(57)【要約】【課題】スイッチング電源の出力電圧を変更しても、フィードバックを正常に行うこと。【解決手段】スイッチング電源１は、フォトカプラＱ２と、フォトカプラＱ２に一次側で接続され、スイッチング素子Ｑ１を制御する制御部Ｕ１と、カソードが、フォトカプラＱ２に接続され、アノードが、接地電位に接続されたシャントレギュレーターＵ２と、シャントレギュレーターＵ２のリファレンス端子に入力されるリファレンス電圧を変化させる電圧変化回路２と、フォトカプラＱ２に流れる電流を変化させる電流変化回路３と、を備える【選択図】図１
2018110495.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィードバック素子と、
前記フィードバック素子に一次側で接続され、スイッチング素子を制御する制御部と、
カソードが、前記フィードバック素子に接続され、アノードが、接地電位に接続されたシャントレギュレーターと、
前記シャントレギュレーターのリファレンス端子に入力されるリファレンス電圧を変化させる電圧変化部と、
前記フィードバック素子に流れる電流を変化させる電流変化部と、
を備えることを特徴とするスイッチング電源。
【請求項２】
前記電流変化部は、
前記フィードバック素子に並列に接続された第１抵抗と、
第１抵抗に直列に接続された第２抵抗と、第３抵抗と、
前記第２抵抗、又は、前記第３抵抗に並列に接続された第１バイパススイッチと、
を有し、
前記第３抵抗は、出力に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のスイッチング電源。
【請求項３】
前記電圧変化部は、
出力に接続された第４抵抗と、
前記第４抵抗に直列に接続された第５抵抗と、第６抵抗と、
前記第４抵抗、又は、前記第５抵抗に並列に接続された第２バイパススイッチと、
を有し、
前記シャントレギュレーターの前記リファレンス端子は、前記第５抵抗と、前記第６抵抗と、の間に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のスイッチング電源。
【請求項４】
前記第１バイパススイッチのオン、及び、オフと、前記第２バイパススイッチのオン、及び、オフとは、同期していることを特徴とする請求項３に記載のスイッチング電源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フライバック方式のスイッチング電源に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４は、従来のフライバック方式のスイッチング電源の回路構成を示す図である。スイッチング電源１０１は、整流回路Ｄ１０１と、コンデンサＣ１０１と、スイッチング素子Ｑ１０１と、制御部Ｕ１０１（制御ＩＣ）と、トランスＴ１０１と、ダイオードＤ１０２と、コンデンサＣ１０２と、抵抗Ｒ１０１〜１０４と、シャントレギュレーターＵ１０２と、フォトカプラＱ１０２と、を備える。
【０００３】
整流回路Ｄ１０１は、交流電源から入力される交流電圧を整流する。コンデンサＣ１０１は、整流回路Ｄ１０１が整流した電圧を平滑する。平滑された電圧は、スイッチング素子Ｑ１０１に供給される。制御部Ｕ１０１は、スイッチング素子Ｑ１０１を制御する。制御部Ｕ１０１の電源端子は、トランスＴ１０１の補助巻線Ｔ１０４に接続されている。制御部Ｕ１０１は、補助巻線Ｔ１０４から出力された電圧をダイオードＤ１０３により整流した電源電圧によって動作する。スイッチング素子Ｑ１０１は、制御部Ｕ１０１により制御され、任意の周波数でスイッチングすることにより、任意の周波数の交流電圧をトランスＴ１０１の一次巻線Ｔ１０２に供給する。スイッチング素子Ｑ１０１は、例えば、ｎ型のＭＯＳＦＥＴである。スイッチング素子Ｑ１０１は、コンデンサＣ１０１からの電圧、又は、接地電位の電圧を一次巻線Ｔ１０２に供給する。トランスＴ１０１は、一次巻線Ｔ１０２に供給された電圧を変圧して二次巻線Ｔ１０３から出力する。ダイオードＤ１０２は、二次巻線Ｔ１０３からの交流電圧を整流する。コンデンサＣ１０２は、ダイオードＤ１０２が整流した電圧を平滑する。コンデンサＣ１０２が平滑した電圧が、スイッチング電源１０１の出力電圧である。
【０００４】
シャントレギュレーターＵ１０２は、スイッチング電源１０１の二次側でフォトカプラＱ１０２に接続されている。また、シャントレギュレーターＵ１０２は、スイッチング電源１０１の出力電圧に応じて、フォトカプラＱ１０２に流れる電流を変化させる。シャントレギュレーターＵ１０２のリファレンス端子は、抵抗Ｒ１０３と抵抗Ｒ１０４との間に接続されている。シャントレギュレーターＵ１０２のカソードは、フォトカプラＱ１０２（発光ダイオードのカソード）に接続されている。
【０００５】
フォトカプラＱ１０２は、発光ダイオードと、フォトトランジスタと、を有する。発光ダイオードのアノードは、抵抗Ｒ１０１と抵抗Ｒ１０２との間に接続されている。発光ダイオードのカソードは、抵抗Ｒ１０２とシャントレギュレーターＵ１０２との間に接続されている。フォトトランジスタのコレクタは、制御部Ｕ１０１のフィードバック端子に接続されている。フォトランジスタのエミッタは、接地電位に接続されている。
【０００６】
シャントレギュレーターＵ１０２は、リファレンス端子に入力される、スイッチング電源１０１の出力電圧の抵抗Ｒ１０３と抵抗Ｒ１０４とによる分圧に応じて、カソードの吸い込み電流が増減する。シャントレギュレーターＵ１０２は、リファレンス端子の電圧が高いほど、カソードの吸い込み電流が増加する。また、シャントレギュレーターＵ１０２は、リファレンス端子の電圧が低いほど、カソードの吸い込み電流が減少する。
【０００７】
フォトカプラＱ１０２においては、シャントレギュレーターＵ１０２の吸い込み電流の増減に応じて、発光ダイオードの電流が増減する。発光ダイオードの電流の増減に応じて、フォトトランジスタの電流が増減する。フォトトランジスタの電流の増減は、制御部Ｕ１０１のフィードバック端子の電圧を変化させる。ここで、図示しないが、制御部Ｕ１０１のフィードバック端子には、抵抗を介して、電源が接続されている。このため、フォトランジスタの電流が増加するほど、フィードバック端子の電圧は、減少する。制御部Ｕ１０１は、フィードバック端子の電圧に応じて、スイッチング素子Ｑ１０１によるオン／オフのデューティーを変化させて、スイッチング電源１０１の出力電圧を調整する。
【０００８】
図４に示すスイッチング電源１０１では、シャントレギュレーターＵ１０２、フォトカプラＱ１０２を通じて、制御元である制御部Ｕ１０１へフィードバックしている。そのため、シャントレギュレーターＵ１０２にて、「電圧・電流変換」がなされる。このとき、「出力」と「フォトカプラＱ１０２（アノード）」との間に接続されている抵抗Ｒ１０１によって、シャントレギュレーターＵ１０２の動作基準点（定常時のカソード電流・カソード電圧）を決めている。
【０００９】
出力電圧は、抵抗Ｒ１０３と抵抗Ｒ１０４との比で決定される。リファレンス端子に入力される電圧Ｖｒｅｆ＝２．５Ｖを維持するように制御されるため、出力電圧Ｖｏｕｔは、下記式で設計される。
（Ｒ１０３＋Ｒ１０４）／Ｒ１０４＊２．５Ｖ＝Ｖｏｕｔ
よって、出力電圧を切り替えるためには、Ｒ１０３：Ｒ１０４の比率を変えればよい。
【００１０】
ここで、特許文献１に記載の発明は、誤差増幅器へ入力される出力電圧の抵抗分圧比率を変更することにより、出力電圧を変更できるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第２５７９０６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１に記載の発明のように、分圧抵抗比率を変えるだけでは、出力電圧が変わることで、動作点が変わり、フィードバックが正常に行われない状態になり得る。図４においては、出力電圧が変化すると、電流Ｉｋａが変化するため、シャントレギュレーターＵ１０２の動作領域が変わってしまい、フィードバックのバランスが崩れるという問題がある。
【００１３】
本発明の目的は、スイッチング電源の出力電圧を変更しても、フィードバックを正常に行うことである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
第１の発明のスイッチング電源は、フィードバック素子と、前記フィードバック素子に一次側で接続され、スイッチング素子を制御する制御部と、カソードが、前記フィードバック素子に接続され、アノードが、接地電位に接続されたシャントレギュレーターと、前記シャントレギュレーターのリファレンス端子に入力されるリファレンス電圧を変化させる電圧変化部と、前記フィードバック素子に流れる電流を変化させる電流変化部と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明では、電流変化部は、フィードバック素子に流れる電流を変化させる。このため、電圧変化部により、リファレンス電圧を変化させ、スイッチング電源の出力電圧を変化させても、電流変化部により、フィードバック素子に流れる電流を変化させることができる。これにより、フィードバック素子に流れる電流を適正とすることができるため、スイッチング電源の出力電圧を変更しても、フィードバックを正常に行うことができる。
【００１６】
第２の発明のスイッチング電源は、第１の発明のスイッチング電源において、前記電流変化部は、前記フィードバック素子に並列に接続された第１抵抗と、第１抵抗に直列に接続された第２抵抗と、第３抵抗と、前記第２抵抗、又は、前記第３抵抗に並列に接続された第１バイパススイッチと、を有し、前記第３抵抗は、出力に接続されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明では、第１バイパススイッチは、第２抵抗、又は、第３抵抗に並列に接続されている。このため、第１バイパススイッチにより、第２抵抗、又は、第３抵抗をバイパスすることで、フィードバック素子に流れる電流を変化させることができる。
【００１８】
第３の発明のスイッチング電源は、第１又は第２の発明のスイッチング電源において、前記電圧変化部は、出力に接続された第４抵抗と、前記第４抵抗に直列に接続された第５抵抗と、第６抵抗と、前記第４抵抗、又は、前記第５抵抗に並列に接続された第２バイパススイッチと、を有し、前記シャントレギュレーターの前記リファレンス端子は、前記第５抵抗と、前記第６抵抗と、の間に接続されていることを特徴とする。
【００１９】
本発明では、第２バイパススイッチは、第４抵抗、又は、第５抵抗に並列に接続されている。このため、第２バイパススイッチにより、第４抵抗、又は、第５抵抗をバイパスすることで、第４抵抗、第５抵抗、第６抵抗による分圧が変化するため、シャントレギュレーターのリファレンス端子に入力されるリファレンス電圧を変化させることができる
【００２０】
第４の発明のスイッチング電源は、第３の発明のスイッチング電源において、前記第１バイパススイッチのオン、及び、オフと、前記第２バイパススイッチのオン、及び、オフとは、同期していることを特徴とする。
【００２１】
本発明では、第１バイパススイッチのオン、及び、オフと、第２バイパススイッチのオン、及び、オフとは、同期している。このため、出力電圧の変化に合わせて、フィードバック素子に流れる電流が変化する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、スイッチング電源の出力電圧を変更しても、フィードバックを正常に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態に係るスイッチング電源の回路構成を示す図である。
【図２】スイッチング電源の出力電圧Ｖｏｕｔ等の値を示した表である。
【図３】スイッチング電源の出力電圧Ｖｏｕｔ等の値を示した表である。
【図４】従来のスイッチング電源の回路構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るスイッチング電源の回路構成を示す図である。スイッチング電源１は、整流回路Ｄ１と、コンデンサＣ１と、スイッチング素子Ｑ１と、制御部Ｕ１と、トランスＴ１と、ダイオードＤ２と、コンデンサＣ２と、ダイオードＤ３と、コンデンサＣ３と、フォトカプラＱ２と、シャントレギュレーターＵ２と、電圧変化回路２と、電流変化回路３と、を備える。
【００２５】
整流回路Ｄ１は、交流電源から入力される交流電圧を整流する。コンデンサＣ１は、整流回路Ｄ１が整流した電圧を平滑する。平滑された電圧は、スイッチング素子Ｑ１に供給される。制御部Ｕ１（制御ＩＣ）は、スイッチング素子Ｑ１を制御する。制御部Ｕ１の電源端子は、トランスＴ１の補助巻線Ｔ４に接続されている。制御部Ｕ１は、補助巻線Ｔ４から出力された電圧を、ダイオードＤ３により整流した電源電圧によって動作する。コンデンサＣ３は、制御部Ｕ１の電源端子と、接地電位と、の間に接続されている。
【００２６】
スイッチング素子Ｑ１は、制御部Ｕ１により制御され、任意の周波数でスイッチングすることにより、任意の周波数の交流電圧をトランスＴ１の一次巻線Ｔ２に供給する。スイッチング素子Ｑ１は、例えば、ｎ型のＭＯＳＦＥＴである。スイッチング素子Ｑ１は、コンデンサＣ１からの電圧、又は、接地電位の電圧を一次巻線Ｔ２に供給する。トランスＴ１は、一次巻線Ｔ２に供給された電圧を変圧して二次巻線Ｔ３から出力する。ダイオードＤ２は、二次巻線Ｔ３からの交流電圧を整流する。コンデンサＣ２は、ダイオードＤ２が整流した電圧を平滑する。コンデンサＣ２が平滑した電圧が、スイッチング電源１の出力電圧である。
【００２７】
シャントレギュレーターＵ２は、スイッチング電源１の二次側でフォトカプラＱ２に接続されている。また、シャントレギュレーターＵ２は、スイッチング電源１の出力電圧に応じて、フォトカプラＱ２に流れる電流を変化させる。シャントレギュレーターＵ２のリファレンス端子は、抵抗Ｒ３Ｂと抵抗Ｒ４との間に接続されている。シャントレギュレーターＵ２のカソードは、フォトカプラＱ２（発光ダイオードのカソード）に接続されている。
【００２８】
フォトカプラＱ２（フィードバック素子）は、発光ダイオードと、フォトトランジスタと、を有する。発光ダイオードのアノードは、抵抗Ｒ１Ｂと抵抗Ｒ２との間に接続されている。発光ダイオードのカソードは、抵抗Ｒ２とシャントレギュレーターＵ２との間に接続されている。フォトトランジスタのコレクタは、制御部Ｕ１のフィードバック端子に接続されている。フォトランジスタのエミッタは、接地電位に接続されている。
【００２９】
シャントレギュレーターＵ２は、リファレンス端子に入力される、スイッチング電源１の出力電圧の抵抗Ｒ３Ａと、抵抗Ｒ３Ｂと、抵抗Ｒ４と、による分圧に応じて、カソードの吸い込み電流が増減する。シャントレギュレーターＵ２は、リファレンス端子の電圧が高いほど、カソードの吸い込み電流が増加する。また、シャントレギュレーターＵ２は、リファレンス端子の電圧が低いほど、カソードの吸い込み電流が減少する。
【００３０】
フォトカプラＱ２においては、シャントレギュレーターＵ２の吸い込み電流の増減に応じて、発光ダイオードの電流が増減する。発光ダイオードの電流の増減に応じて、フォトトランジスタの電流が増減する。フォトトランジスタの電流の増減は、制御部Ｕ１のフィードバック端子の電圧を変化させる。ここで、図示しないが、制御部Ｕ１のフィードバック端子には、抵抗を介して、電源が接続されている。このため、フォトランジスタの電流が増加するほど、フィードバック端子の電圧は、減少する。制御部Ｕ１は、フィードバック端子の電圧に応じて、スイッチング素子Ｑ１によるオン／オフのデューティーを変化させて、スイッチング電源１の出力電圧を調整する。
【００３１】
電圧変化回路２（電圧変化部）は、シャントレギュレーターＵ２のリファレンス端子に入力されるリファレンス電圧を変化させる。電圧変化回路２は、抵抗Ｒ３Ａと、抵抗Ｒ３Ｂと、抵抗Ｒ４と、スイッチＳＷ２と、を有する。抵抗Ｒ３Ａ（第４抵抗）は、スイッチング電源１の出力（コンデンサＣ２）に接続されている。抵抗Ｒ３Ｂ（第５抵抗）と、抵抗Ｒ４（第６抵抗）とは、抵抗Ｒ３Ａに直列に接続されている。スイッチＳＷ２（第２バイパススイッチ）は、抵抗Ｒ３Ａに並列に接続されている。スイッチＳＷ２がオンの状態となると、抵抗Ｒ３Ａがバイパスされる。
【００３２】
スイッチＳＷ２がオフの状態では、シャントレギュレーターＵ２のリファレンス電圧（リファレンス端子の電圧）は、抵抗Ｒ３Ａ、Ｒ３Ｂと、抵抗Ｒ４と、による出力電圧の分圧となる。スイッチＳＷ２がオンの状態では、抵抗Ｒ３Ａがバイパスされるため、シャントレギュレーターＵ２のリファレンス電圧は、抵抗Ｒ３Ｂと、抵抗Ｒ４と、による、出力電圧の分圧となる。スイッチング電源１の出力電圧Ｖｏｕｔは、リファレンス電圧が２．５Ｖとなるように変化する。従って、スイッチＳＷ２をオンの状態とすると、スイッチン電源１の出力電圧Ｖｏｕｔは、変化する。
【００３３】
電流変化回路３（電流変化部）は、フォトカプラＱ２に流れる電流を変化させる。電流変化回路３は、抵抗Ｒ１Ａと、抵抗Ｒ１Ｂと、抵抗Ｒ２と、スイッチＳＷ１と、を有する。抵抗Ｒ２（第１抵抗）は、フォトカプラＱ２に並列に接続されている。抵抗Ｒ１Ａ（第２抵抗）と、抵抗Ｒ１Ｂ（第３抵抗）とは、抵抗Ｒ２に直列に接続されている。抵抗Ｒ１Ａは、スイッチング電源１の出力（コンデンサＣ１）に接続されている。スイッチＳＷ１（第１バイパススイッチ）は、抵抗Ｒ１Ａに並列に接続されている。スイッチＳＷ１がオンの状態となると、抵抗Ｒ１Ａがバイパスされる。このため、抵抗Ｒ１Ａに流れる電流Ｉｋａ（フォトカプラＱ２に流れる電流）が変化する。
【００３４】
スイッチＳＷ１のオン、及び、オフと、スイッチＳＷ２のオン、及び、オフとは、同期している。すなわち、スイッチＳＷ２がオフのとき、スイッチＳＷ１もオフである。また、スイッチＳＷ２がオンのとき、スイッチＳＷ１もオンである。このため、出力電圧（リファレンス電圧）と、フォトカプラＱ２に流れる電流と、が変化する。
【００３５】
図２、及び、図３は、スイッチング電源１の出力電圧Ｖｏｕｔ等の値を示した表である。図３においては、出力電圧を１０Ｖに変化させたとき、すなわち、スイッチＳＷ１をオンにしたとき、抵抗Ｒ１Ａに流れる電流Ｉｋａを変化させていない。すなわち、スイッチＳＷ１をオンにしたとき、スイッチＳＷ２をオンとせず、オフの状態としている。
【００３６】
「Ｖｏｕｔ」は、スイッチング電源１の出力電圧を示している。「Ｒ１Ａ」は、抵抗Ｒ１Ａの抵抗値を示している。「Ｒ１Ｂ」は、抵抗Ｒ１Ｂの抵抗値を示している。「Ｒ２」は、抵抗Ｒ２の抵抗値を示している。「Ｒ３Ａ」は、抵抗Ｒ３Ａの抵抗値を示している。「Ｒ３Ｂ」は、抵抗Ｒ３Ｂの抵抗値を示している。「Ｒ４」は、抵抗Ｒ４の抵抗値を示している。「Ｉｋａ」は、抵抗Ｒ１Ａに流れる電流値を示している。「Ｖｋａ」は、シャントレギュレーターＵ２のカソード−接地電位間の電圧値を示している。「Ｉｆ」は、フィードバック電流を示している。
【００３７】
スイッチング電源１の出力電圧Ｖｏｕｔが２０Ｖである場合、スイッチＳＷ１、ＳＷ２はオフの状態である。このため、図２において、Ｒ１Ａ＝５１０５Ω、Ｒ３Ａ＝４８２００Ωである。また、スイッチング電源１の出力電圧Ｖｏｕｔを１０Ｖに変化させた場合、スイッチＳＷ２は、オンの状態（Ｒ３Ａ＝０Ω）である。図３においては、出力電圧を１０Ｖに変化させたとき、スイッチＳＷ１は、オフの状態（Ｒ１Ａ＝５１０５Ω）であり、抵抗Ｒ１Ａに流れる電流Ｉｋａ（フォトカプラＱ２に流れる電流）を変化させていないため、フィードバック電流Ｉｆが枯渇している。図２においては、スイッチＳＷ１は、オンの状態（Ｒ１Ａ＝０Ω）である。図２に示すように、出力電圧Ｖｏｕｔが２０Ｖ、１０Ｖ双方の場合において、Ｉｋａ＝１９６０μＡである。従って、出力電圧を変化させても、抵抗Ｒ１Ａに流れる電流Ｉｋａが小さくなることがないため、フィードバック電流Ｉｆが枯渇することがない。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態では、電流変化回路３は、フォトカプラＱ２に流れる電流を変化させる。このため、電圧変化回路２により、リファレンス電圧を変化させ、スイッチング電源１の出力電圧を変化させても、電流変化回路３により、フォトカプラＱ２に流れる電流を変化させることができる。これにより、フォトカプラＱ２に流れる電流を適正とすることができるため、スイッチング電源１の出力電圧を変更しても、フィードバックを正常に行うことができる。
【００３９】
また、本実施形態では、スイッチＳＷ１は、抵抗Ｒ１Ａに並列に接続されている。このため、スイッチＳＷ１により、抵抗Ｒ１Ａをバイパスすることで、フォトカプラＱ２に流れる電流を変化させることができる。
【００４０】
また、本実施形態では、スイッチＳＷ２は、抵抗Ｒ３Ａに並列に接続されている。このため、スイッチＳＷ２により、抵抗Ｒ３Ａをバイパスすることで、抵抗Ｒ３Ａ、抵抗Ｒ３Ｂ、抵抗Ｒ４による分圧が変化するため、シャントレギュレーターＵ２のリファレンス端子に入力されるリファレンス電圧を変化させることができる。
【００４１】
また、本実施形態では、スイッチＳＷ１のオン、及び、オフと、スイッチＳＷ２のオン、及び、オフとは、同期している。このため、出力電圧の変化に合わせて、フォトカプラＱ２に流れる電流が変化する。
【００４２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明を適用可能な形態は、上述の実施形態には限られるものではなく、以下に例示するように、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることが可能である。
【００４３】
上述の実施形態においては、スイッチＳＷ１は、抵抗Ｒ１Ａに並列に接続されている。これに限らず、スイッチＳＷ１は、抵抗Ｒ１Ｂに並列に接続されていてもよい。また、スイッチＳＷ２は、抵抗Ｒ３Ａに接続されている。これに限らず、スイッチＳＷ２は、抵抗Ｒ３Ｂに並列に接続されていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、フライバック方式のスイッチング電源に好適に採用され得る。
【符号の説明】
【００４５】
１  スイッチング電源
２  電圧変化回路（電圧変化部）
３  電流変化回路（電流変化部）
Ｒ１Ａ  抵抗（第２抵抗）
Ｒ１Ｂ  抵抗（第３抵抗）
Ｒ２  抵抗（第１抵抗）
Ｒ３Ａ  抵抗（第４抵抗）
Ｒ３Ｂ  抵抗（第５抵抗）
Ｒ４  抵抗（第６抵抗）
Ｑ１  スイッチング素子
Ｑ２  フォトカプラ（フィードバック素子）
ＳＷ１  スイッチ（第１バイパススイッチ）
ＳＷ２  スイッチ（第２バイパススイッチ）
Ｕ１  制御部
Ｕ２  シャントレギュレーター
【図１】
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【図２】
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【図３】
2018110495.tif 000005
【図４】
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