(57)【要約】【課題】スイッチング電源装置において、省エネルギー化を図ると共に、当該装置を備える映像表示機器の製造コストを抑える。【解決手段】スイッチング電源装置２においては、トランスＴ１の１次巻線Ｔ１１への電圧印加がスイッチング素子Ｑ１によりスイッチングされ、これにより２次巻線Ｔ１２に誘起されるフライバック電圧を出力回路４がモニタ３に出力する。制御回路５がその出力電圧と定格出力電圧との差分電圧を測定し、上記スイッチング動作を制御する。電源スイッチＳＷ１によりモニタ３への電圧出力がオフに設定されると、強制入力回路６はフォワード電圧を制御回路５に入力し、上記差分電圧と誤認させる。これにより、上記スイッチング動作のデューティ比は小さくされ、トランスＴ１のエネルギー損失が削減される。また、出力回路４の出力電圧は略ゼロにされ、従って、モニタ３に、電源スイッチＳＷ１に連動した通電遮断用のスイッチを設けなくて済む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次巻線に電源電圧が印加されるフライバックトランスと、
前記１次巻線への電源電圧印加をスイッチングするスイッチング素子と、
前記スイッチング素子のスイッチング動作により前記フライバックトランスの２次巻線に誘起されるフライバック電圧を平滑化して負荷に出力する出力回路と、
前記出力回路による出力電圧と所定電圧との差分電圧を測定し、その測定した差分電圧に基づき、該出力電圧を所定電圧に保つように前記スイッチング素子のスイッチング動作のデューティ比をフィードバック制御する制御回路と、
前記出力回路からの電圧出力をオン／オフするための電源スイッチと、を備えたスイッチング電源装置において、
前記電源スイッチにより前記出力回路からの電圧出力がオフに設定された状態で、前記スイッチング素子のスイッチング動作により前記フライバックトランスの２次巻線に誘起されるフォワード電圧を前記制御回路に強制的に入力する強制入力回路と、を備え、
前記制御回路は、前記強制入力回路からの入力に基づいて、前記デューティ比を小さくすることにより前記フライバック電圧を低下させ、前記出力回路の出力電圧をゼロに近づけることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
前記制御回路は、前記出力回路による出力電圧と所定電圧との差分電圧に応じて導通／非導通状態となるフォトカプラを有し、該フォトカプラが導通状態であるときに前記デューティ比を小さくするように構成されており、
前記強制入力回路は、前記フォトカプラの発光素子に強制的に電流を供給す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装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のスイッチング電源装置と、前記負荷と、を備え、
前記負荷は、前記スイッチング電源装置の出力回路による出力電圧により駆動されて映像を表示する表示手段であることを特徴とする映像表示機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トランスの１次巻線への電源供給をスイッチング制御し、電磁誘導により２次巻線から出力を得るスイッチング電源装置及びこれを備えた映像表示機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、交流電圧を整流、平滑化してトランスの１次巻線に印加し、その電圧印加をスイッチング素子を用いてオン／オフすることにより電磁誘導を生じさせ、これにより、トランスの２次巻線に電圧を誘起させ、その電圧を出力回路で整流、平滑化して負荷に出力するスイッチング電源装置（以下、電源装置という）が知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００３】
この電源装置は、出力回路による出力電圧を測定し、その測定電圧が定格出力電圧と一致するようにスイッチング素子のスイッチング動作のデューティ比をフィードバック制御する制御回路を備える。この制御回路は、回路の信号伝送路をその途中で電気的に絶縁するためのフォトカプラを有し、このフォトカプラは上記出力電圧と定格出力電圧との差分電圧に応じて発光する発光素子と、この発光素子による光を受ける受光素子とにより構成される。制御回路は受光素子の出力に基づいて上記デューティ比制御を行う。このように構成された電源装置は、テレビジョン受像機等の映像表示機器に搭載され、当該装置からの出力電圧はモニタ等に供給される。
【０００４】
上記電源装置が搭載された映像表示機器の構成を図２に示す。この映像表示機器１０１は、電源装置１０２と、電源装置１０２からの出力電圧により駆動されて映像を表示するモニタ１０３とを有する。電源装置１０２は、商用電源ＣＰ１からの交流電圧を整流する整流回路ＢＤ１と、整流回路ＢＤ１により整流された脈流電圧を平滑化するコンデンサＣ１と、上述のトランスＴ１、スイッチング素子Ｑ１、出力回路１０４、制御回路１０５及びフォトカプラＰ１とを備え、さらに、出力回路１０４からの電圧出力をオン／オフする（映像表示機器１０１を駆動状態／スタンバイ状態にする）ための電源スイッチＳＷ１を備える。電源スイッチＳＷ１は、オン／オフ状態のとき、上記電圧出力をオン／オフする。
【０００５】
後述するが、電源スイッチＳＷ１がオフ状態にされたとしても、出力回路１０４の出力電圧がゼロにならず、所定の待機電圧になるように、電源装置１０２は構成されている。このため、モニタ１０３内の種々の回路のそれぞれには、電源スイッチＳＷ１と連動する通電遮断用の各種スイッチが設けられている（図示せず）。これらのスイッチは、電源スイッチＳＷ１がオフ状態のとき、出力回路１０４からモニタ１０３の各回路への待機電圧の供給を遮断し、それらの回路の動作を停止させる。
【０００６】
出力回路１０４は、トランスＴ１の２次巻線に誘起される電圧を整流するためのダイオードＤ１と、その整流された脈流を平滑化するコンデンサＣ２とを有し、その平滑化された電圧をモニタ１０３に出力する。
【０００７】
制御回路１０５は、出力回路１０４による出力電圧と定格出力電圧との差分を測定する差分測定回路１０６と、差分測定回路１０６による測定結果に基づいてスイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御回路１０７とを備える。差分測定回路１０６はトランスＴ１の２次側に配置され、ＰＷＭ制御回路１０７はトランスＴ１の１次側に配置されており、それらの間の情報伝達はフォトカプラＰ１により行われる。
【０００８】
差分測定回路１０６は、出力回路１０４から分岐した出力測定ラインＬ１を有し、さらに、その分岐点から接地点までの間に、抵抗Ｒ１、フォトカプラＰ１の発光素子Ｐ１１、及び比較回路１０８を有する。
【０００９】
比較回路１０８は、出力回路１０４の出力電圧を分圧するための抵抗Ｒ２〜Ｒ４と、シャントレギュレータＳ１とを有する。抵抗Ｒ２〜Ｒ４は互いに直列に接続されている。比較回路１０８は、抵抗Ｒ４に掛かる電圧と、シャントレギュレータＳ１内部の基準電圧とを比較し、その差分に応じてフォトカプラＰ１の発光素子Ｐ１１への供給電流を変化させる。この変化がフォトカプラＰ１の受光素子Ｐ１２に伝達され、ＰＷＭ制御回路１０７は受光素子Ｐ１２の出力に応じてＰＷＭ制御を行う。この一連のフィードバック制御により、出力回路１０４の出力電圧が定格出力電圧、すなわち、通常時の所定の出力電圧になる。
【００１０】
また、差分測定回路１０６は、電源スイッチＳＷ１の操作に応じて、抵抗Ｒ４に掛かる電圧を変更することにより、出力回路１０４の出力電圧を変更する出力電圧変更回路１０９を有する。出力電圧変更回路１０９は、抵抗Ｒ２、Ｒ３と並列に接続された抵抗Ｒ５、Ｒ６と、抵抗Ｒ４に並列に接続された電源スイッチＳＷ１と、ダイオードＤ２とを有する。抵抗Ｒ５、Ｒ６は互いに直列に接続され、ダイオードＤ２は、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４との間と、抵抗Ｒ６と電源スイッチＳＷ１との間とを繋ぐように配置されており、抵抗Ｒ２、Ｒ３を流れる電流が電源スイッチＳＷ１の方向に流れないよう規制するダイオードである。
【００１１】
出力電圧変更回路１０９においては、電源スイッチＳＷ１がオフとされたとき、抵抗Ｒ５、Ｒ６が単に抵抗Ｒ２、Ｒ３と並列接続された状態となる。これらの合成抵抗は抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との合成抵抗よりも小さいので、抵抗Ｒ４に掛かる電圧は高くなる。従って、シャントレギュレータＳ１の出力電圧はその特性に起因して低下し、発光素子Ｐ１１への供給電流が増加する。その結果、フィードバック制御により、出力回路１０４の出力電圧は定格出力電圧よりも低下して待機電圧となる。この待機電圧はゼロではない。電源スイッチＳＷ１がオンとされたときには、図中ａ点がグランド電位となるので、抵抗Ｒ５、Ｒ６に流れる電流は抵抗Ｒ４には流れず、抵抗Ｒ４に掛かる電圧は低くなり、従って、出力回路１０４の出力電圧は定格出力電圧となる。
【００１２】
ところで、スイッチング電源装置１０２において電源スイッチＳＷ１がオフのときの出力電圧を略ゼロとすることにより、モニタ１０３内の上記スイッチが無くて済むようにし、これにより、スイッチ数を減らして映像表示機器１０１の製造コストを抑えたいとの要望がある。
【００１３】
そこで、出力回路１０４の出力ライン１０４ａに電源スイッチを挿入することが考えられる。このように電源スイッチを配置すれば、この電源スイッチがオフ状態のときの出力ライン１０４ａからの出力電圧を略ゼロにすることができる。
【００１４】
しかしながら、出力ライン１０４ａ上に設けた電源スイッチを切ったとしても、トランスＴ１の一次巻線への印加電圧は変化しないので、トランスＴ１の鉄心にエネルギーが蓄積され、従って、エネルギーが無駄に消費されて、エネルギー損失が生じてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平１１−２１５８１９号公報
【特許文献２】特開平９−２１５３３１号公報
【特許文献３】特開平１−２５９７５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、上記の従来の問題を解決するためになされたものであり、電気機器の製造コストを削減することができ、装置の電圧出力オフ設定時の省エネルギー化を図ることができるスイッチング電源装置及びこれを備えた映像表示機器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】
【００１７】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、１次巻線に電源電圧が印加されるフライバックトランスと、前記１次巻線への電源電圧印加をスイッチングするスイッチング素子と、前記スイッチング素子のスイッチング動作により前記フライバックトランスの２次巻線に誘起されるフライバック電圧を平滑化して負荷に出力する出力回路と、前記出力回路による出力電圧と所定電圧との差分電圧を測定し、その測定した差分電圧に基づき、該出力電圧を所定電圧に保つように前記スイッチング素子のスイッチング動作のデューティ比をフィードバック制御する制御回路と、前記出力回路からの電圧出力をオン／オフするための電源スイッチと、を備えたスイッチング電源装置において、前記電源スイッチにより前記出力回路からの電圧出力がオフに設定された状態で、前記スイッチング素子のスイッチング動作により前記フライバックトランスの２次巻線に誘起されるフォワード電圧を前記制御回路に強制的に入力する強制入力回路と、を備え、前記制御回路は、前記強制入力回路からの入力に基づいて、前記デューティ比を小さくすることにより前記フライバック電圧を低下させ、前記出力回路の出力電圧をゼロに近づけるものである。
【００１８】
請求項２の発明は、請求項１に記載のスイッチング電源装置において、前記制御回路は、前記出力回路による出力電圧と所定電圧との差分電圧に応じて導通／非導通状態となるフォトカプラを有し、該フォトカプラが導通状態であるときに前記デューティ比を小さくするように構成されており、前記強制入力回路は、前記フォトカプラの発光素子に強制的に電流を供給するものである。
【００１９】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載のスイッチング電源装置と、前記負荷と、を備え、前記負荷は、前記スイッチング電源装置の出力回路による出力電圧により駆動されて映像を表示する表示手段である映像表示機器である。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１の発明によれば、出力回路からの電圧出力が電源スイッチの操作によりオフに設定されたとき、出力回路からの出力電圧は、従来のような所定の待機電圧になるのではなく、略ゼロになるので、負荷に待機電圧遮断用のスイッチを設けなくて済み、従って、スイッチング電源装置と上記負荷とを備える電気機器においてスイッチ数を減らすことができ、当該電気機器の製造コストを抑えることができる。
また、上記電圧出力のオフ設定時に、スイッチング素子のスイッチング動作のデューティ比が小さくなるので、フライバックトランスの１次巻線に供給されるエネルギー量が減り、従って、電圧出力がオンからオフに設定されても、変わらない量のエネルギーがフライバックトランスの鉄心に蓄積されることを防ぐことができる。このため、電圧出力オフ設定時におけるフライバックトランスのエネルギー損失を削減することができ、省エネルギー化を図ることができる。
【００２１】
請求項２の発明によれば、簡単な構成により、スイッチング素子のスイッチング動作のデューティ比を小さくすることができる。
【００２２】
請求項３の発明によれば、スイッチ数を減らすことができ、製造コストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係る映像表示機器の回路図。
【図２】従来の映像表示機器の回路図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の一実施の形態に係る映像表示機器について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の映像表示機器の構成を示す。この映像表示機器１は、スイッチング電源装置（以下、電源装置という）２と、電源装置２からの出力電圧により駆動されて映像を表示するモニタ３（負荷、表示手段）とを備える。
【００２５】
電源装置２は、商用電源ＣＰ１からの交流電圧を整流する整流回路ＢＤ１と、整流回路ＢＤ１により整流された脈流電圧を平滑化するコンデンサＣ１と、その平滑化された電圧が印加されるフライバックトランス（以下、トランスという）Ｔ１とを有する。上記電圧はトランスＴ１の一次巻線Ｔ１１に印加される。電源装置２は、１次巻線Ｔ１１への電源電圧印加をスイッチングするスイッチング素子Ｑ１を有し、スイッチング素子Ｑ１がオンのときにトランスＴ１の鉄心にエネルギーが蓄積される。そのエネルギーが、スイッチング素子Ｑ１がオフのときに鉄心からトランスＴ１の２次巻線Ｔ１２に伝達されて、２次巻線Ｔ１２に電圧が誘起される。この電圧がフライバック電圧と呼ばれる。スイッチング素子Ｑ１がオンのときにも２次巻線Ｔ１２に電圧が誘起され、この電圧がフォワード電圧と呼ばれる。フライバック電圧とフォワード電圧の極性は逆である。
【００２６】
また、電源装置２は、２次巻線Ｔ１２に誘起されるフライバック電圧を平滑化してモニタ３（負荷）に出力する出力回路４と、出力回路４による出力電圧を定格出力電圧（所定電圧）に保つようにスイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作のデューティ比をフィードバック制御する制御回路５と、出力回路４からの電圧出力をオン／オフするための電源スイッチＳＷ１と、電源スイッチＳＷ１により出力回路４からの電圧出力がオフに設定された状態で、２次巻線Ｔ１２に誘起されるフォワード電圧を制御回路５に強制的に入力する強制入力回路６とを備える。制御回路５は、出力回路４による出力電圧と定格出力電圧との差分電圧を測定し、その測定した差分電圧に基づいてフィードバック制御を行う。強制入力回路６は、フォワード電圧を測定入力として制御回路５に入力する。
【００２７】
出力回路４は、フライバック電圧のみをモニタ３に供給するためのダイオードＤ１と、モニタ３に供給されるフライバック電圧を平滑化するためのコンデンサＣ２とを有する。図１において、出力回路４は、１回路のみ図示されているが、複数設けられ、それらの出力端にリモコン受信回路等が負荷として接続されていてもよい。
【００２８】
制御回路５は、上記図２の差分測定回路１０６、ＰＷＭ制御回路１０７及び比較回路１０８とそれぞれ同等の構成・機能を有する差分測定回路５１、ＰＷＭ制御回路５２及び比較回路５３を備え、さらに、上記図２と同様なフォトカプラＰ１を備える。差分測定回路５１、ＰＷＭ制御回路５２及び比較回路５３は図示された回路構成に限定されない。フォトカプラＰ１は、ＬＥＤ等の発光素子Ｐ１１と、発光素子Ｐ１１からの出力光を受けるフォトトランジスタ等の受光素子Ｐ１２とで構成されており、それらは、抵抗Ｒ１により降下させた出力回路４の出力電圧と基準電圧との差分電圧に応じて、導通／非導通状態となる。ＰＷＭ制御回路５２は、フォトカプラＰ１が導通状態であるときに、受光素子Ｐ１２の出力に応じてスイッチング素子Ｑ１のオン・オフのデューティ比を小さくするように構成されている。デューティ比が小さくなると、スイッチング素子Ｑ１がオンしてトランスＴ１の鉄心にエネルギーが蓄積される期間が短くなる。従って、その後にスイッチング素子Ｑ１がオフしたときのフライバック電圧が低下する。
【００２９】
強制入力回路６は、出力回路４からの電圧出力をオフ設定とするため電源スイッチＳＷ１がオンされたときに（映像表示機器１のスタンバイ時に）、フォワード電圧により発光素子Ｐ１１に強制的に電流を供給し、フォトカプラＰ１を導通状態とする。電源スイッチＳＷ１は、出力回路４からの電圧出力をオン設定とするときにはオフされる。
【００３０】
強制入力回路６は、図中ｂ点から発光素子Ｐ１１を通ってｃ点へ向うループ回路により構成されており、このループ回路に電源スイッチＳＷ１が挿入されている。ｂ点は接地されており、ｃ点はフォワード電圧が誘起されたときに負の電位とされ、そのときにｂ点からｃ点へ電流が流れる（破線矢印で示す）。なお、ｂ点は、２次巻線Ｔ１２においてフライバック電圧が誘起されたときには電位が低い方の端子と同電位であり、ｃ点は、電位が高い方の端子と同電位である。
【００３１】
上記ループ回路には、ｂ点からｃ点へ向けて、ダイオードＤ３、発光素子Ｐ１１、抵抗Ｒ７、電源スイッチＳＷ１、ツェナーダイオードＺＤ１、及びダイオードＤ４がこの順で配置されている。ダイオードＤ３は、ｂ点から、ｃ点へ向う電流を取り出すためのダイオードであり、その電流を発光素子Ｐ１１のアノードに供給する。抵抗Ｒ７はループ回路の電流を制御するための抵抗である。電源スイッチＳＷ１は、機械スイッチの操作に応じてオン／オフするスイッチ素子により構成され、ツェナーダイオードＺＤ１は、電源スイッチＳＷ１の駆動に必要な電圧を得るためのものである。ダイオードＤ４は、２次巻線Ｔ１２にフライバック電圧が誘起したときに、そのフライバック電圧により電流がループ回路に逆流しないように制限するためのダイオードである。
【００３２】
また、強制入力回路６は、２次巻線Ｔ１２に誘起されるフォワード電圧でもって充電されるコンデンサＣ３を有する。コンデンサＣ３は、その一端がｂ点と同電位の箇所に接続され、他端がダイオードＤ４を介してｃ点と同電位の箇所に接続されている。コンデンサＣ３は、放電して上記ループ回路に電流を流し、発光素子Ｐ１１を発光させる。
【００３３】
次に、映像表示機器１において、出力回路４からの電圧出力をオフ設定とするため電源スイッチＳＷ１がオンされたときの動作について説明する。電源スイッチＳＷ１がオンされたとき、強制入力回路６は、フォワード電圧又はコンデンサＣ３の放電電流により、発光素子Ｐ１１に強制的に電流を流して発光させる。従って、フォトカプラＰ１は導通状態となり、これに応じて、ＰＷＭ制御回路５２はスイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作のデューティ比を小さくする。これにより、２次巻線Ｔ１２に誘起されるフライバック電圧は低下し、出力回路４の出力電圧がゼロに近づき、略ゼロとなる。
【００３４】
上記のように構成された映像表示機器１においては、出力回路４からフライバック電圧のみがモニタ３に出力され、制御回路５はその出力電圧と定格出力電圧との差分電圧を測定してフィードバック制御を行うが、出力回路４からの電圧出力が電源スイッチＳＷ１の操作によりオフに設定されたとき、強制入力回路６がフォワード電圧を制御回路５に入力し、制御回路５は、その入力を上記差分電圧と誤認する。これにより、制御回路５は、その入力に応じてスイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作のデューティ比を小さくし、出力回路４の出力電圧は、従来のような所定の待機電圧になるのではなく、略ゼロになる。従って、モニタ３に待機電圧遮断用のスイッチを設けなくて済む。このため、スイッチ数を減らすことができ、製造コストを抑えることができる。また、上記電圧出力のオフ設定時における電源装置２の省電力化を図ることができる。
【００３５】
また、上記電圧出力のオフ設定時に、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作のデューティ比が小さくなるので、トランスＴ１の１次巻線Ｔ１１に供給されるエネルギー量が減る。このため、電圧出力がオンからオフに設定されても、変わらない量のエネルギーがトランスＴ１の鉄心に蓄積されることを防ぐことができる。その結果、電圧出力のオフ設定時におけるトランスＴ１のエネルギー損失を削減することができ、省エネルギー化を図ることができる。
【００３６】
また、電源スイッチＳＷ１は強制入力回路６のループ回路に挿入されており、このループ回路に流れる電流は電流制御用の抵抗Ｒ７により出力回路４の出力ライン４１よりも低くすることができる。従って、出力ライン４１に通電／遮断切替用のスイッチを挿入した場合におけるそのスイッチと比べ、電源スイッチＳＷ１は、対応可能な電流上限値が低いスイッチで済む。このため、スイッチのコストを抑えることができ、結果として、電源装置２のコスト削減に寄与する。
【００３７】
また、制御回路５へのフォワード電圧の強制入力は、そのフォワード電圧により発光素子Ｐ１１に電流を流すだけで済むので、簡単な構成により、強制入力を行い、上記デューティ比を小さくすることができる。
【００３８】
また、従来からスイッチング電源装置にはフォトカプラＰ１が設けられているので、強制入力回路６を追加設置するだけで済むので、設計変更が少なくて済む。また、従来の出力電圧変更回路１０９はなくて済む。
【００３９】
なお、本発明は、上記の実施形態の構成に限定されるものでなく、使用目的に応じ、様々な変形が可能である。例えば、電源スイッチＳＷ１は、ユーザにより操作される機械スイッチでもよく、その場合、ツェナーダイオードＺＤ１は不要である。
【符号の説明】
【００４０】
１  映像表示機器
２  スイッチング電源装置
３  モニタ（負荷、表示手段）
４  出力回路
５  制御回路
６  強制入力回路
Ｐ１  フォトカプラ
Ｐ１１  発光素子
Ｑ１  スイッチング素子
ＳＷ１  電源スイッチ
Ｔ１  トランス（フライバックトランス）
Ｔ１１  １次巻線
Ｔ１２  ２次巻線
【図１】
2011166909.tif 000003
【図２】
2011166909.tif 000004