(57)【要約】【課題】部品コストを上昇させることなく、負荷モードに応じて過電流ポイントを適切な値に変更することが可能なスイッチング電源装置を提供する。【解決手段】入力電圧を第１直流電圧に変換するＰＦＣ回路２と、第１直流電圧を第２直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ回路３と、ＰＦＣ回路２およびＤＣ／ＤＣコンバータ回路３を制御する制御回路６と、制御回路６に過電流信号を出力する過電流信号出力回路５とを備え、過電流信号出力回路５は、第２直流電圧に比例した第２電圧またはＰＦＣ信号の電圧に比例した第３電圧のうちの大きい方の電圧を出力する選択回路と、出力電流に比例した第１電圧を生成する電圧生成回路と、選択回路から入力された第２または第３電圧と第１電圧とを比較して第１電圧が第２または第３電圧よりも大のときに過電流信号を出力する比較回路と、を含むことを特徴とする。【選択図】図１
2018033223.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１スイッチを含み、前記第１スイッチのスイッチング動作により力率を改善しながら、入力電圧を第１直流電圧に変換するＰＦＣ回路と、
第２スイッチを含み、前記第２スイッチのスイッチング動作により前記第１直流電圧を第２直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ回路と、
を備え、前記第２直流電圧を負荷に供給するスイッチング電源装置であって、
ＰＦＣ信号および過電流信号が入力され、前記ＰＦＣ信号の入力／非入力に応じて前記第１スイッチのスイッチング動作を実行／停止させる一方、前記過電流信号の入力／非入力に応じて前記第２スイッチのスイッチング動作を停止／実行させる制御回路と、
前記制御回路に前記過電流信号を出力する過電流信号出力回路と、
を備え、
前記過電流信号出力回路は、
前記第２直流電圧および前記ＰＦＣ信号の電圧が入力され、前記第２直流電圧に比例した第２電圧または前記ＰＦＣ信号の電圧に比例した第３電圧のうちの大きい方の電圧を出力する選択回路と、
前記負荷に供給される出力電流に比例した第１電圧を生成する電圧生成回路と、
前記選択回路から入力された前記第２電圧または前記第３電圧と前記第１電圧とを比較し、前記第１電圧が前記第２電圧または前記第３電圧よりも大のときに前記過電流信号を出力する比較回路と、を含む
ことを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
前記電圧生成回路は、前記出力電流を検出する抵抗器を含み、
前記選択回路は、前記第２電圧または前記第３電圧のうちの大きい方の電圧を出力するための、第１ダイオードおよび第２ダイオードからなるＯＲ回路を含み、
前記比較回路は、前記第２電圧または前記第３電圧が入力される第１入力端子と、前記第１電圧が入力される第２入力端子と、前記過電流信号を出力する出力端子とを有するオペアンプを含む
ことを特徴とする請求項１に記載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、ＰＦＣ回路およびＤＣ／ＤＣコンバータ回路を備えたスイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＦＣ回路およびＤＣ／ＤＣコンバータ回路を備えたスイッチング電源装置としては、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。図４に示すように、特許文献１に記載のスイッチング電源装置１１は、ＰＦＣ回路１２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１３と、補助電源回路１４と、過電流ポイントシフト回路１５と、第１制御回路１６と、第２制御回路１７とを備える。
【０００３】
第１制御回路１６は、軽負荷モード時（ＰＦＣ信号がローレベルの時）に、ＰＦＣ回路１２のスイッチＱ１のスイッチング動作を停止させる一方、重負荷モード時（ＰＦＣ信号がハイレベルの時）に、ＰＦＣ回路１２のスイッチＱ１のスイッチング動作を実行させる。これにより、ＰＦＣ回路１２は、重負荷モード時にのみ力率改善動作を行う。
【０００４】
また、第１制御回路１６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１３のスイッチＱ２の電流路に接続された第１端子を有し、当該第１端子に入力される電圧（以下、第１端子電圧）が所定の閾値以下の場合に、スイッチＱ２のスイッチング動作を実行させる一方、第１端子電圧が所定の閾値を上回る場合は、過電流保護動作としてスイッチＱ２のスイッチング動作を停止させる。
【０００５】
過電流ポイントシフト回路１５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１３の電流検出用の抵抗器Ｒ１１に対して並列接続された、抵抗器Ｒ１４およびスイッチＱ３からなる直列回路を含む。過電流ポイントシフト回路１５は、軽負荷モード時に、スイッチＱ３をオフ状態にして抵抗器Ｒ１４を抵抗器Ｒ１１から切り離す一方、重負荷モード時に、スイッチＱ３をオン状態にして抵抗器Ｒ１４を抵抗器Ｒ１１に並列接続する。
【０００６】
抵抗器Ｒ１４を抵抗器Ｒ１１に並列接続したときの合成抵抗値は、抵抗器Ｒ１１単独のときの抵抗値よりも小さくなる。このため、第１端子電圧が所定の閾値を上回るには、軽負荷モード時よりも重負荷モード時の方が多くの電流を必要とする。換言すれば、重負荷モード時における過電流ポイント（第１端子電圧が所定の閾値を上回る時にスイッチＱ２に流れる電流の電流値）は、軽負荷モード時における過電流ポイントよりも大きな値になる。したがって、スイッチング電源装置１１では、負荷モードに応じて過電流ポイントを適切な値に変更することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１５−１２６６３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のとおり、従来のスイッチング電源装置１１は、負荷モードに応じてスイッチＱ３のオン／オフを切り替えることで、過電流ポイントを適切な値に変更することができる。しかしながら、従来のスイッチング電源装置１１では、スイッチＱ３により部品コストが上昇してしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、部品コストを上昇させることなく、負荷モードに応じて過電流ポイントを適切な値に変更すること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】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明に係るスイッチング電源装置は、
第１スイッチを含み、前記第１スイッチのスイッチング動作により力率を改善しながら、入力電圧を第１直流電圧に変換するＰＦＣ回路と、
第２スイッチを含み、前記第２スイッチのスイッチング動作により前記第１直流電圧を第２直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ回路と、
を備え、前記第２直流電圧を負荷に供給するスイッチング電源装置であって、
ＰＦＣ信号および過電流信号が入力され、前記ＰＦＣ信号の入力／非入力に応じて前記第１スイッチのスイッチング動作を実行／停止させる一方、前記過電流信号の入力／非入力に応じて前記第２スイッチのスイッチング動作を停止／実行させる制御回路と、
前記制御回路に前記過電流信号を出力する過電流信号出力回路と、
を備え、
前記過電流信号出力回路は、
前記第２直流電圧および前記ＰＦＣ信号の電圧が入力され、前記第２直流電圧に比例した第２電圧または前記ＰＦＣ信号の電圧に比例した第３電圧のうちの大きい方の電圧を出力する選択回路と、
前記負荷に供給される出力電流に比例した第１電圧を生成する電圧生成回路と、
前記選択回路から入力された前記第２電圧または前記第３電圧と前記第１電圧とを比較し、前記第１電圧が前記第２電圧または前記第３電圧よりも大のときに前記過電流信号を出力する比較回路と、を含む
ことを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、従来のスイッチング電源装置とは異なり、負荷モードすなわちＰＦＣ信号の入力／非入力に応じてオン／オフが切り替わるスイッチ（スイッチング電源装置１１のスイッチＱ３）が不要になるので、部品コストを上昇させることなく、負荷モードに応じて過電流ポイントを適切な値に変更することが可能になる。
【００１２】
上記スイッチング電源装置では、例えば、
前記電圧生成回路は、前記出力電流を検出する抵抗器を含み、
前記選択回路は、前記第２電圧または前記第３電圧のうちの大きい方の電圧を出力するための、第１ダイオードおよび第２ダイオードからなるＯＲ回路を含み、
前記比較回路は、前記第２電圧または前記第３電圧が入力される第１入力端子と、前記第１電圧が入力される第２入力端子と、前記過電流信号を出力する出力端子とを有するオペアンプを含む
構成にすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、部品コストを上昇させることなく、負荷モードに応じて過電流ポイントを適切な値に変更することが可能なスイッチング電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係るスイッチング電源装置の回路図である。
【図２】本発明における過電流保護動作を説明するための図である。
【図３】（Ａ）軽負荷モード時（ＰＦＣ信号非入力時）における過電流ポイントＰ１について説明するための図である。（Ｂ）重負荷モード時（ＰＦＣ信号入力時）における過電流ポイントＰ２について説明するための図である。
【図４】従来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】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明に係るスイッチング電源装置の実施形態について説明する。
【００１６】
図１に、本発明の一実施形態に係るスイッチング電源装置１を示す。スイッチング電源装置１は、高電位側の入力端Ｔ１と、低電位側の入力端Ｔ１’と、高電位側の出力端Ｔ２と、低電位側の出力端Ｔ２’と、ＰＦＣ信号用入力端Ｔ３とを備える。入力端Ｔ１、Ｔ１’には、交流電源が接続され、出力端Ｔ２、Ｔ２’には、負荷（図示略）が接続される。
【００１７】
ＰＦＣ信号用入力端Ｔ３には、所定のＰＦＣ信号が入力される。スイッチング電源装置１では、ＰＦＣ信号の入力時（例えば、ＰＦＣ信号がハイレベルの時）が重負荷モード時であり、ＰＦＣ信号の非入力時（例えば、ＰＦＣ信号がローレベルの時）が軽負荷モード時である。
【００１８】
スイッチング電源装置１は、全波整流回路Ｄ１と、ＰＦＣ回路２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３と、補助電源回路４と、過電流信号出力回路５と、第１制御回路６と、第２制御回路７と、第１〜第３信号伝達手段ＰＣ１〜ＰＣ３とを備える。
【００１９】
ＰＦＣ回路２は、ダイオードブリッジからなる全波整流回路Ｄ１を介して、入力端Ｔ１、Ｔ１’に接続されている。ＰＦＣ回路２は、チョークコイルＬ１と、本発明の「第１スイッチ」に相当するスイッチ（例えば、トランジスタ）Ｑ１と、ダイオードＤ２と、コンデンサＣ１とを含む昇圧チョッパ回路で構成される。ＰＦＣ回路２は、スイッチＱ１がスイッチング動作を実行している場合（力率改善動作を実行している場合）は、入力電圧の波高値にほぼ等しい第１直流電圧を出力し、スイッチＱ１がスイッチング動作を停止している場合（力率改善動作を実行していない場合）は、入力電圧の波高値よりも高い第１直流電圧を出力する。
【００２０】
ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３は、本発明の「第２スイッチ」に相当するスイッチ（例えば、トランジスタ）Ｑ２と、トランスＴＲ１の一次巻線Ｎ１および二次巻線Ｎ２と、ダイオードＤ３と、コンデンサＣ２とで構成される。一次巻線Ｎ１は、一端がＰＦＣ回路２のコンデンサＣ１の一端に接続され、他端がスイッチＱ２を介してＧＮＤに接続されている。二次巻線Ｎ２は、一次巻線Ｎ１と逆極性の関係を有し、一端がダイオードＤ３および過電流信号出力回路５を介して出力端Ｔ２に接続され、他端がＧＮＤに接続されている。コンデンサＣ２は、一端がダイオードＤ３のカソードに接続され、他端がＧＮＤに接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３は、スイッチＱ２のスイッチング動作により第１直流電圧を第２直流電圧に変換して出力する。
【００２１】
補助電源回路４は、トランスＴＲ１の三次巻線Ｎ３と、ダイオードＤ４と、コンデンサＣ３とで構成される。補助電源回路４は、三次巻線Ｎ３で発生した交流電圧をダイオードＤ４およびコンデンサＣ３で直流電圧に変換し、当該直流電圧を第１制御回路６の電源電圧として出力する。
【００２２】
過電流信号出力回路５は、抵抗器Ｒ１および抵抗器Ｒ２からなる第１分圧回路と、本発明の「第１ダイオード」に相当するダイオードＤ５および本発明の「第２ダイオード」に相当するダイオードＤ６からなるＯＲ回路と、抵抗器Ｒ３および抵抗器Ｒ４からなる第２分圧回路と、抵抗器Ｒ５と、オペアンプＯＰ１とで構成される。抵抗器Ｒ１〜Ｒ４およびダイオードＤ５、Ｄ６は、本発明の「選択回路」に相当する。抵抗器Ｒ５は、本発明の「電圧生成回路」に相当する。オペアンプＯＰ１は、本発明の「比較回路」に相当する。
【００２３】
第１分圧回路は、一端（抵抗器Ｒ１の一端）が出力端Ｔ２に接続され、他端（抵抗器Ｒ２の他端）がＧＮＤに接続されている。ＯＲ回路は、ダイオードＤ５のアノードが第１分圧回路の分圧点に接続され、ダイオードＤ５のカソードがダイオードＤ６のカソードに接続され、ダイオードＤ６のアノードがＰＦＣ信号用入力端Ｔ３に接続されている。第２分圧回路は、一端（抵抗器Ｒ３の一端）がダイオードＤ５およびダイオードＤ６のカソードに接続され、他端（抵抗器Ｒ４の他端）がＧＮＤに接続されている。
【００２４】
抵抗器Ｒ５は、一端が第２分圧回路の他端（抵抗器Ｒ４の他端）およびＧＮＤに接続され、他端が出力端Ｔ２’に接続されている。抵抗器Ｒ５には、負荷に供給される出力電流が流れる。このため、抵抗器Ｒ５は、出力電流に比例した電圧（本発明の「第１電圧」）を生成することができる。
【００２５】
オペアンプＯＰ１は、第２分圧回路の分圧点に接続された本発明の「第１入力端子」に相当する反転入力端子と、抵抗器Ｒ５の他端に接続された本発明の「第２入力端子」に相当する非反転入力端子と、抵抗器Ｒ７を介して第３信号伝達手段（本実施形態では、フォトカプラ）ＰＣ３の発光素子に接続された出力端子とを有する。
【００２６】
過電流信号出力回路５では、ダイオードＤ５のアノードに、第２直流電圧を第１分圧回路で分圧した分圧電圧が入力される一方、ダイオードＤ６のアノードに、ＰＦＣ信号の電圧が入力される。分圧電圧がＰＦＣ信号の電圧よりも大きい場合、ＯＲ回路（ダイオードＤ５のカソード）から分圧電圧が出力され、分圧電圧がＰＦＣ信号の電圧よりも小さい場合、ＯＲ回路（ダイオードＤ６のカソード）からＰＦＣ信号の電圧が出力される。ＯＲ回路から出力された分圧電圧またはＰＦＣ信号の電圧は、第２分圧回路で分圧され、オペアンプＯＰ１の反転入力端子に入力される。分圧電圧を第２分圧回路で分圧した電圧が本発明の「第２電圧」に相当し、ＰＦＣ信号の電圧を第２分圧回路で分圧した電圧が本発明の「第３電圧」に相当する。
【００２７】
オペアンプＯＰ１の非反転入力端子には、抵抗器Ｒ５で生成された第１電圧が入力される。オペアンプＯＰ１は、反転入力端子に入力された第２または第３電圧と非反転入力端子に入力された第１電圧とを比較し、第１電圧が第２または第３電圧よりも大のときにハイレベルの信号（本発明の「過電流信号」）を出力し、第１電圧が第２または第３電圧よりも小のときにローレベルの信号を出力する。オペアンプＯＰ１の出力端子から出力されたハイレベルの信号すなわち過電流信号は、フォトカプラＰＣ３を介して第１制御回路６に入力される。
【００２８】
第１制御回路６は、スイッチＱ１のＰＷＭ制御信号を出力する第１端子と、スイッチＱ２のＰＷＭ制御信号を出力する第２端子と、補助電源回路４から電源電圧が入力される第３端子と、第２信号伝達手段（本実施形態では、フォトカプラ）ＰＣ２を介してＰＦＣ信号が入力される第４端子と、ＧＮＤに接続された第５および第６端子と、過電流信号が入力される第７端子と、第１信号伝達手段（本実施形態では、フォトカプラ）ＰＣ１を介してフィードバック信号が入力される第８端子とを有する。
【００２９】
第１制御回路６は、第４端子にＰＦＣ信号が入力されている時はスイッチＱ１のスイッチング動作を実行させる一方、第４端子にＰＦＣ信号が入力されていない時はスイッチＱ１のスイッチング動作を停止させる。第１制御回路６は、第７端子に過電流信号が入力されている時はスイッチＱ２のスイッチング動作を停止させる一方、第７端子に過電流信号が入力されていない時はスイッチＱ２のスイッチング動作を実行させる。また、第１制御回路６は、第８端子に入力されたフィードバック信号に応じてスイッチＱ２のＰＷＭデューティを制御することで、負荷に供給される出力電圧（第２直流電圧）を一定の値に保持する。
【００３０】
第２制御回路７は、第２直流電圧を検出するための出力電圧検出回路であり、上記のとおり出力電圧（第２直流電圧）を一定の値に保持するため、検出した第２直流電圧の多寡に関する信号（フィードバック信号）を、フォトカプラＰＣ１を介して第１制御回路６の第８端子に入力する。
【００３１】
次いで、図２を参照して、スイッチング電源装置１の過電流保護動作について説明する。過電流保護動作とは、第１制御回路６の第７端子に過電流信号が入力されたことをきっかけとして、第１制御回路６がスイッチＱ２のスイッチング動作を停止させ、出力電流を絞る動作をいう。
【００３２】
スイッチング電源装置１において過電流保護動作が実行される過電流ポイントは、軽負荷モード時（ＰＦＣ信号の非入力時）と重負荷モード時（ＰＦＣ信号の入力時）とで異なる。図２に示すように、軽負荷モード時においては、負荷に供給される（抵抗器Ｒ５に流れる）出力電流が過電流ポイントＰ１に達すると過電流保護動作が実行されるのに対して、重負荷モード時においては、出力電流が過電流ポイントＰ１を超えて過電流ポイントＰ２に達するまで過電流保護動作が実行されない。
【００３３】
図３（Ａ）に示すように、軽負荷モード時は、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子には抵抗器Ｒ５で生成された第１電圧（ＯＰ１＋電圧）が入力され、オペアンプＯＰ１の反転入力端子には出力電圧（第２直流電圧）に比例した第２電圧（ＯＰ１−電圧）が入力される。出力電圧は第１制御回路６の制御下で一定に保持されているため、第２電圧も一定に保持される。これに対して、第１電圧は、出力電流に比例して増加する。オペアンプＯＰ１は、第２電圧と第１電圧とを比較し、第１電圧が第２電圧よりも大きくなると過電流信号を出力する。すなわち、第１電圧と第２電圧とが一致する点が過電流ポイントＰ１となる。なお、図３（Ａ）および図３（Ｂ）では、オペアンプＯＰ１の電圧と出力電流との関係のみを示し、過電流保護動作については考慮していない。
【００３４】
図３（Ｂ）に示すように、重負荷モード時は、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子には抵抗器Ｒ５で生成された第１電圧（ＯＰ１＋電圧）が入力され、オペアンプＯＰ１の反転入力端子には第２電圧またはＰＦＣ信号の電圧に比例した第３電圧のうちの大きい方の電圧（ＯＰ１−電圧）が入力される。オペアンプＯＰ１のＧＮＤの電位を基準にすると、ＰＦＣ信号のＧＮＤの電位は抵抗器Ｒ５で生じた電圧分だけ小さくなるため、第３電圧は、出力電流に比例して減少する。スイッチング電源装置１では、通常、第２電圧よりも第３電圧の方が大きくなるように、ＰＦＣ信号の電圧が設定されている。このため、オペアンプＯＰ１は、第３電圧と第１電圧とを比較し、第１電圧が第３電圧よりも大きくなると過電流信号を出力する。すなわち、第１電圧と第３電圧とが一致する点が過電流ポイントＰ２となり、過電流ポイントＰ２は、過電流ポイントＰ１よりも大きな値となる。
【００３５】
結局、スイッチング電源装置１では、図４に示す従来のスイッチング電源装置１１とは異なり、負荷モードすなわちＰＦＣ信号の入力／非入力に応じてオン／オフが切り替わるスイッチ（スイッチング電源装置１１のスイッチＱ３）が不要になるので、部品コストを上昇させることなく、負荷モードに応じて過電流ポイントを適切な値に変更することが可能になる。
【００３６】
以上、本発明に係るスイッチング電源装置の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００３７】
例えば、本発明の過電流信号出力回路は、（１）第２直流電圧およびＰＦＣ信号の電圧が入力され、第２直流電圧に比例した第２電圧またはＰＦＣ信号の電圧に比例した第３電圧のうちの大きい方の電圧を出力する選択回路と、（２）負荷に供給される出力電流に比例した第１電圧を生成する電圧生成回路と、（３）選択回路から入力された第２電圧または第３電圧と第１電圧とを比較し、第１電圧が第２電圧または第３電圧よりも大のときに過電流信号を出力する比較回路と、を含むのであれば、適宜構成を変更することができる。
【００３８】
本発明のＰＦＣ回路は、第１スイッチを含み、第１スイッチのスイッチング動作により力率を改善しながら、入力電圧を第１直流電圧に変換するのであれば、適宜構成を変更することができる。
【００３９】
本発明のＤＣ／ＤＣコンバータ回路は、第２スイッチを含み、第２スイッチのスイッチング動作により第１直流電圧を第２直流電圧に変換するのであれば、適宜構成を変更することができる。
【００４０】
本発明の制御回路（第１制御回路）は、ＰＦＣ信号および過電流信号が入力され、ＰＦＣ信号の入力／非入力に応じて第１スイッチのスイッチング動作を実行／停止させる一方、過電流信号の入力／非入力に応じて第２スイッチのスイッチング動作を停止／実行させるのであれば、適宜構成を変更することができる。
【００４１】
上記実施形態における補助電源回路４または第２制御回路７の少なくとも一方は、本発明の構成から外すことができる。
【００４２】
また、本発明は、軽負荷モードおよび重負荷モード以外の負荷モードをさらに備えたスイッチング電源装置も含む。
【符号の説明】
【００４３】
１    スイッチング電源装置
２    ＰＦＣ回路
３    ＤＣ／ＤＣコンバータ回路
４    補助電源回路
５    過電流信号出力回路
６    第１制御回路
７    第２制御回路
【図１】
2018033223.tif 000003
【図２】
2018033223.tif 000004
【図３】
2018033223.tif 000005
【図４】
2018033223.tif 000006