(57)【要約】【課題】フォトカプラを使用することなく、接続される負荷の性質、負荷の個数、負荷の接続状態によらず負荷に流れる電流を一定に保つことが可能なスイッチング電源装置およびスイッチング制御方法を提供すること。【解決手段】スイッチング素子と、一方の端子は入力端に接続され、別の端子はスイッチング素子に接続された第１の巻線と、スイッチング素子に接続される制御部と、一方の端子は接地され、別の端子は制御部に接続され、制御部に制御信号を供給する第３の巻線と、負荷に電力を供給するための第２の巻線とを有し、第１から第３の巻線は互いに電磁結合されており、制御部は供給される制御信号に応じて前記スイッチング素子のオン時間および／またはオフ時間を制御することによって負荷にかかる電流を一定の値に制御することを特徴とするスイッチング電源装置。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング電源装置であって、
スイッチング素子と、
一方の端子は入力端に接続され、別の端子はスイッチング素子に接続された第１の巻線と、
前記スイッチング素子に接続される制御部と、
一方の端子は接地され、別の端子は前記制御部に接続され、前記制御部に制御信号を供給する第３の巻線と、
負荷に電力を供給するための第２の巻線と
を含み、前記第１から第３の巻線は互いに電磁結合されており、前記制御部は供給される前記制御信号に応じて前記スイッチング素子のオン時間および／またはオフ時間を制御することによって前記負荷にかかる電流を一定の値に制御することを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
前記制御部が、
前記第３の巻線に接続され、前記制御信号が入力されるオシレータ部と、
コンパレータと、
一方の端子は接地され、別の端子は前記スイッチング素子および前記コンパレータの正の入力側に接続される電流検出抵抗であって、前記コンパレータの正の入力側に前記電流検出抵抗にかかる電圧が入力される、前記電流検出抵抗と、
一方の端子は接地され、別の端子は前記コンパレータの負の入力側に接続される基準電圧と、
セット端子に前記オシレータ部の出力が接続され、リセット端子に前記コンパレータの出力が接続されたフリップフロップであって、出力が前記スイッチング素子に接続される、前記フリップフロップと
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。
【請求項３】
前記オシレータ部が、オシレータと、前記オシレータに接続されるオシレータ制御部を含み、前記オシレータ制御部は前記第３の巻線に接続されて前記制御信号が入力され、前記オシレータの出力は前記フリップフロップのセット端子に接続されることを特徴とする請求項２に記載のスイッチング電源装置。
【請求項４】
前記オシレータ制御部は、入力された前記制御信号に応じて前記オシレータの動作周期を制御す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装置。
【請求項５】
前記オシレータ部は、前記オシレータと、前記オシレータに接続されるピーク信号保持回路を含み、前記ピーク信号保持回路は前記第３の巻線に接続されて前記制御信号が入力され、前記オシレータの出力は前記フリップフロップのセット端子に接続されることを特徴とする請求項２に記載のスイッチング電源装置。
【請求項６】
前記ピーク信号保持回路が、パルス発生回路と、スイッチと、容量素子とを含み、前記パルス発生回路および前記スイッチは前記第３の巻線からの入力信号を受け取り、前記入力信号に応じて前記パルス発生回路によって一時的にスイッチがＯＮにされ、この間に前記容量素子に電荷がチャージされ、前記容量素子の電圧を検出することで、前記入力信号の変化を定量的な値として得、前記オシレータに送られることを特徴とする請求項５に記載のスイッチング電源装置。
【請求項７】
前記制御部が、
オシレータと、
コンパレータと、
一方の端子は接地され、別の端子は前記スイッチング素子および前記コンパレータの正の入力側に接続される電流検出抵抗であって、前記コンパレータの正の入力側に前記電流検出抵抗にかかる電圧が入力される、前記電流検出抵抗と、
一方の端子は接地され、別の端子は前記コンパレータの負の入力側に接続され、さらに前記第３の巻線に接続されて、入力される前記制御信号に応じて電圧が変化する可変基準電圧と、
セット端子に前記オシレータ部の出力が接続され、リセット端子に前記コンパレータの出力が接続されたフリップフロップであって、出力が前記スイッチング素子に接続される、前記フリップフロップと
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。
【請求項８】
前記制御部が、
オシレータと、
コンパレータと、
一方の端子は接地され、別の端子は前記スイッチング素子および前記コンパレータの正の入力側に接続され、さらに前記第３の巻線に接続されて、入力される前記制御信号に応じて電流が変化する可変電流検出抵抗部であって、前記コンパレータの正の入力側に前記可変電流検出抵抗部にかかる電圧が入力される、前記可変電流検出抵抗部と、
一方の端子は接地され、別の端子は前記コンパレータの負の入力側に接続される基準電圧と、
セット端子に前記オシレータ部の出力が接続され、リセット端子に前記コンパレータの出力が接続されたフリップフロップであって、出力が前記スイッチング素子に接続される、前記フリップフロップと
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。
【請求項９】
前記第３の巻線から、コンパレータ、フリップフロップ、オシレータ、オシレータ制御部のうちの少なくとも一つに、平滑化回路を介して電力が供給されることを特徴とする請求項２乃至８のいずれか一項に記載のスイッチング電源装置。
【請求項１０】
前記入力端と前記第１の巻線との間から、スイッチを介して前記制御部に電力が供給されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載のスイッチング電源装置。
【請求項１１】
前記第３の巻線と前記制御部の間にダイオードが接続されることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のスイッチング電源装置。
【請求項１２】
第１の巻線に流れる電力を、前記第１の巻線に直列接続されるスイッチング素子のオン時間および／またはオフ時間を制御することによって、前記第１の巻線に電磁結合された第２の巻線から負荷に流れる電力を制御するスイッチング制御方法であって、
前記第１および前記第２の巻線に電磁結合された第３の巻線に流れる信号に応じて、前記スイッチング素子の前記オン時間および／または前記オフ時間を制御することを特徴とするスイッチング制御方法。
【請求項１３】
前記第３の巻線に流れる信号が、前記スイッチング素子に接続される制御部に入力され、前記制御部が、
前記スイッチング素子に接続される電流検出抵抗と、
正の入力側に前記電流検出抵抗にかかる電圧が入力され、負の入力側に基準電圧が入力されるコンパレータと、
セット端子にオシレータ部の出力が接続され、リセット端子に前記コンパレータの出力が接続されるフリップフロップであって、出力が前記スイッチング素子に接続される、前記フリップフロップと
を含み、前記オシレータ部に前記第３の巻線に流れる信号を入力することで、前記第１の巻線に直列接続される前記スイッチング素子のオン時間および／またはオフ時間を制御するものであり、前記第３の巻線に流れる信号が基準値よりも高い場合は、前記オシレータ部の動作周期を短縮し、前記第３の巻線に流れる信号が基準値よりも低い場合は、前記オシレータ部の動作周期を延長することで、前記スイッチング素子のオフ時間を制御することを特徴とする請求項１２に記載のスイッチング制御方法。
【請求項１４】
前記オシレータ部が、オシレータとオシレータ制御部とを含み、前記オシレータ制御部に前記第３の巻線に流れる信号が入力され、前記オシレータの出力が前記フリップフロップのセット端子に接続されることを特徴とする請求項１３に記載のスイッチング制御方法。
【請求項１５】
前記第３の巻線に流れる信号が、前記スイッチング素子に接続される制御部に入力され、前記制御部が、
前記スイッチング素子に接続される電流検出抵抗と、
正の入力側に前記電流検出抵抗にかかる電圧が入力され、負の入力側に基準電圧が入力されるコンパレータと、
セット端子にオシレータの出力が接続され、リセット端子に前記コンパレータの出力が接続されフリップフロップであって、出力が前記スイッチング素子に接続される、前記フリップフロップと、
前記オシレータに出力が接続され、前記第３の巻線に流れる信号が入力に接続されるピーク信号保持回路と
を有し、前記ピーク信号保持回路が、前記スイッチング素子がオフするごとに、前記第３の巻線に流れる信号の最大値を検出し保持し、検出された前記第３の巻線に流れる前記信号の最大値に応じて前記オシレータの動作周期を延長または短縮することを特徴とする請求項１２に記載のスイッチング制御方法。
【請求項１６】
前記第３の巻線に流れる信号が、前記スイッチング素子に接続される制御部に入力され、前記制御部が、
前記スイッチング素子に接続される電流検出抵抗と、
制御信号が入力される可変基準電圧と、
正の入力側に前記電流検出抵抗にかかる電圧が入力され、負の入力側に前記可変基準電圧から出力される基準電圧が入力されるコンパレータと、
セット端子にオシレータの出力が接続され、リセット端子に前記コンパレータの出力が接続され、出力が前記スイッチング素子に接続される、フリップフロップと
によって前記第１の巻線に直列接続されるスイッチング素子のオン時間を制御するものであり、
可変基準電圧に入力される制御信号が基準値よりも高い場合は、コンパレータに入力される基準電圧を上げ、
可変基準電圧に入力される制御信号が基準値よりも低い場合は、コンパレータに入力される基準電圧を下げることで、前記第１の巻線に直列接続されるスイッチング素子のオン時間を制御することを特徴とする請求項１２に記載のスイッチング制御方法。
【請求項１７】
前記第３の巻線に流れる信号が、前記スイッチング素子に接続される制御部に入力され、前記制御部が、
前記スイッチング素子に接続される電流検出可変抵抗と、
制御信号が入力される可変電流検出抵抗と、正の入力側に前記可変電流検出抵抗にかかる電圧が入力され、負の入力側に基準電圧が入力されるコンパレータと、
セット端子にオシレータの出力が接続され、リセット端子に前記コンパレータの出力が接続され、出力が前記スイッチング素子に接続される、フリップフロップと
によって第１の巻線に直列接続されるスイッチング素子のオン時間を制御するものであり、
可変電流検出抵抗に入力される制御信号が基準値よりも高い場合は、可変電流検出抵抗の抵抗値を下げ、
可変電流検出抵抗に入力される制御信号が基準値よりも低い場合は、可変電流検出抵抗の抵抗値を上げることで、前記第１の巻線に直列接続されるスイッチング素子のオン時間を制御することを特徴とする請求項１２に記載のスイッチング制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスイッチング電源装置およびスイッチング制御方法に関し、より詳細には、絶縁型（フライバック型）スイッチング方式のスイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチング電源装置の中でも、絶縁型スイッチング方式のスイッチング電源装置は、ＬＥＤ照明などの電力を多く必要としない機器に対して使用される。従来知られている一般的な絶縁型スイッチング方式のスイッチング電源装置として、特許文献１に記載のスイッチング電源装置を図１に示す。
【０００３】
図１に示すスイッチング電源装置は、入力端１とスイッチング素子２との間に直列接続される第１の巻線３と、負荷４に電力を供給するための第２の巻線５と、スイッチング素子に接続される制御部に制御信号を供給する第３の巻線７と、第２の巻線側にフォトカプラの発光部８および出力電圧検出回路９と、第１の巻線側の制御部にフォトカプラの受光部１０とを有し、第１から第３の巻線が互いに電磁結合されているスイッチング電源装置である。
【０００４】
図１に示すスイッチング電源装置は、第２の巻線５から負荷４にかかる出力電圧を出力電圧検出回路９によって連続的に検出し、出力電圧が所定の値を超えたときにフォトカプラの発光部８が発光する。フォトカプラの受光部１０が発光部８からの光を検出し、スイッチング素子２をオフにすることで、負荷４にかかる出力電圧を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３０４６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
スイッチング電源装置に接続される負荷４に流れる電流は、接続される負荷の性質、負荷の個数、負荷の接続状態によって変動し得るという問題がある。特にＬＥＤに代表されるような一定のオン閾値を有する負荷の場合、接続されるＬＥＤの灯数や動作時の自己発熱によりＬＥＤのオン閾値は変動し、負荷に流れる電流の変動という問題は特に顕著となる。
【０００７】
しかし、図１に示したスイッチング電源装置で上記問題を解決しようとすると、接続される負荷に応じて使用者が出力電圧検出回路の設定値を変更しなければならず、実質的に上記問題を解決することはできない。
【０００８】
また、図１に示したスイッチング電源装置は、第２の巻線を有する電源出力側の情報を第１の巻線を有する電源入力側のスイッチング素子の制御部に伝達するためにフォトカプラおよび出力電圧検出回路を使用することが必須となっている。フォトカプラには、電源出力側と電源入力側とを電気的に絶縁することができるという利点があるが、フォトカプラの実装位置に制約があり、スイッチング電源装置の素子配置に大きな制限を加えることになる。
【０００９】
すなわち、本発明は、フォトカプラという特別な検出素子を使用することなく、接続される負荷の性質、負荷の個数、負荷の接続状態によらず負荷に流れる電流を一定に保つことが可能なスイッチング電源装置およびスイッチング制御方法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】
【００１０】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討したところ、スイッチング素子と、一方の端子は入力端に接続され、別の端子はスイッチング素子に接続された第１の巻線と、スイッチング素子に接続される制御部と、一方の端子は接地され、別の端子は制御部に接続され、制御部に制御信号を供給する第３の巻線と、負荷に出力電力を供給するための第２の巻線とを含み、第１から第３の巻線は互いに電磁結合されたスイッチング電源装置を作製し、第３の巻線から流れる信号を制御部に入力し、供給される制御信号に応じてスイッチング素子のオン時間および／またはオフ時間を制御することにより、負荷にかかる電流を一定の値に制御し、上記課題を解決することができることを見出し、本発明を完成させた。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、フォトカプラなどの特別な検出素子を使用することなく、負荷のオン閾値が変動しても負荷に流れる電流の変動を容易に抑制することが可能なスイッチング電源装置およびスイッチング制御方法を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来のスイッチング電源装置を示す回路図である。
【図２】本発明の実施形態に係るスイッチング電源装置を示す回路図である。
【図３】本発明の実施例１に係るスイッチング電源装置を示す回路図である。
【図４】本発明の実施例２に係るスイッチング電源装置を示す回路図である。
【図５】本発明の実施例３に係るスイッチング電源装置を示す回路図である。
【図６】本実施形態に係るピーク信号保持回路を示す回路図である。
【図７】本発明の実施例１に係るＶｏｕｔが変化しない場合の波形図である。
【図８】本発明の実施例１に係るＶｏｕｔが変化した場合の波形図である。
【図９】本発明の実施例１に係るスイッチング制御方法を示す図である。
【図１０】本発明の実施例２に係るスイッチング制御方法を示す図である。
【図１１】本発明の実施例３に係るスイッチング制御方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
【００１４】
＜スイッチング電源装置＞
本発明の実施形態のスイッチング電源装置は、図２に示すように、入力端１と、スイッチング素子２と、入力端とスイッチング素子との間に直列接続される第１の巻線３と、負荷に電力を供給するための第２の巻線５と、スイッチング素子に接続される制御部６と、制御部６に制御信号１１を供給する第３の巻線７とを有している。第１から第３の巻線が互いに電磁結合されており、制御部が供給される制御信号に応じてスイッチング素子のオン時間および／またはオフ時間を制御する。スイッチング電源装置によれば、フォトカプラなどの特別な検出素子を組み込むことなく負荷に流れる電流を所望の値に制御することが可能になる。この機構は後に詳細に述べる。また、フォトカプラを使用する必要がないため、第１および第３の巻線側と、第２の巻線側とが電気的および光学的に絶縁されたスイッチング電源装置が実現可能となる。
【００１５】
スイッチング素子としては、第１の巻線に流れる電流を制御することが可能なものであれば特に制限されず、例えばＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタ、バイポーラトランジスタ、又はＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などが挙げられるが、この限りではない。
【００１６】
＜制御部およびスイッチング制御方法＞
本実施形態の制御部の回路構成およびスイッチング制御方法の好適な例のいくつかを以下に述べる。
【００１７】
本実施形態のスイッチング制御方法は、第１の巻線３に直列接続されるスイッチング素子２のオン時間および／またはオフ時間を制御することによって第１の巻線に流れる電力を制御し、第１の巻線に電磁結合された第２の巻線５から負荷４に流れる電力を制御するスイッチング制御方法において、スイッチング素子のオン時間および／またはオフ時間の制御方法が第１および第２の巻線に電磁結合された第３の巻線７に流れる信号に応じて行われるスイッチング制御方法である。この方法により、フォトカプラなどの特別な検出素子を組み込むことなく負荷に流れる電力を所望の値に制御することが可能になる。
【００１８】
制御部の回路構成およびスイッチング制御方法の第１の好適な例を図３に示す。第１の好適な例では、制御部は、スイッチング素子２に接続される電流検出抵抗Ｒｓｅｎｓｅ１２と、正の入力側に電流検出抵抗Ｒｓｅｎｓｅにかかる電圧Ｖｃｏｍｐ＋が入力され、負の入力側に基準電圧Ｖｒｅｆ１３が入力されるコンパレータ１４と、セット端子にオシレータ部１５の出力が接続され、リセット端子にコンパレータの出力が接続されるフリップフロップ１６とを含み、フリップフロップの出力はスイッチング素子に接続され、オシレータ部に制御信号１１が入力される回路構成をなす。オシレータ制御部は、入力された制御信号に応じてオシレータの動作周期を制御するものであることが好ましい。
【００１９】
この方法は、第３の巻線７に流れる信号をオシレータ部に入力することで、オシレータ部によってフリップフロップ１６の動作周期を所望の値に制御し、第１の巻線３に直列接続されるスイッチング素子のオン時間および／またはオフ時間を制御するスイッチング制御方法である。第３の巻線に流れる信号が基準値よりも高い場合は、スイッチング素子のオフ時間を短縮し、第３の巻線に流れる信号が基準値よりも低い場合は、スイッチング素子のオフ時間を延長するという制御を行い、第２の巻線５から負荷４（負荷の例としてＬＥＤが接続されている）に供給される電力を制御することが可能になる。
【００２０】
さらに、オシレータ部１５が、オシレータ１８とオシレータ制御部２０を含み、オシレータ制御部に制御信号１１が入力され、オシレータの出力がフリップフロップ１６のセット端子に接続されるものであることが、スイッチング素子のオフ時間を容易に制御する観点から好ましい。
【００２１】
制御部の回路構成の他の好適な例としては、前記オシレータ部が、オシレータ１８と、オシレータに接続されるピーク信号保持回路を含み、ピーク信号保持回路に制御信号１１が入力され、オシレータの出力がフリップフロップ１６のセット端子に接続される回路構成をなす。
【００２２】
ピーク信号保持回路としては、入力される信号を特定のタイミングで検出し保持することが出来るものであれば特に制限されないが、例えば図６に示すような回路構成をなすとすると、第３の巻線７から入力された信号２１に応じてパルス発生回路２２によって一時的にスイッチをＯＮされ、スイッチがＯＮの間に容量素子２３に電荷（電圧）がチャージされ、チャージされた電圧を検出することで、第３の巻線７から入力される信号の変化を定量的な値として得ることができる。
【００２３】
ピーク信号保持回路を含む上記回路構成におけるスイッチング制御方法は、ピーク信号保持回路が、該ピーク信号保持回路に一定値以上の電圧がかかったときに、その電圧値を検出し保持し、該検出された電圧値に応じてオシレータの動作周期を延長または短縮するスイッチング制御方法である。オシレータ部に入力される制御信号に応じてフリップフロップをセットする時間間隔を制御することにより、スイッチング素子のオフ時間を制御し、第２の巻線５から負荷４に供給される電力を制御することが可能になる。
【００２４】
制御部の回路構成およびスイッチング制御方法の第２の好適な例を図４に示す。第２の好適な例では、制御部は、スイッチング素子２に接続される電流検出抵抗Ｒｓｅｎｓｅ１２と、制御信号が入力される可変基準電圧部１７と、正の入力側に電流検出抵抗Ｒｓｅｎｓｅにかかる電圧が入力され、負の入力側に可変基準電圧部が入力されるコンパレータ１４と、セット端子にオシレータ１８の出力が接続され、リセット端子にコンパレータの出力が接続されるフリップフロップ１６とを含み、フリップフロップの出力がスイッチング素子に接続される回路構成をなす。
【００２５】
この方法は、可変基準電圧部に入力される制御信号に応じて可変基準電圧部の基準電圧の時間的変化を制御することにより、第１の巻線３に電流が流れる時間（第１の巻線に蓄積される電力）を制御するスイッチング制御方法である。可変基準電圧部に入力される制御信号が基準値よりも高い場合は、コンパレータに入力される基準電圧を上げ、可変基準電圧部に入力される制御信号が基準値よりも低い場合は、コンパレータに入力される基準電圧を下げることで、第１の巻線３に直列接続されるスイッチング素子のオン時間を制御し、第２の巻線５から負荷４に供給される電力を制御することが可能になる。
【００２６】
制御部の回路構成およびスイッチング制御方法の第３の好適な例を図５に示す。第３の好適な例では、制御部は、スイッチング素子２に接続され、かつ制御信号が入力される可変電流検出抵抗部１９と、正の入力側に可変電流検出抵抗部にかかる電圧が入力され、負の入力側に基準電圧１３が入力されるコンパレータ１４と、セット端子にオシレータ１８の出力が接続され、リセット端子にコンパレータの出力が接続されるフリップフロップ１６とを含み、フリップフロップの出力がスイッチング素子に接続される回路構成をなす。
【００２７】
この方法は、可変電流検出抵抗部に入力される制御信号に応じてコンパレータの正の入力側に入力される電圧値の時間的変化を制御することにより、第１の巻線３に電流が流れる時間（第１の巻線に蓄積される電力）を制御するスイッチング制御方法である。可変電流検出抵抗部に入力される制御信号が基準値よりも高い場合は、可変電流検出抵抗部の抵抗値を下げ、可変電流検出抵抗部に入力される制御信号が基準値よりも低い場合は、可変電流検出抵抗部の抵抗値を上げることで、第１の巻線に直列接続されるスイッチング素子のオン時間を制御し、第２の巻線５から負荷４に供給される電力を制御することが可能になる。
【００２８】
＜入力電力＞
制御部がコンパレータ、フリップフロップ、オシレータ部のうちの少なくとも一つを有する場合、第３の巻線から平滑化回路を含む電力供給ラインを介して入力電力がコンパレータ、フリップフロップ、オシレータ部の少なくとも一つに供給される回路構成であることが電力の高効率化の観点から好ましい。
【００２９】
上記の電力供給方法とは異なる方法の例を挙げると、入力端と第１の巻線との間からスイッチを介して入力電力が制御部に供給される回路構成であることがスイッチング動作をスムーズに開始することが可能になる観点から好ましい。
【００３０】
＜可変基準電圧部＞
可変基準電圧部１７は、コンパレータ１４の負の入力側に入力される電圧を制御することが可能なものであれば特に制限されない。
【００３１】
＜可変電流検出抵抗部＞
可変電流検出抵抗部１９は、コンパレータ１４の正の入力側に入力される電圧を制御することが可能なものであれば特に制限されない。
【００３２】
＜第３の巻線に接続されたダイオード＞
第３の巻線と制御部の間にダイオードが接続されることが、制御部に不要な負荷をかけず、精度の高い制御を実行する観点から好ましい。
【００３３】
＜負荷＞
負荷としては、流れる電流を所望の値に制御することを要するものであれば特に制限されないが、ＬＥＤに代表されるような一定のオン閾値を有する負荷である場合に、本発明の効果はより一層効果的なものになる。
【００３４】
以下に、本実施形態のスイッチング電源装置およびスイッチング制御方法を、添付の図を参照しながら、実施例によって詳細に説明する。
【実施例１】
【００３５】
実施例１のスイッチング電源装置を、図３に示す。実施例１のスイッチング電源装置は、制御部は制御部の第１の好適な例で述べた構成をなし、第２の巻線５側にはダイオード２７が接続されており、第３の巻線７と制御部６とはダイオード２５を介して接続されており、第３の巻線７からはダイオードと、抵抗とコンデンサからなる平滑化回路を介して制御部の構成素子を動作させるための電力供給ライン２６を有する。負荷４としてＬＥＤがダイオード２７を介して第２の巻線に接続されている。
【００３６】
なお、第１および第３の巻線側と、第２の巻線側とは電気的および光学的に絶縁されている。
【００３７】
＜第３の巻線から制御部に制御信号を供給しない場合＞
図３に示すスイッチング電源装置によるスイッチング制御方法を説明するために、まず、第３の巻線から制御部６に制御信号１１が供給されない場合の動作を説明する。
【００３８】
なお、電源投入時には、スイッチ２８を介して入力端１から制御部６に電力を供給することで制御部の動作を開始させ、第３の巻線から電源供給ライン２６を介して制御部に電力が供給されるようになるとスイッチをオフすることで、制御部の各構成素子を動作させている。
【００３９】
（Ａ）まず、オシレータ１８からフリップフロップ１６にパルス電圧Ｖｏｓｃが入力され、フリップフロップからスイッチング素子２をオンにするゲート電圧ＶGがかかる。
【００４０】
（Ｂ）スイッチング素子２がオンになることにより、第１の巻線３に流れる電流Ｉ１およびコンパレータ１４の正の入力側に入力される電圧Ｖｃｏｍｐ＋の時間ΔＴ当たりの増加量ΔＩ1、ΔＶcomp+は、それぞれ下式（１）（２）に従う。
【００４１】
【数１】
2011244619.tif 000003
【００４２】
【数２】
2011244619.tif 000004
【００４３】
ここで、Ｖｉｎは第１の巻線に入力される電圧、Ｌ１は第１の巻線のインダクタンスである。このとき、第２の巻線５側の電圧Ｖ２は、第１の巻線側の電圧Ｖ１の図面上の向きを反転した電圧になるが、第２の巻線と負荷４の間にダイオード２７が存在するため負荷には電流が流れない。
【００４４】
（Ｃ）Ｖｃｏｍｐ＋がコンパレータの負の入力側に入力されるＶｒｅｆの絶対値を超えると、コンパレータの出力からフリップフロップのリセット端子に信号が送信され、スイッチング素子をオフする。これにより、Ｉ１およびＶｃｏｍｐ＋はゼロになる。
【００４５】
（Ｄ）スイッチング素子をオフすることにより、第１の巻線に流れていた電流Ｉ１は流れが止まり、その瞬間、第２の巻線の電圧Ｖ２として、逆起電圧Ｖｏｕｔが生じ、第２の巻線から負荷に正の電圧がかかり、負荷に電流Ｉ２が流れる。このときＩ２の減衰量ΔＩ２は下式（３）に従う。
【００４６】
【数３】
2011244619.tif 000005
【００４７】
ここで、Ｖｏｕｔは所望の電流を負荷に流すための第２の巻線から負荷にかかる電圧、Ｌ２は第２の巻線のインダクタンスである。そして、一定の動作周期で動作するオシレータから再びフリップフロップにパルス電圧が入力されることで、上記（Ａ）の動作が再び開始される。このように（Ａ）〜（Ｄ）の動作を繰り返すことで負荷に流れる電流を制御している。
【００４８】
上記動作に従った場合の、オシレータからのパルス電圧Ｖｏｓｃ、スイッチング素子のゲート電圧ＶG、第１の巻線に流れる電流Ｉ１、コンパレータの正の入力側に入力される電圧Ｖｃｏｍｐ+、第２の巻線に流れる電流Ｉ２の変化を図７に示した。
【００４９】
ここで、Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔ、Ｉ１、Ｉ２、第１の巻線の巻数Ｎ１、第２の巻線の巻数Ｎ２、Ｌ１、Ｌ２、第１の巻線に流れる電流の最大値Ｉ１ｐｅａｋ、第２の巻線に流れる電流の最大値Ｉ２ｐｅａｋの関係は下式で表される。
【００５０】
【数４】
2011244619.tif 000006
【００５１】
さらに、図７に示すように、オシレータの動作周期をＴ、第２の巻線に電流が流れている時間をＴ２ｏｎ、オフしている時間をＴ２ｏｆｆとすると、第２の巻線に流れる電流の平均値Ｉ２ＡＶＧは以下のように得られる。
図７に示すＩ２の波形より、Ｉ２ＡＶＧは以下の式で表される。
【００５２】
【数５】
2011244619.tif 000007
【００５３】
ここで、コイルの電流・電圧の関係式  Ｌ×Ｉ＝Ｖ×Ｔ  より、Ｔ２ｏｎは以下の式で表される。
【００５４】
【数６】
2011244619.tif 000008
【００５５】
式（１１）および（１２）より、
【００５６】
【数７】
2011244619.tif 000009
【００５７】
となる。ここで、電磁結合した２つのコイルに流れる電流の最大値と各コイルのインダクタンスの関係式は以下の式で表される。
【００５８】
【数８】
2011244619.tif 000010
【００５９】
式（１４）および式（１３）より、
【００６０】
【数９】
2011244619.tif 000011
【００６１】
となり、以下の式が得られる。
【００６２】
【数１０】
2011244619.tif 000012
【００６３】
式（１６）より、Ｌ１、Ｉ１ｐｅａｋが固定値であり、Ｖｏｕｔが変動しない場合、オシレータの動作周期Ｔの設定値を制御することにより、負荷に流れる平均電流Ｉ２ＡＶＧを所望の値に制御することが可能であることが分かる。
【００６４】
しかし、実際の動作時においては、灯数の変化等による負荷の抵抗値の変化や、ＬＥＤ点灯時の発熱等に起因するオン閾値ＶＦの変動などに伴い負荷にかかる電圧Ｖｏｕｔは変動する。具体的には、負荷の抵抗値が大きくなるとＶｏｕｔは大きくなり、負荷の抵抗値が小さくなるとＶｏｕｔは小さくなる。オン閾値ＶＦが大きくなるとＶｏｕｔは大きくなり、ＶＦが小さくなるとＶｏｕｔは小さくなる。これより、所望のＩ２ＡＶＧが得られるオシレータの動作周期と負荷にかかる電圧ＶｏｕｔをそれぞれＴ０、Ｖｏｕｔ０、実際の動作時に負荷にかかる電圧がＶｏｕｔから変動し、変動後の電圧を係数αを用いてα×Ｖｏｕｔ０と表すと、式（３）より、ΔＩ２が変動し、よって式（１６）よりＩ２ＡＶＧも変動してしまう。なお、Ｉ２ｐｅａｋについては、式（６）によって定まるので、Ｖｏｕｔの変動の影響を受けない。Ｖｏｕｔが係数αによって変動した場合の第２の巻線に流れる電流Ｉ２の波形をα＝１、α＜１、α＞１の場合にそれぞれ分けて図８に示した。
【００６５】
α＞１の場合、ΔＩ２が大きくなるため、Ｉ２ＡＶＧは小さくなり、α＜１の場合、ΔＩ２が小さくなるため、Ｉ２ＡＶＧは大きくなる。負荷がＬＥＤの場合、Ｉ２ＡＶＧが小さくなると発光する光の強度が弱くなってしまい、Ｉ２ＡＶＧが大きくなると発光する光の強度が強くなってしまう。
【００６６】
＜第３の巻線から制御部に制御信号を供給する場合＞
次に、図３に示すスイッチング電源装置によるスイッチング制御方法を説明する。ここで、第３の巻線からダイオードを介してオシレータ制御部に入力される制御信号の電圧をＶ３とする。オシレータ制御部は、オシレータ制御部に入力される制御信号に応じてオシレータの動作周期を変動させる場合の動作を説明する。
【００６７】
Ｖ３は以下の式によって表される。
Ｖ３＝Ｎ３／Ｎ２×Ｖ２
ただし、第３の巻線とオシレータ制御部の間にはダイオードが接続されているので、Ｖ２が負の値の場合は、Ｖ３＝０となる。
【００６８】
以下、説明を簡略化するために、Ｎ２＝Ｎ３と仮定し、Ｖ３＝Ｖ２とする。
【００６９】
オシレータ制御部はＶｏｕｔ０がα×Ｖｏｕｔ０となったことを検出し、αを算出する。そして、オシレータ制御部はオシレータの動作周期をＴ／αとなるようにオシレータを制御する。するとＩ２ＡＶＧは、式（１６）より以下の通りとなり、Ｖｏｕｔが変動しても、第２の巻線に流れる電流を所望の値に制御することが出来ることが理解される。
【００７０】
【数１１】
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【００７１】
図９に、α＜１、α＞１のそれぞれの場合における制御の様子を示す。α＞１の場合、何ら制御を行わないと図８に示した通り第２の巻線に流れる平均電流は低下してしまうが、オシレータの動作周期Ｔを短縮することにより、第２の巻線に流れる平均電流を上昇させることで、所望の値に制御されている。また、α＜１の場合、何ら制御を行わないとα＞１の場合と同様、第２の巻線に流れる平均電流は上昇してしまうが、オシレータの動作周期Ｔを延長することにより、第２の巻線に流れる平均電流を低下させることで、所望の値に制御されている。
【実施例２】
【００７２】
実施例２のスイッチング電源装置を、図４に示す。実施例１と同様の回路構成をなすが、制御部は制御部の第２の好適な例で述べた構成をなす。実施例２においては、第３の巻線７から可変基準電圧部１７に入力される信号から変動係数αを算出し、算出されたαに基づいて基準信号Ｖｒｅｆを変化させることにより、第２の巻線５に流れる平均電流Ｉ２ＡＶＧを所望の値に制御することができる。例えば図１０に示すように、α＞１となりＩ２ＡＶＧが低下した場合、Ｖｒｅｆを大きくすることによりＩ１ｐｅａｋを大きくし、Ｉ１ｐｅａｋが大きくなったことによりＩ２ｐｅａｋを大きくし、Ｉ２ｐｅａｋが大きくなったことによりＩ２ＡＶＧを大きくし、所望の値を得ることができる。具体的には、式（１６）より、Ｉ１ｐｅａｋ´＝Ｉ１ｐｅａｋ×α1/2となるようにＶｒｅｆを変化させることでＩ２ＡＶＧを一定の値に制御することができる。
【実施例３】
【００７３】
実施例３のスイッチング電源装置を、図５に示す。実施例１と同様の回路構成をなすが、制御部は制御部の第３の好適な例で述べた構成をなす。実施例３においては、第３の巻線７から可変電流検出抵抗部１９に入力される信号から変動定数αを算出し、算出されたαに基づいて電流検出抵抗Ｒｓｅｎｓｅを変化させることにより、第２の巻線５に流れる平均電流Ｉ２ＡＶＧを所望の値に制御することができる。例えば図１１に示すように、α＞１となりＩ２ＡＶＧが低下した場合、Ｒｓｅｎｓｅを小さくすることによりＩ１ｐｅａｋを大きくし、Ｉ１ｐｅａｋが大きくなったことによりＩ２ｐｅａｋを大きくし、Ｉ２ｐｅａｋが大きくなったことによりＩ２ＡＶＧを大きくし、所望の値を得ることができる。具体的には、式（１６）より、Ｉ１ｐｅａｋ´＝Ｉ１ｐｅａｋ×α1/2となるようにＲｓｅｎｓｅを変化させることでＩ２ＡＶＧを一定の値に制御することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明は、抵抗値が変動する負荷や、オン閾値が変動する負荷を駆動させるためのスイッチング電源装置として好適に利用することが可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１  入力端
２  スイッチング素子
３  第１の巻線
４  負荷
５  第２の巻線
６  制御部
７  第３の巻線
８  フォトカプラの発光部
９  出力電圧検出回路
１０  フォトカプラの受光部
１１  制御信号
１２  電流検出抵抗
１３  基準電圧
１４  コンパレータ
１５  オシレータ部
１６  フリップフロップ
１７  可変基準電圧部
１８  オシレータ
１９  可変電流検出抵抗部
２０  オシレータ制御部
２１  第３の巻線から入力された信号
２２  パルス発生回路
２３  容量素子
２４  第３の巻線からの信号のピーク値に応じた電圧
２５  ダイオード
２６  電力供給ライン
２７  ダイオード
２８  スイッチ
【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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