動することにより印字される。
【００３８】
２次側低電圧検出回路１２０は、出力電圧を分圧するように直列に接続された抵抗１２１及び１２２と、比較器１２３とを有している。抵抗１２１及び１２２によって分圧された電位は、比較器１２３の反転入力端子に供給される。比較器１２３の非反転入力端子には、設定された参照電位ＶＲＥＦ４が供給されている。
【００３９】
２次側の出力電圧が所定のしきい値より高い場合には、比較器１２３の反転入力端子の電位が参照電位ＶＲＥＦ４より高くなり、比較器１２３の出力はローレベルとなる。一方、２次側の出力電圧が所定のしきい値より低くなった場合には、比較器１２３の反転入力端子の電位が参照電位ＶＲＥＦ４より低くなり、比較器１２３の出力はハイレベルとなる。ここで、２次側の出力電圧のしきい値は、抵抗１２１〜１２２の抵抗値、及び、参照電位ＶＲＥＦ４によって定まる。
【００４０】
光信号発生回路１３０は、高電位側の電源電位（ここでは、ＶＣＣ２）と低電位側の電源電位（ここでは、ＶＥＥ２）との間に直列に接続された抵抗１３１、発光ダイオード１３２、ＮＰＮバイポーラトランジスタ１３３、及び、論理回路１３４を有している。論理回路１３４は、２次側電流検出回路１００の出力信号、タイマ回路１１０の出力信号、及び、２次側低電圧検出回路１２０の出力信号に基づいて論理演算を行い、その論理演算の結果に従って、トランジスタ１３３のベースに信号を出力する。
【００４１】
ここで、論理回路１３４が行う論理演算の内容を様々に設定することにより、２次側電流検出回路１００の出力信号、タイマ回路１１０の出力信号、及び、２次側低電圧検出回路１２０の出力信号に基づいた様々なアルゴリズムに従って、２次側出力電流が設定値を超えたり、２次側出力電圧が設定値よりも低下した場合に、スイッチング電源回路の動作を停止させることが可能である。
【００４２】
トランジスタ１３３は、論理回路１３４の出力がハイレベルの場合にオン状態となり、論理回路１３４の出力がローレベルの場合にオフ状態となる。トランジスタ１３３がオン状態の場合には、発光ダイオード１３２が発光し、トランジスタ１３３がオフ状態の場合には、発光ダイオード１３２は発光しない。
【００４３】
図２に示す光電変換回路７２は、発光ダイオード１３２から出力される光信号を電気信号（スイッチング停止信号）に変換する。また、ＰＷＭ制御回路７３は、設定電圧に基づいて駆動信号におけるパルス幅を変調すると共に、スイッチング停止信号に従ってスイッチング素子３０のスイッチング動作を停止させる。
【００４４】
次に、図１に示すスイッチング電源回路の動作について、図１〜図６を参照しながら説明する。図６は、図１に示すスイッチング電源回路の２次側出力電流−２次側出力電圧特性の例を示す図である。
【００４５】
軽負荷状態のとき、１次側制御回路７０は、２次側電圧検出回路６０の検出結果に基づいて、２次側出力電圧が一定となるようにスイッチング素子３０を制御する。２次側出力電流が１次側電流と共に増加して行き（図６中の矢印ア）、１次側電流が所定のしきい値（図２中の参照電位ＶＲＥＦ１によって定まる）を超えると、１次側制御回路７０内のゲートドライバ７９は、デッドバンド設定回路７６が出力するデッドバンド設定信号により駆動信号におけるパルス幅をこれ以上広げることができなくなる。その結果、２次側出力電圧を維持することが不可能となる（図６中のＡ点）。
【００４６】
その後、負荷回路（例えば、インパクトプリンタ内のソレノイド）のインピーダンス状態によって２次側出力電流が増加して行くと、２次側出力電圧は徐々に低下して行く（図６中の矢印イ）。なお、２次側出力電圧が低下しても、２次側出力電流が所定のしきい値（図５中の参照電位ＶＲＥＦ２によって定まる）を超えておらず、且つ、２次側出力電圧が所定のしきい値（図５中の参照電位ＶＲＥＦ４によって定まる）よりも低くならなければ、２次側出力電流を維持することができるので、スイッチング電源回路は、正常動作範囲内であると考えることができる。
【００４７】
さらに２次側出力電流が増加して、設定されたしきい値を超えると、２次側電流検出回路１００内の比較器１０４の出力がハイレベルとなる。比較器１０４の出力がハイレベルになると、タイマ回路１１０内のＣＲ積分回路の電位が上昇を開始する。この状態においては、スイッチング電源回路は、正常動作範囲内ではないが、許容動作範囲内であると考えることができる。
【００４８】
タイマ回路１１０内のＣＲ積分回路の電位が上昇を開始してから所定の時間（時定数ＣＲ、及び、図５中の参照電位ＶＲＥＦ３によって定まる）が経過すると、タイマ回路１１０内の比較器１１３の出力がハイレベルになる。なお、タイマ回路１１０内のＣＲ積分回路の電位が上昇を開始してから所定の時間が経過する前に２次側出力電流が所定のしきい値以下に戻れば、即ち、スイッチング電源回路が正常動作範囲内に戻れば、タイマ回路１１０の出力はハイレベルにならない。
【００４９】
また、２次側出力電圧が低下して、設定されたしきい値（図５中の参照電位ＶＲＥＦ４によって定まる）よりも低くなると（図６中のＢ点）、２次側低電圧検出回路１２０内の比較器１２３の出力がハイレベルとなる。
【００５０】
光信号発生回路１３０内の論理回路１３４は、タイマ回路１１０の出力信号と２次側低電圧検出回路１２の出力信号との論理積を求めても良いし、論理和を求めても良い。あるいは、論理回路１３４は、２次側電流検出回路１００の出力信号と２次側低電圧検出回路１２の出力信号との論理積を求めても良いし、論理和を求めても良い。本実施形態においては、論理回路１３４としてＡＮＤ回路を用いることにより、論理回路１３４が、タイマ回路１１０の出力信号と２次側低電圧検出回路１２の出力信号との論理積を求めている。
【００５１】
論理回路１３４の出力がハイレベルになると、スイッチング動作を停止させるための光信号が図２に示す１次側制御回路７０に出力され、１次側制御回路７０内のＰＷＭ制御回路７３は、ＭＯＳＦＥＴ３１のスイッチング動作を停止させる。例えば、ＰＷＭ制御回路７３は、デューティが０％となるように、駆動信号におけるパルス幅を設定する。これにより、ＭＯＳＦＥＴ３１がオフ状態となって１次側巻線２１に流れる電流が遮断され、スイッチング電源回路内の各素子の破壊を防止することができる。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態に係るスイッチング電源回路によれば、１次側電流が設定値に達するまでは２次側出力電圧が一定となるように制御し、１次側電流が設定値を超えた後は２次側出力電圧を一定とする定電圧安定化動作を停止する。さらに１次側電流が増加して、２次側出力電流が所定のしきい値を超えて設定時間が経過し、且つ、２次側出力電圧が所定のしきい値を下回って低電圧になると、１次側巻線に流れる電流が遮断され、スイッチング電源回路内の各素子の破壊を防止することができる。これにより、負荷装置がインパクトプリンタである場合に、スイッチング電源回路が過負荷状態となっても、１キャラクタ（文字）又は１文字列の印字を終了させてしまうことが可能である。
【００５３】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図７は、本発明の第２の実施形態に係るスイッチング電源回路の構成を示す図である。このスイッチング電源回路は、先に説明した第１の実施形態に係るスイッチング電源回路におけるトランス２０が第２の２次側巻線２５を有するようにしたものである。
【００５４】
第２の２次側巻線２５に流れる第２の２次側電流は、直列接続されたダイオード５５を介してコンデンサ５６に充電され、昇圧チョッパ５７によって昇圧されることにより、出力端子５と出力端子６との間に第２の直流出力電圧を発生させる。なお、昇圧チョッパ５７は、昇圧比を可変とすることができるものである。
【００５５】
このように、複数の出力を有するスイッチング電源回路は、例えば、インパクトプリンタに使用される。インパクトプリンタに使用される場合、第１の２次側出力電圧を４０Ｖとしてソレノイド駆動用とし、第２の２次側出力電圧を５Ｖとして制御回路駆動用とすることが考えられる。
【００５６】
図７に示すスイッチング電源回路においては、第１の２次側電圧はフィードバック制御されているが、第２の２次側電圧はフィードバック制御されておらず、第２の２次側巻線２５に生じる電圧は、第１の２次側電圧の変化に追随して変化することとなる。具体的には、第１の２次側電圧が図６に示すように折れ線状に下降すると、第２の２次側電圧も折れ線状に下降することとなる。ここで、図６中のＡ点における第１の２次側出力電圧が４０Ｖであり、第２の２次側巻線２５に生じる電圧が５Ｖであり、図６中のＢ点における第１の２次側出力電圧が２０Ｖであるとすると、図６中のＢ点における第２の２次側巻線２５に生じる電圧は、２．５Ｖとなってしまい、インパクトプリンタの制御回路を正常に動作させることができない。
【００５７】
そこで、昇圧チョッパ５７が、第２の２次側巻線２５の電圧低下分相当の昇圧を行うようにすれば、第２の２次側出力電圧を５Ｖに維持することができ、インパクトプリンタの制御回路を正常に動作させることが可能となる。
【００５８】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図８は、本発明の第３の実施形態に係るスイッチング電源回路の構成を示す図である。このスイッチング電源回路は、先に説明した第１の実施形態に係るスイッチング電源回路における１次側制御回路７０に代えて１次側制御回路１６０を有し、２次側状態検出回路９０に代えて２次側状態検出回路１７０を有するものである。
【００５９】
図９は、図８に示す１次側制御回路の構成を詳しく示す図である。
１次側制御回路１６０は、ＤＳＰ（digital signal processor）１６１と、格納部１６２と、Ａ／Ｄコンバータ１６３、１６７〜１６９と、光電変換回路１６４〜１６６とを有している。
【００６０】
ＤＳＰ１６１は、ゲートドライバ７９を介して、パルス状の駆動信号をＭＯＳＦＥＴ３１のゲートに供給する。
格納部１６２は、ＤＳＰ１６１が実行するプログラムや、１次側電流のしきい値を表す情報、２次側電流のしきい値を表す情報、２次側電流がしきい値を超えたときの許容時間を表す情報、２次側電圧のしきい値を表す情報等の設定情報を記録している。例えば、格納部１６２として、ＥＥＰＲＯＭやフラッシュメモリ等を用いることができる。あるいは、ＤＳＰ１６１が、格納部１６２を内蔵するようにしても良い。
【００６１】
Ａ／Ｄコンバータ１６３は、１次側電流検出回路としての抵抗４１によって得られるアナログ信号をディジタル信号に変換してＤＳＰ１６１に出力する。光電変換回路１６４〜１６６は、２次側電圧検出回路６０及び２次側状態検出回路１７０からの光信号を電気信号に変換してＤＳＰ１６１に出力する。なお、光電変換回路１６４〜１６６の回路構成は、先に説明した光電変換回路７２（図４参照）と同様である。Ａ／Ｄコンバータ１６７〜１６９は、光電変換回路１６４〜１６６が出力するアナログ信号をディジタル信号に変換してＤＳＰ１６１に出力する。なお、Ａ／Ｄコンバータ１６３、１６８、１６９は、２値信号を出力すればよいので、コンパレータ等に置き換えることができる。
【００６２】
図１０は、図８に示す２次側状態検出回路の構成を詳しく示す図である。
２次側状態検出回路１７０は、２次側電流検出回路１００と、２次側低電圧検出回路１２０と、光信号発生回路１８０及び１９０とを有している。
【００６３】
光信号発生回路１８０は、高電位側の電源電位（ここでは、ＶＣＣ２）と低電位側の電源電位（ここでは、ＶＥＥ２）との間に直列に接続された抵抗１８１、発光ダイオード１８２、及び、ＮＰＮバイポーラトランジスタ１８３を有している。トランジスタ１８３のベースは、２次側低電圧検出回路１２０内の比較器１２３の出力端子に接続されている。
【００６４】
従って、トランジスタ１８３は、２次側低電圧検出回路１２０内の比較器１２３の出力がハイレベルの場合にオン状態となり、比較器１２３の出力がローレベルの場合にオフ状態となる。トランジスタ１３３がオン状態の場合には、発光ダイオード１３２が発光し、トランジスタ１３３がオフ状態の場合には、発光ダイオード１３２は発光しない。
【００６５】
光信号発生回路１９０の回路構成は、光信号発生回路１８０の回路構成と同様であり、光信号発生回路１９０は、２次側電流検出回路１００内の比較器１０４の出力がハイレベルの場合に光信号を出力し、比較器１０４の出力がローレベルの場合に光信号を出力しない。
【００６６】
図１０に示す２次側電流検出回路１００の検出結果及び２次側低電圧検出回路１２０の検出結果は、光信号として１次側制御回路１６０に伝送される。これにより、トランス２０の１次側と２次側との間でアイソレーションを保ちながら、２次側電流検出回路１００の検出結果及び２次側低電圧検出回路１２０の検出結果を１次側制御回路１６０に伝送することができる。図９に示すＤＳＰ１６１は、Ａ／Ｄコンバータ１６３及び１６７〜１６９の出力信号に基づいて、駆動信号におけるパルス幅を設定する。
【００６７】
次に、図８に示すスイッチング電源回路の動作について、図８〜図１２を参照しながら説明する。図１１は、図９に示すＤＳＰ１６１の動作を示すフローチャートであり、図１２は、図８に示すスイッチング電源回路の２次側出力電流−２次側出力電圧特性の例を示す図である。
【００６８】
まず、ＤＳＰ１６１は、Ａ／Ｄコンバータ１６７の出力値によって表される２次側出力電圧が一定となる定電圧安定化動作を行うように、駆動信号におけるパルス幅を制御する（ステップＳ１１）。ＤＳＰ１６１は、Ａ／Ｄコンバータ１６３の出力値によって表される１次側電流がしきい値を超えたか否かを判定し（ステップＳ１２）、１次側電流がしきい値を超えるまでは、定電圧安定化動作を行うように駆動信号におけるパルス幅を制御する。
【００６９】
２次側出力電流が増加して行き（図１２中の矢印ア）、Ａ／Ｄコンバータ１６３の出力値によって表される１次側電流がしきい値を超えると、ＤＳＰ１６１は、パルス幅を維持することにより、定電圧安定化動作を停止する（ステップＳ１３）。
【００７０】
これ以降、２次側出力電圧は一定とならず（図１２中のＡ点）、負荷回路（例えば、インパクトプリンタ内のソレノイド）のインピーダンス状態によって２次側出力電流が増加して行くと、２次側出力電圧は徐々に低下して行く（図１２中の矢印イ）。なお、２次側出力電圧が低下しても、２次側出力電流がしきい値を超えておらず、且つ、２次側出力電圧がしきい値よりも低下していなければ、２次側出力電流が維持されるので、スイッチング電源回路は正常動作範囲内であると考えることができる。
【００７１】
さらに１次側電流が増加すると、ＤＳＰ１６１は、２次側出力電流がしきい値を超えて所定の時間が経過したか否かを判定すると共に（ステップＳ１４）、２次側出力電圧が所定のしきい値よりも低下（図１２中の点Ｂ）したか否かを判定する（ステップＳ１５）。２次側出力電流がしきい値を超えて所定の時間が経過し、２次側出力電圧が所定のしきい値よりも低下した場合には、駆動信号を非活性化してＭＯＳＦＥＴ３１のスイッチング動作を停止させ、１次側巻線に流れる電流を遮断させる（ステップＳ１６）。なお、負荷装置がインパクトプリンタである場合には、所定の時間を、所定時間を１文字（キャラクタ）又は１文字列の印字を終了させることができる時間以上としておけば良い。
【００７２】
これにより、例えば、負荷装置がインパクトプリンタである場合に、スイッチング電源回路が過負荷状態となっても、１キャラクタ（文字）又は１文字列の印字を終了させてしまうことが可能であるとともに、スイッチング電源回路内の各素子の破壊を防止することができる。
【００７３】
ここでは、２次側出力電流が所定のしきい値を超えて所定時間が経過した後（ステップＳ１４）に、２次側出力電圧がしきい値よりも低下したか否かをチェック（ステップＳ１５）することとしているが、２次側出力電圧がしきい値よりも低下したか否かを先にチェックし、その後、２次側出力電流が所定のしきい値を超えて所定時間が経過したか否かをチェックするようにしても良い。このほか、各ステップの順序を適宜入れ換えるようにしても良い。
【００７４】
また、格納部１６２が、複数の設定情報を記録するようにし、ＤＳＰ１６１が、外部から供給される制御信号に従って、複数の設定情報の中から少なくとも１つの設定情報を選択するようにしても良い。
【００７５】
例えば、格納部１６２が、通常動作時用の設定情報に加えて、負荷装置（例えば、インパクトプリンタ等）が待機状態時における１次側電流のしきい値等を含む待機状態時用の設定情報を記録するようにし、ＤＳＰ１６１が、負荷装置が待機状態であることを表す制御信号に従って、通常動作時と待機状態時とで出力電流−出力電圧特性を変更するようにしても良い（図１２中の一点鎖線参照）。これにより、待機状態時の消費電力を低減することができる。
【００７６】
また、格納部１６２が、通常の使用環境用の設定情報に加えて、過酷な使用環境（例えば、使用場所が高温である等）時における１次側電流のしきい値等を含む過酷な使用環境用の設定情報を記録するようにし、ＤＳＰ１６１が、使用環境を表す制御信号に従って、通常動作時と過酷な環境使用時とで出力電流−出力電圧特性を変更するようにしても良い（図１２中の二点鎖線参照）。これにより、過酷な使用環境でのスイッチング電源の破壊を防止することができる。
【００７７】
あるいは、格納部１６２が、複数のＡＣ入力電圧（例えば、１００Ｖ、１１５Ｖ等）にそれぞれ応じた複数の設定情報を記録するようにし、ＤＳＰ１６１が、外部から供給されるＡＣ入力電圧を表す信号に従って複数の設定情報の中から１つの設定情報を選択するようにしても良い。これにより、ＡＣ入力電圧に適した出力電流−出力電圧特性を得ることができる。
【００７８】
負荷装置がインパクトプリンタである場合に、格納部１６２が、印字言語（例えば、日本語、英語等）やインパクトプリンタの機種にそれぞれ応じた複数の設定情報を記録するようにし、ＤＳＰ１６１が、印字言語又はインパクトプリンタの機種を表す信号に従って複数の設定情報の中から１つの設定情報を選択するようにしても良い。インパクトプリンタの負荷特性は印字言語や機種によって異なるが、これにより、印字言語や機種に適した出力電流−出力電圧特性を得ることができる。
【００７９】
さらに、ＤＳＰ１６１が、１次側電流、２次側電流、及び／又は、２次側電圧の値及び／又は変動に所定の信号処理を施して、格納部１６２に記録されている設定情報を更新するようにしても良い。これにより、負荷装置に適切な出力電流−出力電圧特性を得ることができる。例えば、負荷装置がインパクトプリンタである場合に、印字内容（線画、ベタ塗りパターン等）に応じて適切な出力電流−出力電圧特性を得ることができる。
【００８０】
なお、以上の実施形態においてはフライバック型のスイッチング電源を例にとって説明したが、本発明は、フライバック型のスイッチング電源に限られず、例えば、フォワード型や各種のブリッジ型等、様々なトポロジーに適用することができる。
【００８１】
また、以上の実施形態においては２次側状態検出回路９０がトランスの２次側巻線２２に接続される場合について説明したが、本発明は、それに限定されず、２次側状態検出回路９０がトランスの補助巻線２３に接続される構成としても良い。その場合には、負荷側と絶縁された状態で２次側の状態を検出できるので、スイッチング電源の回路構成を汎用化且つ簡易化することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明は、電子機器において用いられるスイッチング電源において利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るスイッチング電源回路の構成を示す図である。
【図２】図１に示すスイッチング素子、１次側電流検出回路、及び、１次側制御回路の構成を詳しく示す図である。
【図３】図１に示す２次側電圧検出回路と図２に示す設定電圧生成回路の構成例を示す回路図である。
【図４】図２に示す光電変換回路の構成例を示す回路図である。
【図５】図１に示す２次側状態検出回路の構成例を示す回路図である。
【図６】図１に示すスイッチング電源回路の出力電流−出力電圧特性の例を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るスイッチング電源回路の構成を示す図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係るスイッチング電源回路の構成を示す図である。
【図９】図８に示すスイッチング素子、１次側電流検出回路、及び、１次側制御回路の構成を詳しく示す図である。
【図１０】図８に示す２次側状態検出回路の構成例を示す回路図である。
【図１１】図９に示すＤＳＰの動作を示すフローチャートである。
【図１２】図８に示すスイッチング電源回路の出力電流−出力電圧特性の例を示す図である。
【符号の説明】
【００８４】
１０  整流平滑回路
２０  トランス
２１  １次側巻線
２２  ２次側巻線
２３  補助巻線
２４  コア
２５  第２の２次側巻線
３０  スイッチング素子
３１  ＭＯＳＦＥＴ
４０  １次側電流検出回路
４１  抵抗
５１、５５  ダイオード
５２、５６  コンデンサ
５７  昇圧チョッパ
６０  ２次側電圧検出回路
６１、６４、６５  抵抗
６２  発光ダイオード
６３  シャントレギュレータ
７０  １次側制御回路
７１  設定電圧生成回路
７２  光電変換回路
７３  ＰＷＭ制御回路
７５  比較器
７６  デッドバンド設定回路
７９  ゲートドライバ
８１  ダイオード
８２  コンデンサ
８３  フォトトランジスタ
８４〜８６  抵抗
８７  オペアンプ
９０  ２次側状態検出回路
１００  ２次側電流検出回路
１０１〜１０３  抵抗
１０４  比較器
１１０  タイマ回路
１１１  抵抗
１１２  コンデンサ
１１３  比較器
１２０  ２次側低電圧検出回路
１２１、１２２  抵抗
１２３  比較器
１３０  アラーム出力回路
１３１  抵抗
１３２  発光ダイオード
１３３  トランジスタ
１３４  論理回路
１４１  フォトトランジスタ
１４２  抵抗
１６０  １次側制御回路
１６１  ＤＳＰ
１６２  記録媒体
１６３、１６７〜１６９  Ａ／Ｄコンバータ
１６４〜１６６  光電変換回路
１７０  ２次側状態検出回路
１８０、１９０  光信号発生回路
１８１  抵抗
１８２  発光ダイオード
１８３  トランジスタ
【図１】
2006304445.tif 000003
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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