(57)【要約】【課題】出力電圧が変動しても入力電圧を二次側で正しく検出することができるスイッチング電源装置を提供する。【解決手段】直流電源Ｅに並列に接続されたスイッチ素子Ｑ１とトランスＴの一次巻線ＮｐとコンデンサＣ１とからなる直列回路と、トランスＴの二次巻線Ｎｓに接続された整流ダイオードＤ２と平滑コンデンサＣ２とからなる整流平滑回路と、コンデンサＣ１の端子間電圧ＶＣ１に応じてスイッチ素子Ｑ１のオンオフを制御する制御回路１０とを備え、平滑コンデンサＣ２から出力電圧Ｖｏを負荷に供給するスイッチング電源装置であって、スイッチ素子Ｑ１がオンのときに二次巻線Ｎｓに発生する電圧と、スイッチ素子Ｑ１がオフするときに二次巻線Ｎｓに発生する電圧とを加算した電圧で直流電源Ｅの入力電圧ＶＥを検出する入力電圧検出回路２０を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源に並列に接続されたスイッチ素子とトランスの一次巻線とコンデンサとからなる直列回路と、前記トランスの二次巻線に接続された整流ダイオードと平滑コンデンサとからなる整流平滑回路と、前記コンデンサの端子間電圧に応じて前記スイッチ素子のオンオフを制御する制御回路とを備え、前記平滑コンデンサから出力電圧を負荷に供給するスイッチング電源装置であって、
前記スイッチ素子がオンのときに前記二次巻線に発生する電圧と、前記スイッチ素子がオフするときに前記二次巻線に発生する電圧とを加算した電圧で前記直流電源の入力電圧を検出する入力電圧検出回路を具備することを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
前記入力電圧検出回路は、
前記二次巻線の両端に並列に接続された第１の検出コンデンサと第１の検出ダイオードとからなり、前記スイッチ素子がオンのときに前記二次巻線に発生する電圧を検出する第１検出回路と、
前記第１の検出ダイオードに並列に接続された第２の検出ダイオードと第２の検出コンデンサからなり、前記第１検出回路によって検出した電圧と前記スイッチ素子がオフするときに前記二次巻線に発生する電圧とを加算した電圧を検出する第２検出回路とを備え、
前記第２の検出コンデンサの端子間電圧で前記直流電源の入力電圧を検出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】
前記コンデンサの端子間電圧を検出する分圧回路を備え、
前記分圧回路の比率を変えて前記出力電圧を変更することで、二次側に情報を伝達することを特徴とする請求項１又は２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、入力電圧を安定した出力電圧に変換するスイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
入力電圧を安定した出力電圧に変換するスイッチング電源装置から直流電力を供給される電子機器等は、入力電圧の情報を必要とすることがある。例えば、入力電圧がバッテリから供給される場合、入力電圧の情報によってバッテリの充電状態を監視することができる。また、交流電源を整流平滑して入力電圧とする場合にも、入力電圧の情報によって交流電源が遮断したことを検出することができる。
【０００３】
一次側に入力された入力電圧を二次側で検出する機能を備えたスイッチング電源装置としては、フライバック電圧をダイオード及びコンデンサを用いてピークチャージを行い、出力電圧と抵抗合成することにより入力電圧に対応した電圧を生成する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−４９８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来技術では、フライバック電圧をピークチャージしたコンデンサの端子間電圧と出力電圧と抵抗合成した電圧によって入力電圧を検出しているため、直流電源に出力電圧調整機能が付いている場合や、急峻な負荷変動が起こった場合等で出力電圧が変動した場合には、入力電圧を正しく検出することができないという問題点があった。入力電圧を正しく検出するためには、出力電圧の変動を補正する手段が必要となり、回路が複雑化して増大してしまう。
【０００６】
本発明の目的は、上記問題点に鑑みて従来技術の上記問題を解決し、出力電圧が変動しても入力電圧を二次側で正しく検出することができる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】
【０００７】
本発明のスイッチング電源装置は、直流電源に並列に接続されたスイッチ素子とトランスの一次巻線とコンデンサとからなる直列回路と、前記トランスの二次巻線に接続された整流ダイオードと平滑コンデンサとからなる整流平滑回路と、前記コンデンサの端子間電圧に応じて前記スイッチ素子のオンオフを制御する制御回路とを備え、前記平滑コンデンサから出力電圧を負荷に供給するスイッチング電源装置であって、
前記スイッチ素子がオンのときに前記二次巻線に発生する電圧と、前記スイッチ素子がオフするときに前記二次巻線に発生する電圧とを加算した電圧で前記直流電源の入力電圧を検出する入力電圧検出回路を具備することを特徴とする。
さらに、本発明のスイッチング電源装置において、前記入力電圧検出回路は、前記二次巻線の両端に並列に接続された第１の検出コンデンサと第１の検出ダイオードとからなり、前記スイッチ素子がオンのときに前記二次巻線に発生する電圧を検出する第１検出回路と、前記第１の検出ダイオードに並列に接続された第２の検出ダイオードと第２の検出コンデンサからなり、前記第１検出回路によって検出した電圧と前記スイッチ素子がオフするときに前記二次巻線に発生する電圧とを加算した電圧を検出する第２検出回路とを備え、前記第２の検出コンデンサの端子間電圧で前記直流電源の入力電圧を検出するようにしても良い。
さらに、本発明のスイッチング電源装置において、前記コンデンサの端子間電圧を検出する分圧回路を備え、前記分圧回路の比率を変えて前記出力電圧を変更することで、二次側に情報を伝達するようにしても良い。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、入力電圧に対応し、且つ出力電圧とは無関係な電圧に基づいて入力電圧を検出することができるため、出力電圧が変動しても、入力電圧を正しく検出することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係るスイッチング電源装置の第１の実施の形態の回路構成を示す回路構成図である。
【図２】図１の各部の信号波形及び動作波形を示す波形図である。
【図３】図１の各部の信号波形及び動作波形を示す波形図である。
【図４】本発明に係るスイッチング電源装置の第２の実施の形態の回路構成を示す回路構成図である。
【図５】図４に示す電圧検出回路の構成例を示す回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態のスイッチング電源装置は、図１を参照すると、直流電源Ｅ（入力電圧ＶＥ）にスイッチ素子Ｑ１と、トランスＴの一次巻線Ｎｐと、コンデンサＣ１とからなる直列回路が接続されている。スイッチ素子Ｑ１とトランスＴの一次巻線Ｎｐとの接続点にはダイオードＤ１のカソードが、コンデンサＣ１と直流電源Ｅとの接続点にはダイオードＤ１のアノードがそれぞれ接続され、トランスＴの一次巻線ＮｐとコンデンサＣ１からなる直列回路の両端にはダイオードＤ１が並列に接続されている。
【００１１】
コンデンサＣ１の両端間には、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とからなる分圧回路が接続されている。抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続点の分圧電圧は、制御回路１０に入力される。制御回路１０は、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続点の分圧電圧によってコンデンサＣ１の端子間電圧ＶＣ１を検出し、コンデンサＣ１の端子間電圧ＶＣ１に基づいてドライバ回路１１を介してスイッチ素子Ｑ１をオンオフする。
【００１２】
トランスＴの二次巻線Ｎｓには、整流器であるダイオードＤ２と、平滑コンデンサＣ２とが直列に接続され、平滑コンデンサＣ２の端子間電圧が出力電圧Ｖｏとなって負荷に供給される。ダイオードＤ２及び平滑コンデンサＣ２はトランスＴの二次巻線Ｎｓに発生する電圧を整流平滑する整流平滑回路を構成する。
【００１３】
スイッチ素子Ｑ１がオンのときは、トランスＴの一次巻線Ｎｐには入力電圧ＶＥからコンデンサＣ１の端子間電圧ＶＣ１を減算したＶＥ−ＶＣ１の電圧が印加され、トランスＴにエネルギーを蓄積すると共に、コンデンサＣ１を充電する。このときトランスＴの二次巻線Ｎｓには、ダイオードＤ２をオフさせる電圧が発生する。スイッチ素子Ｑ１がオフしたときは、ダイオードＤ１が導通してフリーホイール期間となり、トランスＴの一次巻線ＮｐはコンデンサＣ１の端子間電圧ＶＣ１にクランプされる。このため（ＶＥ−ＶＣ１）×Ｔｏｎ＝ＶＣ１×Ｔｏｆｆとなるので、コンデンサＣ１の端子間電圧ＶＣ１は、ＶＣ１＝ＶＥ＊Ｔｏｎ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）となり、スイッチ素子Ｑ１のオンオフＤｕｔｙ比で決まる。このフリーホイール期間に二次巻線ＮｓにはダイオードＤ２が導通（オン）する電圧が発生し、二次側にトランスＴに蓄積されたエネルギーを伝達して平滑コンデンサＣ２を充電する。このため、二次巻線ＮｓにはＶＣ１＊Ｎｓ／Ｎｐの電圧が発生する。つまりコンデンサＣ１の端子間電圧ＶＣ１を制御することで、出力電圧Ｖｏを安定化することができる。
【００１４】
さらに、トランスＴの二次巻線Ｎｓの両端間には、入力電圧ＶＥを検出する入力電圧検出回路２０が接続されている。入力電圧検出回路２０は、コンデンサＣ３と、ダイオードＤ３と、ダイオードＤ４と、コンデンサＣ４と、抵抗Ｒ３と、抵抗Ｒ４とを備えている。二次巻線Ｎｓの一方端とダイオードＤ２との接続点と、二次巻線Ｎｓの他方端との間に、コンデンサＣ３と、ダイオードＤ３とからなる直列回路が第１の検出回路として接続されている。ダイオードＤ３は、二次次巻線Ｎｓに負の電圧（ダイオードＤ２をオフさせる電圧）が発生した際に導通する方向に接続されている。また、ダイオードＤ３と並列にダイオードＤ４と、コンデンサＣ４とからなる直列回路が第２の検出回路として接続されている。ダイオードＤ４は、二次巻線Ｎｓに正の電圧（ダイオードＤ２をオンする電圧）が発生する際に導通する方向に接続されている。さらに、コンデンサＣ４の両端間には抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４とからなる分圧回路が接続されている。
【００１５】
以下、入力電圧検出回路２０の動作について詳細に説明する。
スイッチ素子Ｑ１がオンした場合には、二次次巻線Ｎｓには負の電圧（ダイオードＤ２をオフさせる電圧）が発生するためダイオードＤ３が導通し、ダイオードＤ３の電圧降下を無視するとコンデンサＣ３の端子間電圧ＶＣ３は（ＶＥ−ＶＣ１）＊Ｎｓ／Ｎｐで充電される。スイッチ素子Ｑ１がオフした場合には、二次巻線Ｎｓには正の電圧（ダイオードＤ２をオンする電圧）が発生するためダイオードＤ４が導通し、ダイオードＤ４の電圧降下を無視すると、コンデンサＣ４の端子間電圧ＶＣ４は、ＶＣ３＋ＶＣ１＊Ｎｓ／Ｎｐとなる。ここでコンデンサＣ３の端子間電圧ＶＣ３は、（ＶＥ−ＶＣ１）＊Ｎｓ／Ｎｐで充電されているため、コンデンサＣ４の端子間電圧ＶＣ４は、ＶＥ＊Ｎｓ／Ｎｐとなり、入力電圧ＶＥに比例した電圧となる。このためコンデンサＣ４の端子間電圧ＶＣ４を検出することで入力電圧ＶＥを直流電源２次側で検出することができる。さらに、コンデンサＣ４の端子間電圧ＶＣ４は、出力電圧Ｖｏ及び一次側のコンデンサＣ１の端子間電圧ＶＣ１と無関係となるため、出力電圧Ｖｏが変動した場合においてもその検出電圧は変わらない。
【００１６】
抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４との接続点の分圧電圧は、アナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）２１を介してマイコン３０に入力される。マイコン３０は、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４との接続点の分圧電圧によってコンデンサＣ４の端子間電圧ＶＣ４を認識し、入力電圧ＶＥを検出する。出力電圧Ｖｏが変動しても、コンデンサＣ４の端子間電圧ＶＣ４（抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４との接続点の分圧電圧）は、変化しないため、マイコン３０は、出力電圧Ｖｏに関わらず入力電圧ＶＥを精度良く検出することができる。なお、第１の実施の形態では、マイコン３０の電源として、出力電圧Ｖｏがレギュレータ（ＲＥＧ）３１を介して供給されている。これにより、二次側の負荷の変動や、一次側の入力電圧ＶＥの変動により出力電圧Ｖｏが変動しても、マイコン３０に供給する電圧を安定化させることができる。
【００１７】
図２及び図３には、出力電圧Ｖｏの設定が低い場合と高い場合の各部の波形がそれぞれ示されている。なお、図２及び図３において、（ａ）はスイッチ素子Ｑ１のゲートに印加される駆動電圧Ｑ１Ｇ、（ｂ）はダイオードＤ１の端子間電圧ＶＤ１、（ｃ）は二次巻線Ｎｓに発生する電圧ＶＮｓ、（ｄ）は出力電圧Ｖｏ、（ｅ）はコンデンサＣ４の端子間電圧ＶＣ４をそれぞれ示している。図２及び図３によれば、出力電圧Ｖｏの設定にかかわらず、コンデンサＣ４の端子間電圧ＶＣ４が一定であることが分かる。
【００１８】
以上説明したように、第１の実施の形態によれば、直流電源Ｅに並列に接続されたスイッチ素子Ｑ１とトランスＴの一次巻線ＮｐとコンデンサＣ１とからなる直列回路と、トランスＴの二次巻線Ｎｓに接続された整流ダイオードＤ２と平滑コンデンサＣ２とからなる整流平滑回路と、コンデンサＣ１の端子間電圧ＶＣ１に応じてスイッチ素子Ｑ１のオンオフを制御する制御回路１０とを備え、平滑コンデンサＣ２から出力電圧Ｖｏを負荷に供給するスイッチング電源装置であって、スイッチ素子Ｑ１がオンのときに二次巻線Ｎｓに発生する電圧（（ＶＥ−ＶＣ１）＊Ｎｓ／Ｎ）と、スイッチ素子Ｑ１がオフするときに二次巻線Ｎｓに発生する電圧（ＶＣ１＊Ｎｓ／Ｎｐ）とを加算した電圧（ＶＥ＊Ｎｓ／Ｎｐ）で直流電源Ｅの入力電圧ＶＥを検出する入力電圧検出回路２０を備えている。
この構成により、二次側の入力電圧検出回路２０によって、入力電圧ＶＥに対応し、且つ出力電圧Ｖｏ及び一次側のコンデンサＣ１の端子間電圧ＶＣ１とは無関係な電圧に基づいて入力電圧ＶＥを検出することができるため、出力電圧Ｖｏが変動しても、入力電圧ＶＥを正しく検出することができる。
【００１９】
さらに、第１の実施の形態によれば、入力電圧検出回路２０は、二次巻線Ｎｓの両端に並列に接続された第１の検出コンデンサ（コンデンサＣ３）と第１の検出ダイオード（ダイオードＤ３）とからなり、スイッチ素子Ｑ１がオンのときに二次巻線Ｎｓに発生する電圧を検出する第１検出回路と、第１の検出ダイオードに並列に接続された第２の検出ダイオード（ダイオードＤ４）と第２の検出コンデンサ（コンデンサＣ４）からなり、第１検出回路によって検出した電圧とスイッチ素子Ｑ１がオフするときに二次巻線Ｎｓに発生する電圧とを加算した電圧を検出する第２検出回路とを備え、第２の検出コンデンサの端子間電圧で直流電源Ｅの入力電圧ＶＥを検出するように構成されている。
この構成により、出力電圧Ｖｏの変動をキャンセルする特別な回路を設けることなく、簡単な回路構成で、入力電圧ＶＥに対応し、且つ出力電圧Ｖｏ及び一次側のコンデンサＣ１の端子間電圧ＶＣ１とは無関係な電圧を検出することができる。
【００２０】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態のスイッチング電源装置は、図４を参照すると、第１の実施の形態の構成に加え、抵抗Ｒ５と、スイッチＳＷ１と、電圧検出回路４０とを備えている。抵抗Ｒ５は、コンデンサＣ１の電圧フィードバックに用いている抵抗Ｒ２と直列に接続され、抵抗Ｒ５と並列にスイッチＳＷ１が接続されている。これにより、スイッチＳＷ１のオン／オフに応じて制御回路１０に入力される抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続点の分圧電圧が変化する。すなわち、スイッチＳＷ１をオンすると、抵抗Ｒ５がショートされ、コンデンサＣ１の端子間電圧ＶＣ１及び出力電圧Ｖｏが上昇し、スイッチＳＷ１をオフすると、コンデンサＣ１の端子間電圧ＶＣ１及び出力電圧Ｖｏは、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ５とで設定される電圧に下降する。コンデンサＣ４の端子間電圧ＶＣ４は出力電圧Ｖｏ及び一次側のコンデンサＣ１の端子間電圧ＶＣ１と無関係であるため、スイッチＳＷ１をオン／オフさせて出力電圧Ｖｏを変動させてもコンデンサＣ４の端子間電圧ＶＣ４は変動しない。
【００２１】
２次側には出力電圧Ｖｏを検出する電圧検出回路４０が設けられている。電圧検出回路４０としては、図５（ａ）に示すコンパレータＣＯＭＰや、図５（ｂ）に示すツェナーダイオードＺＤ１や、図５（ｃ）に示すアナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）４１を用いることができる。電圧検出回路４０の出力は、マイコン３０に入力され、マイコン３０は、スイッチＳＷ１をオン／オフに伴う出力電圧Ｖｏの変動を検出することができる。従って、一次側に入力されたデジタル信号に応じてスイッチＳＷ１をオン／オフさせることで、二次側に出力電圧Ｖｏの変動として一次側に入力されたデジタル信号が伝達されることになる。
【００２２】
以上説明したように、第２の実施の形態によれば、コンデンサＣ１の端子間電圧ＶＣ１を検出する分圧回路（抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ５）を備え、スイッチＳＷ１によって分圧回路の比率を変えて出力電圧Ｖｏを変更することで、二次側に情報を伝達するように構成されている。
この構成により、出力電圧Ｖｏの変動が入力電圧検出回路２０に影響を与えないことを利用して、一次側から二次側にフォトカプラ等の特別な素子を用いずにデジタル信号を伝達することができる。
【００２３】
以上、本発明を具体的な実施形態で説明したが、上記実施形態は一例であって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更して実施できることは言うまでも無い。
【符号の説明】
【００２４】
１０  制御回路
１１  ドライバ
２０  入力電圧検出回路
２１  アナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）
３０  マイコン
３１  レギュレータ（ＲＥＧ）
４０  電圧検出回路
４１  アナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）
Ｃ１、Ｃ３、Ｃ４  コンデンサ
Ｃ２  平滑コンデンサ
ＣＯＭＰ  コンパレータ
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４  ダイオード
Ｅ  直流電源
Ｑ１  スイッチ素子
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５  抵抗
ＳＷ１  スイッチ
Ｔ  トランス
Ｎｐ  一次巻線
Ｎｓ  二次巻線
ＺＤ１  ツェナーダイオード
【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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