(57)【要約】      （修正有）【課題】本発明は、連続発振制御から間欠発振制御に切り換える際に、励磁音を発生させずに、安定した間欠発振動作が行えるスイッチング電源装置を提供する。【解決手段】一次巻線Ｎ１、二次巻線Ｎ２を有するトランス１と、前記一次巻線に直列接続された半導体スイッチ２と、前記半導体スイッチを周期的にオン、オフさせる制御回路３と、前記二次巻線に接続された整流回路４とを備えたスイッチング電源回路において、前記制御回路にタイマ手段を接続し又は備え、前記半導体スイッチに流れる電流のピーク値が設定時間内で閾値以下が続いた場合、前記タイマ手段からタイマ信号を送出し、オン幅制御を無効にして通常動作制御から間欠発振制御に切り換える制御切換手段を備えてあることを特徴とするスイッチング電源装置。【選択図】図１
2008206284.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次巻線、二次巻線を有するトランスと、前記一次巻線に直列接続された半導体スイッチと、前記半導体スイッチを周期的にオン、オフさせる制御回路と、前記二次巻線に接続された整流回路とを備えたスイッチング電源回路において、前記制御回路にタイマ手段を接続し又は備え、前記半導体スイッチに流れる電流のピーク値が設定時間内で閾値以下が続いた場合、前記タイマ手段からタイマ信号を送出し、オン幅制御を無効にして通常動作制御から間欠発振制御に切り換える制御切換手段を備えてあることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
前記制御切換手段は、前記半導体スイッチに流れる電流のピーク値が下限の閾値より小さい時間が、前記タイマ手段が設定する時間以上続くと通常動作制御から間欠発振制御に切り替えるように構成してある事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】
前記制御切換手段は、間欠時における前記半導体スイッチのオフ期間のタイマ信号が、間欠時発振開始信号のオフ期間より短い場合に、間欠発振制御から通常動作制御に切り替えるように構成してある事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、連続発振制御から間欠発振制御に切換える機能を備えたスイッチング電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、一次巻線、二次巻線を有するトランスと、前記一次巻線に直列接続された半導体スイッチと、前記半導体スイッチを周期的にオン、オフさせる制御回路と、前記二次巻線に接続された整流回路とを備えたスイッチング電源回路において、負帰還回路のフィードバック端子レベルを検出するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−２６１１２８公報
【０００３】
具体的には、軽負荷時の省電力化として自動で間欠動作に移行するスイッチング電源装置として、二次側の出力端に帰還制御信号形成回路を設け、この帰還制御信号形成回路の出力に基づいて第一及び第二の帰還制御信号のレベルに基づいて負荷状態が判定される。第一の帰還制御信号のレベルに基づいて負荷状態が判定される。第一の帰還制御信号のレベルが低い時には軽負荷状態と見なしてスイッチのオン・オフ動作を間欠的に生じさせる。スイッチのオン・オフを示す信号と負荷状態判定出力とに基づいて一定のオフ期間を設けた後にスイッチのオン開始を発生させる。
【０００４】
また、従来、一次巻線、二次巻線を有するトランスと、前記一次巻線に直列接続された半導体スイッチと、前記半導体スイッチを周期的にオン、オフさせる制御回路と、前記二次巻線に接続された整流回路とを備えたスイッチング電源回路において、ノーマルモード動作においてオン幅の絞込み限界で自然間欠動作になり、その間欠動作の発振期間のデューティがある値以下になった時に制御回路のもつスタンバイモード（バーストモード）に切換えるものがある（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献２】特開２００５−２７８３７６公報
【０００５】
従来の具体例として、図５に示す。図５図示のスイッチング電源装置は、二次側の出力に出力電圧検出回路５を接続し、この出力電圧検出回路５はオン幅制御回路１３５及びスタンバイ制御回路１３６に接続し、二次側に設けた負荷７に加わる出力直流電圧と予め設定しておいた基準電圧の比較結果である誤差電圧信号を一次側オン幅制御回路１３５とスタンバイ制御回路１３６に帰還し、ノーマルモード時のオン幅制御、スタンバイモード時のオン幅（又は、ドレイン電流）と間欠の発振、停止制御を行う。
【０００６】
トランス１に補助巻線ＮＢを設け、この補助巻線ＮＢに積分回路１３０を接続し、補助巻線ＮＢに発生するフライバック電圧を積分回路１３０で積分する。積分回路１３０で積分して得た補助巻線積分電圧を比較器１３３で検出し、比較器１３３より設定電圧以下になった際にスタンバイ信号を出力する。制御回路３は補助巻線積分電圧が設定電圧以下になった際にノーマルモード動作からスタンバイモード動作に動作モードを切換え、補助巻線積分電圧が設定電圧以上になった際にスタンバイモード動作からノーマルモード動作に動作モードを切換えるモード切換え回路１２０を設けてある。
【０００７】
比較器１３３の出力は一方のＡＮＤ回路１２２に接続してある。この一方のＡＮＤ回路１２２には出力電圧検出信号を受けるスタンバイ制御回路１３６も接続してある。比較器１３３の出力はインバータ１２４にも接続し、インバータ１２４の出力は他方のＡＮＤ回路１２３に接続してある。この他方のＡＮＤ回路１２３には、出力電圧検出信号を受けるオン幅制御回路１３５に接続してある。これらの二つのＡＮＤ回路１２２、１２３の出力は、ＯＲ回路１２１に接続してある。
【０００８】
モード切換え回路１２０は、積分電圧検出回路１３３がハイ信号を出力している時は、スタンバイ制御回路１３６のスタンバイ制御信号を出力し、積分電圧検出回路１３３がロー信号を出力している時は、オン幅制御回路１３５のオン幅制御信号を出力する。これにより、ノーマルモードとスタンバイモードの切換えを行う。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、前者は間欠時主スイッチに流れる電流が固定でない為、励磁音を発生させる可能性や帰還制御信号端子に接続される外部回路や位相補正用の定数により、検出レベルが大きく影響を受けるという問題点が生じた。また、後者は、自然間欠発振が起きなければ間欠発振動作に移行できないことや間欠発振動作から通常連続発振動作への切り替わり点が大きくばらつくなどの問題点が生じた。
【００１０】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、連続発振制御から間欠発振制御に切り換える際に、励磁音を発生させずに、安定した間欠発振動作が行えるスイッチング電源装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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、一次巻線、二次巻線を有するトランスと、前記一次巻線に直列接続された半導体スイッチと、前記半導体スイッチを周期的にオン、オフさせる制御回路と、前記二次巻線に接続された整流回路とを備えたスイッチング電源回路において、前記制御回路にタイマ手段を接続し又は備え、前記半導体スイッチに流れる電流のピーク値が設定時間内で閾値以下が続いた場合、前記タイマ手段からタイマ信号を送出し、オン幅制御を無効にして通常動作制御から間欠発振制御に切り換える制御切換手段を備えてあることを特徴とする。
【００１２】
前記制御切換手段は、前記半導体スイッチに流れる電流のピーク値が下限の閾値より小さい時間が、前記タイマ手段が設定する時間以上続くと通常動作制御から間欠発振制御に切り替えるように構成してある事を特徴とする。
また、前記制御切換手段は、間欠時における前記半導体スイッチのオフ期間のタイマ信号が、間欠時発振開始信号のオフ期間より短い場合に、間欠発振制御から通常動作制御に切り替えるように構成してある事を特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、半導体スイッチを流れる電流ピーク値Ｉｄｐを検出することで、軽負荷状態を認識し、省電力化を図ることができる間欠動作に自動で切り換えることが可能である。又、間欠時動作は、電流ピーク値Ｉｄｐを固定することで、励磁音のない安定動作が可能である。また、間欠時の発振停止期間を制御している為、負帰還回路のフィードバック端子（以下「ＶＦ／Ｂ端子」という。）に垂下回路等の外部回路や位相補正用の定数が変更されても安定した動作が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
発明を実施するための最良の形態の回路図を図１に示す。図１図示のスイッチング電源装置は、一次巻線及び二次巻線を有するトランス１を備え、このトランス１の一次巻線Ｎ１と直列に半導体スイッチ２を接続してある。二次側にはトランス１の二次巻線Ｎ２と整流回路４が接続してある。また、二次側の出力には出力電圧検出回路５を接続してある。なお、出力電圧検出回路５については後述する。半導体スイッチ２の制御端子には制御回路３を接続してあり、半導体スイッチ２のオン・オフを制御する。なお、制御回路３については後述する。
【００１５】
続いて、制御回路３及び出力電圧検出回路５の一部について図２に示す。出力電圧検出回路５は制御回路３のＶＦ／Ｂ端子に接続し、二次側に設けた負荷（図示しない）に加わる出力直流電圧と予め設定しておいた基準電圧の比較結果である誤差電圧信号がフォトカプラ５１を介して帰還するように構成してある。
【００１６】
ＶＦ／Ｂ端子は、通常動作制御信号部と比較器１１，１２に接続されている。ＶＦ／Ｂ端子は、通常連続動作時には、半導体スイッチ２のオン幅（発振期間）を制御する信号が送出され、間欠動作時には比較器１１，１２との組み合わせにより半導体スイッチ２の発振（オン）と停止（オフ）の信号を送出するための役割を果たしている。比較器１１はＶＦ／Ｂが下限の閾値より小さいかを比較し、比較器１２は上限の閾値よりＶＦ／Ｂが大きいかを比較する。
【００１７】
一方の比較器１１をフリップフロップ回路１３のセット端子に、他方の比較器１２をフリップフロップ回路１３のリセット端子にそれぞれ接続してある。ＶＦ／Ｂ端子レベルが上限の閾値より大きい場合、フリップフロップ回路１３はリセットされて、間欠時発振開始信号を送出し、ＶＦ／Ｂ端子レベルが下限の閾値より小さい場合、フリップフロップ回路１３はセットされて、間欠時発振停止信号を送出する。なお、間欠時発振停止信号は半導体スイッチ２の制御端子と接続するＡＮＤ回路１６の一方に出力する。
【００１８】
ＡＮＤ回路２１の一方の入力に後述するフリップフロップ回路３０の出力信号を入力する。このＡＮＤ回路２１の他方の入力には間欠オフ期間タイマ信号を入力する。このＡＮＤ回路２１の出力はＡＮＤ回路２２の一方に入力し、ＡＮＤ回路２２の他方には前記間欠時発振停止信号を入力する。
【００１９】
ＡＮＤ回路２２の出力はフリップフロップ回路２５のセット端子に入力するとともに、ＮＯＴ回路２３に入力する。また、ＮＯＴ回路２３の出力はＡＮＤ回路２４の一方に入力し、このＡＮＤ回路２４の他方には前記間欠時発振停止信号を入力する。このＡＮＤ回路２４の出力はフリップフロップ回路２５のリセット端子に入力する。このフリップフロップ回路２５からの反転信号と前記間欠時発振開始信号とをＮＡＮＤ回路２６に入力する。
【００２０】
後述するフリップフロップ回路３０の出力信号をＮＯＴ回路２７に入力し、このＮＯＴ回路２７の出力信号と軽負荷時のＩｄｐを検出する為の、軽負荷時Ｉｄｐ検出タイマ信号とをＡＮＤ回路２８に入力する。この信号を前述したフリップフロップ回路３０のセット端子に入力するとともに、ＮＯＲ回路２９を介してフリップフロップ回路３０のリセット端子に入力する。なお、ＮＯＲ回路２９の他方の入力に前記ＮＡＮＤ回路２６の出力信号を入力する。フリップフロップ回路３０の出力をＮＯＴ回路２７、ＡＮＤ回路２１及びＡＮＤ回路１６に出力する。
【００２１】
フリップフロップ回路３０の出力をＮＡＮＤ回路３１に入力する。このＮＡＮＤ回路３１の他方には間欠動作時の半導体スイッチ２に流れる電流ピーク値Ｉｄｐを設定電流値以下に固定するための信号を入力する。また、フリップフロップ回路３０の出力をＮＯＴ回路３２を介してＮＡＮＤ回路３３に入力する。このＮＡＮＤ回路３３の他方に通常動作制御信号を入力する。なお、通常動作制御信号とは、前述のように通常連続動作時における半導体スイッチ２のオン幅（発振期間）を制御する信号である。前記ＮＡＮＤ回路３１とＮＡＮＤ回路３３との出力とをＮＡＮＤ回路３４に入力する。このＮＡＮＤ回路３４の出力を半導体スイッチ２の制御端子に入力する。
【００２２】
以上のように構成してあるスイッチング電源装置は以下のように作用する。なお、通常動作制御から間欠発振制御へ移行する際のシーケンス図を図３に示し、間欠発振制御から通常動作制御へ移行する際のシーケンス図を図４に示す。通常連続動作は、図３に示すように、ＶＦ／Ｂ端子のレベルが上限の閾値以上であり、通常動作制御信号部から半導体スイッチ２のオン幅（発振期間）を制御する信号により動作している。
【００２３】
半導体スイッチ２がオンすると、その間にトランス１に磁気エネルギーが蓄積される。次に半導体スイッチ２がオフすると、トランス１の二次巻線Ｎ２を介して放出される電気エネルギーが整流回路４により整流平滑されて負荷に出力電圧が供給される。
【００２４】
続いて、通常動作制御について図２の回路図を参照して説明する。先ず、説明を分かりやすくするため、フリップフロップ３０の出力がローであると仮定する。フリップフロップ３０がローを出力するとＮＡＮＤ回路３１の出力がハイになると共にＮＯＴ回路３２の出力もハイとなり通常動作制御信号が半導体スイッチ２オン／オフ制御へ送出される。この信号は、負荷が重くなると、エネルギーを一次側から二次側へ多く伝える必要があるため、ＶＦ／Ｂ端子出力のレベルを上昇させることで、半導体スイッチ２の発振期間（オン幅）を広げるような動作をしている。また、フリップフロップ３０がロー信号を出力することでＡＮＤ回路１６はロー信号を出力し、フリップフロップ１３の出力信号を通さないようにしている。
【００２５】
次に通常動作から間欠動作への切り換えを、図２の回路図と図３のシーケンス図を参照して説明する。図３より負荷が軽くなるに従い、半導体スイッチ２に流れる電流が少なくなり電流ピーク値Ｉｄｐもそれに伴い小さくなる。電流ピーク値Ｉｄｐが設定閾値以下になると軽負荷時Ｉｄｐ検出タイマが働きタイマ設定時間以上続くとハイ信号を送出する。ここで図２より軽負荷時Ｉｄｐ検出タイマ信号がハイでＡＮＤ回路２８の他方の入力もＦ／Ｆ出力がローであることからＮＯＴ回路２７によりハイ信号となり、結果ＡＮＤ回路２８の出力がハイとなりフリップフロップ３０がセットされ、出力がハイとなる。フリップフロップ３０の出力がハイになることから、ＮＯＴ回路３２の出力がローとなり、通常動作制御信号を半導体スイッチ２オン／オフ制御へ通さないよう働き、逆に間欠時固定Ｉｄｐ信号を半導体スイッチ２オン／オフ制御へ伝え、発振時の電流ピーク値Ｉｄｐを設定値以下に抑えるように動作する。一方、フリップフロップ３０の出力がハイになることで、ＡＮＤ回路１６の入力もハイとなり、フリップフロップ１３の出力信号を半導体スイッチ２オン／オフ制御へ伝えるよう動作する。これらの結果、半導体スイッチ２をオン、オフ動作させ、オン（発振）時は電流ピーク値Ｉｄｐが固定となるような間欠動作に移行することになる。
【００２６】
続いて、間欠発振制御から通常動作制御に移行する動作について図４を参照し説明する。本実施例では、図４のシーケンス図のように、間欠時における間欠時発振開始信号のオフ期間が、オフ期間タイマ動作期間より短い場合に、間欠発振制御から通常動作制御に切り換えている。
【００２７】
具体的な動作説明を図２より行なう。まず、間欠オフ期間タイマ信号の動作は、間欠時、発振が停止するタイミングでタイマが働き出し、設定時間が経過したらハイ信号を送出するよう動作させている。そして、発振が開始するタイミングでタイマを一旦リセット（ロー信号を送出）し、次の発振停止が来るまでロー信号を維持している。そして次の発振停止が来ると、またタイマを動作させるという具合に、間欠動作が続いている間、繰り返し動作させている。
【００２８】
まず、間欠オフ期間タイマの設定時間以上発振停止状態が続いた場合（間欠時の発振停止期間が長い場合。つまり負荷が軽いとき。）、タイマ信号はロー出力となるため、ＡＮＤ回路２１はロー信号を送出し、ＡＮＤ回路２２もロー信号を受けてロー信号を送出する。ここで、間欠時発振停止信号は、ハイ信号のままであることから、ＡＮＤ回路２４がハイ信号を送出しフリップフロップ２５はリセットされ、反転出力はハイ信号を送出する。しかし、間欠時発振開始信号はローであることからＮＡＮＤ回路２６はハイ信号を出力しＮＯＲ回路２９を経由しフリップフロップ３０のリセット端子には、ロー信号が入力されるため、間欠動作を維持するように動作する。
【００２９】
次に、負荷が重くなり、間欠オフ期間タイマの設定時間以内に、間欠時発振停止信号がローになるとき、つまり間欠オフ期間タイマの設定時間以内に発振が開始されたとき、次のように動作する。間欠オフ期間タイマ信号がハイであるため、ＡＮＤ回路２１はハイ出力となるが、ＡＮＤ回路２２は、間欠時発振停止信号がローになることからロー出力となる。また、間欠時発振停止信号がローであるため、ＡＮＤ回路２４はロー出力となり、フリップフロップ２５のセット、リセット入力には共にロー信号が入力される。そのため、フリップフロップ２５の反転出力は、前の状態を維持するよう働くため、ハイ出力を維持することになる。そして間欠時発振停止信号がローであるため、間欠時発振開始信号はハイ出力となり、ＮＡＮＤ回路２６の出力はロー信号を送出することになる。ＮＯＲ回路２９の他方の入力にはＦ／Ｆ出力がハイのため、ＮＯＴ回路２７を経由しロー信号が入力されるため、ＮＯＲ回路２９の出力はハイとなりフリップフロップ３０はリセットされ、ロー信号を出力することになる。その結果、通常動作に切り換えることができる。
【００３０】
以上より、半導体スイッチを流れる電流ピーク値Ｉｄｐを検出することで、軽負荷状態を認識し、省電力化を図ることができる間欠動作に自動で切り換えられる。又、間欠時動作は、電流ピーク値Ｉｄｐを固定することで、励磁音のない安定した動作が得られる。また、間欠時の発振停止期間を制御している為、負帰還回路のフィードバック端子に垂下回路等の外部回路や位相補正用の定数が変更されても安定した動作が得られる。
【００３１】
なお、本願発明に係る実施例に係る制御回路３は一つのモジュールや一つの集積回路で構成することを想定しているが、本願発明は実施例に縛られるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明によれば、半導体スイッチを流れる電流ピーク値を検出することで、軽負荷状態を認識し、省電力化を図ることができる間欠動作に自動で切り換えられる。又、間欠時動作は、電流ピーク値を固定することで、励磁音のない安定した動作が得られる。また、間欠時の発振停止期間を制御している為、負帰還回路のフィードバック端子に垂下回路等の外部回路や位相補正用の定数が変更されても安定した動作が得られ、産業上利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係るスイッチング電源装置における発明を実施するための最良の形態の回路図である。
【図２】図１図示実施例における要部の論理回路図である。
【図３】図１図示実施例における通常動作制御から間欠発振制御へ移行する際のシーケンス図である。
【図４】図１図示実施例における間欠発振制御から通常動作制御へ移行する際のシーケンス図である。
【図５】従来のスイッチング電源装置の回路図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  トランス
２  半導体スイッチ
３  制御回路
４  整流回路
５  出力電圧検出回路
５１  フォトカプラ
１１，１２  比較器
１３，２５，３０  フリップフロップ回路
１６，２１，２２，２４，２６  ＡＮＤ回路
２３，２７，３２  ＮＯＴ回路
２９  ＮＯＲ回路
２８，３１，３３，３４  ＮＡＮＤ回路
【図１】
2008206284.tif 000003
【図２】
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【図３】
2008206284.tif 000005
【図４】
2008206284.tif 000006
【図５】
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