(57)【要約】【課題】低入力電圧であってもピーク電力を得るスイッチング電源装置。【解決手段】出力電圧検出手段６で検出した出力電圧に基づき出力電圧を一定に制御するためのオン・オフ制御信号を形成してスイッチング素子３に供給するオン・オフ制御信号形成回路２４と、オン・オフ制御信号形成回路におけるスイッチング素子のオン開始時点を示す信号に応答してスイッチング素子のオン開始時点からデューティが所定値未満の期間に一定値を持つ第１の補正信号を形成し、デューティが所定値以上の期間に第１の補正信号の値から時間の経過と共に増大する第２の補正信号を形成し、電流検出信号から第１の補正信号及び第２の補正信号を順次に減算して補正電流検出信号を生成する補正電流検出信号生成手段４０ａとを備える。【選択図】図２
2018133957.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次巻線と２次巻線とを有するトランスと、
前記トランスの前記１次巻線を介して直流電源に接続され且つオン・オフするスイッチング素子と、
前記トランスの前記２次巻線側の出力電圧を検出する出力電圧検出手段と、
前記出力電圧検出手段の前記出力電圧に基づき前記出力電圧を一定に制御するためのオン・オフ制御信号を形成して前記スイッチング素子に供給するオン・オフ制御信号形成回路と、
前記スイッチング素子に流れる電流を検出し電流検出信号を出力する電流検出手段と、
前記オン・オフ制御信号形成回路における前記スイッチング素子のオン開始時点を示す信号に応答して前記スイッチング素子のオン開始時点からデューティが所定値未満の期間に一定値を持つ第１の補正信号を形成し、前記デューティが所定値以上の期間に前記第１の補正信号の値から時間の経過と共に増大する第２の補正信号を形成し、前記電流検出信号から前記第１の補正信号及び前記第２の補正信号を順次に減算して補正電流検出信号を生成する補正電流検出信号生成手段と、
前記補正電流検出信号と前記スイッチング素子を流れる電流の過電流レベルを示す過電流しきい値とを比較して前記補正電流検出信号が前記過電流しきい値に達した時に前記スイッチング素子をオフさせるための信号を前記オン・オフ制御信号形成回路に出力する比較手段と
を備えることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
前記補正電流検出信号生成手段は、
前記スイッチング素子のオン開始時点に同期して傾斜電圧を発生し、傾斜電圧の発生を前記スイッチング素子の最大オン期間の終了時点以後まで継続する傾斜電圧発生回路と、
基準電圧を発生する基準電圧源と、
前記デューティが所定値未満の期間に前記基準電圧源からの前記基準電圧を出力し、前記デューティが前記所定値以上の期間に前記基準電圧に前記傾斜電圧発生回路の前記傾斜電圧が重畳された重畳電圧を出力する加算器と、
前記加算器からの前記基準電圧に基づき前記第１の補正信号を作成し、前記重畳電圧に基づき直流分が重畳され且つ前記傾斜電圧に比例した前記第２の補正信号を作成し、前記電流検出手段の前記電流検出信号から前記第１の補正信号及び前記第２の補正信号を順次に減算して補正電流検出信号を生成する補正回路と、
を有することを特徴とする請求項１記載のスイッチング電源装置。
【請求項３】
前記補正電流検出信号生成手段は、
前記スイッチング素子のオン開始時点に同期して傾斜電圧を発生し、傾斜電圧の発生を前記スイッチング素子の最大オン期間の終了時点以後まで継続する傾斜電圧発生回路と、
基準電圧を発生する基準電圧源と、
前記デューティが所定値未満の期間に前記基準電圧源からの前記基準電圧を出力し、前記デューティが前記所定値以上の期間に前記基準電圧に前記傾斜電圧発生回路の前記傾斜電圧が重畳された重畳電圧を出力する加算器と、
前記基準電圧源と前記加算器とに接続されたスイッチと、
前記加算器からの前記基準電圧に基づき前記第１の補正信号を作成し、前記重畳電圧に基づき直流分が重畳され且つ前記傾斜電圧に比例した前記第２の補正信号を作成し、前記電流検出手段の前記電流検出信号から前記第１の補正信号及び前記第２の補正信号を順次に減算して補正電流検出信号を生成する補正回路と、
を有し、
さらに、前記デューティを検出し、前記デューティが所定値未満の期間に前記スイッチをオンさせ、前記デューティが前記所定値以上の期間に前記スイッチをオフさせるデューティ検出回路を備えることを特徴とする請求項１記載のスイッチング電源装置。
【請求項４】
１次巻線と２次巻線とを有するトランスと、
前記トランスの前記１次巻線を介して直流電源に接続され且つオン・オフするスイッチング素子と、
前記トランスの前記２次巻線側の出力電圧を検出する出力電圧検出手段と、
前記出力電圧検出手段の前記出力電圧に基づき前記出力電圧を一定に制御するためのオン・オフ制御信号を形成して前記スイッチング素子に供給するオン・オフ制御信号形成回路と、
前記スイッチング素子に流れる電流を検出し電流検出信号を出力する電流検出手段と、
前記オン・オフ制御信号形成回路における前記スイッチング素子のオン開始時点を示す信号に応答し且つ入力電圧が所定電圧未満の場合に前記スイッチング素子のオン開始時点からデューティが所定値未満の期間に一定値を持つ第１の補正信号を形成し、前記デューティが前記所定値以上の期間に前記第１の補正信号の値から時間の経過と共に増大する第２の補正信号を形成し、前記電流検出信号から前記第１の補正信号及び前記第２の補正信号を順次に減算して補正電流検出信号を生成し、前記入力電圧が前記所定電圧以上の場合にゼロから時間の経過と共に増大する第３の補正信号を形成し、前記電流検出信号から前記第３の補正信号を減算して補正電流検出信号を生成する補正電流検出信号生成手段と、
前記補正電流検出信号と前記スイッチング素子を流れる電流の過電流レベルを示す過電流しきい値とを比較して前記補正電流検出信号が前記過電流しきい値に達した時に前記スイッチング素子をオフさせるための信号を前記オン・オフ制御信号形成回路に出力する比較手段と
を備えることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項５】
前記補正電流検出信号生成手段は、
前記スイッチング素子のオン開始時点に同期して傾斜電圧を発生し、傾斜電圧の発生を前記スイッチング素子の最大オン期間の終了時点以後まで継続する傾斜電圧発生回路と、
基準電圧を発生する基準電圧源と、
前記入力電圧が所定電圧値未満の場合に前記デューティが所定値未満の期間に前記基準電圧源からの前記基準電圧を出力し、前記デューティが前記所定値以上の期間に前記基準電圧に前記傾斜電圧発生回路の前記傾斜電圧が重畳された重畳電圧を出力し、前記入力電圧が所定電圧値以上の場合に前記傾斜電圧を出力する加算器と、
前記基準電圧源と前記加算器とに接続されたスイッチと、
前記加算器からの前記基準電圧に基づき前記第１の補正信号を作成し、前記重畳電圧に基づき前記第２の補正信号を作成し、前記傾斜電圧に基づき前記傾斜電圧に比例した前記第３の補正信号を作成する補正回路と、
を有し、
さらに、該スイッチング電源装置に入力される入力電圧を監視し、前記入力電圧が所定電圧値未満の場合に前記スイッチをオンさせ、前記入力電圧が所定電圧値以上の場合に前記スイッチをオフさせる電圧監視回路を備えることを特徴とする請求項４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、ＤＣ−ＤＣコンバータ等のスイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のスイッチング電源装置は、図８に示すように、スイッチング素子３、出力整流平滑回路４、出力電圧検出回路６、制御部７、制御電源用整流平滑回路８、制御電源回路９、電流検出抵抗１０を備える。トランス２は、１次巻線Ｎ１、２次巻線Ｎ２、３次巻線（制御電源巻線）Ｎ３を備える。
【０００３】
出力整流平滑回路４は整流ダイオード４ａと平滑用コンデンサ４ｂとを有し、平滑用コンデンサ４ｂは整流ダイオード４ａを介して２次巻線Ｎ２に並列に接続される。制御電源用整流平滑回路８は整流ダイオード８ａと平滑コンデンサ８ｂとを有し、スイッチング素子３がオン・オフ動作を開始した後に制御電源回路９を介して制御部７に直流電圧を供給する。
【０００４】
制御電源回路９は制御電源用整流平滑回路８と制御部７に接続される。制御電源回路９は３次巻線Ｎ３に電圧が得られる前に第１の直流電源端子１ａの電圧で制御部７を駆動する。３次巻線Ｎ３に電圧が得られた後に、制御部７は制御電源用整流平滑回路８の電圧で駆動される。出力電圧検出回路６は出力電圧を検出し、２次側部分２２と１次側部分２３とを有する。２次側部分２２は発光ダイオード２２ａとツェナーダイオード２２ｂとの直列回路からなる。１次側部分２３は、発光ダイオード２２ａに光結合されたホトトランジスタ２３ａとコンデンサ２３ｂとからなる。
【０００５】
制御部７は、図９に示すようにオン・オフ制御信号形成回路２４と過電流保護回路２５とローパスフィルタ２６とを有する。オン・オフ制御信号形成回路２４は、抵抗２７の一端が直流電源端子２７ａに接続され、他端は第４の端子１８を介してホトトランジスタ２３ａのコレクタに接続される。抵抗２７とホトトランジスタ２３ａとの相互接続点Ｐ１はフィードバック比較器２８の負入力端子に接続され、フィードバック比較器２８の正入力端子に補正回路４２を介してローパスフィルタ２６が接続される。ローパスフィルタ２６は第３の端子１７を介して電流検出抵抗１０の一端に接続される。フィードバック比較器２８は補正電流検出信号とホトトランジスタ２３ａの電圧Ｖ１とを比較してスイッチング素子３のオン期間の修了時点を示すトリガ信号を出力する。
【０００６】
フィードバック比較器２８の正入力端子の補正電流検出信号の振幅が負入力端子の電圧Ｖ１に達すると、フィードバック比較器２８の出力端子からハイレベルのパルスが発生し、オア回路２９はハイレベルのパルスを出力する。オア回路２９の出力端子はＲＳフリップフロップ３０のリセット端子Ｒに接続され、オア回路２９がハイレベルのパルスを出力した時、ＲＳフリップフロップ３０がリセットされる。ＲＳフリップフロップ３０のセット端子Ｓはクロック発生器３１に接続される。クロック発生器３１からクロック信号が発生すると、ＲＳフリップフロップ３０がトリガされてセット状態になる。ＲＳフリップフロップ３０のＱ-で示す反転出力端子はセット状態の時にローレベルになる。ノア回路３２の一方の入力端子はＲＳフリップフロップ３０の反転出力端子に接続され、ノア回路３２の他方の入力端子はクロック発生器３１に接続される。
【０００７】
電流検出抵抗１０は電流検出手段に対応し、スイッチング素子３に直列に接続され、スイッチング素子３に流れる電流を検出し電流に比例した電圧である電流検出信号を得る。過電流保護回路２５は、過電流検出比較器３５、過電流基準電圧源３６、補正電流検出信号生成手段４０を有する。過電流検出比較器３５の正入力端子は補正回路４２を介してローパスフィルタ２６に接続され、出力端子はオア回路２９に接続される。補正回路４２からの補正電流検出信号が過電流基準電圧源３６の過電流しきい値としての過電流基準電圧Ｖｒを超えると、過電流検出比較器３５からトリガ信号が発生し、トリガ信号がオア回路２９を介してＲＳフリップフロップ３０のリセット端子Ｒに供給される。ＲＳフリップフロップ３０はリセットし、スイッチング素子３がオフする。過電流基準電圧Ｖｒは、負荷２１が正常状態の時に補正電流検出信号が横切らないように設定され、負荷２１が短絡状態又は低インピーダンス状態の時に補正電流検出信号が横切るように設定されている。
【０００８】
補正電流検出信号生成手段４０は入力電圧Ｖｉｎの変動による最大出力電流の変動を抑制し、傾斜電圧発生回路４１と補正回路４２とで構成される。傾斜電圧発生回路４１は、クロック発生器３１からのクロック信号に同期して三角波電圧からなる傾斜電圧Ｖ２を発生する。傾斜電圧発生回路４１はクロック信号に応答してスイッチング素子３のオン開始時点からスイッチング素子３の最大オン期間の終了時点よりも後の期間に正の傾きを有する正傾斜電圧Ｖａを連続的に発生し、その後、負の傾きを有する負傾斜電圧Ｖｂを連続的に発生する。
【０００９】
補正回路４２は、ローパスフィルタ２６の電流検出信号Ｖ３から補正電圧Ｖ２を減算した値に相当する補正電流検出信号Ｖ４を形成し、フィードバック比較器２８及び過電流検出比較器３５に送る。補正回路４２は図１０に示すように、電圧変換用抵抗Ｒａ、電流変換用抵抗Ｒｂ、第１及び第２の制御素子Ｑ１，Ｑ２、第３の制御素子Ｑ３と、第４及び第５の制御素子Ｑ４，Ｑ５、第１及び第２の定電流源回路４５，４６とを有する。電圧変換用抵抗Ｒａの一端はローパスフィルタ２６に接続され、他端は補正電流検出信号Ｖ４の出力ライン４７に接続される。電圧変換用抵抗Ｒａに流れる電流Ｉ５の値が変化すると、電圧変換用抵抗Ｒａの両端子間電圧Ｖ５が変化する。電圧変換用抵抗Ｒａに流れる電流Ｉ５がスイッチング素子３のオン時間の経過と共に増大する。従って、電流検出信号Ｖ３と補正電流検出信号Ｖ４との振幅差、即ち電圧Ｖ５はオン時間の経過と共に増大する。電流検出信号Ｖ３と補正電流検出信号Ｖ４と電圧変換用抵抗Ｒａの電圧Ｖ５とはＶ４＝Ｖ３−Ｖ５の関係を有するので、電圧変換用抵抗Ｒａは減算器として機能する。電圧Ｖ５は補正電圧又は補正信号である。
【００１０】
図１０の第１及び第２の制御素子Ｑ１，Ｑ２の第１の主電極としてのソースは直流電源端子４３にそれぞれ接続され、第１及び第２の制御素子Ｑ１，Ｑ２の制御電極としてのゲートは互いに共通に接続され且つ第１の制御素子Ｑ１の第２の主電極としてのドレインに接続される。第１の制御素子Ｑ１のドレインは第３の制御素子Ｑ３のコレクタに接続される。第３の制御素子Ｑ３のエミッタは電流変換用抵抗Ｒｂを介してグランド端子４４に接続される。第３の制御素子Ｑ３のベースは傾斜電圧発生回路４１の出力ライン４１ａに接続される。第２の制御素子Ｑ２のドレインは第４の制御素子Ｑ４のドレインに接続される。第４の制御素子Ｑ４のソースは第１の定電流源回路４５を介してグランド端子４４に接続される。第４及び第５の制御素子Ｑ４，Ｑ５のゲートは互いに共通に接続され且つ第４の制御素子Ｑ４のドレインに接続される。第５の制御素子Ｑ５のソースは第２の定電流源回路４６を介してグランド端子４４に接続され、第５の制御素子Ｑ５のドレインは電圧変換用抵抗Ｒａの他端に接続される。
【００１１】
第１及び第２の定電流源回路４５、４６は、補正電圧Ｖ５が所定値よりも高くなることを制限する。即ち、第１及び第２の定電流源回路４５、４６は、第５の制御素子Ｑ５のドレイン電流に相当する補正電流Ｉ５が所定電流値Ｉ３、Ｉ４よりも大きくなることを制限する。第１の定電流源回路４５の所定電流値Ｉ３は第２の定電流源回路４６の所定電流値Ｉ４と同一に設定されている。
【００１２】
このスイッチング電源装置によれば、スイッチング素子３をオンにするためのクロック信号が発生すると、これに同期して傾斜電圧Ｖ２が発生する。傾斜電圧Ｖ２は第３の制御素子Ｑ３のベースに印加される。これにより、傾斜電圧Ｖ２は第３の制御素子Ｑ３のインピーダンスに変換され、第３の制御素子Ｑ３のインピーダンスが傾斜電圧Ｖ２に対して反比例的に変化する。この結果、傾斜電圧Ｖ２に比例した第１の電流Ｉ１が電流変換用抵抗Ｒｂに流れる。
【００１３】
第２の制御素子Ｑ２のドレインに第１の電流Ｉ１と等しい第２の電流Ｉ２が流れる。傾斜電圧Ｖ２に比例した第２の電流Ｉ２が第２の制御素子Ｑ２のドレインに流れると、第５の制御素子Ｑ５のドレインにも第２の電流Ｉ２に対応した電流Ｉ５が流れる。第５の制御素子Ｑ５の電流Ｉ５は第２の定電流源回路４６の所定電流値Ｉ４＝Ｉ３までは傾斜電圧Ｖ２に比例して流れるが、所定電流値Ｉ４＝Ｉ３で制限される。補正電流Ｉ５は、第１の直流電源端子１a、１次巻線Ｎ１、スイッチング素子３、ローパスフィルタ２６、電圧変換用抵抗Ｒａ、第５の制御素子Ｑ５、第２の定電流源回路４６、及びグランド端子４４の経路で流れる。従って、電圧変換用抵抗Ｒａの端子間電圧Ｖ５はＩ５×Ｒａになる。補正回路４２から出力される補正電流検出信号Ｖ４は、ローパスフィルタ２６からの電流検出信号Ｖ３から補正電圧Ｖ５を減算した値（Ｖ３―Ｖ５）になる。補正電圧Ｖ５は、スイッチング素子３のオン期間Tonにおいて時間の経過と共に増大している。
【００１４】
このように従来の過電流保護回路２５の入力補正電圧特性では、オンデューティが小さい程、補正電圧Ｖ５の値が小さくなり、オンデューティが大きい程、補正電圧Ｖ５の値が大きくなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特許第５１６９１３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、低入力電圧時にオンデューティを大きくして、ピーク電力を取ろうとした場合、あるいはスイッチング周波数を高周波化してピーク電力を取ろうとした場合に、サブハーモニック現象が発生し、ピーク電力を取ることができなかった。サブハーモニック現象を図１１を参照して説明する。時刻ｔ０において、クロック信号によりスイッチング素子３がオンすると、ドレイン電流Ｉｄが直線的に増加する。ゼロから直線的に増加する傾斜電圧Ｖ２が第３の制御素子Ｑ３のベースに印加されると、補正電流検出信号Ｖ４もゼロから直線的に増加する。
【００１７】
時刻ｔ１において、スイッチング素子３がオフすると、ドレイン電流Ｉｄがゼロとなるが、二次巻線Ｎ２に電流が流れる。二次巻線電流は、直線的に減少するが、電流がゼロになる前の時刻ｔ２にスイッチング素子３がオンするため、二次巻線Ｎ２がリセットされない。このため、ドレイン電流Ｉｄは直流分が重畳されて直線的に増加する。ドレイン電流Ｉｄに比例する電流検出信号Ｖ３も直流分が重畳されて直線的に増加する。傾斜電圧Ｖ２はゼロから直線的に増加する。電圧Ｖ４は、Ｖ３−Ｖ５であるため、電圧Ｖ４は、直流分が重畳されて直線的に増加する。
【００１８】
次に、時刻ｔ３において、スイッチング素子３がオフすると、ドレイン電流Ｉｄがゼロとなるが、二次巻線電流は、直線的に減少する。電流がゼロになる前の時刻ｔ４において、スイッチング素子３がオンすると、過電流保護動作に入るため、ドレイン電流Ｉｄは細いパルスとなる。さらに、二次巻線電流は、減少していき、時刻ｔ５でゼロとなりトランス２がリセットされる。時刻ｔ６に時刻ｔ０の状態に戻るため、時刻ｔ０から時刻ｔ６まで周期Ｔ１が繰り返される。ドレイン電流Ｉｄは、期間ｔ３〜ｔ６において流れないため、ピーク電力を取ることができなかった。
【００１９】
本発明の課題は、低入力電圧及びスイッチング周波数を高周波化した場合であってもピーク電力を得ることができるスイッチング電源装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明のスイッチング電源装置は、１次巻線と２次巻線とを有するトランスと、前記トランスの前記１次巻線を介して直流電源に接続され且つオン・オフするスイッチング素子と、前記トランスの前記２次巻線側の出力電圧を検出する出力電圧検出手段と、前記出力電圧検出手段の前記出力電圧に基づき前記出力電圧を一定に制御するためのオン・オフ制御信号を形成して前記スイッチング素子に供給するオン・オフ制御信号形成回路と、前記スイッチング素子に流れる電流を検出し電流検出信号を出力する電流検出手段と、前記オン・オフ制御信号形成回路における前記スイッチング素子のオン開始時点を示す信号に応答して前記スイッチング素子のオン開始時点からデューティが所定値未満の期間に一定値を持つ第１の補正信号を形成し、前記デューティが所定値以上の期間に前記第１の補正信号の値から時間の経過と共に増大する第２の補正信号を形成し、前記電流検出信号から前記第１の補正信号及び前記第２の補正信号を順次に減算して補正電流検出信号を生成する補正電流検出信号生成手段と、前記補正電流検出信号と前記スイッチング素子を流れる電流の過電流レベルを示す過電流しきい値とを比較して前記補正電流検出信号が前記過電流しきい値に達した時に前記スイッチング素子をオフさせるための信号を前記オン・オフ制御信号形成回路に出力する比較手段とを備えることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明は、１次巻線と２次巻線とを有するトランスと、前記トランスの前記１次巻線を介して直流電源に接続され且つオン・オフするスイッチング素子と、前記トランスの前記２次巻線側の出力電圧を検出する出力電圧検出手段と、前記出力電圧検出手段の前記出力電圧に基づき前記出力電圧を一定に制御するためのオン・オフ制御信号を形成して前記スイッチング素子に供給するオン・オフ制御信号形成回路と、前記スイッチング素子に流れる電流を検出し電流検出信号を出力する電流検出手段と、前記オン・オフ制御信号形成回路における前記スイッチング素子のオン開始時点を示す信号に応答し且つ入力電圧が所定電圧未満の場合に前記スイッチング素子のオン開始時点からデューティが所定値未満の期間に一定値を持つ第１の補正信号を形成し、前記デューティが前記所定値以上の期間に前記第１の補正信号の値から時間の経過と共に増大する第２の補正信号を形成し、前記電流検出信号から前記第１の補正信号及び前記第２の補正信号を順次に減算して補正電流検出信号を生成し、前記入力電圧が前記所定電圧以上の場合にゼロから時間の経過と共に増大する第３の補正信号を形成し、前記電流検出信号から前記第３の補正信号を減算して補正電流検出信号を生成する補正電流検出信号生成手段と、前記補正電流検出信号と前記スイッチング素子を流れる電流の過電流レベルを示す過電流しきい値とを比較して前記補正電流検出信号が前記過電流しきい値に達した時に前記スイッチング素子をオフさせるための信号を前記オン・オフ制御信号形成回路に出力する比較手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、補正電流検出信号生成手段は、スイッチング素子のオン開始時点からデューティが所定値未満の期間において、一定値を持つ第１の補正信号を形成し、電流検出信号から第１の補正信号を減算して補正電流検出信号を生成する。即ち、デューティが所定値未満の期間においては、一定の補正量を引き算するので、補正電流検出信号は、小さくなる。
【００２３】
このため、直流分が重畳してもスイッチング素子のターンオン時に過電流保護動作に入らないため、サブハーモニック現象が発生しなくなる。従って、低入力電圧及びスイッチング周波数を高周波化した場合であってもピーク電力を得ることができる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】
【００２４】
【図１】本発明の実施例１のスイッチング電源装置を示す回路図である。
【図２】図１に示す制御部の詳細な回路図である。
【図３】図２に示す加算器と補正回路の詳細な回路図である。
【図４】実施例１のスイッチング電源装置の各部の拡大波形を示す図である。
【図５】本発明の実施例２のスイッチング電源装置に設けられた制御部の詳細な回路図である。
【図６】図５に示す加算器とスイッチと補正回路の詳細な回路図である。
【図７】本発明の実施例３のスイッチング電源装置に設けられた制御部の詳細な回路図である。
【図８】従来のスイッチング電源装置を示す回路図である。
【図９】図８に示す制御部の詳細な回路図である。
【図１０】図９に示す補正回路の詳細な回路図である。
【図１１】従来のスイッチング電源装置においてサブハーモニック現象の各部の拡大波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
次に、図面を参照しながら、本発明のスイッチング電源装置のいくつかの実施形態を説明する。
【実施例１】
【００２６】
図１に示す実施例１のスイッチング電源装置は、図８に示す従来のスイッチング電源装置の制御部７に代えて、制御部７ａを設けたことを特徴とする。図１において、図８と同一の部分には同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
【００２７】
図１に示す制御部７ａは、図８に示す従来の制御部７の構成に対して、図２に示すように、補正電流検出信号生成手段４０ａの構成が異なる。補正電流検出信号生成手段４０ａは、傾斜電圧発生回路４１、基準電圧源Ｖｒ１、加算器５１、補正回路４２ａを備える。
【００２８】
補正電流検出信号生成手段４０ａは、オン・オフ制御信号形成回路２４におけるスイッチング素子３のオン開始時点を示す信号に応答してスイッチング素子３のオン開始時点からデューティが所定値未満の期間に一定値を持つ第１の補正信号を形成し、デューティが所定値以上の期間に第１の補正信号の値から時間の経過と共に増大する第２の補正信号を形成し、電流検出信号から第１の補正信号及び第２の補正信号を順次に減算して補正電流検出信号を生成する。
【００２９】
傾斜電圧発生回路４１は、図９に示すものと同じであるので、その説明は、省略する。基準電圧源Ｖｒ１は、基準電圧を発生し、加算器５１に供給する。
【００３０】
加算器５１は、オンデューティが所定値、例えば１０％未満の期間に基準電圧源Ｖｒ１からの基準電圧を補正回路４２ａに出力する。加算器５１は、オンデューティが所定値、例えば１０％以上の期間に基準電圧に傾斜電圧発生回路４１からの傾斜電圧Ｖ２が重畳された重畳電圧を補正回路４２ａに出力する。
【００３１】
補正回路４２ａは、加算器５１からの基準電圧に基づき第１の補正信号を作成し、加算器５１からの重畳電圧に基づき直流分が重畳され且つ傾斜電圧に比例した第２の補正信号を作成し、電流検出手段１０の電流検出信号から第１の補正信号及び第２の補正信号を順次に減算して補正電流検出信号を生成する。即ち、補正回路４２ａは、ローパスフィルタ２６からの電圧Ｖ３から加算器５１からの電圧Ｖ２ａを減算し、補正電圧Ｖ４ａとして出力する。
【００３２】
図３は、図２に示す加算器５１と補正回路４２ａの詳細な回路図である。図３に示すように、加算器５１は、アノードが傾斜電圧発生回路４１の出力ライン４１ａに接続され、カソードが第３の制御素子Ｑ３のベースに接続されるダイオードＤ１と、アノードが基準電圧源Ｖｒ１の正極に接続され、カソードが第３の制御素子Ｑ３のベースに接続されるダイオードＤ２とからなる。
【００３３】
次に、このように構成された実施例１のスイッチング電源装置の動作を図４に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。
【００３４】
まず、時刻ｔ０において、スイッチング素子３をオンさせる。加算器５１において、傾斜電圧発生回路４１からの傾斜電圧Ｖ２がダイオードＤ１に印加され、基準電圧源Ｖｒ１からの基準電圧がダイオードＤ２に印加される。時刻ｔ０〜ｔ０１（オンデューティが所定値未満の期間）においては、基準電圧Ｖｒ１が傾斜電圧Ｖ２よりも高いので、ダイオードＤ２がオンし、ダイオードＤ１がオフする。
【００３５】
このため、基準電圧Ｖｒ１が第３の制御素子Ｑ３のベースに印加される。これにより、補正回路４２ａにおいて基準電圧Ｖｒ１に比例した第１の補正信号が作成される。このため、補正回路４２ａから出力される補正電流検出信号Ｖ４は、ローパスフィルタ２６からの電流検出信号Ｖ３から第１の補正信号を減算した値になる。
【００３６】
次に、時刻ｔ０１〜ｔ１１（オンデューティが所定値以上の期間）においては、傾斜電圧Ｖ２が基準電圧Ｖｒ１よりも高いので、ダイオードＤ１がオンし、ダイオードＤ２がオフする。このため、基準電圧Ｖｒ１に傾斜電圧Ｖ２が重畳された重畳電圧が第３の制御素子Ｑ３のベースに印加される。
【００３７】
これにより、補正回路４２ａにおいて重畳電圧に比例した第２の補正信号が作成される。このため、補正回路４２ａから出力される補正電流検出信号Ｖ４は、ローパスフィルタ２６からの電流検出信号Ｖ３から第２の補正信号を減算した値になる。
【００３８】
次に、時刻ｔ１１〜ｔ１２において、スイッチング素子３をオフさせると、二次巻線電流が流れる。時刻ｔ１２以降の処理は、時刻ｔ０〜ｔ１２の処理と同様である。
【００３９】
このように実施例１のスイッチング電源装置によれば、補正電流検出信号生成手段４０ａは、スイッチング素子３のオン開始時点からデューティが所定値未満の期間において一定値を持つ第１の補正信号を形成し、電流検出信号から第１の補正信号を減算して補正電流検出信号を生成する。即ち、デューティが所定値未満の期間においては、一定の補正量を引き算するので、補正電流検出信号は、小さくなる。
【００４０】
このため、直流分が重畳してもスイッチング素子３のターンオン時に過電流保護動作に入らないため、サブハーモニック現象が発生しなくなる。従って、低入力電圧であってもピーク電力を得ることができるスイッチング電源装置を提供することができる。即ち、入力電圧範囲を拡張することができる。
【実施例２】
【００４１】
図５は、実施例２のスイッチング電源装置に設けられた制御部７ｂの詳細な回路図である。図６は、図５に示す加算器５１ａとスイッチＳＷと補正回路４２ｂの詳細な回路図である。制御部７ｂに備えられた補正電流検出信号生成手段４０ｂは、傾斜電圧発生回路４１、基準電圧源Ｖｒ１、加算器５１ａ、基準電圧源Ｖｒ１と加算器５１ａとに接続されたスイッチＳＷ、補正回路４２ｂを有している。
【００４２】
さらに、制御部７ｂは、デューティを検出し、デューティが所定値未満の期間にスイッチＳＷをオンさせ、デューティが所定値以上の期間にスイッチＳＷをオフさせるデューティ検出回路５２を備える。
【００４３】
具体的には、デューティ検出回路５２は、ノア回路３２の出力端子に接続され、スイッチング素子３をオンオフさせるためのゲート信号を入力してゲート信号を積分し、ゲート信号を積分した積分値を前記所定値（デューティが例えば１０％）に対応する閾値と比較する。
【００４４】
デューティ検出回路５２は、積分値が閾値未満である場合には、デューティが所定値未満の期間であるとしてスイッチＳＷをオンさせる。このため、このため、基準電圧Ｖｒ１が第３の制御素子Ｑ３のベースに印加される。これにより、補正回路４２ｂにおいて基準電圧Ｖｒ１に比例した第１の補正信号が作成される。このため、補正回路４２ｂから出力される補正電流検出信号Ｖ４は、ローパスフィルタ２６からの電流検出信号Ｖ３から第１の補正信号を減算した値になる。
【００４５】
次に、デューティ検出回路５２は、積分値が閾値以上である場合には、デューティが所定値以上の期間であるとしてスイッチＳＷをオフさせる。即ち、スイッチＳＷをオフした時には、傾斜電圧Ｖ２は基準電圧Ｖｒ１と同じ電圧となっている。このため、基準電圧Ｖｒ１に傾斜電圧Ｖ２が重畳された重畳電圧が第３の制御素子Ｑ３のベースに印加される。
【００４６】
これにより、補正回路４２ｂにおいて重畳電圧に比例した第２の補正信号が作成される。このため、補正回路４２ｂから出力される補正電流検出信号Ｖ４は、ローパスフィルタ２６からの電流検出信号Ｖ３から第２の補正信号を減算した値になる。従って、実施例２のスイッチング電源装置においても、実施例１のスイッチング電源装置の効果と同様な効果が得られる。
【００４７】
また、実施例１のスイッチング電源装置では、基準電圧源Ｖｒ１の基準電圧値によりオンデューティの所定値を決定したが、実施例２のスイッチング電源装置では、デューティ検出回路５２によりオンデューティの所定値を決定することができる。
【実施例３】
【００４８】
図７は、本発明の実施例３のスイッチング電源装置に設けられた制御部７ｃの詳細な回路図である。制御部７ｃに備えられた補正電流検出信号生成手段４０ｃは、傾斜電圧発生回路４１、基準電圧源Ｖｒ１、加算器５１ｂ、基準電圧源Ｖｒ１と加算器５１ｂとに接続されたスイッチＳＷ、補正回路４２ｃを有している。
【００４９】
補正電流検出信号生成手段４０ｃは、オン・オフ制御信号形成回路２４におけるスイッチング素子３のオン開始時点を示す信号に応答し且つ入力電圧が所定電圧未満の場合にスイッチング素子３のオン開始時点からデューティが所定値未満の期間に一定値を持つ第１の補正信号を形成し、デューティが所定値以上の期間に第１の補正信号の値から時間の経過と共に増大する第２の補正信号を形成し、電流検出信号から第１の補正信号及び第２の補正信号を順次に減算して補正電流検出信号を生成する。
【００５０】
また、補正電流検出信号生成手段４０ｃは、入力電圧が所定電圧以上の場合にゼロから時間の経過と共に増大する第３の補正信号を形成し、電流検出信号から第３の補正信号を減算して補正電流検出信号を生成する。
【００５１】
加算器５１ｂは、入力電圧が所定電圧値未満の場合にデューティが所定値未満の期間に基準電圧源Ｖｒ１からの基準電圧を出力し、デューティが所定値以上の期間に基準電圧に傾斜電圧発生回路４１の傾斜電圧が重畳された重畳電圧を出力し、入力電圧が所定電圧値以上の場合に傾斜電圧を出力する。スイッチＳＷは、基準電圧源Ｖｒ１と加算器５１ｂとに接続される。
【００５２】
補正回路４２ｃは、加算器５１ｂからの基準電圧に基づき第１の補正信号を作成し、重畳電圧に基づき第２の補正信号を作成し、電流検出信号から第１の補正信号及び第２の補正信号を順次に減算して補正電流検出信号を生成する。補正回路４２ｃは、傾斜電圧発生回路４１からの傾斜電圧Ｖ２に基づき傾斜電圧に比例した第３の補正信号を作成し、電流検出信号から第３の補正信号を減算して補正電流検出信号を生成する。
【００５３】
制御部７ｃは、入力電圧を監視し、入力電圧Ｖｉｎが所定電圧値未満の場合にスイッチＳＷをオンさせ、入力電圧Ｖｉｎが所定電圧値以上の場合にスイッチＳＷをオフさせる入力電圧監視回路５３を備える。
【００５４】
このように構成された実施例３のスイッチング電源装置によれば、入力電圧監視回路５３は、入力電圧を監視し、入力電圧Ｖｉｎが所定電圧値未満の場合にスイッチＳＷをオンさせる。すると、加算器５１ｂは、デューティが所定値未満の期間に基準電圧源Ｖｒ１からの基準電圧を出力し、デューティが所定値以上の期間に基準電圧に傾斜電圧発生回路４１の傾斜電圧が重畳された重畳電圧を出力する。
【００５５】
補正回路４２ｃは、加算器５１ｂからの基準電圧に基づき第１の補正信号を作成し、重畳電圧に基づき第２の補正信号を作成し、電流検出信号から第１の補正信号及び第２の補正信号を順次に減算して補正電流検出信号を生成する。
【００５６】
従って、実施例１のスイッチング電源装置の効果と同様な効果が得られる。
【００５７】
次に、入力電圧監視回路５３は、入力電圧を監視し、入力電圧Ｖｉｎが所定電圧値以上の場合にスイッチＳＷをオフさせる。すると、加算器５１ｂは、入力電圧が所定電圧値以上の場合にゼロから時間と共に増大する傾斜電圧を出力する。
【００５８】
補正回路４２ｃは、傾斜電圧に基づき傾斜電圧に比例した第３の補正信号を作成し、電流検出信号から第３の補正信号を減算して補正電流検出信号を生成する。
【００５９】
即ち、入力電圧が高い場合には、デューティが狭まりサブハーモニック現象が発生しなくなるので、補正電流検出信号から第１の補正信号を引き算する必要がなくなる。
【符号の説明】
【００６０】
１a、１ｂ  第１及び第２の直流電源端子
２  トランス
３  スイッチング素子
４  出力整流平滑回路
６  出力電圧検出回路
７  制御部
１０  電流検出抵抗
１４  集積回路
２４  オン・オフ制御信号形成回路
２５  過電流保護回路
３５  過電流検出比較器
３６  過電流基準電圧源
４０、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ  補正電流検出信号生成手段
４１  傾斜電圧発生回路
４２、４２ａ、４２ｂ、４２ｃ  補正回路
５１、５１ａ、５１ｂ  加算器
５２  デューティ検出回路
５３  入力電圧監視回路
ＳＷ  スイッチ
Ra  電圧変換用抵抗
V3  電流検出信号
V4  補正電流検出信号
V5  補正電圧
I5  補正電流
Ｖｒ１  基準電圧源
Ｄ１，Ｄ２  ダイオード
【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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【図１０】
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【図１１】
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